太陽能發(fā)電系統(tǒng)及其太陽能集熱裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種太陽能集熱裝置，包括一凹形聚光板、一熱管與一翼狀結(jié)構(gòu)，其中凹形聚光板具有一槽形拋物面，且槽形拋物面具有一對稱軸與一聚焦軸，熱管設(shè)置于槽形拋物面的聚焦軸上，且于熱管內(nèi)流通一工作流體，翼狀結(jié)構(gòu)連接熱管并朝熱管的側(cè)向延伸，其中翼狀結(jié)構(gòu)的延伸方向平行于對稱軸。
【專利說明】太陽能發(fā)電系統(tǒng)及其太陽能集熱裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種太陽能集熱裝置及太陽能發(fā)電系統(tǒng)，特別是涉及一種在熱管上設(shè)置翼狀結(jié)構(gòu)的太陽能集熱裝置及太陽能發(fā)電系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]一般太陽能集熱發(fā)電是通過聚光器將光線聚集于熱管上，加熱在熱管內(nèi)流通的工作流體，并通過工作流體將熱能傳遞至熱電裝置，進(jìn)而將熱能轉(zhuǎn)換為電能以供儲存或利用。由于熱管表面相對于聚光器的拋物面而言較小，且太陽會隨著時間在天空中移動，故聚光器需要通過精密且昂貴的追日裝置頻繁地調(diào)整其追日角度，才能持續(xù)地將光線聚集在熱管上，且當(dāng)具有追日角度誤差時，大部分光線將偏離熱管表面使收光效率大幅度降低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的一個實施例提供一種太陽能集熱裝置，包括一凹形聚光板、一熱管以及至少一個翼狀結(jié)構(gòu)，其中凹形聚光板具有一槽形拋物面，且槽形拋物面具有一對稱軸與一聚焦軸，其中聚焦軸垂直于對稱軸，聚焦軸與對稱軸定義出一對稱平面，且聚焦軸與對稱軸位于對稱平面上，熱管設(shè)置于對稱平面上并形成有一管體，且工作流體流通于管體內(nèi)，翼狀結(jié)構(gòu)連接熱管并朝熱管的側(cè)向延伸，其中翼狀結(jié)構(gòu)平行于對稱平面。
[0004]在一個實施例中，所述太陽能集熱裝置還包括一透光外管，且翼狀結(jié)構(gòu)與熱管設(shè)置于透光外管內(nèi)。
[0005]在一個實施例中，所述透光外管內(nèi)部為真空。
[0006]在一個實施例中，所述透光外管為玻璃管。
[0007]在一個實施例中，所述太陽能集熱裝置還包括一光學(xué)鍍膜，形成于透光外管表面。
[0008]在一個實施例中，所述光學(xué)鍍膜含有氟化鎂(MgF2)。
[0009]在一個實施例中，所述熱管與翼狀結(jié)構(gòu)以焊接或一體成型方式連接。
[0010]在一個實施例中，所述太陽能集熱裝置還包括一復(fù)合材料，形成于翼狀結(jié)構(gòu)表面，且復(fù)合材料具有吸熱性。
[0011]在一個實施例中，所述復(fù)合材料包括鑰/三氧化二鋁(M0-Al2O3)、鎢/三氧化二鋁(W-Al2O3)或鎳 / 三氧化二鋁(N1-Al2O3)。
[0012]在一個實施例中，所述翼狀結(jié)構(gòu)具有一腔室，且腔室與熱管的管體相連通。
[0013]在一個實施例中，所述腔室與管體形成有毛細(xì)結(jié)構(gòu)。
[0014]本發(fā)明的另一實施例還提供一種太陽能發(fā)電系統(tǒng)，包括一如前所述的太陽能集熱裝置、一儲熱裝置以及一熱電裝置，其中儲熱裝置連接太陽能集熱裝置，太陽能集熱裝置透過工作流體將熱能傳遞至儲熱裝置儲存，熱電裝置連接儲熱裝置以及太陽能集熱裝置，用以將熱能轉(zhuǎn)換為電能。
[0015]在一個實施例中，儲熱裝置為熔鹽(molten salt)儲熱裝置，且熱電裝置具有熱機引擎(heat engine)、蒸氣潤輪機或熱電材料(thermoelectric materials)。[0016]本發(fā)明另一實施例提供一種太陽能集熱裝置，包括一凹形聚光板、一熱管以及兩個翼狀結(jié)構(gòu)，其中凹形聚光板具有一槽形拋物面，且槽形拋物面具有一對稱軸與一聚焦軸，其中聚焦軸垂直于對稱軸，聚焦軸與對稱軸定義出一對稱平面，且聚焦軸與對稱軸位于對稱平面上，熱管設(shè)置于聚焦軸上并形成有一管體，且工作流體流通于管體內(nèi)，兩個翼狀結(jié)構(gòu)分別連接于熱管相對兩側(cè)并朝熱管的兩側(cè)方向延伸，其中翼狀結(jié)構(gòu)平行于對稱平面。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1示出本發(fā)明一實施例的太陽能集熱裝置示意圖；
[0018]圖2示出本發(fā)明一實施例的熱管與翼狀結(jié)構(gòu)剖面圖；
[0019]圖3示出本發(fā)明另一實施例的熱管與翼狀結(jié)構(gòu)剖面圖；
[0020]圖4示出圖3中A部分的放大圖；
[0021]圖5示出本發(fā)明另一實施例的太陽能集熱裝置示意圖；
[0022]圖6A示出本發(fā)明另一實施例的太陽能集熱裝置示意圖；
[0023]圖6B示出本發(fā)明另一實施例的太陽能集熱裝置示意圖；以及
[0024]圖7示出本發(fā)明一實施例的太陽能發(fā)電系統(tǒng)示意圖。
【具體實施方式】
[0025]首先參閱圖1，本發(fā)明一實施例的太陽能集熱裝置10包括凹形聚光板300、熱管100和至少一個翼狀結(jié)構(gòu)200，其中凹形聚光板300具有槽形拋物面301，槽形拋物面301具有對稱軸V與聚焦軸I，其中聚焦軸I垂直于對稱軸V，聚焦軸I與對稱軸V并定義出一對稱平面S，且聚焦軸I與對稱軸V位于對稱平面S上。熱管100設(shè)置于槽形拋物面301的聚焦軸I (平行于Z軸方向)上并沿聚焦軸I沿伸，兩個翼狀結(jié)構(gòu)200連接熱管100，并分別朝X軸以及-X軸方向延伸，其中翼狀結(jié)構(gòu)200的延伸方向平行于槽形拋物面301的對稱平面
S。亦即兩個翼狀結(jié)構(gòu)200對稱地分別連接設(shè)置于熱管100兩側(cè)。其中熱管100位于聚光板300的聚焦軸I上。因此，兩個翼狀結(jié)構(gòu)200可位于對稱平面S上，亦即翼狀結(jié)構(gòu)200近似垂直或垂直于聚光板300的拋物面301。
[0026]特別地是，聚光板300內(nèi)側(cè)的槽形拋物面301可反射光線L，并將光線L反射聚焦在熱管100以及翼狀結(jié)構(gòu)200上，由此加熱在熱管100內(nèi)部流動的工作流體(未圖示)。其中，入射的光線L大致平行于X軸方向，且通過翼狀結(jié)構(gòu)200能大幅度地增加太陽能集熱裝置10的受光面積，使光線L能充分地照射在熱管100和翼狀結(jié)構(gòu)200上以吸收熱能。
[0027]接著參閱圖2，于本實施例中，兩個翼狀結(jié)構(gòu)200對稱地連接熱管100兩側(cè)，并可將熱能傳遞至熱管100的管體101內(nèi)部中的工作流體。
[0028]于另一實施例中，也可在翼狀結(jié)構(gòu)200內(nèi)部形成有腔室201 (如圖3所示)，且腔室201與熱管100的管體101相連通，故工作流體可在腔室201和熱管100的管體101內(nèi)部流動，由此將熱能帶離熱管100和翼狀結(jié)構(gòu)200。
[0029]在制作上，兩個翼狀結(jié)構(gòu)200可分別焊接或一體成型于熱管100兩側(cè)，如圖2所示。焊接為可選擇的一種方法，但并不以此為限。如圖3所示，熱管100具有槽孔102，而翼狀結(jié)構(gòu)200設(shè)置有內(nèi)凹的開放腔室201。制造時可將翼狀結(jié)構(gòu)200的開放腔室201與熱管100的槽孔102對準(zhǔn)并予相互焊接。接著，將熱管100 —端封閉，另一端則利用真空裝置抽真空后予以封閉，進(jìn)而形成熱管結(jié)構(gòu)。
[0030]接著參閱圖4，此圖為圖3中A部分的放大圖。在一個實施例中，所述熱管100的內(nèi)表面和翼狀結(jié)構(gòu)200的腔室201內(nèi)表面均形成有毛細(xì)結(jié)構(gòu)202，其可增加熱管100、翼狀結(jié)構(gòu)200與工作流體之間的接觸面積，并可通過毛細(xì)原理加速工作流體的流動以提升熱傳效率。所述毛細(xì)結(jié)構(gòu)202可為金屬網(wǎng)結(jié)構(gòu)、溝槽結(jié)構(gòu)等的等效毛細(xì)結(jié)構(gòu)均為本發(fā)明的范疇。此外，翼狀結(jié)構(gòu)200的外表面還可涂覆有復(fù)合材料203，此復(fù)合材料203具有吸熱的特性，故能增加翼狀結(jié)構(gòu)200的吸熱性并增加可傳遞的熱量。所述復(fù)合材料例如可包含鑰/三氧化二鋁(Mo-Al2O3)、鎢 / 三氧化二鋁(W-Al2O3)、鎳 / 三氧化二鋁(N1-Al2O3)等。
[0031]再參閱圖5，本發(fā)明另一實施例的太陽能集熱裝置10還包括透光外管500，光線L經(jīng)過槽形拋物面301反射，可穿過透光外管500至熱管100和翼狀結(jié)構(gòu)200上，所述透光外管500可為玻璃管等。如圖5所示，翼狀結(jié)構(gòu)200與熱管100都設(shè)置于透光外管500內(nèi)，其中在透光外管500內(nèi)部可形成真空，由此防止熱管100和翼狀結(jié)構(gòu)200所吸收的熱能因熱傳遞作用而散失。此外，透光外管500的表面可形成光學(xué)鍍膜501，例如可為氟化鎂(MgF2)等材料，由此能將特定頻帶的光線L選擇性地穿過透光外管500，由此提升光線L的利用率。此外，透光外管500可固定于熱管100上，并使翼狀結(jié)構(gòu)200設(shè)置于透光外管500內(nèi)。
[0032]當(dāng)入射光線L未平行于槽形拋物面301的對稱軸V且與對稱軸V產(chǎn)生一傾斜角度時，入射光線L經(jīng)由槽形拋物面301反射后雖然會偏離聚光板300的聚焦軸I，但是透過朝向熱管100外側(cè)延伸的翼狀結(jié)構(gòu)200仍可接收絕大部分的偏離光線，故能在入射光線L并未平行于對稱軸V的情況下維持極佳的收光效率。此外，也可依據(jù)實際環(huán)境需求調(diào)整太陽能集熱裝置10的尺寸和形狀設(shè)計，以達(dá)到最佳的收光效率。
[0033]接著一并參閱圖6A、6B，本發(fā)明另一實施例的太陽能集熱裝置10也可僅具有一個翼狀結(jié)構(gòu)200，其連接熱管100并朝X軸(圖6B)或-X軸(圖6A)方向延伸，其中翼狀結(jié)構(gòu)200的延伸方向系平行于槽形拋物面301的對稱平面S。其中，熱管100與翼狀結(jié)構(gòu)200整體的結(jié)構(gòu)中心大致位于聚焦軸I上，使太陽能集熱裝置I可接收大部分的光線。
[0034]如圖7所示，本發(fā)明還提供一種太陽能發(fā)電系統(tǒng)1，包括至少一個太陽能集熱裝置10、儲熱裝置20和熱電裝置30，其中儲熱裝置20可為熔鹽儲熱裝置，熱電裝置30可具有熱機引擎、蒸氣渦輪機或熱電材料。太陽能集熱裝置10可通過熱管100中的工作流體將熱能傳遞至儲熱裝置20儲存，熱電裝置30則連接儲熱裝置20以及太陽能集熱裝置10，用以將熱能轉(zhuǎn)換為電能。在一個實施例中，多個太陽能集熱裝置10可通過熱管100相連串接并形成太陽能集熱裝置陣列，如此更能有效率地使用太陽能集熱裝置10。
[0035]此外，由圖7可以看出，太陽能集熱裝置10裝設(shè)在一個可旋轉(zhuǎn)的追日裝置400上，使用時可根據(jù)太陽在天空的方位調(diào)整太陽能集熱裝置10的角度。由于本發(fā)明的集熱裝置10在熱管100上設(shè)有翼狀結(jié)構(gòu)200，且能在具有收光角度誤差時仍維持良好的收光效率，因此不需使用昂貴的精密定位裝置，且不必頻繁地啟動追日裝置400即可達(dá)到良好的收光效率，進(jìn)而能達(dá)到節(jié)省裝置成本的目的。
[0036]雖然本發(fā)明以前述實施例揭露如上，然而其并非用以限定本發(fā)明。本發(fā)明所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，可做些許修改與改變。因此本發(fā)明的保護(hù)范圍以權(quán)利要求書中界定的范圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種太陽能集熱裝置，包括: 凹形聚光板，具有槽形拋物面，且該槽形拋物面具有一對稱軸與一聚焦軸，其中該聚焦軸垂直于該對稱軸，該聚焦軸與該對稱軸定義出一對稱平面，且該聚焦軸與該對稱軸位于該對稱平面上； 熱管，設(shè)置于該對稱平面上并形成有管體，且工作流體流通于該管體內(nèi)；以及 至少一個翼狀結(jié)構(gòu)，連接該熱管并朝該熱管的側(cè)向延伸，其中該翼狀結(jié)構(gòu)平行于該對稱平面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能集熱裝置，其中該太陽能集熱裝置還包括透光外管，且該翼狀結(jié)構(gòu)與該熱管設(shè)置于該透光外管內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的太陽能集熱裝置，其中該透光外管內(nèi)部為真空。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的太陽能集熱裝置，其中該透光外管為玻璃管。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的太陽能集熱裝置，其中該太陽能集熱裝置還包括光學(xué)鍍膜，形成于該透光外管表面。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的太陽能集熱裝置，其中該光學(xué)鍍膜含有氟化鎂。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能集熱裝置，其中該熱管與該翼狀結(jié)構(gòu)以焊接或一體成型方式連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能集熱裝置，其中該太陽能集熱裝置還包括復(fù)合材料，形成于該翼狀結(jié)構(gòu)表面，且該復(fù)合材料具有吸熱性。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的太陽能集熱裝置，其中該復(fù)合材料包括鑰/三氧化二鋁、鎢/三氧化二鋁或鎳/三氧化二鋁。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能集熱裝置，其中該翼狀結(jié)構(gòu)具有腔室，且該腔室與該熱管的該管體相連通。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的太陽能集熱裝置，其中該腔室與該管體形成有毛細(xì)結(jié)構(gòu)。
12.—種太陽能發(fā)電系統(tǒng)，包括: 根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能集熱裝置； 儲熱裝置，連接該太陽能集熱裝置，該太陽能集熱裝置透過該工作流體將熱能傳遞至該儲熱裝置儲存；以及 熱電裝置，連接該儲熱裝置以及該太陽能集熱裝置，用以將該儲熱裝置所儲存的熱能轉(zhuǎn)換為電能。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的太陽能發(fā)電系統(tǒng)，其中該儲熱裝置為熔鹽儲熱裝置，且該熱電裝置具有熱機引擎、蒸氣渦輪機或熱電材料。
14.一種太陽能集熱裝置，包括: 凹形聚光板，具有槽形拋物面，且該槽形拋物面具有一對稱軸與一聚焦軸，其中該聚焦軸垂直于該對稱軸，該聚焦軸與該對稱軸定義出一對稱平面，且該聚焦軸與該對稱軸位于該對稱平面上； 熱管，設(shè)置于該聚焦軸上并形成有管體，且工作流體流通于該管體內(nèi)；以及 兩個翼狀結(jié)構(gòu)，分別連接于該熱管相對兩側(cè)并朝該熱管的兩側(cè)方向延伸，其中該些翼狀結(jié)構(gòu)平行于該對稱平面。
【文檔編號】F24J2/05GK103486744SQ201210279043
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2012年8月7日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月13日
【發(fā)明者】周明杰, 張平, 陳易呈, 王郁仁, 葉建賢 申請人:財團(tuán)法人工業(yè)技術(shù)研究院