太阳能高温集热系统.pdf

本发明涉及太阳能利用领域，特指一种可以吸收太阳热能并转换成高温热能且能广泛使用的系统。本发明主要由直通式真空管和压缩泵组成，真空管吸收太阳热能后，经输送管提供给压缩泵，热空气经过压缩后产生高温热能提供给吸热工质利用。这样系统就可以将低温的太阳热能转换成高温的热能。采用本系统建造电站总体成本在1800元/kW左右，转换效率在65％左右。且维护方便。特别适合在沙漠、戈壁上建造大型电站。本发明采用真空管吸热其吸热效率在95％以上，压缩泵产生高温热源每100平立米只需要3千瓦左右的能耗，蒸汽机发电机

1.  太阳能高温集热系统主要由集热器(图7和图9)，冷、热输送管(3、2)，储热箱15，一级压缩装置6，二级压缩装置7，电磁阀9，气泵4，冷气管28，双向阀29和电源控制器8组成。集热器(图7)的热输送管2通过储热箱15内的吸散热管16连接于一级压缩装置6，冷气管28和集热器(图7)的冷输送管2并排连接于一级压缩装置6的双向阀29；一级压缩装置6通过冷、热输送管(3、2)和二级压缩装置7相连接；电磁阀9通过补水管连接于一级压缩装置6；气泵4通过气管5连接于一级压缩装置6。一级压缩装置6由冷、热输送管(3、2)连接于二级压缩装置7。集热器有三种制作方法。

2.  根据权利要求1所述的太阳能高温集热系统，其特征要在于：所述集热方法1：集热器(图7)主要由直通式真空管1、冷、热输送管(3、2)和上、下支架(23、22)组成，热输送管2两边都设有直通式真空管1连接于冷输送管3，冷、热输送管(3、2)连接于上支架23，上支架23连接于下支架22。

3.  根据权利要求1所述的太阳能高温集热系统，其特征要在于：所述集热方法2：集热器采用平板式吸热(如图9所示)，平板式集热器主要由透光层43、压条44、固定条45、保温层46、吸热层47、边框48组成；压条44将透光层43连接于固定条45上，固定条45连接于吸热层47，吸热层47放置于保温层46，由边框48将上述材料组合在一起；平板集热器(如图9所示)下端连接于冷输送管2，上端连接于热输送管3，在热输送管3两边都设有平板集热器(图9)，平板吸热器(图9)两端都设有通气孔50用来输送空气，平板集热器(图9)工作和安装原理同真空管集热器(图7)。

4.  根据权利要求1所述的太阳能高温集热系统，其特征要在于：所述集热方法3：集热器适用于屋顶的一种方式：在瓦片上涂上一层吸热材料作为吸热层47，瓦片下面装上保温层46(如瓦片下面已有保温层的则不需要)，将固定条45安装于瓦片上，再用压条44将透光层43安装于固定条45，然后在两边装上边框48，然后在层顶的顶端装上热输送管3，屋檐装上空气过滤层形成一个屋顶集热器。

5.  根据权利要求2所述的太阳能高温集热系统，其特征要在于：所述直通式真空1由两端开口的内胆19和外胆20连接组成，在内胆19的内壁上设有吸热涂层40。直通式真空管1内的吸热工质是空气。

6.  根据权利要求1所述的太阳能高温集热系统，其特征要在于：所述储热箱15主要由保温箱35、吸散热管16、温度探头17和储热材料42组成；吸散热管16通过保温箱35连接于集热器(图7或图9)的热输送管2，温度探头17通过控制器8连接于一级压缩装置6的驱动器41；保温箱35采用填充材料+真空的方式保温。

7.  根据权利要求1所述的太阳能高温集热器，其特征要在于：所述一级压缩装置6主要由驱动器41、压缩泵39、保温箱35、电磁阀9、气泵4、散热管32、上水位探头11、下水位探头12、温度探头17、补水管10、气管5和双向阀29组成。驱动器41通过保温箱35连接于压缩泵39；上、下水位探头(11、12)通过控制器8连接于电磁阀9；电磁阀9通过补水管10连接于保温箱35；气泵4通过控制器8和补水管10连接于保温箱35；压缩泵39的进气阀34连接于集热器(图7或图9)的热输送管2，压缩泵39的出气阀33通过散热管32连接于双向阀29。驱动器41采用可调速驱动装置。一级压缩装置6的保温箱35内采用空气+水式吸热，保温箱35内的空气压力大于一个标准大气压，由气泵4供给。

8.  根据权利要求1所述的太阳能高温集热器，其特征要在于：所述二级压缩装置7主要由驱动器41、压缩泵39、散热管32和保温箱35组成。

9.  根据权利要求5或6所述的太阳能高温集热器，其特征要在于：所述压缩泵39均设有活塞弹簧38；连杆37均通过活塞弹簧38连接于活塞14，压缩泵39的出气阀33处均设散热管32，散热管32出口处均设有压力阀30。

10.  根据权利要求5所述的太阳能高温集热器，其特征要在于：所述双向阀29内设有温度探头17和控制器8上的环境温度探头17通过控制器8连接于双向阀29，双向阀29还分别设有冷输送管3连接于集热器(图7)和冷气管28。

太阳能高温集热系统
技术领域
本发明涉及太阳能利用领域，特指一种可以吸收太阳热能并转换成高温热能且能广泛使用的节能环保系统。
背景技术
目前在太阳能利用领域，太阳能热水器只能提供热水，光伏电池硅片和聚光镜等造价太高，而且转换率低。高造价和低效率给太阳能利用和推广造成很大的限制。
发明内容
本发明的目的在于：通过改进和创新现有技术，提供一种经济实用，转换率高且能广泛应用于各种领域的太阳能高温吸热系统。
本发明产要由集热器(图7或图9)、储热箱15、冷输送管3、热输送管2、储热箱15、一级压缩装置6、二级压缩装置7、电磁阀9、气泵4、冷气管28和电源控制器8组成。集热器(图7或图9)采用空气吸热。
集热器有3种方式，方式1——如图7所示，集热器主要由直能通式真空管1，冷、热输送管(3、2)和上、下支架(23、22)组成，直通式真空管1(以下简称真空管)由两端都有开口的内胆管19和外胆管20相互连接，内胆壁设有吸热涂层40；集热器(图7)热输送管2两边都设有真空管1连接于冷输送管3，冷、热输送管(3、2)连接于上支架23，上支架23连接于下支架22。集热器(图7)内的吸热工质是空气。在集热器(如图6)冷输送管3的下端开口可以让空气进出，在开口处设有空气过滤层43过滤空气和平衡集热器(图7)内的气压。
集热器方式2——集热器采用平板式吸热(如图9所示)，平板式集热器主要由透光层43、压条44、固定条45、保温层46、吸热层47、边框48组成；压条44将透光层43连接于固定条45上，固定条45连接于吸热层47，吸热层47放置于保温层46，由边框48将上述材料组合在一起；平板集热器(如图9所示)下端连接于冷输送管2，上端连接于热输送管3，在热输送管3两边都设有平板集热器(图9)，平板集热器(图9)两端都设有通气孔50用来输送空气，平板集热器(图9)工作和安装原理同真空管集热器(图7)
集热器方式3——适用于屋顶的一种方式：在瓦片上涂上一层吸热材料作为吸热层47，瓦片下面装上保温层46(如瓦片下面已有保温层的则不需要)，将固定条45安装于瓦片上，再用压条44将透光层43安装于固定条45，然后在两边装上边框48，然后在屋顶装上热输送管3，屋檐装上空气过滤层，就形成了一个理想的屋顶集热器。
冷空气经过冷输送管3进入集热器(图7或图9)内吸收太阳热能后，经过热输送管2进入储热箱15内的吸散热管16加热储热材料42，在储热箱15内设有温度探头17通过控制器8连接于一级压缩装置6，当温度达到设定启动温度时一级压缩装置6启动；一级压缩装置6采用可变速的驱动器41通过保温箱35连接于压缩泵39的转轮36，当储热箱15内的温度超过设定温度时，驱动器41的转速随着温度的升高于降低，当储热箱15内的温度低于设定温度时，驱动器41的转速随着温度的降低于升高，当储热箱15内的温度达到设定的最低温度时，一级压缩装置6停止运行；设置储热箱15和采用可变速驱动器41的目的是为了缓和天气和气候的变化，平稳系统的运行。
一级压缩装置6主要由驱动器41、压缩泵39、保温箱35、电磁阀9、气泵4、散热管32、上水位探头11、下水位探头12、温度探头17、补水管10、气管5和双向阀29组成。驱动器41通过保温箱35连接于压缩泵39；上、下水位探头(11、12)通过控制器8连接于电磁阀9；电磁阀9通过补水管10连接于保温箱35；气泵4通过控制器8和补水管10连接于保温箱35；压缩泵39的进气阀34连接于集热器(图7或图9)的热输送管2，压缩泵39的出气阀33通过散热管32连接于双向阀29。压缩泵39也可以采用公知技术的热水器热泵。集热器(图7或图9)的热输送管2通过保温箱35和压缩泵39的进气阀34相连接；在压缩泵39内的活塞14和连杆37之间设有活塞弹簧38，压缩泵39的出气阀33处设有散热管32，散热管32出口处设有压力阀30，压力阀30内设有阀门弹簧31，这样可以延长吸热时间，提高热量的吸收；在压力阀30处设有双向阀29连接于冷气管28和集热器(图7或图9)的冷输送管3，双向阀29内设有温控探头17和控制器8上的环境温度探头17通过控制器8连接于双向阀。
一级压缩装置6的保温箱35内采用空气+水式吸热，在保温箱35内的高、低水位探头(11、12)通过控制器8连接于电磁阀9，电磁阀9连接于保温箱35上的补水管10，以控制保温箱35内的水位；保温箱35上的气管5连接于气泵4，通过调节气泵4的气压可以提高二级压缩装置7的工作效率。在一级压缩装置6的保温箱35内设有温度探头17通过控制器8连接于二级压缩装置7的驱动器41，当一级压缩装置6的保温箱内的温度达到设定的启动温度时二级压缩7启动，当一级压缩装置6的保温箱35内的温度达到设定的停止温度时二级压缩装置7停止运行。二级压缩装置7主要由驱动器41、压缩泵39、散热管32和保温箱35组成，原理同一级压缩装置6，一级压缩装置6由冷、热输送管(3、2)连接于二级压缩装置7。一级压缩装置6内的水和空气吸收热量后变成水蒸汽，由热输送管2送到二级压缩装置7，被压缩后释放热量传导给工质做功，水蒸汽变成水和空气由冷输送管3返回一级压缩装置6内循环吸热。
采用上述方法后，本发明采用通过集热器(图7或图9)吸收太阳热能供热，经压缩泵压缩后产生高温热能；这样不仅降低了成本，而且很大程度上提高了太阳能的转换效率。本发明采用真空管吸热其效率在95％以上，一台3KW的压缩泵每分钟可将4立方米常压空气压缩到0.3MPA的空气，相当于300平方米左右的集热器空气容量，在环境温度30度、天气正常的情况下，真空管内的空气温度在10秒左右可以从30度上升到100度左右；所以产生高温热能每100平方米只需要3千瓦左右的能耗，蒸汽机发电机的有效转换率目前在70％左右，也就是说本发明的总体转换率可以达到63％左右，是目前太阳能利用领域最有效也是最低廉的发明方式。
附图说明
见(第5/5页)附图说明表。
具体实施方法
如图1所示，本以发明主要由集热器(图7或图9)，冷、热输送管(3、2)、储热箱15、一级压缩装置6、二级压缩装置7、电磁阀9、气泵4、双向阀29和电源控制器8组成。真空管1两端开口，连接于冷输送管2和热输送管3；真空管1吸收太阳能将管内空气加热，由热输送管3经过储热箱15内的吸散热管16送到一级压缩装置6内，热空气经过压缩后释放热放热量变成冷空气经过冷输送管3返回真空管1进行循环吸热。释放的热量被一级压缩装置6保温箱35中的水吸收，使水沸腾成蒸汽通过热输送管2送到二级压缩装置7，蒸汽被压缩释放热量后变成冷空气和水经过冷输送管3返回一级压缩装置6进行循环使用。释放的热量传导给工质做功。冷工质再由冷输送管3返回二级压缩装置7进行循环吸热。
集热器有3种方式，方式1——如图7所示，真空管1和上、下支架(23、22)以及冷输送管3、热输送2组成集热器(如图7)，热输送3两边都设有真空管1；真空管1上端和热输送管2垂直连接，下端和冷输送管3垂直连接；在冷输送管3的下端开口，内设有空气过滤层21，用来平衡和过滤空气。
如图5所示，直通式真空管1为两端开口，目的是为了将冷热空气分开，以便更好的控制和提高热的吸收，真空管1设内胆管19和外胆管20相互连接，内胆壁设有吸热涂层40；如图8所示，直通式真空管1下端连接于冷输送管3，在真空管1和冷输送管3之间有密封圈24相连接；冷空气通过设在冷输送管3上的进气口26进入真空管1吸热；真空管1上端连接于热输送管2；在真空管1和热输送管2之间有密封圈24和密封弹簧25，目的是为发更方便的安装和更换真空管；冷空气经过真空管1吸热后通过设在热输送管2上的进气口27进入热输送管2。
集热器方式2——集热器采用平板式吸热(如图9所示)，平板集热器主要由透光层43、压条44、固定条45、保温层46、吸热层47、边框48组成；压条44将透光层43连接于固定条45上，固定条45连接于吸热层47，吸热层47放置于保温层46，由边框48将上述材料组合在一起；平板集热器(如图9所示)下端连接于冷输送管2，上端连接于热输送管3，在热输送管3两边都设有平板集热器(图9)，平板吸热器(图9)两端都设有通气孔50用来输送空气，平板集热器(图9)工作和安装原理同真空管集热器(图7)
集热器方式3——适用于屋顶的一种方式：在瓦片上涂上一层吸热材料作为吸热层47，瓦片下面装上保温层46(如瓦片下面已有保温层的则不需要)，将固定条45安装于瓦片上，再用压条44将透光层43安装于固定条45，然后在两边装上边框48，然后在屋顶装上热输送管3，屋檐装上空气过滤层，就形成了一个理想的屋顶集热器。
集热器(图7或图9)内采用空气吸热不仅方便使用和控制，而且能延长装置的使用寿命。集热器(图7或图9)的热输送管2两边都设有集热器(图7或图9)和传统的集热器相比能提高30％左右的热吸收效率。
如图4所示，储热箱15内设有吸散热管15、温度探头17和储热材料42。热空气进入储热箱15内的吸散热管16后，储热材料42吸收热量使温度升高并储藏热量；在储热箱15内设有温度探头17通过控制器8连接于一级压缩装置6的驱动器41，一级压缩装置6采用可变速驱动器41连接于压缩泵39的转轮36，当温度达设定启动温度时一级压缩装置6启动；当储热箱15内的温度超过设定温度时，驱动器41的转速随着温度的升高于降低，当储热箱15内的温度低于设定的最低温度时，一级压缩装置6停止运行；一级压缩装置6设置储热箱15和采用可变速驱动器41的目的是为了缓和天气和气候的变化，平稳系统的动行。
如图2所示，集热器(图7或图9)的热输送管2通过保箱35和压缩泵39的进气阀33相连接；在压缩泵39内的活塞14和连杆37之间设有活塞弹簧38，压缩泵39的出气阀33处设有散热管32，散热管32出口处设有压力阀30，压力阀30内设有阀门弹簧31，这样可以延长吸热时间，提高热量的吸收；压力阀30出口处设有双向阀29分别和冷气28、冷输送管3相连接，在双向阀内设有温度探头17和控制器8上的环境温度探头17通过控制器8连接于双向阀28，当释放的空气温度低于环境温度时，双向阀29使空气进入冷气管28提供给需要冷空气的场所使用，反之则使空气通过冷输送管3返回集热器(图7或图9)循环吸热。一级压缩装置6的保温箱35内采用空气+水式吸热，在保温箱设有高、低水位探头(11、12)连接于电磁阀9，电磁阀9连接于保温箱35上的补水管10，以控制保温箱35内的水位；保温箱35上还设有气管5连接于气泵4，通过调节气泵4气压可以提高二级压缩装置7的工作效率。
一级压缩装置6由冷、热输送管(3、2)连接于二级压缩装置7。二级压缩装置7(如图3所示)的工作原理同一级压缩装置6，在一级压缩装置6的保温箱35内设有温度探险头17通过控制器8连接于二级压缩装置7的驱动器41，当一级压缩装置6的保温箱35内的温度达到设定的启动温度时二级压缩装置7启动，当一级压缩装置6的保温箱35内的温度达到设定的停止温度时二级压缩装置7停止运行。水和空气在一级压缩装置6吸收了热量后变成水蒸汽，由热输送管2送到二级压缩装置7，被压缩后释放热量传导给工质做功，水蒸汽变成水和空气由冷输送管3返回一级压缩装置6内循环吸热。
采用上述装置后，在正常情况下，热空气通过一级压缩装置后，可以得到100℃左右的蒸汽热源；通过二级压缩装置后可以得到300℃以上的高温热源；另外，本系统还可以通过调节压缩装置内的气压和增加或减少压缩装置的级数来广泛的应用于各种需要热源的工作场所。本发明所述的方法并非为约束本发明，其不仅能应用于以上所述，所有采用本发明方法之一的其它方式，都应属于本发明之范畴。