CN1922449B - 日光收集装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种日光收集装置，它高效地将从太阳光线收集的能量转换成热能，并进一步利用这种能量将在该收集器内流动的流体加热到高温，还涉及利用得到的热流体来生产热蒸汽并将该蒸汽用于冷却。作为本发明对象的日光收集装置(1)包括至少一个运转系统(3)、至少一个由运转系统(3)控制的日光收集器(2)以及用来传送被该收集器加热的流体的热传送系统(4)。

Description

日光收集装置及其使用方法

本发明涉及一种日光收集装置，它高效地将从太阳光线收集的能量转换成热能，并进一步利用这种能量将在该收集器内流动的流体加热到高温，还涉及利用得到的热流体来生产热蒸汽并将该蒸汽用于冷却。

现今，工业获得的进展和个人对于高标准生活的要求明显地增大了能量消耗。通常使用煤、石油、天然气来满足能量需求。然而，在使用这些燃料方面出现一些问题，例如在不远的将来这些燃料是否有短缺的可能性，以及主要由于利用矿物燃料而增加这些燃料的使用作为在某些地区强烈工业化的结果使环境污染增加。为了解决这些问题，在各种工业中利用能恢复的可再生能源例如太阳、风、地热、生物量方面正在进行着多种研究。借助电磁辐射实现通过空间接收日光能量。日光能量收集器，即能将日光辐射转换成热能的装置借助于它们的多个宽阔表面来吸收日光辐射并将这种辐射转换成热。于是吸收辐射材料的热能增加。该吸收表面的热能由流体或气态液体进行传送。通过多种热传递器例如盘管、隔膜、热交换器等实现热传送。

作为该技术的现状，日光能量被用来获得热水，用于住宅加热-冷却、温室加热、农产品干燥、游泳池加热、日光炉和烘箱以及污物曝晒。

在已知的日光收集系统中，在一个建筑物的朝南侧面上使用一个具有足够尺寸的传导表面，以便收集日光能量，和热物质被用来吸收、储存和传送热。从太阳光线转变的热能用于生产热水。多种日光能量系统除了满足住宅的热水需求之外，还结合在锅炉系统上减少燃料成本，所述锅炉系统生产工业中需要的热水和蒸汽。

作为该技术的现状，已知日光收集器呈笔直或凹形，并且它们朝向太阳的表面涂成黑色以便用来吸收更多的光线。要被加热的液体正好位于该光线吸收层下方于是被加热。另一种已知的日光收集器按下述原理工作；反射太阳光线并使待加热液体从太阳光线被反射处通过。为了最大限度地受益于太阳光线，还可使用活动收集器。

作为本技术现状，美国专利US4175391和US4000734描述两个相互并联连接的凹形收集器。尽管它们确实具有运动能力从而更多地受益于太阳光线，但由于这两个收集器相互并联连接，只有其中之一运动时另一个才作同样的运动。在该情况下，被其中之一垂直接收的光线可能没有被另一个同样垂直地接收，因而第二收集器从该光线受益较少。

发布为WO02/093741的美国专利申请PCT/US01/25900描述多种抛物面日光收集器，它们相互串联连接并布置在一个用多根立柱架高的转动圆托架上。该日光收集器加热在流体管内部的流体，所述流体通过接收的太阳光线的焦点。相应于从太阳探测器接收的信号，各个收集器能与该圆托架独立地运动。然而，这种运动不是足够灵敏的。

作为本发明对象的日光收集装置包括至少一个日光收集器、至少一个运转系统(3)以及一个热传送系统(4)，所述日光收集器借助于反射连续施加在一个确定区域处的太阳光线而将太阳光线转换成热能，所述运转系统提供该日光收集器围绕一根轴线的转动以便不变地垂直接收太阳光线，而所述热传送系统传送被该日光收集器加热的流体以便用于多个冷却和加热过程。借助于利用作为本发明对象的日光收集器，可获得具有350-400℃温度的流体。

本发明的目的是：获得一种日光收集装置，用计算机软件和日光传感器控制其运动。

本发明的另一个目的是：用同一个马达动力使多个收集器能以垂直接收日光的方式进行运动。

还有，本发明的又一目的是：获得一种日光收集装置，它将从日光能量转变来的热能用于加热和冷却过程两者。

下面说明的附图准备帮助描述本发明。然而，本发明不受这些附图限制。

图1为一台日光收集装置的透视图；

图2为一台日光收集装置的示意图；

图3为一台处于备用(睡眠)模式的日光收集装置的透视图；

图4为运转系统的正视横截面图；

图5为该运转系统的横向横截面图。

附图中说明的部件被单独编号并列表如下：

1-日光收集装置

2-日光收集器

2.1-反射体

2.2-连接物

2.3-框架

2.4-扭曲管

3-运转系统

3.1-初级轮盘

3.2-次级轮盘

3.3-蜗轮装置

3.4-联结器

3.5-滑轮

3.6-传感器

3.7-摇柄

3.8-驱动装置

4-热传送系统

4.1-管

4.2-热水箱

4.3-蒸汽发生器

4.4-吸收冷却机

4.5-冷水箱

4.6-容器

4.7-冷却系统

本发明的对象日光收集装置(1)包括至少一个运转系统(3)、至少一个由运转系统(3)控制的日光收集器(2)以及热传送系统(4)，该热传送系统传送由该收集器加热的流体。

图1描述的装置是本发明的最佳应用。在这一应用中，将一个以上日光收集器(2)相互串联布置成多排。每个排最好与其它排平行并且一个放在另一个之后。每排内的多个收集器通过一个运转系统(3)或一个连接器(2.2)相互连接。因此，借助于该连接器，每排中的所有收集器用一个单独运转系统能同时改变它们相对太阳的位置。

日光收集器(2)可包括至少一个反射体(2.1)、至少一个连接器(2.2)、至少一根扭曲管(2.4)以及一个框架(2.3)，所述反射体用来反射接收的太阳光线，所述连接器将多个收集器(2)相互串联连接，能使两个阳光收集器一起进行集合运动，所述扭曲管布置成固定在收集器后方并能防止日光收集器扭曲，而所述框架由固体材料例如铁制成并能平衡地放置在地面上，和使形成收集装置(1)的所有部件相互连接以便每个部件能实现各自的功能。

反射体(2.1)是一块板，它用一种具有反射性能的化学物质喷涂或覆盖以便提供被接收光线的反射。在本发明的一种应用中，第二板具有非常薄和坚固的结构并且用一种化学物质覆盖而具备反射性能，所述第二板固定在形成该反射体形状的板上。该板用金属或者具有类似固体性能的材料制成，并且最好将该板弯曲成一个内凹的形状。在另一种本发明应用中，该板的横截面具有一个抛物面形状。多个带有抛物面形状的反射体(2.1)的臂布置在朝太阳伸出的框架(2.3)上。反射体(2.1)的尺寸可根据应用面积而改变。含有需要加热流体的管(4.1)架设在支架(4.6)上并在该抛物面反射体的焦点上通过，所述支架固定在该日光收集器上。由于被反射体接收的太阳光线被反射并转送通过该焦点，最好是将管(4.1)定位在该焦点上以便接受更多的光线。由于移动日光收集器也移动连接的多个支架，管(4.1)的位置不改变与该日光收集器的线性关系，该管总是继续停留在该反射体的焦点上。

在运转系统(3)中包括至少一个驱动系统(3.8)、至少一个蜗轮装置(3.3)、一个联结器(3.4)、至少一个滑轮(3.5)、至少一个次级轮盘(3.2)和至少一个初级轮盘(3.1)以及一个摇柄(3.7)，所述蜗轮装置传送由该驱动系统产生的动作，所述联结器例如为由蜗轮装置传送的钢丝索、狭条、带等等，所述滑轮能转动该联结器，所述次级和初级轮盘与该联结器的运动一起转动，而所述摇柄借助于该初级轮盘安装在该日光收集器上。

驱动系统(3.8)是一个计算机驱动系统，它由一个软件和一个储存关于该收集系统的地点、时间和太阳位置的数据库进行控制。在这个数据库中储存的，信息包括对于给定坐标区域的太阳在365天/24小时内的位置。因此，当给出该收集器在区域内的地点信息时，就能 获得该地点的太阳位置信息。于是，产生运动的驱动系统例如马达等就由一台由使用这个信息的软件控制的计算机进行驱动。

而且，在该运转系统中布置一个日光传感器(3.6)。传感器(3.6)用探测太阳光线角度的方法把多个信号送到该驱动系统。该驱动系统借助于来自该阳光传感器的信号以及从该计算机因其软件而获得的信号两者进行驱动。当两个源同时发送信号时给予从该传感器接收的信号以优先权，根据这个信号实现该日光收集器的灵敏调节。

图4所示的该运转系统横截面图描绘出至少两个滑轮(3.5)，它们固定在框架(2.3)的多个伸出部上。由该运转系统产生的运动由在该滑轮之间行进的该联结器进行传送。驱动系统(3.8)定位在框架(2.3)上，并且其传送运动的外端部连接在蜗轮装置上。蜗轮装置(3.3)由该驱动系统进行驱动。蜗轮装置(3.3)的另一端部连接在该联结器上，并且该联结器借助于该螺杆的转动而运动。这种平移的方向可为从蜗轮装置(3.3)朝向联结器(3.4)或者相反。由蜗轮装置(3.3)的运动朝一个方向拉动联结器(3.4)；而且在沿相反方向运动时被推动。联结器(3.4)因倚靠在形成运转系统(3)的至少一个次级轮盘(3.2)、一个初级轮盘(3.1)和一个滑轮(3.5)上而转动，并与该驱动装置的另一端部连接。布置在横截面如图4所示的运转系统中的初级轮盘(3.1)和一个或更多次级轮盘(3.2)固定在框架(2.3)的一个伸出部上。与该驱动系统驱动的运动、路径和方向一起，前进的联结器借助于倚靠在次级轮盘上而围绕后者旋转，朝初级轮盘(3.1)运动，再围绕初级轮盘(3.1)旋转并转动后者。该联结器在围绕初级轮盘旋转之后通过围绕另一个滑轮旋转连接到该驱动系统上，从而完成其循环。在本发明的一种应用中，该装置中有两个次级轮盘(3.2)。该联结器在围绕初级轮盘旋转之后再围绕另一个次级轮盘旋转并连结到另一个滑轮和该驱动系统上。在本发明的又一种应用中，该联结器通过装设与蜗轮装置(3.3)和驱动系统(3.8)的连接而围绕两个滑轮运动。当该联结器完成该平移运动时，它与次级轮盘(3.2)连接并使这个轮盘转动。使用联结器材料例如为带、狭条等等来相互传送初级轮盘(3.1)和次级轮盘(3.2)的旋转运动。因此，初级轮盘因次级轮盘旋转而旋转，而且当该初级轮盘旋转时，设置在其上的摇柄(3.7)转动该日光收集器。

当确定管(4.1)内的流体温度超过某一水平时，一个由起动该驱动系统的计算机给出的信号将运动传送到该蜗轮装置上，这个运动被传送到联结器(3.4)、次级轮盘(3.2)和初级轮盘(3.1)上；因此日光收集器(2)转动。在该转动过程的终点，太阳光线不再以所需的垂直轴线被接受，因此与原先相比只有较少的光线被收集在位于焦点的该管上。这种情况降低该管内的流体温度。

当确定在该收集装置(1)所处区域内的风速超过一个特殊水平时，一个由起动该驱动系统的计算机产生的信号将运动传送到该蜗轮装置上，这个运动被传送到联结器(3.4)、次级轮盘(3.2)和初级轮盘(3.1)上；因此日光收集器(2)被转动成该反射体内凹表面朝向地面。

热传送系统(4)是一种装置，在其中实现该管内达到高温值流体的冷却和加热过程，所述管沿着日光收集器的焦点延伸。在储存从该日光收集器流入到热流体箱内的流体之后，完成储存在蒸汽发生器内的高温流体的蒸发过程。

通过用所得饱和蒸汽加热多根水管来生成热水，而且这种热水被用于多种装置例如加热用的辐射器。在另一种应用中，水被用作流体而生成的热水被直接用作热水或用于多种装置中例如加热用的辐射器。

冷却过程可概述成下列步骤：

-将由该蒸汽发生器生成的饱和蒸汽输送到吸收冷却机(4.4)以便产生冷水。

-离开该吸收冷却机的冷水被用于多种气候装置中例如空气调节器，和多种冷却系统中例如用来冷却介质和/或物体的冰箱、深度冷冻机。

吸收冷却机按照以下原理工作：由于引入热蒸汽时溴化锂溶液变成泥浆状，而在该泥浆内的水因吸收该介质热量而蒸发，从而最终冷却该介质。

当日光能量用作为本发明对象的该日光收集装置转换成热能时，在该装置内循环的流体能被加热到极高的温度。在例如风速和管内循环流体温度超出预定水平的意外状态下，该装置用多个激励信号进行保护，所述激励信号由支持传感器和驱动系统的计算机生成。在作为 本发明对象的该装置中，生成的高温流体被用于加热和冷却系统两者。

Claims (6)

1.一种日光收集装置(1)，它包括至少一个接受太阳光线的内凹反射体(2.1)，以及流体在其中通过并且由该反射体接受的太阳光线在其上聚焦的管(4.1)，其特征为：

至少一个运转系统(3)，它围绕一根轴线转动这个反射体以便提供太阳光线的恒定垂直接收，

控制装置，它根据给定的坐标区域在365天/24小时内太阳位置有关的信息起动这个运转系统，

以及日光传感器，以及

至少一个驱动系统(3.8)，至少一个传送源于该驱动系统的动作的蜗轮装置(3.3)，至少一个由蜗轮装置传送的联结器(3.4)，至少一个能转动该联结器的滑轮(3.5)，与该联结器的运动一起旋转的至少一个次级轮盘(3.2)和至少一个初级轮盘(3.1)，以及安装在该日光收集器和初级轮盘上的摇柄(3.7)。

2.根据权利要求1所述的日光收集装置(1)，所述联结器(3.4)是钢丝索、狭条或带。

3.根据权利要求1所述的日光收集装置(1)，它包括：

用固体材料制成的框架(2.3)，它能平衡地设置在地面上，并连接形成该收集装置(1)的所有部件以便实现每个部件的功能。

4.根据权利要求3所述的日光收集装置(1)，

所述固体材料是铁。

5.根据上述权利要求中任何一项所述的日光收集装置的使用方法，它包括下述步骤：

将被该反射体接受的太阳光线聚焦在流体通过其中的该管上，

将通过该管的流体加热到高温，

用该被加热流体在一个蒸汽发生器内生成热蒸汽，

利用所述热蒸汽来加热和/或冷却场所和环境。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，吸收冷却机(4.4)被用来冷却环境。

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