專利名稱：具有減壓和降低熱應(yīng)力功能的兩級匯聚式太陽能聚光系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種兩級匯聚式太陽能聚光系統(tǒng)，具體涉及具有減壓和降低熱應(yīng)力功能的兩級匯聚式太陽能聚光系統(tǒng)，屬于太陽能聚光系統(tǒng)與接收器技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
以太陽能制氫、太陽能熱推進(jìn)、太陽能熔覆技術(shù)等為代表的先進(jìn)太陽能高溫?zé)徂D(zhuǎn)換技術(shù)的工作溫度已達(dá)到1500K，甚至更高。單級太陽能聚光系統(tǒng)由于聚光比低、存在離散熱斑等因素而無法滿足太陽能高溫?zé)徂D(zhuǎn)換的需求。為實現(xiàn)太陽能高倍匯聚及光束傳輸?shù)目刂?，兩級太陽能聚光系統(tǒng)由于聚光比高、占用空間小等優(yōu)點而逐漸受到了重視。兩級太陽能聚光系統(tǒng)由一次聚集器和二次聚集器組成，二次聚集器將一次聚集器匯聚后的太陽光束進(jìn)行再次匯聚以提高能流密度強度。兩級太陽能聚光系統(tǒng)的幾何聚光比為各級聚集器幾何聚光比的乘積。接收器表面能流密度的大小與聚集器的開口半徑成正比關(guān)系。為達(dá)到高能流密度，匯聚面的開口直徑通常可以達(dá)到3m，甚至更高。開口直徑越大，匯聚面的接收面積也越大。當(dāng)高速的風(fēng)吹過匯聚面的時候會在鏡場表面產(chǎn)生高的壓力而提高了鏡場支架強度的要求。由伯努利方程可以知道，匯聚面鏡場表面受到的壓力與風(fēng)速成平方的關(guān)系。由于太陽能熱利用具有顯著的間斷性和不均勻性，導(dǎo)致太陽能接收器承受反復(fù)高溫差的熱沖擊循環(huán)，接收器容易受到高熱應(yīng)力并引發(fā)接收器玻璃管罩破裂、接收器的熱變形并最終失效。此外，在整個系統(tǒng)跟蹤太陽的時候，管式接收器在跟蹤太陽的過程還存在由于跟蹤太陽運動而導(dǎo)致漏液等缺點。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目 的是為了解決現(xiàn)有兩級匯聚式太陽能聚光系統(tǒng)當(dāng)高速的風(fēng)吹過匯聚面時會在鏡場表面產(chǎn)生高的壓力而提高了鏡場支架強度的要求的問題，以及管式接收器在跟蹤太陽的過程存在的由于跟蹤太陽運動而導(dǎo)致漏液的問題，進(jìn)而提供具有減壓和降低熱應(yīng)力功能的兩級匯聚式太陽能聚光系統(tǒng)。本實用新型的技術(shù)方案是:具有減壓和降低熱應(yīng)力功能的兩級匯聚式太陽能聚光系統(tǒng)包括管式接收器、一級拋物型槽式匯聚面和二級雙曲線型匯聚面，二級雙曲線型匯聚面和一級拋物型槽式匯聚面上下布置，一級拋物型槽式匯聚面和二級雙曲線型匯聚面的表面涂有反射涂層，反射涂層為真空鍍鋁或拋光蒸鍍薄膜銀涂層，二級雙曲面型匯聚面的上焦點與一級拋物型槽式匯聚面的焦點相重合，二級雙曲面型匯聚面的下焦點與一級拋物型槽式匯聚面的中心點O相重合，管式接收器I安裝在一級拋物型槽式匯聚面的中心線處。反射涂層為真空鍍鋁或拋光蒸鍍薄膜銀涂層具有高反射率，反射率為大于0.90。由于兩級匯聚式太陽能聚光系統(tǒng)的一級聚集面鏡場面積很大，在高速風(fēng)的作用下很容易在鏡場表面產(chǎn)生高的壓力而提高了鏡場支架強度的要求。因此，本實用新型的一級拋物型槽式匯聚面上開有多個透風(fēng)圓孔，以達(dá)到降低風(fēng)壓的作用。本實用新型提出的含有透風(fēng)圓孔的一級聚集面鏡場的最大壓力降低率可達(dá)到52%。管式接收器I采用非對稱管式接收器，非對稱管式接收器的內(nèi)圓柱面的圓心與外圓柱面的圓心不在同一個位置，內(nèi)圓柱面的圓心Oin相對于外圓柱面圓心Otjut向下移動一定距離。因此，在沒有增加整個管式接收器質(zhì)量的情況下，非對稱管式接收器上半段的壁厚比傳統(tǒng)管式接收器上半段的壁厚有所增加。上半段的管壁厚度的增加也增大了管式接收器上半段的熱容量，有利于緩解管式接收器的上半段受到的非均勻熱流密度場引起的不均勻溫度梯度分布。采用非對稱管式接收器的最大熱應(yīng)力僅為傳統(tǒng)管式接收器最大熱應(yīng)力的59%。本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下效果:1、一級匯聚面采用一整塊表面具有高反射率涂層(如:真空鍍鋁、拋光蒸鍍薄膜銀涂層)的拋物型槽式太陽能匯聚面，將入射的低熱流密度太陽光進(jìn)行第一次匯聚。二級匯聚面為表面具有高反射率涂層(如:真空鍍鋁、拋光蒸鍍薄膜銀涂層)的雙曲面，其中雙曲面的上焦點與一級匯聚面的焦點處相重合,雙曲面的下焦點與一級匯聚面的中心點相重合。管式接收器安裝在一級匯聚面的中心線處。在整個系統(tǒng)跟蹤太陽的時候，一級拋物型槽式匯聚面、二級雙曲面型匯聚面同時繞著管式接收器的中心線(即一級匯聚面的中心線處)做圓周運動運動并跟蹤太陽。由于管式接收器在整個跟蹤太陽的過程中保持不動，可以克服傳統(tǒng)聚光系統(tǒng)中的接收器由于運動而導(dǎo)致漏液等缺點。2、采用本文提出的含有透風(fēng)圓孔的一級聚集面鏡場，以達(dá)到降風(fēng)壓的作用。經(jīng)過數(shù)值計算可以看出，本文提出的含有透風(fēng)圓孔的一級聚集面鏡場的最大風(fēng)壓降低率為52%。3、管式接收 器采用非對稱管式接收器，非對稱管式接收器的內(nèi)圓柱面的圓心與外圓柱面的圓心不在同一個位置，內(nèi)圓柱面的圓心相對于外圓柱面圓心向下移動一定距離。因此，在沒有增加整個管式接收器質(zhì)量的情況下，非對稱管式接收器上半段的壁厚比傳統(tǒng)管式接收器上半段的壁厚有所增加。上半段的管壁厚度的增加也增大了管式太陽能接收器的上半段的熱容量，有利于緩解接收器的上半段受到的非均勻熱流密度場引起的不均勻溫度梯度分布的情況。經(jīng)過數(shù)值計算可以看出，采用非對稱管式接收器的最大熱應(yīng)力僅為傳統(tǒng)管式接收器最大熱應(yīng)力的59%。

圖1是具有減壓和降低熱應(yīng)力功能的兩級匯聚式太陽能聚光系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是非對稱管式太陽能接收器示意圖及坐標(biāo)系統(tǒng)；圖3是非對稱管式接收器與傳統(tǒng)管式接收器熱應(yīng)力對比曲線圖；圖1中I為管式接收器；2為一級拋物型槽式匯聚面；3為二級雙曲面型匯聚面；4為透風(fēng)降壓圓孔；0為一級拋物型槽式匯聚面2的中心點；圖2中Oin為內(nèi)圓柱面的圓心；Oout為外圓柱面圓心；圖3中SI為傳統(tǒng)管式接收器熱應(yīng)力沿圓周角分布曲線圖；S2為非對稱管式接收器熱應(yīng)力沿圓周角分布曲線圖。
具體實施方式
具體實施方式
一:結(jié)合圖1說明本實施方式，本實施方式的具有減壓和降低熱應(yīng)力功能的兩級匯聚式太陽能聚光系統(tǒng)包括管式接收器1、一級拋物型槽式匯聚面2和二級雙曲線型匯聚面3，二級雙曲線型匯聚面3和一級拋物型槽式匯聚面2上下布置，一級拋物型槽式匯聚面2和二級雙曲線型匯聚面3的表面涂有反射涂層，反射涂層為真空鍍鋁或拋光蒸鍍薄膜銀涂層，二級雙曲面型匯聚面3的上焦點與一級拋物型槽式匯聚面2的焦點相重合，二級雙曲面型匯聚面3的下焦點與一級拋物型槽式匯聚面2的中心點O相重合，管式接收器I安裝在一級拋物型槽式匯聚面2的中心線處。反射涂層為真空鍍鋁或拋光蒸鍍薄膜銀涂層具有高反射率，反射率為大于0.90。在整個兩級匯聚式太陽能聚光系統(tǒng)跟蹤太陽的時候，一級拋物型槽式匯聚面2、二級雙曲面型匯聚面3同時繞著管式接收器I的中心線(即一級拋物型槽式匯聚面2的中心線處)做圓周運動運動并跟蹤太陽。由于管式接收器在整個跟蹤太陽的過程中保持不動，可以克服傳統(tǒng)聚光系統(tǒng)中的接收器由于運動而導(dǎo)致漏液等缺點。
具體實施方式
二:結(jié)合圖1說明本實施方式，本實施方式的具有減壓和降低熱應(yīng)力功能的兩級匯聚式太陽能聚光系統(tǒng)由于兩級匯聚式太陽能聚光系統(tǒng)的一級聚集面鏡場面積很大，在高速風(fēng)的作用下很容易在鏡場表面產(chǎn)生高的壓力而提高了鏡場支架強度的要求。因此，本實用新型的一級拋物型槽式匯聚面2上開有多個透風(fēng)圓孔4，以達(dá)到降低風(fēng)壓的作用。本實用新型提出的含有透風(fēng)圓孔的一級聚集面鏡場的最大壓力降低率可達(dá)到52%。其它組成和連接關(guān)系與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三:結(jié)合圖2和圖3說明本實施方式，本實施方式的管式接收器采用非對稱管式接收器(如圖2所示)，非對稱管式接收器的內(nèi)圓柱面的圓心與外圓柱面的圓心不在同一個位置，內(nèi)圓柱面的圓心Oin相對于外圓柱面圓心Otjut向下移動一定距離。因此，在沒有增加整個管式接收器質(zhì)量的情況下，非對稱管式接收器上半段的壁厚比傳統(tǒng)管式接收器上半段的壁厚有所增加。上半段的管壁厚度的增加也增大了管式接收器上半段的熱容量，有利于緩 解管式接收器的上半段受到的非均勻熱流密度場引起的不均勻溫度梯度分布。圖3所示管式接收器出口端面處內(nèi)壁面的熱應(yīng)力沿圓周角分布。由圖3可以看出，采用非對稱管式接收器的最大熱應(yīng)力僅為傳統(tǒng)管式接收器最大熱應(yīng)力的59 %。其它組成和連接關(guān)系與具體實施方式
一或二相同。
權(quán)利要求1.一種具有減壓和降低熱應(yīng)力功能的兩級匯聚式太陽能聚光系統(tǒng)，其特征在于:具有減壓和降低熱應(yīng)力功能的兩級匯聚式太陽能聚光系統(tǒng)包括管式接收器(I)、一級拋物型槽式匯聚面(2)和二級雙曲線型匯聚面(3)，二級雙曲線型匯聚面(3)和一級拋物型槽式匯聚面(2)上下布置，一級拋物型槽式匯聚面(2)和二級雙曲線型匯聚面(3)的表面涂有反射涂層，反射涂層為真空鍍鋁或拋光蒸鍍薄膜銀涂層，二級雙曲面型匯聚面(3)的上焦點與一級拋物型槽式匯聚面(2)的焦點相重合，二級雙曲面型匯聚面(3)的下焦點與一級拋物型槽式匯聚面(2)的中心點(O)相重合，管式接收器(I)安裝在一級拋物型槽式匯聚面(2)的中心線處，一級拋物型槽式匯聚面(2)上開有多個透風(fēng)圓孔(4)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有減壓和降低熱應(yīng)力功能的兩級匯聚式太陽能聚光系統(tǒng)，其特征在于:管式接收器(I)采用非對稱管式接收器，內(nèi)圓柱面的圓心(Oin)相對于外圓柱面圓心(Orat)向下移動 一定距離。
專利摘要具有減壓和降低熱應(yīng)力功能的兩級匯聚式太陽能聚光系統(tǒng)，屬于太陽能聚光系統(tǒng)與接收器技術(shù)領(lǐng)域。本實用新型為了解決現(xiàn)有兩級匯聚式太陽能聚光系統(tǒng)對鏡場支架強度的要求高的問題，以及管式接收器在跟蹤太陽的過程存在的由于跟蹤太陽運動而導(dǎo)致漏液的問題。二級雙曲線型匯聚面和一級拋物型槽式匯聚面上下布置，一級拋物型槽式匯聚面和二級雙曲線型匯聚面的表面涂有反射涂層，反射涂層為真空鍍鋁或拋光蒸鍍薄膜銀涂層，二級雙曲面型匯聚面的上焦點與一級拋物型槽式匯聚面的焦點相重合，二級雙曲面型匯聚面的下焦點與一級拋物型槽式匯聚面的中心點相重合，管式接收器安裝在一級拋物型槽式匯聚面的中心線處。本實用新型用于太陽能高溫轉(zhuǎn)換中。
文檔編號F24J2/24GK203132159SQ20132004311
公開日2013年8月14日 申請日期2013年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月28日
發(fā)明者王富強, 鞏亮, 程鵬, 林日億, 陳靜相, 初小林, 郭琳, 閆微, 馬桂棟, 劉娟娟 申請人:中國石油大學(xué)(華東)