hcpv用平板式小型環(huán)路熱管性能實(shí)驗(yàn)

1、中國(guó)工程熱物理學(xué)會(huì)傳熱傳質(zhì)學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文編號(hào)：133015HCPVHCPV用平板式小型環(huán)路熱管性能實(shí)驗(yàn)用平板式小型環(huán)路熱管性能實(shí)驗(yàn)劉泉1，張先鋒2，朱會(huì)元1，劉明侯11中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)熱科學(xué)和能源工程系，合肥2300272中電集團(tuán)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(jì)了一種可用于高倍聚光光伏太陽(yáng)能電池散熱的混合燒結(jié)芯平板式環(huán)路熱管，并實(shí)驗(yàn)研究負(fù)荷、

2、冷凝器位置等對(duì)熱管啟動(dòng)和運(yùn)行性能的影響。實(shí)驗(yàn)表明，該熱管基本可滿(mǎn)足HCPV負(fù)荷及安裝要求，負(fù)荷從20W到280W（35Wcm2）環(huán)路熱管均正常啟動(dòng)運(yùn)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(shí)啟動(dòng)時(shí)間更短，啟動(dòng)和運(yùn)行溫度更低，而蒸發(fā)器和冷凝器的水平方向相對(duì)位置對(duì)熱管總體散熱性能影響不大。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：HCPV；FLHP；運(yùn)行特性；冷凝器位置0前言前言高倍聚光光伏太陽(yáng)能電池（HighConcentrationP

3、hotovoltaic，HCPV）是目前一種新興的太陽(yáng)能發(fā)電裝置，其表面的熱流密度可達(dá)35Wcm2，若散熱不足將很容易導(dǎo)致電池表面溫度過(guò)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(duì)提高光伏效率、延長(zhǎng)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(diǎn)，并且熱管沒(méi)有任何運(yùn)動(dòng)部件，大大提高了系統(tǒng)運(yùn)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(dú)特優(yōu)勢(shì)。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(lái)，具有傳統(tǒng)熱管最主要的傳熱優(yōu)勢(shì)如熱阻低、傳熱效率高、均溫性好等，并且能在小溫差、長(zhǎng)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(yīng)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(dòng)的速度矢量夾角較小，從場(chǎng)協(xié)同強(qiáng)化傳熱角度看，平板型LHP比傳統(tǒng)圓柱型LHP更有優(yōu)勢(shì)[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(qiáng)化HCPV散熱，能夠有效解決上述傳統(tǒng)熱管遇到的問(wèn)題。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外均開(kāi)展了大量的LHP實(shí)驗(yàn)與理論研究。張先鋒[6]制作蒸發(fā)器為10036.5mm2的FLHP，最小啟動(dòng)功率20W，且各種擺放方式下均能啟動(dòng)，其最大散熱能力為130W（3.56Wcm2），實(shí)驗(yàn)顯示FLHP運(yùn)行性能良好但最大負(fù)荷不能滿(mǎn)足隙率，使得蒸發(fā)更加容易；與儲(chǔ)液器接觸段減了小孔隙率，提高了從儲(chǔ)液器到蒸發(fā)器毛細(xì)芯的毛細(xì)抽吸能力。蒸發(fā)芯表面平均分布了9根長(zhǎng)4

7、0mm、直徑1.2mm的圓形蒸汽槽道。管線(xiàn)總長(zhǎng)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(shí)驗(yàn)系統(tǒng)示意圖Fig.2SchematicdiagramoftheexperimentalSystem圖2為實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)示意圖。采用水套式冷凝管線(xiàn)設(shè)計(jì)。水冷套長(zhǎng)160mm，用轉(zhuǎn)子流量計(jì)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(xì)

8、槽埋放熱電偶，熱面和熱管接觸處均勻涂抹導(dǎo)熱膠以減少接觸熱阻。布置7個(gè)OMEGA公司絲徑0.25mm的標(biāo)準(zhǔn)T型熱電偶，其測(cè)量精度為0.5℃，具體位置如圖2所示。由于實(shí)際測(cè)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(dǎo)熱系數(shù)0.0120.016WmK的二氧化硅氣凝膠氈保溫層來(lái)減少跟環(huán)境的換熱。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的環(huán)境溫度為231℃。2實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析對(duì)于HCPV這樣的高熱流密度器件，F(xiàn)MLHP的運(yùn)行特