[发明专利]一种碟式太阳能焦斑瞬态能量密度的检测装置和检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能发电技术领域，更具体地说，涉及一种碟式太阳能焦斑瞬态能量密度的检测装置，还涉及一种碟式太阳能焦斑瞬态能量密度的检测方法。

背景技术

碟式斯特林系统是一种重要的太阳能发电方式，其采用碟式聚光器搭配斯特林发动机进行作业，具有非常灵活的模块化部署能力、较高的光热转化效率以及较高的利用系数，因而受到广泛的关注与重视。

碟式斯特林太阳能热发电系统一般包括碟式太阳能收集器(也称聚光碟或聚光器)、斯特林发动机和发电站自动控制系统。聚光碟将太阳入射光线汇聚到一个焦平面，称之为焦斑。焦斑被投射到斯特林发动机中的吸热器上，吸热器将光能转化为热能，并传递给斯特林发动机中的工质，依靠工质完成后续热能向机械能的转化。在此过程中，发电站自动控制系统对聚光碟和斯特林发动机进行调控，使发电系统保持较高的效率。

为提高对流换热能力，斯特林发动机中采用高压小分子气体(氢气或氦气等)作为传热工质。对于吸热器的热端部件来说，具有热流密度大、受热部位不均、承受高温高压等恶劣工况。为了保障设备的性能和安全性，对热端部件的材料、温度场控制具有十分苛刻的要求。作为吸热器的热能来源，焦斑的能量分布，直接影响吸热器热端部件的温度场分布。加之受聚光碟反光材料及其加工工艺的限制，会不可避免地造成焦斑能量分布不均，因此，对焦斑能量分布的检测是十分必要的。

采用普通靶板放置于聚光碟理论焦平面处，用红外测温仪直接测量的方法已有文献涉及和实际应用。受热传递的影响，这一方法不能检测出靶板上焦斑的瞬态能量分布情况。

因此，如何提供一种碟式太阳能焦斑瞬态能量密度的检测装置，以实现检测靶板上焦斑的瞬态能量分布的目的，成为本领域技术人员亟需解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种碟式太阳能焦斑瞬态能量密度的检测装置，以实现检测靶板上焦斑的瞬态能量分布的目的。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种碟式太阳能焦斑瞬态能量密度的检测装置，包括固定有待检测聚光碟的聚光碟立柱、热成像仪或摄像机、位于所述待检测聚光碟焦平面位置的靶板和连接所述靶板与所述聚光碟支柱的靶板支架；

所述靶板内设置有冷却液流道，所述冷却液流道的两端分别设置进液口和排液口；

还包括储有冷却液的储液箱、设置于所述储液箱中的增压泵、连通所述增压泵与所述进液口的进液管、设置在所述进液管上的调节阀及连通所述储液箱和所述排液口相连通排液管。

优选地，在上述的检测装置中，还包括与聚光碟立柱、热成像仪或摄像机及增压泵相连接的控制柜。

优选地，在上述的检测装置中，控制柜与调节阀相连。

优选地，在上述的检测装置中，靶板包括受热板、设置有冷却液流道的底板和设置在两者之间的密封垫圈，受热板和底板通过螺栓可拆卸的固定相连。

优选地，在上述的检测装置中，还包括设置于储液箱与排液管之间或增压泵与进液管之间的散热器。

优选地，在上述的检测装置中，还包括设置于储液箱外的散热器和设置于储液箱中的散热泵，散热泵与散热器相连通。

本发明所提供碟式太阳能焦斑瞬态能量密度的检测装置中，包括固定有待检测聚光碟的聚光碟立柱、热成像仪或摄像机、位于待检测聚光碟焦平面位置的靶板、连接靶板与聚光碟立柱的靶板支架、储有冷却液的储液箱、设置在储液箱中的增压泵、进液管、排液管及设置在进液管上的调节阀。靶板内设置有冷却液流道，冷却液流道的两端分别为与进液管相连通的进液口和与排液管相连通的排液口。进液管的另一端与增压泵向连通，排液管的另一端与储液箱相连通。

在进行检测时，首先，启动增压泵，使冷却液在储液箱与靶板之间循环流动；然后，使待检测聚光碟准确跟踪太阳；再开启热成像仪或摄像机，对焦斑进行连续拍摄或者抓拍，获取焦斑瞬时能量分布图，实现了检测靶板上焦斑的瞬态能量分布的目的。

本发明还提供了一种碟式太阳能焦斑瞬态能量密度的检测方法，用于上述的检测装置。启动增压泵，使冷却液在储液箱与靶板之间循环流动；然后，将待检测聚光碟准确跟踪太阳；再开启热成像仪或摄像机，对焦斑进行连续拍摄或者抓拍，获取焦斑瞬时能量分布图。

优选地，在上述的检测方法中，开启热成像仪或摄像机后，利用调节阀增大或减小冷却液流量，拍摄不同冷却液流量条件下的焦斑能量分布图。

优选地，在上述的检测方法中，在完成拍摄不同冷却液流量条件下焦斑瞬时能量分布图之后，关闭增压泵，停止冷却液循环，拍摄此状态下的焦斑能量分布图。