新型CPC熱管真空管集熱器的結構

       復合拋物面聚光器（簡(jiǎn)稱(chēng)CPC）型熱管真空管集熱器是一種新型的太陽(yáng)能中溫集熱裝置。該種聚光器根據邊緣光線(xiàn)原理設計，可將給定接受角范圍內的入射光線(xiàn)按理想聚光比收集到接收器上。利用熱管真空管做為接收器，具有熱損失少、熱容量小、熱二極管性及工作范圍寬等顯著(zhù)優(yōu)點(diǎn)。此類(lèi)集熱器的結構比較簡(jiǎn)單，對聚光面線(xiàn)型加工精度要求不嚴格，但接收器的性能對整個(gè)集熱器的性能影響很大。本文重點(diǎn)介紹肋片型、導熱油型CPC 熱管真空管集熱器的結構，并對集熱器進(jìn)行傳熱分析，得出瞬時(shí)效率方程，并對兩種集熱器進(jìn)行了性能比較。

1 新型CPC 熱管真空管集熱器的結構

     CPC熱管真空管集熱器單元結構如圖1所示，它由聚光面和裝在底部的接收器構成。聚光面是由兩片槽狀拋物面和漸開(kāi)面組合而成，接收器為熱管真空管。

圖1 CPC 熱管真空管集熱器結構示意圖

1.1 聚光器

      其橫截面為軸對稱(chēng)，其中右半支為一段漸開(kāi)線(xiàn)(AG)外接一段拋物線(xiàn)(AC)，如圖2 所示。投射在拋物線(xiàn)AC 上且和陰影線(xiàn)AB 平行的入射陽(yáng)光與拋物線(xiàn)軸平行。反射光聚焦于焦點(diǎn)F(吸熱管管頂)， 即圖2 中入射光線(xiàn)1 射到拋物線(xiàn)面M 點(diǎn)(MN 為拋物線(xiàn)在M 點(diǎn)的法線(xiàn))，再反射到吸收管頂的F 點(diǎn)被真空管內管吸收。入射光線(xiàn)2 射到拋物線(xiàn)的M 點(diǎn)時(shí)，入射角已增大，再反射到真空管內管上被吸收。隨著(zhù)入射角的增大，入射光線(xiàn)3在M 點(diǎn)的反射光線(xiàn)投射在漸開(kāi)線(xiàn)AP 上的G 點(diǎn)，再二次反射到真空管內管上。圖2 中收集陽(yáng)光角度范圍2 θA, 稱(chēng)為接收角(兩條陰影線(xiàn)之間的夾角)，而θA 稱(chēng)半接收角。

圖2 聚光面的聚光原理示意圖

1.2 接收器

       本文介紹的肋片型、導熱油型CPC熱管真空管集熱器的接收器結構如圖3、圖4 所示。

1.熱管冷凝段 2.保溫堵塞 3.熱管蒸發(fā)段 4. 真空管內管 5.真空管外管 6. 肋片 7.選擇性涂層 8.彈簧卡和消氣劑

圖3 肋片型接收器結構示意圖

     1.熱管冷凝段 2.保溫堵塞 3.熱管蒸發(fā)段 4.真空管內管 5.真空管外管 6.導熱油 7.選擇性涂層 8.彈簧卡和消氣劑

圖4 導熱油型接收器結構示意圖

       真空管為雙層，內管電鍍特殊的選擇性吸收涂層(Al-N/Al)作為吸熱體,能有效吸收太陽(yáng)光線(xiàn),增加了集熱管的光學(xué)效率。內外層之間抽成真空, 能有效防止熱量通過(guò)對流方式散發(fā)出去，陽(yáng)光照射或反射到真空管選擇性吸收涂層, 產(chǎn)生熱量后分別通過(guò)肋片和導熱油將熱量傳給熱管,熱管獲得熱量(同時(shí)含有真空管悶曬熱量)后通過(guò)冷凝段將熱量傳給集熱介質(zhì)。