介绍中温真空集热管

1中温集热器简述 　　近年来，真空管型太阳能集热器应用领域由太阳能热水向太阳能供热采暖和太阳能空调领域扩展，因此要求真空管型太阳能集热器在较高工作温度时仍能保持较高工作效率。 　　众所周知，玻璃吸热体由于其机械强度和耐冷热冲击限制不能作为中温集热器的吸热体，只有金属吸热体才可作为中温吸热体。 　　国内外许多学者采取了诸如内置CPC和外置CPC提高真空型太阳能集热器高温工况下的工作效率,或在集热管内填充工质减少集热器热损失，这些措施可以提高真空管型太阳能集热器热性能，但是工艺相对复杂，一些工艺停留在实验室阶段，目前无法在工程中推广应用。 　　在吸热体背面设置遮热板方式，有效地降低真空管背部辐射热损，使真空管具有较好的中温性能。 　　高真空下以辐射换热为主，为减少辐射换热热损失，可以采取以下措施： 　　1.选择发射率低的材料制作低温容器，如铜、铝等，也可在材料表面涂发射比低的材料，如银、铜、铝、金等。 　　2.材料表面清洁及光洁处理，降低材料表面发射比。 　　3.设置多层防辐射屏，降低热辐射。 　　带内遮热板的真空集热管在较高温度工作时性能优越。 　　由于在圆周向增加遮热板较为困难，在热管式平板吸热体真空集热管吸热板背部增加平板式遮热板方式减少辐射热损，工艺相对于在圆周向增加遮热板更加简单，容易实现。带有遮热板平板金属吸热体真空管太阳能集热器的中温热性能良好。 　　2真空管结构 　　为了提高热管式真空集热管在中温工作时的性能，必须设法降低真空管的辐射热损失，在真空管吸热板的背面与玻璃管内壁之间的区域内加设遮热板。带遮热板的热管式真空管是在金属吸热板的背部加设铝制遮热板，此方法工艺简单成本较低, 易于实现。 　　两种管型真空管的截面如图1所示。 　　3实验与结论 　　设计用于测试中温集热器的测试平台，在吸热板背部增加遮热板来减少辐射热损失进而提高热管式真空管型集热器性能的方法，建立了真空管型集热器的传热模型。通过对比试验，确定了带遮热板真空管型太阳能集热器的性能，得到相应的瞬时效率曲线。 　　国家太阳能热水器质量监督检验中心（北京）成功研制开发了工作温度能够在100℃以上的中高温集热器热性能测试台，目前工作温度能够稳定在150℃（以水为工质），目标是180℃（以水为工质）。选用两种直流式真空管型太阳能集热器作为测试样品，两台集热器都是采用6支外径102mm，管长2000mm的直流式真空管组成，集热器采光面积均为1.20m2，不同之处是其中一台集热器吸热体背部安装遮热板。测试状态下的实验装置和集热器照片见图2。 　　图3为两种真空管型集热器热性能测试结果，可见带遮热板的真空管集热器的热性能较优，尤其在工作温度129℃，归一化温差为0.13m2·K/W，集热器的效率为55%，远高于不带遮热板的集热器效率。 　　通过模型计算带遮热板的真空管比不带遮热板的真空管吸热体对玻璃管的净辐射传热热损降低22.7%，两者正面辐射热损相当，而背面带遮热板比不带遮热板的真空管辐射热损低57%。可见加设铝制内遮热板性能优越。 实验得出带遮热板的热管式真空管型太阳能集热器热性能较优，根据测试结果在工作温度129℃，归一化温差为0.13m2·K/W 时，集热器的效率为55%，远高于无遮热板的集热器效率。 　　吸热板背部加遮热板的真空管加热器的中温集热效果优异，且制作工艺简单，成本低，在未来太阳能光热中温应用领域中值得推广。 　　带遮热板的真空管集热器在中温利用时，不用跟踪器和聚光器，可以利用太阳辐射中的散射部分，在大多数地区全年的太阳辐射利用率比带聚光器的中温利用装置多约50%，是一种适合太阳能光热中温利用的产品。 　　遮热板的应用比在玻璃罩管表面制备减反射涂层和提高吸热体涂层性能有效且性价比高。 　　4非聚光免跟踪中温真空管应用 　　由于该中温段真空管运行时无需跟踪，使得中温集热系统简单可靠，已应用于澳洲低温发电，原油加热，工业用热和冬季采暖等项目。（北京金阳科创太阳能技术有限公司葛洪川、孙伟）