反射式顺向聚焦高温太阳能集热器制造技术

本发明专利技术为反射式顺向聚焦高温太阳能集热器，属太阳能聚光与太阳能中高温集热技术领域。该装置由组合曲面聚光器、二次反射聚焦器、透明隔热玻璃管或透明隔热进光窗、腔体式集热器和高温接收器等主要部件依次连接组成。太阳光入射进入组合曲面聚光器后，经其内表面反射至二次反射聚焦器的反射面上，被其再反射后形成聚焦并进入腔体式集热器中，在那里太阳光经透明隔热进光窗入射至高温接收器外表面上并被吸收形成高温热能。该太阳能集热器可对太阳光进行多次反射并实现顺向聚焦，高温接收器被置于焦点上，从而实现利用太阳能为用户提供高温热能的目的。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属太阳能聚光与太阳能中高温热利用
具体地说是一种利用特殊设计的 聚光器与高温接收器结合组成新型结构，实现太阳光高密度聚集并产生高温热能的太阳能利 用装置。
技术介绍
在目前推广使用的中高温太阳能集热器中，主要有旋转抛物面反射点聚焦和二维抛物槽 反射线聚焦(亦称槽式聚光器)两类。前者的优点是集热温度高，缺点是装置规模有限，工 艺复杂。后者的优点是可以大规模安装，工艺相对简单，缺点是集热温度较低。这两类装置 的集光原理均是通过抛物面将太阳光逆向反射至抛物面的焦点处，然后经过太阳能接收器进 行收集产生高温热能。由于太阳能接收器在抛物面的上方，因此，太阳能接收器一般会在抛 物面上留下阴影，从而阻挡了部分太阳光的采集。另外，由于太阳能接收器在抛物面的上方， 它所处的环境更为恶劣，会经历风吹雨淋，并与天空产生辐射换热，从而减少了部分效率。
技术实现思路
本专利技术利用组合曲面聚光和镜面反射再聚焦的原理，实现了平行光束的顺向聚焦，即产 生的焦点是在聚光装置的下方的，从而使太阳能接收器可以安装在聚光器的下方，这样有利 于减小装置尺寸，使得结构更加紧凑，从而减少了散热和对太阳跟踪系统的技术要求。本专利技术提供的装置能将大光束低能流密度的平行光会聚成点光源，如果本装置做成二维 的槽式结构，则能将平行光会聚成线聚焦光源，并在高温接收器的配合下将光能转化为高温 热能。如果本装置做成三维的旋转体结构，则能将平行光会聚成点聚焦光源，并在腔体式集 热器和高温接收器的配合下将光能转化为高温热能。因此本装置可以应用于对太阳能的收集， 并产生高温热能。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是:.本专利技术装置由组合曲面聚光器、二次反射 聚焦器、透明隔热玻璃管或透明隔热进光窗、腔体式集热器和高温接收器或盘管式高温接收 器组成。其中组合曲面聚光器的对称轴与二次反射聚焦器及腔体式集热器的对称轴在同一条直线上。组合曲面聚光器的出光口与二次反射聚焦器的进光口相连，二次反射聚焦器的出光 口与腔体式集热器的进光口相连，透明隔热玻璃管和高温接收器置于腔体式集热器之中。平 行于组合曲面聚光器对称轴的光线经组合曲面聚光器和二次反射聚焦器的反射后形成镜像焦 点，而高温接收器的中心被置于镜像焦点上。它的集热原理是组合曲面聚光器和紧密连接 的二次反射聚焦器组成一个可以将太阳光反射后实现顺向聚焦的聚光装置，而高温接收器的 中心被置于镜像焦点上。因此当太阳光入射进入装置后形成聚焦并进入腔体式集热器中，在 那里太阳光经透明隔热玻璃管入射至高温接收器的外表面上并被吸收形成高温热能，此高温 热能通过高温接收器内的传热工质输送给用户。另外，由于镜像焦点位于组合曲面聚光器与 二次反射聚焦器组成的聚光装置的下方，汇聚的太阳光朝下方出射，可以直接照射在高温接 收器的外表面上，这样有利于高温接收器对太阳光的接收，即使部分光线由于聚光器的设计 偏差等原因而不能直接照在高温接收器的外表面上，也会由于腔体式集热器内表面的反射而 会被再反射至高温接收器的外表面上，最后被吸收，同时由于腔体式集热器能起到保温和太 阳光再聚集作用，也使高温接收器的散热减少，有利于提高集热温度。由此给用户带来很大 的方便。本专利技术装置可以通过串联或并联的方式组成1级至2级以上的系统使用。这样有利于通 过多级加热为用户提供高温热能。本专利技术装置可以设计成二维的槽式结构，形成线状聚焦，也可以设计成三维的旋转体结 构，形成点状聚焦。如果是二维的槽式结构，这时组合曲面聚光器与二次反射聚焦器就组成 一个槽式聚光器，镜像焦点就是一条镜像焦线。腔体式集热器为长形的抛物面槽式底壳，透 明隔热玻璃管及高温接收器就组成了线状接收器。如果是三维的旋转体结构，这时组合曲面 聚光器与二次反射聚焦器就组成一个漏斗式聚光器，镜像焦点就是一个焦点，透明隔热玻璃 管就变为透明隔热进光窗，高温接收器就变为盘管式高温接收器，腔体式集热器就变成一个 圆柱形结构。 .为了增加高温接收器的接收面积，腔体式集热器内可设置有1个至2个以上透明隔热玻 璃管和高温接收器。本专利技术的有益效果是，可以将低能流密度的太阳光束会聚成高能流密度的焦点，并使该 焦点在聚光装置的下方，实现了反射式顺向聚焦，这样接收器就可以安装在反射面的下方， 从而不会在反射面上产生阴影，增加了反射面的集光面积，有利于接收器对该太阳光的接收 和转化，从而实现高温聚能，也使此类接收装置的设计、安装、调试和维修维护带来方便。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。图l一本专利技术的原理图。其中l一组合曲面聚光器；2—二次反射聚焦器；3—腔体式集 热器；4—入射光线；5—对称轴；6—最大聚光半宽度；7—透明隔热玻璃管；8—高温接收 器；9一连接法兰。图2—三维旋转体结构的组合曲面聚光器与二次反射聚焦器的聚光原理图。其中10— 镜像焦点；ll一虚焦点；12—虚焦点。图3—本专利技术装置为三维旋转体结构的实施例图。其中13—最大聚光半径；14一漏斗 式聚光器；15—透明隔热进光窗；16—盘管式高温接收器；17—圆柱形结构的腔体式集热器； 18—跟踪系统。图4一本专利技术装置为串联或并联的方式组成1级至2级以上系统的实施例图。其中19 一控制阀门；20—传热工质输送管道。图5—本专利技术聚光系统与菲涅耳透镜结合形成平行光浓縮器的实施例运行图。其中21 一菲涅耳透镜；22—连接管壁；23—高密度平行光。图6 —本专利技术具有两个透明隔热玻璃管和高温接收器的实施例图。其中24—第二个透 明隔热玻璃管；25—第二个高温接收器。图7—本专利技术具有双通道高温接收器的实施例图。26—双通道高温接收器。具体实施例方式本专利技术由组合曲面聚光器1、 二次反射聚焦器2、透明隔热玻璃管7、腔体式集热器3和 高温接收器8组成。其中组合曲面聚光器1的对称轴与二次反射聚焦器2及腔体式集热器3 的对称轴在同一条直线上。组合曲面聚光器1的出光口与二次反射聚焦器2的进光口相连， 二次反射聚焦器2的出光口与腔体式集热器3的进光口相连，透明隔热玻璃管7和高温接收 器8置于腔体式集热器3之中。平行于组合曲面聚光器1对称轴的光线经组合曲面聚光器1 和二次反射聚焦器2的反射后形成镜像焦点10，而高温接收器8的中心被置于镜像焦点10 上。本专利技术装置可以通过串联或并联的方式组成1级至2级以上的系统使用。本专利技术装置可 以设计成二维的槽式结构，形成线状聚焦，也可以设计成三维的旋转体结构，形成点状聚焦。 腔体式集热器3内可设置有1个至2个以上透明隔热玻璃管7和高温接收器8。图l是本专利技术的原理图，在图1中，装置的运行原理可分步解释如下- 平行的入射光线4沿对称轴5方向入射，在最大聚光半宽度6内的太阳光，大部分将入 射到组合曲面聚光器l的内表面上，经反射后都会入射到二次反射聚焦器2内表面上，经二 次反射聚焦器2内表面反射后汇聚到一条镜像焦线上；镜像焦线在透明隔热玻璃管7的中心 线上，因此当太阳光入射进入装置后形成聚焦并进入腔体式集热器3中，在那里太阳光经透 明隔热玻璃管7入射至高温接收器8的外表面上并被吸收形成高温热能。部分未经组合曲面 聚光器1反射的太阳光，直接射入腔体式集热器3内部被高温接收器8吸收。不能直接照射 在高温接收器8的外表面上的部分太阳光，也会由于腔体式集本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种反射式顺向聚焦高温太阳能集热器，其特征是：它由组合曲面聚光器（１）、二次反射聚焦器（２）、透明隔热玻璃管（７）或透明隔热进光窗（１５）、腔体式集热器（３）和高温接收器（８）或盘管式高温接收器（１６）组成；其中组合曲面聚光器（１）的对称轴与二次反射聚焦器（２）及腔体式集热器（３）的对称轴在同一条直线上。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郑宏飞，何开岩，陶涛，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]