基于二次反射鏡的太陽(yáng)能集熱和儲(chǔ)熱系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及太陽(yáng)能熱利用領(lǐng)域，特別涉及一種基于二次反射鏡的太陽(yáng)能集熱和儲(chǔ)熱系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，在世界范圍內(nèi)煤、石油、天然氣等一次能源的儲(chǔ)量正在迅速下降，能源危機(jī)已成為困擾全球的大問(wèn)題。與此同時(shí)，社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展要求能源開(kāi)發(fā)同環(huán)境保護(hù)、生態(tài)平衡和諧發(fā)展。太陽(yáng)能作為一種清潔可再生的新能源，取之不盡，用之不竭。沙子作為儲(chǔ)熱系統(tǒng)的循環(huán)工質(zhì)，具有廉價(jià)和耐高溫(高達(dá)1000攝氏度以上)等優(yōu)點(diǎn)，足以滿足塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電集熱系統(tǒng)對(duì)儲(chǔ)熱系統(tǒng)運(yùn)行溫度的要求(一般為550-650攝氏度)。依靠自身重力，沙子可以自由掉落，節(jié)約儲(chǔ)熱系統(tǒng)近一半循環(huán)動(dòng)力，從而降低廠用電力，其意義重大。此類技術(shù)的核心是利用高倍聚光的凸面鏡將定日鏡反射的太陽(yáng)光聚焦到托臺(tái)上，加熱循環(huán)工質(zhì)，利用循環(huán)工質(zhì)進(jìn)行熱量傳遞。這種循環(huán)方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，技術(shù)要求低，易于安裝，可以節(jié)約能源，降低成本。該技術(shù)的關(guān)鍵在于儲(chǔ)熱系統(tǒng)儲(chǔ)存熱量并加熱工質(zhì)(水/蒸氣/導(dǎo)熱油等)。目前的相關(guān)專利提出的塔式太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)中儲(chǔ)熱系統(tǒng)的傳熱介質(zhì)都是熔鹽，太陽(yáng)能集熱技術(shù)和儲(chǔ)熱系統(tǒng)是本發(fā)明申請(qǐng)人長(zhǎng)期研宄的課題，此前已經(jīng)有一項(xiàng)“采用兩種不同熔鹽的塔式太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)”發(fā)明授權(quán)專利(CN203394692.U)，其使用的傳熱介質(zhì)是60%硝酸鈉和40%硝酸鉀的二元熔鹽，本發(fā)明的傳熱介質(zhì)是沙子，沙子明顯比二元熔鹽價(jià)格低廉，可以降低成本。此前還有一項(xiàng)“反射塔底式太陽(yáng)能聚焦集熱裝置”發(fā)明授權(quán)專利(CN102914064A)，相較于此發(fā)明，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:1，可以根據(jù)實(shí)際需要來(lái)調(diào)節(jié)儲(chǔ)熱量，減少能量的浪費(fèi)；2，儲(chǔ)熱裝置一體化，循環(huán)物質(zhì)(沙子)的流動(dòng)使熱量分布均勻，避免了上述發(fā)明中儲(chǔ)熱換熱器依靠導(dǎo)熱來(lái)傳遞熱量的弊端(導(dǎo)熱使熱量分布不均)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種基于二次反射鏡的太陽(yáng)能集熱和儲(chǔ)熱系統(tǒng)及方法。
[0004]本發(fā)明所述系統(tǒng)采用的技術(shù)方案為:
[0005]該系統(tǒng)包括凸面鏡、定日鏡和儲(chǔ)熱系統(tǒng)；
[0006]所述儲(chǔ)熱系統(tǒng)內(nèi)盛納作為儲(chǔ)熱介質(zhì)的沙子，儲(chǔ)熱系統(tǒng)分為上部的儲(chǔ)熱冷罐和下部的儲(chǔ)熱熱罐兩部分，儲(chǔ)熱冷罐下端出口處設(shè)置可調(diào)節(jié)開(kāi)度的開(kāi)關(guān)；儲(chǔ)熱冷罐與儲(chǔ)熱熱罐之間通過(guò)兩根安裝有吸沙泵的管道連接，其中一根管道上安裝有蒸汽發(fā)生器；
[0007]所述凸面鏡設(shè)置于儲(chǔ)熱系統(tǒng)的上方，凸面鏡的凸面朝向儲(chǔ)熱系統(tǒng)；定日鏡將太陽(yáng)光反射到凸面鏡的凸面上，再由凸面鏡將反射的太陽(yáng)光聚焦到儲(chǔ)熱介質(zhì)上。
[0008]所述儲(chǔ)熱冷罐和儲(chǔ)熱熱罐組成沙漏的形式，所述凸面鏡、儲(chǔ)熱冷罐、儲(chǔ)熱熱罐在豎直方向上同軸心排列。
[0009]所述儲(chǔ)熱冷罐為方形容器，其內(nèi)部設(shè)置有倒置的圓錐槽；所述圓錐槽的錐角略大于凸面鏡的聚焦角，且所述圓錐槽的圓錐面沿錐角向上延伸與凸面鏡的凸面相交。
[0010]所述儲(chǔ)熱熱罐內(nèi)靠近儲(chǔ)熱熱罐入口的位置設(shè)置由柱體和圓盤組成的托臺(tái)；柱體與儲(chǔ)熱熱罐底部相連接以支撐圓盤，且柱體與儲(chǔ)熱冷罐內(nèi)圓錐面同軸心，所述圓盤的邊緣與儲(chǔ)熱熱罐殼體間留有縫隙，以保證沙子順利由圓盤上掉落；所述凸面鏡反射的太陽(yáng)光聚焦到托臺(tái)上。
[0011]所述儲(chǔ)熱冷罐和儲(chǔ)熱熱罐左右兩側(cè)分別在靠近上、下邊緣的中心位置開(kāi)有圓孔，
用來(lái)安裝管道。
[0012]所述蒸汽發(fā)生器內(nèi)的換熱介質(zhì)為水、蒸氣或?qū)嵊汀?br>[0013]所述管道、儲(chǔ)熱冷罐、儲(chǔ)熱熱罐均采用耐熱性能高于800°C的材料，管道、儲(chǔ)熱冷罐、儲(chǔ)熱熱罐內(nèi)壁均涂覆或鋪設(shè)耐熱性能高于800°C的保溫材料。
[0014]一種基于所述的二次反射鏡的太陽(yáng)能集熱和儲(chǔ)熱系統(tǒng)的方法，具體步驟為:
[0015]二次反射光聚焦到托臺(tái)上；
[0016]當(dāng)儲(chǔ)熱冷罐中的沙子掉落到儲(chǔ)熱熱罐內(nèi)的托臺(tái)上時(shí)被聚焦太陽(yáng)光加熱，隨著儲(chǔ)熱冷罐中沙子的掉落，托臺(tái)上的沙子掉入儲(chǔ)熱熱罐中；通過(guò)開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)沙子的流速；
[0017]開(kāi)啟不帶蒸汽發(fā)生器的管道上的吸沙泵，將儲(chǔ)熱熱罐內(nèi)的沙子返回到儲(chǔ)熱冷罐中，如此反復(fù)；
[0018]當(dāng)沙子的溫度上升到所需溫度時(shí)，開(kāi)啟帶蒸汽發(fā)生器的管道上的吸沙泵，使沙子放熱，以加熱蒸汽發(fā)生器內(nèi)的循環(huán)工質(zhì)。
[0019]所述沙子放熱的溫度為600°C以上的溫度。
[0020]本發(fā)明的有益效果是:
[0021](I)本發(fā)明所述系統(tǒng)可以在加熱蒸汽發(fā)生器內(nèi)的循環(huán)工質(zhì)的同時(shí)儲(chǔ)存熱量，而現(xiàn)有技術(shù)是加熱工質(zhì)過(guò)程和儲(chǔ)存熱量過(guò)程不是同步進(jìn)行的，由于流程的縮短，沿程的熱量耗散就大大減少，使太陽(yáng)光輻射能的利用率增加。儲(chǔ)熱系統(tǒng)的循環(huán)工質(zhì)(沙子)既經(jīng)濟(jì)又環(huán)保，符合如今可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的思想。
[0022](2)可以根據(jù)實(shí)際需要來(lái)調(diào)節(jié)儲(chǔ)熱量，減少能量的浪費(fèi)；
[0023](3)儲(chǔ)熱裝置實(shí)現(xiàn)了一體化，循環(huán)物質(zhì)(沙子)的流動(dòng)使熱量分布均勻，避免了現(xiàn)有技術(shù)中儲(chǔ)熱換熱器依靠導(dǎo)熱來(lái)傳遞熱量的弊端(導(dǎo)熱使熱量分布不均)。
[0024](4)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便，技術(shù)要求低，不需要繁瑣的制造過(guò)程，降低了人力物力。
【附圖說(shuō)明】
[0025]圖1為本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖2為本發(fā)明裝置的縱向剖面圖；
[0027]圖中標(biāo)號(hào):
[0028]1-凸面鏡；2_集熱器支架；3_連接支架；4_管道；51_儲(chǔ)熱冷罐；52_儲(chǔ)熱熱罐；6-蒸汽發(fā)生器；7_吸沙泵；8_托臺(tái)；9_開(kāi)關(guān)；10-定日鏡；11-太陽(yáng)。
【具體實(shí)施方式】
[0029]本發(fā)明提供了一種基于二次反射鏡的太陽(yáng)能集熱和儲(chǔ)熱系統(tǒng)及方法，下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0030]如圖1所示，凸面鏡I固定在集熱器支架2上，集熱器支架2固定在連接支架3上；儲(chǔ)熱系統(tǒng)由上下排列的儲(chǔ)熱冷罐51和儲(chǔ)熱熱罐52組成，由連接支架3連接固定；兩根裝置吸沙泵7的管道4分別連接儲(chǔ)熱冷罐51的頂部和儲(chǔ)熱熱罐52的底部，其中一根管道4上安裝蒸汽發(fā)生器6。定日鏡10置于適當(dāng)位置，調(diào)整角度，使定日鏡10將太陽(yáng)光反射到凸面鏡I上，再由凸面鏡I將太陽(yáng)光反射聚焦到儲(chǔ)熱系統(tǒng)的儲(chǔ)熱介質(zhì)中。
[0031]本發(fā)明的儲(chǔ)熱介質(zhì)為沙子，沙子具有廉價(jià)和耐高溫(高達(dá)1000攝氏度以上)等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)沙子的流動(dòng)可以使熱量分布均勻，避免了現(xiàn)有技術(shù)中儲(chǔ)熱換熱器依靠導(dǎo)熱來(lái)傳遞熱