本發(fā)明涉及一種太陽(yáng)能集熱裝置，特別是一種二級(jí)曲面菲涅爾反射式太陽(yáng)能腔體集熱裝置，屬于太陽(yáng)能利用技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

太陽(yáng)能的商業(yè)化開發(fā)和利用是可再生能源領(lǐng)域的一個(gè)重要發(fā)展趨勢(shì)，國(guó)際能源署(iea)預(yù)計(jì)，到2040年太陽(yáng)能發(fā)電將占世界電力供應(yīng)的20%以上。聚光式太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)作為太陽(yáng)能利用的一種重要方式，已成為國(guó)際太陽(yáng)能技術(shù)發(fā)展的重要方向之一。中國(guó)《可再生能源發(fā)展“十一五”規(guī)劃》中也明確提出，要在內(nèi)蒙古鄂爾多斯高地沿黃河平坦荒漠、甘肅河西走廊平坦荒漠、新疆哈密地區(qū)、西藏拉薩或北京周邊選擇適宜地區(qū)，開展太陽(yáng)能熱發(fā)電試點(diǎn)工作。

采用跟蹤聚光型太陽(yáng)能集熱器，可以獲得較高品質(zhì)的熱能。因此，利用聚焦技術(shù)可以提高太陽(yáng)能光熱轉(zhuǎn)換溫度，能夠?qū)崿F(xiàn)太陽(yáng)能在中高溫領(lǐng)域的應(yīng)用在太陽(yáng)能中高溫利用中。聚焦型太陽(yáng)能集熱器分為點(diǎn)聚焦和線聚焦兩類，點(diǎn)聚焦有碟式和塔式，線聚焦有線性菲涅爾反射式和槽式，能獲得較高熱能，是高品質(zhì)熱源，屬于中高溫應(yīng)用。在太陽(yáng)能中高溫利用中，目前的主要研究方向是中溫太陽(yáng)能工業(yè)加熱、太陽(yáng)能制冷與空調(diào)和太陽(yáng)能高溫?zé)岚l(fā)電技術(shù)。線性菲涅爾反射式和槽式屬于線性聚光，目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用。碟式和塔式屬于點(diǎn)聚焦，由于成本高且具有很高的技術(shù)難度一直處于示范階段。因此，線聚焦太陽(yáng)能集熱器在中高溫利用方面占有重要地位。

線性菲涅爾反射集熱裝置是一種線聚焦太陽(yáng)能集熱器。由多組水平布置的窄帶形平面鏡構(gòu)成，每組反射鏡都有一定的傾角，將入射的太陽(yáng)光反射到公共的焦線上，接收器安裝在反射鏡的公共交點(diǎn)處，吸收聚焦的太陽(yáng)能。該類裝置具有大聚光比、低風(fēng)載穩(wěn)定性以及占地面積小等優(yōu)點(diǎn)，降低了單位峰值功率的投資成本和發(fā)電成本。線性菲涅爾反射集熱裝置可用于大型太陽(yáng)能熱發(fā)電、小型蒸汽發(fā)電工程、蒸汽式制冷工程等。

但是目前線性菲涅爾反射式太陽(yáng)能系統(tǒng)存在以下不足，影響了該系統(tǒng)的發(fā)展和推廣應(yīng)用：1、由于采用平面鏡，限制了該系統(tǒng)的聚光比，影響了太陽(yáng)能集熱器的適用溫度和集熱效率；2、集熱器固定在空中，影響了集熱器的穩(wěn)定性和安全性，不利于管道的布置及系統(tǒng)的安裝，同時(shí)具有較高的熱損失；3、光線反射到集熱器上的角度過(guò)大，增加了對(duì)跟蹤精度的要求。

腔體式太陽(yáng)能吸收器采用黑體的原理，進(jìn)入到腔體內(nèi)的太陽(yáng)光多次反射后被吸收而轉(zhuǎn)化為熱能，由于無(wú)需采用真空措施進(jìn)行保溫，可以有效地降低集熱器成本、也避免了真空管吸收器對(duì)玻璃和金屬封接技術(shù)的高要求，提高了裝置的可靠性，但是對(duì)入射光線角度和開口尺寸有較高的要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有相關(guān)線性菲涅爾反射式太陽(yáng)能集熱裝置的缺陷，提供了一種聚光比大、集熱效率高、穩(wěn)定性好、成本低的線性菲涅爾反射式太陽(yáng)能集熱裝置。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本專利提供的技術(shù)方案為：

采用二級(jí)曲面菲涅爾反射式太陽(yáng)能腔體集熱裝置，包括一級(jí)反光鏡、一級(jí)反光鏡支撐環(huán)、二級(jí)反光鏡、二級(jí)反光鏡支撐桿、轉(zhuǎn)動(dòng)裝置、太陽(yáng)能集熱器；一級(jí)反光鏡由多個(gè)一級(jí)反光鏡單元構(gòu)成，每個(gè)一級(jí)反光鏡單元為長(zhǎng)條形凹面鏡，一級(jí)反光鏡單元的鏡面朝上，一級(jí)反光鏡單元的背部設(shè)有轉(zhuǎn)動(dòng)軸，一級(jí)反光鏡單元可以圍繞轉(zhuǎn)動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，多個(gè)一級(jí)反光鏡單元的轉(zhuǎn)動(dòng)軸平行，轉(zhuǎn)動(dòng)軸與轉(zhuǎn)動(dòng)裝置連接，每個(gè)一級(jí)反光鏡單元上套有一級(jí)反光鏡支撐環(huán)，一級(jí)反光鏡的上方設(shè)有二級(jí)反光鏡，二級(jí)反光鏡由多個(gè)二級(jí)反光鏡單元構(gòu)成，每個(gè)二級(jí)反光鏡單元為長(zhǎng)條形凸面鏡，二級(jí)反光鏡單元鏡面朝下，多個(gè)二級(jí)反光鏡單元的長(zhǎng)邊平行，二級(jí)反光鏡通過(guò)二級(jí)反光鏡支撐桿固定到地面上，太陽(yáng)能集熱器位于二級(jí)反光鏡的下方，太陽(yáng)能集熱器固定在地面上。

作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述的轉(zhuǎn)動(dòng)裝置包括蝸輪、蝸桿、電機(jī)，蝸輪固定連接到一級(jí)反光鏡單元的轉(zhuǎn)動(dòng)軸的兩端，多個(gè)蝸輪與蝸桿嚙合連接，蝸桿與電機(jī)連接。

作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述的太陽(yáng)能集熱器采用腔體式集熱器，腔體式集熱器包括外殼、內(nèi)腔、喇叭形開口、保溫層、介質(zhì)通道；外殼為長(zhǎng)方體狀、內(nèi)腔為圓柱腔體狀，內(nèi)腔通過(guò)喇叭形開口連通到外部，內(nèi)腔上覆有吸熱層，介質(zhì)通道緊貼內(nèi)腔，介質(zhì)通道的截面為月牙狀，外殼、喇叭形開口、介質(zhì)通道所構(gòu)成的封閉空間中填充有保溫層。

作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述的一級(jí)反光鏡包含2~10個(gè)一級(jí)反光鏡單元，所述的二級(jí)反光鏡包含2~10個(gè)二級(jí)反光鏡單元，一級(jí)反光鏡單元和二級(jí)反光鏡單元的個(gè)數(shù)相同。

作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述的一級(jí)反光鏡單元為圓弧面凹面鏡或拋物面凹面鏡，所述的二級(jí)反光鏡單元為圓弧面凸面鏡或拋物面凸面鏡。

作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述的喇叭形開口上覆有反光層。

相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明中所述的裝置具有如下優(yōu)勢(shì)：

1）該二級(jí)曲面菲涅爾反射式太陽(yáng)能腔體集熱裝置采用二級(jí)反射的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了太陽(yáng)能集熱器高度的降低，將固定在空中的太陽(yáng)能集熱器調(diào)整到靠近地面的位置，可以提高集熱器的穩(wěn)定性和安全性，利于管道的布置及系統(tǒng)的安裝，同時(shí)減少了空氣流動(dòng)造成的熱損失；

2）該二級(jí)曲面菲涅爾反射式太陽(yáng)能腔體集熱裝置的一級(jí)反光鏡采用凹面鏡，對(duì)反射光線有匯聚效果，可以提高菲涅爾反射式太陽(yáng)能集熱裝置的聚光比，進(jìn)而提高太陽(yáng)能利用率及太陽(yáng)能集熱裝置的介質(zhì)溫度；

3）該二級(jí)曲面菲涅爾反射式太陽(yáng)能腔體集熱裝置的二級(jí)反光鏡采用凸面鏡，將由一級(jí)反光鏡過(guò)來(lái)的匯聚光線反射成近似平行光線，使得光線更為均勻和集中的被太陽(yáng)能集熱器接收；

4）一級(jí)反光鏡和二級(jí)反光鏡采用一凹一凸的設(shè)計(jì)可減少二級(jí)反光鏡的面積，進(jìn)而降低對(duì)太陽(yáng)光的遮擋，提高太陽(yáng)能利用率；同時(shí)也使得反射到太陽(yáng)能集熱器的入射光束角度更為集中，進(jìn)一步提高太陽(yáng)能集熱器的效率；

5）太陽(yáng)能集熱器采用了腔體式集熱器，無(wú)真空裝置，可以有效地降低集熱器成本、也避免了真空管吸收器對(duì)玻璃和金屬封接技術(shù)的高要求，提高了裝置的可靠性。兩級(jí)反光鏡形成的窄入射角度太陽(yáng)光也使得腔體式太陽(yáng)能集熱器的開口面積更小，提高太陽(yáng)能集熱器的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化效率；

6）所設(shè)計(jì)的菲涅爾反射式太陽(yáng)能集熱裝置，二級(jí)反射鏡固定，多個(gè)一級(jí)反射鏡單元可以由一個(gè)電機(jī)進(jìn)行同步跟蹤，具有聚光比高、風(fēng)力載荷小、穩(wěn)定性高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單成本低，具有推廣潛力。

附圖說(shuō)明

圖1是二級(jí)曲面菲涅爾反射式太陽(yáng)能腔體集熱裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是二級(jí)曲面菲涅爾反射式太陽(yáng)能腔體集熱裝置的光學(xué)示意圖；

圖3是轉(zhuǎn)動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是腔體式集熱器的結(jié)構(gòu)示意圖。

其中：1是一級(jí)反光鏡單元、2是一級(jí)反光鏡支撐環(huán)、3是二級(jí)反光鏡單元、4是二級(jí)反光鏡支撐桿、5是轉(zhuǎn)動(dòng)裝置、6是太陽(yáng)能集熱器、7是太陽(yáng)光線、8是蝸輪、9是蝸桿、10是電機(jī)、11是轉(zhuǎn)動(dòng)軸、12是外殼、13是內(nèi)腔、14是喇叭形開口、15是保溫層、16是介質(zhì)通道。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1：

參見圖1-圖4，采用二級(jí)曲面菲涅爾反射式太陽(yáng)能腔體集熱裝置，包括一級(jí)反光鏡、一級(jí)反光鏡支撐環(huán)2、二級(jí)反光鏡、二級(jí)反光鏡支撐桿4、轉(zhuǎn)動(dòng)裝置5、太陽(yáng)能集熱器6；一級(jí)反光鏡由多個(gè)一級(jí)反光鏡單元1構(gòu)成，每個(gè)一級(jí)反光鏡單元1為長(zhǎng)條形凹面鏡，一級(jí)反光鏡單元1的鏡面朝上，一級(jí)反光鏡單元1的背部設(shè)有轉(zhuǎn)動(dòng)軸11，一級(jí)反光鏡單元1可以圍繞轉(zhuǎn)動(dòng)軸11轉(zhuǎn)動(dòng)，多個(gè)一級(jí)反光鏡單元1的轉(zhuǎn)動(dòng)軸11平行，轉(zhuǎn)動(dòng)軸11與轉(zhuǎn)動(dòng)裝置5連接，每個(gè)一級(jí)反光鏡單元1上套有一級(jí)反光鏡支撐環(huán)2，一級(jí)反光鏡的上方設(shè)有二級(jí)反光鏡，二級(jí)反光鏡由多個(gè)二級(jí)反光鏡單元3構(gòu)成，每個(gè)二級(jí)反光鏡單元3為長(zhǎng)條形凸面鏡，二級(jí)反光鏡單元3鏡面朝下，多個(gè)二級(jí)反光鏡單元3的長(zhǎng)邊平行，二級(jí)反光鏡通過(guò)二級(jí)反光鏡支撐桿4固定到地面上，太陽(yáng)能集熱器6位于二級(jí)反光鏡的下方，太陽(yáng)能集熱器6固定在地面上。

實(shí)施例2：

參見圖1-圖4，作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述的轉(zhuǎn)動(dòng)裝置5包括蝸輪8、蝸桿9、電機(jī)10，蝸輪8固定連接到一級(jí)反光鏡單元1的轉(zhuǎn)動(dòng)軸11的兩端，多個(gè)蝸輪8與蝸桿9嚙合連接，蝸桿9與電機(jī)10連接。

實(shí)施例3：

參見圖1-圖4，作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述的太陽(yáng)能集熱器采用腔體式集熱器。，腔體式集熱器包括外殼12、內(nèi)腔13、喇叭形開口14、保溫層15、介質(zhì)通道16；外殼12為長(zhǎng)方體狀、內(nèi)腔13為圓柱腔體狀，內(nèi)腔13通過(guò)喇叭形開口14連通到外部，內(nèi)腔13上覆有吸熱層，介質(zhì)通道16緊貼內(nèi)腔，介質(zhì)通道16的截面為月牙狀，外殼12、喇叭形開口14、介質(zhì)通道16所構(gòu)成的封閉空間中填充有保溫層15。

實(shí)施例4：

參見圖1-圖4，作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述的一級(jí)反光鏡包含2~10個(gè)一級(jí)反光鏡單元1，所述的二級(jí)反光鏡包含2~10個(gè)二級(jí)反光鏡單元3，一級(jí)反光鏡單元1和二級(jí)反光鏡單元3的個(gè)數(shù)相同。

實(shí)施例5：

參見圖1-圖4，作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述的一級(jí)反光鏡單元1為圓弧面凹面鏡或拋物面凹面鏡，所述的二級(jí)反光鏡單元3為圓弧面凸面鏡或拋物面凸面鏡。

實(shí)施例6：

參見圖4，作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述的喇叭形開口14上覆有反光層。

工作原理和過(guò)程：

參見圖1-圖4，太陽(yáng)光入射到一級(jí)反光鏡單元1，經(jīng)反射后達(dá)到對(duì)應(yīng)的二級(jí)反光鏡單元3，由于一級(jí)反光鏡單元1為凹面鏡，光線有匯聚效果，故二級(jí)反光鏡單元3的面積小于一級(jí)反光鏡單元1；經(jīng)二級(jí)反光鏡單元3反射后的太陽(yáng)光入射到太陽(yáng)能集熱器6，二級(jí)反光鏡單元3為凸面鏡，可以將一級(jí)反光鏡單元1反射過(guò)來(lái)的匯聚光線反射為近似平行的光線。這樣的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了：1、一級(jí)反光鏡單元1對(duì)光線的匯聚效果，提高了菲涅爾反射式太陽(yáng)能集熱裝置的聚光比；2、二級(jí)反光鏡單元3的面積較小，對(duì)太陽(yáng)光的遮擋也較小；3、反射到太陽(yáng)能集熱器6的光線角度較為集中。

當(dāng)太陽(yáng)位置發(fā)生變化時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)裝置5控帶動(dòng)一級(jí)反光鏡單元1轉(zhuǎn)動(dòng)，保證太陽(yáng)光線7經(jīng)反射后能達(dá)到太陽(yáng)能太陽(yáng)能集熱器6，菲涅爾反射鏡的特點(diǎn)是反射鏡的旋轉(zhuǎn)跟蹤太陽(yáng)時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)角速度是相同的，本裝置采用了微曲面的反射鏡，保留了這一特點(diǎn)，跟蹤時(shí)，電機(jī)10帶動(dòng)蝸桿9轉(zhuǎn)動(dòng)，蝸桿9帶動(dòng)蝸輪8轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)一級(jí)反光鏡單元1轉(zhuǎn)動(dòng)。

太陽(yáng)能集熱器6采用腔體式集熱器，經(jīng)二級(jí)反光鏡單元3反射的太陽(yáng)光線喇叭形開口14進(jìn)入內(nèi)腔13，在內(nèi)腔13中經(jīng)多次反射被吸收，并加熱介質(zhì)通道16中的介質(zhì)，二級(jí)反光鏡單元3反射的太陽(yáng)光線較為集中，使得喇叭形開口14較小，保障了腔體式集熱器的太陽(yáng)能吸收率，喇叭形開口14上覆有反光層可以提高太陽(yáng)光線進(jìn)入內(nèi)腔13的比率。

本發(fā)明還可以將實(shí)施例2、3、4、5、6所述技術(shù)特征中的至少一個(gè)與實(shí)施例1組合，形成新的實(shí)施方式。

需要說(shuō)明的是上述實(shí)施例僅僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并沒有用來(lái)限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，本發(fā)明的保護(hù)范圍以權(quán)利要求書為準(zhǔn)。