用于发电的太阳能聚光热管集热器

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1、节能2002年第8期—14—ENERGYCONSERVATION(总第241期)用于发电的太阳能聚光热管集热器(湖南湘潭大学,湘潭411105)袁胜利杨从明摘要:复合槽形抛物面和渐开线反射镜面的聚光吸收太阳能的热管集热器,平均集热温度高达164℃,并省去了复杂的跟踪机构。用热管作太阳吸收体,传热效率高,向大气反向传热损失少。圆2筒形换热器的热水温度160℃,饱和水蒸气压力40.6kg.fPcm,用于汽轮机发电和蓄能。关键词:太阳能聚光;热管集热器;复合抛物面和渐开线反射面;汽轮机发电中图分类号:TM615文献标识码:B文章编号:1004-7948(2002)08-0014-031引言

2、而θA称半收集角。太阳能热管集热器用复合槽形抛物面反射镜和渐开线反射镜面将入射阳光聚集在较小的集热面上,平均集热温度高达164℃,平均集热效率0.59,几何聚光比5。如沿东西方向设置,每年只需调整两次倾角。省去了复杂的跟踪机构,但性能和单轴跟踪槽形抛物面聚光器相当,比平板式太阳能集热器的集热温度高,而吸收面积小,向大气的反向热损失小,产生的水蒸气温度高,用于太阳能储存,即使在无太阳时仍有能量供应。采用热管作太阳能吸收器,传热效率高,热冲击小,减少了无日照时系统的反向热损。换热器的热管冷凝段直接伸入圆筒形压图1集热器结构示意图2力容器内,水蒸气压力达40.6kg.fPcm,热水温度达1

3、60℃,且无上下循环管路的热损失。这种集热器用于制冷和冷库系统,尤其是要求热源温度较高的氨吸收式制冷,同时还用于汽轮机发电和蓄能。2热管集热器的聚光原理、结构及计算集热器由侧面的二片槽形抛物面反射镜和底部的二片渐开线反射镜面,以及圆形热管吸收器构成,如图1和图2所示。在图2中,投射在抛物线AC上且和阴影线AB平行的入射阳光也与抛物线轴平行。反射光聚焦于焦点F(吸收管管顶),即图2中入射光线1射到抛物线面M点(MN为抛物线在M点的法线),再反射图2集热器聚光原理示意图到吸收管顶的F点被热管吸收。入射光线2射到抛聚光比表示聚光器对阳光的会聚能力。取中等物线的M点时,入射角已增大,再反射到

4、热管上被1[1]的几何聚光比CG=5,CG=,求出半收集角吸收。随着入射角的增大,入射光线3在M点的反sinθA射光线投射在渐开线AP上的G点,再二次反射到θA=11.5°,取热管的外直径d0=45mm,由这些尺寸热管上。按渐开线的性质,在G点处,渐开线的法可作出聚光器的横截面图形,如图3所示。P点为线是由G点向基圆作切线GE′。图1中收集阳光角抛物线焦线PQ与Z轴交点(2P、O),(p为抛物线度范围2θA称为收集角(两条阴影线之间的夹角),的焦距),在X轴上任取一点K,作X轴的垂线KPi©1994-2010ChinaAcademicJournalElectronicPublishi

5、ngHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net2002年第8期节能(总第241期)ENERGYCONSERVATION—15—2作过(Z、Y)点的线OPi,使OPi=KP,且交垂线于SA=Ld′=3×0.63=1.89mPi点,则Pi为所作的抛物线上的点。连各P点,即反射镜为6.3mm的磨光铝板,有机玻璃透明盖可得抛物线。盖板与槽间用橡胶垫密封,以减少向大气的热损失3太阳总辐射量的计算湖南长沙位于北纬28.25°,东经113°05′,1年中7月份太阳总辐射量最大。7月份15日中,吸热面上(吸热面的热管吸收器轴与地面成30°)每日的太2阳辐射

6、强度:IP=8457.32kcalPm。[1]每天日照时间N:2N=arccos(-tg28.25°×tg21.6°)15=13.6h每小时的太阳辐射强度Ii:图3聚光器横截面示意图8457.322Ii==723WPm2.1渐开线弧长S1=2.7173R=61.2mm13.62.2抛物线弧长取透明盖板的污染系数ηD=0.03,光学效率x2η=ρ·τ·α·v=0.632pppOPS2=-(p-x)(-x)+ln(p-x+-x)222x1式中,ρ为槽的反射率,铝镜取0.812;τ为盖板的透x1=R过率,有机玻璃取0.93;α为热管吸收率,取y1=2.3312R0.93;v为光学采集因子,

7、取0.9;ηC为有效平X1=(x1+R)cosθc+y1sinθc均吸热效率,取0.608。Y1=-(x1+R)sinθc+y1coxθc平均集热效率η=ηc(1-ηD)=0.5922单槽平均集热量:P=X+X+YQu=IiSA·η=723×1.89×0.59=693.6kcalPhcos2θc(cos2θc+1)X2=-Psin22θ7月15日正午太阳辐射强度最大c2Iimax=1134.3WPmP(cos2θc+1)Y2=sin2θcQumax=Iim