专利名称：组合曲面聚光真空管集热整体封装式太阳能集热器的制作方法
技术领域：
本发明属太阳能聚光与太阳能高温热利用技术领域。具体地说是一种利用特殊设
计的聚光器与真空管集热器结合组成新型结构，并将这种新型结构进行整体封装，使之成 为一个标准的太阳能集热器部件，从而实现将太阳光高密度聚集并产生高温热能的太阳能 利用装置。
背景技术：
在目前推广使用的中高温太阳能集热器中，主要有旋转抛物面反射点聚焦和二维 抛物槽反射线聚焦(亦称槽式聚光器)两类。前者的优点是集热温度高，缺点是装置规模 有限，工艺复杂。后者的优点是可以大规模安装，工艺相对简单，缺点是光线难于被集中到 很小的区域，集热温度相对较低。这两类装置的集光原理均是通过抛物面反射将太阳光逆 向反射至抛物面的焦点处，然后经过太阳能接收器进行收集产生高温热能。但这两种太阳 能中高温集热器都由于制造成本高、要求的跟踪精度高而不能小型化被家庭利用。
另一方面，目前人们采用得最多的太阳能真空管式集热器和平板式集热器，由于 成本低廉已被使用到千家万户。但由于真空管式集热器和平板式集热器没有聚光功能，因 此单位面积集热器上所接收的太阳光能量十分有限，限制了它的温度提升，所以一般它们 只能用来产生低温热能。当冬季来临，环境温度很低时，这两种集热器很难产生合符要求的 热能。而且还可能由于管内的水结冰，胀坏管路从而使整个系统遭到破坏。
本发明充分利用了组合曲面聚光器、真空管集热器和平板式集热器各自的优点， 并将其融合为一体，形成一种全新的太阳能集热器。由于组合曲面聚光器需要跟踪太阳，因 此我们设计了简易可调的跟踪系统，使之始终保持对太阳光的最佳收集状态。本装置所使 用的真空管集热器的数量大大减少，结构更加紧凑，对太阳跟踪系统的技术要求更低，特别 适合在高纬度地区和太阳高度角较小的冬季使用。
发明内容
本发明利用组合曲面聚光器将低能流密度的平行光汇聚成线光源，并将大部分汇 聚的光线投射到真空管集热器上，并通过真空管集热器将光能转化为中高温热能。由于单 根的真空管集热器收集的热能仍然有限，因此将多根真空管集热器并联连成一体，并整体 封装在一个外壳体内，使之具有美观、隔热和防尘等功能。本装置可以应用于低温环境下对 太阳能的收集，并产生中高温热能。 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是一种组合曲面聚光真空管集热整体 封装式太阳能集热器，包括至少一个组合曲面聚光器、至少一个真空管集热器、至少一个手 调跟踪器、连杆、封装外壳； 其中每个组合曲面聚光器由两个一级抛物面聚光器、两个二级平面反射镜、一个 槽底抛物面聚光器或半圆柱面聚光器构成，其中两个一级抛物面聚光器分别通过两个二级 平面反射镜与槽底抛物面聚光器相连；
或者，每个组合曲面聚光器由两个一级抛物面聚光器、一个二级抛物面聚光器构 成，两个一级抛物面聚光器分别与二级抛物面聚光器相连；各聚光器的反光面朝向真空管 集热器； 真空管集热器等间隔平行固定在封装外壳内并与封装外壳的底板保持一定散热 距离； 组合曲面聚光器通过连接器与真空管集热器活动连接，使组合曲面聚光器能够绕 真空管集热器转动； 手调跟踪器固定在连杆顶端，连杆依次与所有组合曲面聚光器的底部活动连接；
旋转手调跟踪器时，将拉动连杆上下运动，从而拉动组合曲面聚光器以真空管集 热器为轴旋转，从而实现对多个组合曲面聚光器角度的控制，实现组合曲面聚光器的朝向 做定期调整，跟踪太阳。 所述组合曲面聚光真空管集热整体封装式太阳能集热器的封装外壳的正面盖有 玻璃盖板。 本发明的有益效果是，可以将低能流密度的太阳光汇聚成高能流密度线状的太阳 光，并将大部分汇聚的光线投射到真空管集热器上，通过真空管集热器将光能转化为中高 温热能。这使得单位集热器面积上需要使用的真空管集热器数量减少，从而减少了真空管 集热器内部传热工质的质量，进而减少了整个系统的热惰性，使系统的升温更加迅速，特别 适合冬季日照时间短和环境温度低的情况使用。此外，由于利用本发明中的手调跟踪器可 调整组合曲面聚光器的朝向来跟踪太阳，使集热器保持对太阳光的最佳收集状态，对太阳 跟踪系统的技术要求更低，特别适合在高纬度地区和太阳高度角较小的冬季使用。
图1-本发明的示意图；其中1-封装外壳；2-手调跟踪器；3-连杆；5_组合曲面聚 光器；6_玻璃盖板；7-真空管集热器；
图2-本发明的整体结构俯视图； 图3-本发明的横截面剖视图；其中4-入射光线；8-连接套环； 图4-本发明中组合曲面聚光器的结构及与真空管集热器的连接示意图； 其中9-连接器；10-二级平面反射镜；ll-槽底抛物面聚光器；12_—级抛物面聚
光器； 图5_槽底抛物面聚光器用半圆柱面代替的实施例图；其中13-半圆柱面聚光器； 图6-槽底抛物面聚光器和二级平面反射镜用二级抛物面聚光器代替的实施例 图；其中14-二级抛物面聚光器。
具体实施例方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。 图1-本发明的示意图，图2-为本发明的整体结构俯视图，图3-为本发明的横截 面剖视图。根据上述3图的符号标注，装置的运行原理可解释如下 太阳光线(4)沿装置的正面入射到本集热器的玻璃盖板(6)上，透过玻璃盖板(6) 进入装置中，其中大部分将入射到组合曲面聚光器(5)的一级抛物面聚光器(12)的内表面上，经反射后入射到二级平面反射镜(10)上，再经二级平面反射镜(10)内表面反射后汇聚到一条镜像焦线上；真空管集热器(7)的中心线正好与此镜像焦线重合，因此能够高效地接收太阳能。槽底抛物面聚光器(11)是传统的槽形抛物面聚光器，其焦线也与真空管集热器(7)的中心线重合，因此部分未经一级抛物面聚光器(12)反射的太阳光，直接射入到槽底抛物面聚光器(11)上，再被槽底抛物面聚光器(11)的表面反射至真空管集热器(7)上被吸收。真空管集热器(7)吸收太阳光后温度升高，加热其内部的传热工质，最后经传热工质将高温热能输送给用户。 一至多个由组合曲面聚光器(5)与真空管集热器(7)组成的集热器单元，被并列地置于外壳体(1)内，真空管集热器(7)被固定在外壳体(1)内的底板上。组合曲面聚光器(5)通过连接器(9)套在真空管集热器(7)上，并可以围绕真空管集热器(7)旋转。手调跟踪器(2)与连杆(3)连接，连杆(3)又通过可活动的连环(8)分别与每个组合曲面聚光器(5)的底部连接，旋转手调跟踪器(2)时，将拉动连杆(3)作上下运动，并拉动组合曲面聚光器(5)以真空管集热器(7)为轴旋转，从而实现对多个组合曲面聚光器(5)的控制，实现组合曲面聚光器(5)朝向定期调整，跟踪太阳。 图4为本发明中组合曲面聚光器的结构及与真空管集热器的连接示意图。在图4中，装置的组成结构解释如下 组合曲面聚光器(5)是由二级平面反射镜(10)、槽底抛物面聚光器(11)和一级抛物面聚光器(12)组成，其主要功用是将入射的太阳光线汇聚在焦线上，由于真空管集热器(7)的中心线与该焦线重合，所以组合曲面聚光器(5)汇聚的太阳光能被真空管集热器(7)吸收。 图5为槽底抛物面聚光器用半圆柱面代替的实施例图。在图5中，槽底抛物面聚光器(11)被半圆柱面聚光器(13)代替。运行原理解释如下 入射光线(4)入射到组合曲面聚光器(5)的内表面上，经反射大部分到达二级平面反射镜(10)上，经二级平面反射镜(10)的二次反射后，聚焦到一条焦线上，真空管集热器(7)的中心恰好与焦线重合，因此可以高效的接受太阳能。部分光线直接入射到半圆柱面聚光器(13)上，半圆柱面聚光器(13)的圆心位置与真空管(7)中心位置重合，经半圆柱面聚光器(13)的反射，光线也汇聚到真空管集热器(7)。真空管集热器(7)吸收太阳光后，温度升高，用来加热内部的传热工质。 图6为槽底抛物面聚光器和二级平面反射镜用二级抛物面聚光器代替的实施例图。 在图6中，组合曲面聚光器(5)中没有二级平面反射镜(10)和槽底抛物面聚光器(ll)，它们一起被二级抛物面聚光器(14)取代，二级抛物面聚光器(14)的焦点也在真空管集热器(7)的中心线上。其聚光的原理解释如下 入射光线(4)进入装置后，大部分入射到一级抛物面聚光器(12)的内表面上，其中部分被其内表面直接反射到真空管集热器(7)上吸收，部分被反射到二级抛物面聚光器(14)上，再被反射到真空管集热器(7)上吸收；小部分太阳光直接入射到二级抛物面聚光器(14)的内表面上，被其直接反射到真空管集热器(7)上吸收，转化为热能，传递给内部传热工质。 以上所述的具体描述，对发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范
5围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
一种组合曲面聚光真空管集热整体封装式太阳能集热器，其特征在于包括至少一个组合曲面聚光器(5)、至少一个真空管集热器(7)、至少一个手调跟踪器(2)、连杆(3)、封装外壳(1)；其中每个组合曲面聚光器(5)由两个一级抛物面聚光器(12)、两个二级平面反射镜(10)、一个槽底抛物面聚光器(11)或半圆柱面聚光器(13)构成，其中两个一级抛物面聚光器(12)分别通过两个二级平面反射镜(10)与槽底抛物面聚光器(11)相连；各聚光器的反光面朝向真空管集热器(7)；真空管集热器(7)等间隔平行固定在封装外壳(1)内并与封装外壳(1)的底板保持散热距离；组合曲面聚光器(5)通过连接器(9)与真空管集热器(7)活动连接；手调跟踪器(2)固定在连杆(3)顶端，连杆(3)依次与所有组合曲面聚光器(5)的底部活动连接，用来拉动组合曲面聚光器(5)以真空管集热器(7)为轴旋转。
2. 根据权利要求1所述一种组合曲面聚光真空管集热整体封装式太阳能集热器，其特 征在于每个组合曲面聚光器(5)还可以由两个一级抛物面聚光器(12)、一个二级抛物面 聚光器(14)构成，两个一级抛物面聚光器(12)分别与二级抛物面聚光器(14)相连。
3. 根据权利要求1所述一种组合曲面聚光真空管集热整体封装式太阳能集热器，其特 征在于封装外壳(1)的正面盖有玻璃盖板(6)。
全文摘要
本发明公开了一种组合曲面聚光真空管集热整体封装式太阳能集热器，属太阳能聚光与太阳能中高温集热技术领域。由组合曲面聚光器、真空管集热器、可调跟踪器和封装外壳等组成。太阳光经透明玻璃盖板入射进入组合曲面聚光器后，经其内表面反射汇集至真空管集热器上，经真空管集热器吸收产生高温热能，该热能再经传导由真空管集热器内的导热工质输送给用户。本发明能够将低能流密度的太阳光，经过多曲面反射后汇聚至真空管集热器上，使真空管内的传热工质尽快得到加热，形成高温热能。手调跟踪器可调整组合曲面聚光器的朝向来跟踪太阳，使集热器保持对太阳光的最佳收集状态，特别适合在高纬度地区和太阳高度角较小的冬季使用。
文档编号F24J2/38GK101699191SQ20091023640
公开日2010年4月28日 申请日期2009年10月21日 优先权日2009年10月21日
发明者何开岩, 薛晓迪, 谢果, 郑宏飞, 陶涛 申请人:北京理工大学