[发明专利]一种吸热体转动的容积式空气吸热器

说明书

技术领域

本发明涉及一种太阳能热发电站用空气吸热器，特别涉及一种容积式空气吸热器。

背景技术

太阳能是取之不尽用之不竭的可再生能源，在化石燃料逐年减少、国际能源形势日趋严峻的今天，开发利用太阳能是实现能源供应多元化、保证能源安全的重要途径之一。塔式太阳能热发电系统基本原理是利用众多的定日镜，将太阳辐射反射到置于塔上的太阳能吸热器上，借助加热工质产生过热蒸汽或高温空气，驱动发电机组，产生电能。高温太阳能吸热器是塔式太阳能热发电系统的核心部件。国外围绕此项技术进行了诸多研究，主要集中在美国、德国、西班牙、以色列、澳大利亚、韩国等。其中应用较多的是容积式吸热器，就是一种由三维基体所构成的接收太阳辐射的吸热体，流过的工作流体与其进行直接的热交换而被加热。容积式太阳能吸热器通常有一个空心壳体，用于容纳容积式太阳能吸收装置，壳体由玻璃透光窗覆盖，形成封闭的吸热装置腔体，腔体可以容纳与吸收装置直接接触的工作流体，工作流体流过吸热装置腔体，经换热将吸收装置获得的热量带走。美国专利4394859公开了一种以空气为传热流体的柱状金属管式吸热器，该吸热器对金属要求较高，系统复杂，成本高，而且许用能流密度较低，难以获得高温度的空气。美国专利4777934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，其温度可被加热至700℃，该吸热器无法应用到更高的温度。美国专利US6668555B1公布了基于吸热器的太阳能发电系统，采用热管式太阳能吸热器，其传热工质为空气，虽然传热效率较高，但应用于高温需要采用金属钠等物质作为热管内的相变材料，对安全性要求苛刻。中国专利CN2758657提出了腔式太阳能吸收器，分为内外两个腔，内腔体临近石英玻璃窗表面涂覆太阳能选择性吸收涂层，并且采用不同的物质用于传热和蓄热，用于高温场合，但其结构较为复杂。中国专利CN2872208提出了一种空腔式太阳能吸收器，采用了针管冷却玻璃窗、管状吸热体，管状吸热体的换热表面积小，传热效率不高，并且采用不同材料作为吸热体与蓄热体，结构复杂。中国专利200710099039.3公开了一种采用碳化硅蜂窝陶瓷为吸热体的空气吸热器，其吸热体在工作过程中保持不动，无法主动避开高热流密度加热。中国专利CN101737957A公开了一种吸热体转动式空气吸热器，其吸热体由三片或者三片以上的碳化硅泡沫陶瓷板一体成型，共用一根转动轴进行转动吸热，该方案虽然可以克服吸热体在高温、高热流密度下易于破坏的缺点，但在大尺寸应用过程中对吸热体制备技术要求严格，一旦损坏，需要整片更换。

发明内容

本发明的目的是克服现有空气吸热器内吸热材料在高温、高热流密度下易于破坏的缺点，提供一种对吸热体工作过程进行转动吸热的空气吸热器。

本发明采用碳化硅泡沫陶瓷作为吸热体，利用碳化硅泡沫陶瓷自身三维多孔结构、吸收率高、耐高温、高导热的特点进行高效吸热与换热，同时吸热体以一定速度进行转动，从而避免较高热流密度区在吸热体某一部位长时间加热，避免了局部“热斑”的出现，大大提高了吸热器的安全性。由于吸热体保持转动，参与接收太阳能的吸热体位置不断变化，吸热体一直处于部分吸热、部分蓄热的状态，参与吸热的吸热体体积明显增大，其容积效应更为显著。吸热体同时具备了吸热与蓄热功能，可以在一定时间内避免空气温度的较大波动。相比于现有基于多孔陶瓷的容积式空气吸热器，本发明将吸热体分成多个独立转动的吸热棒，每个吸热棒由多个小块的圆筒形吸热单元组成，很好解决了目前吸热体单元间的连接问题，并通过工作过程中吸热体的旋转吸热，增加参与吸热和换热的吸热体容积，提高换热效率和系统的安全性。本发明可根据使用要求建造较大容量的空气吸热器，可用于常压和高压系统。

碳化硅泡沫陶瓷耐温超过1600℃，确保了本发明的空气吸热器可用于较高的温度。碳化硅泡沫陶瓷骨架的导热系数大于30W/(m K)，通过设计孔径大小1－6mm的三维孔隙结构，可以最大限度吸收投入的太阳辐射能，同时可实现吸热体转动过程中空气沿三维方向流通，不会由于吸热体转动引起的空气流动阻力的明显增加。碳化硅泡沫陶瓷吸热体的三维孔隙结构具有较大的比表面积，确保了换热过程中空气与碳化硅泡沫陶瓷吸热体间较高的传热效率。

本发明的吸热体转动式空气吸热器由多根吸热棒、空气腔、保温层和转动装置等部件组成，吸热棒位于空气腔内部，保温层包裹在空气腔外表面，转动装置位于保温层外。吸热棒与转动装置连接，在转动装置电机的带动下周向转动。