CN101666704A - 槽式太阳能集热器性能的快速测试装置及方法 - Google Patents

槽式太阳能集热器性能的快速测试装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种槽式太阳能集热器性能的快速测试装置，包括油箱、设置在油箱口的阀门、油泵、集热器、热换器、蒸汽罐、膨胀容器、水管、与集热器同向固定的直射辐射计，集热器的聚焦点上具有集热管；油箱中装有导热油，所述集热管、换热器、膨胀容器依次以管道连接构成循环回路；阀门左边连接集热管，右边连接膨胀容器；水管及蒸汽罐分别连接在换热器的进口与出口。本发明具有装置结构简单易于实现，且可以实现快速测量集热器性能的优点。本发明公开了一种槽式太阳能集热器性能的快速测试方法。

Description

槽式太阳能集热器性能的快速测试装置及方法
【技术领域】
本发明涉及热能测试装置和测试方法，尤其涉及一种槽式太阳能集热器性能的快速测试装置及方法。
【背景技术】
现有的太阳能集热器的测试手段是以稳态测试技术为基础的，测试内容包括集热器的稳态或准态瞬时效率及集热器热损系数。而稳态测试技术对气象参数要求很高，只能在室内采用光学设备进行测试。而在实际中，太阳能集热器都是工作在室外，实际的环境必然导致测试结果与在室内模拟的测试结果不相符。因此急需一种能够在室外进行测试的手段，目前，国外已经有了相关的测试装置，如意大利ENEA的槽式太阳能测试装置，但其测试设备较为复杂和昂贵，而且不能达到快速测量的目的。
【发明内容】
本发明针对现有技术的上述缺陷，提供一种槽式太阳能集热器性能的快速测试装置及方法，以供快速测量太阳能集热器的性能参数。
为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
一种槽式太阳能集热器性能的快速测试装置，包括油箱、设置在油箱口的阀门、油泵、集热器、热换器、蒸汽罐、膨胀容器、水管、与集热器同向固定的直射辐射计，集热器的聚焦点上具有集热管；油箱中装有导热油，所述集热管、换热器、膨胀容器依次以管道连接构成循环回路；阀门左边连接集热管，右边连接膨胀容器；水管及蒸汽罐分别连接在换热器的进口与出口。
优选地，所述集热管两端装分别设有一个热电偶及一个闸阀，闸阀位于热电偶外侧。
优选地，所述槽式集热器包括金属支架、追日装置、槽式反射镜和集热管，所述两个闸阀反向于集热管方向分别装设有一截金属软管，金属软管另一端通过管道与油泵连接。
优选地，油泵与金属软管之间还装设有控制导热油流量的球阀，以及计算导热油流量的流量计。
优选地，所述集热管与换热器之间依次设有安全阀及压力表。
如权利要求5所述快速测试装置的测试方法，打开阀门启动油泵使集热管及循环管道中充满导热油，再关闭阀门，开启其它设备，产生蒸汽，按下述公式计算循环系统的光热效率η1：
Figure A20091019217200051
其中Qt＝Qt2-Qt1
H——某一温度和压力下饱和蒸汽的焓值
m蒸汽——换热器产生的蒸汽量
Qt2，Qt1——直射辐射计测试得到的t2时刻和t1时刻的累计辐射量
A——集热器采光面积。
如权利要求5所述快速测试装置的测试方法，打开阀门启动油泵使集热管充满导热油，然后关闭集热管两端的闸阀，按下述公式计算集热器的热效率η2：
Figure A20091019217200052
其中Qt＝Qt2-Qt1
Qt2，Qt1——直射辐射计测试得到的t2时刻和t1时刻的累计辐射量
m导热油——集热管中导热油的质量
C(T)——导热油的比热随温度变化的函数
T1，T2——集热管在t1和t2时刻分别由集热管两端的热电偶测得的温度
A——集热器采光面积。
从以上技术方案可以看出，本发明通过热电偶测试集热管的温度和直射辐射计测试太阳能直射辐射强度可以得到集热器的热效率。将导热油的热量通过换热器换热给水，产生饱和蒸汽，可以得到整个装置系统循环的热效率。通过球阀控制系统传热工质的流量，可以得出系统循环效率和流量的关系。本发明具有装置结构简单，易于实现优点，且可以实现快速测量集热器的集热性能。
【附图说明】
图1为本发明一优选实施例结构示意图。
图2为本发明另一优选实施例结构示意图。
【具体实施方式】
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参见图1所示，该优选之实施例包括油箱1、设置在油箱口的阀门2、油泵3、金属软管6、集热器23、热换器17、蒸汽罐18、膨胀容器21、水管22、与集热器同向固定的直射辐射计(图中未示出)、集热管11、用于支撑集热器的金属支架支撑8及驱动集热器23的追日系统7以及连接在集热管11与换热器17之间的压力表16，油泵3、金属软管6、集热管11、金属软管14、压力表16、换热器17、膨胀容器21依次以管道连接构成循环回路。水管22与蒸汽罐18分别设置于换热器17的两端，水管22与换热器17之间还连接有闸阀19和电磁阀20，闸阀19和电磁阀20可以配合使用，电磁阀20可以控制水的流量，其出现意外情况时闸阀19可以暂时代替电磁阀20使用，连接使用的管道采用304不锈钢管。
再参见图2所示，该实施例同样包括图1所示实施例的各个部件，不同之处在于，集热管两端装还分别设有一个热电偶(10、12)及一个闸阀(9、13)，闸阀(9、13)位于热电偶(10、12)外侧；油泵3与金属软管6之间还装设有控制导热油流量的球阀4，以及计算导热油流量的流量计5，以及装设在集热管与换热器之间的安全阀15。
其具体的操作方法如下：
1)先启动油泵3，使集热管及其循环管道中充满导热油，关闭阀门2，开启其它设备和仪器。通过不停的循环，待导热油达到很高温度后，通过换热器17将热量交还给水，产生蒸汽，然后储存。球阀4可以控制导热油的流量，从而可以得到不同流量下温度的变化。依此，可以得出整个循环系统的光热效率，为循环系统的优化设计提供参考。
循环系统的光热效率计算公式如下：
其中，某一温度和压力下饱和蒸汽的焓值，kJ/kg，可由压力表获得压力、热电偶获得温度，从而得到H值；m蒸汽为产生的蒸汽量，kg，可由换热器计算得到；Qt＝Qt2-Qt1，Qt2，Qt1为t2时刻和t1时刻的累计辐射量，MJ/m2，可由直射辐射计直接得出。
2)、待导热油充满集热管11后，关闭闸阀9和13，使集热管里面的导热油静止，那么导热油的温度会不断升高，通过观测两个热电偶10和12的温度与时间变化的关系，记录下t2时刻和t1时刻的的温度值T2与T1。据此，可以得出集热器的热效率。通过观测每个时间段的温度，也可以得出每个时间段集热器热效率的变化幅度。温度的不断升高，还可以测试出集热管的耐温变化程度，为集热器的优化设计提供参考。
集热器的热效率计算公式如下：
Qt＝Qt2-Qt1，Qt2，Qt1为t2时刻和t1时刻的累计辐射量，可由直射辐射计直接得出。
m导热油——集热管中导热油的质量，可由导热油密度与集热管的体积得出，kg
C(T)——导热油的比热随温度变化的函数
T1，T2——集热管在t1和t2时刻分别测得的温度，℃
A——集热器采光面积，m2
进行数据测量时，各个需保温，以使测量数据更加精确。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1、一种槽式太阳能集热器性能的快速测试装置，其特征在于：包括油箱、设置在油箱口的阀门、油泵、集热器、热换器、蒸汽罐、膨胀容器、水管、与集热器同向固定的直射辐射计，集热器的聚焦点上具有集热管；油箱中装有导热油，所述集热管、换热器、膨胀容器依次以管道连接构成循环回路；阀门左边连接集热管，右边连接膨胀容器；水管及蒸汽罐分别连接在换热器的进口与出口。
2、根据权利要求1所述的槽式太阳能集热器集热性能的快速测试装置，其特征在于：所述集热管两端装分别设有一个热电偶及一个闸阀，闸阀位于热电偶外侧。
3、根据权利要求2所述的槽式太阳能集热器集热性能的快速测试装置，其特征在于：槽式集热器包括金属支架、追日装置、槽式反射镜和集热管，所述两个闸阀反向于集热管方向分别装设有一截金属软管，金属软管另一端通过管道与油泵连接。
4、根据权利要求3所述的槽式太阳能集热器集热性能的快速测试装置，其特征在于：油泵与金属软管之间还装设有控制导热油流量的球阀，以及计算导热油流量的流量计。
5、根据权利要求4所述的槽式太阳能集热器集热性能的快速测试装置，其特征在于：所述集热管与换热器之间依次设有安全阀及压力表。
6、如权利要求5所述快速测试装置的测试方法，其特征在于：打开阀门启动油泵使集热管及循环管道中充满导热油，再关闭阀门，开启其它设备，产生蒸汽，按下述公式计算循环系统的光热效率η1：
Figure A2009101921720002C1
其中Qt＝Qt2-Qt1
H——某一温度和压力下饱和蒸汽的焓值，kJ/kg
m蒸汽——换热器产生的蒸汽量，kg
Qt2，Qt1——直射辐射计测试得到的t2时刻和t1时刻的累计辐射量，MJ/m2
A——集热器采光面积，m2。
7、如权利要求5所述快速测试装置的测试方法，其特征在于：打开阀门启动油泵使集热管充满导热油，然后关闭集热管两端的闸阀，按下述公式计算集热器的热效率η2：
Figure A2009101921720003C1
其中Qt＝Qt2-Qt1
Qt2，Qt1——直射辐射计测试得到的t2时刻和t1时刻的累计辐射量，MJ/m2
m导热油——集热管中导热油的质量，kg
C(T)——导热油的比热随温度变化的函数，kJ/kg.K
T1，T2——集热管在t1和t2时刻分别由集热管两端的热电偶测得的温度，℃
A——集热器采光面积，m2。
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