[發(fā)明專利]一種基于旋轉(zhuǎn)棱鏡跟蹤的聚光集熱裝置及其方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110016675.5
• 申請日: 2021-01-07
• 公開（公告）號: CN112833568A
• 公開（公告）日: 2021-05-25
• 發(fā)明（設計）人: 王瑞林;周燃;錢煜;邢晨健;趙傳文
• 申請（專利權）人: 南京師范大學
• 主分類號: F24S23/00
• 分類號: F24S23/00;F24S23/71;F24S25/13;F24S30/425;F24S50/20
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 彭英

1.一種基于旋轉(zhuǎn)棱鏡跟蹤的聚光集熱裝置，其特征在于：包括支撐底座、支撐鋼架、跟蹤棱鏡、旋轉(zhuǎn)跟蹤驅(qū)動裝置、拋物槽式聚光反射鏡和真空集熱管，其中：

所述支撐底座沿東西方向布置于工作面，所述支撐底座上安裝有所述支撐鋼架；所述拋物槽式聚光反射鏡在所述支撐鋼架支撐下固定于所述支撐底座上；所述真空集熱管設置于所述拋物槽式聚光反射鏡焦線位置并固定在所述支撐鋼架上；所述跟蹤棱鏡安裝于所述拋物槽式反射鏡上方并固定在所述支撐鋼架上；所述跟蹤棱鏡一側(cè)安裝有用于驅(qū)動所述跟蹤棱鏡軸向旋轉(zhuǎn)始終跟蹤太陽光線的所述旋轉(zhuǎn)跟蹤驅(qū)動裝置。

2.根據(jù)權利要求1所述的一種基于旋轉(zhuǎn)棱鏡跟蹤的聚光集熱裝置，其特征在于：所述拋物槽式聚光反射鏡是截取全拋物面槽式聚光反射鏡的部分開口寬度形成的半拋物面槽式聚光反射鏡。

3.根據(jù)權利要求2所述的一種基于旋轉(zhuǎn)棱鏡跟蹤的聚光集熱裝置，其特征在于：還包括復合拋物面反射鏡，所述復合拋物面反射鏡貼附布置在所述真空集熱管上，且其開口方向與所述拋物槽式聚光反射鏡開口方向相對。

4.根據(jù)權利要求2或3所述的一種基于旋轉(zhuǎn)棱鏡跟蹤的聚光集熱裝置，其特征在于：所述旋轉(zhuǎn)跟蹤驅(qū)動裝置包括步進電機和傾角傳感器，所述步進電機用于驅(qū)動所述跟蹤棱鏡，所述傾角傳感器用于感應所述跟蹤棱鏡旋轉(zhuǎn)角度。

5.根據(jù)權利要求1所述的一種基于旋轉(zhuǎn)棱鏡跟蹤的聚光集熱裝置，其特征在于：所述跟蹤棱鏡與所述拋物槽式聚光反射鏡相互平行且東西方向長度一致。

6.一種基于旋轉(zhuǎn)棱鏡跟蹤的聚光集熱方法，其特征在于，具體步驟如下：

步驟一：將基于旋轉(zhuǎn)棱鏡跟蹤的聚光集熱裝置布置在工作面的東西方向，所述基于旋轉(zhuǎn)棱鏡跟蹤的聚光集熱裝置整體與水平面形成一定傾角并將所述跟蹤棱鏡的鏡面朝向正南；

步驟二：明確當?shù)貙崟r太陽方位角γ、高度角α，根據(jù)入射光線在棱鏡內(nèi)的傳遞規(guī)律，確定所述跟蹤棱鏡的預設跟蹤旋轉(zhuǎn)角；

步驟三：所述旋轉(zhuǎn)跟蹤驅(qū)動裝置開啟，所述步進電機驅(qū)動所述跟蹤棱鏡旋轉(zhuǎn)，所述傾角傳感器確知所述跟蹤棱鏡實際旋轉(zhuǎn)角度；兩者協(xié)同工作，確保所述跟蹤棱鏡旋轉(zhuǎn)角度等于預設跟蹤旋轉(zhuǎn)角；

步驟四：所述復合拋物面反射鏡將因鏡面等因素導致的誤差引發(fā)的散溢光線重新聚焦于所述真空集熱管。

7.根據(jù)權利要求6所述的一種基于旋轉(zhuǎn)棱鏡跟蹤的聚光集熱方法，其特征在于：所述入射光線在棱鏡內(nèi)的傳遞規(guī)律為：

其中，是光線入射方向的單位向量，和分別為跟蹤棱鏡上表面折射光線單位向量和反射光線單位向量，是光線出射方向的單位向量，是反射光線單位向量，n₁和n₂分別是空氣折射率和棱鏡折射率，是跟蹤棱鏡下表面的指上法線單位向量，R為出射光線與入射光線能量的比值，即涵蓋了光線在經(jīng)過棱鏡后出射方向及能量衰減的光線出射向量。