一种可变聚光比的槽式太阳能集热装置的制作方法

本发明涉及槽式太阳能集热设备技术领域，涉及一种太阳能集热装置，具体涉及一种可变聚光比的槽式太阳能集热装置，适用于中低温太阳能利用领域(≤500℃)。

背景技术：

能源是经济发展和社会进步的基础，鉴于化石能源资源有限以及环境问题日益严峻，开发利用清洁的太阳能成为当下可持续发展的热点方向。太阳能分布广泛，储量巨大，但太阳能的能流密度较低，采用聚光的方式可将太阳能集中到集热器上转化为较高品位的热能加以利用。

目前常用的聚光方式有抛物槽式、碟式、塔式、菲涅尔式等。抛物槽式太阳能聚光集热器以其高效、可靠、便于大规模利用等优点，商业化程度最高。但是，目前的槽式太阳能集热器有诸多的局限性，主要体现在由于太阳辐射能随时间分布的不均匀性，导致集热管的温度不稳定，热量不能稳定输出将极大阻碍太阳能集热器的发展。传统的槽式太阳能集热器因抛物线槽式聚光镜形状固定，其聚光比是一个常数，集热管内的温度随着太阳能辐射强度变化而改变。难以满足一些对温度敏感的化学、化工产业需要将反应温度控制在一个相对稳定温度区间的需求，限制槽式聚光镜的应用范围。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种可变聚光比的槽式太阳能集热装置，使得聚光镜的聚光比随着太阳能辐射强度的改变而改变，进而使得集热管内的温度趋于稳定在一个合理的温度区间；本发明的另一目的在于解决现有太阳能集热器温度不稳定的缺点，提供一种可变聚光比的槽式太阳能集热装置，在现有的条件下适用于中低温领域，具有技术成熟、温度可控、运行稳定等优点。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种可变聚光比的槽式太阳能集热装置，其特征在于：包括集成基座、集热管和分别安装在集成基座两侧的抛物面太阳能聚光镜，集成基座两侧分别设有供相应抛物面太阳能聚光镜在其抛物线轨迹上运动的滑轨，将抛物线轨迹方向定义为纵向，与之垂直的定位为横向，抛物面太阳能聚光镜在其纵向上由多个小太阳能聚光镜首尾铰接相连组成，所述集热管安装在集成基座上，且位于两个抛物面太阳能聚光镜焦线上，通过调整抛物面太阳能聚光镜在滑轨上相应位置来改变抛物面太阳能聚光镜的集热面，从而改变槽式太阳能集热装置的聚光比，达到控制集热管集热温度的目的。

作为改进，该槽式太阳能集热装置还包括温度检测装置、驱动装置和控制系统，所述驱动装置为驱动抛物面太阳能聚光镜在其抛物线轨迹上运动的伸缩臂，所述温度检测装置用于检测集热管的温度，并将集热管温度信息传输到控制系统，所述控制系统接收温度信息并通过温度信息驱动伸缩臂运动，来改变抛物面太阳能聚光镜的集热面，从而通过改变槽式太阳能集热装置的聚光比来调节集热管的温度。

作为改进，所述抛物面太阳能聚光镜在横向上由多个子抛物面聚光镜组成，每个子抛物面聚光镜均设有与其相应的滑轨和驱动其沿着滑轨运动的伸缩臂，通过控制系统控制每个伸缩臂独立运动，控制集热管上不同区域的温度。

作为改进，所述驱动装置为相互啮合的齿轮齿条结构，齿条安装在抛物面太阳能聚光镜上，齿轮安装在集成基座上且通过伺服电机控制。

作为改进，所述温度检测装置包括热电偶数据采集器和多个热电偶，多个热电偶数据采集器均布在集热管上，热电偶数据采集器将采集到的热电偶的温度信息传输给控制系统。

作为改进，每个抛物面太阳能聚光镜的子抛物面聚光镜有3-18个。

作为改进，所述集热管用于甲烷重整制氢，集热管分为三层，最外面的一层为真空层，中间层为原料通道，中间层内侧壁为高效透氢的透氢膜，最里层则为惰性保护气体层。

作为改进，所述透氢膜是具有透氢性能的钯膜层、镍膜层、钙钛矿材料层及有机透氢膜层中的任意一种或几种组合。

本发明的有益效果是：

综上所述，本发明一种可变聚光比的槽式太阳能集热装置，根据太阳能辐射强度的变化，改变各个抛物面太阳能聚光镜的集热面积，从而调整聚光比，进而控制集热管的温度在一个恒定的值。该装置改善了传统槽式太阳能集热器装置结构相对固定、聚光比不可变、集热管温度不能稳定的缺点，以及因太阳能辐射强度变化而导致热能不能稳定输出利用的局限性，该装置能够促进太阳能更加广泛、稳定的利用和发展。

附图说明

图1为本发明槽式太阳能集热装置实施例1结构示意图。

图2为本发明槽式太阳能集热装置实施例2示意图。

图3为本发明用于甲烷重整制氢反应实施中集热管剖面图。

1-抛物面太阳能聚光镜，2-集成基座，3-滑轨，4-伸缩臂，5-集热管，6-支架，7-热电偶，8-热电偶数据采集器，9-控制系统，10-真空层，11-原料层，12-透氢膜，13-惰性保护气体层。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案、优点进行详细说明。

实施例1

请参阅图1，一种可变聚光比的槽式太阳能集热装置，包括集成基座2、温度检测装置、驱动装置、控制系统9、集热管5和分别安装在集成基座2两侧的抛物面太阳能聚光镜1，集成基座2两侧分别设有供相应抛物面太阳能聚光镜1在其抛物线轨迹上运动的滑轨3，将抛物线轨迹方向定义为纵向，与之垂直的定位为横向，抛物面太阳能聚光镜1在其纵向上由多个小太阳能聚光镜首尾铰接相连组成，所述集热管5通过支架6安装在集成基座2上，且位于两个抛物面太阳能聚光镜1焦线上，所述驱动装置为驱动抛物面太阳能聚光镜1在其抛物线轨迹上运动的伸缩臂4，所述温度检测装置用于检测集热管5的温度，并将集热管5温度信息传输到控制系统9，所述控制系统9接收温度信息并通过温度信息驱动伸缩臂4运动，伸缩臂4运动带动抛物面太阳能聚光镜1在滑轨3上滑动，来改变抛物面太阳能聚光镜1的集热面，从而调节槽式太阳能集热装置的聚光比，达到控制集热管5集热温度的目的。

所述温度检测装置包括热电偶数据采集器8和多个热电偶7，多个热电偶数据采集器8均布在集热管5上，热电偶数据采集器8将采集到的热电偶7的温度信息传输给控制系统9。

本实施例的一种应用是用于甲烷重整制氢反应，在该实施例中，集热管5分为三层，最外面的一层为真空层10，中间层为原料通道，中间层内侧壁为高效透氢的透氢膜12，最里层则为惰性保护气体层13。

本实施例中透氢膜12为钯膜层，氢气在钯中的溶解度非常高，室温下，一体积的钯可以吸收九百体积的氢，钯膜可以作为一种高效的透氢膜。因此，将钯膜用来分离甲烷重整的产物—氢气，可以促进甲烷重整反应平衡正向移动，提高反应的转化率，并降低反应所需的温度，进而可以将抛物面槽式太阳能集热装置用于进行甲烷重整制氢反应。

氢与钯膜接触后,氢分子在钯膜表面解离吸附为氢原子并扩散进入钯的晶格,形成pd-h化合物。在不同的温度、压力下,该pd-h化合物可能形成两种具有不同晶格排布的晶相,即α相和β相。当温度小于293℃时，可能会形成混合相，最终可能导致钯膜的局部断裂，出现钯膜氢脆现象。纯钯膜的使用温度一般限制在300℃以上。

所以为了提高产物的纯度，降低成本,提高经济性，必须要控制好集热管5的温度，让反应稳定、持续、高效地进行，具体实施如下：

通过控制系统9将集热管5的温度设置为ts＝350℃，热电偶数据采集器8将热电偶7检测的集热管5的温度反馈给控制系统9，控制系统9通过控制伸缩臂4调整左右两翼抛物面太阳能聚光镜1的位置，进而控制槽式太阳能集热装置的聚光比，进而使得集热管5的温度维持在350℃。当太阳能的辐射强度i发生改变，集热管5上的热电偶7及时感应到温度的变化，控制系统9将作出响应，控制伸缩臂4带动抛物面太阳能聚光镜1沿着滑轨3运动，调整槽式太阳能集热装置的聚光比，将集热管5内温度恢复到设定值。

将原料气体从集热管5的一侧通入，集热管5分为三层，最外面的一层为真空层10，中间层为原料通道，其内侧壁为透氢膜12，而最里层则为惰性保护气体层13。集热管5另一侧为氢气出口和废气出口。

实施例2

如图2所示，作为本发明的另一种实施例，与实施例1相比区别仅仅在于：所述抛物面太阳能聚光镜1在横向上由多个子抛物面聚光镜组成，每个子抛物面聚光镜均设有与其相应的滑轨3和驱动其沿着滑轨3运动的伸缩臂4，通过控制系统9控制每个伸缩臂4独立运动，可以控制集热管5上沿焦线方向不同区域的温度，从而实现对集热管5温度分段控制的目的，防止因为太阳光角度问题导致集热管5在焦线上温度分布不均。

作为该实施例的改进，每个抛物面太阳能聚光镜1的子抛物面聚光镜数量根据需要选择，一般有3-18个。

实施例3

作为本发明的另一种实施例，与实施例1相比区别仅仅在于：所述驱动装置用相互啮合的齿轮齿条结构代替伸缩臂4，齿条安装在抛物面太阳能聚光镜1上，齿轮安装在集成基座2上且通过伺服电机控制。

本发明通过调控聚光比随着太阳能辐射强度变化而改变，进而保持集热管5温度稳定的方法如下：

将集热管5的温度设为ts，太阳能的辐射强度用i表示，聚光镜(即槽式太阳能集热装置)的聚光比为ci(1≤i≤n)，抛物面用gi表示(左、右两翼的抛物面太阳能聚光镜1分别用用ki、pi表示)，其中当i为一个确定的值时，ki、pi便确定了一个ci(1≤i≤n)，gi对应的伸缩臂4为qi。

当太阳能的辐射强度为i1，此时的gn(第n个抛物面，此时的左右两翼分别为kn、pn)对应的初始聚光比为gn0，抛物面gn所处集热管5的温度为tn0，若tn0＞ts，热电偶数据采集器8将温度数据反馈给控制系统9，控制系统9通过调整伸缩臂4使得抛物面kn、pn分别沿着滑轨3上下滑动，进而调整左右两翼的抛物面kn、pn的位置，使得抛物面gn的集热面积减小，从而聚光比cn0到cn1，直到gn处的集热管5温度稳定在ts。

反之，若tn0＜ts，则控制系统9调控抛物面gn的集热面积增大，使聚光比cn0增大到cn2，直到cn0处的集热管5温度稳定在ts。

同理，对于任意的一个抛物面gi(左右两翼分别为ki、pi，1≤i≤n)，调整的方法都与上述相同。

太阳能辐射强度i时刻变化着，本发明一种可变聚光比的槽式太阳能集热装置，通过改变单个抛物面的聚光比，使得处于抛物面焦线上的集热管5温度时刻稳定在设定的温度ts，将极大改善此前槽式太阳能集热器装置相对固定、聚光比不可变、温度只能随着太阳能辐射强度变化而不能稳定的缺点。一种可变聚光比的主动调控式槽式太阳能集热装置将促进太阳能热利用在化工领域的利用和发展。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，但应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。