專利名稱：一種太陽能線性變焦單向跟蹤真空管利用系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及太陽能利用，特別是太陽能聚焦跟蹤焦點為直線的線性跟蹤以及
組成陣列跟蹤實現(xiàn)太陽能的熱發(fā)電、供暖、制冷、熱水、開水等綜合應用。
背景技術：
太陽能的熱應用主要采用玻璃真空管熱管技術，實現(xiàn)溫度為60度的熱水應用，太 陽能的高溫熱利用只要是采用槽式、塔式和蝶式三種太陽能采集技術，實現(xiàn)高溫的太陽能 熱發(fā)電應用?，F(xiàn)有的低溫60度的熱水應用是家庭型的小規(guī)模應用，由于沒有跟蹤系統(tǒng)因而 溫度不能提高，無法實現(xiàn)高溫的利用，而槽式、塔式和蝶式三種太陽能高溫采集技術，無法 實現(xiàn)小規(guī)模的家庭型應用，因而限制了技術的應用。 結合低溫真空管技術的現(xiàn)有的工業(yè)基礎，以及高溫太陽能的采集技術就可以實現(xiàn) 高溫的太陽能采集及利用，特別是采用真空管技術以及槽式太陽能采集技術相結合的技 術，可以實現(xiàn)家庭型的太陽能熱發(fā)電利用。 國際上的槽式系統(tǒng)的主要的跟蹤方式采用將一個換真空管設置在槽式系統(tǒng)的焦 線位置，在換真空管內充入導熱油，由電機驅動導熱油流動從而實現(xiàn)熱能的采集。在跟蹤太 陽能的過程中導熱油在管道內一起運動，在導熱油管道與流出端采用波紋管的方式實現(xiàn)運 動的管道與不運動的管之間的連接；由于波紋管需要耐高溫、可靠性高等要求，因而成為關 鍵器件，同時該種連接無法保證保溫性要求，因而系統(tǒng)的熱損高、成本高。因而需要降低成 本，提供效能、增加可靠性的技術與產(chǎn)品。 能否將普通的真空管技術與高溫采集技術結合，就可以結合中國的低溫真空管技 術的現(xiàn)有的工業(yè)基礎，利用高溫太陽能的采集技術就可以實現(xiàn)高溫的太陽能采集及利用， 特別是采用真空管技術以及槽式太陽能采集技術相結合的技術，可以實現(xiàn)家庭型的太陽能 熱發(fā)電、供暖、制冷、熱水、開水等利用。

發(fā)明內容本實用新型的目的就是提供一種太陽能線性變焦單向跟蹤真空管利用系統(tǒng)，采用 多個反射鏡、菲涅爾鏡、平面鏡組成的一組太陽能光學鏡，將每一個鏡的轉軸設置在一個直 線或非直線的器件上，每一個太陽能光學鏡可以繞軸進行轉動，利用玻璃真空管作為光熱 轉換器件，線聚焦的太陽能鏡將太陽能聚焦于真空管上，實現(xiàn)太陽能的聚焦采集以及利用。 由于真空管被設置在一個圓柱體區(qū)間內并且在地面或建筑物上，在太陽能鏡運動時保持不
動，因而其焦距是變化的變焦跟跟蹤，這樣實現(xiàn)了變焦跟蹤的太陽能熱發(fā)電、供暖、制冷、熱 水、開水等應用。 本實用新型提供了其陣列結構，適合于不同規(guī)模的系統(tǒng)，同時也適合于大規(guī)模的
利用太陽能，特別是太陽能的熱發(fā)電利用。 具體發(fā)明內容如下 —種太陽能線性變焦單向跟蹤真空管利用系統(tǒng)，包括至少一個太陽能真空管利用裝置、至少一組光學鏡其中每組光學鏡由至少一個太陽能線性聚焦光學鏡組成、為每組 光學鏡提供支撐太陽能鏡支架、使太陽能線性聚焦光學鏡能跟蹤太陽運動的太陽能跟蹤裝 置、動力驅動裝置、以及電子控制系統(tǒng)，其中每個太陽能線性聚焦光學鏡上設置有至少一個 轉軸，每組光學鏡的轉軸設置在太陽能鏡支架上，所述太陽能鏡支架與所述的太陽能跟蹤 裝置相連接，通過動力驅動裝置驅動太陽能跟蹤裝置使線性聚焦光學鏡進行運動，從而實 現(xiàn)使每組光學鏡的焦線始終保持在真空管所在的圓柱區(qū)域內，通過真空管實現(xiàn)對熱能的熱 發(fā)電、供暖、制冷、熱水、開水應用。 根據(jù)需要可以選擇不同類型的支架系統(tǒng)，太陽能鏡支架可以選擇平面直線型或非
直線型的器件，這樣可以適合于任何的形式的太陽能鏡的使用，可以根據(jù)需要選擇適合的 太陽能鏡。當然優(yōu)選于非直線型的支架，因為采用非直線的太陽能鏡支架可以為每組光學 鏡的運動提供更靈活和方便的支撐與運動軌跡，同時可以降低成本、提高跟蹤效率，非直線
型太陽能鏡支架通?？梢赃x擇下列至少一種形狀的器件 A、拋物線型； B、弧形； C、或圓形器件； D、多邊形支架； E、復合拋物線型。 由于線聚焦系統(tǒng)不動，可以將任何的真空管利用系統(tǒng)設置在此區(qū)域內，在焦線與 太陽能鏡的焦距范圍內，都可以設置真空管利用系統(tǒng)，根據(jù)溫度與空間等要求，可以選擇任 何不大于焦距的范圍設置真空管利用系統(tǒng)。 現(xiàn)有的低溫太陽能真空管中包括直通真空管、盲管真空管，所述的真空管包括直 通真空管、盲管真空管，在真空管內部還設置有下列器件之一 A、熱管，其中熱管的蒸發(fā)端設置真空管的內部，冷凝端在真空管的外部，熱管的冷 凝端設置有換熱裝置，將熱能進行傳遞和轉換。 B、內插管構成一個進口與一個出口的內插管，流體可以在管道內進行流動，從進 口流入內插管中，從而進入到真空管內部實現(xiàn)對流體的加熱，然后從出口流出，內插管可以 是金屬或非金屬的管。 所述跟蹤裝置包括由太陽能鏡支架、用于支撐整個系統(tǒng)的跟蹤支架、以及動力傳
輸機構，所述太陽能鏡支架設置在跟蹤支架上，所述動力傳輸裝置一端與驅動裝置進行連
接，至少另一端設置在轉軸上、太陽能鏡支架上或者太陽能鏡的邊框上。 任何通過動力驅動系統(tǒng)(6)驅動動力傳輸機構，都可以用于本實用新型的太陽能
跟蹤，所述的動力傳輸機構選擇下列之一 齒輪機構(10)、鏈條機構、渦輪蝸桿機構、鉸鏈機構。 其中當動力傳輸裝置(10)的另一端設置在太陽能線性聚焦光學鏡的轉軸上時， 轉軸與光學鏡固定連接，通過動力驅動裝置驅動傳輸裝置的齒輪或者鏈條或者鉸鏈機構， 使轉軸轉動，從而帶動太陽能線性聚焦光學鏡圍繞轉軸轉動；當動力傳輸裝置設置在太陽 能鏡支架上時，可以驅動太陽能鏡支架進行運動；當動力傳輸裝置設置直接設置在太陽能 線性聚焦光學鏡上時，可以直接驅動太陽能線性聚焦光學鏡進行運動。 太陽能線性聚焦光學鏡的焦線選擇下列方式之一進行放置與地球自轉軸平行、與地球自轉軸平行夾角最小、與地面平行、與水平面平行，優(yōu)選為與地球自轉軸平行放置。 為了達到最優(yōu)的單軸跟蹤，采用將線聚焦的軸線與地球自傳軸平行設置，同時采用將線聚 焦光學鏡以焦線為軸進行運動，取代太陽能鏡與焦線同時運動，實現(xiàn)了將焦線不運動的跟 蹤，這樣使得真空管技術等其他的真空管利用系統(tǒng)被應用于槽式系統(tǒng)，從而解決了槽式系 統(tǒng)的不足和應用限制。 在進行對太陽能的跟蹤過程中，可能出現(xiàn)跟蹤的誤差，或者部分的太陽光由于散
射等原因，經(jīng)過第一次的太陽能光學鏡線聚焦后太陽光處于真空管之外的區(qū)域，為了減少
此部分的損失，采用了二次聚焦，即在真空管上設置一個二次聚焦的太陽能鏡，將一次聚焦
損失的太陽能光經(jīng)二次聚焦后將太陽能光聚焦到真空管上，通常可以選擇至少下列一種二
次聚焦光學鏡(8)，在真空管利用系統(tǒng)的周圍，還設置有二次反射鏡，太陽能線性聚焦的光
學鏡以及二次反射鏡選擇自下列至少一種 A、線性復合拋物面反射鏡； B、線性菲涅爾透鏡或反射鏡； C、線性凹、凸透鏡； D、線性拋物面反射鏡； E 、玻璃、金屬、非金屬的平面反射鏡。 可以將二次聚焦光學鏡設置在真空管利用系統(tǒng)上，與一次聚焦的太陽能鏡一起轉 動，這個樣一次和二次聚焦的太陽能鏡可以采用同一個跟蹤設備和驅動設備實現(xiàn)對太陽能 的二次聚焦，提高了太陽能利用的效率。 通過動力驅動系統(tǒng)(6)驅動動力傳輸機構(IO)，實現(xiàn)對太陽能的跟蹤，所采用的 動力驅動系統(tǒng)裝置，選自下列之一 A、機械驅動器件，優(yōu)選為機械發(fā)條、彈簧、跟蹤； B、相變驅動裝置，采用密閉在一個空間的物質，隨著溫度的增大使其壓力的增大， 來推動運動機構，實現(xiàn)跟蹤； 上述A、B兩種跟蹤不需要耗費電能，成為無電驅動； C、利用電能帶動電機或液壓裝置驅動動力傳輸機構(10)來實現(xiàn)跟蹤； D、通過電或光的傳感器的信號，通過比較不同部位的太陽能轉化器件的電流、電
壓值和/或光亮度值，由計算機或單片機來調整電機(6)的運動實現(xiàn)的跟蹤； 上述C、 D兩種跟蹤需要耗費電能，成為耗電驅動。 為了便于使用，可以將該系統(tǒng)設置在不同的區(qū)域，既可以設置在地面，也可以設置 在建筑物頂部，通常采用多個真空管利用系統(tǒng)(1)設置為一個陣列，每個陣列可以設置在 一個共同的平臺上或設置在一個地面和/或建筑物的區(qū)域。其中至少有多個真空管利用系 統(tǒng)(1)設置為一個陣列，每個陣列由多組太陽能鏡、跟蹤系統(tǒng)、支架系統(tǒng)、真空管利用系統(tǒng) 組成，對同一排和/或同一列的真空管利用系統(tǒng)，共用一個動力驅動設備(6)。 至少有多個真空管利用系統(tǒng)設置為一個陣列，每個陣列由多組太陽能鏡、跟蹤系 統(tǒng)、支架系統(tǒng)、真空管利用系統(tǒng)組成，對同一排和/或同一列的真空管利用系統(tǒng)，共用一個 動力驅動設備，每個陣列可以設置在一個共同的平臺上或設置在一個地面和/或建筑物的 區(qū)域。 在每個陣列上設置多排、列真空管利用系統(tǒng)，每一個陣列上的每排或列真空管利用系統(tǒng)通過熱管進行換熱。 本實用新型選擇的方案是實現(xiàn)本實用新型目的的優(yōu)選方案，任何符合本實用新型
的原理的方案和技術、產(chǎn)品，都是本實用新型的保護范圍。 采用本實用新型的技術方案可以達到下列有益效果 1、本實用新型將真空管技術與線聚焦太陽能利用技術進行結合，實現(xiàn)了太陽能的 中高溫采集以及利用。 2、可以實現(xiàn)對熱能的高效利用，極大的擴展了槽式太陽能利用的技術與范圍，增 強了應用的可靠性，提高了系統(tǒng)的載重量。 3、可以便于實現(xiàn)陣列的真空管利用系統(tǒng)利用，實現(xiàn)不同的太陽能產(chǎn)品的高效的大 規(guī)模的利用。 4、可以適合于小型區(qū)域及家庭的綜合利用。
圖一是多拋物線反射鏡真空管利用系統(tǒng)側視圖 圖二是多玻璃反射鏡真空管利用系統(tǒng)圖 圖三是多菲涅爾反射鏡陣列跟蹤真空管利用系統(tǒng)圖 圖四是一組菲涅爾反射鏡陣列跟蹤真空管利用系統(tǒng)圖 圖中具體標號的含義如下 1 :真空管，2 :太陽能線聚焦光學鏡，3 :太陽能鏡支架，4 :跟蹤支架，5 :轉軸，6 :動 力驅動裝置(電機)，7 :齒輪，8 :二次太陽能反射鏡，9 :動力傳輸系統(tǒng)，IO :熱管傳熱系統(tǒng)； 11 、設置在熱管冷凝端的換熱器，12、內插管，13、內插熱管。
具體實施方式
實施例一 多拋物線反射鏡真空管利用系統(tǒng) 本圖為一個側視圖，太陽能鏡(2)為四個拋物面反射鏡(2)，在焦線區(qū)域設置有直 通真空管，在真空管內部設置有熱管，在真空管的真空層設置有太陽能涂層，拋物面鏡設置 在一個拋物線型的器件上，在每一個拋物線鏡上設置有一個軸，太陽能鏡可以沿著轉軸(5) 進行轉動，四個太陽能鏡通過不同的運動實現(xiàn)對太陽能的跟蹤。四個拋物線鏡采用同一個 驅動系統(tǒng)，傳遞機構為齒輪組，不同的太陽能鏡的齒輪齒數(shù)不同，從而可以采用不同的轉速 有驅動不同的太陽能鏡進行運動，實現(xiàn)對太陽能跟蹤及利用；在玻璃管外部還設置有二次 反射鏡，二次反射鏡將一次聚焦的太陽能反射到玻璃真空管上。 實施例二 多玻璃反射鏡真空管利用系統(tǒng) 如圖2所示，本例采用雙組玻璃反射鏡實現(xiàn)太陽能跟蹤，其中每一組太陽能鏡為2 個玻璃反射鏡，兩組玻璃反射鏡跟蹤系統(tǒng)串聯(lián)；真空管為雙通的玻璃管，在玻璃管內部設置 有金屬管道，在金屬管道內部流通被加熱的流體，采用導熱油為導熱流體，從金屬管的一端 進入后從另外一端排出，實現(xiàn)對熱能的發(fā)電、供暖、制冷等各種應用。四個玻璃反射鏡固定 在三個圓環(huán)型器件上，動力驅動裝置為一個電機(6)，動力傳輸裝置為設置在圓環(huán)上的齒輪 機構，電機通過齒輪機構驅動設置在圓環(huán)上的齒輪，使得玻璃鏡在圓環(huán)上進行轉到，實現(xiàn)了 對太陽能的跟蹤及熱利用。[0057] 實施例三、多菲涅爾反射鏡陣列跟蹤真空管利用系統(tǒng) 如圖三所示，本案例為多鏡陣列跟蹤系統(tǒng)，采用四個菲涅爾反射鏡，動力驅動裝置 為一個電機，電機通過鏈條的動力傳輸設備驅動兩個設置在焦線轉軸上的齒輪，實現(xiàn)對2*2 陣列的太陽能跟蹤，在兩個真空管的內部設置有熱管傳熱系統(tǒng)，在熱管的冷凝端設置有換 熱器，從而實現(xiàn)太陽能的各種熱能的利用。 實施例四、一組菲涅爾反射鏡陣列跟蹤真空管利用系統(tǒng) 如圖四所示，有三個菲涅爾鏡組成的一組太陽能鏡跟蹤系統(tǒng)，每個菲涅爾鏡設置 在兩個圓形的太陽能鏡支架上，每個菲涅爾鏡設置有兩個轉軸，動力部分為電機，通過電機 驅動三個齒輪組，分別實現(xiàn)對每一個菲涅爾的驅動，驅動部分的齒輪設置在菲涅爾鏡的轉 軸上，真空管為盲管真空管，在其內部插入熱管，熱管的蒸發(fā)端設置在玻璃管道的內部，其 冷凝端設置在焦線區(qū)域外部，通過設置在真空管冷凝端的換熱器進行換熱實現(xiàn)熱能的各種 綜合利用。 根據(jù)本實用新型的原理，可以實現(xiàn)其他的實施例，但是只要符合本實用新型的條 件，都屬于本實用新型的實施內容。
權利要求一種太陽能線性變焦單向跟蹤真空管利用系統(tǒng)，包括至少一個太陽能真空管利用裝置、至少一組光學鏡其中每組光學鏡由至少一個太陽能線性聚焦光學鏡組成、為每組光學鏡提供支撐太陽能鏡支架、使太陽能線性聚焦光學鏡能跟蹤太陽運動的太陽能跟蹤裝置、動力驅動裝置、以及電子控制系統(tǒng)，其特征是每個太陽能線性聚焦光學鏡上設置有至少一個轉軸，每組光學鏡的轉軸設置在太陽能鏡支架上，所述太陽能鏡支架與所述的太陽能跟蹤裝置相連接，通過動力驅動裝置驅動太陽能跟蹤裝置使線性聚焦光學鏡進行運動，從而實現(xiàn)使每組光學鏡的焦線始終保持在真空管所在的圓柱區(qū)域內。
2. 根據(jù)權利要求1所述太陽能線性變焦單向跟蹤真空管利用系統(tǒng)，其特征是所述的 太陽能鏡支架為平面直線型或非直線型，非直線型太陽能鏡支架選擇下列至少一種形狀的 器件A、 拋物線型；B、 弧形；C、 或圓形器件；D、 多邊形支架；E、 復合拋物線型。
3. 根據(jù)權利要求1、2所述的任一太陽能線性變焦單向跟蹤真空管利用系統(tǒng)，其特征 是所述的真空管裝置包括直通真空管、盲管真空管，在真空管內部還設置有下列器件之A、 熱管其中熱管的蒸發(fā)端設置真空管的內部，冷凝端在真空管的外部，熱管的冷凝端 設置有換熱裝置，將熱能進行傳遞和轉換；B、 內插管構成一個進口與一個出口的內插管，流體可以在管道內進行流動，內插管可 以是金屬或非金屬的管。
4. 根據(jù)權利要求1、2所述的任一太陽能線性變焦單向跟蹤真空管利用系統(tǒng)，其特征 是所述跟蹤裝置包括用于支撐整個系統(tǒng)的跟蹤支架和動力傳輸機構，所述太陽能鏡支架 設置在跟蹤支架上，所述動力傳輸裝置一端與驅動裝置進行連接，至少另一端設置在轉軸 上、太陽能鏡支架上或者太陽能鏡的邊框上。
5. 根據(jù)權利要求4所述太陽能線性變焦單向跟蹤真空管利用系統(tǒng)，其特征是所述動 力傳輸機構選擇下列之一 齒輪機構、鏈條機構、渦輪蝸桿機構、鉸鏈機構。
6. 根據(jù)權利要求1、2所述的任一太陽能線性變焦單向跟蹤真空管利用系統(tǒng)，其特征 是太陽能線性聚焦光學鏡的焦線選擇下列方式之一進行放置與地球自轉軸平行、與地 球自轉軸平行夾角最小、與地面平行、與水平面平行。
7. 根據(jù)權利要求1、2所述任一太陽能線性變焦單向跟蹤真空管利用系統(tǒng)，其特征是 在太陽能真空管利用系統(tǒng)的周圍，還設置有二次反射鏡，太陽能線性聚焦的光學鏡以及二 次反射鏡選擇自下列至少一種A、 線性復合拋物面反射鏡；B、 線性菲涅爾透鏡或反射鏡；C、 線性凹、凸透鏡；D、 線性拋物面反射鏡；E、 玻璃、金屬、非金屬的平面反射鏡。
8. 根據(jù)權利要求1、2所述任一太陽能線性變焦單向跟蹤真空管利用系統(tǒng)，其特征是 所采用的動力驅動系統(tǒng)裝置，選自下列之一 A、 機械驅動器件，優(yōu)選為機械發(fā)條、彈簧、跟蹤；B、 相變驅動裝置，采用密閉在一個空間的物質，隨著溫度的增大使其壓力的增大，來推 動運動機構，實現(xiàn)跟蹤；C、 利用電能帶動電機或液壓裝置驅動動力傳輸機構來實現(xiàn)跟蹤；D、 通過電或光的傳感器的信號，通過比較不同部位的太陽能轉化器件的電流、電壓值 和/或光亮度值，由計算機或單片機來調整電機的運動實現(xiàn)的跟蹤。
9. 根據(jù)權利要求1、2所述的任一太陽能線性變焦單向跟蹤真空管利用系統(tǒng)，其特征是至少有多個太陽能真空管利用系統(tǒng)設置為一個陣列，每個陣列由多組太陽能鏡、跟蹤系 統(tǒng)、支架系統(tǒng)、太陽能真空管利用系統(tǒng)組成，對同一排和/或同一列的太陽能真空管利用系 統(tǒng)，共用一個動力驅動設備，每個陣列可以設置在一個共同的平臺上或設置在一個地面和/ 或建筑物的區(qū)域。
10. 根據(jù)權利要求9所述太陽能線性變焦單向跟蹤真空管利用系統(tǒng)，其特征是在每個 陣列上設置多排、列太陽能真空管利用系統(tǒng)，每一個陣列上的每排或列太陽能真空管利用 系統(tǒng)通過熱管進行換熱。
專利摘要本實用新型公布了一種太陽能線性變焦單向跟蹤真空管利用系統(tǒng)，采用多個反射鏡、菲涅爾鏡、平面鏡組成的一組太陽能光學鏡，將每一個鏡的轉軸設置在一個直線或非直線的器件上，每一個太陽能光學鏡可以繞軸進行轉動，利用玻璃真空管作為光熱轉換器件，線聚焦的太陽能鏡將太陽能聚焦于真空管上，實現(xiàn)太陽能的聚焦采集以及利用。由于真空管被設置在一個圓柱體區(qū)間內并且在地面或建筑物上，在太陽能鏡運動時保持不動，因而其焦距是變化的變焦跟蹤，這樣實現(xiàn)了變焦跟蹤的太陽能熱發(fā)電、供暖、制冷、熱水、開水等應用。本實用新型提供了其陣列結構，適合于不同規(guī)模的系統(tǒng)，同時也適合于大規(guī)模的利用太陽能，特別是太陽能的熱發(fā)電利用。
文檔編號F24J2/38GK201503154SQ20092030147
公開日2010年6月9日 申請日期2009年3月22日 優(yōu)先權日2009年3月22日
發(fā)明者李建民 申請人:北京智慧劍科技發(fā)展有限責任公司