CN102052772A

CN102052772A - 槽式太阳能集热器及集热管

Info

Publication number: CN102052772A
Application number: CN2011100014689A
Authority: CN
Inventors: 刘盛里
Original assignee: Individual
Current assignee: Inner Mongolia Asahi Energy Co Ltd
Priority date: 2010-01-11
Filing date: 2011-01-06
Publication date: 2011-05-11
Anticipated expiration: 2031-01-06
Also published as: CN102052772B; CN201992869U

Abstract

本发明是太阳能集热设备中的一种槽式太阳能集热器和集热管，该集热器包括驱动机构、集热管、电机、支架和反光材料，两组以上驱动机构平行联结安装在支架上，所述反光材料支架上装有反光材料，反光材料支架与弧形轨道联接构成反光槽，反光槽中心安装日光传感器，顶端安装风力传感器，该日光传感器和风力传感器均通过数据线与PLC控制器连接；所述集热管通过集热管支架安装在反光槽的聚焦线上，所述支架分为高支架和低支架且分别固定支撑驱动机构上下两端，其中最端头的高支架上安装电机，电机与PLC控制器连接。本发明结构简单、稳固，集热效率高，制造成本低廉且维护方便，不漏油（蒸汽）。

Description

槽式太阳能集热器及集热管

技术领域

本发明属于太阳能利用技术领域，具体涉及一种聚焦线为轴心的槽式太阳能集热器。

背景技术

长期以来，人们就一直在努力研究利用太阳能。地球所接受到的太阳能，占太阳表面发出的全部能量的二十亿分之一左右，这些能量相当于全球所需总能量的3—4万倍，可谓取之不尽，用之不竭。因此早在20世纪初就有各种各样的太阳能集热器开始诞生，其中较为具有代表性的就是美国公开号为：US1683266的专利文件。其公开了一种太阳能集热器，该集热器基本能达到集热的目的，但是其转动轨道和齿条分开设计因此结构复杂；带动驱动齿条转动的涡轮蜗杆只有一个即一个支撑受力点，因此连接稳固程度差、电机带动转动时力度平衡性也差；如采用两组以上的支撑结构来驱动，则每一组涡轮蜗杆的驱动都需要用一个电机来带动，必然带来控制难度；且该集热器的外壳十分庞大，因此生产成本极高且不便维护，同时其反光槽为半圆形，因此能利用的反射光能也少。

随着科技的发展，人们不断的研究开发，至今已出现了各种形式的太阳能集热器。现在常用的集热器的集热管均采用旋转接头，当集热器工作时，由于集热管受到高温作用，因此会使得两端的旋转接头向外扩张，从而产生漏油(蒸汽)现象。在中高温太阳能集热器的众多方式里，由于槽式太阳能集热器能将阳光聚焦在一条线上，产生800摄氏度以上的高温，其结构简单，得到了广泛的应用。但由于其体积庞大，风阻也大，相应强度的结构会造成跟踪所需的动力也大，所以跟踪驱动力以液压为主，液压系统必造成成本增加，维护费用高等问题。其次这种槽式太阳能的集热管随聚光槽运动，必造成其上的联结管件的损耗，并且这些太阳能集热器对支伸架的结构的刚性要求高必造成生产成本的增加，且容易出现液压系统的不稳定、轨道移位等问题的出现。而且这种集热器的集热管是固定在反光槽上，当反光槽转动时，集热管也一起转动，因此集热管的支架上部会挡在反光槽所反射的光能集合处，因此这部分多个方向汇聚而来的能量不能得到有效的利用。例如中国公开号为：CN282865621A的专利文件，其公开了一种用于太阳能发电站的集热器，该集热器集合了现有集热器诸多优点的同时主要解决了现有集热器承受机械负荷性差的技术问题，但该集热器也存在着诸多技术缺点。首先该集热器的反光槽通过一个电机来带动外壳和集热管转动，其外壳体积庞大，因此需要动力十分强才可以，且转动时支撑受力点少且不均匀，稳定性十分差。其次该集热器的集热管是通过支架固定在反光槽上的，该支架与集热管是垂直连接，因此该支架上部与集热管临近处挡住了反光槽从多个面反射的光，而该被挡住的区域恰好是高温区域，且此段被遮挡的集热管长度一般情况长达20cm到50cm，因此这段高温区内的热能被浪费，不能最大限度的利用被反射的光热。因此该集热器外壳体积庞大，整个设备转动时稳定性差，动力需求大，生产成本极高且组装、维护十分不方便。

发明内容

本发明的目的是克服上述技术问题，提供一种结构稳固、集热管利用率高、制造成本低廉且维护方便、不漏油（蒸汽）的槽式太阳能集热器及集热管。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：

一种槽式太阳能集热器，包括驱动机构、集热管、电机、支架和反光材料，两组以上驱动机构平行联结安装在支架上，所述反光材料支架上装有反光材料，反光材料支架与弧形轨道联接构成反光槽，反光槽中心安装日光传感器，顶端安装风力传感器，该日光传感器和风力传感器均通过数据线与PLC控制器连接；所述集热管通过集热管支架安装在反光槽的聚焦线上，所述支架分为高支架和低支架且分别固定支撑驱动机构上下两端，其中最端头的高支架上安装电机，电机与PLC控制器连接，其特征在于：每组驱动机构之间通过主连接杆连接；所述每组驱动机构由涡轮减速箱、蜗杆、万向节、反光槽构成，电机的转动轴上设有连接杆，该连接杆连接每一组驱动机构的涡轮减速箱，涡轮减速箱两侧通过万向节连接蜗杆；蜗杆设在抓臂内并与弧形轨道上的涡轮齿相应配合，所述弧形轨道穿过抓臂并位于蜗杆上方；所述抓臂设在支架顶端的凹槽内并通过螺杆固定在支架上；所述抓臂内还装有支承轴承和固定轴承，所述支承轴承设在蜗杆与弧形轨道之间，固定轴承设在弧形轨道上方并与支承轴承的位置相应；所述集热管支架固定在反光槽上，且该集热管支架呈挂钩形。

本发明中所述集热管支架上端水平段是可调节水平长度的伸缩支架，下端为可调节垂直长度的伸缩支架，且该集热管支架的上端与集热管之间为滑动配合；所述弧形轨道是以反光面的聚焦线为轴心。

本发明中所述每个抓臂内的支承轴承和固定轴承都固定在抓臂上。

本发明还提供一种太阳能直通式真空集热管，包括金属内管、玻璃外管、合金法兰、环状波纹盘、吸收剂环和陶瓷环，其特征在于：所述合金法兰采用热膨胀率与玻璃外管相近的金属材料，所述玻璃外管两端头的管壁厚度大于中间段厚度，在玻璃外管两端头的管壁上熔接合金法兰；金属内管套在玻璃外管内，所述金属内管和玻璃外管之间的两端头依次套有吸收剂环和陶瓷环，金属内管两端头还套有环状波纹盘，该环状波纹盘的外环与玻璃外管上的合金法兰焊接，内环与金属内管焊接，所述金属内管两端最外端上还设有法兰盘。

上述环状波纹盘是不锈钢材料，且波纹的宽度在3.0~28.0mm，波峰高度为2.0~20.0mm之间，环状波纹盘厚度为：0.3~1.5mm。

上述金属内管采用高导热金属材料制成且其外表面有选择性吸收镀膜，该选择性吸收镀膜为金属离子或者金属氧化物，如氧化钛、黑铬、黑钴、四氧化三铁，三氧化二铝，氮化铝等；吸收剂环是用不锈钢网状材料压模成型，吸收剂环内装有氧化吸收材料。

上述所述合金法兰上设有数排圆孔，且该合金法兰采用热膨胀率与玻璃外管相近的材质；圆孔的作用是玻璃外管两端头的较厚的玻璃加热软熔状态时与合金法兰形成熔封铆接。

本发明的有益效果是：

1、本发明在电机转动轴上增加万向节从而可以根据实际需要将很多组蜗杆串联起来，实现了多组反光槽同步转动且至少采用四个支架和蜗杆与弧形轨道配合组成一组反光槽，电机直接驱动四个蜗杆来带动弧形轨道同时同向转动，这样相当于弧形轨道至少受到四个支撑点支撑，同时在支架上增加抓臂，因此稳定性更好且转动更平稳，且采用这样的结构不需要使用庞大的外壳或支架使得生产成本降低且更加容易维护。

2、本发明的支架顶端设置凹槽且在凹槽和蜗杆之间设置支承轴承和固定轴承将弧形轨道固定在一个面内转动不会出现晃动、移位等现象，因此稳固效果比以前的集热器有很大的进步。

3、本发明集热管的集热管支架采用挂钩形状，因此不会挡住高温区域的反射光，从而最大值的利用了集热管吸热率。

4、本发明的集热管不旋转因此不需要旋转阀从而解决了现有集热器的漏油（蒸汽）现象。

附图说明

图1、是本发明的整体结构示意图

图2、是图1侧视图

图3、是抓臂处局部装配结构放大示意图

图4、集热管结构示意图

图5、集热管其中一端头局部剖面结构示意图

图6、合金法兰结构示意图

图7、环状波纹盘结构示意图

图中：1-集热管；2-电机；3-反光材料支架；4-弧形轨道；5-日光传感器；6-风力传感器；7-PCL控制器；8-集热管支架；9-高支架；10-连接杆；11-涡轮减速箱；12-蜗杆；13-万向节；14-抓臂；15-凹槽；16-螺杆；17-支承轴承；18-固定轴承；19-金属内管；20-玻璃外管；21-合金法兰；22-环状波纹盘；23-吸收剂环；24-陶瓷环；25-法兰盘；26-低支架；27-反光材料，28-主连接杆。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步说明，但本发明的保护范围并不仅限于此实施方式。

如图1、2所示：一种槽式太阳能集热器，包括驱动机构、集热管1、电机2、支架和反光材料27。两组以上驱动机构平行联结安装在支架上，反光材料支架3与弧形轨道4联接构成反光槽，反光材料支架3上装有反光材料27。所述反光槽中心安装有日光传感器5，顶端安装有风力传感器6，该日光传感器5和风力传感器6均通过数据线与PLC控制器7连接。所述集热管1通过集热管支架8安装在反光槽的聚焦线上。前述支架分为高支架9和低支架26且分别固定支撑驱动机构上、下两端，其中最端头的高支架9上安装电机2，电机2采用数据线与PLC控制器7连接。所述每组驱动机构之间通过主连接杆28连接。所述每组驱动机构由涡轮减速箱11、蜗杆12、万向节13、弧形轨道4构成，电机2的转动轴上设有连接杆10，该连接杆10连接每一组驱动机构的涡轮减速箱11，该涡轮减速箱11两侧通过万向节13连接蜗杆12；蜗杆12设在抓臂14内并与弧形轨道4上的涡轮齿相应配合，所述弧形轨道4穿过抓臂14并位于蜗杆12上方；所述抓臂14设在支架顶端的凹槽15内，并通过螺杆16固定在支架上。所述抓臂14内还装有支承轴承17和固定轴承18，其中支承轴承17设在蜗杆12与弧形轨道4之间，固定轴承18设在弧形轨道4上方并与支承轴承17的位置相应。所述集热管支架8固定在反光槽上，且该集热管8支架呈挂钩形。

如图3所示：在抓臂14与弧形轨道4之间设两个支承轴承17，支承轴承17的轴承固定在支架上，这样可以承受弧形轨道4的上重力使得蜗杆12与弧形轨道4的涡轮齿配合更加灵活，且可以避免因弧形轨道4的自身重力而使得蜗杆12不能带动弧形轨道的问题发生，其次在弧形轨道4上方与支承轴承17相应位置处也分别设两个固定轴承18；这样可以固定弧形轨道4，使其在转动时不会移出轨道从而产生移位等事故发生，增加整个驱动机构的稳定性。

由于整个装置是电机转动轴上设置连接杆10将数个驱动机构串联起来，且在每个驱动机构的减速箱上设置万向节，通过万向节调整驱动机构中的蜗杆转向，从而使得整个设备转动方向一致，同时采用抓臂结构使得整个驱动机构的结构稳固，因此解决了以往一个电机不能带动数个驱动机构同时同向稳定转动的技术问题。

前述的集热管支架8下端安装在反光槽中心，上端套装集热管1并与集热管滑动配合，该集热管1位于反光槽的聚焦线上。由于集热管支架8呈挂钩形，这样可以使得上端避开阻挡高温区的反射光，最大值利用集热管。其次集热管支架8上端水平段为可以调节水平方向长度的伸缩架，下端为可以调节垂直方向的伸缩架，这样方便使用和安装时调整集热管1的位置。

本发明的工作原理和操作方法是：首先将两组以上的弧形轨道和反光材料支架平行安装组合在一起形成反光槽，再将集热管安装在集热管支架上组成集热器。此时根据高、低支架并结合日期、纬度调节好反光槽的朝向。当集热器工作时，日跟踪传感器和风力传感器将其各自收集的信号传输给PLC控制器，控制器根据输入的数据直接驱动电机运转来带动蜗杆转动，并带动反光槽转动达到跟踪日光的目的。如遇强风暴，PLC控制器能按风力传感器提供的信号，将反光槽旋转到风阻最小的角度，从而增加集热器的稳定性能。

如图4~7所示：太阳能直通式真空集热管，包括金属内管19、玻璃外管20、合金法兰21、环状波纹盘22、吸收剂环23和陶瓷环24，所述合金法兰21采用热膨胀率与玻璃外管20相近的金属材料，所述玻璃外管20两端头的管壁厚度大于中间段厚度，在玻璃外管20两端头的加厚的管壁上熔接合金法兰21；金属内管19套在玻璃外管20内，所述金属内管19和玻璃外管20之间的两端头依次套有吸收剂环23和陶瓷环24，金属内管19两端头还套有环状波纹盘22，该环状波纹盘22的外环与玻璃外管20上的合金法兰21焊接，内环与金属内管28焊接，所述金属内管19两端最外端上还设有法兰盘25。

上述环状波纹盘22是不锈钢材料，且波纹的宽度在3.0~28.0mm，波峰高度为2.0~20.0mm之间，环状波纹盘厚度为：0.3~1.5mm。

上述金属内管19采用高导热金属材料制成且其外表面有选择性吸收镀膜，最好是金属离子或金属氧化物，如氧化钛、黑铬、黑钴、四氧化三铁，三氧化二铝，氮化铝等；吸收剂环是用不锈钢网状材料压模成型，吸收剂环内装有氧化吸收材料。

上述所述合金法兰21上设有数排圆孔，且该合金法兰采用热膨胀率与外管相近的材质；圆孔的作用是使玻璃外管两端头加厚的玻璃在加热软熔状态时与合金法兰形成熔封铆接。

本发明中的直通式真空集热管的制作方法是：

①、环状波纹盘制作，首先选择不锈钢材质，然后将波纹的宽窄在控制在3.0-28.0mm之间，波峰高度2.0-20.0mm之间，材料厚度0.3-1.5mm之间，最后冲压成型，退火。

②、金属内管采用材质为SUS304、321、316L的不锈钢材料，管径在30-70mm之间，表面校直，车、磨后清洗，电镀选择性吸收膜，如氧化钛、黑铬、黑钴、四氧化三铁、三氧化二铝，氮化铝等。

③、吸收剂环是用不锈钢网状材料压模成型后，再封入氧化吸收材料而制成。

④、将含钛石英玻璃外管上加热软化开孔后熔接一小段玻璃细管。

⑤、将上述步骤④中含钛石英玻璃外管加工成设计长度后，清洗、风干，在端头上套入外管附件（即与玻璃外管同材质的物体），在外管附件与玻璃外管之间嵌入加工好的合金法兰，再罩上钟控恒温电加热盘，进行定时恒温加热后，成型内模将加热至软熔状态的外管合金法兰、附件一齐推入端头成型外模成型，定型后，将玻璃外管取出，这样便将合金法兰熔接在玻璃外管端头了，再用同样的方法将另一头加工成型。

⑥、在金属内管两端头上增设陶瓷环、吸收剂环，然后套上步骤⑤中制作好的玻璃外管，再在两端头套上环状波纹盘，将环状波纹盘的外环与玻璃外管的合金法兰焊接，内环与金属内管焊接；其中陶瓷环有阻隔真空管里的热量通过端头的环状波纹盘散失和固定外玻璃管与内金属管的位置作用；吸收剂环能将抽真空后的残余空气氧化吸收。

⑦、将成型后的集热管抽制成真空，热熔取下玻璃细管后，消除管脐。

⑧、最后将加工成型的集热管整体回火消除内应力。

Claims

1.一种槽式太阳能集热器，包括驱动机构、集热管（1）、电机（2）、支架和反光材料（27），两组以上驱动机构平行联结安装在支架上，所述反光材料支架（3）上装有反光材料（27），反光材料支架（3）与弧形轨道（4）联接构成反光槽，反光槽中心安装日光传感器（5），顶端安装风力传感器（6），该日光传感器（5）和风力传感器（6）均通过数据线与PLC控制器（7）连接；所述集热管（1）通过集热管支架（8）安装在反光槽的聚焦线上，所述支架分为高支架（9）和低支架（26）且分别固定支撑驱动机构上下两端，其中最端头的高支架（9）上安装电机（2），电机（2）与PLC控制器（7）连接，其特征在于：每组驱动机构之间通过主连接杆（28）连接；所述每组驱动机构由涡轮减速箱（11）、蜗杆（12）、万向节（13）、反光槽构成，电机（2）的转动轴上设有连接杆（10），该连接杆（10）连接每一组驱动机构的涡轮减速箱（11），涡轮减速箱（11）两侧通过万向节（13）连接蜗杆（12）；蜗杆（12）设在抓臂（14）内并与弧形轨道（4）上的涡轮齿相应配合，所述弧形轨道（4）穿过抓臂（14）并位于蜗杆（12）上方；所述抓臂（14）设在支架顶端的凹槽（15）内并通过螺杆（16）固定在支架上；所述抓臂（14）内还装有支承轴承（17）和固定轴承（18），所述支承轴承（17）设在蜗杆（12）与弧形轨道（4）之间，固定轴承（18）设在弧形轨道（4）上方并与支承轴承（17）的位置相应；所述集热管支架（8）固定在反光槽上，且该集热管支架（8）呈挂钩形。

2.根据权利要求1所述的槽式太阳能集热器，其特征在于：所述集热管支架（8）上端水平段是可调节水平长度的伸缩支架，下端为可调节垂直长度的伸缩支架，且该集热管支架（8）的上端与集热管（1）之间为滑动配合。

3.根据权利要求1所述的槽式太阳能集热器，其特征在于：所述弧形轨道（4）是以反光面的聚焦线为轴心。

4.根据权利要求1所述的槽式太阳能集热器，其特征在于：所述每个抓臂（14）内的支承轴承（17）和固定轴承（18）都固定在抓臂（14）上。

5.一种太阳能直通式真空集热管，包括金属内管（19）、玻璃外管（20）、合金法兰（21）、环状波纹盘（22）、吸收剂环（23）和陶瓷环（24），其特征在于：所述合金法兰（21）采用热膨胀率与玻璃外管（20）相近的金属材料，所述玻璃外管（20）两端头的管壁厚度大于中间段厚度，在玻璃外管(20)两端头的管壁上熔接合金法兰（21）；金属内管（19）套在玻璃外管（20）内，所述金属内管（19）和玻璃外管（20）之间的两端头依次套有吸收剂环（23）和陶瓷环（24），金属内管（19）两端头还套有环状波纹盘（22），该环状波纹盘（22）的外环与玻璃外管（20）上的合金法兰（21）焊接，内环与金属内管(19)焊接，所述金属内管（19）两端最外端上还设有法兰盘（25）。

6.根据权利要求5所述的太阳能直通式真空集热管，其特征在于：所述合金法兰（21）上设有数排圆孔。

7.根据权利要求5所述的太阳能直通式真空集热管，其特征在于：所述环状波纹盘（22）是不锈钢材料，且波纹的宽度在3.0~28.0mm，波峰高度为2.0~20.0mm之间，环状波纹盘厚度为：0.3~1.5mm。

8.根据权利要求5所述的太阳能直通式真空集热管，其特征在于：金属内管（19）采用高导热金属材料制成且其外表面有选择性吸收镀膜。

9.根据权利要求8所述的太阳能直通式真空集热管，其特征在于所述选择性吸收镀膜是金属离子或者金属氧化物。

10.根据权利要求5所述的太阳能直通式真空集热管，其特征在于：吸收剂环（23）是用不锈钢网状材料压模成型，吸收剂环（23）内装有氧化吸收材料。