專利名稱：橋式大容量高聚光比復合菲涅爾線聚光反射裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種具有聚焦元件的太陽能集熱器，特別是一種橋式大容量高聚光比復合菲涅爾線聚光反射裝置。
背景技術：
菲涅爾透鏡具有聚光作用，在太陽能熱發電大型聚光裝置的應用中，主要采用反射式菲涅爾設備。現有技術中菲涅爾反射裝置的種類很多，如廣泛應用的緊湊式線聚焦菲涅爾反射器(Compact Linear Fresnel Ref lector,簡稱CLFR),由分布在下方的緊湊排列的復數個菲涅爾反射鏡和上方的太陽能集熱管組成參照專利，ZL200880112788.8 ;還有拋
物線槽式聚光裝置，也是常用的太陽能熱發電聚光裝置，其所使用的反射鏡采用拋物線形，凹面面向太陽方向，在凹面上方聚集位置設置太能能集熱管；還有塔式聚光裝置，其包括位于中心點的塔式太陽能集熱設備和以該中心為圓心向外布列的多層環形拋物線碟式菲涅爾反射裝置；除此之外，還有一種二次反射的菲涅爾線聚光反射裝置，其在類似CLFR結構的基礎上，在集熱管上部設置二次反射罩，參照意大利專利申請號RM2010A000437，用以將陽光反射到集熱管頂部，以均衡集熱管的吸熱，還用于反射因為聚焦誤差造成的陽光散失，這主要是因為底部反射鏡片由于入射角的不同，在不同角度時的聚焦距離是不一樣的。然而上述所述聚光裝置的存在許多不足之處塔式聚光裝置和拋物線碟式聚光裝置的容量小，拋物線槽式聚光裝置容量較塔式聚光裝置和拋物線碟式聚光裝置的大，是目前常用的一種，但通常不超過100MW，而CLFR的容量可以做得更大且成本更低。，而容量大的CLFR則存在以下問題首先，如附圖
I所示，在陽光Y垂直照射的情況下，為了反射光不被阻礙，相鄰反射鏡片2之間需要有一定的間隔S，以避免所反射的光線被靠近集熱管I的那一反射鏡片遮擋，而且離集熱管越遠的反射鏡片需要的間隔越大，這就造成了陽光泄露，影響了地面利用率。如果陽光從集熱管的遠端(即遠離集熱管)斜照到反射鏡片，反射鏡片之間的間隔還需要進一步加大，這會造成更加大的陽光泄漏。圖中，β為集熱管與主反射裝置的垂直線與主反射鏡片反射光不被遮擋的界限a之間的夾角，X為集熱管垂直于主反射裝置的點向兩邊延伸的長度，當鏡片寬度足夠小(即理論上趨向于O)的時候，可以計算出在反射沒有被阻擋的情況下，在圖I所示的X寬度內，在上述條件下的反射鏡的有效寬度為
d*ln(xfd+^1 + {x/d}2，當X與集熱管的高度d相等時，反射鏡的有效寬度大約為d的O. 88
倍；當X為d的2倍時反射鏡的有效寬度大約為d的I. 444倍；當X為d的3倍時反射鏡的有效寬度大約為d的I. 818倍。可見反射鏡的寬度越寬則有效性越差。實際應用的反射鏡的寬度不會一0，可以證明，上式是能夠獲得的最大有效寬度，單個反射鏡的寬度越寬，在一定X內的有效寬度越小。其次，目前CLFR的反射片的弧度是不可調的，I是中間部分的反射鏡距離集熱管比較近，而兩側的反射鏡距離集熱管比較遠，如果所有反射鏡都是一樣的弧度，勢必會有一部分反射鏡聚焦效果不好；2是雖然反射鏡能夠隨陽光角度的變化而轉動，反射鏡中心與集熱管中心的距離是不變的，但是隨陽光入射角度的不同，反射鏡焦距的位置就會發生變化，如附圖2和附圖3，陽光與反射鏡成30°角時(見附圖3)，其聚焦距離(反射鏡中心到聚焦中心的距離)只有陽光與反射鏡垂直時(見附圖2)的一半。另外，CLFR的集熱管只是單(下)側受熱，受熱不均勻，這影響了集熱管的溫度和吸熱量。二次反射的菲涅爾線聚光反射裝置能夠減少陽光的散失，但只是在集熱器處，再共反射鏡存在和CLFR同樣的一些問題，導致改善的程度有限，改善的程度效果不可控(即不同陽光入射角不一樣，事實上是如果聚光精確，二次反射裝置是不需要的，但水平布置的反射鏡片是很難做到的，除非反射角度變化時反射鏡片的弧度也變化)，二次反射罩上部還會遮擋陽光。
實用新型內容本實用新型的目的在于克服現有技術的不足之處，而提出一種大容量、地面利用率高、陽光散失少，聚焦效果和集熱效果好的橋式大容量高聚光比復合菲涅爾線聚光反射
>J-U ρ α裝直。本實用新型是通過以下途徑來實現的橋式大容量高聚光比復合菲涅爾線聚光反射裝置，包括有主反射裝置和集熱管，其結構要點在于，主反射裝置由復數個以微弧菲涅爾反射鏡片為主反射鏡組成，每個主反射鏡的中心位置設置有轉向裝置，且該復數個主反射鏡片位于集熱管的上方，呈一種橋式的分布結構，該結構包括水平段和以該水平段為中心對稱的左右兩弧度段，以集熱管為中心、在水平段兩端端點之一的切線方向以向上的角度α向外延展形成所述的弧度段；同時每個菲涅爾反射鏡的內凹弧面均面向有陽光入射的方向，當陽光的方向與主反射鏡的中心點和集熱管的中心連線平行時，該片反射鏡進行180°的翻轉；還包括有一種副反射裝置，其安裝在集熱管下方，弧形內凹面面向集熱管方向。所述轉向裝置能夠使菲涅爾反射鏡根據陽光的入射角度進行翻轉。微弧的菲涅爾反射鏡能夠使得單片寬度較大的反射鏡片聚焦于直徑較小的集熱管，從而獲得更高的陽光利用率。而為了達到較高的地面利用率，需要分析太陽光線變化的過程對聚光效果的影響對于垂直照射的光線，處于中間水平段的主反射鏡，這時陽光與主反射鏡到集熱管的方向平行，主反射鏡難以反射陽光到集熱管，這部分陽光的利用需要借助副反射裝置，兩側的弧度段在這種情況下可以反射陽光并且不受遮擋也沒有陽光泄漏，另外弧度段在陽光垂直照射時聚光效果比較好，陽光垂直照射時最能夠考驗這類聚光裝置的地面利用率，通常(如clfr)是聚光比越高地面利用率越低，而本裝置能夠在較高的聚光比時保持較高的地面利用率。對于陽光斜照的情況，三段的情況有所不同，對于近日端，即有陽光直射的弧度段，這時陽光與反射鏡中心到集熱管的方向平行的部位，難以反射陽光到集熱管，這部分陽光的利用需要借助副反射鏡，但周邊可能有一部分陽光泄漏；中間的水平段在陽光斜照時，陽光的利用率比較高；遠端的弧度段在陽光斜照時，陽光的利用率比較低，但是這部分所占的面積較小，并且有一部分陽光照射不到，所以影響不大。因此地面利用率大，陽光散失少。主反射鏡的橋式分布結構有利于接受傾斜的陽光，當陽光傾斜到一定的程度，整個反射裝置水平接受面的有效面積就會大為減少，但是中間凸起的水平段能夠在陽光傾斜時可以維持較大的接受面。另外橋式結構有利于反射角度的改善，對于陽光傾斜時離太陽較遠的一側的主反射鏡，陽光的入射角比較大，但是由于橋式結構，這部分主反射鏡可能沒有陽光到達，所以避免了較大入射角。主反射裝置中的菲涅爾反射鏡采用微弧構造，這種微弧是拋物線形的，而焦點在集熱管處，由于焦點距離弧線比較遠，所以弧度不會很大，微弧反射鏡的設計，在技術和經濟方面都有合理性，反射鏡寬度要比集熱管的外徑大很多，微弧聚焦使得能夠在較大的范圍內合理布置反射鏡片的數量(在條件合適的或制作方便的情況下，平板和圓形等形狀的反射鏡片也可以采用)，從而提高聚光比。當陽光的方向與主反射裝置的反射鏡和集熱管的中心連線平行時，該片反射鏡需要做約180°的翻轉，以便改變反射方向。副反射裝置的目的有二 首先是改善了光能的利用效果，在陽光的方向與主反射裝置的反射鏡和集熱管的中心連線平行的部位附近，主反射裝置的其他鏡片由于位置的限制，難以反射光線，這時讓光線投射到副反射鏡，使這部分光線獲得利用；其次是副反射裝置的光線投射到了集熱管上主聚光鏡無法照射到的部位，使集熱管的受熱更加均勻，改善 了集熱管的工作情況和傳熱效果。這種采用將主反射裝置以集熱管為圓心呈圓弧線形分布在集熱管上方，并在集熱管下方設置副反射裝置的技術方案，能夠使得本實用新型所述菲涅爾線聚光反射裝置獲得較高的地面利用率，充分考慮了陽光的入射情況，大大減少了陽光的散失，提高了集熱管的集熱效果，同時實現了良好的聚焦效果和對集熱管均勻受熱的效果，滿足了大容量的高聚光比的需求。本實用新型可以進一步具體為副反射裝置的寬度一般大于主反射裝置的水平段長度。較大的寬度能夠使得副反射裝置提供較好的調節和輔助反射的功能，但也會提高成本，因此副反射裝置的寬度只需要略大于水平段長度即可。副反射裝置所采用的副反射鏡為一種拋物線形聚光反射鏡，該副反射鏡上設置有驅動轉向裝置。所述的副反射裝置如同拋物線槽式聚光裝置，采用一種整體結構的拋物線形反射鏡，其需要能夠在驅動轉向裝置的作用下跟蹤陽光，以便能夠充分有效的將陽光聚焦到集熱管上。還可以是副反射裝置為復數個菲涅爾反射鏡片組成，且該復數個菲涅爾反射鏡的中心位于同一直線上，弧形凹面中心垂直線指向集熱管中心。所述的副反射裝置鏡片布置如同之前提及的CLFR聚光裝置，其中的菲涅爾反射鏡作為副反射鏡，且傾斜角度是固定的，以集熱管為焦點聚光。這種結構的副反射裝置的反射效果不如拋物線形聚光反射鏡，但差異很小，而帶來的好處是制造方便，成本低。當副反射鏡寬度足夠小且總寬度為X時，每片副反射鏡的有效反
射寬度大約為jJCOS^ + 1dx其中β見附圖I中所示，為集熱
O=O，
管與副反射裝置的垂直線與菲涅爾反射鏡反射光線不被遮擋所形成的角度，
權利要求1.橋式大容量高聚光比復合菲涅爾線聚光反射裝置，包括有主反射裝置和集熱管，其特征在于，主反射裝置由復數個以微弧菲涅爾反射鏡片為主反射鏡組成，每個主反射鏡的中心位置設置有轉向裝置，且該復數個主反射鏡片位于集熱管的上方，呈一種橋式的分布結構，該結構包括水平段和以該水平段為中心對稱的左右兩弧度段，以集熱管為中心、在水平段兩端端點之一的切線方向以向下的角度α向外延展形成所述的弧度段；同時每個菲涅爾反射鏡的內凹弧面均面向有陽光入射的方向，當陽光的方向與主反射鏡的中心點和集熱管的中心連線平行時，該片反射鏡進行180°的翻轉；還包括有一種副反射裝置，其安裝在集熱管下方，弧形內凹面面向集熱管方向。
2.根據權利要求I所述的橋式大容量高聚光比復合菲涅爾線聚光反射裝置，其特征在于，副反射裝置的寬度大于主反射裝置的水平段長度。
3.根據權利要求I所述的橋式大容量高聚光比復合菲涅爾線聚光反射裝置，其特征在于，副反射裝置所采用的副反射鏡為一種拋物線形聚光反射鏡，該副反射鏡上設置有驅動轉向裝置。
4.根據權利要求I所述的橋式大容量高聚光比復合菲涅爾線聚光反射裝置，其特征在于，副反射裝置為復數個菲涅爾反射鏡片組成，且該復數個菲涅爾反射鏡的中心位于同一直線上，弧形凹面中心垂直線指向集熱管中心。
5.根據權利要求I所述的橋式大容量高聚光比復合菲涅爾線聚光反射裝置，其特征在于，弧度段的主反射鏡的中心位置所分布延展的角度α滿足1η(ρ/ρ0)=θ tga ;其中p0為集熱管中心到水平段端部反射鏡Fd中心的距離，P為弧度段上的某一反射鏡Fh的中點到集熱管中心的距離；Θ為以集熱管中心為頂點、水平段端部反射鏡Fd中心為起點向外轉到弧度段該某一反射鏡Fh中心的角度。
6.根據權利要求I所述的橋式大容量高聚光比復合菲涅爾線聚光反射裝置，其特征在于，主反射裝置的水平段兩端和集熱管中心點形成的角度φ為2倍的a。
7.根據權利要求I所述的橋式大容量高聚光比復合菲涅爾線聚光反射裝置，其特征在于，水平段的主反射鏡之間的間距為1/2到·^/2倍的主反射鏡寬度。
8.根據權利要求I所述的橋式大容量高聚光比復合菲涅爾線聚光反射裝置，其特征在于，在弧度段，主反射鏡一半的寬度與該段主反射鏡間距的比值小于sin(45° -a/2)。
9.根據權利要求I所述的橋式大容量高聚光比復合菲涅爾線聚光反射裝置，其特征在于，所述的主反射裝置中的菲涅爾反射鏡，即主反射鏡的轉向裝置包括有反射鏡架、轉軸以及支架，反射鏡安裝在反射鏡架上并組成轉動體，反射鏡架通過轉軸旋轉支撐在支架上，轉軸軸心位于反射鏡的反射方向上，而且，該轉軸軸心位于反射鏡的厚度內；設置一種平衡錘，該平衡錘與轉動體連接，并設置在轉動體重心與轉軸軸心連線的延伸線上。
10.根據權利要求I所述的橋式大容量高聚光比復合菲涅爾線聚光反射裝置，其特征在于，集熱管或者是玻璃真空管，或者光伏發電裝置。
專利摘要本實用新型涉及一種具有聚焦元件的太陽能集熱器，特別是一種橋式大容量高聚光比復合菲涅爾線聚光反射裝置，其結構要點在于，主反射裝置由復數個微弧菲涅爾反射鏡組成，且該復數個菲涅爾反射鏡位于集熱管的上方，呈一種橋式的分布結構，該結構包括水平段和以該水平段為中心對稱的左右兩弧度段；還包括有一種副反射裝置，其安裝在集熱管下方，弧形內凹面面向集熱管方向。本實用新型優點在于能夠使得本實用新型所述菲涅爾線聚光反射裝置獲得較大的地面利用率，充分考慮了陽光的入射情況，大大減少了陽光的散失，提高了集熱管的集熱效果，同時實現了良好的聚焦效果和對集熱管均勻受熱的效果，體現了其大容量的聚光效果。
文檔編號G02B7/198GK202792603SQ201220346960
公開日2013年3月13日 申請日期2012年7月17日 優先權日2012年7月17日
發明者陳宇, 湯延令, 曾忠旺, 陳獻春, 張錦坤, 何多微, 蔣孝科, 王寅 申請人:福建省電力有限公司電力科學研究院