CN105485944A - 一种太阳能腔式吸热器接收窗几何形状动态调节装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种太阳能腔式吸热器接收窗几何形状动态调节装置，包括多块挡板装置、温度传感器和控制系统，所述的多块挡板装置布置在腔口处；挡板装置包括移动挡板、齿条、导轨、齿轮、滑块、固定架及电动机；所述的齿条和滑块平行安装在移动挡板上；所述的导轨和电动机安装在固定架上，齿轮设在电动机的输出轴上，齿轮与齿条啮合，滑块与导轨配合；所述的温度传感器的探头固定在移动挡板上，温度传感器、电动机均通过数据线与控制系统连接。本发明能够形成不同的接收窗形状，在有效接收光能的同时最大程度的减小接收窗的面积，能有效的减少辐射热损失和对流热损失，且具有实现吸热器过热保护或故障时切断光源的功能。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能光热发电技术领域，更具体的说是涉及一种太阳能腔式吸热器接收窗几何形状动态调节装置。
背景技术
太阳能光热发电技术领域，由于地面接收的太阳光照辐射能流密度低，往往须将大面积的太阳光能聚集到吸热器的金属热管表面，使金属热管内部流动的换热工质获得热能，并将热能传输给热电转换装置，继而实现太阳光能转换为电能输出。上述的光-热-电转换过程中，太阳光能-热能的转换是以吸热器为载体实现的，而吸热器是提高光热发电系统效率的关键。
要实现高效的热电转换，吸热器一般采用腔体结构形式，且工作在较高的温度下。由于吸热器是运行在室外环境的，其腔体温度远高于外部环境温度，不可避免的将产生辐射热损失，且辐射热损失能量值是温度差值、接收窗面积的正相关函数。与此同时，外部环境的冷气流将流入腔体并带走热量，即对流热损失，其对流热损失能量值也是温度差和接收窗面积的正相关函数。明显可知，要减少吸热器的热损失来提高热利用性能，主要途径仍是有效的减少腔体吸热器的接收窗面积。但由于机架结构的跟踪误差和承载变形等影响，聚光器聚集的太阳光能可能会偏离接收窗口而产生光学损失，这样看来增大吸热器的接收窗面积又是必要的。因此，吸热器既要减少热损失又要避免光学损失，对吸热器的接收窗而言是既要面积小又要面积大，需要提出新的技术方案来解决上述矛盾。
当前，中国专利CN103604230A中公开了一种碟式太阳能热发电系统的保护装置，是通过控制一个遮光组件的直线运动来实现太阳光能的切断与否，是针对吸热器金属管路过热保护而提出的技术方案，仅具有简单的吸热器接收窗面积改变的能力，无法满足光热发电系统实际运行的接收窗形状改变的需求。此外，为减少吸热器的对流损失，有人提出在吸热器腔口安装石英盖板，但该技术方案由于大面积的高透射率的石英盖板制造困难，且吸热器腔口安装石英盖板易存在温度分布不均匀，而导致石英盖板热应力损坏，所以石英盖板来解决热损失仍处于试验阶段，未能有效解决腔式吸热器在实际运行的热损失问题。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种能够接收聚光器聚集的所有光能，且能有效减小热损失的太阳能腔式吸热器接收窗几何形状动态调节装置，它能够根据聚光光斑大小将接收窗几何形状调节到与之相匹配的最小几何面积，通过减小吸热器在实际工作中的接收窗开口面积，来达到减少辐射热损失和对流热损失的目的。
本发明采用的技术方案是：一种太阳能腔式吸热器接收窗几何形状动态调节装置，包括多块挡板装置、温度传感器和控制系统，所述的多块挡板装置沿吸热器腔口的圆周方向均匀布置在腔口处；挡板装置包括移动挡板、齿条、导轨、齿轮、滑块、固定架及电动机；所述的齿条和滑块平行安装在移动挡板上，齿条沿吸热器腔口的半径设置；所述的导轨和电动机安装在固定架上，齿轮设在电动机的输出轴上，齿轮与齿条啮合，滑块与导轨配合；所述的挡板装置通过固定架与吸热器的机壳连接；所述的温度传感器的探头固定在移动挡板上，温度传感器、电动机均通过数据线与控制系统连接。
上述的太阳能腔式吸热器接收窗几何形状动态调节装置中，所述的移动挡板包括外层板和保温板；外层板和保温板连接，保温板朝向吸热器，外层板上设有盲孔，温度传感器的探头设置在盲孔中，数据线从外层板和保温板之间的结合面引出。
上述的太阳能腔式吸热器接收窗几何形状动态调节装置中，所述的移动挡板为矩形或带有凹口的矩形；凹口位于移动挡板朝向吸热器腔口中心的一端，凹口为梯形或半圆形，移动挡板的另一端设有连接板，连接板与滑块固定连接；所述的温度传感器是均匀布置在外层板的凹口的边缘处。
上述的太阳能腔式吸热器接收窗几何形状动态调节装置中，所述的腔口端部的多个移动挡板能够重叠，且相邻的两移动挡板之间留有防止干涉的间隙，位于最里面的移动挡板贴合在吸热器的端面上。
上述的太阳能腔式吸热器接收窗几何形状动态调节装置中，所述的外层板采用的是金属材料，保温板采用的是保温材料。
上述的太阳能腔式吸热器接收窗几何形状动态调节装置中，所述的导轨的两端均固定安装有挡块。
上述的太阳能腔式吸热器接收窗几何形状动态调节装置中，还包括限位块。限位块上设有齿条槽，齿条与齿条槽配合，所述的限位块安装在固定架上。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明通过移动挡板的平移来动态调节吸热器接收窗的几何形状及尺寸，能够在有效接收光能的同时最大程度的减少辐射热损失和对流热损失。
2、本发明的移动挡板可以设置不同的几何特征，根据这些几何特征的运动叠加组合，能形成特征不同的接收窗形状，能够通过几何特征形状来减缓吸热器腔体的气体流动，从而一定程度的减少对流热损失。
3、本发明的移动挡板的运动能够实现吸热器接收窗的全开、全闭和其他工况，能够实现吸热器腔体金属热管的过热保护或发电系统故障时的断光保护，即出现故障或过热时可以将移动挡板运动到使吸热器腔口全闭合的状态，阻断光能。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的全开工况的主视图。
图3为本发明的全开工况的俯视图。
图4为本发明的轴测图。
图5为本发明用于调节时的结构图。
图6为本发明的不带凹口的移动挡板的结构图
图7为本发明的带梯形凹口的移动挡板的结构图。
图8为本发明（包括四个带半圆形凹口的挡板装置）用于调节时的结构图。
图9为本发明（包括四个矩形的挡板装置）用于调节时的结构图。
图10为本发明（包括两个带梯形凹口的挡板装置）用于调节时的结构图。
图中：1—吸热器；2—腔口；3—螺栓；4—连接板；5—齿轮；6—电动机；7—齿条；8—导轨；9—固定架；10—移动挡板；11—机壳；12—凹口；13—挡板装置；14—控制系统；15—数据线；16—滑块；17—热电转换装置；18—半圆弧口；19—外层板；20—温度传感器；21—保温板；22—限位块；23—连轴杆；24—圆螺母；25—挡块。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
如图1—图4所示，本发明包括两挡板装置13、多个温度传感器20和控制系统14。所述的两挡板装置13沿吸热器腔口的圆周方向均匀布置在腔口处。所述的挡板装置13包括移动挡板10、采用螺栓固定在移动挡板10上的齿条7、与齿条7啮合传动配合的齿轮5、安装在固定架9上的导轨8、与导轨8配合的滑块16及电动机6，所述的齿条沿吸热器腔口半径方向设置。如图1所示，挡板装置13通过固定架9与吸热器1的机壳11采用螺栓固定。所述的移动挡板10包括外层板19和与外层板19几何形状一致的保温板21，外层板19和保温板21是重叠贴合并通过螺栓固定；保温板21朝向吸热器1。外层板19采用的是金属材料，保温板21采用的是具有耐高温且导热系数小的保温材料。如图8、9所示，本发明还可以包括四个挡板装置13。
移动挡板10为带有半圆形的凹口12的矩形；凹口12位于移动挡板10朝向吸热器腔口圆心的一端，如图7所示，凹口12的形状也可以为梯形，如图6所示，移动挡板10还可以是不带凹口的矩形；移动挡板10的另一端表面对称焊接有连接板4，连接板4采用螺栓3与滑块16固定连接。所述的电动机6安装在支架35上，支架35安装在固定架9上。电动机6的输出轴通过连轴杆23与齿轮5固定连接，并采用圆螺母24对齿轮5进行轴向固定。
外层板19上凹口的边缘处均匀设有多个盲孔；所述的温度传感器20的探头固定在外层板1的盲孔中，并从外层板19和保温板21之间的结合面引出数据线。所述的温度传感器20、电动机6均通过数据线15与控制系统14电连接。所述的控制系统14预先存储有聚光光斑的理想几何尺寸及形状，用于确定移动挡板来形成接收窗的最小极限位置。
如图2所示，吸热器的腔口2端部的多个移动挡板10能够重叠，且相邻的两移动挡板10之间留有一定的防止干涉的间隙，最里面的移动挡板10贴合在吸热器1的端面上。
如图4所示，所述的导轨8的两端均采用螺栓3固定有挡块25。所述的固定架9上设有限位块22，限位块22设有齿条槽，齿条7与限位块22的齿条槽配合。
如图5所示，本发明通过两块带有半圆形凹口的左右布置的移动挡板10的相对移动，可以实现工作状态的最小接收窗面积以及故障情况的全闭合的非采光工况，且接收窗的几何形状非常适合聚光系统的承载情况的光斑接收，因为太阳能光热发电系统的机架结构承载变形主要是沿高度角轴方向转动位移(如碟式光热发电系统)，光斑的偏移是沿上下移动，此时的接收窗形状正是上下大左右小的。
如图8所示，本发明可以采用上下左右对称的布置四块带半圆形凹口的移动挡板10，四块带半圆形凹口的移动挡板10可以形成更为紧凑的接收窗形状，此形状更接近于圆形。
如图9所示，本发明可以通过对称布置四块矩形状的移动挡板10来进行移动组合获得矩形接收窗形状。
如图10所示，本发明可以通过对称布置两块带梯形凹口的移动挡板10来进行移动，组合获得六边形接收窗形状。
本发明的工作原理如下：(1)控制系统根据预先存储的聚光光斑的理想几何尺寸及形状，发出信号并控制电动机的转动来调节各移动挡板的位置，使形成的接收窗几何略大于理想光斑尺寸；(2)在聚光集热运行过程中，通过移动移动挡板中布置的若干温度传感器来判断光斑的偏移情况，控制系统实时接收温度传感器传输的温度值和位置，并进行实时对比分析；(3)当聚集的太阳光能投射在某快移动挡板某位置时，该局部位置的温度将会急剧升高，此时控制系统将根据温度升高的位置来调节移动挡板的运动量，使聚集的光能可以全部进入吸热器腔体内；(4)当运行一段时间后，再次将移动挡板调节至最小接收窗位置。实际的太阳能光热发电系统运行过程，主要是由于外部风载荷的影响而使得聚光光斑偏移且是动态的，大部分的工作时间是处于较为理想的稳定的聚光光斑情况。因此，上述的调节动作并不繁琐，且在风载荷作用下可以稳定在一个较为合适的接收窗尺寸。
Claims (7)
1.一种太阳能腔式吸热器接收窗几何形状动态调节装置，其特征是：包括多块挡板装置、温度传感器和控制系统，所述的多块挡板装置沿吸热器腔口的圆周方向均匀布置在腔口处；挡板装置包括移动挡板、齿条、导轨、齿轮、滑块、固定架及电动机；所述的齿条和滑块平行安装在移动挡板上，齿条沿吸热器腔口的半径设置；所述的导轨和电动机安装在固定架上，齿轮设在电动机的输出轴上，齿轮与齿条啮合，滑块与导轨配合；所述的挡板装置通过固定架与吸热器的机壳连接；所述的温度传感器的探头固定在移动挡板上，温度传感器、电动机均通过数据线与控制系统连接。
2.根据权利要求1所述的太阳能腔式吸热器接收窗几何形状动态调节装置，其特征是：所述的移动挡板包括外层板和保温板；外层板和保温板连接，保温板朝向吸热器，外层板上设有盲孔，温度传感器的探头设置在盲孔中，数据线从外层板和保温板之间的结合面引出。
3.根据权利要求1所述的太阳能腔式吸热器接收窗几何形状动态调节装置，其特征是：所述的移动挡板为矩形或带有凹口的矩形；凹口位于移动挡板朝向吸热器腔口中心的一端，凹口为梯形或半圆形，移动挡板的另一端设有连接板，连接板与滑块固定连接；所述的温度传感器是均匀布置在外层板的凹口的边缘处。
4.根据权利要求1所述的太阳能腔式吸热器接收窗几何形状动态调节装置，其特征是：所述的腔口端部的多个移动挡板能够重叠，且相邻的两移动挡板之间留有防止干涉的间隙，位于最里面的移动挡板贴合在吸热器的端面上。
5.根据权利要求2所述的太阳能腔式吸热器接收窗几何形状动态调节装置，其特征是：所述的外层板采用的是金属材料，保温板采用的是保温材料。
6.根据权利要求1所述的太阳能腔式吸热器接收窗几何形状动态调节装置，其特征是：所述的导轨的两端均固定安装有挡块。
7.根据权利要求1所述的太阳能腔式吸热器接收窗几何形状动态调节装置，其特征是：还包括限位块，限位块上设有齿条槽，齿条与齿条槽配合，所述的限位块安装在固定架上。
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Legal Events
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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Granted publication date: 20170412 |
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