太阳能点聚焦换热装置.pdf

本发明太阳能点聚焦换热装置，解决已有装置结构复杂，成本高，工质受限的问题。换热器(17)通过联接件(15)与机架(13)固连，方位角转轴(23)的一端与双向驱动器(19)的输出轴连接，双向驱动器(19)位于安装座(32)上，安装座(32)与机架(13)固连，方位角转轴(23)的另一端与位于仰角转轴(24)的连接件(28)上的轴承(25)配合，仰角转轴(24)与机座(13)上的轴承(25)配合，换热器(17)的壳体内腔隔层(20)将其分隔为集热腔(1)和换热腔(4)，换热腔(4)内有导热管(3)穿过隔层(20)进入集热腔(1)，换热腔(4)有工质输入管(10)和工质输出管(9)，集热腔(1)有透射口(12)，太阳能聚热器(14)位于方位角转轴(23)上的安装板(26)上。

1、  太阳能点聚焦换热装置，其特征在于换热器(17)通过联接件(15)与机架(13)固连，方位角转轴(23)的一端与双向驱动器(19)的输出轴连接，双向驱动器(19)位于安装座(32)上，安装座(32)与机架(13)固连，方位角转轴(23)的另一端与位于仰角转轴(24)的连接件(28)上的第一轴承(25)配合，仰角转轴(24)与机座(13)上的第二轴承(25)配合，换热器(17)的壳体内腔隔层(20)将其分隔为集热腔(1)和换热腔(4)，换热腔(4)内有导热管(3)穿过隔层(20)进入集热腔(1)，换热腔(4)有工质输入管(10)和工质输出管(9)，集热腔(1)有透射口(12)，太阳能聚热器(14)位于方位角转轴(23)上的安装板(26)上，太阳能聚热器(14)的反射镜面的焦点位于集热腔(1)内。

2、  根据权利要求1所述的换热器，其特征在于导热管(3)位于集热腔(1)的端头有集热头(2)，导热管位于换热腔的管体上有换热翅片或针(5)，集热头(2)为圆锥体，其正对喇叭形透射口(12)的底面为曲面(21)，曲面(21)上有若干集热针(22)成束布置，太阳能聚热器(14)的反射镜面的焦点位于集热针束内。

3、  根据权利要求1所述的换热装置，其特征在于集热器(17)的壳体由外壳(8)、隔热层(7)和内壳(6)组成，内壳(6)为陶瓷结构，工质输入管(10)在换热腔底端径向布置，有动力装置(11)，工质输出管(9)在换热腔上端轴向布置。

4、  根据权利要求1所述的换热装置，其特征在于若干太阳能点聚焦换热装置组成阵列，所有的工质输出管(9)与同一集热管(18)连接。

5、  根据权利要求1所述的换热装置，其特征在于双向驱动器(19)的壳体(33)内有第一电机(30)通过第一减速器(31)与传动轴(34)传动连接，传动轴(324)通过联轴器(37)与与方位角转轴(23)连接，壳体(33)放置于安装座(32)上，安装座(32)的底盘上有第二电机(38)通过第二减速器(39)与竖向移动装置传动连接，竖向移动装置的竖向移动件(42)与壳体(33)接触。

6、  根据权利要求1所述的换热装置，其特征在于方位传感器(35)有两个检测板，第一检测板安装在方位角转轴(23)上，第二检测板安装在仰角转轴(24)上，第一检测板的输出经信号控制器(36)与第一电机(30)连接，第二检测板的输出经信号控制器(36)与第二电机(38)连接。

7、  根据权利要求5所述的换热装置，其特征在于所说的竖向移动装置为蜗轮蜗杆传动装置或螺旋传动机构。

8、  根据权利要求7所述的换热装置，其特征在于所说的螺旋传动机构的竖向移动件(42)为螺杆与安装座(32)上的固连的螺套螺纹配合，螺杆(42)通过滑键与第一伞齿轮(41)轴向滑动和周向转动配合，第一伞齿(41)与第二减速器(39)输出轴上的第二伞齿轮啮合，第一伞齿轮(41)可转动地连接于安装座(32)上。

9、  根据权利要求1所述的换热装置，其特征在于双向驱动器(19)的壳体(33)内有第一电机(30)通过第一减速器(31)与传动轴(34)传动连接，传动轴(34)与方位角转轴(23)连接，壳体(33)放置于安装座(32)上，安装座(32)有水平转盘与竖向螺杆螺纹连接，竖向螺杆的上端与壳体(33)的底板接触。

太阳能点聚焦换热装置
技术领域：
本发明与利用太阳能的装置有关，尤其与太阳能点聚焦间接换热装置有关。
背景技术：
已有的太阳能点聚焦换热器的外壳夹层有冷空气通道经内壳夹层在焦热腔入口焦点位置处换热后从集热腔出口流出。流道形状复杂，制造成本高，因换热工质要经过焦点位置，必须能透光，只能用空气作为工质。由于换热区域集中在焦点位置处的高温区，高温区表面积很小，高温区既是焦热腔也是换热腔，两者重合，换热效率难以提高。
发明内容：
本发明目的是提供一种结构简单，制造成本低，适用范围广，换热效率高的太阳能点聚焦换热装置。
本发明是这样实现的：
本发明太阳能聚热器14与方位角转轴23连接，换热器17通过联接件15与机架13固连，方位角转轴23的一端与双向驱动器19的输出轴连接，双向驱动器19位于安装座32上，安装座32与机架13固连，方位角转轴23的另一端与位于仰角转轴24的连接件28上的轴承25配合，仰角转轴24与机座13上的轴承25配合，换热器17的壳体内腔隔层20将其分隔为集热腔1和换热腔4，换热腔4内有导热管3穿过隔层20进入集热腔1，换热腔4有工质输入管10和工质输出管9，集热腔1有透射口12，太阳能聚热器14位于方位角转轴23上的安装板26上，太阳能聚热器14的反射镜面的焦点位于集热腔1内。
导热管3位于集热腔1的端头有集热头2，位于换热腔的管体上有换热翅片或针5，集热头2为圆锥体，其正对喇叭形透射口12的底面为曲面21，曲面21上有若干集热针22成束布置，太阳能聚热器14的反射镜面的焦点位于集热针束内。
集热器17的壳体由外壳8、隔热层7和内壳6组成，内壳6为陶瓷结构，工质输入管10在换热腔底端径向布置，有动力装置11，工质输出管9在换热腔上端轴向布置。
太阳能点聚焦换热装置组成阵列，所有的工质输出管9与同一集热管18连接。
双向驱动器19的壳体33内有第一电机30通过第一减速器31与传动轴34传动连接，传动轴34通过联轴器37与与方位角转轴23连接，壳体33放置于安装座32上，安装座32的底盘上有第二电机38通过第二减速器39与竖向移动装置传动连接，竖向移动装置的竖向移动件42与壳体33接触。
方位传感器35有两个检测板，第一检测板安装在方位角转轴23上，第二检测板安装在仰角转轴24上，第一检测板的输出经信号控制器36与第一电机30连接，第二检测板的输出经信号控制器36与第二电机38连接。
所说的竖向移动装置为蜗轮蜗杆传动装置或螺旋传动机构。
所说的螺旋传动机构的竖向移动件42为螺杆与安装座32上的固连的螺套螺纹配合，螺杆42通过滑键与第一伞齿轮41轴向滑动和周向转动配合，第一伞齿41与第二减速器39输出轴上的第二伞齿轮啮合，第一伞齿轮41可转动地连接于安装座32上。
双向驱动器19的壳体33内有第一电机30通过第一减速器31与传动轴34传动连接，传动轴34与方位角转轴23连接，壳体33放置于安装座32上，安装座32有水平转盘与竖向螺杆螺纹连接，竖向螺杆的上端与壳体33的底板接触。
本发明结构简单，制造成本低。集热控和换热腔分别设置，集热头位于集热腔便于收集焦点所在高温区的热量并立即传给换热腔的工质。由于换热工质不进入焦点区域，可采用多种材料组成的液态，液-固态，气-固态，固-液-气态混合工质，工质不受透光的限制，传热效率高。
集热控利用幅热和传导换热，换热效率高。焦点位于立体空间结构的集热针束内，制造和安装精度要求不高，成本低。
附图说明：
图1为本发明的结构图。
图2为机架结构图。
图3为换热器结构图。
图4为双向驱动器结构图。
图5为本发明阵列装置图。
具体实施方式：
机座13的横梁上有安装座32，双向驱动器19靠自重放置于安装座32的凹槽内。双向驱动器19的一输出轴通过联轴器与方位角转轴23连接，机座13上有轴承25与仰角转轴24配合，仰角转轴24上的连接件28上的轴承25与方位角转轴23配合。方位角转轴23上有联接件26与太阳能聚热器14连接。
换热器17的壳体由外壳8、隔热层7、陶瓷结构内壳6组成。其内腔有隔层20将其分隔为集热腔1和换热腔4。导热管3的主体上有换热翅片5位于换热腔内，其一端穿过隔层20位于集热腔1内，其端部有集热头2。集热头2为锥体，其底面为曲面21，固连有成束的集热针22形成集热空间。太阳能聚热器14的反射镜面的焦点位于集热腔内的集热针束内。集热腔内层有反光涂层，反光涂层为涂料层或粘结在集热腔内的反光材料层。集热腔1有透射口12。换热腔4有工质输入管10和工质输出管9。工质输入管10上有动力装置11。工质输出管9与集热管18连接。若干集热装置组成阵列。
集热头2和焦热针束由高效导热材料(金属、合金或者其它配方材料)制作，与焦点接触部分制作成曲面形状，或者多曲面形状，以最大程度地与焦点处的热源接触。
换热翅片5可以为片状，也可以为针状。最好制作成三维曲面或者曲线形状，以扩大换热面积。
隔热层7由耐高温矿物绵制作，也可以是其它耐高温隔热材料。
工质可以是气态，也可以是液态，或者固体微粒态。以及它们的混合、化合状态。动力装置11可以是风扇，也可以是泵
透射口可以直接裸露，也可以安装透明材料，以起到防止集热腔受外部污染的作用。
本发明所提出的太阳能点聚焦间接换热是这样实现的：太阳能点聚焦集热装置汇聚的能量经过透射口12，集热焦点位于集热头2上的集热针束构成的空间中，集热头位于集热腔1中。集热腔设计为小孔结构，使得焦点部分的辐射热尽量不向外部反射。这样，就使得热能经热传导和热幅射作用通过导热管3传输到换热腔4中。输热工质通过工质输入管10和动力装置11，输入换热腔，与换热翅片充分接触获取热能，经工质输出管9将热能传输到热负载中。
双向驱动器由如下件构成：
19、双向驱动器壳体；30、转动电机；31、转动减速器；32、安装座；33、壳体；34、转动轴；35、方位传感器；36、信号控制器；37、联轴器；38、移动电机；39、移动减速器；41、圆锥齿轮对；42、移动机构。
转动电机30、转动减速器31、信号控制器36安装在双向驱动器壳体19上，双向驱动器19位于安装座32的凹槽中。
方位传感器有两个检测板，左右平衡检测板安装在转动轴23上，前后平衡检测板安装在转动轴24上。
移动电机38、移动减速器39、移动机构42安装在安装座32上。圆锥齿轮对一个与移动减速器输出轴联接，一个安装在移动机构上。
移动机构42可以是电动螺旋机构，也可以是蜗轮齿条机构，也可以是手动螺旋机构。
图4所示的是电动螺旋机构。这时圆锥齿轮之一安装在螺杆上，以滑键的方式联结，使得螺杆在做轴向移动时，圆锥齿轮保持在与另一齿轮配合的位置。
当移动机构为蜗轮齿条机构时，移动电机驱动蜗轮使得齿条上下移动。
当移动机构为手动机构时，称动机构为螺旋机构，在螺杆上安装转盘，转动转盘即驱动螺杆上下运动。转盘上有刻度，指示移动的位置。
方位传感器的工作方式是这样的：
本系统为双轴跟踪，主要工作原理为不平衡光的检测和控制两部分：
1.检测：
在第一、二检测板的平面板的两边安装一定数量的光敏电阻，并将第一、二检测板互相垂直分别安装于方位角转轴23和仰角转轴24上。第一检测板测经度偏差，第二检测板测纬度偏差。
当检测板与光线平行时，两边电压平衡，而有偏差时，两端电压不平衡。通过检测电压即可知装置是超前或滞后太阳运动。、
2.控制执行
采用单片机周期地对两个检测板经比较电路处理后的电平采样，针对四路电平情况驱动两个电机正向或反向运转，同时，对输入电平采样，当出现电平变化时，相对应的电机运转，当两边电平一样时，电机停止转动。
方位传感器和信号控制器为成熟产品，可向生产光伏跟踪器的厂家购买。
本发明跟踪太阳的运动分为两种运动，以面对本发明定位，分为左右平衡运动与前后平衡运动。左右平衡通过方位角转轴23的运动实现，前后平衡通过仰角转轴24的转动实现。方位角转轴23由转动电机30驱动。仰角转轴24由移动电机驱动，或者由手工驱动(这是因为每天的转动量较小，可以根据季节变化调整，由这个方向引起的聚焦误差可由本发明集热头的结构所弥补)。
左右平衡是这样实现的。控制这个方向的传感器检测板的安装位置，位于这样的平面内，垂直于仰角转轴24的轴线，并且经过方位角转轴23的轴线，位于迎光的一面。当检测板所获得的左右电平不同时，检测板传递信号到信号控制器36中的左右控制端，由信号控制器向电机30发出正转或者反转指令。在左右电平相同时，发出停止转动的指令。电机30通过减速器31驱动转动轴34。转动轴通过联轴器37与方位角转轴23联接。方位角转轴23带动集热器14调整跟踪太阳的转动角。
前后平衡是这样实现的。控制这个方向的传感器检测板的安装装置，位于这样的平面内，垂直于方位角转轴23的轴线，并且经过仰角转轴24的轴线，位于迎光的一面。当检测板所获的的前后电平不同时，检测板传递信号到信号控制器36中的前后控制端，由信号控制器向电机38发出正转或者反转指令。在左右电平相同时，发出停止转动的指令。电机38通过减速器39，圆锥齿轮对41，驱动移动装置42上下运动，使仰角转轴24转动，调整跟踪太阳的位置角。
由于加工精度和安装位置都存在误差，使得实际的焦点位置漂移。本发明采用这样的方法弥补点聚焦集热器焦点漂移的误差。用导热针须22构成导热空间，这一空间包容焦点漂移构成的空间，使得焦点热能得以传导。另外，焦点总是位于体热腔1内，通过辐射原理，经集热头2将其它热量传递出去。