[發明專利]一種反射鏡及采用該反射鏡的太陽能槽式集熱器

有效

• 申請號: 200810132852.0
• 申請日: 2008-07-11
• 公開（公告）號: CN101315437A
• 公開（公告）日: 2008-12-03
• 發明（設計）人: 約翰·文
• 申請（專利權）人: 康雪慧
• 主分類號: G02B5/08
• 分類號: G02B5/08;F24J2/10;G02B7/198
• 代理公司: 北京君尚知識產權代理事務所
• 代理人: 余長江

技術領域

本發明屬于太陽能技術領域，尤其涉及一種用來收集太陽光線的反射鏡，以及一種采用這種反射鏡的太陽能集熱器。

技術背景

太陽能槽式集熱器包含直線型反射鏡，大多為直線形的拋物面形，通常圍繞其重心轉動跟蹤太陽，把太陽輻射反射到直線型接收器上。這種接收器可以有幾種形狀，但出于機械方面的考慮，大多使用圓柱形管，內部有循環于整個接收器的液體，這樣通過液體流動把接收器收集到的熱量傳送到應用處。大多數情況下，接收器是一根鍍有光譜選擇性吸收膜的鋼管，這層膜可以吸收大部分太陽輻射并充分減少輻射熱損失。

一層或多層封閉接收器的玻璃封套可以進一步減少接收管的熱損。商業上生產的集熱單元(HEC)在接收管和玻璃封套之間有封閉的真空，用于再進一步減少熱損。但在溫度高達400攝氏度的環境中長久保持低于13帕的真空是非常困難的。NREL在GoldenColorado雜志2007年3月9日的“Parabolic?Trough?Workshop”一文中曾報道了很多因氫滲漏而造成的真空被破壞。

提高操作溫度是很重要的，因為這樣可以提高使用處的熱循環效率。但是，從某個溫度點開始，由接收管熱輻射造成的效率損失會比得到的熱循環效率增長得更快，減少熱損失可以通過提高聚光率來實現。當今技術使用由幾部分或幾個小面組成的初次反射鏡，設法把盡可能多的太陽輻射集中到接收管上。

出于經濟上和實用性的考慮，拋物形狀是縮短了的，這樣接收器朝陽面就不能被初次反射鏡的反射光照射到，因此最大聚光率減小了。同時造成光照不均勻，同時不均勻的熱量使接收管彎曲，經常擠碎玻璃封套。

為了增大聚光率，有過幾種設計，其中包括在接收器旁邊安裝一種二次反射鏡。接收器的尺寸變小，通常初次反射鏡反射的無法聚集到接收器上的光就會被二次反射鏡反射到原來接收器沒有被照射到的部分。二次反射鏡就像一個捕光套，把散落的光線聚集到接收器上原來沒有被照射到的地方。基本上，二次反射鏡能把聚光效果提高一倍，并能允許更高的光學誤差。

現有技術中帶有二次反射鏡的槽式集熱器如圖1-5所示：圖1為Duke?Solar真空封套中的二次反射鏡，二次反射鏡接收管之間無空隙，初次反射鏡的曲率半徑大，邊界角小。圖2為大邊界角拋物面槽式集熱器，帶有在透明玻璃管中的復合二次反射鏡與接收管(參考：J.M.Gordon?1991?Solar?energy?vol?47No?6pp?457¨C?466.High?rim?parabolic?trough?withcomplex?secondary?reflector?and?absorber?tube?inside?a?transparent?glass?tube)。圖3為采用復合拋物面集熱器式二次反射鏡和平板接收器的槽式集熱器，其初次反射鏡曲率半徑大，邊界角小(參考：J.M.Gordon?1991?Solar?energy?vol?47No?6?pp?457¨C?466，parabolic?troughwith?CPC?secondary?and?a?flat?receiver.The?primary?parabolic?reflector?has?a?low?rim?angle)。圖4展示了槽式集熱器的各種形式的二次反射鏡(參考：Harald?Ries(1996)Applied?optics/Vol?35No?13/1May?1996，various?shapes?of?secondaries?for?parabolic?trough?collectors)。圖5為1993年Gordon的冰淇淋蛋卷形CPC(復合拋物面式集熱器)。它是為帶玻璃封套的圓柱形接收器開發的，因此這種形式的CPC的反光鏡與接收管之間有縫隙。縫隙損失被增加的反光面積所補償。這種CPC與杜瓦瓶太陽能真空管結合，廣泛運用于家用熱水系統。

理論上，二次反射鏡的頂部應該與接收管相接以使捕光套閉合起來，但這十分困難。接收管由于受熱不均產生彎曲，而二次反射鏡是由玻璃材料制成，不能承受與極熱的接收管接觸時產生的巨大冷熱沖擊。在二次反射鏡和接收管之間留出一定空隙會使捕光套張開則會導致縫隙損失。另一個問題是部分被聚集的光會在二次反射鏡被多次反射之后才到達接收器上。這兩個原因導致光學損失。通常，有二次聚光鏡的槽式集熱器光學性能都比沒有的效率較低一些。由于這個原因，二次反射鏡沒有在商業槽式集熱器上得到運用。

發明內容

本發明的目的在于給出一種采用新型反射鏡的太陽能集熱器，使得接收器的采光更加均勻。