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學學術會議論文編號：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)器內溫度梯度和工質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，內徑外徑比為2.4mm3mm。熱管內工質為水，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，用轉子流量計記錄冷凝器內冷卻水流量，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實驗結果及分析實驗結果及分析對于HCPV這樣的高熱流密度器件，F(xiàn)MLHP的運行特