復(fù)合拋物面聚光器（簡(jiǎn)稱(chēng)CPC）型熱管真空管集熱器是一種新型的太陽(yáng)能中溫集熱裝置。該種聚光器根據(jù)邊緣光線(xiàn)原理設(shè)計(jì)，可將給定接受角范圍內(nèi)的入射光線(xiàn)按理想聚光比收集到接收器上。利用熱管真空管做為接收器，具有熱損失少、熱容量小、熱二極管性及工作范圍寬等顯著優(yōu)點(diǎn)。此類(lèi)集熱器的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，對(duì)聚光面線(xiàn)型加工精度要求不嚴(yán)格，但接收器的性能對(duì)整個(gè)集熱器的性能影響很大。本文重點(diǎn)介紹肋片型、導(dǎo)熱油型CPC 熱管真空管集熱器的結(jié)構(gòu)，并對(duì)集熱器進(jìn)行傳熱分析，得出瞬時(shí)效率方程，并對(duì)兩種集熱器進(jìn)行了性能比較。

1 新型CPC 熱管真空管集熱器的結(jié)構(gòu)

     CPC熱管真空管集熱器單元結(jié)構(gòu)如圖1所示，它由聚光面和裝在底部的接收器構(gòu)成。聚光面是由兩片槽狀拋物面和漸開(kāi)面組合而成，接收器為熱管真空管。

圖1 CPC 熱管真空管集熱器結(jié)構(gòu)示意圖

1.1 聚光器

      其橫截面為軸對(duì)稱(chēng)，其中右半支為一段漸開(kāi)線(xiàn)(AG)外接一段拋物線(xiàn)(AC)，如圖2 所示。投射在拋物線(xiàn)AC 上且和陰影線(xiàn)AB 平行的入射陽(yáng)光與拋物線(xiàn)軸平行。反射光聚焦于焦點(diǎn)F(吸熱管管頂)， 即圖2 中入射光線(xiàn)1 射到拋物線(xiàn)面M 點(diǎn)(MN 為拋物線(xiàn)在M 點(diǎn)的法線(xiàn))，再反射到吸收管頂?shù)腇 點(diǎn)被真空管內(nèi)管吸收。入射光線(xiàn)2 射到拋物線(xiàn)的M 點(diǎn)時(shí)，入射角已增大，再反射到真空管內(nèi)管上被吸收。隨著入射角的增大，入射光線(xiàn)3在M 點(diǎn)的反射光線(xiàn)投射在漸開(kāi)線(xiàn)AP 上的G 點(diǎn)，再二次反射到真空管內(nèi)管上。圖2 中收集陽(yáng)光角度范圍2 θA, 稱(chēng)為接收角(兩條陰影線(xiàn)之間的夾角)，而θA 稱(chēng)半接收角。

圖2 聚光面的聚光原理示意圖

1.2 接收器

       本文介紹的肋片型、導(dǎo)熱油型CPC熱管真空管集熱器的接收器結(jié)構(gòu)如圖3、圖4 所示。

1.熱管冷凝段 2.保溫堵塞 3.熱管蒸發(fā)段 4. 真空管內(nèi)管 5.真空管外管 6. 肋片 7.選擇性涂層 8.彈簧卡和消氣劑

圖3 肋片型接收器結(jié)構(gòu)示意圖

     1.熱管冷凝段 2.保溫堵塞 3.熱管蒸發(fā)段 4.真空管內(nèi)管 5.真空管外管 6.導(dǎo)熱油 7.選擇性涂層 8.彈簧卡和消氣劑

圖4 導(dǎo)熱油型接收器結(jié)構(gòu)示意圖

       真空管為雙層，內(nèi)管電鍍特殊的選擇性吸收涂層(Al-N/Al)作為吸熱體,能有效吸收太陽(yáng)光線(xiàn),增加了集熱管的光學(xué)效率。內(nèi)外層之間抽成真空, 能有效防止熱量通過(guò)對(duì)流方式散發(fā)出去，陽(yáng)光照射或反射到真空管選擇性吸收涂層, 產(chǎn)生熱量后分別通過(guò)肋片和導(dǎo)熱油將熱量傳給熱管,熱管獲得熱量(同時(shí)含有真空管悶曬熱量)后通過(guò)冷凝段將熱量傳給集熱介質(zhì)。