CN110210146A - 确定腔式吸热器最适开口直径的系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及太阳能技术领域，尤其涉及一种确定腔式吸热器最适开口直径的系统及方法。太阳能聚热碟式和塔式发电系统中，镜场和集热器是非常关键的配置。当镜场被确定以后，需要进一步确定与镜场相匹配的腔式吸热器的开口直径，以利于充分发挥镜场的集热功效。因此亟需一种测量腔式吸热器最适开口直径系统或方法。本申请公开了一种确定腔式吸热器最适开口直径的系统及方法，采用预设开口直径的腔式吸热器，设置在镜场中以测量储热工质升温和流量，利用比例关系计算出镜场的腔式吸热器的最适开口直径。

Description

确定腔式吸热器最适开口直径的系统及方法
技术领域
本申请涉及太阳能技术领域，尤其涉及一种确定腔式吸热器最适开口直径的系统及方法。
背景技术
在太阳能利用技术领域，聚热发电是一项重要课题。太阳能聚热发电是利用大规模阵列式平面反光镜、抛物面反射镜或碟形太阳光反射镜，把太阳热能反射到既定的小区域，从而收集太阳热能，通过热交换装置提供蒸汽，结合传统汽轮发电机的工艺，从而达到发电的目的。一般来说，太阳能聚热发电形式有槽式，碟式和塔式三种。
碟式和塔式发电系统中，镜场和集热器是非常关键的配置。镜场用于反射聚集太阳光，而集热器用于吸收镜场聚集的太阳光的热能，典型的集热器采用圆形开口的腔式吸热器。当镜场被确定以后，需要进一步确定与镜场相匹配的腔式吸热器的开口直径，以利于充分发挥镜场的集热功效。由于镜场的能量特征取决于多种因素，譬如太阳光的强弱、镜场的规模、反射镜的材质等等，所以腔式吸热器的最适开口直径也不尽相同。一般而言，为了使腔式吸热器的吸热工质在最高额定温度以下运行，防止温度过高对设备造成损害，将对应于最高额定温度的开口直径确定为腔式吸热器的最适开口直径。
目前还没有一种将已经安装调试好的镜场对应的腔式吸热器最适开口直径进行实验测量的方法或者装置，而在实际生产中，腔式吸热器的最适开口直径无疑是必须确定的关键参数，传统的统一规格参数的腔式吸热器显然已不能适应不同镜场的需求。
发明内容
本申请提供了一种确定腔式吸热器最适开口直径的系统及方法，以解决目前无法确定镜场对应的腔式吸热器最适开口直径的问题。
本申请所采用的技术方案如下：
本申请的第一方面，提供一种确定腔式吸热器最适开口直径的系统，包括：
腔式吸热器、反光挡风板、换热管道、测温元件、流量计和计算单元；
所述腔式吸热器的腔室上设有采光口，所述腔体的内壁上有选择性吸收涂层，所述腔式吸热器被进一步配置为执行以下步骤：移动腔式吸热器，使腔式吸热器的开口处于光斑的中部并对准光斑；
所述采光口的开口处设有所述反光挡风板，所述反光挡风板为上下开口的圆台形薄板，所述反光挡风板与所述采光口无缝连接，所述反光挡风板的背光面一侧设有冷却管道；
所述腔式吸热器腔体外壁缠绕有换热管道，所述换热管道被进一步配置为执行以下步骤：将工质由工质入口通入换热管道内，并预热预定时间；
所述换热管道上设有测温元件和流量计，所述测温元件和所述流量计被进一步配置为执行以下步骤：根据流量计测量的工质流量变化趋势，将工质流速保持在预定流速，开始测量换热管道的进口工质温度T进以及出口工质温度T出；
所述计算单元被进一步配置为执行以下步骤：根据最高额定温度T额，利用公式计算最适开口直径K，其中，K测为所述腔式吸热器的预设开口直径。
可选的，所述腔式吸热器腔体外包裹隔热材料，所述换热管道外壁包裹保温层。
可选的，所述反光挡风板的迎光面为漫反射面，所述迎光面的反射率≥0.9，所述反光挡风板与所述采光口竖向中心轴线的夹角为45至80度。
可选的，还包括水泵和球阀，所述水泵设置在所述换热管道的工质入口一端，在所述水泵的顺水流方向上设置所述球阀。
可选的，所述选择性吸收涂层对太阳光的吸收率≥0.92，发射率≤0.07，所述腔式吸热器的开口面积小于整个腔式吸热器腔室内壁表面积的1％。
可选的，还包括信号处理设备和信号输出设备，所述信号处理设备与所述测温元件以及所述流量计连接，所述信号输出设备与所述信号处理设备连接。
本申请的第二方面，提供一种确定腔式吸热器最适开口直径的方法，基于本申请第一方面提供的确定腔式吸热器最适开口直径的系统，包括：
移动腔式吸热器，使腔式吸热器的开口处于光斑的中部并对准光斑；
将工质由工质入口通入换热管道内，并预热预定时间；
根据流量计测量的工质流量变化趋势，将工质流速保持在预定流速，开始测量换热管道的进口工质温度T进以及出口工质温度T出；
根据最高额定温度T额，利用公式计算最适开口直径K，其中，K测为所述腔式吸热器的预设开口直径。
可选的，在所述移动腔式吸热器步骤之前，将冷工质通入冷却管道。
可选的，在所述测温元件开始检测换热管道工质温度的同时，使用流量计测量所述换热管道中工质流量，信号处理设备提取换热管道的进口工质温度T进、出口工质温度T出以及所述流量计测量的流量值，根据预设开口直径K测以及最高额定温度T额，计算最适开口直径K，并将结果在信号输出设备上显示。
本申请的确定腔式吸热器最适开口直径的系统，包括：腔式吸热器、反光挡风板、换热管道、测温元件、流量计和计算单元；通过将已知开口直径的腔式吸热器置于镜场中，使腔式吸热器的开口处于光斑的中部并对准光斑，腔式吸热器吸收光斑能量并将能量传递给换热管道，通过测量工质的升温，依据公式得出最适开口直径K。本系统配置简单，易于操作，同时测量结果准确度高。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请的确定腔式吸热器最适开口直径的系统结构示意图；
图2为本申请的确定腔式吸热器最适开口直径的系统测量示意图；
图3为本申请的确定腔式吸热器最适开口直径的方法流程图；
附图标记说明：1-腔式吸热器、2-反光挡风板、3-换热管道、4-测温元件、5-流量计、6-计算单元、7-冷却管道。
具体实施方式
下面将详细地对实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下实施例中描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。仅是与权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的系统和方法的示例。
参见图1和图2，以便于理解本申请的第一方面：
一种确定腔式吸热器最适开口直径的系统，包括：
腔式吸热器、反光挡风板、换热管道、测温元件、流量计和计算单元；
腔式吸热器的腔体上设有采光口，所述腔体的内壁上有选择性吸收涂层，腔式吸热器被进一步配置为执行以下步骤：移动腔式吸热器，使腔式吸热器的开口处于光斑的中部并对准光斑；
采光口的开口处设有反光挡风板，反光挡风板为上下开口的圆台形薄板，反光挡风板与采光口无缝连接，反光挡风板的背光面一侧设有冷却管道；
腔式吸热器腔体外壁缠绕有换热管道，换热管道被进一步配置为执行以下步骤：将工质由工质入口通入换热管道内，并预热预定时间；
换热管道上设有测温元件和流量计，测温元件和流量计被进一步配置为执行以下步骤：根据流量计测量的工质流量变化趋势，将工质流速保持在预定流速，开始测量换热管道的进口工质温度T进以及出口工质温度T出；
计算单元被进一步配置为执行以下步骤：根据最高额定温度T额，利用公式计算最适开口直径K，其中，K测为腔式吸热器的预设开口直径。
上述腔式吸热器为一端开口的圆柱形，腔式吸热器包括中空的腔体和腔体内壁上的选择性吸收涂层。一端开口利于接收光斑的光线，因而此开口为采光口。光线入射到腔体的内壁，其能量传递给选择性吸收涂层。设置反光挡风板一方面避免了多余光线的干扰，另一方面防止采光口以外的其它光线烧毁腔体、测温元件、流量计等部件。冷却管道起到降温的作用，可防止光斑高温损坏反光挡风板。
换热管道的一段紧贴腔体外壁设置，用于将选择性吸收涂层获得的光斑能量进一步传递给换热管道内的储热工质。通过测量储热工质的升温温差以及流量，计算单元根据公式得出最适开口直径K。
可选的，腔式吸热器腔体外包裹隔热材料，换热管道外壁包裹保温层。
隔热材料和保温层能有效阻止热量散失，保证测量准确性。
可选的，反光挡风板的迎光面为漫反射面，迎光面的反射率≥0.9，反光挡风板与采光口竖向中心轴线的夹角为45至80度。
漫反射面可使离采光口近的非入射腔体的光斑光线反射散逸，降低干扰，迎光面的反射率≥0.9以及反光挡风板与采光口竖向中心轴线的夹角为45至80度的反射效果更佳。
可选的，还包括水泵和球阀，水泵设置在换热管道的储热工质入口一端，在水泵的顺水流方向上设置球阀。
可选的，选择性吸收涂层对太阳光的吸收率≥0.92，发射率≤0.07，腔式吸热器的开口面积小于整个腔式吸热器腔室内壁表面积的1％。
可选的，还包括信号处理设备和信号输出设备，信号处理设备与测温元件以及流量计连接，信号输出设备与信号处理设备连接。
参见图3，便于理解本申请的第二方面，提供一种确定腔式吸热器最适开口直径的方法，基于本申请第一方面提供的确定腔式吸热器最适开口直径的系统，包括：
S101,移动腔式吸热器，使腔式吸热器的开口处于光斑的中部并对准光斑；
S102,将工质由工质入口通入换热管道内，并预热预定时间；
S103,根据流量计测量的工质流量变化趋势，将工质流速保持在预定流速，开始测量换热管道的进口工质温度T进以及出口工质温度T出；
S104,根据最高额定温度T额，利用公式计算最适开口直径K，其中，K测为所述腔式吸热器的预设开口直径。
本实施例中的公式：在理想状态下，工质吸收的能量应该与接收光斑的面积成正比，而工质吸收的能量可以用工质升高的温度来表征，接收光斑的面积可以用直径的平方来表征，因此，本实施例中的公式经过推导是成立的。
可选的，在移动腔式吸热器步骤之前，将冷工质通入冷却管道。
可选的，在测温元件开始检测换热管道工质温度的同时，使用流量计测量所述换热管道中工质流量，信号处理设备提取换热管道的进口工质温度T进、出口工质温度T出以及所述流量计测量的流量值，根据预设开口直径K测以及最高额定温度T额，计算最适开口直径K，并将结果在信号输出设备上显示。
一般而言，光斑的中部具有最强的光斑能量，将腔体的采光口设置在光斑的中部，利于接收最强的光斑能量，对于确定最适开口直径具有指导意义。工业化生产中，一个镜场中的腔式吸热器往往是同一规格的，并且腔式吸热器必须能满足光斑任何位置的能量吸收需求，而光斑中部通常具有最大能量，因此基于光斑中部的测量值被认为是最佳开口直径的参考值。
本申请提供的实施例之间的相似部分相互参见即可，以上提供的具体实施方式只是本申请总的构思下的几个示例，并不构成本申请保护范围的限定。对于本领域的技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下依据本申请方案所扩展出的任何其他实施方式都属于本申请的保护范围。

Claims (9)

1.一种确定腔式吸热器最适开口直径的系统，其特征在于，包括：
腔式吸热器(1)、反光挡风板(2)、换热管道(3)、测温元件(4)、流量计(5)和计算单元(6)；
所述腔式吸热器(1)的腔室上设有采光口，所述腔体的内壁上有选择性吸收涂层，所述腔式吸热器(1)被进一步配置为执行以下步骤：移动腔式吸热器(1)，使腔式吸热器(1)的开口处于光斑的中部并对准光斑；
所述采光口的开口处设有所述反光挡风板(2)，所述反光挡风板(2)为上下开口的圆台形薄板，所述反光挡风板(2)与所述采光口无缝连接，所述反光挡风板(2)的背光面一侧设有冷却管道(7)；
所述腔式吸热器(1)腔体外壁缠绕有换热管道(3)，所述换热管道(3)被进一步配置为执行以下步骤：将工质由工质入口通入换热管道(3)内，并预热预定时间；
所述换热管道(3)上设有测温元件(4)和流量计(5)，所述测温元件(4)和所述流量计(5)被进一步配置为执行以下步骤：根据流量计(5)测量的工质流量变化趋势，将工质流速保持在预定流速，开始测量换热管道(3)的进口工质温度T进以及出口工质温度T出；
所述计算单元(6)被进一步配置为执行以下步骤：根据最高额定温度T额，利用公式计算最适开口直径K，其中，K测为所述腔式吸热器(1)的预设开口直径。
2.根据权利要求1所述的确定腔式吸热器最适开口直径的系统，其特征在于，所述腔式吸热器(1)腔体外包裹隔热材料，所述换热管道(3)外壁包裹保温层。
3.根据权利要求1所述的确定腔式吸热器最适开口直径的系统，其特征在于，所述反光挡风板(2)的迎光面为漫反射面，所述迎光面的反射率≥0.9，所述反光挡风板(2)与所述采光口竖向中心轴线的夹角为45至80度。
4.根据权利要求1所述的确定腔式吸热器最适开口直径的系统，其特征在于，还包括水泵和球阀，所述水泵设置在所述换热管道(3)的工质入口一端，在所述水泵的顺水流方向上设置所述球阀。
5.根据权利要求1所述的确定腔式吸热器最适开口直径的系统，其特征在于，所述选择性吸收涂层对太阳光的吸收率≥0.92，发射率≤0.07，所述腔式吸热器(1)的开口面积小于整个腔式吸热器(1)腔室内壁表面积的1％。
6.根据权利要求1所述的确定腔式吸热器最适开口直径的系统，其特征在于，还包括信号处理设备和信号输出设备，所述信号处理设备与所述测温元件(4)以及所述流量计(5)连接，所述信号输出设备与所述信号处理设备连接。
7.一种确定腔式吸热器最适开口直径的方法，其特征在于，基于权利要求1-6任意一项所述的确定腔式吸热器(1)最适开口直径的系统，包括：
移动腔式吸热器(1)，使腔式吸热器(1)的开口处于光斑的中部并对准光斑；
将工质由工质入口通入换热管道(3)内，并预热预定时间；
根据流量计(5)测量的工质流量变化趋势，将工质流速保持在预定流速，开始测量换热管道(3)的进口工质温度T进以及出口工质温度T出；
根据最高额定温度T额，利用公式计算最适开口直径K，其中，K测为所述腔式吸热器(1)的预设开口直径。
8.根据权利要求7所述的确定腔式吸热器最适开口直径的方法，其特征在于，在所述移动腔式吸热器(1)步骤之前，将冷工质通入冷却管道(7)。
9.根据权利要求7所述的确定腔式吸热器最适开口直径的方法，其特征在于，在所述测温元件(4)开始检测换热管道(3)工质温度的同时，使用流量计(5)测量所述换热管道(3)中工质流量，信号处理设备提取换热管道(3)的进口工质温度T进、出口工质温度T出以及所述流量计(5)测量的流量值，根据预设开口直径K测以及最高额定温度T额，计算最适开口直径K，并将结果在信号输出设备上显示。
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