CN114183940A - 带有负荷调节功能的颗粒吸热器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种带有负荷调节功能的颗粒吸热器，包括：壳体，所述壳体上设置有吸热口；调节板，调节板倾斜转动安装于壳体内；斜板，斜板倾斜设于壳体内；高度调节件，高度调节件用于对斜板与壳体内底壁之间的垂直距离进行调节；拖曳件，斜板与调节板之间通过拖曳件连接；第一冷颗粒入口；第二冷颗粒入口；热颗粒料仓，热颗粒料仓设于壳体底部。本发明提供的带有负荷调节功能的颗粒吸热器，当吸热器变负荷时需要调节颗粒的流量，颗粒流量的调节从调节幕帘厚度修改为常规的颗粒流量调节方式，因此吸热器负荷调节精度高，调节难度小，调节设备价格低，同时，吸热器负荷调节过程中，颗粒幕帘的稀疏度不发生变化，在变负荷工况下吸热效率更高。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能热发电技术领域，具体地，涉及带有负荷调节功能的颗粒吸热器。
背景技术
固体颗粒的价格低廉，储热温度高，是第三代塔式光热发电技术中最具应用潜力的技术之一。
颗粒吸热器是颗粒光热发电技术中核心设备之一，主要功能是将太阳能转化为热能。目前，颗粒吸热器的种类很多，包括自由落体式、阻流式、重力驱动型、逆流式流化床、离心式等。
自由下落式结构吸热器简单，吸热效率高，被认为是最具商业化应用前景的颗粒吸热技术，基本原理是在吸热器的腔内形成一道宽度较宽厚度很薄的颗粒幕帘，因此在吸热器入口处设置了一道一条狭长的开口使得颗粒进入吸热器内形成上述颗粒幕帘。当吸热器变负荷时需要调节颗粒的流量，为保证颗粒幕帘具有足够的受光面，颗粒的流量调节只能通过调整幕帘厚度，因此调节难度大，调节精度低。并且在低负荷运行时，由于幕帘变薄，颗粒下落至幕帘底部区域时变得非常稀疏，导致大量太阳光从颗粒幕帘穿透至吸热器背面，降低了吸热效率。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种带有负荷调节功能的颗粒吸热器，实现吸热器负荷调节，同时不降低颗粒幕帘的稀疏度，保证了吸热器效率。
本发明的目的通过以下技术方案实现：一种带有负荷调节功能的颗粒吸热器，包括：
壳体，所述壳体上设置有吸热口；
调节板，所述调节板倾斜转动安装于所述壳体内，所述调节板倾斜朝上的一端在高度方向上位于所述吸热口上下端之间；
斜板，所述斜板倾斜设于所述壳体内，且所述斜板位于所述调节板下方；
高度调节件，所述高度调节件用于对所述斜板与所述壳体内底壁之间的垂直距离进行调节；
拖曳件，所述斜板与所述调节板之间通过所述拖曳件连接，随着所述斜板与所述壳体内底壁之间的垂直距离的增大，所述调节板倾斜朝上的一端与所述壳体内底壁之间的垂直距离逐渐减小；
第一冷颗粒入口，所述第一冷颗粒入口开设于所述壳体顶部，冷颗粒通过所述第一冷颗粒入口进入所述壳体内后下落至所述调节板上；
第二冷颗粒入口，所述第二冷颗粒入口开设于所述壳体侧壁上，所述第二冷颗粒入口位于所述调节板与所述斜板之间，所述斜板倾斜朝上的一端与所述第二冷颗粒入口位置相对应；
热颗粒料仓，所述热颗粒料仓设于所述壳体底部，所述斜板倾斜朝下的一端、所述调节板倾斜朝下的一端均与所述热颗粒料仓位置相对应。
本发明中的带有负荷调节功能的颗粒吸热器使用时，颗粒从两个路径进入壳体内，一个路径是从壳体顶部的第一冷颗粒入口进入，并自由下落形成一道颗粒幕帘，另一个路径是从壳体侧壁的第二冷颗粒入口进入下落至斜板上；部分太阳能被颗粒幕帘直接吸收转变为热能，另一部分太阳能通过调节板底面反射至斜板，斜板上的颗粒将该部分太阳能吸收，并与落至调节板上的颗粒一起滑落汇集于热颗粒料仓内。
当因太阳能负荷变化导致需要调节吸热器运行负荷时，颗粒幕帘的流量不发生改变，增大或减小通过第二冷颗粒入口进入壳体内的颗粒流量，同时通过高度调节件调节斜板与壳体内底壁之间的垂直距离，斜板与壳体内底壁之间的垂直距离进行调节时，拖曳件同时带动调节板转动，使得调节板角度进行了调节，进而改变了颗粒幕帘的受光面积，保证幕帘的颗粒温度和斜板的颗粒温度处于设计温度，实现了颗粒吸热器运行负荷的调节。
在本发明的一实施例中，所述调节板下表面与所述吸热口相对的位置设置有反射部。
在本发明的一实施例中，所述壳体内转动设有转轴，所述调节板与所述转轴固定连接。
在本发明的一实施例中，所述拖曳件包括：
导向轮组件，所述导向轮组件设于所述斜板与所述调节板之间；所述导向轮组件至少包括一个导向轮；所述导向轮的中心轴线与所述转轴的中心轴线相互平行；
调节绳，所述调节绳一端与所述斜板固定连接，所述调节绳另一端绕过所述导向轮组件后与所述调节板的固定点固定连接，所述固定点位于所述转轴与所述调节板倾斜朝下的一端之间。
在本发明的一实施例中，还包括与所述第二冷颗粒入口连通的冷颗粒料仓，所述第二冷颗粒入口内设有冷颗粒推料器。
在本发明的一实施例中，所述高度调节件为弹性件，所述弹性件一端与所述斜板下端面固定连接，所述弹性件的另一端与所述壳体内底壁固定连接。
当因太阳能负荷变化导致需要调节吸热器运行负荷时，颗粒幕帘的流量不发生改变，通过冷颗粒推料器调节从第二冷颗粒入口进入斜板的颗粒量，使得斜板及斜板上颗粒总重量发生变化，弹性件的伸缩量发生变化，进而实现斜板与壳体内底壁之间垂直距离的调节，斜板与壳体内底壁之间垂直距离进行调节的过程中拖曳件带动调节板转动，使得调节板角度进行了调节，进而改变了颗粒幕帘的受光面积，保证幕帘的颗粒温度和斜板的颗粒温度处于设计温度，实现了颗粒吸热器运行负荷的调节。
在本发明的一实施例中，所述弹性件为弹簧。
在本发明的一实施例中，沿所述第二冷颗粒入口至所述热颗粒料仓方向依次设置有两个垂直导向滑轨，所述斜板相对的两端分别滑动设于两个所述垂直导向滑轨内。通过垂直导向滑轨对斜板与壳体内底壁之间垂直距离的调节过程进行导向，避免了斜板高度调节过程中位置的偏移。
在本发明的一实施例中，所述调节板上端面上设置有多个扰流凸起。
落在调节板上端面的颗粒来自于吸收太阳能后的颗粒幕帘，由于下落式吸热器的吸热特性，颗粒幕帘温度分布呈现中间高两边低的状态，通过调节板上的扰流凸起不断改变颗粒的流向，使颗粒充分混合均匀，保证颗粒温度的均匀性。
在本发明的一实施例中，所述调节板上端面和所述热颗粒料仓内均设有温度测量点，所述壳体内顶部设置有与所述温度测量点位置相对应的红外温度测量仪。其中，调节板上端面的温度测量点靠近调节板倾斜朝向的一端。
通过红外温度测量仪对调节板上的颗粒温度和热颗粒料仓内的颗粒温度进行测量，实现对吸热器内颗粒温度的测量。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明实施例提供的带有负荷调节功能的颗粒吸热器具体使用时，当因太阳能负荷变化需要调节吸热器运行负荷时，颗粒幕帘流量不发生变化，增大或减小通过第二冷颗粒入口进入壳体内的颗粒流量，调节斜板与壳体内底壁之间的垂直距离时，拖曳件带动调节板转动，使得调节板角度发生变化，进而改变了颗粒幕帘的受光面积，保证幕帘的颗粒温度和斜板的颗粒温度处于设计温度；其中，吸热器负荷调节过程中，幕帘厚度不发生变化，在下落过程中始终处于密集状态，吸热效率较高。
2、本发明实施例提供的带有负荷调节功能的颗粒吸热器，当吸热器变负荷需要调节颗粒的流量时，颗粒流量的调节不同于常规的调节幕帘厚度，而是通过粒推料器调节从第二冷颗粒入口进入斜板的颗粒量，并通过调整调节板的角度实现对颗粒幕帘受热面积的调整，共同实现负荷调节，因此吸热器负荷调节精度高，调节难度小，调节设备价格低，规避现有技术中对窄长的颗粒幕帘入口进行微调节的技术难题；同时，吸热器负荷调节过程中，颗粒幕帘的稀疏度不发生变化，保持变负荷工况下的吸热效率。
3、本发明实施例提供的带有负荷调节功能的颗粒吸热器进行负荷调节时，通过冷颗粒推料器调节从第二冷颗粒入口进入斜板的颗粒量，使得斜板及斜板上颗粒总重量发生变化，弹性件的伸缩量发生变化，进而实现斜板与壳体内底壁之间的垂直距离的调节，斜板与壳体内底壁之间的垂直距离调节的过程中拖曳件带动调节板转动，使得调节板角度进行了调节，进而改变了颗粒幕帘的受光面积，保证幕帘的颗粒温度和斜板的颗粒温度处于设计温度。
4、落在调节板上端面的颗粒来自于吸收太阳能后的颗粒幕帘，由于下落式吸热器的吸热特性，颗粒幕帘温度分布呈现中间高两边低的状态，通过调节板上的扰流凸起不断改变颗粒的流向，使颗粒充分混合均匀，保证了颗粒温度的均匀性。
5、本发明实施例提供的带有负荷调节功能的颗粒吸热器中，壳体内设有分别位于斜板两端的两个垂直导向滑轨，通过垂直导向滑轨对斜板与壳体内底壁之间垂直距离的调节过程进行导向，避免了斜板高度调节过程中位置的偏移。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明实施例提供的带有负荷调节功能的颗粒吸热器处于额定负荷时的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的带有负荷调节功能的颗粒吸热器中调节板的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的带有负荷调节功能的颗粒吸热器处于低负荷时的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的带有负荷调节功能的颗粒吸热器处于高负荷时的结构示意图。
各标记与部件名称对应关系如下：
壳体1、第一冷颗粒入口2、调节板3、扰流凸起301、转轴4、导向轮5、传力绳6、冷颗粒推料器7、冷颗粒料仓8、斜板9、弹性件10、垂直导向滑轨11、热颗粒料仓12、第二冷颗粒入口13、温度测量点14、吸热口15。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例
参照图1、图3及图4所示，本实施例提供了一种带有负荷调节功能的颗粒吸热器，包括：
壳体1，壳体1侧壁上设置有吸热口15；
调节板3，调节板3倾斜转动安装于壳体1内，调节板3倾斜朝上的一端在高度方向上位于吸热口15上下端之间；
斜板9，斜板9倾斜设于壳体1内，且斜板9位于调节板3下方；
高度调节件，高度调节件用于对斜板9与壳体1内底壁之间的垂直距离进行调节；
拖曳件，斜板9与调节板3之间通过拖曳件连接，随着斜板9用于壳体1内底壁之间的垂直距离的增大，调节板3倾斜朝上的一端与壳体1内底壁之间的垂直距离逐渐减小；
第一冷颗粒入口2，第一冷颗粒入口2开设于壳体1顶部，第一冷颗粒入口2位于调节板3上方，冷颗粒通过第一冷颗粒入口2进入壳体1内形成颗粒幕帘后下落至调节板3上；
第二冷颗粒入口13，第二冷颗粒入口13开设于壳体1侧壁上，第二冷颗粒入口13位于调节板3与斜板9之间，冷颗粒通过第二冷颗粒入口13进入壳体1内后下落至斜板9上，斜板9倾斜朝上的一端与第二冷颗粒入口13位置相对应；
热颗粒料仓12，热颗粒料仓12设于壳体1底部，斜板9倾斜朝下的一端、调节板3倾斜朝下的一端均与热颗粒料仓12位置相对应。
其中，调节板3下表面与吸热口15相对的位置设置有反射部，通过反射部更充分的将吸热口15入射至调节板3下表面的太阳光反射至斜板9上。
其中，参照图1、图3及图4所示，本实施例中的拖曳件包括：
导向轮组件，导向轮组件设于斜板9与调节板3之间；
调节绳6，调节绳6一端与斜板9固定连接，调节绳6另一端绕过导向轮组件后与调节板3的固定点固定连接，该固定点位于转轴4用于调节板倾斜朝下的一端之间。
具体地说，参照图1、图3及图4所示，本实施例中的导向轮组件包括两个导向轮5，两个导向轮5的中心轴线相互平行。
参照图1、图3及图4所示，本实施例中的壳体1内转动设有转轴4，调节板3与转轴4固定连接，调节板3通过转轴4转动设于壳体1内，拖曳件带动调节板3转动时实现调节板3倾斜角度的调节；转轴4的中心轴线与导向轮5的中心轴线相互平行。
参照图1、图3及图4所示，本实施例中的颗粒吸热器还包括与第二冷颗粒入口13连通的冷颗粒料仓8，第二冷颗粒入口13内设有冷颗粒推料器7，通过冷颗粒推料器7将通过冷颗粒料仓8进入第二冷颗粒入口13的颗粒输送至壳体1内后下落至斜板9上。
具体地说，本实施例中的高度调节件为弹性件10，弹性件10一端与斜板9下端面固定连接，弹性件10的另一端与壳体1内底壁固定连接；弹性件10沿第二冷颗粒入口13至热颗粒料仓12方向依次设置有多个，多个弹性件10的弹性伸长量沿第二冷颗粒入口13至热颗粒料仓12方向依次减小，使得斜板9倾斜设置于壳体1内
当因太阳能负荷变化导致需要调节吸热器运行负荷时，颗粒幕帘的流量不发生改变，通过冷颗粒推料器7调节从第二冷颗粒入口13进入斜板9的颗粒量，使得斜板9及斜板9上颗粒总重量发生变化，弹性件10的伸缩量发生变化，进而实现斜板9与壳体1内底壁之间垂直距离的调节，斜板9与壳体1内底壁之间垂直距离调节的过程中拖曳件带动调节板3转动，使得调节板3角度也进行了调节，进而改变了颗粒幕帘的受光面积，保证幕帘的颗粒温度和斜板9的颗粒温度处于设计温度，实现了颗粒吸热器运行负荷的调节。
其中，本实施例中的弹性件10为弹簧或弹片等，附图以弹性件10为弹簧为例；需要注意地是，对于上述举例的高度调节件或弹性件10的具体选择，本发明并不局限于此，本领域技术人员能够对高度调节件进行合理选择设置，只要能够根据斜板9上的颗粒流量对斜板9与壳体1内底壁之间的垂直距离进行调整进而实现调节板3角度的调节即可。
参照图1、图3及图4所示，本实施例中的壳体1内，沿第二冷颗粒入口13至热颗粒料仓12方向依次设有两个垂直导向滑轨11，导向滑轨11的滑动方向与弹性件10的伸缩方向一致；弹性件10位于两个导向滑轨11之间，斜板9相对的两端分别与两个垂直导向滑轨11滑动连接，即，斜板9倾斜朝上的一端、倾斜朝下的一端分别滑动连接于两个垂直导向滑轨11内；通过垂直导向滑轨11对斜板9与壳体1内底壁之间垂直距离的调节过程进行导向，避免了斜板9高度调节过程中位置的偏移。
参照图2所示，本实施例中的调节板3上端面上设置有多个扰流凸起301，落在调节板3上端面的颗粒来自于吸收太阳能后的颗粒幕帘，由于下落式吸热器的吸热特性，颗粒幕帘温度分布会呈现出中间高两边低的状态，通过调节板3上的扰流凸起301不断改变调节板3上颗粒的流向，使颗粒充分混合均匀，保证颗粒温度的均匀性。
此外，参照图1、图3及图4所示，本实施例中的调节板3上端面和热颗粒料仓12内均设有温度测量点14，壳体1内顶部设置有与温度测量点14位置相对应的红外温度测量仪。其中，调节板3上端面的温度测量点14靠近调节板3倾斜朝下的一端。通过红外温度测量仪对调节板3上的颗粒温度和热颗粒料仓12内的颗粒温度进行测量，实现对吸热器内颗粒温度的测量。
当太阳能负荷变化需要调节本实施例中的颗粒吸热器的运行负荷时，颗粒幕帘的流量不发生改变，通过冷颗粒推料器7调节颗粒进入斜板9的颗粒量以改变斜板9高度，从而调节板3的角度，进而改变了颗粒幕帘的受光面积，保证了颗粒幕帘的颗粒温度和斜板9上的颗粒温度处于设计温度。
图示中的虚线为吸热器负荷调节过程中调节板3的运动轨迹。本实施例中的颗粒吸热器具体使用时，调节板3转动过程中，调节板3倾斜朝下的一端的位置状态位于调节板位置状态点2-调节板位置状态点3之间，调节板位置状态点1位于调节板位置状态点2-调节板位置状态点3之间。
本实施例中的颗粒吸热器的运行负荷具体调节过程如下：
参照图1所示，当颗粒吸热器处于额定工况时，颗粒吸热器内的调节板3倾斜朝下的一端位于调节板位置状态点1，幕帘颗粒直接吸收太阳能，斜板9颗粒吸收调节板3底面的反射太阳能，两部分颗粒达到设计温度并汇集于热颗粒料仓12内；
参照图2所示，当太阳能负荷降低时，减少冷颗粒推料器7送入的颗粒流量，斜板9的重量降低，在弹簧的平衡作用下斜板9往上移动，斜板9与壳体1内底壁之间的垂直距离增大，调节板3旋转至调节板位置状态点1-调节板位置状态点2之间，颗粒幕帘受光面积增加，保证颗粒幕帘在流量不变的情况下仍旧能升温至颗粒设计温度；此时，调节板3底部的反射能量也降低，与颗粒流量的减少刚好匹配，斜板9上的颗粒也能升温至设计温度。
参照图3所示，当太阳能负荷增加时，增加冷颗粒推料器7送入的颗粒流量，斜板9的重量增加，斜板9往下移动，斜板9与壳体1内底壁之间的垂直距离减小，调节板3旋转至调节板位置状态点1-调节板位置状态点3之间，颗粒幕帘受光面积减小，保证颗粒幕帘在流量不变的情况下仍处于颗粒设计温度；此时，调节板3底面的反射能量也增加，与颗粒流量的增加刚好匹配，斜板9式上的颗粒也处于设计温度。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
Claims (10)
1.一种带有负荷调节功能的颗粒吸热器，其特征在于，包括：
壳体，所述壳体上设置有吸热口；
调节板，所述调节板倾斜转动安装于所述壳体内，所述调节板倾斜朝上的一端在高度方向上位于所述吸热口上下端之间；
斜板，所述斜板倾斜设于所述壳体内，且所述斜板位于所述调节板下方；
高度调节件，所述高度调节件用于对所述斜板与所述壳体内底壁之间的垂直距离进行调节；
拖曳件，所述斜板与所述调节板之间通过所述拖曳件连接，随着所述斜板与所述壳体内底壁之间的垂直距离的增大，所述调节板倾斜朝上的一端与所述壳体内底壁之间的垂直距离逐渐减小；
第一冷颗粒入口，所述第一冷颗粒入口开设于所述壳体顶部，冷颗粒通过所述第一冷颗粒入口进入所述壳体内后下落至所述调节板上；
第二冷颗粒入口，所述第二冷颗粒入口开设于所述壳体侧壁上，所述第二冷颗粒入口位于所述调节板与所述斜板之间，所述斜板倾斜朝上的一端与所述第二冷颗粒入口位置相对应；
热颗粒料仓，所述热颗粒料仓设于所述壳体底部，所述斜板倾斜朝下的一端、所述调节板倾斜朝下的一端均与所述热颗粒料仓位置相对应。
2.根据权利要求1所述的带有负荷调节功能的颗粒吸热器，其特征在于，所述调节板下表面与所述吸热口相对的位置设置有反射部。
3.根据权利要求1所述的带有负荷调节功能的颗粒吸热器，其特征在于，所述壳体内转动设有转轴，所述调节板与所述转轴固定连接。
4.根据权利要求3所述的带有负荷调节功能的颗粒吸热器，其特征在于，所述拖曳件包括：
导向轮组件，所述导向轮组件设于所述斜板与所述调节板之间；所述导向轮组件至少包括一个导向轮；所述导向轮的中心轴线与所述转轴的中心轴线相互平行；
调节绳，所述调节绳一端与所述斜板固定连接，所述调节绳另一端绕过所述导向轮组件后与所述调节板的固定点固定连接，所述固定点位于所述转轴与所述调节板倾斜朝下的一端之间。
5.根据权利要求1所述的带有负荷调节功能的颗粒吸热器，其特征在于，还包括与所述第二冷颗粒入口连通的冷颗粒料仓，所述第二冷颗粒入口内设有冷颗粒推料器。
6.根据权利要求1所述的带有负荷调节功能的颗粒吸热器，其特征在于，所述高度调节件为弹性件，所述弹性件的一端与所述斜板固定连接，所述弹性件的另一端与所述壳体内底壁固定连接。
7.根据权利要求6所述的带有负荷调节功能的颗粒吸热器，其特征在于，所述弹性件为弹簧。
8.根据权利要求6所述的带有负荷调节功能的颗粒吸热器，其特征在于，沿所述第二冷颗粒入口至所述热颗粒料仓方向依次设置有两个垂直导向滑轨，所述斜板相对的两端分别滑动设于两个所述垂直导向滑轨内。
9.根据权利要求1所述的带有负荷调节功能的颗粒吸热器，其特征在于，所述调节板上端面上设置有多个扰流凸起。
10.根据权利要求1所述的带有负荷调节功能的颗粒吸热器，其特征在于，所述调节板上端面和所述热颗粒料仓内均设有温度测量点，所述壳体内顶部设置有与所述温度测量点位置相对应的红外温度测量仪。
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| CN110057119A (zh) * | 2018-01-19 | 2019-07-26 | 浙江大学 | 颗粒吸热装置及其集热器 |
| CN111351236A (zh) * | 2018-12-21 | 2020-06-30 | 浙江大学 | 光热发电系统 |
| CN113154707A (zh) * | 2021-04-13 | 2021-07-23 | 浙江大学 | 颗粒吸热器 |
| CN113390190A (zh) * | 2021-07-14 | 2021-09-14 | 吉林建筑大学 | 一种二次反射式颗粒吸热器 |
| CN214665313U (zh) * | 2021-01-12 | 2021-11-09 | 杭州明晟新能源科技有限公司 | 一种太阳能高温颗粒吸热器 |
-
2021
- 2021-11-30 CN CN202111439488.4A patent/CN114183940B/zh active Active
Patent Citations (5)
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