专利名称：静止反射面聚光太阳能锅炉的制作方法
静止反射面聚光太阳能锅炉
技术领域：
本发明涉及太阳能装置，特别是涉及一种静止反射面聚光太阳能锅炉。背景技术：
众所周知，太阳能是取之不尽，用之不竭，但人们尚未能大规模利用的重要能源。 随着煤、石油、天然气等化石能源的减少及价格的不断上涨，人类直接从太阳能中获取能量 已变得越来越重要。目前已有各种各样的太阳能利用设备被使用，如光电转换及光热转换 设备等。较大型的太阳能聚光设备包括槽式系统和塔式系统。不管是槽式系统还是塔式系 统，其均需通过转动反射面来跟踪太阳光线，使得其造价高昂，安装及维护不便，且运行费 用高，不适合安装在建筑物屋屋面。
发明内容本发明旨在解决上述问题，而提供一种无须通过反射面的运动来跟踪太阳光线， 而是通过跟踪经静止的特殊反射面反射并聚集阳光所形成的光斑而实现太阳光的聚集， 光热转换效率高，易于安装使用和维护，制作成本低，用途广泛的静止反射面聚光太阳能锅 炉。为实现上述目的，本发明提供一种静止反射面聚光太阳能锅炉，它包括一个静止不动的反射曲面，其反射太阳光后形成一个随太阳光线照射角度而移动 的光斑；一个可移动太阳能集热器，其设于所述光斑内，并随所述光斑而移动。反射曲面为椭圆的部分椭圆线绕其短轴旋转所形成的曲面。椭圆的长、短轴之比为1 0.7 0.9。部分椭圆线取自椭圆的一部分，该部分椭圆线的一个端点的切线与椭圆线的短轴 之间的夹角为40度至50度，部分椭圆线的另一个端点位于该部分椭圆线与其短轴的交点。可移动太阳能集热器由至少一根太阳能真空集热管及光斑跟踪运动机构构成。光斑跟踪运动机构使得太阳能真空集热管在光斑的中心所处平面上进行跟随光 斑的二维运动。光斑跟踪运动机构包括旋转机构和径向运动机构，所述旋转机构包括第一电机， 与第一电机相连的蜗杆，与蜗杆啮合的蜗轮、转轴、支架及导轨，其中，所述蜗轮固定在转轴 上，转轴的上端与支架固定，转轴下端与底座可转动连接，支架上固定有径向导轨，太阳能 集热器活动地装在导轨上，并由装在导轨上的径向运动机构驱动进行径向移动；所述径向 运动机构包括固定在导轨端部的第二电机，装在导轨上并由第二电机驱动的螺杆及固定在 太阳能集热器上部并与螺杆相啮合的螺母，所述第一电机、第二电机与控制装置相连。太阳能集热器的上部设有与导轨相配合的滑动吊臂，并设有与太阳能真空集热管 相连通的柔性的液体介质引入管及液体介质引出管，所述液体介质引入管及液体介质引出 管盘绕在设于支架上的支撑杆上，并与热交换器或汽轮发电机相连。
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反射曲面可由多块小平面拼接成与所述曲面近似的曲面，所述小平面的尺寸小于 集热器的尺寸。在所述太阳能集热器的外围可设置太阳能光伏电池板。本发明的贡献在于，它有效解决了太阳能聚集设备的造价过高及维护运行费用高 及对安装场地有限制等问题。本发明的装置无须通过反射面的运动来跟踪太阳光线，而是 通过跟踪经静止的特殊反射面反射并聚集阳光所形成的光斑来实现太阳光的聚集。同时， 本发明不仅可直接聚集太阳光，还可聚集一部分漫射太阳光，使其可在阴天有效工作，因而 光热转换效率高，易于安装使用，且安装场地限制条件少，并大大降低了制作成本低。本发 明本身可用作建筑物屋顶的一部分，用作中小型电站或供热装置，也可用于建造野外的大 型太阳能发电站。
图1是本发明的实施例光路原理图，其中，图IA为太阳光平行于反射曲面的回转 轴线的光路示意图，图IB为图IA的剖面图；图IC为太阳光与反射曲面的回转轴线成16度 夹角的光路示意图，图ID为图IC的剖面图；图IE为太阳光与反射曲面的回转轴线成32度 夹角的光路示意图，图IF为图IE的剖面图；图IG为太阳光与反射曲面的回转轴线成48度 夹角的光路示意图，图IH为图IG的剖面图。图2是本发明的整体结构剖视图。图3是图2的俯视图。图4是本发明的另一整体结构剖视图。
具体实施方式下列实施例是对本发明的进一步解释和说明，对本发明不构成任何限制。参阅图2 图4，本发明的静止反射面聚光太阳能锅炉包括反射曲面10及太阳能 集热器30，如图IA 图1G，所述反射曲面10是一个静止不动的反射曲面10，具体地说，该 反射曲面10为椭圆的部分椭圆线绕其短轴旋转所形成的曲面，本实施例中，椭圆的长、短 轴之比为1 0.8，所述部分椭圆线取自椭圆的一部分，该部分椭圆线的一个端点的切线与 椭圆线的短轴之间的夹角为46度，部分椭圆线的另一个端点位于该部分椭圆线与其短轴 的交点，反射曲面10的上部敞口。所述反射曲面10由玻璃背面镀银而形成。为降低成本， 并易于制作，反射曲面10最好由多块小平面拼接成与所述曲面近似的曲面，所述小平面的 尺寸小于集热器30的尺寸，本实施例中，每块小平面的尺寸大致为集热器30外围尺寸的四 分之一。所述反射曲面10反射太阳光后形成一个随太阳光线照射角度而移动的光斑20， 该光斑的中心在与反射曲面10的敞口端相平行的一个平面内移动。如图IA 图1G，该光 斑20的大小约为反射曲面10敞口端面积的1/30 1/80，本实施例中，其为1/50，这取决 于所允许的光线的损耗程度。本实施例中，在光线与反射曲面10的回转轴线间的夹角为48 度时，其光线的损耗约为25%，在夹角为32度时，其光线的损耗约为18%，在夹角为16度 时，其光线的损耗约为9%，当夹角为0度时，无光线损耗。如图2 图4，在所述光斑20内设有一个可移动太阳能集热器30，本实施例中，该太阳能集热器30由四根太阳能真空集热管31及光斑跟踪运动机构32构成，所述光斑跟踪 运动机构32使得太阳能真空集热管31在光斑的中心所处平面上进行跟随光斑的二维运 动。具体地说，光斑跟踪运动机构32包括旋转机构321和径向运动机构322，所述旋转机构 321包括第一电机3211，与第一电机相连的蜗杆3212，与蜗杆啮合的蜗轮3213、转轴3214、 支架3215及导轨3216，其中，第一电机3211为步进电机，述蜗轮3213固定在直立转轴3214 上，转轴3214的上端与矩形支架3215固定。转轴下端通过装在底座中央的轴套3218与底 座3217可转动连接。如图2及图4，在支架3215上固定有径向导轨3216，该导轨的横截面 为工字形。在太阳能集热器30顶部设有吊臂33，该吊臂由左右对称的纵截面为F形的杆状 体构成，吊臂33的两个F形杆状体可滑动在装在工字形导轨上，使得太阳能集热器30通过 其两个吊臂33在导轨3216上滑动。所述径向运动机构322包括第二电机3221、螺杆3222 及螺母3223，其中，第二电机3221为步进电机，其固定在导轨3216端部，螺杆3222装在导 轨3216侧面，并由第二电机驱动。螺母3223固定在太阳能集热器的吊臂33顶部，其与螺 杆3222相啮合。所述第一电机3211、第二电机3221与控制装置相连。该控制装置采用现 有的太阳能光线跟踪装置，将其取得的数据进行处理，形成光斑中心的极坐标数据，该数据 包括转轴3214的转动角度和太阳能集热器30距转轴3214的距离，以此可控制第一电机 3211、第二电机3221的转动。如图2，本实施例中，在太阳能集热器30上设有与太阳能真空集热管31相连通的 柔性的液体介质引入管34及液体介质引出管35，所述液体介质引入管34及液体介质引出 管35盘绕在设于支架3215上的支撑杆3219上，并与热交换器或汽轮发电机(图中未示 出)相连，所述液体介质可以是水。在所述太阳能集热器30的外围可设置太阳能光伏电池板，用于收集漫射光和损 耗的光线，并转化成电能。
权利要求
一种静止反射面聚光太阳能锅炉，其特征在于，它包括一个静止不动的反射曲面(10)，其反射太阳光后形成一个随太阳光线照射角度而移动的光斑(20)；一个可移动太阳能集热器(30)，其设于所述光斑(20)内，并随所述光斑(20)而移动。
2.如权利要求1所述的静止反射面聚光太阳能锅炉，其特征在于，所述反射曲面(10) 为椭圆的部分椭圆线绕其短轴旋转所形成的曲面。
3.如权利要求2所述的静止反射面聚光太阳能锅炉，其特征在于，所述椭圆的长、短轴 之比为1 0. 7 0. 9。
4.如权利要求3所述的静止反射面聚光太阳能锅炉，其特征在于，所述部分椭圆线取 自椭圆的一部分，该部分椭圆线的一个端点的切线与椭圆线的短轴之间的夹角为40度至 50度，部分椭圆线的另一个端点位于该部分椭圆线与其短轴的交点。
5.如权利要求1所述的静止反射面聚光太阳能锅炉，其特征在于，所述可移动太阳能 集热器(30)由至少一根太阳能真空集热管(31)、光斑跟踪运动机构(32)构成。
6.如权利要求5所述的静止反射面聚光太阳能锅炉，其特征在于，所述光斑跟踪运动 机构(32)使得太阳能真空集热管(31)在光斑的中心所处平面上进行跟随光斑的二维运 动。
7.如权利要求6所述的静止反射面聚光太阳能锅炉，其特征在于，所述光斑跟踪运动 机构(32)包括旋转机构(321)和径向运动机构(322)，所述旋转机构(321)包括第一电 机(3211)，与第一电机相连的蜗杆(3212)，与蜗杆啮合的蜗轮(3213)、转轴(3214)、支架(3215)及导轨(3216)，其中，所述蜗轮(3213)固定在转轴(3214)上，转轴(3214)的上端 与支架(3215)固定，转轴下端与底座(3217)可转动连接，支架(3215)上固定有径向导轨(3216)，太阳能集热器(30)活动地装在导轨(3216)上，并由装在导轨(3216)上的径向运 动机构(322)驱动进行径向移动；所述径向运动机构(322)包括固定在导轨(3216)端部 的第二电机(3221)，装在导轨(3216)上并由第二电机驱动的螺杆(3222)及固定在太阳能 集热器(30)上部并与螺杆(3222)相啮合的螺母(3223)，所述第一电机(3211)、第二电机 (3221)与控制装置相连。
8.如权利要求7所述的静止反射面聚光太阳能锅炉，其特征在于，所述的太阳能集热 器(30)的上部设有与导轨(3216)相配合的滑动吊臂(33)，并设有与太阳能真空集热管 (31)相连通的柔性的液体介质引入管(34)及液体介质引出管(35)，所述液体介质引入管 (34)及液体介质引出管(35)盘绕在设于支架(3215)上的支撑杆上，并与热交换器或汽轮 发电机相连。
9.如权利要求1所述的静止反射面聚光太阳能锅炉，其特征在于，所述反射曲面(10) 可由多块小平面拼接成与所述曲面近似的曲面，所述小平面的尺寸小于集热器(30)的尺 寸。
10.如权利要求5至7中任一条所述的静止反射面聚光太阳能锅炉，其特征在于，在所 述太阳能集热器(30)的外围可设置太阳能光伏电池板。
全文摘要
一种静止反射面聚光太阳能锅炉，它包括一个静止不动的反射曲面(10)，其反射太阳光后形成一个随太阳光线照射角度而移动的光斑(20)；一个可移动太阳能集热器(30)，其设于所述光斑(20)内，并随所述光斑(20)而移动。反射曲面(10)为椭圆的部分椭圆线绕其短轴旋转所形成的曲面。可移动太阳能集热器(30)由至少一根太阳能真空集热管(31)、光斑跟踪运动机构(32)构成。本发明无须通过反射面的运动来跟踪太阳光线，而是通过跟踪经静止的特殊反射面反射并聚集阳光所形成的光斑而实现太阳光的聚集，光热转换效率高，易于安装使用和维护，制作成本低，用途广泛。
文档编号F24J2/52GK101943484SQ20101021108
公开日2011年1月12日 申请日期2010年6月28日 优先权日2010年6月28日
发明者肖立峰 申请人:肖立峰