CN113550877A - 一种颗粒吸热器及太阳能发电系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种颗粒吸热器及太阳能发电系统，通过与吸热管连通的气体供给部，由气体供给部向吸热管内提供自下而上的气流，气流与颗粒形成逆向流动，可以起到降低颗粒下落速度的作用，使得颗粒在吸热管内的滞留时间延长，换热时间延长，提高颗粒的吸热效率，解决了现有颗粒吸热器吸热效率低的问题。

Description

一种颗粒吸热器及太阳能发电系统

技术领域

本发明属于太阳能热发电技术领域，尤其涉及一种颗粒吸热器及太阳能发电系统。

背景技术

太阳能是一种绿色可持续的清洁能源，因而可能成为一种未来理想的能源。太阳能热发电由于配套大规模廉价储能技术，因此电力输出平滑稳定可调度，具有广泛的应用前景。

固体颗粒吸储热技术是一种新型太阳能吸储热技术，是第三代塔式光热发电研究的主流技术之一，其主要优势体现在：固体颗粒可以同时满足吸热、传热和储热的需求；颗粒的成本较低；颗粒吸热温度高，可达1000℃；颗粒的存储和输送不需要采用价格高昂的金属材料，降低了设备成本。

根据太阳能加热颗粒的方式，颗粒吸热器可以分为直接加热式和间接加热式。由于间接加热式吸热器的热效率较低，现有的主流技术是利用太阳能直接加热颗粒，以陶瓷颗粒作为吸热介质，颗粒的导热性能较差，只有1.2w/m·k，其在吸热器中，依靠重力自由下落，下落速度较快，颗粒吸热效率较低。同时，颗粒在吸热器中受热不均匀，受阳光直射的一侧，温度较高，而背光测温度较低，温度不均匀性显著。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种颗粒吸热器，以解决现有颗粒吸热器吸热效率低的问题。

为解决上述问题，本发明的技术方案为：

本发明的一种颗粒吸热器，包括吸热器本体，吸热器本体内设置有至少一个吸热管，其特征在于，还包括气体供给部；

所述气体供给部与所述吸热管底部连通，用以向所述吸热管内提供自下而上流通的气体。

本发明的颗粒吸热器，所述吸热管内至少设置一个阻流件，所述阻流件受光侧一端的位置在高度方向上低于其背光侧一端。

本发明的颗粒吸热器，所述阻流件为空心阻流柱，所述空心阻流柱包括入风口和出风口，所述空心阻流柱的入风口设置在所述空心阻流柱受光侧一端的下部，所述空心阻流柱的出风口设置在所述空心阻流柱背光侧一端的上部。

本发明的颗粒吸热器，所述空心阻流柱自上而下依次布置在所述吸热管内，且相邻的两个所述空心阻流柱在竖直方向上的投影不重合。

本发明的颗粒吸热器，所述出风口为数个出风孔，所述出风孔的尺寸小于颗粒的尺寸。

本发明的颗粒吸热器，所述空心阻流柱位于所述出风孔边缘的外壁面上设有若干凸起。

本发明的颗粒吸热器，所述阻流件向上倾斜的角度为30°～40°。

本发明的颗粒吸热器，所述气体供给部包括气体管路以及安装于所述气体管路上的气体驱动单元；

所述气体管路的一端与吸热管底部连通，所述气体管路的另一端与吸热管顶部连通。

本发明的颗粒吸热器，所述吸热器本体包括吸热器壳体；各所述吸热管环绕所述吸热器壳体的内壁设置。

本发明的颗粒吸热器，所述吸热器本体包括沿颗粒流动方向依次连通的料斗、缓冲罐和吸热器壳体。

本发明还提供一种太阳能发电系统，包括上述任意一项所述的颗粒吸热器。

本发明由于采用以上技术方案，使其与现有技术相比具有以下的优点和积极效果：

1、本发明一实施例通过与吸热管连通的气体供给部，由气体供给部向吸热管内提供自下而上的气流，气流与颗粒形成逆向流动，可以起到降低颗粒下落速度的作用，使得颗粒在吸热管内的滞留时间延长，换热时间延长，提高颗粒的吸热效率，解决了现有颗粒吸热器吸热效率低的问题。

2、本发明一实施例中，自下而上的气流可在流动过程中吸收颗粒换热通道内的热量，加热后的气体，可继续上升并与颗粒接触，可以强化与颗粒的对流换热，提高颗粒的换热效率。

3、本发明一实施例在吸热管内进一步设置阻流件，阻流件为倾斜设置，单个阻流件的受光侧低于其背光侧，颗粒在落下时，可由阻流件将背光侧的颗粒引导至受光侧，使得可在受光侧吸收热量的颗粒更多，提高颗粒的换热效率和颗粒温度的均衡性。

4、本发明一实施例通过在吸热管内设置空心阻流柱，由空心阻流柱将位于吸热管受光侧自下而上的气体引导至吸热管背光侧自下而上流动，使得受光侧的气体流量减少，背光侧的气体流量增加。从而使得受光侧的颗粒下落速度高于背光侧的颗粒下落速度，并且背光侧的颗粒下落速度进一步降低，使得背光侧颗粒有更长的滞留时间来吸收热量以提升背光侧颗粒温度，进一步使得受光侧与背光侧的颗粒温度趋于一致。

5、本发明一实施例中，将空心阻流柱设置为自上而下依次布置在吸热管内，且相邻的空心阻流柱之间在竖直方向上的投影不重合，即从吸热管的上方往下看，空心阻流柱之间是交错的，从而对自由降落的颗粒产生阻碍，以延缓下降速度，增强换热，而且可以更好的将背光侧的颗粒引导至受光侧，进一步提高颗粒的换热效率。

6、本发明一实施例通过在出气孔的周侧设置凸起，可避免颗粒下落堵塞出气孔。

7、本发明一实施例将气体供给部分为气体管路和气体驱动单元，气体管路的两端分别与吸热管连通，从而使得吸热器本体内的气体可实现循环，避免外部冷空气进入导致吸热效率降低的问题。

附图说明

图1为本发明的颗粒吸热器的示意图；

图2为本发明的颗粒吸热器的吸热管的布置示意图；

图3为本发明的颗粒吸热器的空心阻流柱的布置示意图；

图4为本发明的颗粒吸热器的空心阻流柱的横向截面示意图；

图5为本发明的颗粒吸热器的空心阻流柱的纵向截面示意图。

附图标记说明：1：料斗；2：缓冲罐；3：吸热管；4：空心阻流柱；401：进风口；402：出风孔；403：凸起；5：吸热器壳体；6：气体管路；7：气体驱动单元；8：电动插板阀；9：定日镜。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种颗粒吸热器及太阳能发电系统作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。

实施例一

参看图1，在一个实施例中，一种颗粒吸热器，包括吸热器本体和气体供给部。其中，吸热器本体内设有至少一个吸热管。气体供给部的输出端连通于吸热管的底部，用于向吸热管内提供自下而上流通的气体。

本实施例通过在吸热管的出口处设置气体供给部，由气体供给部向吸热管内提供自下而上的气流，气流与颗粒形成逆向流动，可以起到降低颗粒下落速度的作用，使得颗粒在吸热管内的滞留时间延长，换热时间延长，提高颗粒的吸热效率，解决了现有颗粒吸热器吸热效率低的问题。

同时，自下而上的气流可在流动过程中吸收吸热管内的热量，加热后的气体，可继续上升并与颗粒接触，可以强化与颗粒的对流换热，提高颗粒的换热效率。

下面对本实施例的颗粒吸热器的具体结构进行进一步说明：

在本实施例中，参看图2，吸热器本体具体可包括沿颗粒下落方向依次连通的料斗1、缓冲罐2和吸热器壳体5。吸热管3为竖直方向设置，多个吸热管3可分别沿吸热器壳体5的内壁面环绕设置，从而形成环绕吸热器壳体5的一圈管屏。

进一步地，可在料斗1与缓冲罐2的连接处设置电动插板阀8。固体颗粒从料斗1中进入，料斗1中颗粒达到一定量后，电动插板阀8打开，颗粒才可进入缓冲罐2。

在本实施例中，气体供给部具体被设置为气体管路6以及安装于气体管路6上的气体驱动单元7。其中，气体驱动单元7具体可为鼓风机。气体管路6的输入端设置为连通于缓冲罐2的内腔，气体管路6的输出端连通于吸热器壳体5的出口处，用于向吸热管3内提供气体，从而使得吸热器本体与缓冲罐2内的气体可实现循环，避免外部冷空气进入导致吸热效率降低的问题。当然，在电动插板阀8打开时会有少部分的内部气体流出，但流出量较小，同时流出的气体也可对料斗1内的颗粒进行一定的预热。

在本实施例中，参看图3和图4，每一吸热管3的内壁面内还至少设置有一个阻流件。阻流件位于受光侧一端的位置在高度方向上低于其位于背光侧一端的位置。即阻流件为倾斜设置，受光侧低于背光侧，颗粒在落下时，可由阻流件将背光侧的颗粒引导至受光侧，使得可在受光侧吸收热量的颗粒更多，提高颗粒的换热效率和颗粒温度的均衡性。

进一步地，阻流件可为空心阻流柱4。其中，空心阻流柱4包括入风口401和出风口，空心阻流柱4的入风口401设置在空心阻流柱4受光侧一端的下部，空心阻流柱4的出风口设置在空心阻流柱4背光侧一端的上部。空心阻流柱4可将位于吸热管3受光侧自下而上的气体引导至吸热管3背光侧自下而上流动，使得受光侧的气体流量减少，背光侧的气体流量增加。从而使得受光侧的颗粒下落速度高于背光侧的颗粒下落速度，并且背光侧的颗粒下落速度进一步降低，使得背光侧颗粒有更长的滞留时间来吸收热量，以提升背光侧颗粒温度，进一步保证受光侧与背光侧的颗粒温度趋于一致。

具体地，参看图5，若干空心阻流柱4的布置方式为自上而下依次布置在吸热管内，且相邻的两个空心阻流柱4在竖直方向上的投影不重合，即从吸热管的上方往下看，空心阻流柱4之间是交错的，从而可以更好的将背光侧的颗粒引导至受光侧，进一步提高颗粒的换热效率。同时，空心阻流柱4的入风口401和出风口可分别为若干均匀布置的进风孔和出风孔402，出风孔402的直径需要小于颗粒的直径，避免颗粒落入，多个出风孔402设置的方式，使得气体流量的引导更为均匀，同时实现了更大的气体流量的引导，效果更好。

进一步地，可在空心阻流柱4位于出风孔402周侧的外壁面上设有若干半球形的凸起403，有利于减少颗粒下落堵塞出风孔402的情况。

进一步地，空心阻流柱4环绕向上倾斜的角度可为30°～40°。在其他实施例中，倾斜角度也不仅仅局限于上述数值，可根据不同的实际应用场景进行调整。

下面对本实施例的颗粒吸热器的流程进行进一步说明：太阳光在定日镜9的作用下，将太阳光束集中照射在吸热管3上，吸热管3的受光侧光照效果将会优于背光侧。

固体颗粒从料斗1中进入，料斗1中颗粒达到一定量后，电动插板阀8打开，颗粒进入缓冲罐2，然后自上而下落入各个吸热管3内；在吸热管3内，受光侧的颗粒和背光侧的颗粒在不同流量气体的作用下，分别吸热，受热后的高温颗粒经过吸热器壳体5出口，由连接的出料管引导进入下端高温颗粒储罐。

实施例二

一种太阳能发电系统，包括上述实施例一中的颗粒吸热器。通过在吸热器本体的出口处或吸热器本体内的吸热管的出口处连通气体供给部，由气体供给部向颗粒换热通道内提供自下而上的气流，气流与颗粒形成逆向流动，可以起到降低颗粒下落速度的作用，使得颗粒在颗粒换热通道内的滞留时间延长，换热时间延长，提高颗粒的吸热效率，解决了现有颗粒吸热器吸热效率低的问题。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式。即使对本发明作出各种变化，倘若这些变化属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则仍落入在本发明的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种颗粒吸热器，包括吸热器本体，吸热器本体内设置有至少一个吸热管(3)，其特征在于，还包括气体供给部；

所述气体供给部与所述吸热管(3)底部连通，用以向所述吸热管(3)内提供自下而上流通的气体。

2.如权利要求1所述的颗粒吸热器，其特征在于，所述吸热管(3)内至少设置一个阻流件，所述阻流件受光侧一端的位置在高度方向上低于其背光侧一端。

3.如权利要求2所述的颗粒吸热器，其特征在于，所述阻流件为空心阻流柱(4)，所述空心阻流柱(4)包括入风口和出风口，所述空心阻流柱(4)的入风口设置在所述空心阻流柱(4)受光侧一端的下部，所述空心阻流柱(4)的出风口设置在所述空心阻流柱(4)背光侧一端的上部。

4.如权利要求2所述的颗粒吸热器，其特征在于，所述空心阻流柱(4)自上而下依次布置在所述吸热管(3)内，且相邻的两个所述空心阻流柱(4)在竖直方向上的投影不重合。

5.如权利要求3所述的颗粒吸热器，其特征在于，所述出风口为数个出风孔(402)，所述出风孔(402)的尺寸小于颗粒的尺寸。

6.如权利要求5所述的颗粒吸热器，其特征在于，所述空心阻流柱(4)位于所述出风孔(402)边缘的外壁面上设有若干凸起(403)。

7.如权利要求2所述的颗粒吸热器，其特征在于，所述阻流件向上倾斜的角度为30°～40°。

8.如权利要求1所述的颗粒吸热器，其特征在于，所述气体供给部包括气体管路(6)以及安装于所述气体管路(6)上的气体驱动单元(7)；

所述气体管路(6)的一端与吸热管(3)底部连通，所述气体管路(6)的另一端与吸热管(3)顶部连通。

9.如权利要求1所述的颗粒吸热器，其特征在于，所述吸热器本体包括吸热器壳体(5)；各所述吸热管环绕所述吸热器壳体(5)的内壁设置。

10.一种太阳能发电系统，其特征在于，包括如权利要求1至9任意一项所述的颗粒吸热器。

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