CN101576321B - 一种太阳能光热高温利用系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种太阳能光热高温利用系统，包括主机、油泵和热交换器及其热媒，主机由聚光装置、集热器、跟踪装置和底座组成，集热器、油泵和热交换器通过油管连接，集热器通过支架安装固定在聚光装置的聚焦点上，热交换器至少连接一台主机；集热器由集热管及其密封件、进油管和回油管组成；集热管采用U型高硅硼双层真空玻璃热管，其开口端用密封件封闭；进油管穿过密封件进入集热管内后其端部邻近集热管的远端；回油管穿过密封件进入集热管内后其端部邻近该集热管的根部；进油管通过油管连接到油泵的出口上；回油管通过油管连接到热交换器。本发明结构简单合理，阳光自动跟踪精度高，阳光利用效率高，制造和运行成本低，清洁环保。

Description

一种太阳能光热高温利用系统
技术领域
本发明涉及一种太阳能接受转换装置，特别是涉及一种太阳能光热转换利用的太阳能光热高温利用系统。
背景技术
太阳能Solar一般指太阳光的辐射能量。在太阳内部进行的由“氢”聚变成“氦”的原子核反应，不停地释放出巨大的能量，并不断向宇宙空间辐射能量，这种能量就是太阳能。太阳内部的这种核聚变反应，可以维持几十亿至上百亿年的时间。太阳向宇宙空间发射的辐射功率为3.8×10^23kW的辐射值，其中20亿分之一到达地球大气层。到达地球大气层的太阳能，30％被大气层反射，23％被大气层吸收，其余的到达地球表面，其功率为800000亿kW，也就是说太阳每秒钟照射到地球上的能量就相当于燃烧500万吨煤释放的热量。广义上的太阳能是地球上许多能量的来源，如风能，化学能，水的势能等等。狭义的太阳能则限于太阳辐射能的光热、光电和光化学的直接转换。太阳能光热利用以100℃为界分为普通光热利用≤100℃和高温利用＞100℃。目前太阳能的高温热利用受到世界各国政府的高度重视，各国科技人员做了大量的研究工作。
太阳能光热利用中的高温利用始于二十世界中期，经历了反射面跟踪聚焦、反射面固定集热管跟踪光斑、反射面固定高塔集热罐固定集热等多种形式的尝试。1990年以前反射面跟踪集热由于反射面材料及跟踪支架等技术和价格等问题，未能普及；1990-2008年美国以色列及中国曾兴起反射面固定集热管跟踪的方式制造较大面积的光热装置，用于发电等工业领域，但由于光斑的位移及宽度的多变，效果也不理想。
国内近年来又转向反射面跟踪聚焦方式的研究，陕西师大的“簧轮自动跟日机”力求以“簧轮”驱动支架自动跟踪，由于每天须人力推动“簧轮”蓄能，未能普及；山东德州等地的“准跟踪”每日只动四次，集热管利用直通金属玻璃管，性能不稳定，跟踪效率低，而且造价高，亦不能普及。
反射面跟踪聚焦上世纪未普及的原因是：反射面材料及双层真空玻璃管未发明，跟踪装置相关组件价格高；陕西师大的“簧轮自动跟日机”是因为追求“零能耗”而牺牲了全自动性能；而山东德州的太阳能接收装置则因为″准跟踪″和利用“直通集热管”，跟踪效果不好而且观念中高温总是必须承受高压造成了效果不理想。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种阳光跟踪精确，集热效率高的太阳能光热高温利用系统。
本发明的目的通过下述技术方案予以实现：包括主机、油泵和热交换器，所述主机由聚光装置、集热器、跟踪装包括主机、油泵和热交换器及其热媒，所述主机由聚光装置、集热器、跟踪装置和底座组成，所述集热器、油泵和热交换器通过油管连接，所述集热器通过支架安装固定在聚光装置的聚焦点上，所述热交换器至少连接一台主机；所述集热器由集热管及其密封件、进油管和回油管组成；所述集热管采用U型高硅硼双层真空玻璃热管，其开口端用密封件封闭；所述进油管穿过密封件进入集热管内后其端部邻近集热管的远端；所述回油管穿过密封件进入集热管内后其端部邻近该集热管的根部；所述进油管通过油管连接到油泵的出口上；所述回油管通过油管连接到热交换器。
所述集热器由两根集热管及其密封件、进油管、连接管和回油管组成；所述集热管采用U型高硅硼双层真空玻璃热管，其开口端用密封件封闭；所述进油管穿过一根集热管的密封件进入该集热管内后其端部邻近该集热管的远端；所述回油管穿过另外一根集热管的密封件进入集热管内后其端部邻近该集热管的根部；所述连接管穿过两密封件连接两根集热管，其与进油管同管的端部邻近该集热管的根部，其与回油管同管的端部邻近该集热管的远端；所述进油管通过油管连接到油泵的出口上；所述回油管通过油管连接到热交换器。
所述跟踪装置由电气和机械部分组成，其电气部分的三个光敏开关k1、k2、k3安装在一个没有盖的容器内，并与控制单元电连接，光敏开关k1、k2、k3连同其容器分别安装在聚光装置朝阳光面上；所述控制单元电连接执行单元，执行单元电连接高度角跟踪电机和水平旋转电机；其机械部分由垂直旋转机构和水平旋转机构组成，垂直旋转机构通过减速箱与高度角跟踪电机机械传动连接，水平旋转机构通过减速箱与水平旋转电机机械传动连接；所述垂直旋转机构的高度角跟踪固定部件安装在水平旋转运动部件顶部，所述垂直旋转机构的高度角跟踪运动部件与聚光装置的机架连接；所述水平旋转机构的水平旋转运动部件和水平旋转固定部件为同心结构，水平旋转运动部件在外，水平旋转固定部件在内，两者之间轴承连接；所述水平旋转机构的水平旋转固定部件固定在底座上。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：结构简单合理，阳光自动跟踪精度高，阳光利用效率高，制造和运行成本低，清洁环保。能够取代蒸汽锅炉的工作。
附图说明
图1为本发明一实施例结构示意图；
图2为图1的单集热器结构示意放大图；
图3为图1的双集热器结构示意放大图；
图4为本发明第二实施例结构示意图；
图5为图1和图4的跟踪装置的电气框图和机械构造示意图。
图中：1-主机，2-聚光装置，3-集热器，4-跟踪装置，5-底座，6-油管，7-油泵，8-热交换器，9-集热管，10-出油管，11-密封件，12-连接管，13-回油管，14-高度角跟踪电机，15-水平旋转电机，16-高度角跟踪固定部件，17-高度角跟踪运动部件，18-水平旋转运动部件，19-水平旋转固定部件。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
参照附图，本发明包括主机1、油泵7和热交换器8，所述主机1由聚光装置2、集热器3、跟踪装包括主机1、油泵7和热交换器8及其热媒，所述主机1由聚光装置2、集热器3、跟踪装置4和底座5组成，所述集热器3、油泵7和热交换器8通过油管6连接，所述集热器3通过支架安装固定在聚光装置2的聚焦点上，所述热交换器8至少连接一台主机1；所述集热器3由集热管9及其密封件11、进油管10和回油管13组成；所述集热管9采用U型高硅硼双层真空玻璃热管，其开口端用密封件11封闭；所述进油管10穿过密封件11进入集热管9内后其端部邻近集热管9的远端；所述回油管13穿过密封件11进入集热管9内后其端部邻近该集热管9的根部；所述进油管10通过油管6连接到油泵7的出口上；所述回油管13通过油管6连接到热交换器8。
所述集热器3由两根集热管9及其密封件11、进油管10、连接管12和回油管13组成；所述集热管9采用U型高硅硼双层真空玻璃热管，其开口端用密封件11封闭；所述进油管10穿过一根集热管9的密封件11进入该集热管9内后其端部邻近该集热管9的远端；所述回油管13穿过另外一根集热管9的密封件11进入集热管9内后其端部邻近该集热管9的根部；所述连接管12穿过两密封件11连接两根集热管9，其与进油管10同管的端部邻近该集热管9的根部，其与回油管13同管的端部邻近该集热管9的远端；所述进油管10通过油管6连接到油泵7的出口上；所述回油管13通过油管6连接到热交换器8。
所述跟踪装置4由电气和机械部分组成，其电气部分的三个光敏开关k1、k2、k3安装在一个没有盖的容器内，并与控制单元电连接，光敏开关k1、k2、k3连同其容器分别安装在聚光装置2朝阳光面上；所述控制单元电连接执行单元，执行单元电连接高度角跟踪电机14和水平旋转电机15；其机械部分由垂直旋转机构和水平旋转机构组成，垂直旋转机构通过减速箱与高度角跟踪电机14机械传动连接，水平旋转机构通过减速箱与水平旋转电机15机械传动连接；所述垂直旋转机构的高度角跟踪固定部件16安装在水平旋转运动部件18顶部，所述垂直旋转机构的高度角跟踪运动部件17与聚光装置2的机架连接；所述水平旋转机构的水平旋转运动部件18和水平旋转固定部件19为同心结构，水平旋转运动部件18在外，水平旋转固定部件19在内，两者之间轴承连接；所述水平旋转机构的水平旋转固定部件19固定在底座5上。
U型结构的集热管9采用高硅硼双层真空玻璃热管，该热管为成熟的现有技术产品。
热媒采用WD-350高温导热油，可以保证管路系统内外压力相等，压力差为零。
高度角跟踪电机14和水平旋转电机15采用成熟的现有技术及其产品，如微型伺服电机。它们的减速箱采用成熟的现有技术及其产品。
三个光敏开关k1、k2、k3安装在一个开口的容器内壁上，在赤道北正午的时候，光敏开关k1在南边，光敏开关k2在北边，光敏开关k3在东边。
当某一光敏开关被阳光照射时，该光敏开关接通，反之，该光敏开关断开。
控制单元中采用了CPU记忆芯片，设置每天凌晨5点接通水平旋转电机15反向电极，水平旋转电机15带动聚光装置2的反射面回位面向东方后自动停止。
上午，太阳升起时，光敏开关k1被阳光照射，光敏开关k1接通高度角跟踪电机14正转，反射面的高度角不断增大，当反射面遮挡光敏开关k1的阳光时切断高度角跟踪电机14的电源，高度角跟踪电机14停止工作。随着太阳的不断上升，光敏开关k1重复着被阳光照射的过程，高度角跟踪电机14重复上述的工作直到中午。
从中午开始，太阳下降，光敏开关k2被阳光照射，光敏开关k2接通高度角跟踪电机14反转，反射面的高度角不断减小，反射面遮挡光敏开关k2的阳光后切断高度角跟踪电机14的电源，高度角跟踪电机14停止工作。随着太阳的不断下降，光敏开关k2重复被阳光照射的过程，高度角跟踪电机14重复上述的工作直到傍晚。
太阳自东往西运动，光敏开关k3被照射，电流接通，水平跟踪电机15工作驱动装置自东往西运动，不断跟踪太阳水平运动，当反射面遮挡光照，K3停止接通，电机14停止水平驱动；从早到晚不断重复以上过程，接收装置实现全自动跟踪。
第二个实施例：参照附图4，单个主机1的集热面积为3*4m，单元功率为5kw，既可以单独使用也可以组合使用：将多个主机1与一个与主机功率相匹配的热交换器8连接，就形成一个大单元集成使用，能为工业规模使用提供方便，也便于充分利用用户附近场地光能。

Claims (4)

1.一种太阳能光热高温利用系统，包括主机(1)、油泵(7)和热交换器(8)及其热媒，所述主机(1)由聚光装置(2)、集热器(3)、跟踪装置(4)和底座(5)组成，所述集热器(3)、油泵(7)和热交换器(8)通过油管(6)连接，所述集热器(3)通过支架安装固定在聚光装置(2)的聚焦点上，其特征在于：所述热交换器(8)至少连接一台主机(1)；所述集热器(3)由集热管(9)及其密封件(11)、进油管(10)和回油管(13)组成；所述集热管(9)采用U型高硅硼双层真空玻璃热管，其开口端用密封件(11)封闭；所述进油管(10)穿过密封件(11)进入集热管(9)内后其端部邻近集热管(9)的远端；所述回油管(13)穿过密封件(11)进入集热管(9)内后其端部邻近该集热管(9)的根部；所述进油管(10)通过油管(6)连接到油泵(7)的出口上；所述回油管(13)通过油管(6)连接到热交换器(8)。
2.根据权利要求1所述的一种太阳能光热高温利用系统，其特征在于：所述跟踪装置(4)由电气和机械部分组成，其电气部分的三个光敏开关k1、k2、k3安装在一个没有盖的容器内，并与控制单元电连接，光敏开关k1、k2、k3连同其容器分别安装在聚光装置(2)朝阳光面上；所述控制单元电连接执行单元，执行单元电连接高度角跟踪电机(14)和水平旋转电机(15)；其机械部分由垂直旋转机构和水平旋转机构组成，垂直旋转机构通过减速箱与高度角跟踪电机(14)机械传动连接，水平旋转机构通过减速箱与水平旋转电机(15)机械传动连接；所述垂直旋转机构的高度角跟踪固定部件(16)安装在水平旋转运动部件(18)顶部，所述垂直旋转机构的高度角跟踪运动部件(17)与聚光装置(2)的机架连接；所述水平旋转机构的水平旋转运动部件(18)和水平旋转固定部件(19)为同心结构，水平旋转运动部件(18)在外，水平旋转固定部件(19)在内，两者之间轴承连接；所述水平旋转机构的水平旋转固定部件(19)固定在底座(5)上。
3.一种太阳能光热高温利用系统，包括主机(1)、油泵(7)和热交换器(8)及其热媒，所述主机(1)由聚光装置(2)、集热器(3)、跟踪装置(4)和底座(5)组成，所述集热器(3)、油泵(7)和热交换器(8)通过油管(6)连接，所述集热器(3)通过支架安装固定在聚光装置(2)的聚焦点上，其特征在于：所述热交换器(8)至少连接一台主机(1)；所述集热器(3)由两根集热管(9)及其密封件(11)、进油管(10)、连接管(12)和回油管(13)组成；所述集热管(9)采用U型高硅硼双层真空玻璃热管，其开口端用密封件(11)封闭；所述进油管(10)穿过一根集热管(9)的密封件(11)进入该集热管(9)内后其端部邻近该集热管(9)的远端；所述回油管(13)穿过另外一根集热管(9)的密封件(11)进入集热管(9)内后其端部邻近该集热管(9)的根部；所述连接管(12)穿过两密封件(11)连接两根集热管(9)，其与进油管(10)同管的端部邻近该集热管(9)的根部，其与回油管(13)同管的端部邻近该集热管(9)的远端；所述进油管(10)通过油管(6)连接到油泵(7)的出口上；所述回油管(13)通过油管(6)连接到热交换器(8)。
4.根据权利要求3所述的一种太阳能光热高温利用系统，其特征在于：所述跟踪装置(4)由电气和机械部分组成，其电气部分的三个光敏开关k1、k2、k3安装在一个没有盖的容器内，并与控制单元电连接，光敏开关k1、k2、k3连同其容器分别安装在聚光装置(2)朝阳光面上；所述控制单元电连接执行单元，执行单元电连接高度角跟踪电机(14)和水平旋转电机(15)；其机械部分由垂直旋转机构和水平旋转机构组成，垂直旋转机构通过减速箱与高度角跟踪电机(14)机械传动连接，水平旋转机构通过减速箱与水平旋转电机(15)机械传动连接；所述垂直旋转机构的高度角跟踪固定部件(16)安装在水平旋转运动部件(18)顶部，所述垂直旋转机构的高度角跟踪运动部件(17)与聚光装置(2)的机架连接；所述水平旋转机构的水平旋转运动部件(18)和水平旋转固定部件(19)为同心结构，水平旋转运动部件(18)在外，水平旋转固定部件(19)在内，两者之间轴承连接；所述水平旋转机构的水平旋转固定部件(19)固定在底座(5)上。
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