專利名稱：一種梯級升溫數(shù)控太陽能鍋爐的制作方法
一種梯級升溫數(shù)控太陽能鍋爐，它是一種太陽能轉(zhuǎn)換裝置，可用于各種工業(yè)及民用太陽能采集裝置中，如太陽能發(fā)電等設(shè)備中。
太陽能的普及利用是當今社會所急需解決的一個重要課題之一。太陽能是一種干凈、無污染和對環(huán)境幾乎無影響的一種很好的一次能源，而有效和大面積普及利用太陽能對我們生存的環(huán)境和資源保護都是很有效的。但是，在太陽能利用中，最難解決的有下面兩個問題。問題之一是太陽光的能流密度(在單位時間里通過單位面積的太陽光所帶能量)不高，一般只有每平方米1千瓦左右。在直接利用換能器吸收時，為得到較大的輸出功率，就必須使用大面積的換能元件。使用水等吸熱介質(zhì)換能，由于換能元件表面本身與外界也在進行熱交換(對流和輻射)，產(chǎn)生較多的熱量損失，因此換能效率不高，而且得到的是較低品位的熱能。問題之二是太陽在天空中的位置是隨一天中時刻不同而變化的。為提高太陽光的能流密度，可以使用各種匯集裝置(如反射鏡等)把太陽光集中，提高能流密度。但由于太陽在天空中位置的變化，必須使用一套跟蹤裝置使匯集裝置的輸出始終保持在換能器表面。使用跟蹤裝置使得太陽能換能裝置的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積龐大，而且使用中的維護等也使裝置運行成本增加。
本發(fā)明的目的是發(fā)明一種梯級升溫數(shù)控太陽能鍋爐，不用做跟蹤運動，并可輸出較高溫度的中品位熱能。
本發(fā)明的結(jié)構(gòu)如附

圖1所示，它有支架1、反射鏡2、真空吸熱管3，反射鏡為圓柱面的一部分，其圓心角接近180°，支架1支持反射鏡2使其軸線為南北方向并使軸線與水平面的夾角等于使用地緯度值，其特征在于真空吸熱管3的直徑為反射鏡2圓柱直徑的三分之一到六分之一，真空吸熱管3的安裝軸線與反射鏡的軸線平行并在反射鏡圓弧中點所在半徑上，在該半徑上真空吸熱管3的下外沿距反射鏡圓弧中點的距離約為二分之一反射鏡圓弧半徑，反射鏡2為多個，并排排列，在每一個反射鏡2相應(yīng)位置上有一個真空吸熱管3，真空吸熱管3相互串聯(lián)，在總輸入端接有數(shù)控循環(huán)泵4，在總輸出端接有熱交換器5，熱交換器5吸熱工質(zhì)輸出口與數(shù)控循環(huán)泵4的輸入端相連，熱交換器5上有傳熱工質(zhì)輸入和輸出口，在傳熱工質(zhì)輸出口處有輸出溫度傳感器6，在串聯(lián)的真空吸熱管3的總輸入端處裝有溫度傳感器7，在串聯(lián)的真空吸熱管3的總輸出端處裝有溫度傳感器8，有標準工業(yè)控制介面10，其內(nèi)插有與溫度傳感器6、7和8相連的測量適配模塊11、12和13，還插有與數(shù)控循環(huán)泵4的控制端相連并對其控制的控制適配模塊14，標準工業(yè)控制介面10通過標準串行通訊接口與可和其它設(shè)備共用的中央控制計算機9相連。
附圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖2為本發(fā)明垂直剖面圖。圖中R為反射鏡圓弧半徑，r為真空吸熱管3的半徑，H為真空吸熱管3剖面圓心到反射鏡圓弧圓心的距離。
附圖3為太陽光入射角度與反射鏡指向間角度不大時的光線反射示意圖。
附圖4為太陽光入射角度與反射鏡指向間角度較大時的光線反射示意圖。
附圖5為反射鏡在指向方向分割縮進結(jié)構(gòu)示意圖。
本發(fā)明的工作原理如下在數(shù)控循環(huán)泵4的推動下，吸熱工質(zhì)在各真空吸熱管3和熱交換器5中循環(huán)。吸熱工質(zhì)在真空吸熱管3中通過時，吸收由真空吸熱管3內(nèi)壁吸收到的太陽光熱量，使吸熱工質(zhì)的溫度上升。由于真空吸熱管3是串聯(lián)的，吸熱工質(zhì)在通過每一個真空吸熱管3時溫度都上升一些。通過多個串聯(lián)，就能得到我們所需要的溫升。溫度上升到所需溫度的吸收工質(zhì)完成吸熱過程后，進入到熱交換器5，在那里與傳熱工質(zhì)進行熱交換，吸熱工質(zhì)所吸收的太陽光熱量傳遞給傳熱工質(zhì)，使用傳熱工質(zhì)輸出能量。
圓弧反射鏡2有對于不同入射角度的光線聚焦到二分之一圓弧半徑的圓弧面上的特性。本發(fā)明所采用的真空吸熱管3為圓柱形。真空吸熱管3的下外沿距反射鏡圓弧中點的距離約為二分之一反射鏡圓弧半徑。它正好處在與圓弧反射鏡2的焦面圓弧相切的位置。當入射陽光相對于反射鏡2方向的角度不大時，其反射后陽光聚焦位置的焦面圓弧和真空吸熱管3對應(yīng)圓弧差不大，真空吸熱管3不要求聚焦的質(zhì)量，因此有一些散交是允許的，而且也是必須的。這時，散焦后的陽光還是基本全照射在真空吸熱管3表面，如附圖3所示。當陽光入射角大于一定角度(如附圖4所示)時，只有真空吸熱管3右側(cè)的反射鏡2起作用，它的陽光反射后也還是投到真空吸熱管3的表面。因此不管太陽在天空中的什么位置，照射到反射鏡2的陽光都被反射到真空吸熱管3的表面，而真空吸熱管3的表面積小于反射鏡2的表面積，因而提高了真空吸熱管3表面的平均能流密度。
本發(fā)明采用圓弧反射鏡和圓柱形真空吸熱管，把真空吸熱管安裝在與圓弧反射鏡圓弧焦面相切的位置，使太陽在天空中任意位置所投射的照到反射鏡的陽光光線被反射后基本都投射到真空吸熱管的表面。由于真空吸熱管的表面積小于反射鏡2的表面積，因而提高了真空吸熱管3表面的平均能流密度。這可以提高轉(zhuǎn)換效率，降低成本。由于反射的陽光投射到圓弧焦面處，無需轉(zhuǎn)動反射鏡，它沒有運動部件，結(jié)構(gòu)簡單，無需維護。
本發(fā)明使用多個真空吸熱管串聯(lián)的方法來達到使吸熱工質(zhì)得到所需要的溫升。一方面，這可以避免由于單個真空吸熱管產(chǎn)生大溫升所帶來的效率下降問題。另一方面，只有少數(shù)幾個真空吸熱中的吸熱工質(zhì)熱處于高溫狀態(tài)，熱損失少，可以在較高的效率下得到較高品位(溫度)的熱量輸出。本發(fā)明采用由中央控制計算機、標準工業(yè)控制介面和其內(nèi)所插各種測量與控制適配模塊對各種測量與控制元件進行測控的機電一體化方式，使本發(fā)明可以方便的運行于最佳狀態(tài)。
本發(fā)明中的真空吸熱管3的數(shù)目可以是兩支、三支、四支，以及十幾支或是幾十支，它由所需達到的溫升和采熱面積決定。在要求溫升高，采熱面積大(要求輸出的功率大)時，真空吸熱管3的數(shù)目也應(yīng)多一些，最佳值在8～16之間，過多時，制造和連接困難，過少時單個真空吸熱管3的溫升增加，效率降低。
采用二次循環(huán)供熱的方法是為解決高溫供熱時吸熱工質(zhì)析出有害物質(zhì)結(jié)垢而使工作效率降低的問題。采用二次循環(huán)，吸熱工質(zhì)可以采用經(jīng)過特殊處理的水等成本較高的物質(zhì)，使本發(fā)明能保持長時間運行。
本發(fā)明中的多個反射鏡2可以多個并排放置于支架上，還可以采用如象瓦楞鐵相似的開關(guān)，采用在一個整張薄板上壓制出多個凹形波面，每一個波面對應(yīng)一個單體反射鏡2，在本發(fā)明中，各個真空吸熱管3之間的連接，應(yīng)盡量短，可以采用蛇形連接，兩真空吸熱管3的上端連接或是下端連接。在真空吸熱管3之間的連接處應(yīng)使用絕熱材料包覆，以減少熱損失。
在本發(fā)明中，真空吸熱管3可以采用市場出售的標準直形真空吸熱管，也可以自制，采用雙層套接蛇形管，每一個直邊對應(yīng)一個真空吸熱管，其外層為透明玻璃，內(nèi)層可以是涂有吸熱材料的玻璃。也可以是通過發(fā)黑處理過的鋁管或銅管，在內(nèi)外管之間抽真空，以避免對流散熱。
本發(fā)明中，真空吸熱管3的半徑可以是反射鏡圓弧半徑的三分之一至六分之一，太大是一種浪費。還降低了聚能效率，也不能太小，太小在太陽位置偏離反射鏡指向較多時，不能保證反射陽光還能絕大多數(shù)投射到真空吸熱管3的表面，其最好值為四分之一。
苯發(fā)明的反射鏡1可以采用在指向方向分割縮進的結(jié)構(gòu)形式，如附圖5所示。它把圓柱面沿軸向分割成條形，在指向方向縮進，保持反射光路不變而減少了反射鏡的厚度。
在本發(fā)明中，數(shù)控循環(huán)泵4為數(shù)控三端器件驅(qū)動的液體泵。數(shù)控三端器件可以使用如專利申請?zhí)枮镃N91101413.6的數(shù)控三端器件，也可以使用如專利號為CN91200002的數(shù)控三端器件。數(shù)控循環(huán)泵4還可以使用如專利號為CN92209705的機電一體化數(shù)控鍋爐給水泵。
在本發(fā)明中，標準工業(yè)控制介面9可以選用美國ME公司(MECHATRONIC EQUIPMENT INC.)的I/O 32，或是美國OPTO 22公司的PB16AH。中央控制計算機10可以選用美國OPTO 22公司的LC4控制器，也可以選用美國ME公司的PCS-1工業(yè)過程控制工作站，還可以選用普通PC計算機。適配模塊11、12和13可以采用OPTO 22公司的AD3或類似的A/D轉(zhuǎn)換模塊。適配模塊14可選用OPTO 22公司的DF3或類似的D/F轉(zhuǎn)換模塊。
權(quán)利要求
1.一種梯級升溫數(shù)控太陽能鍋爐，它有支架(1)、反射鏡(2)、真空吸熱管(3)，反射鏡(2)為圓柱面的一部分，其圓心角接近180°，支架(1)支持反射鏡(2)使其軸線為南北方向并使軸線與水平面的夾角等于使用地緯度值，其特征在于真空吸熱管(3)的直徑為反射鏡(2)圓柱直徑的三分之一到六分之一，真空吸熱管(3)的安裝軸線與反射鏡的軸線平行并在反射鏡圓弧中點所在半徑上，在該半徑上真空吸熱管(3)的下外沿距反射鏡圓弧中點的距離約為二分之一反射鏡圓弧半徑，反射鏡(2)為多個，并排排列，在每一個反射鏡(2)相應(yīng)位置上有一個真空吸熱管(3)，真空吸熱管(3)相互串聯(lián)，在總輸入端接有數(shù)控循環(huán)泵(4)，在總輸出端接有熱交換器(5)，熱交換器(5)吸熱工質(zhì)輸出口與數(shù)控循環(huán)泵(4)的輸入端相連，熱交換器(5)上有傳熱工質(zhì)輸入和輸出口，在傳熱工質(zhì)輸出口處有輸出溫度傳感器(6)，在串聯(lián)的真空吸熱管(3)的總輸入端處裝有溫度傳感器(7)，在串聯(lián)的真空吸熱管(3)的總輸出端處裝有溫度傳感器(8)，有標準工業(yè)控制介面(10)，其內(nèi)插有與溫度傳感器(6)、(7)和(8)相連的測量適配模塊(11)、(12)和(13)，還插有與數(shù)控循環(huán)泵(4)的控制端相連并對其控制的控制適配模塊(14)，標準工業(yè)控制介面(10)通過標準串行通訊接口與可和其它設(shè)備共用的中央控制計算機(9)相連。
全文摘要
一種梯級升溫數(shù)控太陽能鍋爐，它有支架、反射鏡、真空吸熱管，其特征在于真空吸熱管安裝在與圓弧反射鏡圓弧焦面相切的位置，反射鏡為多個，每一個反射鏡相應(yīng)位置上有一個真空吸熱管，真空吸熱管相互串聯(lián)，在總輸入端接有數(shù)控循環(huán)泵，有機電一體化的測控方式。使用多個真空吸熱管串聯(lián)的方法來達到使吸熱工質(zhì)得到所需要的溫升，熱損失少，可以得到較高品位的熱量輸出。采用機電一體化方式，使本發(fā)明可以方便的運行于最佳狀態(tài)。
文檔編號F24J2/10GK1100799SQ9311777
公開日1995年3月29日 申請日期1993年9月25日 優(yōu)先權(quán)日1993年9月25日
發(fā)明者石行 申請人:北京市西城區(qū)新開通用試驗廠