[发明专利]一种二级曲面菲涅尔反射式太阳能腔体集热装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种太阳能集热装置，特别是一种二级曲面菲涅尔反射式太阳能腔体集热装置，属于太阳能利用技术领域。

背景技术

太阳能的商业化开发和利用是可再生能源领域的一个重要发展趋势，国际能源署(IEA)预计，到2040年太阳能发电将占世界电力供应的20%以上。聚光式太阳能热发电技术作为太阳能利用的一种重要方式，已成为国际太阳能技术发展的重要方向之一。中国《可再生能源发展“十一五”规划》中也明确提出，要在内蒙古鄂尔多斯高地沿黄河平坦荒漠、甘肃河西走廊平坦荒漠、新疆哈密地区、西藏拉萨或北京周边选择适宜地区，开展太阳能热发电试点工作。

采用跟踪聚光型太阳能集热器，可以获得较高品质的热能。因此，利用聚焦技术可以提高太阳能光热转换温度，能够实现太阳能在中高温领域的应用在太阳能中高温利用中。聚焦型太阳能集热器分为点聚焦和线聚焦两类，点聚焦有碟式和塔式，线聚焦有线性菲涅尔反射式和槽式，能获得较高热能，是高品质热源，属于中高温应用。在太阳能中高温利用中，目前的主要研究方向是中温太阳能工业加热、太阳能制冷与空调和太阳能高温热发电技术。线性菲涅尔反射式和槽式属于线性聚光，目前已经实现商业化应用。碟式和塔式属于点聚焦，由于成本高且具有很高的技术难度一直处于示范阶段。因此，线聚焦太阳能集热器在中高温利用方面占有重要地位。

线性菲涅尔反射集热装置是一种线聚焦太阳能集热器。由多组水平布置的窄带形平面镜构成，每组反射镜都有一定的倾角，将入射的太阳光反射到公共的焦线上，接收器安装在反射镜的公共交点处，吸收聚焦的太阳能。该类装置具有大聚光比、低风载稳定性以及占地面积小等优点，降低了单位峰值功率的投资成本和发电成本。线性菲涅尔反射集热装置可用于大型太阳能热发电、小型蒸汽发电工程、蒸汽式制冷工程等。

但是目前线性菲涅尔反射式太阳能系统存在以下不足，影响了该系统的发展和推广应用：1、由于采用平面镜，限制了该系统的聚光比，影响了太阳能集热器的适用温度和集热效率；2、集热器固定在空中，影响了集热器的稳定性和安全性，不利于管道的布置及系统的安装，同时具有较高的热损失；3、光线反射到集热器上的角度过大，增加了对跟踪精度的要求。

腔体式太阳能吸收器采用黑体的原理，进入到腔体内的太阳光多次反射后被吸收而转化为热能，由于无需采用真空措施进行保温，可以有效地降低集热器成本、也避免了真空管吸收器对玻璃和金属封接技术的高要求，提高了装置的可靠性，但是对入射光线角度和开口尺寸有较高的要求。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有相关线性菲涅尔反射式太阳能集热装置的缺陷，提供了一种聚光比大、集热效率高、稳定性好、成本低的线性菲涅尔反射式太阳能集热装置。

为解决上述技术问题，本专利提供的技术方案为：

采用二级曲面菲涅尔反射式太阳能腔体集热装置，包括一级反光镜、一级反光镜支撑环、二级反光镜、二级反光镜支撑杆、转动装置、太阳能集热器；一级反光镜由多个一级反光镜单元构成，每个一级反光镜单元为长条形凹面镜，一级反光镜单元的镜面朝上，一级反光镜单元的背部设有转动轴，一级反光镜单元可以围绕转动轴转动，多个一级反光镜单元的转动轴平行，转动轴与转动装置连接，每个一级反光镜单元上套有一级反光镜支撑环，一级反光镜的上方设有二级反光镜，二级反光镜由多个二级反光镜单元构成，每个二级反光镜单元为长条形凸面镜，二级反光镜单元镜面朝下，多个二级反光镜单元的长边平行，二级反光镜通过二级反光镜支撑杆固定到地面上，太阳能集热器位于二级反光镜的下方，太阳能集热器固定在地面上。

作为本发明的一种改进，所述的转动装置包括蜗轮、蜗杆、电机，蜗轮固定连接到一级反光镜单元的转动轴的两端，多个蜗轮与蜗杆啮合连接，蜗杆与电机连接。

作为本发明的一种改进，所述的太阳能集热器采用腔体式集热器，腔体式集热器包括外壳、内腔、喇叭形开口、保温层、介质通道；外壳为长方体状、内腔为圆柱腔体状，内腔通过喇叭形开口连通到外部，内腔上覆有吸热层，介质通道紧贴内腔，介质通道的截面为月牙状，外壳、喇叭形开口、介质通道所构成的封闭空间中填充有保温层。

作为本发明的一种改进，所述的一级反光镜包含2~10个一级反光镜单元，所述的二级反光镜包含2~10个二级反光镜单元，一级反光镜单元和二级反光镜单元的个数相同。

作为本发明的一种改进，所述的一级反光镜单元为圆弧面凹面镜或抛物面凹面镜，所述的二级反光镜单元为圆弧面凸面镜或抛物面凸面镜。

作为本发明的一种改进，所述的喇叭形开口上覆有反光层。