一种多球环面三维线聚焦太阳能集热器制造技术

一种多球环面三维线聚焦太阳能集热器，由多球面反光镜、竖向溢流集热管、侧摆可调支架和俯仰可调基座组成，多球面反光镜由环向均布的若干集光罩组成，集光罩具有凹球变焦曲面，竖向溢流集热管位于多球面反光镜的环向中心，通过侧摆可调支架和俯仰可调基座实现对日跟踪；当太阳光垂直射入多球面反光镜表面后，通过集光罩在竖向溢流集热管形成竖向线性聚焦线，竖向线性聚焦线越多，集热能力越强，竖向线性聚焦线还会通过柱状月牙形凸透镜进行二次聚焦和折射，将能量更高的竖向线性聚焦线投射到内层集热管上，实现了二级增效聚焦，提高集热强度的同时，还能够形成更加精准的线性聚焦线。本发明专利技术还具有结构简单、单位占地面积小和制造成本低廉的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种多球环面三维线聚焦太阳能集热器
本专利技术属于太阳能集热器
，特别是涉及一种多球环面三维线聚焦太阳能集热器。
技术介绍
太阳能作为一种可再生能源，具有“取之不尽、用之不竭”的特性，通过太阳能集热技术有效利用太阳能，并将太阳能转换为电能、热能及化学能，从而直接应用于生产、生活之中。现阶段，广泛应用的太阳能集热方式包括泛光集热、聚焦集热和反射集热等，其所对应的集热效率和集热强度也各不相同，目前主流的太阳能集热系统包括塔式系统、槽式系统和碟式系统，虽然上述太阳能集热系统都各自具有相应的优点，但也存在无法忽视的缺点：①塔式系统：通过一维平面反射镜(定日镜)在竖向集热管外表面环绕叠加投射光斑，该系统的跟踪定位系统复杂，光路距离过长，因此易受环境扰动，且集光强度低，目前只能通过增加一维平面反射镜(定日镜)的数量来维持集热效果，导致光场占地面积大，建设成本高；②槽式系统：通过一维曲面反射镜在集热管外表面投射单条反射光聚焦线，光路距离最短，集光强度较塔式系统略有提高，在市场上推广使用最为普遍；但是槽式系统的对日角度可调性差，其管路系统复杂且热损失大，由于采用单焦线聚焦，导致热效率较低，目前只能通过增加曲面反射镜及集热管的数量来维持集热效果；③碟式系统：通过二维曲面反射镜在吸收器表面进行点聚焦，集光强度较塔式系统和槽式系统有进一步提高，但目前仍处于实验改进阶段，且吸收器的斯特林结构较为复杂，造价非常高。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供一种多球环面三维线聚焦太阳能集热器，不受使用地域的限制，可满足对集热温度要求不同、使用条件不同的太阳能热利用项目，能够实现光热高效转换，且结构简单，单位占地面积小，制造成本低廉。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种多球环面三维线聚焦太阳能集热器，包括多球面反光镜、竖向溢流集热管、侧摆可调支架和俯仰可调基座，所述多球面反光镜整体呈环形结构，多球面反光镜由环向均布的若干集光罩组成，集光罩采用凹球曲面；所述竖向溢流集热管位于多球面反光镜的环向中心，多球面反光镜的轴向中心线与竖向溢流集热管的轴向中心线相重合；所述多球面反光镜安装在侧摆可调支架上，所述侧摆可调支架与俯仰可调基座相连接。所述竖向溢流集热管包括外层透光管和内层集热管，外层透光管套装于内层集热管外侧，两者同轴心设置且留有管间缝隙，管间缝隙作为进液腔；所述外层透光管上端封堵且下端开口，所述内层集热管为两端开口，内层集热管的上端开口与管间缝隙相通；所述外层透光管与内层集热管的下端开口之间通过法兰密封，与管间缝隙相对应的法兰上设置有进液口，与内层集热管的内管腔相对应的法兰上设置有出液口，内层集热管的内管腔作为出液腔；在所述管间缝隙及内层集热管内充装有集热工质。所述集光罩的凹球曲面位于其所在的基体圆球面下半球上，凹球曲面由上部水平截割面和下部水平截割面在基体圆球面上截割获得，所述凹球曲面上端界线任意点到基体圆球面球心的连线与上部水平截割面之间夹角为25°～35°，凹球曲面下端界线任意点到基体圆球面球心的连线与下部水平截割面之间夹角为75°～85°。在所述外层透光管外表面沿周向均布有若干柱状月牙形凸透镜，所述柱状月牙形凸透镜与集光罩的数量相同，且集光罩与柱状月牙形凸透镜一一正对；所述集光罩的凹球曲面针对柱状月牙形凸透镜进行凹面镜反射聚焦变形，使集光罩形成凹球变焦曲面，集光罩通过凹球变焦曲面产生竖向线性聚焦线。所述集热工质为水、导热油或空气，集热工质为水时，在所述外层透光管与内层集热管之间加装有承压薄壁管，外层透光管与承压薄壁管之间构成干燥负压封闭空间，所述承压薄壁管与外层透光管、内层集热管同轴心设置，承压薄壁管与内层集热管之间留有管间缝隙，在所述外层透光管上端封堵处设置有圆形凸透镜；集热工质为导热油或空气时，在所述外层透光管与内层集热管之间不加装承压薄壁管，所述外层透光管上端封堵处设置为平面。所述侧摆可调支架包括同步随动架、上端架体、下端架体和铰接轴，所述多球面反光镜和竖向溢流集热管安装在同步随动架上，所述同步随动架安装在上端架体上，所述上端架体与下端架体之间通过铰接轴相铰接，上端架体可绕铰接轴进行摆转动作；所述俯仰可调基座包括下端粗调基座、粗调转臂、上端精调基座及精调转臂，所述粗调转臂一端与下端粗调基座通过第一销轴相铰接，粗调转臂另一端通过第一弧形滑道与下端粗调基座滑动连接，所述上端精调基座固定安装在粗调转臂上，所述精调转臂一端与上端精调基座通过第二销轴相铰接，精调转臂另一端通过第二弧形滑道与上端精调基座滑动连接，所述下端架体固定安装在精调转臂上；所述粗调转臂可绕第一销轴进行俯仰动作，精调转臂可绕第二销轴进行俯仰动作；所述第一销轴与第二销轴相平行，第一销轴、第二销轴均与铰接轴相垂直。所述多球面反光镜下端圆孔的直径大于竖向溢流集热管的外径，竖向溢流集热管与多球面反光镜互不遮挡。所述集光罩的反射镜面可由金属材料抛光制成，或由玻璃、有机玻璃或树脂玻璃进行表面镀膜制成。所述外层透光管由透光材料制成，透光材料包括玻璃、有机玻璃或树脂玻璃。所述内层集热管、承压薄壁管由薄壁不锈钢管、钛合金管或铜合金管制成。本专利技术的有益效果：本专利技术与现有技术相比，采用了由环向均布的若干集光罩组成的多球面反光镜，且集光罩具有凹球变焦曲面，当太阳光垂直射入多球面反光镜表面后，单块集光罩会将入射光线聚焦反射到竖向溢流集热管上，并在竖向溢流集热管形成竖向线性聚焦线，竖向线性聚焦线的数量由集光罩的数量决定，竖向线性聚焦线越多，集热能力越强；当竖向线性聚焦线投射到柱状月牙形凸透镜表面后，会进行二次聚焦和折射，最终将能量更高的竖向线性聚焦线投射到内层集热管的外表面，实现了二级增效聚焦，同时实现了泛光集热、反射集热和聚焦集热并存的太阳能集热方式，不但提高了太阳能集热器的集热强度，还能够形成更加精准的线性聚焦线；本专利技术具备了双轴有区别的半闭环点动跟踪方式进行对日跟踪，不但可以保证跟踪精度，且经济性最优；本专利技术不受使用地域的限制，可满足对集热温度要求不同、使用条件不同的太阳能热利用项目，能够实现光热高效转换，且结构简单，单位占地面积小，制造成本低廉。附图说明图1为本专利技术的多球环面三维线聚焦太阳能集热器结构示意图；图2为本专利技术的竖向溢流集热管(未加装承压薄壁管)结构示意图；图3为图2中A-A剖视图(柱状月牙形凸透镜的数量为12个)；图4为本专利技术的竖向溢流集热管(加载有承压薄壁管)结构示意图；图5为图4中B-B剖视图(柱状月牙形凸透镜的数量为20个)；图6为本专利技术的集光罩采用的凹球曲面的空间截割示意图；图7为图1的俯视图(集光罩数量为9块)；图8为图1的俯视图(集光罩数量为12块)；图9为图1的俯视图(集光罩数量为20块)；图中，1—多球面反光镜，2—竖向溢流集热管，3—同步随动架，5—集光罩，6—外层透光管，7—内层集热管，8—管间缝隙，9—进液口，10—出液口，11—凹球曲面，12—基体圆球面，13—承压薄壁管，14—柱状月牙形凸透镜，15—圆形凸透镜，16—上端架体，17—下端架体，18—铰接轴，19—下端粗调基座，20—粗调转臂，21—上端精调基座，22—精调转臂，23—第一销轴，24—第一弧形滑道，25—第二销轴，26—第二弧形滑道，27—法兰，A本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多球环面三维线聚焦太阳能集热器，其特征在于：包括多球面反光镜、竖向溢流集热管、侧摆可调支架和俯仰可调基座，所述多球面反光镜整体呈环形结构，多球面反光镜由环向均布的若干集光罩组成，集光罩采用凹球曲面；所述竖向溢流集热管位于多球面反光镜的环向中心，多球面反光镜的轴向中心线与竖向溢流集热管的轴向中心线相重合；所述多球面反光镜安装在侧摆可调支架上，所述侧摆可调支架与俯仰可调基座相连接。

【技术特征摘要】
1.一种多球环面三维线聚焦太阳能集热器，其特征在于：包括多球面反光镜、竖向溢流集热管、侧摆可调支架和俯仰可调基座，所述多球面反光镜整体呈环形结构，多球面反光镜由环向均布的若干集光罩组成，集光罩采用凹球曲面；所述竖向溢流集热管位于多球面反光镜的环向中心，多球面反光镜的轴向中心线与竖向溢流集热管的轴向中心线相重合；所述多球面反光镜安装在侧摆可调支架上，所述侧摆可调支架与俯仰可调基座相连接；所述竖向溢流集热管包括外层透光管和内层集热管，外层透光管套装于内层集热管外侧，两者同轴心设置且留有管间缝隙，管间缝隙作为进液腔；所述外层透光管上端封堵且下端开口，所述内层集热管为两端开口，内层集热管的上端开口与管间缝隙相通；所述外层透光管与内层集热管的下端开口之间通过法兰密封，与管间缝隙相对应的法兰上设置有进液口，与内层集热管的内管腔相对应的法兰上设置有出液口，内层集热管的内管腔作为出液腔；在所述管间缝隙及内层集热管内充装有集热工质；所述集光罩的凹球曲面位于其所在的基体圆球面下半球上，凹球曲面由上部水平截割面和下部水平截割面在基体圆球面上截割获得，所述凹球曲面上端界线任意点到基体圆球面球心的连线与上部水平截割面之间夹角为25°～35°，凹球曲面下端界线任意点到基体圆球面球心的连线与下部水平截割面之间夹角为75°～85°；在所述外层透光管外表面沿周向均布有若干柱状月牙形凸透镜，所述柱状月牙形凸透镜与集光罩的数量相同，且集光罩与柱状月牙形凸透镜一一正对；所述集光罩的凹球曲面针对柱状月牙形凸透镜进行凹面镜反射聚焦变形，使集光罩形成凹球变焦曲面，集光罩通过凹球变焦曲面产生竖向线性聚焦线。2.根据权利要求1所述的一种多球环面三维线聚焦太阳能集热器，其特征在于：所述集热工质为水、导热油或空气，集热工质为水时，在所述外层透光管与内层集热管之间加装有承压薄壁管，外层透光管与承压薄壁管之间构成干燥负压封闭空间，所述承压薄壁管与外层透光...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏啓忠，夏珊珊，单贺，
申请(专利权)人：夏啓忠，
类型：发明
国别省市：辽宁;21