[发明专利]菲涅耳透射与反射复合聚光滚筒式太阳能高温集热器

说明书

技术领域

本发明涉及一种太阳能聚光集热器，具体涉及一种利用不同形式的聚光器与高温接收器结合组成的结构，实现太阳光高密度聚集并产生高温热能的太阳能利用装置，属于太阳能聚光与太阳能高温热利用技术领域。

背景技术

目前推广使用的中高温线聚焦太阳能集热器中，主要有菲涅耳反射式线聚光和二维抛物槽反射线聚焦(亦称槽式聚光器)两类。前者的优点是真空管接收器不需要运动，利于与地面储能用能系统连接，缺点是装置的每一块反射镜都存在余弦效应，不能将太阳光聚集在很小区域，且需要独立跟踪太阳，控制过程复杂。后者的优点是可以将太阳光聚集到很小的区域，有利于利用真空管产生高温热能，且只需一维跟踪太阳，缺点是真空管接收器在一天之内必须跟踪太阳作大幅度的运动，不利于与地面储能用能系统连接。这两类装置的集光原理均是通过反射镜面将太阳光反射至真空管接收器上产生高温热能。由于太阳能接收器在抛物面的上方，因此，太阳能接收器一般会在抛物面上留下阴影，从而阻挡了部分太阳光的采集。另外，对于高纬度地区和太阳高度角较小的冬季，不管聚光器是如何放置的，大多时候太阳光都是倾斜入射至聚光器上的，此时太阳光线在装置中的运行路线变长，加大了系统对跟踪精度的要求。再由于太阳能接收器在抛物面的上方，它所处的热损失环境更为恶劣，会经历风吹雨淋，并与天空产生辐射换热，从而减少了部分效率。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种菲涅耳透射与反射复合聚光滚筒式太阳能高温集热器，能够将入射到滚筒式管外表面的太阳光会聚成线光源，并在二次聚光器的配合下将光聚集到真空管接收器上，最后实现将光能转化为高温热能。

一种菲涅耳透射与反射复合聚光滚筒式太阳能高温集热器，该集热器包括菲涅耳透射式聚光器、真空管、二次聚光器、管状外壳、太阳光跟踪器、封盖、转动轴，外围设备为电机；其中真空管包括真空管接收器和真空管外壳，真空管外壳套在真空管接收器外表面且真空管外壳和真空管接收器之间为真空，真空管接收器内充满工质；管状外壳为滚筒式结构，菲涅耳透射式聚光器为内表面具有向内凸起的连续不规则锯齿的圆弧形结构；

整体安装关系：管状外壳内表面的顶部设置有与管状外壳轴向等长的菲涅耳透射式聚光器，菲涅耳透射式聚光器的中心线正对着太阳光线，真空管置于二次聚光器的中心线上，并与二次聚光器一起固定在管状外壳的内部下方，二次聚光器的开口朝上且中心线与管状外壳的轴心线重合；管状外壳的两端均安装有封盖，封盖的中心连接转动轴，转动轴与电机相连，管状外壳的外表面设置有太阳光跟踪器，太阳光跟踪器位于菲涅耳透射式聚光器外表面的中心线上。

所述的二次聚光器是由两个左右对称的渐开线反射面组成的ω形结构。

所述的菲涅耳透射式聚光器内连续不规则锯齿的每段斜角均能保证将太阳光线经折射后汇集至真空管接收器。

所述的集热器还包括两个或两个以上的导光器，导光器为反射镜面，导光器对称安装在管状外壳内表面中上部的安装槽内。

所述的导光器布置的角度能保证将太阳光线经反射后汇集至真空管接收器。

所述的管状外壳做成半圆柱形壳体，并增加封装底板和封装法兰，封装底板的中部加工有半圆形凹槽，管状外壳的开口朝下且开口处安装有封装底板并通过封装法兰固定，将真空管接收器和二次聚光器置于封装底板的凹槽内且位于管状外壳的轴心线上。

所述的管状外壳采用椭圆形结构代替原来的圆筒形结构。

工作原理：太阳光线沿菲涅耳透射式聚光器的中心线方向入射至管状外壳的外表面，经菲涅耳透射式聚光器的透射后得到折射光线，并被投射到真空管接收器上转化成热能。部分未被菲涅耳透射式聚光器接收到的光线，经管状外壳透射进入其内部，并被置于管状外壳内壁的导光器反射得到反射光线，反射光线穿过真空管玻璃外壳至真空管接收器上转化成热能，且真空管玻璃外壳和真空管接收器间的真空能起到保温并减少热量散失的作用。当太阳光线与正入射光线有一定偏角时，菲涅耳透射式聚光器汇聚的光线及导光器反射的光线有一部分会偏离真空管接收器，而进入二次聚光器中，此时二次聚光器能将所收集到的太阳光再次汇集至真空管接收器转化为热能，经工质输送给用户。此外太阳光跟踪器能追踪太阳光的入射方向，并指示电机带动管状外壳及管状外壳内的所有部件绕管状外壳的中心线转动，保证菲涅耳透射式聚光器的中心线总是对准太阳光线，从而实现装置接收太阳光效率的最大化。