CN104879284A - 一种追日太阳能烟囱热气流系统 - Google Patents

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曹飞
毛宇飞
刘庆君
肖洪
白建波
朱天宇
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Abstract

本发明公开了一种追日太阳能烟囱热气流系统，其特征是，包括集热棚、设置在所述集热棚中心的太阳能烟囱；所述集热棚边缘设置有若干个定日镜；所述集热棚包括集热棚盖板、集热棚支撑和蓄热层；所述烟囱内设置有用于加热空气的换热管、烟囱外设置有用于收集所述定日镜反射的太阳能的外腔式吸热器；所述集热棚和烟囱的结合处设置有风力透平。本发明所达到的有益效果：本系统具有太阳能烟囱和太阳能塔的双重优势，存在聚光和非聚光两种耦合利用太阳能的方式；能够有效降低集热棚面积和烟囱高度，充分回收多种型式的能量，提高了系统的热效率。

Description

一种追日太阳能烟囱热气流系统
技术领域
本发明涉及一种追日太阳能烟囱热气流系统，属于太阳能发电技术领域。
背景技术
我国能源利用总量已经稳居世界前列，然而我国能源利用结构不甚合理。目前的能源结构依旧是以煤炭为主导，约占总体能源消耗的70%左右。这种以煤炭为主体的能源结构导致了诸如酸雨、颗粒物排放、水体污染等环境和社会问题。寻求太阳能等可再生能源是解决我国能源紧缺与能源污染问题的有效手段。太阳能热利用有聚光和非聚光两种主要形式。聚光形式的太阳能热利用系统主要有塔式、槽式、蝶式和菲涅尔式；非聚光形式的太阳能热利用系统主要是太阳能烟囱发电系统。现有专利大都研究某一种形式下面的太阳能热利用系统，很少有将聚光和非聚光形式的太阳能热利用方式耦合起来。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种追日太阳能烟囱热气流系统，解决了如何降低原塔式太阳能热发电系统的镜场规模、提高原太阳能热气流发电系统的发电效率的问题。
为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：
一种追日太阳能烟囱热气流系统，其特征是，包括集热棚、设置在所述集热棚中心的太阳能烟囱；所述集热棚边缘设置有若干个定日镜；所述集热棚包括集热棚盖板、集热棚支撑和蓄热层；所述烟囱内设置有用于加热空气的换热管、烟囱外设置有用于收集所述定日镜反射的太阳能的外腔式吸热器；所述集热棚和烟囱的结合处设置有风力透平。
前述的一种追日太阳能烟囱热气流系统，其特征是，所述定日镜采用双轴跟踪运行模式；所述定日镜在聚光-非聚光复合模式下用于跟踪太阳，在非聚光模式下用于作为集热棚的外延。
前述的一种追日太阳能烟囱热气流系统，所述集热棚支撑用于支撑集热棚盖板的重量；所述集热棚盖板与蓄热层之间形成空气流道；所述集热棚盖板的两端分别设置有非聚光模式下空气入口和聚光-非聚光复合模式下空气入口。
前述的一种追日太阳能烟囱热气流系统，其特征是，所述外腔式吸热器与烟囱内的换热管通过管路相连，所述换热管内流动有换热工质。
前述的一种追日太阳能烟囱热气流系统，其特征是，所述外腔式吸热器位于集热棚中间偏下位置；所述换热管贯穿集热棚内壁并采用螺旋上升管布置方式。
本发明所达到的有益效果：本系统具有太阳能烟囱和太阳能塔的双重优势，存在聚光和非聚光两种耦合利用太阳能的方式；能够有效降低集热棚面积和烟囱高度，充分回收多种型式的能量，提高了系统的热效率。
附图说明
图1是本发明的系统结构示意图。
图中附图标记的含义：
1-烟囱，2-外腔式吸热器，3-换热管，4-集热棚支撑，5-蓄热层，6-风力透平，7-集热棚盖板，8-聚光-非聚光复合模式下空气入口，9-定日镜，10-定日镜支架，11-非聚光模式下空气入口，12-太阳光。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
本系统的工作分为两种模式：
在非聚光模式下，太阳能加热集热棚盖板7下方的蓄热层5，使得蓄热层5温度升高从而加热其上方的空气。空气温度升高、密度降低，具有向上流动的趋势。空气在太阳能烟囱1的抽吸作用下流向集热棚中心的太阳能烟囱1，通过烟囱1后由出口流出系统，环境大气中的空气从集热棚入口不断进入系统，如此循环。空气流过集热棚与烟囱1的连接处时，推动位于此处的风力透平6转动，风力透平6带动发电机产出电能。
在聚光-非聚光复合模式下，位于集热棚边缘的定日镜9从水平状态转动至跟踪太阳状态。多个定日镜9跟踪太阳，将太阳光12聚集在烟囱1外壁面的外腔式吸热器2上。外腔式吸热器2内布置换热管管路，换热管管路与烟囱1内换热管3相连，从而将聚集的太阳能传递进入烟囱1内壁面。空气流在该模式下除了在集热棚内受热外，在烟囱1内也收热，从而提高了空气流的速度。此种模式下集热棚半径小，集热棚空气入口离烟囱1入口更近，更利于系统的维护与保养。该种模式下也是通过高速空气流推动集热棚与烟囱1结合处的风力透平6发电。
非聚光型式的太阳能热气流系统和塔式太阳能聚光系统两个系统合理组合，充分利用了太阳能的热量。利用太阳能热气流系统产生电能和强大上升气流推动风力透平6转动，利用定日镜9聚集阳光在烟囱1内进一步加热空气、提升空气流动速度从而获得更多的电能输出。在本系统中集热棚半径不会过大，烟囱1高度也不会过高，原因是在集热棚边缘引入了定日镜9，因而提高了系统的可靠性和安全性。
为了便于本系统的正常运作，换热工质具有较大的比热容和汽化温度，集热棚盖板7采用透射率高、吸收率或反射率低的材料，定日镜9的镜面在水平位置时透射率高、反射率和吸收率低，在倾斜跟踪太阳时反射率高，透射率和吸收率低。
本系统的具体工作过程如下：
在太阳辐射强烈的白天，空气在集热棚盖板7与蓄热层5形成的腔道内受热膨胀、温度升高、密度降低，从而形成了与周围环境的密度差，具有向上流动的趋势。空气从集热棚入口进入系统，从烟囱1出口流出系统，形成了空气流动循环。集热棚所收集到的气流在烟囱1内汇集，在烟囱1底部推动风力透平6转动，并由发电机发出电能。在辐射不强烈或者需要高发电功率的场合下，定日镜9跟踪太阳使得系统运行在聚光-非聚光复合模式下。定日镜9从原水平位置转动至跟踪太阳位置，太阳光12聚集至烟囱1上的腔体式吸热器上，再通过换热管管路以及流动工质将热量传递给烟囱1内壁面的换热管3，烟囱1内换热管3进一步加热烟囱1内空气流，从而提高空气流速度、提高系统发电功率。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种追日太阳能烟囱热气流系统，其特征是，包括集热棚、设置在所述集热棚中心的太阳能烟囱；所述集热棚边缘设置有若干个定日镜；所述集热棚包括集热棚盖板、集热棚支撑和蓄热层；所述烟囱内设置有用于加热空气的换热管、烟囱外设置有用于收集所述定日镜反射的太阳能的外腔式吸热器；所述集热棚和烟囱的结合处设置有风力透平。
2.根据权利要求1所述的一种追日太阳能烟囱热气流系统，其特征是，所述定日镜采用双轴跟踪运行模式；所述定日镜在聚光-非聚光复合模式下用于跟踪太阳，在非聚光模式下用于作为集热棚的外延。
3.根据权利要求1所述的一种追日太阳能烟囱热气流系统，所述集热棚支撑用于支撑集热棚盖板的重量；所述集热棚盖板与蓄热层之间形成空气流道；所述集热棚盖板的两端分别设置有非聚光模式下空气入口和聚光-非聚光复合模式下空气入口。
4.根据权利要求1所述的一种追日太阳能烟囱热气流系统，其特征是，所述外腔式吸热器与烟囱内的换热管通过管路相连，所述换热管内流动有换热工质。
5.根据权利要求4所述的一种追日太阳能烟囱热气流系统，其特征是，所述外腔式吸热器位于集热棚中间偏下位置；所述换热管贯穿集热棚内壁并采用螺旋上升管布置方式。
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