CN108106026A - 一种太阳能集热装置 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种太阳能集热装置，包括菲涅尔凸透镜、集热锅、追日装置、控制器、高温换热装置、高温储热装置，菲涅尔凸透镜通过菲涅尔凸透镜边框与追日装置连接，所述追日装置与控制器连接，集热锅与菲涅尔凸透镜一起转动，集热锅的受热处接有导热线高温换热装置，所述高温换热装置将热量传输给高温储热装置，所述高温换热装置包括高温泵、循环管道、高温换热器，高温换热器由循环管道定位在集热锅的受热处，高温储热装置由高温热储存介质、介质容器、保温层、外壳体、高温循环管路构成。本申请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，便于推广应用。

Description

一种太阳能集热装置
技术领域
本申请涉及太阳能应用技术领域，具体为一种太阳能集热装置。
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。
目前太阳能集热装置的使用遍布全国各地区，由于地区纬度的不同，太阳能集热装置吸收太阳能的最佳角度也不同，不同的季节也有差异，且在同一天太阳的照射角度也是一直在变化的。而且太阳能热能利用因受自然界因素的影响很大，利用的热能的领域大多局限在水加热或其他介质的加热上。被加热的水或其他介质，热承载密度低，水超过100℃即气化，导热油理论温度也只能承载到350℃。
发明内容
本申请的目的在于提供一种太阳能集热装置，以解决上述背景技术中所提到的问题。
为实现上述目的，本申请提供如下技术方案：
一种太阳能集热装置，包括菲涅尔凸透镜、集热锅、追日装置、控制器、高温换热装置、高温储热装置，所述菲涅尔凸透镜设有菲涅尔凸透镜边框，菲涅尔凸透镜通过菲涅尔凸透镜边框与追日装置连接，所述追日装置与控制器连接，控制器接收固定在菲涅尔凸透镜迎光面上的经度、纬度光传感器信号，所述集热锅设在菲涅尔凸透镜的焦点部位，集热锅通过连杆与菲涅尔凸透镜边框固定连接，集热锅与菲涅尔凸透镜一起转动，菲涅尔凸透镜的焦点始终位于集热锅内，菲涅尔凸透镜聚光加热集热锅，集热锅的受热处接有导热线高温换热装置，所述高温换热装置将热量传输给高温储热装置，所述高温换热装置包括高温泵、循环管道、高温换热器，高温换热器由循环管道定位在集热锅的受热处，高温储热装置由高温热储存介质、介质容器、保温层、外壳体、高温循环管路构成。
优选的，所述的高温泵安装在高温储热装置上，通过循环管道连通高温热储存介质和高温换热器，高温泵受控制器控制。
优选的，所述的高温换热器为半球形体，朝向集热锅的一侧为凹球形面，凹球形面的表面涂覆有光热吸收涂层，相反一侧为凸球形面，凸球形面的一侧覆盖有高效保温层，高温换热器的凹球形面为铜质结构，高温换热器连接有温度传感器，温度传感器通过导线与控制器连接。
优选的，所述的高温热储存介质被填充在介质容器内，所述的介质容器为槽罐结构，介质容器和外壳体之间有夹层，所述夹层中填充由高效保温材料构成的保温层。
优选的，所述集热锅与菲涅尔凸透镜之间的距离小于等于菲涅尔凸透镜的焦距，使菲涅尔凸透镜的焦点置于相对应的凹陷受光面上。
优选的，所述菲涅尔凸透镜边框外沿水平位置设有两个耳轴，所述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，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。
所述的高效保温层为双层设计，且双层之间为真空。
与现有技术相比，本申请的有益效果如下：
1、本申请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，便于推广应用。本申请采用菲涅尔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；同时菲涅尔凸透镜与集热锅随着太阳角度的转动而转动，聚焦点保持在集热锅上，集热温度可达到250度至1000度。
2、本申请利用高温热储存介质的先进技术，利用太阳能加热高温热储存介质后加以保温储存，再释放给用热单位，属前沿的太阳能利用技术。
附图说明
图1为本申请的结构示意图；
图2为本申请经度驱动机构的结构示意图；
图3为本申请纬度驱动机构的结构示意图；
图4为本申请高温换热器的结构示意图。
图中：1、菲涅尔凸透镜；11、菲涅尔凸透镜边框；12、耳轴；2、集热锅；3、追日装置；31、立架；32、横梁；33、立轴；331、轴承室；34、经度驱动机构；341、经度电机；342、经度减速器；343、大齿轮；35、纬度驱动机构；351、纬度电机；352、纬度减速器；353、蜗轮；354、蜗杆；36、地轮；37、轨道；4、控制器；41、光传感器；5、高温换热装置；51、高温泵；52、循环管道；53、高温换热器；531、光热吸收涂层；532、高效保温层；533、温度传感器；6、高温储热装置；61、高温热储存介质；62、介质容器；63、保温层；64、外壳体；7、连杆。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
请参阅图1-4，一种太阳能集热装置，包括菲涅尔凸透镜1、集热锅2、追日装置3、控制器4、高温换热装置5、高温储热装置6，所述菲涅尔凸透镜1设有菲涅尔凸透镜边框11，菲涅尔凸透镜1通过菲涅尔凸透镜边框11与追日装置3连接，所述追日装置3与控制器4连接，控制器4接收固定在菲涅尔凸透镜1迎光面上的经度、纬度光传感器41信号，所述集热锅2设在菲涅尔凸透镜1的焦点部位，集热锅2通过连杆7与菲涅尔凸透镜边框11固定连接，集热锅2与菲涅尔凸透镜1一起转动，菲涅尔凸透镜1的焦点始终位于集热锅2内，菲涅尔凸透镜1聚光加热集热锅2，集热锅2的受热处接有高温换热装置5，所述高温换热装置5将热量传输给高温储热装置6，所述高温换热装置5包括高温泵51、循环管道52、高温换热器53，高温换热器53由循环管道52定位在集热锅2的受热处，高温储热装置6由高温热储存介质61、介质容器62、保温层63、外壳体64、高温循环管路构成。
本实施例中，所述的高温泵51安装在高温储热装置6上，通过循环管道52连通高温热储存介质61和高温换热器53，高温泵51受控制器4控制。
参阅图4，本实施例中，所述的高温换热器53为半球形体，朝向集热锅2的一侧为凹球形面，凹球形面的表面涂覆有光热吸收涂层531，相反一侧为凸球形面，凸球形面的一侧覆盖有高效保温层532，高温换热器53的凹球形面为铜质结构，高温换热器53连接有温度传感器533，温度传感器533通过导线与控制器4连接。
本实施例中，所述的高温热储存介质61被填充在介质容器62内，所述的介质容器62为槽罐结构，介质容器62和外壳体64之间有夹层，所述夹层中填充由高效保温材料构成的保温层63。
本实施例中，所述集热锅2与菲涅尔凸透镜1之间的距离小于等于菲涅尔凸透镜1的焦距，使菲涅尔凸透镜1的焦点置于相对应的凹陷受光面上。
本实施例中，所述菲涅尔凸透镜边框11外沿水平位置设有两个耳轴12，所述耳轴12通过轴承与追日装置3的立架31机械连接，立架31与横梁32为整体，横梁32中间固定有立轴33，所述横梁32一侧设有经度驱动机构34，在立架31上方还设有纬度驱动机构35。所述立轴33通过轴承与轴承室331滚动连接，轴承室331固定在地面上，在横梁32的两端有地轮36与轨道37接触，参阅图2，所述横梁32一侧设有经度驱动机构34，经度驱动机构34包括经度电机341及经度减速器342，经度减速器342输出轴上的齿轮与固定在底部的大齿轮343啮合，经度电机341正反转时，使横梁32、立架31、菲涅尔凸透镜1以立轴33为中心旋转。参阅图3，在立架31上方还设有纬度驱动机构35，包括纬度电机351、纬度减速器352、蜗轮353、蜗杆354，所述耳轴12一侧套有蜗杆354，纬度电机351及纬度减速器352驱动蜗轮353、蜗杆354带动耳轴12旋转，使菲涅尔凸透镜1以耳轴12为心，作俯仰运动。
安装时，将菲涅尔凸透镜1朝向太阳升起的东方，其倾斜度约为30-70度。接通控制器电源，控制器4根据追日装置3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4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4根据光传感器41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3，使菲涅尔凸透镜1朝向太阳方向，并实时控制菲涅尔凸透镜1的中轴线始终跟随太阳移动。太阳的光热辐射到集热锅2，太阳的光热被聚焦，集热锅2被聚焦后的太阳光热高温烤灼。控制系统进入运行状态时，高温泵51同时被启动，高温泵51推动常温态的高温热储存介质61经循环管道52在高温换热器53内循环换热，被加热的高温热储存介质61被推入高温储热装置6的介质容器62内，如此不断循环，介质容器62内的高温热储存介质61不断升高。控制器4的控制组件根据设定的温度范围，结合安装在高温换热器53上的温度传感器533的温度信息，控制高温泵51转速，高温换热器53的温度越高，高温泵51的转速越快，高温热储存介质61的循环速度便越快。
所述的高效保温层(532)为双层设计，且双层之间为真空。
尽管已经示出和描述了本申请的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本申请的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本申请的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种太阳能集热装置，包括菲涅尔凸透镜(1)、集热锅(2)、追日装置(3)、控制器(4)、高温换热装置(5)、高温储热装置(6)，其特征在于：所述菲涅尔凸透镜(1)设有菲涅尔凸透镜边框(11)，菲涅尔凸透镜(1)通过菲涅尔凸透镜边框(11)与追日装置(3)连接，所述追日装置(3)与控制器(4)连接，控制器(4)接收固定在菲涅尔凸透镜(1)迎光面上的经度、纬度光传感器(41)信号，所述集热锅(2)设在菲涅尔凸透镜(1)的焦点部位，集热锅(2)通过连杆(7)与菲涅尔凸透镜边框(11)固定连接，集热锅(2)与菲涅尔凸透镜(1)一起转动，菲涅尔凸透镜(1)的焦点始终位于集热锅(2)内，菲涅尔凸透镜(1)聚光加热集热锅(2)，集热锅(2)的受热处接有高温换热装置(5)，所述高温换热装置(5)将热量传输给高温储热装置(6)，所述高温换热装置(5)包括高温泵(51)、循环管道(52)、高温换热器(53)，高温换热器(53)由循环管道(52)定位在集热锅(2)的受热处，高温储热装置(6)由高温热储存介质(61)、介质容器(62)、保温层(63)、外壳体(64)、高温循环管路构成。
2.根据权利要求1所述的一种太阳能集热装置，其特征在于：所述的高温泵(51)安装在高温储热装置(6)上，通过循环管道(52)连通高温热储存介质(61)和高温换热器(53)，高温泵(51)受控制器(4)控制。
3.根据权利要求1所述的一种太阳能集热装置，其特征在于：所述的高温换热器(53)为半球形体，朝向集热锅(2)的一侧为凹球形面，凹球形面的表面涂覆有光热吸收涂层(531)，相反一侧为凸球形面，凸球形面的一侧覆盖有高效保温层(532)，高温换热器(53)的凹球形面为铜质结构，高温换热器(53)连接有温度传感器(533)，温度传感器(533)通过导线与控制器(4)连接。
4.根据权利要求1所述的一种太阳能集热装置，其特征在于：所述的高温热储存介质(61)被填充在介质容器(62)内，所述的介质容器(62)为槽罐结构，介质容器(62)和外壳体(64)之间有夹层，所述夹层中填充由高效保温材料构成的保温层(63)。
5.根据权利要求1所述的一种太阳能集热装置，其特征在于：所述集热锅(2)与菲涅尔凸透镜(1)之间的距离小于等于菲涅尔凸透镜(1)的焦距，使菲涅尔凸透镜(1)的焦点置于相对应的凹陷受光面上。
6.根据权利要求1所述的一种太阳能集热装置，其特征在于：所述菲涅尔凸透镜边框(11)外沿水平位置设有两个耳轴(12)，所述耳轴(12)通过轴承与追日装置(3)的立架(31)机械连接，立架(31)与横梁(32)为整体，横梁(32)中间固定有立轴(33)，所述横梁(32)一侧设有经度驱动机构(34)，在立架(31)上方还设有纬度驱动机构(35)。
7.根据权利要求3所述的一种太阳能集热装置，其特征在于：所述的高效保温层(532)为双层设计，且双层之间为真空。
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