管簇是指和腔體壁緊密相聯的結構形式(例如焊接、脹接等方式)，讓腔體壁不僅作為殼體，同時也成為管子的“翅片”，使其吸收的熱量可通過導熱方式傳遞給管簇，這就降低了腔體的有效溫度，從而減少腔體開口的熱損，也減少通過保溫層的熱損。對於水平設定的吸收器而言，管、壁相聯後，扼制了沿內壁向上的自然對流通道，從而相對減少了腔體向外的對流熱損。採用的平板型腔體窗，它由對可見光透過率很高而發射率很低的熱鏡製成。
基本介紹
- 中文名：管簇
- 外文名：Tube cluster
- 學科：水電工程
- 領域：工程技術
- 範圍：能源
- 釋義：腔體壁緊密相聯的結構形式
簡介,腔體式吸收器的優點,新型管簇結構腔體式吸收器的物理特徵,總結,
簡介
在中溫太陽能熱利用中，槽形拋物面聚光集熱器占有重要的地位。這類集熱器中吸收器一般有兩種，即真空管吸收器和腔體式吸收器。前者為一置於同心玻璃管內的金屬圓管，其優點為：
(1)外表面塗有光譜選擇性塗層，可增加能量收益，減少輻射熱損；
(2)夾層抽真空可最大限度地減少對流熱損。
缺點為：無論是光學選擇性塗層還是真空技術，均需要特殊的製造工藝和加工能力，所以生產成本高，市場競爭力較差。
為了克服上述缺點，提出圓管狀黑腔太陽能吸收器(以下簡稱腔體式吸收器)的概念並作了初步分析和效率計算。它的結構為一管形腔體，腔體內壁有較強的黑體效應，外壁與一同心外管形成套管，套管內流動工作介質，以帶走腔體內壁吸收的熱量。為減少熱損，在外管的外表面包裹保溫材料，此外還在腔體的開口處安裝透明蓋板。腔體式吸收器主要適用於長焦聚光器。
腔體式吸收器的優點
腔體式吸收器的優點為：
(1)吸熱過程不是發生在最大聚焦區，而是在聚焦區之後；由於集聚輻射變為散射輻射，它能比較均勻地分布於腔體內表面。與真空管吸收器相比，投射在控體內壁上的輻射能流密度較低，故管壁與工作流體的溫差較小，腔體的有效溫度也較低，故熱損降低。
(2)既無需抽真空，也無需塗光學選擇性塗層，只需傳統的材料和製造技術便可生產，故成本低，便於維護，同時熱性能易長期保持穩定。上述優點已使腔體式吸收器成為吸收器發展中的重要技術之一。
新型管簇結構腔體式吸收器的物理特徵
一台由腔體式吸收器和槽形拋物面聚光器構成的太陽能集熱器，利用該裝置向啤酒廠提供120-300℃的工業用熱(預熱鍋爐給水)。經測試，即使不在最佳工況下運行，其熱性能也可與真空管吸收器相媲美，但後者的製造成本要昂貴得多。然而，其缺點在於管簇和腔體內壁不相聯，加之腔體開口對管簇的角係數不足0.5，因此大部分聚焦後的陽光直接照射到腔體內壁；而內壁由於不象管簇那樣有介質流過可將吸收的熱量帶走，這就使得內壁的溫度很高，一導致熱損增大。
為了克服該缺點，採用管簇和腔體壁緊密相聯的結構形式(例如焊接、脹接等方式)，讓腔體壁不僅作為殼體，同時也成為管子的“翅片”，使其吸收的熱量可通過導熱方式傳遞給管簇，這就降低了腔體的有效溫度，從而減少腔體開口的熱損，也減少通過保溫層的熱損。對於水平設定的吸收器而言，管、壁相聯後，扼制了沿內壁向上的自然對流通道，從而相對減少了腔體向外的對流熱損。採用的平板型腔體窗，它由對可見光透過率很高而發射率很低的熱鏡製成。
總結
新型管、壁相聯並有熱鏡視窗的腔體式吸收器，可大大改善吸收器的熱性能：
1.單位長度吸收器熱損中隨工作介質平均溫度的升高而呈線性增大。
2.集熱器效率隨太陽直射輻射強度的增大而上升，其影響就越顯著。
3.各種效率均隨聚焦比E的增大而呈非線性上升，並在E >40後上升趨於平緩，這說明E取40是合理的。
4.集熱器總效率在吸收器開口圓心角為30°至70°的區間記憶體在一峰值，且該峰值受保溫層導熱熱阻的制約，用玻璃纖維作保溫材料時，取60°是最合理的。
