梯形集热光斑能量与热流密度测量系统及方法技术方案

本申请提供了一种梯形集热光斑能量与热流密度测量系统及方法，属于太阳能热利用技术领域。在此领域中，如何进一步提高太阳能发电系统的聚光效率已经成为一个世界性问题。作为镜场调节的依据，光斑的热流密度分布数据具有重要意义。目前腔式吸热器虽能够测量整个光斑的能量与热流密度，但无法同时测量光斑各划分区域的热流密度，本申请提供的梯形集热光斑能量与热流密度测量系统及方法，反光板的迎光面为锥面，反光板和金属吸热板的迎光面的纵切面为梯形，通过金属吸热板‑热管‑联集管的连接方式，计算每个联集管吸收的光斑能量，进而得出光斑各区域的热流密度，可指导镜场调整以提高太阳能发电系统的聚光效率，实用性强，便于产业上推广应用。

Measuring System and Method for Energy and Heat Flux Density of Trapezoidal Collector Spot

【技术实现步骤摘要】
梯形集热光斑能量与热流密度测量系统及方法
本申请涉及太阳能热利用
，尤其涉及一种梯形集热光斑能量与热流密度测量系统及方法。
技术介绍
太阳能利用
，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梯形反光镜、梯形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，通过热交换系统提供蒸汽，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形成光斑，而集热器用于吸收光斑的热能。为了提高发电系统的聚光效率，给镜场调整和集热器选用提供依据，需要对光斑的能量与热流密度进行测量。目前典型采用腔式吸热器进行光斑能量的测量，这种桶形结构的腔式吸热器将吸收的光斑能量传递给外壁上缠绕的换热管道，根据换热管道内通入的工质的升温和体积计算光斑的能量。然而，这种测量方式存在诸多局限，无法测量光斑局部区域的能量与热流密度，此外，当光斑面积较大时，需要具备更大采光口的腔式吸热器，增加了工程制造的难度。如何更便捷地既测量整个光斑、又测量光斑局部区域的能量与热流密度，成为亟待解决的技术问题。
技术实现思路
本申请提供一种既能测量光斑局部区域、又可同时测量整个光斑的能量与热流密度的系统和方法，以解决目前无法测量光斑局部区域的热流密度分布以提高太阳能发电系统聚光效率的问题。本申请的一方面，提供一种梯形集热光斑能量与热流密度测量系统，包括：反光板、金属吸热板、热管、联集管、测温元件、流量测量单元和储热工质；所述反光板的迎光面为锥面，所述反光板和所述金属吸热板的迎光面的纵切面为梯形，每个所述反光板与每个所述金属吸热板的边缘连接，所述反光板与所述金属吸热板的竖向中心轴线的夹角为0到45度，所述反光板的开口边缘与相邻所述反光板的开口边缘接触；所述金属吸热板的迎光面设置有选择性吸收涂层，每个所述金属吸热板与每个所述热管相连，所述热管为内部有工作液的封闭式真空管，所述热管分为蒸发段和冷凝段，所述工作液储存在蒸发段，所述热管的蒸发段端面与所述金属吸热板的背光面紧密接触，所述热管的冷凝段嵌入所述联集管中；所述联集管的数量至少为两个，每个所述联集管与每个所述热管相连；所述测温元件分别设置于联集管的工质入口一端和工质出口一端；所述流量测量单元设置在与联集管相通的管路上；所述储热工质由所述联集管的入口通入，再由所述联集管的出口流出。可选的，所述反光板的迎光面为镜面反射，所述迎光面的反射率≥0.9，所述反光板的背光面一侧设有冷却管道。可选的，所述热管外部侧壁上包裹有导热用的保护套，所述保护套的一端与所述金属吸热板紧密接触，在所述保护套外侧和所述联集管外侧包裹隔热材料。可选的，还包括水泵和球阀，所述水泵设置在所述联集管的入口一端，在所述水泵的顺水流方向上设置所述球阀。可选的，所述流量测量单元为流量计，所述流量计设置在与所述联集管相连通的管道上。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相连，所述信号处理设备与所述信号输出设备相连。本申请的另一方面，提供一种梯形集热光斑能量与热流密度测量方法，基于本申请所提供的梯形集热光斑能量与热流密度测量系统，包括以下步骤：调整梯形集热光斑能量与热流密度测量系统，在保证工作液处于金属吸热板一端的条件下，使金属吸热板对准光斑；将储热工质通入联集管的入口，储热工质由联集管的出口流出，待所有测量值都稳定(预热预定时间)，测温元件开始检测联集管两端的储热工质温度，记录同一时刻流经各联集管的储热工质的入口温度值和出口温度值，流量测量单元开始检测单位时间内储热工质的流量，记录单位时间内储热工质的流量值；根据记录的同一时刻流经各联集管的储热工质的入口温度值和出口温度值以及单位时间内储热工质的流量值，计算各联集管对应的光斑区域在单位时间内的能量值，并得出整个光斑的能量值；根据各联集管对应的光斑区域的面积计算各光斑区域的热流密度以及整个光斑的热流密度。可选的，在所述调整梯形集热光斑能量与热流密度测量系统的步骤之前，将冷却工质通入冷却管道。可选的，在所述根据记录的同一时刻流经各联集管的储热工质的入口温度值和出口温度值以及单位时间内储热工质的流量值，计算各联集管对应的光斑区域在单位时间内的能量值，并得出整个光斑的能量值的步骤中，还包括：信号处理设备提取记录的同一时刻流经各联集管的储热工质的入口温度值和出口温度值以及单位时间内储热工质的流量值，并计算各光斑区域的能量值以及整个光斑的能量值，并根据各光斑区域的面积计算热流密度，并将所述信号处理设备计算的结果在信号输出设备上显示。可选的，所述方法还包括：通过调节水泵和球阀的大小，在储热工质的不同流速下，对光斑能量与热流密度进行多次测量。本申请提供的技术方案包括以下有益技术效果：本申请提供的一种梯形集热光斑能量与热流密度测量系统及方法，通过设置至少两个联集管和至少两个热管，既可以测量整个光斑的能量与热流密度，也可以同时测量出光斑各划分区域的能量与热流密度，这样就能够指导镜场作进一步调整以提高太阳能发电系统聚光效率；反光板的迎光面为锥面，反光板和金属吸热板的迎光面的纵切面为梯形，每个反光板与每个金属吸热板的边缘连接，反光板与金属吸热板的竖向中心轴线的夹角为0到45度，这样就使每个光斑区域形成一套独立的能量接收子系统，能量吸收更加充分，且相邻光斑区域之间的干扰更小，使计算结果更趋精确；通过保证工作液的位置，有利于能量传导；将储热工质通入联集管预设时间，各部件预热，达到一定的稳定状态，使测量结果更准确；冷却管道的设置能充分保护反光板不被光斑高温损坏；使用信号处理设备和信号输出设备使测量过程更智能化和自动化，提高测量效率；通过在储热工质的不同流速下对光斑能量多次测量，可进一步保证测量结果的准确性。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为本申请的梯形集热光斑能量与热流密度测量系统一个实施例的结构示意图；图2为本申请的梯形集热光斑能量与热流密度测量系统另一个实施例的结构示意图；图3为本申请的梯形集热光斑能量与热流密度测量系统另一个实施例的结构示意图；图4为本申请中联集管测量系统示意图；图5为本申请的梯形集热光斑能量与热流密度测量方法的流程图。附图标记说明：1-金属吸热板、2-反光板、3-热管、4-联集管、5-测温元件、6-流量测量单元、7-保护套、8-冷却管道、9-水泵、10-球阀。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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。请参考附图1、附图2以及附图3，以便于理解本申请第一方面所提供的一种梯形集热光斑能量与热流密度测量系统的实施例。本实施例的梯形集热光斑能量与热本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种梯形集热光斑能量与热流密度测量系统，其特征在于，包括：反光板(2)、金属吸热板(1)、热管(3)、联集管(4)、测温元件(5)、流量测量单元(6)和储热工质；所述反光板(2)的迎光面为锥面，所述反光板(2)和所述金属吸热板(1)的迎光面的纵切面为梯形，每个所述反光板(2)与每个所述金属吸热板(1)的边缘连接，所述反光板(2)与所述金属吸热板(1)的竖向中心轴线的夹角为0到45度，所述反光板(2)的开口边缘与相邻所述反光板(2)的开口边缘接触；所述金属吸热板(1)的迎光面设置有选择性吸收涂层，每个所述金属吸热板(1)与每个所述热管(3)相连，所述热管(3)为内部有工作液的封闭式真空管，所述热管(3)分为蒸发段和冷凝段，所述工作液储存在蒸发段，所述热管(3)的蒸发段端面与所述金属吸热板(1)的背光面紧密接触，所述热管(3)的冷凝段嵌入所述联集管(4)中；所述联集管(4)的数量至少为两个，每个所述联集管(4)与每个所述热管(3)相连；所述测温元件(5)分别设置于联集管(4)的工质入口一端和工质出口一端；所述流量测量单元(6)设置在与联集管(4)相通的管路上；所述储热工质由所述联集管(4)的入口通入，再由所述联集管(4)的出口流出。...

【技术特征摘要】
1.一种梯形集热光斑能量与热流密度测量系统，其特征在于，包括：反光板(2)、金属吸热板(1)、热管(3)、联集管(4)、测温元件(5)、流量测量单元(6)和储热工质；所述反光板(2)的迎光面为锥面，所述反光板(2)和所述金属吸热板(1)的迎光面的纵切面为梯形，每个所述反光板(2)与每个所述金属吸热板(1)的边缘连接，所述反光板(2)与所述金属吸热板(1)的竖向中心轴线的夹角为0到45度，所述反光板(2)的开口边缘与相邻所述反光板(2)的开口边缘接触；所述金属吸热板(1)的迎光面设置有选择性吸收涂层，每个所述金属吸热板(1)与每个所述热管(3)相连，所述热管(3)为内部有工作液的封闭式真空管，所述热管(3)分为蒸发段和冷凝段，所述工作液储存在蒸发段，所述热管(3)的蒸发段端面与所述金属吸热板(1)的背光面紧密接触，所述热管(3)的冷凝段嵌入所述联集管(4)中；所述联集管(4)的数量至少为两个，每个所述联集管(4)与每个所述热管(3)相连；所述测温元件(5)分别设置于联集管(4)的工质入口一端和工质出口一端；所述流量测量单元(6)设置在与联集管(4)相通的管路上；所述储热工质由所述联集管(4)的入口通入，再由所述联集管(4)的出口流出。2.根据权利要求1所述的梯形集热光斑能量与热流密度测量系统，其特征在于，所述反光板(2)的迎光面为镜面反射，所述迎光面的反射率≥0.9，所述反光板(2)的背光面一侧设有冷却管道(8)。3.根据权利要求1所述的梯形集热光斑能量与热流密度测量系统，其特征在于，所述热管(3)外部侧壁上包裹有导热用的保护套(7)，所述保护套(7)的一端与所述金属吸热板(1)紧密接触，在所述保护套(7)外侧和所述联集管(4)外侧包裹隔热材料。4.根据权利要求1所述的梯形集热光斑能量与热流密度测量系统，其特征在于，还包括水泵(9)和球阀(10)，所述水泵(9)设置在所述联集管(4)的入口一端，在所述水泵(9)的顺水流方向上设置所述球阀(10)。5.根据权利要求1所述的梯形集热光斑能量与热流密度测量系统，其特征在于，所述流量测量单元(6)为流量计，所述流量计设置在与所述联集管(4)相连通的管道上。6.根据权利要求1所述的梯形集热光...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘艳，刘晓亮，刘平，
申请(专利权)人：中国能源建设集团陕西省电力设计院有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61