专利名称：带有旋风分离器的太阳能颗粒吸热器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种太阳能空气高温集热一储存装置。
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°C，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I、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。具体过程如下I、聚集的太阳辐射透过玻璃管，加热其中的吸热颗粒。物料均布器中的吸热颗粒依靠重力向下流动，吸收太阳辐射并被加热。在此过程中光能转换成热能；2、高温的吸热颗粒依照重力落入带有储热功能的颗粒料仓中；3、在需要使用时，带有储热功能的颗粒料仓底部的舱门打开，高温的吸热颗粒流出颗粒料仓后进入提升机，也可直接进入旋风分离器中换热系统；4、高温吸热颗粒被提升到旋风分离器的进口，在风力的作用下，高温吸热颗粒随高速气流一起进入旋风分离器做切向运动；5、在径向力的作用下，空气中的高温吸热颗粒被甩到旋风分离器的侧壁，并沿轴向落入旋风分离器的底部排出。空气沿旋风分离器的中部管路流出旋风分离器。可以设置多个旋风分离器，实现多级分离，直至颗粒与空气彻底分离。6、空气与颗粒分离的程度可以使用电磁计数器的方法检定，也可使用光学方法检定。或者，可在出口设置滤网，但该措施会造成风机电耗增大。
7、被加热的空气可以带压进入空气透平，也可进入蒸发器。本发明的整个吸热过程没有机械动力的消耗，输送过程中由链式输送机等输送。在分离过程中通过不同级别的旋风分离器，可以将不同直径的颗粒分离的较为干净。且旋风分离过程中空气与颗粒的接触面积大、相对流速高、换热系数较高。本发明优点在于I、本发明颗粒吸热器在吸热过程中没有机械动力，净效率高；2、采用了旋风分离器，在高效换热的同时分离了空气和固体颗粒；3、存储过程采用了颗粒物料堆积形式，实施便捷。输运环节采用短距离提升机械，高温颗粒物料的传输机械能耗低，热损低；4、本发明的吸热器采用吸热颗粒，可以耐受较大力度的热冲击； 5、均匀布料器的设置使得各个吸热管中的吸热颗粒流动情况均匀，通过对颗粒向下流动速度的控制，可以控制吸热颗粒的温度；6、通过控制颗粒直径可以使得分离效果最佳，使得被加热空气中的含尘量得到有效控制。
图I太阳能颗粒吸热器结构1，图中I物料均布器，2颗粒吸热体，3颗粒料仓，4低温颗粒提升机，5风机，6第一旋风分离器；7第二旋风分离器；图2太阳能颗粒吸热器结构2，图中I物料均布器，2颗粒吸热体，3颗粒料仓，4低温颗粒提升机，5风机，6第一旋风分离器，7高温颗粒仓，8高温颗粒提升机。图3颗粒吸热体组成结构示意图。
具体实施例方式以下结合附图和具体实施方式
进一步说明本发明。图I所示为本发明为重力型无动力吸热器和旋风分离器组成的太阳能颗粒吸热器的实施例I。本发明实施例太阳能颗粒吸热器主要包括物料均布器I、颗粒吸热体2，第一旋风分离器6、第二旋风分离器7、颗粒料仓3、风机5和低温颗粒提升机4。所述颗粒吸热体2安装于物料均布器I下部，所述颗粒料仓3安装于颗粒吸热体2的出口处，所述低温颗粒提升机4下端与颗粒料仓3下部连接，所述第一旋风分离器6上端与低温颗粒提升机4上端连接，所述风机5安装在第一旋风分离器6上，所述第二旋风分离器7安装在低于第一旋风分离器6的位置。吸热颗粒通过物料均布器I在重力作用下均匀流动到下部的颗粒吸热体2中，颗粒吸热体2可以由耐高温耐磨低膨胀系数的多根透光玻璃管组成，也可以由耐高温耐磨多根非透光管组成，吸热颗粒表面硬度必须小于透光玻璃管的硬度，可以防止流动过程中划伤透光玻璃管内壁，降低透光性。颗粒吸热体2通过吸收太阳光加热在其内流动的吸热颗粒。被加热的颗粒进入下部颗粒料仓3。吸热颗粒通过颗粒料仓3右边的提升机4作用进入到第一旋风分离器6。吸热颗粒在风机5的作用下与空气掺混，并一同进入第一旋风分离器6中被加热及分离。从第一旋风分离器6中流出的空气在进入第二旋风分离器7进一步加热和分离，从中分出细小颗粒。从第二旋风分离器7中流出的空气已经有足够高的温度和清洁程度，可以直接进入空气透平或蒸发器中工作。工作后的冷的吸热颗粒进入物料均布器I中继续循环工作。太阳能颗粒吸热器在使用时通过提升机4作用，将吸热颗粒输送到第一旋风分离器6，然后进入物料均布器I到达颗粒吸热体2被加热。如此往复工作。图2是本发明的另外一个实施例。这个实施例中，提升机8提升高温的吸热颗粒的距离较短，提升低温吸热颗粒的距离较长。避免了图I所示的实施例中温颗粒需要提升较大距离时产生的热损和提升机7成本高的问题。如图2所示，本发明实施例2由以下部分组成物料均布器1，颗粒吸热体2，颗粒料仓3，低温颗粒提升机4，风机5，旋风分离器6，高温颗粒仓7，高温颗粒提升机8。所述颗粒吸热体2安装于物料均布器I下端，所述高温料仓7位于颗粒吸热体2出口处，所述高温颗粒提升机8下端与高温颗粒仓7下部连接，所述风机5与旋风分离器6固连，位于高温颗 粒提升机8右侧，所述颗粒料仓3上端与旋风分离器6下端连通，所述低温颗粒提升机4下端与颗粒料仓3下部连接。太阳光透过颗粒吸热体2的透光玻璃管加热在其内运动的吸热颗粒。吸热颗粒先进入物料均布器I中，均匀分配到下部颗粒吸热体2的各个透光玻璃管中，并依照重力向下运动并被逐渐加热。被加热的吸热颗粒进入下方的高温颗粒仓7。太阳能颗粒吸热器使用时可以通过高温颗粒仓右边的高温颗粒提升机8作用，使吸热颗粒进入到右边旋风分离器6。吸热颗粒在风机5的作用下与空气掺混，并一同进入旋风分离器6中被加热及分离。从旋风分离器6中流出的空气再进入下一级的旋风分离器进一步加热和分离，将细小颗粒从中分出。从旋风分离器6中流出的空气已经有足够高的温度和清洁程度，可以直接进入空气透平或蒸发器中工作。在旋风分离器6中换热后的低温颗粒进入低温储料仓3等待使用。太阳能颗粒吸热器在使用时通过提升机4作用，将吸热颗粒输送到物料均布器I，依靠其自身重力到达颗粒吸热器被加热。如此往复工作。
权利要求
1.一种带有旋风分离器的太阳能颗粒吸热器，其特征在于，所述吸热器包括物料均布器(I)、颗粒吸热体(2)、第一旋风分离器(6)、第二旋风分离器(7)、颗粒料仓(3)、风机(5)和低温颗粒提升机(4);所述颗粒吸热体(2)安装于物料均布器(I)的下部，所述颗粒料仓(3)安装于颗粒吸热体(2)的出口处，所述低温颗粒提升机(4)的下端与颗粒料仓(3)的下部固连；所述第一旋风分离器(6)的上部与低温颗粒提升机(4)上端固连，所述风机(5)安装在第一旋风分离器(6)上，所述第二旋风分离器(7)安装在低于第一旋风分离器(6)处。
2.如权利要求I所述的吸热器，其特征在于所述的颗粒吸热体(2)由多根直通透光玻璃管排列组成，所述的吸热颗粒位于所述的透光玻璃管内，在透光玻璃管内流动。
3.如权利要求I所述的吸热器，其特征在于所述的吸热颗粒材料为陶瓷或金属，颗粒直径为6-10mm。
4.如权利要求I所述的吸热器，其特征在于所述的颗粒料仓有两个，分别储存低温颗粒和高温颗粒。
5.如权利要求I所述的吸热器，其特征在于所述的吸热体的透光玻璃管中加装壁面防磨伤装置。
全文摘要
一种带有旋风分离器的太阳能颗粒吸热器，包括物料均布器(1)、颗粒吸热体(2)、颗粒料仓(3)、低温颗粒提升机(4)、风机(5)、第一旋风分离器(6)和第二旋风分离器(7)。颗粒吸热体(2)安装在物料均布器(1)下部，在颗粒吸热体(2)透光玻璃管内吸热颗粒自由落下流动吸收太阳光，被加热颗粒流动到下端颗粒料仓(3)储存，再通过右边的低温颗粒提升机(4)作用，将加热颗粒提升到上端的第一旋风分离器(6)中，同时风机(5)工作使空气与颗粒充分混合，部分颗粒通过第一旋风分离器(6)底端出来进入物料均布器(1)中，部分颗粒和空气进入第二旋风分离器(7)中，颗粒从第二旋风分离器(7)底部排出，热空气从其顶部排出，如此循环工作。
文档编号F24J2/46GK102679578SQ20121017019
公开日2012年9月19日 申请日期2012年5月28日 优先权日2012年5月28日
发明者张剑寒, 张鸿斐, 王志峰, 白凤武 申请人:中国科学院电工研究所