專利名稱：一種熱砂蓄熱太陽能碟式斯特林機(jī)發(fā)電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及太陽能熱發(fā)電領(lǐng)域，尤其涉及一種熱砂蓄熱太陽能碟式斯特林機(jī)發(fā)電裝置。
背景技術(shù)：
全球太陽能輻射總量約1.7X IO17W,其中我國約占1% (1.8X IO15W,相當(dāng)于1. 9萬億噸標(biāo)煤/年)，是我國目前年能耗總量的680倍。電力是世界上消耗量最大的二次能源， 太陽能發(fā)電技術(shù)是有效緩解當(dāng)前能源危機(jī)的有效手段，應(yīng)用前景極廣。太陽能發(fā)電技術(shù)主要分為光伏發(fā)電和太陽能熱發(fā)電兩大類。光伏發(fā)電主要是利用光伏電池板的光電效應(yīng)進(jìn)行發(fā)電，在無光或者太陽光強(qiáng)度波動時，光伏發(fā)電系統(tǒng)完全停止發(fā)電或者發(fā)電功率大幅波動，對電網(wǎng)沖擊很大。太陽能熱發(fā)電主要是通過拋物面反射鏡將太陽光聚集起來，直接利用外熱式發(fā)動機(jī)(如斯特林機(jī))發(fā)電，或通過換熱裝置產(chǎn)生高溫高壓的蒸汽驅(qū)動汽輪機(jī)發(fā)電。太陽能熱發(fā)電效率較高，可以通過熱量存儲在晚上或者無光時間繼續(xù)發(fā)電，增加太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性和可靠性。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型針對現(xiàn)有太陽能熱發(fā)電方法的不足，提供一種熱砂蓄熱太陽能碟式斯特林機(jī)發(fā)電裝置。熱砂蓄熱太陽能碟式斯特林機(jī)發(fā)電裝置包括太陽能聚光跟蹤系統(tǒng)、熱料倉、緊急旁路出口、冷料倉、返料提升機(jī)、星型閥、發(fā)電機(jī)、斯特林發(fā)動機(jī)、保溫螺旋輸送機(jī)、平板式吸熱腔；冷料倉、返料提升機(jī)、保溫螺旋輸送機(jī)、平板式吸熱腔、熱料倉、斯特林發(fā)動機(jī)、星型閥順次相連，平板式吸熱腔上設(shè)有太陽能聚光跟蹤系統(tǒng)，太陽能聚光跟蹤系統(tǒng)包括一次聚光鏡、二次聚光鏡、三次反射鏡、背部支架、雙軸跟蹤系統(tǒng)、立柱、旋轉(zhuǎn)底盤、控制器、支撐桿；旋轉(zhuǎn)拋物面的碟式反射鏡中間開有透光孔，透光孔的下方布置有三次聚光鏡；透光孔的上方， 在離旋轉(zhuǎn)拋物面碟式反射鏡的頂點(diǎn)距離200 4000mm處布二次聚光鏡，旋轉(zhuǎn)拋物面碟式反射鏡與二次聚光鏡之間設(shè)有支撐桿，旋轉(zhuǎn)拋物面碟式反射鏡的背部支架與立柱一端通過雙軸跟蹤系統(tǒng)連接，雙軸跟蹤系統(tǒng)的控制器置于地面上，立柱另一端與旋轉(zhuǎn)底盤相連。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)1、本實用新型采用的聚光方法，可以實現(xiàn)太陽能碟式聚光后將聚光焦斑都轉(zhuǎn)移到碟式系統(tǒng)下方，可有效降低追日系統(tǒng)的能耗，提高系統(tǒng)的平衡性和抗風(fēng)性能。同時整個太陽能聚光系統(tǒng)由雙軸跟蹤系統(tǒng)控制，可實時跟蹤太陽，保證聚光效果。2、本實用新型采用的熱砂蓄熱系統(tǒng)，可以在太陽光強(qiáng)度不夠或者陰雨天氣時為斯特林機(jī)提供熱源，使斯特林機(jī)持續(xù)發(fā)電，克服了太陽光不連續(xù)和不穩(wěn)定導(dǎo)致發(fā)電功率波動甚至停機(jī)的缺點(diǎn)。3、本實用新型采用了熱砂作為循環(huán)工質(zhì)，比熱容量大，黑度高，循環(huán)溫度高，可有效地將太陽輻射能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮懿Υ妫煌瑫r，本實用新型采用斯特林機(jī)作為將熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的裝置，可以提高太陽能熱發(fā)電的效率。4、本實用新型采用了緊急冷卻系統(tǒng)方法，在特殊情況下，熱料倉中的熱砂可通過緊急旁路出口卸料，再經(jīng)過水冷套冷卻后，通過閘閥流入冷料倉，提高系統(tǒng)的安全性能。


圖1是熱砂蓄熱太陽能碟式斯特林機(jī)發(fā)電裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實用新型的太陽能聚光裝置的結(jié)構(gòu)示意圖圖中一次聚光鏡1、二次聚光鏡2、三次反射鏡3、熱料倉4、緊急旁路出口 5、冷料倉6、返料提升機(jī)7、星型閥8、發(fā)電機(jī)9、斯特林發(fā)動機(jī)10、保溫螺旋輸送機(jī)11、平板式吸熱腔12、背部支架13、雙軸跟蹤系統(tǒng)14、立柱15、旋轉(zhuǎn)底盤16、控制器17、支撐桿18。
具體實施方式
如圖1、2所示，熱砂蓄熱太陽能碟式斯特林機(jī)發(fā)電裝置包括太陽能聚光跟蹤系統(tǒng)、熱料倉4、緊急旁路出口 5、冷料倉6、返料提升機(jī)7、星型閥8、發(fā)電機(jī)9、斯特林發(fā)動機(jī) 10、保溫螺旋輸送機(jī)11、平板式吸熱腔12 ；冷料倉6、返料提升機(jī)7、保溫螺旋輸送機(jī)11、平板式吸熱腔12、熱料倉4、斯特林發(fā)動機(jī)10、星型閥8順次相連，平板式吸熱腔12上設(shè)有太陽能聚光跟蹤系統(tǒng)，太陽能聚光跟蹤系統(tǒng)包括一次聚光鏡1、二次聚光鏡2、三次反射鏡3、 背部支架13、雙軸跟蹤系統(tǒng)14、立柱15、旋轉(zhuǎn)底盤16、控制器17、支撐桿18 ；旋轉(zhuǎn)拋物面的碟式反射鏡1中間開有透光孔，透光孔的下方布置有三次聚光鏡3 ；透光孔的上方，在離旋轉(zhuǎn)拋物面碟式反射鏡1的頂點(diǎn)距離200 4000mm處布二次聚光鏡2，旋轉(zhuǎn)拋物面碟式反射鏡1與二次聚光鏡2之間設(shè)有支撐桿18，旋轉(zhuǎn)拋物面碟式反射鏡1的背部支架13與立柱 15 一端通過雙軸跟蹤系統(tǒng)14連接，雙軸跟蹤系統(tǒng)14的控制器17置于地面上，立柱15另一端與旋轉(zhuǎn)底盤16相連。熱砂蓄熱太陽能碟式斯特林機(jī)發(fā)電方法是通過雙軸跟蹤系統(tǒng)14，由控制器17控制一次聚光鏡1、二次聚光鏡2和三次反射鏡3并將太陽光匯聚到一次聚光鏡1下方，因此平板式吸熱腔12、熱料倉4、斯特林機(jī)10和發(fā)電機(jī)9等裝置都可以布置在地面上，很大程度提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抗風(fēng)性能；匯聚后的光線照射在平板式吸熱腔12內(nèi)的熱砂上，平板式吸熱腔12出口處熱砂溫度達(dá)到800°C 1000°C，熱砂進(jìn)入熱料倉4，熱料倉4中的熱砂溫度穩(wěn)定在700°C 950°C，經(jīng)過斯特林機(jī)10的換熱腔換熱后熱砂溫度穩(wěn)定在300°C 500°C，斯特林機(jī)10和發(fā)電機(jī)9相連，帶動發(fā)電機(jī)9發(fā)電，熱砂經(jīng)過星型閥8流入冷料倉6， 再經(jīng)過返料提升機(jī)7和保溫螺旋輸送機(jī)11回到平板式吸熱腔12再加熱，以此形成循環(huán)；在陽光不足的陰雨天或夜晚，熱料倉4中儲存的700°C 950°C的熱砂進(jìn)入斯特林機(jī)10的換熱腔進(jìn)行換熱，為斯特林機(jī)10提供熱源，保證發(fā)電機(jī)9能夠持續(xù)穩(wěn)定的發(fā)電，換熱后熱砂溫度穩(wěn)定在300°C 500°C，經(jīng)過星型閥8流入冷料倉6，再經(jīng)過返料提升機(jī)7和保溫螺旋輸送機(jī)11回到平板式吸熱腔12，以此形成循環(huán)；在特殊情況下，熱料倉4中的熱砂可通過緊急旁路出口 5卸料，物料流入冷料倉8，提高系統(tǒng)的安全性能。實施例本實施例的熱砂蓄熱太陽能碟式斯特林機(jī)發(fā)電裝置如圖1所示，裝置由一次聚光鏡、二次聚光鏡、三次反射鏡、熱料倉、緊急旁路出口、冷料倉、返料提升機(jī)、星型閥、水冷套、 發(fā)電機(jī)、斯特林發(fā)動機(jī)、保溫螺旋輸送機(jī)、平板式吸熱腔、雙軸跟蹤系統(tǒng)、控制器、背部支架、 立柱、旋轉(zhuǎn)底盤、支撐桿組成，其中吸熱腔出口與熱料倉入口相連，熱料倉出口與斯特林機(jī)
4的換熱腔入口相連，斯特林機(jī)的換熱腔入口與熱砂流率控制星型閥入口相連，熱砂流率控制星型閥的出口與冷料倉的入口相連，冷料倉的出口經(jīng)過返料提升機(jī)和保溫螺旋輸送機(jī)與吸熱腔的入口相連；斯特林發(fā)動機(jī)與發(fā)電機(jī)連接。太陽能三次聚光裝置由一次反射鏡、二次反射鏡、三次反射鏡、雙軸跟蹤系統(tǒng)和控制器組成。所述的一次鏡、二次鏡和三次鏡所述的曲面方程是一個旋轉(zhuǎn)雙曲線方程或者多個旋轉(zhuǎn)雙曲線方程組成的復(fù)合面。緊急冷卻系統(tǒng)裝置由緊急旁路出口、水冷套、閘閥和冷料桶組成。熱料倉中的熱砂顆粒放入緊急旁路出口， 然后經(jīng)過水冷套冷卻，熱砂顆粒的溫度冷卻到室溫，再經(jīng)過閘閥流入冷料桶。在本實施例中，所述的一次鏡、二次鏡和三次鏡的總聚光效率為85%，光熱轉(zhuǎn)換效率為80%，散熱熱損為20%，聚光比為300，斯特林發(fā)動機(jī)發(fā)電效率為25%，所用熱砂為SiC顆粒，本地太陽輻射強(qiáng)度為lkW/m2，日照時間為8小時，整個系統(tǒng)運(yùn)行14小時，在有太陽輻射時，平板式吸熱腔中的熱砂的質(zhì)量流量為0. 0174kg/s。當(dāng)斯特林機(jī)的發(fā)電功率為IkW時，所需一次鏡的面積為7. 35 m2。熱砂進(jìn)出斯特林機(jī)換熱腔的進(jìn)出口溫度分別為800°C和500°C，此時，熱端處的熱砂顆粒的質(zhì)量流量為 0. 00995kg/so若保證一天14個小時連續(xù)發(fā)電，則熱料倉需儲存214. 56kg的熱砂，此時，熱料倉的體積為0. 141m3。當(dāng)斯特林機(jī)的發(fā)電功率為IOkW時，所需一次鏡的面積為73. 5 Itl2。熱砂進(jìn)出斯特林機(jī)換熱腔的進(jìn)出口溫度分別為800°C和500°C，此時，熱端處的熱砂顆粒的質(zhì)量流量為 0. 0995kg/s。若保證一天14個小時連續(xù)發(fā)電，則熱料倉需儲存2145. 6kg的熱砂，此時，熱料倉的體積為1. 41m3。
權(quán)利要求1. 一種熱砂蓄熱太陽能碟式斯特林機(jī)發(fā)電裝置，其特征在于包括太陽能聚光跟蹤系統(tǒng)、熱料倉(4)、緊急旁路出口(5)、冷料倉(6)、返料提升機(jī)(7)、星型閥(8)、發(fā)電機(jī)(9)、斯特林發(fā)動機(jī)(10)、保溫螺旋輸送機(jī)(11)、平板式吸熱腔(12)；冷料倉(6)、返料提升機(jī)(7)、 保溫螺旋輸送機(jī)(11)、平板式吸熱腔(12)、熱料倉G)、斯特林發(fā)動機(jī)(10)、星型閥(8)順次相連，平板式吸熱腔(12)上設(shè)有太陽能聚光跟蹤系統(tǒng)，太陽能聚光跟蹤系統(tǒng)包括一次聚光鏡(1)、二次聚光鏡(2)、三次反射鏡(3)、背部支架(13)、雙軸跟蹤系統(tǒng)(14)、立柱(15)、 旋轉(zhuǎn)底盤(16)、控制器(17)、支撐桿(18)；旋轉(zhuǎn)拋物面的碟式反射鏡(1)中間開有透光孔， 透光孔的下方布置有三次聚光鏡(3)；透光孔的上方，在離旋轉(zhuǎn)拋物面碟式反射鏡(1)的頂點(diǎn)距離200 4000mm處布二次聚光鏡(2)，旋轉(zhuǎn)拋物面碟式反射鏡(1)與二次聚光鏡(2)之間設(shè)有支撐桿(18)，旋轉(zhuǎn)拋物面碟式反射鏡(1)的背部支架(13)與立柱(15)—端通過雙軸跟蹤系統(tǒng)(14)連接，雙軸跟蹤系統(tǒng)(14)的控制器(17)置于地面上，立柱(15)另一端與旋轉(zhuǎn)底盤(16)相連。
專利摘要本實用新型公開了一種熱砂蓄熱太陽能碟式斯特林機(jī)發(fā)電裝置。冷料倉、返料提升機(jī)、保溫螺旋輸送機(jī)、平板式吸熱腔、熱料倉、斯特林發(fā)動機(jī)、星型閥順次相連，平板式吸熱腔上設(shè)有太陽能聚光跟蹤系統(tǒng)。太陽能聚光跟蹤系統(tǒng)包括一次聚光鏡、二次聚光鏡、三次反射鏡、背部支架、雙軸跟蹤系統(tǒng)、立柱、旋轉(zhuǎn)底盤、控制器、支撐桿；旋轉(zhuǎn)拋物面的碟式反射鏡中間開有透光孔，透光孔的下方布置有三次聚光鏡；透光孔的上方，在離旋轉(zhuǎn)拋物面碟式反射鏡的頂點(diǎn)距離200～4000mm處布二次聚光鏡。本實用新型克服了太陽光不連續(xù)和不穩(wěn)定導(dǎo)致發(fā)電功率波動甚至停機(jī)的缺點(diǎn)；同時，使得斯特林發(fā)動機(jī)的換熱腔入口溫度較為穩(wěn)定，增加了發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
文檔編號F03G6/06GK202082057SQ201120157308
公開日2011年12月21日 申請日期2011年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月17日
發(fā)明者余春江, 倪明江, 周勁松, 岑可法, 方夢祥, 施正倫, 王勤輝, 王樹榮, 程樂鳴, 肖剛, 駱仲泱, 高翔 申請人:浙江大學(xué)