CN1908549B - 热管式球面碟式太阳能聚光集热系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种热管式球面碟式太阳能聚光集热系统，属于太阳能集热设施技术领域。包括安置在太阳光跟踪装置上的球面反光镜，以及支撑在反射镜上方的汽包，所述汽包制有进、出口，并储有工作介质，所述球面反光镜的聚焦处安置热管式真空集热管，所述热管式真空集热管的加热段位于球面反光镜的聚光锥内，所述热管式真空集热管的冷却段插入汽包的工作介质中。本发明工艺简便，成本经济，设计科学，易于推广应用。实验证明，其升温快，加热效果好，效率高，适合大规模工业化生产，性能安全、可靠。
Description
技术领域
本发明涉及一种太阳能聚光集热系统，尤其是一种应用在热发电系统中的太阳能聚光集热装置，属于太阳能集热技术领域。
背景技术
碟式太阳能热发电系统是一种较先进的太阳能发电系统。该系统利用旋转抛物面反射镜将入射阳光聚集在焦点上，使放置在焦点处的太阳能接收器收集较高温度的热能，加热工质，进而驱动发电机组发电。据申请人了解，目前国外该系统均采用焦点处直接放置太阳能斯特林发电装置发电，虽发电效率高，但成本也较高，而且斯特林发电机因具有军事价值，因此对我国实行技术封锁。
检索发现，近年来，国内太阳能利用主要集中在各种太阳能热水器上。例如，申请号为02210049.0的实用新型公开了一种热管式太阳能热水器。由热管、集热板、透明盖板、保温层、水箱、分流板、壳体、支架组成。但显然其不适合用于需要大功率的太阳能热发电系统。此外，申请号为200410009780.2的中国发明专利申请公开了一种太阳能热电联供系统，该系统包括旋转抛物面碟式聚光镜、旋转双曲面光谱控制系统、聚光光伏电池组、热管式热水器。其特点是将太阳光谱在旋转双曲面光谱控制系统中分割，高于光伏电池禁带宽度的光子发电，而低于禁带宽度的光子用来供热。由于系统采用光伏发电，热水器也仅仅完成普通供热，因此也不能用于大功率太阳能热发电。
发明内容
本发明的目的在于：提出一种技术上切实可行、成本经济的球面碟式太阳能聚光集热系统，从而用于大功率太阳能热发电。
本发明的技术方案为：热管式球面碟式太阳能聚光集热系统，包括安置在太阳光跟踪装置上的球面反光镜，以及支撑在球面反光镜上方的汽包，所述汽包制有进、出口，并储有工作介质，所述球面反光镜的聚焦处安置热管式真空集热管，所述热管式真空集热管的加热段位于球面反光镜的聚光锥内，所述热管式真空集热管的冷却段插入汽包的工作介质中。
根据几何光学原理，球面反射镜可以形成圆锥形聚光区域，因此使用热管式真空集热管十分合适。为了获得理想的集热效果，上述真空集热管的热管直径应当大于、最好等于圆锥形聚光区域锥底的直径，集热长度应当大于、最好等于球面反光镜的球面半径的一半，其热管加热段的端部位于聚光锥的锥底。这样可以完全吸收球面反光镜的发射光，获得最佳热效率。
本发明热管式球面碟式太阳能聚光集热系统的工作原理为：太阳光经球面反光镜反射的光线汇聚成一个圆锥体的聚光锥，位于聚光锥的热管式真空集热管依靠表面太阳光吸收涂层，充分吸收太阳光的热量，加热热管内的工质，热管内工质受热汽化后到达热管冷却段，将热量传给冷却段外的工作介质，管内工质冷凝后回流至热管加热段重新循环使用.同时，位于反光镜上方的汽包内的工作介质吸收热管传来的热量，使其迅速汽化后，输出供给发电设备.
本发明不仅采用的球面反光镜比旋转抛物面等反光镜容易制造、热管式真空集热管较碟式其它接收器成本低，而且，球面反光镜形成的聚光锥十分适合采用热管式真空集热管，尤其是当聚光锥与热管式真空集热管的几何参数匹配时，可以获得最佳反光吸热效果。此外，真空集热管与汽包的合理设置不仅便于热交换，而且可以最大限度吸收太阳能的热量。因此，本发明工艺简便，成本经济，设计科学，易于推广应用。实践证明，其升温快，加热效果好，效率高，适合大规模工业化生产，性能安全、可靠。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1是本发明优选实施例一的结构示意图。
图中的1是底盘，2是撑杆，3是托架，4是球面反光镜、5是支轴，6是热管式真空集热管、7是支架、8是汽包、9是工作介质。
具体实施方式
实施例一
对照图1可以看出，本实施例的热管式球面碟式太阳能聚光集热系统中，球面反光镜4通过托架3支撑在太阳光跟踪装置上。在该球面反光镜4聚焦后形成的聚光锥处放置一根热管式真空集热管6。由于球面反光镜4聚焦后形成的聚光锥锥底靠近反射镜表面，因此热管式真空集热管6加热段的端部安置于此，合理利用了球面反射镜的光学特性，结构紧凑，并且热管式真空集热管6热管的直径等于(大于也可)聚光锥锥底直径，加热段长度等于(大于也可)球面反光镜4的球半径的一半，这样可以最紧凑合理的结构获得最佳的集热效果。球面反光镜4的上方通过支架7安置储有以水为工质9的汽包8，该汽包制有进、出口I和O。热管式真空集热管6的冷却段插入汽包8的工作介质9中，可以实现所需的热交换。
太阳光跟踪装置的机械结构为底盘1的中心套装在垂直轴上，周围装有转轮，构成方向角跟踪机构。托架3的中部通过水平支轴5支撑在固定于底盘1的立架构件上，一侧与撑杆2的一端铰接，撑杆2的另一端插在铰装于立架构件上的滑套中构成可伸缩移动副，构成高度角跟踪机构。这样，以十分简捷合理的机构形成了高度角跟踪机构复合于方向角跟踪机构之上的二维太阳光跟踪装置。
其监控驱动方式与现有技术相同，传感元件接受太阳光入射信号后传输给控制电路，控制电路根据传输信号分别驱使方向角和高度角跟踪机构，使其分别带动底盘以及反射镜托架适度旋转，从而保证反射镜始终正对太阳，充分接收太阳光。不另详述。
工作时，热管式真空集热管加热段的太阳光吸收涂层充分吸收球面反光镜形成的聚光锥处的太阳光，加热热管内的工质，使其汽化后到达热管冷却段，将热量传给冷却段外汽包中的工作介质，而管内工质冷凝后回流至加热段循环。汽包中的工作介质汽化成水蒸汽后，由出口输出到汽轮发电机发电。
本实施例各处均考虑了优化设计，因此结构巧妙自然，紧凑合理.实验证明，以上实施例的热管式球面碟式太阳能聚光集热系统工艺简便，成本经济、热效率高，因此具有切实的推广应用价值，适合于高温大功率的太阳能热发电等场合.
除上述实施例外，本发明还可以有其它多种实施方式。例如，也可以采用反射镜固定，而热管式真空集热管跟踪聚光锥的机构；再如，高度角和方向角跟踪机构也可以采用其它复合方式，等等。凡等同替换或等效变换形成的技术方案均落在本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种热管式球面碟式太阳能聚光集热系统，包括安置在太阳光跟踪装置上的球面反光镜，以及支撑在球面反光镜上方的汽包，所述汽包制有进、出口，并储有工作介质，其特征在于：所述球面反光镜的聚焦处安置热管式真空集热管，所述热管式真空集热管的加热段位于球面反光镜的圆锥形聚光区域内，所述热管式真空集热管的冷却段插入汽包的工作介质中；所述真空集热管的热管直径大于等于圆锥形聚光区域锥底的直径，所述真空集热管的热管集热长度大于等于球面反光镜的球面半径的一半，所述加热段的端部位于圆锥形聚光区域的锥底。
2.根据权利要求1所述热管式球面碟式太阳能聚光集热系统，其特征在于：所述球面反光镜通过托架支撑在太阳光跟踪装置上，所述球面反光镜的上方通过支架安置储有工质的汽包。
3.根据权利要求2所述热管式球面碟式太阳能聚光集热系统，其特征在于：所述太阳光跟踪装置为高度角跟踪机构复合于方向角跟踪机构之上的二维太阳光跟踪装置。
4.根据权利要求3所述热管式球面碟式太阳能聚光集热系统，其特征在于：所述太阳光跟踪装置的底盘中心套装在垂直轴上，周围装有转轮，构成方向角跟踪机构；所述托架的中部通过水平支轴支撑在固定于底盘的立架构件上，一侧与撑杆的一端铰接，所述撑杆的另一端插在铰装于立架构件上的滑套中构成可伸缩移动副，构成高度角跟踪机构。
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