[發明專利]多模式塔式太陽能熱發電裝置

有效

• 申請號: 201310180471.0
• 申請日: 2013-05-16
• 公開（公告）號: CN104153954A
• 公開（公告）日: 2014-11-19
• 發明（設計）人: 張建城
• 申請（專利權）人: 張建城
• 主分類號: F03G6/06
• 分類號: F03G6/06;F24J2/48
• 代理公司: 無
• 代理人: 無

1.多模式塔式太陽能熱發電裝置包括定日鏡聚光陣列，太陽能接收塔，太陽能接收器，金屬換熱管、催化器、涂覆耐高溫隔熱涂料的保溫材料，動力工質、儲氣罐，燃氣燃油鍋爐、動力發電裝置；流沙、流沙熱交換器、流沙儲熱室、流沙控制器、儲沙室、流沙提升裝置、流沙導流器；用來固定太陽能接收器的金屬框架，聚光陣列和發電控制裝置；儲熱裝置、乏氣換熱器；空氣進、出口；空氣冷卻裝置，有機郎肯發電裝置，溴化鋰空調機組；其中流沙導流器、太陽能接收器、流沙儲熱室、流沙熱交換器、儲沙室、流沙提升裝置設置于太陽能接收塔塔身內；太陽能接收器位于太陽能接收塔頂部；太陽能接收器上端連接流沙導流器，下端連接流沙儲熱室；流沙經太陽能接收器加熱后進入流沙儲熱室，流沙儲熱室下端連接流沙熱交換器，流沙經流沙熱交換器進入儲沙室；儲沙室設置流沙提升裝置；流沙提升裝置將流沙提升到太陽能接收塔頂部的流沙導流器，經流沙導流器再次進入太陽能接收器完成傳熱循環；流沙熱交換器連接以開式或閉式布雷頓循環原理運行的動力發電裝置；動力發電裝置通過內部的乏氣換熱器或冷凝散熱器連接有機郎肯熱發電裝置實現梯級發電，或空氣冷卻裝置；或由溴化鋰空調機組直接替代冷凝散熱器；將催化器安裝在太陽能接收器內，成為太陽能化學重整的高溫催化裝置，重整產出的合成氣可儲存，也可用于布雷頓循環發電；定日鏡聚光陣列圍繞太陽能接收塔布置；

1)所述太陽能接收器包括陶瓷型磚，涂覆耐高溫隔熱涂料的保溫材料，陶瓷換熱管，用來固定太陽能接收器的金屬框架，控制流沙進出口流量和速度的控制端口；由陶瓷型磚構筑的太陽能接收器受熱墻體；

2)所述陶瓷型磚是指由導熱性能優異的特種陶瓷如碳化硅類陶瓷、或氮化硅類陶瓷、或氧化硅類陶瓷、或氧化鋁類陶瓷、或氮化鋁類陶瓷材料制作的成長方體的型磚；陶瓷型磚面對定日鏡光輻照一側外表面沉積涂覆耐高溫熱吸收涂層；陶瓷型磚中心制作流沙管道；流沙管道為垂直、或傾斜的圓筒形管道；或為長方形流沙管道，管道內壁設置導熱翅板，或垂直、或傾斜排列；傾斜設置圓筒形流沙管道的陶瓷型磚在上下組裝后流沙管道成“之”字狀；為便于墻體組裝，陶瓷型磚左右、上下兩端均設立便于整體插裝固定的連接隼和隼槽；

3)所述陶瓷換熱管是由導熱性能優異的碳化硅、或氮化硅、或氧化硅、或氧化鋁、或氮化鋁、或氮化硼制作的陶瓷管，安裝在陶瓷型磚的管道內；為便于陶瓷換熱管吸熱和裝配，在陶瓷型磚面對定日鏡光輻照面開口，其寬度或等于、或小于陶瓷換熱管外徑；陶瓷換熱管外沉積涂覆熱吸收涂層；陶瓷換熱管是直管、或“之”字狀彎曲管；陶瓷換熱管內壁設置若干突起或凹進的螺旋槽線、或若干翅片；在組裝太陽能接收器時將陶瓷換熱管順序插裝在陶瓷型磚預留的管道內；陶瓷換熱管兩端設置對應連接的螺旋槽口或卡口；

4)所述催化器用于太陽能重整生物質氣、二氧化碳氣、或水蒸汽；催化器包括金屬外管、涂覆多元催化載體的蜂窩陶瓷、進出氣口端蓋；催化器插入陶瓷型磚預留管道內，催化器在太陽能接收器上或并聯、或串聯；

5)在低緯度地區，太陽能接收器在塔身頂部呈圓周設置，用于圓周安裝的陶瓷型磚具有一定弧度；在緯度稍高的地區，太陽能接收器設置在塔身頂部一側太陽能輻照窗口內；涂覆耐高溫隔熱涂料的保溫材料緊貼陶瓷型磚墻體背面；用來固定太陽能接收器的金屬框架安裝在太陽能接收塔的塔頂；

6)所述流沙是石英砂粒、或玻璃微珠、或碎玻璃砂粒、或碎陶瓷砂粒、或金屬珠粒、或陶粒砂、或石墨顆粒、或玄武巖砂粒，或導熱球形氧化鋁珠粒，或混合了石墨的玻璃、陶瓷砂粒；沙漠流沙；為提高上述砂粒的熱吸收性能，對砂粒做黑化處理；

7)所述流沙熱交換器是管殼式、或板式金屬熱交換器、或碳化硅陶瓷熱交換器；流沙熱交換器垂直放置在流沙儲熱室下端；為保證流沙均勻流經流沙熱交換器，流沙熱交換器流沙進口端成鍋蓋狀；為防止流沙沖擊流沙金屬熱交換器管道焊接端口，用陶瓷材料整體制作、或分體拼接成對應的成鍋蓋狀的流沙進口端蓋，覆蓋并套裝在流沙金屬熱交換器進口上端，端蓋上的每一個管道進口均成漏斗型與每一個流沙金屬熱交換器換熱管口對應，防止流沙對流沙金屬熱交換器金屬換熱管焊口的沖擊磨損；流沙熱交換器換熱端連接動力發電裝置；流沙經流沙熱交換器流入下方的儲沙室；流沙熱交換器金屬傳熱管內壁涂覆耐磨涂料以延長使用壽命；

8)所述流沙儲熱室是具有保溫功能并存儲高溫流沙的儲藏室，流沙儲熱室進出口均設置流沙控制器，控制流沙流出速度和流量；

9)所述流沙提升裝置由動力裝置、金屬鏈條、金屬鏈斗和流沙管道組成；流沙下落進入儲沙室后由動力裝置帶動金屬鏈條和金屬鏈斗通過流沙管道將流沙提升至頂部的流沙導流器；或設置電葫蘆提升裝置；

10)所述動力發電裝置是開式或閉式布雷頓循環熱發電裝置，或郎肯循環熱發電裝置；布雷頓循環熱發電裝置包括流沙熱交換器、補熱器、渦輪機、燃燒室、乏氣換熱器、壓氣機、發電機、冷凝散熱器、氣體儲罐；空氣進、出口；動力工質；優選地，在光照充足時，經壓縮的動力工質氣體經流沙熱交換器升溫成超臨界氣體進入渦輪機膨脹做功，排出的高溫乏氣進入補熱器，經補熱器進入冷凝散熱器，冷凝后的動力工質氣體經壓氣機進入補熱器補熱，經壓縮和補熱的動力工質氣體再次進入流沙熱交換器，實現布雷頓熱發電循環；無光照或光照不足時動力工質氣體轉換進入儲熱裝置繼續保持發電狀態；或開啟生物質氣閥門和空氣進口，令開式布雷頓循環熱發電裝置運行燃氣布雷頓循環熱發電模式；排出的高溫乏氣進入流沙熱交換器、或儲熱裝置放熱后排出至大氣，實現布雷頓動力循環雙模式共同運行；

11)所述動力發電裝置上的冷凝散熱器冷凝端進出口分別連接有機郎肯熱發電裝置或溴化鋰空調機組的熱交換器進出口，或由溴化鋰空調機組完全替代冷凝散熱器作為冷凝換熱終端；或在渦輪機出氣口端專門設置乏氣換熱器連接有機郎肯熱發電裝置，以實現太陽能熱能高效利用；

12)所述動力工質為空氣、或二氧化碳氣、或氮氣、或一氧化氮氣、或氦氣、或烷烴類氣體；或生物質氣化氣、沼氣；或天然氣、可燃冰氣或液化石油氣；或醇類燃料如甲醇、乙醇、二甲醚；或燃油如柴汽油、煤油、重油。