CN105698402A - 太阳能线聚焦菲涅尔中高温热利用系统 - Google Patents

太阳能线聚焦菲涅尔中高温热利用系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种太阳能线聚焦菲涅尔中高温热利用系统，包括：集热装置，其包括集热管支架、内聚光式真空集热管，内聚光式真空集热管安装在集热管支架上，内聚光式真空集热管设置有上循环口和下循环口；聚光装置，包括线聚焦菲涅尔透镜和镜框，其中线聚焦菲涅尔透镜镶嵌在镜框中，所述线聚焦菲涅尔透镜的聚焦线性光斑可落在内聚光式真空集热管上；储热油箱，其通过循环管与内聚光式真空集热管的上循环口和下循环口连接，储热油箱的循环储热介质为高温导热油。本发明可利用能量密度低的太阳辐射将高温导热油加热至高温，不仅可运用于太阳能热发电，还可直接广泛运用于纺织、建筑、食品、烟草等领域。

Description

太阳能线聚焦菲涅尔中高温热利用系统
技术领域
本发明涉及一种太阳能集热系统，特别是涉及一种太阳能中高温集热利用系统。
背景技术
目前，太阳能中高温热利用是未来光热利用的重点领域。太阳能中高温利用形式主要是指工业用热及热发电，相比较己经成熟的低温热利用市场(如提供家用热水的太阳能热水器)，中高温热利用市场需求还有待开发，潜力巨大。太阳能热利用除了发电，还有直接对热能的利用，可广泛运用于纺织、建筑、食品、烟草等领域，对于我国节能减排、减少化石能源使用方面都具有非常重要的意义。因此在太阳能中高温利用中，迫切解决这一困境，能够像普通太阳能热水器产品那样，提供一种太阳能中高温成套产品。
上述论述内容目的在于向读者介绍可能与下面将被描述和/或主张的本发明的各个方面相关的技术的各个方面，相信该论述内容有助于为读者提供背景信息，以有利于更好地理解本发明的各个方面，因此，应了解是以这个角度来阅读这些论述，而不是承认现有技术。
发明内容
本发明的目的在于避免现有技术中的不足而提供一种太阳能线聚焦菲涅尔中高温热利用系统，其可将能量密度低的太阳辐射转换成低成本、高效益的中高温热能，且适合家居及工农业生产使用。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
提供一种太阳能线聚焦菲涅尔中高温热利用系统，包括：集热装置，其包括集热管支架、内聚光式真空集热管，内聚光式真空集热管安装在集热管支架上，内聚光式真空集热管设置有上循环口和下循环口；聚光装置，包括线聚焦菲涅尔透镜和镜框，其中线聚焦菲涅尔透镜镶嵌在镜框中，所述线聚焦菲涅尔透镜的聚焦线性光斑可落在内聚光式真空集热管上；储热油箱，其通过循环管与内聚光式真空集热管的上循环口和下循环口连接，储热油箱的循环储热介质为高温导热油。
其中，所述内聚光式真空集热管由真空玻璃管和设置在真空玻璃管中的U型管组成，U型管上设置有吸热涂层，U型管的两端分别连接上循环口和下循环口。
其中，所述真空玻璃管中设置有将太阳辐射反射二次聚光到U型管上的二次聚光器。
其中，所述集热管支架上安装有可将太阳辐射反射至内聚光式真空集热管的反光镜。
其中，包括支架，所述支架由底梁、斜梁、前支脚、后支脚、固定梁、横梁以及铰连接组成，所述斜梁通过两根前支脚、两根后支脚连接支撑在底梁上，连接支撑点均为铰连接，所述后支脚与斜梁之设置有固定梁，所述两根前支脚之间设置有横梁，所述镜框安装在所述斜梁上。
其中，所述底梁和后支脚上均设置有一排调节孔，所述后支脚下端通过插销连接在底梁的任一调节孔中，所述固定梁一端通过插销连接在后支脚的任一调节孔中。
其中，所述循环管外覆盖有保温材料。
其中，所述储热油箱上设置有用于测温的测温孔。
其中，所述储热油箱底部设置有排污管。
由于采用了上述的结构，本发明具有如下有益效果：
1.由于太阳运动轨迹为东西向，在一段时间内高度角基本不变，线聚焦菲涅尔透镜为一维聚光，且线性光斑宽度小于带U型管的内聚光式真空集热管直径，在中午太阳辐射强烈的数个小时内，其线性光斑可视为仅东西移动，利用反光镜将聚集太阳光反射到带U型管的内聚光式真空集热管，实现太阳能利用免跟踪。
2.本发明利用线聚焦菲涅尔透镜聚光，减少集热管的数量，降低太阳能热装置成本。
3.本发明利用线聚焦菲涅尔透镜和太阳能真空集热管相结合，将能量密度低的太阳辐射转化为高品质能源，集热温度超出常规的太阳能低温利用范围。
4.本发明利用支架可根据当地的季节和时间对应的太阳变化调整相关结构，达到最佳太阳能集热效果。
5.本发明使用高温导热油为循环储热介质，可避免常规水介质在高温产生蒸汽等不稳定缺陷，实现稳定循环用热，亦可以降低储热油箱的性能要求，减少设备成本。
6.本发明的装置制作成本低且结构简单，可适用于工业生产，亦适用于日常生活以及农业生产所需用热。
附图说明
利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1为本发明太阳能线聚焦菲涅尔中高温热利用装置的结构示意图。
图2为内聚光式真空集热管的内部结构图。
图3为本发明的支架的运动轨迹示意图。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述，需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
如图1所示，本发明所述的太阳能线聚焦菲涅尔中高温热利用系统，包括：支架、聚光装置、集热装置、储热装置。
所述支架，包括横梁4、前支脚6、铰连接7、底梁8、固定梁9、后支脚10、底梁调节排孔11、后支脚调节排孔17、斜梁18。前支脚6和后支脚10均利用铰连接7分别和底梁8、斜梁18相联接构成左、右支撑，支架的左右支撑通过横梁4以及镜框2所固定联接；所述底梁和后支脚上均设置有一排调节孔，所述后支脚下端通过插销连接在底梁的任一调节孔中，所述固定梁一端通过插销连接在后支脚的任一调节孔中。支架通过调节孔可调整优化真空集热管与线聚焦菲涅尔透镜的距离，以及聚光装置的采光角度。
所述聚光装置包括线聚焦菲涅尔透镜1和镜框2，其中线聚焦菲涅尔透镜1镶嵌在镜框2中，且线聚焦方向与镜框横向一致，镜框2通过螺栓20固定在斜梁18上。
如图2所示，所述集热装置包括集热管支架5、内聚光式真空集热管3，内聚光式真空集热管安装在集热管支架上.所述内聚光式真空集热管由真空玻璃管22、设置在真空玻璃管中的U型管、二次聚光器24组成，U型管上设置有吸热涂层，U型管的两端分别连接上循环口23和下循环口25。太阳辐射通过所述聚光装置透过真空玻璃管22，线性聚光到真空集热管3中涂有吸热涂层的U型管上，U型管内通有高温导热油吸收并传输热量，未一次利用的太阳辐射将通过二次聚光器24反射二次聚光到U型管上。所述集热管支架上安装有可将太阳辐射反射至内聚光式真空集热管的反光镜21。
所述储热装置包括进循环管12、储热油箱15、出循环管16、联接循环管19，储热油箱15上设置有进循环孔13、出循环孔14，储热油箱15中的高温导热油通过进循环管12流经所述集热装置储能，后通过出循环管16流回储热油箱15，其中内聚光式真空集热管3之间通过联接循环管19连接，实现装置高温导热油循环集热。为了使集热效果更理想，在循环管外覆盖有保温材料(图中未标出)。为了方便对储热油箱的高温导热油进行测量，在储热油箱上设置有对其进行测温的测温孔(图中未标出)；为了方便清理，在储热油箱较低位置还设置有排污管(图中未标出)。
本发明太阳能线聚焦菲涅尔中高温热利用装置的支架运动轨迹如图3所示，其中：ABOD为太阳轨迹过正上方时，聚光装置和集热装置水平放置时的情形，A’B’OD为太阳高度角最小时聚光装置和集热装置与太阳入射方向垂直的情形。对于北纬25°～50°广大地区，由于夏至日(6月22日)，正午太阳高度达到一年中最大值，夏至日过后，太阳高度逐日降低，到了冬至日(12月22日)，正午太阳高度为一年中的最小值，但对于广州等地区太阳在一年之中会过头顶，以广州(北纬23°00′；东经113°13′)为例，最大高度角为夏至日(90°-(23°-23°))，即90°，而最小高度角为(90°-(23°+23°))，即44°。为实现系统最大化垂直接收太阳辐射，所以图2中Θ范围在(0°～46°)，鉴于太阳高度角在一定周期内变化对系统采光影响不大，所以采用5°可调设计，通过底梁调节排孔11和后支脚调节排孔17，分别调整固定梁9、后支脚10实现装置的角度调整。
上面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，不能理解为对本发明保护范围的限制。
总之，本发明虽然例举了上述优选实施方式，但是应该说明，虽然本领域的技术人员可以进行各种变化和改型，除非这样的变化和改型偏离了本发明的范围，否则都应该包括在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种太阳能线聚焦菲涅尔中高温热利用系统，其特征在于，包括：
集热装置，其包括集热管支架、内聚光式真空集热管，内聚光式真空集热管安装在集热管支架上，内聚光式真空集热管设置有上循环口和下循环口；
聚光装置，包括线聚焦菲涅尔透镜和镜框，其中线聚焦菲涅尔透镜镶嵌在镜框中，所述线聚焦菲涅尔透镜的聚焦线性光斑可落在内聚光式真空集热管上；
储热油箱，其通过循环管与内聚光式真空集热管的上循环口和下循环口连接，储热油箱的循环储热介质为高温导热油，所述循环管外覆盖有保温材料。
2.根据权利要求1所述的太阳能线聚焦菲涅尔中高温热利用系统，其特征在于：所述内聚光式真空集热管由真空玻璃管和设置在真空玻璃管中的U型管组成，U型管上设置有吸热涂层，U型管的两端分别连接上循环口和下循环口。
3.根据权利要求2所述的太阳能线聚焦菲涅尔中高温热利用系统，其特征在于：所述真空玻璃管中设置有将太阳辐射反射二次聚光到U型管上的二次聚光器。
4.根据权利要求1所述的太阳能线聚焦菲涅尔中高温热利用系统，其特征在于：所述集热管支架上安装有可将太阳辐射反射至内聚光式真空集热管的反光镜。
5.根据权利要求1所述的太阳能线聚焦菲涅尔中高温热利用系统，其特征在于：还包括支架，所述支架由底梁、斜梁、前支脚、后支脚、固定梁、横梁以及铰连接组成，所述斜梁通过两根前支脚、两根后支脚连接支撑在底梁上，连接支撑点均为铰连接，所述后支脚与斜梁之设置有固定梁，所述两根前支脚之间设置有横梁，所述镜框安装在所述斜梁上。
6.根据权利要求5所述的太阳能线聚焦菲涅尔中高温热利用系统，其特征在于：所述底梁和后支脚上均设置有一排调节孔，所述后支脚下端通过插销连接在底梁的任一调节孔中，所述固定梁一端通过插销连接在后支脚的任一调节孔中。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的太阳能线聚焦菲涅尔中高温热利用系统，其特征在于：所述储热油箱设置有用于测温的测温孔。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的太阳能线聚焦菲涅尔中高温热利用系统，其特征在于：所述储热油箱底部设置有排污管。
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