复合抛物面‑渐开线曲面型聚光式太阳能集热装置的制作方法

本实用新型涉及集热装置，尤其是涉及复合抛物面-渐开线曲面型聚光式太阳能集热装置。

背景技术：

太阳能灶作为太阳能光热利用中的一种方式，很早就被人们开发和利用。目前，太阳灶可以分为箱式太阳灶、平板式太阳灶、聚光式太阳灶等。箱式太阳灶一般直接在箱内表面喷刷黑色涂料并在箱体四周和底部采用隔热保温层，结构较为简单，但是，箱式太阳灶的箱内温度较低，限制了它的推广应用；平板式太阳灶是利用集热器和箱式太阳灶的箱体结合起来形成的，其箱内温度可达100℃以上，但是，平板式太阳灶仍存在成本高和应用范围有限的缺点；而聚光式太阳灶是将较大面积的太阳光聚焦到小面积的吸热体上，达到加热的目的。

抛物面聚光太阳灶作为聚光式太阳灶的一种，正在被广泛的应用。但是，抛物面聚光太阳灶存在着因焦斑变化而需要不断移动太阳灶的缺点。目前，一些聚光太阳灶装有太阳自动跟踪器，但是，这些聚光太阳灶存在着成本高和难以维护等问题。

为此，为了推广太阳能集热器的应用，有必要研究一种成本低、易维护的太阳能集热器。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种成本低、易维护、无需跟踪太阳焦斑变化的太阳能集热装置。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

复合抛物面-渐开线曲面型聚光式太阳能集热装置，特别的，包括集热模块和聚光反射模块；该集热模块上设有吸热涂层；该聚光反射模块包括渐开线模块和若干个复合抛物面模块；该渐开线模块上设有光线入射口；渐开线模块内设有与光线入射口相通的聚光腔，该聚光腔内设有呈渐开线面结构的聚光面；该聚光面的基圆位置设有用于固定集热模块的基座；集热模块安装在该基座上；该复合抛物面模块上设有光线入口和光线出口；复合抛物面模块内设有与光线入口和光线出口相通的第二腔室，该第二腔室内设有呈抛物面结构的反射面；该光线出口与光线入射口相通。

本实用新型的原理如下：

集热模块内存放有水、油、食物或空气等工质。复合抛物面模块上下开口，分别形成有光线入口与光线出口。光线经光线入口进入第二腔室内，经设置在第二腔室内的反射面反射后，部分光线直接落在位于基座的集热模块上，经集热模块的吸热涂层吸收，将光能转换为热能，从而加热集热模块内的工质。另一部分光线经渐开线模块的光线入射口进入聚光腔内，经设置在聚光腔内的聚光面反射后，光线反射至集热模块上，经集热模块的吸热涂层吸收从而加热集热模块内的工质。

集热模块可以是玻璃管、金属管、水壶或者锅等可存放工质的物体。操作者可根据实际使用需求选取集热模块的适用物体。而涂覆在集热模块上的吸热涂层可以是黑漆、黑铬或者选择性吸收涂层，以保证吸热涂层的光热转换效率。

聚光罩和复合抛物面模块可由若干个反射镜依次拼接而成，若干个反射镜的镜面依次拼接即构成本集热装置的聚光面和反射面。聚光罩和复合抛物面模块也可以由玻璃、聚碳酸酯或聚甲基丙烯酸甲酯构成，而聚光罩和复合抛物面模块的外侧可粘贴有铝膜、银膜或者聚脂薄膜，从而构成聚光面和反射面。

复合抛物面模块的数量可以是N个，N≥1。沿光线入射方向，若干个复合抛物面模块首尾相连，任一复合抛物面模块的光线出口与相邻的复合抛物面模块的光线入口相接。复合抛物面模块的数量为多个，即N>1时，复合抛物面模块可通过伸缩调节，实现本集热装置的聚光倍率调节。伸缩调节可以是纵向调节、横向调节或圆周调节。

聚光反射模块可以是一维聚焦式设计，也可以是二维聚焦式设计。若聚光反射模块是一维聚焦式设计，渐开线模块、复合抛物面模块和集热模块可均为条状结构且平行设置，光线仍可经反射面和聚光面反射、折射后，到达集热模块的表面，由吸热涂层吸收，将光能转换为热能；若聚光反射模块是二维聚焦式设计，渐开线模块可为罩体结构，光线入射口设置在渐开线模块的顶部，而复合抛物面模块可为上下开口、四周围闭的筒体结构，光线入口、光线出口分别设置在复合抛物面模块的顶部、底部，光线同样可经反射面和聚光面反射、折射后，到达集热模块的表面，由吸热涂层吸收，将光能转换为热能。

本实用新型无需跟踪太阳焦斑变化，可实现对太阳的广角接收，而由于其接收角度广，相应的使用时间比传统的聚光太阳灶要长；同时，本集热装置可实现伸缩调节，能根据需要调节集热装置的聚光倍率，使用时不受地理位置和季节的限制，并可根据不同的地理位置和季节进行适当的调节；成本低廉，易于维护，无额外可动的部件和自动跟踪器。

附图说明

图1是本实用新型实施例3中集热装置的示意图；

图2是本实用新型实施例3中光束在集热装置内的路径图；

图3是本实用新型实施例4中集热装置的示意图；

图4是本实用新型实施例4中光束在集热装置内的路径图；

图5是本实用新型实施例5中集热装置的示意图；

图6是本实用新型实施例5中集热装置收缩状态的示意图；

图7是本实用新型实施例6中集热装置的示意图；

图8是本实用新型实施例6中集热装置收缩状态的示意图。

附图标记说明：1-集热模块；2-渐开线模块；3-复合抛物面模块；4-光线入射口；5-聚光腔；6-聚光面；7-集热模块支架；8-光线入口；9-光线出口；10-第二腔室；11-反射面；12-卡环；13-可伸缩支架；14-第一复合抛物面模块；15-第二复合抛物面模块；16-一级复合抛物面模块；17-二级复合抛物面模块；18-三级复合抛物面模块；19-反射镜片；20-圆周轨道。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进行进一步说明。

实施例1：

本实施例1中，集热装置包括集热模块1和聚光反射模块。该集热模块1的表面涂覆有吸热涂层。该聚光反射模块是一维聚焦式设计，聚光反射模块包括渐开线模块2和1个复合抛物面模块3。

渐开线模块2为整体条状结构，渐开线模块2由玻璃制成，渐开线模块2的顶部设有光线入射口4。渐开线模块2内设有与光线入射口4相通的聚光腔5。该聚光腔5内设有呈渐开线面结构的聚光面6，该聚光面6的外侧粘贴有用于反射光线的铝膜。聚光面6的基圆位置设有集热模块支架7。集热模块1安装在作为基座的集热模块支架7上，与渐开线模块2相对固定。

复合抛物面模块3为整体条状结构并与渐开线模块2平行设置，复合抛物面模块3由玻璃制成，复合抛物面模块3上下开口，分别设有光线入口8和光线出口9。复合抛物面模块3内设有与光线入口8和光线出口9相通的第二腔室10，该反射强内设有呈抛物面结构的反射面11，反射面11的外侧粘贴有用于反射光线的铝膜。光线出口9与光线入射口4相通。

集热模块1为条状结构并与复合抛物面模块3平行设置，集热模块1的表面涂覆有吸热涂层。本实施例1中，该吸热涂层为黑漆。此外，集热模块1的两端分别设有工质入口和工质出口，工质由工质入口流动至工质出口。本实施例1中，工质是水。

光束从光线入口8入射至第二腔室10内，部分光线直接落在集热模块1上，经集热模块1的吸热涂层吸收，将光能转换为热能，从而加热集热模块1内的工质。另一部分光线经渐开线模块2的光线入射口4进入聚光腔5内，经设置在聚光腔5内的聚光面6反射后，光线反射至集热模块1上，经集热模块1的吸热涂层吸收从而加热集热模块1内的工质。

实施例2：

本实施例2与实施例1的不同之处在于，本实施例2中，聚光反射模块包括渐开线模块2和2个复合抛物面模块3。2个复合抛物面模块3沿垂直于或接近垂直于光束入射方向放置，通过卡环12连接至可伸缩支架13并通过可伸缩支架13带动2个复合抛物面模块3进行横向调节。使用时，可根据实际使用需求，调节复合抛物面模块3的横向延伸距离，而使用结束后，可将复合抛物面模块3收拢，使其处于收缩状态。可伸缩支架13可采用现有的常规设计，这里不再赘述。

实施例3：

本实施例3与实施例1的不同之处在于，如图1、2所示，本实施例3中，该聚光反射模块是二维聚焦式设计，聚光反射模块包括渐开线模块2和1个复合抛物面模块3。

渐开线模块2为整体罩体结构，渐开线模块2由聚碳酸酯制成，光线入射口4设置在渐开线模块2的顶部。渐开线模块2内设有与光线入射口4相通的聚光腔5。该聚光腔5内设有呈渐开线面结构的聚光面6，该聚光面6的外侧粘贴有高反射率的银膜。

复合抛物面模块3为整体筒体结构，复合抛物面模块3由聚甲基丙烯酸甲酯制成，复合抛物面模块3上下开口、四周围闭，复合抛物面模块3的顶部和底部分别设有光线入口8和光线出口9。复合抛物面模块3内设有与光线入口8和光线出口9相通的第二腔室10，该反射强内设有呈抛物面结构的反射面11，反射面11的外侧粘贴有高反射率的聚脂薄膜。光线出口9与光线入射口4相通。

本实施例3中，工质为油，集热模块1为镀有选择性吸收涂层的油壶。光束从光线入口8入射至第二腔室10内，部分光线直接落在集热模块1上，经集热模块1的吸热涂层吸收，将光能转换为热能，从而加热集热模块1内的工质。另一部分光线经渐开线模块2的光线入射口4进入聚光腔5内，经设置在聚光腔5内的聚光面6反射后，光线反射至集热模块1上，经集热模块1的吸热涂层吸收从而加热集热模块1内的工质。

实施例4：

本实施例4与实施例3的不同之处在于，如图3、4所示，本实施例4中，除渐开线模块2外，聚光反射模块还包括2个复合抛物面模块3，分别为第一复合抛物面模块14和第二复合抛物面模块15。第二复合抛物面模块15的光线入口8与第一复合抛物面模块14的光线出口9相连，第二复合抛物面模块15的光线出口9与渐开线模块2的光线入射口4相连。

光束从第一复合抛物面模块14的光线入口8入射至第一复合抛物面模块14的第二腔室10内，由反射面11发射后，经第一复合抛物面模块14的光线出口9进入第二复合抛物面模块15的光线入口8，并入射至第二复合抛物面模块15的第二腔室10内。部分光线直接落在集热模块1上，经集热模块1的吸热涂层吸收，将光能转换为热能，从而加热集热模块1内的工质。另一部分光线经渐开线模块2的光线入射口4进入聚光腔5内，经设置在聚光腔5内的聚光面6反射后，光线反射至集热模块1上，经集热模块1的吸热涂层吸收从而加热集热模块1内的工质。

实施例5：

本实施例5与实施例4的不同之处在于，如图5、6所示，本实施例5中，复合抛物面模块由整体结构分隔成三部分，分别为一级复合抛物面模块16、二级复合抛物面模块17和三级复合抛物面模块18。沿光束入射方向，一级复合抛物面模块16、二级复合抛物面模块17和三级复合抛物面模块18依次排列，其中，二级复合抛物面模块17的光线入口8与一级复合抛物面模块16的光线出口9相连，二级复合抛物面模块17的光线出口9与三级复合抛物面模块18的光线入口8相连，三级复合抛物面模块18的光线出口9与渐开线模块2的光线入射口4相连。

一级复合抛物面模块16、二级复合抛物面模块17和三级复合抛物面模块18通过卡环12连接至可伸缩支架13并通过可伸缩支架13带动一级复合抛物面模块16、二级复合抛物面模块17和三级复合抛物面模块18进行纵向调节。使用时，可根据实际使用需求，调节抛物面的口径，选择所需要的聚光倍数，而使用结束后，可将复合抛物面模块3收拢，使其处于收缩状态。

实施例6：

本实施例6与实施例3的不同之处在于，如图7、8所示，本实施例6中，复合抛物面模块3是由四片反射镜片19构成的筒体结构，四片反射镜片依次拼接即构成复合抛物面模块3的发射面。渐开线模块2内设有与各反射镜片19对应的圆周轨道20，各反射镜片安装在该圆周轨道20内并可沿圆周轨道20的导向轴线滑动，进行圆周调节。使用时，可根据实际使用需求，调节抛物面的有效反光面的面积，选择所需要的聚光倍数，而使用结束后，可将复合抛物面模块3收拢，使其处于收缩状态。圆周轨道20内侧粘贴有铝膜，以反射光束。