一种太阳能集热管被动偏置方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术属于太阳能集热器领域，并具体公开了一种太阳能集热管被动偏置方法及装置，其包括步骤：当集热管偏置时，集热管内的吸热管几何轴心向下偏离焦线，当集热管下方的抛物反射镜端点反射光束的边缘刚好与吸热管相切时，以此时对应的偏置量作为理想临界偏置量；按照理想临界偏置量安装集热管，然后逐次向上移动集热管，使偏置量减小，并相应测量集热管的进出口流体温度差，当进出口流体温度差不再上升时，集热管偏置量到达实际临界偏置量附近，并根据进出口流体温度差继续跟踪变化的临界偏置量。本发明专利技术先确定集热器的理想临界偏置量，并考虑集热器受其他因素的影响，对集热管偏置量进行被动调节，提高太阳能流分布均匀性和集热管安全性。热管安全性。热管安全性。

【技术实现步骤摘要】
一种太阳能集热管被动偏置方法及装置


[0001]本专利技术属于太阳能集热器领域，更具体地，涉及一种太阳能集热管被动偏置方法及装置。

技术介绍

[0002]太阳能发电技术中，光伏发电技术发电成本低，装机容量大，但受太阳辐射影响较大，常表现出波动性和间歇性。光伏发电采用高成本电化学储能可在一定程度上缓解波动性，但无法解决昼夜间歇性。相较而言，太阳能热发电技术的优势可弥补光伏发电的不足。槽式太阳能热发电技术是目前商业化程度最高的太阳能热发电技术，占全球太阳能热发电总装机的76％以上。槽式太阳能系统主要采用呈抛物线型的反射镜，使抛物面的轴线对准太阳，并把集热管放在焦点处。只要反射镜足够大，只利用聚集太阳光将集热管中的介质加热到预定温度。
[0003]因槽式太阳能集热器的结构特点，入射太阳光线主要被抛物反射镜汇聚到集热管底部，使集热管上下表面的太阳能流密度分布不均，导致集热管壁产生较大温度梯度。温度梯度导致集热管产生较大的热变形，戳破玻璃管，造成真空失效等安全问题。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种太阳能集热管被动偏置方法及装置，其目的在于，确定集热器的理想临界偏置量，并考虑集热器受其他因素的影响，对时刻处于变化的集热管偏置量进行被动调节，提高太阳能流分布均匀性和集热管安全性。
[0005]为实现上述目的，按照本专利技术的一方面，提出了一种太阳能集热管被动偏置方法，包括如下步骤：
[0006]当集热管偏置时，集热管内的吸热管几何轴心向下偏离焦线，当集热管下方的抛物反射镜端点反射光束的边缘刚好与吸热管相切时，以此时对应的偏置量作为理想临界偏置量；
[0007]按照理想临界偏置量安装集热管，然后逐次向上移动集热管，使偏置量减小，并相应测量集热管的进出口流体温度差，当进出口流体温度差不再上升时，集热管偏置量到达实际临界偏置量附近，完成集热管安装和偏置量调整。
[0008]作为进一步优选的，完成集热管安装和偏置量调整后，在集热管工作过程中，先向下移动一次集热管，实时获取集热管的进出口流体温度差，若进出口流体温度差上升，则继续向上一次移动方向移动集热管；若进出口流体温度差下降，则向上一次移动相反的方向移动集热管。
[0009]作为进一步优选的，所述理想临界偏置量的计算式为：
[0010][0011]其中，δz*为理想临界偏置量，D
ab,o
为吸热管的外径；|OP|为偏置量为0时，集热管中心与抛物反射镜一端的距离；W为抛物反射镜两个端点间的距离；α为集热管位于理想临界偏置量时，抛物反射镜端点反射光束的边缘与吸热管的切线与抛物反射镜两端点间连线的夹角。
[0012]作为进一步优选的，角度α的计算方式为：
[0013][0014]其中，β为半太阳张角。
[0015]作为进一步优选的，每次移动集热管的时间间隔为2min～5min。
[0016]作为进一步优选的，每次移动集热管的距离为0.5mm～1mm。
[0017]按照本专利技术的另一方面，提供了一种用于实现上述太阳能集热管被动偏置方法的装置，包括支架、集热管支柱、丝杆螺母机构、管卡和流体温度计，其中：
[0018]所述支架用于安装抛物反射镜，所述集热管支柱设置在支架上；所述丝杆螺母机构包括步进电机、丝杆和调节螺母，所述步进电机安装在集热管支柱上，该电机用于驱动丝杆旋转，从而使调节螺母上下运动，所述调节螺母与所述管卡相连；所述管卡用于固定集热管；所述流体温度计安装在集热管进出口，用于测量进出口流体温度差。
[0019]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：
[0020]1.当吸热管向下偏离焦线时，部分反射的太阳光束可以扩散到吸热管的上表面，改善了整个吸热管表面太阳能流分布的均匀性；只要偏离距离合适，槽式太阳能集热系统的光效率就不会发生明显变化。据此本专利技术确定保障光学效率下的集热器的理想临界偏置量，同时考虑到集热器受重力、复杂地理条件等影响，该临界偏置量偏大，故进一步以传感器数据为依据进行被动式集热管偏置量调节，提高太阳能流分布均匀性和集热管安全性。
[0021]2.由于集热管不同位置受重力引起的形变量不同，太阳能系统追踪太阳的旋转角度与其所处地理位置和布置方法相关，实际临界偏置量应小于理想临界偏置量，并随时处于变化中，难以精确计算实际临界偏置量的具体数值；因此本专利技术通过集热管的进出口流体温度差来判断系统的热经济性，并据此实时调整集热管的偏置量以适应系统变化，实现对集热管偏置量的准确、实时调整。
[0022]3.本专利技术还设计了具体的偏置调节装置，丝杆步进电机在脉冲信号输入时工作，其旋转角度由脉冲信号个数确定，可以精确控制集热管上升的高度，精度可达微米级，足以响应微小的偏置量变化，精度高、空间小且可靠性高。
附图说明
[0023]图1为本专利技术实施例未偏置的槽式太阳能聚光集热器示意图；
[0024]图2为本专利技术实施例达到理想临界偏置量的槽式太阳能聚光集热器示意图；
[0025]图3为本专利技术实施例达到理想临界偏置量的槽式太阳能聚光集热器数学模型图；
[0026]图4为本专利技术实施例槽式太阳能热发电站的太阳镜场示意图；
[0027]图5为本专利技术实施例槽式太阳能聚光集热器的结构图；
[0028]图6为本专利技术实施例简支梁示意图；
[0029]图7中(a)、(b)为本专利技术实施例综合影响下的槽式太阳能聚光集热系统旋转角度为0和不为0时的偏置示意图；
[0030]图8为本专利技术实施例偏置过程的进出口温度差和热应力变化示意图；
[0031]图9为本专利技术实施例加装偏置装置的太阳能集热器示意图；
[0032]图10为本专利技术实施例加装偏置装置的太阳能集热器剖面图；
[0033]图11为本专利技术实施例太阳能集热管被动偏置方法技术路线图。
[0034]在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1
‑
支架、2
‑
抛物反射镜、3
‑
集热管支柱、4
‑
管卡、5
‑
集热管、6
‑
步进电机、7
‑
调节螺母。
具体实施方式
[0035]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0036]本专利技术实施例提供的一种太阳能集热管被动偏置方法，如图11所示，计算保障光学效率下的集热器的理想临界偏置量，考虑集热器受重力、复杂地理条件等影响，形成以传感器数据为依据的被动式集热管偏置量被动调节方法，设计精确的传动机构，保障偏置方法准确实施。
[0037]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种太阳能集热管被动偏置方法，其特征在于，包括如下步骤：当集热管偏置时，集热管内的吸热管几何轴心向下偏离焦线，当集热管下方的抛物反射镜端点反射光束的边缘刚好与吸热管相切时，以此时对应的偏置量作为理想临界偏置量；按照理想临界偏置量安装集热管，然后逐次向上移动集热管，使偏置量减小，并相应测量集热管的进出口流体温度差，当进出口流体温度差不再上升时，集热管偏置量到达实际临界偏置量附近，完成集热管安装和偏置量调整。2.如权利要求1所述的太阳能集热管被动偏置方法，其特征在于，完成集热管安装和偏置量调整后，在集热管工作过程中，先向下移动一次集热管，实时获取集热管的进出口流体温度差，若进出口流体温度差上升，则继续向上一次移动方向移动集热管；若进出口流体温度差下降，则向上一次移动相反的方向移动集热管。3.如权利要求1所述的太阳能集热管被动偏置方法，其特征在于，所述理想临界偏置量的计算式为：其中，δz*为理想临界偏置量，D
ab,o
为吸热管的外径；|OP|为偏置量为0时，集热管中心与抛物反射镜一端的距离；W为抛物反射镜两个端点间的距离；α为集热...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲁录义，贾西明，李建兰，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：