专利名称：一种太阳能多向跟踪热管利用系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及太阳能利用，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 阳能的高温热利用主要是采用槽式、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，由于没有跟踪系统因而 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。 国际上的槽式系统的主要的跟踪方式采用将一个换真空管设置在槽式系统的焦 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，因而系统的热损高、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。 能否将热管技术与高温采集技术结合，就可以结合热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，特别是采用热管以及槽 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。
发明内容本实用新型的目的就是提供一种太阳能多向跟踪热管利用系统，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可具有不同
形状的太阳能镜支架上，每一个太阳能光学镜可以绕轴进行转动，同时太阳能镜支架还可
以运动，这样实现了太阳镜绕起轴转和跟随太阳能镜支架运动的多向跟踪；由于多向跟踪
减少了单轴跟踪的难度，同时可以减少聚焦的圆柱区的范围，提高聚焦的倍数，提高使用的
温度；由于太阳能热管利用设备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，太阳能热管利用设备设置在圆
柱体内就实现了聚焦跟踪的太阳能的利用。利用热管作为太阳能转换器件，将热管技术完
美的与光学镜系统结合起来，实现太阳能的热发电、供暖、制冷、热水、开水等应用。 本实用新型提供了其阵列结构，适合于不同规模的系统，同时也适合于大规模的
利用太阳能，特别是太阳能的热能利用。[0008] 具体发明内容如下 —种太阳能多向跟踪热管利用系统，包括至少一个太阳能热管利用设备、至少一 组光学镜其中每组光学镜由多个太阳能线性聚焦光学镜组成、用于支撑光学镜组的太阳能 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 电子控制系统，每组光学镜共同聚焦于一个圆柱区域内，至少有一个太阳能热管利用设备 设置在该圆柱区域内并保持不动，其特征是每个太阳能线性聚焦光学镜上固定设置有至 少一个转轴，所述转轴的两端设置在太阳能镜支架上，通过动力驱动装置驱动线性聚焦光 学镜沿转轴转动和跟随太阳能镜支架运动，使每组线性聚焦光学镜的焦线始终保持在太阳 能热管利用设备所在的区域内，通过热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系统，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，同时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，可以降低成本、提高跟踪效率，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、圆形器件； D、多边形支架； E、复合抛物线型； F、直线、斜线、曲线型。 由于线聚焦系统不动，可以将任何的热管利用系统设置在此区域内，甚至可以将
大重量的设备设置在焦线区域，在焦线与太阳能镜的焦距范围内，都可以设置热管利用系
统，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热管利用系统。 所述的热管的蒸发端设置在太阳能线聚焦的焦线区域内，热管的冷凝端设置在焦
线区域之外，冷凝端与换热器相连接，通过换热器实现热能的采集，进而可以将热能应用于
热发电、供暖、制冷、热水、开水应用。从而实现了将热管技术完美的与光学镜系统结合起
来，实现利用热管技术实现高效的热能采集及传输，减少了系统的采集及传输热损。 跟踪装置包括用于支撑整个系统的跟踪支架、动力传输机构。为了实现动力驱动
装置(6)驱动动力传输机构，实现光学镜对太阳能的跟踪，所述动力传输装置(10) —端与
驱动装置进行连接，至少另外一端设置在转轴、太阳能镜支架或者太阳能线性聚焦光学镜
上，通过动力驱动装置(6)驱动动力传输机构，实现对太阳能的跟踪。跟踪支架为太阳能利
用设备、太阳能光学镜、跟踪系统、太阳能线聚焦光学镜支架全部组件提供支撑。跟踪支架
可以设置在上述系统的任何部位，只要符合本实用新型的要求，可以任意的设置支架的位
置与结构。 任何通过动力驱动系统(6)驱动动力传输机构，都可以用于本实用新型的太阳能 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。 太阳能镜支架设置在跟踪支架上，并且通过动力驱动装置和动力传输装置太阳能 镜支架可以在跟踪支架上进行运动，与太阳能镜的延转轴的运动共同组成了多向的运动， 主要达到跟踪的目的和要求，太阳能镜支架的运动方式可以采用任何可能的形式，但是优 选的运动的轨迹可以选择下列之一 A、抛物线或弧形或圆形器件与地平面平行运动； B、抛物线或弧形或圆形器件延两个抛物线或弧形或圆形进行抛物线或弧形或圆 形运动。 C、沿直线、斜线、曲线的运动。 线性跟踪系统由南北方向与东西方向两种跟踪方式，主要采用与地平面平行放 置，根据在地球表面的不同的经度与纬度，优先选择与太阳光照射垂直或夹角最小的方向 设置，太阳能线性聚焦光学镜焦线、太阳能光学镜的长度方向的对称轴线与地球自转轴平 行，这样使得集热效率最高，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。 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热管利用系统之外的区域，为
了减少此部分的损失，采用了二次聚焦，即在热管利用系统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热管利用系统上，通常可
以选择至少下列一种二次聚焦光学镜(8)，在热管利用系统的周围，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热管利用系统上，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。 通过动力驱动系统(6)驱动动力传输机构(IO)，实现对太阳能的跟踪，所采用的 动力驱动系统装置，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，可以将该系统设置在不同的区域，既可以设置在地面，也可以设置 在建筑物顶部，通常采用多个热管利用系统(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。其中至少有多个太阳能热管利用 设备设置为一个阵列，每个阵列由多组太阳能镜、跟踪系统、支架系统、太阳能热管利用设 备组成，对同一排和/或同一列的太阳能热管利用设备，共用一个动力驱动设备，每阵列可 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。 由多个阵列组成一个系统，在每个阵列上设置多排、列太阳能热管利用设备，每一
个阵列上的每排或列太阳能热管利用设备通过热管系统和/或强制循环流动的流体进行
换热或者直接利用，多个阵列之间通过热管系统和/或强制循环的流体进行换热或者直接
利用。本实用新型选择的方案是实现本实用新型目的的优选方案，任何符合本实用新型的
原理的方案和技术、产品，都是本实用新型的保护范围。 采用本实用新型的技术方案可以达到下列有益效果 1、可以减少器件的运动范围，减少跟踪的动力驱动部分的能耗，实现高效、高可 靠、低成本的跟踪以及热管利用系统的利用。 2、实现将热管技术完美的与光学镜系统结合起来，实现利用热管技术实现高效的 热能采集及传输，减少了系统的采集及传输热损。 3、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，提高了系统的载重量。 4、可以适合于小型区域及家庭的综合利用。 5、可以便于实现阵列的热管利用系统利用，实现不同的太阳能产品的高效的大规 模的利用。
图一是多抛物线反射镜热管利用系统侧视图 图二是多玻璃反射镜热管利用系统图 图三是多菲涅尔反射镜阵列跟踪热管利用系统图 图四是一组菲涅尔反射镜阵列跟踪热管利用系统图 图中具体标号的含义如下 1 :热管利用系统，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 :动力传输系统，10 :热管传 热系统；11、设置在热管冷凝端的换热器，12、太阳能镜支架驱动装置。
具体实施方式
实施例一 多抛物线反射热管利用系统 本图为一个侧视图，太阳能镜(2)为四个抛物面反射镜(2)，热管利用系统(1)为 设置在玻璃管内部的热管，热管的外部设置有太阳能涂层，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，同时，在地面上，还设置有滚轮，可以在地面上滚动，实现对太阳能镜支架(4)的驱动，这样实 现通过转轴(5)的驱动以及对在抛物线器件的太阳能镜支架的驱动，实现对太阳能的整体 的跟踪；四个太阳能镜通过不同的运动实现对太阳能的跟踪，同时将太阳能光聚焦到热管 蒸发端(IO)，通过设置在冷凝端的换热器(11)实现热能的各种利用。四个抛物线镜采用同 一个驱动系统，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管内的热管上。 实施例二 多玻璃反射镜热管利用系统 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 两个玻璃反射镜，两组玻璃反射镜跟踪系统串联；热管的蒸发端设置在真空管，冷凝端设置 在线聚焦的外部区域，在其冷凝端设置有一个换热器，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，同时，还设置有对太阳能镜支架(4)的驱动装置(12)，这样实现通 过转轴(5)的驱动以及对在抛物线器件的太阳能镜支架的驱动，实现对太阳能的整体的跟 踪与对太阳能的跟踪及热管热利用。 实施例三、多菲涅尔反射镜阵列跟踪热管利用系统 如图三所示，本案例为多镜阵列跟踪系统，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，同时还设 置有驱动太阳能镜支架(3)提供驱动力的系统，实现使得太阳能镜系统可以沿着半圆环支 架进行运动，这样可以实现多向的跟踪；实现对2*2阵列的太阳能跟踪，热管系统的蒸发端 设置在线聚焦系统的焦线区域，冷凝端设置在焦线区域外部，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热管利用系统 如图四所示，有三个菲涅尔镜(2)组成的一组太阳能镜跟踪系统，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 (2)的转轴上，同时对于每一个为太阳能镜提供支撑的圆环(3)，设置有驱动装置(12)，实 现对每个圆环的驱动，这样可以实现对太阳能镜的转动以及针对太阳能镜支架的驱动的多 向跟踪；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 热管冷凝端的换热器进行换热实现热能的各种综合利用。 根据本实用新型的原理，可以实现其他的实施例，但是只要符合本实用新型的条 件，都属于本实用新型的实施内容。
8
权利要求一种太阳能多向跟踪热管利用系统，包括至少一个太阳能热管利用设备、至少一组光学镜其中每组光学镜由多个太阳能线性聚焦光学镜组成、用于支撑光学镜组的太阳能镜支架，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、以及电子控制系统，每组光学镜共同聚焦于一个圆柱区域内，至少有一个太阳能热管利用设备设置在该圆柱区域内并保持不动，其特征是每个太阳能线性聚焦光学镜上固定设置有至少一个转轴，所述转轴的两端设置在太阳能镜支架上，通过动力驱动装置驱动线性聚焦光学镜沿转轴转动和跟随太阳能镜支架运动，使每组线性聚焦光学镜的焦线始终保持在太阳能热管利用设备所在的区域内。
2. 根据权利要求1所述的太阳能多向跟踪热管利用系统，其特征是所述太阳能镜支 架选择下列至少一种形状的器件A、 抛物线型；B、 弧形；C、 圆形器件；D、 多边形支架；E、 复合抛物线型；F、 直线、斜线、曲线型。
3. 根据权利要求1或2所述的太阳能多向跟踪热管利用系统，其特征是所述跟踪装 置包括用于支撑整个系统的跟踪支架、动力传输机构，所述动力传输装置一端与驱动装置 进行连接，至少另外一端设置在转轴、太阳能镜支架、太阳能线性聚焦光学镜上，通过动力 驱动装置驱动动力传输机构，实现对太阳能的跟踪。
4. 根据权利要求3所述的太阳能多向跟踪热管利用系统，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。
5. 根据权利要求3所述的太阳能多向跟踪热管利用系统，其特征是所述太阳能镜支 架设置在跟踪支架上，太阳能镜支架进行运动的轨迹可以选择下列之一 A、 抛物线或弧形或圆形器件与地平面平行运动；B、 抛物线或弧形或圆形器件延两个抛物线或弧形或圆形进行抛物线或弧形或圆形运动；c、沿直线、斜线、曲线的运动。
6. 根据权利要求1或2所述的任一太阳能多向跟踪热管利用系统，其特征是所述的热管的蒸发端设置在太阳能线聚焦的焦线区域内，热管的冷凝端设置在焦线区域之外，冷 凝端与换热器相连接，通过换热器实现热能的采集，进而可以将热能应用于热发电、供暖、 制冷、热水、开水应用。
7. 根据权利要求1或2所述的任一太阳能多向跟踪热管利用系统，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。
8. 根据权利要求1或2所述的任一太阳能多向跟踪热管利用系统，其特征是所述的 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或2所述的任一太阳能多向跟踪热管利用系统，其特征是在太阳能热管利用设备的周围，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。
10. 根据权利要求1或2所述的任一太阳能多向跟踪热管利用系统，其特征是至少 有多个太阳能热管利用设备设置为一个阵列，每个阵列由多组太阳能镜、跟踪系统、支架系 统、太阳能热管利用设备组成，对同一排和/或同一列的太阳能热管利用设备，共用一个动 力驱动设备，每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。
11. 根据权利要求IO所述的太阳能多向跟踪热管利用系统，其特征是由多个阵列组 成一个系统，在每个阵列上设置多排、列太阳能热管利用设备，每一个阵列上的每排或列太 阳能热管利用设备通过热管系统和/或强制循环流动的流体进行换热或者直接利用，多个 阵列之间通过热管系统和/或强制循环的流体进行换热或者直接利用。
专利摘要本实用新型公布了一种太阳能多向跟踪热管利用系统，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可具有不同形状的太阳能镜支架上，每一个太阳能光学镜可以绕轴进行转动，同时太阳能镜支架还可以运动，这样实现了太阳镜绕起轴转和跟随太阳能镜支架运动的多向跟踪；由于多向跟踪减少了单轴跟踪的难度，同时可以减少聚焦的圆柱区的范围，提高聚焦的倍数，提高使用的温度；由于太阳能热管利用设备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，太阳能热管利用设备设置在圆柱体内就实现了聚焦跟踪的太阳能的利用。利用热管作为太阳能转换器件，将热管技术完美的与光学镜系统结合起来，实现太阳能的热发电、供暖、制冷、热水、开水等应用。本实用新型提供了其阵列结构，适合于不同规模的系统，同时也适合于大规模的利用太阳能，特别是太阳能的热能利用。
文档编号F24J2/30GK201503149SQ20092030148
公开日2010年6月9日 申请日期2009年3月22日 优先权日2009年3月22日
发明者李建民 申请人:北京智慧剑科技发展有限责任公司