[实用新型]一种太阳能槽式聚光集热装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种太阳能槽式聚光集热装置，尤其应用在太阳能中、高温系统中，属于太阳能聚光集热技术领域。

背景技术

为了得到高温蒸汽、电能等，科研工作者对太阳能转换和利用中的聚光原理进行了探索和研究，开发出槽式太阳能热利用技术、塔式太阳能热利用技术和碟式太阳能热利用技术。槽式太阳能热利用技术是其中最为成熟的技术，已成为所有可再生能源技术中最有可能替代常规能源的一种手段。常规槽式太阳能热利用系统的聚光集热器一般采用抛物面聚光镜将光线反射聚焦到集热管上，加热管内工质。这种聚光集热器聚光比较低，工质温度一般在400℃以下；大面积的抛物面制作困难，成本较高；而且经抛物面聚光镜反射聚焦后的焦线很难保证在集热管吸收面范围内，对跟踪精度要求较高；集热管壁散热量大。也有人采用了低成本的圆弧反射聚光镜，但其具有近轴光线成焦的特性使得聚光装置的相对高度很高，且聚光带过宽而被抛弃。为了提高聚光比，日本采用平面镜和抛物面镜混合聚光系统，多台平面镜将阳光反射到同一抛物面镜上，经抛物面镜反射聚焦到集热管上，这种混合聚光集热器提高了聚光比，但平面镜和抛物面镜需要两套跟踪系统，要求精度较高，结构复杂，加工难度大，成本高。美国有学者提出采用抛物面聚光镜聚焦光线到次级复合抛物面聚光镜(Compound parabolic concentrator，简称为CPC)，再次反射聚焦到集热管上。优点是二级反射聚光集热器放置在同一支撑系统上，使用同一套跟踪系统，比单级聚光集热器聚光比大，跟踪精度要求降低。但是其也存在着大面积抛物面的制造困难，成本高的问题；且由于复合抛物面的接收角的限制，抛物面相对圆弧的短焦距优势也不存在；复合抛物面聚光镜遮挡了部分光线，降低了聚光比；单块抛物面的设计缺乏设计的自由度。

发明内容

技术问题：本实用新型的目的在于克服上述现有槽式聚光技术所存在的缺陷，提出一种太阳能槽式聚光集热装置，一级反射镜改为由多段圆弧或折平面构成，二级反射镜为复合抛物面反射镜。在复合抛物面二级反射镜上方安装平面一级反射镜，在复合圆弧一级反射镜的外端部安装折平面二级反射镜。

技术方案：本实用新型的太阳能槽式聚光集热装置采用多段圆弧或折平面代替抛物面以降低加工成本并增加设计的自由度，为了利用被CPC遮挡的光线，采用平面镜为一级反射镜，折平面镜为二级反射镜的方式。当光线沿装置轴方向进入采光口内，小部分光经两次镜面反射进入复合抛物面聚光镜，大部分经复合圆弧或折平面聚光镜反射汇聚到复合抛物面聚光镜内，进入复合抛物面聚光镜内的光线直接或经折射最终到达集热管上。

该聚光器包括集热管、平面一级反射镜、折平面二级反射镜、复合圆弧一级反射镜、复合抛物面二级反射镜、支撑架；集热管位于复合抛物面二级反射镜的内部，复合抛物面二级反射镜位于复合圆弧一级反射镜的上方并且复合抛物面二级反射镜的镜面开口朝下，平面一级反射镜位于复合抛物面二级反射镜的正上方，折平面二级反射镜与复合圆弧一级反射镜连接，支撑架位于复合圆弧一级反射镜的下面并用来固定复合圆弧一级反射镜，并从复合圆弧一级反射镜中间的缝隙处伸出支撑杆来支撑复合抛物面二级反射镜。

折平面二级反射镜或为圆弧面二级反射镜。

复合圆弧一级反射镜的每片圆弧反射镜之间或不连接。

复合圆弧一级反射镜或为折平面一级反射镜。

复合抛物面二级反射镜为外聚光复合抛物面二级反射镜或内聚光复合抛物面二级反射镜。

有益效果：

1)一级反射镜采用的是复合圆弧反射镜，也可以采用抛物面、复合折平面等反射镜，在成本及加工难度上，抛物面＞复合圆弧＞复合折平面，在聚光成焦效果上，抛物面＞复合圆弧＞复合折平面。

由于采用了复合抛物面二级反射器，它具有汇聚所有接收角以内的入射光的特性，这样就使得一级反射后在接收角范围内进入复合抛物面聚光镜即可，降低了一级反射镜聚光成焦的要求，以及对跟踪精度的要求，也使得采用复合圆弧、复合折平面作为一级反射镜成为可能。即一级反射镜采用抛物面，降低了跟踪精度及镜面精度的要求；采用复合折平面，降低了成本及加工的难度；采用复合圆弧，可以同时具有以上两种的优点。

2)采用了复合圆弧，使得设计的自由度大大增加，通过改变圆弧段的个数及其各自不同的直径，可以达到接近抛物面的效果；通过改变每个圆弧段的位置，可以满足增加聚光比，减少加工成本等需求；改变圆弧段之间的距离，可以减少风压对镜面及支撑系统的影响。

3)采用了二次反射技术，可以使得聚光比增加，通过改变CPC的接收角及轴向可以在聚光比在较大的范围内调整。