專利名稱：菲涅耳透射與反射復(fù)合聚光滾筒式太陽能高溫集熱器的制作方法
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(dòng)， 利于與地面儲(chǔ)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?，且只需一維跟蹤太陽，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(dòng)，不利于與地面儲(chǔ)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?，因此，太陽能接收器一般?huì)在拋物面上留下陰影，從而阻擋了部分太陽光的采集。另外，對(duì)于高緯度地區(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(shí)候太陽光都是傾斜入射至聚光器上的，此時(shí)太陽光線在裝置中的運(yùn)行路線變長(zhǎng)， 加大了系統(tǒng)對(duì)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(huì)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(huì)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Ｒ环N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(dòng)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(zhǎng)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(duì)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(dòng)軸，轉(zhuǎn)動(dòng)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(gè)左右對(duì)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(gè)或兩個(gè)以上的導(dǎo)光器，導(dǎo)光器為反射鏡面，導(dǎo)光器對(duì)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(shí)，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(huì)偏離真空管接收器，而進(jìn)入二次聚光器中，此時(shí)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(dòng)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(dòng)，保證菲涅耳透射式聚光器的中心線總是對(duì)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。有益效果(1)本發(fā)明的殼體采用圓筒式結(jié)構(gòu)，使其抗風(fēng)能力大大加強(qiáng)，且將接收器安裝在殼體內(nèi)，大大改善了真空管的工作環(huán)境，熱損失?。?2)本發(fā)明的菲涅耳透射鏡及反射鏡也都安裝在殼體內(nèi)，使其不容易受到風(fēng)沙和雨水的侵蝕；C3)本發(fā)明利用菲涅耳透射聚光與反射聚光的原理，采用二次聚光器，并通過太陽光跟蹤器對(duì)太陽光線的跟蹤，保證太陽光線最大限度折射至真空管接收器上，集熱器的工作效率高且熱量散失少。


圖1為本發(fā)明太陽能高溫集熱器的結(jié)構(gòu)圖。圖2為本發(fā)明太陽能高溫集熱器的左視圖。圖3為本發(fā)明太陽能高溫集熱器的主視圖。圖4為本發(fā)明管狀外殼采用半圓柱形結(jié)構(gòu)代替圓筒形結(jié)構(gòu)的實(shí)施例圖。圖5為本發(fā)明管狀外殼采用橢圓形結(jié)構(gòu)代替圓筒形結(jié)構(gòu)的實(shí)施例圖。圖6為本發(fā)明裝置跟蹤太陽運(yùn)轉(zhuǎn)的原理圖。其中，1-菲涅耳透射式聚光器、2-太陽光線、3-導(dǎo)光器、4-真空管接收器、5- 二次聚光器、6-管狀外殼、7-折射光線、8-反射光線、9-管狀外殼的軸心線、10-真空管玻璃外殼、11-封裝法蘭、12-封裝底板、13-太陽光跟蹤器、14-封蓋、15-轉(zhuǎn)動(dòng)軸、16-橢圓形管狀外殼
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖并舉實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。
如附圖1及附圖2所示，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，該集熱器包括菲涅耳透射式聚光器1、4個(gè)導(dǎo)光器3、真空管、二次聚光器 5、管狀外殼6、太陽光跟蹤器13、封蓋14、轉(zhuǎn)動(dòng)軸15，外圍設(shè)備為電機(jī)；其中真空管包括真空管接收器4和真空管玻璃外殼10，真空管玻璃外殼10套在真空管接收器4外表面且真空管玻璃外殼10和真空管接收器4之間為真空，真空管接收器4內(nèi)充滿工質(zhì)；管狀外殼6為滾筒式結(jié)構(gòu)，管狀外殼6內(nèi)表面的中部對(duì)稱加工有4個(gè)與管狀外殼6軸向等長(zhǎng)的安裝槽，菲涅耳透射式聚光器1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)，二次聚光器 5是由兩個(gè)左右對(duì)稱的漸開線反射面組成的ω形結(jié)構(gòu)；整體安裝關(guān)系管狀外殼6內(nèi)表面的頂部設(shè)置有與管狀外殼6軸向等長(zhǎng)的菲涅耳透射式聚光器1，菲涅耳透射式聚光器1的中心線正對(duì)著太陽光線，導(dǎo)光器3安裝在管狀外殼6內(nèi)部的安裝槽內(nèi)，真空管置于二次聚光器5的中心線上，并與二次聚光器5 —起固定在管狀外殼6的內(nèi)部下方，二次聚光器5的開口朝上且中心位于管狀外殼6的軸心線9上；如附圖3所示，管狀外殼6的兩端均安裝有封蓋14，封蓋14的中心連接轉(zhuǎn)動(dòng)軸15，轉(zhuǎn)動(dòng)軸15 與電機(jī)相連，管狀外殼6的外表面設(shè)置有太陽光跟蹤器13，太陽光跟蹤器13位于菲涅耳透射式聚光器1外表面的中心線上。工作原理太陽光線2沿菲涅耳透射式聚光器1的中心線方向入射至管狀外殼6 的外表面，經(jīng)菲涅耳透射式聚光器1的透射后得到折射光線7，并被投射到真空管接收器4 上轉(zhuǎn)化成熱能。部分未被菲涅耳透射式聚光器1接收到的光線，經(jīng)管狀外殼6透射進(jìn)入其內(nèi)部，并被置于管狀外殼6內(nèi)壁的導(dǎo)光器3反射得到反射光線8，反射光線8穿過真空管玻璃外殼10至真空管接收器4上轉(zhuǎn)化成熱能，且真空管玻璃外殼10和真空管接收器4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(shí)，菲涅耳透射式聚光器1匯聚的光線及導(dǎo)光器3反射的光線有一部分會(huì)偏離真空管接收器4，而進(jìn)入二次聚光器5中，此時(shí)二次聚光器5能將所收集到的太陽光再次匯集至真空管接收器4轉(zhuǎn)化為熱能，經(jīng)工質(zhì)輸送給用戶。如附圖6所示，此外太陽光跟蹤器13能追蹤太陽光的入射方向，并指示電機(jī)帶動(dòng)管狀外殼6及管狀外殼內(nèi)的所有部件繞管狀外殼6的中心線轉(zhuǎn)動(dòng)，保證菲涅耳透射式聚光器1的中心線總是對(duì)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。如附圖4所示，將管狀外殼6做成半圓柱形殼體，并增加封裝法蘭11和封裝底板 12，封裝底板12的中部加工有半圓形凹槽，管狀外殼6的開口朝下且開口處安裝有封裝底板12并通過封裝法蘭11固定，將真空管接收器4和二次聚光器5置于封裝底板12的凹槽內(nèi)且位于管狀外殼6的軸心線9上。如附圖5所示，管狀外殼16采用橢圓形結(jié)構(gòu)代替原來的圓筒形結(jié)構(gòu)，這有利于增加太陽光的接收面積，提高系統(tǒng)的太陽光接收總量。綜上所述，以上僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。 凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一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，其特征在于，該集熱器包括菲涅耳透射式聚光器(1)、真空管、二次聚光器( 、管狀外殼(6)、太陽光跟蹤器(13)、 封蓋(14)、轉(zhuǎn)動(dòng)軸(15)，外圍設(shè)備為電機(jī)；其中真空管包括真空管接收器(4)和真空管外殼 (10)，真空管外殼(10)套在真空管接收器(4)外表面且真空管外殼(10)和真空管接收器 (4)之間為真空，真空管接收器內(nèi)充滿工質(zhì)；管狀外殼(6)為滾筒式結(jié)構(gòu)，菲涅耳透射式聚光器(1)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(6)內(nèi)表面的頂部設(shè)置有與管狀外殼(6)軸向等長(zhǎng)的菲涅耳透射式聚光器(1)，菲涅耳透射式聚光器(1)的中心線正對(duì)著太陽光線，真空管置于二次聚光器(5)的中心線上，并與二次聚光器( 一起固定在管狀外殼(6)的內(nèi)部下方，二次聚光器(5)的開口朝上且中心線與管狀外殼(6)的軸心線(9)重合；管狀外殼(6)的兩端均安裝有封蓋(14)，封蓋(14)的中心連接轉(zhuǎn)動(dòng)軸(15)，轉(zhuǎn)動(dòng)軸(15)與電機(jī)相連，管狀外殼(6) 的外表面設(shè)置有太陽光跟蹤器(13)，太陽光跟蹤器(13)位于菲涅耳透射式聚光器(1)外表面的中心線上。
2.如權(quán)利要求1所述的菲涅耳透射與反射復(fù)合聚光滾筒式太陽能高溫集熱器，其特征在于，所述的二次聚光器(5)是由兩個(gè)左右對(duì)稱的漸開線反射面組成的ω形結(jié)構(gòu)。
3.如權(quán)利要求1所述的菲涅耳透射與反射復(fù)合聚光滾筒式太陽能高溫集熱器，其特征在于，所述的菲涅耳透射式聚光器(1)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(4)。
4.如權(quán)利要求1所述的菲涅耳透射與反射復(fù)合聚光滾筒式太陽能高溫集熱器，其特征在于，所述的集熱器還包括兩個(gè)或兩個(gè)以上的導(dǎo)光器(3)，導(dǎo)光器C3)為反射鏡面，導(dǎo)光器 (3)對(duì)稱安裝在管狀外殼(6)內(nèi)表面中上部的安裝槽內(nèi)。
5.如權(quán)利要求1或4所述的菲涅耳透射與反射復(fù)合聚光滾筒式太陽能高溫集熱器，其特征在于，所述的導(dǎo)光器(3)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 ⑷。
6.如權(quán)利要求1所述的菲涅耳透射與反射復(fù)合聚光滾筒式太陽能高溫集熱器，其特征在于，所述的管狀外殼(6)做成半圓柱形殼體，并增加封裝底板(1 和封裝法蘭(11)，封裝底板(12)的中部加工有半圓形凹槽，管狀外殼(6)的開口朝下且開口處安裝有封裝底板 (12)并通過封裝法蘭(11)固定，將真空管接收器(4)和二次聚光器( 置于封裝底板(12) 的凹槽內(nèi)且位于管狀外殼(6)的軸心線(9)上。
7.如權(quán)利要求1所述的菲涅耳透射與反射復(fù)合聚光滾筒式太陽能高溫集熱器，其特征在于，所述的管狀外殼(16)采用橢圓形結(jié)構(gòu)代替原來的圓筒形結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明涉及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，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(dòng)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，管狀外殼內(nèi)表面的頂部設(shè)置有與管狀外殼軸向等長(zhǎng)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(duì)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。本發(fā)明利用菲涅耳透射聚光與反射聚光的原理，采用二次聚光器，并通過太陽光跟蹤器對(duì)太陽光線的跟蹤，保證太陽光線最大限度折射至真空管接收器上，其工作效率高且熱量散失少。
文檔編號(hào)F24J2/38GK102538231SQ201210011550
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2012年1月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月13日
發(fā)明者常澤輝, 戴靜, 鄭宏飛 申請(qǐng)人:北京理工大學(xué)