CN2420581Y - 全玻真空太阳能集热管的聚光装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种全玻真空太阳能集热管的聚光装置,以其聚光板6的横截面呈欧米加“ω”状为其主要特征,其右侧型面由渐开线、椭圆族外包络线和抛物线族外包络线所构成,而其左侧型面曲线则以O－O为对称轴,与右侧面曲线相对称。本实用新型具有聚光集热效果好,在相同条件下,可以缩减太阳能热水器集热管的根数,从而降低制造成本。在变更装置连接件及结构形式后,同样适合于太阳灶、太阳能开水器应用。

Description

全玻真空太阳能集热管的聚光装置

本实用新型属于太阳能应用技术领域，具体涉及全玻真空太阳能集热管的聚光装置。

在现有的技术中，常用的全玻真空太阳能集热管的聚光装置，多为平板形，也有抛物线形的。这样的聚光装置，对光辐射的聚焦效果都不理想。以断面为抛物线形的聚光装置为例，处在平行光束下的集热管不可避免地要产生盲区。且每当寒来暑往，季节变化时，太阳光进入聚光装置入射角相差很大，因而附属的自动或手动的跟踪机构的采用，使其结构复杂，制造成本上升。外界的散射光能否聚焦，是人们尤为关心的问题。而要想提高多云或阴雨天气之光热能转换效率的问题，则更需要研究解决。

本实用新型的目的，在于提供一种处在平行光束下集热管不会产生盲区；能适合不同太阳光入射角的，而毋需加装太阳跟踪装置的；能有效实现散射光聚焦的；多云或阴雨天气光热能转换效率均较高的全玻真空太阳能集热管的聚光装置，以克服已有技术的不足。

实现本实用新型的目的所采取的技术方案如下：它同已有的聚光装置一样，由聚光板、左右侧板以及装置连接件支座、压板、定位角铁等组成，而所说的聚光板的横截面呈欧米加“ω”状，且所说的聚光板的“ω”状的内型面，为有规则的曲线。其右侧面曲线与左侧面曲线相对称。根据具体情况，也可以不相对称。

而所说的内型面曲线，可以是渐开线，也可以是椭圆族外包络线，也可以是抛物线族外包络线，或由两种或两种以上的曲线所组成，而本实用新型优选的是，其右侧面曲线的S₀P₁段为渐开线，P₁P₂段为椭圆族外包络线，P₂P₃段为抛物线族外包络线，而其左侧面曲线以O-O为对称轴，与右侧面曲线相对称。

在不影响实用效果的基础上，为了制作方便，降低制造成本，本实用新型的内型面曲线之左、右侧可以不相对称，即其内型面右侧曲线构成如同以上所述，而其内型面左侧曲线由渐开线S₀P₁’段，椭圆族外包络线P₁’P₂’段和直线段P₂’P₃’段所构成。

考虑到集光聚焦效果的有效增强，本实用新型的进一步的改进点还在于，所说的P₂’P₃’直线段，与过P₂’的切线两者之间设有一个倾角。

本实用新型优选的直线P₂’P₃’段，与过P₂’的切线两者之间所设有的倾角为3°。

本实用新型通过上述改进，基本解决了已有技术的不足。它可以使由不同角度进入聚光装置型面的平行光(直射)或散射光，经一次或多次反射，都能聚集到一个指定的圆柱面上，也就是全玻真空太阳能集热管的内管壁涂层上，从而可以将太阳直射和散射的全部辐射能，尽可能地转变成集热管内的水的热能。因此，使用本实用新型可以根据需要，取得180℃的饱和蒸汽或沸腾水或生活用水。也就是说，本实用新型不但可以应用于太阳能热水器，在改变装置连接件结构形式后，也可以应用于太阳灶和太阳能开水器。与此同时，当其它条件相同，在太阳能热水器上，使用本实用新型与平板型聚光装置相比，可减少集热管40％～50％，从而有效地减少了太阳能热水器集热管的根数，降低了生产制造成本。

以下结合附图和实施例，对本实用新型作进一步说明。

图1为本实用新型的轴测简示图。

图2为图1的“ω”状聚光板的A-A剖视示意图。

图3为本实用新型的“ω”状聚光板的内型面曲线构作原理图。

请参见图1、2和3，本实用新型由10个聚光板6、左侧板2和右侧板5以及装置连接件支座1、压板3、定位角铁4等构成。左侧板2和右侧板5分别固装有2只支座1，左右各11只压块3紧压在聚光板6的两端沿口上。定位角块4与左、右侧板紧固成一体，其上平面支撑着聚光板6的底部，它既起到聚光板6的定位作用，又增强了左、右侧板自身的刚性。相邻的两聚光板6间，靠扣压弯边7相连。左侧板2和右侧板5上所设的相互对应的圆孔8，用以装设全玻真空太阳能集热管。支座l将整个本实用新型与太阳能热水器的框架固定在一起。上述结构可以保证太阳能集热管与聚光板6有相对正确的位置，也就是保证太阳能集热管的内管壁吸收涂层圆柱面，和聚光板曲面设计的基圆圆柱面相重合。

本实用新型的聚光板6的型面曲线的构作原理，请参见图3。图中，基圆S的直径为φ37毫米，这符合清华大学所生产的全玻真空太阳能集热管内壁尺寸。

S₀P₁是基圆S的渐开线，r₁=S₁S₀。

选定P_l，向基圆S作切线，切点S₁；延长P₁S₁至P₃’，P₃’是对称轴O-O所对称图形上的一点。

以P₃’为一个焦点。而另一个焦点则在基圆S上移动，这样所形成的椭圆族，其外包络线为曲线段P₁P₂，

ds=d(l+r) $S_2{S}_1={\∫}_{{\mathrm{\ρ}}_1}^{{\mathrm{\ρ}}_2}d(l+r)$

当抛物线焦点沿基圆S上从S₂向S₃移动时。可以得到抛物线族外包络线P₂P₃。

L_k+r_k=l₂+r₂+S_kS₂

其中，光辐射的入射窗口为P₃P₃’。

以O-O对称轴言。左侧图形可与右侧图形相同，也可以被“裁剪”去一部分。本实用新型优选采用其右侧型面由渐开线S₀P₁段、椭圆族外包络线P₁P₂段和抛物线族外包络线P₂P₃段所组成，而左侧型面由渐开线S₀P₁’段、椭圆族外包络线P₁’P₂’段和直线P₂’P₃’段所组成。

直线P₂’P₃’段与过P₂’的切线两者之间的倾角为3°。

聚光板6优选采用0.8毫米厚的不锈钢板制作，其型面应抛光成镜面，表面粗糙度为0.1微米。当然，也可以采用相应厚度的合金铝板制作。

本实用新型的实验例如下：

实验例之一，以上海地区为例，其太阳辐射能为2.5兆焦/平方米时，当太阳光集热装置投影面积为4平方米，聚光系数为4时，可产生过热蒸汽，其温度可达120℃，饱和蒸汽的蒸汽量为1.2公斤/时。

实验例之二，当其他条件相同，使用本实用新型与平板型聚光装置相比，可减少集热管40％至50％。例如，在16根集热管的平板型太阳能热水器上，当使用本实用新型时，只需8～10根集热管即可。

实验例之三，当集热管南北方向斜置，从上午9点到下午2点，辐射能最大限度得到聚焦；其余时间以及阴雨、多雾等不良天气，可比已有聚光装置聚集到较多的辐射能量。

实验例之四，当集热管东西方向放置，则在我国版图上，不管春夏秋冬都可以聚焦到较多的辐射能量，而不再需要任何太阳跟踪装置。

实施例证明，本实用新型与已有技术相比较，具有实质性的特点和显著的进步。

本实用新型的应用范围，不受本说明书描述的限制。

Claims (5)

1、一种特别适合于太阳能热水器的全玻真空太阳能集热管的聚光装置，由聚光板(6)、左侧板(2)和右侧板(5)以及装置连接件支座(1)、压板(3)、定位角铁(4)等组成，其特征在于，所说的聚光板(6)的横截面呈欧米加“ω”状，且所说的聚光板(6)的“ω”状的内型面，为有规则的曲线。

2、根据权利要求1所述的全玻真空太阳能集热管的聚光装置，其特征在于，所说的聚光板(6)的“ω”状的内型面，其右侧面曲线的S₀P₁段为渐开线，P₁P₂段为椭圆族外包络线，P₂P₃段为抛物线族外包络线，而其左侧型面曲线以O-O为对称轴，与右侧面曲线相对称。

3、根据权利要求1所述的全玻真空太阳能集热管的聚光装置，其特征在于，所说的聚光板(6)的“ω”状的内型面，其右侧面曲线SOP₁段为渐开线，P₁P₂段为椭圆族外包络线，P₂P₃段为抛物线族外包络线，而其左侧面的SOP₁’段为渐开线，P₁’P₂’为椭圆族外包络线，P₂’P₃’段为直线。

4、根据权利要求3所述的全玻真空太阳能集热管的聚光装置，其特征在于，所说的P₂’P₃’直线段与过P₂’点的切线两者之间设有倾角。

5、根据权利要求4所述的全玻真空太阳能集热管的聚光装置，其特征在于，所说的P₂’P₃’直线段与过P₂’点的切线两者之间所设的倾角为3°。

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