一種梯級升溫數控太陽能鍋爐的製作方法

2023-05-01 14:51:36 3

專利名稱：一種梯級升溫數控太陽能鍋爐的製作方法
一種梯級升溫數控太陽能鍋爐，它是一種太陽能轉換裝置，可用於各種工業及民用太陽能採集裝置中，如太陽能發電等設備中。
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。太陽能是一種乾淨、無汙染和對環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(在單位時間裡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。使用水等吸熱介質換能，由於換能元件表面本身與外界也在進行熱交換(對流和輻射)，產生較多的熱量損失，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。但由於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構複雜，體積龐大，而且使用中的維護等也使裝置運行成本增加。
本發明的目的是發明一種梯級升溫數控太陽能鍋爐，不用做跟蹤運動，並可輸出較高溫度的中品位熱能。
本發明的結構如附

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並使軸線與水平面的夾角等於使用地緯度值，其特徵在於真空吸熱管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並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，並排排列，在每一個反射鏡2相應位置上有一個真空吸熱管3，真空吸熱管3相互串聯，在總輸入端接有數控循環泵4，在總輸出端接有熱交換器5，熱交換器5吸熱工質輸出口與數控循環泵4的輸入端相連，熱交換器5上有傳熱工質輸入和輸出口，在傳熱工質輸出口處有輸出溫度傳感器6，在串聯的真空吸熱管3的總輸入端處裝有溫度傳感器7，在串聯的真空吸熱管3的總輸出端處裝有溫度傳感器8，有標準工業控制介面10，其內插有與溫度傳感器6、7和8相連的測量適配模塊11、12和13，還插有與數控循環泵4的控制端相連並對其控制的控制適配模塊14，標準工業控制介面10通過標準串行通訊接口與可和其它設備共用的中央控制計算機9相連。
附圖1為本發明的結構示意圖。
附圖2為本發明垂直剖面圖。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構示意圖。
本發明的工作原理如下在數控循環泵4的推動下，吸熱工質在各真空吸熱管3和熱交換器5中循環。吸熱工質在真空吸熱管3中通過時，吸收由真空吸熱管3內壁吸收到的太陽光熱量，使吸熱工質的溫度上升。由於真空吸熱管3是串聯的，吸熱工質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，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完成吸熱過程後，進入到熱交換器5，在那裡與傳熱工質進行熱交換，吸熱工質所吸收的太陽光熱量傳遞給傳熱工質，使用傳熱工質輸出能量。
圓弧反射鏡2有對於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。本發明所採用的真空吸熱管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。當入射陽光相對於反射鏡2方向的角度不大時，其反射後陽光聚焦位置的焦面圓弧和真空吸熱管3對應圓弧差不大，真空吸熱管3不要求聚焦的質量，因此有一些散交是允許的，而且也是必須的。這時，散焦後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。當陽光入射角大於一定角度(如附圖4所示)時，只有真空吸熱管3右側的反射鏡2起作用，它的陽光反射後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麼位置，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的表面積小於反射鏡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。
本發明採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後基本都投射到真空吸熱管的表面。由於真空吸熱管的表面積小於反射鏡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。這可以提高轉換效率，降低成本。由於反射的陽光投射到圓弧焦面處，無需轉動反射鏡，它沒有運動部件，結構簡單，無需維護。
本發明使用多個真空吸熱管串聯的方法來達到使吸熱工質得到所需要的溫升。一方面，這可以避免由於單個真空吸熱管產生大溫升所帶來的效率下降問題。另一方面，只有少數幾個真空吸熱中的吸熱工質熱處於高溫狀態，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。本發明採用由中央控制計算機、標準工業控制介面和其內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，使本發明可以方便的運行於最佳狀態。
本發明中的真空吸熱管3的數目可以是兩支、三支、四支，以及十幾支或是幾十支，它由所需達到的溫升和採熱面積決定。在要求溫升高，採熱面積大(要求輸出的功率大)時，真空吸熱管3的數目也應多一些，最佳值在8～16之間，過多時，製造和連接困難，過少時單個真空吸熱管3的溫升增加，效率降低。
採用二次循環供熱的方法是為解決高溫供熱時吸熱工質析出有害物質結垢而使工作效率降低的問題。採用二次循環，吸熱工質可以採用經過特殊處理的水等成本較高的物質，使本發明能保持長時間運行。
本發明中的多個反射鏡2可以多個並排放置於支架上，還可以採用如象瓦楞鐵相似的開關，採用在一個整張薄板上壓製出多個凹形波面，每一個波面對應一個單體反射鏡2，在本發明中，各個真空吸熱管3之間的連接，應儘量短，可以採用蛇形連接，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之間的連接處應使用絕熱材料包覆，以減少熱損失。
在本發明中，真空吸熱管3可以採用市場出售的標準直形真空吸熱管，也可以自制，採用雙層套接蛇形管，每一個直邊對應一個真空吸熱管，其外層為透明玻璃，內層可以是塗有吸熱材料的玻璃。也可以是通過發黑處理過的鋁管或銅管，在內外管之間抽真空，以避免對流散熱。
本發明中，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投射到真空吸熱管3的表面，其最好值為四分之一。
苯發明的反射鏡1可以採用在指向方向分割縮進的結構形式，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。
在本發明中，數控循環泵4為數控三端器件驅動的液體泵。數控三端器件可以使用如專利申請號為CN91101413.6的數控三端器件，也可以使用如專利號為CN91200002的數控三端器件。數控循環泵4還可以使用如專利號為CN92209705的機電一體化數控鍋爐給水泵。
在本發明中，標準工業控制介面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可以採用OPTO 22公司的AD3或類似的A/D轉換模塊。適配模塊14可選用OPTO 22公司的DF3或類似的D/F轉換模塊。
權利要求
1.一種梯級升溫數控太陽能鍋爐，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並使軸線與水平面的夾角等於使用地緯度值，其特徵在於真空吸熱管(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並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，並排排列，在每一個反射鏡(2)相應位置上有一個真空吸熱管(3)，真空吸熱管(3)相互串聯，在總輸入端接有數控循環泵(4)，在總輸出端接有熱交換器(5)，熱交換器(5)吸熱工質輸出口與數控循環泵(4)的輸入端相連，熱交換器(5)上有傳熱工質輸入和輸出口，在傳熱工質輸出口處有輸出溫度傳感器(6)，在串聯的真空吸熱管(3)的總輸入端處裝有溫度傳感器(7)，在串聯的真空吸熱管(3)的總輸出端處裝有溫度傳感器(8)，有標準工業控制介面(10)，其內插有與溫度傳感器(6)、(7)和(8)相連的測量適配模塊(11)、(12)和(13)，還插有與數控循環泵(4)的控制端相連並對其控制的控制適配模塊(14)，標準工業控制介面(10)通過標準串行通訊接口與可和其它設備共用的中央控制計算機(9)相連。
全文摘要
一種梯級升溫數控太陽能鍋爐，它有支架、反射鏡、真空吸熱管，其特徵在於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，每一個反射鏡相應位置上有一個真空吸熱管，真空吸熱管相互串聯，在總輸入端接有數控循環泵，有機電一體化的測控方式。使用多個真空吸熱管串聯的方法來達到使吸熱工質得到所需要的溫升，熱損失少，可以得到較高品位的熱量輸出。採用機電一體化方式，使本發明可以方便的運行於最佳狀態。
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 優先權日1993年9月25日
發明者石行 申請人:北京市西城區新開通用試驗廠