專利名稱：太陽能-燃?xì)饣旌闲臀鼰崞鞯闹谱鞣椒?br> 技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及太陽能—燃?xì)饣旌闲臀鼰崞?，屬于太陽能熱發(fā)電領(lǐng)域。
美國專利(US6487958)公開了一種太陽能碟式聚光斯特林系統(tǒng)混合型吸熱器。參見


圖1，該發(fā)明由以下四部分構(gòu)成多孔燃燒板4、復(fù)合陶瓷纖維覆蓋物8、帶翅片的回?zé)崞?2和擴(kuò)展表面的第一級換熱器19等四部分。吸熱面29的內(nèi)表面敷設(shè)吸液芯。燃燒部分的流程為燃料13經(jīng)預(yù)混器1、外冷卻套2、回?zé)崞?2、到達(dá)預(yù)燃室3，預(yù)混氣體對預(yù)燃室壁面16和17冷卻，通過多孔燃燒板4，點(diǎn)火，可采用加熱面點(diǎn)火或電子點(diǎn)火，經(jīng)過鰭片陣列6，鰭片陣列6焊接在化石燃料燃燒受熱面5外表面上，化石燃料燃燒受熱面5內(nèi)表面是吸液芯7，煙氣經(jīng)過回?zé)崞?2后排放入大氣中，控制煙氣溫度的部件為煙氣導(dǎo)流管10和煙氣調(diào)節(jié)閥11，防止預(yù)混氣體溫度超過自然極限而提前點(diǎn)燃。
該實(shí)用新型存在以下缺陷首先，受熱面16、17和回?zé)崞?2之間空間狹窄，焊接、加工制造、拆裝檢修都很困難；其次，向外輻射熱損失大；最后，控制溫度難以實(shí)施，受熱面部件容易燒毀。
本實(shí)用新型的特點(diǎn)是容易制造、容易安裝，燃燒器等部件不容易被高溫太陽熱或燃?xì)鉄龎?；啟?停機(jī)方便；更好地適應(yīng)太陽能的隨機(jī)性和不穩(wěn)定性，使得碟式聚光太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。
圖3本實(shí)用新型的環(huán)形旋流燃燒器鰭片布置圖，其中a為側(cè)視圖，b為主視圖34毛細(xì)吸液芯，51穩(wěn)燃棒，52鰭片，53吸熱器吸熱面，54旋流，65預(yù)混燃?xì)狻?br> 圖4本實(shí)用新型中的環(huán)形旋流燃燒器燃?xì)夤┙o和預(yù)混部件圖37環(huán)形燃?xì)夤苈罚?9保溫材料，43法蘭，44調(diào)節(jié)閥門，45燃?xì)饪偣苈罚?6壓力指示表，47燃?xì)饬髁恐甘居?jì)，62噴嘴，63燃?xì)忸A(yù)混管，64空氣，65預(yù)混氣體，66吸熱器受光口。
如圖2所示，該吸熱裝置由A、B和C三大部分組成A為燃燒器部分，B為鍋形吸熱器部分，C為斯特林發(fā)動機(jī)部分。A和B兩部分通過法蘭43連接，組成吸熱空腔31，吸熱空腔31外圍是保溫材料39和外殼38，相對于傳統(tǒng)的鍋式吸熱器來說，本吸熱器的熱輻射損失較??；燃燒器燃燒和太陽高溫?zé)釥顟B(tài)下，A和B之間不存在局部熱應(yīng)力集中的問題；C和B之間也采用法蘭42連接，B的換熱空間內(nèi)，即充滿鈉蒸汽的空間內(nèi)，保持真空度為1.1×10-3Pa。加熱頭是斯特林發(fā)動機(jī)的一個關(guān)鍵部件，加熱頭管內(nèi)保持高溫(650-850℃)和高壓(0.8-20MPa)，B和C連接后，對鍋形吸熱器B空間內(nèi)抽真空，填加工質(zhì)鈉，然后，封口。
如圖3所示，在鍋形吸熱器吸熱面53，焊接有旋流扭曲鰭片52和穩(wěn)燃棒51，旋流扭曲鰭片52和穩(wěn)燃棒51選用高溫耐熱不銹鋼材料制成。旋流扭曲鰭片52和穩(wěn)燃棒51均增大了吸熱空腔31內(nèi)的換熱表面積，在不使用燃?xì)馊紵那闆r下，可以增大吸熱器對太陽能的吸收率。在鍋形吸熱器吸熱面背面53，焊接毛細(xì)吸液芯34。
如圖4所示，燃?xì)饪偣苈?7環(huán)繞燃燒器布置，燃?xì)獾膰娮?2外套有燃?xì)忸A(yù)混管63，噴嘴62和燃?xì)忸A(yù)混管63布置于相鄰的兩個鰭片52之間，在燃?xì)忸A(yù)混管63內(nèi)，高壓燃?xì)鈴膰娮?2噴出后卷吸空氣64形成預(yù)混氣體65，切向吹入旋流扭曲鰭片52內(nèi)，點(diǎn)燃后，進(jìn)入吸熱器空腔31內(nèi)形成旋流燃燒，預(yù)混燃?xì)?5可以采用電弧等方式來點(diǎn)燃。旋流燃燒方式可以提高燃燒效率；在鰭片52間安裝穩(wěn)燃棒51來穩(wěn)定燃?xì)馊紵鹧?，并且增?qiáng)燃燒過程的湍流混合。用溫度傳感器36監(jiān)測吸熱器[B]內(nèi)鈉蒸汽的溫度，根據(jù)吸熱器鈉蒸汽的溫度來調(diào)節(jié)燃?xì)饪偣?5路中的燃?xì)饬髁?，通過電動或手動閥門來實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)燃?xì)饬髁?。鈉蒸汽的溫度控制在973～1123K之間。
在純太陽、太陽/燃?xì)饣旌虾图內(nèi)細(xì)馊N不同模式下運(yùn)行，混合吸熱器的工作過程和原理都是相同的，即燃?xì)馊紵裏峄蚓劢沟奶枱嵬ㄟ^吸熱面[53]和吸液芯[34]傳給斯特林發(fā)動機(jī)[32]的加熱頭[33]。具體如下吸熱面[53]將燃?xì)馊紵裏峄蚓劢沟奶枱嵛障聛硪院?，通過鍋式吸熱面53來加熱蒸發(fā)吸液芯34中的工質(zhì)鈉，氣態(tài)的工質(zhì)鈉蒸發(fā)上升碰到斯特林發(fā)動機(jī)32的加熱頭33冷凝成液態(tài)鈉41，液態(tài)鈉41依靠重力下降回到鈉池35中，毛細(xì)吸液芯34的作用是利用毛細(xì)力使鈉池35中的液態(tài)鈉充滿到吸液芯34的微孔中；然后再進(jìn)行鈉吸熱→鈉蒸發(fā)上升→冷凝下降→回到鈉池→擴(kuò)散到毛細(xì)吸液芯微孔這一過程，如此循環(huán)往復(fù)下去，完成吸熱傳熱的過程。
本實(shí)用新型具有優(yōu)點(diǎn)第一，燃燒器和太陽能吸熱體采用同一個吸熱面53和吸液芯34，使得結(jié)構(gòu)緊湊；采用法蘭41和42連接A、B、C三部分使得裝置易于拆裝，制造難度低，容易實(shí)現(xiàn)；第二，旋流扭曲式鰭片52焊接于吸熱面53的內(nèi)表面，在鍋形吸熱器的前端布置環(huán)形旋流式燃燒器，采用預(yù)混燃燒，提高燃燒效率；在太陽下運(yùn)行時，A和B兩部分組成了一個腔體31，鍋體表面焊接的鰭片52和穩(wěn)燃棒51增加了吸熱面53表面積，可以大大提高太陽能的吸收率，降低能量向外界散失和輻射的比例；第三，用溫度傳感器監(jiān)測鈉蒸汽的溫度，鈉蒸汽的溫度控制在973-1123K之間，采用手動閥門來控制總的燃?xì)夤┙o量。
根據(jù)以上實(shí)施方式設(shè)計(jì)了用于發(fā)電功率為10千瓦的碟式聚光太陽熱發(fā)電系統(tǒng)的吸熱器，其主要結(jié)構(gòu)和參數(shù)如下(1)受光口66直徑180毫米，空腔31的最大直徑420毫米；(2)燃?xì)鈬娮?2采用拉法爾噴嘴，燃?xì)鈬娮斓臄?shù)目20～50只，燃?xì)獾牧髁?m3/h；(3)完全采用燃燒來供給熱能時，輸入熱功率為50千瓦，燃燒效率達(dá)90％，吸熱器熱效率達(dá)80％。
權(quán)利要求1.太陽能—燃?xì)饣旌闲臀鼰崞?，由燃燒器、吸熱器、發(fā)動機(jī)等構(gòu)成，其特征在于吸熱器[B]為鍋形，其凹面前端布置旋流式燃燒器[A]，燃燒器[A]和吸熱器[B]兩部分通過法蘭[41]連接，組成吸熱腔體[31]，吸熱器[B]和發(fā)動機(jī)[C]之間采用法蘭[42]連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能—燃?xì)饣旌闲臀鼰崞?，其特征在于在吸熱器吸熱面[53]上焊接有旋流扭曲鰭片[52]和穩(wěn)燃棒[51]。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能—燃?xì)饣旌闲臀鼰崞?，其特征在于燃燒器環(huán)形燃?xì)饪偣躘37]上安裝多個燃?xì)鈬娮靃62]，每個噴嘴外同軸套有燃?xì)忸A(yù)混管[63]，燃?xì)鈬娮炫c燃?xì)忸A(yù)混管二者之間留一定的間隙，燃?xì)忸A(yù)混管軸線與環(huán)形旋流燃燒器的圓周方向和軸線呈一定角度，并伸入與燃燒器連接的鍋形吸熱器的相鄰的兩個鰭片之間。
專利摘要太陽能－燃?xì)饣旌闲臀鼰崞?，屬于太陽能熱發(fā)電領(lǐng)域。由于太陽能的隨機(jī)性和不穩(wěn)定性，使太陽能熱發(fā)電裝置在純太陽下的使用率比較低。本實(shí)用新型采用旋流式燃?xì)馊紵髋c太陽熱鍋形吸收器結(jié)合成一個吸熱腔體，在吸收器凹面前端布置有燃燒器。本實(shí)用新型安裝簡便；不使用燃?xì)鈺r，太陽熱的吸收率也有所提高，采用燃?xì)馊紵龝r，燃燒效率高，燃燒可以穩(wěn)定進(jìn)行；亦可以同時打開燃?xì)馀c太陽吸熱器并列使用。
文檔編號F02G1/043GK2597893SQ0229352
公開日2004年1月7日 申請日期2002年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月23日
發(fā)明者李斌, 李安定, 楊培堯, 臧春城, 斌 李 申請人:中國科學(xué)院電工研究所