CN104006561B - 一种太阳能集热装置及安装有该装置的集热循环系统 - Google Patents

Abstract

本发明一种太阳能集热装置及安装有该装置的集热循环系统涉及一种用于收集太阳能的集热装置和一种具有两种工作方式的集热循环系统。其目的是为了提供一种集热效率高、便于维护、成本低、适用面广的太阳能集热装置，一种产生高温热水方式工作集热循环系统和一种产生蒸汽方式工作集热循环系统。本发明一种太阳能集热装置包括底座，底座上安装有下支撑架，下支撑架上安装有第一电机和第一回转盘，第一回转盘上安装有上支撑架，上支撑架上方固定有安装支架，安装支架上方有主轴、第二电机和第二回转盘，主轴两端有透镜框架，透镜框架内并列安装有菲涅尔透镜，透镜框架顶部安装有光线跟踪装置，透镜框架底部安装有安装座，安装座内安装有集热器。

Description

一种太阳能集热装置及安装有该装置的集热循环系统

技术领域

本发明涉及一种热量收集装置和两种工作方式的集热循环系统，特别是涉及一种用于太阳能收集的集热装置及两种均安装有该集热装置并分别产生高温热水和产生蒸汽的集热循环系统。

背景技术

目前，由于不可再生能源的枯竭和环境污染的加剧，人们越来越多地倾向于开发新能源。太阳能热技术相对而言，较为稳定，造价较低，可减少环境污染，俗称为绿色能源，因此，近年来发展较快。太阳能热技术分为太阳能槽式能热，太阳能塔式能热，太阳能碟式能热三大类。槽式和塔式适合于建设大规模太阳能热供热站或发电站。碟式既适合于大规模利用，也适合于家庭小型供热或发电需求。目前，太阳能碟式能热或发电技术中，用得多的是用菲涅尔反射镜将太阳光聚焦至集热器上加热循环介质，获得热量。这种装置集热器在上、反射镜在下，装置很高，集热器不易维护、保养。另外，菲涅尔反射镜价格高昂，使整个装置的成本很高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种集热效率高、便于维护、成本低、适用面广的太阳能集热装置和两种均安装有该集热装置并分别产生高温热水和产生蒸汽的集热循环系统。

本发明一种太阳能集热装置，包括底座，底座上安装有下支撑架，下支撑架上安装有第一电机和第一回转盘，第一回转盘上安装有上支撑架，第一电机带动第一回转盘转动，上支撑架上方固定有安装支架，安装支架上方安装有主轴、第二电机和第二回转盘，第二电机带动第二回转盘转动，所述主轴穿过第二回转盘，并由第二回转盘带动其转动，主轴两端安装有透镜框架，透镜框架内并列安装有若干个菲涅尔透镜，透镜框架顶部安装有光线跟踪装置，透镜框架底部安装有安装座，安装座内安装有集热器，集热器包括连接套，所述连接套位于集热器下端，并与安装座相连，连接套上方安装有套筒，所述套筒内部安装有弹性封底，套筒上方安装有玻壳，由所述玻壳、套筒和弹性封底构成的腔体内部为真空，所述弹性封底上固定设置有集热铜管，所述集热铜管内部有循环工质流动，集热铜管位于玻壳内的部分螺旋盘绕成小端向下的锥体，锥体内侧锥角与入射光入射的角度相同，集热铜管下端的管道依次穿过弹性封底和连接套，并在穿过弹性封底的两个管道周围进行密封。

本发明一种太阳能集热装置，其中所述集热器的连接套内部、弹性封底下方安装有定位芯子，集热铜管的下端的两个管道均穿过定位芯子，所述集热铜管穿过弹性封底的两个管道与弹性封底之间采用焊接密封，所述弹性封底选用不锈钢。

本发明一种太阳能集热装置，其中所述集热器的集热铜管的外表面涂敷有黑铬选择涂层，所述集热铜管下端位于连接套以外的两根管道上分别焊接有进口管道接头和出口管道接头。

本发明一种太阳能集热装置，其中所述集热器的套筒选用与玻壳热膨胀系数相同或相近的金属材料，所述套筒选用柯伐合金。

本发明一种太阳能集热装置，其中所述光线跟踪装置内设置有用于感受太阳位置的传感器，传感器用于控制第一电机和第二电机动作。

本发明一种产生高温热水的集热循环系统，包括至少一个太阳能集热装置，太阳能集热装置集热器的集热铜管的出水口与高温水箱的第一进水口相连，高温水箱的第一出水口与低温水箱的进水口相连，低温水箱的出水口连接有循环水泵，循环水泵的出水口连接集热器的集热铜管的进水口，高温水箱的第二出水口连接有高温供水泵。

本发明一种产生高温热水的集热循环系统，其中所述低温水箱的第二进水口连接有补水泵，所述高温水箱和低温水箱之间连接有止回阀，用于保证水只能从高温水箱流向低温水箱，所述循环水泵两端，高温水箱和高温供水泵之间均安装有阀门。

本发明一种产生蒸汽的集热循环系统，包括至少一个太阳能集热装置，太阳能集热装置集热器的集热铜管的出水口与分配阀入口相连，分配阀第一出口与热交换器热端入口相连，热端出口与循环泵入口相连，循环泵出口与集热器的集热铜管的进水口相连，热交换器的冷端入口通过水泵连接水池，冷端出口用于给用户提供换热后的水蒸气。

本发明一种产生蒸汽的集热循环系统，其中所述分配阀还具有第二出口，所述第二出口与储热器入口相连，储热器出口与循环泵入口相连，储热器出口与循环泵入口之间、储热器出口和热交换器热端进口之间均安装有阀门。

本发明一种产生蒸汽的集热循环系统，其中工质储箱与工质补充泵的入口相连，工质补充泵的出口与所述循环泵的入口相连，所述系统内的工质为导热油。

本发明一种太阳能集热装置及安装有该装置的集热循环系统与现有技术不同之处在于本发明一种太阳能集热装置选用菲涅尔透镜代替一般常用的菲涅尔反射镜，直接减低了成本，而且这样菲涅尔透镜的位置在上，集热器的位置在下，便于循环工质管道的布置、安装和维修，若采用菲涅尔反射镜，则菲涅尔反射镜的位置在下，集热器的位置在上，效果会截然相反。本发明一种太阳能集热装置中的集热器将集热元件(集热铜管)置于一个真空玻壳内，避免了对流和传导造成的热损失，因而提高了集热器的热效率。一般集热器的集热元件裸露在空气中，在集热过程中，集热元件会通过对流、传导和辐射三种方式将吸收的热量散失一部分，造成热损失。从本发明提供的集热器结构可以看出，集热器的集热铜管和玻壳的上端均是自由端，可以自由胀缩。集热铜管下端与连接套间也是可以自由胀缩的。集热铜管与弹性封底之间焊接在一起，由于材料热胀系数相差不大，加之弹性封底本身具有弹性，也不致影响它们的胀缩。玻壳与柯伐合金制成的套筒嵌合在一起，它们的热胀系数也十分接近，不会因胀缩而破坏连接，上述结构保证了玻壳内部长时间的完全密封。同时集热铜管盘绕成锥体，且其内侧锥面的角与入射光入射的角度相同，加大了管体受热的面积；铜管外表涂敷有黑铬可选择涂层，提高了吸热能力，从而提高了集热器的热效率。本发明采用碟式太阳能热方式，可采用单台装置供家庭使用，也可多个装置组合，形成具有较强能力的供热站。因此，其规模大小皆宜，十分灵活，适应面广。本发明采用两个电机带动的双轴跟踪系统，可实现精准跟踪，有利于提高太阳能的利用率，提高该装置的热效能。本发明中的两种集热循环工作方式均安装本发明的太阳能集热装置，分别能够产生高温热水或蒸汽，适应不同用户的需求。产生高温热水的集热循环系统设置有高温水箱和低温水箱，高温水箱内的高温热水直接可以给用户使用，水温较低的低温水箱内的水则被循环水泵带回太阳能集热装置继续加热，整个系统结构简单，热效率较高。产生蒸汽的集热循环系统设置有热交换器和循环泵，在热交换器中对水进行加热产生蒸汽供用户使用，再通过循环泵将在热交换器换热后的循环工质带回太阳能集热装置继续加热，整个过程循环进行，可以不断的对外产生蒸汽，热效率较高。

下面结合附图对本发明的一种太阳能集热装置及安装有该装置的集热循环系统作进一步说明。

附图说明

图1为本发明一种太阳能集热装置的主视图；

图2为本发明一种产生高温热水的集热循环系统的结构示意图；

图3为本发明一种产生蒸汽的集热循环系统的结构示意图；

图4为本发明一种太阳能集热装置中集热器的主视图；

图5为图4中集热铜管的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明一种太阳能集热装置包括底座1，底座1上安装有下支撑架4，下支撑架4上安装有第一电机5和第一回转盘2，第一回转盘2上方安装有上支撑架3，第一电机5用于带动第一回转盘2转动，上支撑架3和第一回转盘2同时转动。上支撑架3上方固定有安装支架13，安装支架13上方安装有主轴7、第二电机11和第二回转盘12，其中主轴7穿过第二回转盘12，第二电机11用于带动第二回转盘12转动，主轴7和第二回转盘12用时转动。两个电机均是经过蜗轮蜗杆机构减速后与回转盘相连。主轴7上安装有透镜框架8，透镜框架8内并列水平设置有若干个菲涅尔透镜9。透镜框架8顶部安装有光线跟踪装置10，光线跟踪装置10内部设置有传感器用于感知太阳相对于地球的位置，并发出指挥电机转动的控制指令。此外透镜框架8下部安装有安装座6，安装座6内安装有集热器29，如图4所示，集热器29包括连接套32，连接套32位于集热器29下端，其内部设置有定位芯子38，定位芯子38用于对集热铜管34进行辅助定位，连接套32外部加工有螺纹并安装在安装座6里。连接套32上方焊接有套筒37，套筒37内部焊接有弹性封底33，弹性封底33选用不锈钢，套筒37上方通过熔融嵌入烧结的方法连接有玻壳35，玻壳35的外形为灯泡型，套筒37选用与玻壳35热膨胀系数相同或相近的材料，本实施例中选用柯伐合金。玻壳35上设置有一个抽气口36，抽气口36用于在生产时连接抽真空装置，将由玻壳35、套筒37和弹性封底33构成的腔体抽成真空状态，然后经烧结将上述腔体封闭。弹性封底33上焊接固定有集热铜管34，集热铜管34内部有循环工质流动，集热铜管34表面涂敷有黑铬选择涂层。如图5所示，集热铜管34位于玻壳35内的部分螺旋盘绕成锥体，锥体顶面管体所绕成的直径为80.7mm，底面管体所绕成的直径为30mm，锥体的高为66mm，内侧锥面的锥角为42°，与入射光线经过菲涅尔透镜折射后的射向集热器29的入射角度相同。如图4所示，集热铜管34下端的管道依次穿过弹性封底33、定位芯子38和连接套32，并在两管道与弹性封底33接触处施焊，达到密封。集热铜管34下端位于连接套32以外的两个管道上焊接有进口管道接头31和出口管道接头39。

当太阳能集热装置连接在产生高温热水的集热循环系统里时，如图2所示，所选储热介质为水，出口管道接头与高温水箱14的第一进水口相连，高温水箱14的第一出水口连接有止回阀15的入口，止回阀15出口连接低温水箱16的第一进水口。低温水箱16的出水口连接有循环水泵19，循环水泵19的出水口连接集热器29的进口管道接头。高温水箱14的第二出水口连接有高温供水泵20，用于向用户供水。低温水箱16的第二进水口连接有补水泵18，用于向系统内补水。循环水泵19两端，高温水箱14和高温供水泵20之间均安装有阀门17。

当太阳能集热装置连接在产生蒸汽的集热循环系统里时，如图3所示，出口管道接头与分配阀21入口相连，分配阀21第一出口与热交换器23热端入口相连，热交换器23的热端出口与循环泵26入口相连，循环泵26出口与集热器29的进口管道接头相连，热交换器23的冷端入口通过水泵24连接水池25，冷端出口用于给用户提供换热后的水蒸气。分配阀21第二出口与储热器22入口相连，储热器22出口通过工质补充泵26与工质储箱27相连，同时储热器22出口还与循环泵28入口相连，储热器22出口与工质补充泵26和热交换器23热端进口之间均安装有阀门17。

本发明一种太阳能集热装置的工作原理如下：第一电机5带动第一回转盘2转动，第一回转盘2带动上支撑架3转动，实现了本装置沿垂直于底面的轴转动；第二电机11带动第二回转盘12转动，第二回转盘12带动主轴7转动，实现了本装置沿平行于底面的轴转动；当角度固定后，入射光线通过菲涅尔透镜9的折射后进入集热器29，太阳能对集热铜管加热，热量被集热铜管内部的储热介质吸收，同时外部的储热介质不断从集热铜管的进口管道接头流入，经过集热后从出口管道接头流出。

本发明一种产生高温热水的集热循环系统的工作原理如下：如图2所示，循环水从集热器29的出口管道接头进入高温水箱14，再经止回阀15进入低温水箱16，循环水泵19从低温水箱16吸水后再次将其泵入太阳能热装置的集热器29中进行加热，如此循环。当高温水箱14中的水温达到要求后，即可由高温供水泵20向用户提供高温水。同时，补水泵18可从储水池吸水向低温水箱16补水，整个系统即可持续进行生产。采用了高低温水箱分置方式，热水从高温水箱14送出，冷水从低温水箱16添入，低温水箱16的水不能直接返回高温水箱15，这样，不致因补充冷水降低了高温出水温度，可提高热水生产率。为了节水，用户使用后的水，温度己降低，可用泵将其泵回本系统的储水池，使其得以循环使用。

本发明一种产生蒸汽的集热循环系统的工作原理如下：如图3所示，被加热的循环工质(导热油)经过分配阀21分配，进入热交换器23，将热量传递给水，若热量足够，被换热的水即可将水变成蒸汽，供用户使用。从热交换器23出来的循环工质温度己降低，由循环泵28再重新送入集热器29中加热，如此循环，系统即可不断地持续对外产生蒸汽。在不需要向用户供蒸汽时，被加热的循环工质将被分配阀21经第二出口分配到储热器22，循环工质把热量传给储热介质后，被冷却的循环工质再进入循环泵28进行下一次循环，如此重复。工作过程中，循环工质若有减少，可由工质补充泵26从工质储箱27向系绕补充。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种太阳能集热装置，包括底座，底座上安装有下支撑架，其特征在于：下支撑架上安装有第一电机和第一回转盘，第一回转盘上安装有上支撑架，第一电机带动第一回转盘转动，上支撑架上方固定有安装支架，安装支架上方安装有主轴、第二电机和第二回转盘，第二电机带动第二回转盘转动，所述主轴穿过第二回转盘，并由第二回转盘带动其转动，主轴两端安装有透镜框架，透镜框架内并列安装有若干个菲涅尔透镜，透镜框架顶部安装有光线跟踪装置，透镜框架底部安装有安装座，安装座内安装有集热器，集热器包括连接套，所述连接套位于集热器下端，并与安装座相连，连接套上方安装有套筒，所述套筒内部安装有弹性封底，套筒上方安装有玻壳，由所述玻壳、套筒和弹性封底构成的腔体内部为真空，所述弹性封底上固定设置有集热铜管，所述集热铜管内部有循环工质流动，集热铜管位于玻壳内的部分螺旋盘绕成小端向下的锥体，锥体内侧锥角与入射光入射的角度相同，集热铜管下端的管道依次穿过弹性封底和连接套，并在穿过弹性封底的两个管道周围进行密封。

2.根据权利要求1所述的一种太阳能集热装置，其特征在于：所述集热器的连接套内部、弹性封底下方安装有定位芯子，集热铜管的下端的两个管道均穿过定位芯子，所述集热铜管穿过弹性封底的两个管道与弹性封底之间采用焊接密封，所述弹性封底选用不锈钢。

3.根据权利要求1所述的一种太阳能集热装置，其特征在于：所述集热器的集热铜管的外表面涂敷有黑铬选择涂层，所述集热铜管下端位于连接套以外的两根管道上分别焊接有进口管道接头和出口管道接头。

4.根据权利要求1所述的一种太阳能集热装置，其特征在于：所述集热器的套筒选用与玻壳热膨胀系数相同或相近的金属材料，所述套筒选用柯伐合金。

5.根据权利要求1所述的一种太阳能集热装置，其特征在于：所述光线跟踪装置内设置有用于感受太阳位置的传感器，传感器用于控制第一电机和第二电机动作。

6.一种安装有权利要求1所述的太阳能集热装置的产生高温热水的集热循环系统，其特征在于：包括至少一个太阳能集热装置，太阳能集热装置集热器的集热铜管的出水口与高温水箱的第一进水口相连，高温水箱的第一出水口与低温水箱的进水口相连，低温水箱的出水口连接有循环水泵，循环水泵的出水口连接集热器的集热铜管的进水口，高温水箱的第二出水口连接有高温供水泵。

7.根据权利要求6所述的产生高温热水的集热循环系统，其特征在于：所述低温水箱的第二进水口连接有补水泵，所述高温水箱和低温水箱之间连接有止回阀，用于保证水只能从高温水箱流向低温水箱，所述循环水泵两端，高温水箱和高温供水泵之间均安装有阀门。

8.一种安装有权利要求1所述的太阳能集热装置的产生蒸汽的集热循环系统，其特征在于：包括至少一个太阳能集热装置，太阳能集热装置集热器的集热铜管的出水口与分配阀入口相连，分配阀第一出口与热交换器热端入口相连，热端出口与循环泵入口相连，循环泵出口与集热器的集热铜管的进水口相连，热交换器的冷端入口通过水泵连接水池，冷端出口用于给用户提供换热后的水蒸气。

9.根据权利要求8所述的产生蒸汽的集热循环系统，其特征在于：所述分配阀还具有第二出口，所述第二出口与储热器入口相连，储热器出口与循环泵入口相连，储热器出口与循环泵入口之间、储热器出口和热交换器热端进口之间均安装有阀门。

10.根据权利要求8所述的产生蒸汽的集热循环系统，其特征在于：工质储箱与工质补充泵的入口相连，工质补充泵的出口与所述循环泵的入口相连，所述系统内的工质为导热油。