一种交替式颗粒吸热器及太阳能发电系统

技术领域

本发明属于太阳能热发电技术领域，尤其涉及一种交替式颗粒吸热器及太阳能发电系统。

背景技术

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。

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。

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。若采用液态金属或其他高温换热介质先进行吸热，再将热量传递给颗粒的方法是一个解决方案，但其中仍存在换热介质在受热过高时，发生相变，压力抖增，发生爆管。

因此，现有颗粒吸热器存在吸热效率偏低的问题和易发生爆管的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种交替式颗粒吸热器及太阳能发电系统，以解决现有颗粒吸热器吸热效率低的问题。

为解决上述问题，本发明的技术方案为：

本发明的一种交替式颗粒吸热器，包括吸热区域、换热区域、第一吸热部、第二吸热部和动力装置；

所述换热区域外设有壳体，颗粒在所述换热区域内与第一吸热部或第二吸热部传热接触，所述吸热区域设于所述换热区域上方；

所述动力装置的输出端分别与所述第一吸热部、所述第二吸热部相连，用于驱动所述第一吸热部和所述第二吸热部交替往返于吸热区域和所述换热区域之间。

本发明的交替式颗粒吸热器，所述第一吸热部和所述第二吸热部均为环形吸热管组，且所述第一吸热部套设于所述第二吸热部。

本发明的交替式颗粒吸热器，所述环形吸热管组包括若干实心吸热管和若干夹紧单元，所述实心吸热管之间设置有间隙，同一环形吸热管组的各实心吸热管由所述夹紧单元连接在一起。

本发明的交替式颗粒吸热器，所述第一吸热部包括第一吸热侧和第一换热侧，第一换热侧设置在第一吸热部上与第一吸热侧相对的一侧，第一换热侧设有若干间隔且交错排列的第一换热件；

所述第二吸热部包括第二吸热侧和第二换热侧，第二换热侧设置在第二吸热部上与第二吸热侧相对的一侧，第二换热侧设有若干间隔且交错排列的第二换热件。

本发明的交替式颗粒吸热器，还包括颗粒换热器、颗粒输送部；

所述颗粒换热器的输入端与所述壳体的输出端连通；

所述颗粒换热器的输出端与所述颗粒输送部的输入端连通；

所述颗粒输送部的输出端与所述壳体的输入端连通。

本发明的交替式颗粒吸热器，所述颗粒输送部包括提升斗和颗粒喷洒器；

所述提升斗的输入端与所述颗粒换热器的输出端连通，所述提升斗的输出端与所述颗粒喷洒器的输入端连通，所述颗粒喷洒器的输出端与所述换热区域连通。

本发明的交替式颗粒吸热器，所述换热区域内与所述第一吸热部和所述第二吸热部对应的空间分别为第一换热空间和第二换热空间；

所述颗粒喷洒器的输出端包括第一输出口和第二输出口；所述第一输出口设置在所述第一换热空间，所述第二输出口设置在所述第二换热空间。

本发明的交替式颗粒吸热器，还包括热颗粒收集部和冷颗粒收集部；

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；

所述冷颗粒收集部设于所述颗粒换热器的下端。

本发明的交替式颗粒吸热器，所述动力装置为起重机；

所述第一吸热部上设有第一吊耳，所述第二吸热部上设有第二吊耳；

所述起重机的第一吊绳与所述第一吊耳相连，所述起重机的第二吊绳与所述第二吊耳相连。

本发明的一种太阳能发电系统，包括上述任意一项所述的交替式颗粒吸热器。

本发明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：

1、本发明一实施例通过设置动力装置，由动力装置带动第一吸热部和第二吸热部交替在接收太阳能的吸热区域与壳体内的换热区域之间往返，颗粒在换热区域内与第一吸热部或第二吸热部进行换热。将传统腔式颗粒吸热器拆分为两个吸热部交替吸热以及两个吸热部交替与颗粒换热的过程。两个吸热部交替吸热，且与颗粒的换热过程在壳体内，避免了颗粒与外界环境直接接触，热量损失较少，可提高颗粒吸热过程的吸热效率。

2、本发明一实施例采用第一吸热部和第二吸热部交替吸热的方式，可以时刻保持吸热过程与换热过程同时进行。

3、本发明一实施例采用实心吸热管进行吸热，从根本上解决了爆管的问题。

4、本发明一实施例采用两个环形管组交替吸热的布置方式，因此镜场布置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。

5、本发明一实施例将颗粒吸热过程拆分为实心吸热管交替吸热和实心吸热管与颗粒换热的过程，将吸热与换热解耦，有利于光热电站在天气变化时调控负荷，使得经过换热后的热颗粒的温度稳定。

附图说明

图1为本发明的交替式颗粒吸热器的示意图；

图2为本发明的交替式颗粒吸热器的实心吸热管的布局示意图；

图3为本发明的交替式颗粒吸热器的实心吸热管的正视示意图；

图4为本发明的交替式颗粒吸热器的夹紧单元的示意图；

图5为本发明的交替式颗粒吸热器的颗粒喷洒器的示意图；

图6为本发明的交替式颗粒吸热器的翅片的布局示意图；

图7为本发明的交替式颗粒吸热器的热管的布局示意图。

附图标记说明：1：第一吸热部；2：第一换热件；3：颗粒喷洒器；301：左输出管；302：中输出管；303：右输出管；4：第二吸热部；5：第二换热件；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：第一吊耳；14：第一吊绳；15：第二吊耳；16：动力装置；17：实心吸热管；18：夹紧单元；1801：夹紧片；1802：夹紧螺栓；19：翅片；20：热管；21：壳体。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种交替式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，本发明的优点和特征将更清楚。

实施例一

参看图1，在一个实施例中，一种交替式颗粒吸热器，包括吸热区域、换热区域、第一吸热部1、第二吸热部4、动力装置16。

其中，换热区域外侧设有壳体21，颗粒在换热区域内与第一吸热部1和第二吸热部4传热接触；吸热区域则是设置在换热区域的上方，用于接收来自镜场的太阳能。动力装置16的输出端分别与第一吸热部1、第二吸热部4相连，且第一吸热部1套设于第二吸热部4的外侧，用于分别驱动第一吸热部1、第二吸热部4交替往返于吸热区域和换热区域之间；且在竖直方向的投影上第一吸热部1套设于第二吸热部4外侧。第一吸热部1和第二吸热部4分别在吸热区域吸收镜场的太阳能，并分别移动至换热区域对冷颗粒进行加热，因为吸热区域和换热区域是紧挨着的，故换热区域内始终有着第一吸热部1或第二吸热部4与颗粒进行换热。

本实施例通过设置动力装置16，由动力装置16带动第一吸热部1和第二吸热部4交替在接收太阳能的吸热区域与壳体21内的换热区域之间往返，颗粒在换热区域内与第一吸热部1或第二吸热部4进行换热。将传统腔式颗粒吸热器拆分为两个吸热部交替吸热以及两个吸热部交替与颗粒换热的过程。两个吸热部交替吸热，且与颗粒的换热过程在壳体21内，避免了颗粒与外界环境直接接触，热量损失较少，可提高颗粒吸热过程的吸热效率。

下面对本实施例的交替式颗粒吸热器的具体结构进行进一步说明：

参看图2和图3，在本实施例中，第一吸热部1和第二吸热部4均为环形吸热管组。两者同心，第一吸热部1的直径较大并套设于第二吸热部4，同时两个吸热管组之间需留有足够大的空隙。

进一步地，环形吸热管组均可包括若干实心吸热管17和夹紧单元18。实心吸热管17之间设置有间隙且形成环形，同一换热吸热管组的各实心吸热管17通过夹紧单元18连接在一起。间隙排列的目的是为了避免实心吸热管17受热膨胀变形带来挤压的问题。

其中，参看图4，夹紧单元18可包括两个夹紧片1801，由两个夹紧片1801分别贴合在实心吸热管17的两侧，并由两个夹紧螺栓1802对两个夹紧片1801的相对位置进行固定，从而实现对实心吸热管17的固定。实心吸热管17的材质可为金属材质或其他高导热材质，在此不作具体限定。

进一步地，参看图6和图7，第一吸热部1包括第一吸热侧和第一换热侧，第一换热侧设置在第一吸热部1上与第一吸热侧相对的一侧，即第一吸热侧为外圆面，第一换热侧为内圆面，第一吸热侧上设有若干间隔且交错排列的第一换热件2。第二吸热部4包括第二吸热侧和第二换热侧，第二换热侧设置在第二吸热部4上与第二吸热侧相对的一侧，即第二吸热侧为外圆面，第二换热侧为内圆面。第二吸热侧上设有若干间隔且交错排列的第二换热件5。其中，第一换热件2和第二换热件5均可为翅片19或热管20，两种翅片19或热管20的长度均不超过对应环形吸热管组的外径，同时不应该对两个环形吸热管组之间的交替运动产生干涉。其中，当设置的为翅片19时，设置为若干排翅片19，每一排的翅片19均有一定的偏角，同时上下相邻的两排翅片19的偏角相反，从而使得颗粒在与翅片19换热时，翅片19可对颗粒的下落起到一定的阻碍作用。当设置的为热管20时，同样为多排的热管20，上下相邻的两排热管20错位设置，使得颗粒在于热管20换热时，热管20可对颗粒的下落起到一定的阻碍作用。

在本实施例中，交替式颗粒吸热器还可进一步包括热颗粒收集部、颗粒换热器、冷颗粒收集部、颗粒输送部。热颗粒收集部的输入端与壳体21的输出端连通。颗粒换热器8的输入端与热颗粒收集部的输出端连通。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。

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21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。

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。

颗粒输送部则包括提升斗12和颗粒喷洒器3。其中，提升斗12的输入端与堆料仓11的输出端连通，提升斗12的输出端与颗粒喷洒器3的输入端连通，颗粒喷洒器3的输出端伸入于换热区域，由提升斗12对堆料仓11内的冷颗粒进行加载并提升至上方的颗粒喷洒器3处，由颗粒喷洒器3将冷颗粒喷洒至壳体21内进行换热从而形成热颗粒并形成循环。其中，第一吸热部1与第二吸热部4在换热区域内分别有各自对应的空间，分别为第一换热空间和第二换热空间，颗粒喷洒器的输出端则包括第一输出口和第二输出口；所述第一换热空间与所述第一输出口相对应，即第一输出口输出的颗粒进入第一换热空间与第一换热部进行换热；同样地，所述第二换热空间与第二输出口相对应。

具体地，参看图5，颗粒喷洒器3的输出端可包括第一输出口和第二输出口。具体地，以图中为例，第一输出口可为左输出管301和右输出管303，第二输出口则可为中输出管302。由于第一吸热部1和第二吸热部4的形状均为环形且直径不同，从而使得两个环形吸热管组对应的换热区域不同，第一吸热部1对应的区域较大，为第一换热空间，对应左输出管301和右输出管303；第二吸热部4对应的区域较小，为第二换热空间，对应中输出管302。当第二吸热部4在吸热区域进行吸热且第一吸热部1进入换热区域时，颗粒喷洒器3全开，颗粒分别从左输出管301、中输出管302和右输出管303输出。当第一吸热部1在吸热区域进行吸热且第二吸热部4进入换热区域时，颗粒喷洒器3部分开启，颗粒仅从中输出管302输出。

在本实施例中，动力装置16具体可为起重机。第一吸热部1上设有第一吊耳13，第二吸热部4上设有第二吊耳15。起重机通过第一吊绳14与第一吊耳13相连，通过第二吊绳与第二吊耳15相连，从而实现第一吸热部1和第二吸热部4交替往返，可以时刻保持吸热与换热过程同时进行。

实施例二

一种太阳能发电系统，包括上述实施例一中的交替式颗粒吸热器。通过设置动力装置16，由动力装置16带动第一吸热部1和第二吸热部4交替从接收太阳能的吸热区域与壳体21内的换热区域之间往返，颗粒在换热区域内与第一吸热部1或第二吸热部4进行换热。将传统腔式颗粒吸热器拆分为两个吸热部交替吸热以及两个吸热部交替与颗粒换热的过程。两个吸热部交替吸热，且与颗粒的换热过程在壳体21内，避免了颗粒与外界环境直接接触，热量损失较少，可极大提高颗粒吸热过程的吸热效率。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式。即使对本发明作出各种变化，倘若这些变化属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则仍落入在本发明的保护范围之中。