CN110108052A - 一种带相变储能功能的碟式太阳能吸热系统及吸热方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种带相变储能功能的碟式太阳能吸热系统及吸热方法，属于太阳能热利用技术领域，具体用于碟式太阳能吸热系统的改良及能源综合利用。本发明包括斯特林发动机、斯特林发动机吸热头、液态金属吸热头、一号液态金属循环管道、二号液态金属循环管道、相变储能单元、吸热腔体和挡板，挡板安装在斯特林发动机，且挡板与斯特林发动机之间形成吸热腔体，斯特林发动机吸热头安装在斯特林发动机上，一号液态金属循环管道的一端和二号液态金属循环管道的一端均与相变储能单元连接，一号液态金属循环管道的另一端与液态金属吸热头连接，二号液态金属循环管道的另一端与斯特林发动机连接，斯特林发动机吸热头和液态金属吸热头均位于吸热腔体内。

Description

一种带相变储能功能的碟式太阳能吸热系统及吸热方法
技术领域
本发明涉及一种带相变储能功能的碟式太阳能吸热系统及吸热方法，属于太阳能热利用技术领域，具体用于碟式太阳能吸热系统的改良及能源综合利用。
背景技术
碟式太阳能发电是太阳能热发电的一种，通过碟状的反射面将太阳光汇聚至焦点，反射的能量在焦点附近被吸收器转换为热能，驱动斯特林机运行发电。由于碟式太阳能支撑构架及反射镜面的加工及安装精度、光斑调节误差等原因，斯特林机吸热头上的会出现能量辐射不均匀的情况，尤其是对于多缸的斯特林机，这个问题尤其严重。每个缸体对应吸热头上一部分的面积，各个吸热头由于吸收的热量差异，将会使得吸热头上和缸体上的温度将会有好几百度之差，影响几个缸之间的综合输出性能，情况严重时候，还可能会使得吸热头烧毁。碟式反射面一旦安装完成，热头上的辐射能量分布大致确定，难以进行再调整去使得均匀分布。
有鉴于此，在申请号为201511025153.2的专利文献中公开了一种太阳能相变储热墙及带有太阳能相变储热墙的通风系统，该太阳能相变储热墙由相变温度从高到低的高温相变层、中温相变层和低温相变层依此连接构成。
综上所述，目前还没有一种碟式太阳能吸热系统能简便、经济、可控性高地去解决以上所提及的碟式太阳能系统中多缸的斯特林机因辐射不均匀带来的吸热头和缸体温度差异较大的问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种结构设计合理的带相变储能功能的碟式太阳能吸热系统及吸热方法。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是：该带相变储能功能的碟式太阳能吸热系统，包括斯特林发动机、斯特林发动机吸热头、液态金属吸热头、一号液态金属循环管道、二号液态金属循环管道、相变储能单元、吸热腔体和挡板，其结构特点在于：所述挡板安装在斯特林发动机，且挡板与斯特林发动机之间形成吸热腔体，所述斯特林发动机吸热头安装在斯特林发动机上，所述一号液态金属循环管道的一端和二号液态金属循环管道的一端均与相变储能单元连接，所述一号液态金属循环管道的另一端与液态金属吸热头连接，所述二号液态金属循环管道的另一端与斯特林发动机连接，所述斯特林发动机吸热头和液态金属吸热头均位于吸热腔体内。
进一步地，所述挡板的数量为多个。
进一步地，所述液态金属吸热头位于斯特林发动机吸热头辐射能量密集区的前方。
进一步地，所述相变储能单元位于吸热腔体的外部，且相变储能单元位于吸热腔体的上方。如条件合适，可利用液态金属重力完成自身循环，减少循环泵的功率消耗。
进一步地，所述液态金属吸热头为块状结构或管状结构。
进一步地，当液态金属吸热头为块状结构时，所述液态金属吸热头的内部布满毛细状的丝，使得液态金属自然均匀地布满吸热面，当液态金属吸热头为管状结构时，所述液态金属吸热头与循环泵连接，强制循环，确保气态的金属不逆流。
进一步地，所述相变储能单元的内部设置有换热装置。
进一步地，本发明的另一个技术目的在于提供一种带相变储能功能的碟式太阳能吸热系统的吸热方法。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的。
一种带相变储能功能的碟式太阳能吸热系统的吸热方法，其特点在于：所述吸热方法如下：
碟式太阳能反射面反射的太阳光汇聚到吸热腔体的入口，进入吸热腔体的内部，照射在斯特林发动机吸热头上，推动斯特林发动机运行，在吸热腔体的外侧设置相变储能单元，并通过液态金属传输热量，液态金属吸热头放置在斯特林发动机吸热头辐射能量密集区的前方，吸收部分热量，并通过一号液态金属循环管道带走，减少斯特林发动机吸热头能量密集区的能量摄入。
进一步地，液态金属在液态金属吸热头受热后气化，沿一号液态金属循环管道进入相变储能单元，相变储能单元的内部设置有换热装置，气化的金属换热后变成液态，因重力自然回流或通过循环泵驱动流至液态金属吸热头，受热后液态金属再度进行以上循环；如不具备直接与斯特林发动机内部吸热部位换热的条件，可将液态金属按吸热时候的路径返回，进入吸热腔体。
进一步地，在没有太阳的情况下，相变储能单元释放能量，并通过液态金属导出，液态金属通过二号液态金属循环管道直接与斯特林发动机相连，并与斯特林发动机内部的吸热部位直接进行换热后，驱动斯特林发动机，使得在没有太阳的时候仍可维持斯特林发动机一段时间的运行；在没有太阳的时候，通过液态金属吸热头释放热量，维持吸热腔体一定温度，减少斯特林发动机吸热头温度骤降的变化梯度，且待再有阳光的时候，斯特林发动机得以快速运行。
进一步地，在碟式太阳能系统安装并调光斑完毕后的试运行过程中，观察斯特林发动机各个吸热头和缸体的温度，确定斯特林发动机吸热头收到太阳辐射能量分布的大致情况，并由此确定液态金属吸热头的尺寸和摆放的位置，以达到最佳的效果。
相比现有技术，本发明具有以下优点：通过增设相变储能单元及液态金属循环系统，从斯特林发动机吸热头辐射密集区分流出部分能量，减少那块区域受到的辐射，均衡几个缸体的辐射能摄入，并将这部分能量通过相变材料存储起来，在没有太阳的时候，相变储能单元释放能量，并通过一号液态金属循环管道将液态金属导出，液态金属通过二号液态金属循环管道直接与斯特林发动机相连，与斯特林发动机内部的吸热部位直接进行换热后，驱动斯特林发动机发电，使得在没有太阳的时候可维持斯特林发动机一段时间的运行，可以应付多云天气偶尔的云遮挡，减少斯特林发动机启停次数。
或者通过液态金属吸热头将这储存的能量释放，维持吸热腔内部在一定温度，起到缓解斯特林发动机吸热头温度骤降的效果，通过设备改良，减少各个缸体受热的不平衡，有利于延长斯特林发动机吸热头寿命，减少斯特林发动机故障率，延长碟式太阳能发电系统运行时间，并提高碟式系统的稳定性和市场竞争力，推动碟式太阳能发电系统的商业化进程。
附图说明
图1是本发明实施例的带相变储能功能的碟式太阳能吸热系统的结构示意图。
图中：斯特林发动机1、斯特林发动机吸热头2、液态金属吸热头3、一号液态金属循环管道4A、二号液态金属循环管道4B、相变储能单元5、吸热腔体6、挡板7。
具体实施方式
下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
实施例。
参见图1所示，须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。同时，本说明书中若用引用如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
本实施例中的带相变储能功能的碟式太阳能吸热系统，包括斯特林发动机1、斯特林发动机吸热头2、液态金属吸热头3、一号液态金属循环管道4A、二号液态金属循环管道4B、相变储能单元5、吸热腔体6和挡板7，挡板7的数量为多个。
本实施例中的挡板7安装在斯特林发动机1，且挡板7与斯特林发动机1之间形成吸热腔体6，斯特林发动机吸热头2安装在斯特林发动机1上，一号液态金属循环管道4A的一端和二号液态金属循环管道4B的一端均与相变储能单元5连接，一号液态金属循环管道4A的另一端与液态金属吸热头3连接，二号液态金属循环管道4B的另一端与斯特林发动机1连接，斯特林发动机吸热头2和液态金属吸热头3均位于吸热腔体6内。
本实施例中的液态金属吸热头3位于斯特林发动机吸热头2辐射能量密集区的前方，相变储能单元5位于吸热腔体6的外部，且相变储能单元5位于吸热腔体6的上方，相变储能单元5的内部设置有换热装置。
本实施例中的液态金属吸热头3为块状结构或管状结构；当液态金属吸热头3为块状结构时，液态金属吸热头3的内部布满毛细状的丝，当液态金属吸热头3为管状结构时，液态金属吸热头3与循环泵连接。
本实施例中的带相变储能功能的碟式太阳能吸热系统的吸热方法，如下：
碟式太阳能反射面反射的太阳光汇聚到吸热腔体6的入口（即反射面焦点），进入吸热腔体6的内部，照射在斯特林发动机吸热头2上，推动斯特林发动机1运行，在吸热腔体6的外侧设置相变储能单元5，并通过液态金属传输热量，液态金属吸热头3放置在斯特林发动机吸热头2辐射能量密集区的前方，吸收部分热量，并通过一号液态金属循环管道4A带走，减少斯特林发动机吸热头2能量密集区的能量摄入。
液态金属在液态金属吸热头3受热后气化，沿一号液态金属循环管道4A进入相变储能单元5，相变储能单元5的内部设置有换热装置，气化的金属换热后变成液态，因重力自然回流或通过循环泵驱动流至液态金属吸热头3，受热后液态金属再度进行以上循环。
在没有太阳的情况下，相变储能单元5释放能量，并通过液态金属导出，液态金属通过二号液态金属循环管道4B直接与斯特林发动机1相连，并与斯特林发动机1内部的吸热部位直接进行换热后，驱动斯特林发动机1，使得在没有太阳的时候仍可维持斯特林发动机1一段时间的运行。
在碟式太阳能系统安装并调光斑完毕后的试运行过程中，观察斯特林发动机1各个吸热头和缸体的温度，确定斯特林发动机吸热头2收到太阳辐射能量分布的大致情况，并由此确定液态金属吸热头3的尺寸和摆放的位置，以达到最佳的效果。
选择与系统运行温度匹配的液态金属和相变材料；相变材料的容量可根据实际情况而定，建议容量可以维持斯特林发动机1几分钟为宜；相变储能单元5和液态金属循环系统（液态金属吸热头3、一号液态金属循环管道4A和二号液态金属循环管道4B）生产需模块化，便于安装或更换。
此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同，本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例说明。凡依据本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效变化或者简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种带相变储能功能的碟式太阳能吸热系统，包括斯特林发动机（1）、斯特林发动机吸热头（2）、液态金属吸热头（3）、一号液态金属循环管道（4A）、二号液态金属循环管道（4B）、相变储能单元（5）、吸热腔体（6）和挡板（7），其特征在于：所述挡板（7）安装在斯特林发动机（1），且挡板（7）与斯特林发动机（1）之间形成吸热腔体（6），所述斯特林发动机吸热头（2）安装在斯特林发动机（1）上，所述一号液态金属循环管道（4A）的一端和二号液态金属循环管道（4B）的一端均与相变储能单元（5）连接，所述一号液态金属循环管道（4A）的另一端与液态金属吸热头（3）连接，所述二号液态金属循环管道（4B）的另一端与斯特林发动机（1）连接，所述斯特林发动机吸热头（2）和液态金属吸热头（3）均位于吸热腔体（6）内。
2.根据权利要求1所述的带相变储能功能的碟式太阳能吸热系统，其特征在于：所述挡板（7）的数量为多个。
3.根据权利要求1所述的带相变储能功能的碟式太阳能吸热系统，其特征在于：所述液态金属吸热头（3）位于斯特林发动机吸热头（2）辐射能量密集区的前方。
4.根据权利要求1所述的带相变储能功能的碟式太阳能吸热系统，其特征在于：所述相变储能单元（5）位于吸热腔体（6）的外部，且相变储能单元（5）位于吸热腔体（6）的上方。
5.根据权利要求1所述的带相变储能功能的碟式太阳能吸热系统，其特征在于：所述液态金属吸热头（3）为块状结构或管状结构；和/或；当液态金属吸热头（3）为块状结构时，所述液态金属吸热头（3）的内部布满毛细状的丝，当液态金属吸热头（3）为管状结构时，所述液态金属吸热头（3）与循环泵连接。
6.根据权利要求1所述的带相变储能功能的碟式太阳能吸热系统，其特征在于：所述相变储能单元（5）的内部设置有换热装置。
7.一种如权利要求1-6中任一权利要求所述的带相变储能功能的碟式太阳能吸热系统的吸热方法，其特征在于：所述吸热方法如下：
碟式太阳能反射面反射的太阳光汇聚到吸热腔体（6）的入口，进入吸热腔体（6）的内部，照射在斯特林发动机吸热头（2）上，推动斯特林发动机（1）运行，在吸热腔体（6）的外侧设置相变储能单元（5），并通过液态金属传输热量，液态金属吸热头（3）放置在斯特林发动机吸热头（2）辐射能量密集区的前方，吸收部分热量，并通过一号液态金属循环管道（4A）带走，减少斯特林发动机吸热头（2）能量密集区的能量摄入。
8.根据权利要求7所述的带相变储能功能的碟式太阳能吸热系统的吸热方法，其特征在于：液态金属在液态金属吸热头（3）受热后气化，沿一号液态金属循环管道（4A）进入相变储能单元（5），相变储能单元（5）的内部设置有换热装置，气化的金属换热后变成液态，因重力自然回流或通过循环泵驱动流至液态金属吸热头（3），受热后液态金属再度进行以上循环。
9.根据权利要求7所述的带相变储能功能的碟式太阳能吸热系统的吸热方法，其特征在于：在没有太阳的情况下，相变储能单元（5）释放能量，并通过液态金属导出，液态金属通过二号液态金属循环管道（4B）直接与斯特林发动机（1）相连，并与斯特林发动机（1）内部的吸热部位直接进行换热后，驱动斯特林发动机（1），使得在没有太阳的时候仍可维持斯特林发动机（1）一段时间的运行。
10.根据权利要求7所述的带相变储能功能的碟式太阳能吸热系统的吸热方法，其特征在于：在碟式太阳能系统安装并调光斑完毕后的试运行过程中，观察斯特林发动机（1）各个吸热头和缸体的温度，确定斯特林发动机吸热头（2）收到太阳辐射能量分布的大致情况，并由此确定液态金属吸热头（3）的尺寸和摆放的位置，以达到最佳的效果。
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