[实用新型]利用嵌套圆锥环面的全周向辐射接受聚光器

说明书

技术领域

本实用新型涉及太阳能利用技术领域，特别是涉及一种对太阳光进行聚光利用的光学装置。 

背景技术

太阳能是一种清洁无污染的可再生能源，取之不尽，用之不竭，充分开发利用太阳能不仅可以节约日益枯竭的常规能源，缓解严峻的资源短缺问题，而且还可以减少污染，保护人类赖以生存的生态环境。 

在众多的太阳能利用技术中，最为常见的有太阳能光伏发电、太阳能热发电、太阳能热水器等。目前，在太阳能光伏发电中，绝大多数采用的是硅电池片的光伏发电技术，而硅电池片只将到达地面的太阳能的15%左右的能量转换为电能，太阳能的利用效率总体还是比较低的。 

太阳能光热发电技术中，主要是先对太阳光进行聚光，达到中高温后，再利用其热量进行发电。包括太阳能光伏发电技术在内，目前的聚光技术主要有反射式聚光和透射式聚光两类。反射式聚光主要有塔式、碟式、槽式、和线性菲涅尔四种形式。透射式聚光主要采用普通的圆弧面透镜和菲涅尔透镜两种形式。而太阳能是一种能量密度比较低的资源，因此要求无论是反射式聚光还是透射式聚光，都要求将采光面积设置的比较大。而普通的圆弧面透镜要做得比较大时，其工艺成本就会直线上升，尤其是重量太大，一般只在天文望远镜等特殊场合使用。 

菲涅尔透镜的面积做得比较大时，也存在加工工艺难、成本过高的问题。菲涅尔透镜还具有较大的光学损失，大致可以分为反射损失、吸收损失、工艺性损失以及结构损失，其中工艺性损失是由于透镜成型对理想透镜轮廓进行修改而导致部分光线发散引起的光学损失,比如脱模锥度、圆角等。结构损失是由于菲涅尔透镜采用棱镜元组成的不连续曲面取代一般透镜的连续球面而导致部分光线发散引起的光学损失。例如，对于平面朝外的菲涅尔透镜，由于楞高会遮挡部分折射光线，使得从第二楞开始就出现部分透射光发散。对于平面朝内的菲涅尔透镜，当透镜焦距小于某临界值时，出射界面上入射角大于其全反射角，使透射光不能到达设定的焦斑范围内而损失。同时，菲涅尔透镜的焦径比通常控制在0.8—1.4之间，在透镜与聚光点之间有较大空间，从而加大了支架或框架的尺寸，从而使成本升高。 

槽式热发电是最早实现商业化的太阳能热发电系统。它采用大面积的槽式抛物面反射镜将太阳光聚焦反射到集热真空管上。通过管内热载体将水加热成蒸汽，同时在热转换设备中产生高压、过热蒸汽，然后送入常规的蒸气涡轮发电机内进行发电。但是采用槽式发电对太阳能进行聚光时，集热真空管会在抛物反射面上形成遮挡阴影，使集热真空管上有一部分不能接受到聚光辐射。集热真空管背朝抛物聚光器的一面，还会将一部分能源辐射出去。由于集热真空管管路很长，使能量损失较大，使内部导热油传热工质的运行温度只能达到400 °C左右，只能停留在中温阶段，从而限制了太阳能槽式热发电的效率。 

发明内容

为了克服上述圆弧面透镜、菲涅尔透镜以及槽式抛物面反射镜等聚光器存在的缺点和不足，本实用新型提供一种利用嵌套圆锥环面的全周向辐射接受聚光器，能够全面接受聚光辐射而不存在遮挡和阴影，没有像菲涅尔透镜折射楞圆角产生的工艺性损失和结构损失，聚光辐射接受处与太阳光入射接受面之间的距离更小，加工难度降低，聚光辐射功率高，有利于形成更高的聚光温度。 

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是： 

本实用新型是一种利用嵌套圆锥环面的全周向辐射接受聚光器，由环形会聚透镜板、环形发散透镜板、反射板、集热管、框架组成。环形会聚透镜板、环形发散透镜板和反射板通过框架固定安装。环形发散透镜板位于环形会聚透镜板和反射板中间，环形会聚透镜板朝向太阳入射光线；集热管为圆柱形，安装在反射板中心，紧临环形发散透镜板出射光侧。

环形会聚透镜板朝向太阳入射光线的一侧为平面；出射一侧设置1个中心会聚透镜和n个环形会聚透镜，其中n≥2；环形发散透镜板上设置1个中心发散透镜和n个与环形会聚透镜相对应的环形发散透镜； 

反射板嵌套设置n个与环形会聚透镜和环形发散透镜相对应的圆锥环反射面；经过中心轴的剖面与任一圆锥环反射面的交线和中心轴间的夹角为45°；环形会聚透镜、环形发散透镜、圆锥环反射面和集热管通过中心轴共轴对称，中心轴垂直于环形会聚透镜板的上表面平面。