一种新型高温固体颗粒吸热器及系统的制作方法

1.本实用新型涉及太阳能热发电技术领域，尤其涉及一种新型高温固体颗粒吸热器及系统。


背景技术：

2.随着煤、油、天然气等资源的逐渐枯竭以及污染，清洁能源在人类生产生活中占据的比例越来越大。在超临界co2太阳能热发电项目中，不可或缺的设备之一就是吸热器。目前的高温颗粒吸热器多采用的是自由落体式，通过太阳光照在自由下落的固体颗粒上进行加热，这种吸热器虽然可以实现加热目的，但在稳定性和可控性方面却存在不足。
3.因此，有必要研究一种新型高温固体颗粒吸热器及系统来应对现有技术的不足，以解决或减轻上述一个或多个问题。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本实用新型提供了一种新型高温固体颗粒吸热器及系统，不仅能够实现固体颗粒的加热，还能够实现加热温度、加热时间的可控，提高吸热器的稳定性。
5.一方面，本实用新型提供一种新型高温固体颗粒吸热器，其特征在于，所述吸热器包括支撑框架、上料斗、颗粒流道、管屏、颗粒收集器、主控模块和温度检测系统；所述上料斗、所述颗粒流道、所述管屏和所述颗粒收集器依次连接，且均固定设于所述支撑框架上；
6.所述主控模块与所述温度检测系统连接，所述温度检测系统连接包括若干温度传感器，所述温度传感器分设于所述吸热器的各个部分，包括管屏出口、颗粒收集器和上料斗；
7.所述主控模块与所述吸热器中的流量控制设备连接；
8.支撑框架，用于安装和固定吸热器的其他部分；
9.上料斗，用于待加热固体颗粒的加入；
10.颗粒流道，用于对待加热固体颗粒进行分流；
11.管屏，用于对固体颗粒进行加热；
12.颗粒收集器，用于对加热后的固体颗粒进行收集和储存；
13.所述温度检测系统用于监测不同位置处固体颗粒的实时温度；
14.所述主控模块对所述温度检测系统监测的实时温度进行处理和分析，并根据分析结果对固体颗粒的流量进行控制。
15.如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述颗粒流道为倾斜设置，且所述颗粒流道的底部设有若干分流隔板。
16.如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述管屏包括若干并列设置的由高透光率材质制成的管组，每个所述管组均设有供固体颗粒通过的通道。
17.如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述管组包
括同轴设置的内管和外管，所述内管和所述外管之间设有所述通道。
18.如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述通道的横截面为半圆环形。
19.如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述半圆环形为少半圆环形、多半圆环形或正半圆环形。
20.如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述管组的底端设有滤嘴，所述滤嘴的底部与所述颗粒收集器连接。
21.如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述滤嘴的底部设有用于控制固体颗粒流量的控制阀。
22.如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述流量控制设备包括设于所述上料斗出口处的开关阀。
23.如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述温度检测系统包括若干温度传感器，所述温度传感器的设置位置为吸热器的各个部分，包括管屏、颗粒收集器、上料斗、颗粒流道以及其连接处。如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述上料斗的出口设置有开关阀。
24.如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述主控模块分别与所述开关阀和所述控制阀连接，控制所述开关阀和所述控制阀的开合程度；即流量控制设备包括开关阀和控制阀，根据具体情况还可包括设置于其他位置的用于控制固体颗粒流量的设备。
25.如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述滤嘴包括滤嘴内管和滤嘴外管，所述滤嘴内管和所述滤嘴外管分别与对应管组的内管和外管连接；所述滤嘴内管和所述滤嘴外管之间设有供固体颗粒通过的通道。
26.如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述滤嘴为锥形滤嘴，所述锥形滤嘴包括圆柱部和圆锥部；所述圆柱部包括内管和外管，且两者之间设有通道；所述圆锥部仅包括外管，其内腔作为固体颗粒的通道；所述圆柱部的内管底部高于外管底部，两者底部之间留有供固体颗粒通过的间隙。
27.另一方面，本实用新型提供一种高温固体颗粒吸热系统，其特征在于，所述系统包括如上任一所述的吸热器和若干反射镜；所述反射镜与所述管屏为光反射连接，即所述反射镜将阳光反射至管屏处对管屏内的固体颗粒进行加热。
28.与现有技术相比，本实用新型可以获得包括以下技术效果：不仅能够实现固体颗粒的加热,且通过半圆环形管屏通道的设置,使得加热更加均匀、稳定；倾斜设置的颗粒流道进行分流，以及开关阀的设置，使得固体颗粒的流速可控，便于根据光照强度以及温度反馈及时调节颗粒进入速度和状态；滤嘴以及控制阀的设置，能够调整颗粒在管屏内的加热时间，同样便于根据光照强度和温度监测数据等实际情况进行调节，从而保证所有加热后的固体颗粒都能达到预想的温度。
29.当然，实施本实用新型的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有技术效果。
附图说明
30.为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
31.图1是本实用新型一个实施例提供的高温固体颗粒吸热器结构图；
32.图2是本实用新型一个实施例提供的高温固体颗粒吸热器工作状态图；
33.图3是本实用新型一个实施例提供的流道结构示意图；
34.图4是本实用新型一个实施例提供的管屏结构示意图；
35.图5是本实用新型一个实施例提供的管屏俯视剖面结构图；
36.图6是本实用新型一个实施例提供的滤嘴结构示意图；
37.图7是本实用新型一个实施例提供的滤嘴工作结构示意图；
38.图8是本实用新型一个实施例提供的温度监测系统中各温度传感器的分布图。
39.其中，图中：
40.1、支撑框架；2、上料斗；3、颗粒入口；4、开关阀；5、流道；6、上联箱；7、管屏；8、下联箱；9、颗粒收集器；10、颗粒出口；11、滤嘴；12、温度传感器；
41.501、分流隔板；701、内管；702夹套；703、外管；704、颗粒通道；705、垫层；706、卡环；1101、外管托；1102、内管托；1103、滤嘴出口；1104、圆柱部；1105、圆锥部；1106、控制阀。
具体实施方式
42.为了更好的理解本实用新型的技术方案，下面结合附图对本实用新型实施例进行详细描述。
43.应当明确，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。
44.在本实用新型实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本实用新型。在本实用新型实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。
45.本实用新型的高温固体颗粒吸热器在原有设备的基础上，不仅能实现加热的目的，而且具备稳定可控的特性。在光照条件优越的时候，根据温度监测数据反馈，可以相应的开大调节阀，提高颗粒的流速来达到出口温度700℃的要求；在光照条件差的情况下，根据温度监测数据反馈的情况，相应的调小调节阀的开度，让颗粒在管内停留的时间足够长，以达到出口温度700℃。
46.该高温固体颗粒吸热器如图1所示，包括支撑框架1、上料斗2、开关阀4、流道5、上联箱6、管屏7、下联箱8以及颗粒收集器9。其中，支撑框架1固定在工作台上，上料斗2设置在支撑框架1的上部，上料斗的上方设有颗粒入口3，用于待加热颗粒的进入。上料斗的下部设有上料斗出口，上料斗出口通过开关阀4与流道5的上端连通，使得从上料斗流出的颗粒在开关阀4的控制下以一定的流速流入流道5内。流道5的下部通过上联箱6与管屏7的上端连通，管屏7的下端通过下联箱8与颗粒收集器9连通，颗粒收集器9的底部设有颗粒出口10。上
料斗2、流道5、管屏7以及颗粒收集器9均固定在支撑框架1上，为可拆卸连接。
47.上料斗2为楔形内空结构，侧面分层安装布置有9个温度传感器，其底部平面设有长条形上料斗出口或若干依次排列的小出口，每个出口处均设有开关阀4，用于控制颗粒的排放和流入速度。流道5为两头开口的内空直平行六面体，整体呈45
°
倾斜放置，上端开口与上料斗出口连接，底部均匀铺有19道分流隔板501，下端开口通过上联箱6与管屏7连通。连通过程需注意连接处水平和对齐，以保证颗粒能够均匀的流入各个石英管中，从而保证加热的均匀和高效。
48.上联箱设于管屏7的上端部，整体呈长条形内空结构，上联箱采用隔板分割成若干分联箱，每个分联箱连接对应的套管(即管屏7中的石英玻璃管)。
49.管屏7的结构如图4、图5所示。管屏是由多组(常用20组)高透过率的石英玻璃管组成，每组石英管分为内管701和外管703，内管701外径为90mm、壁厚为5mm，外管703外径为110mm、壁厚为5mm，内外管同心安装，内管701的外壁和外管703的内壁之间有5mm的间隙，在5mm的环形间隙的背阴面再塞入耐高温的垫层705(垫层为耐高温的高硅氧玻璃纤维纸)，并用卡环706固定，只留有阳面(也就是太阳光接收面)的半圆环形的颗粒通道704，低温固体颗粒即从这个半环形的通道中流过。本实用新型的半圆环形并不单指绝对意义上的半圆(即正半圆，圆弧角度为180
゜
)，也可以根据需要使通道为少半圆(圆弧角度小于180
゜
)或多半圆(圆弧角度大于180
゜
)。
50.在管屏7的出口处，也即石英管组件的下端，连接有锥形滤嘴11(锥形滤嘴的结构如图6所示)。锥形滤嘴的外部结构包括上方的圆柱部1104和下方的圆锥部1105以及滤嘴出口1103，圆锥部1105侧壁固定有一个小型的温度传感器；内部结构分外管托1101和内管托1102。外管托1101、内管托1102和壳体均同轴设置。外管托1101外径和厚度与外管703一致，用于支撑外管703；内管托1102外径和厚度与内管701一致，用于支撑内管701。内外管托之间间隙始终保持不变，另外有外壳和限位销对内管701和外管703分别进行限位，可确保环形通道一致维持在5mm。
51.锥形滤嘴11的下部固定在下联箱8的上底面，如图7所示，滤嘴出口1103设有控制阀1106。下联箱8的下部与颗粒收集器9直接贯通。颗粒收集器9为一个大空间的存储罐，采用耐高温不锈钢制作，罐体设计成偏心漏斗形状，有利于高温固体颗粒迅速排空，减少流动过程中的热量损失；外表面有保温，具备很好的保温效果；其内侧分层安装有9个温度传感器，监测不同位置固体颗粒的温度。温度传感器的分布情况如图8所示。
52.工作时，500℃左右的低温固体颗粒(该固体颗粒为陶瓷颗粒，粒径在0.2mm到0.9mm之间)通过提升机输送到颗粒入口3处，并倒入到上料斗2中。在开关阀4阀门打开的状态下，低温固体颗粒落入到颗粒流道5中，通过分流隔板501的分流，低温固体颗粒均匀分布到各个分联箱中，如图3所示。进入到上联箱中的低温固体颗粒，逐渐堆积并流入到管屏7的环形通道中。
53.在半环形的通道704中，低温固体颗粒吸收汇聚的太阳光逐渐升温。升温后的固体颗粒再流经滤嘴以及滤嘴处的温度传感器。根据热电偶反馈的温度数据，调整滤嘴出口阀门1106的开度，让高温颗粒流入到下联箱8中，并直接落入到颗粒收集器9中。
54.进入到颗粒收集器的高温颗粒受到温度监测系统的监测，如果颗粒没有达到预期的温度，就输送到提升机的料仓里，重新运输到颗粒入口3处，重新加热；如果颗粒达到预期
的温度，则输送到其他设备中进行换热，待换热完变成低温固体颗粒后，输送到提升机的料仓里，再运输到颗粒入口3出，重新加热。如此循环反复。
55.本装置由外支撑框架和设备本体组成，因为各部分所处的温度环境和受力状态不一样，所采用材质和型材也不一样。支撑框架为主要承力部分，其外部框架所处的环境温度不高于80℃，采用材质为q235b的h型钢焊接制作，而与上料斗2、上联箱6、下联箱8以及颗粒收集器9直接接触的部分温度都在400℃左右，采用材质316的耐高温不锈钢材质制作。设备本体的上部低温部分，所处的温度环境在500℃左右，上料斗、流道、上联箱均可采用材质为316不锈钢板制作；下部高温部分，所处的环境温度在700℃以上，下联箱和颗粒收集器采用耐高温的310s不锈钢制板作。连接部位采用螺栓活动连接，不仅能保证高温状态下的可靠性，而且能极大的减少设备在巨大温差下形变所产生的局部应力，防止设备变形或损坏。
56.设备本体的外表面会包一层耐高温的陶瓷纤维棉，减少装置的热量损失，提高工作效率，使得设备外表面的接触温度不超过50℃，以保证工作人员安全。
57.以上对本技术实施例所提供的一种新型高温固体颗粒吸热器及系统，进行了详细介绍。以上实施例的说明只是用于帮助理解本技术的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本技术的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本技术的限制。
58.如在说明书及权利要求书当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求书并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求书当中所提及的“包含”、“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含/包括但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。说明书后续描述为实施本技术的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本技术的一般原则为目的，并非用以限定本技术的范围。本技术的保护范围当视所附权利要求书所界定者为准。
59.还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。
60.应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
61.上述说明示出并描述了本技术的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本技术并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述申请构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本技术的精神和范围，则都应在本技术所附权利要求书的保护范围内。