阵列式集热装置及其控制方法
【专利摘要】本发明是关于一种阵列式集热装置及其控制方法，属于太阳能热利用领域，所述阵列式集热装置包括：阵列式排布的多个集热器；以及一驱动系统，包括一动力单元、一轴传动单元及多个调整单元：所述轴传动单元，其输入端与所述动力单元的输出端连接；所述调整单元包括离合传动结构、第一减速机及输出轴，所述离合传动结构的输入端与所述轴传动单元的输出端连接，所述离合传动结构的输出端通过所述输出轴与所述第一减速机的输入端连接，所述第一减速机的输出端与所述集热器连接。本发明的阵列式集热装置驱动系统通过一套动力单元为多行集热器提供转动动力，简化了驱动系统的结构，节约了成本；可随意停止对任意行的控制而不影响对其他行集热器的控制。
【专利说明】阵列式集热装置及其控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种阵列式集热装置，属于太阳能热利用领域，特别是涉及一种阵列式太阳能集热装置及其控制方法。
【背景技术】
[0002]太阳能是一种来源广泛的清洁能源，其中温光热利用可以应用在80_250°C的工农业等用热领域，其高温光热利用可应用于250-800°C的太阳能发电技术等领域。
[0003]太阳能集热器是组成各种太阳能热利用系统的关键部件。无论是太阳能热水器、太阳灶、主动式太阳房、太阳能温室还是太阳能干燥、太阳能工业加热、太阳能热发电等都离不开太阳能集热器，都是以太阳能集热器作为系统的动力或者核心部件。
[0004]当用户对太阳能需求较大时，单个太阳能集热器无法满足使用需求，此时需要将单个太阳能集热器串联或并联形成阵列式太阳能集热器以满足用户的用热需求。由于太阳能集热器在使用过程中需要调整聚光器面型朝向，因此太阳能集热器需要配备驱动系统以驱动聚光器改变朝向，现有阵列式太阳能集热器采用一对一的形式配备驱动系统，即一行集热器配备一套驱动系统，每套驱动系统都需要配备动力单元及控制元件等，使整个阵列集热器总的驱动系统结构复杂，占地面积大，且需要多个控制柜进行控制，浪费人力物力。
[0005]由此可见，上述现有的集热器驱动系统在结构与使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。本设计人积极加以研究创新，以期创设一种新型结构的集热器传动系统，使其更具有实用性。
【发明内容】
[0006]本发明的主要目的在于，提供一种新型结构的阵列式集热装置，所要解决的技术问题是使其利用较小的空间即可实现对阵列式集热装置的驱动，从而更加适于实用，且具有产业上的利用价值。
[0007]一方面，本发明提供了一种阵列式集热装置，其包括:阵列式排布的多个集热器；以及一驱动系统，包括一动力单元、一轴传动单元及多个调整单元:所述轴传动单元，其输入端与所述动力单元的输出端连接；所述调整单元包括离合传动结构、第一减速机及输出轴，所述离合传动结构的输入端与所述轴传动单元的输出端连接，所述离合传动结构的输出端通过所述输出轴与所述第一减速机的输入端连接，所述第一减速机的输出端与所述集热器连接。
[0008]具体的，所述的离合传动结构包括离合器、主动齿轮、被动齿轮及输出齿轮:所述离合器控制所述主动齿轮和所述被动齿轮咬合或断开；所述主动齿轮套在所述轴传动单元上；所述输出齿轮与所述被动齿轮咬合，所述输出齿轮套在所述输出轴上。
[0009]具体的,所述轴传动单元包括多个同轴连接的传动轴及连接所述传动轴的联轴器。
[0010]具体的，所述的集热器，包括:至少一反射镜，其截面呈抛物线型，且所述反射镜的边缘角不小于90° ;反射镜支撑结构，用于支撑固定所述反射镜；以及至少一集热管，其位于所述反射镜的焦点处。
[0011]具体的，所述的反射镜支撑结构，包括:至少两个边支撑架，所述的边支撑架为形状呈弧形的平板结构；至少一托架，其为抛物线形骨架；以及一轴向支撑杆，其从顶点处支撑固定所述边支撑架及所述托架。
[0012]较佳的，所述托架的两端各设有一组第一固定孔；所述反射镜支撑结构，还包括两根边支撑杆，其与所述轴向支撑杆平行；所述集热器，还包括面型调整机构，其包括:至少两个托架固定座，其一端设有一组第二固定孔，其另一端与所述边支撑杆固定；多个配套的螺栓和螺母，所述螺栓穿过所述第一固定孔、所述第二固定孔及所述螺母；多个垫片，所述垫片穿设在所述螺栓上，且所述垫片位于所述托架与所述托架固定座之间。
[0013]进一步的，所述的集热器，还包括集热管端支撑结构，其包括:第一支架，其上端设有两个相对的第一支撑板；摆动部，包括位于所述两个第一支撑板之间的两个摆臂，两个所述摆臂相对设置，一个所述摆臂与一个所述第一支撑板铰接，另一个所述摆臂与另一个所述第一支撑板铰接；以及第一集热管卡箍，其第一端与一个所述摆臂铰接，第二端与另一个所述摆臂铰接。
[0014]进一步的，所述的集热器，还包括集热管连接结构，其包括:第二支架，其上端设有两个相对的第二支撑板；两个第二集热管卡箍，所述第二集热管卡箍的第一端与一个所述第二支撑板铰接，第二端与另一个所述第二支撑板铰接，所述集热管的接头位于所述第二集热管卡箍内，且与所述集热管卡箍为间隙配合；以及弹性件，其与两根所述集热管相邻的两个接头连接。
[0015]另一方面，本发明提供了一种上述的阵列式集热装置的控制方法，所述方法包括:通过所述驱动系统调节单行所述集热器的朝向，使各行所述集热器朝向一致；通过所述驱动系统带动所述阵列式集热装置跟踪太阳转动。
[0016]进一步的，所述控制方法还包括:调节面型调整机构，使所述集热器的面型符合设计要求；
[0017]借由上述技术方案，本发明阵列式集热装置至少具有下列优点:
[0018]本发明实施例通过轴传动单元将一套动力单元提供的动力传递给多组调整单元，从而为多行集热器提供转动动力，调整其朝向。由于减少了动力单元等装置的用量，简化了驱动系统的结构，减轻了整个驱动系统的重量，从而减轻了驱动系统支架的承重力，降低了对支架材料的承重强度要求，节约了成本；占地面积小，节省空间，便于在楼顶等有限的空间进行安装；仅需一套控制系统即可实现对驱动系统的控制，降低了控制成本；由于动力单元与调整单元不同轴，可随意停止对任意行集热器的控制而不影响对其他行集热器的控制。
[0019]上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1是本发明阵列式集热装置一较佳实施例结构示意图；
[0021]图2是本发明阵列式集热装置一较佳实施例的驱动系统结构示意图；
[0022]图3是图2所示驱动系统中动力单元、轴传动单元和调整单元的结构简图；
[0023]图4是本发明阵列式集热装置一较佳实施例的离合传动结构工作原理示意图；
[0024]图5是本发明阵列式集热装置一较佳实施例的的集热器的局部示意图；
[0025]图6是图5中集热器局部的截面简图；
[0026]图7是图5中的集热器的局部放大示意图；
[0027]图8是本发明阵列式集热装置一较佳实施例的托架固定座的主视图；
[0028]图9是本发明阵列式集热装置一较佳实施例的垫片结构示意图；
[0029]图10是本发明阵列式集热装置一较佳实施例的托架固定座的俯视图；
[0030]图11是本发明阵列式集热装置一较佳实施例的托架固定座的左视图；
[0031]图12是本发明阵列式集热装置一较佳实施例的集热器示意图；
[0032]图13是本发明阵列式集热装置一较佳实施例的集热管端支撑结构示意图；
[0033]图14是本发明阵列式集热装置一较佳实施例的集热管端支撑结构的爆炸图；
[0034]图15是本发明阵列式集热装置一较佳实施例的集热管端支撑结构的摆动部结构示意图；
[0035]图16是本发明阵列式集热装置一较佳实施例的集热管端支撑结构运动原理示意图；
[0036]图17是本发明阵列式集热装置一较佳实施例的集热管连接结构示意图；
[0037]图18是本发明阵列式集热装置一较佳实施例的集热管连接结构的爆炸图。
【具体实施方式】
[0038]为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的阵列式集热装置其【具体实施方式】、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。
[0039]实施例1
[0040]如图1所示，本发明实施例提出的一种阵列式集热装置，其包括四个太阳能集热器200以及一驱动系统100，四个太阳能集热器200两个为一组串联形成一行，两行太阳能集热器200平行设置，四个太阳能集热器200形成两行两列的阵列。参见图2，驱动系统100包括一动力单元U、一轴传动单元14和两组调整单元，驱动系统100位于阵列中行的中轴线上，阵列式集热装置同一行的两个太阳能集热器200对应一个所述调整单元，且各行均设有所述调整单元，阵列式集热装置中太阳能集热器的行数及列数可以根据需要调整，当太阳能集热器的行数增加时，只需增加调整单元的个数即可。参见图2，动力单元11的输出端与轴传动单元14的输入端连接,带动轴传动单元14转动，为整个驱动系统提供驱动力。参见图3，所述的调整单元包括离合传动结构13、第一减速机12及输出轴15，离合传动结构13的输入端与轴传动单元14的输出端连接，离合传动结构13的输出端与输出轴15的输入端连接，将从轴传动单元14获得的动力传递给输出轴15，输出轴15的输出端与第一减速机12的输入端连接，第一减速机12的输出端与太阳能集热器的转动轴连接。
[0041]工作时,动力单元11启动,转动随轴传动单元14传入各调整单元的离合传动结构13，离合传动结构13通过将其输入端与其输出端连接或分离实现传动或停止传动，当离合传动结构13的输入端和输出端连接时，离合传动结构13带动输出轴15转动，从而带动第一减速机12转动，第一减速机12将传来的转速降低、扭矩增加，从而带动太阳能集热器200转动，改变其朝向，当某行太阳能集热器200的朝向不需要调整时，断开该行离合传动结构13的输入端与输出端即可，此时其他行仍然在其输出轴15的带动下转动。
[0042]本发明实施例通过轴传动单元将一套动力单元提供的动力传递给多组调整单元，从而为多行太阳能集热器提供转动动力，调整其朝向，无需分别为每行太阳能集热器单独配备动力单元，简化了驱动系统的结构，减轻了整个驱动系统的重量，从而减轻了驱动系统支架的承重力，降低了对支架材料的承重强度要求，节约了成本；占地面积小，节省空间，便于在楼顶等有限的空间进行安装；仅需一套控制系统即可实现对驱动系统的控制，降低了控制成本；阵列式集热装置初始启动时，由于安装误差的存在，无法保证各行太阳能集热器均处于统一的工作位置，因而往往需要单独对每行太阳能集热器进行面型调整，本实施例提供的驱动系统由于动力单元与调整单元不同轴，可随意停止对任意行太阳能集热器的控制而不影响对其他行太阳能集热器的控制。
[0043]较佳的，参见图4，离合传动结构13包括离合器131、主动齿轮132、被动齿轮133及输出齿轮134。离合器131控制主动齿轮132和被动齿轮133咬合或断开，主动齿轮132套在轴传动单元14上并随轴传动单元14转动，被动齿轮133与主动齿轮132咬合时，随主动齿轮132转动，被动齿轮133与主动齿轮132断开时，停止转动；输出齿轮134与被动齿轮133咬合，输出齿轮134套在输出轴15上，带动输出轴15转动。
[0044]较佳的，离合器131为电磁离合器，优选失电离合器，当断电时，离合器131的弹簧1311从压紧状态回弹，将主动齿轮132与被动齿轮133连接，轴传动单元14带动主动齿轮132转动，被动齿轮133在主动齿轮132的带动下一同转动；当通电时，弹簧1311在电磁感应下受力压紧，从而带动主动齿轮132与被动齿轮133分离，从而使调整单元与动力单元断开，停止工作。电磁离合器操作简单，通过在控制系统设置一定操作程序即可实现自动控制，无需人工参与。
[0045]较佳的，参见图3，轴传动单元14由一根第一传动轴141、两根第二传动轴143及三个联轴器142组成，一个主动齿轮132对应一根第二传动轴143，主动齿轮132套在第二传动轴143上，与动力单元11相邻的第二传动轴143的一端通过第一个联轴器142与动力单元11的输出端同轴连接，另一端通过第二个联轴器142与第一传动轴141的一端同轴连接，第一传动轴141的另一端通过第三个联轴器142与另一个第二传动轴143同轴连接。通过将轴传动单元4设计成多个传动轴连接的结构，可以根据各部件的尺寸选择其适合的传动轴尺寸，便于安装。
[0046]具体的，参见图3，动力单元11包括马达111和第二减速机112，马达111的输出端与第二减速机112的输入端连接，第二减速机112的输出端与轴传动单元14的输入端连接，即与与其相邻的第二传动轴143的输入端连接。工作时，马达111启动，第二减速机112在马达111的带动下进入工作，将马达111传递的转速降低、传递扭矩增加，并通过第二传动轴143传递给调整单元。
[0047]进一步的，参见图2，所述的驱动系统还包括主支架16，其包括支腿161和固定框162。支腿161的下端与地面连接，较佳的，支腿161由上下平行设置的两块平板和支撑在两块平板之间的四根支杆组成，其与地面具有四个安装点，为驱动系统提供稳固的支撑作用。固定框162设有水平通孔，固定框162的下表面与支腿161上端连接，上表面与第一减速机12连接，为了方便传动轴的安装与拆换，固定框162包括下底板、上盖板和两块侧板，所述的侧板上下两端均设有弯折处，所述上盖板与两块所述侧板上端弯折部分通过螺栓固定连接，所诉下底板与两块所述侧板下端弯折部分通过螺栓固定连接。
[0048]进一步的，所述的驱动系统，还包括副支架17，其包括支撑板171和固定杆172。支撑板171，用于承托第二减速机15 ;固定杆172中下部与主支架16的支腿161连接，其上部与支撑板171连接，用于连接固定支撑板171与与其相邻的主支架16，支撑板171探出支腿161，且其高度使位于其上的第二减速机112的转轴与轴传动单元14同轴。
[0049]较佳的，参见图1，所述的阵列式集热装置，还包括控制器18，控制器18的输出端与动力单元11的输入端连接，控制动力单元11按照预设的跟踪程序工作。较佳的，控制器18的输出端还与离合器131的输入端连接，用于控制离合器131断开或连接。
[0050]较佳的，参见图5，所述太阳能集热器为槽式太阳能集热器，其包括聚光单元和集热单元。其中，聚光单元包括反射镜21和反射镜支撑结构22。反射镜21为弧形板，如图6所示，反射镜I的截面呈抛物线型，且该抛物线的焦点与顶点的连线及焦点与最高点连线的夹角，即边缘角Θ，大于等于90°，本实施例的太阳能集热器共设有两块反射镜21，反射镜21的数量可以根据太阳能集热器使用地点及对太阳能的需求量自由调整，两块反射镜21首尾相连形成聚光器；反射镜支撑结构22用于支撑固定反射镜21。参见图5，所述集热单元包括集热管23及集热管支撑结构，本实施例中，共设有两根集热管23，两根集热管23串联形成整体的集热部件，所述集热管支撑结构包括集热管端支撑结构24及集热管连接结构25，集热管23通过集热管支撑结构，安装固定在反射镜21的焦点位置。
[0051]太阳能经反射镜21反射后会聚在反射镜21的焦点所在直线上，被位于该处的集热管23吸收，由于反射镜21的边缘角> 90°，其焦距较短，对太阳光线的折射能力较强，因而对太阳光线的会聚作用较大，能够得到更多的能量收益，实现对太阳能的中高温热利用。
[0052]较佳的，参见图5，反射镜支撑结构22具体包括三个边支撑架221以及一个轴向支撑杆222，三个边支撑架221为形状呈弧形的平板结构，其深度及两最高点之间的距离由其固定的反射镜21确定，三个边支撑架221通过螺纹、粘接、焊接等方式固定在轴向支撑杆222上，其中一个位于两块反射镜21的连接处，另外两个位于聚光器的两端。反射镜21通过粘接、螺纹连接等方式固定在反射镜支撑结构22上，反射镜支撑结构22通过两端、轴线双重支撑，能使反射镜21长期保持设定的弧度，聚焦能力稳定。边支撑架221的个数可以根据反射镜21的数量确定，至少为两个。
[0053]较佳的，本发明实施例的反射镜支撑结构22还包括四个托架223，参见图7，一块反射镜21设有两个托架223，托架223为抛物线形骨架，其弧度与反射镜21的弧度相同，其长度与反射镜21的弧线长度相近，优选与反射镜21的弧线长度相同，托架223优选通过冲压拉伸加工成型的金属板架，其与边支撑架221平行设置，托架223与轴向支撑杆222通过螺栓连接在一起，一同承托反射镜21，对反射镜21起到良好的支撑托起的作用，进而保证太阳能集热器的面型精度。
[0054]较佳的，参见图5，所述反射镜支撑结构，还包括两根边支撑杆224，其与轴向支撑杆222平行，且一边支撑杆224与三个边支撑架221的同一侧的最高点连接，另一边支撑杆224与三个边支撑架221另一侧的最高点连接。所述太阳能集热器还包括八个面型调整机构，一个托架223设有两个所述面型调整机构，较佳的，托架223的截面呈倒T型，托架223的两端各设有两个第一固定孔，同一端的两个所述第一固定孔对称设置，即高度相同且分别位于倒T型结构中间板的两侧。参见图7，所述面型调整机构，包括托架固定座53、两个螺栓54、两个螺母55及若干个垫片56。参见图8，托架固定座53的下端设有两个第二固定孔531，第二固定孔531与所述第一固定孔对应，托架固定座53的上端与边支撑杆224固定；螺栓54和螺母55配套，螺栓54穿过所述第一固定孔、第二固定孔531及螺母55 ;同一个螺栓54上穿设有多个垫片56，且垫片56位于托架223与托架固定座53之间。
[0055]安装时，先将托架223的顶点通过螺纹、焊接等方式固定到轴向支撑杆222上，然后将边支撑杆224架设到聚光器两端的两个边支撑架221之间，将托架固定座53的一端通过螺纹、焊接等方式固定到边支撑杆224上，另一端通过螺栓54与托架223固定，然后将反射镜21粘贴在托架223上。安装完成后，测量反射镜实际开口的大小，如果实际开口大于设计开口，则拧开螺母，根据差值增加垫片56，使开口符合实际要求，反之亦然。
[0056]通过给太阳能集热器设置面型调整机构，安装反射镜后，通过改变面型调整机构垫片的数量来调节托架的位置，从而实现对反射镜位置的调节，由于螺栓54与托架223上第一固定孔所在点的法线重合，因而增加或减小垫片56时，能从垂直和水平两个方向调节托架223的位置，消除了反射镜制造和安装过程中产生的误差，使太阳能集热器的面型符合设计面型要求。
[0057]较佳的，参见图9,为了方便向同一端的两个螺栓54上安装垫片56,垫片56上设有两个垫片安装孔561，垫片安装孔561与所述第一固定孔对应，两个垫片安装孔561之间的距离等于两个所述第一固定孔之间的距离。
[0058]较佳的，参见图8，第二固定孔531为竖直方向的长圆孔。在安装反射镜托架223时，由于安装误差的存在，使托架223的最低点在上下位置上存在一定偏差，通过将第二固定孔531设计成长圆孔，能够在上下位置上调节反射镜托架I。较佳的，垫片安装孔561与第二固定孔531匹配，同为竖直方向的长圆孔。
[0059]较佳的，参见图9，垫片安装孔561其长度方向，一端设有开口 562，且两个开口 562位于垫片56的同一侧，垫片56为类似倒M型结构。通过给垫片安装孔561设置开口 562，在增加垫片56的数量时，仅需拧松螺母55，将新增加的垫片56的开口 562对准螺栓54插入即可；反之，当需要减少垫片56的数量时，只需拧松螺母，沿开口 562方向将垫片56拔出，简化了调节步骤，大大节约了调节面型所需的时间。
[0060]具体的，参见图8和图10，托架固定座53包括本体532和两块固定板533，较佳的本体532和固定板533 —体成型，本体532为槽型结构，两块固定板533位于本体532的同一端,并且分别位于本体532的两侧与本体532的槽壁的上沿连接。
[0061]较佳的，参见图11，为了使托架固定座53与边支撑杆224连接的更加稳固，本体532远离固定板533的一端设有缺口，即该端的槽壁低于本体532与固定板533连接的一端的槽壁，边支撑杆224卡在所述槽壁的凹陷处并与所述槽壁连接。
[0062]较佳的，所述垫片为镀锌板。该材质的垫片具有较强的抗腐蚀性。
[0063]较佳的，参见图5和12,所述的槽式太阳能集热器,还包括玻璃罩25。玻璃罩25包括上盖板252及两个侧盖板253。边支撑杆224内侧设有承托结构(图中未示出)，用于承托上盖板252，两根边支撑杆224之间设有档杆251，上盖板252位于所述承托结构与所述档杆251之间。两个侧盖板253分别位于反射镜21的两端面，与边支撑杆224及边支撑架221连接。玻璃罩25使太阳能聚光单元形成独立的密闭空间，从而形成全封闭槽体结构的槽式太阳能集热器，使太阳能集热器收集的太阳能与外接环境隔离，减少太阳能热外散，提高了集热效率。
[0064]较佳的，参见图12，所述的太阳能集热器还包括集热器支架26。集热器支架26上端与轴向支撑杆222通过轴和轴承连接，轴向支撑杆222与集热器支架26之间能够进行相对转动。当太阳移动时，通过转动轴向支撑杆222带动整个反射镜支撑结构转动，从而带动反射镜21转动，使反射镜21面向太阳所在位置，提高了集热效率。
[0065]较佳的，参见图13和14，集热管端支撑结构24包括第一支架241、摆动部242及第一集热管卡箍243。第一支架241包括立柱和设置在立柱上端的两个第一支撑板2411，两个第一支撑板2411面对面相对设置。摆动部242位于两个第一支撑板2411之间，具体的，参见图15，摆动部242包括两个相对设置的摆臂2421，左侧摆臂2421的下端与左侧第一支撑板2411铰接，右侧摆臂2421的下端与右侧第一支撑板2411铰接，摆臂2421能够绕铰接处转动；第一集热管卡箍243左端与左侧摆臂2421的上端铰接，右端与右侧摆臂2421的上端铰接，第一集热管卡箍243能够绕铰接处转动；第一集热管卡箍243与摆动部2共同形成行星式摆动结构。
[0066]两根集热管23串联形成的集热部件的两端各通过一个集热管端支撑结构支撑，集热管23的接头卡在第一集热管卡箍243内，以一侧支撑结构为例:如图16所示，集热管23吸收热量后，温度逐渐升高，伴随着温度的升高，集热管23产生热膨胀，其长度增加，带动摆动部242以铰接处为圆心，以摆臂长为半径沿运动轨迹a绕铰接处向一侧转动，从II位到I位，摆动部242在运动过程中产生一个向下的拉力，使太阳能集热管23的整体同轴度发生偏移，此时，第一集热管卡箍243在该力的作用下以其铰接处为圆心沿运动轨迹b产生“自转”，以消除该偏移，使所述集热部件整体同轴；当集热管23的温度下降时，集热管23产生收缩，其长度缩短，从而带动摆动部242以铰接处为圆心，以摆臂长为半径沿运动轨迹a绕铰接处向与热膨胀运动相反的一侧转动，如图15所示，从I位到II位。
[0067]本实施例提供的集热管支撑结构，通过摆臂与第一支撑板铰接，第一集热管卡箍与摆臂铰接，形成行星式摆动结构，该结构使集热管能够进行多自由度运动，在集热管产生热膨胀时，第一集热管卡箍既能沿摆臂运动轨迹“公转”释放集热管伸长产生的应力，又能通过自身“自转”解决摆动带来的同轴度偏移问题，使集热管的轴线始终处于同一条直线，快速安全的释放热膨胀及冷收缩产生的应力。
[0068]较佳的，参见图15，摆动部242还包括铰接部2422，优选铰接部2422与摆臂2421一体成型，整个摆动部242呈U型结构，两个摆臂2421对称设置在铰接部2422同一侧的两端，铰接部2422设有第一水平通孔24221，参见图14，第一水平通孔24221的轴线垂直于第一支撑板2411，定位销2423穿设在第一水平通孔24221内，其左端连接固定在左侧第一支撑板2411的固定孔24111内，右端连接固定在右侧第一支撑板2411的固定孔24111内，第一水平通孔24221与定位销2423之间设有第一内衬轴套2424，第一内衬轴套2424与第一水平通孔24221之间为过盈配合，两个摆臂2421同时绕定位销2423转动。安装时，先将第一内衬轴套2424塞入第一水平通孔24221内，然后将定位销2423穿过第一内衬轴套2424，将定位销2423的左端与左侧第一支撑板固定，将定位销2423的右端与右侧第一支撑板固定。通过设置铰接部使两个摆臂始终向相同方向运动，避免了由于两个摆臂运动轨迹不一致导致的集热管损坏，并且该结构构造简单、部件易得，加工成本低、易安装。
[0069]较佳的，参见图15，摆臂2421为倒L型结构，其水平边设有第二水平通孔24211。第一集热管卡箍243的两端各设有一个固定轴2433，第一集热管卡箍243位于两个摆臂2421之间，固定轴2433位于第二水平通孔24211内，固定轴2433上套有第二内衬轴套2434，第二水平通孔24211的外侧端口设有端口固定销2432，端口固定销2432的主体部分位于固定轴2433与第二水平通孔24211之间，并且与第二水平通孔24211过盈配合，与第二内衬轴套2434过盈配合，端口固定销2432远离固定轴2433的一端的尺寸大于第二水平通孔24211的尺寸，卡在第二水平通孔24211外。固定轴2433在外力带动下在第二内衬轴套2434内旋转，实现第一集热管卡箍243的“自转”，由于采用了第一内衬轴套2424和第二内衬轴套2434，最大限度的降低了行星式摆动结构体系的摩擦力，提高了其耐腐蚀、耐磨损性，保证了整个体系流畅运转。
[0070]较佳的，第一内衬轴套2424和第二内衬轴套2434的材质均为铜。铜质零件使用寿命长，并且能进一步减小整个体系的摩擦力。
[0071]较佳的，参见图15，两个第二水平通孔24211的上侧孔壁上设有安装口 242111，两个安装口 242111相对设置，用于安装固定轴2433，较佳的，安装口 242111的深度不小于固定轴2433的长度。为了增加固定轴2433与其他部位的接触面积，固定轴2433上套有第一垫片2435，安装第一集热管卡箍243时，先将第一垫片2435套在第一集热管卡箍243两端的固定轴2433上，将固定轴2433从安装口 242111放入第二水平通孔24211内，然后，从第二水平通孔24211远离安装口 242111的一端放入第二内衬轴套2434，最后将端口固定销2432插入第二内衬轴套2434与第二水平通孔24211内，实现对第二内衬轴套2434的固定。安装口 242111的设置使固定轴2433的安装更加方便快速。
[0072]较佳的，参见图14，第一支撑板2411的上端设有开口朝上的弧形口 24112，弧形口曲线系数取决于集热管受热膨胀的线性距离，例如，当设计的集热最高温度为300°C时，弧形口最高两点的距离AL》300°C *集热管长度*集热管的膨胀系数。摆臂2421的水平边位于弧形口 24112处，并沿所述弧形口的弧度运动，所述水平边的最低点始终位于弧形口24112的两个最高点之间。通过设置弧形口，使摆臂的摆动位置限制在预设范围内，既避免了“自转”和“公转”的相互干扰，又保证了“公转”的弧度在一定范围内，避免了运动轨迹过大、运动过度自由造成的集热管损坏。
[0073]具体的，第一集热管卡箍243包括上半圈2431和下半圈2436，上半圈2431和下半圈2436配合卡住集热管的接头。其中，下半圈2436的两端分别与一个固定轴2433连接。
[0074]较佳的，第一集热管卡箍243还包括螺栓2437，上半圈2431及下半圈2436上设有配套的螺孔，螺栓2437通过与所述螺孔安装实现将上半圈2431与下半圈2436固定。螺纹连接的方式操作简单且连接紧固。较佳的，所述的第一集热管卡箍包括两个螺栓2437，上半圈2431及下半圈2436的两端均设有配套的螺孔，螺栓2437通过与所述螺孔螺纹连接从两端固定上半圈2431及下半圈2436。固定集热管时,将集热管的接头放在下半圈2436上，扣上上半圈2431，然后将螺栓2437拧入螺孔中，实现对上半圈2431及下半圈2436的固定。通过设置两个螺栓2437，方便上半圈2431与下半圈2436的连接或分离，便于集热管的安装。
[0075]较佳的，如图17所示，集热管连接结构25包括第二支架251、两个第二集热管卡箍252和弹性件253。
[0076]参见图18，第二支架251包括立柱和位于所述立柱上端的两个第二支撑板2511，两个第二支撑板2511面对面相对设置。一根集热管23对应一个第二集热管卡箍252，第二集热管卡箍252的左端与左侧的第二支撑板2511铰接，右端与右侧的第二支撑板2511铰接，集热管23的接头位于第二集热管卡箍252内，且其直径略小于第二集热管卡箍252的内径，与第二集热管卡箍252为间隙配合，弹性件253位于待连接的两根集热管23之间，其一端与一根集热管23的接头通过粘接、焊接等方式连接，另一端与另一根集热管23的接头通过粘接、焊接等方式连接。两根集热管23进行连接时，先将两根集热管23不需要连接的一端分别用集热管端支撑结构24支起，再将集热管23待连接的一端的所述接头通过第二集热管卡箍252固定，最后将弹性件253的两端分别与两个所述接头连接，完成两根集热管23的连接。当集热管23发生热膨胀时，集热管23长度伸长，沿着其轴向压缩弹性件253，实现沿其自身轴向的自由伸缩，释放热膨胀产生的部分应力，热膨胀产生的应力不是单一方向的，通过随着第二集热管卡箍252沿其开口方向轴动旋转，进一步释放热膨胀产生的应力，当集热管23降温冷却时，集热管23产生收缩，通过该连接结构可以回到初始状态，实现对集热管23的保护。
[0077]本实施例提供的集热管连接结构，通过将集热管接头与第二集热管卡箍间隙配合，并且在两个集热管的接头之间设置弹性件，使集热管能够做轴向运动，同时，第二集热管卡箍通过铰接的形式与第二支架连接，使集热管能够随着所述第二集热管卡箍绕连接处转动，从而实现多自由度运动，减少了集热管连接结构对集热管的约束，既能快速释放热膨胀或冷收缩产生的应力又能保护集热管。
[0078]具体的，参见图18，每个第二支撑板2511上均设有两个水平安装孔25111，且两个水平安装孔25111位于相同高度，两个第二支撑板2511上的水平安装孔25111两两相对，相对的两个水平安装孔25111为一组，用于固定一个第二集热管卡箍252。第二集热管卡箍252的两端各设有一个固定轴254，第一个第二集热管卡箍252的一个固定轴254安装在第一组水平安装孔25111中的一个孔内，另一个固定轴254安装在第一组水平安装孔25111的另一个孔内，第二个第二集热管卡箍252的两个固定轴254分别安装在第二组水平安装孔25111的两个孔内。固定轴254上套有内衬轴套2524，水平安装孔25111的外侧端口设有端口固定销2525，端口固定销2525的主体部分位于固定轴254与水平安装孔25111之间，并且与水平安装孔25111过盈配合，与内衬轴套2524过盈配合，端口固定销2525远离固定轴254的一端的尺寸大于水平安装孔25111的尺寸，卡在水平安装孔25111外。固定轴254在外力带动下在内衬轴套2524内旋转，实现第二集热管卡箍252的“自转”，由于采用了内衬轴套2524，降低了第二集热管卡箍252转动的摩擦力，保证其流畅运转，同时提高了其耐腐蚀、耐磨损性。较佳的，为了增大接触面积，参见图17，固定轴254上套有第二垫片2526，第二垫片2526位于固定轴254远离端口固定销2525的一端。
[0079]较佳的，如图18所示，第二集热管卡箍252包括上半圈2521和下半圈2522。上半圈2521与下半圈2522扣合形成通孔，所述的通孔卡住所述接头，实现与所述接头的连接及支撑。
[0080]较佳的，所述的卡箍还包括螺栓2523，上半圈2521及下半圈2522上设有配套的螺孔，螺栓2523通过与所述螺孔螺纹连接将上半圈2521与下半圈2522固定。较佳的，所述的卡箍包括两个螺栓2523，上半圈2521及下半圈2522的两端均设有配套的螺孔，螺栓2523通过与所述螺孔螺纹连接从两端固定上半圈2521及下半圈2522。固定集热管时，将集热管的所述接头放在下半圈2522上，扣上上半圈2521，然后将螺栓2523拧入螺孔中，实现对上半圈2521及下半圈2522的固定。通过设置两个螺栓2523，方便上半圈2521与下半圈2522的连接或分离，便于集热管的安装及连接。
[0081]较佳的，为了方便弹性件253与集热管23装配，弹性件253为软管，优选波纹管。较佳的，所述波纹管为金属材质，通过焊接的方式与集热管的接头焊接，焊接的方式不但能够保证集热管接头与波纹管稳固连接，而且操作简单易行。
[0082]较佳的，反射镜21为钢化玻璃板、复合夹层玻璃玻璃板或反射铝板，为了节约成本，优选反射铝板。
[0083]集热管23为用于聚光类的光热转换的换热单元，优选镀膜钢管或真空管。
[0084]较佳的，玻璃罩25为高透过率的超白钢化玻璃罩，该钢化玻璃不仅能保证良好的透光性而且防震、防撞击能力强，能够更好的保护其内部反射镜I。
[0085]较佳的反射镜支撑结构22及集热管支撑结构24等支撑结构均为金属材质。
[0086]实施例2
[0087]本发明实施例提供了一种实施例1提供的阵列式集热装置的控制方法，所述方法包括:
[0088]步骤101:调节所述面型调整机构，使所述太阳能集热器的面型符合设计要求；
[0089]集热装置安装完成后，测量其反射镜开口的大小，如果安装后反射镜开口大于设计开口，则拧开面型调整机构的螺母55，根据差值增加垫片56，使开口符合实际要求，反之亦然。
[0090]较佳的，参见图8，在安装反射镜托架223时，由于安装误差的存在，使托架223的最低点在上下位置上存在一定偏差，通过调节螺栓54在第二固定孔531上的位置来固定安装不同高度的反射镜托架223。
[0091]步骤102:通过所述驱动系统调节单行所述太阳能集热器的朝向，使各行所述太阳能集热器朝向一致；
[0092]由于不同行的太阳能集热器在安装时面型朝向存在很大的误差，不能保证各行太阳能集热器的朝向完全相同，为保证整个阵列中的各行太阳能集热器转动协调一致，需要调整个别行的太阳能集热器朝向，使阵列中的各行太阳能集热器朝向相同，对于不需要调整朝向的太阳能集热器200，断开其所在行离合传动结构13的输入端与输出端，对于需要调整朝向的太阳能集热器200，接通其所在行离合传动结构13的输入端与输出端，太阳能集热器200在输出轴15的带动下转动，调节朝向。
[0093]步骤103:通过所述驱动系统带动所述阵列式集热装置跟踪太阳转动。
[0094]通过人工或自动控制的方式控制驱动系统带动阵列式集热装置追踪太阳转动，优选自动控制的方式，通过设有跟踪程序的控制器控制驱动系统工作，使其带动阵列式集热装置绕太阳转动。
[0095]本发明实施例提供的方法通过改变面型调整机构垫片的数量来调节托架的位置，从而实现对反射镜位置的调节，消除了反射镜制造和安装过程中产生的误差，使太阳能集热器的面型符合设计面型要求；通过驱动系统单独调节个别行的朝向，使整个阵列中的太阳能集热器朝向一致，保证了整个阵列跟踪太阳时运动协调一致。
[0096]以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
【权利要求】
1.一种阵列式集热装置，其特征在于，其包括: 阵列式排布的多个集热器；以及 一驱动系统，包括一动力单元、一轴传动单元及多个调整单元: 所述轴传动单元，其输入端与所述动力单元的输出端连接； 所述调整单元包括离合传动结构、第一减速机及输出轴，所述离合传动结构的输入端与所述轴传动单元的输出端连接，所述离合传动结构的输出端通过所述输出轴与所述第一减速机的输入端连接，所述第一减速机的输出端与所述集热器连接。
2.根据权利要求1所述的阵列式集热装置，其特征在于，所述的离合传动结构包括离合器、主动齿轮、被动齿轮及输出齿轮: 所述离合器控制所述主动齿轮和所述被动齿轮咬合或断开； 所述主动齿轮套在所述轴传动单元上； 所述输出齿轮与所述被动齿轮咬合，所述输出齿轮套在所述输出轴上。
3.根据权利要求1或2所述的阵列式集热装置，其特征在于: 所述轴传动单元包括多个同轴连接的传动轴及连接所述传动轴的联轴器。
4.根据权利要求1或2所述的阵列式集热装置，其特征在于，所述的集热器，包括: 至少一反射镜，其截面呈抛物线型，且所述反射镜的边缘角不小于90° ; 反射镜支撑结构，用于支撑固定所述反射镜；以及 至少一集热管，其位于所述反射镜的焦点处。
5.根据权利要求4所述的阵列式集热装置，其特征在于，所述的反射镜支撑结构，包括: 至少两个边支撑架，所述的边支撑架为形状呈弧形的平板结构； 至少一托架，其为抛物线形骨架；以及 一轴向支撑杆，其从顶点处支撑固定所述边支撑架及所述托架。
6.根据权利要求5所述的阵列式集热装置，其特征在于: 所述托架的两端各设有一组第一固定孔； 所述反射镜支撑结构，还包括两根边支撑杆，其与所述轴向支撑杆平行； 所述集热器，还包括面型调整机构，其包括: 至少两个托架固定座，其一端设有一组第二固定孔，其另一端与所述边支撑杆固定； 多个配套的螺栓和螺母，所述螺栓穿过所述第一固定孔、所述第二固定孔及所述螺母; 多个垫片，所述垫片穿设在所述螺栓上，且所述垫片位于所述托架与所述托架固定座之间。
7.根据权利要求4所述的阵列式集热装置，其特征在于，所述的集热器，还包括集热管端支撑结构，其包括: 第一支架，其上端设有两个相对的第一支撑板； 摆动部，包括位于所述两个第一支撑板之间的两个摆臂，两个所述摆臂相对设置，一个所述摆臂与一个所述第一支撑板铰接，另一个所述摆臂与另一个所述第一支撑板铰接；以及 第一集热管卡箍，其第一端与一个所述摆臂铰接，第二端与另一个所述摆臂铰接。
8.根据权利要求4所述的阵列式集热装置，其特征在于，所述的集热器，还包括集热管连接结构，其包括: 第二支架，其上端设有两个相对的第二支撑板； 两个第二集热管卡箍，所述第二集热管卡箍的第一端与一个所述第二支撑板铰接，第二端与另一个所述第二支撑板铰接，所述集热管的接头位于所述集热管卡箍内，且与所述第二集热管卡箍为间隙配合；以及 弹性件，其与两根所述集热管相邻的两个接头连接。
9.根据权利要求1-8任一项所述的阵列式集热装置的控制方法，其特征在于，所述方法包括:通过所述驱动系统调节单行所述集热器的朝向，使各行所述集热器朝向一致； 通过所述驱动系统带动所述阵列式集热装置跟踪太阳转动。
10.根据权利要求9所述的阵列式集热装置的控制方法，其特征在于，还包括: 调节面型调整机构，使所述集热器的面型符合设计要求。
【文档编号】F24J2/40GK104236125SQ201310248218
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2013年6月20日 优先权日:2013年6月20日
【发明者】林超, 熊勇刚, 杨青林, 刘培先, 刘元元, 张修田 申请人:山东亿家能太阳能有限公司