一种颗粒吸热器及太阳能发电系统的制作方法

1.本实用新型属于太阳能热发电技术领域，尤其涉及一种颗粒吸热器及太阳能发电系统。


背景技术：

2.太阳能是一种绿色可持续的清洁能源，因而可能成为一种未来理想的主力能源。太阳能热发电由于配套大规模廉价储能技术，因此电力输出平滑稳定可调度，具有广泛的应用前景。
3.固体颗粒吸储热技术是一种新型太阳能吸储热技术，是第三代塔式光热发电研究的主流技术之一，其主要优势体现在：固体颗粒可以同时满足吸热、传热和储热的需求；颗粒的成本较低；颗粒吸热温度高，可达1000℃；颗粒的存储和输送不需要采用价格高昂的金属材料，降低了设备成本。
4.根据太阳能加热颗粒的方式，颗粒吸热器可以分为直接加热式和间接加热式。颗粒换热依赖于导热，因此换热效率偏低，导致常规间接加热式吸热器的热效率较低。因此，现有的主流技术是利用太阳能直接加热颗粒。直接加热式吸热器最理想的结构为开口式腔式吸热器，但颗粒流量难以控制，导致吸热后的颗粒温度不均匀，热量散失严重，吸热器效率过低；且颗粒温度越高，颗粒吸热器的效率越低，这大大限制了颗粒储能技术应用于光热发电领域。


技术实现要素：

5.本实用新型要解决的技术问题是提供一种颗粒吸热器及太阳能发电系统，以解决现有颗粒吸热器效率较低的问题。
6.为解决上述问题，本实用新型的技术方案为：
7.本实用新型的一种颗粒吸热器，包括吸热部、换热区域和换热部；
8.所述换热部设于所述换热区域内，颗粒在所述换热区域内与所述换热部传热接触；所述换热区域外设有壳体；
9.所述吸热部内填充有吸热流体，所述吸热部的下端伸入于所述换热区域并与所述换热部传热接触。
10.本实用新型的颗粒吸热器，所述换热部包括热管和/或换热管路。
11.本实用新型的颗粒吸热器，所述换热管路与所述吸热部内部连通，形成循环管路，所述循环管路设置有驱动泵；所述热管一端与所述吸热部传热接触。
12.本实用新型的颗粒吸热器，若干所述热管间隔且交错排列。
13.本实用新型的颗粒吸热器，所述换热管路包括若干换热管网；所述换热管网在高度方向上间隔设置，且分别与所述吸热部形成所述循环管路。
14.本实用新型的颗粒吸热器，所述吸热部为在所述壳体上环形设置的吸热管。
15.本实用新型的颗粒吸热器，还包括颗粒输送部，所述颗粒输送部的输出端伸入于
所述换热区域。
16.本实用新型的颗粒吸热器，还包括颗粒换热器，所述颗粒换热器的输入端设于所述换热区域的下方。
17.本实用新型的颗粒吸热器，还包括热颗粒收集部和冷颗粒收集部；
18.所述热颗粒收集部设于所述换热区域与所述颗粒换热器的输入端之间；
19.所述冷颗粒收集部设于所述颗粒换热器的输出端与所述颗粒输送部的输入端之间。
20.本实用新型的颗粒吸热器，所述吸热流体为液态金属。
21.本实用新型的颗粒吸热器，所述驱动泵为高温泵。
22.本实用新型的一种太阳能发电系统，包括上述任意一项所述的颗粒吸热器。
23.本实用新型由于采用以上技术方案，使其与现有技术相比具有以下的优点和积极效果：
24.1、本实用新型一实施例通过设置吸热部，并在换热区域在设置换热部，吸热部伸入于换热区域与换热部传热接触，且吸热部内填充有吸热流体。换热区域位于壳体内，即颗粒的换热过程在壳体内，热量损失较少，可提高颗粒吸热过程的吸热效率，解决了现有颗粒吸热器效率较低的问题。
25.2、本实用新型一实施例通过设置换热管路与吸热部内部连通，形成一循环管路，吸热流体在循环管路内通过驱动泵驱动进行流动。将传统腔式颗粒吸热器拆分为吸热流体吸热以及吸热流体与颗粒换热的过程，吸热流体在吸热部内流动吸热并被驱动泵驱动至位于换热区域的换热管路，与颗粒进行换热，吸热流体仅在吸热部和换热管路内部流动，不与外界直接接触，进一步提升了颗粒吸热过程中的吸热效率。
26.3、本实用新型一实施例通过在换热区域进一步设置与吸热部传热接触的若干热管，使得颗粒在换热区域内可分别与热管和换热管路进行两次换热，增大了换热面积，提高了颗粒的换热效率。
27.4、本实用新型一实施例通过在壳体的上方设置吸热管，并由吸热管内的液态金属进行吸热，使得镜场可采用效率更高的圆镜场布置，而非配合腔式颗粒吸热器的低效率扇形镜场，进一步提升了光热效率。
28.5、本实用新型一实施例将液态金属应用于吸热及与颗粒的换热过程，由于吸热部和换热区域近距离接触，可减少的昂贵的液态金属的用量，从而降低成本。
附图说明
29.图1为本实用新型的颗粒吸热器的示意图；
30.图2为本实用新型的颗粒吸热器的吸热进口和吸热出口的示意图；
31.图3为本实用新型的颗粒吸热器的换热进口和换热出口的示意图；
32.图4为本实用新型的颗粒吸热器的吸热管的展开示意图
33.附图标记说明：1：吸热部；2：提升机；3：热管；4：驱动泵；5：换热管网；6：混料器；7：热颗粒罐；8：颗粒换热器；9：冷颗粒罐；10：筛分器；11：堆料仓；12：提升斗；13：吸热出口；14：换热进口；15：换热出口；16：吸热进口。
具体实施方式
34.以下结合附图和具体实施例对本实用新型提出的一种颗粒吸热器及太阳能发电系统作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本实用新型的优点和特征将更清楚。
35.实施例一
36.参看图1，在一个实施例中，一种颗粒吸热器，包括吸热区域、换热区域、吸热部1、换热部和驱动泵4。
37.换热区域外设有壳体，以保证换热区域不会与外界接触，减少热量损失。吸热区域则是设于换热区域的上方。
38.吸热部1设于吸热区域内，用于吸收镜场的太阳能辐射。换热部设于换热区域内。吸热部1的输出端伸入于换热区域并与换热部的输入端传热接触，吸热部1内填充有吸热流体。
39.本实施例通过在吸热区域内设置吸热部1，并在换热区域在设置换热部，吸热部1伸入于换热区域与换热部传热接触，且吸热部1内填充有吸热流体。换热区域是位于壳体内，即颗粒的换热过程在壳体内，热量损失较少，可极大提高颗粒吸热过程的吸热效率，解决了现有颗粒吸热器效率较低的问题。
40.下面对本实施例的颗粒吸热器的具体结构进行进一步说明：
41.在本实施例中，吸热部1具体可为在壳体上环形设置的吸热管。吸热流体在吸热管内流动并吸收来自四周镜场的太阳能。吸热管可直接设置在壳体上，同时下端可部分伸入于壳体内，以便于与换热部进行连接。
42.其中，吸热流体为液态金属，液态金属的蒸发点高于换热区域内颗粒的温度至少200℃的液态金属，以避免液态金属在受热过高时，发生相变，压力抖增，发生爆管。
43.在本实施例中，换热部1具体可包括热管和/或换热管路。具体地，可同时包括热管和换热管路。其中，热管3一端与吸热部1传热接触；换热管路则与吸热管的下端连通，形成循环管路。循环管路上则设置有驱动泵4，用于驱动吸热部1内的吸热流体由吸热部1向换热管路内流动。
44.参看图2和图3，换热管路具体可为若干换热管网5。换热管网5分别在高度方向上间隔设置于换热区域内，即依次在换热区域内沿颗粒流动方向设置，从而形成多层结构，且换热管网5上设有若干用于使颗粒通过的颗粒通道，颗粒在重力作用下穿过颗粒通道下落，并在下落过程中与换热管之间进行换热。在连接方式上，吸热管上设有吸热进口16和吸热出口13，换热管网5上设有换热进口14和换热出口15，吸热出口13与换热进口14通过连接管路连通，换热出口15与吸热进口16通过连接管路连通。在布置方式上，若干换热管网5的管路可依次连通，并由两端的换热管网5分别通过连接管路与吸热部1的吸热管的输入端和输出端连通形成循环管路；也可以每一换热管网5的两端均通过连接管路与吸热管的输入端和输出端连通，从而形成多个循环管路，在此不作具体限定。
45.通过设置换热管网5与吸热部内部连通，形成一循环管路，吸热流体在循环管路内通过驱动泵4驱动进行流动。将传统腔式颗粒吸热器拆分为吸热流体吸热以及吸热流体与颗粒换热的过程，吸热流体在吸热部1内流动吸热并被驱动泵4驱动至位于换热区域的换热管网5，与颗粒进行换热，吸热流体仅在吸热部1和换热管网5内部流动，不与外界直接接触，进一步提升了颗粒吸热过程中的吸热效率。
46.在本实施例中，参看图4，热管3的数量可为多个，热管3间隔且交错排列于换热区域内，且热管3的一端与吸热管的壁面传热连接。较佳地，因为吸热管的外圈用于吸热，内圈则可与热管3连接进行传热，因此可将吸热管的下端伸入于壳体内，使得吸热区域内的热管3可直接设置在吸热管内圈的下端，热管3可沿水平方向间隔设置为若干排，且相邻排的热管3交错设置，以使得热管3可对经过的颗粒起到一定的阻碍作用，从而达到增加换热的目的。
47.通过在换热区域进一步设置与吸热部1传热连接的若干热管3，使得颗粒在换热区域内可分别与热管3和换热管网5进行两次换热，增大了换热面积，提高了颗粒的换热效率。
48.在本实施例中，颗粒吸热器还包括热颗粒收集部、颗粒换热器8、冷颗粒收集部和颗粒输送部。
49.热颗粒收集部的输入端与壳体的输出端连通，用于接收在壳体内经过换热的热颗粒并进行存储。颗粒换热器8的输入端与热颗粒收集部的输出端连通，用于接收热颗粒并与发电做功工质换热。
50.冷颗粒收集部的输入端与颗粒换热器8的输出端连通。冷颗粒收集部的输出端与颗粒输送部的输入端连通。颗粒输送部的输出端伸入于壳体内的换热区域，用于将冷颗粒收集部内经过换热的颗粒输送至壳体内的换热区域进行换热，从而实现颗粒的循环使用。
51.其中，热颗粒收集部包括混料器6和热颗粒罐7。混料器6的输入端与壳体的输出端连通，混料器6的输出端与热颗粒罐7的输入端连通，用于对在换热区域内经过换热后的热颗粒进行混合使得温度均匀，并输出至热颗粒罐7中进行储存。热颗粒罐7的输出端与颗粒换热器8连通。颗粒换热器8接收热颗粒罐7内的热颗粒后，热颗粒在颗粒换热器8内与发电做功工质换热，并成为冷颗粒。
52.冷颗粒收集部包括冷颗粒罐9、筛分器10、堆料仓11。冷颗粒罐9的输入端与颗粒换热器8的输出端连通，用于对上述冷颗粒进行储存。冷颗粒罐9的输出端与筛分器10的输入端连通，筛分器10的输出端与堆料仓11的输入端连通，由筛分器10对冷颗粒进行筛分并输出至堆料仓11进行放置。堆料仓11的输出端与颗粒输送部的输入端连通。
53.输送部则可为提升机2，因为壳体、热颗粒收集部、颗粒换热器8、冷颗粒收集部是自上而下依次布置的，故需要提升机2带动提升斗12将下方冷颗粒收集部处的冷颗粒提升至上方的壳体处并输出至换热区域内。进一步地，还可在提升机2的上部设置颗粒喷洒器，用于将颗粒均匀喷洒至换热区域内，提高颗粒换热的效率。
54.在本实施例中，驱动泵4可为高温泵，具体可设置在吸热管与换热管网5之间的连接管路上，驱动液态金属从吸热管内吸收太阳能并流动至换热管网5内，以避免对吸热管和换热管网5结构的破坏。
55.实施例二
56.一种太阳能发电系统，包括上述实施例一中的颗粒吸热器。通过在吸热区域内设置吸热部1，并在换热区域在设置换热部，换热部与吸热部1通过管路连通并形成一内部填充有吸热流体的循环管路。将传统腔式颗粒吸热器拆分为吸热流体吸热以及吸热流体与颗粒换热的过程，吸热流体在吸热部1内流动吸热并被驱动泵4驱动至换热部，在换热部内与颗粒进行换热，吸热流体仅在吸热部1和换热部内部流动，不与外界直接接触，同时换热区域位于壳体内，即颗粒的换热过程在壳体内，热量损失较少，可提高颗粒吸热过程的吸热效
率，解决了现有颗粒吸热器效率较低的问题。
57.上面结合附图对本实用新型的实施方式作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施方式。即使对本实用新型作出各种变化，倘若这些变化属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则仍落入在本实用新型的保护范围之中。