CN201779879U - 一种平板聚光集热器 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了太阳能热利用装置领域内的一种平板聚光集热器，包括框架、底板和玻璃盖板，底板上设有保温层，框架内设有出水集管和进水集管，所述出水集管和进水集管之间经带吸热翅片的集热管相连通，集热管及其吸热翅片表面设有太阳能吸热涂层，所述玻璃盖板设置在框架外侧面，进水集管的一端设有进水口，出水集管的另一端设有出水口，在集热管与保温底板之间设有聚光反射板，所述聚光反射板的反射面形状为一槽形空间曲面，所述槽形空间曲面的截线由至少三段抛物线接续组成。抛物线段可最大限度地将太阳热能汇聚到集热管表面，其集热效率较高，该装置可采用多组集热管串联、并联等方式组成大小不同形式的太阳能集热器。

Description

一种平板聚光集热器
技术领域
本实用新型涉及一种太阳能热利用装置，特别涉及一种集热器。
背景技术
现有技术中，有一种平板集热器，包括框架、底板和玻璃盖板，底板上设有保温层，框架内设有出水集管和进水集管，所述出水集管和进水集管之间经带吸热翅片的集热管相连通，集热管及其吸热翅片表面设有太阳能吸热涂层，所述玻璃盖板设置在框架外侧面，进水集管的一端设有进水口，出水集管的另一端设有出水口，其不足之处在于：对于光线较弱的天气，其集热效果较差；有的虽然增加了聚光板进行聚光，但其聚光板的形状不是最佳，聚光效果尚未达到理想程度。
实用新型内容
本实用新型针对现有技术的缺陷，提出一种平板聚光集热器，使其吸热效率提高。
为实现上述目标，本实用新型的技术方案如下：一种平板聚光集热器，包括框架、底板和玻璃盖板，底板上设有保温层，框架内设有出水集管和进水集管，所述出水集管和进水集管之间经带吸热翅片的集热管相连通，集热管及其吸热翅片表面设有太阳能吸热涂层，所述玻璃盖板设置在框架外侧面，进水集管的一端设有进水口，出水集管的另一端设有出水口，在集热管与保温底板之间设有聚光反射板，所述聚光反射板的反射面形状为一槽形空间曲面，该槽形空间曲面的横截线由三段以上顺序相连的抛物线L0、L1、L2……Li组成，各抛物线的焦点均位于平面极坐标系的极点，各段抛物线Li满足下列方程：
Figure BSA00000258613600021
其中，i＝0，1，2，3，4，5.....；
ρ为抛物线上的点到极点的距离即极径；
Pi为抛物线的焦参数，为相应抛物线的顶点至焦点距离的二倍；
θ为极坐标系中抛物线上的点的极角或幅角，90°＜θ≤270°；
Figure BSA00000258613600022
为抛物线轴的偏转角，指抛物线轴以极点为中心沿逆时针方向旋转的角；
L1与L0的交点A1(ρ1，θ1)
L2与L1的交点A2(ρ2，θ2)
Li与Li-1的交点Ai(ρi，θi)
抛物线L0的轴与平面极坐标系的极轴的垂线间的夹角为0，此时，抛物线L0未旋转，旋转角
Figure BSA00000258613600023
为0；
抛物线L1的轴相对L0的轴沿逆时针方向旋转，旋转中心为平面极坐标系的极点，旋转的角度为
Figure BSA00000258613600024
称偏转角为
Figure BSA00000258613600025
抛物线L2    旋转的角度为
抛物线Li    旋转的角度为
Figure BSA00000258613600027
相邻抛物线的焦参数P值满足下列方程：
Figure BSA00000258613600028
其中：i＝0，1，2，3……
Figure BSA00000258613600029
曲线上任意一点Ai(ρi，θi)对于集热聚焦圆的张角为2βi，βi为正；
仅在平面极坐标系的极轴的过点Ai处的垂线的同一侧有入射光线到达Ai点时，在Ai处的入射光线相对于平面极坐标系的极轴的过点Ai处的垂线的最大偏转角为ωi，入射光线相对于平面极坐标系的极轴的过点Ai处的垂线的最小偏转角为αi；
在平面极坐标系的极轴的过点Ai处的垂线的两侧有入射光线到达Ai点时，在Ai处的左侧入射光线相对于平面极坐标系的极轴的过点Ai处的垂线的最大偏转角为ωi，右侧入射光线相对于平面极坐标系的极轴的过点Ai处的垂线的最大偏转角为αi；
令相对于平面极坐标系的极轴的过点Ai处的垂线的偏转角αi为逆时针时为正值；相对于平面极坐标系的极轴的过点Ai处的垂线的偏转角αi为顺时针时为负值；
Figure BSA00000258613600031
仅在平面极坐标系的极轴的过点Ai处的垂线同一侧有入射光线到达Ai点时，偏转角αi为逆时针为正值，
Figure BSA00000258613600032
在平面极坐标系的极轴的过点Ai处的垂线两侧均有入射光线到达Ai点时，偏转角αi为顺时针为负值，
Figure BSA00000258613600033
空间曲面为所述截线沿其所在平面的垂线方向拉伸而成，所述极点拉伸成一直线，集热管的中心线沿该直线设置。
该装置工作时，从进水口进水，首先进入下循环集管中，再分流经过各集热管后上行，然后汇集到上循环集管，最后从出水口出水，水在经过集热管时，与集热管进行热交换，将吸收的太阳热能及时带走；该装置中，采用若干段参数精确的抛物线接续组成一个聚光反射板的截线，与任意一条抛物线轴相平行的太阳入射光线，均可汇聚到相应抛物线的焦点，由于设置在平面极坐标系极点处的集热管横截面为具有一定尺寸的圆，故与相应抛物线轴的夹角小于一定值的太阳入射光线均能被该抛物线段对应的反光面反射到集热管上，该聚光反射板汇聚中午前后一定时间范围内相对强的入射光线以获得相对于其它形状聚光反光面更佳的聚光效果，各抛物线段由于相距焦点的远近不同，故汇聚中午前后一定时间范围内的太阳光的时间长短及起始时间不一样，而在各抛物线段对应的反光面上所到达的太阳入射光线在其阳光强度相对强的那一整段时间内全部反射汇聚到集热管表面，其集热效率较高，该装置可采用多组集热管串联、并联等方式组成大小不同形式的太阳能集热器。
作为本实用新型的进一步改进，所述进水集管和出水集管水平设置，集热管直立设置；槽形空间曲面的横断面线为以所述截线以所在平面极坐标系中过极点的极轴的垂线为对称轴的对称曲线。该技术方案使本装置能应用于屋顶的倾斜坡面。还可以将所述进水集管和出水集管直立设置，集热管水平设置；使该装置能设置在阳台外侧。
为尽量多地吸收太阳热能，所述集热管所带吸热翅片为间隔设置的至少为3片。
附图说明
图1为本实用新型结构示意图；
图2为图1的A-A向视图；
图3为图1的B-B断面图；
图4、图5为空间曲线的截线形成原理图；
图6为空间曲线的截线结构示意图。
图中：1出水集管，2框架，3出水口，4集热管，5吸热翅片，6进水集管，7进水口，8聚光反射板，9玻璃盖板，10保温层，11底板。
具体实施方式
如图1所示，为一种平板聚光集热器，包括框架2、底板11和玻璃盖板9，底板11上设有保温层10，框架2内设有出水集管1和进水集管6，所述出水集管1和进水集管6之间经带吸热翅片5的集热管4相连通，吸热翅片5为间隔设置的3片，可在集热管4圆周方向上均布，也可非均匀设置，吸热翅片5也可为3片以上的更多片，集热管4及其吸热翅片5表面设有太阳能吸热涂层，玻璃盖板9设置在框架2外侧面，进水集管6的一端设有进水口7，出水集管1的另一端设有出水口3，在集热管4与保温底板11之间设有聚光反射板8，所述聚光反射板8的反射面形状为一槽形空间曲面，该槽形空间曲面的横截线由三段以上顺序相连的抛物线L0、L1、L2……Li组成，其形成可如图4、5所示，各抛物线的焦点均位于平面极坐标系的极点，各段抛物线Li满足下列方程：
其中，i＝0，1，2，3，4，5......；
ρ为抛物线上的点到极点的距离即极径；
Pi为抛物线的焦参数，为相应抛物线的顶点至焦点距离的二倍；
θ为极坐标系中抛物线上的点的极角或幅角，90°＜θ≤270°；
Figure BSA00000258613600052
为抛物线轴的偏转角，指抛物线轴以极点为中心沿逆时针方向旋转的角；
L1与L0的交点A1(ρ1，θ1)
L2与L1的交点A2(ρ2，θ2)
Li与Li-1的交点Ai(ρi，θi)
抛物线L0的轴与平面极坐标系的极轴的垂线间的夹角为0，此时，抛物线L0未旋转，旋转角
Figure BSA00000258613600053
为0；
抛物线L1的轴相对L0的轴沿逆时针方向旋转，旋转中心为平面极坐标系的极点，旋转的角度为
Figure BSA00000258613600054
称偏转角为
抛物线L2    旋转的角度为
Figure BSA00000258613600056
抛物线Li    旋转的角度为
Figure BSA00000258613600057
相邻抛物线的焦参数P值满足下列方程：
其中：i＝0，1，2，3……
Figure BSA00000258613600059
Figure BSA000002586136000510
曲线上任意一点Ai(ρi，θi)对于集热聚焦圆的张角为2βi，βi为正；
仅在平面极坐标系的极轴的过点Ai处的垂线的同一侧有入射光线到达Ai点时，在Ai处的入射光线相对于平面极坐标系的极轴的过点Ai处的垂线的最大偏转角为ωi，入射光线相对于平面极坐标系的极轴的过点Ai处的垂线的最小偏转角为αi；
在平面极坐标系的极轴的过点Ai处的垂线的两侧有入射光线到达Ai点时，在Ai处的左侧入射光线相对于平面极坐标系的极轴的过点Ai处的垂线的最大偏转角为ωi，右侧入射光线相对于平面极坐标系的极轴的过点Ai处的垂线的最大偏转角为αi；
令相对于平面极坐标系的极轴的过点Ai处的垂线的偏转角αi为逆时针时为正值；相对于平面极坐标系的极轴的过点Ai处的垂线的偏转角αi为顺时针时为负值；
仅在平面极坐标系的极轴的过点Ai处的垂线同一侧有入射光线到达Ai点时，偏转角αi为逆时针为正值，
Figure BSA00000258613600062
在平面极坐标系的极轴的过点Ai处的垂线两侧均有入射光线到达Ai点时，偏转角αi为顺时针为负值，
Figure BSA00000258613600063
形成后的截线可如图6所示。
空间曲面为所述截线沿其所在平面的垂直方向拉伸而成，所述极点拉伸成一直线，集热管4的中心线沿该直线设置。
该装置可横向设置或纵向设置，其纵向设置时，所述进水集管6和出水集管1水平设置，集热管4直立设置；槽形空间曲面的横断面线为以所述截线以所在平面极坐标系中过极点的极轴的垂线为对称轴的对称曲线。横向设置时，所述进水集管6和出水集管1直立设置，集热管4水平设置，聚光反射板8的横截线为满足上述方程的曲线。
除上述实施例外，本实用新型还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本实用新型要求的保护范围内。

Claims (4)

1.一种平板聚光集热器，包括框架、底板和玻璃盖板，底板上设有保温层，框架内设有出水集管和进水集管，所述出水集管和进水集管之间经带吸热翅片的集热管相连通，集热管及其吸热翅片表面设有太阳能吸热涂层，所述玻璃盖板设置在框架外侧面，进水集管的一端设有进水口，出水集管的另一端设有出水口，其特征在于：在集热管与保温底板之间设有聚光反射板，所述聚光反射板的反射面形状为一槽形空间曲面，该槽形空间曲面的横截线由三段以上顺序相连的抛物线L0、L1、L2……Li组成，各抛物线的焦点均位于平面极坐标系的极点，各段抛物线Li满足下列方程：
Figure FSA00000258613500011
其中，i＝0，1，2，3，4，5......；
ρ为抛物线上的点到极点的距离即极径；
Pi为抛物线的焦参数，为相应抛物线的顶点至焦点距离的二倍；
θ为极坐标系中抛物线上的点的极角或幅角，90°＜θ≤270°；
为抛物线轴的偏转角，指抛物线轴以极点为中心沿逆时针方向旋转的角；
L1与L0的交点A1(ρ1，θ1)
L2与L1的交点A2(ρ2，θ2)
Li与Li-1的交点Ai(ρi，θi)
抛物线L0的轴与平面极坐标系的极轴的垂线间的夹角为0，此时，抛物线L0未旋转，旋转角为0；
抛物线L1的轴相对L0的轴沿逆时针方向旋转，旋转中心为平面极坐标系的极点，旋转的角度为称偏转角为
Figure FSA00000258613500015
抛物线L2    旋转的角度为
Figure FSA00000258613500016
抛物线Li    旋转的角度为
相邻抛物线的焦参数P值满足下列方程：
Figure FSA00000258613500021
其中：i＝0，1，2，3……
Figure FSA00000258613500022
Figure FSA00000258613500023
曲线上任意一点Ai(ρi，θi)对于集热聚焦圆的张角为2βi，βi为正；
仅在平面极坐标系的极轴的过点Ai处的垂线的同一侧有入射光线到达Ai点时，在Ai处的入射光线相对于平面极坐标系的极轴的过点Ai处的垂线的最大偏转角为ωi，入射光线相对于平面极坐标系的极轴的过点Ai处的垂线的最小偏转角为αi；
在平面极坐标系的极轴的过点Ai处的垂线的两侧有入射光线到达Ai点时，在Ai处的左侧入射光线相对于平面极坐标系的极轴的过点Ai处的垂线的最大偏转角为ωi，右侧入射光线相对于平面极坐标系的极轴的过点Ai处的垂线的最大偏转角为αi；
令相对于平面极坐标系的极轴的过点Ai处的垂线的偏转角αi为逆时针时为正值；相对于平面极坐标系的极轴的过点Ai处的垂线的偏转角αi为顺时针时为负值；
Figure FSA00000258613500024
仅在平面极坐标系的极轴的过点Ai处的垂线同一侧有入射光线到达Ai点时，偏转角αi为逆时针为正值，
Figure FSA00000258613500025
在平面极坐标系的极轴的过点Ai处的垂线两侧均有入射光线到达Ai点时，偏转角αi为顺时针为负值，
Figure FSA00000258613500026
空间曲面为所述截线沿其所在平面的垂直方向拉伸而成，所述极点拉伸成一直线，集热管的中心线沿该直线设置。
2.根据权利要求1所述的太阳能聚光集热器，其特征在于：所述进水集管和出水集管水平设置，集热管直立设置；槽形空间曲面的横断面线为以所述截线以所在平面极坐标系中过极点的极轴的垂线为对称轴的对称曲线。
3.根据权利要求1所述的太阳能聚光集热器，其特征在于：所述进水集管和出水集管直立设置，集热管水平设置。
4.根据权利要求1所述的平板聚光集热器，其特征在于：集热管所带吸热翅片为间隔设置的至少为3片。
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