CN105318570A - 固体粒块槽式太阳能流态化驱动换热传热系统 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的是提供固体粒块槽式太阳能流态化驱动换热传热系统，包括固体粒块流态化驱动泵和太阳能槽式采集系统，固体粒块经由固体粒块流态化驱动泵驱动，沿固体粒块上行管道进入到设置在槽式采集系统的焦点部位的太阳能光热转换器中，经太阳能光热转换器转化的热加固体粒块，使得固体粒块温度达到300-1000摄氏度，然后固体粒块沿着下行管道进入到蓄热换热器中，蓄热换热器与发电的工作介质进行热交换，从而使固体粒块的温度降到10-200摄氏度，低温的固体粒块再由固体粒块流态化驱动泵驱动进入到太阳能光热转换器中，从而实现高温的采集和传热、换热、蓄热。本发明可以实现高温、大规模、低成本、高效率的采集及传热，并适合于10-1500摄氏度的温度工作。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能热能利用，特别是利用固体粒块实现线聚焦太阳能加热及传热和利用。
背景技术
在太阳能领域，采用熔融盐蓄热，虽然熔融盐可以实现高温的储存，但是由于其需要从固态转变为液体，因而需要热能将其加热，同时熔融盐的毒性、经济型、安全性也存在问题，因而熔融盐蓄热的使用受到限制。
在太阳能领域，也采用空气或其他气体进行蓄热，但其热熔小，无法实现大规模的热能存储。
对于槽式太阳能聚焦系统，通常采用熔融盐进行传热，太阳能采集管通常采用不锈钢的关键的光热转换器，内部流动熔融盐，但是这种结构的缺点是明显的，耗能、有毒，安全与经济性存在明显的缺陷。
发明内容
本发明的目的是提供固体粒块槽式太阳能流态化驱动换热传热系统，采用固体粒块取代熔融盐，将固体粒块设置在传送器件上，传送器件设置在玻璃管内，实现热能的采集加热固体粒块，并通过传输器件将固体粒块传输到蓄热器内，完成热能的采集和传热。本发明可以实现高温、大规模、低成本、高效率的采集及传热，并适合于10-1500度的温度工作。
具体发明内容如下：
固体粒块槽式太阳能流态化驱动换热传热系统，由槽式太阳能镜、线聚焦太阳能光热转换器、透光管、保温管、蓄热换热器组成一组太阳能槽式线聚焦采集系统，其特征是：包括固体粒块流态化驱动泵；
所述线聚焦太阳能光热转换器包括至少有一个管道，在管道的一端设置有进口，在另外一端设置有出口，固体粒块可以从进口进入到管道内部，在管道的腔体内部设置有螺旋器件，螺旋器件由圆柱螺旋线或螺旋管组成，螺旋器件固定连接在转杆上，转杆设置在管道内容，并与管道的轴线重合或平行，螺旋器件的进口与管道的进口相互联通，螺旋器件的出口与管道的出口相互联通，在管道内部或者周围设置有至少一个电机，电机与转杆进行连接，电机可以驱动转杆转动，带动固定在其上的螺旋器件在管道内部进行转动，固体粒块可以经由开口部位进入到螺旋管道内，在电机驱动下螺旋管道转动，驱动螺旋管道内的固体粒块从进口流动到出口；
所述固体粒块流态化驱动泵，由动力装置、流态化腔室、固体粒块进口、固体粒块出口、流体进口、流态化床、电子控制装置、壳体组成，固体粒块通过固体粒块进口进入到流态化腔室内，流体通过设置在流态化腔室壳体上的流体进口进入到流态化腔室内，进入到流态化室内的固体粒块及流体进行混合达到流态化状态，或者固体粒块及流体进行混合由动力装置提供动力驱动使其达到流态化状态，流态化床设置在动力装置与流态化腔室之间，动力装置提供的气体经流态化床进入到流态化室内，固体粒块及流体从固体粒块出口流出到流态化腔室外部，实现固体粒块的流态化流动；
透光管设置在槽式太阳能镜的太阳能照射部位，保温管设置在槽式太阳能镜非照射部位，透光管与保温管进行连接，传送器件设置在透光管或保温管内，固体粒块由固体粒块流态化驱动泵驱动可以在螺旋管道内运动；
将固体粒块流态化驱动泵设置在太阳能槽式线聚焦采集系统的支架上或地面上，固体粒块设置在装载箱内，固体粒块流态化驱动泵、线聚焦太阳能光热转换器与蓄热换热器分别通过上行管道和下行管道以及连接管道相互连接形成一个闭环的回路系统，固体粒块经由固体粒块流态化驱动泵驱动，沿固体粒块上行管道进入到设置在太阳能槽式线聚焦采集系统的焦点部位的线聚焦太阳能光热转换器中，经光热转换器转化的热加固体粒块，使得固体粒块温度达到300-1000度，然后，固体粒块沿着下行管道进入到蓄热换热器中，蓄热换热器与发电的工作介质进行热交换，从而使固体粒块的温度降到10-200度，低温的固体粒块沿着连接管道进入到装载箱内，再由流态化驱动泵驱动进入到线聚焦太阳能光热转换器中，从而实现利用流态化驱动泵驱动，固体粒块在封闭循环管道内进行循环，实现高温的采集和传热、换热、蓄热。
透光管选择下列一种：有真空层的玻璃管、玻璃管、石英管、微晶管。
所述的动力装置选择下列的一种或多种：风机或空压机。
下行管道与多个蓄热换热器进行连接，可以将固体粒块储存在不同的蓄热换热器中实现蓄热，但需要使用此热能时，再通过流体与固体粒块换热，实现热能的应用。
为了适合于进行高温驱动，在进行100度以上高温传输过程中，在动力装置与流态化腔室之间设置有隔热腔室，以保证动力装置可以正常的工作。
隔热腔室内部充入下列一种或多种材料用于完成隔热：
A、真空气体或惰性气体，用于增加热阻，实现隔热；
B、液体绝热材料；
C、相变材料；
D、固体隔热材料；
在隔热腔室的壳体上，设置有用于隔热材料进出的进口与出口。
所述的固体粒块为由金属或非金属或其混合物组成的颗粒或者/和砖块，或者自然界存在的沙粒、鹅卵石、小石块，固体粒块的形状为圆形、多边形、菱形、扇形、不规则现状；在固体粒块上加工有凹或/和凸部位，或者在固体粒块上设置有用于相互连接或者与其他器件连接的连接装置；两个固体粒块之间的凹或/和凸部位可以构成一个通道；用于流体进行流通；所构成的通道为柱体、多面体、菱形、抛物线体、旋转抛物线体的一种或其组合，流体可以在流道内流动并被压缩或膨胀；在固体粒块内设置有空腔，在空腔内设置有蓄热材料。
固体粒块有下列至少一种材料组成：
A、窑炉的排出物，包括冶金、化工、电力、煤炭行业窑炉排出的钢渣、铁渣、煤灰；
B、尾款粉，包括各种矿选矿后形成的尾款物；
C、垃圾的固体物质，包括垃圾处理后的固体处理物；
D、建筑废弃物，包括建筑完成后的废弃物形成的粒块；
E、金属或非金属粉，包括石墨粉；
F、导热水泥。
所述的固体粒块为直径为1-300MM球体，材料为钢、铁、陶瓷、氧化铝、玻璃、石墨的一种或多种。
线聚焦太阳能光热转换器用温控装置，在线聚焦太阳能光热转换器的进口以及出口设置有开关，在光热转换器内部腔体上设置有温度传感器，在壳体上设置有太阳能光照强度及角度的传感器；电子控制器件设置在光热转换器的保温层外部，电子控制器件采集温度传感器、太阳能光照强度及角度的传感器的数据，来控制固体粒块流态化驱动泵的电机，由电机控制进入到流态化泵腔体的固体颗粒的数量和速度，进而可以根据太阳能光照强度、固体粒块的温度，实现对光热转换器内部固体粒块温度的控制，当温度低于设定值时，保持固体粒块在光热转换器内被加热，当温度达到设定值时，打开下光热转换器出口的电控开关，将固体粒块排出到光热转换器外。
电子控制器件由线路板、电子器件、软件、控制面板、壳体组成，电子器件设置在线路板上，电子器件与传感器以及电控开关连接，软件存储在电子器件中，控制面板设置在壳体上；电子控制器件上设置有无线或有限的装置，可以将电子控制器件与地面设备将通讯或直接连接互联网。
电子控制器件上设置有无线或有线的装置，可以将电子控制器件与地面设备将通讯或直接连接互联网。
采用本发明的技术方案可产生如下的有益效果：
1、由于现有的槽式采集由熔融盐传热，其温度为400-600度，无法实现高温传热，本发明可以到到1500度的高温采集；突破了现有槽式系统温度的限制；
2、本发明安全可靠，经济使用；
3、本发明可以应用于工业余热、太阳能、地热、生物质等多种应用。
附图说明
图1是流态化线聚焦加热传热系统示意图；
图2是具有温控的流态化线聚焦加热传热系统示意图。
图中标号含义：
1：线聚焦太阳能镜，2：光热转换器，3：驱动泵，4：固体粒块，5：蓄热器，6：电机，7：太阳能转换涂层，8：保温管，9：透光管，10：上行管道，11：下行管道，12：转杆，13：螺旋器件，14：螺旋通道，15：装载箱，16：开关或阀门，17：传感器件，18：温控器件。
具体实施方式
实施例1、线聚焦加热传热系统
图1、2所示的流态化线聚焦加热传热系统，由线聚焦太阳能镜1、光热转换管2，透光管9、驱动泵3、固体粒块4、换热蓄热器5、电机6，上行管道10，下行管道11等组成，光热转换器件2设置在透光管9内，并设置在线聚焦太阳能镜的焦线区域内，光热转换管2的太阳能照射部位设置有太阳能涂层7，传电机设置在透光管9外部，转杆设置在光热转换器的内部轴心上，并由电机驱动可以旋转，线聚焦太阳能镜1设置在透光管外部，太阳能经线聚焦太阳能镜1聚焦到光热转换器上的太阳能涂层部位，将太阳能转转换为热能，加热处于其内部的固体颗粒4，实现热能的采集。
透光管9设置在线聚焦太阳能镜的太阳能照射部位，保温管设置在线聚焦太阳能镜非照射部位，透光管与保温管进行连接，固体粒块4设置在装载箱内，并由驱动泵3驱动实现运动，沿上行管道进入到光热转换器内，再由电机驱动，在光热转换器内运行，固体粒块被加加热到400-1200度后，从出口流出进入到换热蓄热器内，经与发电工作介质进行换热，将固体粒块的温度降低为50-300度，然后由驱动泵驱动，再次进入到装载箱内，实现了固体粒块的循环。
实施例2、代温控系统的线聚焦加热传热系统
在图2所示的系统中，增加了温控装置，在线聚焦太阳能光热转换器的进口以及出口设置有开关，在光热转换器内部腔体上设置有温度传感器，在壳体上设置有太阳能光照强度及角度的传感器；电子控制器件设置在光热转换器的保温层外部，电子控制器件采集温度传感器、太阳能光照强度及角度的传感器的数据，来控制固体粒块流态化驱动泵的电机，由电机控制进入到流态化泵腔体的固体颗粒的数量和速度，进而可以根据太阳能光照强度、固体粒块的温度，实现对光热转换器内部固体粒块温度的控制，当温度低于设定值时，保持固体粒块在光热转换器内被加热，当温度达到设定值时，打开下光热转换器出口的电控开关，将固体粒块排出到光热转换器外。
电子控制器件由线路板、电子器件、软件、控制面板、壳体组成，电子器件设置在线路板上，电子器件与传感器以及电控开关连接，软件存储在电子器件中，控制面板设置在壳体上。
电子控制器件上设置有无线或有限的装置，可以将电子控制器件与地面设备将通讯或直接连接互联网。
根据本发明的原理及结构，可以设计其他的实施案例，只要符合本发明的原理及结构，都属于本发明的实施。
Claims (11)
1.固体粒块槽式太阳能流态化驱动换热传热系统，由槽式太阳能镜、线聚焦太阳能光热转换器、透光管、保温管、蓄热换热器组成一组太阳能槽式线聚焦采集系统，其特征是：包括固体粒块流态化驱动泵；
所述线聚焦太阳能光热转换器包括至少有一个管道，在管道的一端设置有进口，在另外一端设置有出口，固体粒块可以从进口进入到管道内部，在管道的腔体内部设置有螺旋器件，螺旋器件由圆柱螺旋线或螺旋管组成，螺旋器件固定连接在转杆上，转杆设置在管道内容，并与管道的轴线重合或平行，螺旋器件的进口与管道的进口相互联通，螺旋器件的出口与管道的出口相互联通，在管道内部或者周围设置有至少一个电机，电机与转杆进行连接，电机可以驱动转杆转动，带动固定在其上的螺旋器件在管道内部进行转动，固体粒块可以经由开口部位进入到螺旋管道内，在电机驱动下螺旋管道转动，驱动螺旋管道内的固体粒块从进口流动到出口；
所述固体粒块流态化驱动泵，由动力装置、流态化腔室、固体粒块进口、固体粒块出口、流体进口、流态化床、电子控制装置、壳体组成，固体粒块通过固体粒块进口进入到流态化腔室内，流体通过设置在流态化腔室壳体上的流体进口进入到流态化腔室内，进入到流态化室内的固体粒块及流体进行混合达到流态化状态，或者固体粒块及流体进行混合由动力装置提供动力驱动使其达到流态化状态，流态化床设置在动力装置与流态化腔室之间，动力装置提供的气体经流态化床进入到流态化室内，固体粒块及流体从固体粒块出口流出到流态化腔室外部，实现固体粒块的流态化流动；
透光管设置在槽式太阳能镜的太阳能照射部位，保温管设置在槽式太阳能镜非照射部位，透光管与保温管进行连接，传送器件设置在透光管或保温管内，固体粒块由固体粒块流态化驱动泵驱动可以在螺旋管道内运动；
将固体粒块流态化驱动泵设置在太阳能槽式线聚焦采集系统的支架上或地面上，固体粒块设置在装载箱内，固体粒块流态化驱动泵、线聚焦太阳能光热转换器与蓄热换热器分别通过上行管道和下行管道以及连接管道相互连接形成一个闭环的回路系统，固体粒块经由固体粒块流态化驱动泵驱动，沿固体粒块上行管道进入到设置在太阳能槽式线聚焦采集系统的焦点部位的线聚焦太阳能光热转换器中，经光热转换器转化的热加固体粒块，使得固体粒块温度达到300-1000度，然后，固体粒块沿着下行管道进入到蓄热换热器中，蓄热换热器与发电的工作介质进行热交换，从而使固体粒块的温度降到10-200度，低温的固体粒块沿着连接管道进入到装载箱内，再由流态化驱动泵驱动进入到线聚焦太阳能光热转换器中，从而实现利用流态化驱动泵驱动，固体粒块在封闭循环管道内进行循环，实现高温的采集和传热、换热、蓄热。
2.根据权利要求1所述的固体粒块槽式太阳能流态化驱动换热传热系统，其特征是：透光管选择下列一种：有真空层的玻璃管、玻璃管、石英管、微晶管。
3.根据权利要求1所述的固体粒块槽式太阳能流态化驱动换热传热系统，其特征是：所述的动力装置选择下列的一种或多种：风机或空压机。
4.根据权利要求1所述的固体粒块槽式太阳能流态化驱动换热传热系统，其特征是：下行管道与多个蓄热换热器进行连接，可以将固体粒块储存在不同的蓄热换热器中实现蓄热，但需要使用此热能时，再通过流体与固体粒块换热，实现热能的应用。
5.根据权利要求1所述的固体粒块槽式太阳能流态化驱动换热传热系统，其特征是：在进行100度以上高温传输过程中，在动力装置与流态化腔室之间设置有隔热腔室，以保证动力装置可以正常的工作。
6.根据权利要求5所述的固体粒块槽式太阳能流态化驱动换热传热系统，其特征是：隔热腔室内部充入下列一种或多种材料用于完成隔热：
A、真空气体或惰性气体，用于增加热阻，实现隔热；
B、液体绝热材料；
C、相变材料；
D、固体隔热材料；
在隔热腔室的壳体上，设置有用于隔热材料进出的进口与出口。
7.根据权利要求1所述的固体粒块槽式太阳能流态化驱动换热传热系统，其特征是：所述的固体粒块为由金属或非金属或其混合物组成的颗粒或者/和砖块，或者自然界存在的沙粒、鹅卵石、小石块，固体粒块的形状为圆形、多边形、菱形、扇形、不规则现状；在固体粒块上加工有凹或/和凸部位，或者在固体粒块上设置有用于相互连接或者与其他器件连接的连接装置；两个固体粒块之间的凹或/和凸部位可以构成一个通道；用于流体进行流通；所构成的通道为柱体、多面体、菱形、抛物线体、旋转抛物线体的一种或其组合，流体可以在流道内流动并被压缩或膨胀；在固体粒块内设置有空腔，在空腔内设置有蓄热材料。
8.根据权利要求1所述的固体粒块槽式太阳能流态化驱动换热传热系统，其特征是：固体粒块有下列至少一种材料组成：
A、窑炉的排出物，包括冶金、化工、电力、煤炭行业窑炉排出的钢渣、铁渣、煤灰；
B、尾款粉，包括各种矿选矿后形成的尾款物；
C、垃圾的固体物质，包括垃圾处理后的固体处理物；
D、建筑废弃物，包括建筑完成后的废弃物形成的粒块；
E、金属或非金属粉；包括石墨粉；
F、导热水泥。
9.根据权利要求8所述的固体粒块槽式太阳能流态化驱动换热传热系统，其特征是：所述的固体粒块为直径为1-300MM球体，材料为钢、铁、陶瓷、氧化铝、玻璃、石墨的一种或多种。
10.根据权利要求1所述的固体粒块槽式太阳能流态化驱动换热传热系统，其特征是：在线聚焦太阳能光热转换器的进口以及出口设置有开关，在光热转换器内部腔体上设置有温度传感器，在壳体上设置有太阳能光照强度及角度的传感器；电子控制器件设置在光热转换器的保温层外部，电子控制器件采集温度传感器、太阳能光照强度及角度的传感器的数据，来控制固体粒块流态化驱动泵的电机，由电机控制进入到流态化泵腔体的固体颗粒的数量和速度，进而可以根据太阳能光照强度、固体粒块的温度，实现对光热转换器内部固体粒块温度的控制，当温度低于设定值时，保持固体粒块在光热转换器内被加热，当温度达到设定值时，打开下光热转换器出口的电控开关，将固体粒块排出到光热转换器外。
11.根据权利要求10所述的固体粒块槽式太阳能流态化驱动换热传热系统，其特征是：电子控制器件由线路板、电子器件、软件、控制面板、壳体组成，电子器件设置在线路板上，电子器件与传感器以及电控开关连接，软件存储在电子器件中，控制面板设置在壳体上；电子控制器件上设置有无线或有限的装置，可以将电子控制器件与地面设备将通讯或直接连接互联网。
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