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CN101846406A - 槽式太阳能集热器及其制造方法、太阳能热利用系统 - Google Patents

槽式太阳能集热器及其制造方法、太阳能热利用系统 Download PDF

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CN101846406A CN201010173595A CN201010173595A CN101846406A CN 101846406 A CN101846406 A CN 101846406A CN 201010173595 A CN201010173595 A CN 201010173595A CN 201010173595 A CN201010173595 A CN 201010173595A CN 101846406 A CN101846406 A CN 101846406A
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张凤学
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Abstract

本发明公开了一种槽式太阳能集热器，其包括集热管、反射器、反射器支撑件和定日系统。反射器包括反射面和反射面支撑件，反射面附着在反射面支撑件上，反射面的形状为弧形。定日系统用于确保反射器将太阳光聚焦在集热管上。反射面支撑件由多个条状物构成。本发明还公开了制造这种槽式太阳能集热器的方法以及利用这种槽式太阳能集热器的太阳能热利用系统。

Description

槽式太阳能集热器及其制造方法、太阳能热利用系统
技术领域
本发明涉及一种太阳能集热器，更具体涉及一种具有反射器的槽式太阳能集热器。本发明还涉及一种制造这种槽式太阳能集热器的方法以及使用这种槽式太阳能集热器的太阳能热利用系统。
背景技术
槽式太阳能集热器是一种吸收太阳辐射并将产生的热能传递到传热工质的装置，是组成各种中高温太阳能热利用系统的关键部件。槽式太阳能集热器一般包括：集热管、反射器、定日系统及支撑装置。其中反射器由聚焦型的槽形抛物面形成，集热管位于抛物面的焦线上，定日系统用于确保反射器准确对准太阳并且将太阳光反射到集热管上。
现有技术中的槽式太阳能集热器一般采用整体成型聚光弧面(或者抛物面)的方法制造，然而根据这种制造方法的弧面成型技术成本高，且整体成型的弧面容易变形，稳定性差。因此需要寻求一种低成本且弧面不容易变形的槽式太阳能集热器制造技术。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种新型的槽式太阳能集热器及其制造方法，用于解决现有技术中的一个或多个技术问题。
根据本发明的槽式太阳能集热器包括集热管、反射器、反射器支撑件和定日系统。所述反射器包括反射面和反射面支撑件，所述反射面附着在所述反射面支撑件上，所述反射面的形状为弧形。所述定日系统用于确保所述反射器将太阳光聚焦在所述集热管上。其中，所述反射面支撑件由多个条状物构成。
根据本发明的另一方面，上述条状物的长度与截面外形周长的比大于或等于5∶1。
根据本发明的另一方面，上述条状物的长度方向沿着所述集热管的轴线方向。
根据本发明的另一方面，上述条状物的宽度小于或等于100毫米。
根据本发明的另一方面，上述条状物的组合能够弯曲成弧面以构成所述反射面支撑件。
根据本发明的另一方面，上述条状物具有中空结构。
根据本发明的另一方面，上述反射器支撑件包括一个弧形的支撑部，用于限定所述反射面支撑件的形状。
根据本发明的另一方面，上述反射器支撑件的支撑部为卡槽。
根据本发明的另一方面，上述卡槽的截面形状包括“工”字形、U形或者T形。
根据本发明的另一方面，上述反射面由多个宽度小于集热管直径的条状反射物构成。
根据本发明的另一方面，上述反射面为附着在反射面支撑件上的柔性的整体式反射物。
根据本发明的另一方面，上述整体式反射物包括厚度小于或等于3毫米的玻璃镜、反射膜、铝镜、铜镜或者不锈钢镜。
根据本发明的另一方面，上述弧形包括抛物线形。
根据本发明的另一方面，上述定日系统包括驱动系统和控制系统，所述驱动系统包括油缸和液压动力单元，所述控制系统包括集热器位置传感器和逻辑控制器。
根据本发明的另一方面，单个上述液压动力单元能分别驱动多个油缸，每个油缸能够驱动单个所述槽式太阳能集热器或者由多个所述槽式太阳能集热器串联而成的集热器排。
根据本发明的另一方面，所述集热器位置传感器包括旋转编码器、倾角传感器或者光栅尺。
根据本发明的另一方面，来自所述集热器位置传感器信号用机械结构进行信号放大，用于提高所述槽式太阳能集热器的定日精度。
根据本发明的另一方面，所述机械结构由不同直径的传动轮构成。
本发明还提供了一种制造上述槽式太阳能集热器的方法，包括如下步骤：1)形成所述反射面支撑件的多个条状物；2)将多个条状物拼接成所述反射面支撑件；3)将所述反射面附着在由多个条状物构成的反射面支撑件上以形成所述反射器；4)将所述反射器安装在所述反射器支撑件的弧形的支撑部上，通过反射器支撑件的弧形的支撑部将反射器的形状限定为与所述支撑部一致的弧形形状；5)将所述集热管定位在所述反射器的弧面的焦线上；6)安装所述定日系统。
根据本发明的另一方面，在上述方法的步骤4)中，通过粘接或压接将所述反射器安装在所述反射器支撑件的弧形的支撑部上。
本发明还提供了一种包括上述槽式太阳能集热器的太阳能热利用系统，这种太阳能热利用系统可包括太阳能制冷和采暖系统、太阳能生活用水系统、太阳能热发电系统等。
根据本发明，由于槽式太阳能集热器的反射器由多个条状物拼接而成，避免了整体成型聚光弧面带来的变形和稳定性差的问题。而条状物可以通过挤压成型等方式制造，不需要在整体成型技术中所需的昂贵的设备及模具，可以大幅降低制造成本。
附图说明
图1示出了一个根据本发明的槽式太阳能集热器的总装示意图。
图2是图1中A处的局部放大视图。
图3是根据本发明的反射器的局部构造示意图。
图4是根据本发明一个实施方式的反射器未安装到反射器支撑件上时的形状示意图。
图5是图4所示的反射器安装到反射器支撑件上时的形状的示意图。
图6是根据本发明另一实施方式的反射器安装到反射器支撑件上时的形状的示意图。
图7是图6的反射器B处的局部放大视图。
图8-19示出了根据本发明的反射面支撑件的条状物的截面形状的部分类型。
图20是利用根据本发明的槽式太阳能集热器的太阳能空调及采暖系统或太阳能生活用水系统的示意图。
图21是利用根据本发明的槽式太阳能集热器的太阳能热发电系统的示意图。
具体实施方式
下面接合附图详细描述根据本发明的具体实施方式。由下文所提供的详细描述并结合附图，本发明的其他应用领域将变得更清楚。应当理解，这些详细描述和特定实施例仅仅是用来解释而不是用来限定本发明的范围。
图1示出了根据本发明一个实施方式的槽式太阳能集热器1的示意图。如图1所示，根据本发明的槽式太阳能集热器1可包括：集热管10、反射器20、反射器支撑件30和定日系统40。
图1所示的集热管10可以是真空集热管，例如全玻璃真空集热管、热管式真空集热管等，也可以是其他类型的集热管。
图1所示的反射器20安装在反射器支撑件30上，反射器20呈槽形抛物面形状。如图3所示，反射器20包括一个反射面21和由多个细长的条状物23构成的反射面支撑件22。由于反射面支撑件22可通过多个条状物23拼接而成，反射面支撑件22可弯曲成图5和6所示的槽形抛物面形状。如图1、3、4、5所示，条状物23的长度方向沿着集热管10的轴线方向(图3中的y方向)，条状物23的宽度方向沿着反射面21的切线方向(图3中的x方向)，条状物的厚度方向为反射面的法线方向(图3中的z方向)。条状物23的长度与截面外形周长的比优选大于或等于5∶1，更优选大于或等于20∶1，更优选大于或等于30∶1。条状物23的宽度优选小于或等于100毫米，更优选在3至50毫米之间，更优选在5至20毫米之间。
图3所示的条状物23的截面形状为中空的长方形，然而本发明的条状物的形状不限于此。图8-19示出了可应用于本发明的条状物的截面形状的一些示例，这些形状包括圆形、方形、长方形、U形、“山”字形、“工”字形、以及在侧边有凹凸部的其他截面形状。图中所示的条状物的截面形状既有中空的形状(如图8-17所示)，也有非中空的截面形状(如图18-19所示)。本发明优选采用中空的截面形状，因为这种截面形状可以减轻条状物的重量、增加条状物的强度，并且由此可以减少由条状物构成的反射面支撑件的变形。
图3、4和5示出的反射面20为单个柔性的整体式反射物，其通过粘接或者其他方式附着在由条状物23构成的反射面支撑件22上。整体式反射物优选为厚度小于或等于3毫米的玻璃镜、反射膜、铝镜、铜镜或者不锈钢镜。上述玻璃镜优选是低铁玻璃镜或超白玻璃镜。然而，如图6和7所示，反射面20也可以由多个条状反射物构成。在图6和7所示的实施方式中，优选各条状反射物的宽度小于集热管10的直径。各条状反射物的宽度可以与条状物23的宽度相同，也可以不相同。
如图1和2所示，槽式太阳能集热器1还包括用于支撑反射器20的反射器支撑件30。反射器支撑件30包括用于限定可弯曲的反射器20的形状的弧形或抛物线形的支撑部31。在图1和2中，支撑部31为设置在反射器支撑件30与反射器接触的部位的弧形或抛物线形卡槽。图2中的局部放大视图示出了卡槽的截面形状为“工”字形，然而卡槽的形状不限于此，也可以是U形或者T形或者其他形状。根据本发明的支撑部31也不限于卡槽形式，而是可以包括能够将反射器20的形状限定为抛物面形状的任何支撑形式。
在图1所示的槽式太阳能集热器1中，四块较小的反射器20组成了一个较大的反射器，然而在本发明中，反射器的组合方式不限于此，其可以包括更多反射器，也可以相反地由单个反射器构成。另外，多个槽式太阳能集热器1也可以通过串联或者并联方式进行组合。
图1所示的定日系统40包括驱动系统(未示出)和控制系统(未示出)，所述驱动系统包括油缸(未示出)和液压动力单元(未示出)，所述控制系统包括集热器位置传感器(未示出)和逻辑控制器(未示出)。其中逻辑控制器可根据当地的经度和纬度以及日期和时刻计算出太阳的位置，驱动系统可根据计算出的太阳的位置信息调节槽式太阳能集热器，使得槽形抛物面能够准确对准太阳，由此将太阳的入射光通过反射器聚焦到抛物面的焦线上。
优选地，单个上述液压动力单元能分别驱动多个油缸，每个油缸能够驱动单个所述槽式太阳能集热器或者由多个所述槽式太阳能集热器串联而成的集热器排。优选地，集热器位置传感器包括旋转编码器、倾角传感器或者光栅尺。优选地，来自所述集热器位置传感器的信号可以用机械结构进行信号放大，用于提高所述槽式太阳能集热器的定日精度。优选地，上述机械结构由具有不同直径的传动轮构成。
本发明还提供了一种制造上述槽式太阳能集热器1的方法，包括如下步骤：形成反射面支撑件22的多个条状物23；将多个条状物23拼接成反射面支撑件22；将反射面21附着在由多个条状物23构成的反射面支撑件22上以形成反射器20；将反射器20安装在反射器支撑件30的弧形的支撑部31上，通过反射器支撑件30的弧形的支撑部31将反射器20的形状限定为与支撑部31一致的弧形形状；将集热管10定位在反射器20的弧面的焦线上；安装定日系统40。
在上述形成反射面支撑件22的多个条状物23的步骤中，可以通过挤出成型方法形成具有特定截面形状的条状物23。在上述将反射面21附着在由多个条状物23构成的反射面支撑件22上以形成反射器20的步骤中，可以通过粘接、压接或者其他连接方式将反射面21附着在反射面支撑件22上。
图20示出了一个利用根据本发明的槽式太阳能集热器的太阳能制冷采暖及生活用水系统。如图20所示，该太阳能制冷采暖及生活用水系统包括一个集热器41，一个空调主机42、一个采暖换热设备43、一个生活热水储热罐44、一个热源泵45和一个膨胀罐46。集热器41收集太阳能而加热传热工质，传热工质经膨胀罐46缓冲后分别供给空调主机42和采暖换热设备43，传热工质在空调主机42和采暖换热设备43内做功后流经生活热水储热罐44和热源泵45，然后返回集热器41而完成一个循环。空调主机42和采暖换热设备43均与一个供水管a和一个回水管b连接。
图21示出了一个利用根据本发明的槽式太阳能集热器的太阳能热发电系统。如图21所示，该太阳能热发电系统包括一个集热器51、一个热发电储热罐52、一个热源泵53和一个膨胀罐54。集热器51收集太阳能而加热传热工质，传热工质经膨胀罐54缓冲后送入热发电储热罐52，热发电储热罐52储存的热量随后通过热交换器(未示出)产生蒸汽并推动汽轮发电机组(未示出)发电。做功后的传热工质经热源泵53返回集热器51而完成一个循环。
图20、21仅示出了利用根据本发明的槽式太阳能集热器的太阳能热利用系统的一些实施例，但太阳能热利用系统不限于图中所示的这些实施例。

Claims (22)

1.一种槽式太阳能集热器，包括集热管、反射器、反射器支撑件和定日系统，所述反射器包括反射面和反射面支撑件，所述反射面附着在所述反射面支撑件上，所述反射面的形状为弧形，所述定日系统用于确保所述反射器将太阳光聚焦在所述集热管上，其特征在于，所述反射面支撑件由多个条状物构成。
2.如权利要求1所述的槽式太阳能集热器，其特征在于，所述条状物的长度与截面外形周长的比大于或等于5∶1。
3.如权利要求1所述的槽式太阳能集热器，其特征在于，所述条状物的长度方向沿着所述集热管的轴线方向。
4.如权利要求2所述的槽式太阳能集热器，其特征在于，所述条状物的宽度小于或等于100毫米。
5.如权利要求1所述的槽式太阳能集热器，其特征在于，所述条状物为中空结构。
6.如权利要求1所述的槽式太阳能集热器，其特征在于，所述条状物的组合能够弯曲成弧面以构成所述反射面支撑件。
7.如权利要求1所述的槽式太阳能集热器，其特征在于，所述反射器支撑件包括一个弧形的支撑部，用于限定所述反射面支撑件的形状。
8.如权利要求7所述的槽式太阳能集热器，其特征在于，所述反射器支撑件的支撑部为卡槽。
9.如权利要求8所述的槽式太阳能集热器，其特征在于，所述卡槽的截面形状包括“工”字形、U形或者T形。
10.如权利要求1所述的槽式太阳能集热器，其特征在于，所述反射面由多个宽度小于集热管直径的条状反射物构成。
11.如权利要求1所述的槽式太阳能集热器，其特征在于，所述反射面为附着在反射面支撑件上的柔性的整体式反射物。
12.如权利要求11所述的槽式太阳能集热器，其特征在于，所述整体式反射物包括厚度小于或等于3毫米的玻璃镜、反射膜、铝镜、铜镜或者不锈钢镜。
13.如权利要求1-12中任一项所述的槽式太阳能集热器，其特征在于，所述弧形包括抛物线形。
14.如权利要求1-12中任一项所述的槽式太阳能集热器，其特征在于，所述定日系统包括驱动系统和控制系统，所述驱动系统包括油缸和液压动力单元，所述控制系统包括集热器位置传感器和逻辑控制器。
15.如权利要求14所述的槽式太阳能集热器，其特征在于，单个所述液压动力单元能够分别驱动多个油缸，每个油缸能够驱动单个所述槽式太阳能集热器或者由多个所述槽式太阳能集热器串联而成的集热器排。
16.如权利要求14所述的槽式太阳能集热器，其特征在于，所述集热器位置传感器包括旋转编码器、倾角传感器或者光栅尺。
17.如权利要求16所述的槽式太阳能集热器，其特征在于，来自所述集热器位置传感器信号用机械结构进行信号放大，用于提高所述槽式太阳能集热器的定日精度。
18.如权利要求17所述的槽式太阳能集热器，其特征在于，所述机械结构由直径不同的传动轮构成。
19.一种制造如权利要求1-18中任一项所述的槽式太阳能集热器的方法，包括如下步骤：
1)形成所述反射面支撑件的多个条状物；
2)将多个条状物拼接成所述反射面支撑件；
3)将所述反射面附着在由多个条状物构成的反射面支撑件上以形成所述反射器；
4)将所述反射器安装在所述反射器支撑件的弧形的支撑部上，通过反射器支撑件的弧形的支撑部将反射器的形状限定为与所述支撑部一致的弧形形状；
5)将所述集热管定位在所述反射器的弧面的焦线上；
6)安装所述定日系统。
20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，在上述步骤5)中，通过粘接或者压接将所述反射器安装在所述反射器支撑件的弧形的支撑部上。
21.一种太阳能热利用系统，其特征在于，包括如权利要求1-18中任一项所述的槽式太阳能集热器。
22.如权利要求21所述的太阳能热利用系统，其特征在于，所述太阳能热利用系统包括太阳能制冷及采暖系统、太阳能生活用水系统、太阳能热发电系统。
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