[發(fā)明專利]線性菲涅爾式太陽能集熱反應(yīng)裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510034202.2
• 申請日: 2015-01-23
• 公開（公告）號: CN104613656A
• 公開（公告）日: 2015-05-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孫杰;劉啟斌;金紅光
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院工程熱物理研究所
• 主分類號: F24J2/10
• 分類號: F24J2/10;F24J2/24;F24J2/46;B01J19/12;B01J8/06
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 任巖

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于太陽能光-熱利用技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種線性菲涅爾式太陽能集熱反應(yīng)裝置。

背景技術(shù)

由于社會發(fā)展對于能源需求日益增加，加之化石能源對于環(huán)境污染問題的日益加劇，大力發(fā)展可再生能源已經(jīng)成為我國當(dāng)前的迫切需求。

中溫太陽能光熱利用是可再生能源利用領(lǐng)域的重要組成部分，主要包括太陽能熱化學(xué)利用與太陽能熱發(fā)電利用等，具體是指將太陽輻射聚焦成為300～500℃的熱源，通過熱化學(xué)轉(zhuǎn)化為燃料或者加熱蒸汽通過汽輪機(jī)發(fā)電進(jìn)行利用。

目前，拋物槽式是最為成熟的一種中溫太陽能熱利用技術(shù)，已在熱化學(xué)與熱發(fā)電領(lǐng)域有所應(yīng)用。其聚焦形式屬于線聚焦，光學(xué)聚光比范圍大致為20～90。該技術(shù)用于熱化學(xué)領(lǐng)域，多涉及醇類或烷類的重整與熱解反應(yīng)，制取合成氣后再進(jìn)行進(jìn)一步分離或直接使用，重整與熱解反應(yīng)均需要催化劑參與。但由于反應(yīng)物沿管程逐漸減少，分壓力降低、導(dǎo)致反應(yīng)趨緩問題；同時，聚焦太陽能熱量消耗減少，反應(yīng)溫度逐漸上升，催化劑性能降低，進(jìn)一步導(dǎo)致反應(yīng)效率降低。該技術(shù)用于熱發(fā)電時多采用導(dǎo)熱油作為傳熱工質(zhì)，但導(dǎo)熱油高溫分解限制(＜400℃)限制了過熱蒸汽參數(shù)，進(jìn)而制約了系統(tǒng)發(fā)電效率；也有直接采用水作為工質(zhì)的，但該新型技術(shù)尚未成熟，存在系統(tǒng)可靠性差、汽-液兩相流動控制難度大以及集熱管周向熱應(yīng)力等問題。另外，槽式集熱器還存在風(fēng)阻過大、抗風(fēng)性差的問題。目前，上述涉及到的集熱反應(yīng)問題在拋物槽式技術(shù)中均未得到完善解決。

線性菲涅爾聚焦技術(shù)是近年來快速發(fā)展的一種新型聚焦形式，其利用菲涅爾反光鏡組進(jìn)行聚光后集熱。由于拋物槽式及線性菲涅爾式在聚焦形式上同屬線聚焦，工作原理相同，因而具有相似的性能和應(yīng)用場合。同時，該種技術(shù)又具有獨(dú)特優(yōu)勢：一方面，與拋物槽式集熱器相比，線性菲涅爾式集熱器的集熱管固定不動，反光鏡組置于近地面位置，因而具有運(yùn)行可靠性高、抗風(fēng)性好的顯著優(yōu)點(diǎn)；另一方面，由于菲涅爾反光鏡組由面積較小的平面鏡平行陣列組成且成組聯(lián)動工作，因而調(diào)整流程前后的反光鏡組平面鏡個數(shù)原則上不會增加任何成本，所以可以通過靈活調(diào)節(jié)聚光比及接收輻照量沿管程分布，使之與管內(nèi)具體反應(yīng)特性、工質(zhì)狀態(tài)等參數(shù)合理匹配，實(shí)現(xiàn)能量高效轉(zhuǎn)化及傳遞，減少損失。

鑒于此，本發(fā)明將線性菲涅爾技術(shù)進(jìn)行變反光鏡面積與變集熱管管經(jīng)的改進(jìn)，并推廣至太陽能熱化學(xué)/熱發(fā)電應(yīng)用領(lǐng)域。

發(fā)明內(nèi)容

(一)要解決的技術(shù)問題

有鑒于此，本發(fā)明提供了一種線性菲涅爾式太陽能集熱反應(yīng)裝置，以拓展線性菲涅爾聚焦技術(shù)的應(yīng)用范圍，并解決常規(guī)線性菲涅爾聚焦技術(shù)在熱化學(xué)/集熱過程中局部能量供給與需求不匹配的問題。

(二)技術(shù)方案

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種線性菲涅爾式太陽能集熱反應(yīng)裝置，包括變面積線性菲涅爾反光鏡組1與變徑集熱反應(yīng)管2，其中：該變徑集熱反應(yīng)管2固定于該變面積線性菲涅爾反光鏡組1中各反光鏡的焦線位置，該變徑集熱反應(yīng)管2沿管程進(jìn)行變管徑布置，該變面積線性菲涅爾反光鏡組1的鏡面積沿管程非均勻布置。

上述方案中，所述變面積線性菲涅爾反光鏡組1和所述變徑集熱反應(yīng)管2的沿管程變化規(guī)律相互匹配，共同實(shí)現(xiàn)沿管程調(diào)節(jié)聚光比及接收輻照量。

上述方案中，所述變面積線性菲涅爾反光鏡組1的鏡面積，是通過改變一組內(nèi)反光鏡個數(shù)實(shí)現(xiàn)鏡面積沿管程非均勻布置的。

上述方案中，當(dāng)應(yīng)用于太陽能熱化學(xué)系統(tǒng)時，該線性菲涅爾式太陽能集熱反應(yīng)裝置作為反應(yīng)裝置。該線性菲涅爾式太陽能集熱反應(yīng)裝置中，變面積線性菲涅爾反光鏡組1的線性菲涅爾反光鏡的面積沿管程逐漸減少，且該變徑集熱反應(yīng)管2的管徑沿管程逐漸減小，以適應(yīng)局部反應(yīng)速率沿管程逐漸減小的特點(diǎn)。

上述方案中，當(dāng)應(yīng)用于太陽能直接蒸汽熱發(fā)電系統(tǒng)時，該線性菲涅爾式太陽能集熱反應(yīng)裝置作為集熱裝置。該線性菲涅爾式太陽能集熱反應(yīng)裝置中，變面積線性菲涅爾反光鏡組1的線性菲涅爾反光鏡的面積沿管程先增大后減少，且該變徑集熱反應(yīng)管2的管徑沿管程先增大后減小，以適應(yīng)局部換熱系數(shù)在預(yù)熱段、蒸發(fā)段及過熱段沿管程先增大后減小的特點(diǎn)。

(三)有益效果

從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果：

1、本發(fā)明提供的線性菲涅爾式太陽能集熱反應(yīng)裝置，其線性菲涅爾反光鏡面積和集熱反應(yīng)管管徑可沿管程變化，從而調(diào)節(jié)聚光比及接收輻照量沿管程分布，與管內(nèi)具體反應(yīng)特性、工質(zhì)狀態(tài)等參數(shù)合理匹配，實(shí)現(xiàn)能量高效轉(zhuǎn)化及傳遞，減少損失。