CN102853556A - 微弧线性菲涅尔聚光系统及用于该系统的平板储热集热装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种能够有效对聚光系统进行集热和储热的平板储热集热装置，包括一集热座、安装于集热座内的集热管及固定于集热座下端的增透超白强化玻璃板，所述集热座外表面包覆有保温层，集热座的内腔与集热管之间填充有导热介质。本发明还提供一种微弧线性菲涅尔聚光系统，包括线性菲涅尔支架、具有多组微弧镜组的微弧镜模组、太阳跟踪控制机构以及上述平板储热集热装置，所述微弧镜模组活动安装于线性菲涅尔支架上，太阳跟踪控制机构包括安装于线性菲涅尔支架上的太阳跟踪控制器以及驱动装置，平板储热集热装置安装于线性菲涅尔支架上端，并与微弧镜模组对应。本发明微弧线性菲涅尔聚光系统结构简单，聚光效果及跟踪太阳效果极好。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能应用技术领域，尤其涉及一种微弧线性菲涅尔聚光系统及用于该系统中的平板储热集热装置。
背景技术
温室气体排放的全球气候变暖越来越受到国际社会的广泛关注，加强节能减排是应对全球气候变化以及资源短缺和环境容量有限挑战的重要手段，太阳能作为一种可再生能源，其开发利用节约常规能源、保护自然环境、减缓气侯变化等都有着极其重大的意义。与常规能源相比，太阳能还具有总能量大、长久性、普遍性、无污染等诸多优点，但同时它还存在分散性、间歇性合随机性等弱点，使得太阳能的利用难度大而效率低。
在现有技术中，国内外相关线性菲涅尔聚光系统或部件的技术，主要由线性反射镜镜场和集热器构成，这些线性反射器平行排列，通过跟踪太阳运动驱动镜场的相应随动，将阳光集中反射至上方的集热器上，以集中利用聚光太阳能。
但大多数的已知的线性菲涅尔聚光系统中，有的用变频驱动或磁力连轴器等结构，驱动机构与太阳运行关键关联结构不准确，其跟踪驱动与联动机构较复杂而可靠性低，且因镜场平行于地面，阳光感应器对太阳南北角度的分量没有检测与跟踪或不准确，因而关连影响到东西向的跟踪精度也不高；镜面大多采用平面镜，导致每条镜组较窄必须增加镜组的条数，而使聚光带的宽度又较宽，聚光倍数却不高。
此外，传统的太阳能发电模组中安装的集热装置较为单一，集热器也大多采用复合抛物镜（CPC）二次聚光方式，导致聚光效率的降低和成本的增加，并且集热器本身也不能够储热，使系统输出热量受天气变化的波动影响较大。
发明内容
本发明之一目的在于克服现有技术的不足，提供一种用于太阳能聚光系统中的平板储热集热装置，该平板储热集热装置能够有效地对聚光系统进行集热和储热。
本发明提供的平板储热集热装置，用于聚光系统，其包括：
一集热座，设有一内腔,所述内腔固定安装有一可外接的集热管，所述集热座外表面包覆有保温层；
一增透超白强化玻璃板，其作为整个装置的受光面透光保温构件，固定于所述集热座下端；
所述集热座的内腔与所述集热管之间具有一填充空间，该填充空间内填充有导热介质。
具体地，所述的集热座包括一围合形成的具有空腔的梯形主体，所述集热管置于该梯形主体的空腔内，所述梯形主体大端两侧向下具有一延伸部，该延伸部下端设置有用于装配所述增透超白强化玻璃板的卡位。
进一步地，所述增透超白强化玻璃板与所述集热座之间具有一容纳空间，该容纳空间中空设置或填充透明绝热气凝胶。
进一步地，所述集热座与所述增透超白强化玻璃板相对的面镀有选择性吸热涂层。
具体地，所述的保温层包括包覆于所述集热座外表面的内保温层及覆设于所述内保温层外表面的外保温包覆层，所述内保温层为岩棉保温层或气凝胶保温层，所述外保温包覆层为铝皮或镀锌板。
本发明还提供了一种结构简单、聚光效果好，且跟踪精度极佳的微弧线性菲涅尔聚光系统，所述微弧线性菲涅尔聚光系统包括：
一线性菲涅尔支架，用作整个系统的承载架；
多组微弧镜模组，包括多个微弧镜组，所述各微弧镜组活动安装于所述线性菲涅尔支架上，各微弧镜组中微弧镜的弧度由多点支撑成形的抛物弧构成；
太阳跟踪控制机构，包括安装于所述线性菲涅尔支架上的太阳跟踪控制器以及用于驱动所述微弧镜模组于所述线性菲涅尔支架上动作的驱动装置；以及，
上述所述平板储热集热装置，安装于所述线性菲涅尔支架上端，并与所述的微弧镜模组对应。
具体地，所述的线性菲涅尔支架上设有多个用于安装所述各微弧镜组的枢接座，所述各微弧镜组均通过一转轴活动安装于所述线性菲涅尔支架上，所述转轴与所述枢接座转动连接。
具体地，所述太阳跟踪控制机构包括安装于所述线性菲涅尔支架上的太阳跟踪控制器以及用于驱动所述微弧镜模组动作的驱动装置，所述太阳跟踪控制器通过一齿轮组活动安装于所述线性菲涅尔支架上，其包括一可检测太阳方位的阳光感应器，以及跟踪太阳光南北方向的分量的微型减速机，所述阳光感应器东西方向分量通过减速齿轮组与所述的转轴形成闭环式连动。
具体地，所述的驱动装置包括多个安装于所述转轴末端的连杆、用于驱动所述连杆同步动作的驱动杆及安装于所述线性菲涅尔支架上并用于驱动该驱动杆的电动推杆。
进一步地，所述的连杆与所述转轴的连接处设有一用于调整所述微弧镜模组中各微弧镜组相对所述的平板储热集热装置聚光角度的可锁紧轴套，所述连杆通过该可锁紧轴套固定于所述转轴末端。
本发明平板储热集热装置结构紧凑，该平板储热集热装置中的增透超白强化玻璃板透过并保温由聚光系统聚集的光能，加热位于集热座内的导热储热熔盐至其融化为液态，导热储热熔盐由固态相变为液态，可以蓄存大量的热量，并且将热量传输给不锈钢无缝管，对不锈钢无缝管的水进行加热，形成的高温高压水蒸气可很方便用来发电、烘烤、制冷等。同时，平板储热集热装置中的集热座外表面包覆的保温层还可增加平板储热集热装置的集热和储热的效率。
本发明微弧线性菲涅尔聚光系统结构简单、聚光效果极好，微弧线性菲涅尔聚光系统通过太阳跟踪控制机构配合可锁紧轴套控制微弧镜模组动作，实现高精度跟踪太阳。
附图说明
图1是本发明中用于微弧线性菲涅尔聚光系统中的平板储热集热装置的结构示意图；
图2是本发明中微弧线性菲涅尔聚光系统的结构示意图；
图3是图2中A部分的局部放大示意图。
附图标记说明：
1平板储热集热装置 11集热座 110导热介质
111梯形主体 112延伸部 113卡位
12集热管 13增透超白强化玻璃板 130容纳空间
14保温层 141内保温层 142外保温包覆层
2微弧镜模组 20微弧镜组 200微弧镜
3太阳跟踪控制机构 31太阳跟踪控制器 311微型减速机
312阳光感应器 32驱动装置 321连杆
322驱动杆 323直线推杆 33齿轮组
4线性菲涅尔支架 41枢接座 42转轴
43可锁紧轴套 44侧支架 45支杆
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参见图1，本发明首先提供了一种平板储热集热装置实施例，用于太阳能聚光系统中，该平板储热集热装置1包括：一集热座11和一增透超白强化玻璃板13，所述集热座11设有一内腔,该内腔穿设固定安装有一集热管12，该集热管12两端的管接口显露于集热座11之外，用于与水管连通，这样可使集热管12中通有水。所述集热管12可选用金属管，优选不锈钢无缝管，其具有较佳的热传导性能，且可以防止表层的腐蚀，具有较长的使用寿命。于所述集热座11之外表面，包覆有保温层14，以减少和防止集热座11的热量向外散发，增加集热座11的集热和储热的效率。于所述集热座11下端，设有一增透超白强化玻璃板13，其作为整个装置的受光面透光保温构件，并可将聚集的太阳光传导给集热座11。在所述集热座11的内腔与所述集热管12之间，可构成一填充空间，该填充空间内填充有导热介质110，导热介质110可以是储热熔盐。上述结构中，由增透超白强化玻璃板13透过并保温来自聚光系统聚集的光能，可加热位于集热座11内的导热介质110--储热熔盐至其融化为液态，使导热储热熔盐由固态相变为液态，可以蓄存大量的热量，并且将热量传输给集热管12，对集热管12的水进行加热，形成的高温高压水蒸气等，实现发电等功能。
参见图1，具体结构设计中，包括一由板件围合形成一底部为大端的梯形主体111，集热管12沿其纵向穿设置于该梯形主体111的空腔内，所述梯形主体111底部大端两侧向下具有一延伸部112，该延伸部112下端相对折弯，构成用于装配增透超白强化玻璃板13的卡位113。这种结构，既可以保证其与导热介质110及太阳光具有较大的接收面，同时采用板件围合形成整个集热座11构件布局方式，材料及加工成本非常低廉，容易实现。
进一步地，所述的增透超白强化玻璃板13安装于所述集热座11的卡位113中以固定于集热座11的下端后，其与集热座11之间便形成一容纳空间130，该容纳空间130中空设置形成一中空层或采用透明绝热气凝胶填充，既可以达到透光要求，又可以保温。同时，在所述集热座11与增透超白强化玻璃板13相对的面镀有选择性吸热涂层，该面作为整个平板储热集热装置1的吸热部。
进一步地，所述集热座11外表面保温层14包覆有双层保温层，所述的双层保温层14包括包覆于所述集热座11外表面的内保温层141及覆设于内保温层141外表面的外保温包覆层142，其中内保温层141为岩棉保温层或气凝胶保温层；该外保温包覆层142为铝皮或镀锌板，这样可增加整个平板储热集热装置1的集热和储热的保温效率。
请参见图2、图3，本发明还提供了一种微弧线性菲涅尔聚光系统，该系统包括：一线性菲涅尔支架4、安装于线性菲涅尔支架4上的多组微弧镜模组2、太阳跟踪控制机构3以及上述所述的平板储热集热装置1，其中，所述的线性菲涅尔支架4用作整个系统的承载架，包括平行设置的至少两侧支架44以及由该侧支架44向上延伸设置的支杆45；所述的多组微弧镜模组2由多个微弧镜组20排列构成，各微弧镜组20均活动安装于线性菲涅尔支架4之侧支架44上；所述太阳跟踪控制机构3包括安装于线性菲涅尔支架4之侧支架44上的太阳跟踪控制器31以及用于驱动所述微弧镜模组2在侧支架44上动作的驱动装置32，驱动装置32可驱动微弧镜模组2动作以实现微弧镜模组2对太阳的跟踪；所述的平板储热集热装置1安装于所述线性菲涅尔支架1之支杆45上端，其上的增透超白强化玻璃板13与所述的微弧镜模组2对应。
进一步地，作为整个聚光系统的承载架，所述的线性菲涅尔支架4上设有多个用于安装微弧镜模组2中微弧镜组20的枢接座41，所述微弧镜模组2由多个沿侧支架44轴线方向排列的微弧镜组20组成，而微弧镜组20则由多个沿垂直于侧支架44轴线方向排列的微弧镜200构成，从而形成多个微弧镜200的阵列排列形式。各微弧镜200的弧度由多点支撑成形的抛物弧构成，各微弧镜组20均固定于一设置在侧支架44上的转轴42上，通过该转轴42，各微弧镜组20可活动安装于侧支架44上，所述转轴42与枢接座41转动连接，并受控于太阳跟踪控制机构3，以实现太阳的跟踪，转轴42之末端显露于枢接座41外。
具体地，所述的驱动装置32包括：多个安装于转轴42末端并与转轴42轴线垂直的连杆321，与各连杆321成角度设置并与各连杆321下端铰接、用于驱动各连杆321同步动作的驱动杆322及安装于线性菲涅尔支架4之侧支架44上并用于驱动该驱动杆322的电动推杆323。所述的直线推杆323通过驱动驱动杆322而使各连杆321同时动作，从而使多根转轴42在连杆321的带动下同步转动，以实现多个微弧镜组20同步动作，实现对太阳的跟踪。
进一步地，所述的连杆321与转轴42的连接处设有一用于调整微弧镜模组2中各微弧镜组20的角度差的可锁紧轴套43，连杆321通过该可锁紧轴套43固定于转轴42末端。通过调节各微弧镜组20的位置，可调节各微弧镜200相对于所述平板储热集热装置1上反射光角度，从而使聚光带更窄，聚光倍数更高，并使聚光带东西向固定于集热座11上。
具体地，所述太阳跟踪控制机构3包括安装于线性菲涅尔支架4之侧支架44上的太阳跟踪控制器31以及用于驱动微弧镜模组2于侧支架44上动作的驱动装置32。所述太阳跟踪控制器31通过一齿轮组33活动安装于所述线性菲涅尔支架4之侧支架44上，其包括一阳光感应器312和微型减速机311，所述阳光感应器312用于检测太阳的方位，其具有一基座，该基座上设有微型减速机311，减速机311基座齿轮组33连接，齿轮组33减速比1/2。微型减速机311控制阳光感应器跟踪太阳南北方向的分量，太阳东西角度的分量齿轮组33与驱动装置32闭环式关连，以控制太阳跟踪控制器31上的阳光感应器312与转轴42之间的闭环连动。这样，可使阳光感应器312跟踪太阳光照射的角度，既可检测跟踪南北方向，也可检测跟踪东西方向，即不论太阳在任何角度，阳光应器312都正对太阳，使整个跟踪系统的东西南北分量与太阳运行准确关连。
综上所述，本发明聚光系统中，通过太阳跟踪控制机构3驱动微弧镜模组2动作以实现微弧镜模组2对太阳的跟踪，使微弧镜模组2时刻以最大程度聚集太阳光于平板储热集热装置1中。与此同时，所述的平板储热集热装置1通过增透超白强化玻璃13透过并保温由微弧镜模组2聚集的光能，加热位于集热座11内的导热介质110--储热熔盐至其融化为液态，该导热储热熔盐由固态相变为液态，可以蓄存大量的热量，并且将热量传输给集热管12，对集热管12内的水进行加热，形成的高温高压水蒸气，可很方便地利用上述热能来发电、烘烤、制冷等，从而实现了本发明的目的。
需要说明的是，本发明上述平板储热集热装置1不仅可用于本发明微弧线性菲涅尔聚光系统中，也可用于其他聚光系统中。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.平板储热集热装置，用于聚光系统，其特征在于包括：
一集热座，设有一内腔,所述内腔固定安装有一可外接的集热管，所述集热座外表面包覆有保温层；
一增透超白强化玻璃板，其作为整个装置的受光面透光保温构件，固定于所述集热座下端；
所述集热座的内腔与所述集热管之间具有一填充空间，该填充空间内填充有导热介质。
2.根据权利要求1所述的平板储热集热装置，其特征在于：所述的集热座包括一围合形成的具有空腔的梯形主体，所述集热管置于该梯形主体的空腔内，所述梯形主体大端两侧向下具有一延伸部，该延伸部下端设置有用于装配所述增透超白强化玻璃板的卡位。
3.根据权利要求1所述的平板储热集热装置，其特征在于：所述增透超白强化玻璃板与所述集热座之间具有一容纳空间，该容纳空间中空设置或填充透明绝热气凝胶。
4.根据权利要求1所述的平板储热集热装置，其特征在于：所述集热座与所述增透超白强化玻璃板相对的面镀有选择性吸热涂层。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的平板储热集热装置，其特征在于：所述的保温层包括包覆于所述集热座外表面的内保温层及覆设于所述内保温层外表面的外保温包覆层，所述内保温层为岩棉保温层或气凝胶保温层，所述外保温包覆层为铝皮或镀锌板。
6.一种微弧线性菲涅尔聚光系统，其特征在于包括：
一线性菲涅尔支架，用作整个系统的承载架；
多组微弧镜模组，包括多个微弧镜组，所述各微弧镜组活动安装于所述线性菲涅尔支架上，各微弧镜组中微弧镜的弧度由多点支撑成形的抛物弧构成；
太阳跟踪控制机构，包括安装于所述线性菲涅尔支架上的太阳跟踪控制器以及用于驱动所述微弧镜模组于所述线性菲涅尔支架上动作的驱动装置；以及，
平板储热集热装置，具有权利要求1-5任一项所述的结构，安装于所述线性菲涅尔支架上端，并与所述的微弧镜模组对应。
7.根据权利要求6所述的微弧线性菲涅尔聚光系统，其特征在于：所述的线性菲涅尔支架上设有多个用于安装所述各微弧镜组的枢接座，所述各微弧镜组均通过一转轴活动安装于所述线性菲涅尔支架上，所述转轴与所述枢接座转动连接。
8.根据权利要求7所述的微弧线性菲涅尔聚光系统，其特征在于：所述太阳跟踪控制机构包括安装于所述线性菲涅尔支架上的太阳跟踪控制器以及用于驱动所述微弧镜模组动作的驱动装置，所述太阳跟踪控制器通过一齿轮组活动安装于所述线性菲涅尔支架上，其包括一可检测太阳光方位的阳光感应器，以及跟踪太阳光南北方向的分量的微型减速机，所述阳光感应器东西方向分量通过减速齿轮组与所述的转轴形成闭环式连动。
9.根据权利要求7或8所述的微弧线性菲涅尔聚光系统，其特征在于：所述的驱动装置包括多个安装于所述转轴末端的连杆、用于驱动所述连杆同步动作的驱动杆及安装于所述线性菲涅尔支架上并用于驱动该驱动杆的电动推杆。
10.根据权利要求9所述的微弧线性菲涅尔聚光系统，其特征在于：所述的连杆与所述转轴的连接处设有一用于调整所述微弧镜模组中各微弧镜组相对所述的平板储热集热装置聚光角度的可锁紧轴套，所述连杆通过该可锁紧轴套固定于所述转轴末端。
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