[发明专利]一种二次聚光反射-均匀热流槽式太阳能集热器

说明书

本发明公开了一种二次聚光反射‑均匀热流槽式太阳能集热器。该集热器包括抛物槽面反射镜、反射镜支架、真空集热管和二次复合平面反射镜，二次复合平面反射镜与真空集热管分别置于抛物槽面反射镜的焦线上方和下方位置，太阳光少部分光线通过二次复合平面反射镜内侧间隔照射到真空集热管向阳壁面；剩下部分光线经过抛物槽面反射镜完成一次聚光后，一部分光线反射到真空集热管背阳壁面；一部分光线经过二次复合平面反射镜后反射到真空集热管向阳壁面，完成二次聚光。本发明实现了真空集热管周向壁面受照光通量均匀，解决了传统槽式集热器中集热管周向热流密度分布不均匀的问题，有效降低了集热管的热应力损伤，改造工艺简单，成本低廉。

技术领域

本发明属于太阳能热利用技术领域，特别涉及一种二次聚光反射-均匀热流槽式太阳能集热器。

背景技术

太阳能是地球上最丰富且清洁的可再生能源。每小时落在地球上的能量之和约为世界每年的总能耗，对太阳能高效、安全、低成本利用可以有效解决全球能源问题，然而目前太阳能的收集、转换、分配和最终使用都存在经济和技术上的难题。太阳能热利用重点是将太阳能转化为热能，并应用于热发电、热化学转化、采暖和制冷等方面。按照聚光集热方式可分为槽式、碟式和塔式，其中槽式太阳能集热系统是商业化运行中最广泛且成熟的系统，适合在中低温范围内的应用。

传统抛物槽式集热器通过抛物面反射镜将太阳光聚集到集热管上，热量由集热管内工质吸收。受聚光浓度比限制，传统抛物槽式集热器可接收的太阳能有限。同时，传统抛物槽式集热器光线经抛物面反射镜反射后主要聚集在真空集热管背阳侧表面，真空集热管向阳侧表面光线分布极少，导致集热管壁面周向热流密度分布不均匀而产生较大温度梯度，造成集热管产生较大的热应力导致弯曲变形，更严重时会对集热管造成机械损伤，造成真空泄露，影响集热器集热效率。

中国专利201910588554.0“具有二次反射镜的槽式聚光发电系统”通过在集热管上方添加二次复合抛物面反射镜来提高光学效率，但并未实现集热管周向热流密度分布均匀；中国专利201410749243.5“一种透射-反射线性聚光集热器”通过在集热管上方添加菲涅尔透镜来改善集热管周向热流分布不均匀性。该设计实现了集热管三个中心对称角度区域的热流密度分布均匀，但在其他角度区域仍存在局部热流密度较大的差异。中国专利202010174240.9“一种具有二次聚光器的高温太阳能集热管及其槽式集热器”通过在集热管环形真空封闭空间增加二次聚光器来提高聚光比，但二次反射镜的遮挡导致聚光效率有所降低，且仍未实现集热管表面热流分布均匀。

上述太阳能集热器均未能完全解决集热管周向热流密度分布不均匀的问题。因此，为了防止集热管周向热流密度分布不均匀而产生较大的热应力甚至弯曲变形，影响集热器集热效率，甚至对集热管造成机械损伤。急需设计一种对聚光效率影响极小，集热管热流分布均匀，工艺简单，成本低廉的新型太阳能集热器。

发明内容

本发明目的是提供一种二次聚光反射-均匀热流槽式太阳能集热器。本发明在真空集热管的上方增设经过特殊光学设计的二次反射镜，在不改动原有槽式太阳能集热器基本构型的前提下，通过二次反射镜实现光通量转移，使得集热管周向热流密度分布均匀，从而解决传统槽式集热器中集热管周向热流密度分布不均匀而产生较大的热应力甚至弯曲变形，影响集热器集热效率，甚至对集热管造成机械损伤等技术问题。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：