CN107449511A - 一种光斑能量闭式水工质测量***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种光斑能量闭式水工质测量***及方法，该光斑能量测量***包括加压储罐、腔式吸热器和换热器，其中，腔式吸热器的腔室上设有开口，腔室内设有冷却水流道，开口上设有第一进水口和第一出水口，第一进水口通过第一管道与加压储罐连接；第一出水口通过第二管道与换热器连接，并与加压储罐连接；第一进水口和第一出水口处的管道上分别设有第一测温元件和第二测温元件。冷却水从加压储罐流出进入冷却水流道，吸收热量后经第二管道进入换热器，换热后进入加压储罐循环使用。通过该***可测量光斑能量，且该***为闭式水工质***，加压储罐提高了冷却水的气化温度，增加了腔室内冷却水进出口温度差，提高了测量精度。
Description
技术领域
本发明涉及光斑能量的测量，具体涉及一种光斑能量闭式水工质测量***及方法。
背景技术
太阳能热发电是利用光学***聚集太阳辐射热，将太阳辐射能转换成电能的发电技术，也是可再生能源规模化利用的主要途径之一。太阳能聚光装置是太阳能热发电技术的核心设备，其中，光斑能量是太阳能聚光装置的重要参数，通过对光斑能量的测量可以分析聚光***的质量，进而判断当前状态下的光斑分布是否满足***发电的要求。
现有技术中，有一种光斑测量***及方法，该***包括吸热器，吸热器内设冷却水通道，冷却水通道的进水口与进水管道连接，进水管道的末端与水槽连接；冷却水通道的出水口与冷却水回收管道连接，冷却水回收管道的末端与回收槽连接。进水口和出水口的管道上均设有测温仪，通过测量冷却水温差来计算光斑的能量。
然而，在上述光斑测量***中，冷却水从水槽导出进入冷却水通道，吸热器聚光焦点处温度较高导致冷却水通道温度较高，冷却水通道内水分极易气化，影响冷却水通道出水口处温度测量结果，从而增大了测量误差，导致测量结果不准确。
发明内容
本发明提供了一种光斑能量闭式水工质测量***及方法，解决了冷却水易气化的问题，减小测量误差，提高测试精度。
为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
本申请提供了一种光斑能量闭式水工质测量***，包括加压储罐和腔式吸热器，所述加压储罐和所述腔式吸热器通过管道连接；其中，
所述腔式吸热器包括壳体和腔室，所述腔室上设有开口；
所述腔室包括内腔和外腔；所述内腔与所述外腔之间设有冷却水流道；
所述开口的两侧设有第一进水口和第一出水口；所述第一进水口通过第一管道与所述加压储罐连接；所述第一出水口通过第二管道与所述加压储罐连接；
所述第一管道上设有第一测温元件；所述第二管道上设有第二测温元件和换热器，所述换热器与所述加压储罐连接；
所述加压储罐与所述冷却水流道形成闭式循环水回路。
可选的，所述***还包括气瓶，所述气瓶与所述加压储罐连接。
可选的，所述加压储罐上设有第二出水口和第二进水口，所述第二出水口与所述第一管道连接，所述第二进水口与所述第二管道连接。
可选的，所述冷却水流道的迎光侧涂有选择性吸收涂层，所述冷却水流道的背光侧设有保温层和保护层。
可选的，所述第一管道上设有第一测压元件、水泵和流量测量装置，所述第一测压元件设置在所述第一测温元件与所述第一进水口之间；所述流量测量装置设置在所述第一测温元件和所述水泵之间，所述水泵与所述流量测量装置之间设有球阀。
可选的，所述第二管道上设有第二测压元件，所述第二测压元件设在所述第二测温元件与所述第一出水口之间。
可选的，所述开口的面积小于或等于所述腔室内壁表面积的1.0％。
可选的，所述选择性吸收涂层对太阳光的吸收率大于或等于0.92，发射率小于或等于0.07。
本申请还提供了一种光斑能量闭式水工质测量方法，通过光斑能量闭式水工质测量***对光斑能量进行测量，包括：
根据所测光斑的位置，将所述腔式吸热器的开口对准所测光斑；
入射光线照射在腔式吸热器的内腔上，光斑处的能量由此进入腔室；
光斑能量由选择性吸收涂层进行吸收，然后被冷却水带走；
未吸收的能量及内壁自身的热辐射在内腔上以光的形式进行多次反射，反射的能量被选择性吸收涂层吸收；
根据第一测温元件和第二测温元件测得的温度以及流量测量装置测得的流量，计算得出所测光斑处的能量。
可选的，光斑能量闭式水工质测量方法还包括：
多次测量同一光斑不同流量下的冷却水进出口温度差，并求得多次测量的平均值，得出所测光斑的能量。
由以上技术方案，本发明提供了一种光斑能量闭式水工质测量***及方法，该***包括加压储罐、腔式吸热器和换热器。冷却水从加压储罐流出进入腔式吸热器腔室内冷却水流道，吸收热量后经第二管道进入换热器，换热后进入加压储罐循环使用。通过该***可测量光斑能量，且该***为闭式水工质***，加压储罐提高了冷却水的气化温度，增加了腔室内冷却水进出口温度差，减小了测量误差，提高了测量精度。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请提供的一种光斑能量闭式水工质测量***结构示意图；
图2为本申请实施例提供的腔式吸热器结构示意图。
附图标记说明：1、加压储罐；2腔式吸热器；3、壳体；4、腔室；41、内腔；42、外腔；43、冷却水流道；5、开口；6、第一进水口；7、第一出水口；8、第一管道；9、第二管道；10、第一测温元件；11、第二测温元件；12、第二出水口；13、第二进水口；14、换热器；15、气瓶；16、选择性吸收涂层；17、保温层；18、保护层；19、第一测压元件；20、第二测压元件；21、水泵；22、流量测量装置；23、球阀；24、第三测压元件；25、安全阀；26、排污口。
具体实施方式
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
参见图1，为本申请提供的一种光斑能量闭式水工质测量***结构示意图。
一种光斑能量闭式水工质测量***，包括加压储罐1和腔式吸热器2，所述加压储罐1和所述腔式吸热器2通过管道连接。所述加压储罐1用于提供冷却水，通过提高加压储罐1内水的气化压力，以提高水的气化温度，可以增加腔式吸热器2的冷却水进出口温差，减小测量误差。吸热器是太阳能聚光***中的关键部件，吸热器效率的高低，对于整个太阳能聚光***效率的高低有着重要的影响。该***中的腔式吸热器2的主要用于吸收聚光***汇聚后的太阳辐射能，通过导热、对流的方式将汇聚后的太阳能转化为热能，并传递给传热工质。
参见图2，本申请实施例提供的腔式吸热器结构示意图。
所述腔式吸热器2包括壳体3和腔室4，所述腔室4上设有开口5。所述腔室4包括内腔41和外腔42；所述内腔41与所述外腔42之间设有冷却水流道43；所述开口5的两侧设有第一进水口6和第一出水口7。
所述腔式吸热器2的腔室4为球形结构，所述开口5用于布置光斑，所测光斑的能量通过所述开口5进入所述腔室4，照射在所述腔室4的内壁上。所述内腔41为光吸收区域，所述外腔42为充满工质水区域。使用太阳能聚光***反射光斑的图像时，为了防止设备因光斑的超高温而烧毁，需要用冷却***不断地对吸热器进行降温。所述冷却水流道43用于对腔式吸热器2进行降温，冷却水经所述加压储罐1加压，提高了其气化温度，使冷却水流道43内水工质不易气化。所述冷却水流道43为盘管结构，保证了冷却水流道43的盘管的进出口，即第一进水口6和第一出水口7设置在所述开口5的两侧。
所述第一进水口6通过第一管道8与所述加压储罐1连接，所述第一出水口7通过第二管道9与所述加压储罐1连接。所述第一管道8上设有第一测温元件10，所述第二管道9上设有第二测温元件11和换热器14。所述换热器14与所述加压储罐1连接，所述加压储罐1与所述冷却水流道43形成闭式循环水回路，所述冷却水流道43通过第一管道8和第二管道9与所述加压储罐1形成闭式循环***。对腔式吸热器2起到了很好的热防护作用。
所述第一测温元件10用于测量冷却水在所述第一进水口6处管道的温度，所述第二测温元件11用于测量冷却水吸收热量后流出所述第一出水口7处管道的温度。所述第一测温元件10和所述第二测温元件11可采用热电偶测温元件，因为水工质在管道有一定的流速，将第一测温元件10和第二测温元件11设置在管道曲折处附近。吸收热量后的冷却水通过第二管道9进入所述换热器14，所述换热器14的最大功率和入射光光斑的热量相等。为了降低所述第二管道9内流体温度，所述换热器14靠近所述加压储罐1处安装，保证所述加压储罐1安全及所述加压储罐1内介质状态。
所述换热器14可采用板式换热器，板式换热器具有传热效率高、热损失小、安装和清洗方便等优点。板式换热器由一系列具有一定波纹形状的薄金属片叠装而成，各种板片之间形成薄矩形通道，通过板片进行热量交换。水工质在两块板片间形成的窄小而曲折的通道中流过，热水和冷却水依次通过流道，中间有一隔层板片将流体分开，并通过此板片进行换热。
可选的，所述***还包括气瓶15，所述气瓶15与所述加压储罐1连接。所述气瓶15用于提高加压储罐1内冷却水的气化压力，所述气瓶15内气体可选用氮气，氮气化学性质稳定，成本较低。所述气瓶15的压力根据使用时实验要求确定。
可选的，所述加压储罐1上设有第二出水口12和第二进水口13，所述第二出水口12与所述第一管道8连接，所述第二进水口13与所述第二管道9连接。冷却水通过所述第二出水口12进入第一管道8，再进入所述冷却水流道43吸收热量，然后通过第二管道9进入所述换热器14冷却后，由所述第二进水口13进入所述加压储罐1。所述加压储罐1顶部设有第三测压元件24和安全阀25，所述加压储罐1底部设有排污口26。所述第三测压元件24可测量所述加压储罐1内水工质和介质压力，保证所述加压储罐1的安全。所述安全阀25保证所述加压储罐1不超压，所述排污口26主要用于加压储罐1的清洗时方便排污。
可选的，所述冷却水流道43的迎光侧涂有选择性吸收涂层16，所述冷却水流道43的背光侧设有保温层17和保护层18。所述选择性吸收涂层16用于吸收入射光光斑能量，因吸收器聚光焦点上的温度比较高，吸热器在此区域应该选用耐高温的吸收材料。所述保温层17和所述保护层18的作用是减小所述冷却水流道43内冷却水热量损失。
为了保证所述第一测温元件10和所述第二测温元件11测得的温度的准确性，在所述第一进水口6和所述第一测温元件10之间的管道以及所述第一出水口7和所述第二测温元件11之间的管道上设有保温层17和保护层18。所述加压储罐1的壳体3外壁面设有保温层17和保护层18，可保证加压储罐1内冷却水的温度恒定以及保证加压储罐1内介质状态。所述保温层17的保温材料导热系数小于或等于0.03W/(m·k)，所述保温层17外表面散热损失小于或等于光斑总能量的0.1％。所述保护层18外壁面选用精抛光型铅质材料，为了减小自然光吸收对测量精度的影响，所述保护层18材料黑度小于或等于0.039。
可选的，所述第一管道8上设有第一测压元件19、水泵21和流量测量装置22，所述第一测压元件19设置在所述第一进水口6与所述第一测温元件10之间；所述流量测量装置22设置在所述第一测温元件10和所述水泵21之间，所述水泵21与所述流量测量装置22之间设有球阀23。所述第一测压元件19用于测量冷却水流经第一管道8进入第一进水口6的压力。所述水泵21用于输送冷却水，并保证冷却水有一定的压力。冷却水的流量通过所述球阀23进行调节，所述流量测量装置22可有效地对冷却水的流量进行记录和测量。
可选的，所述第二管道9上设有第二测压元件20，所述第二测压元件20设在所述第二测温元件11与所述第一出水口7之间。所述第二测压元件20用于测量所述冷却水流出第一出水口7进入第二管道9内冷却水的压力。
可选的，所述开口5的面积小于或等于所述腔室4内壁表面积的1.0％。所述开口5的形状和所测光斑的形状相同。
可选的，所述选择性吸收涂层16对太阳光的吸收率大于或等于0.92，发射率小于或等于0.07。为了使太阳能热转换效率达到最佳，选择性吸收涂层16需满足两个条件，一是在太阳光谱内有尽量高的吸收率；二是在热辐射波长范围内有尽可能低的发射率。
本申请还提供了一种光斑能量闭式水工质测量方法，通过光斑能量闭式水工质测量***对光斑能量进行测量，包括：根据所测光斑的位置，将所述腔式吸热器2的开口5对准所测光斑；入射光线照射在腔式吸热器2的内腔41上，光斑处的能量由此进入腔室4；光斑能量由选择性吸收涂层16进行吸收，然后被冷却水带走；未吸收的能量及内壁自身的热辐射在内腔上以光的形式进行多次反射，反射的能量被选择性吸收涂层16吸收；根据第一测温元件10和第二测温元件11测得的温度以及流量测量装置22测得的流量，计算得出所测光斑处的能量。
可选的，光斑能量闭式水工质测量方法还包括：多次测量同一光斑不同流量下的冷却水进出口温度差，并求得多次测量的平均值，得出所测光斑的能量。为了使测量结果更加准确，可对同一光斑进行多个流量的测量，其中，可通过球阀23调节冷却水的流量。
由以上技术方案，本发明提供了一种光斑能量闭式水工质测量***及方法，该***包括加压储罐1、腔式吸热器2和换热器14。冷却水从加压储罐1流出进入腔式吸热器2腔室4内冷却水流道43，吸收热量后经第二管道9进入换热器14，换热后进入加压储罐1循环使用。通过该***可测量光斑能量，且该***为闭式水工质***，加压储罐1提高了冷却水的气化温度，增加了腔室4内冷却水进出口温度差，减小了测量误差，提高了测量精度。
需要说明的是，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的内容，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。
Claims (10)
1.一种光斑能量闭式水工质测量***，其特征在于，包括加压储罐(1)和腔式吸热器(2)，所述加压储罐(1)和所述腔式吸热器(2)通过管道连接，其中，
所述腔式吸热器(2)包括壳体(3)和腔室(4)，所述腔室(4)上设有开口(5)；
所述腔室(4)包括内腔(41)和外腔(42)；所述内腔(41)与所述外腔(42)之间设有冷却水流道(43)；
所述开口(5)的两侧设有第一进水口(6)和第一出水口(7)；所述第一进水口(6)通过第一管道(8)与所述加压储罐(1)连接；所述第一出水口(7)通过第二管道(9)与所述加压储罐(1)连接；
所述第一管道(8)上设有第一测温元件(10)；所述第二管道(9)上设有第二测温元件(11)和换热器(14)，所述换热器(14)与所述加压储罐(1)连接；
所述加压储罐(1)与所述冷却水流道(43)形成闭式循环水回路。
2.根据权利要求1所述的光斑能量闭式水工质测量***，还包括气瓶(15)，所述气瓶(15)与所述加压储罐(1)连接。
3.根据权利要求1所述的光斑能量闭式水工质测量***，所述加压储罐(1)上设有第二出水口(12)和第二进水口(13)，所述第二出水口(12)与所述第一管道(8)连接，所述第二进水口(13)与所述第二管道(9)连接。
4.根据权利要求1所述的光斑能量闭式水工质测量***，其特征在于，所述冷却水流道(43)的迎光侧涂有选择性吸收涂层(16)，所述冷却水流道(43)的背光侧设有保温层(17)和保护层(18)。
5.根据权利要求1所述的光斑能量闭式水工质测量***，其特征在于，所述第一管道(8)上设有第一测压元件(19)、水泵(21)和流量测量装置(22)，所述第一测压元件(19)设置在所述第一测温元件(10)与所述第一进水口(6)之间；所述流量测量装置(22)设置在所述第一测温元件(10)和所述水泵(21)之间，所述水泵(21)与所述流量测量装置(22)之间设有球阀(23)。
6.根据权利要求1所述的光斑能量闭式水工质测量***，其特征在于，所述第二管道(9)上设有第二测压元件(20)，所述第二测压元件(20)设在所述第二测温元件(11)与所述第一出水口(9)之间。
7.根据权利要求1所述的光斑能量闭式水工质测量***，其特征在于，所述开口(5)的面积小于或等于所述腔室(4)内壁表面积的1.0％。
8.根据权利要求4所述的光斑能量闭式水工质测量***，其特征在于，所述选择性吸收涂层(16)对太阳光的吸收率大于或等于0.92，发射率小于或等于0.07。
9.一种光斑能量闭式水工质测量方法，利用如权利要求1所述的光斑能量闭式水工质测量***对光斑能量进行测量，其特征在于，包括：
根据所测光斑的位置，将所述腔式吸热器(2)的开口(5)对准所测光斑；
入射光线照射在腔式吸热器(2)的内腔(41)上，光斑处的能量由此进入腔室(4)；
光斑能量由选择性吸收涂层(16)进行吸收，然后被冷却水带走；
未吸收的能量及内壁自身的热辐射在内腔(41)上以光的形式进行多次反射，反射的能量被选择性吸收涂层(16)吸收；
根据第一测温元件(10)和第二测温元件(11)测得的温度以及流量测量装置(22)测得的流量，计算得出所测光斑处的能量。
10.根据权利要求9所述的光斑能量闭式水工质测量方法，其特征在于，还包括：
多次测量同一光斑不同流量下的冷却水进出口温度差，并求得多次测量的平均值，得出所测光斑的能量。
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Non-Patent Citations (1)
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