专利名称：方位角锁定式环形移动光热反射镜阵列的制作方法
技术领域：
方位角锁定式环形移动光热反射镜阵列技术领域[0001]本实用新型涉及一种太阳能光热镜场，尤指一种方位角锁定式环形移动光热反射 镜阵列。
背景技术：
[0002]目前，世界上现有的已建塔式聚光太阳能发电站数量远少于太阳能光伏发电站， 但因塔式聚光太阳能发电站具有十分明显的低成本优势，其发展将超过光伏发电。塔式聚 光太阳能发电站收集光的系统包括聚光太阳能发电镜场和聚光塔，以北半球为例，镜场和 聚光塔大都为一南一北走向，即聚光塔建造在正南面，而镜场则分布于聚光塔的正北区域。 太阳能为间歇式能源，一天的不同时段和一年内的不同季节所辐射的能量相差巨大，就每 天来说，中午前后辐射量最强，发电功率最大，而上下午就要降低不少，早晚就更差。然而， 电网的需求及要求是尽量均衡发电。如此，就需要将上、下午的发电量适当增加，而采用储 电或储热等解决办法的成本和运行代价又高，不一定适宜实行，因此就需要在低成本前提 下确保均衡发电。从一天中太阳辐射的特点可看出:随着太阳方位角变化太阳能的辐射也 在变化，辐射强度最大值对应于正午时刻的方位角值，其即时辐射强度与即时方位角与正 午时的方位角之差的绝对值成正比。因此，如何采取一定的途径使太阳方位角始终保持在 正午的状态，进而让整个太阳反射镜阵列中的反射单元都能以较小的反射角反射阳光以获 得相对较高的反射率，而且只需要调整角度即俯仰角就可跟踪太阳且获得较高的太阳热功 率，这一切成为解决问题的关键之处。实用新型内容[0003]针对现有技术存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种结构简单、镜场在环 形并带有浮力减重的轨道上移动跟踪太阳的装置，通过镜场整体以一个角速度转动来达到 使太阳的方位角相对恒定，使整个系统提高集热发电效率，特别是提高峰谷时段和总发电 量，为一种方位角锁定式环形移动光热反射镜阵列。[0004]为实现上述目的，本实用新型方位角锁定式环形移动光热反射镜阵列，包括镜场 部、控制部和运载部。镜场部设置为分布于扇形区域内的沿若干段等半径环形河道上漂浮 排列的相互固定连接的反射镜单元串；运载部设置为承载反射镜的系列环形河道及其附属 的水循环装置、导轨装置、推进装置；控制部设置为集散控制形式，由若干分散控制器控制、 调整反射镜各种运动及姿态，控制反射镜单元串在环形河道上移动、定位。工作时控制装置 除了通过反射镜的俯仰控制器连续控制调整其俯仰角之外，同时还逐个控制推进泵利用水 流产生推力使反射镜单元串沿其所在的环形河道漂浮滑动并由伸缩抓手定位，形成反射镜 阵列的跟踪反射和塔式太阳聚光。[0005]进一步，所述环形河道的径向截面形状为等腰梯形，河堤位置对应两个腰而河床 对应窄底边，圆心一侧的河堤设置为内河堤，另一侧河堤设置为外河堤；河道整体形状为圆 环形，圆心处为聚光塔设置地点。[0006]进一步，所述镜单元设置包括沉于所述环形河道内的平衡浮块以及固定设置于其上的基座，基座为金属架构，其上又固定设置支架，支架为金属材料其上还固定设置所述俯仰控制器，而俯仰控制器活动定位连接反射镜控制器俯仰姿态。基座为平台结构；平衡浮块外形近似于平底船，在船首身尾方向呈弧形且与所述环形河道弯度相匹配，设置为由金属材料或玻璃钢制成的中空装置。进一步，所述反射镜单元串设置为将同一环形河道上漂浮排列的彼此相邻所述镜单元以一根整体连接杆两两相互固定连接，由此形成一个可以整体移动的装置。进一步，所述水循环装置设置为若干套为所述环形河道的补水、净化装置，每套包括注水泵、过滤器、循环管、补水管。其中注水泵的入口、过滤器的出口、循环管、补水管相互连通；注水泵的出口与所述外河堤的顶部以管路连通，过滤器的入口与所述内河堤的底部以管路连通。工作时装置中的水循环路径是:水流依次通过补水管及循环管、注水泵、环形河道、过滤器再回到补水管及循环管，由此形成水的补充过滤循环。进一步，所述推进装置设置在平衡浮块的空心体中，为环状圆管形的动力管，此管为两端开口、中间串接可受控双向泵水的推进泵，两端开口喷水的方向设置为平衡浮块的船首身尾形成的弧形线段两端点各自的切线方向。进一步，所述环形河道的两侧河沿上均设置有与河道环形相匹配的限位轨，与所述基座上设置的若干轨道轮活动连接形成轨道装置承载所述镜单元重量；此外，轨道轮靠近环形河道的另一侧设置遮尘帘。进一步，所述环形河道的内堤河沿上还设置有若干类似吊桥可伸缩的抓手机械装置，可受控抓合所述连接杆、使所述反射镜单元串定位。进一步，所述注水泵、推进泵均采用脉冲式液体泵。本实用新型通过在太阳反射镜阵列各镜单元底部设置平衡浮块并利用其产生的浮力来抵消单元重量，使整个系统的视重减小；利用太阳实时跟踪的低速特点，根据天文学的太阳方位变化率计算环形分布的太阳反射镜单元串跟踪太阳的转速，同时通过控制太阳反射镜阵列各单元的喷射移动以达到设定速率并跟踪太阳。本装置有运行平稳，总自重轻、跟踪太阳聚光效率高及能耗低等优点，相同的反射镜阵列可提高功率；此外，比起陆地上直接的轨道式环形反射镜场跟踪方法节省了大量驱动能源及制动装置，使用效果好。
图1为本实用新型装置工作起始阶段时的阵列排列及光照示意图；图2为本实用新型装置工作中间阶段时的阵列排列及光照示意图；图3为本实用新型装置工作结束阶段时的阵列排列及光照示意图；图4为镜单元与环形河道部件结构及相互位置示意图；图5、6为平衡浮块在环形河道推进装置结构及工作原理示意图；图7为图2A部放大图即环形河道及其水循环装置结构示意图。附图标记:I镜单元2聚光塔20环形河道21轨道装置22平衡浮块24轨道轮25限位轨[0024]3集热器31过滤器32注水泵33补水管 34循环管[0025]35平衡管36推进泵37动力管38箭头 39遮尘帘[0026]4支架 40伸缩抓手10反射镜单元串[0027]5反射镜6基座 7光照方向8连接杆 9俯仰控制器具体实施方式
[0028]下面，参考附图，对本实用新型进行更全面的说明，附图中示出了本实用新型的示 例性实施例。然而，本实用新型可以体现为多种不同形式，并不应理解为局限于这里叙述的 示例性实施例。而是，提供这些实施例，从而使本实用新型全面和完整，并将本实用新型的 范围完全地传达给本领域的普通技术人员。[0029]为了易于说明，在这里可以使用诸如“上”、“下” “左” “右”等空间相对术语，用于 说明图中示出的一个元件或特征相对于另一个元件或特征的关系。应该理解的是，除了图 中示出的方位之外，空间术语意在于包括装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果图中 的装置被倒置，被叙述为位于其他元件或特征“下”的元件将定位在其他元件或特征“上”。 因此，示例性术语“下”可以包含上和下方位两者。装置可以以其他方式定位(旋转90度或 位于其他方位)，这里所用的空间相对说明可相应地解释。[0030]整体结构:如图1、2、3、4、5、6、7所示，本实用新型方位角锁定式环形移动光热反 射镜阵列，包括镜场部、控制部和运载部。镜场部包括分布于扇形区域内的沿若干段等半径 环形河道20上漂浮排列的相互固定连接的反射镜单元串10。运载部包括承载反射镜5的 系列环形河道及其附属的水循环装置、导轨装置、推进装置。控制部为集散控制的调整反射 镜各种运动及姿态，控制反射镜单元串在环形河道上移动、定位的控制装置。[0031]镜单元结构1:如图1、2、3、4所示，镜单元I包括沉于环形河道2内的平衡浮块22 以及固定设置于其上的基座6，基座6为金属架构其上又固定设置支架4，支架4为金属材 料其上还固定设置俯仰控制器9，而俯仰控制器活动定位连接反射镜5控制器俯仰姿态。其 中基座6为平台结构；平衡浮块22外形近似于平底船，在船首身尾方向呈弧形且与环形河 道20弯度相匹配，为由金属材料或玻璃钢制成的中空装置。将同一环形河道上漂浮排列的 彼此相邻若干镜单元I以一根整体连接杆8两两相互固定连接形成反射镜单元串10，是一 个可以整体移动的装置。[0032]水循环装置:如图4、7所示，包括若干套为环形河道20补水、净化的装置，每套包 括注水泵、过滤器、循环管、补水管，其中注水泵32的入口、过滤器31的出口、循环管34、补 水管33相互连通；注水泵32的出口与外河堤的顶部以管路连通，过滤器31的入口与内河 堤的底部以管路连通。内测以字母N表示，外侧以字母W表示。[0033]导轨装置:如图1、2、3、4所示，包括环形河道的两侧河沿上设置的限位轨25，基座 6上设置的若干轨道轮24及其靠近环形河道的另一侧设置遮尘帘39。在推进装置的推动 下轨道轮24在限位轨25上滑动，使反射镜单元串10可以沿环形河道20双向运动。[0034]推进装置:如图1、2、3、4、5、6所示，其装置位于平衡浮块22的空心体中，包括环状 圆管形的动力管37和此管中间安装的可受控双向泵水的推进泵36，两端均开口与环形河 道20连通。工作时推进泵36受控向箭头38的方向泵水，由于反作用力使镜单元I及整个 反射镜单元串10沿箭头38的反方向运动，从而跟踪太阳在天空中位置的方位角变化。[0035]控制部的组成与工作过程:如图1、2、3、4、5、6、7所示，包括集散控制的若干控制器(图中未示)。其功能一为:负责通过俯仰控制器9调整反射镜5各种运动及姿态；功能二为控制反射镜单元串10在环形河道上移动、定位；功能三为控制水循环装置对环形河道2补水。工作时由控制器(图中未示)通过反射镜5的俯仰控制器9连续控制调整其俯仰角，同时还逐个控制推进泵36，利用水流产生推力使反射镜单元串10沿其所在的环形河道漂浮滑动并由伸缩抓手40定位，将起始阶段、中间阶段、结束阶段不同光照方向7的阳光通过反射镜5跟踪反射定位到聚光塔2上的集热器3上。应用原理重心设置:如图4所示，利用材料比重及几何形状的设计，使镜单元中的支架4、反射镜5、基座6、连接杆8、环形河道20、平衡浮块22、轨道轮24的重力及动力管37内水的重力所产生的合力方向线靠近轨道轮24的支撑平衡中心，并且与平衡浮块22所产生的浮力线相重合。
权利要求1.方位角锁定式环形移动光热反射镜阵列，包括镜场部、运载部和控制部；所述镜场部设置为分布于扇形区域内，其为沿若干段等半径环形相互固定连接的、在河道上漂浮排列的反射镜单元串；所述运载部设置为承载反射镜的系列环形河道及其附属的水循环装置、导轨装置、推进装置；所述控制部设置为由若干分散控制器控制、调整反射镜各种运动及姿态、可控制反射镜单元串在环形河道上移动、定位的集散控制部件。
2.如权利要求1所述的方位角锁定式环形移动光热反射镜阵列，其特征在于，工作时控制装置除了通过反射镜的俯仰控制器连续控制调整其俯仰角之外，同时还逐个控制推进泵，推进泵采用脉冲式液体泵利用水流产生推力使反射镜单元串沿其所在的环形河道漂浮滑动并由伸缩抓手定位，形成反射镜阵列的跟踪反射和塔式太阳能聚光系统。
3.如权利要求1所述的方位角锁定式环形移动光热反射镜阵列，其特征在于，所述环形河道的径向截面形状为等腰梯形；轨道轮靠近环形河道的另一侧设置遮尘帘，所述环形河道的内堤河沿上还设置有若干类似吊桥可伸缩的抓手机械装置。
4.如权利要求1所述的方位角锁定式环形移动光热反射镜阵列，其特征在于所述河道整体形状为圆环形，圆心处为聚光塔设置地点，圆心一侧的河堤设置为内河堤，另一侧河堤设置为外河堤，河堤位置对应两个腰而河床对应窄底边。
5.如权利要求1所述的方位角锁定式环形移动光热反射镜阵列，其特征在于，所述反射镜单元串设置包括沉于所述环形河道内的平衡浮块以及固定设置于其上的基座，基座为金属架构，其上又固定设置支架，支架为金属材料，其上还固定设置所述俯仰控制器，而俯仰控制器活动定位连接反射镜。
6.如权利要求5所述的方位角锁定式环形移动光热反射镜阵列，其特征在于，基座为平台结构，平衡浮块外形为平底船形状，在船首身尾方向呈弧形且与所述环形河道弯度相匹配，设置为由金属材料或玻璃钢制成的中空装置。
7.如权利要求1所述的方位角锁定式环形移动光热反射镜阵列，其特征在于，所述反射镜单元串设置为将同一环形河道上漂浮排列的彼此相邻的镜单元以一根整体连接杆两两相互固定连接。
8.如权利要求1所述的方位角锁定式环形移动光热反射镜阵列，其特征在于，所述水循环装置设置为若干套，包括补水装置、净化装置，每套水循环装置包括注水泵、过滤器、循环管、补水管，其中注水泵采用脉冲式液体泵，其入口、过滤器的出口、循环管、补水管相互连通；注水泵的出口与所述外河堤的顶部以管路连通，过滤器的入口与所述内河堤的底部以管路连通，工作时装置中的水循环路径依次通过补水管及循环管、注水泵、环形河道、过滤器再回到补水管及循环管。
9.如权利要求1所述的方位角锁定式环形移动光热反射镜阵列，其特征在于，所述环形河道的两侧河沿上均设置有与河道环形相匹配的限位轨，与所述基座上设置的若干轨道轮活动连接，形成轨道装置承载所述镜单元重量。
10.如权利要求5所述的方位角锁定式环形移动光热反射镜阵列，其特征在于，所述推进装置设置在平衡浮块的空心体中，为环状圆管形的动力管，此动力管两端开口、中间串接可受控双向泵水的推进泵，两端开口的喷水方向设置为平衡浮块的船首身尾形成的弧形线段两端点各自的切线方向。
专利摘要本实用新型涉公开了一种方位角锁定式环形移动光热反射镜阵列，目的在于提供一种结构简单、镜场在环形并带有浮力减重的轨道上移动跟踪太阳的装置，包括镜场部、控制部和运载部，通过在镜场部各镜单元底部设置平衡浮块并利用其产生的浮力来抵消单元重量，根据天文学的太阳方位变化率计算环形分布的太阳反射镜单元串跟踪太阳的转速，同时通过控制太阳反射镜阵列各单元的喷射移动以达到设定速率并跟踪太阳。本装置有运行平稳，总自重轻、跟踪太阳聚光效率高及能耗低、集热发电效率高，节约驱动和制动等优点。
文档编号F24J2/38GK202973588SQ20122071264
公开日2013年6月5日 申请日期2012年12月21日 优先权日2012年12月21日
发明者薛黎明, 刘伯昂, 陆钧 申请人:上海禅德智能科技有限公司