專利名稱：球形充水式免跟蹤太陽熱能聚收器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種太陽能聚光集熱裝置，特別是在無需對太陽實施跟蹤的情況下，利用球型充水容器使太陽光線折射聚焦集熱來實現(xiàn)太陽熱能自動聚收利用的裝置。
背景技術(shù)：
目前，公知的太陽能聚光集熱裝置，大體是利用光線的反射或折射實現(xiàn)熱能聚收。但是，它們往往需要對太陽實施精確跟蹤。由于增加了跟蹤系統(tǒng)，既提高了制造成本，又增添了維修費用，且較難操控，所以推廣應(yīng)用步伐較慢，應(yīng)用前景不夠樂觀；另有部分聚光集熱裝置，如“復合拋物面鏡聚光集熱器”(CPC)，雖然免除了對太陽的跟蹤，但因聚焦比不高等原因，至今仍未得到廣泛的推廣應(yīng)用。而在常規(guī)能源逐漸枯竭的今天，充分利用太陽能這種無公害的清潔能源，已經(jīng)成為政府和廣大民眾的共同鑒識。事實上，在咱們祖國的大多數(shù)地區(qū)，一年四季，陽光普照，太陽為我們無償提供了取之不盡、用之不竭的熱能資源，如果僅僅因為沒有方便適用的太陽熱能聚收利用裝置而使之白白地遺棄浪費掉，就實在令人痛惜，更愧對大自然的饋贈！因此，人們迫切需要一種能有效利用太陽能資源，于生活和生產(chǎn)普遍適用且簡單方便的太陽熱能聚收裝置。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有太陽熱能聚收裝置的不足之處，本發(fā)明提供一種方便適用的聚光集熱裝置，能充分利用球體特有的聚光成焦(點聚焦)且焦距不變的特性，在無需對太陽實施跟蹤的情況下，使太陽熱能高效聚收并能直接產(chǎn)生熱水、沸水和蒸汽的太陽能聚光集熱裝置。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題的技術(shù)方案是其主要由水球球殼、水球支架、水箱、水箱支架及雙層弧形真空吸熱管等組成。水球球殼內(nèi)充滿水成為水球，固定置于水球支架上。固定在水箱支架上的水箱位于水球側(cè)面，水箱具有保溫承壓功能。水箱兩端分別裝有進水水位控制閥和熱(沸)水閥，水位控制閥能自動控制水箱內(nèi)的液面高度。水箱上方裝有蒸汽閥，下方裝有供水上下循環(huán)的三叉管與水箱相通。雙層弧形真空吸熱管內(nèi)、外管均呈弧形半圓環(huán)體彎管狀，其內(nèi)管的內(nèi)弧管壁面半徑等于水球的聚光焦距。吸熱管固定置于水球外下方的水箱支架上，其中心弧線所在平面與太陽繞徑天穹的軌道平面——日軌面重合。吸熱管的兩個上端口通過保溫導管分別與位于水箱下方三叉管的兩個叉口相連通。這樣，當太陽在日軌面內(nèi)移動時，太陽光通過水球體折射聚光集熱成高溫焦斑，因焦距始終不變，故焦斑的移動軌跡只能是日軌面內(nèi)半徑等于焦距的圓弧曲線，而同樣處于日軌面內(nèi)的雙層弧形真空吸熱管內(nèi)管所處位置正好經(jīng)過該圓弧曲線，所以，高溫焦斑會始終聚射在該內(nèi)管的內(nèi)弧管壁面上，使管內(nèi)的水體受熱。受熱后的水體會與水箱里的水體不斷地發(fā)生自動對流循環(huán)后，使之變成熱水、沸水，直至產(chǎn)生蒸汽。
本發(fā)明的有益效益是一、設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，制造方便；免除了太陽跟蹤系統(tǒng)，制造成本低。
二、不消耗其他任何能量，自動高效聚光集熱；產(chǎn)生的熱水、沸水及蒸汽可直接應(yīng)用于生活、生產(chǎn)活動，應(yīng)用范圍廣。
三、熱能聚收幾乎全系靜態(tài)運作，無污染，少躁音，綠色環(huán)保；少維護維修，經(jīng)濟適用。


下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。
圖1是本發(fā)明水球支架及水箱支架的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)及安裝示意圖。
圖中1、水球支架，2、矩形底座，3、水球支柱，4、圓形兜承圈，5、水箱支柱，6、水箱橫拉桿，7、水箱固定套，8、水球，9、洞蓋，10、注水孔，11、水箱，12、水位控制閥，13、熱(沸)水閥，14、蒸汽閥，15、三叉管，16、雙層弧形真空吸熱管，17、內(nèi)管內(nèi)弧壁面，18、保溫導管。
具體實施例方式在圖1中，水球支架1由下方平置的矩形底座2、側(cè)面相對斜立的水球支柱3及上方平置的圓形兜承圈4構(gòu)成。圓形兜承圈4的內(nèi)徑小于水球8的外徑。在水球支架1的矩形底座2的一條邊上方，直立兩根水箱支柱5，再在水球支架1立有兩根水箱支柱5的側(cè)面的相鄰兩個側(cè)面內(nèi)的每兩根水球支柱3的腰部，各橫伸一根水箱橫拉桿6與對應(yīng)的水箱支柱5固定連接。水箱支柱5上端有水箱固定套7。水箱支柱5、水箱橫拉桿6和水箱固定套7構(gòu)成水箱支架。
在圖2中，水球8呈透明球殼形，頂部開有清洗洞，清洗洞上有洞蓋9。洞蓋9是水球8的球殼的一部分，大小與清洗洞一致。洞蓋9的上頂部有注水孔10。水箱11呈橢圓柱形，中部略向下彎凹。具有保溫承壓功能的水箱水平置于水箱支架的水箱支柱5上，被水箱固定套7緊固。水箱11的兩端頭分別裝有控制進水的水位控制閥12和熱(沸)水閥13。水箱11內(nèi)的水面以下為儲水室，水面以上為蒸汽室。水箱11的上部裝有蒸汽閥14，下部彎凹處裝有供水上下循環(huán)的三叉管15。雙層弧形真空吸熱管16的內(nèi)、外管均呈弧形半圓環(huán)體彎管狀，即是平放的一段圓環(huán)體沿縱向繞切成內(nèi)外兩部分再去掉內(nèi)部的半環(huán)體后所剩下的弧形半圓環(huán)體狀管狀體，其橫斷面由半圓弧和直徑(弦)構(gòu)成。內(nèi)管的內(nèi)弧壁面17半徑正好等于水球8的焦距。將此雙層弧形真空吸熱管16弓背朝下，固定在兩根水箱橫拉桿6上。兩個上端口通過保溫導管18分別與位于水箱8下方的三叉管15的兩個叉口連接并與水箱相通。
本發(fā)明的安裝及運作方式是將水球8置于水球支架1上方的圓形兜承圈4上，使大半個水球位于圓形兜承圈4上方，小半個水球懸吊于圓形兜承圈4的下方。讓洞蓋9蓋緊水球8上頂部的清洗洞(不漏水)，再用水管通過洞蓋9上方的注水孔10向水球8內(nèi)注滿清水，堵住注水孔10。調(diào)整好位于水球8下方的雙層弧形真空吸熱管16的位置，使其中心圓弧線所在平面與日軌面重合，并使內(nèi)管內(nèi)弧壁面17到水球8球心的距離等于水球8的焦距。
關(guān)閉水箱11上的熱(沸)水閥13及蒸汽閥14。同時，打開水箱11上的水位控制閥12，向水箱11、雙層弧形真空吸熱管16及保溫導管18內(nèi)注水，使水箱11內(nèi)的水位達到儲水室的最高水位。
當太陽光線無論從天空中日軌面內(nèi)任何方向平行地照射在充滿水的水球8上時，都會通過水球8的聚光集熱作用將太陽光及其所攜帶的熱能聚收在水球8外面的焦點位置處，并形成高溫焦斑。由于位于水球8外面的雙層弧形真空吸熱管16的內(nèi)管內(nèi)弧壁面17正好處于水球8的焦斑位置處，該管內(nèi)管內(nèi)弧壁面17首先被高溫焦斑加熱，再通過熱傳導等作用使位于該內(nèi)管內(nèi)焦斑附近的水體被加熱。由于被加熱后的水體比重變小，會自動通過雙層弧形真空吸熱管16的內(nèi)管及保溫導管18的上壁朝水箱11內(nèi)上浮，而暫時未被加熱的水箱11內(nèi)的水體因比重相對較大，會沿著同樣的通道的下壁下沉而形成自然的上下對流以補充上浮的水體。當溫度較低的補充水體再次在高溫焦斑處被加熱后會再次自動上浮，其余的水體又會再次自動下沉補充。如此周而復始，就實現(xiàn)了冷熱水的自然對流循環(huán)，使水箱11內(nèi)的水體溫度不斷升高。
當太陽在日軌面內(nèi)位置發(fā)生移轉(zhuǎn)時，被水球8聚集的高溫焦斑也會隨之旋移。但因水球8聚焦的焦距始終不變，其高溫焦斑只可能在日軌面內(nèi)沿著同一條半徑等于焦距的圓弧形軌道曲線旋移，而雙層弧形真空吸熱管16正好在此日軌面內(nèi)，且其內(nèi)管內(nèi)弧壁面17又正好經(jīng)過了這條圓弧形軌跡曲線，所以，高溫焦斑雖然隨太陽移轉(zhuǎn)而發(fā)生著位移，但仍然聚集和輻射在雙層弧形真空吸熱管16的內(nèi)管內(nèi)弧壁面17上，并繼續(xù)對自動循環(huán)于管內(nèi)的水體不斷地加熱，從而使水箱11內(nèi)的水體溫度不斷地增高，變成熱水，或沸騰后變成開水，供人們生活之用；當沸水不被使用時，會進而生成高溫高壓的蒸汽，輸送后可供人們炊事之用或取暖之用，也可用以驅(qū)動汽輪機發(fā)電，或帶動其他機器工作，效用多多。
同時，本發(fā)明還可以多個陣列排列，讓水箱各管閥串、并聯(lián)連接，即可使水球獲取更大受光集熱面積，在無需人員操控和無需跟蹤太陽的情況下，實現(xiàn)自動聚收更多的熱能用于人們的生活和生產(chǎn)活動的目的。
權(quán)利要求
1.一種球形充水式免跟蹤太陽熱能聚收器，主要包括水球(8)，水球支架(1)、水箱(11)及雙層弧形真空吸熱管(16)等，其特征是水球(8)位于水球支架(1)上，橢圓柱形水箱(11)水平置于水箱支架上且位于水球(8)一側(cè)，水箱(11)中軸線與日軌面平行。雙層弧形真空吸熱管(16)位于水球(8)外下方，中心圓弧線所在平面與日軌面重合，兩端口通過保溫導管(18)分別與位于水箱(11)下方的三叉管(15)相連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的球形充水式免跟蹤太陽熱能聚收器，其特征是水球(8)外殼為透明球殼，上頂部有清洗洞，清洗洞上有洞蓋(9)，洞蓋(9)上頂部有注水孔(10)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的球形充水式免跟蹤太陽熱能聚收器，其特征是水球支架(1)由下方的矩形底座(2)、側(cè)面四根相對斜立的水箱支柱(5)及上部平放的圓形兜承圈(4)圍合組成，圓形兜承圈(4)的直徑小于水球(8)的直徑。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的球形充水式免跟蹤太陽熱能聚收器，其特征是雙層弧形真空吸熱管(16)內(nèi)、外管均呈弧形半圓環(huán)體彎管狀，橫截面均為半園弧線和直徑(弦)的組合線，內(nèi)管的內(nèi)弧壁面(17)為半徑等于水球(8)焦距的園柱曲面的一部分，內(nèi)管內(nèi)弧壁面(17)到水球(8)球心的距離等于水球(8)的焦距。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的球形充水式免跟蹤太陽熱能聚收器，其特征是水箱(11)呈橢圓柱形，中部略向下彎凹，兩端分別裝有水位控制閥(12)、熱(沸)水閥(13)，上部裝有蒸汽閥(14)，下中部裝有三叉管(15)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種球形充水式免跟蹤太陽熱能聚收裝置。支架上的透明球殼充滿水成為水球。水箱位于水球一側(cè)，水箱兩端分別裝有水位控制閥和熱(沸)水閥，上部裝有蒸汽閥，下部裝有冷熱水上下循環(huán)的三叉管。雙層弧形真空吸熱管固定于水球外下方并與日軌面共面，其內(nèi)管內(nèi)弧壁面半徑及到球心的距離均等于水球聚光焦距，兩管口通過保溫導管分別與水箱下方三叉管連通。投射在水球上的太陽光熱通過水球體折射聚光集熱后，形成高溫焦斑聚射在內(nèi)管的內(nèi)弧壁面上。當太陽移動時，因水球體聚焦半徑不變，高溫焦斑雖旋移，卻始終聚射在內(nèi)管的內(nèi)弧壁面上，使內(nèi)管內(nèi)水體受熱，水箱內(nèi)的水與管內(nèi)熱水不斷自動對流循環(huán)后變成熱水，直至沸水或變成蒸汽。
文檔編號F24J2/06GK101071001SQ20061007971
公開日2007年11月14日 申請日期2006年5月8日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月8日
發(fā)明者郭強 申請人:郭強