CN110864465A - 一种光聚热发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光聚热发电装置，包括具有凹槽的中空动平台，位于动平台的凹槽内的菲涅尔透镜，位于菲涅尔透镜下方的集热水联箱，呈圆形阵列的多个集热管，具有锥形面的反射镜，支撑座；中空的集热水联箱具有水循环管道、进口管和出口管；进口管与水循环管道相通，出口管与水循环管道相通；集热管的下端固定在支撑座上，集热管的上端与水循环管道相接触，反射镜安装在支撑座上，反射镜位于多个集热管围成的空间内，光透过菲涅尔透镜后照射在反射镜上。光聚热发电装置可以利用太阳光照的热能，属于太阳能利用的技术领域。

Description

一种光聚热发电装置

技术领域

本发明涉及太阳能利用的技术领域，尤其涉及一种光聚热发电装置。

背景技术

目前，随着经济的发展，社会的进步，人们对能源提出了越来越高的要求，寻找新能源成了当前人类面临的迫切课题。

由于太阳能具有火电、水电、核电所无法比拟的清洁性、安全性、资源的广泛性和充足性等优点，已经成为二十一世纪最重要的新能源。在利用太阳能发电的技术领域中，效果并不理想，利用率也不高，成本高。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是：提供一种光聚热发电装置，可以利用太阳光照的热能。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种光聚热发电装置，包括具有凹槽的中空动平台，位于动平台的凹槽内的菲涅尔透镜，位于菲涅尔透镜下方的集热水联箱，呈圆形阵列的多个集热管，具有锥形面的反射镜，支撑座；中空的集热水联箱具有水循环管道、进口管和出口管；进口管与水循环管道相通，出口管与水循环管道相通；集热管的下端固定在支撑座上，集热管的上端与水循环管道相接触，反射镜安装在支撑座上，反射镜位于多个集热管围成的空间内，光透过菲涅尔透镜后照射在反射镜上。

进一步的是：光聚热发电装置还包括镜座和镜盖，镜座放置在动平台的凹槽内并固定在动平台上，中空的镜座设有环形凹槽，菲涅尔透镜放置在镜座的环形凹槽内，镜盖盖住菲涅尔透镜的边缘和镜座，镜盖与动平台相固定。

进一步的是：光聚热发电装置还包括固定在支撑座上的下固定块，固定在下固定块的上固定块；上固定块和下固定块共同形成锥形凹槽，反射镜的下端插入锥形凹槽内。

进一步的是：集热水联箱包括联箱壳体、联箱底座、联箱内胆、保温层、上固定座和下固定座；联箱内胆包括一体成型的水循环管道、进口管、出口管、多个导热块；进口管和出口管对称分布，进口管和出口管露出联箱壳体的外部，进口管与水循环管道的内部相通，出口管与水循环管道的内部相通，水循环管道呈环形，多个导热块呈圆形阵列，导热块贯穿水循环管道或者伸入水循环管道的内部，导热块的底部具有插入口，集热管的上端插入导热块的插入口内；上固定座和下固定座固定在一起，上固定座和下固定座共同形成水循环管道穿过的通孔，水循环管道穿过上固定座和下固定座，下固定座固定在联箱壳体内，保温层填充满联箱壳体的内部且保温层包裹住水循环管道、上固定座和下固定座；中空的联箱壳体具有环形空腔，联箱壳体的底部固定在联箱底座上，中空的联箱底座的底部设有集热管穿过的缺口。

进一步的是：光聚热发电装置还包括基座和多组均匀分布的承载杆，承载杆包括一体成型或者非一体成型的第一承载杆、第二承载杆、第三承载杆；基座位于支撑座的下方，支撑座固定在基座上，第三承载杆的一端连接在基座上，第三承载杆的另一端连接在支撑座上，第二承载杆的一端连接在支撑座上，第二承载杆的另一端连接在联箱底座上，第一承载杆的一端连接在联箱底座上，第一承载杆的另一端球铰在动平台上。

进一步的是：光聚热发电装置还包括升降机构、固定在一起的上端盖和下端盖、固定在一起的上保持架和下保持架、球头；球头固定在升降机构的输出端上，球头放置在上保持架和下保持架共同形成的球形空腔内，上保持架和下保持架内均设有多个钢球，上保持架和下保持架放置在上端盖和下端盖共同形成的球形凹槽内，钢球与球形凹槽的内壁相接触，球头与球形空腔的内壁相接触，球头与钢球相接触，上端盖固定在动平台上。

进一步的是：升降机构为滚珠丝杠，球头固定在滚珠丝杠的输出端上；菲涅尔透镜的中心设有回转式的清扫针。

进一步的是：升降机构为液压缸，液压缸包括缸座、固定在缸座上的缸筒、位于缸筒内的活塞杆、固定在缸筒端部的缸盖、固定在缸筒内的导向套、套装并固定在活塞杆上的活塞；缸筒上设有进油口和出油口，球头固定在活塞杆的端部。

进一步的是：光聚热发电装置还包括磁致伸缩位移传感器、活动磁环、连接架；磁致伸缩位移传感器的一端固定在缸座上，磁致伸缩位移传感器的另一端固定在缸盖上，连接架的一端固定在活塞杆上，连接架的另一端与活动磁环相连接。

进一步的是：光聚热发电装置还包括余热回收设备和涡轮发电设备；出口管与涡轮发电设备相连接，余热回收设备至少有一个输入口和一个输出口，涡轮发电设备具有余热口，余热回收设备的一个输入口与涡轮发电设备的余热口相连通，余热回收设备的一个输出口与进口管相连通。

总的说来，本发明具有如下优点：

本发明的光聚热发电装置可以利用太阳光照的热能，然后用该热能加热水，产生蒸汽从而进行发电。采用镜座和镜盖可以将菲涅尔透镜安装在动平台的凹槽内，光照直接照射在菲涅尔透镜上。上固定块和下固定块可以实现将锥形的反射镜固定在支撑座上。集热水联箱、集热管和反射镜可以实现利用光照的目的。通过承载杆，动平台承载了集热水联箱、集热管、支撑座、底座的重力，升降机构再承载动平台的重力。磁致伸缩位移传感器和活动磁环配合使用，可以用来检测活塞杆的位移值，这样即可以知道活塞杆上下移动的位置。清扫针可以清扫灰尘或者落叶，避免沉积在菲涅尔透镜上。

附图说明

图1是本光聚热发电装置的结构示意图。

图2是图1A处的放大图。

图3是图1B处的放大图。

图4是集热水联箱的立体图。

图5是集热水联箱内部的结构示意图。

图6是水循环管道局部的结构示意图。

图7是水循环管道和导热块的示意图。

图8是端盖、保持架、球头的结构示意图。

图9是液压缸的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施方式来对本发明做进一步详细的说明。

为了便于统一查看说明书附图里面的各个附图标记，现对说明书附图里出现的附图标记统一说明如下：

1为动平台，2为集热水联箱，3为联箱底座，4为集热管，5为反射镜，6为支撑座，7为基座，8为第一承载杆，9为第二承载杆，10为第三承载杆，11为液压缸，12为静平台，13为太阳能自动跟踪传感器，14为菲涅尔透镜，15为镜盖，16为镜座，17为动平台的中空区域，18为镜座的中空区域，19为下固定块，20为上固定块，21为水循环管道，22为进口管，23为出口管，24为上固定座，25为下固定座，26为集热水联箱的中空区域，27为导热块，28为导热块的插入口，29为上端盖，30为下端盖，31为上保持架，32为下保持架，33为钢球，34为球头，35为活塞杆，36为缸座，37为缸筒，38为缸盖，39为导向套，40为活塞，41为磁致伸缩位移传感器，42为活动磁环，43为连接架。

结合图1所示，一种光聚热发电装置，包括具有凹槽的中空动平台，位于动平台的凹槽内的菲涅尔透镜，位于菲涅尔透镜下方的集热水联箱，呈圆形阵列的多个集热管，具有锥形面的反射镜，支撑座。动平台的中心是中空的，即挖设了一个贯通的通孔，且动平台在中空区域的边缘设有凹槽，该凹槽是环形的，菲涅尔透镜通过其它零件(下文提及)放置在该凹槽内。集热水联箱位于菲涅尔透镜的正下方，集热水联箱也是中空的，具有中空区域，中空的集热水联箱具有水循环管道、进口管和出口管。进口管与水循环管道相通，出口管与水循环管道相通。集热管的下端固定在支撑座上，集热管的上端与水循环管道相接触。集热水联箱、集热管、支撑座从上往下分布。反射镜安装在支撑座上，多个竖直的集热管沿着圆周方向均匀分布，即圆形阵列，多个集热管类似圆柱的侧表面，反射镜位于多个集热管围成的空间内，即多个集热管分布在反射镜的周围，反射镜为均光反射镜，且反射镜呈圆锥形。光透过菲涅尔透镜后照射在反射镜上，即光照射在菲涅尔透镜上，然后从集热水联箱的中空区域穿过再照射在反射镜上。集热管为热管式真空集热管，属于现有技术，集热管可以吸收光照的能量并产生热能。

结合图1、图2所示，光聚热发电装置还包括镜座和镜盖。镜座也是中空的，具有中空区域，且是呈环状的，镜座放置在动平台的凹槽内并固定在动平台上，中空的镜座设有环形凹槽，菲涅尔透镜放置在镜座的环形凹槽内，镜盖也是中空的且呈环状，镜盖盖住菲涅尔透镜的边缘和镜座，镜盖与动平台相固定。镜座和镜盖可以通过螺栓固定在动平台上，采用镜座和镜盖可以将菲涅尔透镜安装在动平台的凹槽内，光照直接照射在菲涅尔透镜上。

结合图1、图3所示，光聚热发电装置还包括固定在支撑座上的下固定块，固定在下固定块的上固定块。下固定块可以通过螺栓固定在支撑座上，上固定块和下固定块通过螺栓固定在一起，上固定块和下固定块共同形成锥形凹槽，反射镜的下端插入锥形凹槽内。这样可以实现将锥形的反射镜固定在支撑座上。

结合图1、图4、图5、图6、图7所示，集热水联箱包括联箱壳体、联箱底座、联箱内胆、保温层、上固定座和下固定座。上文提交的水循环管道、进口管和出口管属于联箱内胆的一部分，联箱内胆包括一体成型的水循环管道、进口管、出口管、多个导热块。进口管和出口管对称分布，进口管和出口管的连线穿过水循环管道的圆心，水循环管道水平放置，进口管和出口管呈竖直状，进口管和出口管露出联箱壳体的外部，进口管与水循环管道的内部相通，出口管与水循环管道的内部相通。结合图5所示，水循环管道呈环形，多个导热块呈圆形阵列，即多个导热块沿着圆周方向均匀分布在水循环管道上，导热块与水循环管道是一体的，导热块贯穿水循环管道或者伸入水循环管道的内部，结合图6、图7所示，导热块的底部具有插入口，集热管的上端插入导热块的插入口内。上固定座和下固定座固定在一起，上固定座和下固定座共同形成水循环管道穿过的通孔，水循环管道从通孔穿过上固定座和下固定座，下固定座固定在联箱壳体内，保温层填充满联箱壳体的内部且保温层包裹住水循环管道、上固定座和下固定座。中空的联箱壳体具有环形空腔，联箱内胆和保温层位于环形空腔内，联箱壳体的底部固定在联箱底座上，联箱底座也是中空的且呈环状，联箱底座可以防止联箱壳体转动，中空的联箱底座的底部设有集热管穿过的缺口，集热管的上端依次通过联箱底座上的缺口、联箱壳体，最终插入导热块的插入口内。

结合图1所示，光聚热发电装置还包括基座和多组均匀分布的承载杆。承载杆有三组，沿着圆周方向均匀分，承载杆包括一体成型或者非一体成型的第一承载杆、第二承载杆、第三承载杆。即第一承载杆、第二承载杆、第三承载杆可以是一体成型的，也可以是单独的部件。基座位于支撑座的下方，支撑座固定在基座上，第三承载杆的一端连接在基座上，第三承载杆的另一端连接在支撑座上，第二承载杆的一端连接在支撑座上，第二承载杆的另一端连接在联箱底座上，第一承载杆的一端连接在联箱底座上，第一承载杆的另一端球铰在动平台上，若第一承载杆、第二承载杆、第三承载杆是一体成型的，则可以视作承载杆依次穿过了支撑座和联箱底座。通过承载杆，动平台承载了集热水联箱、集热管、支撑座、底座的重力，且第一承载杆的端部(承载杆的上端)是球式铰接的，即第一承载杆和动平台可以实现一定范围内的转动。

结合图1、图8所示，光聚热发电装置还包括升降机构、固定在一起的上端盖和下端盖、固定在一起的上保持架和下保持架、球头。球头固定在升降机构的输出端上，球形的上保持架和球形的下保持架组合在一起可以形成一个球形空腔，球头放置在上保持架和下保持架共同形成的球形空腔内，上保持架和下保持架内均设有多个钢球，上保持架的钢球有部分露出上保持架，下保持架的钢球有部分露出下保持架。上保持架和下保持架放置在上端盖和下端盖共同形成的球形凹槽内，钢球与球形凹槽的内壁相接触，球头与球形空腔的内壁相接触，且球头与钢球相接触，上端盖固定在动平台上。升降机构有三个，沿着圆周方向均匀分布，升降机构是用来实现动平台的上下移动的，且可以调整动平台的倾斜角度，当三个升降机构升的高度不一致时，三个升降机构对应的球头的高度也不一致，这样会导致上端盖和下端盖会相对保持架(上保持架和下保持架)有一定范围的转动，从而实现动平台倾斜度的调整。

一种方式是：升降机构为滚珠丝杠，球头固定在滚珠丝杠的输出端上。通过滚珠丝杠可以实现动平台的上下移动和调整倾斜度。

结合图1、图9所示，另一种方式是：升降机构为液压缸，液压缸包括缸座、固定在缸座上的缸筒、位于缸筒内的活塞杆、固定在缸筒端部(上端)的缸盖、固定在缸筒内的导向套、套装并固定在活塞杆上的活塞。光聚热发电装置还包括静平台，静平台位于最下方，缸座转动式地安装在静平台上，当然也可以保持整个液压缸为竖直状态。活塞杆位于缸筒内且穿过缸盖，导向套用来导向活塞杆的作用，活塞套装在活塞杆上，且活塞与活塞杆是相固定的，缸筒上设有进油口和出油口，球头固定在活塞杆的端部。这样活塞杆的上下运动可以实现球头的上下运动，进而实现动平台的上下移动和调整倾斜度。升降机构支撑着动平台的重力。

结合图1、图9所示，光聚热发电装置还包括磁致伸缩位移传感器、活动磁环、连接架。磁致伸缩位移传感器、活动磁环属于现有技术。磁致伸缩位移传感器的一端固定在缸座上，磁致伸缩位移传感器的另一端固定在缸盖上，磁致伸缩位移传感器是固定不动的。连接架的一端固定在活塞杆上，连接架的另一端与活动磁环相连接。活塞杆上下移动时，通过连接架带动活动磁环上下移动，磁致伸缩位移传感器和活动磁环配合使用，可以用来检测活塞杆的位移值，这样即可以知道活塞杆上下移动的位置。

菲涅尔透镜的中心设有回转式的清扫针(图中未画出)。光聚热发电装置使用一段时间后，难免会有灰尘或者落叶沉积在菲涅尔透镜上，这样会影响光照穿过菲涅尔透镜。

光聚热发电装置是用来发电的，为实现光聚热发电装置的发电功能，光聚热发电装置还包括涡轮发电设备，出口管与涡轮发电设备相连接，即出口管连接至涡轮发电设备，从出口管出来的蒸汽进入涡轮发电设备。光聚热发电装置的工作原理：通过升降机构调整动平台的高度和倾斜度，使得菲涅尔透镜始终垂直于太阳光线，太阳光线经过菲涅尔透镜后聚焦在反射镜上，然后通过反射镜的反射作用，反射到集热管上，然后集热管吸收光照的能量并产生热能，再将热能传导至导热块内，导热块加热水循环管道里面的水，当温度达到一定程度时，水流蒸发汽化，蒸汽从出口管进入外部的涡轮发电设备，推动涡轮高速旋转，从而带动发电装置工作，产生大量的电。进口管内的阀门打开，可以向水循环管道加水。

光聚热发电装置还包括余热回收设备，余热回收设备至少有一个输入口和至少有一个输出口，涡轮发电设备具有余热口，余热回收设备的一个输入口与涡轮发电设备的余热口相连通，余热回收设备的一个输出口与进口管相连通。蒸汽进入涡轮发电设备后，涡轮发电设备会产生余热水，余热水流经余热回收设备，余热回收设备将余热水进行回收处理后，余热水从余热回收设备的输出口出来，再进入进口管，余热水通过进口管流入水循环管道，由于余热水具有一定的温度，因此加速了水蒸气的产生。即余热回收设备将推动涡轮高速旋转发电的蒸汽回收成中温水(余热水)，再把这种中温水送给集热水联箱，通过水循环管道，加速光聚热发电装置的水蒸气产生过程，促进涡轮发电设备的余热循环利用，提升光聚热发电装置的效率。

光聚热发电装置涉及到的控制系统原理可以采用现有技术解决，一种控制原理是：在动平台处安装太阳能自动跟踪传感器，太阳能自动跟踪传感器感应太阳光线是否与菲涅尔透镜平面相垂直，当太阳光线与菲涅尔透镜平面不垂直时，太阳能自动跟踪传感器会输出偏差信号，将信号放大再送入控制器内，控制器控制液压缸进行工作，调整动平台的高度和倾斜度，使太阳光线与菲涅尔透镜平面相垂直。液压缸的控制原理是：控制器接收到信号后，通过进行空间运动的模型变换，进行动平台反解解出每个液压缸所需要的伸长量，再将指令信号转换成模拟量给液压缸，同时可以通过磁致伸缩位移传感器测量液压缸活塞杆的伸出长度，反馈给控制器进行比较，由控制器控制调节每个液压缸的活塞杆的位置，进而使每个液压缸协调动作来完成所需要的动作。这种控制原理并非本发明的创新点，本发明的光聚热发电装置还可以采用其他现有技术的控制原理来实现自动控制。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种光聚热发电装置，其特征在于：包括具有凹槽的中空动平台，位于动平台的凹槽内的菲涅尔透镜，位于菲涅尔透镜下方的集热水联箱，呈圆形阵列的多个集热管，具有锥形面的反射镜，支撑座；中空的集热水联箱具有水循环管道、进口管和出口管；进口管与水循环管道相通，出口管与水循环管道相通；集热管的下端固定在支撑座上，集热管的上端与水循环管道相接触，反射镜安装在支撑座上，反射镜位于多个集热管围成的空间内，光透过菲涅尔透镜后照射在反射镜上。

2.按照权利要求1所述的一种光聚热发电装置，其特征在于：光聚热发电装置还包括镜座和镜盖，镜座放置在动平台的凹槽内并固定在动平台上，中空的镜座设有环形凹槽，菲涅尔透镜放置在镜座的环形凹槽内，镜盖盖住菲涅尔透镜的边缘和镜座，镜盖与动平台相固定。

3.按照权利要求1所述的一种光聚热发电装置，其特征在于：光聚热发电装置还包括固定在支撑座上的下固定块，固定在下固定块的上固定块；上固定块和下固定块共同形成锥形凹槽，反射镜的下端插入锥形凹槽内。

4.按照权利要求1所述的一种光聚热发电装置，其特征在于：集热水联箱包括联箱壳体、联箱底座、联箱内胆、保温层、上固定座和下固定座；联箱内胆包括一体成型的水循环管道、进口管、出口管、多个导热块；进口管和出口管对称分布，进口管和出口管露出联箱壳体的外部，进口管与水循环管道的内部相通，出口管与水循环管道的内部相通，水循环管道呈环形，多个导热块呈圆形阵列，导热块贯穿水循环管道或者伸入水循环管道的内部，导热块的底部具有插入口，集热管的上端插入导热块的插入口内；上固定座和下固定座固定在一起，上固定座和下固定座共同形成水循环管道穿过的通孔，水循环管道穿过上固定座和下固定座，下固定座固定在联箱壳体内，保温层填充满联箱壳体的内部且保温层包裹住水循环管道、上固定座和下固定座；中空的联箱壳体具有环形空腔，联箱壳体的底部固定在联箱底座上，中空的联箱底座的底部设有集热管穿过的缺口。

5.按照权利要求4所述的一种光聚热发电装置，其特征在于：光聚热发电装置还包括基座和多组均匀分布的承载杆，承载杆包括一体成型或者非一体成型的第一承载杆、第二承载杆、第三承载杆；基座位于支撑座的下方，支撑座固定在基座上，第三承载杆的一端连接在基座上，第三承载杆的另一端连接在支撑座上，第二承载杆的一端连接在支撑座上，第二承载杆的另一端连接在联箱底座上，第一承载杆的一端连接在联箱底座上，第一承载杆的另一端球铰在动平台上。

6.按照权利要求1所述的一种光聚热发电装置，其特征在于：光聚热发电装置还包括升降机构、固定在一起的上端盖和下端盖、固定在一起的上保持架和下保持架、球头；球头固定在升降机构的输出端上，球头放置在上保持架和下保持架共同形成的球形空腔内，上保持架和下保持架内均设有多个钢球，上保持架和下保持架放置在上端盖和下端盖共同形成的球形凹槽内，钢球与球形凹槽的内壁相接触，球头与球形空腔的内壁相接触，球头与钢球相接触，上端盖固定在动平台上。

7.按照权利要求6所述的一种光聚热发电装置，其特征在于：升降机构为滚珠丝杠，球头固定在滚珠丝杠的输出端上；菲涅尔透镜的中心设有回转式的清扫针。

8.按照权利要求6所述的一种光聚热发电装置，其特征在于：升降机构为液压缸，液压缸包括缸座、固定在缸座上的缸筒、位于缸筒内的活塞杆、固定在缸筒端部的缸盖、固定在缸筒内的导向套、套装并固定在活塞杆上的活塞；缸筒上设有进油口和出油口，球头固定在活塞杆的端部。

9.按照权利要求8所述的一种光聚热发电装置，其特征在于：光聚热发电装置还包括磁致伸缩位移传感器、活动磁环、连接架；磁致伸缩位移传感器的一端固定在缸座上，磁致伸缩位移传感器的另一端固定在缸盖上，连接架的一端固定在活塞杆上，连接架的另一端与活动磁环相连接。

10.按照权利要求1所述的一种光聚热发电装置，其特征在于：光聚热发电装置还包括余热回收设备和涡轮发电设备；出口管与涡轮发电设备相连接，余热回收设备至少有一个输入口和一个输出口，涡轮发电设备具有余热口，余热回收设备的一个输入口与涡轮发电设备的余热口相连通，余热回收设备的一个输出口与进口管相连通。

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