CN105299918A - 聚焦式太阳能换热传热温控*** - Google Patents

Abstract

本发明的目的是提供聚焦式太阳能换热传热温控***，通过设置温度传感器以及开关器件，从而实现对传热流体的数量和流动速度的控制，进而实现对换热流体的温度的控制，避免流体温度过高后对光热转换器造成损伤。本发明通过管道将太阳能光热转换器、蓄热换热器、驱动泵相互连接成为一个闭环回路，传热工作介质由驱动泵驱动在回路中进行循环流动；在太阳能光热转换器的进口以及出口设置有开关，在太阳能光热转换器上设置有传感器、电子控制器件，电子控制器件采集的传感器的数据控制传热工作介质驱动泵的电机，由电机控制进入到传热工作介质驱动泵腔体的传热工作介质的数量和速度，实现对太阳能光热转换器内部传热工作介质温度的控制。

Description

聚焦式太阳能换热传热温控***

技术领域

本发明涉及太阳能热能利用，特别是聚焦式太阳能热能采集传热换热***的温控装置。

背景技术

在太阳能领域，采用熔融盐蓄热传热，虽然熔融盐可以实现高温的储存，但是由于其需要从固态转变为液体，因而需要热能将其加热，同时熔融盐的毒性、经济型、安全性也存在问题，因而熔融盐蓄热的使用受到限制。同时，其传热温度通常不高于600度，对再高的温度，无法实现传热。

在太阳能领域，也采用空气或其他气体进行蓄热，但其热熔小，无法实现大规模的热能存储。

对于碟式太阳能聚焦***，通常采用熔融盐进行传热，但是由于熔融盐温度的限制，仅仅可以提供600度温度，为了实现高温采用空气进行传热，但是，空气的热容很小，很难传递大量的热能。

现有的蝶式太阳能光热转换器为采用斯特林机发电的装置，也有采用螺旋管，采用水或者导热油，采用泵驱动实现换热的设备，但是其转换的温度不高于400度，也有采用空气作为传热工作介质，但需要非常大的换热器，因而无法实现，目前没有适合的方式实现蝶式400度以上的高温的换热。

在高温聚焦太阳能采集过程中，由于没有温度控制装置，因而常常出现光热转换器过热，而造成烧毁光热转换器，甚至造成火灾。

发明内容

本发明的目的是提供聚焦式太阳能换热传热温控***，通过设置温度传感器以及开关器件，从而实现对传热流体的数量和流动速度的控制，进而实现对换热流体的温度的控制，避免流体温度过高后对光热转换器造成损伤。

具体发明内容如下：

聚焦式太阳能换热传热温控***，包括由太阳能镜、太阳能光热转换器、保温管、传送器件、蓄热换热器组成一组太阳能聚焦热能采集***，驱动泵，管道，传热工作介质，其特征是：管道将太阳能光热转换器、蓄热换热器、驱动泵相互连接成为一个闭环回路，传热工作介质由驱动泵驱动在回路中进行循环流动；驱动泵设置在太阳能聚焦热能采集***的支架上或地面上，传热工作介质设置在装载箱内，传热工作介质经由驱动泵驱动沿连接管道进入到太阳能聚焦热能采集***中，经太阳能光热转换器加热、蓄热换热器换热后回到装载箱内；

在太阳能光热转换器的进口以及出口设置有开关，在太阳能光热转换器的内部腔体上设置有温度传感器，在壳体上设置有太阳能光照强度及角度的传感器；电子控制器件设置在太阳能光热转换器的保温层外部，电子控制器件采集温度传感器、太阳能光照强度及角度的传感器的数据，来控制传热工作介质驱动泵的电机，由电机控制进入到传热工作介质驱动泵腔体的传热工作介质的数量和速度，进而根据太阳能光照强度、传热工作介质的温度，实现对太阳能光热转换器内部传热工作介质温度的控制，当温度低于设定值时，保持传热工作介质在太阳能光热转换器内被加热，当温度达到设定值时，打开太阳能光热转换器出口的电控开关，将传热工作介质排出到太阳能光热转换器外。

电子控制器件由线路板、电子器件、软件、控制面板、壳体组成，电子器件设置在线路板上，电子器件与传感器以及电控开关连接，软件存储在电子器件中，控制面板设置在壳体上。

电子控制器件上设置有无线或有限的装置，可以将电子控制器件与地面设备将通讯或直接连接互联网。

设置有一个指挥中心，将不同的区域的数据传送到指挥中心，由指挥中心的软件将数据进行汇总处理，同时发出指令控制每个区域的不同的温控***，实现整体***的温度控制。

所述的传热工作介质为液体、气体、固体或其混合物或者固体粒块。

所述的固体粒块为由金属或非金属或其混合物组成的颗粒或者/和砖块，或者自然界存在的沙粒、鹅卵石、小石块，传热工作介质的形状为圆形、多边形、菱形、扇形、不规则现状；在传热工作介质上加工有凹或/和凸部位，或者在传热工作介质上设置有用于相互连接或者与其他器件连接的连接装置；两个传热工作介质之间的凹或/和凸部位可以构成一个通道；用于流体进行流通；所构成的通道为柱体、多面体、菱形、抛物线体、旋转抛物线体的一种或其组合，流体可以在流道内流动并被压缩或膨胀；在传热工作介质内设置有空腔，在空腔内设置有蓄热材料。

所述固体粒块有下列至少一种材料组成：

A、窑炉的排出物，包括冶金、化工、电力、煤炭行业窑炉排出的钢渣、铁渣、煤灰；

B、尾款粉，包括各种矿选矿后形成的尾款物；

C、垃圾的固体物质，包括垃圾处理后的固体处理物；

D、建筑废弃物，包括建筑完成后的废弃物形成的粒块；

E、金属或非金属粉；包括石墨粉；

F、导热水泥。

所述的固体粒块为直径为1-300MM球体，材料为钢、铁、陶瓷、氧化铝、玻璃、石墨的一种或多种。

太阳能聚焦热能采集***选择自下列一种：

A、线聚焦太阳能采集***；

B、点聚焦蝶式***；

C、点聚焦塔式***；

D、线聚焦菲涅尔多镜***；

E、A、B、C、D的混合***。

采用本发明的技术方案可产生如下的有益效果：

1、采用温度控制装置实现聚焦太阳能的采集温度的控制，避免光热转换器温度过高后，出现损坏；

2、通过对流体的流动数量和速度的控制，实现了对流体的温度的控制，使得了流体达到设定温度后，再将其从光热转换其中流动出来，否则在光热转换器中再进行加热，这样可以在阴天、雨天避免驱动泵的空转，浪费电力，从而实现了节约能源消耗；

当温度过高时，加大流体的流动循环的数量和速度，从而避免了对光热转换器的损伤。

附图说明

图1是线聚焦光热转换温度控制***示意图；

图2是点聚焦光热转换器的温度控制***示意图（碟式）；

图3是点聚焦光热转换器的温度控制***示意图（塔式）。

图1中标号含义：

A1、线聚焦太阳能镜、A2、光热转换器、A3、驱动泵、A4、固体粒块、A5、蓄热器、A6、电机，A7、太阳能转换涂层、A8、保温管、A9、透光管、A10、上行管道，A11、下行管道，A12：转杆，A13：螺旋器件，A14：螺旋通道，A15：装载箱，A16：开关或阀门，A17：传感器件，A18：温控器件。

图2中标号含义：

B1：固体粒块，B2：螺旋器件，B3：螺旋管道，B4：传感器件，B5：脉动腔室，B6：脉动腔室进口，B7：脉动腔室出口，B8：装载箱，B9：温控腔室，B10：温控材料，B11：推板，B12：连杆，B13：动力装置，B14：液压缸，B15：电机，B16：壳体，B17：阀门或开关，B18：活塞，B19：上行管道，B20：下行管道，B21、碟式太阳能镜、B22、光热转换器、B23、脉动泵、B24、保温管、B25、蓄热换热器,B26：装载箱、B27：连接管道，B28：温控器件。

图3中标号含义：

C1：固体粒块，C4：传感器件，C5：脉动腔室，C6：脉动腔室进口，C7：脉动腔室出口，C8：装载箱，C9：温控腔室，C10：温控材料，C11：推板，C12：连杆，C13：动力装置，C14：液压缸，C15：电机，C16：壳体，C17：阀门或开关，C18：活塞，C19：上行管道，C20：下行管道，C21、塔式太阳能镜、C22、塔式固体粒块光热转换器、C23、脉动泵、C24、保温管、C25、蓄热换热器，C26：装载箱、C27：连接管道，C28：温控器件,C31、立方体、C32、挡板、C33、滑板、C34、分布器、C35、太阳能入射面、C36、滑道，C37、太阳能转换涂层、C38、进口、C39、收集器、C40、出口，C41：分布板，C42：空腔，C43：上连接板，C44：下连接板。

具体实施方式

实施例1、聚焦式太阳能换热传热温控***

图1是所示，由线聚焦太阳能镜A1、光热转换管A2，透光管A9、驱动泵A3、固体粒块A4、换热蓄热器A5、电机A6，上行管道A10，下行管道A11等组成，光热转换器件A2设置在透光管A9内，并设置在线聚焦太阳能镜的焦线区域内，光热转换管A2的太阳能照射部位设置有太阳能涂层A7，传电机设置在透光管A9外部，转杆设置在光热转换器的内部轴心上，并由电机驱动可以旋转，线聚焦太阳能镜A1设置在透光管外部，太阳能经线聚焦太阳能镜A1聚焦到光热转换器上的太阳能涂层部位，将太阳能转转换为热能，加热处于其内部的固体颗粒A4，实现热能的采集。

透光管A9设置在线聚焦太阳能镜的太阳能照射部位，保温管设置在线聚焦太阳能镜非照射部位，透光管与保温管进行连接，固体粒块A4设置在装载箱内，并由驱动泵A3驱动实现运动，沿上行管道进入到光热转换器内，再由电机驱动，在光热转换器内运行，固体粒块被加加热到400-1200度后，从出口流出进入到换热蓄热器内，经与发电工作介质进行换热，将固体粒块的温度降低为50-300度，然后由驱动泵驱动，再次进入到装载箱内，实现了固体粒块的循环。

在线聚焦太阳能光热转换器的进口以及出口设置有开关，在光热转换器内部腔体上设置有温度传感器，在壳体上设置有太阳能光照强度及角度的传感器；电子控制器件设置在光热转换器的保温层外部，电子控制器件采集温度传感器、太阳能光照强度及角度的传感器的数据，来控制固体粒块脉动驱动泵的电机，由电机控制进入到脉动泵腔体的固体颗粒的数量和速度，进而可以根据太阳能光照强度、固体粒块的温度，实现对光热转换器内部固体粒块温度的控制，当温度低于设定值时，保持固体粒块在光热转换器内被加热，当温度达到设定值时，打开下光热转换器出口的电控开关，将固体粒块排出到光热转换器外。

电子控制器件由线路板、电子器件、软件、控制面板、壳体组成，电子器件设置在线路板上，电子器件与传感器以及电控开关连接，软件存储在电子器件中，控制面板设置在壳体上。

电子控制器件上设置有无线或有限的装置，可以将电子控制器件与地面设备将通讯或直接连接互联网。

实施例二、点聚焦光热转换器的温度控制***示意图（碟式）

图2所示的固体粒块碟式太阳能加热传热***，由碟式太阳能镜B21、光热转换器B22，装载箱B26，脉动泵B23，固体粒块B1，蓄热换热器B5，管道（B19、B20、B27）组成太阳能聚焦热能采集传热***；光热转换器B22在碟式太阳能镜的太阳能照射焦点部位，上行管道B19与光热转换器B22的进口相互连接，下行管道B20与光热转换器B22的出口相互连接，在其管道的外部设置有保温管B24，脉动驱动泵与上行管道B19进行连接后与设置在地面的转载箱进行连接，固体粒块设置在装载箱内，下行管道B20与蓄热换热器相互连接，蓄热换热器通过连接管道B27与装载箱进行连接，这样形成一个闭环的回路***，固体粒块可以在闭环***内由脉动泵驱动循环。

在蝶式太阳能采集应用中，将固体粒块脉动驱动泵设置在蝶式采集***的支架上或地面上，固体粒块经由固体粒块脉动驱动泵驱动，沿固体粒块管道进入到设置在蝶式采集***的焦点部位的太阳能光热转换器中，经光热转换器转化的热加热固体粒块，使得固体粒块温度达到400-1500度，然后，打开光热转换器的开关，使得固体粒块沿着管道进入到蓄热换热器中，蓄热换热器B25与发电的工作介质进行热交换，从而使固体粒块的温度降到100-400度，在将此固体粒块使用脉动驱动泵进行驱动，再次进入到太阳能光热转换器中，从而实现利用脉动驱动泵驱动，实现高温的采集和传热、换热、蓄热。

在下行管道上连接有多个蓄热换热器，被加热的固体粒块依次被装入到每一个蓄热换热器中，实现热能的储存，然后根据发电的需要，再利用流体与每一个蓄热换热器进行换热，加热发电的工作介质，发电工作介质被加入后进入发电机实现发电。可以在白天完成固体粒块的装载，晚上完成换热，这样实现了固体粒块的蓄热。

碟式太阳能光热转换器用温控装置，在蝶式太阳能光热转换器的进口以及出口设置有开关B17，在光热转换器内部腔体上设置有温度传感器B4，在壳体上设置有太阳能光照强度及角度的传感器B4；电子控制器件设置在光热转换器的保温层外部，电子控制器件采集温度传感器B4、太阳能光照强度及角度的传感器的数据，来控制固体粒块脉动驱动泵B23的电机B15，由电机控制进入到脉动泵腔体的固体颗粒B1的数量和速度，进而可以根据太阳能光照强度、固体粒块的温度，实现对光热转换器内部固体粒块1温度的控制，当温度低于设定值时，保持固体粒块在光热转换器内被加热，当温度达到设定值时，打开下光热转换器出口B17的电控开关，将固体粒块排出到光热转换器外。

电子控制器件由线路板、电子器件、软件、控制面板、壳体组成，电子器件设置在线路板上，电子器件与传感器以及电控开关连接，软件存储在电子器件中，控制面板设置在壳体上。

电子控制器件上设置有无线或有限的装置，可以将电子控制器件与地面设备将通讯或直接连接互联网。

本控制***可以实现针对不同的太阳能气候，实现智能的温度控制，改变现有的光热转换器的温度不能实现控制而经常造成温度过高，造成光热转换器烧毁或着火，当温度过高后，加速固体粒块的循环速度，当温度低于设定值时如下雨天气，可以自动停止幸运行，从而减少电力消耗，实现智能控制。

实施例三、点聚焦光热转换器的温度控制***示意图（塔式）

图3所示的固体粒块塔式太阳能加热传热***，由塔式固体粒块光热转换器C22，装载箱C26，脉动泵C23，固体粒块C1，蓄热换热器C5，阀门或开关C17，上行管道C19，下行管道C20，蓄热换热器C25，装载箱C26、连接管道C27等组成。光热转换器C22在塔式太阳能镜的太阳能照射焦点部位，上行管道C19与光热转换器C22的进口相互连接，下行管道C20与光热转换器C22的出口相互连接，在其管道的外部设置有保温管C24，脉动驱动泵与上行管道19进行连接后与设置在地面的装载箱C26进行连接，固体粒块设置在装载箱内，下行管道C20与蓄热换热器C25相互连接，蓄热换热器C25通过与装载箱C26进行连接，这样形成一个闭环的回路***，固体粒块可以在闭环***内由脉动泵驱动循环。

塔式固体粒块光热转换器由上部为上连接板C43与分布器C34及进口C38，连接进口与挡板之间有分布板，将从进口进入的固体粒块分配到挡板之间的通道中，下部分是下连接板C44与收集器及出口C40，将从不同的挡板之间的通道中流出的固体粒块收集起来，从出口流出；中间是一个管状的立方体C31构成一个管状空心立方体，管状空心立方体的内部腔体部分空间为空腔C32，在其顶部及底部设置有上连接C33板及下连接板C34，上连接板将分布器与管状空心立方体连接为一个整体，下连接板将收集器与管状空心立方体连接为一个整体，管状空心立方体、空腔、上连接板、下连接板组成一个立方体，在分布器上方设置固体粒块进口，可以使固体粒块进入和流出空腔中，在收集器下方设置固体粒块出口，固体粒块可以从出口流出，在空腔内设置有多个挡板C32，多个挡板并排布置，分布器将由进口进入到腔体内部的固体颗粒均匀分布到不同的挡板之间，分布器将固体颗粒在不同的挡板之间分布后固体粒块依靠重力在挡板之间的通道内进行流动，在下连接板与空腔内部挡板下面设置有收集板，将在挡板之间通道内流动的固体颗粒收集到出口，经出口后流出到光热转换器外部；

在挡板上或者固体粒块上设置有太阳能涂层，将太阳能转换为热能；在挡板上设置有滑板C3，两个挡板之间设置的滑板C33可以组成一个滑道，固体粒块可以从滑道上依靠重力进行流动。

在塔式太阳能采集应用中，将固体粒块脉动驱动泵设置在塔式采集***的支架上或地面上，固体粒块经由固体粒块脉动驱动泵驱动，沿固体粒块管道进入到设置在塔式采集***的焦点部位的太阳能光热转换器中，经光热转换器转化的热加热固体粒块，使得固体粒块温度达到400-1500度，然后，打开光热转换器的开关，使得固体粒块沿着下行管道进入到蓄热换热器中，蓄热换热器C25与发电的工作介质进行热交换，从而使固体粒块的温度降到100-400度，在将此固体粒块使用脉动驱动泵进行驱动，再次进入到太阳能光热转换器中，从而实现利用脉动驱动泵驱动，实现高温的采集和传热、换热、蓄热。

在下行管道上连接有多个蓄热换热器C25，被加热的固体粒块依次被装入到每一个蓄热换热器中，实现热能的储存，然后根据发电的需要，再利用流体与每一个蓄热换热器进行换热，加热发电的工作介质，发电工作介质被加入后进入发电机实现发电。可以在白天完成固体粒块的装载，晚上完成换热，这样实现了固体粒块的蓄热。

在塔式太阳能光热转换器的进口以及出口设置有开关C17，在光热转换器内部腔体上设置有温度传感器C4，在壳体上设置有太阳能光照强度及角度的传感器C4；电子控制器件设置在光热转换器的保温层外部，电子控制器件采集温度传感器C4、太阳能光照强度及角度的传感器的数据，传感器将采集的不同数据输送到温控器件C28上，利用软件实现进行计算后，由温控器件C28将执行发送到固体粒块脉动驱动泵C23，由电机控制进入到脉动泵腔体的固体颗粒C1的数量和速度以及阀门开关器件的开关，进而可以根据太阳能光照强度、固体粒块的温度，实现对光热转换器内部固体粒块1温度的控制，当温度低于设定值时，保持固体粒块在光热转换器内被加热，当温度达到设定值时，打开下光热转换器出口C17的电控开关，将固体粒块排出到光热转换器外。

电子控制器件由线路板、电子器件、软件、控制面板、壳体组成，电子器件设置在线路板上，电子器件与传感器以及电控开关连接，软件存储在电子器件中，控制面板设置在壳体上。

电子控制器件上设置有无线或有限的装置，可以将电子控制器件与地面设备将通讯或直接连接互联网。

本控制***可以实现针对不同的太阳能气候，实现智能的温度控制，改变现有的光热转换器的温度不能实现控制而经常造成温度过高，造成光热转换器烧毁或着火，当温度过高后，加速固体粒块的循环速度，当温度低于设定值时如下雨天气，可以自动停止幸运行，从而减少电力消耗，实现智能控制。

Claims (9)

1.聚焦式太阳能换热传热温控***，包括由太阳能镜、太阳能光热转换器、保温管、传送器件、蓄热换热器组成一组太阳能聚焦热能采集***，驱动泵，管道，传热工作介质，其特征是：

管道将太阳能光热转换器、蓄热换热器、驱动泵相互连接成为一个闭环回路，传热工作介质由驱动泵驱动在回路中进行循环流动；

驱动泵设置在太阳能聚焦热能采集***的支架上或地面上，传热工作介质设置在装载箱内，传热工作介质经由驱动泵驱动沿连接管道进入到太阳能聚焦热能采集***中，经太阳能光热转换器加热、蓄热换热器换热后回到装载箱内；

在太阳能光热转换器的进口以及出口设置有开关，在太阳能光热转换器的内部腔体上设置有温度传感器，在壳体上设置有太阳能光照强度及角度的传感器；电子控制器件设置在太阳能光热转换器的保温层外部，电子控制器件采集温度传感器、太阳能光照强度及角度的传感器的数据，来控制传热工作介质驱动泵的电机，由电机控制进入到传热工作介质驱动泵腔体的传热工作介质的数量和速度，进而根据太阳能光照强度、传热工作介质的温度，实现对太阳能光热转换器内部传热工作介质温度的控制，当温度低于设定值时，保持传热工作介质在太阳能光热转换器内被加热，当温度达到设定值时，打开太阳能光热转换器出口的电控开关，将传热工作介质排出到太阳能光热转换器外。

2.根据权利要求1所述的聚焦式太阳能换热传热温控***，其特征是：电子控制器件由线路板、电子器件、软件、控制面板、壳体组成，电子器件设置在线路板上，电子器件与传感器以及电控开关连接，软件存储在电子器件中，控制面板设置在壳体上。

3.根据权利要求1所述的聚焦式太阳能换热传热温控***，其特征是：电子控制器件上设置有无线或有线的装置，可以将电子控制器件与地面设备将通讯或直接连接互联网。

4.根据权利要求1所述的聚焦式太阳能换热传热温控***，其特征是：设置有一个指挥中心，将不同的区域的数据传送到指挥中心，由指挥中心的软件将数据进行汇总处理，同时发出指令控制每个区域的不同的温控***，实现整体***的温度控制。

5.根据权利要求1所述的聚焦式太阳能换热传热温控***，其特征是：所述的传热工作介质为液体、气体、固体或其混合物或固体粒块。

6.根据权利要求5所述的聚焦式太阳能换热传热温控***，其特征是：所述的固体粒块为由金属或非金属或其混合物组成的颗粒或者/和砖块，或者自然界存在的沙粒、鹅卵石、小石块，传热工作介质的形状为圆形、多边形、菱形、扇形、不规则现状；在固体粒块上加工有凹或/和凸部位，或者在固体粒块上设置有用于相互连接或者与其他器件连接的连接装置；两个固体粒块之间的凹或/和凸部位可以构成一个通道；用于流体进行流通；所构成的通道为柱体、多面体、菱形、抛物线体、旋转抛物线体的一种或其组合，流体可以在流道内流动并被压缩或膨胀；在固体粒块内设置有空腔，在空腔内设置有蓄热材料。

7.根据权利要求5所述的聚焦式太阳能换热传热温控***，其特征是：固体粒块有下列至少一种材料组成：

A、窑炉的排出物，包括冶金、化工、电力、煤炭行业窑炉排出的钢渣、铁渣、煤灰；

B、尾款粉，包括各种矿选矿后形成的尾款物；

C、垃圾的固体物质，包括垃圾处理后的固体处理物；

D、建筑废弃物，包括建筑完成后的废弃物形成的粒块；

E、金属或非金属粉，包括石墨粉；

F、导热水泥。

8.根据权利要求5所述的聚焦式太阳能换热传热温控***，其特征是：所述的固体粒块为直径为1-300MM球体，材料为钢、铁、陶瓷、氧化铝、玻璃、石墨的一种或多种。

9.根据权利要求1所述的聚焦式太阳能换热传热温控***，其特征是：太阳能聚焦热能采集***选择自下列一种：

A、线聚焦太阳能采集***；

B、点聚焦蝶式***；

C、点聚焦塔式***；

D、线聚焦菲涅尔多镜***；

E、线聚、点聚蝶式、点聚塔式或线聚菲涅尔多镜的混合***。