CN105042887A - 一种提高碟式太阳能集热器热利用率的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提高碟式太阳能集热器热利用率的装置，包括凸透镜、支架、多碟聚光系统、斯特林发动机、聚光腔、吸热腔和吸热管，多碟聚光系统由多块抛物面反射镜和太阳光跟踪转动装置组成，多碟聚光系统上通过支架安装有斯特林发动机，斯特林发动机朝向太阳的开口由凸透镜密封，平行的太阳光线通过凸透镜折射汇聚成光斑，斯特林发动机内设有聚光腔和吸热腔，在聚光腔安装有若干吸热管，吸热管的小盘径端位于凸透镜的聚光焦点上，吸热管内部填充有液态工质，加热到一定温度后发生相变，高温传导至吸热腔进行能量转换，带动斯特林发动机做功产生电能或机械能。本发明使斯特林发动机两端都能接收到太阳辐射能，提高了太阳光吸收利用率。

Description

一种提高碟式太阳能集热器热利用率的装置

技术领域

本发明涉及环保领域，具体涉及一种提高碟式太阳能集热器热利用率的装置。

背景技术

随着世界能源消耗的不断增加以及化石燃料储量的不断减小，能源短缺已成为制约社会发展的重要议题，发展新能源势在必行。在众多的可再生能源中，太阳能取之不尽用之不竭，成为发展新能源的首选。

光热发电技术主要利用抛物面反射镜将平行的太阳光线聚集在一起形成一个个小光斑，再把小光斑聚集成具有高能流密度的辐射能大光斑，通过光热转换装置加热工质并使工质发生相变驱动发动机，运动的发动机发电或将热能转换为机械能进行能源利用。碟式聚光系统通常由整体旋转抛物面反射镜或多块抛物面反射镜组成，可将太阳光聚集在一个小面积内，并且系统占地面积和聚光比灵活可调，是当前发展的重要方向。

当前，碟式聚光发电系统的一种方式是将斯特林发动机安装在碟式抛物面反射镜的焦点上，将焦点汇聚的光斑作为系统的热源。常规的斯特林发动机朝向反射镜方向的开口处为透明石英玻璃密封，另一侧则为金属密封，太阳光通过多碟聚集到聚光腔内，进行热利用。这种设计的缺点是顶端太阳辐射过来的热量没有被有效的利用，浪费了一部分能量。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种提高碟式太阳能集热器热利用率的装置，将朝向太阳一侧的开口用凸透镜代替金属密封，这样能够有效利用太阳光直接辐射过来的热量，提高了太阳光吸收利用率。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种提高碟式太阳能集热器热利用率的装置，包括凸透镜、支架、多碟聚光系统、斯特林发动机、聚光腔、吸热腔和吸热管，多碟聚光系统由多块抛物面反射镜和太阳光跟踪转动装置组成，多碟聚光系统通过支架安装有斯特林发动机，系统能够根据太阳的方向转动，斯特林发动机朝向太阳的开口由凸透镜密封，平行的太阳光线通过凸透镜折射汇聚成光斑，斯特林发动机内设有聚光腔和吸热腔，在聚光腔安装有若干吸热管，吸热管的小盘径端位于凸透镜的聚光焦点上，光斑作为热源为吸热管加热，吸热管内部填充有液态工质，加热到一定温度后发生相变，高温传导至吸热腔进行能量转换，带动斯特林发动机做功产生电能或机械能。

优选的，所述吸热管从吸热腔到凸透镜方向盘径逐渐变小。

优选的，凸透镜直径与多碟聚光系统的尺寸换算如下式：

h＝d²/(16f)(1)

对于理想碟式抛物聚能器，其焦斑的直径d_foc可写成，

凸透镜直径d_cl为1.1d_foc，最终形式可写成，

$d_{\mathrm{cl}}={1.1d}_{\mathrm{foc}}=\frac{0.089f\×{(d^2+{16h}^2)}^2}{{2d}^2(d^2-{16h}^2)}---\left(5\right)$

式中，θ_sun为太阳不平行度(16′)4.65π/180；h为碟式聚能器高度；f为焦距；为边缘角；d为开口直径；d_foc为焦斑直径；d_cl为凸透镜直径

本发明具有以下有益效果：

使斯特林发动机两端都能接收到太阳辐射能，提高了太阳光吸收利用率；结构简单，设计合理，实现方便，稳定性强，抗风性能好，且能够更有效的、更充分的利用太阳能资源，实现成本低，使用效果好，便于推广使用。

附图说明

图1为本发明实施例一种提高碟式太阳能集热器热利用率的装置的结构示意图。

图2为本发明实施例一种提高碟式太阳能集热器热利用率的装置中斯特林发动机的剖面图。

具体实施方式

为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1-2所示，本发明实施例提供了一种提高碟式太阳能集热器热利用率的装置，包括凸透镜1、支架2、多碟聚光系统3、斯特林发动机4、聚光腔5、吸热腔6和吸热管7，多碟聚光系统3由多块抛物面反射镜和太阳光跟踪转动装置组成，多碟聚光系统3通过支架2安装有斯特林发动机4，系统能够根据太阳的方向转动，斯特林发动机4朝向太阳的开口由凸透镜1密封，平行的太阳光线通过凸透镜1折射汇聚成光斑，斯特林发动机4内设有聚光腔5和吸热腔6，在聚光腔5安装有若干吸热管7，吸热管7的小盘径端位于凸透镜1的聚光焦点上，光斑作为热源为吸热管7加热，吸热管7内部填充有液态工质，加热到一定温度后发生相变，高温传导至吸热腔6进行能量转换，带动斯特林发动机4做功产生电能或机械能。

所述吸热管7从吸热腔到凸透镜方向盘径逐渐变小。

凸透镜直径与多碟聚光系统的尺寸换算如下式：

h＝d²/(16f)(1)

对于理想碟式抛物聚光器，其焦斑的直径d_foc可写成，

凸透镜直径d_cl为1.1d_foc，最终形式可写成，

$d_{\mathrm{cl}}={1.1d}_{\mathrm{foc}}=\frac{0.089f\×{(d^2+{16h}^2)}^2}{{2d}^2(d^2-{16h}^2)}---\left(5\right)$

式中，θ_sun为太阳不平行度(16′)4.65π/180；h为碟式聚能器高度；f为焦距；为边缘角；d为开口直径；d_foc为焦斑直径；d_cl为凸透镜直径。

本具体实施通过将朝向太阳一侧的开口用凸透镜代替金属密封，有效利用太阳光直接辐射过来的热量，并且通过凸透镜的折射把辐射热汇聚到一点形成光斑，光斑汇聚到吸热管最小盘径处，通过焦点上的光斑对吸热管进行加热，吸热管内的液态工质加热到一定温度后发生相变，高温传导至吸热腔进行能量转换，带动热机做功产生电能或机械能，使斯特林发动机两端都能接收到太阳辐射能，提高太阳光吸收利用率。

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，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种提高碟式太阳能集热器热利用率的装置，其特征在于，包括凸透镜(1)、支架(2)、多碟聚光系统(3)、斯特林发动机(4)、聚光腔(5)、吸热腔(6)和吸热管(7)，多碟聚光系统(3)由多块抛物面反射镜和太阳光跟踪转动装置组成，多碟聚光系统(3)上通过支架(2)安装有斯特林发动机(4)，系统能够根据太阳的方向转动，斯特林发动机(4)朝向太阳的开口由凸透镜(1)密封，平行的太阳光线通过凸透镜(1)折射汇聚成光斑，斯特林发动机(4)内设有聚光腔(5)和吸热腔(6)，在聚光腔(5)安装有若干吸热管(7)，吸热管(7)的小盘径端位于凸透镜(1)的聚光焦点上，光斑作为热源为吸热管(7)加热，吸热管(7)内部填充有液态工质，加热到一定温度后发生相变，高温传导至吸热腔(6)进行能量转换，带动斯特林发动机(4)做功产生电能或机械能。

2.根据权利要求1所述的一种提高碟式太阳能集热器热利用率的装置，其特征在于，所述吸热管(7)从吸热腔到凸透镜方向盘径逐渐变小。

3.根据权利要求1所述的一种提高碟式太阳能集热器热利用率的装置，其特征在于，凸透镜直径与多碟聚光系统的尺寸换算如下式：

h＝d²/(16f)

对于理想碟式抛物聚光器，其焦斑的直径d_foc可写成，

凸透镜直径d_cl为1.1d_foc，最终形式可写成，

$d_{\mathrm{cl}}=1.1d_{\mathrm{foc}}=\frac{0.089f\×{(d^2+16h^2)}^2}{2d^2(d^2-16h^2)}$

式中，θ_sun为太阳不平行度(16′)4.65π/180；h为碟式聚能器高度；f为焦距；为边缘角；d为开口直径；d_foc为焦斑直径；d_cl为凸透镜直径。