CN212511846U - 一种太阳能集热器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种太阳能集热器。该设备的主体结构是一个球型油罐，油罐内部盛放耐高温的导热油；油罐上设置了一个薄壁桶型结构的、凹进油罐内部的光热转化器，进入光热转化器内部的光线被器壁多次反射之后会转化为热量并加热导热油；为了储存导热油的热量，光热转化器的入口处设置有保温玻璃窗，油罐的外部覆盖有保温材料；油罐上设置有支撑环，连接到外部支撑机构之后，整个设备可进行圆周运动。该设备的主要功能是：将阳光转化200摄氏度以上的高品位热能并保温储能，并在支撑机构上进行圆周转动。该设备结构简洁、成本低廉，适用于制作低成本的光热利用产品。

Description

一种太阳能集热器

技术领域

本实用新型涉及太阳能领域，尤其是涉及一种太阳能集热器。

背景技术

目前，太阳能利用的方法主要有两种：生产热水和发电。前者的技术路线主要是家用太阳能热水器和商用热水系统，后者的技术路线主要是光伏电站和光热电站。应用最为广泛的技术路线是家用太阳能热水器、商用热水系统和光伏电站，而光热电站总体上仍然处于示范性项目阶段，距离大规模商业化仍然遥遥无期。光热电站难以大规模商业化的原因主要是：槽式光热电站和塔式光热电站需要建设在广阔的平整地面上，规模越大成本越低，无法实现小型的分布式电站，因此高度依赖政府投资的大型电站项目，产量很难提高，而低产量又反过来制约了产业链的成熟和成本的下降；碟式光热电站虽然适合实现分布式电站，但是斯特林发动机的制造成本实在太高，很难降到与光伏相当的水平。

家用太阳能热水器和商用热水系统的主要缺点有：(1)不能主动跟踪太阳，集热效率不够高；(2)水箱和真空管内长期储水，会结水垢；(3)在严寒地区使用时，存在结冰爆裂的隐患；(4)不能发电，也不能生产蒸汽，适用范围不广；(4)不好看。

光伏电站的主要缺点有：(1)光电转换效率不够高，而且还会逐年衰减；(2)不采用主动跟踪太阳的技术时，集热效率不够高，但采用之后投资成本将增加；(3)无法实现热电联供，能量利用率低；(4)容易受到天气影响，发电功率不平稳；(5)发出来的电必须立即输送到电网上，需要电网进行电力调度，所以对电网的吸纳能力要求很高，这也是导致“弃光限电”的主要原因之一。

如果市场上能提供这样的产品：它能够将阳光转化成200摄氏度以上的高品位热能并且储存起来，然后再根据用户的实际需求，利用已储存的高品位热能来生产热水、蒸汽和电力等，只用一款产品就能实现诸多产品的功能，而且制造成本还很便宜，那么现有技术的各种缺点就能得到很好的解决了。

实用新型内容

本申请提供了一种结构简洁、造价低廉的太阳能集热器，可以将阳光转化200摄氏度以上的高品位热能，还可以在支撑机构上进行圆周转动。

本申请的技术方案如下：

一种太阳能集热器，包括罐体3，所述罐体3顶部设置保温玻璃窗1，所述保温玻璃窗1下接光热转化器2，所述罐体3中部两侧分别设置一个支撑环4；

所述光热转化器2包括侧壁12和底部13；所述侧壁12和底部13连接成一个桶形结构，该桶形结构的开口为光线入口11，连接保温玻璃窗1；

所述保温玻璃窗1安装在所述光热转化器2的光线入口11处，光线可以透过保温玻璃窗1照射到光热转化器2的内表面；所述光热转化器2的内表面为黑色；

所述罐体3上部开设安装口14；所述光热转化器2的侧壁12的上端部位连接在安装口14上，从而嵌入罐体3内部，使得整个底部13以及侧壁12中、下端部分都位于罐体3内部；且所述光热转化器2的侧壁12与安装口14的边缘密封连接，使得光热转化器2与罐体3内壁之间作为一个整体形成了一个封闭的油仓6；所述油仓6内部填充有蓄热介质；

所述支撑环4为薄壁圆筒结构，该薄壁圆筒结构两端的圆面所在的平面称为端面15；所述支撑环4的一端连接到罐体3上；且两个支撑环4的端面15相互平行；

所述支撑环4与光热转化器2的位置关系是：将两个支撑环4的端面15的圆心接起来，所得到的直线称为俯仰转动轴7；所述俯仰转动轴7不仅垂直于支撑环4的端面15，而且平行于光热转化器2的光线入口11所在的平面；

所述支撑环4的端面15连接到罐体3之后，两者的接触区域为一个圆环，位于该圆环内部的罐体3上设置一个输油孔5；每个支撑环4对应一个输油孔5，罐体3上一共有两个输油孔5；所述蓄热介质其中一个输油孔5流入油仓6，从另一个输油孔5流出油仓。

优选的，所述罐体3的外部表面覆盖有保温材料8。

优选的，所述保温玻璃窗1的材料是真空玻璃或者多层中空玻璃。

优选的，所述蓄热介质为工作温度不小于200摄氏度的导热油。

优选的，所述支撑环4上设置螺纹9。

优选的，所述罐体3上设置加油孔9；在罐体3上选定加油孔9位置的条件是：过所述俯仰转动轴7作任一平面，罐体3在该平面上的投影的轮廓是一条曲线，该曲线上距离俯仰转动轴7最远的点就是加油孔9的位置。

本申请的原理是：

阳光被聚集到薄壁桶形结构的光热转化器2内部之后，会在金属器壁上发生多次反射。光子与金属器壁上的电子发生碰撞，导致电子吸收光子并进行能级跃迁，宏观上看就是金属被加热了。只要阳光不再从光热转化器2的光线入口11反射出来，最终都会转化为热能。

光热转化器2把阳光转化为热能之后，通过热传导把蓄热介质加热。为了不让蓄热介质的热量散失到外界，在罐体3上包裹了保温材料8、在光热转化器2的光线入口11安装了保温玻璃窗1。如此一来，阳光会源源不断转化为热能，相当于热量源源不断地输入蓄热介质；在保温材料8和保温玻璃窗2的作用下，蓄热介质的热量很难输出到外界，因此温度将会不断升高。随着温度的升高，蓄热介质与外界的温差逐渐增大，蓄热介质的热量输出也逐渐增大，最终热量的输入与输出达到了平衡，温度不再增加。

本申请的设计理念是：

(1)摒弃了传统的设计思路，不再根据“加热蓄热介质”和“盛放蓄热介质”这两个功能划分出两个部件并分开设计，而是在盛放蓄热介质的容器上增加了加热器，将两者融为一体，既简化了产品结构，又降低了制造成本；

(2)设计了独有的支撑结构，使得整个集热器被支撑起来后，能够进行圆周转动，有利于光热利用产品的整机设计。

本申请采用了简单的机械结构和成熟的制造工艺，量产成本不到200元，经济效益非常显著。基于本申请可以制作出一种全新的光热利用产品，将阳光转化成200摄氏度以上的高品位热能并且储存起来，然后再根据用户的实际需求，利用已储存的高品位热能来生产热水、蒸汽和电力等，不仅用途广泛，而且成本低廉。

附图说明

附图1是本实用新型的剖面图。图中的标记为：1-保温玻璃窗；2-光热转化器；3-罐体；4-支撑环；5-输油孔；6-油仓；7-俯仰转动轴；8-保温材料；9-螺纹；10-加油孔。

附图2是蓄热容器的爆炸图。图中的标记为：1-保温玻璃窗；2-光热转化器；3-罐体；4-支撑环；8-保温材料；11-光线入口；12-侧壁；13-底部；14-安装口；15-端面；16-隔热支撑装置；17-轴承；18-旋转接头；19-外壳。

附图3是本实用新型的实施例图。图中的标记为：1-保温玻璃窗；16-蓄热容器；20-一次反光镜；21-二次反光镜；22-二次反光镜支撑杆；23-蓄热容器支撑臂；24-俯仰转动云台；25-俯仰转动电机；26-云台支撑脚；27-滚轮组件；28-水平转动轨道；29-水平转动电机。

具体实施方式

下面结合附图1、2、3，对本实用新型进行具体描述。

实施例

如附图3所示，本实施例主要由碟式太阳能聚光镜、蓄热容器16、蓄热容器支撑臂23、俯仰转动云台24、俯仰转动电机25、云台支撑脚26、滚轮组件27、水平转动轨道28、水平转动电机29组成，其功能是：根据太阳方位角调节碟式太阳能聚光镜的方位角，将阳光聚集到蓄热容器16中并转化成导热油的热能，然后保温储能；再根据用户的实际需求，将导热油从蓄热容器16中抽出，通过换热器生产热水、蒸汽和电力等；

如附图1、2所示，太阳能集热器由保温玻璃窗1、光热转化器2、罐体3、支撑环4、输油孔5、加油孔10组成；

光热转化器2包括侧壁12和底部13；侧壁12和底部13连接成一个薄壁桶形结构，该薄壁桶形结构的开口即为光线入口11，连接保温玻璃窗1；

保温玻璃窗1的材料是真空玻璃或者多层中空玻璃，安装在光热转化器2的光线入口11处，光线可以透过所述保温玻璃窗1照射到光热转化器2的内表面；光热转化器2的内表面为黑色；光热转化器2的功能是将从光线入口11进入光热转化器2内部的光线转化为热能；

罐体3上有安装口14，光热转化器2的侧壁12的上端部位连接在安装口14上，从而嵌入罐体3内部，使得整个底部13以及侧壁12中、下端部分都位于罐体3内部；光热转化器2的侧壁12与安装口14的边缘相连接，使得光热转化器2与罐体3作为一个整体形成了一个封闭的油仓6，油仓6内部填充有工作温度不小于200摄氏度的导热油；

支撑环4为薄壁圆筒结构，该薄壁圆筒结构两端的圆面所在的平面称为端面15；支撑环4的一端连接到罐体3上；连接到罐体3的支撑环4一共有两个，而且这两个支撑环4的端面15相互平行；

支撑环4位于罐体3的中部两侧，与光热转化器2的位置关系是：将两个所述支撑环4的端面15的圆心连接起来，所得到的直线称为俯仰转动轴7；俯仰转动轴7不仅垂直于支撑环4的端面15，而且平行于光热转化器2的光线入口11所在的平面；

支撑环4的端面15连接到罐体3之后，两者的接触区域在罐体3上划分出一块圆形区域，该圆形区域内设置一个输油孔5；每个支撑环4对应一个输油孔5，罐体3上一共有2个输油孔5；导热油从其中一个输油孔5流入油仓6，从另一个输油孔5流出油仓；

旋转接头18连接到输油孔5上，作用是保证输油管道在太阳能集热器围绕俯仰转动轴7做圆周运动时不会扭曲变形；

罐体3上设置加油孔9；在罐体3上选定加油孔9位置的条件是：过所述俯仰转动轴7作任一平面，罐体3在该平面上的投影的轮廓是一条曲线，该曲线上距离俯仰转动轴7最远的点就是加油孔9的位置；加油孔9的作用是往油仓6内填充导热油；

罐体3的外部表面覆盖有保温材料8；外壳19包裹在整个太阳能集热器的外表面，作用主要是保护保温材料8；

支撑环4通过螺纹9与隔热支撑装置16连接；隔热支撑装置16上安装有轴承17；

太阳能集热器、隔热支撑装置16、旋转接头18和外壳19共同组成了蓄热容器16；

如附图3所示，碟式太阳能聚光镜由一次反光镜20、二次反光镜21、二次反光镜支撑杆22组成；一次反光镜20通过螺栓螺母等连接件固定在蓄热容器16上，二次反光镜21通过二次反光镜支撑杆22连接到蓄热容器16上；

蓄热容器16通过隔热支撑装置16上的轴承17连接到蓄热容器支撑臂23上，蓄热容器支撑臂23固定在俯仰转动云台24上；碟式太阳能聚光镜与蓄热容器16作为一个整体在云台24上拥有俯仰转动的自由度，可在俯仰转动电机25及减速传动机构的作用下实现俯仰转动；

俯仰转动云台24通过支撑脚26连接到滚轮组件27上，滚轮组件27可在水平转动轨道28上进行水平转动；水平转动轨道28上设置有内齿轮，与水平转动电机29的外齿轮互相啮合；碟式太阳能聚光镜、蓄热容器16、蓄热容器支撑臂23、俯仰转动云台24、支撑脚26、滚轮组件27等设备作为一个整体拥有水平转动的自由度，可在水平转动电机29的驱动下在水平转动轨道28上进行水平转动。

本实施例的工作流程为：

蓄热容器16上安装有九轴加速度陀螺仪角度传感器，可测量出碟式太阳能聚光镜的方位角；

单片机控制系统根据当地经纬度、日期和时间计算出太阳的方位角；

单片机控制系统根据碟式太阳能聚光镜方位角与太阳方位角的差值，驱动俯仰转动电机25和水平转动电机29，将该差值调节至误差允许范围内；

碟式太阳能聚光镜将阳光聚集到光热转化器2内部，把光热转化器2加热，光热转化器2再把油仓6内的导热油加热；

油仓6内的导热油在保温材料8的作用下，可实现长时间保温蓄热；

在油泵的作用下，油仓6内的导热油可以从旋转接头18中抽出，再通过换热器生成热水、蒸汽和电力等。

Claims (6)

1.一种太阳能集热器，其特征在于：包括罐体(3)，所述罐体(3)顶部设置保温玻璃窗(1)，所述保温玻璃窗(1)下接光热转化器(2)，所述罐体(3)中部两侧分别设置一个支撑环(4)；

所述光热转化器(2)包括侧壁(12)和底部(13)；所述侧壁(12)和底部(13)连接成一个桶形结构，该桶形结构的开口为光线入口(11)，连接保温玻璃窗(1)；

所述保温玻璃窗(1)安装在所述光热转化器(2)的光线入口(11)处，光线可以透过保温玻璃窗(1)照射到光热转化器(2)的内表面；所述光热转化器(2)的内表面为黑色；

所述罐体(3)上部开设安装口(14)；所述光热转化器(2)的侧壁(12)的上端部位连接在安装口(14)上，从而嵌入罐体(3)内部，使得整个底部(13)以及侧壁(12)中、下端部分都位于罐体(3)内部；且所述光热转化器(2)的侧壁(12)与安装口(14)的边缘密封连接，使得光热转化器(2)与罐体(3)内壁之间作为一个整体形成了一个封闭的油仓(6)；所述油仓(6)内部填充有蓄热介质；

所述支撑环(4)为薄壁圆筒结构，该薄壁圆筒结构两端的圆面所在的平面称为端面(15)；所述支撑环(4)的一端连接到罐体(3)上；且两个支撑环(4)的端面(15)相互平行；

所述支撑环(4)与光热转化器(2)的位置关系是：将两个支撑环(4)的端面(15)的圆心接起来，所得到的直线称为俯仰转动轴(7)；所述俯仰转动轴(7)不仅垂直于支撑环(4)的端面(15)，而且平行于光热转化器(2)的光线入口(11)所在的平面；

所述支撑环(4)的端面(15)连接到罐体(3)之后，两者的接触区域为一个圆环，位于该圆环内部的罐体(3)上设置一个输油孔(5)；每个支撑环(4)对应一个输油孔(5)，罐体(3)上一共有两个输油孔(5)；所述蓄热介质其中一个输油孔(5)流入油仓(6)，从另一个输油孔(5)流出油仓。

2.根据权利要求1所述的太阳能集热器，其特征在于：所述罐体(3)的外部表面覆盖有保温材料(8)。

3.根据权利要求1所述的太阳能集热器，其特征在于：所述保温玻璃窗(1)的材料是真空玻璃或者多层中空玻璃。

4.根据权利要求1所述的太阳能集热器，其特征在于：所述蓄热介质为工作温度不小于200摄氏度的导热油。

5.根据权利要求1所述的太阳能集热器，其特征在于：所述支撑环(4)上设置螺纹(9)。

6.根据权利要求1所述的太阳能集热器，其特征在于：所述罐体(3)上设置加油孔(10)；在罐体(3)上选定加油孔(10)位置的条件是：过所述俯仰转动轴(7)作任一平面，罐体(3)在该平面上的投影的轮廓是一条曲线，该曲线上距离俯仰转动轴(7)最远的点就是加油孔(10)的位置。

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