CN205596038U - 定焦点菲涅尔太阳能聚光相变储能温差发电及热水装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种定焦点菲涅尔太阳能聚光相变储能温差发电及热水装置，包括菲涅尔透镜聚光器、相变储能箱、温差发电芯片组以及热水箱(25)，相变储能箱由相变储能箱主体(22)和吸热窗(18)组成，菲涅尔透镜聚光器的固定焦点对准吸热窗(18)，热水箱(25)置于相变储能箱(22)之上，热水箱(25)安装有进水管(23)和出水管(15)，温差发电芯片组(16)镶嵌于相变储能箱与热水箱之间。本实用新型通过菲涅尔透镜的固定焦点聚光，对相变储能箱中的相变储能材料加热，利用相变储能材料与热水箱中的热水之间的巨大温差，通过在相变储能箱和热水箱之间镶嵌温差发电芯片组发电，既能保证温差发电芯片组正常工作所需温差条件，又能生产热水。

Description

定焦点菲涅尔太阳能聚光相变储能温差发电及热水装置

技术领域

本实用新型属于太阳能开发利用技术领域，涉及一种太阳能热水装置，尤其涉及一种采用极轴式跟踪、能实现固定焦点聚光的菲涅尔透镜聚光相变储能温差发电及热水装置。

背景技术

全球化石能源供应紧张，影响着各国经济发展，而且目前急需解决的雾霾问题日益严重，传统的化石能源产生的废气不仅影响气候，而且严重威胁着人们的生活和身体健康，节能减排已成为世界各国的重大国策。而太阳能热利用在能源替代、减少排放、安全用能等方面优势明显。但当前市场上销售的太阳能热水器的集热器普遍为平板式和真空管式，价格不菲，而且使用时都是固定安装，没有聚光功能，入射阳光的能量密度低，也不能迎合阳光入射角度的变化，且受地球自转的影响，对太阳的集热时间短，因而，能量收集效率低，集热效果差。

同时日常生活中，人们除了对太阳能热水器生产的热水有需求外，对于电能的需求也较大，特别是随着智能手机，平板电脑等相关电子产品的普及，对于电能的需求进一步扩大。市场上现有的平板式和真空管式的太阳能热水器只能生产热水，不能产生电能。因此，将太阳能的光热利用和温差发电综合一体，对未来太阳能热水器的发展具有指导意义。

针对上述问题，很多聚光光伏发电集热装置专利提出了解决办法，采用低成本的透镜进行聚光以及由其构成的热水器就是其中一种，中国专利号201020049503.5，名称为″一种新型免跟踪太阳能聚光光伏发电集热装置”公开了一种由聚光透镜阵列、太阳能电池板阵列组成的免跟踪发电集热装置，该装置可实现免跟踪，但由于太阳光经聚光镜聚光后在太阳能电池板上所产生的热量不均匀，而且伴随着太阳的运动，其聚光光斑会产生衰变，从而不仅使集热装置对太阳能电池冷却效果不佳，同时对太阳能的利用降低，并且这对于要求在聚焦点安装比较大而复杂、与外界连通的设备的太阳能聚光系统来说就受到限制。为此，能实现焦点固定，太阳轨迹跟踪，并且太阳能先储存后释放的工作机制就显得非常重要和有实际应用价值，因为利用相变储能箱后，可实现太阳能缓慢平稳释放利用。

上述论述内容目的在于向读者介绍可能与下面将被描述和/或主张的本实用新型的各个方面相关的技术的各个方面，相信该论述内容有助于为读者提供背景信息，以有利于更好地理解本实用新型的各个方面，因此，应了解是以这个角度来阅读这些论述，而不是承认现有技术。

实用新型内容

本实用新型的目的在于避免现有技术中的不足而提供一种定焦点菲涅尔太阳能聚光相变储能温差发电及热水装置，其通过菲涅尔透镜的固定焦点聚光，提高入射阳光能量密度，利用相变储能材料与热水箱中的热水之间的温差，通过在相变储能箱和热水箱之间镶嵌温差发电芯片组发电，既能保证温差发电芯片组正常工作所需温差条件，又能生产热水，不仅大大提高了太阳能综合热利用效率，而且明显降低了生产成本，提高阳光利用效率。

本实用新型的目的通过以下技术方案实现：

提供一种定焦点菲涅尔太阳能聚光相变储能温差发电及热水装置，包括菲涅尔透镜聚光器、相变储能箱、温差发电芯片组以及热水箱，所述相变储能箱由相变储能箱主体和镶嵌在相变储能箱主体上的吸热窗组成，所述菲涅尔透镜聚光器的固定焦点对准所述吸热窗，所述热水箱置于相变储能箱之上，所述的热水箱安装有进水管和出水管，所述温差发电芯片组镶嵌于相变储能箱与热水箱之间。

其中，所述的相变储能箱主体外包保温层，其侧面安装有进料管、底部安装有泄料管，相变储能箱放置在底座上。

其中，所述吸热窗由锥形二次聚光器、吸热底板和强化传热器组成；所述的锥形二次聚光器外包高反射率反射膜，通过保温层与相变储能箱主体隔开，所述的吸热底板上涂有高吸收率吸热涂层，所述的强化传热器设置于相变储能箱主体内且与吸热底板紧密结合，强化传热器上带有若干根肋片。

其中，所述的热水箱外包保温层。

其中，所述温差发电芯片组利用保温隔热材料镶嵌于相变储能箱与热水箱之间，温差发电芯片组通过导线将其所发电能导出。

其中，所述菲涅尔透镜聚光器包括菲涅尔透镜、第一季节性手动调节导杆、第二季节性手动调节导杆、第三季节性手动调节导杆、撑杆、横轴、极轴、极轴跟踪转动控制系统以及底座支架；所述极轴跟踪转动控制系统安装在底座支架上，所述极轴可转动地安装在底座支架上，极轴一端与极轴跟踪转动控制系统的转动轴连接，另一端垂直固定在横轴的中点处；所述三根撑杆的一端分别固定在横轴的两端及中点处，另一端分别与第一季节性手动调节导杆、第二季节性手动调节导杆、第三季节性手动调节导杆固定连接；所述菲涅尔透镜边框上设置有可分别滑动并定位卡在第一季节性手动调节导杆、第二季节性手动调节导杆、第三季节性手动调节导杆上的三个卡子。

其中，所述第一季节性手动调节导杆、第二季节性手动调节导杆、第三季节性手动调节导杆上分别设有根据季节变化而设置的卡位槽，所述卡位槽供卡子卡位和固定。

其中，所述第一季节性手动调节导杆、第二季节性手动调节导杆为弧形杆，所述卡位槽设置在弧形杆的侧面上。

其中，所述第三季节性手动调节导杆为弧形杆，所述卡位槽设置在弧形杆的内圈上。

其中，所述菲涅尔透镜为圆形，向下聚光，菲涅尔透镜边缘由金属框架包裹，三个卡子设置在金属框架上。

由于采用了上述的结构，本实用新型的有益效果：

1.与大多数聚光热水装置相比，该装置实现了固定焦点聚光，特别是实现了菲涅尔透镜的固定焦点聚光，相变储能箱、温差发电芯片组、热水箱等无需跟随聚光装置转动，在大大提高太阳能收集效率的情况下，实现相变储能箱的固定吸热和储热；

2.与大多数碟式和槽式向上聚光相比，该菲涅尔透镜向下聚光，能克服碟式和槽式聚光弧形内凹面向上反射聚光时，焦点处较大的吸热装置遮挡太阳光线的缺点；

3.与大多数温差发电装置相比，该装置利用相变储能材料与热水之间的巨大温差，通过在相变储能箱和热水箱之间镶嵌温差发电芯片组发电，保证了温差发电芯片组正常工作所需温差条件，又能生产热水，大大提高了太阳能综合热利用效率。

4.本实用新型通过季节性手动调节和步进转动装置相结合，将复杂的二维跟踪转化为一维的相对简单且易于控制的步进调节，便于计算机控制，调和了跟踪精度与运行成本之间的矛盾。由于只需转动聚光装置，故其转动控制只需要一个小功率的步进电机，大大降低了该装置的生产成本。

附图说明

利用附图对本实用新型作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本实用新型的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。

图1为定焦点菲涅尔太阳能聚光相变储能温差发电及热水装置的结构示意图。

图2为菲涅尔聚光透镜卡子位置及结构示意图。

图3为第一、第二季节性手动调节导杆的结构示意图。

图4为第三季节性手动调节导杆的结构示意图。

图5为吸热窗安装在相变储能箱主体上的结构示意图。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细的描述，需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

如图1至图5所示，本实用新型所述的定焦点菲涅尔太阳能聚光相变储能温差发电及热水装置，包括菲涅尔透镜聚光器、相变储能箱、温差发电芯片组以及热水箱25，所述相变储能箱由相变储能箱主体22和镶嵌在水箱主体上的吸热窗18所组成，所述菲涅尔透镜聚光器的固定焦点对准热吸热窗18，所述热水箱25置于相变储能箱22之上，所述温差发电芯片组16利用保温隔热材料17镶嵌于相变储能箱与热水箱之间。所述的相变储能箱主体22外包保温层，其侧面安装有进料管24，底部安装有泄料管20，相变储能箱放置在底座21上。所述吸热窗18由锥形二次聚光器30、吸热底板31和强化传热器32组成；所述的锥形二次聚光器30外包高反射率反射膜，通过保温层与相变储能箱主体隔开；所述的吸热底板31上涂有高吸收率吸热涂层；所述的强化传热器32设置于相变储能箱主体22内且与吸热底板31紧密结合，强化传热器32上带有若干根肋片，以将吸热底板31聚集的热量传入相变储能箱底部。所述的聚光器在跟踪太阳转动时，所述的相变储能箱、温差发电芯片组、热水箱等无需跟随聚光器转动，通过聚光器的固定焦点聚光，聚集的阳光始终对准相变储能箱22的吸热窗18，以提高入射阳光能量密度和阳光利用效率。所述温差发电芯片组16利用保温隔热材料17镶嵌于相变储能箱22与热水箱25之间，利用导线将其所发电能导出，既保证了温差发电芯片组正常工作所需温差条件，又能生产热水，大大提高了太阳能综合热利用效率。

所述菲涅尔透镜聚光器包括菲涅尔透镜1、第一季节性手动调节导杆2、第二季节性手动调节导杆3、第三季节性手动调节导杆4、撑杆5、6、7、横轴8、极轴9、极轴跟踪转动控制系统13以及底座支架14；所述极轴跟踪转动控制系统13安装在底座支架14上，所述极轴9可转动地安装在底座支架14上，极轴9由轴承10、11支撑安装在底座支架14上。极轴9一端通过联轴器12与极轴跟踪转动控制系统13的转动轴连接，另一端垂直固定在横轴8的中点处；所述三根撑杆5、6、7的一端分别固定在横轴8的两端及中点处，另一端分别与第一季节性手动调节导杆2、第二季节性手动调节导杆3、第三季节性手动调节导杆4固定连接；所述菲涅尔透镜1边框上设置有可分别滑动并定位卡在第一季节性手动调节导杆2、第二季节性手动调节导杆3、第三季节性手动调节导杆4上的三个卡子27、28、29。所述第一季节性手动调节导杆2、第二季节性手动调节导杆3、第三季节性手动调节导杆4上分别设有根据季节变化而设置的卡位槽33，卡位槽33沿导杆的长度方向设置，所述卡位槽33供卡子卡位和固定。所述菲涅尔透镜1为圆形，向下聚光，菲涅尔透镜1边缘由金属框架22包裹，三个卡子23、24、25设置在金属框架26上。三个卡子27、28、29与菲涅尔透镜1中心的三根连线中，相邻连线形成的角度为90度。所述第一季节性手动调节导杆2、第二季节性手动调节导杆3为弧形杆，所述卡位槽33设置在弧形杆的侧面上，卡位槽33分布的形状为弧形，与弧形杆的中心弧形线重合。所述第三季节性手动调节导杆4为弧形杆，所述卡位槽33设置在弧形杆的内圈上，卡位槽33分布的形状为弧形，与弧形杆的中心弧形线共圆心。

上面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是，本实用新型还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，不能理解为对本实用新型保护范围的限制。

总之，本实用新型虽然例举了上述优选实施方式，但是应该说明，虽然本领域的技术人员可以进行各种变化和改型，除非这样的变化和改型偏离了本实用新型的范围，否则都应该包括在本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种定焦点菲涅尔太阳能聚光相变储能温差发电及热水装置，其特征在于：包括菲涅尔透镜聚光器、相变储能箱、温差发电芯片组以及热水箱(25)，所述相变储能箱由相变储能箱主体(22)和镶嵌在相变储能箱主体上的吸热窗(18)组成，所述菲涅尔透镜聚光器的固定焦点对准所述吸热窗(18)，所述热水箱(25)置于相变储能箱(22)之上，所述的热水箱(25)安装有进水管(23)和出水管(15)，所述温差发电芯片组(16)镶嵌于相变储能箱与热水箱之间。

2.根据权利要求1所述的定焦点菲涅尔太阳能聚光相变储能温差发电及热水装置，其特征在于：所述的相变储能箱主体(22)放置在底座(21)上，相变储能箱主体(22)外包保温层，其侧面安装有进料管(24)，底部安装有泄料管(20)。

3.根据权利要求2所述的定焦点菲涅尔太阳能聚光相变储能温差发电及热水装置，其特征在于：所述吸热窗(18)由锥形二次聚光器(30)、吸热底板(31)和强化传热器(32)组成；所述的锥形二次聚光器(30)外包高反射率反射膜，通过保温层与相变储能箱主体隔开，所述的吸热底板(31)上涂有高吸收率吸热涂层，所述的强化传热器(32)设置于相变储能箱主体(22)内且与吸热底板(31)紧密结合，强化传热器(32)上带有若干根肋片。

4.根据权利要求1所述的定焦点菲涅尔太阳能聚光相变储能温差发电及热水装置，其特征在于：所述的热水箱(25)外包保温层。

5.根据权利要求1所述的定焦点菲涅尔太阳能聚光相变储能温差发电及热水装置，其特征在于：所述温差发电芯片组(17)利用保温隔热材料(16)镶嵌于相变储能箱(22)与热水箱(25)之间，温差发电芯片组(17)通过导线将其所发电能导出。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的定焦点菲涅尔太阳能聚光相变储能温差发电及热水装置，其特征在于：所述菲涅尔透镜聚光器包括菲涅尔透镜(1)、第一季节性手动调节导杆(2)、第二季节性手动调节导杆(3)、第三季节性手动调节导杆(4)、撑杆(5、6、7)、横轴(8)、极轴(9)、极轴跟踪转动控制系统(13)以及底座支架(14)；所述极轴跟踪转动控制系统(13)安装在底座支架(14)上，所述极轴(9)可转动地安装在底座支架(14)上，极轴(9)一端与极轴跟踪转动控制系统(13)的转动轴连接，另一端垂直固定在横轴(8)的中点处；所述三根撑杆(5、6、7)的一端分别固定在横轴(8)的两端及中点处，另一端分别与第一季节性手动调节导杆(2)、第二季节性手动调节导杆(3)、第三季节性手动调节导杆(4)固定连接；所述菲涅尔透镜(1)边框上设置有可分别滑动并定位卡在第一季节性手动调节导杆(2)、第二季节性手动调节导杆(3)、第三季节性手动调节导杆(4)上的三个卡子(27、28、29)。

7.根据权利要求6所述定焦点菲涅尔太阳能聚光相变储能温差发电及热水装置，其特征在于：所述第一季节性手动调节导杆(2)、第二季节性手动调节导杆(3)、第三季节性手动调节导杆(4)上分别设有根据季节变化而设置的卡位槽(33)，所述卡位槽(33)供卡子卡位和固定。

8.根据权利要求7所述定焦点菲涅尔太阳能聚光相变储能温差发电及热水装置，其特征在于：所述第一季节性手动调节导杆(2)、第二季节性手动调节导杆(3)为弧形杆，所述卡位槽(33)设置在弧形杆的侧面上。

9.根据权利要求7所述定焦点菲涅尔太阳能聚光相变储能温差发电及热水装置，其特征在于：所述第三季节性手动调节导杆(4)为弧形杆，所述卡位槽(33)设置在弧形杆的内圈上。

10.根据权利要求6所述定焦点菲涅尔太阳能聚光相变储能温差发电及热水装置，其特征在于：所述菲涅尔透镜(1)为圆形，向下聚光，菲涅尔透镜(1)边缘由金属框架(26)包裹，三个卡子(27、28、29)设置在金属框架(26)上。