CN207649763U - 一种适用于太阳能聚光的光斑能量闭式测量系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种适用于太阳能聚光的光斑能量闭式测量系统，该系统包括腔式吸热器和加压储罐，腔式吸热器与加压储罐通过管道连接。腔式吸热器上设有采光口，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，反射率大于等于0.9。腔式吸热器为桶形结构，其内腔与外壁之间设有换热管道。采光口下端设有冷工质入口，上端设有热工质出口；冷工质入口通过第一管道与加压储罐连接，热工质出口通过第二管道与加压储罐连接。该系统中设置加压储罐，提高了水的汽化压力，使换热管道内水工质不易汽化。同时反光挡风板既反射掉未进入腔室的光线，避免采光口被未进入腔室的光线烧坏，又减少内腔从采光口溢出的热量，增加了测量结果的准确性。

Description

一种适用于太阳能聚光的光斑能量闭式测量系统

技术领域

本申请属于太阳能热利用技术领域，涉及光斑能量测量，尤其涉及一种适用于太阳能聚光的光斑能量闭式测量系统。

背景技术

太阳能高温热利用是太阳能利用中的重要项目，其中，碟式太阳能热发电系统已成为最重要的三种太阳能热发电方式之一。腔式吸热器是碟式太阳能高温热利用系统中将聚集的太阳光转化成热能的装置，通过对其光斑能量的测量可判断太阳能聚光装置的聚光效率。

现有技术中，有一种适用于太阳能聚光的光斑测量系统，该系统包括球形腔式吸热器，吸热器上设有开口，开口的两端与设置在吸热器内部的冷却水通道连通，冷却水通道的进水口通过进水管道与水槽连接；冷却水通道的出水口通过回收管道与回收槽连接。进水口和出水口的管道上均设有测温元件，通过测量冷却水进出口温差计算得出光斑的能量。

然而，在上述光斑测量系统中，腔式吸热器内腔吸收光斑能量，温度较高，冷却水通道内冷却水易汽化，影响冷却水通道出口处水工质温度的测量；另外，光斑的偏离光线易损坏腔式吸热器开口，且吸热器受风力的影响，易与空气之间的发生对流换热，从而影响测量结果的准确性。

实用新型内容

本申请提供一种适用于太阳能聚光的光斑能量闭式测量系统，该系统增加了加压储罐，提高水的汽化压力，形成闭式循环水工质系统；在采光口处设置反光挡风板既反射掉未进入腔室的光线，避免采光口被未进入腔室的光线烧坏，又减少内腔从采光口溢出的热量，同时减小了空气与吸热器的对流散热损失。

为了达到上述目的，本申请提供如下技术方案：

本申请提供了一种适用于太阳能聚光的光斑能量闭式测量系统，包括腔式吸热器和加压储罐，所述腔式吸热器与所述加压储罐通过管道连接，其中，

所述腔式吸热器上设有采光口，所述采光口的开口处设有反光挡风板；

所述反光挡风板为上下开口的圆台形薄板，所述反光挡风板的反射率大于等于0.9；所述反光挡风板包括迎光面和背光面，所述反光挡风板与所述采光口无缝连接；

所述腔式吸热器为桶形结构，所述腔式吸热器的内腔与外壁之间设有换热管道；

所述采光口的下端设有冷工质入口，上端设有热工质出口；所述冷工质入口通过第一管道与所述加压储罐连接；所述热工质出口通过第二管道与所述加压储罐连接；

所述第一管道上设有第一测温元件；所述第二管道上设有第二测温元件和换热器，所述换热器与所述加压储罐连接；

所述加压储罐与所述换热管道形成闭式循环工质回路。

可选的，所述反光挡风板与所述腔式吸热器竖向中心轴线的夹角为45至80度之间任一数值。

可选的，还包括气瓶，所述气瓶上设有压力调节阀，所述气瓶与所述加压储罐连接。

可选的，所述加压储罐上设有出水口和进水口，所述出水口与所述第一管道连接，所述进水口与所述第二管道连接。

可选的，所述换热管道的迎光侧涂有选择性吸收涂层，所述换热管道的背光侧设有保温层和保护层。

可选的，所述第一管道上设有第一测压元件、水泵和第一流量测量装置，所述第一测压元件设置在所述第一测温元件与所述冷工质入口之间；所述第一流量测量装置设置在所述第一测温元件和所述水泵之间，所述水泵与所述第一流量测量装置之间设有球阀。

可选的，所述第二管道上设有第二测压元件和第二流量测量装置，所述第二测压元件设在所述第二测温元件与所述热工质出口之间。

可选的，所述加压储罐顶部设有第三测压元件和安全阀，所述加压储罐底部设有排污口。

可选的，所述采光口的面积小于或等于所述腔式吸热器内壁表面积的1.0％。

可选的，所述选择性吸收涂层对太阳光的吸收率大于或等于0.92，发射率小于或等于0.07。

由以上技术方案，本申请提供了一种适用于太阳能聚光的光斑能量闭式测量系统，该系统增加了加压储罐，加压储罐通过第一管道和第二管道与腔式吸热器连接，加压储罐与腔式吸热器腔体内换热管道形成一个闭式循环水工质系统，提高了水工质的汽化压力，使换热管道内水工质不易汽化，增加了测量结果的准确性。在采光口处设置反光挡风板既可以反射掉未进入腔室的光线，避免采光口被未进入腔室的光线烧坏，提高了测量系统的安全性。反光挡风板同时又可以减少内腔从采光口溢出的热量，减小了空气与吸热器的对流换热，从而减小了腔式吸热器的散热损失。

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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请提供的一种适用于太阳能聚光的光斑能量闭式水工质测量系统的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的反光挡风板的结构示意图。

附图标记说明：1、腔式吸热器；2、加压储罐；3、采光口；4、反光挡风板；5、迎光面；6、背光面；7、换热管道；8、冷工质入口；9、热工质出口；10、第一管道；11、第二管道；12、第一测温元件；13、第二测温元件；14、换热器；15、气瓶；16、压力调节阀；17、出水口；18、进水口；19、选择性吸收涂层；20、保温层；21、保护层；22、第一测压元件；23、水泵；24、第一流量测量装置；25、球阀；26、第二测压元件；27、第二流量测量装置；28、第三测压元件；29、安全阀；30、排污口。

具体实施方式

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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。

参见图1，为本申请提供的一种适用于太阳能聚光的光斑能量闭式测量系统的结构示意图。

一种适用于太阳能聚光的光斑能量闭式测量系统，包括腔式吸热器1和加压储罐2，所述腔式吸热器1与所述加压储罐2通过管道连接，其中，所述腔式吸热器1上设有采光口3，所述采光口3的开口处设有反光挡风板4。

该系统中的腔式吸热器1主要用于吸收光斑能量，通过导热、对流的方式将吸收的光斑能量转化为热能，并传递给换热工质。所述加压储罐2用于提高循环水工质的汽化压力，为该系统提供循环水工质并保证水工质不会发生汽化。所述采光口3用于布置光斑，所测光斑的能量通过所述采光口3进入所述腔式吸热器1，照射在所述腔式吸热器1的内腔上，所述腔式吸热器1的内腔为光吸收区域。

在所述采光口3处设置所述反光挡风板4既反射掉未进入腔室的光线，避免所述采光口3被未进入腔室的光线烧坏，又减少内腔从所述采光口3溢出的热量；所述反光挡风板4还可以对自然风起一定的阻挡作用，减少所述腔式吸热器1与外界空气的对流换热，从而减小所述腔式吸热器1内腔热量损失。

参见图2，为本申请实施例提供的反光挡风板的结构示意图。

所述反光挡风板4为上下开口的圆台形薄板，所述反光挡风板4的反射率大于等于0.9；所述反光挡风板4包括迎光面5和背光面6，所述反光挡风板4与所述采光口3无缝连接。光线通过所述采光口3进入腔体内部，大部分光线被吸收，少量光能以反射光的形式在腔式吸热器1内弹射。光线经所述采光口3进入所述腔式吸热器1的内腔，反光挡风板4的存在既反射掉未进入腔室的光线，避免所述采光口3被未进入光线烧坏，又减少内腔从所述采光口3溢出的热量，提高了光斑能量测量系统的安全性和测量结果的准确性。

所述腔式吸热器1为桶形结构，所述腔式吸热器1的内腔与外壁之间设有换热管道7。所述采光口3的下端设有冷工质入口8，上端设有热工质出口9；所述冷工质入口8通过第一管道10与所述加压储罐2连接；所述热工质出口9通过第二管道11与所述加压储罐2连接。

所述腔式吸热器1设为桶形结构更有利于换热管道7的布置，所述换热管道7设置在所述腔式吸热器1的内腔与外壁之间的区域。该系统中所述加压储罐2提高水工质的汽化压力，冷却水从所述冷工质入口8进入所述换热管道7，吸收热量后从所述热工质出口9流处通过第二管道11进入所述加压储罐2，以供循环利用。

所述第一管道10上设有第一测温元件12；所述第二管道11上设有第二测温元件13和换热器14，所述换热器14与所述加压储罐2连接；所述加压储罐2与所述换热管道7形成闭式循环工质回路。

所述第一测温元件12用于测量水工质通过所述冷工质入口8时的温度，所述第二测温元件13用于测量水工质通过所述热工质出口9时的温度。所述第一测温元件12和所述第二测温元件13可采用热电偶测温元件，因为水工质在管道有一定的流速，将第一测温元件12和第二测温元件13设置在管道曲折处附近。为了使测量结果更为准确，所述第一测温元件12设置在靠近所述冷工质入口8的第一管道10的弯道处，所述第二测温元件13设置在靠近所述热工质出口9的第二管道11的弯道处。

吸收热量后的冷却水通过第二管道11进入所述换热器14，所述换热器14的最大功率和入射光光斑的热量相等。为了降低所述第二管道11内流体温度，所述换热器14靠近所述加压储罐2处安装，保证所述加压储罐2安全及所述加压储罐2内介质状态。

所述换热器14可采用板式换热器，板式换热器具有传热效率高、热损失小、安装和清洗方便等优点。板式换热器由一系列具有一定波纹形状的薄金属片叠装而成，各种板片之间形成薄矩形通道，通过板片进行热量交换。水工质在两块板片间形成的窄小而曲折的通道中流过，热水和冷却水依次通过流道，中间有一隔层板片将流体分开，并通过此板片进行换热。

可选的，所述反光挡风板4与所述腔式吸热器1竖向中心轴线的夹角为45至80度之间任一数值。所述反光挡风板4为上下开口的圆台形薄板，所述反光挡风板4的反射率大于等于0.9，与所述采光口3的圆周边缘处无缝连接。所述反光挡风板4呈扩张状，与所述腔式吸热器1竖向中心轴线呈一定的夹角。

可选的，还包括气瓶15，所述气瓶15上设有压力调节阀16，所述气瓶15与所述加压储罐2连接。所述气瓶15用于提高加压储罐2内冷却水的汽化压力，所述气瓶15内气体可选用氮气，氮气化学性质稳定，成本较低。所述压力调节阀16用于调节所述气瓶15的压力，所述气瓶15的压力根据使用时实验要求确定。

可选的，所述加压储罐2上设有出水口17和进水口18，所述出水口17与所述第一管道10连接，所述进水口18与所述第二管道11连接。冷却水通过所述出水口17流出，进入第一管道10，在所述换热管道7被吸收热量，然后通过第二管道11进入所述换热器14冷却后，由所述进水口18进入所述加压储罐2。

可选的，所述换热管道7的迎光侧涂有选择性吸收涂层19，所述换热管道7的背光侧设有保温层20和保护层21。所述选择性吸收涂层19用于吸收入射光光斑能量，因吸收器聚光焦点上的温度比较高，吸热器在此区域应该选用耐高温的吸收材料。所述保温层20和所述保护层21的作用是减小所述换热管道7内冷却水热量损失。

为了保证所述第一测温元件12和所述第二测温元件13测得的温度的准确性，在所述冷工质入口8和所述第一测温元件12之间的管道以及所述热工质出口9和所述第二测温元件13之间的管道上设有保温层20和保护层21。所述加压储罐2的壳体外壁面设有保温层20和保护层21，可保证加压储罐2内冷却水的温度恒定以及保证加压储罐2内介质状态。所述保温层20的保温材料导热系数小于或等于0.03W/(m·k)，所述保温层20外表面散热损失小于或等于光斑总能量的0.1％。所述保护层21外壁面选用精抛光型铅质材料，为了减小自然光吸收对测量精度的影响，所述保护层21材料黑度小于或等于0.039。

可选的，所述第一管道10上设有第一测压元件22、水泵23和第一流量测量装置24，所述第一测压元件22设置在所述第一测温元件12与所述冷工质入口8之间；所述第一流量测量装置24设置在所述第一测温元件12和所述水泵23之间，所述水泵23与所述第一流量测量装置24之间设有球阀25。所述第一测压元件22用于测量冷却水流经第一管道10进入冷工质入口8的压力。所述水泵23用于输送冷却水，并保证冷却水有一定的压力。冷却水的流量通过所述球阀25进行调节，所述第一流量测量装置24可有效地对第一管道10上冷却水的流量进行记录和测量。

可选的，所述第二管道11上设有第二测压元件26和第二流量测量装置27，所述第二测压元件26设在所述第二测温元件13与所述热工质出口9之间。所述第二测压元件26用于测量所述冷却水流出所述热工质出口9进入第二管道11内冷却水的压力。所述第二流量测量装置27可对第二管道11冷却水流量进行记录和测量。

可选的，所述加压储罐2顶部设有第三测压元件28和安全阀29，所述加压储罐2底部设有排污口30。所述第三测压元件28可测量所述加压储罐2内水工质和介质压力，保证所述加压储罐2的安全。所述安全阀29保证所述加压储罐2不超压，所述排污口30主要用于加压储罐2的清洗时方便排污。

可选的，所述采光口3的面积小于或等于所述腔式吸热器1内壁表面积的1.0％。所述采光口3的形状和所测光斑的形状相同。

可选的，所述选择性吸收涂层19对太阳光的吸收率大于或等于0.92，发射率小于或等于0.07。为了使太阳能热转换效率达到最佳，选择性吸收涂层19需满足两个条件，一是在太阳光谱内有尽量高的吸收率；二是在热辐射波长范围内有尽可能低的发射率。

通过该系统对光斑能量进行测量时，根据所测光斑的位置，将所述腔式吸热器1的采光口3对准所测光斑；入射光线照射在所述腔式吸热器1的内腔上，偏离光线通过所述反光挡风板3被反射掉，光斑处的能量由所述采光口3进入腔室；光斑能量由所述选择性吸收涂层19进行吸收，然后被换热工质带走；未吸收的能量及内壁自身的热辐射在内腔上以光的形式进行多次反射，反射的能量被所述选择性吸收涂层19吸收；根据所述第一测温元件12和所述第二测温元件13测得的温度以及所述第一流量测量装置24和所述第二流量测量装置27测得的流量，计算得出所测光斑处的能量。为了使测量结果更加准确，多次测量同一光斑不同流量下的水工质进出口温度差，并求得多次测量的平均值，其中，可通过所述球阀25调节水工质的流量。

由以上技术方案，本申请提供了一种适用于太阳能聚光的光斑能量闭式测量系统，该系统中设置了加压储罐2，加压储罐2通过第一管道10和第二管道11与腔式吸热器1连接，所述加压储罐2与腔式吸热器1腔体内部的换热管道7形成了一个闭式循环水工质系统，提高了水工质的汽化压力，使换热管道7内水工质不易汽化，增加了测量结果的准确性。同时，在采光口3处设置反光挡风板4既可以反射掉未进入腔室的光线，避免所述采光口3被未进入腔室的光线烧坏，提高光斑能量测量系统的安全性。同时反光挡风板4的存在又可以减少内腔从所述采光口3溢出的热量，减小了空气与吸热器的对流换热，从而减小了腔式吸热器1的散热损失。

需要说明的是，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的内容，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种适用于太阳能聚光的光斑能量闭式测量系统，其特征在于，包括：腔式吸热器(1)和加压储罐(2)，所述腔式吸热器(1)与所述加压储罐(2)通过管道连接，其中，

所述腔式吸热器(1)上设有采光口(3)，所述采光口(3)的开口处设有反光挡风板(4)；

所述反光挡风板(4)为上下开口的圆台形薄板，所述反光挡风板(4)的反射率大于等于0.9；所述反光挡风板(4)包括迎光面(5)和背光面(6)，所述反光挡风板(4)与所述采光口(3)无缝连接；

所述腔式吸热器(1)为桶形结构，所述腔式吸热器(1)的内腔与外壁之间设有换热管道(7)；

所述采光口(3)的下端设有冷工质入口(8)，上端设有热工质出口(9)；所述冷工质入口(8)通过第一管道(10)与所述加压储罐(2)连接；所述热工质出口(9)通过第二管道(11)与所述加压储罐(2)连接；

所述第一管道(10)上设有第一测温元件(12)；所述第二管道(11)上设有第二测温元件(13)和换热器(14)，所述换热器(14)与所述加压储罐(2)连接；

所述加压储罐(2)与所述换热管道(7)形成闭式循环工质回路。

2.根据权利要求1所述的适用于太阳能聚光的光斑能量闭式测量系统，其特征在于，所述反光挡风板(4)与所述腔式吸热器(1)竖向中心轴线的夹角为45至80度之间任一数值。

3.根据权利要求1所述的适用于太阳能聚光的光斑能量闭式测量系统，其特征在于，还包括气瓶(15)，所述气瓶(15)上设有压力调节阀(16)，所述气瓶(15)与所述加压储罐(2)连接。

4.根据权利要求1所述的适用于太阳能聚光的光斑能量闭式测量系统，其特征在于，所述加压储罐(2)上设有出水口(17)和进水口(18)，所述出水口(17)与所述第一管道(10)连接，所述进水口(18)与所述第二管道(11)连接。

5.根据权利要求1所述的适用于太阳能聚光的光斑能量闭式测量系统，其特征在于，所述换热管道(7)的迎光侧涂有选择性吸收涂层(19)，所述换热管道(7)的背光侧设有保温层(20)和保护层(21)。

6.根据权利要求1所述的适用于太阳能聚光的光斑能量闭式测量系统，其特征在于，所述第一管道上设有第一测压元件(22)、水泵(23)和第一流量测量装置(24)，所述第一测压元件(22)设置在所述第一测温元件(12)与所述冷工质入口(8)之间；所述第一流量测量装置(24)设置在所述第一测温元件(12)和所述水泵(23)之间，所述水泵(23)与所述第一流量测量装置(24)之间设有球阀(25)。

7.根据权利要求1所述的适用于太阳能聚光的光斑能量闭式测量系统，其特征在于，所述第二管道上设有第二测压元件(26)和第二流量测量装置(27)，所述第二测压元件(26)设在所述第二测温元件(13)与所述热工质出口(9)之间。

8.根据权利要求1所述的适用于太阳能聚光的光斑能量闭式测量系统，其特征在于，所述加压储罐(2)顶部设有第三测压元件(28)和安全阀(29)，所述加压储罐底部设有排污口(30)。

9.根据权利要求1所述的适用于太阳能聚光的光斑能量闭式测量系统，其特征在于，所述采光口(3)的面积小于或等于所述腔式吸热器(1)内壁表面积的1.0％。

10.根据权利要求5所述的适用于太阳能聚光的光斑能量闭式测量系统，其特征在于，所述选择性吸收涂层(19)对太阳光的吸收率大于或等于0.92，发射率小于或等于0.07。