CN106196636A - 一种阳光采集传输装置和真空光热传输导管 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种阳光采集传输装置和真空光热传输导管，采集阳光并传输至太阳能利用装置，所述阳光采集传输装置包括阳光采集阵单元和真空光热传输导管，所述阳光采集阵单元设有将反射光聚焦到预定反射焦点的多块阳光采集组件；所述真空光热传输导管的接收端位于所述阳光采集阵单元的预定反射焦点处，所述真空光热传输导管的发射端连接到所述太阳能利用装置处。本发明的有益效果是：采用多块阳光采集组件以矩阵形式布置的阳光采集阵单元，在住宅用地面积一定的条件下能够实现有效采光面积最大化；采用真空光导管传输高密度光能，传输效率高、能量损耗低，环境适应性强，尤其适用于广大农村住宅和小型建筑、独栋住宅的太阳能利用。

Description

一种阳光采集传输装置和真空光热传输导管
技术领域
本发明属于清洁能源系统的阳光采集传输装置，尤其涉及一种阳光采集传输装置和真空光热传输导管。
背景技术
目前在住宅清洁能源利用领域存在多种技术方案，在太阳能热源利用领域，通常采用反光板将阳光聚焦加热光热转换装置，光热转换装置再通过热载体输出所产生的热能。这类太阳能利用装置需要在阳光聚焦点处设置光热转换装置，而阳光聚焦点的位置在反光板之上，反光板的面积越大，利用的太阳能就越多，阳光聚焦点的位置也就越高，这给光热转换装置的安装和热能的传输带来困难；而一些高温、高能量的太阳能利用装置必需配置大面积的反光板。如果利用住宅的屋面和地面采集太阳能，过高的装置会带来成本的显著增加，还会影响住宅的外观。
发明内容
本发明的目的是提出一种阳光采集传输装置和真空光热传输导管的技术方案，改进阳光的采集和传输方式，更为充分地利用太阳能，并使太阳能的利用更为便利。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种阳光采集传输装置,采集阳光并传输至太阳能利用装置，所述阳光采集传输装置包括阳光采集阵单元（1）和真空光热传输导管（2），所述阳光采集阵单元设有将反射光（G-2）聚焦到预定反射焦点（F-1）的多块阳光采集组件（1-1）；所述真空光热传输导管包括接收端、光导管（2-2）和发射端，所述真空光热传输导管将含有热能的光束从接收端传输到发射端，所述真空光热传输导管的接收端位于所述阳光采集阵单元的预定反射焦点处，所述真空光热传输导管的发射端连接到所述太阳能利用装置（3）处。
更进一步，所述阳光采集传输装置包括多个所述阳光采集阵单元，每个所述阳光采集阵单元的预定反射焦点与所述热能利用装置之间设有一条所述真空光热传输导管。
更进一步，所述阳光采集传输装置是应用于住宅太阳能利用的阳光采集传输装置；在所述住宅的屋面（0-1）设有多个所述阳光采集阵单元；在所述住宅的室外地面（0-3）之上设有一个或多个所述阳光采集阵单元，所述室外地面之上的阳光采集阵单元的预定反射焦点位于住宅屋檐下。
更进一步，所述阳光采集阵单元的多块阳光采集组件以矩阵形式布置。
更进一步，所述阳光采集组件设有多块以矩阵形式布置的矩形阳光反射板（1-1-1）所述阳光反射板的反射面是旋转抛物面。
更进一步，所述阳光采集阵单元设有用于同步跟踪太阳方位和调整方向的调控机构（1-2）。
一种真空光热传输导管，所述真空光热传输导管（2）包括接收端、光导管和发射端，所述真空光热传输导管将含有热能的光束从接收端传输到发射端，其特征在于，在所述接收端和发射端之间设有所述光导管（2-2），所述光导管的内壁设有光反射层（2-2-2），所述接收端设有接收透镜（2-1），所述接收透镜将接收到的聚焦反射光线折射为高密度平行光束沿所述光导管传输到发射端，在所述发射端设有发射透镜（2-3），所述发射透镜将高密度平行光束再次聚焦，其焦点（F-2）投射到所述太阳能利用装置（3）。
更进一步，所述接收透镜是单向凹透镜，所述发射透镜是单向凸透镜。
更进一步，所述光导管是传输光线的真空管道。
更进一步，所述光导管包括多段互相连接的直线传输光导管（2-2-4）和转向光导管（2-2-3）；所述直线传输光导管是光线沿平行于光导管轴线的方向照射的光导管，所述转向光导管设有反射平板（2-2-1），所述反射平板是平面反光板，从一端进入所述转向光导管的光线经所述反射平板反射后，从转向光导管的另一端射出。
本发明的有益效果是：采用多块阳光采集组件以矩阵形式布置的阳光采集阵单元，形成密集型准菲涅尔聚焦反射阵，在住宅用地面积一定的条件下能够实现有效采光面积最大化；能够在太阳高度角最大的强光照季节和正午阳光辐射强度最大时点实现阳光采集量最大化；实现由一套太阳方位跟踪控制模块操控整套阵列同步运行。采用真空光导管传输高密度光能，不需要外加动力。传输效率高、能量损耗低，可实现长距离传输，使后续的太阳能利用装置或光热转换装置的位置不受阳光聚焦点限制，环境适应性强，尤其适用于广大农村住宅和小型建筑、独栋住宅的太阳能利用。
下面结合附图和实施例对本发明作一详细描述。
附图说明
图1是本发明系统结构图；
图2是本发明阳光采集组件正面结构图；
图3是本发明阳光采集组件背面结构图；
图4是本发明阳光采集阵单元结构图；
图5是本发明阳光采集阵单元工作示意图；
图6是本发明的阳光采集阵单元随季节和时点变化跟踪太阳方位示意图；
图7是本发明真空光热传输导管光传输示意图；
图8是本发明真空光热传输导管结构图。
具体实施方式
实施例一：
如图7、图8，一种真空光热传输导管（2），包括接收端、光导管和发射端，真空光热传输导管将含有热能的光束从接收端传输到发射端，在所述接收端和发射端之间设有所述光导管（2-2）。
光导管包括多段互相连接的直线传输光导管（2-2-4）和转向光导管（2-2-3）；直线传输光导管和转向光导管是直径相同的不锈钢管体，在直线传输光导管和转向光导管的内壁设有光反射层（2-2-2），其作用是对光导管内的散射光线反射汇集，使其逐次反射到发射透镜（2-3）。直线传输光导管是光线沿平行于光导管轴线的方向照射的光导管。转向光导管设有反射平板（2-2-1），反射平板是平面反光板，从一端进入所述转向光导管的光线（G-3）经所述反射平板反射后，从转向光导管的另一端射出。带有平面反光板2-2-1的转向光导管的功能是将射入的高密度平行光束（G-3）反射到预定方向。
光导管是传输光线的真空管道，光导管在安装完成后进行抽真空，以提高光传输效率并减少管道发热。
接收端设有接收透镜（2-1），接收透镜是单向凹透镜，接收透镜将接收到的聚焦反射光线折射为高密度平行光束沿所述光导管传输到发射端，在发射端设有发射透镜（2-3），发射透镜是单向凸透镜，所述发射透镜将高密度平行光束再次聚焦，其焦点（F-2）投射到所述太阳能利用装置（3）。
接收透镜（2-1）在凹透镜的表面进行金属等离子体磁控溅射工艺处理，使之能高效透过正向光线、有效反射逆向热射线，以减少热射线逆向辐射能量损失。
发射透镜（2-3）在凸透镜的表面进行金属等离子体磁控溅射工艺处理，使之能高效透过正向光线、有效反射逆向热射线，以减少热射线逆向辐射能量损失。
本实施例的真空光热传输导管能够接收多方向射入的聚焦反射光线G-2，沿光导管传输到需要利用光能的位置。采用真空的光导管可以降低光线中热能的损耗，同时减少了光导管自身的发热，提高了传输效率。采用圆形光导管可保证真空压力下的结构强度，采用平面反光板2-2-1准确控制光线的传导方向。
本实施例的真空光热传输导管可以高效地将聚焦光束从接收端输送至发射端，并将光线聚焦在热能利用装置上，可使太阳能利用系统的应用更为便利，适用性更好。
实施例二：
如图1至图6，一种阳光采集传输装置,采集阳光并传输至太阳能利用装置。阳光采集传输装置包括阳光采集阵单元（1）和真空光热传输导管（2）。真空光热传输导管是实施例一所述的一种真空光热传输导管。
本实施例的阳光采集传输装置是应用于住宅太阳能利用的阳光采集传输装置；在住宅的屋面（0-1）设有多个阳光采集阵单元（1）；在所述住宅的室外地面（0-3）之上设有一个阳光采集阵单元（根据不同的住宅条件，也可以在住宅的室外地面设置多个阳光采集阵单元）。每个阳光采集阵单元都有一个预定反射焦点（F-1）。阳光采集阵单元设有将反射光（G-2）聚焦到预定反射焦点（F-1）的多块阳光采集组件（1-1）。
如图2、图3所示，阳光采集组件是四边为矩形的阳光采集组件，阳光采集组件的反射面是旋转抛物面，反射面上设有多块以矩阵形式布置的方形的光反射板（1-1-1）。本实施例的反射面上设有3×4的矩阵排列的光反射板（如图2所示）。阳光采集组件设有纵向调节轴（1-2-1）和横向调节轴（1-2-2）；纵向调节轴垂直于横向调节轴并随横向调节轴转动。
阳光采集阵单元的多块阳光采集组件以矩阵形式布置。如图4所示，本实施例的一个阳光采集阵单元安装在水平面上，设有四行、每行五块、共二十块阳光采集组件；每行阳光采集组件共用一支横向调节轴（1-2-2）。阳光采集阵单元设有用于同步跟踪太阳方位和调整方向的调控机构（1-2）。调控机构通过横向调节轴分别调节每行阳光采集组件与水平面的夹角，调控机构通过纵向调节轴（1-2-1）单独调节每个阳光采集组件的转动角度。阳光采集组件随季节和时点的变化同步跟踪太阳方位，如图6所示。
住宅屋面的阳光采集阵单元的预定反射焦点的位置高于阳光采集组件。室外地面之上的阳光采集阵单元的预定反射焦点高于住宅屋面。
每个所述阳光采集阵单元的预定反射焦点与热能利用装置3之间设有一条真空光热传输导管。真空光热传输导管的接收端位于阳光采集阵单元的预定反射焦点处，真空光热传输导管将含有热能的光束从接收端传输到发射端，真空光热传输导管的发射端连接到太阳能利用装置（3）处。
阳光采集组件1-1的投影平面轮廓为正矩形，阳光采集组件的旋转抛物面的曲率依据抛物面数学表达式y=ax2+c(式中： a ≤ 1/5 ；c ≤ 5米; 焦距F ≤10米。)精密制作。多块阳光采集组件（1-1）以菲涅尔方式排列，形成一个准菲涅尔聚焦反射组件。
在组装时，相邻的阳光采集组件（1-1）之间紧密相接，不存在光学意义上的缝隙。
阳光采集阵单元（1）安装在纵向调节轴（1-2-1）上，并围绕纵向调节轴（1-2-1）在追踪太阳方位过程中做90度范围内的旋转摆动。每行阳光采集组件以横向调节轴为轴心在水平位置与垂直位置之间转动。
每行阳光采集组件之间的间距，以在太阳照射高度角最大时点（通常在正午时），全部反射面恰好布满阳光、没有阳光遗漏为准。
为优化自然阳光G-1采集、减小设备规模，每个阳光采集阵单元（1）都有自己的预定反射焦点（F-1），可根据住宅的结构条件以最有效的方式布置阳光采集阵单元，最大程度地利用太阳能。阳光采集阵单元依据屋面和常年有光照地面的需要进行布置。本实施例中，根据住宅的结构，其住宅屋面（0-1）是阳光采集的主要区域，在住宅的屋面上设了多个阳光采集阵单元（1-1），又可称为阳光采集主阵。为利用更多的太阳能，在住宅的室外地面（0-3）之上设置有一个阳光采集阵单元（1-1），又可称为阳光采集辅阵。为了避免对房屋结构的影响和人员活动的影响，其阳光采集阵单元的预定反射焦点（F-1）设置于住宅屋檐之下。
本实施例的太阳能利用装置是一台光热转换器（3），光热转换器将光能转化为热能，通过流体载热介质（3-1）输出热能，为一台含有斯特林发动机的斯特林自体发电-热泵联体机（4）提供做功的热源，斯特林自体发电-热泵联体机产生电能提供给制氢装置5和住宅的用电设备（8）。斯特林自体发电-热泵联体机的发电余热和制取的热量储蓄到蓄热设备（6）；斯特林自体发电-热泵联体机4制取的冷能量储蓄到蓄冷设备（7）。光热转换器（3）和斯特林自体发电-热泵联体机4设置在住宅的地下室（0-2）中，这种设置方式有利于住宅结构的合理布局和使用。
本实施例的阳光采集传输装置在屋面和住宅的室外地面采集阳光，通过真空光热传输导管输送太阳光能，使太阳能利用设备斯特林自体发电-热泵联体机（4）不必安装在阳光采集阵单元（1-1）的预定反射焦点（F-1）处，可将其设置在房屋结构的适宜位置，即地下室（0-2）中。反射阵可以采用较小形体的阳光采集阵单元（1-1），使阳光采集阵单元的预定反射焦点（F-1）处于较低位置，既可减小系统结构的形体，便于精密制造，也有利于抵御强风等自然因素的干扰。
采用在屋面安阳光采集阵单元还可充分利用环境资源，杜绝土地重复占用。为太阳能的利用创造了更广泛的技术条件。

Claims (10)

1.一种阳光采集传输装置,采集阳光并传输至太阳能利用装置，其特征在于，所述阳光采集传输装置包括阳光采集阵单元（1）和真空光热传输导管（2），所述阳光采集阵单元设有将反射光（G-2）聚焦到预定反射焦点（F-1）的多块阳光采集组件（1-1）；所述真空光热传输导管包括接收端、光导管（2-2）和发射端，所述真空光热传输导管将含有热能的光束从接收端传输到发射端，所述真空光热传输导管的接收端位于所述阳光采集阵单元的预定反射焦点处，所述真空光热传输导管的发射端连接到所述太阳能利用装置（3）处。
2.根据权利要求1所述的一种阳光采集传输装置，其特征在于，所述阳光采集传输装置包括多个所述阳光采集阵单元，每个所述阳光采集阵单元的预定反射焦点与所述热能利用装置之间设有一条所述真空光热传输导管。
3.根据权利要求2所述的一种阳光采集传输装置，其特征在于，所述阳光采集传输装置是应用于住宅太阳能利用的阳光采集传输装置；在所述住宅的屋面（0-1）设有多个所述阳光采集阵单元；在所述住宅的室外地面（0-3）之上设有一个或多个所述阳光采集阵单元，所述室外地面之上的阳光采集阵单元的预定反射焦点位于住宅屋檐下。
4.根据权利要求1所述的一种阳光采集传输装置，其特征在于，所述阳光采集阵单元的多块阳光采集组件以矩阵形式布置。
5.根据权利要求1所述的一种阳光采集传输装置，其特征在于，所述阳光采集组件设有多块以矩阵形式布置的矩形阳光反射板（1-1-1）所述阳光反射板的反射面是旋转抛物面。
6.根据权利要求1所述的一种阳光采集传输装置，其特征在于，所述阳光采集阵单元设有用于同步跟踪太阳方位和调整方向的调控机构（1-2）。
7.一种真空光热传输导管，所述真空光热传输导管（2）包括接收端、光导管和发射端，所述真空光热传输导管将含有热能的光束从接收端传输到发射端，其特征在于，在所述接收端和发射端之间设有所述光导管（2-2），所述光导管的内壁设有光反射层（2-2-2），所述接收端设有接收透镜（2-1），所述接收透镜将接收到的聚焦反射光线折射为高密度平行光束沿所述光导管传输到发射端，在所述发射端设有发射透镜（2-3），所述发射透镜将高密度平行光束再次聚焦，其焦点（F-2）投射到所述太阳能利用装置（3）。
8.根据权利要求7所述的一种真空光热传输导管，其特征在于，所述接收透镜是单向凹透镜，所述发射透镜是单向凸透镜。
9.根据权利要求7所述的一种真空光热传输导管，其特征在于，所述光导管是传输光线的真空管道。
10.根据权利要求7所述的一种真空光热传输导管，其特征在于，所述光导管包括多段互相连接的直线传输光导管（2-2-4）和转向光导管（2-2-3）；所述直线传输光导管是光线沿平行于光导管轴线的方向照射的光导管，所述转向光导管设有反射平板（2-2-1），所述反射平板是平面反光板，从一端进入所述转向光导管的光线经所述反射平板反射后，从转向光导管的另一端射出。
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