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CN101377357A - 真空管内的吸热体被透镜和槽形反光镜加热的集热器 - Google Patents

真空管内的吸热体被透镜和槽形反光镜加热的集热器 Download PDF

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CN101377357A
CN101377357A CNA2008102113085A CN200810211308A CN101377357A CN 101377357 A CN101377357 A CN 101377357A CN A2008102113085 A CNA2008102113085 A CN A2008102113085A CN 200810211308 A CN200810211308 A CN 200810211308A CN 101377357 A CN101377357 A CN 101377357A
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Abstract

一种真空管内的吸热体被透镜和槽形反光镜加热的集热器，包括透明外罩、外壳、真空管(8)内的吸热体(12)和装有条形透镜(48)及槽形反光镜(3)的旋转架(16)。由于可利用条形透镜和槽形反光镜对真空管内吸热体的上下面进行聚光加热，使太阳能的接收温度提高到200℃－500℃。在把集热器装在遮风挡雨的透明罩内后，便可把集热器的旋转架和槽形反光镜制作得极为轻便，大大降低了产品的生产成本。在让集热器的旋转架采用容易安装的专用型材及标准件组装结构后，也使这种集热器易于大批量生产。另外，本发明的集热器通过计时器的简单控制来准确跟踪阳光，让旋转架以每天一圈的转速连续运转，可基本免去对集热器的日常维护。

Description

真空管内的吸热体被透镜和槽形反光镜加热的集热器
技术领域 本发明涉及一种太阳能集热器，特别是涉及一种真空管内的吸热体被透镜和槽形反光镜加热的集热器。
背景技术 一般太阳能集热器分为两大类，一种是由吸热体和被跟踪装置控制的大型反光镜所构成的中高温集热装置，另一种属于小型的箱式或由成排的吸热管构成的管式低温集热装置。由于高效中冷等压吸热外燃热气机的出现，在制成几千瓦至几百千瓦的小型太阳能热电站及动力源时，就特别需要一种即可获得中到高温的太阳能，又让反光镜等的尺寸不过于庞大，同时还能大幅度降低生产成本，也有利于对集热器的日常维护。显然，普遍的集热器是无法达到上述这些要求的。
发明内容 本发明的目的是提供一种真空管内的吸热体被透镜和槽形反光镜加热的集热器，这种集热器不仅能产生较高温度的太阳能，而且还可以制成合适的尺寸，同时结构简单轻便、生产成本较低、也方便对集热器进行日常的维护。
本发明的真空管内的吸热体被透镜和槽形反光镜加热的集热器包括透明面罩、外壳、被跟踪装置控制的槽形反光镜和在反光镜轴线上焦点位置处所设的外面套有真空管的吸热体，槽形反光镜安装在由龙骨和其上若干均距布置的弧形底板所构成的旋转架上，在沿槽形反光镜的轴线方向并越过真空管的适当距离位置处、设有焦点也聚在真空管内吸热体上的聚光条形透镜，该透镜被旋转架的弧形底板上的支架固定支撑，并与槽形反光镜构成可绕真空管的轴心转动的整体结构；条形透镜的宽度相近或小于槽形反光镜开口宽度的1/3，真空管的直径相近或小于条形透镜的宽度，条形透镜、槽形反光镜和旋转架都布置在以真空管轴心为圆心所确定的半径范围内，旋转架的龙骨两端分别通过侧臂上的轴套被轴承座支承，在两侧的轴套上分别装有平衡块，至少在一侧的轴套上设有被跟踪装置控制的驱动轮或摇臂。支撑条形透镜的支架是由两个相同形状的构件组成，每个构件上部的内侧带有夹口，夹口的底边向内伸到反光镜轴线处，两构件的底边相连后可经其上的夹口夹住条形透镜，龙骨两端的侧臂向上伸出形成挡臂以挡住条形透镜。
上述集热器的旋转架可以这样制作，旋转架的龙骨被制成专门的型材，在其两侧的底部分别设有卡住反光镜的连接槽，该槽以上的主体部分被制成了三角形或梯形；在连接槽以下部位设有卡槽，旋转架的弧形底板先装在开缝夹的开缝内，再通过开缝夹的内折边卡在龙骨的卡槽上；或者在龙骨的底面设有安装卡板的内槽，旋转架的弧形底板通过压片和经螺杆相连的卡板被固定在龙骨的下面；弧形底板上面的每侧弧形边的形状与与所对应的该侧槽形反光镜的底面形状相吻合。在弧形底板上面的两侧弧形边内侧，设有向上伸出、穿过反光镜缺口的卡柱，在弧形底板的两侧伸出有向上的连接片，在每侧的卡柱与连接片之间装有压板，压板的内端设有可夹住卡柱的开缝，压板的内端同时也被卡柱上的卡头固定，每侧压板的底面形状与所对应的该侧槽形反光镜的上面形状相吻合。
还可以这样制作旋转架，旋转架的龙骨被制成专门的型材，在其两侧的上部分别设有卡住反光镜的连接槽，该槽以下的主体部分被制成了方形、梯形、半圆形或三角形；在龙骨两侧的连接槽以上部位设有卡槽，旋转架的弧形底板先装在开缝夹的开缝内，再通过开缝夹的内折边卡在龙骨的卡槽上；或者在龙骨的上面设有安装卡板的内槽，旋转架的弧形底板通过压片和经螺杆相连的卡板被固定在龙骨的上面；弧形底板底面的每侧弧形边的形状与所对应的该侧的槽形反光镜的上面形状相吻合。在弧形底板下面的两侧弧形边内侧，设有向下伸出、穿过反光镜缺口的倒勾，在弧形底板的两外端向上部位，设有向外伸出的支片，在每侧的倒勾与支片之间装有拉带，该拉带的外端通过螺杆与支片上的连接件相连，内端通过其上的孔挂在倒勾上。
在集热器的布置中，若干集热器并排布置，安装在由外壳和上面的透明平板所构成的平板集热箱内；当各集热器之间采用较大间距时，在各集热器之间设有低温吸热体。
或者把若干集热器并排布置，在每个集热器上都单独设有半圆透明面罩，各半圆透明面罩即可安装在整体底壳，也可在每个半圆透明面罩底面单独设置槽形底壳。
还可把若干集热器并排布置，各集热器的两端处在两侧的壳体内，每个集热器都单独装在其两端也与两侧壳体相连的透明圆管内。
对于集热器的跟踪控制，在各并排布置的集热器一侧轴套上分别装有蜗轮或锥齿轮，该轴套被设在联动长轴上的蜗杆或锥齿轮带动，联动长轴再被由变速装置、驱动电机和计时控制器所构成的跟踪装置驱动连续运转，集热器的旋转架被带动每天转一圈。
本发明的集热器不仅利用槽形反光镜加热吸热体的底面，还利用聚光条形透镜加热吸热体的上面，从而有利于吸热体均匀吸热。由于本发明集热器中的透镜和反光镜是安装在透明平板下面或透明圆管内，不仅能让透镜和反光镜长期处于清洁状态，而且因避免了风力的影响，还可以把安装透镜和反光镜的旋转架制作得更为轻便，从而降低了集热器的生产成本。另外，本发明集热器的主要零部件都采用了容易装配的简单结构，还有利于大批量规模化生产。集热器的旋转架被跟踪装置控制，按每天一圈的速度自动连续运转，可基本省去对集热器的日常运行调整。
附图说明 下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明第一实施方式中集热器的横剖面图。
图2是沿图1中A—A线的集热器侧剖面图。
图3是图1中集热器的另一种龙骨结构图。
图4是本发明第二实施方式中集热器的横剖面图。
图5表示本发明的集热器并排装在由透明平板和壳体所构成的集热箱内。
图6表示本发明的集热器并排布置，每个集热器的上面都单独设有一个半圆透明罩。
图7表示本发明的集热器并排布置，每个集热器都单独装在一个透明圆管内。
图8是本发明集热器的跟踪装置布置构成图。
具体实施方式 图1是本发明第一实施方式中集热器的横剖面图，图2是沿图1中A—A的集热器侧刮面图，图中给出的是还未安装透明面罩、外壳等的集热器的具体结构，由图可见，在被跟踪装置控制的槽形反光镜3的(轴线6上)焦点位置处，设有外面套着真空管8的吸热体12，槽形反光镜安装在由龙骨18和其上若干均距布置的弧形底板28所构成的旋转架16上。当实际中槽形反光镜3的开口宽度C相对真空管8的直径不是很大时，真空管所遮挡的阳光便会让阳光的利用率降低，为避免这一情况，在沿槽形反光镜的轴线6方向并越过真空管8的适当距离位置处、设有焦点也聚在真空管内吸热体12上的聚光条形透镜48。图中的透镜采用的是条形凸透镜，也可采用条形菲涅尔透镜。由于吸热体是被条形透镜和槽形反光镜聚光加热，可使太阳能的接收温度提高到200℃—500℃，很适合让其为高效热气机做外部热源。条形透镜48被旋转架16的弧形底板28上的支架49固定支撑，并与槽形反光镜3构成可绕真空管8的轴心9转动的整体结构。旋转架的龙骨18两端分别通过侧臂23上的轴套24被轴承座15支撑(参看图2)，在两侧的轴套24上分别装有平衡块(未画)以平衡条形透镜所平衡不了的另一侧重量。为控制旋转架上的透镜及反光镜能对准阳光，至少在一侧的轴套24上设有被跟踪装置控制的驱动轮或摇臂。支撑条形透镜的支架49是由两个相同形状的构件组成，每个构件上部的内侧带有夹口51，夹口的底边50向内伸到反光镜轴线6处，两构件的底边50相连后，可经其上的夹口51夹住条形透镜48，支架下部用螺杆与相对应的弧形底板上的连接片32固定相连。由于支架49一般采用薄板材料制成，所能承受的轴向力相对较小，为防止条形透镜轴向窜动，龙骨18两端的侧臂23还要向上伸出一小段距离形成挡臂52，以阻止条形透镜48的轴向移动。
在本发明的这种吸热体被透镜和槽形反光镜共同加热的集热器中，为了调整好两种不同镜体的采光面积，条形透镜48的宽度B相近或小于槽形反光镜开口宽度C的1/3，真空管8的直径相近或小于条形透镜48的宽度B。条形透镜48、槽形反光镜3和旋转架16都布置在以真空管轴心9为圆心所确定的半径R范围内，以便让以旋转架为主体的集热器能绕真空管的轴心连续转动。图中条形透镜48的宽度B基本相当于槽形反光镜3的开口宽度C的1/3，真空管8的直径也略小条形透镜的宽度，这样，便可让焦点位置上的吸热体12从上下两面都受到聚光照射，使其受热更为均匀，也克服了被真空管所遮挡的阳光不能很好利用的不足。
实际中，为了便于批量生产本发明的这种集热器，旋转架的龙骨18被制成了专门的型材，如图1所示，在龙骨18两侧的底部分别设有卡住反光镜3的连接槽20，该槽以上的主体部分被制成了三角形，也可以制成梯形，在连接槽20以下部位设有卡槽21。为了固定弧形底板，采用了可快速安装的开缝夹36。安装时，旋转架的弧形底板28先装在开缝夹36的开缝37内(参看图2)，再通过开缝夹的内折边38卡在龙骨18的卡槽21上。还可采用图3中用螺杆固定弧形底板的结构形式，由图可见，在龙骨18的底面设有安装卡板41的内槽22，旋转架的弧形底板28通过压片42和经螺杆43相连的卡板41便可被固定在龙骨18的下面。
由于要用弧形底板28托住上面的两侧槽形反光镜3，弧形底板上面的每侧弧形边29的形状也与所对应的该侧槽形反光镜3的底面形状相吻合。为固定住上面的槽形反光镜3，在弧形底板28上面的两侧弧形边29内侧，设有向上伸出、穿过反光镜缺口4的卡柱30，在弧形底板的两侧伸出有向上的连接片32，在把槽形反光镜3(图中先在右侧安装了槽形反光镜)装在弧形底板上后，在每侧(先在右侧)的卡柱30与连接片32之间装有压板44，压板的内端设有开缝，利用开缝可夹住内侧的卡柱30，同时压板的内端也被卡柱上的卡头31固定，使压板44的内端安装很容易，向内一卡就行。压板的外端通过螺杆与弧形底板外侧上的连接片32固定。每侧压板44的底面形状是与所对应的该侧槽形反光镜3的上面形状相吻合的。
组装成完整的旋转架16后(参看图2)，就可把其内装有吸热体12的真空管8放在旋转架两侧臂23之间的轴线17位置处，再用从两侧分别穿过轴套24的外接管13(图2只示出了左侧部分)与吸热体12的外端连通。由于旋转架16是绕轴线17旋转的，这样，所设的外接管13便不必象普通槽形集热器那样采用随吸热体摆动而设的软管，从而便可在外接管13上设置更好的保温层11，已达到最佳的隔热效果。
在图1所给出的旋转架结构中，弧形底板装在了龙骨的下面，图4中的第二实施方式则给出了一种弧形底板28装在龙骨18上面的旋转架结构，如图可见，旋转架16的龙骨18也是被制成了专门的型材，在龙骨两侧的上部分别设有卡住反光镜3的连接槽20，该槽以下的主体部分由于不在采光区，可制成方形、梯形、半圆形或三角形等，图4中的主体部分被制成了方形截面。为安装固定弧形底板28，在龙骨18的上面设有安装卡板41的内槽22，只要把龙骨上面的弧形底板通过压片42和经螺杆43与卡板41相连，就可把弧形底板固定在龙骨18上。当然，也可采用与图1相同的方法，在龙骨两侧的连接槽以上部位设有卡槽，并让弧形底板先装在开缝夹的开缝内，再通过开缝夹的内折边卡在龙骨的卡槽上。由于槽形反光镜3被设在了弧形底板28的下面，因此弧形底板底面的每侧弧形边33的形状要与所对应的该侧槽形反镜的上面形状相吻合。
在把槽形反光镜设在弧形底板的下面后，为固定槽形反光镜，在弧形底板28下面的两侧弧形边33内侧，设有向下伸出、穿过反光镜缺口5的倒勾34，在弧形底板的两外端向上部位设有向外伸出的支片35，当把槽形反光镜3(图中先装在了左侧)装在弧形底板下面后，要在弧形底板每侧的倒勾34与支片35之间装有拉带45，以托住上面的槽形反光镜，只要让拉带的内端通过其上的孔挂在倒勾34上，并把拉带的外端通过螺杆46与弧形底板外侧支片35上的连接件47相连并拧紧，便可把槽形反光镜很好的安装固定。
图1和图4示出的是本发明集热器的单体结构，实际中，为增大阳光接收面积，要把若干集热器并排布置，还要在并排布置的集热器上面增设防尘防风透明面罩。图5给出的结构是把若干并排布置的集热器1安装在了由外壳55和上面的透明平板54所构成的平板集热箱56内。在集热箱中的各集热器1之间采取较大间距时，还可在各集热器1之间安装低温吸热体57，以便在获得用于产生动力的高温太阳能同时，也能得到用于采暖及产生热水的低温太阳能。在采用整块的透明平板54时，单个集热箱的最大尺寸便不能超过透明平板的尺寸。
在图6中，若干集热器1并排布置，在每个集热器1上都单独设有半圆透明面罩58，各半圆透明面罩即可如图6所示安装在整体底壳59上，也可在每个半圆透明罩58底面单独设置槽形底壳(未画)，以形成让雨水、灰尘等的下落通道。由于可为集热器1单设半圆透明面罩，在确定了透明面罩的长度后，只要适当增加集热器1的并排数量，便可制成较大尺寸的整体集热箱。
在图7给出的集热器布置方式中，若干集热器1并排布置，各集热器的两端处在两侧的壳体61内，每个集热器都单独装在了其两端也与两侧壳体61相连的透明圆管60内。显然，所能得到的透明圆管的最大直径和长度也就决定了其内集热器1的大小。
如上述图5、图6和图7所示，因本发明的集热器1都设置在相应的透明面罩内，这样虽然阻挡了一小部分阳光的射入，但也给集热器提供了一个遮风挡雨的空间。因能让集热器免受风的影响，便可把集热器的旋转架制作得更为轻便，也可让槽形反光镜采用最薄的材料，从而减少了型材板材的消耗，直接降低了产品的成本。把集热器装在透明面罩内，也让其内的条形透镜和槽形反光镜能处在特别洁净的环境里，从而有利于使透镜和反光镜具有长期稳定的光学性能，始终保持很高的太阳能接收效率。为防止反光镜上的镀膜氧化，实际中，也可向透明面罩内充入不含氧的气体，并为其配上适应气体热胀冷缩变化的呼吸袋。
为让透明面罩内的各集热器能始终对准阳光，还为集热器设置了如图8所示的跟踪装置，为带动并排布置的集热器，在各集热器的一侧轴套24上分别装有蜗轮25(或锥齿轮)，该轴套再被设在联动长轴27上的蜗杆26(或锥齿轮)带动，而联动长轴与变速装置62传动相连，并被由变速装置62、驱动电机63和计时控制器64所构成的跟踪装置驱动，让集热器的旋转架被带动连续运转每天转一圈，与阳光形成自然的跟踪对准转速。在这里，需设在轴套上的平衡块68设在了蜗轮25上。这种通过计时控制器控制带动旋转架连续运转的方式来让集热器对准阳光，是一种简单、准确和可靠的控制方法，因为走时准确的钟表很容易获得，可以几星期、几个月对时一次。虽然是连续转动、但集热器转一年才365圈，再加上用平衡块68对旋转架进行了平衡，因此驱动电机63的功率也很小，在给驱动电机配上可充电的电池65后，便可带动集热器长期运转。

Claims (10)

1、一种真空管内的吸热体被透镜和槽形反光镜加热的集热器，包括透明面罩、外壳、被跟踪装置控制的槽形反光镜(3)和在反光镜轴线(6)上焦点位置处所设的外面套有真空管(8)的吸热体(12)，其特征在于：槽形反光镜(3)安装在由龙骨(18)和其上若干均距布置的弧形底板(28)所构成的旋转架(16)上，在沿槽形反光镜的轴线(6)方向并越过真空管(8)的适当距离位置处、设有焦点也聚在真空管内吸热体(12)上的聚光条形透镜(48)，该透镜被旋转架(16)的弧形底板(28)上的支架(49)固定支撑，并与槽形反光镜(3)构成可绕真空管(8)的轴心(9)转动的整体结构；条形透镜(48)的宽度(B)相近或小于槽形反光镜开口宽度(C)的1/3，真空管(8)的直径相近或小于条形透镜(48)的宽度，条形透镜(48)、槽形反光镜(3)和旋转架(16)都布置在以真空管轴心(9)为圆心所确定的半径范围内，旋转架的龙骨(18)两端分别通过侧臂(23)上的轴套(24)被轴承座(15)支承，在两侧的轴套(24)上分别装有平衡块(68)，至少在一侧的轴套上设有被跟踪装置控制的驱动轮或摇臂。
2、根据权利要求1所述的集热器，其特征在于：支撑条形透镜(48)的支架(49)是由两个相同形状的构件组成，每个构件上部的内侧带有夹口(51)，夹口的底边(50)向内伸到反光镜轴线(6)处，两构件的底边(50)相连后可经其上的夹口(51)夹住条形透镜，龙骨两端的侧臂(23)向上伸出形成挡臂(52)以挡住条形透镜。
3、根据权利要求1所述的集热器，其特征在于：所述的旋转架(17)的龙骨(18)被制成专门的型材，在其两侧的底部分别设有卡住反光镜(3)的连接槽(20)，该槽以上的主体部分被制成了三角形或梯形；在连接槽(20)以下部位设有卡槽(21)，旋转架的弧形底板(28)先装在开缝夹(36)的开缝(37)内，再通过开缝夹的内折边(38)卡在龙骨(18)的卡槽(21)上；或者在龙骨(18)的底面设有安装卡板(41)的内槽(22)，旋转架的弧形底板(28)通过压片(42)和经螺杆(43)相连的卡板(41)被固定在龙骨(18)的下面；弧形底板(28)上面的每侧弧形边(29)的形状与与所对应的该侧槽形反光镜(3)的底面形状相吻合。
4、根据权利要求3所述的集热器，其特征在于：在弧形底板(28)上面的两侧弧形边(29)内侧，设有向上伸出、穿过反光镜缺口(4)的卡柱(30)，在弧形底板的两侧伸出有向上的连接片(32)，在每侧的卡柱(30)与连接片(32)之间装有压板(44)，压板(44)的内端设有可夹住卡柱(30)的开缝，压板的内端同时也被卡柱上的卡头(31)固定，每侧压板(44)的底面形状与所对应的该侧槽形反光镜的上面形状相吻合。
5、根据权利要求1所述的集热器，其特征在于：所述的旋转架(16)的龙骨(18)被制成专门的型材，在其两侧的上部分别设有卡住反光镜(3)的连接槽(20)，该槽以下的主体部分被制成了方形、梯形、半圆形或三角形；在龙骨(18)两侧的连接槽(20)以上部位设有卡槽(21)，旋转架的弧形底板(28)先装在开缝夹(36)的开缝内，再通过开缝夹的内折边卡在龙骨(18)的卡槽(21)上；或者在龙骨(18)的上面设有安装卡板(41)的内槽(22)，旋转架的弧形底板(28)通过压片(42)和经螺杆(43)相连的卡板(41)被固定在龙骨(18)的上面；弧形底板(28)底面的每侧弧形边(33)的形状与所对应的该侧的槽形反光镜(3)的上面形状相吻合。
6、根据权利要求5所述的集热器，其特征在于：在弧形底板(28)下面的两侧弧形边(33)内侧，设有向下伸出、穿过反光镜缺口(5)的倒勾(34)，在弧形底板的两外端向上部位，设有向外伸出的支片(35)，在每侧的倒勾(34)与支片(35)之间装有拉带(45)，该拉带的外端通过螺杆(46)与支片(35)上的连接件(47)相连，内端通过其上的孔挂在倒勾(34)上。
7、根据权利要求1、2、3、4、5或6所述的集热器，其特征在于：若干集热器(1)并排布置，安装在由外壳(55)和上面的透明平板(54)所构成的平板集热箱(56)内；当各集热器之间采用较大间距时，在各集热器之间设有低温吸热体(57)。
8、根据权利要1、2、3、4、5或6所述的集热器，其特征在于：若干集热器(1)并排布置，在每个集热器(1)上都单独设有半圆透明面罩(58)，各半圆透明面罩即可安装在整体底壳(59)，也可在每个半圆透明面罩底面单独设置槽形底壳。
9、根据权利要求1、2、3、4、5或6所述的集热器，其特征在于：若干集热器(1)并排布置，各集热器的两端处在两侧的壳体(61)内，每个集热器都单独装在其两端也与两侧壳体(61)相连的透明圆管(60)内。
10、根据权利要求1、2、3、4、5或6所述的集热器，其特征在于：在各并排布置的集热器一侧轴套(24)上分别装有蜗轮或锥齿轮，该轴套被设在联动长轴(27)上的蜗杆或锥齿轮带动，联动长轴再被由变速装置(62)、驱动电机(63)和计时控制器(64)所构成的跟踪装置驱动连续运转，集热器的旋转架被带动每天转一圈。
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