一种太阳能集热装置.pdf

本发明提供了一种太阳能集热装置，包括：支架、装设于支架的聚光器、可接收聚光器反射光线的真空集热管、终端换能器、以及，将真空集热管和终端换能器连通的高温传输管道；所述真空集热管包括第一内管和第一外管，第一内管和第一外管之间为第一真空腔，所述真空集热管的第一内管和第一外管由石英玻璃制成，其表面均具有金属镀膜；所述真空集热管的第一内管中装有可在受热汽化后通过高温传输管道进入终端换能器、并在温度降低后液化回流至真空集热管的第一内管的超导介质。

1、  一种太阳能集热装置，包括：
支架；
装设于支架的聚光器；
可接收聚光器反射光线的真空集热管；
终端换能器；
以及，将真空集热管和终端换能器连通的高温传输管道；
其特征在于，
所述真空集热管包括第一内管和第一外管，第一内管和第一外管之间为第一真空腔，所述真空集热管的第一内管和第一外管由石英玻璃制成，其表面均具有金属镀膜；
所述真空集热管的第一内管中装有可在受热汽化后通过高温传输管道进入终端换能器、并在温度降低后液化回流至真空集热管的第一内管的超导介质。

2、  根据权利要求1所述的太阳能集热装置，其特征在于，所述超导介质为重铬酸钾、硫酸钠、二氧化钴、硼酸、氢氧化铝、二氧化锰的混合溶液。

3、  根据权利要求1或2所述的太阳能集热装置，其特征在于，所述聚光器包括抛物柱面聚光面、承载抛物柱面聚光面的抛物柱面衬底、分别与抛物柱面衬底一侧边密封连接的两个端板、以及防尘盖板。

4、  根据权利要求3所述的太阳能集热装置，其特征在于，所述真空集热管位于抛物柱面聚光面的轴线位置。

5、  根据权利要求1或2所述的太阳能集热装置，其特征在于，所述高温传输管道为金属真空绝热管，其包括可供超导介质受热气化后传输的第二内管、以及套设于内管外的第二外管，第二内管和第二外管之间为第二真空腔。

6、  根据权利要求5所述的太阳能集热装置，其特征在于，所述高温传输管道的内管的外表面和外管的内表面均为镜面。

7、  根据权利要求1或2所述的太阳能集热装置，其特征在于，所述太阳能集热装置进一步包括自动跟踪器和支架转向传动组件，
所述自动跟踪器包括光敏传感器和电机转向控制电路，光敏传感器的中心轴线垂直于所述抛物柱面聚光面的轴线，电机转向控制电路根据光敏传感器的信号控制支架转向传动组件运动，以带动所述聚光器运动至光线均匀反射在真空集热管表面的位置。

8、  根据权利要求7所述的太阳能集热装置，其特征在于，
所述光敏传感器包括水平方向光敏传感器和垂直方向光敏传感器，
所述电机转向控制电路包括水平方向电机转向控制电路和垂直方向电机转向控制电路，
所述支架转向传动组件包括水平方向传动组件和垂直方向传动组件；
所述水平方向电机转向控制电路根据水平方向光敏传感器的信号控制水平方向传动组件运动，以带动所述聚光器在水平方向上运动；所述垂直方向电机转向控制电路根据垂直方向光敏传感器的信号控制垂直方向传动组件运动，以带动所述聚光器在垂直方向上运动。

9、  根据权利要求8所述的太阳能集热装置，其特征在于，两个所述水平方向光敏传感器对称设置，两个垂直方向光敏传感器也对称设置。

10、  根据权利要求7或8所述的太阳能集热装置，其特征在于，所述水平方向传动组件和垂直方向传动组件均为涡轮蜗杆结构。

11、  根据权利要求7或8所述的太阳能集热装置，其特征在于，所述太阳能集热装置进一步包括为电机转向控制电路提供电力的蓄电池，和为所述蓄电池充电的太阳能电池。

12、  根据权利要求7或8所述的太阳能集热装置，其特征在于，所述太阳能集热装置进一步包括用于切断电机转向控制电路供电的夜间节能控制电路。

一种太阳能集热装置
技术领域
本发明涉及一种集热装置，特别涉及一种太阳能集热装置。
背景技术
太阳能是一种无污染的清洁能源，在人类面临能源危机和环境保护两大生存课题的今天受到人们极大的重视。目前市售的利用太阳能的装置大多为太阳能热水器，其中大多是单体热水器，属于慢增温式集热，集热温度不高，特别是在冬季的实用价值较低。
另外，目前市售的太阳能热水器多采用固定的角度和位置，不能自动跟随太阳的移动，在大部分时间里太阳光都是倾斜地照射在集热装置上，因此，太阳能光的利用率较低。虽然在有些装置中也安装了收集太阳光的跟踪装置，但结构较为复杂，且本身消耗的能量多，也影响了太阳能集热装置的有效效率。
发明内容
为了避免上述问题，本发明提供一种具有自动跟踪功能的太阳能集热装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种太阳能集热装置，包括：支架、装设于支架的聚光器、可接收聚光器反射光线的真空集热管、终端换能器、以及，将真空集热管和终端换能器连通的高温传输管道，
所述真空集热管包括第一内管和第一外管，第一内管和第一外管之间为第一真空腔，所述真空集热管的第一内管和第一外管由石英玻璃制成，其表面均具有金属镀膜；
所述真空集热管的第一内管中装有可在受热汽化后通过高温传输管道进入终端换能器、并在温度降低后液化回流至真空集热管的第一内管的超导介质。
优选地，所述超导介质为重铬酸钾、硫酸钠、二氧化钴、硼酸、氢氧化铝、二氧化锰的混合溶液。
优选地，所述聚光器包括抛物柱面聚光面、承载抛物柱面聚光面的抛物柱面衬底、分别与抛物柱面衬底一侧边密封连接的两个端板、以及防尘盖板。
优选地，所述真空集热管位于抛物柱面聚光面的轴线位置。
优选地，所述高温传输管道为金属真空绝热管，其包括可供超导介质受热气化后传输的第二内管、以及套设于内管外的第二外管，第二内管和第二外管之间为第二真空腔。
优选地，所述高温传输管道的内管的外表面和外管的内表面均为镜面。
优选地，所述太阳能集热装置进一步包括自动跟踪器和支架转向传动组件，
所述自动跟踪器包括光敏传感器和电机转向控制电路，光敏传感器的中心轴线垂直于所述抛物柱面聚光面的轴线，电机转向控制电路根据光敏传感器的信号控制支架转向传动组件运动，以带动所述聚光器运动至光线均匀反射在真空集热管表面的位置。
优选地，所述光敏传感器包括水平方向光敏传感器和垂直方向光敏传感器，
所述电机转向控制电路包括水平方向电机转向控制电路和垂直方向电机转向控制电路，
所述支架转向传动组件包括水平方向传动组件和垂直方向传动组件；
所述水平方向电机转向控制电路根据水平方向光敏传感器的信号控制水平方向传动组件运动，以带动所述聚光器在水平方向上运动；所述垂直方向电机转向控制电路根据垂直方向光敏传感器的信号控制垂直方向传动组件运动，以带动所述聚光器在垂直方向上运动。
优选地，两个所述水平方向光敏传感器对称设置，两个垂直方向光敏传感器也对称设置。
优选地，所述水平方向传动组件和垂直方向传动组件均为涡轮蜗杆结构。
优选地，所述太阳能集热装置进一步包括为电机转向控制电路提供电力的蓄电池，和为所述蓄电池充电的太阳能电池。
优选地，所述太阳能集热装置进一步包括用于切断电机转向控制电路供电的夜间节能控制电路。
本发明的太阳能集热装置通过采用石英玻璃金属镀膜的真空集热管，能够快速有效地将光能转化为热能，且真空集热管的承压能力高，不易爆裂，经久耐用。
本发明的太阳能集热装置所采用的超导介质传导热量的方式，不仅温度传导快、膨胀系数低，而且通过采用全金属真空绝热管进行超导介质的传输，其保温性能优越，可以实现远距离传输。
本发明的太阳能集热装置可以在太阳光不是垂直照射集热装置时，由两侧的光敏传感器产生阻值变化，控制电机驱动电路输出不同方向的电压驱动电机旋转，并带动聚光系统转动，直到太阳光垂直照射的位置为止。由于阳光直射，可增强太阳光的照射强度。本装置可以全天跟踪太阳8-10小时，比同样面积和结构的固定式太阳能集热装置的光能利用率增加两倍以上，提高了太阳能集热装置的热效率。
附图说明
图1是本发明的太阳能集热装置的结构示意图。
图2是本发明的太阳能集热装置的聚光器的侧视图。
图3为本发明的太阳能集热装置的自动跟踪器的电路示意图。
具体实施方式
本发明的目的在于提供一种具有自动跟踪功能的太阳能集热装置。
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。
如图1所示，本发明的太阳能集热装置，包括支架101、架设在支架101上的聚光器102、真空集热管103、终端换能器104、以及将真空集热管103和终端换能器104连通的高温传输管道105。
聚光器102将照射在其表面的光线反射在真空集热管103的表面，用以加热真空集热管103内的超导介质，该超导介质能够在受热后汽化，汽化后的高温气体通过高温传输管道105进入终端换能器104，并将真空集热管103收集的热能传递至终端换能器105，用作取暖、烧水、烘干等用途的热源，该超导介质在温度降低后液化、并回流至真空集热管103内。
图2是本发明的太阳能集热装置的聚光器的侧视图。结合图1和图2所示，聚光器102包括抛物柱面聚光面201、用于承载抛物柱面聚光面201的抛物柱面衬底202、分别与抛物柱面衬底202的两个抛物线一端密封连接的两个端板203(图2中未示出)、以及防尘盖板204。其中，抛物柱面聚光面201贴附在抛物柱面衬底202的内表面。
抛物柱面的聚光面201将照射在其表面的光线聚集至其抛物柱面的轴线，与传统的平板式聚光面或锅式聚光面相比，其将光线聚集的位置由一个点增加至一条线，使受热面积增大、光线利用率提高。抛物柱面的聚光面201由钛金镜面不锈钢板制成，这种材料反光性能好、结构轻巧、安全耐用、制造简单、成型性好。
抛物柱面衬底202贴附在抛物柱面聚光面201的外表面，其用于承载抛物柱面聚光面201，且具有保温作用。
防尘盖板204与抛物柱面衬底202和两个端板203形成了一个防尘防水的中空保温集热腔。防尘盖板204由透光材料制成，例如以聚酯为基材的透光膜或是压克力透光板等材料，不仅可以减少光能损耗、提高光能利用率，而且可以避免聚光面的污染与磨损，且易于清洁除尘。
优选地，抛物柱面聚光面201的弧度应使得抛物柱面的轴线位于抛物柱面聚光面201所形成的空间内，即位于中空保温集热腔内部。
真空集热管103固定在抛物柱面聚光面201的轴线处，其两端分别固定在两个端板203上。
真空集热管103包括内管和外管，内管和外管之间为真空腔。真空集热管103由石英玻璃制成，其表面具有金属镀膜。石英玻璃具有耐高温、热稳定性好、透光性好的优点，使用石英玻璃制造的真空集热管103集热效率高，承压能力是普通真空管的3倍，不易爆裂，经久耐用。其表面的金属镀膜可以促进温度的迅速提升，且具有保温的作用。
真空集热管103的内管中装有超导介质，该超导介质能够在受热后汽化，汽化后的气体通过高温传输管道105进入终端换能器104，并将真空集热管103收集的热能传递至终端换能器104，该超导介质在温度降低后液化、并回流至真空集热管103内。
在本实施例中，真空集热管103中的超导介质可以为重铬酸钾、硫酸钠、二氧化钴、硼酸、氢氧化铝、二氧化锰的混合溶液。这种超导介质的温度传导快、膨胀系数低、汽化性能好、使用寿命长，因此能够迅速高效地将真空集热管103收集的热量传递至终端换能器104，并且其汽化后的膨胀系数较低，不会产生因汽化后体积迅速膨胀而造成真空集热管103爆裂的现象。
终端换能器104是将真空集热管103和高温传输管道105传来的热量高效转化的设置，根据热量的不同用途，可以选择不同的换能器。例如，用于烧开水、蒸汽时，可采用食品级不锈钢做成具有夹层的保温桶，其夹层与高温传输管道105、继而与真空集热管103连通，受热汽化的超导介质气体可进入该夹层中，从而加热保温桶中的自来水即可产生开水或蒸汽。用于取暖、烘干时，则可把终端换能器104改为散热器或其它散热装置。
通过使用超导介质作为传递热量的介质，可以克服传统太阳能热水器不能产生饮用水的弊端，且由于其良好的温度传导特性，能够快速高效地将光能转化为热能。
高温传输管道104为金属真空绝热管，其包括内管和外管，内管和外管之间为真空腔，超导介质在高温传输管道104的内管中传输。采用全金属真空绝热管，承压性能好，保温优良，刚性强，适于大距离无热损传输。
优选地，高温传输管道104的内管的外表面和外管的内表面均做镜面处理，以进一步增加保温性能。
另外，本发明的太阳能集热装置还包括自动跟踪器和支架转向传动组件。图3为自动跟踪器的电路示意图。如图4所示，自动跟踪器包括光敏传感器301和电机转向控制电路302，电机转向控制电路302根据对光敏传感器301的信号进行差动比较、放大等处理的结果，通过控制电机运转来控制支架转向传动组件运动，以带动聚光器102运动至光线能够均匀反射在真空集热管103表面的位置。
结合图1和图2所示，光敏传感器301的中心轴线垂直于抛物柱面聚光面201的轴线，即垂直于真空集热管103的表面。光敏传感器301包括水平方向光敏传感器和垂直方向光敏传感器，其中水平方向光敏传感器包括两个垂直于端板203所在平面的对称设置的光敏传感器，而垂直方向光敏传感器包括两个平行于端板203所在平面的对称设置的光敏传感器。
本文中所称水平方向为与本发明的太阳能集热装置所固定的地面平行的方向，而垂直方向为与本发明的太阳能集热装置所固定的地面垂直的方向，以下相同，此后不再赘述。
相应地，电机转向控制电路包括水平方向电机转向控制电路和垂直方向电机转向控制电路，支架转向传动组件包括水平方向传动组件401和垂直方向传动组件402。水平方向电机转向控制电路根据水平方向光敏传感器的信号控制水平方向传动组件运动401，以带动聚光器102在水平方向上运动；垂直方向电机转向控制电路根据垂直方向光敏传感器的信号控制垂直方向传动组件402运动，以带动聚光器103在垂直方向上运动。
优选地，如图1所示，水平方向传动组件401固定于一个端板203的外侧，而垂直方向传动组件402则固定于另一侧的支架101处。通过调节水平方向传动组件401可使聚光器102在当前高度处、绕抛物柱面聚光面201的轴线进行旋转。通过调节垂直方向传动组件402，可使得聚光器102的垂直方向传动组件402所在一侧的高度发生变化，从而调节聚光器102的倾角。通过调节水平方向传动组件401和垂直方向传动组件402，可将聚光器102的抛物柱面的开口调节至朝向太阳的方向，即运动至光线能够均匀反射在真空集热管103表面的位置，此时能够聚集的光照最强。
水平方向传动组件401和垂直方向传动组件402可采用涡轮蜗杆的传动方式。其中，如图1所示，水平方向传动组件401可采用扇形涡轮与蜗杆的传动方式，从而实现聚光器102在当前高度处、绕抛物柱面聚光面201的轴线进行180°的旋转。这种涡轮蜗杆的传动方式所需动力小、传动力矩大，且不需要另设定位控制，定位精确。
当光敏传感器301感应到光线时，则自动跟踪器开始工作。当两个垂直方向光敏传感器的信号不同时，则表示此时反射至真空集热管103表面的光线在沿真空集热管103轴线的方向是不均匀的，则垂直方向电机转向控制电路通过比较两个垂直方向光敏传感器的信号，产生电机转向控制信号，则控制垂直方向传动组件运动402向光照强的方向运动，以带动聚光器102在垂直方向上运动，直至两个垂直方向光敏传感器的信号相同为止。水平方向的控制原理与垂直方向相同。
通过自动跟踪器对太阳方向的跟踪控制，可以使聚光器102的抛物柱面的开口始终朝向太阳的方向，则位于抛物柱面轴线处的真空集热管103始终处于光照最强的位置，从而提高光效，更好地利用光能。
本发明的太阳能集热装置可进一步包括为电机转向控制电路提供电力的蓄电池，和为该蓄电池充电的太阳能电池。这样，可以全面地利用太阳能，并且省去了利用市电为蓄电池充电的麻烦，能够有效地提高蓄电池的使用寿命。
另外，本发明的太阳能集热装置可进一步包括用于切断电机转向控制电路供电的夜间节能控制电路，当光敏传感器301无法感应到光线时，则夜间节能控制电路切断对电机转向控制电路供电，从而节约电能，提高蓄电池的使用寿命。
本发明的太阳能集热装置通过采用石英玻璃金属镀膜的真空集热管，能够快速有效地将光能转化为热能，且真空集热管的承压能力高，不易爆裂，经久耐用。
本发明的太阳能集热装置所采用的超导介质传导热量的方式，不仅温度传导快、膨胀系数低，而且通过采用全金属真空绝热管进行超导介质的传输，其保温性能优越，可以实现远距离传输。
本发明的太阳能集热装置通过自动跟踪器对太阳的跟踪，可以在太阳光不是垂直照射集热装置时，由光敏传感器产生阻值变化，控制电机驱动电路输出不同方向的电压驱动电机旋转，并带动聚光系统转动，直到太阳光垂直照射的位置为止。由于阳光直射，可增强太阳光的照射强度。本装置可以全天跟踪太阳8-10小时，比同样面积和结构的固定式太阳能集热装置的光能利用率增加两倍以上，提高了太阳能集热装置的热效率。
经试验证明，本发明的太阳能集热装置的加热功率可以相当于三千瓦的电加热器的加热功率，可在7～8分钟之内煮沸3.2公斤水。
以上所述，只是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围。