[發明專利]一種槽式太陽能集熱管熱損失測試裝置和測試方法

有效

• 申請號: 201210495213.7
• 申請日: 2012-11-28
• 公開（公告）號: CN102944333A
• 公開（公告）日: 2013-02-27
• 發明（設計）人: 白永軍;王志峰;雷東強;白鳳武
• 申請（專利權）人: 中國科學院電工研究所
• 主分類號: G01K17/08
• 分類號: G01K17/08
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 關玲

技術領域

本發明涉及一種槽式太陽能集熱管熱損失測試裝置和測試方法。

背景技術

集熱管是槽式太陽能熱發電的核心部件之一，一般由外壁面涂有選擇性吸收膜的金屬吸熱管和玻璃罩管組成。集熱管位于槽式聚光鏡面的焦線上，主要負責將拋物鏡聚集了的太陽能轉化為熱能，加熱流經集熱管內的傳熱流體。在工作過程中，集熱管通過輻射換熱、對流換熱和熱傳導的方式將熱量傳遞給環境，這部分傳遞到環境中的熱量稱為集熱管的熱損失。集熱管的熱損失是聚光集熱系統熱損失或總能量損失的主要組成部分，在很大程度上決定著聚光集熱器的光——熱轉換效率，進而影響整個槽式太陽能熱發電電站的效率和經濟成本。因此，正確有效評估集熱管熱損失性能對聚光集熱系統的研究至關重要。

目前，國際上已知的較為接近的槽式太陽能集熱管熱損失測試裝置由德國宇航局（DLR）和美國可再生能源實驗室（NREL）各自建立。DLR測試裝置中，集熱管的加熱采用一整根桿式加熱器作為主加熱，兩端各自裝有一個端部加熱器以補償端部熱損失，在桿式加熱器外部同軸套有銅管來對其均溫。NREL測試裝置中，加熱部分有兩套相同的組件，每一套組件都由一個桿式加熱器、兩個等同的端部加熱器以及銅管組成。兩種測試系統相同的地方在于都使用銅管對整根桿式加熱器進行均溫，雖然使用銅管均溫效果良好，但是由于銅管在長時間的高溫使用下較容易氧化和彎曲變形，影響測量精度；同時，對銅管的更換也造成測試裝置的成本增加并且使用壽命減少，不利于產品化；另外，如NREL的測試裝置，集熱管在測試過程中是通過從集熱管的兩端開口處突出的銅管部分來固定安放在支撐架上的，銅管在有自重的情況下同時還承受集熱管的重量，造成銅管以及集熱管內部的金屬吸熱管的撓度增大，從而影響到測試的準確性。

發明內容

本發明的目的是提高現有測試裝置的測試精度，提出一種槽式太陽能集熱管熱損失測試裝置和測試方法。本發明在不影響集熱管內部的金屬吸熱管受熱均勻的情況下采用新的加熱均溫方法來取代銅管。

為達到上述發明目的，本發明采用以下技術方案：

本發明的槽式太陽能集熱管熱損失測試裝置主要包含三部分：支撐架部分、加熱與保溫部分和數據采集處理部分。支撐架部分為一鋁合金或者鋼結構的支撐架。所述的支撐架通過與待測集熱管玻璃罩管的表面接觸來固定待測集熱管，并支撐待測集熱管。支撐架與玻璃罩管接觸的部分采用低熱導率的物質絕熱。加熱與保溫部分是整個測試裝置的核心部分，包括有兩套結構相同的加熱集成組件和一對保溫塊。兩套加熱集成組件加熱待測集熱管內部的金屬吸熱管，并確保金屬吸熱管在溫度達到穩定時軸向溫度具有良好的一致性。一對保溫塊置于待測集熱管的兩個端部，用以保溫，防止待測集熱管軸向的熱損失。所述的保溫塊采用低熱導率的材質制作。數據采集處理部分采集溫度數據和加熱集成組件中加熱器的功率值，處理并存儲。

所述的加熱集成組件由桿式加熱器、盤式加熱器、翅片和銅管組成。一套加熱集成組件有兩個結構相同的盤式加熱器，兩個盤式加熱器相互靠近，同軸套在桿式加熱器上，靠近桿式加熱器的電源線一端。所述的桿式加熱器的電源線位于桿式加熱器的一側。在兩個盤式加熱器的外部同軸覆蓋一段銅管以起到均溫作用。桿式加熱器作為主加熱部件，其表面纏繞有翅片以起到均溫作用。翅片從遠離桿式加熱器電源線的一端纏起，直到安裝盤式加熱器的位置止。翅片采用銅或鋁材料制成。測試集熱管時，兩套加熱集成組件安裝在待測集熱管內部，與待測集熱管同軸。兩套加熱集成組件同處于待測集熱管內測的端部固定在一起，每套加熱集成組件中的兩個盤式加熱器分別位于待測集熱管開口的外側和內側。

數據采集與處理部分包括有溫度傳感器、數據采集單元、溫度控制單元以及計算機等。若干溫度傳感器緊貼在待測集熱管的金屬吸熱管內表面上，這些溫度傳感器的輸出信號線連接在數據采集單元上。若干溫度傳感器緊貼在待測集熱管的玻璃罩管外壁面上，這些溫度傳感器的輸出信號線連接在數據采集單元上。六個溫度傳感器相應地緊貼在六個加熱器上，包括兩個桿式加熱器、四個盤式加熱器。這些溫度傳感器的輸出信號線連接在溫度控制單元上。另外一個溫度傳感器置于靠近所述的玻璃罩管一米處的環境中，此溫度傳感器的輸出信號線連接數據采集單元。桿式加熱器和盤式加熱器通過各自的電源線與溫度控制單元和數據采集單元連接，數據采集單元通過信號線與計算機連接。溫度傳感器測量金屬吸熱管內表面溫度、玻璃罩管外壁面溫度、加熱器溫度以及環境溫度，溫度控制單元控制加熱器輸出的功率值大小，從而使金屬吸熱管的溫度在一定范圍內保持穩定，數據采集單元將采集到的加熱器的功率值和測量的溫度值傳送給計算機，由計算機記錄、處理并保存數據。