反光板对提高热管真空管热性能的研究.pdfVIP

反光板对提高热管真空管热性能的研究 陶 桢，何庆楠，李卫京，冯垒 (北京市太阳能研究所 北京 100083) 摘 要:提出了对带反光板的吸热体接收太阳辐射量的分析方法，并对三种有渐开线反光板且 吸热体形状不同的热管真空管和一种无反光板的热管真空管进行了对比实验。结果表明：渐开 线反光板可大幅度提高热管真空管的热性能，而且其吸热体的形状对热性能提高的幅度有影响。 关键词:太阳能;反光板;热管真空管;热性能 0 引 言 太阳能热管真空管集热器由于具有集热效率高，承压性好的显著特点而在太阳能承压热水 系统中被越来越广泛的使用，但其制造工艺比较复杂，成本居高不下，从而影响了它的更进一 步的推广应用。改进热管真空管的生产工艺，减少生产费用是人们通常想到的降低成本的途径， 但具体实施难度相当大。如果在热管真空管背部加上价格相对很低的反光板，增大热管真空管 的采光强度，就可以更充分利用其集热性能高的特点。在由数个热管真空管组成的集热器中， 增加低成本的反光板，减少价格昂贵的热管真空管，从而大大降低集热器成本而不改变集热器 整体集热性能。这是一条降低热管真空管集热器成本的有效途径。 1 理论分析： 对形状为圆的吸热体其反光板的形状应为该圆的渐开线。根据圆的渐开线的性质，从圆 外任何方向射向圆的渐开线上的光线经反射后都投射到该圆上，因此它具有不用跟踪太阳也 可接收会聚光线的功能。但对于热管真空管,其热管成型圆的工艺难度较大，而成型半圆很 容易。以半圆为吸热体，且以该圆的渐开线为反光板的热管真空管集热器，部分通过反光板 反射的太阳光不会投射到半圆吸热体上．这部分太阳光本应投射到另一半圆上,但是半圆吸 热体开口向上与开口向下所丢失的反射太阳光是不相同的，换句话说它们接收的太阳总辐射 量是不相同的。图 1 为上午 10 时太阳照射到有渐开线反光板半圆开口向上的吸热体示意图。 吸热体接收到的太阳辐射分为四部分： （1） 吸热体直接接收太阳辐射。 （2 ） 太阳辐射经过反光板一次反射到达吸热体。 （3 ） 太阳辐射经过反光板二次反射到达吸热体。 （4 ） 太阳辐射经过反光板三次反射到达吸热体。 现以吸热体为半圆开口向上的集热器为例,分析其上午 10 时吸热体所接收的太阳辐射量： Fig.1 10:00 a.m. Sunshine on Semicircle Absorber with CPC Reflector (1) 吸热体直接接收太阳辐射的面积为太阳对吸热体的投影,则此部分接收的太阳辐射能为： Q0 ＝IFaa’ ＝IF 其中 I －太阳辐照度 F ＝Faa’ －太阳对吸热体的投影面积 (2) 由于反光板是吸热体圆的渐开线，故其上的任何一微平面的法线是这一微平面与圆的切线， 根据光的入射角等于反射角的原理，我们可以看出由a至b 的太阳光线经过反光板反射后， 其光斑照在了吸热体 EO 上。由 a’至 b’的光线经过反光板反射到天空，而由 b’至 c’的 光线经过反光板反射到上半圆上没有被下半圆接收，由 c’至 d’的光线经过反光板反射至 吸热体FO上。则吸热体接收一次太阳反射的能量为: Q ＝I(F +F )＝IF f 1 ab c’d’ 1 其中F ＝F +F － 吸热体接收一次太阳反射的垂直于阳光的面积 1 ab c’d’ f － 反光材料的反射率 (3) 由b 至 c 的光线经反光板两次反射后照射在吸热体 O 点左侧附近。由 d’至 e’ 的太阳光线经 反光板两次反射后照射在吸热体 O 点右侧附近。则吸热体接收太阳两次反射的能量为 Q ＝I(F +F ) ＝IF f2 2 bc d’e’ 2 其