CN104848563B - 一种多球环面三维线聚焦太阳能集热器 - Google Patents

Abstract

一种多球环面三维线聚焦太阳能集热器，由多球面反光镜、竖向溢流集热管、侧摆可调支架和俯仰可调基座组成，多球面反光镜由环向均布的若干集光罩组成，集光罩具有凹球变焦曲面，竖向溢流集热管位于多球面反光镜的环向中心，通过侧摆可调支架和俯仰可调基座实现对日跟踪；当太阳光垂直射入多球面反光镜表面后，通过集光罩在竖向溢流集热管形成竖向线性聚焦线，竖向线性聚焦线越多，集热能力越强，竖向线性聚焦线还会通过柱状月牙形凸透镜进行二次聚焦和折射，将能量更高的竖向线性聚焦线投射到内层集热管上，实现了二级增效聚焦，提高集热强度的同时，还能够形成更加精准的线性聚焦线。本发明还具有结构简单、单位占地面积小和制造成本低廉的优点。

Description

一种多球环面三维线聚焦太阳能集热器

技术领域

本发明属于太阳能集热器技术领域，特别是涉及一种多球环面三维线聚焦太阳能集热器。

背景技术

太阳能作为一种可再生能源，具有“取之不尽、用之不竭”的特性，通过太阳能集热技术有效利用太阳能，并将太阳能转换为电能、热能及化学能，从而直接应用于生产、生活之中。

现阶段，广泛应用的太阳能集热方式包括泛光集热、聚焦集热和反射集热等，其所对应的集热效率和集热强度也各不相同，目前主流的太阳能集热系统包括塔式系统、槽式系统和碟式系统，虽然上述太阳能集热系统都各自具有相应的优点，但也存在无法忽视的缺点：

①塔式系统：通过一维平面反射镜(定日镜)在竖向集热管外表面环绕叠加投射光斑，该系统的跟踪定位系统复杂，光路距离过长，因此易受环境扰动，且集光强度低，目前只能通过增加一维平面反射镜(定日镜)的数量来维持集热效果，导致光场占地面积大，建设成本高；

②槽式系统：通过一维曲面反射镜在集热管外表面投射单条反射光聚焦线，光路距离最短，集光强度较塔式系统略有提高，在市场上推广使用最为普遍；但是槽式系统的对日角度可调性差，其管路系统复杂且热损失大，由于采用单焦线聚焦，导致热效率较低，目前只能通过增加曲面反射镜及集热管的数量来维持集热效果；

③碟式系统：通过二维曲面反射镜在吸收器表面进行点聚焦，集光强度较塔式系统和槽式系统有进一步提高，但目前仍处于实验改进阶段，且吸收器的斯特林结构较为复杂，造价非常高。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种多球环面三维线聚焦太阳能集热器，不受使用地域的限制，可满足对集热温度要求不同、使用条件不同的太阳能热利用项目，能够实现光热高效转换，且结构简单，单位占地面积小，制造成本低廉。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种多球环面三维线聚焦太阳能集热器，包括多球面反光镜、竖向溢流集热管、侧摆可调支架和俯仰可调基座，所述多球面反光镜整体呈环形结构，多球面反光镜由环向均布的若干集光罩组成，集光罩采用凹球曲面；所述竖向溢流集热管位于多球面反光镜的环向中心，多球面反光镜的轴向中心线与竖向溢流集热管的轴向中心线相重合；所述多球面反光镜安装在侧摆可调支架上，所述侧摆可调支架与俯仰可调基座相连接。

所述竖向溢流集热管包括外层透光管和内层集热管，外层透光管套装于内层集热管外侧，两者同轴心设置且留有管间缝隙，管间缝隙作为进液腔；所述外层透光管上端封堵且下端开口，所述内层集热管为两端开口，内层集热管的上端开口与管间缝隙相通；所述外层透光管与内层集热管的下端开口之间通过法兰密封，与管间缝隙相对应的法兰上设置有进液口，与内层集热管的内管腔相对应的法兰上设置有出液口，内层集热管的内管腔作为出液腔；在所述管间缝隙及内层集热管内充装有集热工质。

所述集光罩的凹球曲面位于其所在的基体圆球面下半球上，凹球曲面由上部水平截割面和下部水平截割面在基体圆球面上截割获得，所述凹球曲面上端界线任意点到基体圆球面球心的连线与上部水平截割面之间夹角为25°～35°，凹球曲面下端界线任意点到基体圆球面球心的连线与下部水平截割面之间夹角为75°～85°。

在所述外层透光管外表面沿周向均布有若干柱状月牙形凸透镜，所述柱状月牙形凸透镜与集光罩的数量相同，且集光罩与柱状月牙形凸透镜一一正对；所述集光罩的凹球曲面针对柱状月牙形凸透镜进行凹面镜反射聚焦变形，使集光罩形成凹球变焦曲面，集光罩通过凹球变焦曲面产生竖向线性聚焦线。

所述集热工质为水、导热油或空气，集热工质为水时，在所述外层透光管与内层集热管之间加装有承压薄壁管，外层透光管与承压薄壁管之间构成干燥负压封闭空间，所述承压薄壁管与外层透光管、内层集热管同轴心设置，承压薄壁管与内层集热管之间留有管间缝隙，在所述外层透光管上端封堵处设置有圆形凸透镜；集热工质为导热油或空气时，在所述外层透光管与内层集热管之间不加装承压薄壁管，所述外层透光管上端封堵处设置为平面。

所述侧摆可调支架包括同步随动架、上端架体、下端架体和铰接轴，所述多球面反光镜和竖向溢流集热管安装在同步随动架上，所述同步随动架安装在上端架体上，所述上端架体与下端架体之间通过铰接轴相铰接，上端架体可绕铰接轴进行摆转动作；所述俯仰可调基座包括下端粗调基座、粗调转臂、上端精调基座及精调转臂，所述粗调转臂一端与下端粗调基座通过第一销轴相铰接，粗调转臂另一端通过第一弧形滑道与下端粗调基座滑动连接，所述上端精调基座固定安装在粗调转臂上，所述精调转臂一端与上端精调基座通过第二销轴相铰接，精调转臂另一端通过第二弧形滑道与上端精调基座滑动连接，所述下端架体固定安装在精调转臂上；所述粗调转臂可绕第一销轴进行俯仰动作，精调转臂可绕第二销轴进行俯仰动作；所述第一销轴与第二销轴相平行，第一销轴、第二销轴均与铰接轴相垂直。

所述多球面反光镜下端圆孔的直径大于竖向溢流集热管的外径，竖向溢流集热管与多球面反光镜互不遮挡。

所述集光罩的反射镜面可由金属材料抛光制成，或由玻璃、有机玻璃或树脂玻璃进行表面镀膜制成。

所述外层透光管由透光材料制成，透光材料包括玻璃、有机玻璃或树脂玻璃。

所述内层集热管、承压薄壁管由薄壁不锈钢管、钛合金管或铜合金管制成。

本发明的有益效果：

本发明与现有技术相比，采用了由环向均布的若干集光罩组成的多球面反光镜，且集光罩具有凹球变焦曲面，当太阳光垂直射入多球面反光镜表面后，单块集光罩会将入射光线聚焦反射到竖向溢流集热管上，并在竖向溢流集热管形成竖向线性聚焦线，竖向线性聚焦线的数量由集光罩的数量决定，竖向线性聚焦线越多，集热能力越强；当竖向线性聚焦线投射到柱状月牙形凸透镜表面后，会进行二次聚焦和折射，最终将能量更高的竖向线性聚焦线投射到内层集热管的外表面，实现了二级增效聚焦，同时实现了泛光集热、反射集热和聚焦集热并存的太阳能集热方式，不但提高了太阳能集热器的集热强度，还能够形成更加精准的线性聚焦线；本发明具备了双轴有区别的半闭环点动跟踪方式进行对日跟踪，不但可以保证跟踪精度，且经济性最优；本发明不受使用地域的限制，可满足对集热温度要求不同、使用条件不同的太阳能热利用项目，能够实现光热高效转换，且结构简单，单位占地面积小，制造成本低廉。

附图说明

图1为本发明的多球环面三维线聚焦太阳能集热器结构示意图；

图2为本发明的竖向溢流集热管(未加装承压薄壁管)结构示意图；

图3为图2中A-A剖视图(柱状月牙形凸透镜的数量为12个)；

图4为本发明的竖向溢流集热管(加载有承压薄壁管)结构示意图；

图5为图4中B-B剖视图(柱状月牙形凸透镜的数量为20个)；

图6为本发明的集光罩采用的凹球曲面的空间截割示意图；

图7为图1的俯视图(集光罩数量为9块)；

图8为图1的俯视图(集光罩数量为12块)；

图9为图1的俯视图(集光罩数量为20块)；

图中，1—多球面反光镜，2—竖向溢流集热管，3—同步随动架，5—集光罩，6—外层透光管，7—内层集热管，8—管间缝隙，9—进液口，10—出液口，11—凹球曲面，12—基体圆球面，13—承压薄壁管，14—柱状月牙形凸透镜，15—圆形凸透镜，16—上端架体，17—下端架体，18—铰接轴，19—下端粗调基座，20—粗调转臂，21—上端精调基座，22—精调转臂，23—第一销轴，24—第一弧形滑道，25—第二销轴，26—第二弧形滑道，27—法兰，A—上部水平截割面，B—下部水平截割面，O—基体圆球面球心，C—凹球曲面上端界线与基体圆球面球心的连线，D—凹球曲面下端界线与基体圆球面球心的连线，a—凹球曲面上端界线任意点到基体圆球面球心的连线与上部水平截割面之间夹角，b—凹球曲面下端界线任意点到基体圆球面球心的连线与下部水平截割面之间夹角。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。

如图1、7、8、9所示，一种多球环面三维线聚焦太阳能集热器，包括多球面反光镜1、竖向溢流集热管2、侧摆可调支架和俯仰可调基座，所述多球面反光镜1整体呈环形结构，多球面反光镜1由环向均布的若干集光罩5组成，集光罩5采用凹球曲面11；所述竖向溢流集热管2位于多球面反光镜1的环向中心，多球面反光镜1的轴向中心线与竖向溢流集热管2的轴向中心线相重合；所述多球面反光镜1安装在侧摆可调支架上，所述侧摆可调支架与俯仰可调基座相连接。

如图2所示，所述竖向溢流集热管2包括外层透光管6和内层集热管7，外层透光管6套装于内层集热管7外侧，两者同轴心设置且留有管间缝隙8，管间缝隙8作为进液腔；所述外层透光管6上端封堵且下端开口，所述内层集热管7为两端开口，内层集热管7的上端开口与管间缝隙8相通；所述外层透光管6与内层集热管7的下端开口之间通过法兰27密封，与管间缝隙8相对应的法兰27上设置有进液口9，与内层集热管7的内管腔相对应的法兰27上设置有出液口10，内层集热管7的内管腔作为出液腔；在所述管间缝隙8及内层集热管7内充装有集热工质。

如图6所示，所述集光罩5的凹球曲面11位于其所在的基体圆球面12下半球上，凹球曲面11由上部水平截割面A和下部水平截割面B在基体圆球面12上截割获得，所述凹球曲面11上端界线任意点到基体圆球面12球心O的连线C与上部水平截割面A之间夹角a为25°～35°，凹球曲面11下端界线任意点到基体圆球面12球心O的连线D与下部水平截割面B之间夹角b为75°～85°。

如图2、3、4、5所示，在所述外层透光管6外表面沿周向均布有若干柱状月牙形凸透镜14，所述柱状月牙形凸透镜14与集光罩5的数量相同，且集光罩5与柱状月牙形凸透镜14一一正对；所述集光罩5的凹球曲面11针对柱状月牙形凸透镜14进行凹面镜反射聚焦变形，使集光罩5形成凹球变焦曲面，集光罩5通过凹球变焦曲面产生竖向线性聚焦线。

所述集热工质为水、导热油或空气，集热工质为水时，如图4所示，在所述外层透光管6与内层集热管7之间加装有承压薄壁管13，外层透光管6与承压薄壁管13之间构成干燥负压封闭空间，所述承压薄壁管13与外层透光管6、内层集热管7同轴心设置，承压薄壁管13与内层集热管7之间留有管间缝隙8，在所述外层透光管6上端封堵处设置有圆形凸透镜15；集热工质为导热油或空气时，如图2所示，在所述外层透光管6与内层集热管7之间不加装承压薄壁管13，所述外层透光管6上端封堵处设置为平面。

所述侧摆可调支架包括同步随动架3、上端架体16、下端架体17和铰接轴18，所述多球面反光镜1和竖向溢流集热管2安装在同步随动架3上，所述同步随动架3安装在上端架体16上，所述上端架体16与下端架体17之间通过铰接轴18相铰接，上端架体16可绕铰接轴18进行摆转动作；所述俯仰可调基座包括下端粗调基座19、粗调转臂20、上端精调基座21及精调转臂22，所述粗调转臂20一端与下端粗调基座19通过第一销轴23相铰接，粗调转臂20另一端通过第一弧形滑道24与下端粗调基座19滑动连接，所述上端精调基座21固定安装在粗调转臂20上，所述精调转臂22一端与上端精调基座21通过第二销轴25相铰接，精调转臂22另一端通过第二弧形滑道26与上端精调基座21滑动连接，所述下端架体17固定安装在精调转臂22上；所述粗调转臂20可绕第一销轴23进行俯仰动作，精调转臂22可绕第二销轴25进行俯仰动作；所述第一销轴23与第二销轴25相平行，第一销轴23、第二销轴25均与铰接轴18相垂直。

所述多球面反光镜1下端圆孔的直径大于竖向溢流集热管2的外径，当多球面反光镜1正对太阳时，竖向溢流集热管2与多球面反光镜1互不遮挡。

所述集光罩5的反射镜面可由金属材料抛光制成，或由玻璃、有机玻璃或树脂玻璃进行表面镀膜制成。

所述外层透光管6由透光材料制成，透光材料包括玻璃、有机玻璃或树脂玻璃等。

所述内层集热管7、承压薄壁管13由薄壁不锈钢管、钛合金管或铜合金管等制成。

下面结合附图说明本发明的一次应用过程：

本发明根据实际使用需要的不同，可灵活设定多球面反光镜1的尺寸和集光罩5的数量，可应用于寒冷地区供暖、住宅热水及空调供给、光热发电、民用及军用太阳灶等领域，则多球面反光镜1的尺寸可从直径0.5米至15米不等，集光罩5的数量可为3块至30块不等，当遇到特殊使用情况时，多球面反光镜1的尺寸还可更大或更小，且集光罩5的数量可更多。当考虑到集光罩5的加工难易性时，集光罩5的数量可优选9、10、12、15、18、20和30块。

想要成功实现太阳能集热，必须首先实现对日跟踪，而对日跟踪过程中，必须时刻保证太阳入射光线、多球面反光镜1轴向中心线及竖向溢流集热管2轴向中心线三者的平行，在经度和纬度方向上，对多球面反光镜1和竖向溢流集热管2进行同步且有区别调控，实现对太阳高度角的实时追踪。影响太阳高度角变化范围的因素有使用地域不同所处的纬度变化、四季的节气变化及白天各时段太阳视角变化，而使用地域不同所处的纬度变化和四季的节气变化反映在纬度的变化上，白天各时段太阳视角变化反映在经度的变化上；当使用地域选定后，其所处的纬度就是定值，反映在粗调转臂20的俯仰角度上就是定值；当四季的节气变化确定后，其太阳赤纬角的垂直投影就是定值，反映在精调转臂22的俯仰角度上就是定值；当白天各时段太阳视角变化确定后，其太阳赤纬角的水平投影就是定值，反映在上端架体16的侧摆角度上就是定值；对于粗调转臂20、精调转臂22及上端架体16的动作调整，可以采用机械传动方式、气动传动方式或液压传动方式实现，并可通过自动控制或人工控制完成最终调整。本发明与传统的开环粗跟踪及闭环精跟踪相比，通过本发明的太阳能集热器二级增效聚焦在纬度与经度方向上敏感度的差异，利用日地间运行轨迹在纬度和经度方向上调控速率的差异，实现双轴有区别的半闭环点动跟踪。由于每月的太阳赤纬角垂直投影会变化3.9055°，且在每天之内的太阳视角每刻钟会变化3.75°，当采用开环粗跟踪方式后，对日跟踪精度会降低，如果采用闭环精跟踪，实现成本会非常高，控制经济性差，因此从控制经济性上考虑，采用双轴有区别的半闭环点动跟踪方式进行对日跟踪，不但可以保证跟踪精度，且经济性最优。

当太阳光垂直射入多球面反光镜1表面，单块集光罩5会将入射光线以三维凹球变焦曲面聚焦的形式反射到竖向溢流集热管2上，并在外层透光管6外表面的柱状月牙形凸透镜14上形成竖向线性聚焦高温光带，其温度分布趋势为由下向上依次降低；当竖向线性聚焦高温光带投射到二维的柱状月牙形凸透镜14表面后，会进行二次聚焦和折射，最终将能量更集中、聚焦更清晰的竖向线性聚焦线投射到内层集热管7的外表面；同时，二维的柱状月牙形凸透镜14也会把高温光带区以外的散射光聚焦和折射到内层集热管7的外表面；在单块集光罩5到内层集热管7的光迹线传递过程中，实现了以凹面镜、凸透镜间接力二级增效的太阳能光热转换方式，还实现了泛光集热、反射集热和聚焦集热并存的太阳能集热方式，不但提高了太阳能集热器的几何聚光比，还能够形成更加精准的线性聚焦线；集光罩5的数量决定了竖向线性聚焦线的数量，集光罩5的数量越多，本发明的集热能力越强。

当集热工质采用导热油或空气时，集热工质首先通过进液口9进入管间缝隙8(进液腔)，并由管间缝隙8(进液腔)底部向上爬升，直到经过内层集热管7上端开口溢流进入内层集热管7的内管腔(出液腔)，并在内层集热管7的内管腔(出液腔)完成沉降，沉降过程中使集热工质与内层集热管7完成了二次热交换，最后集热工质通过出液口10排出储存或利用。

当集热工质采用水时，需要在外层透光管6与内层集热管7之间加装承压薄壁管13，且在外层透光管6上端封堵处设置圆形凸透镜15，当竖向聚焦线投射到柱状月牙形凸透镜14表面后，经过二次聚焦和折射后形成的高能聚焦线投射到承压薄壁管13的外表面，同时经圆形凸透镜15将太阳光线聚焦后直接投射到承压薄壁管13上端面，实现了承压薄壁管13的全方位集热。作为集热工质的水首先通过进液口9进入管间缝隙8(进液腔)，并由管间缝隙8(进液腔)底部向上爬升，直到经过内层集热管7上端开口溢流进入内层集热管7的内管腔(出液腔)，并在内层集热管7的内管腔(出液腔)完成沉降，最后形成的高温高压水通过出液口10排出，释放后形成的高压蒸汽可用于发电厂进行发电。

实施例一

本实施例中，多球面反光镜1的最大直径为0.5米，集光罩5的数量为9块，如图1、7所示，其中使用的集热工质为导热油(高温硅油，其工作温度≤300℃)，该尺寸级别的太阳能集热器适合小户型家庭使用，可用于取暖和热水供应。

根据多球面反光镜1的尺寸，取竖向溢流集热管2的直径为87mm，即外层透光管6的直径为87mm，外层透光管6的壁厚为3.5mm，外层透光管6采用高透光率的高铁玻璃制成；内层集热管7采用薄壁不锈钢管制成，内层集热管7的外径为53.766mm，内层集热管7的壁厚为1.5mm。

在外层透光管6外表面沿周向均布设置有9条柱状月牙形凸透镜14，集光罩5与柱状月牙形凸透镜14一一正对，柱状月牙形凸透镜14的焦距为20.425mm，焦距半径为40.85mm，反射弧半弦为14.878mm，反射弧高为38.044mm，反射弧夹角为93.508°，聚焦弧半弦为14.878mm，聚焦弧高为38.044mm，聚焦弧夹角为42.718°。

集光罩5采用高透光率的高铁玻璃制成，在高铁玻璃背面镀铝后加盖了有机硅树脂保护层，集光罩5高强度粘接在同步随动架3上。

设定本实施例中的的太阳能集热器处于赤道(纬度值为0°)位置的正午时分、处于春分或秋分节气的正午时分，则精调转臂22的俯仰角度范围设定在±23°26′即可。

太阳光直射到多球面反光镜1，几何聚光比为480，集热工质产能可达306.45kg/h，采暖供水温度设定为60°，折合采暖供水量为998kg/h，热交换效率可达65％，如果采取白天储热，分时供热，则供热采暖能力可达6000平方米。

实施例二

本实施例中，多球面反光镜1的最大直径为2米，集光罩5的数量为12块，如图1、8所示，其中使用的集热工质为导热油(高温硅油，其工作温度≤300℃)，该尺寸级别的太阳能集热器适合居民小区使用，可用于取暖和热水供应。

根据多球面反光镜1的尺寸，取竖向溢流集热管2的直径为348mm，即外层透光管6的直径为348mm，外层透光管6的壁厚为5mm，外层透光管6采用高透光率的高铁玻璃制成；内层集热管7采用薄壁不锈钢管制成，内层集热管7的外径为215mm，内层集热管7的壁厚为2mm。

在外层透光管6外表面沿周向均布设置有12条柱状月牙形凸透镜14，集光罩5与柱状月牙形凸透镜14一一正对，柱状月牙形凸透镜14的焦距为75.453mm，焦距半径为150.906mm，反射弧半弦为45.035mm，反射弧高为60.539mm，反射弧夹角为73.291°，聚焦弧半弦为45.035mm，聚焦弧高为144.03mm，聚焦弧夹角为34.724°。

集光罩5采用高透光率的高铁玻璃制成，在高铁玻璃背面镀铝后加盖了有机硅树脂保护层，集光罩5高强度粘接在同步随动架3上。

设定本实施例中的的太阳能集热器处于赤道(纬度值为0°)位置的正午时分、处于春分或秋分节气的正午时分，则精调转臂22的俯仰角度范围设定在±23°26′即可。

太阳光直射到多球面反光镜1，几何聚光比为639，集热工质产能可达4904kg/h，采暖供水温度设定为60°，折合采暖供水量为15938kg/h，热交换效率可达65％，如果采取白天储热，分时供热，则供热采暖能力可达95000平方米。

实施例三

本实施例中，多球面反光镜1的最大直径为5米，集光罩5的数量为20块，如图1、9所示，其中使用的集热工质为水，其工作温度≤400℃，该尺寸级别的太阳能集热器适用于太阳能光热发电，可为发电厂提供高压蒸汽。

根据多球面反光镜1的尺寸，取竖向溢流集热管2的直径为600mm，即外层透光管6的直径为600mm，外层透光管6的壁厚为5mm，外层透光管6采用高透光率的高铁玻璃制成；在外层透光管6与内层集热管7之间加装有承压薄壁管13，外层透光管6与承压薄壁管13之间构成干燥负压封闭空间，承压薄壁管13采用薄壁不锈钢管制成，承压薄壁管13的外径为450mm，承压薄壁管13的壁厚为3mm；内层集热管7采用薄壁不锈钢管制成，内层集热管7的外径为279mm，内层集热管7的壁厚为2mm；在外层透光管6上端封堵处设置有圆形凸透镜15，圆形凸透镜15的焦距为400mm，反射弧夹角为97.181°，聚焦半径为800mm，聚焦弧夹角为44.049°。

在外层透光管6外表面沿周向均布设置有20条柱状月牙形凸透镜14，集光罩5与柱状月牙形凸透镜14一一正对，柱状月牙形凸透镜14的焦距为85.365mm，焦距半径为170.73mm，反射弧半弦为46.93mm，反射弧高为71.307mm，反射弧夹角为66.701°，聚焦弧半弦为46.93mm，聚焦弧高为164.153mm，聚焦弧夹角为31.91°。

集光罩5采用凹面铝板抛光制成，在凹面铝板前面加盖了透光保护膜，在凹面铝板背面加盖了有机硅树脂保护层，集光罩5与同步随动架3之间通过弹性螺栓相连。

设定本实施例中的的太阳能集热器处于赤道(纬度值为0°)位置的正午时分、处于春分或秋分节气的正午时分，则精调转臂22的俯仰角度范围设定在±23°26′即可。

太阳光直射到多球面反光镜1，几何聚光比为1126.14，集热工质产能可达8199.9kg/h，产生的高压蒸汽压力可达6.5Mpa，折合高压蒸汽量为1.77MW/h。

实施例中的方案并非用以限制本发明的专利保护范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均包含于本案的专利范围中。

Claims (7)

1.一种多球环面三维线聚焦太阳能集热器，其特征在于：包括多球面反光镜、竖向溢流集热管、侧摆可调支架和俯仰可调基座，所述多球面反光镜整体呈环形结构，多球面反光镜由环向均布的若干集光罩组成，集光罩采用凹球曲面；所述竖向溢流集热管位于多球面反光镜的环向中心，多球面反光镜的轴向中心线与竖向溢流集热管的轴向中心线相重合；所述多球面反光镜安装在侧摆可调支架上，所述侧摆可调支架与俯仰可调基座相连接；

所述竖向溢流集热管包括外层透光管和内层集热管，外层透光管套装于内层集热管外侧，两者同轴心设置且留有管间缝隙，管间缝隙作为进液腔；所述外层透光管上端封堵且下端开口，所述内层集热管为两端开口，内层集热管的上端开口与管间缝隙相通；所述外层透光管与内层集热管的下端开口之间通过法兰密封，与管间缝隙相对应的法兰上设置有进液口，与内层集热管的内管腔相对应的法兰上设置有出液口，内层集热管的内管腔作为出液腔；在所述管间缝隙及内层集热管内充装有集热工质；

所述集光罩的凹球曲面位于其所在的基体圆球面下半球上，凹球曲面由上部水平截割面和下部水平截割面在基体圆球面上截割获得，所述凹球曲面上端界线任意点到基体圆球面球心的连线与上部水平截割面之间夹角为25°～35°，凹球曲面下端界线任意点到基体圆球面球心的连线与下部水平截割面之间夹角为75°～85°；

在所述外层透光管外表面沿周向均布有若干柱状月牙形凸透镜，所述柱状月牙形凸透镜与集光罩的数量相同，且集光罩与柱状月牙形凸透镜一一正对；所述集光罩的凹球曲面针对柱状月牙形凸透镜进行凹面镜反射聚焦变形，使集光罩形成凹球变焦曲面，集光罩通过凹球变焦曲面产生竖向线性聚焦线。

2.根据权利要求1所述的一种多球环面三维线聚焦太阳能集热器，其特征在于：所述集热工质为水、导热油或空气，集热工质为水时，在所述外层透光管与内层集热管之间加装有承压薄壁管，外层透光管与承压薄壁管之间构成干燥负压封闭空间，所述承压薄壁管与外层透光管、内层集热管同轴心设置，承压薄壁管与内层集热管之间留有管间缝隙，在所述外层透光管上端封堵处设置有圆形凸透镜；集热工质为导热油或空气时，在所述外层透光管与内层集热管之间不加装承压薄壁管，所述外层透光管上端封堵处设置为平面。

3.根据权利要求1所述的一种多球环面三维线聚焦太阳能集热器，其特征在于：所述侧摆可调支架包括同步随动架、上端架体、下端架体和铰接轴，所述多球面反光镜和竖向溢流集热管安装在同步随动架上，所述同步随动架安装在上端架体上，所述上端架体与下端架体之间通过铰接轴相铰接，上端架体能够绕铰接轴进行摆转动作；所述俯仰可调基座包括下端粗调基座、粗调转臂、上端精调基座及精调转臂，所述粗调转臂一端与下端粗调基座通过第一销轴相铰接，粗调转臂另一端通过第一弧形滑道与下端粗调基座滑动连接，所述上端精调基座固定安装在粗调转臂上，所述精调转臂一端与上端精调基座通过第二销轴相铰接，精调转臂另一端通过第二弧形滑道与上端精调基座滑动连接，所述下端架体固定安装在精调转臂上；所述粗调转臂能够绕第一销轴进行俯仰动作，精调转臂能够绕第二销轴进行俯仰动作；所述第一销轴与第二销轴相平行，第一销轴、第二销轴均与铰接轴相垂直。

4.根据权利要求1所述的一种多球环面三维线聚焦太阳能集热器，其特征在于：所述多球面反光镜下端圆孔的直径大于竖向溢流集热管的外径，竖向溢流集热管与多球面反光镜互不遮挡。

5.根据权利要求1所述的一种多球环面三维线聚焦太阳能集热器，其特征在于：所述集光罩的反射镜面由金属材料抛光制成，或由玻璃进行表面镀膜制成，玻璃包括有机玻璃或树脂玻璃。

6.根据权利要求1所述的一种多球环面三维线聚焦太阳能集热器，其特征在于：所述外层透光管由透光材料制成，透光材料包括玻璃，玻璃包括有机玻璃或树脂玻璃。

7.根据权利要求2所述的一种多球环面三维线聚焦太阳能集热器，其特征在于：所述内层集热管、承压薄壁管由薄壁不锈钢管、钛合金管或铜合金管制成。