CN201903038U - 一种太阳能蒸汽发生器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种太阳能蒸汽发生器，包括开口朝向太阳的内球面反光镜，内球面反光镜内壁上安装有转动支架，转动支架上通过转轴与摆臂中部铰接在一起，摆臂一端固设有蒸发球，摆臂上安装有与蒸发球内腔连通的进水管和出气管，转动支架上安装有驱动摆臂俯仰的俯仰机构，摆臂另一端安装有感应太阳光直射信号的光线传感器，转动支架上安装有与光线传感器电连接的控制器，控制器根据光线传感器的信号控制转动机构和俯仰机构动作，并使蒸发球中心在内球面反光镜所包含的1/2半径球面轨迹上移动。采用这种结构的太阳能蒸汽发生器结构合理，运行稳定，污染少，且使用及维护成本低，适合在各种蒸汽需求场合使用，尤其适合在光照充足的地区使用。

Description

一种太阳能蒸汽发生器

技术领域

本实用新型涉及一种太阳能蒸汽发生器。

背景技术

蒸汽发生器，顾名思义，就是通过加热方式将水从液态转化为气态的热交换设备。根据工作方式的不同，蒸汽发生器可分为直流式蒸汽发生器和饱和蒸汽发生器两种。直流式蒸汽发生器可以产生具有一定压力的过热蒸汽，结构简单，技术含量 较高。饱和蒸汽发生器因为需要汽水分离器、干燥器等辅助设备的支持，结构复杂，操作繁琐，故障率较高。传统蒸汽发生器无论是直流式蒸汽发生器还是饱和式蒸汽发生器，一般都是通过燃烧煤炭或石油的加热方式来产生热量，并通过热交换方式最终获得蒸汽，因此热能利用率较低，而且煤炭燃烧时会产生大量的烟尘和烟气，极易造成环境污染。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题，是针对上述不足提供一种结构合理，运行稳定，污染少，且使用及维护成本低的太阳能蒸汽发生器。

为解决上述技术问题，本太阳能蒸汽发生器的结构特点是：包括开口朝向太阳的内球面反光镜，内球面反光镜内壁上安装有通过转动机构连接的转动支架，转动支架上通过转轴与摆臂中部铰接在一起，摆臂靠近内球面反光镜的一端固设有蒸发球，蒸发球绕转轴俯仰的中心与内球面反光镜的球心重合，摆臂上安装有与蒸发球内腔连通的进水管和出气管，转动支架上安装有驱动摆臂俯仰移动的俯仰机构，摆臂上还安装有感应太阳光直射信号的光线传感器，转动支架上安装有与光线传感器电连接的控制器，控制器根据光线传感器的信号控制转动机构和俯仰机构动作，并使蒸发球中心在内球面反光镜所包含的1/2半径球面轨迹上移动。

本结构的太阳能蒸汽发生器是通过球面聚焦加热和实时追踪加热结构来实现结构合理，运行稳定，污染少，且使用及维护成本低的。

球面聚焦加热结构主要包括开口朝向太阳设置的内球面反光镜，内球面反光镜内壁上通过转动机构安装有转动支架，转动支架上通过转轴铰接有摆臂，摆臂靠近内球面反光镜的一端固设有蒸发球。转动支架和摆臂的主要作用是支撑蒸发球，摆臂上设有与蒸发球内腔连通的进水管和出气管，这样，就可以通过进水管向蒸发球内供水，并通过出气管将蒸汽输出。蒸发球的球心位于内球面反光镜的1/2半径球面轨迹上，也就是说，蒸发球的外表面位于内球面反光镜1/2半径附近。当太阳光沿内球面反光镜球心至蒸发球球心方向照射内球面反光镜时，照射到内球面反光镜内壁不同位置上的太阳光线都会发生反射，而且大部分反射光线都会向穿过内球面反光镜球心太阳光与内球面反光镜所包含1/2半径球形轨迹的交点方向反射，而蒸发球球心与该交点重合，因此，照射到内球面反光镜的绝大部分反射光线都会射向蒸发球外壁，这样就起到了聚焦加热的作用，使太阳光能量迅速聚集到蒸发球，也就起到了快速加热蒸发球内自来水的作用。内球面反光镜的半径越大，聚焦的太阳能越多，其聚焦加热效果越好，可以使蒸发球内自来水快速蒸发成蒸汽。

实时追踪加热结构主要包括安装在摆臂远离蒸发球一端的光线传感器和安装在转动支架上的俯仰机构，转动支架上还安装有与光线传感器电连接的控制器，还包括安装在转动支架和内球面反光镜之间的转动机构。光线传感器的主要作用是实时检测太阳光照射的方位和偏离角度，并将该信号传递给控制器，控制器将根据该信号的信息控制转动机构和俯仰机构做出相应动作。转动机构的主要作用是在控制器控制下，驱动转动支架绕转动轴心线做正向或反向转动，这样就在摆臂不动的情况下，使蒸发球球心在内球面反光镜1/2半径圆的平面轨迹内移动。同样道理，俯仰机构的主要作用是在控制器控制下，驱动摆臂绕转轴做上仰移动或下俯移动，这样就在转动支架静止的情况下，使蒸发球球心在内球面反光镜1/2半径圆的平面轨迹内移动。所述转动机构控制蒸发球移动的平面轨迹与俯仰机构控制蒸发球移动的平面轨迹是互相垂直的，也就是说，如果转动机构控制蒸发球在水平平面轨迹内移动，则俯仰机构就控制蒸发球在竖直平面轨迹内移动。当控制器同时控制转动机构和俯仰机构驱动蒸发球移动时，蒸发球球心将在所述内球面反光镜所包含内球面反光镜1/2半径限定的球形轨迹上移动，也就是说，控制器在获得光线传感器的感应信号后，可以控制蒸发球球心与内球面反光镜球心连线实时追踪太阳光光线并与太阳光光线在最短的时间内保持平行，这样就实现了使蒸发球实时被太阳光的反射光线聚焦加热的目的，大大提高了蒸汽产生效率。

作为一种实现方式，所述转动机构包括与内球面反光镜固接的滑座，滑座中部固设有与转动轴心线同轴设置的滑筒，滑座上设有与转动支架固接的转盘，转盘外周均布有轮齿，转盘中部固接有插入滑筒内的转筒，转筒和滑筒间安装有轴承，滑座上安装有转动电机，转动电机与控制器电连接，转动电机的输出轴上安装有驱动转盘转动的转动齿轮。

该转动机构是通过齿轮传动结构实现驱动转动支架动作的。滑座的主要作用是支撑转盘，滑座上固接的滑筒可以为转筒转动进行限位，可有效保证转筒和滑筒同轴转动。转筒和滑筒间的轴承可以使转筒相对滑筒转动时更顺畅，控制起来更快速。转动电机通过转动齿轮驱动转盘转动，可以使传动更精密，有助于提高控制精度。在白天当太阳升起并不断向西移动时，转动电机在控制器控制下正转以驱动转盘正转，转盘驱动转动支架同角度转动，这样，蒸发球将在转动支架的转动力下同角度转动，直到蒸发球球心与内球面反光镜球心连线与太阳光管线平行。当太阳下落后，控制器将控制转动电机反转并到达初始位置，第二天开始时，重复上述过程，并根据光线传感器的实际信号实时修正蒸发球的移动轨迹，以保证蒸发球球心与内球面反光镜球心连线在不同季节都与太阳光光线平行。

作为一种实现方式，所述俯仰机构包括安装在转动支架上的俯仰电机，俯仰电机与控制器电连接，俯仰电机的输出轴上安装有线辊，线辊上缠绕有拉绳，拉绳末端与摆臂远离蒸发球的一端连接在一起。

本实施例是通过收缩和释放拉绳方式来控制摆臂绕转轴转动的。将俯仰电机设置在转动支架上，俯仰电机与控制器的距离更短，控制更方便。俯仰电机输出轴上安装有线辊，线辊与摆臂末端之间设置有拉绳，拉绳一端缠绕在线辊上，拉绳另一端与远离蒸发球的摆臂端部固接在一起。当太阳升高时，俯仰电机在控制器控制下反转以释放拉绳，这样，蒸发球在重力下将下移，直到蒸发球球心与内球面反光镜球心连线与太阳光管线平行。同样道理，当太阳降低时，控制器将控制转动电机正转以拉紧拉绳，这样，摆臂在拉绳拉动下将翘起蒸发球，直到蒸发球球心与内球面反光镜球心连线与太阳光光线平行，因此，可以使蒸发球时时被太阳光反射光线聚焦加热。

作为改进，内球面反光镜和滑座之间还固接有固定支架。

在滑座和内球面反光镜之间设置固定支架，可以起到抬高转动机构的作用，这样就相对减少了转动支架沿转动轴心线的延伸长度，使转动机构驱动转动支架转动时，转动支架在径向上的晃动更小，转动更稳定，有助于本太阳能蒸汽发生器稳定运行。

作为一种实现方式，所述蒸发球包括圆形或椭圆形球体，球体上部固设有与出气管连接的出气口，球体上还固设有与进水管连接的进水口，球体外部套装有夹持大半个球体的罩筒，罩筒口部固设有将球体与罩筒内腔卡紧在一起的限位环，球体外壁和罩筒内壁间填充有隔热层，罩筒外壁上包裹有保温层，罩筒底部与摆臂端部固接在一起。

本蒸发球的球体设计成圆形或椭圆形，当太阳光反射光线照射时将球体内自来水受热更加均匀，有效避免一点加热或一面加热导致的寿命短及水垢快速形成问题。球体外部套装有一端开口的罩筒，罩筒开口向下套装在球体的上半部分及中下部的一小部分，这样既利用了太阳反射光照射不到的球体上半部分，将罩筒与球体卡紧在一起，又将太阳光反射光线能够照射到的球体下半部分充分暴露出来，有助于提高加热效果。罩筒底部与摆臂端部固接在一起，这样通过罩筒可以方便驱动蒸发球移动。罩筒口部固设有将球体卡紧在罩筒内腔中的限位环，可以使罩筒与球体连接更可靠。罩筒内壁和球体外壁间填充的隔热层可以起到隔热保温的作用，可有效避免高温蒸汽的热量通过球体上半部分散出。罩筒外部设置的保温层可以进一步提高保温效果。

作为改进，所述球体内固设有与进水口连通的延长管，延长管出水端位于球体底部。

在蒸发球球体内设置与进水口连接的延长管，可以使自来水进入球体时能够沿延长管流动。将延长管出水端设置到球体内腔底部，不但可以使自来水进入球体后能够直接进入球体底部进行加热，还能有效避免蒸汽通过进水口窜入进水管内，实现了水汽分离，工作更可靠。

作为进一步改进，所述球体裸露外壁上均布有凹凸点。

在蒸发球球体外壁上设置凹凸点可以减少球体外壁对太阳光反射光线的反射，有助于提高加热效率。

作为改进，所述罩筒内壁与球体对应外壁之间固设有连接柱。

在罩筒和球体之间设置连接柱，可以在尽可能将球体和罩筒隔离的情况下，提高罩筒与球体的连接强度，既保证了隔热效果，又提高了结构稳定性。

作为进一步改进，所述球体内壁下部均布有向球体中心延伸的加热棒。

在球体内壁上固设加热棒，可以增大球体与球体内热水的接触面积，有助于提高球体的吸热效率和散热效率，可以起到提高蒸汽产生效率的作用。

综上所述，采用这种结构的太阳能蒸汽发生器结构合理，运行稳定，污染少，且使用及维护成本低，适合在各种蒸汽需求场合使用，尤其适合在光照充足的地区使用。

附图说明

结合附图对本实用新型做进一步详细说明：

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为蒸发球的结构示意图；

图3为蒸汽发生器在太阳光线小角度照射时的结构示意图；

图4为蒸汽发生器在太阳光线大角度照射时的结构示意图；

图5为图1的A部放大图；

图6为图4的俯视图。

图中：5为内球面反光镜，6为转筒，7为控制器，8为转轴，9为摆臂，10为蒸发球，11为进水管，12为出气管，13为滑座，14为滑筒，15为转盘，16为转动支架，17为光线传感器，18为轴承，19为转动电机，20为转动齿轮，21为俯仰电机，22为线辊，23为拉绳，24为固定支架，25为球体，26为罩筒，27为限位环，28为隔热层,29为保温层，30为延长管，31为凹凸点，32为配重块，33为吊臂，34为连接柱，35为加热棒。

具体实施方式

如图1所示，该太阳能蒸汽发生器包括一端开口的内球面反光镜5，内球面反光镜5的内壁为1/4球面，内球面反光镜5的口部斜向上设置，且内球面反光镜5内壁底部与水平面相切设置，内球面反光镜5内壁侧部与竖直面相切设置。内球面反光镜5底部固设有竖直设置的固定支架24，固定支架24朝向内球面反光镜5的球心方向延伸，固定支架24顶部固定安装有滑座13，滑座13为水平设置的圆板，滑座13水平面中部固设有滑筒14，滑筒14为上下贯通的圆管。如图5所示，滑座13上端面上设有转盘15，转盘15中部固设有插入滑筒14内的转筒6，转筒6与滑筒14之间安装有轴承18，这样，转盘15和转筒6就可以相对滑座13和滑筒14转动。转盘15为水平设置的圆盘，转盘15圆周上均布有轮齿。滑座13上安装有转动电机19，转动电机的输出轴上安装有转动齿轮20，转动齿轮20与转盘15啮合传动，这样，当转动电机19得电时，转动电机19便通过转动齿轮20驱动转盘15相对滑座13转动。转盘15上端面上固定安装有竖直设置的转动支架16，转动支架16顶部通过转轴8铰接有摆臂9，摆臂9横截面为圆形，摆臂9的中部与转动支架16顶部铰接在一起。转轴8轴心线与转动支架16转动轴心线相交，而且两者的交点与内球面反光镜5的球心重合，这样，无论摆臂9俯仰到何处，摆臂9的轴心线都与内球面反光镜5的某一个半径延伸线重合。摆臂9靠近内球面反光镜5的一端固定安装有蒸发球10，蒸发球10的球心位于内球面反光镜5的1/2半径轨迹上。

如图2所示，蒸发球10包括球体25，球体25为由不锈钢材料制成的椭圆形密闭腔体，球体25下部外壁上均布有凹凸点31。因为连接蒸发球10的摆臂9轴心线与内球面反光镜5某半径重合，当太阳光沿摆臂9延伸方向照射内球面反光镜5时，太阳光照射到内球面反光镜5上后的反射光线都会集中照射到球体25下部，设置凹凸点31有助于减少反光，大大提高太阳光利用率。在具体生产时，也可将球体25暴露的外壁部分设为多孔的网状结构，同样可以起到吸收光线避免反光的作用。球体25内壁下部均布有加热棒35，加热棒35的主要作用是增大球体25与球体25内热水的接触面积，以提高球体25吸收太阳光的效率和向热水释放热量的效率，从而起到提高蒸汽产生效率的作用。球体25外部套装有一个一端开口的罩筒26，罩筒26的形状与球体25形状相似，为一端开口的椭圆形筒。罩筒26开口向下设置，并从上向下套装住大半个球体25，罩筒26口部固设有与球体25外壁卡紧在一起的限位环27，这样，不但将罩筒26与球体25紧紧卡位在一起，还将球体25下部充分暴露出来，以便于球体25充分接收太阳光照射。罩筒26内壁与球体25外壁间对应固接有连接柱34，这样可以增强球体25和罩筒26的连接牢靠性。罩体26底部与摆臂9端部固接在一起，这样，摆臂9就可以通过罩筒26控制蒸发球10的移动。球体25上设有进水口，摆臂9上安装有与进水口连通的进水管11，这样，通过进水管11就可以很方便地向蒸发球10供水。球体25内腔中设置有延长管30，延长管30上端与进水口连通，延长管30下端延伸到球体25内腔底部，这样可以将自来水直接送入球体25底部进行加热，而且也避免了高温蒸汽通过进水口窜入进水管11内。球体25上部设置有出气口，摆臂9上安装有与出气口连通的出气管12，这样，球体25内产生的高温蒸汽可以通过球体上部的出气口顺利排出，有助于该太阳能蒸汽发生器稳定运行。进水管11和出气管12外壁上设有有保温层，可以起到保持蒸汽和自来水温度的作用，有助于提高蒸汽含量。罩筒26内壁尺寸比球体25外壁尺寸稍大，罩筒26内壁和球体25外壁之间的空隙中填充有隔热层28，可以起到保持球体25温度和防止球体25温度通过与之连接的罩筒26及摆臂9扩散的目的。罩筒26外壁上包裹有保温层29，可以进一步防止球体25本体温度扩散，有利于提高蒸汽产生效率。

如图1所示，转动支架16上安装有俯仰电机21，俯仰电机21的输出轴上固定安装有线辊22，线辊22上固定缠绕有拉绳23，拉绳23另一端与摆臂9远离蒸发球10的一端固定连接。转轴8两侧的摆臂9间设有一个夹角，这样，俯仰电机21通过拉绳23拉动摆臂9时将更加省力，且能有效避免摆臂9的俯仰移动死角。转轴8上还铰接有向上延伸的吊臂33，吊臂33上部通过吊绳与摆臂9两端拉紧在一起，这样可以起到加强摆臂9支撑强度的作用。摆臂9一端受蒸发球10及蒸发球10内自来水重力作用，摆臂9另一端受拉绳23拉力作用，自然状态下两者达到平衡状态。与拉绳23连接的摆臂9端部安装有配重块32，这样可以减轻拉绳23受力程度，有助于延长其使用寿命。摆臂9上安装有光线传感器17，光线传感器17的受光面与连接蒸发球10的摆臂9轴线垂直，光线传感器17上有输出上下左右四个方位光强弱信号的输出线。转动支架16上安装有控制器7，光线传感器17的输出线与控制器输入端对应电连接，光线传感器17实时向控制器传送摆臂9所处位置的太阳光照射信号。控制器7的输出端与转动电机19和俯仰电机21电连接，控制器7根据光线传感器17的信号控制转动电机19和俯仰电机21动作，从而调整蒸发球10球心在1/2内球面反光镜5半径轨迹上的位置，以使太阳光照射内球面反光镜5的绝大部分反射光线时时聚焦在蒸发球10的外壁上。

如图3所示，在上午9点钟时，太阳高度较低，此时太阳光照射到内球面反光镜5上的光线与水平面的夹角较小，图3所示，该夹角为30度。如果此时连接蒸发球10的摆臂9与水平面的夹角不是30度，摆臂9上的光线传感器17迎光面与太阳光线不是垂直相交，则光线传感器17感应上下方位的两个传感器就会向控制器7传递不同的光强度信号，控制器7根据两者的差值控制俯仰电机21正转或反转，直到使光线传感器17上下方位的两个光传感器传回的光强度信号达到一致，此时，摆臂9与水平面的夹角即达到30度。但是如果此时摆臂9在水平方向上与太阳光照射光线存在夹角时，即使光线传感器17上下方位的光传感器传回的光强度信号相同，光线传感器17左右方位的光传感器传回的光强度信号也不相同，控制器7根据两个信号的差值控制转动电机19正转或反转，直到与蒸发球10连接的摆臂9的轴心线与太阳光平行。此时光传感器17的四根信号线传回的信号相同，也就是说摆臂9在控制器7的控制下追踪到了太阳光线，这样，太阳光照射到内球面反光镜5内壁后的反射光线大部分都聚集到内球面反光镜1/2半径轨迹与此时穿过内球面反光镜5球心太阳光交点附近。而所述内球面反光镜1/2半径轨迹与此时穿过内球面反光镜5球心太阳光交点就是此时的蒸发球10的球心，也就是说，太阳光照射到内球面反光镜5内壁后的反射光线大部分都聚集到蒸发球10上，准确地说是蒸发球10的球体25下半部分，这样，太阳光就可以集中加热蒸发球10使蒸发球内自来水被迅速加热并转化成高温蒸汽。如图4、图6所示所示，当正午时，太阳光照射到内球面反光镜5内壁上的照射光线与水平面夹角最大，此时控制器7将根据光线传感器17传送来的信号及时调整转动电机19和俯仰电机21转动，直到连接蒸发球10的摆臂9轴心线与太阳光照射线达到平行，控制过程与上述过程相似，在此不再细述。

该太阳能蒸汽发生器利用太阳光的热量产生蒸汽，通过聚焦加热和实时追踪功能，使蒸发球10实时处于太阳光反射光线的聚焦范围内，大大提高了太阳能的利用效率，有助于快速产生高温蒸汽。

在本实施例中，内球面反光镜5包括内球面反光镜镜面和设置在内球面反光镜镜面后部的支撑体两大部分，因为内球面反光镜镜面易于做得很大，如直径可为数百米至上千米，故支撑体可以由钢筋骨架、楼房墙体、山崖坡或混凝土来实现，其结构属于公知技术在此不再细述。在具体生产制造时，也可将内球面反光镜镜面和支撑体做成一体结构，如一体式的不锈钢内球面反光镜体，结构和工作原理类似，不再细述。光线传感器17、转动电机19和俯仰电机21都是从市场上购买的现成产品，控制器7采用常规公知电路，其结构和工作原理属于公知技术，在此不再细述。

Claims (9)

1.一种太阳能蒸汽发生器，其特征是：包括开口朝向太阳的内球面反光镜（5），内球面反光镜（5）内壁上安装有通过转动机构连接的转动支架（16），转动支架（16）上通过转轴（8）与摆臂（9）中部铰接在一起，摆臂（9）靠近内球面反光镜（5）的一端固设有蒸发球（10），蒸发球（10）绕转轴（8）俯仰移动的中心与内球面反光镜（5）的球心重合，摆臂（9）上安装有与蒸发球（10）内腔连通的进水管（11）和出气管（12），转动支架（16）上安装有驱动摆臂（9）俯仰的俯仰机构，摆臂（9）上还安装有感应太阳光直射信号的光线传感器（17），转动支架（16）上安装有与光线传感器（17）电连接的控制器（7），控制器（7）根据光线传感器（17）的信号控制转动机构和俯仰机构动作，并使蒸发球（10）中心在内球面反光镜（5）所包含的1/2半径球面轨迹上移动。

2.如权利要求1所述的太阳能蒸汽发生器，其特征是：所述转动机构包括与内球面反光镜（5）固接的滑座（13），滑座（13）中部固设有与转动轴心线同轴设置的滑筒（14），滑座（13）上设有与转动支架（16）固接的转盘（15），转盘（15）外周均布有轮齿，转盘（15）中部固接有插入滑筒（14）内的转筒（6），转筒（6）和滑筒（14）间安装有轴承（18），滑座（13）上安装有转动电机（19），转动电机（19）与控制器（7）电连接，转动电机（19）的输出轴上安装有驱动转盘（15）转动的转动齿轮（20）。

3.如权利要求1所述的太阳能蒸汽发生器，其特征是：所述俯仰机构包括安装在转动支架（16）上的俯仰电机（21），俯仰电机（21）与控制器（7）电连接，俯仰电机（21）的输出轴上安装有线辊（22），线辊（22）上缠绕有拉绳（23），拉绳（23）末端与摆臂（9）远离蒸发球（10）的一端连接在一起。

4.如权利要求1、2或3所述的太阳能蒸汽发生器，其特征是：内球面反光镜（5）和滑座（13）之间还固接有固定支架（24）。

5.如权利要求4所述的太阳能蒸汽发生器，其特征是：所述蒸发球（10）包括圆形或椭圆形球体（25），球体（25）上部固设有与出气管（12）连接的出气口，球体（25）上还固设有与进水管（11）连接的进水口，球体（25）外部套装有夹持大半个球体（25）的罩筒（26），罩筒（26）口部固设有将球体（25）与罩筒（26）内腔卡紧在一起的限位环（27），球体（25）外壁和罩筒（26）内壁间填充有隔热层（28），罩筒（26）外壁上包裹有保温层（29），罩筒（26）底部与摆臂（9）端部固接在一起。

6.如权利要求6所述的太阳能蒸汽发生器，其特征是：所述球体（25）内固设有与进水口连通的延长管（30），延长管（30）出水端位于球体（25）底部。

7.如权利要求6所述的太阳能蒸汽发生器，其特征是：所述球体（25）裸露外壁上均布有凹凸点（31）。

8.如权利要求7所述的太阳能蒸汽发生器，其特征是：所述罩筒（26）内壁与球体（25）对应外壁之间固设有连接柱（34）。

9.如权利要求8所述的太阳能蒸汽发生器，其特征是：所述球体（25）内壁下部均布有向球体（25）中心延伸的加热棒（35）。

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