[发明专利]抛物面槽式太阳能集热器热效率动态测量装置及测量方法

权利要求书

1.一种抛物面槽式太阳能集热器热效率动态测量装置，其特征是：所述的测量装置包括导热油循环部分，冷却循环部分，氮气密封部分和测量仪器部分；导热油循环部分通过其导热油与水换热器(1)的水侧进出口与冷却循环部分相连接，导热油循环部分通过其导热油与水换热器(1)的顶部同氮气密封部分的导热油受热膨胀罐(13)的底部通过管路连接，测量仪器部分安装在导热油循环部分上或其附近位置；

所述的导热油循环部分包括导热油与水换热器(1)、过滤器(2)、导热油循环泵(3)、导热油流量控制阀(4)、集热器进口安全阀(6)、槽式集热器(9)、集热器出口安全阀(12)及连接管路；导热油与水换热器(1)的导热油侧出口通过管路与过滤器(2)连接，过滤器(2)的另一侧通过管路与导热油循环泵(3)的进口连接，导热油循环泵(3)的出口通过管路与导热油流量控制阀(4)连接，导热油流量控制阀(4)的另一侧通过管路与集热器进口安全阀(6)连接，集热器进口安全阀(6)的另一侧通过管路与槽式集热器(9)的进口连接，槽式集热器(9)的出口通过管路与集热器出口安全阀(12)连接，集热器出口安全阀(12)的另一侧通过管路同导热油与水换热器(1)的导热油侧进口连接；

所述的测量仪器部分包括安装在所述的导热油循环部分上的流量计(5)、集热器进口温度传感器(8)及相应保温反射层(7)、集热器出口温度传感器(11)及相应保温反射层(10)，和在槽式集热器(9)附近安装的风速仪(20)、直接日射表及太阳跟踪器(21)和环境空气温度传感器(22)；流量计(5)安装在导热油流量控制阀(4)和集热器进口安全阀(6)之间的管路上，集热器进口温度传感器(8)安装在接近槽式集热器(9)的进口1m内的管路上，该段管路上加装第一保温反射层(7)，集热器出口温度传感器(11)安装在接近槽式集热器(9)的出口1m内的管路上，该段管路上加装第二保温反射层(10)；风速仪(20)、直接日射表及太阳跟踪器(21)和环境空气温度传感器(22)安装在槽式集热器(9)附近；

所述的第一保温反射层(7)和第二保温反射层(10)为先采用防燃隔热材料包裹温度传感器及其附近管路，然后再在其上包裹光学反射率大于0.7的软体材料。

2.采用权利要求1所述的抛物面槽式太阳能集热器热效率动态测量装置的测量方法，其特征是：所述的测量方法基于槽式集热器跟踪聚光工况下的传热流体出口温度上升过程，测量得到传热流体进口温度、传热流体出口温度、传热流体的体积流量、太阳法向直射辐照度、环境空气温度和环境空气速度，再根据这些物理量及太阳入射角，计算槽式集热器的热效率，步骤如下：

1)开启导热油循环泵(3)，使导热油流经所述的槽式集热器(9)；根据流量计(5)测量得到流量调整导热油流量控制阀(4)；

2)开启冷却水循环泵(18)，冷却水进入导热油与水换热器(1)，冷却水带走热量后流回冷却水箱(16)，使导热油接近环境温度或需要的特定温度；

3)开启槽式集热器自有跟踪系统，使其处于跟踪聚光状态；由于导热油受热膨胀，部分导热油进入膨胀罐(13)，所述膨胀罐(13)的下部为导热油，上部为高压氮气，通过设定氮气呼吸阀(14)的进出压力值调节氮气压力的大小，并由连接氮气呼吸阀(14)的氮气瓶(15)提供氮气源；

4)根据导热油循环部分冷却量的要求调节冷却水流量控制阀(19)，以保证槽式集热器升温测量期间，传热流体进口温度上升速率应不大于1.5℃/min；

5)测量并记录由流量计(5)测量的导热油的体积流量、由集热器进口温度传感器(8)测量的传热流体进口温度、由集热器出口温度传感器(11)测量的传热流体出口温度、由风速仪(20)测量的环境空气速度、由环境空气温度传感器(22)测量的环境空气温度，以及由直接日射表及太阳跟踪器(21)测量的太阳法向直射辐照度；

6)当所述的传热流体出口温度达到槽式集热器工作温度范围的上限时，停止对槽式集热器的跟踪，并返回安全待机状态，测量完成1次；所有连续测量数据的时间间隔应不大于5s，有效测量的总时间不小于2h，测量完成次数不小于3次；

7)由步骤5测量得到的物理量计算抛物面槽式太阳能集热器热效率，方法如下：

考虑到测量过程中太阳光线的非法线入射造成的槽式集热器余弦损失，槽式集热器采光平面上的直接太阳辐照度定义为：

G_bp＝G_DN cos(θ) (1)

式中：

G_DN测量的太阳法向直射辐照度，单位：W/m²，θ入射角，即直射太阳光线与集热器采光平面法线之间形成的夹角，单位°；

如果考虑槽式集热器的端部损失，那么去除端部损失影响的槽式集热器采光平面上的直接太阳辐照度为：

式中：

f槽式集热器抛物面的焦距，单位：m，L槽式集热器的长度，单位：m；

此外，槽式集热器输出的有用功率为：

式中：

c_f流经集热器的传热流体比热，单位：J/(kg·℃)，ρ传热流体密度，单位：kg/m³，测量的传热流体体积流量，单位：m³/s，t_e测量的传热流体出口温度，单位：℃，t_i测量的传热流体进口温度，单位：℃；

由于同时测量得到的传热流体的集热器进口温度t_i和出口温度t_e与公式(3)中的这两个参量在时间上是不对应的，因此修正这两个参量的对应函数关系为：

t_e(τ_i+τ_p)＝F[t_i(τ_i)] (4)

式中：

τ_i传热流体进口温度测量记录时间，单位：s，τ_p传热流体从集热器进口到出口的流动时间，单位：s；

综上所述，抛物面槽式太阳能集热器热效率为：

式中：A_a槽式集热器采光面积，单位：m²，τ时间，单位：s；

考虑到端部损失的抛物面槽式太阳能集热器热效率为：