外凸内台阶透镜太阳能集热技术的制作方法

背景技术：
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目前正在应用的太阳能：1.真空管太阳能集技术，但是集热温度不高。2.光伏发电技术，但光电转换率低(不足25％)，成本过高。3.槽式聚光集热技术，但是这类聚光集热器存在两个主要缺点：装置对太阳跟踪精度和抛物面的加工精度要求非常高，高温太阳能接收器安装在反光面的上部，不利于接收器的安装和保温。4.现在正在建的以色列的反射镜太阳塔。5.美国人构想的太阳能气压对流发电。3-4-5的项目都是有很多相近的优缺点，于是它只能应用于特定的、专业化的场所。5.有人曾设计出凸透镜的方式，但重量过大。6.有人曾设计出平面菲涅尔透镜的方式，但机械强度不足、易积污、易变形、加工成本高。

附图说明：

1.图1.1.1，图1.1.2，图1.2.1，图1.2.2是原理图

2.圆形透镜收集器结构图是图1.3，各部分注解图是图1.3.1，图1.3.2，图1.3.3

3.线形透镜收集器结构图是图1.4，各部分注解图是图1.4.1，图1.4.2

4.太阳同步跟踪控制系统设计图是图1.5

5.热收贮系统图是图1.6

6.应用安装示意图是图1.7

7.应用于海水淡化例图是图1.8.1

8.应用于热发电例图是图1.8.2

9.应用于家用热水器例图：图1.8.3

技术实现要素：
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本明是依据凸透镜聚焦原理设计的，将大面积的太阳光通过“外凸 内台阶透镜”聚集到的授热体上，其高温热能被传热价质(如油或水)输送到集热储能器或直接利用。

本太阳能聚光集热技术能技术的优点：易加工、成本低、生产周期缩短、集热温度高、机械性能可靠、结构简易、安装运输方便、易维护、易普及、无场地要求、可散分布、可应用于大型生产、也可应用小家庭.......等，所收集的热能取代化学热能广泛用于热发电、海水淡化、家庭用取暖、未来或可用于驱动汽车........等。

透镜的断面形状是外凸狐形、内平台阶。狐形有2种：标准圆曲线和非圆曲线，(即外凸球面狐形-图1.1.1和外凸非球面狐形-图1.1.2)。透镜形状有回转体圆形-图1.2.1和断面平衡延伸的直线形-图1.2.2.相配套的结构有透镜、支架组、授热组、太阳同步跟踪、季度调节机构、跟踪控制系统、热收贮系统所组成。

具体实施方式：

一、圆形透镜太阳能聚光集热机构设计：附图1.3

1.本机构有外凸 内台阶圆形透镜、支架组、授热组、太阳同步跟踪、季度调节机构所组成。

2.透镜、授热组、太阳同步跟踪机构、季度调节机构由螺丝联接固定在支架上，形成一个整体。

3.季度调节机构由丝杆、螺母、和相关联接件组成，连接在支架上形成三角形，通过调节螺母在丝杆上的位置，至使整体机构产生倾斜成的角度在南北方向与太阳斜角一致。

4.透镜固定在固定座上通过转轴与齿轮相连，压力油推动油缸的移动传到齿轮，透镜跟随齿轮转动面摆动，实现了从早晨到傍晚同步跟踪太阳的轨迹，由电控箱程序控制，实行自动化控制。透镜的摆动方向要同日出日落方向要一致

5.外凸圆形透镜在下雨时起到了像雨伞的作用，保护了其内部的机构不直接淋雨，雨水过后不积水、积污。机械性能可靠，长期使用稳定性高，容易维护和清结。

8.授热组所收集的太阳热能由传热介质(如油)输送到热存贮器或直接利用。

9.该机构由于结构简单、重量轻、安装便利、机构部分无电源、热能利用介质传输，安装范围广泛，无特别环境要求，可以是山顶上、屋顶上、平地上、斜坡上、湖面上、海面上、荒漠上、等等，几乎有太阳出来的地方都合适安装。

10.该机构除透镜、透镜支撑杆、连接件、螺丝、螺母、转轴、轴承外，全部使用铝合金件，实现标准化后降低成本，减轻重量。

11.可以将多套集热组是串联、并联使用、也可单套工作。

二、线形透镜太阳能聚光集热机构设计：附图1.4

1.本机构有外凸 内台阶线形透镜、支架组、授热组、季度调节机构所组成。

2.透镜、授热组、季度调节机构由螺丝联接固定在支架上，形成一个整体。

3.季度调节机构由丝杆、螺母、和相关联接件组成，连接在支架上形成三角形，通过调节螺母在丝杆上的位置，至使整体机构产生倾斜成的角度在南北方向与太阳斜角一致。

4.安装时透镜的直线方向要同日出日落方向要一致，授热板接收到的热是线状的

5.外凸透镜在下雨时起到了像雨伞的作用，保护了其内部的机构不直接淋雨，雨水过后不积水、积污。机械性能可靠，长期使用稳定性高，容易维护和清结。

8.所收集的太阳热能由传热介质(如热油)输送到热存贮器或直接利用。

9.该机构由于结构简单、重量轻、安装便利、机构部分无电源、热能利用介质传输，安装范围广泛，无特别环境要求，可以是山顶上、屋顶上、平地上、斜坡上、湖面上、海面上、荒漠上、等等，几乎有太阳出来的地方都合适安装。

10.比圆形透镜太阳能聚光集热机构少了太阳同步跟踪，成本更低，但授热板长度要加长些，相同光照面积下，所收集热的温度要低一些，很合适民用推广。

11.可以将多套集热组是串联、并联使用、也可单套工作。

三、太阳同步跟踪控制系统设计：图1.5

1.早晨，时钟给信号电控箱的电脑，开始检测衡压存贮器内压力是否足够，不足够产即起动油泵补充压力，将继续等待太阳光，当检测到太阳时，电按箱给液压调节器正转信号，转向跟踪器与太阳同步开始，

2.下午，傍晚到了，下阳也下山了，转向跟踪器停止旋转，时钟给出结束工作信号给电控箱，液压调节器得到反转信号，正转压力油切断，反转压力油接通，转向跟踪器复位。系统进入体眠

3.电按箱设计有全自及手动控制模式，当早晨是阴天或雨天后，能调节热接收器的透镜方位，调正确方位后，切到自动模式，系统正常运转。

4.优点：自动控制。手动控制可修正方位，可保证早晨短暂下雨或阴天后系统正常用运作。系统起动后不管是阴天，下雨天，大风天，透镜都能与太阳同步。液压控制，系统运行平稳，不受外力作用干扰，特别是大风雨天。电控部分置于室内，安全，抗干扰系数高。可以并联多套热接收器。对环境要求不高，精度也不高，耐用，实用性强，故障了生率低，适合体集热系统。节能，油泵只要在衡压存贮器压力不足时，运转补充压力油。

四、热收贮系统设计：图1.6

1.早晨，时钟给信号电控箱的电脑，热油泵开始运转进热油空循环，系统进入待机状态，当回油油温被检测到80度后，电脑将选择一个热能存贮体加热，当温度超过300度，油路切换到下一热能存贮体进行加热。

2.油泵过热保护。当回油温度检测到油温超过150度时，油路转换器2将回油切换到冷却体降温，保护了油泵，冷却体内的热水可以作为蒸汽备用或其他备用

3.油泵通过保温管道输出低于150度的油，油经过相应数量的太阳能集热体后，油温升到300度以上，高温对贮热体进行加热，使热能得以存贮，以备夜间、雨天、阴天使用。

热能存贮介质可以选择高温油、固体、化学物质。

五、应用安装示意：图1.7

该机构由于结构简单、重量轻、安装便利、外开电源、热能利用介质传输，所以安装范围广泛，无特别环境要求，可以是山顶上、屋顶上、平地上、斜坡上、湖面上、海面上、荒漠上、等等，几乎有太阳出来的地方都合适安装。

应用：

一、海水淡化系统设计：图1.8.1

1.利用存贮的热能可以保证不间断地生产蒸馏水和海盐，合适工厂化大量生产，也可实现淡化海水小型化，为国家海岛发展计划做贡献。如图中虚线部分改为直接透镜热源。

2.所得的附产品高浓度盐的海水，提供源源不断的廉价的工业用盐

3.此装置生产出在蒸馏水，相对于反渗透生产出的淡水，更环保、更健康，海水利用率更高。对海水水质无需精细工艺处理就可投入生产。

4.一次投入，永久零成本生产淡水和工业盐。

二、热发电系统设计：图1.8.2

1.热能存贮体存放过去几天透镜收集的太阳热能，在发电时，源源不断地向水蒸汽发生器提供产生高压水蒸汽所需要的高温热。高压汽体经过蒸汽轮机，推动蒸汽轮机高速旋转，带动发电机发电。

2.低压水蒸汽经过冷却室，在蒸馏室产生附产品蒸馏水，和余热温水，温水返回水蒸汽发生室生成高压水蒸汽，实现余热再利用。

三、家用热水器系统：图1.8.3

1.结构简单，成本低，易推广，易普及。如能采取覆盖屋顶安装，能在起到顶层降温的效果。

2.采取自循环加热，安装方便，又省钱，适合家用和对热能量要求不场合。

3.家用热水对温度要求不高，可选择线形透镜收集器供热。

4.有了高温热水，我们就可以用于煮饭、洗澡、冬天取暖等。