[发明专利]带有旋风分离器的太阳能颗粒吸热器

说明书

技术领域

本发明涉及一种太阳能空气高温集热—储存装置。

背景技术

太阳能加热高温空气是太阳能热发电的一个重要发展方向。目前高温空气加热器主要由西班牙CIEMAT，德国宇航局DLR，法国CNRS，中国科学院电工所和韩国KIER等机构研发。目前空气吸热器需要使用风机等耗电设备将太阳辐射装换成热能。在吸热器中，吸热体材料一般用耐高温的陶瓷；如果是承压型吸热器，还需有石英玻璃窗。但对于大型吸热器来讲，耐高温陶瓷和石英玻璃窗的尺寸会受到限制。尤其是对耐高温石英玻璃的尺寸的约束，因此目前大多数空气大型吸热器均是非承压的。只有百kW功率级的吸热器一般才是承压型的。美国专利477934公布了采用带有粒子的压缩空气为传热介质的太阳能吸热器，其温度可以被加热到700℃，该吸热器无法应用到更高的温度。中国专利CN102135334A提出了一种太阳能热发电站用石英玻璃管束式空气吸热器，采用了石英玻璃管为空气流道，固体吸热颗粒在其内进行流动，必然要通过外部设备提供动力保证均匀流速，这样就会损耗大量功率，颗粒形状大小不一样带来流动的不均匀性，并且最后跟空气混合在一起，很难得到洁净的加热空气。综上所述，为了吸热过程中少消耗机械动力，保持均匀流速和得到洁净加热空气，并实现大功率的承压型空气吸热器作出研究。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的消耗外部机械功率大和热量损失大缺点，提出一种颗粒型吸热器。本发明利用吸热颗粒及依靠重力自然滑落的特性，形成吸收太阳辐射流动颗粒，并将流动颗粒吸收的太阳辐射转化成热能。

本发明是通过以下技术方案实现的。

本发明带有旋风分离器的太阳能颗粒吸热器的主要部件包括：旋风分离器、提升机，颗粒吸热体、颗粒料仓、风机、物料均布器、吸热颗粒。

上述主要部件的结构和功能如下：

1、颗粒吸热体：主要由透光玻璃管组成，一般由透明的玻璃或高分子等透光材料制成直通式透光玻璃管，要求材料具有较高的太阳光透过比和耐磨性，颗粒吸热体安装在物料均布器下端；

2、吸热颗粒：颗粒吸热的材质可以是陶瓷或金属，形状为球形、立方体或多面体等，颗粒直径为6-10mm。所述的吸热颗粒在透光玻璃管内流动，吸收太阳能转换成热能。

3、旋风分离器：旋风分离器与提升机上端连接，将热的吸热颗粒与空气相混和以加热空气，并将被加热的空气与吸热颗粒分离。旋风分离器上部为圆筒，下部为倒锥底形状，采用耐高温金属材质制成。旋风分离器是太阳能高温吸热储热系统的核心装备，同时起到换热器和分离器的作用；

4、风机：风机是旋风分离器的核心设备。与旋风分离器固连。用于带动颗粒和空气运动。考虑到余热回收后进入旋风分离器的空气一般为热风，因此风机一般应是耐热型的；

5、物料均布器：此部件与颗粒吸热体上端固连在一起。物料均布器将吸热颗粒均匀分布在各个吸热管中。该均布器一般是锥形截面。材料可以是耐磨的无机非金属或金属；

6、提升机：该设备位于颗粒料仓一侧，并与其固定连接在一起。用于将吸热颗粒提升到吸热器的进口或旋风分离器的进口。要求该设备可以耐温。对于提升高温吸热颗粒的提升机，还要求提升机耐温。

所述的颗粒吸热体由多根直通透光玻璃管排列组成，安装于所述的物料均布器的下部。所述的吸热颗粒位于透光玻璃管内。通过物料均布器作用，将吸热颗粒均匀分散到颗粒吸热体的每根直通透光玻璃管内进行流动。吸热颗粒流动到带有储热功能的颗粒料仓内，通过提升机将被加热的吸热颗粒提升到与提升机固连的第一旋风分离器中，同时第一旋风分离器固连的风机工作。空气和吸热颗粒在旋风分离器内混合，并进行换热和分离，最后得到的洁净热空气从旋风分离器顶部输出，吸热颗粒从旋风分离器底部分离出来回到物料均布器中，进行下一次循环。

所述的吸热颗粒为黑色。所述的吸热颗粒亦可以是陶瓷或金属颗粒。吸热陶瓷颗粒在透光玻璃管中流动，接收透过透光玻璃管的太阳辐射。透光玻璃管也可以是非透光的固体。

所述的吸热体的透光玻璃管中可加装壁面防磨伤装置。

本发明可实现高密度太阳能辐射的光热转换和存储。

本发明吸热和传递过程如下：

太阳光透过透光玻璃管管体到达吸热颗粒，吸收太阳辐射的吸热颗粒被加热。热的吸热颗粒被输送到具有储热功能的颗粒料仓中。颗粒料仓中的吸热颗粒由提升机转移，投入到旋风分离器中，并与进入旋风分离器的空气接触，吸热颗粒起到加热空气的作用。高温热空气从旋风分离器分离出去，可用于蒸发水或直接进入空气透平发电。分离的吸热颗粒依照重力落入不带储热功能的颗粒料仓。