CN112033016A - 一种槽式太阳能高温集热器 - Google Patents

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CN112033016A CN202010948745.6A CN202010948745A CN112033016A CN 112033016 A CN112033016 A CN 112033016A CN 202010948745 A CN202010948745 A CN 202010948745A CN 112033016 A CN112033016 A CN 112033016A
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Abstract

本发明公开了一种槽式太阳能高温集热器，包括反射器，反射器一侧面设置有支撑架，支撑架端部设置有旋转轴，旋转轴底部设置有支撑柱，反射器另一侧面设置有支撑杆的一端，支撑杆的另一端设置有集热器，集热器一侧面设置有第一转轴，第一转轴的外壁设置有第一皮带的一端，第一皮带的另一端设置有第一电机输出端，第一电机输出端一侧设置有正反转电机，旋转轴的正面设置有第二转轴，第二转轴外壁设置有第二皮带的一端，第二皮带的另一端设置有第二电机输出端，第二电机输出端的一侧设置有旋转电机。该槽式太阳能高温集热器通过设置集热器、第一转轴、第一皮带、正反转电机、旋转轴、第二转轴、第二皮带、旋转电机、反射器可以达到受热均匀、避免风力损坏的目的。

Description

一种槽式太阳能高温集热器
技术领域
本发明涉及集热器技术领域，具体为一种槽式太阳能高温集热器。
背景技术
太阳能集热管是一种将太阳的辐射能转换为热能的设备，由于太阳能比较分散，必须设法把它集中起来，所以，集热管是各种利用太阳能装置的关键部分，由于用途不同，集热管及其匹配的系统类型分为许多种，名称也不同，如用于炊事的太阳灶、用于产生热水的太阳能热水器、用于干燥物品的太阳能干燥器、用于熔炼金属的太阳能熔炉，以及太阳房、太阳能热电站、太阳能海水淡化器等等，无论何种用途，太阳能高温集热管都是其核心技术。
现有技术存在以下缺陷或问题：
1、现有的集热器为固定状态，由于槽式反射镜装置的单方向性，无法使得集热管均匀受光；
2、由于反光槽面积较大，因此经常受风的影响，导致其损伤。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足之处，提供一种槽式太阳能高温集热器，以达到受热均匀、避免损坏的目的。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种槽式太阳能高温集热器，包括反射器，所述反射器一侧面设置有支撑架，所述支撑架端部设置有旋转轴，所述旋转轴底部设置有支撑柱，所述反射器另一侧面设置有支撑杆的一端，所述支撑杆的另一端设置有集热管，所述所述集热管一侧面设置有第一转轴，所述第一转轴的外壁设置有第一皮带的一端，所述第一皮带的另一端设置有第一电机输出端，所述第一电机输出端一侧设置有正反转电机，所述旋转轴的正面设置有第二转轴，所述第二转轴外壁设置有第二皮带的一端，所述第二皮带的另一端设置有第二电机输出端，所述第二电机输出端的一侧设置有旋转电机。
作为本发明的优选技术方案，述支撑架与反射器焊接，所述支撑架与旋转轴焊接，所述反射器通过支撑架与旋转轴固定连接。
作为本发明的优选技术方案，所述支撑杆的一端镶嵌有滚珠轴承，所述支撑杆通过滚珠轴承与集热管滚动连接，所述集热管通过设置在支撑杆上的滚珠轴承与反射器固定连接。
作为本发明的优选技术方案，所述旋转轴通过轴承与支撑柱旋转连接，所述支撑架通过设置在轴承上的旋转轴与支撑柱旋转连接。
作为本发明的优选技术方案，所述集热管包括内部金属管与外部透明玻璃管，所述金属管与透明玻璃管的夹缝为真空。
作为本发明的优选技术方案，所述集热管通过设置在第一转轴上的第一皮带与正反转电机传动相连。
作为本发明的优选技术方案，所述旋转轴通过设置在第二转轴上的第二皮带与旋转电机传动连接。
作为本发明的优选技术方案，还包括风速采集模块、风速信号预处理模块、电压信号获取模块、风速值生成模块、第一控制模块、第一报警模块；其中，
所述风速采集模块，设置在所述反射器上，用于采集反射器处于工作状态时周围环境的第一风速信号并发送至风速信号预处理模块；
所述风速信号预处理模块，与所述风速信号采集模块连接，用于接收所述风速采集模块发送的第一风速信号并基于高通滤波器滤掉所述第一风速信号中的低频信号，得到第二风速信号并发送至电压信号获取模块；
所述电压信号获取模块，与所述风速信号预处理模块连接，用于接收所述风速信号预处理模块发送的第二风速信号，将所述第二风速信号基于差压检测电路进行信号转换，得到第一电压信号并发送至风速值生成模块；
所述风速值生成模块，与所述电压信号获取模块连接，用于接收所述电压信号获取模块发送的第一电压信号并基于信号放大器进行放大，生成第二电压信号，对所述第二电压信号进行处理，计算得到风速值并发送至控制模块；
所述第一报警模块，设置在所述支撑柱上；
所述第一控制模块，分别与所述风速值生成模块、旋转电机、第一报警模块连接，用于：
接收所述风速值生成模块发送的风速值，根据所述风速值计算得到风速方差值，并判断所述风速方差值是否大于预设方差值，在确定所述风速方差值大于预设风速方差值时，控制所述旋转电机驱动所述转轴转动，直至反射器与地面平行，并控制所述报警模块发出第一报警提示。
作为本发明的优选技术方案，还包括：
第二报警模块，设置在所述支撑柱上；
第二控制模块，设置在所述支撑架上，与所述第二报警模块连接，用于计算所述集热管的集热效率，并判断所述集热效率是否小于预设集热效率，在确所述集热效率小于预设集热效率时，控制所示报警器发出第二报警提示；
计算所述集热管的集热效率，包括：
计算所述反射器在辐射过程中的损耗热量Q，如公式(1)所示：
Figure BDA0002676193110000041
其中，δ为斯蒂芬-玻尔兹曼常数；S为所述反射器的面积；T1为所述集热管的温度；T2为所述反射器的温度；N为所述反射器的反射率；W为发射器的反射角；
根据反射器在辐射过程中的损耗热量Q，计算所述集热管的集热效率η，如公式(2)所示：
Figure BDA0002676193110000042
其中，ζ为集热管对反射器反射的辐射热量的吸收率；λ为包裹所述集热管的透明壳体的透射率；I为太阳辐射强度；S1为所述集热管的面积。
与现有技术相比，本发明提供了一种槽式太阳能高温集热器，具备以下有益效果：
1、该槽式太阳能高温集热器，集热管通过设置在第一转轴上的第一皮带与正反转电机传动相连，从而实现集热管的旋转，使得集热管均匀受光，增加了能量的收集率；
2、该槽式太阳能高温集热器，通过设置旋转轴通过设置在第二转轴上的第二皮带与旋转电机传动连接，随着旋转轴被旋转电机驱动旋转，集热管及反射器也随之改变，当反射器与地面平行时，对风的阻力变小，从而减少风力对设备的损害。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明集热管旋转装置结构示意图；
图3为本发明反射器旋转装置结构示意图；
图4为根据本发明一实施例的槽式太阳能高温集热器的框图；
图5为根据本发明又一实施例的槽式太阳能高温集热器的框图。
图中：1、反射器；2、支撑架；3、转轴；4、支撑柱；5、支撑器；6、集热管；7、第一转轴；8、第一皮带；9、第一电机输出端；10、正反转电机；11、第三转轴；12、第二皮带；13、第二电机输出端；14、旋转电机；15、风速采集模块；16、风速信号预处理模块；17、电压信号获取模块；18、风速值生成模块；19、第一控制模块；20、第一报警模块；21、第二报警模块；22、第二控制模块。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-3，本实施方案中：一种槽式太阳能高温集热器，包括反射器1，反射器1一侧面设置有支撑架2，支撑架2端部设置有旋转轴3，旋转轴3底部设置有支撑柱4，反射器1另一侧面设置有支撑杆5的一端，支撑杆5的另一端设置有集热管6，集热管6一侧面设置有第一转轴7，第一转轴7的外壁设置有第一皮带8的一端，第一皮带8的另一端设置有第一电机输出端9，第一电机输出端9一侧设置有正反转电机10，旋转轴3的正面设置有第二转轴11，第二转轴11外壁设置有第二皮带12的一端，第二皮带12的另一端设置有第二电机输出端13，第二电机输出端13的一侧设置有旋转电机14。通过设置集热管6通过设置在第一转轴7上的第一皮带8与正反转电机10传动相连，从而实现集热管6的旋转，使得集热管均匀受光，增加了能量的收集率；通过设置旋转轴3通过设置在第二转轴11上的第二皮带12与旋转电机14传动连接，随着旋转轴3被旋转电机14驱动旋转，集热管6及反射器1也随之改变，当反射器1与地面平行时，对风的阻力变小，从而减少风力对设备的损害。
本实施例中，支撑架2与反射器1焊接，支撑架2与旋转轴3焊接，反射器1通过支撑架2与旋转轴3固定连接，从而实现了反射器1的可旋转；支撑杆5的一端镶嵌有滚珠轴承，支撑杆5通过滚珠轴承与集热管6滚动连接，集热管6通过设置在支撑杆5上的滚珠轴承与反射器1固定连接，从而实现了集热管6的可旋转；旋转轴3通过轴承与支撑柱4旋转连接，支撑架2通过设置在轴承上的旋转轴3与支撑柱4旋转连接，从而实现了旋转轴3的可转动，为反射器1的转动提供旋转轴心；集热管6包括内部金属管与外部透明玻璃管，金属管与透明玻璃管的夹缝为真空，从而使得集热管6具有保温的效果且导热介质从金属管内流通；集热管6通过设置在第一转轴7上的第一皮带8与正反转电机10传动相连，从而实现集热管6的旋转，使得集热管均匀受光，增加了能量的收集率；第二转轴11上的第二皮带12与旋转电机14传动连接，随着旋转轴3被旋转电机14驱动旋转，集热管6及反射器1也随之改变，当反射器1与地面平行时，对风的阻力变小，从而减少风力对设备的损害。
本发明的工作原理及使用流程：通过设置集热管6通过设置在第一转轴7上的第一皮带8与正反转电机10传动相连，从而实现集热管6的旋转，使得集热管均匀受光，增加了能量的收集率；通过设置旋转轴3通过设置在第二转轴11上的第二皮带12与旋转电机14传动连接，随着旋转轴3被旋转电机14驱动旋转，集热管6及反射器1也随之改变，当反射器1与地面平行时，对风的阻力变小，从而减少风力对设备的损害。在实际工作中集热管6在正反转电机10的带动下不停的做正转与反转运动，使得集热管6外壁可均匀得到反射器1反射的光；在遇到大风时，可通过旋转电机14来驱使反射器1与地面平行，减少风力对设备的损坏。
如图4所示，本发明提供一种技术方案，一种槽式太阳能高温集热器，还包括：风速采集模块15、风速信号预处理模块16、电压信号获取模块17、风速值生成模块18、第一控制模块19、第一报警模块20；其中，
所述风速采集模块15，设置在所述反射器上，用于采集反射器处于工作状态时周围环境的第一风速信号并发送至风速信号预处理模块16；
所述风速信号预处理模块16，与所述风速信号采集模块连接，用于接收所述风速采集模块15发送的第一风速信号并基于高通滤波器滤掉所述第一风速信号中的低频信号，得到第二风速信号并发送至电压信号获取模块17；
所述电压信号获取模块17，与所述风速信号预处理模块16连接，用于接收所述风速信号预处理模块16发送的第二风速信号，将所述第二风速信号基于差压检测电路进行信号转换，得到第一电压信号并发送至风速值生成模块18；
所述风速值生成模块18，与所述电压信号获取模块17连接，用于接收所述电压信号获取模块17发送的第一电压信号并基于信号放大器进行放大，生成第二电压信号，对所述第二电压信号进行处理，计算得到风速值并发送至第一控制模块19；
所述第一报警模块20，设置在所述支撑柱4上；
所述第一控制模块19，分别与所述风速值生成模块18、旋转电机14、第一报警模块20连接，用于：
接收所述风速值生成模块18发送的风速值，根据所述风速值计算得到风速方差值，并判断所述风速方差值是否大于预设方差值，在确定所述风速方差值大于预设风速方差值时，控制所述旋转电机14驱动所述转轴3转动，直至反射器1与地面平行，并控制所述第一报警模块20发出第一报警提示。
上述方案的工作原理：风速采集模块15用于采集反射器处于工作状态时周围环境的第一风速信号；速信号预处理模块16用于接收所述风速采集模块15发送的第一风速信号并基于高通滤波器滤掉所述第一风速信号中的低频信号，得到第二风速信号并发送至电压信号获取模块17；电压信号获取模块17用于接收所述风速信号预处理模块16发送的第二风速信号，将所述第二风速信号基于差压检测电路进行信号转换，得到第一电压信号并发送至风速值生成模块18；风速值生成模块18用于接收所述电压信号获取模块17发送的第一电压信号并基于信号放大器进行放大，生成第二电压信号，保证电压信号传输的安全性及稳定性，对所述第二电压信号进行处理，计算得到风速值并发送至第一控制模块19；第一控制模块19用于接收所述风速值生成模块18发送的风速值，根据所述风速值计算得到风速方差值，并判断所述风速方差值是否大于预设方差值，在确定所述风速方差值大于预设风速方差值时，控制所述旋转电机14驱动所述转轴3转动，直至反射器1与地面平行，并控制所述第一报警模块20发出第一报警提示。
上述方案的有益效果：风力是损坏太阳能高温集热器的重要因素之一，风速的精确测量是保证太阳能高温集热器寿命的必要条件，风速信号预处理模块基于高通滤波器滤掉所述第一风速信号中的低频信号，使得第二风速信号更加精确，电压信号获取模块基于差压检测电路将第二风速信号转换为第一电压信号，便于提取风速值，风速值生成模块信号放大器对第一电压信号进行放大，使得计算出来的风速值更加准确，第一控制模块根据所述风速值计算得到风速方差值，提高判断所述风速方差值与预设风速方差值大小的准确性，便于在所述风速方差值大于预设风速方差值时，控制所述旋转电机14驱动所述转轴3转动，直至反射器1与地面平行，减少反射器与集热管受到风力的横截面积，进而提高太阳能高温集热器的使用寿命；同时，第一报警模块发出第一报警提示，提醒使用人员风力较大，在风力特别大时，采取紧急措施，避免太阳能高温集热器发生损坏。
如图5所示，本发明提供一种技术方案，一种槽式太阳能高温集热器，还包括：
第二报警模块21，设置在所述支撑柱4上；
第二控制模块22，设置在所述支撑架2上，与所述第二报警模块21连接，用于计算所述集热管6的集热效率，并判断所述集热效率是否小于预设集热效率，在确所述集热效率小于预设集热效率时，控制所述第二报警模块发出第二报警提示；
计算所述集热管6的集热效率，包括：
计算所述反射器1在辐射过程中的损耗热量Q，如公式(1)所示：
Figure BDA0002676193110000101
其中，δ为斯蒂芬-玻尔兹曼常数；S为所述反射器1的面积；T1为所述集热管6的温度；T2为所述反射器1的温度；N为所述反射器1的反射率；W为反射器1的反射角；
根据反射器1在辐射过程中的损耗热量Q，计算所述集热管6的集热效率η，如公式(2)所示：
Figure BDA0002676193110000102
其中，ζ为集热管6对反射器1反射的辐射热量的吸收率；λ为包裹所述集热管6的透明壳体的透射率；I为太阳辐射强度；S1为所述集热管6的面积。
上述方案的工作原理：为了保证集热管的集热效率，第二控制模块22用于计算所述集热管6的集热效率，并判断所述集热效率是否小于预设集热效率，在确所述集热效率小于预设集热效率时，控制所述第二报警模块发出第二报警提示。
上述方案的有益效果：在计算所述集热管的集热效率时，考虑集热管6对反射器1反射的辐射热量的吸收率、包裹所述集热管6的透明壳体的透射率、太阳辐射强度、集热管6的面积、反射器1在辐射过程中的损耗热量热量等因素，使得计算出来的集热效率更加准确，提高判断集热效率与预设集热效率大小的准确性，便于在集热效率小于预设集热效率时，控制第二报警模块发出第二报警提示，提醒工作人员及时查看集热管和/或反射器是否发生损坏，在确定集热管和/或反射器发生损坏时，及时维修，保证集热效率。
最后应说明的是：以上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，其依然可以对前述各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)

1.一种槽式太阳能高温集热器，其特征在于：包括反射器(1)，所述反射器(1)一侧面设置有支撑架(2)，所述支撑架(2)端部设置有旋转轴(3)，所述旋转轴(3)底部设置有支撑柱(4)，所述反射器(1)另一侧面设置有支撑杆(5)的一端，所述支撑杆(5)的另一端设置有集热管(6)，所述所述集热管(6)一侧面设置有第一转轴(7)，所述第一转轴(7)的外壁设置有第一皮带(8)的一端，所述第一皮带(8)的另一端设置有第一电机输出端(9)，所述第一电机输出端(9)一侧设置有正反转电机(10)，所述旋转轴(3)的正面设置有第二转轴(11)，所述第二转轴(11)外壁设置有第二皮带(12)的一端，所述第二皮带(12)的另一端设置有第二电机输出端(13)，所述第二电机输出端(13)的一侧设置有旋转电机(14)。
2.根据权利要求1所述的一种槽式太阳能高温集热器，其特征在于：所述支撑架(2)与反射器(1)焊接，所述支撑架(2)与旋转轴(3)焊接，所述反射器(1)通过支撑架(2)与旋转轴(3)固定连接。
3.根据权利要求1所述的一种槽式太阳能高温集热器，其特征在于：所述支撑杆(5)的一端镶嵌有滚珠轴承，所述支撑杆(5)通过滚珠轴承与集热管(6)滚动连接，所述集热管(6)通过设置在支撑杆(5)上的滚珠轴承与反射器(1)固定连接。
4.根据权利要求1所述的一种槽式太阳能高温集热器，其特征在于：所述旋转轴(3)通过轴承与支撑柱(4)旋转连接，所述支撑架(2)通过设置在轴承上的旋转轴(3)与支撑柱(4)旋转连接。
5.根据权利要求1所述的一种槽式太阳能高温集热器，其特征在于：所述集热管(6)包括内部金属管与外部透明玻璃管，所述金属管与透明玻璃管的夹缝为真空。
6.根据权利要求1所述的一种槽式太阳能高温集热器，其特征在于：所述集热管(6)通过设置在第一转轴(7)上的第一皮带(8)与正反转电机(10)传动相连。
7.根据权利要求1所述的一种槽式太阳能高温集热器，其特征在于：所述旋转轴(3)通过设置在第二转轴(11)上的第二皮带(12)与旋转电机(14)传动连接。
8.根据权利要求1所述的一种槽式太阳能高温集热器，其特征在于：还包括：风速采集模块(15)、风速信号预处理模块(16)、电压信号获取模块(17)、风速值生成模块(18)、第一控制模块(19)、第一报警模块(20)；其中，
所述风速采集模块(15)，设置在所述反射器上，用于采集反射器处于工作状态时周围环境的第一风速信号并发送至风速信号预处理模块(16)；
所述风速信号预处理模块(16)，与所述风速信号采集模块连接，用于接收所述风速采集模块(15)发送的第一风速信号并基于高通滤波器滤掉所述第一风速信号中的低频信号，得到第二风速信号并发送至电压信号获取模块(17)；
所述电压信号获取模块(17)，与所述风速信号预处理模块(16)连接，用于接收所述风速信号预处理模块(16)发送的第二风速信号，将所述第二风速信号基于差压检测电路进行信号转换，得到第一电压信号并发送至风速值生成模块(18)；
所述风速值生成模块(18)，与所述电压信号获取模块(17)连接，用于接收所述电压信号获取模块(17)发送的第一电压信号并基于信号放大器进行放大，生成第二电压信号，对所述第二电压信号进行处理，计算得到风速值并发送至第一控制模块(19)；
所述第一报警模块(20)，设置在所述支撑柱(4)上；
所述第一控制模块(19)，分别与所述风速值生成模块(18)、旋转电机(14)、第一报警模块(20)连接，用于：
接收所述风速值生成模块(18)发送的风速值，根据所述风速值计算得到风速方差值，并判断所述风速方差值是否大于预设方差值，在确定所述风速方差值大于预设风速方差值时，控制所述旋转电机(14)驱动所述转轴(3)转动，直至反射器(1)与地面平行，并控制所述第一报警模块(20)发出第一报警提示。
9.根据权利要求1所述的一种槽式太阳能高温集热器，其特征在于：还包括：
第二报警模块(21)，设置在所述支撑柱(4)上；
第二控制模块(22)，设置在所述支撑架(2)上，与所述第二报警模块(21)连接，用于计算所述集热管(6)的集热效率，并判断所述集热效率是否小于预设集热效率，在确所述集热效率小于预设集热效率时，控制所述第二报警模块发出第二报警提示；
计算所述集热管(6)的集热效率，包括：
计算所述反射器(1)在辐射过程中的损耗热量Q，如公式(1)所示：
Figure FDA0002676193100000041
其中，δ为斯蒂芬-玻尔兹曼常数；S为所述反射器(1)的面积；T1为所述集热管(6)的温度；T2为所述反射器(1)的温度；N为所述反射器(1)的反射率；W为反射器(1)的反射角；
根据反射器(1)在辐射过程中的损耗热量Q，计算所述集热管(6)的集热效率η，如公式(2)所示：
Figure FDA0002676193100000042
其中，ζ为集热管(6)对反射器(1)反射的辐射热量的吸收率；λ为包裹所述集热管(6)的透明壳体的透射率；I为太阳辐射强度；S1为所述集热管(6)的面积。
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