[发明专利]折射聚光平板太阳能集热器

说明书

技术领域

本发明为一种折射聚光平板太阳能集热器，属于太阳能的中、高温应用领域，将太阳光汇聚以提高其能流密度，在焦线上产生高温，并通过现有的真空集热管将热量进行高效收集、交换并导出，以便为采暖、空调、纺织、印染、造纸、橡胶、海水淡化、污水净化等生活和工业领域提供绿色环保的高温热源。 

背景技术

长期以来，人类在太阳能应用的实践中，囿于1:1的原始采集模式，难以突破太阳能自然能流密度的限制，单位面积所得到的能量有限，因此，各类型太阳能采集器的工作效率不高、适用范围不广，装备的投入产出比低下，光热应用的产品扎堆在80℃以下的低温领域艰难跋涉，难以突破。因此，高倍率采集比的聚光太阳能应用技术越来越引起人们的重视。目前，人们比较看好的聚光技术可分为“反射聚光”和“折射聚光”两大类，前者已有许多工程实践，而后者正在实践中，本发明的折射聚光平板太阳能集热器就是后者的应用。 

反射聚光设备能获得300℃以上的高温，可用于95％以上的工业领域，更可用于太阳能热发电，因此，很早就得到应用。但是，反射式聚光器属“前焦” 型光学会聚系统，其焦点或焦线在设备与光源之间（焦点在聚光器前端），使得其集热器需“悬空而置”，这使得集热器的结构难度增加、集热器不便保温。因此，反射式聚光器的成本和体积居高难下，性价比不高，长期以来，其应用仅停留在各国政府的大型示范工程中，小面积使用则得不偿失。 

折射聚光技术的研究方向，主要集中在菲涅尔透镜之上。菲涅尔透镜是一种轻而薄的平板式透镜，属微结构光学薄膜技术领域。按焦斑的类型可分为点焦与线焦两大类，但它们都属于“后焦”型聚光器，其优点是焦点或焦线在光源与透镜之后方，这给集热器的设置和保温措施的实施带来很大方便。 

由于轻、薄的优势，其支撑结构和跟踪系统就能做得简单、轻巧、易于实现，并能做到物美价廉。同时，也便于设备的小型化、轻型化，即能组合成大规模的阵列，用于大型工业用途或集中供热、供电，又能做成较小系统，便于家庭或分散的用户就近供热、供电，有望作为一种理想的太阳能聚光采集器。 

发明内容

本发明目的：基于巨幅菲涅尔线焦聚光透镜之技术，为太阳能的中高温应用提供一种高效、耐用、经济、方便的平板式折射聚光平板太阳能集热器，以便获得高温、高能流密度的新能源，提供给后续的生活设施、工业设备使用，使太阳能得到高效应用。 

本发明的目的是通过以下技术方案实现的： 

本发明的折射聚光平板太阳能集热器，由聚光器、热量收集器、热交换器及外框架构成。聚光器是一巨幅菲涅尔线焦聚光透镜片，单张面积以平方米计，其中有多个独立的光学会聚单元，每个光学会聚单元由许多“微棱镜元”组成，可将平行光汇聚于一条焦线之上，由多个独立的光学会聚单元形成多条这样的高温焦线；在每条焦线上安装一支太阳能真空管，利用其内部涂层的“高吸收比、低发射比”的优异热力学特性，以及真空层良好的保温作用，将高温焦线上的热量进行高效收集；太阳能真空管收集的热量再通过与其内壁贴合的导热铝翼以及 “U”型金属管热交换器传递给水或其它类型的导热流体；再将导高温导热液体导出，提供给各类用热设备，达到将低温、低能流的太阳能转变成高温热源的目的。

  

本发明的优点：

充分利用了线焦菲涅尔聚光透镜光学会聚的特点，将其产生的高能流密度的热量导入传统的“高吸收比、低发射比、良好保温特性”的玻璃真空管之中，再由能承受高温高压的“U”型金属管热交换器导出全部热量；形成了空前的“高温、高效、承压、不爆管、易清洁”的优异特点。若将以上各部件分开进行独立分析，“菲涅尔透镜”、“太阳能真空管”、“‘U’型金属管热交换器”等部件都是现成的、极其平常的产品，但将其组合在一起之后，其合力就产生质的飞跃，形成了分整合技术的良好典例；下面接合原理图加以说明之：图4～图10是太阳能真空管的断面图，图4是装入导热铝翼10和“U”型金属管12后的断面图；图中，平行光（太阳光）1、线焦菲涅尔透镜2、透明外管7、真空腔8、镀膜内管9、导热铝翼10、会聚光（折射光）11、“U”型金属管12。