CN105318574A - 固体粒块线聚焦太阳能光热转换器 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是提供线聚焦太阳能光热转换器，采用固体粒块取代熔融盐和空气，由于固体粒块的传热及流动的特征与熔融盐和空气不同，因而需要按照固体粒块的性能进行设计，本发明采用一个管道，在其管道内设置有螺旋器件，螺旋器件由圆柱螺旋线或螺旋管组成，螺旋器件固定在转杆上，转杆与电机进行连接，并由电机驱动，固体粒块可以经由进口进入到螺旋管道内，流经螺旋管道后从出口流出；这种结构设计使得固体粒块可以实现高效的换热以及在光热转换器内完成流动，从而实现了采用固体粒块完成太阳能高温的传热及蓄热。

Description

固体粒块线聚焦太阳能光热转换器

技术领域

本发明涉及太阳能热能利用，特别是线聚焦太阳能光热转换器及其温控装置。

背景技术

在太阳能领域，采用熔融盐蓄热传热，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。同时，其传热温度通常不高于600度，对再高的温度，无法实现传热。

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。

对于线聚焦太阳能聚焦***，通常采用熔融盐进行传热，但是由于熔融盐温度的限制，仅仅可以提供600度温度，为了实现高温采用空气进行传热，但是，空气的热容很小，很难传递大量的热能。

现有的线聚焦太阳能光热转换器为采用斯特林机发电的装置，也有采用螺旋管，采用水或者导热油，采用泵驱动实现换热的设备，但是其转换的温度不高于400度，也有采用空气作为传热工作介质，但需要非常大的换热器，因而无法实现，目前没有适合的方式实现线聚焦400度以上的高温的换热。

由于以前所设计的光热转换器都是低温采用，所使用的传热工作介质为水、导热油、空气。

本发明人发明了利用固体进行传热的固体粒块，并用于其进行传热，因而需要可以使用固体粒块进行转换的光热转换器。

发明内容

本发明的目的是提供线聚焦太阳能光热转换器，采用固体粒块取代熔融盐和空气，由于固体粒块的传热及流动的特征与熔融盐和空气不同，因而需要按照固体粒块的性能进行设计，本发明采用一个管道，在其管道内设置有螺旋器件，螺旋器件由圆柱螺旋线或螺旋管组成，螺旋器件固定在转杆上，转杆与电机进行连接，并由电机驱动，固体粒块可以经由进口进入到螺旋管道内，流经螺旋管道后从出口流出；这种结构设计使得固体粒块可以实现高效的换热以及在光热转换器内完成流动，从而实现了采用固体粒块完成太阳能高温的传热及蓄热。

具体发明内容如下：

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；

在管道的外侧设置有太阳能涂层，可以将太阳能转换为热能；

固体粒块从管道的进口部位进入到螺旋管内，在电机的驱动下在螺旋管内流动，太阳能经照射设置在管道外壁的太阳能涂层，将太阳能转换为热能，再通过管道壁与管道内部的固体粒块进行换热，固体粒块被加热到100-1500度的温度，被加热的固体粒块从开口处流出，从而实现100-1500度的温度太阳能光热的采集和转换。

管道材料为金属或非金属或者金属和非金属复合管，管道的截面形状选择些列一种：圆形、矩形、多面体、弧形、多角形。

为了增加光热转换效率，在管道的内壁或外壁上设置有翅片、凸点、凹槽。

在管道内设置有扰动装置，随着温度的增加扰动装置进行变性膨胀，来实现对固体粒块的扰动，增加其传热能力。

扰动器件采用耐高温的膨胀金属材料，并将其设置成为弹簧形状，

在管道的外部设置有透光材料管道，透光材料管道设置有真空夹层，用于实现对高温的管道进行保温。

透光材料选择自下列一种：耐高温玻璃、微晶玻璃、石英玻璃。

为了实现长距离的光热转换与换热，设置有多个电机，电机设置在管道外部并与一个电机齿轮进行连接，在管道内部设置有一个空心轴承，空心轴承的外壁上设置有轴承齿轮，空心轴承的外部与螺旋器件进行连接，电机齿轮与轴承齿轮进行连接，电机齿轮在电机的驱动下，到带动轴承齿轮旋转，进入带动与其连接的螺旋器件在管道内进行旋转，固体粒块从上一个电机驱动通过轴承上的空心部位进入到与轴承连接的螺旋器件内的管道内，由电机驱动在管道内流动。

多个电机布置在一个长的管道的外部的不同位置，固体粒块依次被不同的电机驱动，从而实现在长的管道内的流动。

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、尾款粉、钢铁渣的一种或多种。

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。

采用本发明的技术方案可产生如下的有益效果：

1、采用固体粒块换热器实现线聚焦太阳能的400-1500度高温采集，本发明提供可以实现高温、无压的热采集和传递的技术方法；

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是固体粒块光热转换器示意图；

图2是多级线聚焦固体粒块光热转换器示意图。

图中标号含义：

1：固体粒块，2：管道，3：管道内部腔体，4：螺旋器件，5：螺旋通道，6：进口，7：出口，8：电机，9：齿轮，10：空心轴承，11：太阳能涂层，12：透光材料，13：扰动装置、14：翅片，15：转杆。

具体实施方式

实施例1、固体粒块光热转换器

图1由至少有一个管道2，在管道的一端设置有进口6，在另外一端设置有出口7，固体粒块可以从进口6进入到管道内部，在管道的腔体内部设置有螺旋器件4，螺旋器件4由圆柱螺旋线或螺旋管组成，螺旋器件固定连接在转杆15上，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8，电机8与转杆15进行连接，电机8可以驱动转杆转动，带动固定在其上的螺旋器件4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；

在管道的外侧设置有太阳能涂层11，在管道的顶部设置有保温材料，在管道的底部太阳能入射部位，设置有透光材料，可以使太阳能光照射入到内部；

固体粒块1从管道2开口部位进入到螺旋器件4内并在螺旋管内流动，太阳能经由透光材料摄入到管道的外壁上，经设置在其上的太阳能涂层11转换为热能，再通过管道壁与固体粒块1进行换热，固体粒块被加热到300-1200度的温度，被加热的固体粒块开口处流出，从而实现300-1200度的温度太阳能光热的采集和转换。

为了增加光热转换效率，在管道外壁上、管道内壁上设置有翅片、凸点、凹槽、翅片16。

在管道内设置有扰动装置，采用耐高温的膨胀金属材料，并将其设置成为弹簧形状，随着温度的增加扰动装置进行变性膨胀，来实现对固体粒块的扰动，增加其传热能力。

所述的固体粒块为直径为5MM的钢球占30%，60%的直径为10MM的氧化铝蓄热球，占10%的直径为3MM石墨球。

实施例2：多级线聚焦固体粒块光热转换器

图2所示，含有两个管道，其中每个具体结构为：在管道的一端设置有进口6，在另外一端设置有出口7，固体粒块可以从进口6进入到管道内部，在管道的腔体内部设置有螺旋器件4，螺旋器件4由圆柱螺旋线或螺旋管组成，螺旋器件固定连接在转杆15上，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8，电机8与转杆15进行连接，电机8可以驱动转杆转动，带动固定在其上的螺旋器件4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；

第一个管道的出口与第二个管道的进口进行连接，转杆固定连接在空心轴承上，固体粒块可以从空心轴承的空心处从第一个管道流出后再流入到第二个管道内，从而实现长距离的传输和换热。

多个管道通过并联进行连接，从而实现将固体粒块进行加热和传送，多个管道的进口和出口，可以并联、串联、以及混合连接，按照需要固体粒块的温度需要，设置固体粒块的进入和流出的连接。

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 (10)

1.固体粒块线聚焦太阳能光热转换器，由管道、电机、螺旋器件、保温材料、固体粒块等组成；其特征是：

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，转杆设置在管道内部，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；

在管道的外侧设置有太阳能涂层，可以将太阳能转换为热能；

固体粒块从管道的进口部位进入到螺旋管内，在电机的驱动下在螺旋管内流动，太阳能经照射设置在管道外壁的太阳能涂层，将太阳能转换为热能，再通过管道壁与管道内部的固体粒块进行换热，固体粒块被加热到100-1500度的温度，被加热的固体粒块从开口处流出，从而实现100-1500度的温度太阳能光热的采集和转换。

2.根据权利要求1所述的固体粒块线聚焦太阳能光热转换器，其特征是：管道材料为金属或非金属或者金属和非金属复合管，管道的截面形状选择些列一种：圆形、矩形、多面体、弧形、多角形。

3.根据权利要求1所述的固体粒块线聚焦太阳能光热转换器，其特征是：在管道的内壁或外壁上设置有翅片、凸点、凹槽。

4.根据权利要求1所述的固体粒块线聚焦太阳能光热转换器，其特征是：在管道内设置有扰动装置，随着温度的增加扰动装置进行变性膨胀，实现对固体粒块的扰动。

5.根据权利要求4所述的固体粒块线聚焦太阳能光热转换器，其特征是：扰动装置采用耐高温的膨胀金属材料，并将其设置成为弹簧形状。

6.根据权利要求1所述的固体粒块线聚焦太阳能光热转换器，其特征是：在管道的外部设置有透光材料管道，透光材料管道设置有真空夹层，用于实现对高温的管道进行保温。

7.根据权利要求6所述的固体粒块线聚焦太阳能光热转换器，其特征是：透光材料选择自下列一种：耐高温玻璃、微晶玻璃、石英玻璃。

8.根据权利要求1所述的固体粒块线聚焦太阳能光热转换器，其特征是：为了实现长距离的光热转换与换热，设置有多个电机，电机设置在管道外部并与一个电机齿轮进行连接，在管道内部设置有一个空心轴承，空心轴承的外壁上设置有轴承齿轮，空心轴承的外部与螺旋器件进行连接，电机齿轮与轴承齿轮进行连接，电机齿轮在电机的驱动下，到带动轴承齿轮旋转，进入带动与其连接的螺旋器件在管道内进行旋转，固体粒块从上一个电机驱动通过轴承上的空心部位进入到与轴承连接的螺旋器件内的管道内，由电机驱动在管道内流动。

9.根据权利要求8所述的固体粒块线聚焦太阳能光热转换器，其特征是：多个电机布置在一个长的管道的外部的不同位置，固体粒块依次被不同的电机驱动，从而实现在长的管道内的流动。

10.根据权利要求1所述的固体粒块线聚焦太阳能光热转换器，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、尾款粉、钢铁渣的一种或多种。