论文总字数：17477字

摘 要

能源问题是当今世界最严峻的问题之一，传统能源面临枯竭和严重的污染问题，因此研究和利用太阳能具有重大意义。太阳能集热器是一种常规的利用太阳能的方式。本文首先对太阳能集热器和热管的研究现状进行了介绍，其次重点介绍了热管式真空管集热器的工作原理和组成结构。其保温性能和使用寿命比平板型太阳能集热器高很多。最后说明了在阳台这种特殊位置，使用带有吸液芯的热管，并且把热管水平放置的集热器比使用倾斜放置的重力热管的集热器更加经济。另外，本文还给出了一个热管式真空管集热器的设计说明书，包括集热管，真空管，联箱，热管，翅片，支架，水箱等的选取。

关键词：太阳能 热管 真空管 太阳能集热器

Development and application of horizontal heat pipe solar collector

Abstract

Energy is one of the grimmest global issues. Traditional energy is facing exhaustion and serious pollution. Research and utilization of solar energy make important sense and a conventional way of using solar energy is solar collector. In this paper, firstly, the research status of solar collector and heat pipe are suggested. Secondly, the principle and structure of heat pipe vacuum tube collector are mainly introduced. Finally, it is explained that in this special position of the balcony, the heat pipe with a liquid wick is used, and the heat pipe collector placed horizontally is more economical than the heat pipe collector placed tilted by gravity. In addition, this paper also gives a design specification of a heat pipe vacuum tube collector, including the selection of collector tube, vacuum tube, header, heat pipe, fin, bracket, water tank, etc.

Key Words:Solar energy; Heat pipe; Vacuum tubes; Solar collector

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪 论 1

1.1 课题研究背景 1

1.1.1 太阳能利用简介 1

1.1.2 热管技术简介 1

1.2 国内外太阳能集热器和热管的发展及研究现状 2

1.2.1 国外太阳能集热器发展及研究现状 2

1.2.2 国内太阳能集热器发展及研究现状 2

1.2.3 国内热管技术发展及研究现状 3

1.3 总结 6

第二章 热管式真空管集热器 8

2.1 热管式真空集热管的结构和原理 8

2.2 水平热管的原理和构造 9

2.2.1 热管的相容性及工作液和壳体 9

2.2.2 热管吸液芯 9

2.3 太阳选择性吸收涂层 9

2.3.1 选择性吸收涂层的工作原理 10

2.3.2 选择性吸收涂层的分类和制备 10

2.4 真空排气 11

2.5 热管式真空管集热器 11

2.5.1 热管式真空管集热器的基本结构 11

第三章 水平热管式真空管集热器设计说明书 13

3.1 设计参数 13

3.1.1 原始设计参数 13

3.1.2 太阳能集热器选型及性能参数 13

3.2 太阳集热系统设计 14

3.2.1 集热器面积确定 14

3.2 太阳集热器的定位 15

3.3 太阳集热器模块总数确定 15

3.4 贮热水箱选型 16

3.4.1 贮热水箱的容积 16

3.4.2 贮热水箱的形状确定 16

3.4.3 贮热水箱的材料 17

3.5 水平热管式真空管集热器各个部件的选取 18

3.5.1 热管式真空管集热管 18

3.5.2 支架的选取 18

3.5.3 联箱的选取 18

3.5.4 翅片的选取 19

3.5.5 热管设计 19

第四章 总结与展望 21

参考文献 23

致 谢 25

绪 论

1.1 课题研究背景

1.1.1 太阳能利用简介

没有能源就没有现代文明。人们的日常生活都和能源有直接或者间接的关系。在古代，人们主要依靠风能，水能，人力等天然能源来推动社会的建设和发展。18世纪，英国首先完成工业革命，蒸汽机的出现，人们把目光投向了煤炭的大量使用和无节制的开采。煤、石油、天然气属于不可再生能源，无论储量多么巨大，总有一天会枯竭，经过计算大体上还能供绐人类使用300年。煤炭的燃烧排放还造成了环境的污染，温室效应正是西方发达国家过去对二氧化碳的排放造成的，对人们的日常生活造成了不可逆的影响。因此，寻找更加清洁，可再生的能源迫在眉睫。

一个理想的能源就是太阳，用爱因斯坦著名的质能转换关系式进行简单的计算就能知道，太阳每秒钟都能释放出相当于400万吨氢的能量，远远超过地球上任何一种能源，而且还是清洁可再生的。从天体物理的计算可以知道，太阳至少还有50亿年的寿命，作为能源来讲非常理想。

太阳能主要有下面两种利用方式

1. 光电转换是直接把太阳能转化成电能的方式。高中物理书中就介绍过光电效应，当一定频率的光照射在物体上，物体里面的电子会因为吸收光子的能量而逸出，电子一旦逸出就会形成电流。这个时候光能就转化成为了电能。
2. 光热转换是通过热辐射的方式，利用吸热体吸收太阳的辐射热，一般利用一些装置，首先达到很高的聚光能力，其次选用一些材料使得对可见光波段有良好的吸收。常见的光热转换装置就是太阳能集热器。

1.1.2 热管技术简介

热管因为导热性极强而引发了各国的研究，热管技术以前在航天领域、军工等行业广泛使用，自从人们发现热管可以用来给一些民用设备散热，比如手机的散热，电脑的散热，热管就进入了民用的领域，现在几乎各个领域都能见到热管的身影，小到手机，电脑等电子设备的散热，大到在锅炉，发动机中使用。热管由管壳、吸液芯和端盖组成。将热管内部抽一定真空度，将工质液体放入负压的热管，可以减少工质流体的泄露，工质流体一般为有机物或者水。热管内除了有工质流体外，还有紧贴管壁的吸液芯。工质流体的循环往复传热靠的是自身相变和吸液芯的毛细抽力。如图 1-1所示

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