一种凸透镜聚光组件及太阳能聚光集热器的制作方法

1.本实用新型涉及一种凸透镜聚光组件及太阳能聚光集热器。


背景技术：

2.太阳能集热器是一种将太阳的辐射能转换为热能的设备。由于太阳能比较分散，必须设法把它集中起来，所以，集热器是各种利用太阳能装置的关键部分。太阳能集热器虽然不是直接面向消费者的终端产品，但是太阳能集热器是组成各种太阳能热利用系统的关键部件。无论是太阳能热水器、太阳灶、主动式太阳房、太阳能温室还是太阳能干燥、太阳能工业加热、太阳能热发电等都离不开太阳能集热器，都是以太阳能集热器作为系统的动力或者核心部件的。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于提供一种凸透镜聚光组件及太阳能聚光集热器，其中凸透镜聚光组件是一种新型的、用在太阳能集热器中的聚光设备，在此设备的基础上本实用新型还设计了一种新型的太阳能聚光集热器。
4.本实用新型采用的技术方案如下：一种凸透镜聚光组件,包括基板，所述基板上密布有若干凸透镜，光线从基板的一侧入射，经凸透镜汇聚后照射到聚光侧。
5.一种优选实施方式中，所述基板为平面板，基板上安装若干焦距相同的凸透镜，基板上凸透镜的焦点位于同一平面上，该平面与基板平行。
6.一种优选实施方式中，所述基板为非平面板，具有至少两个不在同一平面的安装面，每个安装面上安装若干凸透镜，且同一安装面上凸透镜焦距相同；不同安装面上凸透镜的主光轴在空间中交叉。例如所述基板侧面呈梯形，由中间的水平顶板和两侧的斜面板组成；再例如，所述基板为平顶棱锥状的壳体，由中间的水平顶板和多个围绕水平顶板设置的斜面板组成。所述基板为玻璃板、铝合金板、铁板、不锈钢板任一一种。
7.一种太阳能聚光集热器，包括上述任一一种凸透镜聚光组件；还包括能够透光的玻璃壳罩，凸透镜聚光组件设置在壳罩内部，凸透镜的聚光侧设有金属发热板，金属发热板附近设有表冷器。优选的，所述金属发热板的形状与基板形状相同，金属发热板为铝合金板、铁板、不锈钢板任一一种。
8.进一步的，所述表冷器位于金属发热板内侧，被金属发热板半包围或全包围。表冷器的具体结构包括换热管支架、换热管、以及供水集管和回水集管，换热管支架内部安装若干呈s形弯曲的换热管，换热管的进水端口连接供水集管，换热管的出水端口连接回水集管；温度较低的液体换热冷媒从供水集管进入，流经各个细长换热管与壳罩内热空气换热、温度提高，之后从供水集管流出。
9.本实用新型的有益效果在于：本实用新型提供的凸透镜聚光组件通过基板上密布的若干凸透镜将分散的光线集中照射到金属发热板上，金属发热板将光能转换为热辐射加热壳罩内的空气，通过壳罩内的表冷器实现热交换。此外，为了解决太阳光照射角度一天中
都在变化，凸透镜的位置固定，聚光能力随太阳光照射角度的改变会产生较大波动，使得设备的集热能力不稳定，本实用新型将基板进一步改进为非平面形，且金属发热板的形状与基板形状相同，使得设备能够满足不同阳光照射角度的需求，从而提高设备的集热能力稳定性。
附图说明
10.图1为本实用新型实施例1的前视立体结构示意图。
11.图2为本实用新型实施例1的后视立体结构示意图。
12.图3为本实用新型实施例1表冷器的立体结构示意图。
13.图4为本实用新型实施例2的立体结构示意图。
14.图5为本实用新型实施例2表冷器的立体结构示意图。
15.图6为本实用新型实施例3的立体结构示意图。
16.图7为本实用新型实施例3内部结构的立体结构示意图。
17.图8为本实用新型实施例3的仰视立体结构示意图。
18.图中：壳罩1，聚光组件2，基板201，凸透镜202，金属发热板3，连通孔301，表冷器4，换热管支架401，换热管402，供水集管403，回水集管404，底座5，侧插件6，支撑脚7，泄压阀8，换气装置9。
具体实施方式
19.下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
20.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
21.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
22.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
23.实施例1
24.请参照图1至图3所示，一种太阳能聚光集热器，包括长方体状壳罩1，壳罩1整体采
用高白透光玻璃；或顶面、前面、左面、右面采用透光玻璃，背板和底板采用不锈钢等不透光材质；太阳光可以穿过透光面进入壳罩1内照射到聚光组件2上；本实施例中，聚光组件2与壳罩1的前面平行设置，聚光组件2包括长方形的基板201，基板201上密布有若干凸透镜202，太阳光入射到凸透镜202上，凸透镜202将会聚的光线照射到与透镜平行放置的一金属发热板3上，金属发热板3将太阳能转换为热辐射对壳罩1内空气进行加热；本实施例中金属发热板3平行设置在聚光组件2后方，金属发热板3与聚光组件2之间的间距等于凸透镜202的焦距；金属发热板3可选用铝合金板、铁板、不锈钢板等。此外，基板201可选用玻璃板、铝合金板、铁板、不锈钢板等。
25.本实施例中，聚光组件2和金属发热板3在壳罩1内的安装方法是，壳罩1底板两侧设有不锈钢底座5，壳罩1左面和右面设有不锈钢侧插件6，聚光组件2和金属发热板3插接固定在壳罩1内。
26.壳罩1内、金属发热板3后方还设有表冷器4，如图2、3所示，表冷器4包括换热管支架401、换热管402、以及供水集管403和回水集管404，本实施例中换热管支架401为矩形框架，内部安装若干呈s形弯曲的换热管402，换热管402的进水端口连接供水集管403，换热管402的出水端口连接回水集管404；温度较低的液体换热冷媒从供水集管403进入，流经各个细长换热管402与壳罩1内热空气换热、温度提高，之后从供水集管403流出。
27.太阳光照射角度一天中都在变化，实施例1中的凸透镜202的位置固定，聚光能力随太阳光照射角度的改变会产生较大波动，使得设备的集热能力不稳定，为此，本技术还改进设计了以下两种方案。
28.实施例2
29.请参照图4所示，一种太阳能聚光集热器，包括梯形壳罩1，壳罩1的底板上安装有梯形透光玻璃罩；壳罩1内设有侧面呈梯形的聚光组件2；本实施例中，聚光组件2包括侧面呈梯形的基板201，基板201由中间的水平顶板和两侧的斜面板组成，水平顶板和两侧的斜面板上密布有若干凸透镜202，三个面上的凸透镜202总有一个面能够适配于太阳光照射角度（安装时与太阳的运行轨迹适配），基板201内侧设置侧面呈梯形的金属发热板3，金属发热板3同样由中间的水平顶板和两侧的斜面板组成，基板201的三个面板上的凸透镜202的焦点位于对应的金属发热板3的三个面上；金属发热板3内侧设置表冷器4，表冷器4被金属发热板3包围在内侧。
30.如图5所示，表冷器4包括换热管支架401、换热管402、以及供水集管403和回水集管404，本实施例中，换热管支架401是侧面呈梯形的壳，由前、后两块梯形侧板和中间多根连接板组成，换热管支架401上形成有透气孔洞，换热管402水平安装在换热管支架401内，换热管402呈s形，前后两端的u形弯穿过前、后两块梯形侧板进行固定，换热管402的进水端口连接供水集管403，换热管402的出水端口连接回水集管404。
31.实施例3
32.请参照图6、7所示，一种太阳能聚光集热器，包括平顶棱锥状的壳罩1，更具体的，本实施例中为平顶四棱锥状；壳罩1内设有与壳罩1形状相同的平顶棱锥状的聚光组件2；聚光组件2包括基板201，基板201由中间的水平顶板和多个斜面板组成，水平顶板和斜面板上密布有若干凸透镜202，基板201内侧形成封闭空间，并设置与壳罩1形状相同的平顶棱锥状的金属发热板3，基板201上的凸透镜202的焦点位于金属发热板3上；金属发热板3内侧设置
表冷器4，表冷器4被金属发热板3包围在内侧。此外，金属发热板3表面设有连通孔301连通金属发热板3内侧和外侧，用于空气流通。
33.如图8所示，本实施例中表冷器4的供水集管403和回水集管404从壳罩1的底板穿出，且壳罩1的底板四个角上设置支撑脚7使得整套设备离地。
34.进一步的细节设计，本设备中在回水集管404上还设有泄压阀8，当表冷器4循环管路中压力超过泄压阀8额定压力则打开泄压，防止循环管路损坏；此外，如图2所示，壳罩1上还可以增设换气装置9，对壳罩1内空气进行更换。换气装置9用于体型较大的设备，当检修人员需要进入检修时，需要先通过换气装置9换气后再进入，保证检修人员的人身安全。
35.进一步的说明，现有市场上通用型的太阳能热水设备，都是通过常规的太阳辐射能转换成为热能，转换率很低，占地面积大，对房屋承重有极大要求，此外，由于玻璃管在冷热变化过程中极容易损坏，所以维修维护量极大，初期投资费用很高。
36.本发明太阳能聚光集热热水器利用凸透镜原理，加速了太阳辐射能的转换速度，提高了转化率，强化了太阳辐射能的热转换，使得小型号的设备在光线充足时，聚光点的温度达到500-1000摄氏度或更高，矩阵式排列的凸透镜运行时至少100个以上高温光热点，同时直射在一平方米大小的金属发热板上（一般采用石墨烯涂层的合金材料），提供充足的热量给表冷器转换热量使用，设备实时出水温度高达90度以上。由于设备的热效率较高，所以对设备体积大小要求很低，只使用对供暖建筑物的3%到4%的占地面积，便可满足建筑物的供暖需求；由于设备体积偏小，所以设备内实时运行的蓄水量较少，可不考虑建筑物的承重问题，设备采用的外层玻璃均为平均八毫米到十毫米厚度，内部组件全部为金属组件，大大降低了设备的后期维护，设备的整体造价只使用原有太阳能供热设备的1/3，大大的减小了生产使用的成本。
37.可以理解，本实用新型是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本实用新型的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本实用新型的精神和范围。因此，本实用新型不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本技术的权利要求范围内的实施例都属于本实用新型所保护的范围内。