CN101858649A - 菲涅尔太阳集热装置 - Google Patents

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Abstract

一种菲涅尔太阳集热装置，包括接收单元与聚光单元，该接收单元设于聚光单元的上方，以接收聚光单元聚集的太阳光，该聚光单元包括多个聚光模块，每一聚光模块可围绕与接收单元轴线平行的轴线旋转以将太阳光反射至接收单元上，并且至少部分聚光模块还可以围绕与接收单元轴线相垂直的第二轴线旋转，以更好的跟踪太阳的运动，并可依太阳辐射强度动态调整聚光模块的聚焦位置，以达到高效利用太阳能的目的。

Description

菲涅尔太阳集热装置
【技术领域】
本发明涉及一种太阳能集热器，特别是指菲涅尔太阳集热装置。
【背景技术】
线性菲涅尔太阳集热装置主要包括一线性菲涅尔反射器(LinearFresnel Reflector，LFR)系统及一接收单元，该线性菲涅尔反射器系统包括一线性反射器场，该线性反射器场由多个并排平行设置的反射器组成，同时这些反射器可通过一跟踪装置驱动以跟踪太阳的运动。这些反射器反射的太阳光被集中射向设置于这些反射器上方的接收单元内，通过该接收单元将太阳能转换为热能。通常一个接收单元可设置在多个反射器之间，以便接收该多个反射器反射的太阳光。此相关的现有技术可参阅公开号为WO2009/023063的PCT专利申请，但此种结构存在的问题是这些反射器只能围绕其纵长轴线旋转以跟踪太阳日间的运动，以令该反射器反射的光线反射至接收单元上，然而由于太阳不仅具有日间的运动，而且还有季节的运动，仅跟踪太阳日间的运动并不能达到高效聚集太阳光的目的。同时，现有的线性菲涅尔太阳集热装置加热达到的最高温度为280℃左右，无法实现高温(如300℃到400℃)应用。再者，现有的线性菲涅尔太阳集热装置的反射器与接收单元的对应关系是固定的，即固定为一对一聚焦或多对一聚焦，如果太阳辐射不强时，此种结构的反射器所反射的太阳光依不能达到预定的要求，无法将接收单元内的热传输流体加热至预定的工作温度。
【发明内容】
本发明目的在于提供一种菲涅尔太阳集热装置，用以克服现有线性菲涅尔太阳集热装置的太阳光聚集效率低及不能灵活控制的缺陷。
为实现上述目的，实施本发明的菲涅尔太阳集热装置包括接收单元与聚光单元，该接收单元设于聚光单元的上方，以接收聚光单元聚集的太阳光，该聚光单元包括多个聚光模块，每一聚光模块可围绕与接收单元轴线平行的轴线旋转以将太阳光反射至接收单元上，并且至少部分聚光模块还可以围绕与接收单元轴线相垂直的第二轴线旋转。
依据上述主要特征，该聚光单元设为多排，每一排包括多个聚光模块，该多个聚光模块串接在一起并同步旋转。
依据上述主要特征，该接收单元分为多个部分，该多个部分共线设置，并且每部分之间通过管路连接。
依据上述主要特征，该接收单元包括一系列相互平行延伸的吸热管，这些吸热管共同形成一腔体，并且该腔体面对聚光单元的一端设有一开口。
依据上述主要特征，该接收单元在开口外部覆盖一透明盖体。
依据上述主要特征，该透明盖体向背离开口的方向凸出并呈曲面设置。
依据上述主要特征，该透明盖体由高透光率低反射率的材料制成。
依据上述主要特征，该接收单元的腔体一端至开口一端的截面的横向尺寸依次增大，形成拱形结构。
依据上述主要特征，该接收单元呈马蹄形。
依据上述主要特征，该聚光模块表面设有反射镜，并且该反射镜设有多块，并呈凹曲面设置。
与现有技术相比较，本发明通过令至少部分聚光模块围绕与接收单元轴线相垂直的第二轴线旋转，如此可以更好的跟踪太阳的运动，并可依太阳辐射强度动态调整聚光模块的聚焦位置，以达到高效利用太阳能的目的。
【附图说明】
图1为实施本发明的菲涅尔太阳集热装置的结构示意图。
图2为图1所示的菲涅尔太阳集热装置侧视简化示意图。
图3为图1所示的菲涅尔太阳集热装置另一侧视简化示意图。
图4为实施本发明的菲涅尔太阳集热装置的接收单元的示意图。
图5为图4所示接收单元第二实施例的示意图。
图6为图4所示接收单元第三实施例的示意图。
【具体实施方式】
请参阅图1与图2所示，为实施本发明的菲涅尔太阳集热装置的结构示意图，该菲涅尔太阳集热装置1包括聚光单元10与接收单元11。其中该聚光单元10设有多排，每排聚光单元10包括多个聚光模块100，每个聚光模块100表面设有条状反射镜101，以将照射在其上的太阳光反射至接收单元11。另外，该聚光单元10还设有跟踪太阳的第一跟踪装置(未图示)，该第一跟踪装置用以驱动每排聚光模块100围绕与接收单元11平行的轴线旋转，以跟踪太阳日间的运动，并且从图2可知，不同排的聚光单元10与水平面之间的初始夹角ρ并不相同，而相邻排的初始夹角之差则保持一常量，如此可以更好的控制数排的聚光单元10所反射的太阳光均聚集在同一接收单元11上。
请参阅图3所示，在本实施例中，为提高太阳光的聚集效率，在每排聚光单元10的聚光模块100中，至少部分聚光模块100设有第二跟踪装置，该第二跟踪装置可驱动该聚光模块100沿第二轴线旋转，该第二轴线与该排聚光模块的延伸轴线相垂直。在具体实施时，此部分聚光模块100与水平面的初始夹角与该聚光模块100所在地的纬度角相同，并且该部分聚光模块100每天的角度变化很小，并且一天只变化一次，并大约与太阳的季节角变化相同，从而可以更好的跟踪太阳季节的运动。同时，通过令部分聚光模块100可绕二个轴向旋转，从而可以调整此部分聚光模块100的聚焦位置，此聚集位置可以为此聚光模块100对应的接收单元11的另一位置或相邻的另一接收单元11，如此可以调整更多的聚光模块100将反射的太阳光聚集到一特定的位置，即可令N个聚光模块将太阳光反射至同一位置，从而实现将聚光倍数提高N倍，如此可以集中加热接收单元10中的热传输流体，令其上升到足够高的温度(如如300℃到400℃)。较佳地，如图3所示，可以将接收单元11分成多个部分，每部分之间通过管路连接，如此可通过程序控制特定的聚光模块100反射的光线聚集至接收单元11的特定部分上。
在具体实施时，该第一跟踪装置可为电机与齿轮组合，并且同一排的多个聚光模块100的旋转轴联接在一起，如此每一排的聚光模块100仅需一个电机与齿轮等组合便可驱动同一排所有的聚光模块100同步围绕与接收单元11平行的轴线旋转，以跟踪太阳日间的运动，至与该第一跟踪装置的具体结构可参考公开号为WO2009/029277、WO2009/029275的PCT专利申请中的相关结构。
至于第二跟踪装置，也可通过将聚光模块100的反射镜与其支撑座通过一旋转轴固定在聚光模块100的框架上，该旋转轴两端通过轴承支撑在框架上，并且可在该轴承中部设置蜗杆蜗轮电机组合结构而令聚光模块100的反射镜沿第二轴线旋转，从而更好的跟踪太阳的运动。当然，第二跟踪装置也不局限于蜗杆蜗轮电机组合结构，也可以为电机链条链轮组合结构等，此对机械设计领域的人员而言完全可以自由变换组合，此处也不再详细说明。
请结合图4所示，为实施本发明的菲涅尔太阳集热装置的接收单元的示意图，该接收单元11包括一外壳110，在具体实施时，该壳体110外表面呈流线形(如半圆形或椭圆形)，从而减少空气阻力，并且该壳体110内部设有一系列相互平行延伸的吸热管113，该些吸热管113共同形成一腔体111，并且该腔体111面对聚光模块100的一端设有一开口112，该腔体111一端至开口112一端的截面的横向尺寸依次增大，如此形成上部较小而底部较大的呈拱形结构，以减少黑体辐射所造成的热损失。通过如此设置，聚光模块100所聚集的太阳光12从开口112射入该腔体111内部，并在腔体内多次反射从而实现高效率的吸收。另外，该吸热管113表面通常设有选择性吸收涂膜，如此吸热管113利用该吸收涂膜只吸收可见光，不吸收红外光，同时也不向外辐射红外光，如此以增加吸热管113的吸热效率。另外，该接收单元11在外壳110与吸热管113之间设有足够厚的绝热材料115，以有效地减少对流热损失。
请参阅图5所示，为图4所示的线性菲涅尔太阳集热装置的接收单元第二实施例的示意图，为防止接收单元21内的热量因空气对流而散发，该接收单元21还可在开口212外部覆盖一透明盖体214，在本实施例中，该透明盖体214呈平板状。当然，该透明盖体214也可设置呈曲面，即可设置为向背离开口212的方向凸出，如此经聚光模块集中的太阳光以垂直于该曲面的方向从该透明盖体透射至该腔体内，如此可减少反射，从而以最大效率地利用被集中的太阳光。较佳的，该透明盖体214由高透光率低反射率的材料制成，从而利于最大量的被集中的太阳光进入腔体内。
请参阅图6所示，为图4所示的线性菲涅尔太阳集热装置的接收单元第三实施例的示意图，与图4所示的接收单元不同之处在于该接收单元41的腔体412呈马蹄形。
与现有技术相比较，本发明具有如下优点：
第一，通过令至少部分聚光模块围绕与接收单元轴线相垂直的第二轴线旋转，如此可以更好的跟踪太阳的运动，从而达到更好的聚光效果；
第二，通过令至少部分聚光模块围绕与接收单元轴线相垂直的第二轴线旋转，如此可以动态的调整此部分聚光模块的聚焦位置，例如在太阳辐射不强时，可以调集其他位置的聚光模块，将此部分聚光模块聚集的光线集中照射在特定位置的接收单元上，从而将接收单元内的热传输流体加热至预定的温度，即本发明可以在现有一维菲涅尔镜的整体架构的基础上，通过改变部分聚光模块的运动结构即可实现提高聚光倍数，克服现有的一维菲涅尔集热装置最终工作温度不高的缺陷。
第三，通过一系列吸热管组成腔体，并且腔形呈拱形或马蹄形，从而形成较大的吸热面积，以有利于聚焦太阳光在腔体内的多次反射和吸收，并可以有效的减少黑体辐射损失，同时不需要额外的反射元件，还可以降低成本；
第四，通过在腔体外设置绝热材料，如此能够基本消除腔体外侧的对流热损失；
第五，通过在腔体开口处的设置透明遮盖，从而能够有效地减少腔体内侧向外部环境的对流热损失。

Claims (11)

1.一种菲涅尔太阳集热装置，包括接收单元与聚光单元，该接收单元设于聚光单元的上方，以接收聚光单元聚集的太阳光，该聚光单元包括多个聚光模块，每一聚光模块可围绕与接收单元轴线平行的轴线旋转以将太阳光反射至接收单元上，其特征在于：至少部分聚光模块还可以围绕与接收单元轴线相垂直的第二轴线旋转。
2.如权利要求1所述的菲涅尔太阳集热装置，其特征在于：该聚光单元设为多排，每一排包括多个聚光模块，该多个聚光模块串接在一起并同步旋转。
3.如权利要求1所述的菲涅尔太阳集热装置，其特征在于：该接收单元分为多个部分，该多个部分共线设置，并且每部分之间通过管路连接。
4.如权利要求3所述的菲涅尔太阳集热装置，其特征在于：该接收单元包括一系列相互平行延伸的吸热管，这些吸热管共同形成一腔体，并且该腔体面对聚光单元的一端设有一开口。
5.如权利要求1所述的菲涅尔太阳集热装置，其特征在于：该接收单元在开口外部覆盖一透明盖体。
6.如权利要求5所述的菲涅尔太阳集热装置，其特征在于：该透明盖体为平板状。
7.如权利要求5所述的菲涅尔太阳集热装置，其特征在于：该透明盖体向背离开口的方向凸出并呈曲面设置。
8.如权利要求6或7所述的菲涅尔太阳集热装置，其特征在于：该透明盖体由高透光率低反射率的材料制成。
9.如权利要求1所述的菲涅尔太阳集热装置，其特征在于：该接收单元的腔体一端至开口一端的截面的横向尺寸依次增大，形成拱形结构。
10.如权利要求1所述的菲涅尔太阳集热装置，其特征在于：该接收单元呈马蹄形。
11.如权利要求1所述的菲涅尔太阳集热装置，其特征在于：该聚光模块表面设有反射镜，并且该反射镜设有多块，并呈凹曲面设置。
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