CN104236127B - 碟式太阳能热发电系统的热储存系统 - Google Patents

Abstract

一种碟式太阳能热发电系统的热储存系统可提高太阳能热发电系统收集太阳能的能力。其包括入口配置有加热盘管的集热器以及熔盐库，用于太阳能热发电系统，该集热器包括集热腔和设置在集热腔内的吸热盘管，集热腔的光线入射口外侧设置有向外扩开的锥形筒状的保温结构，该保温结构包括外壳、保温层以及加热盘管，从该锥形筒状保温层的横截面来看，保温层位于外侧的内侧，而加热盘管位于保温层的内侧；该加热盘管为传热工质回路的一部分，该传热工质回路还包括位于熔盐库内的换热组件，在传热工质回路中循环的传热工质从加热盘管处吸收太阳能后，在熔盐库内的换热组件处将热量传递给熔盐库内的无机盐相变材料，从而将热量储存在熔盐库。

Description

碟式太阳能热发电系统的热储存系统

技术领域

本发明涉及太阳能储存系统。

背景技术

碟式太阳能热发电系统是将碟式聚光镜聚集的太阳能集中到其焦点处的集热器上，集热器吸收这部分高密度的能量，将其转换为热能，并传输给热机，如斯特林发动机，驱动发电机发电，从而将热能转换为电能。

碟式太阳能热发电系统包括聚光器、跟踪控制系统、集热器、热电转换装置、电力变换装置、交流稳压装置、储能装置、蓄电池等。

集热器通常具有集热腔、吸热盘管(吸热面)，集热腔具有供聚光器汇聚的光线入射的开口部。为了使吸热面的热流密度不至于太大，焦点不直接落在吸热面上，吸热面通常放置在焦点后方，焦点通常落在集热腔体的光线入射口或者集热腔体开口上，入口被要求尽可能地小，以减少辐射和对流热损失。然而，由于光线入射口或者集热腔体开口的存在，热辐射和对流热都会导致热能存在较大的损失。

公开号为CN102635462A的专利文献公开一种太阳能碟式斯特林发动机用蓄热控温装置，其整体为圆柱形，圆柱形一端设有太阳能集热内腔，另一端设有斯特林发动机热端预留内腔，中间是密闭箱体，太阳能集热内腔呈锥面体形状，在进口处安装有透明罩板，太阳光穿过透明罩板后再射入到太阳能集热内腔，再入射到密闭箱体，其热量由密闭箱体内的蓄热材料吸收。蓄热介质使用无机盐相变材料，集热腔收集的热量传递给密闭箱体内的蓄热材料和换热导管，蓄热材料具有一定的蓄热能力，因此该专利文献试图借此来控制斯特林发动机的工作温度，使其保持相对恒定，提高斯特林发动机工作过程的稳定性，以提高工作效率，从而提高太阳能碟式热发电效率。

前述专利文献的蓄热介质内置在集热腔的后侧，因此对光线入射口的能量的损失没有任何影响，并且仅在集热腔的开口设置透明罩板，技术成本也较高，透明罩板也会增加热辐射或反射带来的能量损失。

发明内容

本发明的目的在于提供一种碟式太阳能热发电系统的热储存系统，以提高碟式太阳能热发电系统收集太阳能的能力。

为实现所述目的的碟式太阳能热发电系统的热储存系统，其特征在于，包括入口配置有加热盘管的集热器以及熔盐库，用于太阳能热发电系统，该集热器包括集热腔和设置在集热腔内的吸热盘管，集热腔的光线入射口外侧设置有向外扩开的锥形筒状的保温结构，该保温结构包括外壳、保温层以及加热盘管，从该锥形筒状保温层的横截面来看，保温层位于外侧的内侧，而加热盘管位于保温层的内侧；该加热盘管为传热工质回路的一部分，该加热盘管的工质入口设置在该保温结构的远离光线入射口的一端，该加热盘管的工质出口设置在该保温结构的邻近该光线入射口的一端；该传热工质回路还包括位于熔盐库内的换热组件，在所述传热工质回路中循环的传热工质从所述加热盘管处吸收太阳能后，在所述熔盐库内的换热组件处将热量传递给熔盐库内的无机盐相变材料，从而将热量储存在所述熔盐库。

所述的热储存系统，其进一步的特点是，所述集热器的光线入射口设置有透明体，该透明体和光线入射口之间由密封元件密封。

所述的热储存系统，其进一步的特点是，所述集热器的集热腔内充有气体，集热腔配置有气体通道，该气体通道设置有安全阀，该安全阀配置成该集热腔内的气压大于设计压力时该安全阀开启，以使该气体能从该气体通道从集热腔中排出。

所述的热储存系统，其进一步的特点是，所述加热盘管内循环流通有空气。

所述的热储存系统，其进一步的特点是，所述传热工质为空气。

所述的热储存系统，其进一步的特点是，所述传热工质回路中设置有风机，以增加所述传热工质的循环速度。

所述的热储存系统，其进一步的特点是，所述集热腔内的所述吸热盘管与斯特林发动机耦接，以将热量传递给斯特林发动机的热端。

由于所述保温结构能吸收从光线入射口散发的热量，热量储存在熔盐库中，熔盐库中的热量可以分时利用，因此能提高太阳能利用率，并且对集热器的其他结构或者性能也有改进。

本发明的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显。

附图说明

图1是本发明实施例中入口配置有加热盘管的集热器的示意图。

图2是本发明实施例中热储存系统的示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，在以下的描述中阐述了更多的细节以便于充分理解本发明，但是本发明显然能够以多种不同于此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下根据实际应用情况作类似推广、演绎，因此不应以此具体实施例的内容限制本发明的保护范围。

图1示意性地示出了本发明实施例中的入口配置有加热盘管的集热器，需要注意的是，这些以及后续其他的附图均仅作为示例，其并非是按照等比例的条件绘制的，并且不应该以此作为对本发明实际要求的保护范围构成限制。

如图1所示，入口配置有加热盘管的集热器1包括集热腔17和设置在集热腔17内的吸热盘管161，吸热盘管161与斯特林发动机的吸热端耦接，或者称为集热器的腔体的吸热面，吸热盘管161内的工质为氢气或者氦气。

集热腔17的光线入射口162处由透明体或者透光体封闭，透明体143可以但不限于是高透光率的玻璃，透明体143周边与光线入射口162之间可以借助于密封元件进行密封，密封元件例如是O型密封圈，O型密封圈的固定部位通常由冷却装置进行冷却，以避免温度过高导致O型密封圈失效。结合后面的描述，可以明白在本发明的其他实施例中，在光线入射口162可以不设置透明体进行封闭。在集热腔17内的热量可能会通过热辐射或者热对流的方式通过光线入射口162散逸到集热腔17的外部，因此设置透明体143可以阻止由集热腔17内部的热量的散逸。

透明体143在一定程度上也存在光反射、热辐射的情况，除此之外，光线入射口162通常也是聚光器的焦点位置，此处温度较高，因此对透明体143的耐热性能有较高的要求。

继续参照图1，为了降低光线入射口162处的温度，同时为了减少热量通过热辐射、热对流等方式的散逸，集热器1还包括在集热腔17的光线入射口162外侧设置有锥形筒状的保温结构10，保温结构10包括外壳111、保温层121以及加热盘管13，从该锥形筒状保温层的横截面来看，保温层121位于外壳111的内侧，而加热盘管13位于保温层121的内侧。外壳111主要对保温层121起到支撑、固定作用，而保温层121将该保温结构内外进行热隔绝。加热盘管13吸收光线入射口162处散逸的热量，加热盘管13内循环的工质可以是空气或者其他传热用流体工质。加热盘管13的工质入口132设置在该保温结构的远离光线入射口162的一端(大端)，而工质出口131设置在该保温结构的邻近该光线入射口162的一端(小端)，这样工质被加热到最高温度后就直接排出至后述的熔盐库或者发电或动力系统。

集热腔17的壁体也为保温结构，其包括内侧的保温层122以及外侧的外壳112，壁体由密封元件100密封。

由于在所述保温结构，一方面光线入射口162处散逸的热量被“捕捉”，再从保温结构处散发的热量就很少了，因此太阳能的利用率就会很高；另一方面，由于光线入射口162处散发的热量被加热盘管13吸收，因此对透明体143的耐热性能的要求就会降低，因此系统的成本就会降低，并且对透明体143和集热腔之间的密封元件的寿命也有有利的影响，密封元件的受热温度降低，寿命会大大提高；再一方面，光线入射口162即便尺寸方面大一点，也没有多大关系，散发的热能实质上大部份被加热盘管13吸收；还有一方面，太阳能的分布可以在光线入射口162内侧的集热腔17和所述保温结构之间进行分配，以避免集热腔17内的受热面受热过于集中的问题，将一部分能量分配到加热盘管13，将对这部分热量进行储存或者利用，例如同样可以进行热发电。

继续参照图1，在透明体143和集热腔17之间由密封元件密封的情况下，即集热腔17处于密闭的情况下，集热腔17内可以充入一定量的气体，例如是氢气或者氦气。这样，集热腔17的压力和吸热盘管161内的压力比较接近或者相同，这样对吸热盘管161的强度要求就会降低，吸热盘管161的管壁可以做薄，以进一步提高吸热盘管161的吸热性能。为了防止集热腔17内的气压过高，集热腔17还配置有卸压系统，即在集热腔17的壁体上连接有从集热腔17内侧通往外侧的气管144，气管144上设置溢流阀142和电磁阀141，电磁阀141作为气管144的开关阀门，在需要往腔体内通入或者抽吸气体时，电磁阀141打开。溢流阀142在腔体内压力过高时打开，起到卸压的作用。

在本发明的其他实施例中，也可以不设置透明体143，这样前述卸压系统就也可以不用设置了，虽然在太阳能利用率方面可以降低，但同时这样可以降低一定的成本，并且从集热腔17散逸的热量可以大部份加热盘管13吸收。

在本发明的其他实施例中，集热腔17内即便处于密闭状态下，也可以不同充入气体进行加压，这样前述卸压系统也是可以不用设置的。

虽然前述实施例中，光线入射口162的保温结构10是以三层结构为例进行说明，但是所述保温结构不限于如图1所示的三层结构，可以按照保温性能、结构强度或者工作环境等要求而作相应的改变，例如外壳111本身也可以是多层结构，保温层121也可以是多层结构，保温层121还可以加入阻燃材料等。

还有，在前述实施例中，将聚光器的焦点配置在光线入射口162，但实际上，这不构成对本发明的限制，聚光器的焦点可以相对光线入射口前移或者后移。

在图2中对集热器的构造进行了简化，但这更能清楚地理解本发明有关热储存系统的构造，图2示出了热储能系统的方框图，热储能系统包括集热器1的保温结构10以及熔盐库23。熔盐库23或者称为熔盐池、熔盐槽，其内置有无机盐相变材料，无机盐相变材料熔化后形成熔融体即熔盐。熔盐一般但不限于由60％的硝酸钠和40％的硝酸钾混合而成。熔盐库23和保温结构10之间通过传热工质回路24耦接，传热工质回路24中传热工质不断循环，以将热量在保温结构10和熔盐库23或者其他动力、发电系统之间进行传递。传热工质回路24中设置有对应熔盐库23的换热组件，该换热组件在图2中没有示出，该换热组件可以是换热盘管或者夹套或者其他换热结构。聚光器21将太阳光以反射的方式汇聚到集热器1，集热器1按照图1所示的原理进行工作，集热器1的集热器的吸热盘管161的热量传递到斯特林发动机的热端。结合图1，传热工质在保温结构的加热盘管13处由太阳光加热后，将热量有前述换热组件传递到熔盐库23中的熔盐，熔盐起到储能作用。在传热工质回路24中，熔盐库23通过分路242和保温结构10的加热盘管13耦接，熔盐库23还可以通过分路243和发动或者动力系统22耦接，在分路242、243中设置有控制阀，以使分路242、243二者之一处于工作状态，这样即便在夜间，分路242上的控制阀关闭，分路243上的控制阀开启，控制回路244上的控制阀关闭，传热工质将熔盐库23中的热量传递至发电系统、海水淡化系统或动力系统，继续进行太阳能的利用。在白天，分路242上的控制阀开启，分路234上的控制阀关闭，控制回路244上的控制阀开启，这样将分配到保温结构10上的太阳能储存到熔盐库23中。分路243、242以及控制回路244上的控制阀都开启也是可以的，这样一边利用太阳能，一边将富余的太阳能储存起来。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改。例如，在传热工质回路24中可以设置风机241，这样可以加速传热工质的循环速度。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本发明权利要求所界定的保护范围之内。

Claims (7)

1.碟式太阳能热发电系统的热储存系统，其特征在于，包括入口配置有加热盘管的集热器以及熔盐库，用于太阳能热发电系统，该集热器包括集热腔和设置在集热腔内的吸热盘管，集热腔的光线入射口外侧设置有向外扩开的锥形筒状的保温结构，该保温结构包括外壳、保温层以及加热盘管，从该锥形筒状保温层的横截面来看，保温层位于外侧的内侧，而加热盘管位于保温层的内侧；该加热盘管为传热工质回路的一部分，该加热盘管的工质入口设置在该保温结构的远离光线入射口的一端，该加热盘管的工质出口设置在该保温结构的邻近该光线入射口的一端；该传热工质回路还包括位于熔盐库内的换热组件，在所述传热工质回路中循环的传热工质从所述加热盘管处吸收太阳能后，在所述熔盐库内的换热组件处将热量传递给熔盐库内的无机盐相变材料，从而将热量储存在所述熔盐库。

2.如权利要求1所述的热储存系统，其特征在于，所述集热器的光线入射口设置有透明体，该透明体和光线入射口之间由密封元件密封。

3.如权利要求2所述的热储存系统，其特征在于，所述集热器的集热腔内充有气体，集热腔配置有气体通道，该气体通道设置有安全阀，该安全阀配置成该集热腔内的气压大于设计压力时该安全阀开启，以使该气体能从该气体通道从集热腔中排出。

4.如权利要求1所述的热储存系统，其特征在于，所述加热盘管内循环流通有空气。

5.如权利要求1所述的热储存系统，其特征在于，所述传热工质为空气。

6.如权利要求1所述的热储存系统，其特征在于，所述传热工质回路中设置有风机，以增加所述传热工质的循环速度。

7.如权利要求1所述的热储存系统，其特征在于，所述集热腔内的所述吸热盘管与斯特林发动机耦接，以将热量传递给斯特林发动机的热端。