CN106642742A - 外凸 内台阶透镜太阳能集热技术 - Google Patents

Abstract

本明是依据凸透镜聚焦原理设计的，将大面积的太阳光能聚集到的授热体上，其高温热能被传热价质(如油或水)输送到集热储能器或直接利用。此类透镜的重量轻、加工难度和成本低、生产周期短，与之相配套的机构和控制系统简易、适应范围广、寿命长、易维护、安全、可控性高、成本低、几乎无安装场地的要求，合适大型专业太阳能收集，也合适民用推广。透镜的断面形状是外凸狐形、内平台阶。狐形有2种：标准圆曲线和非圆曲线，(即外凸球面狐形‑图1.1.1和外凸非球面狐形‑图1.1.2)。透镜形状有回转体圆形‑图1.2.1和断面平衡延伸的直线形‑图1.2.2。相配套的结构有透镜、支架组、授热组、太阳同步跟踪、季度调节机构、控制系统、热存储系统所组成。

Description

外凸内台阶透镜太阳能集热技术

技术领域：本发明涉及一种聚光集热系统技术，具体涉及一种太阳能聚光集热技术

背景技术：

目前正在应用的太阳能：1.真空管太阳能集技术，但是集热温度不高。2.光伏发电技术，但光电转换率低(不足25％)，成本过高。3.槽式聚光集热技术，但是这类聚光集热器存在两个主要缺点：装置对太阳跟踪精度和抛物面的加工精度要求非常高，高温太阳能接收器安装在反光面的上部，不利于接收器的安装和保温。4.现在正在建的以色列的反射镜太阳塔。5.美国人构想的太阳能气压对流发电。3-4-5的项目都是有很多相近的优缺点，于是它只能应用于特定的、专业化的场所。5.有人曾设计出凸透镜的方式，但重量过大。6.有人曾设计出平面菲涅尔透镜的方式，但机械强度不足、易积污、易变形、加工成本高。

附图说明：

1.图1.1.1，图1.1.2，图1.2.1，图1.2.2是原理图

2.圆形透镜收集器结构图是图1.3，各部分注解图是图1.3.1，图1.3.2，图1.3.3

3.线形透镜收集器结构图是图1.4，各部分注解图是图1.4.1，图1.4.2

4.太阳同步跟踪控制系统设计图是图1.5

5.热收贮系统图是图1.6

6.应用安装示意图是图1.7

7.应用于海水淡化例图是图1.8.1

8.应用于热发电例图是图1.8.2

9.应用于家用热水器例图：图1.8.3

发明内容：

本明是依据凸透镜聚焦原理设计的，将大面积的太阳光通过“外凸 内台阶透镜”聚集到的授热体上，其高温热能被传热价质(如油或水)输送到集热储能器或直接利用。

本太阳能聚光集热技术能技术的优点：易加工、成本低、生产周期缩短、集热温度高、机械性能可靠、结构简易、安装运输方便、易维护、易普及、无场地要求、可散分布、可应用于大型生产、也可应用小家庭.......等，所收集的热能取代化学热能广泛用于热发电、海水淡化、家庭用取暖、未来或可用于驱动汽车........等。

透镜的断面形状是外凸狐形、内平台阶。狐形有2种：标准圆曲线和非圆曲线，(即外凸球面狐形-图1.1.1和外凸非球面狐形-图1.1.2)。透镜形状有回转体圆形-图1.2.1和断面平衡延伸的直线形-图1.2.2.相配套的结构有透镜、支架组、授热组、太阳同步跟踪、季度调节机构、跟踪控制系统、热收贮系统所组成。

具体实施方式：

一、圆形透镜太阳能聚光集热机构设计：附图1.3

1.本机构有外凸 内台阶圆形透镜、支架组、授热组、太阳同步跟踪、季度调节机构所组成。

2.透镜、授热组、太阳同步跟踪机构、季度调节机构由螺丝联接固定在支架上，形成一个整体。

3.季度调节机构由丝杆、螺母、和相关联接件组成，连接在支架上形成三角形，通过调节螺母在丝杆上的位置，至使整体机构产生倾斜成的角度在南北方向与太阳斜角一致。

4.透镜固定在固定座上通过转轴与齿轮相连，压力油推动油缸的移动传到齿轮，透镜跟随齿轮转动面摆动，实现了从早晨到傍晚同步跟踪太阳的轨迹，由电控箱程序控制，实行自动化控制。透镜的摆动方向要同日出日落方向要一致

5.外凸圆形透镜在下雨时起到了像雨伞的作用，保护了其内部的机构不直接淋雨，雨水过后不积水、积污。机械性能可靠，长期使用稳定性高，容易维护和清结。

8.授热组所收集的太阳热能由传热介质(如油)输送到热存贮器或直接利用。

9.该机构由于结构简单、重量轻、安装便利、机构部分无电源、热能利用介质传输，安装范围广泛，无特别环境要求，可以是山顶上、屋顶上、平地上、斜坡上、湖面上、海面上、荒漠上、等等，几乎有太阳出来的地方都合适安装。

10.该机构除透镜、透镜支撑杆、连接件、螺丝、螺母、转轴、轴承外，全部使用铝合金件，实现标准化后降低成本，减轻重量。

11.可以将多套集热组是串联、并联使用、也可单套工作。

二、线形透镜太阳能聚光集热机构设计：附图1.4

1.本机构有外凸 内台阶线形透镜、支架组、授热组、季度调节机构所组成。

2.透镜、授热组、季度调节机构由螺丝联接固定在支架上，形成一个整体。

3.季度调节机构由丝杆、螺母、和相关联接件组成，连接在支架上形成三角形，通过调节螺母在丝杆上的位置，至使整体机构产生倾斜成的角度在南北方向与太阳斜角一致。

4.安装时透镜的直线方向要同日出日落方向要一致，授热板接收到的热是线状的

5.外凸透镜在下雨时起到了像雨伞的作用，保护了其内部的机构不直接淋雨，雨水过后不积水、积污。机械性能可靠，长期使用稳定性高，容易维护和清结。

8.所收集的太阳热能由传热介质(如热油)输送到热存贮器或直接利用。

9.该机构由于结构简单、重量轻、安装便利、机构部分无电源、热能利用介质传输，安装范围广泛，无特别环境要求，可以是山顶上、屋顶上、平地上、斜坡上、湖面上、海面上、荒漠上、等等，几乎有太阳出来的地方都合适安装。

10.比圆形透镜太阳能聚光集热机构少了太阳同步跟踪，成本更低，但授热板长度要加长些，相同光照面积下，所收集热的温度要低一些，很合适民用推广。

11.可以将多套集热组是串联、并联使用、也可单套工作。

三、太阳同步跟踪控制系统设计：图1.5

1.早晨，时钟给信号电控箱的电脑，开始检测衡压存贮器内压力是否足够，不足够产即起动油泵补充压力，将继续等待太阳光，当检测到太阳时，电按箱给液压调节器正转信号，转向跟踪器与太阳同步开始，

2.下午，傍晚到了，下阳也下山了，转向跟踪器停止旋转，时钟给出结束工作信号给电控箱，液压调节器得到反转信号，正转压力油切断，反转压力油接通，转向跟踪器复位。系统进入体眠

3.电按箱设计有全自及手动控制模式，当早晨是阴天或雨天后，能调节热接收器的透镜方位，调正确方位后，切到自动模式，系统正常运转。

4.优点：自动控制。手动控制可修正方位，可保证早晨短暂下雨或阴天后系统正常用运作。系统起动后不管是阴天，下雨天，大风天，透镜都能与太阳同步。液压控制，系统运行平稳，不受外力作用干扰，特别是大风雨天。电控部分置于室内，安全，抗干扰系数高。可以并联多套热接收器。对环境要求不高，精度也不高，耐用，实用性强，故障了生率低，适合体集热系统。节能，油泵只要在衡压存贮器压力不足时，运转补充压力油。

四、热收贮系统设计：图1.6

1.早晨，时钟给信号电控箱的电脑，热油泵开始运转进热油空循环，系统进入待机状态，当回油油温被检测到80度后，电脑将选择一个热能存贮体加热，当温度超过300度，油路切换到下一热能存贮体进行加热。

2.油泵过热保护。当回油温度检测到油温超过150度时，油路转换器2将回油切换到冷却体降温，保护了油泵，冷却体内的热水可以作为蒸汽备用或其他备用

3.油泵通过保温管道输出低于150度的油，油经过相应数量的太阳能集热体后，油温升到300度以上，高温对贮热体进行加热，使热能得以存贮，以备夜间、雨天、阴天使用。

热能存贮介质可以选择高温油、固体、化学物质。

五、应用安装示意：图1.7

该机构由于结构简单、重量轻、安装便利、外开电源、热能利用介质传输，所以安装范围广泛，无特别环境要求，可以是山顶上、屋顶上、平地上、斜坡上、湖面上、海面上、荒漠上、等等，几乎有太阳出来的地方都合适安装。

应用：

一、海水淡化系统设计：图1.8.1

1.利用存贮的热能可以保证不间断地生产蒸馏水和海盐，合适工厂化大量生产，也可实现淡化海水小型化，为国家海岛发展计划做贡献。如图中虚线部分改为直接透镜热源。

2.所得的附产品高浓度盐的海水，提供源源不断的廉价的工业用盐

3.此装置生产出在蒸馏水，相对于反渗透生产出的淡水，更环保、更健康，海水利用率更高。对海水水质无需精细工艺处理就可投入生产。

4.一次投入，永久零成本生产淡水和工业盐。

二、热发电系统设计：图1.8.2

1.热能存贮体存放过去几天透镜收集的太阳热能，在发电时，源源不断地向水蒸汽发生器提供产生高压水蒸汽所需要的高温热。高压汽体经过蒸汽轮机，推动蒸汽轮机高速旋转，带动发电机发电。

2.低压水蒸汽经过冷却室，在蒸馏室产生附产品蒸馏水，和余热温水，温水返回水蒸汽发生室生成高压水蒸汽，实现余热再利用。

三、家用热水器系统：图1.8.3

1.结构简单，成本低，易推广，易普及。如能采取覆盖屋顶安装，能在起到顶层降温的效果。

2.采取自循环加热，安装方便，又省钱，适合家用和对热能量要求不场合。

3.家用热水对温度要求不高，可选择线形透镜收集器供热。

4.有了高温热水，我们就可以用于煮饭、洗澡、冬天取暖等。

Claims (26)

1.本设计的透镜断面形状是外凸狐形、内平台阶，光学原理符合凸透镜聚焦原理。

2.透镜的外凸狐形断面形状有二种是标准圆曲线和非圆曲线，(即外凸球面狐形和外凸非球面狐形)

3.本设计的透镜形状有回转体圆形和断面平衡延伸的线形。

4.透镜有材料可以透明玻璃、透明塑料

5.圆形透镜太阳能聚光集热机构包含有透镜、支架组、授热组、太阳同步跟踪、季度调节机构、控制系统、热存储系统所组成。

6.圆形透镜太阳能聚光集热机构的透镜、授热组、太阳同步跟踪机构、季度调节机构由螺丝联接固定在支架上，形成一个整体。

7.圆形透镜太阳能聚光集热机构的授热组在透镜的下方，板状增大受热面，降低太阳同步跟踪系统的精度要求，减少故障机率，提高机构的使用寿命。

8.圆形透镜太阳能聚光集热机构由液压控制的太阳同步跟踪机构控制转向，具有节能、成本低、安全、故障机率低、使用寿命长。

9.圆形透镜太阳能聚光集热机构的季度调节机构由丝杆、螺母、和相关联接件组成，连接在支架上形成三角形，通过调节螺母在丝杆上的位置，至使整体机构产生倾斜，角度在南北方向与太阳一致。

10.圆形透镜太阳能聚光集热机构的太阳同步跟踪控制转向机构由太阳同步跟踪控制系统自动控制，能够实时有效地跟踪太阳的移动，同步跟踪太阳从早上到傍晚的轨迹，全程实行自动控制。

11.圆形透镜太阳能聚光集热机构的透镜在下雨时起到了像雨伞的作用，保护了其内部的机构不直接淋雨，雨水过后不积水、积污。机械性能可靠，长期使用稳定，容易维护和清结。

12.圆形透镜太阳能聚光集热机构的授热组收集到的太阳热能由传热介质(如油)输送到热存贮器或直接利用。

13.圆形透镜太阳能聚光集热机构的结构简单、重量轻、安装便利、外开电源、热能利用介质传输，安装范围广泛，无特别环境要求，可以是山顶上、屋顶上、平地上、斜坡上、湖面上、海面上、荒漠上、等等，几乎有太阳出来的地方都合适安装。

14.圆形透镜太阳能聚光集热机构中除透镜、透镜支撑杆、连接件、螺丝、螺母、转轴、轴承外，全部使用铝合金件，实现标准化生产。

15.圆形透镜太阳能聚光集热机构的太阳能聚焦集热高温点在透镜的底部的热接收板上。

16.圆形透镜太阳能聚光集热机构被多套串联或并联使用、也可单套工作。

17.线形透镜太阳能聚光集热机构由外凸内台阶线形透镜、支架组、授热组、季度调节机构所组成。

18.线形透镜太阳能聚光集热机构的透镜、授热组、季度调节机构由螺丝联接固定在支架上，形成一个整体。

19.线形透镜太阳能聚光集热机构的季度调节机构由丝杆、螺母、和相关联接件组成，连接在支架上形成三角形，通过调节螺母在丝杆上的位置，至使整体机构产生倾斜成的角度在南北方向与太阳斜角一致。

20.线形透镜太阳能聚光集热机构在安装到透镜直线方向要同日出日落方向要一致。

21.线形透镜太阳能聚光集热机构的授热板接收到的热是直线条状的。

22.线形透镜太阳能聚光集热机构的透镜在下雨时起到了像雨伞的作用，保护了其内部的机构不直接淋雨，雨水过后不积水、积污。机械性能可靠，长期限使用稳定，容易维护和清结。

23.线形透镜太阳能聚光集热机构的授热组收集到的太阳热能由传热介质(如油)输送到热存贮器或直接利用。

24.线形透镜太阳能聚光集热机构的结构简单、重量轻、安装便利、机构部分无电源、热能利用介质传输，安装范围广泛，无特别环境要求，可以是山顶上、屋顶上、平地上、斜坡上、湖面上、海面上、荒漠上、等等，几乎有太阳出来的地方都合适安装。

25.线形透镜太阳能聚光集热机构无需太阳同步跟踪机构和转向控制系统，结构更简单，成本更低。很合适民用推广。

26.线形透镜太阳能聚光集热机构被多套串联或并联使用、也可单套工作。