CN102032689B - 一种新型碟式太阳能集热装置及系统 - Google Patents

Abstract

一种新型碟式太阳能集热装置及系统，该装置包含：对太阳光进行随转追踪的反射镜，使阳光垂直入射来汇聚光热能量；和位于反射镜焦点上的受热点，其空间位置在反射镜进行太阳随转追踪时固定不变；以及与所述受热点连接的集热管，通过聚焦在受热点上的太阳能来加热管内的工作介质。本发明使反射镜旋转或改变倾斜角度以随转追踪太阳，保持阳光在反射镜上垂直入射，使有效接收面积最大化。阳光经反射镜收集后，对焦点上的受热点进行集中加热，通过该点聚焦方式能够获取很高的工作介质温度。集热系统收集若干集热管输出的高温介质后统一向外供热或发电。由于受热点的空间位置在反射镜追踪太阳的过程中固定不变，大大简化了集热管的设计安装。

Description

一种新型碟式太阳能集热装置及系统

技术领域

本发明涉及一种太阳能集热装置及系统，特别涉及一种受热点固定的新型碟式太阳能集热装置及其构成的集热系统。

背景技术

太阳能是一种极为丰富的清洁能源，取之不尽，用之不竭，地球每年接受的太阳能总量是世界年耗总能量的一万多倍。太阳能光热发电技术通过汇聚的太阳光来加热液体或气体的传热工作介质，该部分热量转换为机械能后，进一步转化为电能。因而，该太阳能光热发电技术是具有广阔应用前景的太阳能利用技术之一。

目前主流的太阳能光热发电技术有塔式、槽式、菲涅尔式和碟式四种。

其中，塔式光热发电系统包含在空旷地面上建立的一个集热塔，以及围绕集热塔设置的一定数量的定日镜；定日镜将太阳光聚集到集热塔，使其中传热的工作介质被加热到极高的温度进而产生高温蒸汽，推动汽轮机进行发电。虽然其可获得较高的工作介质温度，但大规模应用则需要占用大片土地；且定日镜距离集热塔动辄数百米甚至上千米，对定日镜的定位精度要求极高。

槽式光热发电系统，利用长条形的圆柱抛面镜，将太阳光反射到镜面焦线位置的集热管；菲涅尔式光热发电系统与之类似，以菲涅尔结构的凹面反射镜来替代所述圆柱抛面镜。槽式和菲涅尔式系统中，均是通过太阳能来加热集热管中工作介质，再将介质热量汇聚在一起后进行发电。然而，由于在追踪太阳的过程中无法让阳光垂直入射至反射面，造成能量的损失；而且，由于以线聚焦代替了点聚焦，需要加热整条集热管，造成受热点分散，难以获得很高的工作介质温度；另外，由于需要在高温高压下长期旋转，所述集热管的布置及连接往往需要精心设计，否则很容易发生接口开裂、管路破损等情况，而使其中的工作介质泄露，对整个装置的使用寿命和工作可靠性有很大影响。

碟式光热发电系统，利用旋转抛物面反射镜独立进行定日跟踪，并将入射的太阳光聚焦到焦点上设置的小型的斯特林发电机直接进行发电。然而，由于收集的太阳能难以存储和集中，若每个系统收集的太阳能不够又难以使功率固定的斯特林发电机工作，因而集热效率不高；且众多小型的分散式电源的产生，给并网发电带来诸多不便。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型碟式太阳能集热装置及系统，通过自动跟踪太阳的凹面反射镜，使阳光垂直入射，实现有效接收面积的最大化；由凹面反射镜将阳光汇聚到焦点附近，对焦点附近的集热管受热点进行集中加热，以获取较高温度的工作介质；使追踪过程中受热点位于焦点的空间位置不变，来简化集热管的设计安装。在集热系统中，将若干集热装置的集热管输送的高热工作介质收集汇总后，向外集中供热或集中发电。

为了达到上述目的，本发明的一个技术方案是提供一种新型碟式太阳能集热装置，其包含反射镜，设置在所述反射镜焦点上的受热点，以及与所述受热点连接的集热管；

所述碟式太阳能集热装置还包含一机械支撑及传动机构，所述机械支撑及传动机构对所述反射镜进行支撑，并控制所述反射镜对太阳光进行随转追踪，使阳光垂直入射到所述反射镜上，从而汇聚光热能量至所述受热点上；

所述机械支撑及传动机构设置有一支撑轴和一俯仰轴；所述俯仰轴一端与所述支撑轴的顶端连接，另一端固定设置在所述反射镜的中心；

所述俯仰轴还通过一液压杆与所述支撑轴连接；通过所述液压杆的推动来调整所述俯仰轴与支撑轴之间的夹角，进而带动所述反射镜的倾斜角度改变；

所述集热管穿设在所述支撑轴中，所述集热管顶部位于所述反射镜的焦点，并在该集热管顶部固定设置所述受热点；所述受热点的空间位置在反射镜进行太阳随转追踪时固定不变；

所述集热管内部设置有传热的工作介质，该工作介质通过聚焦在所述受热点上的太阳能来加热，并经由所述集热管向外输送。

所述支撑轴竖直设置；所述反射镜上开设有一个条形缺口，所述缺口由反射镜的中心径向延伸至边缘位置，使所述支撑轴经由该缺口穿过所述反射镜后，固定设置在地面上。

所述的新型碟式太阳能集热装置，还包含与所述支撑轴连接的圆柱减速器；在所述圆柱减速器推动下，所述反射镜可围绕所述支撑轴旋转。

本发明的另一个技术方案是提供一种太阳能集热系统，其包含若干所述碟式太阳能集热装置；

每个所述碟式太阳能集热装置包含对太阳随转追踪的反射镜，设置在所述反射镜焦点位置的受热点，以及与所述受热点连接的集热管；

每个所述碟式太阳能集热装置还包含一机械支撑及传动机构，所述机械支撑及传动机构对所述反射镜进行支撑，并控制所述反射镜对太阳光进行随转追踪，使阳光垂直入射到所述反射镜上，从而汇聚光热能量至所述受热点上；

所述机械支撑及传动机构设置有一支撑轴和一俯仰轴；所述俯仰轴一端与所述支撑轴的顶端连接，另一端固定设置在所述反射镜的中心；

所述俯仰轴还通过一液压杆与所述支撑轴连接；通过所述液压杆的推动来调整所述俯仰轴与支撑轴之间的夹角，进而带动所述反射镜的倾斜角度改变；

所述集热管穿设在所述支撑轴中，所述集热管顶部位于所述反射镜的焦点，并在该集热管顶部固定设置所述受热点；所述受热点的空间位置，在所述反射镜进行太阳随转追踪时固定不变；

每个所述碟式太阳能集热装置的集热管内部设置有传热的工作介质，该工作介质通过聚焦在所述受热点上的太阳能来加热；

所述太阳能集热系统中还包含一热能集中机构，所述热能集中机构与若干所述碟式太阳能集热装置的集热管输出端连接，接收并统一存储若干所述集热管中流出的经过加热的工作介质；所述热能集中机构将所述工作介质的热量向外部输出供热，或分配至与热能集中机构连接的若干发电设备进行发电。

本发明所述新型碟式太阳能集热装置及系统，其优点在于：

本发明的每个集热装置中，由机械支撑及传动机构支撑，并通过其中支撑轴和俯仰轴的配合设置，使反射镜能够随转追踪太阳，保持阳光在反射镜上垂直入射，使有效接收面积最大化。

相比现有槽式和菲涅尔式系统的线聚焦，本发明中阳光经反射镜收集后，对焦点上的集热管受热点进行集中加热，通过该点聚焦方式能够获取很高的工作介质温度。由于所述受热点的空间位置在反射镜追踪太阳的过程中固定不变，大大简化了集热管的设计安装。

本发明所述集热系统中，将若干集热装置的集热管输送的高热工作介质进行收集汇总，再分配给少数发电设备进行发电，解决了现有碟式光热发电系统发电电源分散的缺陷。

本发明所述碟式太阳能集热装置及系统，适用于构成太阳能集中供热或集中发电的系统，其应用规模可根据需要选择，既可用于大规模的光热发电或供热系统，又能够应用于如居民小区屋顶等小型场合。

附图说明

图1是本发明所述新型碟式太阳能集热装置的总体结构示意图；

图2是本发明所述太阳能集热系统的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图说明本发明的具体实施方式。

如图1所示，本发明所述新型碟式太阳能集热装置，包含一有聚焦功能的凹面反射镜10，设置在所述反射镜10焦点位置的集热管20受热点21，以及支撑所述反射镜10、集热管20及受热点21的机械支撑及传动机构。

为了实现反射镜10对太阳光的随转追踪，使阳光能够垂直入射到该反射镜10的凹面上，以最大面积、最大效率地接收并反射太阳光，在所述机械支撑及传动机构采用两轴式，包含一竖直设置的支撑轴31和一俯仰轴32。

所述反射镜10上开设有一个条形缺口11，其由反射镜10的中心径向延伸至边缘位置，使所述支撑轴31经由该缺口11穿过所述反射镜10后，固定设置在地面上。所述反射镜10在圆柱减速器推动下，可围绕该支撑轴31旋转。

所述俯仰轴32一端与所述支撑轴31顶端固定连接，另一端固定设置在所述反射镜10的中心。俯仰轴32还通过一液压杆33与支撑轴31连接。通过上述液压杆33的推动来调整所述俯仰轴32与支撑轴31之间的夹角，进而带动反射镜10的倾斜角度改变。

所述受热点21固定安装在所述集热管20顶部；由于该受热点21位于所述反射镜10的焦点位置，经所述反射镜10收集的阳光能量集中于受热点21这一小片区域，可将集热管20内设有的工作介质加热到很高的温度。另外，在反射镜10追踪太阳的过程中，所述受热点21的空间位置可固定不变，即始终保持在反射镜10焦点上，大大简化了集热管20的设计安装。

所述集热管20穿设固定在机械支撑及传动机构的支撑轴31中，将其内部被加热的工作介质向外输送。该集热管20应具有较好的保温性能，以减少高温的工作介质输送时的热量损失。

配合参见体1、图2所示，若干个上述新型碟式太阳能集热装置，其各自的集热管20输出端连接至同一个热能集中机构40，构成一太阳能集热系统。所述热能集中机构40将各集热管20输送的高温工作介质集中存储，并输出其收集的介质热量向外供热，或分配给外部少量的几个发电设备进行发电。该发电设备可以包含将热能转化为机械能的汽轮机，以及将机械能转化为电能的发电机。

综上所述，本发明所述新型碟式太阳能集热装置，由机械支撑及传动机构支撑，并通过其中支撑轴31和俯仰轴32的配合设置，使反射镜10能够随转追踪太阳，保持阳光在反射镜10上垂直入射，使有效接收面积最大化。

相比现有槽式和菲涅尔式系统的线聚焦，本发明中阳光经反射镜10收集后，对焦点上的集热管20受热点21进行集中加热，通过该点聚焦方式能够获取很高的工作介质温度。由于所述受热点21的空间位置在反射镜10追踪太阳的过程中固定不变，大大简化了集热管20的设计安装。

本发明所述太阳能集热系统中，所述若干集热管20输出高热的工作介质，其介质热量经过收集汇总后被分配给少数发电机进行发电，解决了现有碟式光热发电系统发电电源分散的缺陷。

本发明所述碟式太阳能集热装置及系统，适用于构成太阳能集中供热或集中发电的系统，其应用规模可根据需要选择，既可用于大规模的光热发电或供热系统，又能够应用于如居民小区屋顶等小型场合。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (4)

1.一种新型碟式太阳能集热装置，其特征在于，包含反射镜（10），设置在所述反射镜（10）焦点上的受热点（21），以及与所述受热点（21）连接的集热管（20）；

所述碟式太阳能集热装置还包含一机械支撑及传动机构，所述机械支撑及传动机构对所述反射镜（10）进行支撑，并控制所述反射镜（10）对太阳光进行随转追踪，使阳光垂直入射到所述反射镜（10）上，从而汇聚光热能量至所述受热点（21）上；

所述机械支撑及传动机构设置有一支撑轴（31）和一俯仰轴（32）；所述俯仰轴（32）一端与所述支撑轴（31）的顶端连接，另一端固定设置在所述反射镜（10）的中心；

所述俯仰轴（32）还通过一液压杆（33）与所述支撑轴（31）连接；通过所述液压杆（33）的推动来调整所述俯仰轴（32）与支撑轴（31）之间的夹角，进而带动所述反射镜（10）的倾斜角度改变；

所述集热管（20）穿设在所述支撑轴（31）中，所述集热管（20）顶部位于所述反射镜（10）的焦点，并在该集热管（20）顶部固定设置所述受热点（21）；所述受热点（21）的空间位置在反射镜（10）进行太阳随转追踪时固定不变；

所述集热管（20）内部设置有传热的工作介质，该工作介质通过聚焦在所述受热点（21）上的太阳能来加热，并经由所述集热管（20）向外输送。

2.如权利要求1所述的新型碟式太阳能集热装置，其特征在于，所述支撑轴（31）竖直设置；所述反射镜（10）上开设有一个条形缺口（11），所述缺口（11）由反射镜（10）的中心径向延伸至边缘位置，使所述支撑轴（31）经由该缺口（11）穿过所述反射镜（10）后，固定设置在地面上。

3.如权利要求2所述的新型碟式太阳能集热装置，其特征在于，还包含与所述支撑轴（31）连接的圆柱减速器；在所述圆柱减速器推动下，所述反射镜（10）可围绕所述支撑轴（31）旋转。

4.一种太阳能集热系统，其特征在于，包含若干所述碟式太阳能集热装置；

每个所述碟式太阳能集热装置包含对太阳随转追踪的反射镜（10），设置在所述反射镜（10）焦点位置的受热点（21），以及与所述受热点（21）连接的集热管（20）；

每个所述碟式太阳能集热装置还包含一机械支撑及传动机构，所述机械支撑及传动机构对所述反射镜（10）进行支撑，并控制所述反射镜（10）对太阳光进行随转追踪，使阳光垂直入射到所述反射镜（10）上，从而汇聚光热能量至所述受热点（21）上；

所述机械支撑及传动机构设置有一支撑轴（31）和一俯仰轴（32）；所述俯仰轴（32）一端与所述支撑轴（31）的顶端连接，另一端固定设置在所述反射镜（10）的中心；

所述俯仰轴（32）还通过一液压杆（33）与所述支撑轴（31）连接；通过所述液压杆（33）的推动来调整所述俯仰轴（32）与支撑轴（31）之间的夹角，进而带动所述反射镜（10）的倾斜角度改变；

所述集热管（20）穿设在所述支撑轴（31）中，所述集热管（20）顶部位于所述反射镜（10）的焦点，并在该集热管（20）顶部固定设置所述受热点（21）；所述受热点（21）的空间位置，在所述反射镜（10）进行太阳随转追踪时固定不变；

每个所述碟式太阳能集热装置的集热管（20）内部设置有传热的工作介质，该工作介质通过聚焦在所述受热点（21）上的太阳能来加热；

所述太阳能集热系统中还包含一热能集中机构（40），所述热能集中机构（40）与若干所述碟式太阳能集热装置的集热管（20）输出端连接，接收并统一存储若干所述集热管（20）中流出的经过加热的工作介质；所述热能集中机构（40）将所述工作介质的热量向外部输出供热，或分配至与热能集中机构（40）连接的若干发电设备进行发电。

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