一种梯级大开口槽式太阳能聚光集热系统及设计方法技术方案

本发明专利技术公开一种梯级大开口槽式太阳能聚光集热系统及设计方法，包括大开口槽式聚光器和三种不同形状的新型集热管，三种不同形状的新型集热管分别为低温段集热管、中温段集热管和高温段集热管；所述大开口槽式聚光器分别和低温段集热管、中温段集热管和高温段集热管相连；所述的集热管包括玻璃外壳、金属吸热管和平板二次反射镜，平板二次反射镜安装在玻璃外壳内，且位于玻璃外壳内的上半部分和金属吸热管之间存在一段距离。本发明专利技术能够提高光学效率，减小对外辐射损失，实现吸收与对外辐射损失最佳匹配，净能输出最大，最终提高系统的热效率。效率。效率。

【技术实现步骤摘要】
一种梯级大开口槽式太阳能聚光集热系统及设计方法


[0001]本专利技术涉及太阳能聚光集热
，具体涉及一种梯级大开口槽式太阳能聚光集热系统及设计方法。

技术介绍

[0002]槽式太阳能热发电系统中聚光集热子系统是发电系统的核心，由槽式聚光镜、真空集热管和跟踪装置构成，是电站运行最主要的热量来源。其中大开口、高聚光比是目前提高集热温度、降低投资成本最有效的方法。在目前大开口高聚光比系统中，采用统一规格的集热管，无法满足吸收能与对外辐射能最佳匹配，导致热效率低，尤其在高温部分，温度高、对外辐射损失面积大，有时候产生无出力现象。因此，为了提高效率、减低成本，急需设计一种新的聚光集热系统，实现吸收与对外辐射损失最佳匹配，净能输出最大，提效率、降低投资成本。

技术实现思路

[0003]为了克服以上技术问题，本专利技术的目的在于提供一种梯级大开口槽式太阳能聚光集热系统及设计方法，能够提高光学效率，减小对外辐射损失，实现吸收与对外辐射损失最佳匹配，净能输出最大，最终提高系统的热效率。
[0004]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0005]一种梯级大开口槽式太阳能聚光集热系统，包括大开口槽式聚光器1和三种不同形状的新型集热管，三种不同形状的新型集热管分别为低温段集热管2、中温段集热管3和高温段集热管4；
[0006]所述大开口槽式聚光器1用于反射光线，将反射的光线分别聚集在低温段集热管2、中温段集热管3和高温段集热管4上，低温段集热管2、中温段集热管3和高温段集热管4依次相连；
[0007]所述的三种不同形状的集热管包括玻璃外壳5、金属吸热管6和平板二次反射镜7，金属吸热管6和平板二次反射镜7安装在玻璃外壳5内，且平板二次反射镜7位于玻璃外壳5内的上半部分，平板二次反射镜7的反射面朝向金属吸热管6，平板二次反射镜7和金属吸热管6之间存在一段距离。
[0008]所述低温段集热管2中的金属吸热管6采用带有外翅片的金属吸热管8组成的集热管，带有外翅片的金属吸热管8包括半圆形吸热管以及在半圆形吸热管直径处两端突出的翅片，翅片宽度为半圆形吸热管直径的十分之一左右，出口的最高承受温度为400℃。
[0009]所述中温段集热管3采用半圆形金属吸热管10的直径与低温段金属吸热管6直径相同，出口的最高承受温度为500℃。
[0010]所述高温段集热管4中采用圆形金属吸热管9，出口最高温度为580℃，吸热管表面的涂层为AlCrSiN/AlCrSiON/AlCrO，在600℃安全运行。
[0011]所述低温段集热管2的带有外翅片的金属吸热管8、中温段集热管3的半圆形金属
吸热管10与玻璃外壳5同心，高温段集热管4的圆形金属吸热管9与玻璃外壳5不同心。
[0012]所述带有外翅片的金属吸热管8和半圆形金属吸热管10的直径大于圆形金属吸热管9的直径。
[0013]所述平板二次反射镜7，在中低温段起到阻碍集热管表面红外对外辐射的作用，在高温段起到发射太阳光线，提高拦截因子的作用。
[0014]所述平板二次反射镜7的宽度，在低温段集热管2大于带有外翅片的金属吸热管8直径与翅片宽度之和，在中温段集热管3大于半圆形金属吸热管10的直径，在高温段集热管4也大于圆形金属吸热管9直径。
[0015]梯级大开口槽式太阳能聚光集热系统的设计方法，包括以下步骤；
[0016]第一步：初始值的计算：
[0017]将大开口槽式聚光器1和高温段集热管4的光学参数和几何参数输入SolTrace，以获得集热管表面的热流密度分布，设定集热管的长度为4m，集热管入口温度为580℃，通过调节质量流量，最高温度低于600℃。计算得到：质量流量平均热流(E
ave
)，集热管的表面温度(T
abs
)，对流换热温差(
△
T)；
[0018]第二步：高温段集热管4长度(L)的计算：
[0019]高温度集热管长(L)的计算公式如公式(1)
‑
(3)所示，将公式(1)
‑
(3)输入到MATLAB中进行计算；
[0020]集热管表面涂层吸收的能量(Q
opt
)分为两部分，一部分(Q
loss
)通过辐射和对流损失在大气中，另一部分(Q
u
)被流体吸收：
[0021]Q
opt
＝Q
loss
+Q
u
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0022]公式(1)中的三个参数通过公式(2)到(4)计算所得：
[0023]Q
opt
＝E
ave
·
S
·
L
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0024][0025][0026]流体比热容(C
P
)，集热管周长(S)，对流换热系数(h
a
‑
g
)、涂层的对外反射率(ε
abs
)、天空温度(T
s
)和周围环境温度(T
a
)为已知条件，其它参数第一步得到，然后用公式(1)
‑
(3)计算集热管的长度(L)；
[0027]第三步：利用FLUENT验证集热管的长度(L)：
[0028]第一步中得到了集热管周向热流密度分布和质量流量集热管长度(L)第二步得到，其它参数为已知条件，集热管入口温度为500℃(773.15K)，输入FLUENT中进行研究和输入结果；
[0029]第四步：判断并输出热力学参数：
[0030]完成了FLUENT仿真计算后对计算结果进行如下处理，针对不同的结果的处理方式分为三种情况；
[0031]情况一：输出的出口温度>580℃和最高温度<600℃时，出口温度的误差小于3℃，输出FLUENT仿真得到的热参数；
[0032]情况二：输出的最高温度与出口温度之差大于20℃，提高质量流量继续用FLUENT模拟计算，如果获得情况一，输出热参数，如果不能获得情况一的结果，就开始情况三的做法；
[0033]情况三：根据情况二，输出质量流量和集热管的表面温度(T
abs
)，接下来通过第二步中公式(1)
‑
(3)再次计算集热管的长度(L)，按照上述计算，直到情况一后输出结果；
[0034]高温段的计算从步骤1到步骤4完成，数值计算产生的质量流量也用于中低温段，因此，在中低温度，改变集热管的长度(L)，按第一步至第四步计算，使出口温度满足要求。
[0035]本专利技术的有益效果：
[0036]1.采用的梯级聚光理论，实现了净能输出最大，提高了效率；
[0037]2.增加了平板二次反射镜，平板二次反射镜制造简单，热本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种梯级大开口槽式太阳能聚光集热系统，其特征在于，包括大开口槽式聚光器(1)和三种不同形状的新型集热管，三种不同形状的新型集热管分别为低温段集热管(2)、中温段集热管(3)和高温段集热管(4)；所述的大开口槽式聚光器(1)用于反射光线，将反射的光线分别聚集在低温段集热管(2)、中温段集热管(3)和高温段集热管(4)上，低温段集热管(2)、中温段集热管(3)和高温段集热管(4)依次相连；所述的集热管包括玻璃外壳(5)、金属吸热管(6)和平板二次反射镜(7)，金属吸热管(6)和平板二次反射镜(7)安装在玻璃外壳(5)内，且位于玻璃外壳(5)内的上半部分和金属吸热管(6)之间存在一段距离。2.根据权利要求1所述的一种梯级大开口槽式太阳能聚光集热系统，其特征在于，所述低温段集热管(2)中的金属吸热管(6)采用带有外翅片的金属吸热管(8)组成的集热管，带有外翅片的金属吸热管(8)包括半圆形吸热管以及在半圆形吸热管直径处两端突出的翅片，翅片宽度为半圆形吸热管直径的十分之一左右，出口的最高承受温度为400℃。3.根据权利要求1所述的一种梯级大开口槽式太阳能聚光集热系统，其特征在于，所述中温段集热管(3)采用半圆形金属吸热管(10)的直径与低温段金属吸热管(6)直径相同，出口的最高承受温度为500℃。4.根据权利要求1所述的一种梯级大开口槽式太阳能聚光集热系统，其特征在于，所述高温段集热管(4)中采用圆形金属吸热管(9)，出口最高温度为580℃，吸热管表面的涂层为AlCrSiN/AlCrSiON/AlCrO，在600℃安全运行。5.根据权利要求1所述的一种梯级大开口槽式太阳能聚光集热系统，其特征在于，所述低温段集热管(2)的带有外翅片的金属吸热管(8)、中温段集热管(3)的半圆形金属吸热管(10)与玻璃外壳(5)同心，高温段集热管(4)的圆形金属吸热管(9)与玻璃外壳(5)不同心。6.根据权利要求5所述的一种梯级大开口槽式太阳能聚光集热系统，其特征在于，所述带有外翅片的金属吸热管(8)和半圆形金属吸热管(10)的直径大于圆形金属吸热管(9)直径。7.根据权利要求5所述的一种梯级大开口槽式太阳能聚光集热系统，其特征在于，所述平板二次反射镜(7)，在中低温段起到阻碍集热管表面红外对外辐射的作用，在高温段起到发射太阳光线，提高拦截因子的作用。8.根据权利要求1所述的一种梯级大开口槽式太阳能聚光集热系统，其特征在于，所述平板二次反射镜(7)的宽度，在低温段集热管(2)大于带有外翅片的金属吸热管(8)直径与翅片宽度之和，在中温段集热管(3)大于半圆形金属吸热管(10)的直径，在高温段集热管(4)也大于圆形金属吸热管(9)的直径。9.基于权利要求1
‑
8任一项所述的一种梯级大开口槽式太阳能聚光集热系统的设计方法，其特征在于，所述新型集热管长度的设计要求如下：第一步：初始值的计算：将大开口槽式聚光器(1)和高温段集热管(4)的光学参数和几何参数输入SolTrace，以获得集热管表面的热流密度分布，设定集热管的长度为4m，集...

【专利技术属性】
技术研发人员：巩景虎，李勇，王登甲，王军，彼得，
申请(专利权)人：西安建筑科技大学，
类型：发明
国别省市：