專利名稱：定目鏡太陽能集熱系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種太陽能集熱應(yīng)用裝置，尤其涉及一種低成本、高效用太陽能 的集熱應(yīng)用裝置，可實現(xiàn)普及性民用及工業(yè)化夫規(guī)模熱發(fā)電等多領(lǐng)域之中。
背景技術(shù)：
太陽能集熱器是吸收太陽光并將產(chǎn)生的熱傳遞到傳熱工質(zhì)的裝置。集熱器是組成 太陽能熱利用系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，不同的集熱方式形成了不同的集熱器類型，大體可分聚焦 型和非聚焦型集熱器。非聚焦型集熱器聚集能量的效率及所聚集能量的品質(zhì)不高。聚焦型 集熱器能將大面積范圍內(nèi)收集到的太陽能聚集到一個很小的面積甚至一點上，其聚光比在 IO4以上而能獲得優(yōu)質(zhì)，高溫?zé)崮堋Ｔ谛枰懈邷責(zé)崮艿奶柲芸照{(diào)，太陽能蒸汽輪機及太 陽能燃汽輪機發(fā)電系統(tǒng)中，由于太陽輻射的能流密度較低，非聚焦型無法達(dá)到所需高溫，只 有聚焦型集熱器才能獲得很高的能流密度，為太陽能利用提供更為便利的條件。聚焦型集熱器一直是會聚太陽光最有效的裝置，聚焦型反射鏡必須隨時跟蹤太陽 運動才能取得最佳效果，它的焦點也將隨反射鏡運動而移動，這就使受熱器的尺寸和質(zhì)量 都受到限制。尺寸大了會遮擋反射鏡的受光面積，質(zhì)量重了會增加支撐部分及轉(zhuǎn)動部分的 負(fù)荷；太陽能的離散性，間歇性及不可靠性，以及在有云層遮掩或風(fēng)吹的場合，都會影響受 熱器受熱面的集熱效果；同時受熱器處于運動狀態(tài)，也不利于接收的太陽能量的輸出，特別 是高溫，優(yōu)質(zhì)的能量的輸出應(yīng)用。為了解決這一問題，人們一直在努力尋找一種焦點位置固 定不變，僅通過聚光鏡的跟蹤運動就能會聚太陽光的聚光器——俗稱“定日鏡”。從上世紀(jì)三十年代起國內(nèi)外許多著名學(xué)者、專家經(jīng)不懈努力，設(shè)計出最有效“定日 鏡”固定焦點式聚光系統(tǒng)——塔式接收器，散熱面積相對較小，因而可獲得較高的光熱轉(zhuǎn)換 效率。由于塔式太陽能集熱器能產(chǎn)生高達(dá)500°C -600°C高溫，可方便與高溫、高壓火電站配 套，這樣不僅使太陽能熱發(fā)電有較高的熱效率，而且也容易獲得配套設(shè)備。但這種太陽能電 站的建設(shè)費用十分昂貴，初期投資成本很高約3. 4-4. 8萬元/KW。定日鏡就占去總成本的 52%,占地面積隨著功率等級的增加呈指數(shù)增長。定日鏡控制系統(tǒng)極其復(fù)雜，有專家經(jīng)多年 研究靠計算機控制技術(shù)把MXN個控制單元/每面鏡簡化為M+N個控制單元。
發(fā)明內(nèi)容鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本實用新型的目的旨在提出一種集熱效率高，接 收器固定的“定目鏡”太陽能集熱系統(tǒng)。本實用新型的目的，將通過以下技術(shù)方案得以實現(xiàn)定目鏡太陽能集熱系統(tǒng)，包括實時跟蹤太陽轉(zhuǎn)動的聚光鏡、受熱儲能的接收器以 及用于控制聚光鏡跟蹤太陽的電氣控制單元，其特征在于所述定目鏡太陽能集熱系統(tǒng)相 對于聚光鏡鏡面同軸一體化設(shè)有焦點相重合的投射鏡，并于所述聚光鏡中心設(shè)有一個與投 射鏡光斑不相干涉且遠(yuǎn)小于聚光鏡鏡面的透孔；且在聚光鏡背向投射鏡的另側(cè)設(shè)有一面反 射鏡，與聚光鏡及投射鏡構(gòu)成鏡面組件，所述反射鏡的主光軸線延伸方向設(shè)置一位置固定
3的接收器，且于主光軸線上設(shè)有一驅(qū)動整個鏡面組件繞反射鏡主光軸旋轉(zhuǎn)的第一電機，所 述第一電機與電氣控制單元相連并受控運作。進(jìn)一步地，前述的定目鏡太陽能集熱系統(tǒng)，其中該集熱的鏡面組件裝接于陀螺式 萬向支架之上，且所述定目鏡太陽能集熱系統(tǒng)還設(shè)有一個軸向與鏡面組件轉(zhuǎn)軸相垂直的聚 光鏡角度調(diào)校組件，包括相對于反射鏡中心扭矩相互抵消的第二電機牽引桿及配重塊，所 述第二電機牽引桿與聚光鏡背光面相接。該反射鏡為平面鏡；或為具有環(huán)狀凹面的球帶鏡。該接收器外側(cè)表面包覆有保溫材料。該聚光鏡的形狀為具聚焦性能的旋轉(zhuǎn)拋物面，或球面狀的凹面鏡。該第一電機和第二電機可選至少包括步進(jìn)電機或伺服電機之一。更進(jìn)一步地，前述的定目鏡太陽能集熱系統(tǒng)，其中該集熱系統(tǒng)包括一個以上鏡面 組件及各自電氣控制單元，所述各電氣控制單元相互并聯(lián)，同步運行；且所述各鏡面組件反 射鏡的主光軸線會聚于位置相對固定的接收器。本實用新型定目鏡太陽能集熱系統(tǒng)的應(yīng)用，其突出效果為通過聚光鏡與投射鏡、反射鏡的組合，利用聚焦、投射、反射等光學(xué)原理使太陽或 天體輻射恒定地朝一個固定的接收器或目鏡反射，能有效提高太陽聚光比達(dá)10萬倍以上， 為人們合理利用高溫的太陽能提供了方便。同時，該系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單，與建筑物結(jié)合要求 相對較低，成本低廉的優(yōu)點，有利于推廣應(yīng)用并普及。以下便結(jié)合實施例附圖，對本實用新型的具體實施方式
作進(jìn)一步的詳述，以使本 實用新型技術(shù)方案更易于理解、掌握。

圖1是本實用新型定目鏡太陽能集熱系統(tǒng)一實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實用新型圖1所示實施例的運轉(zhuǎn)狀態(tài)示意圖；圖3是本實用新型定目鏡太陽能集熱系統(tǒng)的光路原理示意圖；圖4是本實用新型另一實施例的結(jié)構(gòu)示意圖(省略投射鏡繪圖)；圖5a和圖5b分別是本實用新型聚光鏡較為優(yōu)選的兩種結(jié)構(gòu)形式的正視圖。
具體實施方式
為進(jìn)一步提升自然潔凈且取之不竭的太陽能的能量轉(zhuǎn)化效率，在眾多能耗巨大的 領(lǐng)域中推廣應(yīng)用，本實用新型提供了一種太陽能集熱系統(tǒng)。突破現(xiàn)有熱點技術(shù)——定日鏡 聚熱燈塔系統(tǒng)的固有思路，創(chuàng)新地研制出一種利用光學(xué)聚焦、投射、反射等光學(xué)原理，做到 能使太陽光恒定地朝向一個固定的接收器。因此無論聚光性的鏡面如何旋轉(zhuǎn)，最終主光軸 依然不發(fā)生變化，故而此處暫時定義該集熱系統(tǒng)為“定目鏡”。如圖1至圖3所示，是本實用新型一個優(yōu)選實施例的結(jié)構(gòu)示意圖、運轉(zhuǎn)狀態(tài)示意圖 及光路原理示意圖。由該些附圖可見在聚光鏡1焦點的另一側(cè)安裝有投射面相對，且焦點 重合的投射鏡2，聚光鏡1和投射鏡2通過陀螺式萬向支架4連為一體。聚光鏡1底部在投 射光斑照到的部分開有一透孔11，一面反射鏡5安裝在該透孔11下方，與陀螺式萬向支架 4與孔邊框相連，反射鏡5在陀螺式萬向支架上可以轉(zhuǎn)動。反射鏡、聚光鏡及投射鏡構(gòu)成鏡面組件，所述反射鏡的主光軸線延伸方向設(shè)置一個位置固定的接收器3，且于主光軸線上設(shè) 有一驅(qū)動整個鏡面組件繞主光軸旋轉(zhuǎn)的第一電機，所述第一電機與電氣控制單元相連并受 控運作。上述技術(shù)方案還可優(yōu)化為該定目鏡太陽能集熱系統(tǒng)還設(shè)有一個軸向與鏡面組件 轉(zhuǎn)軸相垂直的聚光鏡角度調(diào)校組件，包括相對于反射鏡中心扭矩相互抵消的第二電機牽引 桿61及配重塊62，所述第二電機牽引桿61與聚光鏡背光面相接。上述第一電機與此處第 二電機可選步進(jìn)電機、伺服電機或其它同類精密控制電機。其中該反射鏡為平面鏡或具有環(huán)狀凹面的球帶鏡；并且該聚光鏡的形狀為具聚焦 性能的旋轉(zhuǎn)拋物面，或球面狀的凹面鏡；此外，該接收器外側(cè)表面還可以包覆一保溫材料層 或采用真空隔溫技術(shù)進(jìn)行保溫。經(jīng)反射鏡中心的反射光稱為主光軸，主光軸線處所裝的第一電機，使整個集熱系 統(tǒng)的鏡面組件繞主光軸旋轉(zhuǎn)，每天跟蹤太陽東升西落，始終保持與太陽同步運動。結(jié)合南北 方向仰角的調(diào)整，始終保持陽光垂直照到聚光鏡上。由于整個聚光鏡系統(tǒng)是以S為原點繞 主光軸轉(zhuǎn)動，反射鏡上的入射光與主光軸的夾角始終不變，入射光束(投射光束)經(jīng)反射始 終沿著主光軸方向射向接收器。太陽不單每日東升西落，每年還在南回歸線與北回歸線之間來回移動，變化的角 度約為47°，每天變化為0.257534°，變化很小，為保證聚焦系統(tǒng)能始終保持與太陽光垂 直，取得最佳集熱效果，在S點垂直紙面的軸處安裝有一個第二電機，使整個聚光鏡系統(tǒng)能 繞S軸左右旋轉(zhuǎn)，調(diào)整聚光鏡傾斜角，使聚光鏡與入射陽光保持垂直。為保證反射光始終沿 主光軸不變，調(diào)整反射鏡與水平方向的仰角使入射角=反射角。在用電機調(diào)整聚光鏡傾斜角時，同時調(diào)整反光鏡的仰角，即可保證受熱物體(目 標(biāo)或目鏡)不動的情況下始終能最有效的接收太陽光，做到“定目鏡”的要求。如果要使反射光在集熱器或定目鏡處成一光點，反射鏡做成類似輪胎的球帶環(huán)狀 凹面鏡，即二次聚焦把投射光聚成一點。上述該單鏡面組件形式的定目鏡系統(tǒng)，即可廣泛應(yīng) 用于太陽能空調(diào)、太陽能淋浴器等普羅大眾的日用必需品，其聚光鏡直徑無需做得很大，且 無需裝配于屋頂時刻接受光照，即可以較低的發(fā)電功率自耗比(小于0. 1%)滿足生活的要 求。除此之外，本實用新型的定目鏡太陽能集熱系統(tǒng)還具有更廣闊前景下的太陽能熱 發(fā)電應(yīng)用。即該述集熱系統(tǒng)包括一個以上鏡面組件及各自電氣控制單元，所述各電氣控制 單元相互并聯(lián)，同步運行；且所述各鏡面組件反射鏡的主光軸線會聚于位置相對固定的接 收器(蒸汽輪機或燃?xì)廨啓C等)。對比現(xiàn)下比較流行的“定日鏡”系統(tǒng)而言，本實用新型定 目鏡太陽能集熱系統(tǒng)具有顯著的單位功率成本優(yōu)勢，從空間占地面積、太陽能轉(zhuǎn)換利用率 及發(fā)電自耗等方面，均可見一斑。故而，本實用新型定目鏡太陽能集熱系統(tǒng)的技術(shù)方案，通過聚光鏡與投射鏡、反射 鏡的組合，利用聚焦、投射、反射等光學(xué)原理使太陽或天體輻射恒定地朝一個固定的接收器 或目鏡反射，能有效提高太陽聚光比達(dá)10萬倍以上，為人們合理利用高溫的太陽能提供了 方便。同時，該系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單，與建筑物結(jié)合要求相對較低，成本低廉的優(yōu)點，有利于太 陽能資源在民用及規(guī)模化熱發(fā)電等領(lǐng)域的推廣應(yīng)用并普及。
權(quán)利要求定目鏡太陽能集熱系統(tǒng)，包括實時跟蹤太陽轉(zhuǎn)動的聚光鏡、受熱儲能的接收器以及用于控制聚光鏡跟蹤太陽的電氣控制單元，其特征在于所述定目鏡太陽能集熱系統(tǒng)相對于聚光鏡鏡面同軸一體化設(shè)有焦點相重合的投射鏡，并于所述聚光鏡中心設(shè)有一個與投射鏡光斑不相干涉且遠(yuǎn)小于聚光鏡鏡面的透孔；且在聚光鏡背向投射鏡的另側(cè)設(shè)有一面反射鏡，與聚光鏡及投射鏡構(gòu)成鏡面組件，所述反射鏡的主光軸線延伸方向設(shè)置一位置固定的接收器，且于主光軸線上設(shè)有一驅(qū)動整個鏡面組件繞反射鏡中心旋轉(zhuǎn)的第一電機，所述第一電機與電氣控制單元相連并受控運作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的定目鏡太陽能集熱系統(tǒng)，其特征在于所述集熱的鏡面組件 裝接于陀螺式萬向支架之上，且所述定目鏡太陽能集熱系統(tǒng)還設(shè)有一個軸向與鏡面組件轉(zhuǎn) 軸相垂直的聚光鏡角度調(diào)校組件，包括相對于反射鏡中心扭矩相互抵消的第二電機牽引桿 及配重塊，所述第二電機牽引桿與聚光鏡背光面相接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的定目鏡太陽能集熱系統(tǒng)，其特征在于所述反射鏡為平面鏡。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的定目鏡太陽能集熱系統(tǒng)，其特征在于所述反射鏡為具有環(huán) 狀凹面的球帶鏡。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的定目鏡太陽能集熱系統(tǒng)，其特征在于所述接收器外側(cè)表面 包覆有保溫材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的定目鏡太陽能集熱系統(tǒng)，其特征在于所述聚光鏡的形狀為 具聚焦性能的旋轉(zhuǎn)拋物面，或球面狀的凹面鏡。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的定目鏡太陽能集熱系統(tǒng)，其特征在于所述第一電機和第二 電機可選至少包括步進(jìn)電機或伺服電機之一。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的定目鏡太陽能集熱系統(tǒng)，其特征在于所述集熱系統(tǒng)包括一 個以上鏡面組件及各自電氣控制單元，所述各電氣控制單元相互并聯(lián)，同步運行；且所述各 鏡面組件反射鏡的主光軸線會聚于位置相對固定的接收器。
專利摘要本實用新型揭示了一種定目鏡太陽能集熱系統(tǒng)，包括聚光鏡、接收器及用于控制聚光鏡跟蹤太陽的電氣控制單元，其中，定目鏡太陽能集熱系統(tǒng)相對于聚光鏡鏡面同軸一體化設(shè)有焦點相重合的投射鏡，并于聚光鏡中心設(shè)有一個大于投射鏡光斑且遠(yuǎn)小于聚光鏡鏡面的透孔；且在聚光鏡背向投射鏡的另側(cè)設(shè)有一面反射鏡，與聚光鏡及投射鏡構(gòu)成鏡面組件，該反射鏡的主光軸線延伸方向設(shè)置一位置固定的接收器，且于主光軸線上設(shè)有一驅(qū)動整個鏡面組件繞反射鏡中心旋轉(zhuǎn)的第一電機，該第一電機與電氣控制單元相連并受控運作。本實用新型能有效提高太陽聚光比達(dá)10萬倍以上，為太陽能高效集熱利用、開發(fā)提供了全新的解決方案。
文檔編號F24J2/38GK201652878SQ20102016693
公開日2010年11月24日 申請日期2010年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月14日
發(fā)明者俞忠良, 俞琦 申請人:俞琦