CN105318579A - 固体粒块塔式太阳能脉动驱动换热传热系统 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是提供固体粒块塔式太阳能加热传热系统，包括固体粒块脉动驱动泵和太阳能塔式采集系统，固体粒块经由固体粒块脉动驱动泵驱动，沿固体粒块上行管道进入到设置在塔式采集系统的焦点部位的太阳能光热转换器中，经太阳能光热转换器转化的热加固体粒块，使得固体粒块温度达到600-1200度，然后固体粒块沿着下行管道进入到蓄热换热器中，蓄热换热器与发电的工作介质进行热交换，从而使固体粒块的温度降到100-400度，低温的固体粒块沿着连接管道进入到装载箱内，再由固体粒块脉动驱动泵驱动进入到太阳能光热转换器中，从而实现利用固体粒块脉动驱动泵驱动，固体粒块在封闭循环管道内进行循环，实现高温的采集和传热、换热、蓄热。

Description

固体粒块塔式太阳能脉动驱动换热传热系统

技术领域

本发明涉及太阳能热能利用，特别是利用固体粒块进行塔式太阳能加热及传热和利用。

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。

对于塔式太阳能聚焦系统，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。

发明内容

本发明的目的是提供固体粒块塔式太阳能脉动驱动换热传热系统，采用固体粒块取代熔融盐和空气，采用动力装置驱动在脉动腔室内实现往复运动，固体粒块从进口进入到脉动腔室内，动力装置提供动力将推板驱动，推板推动固体颗粒，将脉动腔室内的固体粒块驱动，从出口流出到脉动腔室外部，动力装置复位后，第二部分固体粒块再从进口进入到脉动腔室内，再由动力装置驱动从出口流出，从而实现固体粒块的脉动流动；

将采固体粒块设置在传送器件上，传送器件设置在保温管内，将太阳能塔式太阳能镜采集的热能加热固体粒块，并通过传输器件将固体粒块传输到蓄热器内，完成热能的采集和传热。本发明可以实现高温、大规模、低成本、高效率的采集及传热，并适合于10-1500度的温度工作。

具体发明内容如下：

固体粒块塔式太阳能脉动驱动换热传热系统，由塔式太阳能镜、塔式太阳能光热转换器、保温管、传送器件、蓄热换热器组成一组太阳能塔式采集系统，其特征是：包括固体粒块脉动驱动泵；

所述固体粒块脉动驱动泵，由动力装置、脉动腔室、推板、固体粒块进口、固体粒块出口、电子控制装置、壳体组成，推板通过连杆与动力装置相连接，由动力装置驱动推板在脉动腔室内实现往复运动，固体粒块从进口进入到脉动腔室内，动力装置提供动力将推板驱动，推板推动固体粒块，将脉动腔室内的固体粒块驱动，从出口流出到脉动腔室外部，动力装置复位后，第二部分固体粒块再从进口进入到脉动腔室内，再由动力装置驱动从出口流出，从而实现固体粒块的脉动流动；

将固体粒块脉动驱动泵设置在太阳能塔式采集系统的支架上或地面上，固体粒块设置在装载箱内，固体粒块脉动驱动泵、塔式太阳能光热转换器与蓄热换热器分别通过上行管道和下行管道以及连接管道相互连接形成一个闭环的回路系统，固体粒块经由固体粒块脉动驱动泵驱动，沿固体粒块上行管道进入到设置在塔式采集系统的焦点部位的塔式太阳能光热转换器中，经塔式太阳能光热转换器转化的热加热固体粒块，使得固体粒块温度达到400-1200度，然后固体粒块沿着下行管道进入到蓄热换热器中，蓄热换热器与发电的工作介质进行热交换，从而使固体粒块的温度降到50-300度，低温的固体粒块沿着连接管道进入到装载箱内，再由脉动驱动泵驱动进入到塔式太阳能光热转换器中，从而实现利用脉动驱动泵驱动，固体粒块在封闭循环管道内进行循环，实现高温的采集和传热、换热、蓄热。

所述的动力装置选择下列的一种或多种：泵、电机、空压机；所述的泵为液压泵、液压连杆、电磁泵。

下行管道与多个蓄热换热器进行连接，可以将固体粒块储存在不同的蓄热换热器中实现蓄热，但需要使用此热能时，再通过流体与固体粒块换热，实现热能的应用。

为了适合于进行高温驱动，在动力装置与脉动腔室之间设置有温控腔室，在温控腔室内设置有温控材料，以降低高温固体粒块的温度，使得动力装置不受高温固体粒块的影响，可以正常工作，连杆设置在温控腔室内，并可以在温控腔室内进行运动。

温控材料选择些列一种：

A、真空气体或惰性气体，用于增加热阻，实现隔热；

B、液体；

C、相变材料；

D、固体隔热材料；

在温控腔室的壳体上，设置有进口与出口，可以将温控材料从进口进入，从出流出。

在换热器、固体粒块光热转换器、蓄热器管道的内部设置有螺纹、翅片、凸点，用于实现对固体粒块在流动过程中的扰流，提高固体粒块的传热能力。

在脉动腔室的进口及出口设置有挡板或开关，所述的开关为电子控制的开关；在光热转换器上以及管道上，设置有温度传感器，在太阳能镜上设置有太阳能光照强度及角度的传根器；设置有智能控制系统，采用计算机芯片、软件、执行部件，利用温度传感器测试的数据，太阳能光照强度传感器、来调整脉动电机的转速和频率，实现对脉动往复运动的速度、频率的控制，对固体粒块温度、动力装置运动的控制，进而可以根据太阳能光照强度、固体粒块的温度，实现对传热的智能控制。

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。

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。

塔式太阳能光热转换器用温控装置，上述固体粒块塔式太阳能脉动驱动换热传热系统，其特征是：在塔式太阳能光热转换器的进口以及出口设置有开关，在光热转换器内部腔体上设置有温度传感器，在壳体上设置有太阳能光照强度及角度的传感器；电子控制器件设置在光热转换器的保温层外部，电子控制器件采集温度传感器、太阳能光照强度及角度的传感器的数据，来控制固体粒块脉动驱动泵的电机，由电机控制进入到脉动泵腔体的固体颗粒的数量和速度，进而可以根据太阳能光照强度、固体粒块的温度，实现对光热转换器内部固体粒块温度的控制，当温度低于设定值时，保持固体粒块在光热转换器内被加热，当温度达到设定值时，打开下光热转换器出口的电控开关，将固体粒块排出到光热转换器外。

电子控制器件由线路板、电子器件、软件、控制面板、壳体组成，电子器件设置在线路板上，电子器件与传感器以及电控开关连接，软件存储在电子器件中，控制面板设置在壳体上。

电子控制器件上设置有无线或有限的装置，可以将电子控制器件与地面设备将通讯或直接连接互联网。

采用本发明的技术方案可产生如下的有益效果：

1、采用固体粒块实现塔式太阳能的采集，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；可以实现400-1500度的传热。

2、本发明采用温控系统，实现温度的控制，可以保证所采的温度达到设定的温度；

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是固体粒块脉动驱动泵示意图；

图2是固体粒块塔式太阳能加热传热系统示意图；

图3是固体粒块塔式太阳能加热传热温控系统示意图。

图中标号含义：

1：固体粒块，4：传感器件，5：脉动腔室，6：脉动腔室进口，7：脉动腔室出口，8：装载箱，9：温控腔室，10：温控材料，11：推板，12：连杆，13：动力装置，14：液压缸，15：电机，16：壳体，17：阀门或开关，18：活塞，19：上行管道，20：下行管道，21、塔式太阳能镜、22、塔式固体粒块光热转换器、23、脉动泵、24、保温管、25、蓄热换热器，26：装载箱、27：连接管道，28：温控器件,31、立方体、32、挡板、33、滑板、34、分布器、35、太阳能入射面、36、滑道，37、太阳能转换涂层、38、进口、39、收集器、40、出口，41：分布板，42：空腔，43：上连接板，44：下连接板。

具体实施方式

实施例1、固体粒块脉动驱动泵

图1由动力装置13、脉动腔室5、推板11、固体粒块进口6、固体粒块出口7、电子控制装置、壳体16组成，推板通过连杆12与动力装置13相连接，可以由动力装置驱动在脉动腔室内实现往复运动，动力装置13由液压缸14及电机15组成，由电机驱动液压缸，液压缸推动连杆12，带动推板11，推板推动固体粒块运动，固体粒块1从进口6进入到脉动腔室5内，动力装置13提供动力将推板11驱动，推板11推动固体颗粒1，将脉动腔室5内的固体粒块1驱动，从出口7流出到脉动腔室5外部，动力装置13复位后，第二部分固体粒块1再从进口进入到脉动腔室5内，再由动力装置13驱动从出口流出，从而实现固体粒块的脉动流动。为了适合于进行高温驱动，在动力装置13与脉动腔室5之间设置有温控腔室9，在温控腔室9内设置有温控材料10，以降低高温固体粒块的温度，使得动力装置不受高温固体粒块的影响，可以正常工作，连杆设置在温控腔室内，并可以在温控腔室内进行运动，以实现温度10-1500摄氏度的传热。

实施例二、固体粒块塔式太阳能加热传系统

图2所示的固体粒块塔式太阳能加热传热系统，由塔式固体粒块光热转换器22，装载箱26，脉动泵23，固体粒块1，蓄热换热器5，阀门或开关17，上行管道19，下行管道20，蓄热换热器25，装载箱26、连接管道27等组成。光热转换器22在塔式太阳能镜的太阳能照射焦点部位，上行管道19与光热转换器22的进口相互连接，下行管道20与光热转换器22的出口相互连接，在其管道的外部设置有保温管24，脉动驱动泵与上行管道19进行连接后与设置在地面的装载箱26进行连接，固体粒块设置在装载箱内，下行管道20与蓄热换热器25相互连接，蓄热换热器25通过与装载箱26进行连接，这样形成一个闭环的回路系统，固体粒块可以在闭环系统内由脉动泵驱动循环。

塔式固体粒块光热转换器由上部为上连接板43与分布器34及进口38，连接进口与挡板之间有分布板，将从进口进入的固体粒块分配到挡板之间的通道中，下部分是下连接板44与收集器及出口40，将从不同的挡板之间的通道中流出的固体粒块收集起来，从出口流出；中间是一个管状的立方体31构成一个管状空心立方体，管状空心立方体的内部腔体部分空间为空腔32，在其顶部及底部设置有上连接33板及下连接板34，上连接板将分布器与管状空心立方体连接为一个整体，下连接板将收集器与管状空心立方体连接为一个整体，管状空心立方体、空腔、上连接板、下连接板组成一个立方体，在分布器上方设置固体粒块进口，可以使固体粒块进入和流出空腔中，在收集器下方设置固体粒块出口，固体粒块可以从出口流出，在空腔内设置有多个挡板32，多个挡板并排布置，分布器将由进口进入到腔体内部的固体颗粒均匀分布到不同的挡板之间，分布器将固体颗粒在不同的挡板之间分布后固体粒块依靠重力在挡板之间的通道内进行流动，在下连接板与空腔内部挡板下面设置有收集板，将在挡板之间通道内流动的固体颗粒收集到出口，经出口后流出到光热转换器外部；

在挡板上或者固体粒块上设置有太阳能涂层，将太阳能转换为热能；在挡板上设置有滑板3，两个挡板之间设置的滑板33可以组成一个滑道，固体粒块可以从滑道上依靠重力进行流动。

在塔式太阳能采集应用中，将固体粒块脉动驱动泵设置在塔式采集系统的支架上或地面上，固体粒块经由固体粒块脉动驱动泵驱动，沿固体粒块管道进入到设置在塔式采集系统的焦点部位的太阳能光热转换器中，经光热转换器转化的热加热固体粒块，使得固体粒块温度达到400-1500度，然后，打开光热转换器的开关，使得固体粒块沿着下行管道进入到蓄热换热器中，蓄热换热器25与发电的工作介质进行热交换，从而使固体粒块的温度降到100-400度，在将此固体粒块使用脉动驱动泵进行驱动，再次进入到太阳能光热转换器中，从而实现利用脉动驱动泵驱动，实现高温的采集和传热、换热、蓄热。

在下行管道上连接有多个蓄热换热器25，被加热的固体粒块依次被装入到每一个蓄热换热器中，实现热能的储存，然后根据发电的需要，再利用流体与每一个蓄热换热器进行换热，加热发电的工作介质，发电工作介质被加入后进入发电机实现发电。可以在白天完成固体粒块的装载，晚上完成换热，这样实现了固体粒块的蓄热。

实施例三、固体粒块塔式太阳能加热传热系统

图3所示，在塔式太阳能光热转换器的进口以及出口设置有开关17，在光热转换器内部腔体上设置有温度传感器4，在壳体上设置有太阳能光照强度及角度的传感器4；电子控制器件设置在光热转换器的保温层外部，电子控制器件采集温度传感器4、太阳能光照强度及角度的传感器的数据，传感器将采集的不同数据输送到温控器件28上，利用软件实现进行计算后，由温控器件28将执行发送到固体粒块脉动驱动泵23，由电机控制进入到脉动泵腔体的固体颗粒1的数量和速度以及阀门开关器件的开关，进而可以根据太阳能光照强度、固体粒块的温度，实现对光热转换器内部固体粒块1温度的控制，当温度低于设定值时，保持固体粒块在光热转换器内被加热，当温度达到设定值时，打开下光热转换器出口17的电控开关，将固体粒块排出到光热转换器外。

电子控制器件由线路板、电子器件、软件、控制面板、壳体组成，电子器件设置在线路板上，电子器件与传感器以及电控开关连接，软件存储在电子器件中，控制面板设置在壳体上。

电子控制器件上设置有无线或有限的装置，可以将电子控制器件与地面设备将通讯或直接连接互联网。

本控制系统可以实现针对不同的太阳能气候，实现智能的温度控制，改变现有的光热转换器的温度不能实现控制而经常造成温度过高，造成光热转换器烧毁或着火，当温度过高后，加速固体粒块的循环速度，当温度低于设定值时如下雨天气，可以自动停止幸运行，从而减少电力消耗，实现智能控制。

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 (11)

1.固体粒块塔式太阳能脉动驱动换热传热系统，由塔式太阳能镜、塔式太阳能光热转换器、保温管、传送器件、蓄热换热器组成一组太阳能塔式采集系统，其特征是：包括固体粒块脉动驱动泵；

所述固体粒块脉动驱动泵，由动力装置、脉动腔室、推板、固体粒块进口、固体粒块出口、电子控制装置、壳体组成，推板通过连杆与动力装置相连接，由动力装置驱动推板在脉动腔室内实现往复运动，固体粒块从进口进入到脉动腔室内，动力装置提供动力将推板驱动，推板推动固体粒块，将脉动腔室内的固体粒块驱动，从出口流出到脉动腔室外部，动力装置复位后，第二部分固体粒块再从进口进入到脉动腔室内，再由动力装置驱动从出口流出，从而实现固体粒块的脉动流动；

将固体粒块脉动驱动泵设置在太阳能塔式采集系统的支架上或地面上，固体粒块设置在装载箱内，固体粒块脉动驱动泵、塔式太阳能光热转换器与蓄热换热器分别通过上行管道和下行管道以及连接管道相互连接形成一个闭环的回路系统，固体粒块经由固体粒块脉动驱动泵驱动，沿固体粒块上行管道进入到设置在塔式采集系统的焦点部位的塔式太阳能光热转换器中，经塔式太阳能光热转换器转化的热加热固体粒块，使得固体粒块温度达到400-1200度，然后固体粒块沿着下行管道进入到蓄热换热器中，蓄热换热器与发电的工作介质进行热交换，从而使固体粒块的温度降到50-300度，低温的固体粒块沿着连接管道进入到装载箱内，再由脉动驱动泵驱动进入到塔式太阳能光热转换器中，从而实现利用脉动驱动泵驱动，固体粒块在封闭循环管道内进行循环，实现高温的采集和传热、换热、蓄热。

2.根据权利要求1所述的固体粒块塔式太阳能脉动驱动换热传热系统，其特征是：所述的动力装置选择下列的一种或多种：泵、电机、空压机；所述的泵为液压泵、液压连杆、电磁泵。

3.根据权利要求1所述的固体粒块塔式太阳能脉动驱动换热传热系统，其特征是：下行管道与多个蓄热换热器进行连接，可以将固体粒块储存在不同的蓄热换热器中实现蓄热，但需要使用此热能时，再通过流体与固体粒块换热，实现热能的应用。

4.根据权利要求1所述的固体粒块塔式太阳能脉动驱动换热传热系统，其特征是：在动力装置与脉动腔室之间设置有温控腔室，在温控腔室内设置有用于降低固体粒块温度的温控材料，连杆设置在温控腔室内，并可以在温控腔室内进行运动。

5.根据权利要求4所述的固体粒块塔式太阳能脉动驱动换热传热系统，其特征是：温控材料选择些列一种：

A、真空气体或惰性气体；

B、液体；

C、相变材料；

D、固体隔热材料；

在温控腔室的壳体上，设置有进口与出口，用于温控材料的进入和流出。

6.根据权利要求1所述的固体粒块塔式太阳能脉动驱动换热传热系统，其特征是：在换热器、固体粒块光热转换器、蓄热器管道的内部设置有螺纹、翅片、凸点，用于实现对固体粒块在流动过程中的扰流，提高固体粒块的传热能力。

7.根据权利要求1所述的固体粒块塔式太阳能脉动驱动换热传热系统，其特征是：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。

8.根据权利要求1所述的固体粒块塔式太阳能脉动驱动换热传热系统，其特征是：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。

9.根据权利要求8所述的固体粒块塔式太阳能脉动驱动换热传热系统，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。

10.根据权利要求1所述的固体粒块塔式太阳能脉动驱动换热传热系统，其特征是：在塔式太阳能光热转换器的进口以及出口设置有开关，在光热转换器内部腔体上设置有温度传感器，在壳体上设置有太阳能光照强度及角度的传感器；电子控制器件设置在光热转换器的保温层外部，电子控制器件采集温度传感器、太阳能光照强度及角度的传感器的数据，来控制固体粒块脉动驱动泵的电机，由电机控制进入到脉动泵腔体的固体颗粒的数量和速度，进而可以根据太阳能光照强度、固体粒块的温度，实现对光热转换器内部固体粒块温度的控制，当温度低于设定值时，保持固体粒块在光热转换器内被加热，当温度达到设定值时，打开下光热转换器出口的电控开关，将固体粒块排出到光热转换器外。

11.根据权利要求10所述的固体粒块塔式太阳能脉动驱动换热传热系统，其特征是：电子控制器件由线路板、电子器件、软件、控制面板、壳体组成，电子器件设置在线路板上，电子器件与传感器以及电控开关连接，软件存储在电子器件中，控制面板设置在壳体上；电子控制器件上设置有无线或有限的装置，可以将电子控制器件与地面设备将通讯或直接连接互联网。