CN2597893Y - 太阳能-燃气混合型吸热器 - Google Patents

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CN2597893Y CNU022935266U CN02293526U CN2597893Y CN 2597893 Y CN2597893 Y CN 2597893Y CN U022935266 U CNU022935266 U CN U022935266U CN 02293526 U CN02293526 U CN 02293526U CN 2597893 Y CN2597893 Y CN 2597893Y
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李斌
李安定
杨培尧
臧春城
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中国科学院电工研究所
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Abstract

太阳能-燃气混合型吸热器,属于太阳能热发电领域。由于太阳能的随机性和不稳定性,使太阳能热发电装置在纯太阳下的使用率比较低。本实用新型采用旋流式燃气燃烧器与太阳热锅形吸收器结合成一个吸热腔体,在吸收器凹面前端布置有燃烧器。本实用新型安装简便;不使用燃气时,太阳热的吸收率也有所提高,采用燃气燃烧时,燃烧效率高,燃烧可以稳定进行;亦可以同时打开燃气与太阳吸热器并列使用。

Description

太阳能—燃气混合型吸热器

技术领域

本实用新型涉及太阳能—燃气混合型吸热器,属于太阳能热发电领域。

美国专利(US6487958)公开了一种太阳能碟式聚光斯特林系统混合型吸热器。参见图1,该发明由以下四部分构成:多孔燃烧板4、复合陶瓷纤维覆盖物8、带翅片的回热器12和扩展表面的第一级换热器19等四部分。吸热面29的内表面敷设吸液芯。燃烧部分的流程为:燃料13经预混器1、外冷却套2、回热器12、到达预燃室3,预混气体对预燃室壁面16和17冷却,通过多孔燃烧板4,点火,可采用加热面点火或电子点火,经过鳍片阵列6,鳍片阵列6焊接在化石燃料燃烧受热面5外表面上,化石燃料燃烧受热面5内表面是吸液芯7,烟气经过回热器12后排放入大气中,控制烟气温度的部件为烟气导流管10和烟气调节阀11,防止预混气体温度超过自然极限而提前点燃。

该实用新型存在以下缺陷:首先,受热面16、17和回热器12之间空间狭窄,焊接、加工制造、拆装检修都很困难;其次,向外辐射热损失大;最后,控制温度难以实施,受热面部件容易烧毁。

本实用新型的特点是:容易制造、容易安装,燃烧器等部件不容易被高温太阳热或燃气烧坏;启动/停机方便;更好地适应太阳能的随机性和不稳定性,使得碟式聚光太阳能热发电系统稳定运行。

图3本实用新型的环形旋流燃烧器鳍片布置图,其中a为侧视图,b为主视图:34毛细吸液芯,51稳燃棒,52鳍片,53吸热器吸热面,54旋流,65预混燃气。

图4本实用新型中的环形旋流燃烧器燃气供给和预混部件图:37环形燃气管路,39保温材料,43法兰,44调节阀门,45燃气总管路,46压力指示表,47燃气流量指示计,62喷嘴,63燃气预混管,64空气,65预混气体,66吸热器受光口。

如图2所示,该吸热装置由A、B和C三大部分组成:A为燃烧器部分,B为锅形吸热器部分,C为斯特林发动机部分。A和B两部分通过法兰43连接,组成吸热空腔31,吸热空腔31外围是保温材料39和外壳38,相对于传统的锅式吸热器来说,本吸热器的热辐射损失较小;燃烧器燃烧和太阳高温热状态下,A和B之间不存在局部热应力集中的问题;C和B之间也采用法兰42连接,B的换热空间内,即充满钠蒸汽的空间内,保持真空度为1.1×10-3Pa。加热头是斯特林发动机的一个关键部件,加热头管内保持高温(650-850℃)和高压(0.8-20MPa),B和C连接后,对锅形吸热器B空间内抽真空,填加工质钠,然后,封口。

如图3所示,在锅形吸热器吸热面53,焊接有旋流扭曲鳍片52和稳燃棒51,旋流扭曲鳍片52和稳燃棒51选用高温耐热不锈钢材料制成。旋流扭曲鳍片52和稳燃棒51均增大了吸热空腔31内的换热表面积,在不使用燃气燃烧的情况下,可以增大吸热器对太阳能的吸收率。在锅形吸热器吸热面背面53,焊接毛细吸液芯34。

如图4所示,燃气总管路37环绕燃烧器布置,燃气的喷嘴62外套有燃气预混管63,喷嘴62和燃气预混管63布置于相邻的两个鳍片52之间,在燃气预混管63内,高压燃气从喷嘴62喷出后卷吸空气64形成预混气体65,切向吹入旋流扭曲鳍片52内,点燃后,进入吸热器空腔31内形成旋流燃烧,预混燃气65可以采用电弧等方式来点燃。旋流燃烧方式可以提高燃烧效率;在鳍片52间安装稳燃棒51来稳定燃气燃烧火焰,并且增强燃烧过程的湍流混合。用温度传感器36监测吸热器[B]内钠蒸汽的温度,根据吸热器钠蒸汽的温度来调节燃气总管45路中的燃气流量,通过电动或手动阀门来实现调节燃气流量。钠蒸汽的温度控制在973~1123K之间。

在纯太阳、太阳/燃气混合和纯燃气三种不同模式下运行,混合吸热器的工作过程和原理都是相同的,即燃气燃烧热或聚焦的太阳热通过吸热面[53]和吸液芯[34]传给斯特林发动机[32]的加热头[33]。具体如下:吸热面[53]将燃气燃烧热或聚焦的太阳热吸收下来以后,通过锅式吸热面53来加热蒸发吸液芯34中的工质钠,气态的工质钠蒸发上升碰到斯特林发动机32的加热头33冷凝成液态钠41,液态钠41依靠重力下降回到钠池35中,毛细吸液芯34的作用是利用毛细力使钠池35中的液态钠充满到吸液芯34的微孔中;然后再进行钠吸热→钠蒸发上升→冷凝下降→回到钠池→扩散到毛细吸液芯微孔这一过程,如此循环往复下去,完成吸热传热的过程。

本实用新型具有优点:第一,燃烧器和太阳能吸热体采用同一个吸热面53和吸液芯34,使得结构紧凑;采用法兰41和42连接A、B、C三部分使得装置易于拆装,制造难度低,容易实现;第二,旋流扭曲式鳍片52焊接于吸热面53的内表面,在锅形吸热器的前端布置环形旋流式燃烧器,采用预混燃烧,提高燃烧效率;在太阳下运行时,A和B两部分组成了一个腔体31,锅体表面焊接的鳍片52和稳燃棒51增加了吸热面53表面积,可以大大提高太阳能的吸收率,降低能量向外界散失和辐射的比例;第三,用温度传感器监测钠蒸汽的温度,钠蒸汽的温度控制在973-1123K之间,采用手动阀门来控制总的燃气供给量。

根据以上实施方式设计了用于发电功率为10千瓦的碟式聚光太阳热发电系统的吸热器,其主要结构和参数如下:(1)受光口66直径:180毫米,空腔31的最大直径:420毫米;(2)燃气喷嘴62采用拉法尔喷嘴,燃气喷嘴的数目:20~50只,燃气的流量:5m3/h;(3)完全采用燃烧来供给热能时,输入热功率为50千瓦,燃烧效率达90%,吸热器热效率达80%。

Claims (3)

1.太阳能—燃气混合型吸热器,由燃烧器、吸热器、发动机等构成,其特征在于吸热器[B]为锅形,其凹面前端布置旋流式燃烧器[A],燃烧器[A]和吸热器[B]两部分通过法兰[41]连接,组成吸热腔体[31],吸热器[B]和发动机[C]之间采用法兰[42]连接。
2.根据权利要求1所述的太阳能—燃气混合型吸热器,其特征在于在吸热器吸热面[53]上焊接有旋流扭曲鳍片[52]和稳燃棒[51]。
3.根据权利要求1所述的太阳能—燃气混合型吸热器,其特征在于燃烧器环形燃气总管[37]上安装多个燃气喷嘴[62],每个喷嘴外同轴套有燃气预混管[63],燃气喷嘴与燃气预混管二者之间留一定的间隙,燃气预混管轴线与环形旋流燃烧器的圆周方向和轴线呈一定角度,并伸入与燃烧器连接的锅形吸热器的相邻的两个鳍片之间。
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