一种太阳能集热器的制作方法

1.本发明涉及太阳能领域，尤其是涉及一种太阳能集热器。


背景技术：

2.目前，太阳能利用的方法主要有两种：生产热水和发电。前者的技术路线主要是家用太阳能热水器和商用热水系统，后者的技术路线主要是光伏电站和光热电站。应用最为广泛的技术路线是家用太阳能热水器、商用热水系统和光伏电站，而光热电站总体上仍然处于示范性项目阶段，距离大规模商业化仍然遥遥无期。光热电站难以大规模商业化的原因主要是：槽式光热电站和塔式光热电站需要建设在广阔的平整地面上，规模越大成本越低，无法实现小型的分布式电站，因此高度依赖政府投资的大型电站项目，产量很难提高，而低产量又反过来制约了产业链的成熟和成本的下降；碟式光热电站虽然适合实现分布式电站，但是斯特林发动机的制造成本实在太高，很难降到与光伏相当的水平。
3.家用太阳能热水器和商用热水系统的主要缺点有：(1)不能主动跟踪太阳，集热效率不够高；(2)水箱和真空管内长期储水，会结水垢；(3)在严寒地区使用时，存在结冰爆裂的隐患；(4)不能发电，也不能生产蒸汽，适用范围不广；(4)不好看。
4.光伏电站的主要缺点有：(1)光电转换效率不够高，而且还会逐年衰减；(2)不采用主动跟踪太阳的技术时，集热效率不够高，但采用之后投资成本将增加；(3)无法实现热电联供，能量利用率低；(4)容易受到天气影响，发电功率不平稳；(5)发出来的电必须立即输送到电网上，需要电网进行电力调度，所以对电网的吸纳能力要求很高，这也是导致“弃光限电”的主要原因之一。
5.如果市场上能提供这样的产品：它能够将阳光转化成200摄氏度以上的高品位热能并且储存起来，然后再根据用户的实际需求，利用已储存的高品位热能来生产热水、蒸汽和电力等，只用一款产品就能实现诸多产品的功能，而且制造成本还很便宜，那么现有技术的各种缺点就能得到很好的解决了。


技术实现要素：

6.本技术提供了一种结构简洁、造价低廉的太阳能集热器，可以将阳光转化200摄氏度以上的高品位热能，还可以在支撑机构上进行圆周转动。
7.本技术的技术方案如下：
8.一种太阳能集热器，包括罐体3，所述罐体3顶部设置保温玻璃窗1，所述保温玻璃窗1下接光热转化器2，所述罐体3中部两侧分别设置一个支撑环4；
9.所述光热转化器2包括侧壁12和底部13；所述侧壁12和底部13连接成一个桶形结构，该桶形结构的开口为光线入口11，连接保温玻璃窗1；
10.所述保温玻璃窗1安装在所述光热转化器2的光线入口11处，光线可以透过保温玻璃窗1照射到光热转化器2的内表面；所述光热转化器2的内表面为黑色；
11.所述罐体3上部开设安装口14；所述光热转化器2的侧壁12的上端部位连接在安装
口14上，从而嵌入罐体3内部，使得整个底部13以及侧壁12中、下端部分都位于罐体3内部；且所述光热转化器2的侧壁12与安装口14的边缘密封连接，使得光热转化器2与罐体3内壁之间作为一个整体形成了一个封闭的油仓6；所述油仓6内部填充有蓄热介质；
12.所述支撑环4为薄壁圆筒结构，该薄壁圆筒结构两端的圆面所在的平面称为端面15；所述支撑环4的一端连接到罐体3上；且两个支撑环4的端面15相互平行；
13.所述支撑环4与光热转化器2的位置关系是：将两个支撑环4的端面15的圆心接起来，所得到的直线称为俯仰转动轴7；所述俯仰转动轴7不仅垂直于支撑环4的端面15，而且平行于光热转化器2的光线入口11所在的平面；
14.所述支撑环4的端面15连接到罐体3之后，两者的接触区域为一个圆环，位于该圆环内部的罐体3上设置一个输油孔5；每个支撑环4对应一个输油孔5，罐体3上一共有两个输油孔5；所述蓄热介质其中一个输油孔5流入油仓6，从另一个输油孔5流出油仓。
15.优选的，所述罐体3的外部表面覆盖有保温材料8。
16.优选的，所述保温玻璃窗1的材料是真空玻璃或者多层中空玻璃。
17.优选的，所述蓄热介质为工作温度不小于200摄氏度的导热油。
18.优选的，所述支撑环4上设置螺纹9。
19.优选的，所述罐体3上设置加油孔9；在罐体3上选定加油孔9位置的条件是：过所述俯仰转动轴7作任一平面，罐体3在该平面上的投影的轮廓是一条曲线，该曲线上距离俯仰转动轴7最远的点就是加油孔9的位置。
20.本技术的原理是：
21.阳光被聚集到薄壁桶形结构的光热转化器2内部之后，会在金属器壁上发生多次反射。光子与金属器壁上的电子发生碰撞，导致电子吸收光子并进行能级跃迁，宏观上看就是金属被加热了。只要阳光不再从光热转化器2的光线入口11反射出来，最终都会转化为热能。
22.光热转化器2把阳光转化为热能之后，通过热传导把蓄热介质加热。为了不让蓄热介质的热量散失到外界，在罐体3上包裹了保温材料8、在光热转化器2的光线入口11安装了保温玻璃窗1。如此一来，阳光会源源不断转化为热能，相当于热量源源不断地输入蓄热介质；在保温材料8和保温玻璃窗2的作用下，蓄热介质的热量很难输出到外界，因此温度将会不断升高。随着温度的升高，蓄热介质与外界的温差逐渐增大，蓄热介质的热量输出也逐渐增大，最终热量的输入与输出达到了平衡，温度不再增加。
23.本技术的设计理念是：
24.(1)摒弃了传统的设计思路，不再根据“加热蓄热介质”和“盛放蓄热介质”这两个功能划分出两个部件并分开设计，而是在盛放蓄热介质的容器上增加了加热器，将两者融为一体，既简化了产品结构，又降低了制造成本；
25.(2)设计了独有的支撑结构，使得整个集热器被支撑起来后，能够进行圆周转动，有利于光热利用产品的整机设计。
26.本技术采用了简单的机械结构和成熟的制造工艺，量产成本不到200元，经济效益非常显著。基于本技术可以制作出一种全新的光热利用产品，将阳光转化成200摄氏度以上的高品位热能并且储存起来，然后再根据用户的实际需求，利用已储存的高品位热能来生产热水、蒸汽和电力等，不仅用途广泛，而且成本低廉。
附图说明
27.附图1是本发明的剖面图。图中的标记为：1-保温玻璃窗；2-光热转化器；3-罐体；4-支撑环；5-输油孔；6-油仓；7-俯仰转动轴；8-保温材料；9-螺纹；10-加油孔。
28.附图2是蓄热容器的爆炸图。图中的标记为：1-保温玻璃窗；2-光热转化器；3-罐体；4-支撑环；8-保温材料；11-光线入口；12-侧壁；13-底部；14-安装口；15-端面；16-隔热支撑装置；17-轴承；18-旋转接头；19-外壳。
29.附图3是本发明的实施例图。图中的标记为：1-保温玻璃窗；16-蓄热容器；20-一次反光镜；21-二次反光镜；22-二次反光镜支撑杆；23-蓄热容器支撑臂；24-俯仰转动云台；25-俯仰转动电机；26-云台支撑脚；27-滚轮组件；28-水平转动轨道；29-水平转动电机。
具体实施方式
30.下面结合附图1、2、3，对本发明进行具体描述。
31.实施例
32.如附图3所示，本实施例主要由碟式太阳能聚光镜、蓄热容器16、蓄热容器支撑臂23、俯仰转动云台24、俯仰转动电机25、云台支撑脚26、滚轮组件27、水平转动轨道28、水平转动电机29组成，其功能是：根据太阳方位角调节碟式太阳能聚光镜的方位角，将阳光聚集到蓄热容器16中并转化成导热油的热能，然后保温储能；再根据用户的实际需求，将导热油从蓄热容器16中抽出，通过换热器生产热水、蒸汽和电力等；
33.如附图1、2所示，太阳能集热器由保温玻璃窗1、光热转化器2、罐体3、支撑环4、输油孔5、加油孔10组成；
34.光热转化器2包括侧壁12和底部13；侧壁12和底部13连接成一个薄壁桶形结构，该薄壁桶形结构的开口即为光线入口11，连接保温玻璃窗1；
35.保温玻璃窗1的材料是真空玻璃或者多层中空玻璃，安装在光热转化器2的光线入口11处，光线可以透过所述保温玻璃窗1照射到光热转化器2的内表面；光热转化器2的内表面为黑色；光热转化器2的功能是将从光线入口11进入光热转化器2内部的光线转化为热能；
36.罐体3上有安装口14，光热转化器2的侧壁12的上端部位连接在安装口14上，从而嵌入罐体3内部，使得整个底部13以及侧壁12中、下端部分都位于罐体3内部；光热转化器2的侧壁12与安装口14的边缘相连接，使得光热转化器2与罐体3作为一个整体形成了一个封闭的油仓6，油仓6内部填充有工作温度不小于200摄氏度的导热油；
37.支撑环4为薄壁圆筒结构，该薄壁圆筒结构两端的圆面所在的平面称为端面15；支撑环4的一端连接到罐体3上；连接到罐体3的支撑环4一共有两个，而且这两个支撑环4的端面15相互平行；
38.支撑环4位于罐体3的中部两侧，与光热转化器2的位置关系是：将两个所述支撑环4的端面15的圆心连接起来，所得到的直线称为俯仰转动轴7；俯仰转动轴7不仅垂直于支撑环4的端面15，而且平行于光热转化器2的光线入口11所在的平面；
39.支撑环4的端面15连接到罐体3之后，两者的接触区域在罐体3上划分出一块圆形区域，该圆形区域内设置一个输油孔5；每个支撑环4对应一个输油孔5，罐体3上一共有2个输油孔5；导热油从其中一个输油孔5流入油仓6，从另一个输油孔5流出油仓；
40.旋转接头18连接到输油孔5上，作用是保证输油管道在太阳能集热器围绕俯仰转动轴7做圆周运动时不会扭曲变形；
41.罐体3上设置加油孔9；在罐体3上选定加油孔9位置的条件是：过所述俯仰转动轴7作任一平面，罐体3在该平面上的投影的轮廓是一条曲线，该曲线上距离俯仰转动轴7最远的点就是加油孔9的位置；加油孔9的作用是往油仓6内填充导热油；
42.罐体3的外部表面覆盖有保温材料8；外壳19包裹在整个太阳能集热器的外表面，作用主要是保护保温材料8；
43.支撑环4通过螺纹9与隔热支撑装置16连接；隔热支撑装置16上安装有轴承17；
44.太阳能集热器、隔热支撑装置16、旋转接头18和外壳19共同组成了蓄热容器16；
45.如附图3所示，碟式太阳能聚光镜由一次反光镜20、二次反光镜21、二次反光镜支撑杆22组成；一次反光镜20通过螺栓螺母等连接件固定在蓄热容器16上，二次反光镜21通过二次反光镜支撑杆22连接到蓄热容器16上；
46.蓄热容器16通过隔热支撑装置16上的轴承17连接到蓄热容器支撑臂23上，蓄热容器支撑臂23固定在俯仰转动云台24上；碟式太阳能聚光镜与蓄热容器16作为一个整体在云台24上拥有俯仰转动的自由度，可在俯仰转动电机25及减速传动机构的作用下实现俯仰转动；
47.俯仰转动云台24通过支撑脚26连接到滚轮组件27上，滚轮组件27可在水平转动轨道28上进行水平转动；水平转动轨道28上设置有内齿轮，与水平转动电机29的外齿轮互相啮合；碟式太阳能聚光镜、蓄热容器16、蓄热容器支撑臂23、俯仰转动云台24、支撑脚26、滚轮组件27等设备作为一个整体拥有水平转动的自由度，可在水平转动电机29的驱动下在水平转动轨道28上进行水平转动。
48.本实施例的工作流程为：
49.蓄热容器16上安装有九轴加速度陀螺仪角度传感器，可测量出碟式太阳能聚光镜的方位角；
50.单片机控制系统根据当地经纬度、日期和时间计算出太阳的方位角；
51.单片机控制系统根据碟式太阳能聚光镜方位角与太阳方位角的差值，驱动俯仰转动电机25和水平转动电机29，将该差值调节至误差允许范围内；
52.碟式太阳能聚光镜将阳光聚集到光热转化器2内部，把光热转化器2加热，光热转化器2再把油仓6内的导热油加热；
53.油仓6内的导热油在保温材料8的作用下，可实现长时间保温蓄热；
54.在油泵的作用下，油仓6内的导热油可以从旋转接头18中抽出，再通过换热器生成热水、蒸汽和电力等。