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CN105423573A - 一种向下反射的太阳能聚焦集热装置 - Google Patents

一种向下反射的太阳能聚焦集热装置 Download PDF

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CN105423573A CN201510757093.7A CN201510757093A CN105423573A CN 105423573 A CN105423573 A CN 105423573A CN 201510757093 A CN201510757093 A CN 201510757093A CN 105423573 A CN105423573 A CN 105423573A
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Abstract

本发明提出一种向下反射的太阳能聚焦集热装置，包括：旋转抛物面镜(1)、带透射孔的旋转抛物面定日镜(2)、柱面镜(3)、复合抛物面镜(4)、太阳光接收器(5)和支撑架(6)；旋转抛物面镜(1)被倒置并放置于带透射孔的旋转抛物面定日镜(2)的上面，柱面镜(3)、复合抛物面镜(4)和太阳光接收器(5)被放置于带透射孔的旋转抛物面定日镜(2)的透射孔(201)的正下方；在工作中，太阳光被带透射孔的旋转抛物面定日镜(2)反射到倒置的旋转抛物面镜(1)上，然后被其向下反射成平行光束经过带透射孔(201)到达其正下方的复合抛物面镜(4)上，最后被反射到太阳能集热器(5)上，实现太阳光的向下聚焦反射。

Description

一种向下反射的太阳能聚焦集热装置
技术领域
本发明属于太阳能利用技术领域，尤其涉及一种向下反射的太阳能聚焦集热装置。
背景技术
太阳能具有清洁无污染、可以随地取用、取之不尽用之不竭的优点，因而太阳能的开发、利用和转换已成为人们关注的热点；在太阳能的利用技术中，光热转换技术应用广泛，它是将太阳辐射能转换成热能并加以利用；目前太阳能低温热利用发展很快，如太阳能热水器；而太阳能高温热利用技术更具有非常广阔的应用前景，如太阳能热发电、高温加热，因此研究新型太阳能高温集热装置对于提高太阳能利用水平具有重要的意义。
现有的碟式太阳能聚焦集热装置是利用旋转抛物面镜，将太阳光聚焦在其焦点上，太阳光接收器被放置在旋转抛物面镜的焦点上进行吸热；然而碟式太阳能集热装置存在以下不足：由于碟式太阳能集热装置中的太阳光接收器被放置于旋转抛物面镜的焦点上，太阳光接收器需要跟随旋转抛物面镜一起转动以跟踪太阳，因而储热难度大。
现有文献(专利号：ZL201210016607.X)提出了一种反射塔底的太阳能聚焦高温集热装置，该装置由多台定日镜将太阳光聚焦反射到反射塔的塔顶，再由旋转抛物面镜、锥面镜、倒置复合抛物面镜、柱面镜和复合抛物面镜将太阳光由塔顶再次反射到塔底的太阳光接收器上，实现在塔底进行集热、储热和换热；然而该装置结构复杂，占地面积大，适用于大规模集热。
发明内容
本发明为了解决上述问题，提出了一种向下反射的太阳能聚焦集热装置，该装置由旋转抛物面镜(1)、带透射孔的旋转抛物面定日镜(2)、柱面镜(3)、复合抛物面镜(4)、太阳光接收器(5)和支撑架(6)组成；太阳光被带透射孔的旋转抛物面定日镜(2)聚焦反射到倒置的旋转抛物面镜(1)上，再由旋转抛物面镜(1)将太阳光反射成竖直向下的平行光束，平行光束穿过带透射孔的旋转抛物面定日镜(2)上直径为D的透射孔(201)到达其正下方的复合抛物面镜(4)上，复合抛物面镜(4)再将平行光束聚焦反射到太阳光接收器(5)上，实现太阳光在地面进行聚焦集热，同时储热和换热也能在地面进行，这样能够简化结构、降低动力消耗、减小热损失、简化流程、有利于高温储热，适用于太阳能热发电、高温加热的应用场合。
上述所提出的一种向下反射的太阳能聚焦集热装置的特点是：被带透射孔的旋转抛物面定日镜(2)反射到旋转抛物面镜(1)上的太阳光被旋转抛物面镜(1)向下反射穿过带透射孔的旋转抛物面定日镜(2)上的直径为D的透射孔(201)，到达其下方的复合抛物面镜(4)上，再被复合抛物面镜(4)反射到太阳光接收器(5)上，实现集热、储热和换热都能在地面进行，具有结构简单、容易实施、安全可靠的优点，而且在地面进行集热，能够节省动力消耗。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
旋转抛物面镜(1)被倒置放置于带透射孔的旋转抛物面定日镜(2)的上面，且使旋转抛物面镜(1)的中心旋转轴竖直向下，旋转抛物面镜(1)和带透射孔的旋转抛物面定日镜(2)的焦点重合；柱面镜(3)、复合抛物面镜(4)和太阳光接收器(5)被放置于带透射孔的旋转抛物面定日镜(2)的透射孔(201)的正下方；旋转抛物面镜(1)、带透射孔的旋转抛物面定日镜(2)、柱面镜(3)、复合抛物面镜(4)和太阳光接收器(5)固定于支撑架(6)上，并可随支撑架(6)一同转动；工作中带透射孔的旋转抛物面定日镜(2)将太阳光聚焦反射到其上方的旋转抛物面镜(1)上，所反射的太阳光都指向带透射孔的旋转抛物面定日镜(2)上方的一固定点，该固定点即为带透射孔的旋转抛物面定日镜(2)与旋转抛物面镜(1)的公共焦点A；旋转抛物面镜(1)将太阳光反射成竖直向下的平行光束，平行光束穿过带透射孔的旋转抛物面定日镜(2)上的直径为D的透射孔(201)，到达其下方的复合抛物面镜(4)上，复合抛物面镜(4)将平行光束聚焦反射到太阳光接收器(5)上，实现太阳光的聚焦集热。
整个光路的传播过程是：太阳光被带透射孔的旋转抛物面定日镜(2)反射经过旋转抛物面镜(1)和带透射孔的旋转抛物面定日镜(2)的共同焦点A，到达倒置的旋转抛物面镜(1)上，然后被旋转抛物面镜(1)向下反射成平行光束穿过带透射孔的旋转抛物面定日镜(2)的透射孔(201)，到达其正下方的复合抛物面镜(4)上，最后被复合抛物面镜(4)将平行光束聚焦反射到太阳能集热器(5)上，实现太阳光的向下聚焦反射。
本发明的有益效果为：
太阳光接收器(5)被放置于带透射孔的旋转抛物面定日镜(2)下方的地面上，被加热介质无需被泵送到带透射孔的旋转抛物面定日镜(2)的上方进行吸热，因此可降低动力消耗，减少集热损失，简化传热流程，降低成本，提高可靠性；同时集热、储热和换热都能在地面进行，有利于高温储热和减小热损失。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明。
图1是所提出的向下反射的太阳能聚焦集热装置的光路图。
图2是带透射孔的旋转抛物面定日镜(2)的透射孔(201)的位置图。
图3是所提出的向下反射的太阳能聚焦集热装置组成图。
图中：(1)—旋转抛物面镜；(2)—带透射孔(201)的旋转抛物面定日镜；(3)—柱面镜；(4)—复合抛物面镜；(5)—太阳光接收器；(6)—支撑架；(201)—透射孔(201)；A—带透射孔的旋转抛物面定日镜(2)与旋转抛物面镜(1)的公共焦点；D—透射孔(201)的直径。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，是所提出的一种向下反射的太阳能聚焦集热装置图，包括旋转抛物面镜(1)、带透射孔的旋转抛物面定日镜(2)、柱面镜(3)、复合抛物面镜(4)、太阳光接收器(5)和支撑架(6)；旋转抛物面镜(1)被倒置放置于带透射孔的旋转抛物面定日镜(2)的上面，使旋转抛物面镜(1)的中心旋转轴竖直向下，使旋转抛物面镜(1)和带透射孔的旋转抛物面定日镜(2)的焦点重合；柱面镜(3)、复合抛物面镜(4)和太阳光接收器(5)被放置于带透射孔的旋转抛物面定日镜(2)的透射孔(201)的正下方；旋转抛物面镜(1)、带透射孔的旋转抛物面定日镜(2)、柱面镜(3)、复合抛物面镜(4)和太阳光接收器(5)固定于支撑架(6)上，并可随支撑架(6)一同转动；在工作中，太阳光被带透射孔的旋转抛物面定日镜(2)反射，经过旋转抛物面镜(1)和带透射孔的旋转抛物面定日镜(2)的共同焦点A，到达倒置的旋转抛物面镜(1)上，然后被旋转抛物面镜(1)向下反射成平行光束，穿过带透射孔的旋转抛物面定日镜(2)上的透射孔(201)，到达其正下方的复合抛物面镜(4)上，最后被复合抛物面镜(4)将平行光束聚焦反射到太阳能集器(5)上，实现太阳光的向下聚焦反射。
如图2所示，是带透射孔的旋转抛物面定日镜(2)的透射孔(201)的位置图，图(a)中带透射孔的旋转抛物面定日镜(2)上的透射孔(201)的位置和直径D的大小，由旋转抛物面镜(1)和带透射孔的旋转抛物面定日镜(2)之间的位置确定，可通过图(b)所示的作图方式确定；其设计方法是：在带透射孔的旋转抛物面定日镜(2)的镜面边缘处作太阳光线，经过旋转抛物面镜(1)将太阳光线再次反射到带透射孔的旋转抛物面定日镜(2)上，所反射在带透射孔的旋转抛物面定日镜(2)上的太阳光线的所在位置，都包含在透射孔(201)的范围内，都可以穿过透射孔(201)，由此确定了透射孔(201)的位置和直径D的大小；因而带透射孔的旋转抛物面定日镜(2)所反射的全部光线，经过旋转抛物面镜(1)向下反射后，都可穿过透射孔(201)继续向下反射。
如图3所示，以旋转抛物面镜(1)的顶点为原点，建立直角坐标系，旋转抛物面镜(1)、带透射孔的旋转抛物面定日镜(2)和复合抛物面镜(4)的曲面方程如下：
旋转抛物面镜(1)的曲面方程为：焦点
带透射孔的旋转抛物面定日镜(2)的曲面方程为：
复合抛物面镜(4)的曲面方程为：
以上：A1、A2均为大于0的常数；B2、B3—为长度，m。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可作出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (3)

1.一种向下反射的太阳能聚焦集热装置，包括旋转抛物面镜(1)、带透射孔的旋转抛物面定日镜(2)、柱面镜(3)、复合抛物面镜(4)、太阳光接收器(5)和支撑架(6)；其特征是：旋转抛物面镜(1)被倒置放置于带透射孔的旋转抛物面定日镜(2)的上面，使旋转抛物面镜(1)的中心旋转轴竖直向下，使旋转抛物面镜(1)和带透射孔的旋转抛物面定日镜(2)的焦点重合；柱面镜(3)、复合抛物面镜(4)和太阳光接收器(5)被放置于带透射孔的旋转抛物面定日镜(2)的透射孔(201)的正下方；旋转抛物面镜(1)、带透射孔的旋转抛物面定日镜(2)、柱面镜(3)、复合抛物面镜(4)和太阳光接收器(5)固定于支撑架(6)上，并可随支撑架(6)一同转动。
2.根据权利要求1所述的一种向下反射的太阳能聚焦集热装置，其特征是：在工作中，太阳光被带透射孔的旋转抛物面定日镜(2)反射，经过旋转抛物面镜(1)和带透射孔的旋转抛物面定日镜(2)的共同焦点A，到达倒置的旋转抛物面镜(1)上，然后被旋转抛物面镜(1)向下反射成平行光束，穿过带透射孔的旋转抛物面定日镜(2)上的透射孔(201)到达其正下方的复合抛物面镜(4)上，最后被复合抛物面镜(4)将平行光束聚焦反射到太阳能集热器(5)上，实现太阳光的向下聚焦反射。
3.根据权利要求1所述的一种向下反射的太阳能聚焦集热装置，其特征是：带透射孔的旋转抛物面定日镜(2)上的透射孔(201)的位置和直径D的大小，由旋转抛物面镜(1)和带透射孔的旋转抛物面定日镜(2)之间的位置确定；其设计方法是：在带透射孔的旋转抛物面定日镜(2)的镜面边缘处作太阳光线，经过旋转抛物面镜(1)将太阳光线再次反射到带透射孔的旋转抛物面定日镜(2)上，所反射在带透射孔的旋转抛物面定日镜(2)上的太阳光线的所在位置，都包含在透射孔(201)的范围内，都可以穿过透射孔(201)，由此确定了透射孔(201)的位置和直径D的大小；
旋转抛物面镜(1)、带透射孔的旋转抛物面定日镜(2)和复合抛物面镜(4)的方程如下：
旋转抛物面镜(1)的曲面方程为：焦点
带透射孔的旋转抛物面定日镜(2)的曲面方程为：
复合抛物面镜(4)的曲面方程为：
以上：A1、A2均为大于0的常数；B2、B3—为长度，m。
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