專利名稱：太陽能聚光集熱器的制作方法
技術領域：
本發明涉及太陽能熱利用技術。
背景技術：
利用聚光反射板將更大面積的陽光反射到集熱器件上，以增強集熱效果，提高集熱器件內介質的溫度，這一課題已有許多人取得研究成果，有的采用V形反光板，有的采用橫截線為圓弧的桶形反光板，還有采用橫截線為不同曲率半徑的圓弧連接而成的弧形反光板，還有的采用橫截線為圓的漸開線的反光板；現有技術中，有一種平板式太陽能聚光反射板，其專利號為02217701.9，其包括殼體，殼體內設有保溫板，保溫板表面并列設有若干聚光反射板，聚光反射板可以模壓制成一體，每塊聚光反射板的截面由圓弧、拋物線、漸開線及圓弧組合構成，在其焦點處設有集熱管。其工作時，照射到聚光反射板上的光線被反射到集熱管上，熱能為集熱管所吸收，其不足之處在于其反射吸熱的效率尚不夠理想，有部分能量較高的光線未能匯聚到集熱管上。
發明內容
本發明的目的在于設計一種太陽能聚光集熱器，使其可最大限度將到達反射板的較強光線反射到集熱器件表面。
本發明的目的是這樣來實現的太陽能聚光集熱器，包括殼體和集熱管，殼體內設有保溫板，保溫板表面并列設有若干聚光槽和聚光反射板，所述聚光反射板的反光面形狀為一空間曲面，該空間曲面的任意位置的橫截線為以平面極坐標系中極軸的過極點的垂線為對稱軸的對稱曲線，所述對稱軸一側的截線由三段以上順序相連的拋物線L0、L1、L2……Li組成，各拋物線的焦點均位于平面極坐標系的極點，各段拋物線Li滿足下列方程
其中，i＝0，1，2，3，4，5......； 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，為拋物線的頂點至焦點距離的二倍； θ為極坐標系中拋物線上的點的極角或幅角，90°＜θ≤270°； 拋物線軸(即拋物線的對稱軸)的偏轉角，指拋物線軸以極點為中心沿逆時針方向旋轉的角； L1與L0的交點A1(ρ1，θ1) L2與L1的交點A2(ρ2，θ2) Li與Li-1的交點Ai(ρi，θi) 拋物線L0的軸(即對稱軸)與平面極坐標系的極軸的垂線間的夾角為0，即拋物線L0未旋轉，旋轉角0為0； 拋物線L1的軸相對L0的軸沿逆時針方向旋轉，旋轉中心為平面極坐標系的極點，旋轉的角度為1，稱偏轉角為1； 拋物線L2偏轉角為2 拋物線Li偏轉角為i θ1對應的1到達點(ρ1，θ1)處相對強的入射光線的平均入射角以這樣的直線為代表，該直線與過極點的極軸的垂線間的夾角為1，偏轉角2偏轉角i依此類推；過極點的極軸的垂線正是拋物線L0的軸； 相鄰拋物線的焦參數P值滿足下列方程
其中i＝0，1，2，3…… 0＝00＜1＜2＜3＜……＜i； 所述空間曲面為所述截線沿其所在平面的垂直方向拉伸而成，各段截線即各段拋物線的公共焦點拉伸成一直線，所述集熱管沿該直線設置。
上述聚光反射板可以是若干單體，也可以連為一體，本發明采用若干段拋物線連續組成一個聚光反射板。
本發明采用若干段拋物線接續組成一個聚光反射板的截線，與任意一條拋物線軸相平行的太陽入射光線，均可匯聚到相應拋物線的焦點，由于設置在極點處(也是各拋物線焦點處)集熱管或帶翅片的集熱管等集熱元件本身具有一定的體積，故與相應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反光面反射到集熱元件上，該聚光反射板匯聚中午前后一定時間范圍內相對強的入射光線以獲得相對于其它形狀聚光反光面最佳的聚光效果，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的太陽光的時間長短及起始時間不一樣，而在各拋物線段反光面上所到達的太陽入射光線在其陽光強度相對強的那一整段時間內全部反射匯聚到集熱元件表面，其集熱效率較高，能使集熱管內的介質產生很高的溫度。以本發明所述空間曲面作為反光聚光面由于是非跟蹤的，一天中實際上還有一定量的相對弱的太陽光線不能聚光至集熱元件上，但是以本發明所述空間曲面作為非跟蹤型反光聚光面在理論上具有最好的聚光效果，因為本發明所述空間曲面任意一段曲面在理論上都可做到在該段反光面上所到達的太陽入射光線在其陽光強度相對強的那一整段時間內全部反射匯聚到集熱元件表面，而其它形狀的反光聚光面反射匯聚同樣長短的一段時間內的太陽入射光線其光線卻不是一天中最強的那一段時間內的光線。本發明可制成溫度更高用途更廣的太陽能集熱器。
圖1為本發明一種結構示意圖； 圖2為空間曲線的截線形成原理圖； 圖3為空間曲線的截線結構示意圖；
具體實施例方式 如圖1-3，為太陽能聚光集熱器，包括殼體4和集熱管1，殼體4內設有保溫板3，保溫板3表面并列設有若干聚光反射板2，所述聚光反射板2的反光面形狀為一空間曲面，它任意位置的橫截線為以極軸的過極點的垂線為對稱軸的對稱曲線，所述對稱軸一側的截線由三段順序相連的拋物線L0、L1、L2……Li組成，各段拋物線的焦點均位于平面極坐標系的極點，各段拋物線Li滿足下列方程
其中，i＝0，1，2，3； 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，為拋物線的頂點至焦點距離的二倍； θ為極坐標系中拋物線上的點的極角或幅角，90°＜θ≤270°； 拋物線軸(即拋物線的對稱軸)的偏轉角，指拋物線軸以極點為中心沿逆時針方向旋轉的角； L1與L0的交點A1(ρ1，θ1) L2與L1的交點A2(ρ2，θ2) L3與L2的交點A3(ρ3，θ3) 拋物線L0的軸(即對稱軸)與平面極坐標系的極軸的垂線間的夾角為0，即拋物線L0未旋轉，旋轉角0為0； L0的數學表達式 P0取決于要想會聚的入射光線族的最大寬度B1B2，一般可取B1B2＝2P0 L1的數學表達式
拋物線L1的軸相對L0的軸沿逆時針方向旋轉，旋轉中心為平面極坐標系的極點，旋轉的角度為1，稱偏轉角為1； 拋物線L2偏轉角為2 拋物線L3偏轉角為3 θ1對應的1由于到達點(ρ1，θ1)處相對強的入射光線的平均入射角以這樣的直線為代表，該直線與過極點的極軸的垂線間的夾角為1，就是說1由物理參數確定，偏轉角2偏轉角i依此類推；過極點的極軸的垂線正是拋物線L0的軸； 相鄰拋物線的焦參數P值滿足下列方程
其中i＝0，1，2，3 0＝00＜1＜2＜3。
所述空間曲面為所述截線沿其所在平面的垂直方向拉伸而成。
在拋物線L0上A1點對于集熱器的張角為α，而到達A1點的入射光線分布在β角范圍，β＞α，設A1M平行于拋物線L0的軸，集熱器只能接收到達A1點小于等于α角范圍內的入射光線，設∠PA1Q＝α這是一天之中到達A1點不超過強角α范圍最強的光線，A1N為∠PA1Q的角平分線，令∠MA1N＝1這就是說到達A1可能被集熱器接收到的一天當中最強的光線平均入射角由直線A1N的入射角代表。
如果我們將經過A1點的某一條P值改變，焦點仍在O點而拋物線的軸旋轉1角，這樣便可使∠PA1Q范圍內的入射光線準確無誤地反射到∠PA1R范圍。以O點為中心旋轉1角的新的拋物線為L1拋物線。
在拋物線上A1點向左一點，到達的入射光線的平均入射角都是以拋物線L0的軸的平行線的入射角為代表，故A1點向左L0拋物線就是最佳的，不必旋轉。
在拋物線上A1點向右A2一條新的拋物線仍以O為焦點旋轉2角，其焦參數P改變為P2，新的拋物線為L2同樣的道理也能保證一天中到達A2點的能被反射到集熱器的最強的光線理論上不遺漏的匯聚到集熱器表面。
以此類推，當截線由三段以上的拋物線組成時，若干個點對應若干條最佳的拋物線。A1點在L1拋物線上，A2點在L2拋物線上，Ai點在Li拋物線上，i足夠大下述新曲線就能精確地會聚盡可能多的陽光到集熱器上直至達到理論上最佳會聚效果。
新曲線由下列點和下列拋物線接續而成 L0-A1(點)-L1-A2-L2-A3-……-Ai-Li 如果i值足夠大，上述新曲線與下列表達的新曲線就沒有什么分別 L0-A1(點)-A2-A3……-Ai 這樣，該曲面反光板的橫截線可由若干段拋物線段組成，在過原點垂直于極軸的垂線即Y軸兩側的各段橫截線線相對稱，如圖2所示，每一段反光板均對應一段時間最強的入射光線，其整體的組合可獲得最佳聚光效果。所述空間曲面為所述橫截線沿其所在平面的垂直方向拉伸而成，該曲面反光板的各橫截線的焦點(即各段拋物線的公共焦點)拉伸成一直線，沿該直線可以設置太陽能集熱管1，可制成溫度更高用途更廣的太陽能集熱器。為減小集熱管尺寸同時又不減少其吸熱面積，可以將集熱管管徑做得較小，同時，在集熱管外設置至少三個吸熱翅片。
權利要求
1.太陽能聚光集熱器，包括殼體和集熱管，殼體內設有保溫板，保溫板表面并列設有若干聚光反射板，其特征在于所述聚光反射板的反光面形狀為一空間曲面，該空間曲面任意位置的橫截線為以平面極坐標系中極軸的過極點的垂線為對稱軸的對稱曲線，所述對稱軸一側的截線由三段以上順序相連的拋物線L0、L1、L2……Li組成，各拋物線的焦點均位于平面極坐標系的極點，各段拋物線Li滿足下列方程
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，為拋物線的頂點至焦點距離的二倍；
θ為極坐標系中拋物線上的點的極角或幅角，90°＜θ≤270°；
拋物線軸的偏轉角，指拋物線軸以極點為中心沿逆時針方向旋轉的角；
L1與L0的交點A1(ρ1，θ1)
L2與L1的交點A2(ρ2，θ2)
Li與Li-1的交點Ai(ρi，θi)
拋物線L0的軸與平面極坐標系的極軸的垂線間的夾角為0，即拋物線L0未旋轉，旋轉角0為0；
拋物線L1的軸相對L0的軸沿逆時針方向旋轉，旋轉中心為平面極坐標系的極點，旋轉的角度為1，稱偏轉角為1；
拋物線L2偏轉角為2
拋物線Li偏轉角為i
θ1對應的1到達點(ρ1，θ1)處相對強的入射光線的平均入射角以這樣的直線為代表，該直線與過極點的極軸的垂線間的夾角為1，偏轉角2偏轉角i依此類推；過極點的極軸的垂線正是拋物線L0的軸；
相鄰拋物線的焦參數P值滿足下列方程
其中i＝0，1，2，3……
0＝00＜1＜2＜3＜……＜i；
空間曲面為所述截線沿其所在平面的垂直方向拉伸而成，各截線的焦點成一直線，所述集熱管沿該直線設置。
2.根據權利要求1所述的太陽能聚光集熱器，其特征在于所述若干聚光反射板連為一體。
全文摘要
本發明公開了太陽能熱利用裝置領域內的太陽能聚光集熱器，包括殼體和集熱管，殼體內設有保溫板，保溫板表面并列設有若干聚光反射板，所述聚光反射板的反光面形狀為一空間曲面，該空間曲面任意位置的橫截線為以平面極坐標系中極軸的過極點的垂線為對稱軸的對稱曲線，所述對稱軸一側的截線由三段以上順序相連的拋物線組成，每段拋物線對應一個時間段的最佳太陽光反射值。其整體可獲得最佳匯聚效果，可提高熱效率；本發明可制成溫度更高用途更廣的太陽能集熱器。
文檔編號F24J2/46GK101118097SQ20071013120
公開日2008年2月6日 申請日期2007年8月23日 優先權日2007年8月23日
發明者黃永年 申請人:黃永年