CN115885137A - 抛物面聚光太阳能收集器 - Google Patents

Abstract

其上聚光太阳辐射的元件，特别是真空管(2)，相对于抛物面反射表面(1)可根据太阳辐射的方向的运动，始终保持静止，使得真空管(2)的进口和出口管无需铰接，这促进安装和绝缘并降低生产成本。抛物面反射表面(1)可以相对于真空管(2)枢转360°，而不会干扰管，从而除了允许通过喷射加压水的喷嘴(12)清洁表面外，还允许使用主动安全系统来防止强风和防止产生过热。收集器还包括针对强风的被动安全构件。

Description

抛物面聚光太阳能收集器

技术领域

本发明涉及抛物面聚光太阳能收集器，具有新型结构，由此衍生出许多优点。

本发明的目的是提供一种具有简单结构的自定向收集器，使其更经济，尺寸减小，允许其使用基于相同多个的单个产品来适应非常不同的所需特征，并且易于调整，具有高性能，具有主动和被动被动安全构件以及自清洁构件。

背景技术

在本发明的实际应用领域中，已知抛物面聚光太阳能收集器，其中将太阳辐射集中在收集器上的抛物面结构操作以加热流经收集器的流体(通常为水)，而不排除其他流体。

为了优化这类装置的性能，由于全天太阳辐射方向的变化，它们必须包括自我取向手段。

从这个意义上说，这种类型的装置相对于位于抛物面后面的旋转轴枢转，从而影响整个结构。

这意味着收集器中流体的入口和出口管本身受到扭矩的影响，其中复杂、昂贵且难以隔热的旋转连接的参与至关重要。

这类装置的另一个问题是，由于它们的结构，它们会产生“蜡烛”效应，这可会损坏它们。

从这个意义上说，这些装置的移动性相对有限，这意味着无法根据其方向确保对强风的完全防护。

此外，由于灰尘可能沉积在反射聚光表面上，这种类型的设备随着时间的推移会降低效率，因为它们有时被安置在难以进行手动清洁的地方。

发明概述

所提出的抛物面聚光太阳能收集器在上述各个方面都完全解决了上述问题。

为此，根据本发明的一个基本特征，设想所述其上聚光太阳辐射的元件，在本发明中为真空管，设置在两端与其相连的静态框架上，换句话说，所述真空管在任何时候都不受反射和枢转抛物面的旋转运动的影响。

更具体地说，与这种类型的传统收集器中发生的情况相反，设想抛物面反射表面相对于真空管的假想中心纵向轴线枢转。

为此，所述抛物面反射表面将通过其弯曲的侧边与一系列径向臂相连，这些径向臂汇聚在轴承或套管中，如前所述，轴承或衬套的轴与真空管的假想中心纵向轴线轴向。

基于这种结构，将在所述真空管的支撑框架上设置至少一个带有小齿轮的小电机，该小齿轮将和与抛物面反射表面的支承结构一体的齿轮啮合，在其端部建立抛物面反射表面的相应枢转轴。

这种结构具有多种优点，包括下列：

·由于真空管具有恒定的静态位置，因此要加热的流体的入口和出口管不需要复杂的铰接连接，并且可以很容易地隔热，从而简化了装配过程并降低了装配成本。

·可枢转抛物面反射表面的方式不限于旋转，这与传统收集器的情况相反。这使得它们可以完全转动，既可以作为主动安全构件针对强风或真空管内温度过高，也可以执行收集器的自动清洁，稍后将介绍。

根据本发明的另一个特征，设想真空管具有新的结构，以便将要加热的传热流体循环通过的腔室细分为两个同心圆柱形腔室：用于流动冷流体的内部腔室和与其同心的外部腔室，它通过其下端的孔与前一腔室连通，从而最大限度地扩大与真空管辐射区域的接触面，其对应于外部腔室的外表面，从而优化所述管的性能。

为了进一步优化所述传热过程，设想传热流体在穿过两个腔室之间限定的空间时，通过螺旋偏转器循环，螺旋偏转器在两个腔室之间建立，迫使所述传热流体以螺旋方向流动，从而实现更均匀和最佳的传热。

从这个意义上说，进入内部腔室的入口段必须与来自外部腔室的传热流体的出口段相同，以便不会产生压力差。

收集器将能够使用任何已知的自动定向系统自动定向，无论是实时的，都是基于太阳入射角的计算，其中它将由一个或多个光伏板辅助，以确保其完全自主，并且所述运动可以通过时钟简单编程。

从这个意义上来说，可以看出，在本描述中并未讨论收集器的方向，因为它可以是水平的(沿着方位)或垂直的(东西向)，而不会影响本发明的本质。

根据本发明的另一个特征，设想抛物面反射表面在其中心区域包括一系列扇区，这些扇区也具有反射性质，在旋转轴上充当折叠门，以针对弹簧的张力，从而确定针对强风的被动安全构件，这允许所述扇区折叠并通过空气，从而减少收集器组件上产生的应力。

本发明的另一个新特征是，如果收集器采用水平布局，则在其支撑结构或框架下设置一系列喷嘴，用于喷射加压水，这些喷嘴使抛物线折射面能够在完全旋转时被清洗，随后被清洗，朝向向下，与所述喷嘴相反。

这种清洁过程，以及基于太阳位置的收集器的自我定向，可以通过简单的方式实现自动化，利用前面描述的一个或多个光伏板。

本发明的另一个改进是，可选地，装置的端部支撑框架之一具有剪刀型结构，通过与装置的控制电子设备相关联的电动机相关联的蜗杆螺杆可调整，从而允许根据方位轴调整集中器的倾斜度。因此，实现双轴可调抛物面太阳能聚光器。

最后，必须指出的是，鉴于抛物面反射表面仅将太阳辐射集中在真空管圆形表面的弧面上，因此设想在不受所述聚光器影响的区域设置菲涅耳型聚光器透镜，透镜显然与抛物面反射表面相关的枢转结构是一体的。

如前所述，本发明的装置优选以较小且可管理的尺寸制造，以便将其植入多个装置中，这些装置除了对每种情况的要求具有更大的适应性外，通过能够选择性地禁用一些和其他装置以适应所述安装可能具有的不断变化的要求，可以更好地控制整个安装的温度。

与其他已知系统相比，所述设备具有95％的高性能。

同样，本发明装置的模块化性质值得注意，因为它是一种可扩展的装置，可以与其他同类装置分组，不需要像现有抛物面太阳能聚光器那样的大长度，这代表了组装的巨大通用性。

附图简述

作为对本文将提供的描述的补充，并且为了帮助使本发明的特征更容易理解，根据本发明的优选实用示例性实施例，所述描述附有一组图纸，构成本发明的一个组成部分，其中，通过举例而非限制，如下所示：

图1显示了根据本发明的目的制造的抛物面聚光太阳能收集器的平面图。

图2显示了前一个图中装置的纵断面图。

图3显示了与上图类似的视图，但抛物面反射表面已将其倾斜度更改为与清洗位置一致的安全/不工作位置，以便观察真空管如何不受此类移动的影响。

图4显示了装置的剖面图，其中显示了在工作情况下的被动安全构件。

图5显示了为参与本发明装置的真空管设想的新内部结构的截面细节。

图6显示了设备的一个端部支撑框架的详细信息。

发明详述

鉴于所描述的图，可以看出本发明的抛物面聚光太阳能收集器是如何由抛物面反射表面(1)和太阳辐射集中的元件组成的，在这种情况下是管式真空管(2)，其对应的入口(3)用于加热水或液体，并且出口(4)用于加热热流体，其特殊性在于，真空管(2)静态地布置在框架(5)上，换句话说，与所述框架一体化，在两端与之相连。

就其本身而言，与通常的抛物面聚光收集器相反，设想抛物面反射表面(1)相对于真空管(2)的假想中心纵向轴线(6)枢转。

更具体地说，所述抛物面反射表面(1)通过其侧端与臂(7)相连，臂(7)汇聚在轴承或套管中，如前所述，轴承或套管的轴与真空管的假想中心纵向轴线轴向，使得与真空管的入口和出口(3-4)相对应，设想所述臂与环(8)是一体的，该环通过套管或轴承与真空管(2)的结构相连，环与齿轮(9)一体，与小电机(11)相关联的小齿轮(10)与之啮合的轮，与真空管(2)本身相关的结构一体化。

这种结构允许抛物面反射表面(1)相对于真空管旋转360°，而不会干扰与入口(3)和出口(4)，这允许所述抛物面反射表面(1)旋转到图3所示的位置，或任何其他主动安全位置，取决于风向，这将由微处理器和相应的常规控制/传感器装置控制，并且还可用于在真空管本身上生成阴影，当达到的温度可能过高时。

为了最大限度地提高真空管(2)的传热性能，设想其具有全新的结构，如图5所示，这样，被加热的传热流体循环通过的腔室被细分为两个同心圆柱形腔室：内部腔室(19)，冷流体将通过它流动，在其一端开口，与其同心的外部腔室(20)相通，太阳辐射集中在真空管内，其特殊性在于，为了更好地分配所述腔室内的传热流体，设想其中有螺旋偏转器(21)，该偏转器迫使传热流体在向所述真空管的出口移动时在热集中表面上旋转。

从这个意义上讲，如前所述，内部腔室(19)的入口段必须与外部腔室(20)的出口段相同，以便不会产生压力差。

再次回到图3，设想框架(5)引入喷嘴(12)，喷嘴喷射加压水，从而允许定期或以编程方式自动清洗抛物面反射表面(1)，或者当根据与收集器相关联的传感器装置获得的参数计算出其性能与其对应的性能不符时。

如前所述，收集器将能够使用任何已知的自动定向系统，根据太阳入射角的计算，在一个或多个确保其完全自主的光伏板的辅助下自动定向。

此外，收集器还可以在其一端倾斜以控制方位角。为此，如图6所示，装置的一个端部支撑框架具有剪刀型结构(5’-5”)，通过横向蜗杆螺钉(16)可调节，该螺钉拧入与剪刀结构中间接头相关联的各个螺母(17)，并由与装置的控制电子设备相关联的电机(18)控制。

根据图4，设想抛物面反射表面(1)在其中心区域包括一系列扇区(13)，这些扇区也具有反射性质，在弹簧张力作用下，充当轴(14)的折叠门，从而确定针对强风的被动安全构件(15)。

尽管图中未显示，但菲涅耳型聚光器透镜可以布置在真空管(2)上不受抛物面反射表面(1)影响的区域，该透镜与抛物面反射表面(1)的支承结构是一体的，以便永远不会干扰它。

Claims (11)

1.抛物面聚光太阳能收集器，类型包括与编程和/或计算的实时太阳能跟踪装置相关联的抛物面反射表面(1)、以及其上聚光太阳辐射的元件，其特征在于，所述其上聚光太阳辐射的元件由真空管(2)制成，具有其相应的待加热流体的适当绝缘入口(3)和出口(4)，特别是所述真空管(2)静态地布置在框架(5)上，假设所述抛物面反射表面(1)包括相对于所述真空管(2)的假想中心纵向轴线(6)的完整且受控的枢转构件，其中与所述真空管的入口(3)和出口(4)相关联的管道穿过的套管或轴承通过参与，不受所述抛物线反射表面(1)的角运动的影响，特别是待加热流体在所述真空管(2)中循环通过的腔室被细分为两个同心腔室：内部腔室(19)，冷流体通过该内部腔室被馈送，该内部腔室在其一端开口，通过该开口与外部腔室(20)连通，该外部腔室与该内部腔室同心，太阳辐射在该外部腔室上集光在所述真空管内，假设所述内部腔室(19)的入口部分与所述外部腔室(20)的出口部分相同。

2.根据权利要求1所述的抛物面聚光太阳能收集器，其特征在于，螺旋偏转器(21)布置在所述真空管(2)的内部腔室(19)和外部腔室(20)之间。

3.根据权利要求1所述的抛物面聚光太阳能收集器，其特征在于，所述抛物面反射表面(1)通过其横向端部借助于臂(7)连接到所述真空管(2)的结构，所述臂(7)在轴向于所述真空管的假想中心纵向轴线的轴承或套管中会聚，假设与所述真空管的入口和出口(3-4)相对应，所述臂(7)与环(8)成一体，该环依次与齿轮(9)成一体，与小电机(11)相关联的小齿轮(10)与齿轮(9)啮合，与真空管(2)相关联结构成一体。

4.根据权利要求1所述的抛物面聚光太阳能收集器，其特征在于，所述框架(5)引入喷嘴(12)，所述喷嘴针对所述抛物面反射表面(1)喷射加压水。

5.根据权利要求1所述的抛物面聚光太阳能收集器，其特征在于，所述抛物面反射表面(1)包括针对强风的被动安全构件，由反射性质的扇区(13)组成，作为相对于轴(14)的折叠门以针对弹簧的张力。

6.根据权利要求1所述的抛物面聚光太阳能收集器，其特征在于，菲涅耳型聚光器透镜设置在真空管(2)不受所述抛物面反射表面(1)影响的区域上，该透镜与所述抛物面反射表面(1)的支承结构是一体的。

7.根据权利要求1所述的抛物面聚光太阳能收集器，其特征在于，所述真空管(2)以及因此所述抛物面反射表面(1)相对于它们纵轴采用水平布置。

8.根据权利要求1所述的抛物面聚光太阳能收集器，其特征在于，所述真空管(2)以及因此所述抛物面反射表面(1)相对于它们纵轴采用垂直布置。

9.根据权利要求1所述的抛物面聚光太阳能收集器，其特征在于，它与相同类型的其他收集器一起参与安装，所有这些收集器都通过单个控制电子设备进行控制，使得它包括启用和禁用一些和其他收集器的构件，以适应所述安装可具有的变化的要求。

10.根据权利要求1所述的抛物面聚光太阳能收集器，其特征在于，它包括至少一个光伏板，用于为所述收集器的控制电子设备供电。

11.根据权利要求1所述的抛物面聚光太阳能收集器，其特征在于，所述装置的一个端部支撑框架具有剪刀型结构(5’-5”)，通过横向蜗杆螺钉(16)可调节，该蜗杆螺钉拧入与剪刀结构的中间接头相关联的相应螺母(17)，并且由与所述装置的控制电子设备相关联的电动机(18)控制。

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