[发明专利]风力能驱动旋转、平移的太阳能吸热器及其工作方法

说明书

本发明公开了一种风力能驱动旋转、平移的太阳能吸热器及其工作方法，风力能驱动旋转、平移的太阳能吸热器包括机架、腔体吸热器、风力机组、直流电机、蓄电池组和控制器；所述的腔体吸热器包括保温腔体、吸热体、热工质集腔和冷工质集腔；所述的保温腔体为筒形结构，固定安装在机架上；所述的吸热体包括筒形的吸热腔和工质输运轴，工质输运轴安装在吸热腔底板上，与吸热腔同轴；吸热腔安装在保温腔体内，工质输运轴穿出保温腔体底板上的通孔，吸热腔能够相对于保温腔体转动、平移。本发明不仅实现了太阳能腔体吸热器的旋转和往复平移，还实现了无风或风力不足时风力发电机组储电的供电驱动；并且可用风能转换并存储的电能。

技术领域

本发明涉及太阳能光热利用领域，特别涉及一种风力能驱动旋转、平移的太阳能吸热器及其工作方法。

背景技术

太阳能是清洁环保、分布广泛的可再生能源，太阳能光热发电（CSP）技术是高效开发与利用太阳能资源的重要途径之一。CSP技术有槽式、碟式和塔式三种典型方式，其中后面两种形式能实现高温工作（通常在600℃以上），所以它们的光-热-电转化效率最高。碟式和塔式系统通常都是采用大面积的聚光器将太阳辐射能聚集在接收器（或吸热体）上，进而加热接收器内部的流体工质，然后通过热力循环过程驱动热机做功，并带动发电机组进行发电输出。为了减少接收器的光学损失和热损失，通常还会将接收器设计成腔体结构，即将吸热体布置在腔体内部，通过黑腔效应来提升CSP系统的光学和热效率，从而实现太阳能到热能至电能的高效转化。

无论是普通的外露式高温吸热器，还是腔体结构的高温吸热器，高效的光-热转化效率一直是高温吸热器设计的追求。在现有技术中，通常采用增加换热面积、增加扰流装置、改进流体换热工质（如采用纳米流体）等方式提升工质与吸热体间的换热性能，实现流体工质快速的带走聚焦在吸热器表面的高能量。此外，现有技术中也采用通过吸热器中吸热体的旋转运动来强化其与流体工质的热量传递过程（如专利申请号201410495002.2和201710681715.1），这是一种非常有前途的方式，它不仅能实现强化换热，而且还可以通过旋转吸热体来解决吸热体表面聚焦的非均匀能流分布及其造成的热斑问题，即可以实现能流密度动态均匀化。然而，现有技术中吸热器只实现了沿圆周方向的旋转运动，而沿轴向的运动没有实现。这样无法解决沿轴向的能流非均匀问题。事实上，腔体接收器沿轴向深度方向的能流分布非均匀性更显著，例如碟式圆柱腔体接收器系统中，由于系统的对称性其腔体接收器沿圆周对称方向的能流分布是均匀的，但是沿腔体的高度方向呈现出高度的非均匀性。另外，现有技术中吸热器旋转过程都需要消耗电网中的高品位电能，以及吸热体（通常采用金属管）的旋转易造成工质泄漏问题，这些都是亟需解决的。因此，创新一种被动无能耗驱动技术去实现腔体吸热器的旋转，并且还能实现腔体沿轴向方向进行一定的往复平移运动，可提升系统的光热转换效率和系统工作可靠性，创新一种新型旋转腔体吸热器的结构也尤为重要，可以创新解决旋转密封和光-热高效转化问题。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种既能够实现太阳能腔体吸热器的无能耗被动旋转和往复平移运动，又能实现无风或风力不足时风力发电机组储电的供电驱动，并且可用风能转换并存储的电能进一步的加热工质，提升工质的热能品质的风力能驱动旋转、平移的太阳能吸热器及其工作方法。

本发明采用的技术方案是：一种风力能驱动旋转、平移的太阳能吸热器，包括机架、腔体吸热器、风力机组、直流电机、蓄电池组和控制器；所述的腔体吸热器包括保温腔体、吸热体、热工质集腔和冷工质集腔；所述的保温腔体为筒形结构，固定安装在机架上；所述的吸热体包括筒形的吸热腔和工质输运轴，工质输运轴安装在吸热腔底板上，与吸热腔同轴；吸热腔安装在保温腔体内，工质输运轴穿出保温腔体底板上的通孔，吸热腔能够相对于保温腔体转动、平移；