抛物线形槽式太阳能集热器的端部密封装置的制作方法

文档序号:25542277发布日期:2021-06-18 20:38
抛物线形槽式太阳能集热器的端部密封装置的制作方法

本发明涉及能源供应,尤其是太阳能生产系统中的结构技术方案。



背景技术:

在现代社会,能源被人和工业消耗,例如用于生产各种产品,用于运输和生产食品。能够以多种形式产生能量,也可以来自不同的能量源。例如,电力通常通过水力发电厂以及煤、石油或天然气的燃烧产生。传统上,热能从局部燃烧或区域供热发电厂产生。

随着人口的增长和对服务的需求提高,能源消耗急剧增加,这对我们的环境产生了极大的负面影响。燃烧会产生大量的二氧化碳和其他温室气体。水力发电厂则需要淹没大量的土地,等等。

为了减少我们占用的土地和对环境的负面印象,已经提出了对更加清洁和对环境友好的能源生产的要求。今天,可再生能源是由风、太阳、海浪等产生的。太阳以辐射的太阳光束的形式向我们的星球提供大量能量。太阳辐射可以被太阳能电池用来发电,例如以太阳能电池板的形式,或被太阳能集热器用来产生热能。

聚光太阳能集热器使用反射镜、透镜或它们的组合,以将太阳辐射聚焦成点或线的形式。在槽形的聚光太阳能集热器中,反射器形成为弯曲的细长反射镜,其将太阳辐射反射在沿着反射器的聚焦线布置的接收器上。接收器通常是一种黑色的管,填充有输送流体,诸如水、乙二醇或油。该管被聚光的太阳辐射加热,并且热被传递到输送流体,输送流体在可以使用被加热的输送流体的系统中循环。被加热的输送流体既可以用作工业过程中的过程热,也可以用于区域供热。

术语“ptc”(槽式太阳能集热器)将在本发明中用于表示聚光太阳能集热器,其具有被布置成将太阳光聚光到流体管上的槽形反射器。通常,ptc将枢转以在白天跟踪太阳,并由太阳跟踪布置控制。

抛物线形槽式太阳能集热器包括细长的反射器,该反射器的反射表面在横截面中描述为抛物线曲线。反射器直接将阳光聚焦在焦点上。用数学术语来说,这种抛物线具有“曲线”、“焦点”、“正焦弦”和“对称光轴”的特性。抛物线形槽的“对称光学平面”是通过沿槽的纵向方向延伸对称的抛物线轴来定义的。

参考作为示意图的图1,现在将根据一个示例来描述现有的ptc。

ptc100包括细长的反射器102,例如抛物线形的接收器管104。反射器102将入射的太阳值机辐射作为聚光的太阳辐射反射到接收器管上。接收器管104连接到系统,在该系统中,由接收器管104吸收的热通过在系统中循环的输送液体进行传递以待利用。在图1中也有一些接收器支架108,接收器支架108将接收器管104保持在反射器102的焦点线处。

在欧洲专利ep2338009,b1中公开了抛物线形槽式太阳能集热器的示例。

在抛物线形槽式太阳能集热器中实现改善的操作性能存在挑战。



技术实现要素:

将期望改善热太阳能系统中的操作性能。本发明要解决的技术问题在于解决上文概述中的至少一个问题。

此外,提供一种机构,其改善抛物线形槽式太阳能集热器的热输出并减少了维修和保养的需求。这些技术问题可以通过根据所附独立权利要求所述的布置来满足。

根据第一方面,提供了用于ptc(抛物线形槽式太阳能集热器)的端部密封装置,其中,ptc包括细长的抛物线形反射器槽和布置在反射器槽的聚焦线处的接收器管。端部密封装置包括:壳体,其被构造成固定到反射器槽的一个短端;和嵌体,其被构造成插入到壳体中从而可滑动地邻接接收器管的圆周,使得当壳体被固定到反射器槽的短端并且反射器槽绕其聚焦线枢转时,反射器槽被嵌体密封到接收器管。端部密封装置还包括固定器件,固定器件被构造成将壳体固定至反射器槽。

此外,嵌体可以包括构成嵌体以支撑接收器管的材料,使得当将嵌体被插入壳体中并且端部密封装置固定在反射器槽上时,嵌体将接收器管保持在反射器槽的聚焦线处。嵌体可以包括碳纤维型材,该碳纤维的型材被包含石墨的套筒覆盖。

根据第二方面,提供了一种ptc,该ptc包括:细长的抛物线形反射器槽,其适于将直接的太阳辐射聚光到反射器槽的聚焦线上;和接收器管,其被布置在反射器槽的聚焦线上并被构造成输送一种输送流体。ptc还包括两个根据第一方面所述的端部密封装置,它们被布置在反射器槽的对应短端处。

通过为ptc提供可靠的密封接收器管和细长的抛物线反射器槽的短端之间间隙的端部密封装置,可以有效地减少热泄漏,尤其是对于封闭式ptc。另外,端部密封装置还可以保护反射器和接收器管道免受冰、雪、灰尘、沙土等环境因素的影响。较少的热泄漏有助于增加热的产生,并且对环境因素的防护有助于延长使用寿命并降低对维修和保养的需求。这些效果中的每一个都可以实现改进的操作性能。

附图说明

现在将通过例证实施例并参考附图更详细地描述解决方案,其中:

图1是根据现有技术的抛物线形槽式太阳能集热器的应用环境示意图。

图2是根据可能实施例的太阳能集热器中的布置的示意图。

图3a至图3d是根据可能实施例的用于太阳能集热器的端部密封的示意图。

图4是根据可能实施例的太阳能集热器中的布置的示意图。

图5是根据可能实施例的用于太阳能集热器的短端的示意图。

具体实施方式

参考作为示意透视图的图2,现在将参考一个例证性实施例描述ptc(抛物线形槽式太阳能集热器)。

ptc200包括细长的抛物线形反射器槽202和接收器管204。反射器槽202包括细长的抛物线形反射器206和两个短端212,该抛物线形反射器具有根据抛物线函数的横截面曲率,接收器管204通过两个短端212突出。在该实施例中,抛物线函数为y=x2。接收器管204通过适当布置的接收器支架208保持在抛物线形反射器206的聚焦线处。在该实施例中,布置了四个接收器支架208(其中一个在图2中被隐藏),两个接近于反射器槽202的对应短端212,两个介于其间。此外,ptc200具有一个布置在其每个短端212,即反射器槽202的短端212处的端部密封装置220。

下面将结合其他实施例进一步描述端部密封装置220。

如图3a中所示,端部密封装置300包括壳体302,该壳体被构造成固定到反射器槽的短端,即固定在其山墙端(gable)之一处。

如作为示意性分解图的图3b中所示,壳体302包括两个半部302a、302b,当将端部密封装置300安装在ptc上时,两个半部被有意地组装在一起。将端部密封装置300的壳体302分为两个半部302a、302b如此设计安装,使得壳体半部302a、302b能够环绕接收器管的圆周地组装在一起。这是一个优势,尤其是当接收器管延伸出反射器槽的短端时。端部密封装置300进一步包括固定器件306a,306b,其适于将壳体半部302a、302b固定到反射器槽的短端。在该实施例中,固定器件被设计为一对螺栓306a,其配合安装在设置于反射器槽的短端中的一对相应的螺纹孔中。每个壳体半部302a、302b都具有凹口或孔306b,在到达短端之前,螺栓306a通过凹口或孔306b插入。当将壳体半部302a、302b固定到短端时,螺栓306a的头部压在凹口或孔306b周围。然而,本发明的构思不限于通过螺栓/孔固定端部密封装置300。视需要,例如,可以应用端部密封装置300的可替代固定器件,例如可以通过胶水、热、胶带、焊接等方式固定。

在端部密封装置300中还设有嵌体304,其插入壳体302的空腔或凹穴中,该凹穴由壳体半部302/302b形成。嵌体304适于在插入时可滑动地邻接接收器管,以将反射器槽相对接收器管密封并防止灰尘和湿气通过接收器管和反射器槽之间的间隙进入。由此,当反射器槽绕接收器管枢转时,接收器管和反射器槽也将被可靠地密封。通常,对于封闭的ptc,其中反射器槽的孔例如被玻璃覆盖,则有利的是能够将接收管和反射器槽彼此可靠地密封,以便防止热泄漏,由此提高热输出,而且还能够限制由各种环境因素(诸如冰、雪和沙)引起的ptc劣化。

通过在设计嵌体304时选择具有适当材料特性的材料,嵌体304可以赋予端部密封装置300一些有益的特征。例如,嵌体304中的相对刚性的材料将实现支撑接收器管的能力,使得端部密封装置也可以充当接收器支架。用于嵌体304的一种合适的材料是碳纤维,其可以被设置为细长的芯,从而当插入壳体302的腔体中以环绕接收器管的圆周时弯曲。由此,位于反射器槽的端部附近的常规接收器支架可以被端部密封装置300代替,这减少了ptc的组件的数量,使其更便宜且更简化,并且降低了制造和维修的成本。

有利的另一种合适的材料特性是耐热性。嵌体304的耐热材料可以使接收器管绝缘,接收器管在使用时变热,通常大约为160℃。由此,由于电导率降低,可以进一步减少来自接收器管的热损失。

在与上文所述的一些实施例相关的一个例证性实施例中,嵌体304具有封闭在包含石墨的套筒中的碳纤维的正方形横截面型材。即,碳纤维的横截面确保接收管将被可靠地支撑,但确实足够柔软,从而密封接收管和反射槽的短端之间的交界处。

然而,本发明的构思不限于材料和横截面型材的这种组合。应注意,这些参数可以视需要而变化,例如,横截面型材可以是圆形、椭圆形等,并且型材的材料可以是任何合适的peek(聚醚醚酮)塑料等。由于石墨含量,所以上述套筒提供了使嵌体304的表面柔软和润滑的特性。

通过将嵌体304设计成要形成并插入壳体302、302a/302b的空腔中的型材,可以有利于端部密封装置300的安装。当将壳体设置在两个半部302a/302b中以将其组装在一起时,可将半部设计成具有安装器件308,例如,螺钉和螺钉孔槽,通过该螺钉和螺钉孔槽将壳体半部302a、302b拧在一起,如图3a和图3b中所示。

在基于上述实施例的可替代的例证性实施例中,壳体半部302a、302b中的任何一个或两个能够配有用于促进端部密封装置300正确定位的器件。例如,壳体半部302a、302b可以设计有配合在pct的短端的孔内的特定凸起。这样的凸起可以形成为半圆形,当将壳体半部302a、302b围绕接收器管204放在一起时,这些凸起一起形成圆形,其中,圆形配合到接收器管的通孔中。通过将壳体半部302a、302b设计成具有一个或多个凸起,可以提高端部密封装置的定位精度,这在端部密封装置将替代ptc端部处的传统接收器支架时是有利的。

在不背离本发明保护范围的情况下,也可以替代地实现本发明的发明构思。分别参考作为示意性分解图的图3c和图3d,现在将参考例证性实施例描述两个可替代的实施方式。

在图3c中,端部密封装置300包括由两个壳体半部302a、302b和盖310形成的壳体。当将壳体半部302a、302b放在一起并将盖310放置在其上时,在壳体内部形成空腔。在空腔内插入嵌体304。嵌体304与上文已经结合其他例证性实施例所述的嵌体相一致,因此在此将不再进一步描述。端部密封装置300还包括两个以螺钉306a形式的固定器件,以及分别设置在壳体半部302a、302b和盖310中的相应的孔306b、306c。当螺钉306a被插入孔306b、306c中并拧入ptc短端(未显示)的螺纹孔中时,它们能够将端部密封装置300固定到ptc的短端。

如图3c中所示,壳体半部302a、302b还可以配备有凸起312,凸起312配合在ptc短端中的接收器管通孔中,以提高将端部密封装置300定位在ptc处的精度。另外,可以在盖300中设置凹口以促进安装,即,凹口使得盖能够被从一侧推到壳体半部302a、302b上。由此,当接收器管(未示出)已经被布置在ptc的反射器槽中时,盖310也可以被有利地定位。

在图3d中示意性地示出了类似设计,并且视需要将使用相同的附图标记。同样在该实施例中,端部密封装置300包括由两个壳体半部302a、302b和盖310形成的壳体,并且嵌体304将被插入到壳体的空腔中。另外,该实施例的端部密封装置300还包括两个安装部320a、320b,安装部被设计成封闭空腔并确保嵌体304将可靠地位于空腔中。如图3d中所示,安装部320a、320b包括第一凸起322,以在安装时配合在空腔中。应理解,通过将安装部320a、320b设置成单独的部件,当接收器管已经安装并连接时有利于安装。然而,安装部320a、320b可以被设计成一体且不背离本发明保护范围。

该实施例的盖310的不同之处在于包括圆形的内部接触表面326,以接触安装部320a、320b的第二凸起324。由此,可以提高安装部320a、320b的定位精度。应注意,虽然盖310被示出为在第二凸起324上螺纹连接的环形结构,但是盖310不限于此。同样在该实施例中,盖310可以包括凹口,以利于在已经安装或连接了接收器管的ptc处的安装。

参考作为示意性透视图的图4,现在将根据一个例证性实施例描述ptc400。ptc400包括细长的抛物线形反射器槽402和接收器管404,分别相应于图2中所示的细长的抛物线形反射器槽202和接收器管204。反射器槽402包括细长的抛物线形反射器406和两个短端412,抛物线形反射器具有根据抛物线函数的横截面曲率,接收器管404穿过两个短端412突出。在该实施例中,抛物线函数为y=x2。接收器管404通过适当布置的接收器支架408保持在抛物线反射器406的聚焦线上。ptc400具有布置在其每个短端412处,即反射器槽402的短端412处的一个端部密封装置300。已经在上文结合其他实施例描述了端部密封装置300,因此以相同的附图标记指代。如图4中所示,ptc400的短端412附近没有接收器支架408,而是通过端部密封装置300来实现其支撑功能。

ptc400相应于图2中的ptc200,并且本发明将关注于它们之间的差异。

这些实施例的ptc之间的一个区别在于,ptc400具有布置在其短端412处,即在其山墙端处的端部密封装置300。已经结合其他实施例并参考图3a至图3d公开了端部密封装置300。

然而,应注意,端部密封装置300不限于为接收器管404提供支撑。可替代地,端部密封装置可以被定向为仅密封接收器管404与短端412之间的间隙。在这样的可替代实施例中,嵌体可以由任何适当的耐热弹性材料制成,例如包括橡胶或塑料。

ptc200和ptc400两者都可以在其孔口处用玻璃覆盖,以保护其反射器、接收器管和其他组件免受雪、冰、灰尘、沙土等环境因素的影响,而且还可以限制热的损失。在图2和图4中均示出了两个玻璃段之间的接缝。

参考作为示意性视图的图5,现在将根据一个例证性实施例来描述反射器槽的短端412。上文已经结合一些实施例示出并提到了短端,因此视需要将应用相同的附图标记。

短端412被构造成作为细长的抛物线形反射器槽的山墙端而附接至细长抛物线反射器。这样的反射器槽包括位于细长反射器的对应短端处的两个山墙端。

短端412设有用于接收器管的通孔410,和被构造成接收固定器件(诸如用于固定端部密封装置的螺钉或螺栓)的两个螺纹孔406。

在整个说明书中对“一个实施例”或“实施例”的引用用于表示结合实施例所述的特定特征、结构或特性被包括在至少一个实施例中。

因而,在整个说明书中各处出现的“在一个实施例中”或“在实施例中”的表达不一定是指同一实施例。此外,在一个或几个实施例中,可以以任何合适的方式组合特定的特征、结构或特性。尽管上文已经参考特定实施例描述了本发明,但是本发明无意限于本文阐述的特定形式。相反,本发明仅由所附权利要求书限制,并且在所附权利要求书的范围内,除了上述特定实施例之外的其他实施例同样是可能的。此外,应明白,本文中使用的术语“包含/包含…”或“包括/包括…”不排除其他元件或步骤的存在。

此外,尽管各个特征可以被包括在不同的权利要求中,但是可以将这些特征有利地组合,并且包括不同的权利要求并不意味着特征的组合是不可行和/或不利的。另外,单数附图标记不排除多个。最后,权利要求中的附图标记仅为了使示例清楚而提供,并且不应被解释为以任何方式限制权利要求的范围。

范围通常由所附独立权利要求限定。例证性实施例由从属权利要求限定。

再多了解一些
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