[發明專利]利用嵌套圓錐環面的全周向輻射接受聚光器

無效

• 申請號: 201210098647.3
• 申請日: 2012-04-06
• 公開（公告）號: CN102589155A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發明（設計）人: 屈瑞
• 申請（專利權）人: 屈瑞
• 主分類號: F24J2/08
• 分類號: F24J2/08;F24J2/10;F24J2/24;G02B19/00;G02B7/02;G02B7/182;G02B3/00
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技術領域

本發明涉及太陽能利用技術領域，特別是涉及一種對太陽光進行聚光利用的光學裝置。

背景技術

太陽能是一種清潔無污染的可再生能源，取之不盡，用之不竭，充分開發利用太陽能不僅可以節約日益枯竭的常規能源，緩解嚴峻的資源短缺問題，而且還可以減少污染，保護人類賴以生存的生態環境。

在眾多的太陽能利用技術中，最為常見的有太陽能光伏發電、太陽能熱發電、太陽能熱水器等。目前，在太陽能光伏發電中，絕大多數采用的是硅電池片的光伏發電技術，而硅電池片只將到達地面的太陽能的15％左右的能量轉換為電能，太陽能的利用效率總體還是比較低的。

太陽能光熱發電技術中，主要是先對太陽光進行聚光，達到中高溫后，再利用其熱量進行發電。包括太陽能光伏發電技術在內，目前的聚光技術主要有反射式聚光和透射式聚光兩類。反射式聚光主要有塔式、碟式、槽式、和線性菲涅爾四種形式。透射式聚光主要采用普通的圓弧面透鏡和菲涅爾透鏡兩種形式。而太陽能是一種能量密度比較低的資源，因此要求無論是反射式聚光還是透射式聚光，都要求將采光面積設置的比較大。而普通的圓弧面透鏡要做得比較大時，其工藝成本就會直線上升，尤其是重量太大，一般只在天文望遠鏡等特殊場合使用。

菲涅爾透鏡的面積做得比較大時，也存在加工工藝難、成本過高的問題。菲涅爾透鏡還具有較大的光學損失，大致可以分為反射損失、吸收損失、工藝性損失以及結構損失，其中工藝性損失是由于透鏡成型對理想透鏡輪廓進行修改而導致部分光線發散引起的光學損失，比如脫模錐度、圓角等。結構損失是由于菲涅爾透鏡采用棱鏡元組成的不連續曲面取代一般透鏡的連續球面而導致部分光線發散引起的光學損失。例如，對于平面朝外的菲涅爾透鏡，由于楞高會遮擋部分折射光線，使得從第二楞開始就出現部分透射光發散。對于平面朝內的菲涅爾透鏡，當透鏡焦距小于某臨界值時，出射界面上入射角大于其全反射角，使透射光不能到達設定的焦斑范圍內而損失。同時，菲涅爾透鏡的焦徑比通?？刂圃?.8-1.4之間，在透鏡與聚光點之間有較大空間，從而加大了支架或框架的尺寸，從而使成本升高。

槽式熱發電是最早實現商業化的太陽能熱發電系統。它采用大面積的槽式拋物面反射鏡將太陽光聚焦反射到集熱真空管上。通過管內熱載體將水加熱成蒸汽，同時在熱轉換設備中產生高壓、過熱蒸汽，然后送入常規的蒸氣渦輪發電機內進行發電。但是采用槽式發電對太陽能進行聚光時，集熱真空管會在拋物反射面上形成遮擋陰影，使集熱真空管上有一部分不能接受到聚光輻射。集熱真空管背朝拋物聚光器的一面，還會將一部分能源輻射出去。由于集熱真空管管路很長，使能量損失較大，使內部導熱油傳熱工質的運行溫度只能達到400℃左右，只能停留在中溫階段，從而限制了太陽能槽式熱發電的效率。

發明內容

為了克服上述圓弧面透鏡、菲涅爾透鏡以及槽式拋物面反射鏡等聚光器存在的缺點和不足，本發明提供一種利用嵌套圓錐環面的全周向輻射接受聚光器，能夠全面接受聚光輻射而不存在遮擋和陰影，沒有像菲涅爾透鏡折射楞圓角產生的工藝性損失和結構損失，聚光輻射接受處與太陽光入射接受面之間的距離更小，加工難度降低，聚光輻射功率高，有利于形成更高的聚光溫度。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

本發明是一種利用嵌套圓錐環面的全周向輻射接受聚光器，由環形會聚透鏡板、環形發散透鏡板、反射板、集熱管、框架組成。環形會聚透鏡板、環形發散透鏡板和反射板通過框架固定安裝。其中，環形發散透鏡板位于環形會聚透鏡板下方，反射板安裝在環形發散透鏡板下方；集熱管為圓柱形，安裝在反射板中心，位于環形發散透鏡板下方；

環形會聚透鏡板和環形發散透鏡板采用透光材料制作；環形會聚透鏡板朝向太陽入射光線的一側為平面；出射一側設置1個中心會聚透鏡和n個環形會聚透鏡，其中n≥2；環形發散透鏡板上設置1個中心發散透鏡和n個與環形會聚透鏡相對應的環形發散透鏡；

反射板嵌套設置n個與環形會聚透鏡和環形發散透鏡相對應的圓錐環反射面；經過中心軸的剖面與圓錐環反射面的交線和中心軸間的夾角為∠45°；環形會聚透鏡、環形發散透鏡、圓錐環反射面和集熱管通過中心軸共軸對稱，中心軸垂直于環形會聚透鏡板的上表面平面。