組合曲面聚光真空管集熱整體封裝式太陽能集熱器的製作方法

2023-09-13 22:11:15

專利名稱：組合曲面聚光真空管集熱整體封裝式太陽能集熱器的製作方法
技術領域：
本發明屬太陽能聚光與太陽能高溫熱利用技術領域。具體地說是一種利用特殊設
計的聚光器與真空管集熱器結合組成新型結構，並將這種新型結構進行整體封裝，使之成 為一個標準的太陽能集熱器部件，從而實現將太陽光高密度聚集並產生高溫熱能的太陽能 利用裝置。
背景技術：
在目前推廣使用的中高溫太陽能集熱器中，主要有旋轉拋物面反射點聚焦和二維 拋物槽反射線聚焦(亦稱槽式聚光器)兩類。前者的優點是集熱溫度高，缺點是裝置規模 有限，工藝複雜。後者的優點是可以大規模安裝，工藝相對簡單，缺點是光線難於被集中到 很小的區域，集熱溫度相對較低。這兩類裝置的集光原理均是通過拋物面反射將太陽光逆 向反射至拋物面的焦點處，然後經過太陽能接收器進行收集產生高溫熱能。但這兩種太陽 能中高溫集熱器都由於製造成本高、要求的跟蹤精度高而不能小型化被家庭利用。
另一方面，目前人們採用得最多的太陽能真空管式集熱器和平板式集熱器，由於 成本低廉已被使用到千家萬戶。但由於真空管式集熱器和平板式集熱器沒有聚光功能，因 此單位面積集熱器上所接收的太陽光能量十分有限，限制了它的溫度提升，所以一般它們 只能用來產生低溫熱能。當冬季來臨，環境溫度很低時，這兩種集熱器很難產生合符要求的 熱能。而且還可能由於管內的水結冰，脹壞管路從而使整個系統遭到破壞。
本發明充分利用了組合曲面聚光器、真空管集熱器和平板式集熱器各自的優點， 並將其融合為一體，形成一種全新的太陽能集熱器。由於組合曲面聚光器需要跟蹤太陽，因 此我們設計了簡易可調的跟蹤系統，使之始終保持對太陽光的最佳收集狀態。本裝置所使 用的真空管集熱器的數量大大減少，結構更加緊湊，對太陽跟蹤系統的技術要求更低，特別 適合在高緯度地區和太陽高度角較小的冬季使用。

發明內容
本發明利用組合曲面聚光器將低能流密度的平行光匯聚成線光源，並將大部分匯 聚的光線投射到真空管集熱器上，並通過真空管集熱器將光能轉化為中高溫熱能。由於單 根的真空管集熱器收集的熱能仍然有限，因此將多根真空管集熱器並聯連成一體，並整體 封裝在一個外殼體內，使之具有美觀、隔熱和防塵等功能。本裝置可以應用於低溫環境下對 太陽能的收集，並產生中高溫熱能。 本發明解決其技術問題所採用的技術方案是一種組合曲面聚光真空管集熱整體 封裝式太陽能集熱器，包括至少一個組合曲面聚光器、至少一個真空管集熱器、至少一個手 調跟蹤器、連杆、封裝外殼； 其中每個組合曲面聚光器由兩個一級拋物面聚光器、兩個二級平面反射鏡、一個 槽底拋物面聚光器或半圓柱面聚光器構成，其中兩個一級拋物面聚光器分別通過兩個二級 平面反射鏡與槽底拋物面聚光器相連；
或者，每個組合曲面聚光器由兩個一級拋物面聚光器、一個二級拋物面聚光器構 成，兩個一級拋物面聚光器分別與二級拋物面聚光器相連；各聚光器的反光面朝向真空管 集熱器； 真空管集熱器等間隔平行固定在封裝外殼內並與封裝外殼的底板保持一定散熱 距離； 組合曲面聚光器通過連接器與真空管集熱器活動連接，使組合曲面聚光器能夠繞 真空管集熱器轉動； 手調跟蹤器固定在連杆頂端，連杆依次與所有組合曲面聚光器的底部活動連接；
旋轉手調跟蹤器時，將拉動連杆上下運動，從而拉動組合曲面聚光器以真空管集 熱器為軸旋轉，從而實現對多個組合曲面聚光器角度的控制，實現組合曲面聚光器的朝向 做定期調整，跟蹤太陽。 所述組合曲面聚光真空管集熱整體封裝式太陽能集熱器的封裝外殼的正面蓋有 玻璃蓋板。 本發明的有益效果是，可以將低能流密度的太陽光匯聚成高能流密度線狀的太陽 光，並將大部分匯聚的光線投射到真空管集熱器上，通過真空管集熱器將光能轉化為中高 溫熱能。這使得單位集熱器面積上需要使用的真空管集熱器數量減少，從而減少了真空管 集熱器內部傳熱工質的質量，進而減少了整個系統的熱惰性，使系統的升溫更加迅速，特別 適合冬季日照時間短和環境溫度低的情況使用。此外，由於利用本發明中的手調跟蹤器可 調整組合曲面聚光器的朝向來跟蹤太陽，使集熱器保持對太陽光的最佳收集狀態，對太陽 跟蹤系統的技術要求更低，特別適合在高緯度地區和太陽高度角較小的冬季使用。


圖1-本發明的示意圖；其中1-封裝外殼；2-手調跟蹤器；3-連杆；5_組合曲面聚 光器；6_玻璃蓋板；7-真空管集熱器；
圖2-本發明的整體結構俯視圖； 圖3-本發明的橫截面剖視圖；其中4-入射光線；8-連接套環； 圖4-本發明中組合曲面聚光器的結構及與真空管集熱器的連接示意圖； 其中9-連接器；10-二級平面反射鏡；ll-槽底拋物面聚光器；12_—級拋物面聚
光器； 圖5_槽底拋物面聚光器用半圓柱面代替的實施例圖；其中13-半圓柱面聚光器； 圖6-槽底拋物面聚光器和二級平面反射鏡用二級拋物面聚光器代替的實施例 圖；其中14-二級拋物面聚光器。
具體實施例方式
下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。 圖1-本發明的示意圖，圖2-為本發明的整體結構俯視圖，圖3-為本發明的橫截 面剖視圖。根據上述3圖的符號標註，裝置的運行原理可解釋如下 太陽光線(4)沿裝置的正面入射到本集熱器的玻璃蓋板(6)上，透過玻璃蓋板(6) 進入裝置中，其中大部分將入射到組合曲面聚光器(5)的一級拋物面聚光器(12)的內表面上，經反射後入射到二級平面反射鏡(10)上，再經二級平面反射鏡(10)內表面反射後匯聚到一條鏡像焦線上；真空管集熱器(7)的中心線正好與此鏡像焦線重合，因此能夠高效地接收太陽能。槽底拋物面聚光器(11)是傳統的槽形拋物面聚光器，其焦線也與真空管集熱器(7)的中心線重合，因此部分未經一級拋物面聚光器(12)反射的太陽光，直接射入到槽底拋物面聚光器(11)上，再被槽底拋物面聚光器(11)的表面反射至真空管集熱器(7)上被吸收。真空管集熱器(7)吸收太陽光後溫度升高，加熱其內部的傳熱工質，最後經傳熱工質將高溫熱能輸送給用戶。 一至多個由組合曲面聚光器(5)與真空管集熱器(7)組成的集熱器單元，被並列地置於外殼體(1)內，真空管集熱器(7)被固定在外殼體(1)內的底板上。組合曲面聚光器(5)通過連接器(9)套在真空管集熱器(7)上，並可以圍繞真空管集熱器(7)旋轉。手調跟蹤器(2)與連杆(3)連接，連杆(3)又通過可活動的連環(8)分別與每個組合曲面聚光器(5)的底部連接，旋轉手調跟蹤器(2)時，將拉動連杆(3)作上下運動，並拉動組合曲面聚光器(5)以真空管集熱器(7)為軸旋轉，從而實現對多個組合曲面聚光器(5)的控制，實現組合曲面聚光器(5)朝向定期調整，跟蹤太陽。 圖4為本發明中組合曲面聚光器的結構及與真空管集熱器的連接示意圖。在圖4中，裝置的組成結構解釋如下 組合曲面聚光器(5)是由二級平面反射鏡(10)、槽底拋物面聚光器(11)和一級拋物面聚光器(12)組成，其主要功用是將入射的太陽光線匯聚在焦線上，由於真空管集熱器(7)的中心線與該焦線重合，所以組合曲面聚光器(5)匯聚的太陽光能被真空管集熱器(7)吸收。 圖5為槽底拋物面聚光器用半圓柱面代替的實施例圖。在圖5中，槽底拋物面聚光器(11)被半圓柱面聚光器(13)代替。運行原理解釋如下 入射光線(4)入射到組合曲面聚光器(5)的內表面上，經反射大部分到達二級平面反射鏡(10)上，經二級平面反射鏡(10)的二次反射後，聚焦到一條焦線上，真空管集熱器(7)的中心恰好與焦線重合，因此可以高效的接受太陽能。部分光線直接入射到半圓柱面聚光器(13)上，半圓柱面聚光器(13)的圓心位置與真空管(7)中心位置重合，經半圓柱面聚光器(13)的反射，光線也匯聚到真空管集熱器(7)。真空管集熱器(7)吸收太陽光後，溫度升高，用來加熱內部的傳熱工質。 圖6為槽底拋物面聚光器和二級平面反射鏡用二級拋物面聚光器代替的實施例圖。 在圖6中，組合曲面聚光器(5)中沒有二級平面反射鏡(10)和槽底拋物面聚光器(ll)，它們一起被二級拋物面聚光器(14)取代，二級拋物面聚光器(14)的焦點也在真空管集熱器(7)的中心線上。其聚光的原理解釋如下 入射光線(4)進入裝置後，大部分入射到一級拋物面聚光器(12)的內表面上，其中部分被其內表面直接反射到真空管集熱器(7)上吸收，部分被反射到二級拋物面聚光器(14)上，再被反射到真空管集熱器(7)上吸收；小部分太陽光直接入射到二級拋物面聚光器(14)的內表面上，被其直接反射到真空管集熱器(7)上吸收，轉化為熱能，傳遞給內部傳熱工質。 以上所述的具體描述，對發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施例而已，並不用於限定本發明的保護範
5圍，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
一種組合曲面聚光真空管集熱整體封裝式太陽能集熱器，其特徵在於包括至少一個組合曲面聚光器(5)、至少一個真空管集熱器(7)、至少一個手調跟蹤器(2)、連杆(3)、封裝外殼(1)；其中每個組合曲面聚光器(5)由兩個一級拋物面聚光器(12)、兩個二級平面反射鏡(10)、一個槽底拋物面聚光器(11)或半圓柱面聚光器(13)構成，其中兩個一級拋物面聚光器(12)分別通過兩個二級平面反射鏡(10)與槽底拋物面聚光器(11)相連；各聚光器的反光面朝向真空管集熱器(7)；真空管集熱器(7)等間隔平行固定在封裝外殼(1)內並與封裝外殼(1)的底板保持散熱距離；組合曲面聚光器(5)通過連接器(9)與真空管集熱器(7)活動連接；手調跟蹤器(2)固定在連杆(3)頂端，連杆(3)依次與所有組合曲面聚光器(5)的底部活動連接，用來拉動組合曲面聚光器(5)以真空管集熱器(7)為軸旋轉。
2. 根據權利要求1所述一種組合曲面聚光真空管集熱整體封裝式太陽能集熱器，其特 徵在於每個組合曲面聚光器(5)還可以由兩個一級拋物面聚光器(12)、一個二級拋物面 聚光器(14)構成，兩個一級拋物面聚光器(12)分別與二級拋物面聚光器(14)相連。
3. 根據權利要求1所述一種組合曲面聚光真空管集熱整體封裝式太陽能集熱器，其特 徵在於封裝外殼(1)的正面蓋有玻璃蓋板(6)。
全文摘要
本發明公開了一種組合曲面聚光真空管集熱整體封裝式太陽能集熱器，屬太陽能聚光與太陽能中高溫集熱技術領域。由組合曲面聚光器、真空管集熱器、可調跟蹤器和封裝外殼等組成。太陽光經透明玻璃蓋板入射進入組合曲面聚光器後，經其內表面反射匯集至真空管集熱器上，經真空管集熱器吸收產生高溫熱能，該熱能再經傳導由真空管集熱器內的導熱工質輸送給用戶。本發明能夠將低能流密度的太陽光，經過多曲面反射後匯聚至真空管集熱器上，使真空管內的傳熱工質儘快得到加熱，形成高溫熱能。手調跟蹤器可調整組合曲面聚光器的朝向來跟蹤太陽，使集熱器保持對太陽光的最佳收集狀態，特別適合在高緯度地區和太陽高度角較小的冬季使用。
文檔編號F24J2/38GK101699191SQ20091023640
公開日2010年4月28日 申請日期2009年10月21日 優先權日2009年10月21日
發明者何開巖, 薛曉迪, 謝果, 鄭宏飛, 陶濤 申請人:北京理工大學