固_固相变蓄热材料在太阳能高温空气集热系统中的应用研究.pdf

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1、第１１卷第３期热科学与技术Ｖｏｌ．１１Ｎｏ．３２０１２年９月ＪｏｕｒｎａｌｏｆＴｈｅｒｍａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＳｅｐ．２０１２文章编号：１６７１－８０９７（２０１２）０３－０２６６－０６ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７１－８０９７．２０１２．０３．０１４固－固相变蓄热材料在太阳能高温空气集热系统中的应用研究胡仁林１，刘振华＊１，赵峰２，肖红升２（１．上海交通大学机械与动力工程学院，上海２００２４０；２．江苏桑夏太阳能产业有限公司，江苏南通２２６３０１）摘要：为利用太阳能

2、获得稳定持续的高温空气工质，除了有效集热外，还需要解决因太阳辐射强度变化导致输出工质温度波动的问题。在性能优良的太阳能集热系统中采用蓄热技术是解决此问题的有效途径。根据给定的设计目标，研究将固－固相变蓄热材料季戊四醇应用到太阳能集热蓄热一体化的实验装置中。实验结果表明：按集热蓄热一体化思路设计的实验装置，集热单元能够输出最高温度超过２２０℃的高温空气，蓄热单元能够将高温空气的温度稳定在蓄热材料的相变温度附近。并且随着蓄热管级数的增加，空气出口温度稳定的时间就越长，为利用太阳能获得稳定持续的高温热媒工质奠

3、定了基础。关键词：太阳能；高温空气；相变蓄热中图分类号：ＴＫ１２４文献标识码：Ａ［９］筑物的热负荷需求。０引言本实验从中高温固－固相变材料中进行比较能源紧缺越来成为制约人类社会发展的瓶筛选，结合太阳能集热系统的目标输出温度，选取颈，太阳能作为一种清洁、可再生能源成为研究的相变性能稳定、相变潜热大且无毒害的季戊四重点。但由于地球上接受到的太阳光照受天气影［６，１０］醇作为应用相变材料，并针对高温空气集热［１］响较大，使其应用受到限制。蓄热技术则可以工程应用建立一套实验系统。实验结果表明：增缓解因太阳辐射强

4、度变化带来的问题，其中相变加蓄热材料后，集热系统可以有效地将流动工质蓄热具有蓄能密度高、蓄热温差变化小等优的温度稳定在蓄热材料的相变温度附近。［２～４］点，在太阳能集热方面有重要的用途。早在１太阳能集热蓄热系统结构１９４８年美国的Ｔｅｌｋｅｓ及其同行就在马萨诸塞州［５］建起了世界上第一座ＰＣＭ被动太阳能暖房。图１、２是按集热蓄热一体化思路设计的太阳Ｂｅｎｓｏｎ等研究了季戊四醇及相关的多元醇能真空管式内部套管传热的实验装置的实物照片在固－固相变过程中的热力学特性和机理，以及这及示意图。［６］些材料在太阳能

5、蓄热系统中利用的可行性。整个实验装置由２０级集热单元、３级蓄热单Ｋａｙｇｕｓｕｚ等对相变储热材料ＣａＣｌ２·６Ｈ２Ｏ在太元和附加设备三部分组成。集热、蓄热单元的结阳能热泵的应用进行了一系列研究，指出使用储构相同，都是由经工艺简化的聚合抛物线式反射热技术，太阳能热泵特别在晚上有很好的供热性聚光板（ＣＰＣ）、太阳能双层玻璃真空管以及安装［７－８］能。姜益强等用相变蓄热材料在夏季将太阳在其内的紫铜换热套管等组成。简化式ＣＰＣ是能储存起来，在冬季通过热泵系统将储存在相变由不锈钢镜面板弯制而成，其宽度为３３０ｍｍ

6、，长度蓄热材料中的热量取出来供给室内取暖，满足建为１０５ｍｍ，安装在底部支架上，结构如图３所示。收稿日期：２０１２－０６－２９；修回日期：２０１２－０７－２３．作者简介：胡仁林（１９８７－），男，安徽铜陵人，硕士生，主要研究方向为太阳能集热器．Ｅ－ｍａｉｌ：ｈｕｒｅｎｌｉｎ＠ｓｊｔｕ．ｅｄｕ．ｃｎ；刘振华（１９５６－），男，博士，教授，博士生导师，主要研究方向为中高温太阳能集热器的开发及应用．Ｅ－ｍａｉｌ：ｌｉｕｚｈｅｎｈ＠ｓｊ－ｔｕ．ｅｄｕ．ｃｎ第３期胡仁林等：固－固相变蓄热材料在太阳能高温空气集热系

7、统中的应用研究２６７动工质———压缩空气，大型储压罐用来减小空气压力波动。测量元件包括空气流量计、热电偶和空气流路压力传感器。实验装置中热电偶布置如图５所示，每个集热单元的空气进出口处、套管外管外壁管长中间处以及玻璃管内管内壁管长中间处各安装一个Ｋ图１高温太阳能集热蓄热系统图片型热电偶。Ｆｉｇ．１Ｐｈｏｔｏｏｆｈｉｇｈ－ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓｏｌａｒｈｅａｔｓｔｏｒａｇｅｓｙｓｔｅｍ图４真空管内部构造及空气流动示意图图２高温太阳能集热蓄热系统整体结构示意图Ｆｉｇ．４Ｉｎｎｅｒｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄａ

8、ｉｒｆｌｏｗｔｒａｃｅｓｉｎｈｅａｔＦｉｇ．２Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｈｉｇｈ－ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓｏｌａｒｈｅａｔｅｘｃｈａｎｇｅｒｔｕｂｅｓｔｏｒａｇｅｓｙｓｔｅｍ图３简易型ＣＰＣ结构图（单位：ｍｍ）Ｆｉｇ．３ＳｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄＣＰＣ（ｕｎｉｔ：ｍｍ）在换热套管与真空管内壁的空隙之间填充有图５热电偶探头分布图导热或蓄热介质。不同的是：集热单元的填充介Ｆｉｇ．５Ｔｈｅｒｍｏｃｏｕｐｌｅｐｒｏｂｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔ