CN106839456A - 具有自动除霜功能的复合多曲面槽式太阳能聚光集热器 - Google Patents

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Abstract

本发明属于太阳能聚光和热利用技术领域，特别涉及一种复合多曲面槽式太阳能聚光集热器。具有自动除霜功能的复合多曲面槽式太阳能聚光集热器，当太阳高度角低时，通过玻璃进光口的太阳光被半抛物面和竖直反射面反射到带有光陷阱的黒色吸光面板上，进而加热了空气加热腔中的空气，加热后的热空气一部分对玻璃盖板加热，另一部分进入线性菲涅尔聚光镜内表面，进而沿玻璃盖板内表面上升，实现除霜功能。当太阳高度角高时，通过玻璃盖板的太阳光入射到半抛物面和抛物反射面上，反射后汇聚到玻璃真空管接收器中的翅片上被流体通道中换热介质吸收，通过线性菲涅尔聚光镜的太阳光直接汇聚到接收体上，两部分汇聚的太阳光共同给换热介质提供了热能。

Description

具有自动除霜功能的复合多曲面槽式太阳能聚光集热器
技术领域
本发明属于太阳能聚光和热利用技术领域，特别涉及一种复合多曲面槽式太阳能聚光集热器。
背景技术
目前推广利用的槽式太阳能聚光集热器多以抛物面聚光集热为主，其优点是聚光集热温度高，但其缺点是聚光集热器旋转中心与整体装置重心不重合，属于“外聚光”形式；玻璃真空管接收器位于抛物面聚光集热器的上部，容易在反射面上形成阴影，影响聚光器的聚光效率，而且抛物反射镜面易落灰，影响反射效果；对于在高纬度地区冬季使用，抛物反射面上的结霜需要在太阳下照射一段时间才可以消除，导致聚光集热器正常运行时间缩短。因此，为了克服抛物反射面聚光集热器的缺点，进一步解决冬季结霜对槽式聚光集热器的影响，利用复合多曲面反射聚光与线性菲涅尔镜透射聚光组合而成并利用斜入射太阳光加热玻璃盖板进而除霜的槽式太阳能聚光集热器是有意义的。
发明内容
本发明的目的是：为了消除冬季高纬度地区结霜对太阳能聚光集热器的影响，延长槽式太阳能聚光集热器的有效工作时间，提高槽式太阳能聚光集热器的聚光效率，减少槽式太阳能聚光集热工程初投资成本，本发明提供了一种具有自动除霜功能的复合多曲面槽式太阳能聚光集热器。
本发明的技术方案是：具有自动除霜功能的复合多曲面槽式太阳能聚光集热器，它包括：聚光器、玻璃盖板、玻璃真空管接收器、黑色吸光面板以及渐缩热空气导管；
聚光器为槽式结构，其前后两侧为半抛物反射面，底面为抛物反射面，两个半抛物反射面与抛物反射面之间由分别由两个竖直反射面连接；聚光器的左右两端的开口一端由玻璃进光口、侧板实现封闭，另一端由黑色吸光板实现封闭；黑色吸光板与两个半抛物反射面之间形成空气加热腔；
黑色吸光板设有竖直排布的光陷阱，黑色吸光板的顶部设有盖板，底部设有与空气加热腔相通的冷空气进口；盖板设有与空气加热腔相通的热空气通道、与热空气通道相通的热空气出口、以及与热空气通道通过热空气升孔相连通的半圆形热空气腔；半圆形热空气腔上设有热空气通孔；
渐缩热空气导管上设有喷孔，渐缩热空气导管与热空气出口相连通；
内部设有翅片的玻璃真空管接收器两端穿过黑色吸光板、侧板，设置在抛物反射面上方；
玻璃盖板中部设有拱形结构，拱形结构处设有线性菲涅尔聚光镜；玻璃盖板设置在聚光器的顶部；线性菲涅尔聚光镜、抛物反射面的焦点位置均与玻璃真空管接收器重合；热空气通孔与线性菲涅尔聚光器相对，喷孔与玻璃盖板相对。
有益效果：本发明利用复合多曲面反射和线性菲涅尔镜透射原理，对入射太阳光进行顺向聚焦，即玻璃真空管接收器位于聚光集热器内部，属于“内聚光”形式，对于斜入射无法汇聚到玻璃真空管接收器表面的太阳光经反射加热侧壁热空气腔内空气，进而热空气对玻璃盖板进行加热，实现自动除霜功能，除此以外，复合多曲面太阳能聚光集热器还具有跟踪精度要求低、可吸收部分散射光、玻璃盖板对反射镜面起到保护等优点。
附图说明
图1是本发明的立体效果示意图。
图2是本发明的太阳光正入射光路图。
图3是本发明的太阳光斜入射光路图。
图4是本发明中光陷阱光学原理图。
图5是本发明黑色吸光面板工作原理图。
图6是本发明在建筑屋顶的排列安装图。
图7是本发明在设施农业背墙的排列安装图。
图8是蜂窝排列黑色吸光面板代替平面黑色吸光面板的实施例图。
图9是三角形光陷阱代替圆形光陷阱的实施例图。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
参见附图1，具有自动除霜功能的复合多曲面槽式太阳能聚光集热器，它包括：聚光器、玻璃盖板1、玻璃真空管接收器12、黑色吸光面板9以及渐缩热空气导管5；
聚光器为槽式结构，其前后两侧为半抛物反射面2，底面为抛物反射面4，两个半抛物反射面2与抛物反射面4之间由分别由两个竖直反射面3连接；聚光器的左右两端的开口一端由玻璃进光口17、侧板18实现封闭，另一端由黑色吸光板9实现封闭；黑色吸光板9与两个半抛物反射面2之间形成空气加热腔19；
黑色吸光板9设有竖直排布的光陷阱8，黑色吸光板9的顶部设有盖板21，底部设有与空气加热腔19相通的冷空气进口26；盖板21设有与空气加热腔19相通的热空气通道23、与热空气通道23相通的热空气出口25、以及与热空气通道23通过热空气升孔24相连通的半圆形热空气腔11；半圆形热空气腔11上设有热空气通孔22；
渐缩热空气导管5上设有喷孔6，渐缩热空气导管5与热空气出口25相连通；
内部设有翅片15的玻璃真空管接收器12两端穿过黑色吸光板9、侧板18，设置在抛物反射面4上方；
玻璃盖板1中部设有拱形结构，拱形结构处设有线性菲涅尔聚光镜10；玻璃盖板1设置在聚光器的顶部；线性菲涅尔聚光镜10、抛物反射面4的焦点位置均与玻璃真空管接收器12重合；热空气通孔22与线性菲涅尔聚光器10相对，喷孔6与玻璃盖板1相对。
进一步的，在实际应用中，为了避免因太阳高度角变化而影响槽式太阳能集热器的集热效率，将本发明中的聚光器设计为可绕玻璃真空管接收器12旋转，并通过定位销13实现定位。这样本发明可以按照季度或月份适当调整倾角，以提高集热器的适用性和经济性。
本发明的工作原理是：当太阳高度角低的时候，通过玻璃进光口17的太阳光被半抛物面2和竖直反射面3反射到带有光陷阱8的黒色吸光面板9上，进而加热了空气加热腔19中的空气，加热后的热空气由于密度小，一部分通过减缩空气导管5上的喷孔6对玻璃盖板1加热，实现冬季早晨结霜的消除，另一部分通过半圆热空气腔11上的热空气通孔23进入线性菲涅尔聚光镜10内表面，进而沿玻璃盖板1上升，实现除霜功能。当太阳高度角高的时候，通过玻璃盖板1的太阳光入射到半抛物面2和抛物反射面4上，反射后汇聚到玻璃真空管接收器12中的翅片15上，进而被流体通道14中换热热介质吸收，通过线性菲涅尔聚光镜10的太阳光直接汇聚到接收体上，上述两部分汇聚的太阳光共同给换热介质提供了热能。
参见附图2，是本发明的太阳光正入射光路图。在图2中，运行原理解释如下：
光线a和b入射到线性菲涅尔聚光镜10上，透射后汇聚到位于线性菲涅尔聚光镜10焦点处的玻璃真空管接收器12中翅片15上，光线c透过玻璃盖板1后入射到半抛物反射面2上，经反射后汇聚到翅片15上，光线d透过玻璃盖板1后入射到抛物反射面4上，经反射后汇聚到位于抛物反射面4焦点位置的玻璃真空管接收器12中翅片15上，上述汇聚太阳光线共同加热流体通道14中的换热介质。
图3是本发明的太阳光斜入射光路图。在图3中，运行原理解释如下：
斜入射光线e通过玻璃进光口17入射到半抛物反射面2上，然后被反射到光陷阱8中，斜入射光线f通过玻璃进光口17入射到抛物反射面4上，被反射到黑色吸光面板9上，这两部分光线共同使空气加热腔19中的空气温度升高，热空气通过空气通道分别进入玻璃盖板1下边缘和线性菲涅尔聚光镜10内表面，使玻璃盖板1和线性菲涅尔聚光镜10温度升高，实现除霜功能。
图4是本发明中光陷阱光学原理图。运行原理解释如下：
反射光线x和z进入光陷阱8中，由于光陷阱8具有进口小而内部空间大的特点，进入的光线x和z在光陷阱8内多次反射，能量多次被吸收，反射光线y直接入射到黑色吸光面板上被吸收，空气加热腔中19的空气被加热，为了防止热量散失，黑色吸光板9与两个半抛物反射面2的外围敷设有保温材料20。
图5是本发明黑色吸光面板工作原理图。运行原理解释如下：
入射到光陷阱8和黑色吸光面板9上的太阳光共同加热了空气加热腔19中的空气，受热后的空气顺着热空气通道23一部分通过热空气出口25进入减缩空气导管5中，其余部分经热空气升孔24进入到半圆热空气腔11中，通过热空气通孔22进入到线性菲涅尔聚光镜10内表面，冷空气通过冷空气进口26进入空气加热腔19内，补充空气循环量。
图6是本发明在建筑屋顶的排列安装图。
数个具有自动除霜功能的复合多曲面槽式太阳能聚光集热器串联和并联而成集热系统通过支架16与建筑屋顶连接，为建筑采暖等建筑用能提供热量。
图7是本发明在设施农业背墙的排列安装图。
多个具有自动除霜功能的复合多曲面槽式太阳能聚光集热器串联并借助支架16安装于设施农业背墙上，加热储热水箱27中的换热介质，通过安装于背墙内的换热管路28对设施农业进行冬季供热。
图8是蜂窝排列黑色吸光面板代替平面黑色吸光面板的实施例图。运行原理解释如下：
用蜂窝排列黑色吸光面板29代替平面黑色吸光面板9，增大了吸光面板对光线的吸收面积，同时也增大了空气的吸热面积，提高了热空气的吸热效率，蜂窝结构也强化了吸光面板的结构刚度。
图9是三角形光陷阱代替圆形光陷阱的实施例图。运行原理解释如下：用三角形光陷阱30代替圆形光陷阱8，降低了光陷阱的制造难度。
综上，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.具有自动除霜功能的复合多曲面槽式太阳能聚光集热器，其特征是：它包括：聚光器、玻璃盖板(1)、玻璃真空管接收器(12)、黑色吸光面板(9)以及渐缩热空气导管(5)；
所述聚光器为槽式结构，其前后两侧为半抛物反射面(2)，底面为抛物反射面(4)，两个所述半抛物反射面(2)与所述抛物反射面(4)之间分别由两个竖直反射面(3)连接；所述聚光器的左右两端的开口一端由玻璃进光口(17)、侧板(18)实现封闭，另一端由所述黑色吸光板(9)实现封闭；所述黑色吸光板(9)与两个所述半抛物反射面(2)之间形成空气加热腔(19)；
所述黑色吸光板(9)设有竖直排布的光陷阱(8)，所述黑色吸光板(9)的顶部设有盖板(21)，底部设有与所述空气加热腔(19)相通的冷空气进口(26)；所述盖板(21)设有与所述空气加热腔(19)相通的热空气通道(23)、与所述热空气通道(23)相通的热空气出口(25)、以及与所述热空气通道(23)通过热空气升孔(24)相连通的半圆形热空气腔(11)；所述半圆形热空气腔(11)上设有热空气通孔(22)；
所述渐缩热空气导管(5)上设有喷孔(6)，所述渐缩热空气导管(5)与所述热空气出口(25)相连通；
内部设有翅片(15)的所述玻璃真空管接收器(12)两端穿过所述黑色吸光板(9)、所述侧板(18)，设置在所述抛物反射面(4)上方；
所述玻璃盖板(1)中部设有拱形结构，所述拱形结构处设有线性菲涅尔聚光镜(10)；所述玻璃盖板(1)设置在所述聚光器的顶部；所述线性菲涅尔聚光镜(10)、所述抛物反射面(4)的焦点位置均与所述玻璃真空管接收器(12)重合；所述热空气通孔(22)与所述线性菲涅尔聚光镜(10)相对，所述喷孔(6)与所述玻璃盖板(1)相对。
2.如权利要求1所述的具有自动除霜功能的复合多曲面槽式太阳能聚光集热器，其特征是：所述黑色吸光板(9)与两个所述半抛物反射面(2)的外围敷设有保温材料(20)。
3.如权利要求1或2所述的具有自动除霜功能的复合多曲面槽式太阳能聚光集热器，其特征是：所述玻璃真空管接收器(12)的两端固定在支架(16)上，所述聚光器可绕所述玻璃真空管接收器(12)旋转，并通过定位销(13)实现定位。
4.如权利要求1或2所述的具有自动除霜功能的复合多曲面槽式太阳能聚光集热器，其特征是：所述黑色吸光板(9)上设有蜂窝状结构(29)。
5.如权利要求1或2所述的具有自动除霜功能的复合多曲面槽式太阳能聚光集热器，其特征是：所述玻璃真空管接收器(12)与储热水箱(27)连通，所述储热水箱(27)通过换热管路(28)对设施进行供热。
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