專利名稱：日光收集裝置的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種日光收集裝置，它高效地將從太陽光線收集的能量轉(zhuǎn)換成熱能，并進一步利用這種能量將在該收集器內(nèi)流動的流體加熱到高溫，還涉及利用得到的熱流體來生產(chǎn)熱蒸汽并將該蒸汽用于冷卻。
現(xiàn)今，工業(yè)獲得的進展和個人對于高標準生活的要求明顯地增大了能量消耗。通常使用煤、石油、天然氣來滿足能量需求。然而，在使用這些燃料方面出現(xiàn)一些問題，例如在不遠的將來這些燃料是否有短缺的可能性，以及主要由于利用礦物燃料而增加這些燃料的使用作為在某些地區(qū)強烈工業(yè)化的結(jié)果使環(huán)境污染增加。為了解決這些問題，在各種工業(yè)中利用能恢復的可再生能源例如太陽、風、地熱、生物量方面正在進行著多種研究。借助電磁輻射實現(xiàn)通過空間接收日光能量。日光能量收集器，即能將日光輻射轉(zhuǎn)換成熱能的裝置借助于它們的多個寬闊表面來吸收日光輻射并將這種輻射轉(zhuǎn)換成熱。于是吸收輻射材料的熱能增加。該吸收表面的熱能由流體或氣態(tài)液體進行傳送。通過多種熱傳遞器例如盤管、隔膜、熱交換器等實現(xiàn)熱傳送。
作為該技術(shù)的現(xiàn)狀，日光能量被用來獲得熱水，用于住宅加熱-冷卻、溫室加熱、農(nóng)產(chǎn)品干燥、游泳池加熱、日光爐和烘箱以及污物曝曬。
在已知的日光收集系統(tǒng)中，在一個建筑物的朝南側(cè)面上使用一個具有足夠尺寸的傳導表面，以便收集日光能量，和熱物質(zhì)被用來吸收、儲存和傳送熱。從太陽光線轉(zhuǎn)變的熱能用于生產(chǎn)熱水。多種日光能量系統(tǒng)除了滿足住宅的熱水需求之外，還結(jié)合在鍋爐系統(tǒng)上減少燃料成本，所述鍋爐系統(tǒng)生產(chǎn)工業(yè)中需要的熱水和蒸汽。
作為該技術(shù)的現(xiàn)狀，已知日光收集器呈筆直或凹形，并且它們朝向太陽的表面涂成黑色以便用來吸收更多的光線。要被加熱的液體正好位于該光線吸收層下方于是被加熱。另一種已知的日光收集器按下述原理工作；反射太陽光線并使待加熱液體從太陽光線被反射處通過。為了最大限度地受益于太陽光線，還可使用活動收集器。
作為本技術(shù)現(xiàn)狀，美國專利US4175391和US4000734描述兩個相互并聯(lián)連接的凹形收集器。盡管它們確實具有運動能力從而更多地受益于太陽光線，但由于這兩個收集器相互并聯(lián)連接，只有其中之一運動時另一個才作同樣的運動。在該情況下，被其中之一垂直接收的光線可能沒有被另一個同樣垂直地接收，因而第二收集器從該光線受益較少。
發(fā)布為WO02/093741的美國專利申請PCT/US01/25900描述多種拋物面日光收集器，它們相互串聯(lián)連接并布置在一個用多根立柱架高的轉(zhuǎn)動圓托架上。該日光收集器加熱在流體管內(nèi)部的流體，所述流體通過接收的太陽光線的焦點。相應于從太陽探測器接收的信號，各個收集器能與該圓托架獨立地運動。然而，這種運動不是足夠靈敏的。
作為本發(fā)明對象的日光收集裝置包括至少一個日光收集器、至少一個運轉(zhuǎn)系統(tǒng)(3)以及一個熱傳送系統(tǒng)(4)，所述日光收集器借助于反射連續(xù)施加在一個確定區(qū)域處的太陽光線而將太陽光線轉(zhuǎn)換成熱能，所述運轉(zhuǎn)系統(tǒng)提供該日光收集器圍繞一根軸線的轉(zhuǎn)動以便不變地垂直接收太陽光線，而所述熱傳送系統(tǒng)傳送被該日光收集器加熱的流體以便用于多個冷卻和加熱過程。借助于利用作為本發(fā)明對象的日光收集器，可獲得具有350-400℃溫度的流體。
本發(fā)明的目的是獲得一種日光收集裝置，用計算機軟件和日光傳感器控制其運動。
本發(fā)明的另一個目的是用同一個馬達動力使多個收集器能以垂直接收日光的方式進行運動。
還有，本發(fā)明的又一目的是獲得一種日光收集裝置，它將從日光能量轉(zhuǎn)變來的熱能用于加熱和冷卻過程兩者。
下面說明的附圖準備幫助描述本發(fā)明。然而，本發(fā)明不受這些附圖限制。


圖1為一臺日光收集裝置的透視圖；圖2為一臺日光收集裝置的示意圖；圖3為一臺處于備用(睡眠)模式的日光收集裝置的透視圖；圖4為運轉(zhuǎn)系統(tǒng)的正視橫截面圖；圖5為該運轉(zhuǎn)系統(tǒng)的橫向橫截面圖。
附圖中說明的部件被單獨編號并列表如下
1-日光收集裝置2-日光收集器2.1-反射體2.2-連接物2.3-框架2.4-扭曲管3-運轉(zhuǎn)系統(tǒng)3.1-初級輪盤3.2-次級輪盤3.3-蝸輪裝置3.4-聯(lián)結(jié)器3.5-滑輪3.6-傳感器3.7-搖柄3.8-驅(qū)動裝置4-熱傳送系統(tǒng)4.1-管4.2-熱水箱4.3-蒸汽發(fā)生器4.4-吸收冷卻機4.5-冷水箱4.6-容器4.7-冷卻系統(tǒng)本發(fā)明的對象日光收集裝置(1)包括至少一個運轉(zhuǎn)系統(tǒng)(3)、至少一個由運轉(zhuǎn)系統(tǒng)(3)控制的日光收集器(2)以及熱傳送系統(tǒng)(4)，該熱傳送系統(tǒng)傳送由該收集器加熱的流體。
圖1描述的裝置是本發(fā)明的最佳應用。在這一應用中，將一個以上日光收集器(2)相互串聯(lián)布置成多排。每個排最好與其它排平行并且一個放在另一個之后。每排內(nèi)的多個收集器通過一個運轉(zhuǎn)系統(tǒng)(3)或一個連接器(2.2)相互連接。因此，借助于該連接器，每排中的所有收集器用一個單獨運轉(zhuǎn)系統(tǒng)能同時改變它們相對太陽的位置。
日光收集器(2)可包括至少一個反射體(2.1)、至少一個連接器(2.2)、至少一根扭曲管(2.4)以及一個框架(2.3)，所述反射體用來反射接收的太陽光線，所述連接器將多個收集器(2)相互串聯(lián)連接，能使兩個陽光收集器一起進行集合運動，所述扭曲管布置成固定在收集器后方并能防止日光收集器扭曲，而所述框架由固體材料例如鐵制成并能平衡地放置在地面上，和使形成收集裝置(1)的所有部件相互連接以便每個部件能實現(xiàn)各自的功能。
反射體(2.1)是一塊板，它用一種具有反射性能的化學物質(zhì)噴涂或覆蓋以便提供被接收光線的反射。在本發(fā)明的一種應用中，第二板具有非常薄和堅固的結(jié)構(gòu)并且用一種化學物質(zhì)覆蓋而具備反射性能，所述第二板固定在形成該反射體形狀的板上。該板用金屬或者具有類似固體性能的材料制成，并且最好將該板彎曲成一個內(nèi)凹的形狀。在另一種本發(fā)明應用中，該板的橫截面具有一個拋物面形狀。多個帶有拋物面形狀的反射體(2.1)的臂布置在朝太陽伸出的框架(2.3)上。反射體(2.1)的尺寸可根據(jù)應用面積而改變。含有需要加熱流體的管(4.1)架設在支架(4.6)上并在該拋物面反射體的焦點上通過，所述支架固定在該日光收集器上。由于被反射體接收的太陽光線被反射并轉(zhuǎn)送通過該焦點，最好是將管(4.1)定位在該焦點上以便接受更多的光線。由于移動日光收集器也移動連接的多個支架，管(4.1)的位置不改變與該日光收集器的線性關(guān)系，該管總是繼續(xù)停留在該反射體的焦點上。
在運轉(zhuǎn)系統(tǒng)(3)中包括至少一個驅(qū)動系統(tǒng)(3.8)、至少一個蝸輪裝置(3.3)、一個聯(lián)結(jié)器(3.4)、至少一個滑輪(3.5)、至少一個次級輪盤(3.2)和至少一個初級輪盤(3.1)以及一個搖柄(3.7)，所述蝸輪裝置傳送由該驅(qū)動系統(tǒng)產(chǎn)生的動作，所述聯(lián)結(jié)器例如為由蝸輪裝置傳送的鋼絲索、狹條、帶等等，所述滑輪能轉(zhuǎn)動該聯(lián)結(jié)器，所述次級和初級輪盤與該聯(lián)結(jié)器的運動一起轉(zhuǎn)動，而所述搖柄借助于該初級輪盤安裝在該日光收集器上。
驅(qū)動系統(tǒng)(3.8)是一個計算機驅(qū)動系統(tǒng)，它由一個軟件和一個儲存關(guān)于該收集系統(tǒng)的地點、時間和太陽位置的數(shù)據(jù)庫進行控制。在這個數(shù)據(jù)庫中儲存的，信息包括對于給定坐標區(qū)域的太陽在365天/24小時內(nèi)的位置。因此，當給出該收集器在區(qū)域內(nèi)的地點信息時，就能獲得該地點的太陽位置信息。于是，產(chǎn)生運動的驅(qū)動系統(tǒng)例如馬達等就由一臺由使用這個信息的軟件控制的計算機進行驅(qū)動。
而且，在該運轉(zhuǎn)系統(tǒng)中布置一個日光傳感器(3.6)。傳感器(3.6)用探測太陽光線角度的方法把多個信號送到該驅(qū)動系統(tǒng)。該驅(qū)動系統(tǒng)借助于來自該陽光傳感器的信號以及從該計算機因其軟件而獲得的信號兩者進行驅(qū)動。當兩個源同時發(fā)送信號時給予從該傳感器接收的信號以優(yōu)先權(quán)，根據(jù)這個信號實現(xiàn)該日光收集器的靈敏調(diào)節(jié)。
圖4所示的該運轉(zhuǎn)系統(tǒng)橫截面圖描繪出至少兩個滑輪(3.5)，它們固定在框架(2.3)的多個伸出部上。由該運轉(zhuǎn)系統(tǒng)產(chǎn)生的運動由在該滑輪之間行進的該聯(lián)結(jié)器進行傳送。驅(qū)動系統(tǒng)(3.8)定位在框架(2.3)上，并且其傳送運動的外端部連接在蝸輪裝置上。蝸輪裝置(3.3)由該驅(qū)動系統(tǒng)進行驅(qū)動。蝸輪裝置(3.3)的另一端部連接在該聯(lián)結(jié)器上，并且該聯(lián)結(jié)器借助于該螺桿的轉(zhuǎn)動而運動。這種平移的方向可為從蝸輪裝置(3.3)朝向聯(lián)結(jié)器(3.4)或者相反。由蝸輪裝置(3.3)的運動朝一個方向拉動聯(lián)結(jié)器(3.4)；而且在沿相反方向運動時被推動。聯(lián)結(jié)器(3.4)因倚靠在形成運轉(zhuǎn)系統(tǒng)(3)的至少一個次級輪盤(3.2)、一個初級輪盤(3.1)和一個滑輪(3.5)上而轉(zhuǎn)動，并與該驅(qū)動裝置的另一端部連接。布置在橫截面如圖4所示的運轉(zhuǎn)系統(tǒng)中的初級輪盤(3.1)和一個或更多次級輪盤(3.2)固定在框架(2.3)的一個伸出部上。與該驅(qū)動系統(tǒng)驅(qū)動的運動、路徑和方向一起，前進的聯(lián)結(jié)器借助于倚靠在次級輪盤上而圍繞后者旋轉(zhuǎn)，朝初級輪盤(3.1)運動，再圍繞初級輪盤(3.1)旋轉(zhuǎn)并轉(zhuǎn)動后者。該聯(lián)結(jié)器在圍繞初級輪盤旋轉(zhuǎn)之后通過圍繞另一個滑輪旋轉(zhuǎn)連接到該驅(qū)動系統(tǒng)上，從而完成其循環(huán)。在本發(fā)明的一種應用中，該裝置中有兩個次級輪盤(3.2)。該聯(lián)結(jié)器在圍繞初級輪盤旋轉(zhuǎn)之后再圍繞另一個次級輪盤旋轉(zhuǎn)并連結(jié)到另一個滑輪和該驅(qū)動系統(tǒng)上。在本發(fā)明的又一種應用中，該聯(lián)結(jié)器通過裝設與蝸輪裝置(3.3)和驅(qū)動系統(tǒng)(3.8)的連接而圍繞兩個滑輪運動。當該聯(lián)結(jié)器完成該平移運動時，它與次級輪盤(3.2)連接并使這個輪盤轉(zhuǎn)動。使用聯(lián)結(jié)器材料例如為帶、狹條等等來相互傳送初級輪盤(3.1)和次級輪盤(3.2)的旋轉(zhuǎn)運動。因此，初級輪盤因次級輪盤旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)，而且當該初級輪盤旋轉(zhuǎn)時，設置在其上的搖柄(3.7)轉(zhuǎn)動該日光收集器。
當確定管(4.1)內(nèi)的流體溫度超過某一水平時，一個由起動該驅(qū)動系統(tǒng)的計算機給出的信號將運動傳送到該蝸輪裝置上，這個運動被傳送到聯(lián)結(jié)器(3.4)、次級輪盤(3.2)和初級輪盤(3.1)上；因此日光收集器(2)轉(zhuǎn)動。在該轉(zhuǎn)動過程的終點，太陽光線不再以所需的垂直軸線被接受，因此與原先相比只有較少的光線被收集在位于焦點的該管上。這種情況降低該管內(nèi)的流體溫度。
當確定在該收集裝置(1)所處區(qū)域內(nèi)的風速超過一個特殊水平時，一個由起動該驅(qū)動系統(tǒng)的計算機產(chǎn)生的信號將運動傳送到該蝸輪裝置上，這個運動被傳送到聯(lián)結(jié)器(3.4)、次級輪盤(3.2)和初級輪盤(3.1)上；因此日光收集器(2)被轉(zhuǎn)動成該反射體內(nèi)凹表面朝向地面。
熱傳送系統(tǒng)(4)是一種裝置，在其中實現(xiàn)該管內(nèi)達到高溫值流體的冷卻和加熱過程，所述管沿著日光收集器的焦點延伸.在儲存從該日光收集器流入到熱流體箱內(nèi)的流體之后，完成儲存在蒸汽發(fā)生器內(nèi)的高溫流體的蒸發(fā)過程。
通過用所得飽和蒸汽加熱多根水管來生成熱水，而且這種熱水被用于多種裝置例如加熱用的輻射器。在另一種應用中，水被用作流體而生成的熱水被直接用作熱水或用于多種裝置中例如加熱用的輻射器。
冷卻過程可概述成下列步驟-將由該蒸汽發(fā)生器生成的飽和蒸汽輸送到吸收冷卻機(4.4)以便產(chǎn)生冷水。
-離開該吸收冷卻機的冷水被用于多種氣候裝置中例如空氣調(diào)節(jié)器，和多種冷卻系統(tǒng)中例如用來冷卻介質(zhì)和/或物體的冰箱、深度冷凍機。
吸收冷卻機按照以下原理工作由于引入熱蒸汽時溴化鋰溶液變成泥漿狀，而在該泥漿內(nèi)的水因吸收該介質(zhì)熱量而蒸發(fā)，從而最終冷卻該介質(zhì)。
當日光能量用作為本發(fā)明對象的該日光收集裝置轉(zhuǎn)換成熱能時，在該裝置內(nèi)循環(huán)的流體能被加熱到極高的溫度。在例如風速和管內(nèi)循環(huán)流體溫度超出預定水平的意外狀態(tài)下，該裝置用多個激勵信號進行保護，所述激勵信號由支持傳感器和驅(qū)動系統(tǒng)的計算機生成。在作為本發(fā)明對象的該裝置中，生成的高溫流體被用于加熱和冷卻系統(tǒng)兩者。
權(quán)利要求
1.一種日光收集裝置(1)，它包括至少一個接受太陽光線的內(nèi)凹反射體(2.1)，以及一根流體在其中通過并且由該反射體接受的太陽光線在其上聚焦的管(4.1)，其特征為至少一個運轉(zhuǎn)系統(tǒng)(3)，它圍繞一根軸線轉(zhuǎn)動這個反射體以便提供太陽光線的恒定垂直接收，一個控制裝置，它根據(jù)給定的坐標區(qū)域在365天/24小時內(nèi)太陽位置有關(guān)的信息起動這個運轉(zhuǎn)系統(tǒng)，以及一個日光傳感器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的日光收集裝置(1)，它包括一個用固體材料例如鐵制成的框架(2.3)，它能平衡地設置在地面上，并連接形成該收集裝置(1)的所有部件以便實現(xiàn)每個部件的功能。
3.根據(jù)上述權(quán)利要求中任何一項的日光收集裝置(1)，它包括至少一個驅(qū)動裝置(3.8)，至少一個傳送源于該驅(qū)動系統(tǒng)的動作的蝸輪裝置(3.3)，至少一個由蝸輪裝置傳送的聯(lián)結(jié)器(3.4)例如鋼絲索、狹條和帶，至少一個能轉(zhuǎn)動該聯(lián)結(jié)器的滑輪(3.5)，與該聯(lián)結(jié)器的運動一起旋轉(zhuǎn)的至少一個次級輪盤(3.2)和至少一個初級輪盤(3.1)，以及一個安裝在該日光收集器和初級輪盤上的搖柄(3.7)。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求中任何一項所述的日光收集裝置的使用方法，它包括下述步驟將被該反射體接受的太陽光線聚焦在流體通過其中的該管上，將通過這根管的流體加熱到高溫，用該被加熱流體在一個蒸汽發(fā)生器內(nèi)生成熱蒸汽，利用所述熱蒸汽來加熱和/或冷卻場所和環(huán)境。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，一臺吸收冷卻機(4.4)被用來冷卻環(huán)境。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種日光收集裝置，它高效地將從太陽光線收集的能量轉(zhuǎn)換成熱能，并進一步利用這種能量將在該收集器內(nèi)流動的流體加熱到高溫，還涉及利用得到的熱流體來生產(chǎn)熱蒸汽并將該蒸汽用于冷卻。作為本發(fā)明對象的日光收集裝置(1)包括至少一個運轉(zhuǎn)系統(tǒng)(3)、至少一個由運轉(zhuǎn)系統(tǒng)(3)控制的日光收集器(2)以及用來傳送被該收集器加熱的流體的熱傳送系統(tǒng)(4)。
文檔編號F24J2/40GK1922449SQ200480042038
公開日2007年2月28日 申請日期2004年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月31日
發(fā)明者阿米特·洛庫爾魯 申請人:阿米特·洛庫爾魯