一种采用二氧化碳调压的固体粉末颗粒储热换热介质循环系统的制作方法

1.本发明涉及太阳能光热利用技术领域，更具体地说，涉及一种采用二氧化碳调压的固体粉末颗粒储热换热介质循环系统。


背景技术：

2.随着社会的发展，清洁能源开发已经成为各研究所、各公司以及个人研发焦点；其中，太阳能利用由于具有丰富资源以及清洁的优点，因此成为了广大研发者研发方向；太阳能利用中由于凸透镜具有聚焦作用，吸收太阳能效率高，因此受到了广泛应用。
3.太阳能光热是指太阳辐射的热能，太阳能光热利用，除太阳能热水器外，还有太阳房、太阳灶、太阳能温室、太阳能干燥系统、太阳能土壤消毒杀茵技术等，太阳能的开发利用将是未来能源发展的重要方向。
4.但是目前对于太阳能光热的储存大部分为水，通过储热管道实现热交换；然而流动的水会对，管道产生压力，影响管道使用寿命，跟换管道成本费用较高；同时流动的水散热较快。
5.专利文献：cn214836566u，公告日：2021.11.23，公开了一种与光热发电耦合的液态压缩空气储能系统，包括光热发电系统，空气压缩储能系统以及空气膨胀释能系统：光热发电系统用于将太阳光转化为热能，一部分热能进入蒸汽发生器加热汽轮机组给水，驱动汽轮机组带动第一发电机发电；另一部分热能作为热源输送至空气膨胀释能系统。
6.但是该技术方案：并没有涉及到固态粉末储热，同时太阳光热能储热效率较低，光热利用率都有待提高。
7.前面的叙述在于提供一般的背景信息，并不一定构成现有技术。


技术实现要素：

8.本发明的目的在于提供一种采用二氧化碳调压的固体粉末颗粒储热换热介质循环系统，该系统解决了高温太阳光热的采集之后应用的问题，对高温太阳光热利用的商业化推广应用、节能减排和“双碳”目标的实现有着重大的战略意义。
9.本发明提供一种采用二氧化碳调压的固体粉末颗粒储热换热介质循环系统，包括聚能模块、第一循环管道、第二循环管道、第三循环管道、储热换热容器、真空上料机、储气罐、换热工质管、储热粉末及气体传输媒介；所述聚能模块上设有所述第一循环管道，所述第一循环管道内部设置有所述储热粉末和所述气体传输媒介；在所述真空上料机上设有混合物入口、储热粉末出口、气体出口以及用于控制所述真空上料机的控制器；所述气体出口通过第二循环管道和所述储气罐连通，所述储气罐的气体出口通过第三循环管道和所述第一循环管道的入口连通；所述第一循环管道的出口和所述混合物入口连接，所述储热粉末出口连接有所述储热换热容器，所述储热换热容器上设有容器出口、换热管道入口和换热管道出口；所述容器出口和所述第一循环管道的入口连通，所述储热换热容器的内部安装
有所述换热工质管，工质在所述换热工质管内流动循环，所述换热工质管的入口和出口对应和所述换热管道入口以及所述换热管道出口重合。
10.进一步地，所述储热粉末包括氧化镁、碳化硅和石墨及其两元或三元混合物；所述气体传输媒介为二氧化碳气体。
11.进一步地，位于所述储热换热容器内部的所述换热工质管呈螺旋状。
12.进一步地，所述采用二氧化碳调压的固体粉末颗粒储热换热介质循环系统还包括调压装置，所述调压装置安装在所述第三循环管道上；所述调压装置包括主体腔、密封活塞、空气泵和压力传感器；所述主体腔上设有管道连接口，所述管道连接口和所述第三循环管道连通，所述密封活塞安装于所述主体腔的内部，将所述主体腔的内部分为连通室和平衡室，所述连通室和所述第三循环管道连通，所述平衡室内安装有所述压力传感器；所述主体腔上安装有与所述平衡室内部连通的所述空气泵，所述空气泵和所述压力传感器连接。
13.进一步地，所述真空上料机包括上料机主体、真空源、过滤装置；所述上料机主体的内部安装有所述过滤装置，所述过滤装置将所述上料机主体的内部分为混合腔和过滤腔；所述真空源和所述过滤腔连通，所述气体出口设于所述真空源上，所述混合物入口和所述储热粉末出口均和所述混合腔连通。
14.进一步地，所述混合腔整体呈漏斗状，所述混合物入口位于所述漏斗状混合腔的上端开口处，所述储热粉末出口位于所述漏斗状混合腔的下端开口处。
15.进一步地，所述混合腔的内壁光滑。
16.进一步地，所述第二循环管道上设有排气阀，所述储气罐上设有注气口。
17.进一步地，在所述气体出口和所述容器出口处均设有止回阀。
18.进一步地，在所述储热粉末出口和所述储热换热容器之间以及所述容器出口处设有电控阀。
19.本发明提供的采用二氧化碳调压的固体粉末颗粒储热换热介质循环系统，采用二氧化碳调压能够让氧化镁、碳化硅或石墨等固体粉末颗粒储热换热介质在采集太阳能光热的聚能模块介质管道、储热罐、管道、阀门等储热换热封闭系统内，在低压、常压条件下循环流动，从而可以将聚能模块折射聚焦的温度高达500～1200℃高温太阳光热能量通过换热、储热等方式交换给做功介质，从而解决高温太阳光热的采集之后的应用，对高温太阳光热利用的商业化推广应用、节能减排和“双碳”目标的实现有着重大的战略意义。
附图说明
20.图1为本发明实施例提供的采用二氧化碳调压的固体粉末颗粒储热换热介质循环系统的结构示意图。
21.图2为图1中采用二氧化碳调压的固体粉末颗粒储热换热介质循环系统的真空上料机的结构示意图。
22.图3为图1中采用二氧化碳调压的固体粉末颗粒储热换热介质循环系统的调压装置的结构示意图。
23.附图中涉及的附图标记和组成部分如下所示：
24.1、聚能模块
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2、第一循环管道 3、第二循环管道
25.31、排气阀
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4、第三循环管道 5、储热换热容器
26.51、容器出口
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52、换热管道入口 53、换热管道出口
27.6、真空上料机
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61、混合物入口
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62、储热粉末出口
28.63、气体出口
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64、控制器
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65、上料机主体
29.66、真空源
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67、过滤装置
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68、混合腔
30.69、过滤腔
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7、储气罐
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71、注气口
31.100、换热工质管
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200、调压装置
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210、主体腔
32.220、密封活塞
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230、空气泵
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240、压力传感器
33.250、管道连接口
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260、连通室
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270、平衡室
34.300、止回阀
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400、电控阀
具体实施方式
35.下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
36.本发明的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。
37.实施例1
38.图1为本发明实施例提供的采用二氧化碳调压的固体粉末颗粒储热换热介质循环系统的结构示意图，图2为图1中采用二氧化碳调压的固体粉末颗粒储热换热介质循环系统的真空上料机的结构示意图，图3为图1中采用二氧化碳调压的固体粉末颗粒储热换热介质循环系统的调压装置的结构示意图。请参照图1、图2、图3，本发明实施例提供的采用二氧化碳调压的固体粉末颗粒储热换热介质循环系统，包括聚能模块1、第一循环管道2、第二循环管道3、第三循环管道4、储热换热容器5、真空上料机6、储气罐7、换热工质管100、储热粉末及气体传输媒介；所述聚能模块1上设有所述第一循环管道2，所述第一循环管道2内部设置有所述储热粉末和所述气体传输媒介；具体地，所述储热粉末包括氧化镁、碳化硅和石墨及其两元或三元混合物；所述气体传输媒介为二氧化碳气体；在所述真空上料机6上设有混合物入口61、储热粉末出口62、气体出口63以及用于控制所述真空上料机6的控制器64；所述气体出口63通过所述第二循环管道3和所述储气罐7连通，所述储气罐7的气体出口通过所述第三循环管道4和所述第一循环管道2的入口连通；所述第一循环管道2的出口和所述混合物入口61连接，所述储热粉末出口62连接有所述储热换热容器5，所述储热换热容器5上设有容器出口51、换热管道入口52和换热管道出口53；所述容器出口51和所述第一循环管道2的入口连通，所述储热换热容器5的内部安装有所述换热工质管100，工质在所述换热工质管100内流动循环，所述换热工质管100的入口和出口对应和所述换热管道入口52以及所述换热管道出口53重合。具体地，第二循环管道3上设有排气阀31，所述储气罐7上设有注气口71。
39.进一步地，所述真空上料机6包括上料机主体65、真空源66、过滤装置67；所述上料机主体65的内部安装有所述过滤装置67，所述过滤装置67将所述上料机主体65的内部分为混合腔68和过滤腔69；所述真空源66和所述过滤腔69连通，所述气体出口63设于所述真空源66上，所述混合物入口61和所述储热粉末出口62均和所述混合腔68连通。所述混合腔68整体呈漏斗状，所述混合物入口61位于所述漏斗状混合腔68的上端开口处，所述储热粉末
出口62位于所述漏斗状混合腔68的下端开口处。进一步地，所述混合腔68的内壁光滑(通过精密抛光制成)；在所述气体出口63和所述容器出口51处均设有止回阀300。位于所述储热换热容器5内部的所述换热工质管100呈螺旋状，进而可以提高换热工质管100的吸热效率。
40.需要说明的是，本发明通过聚能模块1焦采集到的500～1000℃高温太阳光热能量，并将光热能量传输至第一循环管道2内部的储热粉末；在真空上料机6的作用下，密闭管道内形成压力差，从而实现储热粉末及气体传输媒介能在低压、常压情况下在系统管道内循环流动，从而将能量传输至换热工质管100内部的换热工质。
41.进一步地，聚能模块1采集到的高温太阳光热的收集、储存和利用；在系统首次使用时，须先通过控制器64打开真空上料机6将管道内空气通过排气阀31排出；排出系统内空气后关闭排气阀31，通过储气罐7的注气口71将高纯度二氧化碳注入储气罐7内部，并通过其相连管道输入整个系统。
42.本发明系统正常运作时，真空上料机6内的真空源66将储热粉末及气体传输媒介吸入，通过其内部旋风分离后储热粉末通过漏斗状混合腔68落入管道流进储热换热容器5内，实现在罐内暂时存储，或通过储热换热容器5给做功工质后变为低温介质重新流入聚能模块1的第一循环管道2内；高温气体传输媒介经过过滤装置67过滤后被抽出，通过第二循环管道3输送至储气罐7后再次通过第三循环管道4流入第一循环管道2由聚能模块1集热再次流入集热系统。再次输入的高温气体传输媒介在管道内与低温气体传输媒介混合后可以完成对低温气体传输媒介的提前加热，进行一次热回收，提高太阳光热的利用效率。
43.需要说明的是，储存二氧化碳的储气罐7及其连接管道、阀门均采用纳米高温绝热板、纳米级陶瓷保温隔热涂料、硅酸铝保温棉等新型高性能保温隔热材料进行涂覆和包裹，以降低本发明系统中高温气体传输媒介流经管道的散热损失，进一步提高了系统整体热效率和经济价值。
44.进一步地，在所述储热粉末出口62和所述储热换热容器5之间以及所述容器出口51处设有电控阀400；此外，储热换热容器5内部还设有电加热装置；需要说明的是，本发明可以实现双重模式的自主切换，夜间或其他情况下系统需要进入储热或市电低谷电加热模式时，首先通过电脑控制系统关闭储热换热容器下方容器出口51处的电控阀400，待管道内储热粉末进一步流入储热换热容器后关闭真空上料机6，并关闭储热粉末出口62和储热换热容器5之间的电控阀400，停止集热系统的循环，使储热换热容器5独立进入储热或电加热模式。白天需要切换光热采集模式时，开启储热换热容器5上下电控阀400和真空上料机6，恢复储热介质流动状态，使系统恢复光热采集循环模式。
45.进一步地，本发明的采用二氧化碳调压的固体粉末颗粒储热换热介质循环系统还包括调压装置200，所述调压装置200安装在所述第三循环管道4上；所述调压装置200包括主体腔210、密封活塞220、空气泵230和压力传感器240；所述主体腔210上设有管道连接口250，所述管道连接口250和所述第三循环管道4连通，所述密封活塞220安装于所述主体腔210的内部，将所述主体腔210的内部分为连通室260和平衡室270，所述连通室260和所述第三循环管道4连通，所述平衡室270内安装有所述压力传感器240；所述主体腔210上安装有与所述平衡室270内部连通的所述空气泵230，所述空气泵230和所述压力传感器240连接。
46.需要说明的是，通过调压装置200来调节系统内因温度变化而产生的气体压力起伏；当管道内压力在正常范围内波动时，会推动密封活塞220移动平衡，当管道内气体压力
超过或低于设定范围时，会触发压力传感器240产生信号输送到控制系统，并通过控制系统自动打开空气泵230，对平衡室270内进行排气或注气，从而推动密封活塞220的位置变化以调节管道内压力保持在设定的区间范围内。
47.基于上文的描述可知，本发明优点在于：
48.1、本发明的采用二氧化碳调压的固体粉末颗粒储热换热介质循环系统，采用二氧化碳调压能够让氧化镁、碳化硅或石墨等固体粉末颗粒储热换热介质在采集太阳能光热的聚能模块介质管道、储热罐、管道、阀门等储热换热封闭系统内，在低压、常压条件下循环流动，从而可以将聚能模块折射聚焦的温度高达500～1200℃高温太阳光热能量通过换热、储热等方式交换给做功介质，从而解决高温太阳光热的采集之后的应用，对高温太阳光热利用的商业化推广应用、节能减排和“双碳”目标的实现有着重大的战略意义。
49.2、本发明的采用二氧化碳调压的固体粉末颗粒储热换热介质循环系统，采用二氧化碳调压后氧化镁、碳化硅和石墨及其二元或三元混合物等储热换热介质在高温条件下，却能以低压、常压或者无压的方式实现储热换热介质的系统封闭循环；参与调压的二氧化碳从系统的减压侧与固体粉末颗粒分离抽出进入二氧化碳储气罐，从增压侧重新与固体粉末颗粒混合实现介质的系统循环，不会因排空到环境中造成热能损失，从而保证了储热换热系统的效率；二氧化碳物理化学性质十分稳定，不会像空气造成氧化镁、碳化硅和石墨等固体储热换热粉末颗粒颗粒在常温及高温环境下的氧化、结块，以及其他物理化学性质的变化。
50.3、本发明的采用二氧化碳调压的固体粉末颗粒储热换热介质循环系统，充分考虑商业实用价值经济性因素，以惰性气体中较为便宜的氦气为例，市场价为450-500元/m3，且对制造工艺和运输要求很高；二氧化碳可以液化储存和运输，市场价仅12-15元/m3。因此本发明中采用二氧化碳为传输系统的填充气体具有更高的商业价值，对推动本发明系统的商业化应用有非同寻常的重大意义。
51.4、本发明的采用二氧化碳调压的固体粉末颗粒储热换热介质循环系统，以真空过料机为枢纽，通过抽取集热管道内二氧化碳气体，使管道内部形成压力差，从而实现管道内气体带动固体传热介质循环流动。换热、储热介质通过真空过料机内旋风分离后落入储热罐内，实现罐内暂时存储，或通过换热放热给做功工质后变为低温介质重新流入聚能模块的集热管道内；被抽出的高温二氧化碳气体通过管道输送至储气罐，然后再次进入聚能模块集热管流入集热系统。储气罐及其连接管道均采用纳米高温绝热板、纳米级陶瓷保温隔热涂料、硅酸铝保温棉等新型高性能保温隔热材料进行涂覆和包裹，以达到保温效果，封闭循环的高温二氧化碳从低温增压侧与储热换热介质混合后，可以将热量交换给低温固体粉末颗粒相当于具有热回收的效果，减少了系统的热损失，提高了系统储热、换热的效率。
52.5、本发明的采用二氧化碳调压的固体粉末颗粒储热换热介质循环系统，设置了电脑辅助控制系统，用于自动切换储热模式和光热采集循环模式；夜间或其他情况下系统需要进入储热或电加热模式时，通过电脑控制系统关闭储热罐介质流出口电控阀阀门，待管道内传热介质进一步流入储热容器后关闭真空过料机以及储热容器上部电控阀门，进入储热或电加热模式；白天开启储热容器上下电控阀门和真空机即可恢复光热采集循环模式；储热与光热采集模式的自主切换对提高热能利用效率和后续商业化应用具有实质性意义。
53.6、本发明的采用二氧化碳调压的固体粉末颗粒储热换热介质循环系统，设计了调
压装置，该装置利用密闭活塞的移动来平衡活塞气体压力，从而保持循环管道内气体压力处在合理区间内，可以有效避免因系统管道内压力大范围波动而导致的各种问题，对保证系统设施的稳定性与安全性具有重要作用。
54.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。