本發(fā)明屬于太陽能熱利用領域，特別涉及一種二級加熱容積式太陽能空氣接收器。

背景技術：

太陽能具有儲量巨大、容易獲取、清潔環(huán)保等諸多優(yōu)點，近年來基于太陽能的發(fā)電技術得到了快速發(fā)展。太陽能發(fā)電主要有兩類，一種是太陽能光伏技術，另一種是太陽能光熱發(fā)電技術。太陽能光伏發(fā)電是利用大面積鋪設太陽能電池板，將太陽能電池板表面接收到的太陽熱輻射通過光伏效應轉(zhuǎn)化為電能。而太陽能光熱發(fā)電是先通過大面積鋪設的鏡場先將太陽輻射聚集，通過接收器將其收集并轉(zhuǎn)化為工質(zhì)(空氣、熔鹽等)的內(nèi)能，然后再通過汽輪機將工質(zhì)的內(nèi)能轉(zhuǎn)換成電能。與太陽能光伏發(fā)電相比，太陽能光熱發(fā)電更清潔，更容易大型化，在替代傳統(tǒng)能源方面更具潛力。

聚焦式太陽能熱發(fā)電(csp)是解決人類能源和環(huán)境問題的一種有效方法，發(fā)展前景廣闊，具備熱能儲存系統(tǒng)的csp可提供和傳統(tǒng)燃料電站相近的調(diào)度電力和電網(wǎng)服務的能力，但目前其發(fā)電成本仍然是傳統(tǒng)火力發(fā)電成本的二至三倍，積極推動csp的發(fā)展和技術進步意義重大。一座典型的聚焦式太陽能發(fā)電站(csp)主要由三個子系統(tǒng)構成：太陽能鏡場，太陽能接收器和能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。太陽能接收器是塔式太陽能發(fā)電三大子系統(tǒng)之一，通過鏡場聚集的太陽輻射在接收器內(nèi)轉(zhuǎn)化為工質(zhì)的熱能，接收器的轉(zhuǎn)化效率直接關系到整個機組的轉(zhuǎn)化率。按照太陽能接收器的結(jié)構來劃分，可以將其分為三類，外部受熱式、空腔式和容積式。其中容積式接收器結(jié)構簡單，造價低廉，集熱效率高，特別適合于高溫集熱，發(fā)展前景廣闊。

現(xiàn)有的容積式接收器普遍為直接加熱工質(zhì)的一級加熱形式，由于經(jīng)常聚集的太陽輻射存在中部能量密度高，兩側(cè)能量密度低，工質(zhì)受熱均勻性差，加熱性能有限。并且由于容積式接收器的加熱面大面積暴露在環(huán)境中，經(jīng)過太能輻射加熱的加熱面直接暴露在環(huán)境中，熱量損失巨大，嚴重限制了容積式接收器的加熱效率，因此亟需能夠改善工質(zhì)受熱均勻性與降低整體熱量損失的新型容積式接收器。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種二級加熱容積式太陽能空氣接收器，其特征在于，所述二級加熱容積式太陽能空氣接收器依次由一級預熱區(qū)、空氣流道與二級加熱區(qū)三部分構成；其中預熱區(qū)絕熱外殼、支撐板與絕熱內(nèi)板之間的腔體形成一級預熱區(qū)，流道絕熱外殼、支撐板與內(nèi)側(cè)石英玻璃之間的腔體形成空氣流道，加熱區(qū)絕熱外殼與支撐板包圍的內(nèi)部柱狀腔體形成二級加熱區(qū)；在一級預熱區(qū)、空氣流道與二級加熱區(qū)內(nèi)均安裝有泡沫陶瓷材料，接收器前表面加蓋外側(cè)石英玻璃，以構成二級加熱容積式太陽能空氣接收器；其中，空氣先經(jīng)過一級預熱區(qū)預熱后，流過空氣流道流入二級加熱區(qū)加熱。

所述預熱區(qū)絕熱外殼、流道絕熱外殼、加熱區(qū)絕熱外殼與絕熱內(nèi)板均在腔體外殼外包有一層絕熱材料；其中絕熱材料選擇導熱系數(shù)極低的氣凝膠氈，起到明顯的絕熱效果，減少整個裝置的熱量耗散。

所述泡沫陶瓷材料具有的孔隙率，并且孔徑分布均勻、氣孔率高、比表面積大，流體混合性好、耐磨損、耐高溫、抗腐蝕并且能夠?qū)⒖諝饧訜岬?00℃以上；選用碳化硅泡沫陶瓷，al2o3泡沫陶瓷材料或zro2泡沫陶瓷材料。

所述內(nèi)側(cè)石英玻璃、外側(cè)石英玻璃能夠防止接收器內(nèi)部高溫空氣向外界泄露，并且具有很高的短波輻射透過率，能夠最大限度讓太陽輻射通過，照射到二級加熱區(qū)，并將二級加熱區(qū)向低溫環(huán)境發(fā)射的長波輻射反射回二級加熱區(qū)，降低加熱器的輻射散熱損失和減少接收器與外部低溫環(huán)境的對流散熱損失；內(nèi)側(cè)石英玻璃能夠防止空氣流道處產(chǎn)生氣流漩渦，防止氣流漩渦增大空氣流動阻力。

所述二級加熱容積式太陽能空氣接收器可并聯(lián)使用或單獨使用；由改變支撐板的安裝角度完成；在單獨使用情況下只需要在支撐板外側(cè)外包絕熱材料；在并聯(lián)使用情況下只需更改支撐板的安裝角度，以形成并聯(lián)結(jié)構。

本發(fā)明的有益效果是與現(xiàn)有技術相比具有以下特點：

1)太陽能接收器的運行效率受到運行工況的影響，隨空氣流量的增加而增加，隨空氣入口溫度的增加而減小，隨前表面投入輻射的增加而減小。通過調(diào)整空氣在高輻射區(qū)域和低輻射區(qū)域流過的先后次序，通過二級加熱的形式可以提高太陽能接收器的吸收效率。

2)加熱器流道一分為二，會使氣體流量更大，在一級預熱區(qū)可以獲得更高的吸收效率，在二級加熱區(qū)氣體入口溫度更高，高空氣流量會減弱二級加熱區(qū)的效率下降，在合適的結(jié)構參數(shù)下，可以獲得更高的運行效率。裝置前表面覆蓋外側(cè)石英玻璃，與內(nèi)側(cè)石英玻璃一起起到密封作用，防止吸收器內(nèi)的空氣泄露；并且具有很高的短波輻射透過率，能夠最大限度讓太陽輻射通過并照射到二級加熱區(qū)，并將二級加熱區(qū)向低溫環(huán)境發(fā)射的長波輻射反射回二級加熱區(qū)，降低加熱器的輻射散熱損失，內(nèi)側(cè)石英玻璃能夠防止空氣流道處產(chǎn)生氣流漩渦，防止氣流漩渦增大空氣流動阻力，外側(cè)石英玻璃能夠減少接收器與外部低溫環(huán)境的對流散熱損失。

3)泡沫陶瓷材料具有孔隙率、具有孔徑分布均勻、氣孔率高、比表面積大，流體混合性好等特性。陶瓷材料具有耐磨損、耐高溫、抗腐蝕等優(yōu)良性能。

4)支撐板的安裝角度可改變；使二級加熱容積式太陽能空氣接收器既可并聯(lián)使用，又可單獨使用。

附圖說明

圖1為二級加熱容積式太陽能空氣接收器整體示意圖。

圖2為二級加熱容積式太陽能空氣接收器主視圖。

圖3為二級加熱容積式太陽能空氣接收器中心剖面示意圖。

圖4塔式csp系統(tǒng)中二級加熱容積式太陽能空氣接收器應用示意圖。

具體實施方式

本發(fā)明提供一種二級加熱容積式太陽能空氣接收器，下面根據(jù)附圖詳細闡述本發(fā)明。

圖1、圖2、圖3所示為二級加熱容積式太陽能空氣接收器結(jié)構示意圖。圖示二級加熱容積式太陽能空氣接收器由一級預熱區(qū)、空氣流道與二級加熱區(qū)三部分構成。其中預熱區(qū)絕熱外殼1、支撐板8與絕熱內(nèi)板4之間的腔體形成一級預熱區(qū)；流道絕熱外殼2、支撐板8與內(nèi)側(cè)石英玻璃7之間的腔體形成空氣流道，加熱區(qū)絕熱外殼3與支撐板8包圍的內(nèi)部柱狀腔體形成二級加熱區(qū)；其空氣流道一分為二，使氣體流量更大，在一級預熱區(qū)可以獲得更高的吸收效率，在二級加熱區(qū)氣體入口溫度更高，高空氣流量會減弱二級加熱區(qū)的效率下降；裝置前表面覆蓋外側(cè)石英玻璃，與內(nèi)側(cè)石英玻璃一起起到密封作用，防止吸收器內(nèi)的空氣泄露。。在一級預熱區(qū)、空氣流道與二級加熱區(qū)內(nèi)均安裝有泡沫陶瓷材料5，接收器前表面加蓋外側(cè)石英玻璃6，以構成二級加熱容積式太陽能空氣接收器。

在合適的結(jié)構參數(shù)下，可以獲得更高的運行效率，所述二級加熱容積式太陽能空氣接收器的：

預熱區(qū)絕熱外殼1、流道絕熱外殼2、加熱區(qū)絕熱外殼3與絕熱內(nèi)板4均可采用腔體外殼外包絕熱材料的形式構成，其中絕熱材料選擇導熱系數(shù)極低的氣凝膠氈，可以起到明顯的絕熱效果，減少整個裝置的熱量耗散。

泡沫陶瓷5選用孔徑分布均勻、氣孔率高、比表面積大，流體混合性好、耐磨損、耐高溫、抗腐蝕并且能夠?qū)⒖諝饧訜岬?00℃以上的碳化硅泡沫陶瓷，al2o3泡沫陶瓷材料或zro2泡沫陶瓷材料。其孔隙率達到

外側(cè)石英玻璃6、內(nèi)側(cè)石英玻璃7能夠防止接收器內(nèi)部高溫空氣向外界泄露，并且具有很高的短波輻射透過率，能夠最大限度讓太陽輻射通過并照射到二級加熱區(qū)，并將二級加熱區(qū)向低溫環(huán)境發(fā)射的長波輻射反射回二級加熱區(qū)，降低加熱器的輻射散熱損失，內(nèi)側(cè)石英玻璃能夠防止空氣流道處產(chǎn)生氣流漩渦，防止氣流漩渦增大空氣流動阻力，外側(cè)石英玻璃能夠減少二級加熱區(qū)的高溫材料與外部低溫環(huán)境的對流散熱損失。

支撐板8的安裝角度可改變，二級加熱容積式太陽能空氣接收器可并聯(lián)使用，可單獨使用。單獨使用情況下需要在支撐板外側(cè)外包絕熱材料，并聯(lián)使用情況下只需更改支撐板的安裝角度，以形成并聯(lián)結(jié)構。

圖4所示為塔式csp系統(tǒng)中二級加熱容積式太陽能空氣接收器應用示意圖；圖中接收器單元放在支座上；如圖3所示，二級加熱容積式太陽能空氣接收器的空氣先經(jīng)過一級預熱區(qū)預熱后，流過空氣流道流入二級加熱區(qū)加熱。太陽能接收器的運行效率受到運行工況的影響，隨空氣流量的增加而增加，隨空氣入口溫度的增加而減小，隨前表面投入輻射的增加而減小。在實際的太陽能接收器運行過程中，接收器的前表面收到的投入輻射并不均勻，呈現(xiàn)出一種中間輻射量高，周邊輻射量小的分布形式，通過調(diào)整空氣在高輻射區(qū)域和低輻射區(qū)域流過的先后次序，通過二級加熱的形式可以提高太陽能接收器的吸收效率。常溫空氣首先從外側(cè)流道流入預熱區(qū)絕熱外殼1、支撐板8與絕熱內(nèi)板4之間的腔體形成一級預熱區(qū)，經(jīng)過輻射量較小的周邊輻射預熱后，流入流道絕熱外殼2、支撐板8與內(nèi)側(cè)石英玻璃7之間的腔體形成的空氣流道后，流入加熱區(qū)絕熱外殼3與支撐板8包圍的內(nèi)部柱狀腔體形成的二級加熱區(qū)，在二級加熱區(qū)內(nèi)經(jīng)過輻射量較高的中部輻射加熱為高溫空氣，最后流出接收器。在接收器內(nèi)部，泡沫陶瓷5作為加熱部分，用以吸收射入接收器的太陽輻射，并將熱量傳遞給流過泡沫陶瓷5的空氣。二級加熱的形式加大了空氣流過泡沫陶瓷吸收體時的流速，在相同的條件下可以獲得更高的吸收效率。內(nèi)側(cè)石英玻璃7、外側(cè)石英玻璃6能夠防止接收器內(nèi)部高溫空氣向外界泄露，并且具有很高的短波輻射透過率，能夠最大限度讓太陽輻射通過并照射到二級加熱區(qū)，并將二級加熱區(qū)向低溫環(huán)境發(fā)射的長波輻射反射回二級加熱區(qū)，降低加熱器的輻射散熱損失，內(nèi)側(cè)石英玻璃7能夠防止空氣流道處產(chǎn)生氣流漩渦，防止氣流漩渦增大空氣流動阻力，外側(cè)石英玻璃6能夠減少接收器與外部低溫環(huán)境的對流散熱損失。