專利名稱：靜止反射面聚光太陽能鍋爐的制作方法
靜止反射面聚光太陽能鍋爐
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太陽能裝置，特別是涉及一種靜止反射面聚光太陽能鍋爐。背景技術(shù)：
眾所周知，太陽能是取之不盡，用之不竭，但人們尚未能大規(guī)模利用的重要能源。 隨著煤、石油、天然氣等化石能源的減少及價(jià)格的不斷上漲，人類直接從太陽能中獲取能量 已變得越來越重要。目前已有各種各樣的太陽能利用設(shè)備被使用，如光電轉(zhuǎn)換及光熱轉(zhuǎn)換 設(shè)備等。較大型的太陽能聚光設(shè)備包括槽式系統(tǒng)和塔式系統(tǒng)。不管是槽式系統(tǒng)還是塔式系 統(tǒng)，其均需通過轉(zhuǎn)動(dòng)反射面來跟蹤太陽光線，使得其造價(jià)高昂，安裝及維護(hù)不便，且運(yùn)行費(fèi) 用高，不適合安裝在建筑物屋屋面。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明旨在解決上述問題，而提供一種無須通過反射面的運(yùn)動(dòng)來跟蹤太陽光線， 而是通過跟蹤經(jīng)靜止的特殊反射面反射并聚集陽光所形成的光斑而實(shí)現(xiàn)太陽光的聚集， 光熱轉(zhuǎn)換效率高，易于安裝使用和維護(hù)，制作成本低，用途廣泛的靜止反射面聚光太陽能鍋 爐。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種靜止反射面聚光太陽能鍋爐，它包括一個(gè)靜止不動(dòng)的反射曲面，其反射太陽光后形成一個(gè)隨太陽光線照射角度而移動(dòng) 的光斑；一個(gè)可移動(dòng)太陽能集熱器，其設(shè)于所述光斑內(nèi)，并隨所述光斑而移動(dòng)。反射曲面為橢圓的部分橢圓線繞其短軸旋轉(zhuǎn)所形成的曲面。橢圓的長、短軸之比為1 0.7 0.9。部分橢圓線取自橢圓的一部分，該部分橢圓線的一個(gè)端點(diǎn)的切線與橢圓線的短軸 之間的夾角為40度至50度，部分橢圓線的另一個(gè)端點(diǎn)位于該部分橢圓線與其短軸的交點(diǎn)?？梢苿?dòng)太陽能集熱器由至少一根太陽能真空集熱管及光斑跟蹤運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)構(gòu)成。光斑跟蹤運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)使得太陽能真空集熱管在光斑的中心所處平面上進(jìn)行跟隨光 斑的二維運(yùn)動(dòng)。光斑跟蹤運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和徑向運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)包括第一電機(jī)， 與第一電機(jī)相連的蝸桿，與蝸桿嚙合的蝸輪、轉(zhuǎn)軸、支架及導(dǎo)軌，其中，所述蝸輪固定在轉(zhuǎn)軸 上，轉(zhuǎn)軸的上端與支架固定，轉(zhuǎn)軸下端與底座可轉(zhuǎn)動(dòng)連接，支架上固定有徑向?qū)к?，太陽?集熱器活動(dòng)地裝在導(dǎo)軌上，并由裝在導(dǎo)軌上的徑向運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)進(jìn)行徑向移動(dòng)；所述徑向 運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括固定在導(dǎo)軌端部的第二電機(jī)，裝在導(dǎo)軌上并由第二電機(jī)驅(qū)動(dòng)的螺桿及固定在 太陽能集熱器上部并與螺桿相嚙合的螺母，所述第一電機(jī)、第二電機(jī)與控制裝置相連。太陽能集熱器的上部設(shè)有與導(dǎo)軌相配合的滑動(dòng)吊臂，并設(shè)有與太陽能真空集熱管 相連通的柔性的液體介質(zhì)引入管及液體介質(zhì)引出管，所述液體介質(zhì)引入管及液體介質(zhì)引出 管盤繞在設(shè)于支架上的支撐桿上，并與熱交換器或汽輪發(fā)電機(jī)相連。
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反射曲面可由多塊小平面拼接成與所述曲面近似的曲面，所述小平面的尺寸小于 集熱器的尺寸。在所述太陽能集熱器的外圍可設(shè)置太陽能光伏電池板。本發(fā)明的貢獻(xiàn)在于，它有效解決了太陽能聚集設(shè)備的造價(jià)過高及維護(hù)運(yùn)行費(fèi)用高 及對(duì)安裝場地有限制等問題。本發(fā)明的裝置無須通過反射面的運(yùn)動(dòng)來跟蹤太陽光線，而是 通過跟蹤經(jīng)靜止的特殊反射面反射并聚集陽光所形成的光斑來實(shí)現(xiàn)太陽光的聚集。同時(shí)， 本發(fā)明不僅可直接聚集太陽光，還可聚集一部分漫射太陽光，使其可在陰天有效工作，因而 光熱轉(zhuǎn)換效率高，易于安裝使用，且安裝場地限制條件少，并大大降低了制作成本低。本發(fā) 明本身可用作建筑物屋頂?shù)囊徊糠郑米髦行⌒碗娬净蚬嵫b置，也可用于建造野外的大 型太陽能發(fā)電站。

圖1是本發(fā)明的實(shí)施例光路原理圖，其中，圖IA為太陽光平行于反射曲面的回轉(zhuǎn) 軸線的光路示意圖，圖IB為圖IA的剖面圖；圖IC為太陽光與反射曲面的回轉(zhuǎn)軸線成16度 夾角的光路示意圖，圖ID為圖IC的剖面圖；圖IE為太陽光與反射曲面的回轉(zhuǎn)軸線成32度 夾角的光路示意圖，圖IF為圖IE的剖面圖；圖IG為太陽光與反射曲面的回轉(zhuǎn)軸線成48度 夾角的光路示意圖，圖IH為圖IG的剖面圖。圖2是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)剖視圖。圖3是圖2的俯視圖。圖4是本發(fā)明的另一整體結(jié)構(gòu)剖視圖。
具體實(shí)施方式下列實(shí)施例是對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步解釋和說明，對(duì)本發(fā)明不構(gòu)成任何限制。參閱圖2 圖4，本發(fā)明的靜止反射面聚光太陽能鍋爐包括反射曲面10及太陽能 集熱器30，如圖IA 圖1G，所述反射曲面10是一個(gè)靜止不動(dòng)的反射曲面10，具體地說，該 反射曲面10為橢圓的部分橢圓線繞其短軸旋轉(zhuǎn)所形成的曲面，本實(shí)施例中，橢圓的長、短 軸之比為1 0.8，所述部分橢圓線取自橢圓的一部分，該部分橢圓線的一個(gè)端點(diǎn)的切線與 橢圓線的短軸之間的夾角為46度，部分橢圓線的另一個(gè)端點(diǎn)位于該部分橢圓線與其短軸 的交點(diǎn)，反射曲面10的上部敞口。所述反射曲面10由玻璃背面鍍銀而形成。為降低成本， 并易于制作，反射曲面10最好由多塊小平面拼接成與所述曲面近似的曲面，所述小平面的 尺寸小于集熱器30的尺寸，本實(shí)施例中，每塊小平面的尺寸大致為集熱器30外圍尺寸的四 分之一。所述反射曲面10反射太陽光后形成一個(gè)隨太陽光線照射角度而移動(dòng)的光斑20， 該光斑的中心在與反射曲面10的敞口端相平行的一個(gè)平面內(nèi)移動(dòng)。如圖IA 圖1G，該光 斑20的大小約為反射曲面10敞口端面積的1/30 1/80，本實(shí)施例中，其為1/50，這取決 于所允許的光線的損耗程度。本實(shí)施例中，在光線與反射曲面10的回轉(zhuǎn)軸線間的夾角為48 度時(shí)，其光線的損耗約為25%，在夾角為32度時(shí)，其光線的損耗約為18%，在夾角為16度 時(shí)，其光線的損耗約為9%，當(dāng)夾角為0度時(shí)，無光線損耗。如圖2 圖4，在所述光斑20內(nèi)設(shè)有一個(gè)可移動(dòng)太陽能集熱器30，本實(shí)施例中，該太陽能集熱器30由四根太陽能真空集熱管31及光斑跟蹤運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)32構(gòu)成，所述光斑跟蹤 運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)32使得太陽能真空集熱管31在光斑的中心所處平面上進(jìn)行跟隨光斑的二維運(yùn) 動(dòng)。具體地說，光斑跟蹤運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)32包括旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)321和徑向運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)322，所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 321包括第一電機(jī)3211，與第一電機(jī)相連的蝸桿3212，與蝸桿嚙合的蝸輪3213、轉(zhuǎn)軸3214、 支架3215及導(dǎo)軌3216，其中，第一電機(jī)3211為步進(jìn)電機(jī)，述蝸輪3213固定在直立轉(zhuǎn)軸3214 上，轉(zhuǎn)軸3214的上端與矩形支架3215固定。轉(zhuǎn)軸下端通過裝在底座中央的軸套3218與底 座3217可轉(zhuǎn)動(dòng)連接。如圖2及圖4，在支架3215上固定有徑向?qū)к?216，該導(dǎo)軌的橫截面 為工字形。在太陽能集熱器30頂部設(shè)有吊臂33，該吊臂由左右對(duì)稱的縱截面為F形的桿狀 體構(gòu)成，吊臂33的兩個(gè)F形桿狀體可滑動(dòng)在裝在工字形導(dǎo)軌上，使得太陽能集熱器30通過 其兩個(gè)吊臂33在導(dǎo)軌3216上滑動(dòng)。所述徑向運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)322包括第二電機(jī)3221、螺桿3222 及螺母3223，其中，第二電機(jī)3221為步進(jìn)電機(jī)，其固定在導(dǎo)軌3216端部，螺桿3222裝在導(dǎo) 軌3216側(cè)面，并由第二電機(jī)驅(qū)動(dòng)。螺母3223固定在太陽能集熱器的吊臂33頂部，其與螺 桿3222相嚙合。所述第一電機(jī)3211、第二電機(jī)3221與控制裝置相連。該控制裝置采用現(xiàn) 有的太陽能光線跟蹤裝置，將其取得的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，形成光斑中心的極坐標(biāo)數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù) 包括轉(zhuǎn)軸3214的轉(zhuǎn)動(dòng)角度和太陽能集熱器30距轉(zhuǎn)軸3214的距離，以此可控制第一電機(jī) 3211、第二電機(jī)3221的轉(zhuǎn)動(dòng)。如圖2，本實(shí)施例中，在太陽能集熱器30上設(shè)有與太陽能真空集熱管31相連通的 柔性的液體介質(zhì)引入管34及液體介質(zhì)引出管35，所述液體介質(zhì)引入管34及液體介質(zhì)引出 管35盤繞在設(shè)于支架3215上的支撐桿3219上，并與熱交換器或汽輪發(fā)電機(jī)(圖中未示 出)相連，所述液體介質(zhì)可以是水。在所述太陽能集熱器30的外圍可設(shè)置太陽能光伏電池板，用于收集漫射光和損 耗的光線，并轉(zhuǎn)化成電能。
權(quán)利要求
一種靜止反射面聚光太陽能鍋爐，其特征在于，它包括一個(gè)靜止不動(dòng)的反射曲面(10)，其反射太陽光后形成一個(gè)隨太陽光線照射角度而移動(dòng)的光斑(20)；一個(gè)可移動(dòng)太陽能集熱器(30)，其設(shè)于所述光斑(20)內(nèi)，并隨所述光斑(20)而移動(dòng)。
2.如權(quán)利要求1所述的靜止反射面聚光太陽能鍋爐，其特征在于，所述反射曲面(10) 為橢圓的部分橢圓線繞其短軸旋轉(zhuǎn)所形成的曲面。
3.如權(quán)利要求2所述的靜止反射面聚光太陽能鍋爐，其特征在于，所述橢圓的長、短軸 之比為1 0. 7 0. 9。
4.如權(quán)利要求3所述的靜止反射面聚光太陽能鍋爐，其特征在于，所述部分橢圓線取 自橢圓的一部分，該部分橢圓線的一個(gè)端點(diǎn)的切線與橢圓線的短軸之間的夾角為40度至 50度，部分橢圓線的另一個(gè)端點(diǎn)位于該部分橢圓線與其短軸的交點(diǎn)。
5.如權(quán)利要求1所述的靜止反射面聚光太陽能鍋爐，其特征在于，所述可移動(dòng)太陽能 集熱器(30)由至少一根太陽能真空集熱管(31)、光斑跟蹤運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)(32)構(gòu)成。
6.如權(quán)利要求5所述的靜止反射面聚光太陽能鍋爐，其特征在于，所述光斑跟蹤運(yùn)動(dòng) 機(jī)構(gòu)(32)使得太陽能真空集熱管(31)在光斑的中心所處平面上進(jìn)行跟隨光斑的二維運(yùn) 動(dòng)。
7.如權(quán)利要求6所述的靜止反射面聚光太陽能鍋爐，其特征在于，所述光斑跟蹤運(yùn)動(dòng) 機(jī)構(gòu)(32)包括旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(321)和徑向運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)(322)，所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(321)包括第一電 機(jī)(3211)，與第一電機(jī)相連的蝸桿(3212)，與蝸桿嚙合的蝸輪(3213)、轉(zhuǎn)軸(3214)、支架(3215)及導(dǎo)軌(3216)，其中，所述蝸輪(3213)固定在轉(zhuǎn)軸(3214)上，轉(zhuǎn)軸(3214)的上端 與支架(3215)固定，轉(zhuǎn)軸下端與底座(3217)可轉(zhuǎn)動(dòng)連接，支架(3215)上固定有徑向?qū)к?3216)，太陽能集熱器(30)活動(dòng)地裝在導(dǎo)軌(3216)上，并由裝在導(dǎo)軌(3216)上的徑向運(yùn) 動(dòng)機(jī)構(gòu)(322)驅(qū)動(dòng)進(jìn)行徑向移動(dòng)；所述徑向運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)(322)包括固定在導(dǎo)軌(3216)端部 的第二電機(jī)(3221)，裝在導(dǎo)軌(3216)上并由第二電機(jī)驅(qū)動(dòng)的螺桿(3222)及固定在太陽能 集熱器(30)上部并與螺桿(3222)相嚙合的螺母(3223)，所述第一電機(jī)(3211)、第二電機(jī) (3221)與控制裝置相連。
8.如權(quán)利要求7所述的靜止反射面聚光太陽能鍋爐，其特征在于，所述的太陽能集熱 器(30)的上部設(shè)有與導(dǎo)軌(3216)相配合的滑動(dòng)吊臂(33)，并設(shè)有與太陽能真空集熱管 (31)相連通的柔性的液體介質(zhì)引入管(34)及液體介質(zhì)引出管(35)，所述液體介質(zhì)引入管 (34)及液體介質(zhì)引出管(35)盤繞在設(shè)于支架(3215)上的支撐桿上，并與熱交換器或汽輪 發(fā)電機(jī)相連。
9.如權(quán)利要求1所述的靜止反射面聚光太陽能鍋爐，其特征在于，所述反射曲面(10) 可由多塊小平面拼接成與所述曲面近似的曲面，所述小平面的尺寸小于集熱器(30)的尺 寸。
10.如權(quán)利要求5至7中任一條所述的靜止反射面聚光太陽能鍋爐，其特征在于，在所 述太陽能集熱器(30)的外圍可設(shè)置太陽能光伏電池板。
全文摘要
一種靜止反射面聚光太陽能鍋爐，它包括一個(gè)靜止不動(dòng)的反射曲面(10)，其反射太陽光后形成一個(gè)隨太陽光線照射角度而移動(dòng)的光斑(20)；一個(gè)可移動(dòng)太陽能集熱器(30)，其設(shè)于所述光斑(20)內(nèi)，并隨所述光斑(20)而移動(dòng)。反射曲面(10)為橢圓的部分橢圓線繞其短軸旋轉(zhuǎn)所形成的曲面。可移動(dòng)太陽能集熱器(30)由至少一根太陽能真空集熱管(31)、光斑跟蹤運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)(32)構(gòu)成。本發(fā)明無須通過反射面的運(yùn)動(dòng)來跟蹤太陽光線，而是通過跟蹤經(jīng)靜止的特殊反射面反射并聚集陽光所形成的光斑而實(shí)現(xiàn)太陽光的聚集，光熱轉(zhuǎn)換效率高，易于安裝使用和維護(hù)，制作成本低，用途廣泛。
文檔編號(hào)F24J2/52GK101943484SQ20101021108
公開日2011年1月12日 申請(qǐng)日期2010年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月28日
發(fā)明者肖立峰 申請(qǐng)人:肖立峰