CN103196243B - 一种太阳能集热器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及太阳能热发电领域，尤其涉及一种太阳能集热器，包括工质管道，工质管道内设置有活动装置，活动装置上设置有流体导向结构，通过活动装置使工质管道内受光面和背光面的工质充分混合，从而减小了工质管道受光面和背光面的工质的温差，增加了集热器的传热能力和效率，减小了工质管道的热应力，增加了工质管道的寿命。

Description

一种太阳能集热器
技术领域
本发明涉及太阳能热发电领域，尤其涉及一种太阳能集热器。
背景技术
在煤、石油、天然气等非可再生能源日益枯竭的今天，人们亟需一种替代能源，而太阳能以其清洁无污染、原材料便宜、利用率高等诸多优势越来越受到人们的关注。太阳能光热发电系统大致分为三类：槽式线聚焦系统、塔式系统和碟式系统，其中塔式系统是利用一组独立跟踪太阳的定日镜将阳光聚焦到一个固定在塔顶部的集热器上，在集热器的腔体内产生高温，把通过腔体的发电工质（如空气、或其他气体）加热推动Brayton循环，最终将热能转化为电能，其能源转换效率可以达到35%-40%。
现有技术中，集热器管道为水冷壁形式，仅有一面接受阳光照射，受光面背光面流体的温差可达90℃，影响了集热器的传热能力和效率。
发明内容
本发明的目的在于提出一种能够提高集热器的传热能力和效率的太阳能集热器。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种太阳能集热器，包括工质管道，工质管道内设置有活动装置，活动装置上设置有流体导向结构。
其中，活动装置为旋转装置，电机的轴承与旋转装置紧密相连。
其中，工质管道上设置有工质出口和工质进口，工质出口和/或工质进口处设置有流量传感器，工质出口处设置有温度传感器，工质进口处设置有温度传感器。
其中，工质管道上设置有至少一个翅片，翅片上设置有开口，开口设置有光强传感器。
其中，旋转装置由电机拖动旋转，电机的转速由预设的控制系统根据光强传感器及工质出口处的温度传感器来控制，从而控制工质管道内工质的流量，使工质出口的温度和/或压力保持稳定。
其中，工质管道上方设置有可移动挡板，当光强传感器显示工质管道表面光强低于设定值时，挡板关闭，减少散热，当所述光强高于设定值时，挡板打开，使集热器吸热。
其中，旋转装置上设置有多输出减速器，以实现一个电机控制多个工质管道内的旋转装置。
其中，活动装置为空心，以使活动装置的重力与工质管道内流动的工质的浮力基本相等，以减少带动活动装置的功耗。
其中，工质管道内壁上设置有流体导向结构。
作为另一种优选方式，如图所示，活动装置为上下运动装置，上下运动装置上设置有可摆动叶片，可摆动叶片的一端固定在上下运动装置上，当上下运动装置上下运动时，可摆动叶片以固定的一端为轴进行摆动，所述轴所在的轴线与水平线有夹角。
上下运动装置向下运动时，由于工质的阻力，可摆动叶片与其固定面角度增大，产生一个向下的推力使工质往下流动，向上运动时，由于工质的阻力，可摆动叶片与其固定面角度减小，基本无向上的推力，所以工质流动较小，如此重复运动使工质向下流动。
图4展示了上下运动装置向上运动、向下运动时可摆动叶片的位置示意图，从图4中可以看出，可摆动叶片的摆动轴所在的轴线与水平线有夹角，这个夹角使得上下运动装置在向下运动时使得工质在工质管道内旋转向下流动，以达到工质管道内背光面与受光面的工质充分混合的效果，为了便于可摆动叶片的安装，上下运动装置的横截面为正六边体。
为了便于工质管道内工质吸热充分，管壁较薄，为1mm-2mm，且对密封要求较高，需要安装法兰，如果法兰小于工质管道的外径，会导致法兰处开口较小，只能装入直径较小的活动装置，使管壁与活动装置之间的间隙过大，影响活动装置对管内工质混合的效率，从而影响工质的吸热效率；如果法兰大于工质管道的外径，则会使得多个管道装配时产生间隙，为解决这个问题，本发明采用以下几种方式：
活动装置在靠近工质出口处设置有叶片，以协助工质从工质出口流出，如图7所示，叶片可以设置为打开或者关闭状态。
工质管道与相邻的工质管道之间有夹角，如图5所示，相邻的工质管道之间有一个夹角，易于安装活动装置，也不会使多个管道装配时产生间隙。
如图6所示，当两个管道之间有不可避免的间隙时，在相邻的工质管道之间设置翅片，这个翅片也可以由每个工质管道上的翅片所代替。
活动装置与相邻的工质管道内的活动装置相对安装，如图8所示，两个紧相邻且平行的工质管道，很难将活动装置安装在两个工质管道的同一端，则可以将活动装置安装在两个工质管道相对的两端。
本发明的有益效果为：一种太阳能集热器，包括工质管道，工质管道内设置有活动装置，活动装置上设置有流体导向结构，通过活动装置使工质管道内受光面和背光面的工质充分混合，从而减小了工质管道受光面和背光面的工质的温差，增加了集热器的传热能力和效率，减小了工质管道的热应力，增加了工质管道的寿命。
附图说明
图1是本发明太阳能集热器结构图
图2是本发明旋转装置的多输出减速器示意图
图3是本发明上下运动装置结构图
图4是本发明上下运动装置运动示意图
图5是本发明相邻工质管道夹角设置示意图
图6是本发明相邻工质管道翅片设置示意图
图7是本发明活动装置内叶片设置示意图
图8是本发明相邻工质管道活动装置相对安装示意图
图中，1-工质出口，2-工质进口，3-旋转装置，4-工质管道，5-轴承，6-叶片，7-电机，8-流体导向结构，9-翅片，10-光强传感器，11-多输出减速器，12-上下运动装置，13-可摆动叶片。
具体实施方式
下面将结合图1-图8并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
一种太阳能集热器，包括工质管道4，工质管道4内设置有活动装置，活动装置上设置有流体导向结构8。
在本实施例中，活动装置为旋转装置3，电机7的轴承5与旋转装置3紧密相连。
在本实施例中，工质管道4上设置有工质出口1和工质进口2，工质出口1和/或工质进口2处设置有流量传感器，工质出口1处设置有温度传感器，工质进口2处设置有温度传感器。
在本实施例中，工质管道4上设置有至少一个翅片9，翅片9上设置有开口，开口设置有光强传感器10。
在本实施例中，旋转装置3由电机7拖动旋转，电机7的转速由预设的控制系统根据光强传感器10及工质出口1处的温度传感器来控制，从而控制工质管道4内工质的流量，使工质出口1的温度和/或压力保持稳定。
在本实施例中，工质管道4上方设置有可移动挡板，当光强传感器10显示工质管道4表面光强低于设定值时，挡板关闭，减少散热，当所述光强高于设定值时，挡板打开，使集热器吸热。
在本实施例中，旋转装置3上设置有多输出减速器11，以实现一个电机7控制多个工质管道4内的旋转装置3。
在本实施例中，活动装置为空心，以使活动装置的重力与工质管道4内流动的工质的浮力基本相等，以减少带动活动装置的功耗。
在本实施例中，工质管道4内壁上设置有流体导向结构8。
作为另一种实施例，如图3所示，活动装置为上下运动装置12，上下运动装置12上设置有可摆动叶片13，可摆动叶片13的一端固定在上下运动装置12上，当上下运动装置12上下运动时，可摆动叶片13以固定的一端为轴进行摆动，所述轴所在的轴线与水平线有夹角。
上下运动装置12向下运动时，由于工质的阻力，可摆动叶片13与其固定面角度增大，产生一个向下的推力使工质往下流动，向上运动时，由于工质的阻力，可摆动叶片13与其固定面角度减小，基本无向上的推力，所以工质流动较小，如此重复运动使工质向下流动。
图4展示了上下运动装置12向上运动、向下运动时可摆动叶片13的位置示意图，从图4中可以看出，可摆动叶片13的摆动轴所在的轴线与水平线有夹角，这个夹角使得上下运动装置12在向下运动时使得工质在工质管道4内旋转向下流动，以达到工质管道4内背光面与受光面的工质充分混合的效果，为了便于可摆动叶片13的安装，上下运动装置12的横截面为正六边体。
为了便于工质管道4内工质吸热充分，管壁较薄，为1mm-2mm，且对密封要求较高，需要安装法兰，如果法兰小于工质管道4的外径，会导致法兰处开口较小，只能装入直径较小的活动装置，使管壁与活动装置之间的间隙过大，影响活动装置对管内工质混合的效率，从而影响工质的吸热效率；如果法兰大于工质管道4的外径，则会使得多个管道装配时产生间隙，为解决这个问题，本发明采用以下几种方式：
在本实施例中，活动装置在靠近工质出口1处设置有叶片6，以协助工质从工质出口1流出，如图7所示，叶片可以设置为打开或者关闭状态。
在本实施例中，工质管道4与相邻的工质管道4之间有夹角，如图5所示，相邻的工质管道4之间有一个夹角，易于安装活动装置，也不会使多个管道装配时产生间隙。
如图6所示，当两个管道之间有不可避免的间隙时，在相邻的工质管道4之间设置翅片9，这个翅片9也可以由每个工质管道4上的翅片9所代替。
在本实施例中，活动装置与相邻的工质管道4内的活动装置相对安装，如图8所示，两个紧相邻且平行的工质管道4，很难将活动装置安装在两个工质管道4的同一端，则可以将活动装置安装在两个工质管道4相对的两端。
以上所述仅为本发明的具体实施方式，这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种太阳能集热器，包括工质管道(4)，其特征在于，工质管道(4)内设置有活动装置，活动装置上设置有流体导向结构(8)，所述活动装置为上下运动装置(12)，上下运动装置(12)上设置有可摆动叶片(13)，可摆动叶片(13)的一端固定在上下运动装置(12)上，当上下运动装置(12)上下运动时，可摆动叶片(13)以固定的一端为轴进行摆动，所述轴所在的轴线与水平线有夹角。
2.根据权利要求1所述的一种太阳能集热器，其特征在于，所述工质管道(4)上设置有工质出口(1)和工质进口(2)，工质出口(1)和/或工质进口(2)处设置有流量传感器，工质出口(1)处设置有温度传感器，工质进口(2)处设置有温度传感器。
3.根据权利要求2所述的一种太阳能集热器，其特征在于，所述工质管道(4)上设置有至少一个翅片(9)，翅片(9)上设置有开口，开口设置有光强传感器(10)。
4.根据权利要求3所述的一种太阳能集热器，其特征在于，所述工质管道(4)上方设置有可移动挡板，当光强传感器(10)显示工质管道(4)表面光强低于设定值时，挡板关闭，当所述光强高于设定值时，挡板打开。
5.根据权利要求2所述的一种太阳能集热器，其特征在于，所述活动装置在靠近工质出口(1)处设置有叶片(6)。
6.根据权利要求1所述的一种太阳能集热器，其特征在于，所述活动装置为空心。
7.根据权利要求1所述的一种太阳能集热器，其特征在于，所述工质管道(4)内壁上设置有流体导向结构(8)。
8.根据权利要求1所述的一种太阳能集热器，其特征在于，所述工质管道(4)与相邻的工质管道(4)之间有夹角。
9.根据权利要求1所述的一种太阳能集热器，其特征在于，所述活动装置与相邻的工质管道(4)内的活动装置相对安装。
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