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1、中國工程熱物理學會傳熱傳質(zhì)學學術(shù)會議論文編號:133015HCPVHCPV用平板式小型環(huán)路熱管性能實驗用平板式小型環(huán)路熱管性能實驗劉泉1,張先鋒2,朱會元1,劉明侯11中國科學技術(shù)大學熱科學和能源工程系,合肥2300272中電集團第三十八研究所工程技術(shù)部,合肥230088(Tel:055163603127Email:mhliu@ustc.)摘要:摘要:設(shè)計了一種可用于高倍聚光光伏太陽能電池散熱的混合燒結(jié)芯平板式環(huán)路熱管,并實驗研究負荷、
2、冷凝器位置等對熱管啟動和運行性能的影響。實驗表明,該熱管基本可滿足HCPV負荷及安裝要求,負荷從20W到280W(35Wcm2)環(huán)路熱管均正常啟動運行,最高熱面溫度約94℃,發(fā)電效率降幅低于30%。冷凝器在蒸發(fā)器上方時啟動時間更短,啟動和運行溫度更低,而蒸發(fā)器和冷凝器的水平方向相對位置對熱管總體散熱性能影響不大。關(guān)鍵詞:關(guān)鍵詞:HCPV;FLHP;運行特性;冷凝器位置0前言前言高倍聚光光伏太陽能電池(HighConcentrationP
3、hotovoltaic,HCPV)是目前一種新興的太陽能發(fā)電裝置,其表面的熱流密度可達35Wcm2,若散熱不足將很容易導致電池表面溫度過高,He[1]指出光伏電池表面溫度每升高1℃輸出電量將減小0.2%0.5%,并且由于菲涅爾透鏡或拋物面反射鏡的聚光作用,將引起HCPV表面溫度不均勻而減短使用壽命。因此,為HCPV配置性能良好的散熱均溫裝置,對提高光伏效率、延長壽命有非常重要的作用。與微槽道等傳統(tǒng)散熱裝置相比,熱管具有重量輕、均溫性能突
4、出等優(yōu)點,并且熱管沒有任何運動部件,大大提高了系統(tǒng)運行的可靠性。A.Akbarzadeh[2]、W.G.erson[3]等人均嘗試將普通重力熱管用于HCPV換熱,但受到換熱能力、空間、角度的多重制約,難以發(fā)揮其獨特優(yōu)勢。Maydanik[4]提出一種新型高效的兩相傳熱裝置—環(huán)路熱管,它基于分體式熱管發(fā)展而來,具有傳統(tǒng)熱管最主要的傳熱優(yōu)勢如熱阻低、傳熱效率高、均溫性好等,并且能在小溫差、長距離條件下傳輸大量熱量。特別是平板式小型環(huán)路熱管(
5、FlatMiniatureLoopHeatpipe,F(xiàn)MLHP)其平直的蒸發(fā)器表面能夠與發(fā)熱芯片良好接觸,接觸熱阻很小,而且相比起傳統(tǒng)的圓柱型環(huán)路熱管,其蒸發(fā)器厚度大大縮小,一般小于10mm,更有利于應用在散熱面積小空間角度多變的HCPV上。另外,與傳統(tǒng)圓柱型LHP相比,平板型蒸發(fā)器內(nèi)溫度梯度和工質(zhì)流動的速度矢量夾角較小,從場協(xié)同強化傳熱角度看,平板型LHP比傳統(tǒng)圓柱型LHP更有優(yōu)勢[5]。因此選用FMLHP作為HCPV的冷卻系統(tǒng),可以
6、靈活的布置冷凝段,強化HCPV散熱,能夠有效解決上述傳統(tǒng)熱管遇到的問題。近年來,國內(nèi)外均開展了大量的LHP實驗與理論研究。張先鋒[6]制作蒸發(fā)器為10036.5mm2的FLHP,最小啟動功率20W,且各種擺放方式下均能啟動,其最大散熱能力為130W(3.56Wcm2),實驗顯示FLHP運行性能良好但最大負荷不能滿足隙率,使得蒸發(fā)更加容易;與儲液器接觸段減了小孔隙率,提高了從儲液器到蒸發(fā)器毛細芯的毛細抽吸能力。蒸發(fā)芯表面平均分布了9根長4
7、0mm、直徑1.2mm的圓形蒸汽槽道。管線總長度為420mm,內(nèi)徑外徑比為2.4mm3mm。熱管內(nèi)工質(zhì)為水,充液率為55%左右。圖2實驗系統(tǒng)示意圖Fig.2SchematicdiagramoftheexperimentalSystem圖2為實驗系統(tǒng)示意圖。采用水套式冷凝管線設(shè)計。水冷套長160mm,用轉(zhuǎn)子流量計記錄冷凝器內(nèi)冷卻水流量,用恒溫水槽提供恒定溫度的冷卻水。采用電加熱模塊模擬HCPV熱源,熱面面積為2040mm2,熱面刻1mm細
8、槽埋放熱電偶,熱面和熱管接觸處均勻涂抹導熱膠以減少接觸熱阻。布置7個OMEGA公司絲徑0.25mm的標準T型熱電偶,其測量精度為0.5℃,具體位置如圖2所示。由于實際測量熱管工質(zhì)溫度存在困難,熱電偶均布置在熱管部件的外壁上。熱管包裹了厚度10mm、導熱系數(shù)0.0120.016WmK的二氧化硅氣凝膠氈保溫層來減少跟環(huán)境的換熱。實驗過程中的環(huán)境溫度為231℃。2實驗結(jié)果及分析實驗結(jié)果及分析對于HCPV這樣的高熱流密度器件,F(xiàn)MLHP的運行特
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