[實用新型]菲涅耳透射聚光式太陽能高溫集熱裝置

有效

• 申請號: 201520739665.4
• 申請日: 2015-09-22
• 公開（公告）號: CN205119523U
• 公開（公告）日: 2016-03-30
• 發明（設計）人: 鄭宏飛;崔丹丹;馬興龍;王飛
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: F24J2/08
• 分類號: F24J2/08;F24J2/46
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種菲涅耳透射聚光式太陽能高溫集熱裝置。菲涅耳透射聚光式太陽能高溫集熱裝置是一種利用多個聚光器與真空管結合組成，以實現高密度聚集太陽光并產生高溫熱能的太陽能利用裝置。屬太陽能聚光與太陽能中高溫集熱技術領域。

背景技術

當前在可再生能源利用方面,太陽能熱發電在世界上得到最多的關注。高效的太陽能光熱和光電轉換的實現，太陽能聚光系統是必不可少的。目前，太陽能聚光發電系統主要有槽式、線性菲涅耳型、塔式和碟式等。其中，更為推廣使用的中高溫線聚焦太陽能集熱器有二維拋物槽反射線聚焦(亦稱槽式聚光器)和菲涅耳反射式線聚光兩類。前者的優點是只需一維跟蹤太陽，控制簡單，并且可以將太陽光聚集到較小區域，利于利用真空管產生高溫熱能；缺點是真空管接收器為了跟蹤太陽，在一天之內必須作大幅度的運動，不利于與地面儲能用能系統連接。后者真空管接收器不需要運動，利于與地面儲能用能系統連接；但是菲涅耳反射聚光裝置的每一塊反射鏡都存在余弦效應，不能將太陽光聚集在很小區域，且需獨立跟蹤太陽，控制過程復雜。

以上兩種裝置的聚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并產生高溫熱能。由于真空管接收器在拋物面的上方，因此，真空管一般會在拋物面上留下陰影，從而阻擋了部分太陽光的采集。其次，對于高緯度地區或太陽高度角較小的冬季，不管聚光器如何放置，太陽光在大多時候都是傾斜入射至聚光器上，此時太陽光線在裝置中的運行路線變長，加大了系統對跟蹤精度的要求。另外，由于太陽能接收器(真空管)在拋物面的上方，其所處的熱損失環境更為惡劣，會經歷風吹雨淋，并與天空產生輻射換熱，從而降低了裝置的能量轉換效率。

本發明利用菲涅耳透射聚光與二次反射聚光的原理，對入射到圓柱面菲涅耳透鏡表面的光線分別處理，實現將太陽能光匯聚于真空管接收器上。其中，部分未匯聚到真空管上的光線，經二次聚光器再反射到真空管接收器上實現聚焦。本發明的優點是真空管接收器安裝在圓柱面菲涅耳透鏡的下方，不容易受到風沙和雨水的侵蝕，極大的改善了真空管的工作環境；另外，添加二次聚光裝置，降低了系統對跟蹤精度的要求。

發明內容

菲涅耳透射聚光式太陽能高溫集熱裝置將入射到圓柱面菲涅耳透鏡表面的太陽光匯聚成線性光源，并在二次聚光器的配合下將更多的光線聚集到真空管接收器上，將光能轉化為高溫熱能。同時，該裝置的隨動支撐系統在太陽能跟蹤器的指示下，通過驅動電機使其帶動圓柱面菲涅耳透鏡跟隨太陽在天空的位置轉動，實現圓柱面菲涅耳透鏡的上端總是正對著太陽光入射方向，從而達到收集太陽光的最大化。因此本裝置可以應用于對太陽能的收集，并轉化為高溫熱能。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：菲涅耳透射聚光式太陽能高溫集熱裝置主要包含以下結構：一體化成型的圓柱面菲涅耳透鏡(2)，真空管接收器(5)，二次聚光器(6)，菲涅耳聚光器平衡系統以及隨動支撐系統(3)和支撐整個系統的定位支架(4)。其中，通過對隨動支撐系統(3)的尺寸設計，使真空管接收器(5)和二次聚光器(6)能夠完全平衡圓柱面菲涅耳透鏡(2)在轉動過程中造成的扭矩；同時也可以通過添加獨立的平衡桿(8)平衡系統轉動過程中的扭矩。

它們的連接關系如下，圓柱面菲涅耳透鏡(2)頂端正對太陽光方向，通過隨動支撐系統(3)進行定位支撐；且隨動支撐系統(3)的下端連接有真空管接收器(5)和二次聚光器(6)，用于平衡圓柱面菲涅耳透鏡的重心位置；真空管接收器(5)置于二次聚光器(6)中，二次聚光器(6)的開口方向正對菲涅耳透射式聚光器(2)的軸向對稱中心；真空管接收器(5)和二次聚光器(6)與隨動支撐系統(3)的下端剛性連接。旋轉中心處設置有旋轉軸(7)的隨動支撐系統(3)通過轉動軸(7)與定位支架(4)柔性連接。太陽光跟蹤器安裝在圓柱面菲涅耳透鏡(2)的正上端，在太陽光跟蹤器的指引下，由電機驅動隨動支撐系統圍繞轉動軸(7)的軸線轉動，使圓柱面菲涅耳透鏡(2)和二次聚光器(6)可以及時跟蹤太陽，保證圓柱面菲涅耳透鏡(2)的軸向對稱中心始終正對太陽光入射方向；在轉動過程中裝置的重心軸線始終能夠保證與轉動軸(7)的軸線位置重合，實現系統工作的穩定性。

當太陽光入射時，菲涅耳透射式聚光器(2)透射聚光，并將光線匯集至真空管接收器(5)上；部分偏離真空管接收器(5)上的光線進入到二次聚光器(6)中，并通過二次聚光器(6)的反射再次將光線匯集至真空管接收器(5)上。真空管接收器(5)將所收集到的太陽光轉化為熱能，經工質輸送給用戶。