CN103822373B - 一种漏斗式菲涅尔透镜聚焦太阳能集热装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种漏斗式菲涅尔透镜聚焦太阳能集热装置，属于利用太阳能进行能量聚集及热能转换领域。包括牵引环等，牵引环安装于保温板上，其内有牵引绳穿过；集热管组件安装于漏斗式菲涅耳透镜的底部，与入水管和回水管连接；配重安装于支撑板上；第一减碰柱和第二减碰柱安装于漏斗式菲涅耳透镜的两侧；底座与旋转减速电机连接，并通过旋转减速电机的驱动在水平面内绕轴转动；俯仰减速电机安装于支撑板上，其通过牵引绳与保温板连接；菲涅耳透镜的外部安装有保温板。本发明是一种即可用在工、农业生产上，也可用在城乡居民生活中的方便适用的太阳能产品。其产热效率高，应用范围广，有着很好的市场开拓前景。

Description

一种漏斗式菲涅尔透镜聚焦太阳能集热装置

技术领域

本发明属于利用太阳能进行能量聚集及热能转换领域，特别是涉及到一种适用于工农业生产或者城乡居民生活用的太阳能产品。

背景技术

现有技术当中对于太阳能的利用，尽管此前已经有了很多的思路和发明，但就太阳能所应发挥的作用和效率来看，目前还没有一种太阳能产品达到让人较为满意的程度，也就是说太阳光能中的好多潜能还有待进一步开发。要进行太阳能的利用，首先要在有限的空间内聚集尽可能多的能量，再将此光能进行有效的转换，比如转换成应用价值较为广泛的热能，同时还要尽量减少转换后能量的损失。目前在太阳光能聚集方面通常采用的方式为“点”聚集。

例如：利用透镜原理聚集太阳光，由于单个点所聚集的能量十分的有限，所以就将透镜组装成透镜阵列的形式，透镜阵列通过其安装的托架在水平面内的旋转及在竖直平面内作俯仰运动来跟踪太阳的运行轨迹，以达到与太阳同步轨迹采集太阳能的目的。这种方式的弊端是为了尽可能的收集到足够的太阳能，就会选择尽量多的聚光点，即需要安装尽量多的透镜，这样虽然满足了能量的充沛，但是同时却增大了采光装置的体积。由于要安装足够多的透镜，对于其下部的托架就必须相应的增加体积、增加刚度、增加旋转动力，这样托架的重量大，占地大，机动性就不够灵活，实用方便性不够好。

例如：利用凹面镜反光汇聚于焦点的方式汇聚太阳光能。其特征是将半球型的聚光碗置于阳光下，通过该聚光碗底部的支撑旋转装置，以达到跟踪太阳运转轨迹来采集太阳能之目的。该装置的缺点是，为了尽可能的收集到足够多的太阳能量，往往单一的依靠增大聚光碗的内表面积，这样虽然解决了聚光的问题，但是却带来了空间增大的事实，对于家庭等民用设施，空间范围有限的情况，其应用就很不实际了。

太阳能的利用汇聚阳光是第一步，能否进行有效的转换非常关键。现有技术当中转换最多的是热能。但由于转换效率有限，要加热几升水就需要一个十分庞大的装置来进行，如果是工业上应用，例如北方冬季采暖进行集中供热的供热公司就完全不能采用该类装置。因此该类型的装置仅仅适用于一家一户的民用上，其应用范围是局限的。

太阳能的利用不仅需要汇聚阳光，还要对光能进行有效的转换，同时防范热能损失也是必不可少的。现有技术当中在防范热能损失方面做的还是远远不够的。例如为居民提供家庭用热水的太阳能热水器，其在阳光不充沛时，是需要电能作为补充能源的。北方地区冬季寒冷沼气产气量较低，农民冬季是不使用沼气的。如果农民在沼气池上应用此装置，就会因其成本高于所获得的燃气值而放弃使用。所以现有技术当中的太阳能热水器，未能解决北方地区农民冬季使用沼气的问题。

针对现有技术当中存在的不足之处，本领域亟需要一种新的方法来解决上述问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种即可用在工、农业生产上，也可用在城乡居民生活中的方便适用的太阳能产品。

本发明的目的是通过如下措施来达到的。

一种漏斗式菲涅尔透镜聚焦太阳能集热装置，其特征在于：包括牵引环、集热管组件、入水管、回水管、牵引绳、配重、第一减碰柱、底座、旋转减速电机、俯仰减速电机、第二减碰柱、保温板、菲涅耳透镜，所述的牵引环安装于保温板上，且牵引环内有牵引绳穿过；所述的集热管组件安装于漏斗式菲涅耳透镜的底部，且分别与入水管和回水管连接；所述的配重安装于支撑板上；所述的第一减碰柱和第二减碰柱分别安装于漏斗式菲涅耳透镜的两侧，位于支撑板的两端；所述的底座与旋转减速电机连接，并通过旋转减速电机的驱动，在水平面内绕轴转动；所述的俯仰减速电机安装于支撑板上，且俯仰减速电机通过牵引绳与保温板连接；所述的菲涅耳透镜的外部安装有保温板，且通过俯仰减速电机的驱动与保温板一起在竖直平面内，环绕集热管组件做俯仰转动。

所述的集热管组件包括法兰件、集热管外集热套筒、螺旋循环水槽、集热保温箱承载转动轴，所述的法兰件安装于集热管外集热套筒的一端；所述的螺旋循环水槽安装于集热保温箱承载转动轴的外部，且螺旋循环水槽的外部安装有集热管外集热套筒。

所述的螺旋循环水槽为单螺旋布置。

所述的集热管外集热套筒采用保温材质。

所述的入水管和回水管的管腔内通入自来水、液态油、或空气。

所述的底座在水平面内跟随太阳光旋转的角度范围为0°～240°。

所述的菲涅耳透镜及其外部的保温板在竖直平面内跟随太阳光仰俯旋转的角度范围为0°～120°。

为了获得更高的温度，可以通过并联的方式将两个及两个以上的该集热装置相连。

通过上述设计方案，本发明可以带来如下有益效果：本发明适用于工业生产和居民生活。1、如果这集热管里流动的是液态的惰性油，则高达几百度的油温在通过一个交换装置后即可把水加热至沸腾，而沸腾的水可以先用于发电，然后再把发电后的余热用于给企业的厂房及办公室取暖。居民小区亦可采用先发电，再取暖这一模式运作。工业生产的许多行业是需要用到高温气体的，如果集热管里流动的是高温空气，那就可以清洁地得到这样一种热能。

2、农业生产和居民生活。农业生产主要指的是给沼气池加热，生活也就是农村居民供暖。给沼气池加热，这是本装置的主要服务对象。全世界有着丰富的可供发酵沼气的生物质资源(秸秆、树叶、枯草和人、畜粪便)，仅我国每年就可产出50亿吨。由于一直以来沼气是分散生产和低温发酵(低温发酵产气率低)，以至于大量的资源被白白地扔掉。如果采用集中生产和高温发酵的方式来开发沼气，同样的一口沼气池则可以使出气量提高30倍以上。出气量提高30倍是什么概念呢？可以节省29倍的土地资源。另外本发明还可以给农户的蔬菜、水果等大棚设施提供热能。这样就可以把易腐烂变质的生活垃圾都变废为宝，从而改善了城乡的生态环境；可以基本满足城乡生产生活对能源的需求；能源自己，可以摆脱对国外的能源依赖，使能源安全。彻底消除雾霾，还国人一个朗朗乾坤。

3、本发明采用线性集热方式，使集热效率最大化。本发明的菲涅耳透镜设计为漏斗形状，在其下部安装有集热管组件，该集热管组件包括螺旋循环水槽，这样循环水就以单螺旋的形式均匀受热，其线性集热方式集热率远远高于现有技术当中的凸透镜点状集热方式。

4、本发明采用菲涅耳透镜外设保温板的设计方式，使获得的热能得以有效的保护，不同于现有技术当中的部分热能流失于循环散热过程中。同时集热管组件还安装有集热管外集热套筒，该集热管外集热套筒也能有效的阻止热能的散失。

附图说明

下面结合附图说明及具体实施方式对本发明做进一步说明。

图1为本发明的一种漏斗式菲涅尔透镜聚焦太阳能集热装置的结构示意图。

图2为本发明的一种漏斗式菲涅尔透镜聚焦太阳能集热装置的集热管组件结构示意图。

图中1-牵引环、2-集热管组件、3-入水管、4-回水管、5-牵引绳、6-配重、7-第一减碰柱、8-底座、9-旋转减速电机、10-俯仰减速电机、11-第二减碰柱、12-保温板、13-菲涅耳透镜、14-法兰件、15-集热管外集热套筒、16-螺旋循环水槽、17-集热保温箱承载转动轴。

具体实施方式

下面利用附图和具体实例对本发明作进一步描述。

参照附图，本发明的原理为本装置分上下两部分：上边是可以俯仰的太阳能集热装置；下边是可以自东向西平转的底座。

上边可以俯仰的设计，主要是要在纵向上跟踪太阳(太阳在正午前会越升越高，下午至黄昏会越落越低)。

下边底座的自东向西转动是为了在横向上追踪太阳。

本装置中集热管里流动的既可以是液体的水，或是油；也可以是被加热了的高温空气。

实施例：一种漏斗式菲涅尔透镜聚焦太阳能集热装置，包括牵引环1、集热管组件2、入水管3、回水管4、牵引绳5、配重6、第一减碰柱7、底座8、旋转减速电机9、俯仰减速电机10、第二减碰柱11、保温板12、菲涅耳透镜13。

其中牵引环1安装于保温板12上，且牵引环1内有牵引绳5穿过，菲涅耳透镜13及保温板12在牵引绳5的牵引作用下在在竖直平面内跟随太阳光旋转，全天候的采集阳光，菲涅耳透镜13的面积规格为2米*3米。

其中集热管组件2安装于漏斗式菲涅耳透镜13的底部，且分别与入水管3和回水管4连接，集热管组件2采用线性设计，能够最有效的采集太阳能。

其中配重6安装于支撑板上，配重6有助于支撑板保持平衡。

其中第一减碰柱7和第二减碰柱11分别安装于漏斗式菲涅耳透镜13的两侧，位于支撑板的两端，第一减碰柱7和第二减碰柱11起到对漏斗式菲涅耳透镜13的限位作用，使其俯仰角度处于可控的适合状态。

其中底座8与旋转减速电机9连接，并通过旋转减速电机9的驱动，在水平面内绕轴转动，底座8带动其上的整体装置在水平面内跟随太阳光旋转，全天候的采集阳光。

其中俯仰减速电机10安装于支撑板上，且俯仰减速电机10通过牵引绳5与保温板12连接，保温板12起到遏制热能散失的作用。

其中菲涅耳透镜13的外部安装有保温板12，且通过俯仰减速电机10的驱动与保温板12一起在竖直平面内，环绕集热管组件2做俯仰转动。保温板12能够有效的阻止热量的散失，提高热能利用效率。

集热管组件2包括法兰件14、集热管外集热套筒15、螺旋循环水槽16、集热保温箱承载转动轴17。所述的法兰件14安装于集热管外集热套筒15的一端。所述的螺旋循环水槽16安装于集热保温箱承载转动轴17的外部，且螺旋循环水槽16的外部安装有集热管外集热套筒15。集热管组件2为线性设计，其集热效果远远高于聚点式集热布置。螺旋循环水槽16的单螺旋水槽设计能够让其内部流动的水均匀受热，热能转化率高于普通圆柱状水管。集热管外集热套筒15可以有效的遏制热量的散失。

螺旋循环水槽16为单螺旋布置。这样循环水就以单螺旋的形式均匀受热，其线性集热方式集热率远远高于现有技术当中的凸透镜点状集热方式。

所述的集热管外集热套筒15采用保温材质。保温材质可以采用密度较高的苯板。

所述的入水管3和回水管4的管腔内通入自来水、液态油、或空气。如果管腔内通入空气，则可以为粮食仓库干燥空气。

所述的底座8在水平面内跟随太阳光旋转的角度范围为0°～180°。底座8转角范围宽泛，能够全天候跟踪太阳光的运行轨迹汲取光能源。

所述的菲涅耳透镜13及其外部的保温板12在竖直平面内跟随太阳光旋转的角度范围为0°～120°。菲涅耳透镜13的俯仰运动配合底座8的转动，保障了菲涅耳透镜13全方位的跟踪太阳运行轨迹。

本发明可以通过并联的方式将两个及两个以上的该集热装置相连。这样就能够为工农业生产提供大功率的电能了，不再局限于家庭使用。

Claims (8)

1.一种漏斗式菲涅尔透镜聚焦太阳能集热装置，其特征在于：包括牵引环(1)、集热管组件(2)、入水管(3)、回水管(4)、牵引绳(5)、配重(6)、第一减碰柱(7)、底座(8)、旋转减速电机(9)、俯仰减速电机(10)、第二减碰柱(11)、保温板(12)、菲涅耳透镜(13)，所述的牵引环(1)安装于保温板(12)上，且牵引环(1)内有牵引绳(5)穿过；所述的集热管组件(2)安装于漏斗式菲涅耳透镜(13)的底部，且分别与入水管(3)和回水管(4)连接；所述的配重(6)安装于支撑板上；所述的第一减碰柱(7)和第二减碰柱(11)分别安装于漏斗式菲涅耳透镜(13)的两侧，位于支撑板的两端；所述的底座(8)与旋转减速电机(9)连接，并通过旋转减速电机(9)的驱动，在水平面内绕轴转动；所述的俯仰减速电机(10)安装于支撑板上，且俯仰减速电机(10)通过牵引绳(5)与保温板(12)连接；所述的菲涅耳透镜(13)的外部安装有保温板(12)，且通过俯仰减速电机(10)的驱动与保温板(12)一起在竖直平面内，环绕集热管组件(2)做俯仰转动。

2.根据权利要求1所述的一种漏斗式菲涅尔透镜聚焦太阳能集热装置，其特征在于：所述的集热管组件(2)包括法兰件(14)、集热管外集热套筒(15)、螺旋循环水槽(16)、集热保温箱承载转动轴(17)，所述的法兰件(14)安装于集热管外集热套筒(15)的一端；所述的螺旋循环水槽(16)安装于集热保温箱承载转动轴(17)的外部，且螺旋循环水槽(16)的外部安装有集热管外集热套筒(15)。

3.根据权利要求2所述的一种漏斗式菲涅尔透镜聚焦太阳能集热装置，其特征在于：所述的螺旋循环水槽(16)为单螺旋布置。

4.根据权利要求2所述的一种漏斗式菲涅尔透镜聚焦太阳能集热装置，其特征在于：所述的集热管外集热套筒(15)采用保温材质。

5.根据权利要求1所述的一种漏斗式菲涅尔透镜聚焦太阳能集热装置，其特征在于：所述的入水管(3)和回水管(4)的管腔内通入自来水、液态油、或空气。

6.根据权利要求1所述的一种漏斗式菲涅尔透镜聚焦太阳能集热装置，其特征在于：所述的底座(8)在水平面内跟随太阳光旋转的角度范围为0°～240°。

7.根据权利要求1所述的一种漏斗式菲涅尔透镜聚焦太阳能集热装置，其特征在于：所述的菲涅耳透镜(13)及其外部的保温板(12)在竖直平面内跟随太阳光俯仰旋转的角度范围为0°～120°。

8.根据权利要求1所述的一种漏斗式菲涅尔透镜聚焦太阳能集热装置，其特征在于：通过并联的方式将两个及两个以上的该集热装置相连。