專利名稱：一種太陽能集熱裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種集熱裝置，特別涉及一種太陽能集熱裝置。
背景技術(shù)：
太陽能是一種無污染的清潔能源，在人類面臨能源危機和環(huán)境保護兩大 生存課題的今天受到人們極大的重視。目前市售的利用太陽能的裝置大多為 太陽能熱水器，其中大多是單體熱水器，屬于慢增溫式集熱，集熱溫度不高， 特別是在冬季的實用價值較低。
另外，目前市售的太陽能熱水器多采用固定的角度和位置，不能自動跟 隨太陽的移動，在大部分時間里太陽光都是傾斜地照射在集熱裝置上，因此， 太陽能光的利用率較低。雖然在有些裝置中也安裝了收集太陽光的跟蹤裝 置，但結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，且本身消耗的能量多，也影響了太陽能集熱裝置的有 效效率。

發(fā)明內(nèi)容
為了避免上述問題，本發(fā)明提供一種具有自動跟蹤功能的太陽能集熱裝置。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是
一種太陽能集熱裝置，包括支架、裝設(shè)于支架的聚光器、可接收聚光器 反射光線的真空集熱管、終端換能器、以及，將真空集熱管和終端換能器連通 的高溫傳輸管道，
所述真空集熱管包括第一內(nèi)管和第一外管，第一內(nèi)管和第一外管之間為第 一真空腔，所述真空集熱管的第一內(nèi)管和第一外管由石英玻璃制成，其表面均 具有金屬鍍膜；所述真空集熱管的第一內(nèi)管中裝有可在受熱汽化后通過高溫傳輸管道進入 終端換能器、并在溫度降低后液化回流至真空集熱管的第 一 內(nèi)管的超導(dǎo)介質(zhì)。
優(yōu)選地，所述超導(dǎo)介質(zhì)為重鉻酸鉀、硫酸鈉、二氧化鈷、硼酸、氫氧化鋁、 二氧化4孟的混合溶液。
優(yōu)選地，所述聚光器包括拋物柱面聚光面、承載拋物柱面聚光面的拋物柱 面襯底、分別與拋物柱面襯底一側(cè)邊密封連接的兩個端板、以及防塵蓋板。
優(yōu)選地，所述真空集熱管位于拋物柱面聚光面的軸線位置。
優(yōu)選地，所述高溫傳輸管道為金屬真空絕熱管，其包括可供超導(dǎo)介質(zhì)受熱 氣化后傳輸?shù)牡诙?nèi)管、以及套設(shè)于內(nèi)管外的第二外管，第二內(nèi)管和第二外管 之間為第二真空腔。
優(yōu)選地，所述高溫傳輸管道的內(nèi)管的外表面和外管的內(nèi)表面均為鏡面。 優(yōu)選地，所述太陽能集熱裝置進一步包括自動跟蹤器和支架轉(zhuǎn)向傳動組件， 所述自動跟蹤器包括光每丈傳感器和電機轉(zhuǎn)向控制電路，光壽丈傳感器的中心
軸線垂直于所述拋物柱面聚光面的軸線，電機轉(zhuǎn)向控制電路根據(jù)光敏傳感器的
信號控制支架轉(zhuǎn)向傳動組件運動，以帶動所述聚光器運動至光線均勻反射在真
空集熱管表面的位置。
優(yōu)選地，所述光敏傳感器包括水平方向光敏傳感器和垂直方向光敏傳感器， 所述電機轉(zhuǎn)向控制電路包括水平方向電機轉(zhuǎn)向控制電路和垂直方向電機轉(zhuǎn)
向控制電路，
所述支架轉(zhuǎn)向傳動組件包括水平方向傳動組件和垂直方向傳動組件； 所述水平方向電機轉(zhuǎn)向控制電路根據(jù)水平方向光敏傳感器的信號控制水平
方向傳動組件運動，以帶動所述聚光器在水平方向上運動；所述垂直方向電才幾
轉(zhuǎn)向控制電路根據(jù)垂直方向光敏傳感器的信號控制垂直方向傳動組件運動，以
帶動所述聚光器在垂直方向上運動。
優(yōu)選地，兩個所述水平方向光敏傳感器對稱設(shè)置，兩個垂直方向光敏傳感
器也對稱設(shè)置。
優(yōu)選地，所述水平方向傳動組件和垂直方向傳動組件均為渦輪蝸;^干結(jié)構(gòu)。
5優(yōu)選地，所述太陽能集熱裝置進一步包括為電機轉(zhuǎn)向控制電路提供電力的 蓄電池，和為所述蓄電池充電的太陽能電池。
優(yōu)選地，所述太陽能集熱裝置進一步包括用于切斷電機轉(zhuǎn)向控制電路供 電的夜間節(jié)能控制電路。
本發(fā)明的太陽能集熱裝置通過采用石英玻璃金屬鍍膜的真空集熱管，能夠 快速有效地將光能轉(zhuǎn)化為熱能，且真空集熱管的承壓能力高，不易爆裂，經(jīng)久 耐用。
本發(fā)明的太陽能集熱裝置所采用的超導(dǎo)介質(zhì)傳導(dǎo)熱量的方式，不僅溫度傳 導(dǎo)快、膨脹系數(shù)低，而且通過采用全金屬真空絕熱管進行超導(dǎo)介質(zhì)的傳輸，其 保溫性能優(yōu)越，可以實現(xiàn)遠距離傳輸。
本發(fā)明的太陽能集熱裝置可以在太陽光不是垂直照射集熱裝置時，由兩 側(cè)的光敏傳感器產(chǎn)生阻值變化，控制電機驅(qū)動電路輸出不同方向的電壓驅(qū)動 電機旋轉(zhuǎn)，并帶動聚光系統(tǒng)轉(zhuǎn)動，直到太陽光垂直照射的位置為止。由于陽
光直射，可增強太陽光的照射強度。本裝置可以全天跟蹤太陽8-10小時， 比同樣面積和結(jié)構(gòu)的固定式太陽能集熱裝置的光能利用率增加兩倍以上，提 高了太陽能集熱裝置的熱效率。


圖1是本發(fā)明的太陽能集熱裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本發(fā)明的太陽能集熱裝置的聚光器的側(cè)視圖。
圖3為本發(fā)明的太陽能集熱裝置的自動跟蹤器的電路示意圖。
具體實施例方式
本發(fā)明的目的在于提供一種具有自動跟蹤功能的太陽能集熱裝置。
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下參照附圖并舉實 施例，對本發(fā)明進一步詳細說明。
如圖1所示，本發(fā)明的太陽能集熱裝置，包括支架101、架設(shè)在支架101上的聚光器102、真空集熱管103、終端換能器104、以及將真空集熱管103和 終端換能器104連通的高溫傳輸管道105。
聚光器102將照射在其表面的光線反射在真空集熱管103的表面，用以加 熱真空集熱管103內(nèi)的超導(dǎo)介質(zhì)，該超導(dǎo)介質(zhì)能夠在受熱后汽化，汽化后的高 溫氣體通過高溫傳輸管道105進入終端換能器104，并將真空集熱管103收集 的熱能傳遞至終端換能器105，用作取暖、燒水、烘干等用途的熱源，該超導(dǎo) 介質(zhì)在溫度降低后液化、并回流至真空集熱管103內(nèi)。
圖2是本發(fā)明的太陽能集熱裝置的聚光器的側(cè)視圖。結(jié)合圖1和圖2所示， 聚光器102包括拋物柱面聚光面201、用于承載拋物柱面聚光面201的拋物柱 面襯底202、分別與拋物柱面襯底202的兩個拋物線一端密封連接的兩個端;f反 203 (圖2中未示出)、以及防塵蓋板204。其中，拋物柱面聚光面201貼附在 拋物柱面襯底202的內(nèi)表面。
拋物柱面的聚光面201將照射在其表面的光線聚集至其拋物柱面的軸線， 與傳統(tǒng)的平板式聚光面或鍋式聚光面相比，其將光線聚集的位置由一個點增加 至一條線，使受熱面積增大、光線利用率提高。拋物柱面的聚光面201由鈦金 鏡面不《秀鋼板制成，這種材料反光性能好、結(jié)構(gòu)輕巧、安全耐用、制造簡單、 成型性好。
拋物柱面襯底202貼附在拋物柱面聚光面201的外表面，其用于^^載拋物 柱面聚光面201，且具有保溫作用。
防塵蓋板204與拋物柱面襯底202和兩個端板203形成了一個防塵防水的 中空保溫集熱腔。防塵蓋板204由透光材料制成，例如以聚酯為基材的透光膜 或是壓克力透光板等材料，不僅可以減少光能損耗、提高光能利用率，而且可 以避免聚光面的污染與磨損，且易于清潔除塵。
優(yōu)選地，拋物柱面聚光面201的弧度應(yīng)使得拋物柱面的軸線位于拋物柱面 聚光面201所形成的空間內(nèi)，即位于中空保溫集熱腔內(nèi)部。
真空集熱管103固定在拋物柱面聚光面201的軸線處，其兩端分別固定在 兩個端板203上。
7真空集熱管103包括內(nèi)管和外管，內(nèi)管和外管之間為真空腔。真空集熱管
103由石英玻璃制成，其表面具有金屬鍍膜。石英玻璃具有耐高溫、熱穩(wěn)定性 好、透光性好的優(yōu)點，使用石英玻璃制造的真空集熱管103集熱效率高，承壓 能力是普通真空管的3倍，不易爆裂，經(jīng)久耐用。其表面的金屬鍍膜可以促進 溫度的迅速提升，且具有保溫的作用。
真空集熱管103的內(nèi)管中裝有超導(dǎo)介質(zhì)，該超導(dǎo)介質(zhì)能夠在受熱后汽化， 汽化后的氣體通過高溫傳輸管道105進入終端換能器104,并將真空集熱管103 收集的熱能傳遞至終端換能器104,該超導(dǎo)介質(zhì)在溫度降低后液化、并回流至 真空集熱管103內(nèi)。
在本實施例中，真空集熱管103中的超導(dǎo)介質(zhì)可以為重鉻酸鐘、硫酸鈉、 二氧化鈷、硼酸、氫氧化鋁、二氧化錳的混合溶液。這種超導(dǎo)介質(zhì)的溫度傳導(dǎo) 快、膨脹系數(shù)低、汽化性能好、使用壽命長，因此能夠迅速高效地將真空集熱 管103收集的熱量傳遞至終端換能器104,并且其汽化后的膨脹系數(shù)較低，不 會產(chǎn)生因汽化后體積迅速膨脹而造成真空集熱管103爆裂的現(xiàn)象。
終端換能器104是將真空集熱管103和高溫傳輸管道105傳來的熱量高效 轉(zhuǎn)化的設(shè)置，根據(jù)熱量的不同用途，可以選擇不同的換能器。例如，用于燒開 水、蒸汽時，可采用食品級不銹鋼做成具有夾層的保溫桶，其夾層與高溫傳輸 管道105、繼而與真空集熱管103連通，受熱汽化的超導(dǎo)介質(zhì)氣體可進入該夾 層中，從而加熱保溫桶中的自來水即可產(chǎn)生開水或蒸汽。用于取暖、烘干時， 則可把終端換能器104改為散熱器或其它散熱裝置。
通過使用超導(dǎo)介質(zhì)作為傳遞熱量的介質(zhì)，可以克服傳統(tǒng)太陽能熱水器不能 產(chǎn)生飲用水的弊端，且由于其良好的溫度傳導(dǎo)特性，能夠快速高效地將光能轉(zhuǎn) 化為熱能。
高溫傳輸管道104為金屬真空絕熱管，其包括內(nèi)管和外管，內(nèi)管和外管之 間為真空腔，超導(dǎo)介質(zhì)在高溫傳輸管道104的內(nèi)管中傳輸。采用全金屬真空絕 熱管，承壓性能好，保溫優(yōu)良，剛性強，適于大距離無熱損傳輸。
優(yōu)選地，高溫傳輸管道104的內(nèi)管的外表面和外管的內(nèi)表面均啦文4fe面處理，以進一步增加保溫性能。
另外，本發(fā)明的太陽能集熱裝置還包括自動跟蹤器和支架轉(zhuǎn)向傳動組件。
圖3為自動跟蹤器的電路示意圖。如圖4所示，自動跟蹤器包括光敏傳感器301 和電機轉(zhuǎn)向控制電路302,電機轉(zhuǎn)向控制電路302根據(jù)對光敏傳感器301的信 號進行差動比較、放大等處理的結(jié)果，通過控制電機運轉(zhuǎn)來控制支架轉(zhuǎn)向傳動 組件運動，以帶動聚光器102運動至光線能夠均勻反射在真空集熱管103表面 的位置。
結(jié)合圖1和圖2所示，光敏傳感器301的中心軸線垂直于拋物柱面聚光面 201的軸線，即垂直于真空集熱管103的表面。光潮:傳感器301包括水平方向 光敏傳感器和垂直方向光敏傳感器，其中水平方向光敏傳感器包括兩個垂直于 端板203所在平面的對稱設(shè)置的光敏傳感器，而垂直方向光敏傳感器包括兩個 平行于端板203所在平面的對稱設(shè)置的光敏傳感器。
本文中所稱水平方向為與本發(fā)明的太陽能集熱裝置所固定的地面平行的方 向，而垂直方向為與本發(fā)明的太陽能集熱裝置所固定的地面垂直的方向，以下 相同，此后不再贅述。
相應(yīng)地，電才幾轉(zhuǎn)向控制電路包括水平方向電機轉(zhuǎn)向控制電路和垂直方向電 機轉(zhuǎn)向控制電路，支架轉(zhuǎn)向傳動組件包括水平方向傳動組件401和垂直方向傳 動組件402。水平方向電機轉(zhuǎn)向控制電路根據(jù)水平方向光敏傳感器的信號控制 水平方向傳動組件運動401，以帶動聚光器102在水平方向上運動；垂直方向 電機轉(zhuǎn)向控制電路根據(jù)垂直方向光敏傳感器的信號控制垂直方向傳動組件402 運動，以帶動聚光器103在垂直方向上運動。
優(yōu)選地，如圖1所示，水平方向傳動組件401固定于一個端板203的外側(cè)， 而垂直方向傳動組件402則固定于另一側(cè)的支架101處。通過調(diào)節(jié)水平方向傳 動組件401可使聚光器102在當前高度處、繞拋物柱面聚光面201的軸線進行 旋轉(zhuǎn)。通過調(diào)節(jié)垂直方向傳動組件402，可使得聚光器102的垂直方向傳動組 件402所在一側(cè)的高度發(fā)生變化，從而調(diào)節(jié)聚光器102的傾角。通過調(diào)節(jié)水平 方向傳動組件401和垂直方向傳動組件402,可將聚光器102的拋物柱面的開口調(diào)節(jié)至朝向太陽的方向，即運動至光線能夠均勻反射在真空集熱管103表面
的位置，此時能夠聚集的光照最強。
水平方向傳動組件401和垂直方向傳動組件402可采用渦輪蝸桿的傳動方 式。其中，如圖1所示，水平方向傳動組件401可采用扇形渦輪與蝸桿的傳動 方式，從而實現(xiàn)聚光器102在當前高度處、繞拋物柱面聚光面201的軸線進行 180°的旋轉(zhuǎn)。這種渦輪蝸桿的傳動方式所需動力小、傳動力矩大，且不需要另 設(shè)定位控制，定位精確。
當光敏傳感器301感應(yīng)到光線時，則自動跟蹤器開始工作。當兩個垂直方 向光敏傳感器的信號不同時，則表示此時反射至真空集熱管103表面的光線在 沿真空集熱管103軸線的方向是不均勻的，則垂直方向電機轉(zhuǎn)向控制電路通過 比較兩個垂直方向光敏傳感器的信號，產(chǎn)生電機轉(zhuǎn)向控制信號，則控制垂直方 向傳動組件運動402向光照強的方向運動，以帶動聚光器102在垂直方向上運 動，直至兩個垂直方向光敏傳感器的信號相同為止。水平方向的控制原理與垂 直方向相同。
通過自動跟蹤器對太陽方向的跟蹤控制，可以使聚光器102的拋物柱面的 開口始終朝向太陽的方向，則位于拋物柱面軸線處的真空集熱管103始終處于 光照最強的位置，從而提高光效，更好地利用光能。
本發(fā)明的太陽能集熱裝置可進一步包括為電機轉(zhuǎn)向控制電路提供電力的蓄 電池，和為該蓄電池充電的太陽能電池。這樣，可以全面地利用太陽能，并且 省去了利用市電為蓄電池充電的麻煩，能夠有效地提高蓄電池的使用壽命。
另外，本發(fā)明的太陽能集熱裝置可進一步包括用于切斷電機轉(zhuǎn)向控制電路 供電的夜間節(jié)能控制電路，當光敏傳感器301無法感應(yīng)到光線時，則夜間節(jié)能 控制電路切斷對電機轉(zhuǎn)向控制電路供電，從而節(jié)約電能，提高蓄電池的使用壽 命。
本發(fā)明的太陽能集熱裝置通過采用石英玻璃金屬鍍膜的真空集熱管，能夠 快速有效地將光能轉(zhuǎn)化為熱能，且真空集熱管的承壓能力高，不易爆裂，經(jīng)久 耐用。本發(fā)明的太陽能集熱裝置所采用的超導(dǎo)介質(zhì)傳導(dǎo)熱量的方式，不僅溫度傳 導(dǎo)快、膨脹系數(shù)低，而且通過采用全金屬真空絕熱管進行超導(dǎo)介質(zhì)的傳輸，其 保溫性能優(yōu)越，可以實現(xiàn)遠距離傳輸。
本發(fā)明的太陽能集熱裝置通過自動跟蹤器對太陽的跟蹤，可以在太陽光 不是垂直照射集熱裝置時，由光敏傳感器產(chǎn)生阻值變化，控制電機驅(qū)動電路 輸出不同方向的電壓驅(qū)動電機旋轉(zhuǎn)，并帶動聚光系統(tǒng)轉(zhuǎn)動，直到太陽光垂直 照射的位置為止。由于陽光直射，可增強太陽光的照射強度。本裝置可以全
天跟蹤太陽8-10小時，比同樣面積和結(jié)構(gòu)的固定式太陽能集熱裝置的光能
利用率增加兩倍以上，提高了太陽能集熱裝置的熱效率。
經(jīng)試驗證明，本發(fā)明的太陽能集熱裝置的加熱功率可以相當于三千瓦的
電加熱器的加熱功率，可在7 8分鐘之內(nèi)煮沸3.2公斤水。
以上所述，只是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明做任何形式上 的限制，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)，當 可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容作出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例， 但凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例 所作的任何筒單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍。
ii
權(quán)利要求
1、一種太陽能集熱裝置，包括支架；裝設(shè)于支架的聚光器；可接收聚光器反射光線的真空集熱管；終端換能器；以及，將真空集熱管和終端換能器連通的高溫傳輸管道；其特征在于，所述真空集熱管包括第一內(nèi)管和第一外管，第一內(nèi)管和第一外管之間為第一真空腔，所述真空集熱管的第一內(nèi)管和第一外管由石英玻璃制成，其表面均具有金屬鍍膜；所述真空集熱管的第一內(nèi)管中裝有可在受熱汽化后通過高溫傳輸管道進入終端換能器、并在溫度降低后液化回流至真空集熱管的第一內(nèi)管的超導(dǎo)介質(zhì)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的太陽能集熱裝置，其特征在于，所述超導(dǎo)介質(zhì)為 重4各酸鉀、硫酸鈉、二氧化鈷、硼酸、氫氧化鋁、二氧化錳的混合溶液。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的太陽能集熱裝置，其特征在于，所述聚光器 包括拋物柱面聚光面、^c載拋物柱面聚光面的拋物柱面村底、分別與拋物柱面 襯底一側(cè)邊密封連接的兩個端板、以及防塵蓋板。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的太陽能集熱裝置，其特征在于，所述真空集熱管 位于拋物柱面聚光面的軸線位置。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的太陽能集熱裝置，其特征在于，所述高溫傳 輸管道為金屬真空絕熱管，其包括可供超導(dǎo)介質(zhì)受熱氣化后傳輸?shù)牡诙?nèi)管、 以及套設(shè)于內(nèi)管外的第二外管，第二內(nèi)管和第二外管之間為第二真空腔。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的太陽能集熱裝置，其特征在于，所述高溫傳輸管 道的內(nèi)管的外表面和外管的內(nèi)表面均為鏡面。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的太陽能集熱裝置，其特征在于，所述太陽能集熱裝置進一步包括自動跟蹤器和支架轉(zhuǎn)向傳動組件，所述自動跟蹤器包括光敏傳感器和電機轉(zhuǎn)向控制電路，光敏傳感器的中心 軸線垂直于所述拋物柱面聚光面的軸線，電機轉(zhuǎn)向控制電路根據(jù)光敏傳感器的 信號控制支架轉(zhuǎn)向傳動組件運動，以帶動所述聚光器運動至光線均勻反射在真 空集熱管表面的位置。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的太陽能集熱裝置，其特征在于， 所述光敏傳感器包括水平方向光敏傳感器和垂直方向光敏傳感器， 所述電機轉(zhuǎn)向控制電路包括水平方向電機轉(zhuǎn)向控制電路和垂直方向電機轉(zhuǎn)向控制電路，所述支架轉(zhuǎn)向傳動組件包括水平方向傳動組件和垂直方向傳動組件； 所述水平方向電機轉(zhuǎn)向控制電路根據(jù)水平方向光敏傳感器的信號控制水平 方向傳動組件運動，以帶動所述聚光器在水平方向上運動；所述垂直方向電機 轉(zhuǎn)向控制電路根據(jù)垂直方向光敏傳感器的信號控制垂直方向傳動組件運動，以 帶動所述聚光器在垂直方向上運動。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的太陽能集熱裝置，其特征在于，兩個所述水平方 向光敏傳感器對稱設(shè)置，兩個垂直方向光敏傳感器也對稱設(shè)置。
10、 根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的太陽能集熱裝置，其特征在于，所述水平 方向傳動組件和垂直方向傳動組件均為渦輪蝸桿結(jié)構(gòu)。
11、 根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的太陽能集熱裝置，其特征在于，所述太陽 能集熱裝置進一步包括為電機轉(zhuǎn)向控制電路提供電力的蓄電池，和為所述蓄電 池充電的太陽能電池。
12、 4艮據(jù)權(quán)利要求7或8所述的太陽能集熱裝置，其特征在于，所述太陽 能集熱裝置進一步包括用于切斷電機轉(zhuǎn)向控制電路供電的夜間節(jié)能控制電路。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種太陽能集熱裝置，包括支架、裝設(shè)于支架的聚光器、可接收聚光器反射光線的真空集熱管、終端換能器、以及，將真空集熱管和終端換能器連通的高溫傳輸管道；所述真空集熱管包括第一內(nèi)管和第一外管，第一內(nèi)管和第一外管之間為第一真空腔，所述真空集熱管的第一內(nèi)管和第一外管由石英玻璃制成，其表面均具有金屬鍍膜；所述真空集熱管的第一內(nèi)管中裝有可在受熱汽化后通過高溫傳輸管道進入終端換能器、并在溫度降低后液化回流至真空集熱管的第一內(nèi)管的超導(dǎo)介質(zhì)。
文檔編號F24J2/14GK101586886SQ20091008867
公開日2009年11月25日 申請日期2009年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月7日
發(fā)明者許長河 申請人:許長河