用于抛物面槽式集热器的驱动机构及太阳能发电系统的制作方法

本实用新型涉及太阳能发电技术领域，尤其涉及一种用于抛物面槽式集热器的驱动机构及太阳能发电系统。

背景技术：

抛物面槽式集热器(Parabolic Trough Collector，也称为槽式集热器或者U型池集热器)是一种高温集热器，多用于太阳能发电、采暖等生产和生活领域。在太阳能热电站中，抛物面槽式集热器通过抛物面槽式反光镜将太阳光聚集到集热管上，使集热管中的载热介质获得较高的集热温度并产生蒸汽，蒸汽通过集热管路流动至汽轮机，由汽轮机将热能转换为机械能并输送至发电机进行发电。其中，为了增加抛物面槽式集热器的集热性能，抛物面槽式集热器通常会设置有配套的跟踪器，用于驱动抛物面槽式集热器转动跟踪来太阳光。

现有技术中的跟踪器，通常使用太阳光传感器检测太阳的方位，并利用电动机直接驱动抛物面槽式集热器转动。由于太阳能热电厂中的发电系统，将太阳能依次经过热能和机械能转换为电能的能量转换效率较低，如果利用电动机消耗电能来驱动抛物面槽式集热器，会使得跟踪器产生较高的能耗。例如，从太阳能到热能的转换效率约为70％，从热能到机械能的转换效率约为50％，发电机的效率约为40％，跟踪器使用的电动机的将电能转换机械能的效率约为60％，则总的能装转换效率约为8.5％。如果跟踪器需要消耗1kw的电能，则抛物面槽式集热器需要收集11.76kw的太阳能，降低太阳能热电厂的发电系统整体的发电效率。

技术实现要素：

本实用新型的实施例提供一种用于抛物面槽式集热器的驱动机构及太阳能发电系统，以解决现有技术中驱动抛物面槽式集热器跟踪太阳光的高能耗的问题。

为达到上述目的，本实用新型的实施例提供一种用于抛物面槽式集热器的驱动机构，抛物面槽式集热器通过转轴转动支撑在支架上，抛物面槽式集热器与转轴同步转动，抛物面槽式集热器的集热管路与快热锅炉连通，驱动机构包括：蒸汽机，蒸汽机的蒸汽输入端与快热锅炉的蒸汽输出端连通；减速机构，减速机构连接在蒸汽机的传动输出端和转轴之间。

进一步地，蒸汽机的蒸汽输入端与快热锅炉之间连接有蒸汽阀门。

进一步地，蒸汽阀门具有设定的流量。

进一步地，减速机构为齿轮减速机构。

进一步地，齿轮减速机构为二级齿轮减速机构或三级以上的齿轮减速机构。

进一步地，蒸汽机的传动输出端上还连接有发电机。

根据本实用新型的实施例的另一方面，该实用新型的实施例还提供一种太阳能发电系统，该太阳能发电系统包括抛物面槽式集热器，与抛物面槽式集热器的集热管路连通的快热锅炉，以及与快热锅炉的蒸汽输出端连接的发电设备，该太阳能发电系统还包括与抛物面槽式集热器连接的上述任一项的用于抛物面槽式集热器的驱动机构。

进一步地，太阳能发电系统包括多个抛物面槽式集热器，多个抛物面槽式集热器的集热管路均与快热锅炉连通；多个抛物面槽式集热器组成一个集热器阵列，集热器阵列的多个抛物面槽式集热器的转轴固定连接形成阵列转轴，驱动机构的减速机构与阵列转轴传动连接。

进一步地，集热器阵列的多个抛物面槽式集热器的集热管路串联或者并联连接形成阵列集热管路，阵列集热管路与快热锅炉连通。

进一步地，太阳能发电系统包括多个集热器阵列，以及与多个集热器阵列数量相等的多个驱动机构；多个集热器阵列的阵列集热管路均与快热锅炉连通，多个驱动机构的蒸汽机的蒸汽输入端均与快热锅炉的蒸汽输出端连通；每个集热器阵列分别由一个驱动机构驱动。

本实用新型的实施例的用于抛物面槽式集热器的驱动机构，通过在抛物面槽式集热器和快热锅炉之间设置蒸汽机和减速结构相配合，直接利用抛物面槽式集热器产生的蒸汽作为动力源来驱动抛物面槽式集热器转动，减少了驱动抛物面槽式集热器消耗能源的转换次数，从而降低了驱动抛物面槽式集热器的耗能，有效地解决了跟踪器使用电能造成高耗能的问题；该驱动结构可用于驱动太阳能发电系统中的抛物面槽式集热器，实现抛物面槽式集热器的太阳光跟踪，降低太阳光跟踪的能耗，提高太阳能发电系统整体的发电效率。

附图说明

图1为本实用新型实施例一的用于抛物面槽式集热器的驱动机构的结构示意图；

图2为本实用新型实施例一的用于抛物面槽式集热器的驱动机构的部分结构示意图；

图3为本实用新型实施例二的太阳能发电系统的第一结构示意图；

图4为本实用新型实施例二的太阳能发电系统的第二结构示意图。

附图标记说明：

10、抛物面槽式集热器；11、支架；12、转轴；13、第一传动齿轮；20、快热锅炉；21、循环泵；30、蒸汽机；31、蒸汽阀门；32、传动输出端；33、第二传动齿轮；40、减速机构；50、发电机；60、发电设备。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型实施例的用于抛物面槽式集热器的驱动机构及太阳能发电系统进行详细描述。

实施例一

图1为本实用新型实施例一的用于抛物面槽式集热器的驱动机构的结构示意图。该驱动机构用于驱动抛物面槽式集热器转动，通过蒸汽机与减速机构相配合，直接将抛物面槽式集热器产生的蒸汽转换为机械能来驱动抛物面槽式集热器进行转动，可以减少驱动抛物面槽式集热器所消耗能源的转换次数，从而解决跟踪器使用电能造成高耗能的问题。

该驱动结构可以应用至太阳能发电或太阳能采暖等系统中，降低驱动抛物面槽式集热器产生的能耗。本实施例中，以该驱动系统驱动太阳能发电系统中的抛物面槽式集热器为例进行说明，在其他实施例中，可以参考本实施例将该驱动系统应用至其他的应用场景中。

如图1和图2所示，根据本实用新型的实施例，抛物面槽式集热器10通过转轴12转动支撑在支架11上，抛物面槽式集热器10与转轴12同步转动，抛物面槽式集热器10的集热管路与快热锅炉20连通。该驱动机构包括蒸汽机30和减速机构40，蒸汽机30的蒸汽输入端与快热锅炉20的蒸汽输出端连通；减速机构40连接在蒸汽机30的传动输出端32和转轴12之间。

抛物面槽式集热器10通过抛物面槽式反光镜将太阳光聚集在集热管中，使集热管中的载热介质吸收热量产生蒸汽。抛物面槽式集热器10与快热锅炉20之间连通有集热管路(图1中的箭头表示集热管路中的蒸汽或载热介质的流向)，快热锅炉20接收进给泵输送的载热介质，并通过循环泵21驱动集热管路中的载热介质和蒸汽循环流动。其中，快热锅炉20的蒸汽输出端将大量的蒸汽输出至发电设备60进行发电。本方案基于此，在保证不影响发电设备60正常工作所需蒸汽量的情况下，利用快热锅炉20所输出蒸汽中的一部分为驱动抛物面槽式集热器10的提供动力源。

具体地，蒸汽机30的蒸汽输入端与快热锅炉20的蒸汽输出端连通，使蒸汽机30利用快热锅炉20输出的蒸汽运行。蒸汽机30的传动输出端32通过减速机构40与抛物面槽式集热器10的转轴12传动连接，驱动转轴12转动，使转轴12带动抛物面槽式集热器10进行转动。相对于现有技术中利用电能驱动抛物面槽式集热器10转动的方法，该驱动机构直接将热能转换为机械能，减少了驱动抛物面槽式集热器10转动所消耗能量的转换次数，从而降低了驱动抛物面槽式集热器10转动的能耗。在太阳能热电厂中，采用该驱动结构来驱动抛物面槽式集热器10，可以使抛物面槽式集热器10跟随太阳的转动而转动，从而跟踪太阳光来提高集热效果；而且，可以有效地降低抛物面槽式集热器10的能耗，进而提高整个发电系统的发电效率。

优选地，在蒸汽机30的蒸汽输入端与快热锅炉20的蒸汽输出端之间连接有蒸汽阀门31。

蒸汽阀门31连接在蒸汽机30与快热锅炉20之间的蒸汽管路中，用于控制蒸汽管路中蒸汽的流量(或流速)。通过蒸汽阀门31控制通入蒸汽机的蒸汽量，首先可以对蒸汽机30的转速进行控制，进而控制抛物面槽式集热器10的转动速度，使抛物面槽式集热器10的转动更好地与太阳的运动周期相匹配，保证对太阳能的利用最优化。其次，可以保证通入蒸汽机30的蒸汽量在快热锅炉20输出的蒸汽量中的比例，从而保证不影响发电设备60正常工作，以确保太阳能发电场的发电量。蒸汽阀门31优选地设置在快热锅炉20的蒸汽输出端，当然，也可以设置在蒸汽机30与快热锅炉20之间的蒸汽管路中，或者蒸汽机30的蒸汽输入端。

其中，蒸汽阀门31具有设定的流量，以方便控制和调整蒸汽的流量。具体的设定的流量值可以根据抛物面槽式集热器10、转轴12以及减速机构40的具体结构参数进行确定。例如，抛物面槽式集热器10与转轴12在支架11上转动时的摩擦力，减速机构40固有的减速比参数，以及蒸汽机的传动输出端32与减速机构40的输入端之间、或者减速机构40的输出端与转轴12之间的摩擦力等。

在具体的应用场景中，在设定该流量值时，需要经过多次精确地测试过程，用于通过设定的流量值精确地控制蒸汽机30的运行效率，从而使得蒸汽机30与减速机构40相配合，来驱动转轴12带动抛物面槽式集热器10转动，并优选地控制抛物面槽式集热器10以15度/时的速度进行转动，从而使抛物面槽式集热器10始终跟踪太阳光，以保证抛物面槽式集热器10的集热效果。

本实施例中，减速机构40优选为齿轮减速机构。其中，齿轮减速机构包括但不限于齿轮箱。

如图2所示，蒸汽机30的传动输出端32包括传动轴和设置在传动轴上的第二传动齿轮33，第二传动齿轮33与齿轮减速机构的输入齿轮啮合连接。抛物面槽式集热器10的转轴12上设置有第一传动齿轮13；齿轮减速机构的输出齿轮与第一传动齿轮13啮合连接。在蒸汽机30从快热锅炉20接收蒸汽并启动运行时，第二传动齿轮33转动并驱动减速机构的输出齿轮转动；减速机构的输出齿轮跟随转动并驱动第一传动齿轮13转动，使得第一传动齿轮13带动转轴12和抛物面槽式集热器10一起在支架11上转动。

其中，齿轮减速机构优选为二级齿轮减速机构或多级(包括三级和三级以上的)齿轮减速机构，以优化齿轮减速机构的结构，使齿轮减速机构稳定在蒸汽机30和转轴12之间进行传动，从而提高该驱动机构的可靠性。

优选地，蒸汽机30的传动输出端32上还连接有发电机50。

由于蒸汽机30输出的机械能较大，需要用减速机构40进行减速传动后才能输出至转轴12。将发电机50与减速机构40共同连接在蒸汽机30的传动输出端32，可以使发电机50与转轴12共同消耗蒸汽机30输出的机械能，提高能量的利用率，并增加一定的发电量。例如，发电机50可以与传动输出端32包括传动轴连接，或者与第二传动齿轮33啮合连接。

在这里说明，为了不影响快热锅炉20输出的蒸汽量，蒸汽阀门31中设定的流量允许蒸汽机30接收的蒸汽量有限，蒸汽机30输出的机械能不足以支撑功率较大的发电机进行运行发电。因此，本实施例中的发电机50优选为微型发电机。

实施例二

图3为本实用新型实施例二的太阳能发电系统的第一结构示意图。该太阳发电系统利用上述本实用新型实施例一的驱动机构来驱动抛物面槽式集热器跟踪太阳能转动，以提高发电量；同时，避免了使用电能驱动抛物面槽式集热器造成的高耗能问题。

如图3所示，该太阳能发电系统包括抛物面槽式集热器10、快热锅炉20和发电设备60，以及与抛物面槽式集热器10连接的驱动机构。其中，抛物面槽式集热器10的集热管路与快热锅炉20连通，快热锅炉20的蒸汽输出端与发电设备连接，驱动机构为上述实施例一的用于抛物面槽式集热器10的驱动机构。其中，驱动机构的具体结构与上述实施例一的驱动机构相同，这里不再赘述。

抛物面槽式集热器10将太阳光聚集在集热管路上，使集热管路中的载热介质吸收热量产生蒸汽。蒸汽在集热管路中循环流动并汇集在快热锅炉20中，使快热锅炉20输出足够的蒸汽支撑发电设备60运行发电。驱动机构获取快热锅炉20输出蒸汽的一部分来驱动抛物面槽式集热器10转动，使抛物面槽式集热器10跟踪太阳光。该太阳能发电系统采用驱动机构将蒸汽转换为机械能来实现太阳光跟踪，可以保证抛物面槽式集热器10的集热效果，来提高发电量；并可以有效地降低太阳光跟踪的能耗，提高系统的发电效率。

进一步地，该太阳能发电系统包括多个抛物面槽式集热器10，该多个抛物面槽式集热器10的集热管路均与快热锅炉20连通；该抛物面槽式集热器10组成一个集热器阵列，该集热器阵列的多个抛物面槽式集热器10的转轴12固定连接形成阵列转轴，驱动机构的减速机构40与阵列转轴传动连接。

该太阳能发电系统的多个抛物面槽式集热器10串联连接后组成一个集热器阵列，驱动机构用于驱动多个抛物面槽式集热器10共同随阵列转轴一起转动。也就是说，驱动机构驱动整个集热器阵列转动进行太阳光跟踪。

其中，集热器阵列的多个抛物面槽式集热器10的集热管路串联或者并联连接形成阵列集热管路，阵列集热管路与快热锅炉20连通。

本实施例中，集热器阵列的多个抛物面槽式集热器10串联，多个抛物面槽式集热器10各自的集热管路可以相互串联或并联连通形成阵列集热管路。图中示出的多个抛物面槽式集热器10的集热管路形成串联的阵列集热管路，且图中并未示出快热锅炉20通过循环泵向集热器阵列输送载热介质的管路。

进一步地，该太阳能发电系统包括多个集热器阵列和多个驱动机构，多个集热器阵列和多个驱动机构的数量相等。如图4所示，多个集热器阵列的阵列集热管路均与快热锅炉20连通，多个驱动机构的蒸汽机30的蒸汽输入端均与快热锅炉20的蒸汽输出端连通。

也就是说，该太阳能发电系统包括多个与快热锅炉20并联连通的集热器阵列，每个集热器阵列中包括一个驱动结构。驱动结构用于驱动集热器阵列进行太阳光跟踪。

值得说明的是，在其他实施例中，考虑到快热锅炉20的运行功率以及集热管路的现场布置问题等因素，该太阳能发电系统还可以包括多个快热锅炉20，其中每个快热锅炉20连接一个或多个集热器阵列，并相应地连接一个或多个蒸汽机30。

本实用新型的实施例的用于抛物面槽式集热器的驱动机构及太阳能发电系统具有如下效果：

该驱动机构通过在抛物面槽式集热器和快热锅炉之间设置蒸汽机和减速结构相配合，直接利用抛物面槽式集热器中产生的蒸汽作为动力源来驱动抛物面槽式集热器转动，减少了驱动抛物面槽式集热器消耗能源的转换次数，从而降低了驱动抛物面槽式集热器的耗能；

该驱动机构通过设置蒸汽阀门来控制蒸汽机接收的蒸汽量，可以保证不影响快热锅炉输出的蒸汽量；通过蒸汽阀门和齿轮减速机构相互配合，可以稳定地驱动抛物面槽式集热器转动，并且能够控制抛物面槽式集热器的转动速度，提高该驱动机构的可靠性；

该太阳能发电系统利用驱动结构来实现抛物面槽式集热器的太阳光跟踪，有效地降低太阳光跟踪的能耗，从而提高系统整体的发电效率。

需要指出，根据实施的需要，可将本申请中描述的各个部件拆分为更多部件，也可将两个或多个部件或者部件的部分操作组合成新的部件，以实现本实用新型的目的。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。