CN106705457A - 一种菲涅尔太阳能聚光装置 - Google Patents
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Abstract
一种菲涅尔太阳能聚光装置，包括菲涅尔反射镜装置和支撑调形装置；所述菲涅尔反射镜装置包括多个微型菲涅尔反射镜；所述支撑调形装置包括调节方位角的平面盘、平面盘支撑装置以及调节菲涅尔反射镜俯仰角的支架组；所述调节菲涅尔反射镜俯仰角的支架组并排安装于所述调节方位角的平面盘的上；每一排的微型菲涅尔反射镜并排排列具有相同倾角；所有排菲涅尔反射镜共同排形成锯齿状且共焦点。追日装置通过控制平面盘的转动，调节微型菲涅尔反射镜的方位角，通过控制微型菲涅尔镜的支撑横杆来调节菲涅尔反射镜俯仰角，这样可以实现精确控制，太阳光直射到微型菲涅尔反射镜，微型菲涅尔反射镜将光热汇聚到聚热管上，聚热管吸收热量加热里面的工质，用于太阳能供电。
Description
技术领域
本发明属于太阳能热发电领域，特别涉及一种菲涅尔太阳能聚光装置。
技术背景
太阳能热发电技术是通过聚焦集热技术将太阳能收集起来转化为热能，再 利用产生高温高压蒸汽进而推动汽轮发电机发电。
反射式线性菲涅尔发电是目前太阳能热发电的四种形式之一，其工作原理是：通过众多平放的单轴转动的反射镜组成的矩形镜场，并自动跟踪太阳，然后将太阳光反射、聚集到平行于镜场高处的线性聚光器内，再通过镀膜钢管吸收太阳光，并将光能转化为热能，从而加热钢管内流动的工质，直接或间接产生高温高压蒸汽。
菲涅尔反射镜支撑装置是菲涅尔中高温集热器的重要组成部分，对集热器的整体的聚光集热效率起着至关重要的作用。由于菲涅尔式集热器的聚光吸收器的设计，特别要求其开口具有一定宽度，为了将反射镜的反射光全部聚集到吸收器内，同时提高整个集热器的反射效率，这就对反射镜装置提出了相应的技术要求。目前国外研发机构或公司在解决反射镜装置的问题上采用的方法为制作带弧度的反射镜。在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：
采用带弧度的反射镜，由于弧度较小，在制作过程中一致性较差， 而且由于反射镜处于不同的位置，其聚光的焦距是不一样的，不同的位置需采用不同弧度的反射镜，这样一来又就增加了制作弧度反射镜的复杂程度。因此，需要一种结构简单，制作运行成本低，易于大规模商业化生产和应用的菲涅尔太阳能聚光装置很有意义。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的问题，提供一种能有效降低运行成本、易于大规模商业化应用的菲涅尔太阳能聚光装置。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是：一种菲涅尔太阳能聚光装置，包括菲涅尔反射镜装置和支撑调形装置；所述菲涅尔反射镜装置包括多个微型菲涅尔反射镜；所述支撑调形装置包括调节方位角的平面盘、平面盘支撑装置以及调节菲涅尔反射镜俯仰角的支架组；所述调节菲涅尔反射镜俯仰角的支架组并排安装于所述调节方位角的平面盘的上；每个所述调节菲涅尔反射镜俯仰角的支架由调节菲涅尔反射镜的俯仰角的横杆和支撑横杆的多个支架组成，支架的顶端连接可以旋转的横杆，其底端固定在所述调节方位角的平面盘上；并排排列的调节菲涅尔反射镜俯仰角支架组的横杆上安装有多个微型菲涅尔反射镜，每一个调节菲涅尔反射镜俯仰角支架组横杆上的微型菲涅尔反射镜组成一个菲涅尔反射镜条，每一个菲涅尔反射镜条上的微型菲涅尔反射镜并排排列具有相同倾角；每个菲涅尔反射镜条具有不同倾角并排排列形成锯齿状且共焦点。
一种菲涅尔太阳能聚光装置，包括菲涅尔反射镜装置和支撑调形装置；其特征在于：所述菲涅尔反射镜装置包括多个微型菲涅尔反射镜；所述支撑调形装置包括调节方位角的平面盘、平面盘支撑装置以及数个调节微型菲涅尔反射镜俯仰角的支架；调节微型菲涅尔反射镜俯仰角的支架在调节方位角的平面盘上并排排列形成以平面盘中心对称的多个支架组，每一个支架组包含多个调节微型菲涅尔反射镜俯仰角的支架；调节微型菲涅尔反射镜俯仰角的支架由调节菲涅尔反射镜的俯仰角的横杆和支撑横杆的两个支架组成；支架的顶端连接支撑横杆，其底端固定在所述调节方位角的平面盘上；支撑横杆在支架上可以转动，每一个支架组中的横杆在一条线上，与相邻支架组中的横杆平行；所述微型菲涅尔反射镜安装于调节菲涅尔反射镜俯仰角的横杆上，每一个支架组中的横杆上安装的微型菲涅尔反射镜具有相同倾角，不同支架组中的横杆上安装的微型菲涅尔反射镜具有不同倾角，这样微型菲涅尔反射镜在不同支架组中的横杆上并排排列形成锯齿状且共焦点。
以上所述调节方位角的平面盘的底部设有若干组同心的光滑圆轨；所述平面盘支撑装置上设有与平面盘底部的若干组同心光滑圆轨对应的轨槽，调节方位角的平面盘在平面盘支撑装置上转动。
以上所述调节方位角的平面盘的底部设有若干组同心的轮子组；所述平面盘支撑装置上设有与平面盘底部的若干组同心轮子组对应的轨道，调节方位角的平面盘在平面盘支撑装置上转动。
所述菲涅尔太阳能聚光装置还包括聚热管、聚热管支架、工质输入管以及工质输出管；所述聚热管通过聚热管支架安装于菲涅尔反射镜装置的焦点上，工质输入管和工质输出管穿过调节方位角的平面盘的中心孔连接于聚热管。
所述菲涅尔太阳能聚光装置还包括追日装置，所述追日装置控制控制平面盘的转动和调节菲涅尔反射镜的俯仰角的横杆的转动，使太阳光垂直入射到每一个微型菲涅尔反射镜上；所述追日装置也控制聚热管的位置，使其一直位于菲涅尔反射镜装置的焦点上。
以上所述微型菲涅尔反射镜的四周成型为方形轮廓。
以上所述微型菲涅尔反射镜的四周成型为正方形轮廓。
以上所述调节方位角的平面盘的四周成型为圆形轮廓。
以上所述调节方位角的平面盘的四周成型为方形轮廓。
以上所述调节方位角的平面盘的四周成型为六边形轮廓。
以上所述微型菲涅尔反射镜由若干组同心的齿环组构成，每一齿环组由相同齿形角的相同个齿环组成，由中心向边缘方向；所述齿环组的齿形角由小变大并且每一齿环组的反射光线最终都汇聚到同一聚焦面上。
与现有技术相比，本发明具有以下优势：
1、本发明采用多个微型菲涅尔反射镜进行反射聚光，可以根据接收器特性进行聚光性能设计，满足不同接收器所需的聚光倍数，提高聚焦点的能流的均匀性，设计灵活；
2、本发明通过调节方位角的平面盘、平面盘支撑装置以及调节菲涅尔反射镜俯仰角的支架组的设计，平面盘通过旋转控制微型菲涅尔反射镜的方位角，微型菲涅尔镜的支撑横杆控制菲涅尔反射镜俯仰角，使控制更精确，可以实现高温聚光；
3、整个结构安装比较方便，降低了整套装置的成本。
附图说明
图1为本发明菲涅尔太阳能聚光装置侧面结构示意图。
图2为本发明菲涅尔太阳能聚光装置俯视结构示意图。
图3为本发明调节方位角的平面盘的支撑装置示意图。
图4为本发明菲涅尔反射镜支架第一种结构示意图。
图5为本发明菲涅尔反射镜支架第二种结构示意图。
图6为本发明调节方位角的平面盘底部设有圆轨结构示意图。
图7为本发明调节方位角的平面盘底部设有轮子组结构示意图。
图8为本发明微型菲涅尔反射镜的结构示意图。
图中：（1）平面盘；（2）圆轨；（21）轮子；（3）平面盘的支撑装置；（31）支撑装置的轨槽；（32）支撑装置的支架；（4）聚热管；（41）工质输入管；（42）工质输出管；（43）聚热管支架；（5）微型菲涅尔反射镜；（6）调节菲涅尔反射镜俯仰角的支架组；（61）横杆；（62）横杆支架；（7）平面盘的中心孔；（8）追日装置。
具体实施方式
下面用实施例来进一步说明本发明，但本发明并不受其限制。
如图1和图2所示本发明菲涅尔太阳能聚光装置结构示意图，一种菲涅尔太阳能聚光装置，包括菲涅尔反射镜装置和支撑调形装置；所述菲涅尔反射镜装置包括多个微型菲涅尔反射镜（5）；所述支撑调形装置包括调节方位角的平面盘（1）、平面盘支撑装置（3）以及调节菲涅尔反射镜俯仰角的支架（6）组；所述调节菲涅尔反射镜俯仰角的支架（6）组并排安装于所述调节方位角的平面盘（1）的上；每个所述调节菲涅尔反射镜俯仰角的支架（6）由调节菲涅尔反射镜的俯仰角的横杆（61）和支撑横杆的多个支架（62）组成，支撑横杆支架（62）的顶端连接可以旋转的横杆（61），其底端固定在所述调节方位角的平面盘（1）上，调节菲涅尔反射镜俯仰角支架组的横杆（1）上安装有多个微型菲涅尔反射镜（5），每一个调节微型菲涅尔反射镜（5）俯仰角支架组横杆上的微型菲涅尔反射镜组成一个菲涅尔反射镜条，每一个菲涅尔反射镜条上的微型菲涅尔反射镜并排排列具有相同倾角；菲涅尔反射镜条之间具有不同倾角并排排列形成锯齿状且共焦点。
如图3所示本发明调节方位角的平面盘的支撑装置示意图，平面盘支撑装置（3）由与平面盘底部的若干组同心光滑圆轨对应的轨槽（31）和支撑装置的支架（32）组成，调节方位角的平面盘在平面盘支撑装置上转动。
如图4所示本发明菲涅尔反射镜支架第一种结构示意图，调节菲涅尔反射镜俯仰角的支架（6）组并排安装于所述调节方位角的平面盘（1）的上；每个所述调节菲涅尔反射镜俯仰角的支架（6）由调节菲涅尔反射镜的俯仰角的横杆（61）和支撑横杆的多个支架（62）组成，支撑横杆支架（62）的顶端连接可以旋转的横杆（61），其底端固定在所述调节方位角的平面盘（1）上，调节菲涅尔反射镜俯仰角支架组的横杆（1）上安装有多个微型菲涅尔反射镜（5），每一个调节微型菲涅尔反射镜（5）俯仰角支架组横杆上的微型菲涅尔反射镜组成一个菲涅尔反射镜条，每一个菲涅尔反射镜条上的微型菲涅尔反射镜并排排列具有相同倾角；菲涅尔反射镜条之间具有不同倾角并排排列形成锯齿状且共焦点。
如图5所示本发明菲涅尔反射镜支架第二种结构示意图，与图4相比，每一个调节微型菲涅尔反射镜俯仰角的支架有多个并排的小支架组成，每个小支架安装一个微型菲涅尔反射镜，每个小支架均由调节菲涅尔反射镜的俯仰角的横杆（61）和支撑横杆的两个支架（62）组成；支架的顶端连接支撑横杆（61），其底端固定在所述调节方位角的平面盘（1）上；支撑横杆（61）在支撑横杆的两个支架（62）上可以转动，每一个支架组中的横杆在一条线上，与相邻支架组中的横杆平行；所述微型菲涅尔反射镜安装于调节菲涅尔反射镜俯仰角的横杆上，每一个支架组中的横杆上安装的微型菲涅尔反射镜具有相同倾角，不同支架组中的横杆上安装的微型菲涅尔反射镜具有不同倾角，这样微型菲涅尔反射镜在不同支架组中的横杆上并排排列形成锯齿状且共焦点。
图6所示调节方位角的平面盘（1）的底部设有若干组同心的光滑圆轨（2）；所述平面盘支撑装置（3）由与平面盘底部的若干组同心光滑圆轨对应的轨槽（31）和支撑装置的支架（32）组成，调节方位角的平面盘在平面盘支撑装置上转动。
图7所示调节方位角的平面盘的底部设有若干组同心的轮子（22）组；所述平面盘支撑装置上设有与平面盘底部的若干组同心轮子组对应的轨道，调节方位角的平面盘在平面盘支撑装置上转动。
图8为本发明微型菲涅尔反射镜的结构示意图，微型菲涅尔反射镜（5）由若干组同心的齿环（51）组构成，每一齿环组由相同齿形角的相同个齿环组成，由中心向边缘方向；所述齿环组的齿形角由小变大并且每一齿环组的反射光线最终都汇聚到同一聚焦面上；微型菲涅尔反射镜的四周成型为方形轮廓。
本发明菲涅尔太阳能聚光装置工作时，每一排的微型菲涅尔反射镜并排排列具有相同倾角；不同排的菲涅尔反射镜条之间具有不同倾角，所有排菲涅尔反射镜共同排形成锯齿状且共焦点。追日装置通过控制平面盘（1）的转动，调节微型菲涅尔反射镜的方位角，通过控制微型菲涅尔镜的支撑横杆（61）来调节菲涅尔反射镜俯仰角，这样可以实现精确控制，太阳光直射到微型菲涅尔反射镜，微型菲涅尔反射镜将光热汇聚到聚热管上，聚热管吸收热量加热里面的工质，用于太阳能供电。
由此可见，本发明具有整体结构简单、成本低廉、调试方便，标准化程度 高等优点，能有效的提高菲涅尔式热发电镜场的聚光效率，降低传动跟踪系统的功耗，能够方便有效的便应对大风、冰雹等恶劣的气候条件，耐候性得到增强。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的 精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的 保护范围之内。
Claims (10)
1.一种菲涅尔太阳能聚光装置，包括菲涅尔反射镜装置和支撑调形装置；其特征在于：所述菲涅尔反射镜装置包括多个微型菲涅尔反射镜（5）；所述支撑调形装置包括调节方位角的平面盘（1）、平面盘支撑装置（3）以及调节菲涅尔反射镜俯仰角的支架（6）组；所述调节菲涅尔反射镜俯仰角的支架（6）组并排安装于所述调节方位角的平面盘（1）的上；每个所述调节菲涅尔反射镜俯仰角的支架（6）由调节菲涅尔反射镜的俯仰角的横杆（61）和支撑横杆的多个支架（62）组成，支撑横杆支架（62）的顶端连接可以旋转的横杆（61），其底端固定在所述调节方位角的平面盘（1）上，调节菲涅尔反射镜俯仰角支架组的横杆（1）上安装有多个微型菲涅尔反射镜（5），每一个调节微型菲涅尔反射镜（5）俯仰角支架组横杆上的微型菲涅尔反射镜组成一个菲涅尔反射镜条，每一个菲涅尔反射镜条上的微型菲涅尔反射镜并排排列具有相同倾角；菲涅尔反射镜条之间具有不同倾角并排排列形成锯齿状且共焦点。
2.根据权利要求1所述的一种菲涅尔太阳能聚光装置，其特征在于：所述调节方位角的平面盘（1）的底部设有若干组同心的光滑圆轨（2）；所述平面盘支撑装置（3）由与平面盘底部的若干组同心光滑圆轨对应的轨槽（31）和支撑装置的支架（32）组成，调节方位角的平面盘在平面盘支撑装置上转动。
3.根据权利要求1所述的一种菲涅尔太阳能聚光装置，其特征在于：所述调节方位角的平面盘的底部设有若干组同心的轮子（22）组；所述平面盘支撑装置上设有与平面盘底部的若干组同心轮子组对应的轨道，调节方位角的平面盘在平面盘支撑装置上转动。
4.根据权利要求1所述的一种菲涅尔太阳能聚光装置，其特征在于：还包括聚热管（4）、聚热管支架（43）、工质输入管（41）以及工质输出管（42）；所述聚热管（4）通过聚热管支架（43）安装于菲涅尔反射镜装置的焦点上，工质输入管（41）和工质输出管（42）穿过调节方位角的平面盘的中心孔（7）连接于聚热管。
5.根据权利要求1所述的一种菲涅尔太阳能聚光装置，其特征在于：还包括追日装置（8），所述追日装置（8）控制控制平面盘（1）的转动和调节菲涅尔反射镜的俯仰角的横杆（61）的转动，使太阳光垂直入射到每一个微型菲涅尔反射镜上；所述追日装置（8）也控制聚热管（4）的位置，使其一直位于菲涅尔反射镜装置的焦点上。
6.根据权利要求1所述的一种菲涅尔太阳能聚光装置，其特征在于：所述微型菲涅尔反射镜（5）的四周成型为方形轮廓。
7.根据权利要求1所述的一种菲涅尔太阳能聚光装置，其特征在于：所述微型菲涅尔反射镜（5）的四周成型为正方形轮廓。
8.根据权利要求1所述的一种菲涅尔太阳能聚光装置，其特征在于：所述调节方位角的平面盘（1）的四周成型为圆形轮廓。
9.根据权利要求1所述的一种菲涅尔太阳能聚光装置，其特征在于：所述调节方位角的平面盘（1）的四周成型为方形轮廓。
10.根据权利要求1所述的一种菲涅尔太阳能聚光装置，其特征在于：所述调节方位角的平面盘（1）的四周成型为六边形轮廓。
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