CN104676915A - 一种碟式太阳能聚光器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种碟式太阳能聚光器，包括反射镜以及由径向支架和周向支架围成的碟式骨架，径向支架和周向支架围成多个封闭的反射镜安装区，并且任意一个反射镜安装区的围边上均设置有不少于3个角度调整机构，且角度调整机构包括固定端和动作端，反射镜与角度调整机构的动作端固连。完成反射镜的安装之后，根据反射镜聚焦形成的焦斑形状及大小，通过反射镜安装区上设置的角度调整机构调整整个反射镜面的扭曲与倾斜，在调整过程中，反射镜将随角度调整机构的动作端移动，通过调整并对比标准焦斑的形状、大小与位置，就可以将聚光器反射镜聚焦光斑的聚焦精度控制在误差范围内，从而在有效避免斯特林机损坏的同时，有效提高斯特林机的工作效率。

Description

一种碟式太阳能聚光器

技术领域

本发明涉及太阳能热发电技术领域，更具体地说，涉及一种在太阳能热发电技术领域中所用到的碟式太阳能聚光器。

背景技术

随着传统能源的日益枯竭，太阳能热发电具有日益重要的社会和经济意义。碟式斯特林热发电系统是太阳能热发电的主要技术路线之一，其光热转化效率高，具有很好的发展前景，是目前世界各国争相研究的主流太阳能热发电利用技术。

碟式斯特林热发电系统的光电转换部件是斯特林发电机，其作用是通过热头吸收聚光器汇聚的太阳能光能，将其转化为热能传递给热头吸热管中的工质。工质一般采用氢气或氦气等小分子气体，并具有高达12MPa以上的工作压力，以提高工质与吸热管之间的换热能力。斯特林机热头端的部件，承受高温高压，并且工作热流密度大，工作环境非常恶劣。因此，对聚光器反射镜聚焦形成的光斑具有很高要求，聚焦光斑必须在尺寸上完全控制在斯特林机热头之内、在位置上需要位于斯特林机热头的中心位置，形状上必须是一个近似环形或圆形，其能量分布必须均匀。

当聚光器反射镜聚焦出现问题时，可能导致聚焦光斑在尺寸、位置和形状上产生误差，使焦斑偏离热头位置或者导致能量分布不均匀，从而导致热头吸热不均匀，造成传递给各缸的能量不均匀，使得斯特林机各缸工作不平衡，降低斯特林机效率，严重时会损坏斯特林机；另一方面，如果位置、形状误差较大，或者焦斑能量分布不均匀的情况非常严重，会在斯特林机前面板或热头上形成局部高温点，造成前面板烧损或是热头上的吸热管过热，甚至烧蚀损坏，一旦斯特林机前面板烧损或热管烧坏，可能会损坏斯特林机内部或者造成管内高压氢气喷出，直接暴露于焦斑的高温下，将产生非常严重的后果。

在实际设计和安装过程中，通常碟式太阳能聚光器反射镜是按设计方式进行布置，但是在反射镜制作和安装过程中均存在着误差，这将容易导致聚焦光斑的位置偏离斯特林机热头位置。

因此，如何能够保证反射镜所形成的聚光斑准确的落入斯特林机热头的位置是目前本领域技术人员亟需解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明在于提供一种碟式太阳能聚光器，以便能够保证反射镜所形成的聚光斑准确的落入斯特林机热头的位置，在有效避免斯特林机损坏的同时，有效提高斯特林机的工作效率。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种碟式太阳能聚光器，包括反射镜以及由径向支架和周向支架围成的碟式骨架，所述径向支架和所述周向支架围成多个封闭的反射镜安装区，任意一个所述反射镜安装区的围边上均设置有不少于3个角度调整机构，且所述角度调整机构包括固定端和动作端，所述反射镜与所述角度调整机构的动作端固连。

优选地，还包括设置在所述碟式骨架的背面，且位于中心的粗调机构，所述粗调机构的固定端用于与支撑所述碟式骨架的支座相连，所述粗调机构的动作端与所述碟式骨架固连。

优选地，所述径向支架包括径向前支架和与所述径向前支架相对，且位于所述径向前支架后部的径向后支架；所述周向支架包括周向前支架和与所述周向前支架相对，且位于所述周向前支架后部的周向后支架；所述角度调整机构的固定端设置在所述径向后支架或所述周向后支架上，动作端设置在相应的径向前支架或周向前支架上。

优选地，所述角度调整机构包括：

设置在所述径向后支架或所述周向后支架上的球头杆，所述球头杆的端部设置有调整球头，且所述球头杆构成所述固定端；

设置在相应的径向前支架或周向前支架上的球头座，且所述球头座与所述调整球头相对的一侧设置有供所述调整球头嵌入的球窝，所述球头座构成所述动作端；

套设在所述角度调整杆上，且用于将所述球头锁紧在所述球头座上的锁紧螺母。

优选地，所述球头杆外表面设置有外螺纹，所述径向后支架或所述周向后支架上设置有用于与所述球头杆配合的螺纹孔。

优选地，所述角度调整机构包括：

设置在所述径向后支架或所述周向后支架上的球头座杆，且所述球头座杆的端部设置有带有球窝的球头座，所述球头座杆构成所述固定端；

设置在相应的径向前支架或周向前支架上的调整球头，所述调整球头嵌入所述球头座的球窝内，且所述调整球头上设置有反射镜连接杆，所述调整球头构成所述动作端；

套设在所述反射镜连接杆上，且用于将所述调整球头锁紧在所述球头座上的锁紧螺母。

优选地，所述球头座杆外表面设置有外螺纹，所述径向后支架或所述周向后支架上设置有用于与所述球头座杆配合的螺纹孔。

优选地，所述角度调整机构包括：

设置在所述径向后支架或所述周向后支架上的球头杆，且所述球头杆的端部设置有调整球头，所述球头杆构成所述固定端；

设置在相应的径向前支架或周向前支架上的球头座，所述球头座上设置有供所述球头上部嵌入的球窝，且所述球头座构成所述动作端；

设置在所述球头座下部，且用于将所述调整球头压紧在所述球窝内的压紧块。

优选地，所述球头杆外表面设置有外螺纹，所述径向后支架或所述周向后支架上设置有用于与所述球头杆配合的螺纹孔。

优选地，所述径向支架和所述周向支架为金属支架。

由以上技术方案中可以看出，本发明中所公开的碟式太阳能聚光器中，由径向支架和周向支架围成的反射镜安装区，其围边上设置有不少于3个的角度调整机构，其中角度调整机构包括固定端和动作端，反射镜与角度调整机构的动作端固连。

完成反射镜的安装之后，根据反射镜聚焦形成的焦斑形状及大小，通过反射镜安装区上设置的角度调整机构调整整个反射镜面的扭曲与倾斜，在调整过程中，反射镜将随角度调整机构的动作端移动，通过调整并对比标准焦斑的形状、大小与位置，就可以将聚光器反射镜聚焦光斑的聚焦精度控制在误差范围内，从而在有效避免斯特林机损坏的同时，有效提高斯特林机的工作效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中所提供的碟式太阳能聚光器的正视示意图；

图2为图1的侧面剖视示意图；

图3为图2中A的局部放大示意图；

图4为本发明一种实施例中所公开的角度调整机构的结构示意图；

图5为本发明另一实施例中所公开的角度调整机构的结构示意图。

其中，

1为反射镜，2为径向前支架，3为周向前支架，4为中心定位块，5为径向后支架，6为周向后支架，7为球头座，8为锁紧螺母，9为球头杆，10为调整球头，11为球头座杆，12为反射镜连接杆，13为压紧块。

具体实施方式

本发明的核心在于提供一种碟式太阳能聚光器，以便能够保证反射镜所形成的聚光斑准确的落入斯特林机热头的位置，在有效避免斯特林机损坏的同时，有效提高斯特林机的工作效率。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例中所提供的碟式太阳能聚光器，包括反射镜1和碟式骨架，其中碟式骨架由径向支架和周向支架围成，如图1中所示，并且径向支架和周向支架围成多个封闭的反射镜安装区，任意一个反射镜安装区的围边上均设置有不少于3个的角度调整机构，角度调整机构包括固定端和动作端，反射镜1与角度调整机构的动作端固连。

需要进行说明的是，本实施例中反射镜安装区围边上的角度调整机构不应当全部共线设置，其原因在于，反射镜1为平面镜结构，由于反射镜1需要设置在角度调整机构的动作端上，为了对一个平面镜结构进行定位，需要至少三个不完全共线的支撑点来防止其错位。

本实施例中所公开的碟式太阳能聚光器在完成反射镜1的安装之后，根据反射镜聚焦形成的焦斑形状及大小，通过反射镜安装区上设置的角度调整机构调整整个反射镜面的扭曲与倾斜，在调整过程中，反射镜将随角度调整机构的动作端移动，通过调整并对比标准焦斑的形状、大小与位置，就可以将聚光器反射镜聚焦光斑的聚焦精度控制在误差范围内，从而在有效避免斯特林机损坏的同时，有效提高斯特林机的工作效率。

为了进一步优化上述实施例中的技术方案，本实施例中所公开的碟式太阳能聚光器中，还包括设置在碟式骨架背面的粗调机构，如图2中所示，该粗调机构位于碟式骨架的中心位置处，其也包括固定端和动作端，其中固定端用于与支撑碟式骨架的支座相连，动作端与碟式骨架固定相连。通过该粗调结构，可以粗略调整整个碟式骨架的大致方向，使其聚光大致落在斯特林机的机头位置，然后再通过反射镜安装区上的角度调整机构对反射镜1进行精细调节。

请同时参考图1和图2，本发明实施例中的碟式骨架中，径向支架和周向支架均包括前后两组，具体的，径向支架包括径向前支架2和与径向前支架2相对，且位于径向前支架2后部的径向后支架5；周向支架包括周向前支架3和与周向前支架3相对，且位于周向前支架3后部的周向后支架6，角度调整机构的固定端设置在径向后支架5或者周向后支架6上，角度调整机构的动作端设置在相应的径向前支架2或周向前支架3上。

需要说明的是，所谓相应的径向前支架2或周向前支架3应当按照如下方式进行理解：由于每一个径向后支架5的前面均有一个径向前支架2与其相对应，每一个周向后支架6的前面也有一个周向前支架3与其相对应，当在其中一个径向后支架5或者周向后支架6上设置了角度调整机构的固定端之后，那么与其对应的径向前支架2或者周向前支架3即为上述相应的径向前支架2和周向前支架3。

由径向支架和周向支架所围成的反射镜安装区的形状与反射镜的设计形状相同，这可以有效保证反射镜安装的准确性，角度调整机构可以有多种实现形式，在本发明实施例中，角度调整机构优选的采用球头调整机构，如图3中所示，在本发明一种实施例中，角度调整机构包括：

设置在径向后支架5或周向后支架6上的球头杆9，球头杆9的端部设置有调整球头10，且球头杆9构成上述固定端；

设置在相应的径向前支架2或周向前支架3上的球头座7，且球头座7与所述调整球头10相对的一侧设置有供调整球头10嵌入的球窝，球头座7构成上述动作端；

套设在球头杆9上，且用于将调整球头10锁紧在球头座7上的锁紧螺母8。

请参考图3，完成反射镜1的安装后，需要对反射镜1的焦斑进行调整，首先松开锁紧螺母8，此时锁紧螺母8与调整球头10之间将产生调整间隙，因而球头座7可绕调整球头10进行角度调整，球头座7动作将带动与其固连的反射镜1动作，从而实现反射镜1的焦斑位置的调整，完成反射镜1的调整后，重新拧紧锁紧螺母8，将反射镜1固定在调整好的位置即可。

为了进一步优化方案，本实施例中球头杆9的外表面还设置有外螺纹，径向后支架5或周向后支架6上还设置有用于与球头杆9配合的螺纹孔，球头杆9穿设在螺纹孔中，通过正转和反转可以实现球头杆9长度的变化，该长度变化可以实现反射镜1的聚焦焦距的调整，从而使反射镜1的焦斑更加准确的聚焦在斯特林机的机头位置。

本领域技术人员可以理解的是，球头调整机构的实现形式并不局限于一种，本实施例中还提供了另外一种球头调整机构的实现形式，如图4中所示，该球头调整机构包括：

设置在径向后支架5或周向后支架6上的球头座杆11，且球头座杆11的端部设置有带有球窝的球头座7，球头座杆11构成上述固定端；

设置在相应的径向前支架2或周向前支架3上的调整球头10，调整球头10嵌入球头座7的球窝内，且调整球头10上设置有反射镜连接杆12，调整球头10构成上述动作端；

套设在反射镜连接杆12上，且用于将调整球头10锁紧在球头座7上的锁紧螺母8。

请参考图4，完成反射镜1的安装后，需要对反射镜1的焦斑进行调整，首先松开锁紧螺母8，此时锁紧螺母8与调整球头10之间将产生调整间隙，因而调整球头10可绕球头座7进行角度调整，调整球头10动作将带动与其固连的反射镜1动作，从而实现反射镜1的焦斑位置的调整，完成反射镜1的调整后，重新拧紧锁紧螺母8，将反射镜1固定在调整好的位置即可。

为了进一步优化方案，本实施例中球头座杆11的外表面还设置有外螺纹，径向后支架5或周向后支架6上还设置有用于与球头座杆11配合的螺纹孔，球头座杆11穿设在螺纹孔中，通过正转和反转可以实现球头座杆11长度的变化，该杆长度变化可以实现反射镜1的聚焦焦距的调整，从而使反射镜1的焦斑更加准确的聚焦在斯特林机的机头位置。

除此之外，本发明中还提供了一种角度调整机构的实现形式，该角度调整机构包括：

设置在径向后支架5或周向后支架6上的球头杆9，且球头杆9的端部设置有调整球头10，球头杆9构成上述固定端；

设置在相应的径向前支架2或周向前支架3上的球头座7，球头座7上设置有供调整球头10上部嵌入的球窝，且球头座7构成上述动作端；

设置在球头座7下部，且用于将调整球头10压紧在球窝内的压紧块13。

如图5中所示，压紧块13与球头座7之间可采用螺钉连接，完成反射镜1的安装后，需要对反射镜1的焦斑进行调整，首先松开压紧块13，此时压紧块13与调整球头10之间将产生调整间隙，因而球头座7可绕调整球头10进行角度调整，球头座7动作将带动与其固连的反射镜1动作，从而实现反射镜1的焦斑位置的调整，完成反射镜1的调整后，重新安装压紧块13，将反射镜1固定在调整好的位置即可。

为了进一步优化方案，本实施例中球头杆9的外表面还设置有外螺纹，径向后支架5或周向后支架6上还设置有用于与球头杆9配合的螺纹孔，球头杆9穿设在螺纹孔中，通过正转和反转可以实现球头杆9长度的变化，该杆长度变化可以实现反射镜1的聚焦焦距的调整，从而使反射镜1的焦斑更加准确的聚焦在斯特林机的机头位置。

由此可见，本发明实施例中所公开的碟式太阳能聚光器，设置了对每块反射镜1进行调整的角度调整装置，该角度调整装置不仅可以对反射镜1的倾斜、扭曲进行调整，同时还能够对整个聚光器的焦距进行调整，通过这两项调整可以使得反射镜的焦斑准确聚焦在斯特林机的机头位置，在避免斯特林机发生损坏的同时，有效提高斯特林机的工作效率。

需要说明的是，本文中出现的方位词“前”指的是图2中反射镜的凹面，既反射镜贴有镜子的一面，方位词“后”指的是图2中反射镜的凸面，既反射镜未贴镜子的一面，这些方位词的出现是以说明书附图为基准而设立的，它们的出现不应当影响本发明的保护范围。

本领域技术人员容易理解的是，碟式骨架中的径向支架和周向支架可以为金属支架，也可为高分子材料支架，本发明中对此不作具体限定，只要能够满足碟式骨架对于强度和重量的要求即可。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种碟式太阳能聚光器，包括反射镜(1)以及由径向支架和周向支架围成的碟式骨架，所述径向支架和所述周向支架围成多个封闭的反射镜安装区，其特征在于，任意一个所述反射镜安装区的围边上均设置有不少于3个角度调整机构，且所述角度调整机构包括固定端和动作端，所述反射镜(1)与所述角度调整机构的动作端固连。

2.如权利要求1所述的碟式太阳能聚光器，其特征在于，还包括设置在所述碟式骨架的背面，且位于中心的粗调机构，所述粗调机构的固定端用于与支撑所述碟式骨架的支座相连，所述粗调机构的动作端与所述碟式骨架固连。

3.如权利要求1所述的碟式太阳能聚光器，其特征在于，所述径向支架包括径向前支架(2)和与所述径向前支架(2)相对，且位于所述径向前支架(2)后部的径向后支架(5)；所述周向支架包括周向前支架(3)和与所述周向前支架(3)相对，且位于所述周向前支架(3)后部的周向后支架(6)；所述角度调整机构的固定端设置在所述径向后支架(5)或所述周向后支架(6)上，动作端设置在相应的径向前支架(2)或周向前支架(3)上。

4.如权利要求3所述的碟式太阳能聚光器，其特征在于，所述角度调整机构包括：

设置在所述径向后支架(5)或所述周向后支架(6)上的球头杆(9)，所述球头杆(9)的端部设置有调整球头(10)，且所述球头杆(9)构成所述固定端；

设置在相应的径向前支架(2)或周向前支架(3)上的球头座(7)，且所述球头座(7)与所述调整球头(10)相对的一侧设置有供所述调整球头(10)嵌入的球窝，所述球头座(7)构成所述动作端；

套设在所述球头杆(9)上，且用于将所述调整球头(10)锁紧在所述球头座(7)上的锁紧螺母(8)。

5.如权利要求4所述的碟式太阳能聚光器，其特征在于，所述球头杆(9)外表面设置有外螺纹，所述径向后支架(5)或所述周向后支架(6)上设置有用于与所述球头杆(9)配合的螺纹孔。

6.如权利要求3所述的碟式太阳能聚光器，其特征在于，所述角度调整机构包括：

设置在所述径向后支架(5)或所述周向后支架(6)上的球头座杆(11)，且所述球头座杆(11)的端部设置有带有球窝的球头座(7)，所述球头座杆(11)构成所述固定端；

设置在相应的径向前支架(2)或周向前支架(3)上的调整球头(10)，所述调整球头(10)嵌入所述球头座(7)的球窝内，且所述调整球头(10)上设置有反射镜连接杆(12)，所述调整球头(10)构成所述动作端；

套设在所述反射镜连接杆(12)上，且用于将所述调整球头(10)锁紧在所述球头座(7)上的锁紧螺母(8)。

7.如权利要求6所述的碟式太阳能聚光器，其特征在于，所述球头座杆(11)外表面设置有外螺纹，所述径向后支架(5)或所述周向后支架(6)上设置有用于与所述球头座杆(11)配合的螺纹孔。

8.如权利要求3所述的碟式太阳能聚光器，其特征在于，所述角度调整机构包括：

设置在所述径向后支架(5)或所述周向后支架(6)上的球头杆(9)，且所述球头杆(9)的端部设置有调整球头(10)，所述球头杆(9)构成所述固定端；

设置在相应的径向前支架(2)或周向前支架(3)上的球头座(7)，所述球头座(7)上设置有供所述调整球头(10)上部嵌入的球窝，且所述球头座(7)构成所述动作端；

设置在所述球头座(7)下部，且用于将所述调整球头(10)压紧在所述球窝内的压紧块(13)。

9.如权利要求8所述的碟式太阳能聚光器，其特征在于，所述球头杆(9)外表面设置有外螺纹，所述径向后支架(5)或所述周向后支架(6)上设置有用于与所述球头杆(9)配合的螺纹孔。

10.如权利要求1-9任意一项所述的碟式太阳能聚光器，其特征在于，所述径向支架和所述周向支架为金属支架。