[發(fā)明專利]一種基于流動固體顆粒的太陽能高溫空氣吸熱器

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710613702.0
• 申請日: 2017-07-25
• 公開（公告）號: CN107345714A
• 公開（公告）日: 2017-11-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳治永;王志峰;唐文學(xué)
• 申請（專利權(quán)）人: 廣東五星太陽能股份有限公司
• 主分類號: F24J2/30
• 分類號: F24J2/30;F24J2/40;F24J2/48;C09K5/02
• 代理公司: 深圳市智圈知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)44351
• 代理人: 韓紹君

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于太陽能熱利用領(lǐng)域。具體地，本發(fā)明涉及一種基于流動固體顆粒的太陽高溫空氣吸熱器。

背景技術(shù)

由于煤、石油、天然氣等化石能源的儲量有限，以及大量利用化石能源導(dǎo)致全球氣候變暖、大氣污染、生態(tài)惡化，人類賴以生存的環(huán)境受到前所未有的挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)化石能源發(fā)電技術(shù)在能源供應(yīng)領(lǐng)域中的地位越來越受到質(zhì)疑；而隨著核電技術(shù)的發(fā)展，也出現(xiàn)了近年來諸如福島等地的核泄露事件，不僅妨害了我們的用電安全性，更威脅了人類的生命健康。核廢料的處理方式，更是人類一直懸而未決的難題。核廢料一旦生產(chǎn)出來，其輻射將在未來兩百多萬年里威脅人類的健康。相比之下，利用太陽能發(fā)電無疑是更加安全、可靠、節(jié)能、環(huán)保的一種發(fā)電方式。太陽能可以認(rèn)為是取之不盡用之不竭的清潔能源。

目前，太陽能發(fā)電方式有光伏發(fā)電和太陽能光熱發(fā)電兩種技術(shù)途徑。太陽能光伏發(fā)電技術(shù)，其電站出力功率波動很大，電網(wǎng)消納具有較大難度，因而近年來我國出現(xiàn)有相當(dāng)高比例的棄光現(xiàn)象，比如我國2016年平均棄光20％，局部地區(qū)達(dá)50％。相比太陽能光伏發(fā)電技術(shù)，太陽能光熱發(fā)電技術(shù)具有發(fā)電平穩(wěn)和可以儲能的優(yōu)點(diǎn)，電力更加容易被電網(wǎng)和用戶消納。特別是在光伏電站已經(jīng)大規(guī)模建立的情況下，發(fā)展太陽能熱發(fā)電技術(shù)十分重要。

根據(jù)傳熱學(xué)和熱力循環(huán)的理論，提高太陽能熱發(fā)電光到電轉(zhuǎn)換效率的關(guān)鍵指標(biāo)是導(dǎo)熱流體的溫度。以空氣為傳熱介質(zhì)的太陽能熱發(fā)電技術(shù)，空氣可以被加熱到1000℃以上，還由于空氣具有寬廣范圍內(nèi)無相變、易于獲取、無毒等優(yōu)點(diǎn)，因而被認(rèn)為具有十分廣闊的發(fā)展前途。吸熱器是太陽能熱發(fā)電中實(shí)現(xiàn)光熱轉(zhuǎn)化的核心部件，吸熱器的熱性能將直接影響到太陽能集熱系統(tǒng)的熱效率，從而影響到太陽能熱發(fā)電站的發(fā)電量，同時影響電站的可靠性和安全性。

以空氣為傳熱流體的吸熱器，主要有兩種結(jié)構(gòu)形式。一種是容積式太陽能空氣吸熱器，另一種是固體顆粒吸熱器。現(xiàn)有的這兩種結(jié)構(gòu)形式的吸熱器，都存在缺點(diǎn)。容積式太陽能空氣吸熱器，吸熱體材料不能承受由于聚光精度不高導(dǎo)致的局部熱斑現(xiàn)象，在實(shí)驗(yàn)室測試和示范電站運(yùn)行過程中，吸熱體多次發(fā)生熱斑破壞的情況。以流動的固體顆粒為吸熱體的粒子吸熱器近十年來得到了廣泛關(guān)注，由于固體顆粒尺寸小，并且吸熱器工作時顆粒處于運(yùn)動狀態(tài)，能夠克服由于能流分布不均勻?qū)е碌臒岚咂茐默F(xiàn)象。但是，現(xiàn)有的顆粒吸熱器都存在缺點(diǎn)。Ho,Clifford 2016年發(fā)表的論文"A review of high-temperature particle receivers for concentrating solar power."(Applied Thermal Engineering,109卷2016年：頁碼958-969)對現(xiàn)有的顆粒吸熱器進(jìn)行了綜述說明。主要包括直接式和間接式粒子吸熱器，粒子運(yùn)動的驅(qū)動力為重力、離心力或氣動力。對粒子依靠重力下落的粒子吸熱器，為了控制粒子下落速度，采用了多孔介質(zhì)或障礙物陣列的措施延緩粒子下落速度。

然而，現(xiàn)有的顆粒吸熱器在實(shí)踐中遇到以下問題：(1)粒子下落形成粒子幕墻的方式不能對粒子空間分布的均勻性和下落速度進(jìn)行控制；(2)采用多孔介質(zhì)或障礙物陣列的措施延緩粒子下落速度的粒子吸熱器，不能克服熱斑破壞的情況；(3)流化床形式的吸熱器同樣不能對粒子空間分布的均勻性和運(yùn)動速度進(jìn)行控制，在氣流存在漩渦的地方，顆粒會產(chǎn)生堆積；(4)間接式顆粒吸熱器的氣流速度和顆粒速度是相關(guān)聯(lián)的，不可分別控制。因此，本領(lǐng)域需要一種結(jié)構(gòu)相對簡單、易于操控、高效率的能夠克服上述技術(shù)缺陷的吸熱器。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有固體顆粒吸熱器的技術(shù)缺陷，提供一種固體顆粒速度能夠根據(jù)顆粒溫度、空氣溫度和太陽輻照度進(jìn)行控制的間接式太陽能高溫空氣吸熱器。本發(fā)明吸熱器中的固體顆粒在系統(tǒng)中循環(huán)流動，能夠產(chǎn)生穩(wěn)定溫度的高溫空氣。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案：

一種基于流動固體顆粒的太陽能高溫空氣吸熱器，主要由透光窗口、顆粒-光熱轉(zhuǎn)換通道、隔板、顆粒-空氣換熱通道以及保溫層組成，在顆粒-空氣換熱通道兩端設(shè)置有冷空氣入口和熱空氣出口；在顆粒-光熱轉(zhuǎn)換通道中還設(shè)置有顆粒運(yùn)動控制裝置，所述顆粒運(yùn)動控制裝置主要由轉(zhuǎn)軸和帶有臺階的履帶、電機(jī)組成。

作為本發(fā)明改進(jìn)的技術(shù)方案，所述履帶位于隔板兩側(cè)并貫穿顆粒-光熱轉(zhuǎn)換通道、顆粒-空氣換熱通道。

作為本發(fā)明改進(jìn)的技術(shù)方案，所述帶臺階的履帶由耐高溫金屬網(wǎng)制成。

作為本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)的技術(shù)方案，所述臺階制成網(wǎng)籃或網(wǎng)袋型。