[發(fā)明專利]菲涅耳透射與反射復(fù)合聚光滾筒式太陽能高溫集熱器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210011550.4
• 申請日: 2012-01-13
• 公開（公告）號: CN102538231A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄭宏飛;戴靜;常澤輝
• 申請（專利權(quán)）人: 北京理工大學(xué)
• 主分類號: F24J2/05
• 分類號: F24J2/05;F24J2/06;F24J2/24;F24J2/38;F24J2/46
• 代理公司: 北京理工大學(xué)專利中心 11120
• 代理人: 高燕燕;李愛英

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種太陽能聚光集熱器，具體涉及一種利用不同形式的聚光器與高溫接收器結(jié)合組成的結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)太陽光高密度聚集并產(chǎn)生高溫?zé)崮艿奶柲芾醚b置，屬于太陽能聚光與太陽能高溫?zé)崂眉夹g(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

目前推廣使用的中高溫線聚焦太陽能集熱器中，主要有菲涅耳反射式線聚光和二維拋物槽反射線聚焦(亦稱槽式聚光器)兩類。前者的優(yōu)點(diǎn)是真空管接收器不需要運(yùn)動，利于與地面儲能用能系統(tǒng)連接，缺點(diǎn)是裝置的每一塊反射鏡都存在余弦效應(yīng)，不能將太陽光聚集在很小區(qū)域，且需要獨(dú)立跟蹤太陽，控制過程復(fù)雜。后者的優(yōu)點(diǎn)是可以將太陽光聚集到很小的區(qū)域，有利于利用真空管產(chǎn)生高溫?zé)崮埽抑恍枰痪S跟蹤太陽，缺點(diǎn)是真空管接收器在一天之內(nèi)必須跟蹤太陽作大幅度的運(yùn)動，不利于與地面儲能用能系統(tǒng)連接。這兩類裝置的集光原理均是通過反射鏡面將太陽光反射至真空管接收器上產(chǎn)生高溫?zé)崮堋Ｓ捎谔柲芙邮掌髟趻佄锩娴纳戏剑虼耍柲芙邮掌饕话銜趻佄锩嫔狭粝玛幱埃瑥亩钃趿瞬糠痔柟獾牟杉Ａ硗猓瑢τ诟呔暥鹊貐^(qū)和太陽高度角較小的冬季，不管聚光器是如何放置的，大多時候太陽光都是傾斜入射至聚光器上的，此時太陽光線在裝置中的運(yùn)行路線變長，加大了系統(tǒng)對跟蹤精度的要求。再由于太陽能接收器在拋物面的上方，它所處的熱損失環(huán)境更為惡劣，會經(jīng)歷風(fēng)吹雨淋，并與天空產(chǎn)生輻射換熱，從而減少了部分效率。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明提供了一種菲涅耳透射與反射復(fù)合聚光滾筒式太陽能高溫集熱器，能夠?qū)⑷肷涞綕L筒式管外表面的太陽光會聚成線光源，并在二次聚光器的配合下將光聚集到真空管接收器上，最后實(shí)現(xiàn)將光能轉(zhuǎn)化為高溫?zé)崮堋?/p>

一種菲涅耳透射與反射復(fù)合聚光滾筒式太陽能高溫集熱器，該集熱器包括菲涅耳透射式聚光器、真空管、二次聚光器、管狀外殼、太陽光跟蹤器、封蓋、轉(zhuǎn)動軸，外圍設(shè)備為電機(jī)；其中真空管包括真空管接收器和真空管外殼，真空管外殼套在真空管接收器外表面且真空管外殼和真空管接收器之間為真空，真空管接收器內(nèi)充滿工質(zhì)；管狀外殼為滾筒式結(jié)構(gòu)，菲涅耳透射式聚光器為內(nèi)表面具有向內(nèi)凸起的連續(xù)不規(guī)則鋸齒的圓弧形結(jié)構(gòu)；

整體安裝關(guān)系：管狀外殼內(nèi)表面的頂部設(shè)置有與管狀外殼軸向等長的菲涅耳透射式聚光器，菲涅耳透射式聚光器的中心線正對著太陽光線，真空管置于二次聚光器的中心線上，并與二次聚光器一起固定在管狀外殼的內(nèi)部下方，二次聚光器的開口朝上且中心線與管狀外殼的軸心線重合；管狀外殼的兩端均安裝有封蓋，封蓋的中心連接轉(zhuǎn)動軸，轉(zhuǎn)動軸與電機(jī)相連，管狀外殼的外表面設(shè)置有太陽光跟蹤器，太陽光跟蹤器位于菲涅耳透射式聚光器外表面的中心線上。

所述的二次聚光器是由兩個左右對稱的漸開線反射面組成的ω形結(jié)構(gòu)。

所述的菲涅耳透射式聚光器內(nèi)連續(xù)不規(guī)則鋸齒的每段斜角均能保證將太陽光線經(jīng)折射后匯集至真空管接收器。

所述的集熱器還包括兩個或兩個以上的導(dǎo)光器，導(dǎo)光器為反射鏡面，導(dǎo)光器對稱安裝在管狀外殼內(nèi)表面中上部的安裝槽內(nèi)。

所述的導(dǎo)光器布置的角度能保證將太陽光線經(jīng)反射后匯集至真空管接收器。

所述的管狀外殼做成半圓柱形殼體，并增加封裝底板和封裝法蘭，封裝底板的中部加工有半圓形凹槽，管狀外殼的開口朝下且開口處安裝有封裝底板并通過封裝法蘭固定，將真空管接收器和二次聚光器置于封裝底板的凹槽內(nèi)且位于管狀外殼的軸心線上。

所述的管狀外殼采用橢圓形結(jié)構(gòu)代替原來的圓筒形結(jié)構(gòu)。

工作原理：太陽光線沿菲涅耳透射式聚光器的中心線方向入射至管狀外殼的外表面，經(jīng)菲涅耳透射式聚光器的透射后得到折射光線，并被投射到真空管接收器上轉(zhuǎn)化成熱能。部分未被菲涅耳透射式聚光器接收到的光線，經(jīng)管狀外殼透射進(jìn)入其內(nèi)部，并被置于管狀外殼內(nèi)壁的導(dǎo)光器反射得到反射光線，反射光線穿過真空管玻璃外殼至真空管接收器上轉(zhuǎn)化成熱能，且真空管玻璃外殼和真空管接收器間的真空能起到保溫并減少熱量散失的作用。當(dāng)太陽光線與正入射光線有一定偏角時，菲涅耳透射式聚光器匯聚的光線及導(dǎo)光器反射的光線有一部分會偏離真空管接收器，而進(jìn)入二次聚光器中，此時二次聚光器能將所收集到的太陽光再次匯集至真空管接收器轉(zhuǎn)化為熱能，經(jīng)工質(zhì)輸送給用戶。此外太陽光跟蹤器能追蹤太陽光的入射方向，并指示電機(jī)帶動管狀外殼及管狀外殼內(nèi)的所有部件繞管狀外殼的中心線轉(zhuǎn)動，保證菲涅耳透射式聚光器的中心線總是對準(zhǔn)太陽光線，從而實(shí)現(xiàn)裝置接收太陽光效率的最大化。