一種新型拋物柱面反射鏡式聚光裝置及其使用方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種新型拋物柱面反射鏡式聚光裝置，具體的說(shuō)是一種應(yīng)用在太陽(yáng)能 中低溫供熱的新型拋物柱面反射鏡式聚光裝置。 技術(shù)背景
[0002] 為發(fā)展太陽(yáng)能的利用，必須提高集熱器的供熱溫度。到達(dá)地球表面太陽(yáng)福射的總 量盡管很大，但是能流密度低并且太陽(yáng)能具有間斷性和不穩(wěn)定性等特點(diǎn)。因此如需提高集 熱器的供熱溫度就需要通過(guò)聚光器來(lái)提高太陽(yáng)能的能流密度。聚光型集熱器的種類有很 多。槽式聚焦太陽(yáng)能集熱器是中高溫集熱器的一種，主要由集熱器和作為聚光裝置的拋物 柱面反射鏡反射面、跟蹤裝置組成，其中聚光裝置中的跟蹤裝置能夠不斷地調(diào)整集熱器的 傾角和方位角，是集熱器產(chǎn)生中高溫?zé)崴谋ＷC?，F(xiàn)有的跟蹤裝置大多分為單軸跟蹤裝置 和雙軸跟蹤裝置兩種形式，雙軸跟蹤能夠保證入射光線時(shí)時(shí)刻刻垂直于集熱器開(kāi)口，可W 使得拋物柱面反射鏡反射面接收全部太陽(yáng)直射福射能，從而獲得比較多的能量。單軸跟蹤 僅僅滿足入射光線與主光軸、焦線在同一平面內(nèi)。由于太陽(yáng)高度角的變化，入射光線與主光 軸之間存在的夾角會(huì)造成余弦損失，使得配備單軸跟蹤系統(tǒng)的集熱器的拋物柱面反射鏡反 射面接收到的太陽(yáng)福射量較低，但跟蹤裝置會(huì)增加整個(gè)系統(tǒng)的復(fù)雜程度，提高裝置成本，對(duì) 裝置的控制也增加了整個(gè)系統(tǒng)的使用成本。在應(yīng)用槽式聚焦太陽(yáng)能集熱器的太陽(yáng)能利用系 統(tǒng)中，由于跟蹤裝置直接或間接產(chǎn)生的費(fèi)用很大程度加長(zhǎng)了系統(tǒng)的成本回收期，甚者在系 統(tǒng)壽命期內(nèi)整個(gè)系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生零收益的現(xiàn)象，從而影響了太陽(yáng)能集熱器作為太陽(yáng)能利用裝置 的推廣應(yīng)用，因此提供一種跟蹤裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便，使用成本低的拋物柱面反射鏡式 聚光裝置成為現(xiàn)有技術(shù)中亟待解決的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 針對(duì)目前太陽(yáng)能中低溫利用供熱溫度不高和集熱器集熱時(shí)間短、效率低的情況， 本發(fā)明提供了一種新型拋物柱面反射鏡式聚光裝置，通過(guò)改進(jìn)拋物柱面反射鏡式聚光裝置 的結(jié)構(gòu)，可W通過(guò)季節(jié)性的手動(dòng)調(diào)節(jié)跟蹤裝置有效提高集熱器供熱溫度，并且同時(shí)提供一 種通過(guò)合理的跟蹤方法，在降低設(shè)備硬件成本和使用成本的基礎(chǔ)上提高太陽(yáng)能的利用率， 從而提高太陽(yáng)能利用的經(jīng)濟(jì)性。使槽式集熱器在在太陽(yáng)能中低溫利用時(shí)具有經(jīng)濟(jì)性。
[0004] 本發(fā)明提供了一種新型拋物柱面反射鏡式聚光裝置，所述新型拋物柱面反射鏡式 聚光裝置包括聚光組件、手動(dòng)跟蹤組件、底座組件，所述聚光組件包括拋物柱面反射鏡及位 于拋物柱面反射鏡內(nèi)部的用于將集熱管固定在焦線上的集熱管定焦支撐部件和集熱管緊 固部件，所述底座組件用于將整個(gè)拋物柱面反射鏡式聚光裝置固定安裝在地面上，所述手 動(dòng)跟蹤組件連接聚光組件和底座組件并可W用于手動(dòng)調(diào)節(jié)拋物線反射鏡的俯仰角和方位 角，其特征在于，所述底座組件包括用于固定在地面的底座及安裝在底座上方，用于支撐手 動(dòng)跟蹤組件的支柱，所述手動(dòng)跟蹤組件包括下底板、轉(zhuǎn)動(dòng)板、俯仰軸及下支桿安裝座、下支 桿、上支桿、套管、上支桿安裝座，下底板安裝在支柱頂部且與地面平行，所述下底板和轉(zhuǎn)動(dòng) 板均為條形板，下底板的上表面和轉(zhuǎn)動(dòng)板的下表面之間通過(guò)俯仰軸連接，轉(zhuǎn)動(dòng)板可W俯仰 軸為轉(zhuǎn)動(dòng)軸在下底板上方轉(zhuǎn)動(dòng)且可W放平覆蓋在下底板上，俯仰軸平行于下底板上表面， 俯仰軸在下底板上的安裝位置接近下底板的一個(gè)端部，下底板與俯仰軸安裝位置相對(duì)的另 一端部的側(cè)面具有缺口，轉(zhuǎn)動(dòng)板下表面與缺口對(duì)應(yīng)的位置具有上支桿安裝座，上支桿的頂 端通過(guò)上支桿安裝座可轉(zhuǎn)動(dòng)安裝在轉(zhuǎn)動(dòng)板下表面，上支桿下半部分可W伸入下底板的缺口 中，所述下支桿底端通過(guò)下支桿安裝座可轉(zhuǎn)動(dòng)的安裝在下底板上表面接近缺口底部的位 置，下支桿頂端安裝有套筒，所述套筒軸線與下支桿軸線垂直，通過(guò)將上支桿末端伸入套筒 并將上支桿與套筒相對(duì)鎖定，可W將轉(zhuǎn)動(dòng)板與下底板鎖定在固定的打開(kāi)角度上，所述上支 桿和下支桿及套筒可W將轉(zhuǎn)動(dòng)板與下底板的夾角鎖定在15°到75°之間。所述轉(zhuǎn)動(dòng)板上 表面具有轉(zhuǎn)軸下托，拋物柱面反射鏡底部具有轉(zhuǎn)軸上托，拋物柱面反射鏡通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)下托、轉(zhuǎn) 動(dòng)上托及方位軸可轉(zhuǎn)動(dòng)的連接于轉(zhuǎn)動(dòng)板上表面，方位軸的軸線與用俯仰軸軸線方向垂直， 且方位軸軸線與拋物柱面反射鏡的的焦線平行且通過(guò)拋物面的對(duì)稱面。拋物柱面反射鏡與 轉(zhuǎn)動(dòng)板的轉(zhuǎn)動(dòng)角度可調(diào)且可鎖定。所述拋物柱面反射鏡的幾何聚光比為10-30。
[0005] 所述的新型跟蹤拋物柱面反射鏡式聚光裝置，其特征是上支桿側(cè)面分布有用于容 納緊固螺栓頭部的凹坑。套筒側(cè)面具有螺紋通孔，上支桿在套筒中的鎖定方式為從套筒側(cè) 面螺紋通孔旋入緊固螺栓，并將緊固螺栓頭部伸入上支桿側(cè)面的凹坑中。
[0006] 所述的新型跟蹤拋物柱面反射鏡式聚光裝置，其特征是所述集熱管定焦支撐部件 為焊接在轉(zhuǎn)軸上托頂端的金屬扁桿，集熱管定焦支撐部件頂端具有集熱管固定環(huán)，所述集 熱管固定環(huán)側(cè)面開(kāi)口且開(kāi)口處徑向伸出的形成雙層凸板，所述雙層凸板上具有貫穿的螺紋 孔，所述集熱管固定環(huán)的軸線與拋物柱面反射鏡的焦線重合，當(dāng)集熱管插入集熱管固定環(huán) 時(shí)可W通過(guò)在螺紋孔中旋入螺栓的方式實(shí)現(xiàn)集熱管的固定。
[0007] 所述的新型跟蹤拋物柱面反射鏡式聚光裝置，其特征是所述拋物柱面反射鏡采用 為侶板貼附反光膜制作而成，所述拋物柱面反射鏡沿拋物柱面母線均分成2塊反射鏡片， 在使用時(shí)組裝成為完整的拋物柱面反射鏡。
[0008] 所述的新型跟蹤拋物柱面反射鏡式聚光裝置，其特征是轉(zhuǎn)軸上托11上部為向兩 側(cè)延伸的雙層夾片，將2塊反射鏡片分別由位于轉(zhuǎn)軸上托兩側(cè)的雙層夾片夾住后再進(jìn)行螺 栓緊固即可組成拋物柱面反射鏡。
[0009] 本發(fā)明還提供了一種新型跟蹤拋物柱面反射鏡式聚光裝置的使用方法，包括W下 步驟：
[0010] 1)在轉(zhuǎn)動(dòng)板平放時(shí)，拋物柱面反射鏡的焦線兩端分別指向南北方向，調(diào)節(jié)方位軸， 使拋物柱面的中垂面與地面垂直；
[0011] 2)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)板與下底板的夾角（即拋物柱面反射鏡的俯仰角），俯仰角依據(jù)夏至、 冬至和春分、秋分的太陽(yáng)高度角變化規(guī)律做出調(diào)整。在北締30° -60°的范圍內(nèi)，令夏至前 后兩個(gè)月拋物柱面反射鏡的俯仰角調(diào)整為當(dāng)?shù)鼐喍?5°~15°，冬至前后兩個(gè)月拋物柱 面反射鏡的俯仰角調(diào)整為當(dāng)?shù)鼐喍惹蒁~15°，春分和秋分前后兩個(gè)月拋物柱面反射鏡 的俯仰角調(diào)整為當(dāng)?shù)鼐喍取?br>[0012] 本發(fā)明提供的一種新型拋物柱面反射鏡式聚光裝置，它的創(chuàng)新之處有：
[0013] (1)本發(fā)明設(shè)及的跟蹤系統(tǒng)具有雙軸跟蹤的功能，既能通過(guò)上支桿、下支桿、俯仰 軸及其附屬機(jī)構(gòu)的配合來(lái)調(diào)節(jié)俯仰角。又能通過(guò)方位軸來(lái)調(diào)節(jié)方位角。
[0014] (2)拋物柱面反射鏡聚光采用侶板貼附反光膜的形式，侶板材料的采用可W降低 聚光組件的質(zhì)量，減小套管處緊固螺栓的負(fù)擔(dān)。運(yùn)種形式充分降低了整個(gè)裝置的造價(jià)，符合 太陽(yáng)能經(jīng)濟(jì)性利用的觀點(diǎn)，且采用兩塊鏡片組成拋物柱面反射鏡，易于拆裝。
[0015] (3)提供了采用季節(jié)性調(diào)節(jié)拋物柱面反射鏡高度角的方法，實(shí)則為單軸跟蹤、南北 放置的方式。在將方位軸轉(zhuǎn)動(dòng)角度固定不變的情況下，季節(jié)性的調(diào)節(jié)俯仰軸轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)跟蹤 太陽(yáng)的方位和高度，保證入射光線垂直于集熱器開(kāi)口，通過(guò)優(yōu)選拋物柱面反射鏡的幾何聚 光比，我們驚奇的發(fā)現(xiàn)在僅采用上述簡(jiǎn)化的調(diào)節(jié)方式的情況下，能夠顯著降低余弦損失，實(shí) 現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)能的充分利用，在華北地區(qū)的典型締度北締40°，采用夏至前后兩個(gè)月拋物柱面 反射鏡的俯仰角調(diào)整為當(dāng)?shù)鼐喍?10,冬至前后兩個(gè)月拋物柱面反射鏡的俯仰角調(diào)整為當(dāng) 地締度+10,春分和秋分前后兩個(gè)月拋物柱面反射鏡的俯仰角調(diào)整為當(dāng)?shù)鼐喍鹊恼{(diào)節(jié)方式。 可W使聚光裝置每年只需調(diào)整4次俯仰角的情況下，全年在主要日照時(shí)間巧~15時(shí)）內(nèi) 均工作在理想狀態(tài)（俯仰角與太陽(yáng)高度角之和為75°~105° )
[0016] 綜上，本發(fā)明提供的新型拋物柱面反射鏡式聚光裝置成本低廉而且操作簡(jiǎn)單，拆 裝自由，能夠最大限度地提高太陽(yáng)能的利用率。此裝置為小型聚光器，通過(guò)季節(jié)性的手動(dòng)調(diào) 節(jié)設(shè)備的俯仰角即可最大限度的利用集熱器吸收太陽(yáng)能，在大大簡(jiǎn)化了跟蹤系統(tǒng)的硬件成 本和使用成本的同時(shí)，盡可能的提高了太陽(yáng)能的利用率，有效提高了聚光效率和整個(gè)裝置 的使用經(jīng)濟(jì)性。
【附圖說(shuō)明】：
[0017] 圖1為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】提供的一種新型拋物柱面反射鏡式聚光裝置整體結(jié) 構(gòu)不意圖；
[0018] 圖2為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】提供的一種新型拋物柱面反射鏡式聚光裝置轉(zhuǎn)動(dòng)板 平放的狀態(tài)示意圖；
[0019] 圖3為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】提供的一種新型拋物柱面反射鏡式聚光裝置的集熱 管緊固部件的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020] 圖4為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】提供的一種新型拋物柱面反射鏡式聚光裝置的套管 與上支桿緊固結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021] 圖中，1-下支桿安裝座，2-下支桿，3-缺口，4-上支桿，5-套管，6-上支桿安裝座， 7-方位軸，8-拋物柱面反射鏡，9-集熱管定焦支撐部件，10-集熱管緊固部件，11-轉(zhuǎn)軸上 托，12-轉(zhuǎn)軸下托，13-轉(zhuǎn)動(dòng)板，14-俯仰軸，15-下底板，16-支柱，17-地腳螺栓，18-底座， 19-集熱管固定環(huán)，20-螺栓孔，21-雙層凸板，22-緊固螺栓。
【具體實(shí)施方式】
[0022] 下面結(jié)合附圖進(jìn)一步敘述本發(fā)明：
[0023] 本發(fā)明提供了一種新型拋物柱面反射鏡式聚光裝置，所述拋物柱面反射鏡式聚光 裝置包括聚光組件、手動(dòng)跟蹤組件、底座組件，所述聚光組件包括拋物柱面反射鏡8及位于 拋物柱面反射鏡內(nèi)部的用于將集熱管固定在焦線上的集熱管定焦支撐部件9和集熱管緊 固部件10,所述底座組件用于將整個(gè)拋物柱面反射鏡式聚光裝置固定安裝在地面上，所述 手動(dòng)跟蹤組件連接聚光組件和底座組件并可W用于手動(dòng)調(diào)節(jié)拋物線反射鏡的俯仰角和方 位角，其特征在于所述底座組件包括用于固定在地面的底座18及安裝在底座上方，用于支 撐手動(dòng)跟蹤組件的支柱16,所述手動(dòng)跟蹤組件包括下底板15、轉(zhuǎn)動(dòng)板13、俯仰軸14及下支 桿安裝座1、下支桿2、上支桿4、套管5、上支桿安裝座6，下底板安裝在支柱頂部且與地面平 行，所述下底板和轉(zhuǎn)動(dòng)