CN113237239A - 一种梯度多孔/颗粒复合移动床太阳能吸热器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种梯度多孔/颗粒复合移动床太阳能吸热器，涉及太阳能吸热器技术领域。包括吸热体，所述吸热体包括竖向相对设置的透光板和背板，及所述透光板与所述背板之间设置的用于吸热颗粒物下落的通道；所述通道内填充有网状多孔结构体；所述网状多孔结构体上的网孔孔径从所述背板一侧向所述透光板一侧逐渐增大；所述网状多孔结构体用于减缓吸热颗粒物下落的速率。本发明通过采用网状多孔结构体，针对颗粒的下降速度以及颗粒吸收太阳辐射能的方式做出了改进，强化了颗粒的光热转换效率。

Description

一种梯度多孔/颗粒复合移动床太阳能吸热器
技术领域
本发明涉及太阳能吸热器技术领域，特别涉及一种梯度多孔/颗粒复合移动床太阳能吸热器。
背景技术
目前，我们面临着全球气候日益变暖，空气质量日益下降，化石燃料日益枯竭的问题，开发一种无污染、零排放、可持续的能源利用方式是必要。现阶段，我国主要的新能源发电方式有：太阳能发电、风力发电、潮流能发电、核能发电、生物质能发电、水力发电等。其中，太阳能具有普遍性、无害性、巨大性、可持续性的优点，是最具发展前景的发电方式。太阳能热发电技术分为槽式、塔式、线性菲涅尔、蝶式发电。塔式热发电相比于其它三种发电方式具有：1.聚光比高；2.能量转换效率高；3.系统较稳定；4.发电成本低等优点使之成为未来太阳能热利用技术的发展方向。塔式太阳能热发电站由定日镜场、吸热器、储热装置、换热装置和功率转换单元组成。而吸热器是作为太阳能转换成热能的关键装置是其中的核心技术，设计一种高效、安全吸热器是决定整个发电系统效率的关键所在。
在现有的颗粒吸热器中，颗粒以自由落体式下落，同时吸收太阳辐射，需要多次提升循环加热。在这样的背景下，我们希望提高颗粒单次下落的吸热效率，同时降低系统能耗。
发明内容
为了解决上述背景技术中存在的不足，本发明提供一种梯度多孔/颗粒复合移动床太阳能吸热器，该吸热器在吸热颗粒物下落的通道内设有网状多孔结构体，其增加了吸热颗粒物颗粒在通道内停留的时间，通过选用不同网孔孔径的网状多孔结构体可实现对颗粒流动形态及流量的调节。
本发明提供的一种梯度多孔/颗粒复合移动床太阳能吸热器，包括吸热体，所述吸热体包括竖向相对设置的透光板和背板，及所述透光板与所述背板之间设置的用于吸热颗粒物下落的通道；
所述通道内填充有网状多孔结构体；
所述网状多孔结构体上的网孔孔径从所述背板一侧向所述透光板一侧逐渐增大；所述网状多孔结构体用于减缓吸热颗粒物下落的速率。
进一步，所述网状多孔结构体靠近所述背板一侧上的网孔孔径为1～1.5mm；所述网状多孔结构体靠近所述透光板一侧上的网孔孔径为4.5～5mm。
更进一步，所述网状多孔结构体为网状多孔炭化硅陶瓷。
进一步，所述吸热体还包括绝热板，其紧贴于所述背板上，并位于背光的一侧。
进一步，还包括，
换热器，其设置于所述吸热体底部，所述换热器的进入口与所述通道底端连通；所述换热器用于将从所述通道下落的吸热颗粒物所吸收的热量传递给储热装置；
颗粒物提升机，设置于所述背板远离所述通道的一侧，所述颗粒物提升机的进料口与所述换热器的排出口连通，所述颗粒物提升机顶端的排料口通过排料管与所述通道顶端连通。
更进一步，所述通道顶端还设有供料斗，所述排料管的出口与所述供料斗的进口连通，所述供料斗底部的通过管体与所述通道顶端连通。
更进一步，所述管体上设置有截流件，所述截流件包括板体，所述板体垂直于所述管体，并一端插入所述管体内，所述管体一侧设有供所述板体插入的条形通孔，通过控制所述板体插入所述管体内的深度来控制吸热颗粒物下落的流量。
进一步，所述透光板为石英玻璃。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明提供一种梯度多孔/颗粒复合移动床太阳能吸热器，采用的网状多孔结构体，针对颗粒的下降速度以及颗粒吸收太阳辐射能的方式做出了改进，由于网状多孔结构体充当阻碍物，颗粒在重力作用下的下降时间延长，从而增加了被定日镜集中的太阳辐射的照射时间。
本发明在透光板与背板之间设有用于吸热颗粒物下落的通道，且在通道内填充网孔孔径由密向疏渐变的网状多孔结构体，其增加了吸热颗粒物颗粒在通道内停留的时间，通过选用不同粒径大小的网状多孔结构体可实现对颗粒流动形态及流量的调节。
本发明适用于各种应用颗粒太阳能吸热器的塔式集热装置，强化了颗粒的吸热效率。
附图说明
图1为实施例提供的梯度多孔/颗粒复合移动床太阳能吸热器结构示意图。
图2为实施例提供的梯度多孔/颗粒复合移动床太阳能吸热器中网状多孔结构体结构示意图。
图3为实施例提供的梯度多孔/颗粒复合移动床太阳能吸热器中网状多孔结构体实物图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要说明的是，下述实施例中采用的网状多孔结构体是来自江苏省陶瓷研究所有限公司生产的网状多孔炭化硅陶瓷，实物见图3所示。换热器购自东方锅炉(集团)股份有限公司，颗粒物提升机购自江苏匡集工业科技有限公司。
实施例
一种梯度多孔/颗粒复合移动床太阳能吸热器，参见图1～2所示，
包括吸热体1，吸热体1包括竖向相对设置的透光板11和背板13，及透光板11与背板13之间设置的用于吸热颗粒物下落的通道12；透光板为石英玻璃；通道12内填充有网状多孔结构体121，多孔网状多孔结构体主要与背板和透光板间是无缝隙的紧密连接；其中，网状多孔结构体121上的网孔孔径从背板13一侧向透光板11一侧逐渐增大；网状多孔结构体121用于减缓吸热颗粒物下落的速率。
为此，在通道内填充网孔孔径由密向疏渐变的网状多孔结构体，其增加了吸热颗粒物颗粒在通道内停留的时间，当光束穿过透光板照射于下落的吸热颗粒物及网状多孔结构体上，则增加了被定日镜集中的太阳辐射的照射时间，而多孔介质本身也充当着储热装置的作用，使得颗粒的吸收辐射方式多样化，不仅改善了颗粒吸热器的吸热效率，还延长了装置的使用时限。另外，可通过选用不同粒径大小的网状多孔结构体可实现对颗粒流动形态及流量的调节。
透光板可选用石英玻璃，石英玻璃位于网状多孔结构体的聚光侧，用于避免颗粒外溢，减少颗粒损失，确保光线的透过率。
为了进一步增加吸热颗粒物颗粒在通道内停留的时间，
在网状多孔结构体121靠近背板13一侧上的网孔孔径设为1～1.5mm；网状多孔结构体121靠近透光板13一侧上的网孔孔径设为4.5～5mm。为此，网状多孔结构体形成孔径从小至大变化的梯度，则网状多孔结构体在迎光侧，即靠近透光板的一侧孔隙率较大，便于颗粒下落，背光侧，即靠近背板的一侧较小，结构较为紧密。进一步增加了吸热颗粒物颗粒在通道内停留的时间。
吸热体还包括绝热板14，其紧贴于背板13上，并位于背光的一侧。绝热板位于主试验段的背光侧，主要用于隔热，背面照射于通道内热量的散失。
本实施例还包括，
换热器2，其设置于吸热体1底部，换热器2的颗粒物进入口与通道12底端连通；换热器2用于将从通道12下落的吸热颗粒物所吸收的热量传递给储热装置；
颗粒物提升机3，设置于背板13远离通道12的一侧，或者是位于绝热板的后方，颗粒物提升机3的进料口与换热器2的颗粒物排出口连通，颗粒物提升机3顶端的排料口通过排料管31与通道12顶端连通。
为此，将由颗粒换热器将吸收的热量传递给发电装置，而颗粒在冷却干燥后，在由颗粒提升机将吸热颗粒提升至通道的顶端重新开始自上而下吸收太阳辐射热。颗粒提升机主要用于吸热颗粒的循环使用。
为了进一步将颗粒物提升至通道的顶端，并且连续不断的给通道供应吸热颗粒，在通道12顶端还设有有供料斗4，排料管31的出口与供料斗4的进口连通，供料斗4底部的通过管体与通道12顶端连通。
为了进一步控制吸热颗粒下落于通道内颗粒的流量，在管体上设置有截流件，截流件包括板体41，板体41垂直于管体，并一端插入管体内，管体一侧设有供板体41插入的条形通孔，通过控制板体41插入管体内的深度来控制吸热颗粒物下落的流量。
本发明中，吸热颗粒经由排料管的出口进入通道内，在重力的作用下不断下降，形成颗粒幕，阳光经由定日镜集中照射在网状多孔结构体上，颗粒吸收太阳辐射热，多孔介质减缓颗粒幕的下降速度的同时，也进行储热，在颗粒下降到一定位置时，经由颗粒换热器将吸收的热量传递给发电装置，而颗粒在冷却干燥后，在由颗粒提升机重新开始自上而下吸收太阳辐射热。
本实施例中，吸热颗粒物采用的是炭化硅颗粒，炭化硅颗粒的直径在100um～900um，其特点是颗粒耐用性强、有高度吸收太阳辐射的能力、以及成本较低利于大规模使用，在本实施例中，利用在所述管体设有的口径大小来控制颗粒幕的流量大小，随着颗粒的质量流量增大，出料槽的颗粒流由发散向收敛转变。颗粒幕的下降高度在3m左右，下落长度内，质流率小于3％，动量交换可忽略。而颗粒幕的不透明度随着质量流量的增大而增加，在末尾处速度趋于恒定。
本发明提供一种梯度多孔/颗粒复合移动床太阳能吸热器，采用的网状多孔结构体，针对颗粒的下降速度以及颗粒吸收太阳辐射能的方式做出了改进，由于网状多孔结构体充当阻碍物，颗粒在重力作用下的下降时间延长，从而增加了被定日镜集中的太阳辐射的照射时间，而网状多孔结构体本身也充当着储热装置的作用，使得颗粒的吸收辐射方式多样化，不仅改善了颗粒吸热器的吸热效率，还延长了装置的使用时限。
综上，本发明在透光板与背板之间设有用于吸热颗粒物下落的通道，且在通道内填充网孔孔径由密向疏渐变的网状多孔结构体，其增加了吸热颗粒物颗粒在通道内停留的时间，通过选用不同孔径大小的网状多孔结构体可实现对颗粒流动形态及流量的调节。
本发明适用于各种应用颗粒太阳能吸热器的塔式集热装置，强化了颗粒的传热效率。
以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是，本发明实施例并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种梯度多孔/颗粒复合移动床太阳能吸热器，包括吸热体(1)，其特征在于，所述吸热体(1)包括竖向相对设置的透光板(11)和背板(13)，及所述透光板(11)与所述背板(13)之间设置的用于吸热颗粒物下落的通道(12)；
所述通道(12)内填充有网状多孔结构体(121)；
所述网状多孔结构体(121)上的网孔孔径从所述背板(13)一侧向所述透光板(11)一侧逐渐增大；所述网状多孔结构体(121)用于减缓吸热颗粒物下落的速率。
2.根据权利要求1所述的梯度多孔/颗粒复合移动床太阳能吸热器，其特征在于，所述网状多孔结构体(121)靠近所述背板(13)一侧上的网孔孔径为1～1.5mm；所述网状多孔结构体(121)靠近所述透光板(13)一侧上的网孔孔径为4.5～5mm。
3.根据权利要求2所述的梯度多孔/颗粒复合移动床太阳能吸热器，其特征在于，所述网状多孔结构体(121)为网状多孔炭化硅陶瓷。
4.根据权利要求1所述的梯度多孔/颗粒复合移动床太阳能吸热器，其特征在于，所述吸热体(1)还包括绝热板(14)，其紧贴于所述背板(13)上，并位于背光的一侧。
5.根据权利要求1所述的梯度多孔/颗粒复合移动床太阳能吸热器，其特征在于，还包括，
换热器(2)，其设置于所述吸热体(1)底部，所述换热器(2)的进入口与所述通道(12)底端连通；所述换热器(2)用于将从所述通道(12)下落的吸热颗粒物所吸收的热量传递给储热装置；
颗粒物提升机(3)，设置于所述背板(13)远离所述通道(12)的一侧，所述颗粒物提升机(3)的进料口与所述换热器(2)的排出口连通，所述颗粒物提升机(3)顶端的排料口通过排料管(31)与所述通道(12)顶端连通。
6.根据权利要求5所述的梯度多孔/颗粒复合移动床太阳能吸热器，其特征在于，所述通道(12)顶端还设有供料斗(4)，所述排料管(31)的出口与所述供料斗(4)的进口连通，所述供料斗(4)底部的通过管体与所述通道(12)顶端连通。
7.根据权利要求6所述的梯度多孔/颗粒复合移动床太阳能吸热器，其特征在于，所述管体上设置有截流件，所述截流件包括板体(41)，所述板体(41)垂直于所述管体，并一端插入所述管体内，所述管体一侧设有供所述板体(41)插入的条形通孔，通过控制所述板体(41)插入所述管体内的深度来控制吸热颗粒物下落的流量。
8.根据权利要求1所述的梯度多孔/颗粒复合移动床太阳能吸热器，其特征在于，所述透光板(11)为石英玻璃。
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