[发明专利]太阳能气体吸热装置及其工作方法

说明书

本发明涉及太阳能发电技术领域，特别涉及一种太阳能气体吸热装置及其工作方法，其中，太阳能气体吸热装置包括呈柱状的吸热腔，并在吸热腔的端部设置有采光孔；在吸热腔内还设置有多孔介质；在吸热腔内设有多个均匀排布的吸热套管，多孔介质包裹吸热套管的外壁，吸热套管的靠近采光孔的端部暴露于多孔介质之外；吸热套管连通吸热器进口和吸热器出口，并在吸热套管内设置肋片。本发明中吸热套管采用射流冲击与布置肋片，提高吸热管内气体的换热效果，降低吸热管壁温与气体的换热温差，提高吸热器效率和吸热温度。多孔介质与金属氧化物等作为防护物质，可防止因太阳辐射过高导致的吸热套管的管壁温度过高，提高吸热器运行的稳定性与使用寿命。

技术领域

本发明涉及太阳能发电技术领域，特别涉及一种太阳能气体吸热装置及其工作方法。

背景技术

由于太阳能分布广泛，储量丰富，因此开发利用太阳能这种清洁、无污染的可再生能源，对于减轻目前化石能源压力、环境污染压力等具有重要意义。

太阳能发电主要有两种形式：光伏和光热。光热发电的优势主要在于可以采用物理/化学方法进行低成本储热(如显热、潜热和化学反应热等)，发电品质高，对电网友好。一般而言，工作参数(如温度)越高，系统效率越高。其中，太阳能布雷顿循环发电系统的最高工作温度可达800-1100℃ (甚至更高)，是未来光热技术发展的重要方向。同时，布雷顿循环发电系统具有效率高、起动快、调峰性能好、建设周期短、占地面积小、耗水少，以及环境污染小等一系列优点，特别是小型布雷顿循环发电系统 (25kW-1MW)分布更灵活、可操作性更好。

高温气体吸热器是太阳能布雷顿循环发电系统的关键部件。高温气体吸热器可以加热布雷顿循环中压气机或回热器冷端出口的气体。根据吸热器内气体吸热的方式，吸热器可分为容积式吸热器和管式吸热器。其中，管式吸热器具有密封性能好、加工制造容易等优势，被广泛用于太阳能布雷顿循环发电系统中。

通过研究发现，在现有技术中，太阳能管式气体吸热器还存在一些缺点，主要有以下三方面的问题：

(1)气体的对流换热系数小，管壁与管内气流换热温差大，吸热温度无法进一步提高。

(2)太阳能聚光在时间和空间上的不均匀和不稳定，使得吸热器内不可避免地出现“热斑”，局部温度超过吸热管材料的温度极限，直接导致爆管或融化。

(3)太阳辐射频繁变化导致吸热器内温度波动频繁，吸热管热应力和疲劳损耗大，吸热器使用寿命大幅降低。

发明内容

针对以上现状，本发明提出了一种具有防护和储热功能的新型太阳能气体吸热方法和装置，解决了太阳能管式吸热器换热效果差、高强辐射的不均匀导致吸热管爆管、吸热温度随太阳辐射强度变化而变化明显的问题，提高了太阳能气体吸热器运行的稳定性。

具体来说，本发明提供了一种太阳能气体吸热装置。其中，太阳能气体吸热装置包括呈柱状的吸热腔，并在吸热腔的端部设置有采光孔；吸热器进口贯穿吸热腔的内侧壁且远离采光孔设置；吸热器出口贯穿吸热腔的内侧壁且与吸热器进口隔离设置；在吸热腔内还设置有多孔介质；在吸热腔内设有多个均匀排布的吸热套管，多孔介质包裹吸热套管的外壁，吸热套管的靠近采光孔的端部暴露于多孔介质之外；吸热套管包括吸热套管外管和吸热套管内管，吸热套管内管连通吸热器进口，吸热套管外管连通吸热器出口，并且吸热套管内管的端部不密封。

相较于现有技术而言，本发明提供的太阳能气体吸热装置能够通过多孔介质在吸热腔的不同的温度条件下发生的反应，对于吸热腔和吸热套管的温度进行调节，提高了吸热器的工作效率和吸热温度。并且，通过多孔介质有效防止因太阳辐射过高导致吸热套管整体的管壁温度过高，提高吸热器运行的稳定性和使用寿命。此外，多孔介质还能够作为储热介质，且其储能密度大，因此，当太阳辐射波动时，储热介质释放热量，在短时间内稳定吸热器出口的温度，吸热套管中热应力和疲劳损耗降低，提高了使用寿命。