CN101839556A - 一种太阳能线性变焦单向跟踪真空管利用*** - Google Patents

Abstract

本发明公布了一种太阳能线性变焦单向跟踪真空管利用***，采用多个反射镜、菲涅尔镜、平面镜组成的一组太阳能光学镜，将每一个镜的转轴设置在一个直线或非直线的器件上，每一个太阳能光学镜可以绕轴进行转动，利用玻璃真空管作为光热转换器件，线聚焦的太阳能镜将太阳能聚焦于真空管上，实现太阳能的聚焦采集以及利用。由于真空管被设置在一个圆柱体区间内并且在地面或建筑物上，在太阳能镜运动时保持不动，因而其焦距是变化的变焦跟跟踪，这样实现了变焦跟踪的太阳能热发电、供暖、制冷、热水、开水等应用。本发明提供了其阵列结构，适合于不同规模的***，同时也适合于大规模的利用太阳能，特别是太阳能的热发电利用。

Description

一种太阳能线性变焦单向跟踪真空管利用***

技术领域

本发明涉及太阳能利用，特别是太阳能聚焦跟踪焦点为直线的线性跟踪以及组成阵列跟踪实现太阳能的热发电、供暖、制冷、热水、开水等综合应用。

背景技术

太阳能的热应用主要采用玻璃真空管热管技术，实现温度为60度的热水应用，太阳能的高温热利用只要是采用槽式、塔式和蝶式三种太阳能采集技术，实现高温的太阳能热发电应用。现有的低温60度的热水应用是家庭型的小规模应用，由于没有跟踪***因而温度不能提高，无法实现高温的利用，而槽式、塔式和蝶式三种太阳能高温采集技术，无法实现小规模的家庭型应用，因而限制了技术的应用。

结合低温真空管技术的现有的工业基础，以及高温太阳能的采集技术就可以实现高温的太阳能采集及利用，特别是采用真空管技术以及槽式太阳能采集技术相结合的技术，可以实现家庭型的太阳能热发电利用。

国际上的槽式***的主要的跟踪方式采用将一个换真空管设置在槽式***的焦线位置，在换真空管内充入导热油，由电机驱动导热油流动从而实现热能的采集。在跟踪太阳能的过程中导热油在管道内一起运动，在导热油管道与流出端采用波纹管的方式实现运动的管道与不运动的管之间的连接；由于波纹管需要耐高温、可靠性高等要求，因而成为关键器件，同时该种连接无法保证保温性要求，因而***的热损高、成本高。因而需要降低成本，提供效能、增加可靠性的技术与产品。

能否将普通的真空管技术与高温采集技术结合，就可以结合中国的低温真空管技术的现有的工业基础，利用高温太阳能的采集技术就可以实现高温的太阳能采集及利用，特别是采用真空管技术以及槽式太阳能采集技术相结合的技术，可以实现家庭型的太阳能热发电、供暖、制冷、热水、开水等利用。

发明内容

本发明的目的就是提供一种太阳能线性变焦单向跟踪真空管利用***，采用多个反射镜、菲涅尔镜、平面镜组成的一组太阳能光学镜，将每一个镜的转轴设置在一个直线或非直线的器件上，每一个太阳能光学镜可以绕轴进行转动，利用玻璃真空管作为光热转换器件，线聚焦的太阳能镜将太阳能聚焦于真空管上，实现太阳能的聚焦采集以及利用。由于真空管被设置在一个圆柱体区间内并且在地面或建筑物上，在太阳能镜运动时保持不动，因而其焦距是变化的变焦跟跟踪，这样实现了变焦跟踪的太阳能热发电、供暖、制冷、热水、开水等应用。

本发明提供了其阵列结构，适合于不同规模的***，同时也适合于大规模的利用太阳能，特别是太阳能的热发电利用。

具体发明内容如下：

一种太阳能线性变焦单向跟踪真空管利用***，包括至少一个太阳能真空管利用装置、至少一组光学镜其中每组光学镜由至少一个太阳能线性聚焦光学镜组成、为每组光学镜提供支撑太阳能镜支架、使太阳能线性聚焦光学镜能跟踪太阳运动的太阳能跟踪装置、动力驱动装置、以及电子控制***，其中每个太阳能线性聚焦光学镜上设置有至少一个转轴，每组光学镜的转轴设置在太阳能镜支架上，所述太阳能镜支架与所述的太阳能跟踪装置相连接，通过动力驱动装置驱动太阳能跟踪装置使线性聚焦光学镜进行运动，从而实现使每组光学镜的焦线始终保持在真空管所在的圆柱区域内，通过真空管实现对热能的热发电、供暖、制冷、热水、开水应用。

根据需要可以选择不同类型的支架***，太阳能镜支架可以选择平面直线型或非直线型的器件，这样可以适合于任何的形式的太阳能镜的使用，可以根据需要选择适合的太阳能镜。当然优选于非直线型的支架，因为采用非直线的太阳能镜支架可以为每组光学镜的运动提供更灵活和方便的支撑与运动轨迹，同时可以降低成本、提高跟踪效率，非直线型太阳能镜支架通常可以选择下列至少一种形状的器件：

A、抛物线型；

B、弧形；

C、或圆形器件；

D、多边形支架；

E、复合抛物线型。

由于线聚焦***不动，可以将任何的真空管利用***设置在此区域内，在焦线与太阳能镜的焦距范围内，都可以设置真空管利用***，根据温度与空间等要求，可以选择任何不大于焦距的范围设置真空管利用***。

现有的低温太阳能真空管中包括直通真空管、盲管真空管，所述的真空管包括直通真空管、盲管真空管，在真空管内部还设置有下列器件之一：

A、热管，其中热管的蒸发端设置真空管的内部，冷凝端在真空管的外部，热管的冷凝端设置有换热装置，将热能进行传递和转换。

B、内插管：构成一个进口与一个出口的内插管，流体可以在管道内进行流动，从进口流入内插管中，从而进入到真空管内部实现对流体的加热，然后从出口流出，内插管可以是金属或非金属的管。

所述跟踪装置包括由太阳能镜支架、用于支撑整个***的跟踪支架、以及动力传输机构，所述太阳能镜支架设置在跟踪支架上，所述动力传输装置一端与驱动装置进行连接，至少另一端设置在转轴上、太阳能镜支架上或者太阳能镜的边框上。

任何通过动力驱动***(6)驱动动力传输机构，都可以用于本发明的太阳能跟踪，所述的动力传输机构选择下列之一：齿轮机构(10)、链条机构、涡轮蜗杆机构、铰链机构。

其中当动力传输装置(10)的另一端设置在太阳能线性聚焦光学镜的转轴上时，转轴与光学镜固定连接，通过动力驱动装置驱动传输装置的齿轮或者链条或者铰链机构，使转轴转动，从而带动太阳能线性聚焦光学镜围绕转轴转动；当动力传输装置设置在太阳能镜支架上时，可以驱动太阳能镜支架进行运动；当动力传输装置设置直接设置在太阳能线性聚焦光学镜上时，可以直接驱动太阳能线性聚焦光学镜进行运动。

太阳能线性聚焦光学镜的焦线选择下列方式之一进行放置：与地球自转轴平行、与地球自转轴平行夹角最小、与地面平行、与水平面平行，优选为与地球自转轴平行放置。为了达到最优的单轴跟踪，采用将线聚焦的轴线与地球自传轴平行设置，同时采用将线聚焦光学镜以焦线为轴进行运动，取代太阳能镜与焦线同时运动，实现了将焦线不运动的跟踪，这样使得真空管技术等其他的真空管利用***被应用于槽式***，从而解决了槽式***的不足和应用限制。

在进行对太阳能的跟踪过程中，可能出现跟踪的误差，或者部分的太阳光由于散射等原因，经过第一次的太阳能光学镜线聚焦后太阳光处于真空管之外的区域，为了减少此部分的损失，采用了二次聚焦，即在真空管上设置一个二次聚焦的太阳能镜，将一次聚焦损失的太阳能光经二次聚焦后将太阳能光聚焦到真空管上，通常可以选择至少下列一种二次聚焦光学镜(8)，在真空管利用***的周围，还设置有二次反射镜，太阳能线性聚焦的光学镜以及二次反射镜选择自下列至少一种：

A、线性复合抛物面反射镜；

B、线性菲涅尔透镜或反射镜；

C、线性凹、凸透镜；

D、线性抛物面反射镜；

E、玻璃、金属、非金属的平面反射镜。

可以将二次聚焦光学镜设置在真空管利用***上，与一次聚焦的太阳能镜一起转动，这个样一次和二次聚焦的太阳能镜可以采用同一个跟踪设备和驱动设备实现对太阳能的二次聚焦，提高了太阳能利用的效率。

通过动力驱动***(6)驱动动力传输机构(10)，实现对太阳能的跟踪，所采用的动力驱动***装置，选自下列之一：

A、机械驱动器件，优选为机械发条、弹簧、跟踪；

B、相变驱动装置，采用密闭在一个空间的物质，随着温度的增大使其压力的增大，来推动运动机构，实现跟踪；

上述A、B两种跟踪不需要耗费电能，成为无电驱动；

C、利用电能带动电机或液压装置驱动动力传输机构(10)来实现跟踪；

D、通过电或光的传感器的信号，通过比较不同部位的太阳能转化器件的电流、电压值和/或光亮度值，由计算机或单片机来调整电机(6)的运动实现的跟踪；

上述C、D两种跟踪需要耗费电能，成为耗电驱动。

为了便于使用，可以将该***设置在不同的区域，既可以设置在地面，也可以设置在建筑物顶部，通常采用多个真空管利用***(1)设置为一个阵列，每个阵列可以设置在一个共同的平台上或设置在一个地面和/或建筑物的区域。其中至少有多个真空管利用***(1)设置为一个阵列，每个阵列由多组太阳能镜、跟踪***、支架***、真空管利用***组成，对同一排和/或同一列的真空管利用***，共用一个动力驱动设备(6)。

至少有多个真空管利用***设置为一个阵列，每个阵列由多组太阳能镜、跟踪***、支架***、真空管利用***组成，对同一排和/或同一列的真空管利用***，共用一个动力驱动设备，每个阵列可以设置在一个共同的平台上或设置在一个地面和/或建筑物的区域。

在每个阵列上设置多排、列真空管利用***，每一个阵列上的每排或列真空管利用***通过热管进行换热。

本发明选择的方案是实现本发明目的的优选方案，任何符合本发明的原理的方案和技术、产品，都是本发明的保护范围。

采用本发明的技术方案可以达到下列有益效果：

1、本发明将真空管技术与线聚焦太阳能利用技术进行结合，实现了太阳能的中高温采集以及利用。

2、可以实现对热能的高效利用，极大的扩展了槽式太阳能利用的技术与范围，增强了应用的可靠性，提高了***的载重量。

3、可以便于实现阵列的真空管利用***利用，实现不同的太阳能产品的高效的大规模的利用。

4、可以适合于小型区域及家庭的综合利用。

附图说明

图1是多抛物线反射镜真空管利用***侧视图

图2是多玻璃反射镜真空管利用***图

图3是多菲涅尔反射镜阵列跟踪真空管利用***图

图4是一组菲涅尔反射镜阵列跟踪真空管利用***图

图中具体标号的含义如下：

1：真空管，2：太阳能线聚焦光学镜，3：太阳能镜支架，4：跟踪支架，5：转轴，6：动力驱动装置(电机)，7：齿轮，8：二次太阳能反射镜，9：动力传输***，10：热管传热***；11、设置在热管冷凝端的换热器，12、内插管，13、内插热管。

具体实施方式

实施例一：多抛物线反射镜真空管利用***

本图为一个侧视图，太阳能镜(2)为四个抛物面反射镜(2)，在焦线区域设置有直通真空管，在真空管内部设置有热管，在真空管的真空层设置有太阳能涂层，抛物面镜设置在一个抛物线型的器件上，在每一个抛物线镜上设置有一个轴，太阳能镜可以沿着转轴(5)进行转动，四个太阳能镜通过不同的运动实现对太阳能的跟踪。四个抛物线镜采用同一个驱动***，传递机构为齿轮组，不同的太阳能镜的齿轮齿数不同，从而可以采用不同的转速有驱动不同的太阳能镜进行运动，实现对太阳能跟踪及利用；在玻璃管外部还设置有二次反射镜，二次反射镜将一次聚焦的太阳能反射到玻璃真空管上。

实施例二：多玻璃反射镜真空管利用***

如图2所示，本例采用双组玻璃反射镜实现太阳能跟踪，其中每一组太阳能镜为2个玻璃反射镜，两组玻璃反射镜跟踪***串联；真空管为双通的玻璃管，在玻璃管内部设置有金属管道，在金属管道内部流通被加热的流体，采用导热油为导热流体，从金属管的一端进入后从另外一端排出，实现对热能的发电、供暖、制冷等各种应用。四个玻璃反射镜固定在三个圆环型器件上，动力驱动装置为一个电机(6)，动力传输装置为设置在圆环上的齿轮机构，电机通过齿轮机构驱动设置在圆环上的齿轮，使得玻璃镜在圆环上进行转到，实现了对太阳能的跟踪及热利用。

实施例三、多菲涅尔反射镜阵列跟踪真空管利用***

如图3所示，本案例为多镜阵列跟踪***，采用四个菲涅尔反射镜，动力驱动装置为一个电机，电机通过链条的动力传输设备驱动两个设置在焦线转轴上的齿轮，实现对2*2阵列的太阳能跟踪，在两个真空管的内部设置有热管传热***，在热管的冷凝端设置有换热器，从而实现太阳能的各种热能的利用。

实施例四、一组菲涅尔反射镜阵列跟踪真空管利用***

如图4所示，有三个菲涅尔镜组成的一组太阳能镜跟踪***，每个菲涅尔镜设置在两个圆形的太阳能镜支架上，每个菲涅尔镜设置有两个转轴，动力部分为电机，通过电机驱动三个齿轮组，分别实现对每一个菲涅尔的驱动，驱动部分的齿轮设置在菲涅尔镜的转轴上，真空管为盲管真空管，在其内部***热管，热管的蒸发端设置在玻璃管道的内部，其冷凝端设置在焦线区域外部，通过设置在真空管冷凝端的换热器进行换热实现热能的各种综合利用。

根据本发明的原理，可以实现其他的实施例，但是只要符合本发明的条件，都属于本发明的实施内容。

Claims (10)

1.一种太阳能线性变焦单向跟踪真空管利用***，包括至少一个太阳能真空管利用装置、至少一组光学镜其中每组光学镜由至少一个太阳能线性聚焦光学镜组成、为每组光学镜提供支撑太阳能镜支架、使太阳能线性聚焦光学镜能跟踪太阳运动的太阳能跟踪装置、动力驱动装置、以及电子控制***，其特征是：每个太阳能线性聚焦光学镜上设置有至少一个转轴，每组光学镜的转轴设置在太阳能镜支架上，所述太阳能镜支架与所述的太阳能跟踪装置相连接，通过动力驱动装置驱动太阳能跟踪装置使线性聚焦光学镜进行运动，从而实现使每组光学镜的焦线始终保持在真空管所在的圆柱区域内，通过真空管实现对热能的热发电、供暖、制冷、热水、开水应用。

2.根据权利要求1所述太阳能线性变焦单向跟踪真空管利用***，其特征是：所述的太阳能镜支架为平面直线型或非直线型，非直线型太阳能镜支架选择下列至少一种形状的器件：

A、抛物线型；

B、弧形；

C、或圆形器件；

D、多边形支架；

E、复合抛物线型。

3.根据权利要求1、2所述的太阳能线性变焦单向跟踪真空管利用***，其特征是：所述的真空管装置包括直通真空管、盲管真空管，在真空管内部还设置有下列器件之一：

A、热管：其中热管的蒸发端设置真空管的内部，冷凝端在真空管的外部，热管的冷凝端设置有换热装置，将热能进行传递和转换；

B、内插管：构成一个进口与一个出口的内插管，流体可以在管道内进行流动，从进口流入内插管中，从而进入到真空管内部实现对流体的加热，然后从出口流出，内插管可以是金属或非金属的管。

4.根据权利要求1、2所述太阳能线性变焦单向跟踪真空管利用***，其特征是：所述跟踪装置包括用于支撑整个***的跟踪支架和动力传输机构，所述太阳能镜支架设置在跟踪支架上，所述动力传输装置一端与驱动装置进行连接，至少另一端设置在转轴上、太阳能镜支架上或者太阳能镜的边框上。

5.根据权利要求4所述太阳能线性变焦单向跟踪真空管利用***，其特征是：所述动力传输机构选择下列之一：齿轮机构、链条机构、涡轮蜗杆机构、铰链机构。

6.根据权利要求1、2所述的太阳能线性变焦单向跟踪真空管利用***，其特征是：太阳能线性聚焦光学镜的焦线选择下列方式之一进行放置：与地球自转轴平行、与地球自转轴平行夹角最小、与地面平行、与水平面平行，优选为与地球自转轴平行放置。

7.根据权利要求1、2所述太阳能线性变焦单向跟踪真空管利用***，其特征是：在太阳能真空管利用***的周围，还设置有二次反射镜，太阳能线性聚焦的光学镜以及二次反射镜选择自下列至少一种：

A、线性复合抛物面反射镜；

B、线性菲涅尔透镜或反射镜；

C、线性凹、凸透镜；

D、线性抛物面反射镜；

E、玻璃、金属、非金属的平面反射镜。

8.根据权利要求1、2所述太阳能线性变焦单向跟踪真空管利用***，其特征是：所采用的动力驱动***装置，选自下列之一：

A、机械驱动器件，优选为机械发条、弹簧、跟踪；

B、相变驱动装置，采用密闭在一个空间的物质，随着温度的增大使其压力的增大，来推动运动机构，实现跟踪；

C、利用电能带动电机或液压装置驱动动力传输机构来实现跟踪；

D、通过电或光的传感器的信号，通过比较不同部位的太阳能转化器件的电流、电压值和/或光亮度值，由计算机或单片机来调整电机的运动实现的跟踪。

9.根据权利要求1-8所述的任一太阳能线性变焦单向跟踪真空管利用***，其特征是：至少有多个太阳能真空管利用***设置为一个阵列，每个阵列由多组太阳能镜、跟踪***、支架***、太阳能真空管利用***组成，对同一排和/或同一列的太阳能真空管利用***，共用一个动力驱动设备，每个阵列可以设置在一个共同的平台上或设置在一个地面和/或建筑物的区域。

10.根据权利要求8所述太阳能线性变焦单向跟踪真空管利用***，其特征是：在每个阵列上设置多排、列太阳能真空管利用***，每一个阵列上的每排或列太阳能真空管利用***通过热管进行换热。

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