專利名稱：一種用于太陽能的拋物槽式鏡的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及槽式聚光太陽能熱發(fā)電技術領域，具體涉及一種用于太陽能的拋物槽式鏡。
背景技術：
聚光太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)(CSP-Concentrating Solar Power)按聚光形式不同可分為槽式、塔式和碟式等三種主要技術。陽能收集器元件包括集熱管、拋物槽式鏡面、支架，太陽能收集器元件大約長為10 15m，數(shù)塊槽式鏡面被固定在相應的鋼質(zhì)支架上，支架沿長度方向設置一縱向轉(zhuǎn)軸，通過轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動實現(xiàn)跟蹤太陽旋轉(zhuǎn)。太陽能收集器單元，一般長度約為100 160m，大約是由10個太陽能收集器元件串聯(lián)組成，在單元長度中點設置一維跟蹤控制裝置。許多平行成排模塊化的太陽能收集器單元沿南北或東西向水平軸組成了太陽能集熱場。每一個太陽能收集器單元重點是吸收太陽直接輻射光束，利用拋物線聚焦原理， 反射光聚集在一個拋物槽式鏡面焦軸的集熱管上，隨著太陽相對于地面的運動，太陽能收集器單元在白天跟隨太陽光旋轉(zhuǎn)，源源不斷地將太陽熱能收集下來，集熱管內(nèi)的熱流體循環(huán)通過對流換熱把大部分的熱量吸收，再借助一系列的熱交換器將發(fā)電工質(zhì)加熱產(chǎn)生高壓過熱蒸汽，從而推動常規(guī)蒸汽輪機發(fā)電機組發(fā)電。在國外，美國和西班牙太陽能熱發(fā)電的應用比較多、槽式熱發(fā)電技術最成熟、應用最多，商業(yè)化已有25年成功運行經(jīng)驗。截止到2009年3月，美國太陽能熱發(fā)電已經(jīng)投入商業(yè)運行的有419MW，全部為槽式太陽能熱發(fā)電站系統(tǒng)。這充分證明槽式熱發(fā)電技術是當前以及今后國內(nèi)外一段時間內(nèi)新能源發(fā)電市場的主流方向。在我國，太陽能熱發(fā)電技術的研究開發(fā)工作始于70年代末，2007年6月，由張耀明院士牽頭研發(fā)的中國首座塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)在江蘇南京通過驗收，發(fā)電功率達到 70kW;由中科院電工研究所、熱物所、西安交大、華電集團等10家單位共同承擔研究建設的我國科技部“十一五” 863重點項目“1MW太陽能熱發(fā)電技術及系統(tǒng)示范”正在北京延慶進行。由此可以看出，國內(nèi)在聚光太陽能熱發(fā)電技術領域尚處于起步階段，基本屬于技術空白。國外的槽式技術雖然較成熟，核心設備產(chǎn)品質(zhì)量高，如果在國內(nèi)太陽熱發(fā)電工程中購買國外的核心設備產(chǎn)品，投入大，成本太高，千瓦造價約為3. 5萬人民幣。如果在國內(nèi)引進國外的核心設備拋物槽式鏡面產(chǎn)品制造技術，同樣投入大、成本高。由于目前國內(nèi)拋物槽式鏡面制造技術還處在是剛剛起步階段，在制造拋物槽式反光鏡面時，如玻璃的熱彎、鍍銀、保護涂層等工藝尚未形成相關規(guī)模及生產(chǎn)工藝流水線，多數(shù)是依靠人工控制完成制作工藝，拋物槽式鏡面的曲率更是五花八門，鏡面的長度和寬度也無統(tǒng)一的系列尺寸，加上國內(nèi)制造技術也沒有統(tǒng)一的標準，導致產(chǎn)品質(zhì)量低下，難以保證槽式反光鏡面光學效率和壽命。
實用新型內(nèi)容(一)要解決的技術問題本實用新型要解決的技術問題是如何提供一種具備特定曲率和長寬尺寸的、適用于規(guī)?；a(chǎn)的拋物槽式鏡。(二)技術方案為了解決上述技術問題，本實用新型提供一種用于太陽能的拋物槽式鏡，所述拋物槽式鏡的鏡面形狀為對稱拋物弧形，且所述拋物槽式鏡的鏡面的拋物弧線開口弦長X與開口高度Y的關系為x2 = 4KY；其中，K為常數(shù)，其數(shù)值范圍為1440 1860。其中，所述拋物槽式鏡的鏡面的弧線的焦距范圍為1440mm 1860mm。其中，所述拋物槽式鏡的鏡面包括四段曲弧子鏡面，所述四段曲弧子鏡面依次排列并將其依次定義為&、1(2、1(3、1(4，且所述四段曲弧子鏡面的焦點均匯聚在同一焦點軸上。其中，所述K1曲弧子鏡面及K4曲弧子鏡面的弧長相同，其范圍為1580mm 1650mm ；所述K1曲弧子鏡面及K4曲弧子鏡面的弦長相同，其范圍為1570mm 1640mm。其中，所述K2曲弧子鏡面及K3曲弧子鏡面的弧長相同，其范圍為1500mm 1560mm ；所述K2及K3曲弧子鏡面的弦長相同，其范圍為1490mm 1540mm。其中，所述K1曲弧子鏡面與所述K2曲弧子鏡面之間的間隙為第一間隙，所述K3曲弧子鏡面與所述K4曲弧子鏡面之間的間隙為第三間隙，所述第一間隙弧長與所述第三間隙弧長相等，其范圍為20mm 50mm ；所述K2曲弧子鏡面與所述K3曲弧子鏡面之間的間隙為第二間隙，所述第二間隙弧長范圍為50mm 100mm。其中，所述拋物槽式鏡的鏡面的總弧長范圍為6250mm 6620mm。其中，所述拋物槽式鏡的鏡面的鏡面?zhèn)冗呴L度范圍為1600mm 1690mm。其中，所述K1曲弧子鏡面及K4曲弧子鏡面的弧長相同，其開口高度范圍為59mm 66mm;所述K2曲弧子鏡面及K3曲弧子鏡面的弧長相同，其開口高度范圍為83mm 89mm。(三)有益效果與現(xiàn)有技術相比較，本實用新型技術方案具備如下有益效果1)鏡的鏡面弧曲率的選取系列化生產(chǎn)，將受到熱彎、鋼化設備加工尺寸的限制， 故選拋物面弧長范圍1500-1900mm ；2)鏡的鏡面加工弧線精度小于士5mm，可使98. 5%太陽直接輻射光束反射至位于焦軸(點)的接收器，熱流體加熱高達390°C ；3)鏡的鏡面反射率反射率為93% ；4)鏡的鏡面效率光學效率80% ；5)鏡的鏡面壽命系列化生產(chǎn)，表面應力達60MPa以上，防腐、抗風、防磨性能提高，壽命可達20年；6)鏡的鏡面單位成本系列化生產(chǎn)拋物槽式鏡面，經(jīng)測算將低于300元/m2 ；通過實施本實用新型所提供的技術方案，可以得到具備特定曲率和長寬尺寸的、適用于規(guī)?；a(chǎn)的拋槽式鏡，該拋物槽式鏡的加工尺寸適用于規(guī)?；a(chǎn)，并可以保證拋物槽式鏡的光學效率和壽命。

圖1為本實用新型具體實施方式
所涉及的拋物槽式鏡的鏡面的整體側面示意圖；圖2為本實用新型具體實施方式
所涉及的拋物槽式鏡的鏡面分解為四段后的側面示意圖；圖3為本實用新型具體實施方式
所涉及的拋物槽式鏡的鏡面四段順序相連的示意圖；圖4為本實用新型具體實施方式
所涉及的拋物槽式鏡的鏡面的四段子鏡面的尺寸示意圖；圖5-1為本實用新型具體實施方式
所涉及的K1及K4曲弧子鏡面尺寸的平面展開示意圖；圖5-2為本實用新型具體實施方式
所涉及的K1及K4曲弧子鏡面尺寸的三視圖；圖6-1為本實用新型具體實施方式
所涉及的K2及K3曲弧子鏡面尺寸的平面展開示意圖；圖6-2為本實用新型具體實施方式
所涉及的K2及K3曲弧子鏡面尺寸的三視圖；圖7為本實用新型具體實施方式
所涉及的拋物槽式鏡的鏡面制作方法的流程圖。
具體實施方式
為使本實用新型的目的、內(nèi)容、和優(yōu)點更加清楚，
以下結合附圖和實施例，對本實用新型的具體實施方式
作進一步詳細描述。本實施例具體描述本實用新型技術方案所提供的一種用于太陽能的拋物槽式鏡， 如圖1所示，所述拋物槽式鏡的鏡面形狀為對稱拋物弧形，所述拋物槽式鏡的鏡面的拋物弧線開口弦長X與開口高度Y的關系為x2 = 4KY ；其中，K為常數(shù)，其數(shù)值范圍為1440 1860，優(yōu)選為 1700。本實用新型所選擇的拋物槽式鏡的鏡面的總弧長范圍為6250mm 6620mm，優(yōu)選為6482. 20mm ；對應的總弦長范圍為5000mm 6000mm，優(yōu)選為5831mm ；所述拋物槽式鏡的鏡面的鏡面?zhèn)冗厡挾确秶鸀?600mm 1690mm，優(yōu)選為1680mm ；所述拋物槽式鏡的鏡面的弧線的焦距范圍為1440mm 1860mm，優(yōu)選為1700mm。其中，如圖2至圖6所示，所述拋物槽式鏡的鏡面包括四段曲弧子鏡面，所述四段曲弧子鏡面依次排列并將其依次定義為Kp K2、K3、K4，且所述四段曲弧子鏡面的焦點均匯聚在同一焦點軸上。沿拋物弧線外側的兩塊曲弧子鏡面，即所述K1曲弧子鏡面及K4曲弧子鏡面的弧長相同，其范圍為1580mm 1650mm，優(yōu)選為1630mm;所述K1曲弧子鏡面及K4曲弧子鏡面的弦長相同，其范圍為1570mm 1640mm，優(yōu)選為 1623mm。所述拋物弧線內(nèi)側的兩塊曲弧子鏡面，即所述K2曲弧子鏡面及K3曲弧子鏡面的弧長相同，其范圍為1500mm 1560mm，優(yōu)選為1550mm;[0049]所述K2曲弧子鏡面及K3曲弧子鏡面的弦長相同，其范圍為1490mm 1540mm，優(yōu)選為 1538mm。所述K1曲弧子鏡面與所述K2曲弧子鏡面之間的間隙為第一間隙，所述K3曲弧子鏡面與所述K4曲弧子鏡面之間的間隙為第三間隙，所述第一間隙弧長與所述第三間隙弧長相等，其范圍為20mm 50mm，優(yōu)選為31. IOmm ；所述K2曲弧子鏡面與所述K3曲弧子鏡面之間的間隙為第二間隙，所述第二間隙弧長范圍為50mm 100mm，優(yōu)選為60mm。所述K1曲弧子鏡面及K4曲弧子鏡面的弧長相同，其開口高度范圍為59mm 66mm， 優(yōu)選為62mm ；所述K2曲弧子鏡面及K3曲弧子鏡面的弧長相同，其開口高度范圍為83mm 89mm,優(yōu)選為 86mm。如圖7所示，本實施例具體描述本實用新型技術方案所涉及的拋物槽式鏡的鏡面的制作方法流程，包括如下步驟Sl 選擇厚度范圍3mm 5mm、寬度范圍為1600mm 1690mm的超白低鐵玻璃板； 其中，厚度優(yōu)選為4mm，寬度優(yōu)選為1680mm;其中，所述超白低鐵玻璃是具有優(yōu)越的物理、機械及光學性能，高透明的一種玻璃，由超白低鐵玻璃制作成鏡面有利于進行太陽能反射；S2 從所述玻璃板上切割下長度范圍為6160mm 6420mm的玻璃平板；其中，長度優(yōu)選為6482. 2mm ；S3:將所述玻璃平板沿長邊依次切割為四塊子玻璃平板，將所述四塊子玻璃平板依次排列并分別定義為K1子玻璃平板、K2子玻璃平板、K3子玻璃平板、K4子玻璃平板；其中，所述K1子玻璃平板與K4子玻璃平板長度相同，其范圍為1580mm 1650mm， 其尺寸優(yōu)選為1630mm(長度)X 1680mm(寬度)；所述K2子玻璃平板與K3子玻璃平板長度相同，其范圍為1500mm 1560mm，其尺寸優(yōu)選為1550mm(長度)X 1680mm(寬度)；上述，本實用新型選取了四塊玻璃平板寬度尺寸數(shù)據(jù)排列依次為1630、1550、 1550、1630mm，長度均為 1680mm。S4 根據(jù)預設的拋物弧線開口弦長與開口高度的關系將所述K1子玻璃平板、K2子玻璃平板、K3子玻璃平板、K4子玻璃平板，借助自動生產(chǎn)線熱彎、鋼化工藝設備，分別進行熱彎及鋼化成形工藝，之后，分別成形為K1子槽式鏡面、K2子槽式鏡面、K3子槽式鏡面、K4子槽式鏡面；所述弧線開口弦長X與開口高度Y的關系為X2 = 4KY ；其中，K為常數(shù)，其數(shù)值范圍為1440 1860，優(yōu)選為1700 ；進行熱彎、鋼化操作后的四塊子槽式鏡面中，所述K1子槽式鏡面及K4子槽式鏡面的弦長相同，其范圍為1570mm 1640mm;所述K2子槽式鏡面及K3子槽式鏡面的弦長相同， 其范圍為1490mm 1540mm;所述四塊子槽式鏡面各自所形成的拋物弧線具備相同的焦點及焦距，所述焦距范圍為1440mm 1860mm。在這里，本實用新型選取所述K1子槽式鏡面及K4子槽式鏡面的弧長、弦長、弦高相同，分別為1630mm、1623mm、62mm ；所述K2子槽式鏡面及K3子槽式鏡面的弧長、弦長、弦高相同，分別為1550、1538mm、86mm。所述成型的四塊子槽式鏡面具備相同的焦距1700mm。S5 對熱彎、鋼化成形合格后的四塊子槽式鏡面進行鍍銀操作；所述成形的四塊子槽式鏡面，尺寸分別1630mm(弧長)X 1680mm(寬度)、
61550X (弧長 U68OmmU55O (弧長)X I68Omm(寬度)U63Omm(弧長)X I68Omm(寬度)，借
助自動生產(chǎn)線鍍銀工藝設備，對所述四塊子槽式鏡面進行鍍銀；S6 對鍍銀后的四塊子槽式鏡面，分別進行防輻射保護層、防腐蝕保護層以及防磨保護層的涂鍍操作；借助自動生產(chǎn)線涂膜工藝設備，對其槽式鍍銀玻璃板進行防輻射保護層、防腐蝕保護層以及防磨保護層的涂鍍工序。S7 步驟S6工藝結束后，按照圖1和圖3所示的順序，對檢驗合格的四塊子槽式鏡面進行間距設置并安裝；其中，定義所述K1子槽式鏡面與所述K2子槽式鏡面之間的間隙為第一間隙，所述 K3子槽式鏡面與所述K4子槽式鏡面之間的間隙為第三間隙，所述第一間隙長度與所述第三間隙長度相等，其范圍為20mm 50mm ；此外，定義所述K2子槽式鏡面與所述K3子槽式鏡面的間隙為第二間隙，所述第二間隙長度范圍為50mm 100mm。與現(xiàn)有技術相比較，本實用新型技術方案具備如下有益效果1)鏡的鏡面弧曲率的選取系列化生產(chǎn)，將受到熱彎、鋼化設備加工尺寸的限制， 故選拋物面弧長范圍1500-1900mm ；2)鏡的鏡面加工弧線精度小于士5mm，可使98. 5%太陽直接輻射光束反射至位于焦軸(點)的接收器，熱流體加熱高達390°C ；3)鏡的鏡面反射率反射率為93% ；4)鏡的鏡面效率光學效率80% ；5)鏡的鏡面壽命系列化生產(chǎn)，表面應力達60MPa以上，防腐、抗風、防磨性能提高，壽命可達20年；6)鏡的鏡面單位成本系列化生產(chǎn)拋物槽式鏡面，經(jīng)測算將低于300元/m2 ；通過實施本實用新型所提供的技術方案，可以得到具備特定曲率和長寬尺寸的、 適用于規(guī)?；a(chǎn)的拋槽式鏡，該拋物槽式鏡的加工尺寸適用于規(guī)?；a(chǎn)，并可以保證拋物槽式鏡的光學效率和壽命。下面，只更換鏡面，在光資源、試驗裝置其它工作狀態(tài)等邊界條件相同的條件下， 通過在國內(nèi)某中試裝置上進行試驗，此時，選用總弧長為6482. 20mm、開口總弦長為5831mm 的拋物槽式鏡的鏡面，其中組成所述拋物槽式鏡的鏡面的四塊I、K2, K3, K4子槽式鏡面的尺寸分別為1630mm(弧長)X 1680mm(寬度)、1550mm(弧長)X 1680mm(寬度)、1550mm(弧長)X1680mm(寬度)、1630mm (弧長)X 1680mm (寬度)；其中，K1與K2子槽式鏡面之間的間距、K3與K4子槽式鏡面之間的間距均設置為31. lmm, K3與K4子槽式鏡面之間的間距設置為60. 0mm。該拋物槽式鏡的鏡面的焦距為1700mm。而作為對比的則選擇開口總弦長為 5000mm的現(xiàn)有的小口徑鏡面。根據(jù)對比試驗所得出的結論，可以證明依照本實用新型的技術方案所設計的鏡比國內(nèi)已有的小開口的鏡的性能要優(yōu)越，使用本實用新型技術方案所制造的槽式鏡，并在具體工藝環(huán)境中安裝該鏡，將會使其性能更好。下表所示為在中試裝置上本實用新型技術方案所提供的槽式鏡與現(xiàn)有的鏡分別進行試驗后，所測量的數(shù)據(jù)對比太陽能集熱器鏡的試驗特征數(shù)據(jù)對比表鏡現(xiàn)有的小口徑鏡本實用新型的大口徑鏡年份20102010鏡面開口尺寸(m)55. 831設備長度(m)88集熱管直徑(m)0. 070. 07濃度比65 182 1光學效率0. 700. 80鏡面反射率0. 900. 93可以看出，本實用新型技術方案所提供的鏡可以有效提高鏡面上的光學效率以及鏡面光反射率，進而可以基于該鏡來提高太陽能發(fā)電工程的整體發(fā)電效率。以上所述僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型技術原理的前提下，還可以做出若干改進和變形，這些改進和變形也應視為本實用新型的保護范圍。
權利要求1.一種用于太陽能的拋物槽式鏡，其特征在于，所述拋物槽式鏡的鏡面形狀為對稱拋物弧形，且所述拋物槽式鏡的鏡面的拋物弧線開口弦長X與開口高度Y的關系為χ2 = 4KY ；其中，K為常數(shù)，其數(shù)值范圍為1440 1860。
2.如權利要求1所述的用于太陽能的拋物槽式鏡，其特征在于，所述拋物槽式鏡的鏡面的弧線的焦距范圍為1440mm 1860mm。
3.如權利要求1所述的用于太陽能的拋物槽式鏡，其特征在于，所述拋物槽式鏡的鏡面包括四段曲弧子鏡面，所述四段曲弧子鏡面依次排列并將其依次定義為Kp K2, K3, K4，且所述四段曲弧子鏡面的焦點均匯聚在同一焦點軸上。
4.如權利要求3所述的用于太陽能的拋物槽式鏡，其特征在于，所述K1曲弧子鏡面及 K4曲弧子鏡面的弧長相同，其范圍為1580mm 1650mm;所述K1曲弧子鏡面及K4曲弧子鏡面的弦長相同，其范圍為1570mm 1640mm。
5.如權利要求3所述的用于太陽能的拋物槽式鏡，其特征在于，所述K2曲弧子鏡面及 K3曲弧子鏡面的弧長相同，其范圍為1500mm 1560mm;所述K2曲弧子鏡面及K3曲弧子鏡面的弦長相同，其范圍為1490mm 1540mm。
6.如權利要求3所述的用于太陽能的拋物槽式鏡，其特征在于，所述K1曲弧子鏡面與所述K2曲弧子鏡面之間的間隙為第一間隙，所述K3曲弧子鏡面與所述K4曲弧子鏡面之間的間隙為第三間隙，所述第一間隙弧長與所述第三間隙弧長相等，其范圍為20mm 50mm ；所述K2曲弧子鏡面與所述K3曲弧子鏡面之間的間隙為第二間隙，所述第二間隙弧長范圍為 50mm 100mm。
7.如權利要求1所述的用于太陽能的拋物槽式鏡，其特征在于，所述拋物槽式鏡的鏡面的總弧長范圍為6250mm 6620mm。
8.如權利要求1所述的用于太陽能的拋物槽式鏡，其特征在于，所述拋物槽式鏡的鏡面的鏡面?zhèn)冗呴L度范圍為1600mm 1690mm。
9.如權利要求3所述的用于太陽能的拋物槽式鏡，其特征在于，所述K1曲弧子鏡面及 K4曲弧子鏡面的弧長相同，其開口高度范圍為59mm 66mm;所述K2曲弧子鏡面及K3曲弧子鏡面的弧長相同，其開口高度范圍為83mm 89mm。
專利摘要本實用新型具體涉及一種用于太陽能的拋物槽式鏡，屬于槽式聚光太陽能熱發(fā)電技術領域。為了提供一種適用于規(guī)?；a(chǎn)的槽式鏡，本實用新型所提供的槽式鏡的鏡面形狀為對稱弧形，且所述槽式鏡的鏡面的弧線開口弦長X與開口高度Y的關系為X2＝4KY；其中K為一常數(shù)，其數(shù)值范圍為1440～1860。通過實施本實用新型所提供的技術方案，可以得到具備特定曲率和長寬尺寸的、適用于規(guī)?；a(chǎn)的拋槽式鏡，該拋物槽式鏡的加工尺寸適用于規(guī)?；a(chǎn)，并可以保證拋物槽式鏡的光學效率和壽命。
文檔編號G02B5/10GK202003047SQ20102062635
公開日2011年10月5日 申請日期2010年11月26日 優(yōu)先權日2010年11月26日
發(fā)明者孟令杰, 曲增杰, 李昌偉, 王文波 申請人:國電龍源電力技術工程有限責任公司