CN110762855A - 风力能驱动旋转、平移的太阳能吸热器及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风力能驱动旋转、平移的太阳能吸热器及其工作方法，风力能驱动旋转、平移的太阳能吸热器包括机架、腔体吸热器、风力机组、直流电机、蓄电池组和控制器；所述的腔体吸热器包括保温腔体、吸热体、热工质集腔和冷工质集腔；所述的保温腔体为筒形结构，固定安装在机架上；所述的吸热体包括筒形的吸热腔和工质输运轴，工质输运轴安装在吸热腔底板上，与吸热腔同轴；吸热腔安装在保温腔体内，工质输运轴穿出保温腔体底板上的通孔，吸热腔能够相对于保温腔体转动、平移。本发明不仅实现了太阳能腔体吸热器的旋转和往复平移，还实现了无风或风力不足时风力发电机组储电的供电驱动；并且可用风能转换并存储的电能。

Description

风力能驱动旋转、平移的太阳能吸热器及其工作方法

技术领域

本发明涉及太阳能光热利用领域，特别涉及一种风力能驱动旋转、平移的太阳能吸热器及其工作方法。

背景技术

太阳能是清洁环保、分布广泛的可再生能源，太阳能光热发电（CSP）技术是高效开发与利用太阳能资源的重要途径之一。CSP技术有槽式、碟式和塔式三种典型方式，其中后面两种形式能实现高温工作（通常在600℃以上），所以它们的光-热-电转化效率最高。碟式和塔式系统通常都是采用大面积的聚光器将太阳辐射能聚集在接收器（或吸热体）上，进而加热接收器内部的流体工质，然后通过热力循环过程驱动热机做功，并带动发电机组进行发电输出。为了减少接收器的光学损失和热损失，通常还会将接收器设计成腔体结构，即将吸热体布置在腔体内部，通过黑腔效应来提升CSP系统的光学和热效率，从而实现太阳能到热能至电能的高效转化。

无论是普通的外露式高温吸热器，还是腔体结构的高温吸热器，高效的光-热转化效率一直是高温吸热器设计的追求。在现有技术中，通常采用增加换热面积、增加扰流装置、改进流体换热工质（如采用纳米流体）等方式提升工质与吸热体间的换热性能，实现流体工质快速的带走聚焦在吸热器表面的高能量。此外，现有技术中也采用通过吸热器中吸热体的旋转运动来强化其与流体工质的热量传递过程（如专利申请号201410495002.2和201710681715.1），这是一种非常有前途的方式，它不仅能实现强化换热，而且还可以通过旋转吸热体来解决吸热体表面聚焦的非均匀能流分布及其造成的热斑问题，即可以实现能流密度动态均匀化。然而，现有技术中吸热器只实现了沿圆周方向的旋转运动，而沿轴向的运动没有实现。这样无法解决沿轴向的能流非均匀问题。事实上，腔体接收器沿轴向深度方向的能流分布非均匀性更显著，例如碟式圆柱腔体接收器系统中，由于系统的对称性其腔体接收器沿圆周对称方向的能流分布是均匀的，但是沿腔体的高度方向呈现出高度的非均匀性。另外，现有技术中吸热器旋转过程都需要消耗电网中的高品位电能，以及吸热体（通常采用金属管）的旋转易造成工质泄漏问题，这些都是亟需解决的。因此，创新一种被动无能耗驱动技术去实现腔体吸热器的旋转，并且还能实现腔体沿轴向方向进行一定的往复平移运动，可提升系统的光热转换效率和系统工作可靠性，创新一种新型旋转腔体吸热器的结构也尤为重要，可以创新解决旋转密封和光-热高效转化问题。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种既能够实现太阳能腔体吸热器的无能耗被动旋转和往复平移运动，又能实现无风或风力不足时风力发电机组储电的供电驱动，并且可用风能转换并存储的电能进一步的加热工质，提升工质的热能品质的风力能驱动旋转、平移的太阳能吸热器及其工作方法。

本发明采用的技术方案是：一种风力能驱动旋转、平移的太阳能吸热器，包括机架、腔体吸热器、风力机组、直流电机、蓄电池组和控制器；所述的腔体吸热器包括保温腔体、吸热体、热工质集腔和冷工质集腔；所述的保温腔体为筒形结构，固定安装在机架上；所述的吸热体包括筒形的吸热腔和工质输运轴，工质输运轴安装在吸热腔底板上，与吸热腔同轴；吸热腔安装在保温腔体内，工质输运轴穿出保温腔体底板上的通孔，吸热腔能够相对于保温腔体转动、平移；

吸热腔侧壁内设有工质流道，工质输运轴上设有工质输出流道和工质输入流道，工质输出流道的进口和工质输入流道的出口设置在工质输运轴朝向吸热腔端，分别与吸热腔内的工质流道的出口和进口连通；工质输出流道的出口和工质输入流道的进口均设置在工质输运轴的侧壁上，或者一个设置在工质输运轴的侧壁上，另一个设置在工质输运轴的另一端；工质输出流道的出口和工质输入流道的进口分别与热工质集腔和冷工质集腔连通；热工质集腔和冷工质集腔固定安装在机架上；当工质输出流道的出口和工质输入流道的进口均设置在工质输运轴的侧壁上时，热工质集腔和冷工质集腔的两端的圆孔与工质输运轴密封连接，能够相对于工质输运轴转动、平移；当工质输出流道的出口或工质输入流道的进口设置在工质输运轴的侧壁上时，热工质集腔或冷工质集腔的一端的圆孔安装在工质输运轴的端部，该圆孔与工质输运轴之间设有密封圈，或热工质集腔或冷工质集腔与柔性金属管一端的球铰连接，柔性金属管另一端的球铰与工质输运轴的端部连接；

所述的工质输运轴上设有花键传动部，花键传动部外侧壁上设有外花键；花键传动部的外花键与内花键轴的内花键配合，内花键轴上设有从动齿轮；所述的风力机组安装在机架上，风力机组的输出轴通过电磁离合器Ⅱ连接齿轮箱的输入轴，直流电机通过电磁离合器Ⅲ连接齿轮箱的输出轴Ⅰ，直流电机与蓄电池组连接；齿轮箱的输出轴Ⅱ通过电磁离合器Ⅰ连接转轴Ⅱ，转轴Ⅱ上设有主动齿轮，主动齿轮与从动齿轮啮合；转轴Ⅱ通过传动装置与转轴Ⅰ连接，能够驱动转轴Ⅰ转动；转轴Ⅰ通过曲柄连杆机构与工质输运轴连接，能够驱动工质输运轴平移；所述的直流电机、电磁离合器Ⅰ、电磁离合器Ⅱ和电磁离合器Ⅲ分别与控制器连接，控制器与蓄电池组连接。

上述的风力能驱动旋转、平移的太阳能吸热器中，所述的保温腔体的开口端设有石英玻璃。

上述的风力能驱动旋转、平移的太阳能吸热器中，所述的吸热腔通过滑动轴承Ⅰ安装在保温腔体内，工质输运轴通过滑动轴承Ⅱ安装在保温腔体底板上的通孔中，滑动轴承Ⅰ与保温腔体过盈配合；滑动轴承Ⅱ的外圈与保温腔体的底板过盈配合。

上述的风力能驱动旋转、平移的太阳能吸热器中，所述的工质输出流道的出口设置在工质输运轴的侧壁上，热工质集腔两端的圆孔与工质输运轴密封连接，能够相对于工质输运轴转动、平移；工质输入流道的进口设置在工质输运轴的侧壁上时，冷工质集腔的一端的圆孔与工质输运轴密封连接，能够相对于工质输运轴转动、平移运动。

上述的风力能驱动旋转、平移的太阳能吸热器中，所述的风力机组包括多个风机叶片、叶片安装座、输出轴、飞轮和速度传感器；所述的多个风机叶片均匀固定在叶片安装座上，叶片安装座的下端固定在输出轴上，输出轴通过轴承安装在机架上；所述的飞轮固定在输出轴上，速度传感器靠近输出轴安装，用于检测输出轴的转速，速度传感器与控制器连接。

上述的风力能驱动旋转、平移的太阳能吸热器中，所述的曲柄连杆机构包括轴承Ⅰ、连杆及圆盘，所述的轴承Ⅰ安装在工质输运轴上，轴承Ⅰ内圈与工质输运轴过盈配合，轴承Ⅰ的外圈上焊接有销轴，销轴与连杆的一端铰接，连杆的另一端与圆盘铰接，圆盘固定安装在转轴Ⅰ上，圆盘与转轴Ⅰ同轴，连杆与圆盘的铰接副的中心与圆盘的中心不重合。

上述的风力能驱动旋转、平移的太阳能吸热器中，还包括再加热器，再加热器包括箱体和电阻加热器，箱体外侧设有保温层，箱体内设有电阻加热器和温度传感器，电阻加热器和温度传感器与控制器连接；箱体的进口与热工质集腔出口连通。

上述的风力能驱动旋转、平移的太阳能吸热器中，吸热体采用3D打印技术制造。

一种上述的风力能驱动旋转、平移的太阳能吸热器的工作方法，具体操作如下：

太阳辐照资源很好且无云时：

当风力机组的转速在额定范围内时，使控制器控制电磁离合器Ⅱ和电磁离合器Ⅰ处于动力传递状态，使得电磁离合器Ⅲ处于动力断开状态；风力驱动风机叶片旋转，并通过齿轮箱、转轴Ⅱ、主动齿轮、从动齿轮带动内花键轴旋转，从而带动吸热体进行旋转运动；转轴Ⅱ的旋转运动通过传动装置传递给转轴Ⅰ，转轴Ⅰ通过曲柄连杆机构带动吸热体沿其轴线方向进行往复平移运动；

当风力机组的转速超过额定范围时，使控制器控制电磁离合器Ⅱ、电磁离合器Ⅰ和电磁离合器Ⅲ处于动力传递状态；风力驱动风机叶片旋转，通过齿轮箱、转轴Ⅱ、主动齿轮、从动齿轮带动内花键轴旋转，从而带动吸热体进行旋转运动；转轴Ⅱ的旋转运动通过传动装置传递给转轴Ⅰ，转轴Ⅰ通过曲柄连杆机构带动吸热体沿其轴线方向进行往复平移运动；风力驱动风机叶片旋转，通过齿轮箱带动直流电机旋转，直流电机处于发电状态，并将电能存储在蓄电池组中，实现多余能量的存储，降低吸热体的运动速度；

当风力机组的转速低于额定范围时，使控制器控制电磁离合器Ⅱ、电磁离合器Ⅰ和电磁离合器Ⅲ处于动力传递状态；风力驱动风机叶片旋转，通过控制器控制直流电机处于电动状态，风力机组和直流电机共同通过齿轮箱、转轴Ⅱ、主动齿轮、从动齿轮带动内花键轴旋转，从而带动吸热体进行旋转；转轴Ⅱ的旋转运动通过传动装置传递给转轴Ⅰ，转轴Ⅰ通过曲柄连杆机构带动吸热体沿其轴线方向进行往复平移；

太阳辐照资源不好或云层遮挡，或是夜晚等碟式系统不能正常工作时：

通过控制器控制电磁离合器Ⅱ和电磁离合器Ⅲ处于动力传递状态，控制电磁离合器Ⅰ处于动力断开状态；风力驱动风机叶片进行旋转，并通过齿轮箱带动直流电机进行旋转，通过控制器控制直流电机处于发电状态，并将电能存储在蓄电池组中。

上述的风力能驱动旋转、平移的太阳能吸热器的工作方法中，太阳辐照资源很好且无云时，如果再加热器中的温度值小于供热设定值，通过控制器控制再加热器中电阻加热器对工质进行辅热，实现输出工质的温度符合高温要求。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1）本发明将风力驱动与发电机组同太阳能吸热器进行有机结合，充分的利用了碟式机架结构或塔式吸热器的支撑塔体结构，将其作为风力机组的支撑主体，实现了现有结构的多重利用，有效提升经济性能。

2）本发明不仅可以实现太阳能腔体吸热器的旋转和往复平移，还可以实现无风或风力不足时风力发电机组储电的供电驱动，起到双重互补驱动；并且可用风能转换并存储的电能进一步的加热工质，提升工质的热能品质。

3）本发明加工制作简单，且能有效提升太阳能热发电系统中旋转吸热器的可靠性和经济性（提升光热转换效率并降低工作和生产成本）。通过旋转和往复平移运动的组合来强化吸热器的光-热转换性能，可显著的提升太阳能热发电系统的能量转换效率，进一步提升其性价比。

4）本发明的吸热体能在保温腔体中转动和平移，实现了在吸热体内表面聚焦能流分布的动态均匀化，实现均温效果，降低热应力和辐射热损失。

5）本发明的吸热体可采用3D打印技术制造，这样形成的工质流道表面具有一定的粗糙度，可以进一步的提升其流动换热性能，流道还可以是任意截面形状和空间几何形状，具有加工制造简单且结构灵活的优点。

附图说明

图1为本发明的风力能驱动旋转、平移的太阳能吸热器的实施例1的原理图。

图2为本发明的吸热体的等轴测视图。

图3为本发明的风力能驱动旋转、平移的太阳能吸热器的实施例1的等轴测视图。

图4为本发明的风力能驱动旋转、平移的太阳能吸热器的实施例2的原理图。

图5为安装有本发明的风力能驱动旋转、平移的太阳能吸热器的实施例1的碟式太阳能系统的结构示意图。

1—保温腔体；2—滑动轴承Ⅰ；3—吸热体；4—工质输入流道；5—滑动轴承Ⅱ；6—工质输出流道；7—热工质集腔；8—环槽；9—轴承I；10—内花键轴；11—轴承Ⅱ；12—从动齿轮；13—柔性金属管；14—冷工质集腔；15—再加热器；16—风机叶片；17—转轴Ⅰ；18—轴承Ⅲ；19—链轮Ⅰ；20—圆盘；21—连杆；22—圆柱销；23—主动齿轮；24—轴承Ⅳ；25—链轮Ⅱ；26—链条；27—转轴Ⅱ；28—电磁离合器Ⅰ；29—齿轮箱；30—电磁离合器Ⅱ；31—飞轮；32—输出轴；33—轴承Ⅴ；34—叶片安装座；35—电磁离合器Ⅲ；36—直流电机；37—控制器；38—蓄电池组；39—花键传动部；40—工质流道；41—吸热腔；42—工质输运轴；43—速度传感器；44—石英玻璃；45—腔体吸热器；46—风力机组；47—传动装置，A-聚光器，B-机架。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。

实施例1

图1-3所示的是本发明的一个实施例，其包括腔体吸热器45、风力机组46、传动装置47、直流电机36、蓄电池组38、控制器37和再加热器15。

所述的腔体吸热器45包括保温腔体1、吸热体3、热工质集腔7和冷工质集腔14。所述的保温腔体1为筒形结构，固定安装在机架B上，保温腔体1的开口端设有石英玻璃，用于减少吸热体的热损失。所述的吸热体3包括筒形的吸热腔41和工质输运轴42，工质输运轴42安装在吸热腔41的底板上，与吸热腔41同轴。所述的吸热腔41通过滑动轴承Ⅰ2安装在保温腔体1内，工质输运轴42通过轴承Ⅱ5安装在保温腔体1底板上的通孔中，滑动轴承Ⅰ2的外圈与保温腔体1过盈配合；滑动轴承Ⅱ5的外圈与保温腔体1的底板过盈配合，这种结构使得吸热腔41能够相对于保温腔体转动、平移。

所述的圆柱形吸热腔41的侧壁中设置有沿着高度方向折转连通的工质流道，工质流道40只有一个进口和一个出口。工质输运轴42上设有工质输出流道6和工质输入流道4，工质输出流道6的进口和工质输入流道4的出口设置在工质输运轴42朝向吸热腔41的一端，分别通过在吸热腔41的底板设置的流道与吸热腔41内的工质流道40的出口和进口连通。所述的工质输运轴42上设有一个环槽8，工质输出流道6的出口设置在环槽8靠近吸热腔41的侧壁上；所述的工质输入流道4的进口设置在工质输运轴42背向吸热腔41的一端。工质输运轴42的环槽8处安装有热工质集腔7，热工质集腔7固定安装在机架上，所述的热工质集腔7与工质输运轴42形成环形腔体，热工质集腔7的两端的圆孔与工质输运轴42配合，且设有滑动密封圈，防止热工质集腔7的泄露。所述的工质输运轴42在往复平移过程中，环槽8一直处于热工质集腔7中。也可以不设置环槽8，直接沿着径向开口连通工质输运轴42侧壁和工质输出流道6，实现工质在工质输运轴42中部输出。所述的冷工质集腔14设置在工质输运轴42背向吸热腔41的一端，即设置在工质输入流道4的进口处，所述的冷工质集腔14的一端设有一个圆孔，通过圆孔安装在工质输运轴42上，所述的圆孔内壁上设置有一个环形凹槽，环形凹槽内安装有密封圈，用于吸热体3与冷工质集腔14进行往复相对运动时防止工质泄露。所述的冷工质集腔14还设置有一个进气管，冷工质从该进气管流入到冷工质集腔14中，然后再通过工质输运轴42中的工质输入流道4进入到吸热体3的吸热腔41中进行加热。热工质集腔7和冷工质集腔14的位置可以互换，也即工质输出流道6的出口可以设置在工质输运轴42背向吸热腔41的一端，工质输入流道4的出口可以设置在工质输运轴42的侧壁上；而且，工质输出流道6的出口和工质输入流道4的进口可以同时设置在工质输运轴42的侧壁上。吸热体3可采用3D打印技术制造，这样形成的工质流道表面具有一定的粗糙度，可以提升换热性能。而且，流道可以是任意截面和空间几何形状。具有加工制造简单的特点。

所述的工质输运轴42上设有花键传动部39，花键传动部39外侧壁上设有外花键。花键传动部39的外花键与内花键轴10的内花键配合，内花键轴10上设有从动齿轮12，内花键轴10通过轴承Ⅱ11安装在机架上，能够相对于机架转动。所述的风力机组46包括三个风机叶片16、叶片安装座34、输出轴32、飞轮31和速度传感器43。所述的三个风机叶片16均匀固定在叶片安装座34上，叶片安装座34的下端固定在输出轴32上，输出轴32通过两组轴承Ⅴ33安装在机架上，输出轴32能够相对于机架转动。所述的飞轮31固定在输出轴32上，实现风力能的存储，减小载荷引起的转速波动。所述的速度传感器43靠近输出轴32设置，速度传感器43与控制器37连接。用于监测输出轴32的转动速度，并将采集的信号传递给控制器37。

风力机组46的输出轴32通过电磁离合器Ⅱ30连接齿轮箱29的输入轴，直流电机36通过电磁离合器Ⅲ35连接齿轮箱29的输出轴Ⅰ，直流电机36安装在机架上，与蓄电池组38连接。齿轮箱29的输出轴Ⅱ通过电磁离合器Ⅰ28连接转轴Ⅱ27，所述的转轴Ⅱ27通过两组轴承Ⅳ24安装在机架上。所述的转轴Ⅱ27上固定有链轮Ⅱ25；转轴Ⅱ27的底端固定有主动齿轮23。所述的主动齿轮23与内花键轴10上固定的从动齿轮12啮合，实现动力的传递。所述的链轮Ⅱ25通过链条26与链轮Ⅰ19连接，链轮Ⅰ19固定在转轴Ⅰ17上，实现动力的传递。所述的转轴Ⅰ17通过两组轴承Ⅲ18安装在机架上，能相对于机架转动。所述的转轴Ⅰ17的底端固定有圆盘20，圆盘20与转轴Ⅰ17同轴。轴承Ⅰ9安装在工质输运轴42上，轴承Ⅰ9内圈与工质输运轴42过盈配合，轴承Ⅰ外圈上焊接有销轴22，销轴22与连杆21的一端铰接，连杆21的另一端与圆盘20铰接，连杆21与圆盘20的铰接副的中心与圆盘20的中心不重合；通过该曲柄连杆机构实现将转轴Ⅰ17的旋转运动传递并转换为吸热体3沿轴向的往复平移运动。所述的直流电机36、电磁离合器Ⅰ28、电磁离合器Ⅱ30和电磁离合器Ⅲ分35别与控制器37连接，控制器37与蓄电池组38连接。

所述的再加热器15包括箱体和电阻加热器，箱体外侧设有保温层，箱体内设有电阻加热器和温度传感器，电阻加热器和温度传感器与控制器连接；箱体的进口与热工质集腔7出口连通。温度传感器用于监测再加热器15中工质的温度，所述温度传感器采集的信号传输给控制器37，控制器37根据温度信号和实际工作工况来控制电阻加热器的开关。所述的直流电机36是电动状态还是发电状态，电磁离合器Ⅰ28、电磁离合器Ⅱ30和电磁离合器Ⅲ35是处于动力传递断开还是动力连接状态，以及再加热器15是否进行加热，均通过控制器37根据速度传感器43、再加热器15中温度传感器反馈的温度信号值和太阳辐照情况来进行控制。所述的控制器37的供电来自于蓄电池组38；所示的直流电机36工作在电动状态时的供电也来自于蓄电池组38。

实施例2

图4所示是本发明的另一个实施例。其与实施例1的结构相似，不同之处仅仅在于：吸热体3中工质输运轴42与冷工质集腔14的工质流动连接结构。所述的工质输运轴42中工质输入流道4的进口与柔性金属管13的一端的球铰连接，所柔性金属管13是两端带有球铰的流体工质传输元件，柔性金属管13的另一端的球铰与冷工质集腔14的圆形孔口连接，从而实现冷工质集腔14流向工质输运轴42中的工质输入流道4中，并且满足吸热体3的旋转和平移运动工况。

如图3所示中吸热体3中圆柱腔体41的折转结构，还可以采用沿圆柱腔体进行螺旋布置的结构替代。所述的吸热腔41的结构也可以采用其他形状，例如圆锥腔体、球形腔体等。

本发明的风力能驱动旋转、平移的太阳能吸热器的工作方法，具体操作如下：

太阳辐照资源很好且无云时：

当风力机组46的转速在额定范围内时，使控制器37控制电磁离合器Ⅱ30和电磁离合器Ⅰ28处于动力传递状态，使得电磁离合器Ⅲ35处于动力断开状态；风力驱动风机叶片16旋转，并通过齿轮箱29、转轴Ⅱ27、主动齿轮23、从动齿轮12带动内花键轴10旋转，从而带动吸热体3进行旋转运动；转轴Ⅱ27的旋转运动通过传动装置传递给转轴Ⅰ17，转轴Ⅰ17通过曲柄连杆机构带动吸热体3沿其轴线方向进行往复平移运动；

当风力机组46的转速超过额定范围时，使控制器37控制电磁离合器Ⅱ30、电磁离合器Ⅰ28和电磁离合器Ⅲ35处于动力传递状态；风力驱动风机叶片16旋转，并通过齿轮箱29、转轴Ⅱ27、主动齿轮23、从动齿轮12带动内花键轴10旋转，从而带动吸热体3进行旋转运动；转轴Ⅱ27的旋转运动通过传动装置传递给转轴Ⅰ17，转轴Ⅰ17通过曲柄连杆机构带动吸热体3沿其轴线方向进行往复平移运动；风力驱动风机叶片16旋转，通过齿轮箱29带动直流电机36旋转，直流电机36处于发电状态，并将电能存储在蓄电池组38中，实现多余能量的存储，降低吸热体3的运动速度；

当风力机组46的转速低于额定范围时，使控制器37控制电磁离合器Ⅱ30、电磁离合器Ⅰ28和电磁离合器Ⅲ35处于动力传递状态；风力驱动风机叶片16旋转，通过控制器37控制直流电机36处于电动状态，风力机组46和直流电机36共同通过齿轮箱29、转轴Ⅱ27、主动齿轮23、从动齿轮12带动内花键轴10旋转，从而带动吸热体3进行旋转；转轴Ⅱ27的旋转运动通过传动装置传递给转轴Ⅰ17，转轴Ⅰ17通过曲柄连杆机构带动吸热体3沿其轴线方向进行往复平移运动；

上述的三种情况下，如果再加热器15中温度传感器反馈的温度值小于供热设定值，则通过控制器37控制再加热器15中电阻加热器的加热，进行辅热，实现输出工质的温度符合高温要求。

太阳辐照资源不好或云层遮挡，或夜晚等碟式系统不能正常运行时：

通过控制器37控制电磁离合器Ⅱ30和电磁离合器Ⅲ35处于动力传递状态，控制电磁离合器Ⅰ28处于动力断开状态；风力驱动风机叶片16进行旋转运动，并通过齿轮箱29带动直流电机36进行旋转，通过控制器37控制直流电机36处于发电状态，并将电能存储在蓄电池组38中。

Claims (10)

1.一种风力能驱动旋转、平移的太阳能吸热器，其特征是：包括机架、腔体吸热器、风力机组、直流电机、蓄电池组和控制器；所述的腔体吸热器包括保温腔体、吸热体、热工质集腔和冷工质集腔；所述的保温腔体为筒形结构，固定安装在机架上；所述的吸热体包括筒形的吸热腔和工质输运轴，工质输运轴安装在吸热腔底板上，与吸热腔同轴；吸热腔安装在保温腔体内，工质输运轴穿出保温腔体底板上的通孔，吸热腔能够相对于保温腔体转动、平移；

吸热腔侧壁内设有工质流道，工质输运轴上设有工质输出流道和工质输入流道，工质输出流道的进口和工质输入流道的出口设置在工质输运轴朝向吸热腔端，分别与吸热腔内的工质流道的出口和进口连通；工质输出流道的出口和工质输入流道的进口均设置在工质输运轴的侧壁上，或者一个设置在工质输运轴的侧壁上，另一个设置在工质输运轴的另一端；工质输出流道的出口和工质输入流道的进口分别与热工质集腔和冷工质集腔连通；热工质集腔和冷工质集腔固定安装在机架上；当工质输出流道的出口和工质输入流道的进口均设置在工质输运轴的侧壁上时，热工质集腔和冷工质集腔的两端的圆孔与工质输运轴密封连接，能够相对于工质输运轴转动、平移；当工质输出流道的出口或工质输入流道的进口设置在工质输运轴的侧壁上时，热工质集腔或冷工质集腔的一端的圆孔安装在工质输运轴的端部，该圆孔与工质输运轴之间设有密封圈，或热工质集腔或冷工质集腔与柔性金属管一端的球铰连接，柔性金属管另一端的球铰与工质输运轴的端部连接；

所述的工质输运轴上设有花键传动部，花键传动部外侧壁上设有外花键；花键传动部的外花键与内花键轴的内花键配合，内花键轴上设有从动齿轮；所述的风力机组安装在机架上，风力机组的输出轴通过电磁离合器Ⅱ连接齿轮箱的输入轴，直流电机通过电磁离合器Ⅲ连接齿轮箱的输出轴Ⅰ，直流电机与蓄电池组连接；齿轮箱的输出轴Ⅱ通过电磁离合器Ⅰ连接转轴Ⅱ，转轴Ⅱ上设有主动齿轮，主动齿轮与从动齿轮啮合；转轴Ⅱ通过传动装置与转轴Ⅰ连接，能够驱动转轴Ⅰ转动；转轴Ⅰ通过曲柄连杆机构与工质输运轴连接，能够驱动工质输运轴平移；所述的直流电机、电磁离合器Ⅰ、电磁离合器Ⅱ和电磁离合器Ⅲ分别与控制器连接，控制器与蓄电池组连接。

2.根据权利要求1所述的风力能驱动旋转、平移的太阳能吸热器，其特征是：所述的保温腔体的开口端设有石英玻璃。

3.根据权利要求1所述的风力能驱动旋转、平移的太阳能吸热器，其特征是：所述的吸热腔通过滑动轴承Ⅰ安装在保温腔体内，工质输运轴通过滑动轴承Ⅱ安装在保温腔体底板上的通孔中，滑动轴承Ⅰ与保温腔体过盈配合；滑动轴承Ⅱ的外圈与保温腔体的底板过盈配合。

4.根据权利要求1所述的风力能驱动旋转、平移的太阳能吸热器，其特征是：所述的工质输出流道的出口设置在工质输运轴的侧壁上，热工质集腔两端的圆孔与工质输运轴密封连接，能够相对于工质输运轴转动、平移；工质输入流道的进口设置在工质输运轴的侧壁上时，冷工质集腔的一端的圆孔与工质输运轴密封连接，能够相对于工质输运轴转动、平移运动。

5.根据权利要求1所述的风力能驱动旋转、平移的太阳能吸热器，其特征是：所述的风力机组包括多个风机叶片、叶片安装座、输出轴、飞轮和速度传感器；所述的多个风机叶片均匀固定在叶片安装座上，叶片安装座的下端固定在输出轴上，输出轴通过轴承安装在机架上；所述的飞轮固定在输出轴上，速度传感器靠近输出轴安装，用于检测输出轴的转速，速度传感器与控制器连接。

6.根据权利要求1所述的风力能驱动旋转、平移的太阳能吸热器，其特征是：所述的曲柄连杆机构包括轴承Ⅰ、连杆及圆盘，所述的轴承Ⅰ安装在工质输运轴上，轴承Ⅰ内圈与工质输运轴过盈配合，轴承Ⅰ的外圈上焊接有销轴，销轴与连杆的一端铰接，连杆的另一端与圆盘铰接，圆盘固定安装在转轴Ⅰ上，圆盘与转轴Ⅰ同轴，连杆与圆盘的铰接副的中心与圆盘的中心不重合。

7.根据权利要求1所述的风力能驱动旋转、平移的太阳能吸热器，其特征是：还包括再加热器，再加热器包括箱体和电阻加热器，箱体外侧设有保温层，箱体内设有电阻加热器和温度传感器，电阻加热器和温度传感器与控制器连接；箱体的进口与热工质集腔出口连通。

8.根据权利要求1所述的风力能驱动旋转、平移的太阳能吸热器，其特征是：所述的吸热体采用3D打印技术制造。

9.一种根据权利要求1-8中任一权利要求所的风力能驱动旋转、平移的太阳能吸热器的工作方法，具体操作如下：

太阳辐照资源很好且无云时：

当风力机组的转速在额定范围内时，使控制器控制电磁离合器Ⅱ和电磁离合器Ⅰ处于动力传递状态，使得电磁离合器Ⅲ处于动力断开状态；风力驱动风机叶片旋转，并通过齿轮箱、转轴Ⅱ、主动齿轮、从动齿轮带动内花键轴旋转，从而带动吸热体进行旋转运动；转轴Ⅱ的旋转运动通过传动装置传递给转轴Ⅰ，转轴Ⅰ通过曲柄连杆机构带动吸热体沿其轴线方向进行往复平移运动；

当风力机组的转速超过额定范围时，使控制器控制电磁离合器Ⅱ、电磁离合器Ⅰ和电磁离合器Ⅲ处于动力传递状态；风力驱动风机叶片旋转，通过齿轮箱、转轴Ⅱ、主动齿轮、从动齿轮带动内花键轴旋转，从而带动吸热体进行旋转运动；转轴Ⅱ的旋转运动通过传动装置传递给转轴Ⅰ，转轴Ⅰ通过曲柄连杆机构带动吸热体沿其轴线方向进行往复平移运动；风力驱动风机叶片旋转，通过齿轮箱带动直流电机旋转，直流电机处于发电状态，并将电能存储在蓄电池组中，实现多余能量的存储，降低吸热体的运动速度；

当风力机组的转速低于额定范围时，使控制器控制电磁离合器Ⅱ、电磁离合器Ⅰ和电磁离合器Ⅲ处于动力传递状态；风力驱动风机叶片旋转，通过控制器控制直流电机处于电动状态，风力机组和直流电机共同通过齿轮箱、转轴Ⅱ、主动齿轮、从动齿轮带动内花键轴旋转，从而带动吸热体进行旋转；转轴Ⅱ的旋转运动通过传动装置传递给转轴Ⅰ，转轴Ⅰ通过曲柄连杆机构带动吸热体沿其轴线方向进行往复平移；

太阳辐照资源不好或云层遮挡，或是夜晚等碟式系统不能正常运行时：

通过控制器控制电磁离合器Ⅱ和电磁离合器Ⅲ处于动力传递状态，控制电磁离合器Ⅰ处于动力断开状态；风力驱动风机叶片进行旋转，并通过齿轮箱带动直流电机进行旋转，通过控制器控制直流电机处于发电状态，并将电能存储在蓄电池组中。

10.根据权利要求9所述的风力能驱动旋转、平移的太阳能吸热器的工作方法，太阳辐照资源很好且无云时，如果再加热器中的温度值小于供热设定值，通过控制器控制再加热器中电阻加热器对工质进行辅热，实现输出工质的温度符合高温要求。

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