hcpv用平板式小型環(huán)路熱管性能實驗

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。關鍵詞：關鍵詞：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