[发明专利]热力升压方法与太阳能热利用

说明书

技术领域

本发明属于热能动力与太阳利用领域。

背景技术

目前太阳能发电与热利用技术发展比较快，太阳能热利用领域太阳能低温热水器发展很快但中高温领域因技术成本高应用很少。太阳能发电主要包括太阳能光伏发电(太阳能电池)与太阳能热发电两种，但是共同的问题依然是发电成本很高。前者晶体硅的原材料成本难以突破，后者无论是碟式反射镜聚光或槽式反射镜聚光还是塔式平面反射镜聚光，普遍的思路是单个集热装置大型化，每个反射镜采用独立的跟踪控制系统，结果复杂笨重的集热系统对于能流密度很低的太阳能总是难以降低发电成本。

目前太阳能热发电采用的热力机组因无法实现大容量高参数热效率都偏低，采用斯特林循环的热力系统有较高的发电效率，可是其内部气体工质密封等一些技术问题目前仍然解决不好不能普遍使用造价很高。太阳能高倍聚光电池有较高的发电效率但是制造工艺复杂成本较高，普通晶硅电池可以采用低倍聚光但是其随聚光温度升高而发电效率下降，采用冷却水系统给电池降温效果比较差，很少有应用。

无论太阳能跟踪聚光方面还是太阳能热力发电方面或太阳能电池，尽管各自有不断的技术进步，太阳能发电成本在逐年下降，但是总的特点依然是高成本高投资，与普通电力成本相差甚远，单方面局部的技术突破很难使太阳能发电成本大幅度降低，需要探索更有效的整体解决方案。

总之，目前太阳能技术离全社会迫切希望解决能源与环境压力要求的可全面推广的低成本需求还有很远的距离。

发明内容

本发明的目的：以低成本太阳能聚光热发电为主要目的，从太阳能聚光、传热与发电几个方面的技术突破采用整体的解决方案大幅度降低太阳能利用成本。

本发明的技术方案：为实现大幅度降低太阳能热发电成本，本发明提出连杆连动式跟踪聚光方法、动力热管循环及热力升压式热力循环发电方法及直线电机式热磁流体发电方法等，具体描述如下：

一、一种连杆连动式跟踪反射聚光方法，由反射镜、反射镜支撑架及控制与驱动装置等组成太阳能跟踪系统使光线经反射后总是聚集于接收器，各反射镜增加跟踪补偿机构，通过平行连杆机构互相连接统一跟踪光线偏转。由于反射镜的跟踪聚光规律导致每个反射镜的二维偏转角度变化各不相同，每个反射镜采用补偿机构是为了满足平行连杆机构统一控制反射镜阵列跟踪光线偏转，实现跟踪聚光。

补偿办法是利用光学最基本的反射规律，即入射光与反射光及法线(经过镜面反射点垂直于镜面的直线)总是在同一平面内，且法线总是入射光与反射光的角平分线。按照这个规律补偿机构采用角平分线原理，所谓的角平分线原理是指跟踪摇杆偏转保持与光线平行并通过传动件或传动机构带动反射镜偏转，使跟踪摇杆所在直线与跟踪摇杆偏转基点到接收器连线的两个角平分线之一保持垂直于反射镜面(因为两个相交直线有两个互相垂直的角平分线，其中只有一个符合条件)，将跟踪摇杆直接做为平行连杆机构的平行摇杆或者与平行连杆机构以其它方式连接。这样，连杆机构控制跟踪摇杆与太阳光线保持平行，就可以使反射光线始终沿目标线方向指向接收器。而所有各反射镜的与太阳光线保持平行的跟踪摇杆必然是同步平行的，因此将跟踪摇杆直接做为平行连杆机构的摇杆或者以与平行连杆机构以其它方式连接可以实现跟踪聚光。

因为跟踪的目的是使反射光线的方向固定指向接受器，当反射光方向保持固定时，法线的偏转速度也就是镜面偏转速度必然是入射光偏转速度的1/2。因此角平分线原理的实质是平面1/2速度机构原理，即镜面偏转速度是太阳光线偏转速度的1/2，也就是与光线保持平行的跟踪摇杆与反射镜偏转速度满足1/2关系，前提是它们的转轴满足平面机构的条件。

反射镜可以直接由指向接收器的立轴支撑，也可以由横轴支撑或者采用其它支撑方式，有多种补偿机构可实现角平分线原理，例如：

a)对称的连杆滑快机构，角平分线摇杆与反射镜垂直固定连接；

b)等腰三角形连杆滑块或滑轮机构；

c)外切对称的齿轮副机构；

d)内切齿轮1/2速度机构；

e)凸轮机构或凸轮连杆机构；

f)链轮机构或链轮弹簧机构，包扩链条式、皮带式、绳缆式及其它柔性拉动传动机构。

补偿机构除了采用角平分线原理外，也可以采用其它的补偿原理，例如，至少在理论上可以采用凸轮机构，平行连杆机构带动凸轮转动补偿跟踪偏差控制反射镜偏转，但是凸轮补偿方式使跟踪系统变的复杂而影响控制精度与系统成本。