CN208953305U - 热管真空管太阳能集热器热性能试验装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种热管真空管太阳能集热器热性能试验装置，包括集热系统、保温水箱、加热水箱和水泵，集热系统的高温流体出液端经过水泵与保温水箱的高温流体进液端流体导通连接，保温水箱的高温流体出液端与加热水箱的低温流体进液端流体导通连接，加热水箱的高温流体出液端与保温水箱的低温流体进液端流体导通连接，保温水箱的低温流体出液端与集热系统的低温流体进液端流体导通连接；集热系统的低温流体进液端上和高温流体出液端上均设有一个温度传感器。本实用新型通过快速提高热管蒸发段温度来提高热管内工质的升温速度，从而提高热管真空管太阳能集热器的集热效率，以加快热管真空管太阳能集热器试验进行速度，同时提高实验结果的精确性。
Description
技术领域
本实用新型涉及太阳能集热试验技术领域。具体地说是一种热管真空管太阳能集热器热性能试验装置。
背景技术
热管真空管太阳能集热器试验装置主要为测试不同环境温度、环境风速、太阳辐照强度、工质温度下的系统热性能。其主体装置为热管真空管太阳能集热器，热管式真空管太阳集热器是利用热管式真空集热管来吸收太阳辐射能，以无机传热元件为传热媒体，进而加热联集管或水箱中水的一种过水型太阳集热器。热管式真空管太阳集热器的基本工作原理为：太阳光透过集热管，照射在集热管内管的选择性吸收膜上，膜层将太阳光能转化为热能，热能量通过铝翼传至内置热管上，迅速将热管蒸发段内的工质加热汽化，汽化工质上升至热管冷凝段，从而使冷凝段快速升温，并通过冷凝套管将能量传导、汇集至通过流道管的介质(水、乙二醇等)中。热管工质放出汽化潜热后，冷凝成液体，在重力作用下流回热管蒸发段，接受集热管的热量后，再次上升汽化，再次冷凝回流，循环往复工作。热管式集热器通过热管内工质的汽—液相变循环过程，连续不断的吸收太阳辐射能为系统提供热能。然而现有的热管式真空管太阳能集热器存在集热效率低，工质升温速度慢，进而会影响到热管真空管太阳能集热器试验进行速度，同时会影响其实验结果的精确性。
实用新型内容
为此，本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种热管真空管太阳能集热器热性能试验装置，通过快速提高热管蒸发段的温度来快速提高热管内工质的升温速度，从而提高热管真空管太阳能集热器的集热效率，以加快热管真空管太阳能集热器试验进行速度，同时会提高其实验结果的精确性。
为解决上述技术问题，本实用新型提供如下技术方案：
热管真空管太阳能集热器热性能试验装置，包括集热系统、保温水箱、加热水箱和水泵，所述集热系统的高温流体出液端经过所述水泵与所述保温水箱的高温流体进液端流体导通连接，所述保温水箱的高温流体出液端与所述加热水箱的低温流体进液端流体导通连接，所述加热水箱的高温流体出液端与所述保温水箱的低温流体进液端流体导通连接，所述保温水箱的低温流体出液端与所述集热系统的低温流体进液端流体导通连接；所述集热系统的低温流体进液端上和高温流体出液端上均设有一个温度传感器；连接所述保温水箱的低温流体出液端与所述集热系统的低温流体进液端的输水管道上设有流量计；连接所述集热系统高温流体出液端与所述水泵的输水管道上设有排气阀和流量控制阀，所述流量控制阀位于所述排气阀和所述水泵之间的输水管道上；所述加热水箱低温流体进液端上和高温流体出液端上均设有温度调节阀；所述集热系统包括热管真空管太阳能集热器，所述热管真空管太阳能集热器包括抛物槽式聚光器和热管真空管接收器，所述热管真空管接收器设置在所述抛物槽式聚光器的上方且沿所述抛物槽式聚光器轴向设置在抛物槽式聚光器的焦点上；所述热管真空管接收器包括铜热管、绝热套管、密封塞、冷却水夹套和一端封端的玻璃套管，所述铜热管蒸发段设置在玻璃套管内，所述铜热管冷凝段依次穿过所述密封塞上的通孔和所述绝热套管设置在所述冷却水夹套内；所述玻璃套管的管口由所述密封塞封堵；所述玻璃套管内壁与所述铜热管外壁之间设有间隙，由所述玻璃套管、所述铜热管和所述密封塞围成的空腔为真空空腔；所述冷却水夹套上设有进水口和出水口；所述铜热管蒸发段外壁上设有深度为0.5～1.2mm、半径为5～10mm的球面形槽，所述铜热管蒸发段外壁上设有石墨烯膜层，所述石墨烯膜层厚度为0.05～0.1mm。
上述热管真空管太阳能集热器热性能试验装置，所述玻璃套管内设有支撑架，远离所述密封塞的所述铜热管蒸发段的一端设置在所述支撑架上；所述支撑架包括支脚和长度为10～20mm的支撑套管，所述支脚的一端与所述支撑套管外壁固定连接且所述支脚的受力方向与所述支撑套管的径向重合，所述支撑套管套在所述铜热管上；所述支脚的数量大于或等于2，所述支脚沿所述支撑套管周向等间距设置。
上述热管真空管太阳能集热器热性能试验装置，所述支撑套管为管壁上设有气眼的花眼管。
上述热管真空管太阳能集热器热性能试验装置，所述铜热管蒸发段内设有换热构件，所述换热构件包括立杆和换热片，所述换热片的一端与所述立杆固定连接，所述换热片的另一端与所述铜热管蒸发段内壁紧密接触。
上述热管真空管太阳能集热器热性能试验装置，所述铜热管内壁上设有长度方向与所述铜热管轴向平行的限位槽，所述换热片的自由端设置在所述限位槽内且与所述限位槽槽壁紧密接触。
上述热管真空管太阳能集热器热性能试验装置，所述限位槽深度为所述铜热管管壁厚度的1/4～1/3。
本实用新型的技术方案取得了如下有益的技术效果：
1.本实用新型利用结构改进的集热效率较高的热管真空管太阳能集热器来进行热管真空管太阳能集热器性能试验，不仅可以加快实验进度，还有利于控制实验精度，有利于获得较为准确实验结果。
2.利用铜热管外壁上的球面形槽不仅可以铜热管的受热面积，即增加铜热管与抛物槽式聚光器反射的太阳光的接触面积，还可以缩短铜热管外壁表层热量与铜热管内部传热工质之间热传递了距离，加上石墨烯膜层的吸热和良好的导热性，有利于提高本实用新型的集热效率，与现有的热管式真空管集热器相比，集热效率提高了约10％。
3.利用换热构件加快铜热管与传热工质内部的热量传递，进一步加快传热工质的升温速率，有利于进一步提高本实用新型的集热效率。配备有了换热构件的本实用新型与现有的热管式真空管集热器相比，集热效率提高了约20％。
附图说明
图1为本实用新型热管真空管太阳能集热器热性能试验装置的结构示意图；
图2为本实用新型热管真空管太阳能集热器热性能试验装置的热管真空管太阳能集热器的结构示意图；
图3为本实用新型热管真空管太阳能集热器热性能试验装置的支撑架的结构示意图；
图4为本实用新型热管真空管太阳能集热器热性能试验装置的铜热管的结构示意图；
图5为本实用新型热管真空管太阳能集热器热性能试验装置的换热构件的结构示意图。
图中附图标记表示为：1-抛物槽式聚光器；2-玻璃套管；3-铜热管；4-冷却水夹套；5-绝热套管；6-密封塞；7-支撑套管；8-支脚；9-气眼；10-出水口；11-进水口；12-石墨烯膜层；13-球面形槽；14-限位槽；15-立杆；16-换热片；2-1-集热系统；2-2-保温水箱；2-3-加热水箱；2-4-水泵；2-5-温度传感器；2-6-排气阀；2-7-流量控制阀；2-8-流量计；2-9-温度调节阀。
具体实施方式
如图1～图4所示，本实用新型热管真空管太阳能集热器热性能试验装置，包括集热系统2-1、保温水箱2-2、加热水箱2-3和水泵2-4，所述集热系统2-1的高温流体出液端经过所述水泵2-4与所述保温水箱2-2的高温流体进液端流体导通连接，所述保温水箱2-2的高温流体出液端与所述加热水箱2-3的低温流体进液端流体导通连接，所述加热水箱2-3的高温流体出液端与所述保温水箱2-2的低温流体进液端流体导通连接，所述保温水箱2-2的低温流体出液端与所述集热系统2-1的低温流体进液端流体导通连接；所述集热系统2-1的低温流体进液端上和高温流体出液端上均设有一个温度传感器2-5；连接所述保温水箱2-2的低温流体出液端与所述集热系统2-1的低温流体进液端的输水管道上设有流量计2-8；连接所述集热系统2-1高温流体出液端与所述水泵2-4的输水管道上设有排气阀2-6和流量控制阀2-7，所述流量控制阀2-7位于所述排气阀2-6和所述水泵2-4之间的输水管道上；所述加热水箱2-3低温流体进液端上和高温流体出液端上均设有温度调节阀2-9；所述集热系统2-1包括热管真空管太阳能集热器，所述热管真空管太阳能集热器包括抛物槽式聚光器1和热管真空管接收器，所述热管真空管接收器设置在所述抛物槽式聚光器1的上方且沿所述抛物槽式聚光器1轴向设置在抛物槽式聚光器1的焦点上；所述热管真空管接收器包括铜热管3、绝热套管5、密封塞6、冷却水夹套4和一端封端的玻璃套管2，所述铜热管3蒸发段设置在玻璃套管2内，所述铜热管3冷凝段依次穿过所述密封塞6上的通孔和所述绝热套管5设置在所述冷却水夹套4内；所述玻璃套管2的管口由所述密封塞6封堵；所述玻璃套管2内壁与所述铜热管3外壁之间设有间隙，由所述玻璃套管2、所述铜热管3和所述密封塞6围成的空腔为真空空腔；所述冷却水夹套4上设有进水口11和出水口10；所述铜热管3蒸发段外壁上设有深度为0.6mm、半径为8mm的球面形槽13，所述铜热管3蒸发段外壁上设有石墨烯膜层12，所述石墨烯膜层12厚度为0.08mm，所述铜热管3的厚度为2mm。
为了提高所述铜热管3蒸发段、所述玻璃套管2和所述密封塞6之间装配结构的稳定性，本实施例中，在所述玻璃套管2内设有支撑架，远离所述密封塞6的所述铜热管3蒸发段的一端设置在所述支撑架上；所述支撑架包括支脚8和长度为20mm的支撑套管7，所述支撑套管7为管壁上设有气眼9的花眼管，所述支脚8的一端与所述支撑套管7外壁固定连接且所述支脚8的受力方向与所述支撑套管7的径向重合，所述支撑套管7套在所述铜热管3上；所述支脚8的数量为4，所述支脚8沿所述支撑套管7周向等间距设置。
由于所述铜热管3与传热工质之间的热传递以物质分子或者原子或者离子的热运动进行的，因而所述铜热管3的热量很难直接传递到传热工质的内部，不利于提高热传递效率，因此，本实施例中，在所述铜热管3蒸发段内设有换热构件，所述换热构件包括立杆15和换热片16，如图5所示，所述换热片16的一端与所述立杆15固定连接，所述换热片16的另一端与所述铜热管3蒸发段内壁紧密接触。其中为了提高所述铜热管3与所述换热片16之间的传热效率，本实施例中，在所述铜热管3内壁上设有长度方向与所述铜热管3轴向平行的限位槽14，所述换热片16的自由端设置在所述限位槽14内且与所述限位槽14槽壁紧密接触，所述限位槽14深度为所述铜热管3管壁厚度的1/4。
所述热管真空管太阳能集热器通过在所述铜热管3外壁上设置所述球面形槽13，有利于增加所述铜热管3外壁表面积，有利于提高所述铜热管3与抛物槽式聚热器反射来的太阳光，同时有利于缩短所述铜热管3外壁表面上热量与传热工质之间热传递距离，而所述换热构件的设置，则有利于所述铜热管3与传热工质内部的热传递，二者可以综合提高所述铜热管3与传热工质之间的热传递，加快了传热工质的升温，进而有利于提高所述真空管太阳能集热器的集热效率。
在利用具有较高集热效率的所述热管真空管太阳能集热器进行热管真空管太阳能集热器性能试验时，在同样的进出水速度下，与现有的热管真空管太阳能集热器相比，从本实施例中的所述热管真空管太阳能集热器的所述冷却水夹套4的出水口10流出的水的温度较高，最高可高出15℃，这样有利于加快热管真空管太阳能集热器性能试验的进度，以及节约在所述加热水箱2-3内进行加热所消耗的电能，而且实验进度的加快，也有利于减少热量在输水管道以及所述水泵2-4、所述保温水箱2-2和所述加热水箱2-3中的耗散，从而有利于提高实验结果的精确性。
本实用新型主要是为了测试不同环境温度、环境风速、太阳辐照强度、工质温度下的系统热性能，本实用新型的结构如图1所示。其中，采用超白玻璃与镀银镜制备成所述抛物槽式聚光镜1，所述抛物槽式聚光镜1长度0.9m×2，开口宽度为1.3m，焦距为0.27m，且采用南北放置、东西跟踪的方式。所述抛物槽式聚光镜1、所述玻璃套管2、所述铜热管3的具体参数参见表1所示，而根据传热流体加热温度(≤250℃)需要，所述铜热管3内工质的工作温度可选在20～250℃，因此所述铜热管3中的工质可选用水或甲苯。
表1热管式真空管太阳能聚光集热系统相关参数
利用本实用新型通过所述抛物槽式聚光镜1的焦斑温度分布和能流密度分布测试，可以验证在考虑太阳形状及跟踪精度条件下接收器理论计算及选型的正确性(单轴跟踪，放置角度按当天太阳角高度确定)；利用本实用新型通过调整所述抛物槽式聚光镜1南北放置位置，测试所述抛物槽式聚光镜1焦斑温度分布和能流密度分布，可以验证最佳放置位置理论计算结果的正确性；在固定加热功率的情况下，调整所述集热系统2-1放置角度，测试所述铜热管3的传热效率，确定在一定条件下的最佳放置位置；利用本实用新型可以确定所述集热系统2-1最佳放置位置，测试所述集热系统2-1热效率。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本专利申请权利要求的保护范围之中。
Claims (6)
1.热管真空管太阳能集热器热性能试验装置，其特征在于，包括集热系统(2-1)、保温水箱(2-2)、加热水箱(2-3)和水泵(2-4)，所述集热系统(2-1)的高温流体出液端经过所述水泵(2-4)与所述保温水箱(2-2)的高温流体进液端流体导通连接，所述保温水箱(2-2)的高温流体出液端与所述加热水箱(2-3)的低温流体进液端流体导通连接，所述加热水箱(2-3)的高温流体出液端与所述保温水箱(2-2)的低温流体进液端流体导通连接，所述保温水箱(2-2)的低温流体出液端与所述集热系统(2-1)的低温流体进液端流体导通连接；所述集热系统(2-1)的低温流体进液端上和高温流体出液端上均设有一个温度传感器(2-5)；连接所述保温水箱(2-2)的低温流体出液端与所述集热系统(2-1)的低温流体进液端的输水管道上设有流量计(2-8)；连接所述集热系统(2-1)高温流体出液端与所述水泵(2-4)的输水管道上设有排气阀(2-6)和流量控制阀(2-7)，所述流量控制阀(2-7)位于所述排气阀(2-6)和所述水泵(2-4)之间的输水管道上；所述加热水箱(2-3)低温流体进液端上和高温流体出液端上均设有温度调节阀(2-9)；所述集热系统(2-1)包括热管真空管太阳能集热器，所述热管真空管太阳能集热器包括抛物槽式聚光器(1)和热管真空管接收器，所述热管真空管接收器设置在所述抛物槽式聚光器(1)的上方且沿所述抛物槽式聚光器(1)轴向设置在抛物槽式聚光器(1)的焦点上；所述热管真空管接收器包括铜热管(3)、绝热套管(5)、密封塞(6)、冷却水夹套(4)和一端封端的玻璃套管(2)，所述铜热管(3)蒸发段设置在玻璃套管(2)内，所述铜热管(3)冷凝段依次穿过所述密封塞(6)上的通孔和所述绝热套管(5)设置在所述冷却水夹套(4)内；所述玻璃套管(2)的管口由所述密封塞(6)封堵；所述玻璃套管(2)内壁与所述铜热管(3)外壁之间设有间隙，由所述玻璃套管(2)、所述铜热管(3)和所述密封塞(6)围成的空腔为真空空腔；所述冷却水夹套(4)上设有进水口(11)和出水口(10)；所述铜热管(3)蒸发段外壁上设有深度为0.5～1.2mm、半径为5～10mm的球面形槽(13)，所述铜热管(3)蒸发段外壁上设有石墨烯膜层(12)，所述石墨烯膜层(12)厚度为0.05～0.1mm。
2.根据权利要求1所述的热管真空管太阳能集热器热性能试验装置，其特征在于，所述玻璃套管(2)内设有支撑架，远离所述密封塞(6)的所述铜热管(3)蒸发段的一端设置在所述支撑架上；所述支撑架包括支脚(8)和长度为10～20mm的支撑套管(7)，所述支脚(8)的一端与所述支撑套管(7)外壁固定连接且所述支脚(8)的受力方向与所述支撑套管(7)的径向重合，所述支撑套管(7)套在所述铜热管(3)上；所述支脚(8)的数量大于或等于2，所述支脚(8)沿所述支撑套管(7)周向等间距设置。
3.根据权利要求2所述的热管真空管太阳能集热器热性能试验装置，其特征在于，所述支撑套管(7)为管壁上设有气眼(9)的花眼管。
4.根据权利要求1～3任一所述的热管真空管太阳能集热器热性能试验装置，其特征在于，所述铜热管(3)蒸发段内设有换热构件，所述换热构件包括立杆(15)和换热片(16)，所述换热片(16)的一端与所述立杆(15)固定连接，所述换热片(16)的另一端与所述铜热管(3)蒸发段内壁紧密接触。
5.根据权利要求4所述的热管真空管太阳能集热器热性能试验装置，其特征在于，所述铜热管(3)内壁上设有长度方向与所述铜热管(3)轴向平行的限位槽(14)，所述换热片(16)的自由端设置在所述限位槽(14)内且与所述限位槽(14)槽壁紧密接触。
6.根据权利要求5所述的热管真空管太阳能集热器热性能试验装置，其特征在于，所述限位槽(14)深度为所述铜热管(3)管壁厚度的1/4～1/3。
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|---|---|---|---|---|
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2018
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Cited By (4)
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|---|---|---|---|---|
| CN110186202A (zh) * | 2019-07-03 | 2019-08-30 | 吉林大学 | 一种太阳能驱动的自搅拌连续式生物质水热预处理装置 |
| CN112212523A (zh) * | 2019-07-09 | 2021-01-12 | 内蒙古工业大学 | 热管式真空管聚光集热系统一维传热数学模型及其应用 |
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