CN102393083A - 风力驱动菲涅尔太阳能聚焦热风装置 - Google Patents

Abstract

风力驱动菲涅尔太阳能聚焦热风装置，包括太阳辐射转换器气流流通驱动系统、菲涅尔透镜聚焦系统和太阳辐射转换器，太阳辐射转换器气流流通驱动系统是风力驱动系统，菲涅尔透镜聚焦系统包括用连杆连接的菲涅尔透镜、太阳辐射追踪框架和太阳辐射转换器，太阳辐射转换器冷空气入口与风力驱动系统连接，热空气出口输出热风。本发明的有益效果是：应用风力驱动太阳转换器内气流流动，节约了能源，提高了能量转换效率；菲涅尔透镜可追踪太阳辐射方向并聚焦太阳辐射成为光斑，结构简单；应用泡沫陶瓷转换为热能，提高了转换效率；适用于高海拔地区、沿海地区以及中西部地区；清洁环保。

Description

风力驱动菲涅尔太阳能聚焦热风装置

技术领域

本发明属于太阳能装置领域，尤其涉及利用菲涅尔透镜聚焦太阳辐射能并将其转换为热能的装置。

背景技术

太阳能是蕴藏丰富、安全、不会威胁人类和破坏环境的能量，是人类最理想的能源。现有技术中利用太阳能聚热发电主要有槽式聚热发电、塔式聚热发电和碟式聚热发电三种方式。槽式聚热发电的聚热方法是利用槽形抛物面反射镜将太阳光聚焦到太阳能集热器对传热工质加热；塔式聚热发电的聚热方法是在很大面积的场地上装有多台大型反射镜，通常称为定日镜，每台都各自配有跟踪机构，准确地将太阳光反射集中到一个高塔顶部的接收器上，通过接收器对传热工质加热；碟式聚热发电的聚热方法是利用盘状抛物面镜聚焦集热，其结构外形类似于大型抛物面雷达天线。现有技术的的不足是；聚光装置能量转换效率低、结构复杂庞大，换热气流流通需要电力驱动，系统整体能量转换效率低，制约了太阳能发电技术商业化推广应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用风能驱动空气流通，用菲涅尔透镜聚焦集热，用太阳辐射转换器将空气加热的太阳能聚焦热风装置。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：风力驱动菲涅尔太阳能聚焦热风装置，包括太阳辐射转换器气流流通驱动系统、菲涅尔透镜聚焦系统和太阳辐射转换器，其特征在于所述太阳辐射转换器气流流通驱动系统是风力驱动系统，风力驱动系统包括风力驱动鼓风机、风力驱动鼓风机出风管、阀门A和冷空气软管，风力驱动鼓风机与风力驱动鼓风机出风管连接，风力驱动鼓风机出风管上设有阀门A，风力驱动鼓风机出风管通过冷空气软管与太阳辐射转换器的冷空气入口相连；所述的菲涅尔透镜聚焦系统包括：菲涅尔透镜、太阳辐射追踪框架、连杆A、连杆B和连杆C，连杆A、连杆B和连杆C是直杆，菲涅尔透镜通过连杆B与太阳辐射追踪框架固定相连，菲涅尔透镜通过连杆A与太阳辐射转换器固定相连，连杆A将菲涅尔透镜与太阳辐射

转换器固定相连；所述太阳辐射转换器包括：石英玻璃板、太阳辐射转换器外壳、泡沫陶瓷、隔板、冷空气入口、热空气出口和保温材料，太阳辐射转换器外壳是筒状壳体，石英玻璃板覆盖在太阳辐射转换器外壳上端部，隔板是平板，隔板置于太阳辐射转换器外壳内，将太阳辐射转换器外壳内分成在上部连通的两程，太阳辐射转换器外壳内填充泡沫陶瓷，太阳辐射转换器外壳外覆盖保温材料，冷空气入口和热空气出口设在太阳辐射转换器外壳下端，热空气出口通过热空气软管输出热风。

本发明所述风力驱动菲涅尔太阳能聚焦热风装置，其特征在于所述太阳辐射转换器气流流通驱动系统还包括电力驱动系统，电力驱动系统包括：电力驱动鼓风机、电力驱动风机出风管和阀门B，电力驱动鼓风机与电力驱动风机出风管连接，阀门B置于电力驱动风机出风管上，电力驱动风机出风管并联在冷空气软管上。

本发明所述风力驱动菲涅尔太阳能聚焦热风装置，其特征在于所述风力驱动鼓风机由风力叶轮、风力叶轮轴、变速装置、轴流式压气机、风向定向装置、风速探针、轴承A、变速装置支杆、轴承B，风力驱动鼓风机支柱，风力叶轮通过风力叶轮轴与变速装置左端相连，变速装置右端与压气机轴相连，风向定向装置与轴流式压气机外壳后部固定连接，轴流式压气机外壳通过轴承A与风力驱动鼓风机支柱连接，变速装置下端与变速装置支杆上端刚性连接，变速装置支杆下端通过轴承B与风力驱动鼓风机支柱连接，轴承A和轴承B的连接构成风力驱动鼓风机以风力驱动鼓风机支柱为轴的旋转结构；风速探针布置在风力驱动鼓风机外壳上，用于测量环境风速。

本发明所述风力驱动菲涅尔太阳能聚焦热风装置，其特征在于所述风力驱动菲涅尔太阳能聚焦热风装置还包括控制装置，控制装置是电脑或单板机，风速探针测得的环境风速信号传输到控制装置，控制装置根据预置程序控制电力驱动系统的开闭。

本发明的原理是

应用太阳辐射追踪框架可以追踪太阳辐射入射光线方向的特性，将菲涅尔透镜、太阳辐射转换器和太阳辐射追踪框架通过连杆A、连杆B和连杆C相连，使菲涅尔透镜聚焦太阳辐射成为强能流密度光斑，投射到太阳辐射转换器上。太阳辐射转换器内填装辐射吸收能力强、导热系数大和对流换热性能强的三维网络状结构的泡沫陶瓷多孔介质材料，将聚焦的太阳辐射转换为热能加热泡沫陶瓷多孔介质，泡沫陶瓷多孔介质通过对流换热将热量传递给流通其内的冷空气，产生热风，从热空气出口送出。由于太阳辐射追踪框架可以追踪太阳辐射入射光线方向，保证了入射菲涅尔透镜平面太阳辐射强度。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、应用风力驱动太阳转换器内气流流动。同时，风力驱动系统上安装风速测量装置，当风力不足时，启动电力驱动系统驱动太阳转换器内气流流动。节约了能源，提高了能量转换效率。

2、应用可追踪太阳辐射方向的菲涅尔透镜聚焦太阳辐射成为光斑。相对于传统聚焦装置，结构被简化。

3、应用太阳辐射转换器内泡沫陶瓷吸收太阳辐射并转换为热能加以利用，提高了太阳辐射向热能转换的转换效率，清洁环保。

4、此发明多个装置并联，可以与传统的供热设备或发电设备匹配，用于供热或发电。

5、本发明特别适用于高海拔地区、沿海地区以及中西部地区。

附图说明

本发明共有附图四幅，其中：

图1本发明的结构示意图

图2风力驱动鼓风机结构示意图

图3轴流式压气机结构示意图

图4太阳辐射转换器结构示意图

图中：1、风力驱动鼓风机，2、电力驱动鼓风机，3、风力驱动鼓风机出风管，4、电力驱动鼓风机出风管，5、阀门A，6、阀门B，7、冷空气软管，8、热空气软管，9、冷空气入口，10、热空气出口，11、太阳辐射转换器，12、菲涅尔透镜，13、太阳辐射追踪框架，14、连杆A，15、连杆B，16、连杆C，17、风力叶轮，18、风力叶轮轴，19、变速装置，20、压气机轴，21、轴流式

压气机，22、轴流式压气机外壳，23、风向定向装置，24、风速探针，25、轴承A，26、变速装置支杆，27、轴承B，28、风力驱动鼓风机

支柱，29、压气机动叶栅，30、压气机静叶栅，31、石英玻璃板，32、太阳辐射转换器外壳，33、泡沫陶瓷，34、隔板，35、保温材料。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方案对本发明作进一步说明。

本装置由太阳能集热器气流流通驱动系统、菲涅尔透镜聚焦系统和辐射转换器组成。

太阳辐射转换器气流流通驱动系统包括：风力驱动鼓风机1、电力驱动鼓风机2、风力驱动鼓风机出风管3、电力驱动风机出风管4、阀门A5、阀门B6、冷空气软管7、太阳辐射转换器11和热空气软管8。风力驱动鼓风机1与风力驱动鼓风机出风管3连接。电力驱动鼓风机2与电力驱动风机出风管4连接。风力驱动鼓风机出风管3和电力驱动风机出风管4通过各自布置于管上阀门A5和阀门B6汇合到冷空气软管7。冷空气软管7与太阳辐射转换器11的冷空气入口9相连，太阳辐射转换器11的热空气出口10与热空气软管8相连。风力驱动鼓风机1由风力叶轮17、风力叶轮轴18、变速装置19、压气机轴20、轴流式压气机21、轴流式压气机外壳22、风向定向装置23、风速探针24、轴承A25、变速装置支杆26，轴承B27，风力驱动鼓风机支柱28，压气机动叶栅29和压气机静叶栅30。风力叶轮17通过风力叶轮轴18与变速装置19左端相连。变速装置19右端与压气机轴20相连，压气机轴20与压气机动叶栅29相连。压气机静叶栅30固定在轴流式压气机外壳22内壁面上。风向定向装置23与轴流式压气机外壳22后部相固定，风向定向装置23与轴流式压气机外壳22无相对运动。轴流式压气机外壳23通过轴承A25与风力驱动鼓风机支柱28连接，变速装置19下端与变速装置支杆26上端刚性连接，变速装置支杆26下端通过轴承B27与风力驱动鼓风机支柱28连接，轴承A25和轴承B27的连接构成风力驱动鼓风机1以风力驱动鼓风机支柱28为轴旋转结构。风速探针24布置在轴流式压气机外壳22上，用于测量环境风速并产生反馈信号控制电力驱动鼓风机4开启和阀门B6开启及开度。菲涅尔透镜聚焦系统包括：菲涅尔透镜12、太阳辐射转换器11、太阳辐射追踪框架13、连杆A14、连杆B15和连杆C16。菲涅尔透镜12通过连杆B15与太阳辐射追踪框架13相连。菲涅尔透镜12通过连杆A14与太阳辐射转换器11相连，连杆A14形成的连接结构能够保证菲涅尔透镜11透射的太阳辐射聚焦光斑落在太阳辐射转换器11的泡沫陶瓷33填充材料上。同时，太阳辐射转换器11通过支杆C16与太阳辐射追踪框架11相连。太阳辐射追踪框架11可以追踪太阳辐射入射光线方向，保证入射菲涅尔透镜12平面太阳辐射强度。太阳辐射转换器11包括：石英玻璃板31、太阳辐射转换器外壳32、泡沫陶瓷33、隔板34和保温材料35。石英玻璃板31覆盖在太阳辐射转换器外壳32上部，太阳辐射转换器外壳32内填充泡沫陶瓷33，太阳辐射转换器外壳32外覆盖保温材料35。太阳辐射转换器外壳32内部被隔板34隔成两程。

本发明的工作过程如下：

轴流式压气机外壳23、变速装置19通过轴承A25和轴承B27与风力驱动鼓风机支柱28连接，并构成风力驱动鼓风机1以风力驱动鼓风机支柱28为轴旋转结构，通过风向定向装置23可以调节风力驱动鼓风机正对迎风气流。风力叶轮17在风力作用下产生轴功，通过变速装置19增速后传递给压气机轴20，并带动轴流式压气机21工作驱动气流流动。通常情况下，电力驱动鼓风机4和阀门B6关闭，装置只由风力驱动鼓风机1驱动流通太阳辐射转换器11的空气流。轴流式压气机外壳22上布置风速探针24，可以测量环境风速并产生反馈信号，如果风速提供的流通太阳辐射转换器11的空气量不足时，电力驱动鼓风机4和阀门B6开启，并调节阀门B6开度满足提供空气流量要求。

太阳辐射追踪框架11带动射菲涅尔透镜12可以追踪太阳辐射入射光线方向，保证入射菲涅尔透镜12平面太阳辐射强度。菲涅尔透镜12透射太阳辐射并聚焦成光斑，菲涅尔透镜11通过连杆A14与太阳辐射转换器11形成的连接结构，能够保证太阳辐射聚焦光斑落在太阳辐射转换器11填充的泡沫陶瓷33上，将聚焦的太阳辐射转换为热能，加热泡沫陶瓷33多孔介质固体框架，泡沫陶瓷33多孔介质固体框架通过对流换热将热量传递给流通其内的冷空气，产生热风。

多个本发明装置并联，与供热设备或发电设备匹配，用于供热或发电。

Claims (4)

1.风力驱动菲涅尔太阳能聚焦热风装置，包括太阳辐射转换器气流流通驱动系统、菲涅尔透镜聚焦系统和太阳辐射转换器，其特征在于所述太阳辐射转换器气流流通驱动系统是风力驱动系统，风力驱动系统包括风力驱动鼓风机(1)、风力驱动鼓风机出风管(3)、阀门A(5)和冷空气软管(7)，风力驱动鼓风机(1)与风力驱动鼓风机出风管(3)连接，风力驱动鼓风机出风管(3)上设有阀门A(5)，风力驱动鼓风机出风管(3)通过冷空气软管(7)与太阳辐射转换器(11)的冷空气入口(9)相连；所述的菲涅尔透镜聚焦系统包括：菲涅尔透镜(12)、太阳辐射追踪框架(13)、连杆A(14)、连杆B(15)和连杆C(16)，连杆A(14)、连杆B(15)和连杆C(16)是直杆，菲涅尔透镜(12)通过连杆B(15)与太阳辐射追踪框架(13)固定相连，菲涅尔透镜(12)通过连杆A(14)与太阳辐射转换器(11)固定相连，连杆A(14)将菲涅尔透镜(12)与太阳辐射转换器(11)固定相连；所述太阳辐射转换器(11)包括：石英玻璃板(31)、太阳辐射转换器外壳(32)、泡沫陶瓷(33)、隔板(34)、冷空气入口(9)、热空气出口(10)和保温材料(35)，太阳辐射转换器外壳(32)是筒状壳体，石英玻璃板(31)覆盖在太阳辐射转换器外壳(32)上端部，隔板(34)是平板，隔板(34)置于太阳辐射转换器外壳(32)内，将太阳辐射转换器外壳内分成在上部连通的两程，太阳辐射转换器外壳内填充泡沫陶瓷(33)，太阳辐射转换器外壳外覆盖保温材料(35)，冷空气入口(9)和热空气出口(10)设在太阳辐射转换器外壳(32)下端，热空气出口(10)通过热空气软管(8)输出热风。

2.根据权利要求1所述风力驱动菲涅尔太阳能聚焦热风装置，其特征在于所述太阳辐射转换器气流流通驱动系统还包括电力驱动系统，电力驱动系统包括：电力驱动鼓风机(2)、电力驱动风机出风管(4)和阀门B(6)，电力驱动鼓风机(2)与电力驱动风机出风管(4)连接，阀门B(6)置于电力驱动风机出风管(4)上，电力驱动风机出风管(4)并联在冷空气软管(7)上。

3.根据权利要求2所述风力驱动菲涅尔太阳能聚焦热风装置，其特征在于所述风力驱动鼓风机包括风力叶轮(17)、风力叶轮轴(18)、变速装置(19)、轴流式压气机(21)、风向定向装置(23)、风速探针(24)、轴承A(25)、变速装置支杆(26)、轴承B(27)和风力驱动鼓风机支柱(28)，风力叶轮(17)通过风力叶轮轴(18)与变速装置(19)左端相连，变速装置(19)右端与压气机轴(20)相连，风向定向装置(23)与轴流式压气机外壳(22)后部固定连接，轴流式压气机外壳(22)通过轴承A(25)与风力驱动鼓风机支柱(28)连接，变速装置(19)下端与变速装置支杆(26)上端刚性连接，变速装置支杆(26)下端通过轴承B(27)与风力驱动鼓风机支柱(28)连接，轴承A(25)和轴承B(27)的连接构成风力驱动鼓风机(1)以风力驱动鼓风机支柱(28)为轴的旋转结构；风速探针(24)布置在轴流式压气机外壳(22)上，用于测量环境风速。

4.根据权利要求1所述风力驱动菲涅尔太阳能聚焦热风装置，其特征在于所述风力驱动菲涅尔太阳能聚焦热风装置还包括控制装置，控制装置是电脑或单板机，风速探针(24)测得的环境风速信号传输到控制装置，控制装置根据预置程序控制电力驱动系统的开闭。

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