一种太阳能吸热器及太阳能梯级利用系统技术方案

本发明专利技术提供一种太阳能吸热器，涉及太阳能利用设备技术领域，包括粒子释放机构、粒子收集机构和管式吸热机构，粒子释放机构位于粒子收集机构的正上方，粒子释放机构用于释放粒子并于粒子释放机构和粒子收集机构之间形成一个粒子帘幕，粒子帘幕的一侧为光入射侧，另一侧设置有管式吸热机构的吸热管，部分太阳光能够透过粒子帘幕照射于吸热管上，透过粒子帘幕的太阳能功率可通过调节粒子帘幕厚度或粒子的质量流量进行调控。本发明专利技术还提供了一种太阳能梯级利用系统，包括如上所述的太阳能吸热器、换热系统以及动力循环系统；本发明专利技术提供的太阳能吸热器及太阳能梯级利用系统能够提高太阳能的利用率、提高吸热效率。提高吸热效率。提高吸热效率。

【技术实现步骤摘要】
一种太阳能吸热器及太阳能梯级利用系统


[0001]本专利技术涉及太阳能利用设备
，特别是涉及一种太阳能吸热器及太阳能梯级利用系统。

技术介绍

[0002]塔式太阳能吸热器安全高效运行对于整个太阳能热发电系统整体的可靠性和经济性而言是至关重要的。其位于光热转换的主要环节，也是系统能量来源的主要途径。太阳光通过定日镜场聚集于吸热器受光侧，并被吸热器内循环介质吸收转换成热能，自此完成了光热转换过程。
[0003]管式吸热器具有结构简单、成本低、效率高等优点受到了广泛的应用。然而，由于受换热流体温度区间及吸热管过热等问题的影响，吸热器的热通量峰值往往会到限制。这对于提高塔式电站规模和效率是极为不利的。申请人之前对管式吸热器进行了深入研究。研究表明，高密度的能流环境使得吸热器内存在较大的热应力，这对吸热器安全稳定运行是极为不利的。与之相比，粒子接收器的显著优点是温度上限高，消除了管壁的限制，不受热通量的限制。但存在吸热器效率低、相关换热设备磨损严重等问题。K.Ho等人在报道中指出粒子吸热器在>1000℃条件下可以正常运行。Clifford等人的研究中粒子的温度更是达到了1760℃的高温。
[0004]综上而言，管式吸热器的吸热器效率高温度上限较低，粒子吸热器的吸热器效率低而温度上限高。因此，为了解决以上问题，需要设计一种能够在高热通量条件下高效运行的新型太阳能吸热器。将进一步实现吸热器在高热通量条件下运行的安全性和高效性。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种太阳能吸热器及太阳能梯级利用系统，以解决上述现有技术存在的问题，提高太阳能的利用率、提高吸热效率。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0007]本专利技术提供一种太阳能吸热器，包括粒子释放机构、粒子收集机构和管式吸热机构，所述粒子释放机构位于所述粒子收集机构的正上方，所述粒子释放机构用于释放粒子并于所述粒子释放机构和所述粒子收集机构之间形成一个粒子帘幕，所述粒子帘幕的一侧为光入射侧，另一侧设置有所述管式吸热机构的吸热管，部分太阳光能够透过所述粒子帘幕照射于所述吸热管上，透过所述粒子帘幕的太阳能功率可通过调节粒子帘幕厚度或粒子的质量流量进行调控。
[0008]优选的，所述粒子释放机构能够控制所述粒子帘幕的厚度及流量。
[0009]优选的，所述粒子帘幕的一侧为太阳光入射窗口，所述太阳光入射窗口用于接收来自定日镜场聚集后的太阳光。
[0010]优选的，所述粒子释放机构的释放端为粒子释放槽，通过控制所述粒子释放槽的间隙值来调节所述粒子帘幕的厚度，所述粒子释放槽于固定板和滑动板之间形成，通过滑
动所述滑动板实现调节所述粒子释放槽的间隙值的目的，所述粒子收集机构为一个收集槽，所述收集槽呈上大下小的漏斗形结构。
[0011]优选的，所述粒子释放槽的形状可为弧形、“U”形、“V”形、梯形、锯齿形和平直形。
[0012]优选的，所述粒子释放槽呈弧形时，所述粒子帘幕也呈弧形面，所述粒子帘幕的弧形开口侧即为所述光入射侧，所述管式吸热机构的多个所述吸热管围绕设置于所述粒子帘幕的背光侧。
[0013]优选的，所述管式吸热机构包括若干个由管排串联起来的回路，所述管排包括若干并排的吸热管，所述吸热管是最基本的吸热单元，所述吸热管顶部设置有上集箱，底部设置有下集箱，集箱与吸热管直接通过歧管连接，所述上下集箱分别串联上端汇管和下端汇管；
[0014]所述回路中的多个所述管排通过连接管道依次串联，所述回路在起始位置和终止位置布置有回路入口和回路出口；
[0015]换热流体由所述管式吸热机构的回路进口进入所述回路，被加热到指定温度后，从所述管式吸热机构的回路出口流出；所述换热流体可为直接系统的做功工质，可为间接系统的储能工质。
[0016]优选的，所述粒子收集机构用于收集高温粒子，所述高温粒子是由粒子爬升机提升至所述粒子释放机构中进行释放，然后经过粒子换热器的换热后形成。
[0017]本专利技术还提供了一种太阳能梯级利用系统，包括如上所述的太阳能吸热器、换热系统以及动力循环系统；所述换热系统包括粒子换热器，所述管式吸热机构中的换热流体能够作为做功工质进入所述动力循环系统中进行做功，所述管式吸热机构中的换热流体还能够经过所述粒子换热器与高温粒子换热后再进入所述动力循环系统中进行做功。
[0018]优选的，太阳能梯级利用系统的工作模式有五种：
[0019](1)当太阳光照足够强时，一部分太阳光被粒子帘幕吸收存储进入粒子热储罐，剩余太阳光经吸热管内换热流体吸收进入动力循环系统做功；
[0020](2)当太阳光照足够强时，一部分太阳光被粒子帘幕吸收存储与进入粒子热储罐，剩余太阳光经吸热管与换热流体吸收，随后换热流体进入粒子换热器与粒子换热，温度进一步提升，最后进入动力循环系统做功；
[0021](3)当太阳光照较弱时，太阳光只用来加热换热流体，换热流体被提升到指定温度后进入动力循环系统做功；
[0022](4)当太阳光照较弱时，太阳光只用来加热换热流体，换热流体被提升到一定温度进入粒子换热器与粒子换热，温度进一步提升，最后进入动力循环系统做功；
[0023](5)当没有太阳光照时，换热流体进入粒子换热器与粒子换热，换热流体被加热到一定温度后，进入动力循环系统做功。
[0024]本专利技术相对于现有技术取得了以下技术效果：
[0025](1)本专利技术提高了安全性。由于吸热管金属材料温度上限低或高密度非均匀热流下的应力集中等问题的存在，管式吸热机构的温度上限难以进一步提升，即做功工质的温度受到了限制，这意味着动力循环的效率不会进一步提升。同时，下落粒子吸热器虽然提升了吸热器工作介质的温度，但存在吸热器效率低、设备磨损严重等问题。本专利技术利用粒子与换热流体双重吸热，可以降低吸热管外壁的能流密度，降低应力失效的风险。
[0026](2)本专利技术提高了整个系统的循环效率。粒子具有较高的温度上限，使用高温粒子能够对换热流体进一步加热，使得流体在做功之前获得了更高的温度，这意味着其具有更高的做功能力，故而提高了系统循环的效率。
[0027](3)提高了系统的聚光比，提高了定日镜场的规模，可以消纳更多的太阳通量。粒子和换热流体的双重吸热，此外粒子具有更高的使用温度，从而使得整个吸热器可以消纳更多的太阳通量，提高了系统的聚光比。在这种需要之下，相应的定日镜场规模得到了进一步的提高。
[0028](4)提高了粒子换热器及粒子爬升机的使用寿命。粒子吸热器在使用过程中，粒子换热器和粒子爬升机面临着高温及磨损的问题，减少粒子的使用，可以进一步降低其在使用过程中的磨损，提高了粒子换热器及粒子爬升机的使用寿命。
附图说明
[0029]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种太阳能吸热器，其特征在于：包括粒子释放机构、粒子收集机构和管式吸热机构，所述粒子释放机构位于所述粒子收集机构的正上方，所述粒子释放机构用于释放粒子并于所述粒子释放机构和所述粒子收集机构之间形成一个粒子帘幕，所述粒子帘幕的一侧为光入射侧，另一侧设置有所述管式吸热机构的吸热管，部分太阳光能够透过所述粒子帘幕照射于所述吸热管上，透过所述粒子帘幕的太阳能功率可通过调节粒子帘幕厚度或粒子的质量流量进行调控。2.根据权利要求1所述的太阳能吸热器，其特征在于：所述粒子释放机构能够控制所述粒子帘幕的厚度及流量。3.根据权利要求1所述的太阳能吸热器，其特征在于：所述粒子帘幕的一侧为太阳光入射窗口，所述太阳光入射窗口用于接收来自定日镜场聚集后的太阳光。4.根据权利要求1所述的太阳能吸热器，其特征在于：所述粒子释放机构的释放端为粒子释放槽，通过控制所述粒子释放槽的间隙值来调节所述粒子帘幕的厚度，所述粒子释放槽于固定板和滑动板之间形成，通过滑动所述滑动板实现调节所述粒子释放槽的间隙值的目的，所述粒子收集机构为一个收集槽，所述收集槽呈上大下小的漏斗形结构。5.根据权利要求4所述的太阳能吸热器，其特征在于：所述粒子释放槽的形状可为弧形、“U”形、“V”形、梯形、锯齿形和平直形。6.根据权利要求5所述的太阳能吸热器，其特征在于：所述粒子释放槽呈弧形时，所述粒子帘幕也呈弧形面，所述粒子帘幕的弧形开口侧即为所述光入射侧，所述管式吸热机构的多个所述吸热管围绕设置于所述粒子帘幕的背光侧。7.根据权利要求1所述的太阳能吸热器，其特征在于：所述管式吸热机构包括若干个由管排串联起来的回路，所述管排包括若干并排的吸热管，所述吸热管是最基本的吸热单元，所述吸热管顶部设置有上集箱，底部设置有下集箱，集箱与吸热管直接通过歧管连接，所述上下集箱分别串联上端汇管和下...

【专利技术属性】
技术研发人员：王坤，张振东，万祥，李神峰，闵春华，饶中浩，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：