CN107345713A - 两级全反射渐开线式太阳能集热器 - Google Patents

Abstract

本发明专利涉及一种两级全反射渐开线式太阳能集热器，包括透光层结构、真空隔热层、渐开线集热结构、工质循环系统，渐开线集热结构包括渐开线反光镜面和集热管两部分，集热管采用吸热面和导热实体材料制成，其整体结构由双层真空结构包裹，太阳光通过透镜直射或在真空层内表面的反光反热材质面上多次反射至渐开线镜面，最终反射汇集至集热管上。本发明具有保温隔热性好，结构简单，制作成本低，易于安装维护等优点；与传统透镜式聚光设备相比较，其特色优势在于不仅能将折反射逃逸的光尽可能收集，还能将热辐散失的热二次回收，其保温集热效果大幅提高，实现时下匮乏的高温高效集热；在实用性方面，能与诸多聚光设备配套使用，特别是应用作为塔式集热焦点模块，具有广阔的市场空间。

Description

两级全反射渐开线式太阳能集热器

技术领域

本发明涉及一种两级全反射渐开线式太阳能集热器，特别是将透镜全反射与渐开线那集热方式结合的太阳能集热技术。

背景技术

现有的太阳能集热器主要以平板、立管式集热居多，而少部分则用到槽式及抛物线反光集热。

就传统的平板、立管式集热，采用自然直射的方式，无聚光的作用，且不随日光运动轨迹变换角度，所以其集热效率和集热温度都不会很高，也决定了其应用范围的局限性，只能应用于日常生活；而槽式及抛物线反光集热，太阳光自然直射集热效率不佳，而自身高聚光比特性配合定日装置，将能使集热温度持续增加到几百度不等，但其高聚光比随之带来的问题是接受面汇集的太阳能密度流较高，普通吸热导热材料无法高效地将热量传递给工质，导致其集热效率在预期上大大折扣，造成资源浪费，且集热焦点设备承受高温压力。综合考虑，前者成本相对较低，但集热温度较低，而后者则对集热装置材料性能要求更高，且传动控制系统相对增加集热装置结构的复杂度，相应制作成本和难度较高，为此，本发明作为介于二者之间优化集热方式，一种两级全反射渐开线式太阳能集热器具有显著的实际应用意义。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种，一种两级全反射渐开线式太阳能集热器，本发明具有保温隔热性好，结构简单，制作成本低，易于安装维护等优点；与传统透镜式聚光设备相比较，其特色优势在于不仅能将折反射逃逸的光尽可能收集，还能将热辐散失的热二次回收，其保温集热效果大幅提高，实现时下匮乏的高温高效集热；在实用性方面，能与诸多聚光设备配套使用，特别是应用作为塔式集热焦点模块，具有广阔的市场。

本发明的技术方案是：本发明涉及一种两级全反射渐开线式太阳能集热器，包括透光层结构、真空隔热层、渐开线集热结构、工质循环系统，其特征在于：所述的渐开线集热结构包括渐开线反光镜面和集热管两部分，集热管采用吸热导热材料制成，其整体结构由双层真空结构包裹，真空层内表面为反光反热材质面，太阳光通过透镜直射到渐开线镜面，反射汇集至集热管上。

作为优选，透光层结构为两级渐收型玻璃透镜，中间间隔真空隔热层，真空层内表面采用反光反热材质面，全反射透光原理。

作为优选，其系统结构包括工质循环管路、工质增压泵、工质热交换模块，其中工质循环管路分工质循环外管和工质吸热腔，工质循环外管采用单层真空隔热结构，外表面一次涂抹隔热材料和保护材料；而工质热交换模块采用热换器或水自冷方式，此水自冷方式借助高导热材料的工质管呈螺旋式分布在水箱中，通过进出水的速率来控制水温和热交换效率。

一种两级全反射渐开线式太阳能集热方法，具体实施步骤包括：

太阳光以一定的入射广角直射受光面，通过两层渐收型透镜，入射光多次全反射到渐开线镜面，最终反射到集热管上，其中一级和二级透镜真空段内表面为反光反热层，将边缘逃逸的光和辐散的热量多次反射至渐开线镜面，达到重复收集利用之效；集热管将汇集的太阳能吸收并传递给循环的工质，工质通过相变原理借助增压泵和热交换模块，将储存的热量循环释放到外界利用。

本发明的有益效果是：与传统透镜式聚光设备相比较，本发明的特色优势在于不仅能将折反射逃逸的光尽可能收集，还能将热辐散失的热二次回收，其保温集热效果大幅提高，实现时下匮乏的高温高效集热；与传统碟式和槽式集热系统相比较，采用透镜式聚光，相比传统集热系统的反射聚光，不仅无需考虑反射光斑的扩散，还可以使得接收到的光斑汇聚更小，易于传送；另一方面，本发明采用的是侧面聚光，其镜面的自洁性较强，有效减少镜面的清洁工作。

综上所述，本发明具有保温隔热性好，结构简单，制作成本低，易于安装维护等优点；在实用性方面，能与诸多聚光设备配套使用，特别是应用作为塔式集热焦点模块，具有广阔的市场空间。

附图说明

图1是本发明实施例的两级透光层结构及光路原理示意图。

图2是本发明实施例一的两级全发射渐开线式太阳能集热箱应用结构示意图。

图3是本发明实施例一的两级全发射渐开线式太阳能集热箱集热方式示意图。

图4是本发明实施例二的两级全反射式太阳能集热平板应用结构及集热方式示意图。

具体实施方式

作为本发明的一种实施方式，如图1至图3所示实施例一，一种两级全发射渐开线式太阳能集热箱，包括渐收型全反射透镜层、六面渐开线集热装置、真空隔热层及工质循环系统，所述的渐开线全反射透镜分为一级全反射透镜11和二级全反射透镜12，透镜为梯形渐收式，利用全反射原理，将入射的太阳光束①经过两级透光后，得到收拢光束②进入到六面渐开线集热装置22，其中，在透间隔间采用真空隔热，内表面为反光反热处理，防止反射光和散射热的逃逸，考虑到方便接收聚焦太阳光，渐收型全反射透镜层可选择单面或四周环绕面，上下面均为非透光层，本发明实施例选用箱体式和平板式的单侧透光集热示例。

作为本发明实施例一的六面渐开线集热装置22采用立方式渐开线集热结构，使得集热箱结构就更加紧凑使用，其中就单面集热结构而言，渐开线反光镜面13将接收到的收拢光束②和反射光线⑤反射到工质吸热管14，吸热管14采用吸热表面，高导热材质，将吸收的太阳光能传递给工质吸热腔23中的循环冷工质；真空隔热层21阻止空气对流，降低热辐散失，反光反热面25可以将反射逃逸光④及辐射热⑥二次利用，可最大限度地提高集热效率和集热温度。

作为本发明实施例一，工质内循环腔24与工质循环外管27 通过工质入口29和工质出口30组成工质循环回路，工质循环外管27为真空保温管，其中在工质循环外管的工质增压泵28，为冷工质③循环提供动力源，控制循环集热效率，热交换模块26将工质储存的热能交换出，供外部热源设备利用。

如图1和图4所示，作为本发明的另一种实施方式，一种两级全发射渐开线式太阳能集热平板，与实施例一的六面集热不同，实施例二采用单面两级全反射透镜和单面渐开线集热装置的集热方式，其集热方法、保温隔热方式及循环原理都相生，虽两者基本的集热原理完全相同，但在外观结构上，实施例二结构更加简单，同时集热效率和集热温度较低。

Claims (4)

1.本发明涉及一种两级全反射渐开线式太阳能集热器，包括透光层结构、真空隔热层、渐开线集热结构、工质循环系统，其特征在于：所述的渐开线集热结构包括渐开线反光镜面和集热管两部分，集热管采用吸热导热材料制成，其整体结构由双层真空结构包裹，真空层内表面为反光反热材质面，太阳光通过透镜直射到渐开线镜面，反射汇集至集热管上。

2.根据权利要求1所述的透光层结构，其特征在于：所述的透光层结构为两级渐收型玻璃透镜，中间间隔真空隔热层，真空层内表面采用反光反热材质面，全反射透光原理。

3.根据权利要求1所述的工质循环系统，其特征在于：其系统结构包括工质循环管路、工质增压泵、工质热交换模块，其中工质循环管路分工质循环外管和工质吸热腔，工质循环外管采用单层真空隔热结构，外表面一次涂抹隔热材料和保护材料；而工质热交换模块采用热换器或水自冷方式，此水自冷方式借助高导热材料的工质管呈螺旋式分布在水箱中，通过进出水的速率来控制水温和热交换效率。

4.一种两级全反射渐开线式太阳能集热方法，具体实施步骤包括：

太阳光以一定的入射广角直射受光面，通过两层渐收型透镜，入射光多次全反射到渐开线镜面，最终反射到集热管上，其中一级和二级透镜真空段内表面为反光反热层，将边缘逃逸的光和辐散的热量多次反射至渐开线镜面，达到重复收集利用之效；集热管将汇集的太阳能吸收并传递给循环的工质，工质通过相变原理借助增压泵和热交换模块，将储存的热量循环释放到外界利用。