能碟式斯特林系統儲能裝置示意圖。
[0020]圖中:二次聚光器1、集熱器腔體2、金屬氧化物3、熱管熱端4、熱管5、熱管冷端6、斯特林發動機熱頭7、斯特林發動機8、發電機9。
【具體實施方式】
[0021]如圖1所示，儲能物質金屬氧化物3集熱器腔體內壁，經過碟式鏡聚焦的太陽光經過二次聚光器I再次聚焦后，進入集熱器腔體2內。圖2為斯特林發動機示意圖，斯特林發動機熱頭7用于吸收外界熱量，提供給斯特林發動機8內的工質做功，最后帶動發電機9發電，對外輸出電能。如圖3所示，當系統啟動時，太陽能入射到集熱器腔體2內，一部分太陽能被斯特林發動機熱頭7直接吸收，用于斯特林發動機8對外做功，另一部分太陽能被金屬氧化物3吸收，提高了金屬氧化物的溫度；當太陽能非常充足的時候(比如中午)，集熱器溫度升高，達到金屬氧化物的反應溫度，金屬氧化物3的分解還原反應，吸收熱量，穩定集熱器的溫度，在一定程度上保障集熱器以及斯特林發動機熱頭7的安全。當太陽能輸入不足(有云遮擋)，集熱器中溫度降低，還原的金屬氧化物3吸收集熱器腔體2中的氧氣被氧化，釋放出原先存儲的能量，該部分能量和輸入的太陽能通過斯特林發動機熱頭7傳遞給斯特林發動機內部工質8，對外做功。金屬氧化物3氧化釋放的能流彌補了太陽能的減少量，使得斯特林發動機熱頭7輸入能量保持穩定，因此斯特林發動機8對外輸出功也保持一個較穩定的水平。當太陽能完全沒有，比如太陽落山后，金屬氧化物儲能物質還能為斯特林發動機供給一定時間的熱量，延長系統工作時間。以金屬氧化物四氧化三鈷為例，其反應溫度為90(TC，當溫度升高到反應溫度時，會發生還原反應，生產氧化鈷和氧氣，并吸收大量熱量。其工作溫度適合斯特林發動機的工作溫度。所述的金屬氧化物包括鐵、錳、鈷、銅、鋇、銻的氧化物中的一種或者多種。金屬氧化物3在集熱器腔體2的內壁四周環繞布置，斯特林發動機熱頭7 —部分與金屬氧化物3接觸，另一部分在集熱器腔體內，接受太陽光的直接照射。
[0022]改進實施例:
[0023]為增加集熱器腔體2內金屬氧化物3向斯特林發動機熱頭7的熱量傳輸能力，在金屬氧化物3和斯特林發動機熱頭7中間增設熱管5，如圖4。熱管熱端4與金屬氧化物3接觸，熱管冷端6與斯特林發動機熱頭7結合，如圖5所示，即斯特林發動機熱頭7在熱管冷端的內部。當熱管5工作時，熱管熱端4中的液體工質被金屬氧化物3氧化時釋放的熱量加熱汽化，吸收大量熱量，汽化的工質在熱管熱端4與熱管冷端6中的不平衡汽壓作用下流向熱管冷端6，工質在熱管冷端6中的斯特林發動機熱頭7的外壁面釋放熱量并液化，工質液體在重力或者毛細作用下流回熱管熱端4，反復循環。釋放的熱量被斯特林熱頭7吸收，斯特林熱頭7工作在一個穩定的環境中，因此斯特林熱頭7設計和制造相比原先大大簡化，提高了可靠性，降低成本。以鈉熱管為例，其工作溫度為500-800°C，適合斯特林發動機工作區間。熱管5可以大大降低金屬氧化物3與斯特林發動機熱頭7之間的傳熱溫度，提高傳熱速率，將金屬氧化物3以及太陽能更有效的傳遞給斯特林發動機8。
【主權項】
1.一種太陽能碟式斯特林系統的儲能方法，其特征在于集熱器內部布置金屬氧化物(3)，啟動階段時，一部分太陽能用于加熱斯特林發動機熱頭(7)，供斯特林發動機(8)對外做功，另一部分太陽能用于加熱金屬氧化物(3)，提高其溫度；當太陽能輸入超過斯特林發動機額定需求時，集熱器溫度升高，金屬氧化物(3)溫度上升到反應溫度時，發生分解還原反應，吸收并存儲富余熱量，穩定集熱器的溫度，保障集熱器以及斯特林熱頭(7)的安全；當太陽能輸入不足時，集熱器溫度降低，被還原的金屬氧化物(3)吸收氧氣發生氧化反應，釋放出存儲的化學能，產生熱能，加熱斯特林發動機熱頭(7)，并傳遞給斯特林發動機(8)內部工質，保證穩定的功率輸出；當太陽能完全沒有時，金屬氧化物(3)氧化所放出的熱量繼續傳遞給斯特林發動機(8)，延長系統有效工作時間。2.根據權利要求1所述的一種太陽能碟式斯特林系統的儲能方法，其特征在于所述的金屬氧化物(3)和斯特林發動機熱頭(7)之間增設熱管(5)，熱管熱端(4)與金屬氧化物(3)接觸，熱管冷端(6)與斯特林發動機熱頭(7)結合，金屬氧化物釋放的熱量和太陽能通過熱管(5)傳遞給斯特林發動機熱頭(7)。3.根據權利要求1所述的一種太陽能碟式斯特林系統的儲能方法，其特征在于所述的金屬氧化物(3)包括鐵、錳、鈷、銅、鋇、銻的氧化物中的一種或者多種。4.根據權利要求1所述的一種太陽能碟式斯特林系統的儲能方法，其特征在于所述的集熱器的太陽光入射處增加二次聚光器(I)。5.根據權利要求1所述的一種太陽能碟式斯特林系統的儲能方法，其特征在于所述的金屬氧化物在氧化釋放能量時，從外界環境向金屬氧化物中通入空氣或者氧氣，控制金屬氧化物氧化反應速率。6.根據權利要求2所述的一種太陽能碟式斯特林系統的儲能方法，其特征在于所述的金屬氧化物在氧化釋放能量時，從外界環境向金屬氧化物中通入空氣或者氧氣，控制金屬氧化物氧化反應速率。7.一種實施如權利要求1所述方法的太陽能碟式斯特林系統的儲能裝置，其特征在于包括集熱器、金屬氧化物(3)、斯特林發動機熱頭(7)、斯特林發動機(8)，所述的金屬氧化物(3)在集熱器內表面環繞布置，形成集熱器腔體(2)，斯特林發動機熱頭(7) —部分與金屬氧化物(3)接觸，一部分暴露在集熱器腔體(2)內。8.一種實施如權利要求2所述方法的太陽能碟式斯特林系統的儲能裝置，其特征在于所述的金屬氧化物(3)在集熱器內表面環繞布置，形成集熱器腔體(2)，金屬氧化物(3)與所述的熱管熱端(4)接觸，熱管冷端(6)與斯特林發動機熱頭(7)結合，即斯特林發動機熱頭(7)的外壁面暴露在熱管冷端(6)的內部，熱管(5)內的工質在熱管熱端(4)內被金屬氧化物釋放的能量或者太陽能加熱汽化，蒸發的工質汽體在熱管冷端(6)內的斯特林發動機外壁面處冷凝放熱液化，釋放的能量傳遞給斯特林熱頭(7)，液化的熱管工質在重力或毛細作用下流回熱管熱端(4)，往復循環。
【專利摘要】本發明公開了一種太陽能碟式斯特林系統的儲能方法和裝置。在斯特林集熱器內填裝金屬氧化物，經過聚焦的太陽能進入集熱器，一部分能量則傳遞給斯特林發動機熱頭，供其做功；一部分能量用于提高金屬氧化物溫度。當太陽能充足時，當溫度上升到反應溫度時，金屬氧化物開始分解并吸收富足的熱量。當太陽能不足，集熱器內溫度開始降低時，金屬氧化物與集熱器腔體內的氧氣發生反應，釋放熱量，供給斯特林發動機。并且為提高金屬氧化物對斯特林熱頭的傳熱速率，在金屬氧化物和斯特林熱頭之間增設熱管。本發明緩解了太陽光不穩定導致發電功率波動甚至停機的缺點，提高輸出電品質，減小對電網的沖擊，提高了系統效率。
【IPC分類】F02G1/043, F24J2/06, F24J2/34, F03G6/06, F24J2/48, F24J2/32
【公開號】CN105179187
【申請號】
【發明人】肖剛, 楊天鋒, 倪明江, 駱仲泱, 高翔, 岑可法, 方夢祥, 周勁松, 施正倫, 程樂鳴, 王勤輝, 王樹榮, 余春江, 王濤, 鄭成航
【申請人】浙江大學
【公開日】2015年12月23日
【申請日】2015年9月25日