CN203101300U - 内插纳米流体热管的太阳能集热器换热测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种内插纳米流体热管的太阳能集热器换热测试装置，它包括真空热管、玻璃真空管、换热器、太阳能辐射仪、风速传感器、环境温度计，所述真空热管分为蒸发段和冷凝段，所述真空热管的蒸发段插入玻璃真空管内，真空热管的冷凝段与换热器连接，由水箱给真空热管的冷凝段不断供给冷水，在换热器的进口、出口处分别布置热电偶，热电偶、太阳能辐射仪、风速传感器、环境温度计的输出端与数据记录仪相连。本实用新型结构简单、成本低、使用方便，可以测试内插纳米流体热管太阳能集热器的换热性能。

Description

内插纳米流体热管的太阳能集热器换热测试装置

技术领域

本实用新型涉及一种内插纳米流体热管的太阳能集热器换热测试装置。

背景技术

纳米流体作为一种新型的强化传热工质，主要应用于两相流动与传热方面，特别是气液两相流动将是大幅度提高换热效果的有效途径。纳米材料因具有小尺寸效应，其行为接近于液体分子，与传统传热热流体或含有微米级固体颗粒的流体相比，纳米流体具有诸多优点：（1）纳米颗粒具有较大的比表面，它有望大幅度提高流体的导热能力和热容量，从而降低循环泵的能耗，降低成本，减轻管道和设备的磨损。（2）因纳米颗粒尺度较小，其在流体介质中得布朗运动能抵御重力引起的聚沉，从而可长时间保持稳定悬浮。（3）由于其粒径较小，也可以作为润滑介质，从而减轻管道和设备的磨损。（4）由于纳米颗粒粒径较小，还有望和热管结合起来而发展新型微型换热设备，特别应用在微电子和信息领域。

纳米流体的研究应用为许多高科技领域方面一些难题的解决提供了新的方法和思路，如：（1）利用纳米流体可以使发动机在更优化的温度下工作，使冷却系统做的更小、更轻，从而节省燃料耗量。（2）用于机械加工的工具刀冷却，可提高工件的加工速度精度，并延长刀具的使用寿命。（3）用于电力电子工业，散热问题是很多器件如计算机、微电子、微电机、大型电机、变压器、集成电路、通讯系统等的运行效率、速度、寿命的重要制约因素，高效纳米流体冷却技术则可发挥重要作用。（4）用于暖通空调系统的冷媒和太阳能回收中的热媒，可以大大提高其换热性能，减小体积，提高效率。（5）用于制造各种更高效的换热器、散热器和热管换热器件等。

在以矿物燃料为主体的一次性能源日益枯竭的背景下，世界各国都非常关注新能源和可再生能源的开发利用，特别是太阳能这种清洁安全、数量巨大、分布广泛、开发利用方便、时间长久的新能源，太阳能利用的最直接形式就是太阳能集热器。目前的太阳能集热器主要有以下缺点：（1）在温度较低,多云有风的天气，无法满足生产生活需要；（2）恶劣气候的影响会导致其内部材料的破坏，从而性能变差，系统不能正常运行；（3）国内集热器厂家所生产的集热器承压能力较低，尤其是集热器串、并联后，集热器之间连接部分的橡胶密封装置为承压的薄弱点，很容易发生老化，不适合在强制循环中使用。

发明内容

为了解决上述技术问题，本实用新型提出了一种结构简单、成本低、使用方便的内插纳米流体热管的太阳能集热器换热测试装置。

本实用新型解决上述的技术问题的技术方案是：其特征在于：包括真空热管、玻璃真空管、换热器、太阳能辐射仪、风速传感器、环境温度计，所述真空热管分为蒸发段和冷凝段，所述真空热管的蒸发段插入玻璃真空管内，真空热管的冷凝段与换热器连接，由水箱给真空热管的冷凝段不断供给冷水，在换热器的进口、出口处分别布置热电偶，热电偶、太阳能辐射仪、风速传感器、环境温度计的输出端与数据记录仪相连。

进一步，所述的真空热管内装有水或者纳米流体等不同工质，所述的玻璃真空管的表面覆盖了太阳选择性吸收涂层。

进一步，所述的换热器外表面包了一层泡沫橡塑保温材料，并在所述保温材料外缠绕了一层锡箔纸。

进一步，所述的冷凝段与换热器连接处的管路上设置流量计，冷却水从冷凝段的下部进入，上部流出，通过对流的方式将冷凝段释放的热量带走。

进一步，所述的数据记录仪与热电偶相连，热电偶温度巡检仪通过通讯转换器经串行接口与计算机相连。本实用新型的有益效果是：

（1）本实用新型结构简单、成本低、使用方便，是一种较好的研究内插纳米流体热管的太阳能集热器换热测试装置。

（2）以纳米流体为工质的玻璃真空管内插热管式太阳能集热器具有较低的热损失系数和较高的日平均效率，能高效、安全、稳定地运行，为进一步提高太阳能集热器换热性能提供了新思路。

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

具体实施方式

参见图1，本实用新型包括真空热管1、玻璃真空管3、换热器5、太阳能辐射仪9、风速传感器10、环境温度计11，所述真空热管1分为蒸发段2和冷凝段4，所述真空热管1的蒸发段2插入玻璃真空管3内，真空热管1的冷凝段4与换热器5连接，由水箱13给真空热管1的冷凝段4不断供给冷水，在换热器5的进口6、出口7处分别布置热电偶8，热电偶8、太阳能辐射仪9、风速传感器10、环境温度计11的输出端与数据记录仪12相连。

所述的真空热管1内装有水或者纳米流体等不同工质，所述的玻璃真空管3的表面覆盖了太阳选择性吸收涂层。

所述换热器5外表面包了一层泡沫橡塑保温材料，并在所述保温材料外缠绕了一层锡箔纸。

所述冷凝段4与换热器5连接处的管路上设置流量计，冷却水从冷凝段4的下部进入，上部流出，通过对流的方式将冷凝段4释放的热量带走。

所述的数据记录仪与热电偶相连，热电偶温度巡检仪通过通讯转换器经串行接口与计算机相连。

平均热损失系数测试实验时，将玻璃真空集热管及玻璃真空管内插热管式集热管并排竖直放置，开口端密封，避免阳光直射和玻璃管被风直吹。玻璃真空集热管以水为工质时，先在玻璃管内注入90℃以上的热水预热，时间在3min左右，然后重新注入90℃以上的热水，使其自然冷却。玻璃真空管内插热管式集热管以空气为传热工质时，把管口密封，在太阳辐射下，当玻璃管内空气的平均温度被加热到85℃以上时，将玻璃管放置到21℃≤ta≤2 5℃的环境中，使其自然冷却。当灌充不同工质的两种热管玻璃管内三个测温点的平均测试温度降到80℃时，记录数据t₁，在30min后记录t₂，60min记录t₃，记录相应的环境温度ta_l，ta₂，ta₃。随着实验的进行，环境温度基本保持不变，在半小时内，以水为工质的玻璃真空集热管内的温度变化不大，而以空气为工质的玻璃真空管内插热管式集热管管内的温度降低速度较快。这是由于前者热容大，而后者热容小的缘故。经过计算，璃真空管内插热管式集热器的平均热损失系数远小于全玻璃真空集热管的平均热损失系数，这主要是由于热管单向传热的特性降低了热损失，显示出玻璃真空内插热管式集热器的优越性。

日平均效率测试实验每天从上午8点开始测量直到下午5点结束实验，持续9个小时；倾斜角从10°开始每隔5°测试一次，直到50°结束，对于晴天和阴天也进行对比实验。保证两组集热管实验外在气候条件完全相同。随着倾角的变化，两种工质集热管的日平均效率曲线具有相同的变化趋势，且以纳米流体为工质的集热管在各个倾角下的日平均效率都要高于以水为工质的集热管，此外得出两组集热器最佳倾角在 45°左右的结论。

瞬时效率的测定直接受测试时间间隔长短的影响，瞬时效率在测定时，时间间隔控制在15min-60min之间。本实验测试数据时，时间间隔取30min。随着实验的进行，玻璃真空管内插热管式集热器无论采用哪种工质，集热器的瞬时效率随时刻的变化一直波动，而且每天瞬时效率的曲线变化趋势基本上一致，总是先减小、后增大、再减小。此外，纳米流体为工质总比以水为工质的玻璃内插热管集热器的瞬时效率高。

Claims (5)

1.一种内插纳米流体热管的太阳能集热器换热测试装置，其特征在于：包括真空热管(1)、玻璃真空管（3）、换热器（5）、太阳能辐射仪（9）、风速传感器（10）、环境温度计（11），所述真空热管(1)分为蒸发段（2）和冷凝段（4），所述真空热管(1)的蒸发段(2)插入玻璃真空管(3)内，真空热管(1)的冷凝段(4)与换热器(5)连接，由水箱给真空热管（1）的冷凝段(4)不断供给冷水，在换热器(5)的进口（6）、出口（7）处分别布置热电偶（8），热电偶（8）、太阳能辐射仪（9）、风速传感器（10）、环境温度计（11）的输出端与数据记录仪（12）相连。

2.根据权利要求1所述的内插纳米流体热管的太阳能集热器换热测试装置，其特征在于：所述的真空热管(1)内装有水或者纳米流体等不同工质，所述的玻璃真空管(3)的表面覆盖了太阳选择性吸收涂层。

3.根据权利要求1所述的内插纳米流体热管的太阳能集热器换热测试装置，其特征在于：所述换热器(5)外表面包了一层泡沫橡塑保温材料，并在所述保温材料外缠绕了一层锡箔纸。

4.根据权利要求1或3所述的内插纳米流体热管的太阳能集热器换热测试装置，其特征在于：所述冷凝段(4)与换热器(5)连接处的管路上设置流量计，冷却水从冷凝段(4)的下部进入，上部流出，通过对流的方式将冷凝段(4)释放的热量带走。

5.根据权利要求1所述的内插纳米流体热管的太阳能集热器换热测试装置，其特征在于：所述的数据记录仪（12）与热电偶（8）相连，热电偶温度巡检仪通过通讯转换器经串行接口与计算机相连。

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