專利名稱：槽式順向聚焦軸向傳光太陽能聚光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種太陽能聚光器，尤其是一種利用聚光器與高溫聚能器結(jié)合組成的結(jié)構(gòu)， 實現(xiàn)太陽光高密度聚集并產(chǎn)生高溫?zé)崮艿奶柲芾醚b置。屬太陽能聚光與太陽能高溫?zé)崂?用技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在目前推廣使用的中高溫太陽能集熱器中，主要有旋轉(zhuǎn)拋物面反射點聚焦和二維拋物槽 反射線聚焦(亦稱槽式聚光器)兩類。前者的優(yōu)點是集熱溫度高，缺點是裝置規(guī)模有限，工 藝復(fù)雜。后者的優(yōu)點是可以大規(guī)模安裝，工藝相對簡單，缺點是光線難于被集中到很小的區(qū) 域，集熱溫度相對較低。這兩類裝置的集光原理均是通過拋物面反射將太陽光逆向反射至拋 物面的焦點處，然后經(jīng)過太陽能接收器進行搜集產(chǎn)生高溫?zé)崮?。由于太陽能接收器在拋物?的上方，因此，太陽能接收器一般會在拋物面上留下陰影，從而阻擋了部分太陽光的采集。 另外，對于高緯度地區(qū)和太陽高度角較小的冬季，不管槽式聚光器是如何放置的，大多時候 太陽光都是傾斜入射至聚光器上的，此時太陽光線在裝置中的運行路線變長，加大了系統(tǒng)對 跟蹤精度的要求。再由于太陽能接收器在拋物面的上方，它所處的環(huán)境更為惡劣，會經(jīng)歷風(fēng) 吹雨淋，并與天空產(chǎn)生輻射換熱，從而減少了部分效率。
本發(fā)明利用槽式拋物面和平面鏡復(fù)合反射聚光的原理，對傾斜入射至槽式順向聚光器的 太陽光實現(xiàn)了順向聚焦，即產(chǎn)生的焦線是在槽式拋物面的下方的，再利用導(dǎo)光器和光導(dǎo)管將 巳經(jīng)匯集在焦線上的太陽光線再經(jīng)軸向傳導(dǎo)至腔體式集熱器中，從而實現(xiàn)太陽能高溫集熱。 它的優(yōu)點是接收器和光導(dǎo)管不會在拋物面反射器上留下陰影，無需在焦線上安裝易于損壞的 玻璃真空管，集熱器體積可以大大減小，易于防止散熱，結(jié)構(gòu)更加緊湊，對太陽跟蹤系統(tǒng)的 技術(shù)要求更低，特別適合高緯度地區(qū)和太陽高度角較小的冬季。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供的裝置能將大光束低能流密度的平行光會聚成線光源，并在散光器和光導(dǎo)管 的配合下實現(xiàn)光在軸向傳遞，最后通過集熱器將光能轉(zhuǎn)化為高溫?zé)崮堋Ｒ虼吮狙b置可以應(yīng)用于對太陽能的收集，并產(chǎn)生高溫?zé)崮堋?本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)的-
一種槽式順向聚焦軸向傳光太陽能聚光器，由如下部分構(gòu)成l個槽式順向聚焦集光器， 0個或多個専光器，l根或多根光導(dǎo)管，0個或1個集熱器；槽式順向聚焦集光器由拋物面反 射器、平面反射鏡及保護底槽組成；光導(dǎo)管沿軸向在壁面開有可以讓光線進入的縫；槽式順 向聚焦集光器的內(nèi)表面、導(dǎo)光器的外表面以及光導(dǎo)管的內(nèi)表面，鍍有反射膜。
各部分連接關(guān)系為，兩片拋物面反射器分別通過兩片平面反射鏡與保護底槽相連，光導(dǎo) 管位于平面反射鏡之間，導(dǎo)光器置于光導(dǎo)管內(nèi)部，并與光導(dǎo)管軸線重合，在光導(dǎo)管的出光口 —端連接有集熱器，集熱器與用戶裝置相連；
槽—式順向聚焦集光器用于將太陽光聚焦成線光源，導(dǎo)光器的對稱軸與槽式順向聚焦集光 器的聚光焦線平行；導(dǎo)光器在軸線方向是呈錐狀的，因此它能反射傾斜入射光線并讓光線產(chǎn) 生一個沿軸線方向傳遞的分量，從而使已經(jīng)進入導(dǎo)光管的光線經(jīng)其內(nèi)壁和導(dǎo)光器外表面的反 射后沿軸向傳遞。
當太陽光線傾斜入射至拋物面反射器，經(jīng)的內(nèi)表面反射至平面反射鏡上，再經(jīng)的反射通 過光導(dǎo)管壁上的縫進入其內(nèi)部，并入射至導(dǎo)光器的外壁上，經(jīng)過在光導(dǎo)管的內(nèi)表面和導(dǎo)光器 的外表面之間的多次反射，最終進入到集熱器中轉(zhuǎn)化為熱能，經(jīng)工質(zhì)輸送給用戶。
當光導(dǎo)管沿軸向在壁面開有1條可以讓光線進入的縫時，縫的位置與槽式順向聚光器的 焦線重合，縫的寬度相對導(dǎo)光管的橫截面周長應(yīng)足夠小并滿足讓入射光全部通過；
當光導(dǎo)管沿軸向在壁面開有2條可以讓光線進入的縫時，槽式順向聚光器的焦線與光導(dǎo) 管的軸線重合，縫的寬度相對導(dǎo)光管的橫截面周長應(yīng)足夠小并滿足讓入射光全部通過；
當太陽光相對于槽式順向聚焦集光器的軸向是傾斜入射并且當入射角滿足使光線直接穿 過光導(dǎo)管時，導(dǎo)光器可以省略。
當用戶裝置具有集熱功能時，集熱器可以省略，此時光導(dǎo)管的出光口一端直接與用戶的 輸入端相連。本發(fā)明的有益效果是，可以將低能流密度的太陽光會聚成高能流密度線狀的太陽光，并 使該焦線在槽式順向聚光器的下方，實現(xiàn)了反射式順向聚焦，同時在光導(dǎo)管和導(dǎo)光器的作用 下，使光沿軸向傳遞，有利于集熱器對該太陽光的接收和轉(zhuǎn)化，從而實現(xiàn)高溫聚能。另外， 由于接收器被安裝在光導(dǎo)管的一側(cè)，從而不會在反射面上產(chǎn)生陰影，增加了反射面的集光面 積，也給此類接收裝置的設(shè)計、安裝、調(diào)試和維修維護帶來方便。


下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。
圖l一本發(fā)明的原理圖。其中l(wèi)一入射太陽光線；2—槽式順向聚焦集光器；3—集熱器； 4一光導(dǎo)管。
圖2—槽式順向聚焦集光器的組成結(jié)構(gòu)圖。
其中5—保護底槽；6—拋物面反射器；7—平面反射鏡。
圖3—在本發(fā)明裝置剖面上看的光路運行圖。
其中1—入射太陽光線；2—槽式順向聚焦集光器；4一光導(dǎo)管8—導(dǎo)光器。 圖4一光線進入光導(dǎo)管后的運行原理及導(dǎo)光器與光導(dǎo)管的相對位置圖c 其中l(wèi)一入射太陽光線；3—集熱器；4一光導(dǎo)管；9—透明進光窗。 圖5—光導(dǎo)管直徑沿軸向逐漸擴大并在其內(nèi)部沒有導(dǎo)光器的實施例圖。 其中1—入射太陽光線；4一光導(dǎo)管；9一透明進光窗。
圖6—導(dǎo)光器由透明介質(zhì)組成且厚度沿軸向逐漸增大的空心圓柱構(gòu)成的實施例圖。 其中1—入射太陽光線；4一光導(dǎo)管；IO—透明介質(zhì)。 圖7—導(dǎo)光器外表面為階梯狀的實施例圖。
其中1—入射太陽光線；3—集熱器；4一光導(dǎo)管；8—導(dǎo)光器；9一透明進光窗。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明技術(shù)方案做進一步詳細說明。 圖l一本發(fā)明的原理圖。在圖1中，裝置的運行原理可解釋如下
傾斜入射的太陽光線(1)沿裝置對稱軸方向入射至拋物面反射器(6)，經(jīng)(6)的內(nèi)表
面反射至平面鏡(7)上，再經(jīng)(7)的反射通過光導(dǎo)管(4)壁上的縫進入其內(nèi)部，并入射至 導(dǎo)光器(8)的外壁上，導(dǎo)光器(8)的對稱軸與槽式順向聚焦集光器(2)的聚光焦線平行，其外表面具有高的光學(xué)反射性，能將光線反射到光導(dǎo)管內(nèi)壁上，光導(dǎo)管(4)內(nèi)壁也鍍有高的 光學(xué)表面，能將光線反射到導(dǎo)光器的外壁上。經(jīng)過多次反射，傾斜入射的太陽光線(1)穿過 透明進光窗(9)進入到集熱器(3)中轉(zhuǎn)化為熱能，經(jīng)工質(zhì)輸送給用戶。
圖2—本發(fā)明所述槽式順向聚焦軸向傳光太陽能聚光器中槽式順向聚焦集光器(2)的組 成結(jié)構(gòu)圖。在圖2中，裝置的組成結(jié)構(gòu)解釋如下-
槽式順向聚焦集光器是由保護底槽(5)、拋物面反射器(6)和平面反射鏡(7)組成， 其主要功用是將傾斜入射的太陽光線(1)匯聚在槽式順向聚焦集光器(2)的焦線上。
圖3—在本發(fā)明裝置剖面上看的光路運行圖。在圖3中，光路運行的原理解釋如下-
傾斜入射的太陽光線(1)入射進入槽式順向聚焦集光器(2)，在最大聚光半徑內(nèi)的光， 大部分將入射到拋物面反射器(6)上，被其反射到平面反射鏡(7)的內(nèi)壁上，經(jīng)平面反射 鏡(7)內(nèi)壁反射后形成聚光焦線，該焦線正好與光導(dǎo)管(4)壁上的縫重合，所以光線能通 過光導(dǎo)管(4)壁上的縫進入其內(nèi)部。在光導(dǎo)管(4)內(nèi)，傾斜入射的太陽光線(1)在光導(dǎo)管 (4)內(nèi)壁和導(dǎo)光管(8)外壁之間多次反射，最終穿過透明進光窗(9)進入到集熱器(3) 中。
圖4一光線進入光導(dǎo)管后的運行原理及導(dǎo)光器與光導(dǎo)管的相對位置圖。在圖4中，光線
進入光導(dǎo)管后的運行原理及導(dǎo)光器與光導(dǎo)管的相對位置解釋如下
導(dǎo)光器(8)置于光導(dǎo)管(4)內(nèi)部，其對稱軸與光導(dǎo)管(4)的對稱軸相同，它們的對稱 軸與槽式順向聚焦集光器的焦線平行。導(dǎo)光器(8)外表面具有高的光學(xué)反射性，能將光線反 射到光導(dǎo)管(4)內(nèi)壁上，光導(dǎo)管(4)內(nèi)壁也鍍有高的光學(xué)表面。導(dǎo)光器(8)在軸線方向是 呈錐狀的，因此它能反射光線并讓光線產(chǎn)生一個沿軸線方向傳遞的分量。傾斜入射的光線(1) 通過光導(dǎo)管(4)壁上的縫進入其內(nèi)部，經(jīng)過導(dǎo)光器(8)外表面反射后產(chǎn)生一個更大的反射 角并再次入射至光導(dǎo)管(4)內(nèi)壁，經(jīng)光導(dǎo)管(4)內(nèi)壁反射后繼續(xù)沿軸向傳遞。經(jīng)過多次反 射后，傾斜入射的光線(1)最終會穿過透明進光窗(9)進入到集熱器(3)中并被吸收產(chǎn)生 高溫?zé)崮堋?br> 圖5—光導(dǎo)管直徑沿軸向逐漸擴大并在其內(nèi)部沒有導(dǎo)光器的實施例圖。在圖5中，光線 在內(nèi)部沒有導(dǎo)光器，并且直徑沿軸向逐漸擴大的光導(dǎo)管內(nèi)部的運行原理解釋如下-
光導(dǎo)管(4)內(nèi)壁鍍有高的光學(xué)表面，并且在其出光口一端連接有集熱器(3)。由于光導(dǎo) 管(4)直徑沿軸向逐漸擴大，因此它的內(nèi)壁同樣能反射光線，并讓光線產(chǎn)生一個沿軸線方向 傳遞的分量。傾斜入射的光線(1)通過光導(dǎo)管(4)壁上的縫進入其內(nèi)部，.在其內(nèi)部經(jīng)過多次反射后到達出光口，光線經(jīng)過透明進光窗(9)進入集熱器(3)中并被吸收產(chǎn)生高溫?zé)崮堋?br> 圖6—導(dǎo)光器(8)由透明介質(zhì)組成且厚度沿軸向逐漸增大的空心圓柱構(gòu)成的實施例圖。 此時，可以認為導(dǎo)光器(8)的外表面就是光導(dǎo)管(4)，在圖6中，光線的運行原理解釋如下
傾斜入射的光線(1)通過由透明介質(zhì)組成導(dǎo)光器(8)入射至導(dǎo)光器(8)內(nèi)部，由于光 是從光密介質(zhì)入射到光疏介質(zhì)，所以出射角變大，又由于導(dǎo)光器(8)沿軸向厚度逐漸增大， 使得出射光線更偏向軸向方向傳遞。如此，經(jīng)過內(nèi)表面的多次反射和折射，傾斜入射的光線 (1)最終會經(jīng)過透明進光窗(9)進入集熱器(3)中并被吸收產(chǎn)生高溫?zé)崮堋?br> 圖7—導(dǎo)光器外表面為階梯狀的實施例圖。在圖7中，光線在導(dǎo)光器(8)外表面為階梯 狀的光導(dǎo)管(4)中的運行原理解釋如下
傾斜入射的光線(1)通過光導(dǎo)管(4)壁上的縫進入其內(nèi)部，若光線入射至階梯狀導(dǎo)光 器(8)的斜面上，由于斜面的傾斜角度較大，會使反射光線很快向軸向偏轉(zhuǎn)，這樣，經(jīng)過一 次或幾次的反射，就可以使傾斜入射的光線(1)到達出光口，經(jīng)過透明進光窗(9)進入集 熱器(3)中并被吸收產(chǎn)生高溫?zé)崮?。這樣減少了光線在光導(dǎo)管內(nèi)部的反射次數(shù)，從而減少了 能量的損失。若光線入射至導(dǎo)光器(8)的平面部分，經(jīng)過一次或幾次的反射后， 一旦入射到 斜面部分，便會很快到達出光孔，經(jīng)過透明進光窗(9)進入集熱器(3)中并被吸收產(chǎn)生高
權(quán)利要求
1.一種槽式順向聚焦軸向傳光太陽能聚光器，其特征在于，由如下部分構(gòu)成1個槽式順向聚焦集光器(2)，0個或多個導(dǎo)光器(8)，1根或多根光導(dǎo)管(4)，0個或1個集熱器(3)；槽式順向聚焦集光器(2)由拋物面反射器(6)、平面反射鏡(7)及保護底槽(5)組成；光導(dǎo)管(4)沿軸向在壁面開有可以讓光線進入的縫；各部分連接關(guān)系為，兩片拋物面反射器(6)分別通過兩片平面反射鏡(7)與保護底槽(5)相連，光導(dǎo)管(4)位于平面反射鏡(7)之間，導(dǎo)光器(8)置于光導(dǎo)管(4)內(nèi)部，并與光導(dǎo)管(4)軸線重合，在光導(dǎo)管(4)的出光口一端連接有集熱器(3)，集熱器(3)與用戶裝置相連；槽式順向聚焦集光器(2)用于將太陽光聚焦成線光源，導(dǎo)光器(8)的對稱軸與槽式順向聚焦集光器(2)的聚光焦線平行；導(dǎo)光器(8)在軸線方向是呈錐狀的，因此它能反射傾斜入射光線并讓光線產(chǎn)生一個沿軸線方向傳遞的分量，從而使已經(jīng)進入導(dǎo)光管(4)的光線經(jīng)其內(nèi)壁和導(dǎo)光器外表面的反射后沿軸向傳遞。
2. —種槽式順向聚焦軸向傳光太陽能聚光器，其特征在于太陽光線傾斜入射至拋物面反 射器(6),經(jīng)(6)的內(nèi)表面反射至平面反射鏡(7)上，再經(jīng)(7)的反射通過光導(dǎo)管(4) 壁上的縫進入其內(nèi)部，并入射至導(dǎo)光器(8)的外壁上，經(jīng)過在光導(dǎo)管(4)的內(nèi)表面和導(dǎo) 光器(8)的外表面之間的多次反射，最終進入到集熱器(3)中轉(zhuǎn)化為熱能，經(jīng)工質(zhì)輸送 給用戶。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的槽式順向聚焦軸向傳光太陽能聚光器，其特征在于光導(dǎo)管(4) 沿軸向在壁面開有1條可以讓光線進入的縫時，縫的位置與槽式順向聚光器(2)的焦線 重合，縫的寬度相對導(dǎo)光管(4)的橫截面周長應(yīng)足夠小并滿足讓入射光全部通過。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的槽式順向聚焦軸向傳光太陽能聚光器，其特征在于光導(dǎo)管(4) 沿軸向在壁面開有2條可以讓光線進入的縫時，槽式順向聚光器(2)的焦線與光導(dǎo)管(4) 的軸線重合，縫的寬度相對導(dǎo)光管(4)的橫截面周長應(yīng)足夠小并滿足讓入射光全部通過。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的槽式順向聚焦軸向傳光太陽能聚光器，其特征在于，當太陽光相對 于槽式順向聚焦集光器(2)的軸向是傾斜入射并且當入射角滿足使光線直接穿過光導(dǎo)管(4) 時，導(dǎo)光器(8)可以省略。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的槽式順向聚焦軸向傳光太陽能聚光器，其特征在于，當用戶裝置具 有集熱功能時，集熱器(3)可以省略，此時光導(dǎo)管(4)的出光口一端直接與用戶的輸入 端相連。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的槽式順向聚焦軸向傳光太陽能聚光器，其特征在于，槽式順向聚焦 集光器(2)的內(nèi)表面、導(dǎo)光器(8)的外表面以及光導(dǎo)管(4)的內(nèi)表面，鍍有反射膜。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的槽式順向聚焦軸向傳光太陽能聚光器，其特征在于，光導(dǎo)管(4) 直徑沿軸向逐漸擴大并在其內(nèi)部沒有導(dǎo)光器的情況下傾斜入射的光線通過光導(dǎo)管(4) 壁上的縫進入其內(nèi)部，經(jīng)過光導(dǎo)管(4)內(nèi)表面的多次反射后到達出光口，進入集熱器(3) 中并被吸收產(chǎn)生熱能。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的槽式順向聚焦軸向傳光太陽能聚光器，其特征在于，導(dǎo)光器(8) 由透明介質(zhì)組成且為厚度沿軸向逐漸增大的空心圓柱時傾斜入射的光線(1)通過山透 明介質(zhì)組成導(dǎo)光器(8)入射至導(dǎo)光器(8)內(nèi)部，經(jīng)過內(nèi)表面的多次反射和折射，傾斜入 射的光線最終進入集熱器(3)中并被吸收產(chǎn)生熱能。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的槽式順向聚焦軸向傳光太陽能聚光器，其特征在于，導(dǎo)光器(8) 外表面為階梯狀時傾斜入射的光線通過光導(dǎo)管(4)壁上的縫進入其內(nèi)部，若光線入射 至階梯狀導(dǎo)光器(8)的斜面上，經(jīng)過一次或幾次的反射，光線到達出光口，進入集熱器(3)中并被吸收產(chǎn)生熱能；若光線入射至導(dǎo)光器(8)的平面部分，經(jīng)過一次或幾次的反 射后，入射到階梯狀導(dǎo)光器(8)的斜面部分，經(jīng)過一次或幾次的反射，光線到達出光口， 進入集熱器(3)中并被吸收產(chǎn)生熱能。
全文摘要
本發(fā)明為槽式順向聚焦軸向傳光太陽能聚光器，屬太陽能聚光與太陽能中高溫集熱技術(shù)領(lǐng)域。該裝置由槽式順向聚光器、導(dǎo)光器、導(dǎo)光管和集熱器等部件連接組成。太陽光入射進入槽式順向聚光器后，經(jīng)其內(nèi)表面反射聚焦至其焦線上，光導(dǎo)管外壁開有可以讓光線進入的縫，縫與焦線重合，光經(jīng)縫進入導(dǎo)光管并入射到導(dǎo)光器上，再經(jīng)導(dǎo)光器反射后投射到光導(dǎo)管內(nèi)壁上，經(jīng)導(dǎo)光管內(nèi)壁反射沿軸向傳遞，最后進入集熱器，從而實現(xiàn)太陽能高溫聚集。本發(fā)明能夠?qū)⒌湍芰髅芏鹊奶柟?，?jīng)過反射和軸向傳遞后聚積在很小的區(qū)域形成高溫?zé)崮堋?br> 文檔編號F24J2/12GK101581502SQ20091008693
公開日2009年11月18日 申請日期2009年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月18日
發(fā)明者何開巖, 薛曉迪, 果 謝, 鄭宏飛, 陳志莉, 濤 陶 申請人:北京理工大學(xué);中國人民解放軍后勤工程學(xué)院