[發(fā)明專利]聚光集熱管的輻照測量裝置及其掃描分析方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010201885.3
• 申請日: 2010-06-09
• 公開（公告）號: CN101871811A
• 公開（公告）日: 2010-10-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 宋記鋒;楊勇平;侯宏娟;張民幸
• 申請（專利權(quán)）人: 華北電力大學(xué)
• 主分類號: G01J1/04
• 分類號: G01J1/04;G01J3/28;H02K7/10;F24J2/46
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11246
• 代理人: 朱印康

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于太陽能集熱領(lǐng)域，特別涉及一種聚光集熱管的輻照測量裝置及其掃描分析方法。

背景技術(shù)

太陽光能流密度較低，地面輻照強(qiáng)度一般不超過1kw/m²，能量品味較低，難以高價值開發(fā)利用。利用聚光技術(shù)對太陽光進(jìn)行聚焦，可獲得高密度能流，大幅度提高光熱、光電轉(zhuǎn)化效率。太陽能聚焦模式包括槽式、塔式、碟式等類型，可分別實現(xiàn)幾十倍到數(shù)百、上千倍的聚焦比。由于跟蹤誤差、光學(xué)鏡面變形、太陽視角等因素，聚焦光斑區(qū)域的能流密度、光功率譜密度存在不均勻性，有時空動態(tài)變化現(xiàn)象。在中高溫太陽能熱利用領(lǐng)域，如槽式、塔式太陽能熱發(fā)電站中，聚焦光斑的能流密度分布的不均勻性對集熱管光熱轉(zhuǎn)換效率和可靠性產(chǎn)生巨大影響。集熱管優(yōu)化設(shè)計研究需要獲得聚焦光斑的能流密度分布和光功率譜密度分布數(shù)據(jù)，由于聚光比一般高達(dá)幾十倍以上，能流密度分布測量困難。目前有光電二極管陣列法和相機(jī)-朗伯靶法，前者利用光電二極管對聚焦輻照進(jìn)行光電信號轉(zhuǎn)換，獲得光強(qiáng)信號，后者利用朗伯靶反射焦斑處的輻照光纖，通過相機(jī)拍攝獲得焦斑處的能流密度分布。

以上兩種方法測量參數(shù)單一，只能獲得輻照功率密度分布，無法獲得光功率譜密度分布信息，并且光電二極管陣列難以直接承受高倍聚焦輻照，需要配置光衰減部件，增加了測量誤差。由于槽式太陽能聚焦系統(tǒng)中集熱管上的光線入射角時刻變化，相機(jī)-朗伯靶測量法使用中需要對數(shù)據(jù)校核、補(bǔ)償，另外同樣無法進(jìn)行光功率譜密度測量。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)聚光集熱管的輻照測量裝置的缺陷，為提高聚光集熱管的輻照測量裝置的檢測能力，滿足集熱管優(yōu)化設(shè)計、分析的需求，提出一種聚光集熱管的輻照測量裝置及其掃描分析方法，其特征在于，聚光集熱管的輻照測量裝置由集熱管卡套、軸向掃描驅(qū)動器、周向掃描器和光譜輻射儀構(gòu)成；所述集熱管卡套包括兩個卡套單元，卡套單元的上卡套1固接在導(dǎo)軌支架5的下端，下卡套2與上卡套1用螺栓連接構(gòu)成圓環(huán)形的卡套單元，上卡套1和下卡套2上都各設(shè)有2個螺紋孔，4個螺紋孔等間隔分布在圓環(huán)形的卡套單元上，頂針3通過螺紋副與上卡套1或下卡套2相配合并通過螺紋副調(diào)節(jié)在卡套內(nèi)的長度，頂針3末端與墊片4的中心活動連接，兩個導(dǎo)軌支架5分別固接在軸向?qū)к?兩端，導(dǎo)軌6兩端的卡套單元互為同軸，導(dǎo)軌6和兩端的卡套單元構(gòu)成集熱管卡套；

所述軸向掃描驅(qū)動器中，軸向電機(jī)7固定在一個導(dǎo)軌支架5的內(nèi)側(cè)面上，絲杠8的一端與軸向電機(jī)7的軸固接，另一端與另一個導(dǎo)軌支架5的內(nèi)側(cè)面通過軸承構(gòu)成轉(zhuǎn)動連接，滾珠螺母9在絲杠8上與其螺紋連接，滾珠螺母9的底座上部的滑動孔套在軸向?qū)к?上與導(dǎo)軌配合構(gòu)成滑動連接，軸向?qū)к?使?jié)L珠螺母9在絲杠8上不發(fā)生轉(zhuǎn)動，上吊環(huán)11固接在滾珠螺母9的底座下部，下吊環(huán)12與上吊環(huán)11用螺栓連接構(gòu)成圓形的吊環(huán)，圓形的吊環(huán)和集熱管卡套的兩個卡套單元同軸，兩個軸向限位開關(guān)10分別相對設(shè)置在軸向?qū)к?的兩端；

所述周向掃描器中，圓弧形的導(dǎo)輪槽21的槽面向外，圓弧形的齒條18齒面向上固接在圓弧形的導(dǎo)輪槽21的背面，齒條18和導(dǎo)輪槽21一起以圓形吊環(huán)的垂直直徑為對稱軸左右對稱固接在下吊環(huán)12的一個側(cè)面上，引導(dǎo)輪軸23的周向角度，測量后，周向電機(jī)步進(jìn)，使光纖受光面轉(zhuǎn)動一個周向角度位移單元后停止，重復(fù)光纖采集輻照和光譜輻射儀測量輻照能流，經(jīng)多次周向電機(jī)步進(jìn)和輻照能流測量，直到引導(dǎo)輪接觸周向限位開關(guān)；

步驟3)當(dāng)引導(dǎo)輪接觸周向限位開關(guān)，周向限位開關(guān)給出觸發(fā)信號，軸向電機(jī)步進(jìn)，使周向掃描器沿軸向移動一個軸向長度位移單元，周向電機(jī)反向并步進(jìn)，使光纖受光面轉(zhuǎn)動一個周向角度位移單元后停止，重復(fù)光纖采集輻照和光譜輻射儀測量輻照能流，記錄數(shù)據(jù)，經(jīng)多次周向電機(jī)步進(jìn)和輻照能流測量，直到引導(dǎo)輪接觸另一個周向限位開關(guān)；

步驟4)當(dāng)引導(dǎo)輪接觸另一個周向限位開關(guān)，該周向限位開關(guān)給出觸發(fā)信號，軸向電機(jī)再次步進(jìn)，重復(fù)步驟3)的操作，直到滾珠螺母的底座接觸軸向限位開關(guān)；

步驟5)當(dāng)滾珠螺母的底座接觸另一個軸向限位開關(guān)，該軸向限位開關(guān)給出觸發(fā)信號，軸向電機(jī)反向，測量結(jié)束，或為下一次測量做好準(zhǔn)備。

所述周向角度位移單元的角度范圍為0.5°～2°。

所述軸向長度位移單元的范圍為1mm～4mm。