專利名稱：多級組合軌道跟蹤式太陽能蒸汽鍋爐的制作方法
技術領域：
本實用新型是涉及一種鍋爐，具體是一種多級組合軌道跟蹤式太陽能蒸汽鍋爐。
背景技術：
當前我國絕大部分的工業用蒸汽鍋爐，基本都是燃煤、燃油、燃氣的蒸汽鍋爐。 蒸汽鍋爐的用途很多，作用很大，但蒸汽鍋爐的能耗很大，污染也很嚴重。由于資 源緊張，煤炭短缺，煤價不斷上漲，使用蒸汽鍋爐的企業^艮難承受，負擔4艮重。開 發利用可再生能源，利用太陽能蒸汽鍋爐是很好的解決辦法，陽光普照大地處處有， 不需要運輸，不用花錢購買，沒有污染，沒有廢渣，免費供應時間長久，能量巨大。目前雖然已有太陽能蒸汽鍋爐的實用新型和使用，但是傳統聚焦鏡跟蹤太陽能 裝置一般都是把接收器(集熱器)固定在聚焦鏡的焦點上，太陽轉動時它只是在固 定的位置上跟著轉，聚焦鏡面對著太陽，對準太陽的方向不斷移動，固定聚焦鏡的 位置始終沒有變動，只是方向的改變。其缺點是鍋爐(接收器)和聚焦鏡的體積 受到限制，不能很大；集熱器的集熱效果較差；機動性差，遇到強臺風、冰雹等必 須整體移動，很不方便；不便于清洗、保養、更換部件；跟蹤機構復雜，不便于聚 焦鏡集熱器的調控；集熱過程過于簡單，方法單一；產生蒸汽的時間過長，蒸汽產 生量很少；占用場地面積過大，不能滿足太陽能設備的要求；不能很好的連續產蒸 汽；缺乏實際應用的辦法，不適合中國的國情等原因，而不能推廣；實用新型內容本實用新型的目的就是提供一種多級組合軌道跟蹤式太陽能蒸汽鍋爐，以解決 現有技術存在的接收器和聚焦鏡的體積受到限制，不能很大；集熱器的集熱效果較 差；機動性差，遇到強臺風、水雹等必須整體移動，很不方便；不便于清洗、保養、 更換部件；跟蹤機構復雜，不便于聚焦鏡集熱器的調控；集熱過程過于簡單，方法 單一；產生蒸汽的時間過長，蒸汽產生量很少；占用場地面積過大，不能滿足太陽能設備的要求；以及不能很好的連續產蒸汽的問題。
本實用新型的技術方案是包括蒸汽集熱器，該蒸汽集熱器包括聚光裝置、支 架和集熱器本體，聚光裝置連接在支架的頂端，在所述的聚光裝置的焦點或焦線上 設置集熱器本體，其特征在于所述的支架的下方的地面上裝有兩根相互平行的弧 形軌道，在所述的支架的底部裝有在該軌道上行走的滾輪；所述的弧形軌道的圓心 與所述的聚光裝置的焦點重合，并將所述的集熱器本體置于該焦點處。
還包括至少一級預熱器，該預熱器的出水口與所述的集熱器本體的進水口連接。
所述的預熱器采用平板太陽能集熱器、全玻璃真空管集熱器、熱管式真空管集 熱器、金屬吸熱體真空管集熱器或用常規燃料的加熱器。 所述的集熱器本體為圓柱形。
所述的集熱器本體面對聚光裝置的一側為平面，在該集熱器本體的底端裝有旋 轉裝置，并在該集熱器本體與所述的蒸汽集熱器的支架之間連接一同步連桿。
還包括安裝在建筑物或其他物體上的附加聚焦反光板，將太陽光直接反射到所 述的集熱器本體上或其他各級的集熱器的受光面上。
在所述的集熱器本體的下面裝有保溫水箱，該水箱的進水口通過一個三通轉換 閥與所述的一級集熱器的出水口和集熱器本體的進水口連接，通過該三通轉換閥將 流出 一級集熱器出水口的水流在集熱器本體或保溫水箱之間轉換。 在所述的集熱器本體的進水口上連接有只能進水的單向閥門。 在所述的集熱器本體的進水口上連接有只能進水的單向閥門。 所述的聚光裝置采用截面為拋物面的線聚焦反射鏡、拋物面聚焦反光鏡或凸透鏡。
本實用新型的特點是多元組合式利用太陽能，巧妙利用各種太陽能集熱器的優 點，利用一切辦法收集太陽能光輻射能量，連續不斷的為流過集熱器的液體進行加 熱，它能夠有效克服太陽能量供給的分散性、隨機性、間歇性缺點，可以在很短的 時間內，能夠產生大量高溫、高壓的蒸汽，為太陽能蒸汽鍋爐真正的開發利用掃平 了障礙；利于軌道跟蹤太陽的優點是集熱器本體可以設置很大、很特殊，不受聚 焦鏡的影響；集熱器本體也可以自由轉動，提高集熱效果，不受聚焦鏡的約束；沒 有集熱器本體與聚焦鏡支撐連在一起，聚焦鏡也可以設置很高、很大；提高集熱器 的集熱效果，比目前國外設置的固定反射鏡效果好，能夠減少折射損失；機動性強，遇到強臺風、冰雹等可以升降，也可以把巨大的聚焦鏡推進庫房；便于清洗、保養、更換部件；便于聚焦鏡集熱器的調控；可以隨意搬遷而不受損失；雙軌跨度很大， 安全系數很高。
圖1是本實用新型的二元系統并與用戶散熱器連接的實施例的構成框圖； 圖2是本實用新型三元系統的實施例的構成框圖； 圖3是本實用新型多元系統的實施例的構成框圖；圖4是本實用新型二元系統(集熱器本體不轉動)實施例的結構示意圖； 圖5是本實用新型二元系統(集熱器本體與聚光裝置同步轉動)實施例的結 構示意圖；圖6是圖4的俯視圖； 圖7是圖5的俯視圖；圖8是本實用新型三元系統實施例的結構示意圖； 圖9是本實用新型五元系統實施例的結構示意圖。
具體實施方式
參見圖l-圖9，本實用新型采用多級組合式太陽能集熱器對水加熱熱，首先 利用一級或二級的非聚焦式太陽能集熱器1或2加熱到85 20(TC左右，然后送入 蒸汽集熱器4 (二元和三元組合)；或再經過第三級聚焦式太陽能集熱器3預熱， 再由蒸汽集熱器4繼續加熱(四元組合)，溫度可達400。C以上，能產生大量的高 壓水蒸汽。還包括至少 一級預熱器，該預熱器的出水口與所述的集熱器本體的進水口連接。如圖1、圖4和圖5所示，本實用新型的二元系統所述的蒸汽集熱器4包括聚 光裝置42、支架43和集熱器本體41,聚光裝置42連接在支架43的頂端，在所述 的聚光裝置42的焦點或焦線上設置集熱器本體41。其特征在于所述的支架43 的下方的地面上裝有兩+艮相互平行的弧形軌道14，在所述的支架43的底部裝有在 該軌道上行走的滾輪13。所述的弧形軌道14的圓心與所述的聚光裝置42的焦點 重合，并將所述的集熱器本體41置于該焦點處。在支架43上可配備大陽自動日跟蹤裝置(也可人工驅動)，從日出跟蹤到日落；還可配備跟蹤太陽仰角的機構，調整聚光裝置42的仰角。所述的集熱器本體41為固定安裝，其形狀為圓柱形，蒸汽集熱器4的聚光裝 置42圍繞集熱器本體41轉動日出日落的角度，圓柱形的集熱器本體41利于在各 種角度接收聚集的太陽光束(參見圖4和圖6)。另外一種結構是，所述的集熱器本體41面對聚光裝置42的一側為平面(參見 圖5和圖7 ),在該集熱器本體41的支架44的底端裝有旋轉裝置16 (繞聚光焦點 轉動)，并在該集熱器本體41與所述的蒸汽集熱器的支架43之間連接一同步連桿 15，使得二者同步轉動。這種結構的優點是集熱器本體41的一側始終面對聚光裝 置42,是太陽光以最大角度入射，獲得最大的熱效該實施例設有一級預熱器(一級集熱器1),其出水口與所述的蒸汽集熱器4 的進水口連接，該一級集熱器1可采用平板太陽能集熱器、全玻璃真空管集熱器、 熱管式真空管集熱器或金屬吸熱體真空管集熱器。所述的聚光裝置42采用拋物面 聚焦反光鏡(或凸透鏡)。本實用新型的二元組合式太陽能蒸汽鍋爐，首先經過一 級的平板式太陽能集熱器1將流過的水加熱到85°C,然后把85。C的水送入集熱器 本體41，由蒸汽集熱器4 (也可以是太陽能凸透鏡加熱)繼續加熱，加熱溫度可達 400。C以上，能產生大量的高壓水蒸汽。還可在所述的集熱器本體41的下面裝有保溫水箱5，該水箱5的進水口通過 一三通轉換閥7與一級集熱器1的出水口和集熱器本體41的進水口連接，通過該 三通轉換閥7將流出一級集熱器1出水口的水流向集熱器本體41或保溫水箱5轉 換。下面的實施例也可安裝保溫水箱5、三通轉換閥7和單向閥門8。圖1還表示了本實用新型與用戶散熱器6連接為回路的應用實例，為了防止集 熱器本體41內蒸汽壓力對進水的反壓，可在所述的集熱器本體41的進水口上連接 只能進水的單向閥門8。參見圖2和圖8，本實用新型還可在上一實施例的基礎上，在所述的一級集熱 器1的出水口與集熱器本體41的進水口之間串聯有二級集熱器2,組成三元系統。 該二級集熱器2可采用全玻璃真空管集熱器、熱管式真空管集熱器或金屬吸熱體真 空管集熱器。該實施例的其他裝置與上一實施例相同。三級組合式太陽能蒸汽鍋爐 是在一級板式太陽能集熱器1把水加熱到85。C以后，再送入二級的全玻璃真空管 集熱器、熱管式真空管集熱器或金屬吸熱體真空管集熱器2繼續加熱，其溫度可達130。C 200。C,最后進入集熱器本體41,由該太陽能集熱器4繼續加熱，加熱溫 度可達500。C以上，能產生大量的高壓水蒸汽。參見圖3和圖9,還可在上一實施例的二級集熱器2的出水口與集熱器本體41 的進水口之間串聯三級集熱器3，組成四元系統。該三級集熱器3采用線聚焦式集 熱器(也稱為槽式線聚焦機若裝置)，該集熱器3的反光聚光裝置32是利用截面為 槽形拋物面反射面(鏡)將太陽光聚焦到位于一根直線(焦點線)上的集熱器31 對流過其的液體(水)加熱，加熱后的水進入集熱器本體41內產生蒸汽。線聚焦 式集熱器3的特點是聚光集熱器可以由許多分散布置的槽形拋物面鏡聚光集熱器 串、并聯組成，集熱器31的組合可根據需要進行單個或串聯并聯組合。在上述的所有實施例中都可在建筑物10 (或其他物體和專用支架)上安裝一 個或多個附加反光板9，附加反光板9采用拋物面，將太陽光直接反射聚焦到所述 的集熱器本體41上。或采用平面反光板將太陽光反射其他各級的集熱器。本實用新型的蒸汽集熱器4可采用塔式系統、碟式系統和太陽能凸透鏡。其中 塔式系統又可稱集中型系統，它是在很大面積的廣場上裝有許多臺大型反射鏡，通 常稱為定日鏡，每臺都有各自的跟蹤系統，準確地將太陽光反射集中到蒸汽鍋爐上。所述的碟式系統也稱為盤式系統，主要特征是采用盤狀拋物面鏡聚光集熱器， 其結構從外形上看類似于大型拋物面雷達天線。由于盤狀拋物面鏡是一種點聚焦集 熱器，其聚光比可以高達數百到數千倍，因而可以產生非常高的溫度。本實用新型的多元集熱系統可按當地氣候條件、綿度合理組成，逐級不斷連續 提高鍋爐水溫，直至產生高溫高壓水蒸汽的裝置。首先由所述一種熱性能高的太陽 能集熱器1或幾種太陽能集熱器為傳熱介質初級加熱，然后將已經有一定熱能的介 質輸送到二級集熱器2繼續加熱，依此類推。所述的各級太陽能集熱器都必須符合 國家的有關標準以及當地鍋爐檢測部門、環保部門的驗收要求。為了加強多級組合式太陽能蒸汽鍋爐的安全和保溫效果，外壁設有吸熱保溫環 帶和羽翅，它有安全禁錮的作用和吸熱保溫的功效。本實用新型的集熱器本體41和31的外壁顏色整體需要經過噴涂方法、化學方 法、電化學方法、真空蒸發方法、磁控濺射方法黑色麻面處理。本實用新型的耐高 溫特殊混合涂層涂料的波長，能夠控制在0.3 ~ 30微米之內，而90%的太陽輻射能 波長都在0.3 ~ 2微米以內，他們之間可以產生諧振，吸收比在95 %以上，發射率 低于5%,能最大的汲取太陽能能量。該混合涂料含有鈷、鐵、銅、銀、鉻、鋁、本實用新型的集熱器本體41的底座具有很好的隔熱保溫層，隔熱保溫層下面 設有保溫水箱5，保溫水箱5可以儲存很多的高溫水，隨時為蒸汽鍋爐提供高溫熱 水，為連續不斷的快速產生蒸汽提供有利條件。保溫水箱還可以在陰天下雨時，為 普通蒸汽鍋爐提供高溫水，節約大量能源。本實用新型的附加反射鏡9使其反射光都集中到較小的集熱器腔體，反射鏡的 反光率應在80%~90%以上，每一反光裝置都可安裝自動跟蹤太陽的裝置，與太 陽同步轉動。本實用新型采用的雙軌跟蹤太陽能的技術，與傳統跟蹤技術有根本的區別，它 不是固定的自動跟蹤太陽能技術，而是利用雙軌移動跟蹤太陽。它的集熱器本體 41與聚光裝置42是分開的(集熱器本體41不需要支撐在聚光裝置42上)，集熱 器本體41是固定的或以聚光焦點為中心轉動，聚光裝置42與集熱器本體41之間 的距離為半徑畫孤"&置雙軌。當太陽從東方升起的時候，聚光裝置42在集熱器本 體41的西邊軌道上，面對太陽。到中午的時候，聚焦鏡42已在雙軌上慢慢移動到 集熱器本體41的北面了，聚焦鏡42仍然面對太陽。傍晚的時候聚焦鏡42就會移 動到集熱器本體41的東面，還是面對太陽。雙軌移動跟蹤技術的實用新型，為有 效的利用太陽能發揮了重要作用，它的好處有①鍋爐(接收器)可以設置很大、 很特殊，不受聚焦鏡的影響。②集熱器本體41也可以自由轉動，提高集熱效果， 不受聚焦鏡的約束。③沒有集熱器本體41與聚焦鏡42支撐連在一起，聚焦鏡也可 以設置很高、很大。④提高集熱器的集熱效果，比目前國外設置的固定反射鏡效果 好，能夠減少折射損失。⑤機動性強，遇到強臺風、冰雹等可以升降，也可以把巨 大的聚焦鏡推進庫房。⑥便于清洗、保養、更換部件。⑦便于聚焦鏡集熱器的調控。 ⑧可以隨意搬遷而不受損失⑨雙軌跨度很大，安全系數很高。本實用新型開始加熱工作的是非聚光型集熱器，最后階段的加熱是聚光型集熱 器。聚光型集熱器可以是成像集熱器，也可以是非成像集熱器。本實用新型的附加反射鏡9還可采用多焦非成像集熱器，在巨型非成像型集熱 器上設置多個成像聚焦集熱器，只有在雙軌移動跟蹤太陽能技術的基礎上才能夠實 現此技術。多焦集熱技術的誕生，無疑為太陽能集熱器增加了一個新品種，它是高 熱能太陽能集熱器的新產品。它的優點是①普通聚焦鏡使用有限，多焦聚焦鏡使 用范圍廣泛。②普通聚焦鏡產生的熱量有限，多焦聚焦鏡產生的熱量很大。③在組建多焦聚焦鏡的同時，還可以在空擋位置安裝反射鏡，提高聚焦的效果。④多焦聚 焦鏡的制作很方便，工藝簡單，便于推廣。⑤多焦聚焦鏡的整體集熱效果好，重量 輕，使用方便。⑥多焦聚焦鏡可以對同一接收器上的任何位置或多點位置，進行不 同的加熱，能有效調控熱能的供給。⑦由于多焦聚焦鏡是由多個聚焦鏡組成，每個 聚焦鏡都是獨立的，因此它可以設置聚焦調控裝置。如照相機一樣，能夠隨意調控 焦距。也象舞臺上的聚光燈，隨意調控。本實用新型還可設有計算機智能控制器，能根據該地區的氣候條件、煒度、蒸 汽鍋爐工作狀況、太陽能輻射強度等有效調整進水、加熱、聚焦鏡的位置、角度等。 該多元多焦雙軌組合太陽能蒸汽鍋爐能隨時告訴我們工作狀況、進水溫度、初級力口 熱水溫度、二級水加熱溫度、鍋爐蒸汽溫度、鍋爐壓力、管道蒸汽溫度和壓力，并 能及時做出準確的調整，或發出警報。本實用新型充分發揮了前面各級的非聚焦式太陽能集熱器(包括平板式集熱 器、全玻璃真空管集熱器、熱管式真空管集熱器和/或金屬吸熱體真空管集熱器) 熱性能高(加熱快，但溫度不高)的特性，以及聚焦式太陽能集熱器的受熱面積小， 但溫度高的特點，兩者的組合大大提高了加熱速度和蒸汽的最高溫度。
權利要求1、一種多級組合軌道跟蹤式太陽能蒸汽鍋爐，包括蒸汽集熱器，該蒸汽集熱器包括聚光裝置、支架和集熱器本體，聚光裝置連接在支架的頂端，在所述的聚光裝置的焦點或焦線上設置集熱器本體，其特征在于所述的支架的下方的地面上裝有兩根相互平行的弧形軌道，在所述的支架的底部裝有在該軌道上行走的滾輪；所述的弧形軌道的圓心與所述的聚光裝置的焦點重合，并將所述的集熱器本體置于該焦點處。
2、 根據權利要求1所述的多級組合軌道跟蹤式太陽能蒸汽鍋爐，其特征在于 還包括至少 一級預熱器，該預熱器的出水口與所述的集熱器本體的進水口連接。
3、 根據權利要求2所述的多級組合軌道跟蹤式太陽能蒸汽鍋爐，其特征在于 所述的預熱器采用平板太陽能集熱器、全玻璃真空管集熱器、熱管式真空管集熱器、 金屬吸熱體真空管集熱器或用常規燃料的加熱器。
4、 根據權利要求1所述的多級組合軌道跟蹤式太陽能蒸汽鍋爐，其特征在于 所述的集熱器本體為圓柱形。
5、 根據權利要求1所述的多級組合軌道跟蹤式太陽能蒸汽鍋爐，其特征在于 所述的集熱器本體面對聚光裝置的一側為平面，在該集熱器本體的底端裝有旋轉裝 置，并在該集熱器本體與所述的蒸汽集熱器的支架之間連接一同步連桿。
6、 根據權利要求1、 2、 3、 4或5所述的多級組合軌道跟蹤式太陽能蒸汽鍋爐， 其特征在于還包括安裝在建筑物或其他物體上的附加聚焦反光板，將太陽光直接 反射到所述的集熱器本體上或其他各級的集熱器的受光面上。
7、 根據權利要求1、 2、 3、 4或5所述的多級組合軌道跟蹤式太陽能蒸汽鍋爐， 其特征在于在所述的集熱器本體的下面裝有保溫水箱，該水箱的進水口通過一個 三通轉換閥與所述的一級集熱器的出水口和集熱器本體的進水口連接，通過該三通 轉換閥將流出 一級集熱器出水口的水流在集熱器本體或保溫水箱之間轉換。
8、 根據權利要求6所述的多級組合軌道跟蹤式太陽能蒸汽鍋爐，其特征在于 在所述的集熱器本體的進水口上連接有只能進水的單向閥門。
9、 根據權利要求7所述的多級組合軌道跟蹤式太陽能蒸汽鍋爐，其特征在于 在所述的集熱器本體的進水口上連接有只能進水的單向閥門。
10、 根據權利要求8或9所述的多級組合軌道跟蹤式太陽能蒸汽鍋爐，其特征 在于所述的聚光裝置釆用截面為拋物面的線聚焦反射鏡、拋物面聚焦反光鏡或凸 透鏡。
專利摘要一種多級組合軌道跟蹤式太陽能蒸汽鍋爐，包括蒸汽集熱器，該蒸汽集熱器包括聚光裝置、支架和集熱器本體，聚光裝置連接在支架的頂端，在所述的聚光裝置的焦點或焦線上設置集熱器本體，其特征在于所述的支架的下方的地面上裝有兩根相互平行的弧形軌道，在所述的支架的底部裝有在該軌道上行走的滾輪；所述的弧形軌道的圓心與所述的聚光裝置的焦點重合，并將所述的集熱器本體置于該焦點處。本實用新型的特點是多元組合和軌道大大提高利用各種太陽能集熱器的效率，增加聚光裝置和集熱器本體的體積，連續不斷的為流過集熱器的液體進行加熱，可以在很短的時間內，能夠產生大量高溫、高壓的蒸汽，為太陽能蒸汽鍋爐真正的開發利用掃平了障礙。
文檔編號F22B1/00GK201126177SQ20072019005
公開日2008年10月1日 申請日期2007年11月7日 優先權日2007年11月7日
發明者官長煒, 鈞 胡, 胡冬宜 申請人:胡冬宜;官長煒