專利名稱：一種太陽能聚光熱利用裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種太陽能熱利用裝置，特別涉及一種集熱器。
背景技術(shù)：
目前，太陽能集熱器大多為供應(yīng)熱水的裝置，其主要原因在于集熱器吸收的太陽 熱能有限，不足以產(chǎn)生更高溫度的高溫介質(zhì)，因此，目前的太陽能集熱器，其應(yīng)用范圍受到 局限，很難應(yīng)用在吸收式制冷系統(tǒng)和烘干等領(lǐng)域。

實用新型內(nèi)容本實用新型針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提出一種太陽能聚光熱利用裝置，使其傳熱介 質(zhì)溫度提高到200°C以上。為實現(xiàn)上述目標(biāo)，本實用新型的技術(shù)方案如下一種太陽能聚光熱利用裝置，包括 呈鍋形的聚光反射板和呈球狀的集熱體，呈鍋形的聚光反射板內(nèi)表面為一空間曲面，過該 空間曲面中軸線的任意的半平面與該空間曲面相交而成的截線為滿足如下關(guān)系的平面曲 線，該曲線由三段以上順序相連的拋物線Lc^LpL2……Li組成，各拋物線的焦點均位于平面 極坐標(biāo)系的極點，各段拋物線Li滿足下列方程
Pi [l+Sin(e -φΟ ] — Cos2Ce -φθ其中，i= 0,1,2,3,4,5......；ρ為拋物線上的點到極點的距離即極徑；Pi為拋物線的焦參數(shù)，為相應(yīng)拋物線的頂點至焦點距離的二倍；θ為極坐標(biāo)系中拋物線上的點的極角或幅角，90° < θ彡270° ；Cpi為拋物線軸的偏轉(zhuǎn)角，指拋物線軸以極點為中心沿逆時針方向旋轉(zhuǎn)的角；L1 與！^。的交點 A1 (P1, θ J1^2與1^ 的交點 Α2(Ρ2，θ2)Li 與 Lh 的交點 Ai (Pi, θ J拋物線Ltl的軸與平面極坐標(biāo)系的極軸的垂線間的夾角為0，此時，拋物線Ltl未旋 轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)角φο為ο ；拋物線L1的軸相對Ltl的軸沿逆時針方向旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)中心為平面極坐標(biāo)系的極點， 旋轉(zhuǎn)的角度為φι，稱偏轉(zhuǎn)角為φι ；拋物線L2 旋轉(zhuǎn)的角度為φ2拋物線Li 旋轉(zhuǎn)的角度為Cpi相鄰拋物線的焦參數(shù)P值滿足下列方程=Pi Jl+SirKei—Cpi])] Cosa(BfCpj) 1 — 1+8 η(θι-φι) · Cosa(Qi^1-T)其中1=0，1，2，3……φ0=00<φι<φ2<φ3<......<φ；；曲線上任意一點Ai (Pi, θ J對于集熱聚焦圓的張角為2 β I為正；僅在平面極坐標(biāo)系的極軸的過點Ai處的垂線的同一側(cè)有入射光線到達Ai點時，在 Ai處的入射光線相對于平面極坐標(biāo)系的極軸的過點Ai處的垂線的最大偏轉(zhuǎn)角為Oi，入射 光線相對于平面極坐標(biāo)系的極軸的過點Ai處的垂線的最小偏轉(zhuǎn)角為α i ；在平面極坐標(biāo)系的極軸的過點Ai處的垂線的兩側(cè)有入射光線到達Ai點時，在Ai處 的左側(cè)入射光線相對于平面極坐標(biāo)系的極軸的過點Ai處的垂線的最大偏轉(zhuǎn)角為Oi，右側(cè) 入射光線相對于平面極坐標(biāo)系的極軸的過點Ai處的垂線的最大偏轉(zhuǎn)角為α i ；相對于平面極坐標(biāo)系的極軸的過點Ai處的垂線的偏轉(zhuǎn)角α i為逆時針時為正值；相對于平面極坐標(biāo)系的極軸的過點Ai處的垂線的偏轉(zhuǎn)角α i為順時針時為負(fù)值；
φι= β j+ α j ；僅在平面極坐標(biāo)系的極軸的過點Ai處的垂線同一側(cè)有入射光線到達Ai點時，偏轉(zhuǎn) 角α i為逆時針為正值，(Pi= Pi+ Qi =Pi+ I QiI5在平面極坐標(biāo)系的極軸的過點Ai處的垂線兩側(cè)均有入射光線到達Ai點時，偏轉(zhuǎn)角 α i為順時針為負(fù)值，(Pi= β i+ α i 二 β i- I α i I ；聚光反射板內(nèi)表面為所述曲線沿其所在平面內(nèi)的垂直于極軸并過極點的直線旋 轉(zhuǎn)而成，所述呈球狀的集熱體的球心設(shè)置在極點位置。該裝置聚光反射板系采用若干段參數(shù)精確的拋物線接續(xù)組成的平面曲線以該曲 線所在的平面極坐標(biāo)系的極軸的過極點的垂線為旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)而成的空間曲面，過該空間曲 面中軸線的任意半平面與該空間曲面相交而成的截線都包含有無數(shù)條拋物線段，這里所有 的拋物線的焦點都為公共焦點，該焦點就是極坐標(biāo)系的極點。與任意一段線段所在的拋物 線的軸相平行的太陽入射光線，均可匯聚到相應(yīng)拋物線的焦點，由于集熱體設(shè)置在平面極 坐標(biāo)系極點處，與相應(yīng)拋物線軸的夾角小于一定值的太陽入射光線均能被該拋物線段對應(yīng) 的反光面反射到集熱體上，該聚光反射板匯聚中午前后一定時間范圍內(nèi)相對強的入射光線 以獲得相對于其它形狀聚光反光面更佳的聚光效果，各拋物線段由于相距焦點的遠近不 同，故匯聚中午前后一定時間范圍內(nèi)的太陽光的時間長短及起始時間不一樣，而對于在各 拋物線段對應(yīng)的反光面上的任意一點來說，所到達該點的太陽入射光線在其陽光強度相對 強的那一整段時間內(nèi)全部反射匯聚到集熱體表面，不能反射匯聚到集熱體表面的光線都一 定是陽光強度相對弱的那一段時間內(nèi)的光線，這就是本專利技術(shù)所追求并且已經(jīng)實現(xiàn)的目 標(biāo)，所述曲線的參數(shù)方程是精確推導(dǎo)而成的最佳曲線方程，其集熱效率當(dāng)然較高，該裝置可 采用多組集熱單元串聯(lián)、并聯(lián)等方式組成大小不同形式的太陽能集熱器組。如采用導(dǎo)熱油 作為傳熱介質(zhì)，可提供200°C以上的高溫?zé)嵩?，可?yīng)用于吸收式制冷系統(tǒng)和烘干等領(lǐng)域上述集熱體經(jīng)金屬管螺旋折彎而成，每一圈金屬管均沿著球形面纏繞，若干圈金 屬管纏繞而成呈球狀的集熱體，金屬管的兩端分別折彎后從聚光反射板的底部穿出，金屬管外表面設(shè)有太陽能吸熱涂層。作為本實用新型的一種改進，所述集熱體包括外表面設(shè)有太陽能吸熱涂層的球形 殼體，殼體底部密封連接有插入殼體內(nèi)的進液管和出液管。所述進液管和出液管可相互套 接設(shè)置，也可相互平行設(shè)置。由于一年四季中午太陽的高度角有很大差異，為適應(yīng)太陽高度角的季節(jié)性變化， 所述聚光反射板和集熱體設(shè)置在可轉(zhuǎn)動的支架上。為保證聚光反射板上無積灰、積水，所述聚光反射板的上口設(shè)有玻璃蓋板。
圖1為本實用新型結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實用新型又一種結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本實用新型第三種結(jié)構(gòu)示意圖；圖4、圖5為平面曲線的形成原理圖；圖6為形成后的平面曲線示意圖。圖中1玻璃蓋板，2聚光反射板，3金屬管，4吸熱翅片，5殼體，6出液管，7進液管。
具體實施方式
實施例1如圖1所示，為一種太陽能聚光熱利用裝置，包括鍋形的聚光反射板2和呈球狀的 集熱體，呈鍋形的聚光反射板2的內(nèi)表面為一空間曲面，過該空間曲面中軸線的任意的半 平面與該空間曲面相交而成的截線為滿足如下關(guān)系的平面曲線，如圖4、5、6所示，該曲線 由三段以上順序相連的拋物線‘ L1, L2……Li組成，各拋物線的焦點均位于平面極坐標(biāo)系 的極點，各段拋物線Li滿足下列方程
P=P1—Ll±Sin(e=cpi.)......1
cos2(e -φι)其中，i= 0，1，2，3，4，5......；ρ為拋物線上的點到極點的距離即極徑；Pi為拋物線的焦參數(shù)，為相應(yīng)拋物線的頂點至焦點距離的二倍；θ為極坐標(biāo)系中拋物線上的點的極角或幅角，90° < θ彡270° ；Cpi為拋物線軸的偏轉(zhuǎn)角，指拋物線軸以極點為中心沿逆時針方向旋轉(zhuǎn)的角；L1 與 Ltl 的交點 A1 (P1, θL2 與 L1 的交點 A2 ( Ρ2，θ 2)Li 與 Lh 的交點 Ai (Pi, θ J拋物線Ltl的軸與平面極坐標(biāo)系的極軸的垂線間的夾角為0，此時，拋物線Ltl未旋 轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)角Ψο為0 ；拋物線L1的軸相對Ltl的軸沿逆時針方向旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)中心為平面極坐標(biāo)系的極點， 旋轉(zhuǎn)的角度為φι，稱偏轉(zhuǎn)角為φι;拋物線L2 旋轉(zhuǎn)的角度為φ2[0056]拋物線Li 旋轉(zhuǎn)的角度為CPi相鄰拋物線的焦參數(shù)P值滿足下列方程
P —Ul+SinCercpi-i)] . Cosa(9i-pi) 1 —“ Ι+8 η(θι-φ0 . Cosa(—θ「φ^)其中1=0，1，2，3......Cp0=OCXip1 <φ2<φ3<......<φ；；曲線上任意一點Ai (Pi, θ i)對于集熱聚焦圓的張角為2 β i，I為正；僅在平面極坐標(biāo)系的極軸的過點Ai處的垂線的同一側(cè)有入射光線到達Ai點時，在 Ai處的入射光線相對于平面極坐標(biāo)系的極軸的過點Ai處的垂線的最大偏轉(zhuǎn)角為Oi，入射 光線相對于平面極坐標(biāo)系的極軸的過點Ai處的垂線的最小偏轉(zhuǎn)角為α i ；在平面極坐標(biāo)系的極軸的過點Ai處的垂線的兩側(cè)有入射光線到達Ai點時，在Ai處 的左側(cè)入射光線相對于平面極坐標(biāo)系的極軸的過點Ai處的垂線的最大偏轉(zhuǎn)角為Oi，右側(cè) 入射光線相對于平面極坐標(biāo)系的極軸的過點Ai處的垂線的最大偏轉(zhuǎn)角為α i ；令相對于平面極坐標(biāo)系的極軸的過點Ai處的垂線的偏轉(zhuǎn)角α i為逆時針時為正； 相對于平面極坐標(biāo)系的極軸的過點Ai處的垂線的偏轉(zhuǎn)角α i為順時針時為負(fù)；
ψ =1 β i+ α j ；僅在平面極坐標(biāo)系的極軸的過點Ai處的垂線同一側(cè)有入射光線到達Ai點時，偏轉(zhuǎn) 角α i為逆時針為正,Cp1= β i+ α i = β i+ I QiI;在平面極坐標(biāo)系的極軸的過點Ai處的垂線兩側(cè)均有入射光線到達Ai點時，偏轉(zhuǎn)角 α i 為順時針為負(fù),Cpi= β i+ α i = β i— I α i I ；聚光反射板2內(nèi)表面為所述曲線沿其所在平面內(nèi)的垂直于極軸并過極點的直線 旋轉(zhuǎn)而成，所述集熱體的球心設(shè)置在極點位置。集熱體由金屬管3螺旋折彎纏繞而成，每一圈金屬管均沿著球形面纏繞，若干圈 金屬管纏繞而成呈球狀的集熱體，金屬管3的兩端分別折彎后從聚光反射板的底部穿出， 金屬管3外表面設(shè)有太陽能吸熱涂層。為加強吸熱效果，在金屬管3外還設(shè)有吸熱翅片 4(如圖2)。所述聚光反射板2的上口設(shè)有玻璃蓋板1，可以弧形玻璃(如圖1)，也可是平板玻 璃(如圖2)。實施例2如圖3，與實施例1的不同之處在于，所述集熱體包括外表面設(shè)有太陽能吸熱涂層 的球形殼體5，殼體5底部密封連接有插入殼體5內(nèi)的進液管7和出液管6，進液管7和出 液管6可如圖所示相互套接。所述進液管7和出液管6還可以相互平行設(shè)置。進液管7和 出液管6上端位置在殼體內(nèi)可錯位設(shè)置。除上述實施例外，本實用新型還可以有其他實施方式。例如，為適應(yīng)太陽入射角的 季節(jié)性變化，所述聚光反射板2和集熱體設(shè)置在可轉(zhuǎn)動的支架上，使聚光反射板和集熱體 能改變傾角位置；可經(jīng)過一段時間，適應(yīng)性轉(zhuǎn)動一定角度，以獲取最大的太陽熱能。凡采用等同替換或等效變換形成的技術(shù)方案，均落在本實用新型要求的保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1. 一種太陽能聚光熱利用裝置，其特征在于包括呈鍋形的聚光反射板和呈球狀的集 熱體，呈鍋形的聚光反射板內(nèi)表面為一空間曲面，過該空間曲面中軸線的任意的半平面與 該空間曲面相交而成的截線為滿足如下關(guān)系的平面曲線，該曲線由三段以上順序相連的拋 物線k、L1, L2……Li組成，各拋物線的焦點均位于平面極坐標(biāo)系的極點，各段拋物線Li滿 足下列方程
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能聚光集熱器，其特征在于所述集熱體經(jīng)金屬管螺旋 折彎而成，每一圈金屬管均沿著球形面纏繞，若干圈金屬管纏繞而成呈球狀的集熱體，金屬 管的兩端分別折彎后從聚光反射板的底部穿出，金屬管外表面設(shè)有太陽能吸熱涂層。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的太陽能聚光集熱器，其特征在于所述金屬管外設(shè)有吸熱翅片。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平板聚光集熱器，其特征在于所述集熱體包括外表面設(shè)有 太陽能吸熱涂層的球形殼體，殼體底部密封連接有插入殼體內(nèi)的進液管和出液管。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的平板聚光集熱器，其特征在于所述進液管和出液管相互套 接設(shè)置。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的平板聚光集熱器，其特征在于所述進液管和出液管相互平 行設(shè)置。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6任意一項所述的平板聚光集熱器，其特征在于所述聚光反射板 和集熱體設(shè)置在可轉(zhuǎn)動的支架上。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-6任意一項所述的平板聚光集熱器，其特征在于所述聚光反射板 的上口設(shè)有玻璃蓋板。
專利摘要本實用新型公開了太陽能熱利用技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的一種太陽能聚光熱利用裝置，包括聚光反射板和呈球狀的集熱體，聚光反射板的曲面為由三段以上的拋物線組成的曲線沿其所在平面內(nèi)的垂直于極軸并過極點的直線旋轉(zhuǎn)而成，所述集熱體的球心設(shè)置在極點位置。該裝置采用若干段參數(shù)精確的拋物線接續(xù)組成一個聚光反射板的曲線，可最大限度接收太陽熱能，其集熱效率高，該裝置可采用多組集熱單元串聯(lián)、并聯(lián)等方式組成大小不同形式的太陽能集熱器。如采用導(dǎo)熱油作為傳熱介質(zhì)，可提供200℃以上的高溫?zé)嵩?，可用于吸收式制冷、烘干等領(lǐng)域。
文檔編號F24J2/12GK201779878SQ20102051859
公開日2011年3月30日 申請日期2010年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月7日
發(fā)明者黃永年 申請人:黃永年