[实用新型]一种线聚焦菲涅尔透镜的太阳能集热器

说明书

技术领域

本实用新型属于新能源技术领域，尤其是一种线聚焦菲涅尔透镜聚光的太阳能集热器。

背景技术

太阳能中高温利用越来越成为人们关注的焦点。为使介质达到中高温，用普通太阳光照射不可能达到，集热器必须采用聚光技术。现多采用的聚光设备为反射式的聚光镜，如塔式集热技术中的定日镜，碟式集热技术中的反光镜阵列，槽式集热器中的槽形抛物面聚光镜等。其中，槽式集热器是借助长排的槽形抛物面将太阳光聚焦，反射到集热管上，将管内介质加热到高温。槽式集热器由于其构造简单，占地面积小等特点，在太阳能的中高温热利用方面已经得到了大量成功的应用。但是，由于镜面本身不可避免的漫反射，反光镜在应用中会产生光污染，影响大众生活，因此反光镜的应用受到地域限制，多应用在空旷无人处，而在居民生活区很难得到应用。

众所周知，采用凸透镜折射也是将平行光聚焦的一种方式，若采用截面是凸透镜形状的柱状光学元件，当受阳光照射时，每个截面都将光线聚焦且焦距相等，柱状凸透镜的光学效果就是将阳光聚成一条线性的强光带。

菲涅尔透镜与凸透镜的光学效果相同，且更节省材料，成本低廉。因此本实用新型提出一种线聚焦菲涅尔透镜的太阳能集热器，采用线聚焦菲涅尔透镜作为聚光设备，将阳光折射聚成一条线性强光带，照在集热管上，加热管内的介质。

本实用新型部分类似于槽式集热器，既能实现聚光集热，构造简单，同时又避免了光污染，克服了集热器使用的地域限制，而且由于集热管在透镜后方，解决了槽式集热器中集热管遮挡阳光的问题，透镜表面长时间使用的落灰也十分易于清理，维护方便安全，这些优点都将提高太阳能的利用率。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种新型的适用于太阳能中高温利用的集热方式，并使太阳能得到更简单有效更广泛的应用。

本实用新型是通过以下方式实现的：

本实用新型主要包括线聚焦菲涅尔透镜、支架、连杆、集热管、驱动电机、太阳自动跟踪器，线聚焦菲涅尔透镜的两端通过转轴与支架连接，线聚焦菲涅尔透镜的边框与集热管通过连杆固定为一体，集热管设置于透镜的焦点处，与透镜保持相对位置不变，线聚焦菲涅尔透镜支架的下端设有转轮，在支架上的转轴和转轮分别连接驱动电机。集热管采用金属管，在金属管的上端面开设一条条形开口，在条形开口处用耐高温透射片封堵，集热管两端分别设置介质进口和介质出口。集热管还可采用镀膜真空玻璃管。设置在支架机构上的驱动电机由太阳自动跟踪器控制。

本实用新型的聚光设备为线聚焦菲涅尔透镜，它将阳光（平行光）聚成一条直线形的强光带，透镜尺寸、焦距、光带宽度、材质能够根据应用要求定制，本实用新型要求透镜宽度在30~200厘米之间，光带宽度在5~90毫米之间，聚光比为几十到几百倍，聚焦后光照强度很大，能将集热管内的介质迅速加热到高温。透镜材质选用树脂或有机玻璃，重量轻，透光性好，又具有足够的强度、刚度。

支架是起到固定、加强和承载作用的钢结构。支架包括透镜的边框，连接透镜与集热管的连杆，以及支腿。透镜的边框将每块透镜牢固地夹合，提高镜面强度，防止变形和损坏。集热管设置于透镜的焦点处，集热管与透镜的边框之间用连杆连接，集热管与透镜保持相对位置不变，透镜转动集热管随之转动，当透镜接受阳光直射时，集热管随时处于透镜产生的强光带处接受照射。

支架装设转动机构，使透镜能够绕水平轴和垂直轴自由转动。透镜绕水平轴的转动通过一台驱动电机带动透镜边框两端的转轴来实现，透镜绕垂直轴的转动通过另一台电机带动支腿底面的转轮在圆周导轨上运动来实现。两维的自由转动能够调整透镜朝向任何方向。

集热管接受强光照射，集热管可以采用两种形式，一种是已广泛用于槽式集热器并已形成标准的成品镀膜真空玻璃管；一种是保温的金属管，在透镜产生的光带处设置一条比光带略宽的条形开口，并用耐高温透射片封堵。高强光通过集热管的光线入射口射入，热量直接被水吸收，而且因为入射带较窄，只有很少的阳光反射出散失掉，光的能量最终几乎完全被水吸收。两种形式的集热管均能达到集热的目的。集热管两端分别设置介质的进口和出口，进出口装设软管，与介质的供应和应用设备连接，介质从进口通过泵等输送设备打入集热管，在流经管的沿途吸热升温，当从出口流出时工况达到应用要求。

为使透镜发挥最大作用，透镜应跟踪太阳。本装置配置太阳自动跟踪器，由太阳自动跟踪器控制支架转动机构的驱动电机，从而带动镜面转动，保证透镜面随时正对太阳，透镜产生的强光带随时照射在集热管上。

由于集热管内的介质时时受到强光照射，升温迅速且温升很高，实现了太阳能的中高温热利用。

附图说明