通用聚焦式太陽能收集和利用裝置的製作方法
2023-05-17 13:37:16
專利名稱：通用聚焦式太陽能收集和利用裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及聚焦式太陽能收集和利用裝置。
太陽，為萬物生長提供光和熱。為了人類的利益，應更多更好地利用太陽能。目前應用較多的太陽能平板熱水器夏季可以提供60℃左右的熱水，相比之下，將太陽光聚焦可獲得應用範圍更廣的高溫熱能，但至今仍很少見到性能較好的商品化的太陽能開水器、太陽能炊具等產品。
本實用新型的目的是要提供商品化的聚焦式太陽能收集和利用裝置。
本實用新型的目的是這樣實現的用聚焦反光部件、太陽光跟蹤裝置包括由一個用於約束聚焦反光部件的轉動副或弧形軌道移動副和一個手動齒傳動部件等組成的太陽光跟蹤機構或／和一個由光電傳感器和信號估計器、控制電路、由彈性元件或重物組成的勢能蓄能機構、負載運動約束機構和對勢能驅動的負載或傳動部件提供間隙性消失的阻力的電動釋阻機構等組成的勢能可控驅動的太陽光跟蹤裝置、管狀或球冠狀集熱元件或隔熱元件、特別是一體燒結製成帶有可幫助固定的排氣管封口的玻璃夾套真空隔熱元件和作為裝置加熱負載的被加熱物體、傳熱熱管或熱能工作裝置組成一維或兩維聚焦式太陽能收集和利用裝置，裝置的跟蹤狀態可用光纖或光電檢測裝置進行觀測；通過對陽光的跟蹤使聚焦反光部件有效地將陽光匯聚於集熱或隔熱元件內的吸熱物體包括液體吸熱物體變為熱能對加熱負載供熱或加熱，在某些情況下，直接由被加熱物體或傳熱媒質充當吸熱物體。
本實用新型將以其工作溫度和熱效率高而穩定、造價低、重量輕、無需功率電源及電機和減速器、製造安裝方便、通用性強和適用範圍廣等優點為人類、特別是廣大的鄉村提供多種取之不盡的能源和服務；以各種產品每m2採光面積日均獲取1200大卡熱能和燒煤效率20％計，每m2太陽能產品使用三千日可少向大氣層釋放6.6噸二氧化炭和0.3噸有害物質。
附
圖1給出本實用新型的一個實施例，這是一臺一維聚焦的太陽能熱水器的原理圖。槽狀聚焦反光部件1用蒸鋁薄膜復蓋於網架結構2支撐的基板上製成，基板為1×2m20.5鍍鋅板；焦距400mm。反光部件1用撐杆3與固定並保護管狀集熱元件4的護罩5連接並由弧形軌道移動副6約束，通過手動齒傳動部件7驅動繞元件4每周數次跟蹤太陽高度角，手動齒傳動也包括在樓下用繩索牽引；也可用其它方式包括用勢能可控驅動跟蹤太陽高度角。跟蹤狀態可用裝在元件4蔭影處的光纖或光電檢測裝置觀測。就反光部件1的對稱中心線而言，裝置取東西向布置，一般取水平或小傾角安裝時不進行照射角跟蹤也可正常工作且施工方便而牢固；集熱元件4用一端開口的玻璃夾套真空隔熱元件內插入銅質集熱芯製成，兩端比反光部件1各長出一段使對照射角變化不敏感。聚焦反光部件匯聚的陽光穿過集熱元件4的玻璃真空夾套到達銅質集熱芯的吸熱層變為熱能加熱集熱芯內的水；串接於熱水器水路的光控閥和／或溫控閥裝在隔熱元件內以實時反映控制變量，它能調節輸出至100℃，開水或已加熱流體可用內裝保溫瓶膽8的雙重保溫容器9儲存。這臺1.8m2採光面積重15kg的裝置最大日供開水量為60kg，造價100多元；如再採用上述手動齒傳動部件組成或其它形式的太陽照射角調節機構一日數次調節聚焦反光部件作照射角跟蹤可增加40％的熱能輸出。太陽能開水器如另加將已加熱流體與待加熱流體相互換熱的熱交換器件製成太陽能冷開水器，可為食品印染行業提供大量細菌少、硬度低的優質水；將一維聚焦工作裝置的管狀集熱元件換以安置有二氧化鈦和待處理的水、特別是流動的水的玻璃管就成為太陽能淨水裝置。它利用陽光將水中氯化物等有機化合物氧化為像水一樣簡單的分子但又保留有益礦物質以利飲用。一維裝置僅採用直徑較大的管狀透光隔熱元件可用於各種烘烤及種籽處理；一維聚焦工作裝置也可取非東西向布置包括沿牆壁垂直布置，較多的是面對正午時陽光並接近為南北向布置，這種布置可適應多種應用場合，但是需要使用照射角跟蹤裝置。關於《勢能可控驅動的太陽光跟蹤裝置》的內容可參同名與本文一同申請中國專利並於90年12月19日公告、申請號89221656.5的有關文件。
附圖2給出本實用新型的另一個實施例，這是一個戶內蓄熱式太陽能炊具的結構圖。其跟蹤過程為先由人工輸入勢能使聚焦反光部件1置位於虛線位置，再用手動高度角跟蹤機構2(也可用其它方式)調整反光部件1的傾角；時彈性元件3具有驅動由弧形軌道副4約束的旋轉拋物面聚焦反光部件1作繞球冠狀集熱元件5轉動的趨勢但為電動釋阻機構6(圖中以帶線圈活動銜鐵伸入與反光部件1相連的齒條齒槽來表示)所阻，每當陽光照射角順時針轉過一角度，光電元件7受光(也可用人工輸入動作信號)使電動釋阻機構6動作一次，這期間反光部件1因阻力消失被驅動轉過一個角度實現對陽光照射角的跟蹤。炊具的加熱過程為聚焦光線穿過集熱元件5的球冠狀玻璃真空夾套8在具有對聚焦光線具有極小入射角並塗有吸熱層的傳熱熱管9的熱端變為熱能傳向具有鍋狀外表的冷端。冷端內表面焊有用金屬或夾套式熱管封裝蓄熱材料製造的蓄熱元件10，夾套式熱管蓄熱元件用熱管包裹蓄熱材料的結構，具有很強的均溫特性和傳熱能力，適用於大功率蓄熱。蓄熱元件可製成各種形狀，也可直接置於吸熱液體中。用混合工業鹽類作蓄熱材料有成本低、相變溫度較適中的優點但蓄熱材料熱阻較大。在傳熱熱管9冷端與受熱容器11之間設計有一層間隙12，其中充填有傳熱油或其它傳熱液體，間隙12下面與一根另一端連接有可變體積容器13的管道相連，改變容器13體積可調節間隙12內傳熱油液面高度從而控制裝置對受熱容器11的加熱功率。加熱功率也可採用螺絲結構利用熱管冷端與鍋底兩者不同的彈性形變改變兩者間傳熱面積來加以調節，這種方式清潔、方便。
傳熱熱管採用多個熱端分別伸入多個管狀或球冠狀隔熱元件內，相應地裝置使用多個聚焦反光部件可獲得大功率的太陽能並降低裝置造價增強對氣候和使用場合的適應性；為增強這種大功率太陽能裝置的可靠性，可採用多個下級熱管與傳熱熱管串接將隔熱元件內的熱能駁接到傳熱熱管的方式以保證在個別單元不能正常工作時傳熱熱管仍能堅持工作。
將上述太陽能炊具的受熱容器改為鍋爐可製成太陽能鍋爐；如將其熱能工作裝置改為由鍋爐、蒸汽機和發電機組成的發電裝置或改為由鍋爐、噴射器和真空工作室或真空相變室等組成的蒸噴抽空工作裝置包括真空脫水、蒸溜、保鮮、洗滌和泵熱裝置，它就成為太陽能發電裝置或太陽能蒸噴抽空工作裝置；如將其傳熱熱管與受熱容器等改為鉗鍋或直接採用球冠狀真空透光隔熱元件則構成太陽能金屬冶煉設備或太陽能烘烤設備。
為提高熱效率和獲得一機多用的效果，可將兩個或兩個以上的熱能工作裝置相結合併將高溫熱能工作裝置如熱電偶發電裝置、蒸汽發電裝置、蒸溜裝置或泵熱裝置的放熱部分和其它裝置如開水器或熱水器的受熱部分合併或一體製造。
附圖3給出本實用新型的另一個實施例，這是一臺太陽能海水淡化裝置的結構圖。陽光經勢能可控驅動的聚焦反光部件1反射匯聚於球冠狀真空集熱元件2的吸熱層使其中的水變為蒸汽通過噴射器3對相變室4產生抽空作用並與其中的水汽混合到達冷凝室5凝結完成蒸溜過程。由於相變室4與冷凝室5之間有很強的換熱作用，即裝置利用壓縮蒸汽對真空相變室進行加熱，在裝置進入工作狀態後僅需依靠太陽能補充效率損失，其熱效率高。為加強蒸溜作用，可用太陽能蒸噴抽空裝置或其它抽空裝置通過排氣管6對冷凝室進行預抽空或反覆輔助抽空。
附圖4給出本實用新型的另一個實施例，這是一臺太陽能蒸溜裝置的結構圖。裝置工作時，陽光經勢能可控驅動的聚焦反光部件1匯聚穿過球冠狀玻璃真空隔熱元件2，使其中的吸熱液體3溫度升高並加熱蒸溜容器4中的液體至沸騰變為蒸汽充滿整個容器4並將容器4中其它氣體經上方的趕氣閥門5排出，這時關閉趕氣閥門5並使容器4的冷凝部位6和集液部位7外側的冷凝夾套8通入冷卻水加速容器4中蒸汽的冷凝，由於在接近真空的狀態下蒸溜使蒸溜效率提高，又由於工作溫度較低使有效工作時間延長；這臺裝置在提供淡水的同時又提供了熱水，其熱能利用率高。採用吸熱液體如炭黑著色的油具有大而穩定的加熱面積並且使太陽能裝置可方便地更換作為加熱負載的熱能工作裝置。
注*參《新能源》89年第8期《戶內太陽灶用蓄熱材料初探》
權利要求1.一維聚焦式太陽能收集和利用裝置、特別是太陽能開水器和熱水器、太陽能烘烤設備和太陽能淨水裝置，它由聚焦反光部件、太陽光跟蹤裝置、集熱元件包括在其水路中串接有光控或溫控閥的集熱元件或連接有將已加熱流體與待加熱流體換熱的熱交換裝置的集熱元件、用於淨水處理的其內置有二氧化鈦和待處理的水的玻璃管或隔熱元件及加熱負載包括傳熱熱管和熱能工作裝置等組成，通過對陽光的跟蹤使聚焦反光部件能有效地將陽光匯聚於集熱或隔熱元件內的吸熱物體變為熱能對加熱負載供熱或加熱，其跟蹤狀態可通過光纖或光電檢測裝置進行觀測，其特徵在於A.含有由一組用於約束聚焦反光部件的轉動副或弧形軌道移動副和手動齒傳動部件等組成的太陽光跟蹤機構或含有一個由光電傳感器和信號估計器、控制電路、由彈性元件或重物組成的勢能蓄能機構、負載運動約束機構和對勢能驅動的負載或傳動部件提供間隙性消失的阻力的電動釋阻機構等組成的勢能可控驅動的太陽光跟蹤裝置。B。含有透光隔熱元件、特別是含有玻璃夾套管狀真空隔熱元件。
2.聚焦式太陽能收集和利用裝置、特別是太陽能鍋爐、太陽能炊具、太陽能金屬冶煉設備及烘烤和蒸溜設備，它由聚焦反光部件、太陽光跟蹤裝置、集熱或隔熱元件和加熱負載或熱管包括具有多個熱端或多個與其串接的下級熱管的傳熱熱管和熱能工作裝置包括含有焊於傳熱熱管冷端內表、用金屬或夾套式熱管封裝蓄熱材料、特別是混合工業鹽類製造的蓄熱元件的熱能工作裝置等組成，通過對陽光的跟蹤使聚焦反光部件將陽光匯聚於集熱或隔熱元件內的吸熱物體變為熱能對加熱負載供熱或加熱，其特徵在於A.含有一個由光電傳感器和信號估計器、控制電路、由彈性元件或重物組成的勢能蓄能機構、負載運動約束機構和對勢能驅動的負載或傳動部件提供間隙性消失的阻力的電動釋阻機構等組成的勢能可控驅動的太陽光跟蹤裝置、特別是太陽光照射角跟蹤裝置。B.含有玻璃夾套球冠狀真空隔熱元件。
專利摘要聚焦式太陽能收集和利用裝置，它們由聚焦反光部件、手動太陽光跟蹤機構或一個由光電傳感器和信號估計器、控制電路、勢能蓄能機構及負載運動機構等組成的勢能可控驅動的太陽光跟蹤裝置、控制元件、蓄熱元件、集熱元件或透光隔熱元件、特別是玻璃夾套管狀或球冠狀真空隔熱元件及加熱負載包括傳熱熱管和各種熱能工件裝置等組成。用於製造太陽能開水器、戶內蓄熱式太陽能炊具及太陽能烘烤、淨水、蒸餾、種籽處理、發電裝置和熱泵。
文檔編號F24J2/38GK2097378SQ89221658
公開日1992年2月26日 申請日期1989年12月27日 優先權日1989年12月27日
發明者施國梁 申請人:施國梁