一种太阳能热发电站用固体颗粒堆积床式空气吸热器，由石英玻璃管束（1）、固体颗粒（2）、冷空气集箱（3）、热空气集箱（4）、冷空气入口（5）和热空气出口（6）组成。石英玻璃管束（1）由多根石英玻璃管组成。固体颗粒（2）堆积于石英玻璃管束（1）中的石英玻璃管内部，固体颗粒（2）在工作过程中保持静止状态。冷空气集箱（3）位于石英玻璃管束（1）的下部与石英玻璃管束（1）的下部密封连接，热空气集箱（4）位于石英玻璃管束（1）的上部与石英玻璃管束（1）的上部密封连接。冷空气入口（5）位于冷空气集箱（3）上，热空气出口（6）位于热空气集箱（4）上。本发明专利技术可获得700℃-1300℃、常压或者1MPa压力以上的高温空气，同时利用自身的显热储热。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种太阳能热发电站用空气吸热器。
技术介绍
太阳能是取之不尽用之不竭的可再生能源，在化石燃料逐年减少、国际能源形势日趋严峻的今天，开发利用太阳能是实现能源供应多元化、保证能源安全的重要途径之一。塔式热发电装置基本原理是利用众多的定日镜，将太阳辐射反射到置于塔上的太阳能接收器上，借助加热工质产生过热蒸汽或高温空气，驱动发电机组，产生电能。高温太阳能吸热器是塔式热发电系统的核心部件。国外围绕此项技术进行了诸多研究，主要集中在美国、西班牙、德国、以色列、澳大利亚、韩国等。其中应用较多的是容积式吸热器，就是一种由三维基体所构成的接收太阳辐射的吸热体，流过的工作流体与其进行直接的热交换而被加热。容积式太阳能吸热器通常有一个空心壳体，用于容纳容积式太阳能吸收装置，壳体由玻璃透光窗覆盖，形成封闭的吸热装置腔体，腔体可以容纳与吸收装置直接接触的工作流体，工作流体流过吸热装置腔体，从吸收装置上吸收热量。美国专利4394859公开了一种以空气为传热流体的柱状金属管式吸热器，该吸热器对金属要求较高，系统复杂，成本高，而且许用能流密度较低，难以获得高温度的空气。美国专利4777934公布了采用带有粒子的压缩空气为传热流体的太阳能吸热器，其温度可被加热至700°C，该吸热器无法应用到更高的温度。美国专利US6668555B1公布了基于吸热器的太阳能发电系统，采用热管式太阳能吸热器，其传热工质为空气，虽然传热效率较高，但应用于高温需要采用金属钠等物质作为热管内的相变材料，对安全性要求苛刻。中国专利CN2758657提出了腔式太阳能吸收器，分为内外两个腔，内腔体临近石英玻璃窗表面涂覆太阳能选择性吸收涂层，并且采用不同的物质用于传热和蓄热，用于高温场合，但其结构较为复杂。中国专利CN2872208提出了一种空腔式太阳能空气吸热器，采用了针管冷却玻璃窗、管状吸热体，管状吸热体的换热表面积小，传热效率不高，冷却玻璃窗也难于制作为较大尺寸。综上所述，为了获得高温高压空气，目前的空气吸热器多采用石英玻璃窗实现透光和密封功能，在由于受到石英玻璃生产工艺的限制，单片石英玻璃难以被加工成较大面积，限制了承压式空气吸热器的功率。在通常的容积式空气吸热器中，陶瓷或金属吸热体均会出现局部的“热斑”而造成吸热体损坏，而且在大功率应用中，大尺寸陶瓷体的制备和连接均存在技术难题。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有承压式空气吸热器难以用于较大功率的不足，提供一种新的空气吸热器。本专利技术以石英玻璃管束的石英玻璃管为空气流道，利用石英玻璃的高透光率和耐高温特性，采用堆积石英玻璃管内的固体颗粒为吸热体，利用固体颗粒的吸收率高、耐高温、导热系数高、比表面积大的特点进行高效吸热与换热。所述的固体颗粒在接收太阳辐射时还具有储热功能，可以在一定时间内避免空气温度的较大波动。本专利技术可根据使用要求建造较大容量的空气吸热器，可用于常压和高压系统。选择碳化硅、氮化硅、石墨等耐温高材料作为固体颗粒可在1200°C及更高温度范围内使用，确保了本专利技术的空气吸热器可用于较高的温度。碳化硅、石墨等固体颗粒的导热系数高温时可大于low/ (mK)，而且具有很高的辐射吸收率，通过设计颗粒的形状和大小，可以最大限度吸收投入的太阳辐射能。堆积于石英玻璃管中固体颗粒群具有较大的比表面积，确保了换热过程中空气与吸热体间可获得较高的传热效率。本专利技术的固体颗粒堆积床式空气吸热器，以堆积于石英玻璃管中的固体颗粒为吸热介质，空气为传热流体。所述的吸热器包括位于上部的热空气集箱、位于下部的冷空气集箱和与热空气集箱、冷空气集箱密封连接的石英玻璃管束组成。石英玻璃管束为多根管径相同或者不同的石英玻璃管排列而成。石英玻璃管内充满固体颗粒。热空气集箱的侧面或底部开有一个或多个热空气出口，冷空气集箱的侧面或底部开有一个或多个冷空气入口。固体颗粒为球形、椭球形或者其他形状，颗粒大小可以相同也可以不同，固体颗粒的形状、颗粒直径和颗粒密度等参数由流入石英玻璃管束中空气速度分布决定，其原则是实现固体颗粒与空气充分换热，吸热器工作在高温环境，吸热器未用于接收太阳光的部分包覆有耐高温保温层，以控制热量的散失。本专利技术工作过程如下:经聚光设备收集的聚光辐射能流投射至组成石英玻璃管束的石英玻璃管表面，部分福射能被石英玻璃管面向福射能量投入侧的表面反射，部分福射能流被石英玻璃管吸收，部分辐射能流被石英玻璃管内充满的固体颗粒反射和吸收，固体颗粒间有空隙，辐射能流在空隙间传播，辐射能被固体颗粒吸收转换为热能，使得固体颗粒温度升高，温度较低的冷空气与温度较高的固体颗粒表面间进行对流传热，由于固体颗粒间为空隙，使得空气与固体颗粒间的传热面积较大，传热效率较高。选择固体颗粒直径在0.1-1Omm之间,选在合适的颗粒直径可以实现聚光辐射能流的高效吸收和空气与固体颗粒间的高效传热。本专利技术结构简单，可按需求设计固体颗粒的粒径大小，加之调整空气的流动速度，可实现太阳辐射能高效吸收、热量高效传递给空气的目的。本专利技术可以获得温度范围为7000C -1600°C、常压或IMPa压力以上的高温空气。同时固体颗粒具有储热功能，可以在一定时间间隔内控制空气温度输出参数的波动。附图说明图1固体颗粒堆积床式空气吸热器工作原理图；图2以非压缩空气为传热流体的太阳能热发电站运行原理图；图3压缩空气为传热流体的太阳能热发电站运行原理图；图中:1石英玻璃管束、2固体颗粒、3冷空气集箱、4热空气集箱、5冷空气入口、6热空气出口、7聚光辐射能流、8定日镜场、9支撑塔、10固体颗粒堆积床式空气吸热器、11冷空气、12风机、13热空气、14蒸汽发生器、15水泵、16汽轮机、17发电机、18水换热器、19空气压缩机、20冷压缩空气、21热压缩空气、22空气透平。具体实施例方式下面结合附图和具体实施方式进一步说明本专利技术。图1所示为本专利技术固体颗粒堆积床式空气吸热器。该吸热器由石英玻璃管束1、固体颗粒2、冷空气集箱3、热空气集箱4、冷空气入口 5和热空气出口 6组成。石英玻璃管束I由多根石英玻璃管排列组成。所述的石英玻璃管的直径可以相同也可以不同，石英玻璃管的排列形式可以是顺序排列或交叉排列。石英玻璃管束I的排列形式与管束数量受投入的聚光辐射能流7的特性决定，其原则是确保投入至吸热器上的所有聚光辐射能流7均被固体颗粒2和组成石英玻璃管束I的多根石英玻璃管吸收。固体颗粒2充满于每根石英玻璃管内，固体颗粒2具有高的辐射吸收率，可在1600°C以上温度长期使用，固体颗粒2的直径可以相同也可以不同，固体颗粒的形状、颗粒直径和颗粒密度等参数由流入石英玻璃管束I中空气速度分布决定，其原则是实现固体颗粒2与空气充分换热，固体颗粒2的材料可以是碳化硅陶瓷、石墨、氮化硅陶瓷等。冷空气集箱3位于石英玻璃管束I的下部，与石英玻璃管束I的下部密封连接。冷空气集箱3可实现冷空气汇集和空气压力与流量分配，冷空气集箱3的侧面或底部设有一个或多个冷空气入口 5，冷空气入口 5的位置、尺寸和数量依据冷空气的流场特征决定。热空气集箱4位于石英玻璃管束I的上部，与石英玻璃管束I的上部密封连接，可实现热空气汇集和空气压力分配，热空气集箱4的侧面或顶部设有一个或多个热空气出口 6，热空气出口 6的位置、尺寸和数量依据本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种太阳能热发电站用固体颗粒堆积床式空气吸热器，其特征在于，所述的吸热器由石英玻璃管束（1）、固体颗粒（2）、冷空气集箱（3）、热空气集箱（4）、冷空气入口（5）和热空气出口（6）组成；所述的石英玻璃管束（1）由多根石英玻璃管排列组成，所述的固体颗粒（2）充满所述的石英玻璃管内部，固体颗粒（2）在工作过程中始终维持静止状态；所述的冷空气集箱（3）位于石英玻璃管束（1）的下部，与石英玻璃管束（1）的下部密封连接；所述的热空气集箱（4）位于石英玻璃管束（1）的上部，与石英玻璃管束（1）的上部密封连接；所述的冷空气集箱（3）的侧面或底部开有冷空气入口（5），热空气集箱（4）的侧面或顶部开有热空气出口（6）。
【技术特征摘要】
1.一种太阳能热发电站用固体颗粒堆积床式空气吸热器，其特征在于，所述的吸热器由石英玻璃管束(I)、固体颗粒(2)、冷空气集箱(3)、热空气集箱(4)、冷空气入口(5)和热空气出口(6)组成；所述的石英玻璃管束(I)由多根石英玻璃管排列组成，所述的固体颗粒(2)充满所述的石英玻璃管内部，固体颗粒(2)在工作过程中始终维持静止状态；所述的冷空气集箱(3)位于石英玻璃管束(I)的下部，与石英玻璃管束(I)的下部密封连接；所述的热空气集箱(4)位于石英玻璃管束(I)的上部，与石英玻璃管束(I)的上部密封连接；所述的冷空气集箱(3)的侧面或底部开有冷空气入口(5)，热空气集箱(4)的侧面或顶部开有热空气出口(...
【专利技术属性】
技术研发人员：白凤武，王志峰，王艳，张亚南，李青，王方舟，
申请(专利权)人：中国科学院电工研究所，
类型：发明
国别省市：
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