專利名稱：橫軸式非對稱單拋物線復合免跟蹤太陽能聚光器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種太陽能聚光器，具體涉及一種橫軸式非對稱單拋物線復合免跟蹤太陽能聚光器。
背景技術：
眾所周知，用在太陽能光熱領域的復合拋物線聚光器，是利用漸開線、拋物線、直線等合理組成，用來增大收集太陽光的面積，達到提高轉換溫度的單元部件。聚光器可以單獨使用，也可以組成大型聚光陣列形成聚光系統(tǒng)。圖1是這種聚光器的截面形狀，它是由一組以真空管吸熱圓為基圓的對稱的漸開線與一組對稱的拋物線組成，對稱軸為Yo，F(xiàn)U F2是漸開線與拋物線的結合點，同時也是拋物線的焦點；F1、F2之間的距離為dl，dl是一組漸開線的底部開口寬度，聚光器上部一組拋物線的開口寬度為d2，高度為h，最大采光半角為Θ。圖2是這種復合聚光器陣列；由圖中可見，真空管多數(shù)情況下安裝時，真空管軸向沿東西向水平布置，開口朝向太陽光，照射到2 Θ角度以內(nèi)的太陽光，經(jīng)過直射或者反射后，匯聚到到吸熱圓上。使用中發(fā)現(xiàn)該復合聚光器存在許多不足之處。如圖3、圖4中，首先，盡管d2 > dl，當太陽光S實際入射角α大于Θ時，經(jīng)過反射后成為S2逃逸。因此，必須進行光跟蹤才能可靠收集陽光。另外即使是在采光角范圍內(nèi)，等效的開口寬度d'小于d2，只是收集了安裝寬度L的一部分，單位面積的采光效率較低。三是為避免前后聚光器遮擋光線，兩個聚光器前后還要保持一定的距離M，這樣更增加了占地面積，增加了支架材料。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型提供了一種橫軸式非對稱單拋物線復合免跟蹤太陽能聚光器，適合于以圓柱形為吸熱體的真空管太陽能聚光集熱，形成中低溫集熱輸出，并可以方便的組成大型中低溫太陽能集熱陣列。與常見聚光器相比，本實用新型減少反光面積，并增大南北方向采光角度，不進行光跟蹤就可以全天收集90°高度角范圍的太陽光；大幅度降低了產(chǎn)品成本，減少故障率，便于安裝和維修維護。本實用新型通過以下技術方案實現(xiàn):一種橫軸式非對稱單拋物線復合免跟蹤太陽能聚光器，包括一組展開角不相等的漸開線聚光板、單側拋物線聚光板、圓柱形真空管、反射層、支架、同軸空心座和洗塵孔；所述反射層與所述聚光板剛性連接，所述聚光板與所述支架剛性連接，所述同軸空心座與所述支架剛性連接，所述圓柱形真空管固定在所述同軸空心座的內(nèi)孔，所述聚光板的底面設有洗塵孔。優(yōu)選的，所述橫軸式非對稱單拋物線復合免跟蹤太陽能聚光器的曲面是由漸開線和單側拋物線X2=4fYl沿基圓軸向平移所經(jīng)過的軌跡，是曲線做直線平移形成的曲面，曲面材質為硬質可彎曲材料，表面光滑，最低點開有3到5個直徑8mm到12mm的洗塵孔。優(yōu)選的，聚光器縱向中軸線沿東西向水平放置，主要適合太陽光高度角的變化，采光角范圍為90°，最低采光高度角為安裝后拋物線外端點與漸開線外端點的連線與地平線之間的夾角。優(yōu)選的，非對稱單拋物線復合聚光的聚光器的截面幾何基準光軸線是垂直于接點與焦點的直線，基準光軸線與拋物線逆時針方向的夾角為聚光器高度方向采光半角。優(yōu)選的，所述拋物線焦點位于所述漸開線上，所述焦點的展開角ΦΑ <所述漸開線的展開角0a,所述聚光器的最大采光半角Pmax >所述聚光器高度方向采光半角β。優(yōu)選的，所述漸開線的基圓是圓柱形真空管的內(nèi)圓管，所述漸開線的極坐標方程為:rk= r / cos a ;rk是向徑，α是壓力角；r是所述內(nèi)圓管外圓半徑；其中一支是順時針展開所得，一支是逆時針展開所得，順時針展開角度較大，順時針展開的展開角為
=π ± Ji/18,逆時針展開角度較小,逆時針展開的展開角為= π-ω，其中O <ω< η/4，所述順時針的展開角大于所述逆時針的展開角，所述聚光板曲面材質為表面光滑的硬質可彎曲材料。優(yōu)選的，所述單側拋物線聚光板的拋物線方程為Χ2=4 1，其X軸與漸開線的向徑平行，Yl軸與向徑垂直，與坐標Y軸有一個夾角，所述聚光板曲面材質為表面光滑的硬質可彎曲材料。優(yōu)選的，所述單側拋物線聚光板是拋物線X2 =4fYl以焦點為軸心沿逆時針方向旋轉，并與漸開線相接，接點為發(fā)生線的外端點，所述拋物線的焦點是接點與基圓圓心連線延長線與漸開線上的相交點，所述接點與所述相交點之間的距離Dl和焦距f符合如下公式:f =Dl/2( 8 ηβ+ I),所述 β 為采光半角，且 ji/6 < β < ji/4，Dl = ^r* + R| + + R*。優(yōu)選的，所述反射層是一種厚度為0.3mm到0.5mm的塑料鏡面并附著在所述聚光板上，所述支架和所述 同軸空心座是由金屬材料制成。本實用新型以圓柱形為吸熱體的真空管太陽能聚光集熱，采用雙側不等展開角的一組不對稱漸開線與單側拋物線非對稱結合，與常見聚光器相比，減少聚光器的反光面積，并增大南北方向采光角度，不進行光跟蹤就可以全天收集90°高度角范圍的太陽光；大幅度降低了產(chǎn)品成本，減少故障率，便于安裝和維修維護。

圖1是常見復合聚光器結構原理圖；圖2是常見復合聚光器水平安裝布置圖；圖3是常見復合聚光器光路分析圖；圖4是常見復合聚光器不遮光結構圖；圖5是本實用新型聚光器斷面結構圖；圖6是本實用新型漸開線拋物線平移幾何結構圖；圖7是本實用新型安裝布置結構圖；圖8是本實用新型漸開線幾何結構尺寸圖；圖9是本實用新型漸開線與拋物線連接幾何結構原理圖；圖10是本實用新型聚光槽采光原理結構圖。
具體實施方式
[0026]下面結合具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。以下實施例將有助于本領域的技術人員進一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應當指出的是，對本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進。這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。如圖5所示的橫軸式非對稱單拋物線復合免跟蹤太陽能聚光器，包括一組展開角不相等的漸開線聚光板1、單側拋物線聚光板2、圓柱形真空管3、反射層4、支架5、同軸空心座6、洗塵孔7、調(diào)節(jié)桿8等有序組合，其中反射層4與聚光板I和聚光板2剛性連接，聚光板I和聚光板2與支架5剛性連接，同軸空心座6與調(diào)節(jié)桿8剛性連接，調(diào)節(jié)桿8與支架5剛性連接，圓柱形真空管3固定在同軸空心座6內(nèi)孔，聚光板I和聚光板2底部有洗塵孔7。如圖6所示，漸開線I的方程為rk= r / cos α與拋物線2的方程為X2=4fYl，沿基圓Z軸向平移所經(jīng)過的軌跡便形成復合聚光曲面。如圖7所示，多個聚光器縱向中軸線沿東西向水平放置，聚光板I和聚光板2有支架5定位，組成中低溫太陽能集熱陣列，主要適合太陽光高度角的變化，采光角范圍為90。。在圖7中，還可以看出，由于聚光器采用單側拋物線聚光板2，它可以收集上部90°高度角以內(nèi)的所有入射光并反射到真空管3或者反射到聚光板I ;與常見雙側拋物線復合聚光器相比較，減少了一個上半支拋物線聚光板，大幅度減少了材料陳本。 在圖7中，還可以看出，拋物線聚光板2在排列時與前面一組聚光器的漸開線聚光板I搭接，沒有漏光區(qū)間，兩個聚光器之間的距離M等于聚光器的開口寬，因此在相同空間具有較大的采光利用率，便于安裝。在圖8中，是以真空管內(nèi)管外直徑r為基圓的漸開線幾何結構，從圖中可見，漸開線的極坐標方程為:rk= r / cosa ;rk是向徑，α是壓力角；其中一支是順時針展開所得，一支逆時針展開所得，順時針展開角度較大，展開角在Φ a = π 土 /18范圍取值，逆時針展開角度較小，展開角為小匕=11-(0，其中0<(0 < Ji/4。圖中可見，由于兩支漸開線的展開角不相等，相對于以起始點與圓心的連線為Y軸的坐標，不再是對稱結構。在圖8中，過漸開線端點B經(jīng)過基圓圓心O直線與漸開線相交于一點Α，幾何關系有兩點之間直線長度為Dl，Dl = Dl = vV^+R| + v^+R|，DI即為聚光器的一次反射開口，入射到拋物線聚光板的光線都會反射到這個區(qū)間。在圖9中，選取平行于AB的直線為Xo軸，過A點垂直于AB的直線為Yo軸，以A點為焦點，以f = Dl/2( sin β + I)為焦距,做拋物線,然后以焦點A為軸心,逆時針旋轉β角，軸Yo轉動到Yl的位置，拋物線與漸開線相交于B點，這樣一非對稱單拋物線復合曲線就是聚光器的反射層4的幾何型線。在圖10中，點拋物線上Kb的位置決定拋物線的弧長，是基于Kb與A的連線與水平線之間的夾角，也是聚光器的最低采光角。使用安裝時聚光器的Yl軸向上垂直90°角。在圖10中，根據(jù)邊緣點聚光特性，在Kb點SO到SI范圍內(nèi)的入射光都收集到AB開口之內(nèi)，有的直射到真空管3，有的經(jīng)過漸開線內(nèi)的反射層4反射后射到真空管；當入射光在小于SI入射角時，不在經(jīng)過拋物線聚光板，而是直入熱射到AB開口之內(nèi)。有太陽能的高度一般在90°角范圍內(nèi)， 因此聚光器不需要光跟蹤即可全天收集太陽光。
權利要求1.一種橫軸式非對稱單拋物線復合免跟蹤太陽能聚光器，其特征在于，包括一組展開角不相等的漸開線聚光板、單側拋物線聚光板、圓柱形真空管、反射層、支架、同軸空心座和洗塵孔；所述反射層與所述聚光板剛性連接，所述聚光板與所述支架剛性連接，所述同軸空心座與所述支架剛性連接，所述圓柱形真空管固定在所述同軸空心座的內(nèi)孔，所述聚光板的底面設有洗塵孔。
2.根據(jù)權利要求1所述的橫軸式非對稱單拋物線復合免跟蹤太陽能聚光器，其特征在于，所述橫軸式非對稱單拋物線復合免跟蹤太陽能聚光器的曲面是由漸開線和單側拋物線X2=4fYl沿基圓軸向平移所經(jīng)過的軌跡。
3.根據(jù)權利要求1所述的橫軸式非對稱單拋物線復合免跟蹤太陽能聚光器，其特征在于，所述反射層是一種厚度為0.3mm到0.5mm的塑料鏡面并附著在所述聚光板上，所述支架和所述同軸空心座是由金屬材料制成。
專利摘要本實用新型涉及一種橫軸式非對稱單拋物線復合免跟蹤太陽能聚光器，包括展開角不相等的漸開線聚光板、單側拋物線聚光板、圓柱形真空管、反射層、支架、同軸空心座和洗塵孔，所述反射層與所述聚光板剛性連接，所述聚光板與所述支架剛性連接，所述同軸空心座與所述支架剛性連接，所述圓柱形真空管固定在所述同軸空心座的內(nèi)孔，所述聚光板的底面設有洗塵孔。本實用新型減少了反光面積，并增大南北方向采光角度，不進行光跟蹤就可以全天收集90°高度角范圍的太陽光；大幅度提高單位面積的采光效率，降低了產(chǎn)品成本，減少故障率，便于安裝和維護。本實用新型適合于以圓柱形為吸熱體的真空管太陽能中低溫集熱，并可以組成大型太陽能中低溫集熱陣列。
文檔編號G02B19/00GK203024439SQ20122053998
公開日2013年6月26日 申請日期2012年10月22日 優(yōu)先權日2012年10月22日
發(fā)明者劉永久 申請人:上海鎂雙蓮太陽能熱水器有限公司