[发明专利]太阳能接收器

说明书

一种太阳能接收器(10)，其用于将吸热颗粒暴露于聚集的太阳能辐射。所述太阳能接收器(10)包括具有孔口(15)的腔室(13)，通过所述孔口可以在所述腔室内接收聚集的太阳能辐射。提供了入口装置(31)，用于将包含太阳能吸收颗粒的流入物引入到所述腔室(13)中。提供了出口装置(33)，用于从所述腔室(13)中排出流出物。所述入口装置(31)与所述腔室(13)连通，用于将所述流入物引入到所述腔室(13)的与所述孔口(15)相对的第一部分(41)中。所述出口装置(33)与所述腔室(13)的安置在所述第一部分(41)和所述孔口(15)之间的第二部分(42)连通，其中从所述入口装置(31)到所述出口装置(33)的流体流暴露于在所述腔室(13)内接收到的聚集的太阳能辐射。所述第一部分(41)在朝向所述孔口(15)的方向上发散，而所述入口装置(31)被配置成将所述流入物切向地引入到所述发散的第一部分中。

技术领域

本发明涉及一种用于将吸热颗粒暴露于聚集的太阳能辐射的太阳能接收器。

本发明还涉及一种使用太阳能接收器将吸热颗粒暴露于聚集的太阳能辐射的方法，并且还涉及一种通过使用太阳能接收器将颗粒暴露于聚集的太阳能辐射来加热颗粒的方法。

背景技术

以下关于背景技术的讨论只是为了便于理解本发明。这些讨论不是承认或认可截止本申请的优先权日期所提到的任何材料是或曾是公知常识的一部分。

由于人类对于人类活动排放的温室气体对全球气候变化的认识日益提高，加上减轻空气污染的必要性，长期而言化石燃料的资源有限性，参与可再生能源技术不断增长的市场的愿望，利用太阳能等可再生能源的技术正受到越来越多的关注。聚集式太阳热能(CST)是一个迅速发展的技术领域，因为它具有利用整个太阳能光谱，通过实现高温来实现高效率的能力以及与传统热能技术的良好兼容性。将来自太阳的聚集的太阳能辐射转移到最终产品的最有效的方式是通过颗粒“云”(即密集的颗粒的悬浮物)通过孔口或通过窗口直接照射，而不是穿过管壁。这是因为管壁的温度比太阳低得多，受到其熔化温度的限制，从而减少了传热量。颗粒还具有额外的优点，即它们是有效的辐射吸收体，并且它们非常适合于热能的高温储存，这比储存电能更便宜，且更有效，而能量储存对于缓和聚集的时有时无这一特点是必要的。颗粒可以是惰性的，也可以是能起反应的，后者提供了进一步的优点：化学能载体是长期的，可运输的，且可调度的。在CST 系统中用于利用颗粒来捕获辐射的装置被称为“颗粒接收器”。

用于高温情况下的太阳能颗粒接收器通常采用空腔型配置，既能装盛颗粒，又能控制热量损失。这样的配置包括限定了空腔的良好绝热的外壳以及用于有效捕获入射的聚集太阳能辐射的开口或孔口。将固体原料微粒加热到高温的方法可以分为两种：直接照射和间接照射的接收器。在前者中，直接用聚集的太阳能辐射照射颗粒，要么通过窗口，要么通过孔口，而在后者中，来自太阳能辐射的热量通过对流和辐射，通过接收辐射的反应器壁传递。间接照射的接收器的工作温度受到壁吸收器的热特性限制，而直接照射的配置却没有这种限制，这会导致加热速率更快，且动力学增强，以及实现更高温度的能力。

直接照射的颗粒接收器可以用于工业过程中的加热，包括燃料和化学品生产的太阳能或用于加热动力循环中的工作流体(例如布雷顿循环中的空气)，用于发电。固体颗粒可以充当储热和传热介质或作为可以在其上发生化学反应的“底物”。

二十世纪八十年代首先提出的一种固体颗粒接收器的概念，被称为“下落颗粒云接收器”，是为热和热化学应用而开发的。这个接收器通常安装在塔顶，以捕获来自定日镜场的聚焦太阳能。沙粒大小 (100-1000μm)的陶瓷颗粒自由落入太阳能接收器，形成一个帘状物，直接吸收穿过孔口的聚集太阳能辐射。一旦被加热，颗粒可被收集在绝热箱中和/或用于加热二次工作流体(例如空气、蒸汽、CO₂)。由于太阳能被直接吸收到惰性颗粒内部，因此，避免了与其他太阳能接收器(例如管状中央接收器)相关的热通量限制，并可以达到高温 (高于1000℃)。

然而，尽管有其优点，但下落颗粒接收器配置也包含若干缺点。尤其是：