专利名称：多级组合轨道跟踪式太阳能蒸汽锅炉的制作方法
技术领域：
本发明是涉及一种锅炉，具体是一种多级组合轨道跟踪式太阳能蒸汽锅炉。
技术背景当前我国绝大部分的工业用蒸汽锅炉，基本都是燃煤、燃油、燃气的蒸汽锅炉。 蒸汽锅炉的用途很多，作用很大，但蒸汽锅炉的能耗很大，污染也很严重。由于资 源紧张，煤炭短缺，煤价不断上涨，使用蒸汽锅炉的企业很难承受，负担很重。开 发利用可再生能源，利用太阳能蒸汽锅炉是很好的解决办法，阳光普照大地处处有， 不需要运输，不用花钱购买，没有污染，没有废渣，免费供应时间长久，能量巨大。目前虽然已有太阳能蒸汽锅炉的发明和使用，但是传统聚焦镜跟踪太阳能装置 一般都是把接收器(集热器)固定在聚焦镜的焦点上，太阳转动时它只是在固定的 位置上跟着转，聚焦镜面对着太阳，对准太阳的方向不断移动，固定聚焦镜的位置 始终没有变动，只是方向的改变。其缺点是锅炉(接收器)和聚焦镜的体积受到 限制，不能很大；集热器的集热效果较差；机动性差，遇到强台风、水雹等必须整 体移动，很不方便；不便于清洗、保养、更换部件；跟踪机构复杂，不便于聚焦镜 集热器的调控；集热过程过于简单，方法单一；产生蒸汽的时间过长，蒸汽产生量 很少；占用场地面积过大，不能满足太阳能设备的要求；不能很好的连续产蒸汽； 缺乏实际应用的办法，不适合中国的国情等原因，而不能推广；发明内容本发明的目的就是提供一种多级组合轨道跟踪式太阳能蒸汽锅炉，以解决现有 技术存在的接收器和聚焦镜的体积受到限制，不能很大；集热器的集热效果较差； 机动性差，遇到强台风、冰雹等必须整体移动，很不方便；不便于清洗、保养、更 换部件；跟踪机构复杂，不便于聚焦镜集热器的调控；集热过程过于简单，方法单 一；产生蒸汽的时间过长，蒸汽产生量很少；占用场地面积过大，不能满足太阳能 设备的要求；以及不能很好的连续产蒸汽的问题。
本发明的技术方案是包括蒸汽集热器，该蒸汽集热器包括聚光装置、支架和 集热器本体，聚光装置连接在支架的顶端，在所述的聚光装置的焦点或焦线上设置 集热器本体，其特征在于所述的支架的下方的地面上装有两根相互平行的弧形轨 道，在所述的支架的底部装有在该轨道上行走的滚轮；所述的弧形轨道的圆心与所 述的聚光装置的焦点重合，并将所述的集热器本体置于该焦点处。还包括至少一级预热器，该预热器的出水口与所述的集热器本体的进水口连接。所述的预热器采用平板太阳能集热器、全玻璃真空管集热器、热管式真空管集 热器、金属吸热体真空管集热器或用常规燃料的加热器。 所述的集热器本体为圓柱形。所述的集热器本体面对聚光装置的一侧为平面，在该集热器本体的底端装有旋 转装置，并在该集热器本体与所述的蒸汽集热器的支架之间连接一同步连杆。还包括安装在建筑物或其他物体上的附加聚焦反光板，将太阳光直接反射到所 述的集热器本体上或其他各级的集热器的受光面上。在所述的集热器本体的下面装有保温水箱，该水箱的进水口通过一个三通转换 阀与所述的一级集热器的出水口和集热器本体的进水口连接，通过该三通转换阀将 流出 一级集热器出水口的水流在集热器本体或保温水箱之间转换。 在所述的集热器本体的进水口上连接有只能进水的单向阀门。 在所述的集热器本体的进水口上连接有只能进水的单向阀门。 所述的聚光装置采用截面为抛物面的线聚焦反射镜、抛物面聚焦反光镜或凸透镜。本发明的特点是多元组合式利用太阳能，巧妙利用各种太阳能集热器的优点， 利用一切办法收集太阳能光辐射能量，连续不断的为流过集热器的液体进行加热， 它能够有效克服太阳能量供给的分散性、随机性、间歇性缺点，可以在很短的时间 内，能够产生大量高温、高压的蒸汽，为太阳能蒸汽锅炉真正的开发利用扫平了障 碍；利于轨道跟踪太阳的优点是集热器本体可以设置很大、很特殊，不受聚焦镜 的影响；集热器本体也可以自由转动，提高集热效果，不受聚焦镜的约束；没有集 热器本体与聚焦镜支撑连在一起，聚焦镜也可以设置很高、很大；提高集热器的集 热效果，比目前国外设置的固定反射镜效果好，能够减少折射损失；机动性强，遇 到强台风、冰雹等可以升降，也可以把巨大的聚焦镜推进库房；便于清洗、保养、
更换部件；便于聚焦镜集热器的调控；可以随意搬迁而不受损失；双轨跨度很大， 安全系数很高。
图1是本发明的二元系统并与用户散热器连接的实施例的构成框图； 图2是本发明三元系统的实施例的构成框图； 图3是本发明多元系统的实施例的构成框图；图4是本发明二元系统(集热器本体不转动)实施例的结构示意图；图5是本发明二元系统(集热器本体与聚光装置同步转动)实施例的结构示意图；图6是图4的俯视图； 图7是图5的俯视图；图8是本发明三元系统实施例的结构示意图； 图9是本发明五元系统实施例的结构示意图。
具体实施方式
参见图1 图9，本发明采用多级组合式太阳能集热器对水加热热，首先利用 一级或二级的非聚焦式太阳能集热器1或2加热到85 -200。C左右，然后送入蒸汽 集热器4 (二元和三元组合)；或再经过第三级聚焦式太阳能集热器3预热，再由 蒸汽集热器4继续加热(四元组合)，温度可达400。C以上，能产生大量的高压水 蒸汽。还包括至少一级预热器，该预热器的出水口与所述的集热器本体的进水口连接。如图1、图4和图5所示，本发明的二元系统所述的蒸汽集热器4包括聚光装 置42、支架43和集热器本体41,聚光装置42连接在支架43的顶端，在所述的聚 光装置42的焦点或焦线上设置集热器本体41。其特征在于所述的支架43的下 方的地面上装有两根相互平行的弧形轨道14，在所述的支架43的底部装有在该轨 道上行走的滚轮13。所述的弧形轨道14的圓心与所述的聚光装置42的焦点重合， 并将所述的集热器本体41置于该焦点处。在支架43上可配备太阳自动日跟踪装置 (也可人工驱动)，从日出跟踪到日落；还可配备跟踪太阳仰角的机构，调整聚光
装置42的仰角。所述的集热器本体41为固定安装，其形状为圆柱形，蒸汽集热器4的聚光装 置42围绕集热器本体41转动日出日落的角度，圆柱形的集热器本体41利于在各 种角度接收聚集的太阳光束(参见图4和图6 )。另外一种结构是，所述的集热器本体41面对聚光装置42的一侧为平面(参见 图5和图7 ),在该集热器本体41的支架44的底端装有旋转装置16 (绕聚光焦点 转动)，并在该集热器本体41与所述的蒸汽集热器的支架43之间连接一同步连杆 15,使得二者同步转动。这种结构的优点是集热器本体41的一侧始终面对聚光装 置42,是太阳光以最大角度入射，获得最大的热效该实施例设有一级预热器(一级集热器1)，其出水口与所述的蒸汽集热器4 的进水口连接，该一级集热器l可采用平板太阳能集热器、全玻璃真空管集热器、 热管式真空管集热器或金属吸热体真空管集热器。所述的聚光装置42采用抛物面 聚焦反光镜(或凸透镜)。本发明的二元组合式太阳能蒸汽锅炉，首先经过一级的 平板式太阳能集热器1将流过的水加热到85°C,然后把85。C的水送入集热器本体 41，由蒸汽集热器4(也可以是太阳能凸透镜加热)继续加热，加热温度可达40(TC 以上，能产生大量的高压水蒸汽。还可在所述的集热器本体41的下面装有保温水箱5,该水箱5的进水口通过 一三通转换阀7与一级集热器1的出水口和集热器本体41的进水口连接，通过该 三通转换阀7将流出一级集热器1出水口的水流向集热器本体41或保温水箱5转 换。下面的实施例也可安装保温水箱5、三通转换阀7和单向阀门8。图1还表示了本发明与用户散热器6连接为回路的应用实例，为了防止集热器 本体41内蒸汽压力对进水的反压，可在所述的集热器本体41的进水口上连接只能 进水的单向阀门8。参见图2和图8，本发明还可在上一实施例的基础上，在所述的一级集热器l 的出水口与集热器本体41的进水口之间串联有二级集热器2，组成三元系统。该 二级集热器2可采用全玻璃真空管集热器、热管式真空管集热器或金属吸热体真空 管集热器。该实施例的其他装置与上一实施例相同。三级组合式太阳能蒸汽锅炉是 在一级板式太阳能集热器1把水加热到85。C以后，再送入二级的全玻璃真空管集 热器、热管式真空管集热器或金属吸热体真空管集热器2继续加热，其温度可达 130°C ~200°C，最后进入集热器本体41,由该太阳能集热器4继续加热，加热温
度可达500。C以上，能产生大量的高压水蒸汽。参见图3和图9,还可在上一实施例的二级集热器2的出水口与集热器本体41 的进水口之间串联三级集热器3，组成四元系统。该三级集热器3采用线聚焦式集 热器(也称为槽式线聚焦机若装置)，该集热器3的反光聚光装置32是利用截面为 槽形抛物面反射面(镜)将太阳光聚焦到位于一根直线(焦点线)上的集热器31 对流过其的液体(水)加热，加热后的水进入集热器本体41内产生蒸汽。线聚焦 式集热器3的特点是聚光集热器可以由许多分散布置的槽形抛物面镜聚光集热器 串、并联组成，集热器31的组合可根据需要进行单个或串联并联组合。在上述的所有实施例中都可在建筑物10 (或其他物体和专用支架)上安装一 个或多个附加反光板9,附加反光板9采用抛物面，将太阳光直接反射聚焦到所述 的集热器本体41上。或釆用平面反光板将太阳光反射其他各级的集热器。本发明的蒸汽集热器4可采用塔式系统、碟式系统和太阳能凸透镜。其中塔式 系统又可称集中型系统，它是在很大面积的广场上装有许多台大型反射镜，通常称 为定日镜，每台都有各自的跟踪系统，准确地将太阳光反射集中到蒸汽锅炉上。所述的碟式系统也称为盘式系统，主要特征是采用盘状抛物面镜聚光集热器， 其结构从外形上看类似于大型抛物面雷达天线。由于盘状抛物面镜是一种点聚焦集 热器，其聚光比可以高达数百到数千倍，因而可以产生非常高的温度。本发明的多元集热系统可按当地气候条件、炜度合理组成，逐级不断连续提高 锅炉水温，直至产生高温高压水蒸汽的装置。首先由所述一种热性能高的太阳能集 热器1或几种太阳能集热器为传热介质初级加热，然后将已经有一定热能的介质输 送到二级集热器2继续加热，依此类推。所述的各级太阳能集热器都必须符合国家 的有关标准以及当地锅炉检测部门、环保部门的验收要求。为了加强多级组合式太阳能蒸汽锅炉的安全和保温效果，外壁设有吸热保温环 带和羽翅，它有安全禁锢的作用和吸热保温的功效。本发明的集热器本体41和31的外壁颜色整体需要经过喷涂方法、化学方法、 电化学方法、真空蒸发方法、磁控溅射方法黑色麻面处理。本发明的耐高温特殊混 合涂层涂料的波长，能够控制在0.3 ~ 30微米之内，而卯％的太阳辐射能波长都在 0.3 2微米以内，他们之间可以产生谐振，吸收比在95%以上，发射率低于5%, 能最大的汲取太阳能能量。该混合涂料含有钴、铁、铜、银、铬、铝、锰等物质。本发明的集热器本体41的底座具有很好的隔热保温层，隔热保温层下面设有
保温水箱5，保温水箱5可以储存很多的高温水，随时为蒸汽锅炉提供高温热水， 为连续不断的快速产生蒸汽提供有利条件。保温水箱还可以在阴天下雨时，为普通 蒸汽锅炉提供高温水，节约大量能源。本发明的附加反射镜9使其反射光都集中到较小的集热器腔体，反射镜的反光率应在80%~90%以上，每一反光装置都可安装自动跟踪太阳的装置，与太阳同 步转动。本发明采用的双轨跟踪太阳能的技术，与传统跟踪技术有根本的区别，它不是 固定的自动跟踪太阳能技术，而是利用双轨移动跟踪太阳。它的集热器本体41与 聚光装置42是分开的(集热器本体41不需要支撑在聚光装置42上)，集热器本体 41是固定的或以聚光焦点为中心转动，聚光装置42与集热器本体41之间的距离 为半径画弧设置双轨。当太阳从东方升起的时候，聚光装置42在集热器本体41 的西边轨道上，面对太阳。到中午的时候，聚焦镜42已在双轨上慢慢移动到集热 器本体41的北面了 ，聚焦镜42仍然面对太阳。傍晚的时候聚焦镜42就会移动到 集热器本体41的东面，还是面对太阳。双轨移动跟踪技术的发明，为有效的利用 太阳能发挥了重要作用，它的好处有①锅炉(接收器)可以设置很大、很特殊， 不受聚焦镜的影响。②集热器本体41也可以自由转动，提高集热效果，不受聚焦 镜的约束。③没有集热器本体41与聚焦镜42支撑连在一起，聚焦镜也可以设置很 高、很大。④提高集热器的集热效果，比目前国外设置的固定反射镜效果好，能够 减少折射损失。⑤机动性强，遇到强台风、冰雹等可以并降，也可以把巨大的聚焦 镜推进库房。⑥便于清洗、保养、更换部件。⑦便于聚焦镜集热器的调控。⑧可以 随意搬迁而不受损失⑨双轨跨度很大，安全系数很高。本发明开始加热工作的是非聚光型集热器，最后阶段的加热是聚光型集热器。 聚光型集热器可以是成像集热器，也可以是非成像集热器。本发明的附加反射镜9还可釆用多焦非成像集热器，在巨型非成像型集热器上 设置多个成像聚焦集热器，只有在双轨移动跟踪太阳能技术的基础上才能够实现此 技术。多焦集热技术的诞生，无疑为太阳能集热器增加了一个新品种，它是高热能 太阳能集热器的新产品。它的优点是①普通聚焦镜使用有限，多焦聚焦镜使用范 围广泛。②普通聚焦镜产生的热量有限，多焦聚焦镜产生的热量很大。③在组建多 焦聚焦镜的同时，还可以在空挡位置安装反射镜，提高聚焦的效果。④多焦聚焦镜 的制作很方便，工艺简单，便于推广。⑤多焦聚焦镜的整体集热效果好，重量轻， 使用方便。⑥多焦聚焦镜可以对同一接收器上的任何位置或多点位置，进行不同的 加热，能有效调控热能的供给。⑦由于多焦聚焦镜是由多个聚焦镜组成，每个聚焦 镜都是独立的，因此它可以设置聚焦调控装置。如照相机一样，能够随意调控焦距。 也象舞台上的聚光灯，随意调控。本发明还可设有计算机智能控制器，能根据该地区的气候条件、炜度、蒸汽锅 炉工作状况、太阳能辐射强度等有效调整进水、加热、聚焦镜的位置、角度等。该 多元多焦双轨组合太阳能蒸汽锅炉能随时告诉我们工作状况、进水温度、初级加热 水温度、二级水加热温度、锅炉蒸汽温度、锅炉压力、管道蒸汽温度和压力，并能 及时做出准确的调整，或发出警报。本发明充分发挥了前面各级的非聚焦式太阳能集热器(包括平板式集热器、全 玻璃真空管集热器、热管式真空管集热器和/或金属吸热体真空管集热器)热性能 高(加热快，但温度不高)的特性，以及聚焦式太阳能集热器的受热面积小，但温 度高的特点，两者的组合大大提高了加热速度和蒸汽的最高温度。
权利要求
1、一种多级组合轨道跟踪式太阳能蒸汽锅炉，包括蒸汽集热器，该蒸汽集热器包括聚光装置、支架和集热器本体，聚光装置连接在支架的顶端，在所述的聚光装置的焦点或焦线上设置集热器本体，其特征在于所述的支架的下方的地面上装有两根相互平行的弧形轨道，在所述的支架的底部装有在该轨道上行走的滚轮；所述的弧形轨道的圆心与所述的聚光装置的焦点重合，并将所述的集热器本体置于该焦点处。
2、 根据权利要求1所述的多级组合轨道跟踪式太阳能蒸汽锅炉，其特征在于 还包括至少一级预热器，该预热器的出水口与所述的集热器本体的进水口连接。
3、 根据权利要求2所述的多级组合轨道跟踪式太阳能蒸汽锅炉，其特征在于 所述的预热器采用平板太阳能集热器、全玻璃真空管集热器、热管式真空管集热器、 金属吸热体真空管集热器或用常规燃料的加热器。
4、 根据权利要求1所述的多级组合轨道跟踪式太阳能蒸汽锅炉，其特征在于 所述的集热器本体为圓柱形。
5、 根据权利要求1所述的多级组合轨道跟踪式太阳能蒸汽锅炉，其特征在于 所述的集热器本体面对聚光装置的一侧为平面，在该集热器本体的底端装有旋转装 置，并在该集热器本体与所述的蒸汽集热器的支架之间连接一同步连杆。
6、 根据权利要求1、 2、 3、 4或5所述的多级组合轨道跟踪式太阳能蒸汽锅炉， 其特征在于还包括安装在建筑物或其他物体上的附加聚焦反光板，将太阳光直接 反射到所述的集热器本体上或其他各级的集热器的受光面上。
7、 根据权利要求1、 2、 3、 4或5所述的多级组合轨道跟踪式太阳能蒸汽锅炉， 其特征在于在所述的集热器本体的下面装有保温水箱，该水箱的进水口通过一个 三通转换阀与所述的一级集热器的出水口和集热器本体的进水口连接，通过该三通 转换阀将流出 一级集热器出水口的水流在集热器本体或保温水箱之间转换。
8、 根据权利要求6所述的多级组合轨道跟踪式太阳能蒸汽锅炉，其特征在于 在所述的集热器本体的进水口上连接有只能进水的单向阀门。
9、 根据权利要求7所述的多级组合轨道跟踪式太阳能蒸汽锅炉，其特征在于 在所述的集热器本体的进水口上连接有只能进水的单向阀门。
10、 根据权利要求8或9所述的多级组合轨道跟踪式太阳能蒸汽锅炉，其特征 在于所述的聚光装置采用截面为抛物面的线聚焦反射镜、抛物面聚焦反光镜或凸 透镜。
全文摘要
一种多级组合轨道跟踪式太阳能蒸汽锅炉，包括蒸汽集热器，该蒸汽集热器包括聚光装置、支架和集热器本体，聚光装置连接在支架的顶端，在所述的聚光装置的焦点或焦线上设置集热器本体，其特征在于所述的支架的下方的地面上装有两根相互平行的弧形轨道，在所述的支架的底部装有在该轨道上行走的滚轮；所述的弧形轨道的圆心与所述的聚光装置的焦点重合，并将所述的集热器本体置于该焦点处。本发明的特点是多元组合和轨道大大提高利用各种太阳能集热器的效率，增加聚光装置和集热器本体的体积，连续不断的为流过集热器的液体进行加热，可以在很短的时间内，能够产生大量高温、高压的蒸汽，为太阳能蒸汽锅炉真正的开发利用扫平了障碍。
文档编号F22B1/00GK101158465SQ20071017696
公开日2008年4月9日 申请日期2007年11月7日 优先权日2007年11月7日
发明者官长炜, 钧 胡, 胡冬宜 申请人:胡冬宜;官长炜