[发明专利]光漏斗聚光定向传光中央接收式高温太阳能集热系统

说明书

技术领域

本发明属于光学技术应用和太阳能聚光利用领域，特别是太阳能高效聚光、高效导光与太阳能高温集热利用技术领域。也可应用于无线电波的会聚与传播等领域。

背景技术

实现大规模太阳能高温集热，目前一般的方法有如下三种：大型抛物面反射聚焦、大型槽式抛物面聚焦和中央塔式聚集。但上述三种方法各有缺点，大型抛物面反射聚焦的缺点是装置不能做得太大，因此聚集的能量有限。大型槽式抛物面聚焦的缺点是由于传热管路太多太长，结构复杂，热损耗大，工质流阻大，温度不能聚集太高，一般只有250-350℃左右；中央塔式聚焦的方法温度可以很高，达到500℃左右或更高，但它需要建立几十米甚至上百米的高塔，而且各反射面需要单独跟踪太阳，因此成本很高。本发明利用具有点聚焦功能的聚光型光漏斗聚光，利用定向偏光器导光，使太阳光经定向偏光器反射后出射到中央接收器并被中央接收器接收。由于定向偏光器的出光方向可调，因此一个中央接收器可接收来自不同方向的多个光漏斗收集的太阳光，从而形成高温热能。中央接收器是成熟的已有技术，它可以将接收到的光转换成高温热能。本发明的中央接收器无需建在高塔上，节省了建设费用，而且所有光漏斗的太阳跟踪系统相同，定向偏光器的出光方向设定后可以固定不变，因而控制策略简单，在技术上易于实现。

发明内容

本发明的目的是提供一种光漏斗聚光定向传光中央接收式高温太阳能集热系统。该系统能将太阳光会聚成点光源，再将点光源转换成平行光，且出射的平行光方向都指向中央接收器，最后利用中央接收器接收来自不同方向的平行太阳光形成高温热能。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

本发明的一种光漏斗聚光定向传光中央接收式高温太阳能集热系统是由1个或多个子系统、0至多个导光器和中央接收器组成；子系统接收太阳光后，通过导光器传给中央接收器或不通过导光器直接传给中央接收器，由中央接收器转换成高温热能。子系统由旋转组合抛物面、圆柱镜反射面和定向偏光器组成；旋转组合抛物面和圆柱镜反射面沿轴向连接成一体，组成跟随太阳运动的聚焦型光漏斗；定向偏光器是一个截去顶端部分的旋转抛物面，并将截口作为进光口，截去的尺寸应保证前级反射的光尽可能多地聚焦到其焦点上。平行光沿对称轴射入旋转组合抛物面并被其反射，然后又由圆柱镜反射面再次反射后汇聚于焦点处；定向偏光器的焦点位置正好与焦点7重合，其出光方向指向中央接收器。系统运行时，由旋转组合抛物面和圆柱镜反射面组成的聚焦型光漏斗以焦点为定点跟踪太阳运动，定向偏光器固定安装，并确保其焦点处在光漏斗的焦点处，其出光方向指向中央接收器。所以，由来自光漏斗焦点处的光被定向偏光器反射后直接或经由导光器射入中央接收器，经中央接收器接收转化为高温热能。在实际的装置中，聚焦型光漏斗由于存在跟踪误差或结构误差，因而聚集在焦点的太阳光不能成为一个真正的点，因此经定向偏光器反射出来的太阳光不可能完全平行。为了使太阳光更加准确的入射到中央接收器上，防止部分散光，在定向偏光器与中央接收器之间可连接有0至多个导光器。

系统的工作原理是，平行光沿中心轴射入旋转组合抛物面并被其反射，然后又由圆柱镜反射面再次反射后汇聚于焦点处；因为定向偏光器的焦点位置正好与焦点7重合，其出光方向又指向中央接收器，所以，由来自光漏斗焦点处的光被定向偏光器反射后直接射入中央接收器，经中央接收器接收转化为高温热能。

本发明的有益效果是，光漏斗和偏光器可以将低能流密度的太阳光束会聚成高能流密度的平行光束，而且出光方向任意可调。将多个由光漏斗和偏光器组成的太阳能聚光器子系统阵列布置在中央接收器的周围，并使所有偏光器出射的光对准中央接收器，那么中央接收器将获得很高的太阳光照射能流，转化为热能后将产生很高的温度，从而实现太阳光高温聚能。本发明克服了大型槽式抛物面聚焦系统由于传热管路太多太长、结构复杂、热损耗大、工质流阻大、温度不能聚集太高的缺点，同时也克服了中央塔式聚焦系统需要建立费用高昂的高塔、各反射面需要单独跟踪太阳的缺点。本发明的中央接收器无需建在高塔上，节省了建设费用，而且所有光漏斗的太阳跟踪系统相同，定向偏光器的出光方向设定后固定不变，因而控制策略简单，在技术上易于实现。

附图说明

图1-本发明的原理图；

图2-聚焦型光漏斗的结构和光路图；

图3-在定向偏光器出光口端连接有导光器的实施例图。

图4-具有三个子系统的实施例图；