CN107355996A - 一种太阳能高温导热系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种太阳能高温导热系统，涉及太阳能应用技术领域，包括凸透镜、集热器、追日装置、控制器、导热线、超导热棒，凸透镜设有凸透镜边框，凸透镜通过凸透镜边框与追日装置连接，所述追日装置与控制器连接，控制器接收固定在凸透镜迎光面上的经度、纬度光传感器信号，集热器设在凸透镜的焦点部位，集热器通过连杆与凸透镜边框固定连接，凸透镜聚光加热集热器，集热器的受热处接有导热线，所述导热线通过连接超导热棒将热量传输到液体管道内，所述超导热棒直接插入液体管道内。本发明结构相比现有技术更为简单，可以保证更好的导热效果。

Description

一种太阳能高温导热系统
技术领域
本发明涉及太阳能应用技术领域，特别涉及一种太阳能高温导热系统。
背景技术
中国的太阳能产业发展非常迅猛，但是其应用领域基本集中在低温民用领域。由于中国的能耗70％用于工业，所以太阳能在低温民用领域的普及并不能缓解我国能源紧张和减排滞后的状况，从上世纪80年代开始，中国开始研发太阳能中高温利用技术，并且取得了实质性的进展，以槽式聚光器、高温真空集热管、高温集热工质、相变储能材料等一批新技术的突破，使得中国的太阳能高温工业化领域的应用变成了可能。
目前市场上利用太阳能来供热的系统，其原理在于利用水循环将太阳能进行循环取热，采用水循环的技术存在以下明显不足：1、循环水均需要专用循环泵和控制器并且消耗不少的电力，否则传输距离短、集热器与水箱难于分离到理想的距离位置；2、系统经过多级显热传递，温差大热效率差，得热温度偏低，传热效果和集热效果欠佳，而且能量密度小，难于适应高温应用领域如吸收式制冷；3、系统复杂、传热系数低，部件、管道尺寸大耗材多，制造成本高；4、循环泵、热管寿命难于超过15年，可维护性、经济性欠佳。
发明内容
为了克服上述缺陷，本发明提供了一种热损失小、能效大、寿命长、价格低、稳定性好、结构简单的太阳能高温导热系统。
本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是：一种太阳能高温导热系统，包括凸透镜、集热器、追日装置、控制器、导热线、超导热棒，凸透镜设有凸透镜边框，凸透镜通过凸透镜边框与追日装置连接，所述追日装置与控制器连接，控制器接收固定在凸透镜迎光面上的经度、纬度光传感器信号，集热器设在凸透镜的焦点部位，集热器通过连杆与凸透镜边框固定连接，凸透镜聚光加热集热器，集热器的受热处接有导热线，所述导热线通过连接超导热棒将热量传输到液体管道内，所述超导热棒直接插入液体管道内。
集热器与凸透镜之间的距离小于等于凸透镜的焦距，集热器设计成凹面锅状，使凸透镜的焦点置于相对应的凹陷受光面上。
所述凸透镜边框外沿水平位置设有两个耳轴，通过轴承与追日装置的立架机械连接，立架与横梁为整体，横梁中间固定有立轴，通过轴承与轴承室滚动连接，轴承室固定在地面上，在横梁的两端有地轮与轨道接触，经度驱动电机通过减速器，减速器输出轴上的齿轮与固定在底部的大齿轮啮合，电机正反转时，使横梁、立架、凸透镜以立轴为心旋转。在立架上方还设有纬度电机、减速器、蜗轮、蜗杆，所述耳轴一侧套有蜗杆，纬度电机及减速器驱动蜗轮蜗杆带动耳轴旋转，使凸透镜以耳轴为心，作俯仰运动。
所述液体管道内设置有温度探头，液体管道温度信号线的一端与温度探头相连，另一端与控制器相连。
所述超导热棒为中空状的真空管，所述超导热棒内配设有超导液和毛细管，毛细管上设有翅片，用来增大受热面积，所述超导热棒下端设有外螺纹，以供超导热棒从底部插入液体管道的螺孔与液体管道密封连接。所述超导热棒设为若干个，所述超导热棒之间以并联的方式连接。所述超导热棒侧面倾斜插入液体管道内，倾斜角度为12-60度。
所述导热线为铜质材料，导热线外表面裹有保温层。
本发明的有益效果：
1、结构相比现有技术更为简单，制作成本更低，体积更小，反应灵敏，能连续转动，生产成本低，便于以推广应用。
2、本发明采用凸透镜作为集热方式，使得光线更聚焦，保证比较好的集热效果；同时凸透镜与集热器随着太阳角度的转动而转动，聚焦点保持在集热器上，集热温度可达到250度至1000度。
3、通过超导热棒传热保证比较好的导热效果，安全高效。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明太阳能高温导热系统的结构示意图；
图2是本发明经度驱动机构的结构示意图；
图3是本发明纬度驱动机构的结构示意图；
图4是本发明超导热棒的插入结构示意图；
图5是本发明超导热棒毛细管的结构示意图；
图6是本发明若干超导热棒的并联结构示意图；
图中：1、凸透镜；101、凸透镜边框；2、集热器；3、控制器；4、导热线；5、超导热棒；6、光传感器；7、连杆；8、液体管道；9、耳轴；11、立架；12、横梁；121、立轴；122、轴承室；13、地轮；14、轨道；151、经度电机；152、经度减速器；153、大齿轮；161、纬度电机；162、纬度减速器；163、蜗轮；164、蜗杆；17、温度探头。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
请参阅图1-6，本发明提供一种技术方案：一种太阳能高温导热系统，包括凸透镜1、集热器2、追日装置、控制器3、导热线4、超导热棒5，凸透镜1设有凸透镜边框101，凸透镜1通过凸透镜边框101与追日装置连接，所述追日装置与控制器3连接，控制器3接收固定在凸透镜1迎光面上的经度、纬度光传感器6信号，集热器2设在凸透镜1的焦点部位，集热器2通过连杆7与凸透镜边框101固定连接，集热器2与凸透镜1一起转动，凸透镜1的焦点始终位于集热器2内，凸透镜1聚光加热集热器2，集热器2的受热处接有导热线4，所述导热线4通过连接超导热棒5将热量传输到液体管道8内，所述超导热棒5直接插入液体管道8内。
集热器2与凸透镜1之间的距离小于等于凸透镜1的焦距，集热器2设计成凹面锅状，使凸透镜1的焦点置于相对应的凹陷受光面上。
所述凸透镜边框101外沿水平位置设有两个耳轴9，通过轴承与追日装置的立架11机械连接，立架11与横梁12为整体，横梁12中间固定有立轴121，通过轴承与轴承室122滚动连接，轴承室122固定在地面上，在横梁12的两端有地轮13与轨道14接触，参阅图2，所述横梁一侧设有经度驱动机构，经度驱动机构包括经度电机151及经度减速器152，经度减速器152输出轴上的齿轮与固定在底部的大齿轮153啮合，经度电机151正反转时，使横梁12、立架11、凸透镜1以立轴121为心旋转。参阅图3，在立架11上方还设有纬度驱动机构，包括纬度电机161、纬度减速器162、蜗轮163、蜗杆164，所述耳轴9一侧套有蜗杆164，纬度电机161及纬度减速器162驱动蜗轮163蜗杆164带动耳轴9旋转，使凸透镜1以耳轴9为心，作俯仰运动。
所述液体管道8内设置有温度探头17，液体管道温度信号线的一端与温度探头17相连，另一端与控制器3相连。
参阅图4-5，所述超导热棒5为中空状的真空管，所述超导热棒5内配设有超导液和毛细管501，毛细管501上设有翅片502，用来增大受热面积，所述超导热棒5下端设有外螺纹，以供超导热棒5从底部插入液体管道8的螺孔与液体管道8密封连接。参阅图6，所述超导热棒5设为若干个，所述超导热棒5之间以并联的方式连接。所述超导热棒5侧面倾斜插入液体管道8内，倾斜角度为12-60度。
所述导热线4为铜质材料，水的导热系数为λ=0.599W/mK,而铜的导热系数λ=400W/mK，导热速度提高了上百倍，导热线外表面裹有保温层。
安装时，将凸透镜1朝向太阳升起的东方，其倾斜度约为30-70度。接通控制器3电源，控制器3根据追日装置采集的天气信息，控制本系统是否进入运行状态。当夜晚或阴雨天气时，控制器3的控制系统进入休眠状态，当天气晴好有阳光照射时，控制系统被唤醒进入运行状态。太阳光正常照射时，控制器3根据光传感器6捕抓的太阳光线照射信息和设定的日照时间信息驱动追日装置，使凸透镜1朝向太阳方向，并实时控制凸透镜1的中轴线始终跟随太阳移动。太阳的光热辐射到集热器2，太阳的光热被聚焦，集热器2被聚焦后的太阳光热高温烤灼。
集热器2蓄存的太阳能由导热线4将热量传递给超导热棒5，该热量将超导热棒5内的毛细管501加热，并用翅片502增大毛细管501的受热面积，加热后的毛细管501把超导液从下往上吸，由下往上的超导液在毛细管501内蒸发，蒸发后的热量则散发液体管道8内，由于超导热棒5是中空状的真空管，热量不会散失，越来越多的热量则聚集在液体管道8内，液体管道8内的液体迅速被加热。
夏季时为了避免超导热棒5因温度过高损坏，所述若干超导热棒之间可以并联连接，将导热线4传输过来的热量平均分配给若干个超导热棒来加热液体。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种太阳能高温导热系统，包括凸透镜1、集热器2、追日装置、控制器3、导热线4、超导热棒5，其特征在于，凸透镜1设有凸透镜边框101，凸透镜1通过凸透镜边框101与追日装置连接，所述追日装置与控制器3连接，控制器3接收固定在凸透镜1迎光面上的经度、纬度光传感器6信号，集热器2设在凸透镜1的焦点部位，集热器2通过连杆7与凸透镜边框101固定连接，集热器2与凸透镜1一起转动，凸透镜1的焦点始终位于集热器2内，凸透镜1聚光加热集热器2，集热器2的受热处接有导热线4，所述导热线4通过连接超导热棒5将热量传输到液体管道8内，所述超导热棒5直接插入液体管道8内。
2.根据权利要求1所述的一种太阳能高温导热系统，其特征在于，集热器2与凸透镜1之间的距离小于等于凸透镜1的焦距，集热器2设计成凹面锅状，使凸透镜1的焦点置于相对应的凹陷受光面上。
3.根据权利要求1所述的一种太阳能高温导热系统，其特征在于，所述凸透镜边框101外沿水平位置设有两个耳轴9，通过轴承与追日装置的立架11机械连接，立架11与横梁12为整体，横梁12中间固定有立轴121，所述横梁一侧设有经度驱动机构，在立架上方还设有纬度驱动机构。
4.根据权利要求1所述的一种太阳能高温导热系统，其特征在于，所述液体管道8内设置有温度探头17，液体管道温度信号线的一端与温度探头17相连，另一端与控制器3相连。
5.根据权利要求1所述的一种太阳能高温导热系统，其特征在于，所述超导热棒5为中空状的真空管，所述超导热棒5内配设有超导液和毛细管501，毛细管501上设有翅片502。
6.根据权利要求1所述的一种太阳能高温导热系统，其特征在于，所述超导热棒5下端设有外螺纹，以供超导热棒5从底部插入液体管道8的螺孔与液体管道8密封连接。
7.根据权利要求1所述的一种太阳能高温导热系统，其特征在于，所述超导热棒5侧面倾斜插入液体管道8内，倾斜角度为12-60度。
8.根据权利要求1所述的一种太阳能高温导热系统，其特征在于，所述超导热棒5设为若干个，所述超导热棒5之间以并联的方式连接。
9.根据权利要求1所述的一种太阳能高温导热系统，其特征在于，所述导热线4为铜质材料。
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