专利名称：光聚变太阳能锅炉的制作方法
技术领域：
本发明为一种光聚变太阳能锅炉，属太阳能应用新领域。
背景技术：
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生产力的发展和科学发明创造了社会的繁荣，促进了人类的文明和进步，但同时也带来难以挽回的负面影响。据不完全统计，为了发展生产力全人类消耗的能源折合标准煤约15X1012kg/年，相当于每秒钟产生1.39 X IO13J/s的热量。人类每年约向大气中排放3X 101°吨的二氧化碳,使陆地、海洋和大气之间二氧化碳交换的平衡受到破坏,结果使大气中二氧化碳的含量每年增加7.5X IO9吨，形成温室效应，导致全球气候变暖，冰川融化，海平面上升，农作物干枯，洪水肆虐，造成人类生存环境的深度恶化。
如何应对资源和环境的重大挑战，成为全球关注的热点。2010年12月192个国家的环境部长和其他官员在丹麦哥本哈根召开联合国全球气候大会，许多有识之士面对二氧化碳和其他有害物质排放对环境造成的污染大声疾呼，我们的地球母亲已经在“发烧”了，著名天体物理学家史蒂芬 霍金说:“200年后人类将毁灭，因为人类的贪婪和无知”。与会官员继《京都议定书》一期承诺到期后限制二氧化碳排放的后续方案，就未来应对气候变化的全球行动签署新的协议，被认为是又一具有划时代意义的全球气候协议书，对地球今后的气候变化走向将产生深远的影响，被喻为是“拯救人类的最后一次机会”的会议。因此，低碳经济已不单纯是一个经济问题，也不是商业价值问题，而是关乎拯救地球生态环境，关乎人类生存发展的命运问题！联合国世界末日之钟已几次指向了午夜O点，警示人们只有全人类的共同努力，才能遏制地球环境的恶化！
在深刻反思化石类能源对气候变化危害的同时，人类对风能、潮汐能、太阳能等清洁能源的研究开发一刻也没有停止，尤 其是对太阳能的研究更进行了不懈的努力。
开发利用太阳能，首先是具有取之不尽用之不竭的资源基础
太阳作为地球最亲密的伙伴，其直径139.3X 104km,是地球直径的109倍，质量1.989X 103°kg，为地球质量的33 X IO4倍。太阳中心区不停地进行热核反应，其核心温度156X 105°C，表面温度5800°C，并每秒钟向宇宙空间辐射约3.83 X IO26J/s的能量，虽然日地平均距离15X 107km，但地球表面仍能接收到其中22亿分之一的辐射能量，成为地球上光和热的主要来源，仅此22亿分之一，就相当于太阳每年无偿馈送给地球I亿座100亿度的核电厂。正是由于太阳辐射到地球的光和热，才有了地球万物的休养生息，才有了人类的智慧和文明。因此，积极开发和利用太阳能，较之地球上各种生物加化石能源的总和，太阳能是取之不尽，用之不竭的最丰富能源。
二是太阳能利用清洁无害，保护环境，拯救地球
利用太阳能无需附加任何燃料，纯粹是光和热、光和电的能量转换，不必担心二氧化碳排放，非常有利于环境保护，对逐步康复人类的生态环境，实现良性循环具有极其深远的意义。
三是人类对太阳能的开发利用已积累了成熟的技术和成功的经验
受古人类削冰取火的启示，太阳能利用已遍及各个领域，小型太阳能制热技术和产品普及到千家万户，太阳能光伏发电在部分日照条件充裕的边远地区，已经是城市的主供电源。上世纪以来，太阳能热发电已有一定规模。塔式太阳能热发电容量美国已从法国、原联邦德国和意大利的mw发展到1(MW;碟式太阳能热发电系统从上世纪80年代起，美国、德国、西班牙、前苏联也建成了一批容量5 50kW的热发电项目；槽式太阳能热发电系统在美国人John Ericsson采用槽形抛物面太阳能集热装置驱动了一台热风机的基础上，国际能源机构9个成员国共同完成了 了一项总功率500kW的示范试验，随后，美国和以色列联合组成的LUZ国际公司在美国南加州建造了第一座商业化槽式太阳能电站，之后至1991年一共建造了 9个柱形抛物槽镜分散聚光系统的太阳能热发电站，总装机容量为353.8MW,是世界上规模最大、成效最高的太阳能发电工程。我国对于槽式太阳能热发电虽然起步较晚，但在中科院和中国科技大学前期实验研究的基础上，已相继建成一批100KW、200KW槽式太阳能热发电项目，中国航天科技集团550丽槽式太阳能热发电站项目计划总投资110亿元，已获得国家“863”和国防科工委研发经费支持，将在内蒙达旗展旦召苏木境内开工建设。
尽管太阳能热发电技术有着极其诱人的发展前景，但由于其昂贵的利用成本，商业上没有得到大规模发展，其制约瓶颈一是太阳能能流密度低，需要大面积光学反射装置和接收装置；二是太阳能热发电系统的发电效率低，年太阳能净发电效率不超过15% ;三是太阳能供应不连续、不稳定。上述三点制约都需要在系统中增加庞大的聚能、接受、蓄热装置和管路系统，导致太阳能热发电投资成本是天然气电站投资成本的7倍。在两者价格体系相差悬殊的情况下，太阳能热发电技术难以冲破利益的诱惑，形成商业化开发规模。因此，只有攻克低成本高效聚能和热电转化技术的瓶颈，才能加快太阳能热发电的商业化发展。
近年来，一种“聚能光斑”理论和“死亡射线”试验引起广泛关注。
“聚能光斑”理论研究表明:一个直径lm，面积0.78m2，温度在2000°C左右的太阳能聚能光斑，其光热发电量可供2万户人家使用I年，即使将光斑直径缩小为20cm，面积314cm2，温度在300-400 °C之间，也可以安装相当于6kw左右的太阳能聚光电池，年发电量在HOOOkwh左右，可以解决近10个家庭的日常用电。
“死亡射线”试验为美国19岁少年Eric Jacqmain在普通42英寸卫星信号接收盘上黏满5800多块小玻璃镜面，其焦点温度可达3000-3600°C，该温度远远超出自然界中常见的大部分物体的熔点，足以熔化钢铁、煮沸水泥、瞬间摧毁任何有机材料，被称为“死亡射线”。
上述太能能技术和产品的工业性开发及“聚能光斑”理论和“死亡射线”试验，其太阳能聚能焦点温度达到1000-3000°C，技术上是无容置疑的，关键是如何攻克低成本获取大直径聚能光斑的关键技术-聚光镜和聚光材料，使太阳能利用实现规模化和商业化。
我国幅员辽阔，地处阳光充沛的亚热带地区，陆地面积每年接收的太阳辐射总量在3.3 X IO3 8.4X 106kJ/m2a之间，相当于2.4X IO4亿吨标准煤。全国总面积2/3以上地区年日照时数大于2000小时，日照在5X106kJ/m2a以上。著名美国华裔科学家朱棣文博士经论证后说:“即使全用太阳能发电来满足全球能源需求，所需的面积也不过才占全部海洋面积2.3%或全部沙漠的51.4%，甚至才是撒哈拉沙漠面积的91.5%”。如此丰富的太阳能资源，对开发利用太阳能提供了得天独厚的良好条件。
发明的探索过程和成功往往只有一步之遥，以往的太阳能发电之所以技术上可行，但却因成本问题影响推广，关键是其技术思路着眼于“散”，如光伏发电要上规模，就铺天盖地的铺电池板，太阳能取暖要规模化，就整楼整楼地排集热管，这样大规模地扩大占地面积，大批量地使用光电耗材，要降低造价反而是不应该的。如果技术路线立足于“聚”，技术和成本就会有机结合，取得一本万利的实施效果。发明内容:
针对上述太阳能利用效率低、成本高、阳光供应不连续的瓶颈制约，本发明的目的是:
采用凸透镜和各式聚光镜多焦共聚形成“聚能光斑”原理，独创性地将碟式、槽式、塔式等各种聚焦工艺巧妙地集于一体，既降低成本，又提高效率，实现24小时连续供热，使太阳能利用快速集成化、规模化，开创商业化利用太阳能的里程碑。
本发明的工作原理是:
所述的光聚变太阳能锅炉，其冷水流经置于曲面立式支架聚光镜聚焦点的供水盘管进行高强度预热后流入储热罐，在储热罐吸热保温层的屏蔽下罐内预热水二次升温，曲面聚光釜和碟式聚光镜三维多焦共聚，激发真空聚能反应釜内的超导工质剧烈理化反应，用1000倍于铜的传热速度以辐 射、对流、传导方式对罐内二次加热水进行超高强度三次加热，三次加热后的高温水从环形真空管束和真空聚能反应釜中盘旋流出，进行四次加热，为后续供热、发电、制冷提供高温热动力工质。
本发明光聚变太阳能锅炉的技术解决方案是:
本发明所述的光聚变太阳能锅炉包括立式支架(6)支撑的储热罐(4)、用环形真空管束(5)与储热罐(4)密封联接的真空聚能反应釜(8)、置于立式支架(6)曲面聚光镜焦点处的补水盘管(12)、回水管(11)和置于环形真空管束(5)中心并从真空聚能反应釜(8)中通过的供热管线(13)以及以真空聚能反应釜(8)为焦点三维放射状设置并由万向转动机构(10)控制与太阳同步运动的曲面聚光釜(7)和碟式聚光镜(9)，各正透镜与聚光镜对应聚焦形成群焦共聚产生炽热聚能光斑加热工质。
本发明所述的立式支架￠)为三角支撑或多柱支撑，其结构形式为以下三种类型之一:
第一种为圆筒柱式支撑或框架式支撑；
第二种为钢结构曲面柱式支撑，曲面柱南北向布局，其受光面凹槽内敷设聚光镜，南侧两根曲面柱凹槽内聚光镜的焦点处设置补水盘管(12)，北侧一根曲面柱凹槽内聚光镜的焦点处设置回水管(11)，两条补水盘管(12)和一条回水管(11)延伸到储热罐(4)内的部分焊接在储热罐体上，形成三角加强支撑，局部开漏水孔；
第三种为在上述第二种结构的基础上，补水盘管(12)和回水管(11)上方设置条式曲面聚光镜，其焦点与上述曲面柱凹槽内聚光镜形成双焦共聚。
本发明所述的储热罐(4)为球罐或者为圆筒罐或者为方罐，其顶部开人孔(2)并装设避雷针(I)，背阳面装设爬梯护栏，储热罐(4)外表面敷设吸热保温层(3)，吸热保温层(3)为以下二种类型之一:
第一种为红外线复合吸热保温材料；
第二种为吸热保温基层加敷设光伏电池板。
本发明所述的真空聚能反应釜(8)为球形或圆柱形，内装超导工质，其上部设置三组或多组与储热罐(4)和真空聚能反应釜(8)互相密封联通的环形真空管束(5)，伸入储热罐(4)内的环形真空管束(5)呈向上弯曲的放射状分上、中、下三层或多层密封焊接在储热罐(4)上；供热管线(13)通过环形真空管束(5)中心以直管或盘管形式插入真空聚能反应釜(8)中，其进出口两端与真空聚能反应釜(8)密封焊接。
本发明所述的曲面聚光釜(7)和碟式聚光镜(9)为大尺寸单镜或小尺寸镜组，分别以真空聚能反应釜(8)为焦点呈南西向和南东向120°放射状三维分布，并由万向转动机构(10)控制与太阳同步运动形成三焦共聚或多焦共聚。
本发明所述的曲面聚光釜(7)为一组环形曲面聚光釜群，每单个曲面聚光镜(7-1)的经向两端由可活动的子经向轴(7-2)与子经环(7-3)装配，与子经向轴(7-2)垂直的子经环(7-3)两端由可活动的子纬向轴(7-4)与子纬环(7-5)装配；整个聚光釜群的经向两端由可活动的母经向轴(7-6)与母经环(7-7)装配，与母经向轴(7-6)垂直的母经环(7-7)两端由可活动的母纬向轴(7-8)与母纬环(7-9)装配；曲面聚光釜(7)既可由母经纬环(7-7)和(7-9)引导同步跟踪太阳360°公转，每单个曲面聚光镜(7-1)又可由子经纬环(7-3)和(7-5)引导同步跟踪太阳360°自转，形成多焦共聚。
本发明所述的万向转动机构(10)为由球形万向节、牵引连杆、微型电机减速装置、定日传感器组成的微机控制系统，其与阳光同步运动的控制方式为以下三种类型之
第一种为模拟地球24小时自转一周的钟控装置加万向转动机构(10)微机自控联动机构；
第二种为光影或光热定日传感器加万向转动机构(10)微机自控联动机构；
第三种为热敏记忆材料定向加万向转动机构(10)微机自控联动机构。
本发明所述的曲面聚光釜(7)、碟式聚光镜(9)和与其聚焦点的真空聚能反应釜(8)及用环形真空管束(5)密封联接的储热罐(4)和与其涉及的热力循环系统，可串联组成南北排列东西走向的大型太阳能热发电矩阵，或并联组成环形球阵，并网运行容量10-1000MW。
本发明光聚变太阳能锅炉与通用锅炉比较，具有不用任何燃料，完全清洁无害，节能减排的突出优势，是人类社会今后用能耗能的必然选择和最终归宿。
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图1为光聚变太阳能锅炉结构示意图2为图1的曲面聚光釜群主视方向示意其中:
1.光聚变太阳能锅炉部件和管网如下:
(I).避雷针；(2).人孔；(3).吸热保温层；(4).储热罐；(5).环形真空管束；(6).立式支架；(7).曲面聚光釜；(8).真空聚能反应釜；(9).碟式聚光镜；(10).万向转动机构；(II).回水管；(12).补水盘管；(13).供热管线。
2.曲面聚光釜群部件如下:
7-1.曲面聚光镜；7-2.子经向轴；7-3.子经环；7_4.子纬向轴；7_5.子纬环；7-6.母经向轴；7-7.母经环；7-8.母纬向轴；7-9.母纬环。
实施方案:
如图1、图2所示:本发明所述的光聚变太阳能锅炉包括立式支架(6)支撑的储热罐(4)、用环形真空管束(5)与储热罐(4)密封联接的真空聚能反应釜(8)、置于立式支架(6)曲面聚光镜焦点处的补水盘管(12)、回水管(11)和置于环形真空管束(5)中心并从真空聚能反应釜⑶中通过的供热管线(13)以及以真空聚能反应釜⑶为焦点三维放射状设置并由万向转动机构(10)控制与太阳同步运动的曲面聚光釜(7)和碟式聚光镜(9)，各正透镜与聚光镜对应聚焦形成群焦共聚产生炽热聚能光斑加热工质。
按上述结构的光聚变太阳能锅炉工作原理是:
所述的光聚变太阳能锅炉，其冷水流经置于曲面立式支架(6)聚光镜聚焦点的补水盘管(12)进行高强度预热后流入储热罐(4)，在储热罐(4)吸热保温层的屏蔽下罐内预热水二次升温，曲面聚光釜(7)和碟式聚光镜(9)三维多焦共聚，激发真空聚能反应釜(8)内的超导工质剧烈理化反应，用1000倍于铜的传热速度以辐射、对流、传导方式对罐内二次加热水进行超高强度三次加热，三次加热后的高温水从环形真空管束(5)和真空聚能反应釜(8)中盘旋流出，进行四次加热，为后续供热、发电、制冷提供高温热动力工质。
所述的立式支架(6)为三柱钢结构曲面柱式支撑，曲面柱南北向布局，其受光面凹槽内敷设聚光镜，南侧两根曲面柱凹槽内聚光镜的焦点处设置补水盘管(12)，北侧一根曲面柱凹槽内聚光镜的焦点处设置回水管(11)，补水盘管(12)和回水管(11)上方设置条式曲面聚光镜，其焦点与上述曲面柱凹槽内聚光镜形成双焦共聚。两条补水盘管(12)和一条回水管(11)延伸到储热罐(4)内的部分焊接在储热罐体上，形成三角加强支撑，局部开漏水孔，曲面柱设计高度10m。
所述的储热罐(4)为球罐，其顶部开人孔(2)并装设避雷针(I)，背阳面装设爬梯护栏，储热罐(4)外表面敷设由红外线复合吸热保温材料组成的吸热保温层(3)，球罐容积按满足50户村民自然村供热需求设计，直径6m。
所述的真空聚能反应釜(8)为球形，内装超导工质，其上部设置三组与储热罐(4)和真空聚能反应釜(8)互相密封联通的环形真空管束(5)，伸入储热罐(4)内的环形真空管束(5)呈向上弯曲的放射状分上、中、下三层密封焊接在储热罐⑷上；供热管线(13)通过环形真空管束(5)中心以盘管形式插入真空聚能反应釜(8)中，其进出口两端与真空聚能反应釜(8)密封焊接。
所述的曲面聚光釜(7)和碟式聚光镜(9)为小尺寸镜组，分别以真空聚能反应釜(8)为焦点呈南西向和南东向120°放射状三维分布，并由万向转动机构(10)控制与太阳同步运动形成三焦共聚或多焦共聚。
所述的曲面聚光釜(7)为I大8小环形曲面聚光釜群，每单个曲面聚光镜(7-1)的经向两端由可活动的子经向轴(7-2)与子经环(7-3)装配，与子经向轴(7-2)垂直的子经环(7-3)两端由可活动的子纬向轴(7-4)与子纬环(7-5)装配；整个聚光釜群的经向两端由可活动的母经向轴(7-6)与母经环(7-7)装配，与母经向轴(7-6)垂直的母经环(7-7)两端由可活动的母纬向轴(7-8)与母纬环(7-9)装配；曲面聚光釜(7)既可由母经纬环(7-7)和(7-9)引导同步跟踪太阳360°公转，每单个曲面聚光镜(7-1)又可由子经纬环(7-3)和(7-5)引导同步跟踪太阳360°自转，形成多焦共聚。
所述的万向转动机构(10)为由球形万向节、牵引连杆、微型电机减速装置、定日传感器组成的微机控制系统，其与阳光同步运动的控制方式为光影定日传感器加万向转动机构(10)微机自控联动机构。
所述的光聚变太阳能锅炉，第一步用单组曲面聚光釜(7)和碟式聚光镜(9)及真空聚能反应釜(8)和用环形真空管束(5)密封联接的储热罐(4)及所涉及的热力循环系统组成小型供热站，先解决单户居民取暖、洗浴用暖需求；第二步用小型集群阵列，建设1000KW热电冷综合示范电站，解决I个自然村或小区的热电冷需求；第三步在先行示范总结经验后，选择日照较充裕的光场，建设南北排列东西走向的大型太阳能热发电矩阵，并网运行，容量10MW，形成太阳能综合利用的社会化规模效益。
权利要求
1.一种光聚变太阳能锅炉，其特征在于:该装置包括立式支架(6)支撑的储热罐(4)、用环形真空管束(5)与储热罐(4)密封联接的真空聚能反应釜(8)、置于立式支架(6)曲面聚光镜焦点处的补水盘管(12)、回水管(11)和置于环形真空管束(5)中心并从真空聚能反应釜⑶中通过的供热管线(13)以及以真空聚能反应釜⑶为焦点三维放射状设置并由万向转动机构(10)控制与阳光同步运动的曲面聚光釜(7)和碟式聚光镜(9)，各正透镜与聚光镜对应聚焦形成群焦共聚产生炽热聚能光斑加热工质。
2.根据权利要求1所述的光聚变太阳能锅炉，其特征在于:所述的立式支架(6)为三角支撑或多柱支撑，其结构形式为以下三种类型之一: 第一种为圆筒柱式支撑或框架式支撑； 第二种为钢结构曲面柱支撑，曲面柱南北向布局，其受光面凹槽内敷设聚光镜，南侧两根曲面柱凹槽内聚光镜的焦点处设置补水盘管(12)，北侧一根曲面柱凹槽内聚光镜的焦点处设置回水管(11)，两条补水盘管(12)和一条回水管(11)延伸到储热罐(4)内的部分焊接在储热罐体上，形成三角加强支撑，局部开漏水孔； 第三种为在上述第二种结构的基础上，补水盘管(12)和回水管(11)上方设置条式曲面聚光镜，其焦点与上述曲面柱凹槽内聚光镜形成双焦共聚。
3.根据权利要求1所述的光聚变太阳能锅炉，其特征在于:所述的储热罐(4)为球罐或者为圆筒罐或者为方罐，其顶部开人孔(2)并装设避雷针(1)，背阳面装设爬梯护栏，储热罐(4)外表面敷设吸热保温层(3)，吸热保温层(3)为以下二种类型之一: 第一种为红外线复合吸热保温材料； 第二种为吸热保温基层加敷设光伏电池板。
4.根据权利要求1所述的光聚变太阳能锅炉，其特征在于:所述的真空聚能反应釜(8)为球形或圆柱形，内装超导工质，其上部设置三组或多组与储热罐(4)和真空聚能反应釜(8)互相密封联通的环形真空管束(5)，伸入储热罐(4)内的环形真空管束(5)呈向上弯曲的放射状分上、中、下三层或多层密封焊接在储热罐(4)上；供热管线(13)通过环形真空管束(5)中心以直管或盘管形式插入真空聚能反应釜(8)中，其进出口两端与真空聚能反应釜⑶密封焊接。
5.根据权利要求1所述的光聚变太阳能锅炉，其特征在于:所述的曲面聚光釜(7)和碟式聚光镜(9)为大尺寸单镜或小尺寸镜组，分别以真空聚能反应釜(8)为焦点呈南西向和南东向120°放射状三维分布，并由万向转动机构(10)控制与阳光同步运动形成三焦共聚或多焦共聚。
6.根据权利要求1所述的光聚变太阳能锅炉，其特征在于:所述的曲面聚光釜(7)为一组环形曲面聚光釜群，每单个曲面聚光镜(7-1)的经向两端由可活动的子经向轴(7-2)与子经环(7-3)装配，与子经向轴(7-2)垂直的子经环(7-3)两端由可活动的子纬向轴(7-4)与子纬环(7-5)装配；整个聚光釜群的经向两端由可活动的母经向轴(7-6)与母经环(7-7)装配，与母经向轴(7-6)垂直的母经环(7-7)两端由可活动的母纬向轴(7-8)与母纬环(7-9)装配；曲面聚光釜(7)既可由母经纬环(7-7)和(7-9)引导同步跟踪太阳360°公转，每单个曲面聚光镜又可由子经纬环(7-3)和(7-5)引导同步跟踪太阳360°自转，形成多焦共聚。
7.根据权利要求1所述的光聚变太阳能锅炉，其特征在于:所述的万向转动机构(10)为由球形万向节、牵引连杆、微型电机减速装置、定日传感器组成的微机控制系统，其与阳光同步运动的控制方式为以下三种类型之一: 第一种为模拟地球24小时自转一周的钟控装置加万向转动机构(10)微机自控联动机构； 第二种为光影或光热定日传感器加万向转动机构(10)微机自控联动机构； 第三种为热敏记忆材料定向加万向转动机构(10)微机自控联动机构。
8.根据权利要求1所述的光聚变太阳能锅炉，其特征在于:所述的曲面聚光釜(7)、碟式聚光镜(9)和与其聚焦点 的真空聚能反应釜(8)及用环形真空管束(5)密封联接的储热罐(4)和与其涉及的热力循环系统，可串联组成南北排列东西走向的大型太阳能热发电矩阵，或并联组成环形球阵，并网运行容量10-1000MW。
全文摘要
本发明为一种光聚变太阳能锅炉，属太阳能利用新领域。该装置包括立式支架支撑的储热罐、用环形真空管束与储热罐密封联接的真空聚能反应釜、置于立式支架曲面聚光镜焦点处的补水盘管、回水管和置于环形真空管束中心并从真空聚能反应釜中通过的供热管线以及以真空聚能反应釜为焦点三维放射状设置并由万向转动机构控制与阳光同步运动的曲面聚光釜和碟式聚光镜，各正透镜与聚光镜对应聚焦形成群焦共聚产生炽热聚能光斑加热工质。该装置与通用锅炉比较，具有不用任何燃料，完全清洁无害，节能减排的突出优势，是人类社会今后用能耗能的必然选择和最终归宿。
文档编号F24J2/52GK103206791SQ201210006400
公开日2013年7月17日 申请日期2012年1月11日 优先权日2012年1月11日
发明者王颖, 刘洪涛, 王钢 申请人:王颖, 刘洪涛, 王钢