[發(fā)明專利]基于固液氣三相流的吸熱腔及其方法

有效

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• 申請日: 2012-11-08
• 公開（公告）號: CN102927692A
• 公開（公告）日: 2013-02-13
• 發(fā)明（設計）人: 肖剛;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
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: F24J2/05
• 分類號: F24J2/05;F24J2/34;F24J2/30;F24J2/28
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 張法高

技術領域

本發(fā)明涉及太陽能熱利用領域，尤其涉及一種基于固液氣三相流的吸熱腔及其方法。

背景技術

太陽能作為一種清潔的可再生能源備受關注，全球太陽能輻射總量約1.7×10¹⁷W，其中我國約占1%（1.8×10¹⁵W，相當于1.9萬億噸標煤/年）。太陽能集熱器能夠將太陽能轉化為熱能，傳統(tǒng)的集熱器采用二次換熱的方式傳遞熱量，由吸熱板或真空管壁先吸熱，然后將熱量傳遞給水等流動工質，為單相吸熱，集熱器的集熱效率低。三相流吸熱腔作為太陽能利用中的一種新型的集熱設備，屬于體吸收式集熱器。體吸收式集熱器中，太陽光直接由吸熱腔內的液相工質與固相顆粒吸收，空氣通入引起擾動，強化傳熱儲熱，從而提高太陽能的吸收，液相溫度上升至200～550℃。空氣通過液相工質時，從有機工質中帶走部分熱量，實現(xiàn)空氣的溫升，加熱后的空氣可用在外部換熱器一次換熱預熱換熱工質。預熱后工質與浸沒于三相流吸熱腔中的內部換熱器進行二次換熱，所得熱量可應用于預熱燃燒系統(tǒng)、高溫烘烤、太陽能制冷、有機朗肯循環(huán)加熱器、斯特林發(fā)動機熱源，實現(xiàn)發(fā)電等用途。?

發(fā)明內容

本發(fā)明目的在于克服現(xiàn)有太陽能熱利用中的不足，解決太陽能利用中熱量損失大、利用效率低的問題，提供一種基于固液氣三相流的吸熱腔及其方法。

????基于固液氣三相流的吸熱腔包括兩個氣泵、兩個外部換熱器、兩個內部換熱器和三相流吸熱腔；三相流吸熱腔包括腔式玻璃蓋板、環(huán)形腔體、隔板、小顆粒、液相工質，一氣泵出口與三相流吸熱腔底部中心相連，一氣泵入口經一外部換熱器與三相流吸熱腔上部相連，一外部換熱器換熱盤管與一內部換熱器換熱盤管相連，另一氣泵出口與三相流吸熱腔底部中心相連，另一氣泵入口經另一外部換熱器與三相流吸熱腔上部相連，另一外部換熱器換熱盤管與另一內部換熱器換熱盤管相連，三相流吸熱腔底部中心設有隔板，三相流吸熱腔下部中心設有環(huán)形腔體，環(huán)形腔體上方設有腔式玻璃蓋板，腔式玻璃蓋板上端與三相流吸熱腔頂部殼體相連，三相流吸熱腔內部填充有小顆粒和液相工質的混合工質，內部換熱器浸沒于混合工質中。

????基于固液氣三相流的吸熱腔其特征在于，所述三相流吸熱腔內混合工質中的小顆粒可以是納米或微米級顆粒，體積濃度為0.1~3%。

基于固液氣三相流的吸熱方法是：當三相流吸熱腔在太陽輻射下工作時，一氣泵提供空氣循環(huán)動力，冷空氣由三相流吸熱腔底部中心進入三相流吸熱腔，三相流吸熱腔內液相工質及小顆粒的混合工質吸收太陽輻射，溫度上升至200～550℃，在空氣的擾動下經由三相流吸熱腔下部中心的環(huán)形腔體和腔式玻璃蓋板間的夾層向兩側流動，氣泵通入的空氣引起擾動，提高了小顆粒與液相工質之間的換熱，加強液相工質上下液層的混合，強化液相工質內的對流換熱，使得三相流吸熱腔內的液相工質及小顆粒的混合工質實現(xiàn)對太陽能的體吸收，流動到兩側的熱混合工質因空氣擾動的減小，小顆粒緩慢沉降，液相工質及小顆粒的混合工質經由環(huán)形腔體下部與三相流吸熱腔腔體間的夾層回流至三相流吸熱腔底部中心。三相流吸熱腔兩側腔體中的液相工質的混合工質與一內部換熱器換熱實現(xiàn)熱量的傳遞或利用；一氣泵通入的空氣通過小顆粒和液相工質的液固相懸浮液時，帶走懸浮液部分熱量，空氣產生一定溫升，經過一外部換熱器換熱進行一次換熱，并冷凝回收空氣帶出的少量氣態(tài)液相工質，另一氣泵循環(huán)回路工作方法同上。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：

1）該三相流吸熱腔屬于太陽能直接吸收式集熱器中，微米級或納米級顆粒的添加改善了流體的輻射吸收特性，工作流體直接吸收太陽能，而不是傳統(tǒng)集熱器的二次換熱，這減小了傳熱過程中的熱阻，有利于減少熱損失，提高熱效率。

2）利用液相可實現(xiàn)太陽能的直接吸收，提高了介質蓄熱能力，實現(xiàn)高溫使用的同時能量輸出相對穩(wěn)定。

3）在液相介質中添加固體顆粒，顯著的提高了循環(huán)工質的傳熱性能，從而提高吸熱腔的熱效率。

4）通過氣相空氣通過懸浮液的形式，引入擾動，強化了液相對流換熱，由靜態(tài)傳熱介質對太陽能的表面吸收轉化為吸熱腔的體吸收，顯著提高了吸熱腔的吸熱能力，同時防止固相顆粒的沉淀，使固相對太陽能輻射吸收效果明顯，最終液相介質溫度上升到更高值，實現(xiàn)更大量的太陽能的吸收。

5）結構空腔的設置和氣泵入口位置的布置可以有效的實現(xiàn)冷熱工質間的循環(huán)，熱工質由于氣流作用向兩側流動，進入兩側較大液槽范圍后由于擾動減弱，顆粒向下沉降；冷工質由于上空負壓自發(fā)通過下部流道攜帶顆粒向中心流動，完成了主要熱收集區(qū)域的工質循環(huán)，避免了高溫液泵的使用。