CN102053351B - 一种新型极轴式太阳能聚光装置 - Google Patents

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Abstract

一种新型极轴式太阳能聚光装置，涉及太阳能碟式聚光装置，包括上下基座、半圆轨道机构、步进机构及抛物面反射镜，其特征在于：所述的半圆轨道机构与上下基座通过大直径的齿轮内咬合连接，所述的抛物面反射镜用内外两个圆环作为支撑框架，通过焊接或者铆接方式与两个圆环固定在一起，在镜面中心设置一镜面支撑杆，所述镜面支撑杆通过若干钢索与内外圆环相连接；所述镜面支撑框架下，支撑杆的下端通过两个滑块结构与半圆轨道实现无缝相连。本发明主要为碟式光热发电系统设计，可以获得较高的镜面运行精度，从而保证了太阳光汇聚的精确性，且通过增强设计，提高了大直径抛物面反射镜在大风载条件下的工作运行能力和生存能力，通过大直径截面的连接增强了连接处抗弯和抗扭的能力，增强了机架结构的稳定性。

Description

一种新型极轴式太阳能聚光装置
技术领域
本发明涉及太阳能碟式聚光装置，具体是一种新型固定焦点式的抛物面反射镜太阳能聚光装置。
背景技术
目前在太阳能光热领域迅猛发展，汇聚太阳光转化为熔盐或高温蒸汽热能，推动蒸汽机发电或者高温气体推动燃气轮机发电是太阳能未来利用的一个重要方向。
太阳能光热发电系统主要有塔式、槽式和碟式三种太阳能系统。塔式以及槽式光热太阳能系统由于存在太阳光的余弦损失，使得其光热转换效率，以及发电效率的提升受到限制，目前塔式太阳能还处于实验场阶段，槽式是第一种成功商业化的太阳能装备；碟式光热太阳能系统将照射到碟盘中的太阳光聚焦在焦点附近的加热，热载体可以达到600℃或者更高的温度，同时通过碟面的调节可以使碟面始终正对太阳，从而消除余弦损失，提高太阳能的利用率。普通碟式系统通过二维步进运动使反射镜面向太阳水平和垂直调节实现实时跟踪，这种跟踪方式要求焦点也随碟面的移动而移动，同时也对跟踪系统的非周期性实时跟踪提出了高的要求。目前碟式系统采用的跟踪方式主要是二维跟踪方式，焦点的移动使得聚光点变动，从而要求传热管道之间存在活动链接。而这种链接限制了传热介质在高温下的使用。因而该种聚光方式主要是用于斯特林机发电系统。同时，为了提高太阳能利用的效率，需要制作大直径的反射镜面。而大直径的镜面要求在一定的风载条件下的工作能力和存活能力。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种利用极轴式固定焦点的方式，实现载热体的加热和储运，并通过极轴式旋转的时钟步进控制使反射镜对太阳进行实时跟踪的新型极轴式太阳能聚光装置。
本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现，
一种新型极轴式太阳能聚光装置，包括上下基座、半圆轨道机构、步进机构及抛物面反射镜，其特征在于：所述的半圆轨道机构与上下基座通过大直径的齿轮内咬合连接，所述的抛物面反射镜用内外两个圆环作为支撑框架，通过焊接或者铆接方式与两个圆环固定在一起，在镜面中心设置一镜面支撑杆，所述镜面支撑杆通过若干钢索与内外圆环相连接；
所述镜面支撑框架下，支撑杆的下端通过两个滑块结构与半圆轨道实现无缝相连，同时通过齿轮或者钉孔机构实现镜面机构沿半圆轨道滑动，保证镜面在动态风载下的稳定性，同时滑块结构的步进机构实现每日0.3°太阳垂直高度角的步进变化；
所述的抛物面反射镜选用抛物面的底面部分，所截取的旋转抛物面开口直径为D，抛物面的焦距为f，并使f/D＝0.45～0.6，在该种镜面设计下，能最有效的接受太阳光能量，旋转抛物面通过6～12块镜面拼接而成，每一块镜面通过打磨抛光，并用模具压制而成；
所述镜面的边缘增加边缘耳，增强镜面的抗变形能力，同时也提高其在多向风载条件下镜面的稳定性，较大程度上防止出现局部的凹凸变形；
所述半圆轨道的圆心与抛物面反射镜焦点重合，并使上下基座与半圆轨道的连线为圆的直径，并为极轴线，该装置通过上下基座稳定固定在地面上，基座通过曲线设计既要保证承受一定的压力载荷，同时也要承受由于镜面在风载下所传导的弯曲载荷和其他动态载荷；
所述抛物面反射镜的焦点与反射镜随季节滑动的圆形轨道中心重合，每日通过逆地球自转运动保证反射镜正对太阳而转动，并将该运动转化为时钟控制跟踪，同时每日太阳的垂直高度角有0.3°的周期变化，通过步进调节反射镜在圆形轨道的不同位置来保证不同季节太阳光的垂直入射，使反射镜始终正对太阳转动，从而使太阳光始终汇集于焦点处。
本发明的有益效果：本发明主要为碟式光热发电系统设计，可以获得较高的镜面运行精度，从而保证了太阳光汇聚的精确性，且通过增强设计，提高了大直径抛物面反射镜在大风载条件下的工作运行能力和生存能力，通过大直径截面的连接增强了连接处抗弯和抗扭的能力，增强了机架结构的稳定性，本发明主要适用于光热太阳能发电等，高温蒸汽发生领域。
附图说明
图1是本发明结构示意图；
图2是本发明侧视图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
如图1、图2所示，一种新型极轴式太阳能聚光装置，包括上下基座7、半圆轨道10、步进机构及抛物面反射镜1，半圆轨道10与上下基座7通过大直径的齿轮6内咬合连接，抛物面反射镜1用内外两个圆环2、4作为支撑框架，通过焊接或者铆接方式与两个圆环固定在一起，在抛物面反射镜1镜面中心设置一镜面支撑杆5，镜面支撑杆5通过若干钢索3与内外圆环2、4相连接；
镜面支撑框架下，支撑杆5的下端通过两个滑块结构8与半圆轨道10实现无缝相连，同时通过齿轮6实现镜面机构沿半圆轨道10滑动，保证镜面在动态风载下的稳定性，同时滑块结构8的步进机构实现每日0.3°太阳垂直高度角的步进变化；
抛物面反射镜1选用抛物面的底面部分，所截取的旋转抛物面开口直径为D，抛物面的焦距为f，并使f/D＝0.45～0.6，在该种镜面设计下，能最有效的接受太阳光能量，旋转抛物面通过6～12块镜面拼接而成，每一块镜面通过打磨抛光，并用模具压制而成，镜面的边缘增加边缘耳9；
半圆轨道10的圆心与抛物面反射镜1焦点重合，并使上下基座7与半圆轨道10的连线为圆的直径，并为极轴线，该装置通过上下基座7稳定固定在地面上，基座通过曲线设计既要保证承受一定的压力载荷，同时也要承受由于镜面在风载下所传导的弯曲载荷和其他动态载荷；
抛物面反射镜1的焦点与反射镜随季节滑动的圆形轨道中心重合，每日通过逆地球自转运动保证反射镜正对太阳而转动，并将该运动转化为时钟控制跟踪，同时每日太阳的垂直高度角有0.3°的周期变化，通过步进调节反射镜在圆形轨道的不同位置来保证不同季节太阳光的垂直入射，使反射镜始终正对太阳转动，从而使太阳光始终汇集于焦点处。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (2)

1.一种新型极轴式太阳能聚光装置，包括上下基座、半圆轨道机构、步进机构及抛物面反射镜，其特征在于：所述的半圆轨道机构与上下基座通过大直径的齿轮内咬合连接，所述的抛物面反射镜用内外两个圆环作为支撑框架，通过焊接或者铆接方式与两个圆环固定在一起，在镜面中心设置一镜面支撑杆，所述镜面支撑杆通过钢索与内外圆环相连接；
所述镜面支撑框架下，支撑杆的下端通过两个滑块结构与半圆轨道实现无缝相连，同时通过齿轮或者钉孔机构实现镜面机构沿半圆轨道滑动；
所述的抛物面反射镜选用抛物面的底面部分，所截取的旋转抛物面开口直径为D，抛物面的焦距为f，并使f/D＝0.45～0.6，旋转抛物面通过6～12块镜面拼接而成，每一块镜面通过打磨抛光，并用模具压制而成。
2.根据权利要求1所述的一种新型极轴式太阳能聚光装置，其特征在于：所述抛物面反射镜面的边缘增加有边缘耳。
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