CN1621762A - 太阳能三维聚光集热器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及太阳能三维聚光集热器，包括有支承用的模架、反射太阳光的聚光器、接受聚光器产生光斑的吸热体，聚光器至少有两个，即卧式聚光器和立式聚光器，卧式聚光器轴线沿南北向放置于模架上，其北向端的垂直方向上连接有立式聚光器，双面板式吸热体沿卧式聚光器的轴线方向垂直置于卧式聚光器中央，且吸热体的北向端还与立式聚光器垂直连接，这样的结构，以固定的方式解决了光斑跟随太阳移动而聚光集热的问题，具有结构简单、生产成本低、集热效率高，可靠实用等优点。

Description

太阳能三维聚光集热器
技术领域
本项发明涉及太阳热能利用技术，特别是太阳能集热器。
背景技术
太阳能的热利用，主要是关于集热技术的问题。目前太阳能的集热方式主要有以下三种：平板集热器、真空管和跟踪聚光集热器。平板集热器是一种简单的集热方式，但它的集热较果比较差，真空管是一种双层真空玻璃管，它的工艺比较复杂，它是玻璃制品容易损坏。与本发明相近的是跟踪聚光集热器。跟踪聚光集热器是由曲面聚光器把阳光聚集成高密度的光斑后再由吸热体圆管接收光斑，同时设有跟踪系统时刻跟踪着太阳以保证接收到光斑。如中国专利99234170.1名称为″跟踪聚光集热的太阳能装置″和中国专利91229406.X名称为″机械式自动跟踪太阳能集热装置″。
目前的跟踪聚光存在着严重不足，它的跟踪系统机械电器都容易出现故障，运行不可靠。而且系统结构复杂、庞大，成本很高，它的收集热量的费用一般高出常规能源煤炭等几倍。达不到经济实用的目的。因此，这种方式应用很少，只有一些试验性的安装，不能够产品化。
发明内容
本发明的目的是克服已有技术主动跟踪聚光存在的不足之处，提出一种太阳能三维聚光集热器，以固定的方式、被动跟踪太阳聚光，使之结构简单可靠，集热量大，经济实用。
本发明的技术方案为：太阳能三维聚光集热器，包括有支承用的模架、反射太阳光的聚光器、接受聚光器产生光斑的吸热体，聚光器至少有两个，即卧式聚光器和立式聚光器，卧式聚光器轴线沿南北向放置于模架上，其北向端的垂直方向上连接有立式聚光器，双面板式吸热体沿卧式聚光器的轴线方向垂直置于卧式聚光器中央，且吸热体的北向端还与立式聚光器垂直连接。
进一步地，卧式聚光器的反射面为平移抛物面。立式聚光器的反射面为平面，还可是平移抛物面。双面板式吸热体的高度应为卧式聚光器最大宽度的二分之一。
工作原理是以立式吸热体取代跟踪聚光的吸热圆管扩大接收面而有效地接收光斑，即在聚光器中央设置一个立式双面接收吸热体，由东西两面分解接收光斑。分解后的光斑，东面的是由下往上移动，西面的是由下往上移动，设定中午光斑聚于吸热的中心线，那么吸热板就可以最大限度地接收太阳能峰值时刻的光斑。另一方面：吸热板可以通过直晒方式获得补尝，即吸热板与聚光盘之间存在采光的互补。聚光面积增大直晒面积减小，聚光面积减小时，直晒面积增大；太阳高角度时以聚光方式工作，太阳低角度时以直晒方式工作，聚光为主体，直晒是辅助。是一种立体的采集方式，采集了太阳不同时刻分布的空间能量。如果设计吸热板的高度与聚光盘的宽度相等，它的采光量相当于全天候跟踪太阳，也就是一天任何时刻，它接收到太阳能的辐射面都一样大，但吸热板过高影响温度和效率，在制造上也要求越小越好，所以设计吸热板的高度应取聚光盘宽度的一半最为合适。另一方面，两个聚光器，即卧式聚光器与立式聚光器，相互垂直，互补聚光，卧式聚光器的轴线上设置立板式双面吸热体接收吸热。卧式聚光器从吸热体的底部反射阳光，立式聚光器从吸热体北端反射阳光，实现无跟踪的多向聚光集热。当太阳在冬季低移位时，卧式聚光器的采光面减小，而立式聚光器的采光面增大，使集热器整体的采光面稳定，同时立式聚光器对卧式聚光器偏移的光斑进行纠正。
这样的三维聚光结构，具有明显的优点：
1、结构简单，成本低，性能好。它和跟踪聚光相比，没有活动机件，省去了复杂高成本的跟踪系统；并降低了聚光器的加工难度，因为跟踪聚光对抛物线的精度要求很高，而三维聚光则是近似抛物线，不须对精度要求。加工工艺完全不同。因此，三维聚光可大幅度降低成本并提高可靠性，实现了经济实用的聚光集热。所以它适用于工程热水及家用热水器的集热供热。而跟踪聚光高成本多故障，而不适合用作家用热水器的集热。
2、温度高，升温快，集热量大，它可在短时间内到100℃。它和平板集热器相比，由于它上方有保温层，克服了平板集热器大面积的上下对流式散热，因此它具有更良好的集热效果。
3、具有突出的经济效益和社会效益。在常规能源的资源性危机日益显露以及环境污染的问题越来越突出的今天，太阳能作这一种环保的新能源，有着更迫切的要求，所以本发明适应了太阳能技术更新的发展与更高的要求。
附图说明
图1是实施例一的结构示意图；
图2是实施例二的结构示意图。
具体实施方式
实施例一
参见图1，本实施例为曲-平面式聚光集热器，即卧式聚光器采用曲面形式，立式聚光器采用平面形式。它由吸热体1、立式聚光盘2、卧式聚光盘3、模架4及连接件组成。吸热体1最优的方案是采用集热箱，两面是玻璃，边框夹有保温层；其板芯以平板集热器的方式制作；两端设四个接管；集热箱的长度与卧式聚光盘3一致、它的高度为卧式聚光盘3高度的一倍，宽度取8cm。模架4是确定卧式聚光盘3平移抛物面的模型支架，卧式聚光盘3前后装有两个模架。模架4是参照抛物线的几个点制作，参照的抛物线为x2＝100y，取其焦平面以下的线段作为聚光盘的曲面形状，其焦平面的宽度为100cm，焦点的高度为25cm，所以卧式聚光盘3及其模架4的开口宽度为100cm，高度为25cm，两边的入角为45°。为了获得更好的聚光效果，可对抛物线作宽焦处理，即把卧式聚光盘3高度的中间部分加宽、降低，使卧式聚光盘3下半部分的光斑往上移，而上半部分的光斑往下移，光线交叉后以一定的宽度落在集热箱接收板上，这样可以增加接收光斑的时间。所以模架4及卧式聚光盘3的宽度和高度都是根据所选的抛物线来确定。立式聚光盘2为平面，其宽度与卧式聚光盘3一致，高度应高出集热箱高度10～30cm。模架可采用角钢焊接而成。集热箱与模架4及立式聚光盘2连接成一体。安装接管时使用北端的两个接口，南端的管口供清洗用。集热体还可以用真空管排成，但这个方案存在间隔漏失，即部分光斑在间隔处接收不到。聚光盘的材料可用0.3～0.5mm厚的磨光不锈钢板，也可以用镀锌板帖镀铝绦纶薄膜的方式。
实施例二
参见图2，本实施例为双曲面式聚光集热器，即卧式聚光器和立式聚光器均为曲面式。它也是由吸热体、立式聚光器、卧式聚光器、模架及连接件组成。制造方法、结构与实施例一类同，为了增加集热的效果，它的立式聚光器采用平移抛物曲面结构，立式聚光器的下部加工成与卧式聚光器相应的曲线，两聚光器用三角形联件连接。
当然，这里仅列举了两种实施方式，其他等同、类同的构造均应属于本发明的保护范围，不再赘述。

Claims (5)

1、太阳能三维聚光集热器，包括有支承用的模架、反射太阳光的聚光器、接受聚光器产生光斑的吸热体，其特征在于：聚光器至少有两个，即卧式聚光器和立式聚光器，卧式聚光器轴线沿南北向放置于模架上，其北向端的垂直方向上连接有立式聚光器，双面板式吸热体沿卧式聚光器的轴线方向垂直置于卧式聚光器中央，且吸热体的北向端还与立式聚光器垂直连接。
2、根据权利要求1所述的聚光集热器，其特征是卧式聚光器的反射面为平移抛物面。
3、根据权利要求1或2所述的聚光集热器，其特征是立式聚光器的反射面为平面。
4、根据权利要求1或2所述的聚光集热器，其特征是立式聚光器的反射面为平移抛物面。
5、根据权利要求2所述的聚光集热器，其特征是双面板式吸热体的高度应为卧式聚光器最大宽度的二分之一。
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