CN107367075A - 基于多次反射的收放型槽式太阳能集热系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于多次反射的收放型槽式太阳能集热系统，其槽式结构采用近似抛物线形状的槽形钢架结构和反光薄膜组合，其功能类似于一个槽形抛物面反光镜的作用，太阳光照射在反光薄膜表面上，太阳光被聚集后经过多次反射，最终反射到中间立柱上端的集热器表面的太阳能集热系统，以及使用该太阳能集热系统的集热方法。本发明的反光薄膜还可以实现收缩和展开运动过程，可以趋利避害，在恶劣天气时收缩起来，能更好地保护设备损坏，使设备的寿命更长。且反光薄膜质量轻，价格便宜，可以卷起来，有利于运输，更容易安装，维修起来更方便，生产成本和维修成本很低。

Description

基于多次反射的收放型槽式太阳能集热系统

技术领域

本发明涉及一种利用近似抛物线形状的槽形钢架结构和反光薄膜组合，把太阳光聚集后经过多次反射，最终反射到中间立柱的集热器表面的太阳能集热系统。

背景技术

现有的槽式太阳能集热系统，通过随着太阳运动而转动的机械跟踪装置，来带动槽形抛物面聚光镜转动，以使太阳光垂直照射到槽形抛物面聚光镜，槽形抛物面聚光镜将太阳光聚焦到抛物面的焦点或焦线处，在槽形抛物面聚光镜的焦点、焦线处安装有集热管，集热管吸收太阳光能，以将太阳光能转换成热能的集热系统。然而，现有的槽式太阳能集热系统中，每一个槽形抛物面反光镜的焦点、焦线处都要放置集热管，集热管的数量很多，成本极高；集热管的数量越多，散热面积越大，自发散热损失就越大，光热转化效率就越低。现有的槽式太阳能集热系统，只能吸收正面的太阳光，不能吸收余弦方向的太阳光，太阳光的利用率低。现有的槽式太阳能集热系统的机械传动精度低，不能准确追踪太阳，机械设备笨重，占用空间大，维修起来不方便，维修成本极高。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供了基于多次反射的收放型槽式太阳能集热系统。其槽式结构采用近似抛物线形状的槽形钢架结构和反光薄膜组合，其功能类似于一个槽形抛物面反光镜的作用，具有很高的聚光率。槽形钢架结构下面紧贴着反光薄膜，反光薄膜可以收缩和展开。当恶劣天气时反光薄膜收缩起来，能更好地保护设备损坏，使设备的寿命更长；且反光薄膜质量轻，价格便宜，可以卷起来，有利于运输，更容易安装，维修起来更方便，生产成本和维修成本很低。同时本发明还提供一种基于多次反射的收放型槽式太阳能集热系统的集热方法，是把照射在反光薄膜表面的太阳光，经过槽式结构上的凸面反射镜、平面反射镜、双面反射镜多次反射，最终把太阳光反射到中间立柱的集热器。该集热方法把集热装置集中到立柱上端，集热器的面积大大缩小，集热器自发散热损失就越小，大大提高了光热转化效率，非常具有实用性。

本发明的技术方案是：基于多次反射的收放型槽式太阳能集热系统，包括机械跟踪系统、太阳光反射系统、反光薄膜收放系统、防震系统、避雷系统。其特征在于：其槽式结构采用近似抛物线形状的槽形钢架结构和反光薄膜组合，其功能类似于一个槽形抛物面反光镜的作用。槽形钢架结构下面紧贴着反光薄膜，反光薄膜可以收缩和展开。

上述机械跟踪系统，其特征在于：整体的槽式结构安装在中间立柱上，整体的槽式结构可以绕中间立柱旋转，单个槽式结构绕横梁旋转。当太阳随着时间变动时，首先，一个电机控制整体的槽式结构绕中间立柱旋转到合适位置。然后，另一个电机控制单个槽式结构绕横梁做俯仰运动，始终使槽式结构正对太阳，实现最大的聚光效率。

上述太阳光反射系统，其特征在于：其槽式结构采用近似抛物线形状的槽形钢架结构和反光薄膜组合，其功能类似于一个槽形抛物面反光镜。槽式结构凹槽底部固定着许多平面反射镜，固定的平面反射镜上方有凸面反射镜，槽式结构上前方有许多可以转动的双面反射镜，且双面反射镜可以绕两个轴任意角度转动，运动比较灵活。

上述反光薄膜收放系统，其特征在于：槽式结构采用近似抛物线形状的槽形钢架结构和反光薄膜组合，槽形钢架结构一端安装有卷筒，槽形钢架结构一端安装有绞盘，其中反光薄膜一端绕在卷筒上，拉线的一端绕在绞盘上，反光薄膜的另一端与拉线的另一端连接在一起。紧贴着槽形钢架结构轴线方向两端下面有槽式导轨，反光薄膜可沿着槽式导轨运动。槽形钢架结构上钻有限位孔，限位孔的竖直上面有限位销，限位销后面连接着复位弹簧和钢丝绳，钢丝绳穿过弹簧中间，钢丝绳的另一端绕在绞线机。

上述的防震装置，其特征在于：中间立柱的槽式结构下方安装拉线抱箍，钢丝绳的一端与拉线抱箍固定，钢丝绳的另一端与大地牢牢固定。

上述的避雷装置，其特征在于：中间立柱的集热器上面安装有固定的避雷针，中间立柱上的槽式结构上面装有可旋转的避雷针，避雷针下面连接着铁球，且当槽式结构旋转一定角度的时候，避雷针在铁球重力下始终保持竖直。

一种基于多次反射的收放型槽式太阳能集热系统的集热方法，具体步骤包括：

步骤A：安装基于多次反射的收放型槽式太阳能集热系统，包括机械跟踪系统、太阳光反射系统、反光薄膜收放系统、防震系统、避雷系统。整体的槽式结构安装在中间立柱上，整体的槽式结构可以绕中间立柱旋转，单个槽式结构绕横梁旋转。其槽式结构采用近似抛物线形状的槽形钢架结构和反光薄膜组合，其功能类似于一个槽形抛物面反光镜。槽式结构凹槽底部固定着许多平面反射镜，固定的平面反射镜上方有凸面反射镜，槽式结构上前方有许多可以转动的双面反射镜，且双面反射镜可以绕两个轴任意角度转动，运动比较灵活；

步骤B：机械跟踪系统、太阳光反射系统，首先，一个电机控制整体的槽形钢架结构绕中间立柱旋转到合适位置。然后，另一个电机控制单排槽形钢架结构绕横梁做俯仰运动，始终使槽形钢架结构正对太阳，以保证太阳光始终垂直照射到反光薄膜上。照射到反光薄膜上的太阳光，经反光薄膜反射、聚焦后，太阳光再被汇聚到凸面反射镜上，接着太阳光转换为平行光并反射到槽形钢架结构底部固定平面反射镜上，该平面反射镜再将平行光反射到槽式结构上前方可以转动的双面反射镜上，最终该双面反射镜把太阳光反射到中间立柱上端的集热器上。

本发明的有益效果是：本发明的槽式结构采用近似抛物线形状的槽形钢架结构和反光薄膜组合，其功能类似于一个槽形抛物面反光镜的作用，具有很高的聚光率。槽形钢架结构下面紧贴着反光薄膜，反光薄膜可以收缩和展开。当恶劣天气时反光薄膜收缩起来，能更好地保护设备损坏，使设备的寿命更长；反光薄膜质量轻，价格便宜，可以卷起来，有利于运输，更容易安装，维修起来更方便，生产成本和维修成本很低。

本发明集热器中的热能交换介质材料采用水时，热交换装置可产生高温水蒸气，用较低的成本，广泛用于生活供暖、工业供热。本发明也可结合汽轮机、斯特林发电机等，以较低的成本，进行太阳能光热发电。

附图说明

图1为本发明实施例的整体结构示意图。

图2为本发明实施例的单个槽式结构示意图。

图3为本发明实施例的双面反射镜的结构示意图。

图4为本发明实施例的单个槽式结构光线传导示意图。

图5 为本发明实施例的单个槽式结构的反光薄膜示意图。

具体实施方式

作为本发明的一种实施方式，如图1所示为基于多次反射的收放型槽式太阳能集热系统的整体结构示意图。整体的槽式结构安装在中间立柱1上，整体的槽式结构可以绕中间立柱1旋转，单个槽式结构6绕横梁旋转。中间立柱1的槽式结构6下方安装有拉线抱箍4，钢丝绳5的一端与拉线抱箍4固定，钢丝绳4的另一端与大地牢牢固定。中间立柱1的集热器2上面安装有固定的避雷针3，中间立柱1上的槽式结构上面装有可旋转的避雷针3，避雷针3下面连接着铁球，且当槽式结构1旋转一定角度的时候，避雷针3在铁球重力下始终保持竖直。当太阳随着时间变动时，首先，一个电机控制整体的槽式结构6绕中间立柱1旋转到合适位置。然后，另一个电机控制单个槽式结构6绕横梁做俯仰运动，始终使槽式结构6正对太阳，实现最大的聚光效率。当太阳光照射在槽式结构6上面，经过多次反射后最终把太阳光反射到中间立柱1上端的集热器2上。

如图2所示为单个槽式结构示意图。槽式结构6采用近似抛物线形状的槽形钢架结构61和反光薄膜62组合，其功能类似于一个槽形抛物面反光镜的作用。槽形钢架61下面紧贴着反光薄膜62，槽式结构6凹槽底部固定着很多两种不同角度的平面反射镜63（A1、B1、A2、B2……..），固定的平面反射镜63（A1、B1、A2、B2……..）上方有凸面反射镜64，槽式结构6上前方有可以转动的双面反射镜65（C1、D1、C2、D2……..），且双面反射镜65可以绕两个轴转动任意角度，运动比较灵活。

如图3所示为槽式结构顶部的双面反射镜的两个转动方向示意图。电机651带动双面反射镜65绕竖轴旋转，电机652带动双面反射镜65和电机651整体结构绕横轴旋转。

如图4所示为单个槽式结构的剖切面光线传导示意图。当太阳光照射在反光薄膜62表面上，太阳光被汇聚到凸面反射镜64上，接着太阳光转换为平行光并反射到槽形钢架结构61底部固定的多个平面反射镜63上，这些平面反射镜63再将平行光反射到槽形钢架结构61上方可以转动的多个双面反射镜65上，双面反射镜65旋转合适的角度，把其接受的太阳光最终反射到中间立柱1的集热器2表面上。

如图5所示为单个槽式结构下面反光薄膜收放示意图。槽式结构6采用近似抛物线形状的槽形钢架结构61和反光薄膜62组合，槽形钢架61结构一端安装有卷筒67，槽形钢架结构一端安装有绞盘68，其中反光薄膜62一端绕在卷筒67上，拉线的一端绕在绞盘68上，反光薄膜62的另一端与拉线的另一端连接在一起。紧贴着槽形钢架结构61轴线方向两端下面有槽式导轨66，反光薄膜62可沿着槽式导轨66运动。槽形钢架结构61上钻有限位孔610，限位孔610的竖直上方有限位销69，限位销69连接着复位弹簧611和钢丝绳612，限位销69受弹簧611的弹力和钢丝绳612的拉力。限位销69后面的钢丝绳612的另一端分别绕在绞盘613、绞盘614上，分别用另两个电机分别控制绞盘613、绞盘614旋转。其中电机615控制卷筒67旋转，电机616控制绞盘68旋转，通过控制电机615、电机616的正转和反转，可以实现反光薄膜62收缩和展开运动。当绞盘613、绞盘614旋转时，限位销69受到后面的钢丝绳612拉力作用，克服弹簧611的弹力做功，通过线传动把限位销69抬起来，这时的反光薄膜62可以做收放运动。当绞盘613、绞盘614反方向旋转时，限位销69后面的钢丝绳的拉力放松，复位弹簧611把限位销69压到限位孔610中，这时的反光薄膜62停止运动 ，反光薄膜62也绷紧在槽形钢架结构61下表面。反光薄膜62的展开运动：当绞盘613、绞盘614旋转时，限位销69受到后面的钢丝绳612拉力作用，克服弹簧611的弹力做功，通过线传动把限位销69抬起来，此时，电机615正转时，电机616也正转，两个电机同步转动，此时的反光薄膜62被拉线带动，沿着导轨66伸展，运动到合适距离时，电机615、电机616同时停止转动。然后，绞盘613、绞盘614分别反方向旋转，放松限位销69，限位销69在弹簧611弹力的作用下，插入反光薄膜62上的孔和槽形钢架结构61上的孔。反光薄膜62与槽形钢架结构61位置牢牢固定且反光薄膜62成绷紧状态，反光薄膜62的展开运动完成。反光薄膜62的收缩运动 ：当绞盘613、绞盘614旋转时，限位销69受到后面的钢丝绳612拉力作用，克服弹簧611的弹力做功，通过线传动把限位销69抬起来。此时，电机615反转时，电机616也反转，两个电机同步转动，此时的反光薄膜62带动拉线，沿着导轨66收缩，运动到合适距离时，电机615、电机616同时停止转动。然后，绞盘613、绞盘614分别反方向旋转，放松限位销69，限位销69在弹簧611弹力的作用下，插入反光薄膜62上的孔和槽形钢架结构61上的孔，实现限位销69的复位，反光薄膜的收缩运动完成。

Claims (7)

1.基于多次反射的收放型槽式太阳能集热系统，包括机械跟踪系统、太阳光反射系统、反光薄膜收放系统、防震装置、避雷装置，其特征在于：其槽式结构采用近似抛物线形状的槽形钢架结构和反光薄膜组合，其功能类似于一个槽形抛物面反光镜的作用，槽形钢架结构下面紧贴着反光薄膜，反光薄膜可以收缩和展开。

2.根据权利要求1所述的机械跟踪系统，其特征在于：阵列的槽式结构安装在中间立柱上，一个电机控制阵列的槽式结构绕中间立柱旋转到合适位置，另一个电机控制单个槽式结构绕横梁做俯仰运动，始终使槽式结构正对太阳，实现最大的聚光效率。

3.根据权利要求1所述的太阳光反射系统，其特征在于：其槽式结构采用近似抛物线形状的槽形钢架结构和反光薄膜组合，其功能类似于一个槽形抛物面反光镜，槽式结构凹槽底部固定着许多平面反射镜，固定的平面反射镜上方有凸面反射镜，槽式结构上前方有许多可以转动的双面反射镜，且双面反射镜可以绕两个轴任意角度转动，运动比较灵活。

4.根据权利要求1所述的反光薄膜收放系统，其特征在于：槽形钢架结构一端安装有卷筒，槽形钢架结构另一端安装有绞盘，其中反光薄膜一端绕在卷筒上，拉线的一端绕在绞盘上，反光薄膜的另一端与拉线的另一端连接在一起，紧贴着槽形钢架结构轴线方向两端下面有槽式导轨，反光薄膜可沿着槽式导轨运动，槽形钢架结构上钻有限位孔，限位孔的竖直上方有限位销，限位销后面连接着复位弹簧和钢丝绳，钢丝绳通过弹簧中间，钢丝绳的另一端绕在绞线机上。

5.根据权利要求1所述的防震装置，其特征在于：中间立柱的槽式结构下方安装拉线抱箍，拉线抱箍与钢丝绳的一端固定，钢丝绳的另一端与大地牢牢固定。

6.根据权利要求1所述的避雷装置，其特征在于：中间立柱的集热器上面安装有固定的避雷针，中间立柱上的槽式结构上面装有可转动的避雷针，避雷针下面连接着铁球，且当槽式结构转动一定角度的时候，避雷针在铁球重力下始终保持竖直。

7.基于多次反射的收放型槽式太阳能集热系统的集热方法，具体步骤包括：

步骤A：安装基于多次反射的收放型槽式太阳能集热系统，包括机械跟踪系统、太阳光反射系统、反光薄膜收放系统、防震装置、避雷装置；其槽式结构采用近似抛物线形状的槽形钢架结构和反光薄膜组合，其功能类似于一个槽形抛物面反光镜；槽式结构凹槽底部固定着许多平面反射镜，固定的平面反射镜上方有凸面反射镜，槽式结构上前方有许多可以转动的双面反射镜，且双面反射镜可以绕两个轴任意角度转动，运动比较灵活；整体的槽式结构安装在中间立柱上，整体的槽式结构可以绕中间立柱旋转，单个槽式结构绕横梁旋转；

步骤B：机械跟踪系统、太阳光反射系统，首先，一个电机控制整体的槽形钢架结构绕中间立柱旋转到合适位置；然后，另一个电机控制单排槽形钢架结构绕横梁做俯仰运动，始终使槽形钢架结构正对太阳，以保证太阳光始终垂直照射到反光薄膜上；照射到反光薄膜上的太阳光，经反光薄膜反射、聚焦后，太阳光再被汇聚到凸面反射镜上，接着太阳光转换为平行光并反射到槽形钢架结构底部固定平面反射镜上，该平面反射镜再将平行光反射到槽式结构上前方可以转动的双面反射镜上，最终该双面反射镜把太阳光反射到中间立柱上端的集热器上。