CN102062479B - 一种基于提前量设计的复合抛物面的高温聚热器 - Google Patents

一种基于提前量设计的复合抛物面的高温聚热器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于提前量设计的复合抛物面的高温聚热器，包括内反射聚光镜，所述内反射聚光镜固定在内反射聚光镜支架上，所述内反射聚光镜支架上固定吸收管支架，所述吸收管支架上固定有吸收管；所述内反射聚光镜的镜面是由两段对称的抛物面和两段沿抛物面焦线对称的渐开面组成的渐开线复合抛物面。采用本发明的结构，聚热器内部空气与外部空气不产生对流，避免了***因对流而产生的对流损失。采用本发明，在大角度范围内有较大聚光比和较大接收角度，其成本低廉、易于操作，并且曲面成型精度大幅提高，聚光集热效果高，有利于太阳能中高温热利用***的推广利用。

Description

一种基于提前量设计的复合抛物面的高温聚热器
技术领域
本发明属于太阳能高温聚热发电技术领域，涉及太阳能高温聚光集热装置，特别涉及一种基于提前量设计的复合抛物面的高温聚热器。
背景技术
目前，普遍使用的太阳能复合抛物面聚光器都是应用在太阳能低温领域，主要是采用真空管或热管作为吸收管，其构造设计主要是在聚光器的一侧或顶部设计一个平面的受光口来接受平行光源，设计相对简单。但因其受到真空管或热管管径小的限制，及受光口增大而聚光比急剧减小导致大角度范围内的聚光效率不高问题的影响，使用范围受到很大的限制。
发明内容
本发明的目的是针对上述现有技术的缺陷，提供一种在大角度范围内有较大聚光比和较大接收角度的一种基于提前量设计的复合抛物面的高温聚热器。
为了实现上述目的本发明采取的技术方案是：一种基于提前量设计的复合抛物面的高温聚热器，包括内反射聚光镜，所述内反射聚光镜固定在内反射聚光镜支架上，所述内反射聚光镜支架上固定吸收管支架，所述吸收管支架上固定有吸收管；所述内反射聚光镜的镜面是由两段对称的抛物面和两段沿抛物面焦线对称的渐开面组成的渐开线复合抛物面。
所述内反射聚光镜支架上固定保温层内罩，所述保温层内罩上面依次设有保温层和保温层外罩。
所述内反射聚光镜支架下方设有钢化玻璃板，所述钢化玻璃板下面设有玻璃板固定板。
所述吸收管管径为50-100mm，提前量在10°-30°之间，最大接受角度为120°，抛物线的焦点在吸收管截面圆的圆心上。
所述的内反射聚光镜支架和玻璃板固定板通过螺栓固定在横梁底座上，所述的横梁底座设置在底座加固支撑上。
所述内反射聚光镜由镜面反射铝板制成，内表面经过阳极氧化处理，耐高温冲击达300℃。
所述内反射聚光镜支架由线切割加工而成，所述内反射聚光镜支架之间通过固定拉杆进行加强固定。
所述的吸收管是镀膜钢管，管径是60-80mm；所述吸收管支架由线切割加工而成。
所述的保温层外罩由不锈钢制成。
所述的钢化玻璃板的两侧、玻璃板固定板之上设有透气碳毡。
本发明实施例的有益效果是：与现有技术相比，本发明聚热器改变了现有复合抛物面聚光器的结构，内反射聚光镜由镜面反射铝板制成，耐高温性能强，强度高；内反射聚光镜的镜曲面由两段抛物面和两段渐开面复合组成，两段抛物面的焦线分别落在高温集热管内部关于其渐开面对称的对称面上，因为增加了两段渐开面的提前量设计，所以聚光集热器的接光口也增加了宽度，从而增加了聚光器的聚光比和光的接收角度，可以将入射到CPC受光面的所有光线均匀会聚到高温集热管的整个圆周，使得高温集热管可以最大程度的接受光线的直射部分和耗散部分；因为增加了两段渐开面的提前量设计也使吸收管和内反射聚光镜有了一定的距离，避免了因为吸收管与内反射聚光镜直接接触而使内反射聚光镜镜面损坏。吸收管支架由线切割加工而成，加工精度高。采用本发明的结构，聚热器内部空气与外部空气不产生对流，避免了***因对流而产生的对流损失。本发明成本低廉、易于操作，并且曲面成型精度大幅提高，聚光集热效果高，有利于太阳能中高温热利用***的推广利用。
附图说明
图1是本发明实施例的横截面示意图；
图2是本发明实施例的侧视图；
图3是本发明实施例的反射面在54°入射光时的聚光光路图，从图中可以得出本发明的聚光效率为92.5％。
图中：1底座加固支撑，2横梁底座，3玻璃板固定板，4内反射聚光镜支架，5吸收管支架，6吸收管，7钢化玻璃板，8螺栓，9长螺栓，10固定拉杆，11铆钉，12保温层内罩，13保温层外罩，14内反射聚光镜，15保温层，16透气碳毡，17短螺栓。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为对本发明的限定。
参见图1和图2，一种基于提前量设计的复合抛物面的高温聚热器，该聚热器由聚光组件、集热组件、支撑支架组件、保温组件、密封组件组成，四部分通过固定螺栓紧密连接在一起。其中，聚光组件包括内反射聚光镜14、内反射聚光镜支架4；集热组件包括吸收管6和吸收管支架5；支撑支架组件包括横梁底座2和底座加固支撑1；保温组件包括保温层15、保温层内罩12和保温层外罩13；密封组件包括钢化玻璃板7、玻璃板固定板3和透气碳毡16。内反射聚光镜14的镜面是由两段对称的抛物面和四段沿抛物面焦线对称的渐开面组成的渐开线复合抛物面。内反射聚光镜14和保温层内罩12通过螺栓8固定在内反射聚光镜支架4上，内反射聚光镜支架4之间通过固定拉杆10进行加强固定，确保了内反射聚光镜支架4的稳定性和安装精度；保温层内罩12上面依次设有保温层15和保温层外罩13，保温层外罩13通过铆钉11固定在横梁底座2上，内反射聚光镜支架4下方设有钢化玻璃板7，钢化玻璃板7下面设有玻璃板固定板3，内反射聚光镜支架4和玻璃板固定板3通过长螺栓9固定在横梁底座2上，横梁底座2设置在底座加固支撑1上，钢化玻璃板7的两侧、玻璃板固定板3之上设有透气碳毡16。吸收管支架5通过短螺栓17固定在内反射聚光镜支架4上，吸收管6通过吸收管支架5固定在确定的位置上。吸收管6确定的位置有2个限制：(1)吸收管6截面圆的圆心到渐开线顶点的距离由提前量确定；(2)抛物面的截面抛物线的焦点在吸收管6截面圆的圆心上。吸收管6是镀膜钢管，管径是70mm，避免了真空玻璃封接的技术，降低了产品的制造价格，吸收管支架5由线切割加工而成。聚热器各部分紧密连接，组成了一个半封闭的保温***，该聚热器内部空气与外部空气不产生对流，避免了***因对流而产生的对流损失。本发明中吸收管管径优选为70mm，提前量在10°-30°之间，接收角度0°-120°，最大接受角度为120°，抛物线的焦点在吸收管截面圆的圆心上。
本发明是用提前量设计复合抛物面高温聚热器，提前量是针对圆的渐开线的一个角度的名称，是指圆的渐开线绕圆心旋转的角度，聚光器上用到的2个抛物面和2个渐开面是通过吸收管、提前量和接受角度来限定的，只要给定吸收管管径D、提前量和接受角度，就可以确定抛物面和渐开面。参见图3，反射面在54°入射光时的聚光光路图，从图中可以得出本发明的聚光效率为92.5％。
本发明的实施例中，内反射聚光镜由镜面反射铝板构成渐开线复合抛物面，内表面经过阳极氧化处理，耐高温冲击达300℃；内反射聚光镜支架由线切割加工而成，从而保证了内反射聚光镜形状轮廓精度，增大了内反射聚光镜的聚光效率；保温层隔绝了集热器上表面的热辐射和空气对流，增强了保温效果，提高了***的热效率，保温层外罩由不锈钢做成，增强了装置的防水、防腐蚀和防辐射的能力，增加了装置的使用寿命。钢化玻璃板阻断了集热器下表面的空气对流换热，提高了***的热效率。使用透气碳毡，当内部压力大于外部压力时，开始透气，确保了集热器的安全性。
以上所述的实施例，只是本发明较优选的具体实施方式的一种，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。

Claims (1)

1.一种基于提前量设计的复合抛物面的高温聚热器，其特征在于：包括内反射聚光镜，所述内反射聚光镜固定在内反射聚光镜支架上，所述内反射聚光镜支架上固定吸收管支架，所述吸收管支架上固定有吸收管；所述内反射聚光镜的镜面是由两段对称的抛物面和两段沿抛物面焦线对称的渐开面组成的渐开线复合抛物面；
所述内反射聚光镜支架上固定保温层内罩，所述保温层内罩上面依次设有保温层和保温层外罩；
所述内反射聚光镜支架下方设有钢化玻璃板，所述钢化玻璃板下面设有玻璃板固定板；
所述吸收管管径为50-100mm，所述提前量为圆的渐开线绕圆心旋转的角度，所述提前量在10°-30°之间，入射光的最大接受角度为120°，所述复合抛物面的截面抛物线的焦点在吸收管截面圆的圆心上；
所述的内反射聚光镜支架和玻璃板固定板通过螺栓固定在横梁底座上，所述的横梁底座设置在底座加固支撑上；
所述内反射聚光镜由镜面反射铝板制成，内表面经过阳极氧化处理，耐高温冲击达300℃；
所述内反射聚光镜支架由线切割加工而成，所述内反射聚光镜支架之间通过固定拉杆进行加强固定；
所述的吸收管是镀膜钢管，管径是50-100mm；所述吸收管支架由线切割加工而成；
所述的保温层外罩由不锈钢制成；
所述的钢化玻璃板的两侧、玻璃板固定板之上设有透气碳毡。
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郑飞等.一种新型复合抛物面聚光器.《太阳能学报》.2004,第25卷(第05期),第663页左栏第1行至第665页右栏末行，附图1-5.

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