CN103925993A - 一种碟式太阳能焦斑瞬态能量密度的检测装置和检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种碟式太阳能焦斑瞬态能量密度的检测装置中，包括固定有待检测聚光碟的聚光碟立柱、热成像仪或摄像机、位于待检测聚光碟焦平面位置的靶板、连接靶板与聚光碟立柱的靶板支架、储有冷却液的储液箱、设置在储液箱中的增压泵、进液管、排液管及设置在进液管上的调节阀。靶板内设置有冷却液流道。靶板、储液箱和增压泵组成冷却液的循环回路。在进行检测时，利用冷却液对靶板进行冷却，通过热成像仪或摄像机获取焦斑瞬时能量分布图，实现了对焦斑瞬态能量分布的检测。本发明还提供了一种碟式太阳能焦斑瞬态能量密度的检测方法，实现了获取待检测聚光碟的焦斑瞬时能量分布图的目的。

Description

一种碟式太阳能焦斑瞬态能量密度的检测装置和检测方法

技术领域

本发明涉及太阳能发电技术领域，更具体地说，涉及一种碟式太阳能焦斑瞬态能量密度的检测装置，还涉及一种碟式太阳能焦斑瞬态能量密度的检测方法。

背景技术

碟式斯特林系统是一种重要的太阳能发电方式，其采用碟式聚光器搭配斯特林发动机进行作业，具有非常灵活的模块化部署能力、较高的光热转化效率以及较高的利用系数，因而受到广泛的关注与重视。

碟式斯特林太阳能热发电系统一般包括碟式太阳能收集器(也称聚光碟或聚光器)、斯特林发动机和发电站自动控制系统。聚光碟将太阳入射光线汇聚到一个焦平面，称之为焦斑。焦斑被投射到斯特林发动机中的吸热器上，吸热器将光能转化为热能，并传递给斯特林发动机中的工质，依靠工质完成后续热能向机械能的转化。在此过程中，发电站自动控制系统对聚光碟和斯特林发动机进行调控，使发电系统保持较高的效率。

为提高对流换热能力，斯特林发动机中采用高压小分子气体(氢气或氦气等)作为传热工质。对于吸热器的热端部件来说，具有热流密度大、受热部位不均、承受高温高压等恶劣工况。为了保障设备的性能和安全性，对热端部件的材料、温度场控制具有十分苛刻的要求。作为吸热器的热能来源，焦斑的能量分布，直接影响吸热器热端部件的温度场分布。加之受聚光碟反光材料及其加工工艺的限制，会不可避免地造成焦斑能量分布不均，因此，对焦斑能量分布的检测是十分必要的。

采用普通靶板放置于聚光碟理论焦平面处，用红外测温仪直接测量的方法已有文献涉及和实际应用。受热传递的影响，这一方法不能检测出靶板上焦斑的瞬态能量分布情况。

因此，如何提供一种碟式太阳能焦斑瞬态能量密度的检测装置，以实现检测靶板上焦斑的瞬态能量分布的目的，成为本领域技术人员亟需解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种碟式太阳能焦斑瞬态能量密度的检测装置，以实现检测靶板上焦斑的瞬态能量分布的目的。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种碟式太阳能焦斑瞬态能量密度的检测装置，包括固定有待检测聚光碟的聚光碟立柱、热成像仪或摄像机、位于所述待检测聚光碟焦平面位置的靶板和连接所述靶板与所述聚光碟支柱的靶板支架；

所述靶板内设置有冷却液流道，所述冷却液流道的两端分别设置进液口和排液口；

还包括储有冷却液的储液箱、设置于所述储液箱中的增压泵、连通所述增压泵与所述进液口的进液管、设置在所述进液管上的调节阀及连通所述储液箱和所述排液口相连通排液管。

优选地，在上述的检测装置中，还包括与聚光碟立柱、热成像仪或摄像机及增压泵相连接的控制柜。

优选地，在上述的检测装置中，控制柜与调节阀相连。

优选地，在上述的检测装置中，靶板包括受热板、设置有冷却液流道的底板和设置在两者之间的密封垫圈，受热板和底板通过螺栓可拆卸的固定相连。

优选地，在上述的检测装置中，还包括设置于储液箱与排液管之间或增压泵与进液管之间的散热器。

优选地，在上述的检测装置中，还包括设置于储液箱外的散热器和设置于储液箱中的散热泵，散热泵与散热器相连通。

本发明所提供碟式太阳能焦斑瞬态能量密度的检测装置中，包括固定有待检测聚光碟的聚光碟立柱、热成像仪或摄像机、位于待检测聚光碟焦平面位置的靶板、连接靶板与聚光碟立柱的靶板支架、储有冷却液的储液箱、设置在储液箱中的增压泵、进液管、排液管及设置在进液管上的调节阀。靶板内设置有冷却液流道，冷却液流道的两端分别为与进液管相连通的进液口和与排液管相连通的排液口。进液管的另一端与增压泵向连通，排液管的另一端与储液箱相连通。

在进行检测时，首先，启动增压泵，使冷却液在储液箱与靶板之间循环流动；然后，使待检测聚光碟准确跟踪太阳；再开启热成像仪或摄像机，对焦斑进行连续拍摄或者抓拍，获取焦斑瞬时能量分布图，实现了检测靶板上焦斑的瞬态能量分布的目的。

本发明还提供了一种碟式太阳能焦斑瞬态能量密度的检测方法，用于上述的检测装置。启动增压泵，使冷却液在储液箱与靶板之间循环流动；然后，将待检测聚光碟准确跟踪太阳；再开启热成像仪或摄像机，对焦斑进行连续拍摄或者抓拍，获取焦斑瞬时能量分布图。

优选地，在上述的检测方法中，开启热成像仪或摄像机后，利用调节阀增大或减小冷却液流量，拍摄不同冷却液流量条件下的焦斑能量分布图。

优选地，在上述的检测方法中，在完成拍摄不同冷却液流量条件下焦斑瞬时能量分布图之后，关闭增压泵，停止冷却液循环，拍摄此状态下的焦斑能量分布图。

利用本发明所提供的检测方法，实现了获取待检测聚光碟的焦斑瞬时能量分布图的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例所提供碟式太阳能焦斑瞬态能量密度的检测装置的示意图；

图2为本发明实施例所提供检测装置中靶板的结构示意图；

图3为本发明实施例所提供检测装置中靶板冷却液流道的示意图。

以上图1-3中：

聚光碟立柱1、热成像仪或摄像机2、靶板3、冷却液流道31、进液口32、排液口33、受热板34、密封垫圈35、底板36、靶板支架4、储液箱51、增压泵52、进液管53、排液管54、调节阀55、待检测聚光碟6和控制柜7。

具体实施方式

本发明实施例公开了一种碟式太阳能焦斑瞬态能量密度的检测装置，以实现检测靶板上焦斑的瞬态能量分布的目的。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1中所示，本发明实施例所提供的碟式太阳能焦斑瞬态能量密度的检测装置包括：聚光碟立柱1、热成像仪或摄像机2、靶板3、靶板支架4、储液箱51、增压泵52、进液管53、排液管54和调节阀55。

待检测聚光碟6固定在聚光碟立柱1上。

靶板3通过靶板支架4固定设置在待检测聚光碟6的焦平面位置。

热成像仪或摄像机2的拍摄视角对准靶板3。

靶板3中设置有冷却液流道31，在冷却液流道31的两端分别为进液口32和排液口33。

储液箱51用于储存冷却液，具体的，该冷却液可以为水，也可以为其它理化性质适于作为冷却液使用的液体。

增压泵52设置在储液箱51中，用以将储液箱51中的冷却液泵出。

进液管53连通增压泵52与进液口32；排液管54连通排液口33与储液箱51。

调节阀55设置在进液管53上，以对冷却液的流量进行调控。

在进行碟式太阳能焦斑瞬态能量密度的检测时，首先，启动增压泵52，使冷却液沿储液箱51、增压泵52、进液管53、冷却液流道31、排液管54至储液箱51的回路循环流动。然后，将待检测聚光碟6准假跟踪太阳，在靶板3上形成焦斑。再开启热成像仪或录像机2，对焦斑进行连续拍摄或者抓拍，以获取焦斑瞬时能量分布图，从而实现检测靶板上焦斑的瞬态能量分布的目的。

为了简化检测操作，在上述实施例所提供的检测装置中，还包括有控制柜7。

控制柜7与本发明实施例所提供检测装置中的聚光碟立柱1、热成像仪或摄像机2、及增压泵52相连接，以实现对待检测聚光碟6朝向、热成像仪或摄像机2拍摄状态及增压泵52工作状态的控制，提高检测装置的自动化水平和工作效率，简化工作人员的检测操作。

进一步的，在上述实施例所提供的检测装置中，控制柜7还与调节阀55相连接，通过对调节阀55开度的调节，自动控制冷却液流量的变化。

具体的，在上述实施例所提供的检测装置中，靶板3的结构如图2和图3中所示。

靶板3包括受热板34、密封垫圈35和底板36，密封垫圈35设置在受热板34与底板36之间，三者通过螺栓可拆卸地固定相连。

在底板36朝向受热板34的侧面上设置有冷却液流道31。具体的，冷却液流道31既可以为如图3中所示往复折返的直线型流道，还可以为螺旋盘绕的曲线形流道。

冷却液进入靶板3中的冷却液流道31后，沿流道方向前进，中途与受热板34进行热交换，使受热板保持瞬态温度(根据热学原理可计算出需热交换带走的多余热量及冷却液流量)。

本领域技术人员可以理解的是，本发明实施例所提供的靶板3还有其它的构成方式，如在受热板34背面(背向待检测聚光碟6一侧)设置与其紧密贴合的换热管，既可以换热管内部管腔作为冷却液流道，实现对受热板34进行冷却的目的。

在上述实施例中，由于冷却液在靶板3与储液箱51之间循环流动，在进行一段时间的测试后，冷却液自身已经具有相当的热量，导致其冷却能力降低。

为了解决这一问题，在本发明另一实施例所提供的检测装置中还包括有散热器。

具体的，散热器既可以设置在储液箱51与排液管54之间，来自靶板3的高温冷却液在经过散热器降温后回到储液箱51中备用。也可以将散热器设置在储液箱51外部，同时在储液箱51中设置与散热器相连通的散热泵；利用散热泵和散热器与储液箱51建立散热循环，对储液箱51中的冷却液温度进行调控。

本发明还提供了一种碟式太阳能焦斑瞬态能量密度的检测方法，用以利用上述实施例所提供的检测装置实现对焦斑瞬态能量密度的检测。

具体的，本发明实施例所提供的检测方法包括以下步骤：

步骤S1、启动增压泵，建立储液箱与靶板之间的冷却液循环；

步骤S2、将待检测聚光碟准确跟踪太阳，在靶板上形成稳定的焦斑；

步骤S3、开启热成像仪或摄像机，对焦斑进行连续拍摄或者抓拍，获取焦斑瞬时能量分布图。

利用本发明实施例所提供的检测方法，实现了获取待检测聚光碟的焦斑瞬时能量分布图的目的。

为了获得在更复杂工况下的焦斑瞬时能量分布图，在上述实施例所提供检测方法的基础上，步骤S3在开启热成像仪或摄像机后，通过调节阀增大或减小冷却液流量，以拍摄不同冷却液流量条件下的焦斑能量分布图。

更进一步地，在获得不同冷却液流量条件下焦斑瞬时能量分布图之后，关闭增压泵，停止冷却液循环，拍摄此状态下的焦斑能量分布图。

本领域技术人员可以想到的是，利用软件对上述获取的焦斑能量分布图进行处理分析，可以对比分析焦斑的大小、位置及能量分布。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种碟式太阳能焦斑瞬态能量密度的检测装置，包括固定有待检测聚光碟的聚光碟立柱、热成像仪或摄像机、位于所述待检测聚光碟焦平面位置的靶板和连接所述靶板与所述聚光碟支柱的靶板支架；

其特征在于，所述靶板内设置有冷却液流道，所述冷却液流道的两端分别设置进液口和排液口；

还包括储有冷却液的储液箱、设置于所述储液箱中的增压泵、连通所述增压泵与所述进液口的进液管、设置在所述进液管上的调节阀及连通所述储液箱和所述排液口相连通排液管。

2.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，还包括与所述聚光碟立柱、所述热成像仪或摄像机及所述增压泵相连接的控制柜。

3.根据权利要求2所述的检测装置，其特征在于，所述控制柜与所述调节阀相连。

4.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述靶板包括受热板、设置有冷却液流道的底板和设置在两者之间的密封垫圈，所述受热板和所述底板通过螺栓可拆卸的固定相连。

5.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，还包括设置于所述储液箱与所述排液管之间或所述增压泵与所述进液管之间的散热器。

6.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，还包括设置于所述储液箱外的散热器和设置于所述储液箱中的散热泵，所述散热泵与所述散热器相连通。

7.一种碟式太阳能焦斑瞬态能量密度的检测方法，用于如权利要求1-6任一项中所述的检测装置，包括：

启动增压泵，使冷却液在储液箱与靶板之间循环流动；然后，将待检测聚光碟准确跟踪太阳；再开启热成像仪或摄像机，对焦斑进行连续拍摄或者抓拍，获取焦斑瞬时能量分布图。

8.根据权利要求7所述的检测方法，其特征在于，开启热成像仪或摄像机后，利用调节阀增大或减小冷却液流量，拍摄不同冷却液流量条件下的焦斑能量分布图。

9.根据权利要求8所述的检测方法，其特征在于，在完成拍摄不同冷却液流量条件下焦斑瞬时能量分布图之后，关闭增压泵，停止冷却液循环，拍摄此状态下的焦斑能量分布图。