CN87204285U

CN87204285U - 太阳能地面集热器

Info

Publication number: CN87204285U
Application number: CN198787204285U
Authority: CN
Inventors: 柏玲勇; 柏勤勇
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1987-06-01
Filing date: 1987-06-01
Publication date: 1988-02-24

Abstract

本实用新型属于太阳能利用技术领域，是一种太阳能集热器。它是利用“抛物线上一点的切线把该点的焦点半径与直径的夹角平分”的性质而设计的。其抛物柱面型框架开口朝下，反射镜为肋片式平面反射镜组，集热器由框架、平面反射镜、聚焦集能管等构成。聚焦集能管固定于地面，整个装置朝东西方向安装，具有构造简单，制造安装容易，造价低，适用面广等优点。

Description

本实用新型属于太阳能的利用技术领域，是一种太阳能集热器。

在太阳能利用技术中，一般抛物曲面形状的太阳能集热器是采用抛物线法线的性质和光的反射定律制成的。柱状抛物面（把太阳能辐射聚集在一条线上）或放置抛物面（把太阳能辐射聚集在一点上）镜面反射式是最常见的聚焦型集热器，其一次反射聚焦位置是在抛物曲面反射镜的上方。此种形式的太阳能集热器的吸收器位置若建在一次反射聚焦位置，则处在抛物曲面反射镜的上方，需把吸收到的能量导入地面设备，才好利用，其建造费用较大；若经二次反射使聚焦位置改为在抛物曲面反射镜的下方，也会引起建造费用和损耗的增加，造成构造的复杂化。另外，采用柱状抛物曲面或旋转抛物曲面的尺寸较大时，制造和安装比较困难。

本实用新型的目的是提供一种抛物柱面型线状框架的凹面朝下，聚焦集能位置处于抛物面的下方，构造简单、制造安装容易、便于大面积使用的太阳能集能装置。

本实用新型的目的是用以下方式实现的：利用“抛物线上一点的切线把该点的焦点半径与直径的夹角平分”的性质，将抛物线状框架开口朝下，在框架上安装平面反射镜，形成肋片式抛物柱面，两个框架形成一小抛物柱面，将这些小的抛物柱面在焦轴方向上连起来，就成为大的抛物柱面，平面反射镜面的法线的斜率等于抛物柱面的框架的轴截面上平面反射镜面的中点跟抛物线焦点的连线与抛物线的交点的切线的斜率，聚焦集能管安装在抛物柱面下方的焦点轴线上。太阳能聚能装置的抛物柱面的焦点轴与东西方向一致，使平行于对称轴的入射光线经反射镜反射后汇聚在抛物柱面的焦点轴上即聚焦集能管上，聚焦集能管将收集的能量传导出去，就可达到收集利用太阳能的目的。这种结构与现有的太阳能聚能装置相比，具有结构简单、造价低、制造安装容易的特点，下面结合附图，对本实用新型作进一步的描述。

图1太阳能地面集热器原理图；

图2太阳能地面集热器构造简图；

图3反射镜安装位置设计原理图；

图4反射镜面安装位置设计原理计算说明简图。

图中：1——框架

2——平面反射镜

3——底层抛物柱面反射镜

4——聚焦集能管

5——地面

6——入射光线

7——入射点

8——反射光线

9——反射镜面中点

10——反射镜面中点跟抛物线焦点连线与抛物线的交点

B——抛物线焦点

框架（1）为抛物线形状，开口朝下，其标准方程为：X²＝－2Py，用刚性材料如钢筋、钢板等制造，平面反射镜（2）可采用平面玻璃镜，也可采用表面镀上高反射率物质形成的镜面金属板（如镀铬板）。平面反射镜（2）安装在两个框架（1）上形成肋片式抛物柱面形状，使平面反射镜（2）法线的斜率等于抛物柱面型框架轴截面上反射镜的中点（9）跟抛物线焦点（B）的连线与抛物线交点（10）的切线的斜率（见图3）。反射镜的安装位置和所需的宽度由下列系列计算公式计算给出：

K_{1} = \frac{y_{3} - (- \frac{p}{2})}{x_{3}} K_{2} = \frac{P}{- {PK}_{1} + P \sqrt{{K^{2}}_{1} + 1}}

{｜L}_{1} ｜= \sqrt{(x - x_{2})^{2} {+ (y - y}_{2})^{2}}

上述公式中，Q₁（x₁，y₁）为计算起点；Q₂（x₂，y₂）为反射镜面与抛物线的交点；Q₃（x₃，y₃）为Q₁Q₂的中点；γ为聚焦集能管的半径；K₁为直线BQ₃的斜率；K₂为图3中点（10）的法线方程的斜率；L₁为第一片反射镜的宽度，即L₁＝线段Q₂C₁的长度。再以Q₂（x₂，y₂）作为下一层反射镜位置的计算起点，求L₂……如此类推，可计算出L₁，L₂……L_n。计算忽略了反射镜的厚度d，实际应用时应考虑进去，加以修正，反射镜厚度

d= \frac{{｜ k}_{2} {x-y-k}_{2} x_{2} {+y}_{2} ｜}{\sqrt{K_{2}^{2} +1}}

由上面的公式可得出：越靠近抛物线顶点，平面反射镜的宽度越大，靠近抛物线末端的，平面反射镜的宽度就小。两个相邻平面反射镜（2）的间距与聚焦集能管的直径相等。

安装在抛物柱面焦轴上的聚焦集能管（4）由吸热能力强的材料所制成，管内有工作液（如水或油类物质），工作液将吸收的太阳能转化为机械能、电能、热能等。聚焦集能管（4）呈东西向安装，其位置不随太阳高度角的改变而改变，一般应用可免除复杂的跟踪装置。为了更有效地收集抛物柱面顶点附近的太阳能，在聚焦集能管（4）下面安装底层抛物柱面反射镜（3）。由此制作和安置的聚能装置，白天无论太阳在何位置，都能使平行入射光线（6）经平面反射镜面（1）反射后汇聚在抛物面的焦轴即聚焦集能管（4）上。根据太阳的南北回归线和集热器的具体地理位置，稍作简单调整即可获得平行入射的太阳光线。

在平顶的房屋上建一长25米，宽8米，高2米的太阳能集热器，若反光材料的反射率在90％以上，按每天阳光照射时间为6小时计，设热辐射损耗为30％，冬季自来水初始温度为0℃，春秋季自来水初始温度为15℃，夏季自来水初始温度为25℃，则此集热器冬季每天可供50℃热水约18吨，春秋季每天可供50℃热水约25吨，夏季每天可供50℃热水约35吨，无需任何燃料。若在地域广阔地区（如西北地区）建一长500米，宽60米，高15米的太阳能集热器，采用刚性材料作框架，反射率90％以上的材料作反射镜，光吸收性能好的材料作聚焦集能管，用比热小、沸点低、膨胀系数大的液体作工作液，聚焦集能管收集的太阳能经工作液传送至涡轮式发动机或其他发动机则可用于发电。以每天太阳照射6小时计算，设热辐射损耗为30％，热效率为25％，则可算出此集热器每天所收集的太阳能量相当于18吨标准煤的能量，发电量可达35000度／天。

日本在香川县仁尾町于一九八一年八月至九月建成的两座输出功率均为一千千瓦的“塔式聚光方式”和“曲面聚光方式”的太阳能发电站，其建设费用约为50亿日元，相当于原子能发电站的十倍（见《尖端技术100例》湖南省科学技术出版社出版，1986年11月第1版第1次印刷）。而如采用本实用新型建造同等规模的太阳能发电站，其建设费用显然不会超过原子能发电站的建设费用，体现出本实用新型在大面积应用上具有优越性。

本实用新型的聚焦集能管（吸收器）位置固定不变，便于利用收集的能量，通过一次反射聚焦于地面，其聚焦集能管（吸收器）成本降低，由于反射镜为设在抛物柱面型框架上的肋片式反射镜组，兼有平面型和曲面型的优点，构造简单，制造安装容易，造价低，集能面积可大可小，中小型可用于单位、家庭供热，大型可用于太阳能发电。本实用新型利用抛物线的切线的性质设计的曲面开口朝下肋片式聚能表面收集器，除适用于抛物柱面外，还可适用于旋转抛物面、椭圆抛物面等。

Claims

1、一种太阳能聚能装置，包括抛物柱面型线状框架(1)、聚焦集能管(4)，其特征在于抛物柱面型线状框架(1)开口朝下，在框架(1)上安装平面反射镜(2)，形成肋片式反射镜组，平面反射镜(2)的法线的斜率等于抛物柱面型框架(1)轴截面上平面反射镜(2)的中点(9)跟抛物线焦点的连线与抛物线交点(10)的切线的斜率，聚焦集能管(4)安装在抛物柱面型框架下方的焦点轴线上。

2、根据权利要求1所述的太阳能聚能装置，其特征在于聚焦集能管（4）下方设置一个小型的底层抛物柱面反射镜（3）。

3、根据权利要求1和2所述的太阳能聚能装置，其特征在于平面反射镜（2）的宽度越靠近抛物线顶端越大，靠近抛物线末端，则宽度越小，两相邻反射镜片间的距离等于聚焦集能管的直径。