CN105299924A - 固体粒块蝶式太阳能光热转换器 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是提供固体粒块蝶式太阳能光热转换器，由外体、空腔、上连接板、下连接板组成一个空心的立方体，在外体、上连接板与下连接板上设置有至少一个或多个开口，用于使固体粒块进入和流出空腔，在空腔内设置有螺旋器件，固体粒块可以经由设置在外体或者上连接板的开口进入到螺旋器件内，流经螺旋器件后从外体或者下连接板上设置的开口流出；固体粒块从外体开口部位进入到螺旋器件内并流动，太阳能经设置在下连接板上的太阳能涂层转换为热能，下连接板通过与固体粒块进行换热，固体粒块被加热到400-1500摄氏度的温度，被加热的固体粒块开口处流出。本发明实现了采用固体粒块完成太阳能高温的传热及蓄热。

Description

固体粒块蝶式太阳能光热转换器

技术领域

本发明涉及太阳能热能利用，特别是利用碟式太阳能光热转换器及其温控装置。

背景技术

在太阳能领域，采用熔融盐蓄热传热，虽然熔融盐可以实现高温的储存，但是由于其需要从固态转变为液体，因而需要热能将其加热，同时熔融盐的毒性、经济型、安全性也存在问题，因而熔融盐蓄热的使用受到限制。同时，其传热温度通常不高于600度，对再高的温度，无法实现传热。

在太阳能领域，也采用空气或其他气体进行蓄热，但其热熔小，无法实现大规模的热能存储。

对于碟式太阳能聚焦系统，通常采用熔融盐进行传热，但是由于熔融盐温度的限制，仅仅可以提供600度温度，为了实现高温采用空气进行传热，但是，空气的热容很小，很难传递大量的热能。

现有的蝶式太阳能光热转换器为采用斯特林机发电的装置，也有采用螺旋管，采用水或者导热油，采用泵驱动实现换热的设备，但是其转换的温度不高于400度，也有采用空气作为传热工作介质，但需要非常大的换热器，因而无法实现，目前没有适合的方式实现蝶式400度以上的高温的换热。

由于以前所设计的光热转换器都是低温采用，所使用的传热工作介质为水、导热油、空气。

本发明人发明了利用固体进行传热的固体粒块，并用于其进行传热，因而需要可以使用固体粒块进行转换的光热转换器。

发明内容

本发明的目的是提供固体粒块碟式太阳能光热转换器，采用固体粒块取代熔融盐和空气，由于固体粒块的传热及流动的特征与熔融盐和空气不同，因而需要按照固体粒块的性能进行设计，本发明采用由内体与外体组成，内体与外体通过上连接板与下连接板相互连接，形成一个环形的空腔，上连接板与下连接板上或外体上设置有至少一个或多个开口，在空腔内设置有螺旋器件，螺旋器件由圆柱螺旋线或螺旋管组成，螺旋器件的进口与上连接板或者外体的开口相连接，螺旋器件的出口与下连接板或外体的开口相连接，固体粒块可以经由设置在上连接板上的开口进入到螺旋管道内，流经螺旋管道后从下连接板上设置的开口流出；这种结构设计使得固体粒块可以实现高效的换热以及在光热转换器内完成流动，从而实现了采用固体粒块完成太阳能高温的传热及蓄热。

具体发明内容如下：

固体粒块碟式太阳能光热转换器，由立方体、保温材料、固体粒块等组成；其特征是：

由外体、空腔、上连接板、下连接板组成一个空心的立方体，所述上连接板与下连接板分别设置在外体的顶部及底部，将空腔的顶部和底部进行封闭，在外体、上连接板与下连接板上设置有至少一个或多个开口，用于使固体粒块进入和流出空腔，在空腔内设置有螺旋器件，螺旋器件由圆柱螺旋线或螺旋管组成，螺旋器件的进口与外体或者上连接板的开口相互联通，螺旋器件的出口与外体或者下连接板的开口相互联通，固体粒块可以经由设置在外体或者上连接板的开口进入到螺旋管道内，流经螺旋管道后从外体或者下连接板上设置的开口流出；

在下连接板上设置有太阳能涂层，将太阳能转换为热能；

固体粒块从外体开口部位进入到螺旋管内并在螺旋管内流动，太阳能经设置在下连接板上的太阳能涂层转换为热能，下连接板通过与固体粒块进行换热，固体粒块被加热到400-1500度的温度，被加热的固体粒块开口处流出，从而实现400-1500度的温度太阳能光热的采集和转换。

在外体内部还设置有一个内体，内体由一个空心的立方体构成，并与外体组成一个环形的空腔，内体与环形空腔的顶部和底部分别由上连接板和下连接板进行封闭，在内体上设置有至少一个或多个开口或者在上连接板以及下连接板上设置有至少一个或多个开口，可以使固体粒块进入和流出空腔中，在空腔内设置有螺旋器件，螺旋器件由圆柱螺旋线或螺旋管组成，螺旋器件的进口与外体或者上连接板的开口相互联通，螺旋器件的出口与外体或者下连接板的开口相互联通，固体粒块可以经由设置在外体、内体或者上连接板的开口进入到螺旋管道内，流经螺旋管道后从外体、内体或者下连接板上设置的开口流出；

在下连接板以及内体的内侧上设置有太阳能涂层，将太阳能转换为热能；在外体的外侧设置有保温材料。

固体粒块从外体开口部位进入到螺旋管内并在螺旋管内流动，太阳能摄入到内体的内壁上或者下连接板上，经设置在其上的太阳能涂层转换为热能，再通过内体壁与固体粒块进行换热，固体粒块被加热到400-1500度的温度，被加热的固体粒块开口处流出，从而实现400-1500度的温度太阳能光热的采集和转换。

在下连接板上设置有空洞，在空洞或者下连接板的外部设置有透光材料，可以使太阳能光照射入到内部。

内体或外体或立方体的形状选择下列一种：柱体管（包括圆管）、锥体管、台体管。

下连接板为凹、凸、弧面、多面体、菱形、扇形的一种或组合，组合后下连接板实现与固体粒块最大面积的换热。

为了增加光热转换效率，在内体内壁或外壁、外体内壁、螺旋管上设置有翅片、凸点、凹槽。

在管道内设置有扰动装置，采用耐高温的膨胀金属材料，并将其设置成为弹簧形状，随着温度的增加扰动装置进行变性膨胀，来实现对固体粒块的扰动，增加其传热能力。

螺旋管外壁与腔体所形成的空间内，填充有蓄热材料。

透光材料选择自下列一种：耐高温玻璃、微晶玻璃、石英玻璃。

所述的固体粒块为直径为1-300MM球体，材料为钢、铁、陶瓷、氧化铝、玻璃、石墨的一种或多种。

所述的固体粒块为由金属或非金属或其混合物组成的颗粒或者/和砖块，或者自然界存在的沙粒、鹅卵石、小石块，固体粒块的形状为圆形、多边形、菱形、扇形、不规则现状；在固体粒块上加工有凹或/和凸部位，或者在固体粒块上设置有用于相互连接或者与其他器件连接的连接装置；两个固体粒块之间的凹或/和凸部位可以构成一个通道；用于流体进行流通；所构成的通道为柱体、多面体、菱形、抛物线体、旋转抛物线体的一种或其组合，流体可以在流道内流动并被压缩或膨胀；在固体粒块内设置有空腔，在空腔内设置有蓄热材料。

固体粒块有下列至少一种材料组成：

A、窑炉的排出物，包括冶金、化工、电力、煤炭行业窑炉排出的钢渣、铁渣、煤灰；

B、尾款粉，包括各种矿选矿后形成的尾款物；

C、垃圾的固体物质，包括垃圾处理后的固体处理物；

D、建筑废弃物，包括建筑完成后的废弃物形成的粒块。

E、金属或非金属粉；包括石墨粉；

F、导热水泥。

采用本发明的技术方案可产生如下的有益效果：

1、采用固体粒块换热器实现碟式太阳能的400-1500度高温采集，本发明提供可以实现高温、无压的热采集和传递的技术方法；

2、本发明安全可靠，经济使用；

3、本发明可以应用于工业余热、太阳能、地热、生物质等多种应用。

附图说明

图1是蝶式固体粒块光热转换器示意图；

图2是具有内体的蝶式固体粒块光热转换器示意图。

图中标号含义：

1：固体粒块，2：外体，3：内体，4：螺旋器件，5：螺旋通道，6：进口，7：出口，8：保温材料，9：空腔，10：开口，11：太阳能涂层，12：透光材料，13：上连接板、14：下连接板，15：扰动装置，16：翅片,17：弧形下连接板。

具体实施方式

实施例1、蝶式固体粒块光热转换器

如图1所示，由一个管状的立方体构成一个外体2，外体2的管道部分空间为空腔9，在其顶部及底部设置有上连接13板及下连接板14，下连接板为弧形连接板14，将管状的顶部和底部进行封闭，外体、空腔、上连接板、下连接板组成一个立方体，在外体上设置有至少一个或多个开口10或者在上连接板以及下连接板上设置有至少一个或多个开口10，可以使固体粒块1进入和流出空腔9中，在空腔9内设置有螺旋器件4，螺旋器件与空腔组成螺旋通道5，螺旋器件由圆柱螺旋线或螺旋管组成，螺旋器件4的进口与外体或者上连接板的开口相互联通，螺旋器件的出口与外体的开口相互联通，固体粒块可以经由设置在上连接板的进口6进入到螺旋管道内，流经螺旋管道后从下连接板上设置的出口7流出；

在下连接板上17设置有太阳能涂层11，将太阳能转换为热能；

固体粒块从外体开口部位10进入到螺旋管4内并在螺旋管内流动，太阳能经设置在下连接板上的太阳能涂层转换为热能，下连接板通过与固体粒块进行换热，固体粒块被加热到400-1500度的温度，被加热的固体粒块开口处流出，从而实现400-1500度的温度太阳能光热的采集和转换。

透光材料12选择采用石英玻璃。

所述的固体粒块为直径为18MM的钢球占30%，60%的直径为18MM的氧化铝蓄热球，占10%的直径为18MM石墨球。

实施例2、具有内体的蝶式固体粒块光热转换器

图1由内体3与外体2组成，内体设置在外体内部，并与外体组成一个环形的空腔9，内体与外体的顶部及底部设置有上连接板13及下连接板14，内体、外体、空腔、上连接板、下连接板组成一个立方体，在外体和内体上设置有至少一个或多个开口或者在上连接板以及下连接板上设置有至少一个或多个开口，可以使固体粒块进入和流出空腔中，在空腔内设置有螺旋器件4，螺旋器件4由圆柱螺旋线或螺旋管组成，螺旋器件的进口与外体、内体或者上连接板的开口相互联通，螺旋器件的出口与外体、内体或者下连接板的开口相互联通，固体粒块可以经由设置在外体、内体或者上连接板的开口进入到螺旋管道内，流经螺旋管道后从下连接板上设置的开口流出；

在内体的内侧设置有太阳能涂层11，在外体2的外侧设置有保温材料8，内体的内径部上，设置有透光材料12，可以使太阳能光照射入到内部；

固体粒块1从外体2开口部位进入到螺旋5内并在螺旋管内流动，太阳能经由透光材料12摄入到内体的内壁上，经设置在其上的太阳能涂层11转换为热能，再通过内体壁与固体粒块1进行换热，固体粒块被加热到400-1500度的温度，被加热的固体粒块开口处流出，从而实现400-1500度的温度太阳能光热的采集和转换。

为了增加光热转换效率，在内体内壁或外壁、外体内壁、螺旋管上设置有翅片、凸点、凹槽、翅片16。

在管道内设置有扰动装置，采用耐高温的膨胀金属材料，并将其设置成为弹簧形状，随着温度的增加扰动装置15进行变性膨胀，来实现对固体粒块的扰动，增加其传热能力。

螺旋管外壁与腔体所形成的空间内，填充有蓄热材料。

透光材料12选择采用微晶玻璃。

所述的固体粒块为直径为5MM的钢球占30%，60%的直径为10MM的氧化铝蓄热球，占10%的直径为3MM石墨球。

根据本发明的原理及结构，可以设计其他的实施案例，只要符合本发明的原理及结构，都属于本发明的实施。

Claims (10)

1.固体粒块碟式太阳能光热转换器，由立方体、保温材料、固体粒块等组成；其特征是：

由外体、空腔、上连接板、下连接板组成一个空心的立方体，所述上连接板与下连接板分别设置在外体的顶部及底部，将空腔的顶部和底部进行封闭，在外体、上连接板与下连接板上设置有至少一个或多个开口，用于使固体粒块进入和流出空腔，在空腔内设置有螺旋器件，螺旋器件由圆柱螺旋线或螺旋管组成，螺旋器件的进口与外体或者上连接板的开口相互联通，螺旋器件的出口与外体或者下连接板的开口相互联通，固体粒块可以经由设置在外体或者上连接板的开口进入到螺旋管道内，流经螺旋管道后从外体或者下连接板上设置的开口流出；

在下连接板上设置有太阳能涂层，将太阳能转换为热能；

固体粒块从外体开口部位进入到螺旋管内并在螺旋管内流动，太阳能经设置在下连接板上的太阳能涂层转换为热能，下连接板通过与固体粒块进行换热，固体粒块被加热到400-1500度的温度，被加热的固体粒块开口处流出，从而实现400-1500度的温度太阳能光热的采集和转换。

2.根据权利要求1所述的固体粒块碟式太阳能光热转换器，其特征是：在外体内部还设置有一个内体，内体由一个空心的立方体构成，并与外体组成一个环形的空腔，内体与环形空腔的顶部和底部分别由上连接板和下连接板进行封闭，在内体上设置有至少一个或多个开口用于联通螺旋器件；

在内体的内侧上设置有太阳能涂层，将太阳能转换为热能，在外体的外侧设置有保温材料；

固体粒块从外体开口部位进入到螺旋管内并在螺旋管内流动，太阳能摄入到内体的内壁上或者下连接板上，经设置在其上的太阳能涂层转换为热能，再通过内体壁与固体粒块进行换热，固体粒块被加热到400-1500度的温度，被加热的固体粒块开口处流出，从而实现400-1500度的温度太阳能光热的采集和转换。

3.根据权利要求1或2所述的固体粒块碟式太阳能光热转换器，其特征是：在封闭的下连接板上设置有空洞，在空洞的外部设置有透光材料，可以使太阳能光照射入到内部。

4.根据权利要求3所述的固体粒块碟式太阳能光热转换器，其特征是：透光材料选择自下列一种：耐高温玻璃、微晶玻璃、石英玻璃。

5.根据权利要求1或2所述的固体粒块碟式太阳能光热转换器，其特征是：内体或外体的立方体的形状选择下列一种：柱体管、锥体管、台体管。

6.根据权利要求1或2所述的固体粒块碟式太阳能光热转换器，其特征是：下连接板为凹、凸、弧面、多面体、菱形、扇形的一种或组合，组合后下连接板实现与固体粒块最大面积的换热。

7.根据权利要求1或2所述的固体粒块碟式太阳能光热转换器，其特征是：为了增加光热转换效率，在内体内壁或外壁、外体内壁、螺旋管上设置有翅片、凸点、凹槽。

8.根据权利要求1或2所述的固体粒块碟式太阳能光热转换器，其特征是：在螺旋器件管道内设置有扰动装置，采用耐高温的膨胀金属材料，并将其设置成为弹簧形状，随着温度的增加扰动装置进行变性膨胀，来实现对固体粒块的扰动，增加其传热能力。

9.根据权利要求1或2所述的固体粒块碟式太阳能光热转换器，其特征是：螺旋管外壁与腔体所形成的空间内，填充有蓄热材料。

10.根据权利要求1或2所述的固体粒块碟式太阳能光热转换器，其特征是：所述的固体粒块为直径为1-300MM球体，材料为钢、铁、陶瓷、氧化铝、玻璃、石墨的一种或多种。