Experimental Investigation of Solar Panel Cooling by a Novel Micro Heat Pipe Array

A novel micro heat pipe array was used in solar panel cooling. Both of air-cooling and water-cooling conditions under nature convection condition were investigated in this paper. Compared with the ordinary solar panel, the maximum difference of the photoelectric conversion efficiency is 2.6%, the temperature reduces maximally by 4.7℃, the output power increases maximally by 8.4% for the solar panel with heat pipe using air-cooling, when the daily radiation value is 26.3 MJ. Compared with the solar panel with heat pipe using air-cooling, the maximum difference of the photoelectric conversion efficiency is 3%, the temperature reduces maximally by 8℃, the output power increases maximally by 13.9% for the solar panel with heat pipe using water-cooling, when the daily radiation value is 21.9 MJ.

平板微热管阵列换热器的研究现状与展望

平板微热管阵列换热器作为一种高效的传热设备,在当前节能减排的背景下具有广阔的应用前景。本文主要针对平板微热管阵列换热器的优化研究应用现状进行总结分析,得出其传热性能主要影响因素有:平板微热管阵列的微槽尺寸、工质选择、充液率、倾斜角度及换热器的翅片结构尺寸、热流量、运行温度、流动特性等,这些都会对其产生性能影响。在上述性能影响因素当中,对于平板微热管阵列换热器翅片结构尺寸参数的优化研究相对来说仍然较少,需要进一步的重视和探究。

平板微热管阵列及其传热特性

研制了结构紧凑的带有微结构的平板微热管阵列,并对其充装不同工质时的传热性能进行测试。同时对热管内充装不同工质时的热通量进行了测试。结果表明,在使用甲醇、乙醇、丙酮、R141b为工质的情况下该平板微热管阵列的散热效果良好,其中甲醇为工质的散热器在保证芯片表面正常的工作温度下的最大热通量及总热量输运能力分别达到102W·cm-2及102W以上。最高热通量可达200W·cm-2。以甲醇为工质的不同充液率实验表明,平板微热管阵列的热通量随充液率的不同而有所变化,最佳充液率为0.3。

基于微热管阵列的平板太阳能热水器的性能试验

为了检验一种新型平板太阳能热水器的性能,该文对其核心部件—基于微热管阵列的集热器及其组成的热水器进行了热性能试验。集热器热性能测试结果表明,微热管阵列平板太阳能集热器瞬时效率的斜率为4.7,截距为0.80,分别优于国家标准要求值11.0%和22.3%。在满足测试要求的天气情况下,对微热管阵列平板太阳能热水器进行的多次热性能测试结果表明,热水器的日有效得热量均高于国家标准要求值,日平均集热效率均高于60%。同时,该热水器具有承压能力强、无炸裂、轻巧、成本低、无需焊接、抗冻性能好、易于建筑一体化等优势。基于微热管阵列的平板太阳能热水器由于性能优异,并能克服现有太阳能热水器的缺点,具有广阔的应用前景。

微热管阵列式太阳能平板空气集热器集热性能

该文在传统平板太阳能空气集热器基础上,结合高效热导元件—微热管阵列(micro-heat pipe arrays,MHPA),提出一种全新的平板式太阳能空气集热器,阐明了该集热器的基本结构和工作原理,深入分析了该新型集热器的传热机理。对集热器的热损失情况进行了理论分析,并对该新型集热器的非稳态集热特性进行了试验研究。通过测试该集热器在不同条件下的集热特性,分析了运行参数及气象参数对其性能的影响规律。结果表明,该集热器在风量为290 m3/h,瞬时集热效率稳定在68%,且具有结构简单,可靠性高,集热效率稳定的特点。

电动汽车锂离子电池散热加热设计

锂离子电池热管理已成为制约电动汽车商业化的瓶颈,为解决此问题,将微热管阵列应用于锂离子电池散热和加热系统.通过测量布置热管前后电池表面温度可知:在1C充放电倍率下,散热系统能有效降低电池模组的温度及电池间温度差异,将温度和温度差值分别控制在40℃与5℃之内;通过加热片加热热管,有效提高电池低温放电性能,从而提高电池持续充放电过程的稳定性和安全性.

微热管阵列光伏光热组件瞬时效率实验研究

将新型平板热管——微热管阵列应用于太阳电池的散热，制成光伏光热一体化组件，在降低电池温度提高发电效率的同时对余热进行收集利用，达到热电联供的目的。为了测试微热管阵列光伏光热组件的性能，对该组件进行瞬时效率实验，测得瞬时热效率曲线的截距η。可达到41．4％，斜率FRUL为3．95，20℃入口温度时的太阳能利用总效率可达到50％以上，综合性能效率达70％以上；瞬时热效率随室外环境温度的升高而增加，随冷却介质人口温度的增加而减小，环境温度为6℃和19℃时的瞬时热效率相差10％以上，人口温度是20℃的瞬时热效率比40℃时高8．5％。背板温度是影响电效率的关键因素，在测试期间，光伏光热组件电效率保持在10．5％～12-3％之间。

基于平板微热管阵列的新型太阳能空气集热器热性能及阻力特性研究

以平板微热管阵列为核心部件设计一种新型的太阳能空气集热器,对其热性能和阻力特性进行详实的实验研究。探讨不同季节对空气集热器集热效率的影响;空气流量对集热效率的影响;空气集热器的流动阻力特性。实验结果表明:夏季稳定运行状态下集热器的集热效率可达73%,流动阻力小于25 Pa。

平板微热管阵列在LED散热装置中的应用

针对目前大功率LED灯的散热问题,研制了高效散热器件——平板微热管阵列。实验表明,平板微热管阵列具有良好的热输运能力,当蒸发段表面温度为69.5℃时,热流密度能够达到143.2 W/cm2。利用该平板微热管阵列设计了用于LED散热的散热装置,并进行了相关的实验测试和模拟研究。结果表明,该散热装置散热效果良好,测得的光源基座处的温度均低于70℃,大大低于对结温的要求。模拟结果与实验结果误差在4%以内,模型合理,可以用于该散热装置的优化设计。

太阳能-空气双热源热泵系统性能实验

将平板微热管光伏光热组件改造为新型光伏光热蒸发器,研发新型太阳能-空气双热源热泵系统,对太阳能供热模式和双热源供热模式下系统的运行性能进行研究。研究表明:受太阳辐射和环境温度影响,双热源供热模式下环境空气的作用会在放热和吸热之间转换,环境温度与背板温度的温差在-3.1~3.5℃之间波动;双热源供热模式适合在低辐照条件下运行,其热效率、综合性能效率和COP分别达56.7%、81.7%和2.38,比太阳能供热模式提升20.3%、25.0%和6.7%;在高辐射条件下,双热源供热模式会造成系统散热加快,但是对系统发电性能有提升作用。根据上述特性,当背板温度小于环境温度时启动双热源供热模式,反之启动太阳能供热模式,可以进一步提升系统的运行效果。

微热管阵列平板太阳能集热器中空保温层厚度优化

为分析微热管阵列平板太阳能集热器的热性能，该文建立了集热器的CFD模型，对其进行数值模拟，将模拟结果与试验结果进行对比，验证了模型的可靠性。采用该CFD模型对集热器保温层厚度进行优化，结果表明，当实心保温层导热系数分别为0.02、0.03、0.04、0.05 W/（m·K）时，优化的实心保温层厚度分别为4.5、5.0、5.5、5.5 cm。合理设计的中空保温层（空气层与实心保温层相结合的保温层形式）集热器能够达到与实心保温层集热器相当的保温隔热效果，同时可使集热器保温层成本及质量降低25%～50%。最后，该文给出了保温层总厚度分别为4、5、6 cm时的中空保温层厚度优化结果，为该类集热器保温层的设计提供了理论依据。

基于平板微热管阵列的大功率LED散热技术

以当前节能减排的大环境和大功率LED应用中急需解决的散热问题为背景,将具有高效传热性能的平板微热管阵列应用于大功率LED散热技术研究中,设计出新型的大功率LED散热装置——基于平板微热管阵列的U型散热装置。该装置可以将热量及时有效地从LED芯片中带出,并通过散热翅片将热量都传递到周围环境空气中。以真实的LED作为发热源进行实验,论证了微热管阵列散热装置的有效散热能力,其良好的均温性,探索了LED基板与热管之间连接方式、U型热管与散热翅片之间连接方式、散热装置有效散热面积对大功率LED散热效果的影响,并结合实验结果,利用ANSYS仿真模拟软件对U型热管散热装置进行优化,进一步探索散热翅片间距、厚度、高度的最优值,对基于微热管阵列大功率LED的散热装置的进一步研发改进提出建议。

平板微热管阵列相变蓄热装置蓄/放热性能

为提高相变蓄热装置的性能,基于平板热管技术设计了一套相变蓄热装置,将熔点58℃的工业石蜡作为该蓄热装置的蓄热材料,对平板微热管阵列在蓄/放热过程的均温性能、蓄热装置内部石蜡温度变化以及蓄热装置的蓄/放热效率进行实验分析,同时对不同供/取热流体温度和流量的实验条件下蓄热装置蓄/放热特性进行研究.结果表明:平板微热管阵列在蓄/放热过程中性能稳定,蓄热装置蓄/放热效果良好;在供/取热流体流量为2.0 L/min,供热流体温度为80℃,取热流体温度为20℃的实验条件下,计算得到该蓄热装置平均蓄热功率、放热功率分别为662、764 W.

日光温室平板微热管阵列蓄热墙体热性能试验

为提高日光温室复合结构墙体热稳定层的温度并提升温室墙体材料的蓄热性能,该研究提出一种新型日光温室平板微热管阵列蓄热墙体(Micro Heat Pipe Array,MHPA),搭建了小型MHPA墙体温室试验台,采用对比试验的方法,结合温室墙体温度、墙体蓄放热量以及温室环境温度等评价参数,对比分析了典型日MHPA墙体的蓄放热特性及其改善温室热环境效果。结果表明,与普通温室相比,冬季典型晴天,放热时段(17:00至次日9:00)MHPA墙体内表面平均温度提高1.6~2.3℃,由室内向室外沿墙体厚度方向0~370 mm区域内MHPA墙体内部的平均温度提高2.7~4.0℃;MHPA温室的平均温室环境温度提升1.2~1.5℃,地表面平均温度提升0.6~1.0℃;MHPA墙体的日总蓄热量提高了8.93%~14.35%,日总放热量提高了2.24%~8.07%,且在夜间23:00至次日7:00 MHPA墙体的放热速率高于普通墙体的,平均提升11.53%。因此,MHPA墙体引入于日光温室墙体中可提升温室墙体材料的蓄放热性能,改善温室热环境。该结果可为日光温室平板微热管阵列蓄热墙体的应用提供参考。

微热管阵列平板太阳集热器的数值模拟与优化

介绍一种全新的平板式太阳集热器，该集热器应用微热管阵列作为集热元件，具有成本低、抗冻、承压、不易结垢、易与建筑一体化等优点。对其瞬时热性能进行的实验研究表明，该集热器瞬时效率曲线的截距达83．1％，斜率为-4．77。建立了微热管阵列平板太阳集热器的CFD模型，对集热器内部流体流动与换热进行数值模拟，模拟结果与实验结果吻合较好，从而验证了模型的可靠性。采用CFD模型对集热器干式接触式换热器进行优化，结果表明，该集热器循环水的最佳流量为0．1-0．2kg／（m2·S），水流量较低时，采用直内肋管可适当提高集热效率，随着流量的增加，管内加肋对集热器性能的提高影响不大。

基于板式热管的复合容积式换热器的换热性能优化实验研究

基于板式热管的复合容积式换热器是一种以平板微热管阵列为基本换热单元,结合容积式换热器与板式换热器优点构建的新型换热器。但平板微热管的蒸发端与冷凝端传热量差异导致该类换热器的蒸发端与冷凝端的换热匹配仍存在问题。在已有研究结果的基础上,提出了在新型换热器蒸发端热管上添加铝肋片及在蒸发端入水口添加引流道2种优化方案,并通过相应实验来验证这2种方案的效果。实验数据分析表明,肋片优化换热器的换热性能更好。当换热器换热量为1 500 W时,肋片优化换热器的效能可达0.4,■效率可达0.68,通过与原复合容积式换热器进行数据对比,肋片优化后的换热器在使用中具有更好的换热性能。

复合抛物面聚光式太阳能空气集蓄热一体化系统性能研究

以平板微热管阵列为核心传热元件结合复合抛物面聚光式集热器和相变蓄热器,提出了一种以空气为传热介质的复合抛物面聚光式太阳能集蓄热一体化系统.该系统采用复合抛物面聚光式真空管集热器为集热部件,58#石蜡为相变储热材料,搭接平板微热管阵列为核心热传输元件,在室外测试了2种不同模式(先蓄后取模式和边蓄边取模式)下系统在不同空气流量下的蓄放热性能.同时根据太阳入射光线方位角的变化,结合聚光器入射半角θ,确定了聚光器吸收太阳总辐射时间范围,建立了复合抛物面聚光式太阳能集热器对太阳能辐射能的吸收计算模型.实验结果表明:先蓄后取模式下,集热器吸收太阳辐照量在15 MJ左右,一体化装置的平均蓄热效率在36%左右,取热空气体积流量的变化对该装置日总效率影响不大,维持在34%左右;边蓄边取模式下,随着空气体积流量增加,空气有效利用量增加,装置日总效率增大,空气流量110 m^(3)/h时,空气有效利用量为7.07 MJ,日总效率为45.6%.

基于微热管阵列的太阳能温差发电系统优化

温差发电技术因为具有无噪音、无污染物排放、体积小、质量轻等优点,是当今社会能源利用的科学研究热点,但其输出功率过低,传热效果较差仍是很大的问题。该文将微热管应用于低温下的太阳能温差发电中,对温差发电的系统设计进行优化,对其光热输出功率、热电输出功率较低的问题进行改善,通过采用PLC的双轴跟踪和黑铬镀金膜,将太阳能吸热能力提高了5.32%,同时在传热与散热过程中采用液态金属填充硅脂,让微热管阵列在太阳能温差发电传热过程中减少热损失,让光热平均的输出功率提升2.21%,在热电转换过程中,通过采用变长式电导增量法的MPPT,改善功率输出不稳定,精准度不高的问题,总体的光电输出功率可达到28.32 W,较之前相比光电输出功率提高了5.19%,通过对太阳能温差发电系统的追踪优化和传热结构的改善,完善了光伏板在农业上的应用。

基于平板微热管阵列的新型太阳能空气集热器集热特性的研究

建立了平板微热管阵列式太阳能空气集热器的三维稳态模型,运用Gambit及Fluent软件对单个集热单元的物理模型进行了网格划分和数值计算,对单管的换热及流动情况进行了模拟研究,并通过实验进行了验证。结果表明,模拟结果与实验结果吻合较好,偏差在12%以内,说明了模型建立的合理性。该研究为今后平板微热管阵列太阳能空气集热器的进一步设计和优化提供了理论依据。

一种基于微热管阵列的太阳能PV/T热泵系统能效实验研究

为了提高PV/T装置的太阳能利用效率,文章提出了一种基于微热管阵列的太阳能PV/T热泵系统,并在恒温供热条件下分析了该系统中PV/T收集器的热、电性能和热泵COP的全天变化趋势,最后将PV/T收集器的电性能与单一光伏发电系统进行对比分析。分析结果表明:在测试时间段内,PV/T收集器的平均热效率为38.7%;PV/T收集器的平均电效率为12%,比单一光伏发电系统提升了27.7%;PV/T收集器的光热光电综合平均效率为70.3%;热泵的平均COP为2.7。