CN102252441A - 高次聚焦集成光热收集系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高次聚焦集成光热收集系统，包括集热器、若干组光收集组合塔和聚焦反射镜列阵，其中，光收集组合塔上设置有椭球反射面，每一组中的聚焦反射镜列阵包括若干个散布在所述光收集组合塔周围的聚焦反射镜单元，光线依次经过聚焦反射镜单元、椭球反射面的两次反射汇聚于集热器。本发明将反射聚焦集热装置所汇聚的光能通过椭球反射面进行空间的链接，即串并联，将高密度的光能汇聚于一处，尽可能用光收集替代热收集，提高光热转换效率降低热散失。此外还将热输送线路大幅缩短，集热温度提高。另外还可克服空间和地理障碍的限制所产生的困难，简化装置降低成本。

Description

高次聚焦集成光热收集系统
技术领域
本发明涉及一种高次聚焦集成光热收集系统。
背景技术
目前的光热发电行业中，聚光装置主要有槽式与塔式两种。塔式是以镜阵列光反射单元受控反射将阳光直接汇聚到塔式光收集器，一般采取架高且固定的光热集热器，后再经过热吸收、热交换、热传导将所采集热量送至热发电系统。另外槽式发电一般为单轴跟踪，所反射阳光的焦距点轨迹为一条直线，直线上放置光热集热管，管长约几十米，通过此管收集热量并传输外送。
以上两种方式中，塔式由于高度问题造成支承结构、承重结构的复杂化，高空作业及维护难度大。如在地面附近安装热交换装置则热密封及传输效率也将成为需要解决的问题，加上功率也只能取决于单个阵列的规模，功率集成难以实现。
而槽式发电的集热管，由于要长距离输送热量也有密封及热损失等问题，维护起来同样麻烦。
发明内容
为解决现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种由一个或多个光反射聚焦集热装置组合而成，太阳光经多次反射汇聚、进行梯级光能量集中并进行热转换的高次聚焦集成光热收集系统。
为实现上述目的，本发明高次聚焦集成光热收集系统，包括集热器、若干组光收集组合塔和聚焦反射镜列阵，其中，光收集组合塔上设置有椭球反射面，每一组中的聚焦反射镜列阵包括若干个散布在所述光收集组合塔周围的聚焦反射镜单元，光线依次经过聚焦反射镜单元、椭球反射面的两次反射汇聚于集热器。
进一步，所述光收集组合塔包括所述椭球反射面、支撑塔架和激光校准单元，所述支撑塔架固定安装在地面上，所述椭球反射面、激光校准单元安置于所述支撑塔架上。
进一步，所述集热器固定安装在集热器支架上，所述集热器支架固定安装在地面上。
进一步，所述聚焦反射镜单元包括聚光反射面、用于控制聚光反射面进行俯仰、方位角度调节的反射控制装置和支撑结构。
进一步，所述椭球反射面的形状为椭球面的截取面，该截取面包括凸面和凹面两个表面，其中凹面为反射面，凹面朝向所述聚焦反射镜列阵。
进一步，所述激光校准单元通过支持结构安装在所述支撑塔架上，所述支持结构上设置有控制所述激光校准单元移动的部件，所述激光校准单元在所述椭球反射面的第一焦点处，用来调整光线汇聚及校准，在非校准状态下将所述激光校准单元移到所述椭球反射面的凸面一侧。
进一步，所述集热器的吸热中心点与所述椭球反射面的第二焦点重合。
进一步，一个所述椭球反射面对应于一个所述集热器。
进一步，若干个所述椭球反射面的第二焦点重合，若干个所述椭球反射面共同对应于一个所述集热器。
本发明将反射聚焦集热装置所汇聚的光能通过椭球反射面进行空间的链接，即串并联，将高密度的光能汇聚于一处，尽可能用光收集替代热收集，提高光热转换效率降低热散失。此外还将热输送线路大幅缩短，集热温度提高。另外还可克服空间和地理障碍的限制所产生的困难，简化装置降低成本。
附图说明
图1为本发明中一个椭球反射面对应于一个集热器的结构示意图；
图2为本发明中2个椭球反射面对应于一个集热器的结构示意图。
具体实施方式
实施例1
如图1所示，本实施例中为一个椭球反射面2对应于一个集热器4的结构。
本发明高次聚焦集成光热收集系统，包括集热器4、光收集组合塔和聚焦反射镜列阵1，其中，光收集组合塔包括所述椭球反射面2、支撑塔架6和激光校准单元3，支撑塔架6固定安装在地面上，椭球反射面2、激光校准单元3安置于支撑塔架6上。
椭球反射面2的形状为椭球面的截取面，该截取面包括凸面和凹面两个表面，其中凹面为反射面，凹面朝向聚焦反射镜列阵1。椭球反射面2的材料可选用不同金属及其他非金属材料，其凹面表面可采用镀膜，反射层涂覆等反光工艺处理。
聚焦反射镜列阵1包括若干个散布在所述光收集组合塔周围的聚焦反射镜单元9。聚焦反射镜单元9又包括聚光反射面8、反射控制装置7和支撑结构(图中未示)。反射控制装置7可受控，可控制聚光反射面8进行俯仰、方位角度调节，可将反射光汇聚于远处空间的固定位置；其反射面材料可为玻璃、金属或其他复合材料，采用工艺可为镀膜，反射层涂覆。
集热器4固定安装在集热器支架5上，集热器支架5固定安装在地面上。集热器4的吸热中心点与椭球反射面2的第二焦点重合。光线依次经过聚焦反射镜单元、椭球反射面2的两次反射汇聚于集热器4。光收集组合塔上被固定的椭球反射面数量可根据聚焦反射镜列阵的需要及数量配合设置。
激光校准单元3通过支持结构(图中未示)安装在支撑塔架6上，支持结构(图中未示)上设置有控制激光校准单元3移动的部件，需要校准时，激光校准单元3移动到椭球反射面2的第一焦点处，用来调整光线汇聚及校准。在非校准状态下，激光校准单元3移到椭球反射面2的凸面一侧。
工作时，对于聚焦反射镜阵列1的每一部聚焦反射镜单元9，由各自的反射控制装置7受控对聚光反射面8进行俯仰、方位角度实时调节，将整个阵列的反射光汇聚于激光校准单元3的位置，即椭球反射面的第一焦点处。而后经过椭球反射面2的反射又二次汇聚于集热器4位置，即椭球反射面的第二焦点处。到此汇聚的光能通过集热器吸收转换为热量。此外，当需要校准时，激光校准单元将置于椭球反射面的第一焦点处，与聚焦反射镜单元的激光校准装置(图中未示)进行激光的相互位置及调整精度校准，完成后激光校准单元将受控移动到椭球反射面的凸面一侧，避免受热导致的高温。
实施例2
如图2所示，本实施例中为2个椭球反射面15和18共同对应于一个集热器14的结构。
本实施例中包括2个椭球反射面，第一椭球反射面15和第二椭球反射面18的第二焦点相重合，一个集热器14设置在重合的焦点处，从而使得2个椭球反射面，即第一椭球反射面15和第二椭球反射面18，共同对应于一个集热器14。
本实施例中，光收集组合塔之间还可通过椭球反射面将光路进行串并联方式的连接，即通过设计使各自的第二焦点重合，使光能得以在一处空间得到聚集，从而提高集热温度，提高集热器14的利用率。
本实施例中的其他具体结构均与实施例1中相同。
本实施例以两个装置的并联使用举例，其中，阵列的工作与单个装置一样，包括第一聚焦反射镜阵列11、第二聚焦反射镜阵列12，两个阵列的反射光分别汇聚于第一激光校准单元17和第二激光校准单元16的相应位置，而后又分别经第一椭球反射面15和第二椭球反射面18反射，共同汇聚于集热器14的位置，此位置即第一椭球反射面的15第二焦点与第二椭球反射面18的第二焦点的重合点。在此进行光热转换，完成集热功能。图中箭头13表示光反射及汇聚方向。
本发明中有关曲面反射特性有如下原理：
绕椭圆线长轴旋转而成的椭球面，从其中一个焦点发出的光线经椭球体内表面反射后经过另一焦点；即汇聚于椭球面其中一个焦点的光线经椭球面反射后必然再汇聚于椭球面的另一个焦点。
根据实际需要，本发明高次聚焦集成光热收集系统中还可设置多组光收集组合塔及其相应的聚焦反射镜列阵，如在大型的发电厂，可组合成千上万的光收集组合塔，来同时取得太阳热能。可根据具体的地理位置、阳光强度等因素，采用若干个椭球反射面共同对应于一个集热器，如2-10个椭球反射面共同对应于一个集热器。采用若干个椭球反射面共同对应于一个集热器具有有效的节约成本、节约空间、提高热采集率、使用率等优点。
上述实施例中关于各个装置部件的具体数量、数量间的相互对应关系，均不用于对本发明权利要求中技术方案的限制，其简单数量的变化均在权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.高次聚焦集成光热收集系统，其特征在于，该系统包括集热器、若干组光收集组合塔和聚焦反射镜列阵，其中，光收集组合塔上设置有椭球反射面，每一组中的聚焦反射镜列阵包括若干个散布在所述光收集组合塔周围的聚焦反射镜单元，光线依次经过聚焦反射镜单元、椭球反射面的两次反射汇聚于集热器。
2.  如权利要求1所述的高次聚焦集成光热收集系统，其特征在于，所述光收集组合塔包括所述椭球反射面、支撑塔架和激光校准单元，所述支撑塔架固定安装在地面上，所述椭球反射面、激光校准单元安置于所述支撑塔架上。
3.  如权利要求1所述的高次聚焦集成光热收集系统，其特征在于，所述集热器固定安装在集热器支架上，集热器支架固定安装在地面上。
4.  如权利要求1所述的高次聚焦集成光热收集系统，其特征在于，所述聚焦反射镜单元包括聚光反射面、用于控制聚光反射面进行俯仰、方位角度调节的反射控制装置和支撑结构。
5.  如权利要求2所述的高次聚焦集成光热收集系统，其特征在于，所述椭球反射面的形状为椭球面的截取面，该截取面包括凸面和凹面两个表面，其中凹面为反射面，凹面朝向所述聚焦反射镜列阵。
6.  如权利要求5所述的高次聚焦集成光热收集系统，其特征在于，所述激光校准单元通过支持结构安装在所述支撑塔架上，所述支持结构上设置有控制所述激光校准单元移动的部件，所述激光校准单元在所述椭球反射面的第一焦点处，用来调整光线汇聚及校准，在非校准状态下将所述激光校准单元移到所述椭球反射面的凸面一侧。
7.  如权利要求2所述的高次聚焦集成光热收集系统，其特征在于，所述集热器的吸热中心点与所述椭球反射面的第二焦点重合。
8.  如权利要求7所述的高次聚焦集成光热收集系统，其特征在于，一个所述椭球反射面对应于一个所述集热器。
9.  如权利要求7所述的高次聚焦集成光热收集系统，其特征在于，若干个所述椭球反射面的第二焦点重合，若干个所述椭球反射面共同对应于一个所述集热器。
10.如权利要求2所述的高次聚焦集成光热收集系统，其特征在于，所述光收集组合塔上所安置的所述椭球反射面的数量不受限制。
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