專利名稱：一種兩鏡式太陽能集熱裝置及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種太陽能集熱裝置及系統(tǒng)，特別涉及一種對(duì)陽光二次反射的兩鏡式 太陽能集熱裝置及由其構(gòu)成的集熱系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
太陽能是一種極為豐富的清潔能源，取之不盡，用之不竭，地球每年接受的太陽能 總量是世界年耗總能量的一萬多倍。太陽能光熱發(fā)電技術(shù)通過匯聚的太陽光來加熱液體或 氣體的傳熱工作介質(zhì)，該部分熱量轉(zhuǎn)換為機(jī)械能后，進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為電能。因而，該太陽能光 熱發(fā)電技術(shù)是具有廣闊應(yīng)用前景的太陽能利用技術(shù)之一。目前主流的太陽能光熱發(fā)電技術(shù)有塔式、槽式、菲涅爾式和碟式四種。其中，塔式光熱發(fā)電系統(tǒng)包含在空曠地面上建立的一個(gè)集熱塔，以及圍繞集熱塔 設(shè)置的一定數(shù)量的定日鏡；定日鏡將太陽光聚集到集熱塔，使其中傳熱的工作介質(zhì)被加熱 到極高的溫度進(jìn)而產(chǎn)生高溫蒸汽，推動(dòng)汽輪機(jī)進(jìn)行發(fā)電。雖然其可獲得較高的工作介質(zhì)溫 度，但大規(guī)模應(yīng)用則需要占用大片土地；且定日鏡距離集熱塔動(dòng)輒數(shù)百米甚至上千米，對(duì)定 日鏡的定位精度要求極高。槽式光熱發(fā)電系統(tǒng)，利用長條形的圓柱拋面鏡，將太陽光反射到鏡面焦線位置的 集熱管；菲涅爾式光熱發(fā)電系統(tǒng)與之類似，以菲涅爾結(jié)構(gòu)的凹面反射鏡來替代所述圓柱拋 面鏡。槽式和菲涅爾式系統(tǒng)中，均是通過太陽能來加熱集熱管中工作介質(zhì)，再將介質(zhì)熱量匯 聚在一起后進(jìn)行發(fā)電。然而，由于在追蹤太陽的過程中無法讓陽光垂直入射至反射面，造成 能量的損失；而且，由于以線聚焦代替了點(diǎn)聚焦，需要加熱整條集熱管，造成受熱點(diǎn)分散，難 以獲得很高的工作介質(zhì)溫度；另外，由于需要在高溫高壓下長期旋轉(zhuǎn)，所述集熱管的布置及 連接往往需要精心設(shè)計(jì)，否則很容易發(fā)生接口開裂、管路破損等情況，而使其中的工作介質(zhì) 泄露，對(duì)整個(gè)裝置的使用壽命和工作可靠性有很大影響。蝶式光熱發(fā)電系統(tǒng)，利用旋轉(zhuǎn)拋物面反射鏡獨(dú)立進(jìn)行定日跟蹤，并將入射的太陽 光聚焦到焦點(diǎn)上設(shè)置的小型的斯特林發(fā)電機(jī)直接進(jìn)行發(fā)電。然而，由于收集的太陽能難以 存儲(chǔ)和集中，若每個(gè)系統(tǒng)收集的太陽能不夠又難以使功率固定的斯特林發(fā)電機(jī)工作，因而 集熱效率不高；且眾多小型的分散式電源的產(chǎn)生，給并網(wǎng)發(fā)電帶來諸多不便。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種兩鏡式太陽能集熱裝置及系統(tǒng)，能自動(dòng)跟蹤太陽使陽光 垂直入射到主反射鏡上，實(shí)現(xiàn)有效接收面積的最大化；再經(jīng)過副反射鏡二次反射太陽光，對(duì) 焦點(diǎn)附近的集熱管受熱點(diǎn)進(jìn)行集中加熱，以獲取較高的工作介質(zhì)溫度；使追蹤過程中受熱 點(diǎn)位于焦點(diǎn)的空間位置不變，來簡化集熱管的設(shè)計(jì)安裝。在集熱系統(tǒng)中，將若干集熱裝置的 集熱管輸送的高熱工作介質(zhì)收集匯總后，向外集中供熱或集中發(fā)電。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是提供一種兩鏡式太陽能集熱裝置，其設(shè) 置有包含主反射鏡、副反射鏡的聚光機(jī)構(gòu)，其通過對(duì)太陽光隨轉(zhuǎn)追蹤來匯聚光熱能量；還設(shè)置有受熱點(diǎn)，其位于所述聚光機(jī)構(gòu)二次反射的焦點(diǎn)上；所述受熱點(diǎn)的該空間位置 在所述聚光機(jī)構(gòu)隨轉(zhuǎn)追蹤的過程中固定不變；
所述副反射鏡在所述主反射鏡的反射路徑上與其間隔設(shè)置；陽光經(jīng)過所述主反射鏡收 集后反射至所述副反射鏡，并由所述副反射鏡進(jìn)行二次反射后，聚焦在所述受熱點(diǎn)上；
所述兩鏡式太陽能集熱裝置，還包含與所述受熱點(diǎn)連接的集熱管，其內(nèi)部設(shè)置有傳熱 的工作介質(zhì)；該工作介質(zhì)通過聚焦在所述受熱點(diǎn)上的太陽能來加熱，并經(jīng)由所述集熱管向 外輸送。所述兩鏡式太陽能集熱裝置，還包含從下方支撐所述主反射鏡的機(jī)械支撐及傳動(dòng) 機(jī)構(gòu)；所述機(jī)械支撐及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的頂部設(shè)置有跟蹤驅(qū)動(dòng)單元，其控制所述主反射鏡進(jìn)行旋 轉(zhuǎn)或傾斜角度的改變，實(shí)現(xiàn)所述主反射鏡對(duì)太陽光的隨轉(zhuǎn)追蹤，使陽光垂直入射到所述主 反射鏡上。所述主反射鏡設(shè)置有反射凹面；所述副反射鏡通過設(shè)置的支架固定安裝在所述主 反射鏡的反射凹面上方，并在主反射鏡對(duì)太陽隨轉(zhuǎn)追蹤的過程中與其一起轉(zhuǎn)動(dòng)。所述主反射鏡上對(duì)應(yīng)陽光二次反射的焦點(diǎn)位置開設(shè)有缺口 ；所述受熱點(diǎn)穿設(shè)在主 反射鏡上該缺口位置，使進(jìn)行太陽隨轉(zhuǎn)追蹤時(shí)所述受熱點(diǎn)的空間位置不變。所述集熱管穿設(shè)固定在所述機(jī)械支撐及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中；所述受熱點(diǎn)設(shè)置在該集熱管 的頂部。一種太陽能集熱系統(tǒng)，包含若干兩鏡式太陽能集熱裝置；
每個(gè)所述兩鏡式太陽能集熱裝置，包含對(duì)太陽光隨轉(zhuǎn)追蹤的主反射鏡，與主反射鏡一 起轉(zhuǎn)動(dòng)并對(duì)其反射的陽光進(jìn)行二次反射的副反射鏡，以及位于所述主反射鏡、副反射鏡二 次反射焦點(diǎn)上的受熱點(diǎn)；所述受熱點(diǎn)的該空間位置，在所述主反射鏡、副反射鏡隨轉(zhuǎn)追蹤過 程中固定不變；
每個(gè)所述兩鏡式太陽能集熱裝置，還包含與所述受熱點(diǎn)連接的集熱管；通過聚焦在所 述受熱點(diǎn)的太陽能來加熱所述集熱管內(nèi)流經(jīng)的工作介質(zhì)；
所述太陽能集熱系統(tǒng)中，還包含一熱能集中機(jī)構(gòu)，其與所述若干兩鏡式太陽能集熱裝 置的集熱管輸出端連接，接收并統(tǒng)一存儲(chǔ)所述若干集熱管中流出的經(jīng)過加熱的工作介質(zhì)； 所述熱能集中機(jī)構(gòu)將所述工作介質(zhì)的熱量向外部輸出供熱，或分配至與熱能集中機(jī)構(gòu)連接 的若干發(fā)電設(shè)備進(jìn)行發(fā)電。本發(fā)明所述兩鏡式太陽能集熱裝置及系統(tǒng)，其優(yōu)點(diǎn)在于本發(fā)明的每個(gè)集熱裝置 中，由機(jī)械支撐及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)支撐聚光機(jī)構(gòu)并使其主、副反射鏡隨轉(zhuǎn)追蹤太陽，保持陽光在主 反射鏡上垂直入射，使有效接收面積最大化。相比現(xiàn)有槽式和菲涅爾式的光熱發(fā)電系統(tǒng)的線聚焦，本發(fā)明中陽光經(jīng)主、副反射 鏡兩次反射后，對(duì)該二次反射焦點(diǎn)上的集熱管受熱點(diǎn)進(jìn)行集中加熱，通過該點(diǎn)聚焦方式能 夠獲取很高的工作介質(zhì)溫度。由于所述受熱點(diǎn)的空間位置在主、副反射鏡追蹤太陽的過程 中固定不變，大大簡化了集熱管的設(shè)計(jì)安裝。本發(fā)明所述集熱系統(tǒng)中，將若干集熱裝置的集熱管輸送的高熱工作介質(zhì)進(jìn)行收集 匯總，再分配給少數(shù)發(fā)電設(shè)備進(jìn)行發(fā)電，解決了現(xiàn)有蝶式光熱發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電電源分散的缺 陷。本發(fā)明所述兩鏡式太陽能集熱裝置及系統(tǒng)，適用于構(gòu)成太陽能集中供熱或集中發(fā)電的系統(tǒng)，其應(yīng)用規(guī)?？筛鶕?jù)需要選擇，既可用于大規(guī)模的光熱發(fā)電或供熱系統(tǒng)，又能夠應(yīng) 用于如居民小區(qū)屋頂?shù)刃⌒蛨龊稀?br>

圖1是本發(fā)明所述兩鏡式太陽能集熱裝置的總體結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本發(fā)明所述太陽能集熱系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合

本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。如圖1所示，本發(fā)明所述兩鏡式太陽能集熱裝置中，設(shè)置有包含主反射鏡11、副反 射鏡12的聚光機(jī)構(gòu)，以及設(shè)置在所述聚光機(jī)構(gòu)的二次反射焦點(diǎn)上的集熱管20受熱點(diǎn)21。所述聚光機(jī)構(gòu)的主反射鏡11是有聚焦功能的凹面反射鏡，由其下方設(shè)置的一柱 形的機(jī)械支撐及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)30支撐。該機(jī)械支撐及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)30的頂部設(shè)置有跟蹤驅(qū)動(dòng)單元 31，可在設(shè)定的系統(tǒng)指令控制下，帶動(dòng)所述主反射鏡11進(jìn)行旋轉(zhuǎn)或傾斜角度的改變，實(shí)現(xiàn) 其對(duì)太陽光的隨轉(zhuǎn)追蹤，使陽光能夠垂直入射到主反射鏡11的反射凹面上，以最大面積、 最大效率地接收并反射太陽光。所述副反射鏡12通過支架121固定設(shè)置在主反射鏡11的反射凹面上方，并在主 反射鏡11對(duì)太陽的追蹤過程中一起轉(zhuǎn)動(dòng)。所述副反射鏡12對(duì)由主反射鏡11收集的陽光 進(jìn)行二次反射，使其聚焦在所述集熱管20的受熱點(diǎn)21上?？墒褂闷矫骁R(圖中未示出)、凸 面鏡(圖1)或者凹面鏡(圖中未示出)構(gòu)成所述副反射鏡12，具體視聚焦要求而定。所述集熱管20穿設(shè)固定在機(jī)械支撐及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)30中，用于其內(nèi)部傳熱工作介質(zhì) 的傳輸。所述主反射鏡11上對(duì)應(yīng)陽光二次反射的焦點(diǎn)附近開設(shè)有缺口，使位于集熱管20 頂部的所述受熱點(diǎn)21，穿設(shè)在主反射鏡11上該缺口位置。經(jīng)主、副反射鏡收集的陽光能量 集中于受熱點(diǎn)21這一小片區(qū)域，可將其中的工作介質(zhì)加熱到很高的溫度。所述集熱管20應(yīng)具有較好的保溫性能，以減少高溫的工作介質(zhì)經(jīng)集熱管20輸送 時(shí)的熱量損失。由于在主、副反射鏡追蹤太陽的過程中，所述受熱點(diǎn)21的空間位置可固定 不變，即始終保持在二次反射焦點(diǎn)上，大大簡化了集熱管20的設(shè)計(jì)安裝。配合參見圖1、圖2所示，若干個(gè)上述兩鏡式太陽能集熱裝置，其各自的集熱管20 輸出端連接至同一個(gè)熱能集中機(jī)構(gòu)40，構(gòu)成一太陽能集熱系統(tǒng)。所述熱能集中機(jī)構(gòu)40將各 集熱管20輸送的高溫工作介質(zhì)集中存儲(chǔ)，并輸出其收集的介質(zhì)熱量向外供熱，或分配給外 部少量的幾個(gè)發(fā)電設(shè)備進(jìn)行發(fā)電。該發(fā)電設(shè)備可以包含將熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的汽輪機(jī)，以 及將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電機(jī)。綜上所述，本發(fā)明所述兩鏡式太陽能集熱裝置，由機(jī)械支撐及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)30支撐聚 光機(jī)構(gòu)并使其主、副反射鏡隨轉(zhuǎn)追蹤太陽，保持陽光在主反射鏡11上垂直入射，使有效接 收面積最大化。相比現(xiàn)有槽式和菲涅爾式系統(tǒng)的線聚焦，本發(fā)明中陽光經(jīng)主、副反射鏡兩次反射 后，對(duì)該二次反射焦點(diǎn)上的集熱管20受熱點(diǎn)21進(jìn)行集中加熱，通過該點(diǎn)聚焦方式能夠獲取 很高的工作介質(zhì)溫度。由于所述受熱點(diǎn)21的空間位置在主、副反射鏡追蹤太陽的過程中固 定不變，大大簡化了集熱管20的設(shè)計(jì)安裝。
本發(fā)明所述太陽能集熱系統(tǒng)中，所述若干集熱管輸出高熱的工作介質(zhì)，其介質(zhì)熱 量經(jīng)過收集匯總后被分配給少數(shù)發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電，解決了現(xiàn)有蝶式光熱發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電電源 分散的缺陷。本發(fā)明所述兩鏡式太陽能集熱裝置及系統(tǒng)，適用于構(gòu)成太陽能集中供熱或集中發(fā) 電的系統(tǒng)，其應(yīng)用規(guī)?？筛鶕?jù)需要選擇，既可用于大規(guī)模的光熱發(fā)電或供熱系統(tǒng)，又能夠應(yīng) 用于如居民小區(qū)屋頂?shù)刃⌒蛨龊?。盡管本發(fā)明的內(nèi)容已經(jīng)通過上述優(yōu)選實(shí)施例作了詳細(xì)介紹，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到上述的 描述不應(yīng)被認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對(duì)于本發(fā)明的 多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來限定。
權(quán)利要求
1.一種兩鏡式太陽能集熱裝置，其特征在于，設(shè)置有包含主反射鏡(11)、副反射鏡 (12)的聚光機(jī)構(gòu)，其通過對(duì)太陽光隨轉(zhuǎn)追蹤來匯聚光熱能量；還設(shè)置有受熱點(diǎn)(21)，其位于所述聚光機(jī)構(gòu)二次反射的焦點(diǎn)上；所述受熱點(diǎn)(21)的該 空間位置在所述聚光機(jī)構(gòu)隨轉(zhuǎn)追蹤的過程中固定不變；所述副反射鏡(12)在所述主反射鏡(11)的反射路徑上與其間隔設(shè)置；陽光經(jīng)過所述 主反射鏡(11)收集后反射至所述副反射鏡(12)，并由所述副反射鏡(12)進(jìn)行二次反射 后，聚焦在所述受熱點(diǎn)(21)上；所述兩鏡式太陽能集熱裝置，還包含與所述受熱點(diǎn)(21)連接的集熱管(20)，其內(nèi)部設(shè) 置有傳熱的工作介質(zhì)；該工作介質(zhì)通過聚焦在所述受熱點(diǎn)(21)上的太陽能來加熱，并經(jīng)由 所述集熱管(20)向外輸送。
2.如權(quán)利要求1所述兩鏡式太陽能集熱裝置，其特征在于，還包含從下方支撐所述主 反射鏡(11)的機(jī)械支撐及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(30)；所述機(jī)械支撐及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(30)的頂部設(shè)置有跟 蹤驅(qū)動(dòng)單元(31)，其控制所述主反射鏡(11)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)或傾斜角度的改變，實(shí)現(xiàn)所述主反射 鏡(11)對(duì)太陽光的隨轉(zhuǎn)追蹤，使陽光垂直入射到所述主反射鏡(11)上。
3.如權(quán)利要求2所述兩鏡式太陽能集熱裝置，其特征在于，所述主反射鏡(11)設(shè)置有 反射凹面；所述副反射鏡(12)通過設(shè)置的支架(121)固定安裝在所述主反射鏡(11)的反射 凹面上方，并在主反射鏡(11)對(duì)太陽隨轉(zhuǎn)追蹤的過程中與其一起轉(zhuǎn)動(dòng)。
4.如權(quán)利要求3所述兩鏡式太陽能集熱裝置，其特征在于，所述主反射鏡(11)上對(duì)應(yīng) 陽光二次反射的焦點(diǎn)位置開設(shè)有缺口 ；所述受熱點(diǎn)(21)穿設(shè)在主反射鏡(11)上該缺口位 置，使進(jìn)行太陽隨轉(zhuǎn)追蹤時(shí)所述受熱點(diǎn)(21)的空間位置不變。
5.如權(quán)利要求4所述兩鏡式太陽能集熱裝置，其特征在于，所述集熱管(20)穿設(shè)固定 在所述機(jī)械支撐及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(30)中；所述受熱點(diǎn)(21)設(shè)置在該集熱管(20)的頂部。
6.一種太陽能集熱系統(tǒng)，其特征在于，包含若干兩鏡式太陽能集熱裝置；每個(gè)所述兩鏡式太陽能集熱裝置，包含對(duì)太陽光隨轉(zhuǎn)追蹤的主反射鏡(11)，與主反射 鏡(11) 一起轉(zhuǎn)動(dòng)并對(duì)其反射的陽光進(jìn)行二次反射的副反射鏡(12)，以及位于所述主反射 鏡(11)、副反射鏡(12) 二次反射焦點(diǎn)上的受熱點(diǎn)(21)；所述受熱點(diǎn)(21)的該空間位置，在 所述主反射鏡(11)、副反射鏡(12)隨轉(zhuǎn)追蹤過程中固定不變；每個(gè)所述兩鏡式太陽能集熱裝置，還包含與所述受熱點(diǎn)(21)連接的集熱管(20);通過 聚焦在所述受熱點(diǎn)(21)的太陽能來加熱所述集熱管(20)內(nèi)流經(jīng)的工作介質(zhì)；所述太陽能集熱系統(tǒng)中，還包含一熱能集中機(jī)構(gòu)(40)，其與所述若干兩鏡式太陽能集 熱裝置的集熱管(20)輸出端連接，接收并統(tǒng)一存儲(chǔ)所述若干集熱管(20)中流出的經(jīng)過加 熱的工作介質(zhì)；所述熱能集中機(jī)構(gòu)(40)將所述工作介質(zhì)的熱量向外部輸出供熱，或分配至 與熱能集中機(jī)構(gòu)(40 )連接的若干發(fā)電設(shè)備進(jìn)行發(fā)電。
全文摘要
一種兩鏡式太陽能集熱裝置及系統(tǒng)，該裝置中設(shè)有含主、副反射鏡的聚光機(jī)構(gòu)，對(duì)太陽光隨轉(zhuǎn)追蹤來匯聚光熱能量；以及位于聚光機(jī)構(gòu)二次反射焦點(diǎn)上的受熱點(diǎn)；受熱點(diǎn)位置在聚光機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)不變；陽光經(jīng)過主反射鏡收集后反射至副反射鏡，并由副反射鏡進(jìn)行二次反射后，聚焦在受熱點(diǎn)上，來加熱與受熱點(diǎn)連接的集熱管內(nèi)輸送的工作介質(zhì)。由于對(duì)受熱點(diǎn)進(jìn)行了集中加熱，能夠獲取很高的工作介質(zhì)溫度。集熱系統(tǒng)收集若干集熱管輸送的高溫介質(zhì)后統(tǒng)一向外供熱或發(fā)電。本發(fā)明的主、副反射鏡可隨轉(zhuǎn)追蹤太陽，保持陽光在主反射鏡上垂直入射，使有效接收面積最大化。由于受熱點(diǎn)的空間位置在主、副反射鏡追蹤太陽的過程中固定不變，簡化了集熱管的設(shè)計(jì)安裝。
文檔編號(hào)F24J2/46GK102072567SQ201110024968
公開日2011年5月25日 申請(qǐng)日期2011年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月24日
發(fā)明者伍志軍, 張中, 張聲榮, 李貴濤, 李釗明, 繆同群, 陳世祥 申請(qǐng)人:上海新產(chǎn)業(yè)光電技術(shù)有限公司