基于二次反射鏡的太陽能集熱和儲熱系統及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及太陽能熱利用領域，特別涉及一種基于二次反射鏡的太陽能集熱和儲熱系統及方法。
【背景技術】
[0002]目前，在世界范圍內煤、石油、天然氣等一次能源的儲量正在迅速下降，能源危機已成為困擾全球的大問題。與此同時，社會的可持續發展要求能源開發同環境保護、生態平衡和諧發展。太陽能作為一種清潔可再生的新能源，取之不盡，用之不竭。沙子作為儲熱系統的循環工質，具有廉價和耐高溫(高達1000攝氏度以上)等優點，足以滿足塔式太陽能熱發電集熱系統對儲熱系統運行溫度的要求(一般為550-650攝氏度)。依靠自身重力，沙子可以自由掉落，節約儲熱系統近一半循環動力，從而降低廠用電力，其意義重大。此類技術的核心是利用高倍聚光的凸面鏡將定日鏡反射的太陽光聚焦到托臺上，加熱循環工質，利用循環工質進行熱量傳遞。這種循環方式結構簡單，技術要求低，易于安裝，可以節約能源，降低成本。該技術的關鍵在于儲熱系統儲存熱量并加熱工質(水/蒸氣/導熱油等)。目前的相關專利提出的塔式太陽能發電系統中儲熱系統的傳熱介質都是熔鹽，太陽能集熱技術和儲熱系統是本發明申請人長期研宄的課題，此前已經有一項“采用兩種不同熔鹽的塔式太陽能發電系統”發明授權專利(CN203394692.U)，其使用的傳熱介質是60%硝酸鈉和40%硝酸鉀的二元熔鹽，本發明的傳熱介質是沙子，沙子明顯比二元熔鹽價格低廉，可以降低成本。此前還有一項“反射塔底式太陽能聚焦集熱裝置”發明授權專利(CN102914064A)，相較于此發明，本發明的優點在于:1，可以根據實際需要來調節儲熱量，減少能量的浪費；2，儲熱裝置一體化，循環物質(沙子)的流動使熱量分布均勻，避免了上述發明中儲熱換熱器依靠導熱來傳遞熱量的弊端(導熱使熱量分布不均)。

【發明內容】

[0003]本發明針對現有技術的不足，提供了一種基于二次反射鏡的太陽能集熱和儲熱系統及方法。
[0004]本發明所述系統采用的技術方案為:
[0005]該系統包括凸面鏡、定日鏡和儲熱系統；
[0006]所述儲熱系統內盛納作為儲熱介質的沙子，儲熱系統分為上部的儲熱冷罐和下部的儲熱熱罐兩部分，儲熱冷罐下端出口處設置可調節開度的開關；儲熱冷罐與儲熱熱罐之間通過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生器；
[0007]所述凸面鏡設置于儲熱系統的上方，凸面鏡的凸面朝向儲熱系統；定日鏡將太陽光反射到凸面鏡的凸面上，再由凸面鏡將反射的太陽光聚焦到儲熱介質上。
[0008]所述儲熱冷罐和儲熱熱罐組成沙漏的形式，所述凸面鏡、儲熱冷罐、儲熱熱罐在豎直方向上同軸心排列。
[0009]所述儲熱冷罐為方形容器，其內部設置有倒置的圓錐槽；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]所述儲熱熱罐內靠近儲熱熱罐入口的位置設置由柱體和圓盤組成的托臺；柱體與儲熱熱罐底部相連接以支撐圓盤，且柱體與儲熱冷罐內圓錐面同軸心，所述圓盤的邊緣與儲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光聚焦到托臺上。
[0011]所述儲熱冷罐和儲熱熱罐左右兩側分別在靠近上、下邊緣的中心位置開有圓孔，
用來安裝管道。
[0012]所述蒸汽發生器內的換熱介質為水、蒸氣或導熱油。
[0013]所述管道、儲熱冷罐、儲熱熱罐均采用耐熱性能高于800°C的材料，管道、儲熱冷罐、儲熱熱罐內壁均涂覆或鋪設耐熱性能高于800°C的保溫材料。
[0014]一種基于所述的二次反射鏡的太陽能集熱和儲熱系統的方法，具體步驟為:
[0015]二次反射光聚焦到托臺上；
[0016]當儲熱冷罐中的沙子掉落到儲熱熱罐內的托臺上時被聚焦太陽光加熱，隨著儲熱冷罐中沙子的掉落，托臺上的沙子掉入儲熱熱罐中；通過開關調節沙子的流速；
[0017]開啟不帶蒸汽發生器的管道上的吸沙泵，將儲熱熱罐內的沙子返回到儲熱冷罐中，如此反復；
[0018]當沙子的溫度上升到所需溫度時，開啟帶蒸汽發生器的管道上的吸沙泵，使沙子放熱，以加熱蒸汽發生器內的循環工質。
[0019]所述沙子放熱的溫度為600°C以上的溫度。
[0020]本發明的有益效果是:
[0021](I)本發明所述系統可以在加熱蒸汽發生器內的循環工質的同時儲存熱量，而現有技術是加熱工質過程和儲存熱量過程不是同步進行的，由于流程的縮短，沿程的熱量耗散就大大減少，使太陽光輻射能的利用率增加。儲熱系統的循環工質(沙子)既經濟又環保，符合如今可持續發展戰略的思想。
[0022](2)可以根據實際需要來調節儲熱量，減少能量的浪費；
[0023](3)儲熱裝置實現了一體化，循環物質(沙子)的流動使熱量分布均勻，避免了現有技術中儲熱換熱器依靠導熱來傳遞熱量的弊端(導熱使熱量分布不均)。
[0024](4)結構簡單，安裝方便，技術要求低，不需要繁瑣的制造過程，降低了人力物力。
【附圖說明】
[0025]圖1為本發明裝置的結構示意圖；
[0026]圖2為本發明裝置的縱向剖面圖；
[0027]圖中標號:
[0028]1-凸面鏡；2_集熱器支架；3_連接支架；4_管道；51_儲熱冷罐；52_儲熱熱罐；6-蒸汽發生器；7_吸沙泵；8_托臺；9_開關；10-定日鏡；11-太陽。
【具體實施方式】
[0029]本發明提供了一種基于二次反射鏡的太陽能集熱和儲熱系統及方法，下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明做進一步說明。
[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；儲熱系統由上下排列的儲熱冷罐51和儲熱熱罐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分別連接儲熱冷罐51的頂部和儲熱熱罐52的底部，其中一根管道4上安裝蒸汽發生器6。定日鏡10置于適當位置，調整角度，使定日鏡10將太陽光反射到凸面鏡I上，再由凸面鏡I將太陽光反射聚焦到儲熱系統的儲熱介質中。
[0031]本發明的儲熱介質為沙子，沙子具有廉價和耐高溫(高達1000攝氏度以上)等優點，同時沙子的流動可以使熱量分布均勻，避免了現有技術中儲熱換熱器依靠導熱來傳遞熱