CN103185403A - 含有汇聚功能黑体腔的两级抛物型槽式太阳能聚光系统 - Google Patents

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王富强
黄善波
林日亿
闫凯
曹营
李夏赟
魏东兰
张慧
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Abstract

本发明为含有汇聚功能黑体腔的两级抛物型槽式太阳能聚光系统。其主要由反射镜和空腔式真空集热管组两部分组成，反射镜包括主反射镜和副反射镜，主反射镜与副反射镜通过支架相连接，主反射镜一体成形，主反射镜和副反射镜的汇聚面上涂有高反射率涂层；空腔式真空集热管组主要由开有入射口的人工黑体腔外壳和管式吸热器组组成；人工黑体腔外壳位于主反射镜和副反射镜之间；副反射镜反射面为一个椭圆面，椭圆面上焦点与主反射镜焦点重合，椭圆面下焦点位于人工黑体腔外壳中心处。本发明克服了一级抛物型汇聚面强度低、加工工艺难和镜面误差大，人工黑体腔、管式吸热器与环境间的对流换热损失大等弊端。

Description

含有汇聚功能黑体腔的两级抛物型槽式太阳能聚光系统
技术领域
本发明涉及太阳能聚光系统领域，具体涉及含有汇聚功能黑体腔的两级抛物型槽式太阳能聚光系统。
背景技术
太阳能资源具有分布广泛，资源丰富，取之不尽，用之不竭等优点。尽管太阳能辐射总能量巨大，但是到达地球大气层外缘的能流密度较低，仅为1367W/m2左右。由于大气层中的CO2、水蒸气以及灰尘等粒子的吸收、衰减等作用，到达地球表面的能流密度更低。在可见度为22km晴朗天空下、中纬度地区的地球表面的太阳辐射能流密度仅为600～800W/m2。由于太阳能资源的能流密度比较低，必须通过汇聚技术以提高能流密度使低能流密度的太阳能汇聚在较小的换热面上。常见的聚集技术有：槽式、碟式、塔式等。以太阳能裂解水制氢、太阳能热推进等为代表的先进太阳能高温热转换技术的工作温度可达到1500K，甚至更高，但造价和成本很高。常规单级聚集系统由于聚光比低等因素无法满足太阳能高温热利用。
文献[1](申请号：201210046835.1，名称为：基于槽式抛物面反射镜和人工黑体的太阳能聚集器)的发明专利申请中提出了一种基于槽式抛物面反射镜和人工黑体的太阳能聚集器，以达到提高聚光系统聚光比的目的。然而，文献[1]中的一级抛物型槽式汇聚面是由两片主反射镜间隔一定距离组成，在生产过程中是将一个大的抛物型汇聚面中心处开一个小裂缝，如此在实际生产过程中会带来诸多问题，如：一级抛物型汇聚面强度的降低、增加了加工工艺的难度及增大了聚光系统镜面误差等。此外，文献[1]中提出的人工黑体腔由于开口的作用，会加大人工黑体腔、管式吸热器与环境间的对流换热损失。
发明内容
本发明旨在解决上述问题，提供了含有汇聚功能黑体腔的两级抛物型槽式太阳能聚光系统，它克服了一级抛物型汇聚面强度低、加工工艺难和镜面误差大，人工黑体腔、管式吸热器与环境间的对流换热损失大等弊端，其采用的技术方案如下：
含有汇聚功能黑体腔的两级抛物型槽式太阳能聚光系统，主要由反射镜和空腔式真空集热管组两部分组成，所述反射镜包括主反射镜和副反射镜，所述主反射镜与副反射镜通过支架相连接，所述主反射镜一体成形，所述主反射镜和副反射镜的汇聚面上均涂有高反射率涂层；
所述空腔式真空集热管组主要由人工黑体腔外壳和设置于人工黑体腔外壳中的管式吸热器组组成，所述人工黑体腔外壳顶部开有入射口；
所述人工黑体腔外壳位于主反射镜和副反射镜之间；
所述副反射镜反射面为一个椭圆面，其椭圆面上焦点与主反射镜焦点重合，椭圆面下焦点位于人工黑体腔外壳中心处，副反射镜将经过主反射镜汇聚后的入射太阳光束进行再次反射，最终聚焦到位于人工黑体腔外壳中的管式吸热器组上。
在上述技术方案基础上，所述入射口为复合抛物面状。
在上述技术方案基础上，所述入射口的宽度为人工黑体腔外壳直径的3％～5％。
在上述技术方案基础上，所述入射口处安装有含有宽带隙半导体选择性透过涂层的光学窗口。
在上述技术方案基础上，所述人工黑体腔外壳的内壁面涂有高反射率涂层。
在上述技术方案基础上，所述高反射率涂层为真空镀铝涂层或抛光蒸镀薄膜银涂层。
在上述技术方案基础上，所述宽带隙半导体为二氧化锡、三氧化铟或锡酸镉。
在上述技术方案基础上，该含有汇聚功能黑体腔的两级抛物型槽式太阳能聚光系统还包括转动机构和太阳光跟踪装置，所述转动机构可驱动反射镜进行旋转，所述太阳光跟踪装置在太阳光信号接收器感知光角变化时，向控制器发出指令，控制转动机构旋转到达正对太阳位置时停止。
在上述技术方案基础上，所述空腔式真空集热管组相对于地面始终静止。
本发明具有如下优点：无需在主反射镜中心处开裂缝从而具有不增加额外的加工工艺、主反射镜强度高、镜面误差小的优点，入射口为复合抛物面状可达到再次汇聚入射太阳光的功能；入射口宽度为人工黑体腔外壳直径的3％～5％以达到降低腔体反射损失的目的，入射口处安装有含有宽带隙半导体选择性透过涂层的光学窗口可保证光学窗口对太阳辐射透过性的同时，将管式吸热器组发出的热辐射反射回到人工黑体腔外壳腔体内而减少管式吸热器组向环境辐射换热损失及减少人工黑体腔与环境间的对流换热损失。
附图说明
图1：本发明的结构示意图；
图2：本发明所述空腔式真空集热管组的放大结构示意图；
符号说明：
1.主反射镜，2.副反射镜，3.支架，4.人工黑体腔外壳，5.管式吸热器组，6.入射口，7.光学窗口。
具体实施方式
下面结合附图和实例对本发明作进一步说明：
如图1和图2所示，本实施例的含有汇聚功能黑体腔的两级抛物型槽式太阳能聚光系统，主要由反射镜和空腔式真空集热管组两部分组成，所述反射镜包括主反射镜1和副反射镜2，所述主反射镜1与副反射镜2通过支架3相连接，所述主反射镜1一体成形，所述主反射镜1和副反射镜2的汇聚面上均涂有高反射率涂层；
所述空腔式真空集热管组主要由人工黑体腔外壳4和设置于人工黑体腔外壳4中的管式吸热器组5组成，所述人工黑体腔外壳4顶部开有入射口6；
所述人工黑体腔外壳4位于主反射镜1和副反射镜2之间；
所述副反射镜2反射面为一个椭圆面，其椭圆面上焦点与主反射镜1焦点重合，椭圆面下焦点位于人工黑体腔外壳4中心处。副反射镜2将经过主反射镜1汇聚后的入射太阳光束进行再次反射，最终聚焦到位于人工黑体腔外壳4中的管式吸热器组5上。
优选的，所述入射口6为复合抛物面状，复合抛物面状的入射口6可以达到汇聚入射太阳光的功能，几何汇聚比为5～10。
优选的，所述入射口6的宽度为人工黑体腔外壳4直径的3％～5％。
优选的，所述入射口6处安装有含有宽带隙半导体选择性透过涂层的光学窗口7，含有宽带隙半导体选择性透过涂层在太阳辐射波段内具有高透射比及低反射比，而在红外辐射波段具有低透射比和高反射比。因此，含有宽带隙半导体选择性透过涂层的光学窗口7在保持透明盖层对太阳辐射透过性的同时，将管式吸热器组5发出的热辐射反射回到人工黑体腔外壳4腔体内而减少管式吸热器组5向环境辐射换热损失及减少人工黑体腔与环境间的对流换热损失。
优选的，所述人工黑体腔外壳4的内壁面涂有高反射率涂层。
优选的，所述高反射率涂层为真空镀铝涂层或抛光蒸镀薄膜银涂层。
优选的，所述宽带隙半导体为二氧化锡、三氧化铟或锡酸镉。
进一步，还包括转动机构和太阳光跟踪装置，所述转动机构可驱动反射镜进行旋转，所述太阳光跟踪装置在太阳光信号接收器感知光角变化时，向控制器发出指令，控制转动机构旋转到达正对太阳位置时停止。
再进一步，所述空腔式真空集热管组相对于地面始终静止，其可直接通过机架与地面连接，如此管式吸热器组5在整个跟踪太阳的过程中始终保持不动以克服传统聚光系统中的吸热器由于运动而导致漏液等缺点。
上面以举例方式对本发明进行了说明，但本发明不限于上述具体实施例，凡基于本发明所做的任何改动或变型均属于本发明要求保护的范围。

Claims (9)

1.含有汇聚功能黑体腔的两级抛物型槽式太阳能聚光系统，主要由反射镜和空腔式真空集热管组两部分组成，其特征在于：所述反射镜包括主反射镜(1)和副反射镜(2)，所述主反射镜(1)与副反射镜(2)通过支架(3)相连接，所述主反射镜(1)一体成形，所述主反射镜(1)和副反射镜(2)的汇聚面上均涂有高反射率涂层；
所述空腔式真空集热管组主要由人工黑体腔外壳(4)和设置于人工黑体腔外壳(4)中的管式吸热器组(5)组成，所述人工黑体腔外壳(4)顶部开有入射口(6)；
所述人工黑体腔外壳(4)位于主反射镜(1)和副反射镜(2)之间；
所述副反射镜(2)反射面为一个椭圆面，其椭圆面上焦点与主反射镜(1)焦点重合，椭圆面下焦点位于人工黑体腔外壳(4)中心处，副反射镜(2)将经过主反射镜(1)汇聚后的入射太阳光束进行再次反射，最终聚焦到位于人工黑体腔外壳(4)中的管式吸热器组(5)上。
2.根据权利要求1所述的含有汇聚功能黑体腔的两级抛物型槽式太阳能聚光系统，其特征在于：所述入射口(6)为复合抛物面状。
3.根据权利要求2所述的含有汇聚功能黑体腔的两级抛物型槽式太阳能聚光系统，其特征在于：所述入射口(6)的宽度为人工黑体腔外壳(4)直径的3％～5％。
4.根据权利要求1、2或3所述的含有汇聚功能黑体腔的两级抛物型槽式太阳能聚光系统，其特征在于：所述入射口(6)处安装有含有宽带隙半导体选择性透过涂层的光学窗口(7)。
5.根据权利要求1所述的含有汇聚功能黑体腔的两级抛物型槽式太阳能聚光系统，其特征在于：所述人工黑体腔外壳(4)的内壁面涂有高反射率涂层。
6.根据权利要求1或5所述的含有汇聚功能黑体腔的两级抛物型槽式太阳能聚光系统，其特征在于：所述高反射率涂层为真空镀铝涂层或抛光蒸镀薄膜银涂层。
7.根据权利要求4所述的含有汇聚功能黑体腔的两级抛物型槽式太阳能聚光系统，其特征在于：所述宽带隙半导体为二氧化锡、三氧化铟或锡酸镉。
8.根据权利要求1所述的含有汇聚功能黑体腔的两级抛物型槽式太阳能聚光系统，其特征在于：还包括转动机构和太阳光跟踪装置，所述转动机构可驱动反射镜进行旋转，所述太阳光跟踪装置在太阳光信号接收器感知光角变化时，向控制器发出指令，控制转动机构旋转到达正对太阳位置时停止。
9.根据权利要求8所述的含有汇聚功能黑体腔的两级抛物型槽式太阳能聚光系统，其特征在于：所述空腔式真空集热管组相对于地面始终静止。
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