一种新型抛物柱面反射镜式聚光装置及其使用方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种新型抛物柱面反射镜式聚光装置，具体的说是一种应用在太阳能 中低溫供热的新型抛物柱面反射镜式聚光装置。 技术背景
[0002] 为发展太阳能的利用，必须提高集热器的供热溫度。到达地球表面太阳福射的总 量尽管很大，但是能流密度低并且太阳能具有间断性和不稳定性等特点。因此如需提高集 热器的供热溫度就需要通过聚光器来提高太阳能的能流密度。聚光型集热器的种类有很 多。槽式聚焦太阳能集热器是中高溫集热器的一种，主要由集热器和作为聚光装置的抛物 柱面反射镜反射面、跟踪装置组成，其中聚光装置中的跟踪装置能够不断地调整集热器的 倾角和方位角，是集热器产生中高溫热水的保证。现有的跟踪装置大多分为单轴跟踪装置 和双轴跟踪装置两种形式，双轴跟踪能够保证入射光线时时刻刻垂直于集热器开口，可W 使得抛物柱面反射镜反射面接收全部太阳直射福射能，从而获得比较多的能量。单轴跟踪 仅仅满足入射光线与主光轴、焦线在同一平面内。由于太阳高度角的变化，入射光线与主光 轴之间存在的夹角会造成余弦损失，使得配备单轴跟踪系统的集热器的抛物柱面反射镜反 射面接收到的太阳福射量较低，但跟踪装置会增加整个系统的复杂程度，提高装置成本，对 装置的控制也增加了整个系统的使用成本。在应用槽式聚焦太阳能集热器的太阳能利用系 统中，由于跟踪装置直接或间接产生的费用很大程度加长了系统的成本回收期，甚者在系 统寿命期内整个系统会产生零收益的现象，从而影响了太阳能集热器作为太阳能利用装置 的推广应用，因此提供一种跟踪装置结构简单、操作简便，使用成本低的抛物柱面反射镜式 聚光装置成为现有技术中亟待解决的问题。
【发明内容】
[0003] 针对目前太阳能中低溫利用供热溫度不高和集热器集热时间短、效率低的情况， 本发明提供了一种新型抛物柱面反射镜式聚光装置，通过改进抛物柱面反射镜式聚光装置 的结构，可W通过季节性的手动调节跟踪装置有效提高集热器供热溫度，并且同时提供一 种通过合理的跟踪方法，在降低设备硬件成本和使用成本的基础上提高太阳能的利用率， 从而提高太阳能利用的经济性。使槽式集热器在在太阳能中低溫利用时具有经济性。
[0004] 本发明提供了一种新型抛物柱面反射镜式聚光装置，所述新型抛物柱面反射镜式 聚光装置包括聚光组件、手动跟踪组件、底座组件，所述聚光组件包括抛物柱面反射镜及位 于抛物柱面反射镜内部的用于将集热管固定在焦线上的集热管定焦支撑部件和集热管紧 固部件，所述底座组件用于将整个抛物柱面反射镜式聚光装置固定安装在地面上，所述手 动跟踪组件连接聚光组件和底座组件并可W用于手动调节抛物线反射镜的俯仰角和方位 角，其特征在于，所述底座组件包括用于固定在地面的底座及安装在底座上方，用于支撑手 动跟踪组件的支柱，所述手动跟踪组件包括下底板、转动板、俯仰轴及下支杆安装座、下支 杆、上支杆、套管、上支杆安装座，下底板安装在支柱顶部且与地面平行，所述下底板和转动 板均为条形板，下底板的上表面和转动板的下表面之间通过俯仰轴连接，转动板可W俯仰 轴为转动轴在下底板上方转动且可W放平覆盖在下底板上，俯仰轴平行于下底板上表面， 俯仰轴在下底板上的安装位置接近下底板的一个端部，下底板与俯仰轴安装位置相对的另 一端部的侧面具有缺口，转动板下表面与缺口对应的位置具有上支杆安装座，上支杆的顶 端通过上支杆安装座可转动安装在转动板下表面，上支杆下半部分可W伸入下底板的缺口 中，所述下支杆底端通过下支杆安装座可转动的安装在下底板上表面接近缺口底部的位 置，下支杆顶端安装有套筒，所述套筒轴线与下支杆轴线垂直，通过将上支杆末端伸入套筒 并将上支杆与套筒相对锁定，可W将转动板与下底板锁定在固定的打开角度上，所述上支 杆和下支杆及套筒可W将转动板与下底板的夹角锁定在15°到75°之间。所述转动板上 表面具有转轴下托，抛物柱面反射镜底部具有转轴上托，抛物柱面反射镜通过转动下托、转 动上托及方位轴可转动的连接于转动板上表面，方位轴的轴线与用俯仰轴轴线方向垂直， 且方位轴轴线与抛物柱面反射镜的的焦线平行且通过抛物面的对称面。抛物柱面反射镜与 转动板的转动角度可调且可锁定。所述抛物柱面反射镜的几何聚光比为10-30。
[0005] 所述的新型跟踪抛物柱面反射镜式聚光装置，其特征是上支杆侧面分布有用于容 纳紧固螺栓头部的凹坑。套筒侧面具有螺纹通孔，上支杆在套筒中的锁定方式为从套筒侧 面螺纹通孔旋入紧固螺栓，并将紧固螺栓头部伸入上支杆侧面的凹坑中。
[0006] 所述的新型跟踪抛物柱面反射镜式聚光装置，其特征是所述集热管定焦支撑部件 为焊接在转轴上托顶端的金属扁杆，集热管定焦支撑部件顶端具有集热管固定环，所述集 热管固定环侧面开口且开口处径向伸出的形成双层凸板，所述双层凸板上具有贯穿的螺纹 孔，所述集热管固定环的轴线与抛物柱面反射镜的焦线重合，当集热管插入集热管固定环 时可W通过在螺纹孔中旋入螺栓的方式实现集热管的固定。
[0007] 所述的新型跟踪抛物柱面反射镜式聚光装置，其特征是所述抛物柱面反射镜采用 为侣板贴附反光膜制作而成，所述抛物柱面反射镜沿抛物柱面母线均分成2块反射镜片， 在使用时组装成为完整的抛物柱面反射镜。
[0008] 所述的新型跟踪抛物柱面反射镜式聚光装置，其特征是转轴上托11上部为向两 侧延伸的双层夹片，将2块反射镜片分别由位于转轴上托两侧的双层夹片夹住后再进行螺 栓紧固即可组成抛物柱面反射镜。
[0009] 本发明还提供了一种新型跟踪抛物柱面反射镜式聚光装置的使用方法，包括W下 步骤：
[0010] 1)在转动板平放时，抛物柱面反射镜的焦线两端分别指向南北方向，调节方位轴， 使抛物柱面的中垂面与地面垂直；
[0011] 2)调节转动板与下底板的夹角（即抛物柱面反射镜的俯仰角），俯仰角依据夏至、 冬至和春分、秋分的太阳高度角变化规律做出调整。在北缔30° -60°的范围内，令夏至前 后两个月抛物柱面反射镜的俯仰角调整为当地缔度-5°~15°，冬至前后两个月抛物柱 面反射镜的俯仰角调整为当地缔度巧D~15°，春分和秋分前后两个月抛物柱面反射镜 的俯仰角调整为当地缔度。
[0012] 本发明提供的一种新型抛物柱面反射镜式聚光装置，它的创新之处有：
[0013] (1)本发明设及的跟踪系统具有双轴跟踪的功能，既能通过上支杆、下支杆、俯仰 轴及其附属机构的配合来调节俯仰角。又能通过方位轴来调节方位角。
[0014] (2)抛物柱面反射镜聚光采用侣板贴附反光膜的形式，侣板材料的采用可W降低 聚光组件的质量，减小套管处紧固螺栓的负担。运种形式充分降低了整个装置的造价，符合 太阳能经济性利用的观点，且采用两块镜片组成抛物柱面反射镜，易于拆装。
[0015] (3)提供了采用季节性调节抛物柱面反射镜高度角的方法，实则为单轴跟踪、南北 放置的方式。在将方位轴转动角度固定不变的情况下，季节性的调节俯仰轴转动，实现跟踪 太阳的方位和高度，保证入射光线垂直于集热器开口，通过优选抛物柱面反射镜的几何聚 光比，我们惊奇的发现在仅采用上述简化的调节方式的情况下，能够显著降低余弦损失，实 现对太阳能的充分利用，在华北地区的典型缔度北缔40°，采用夏至前后两个月抛物柱面 反射镜的俯仰角调整为当地缔度-10,冬至前后两个月抛物柱面反射镜的俯仰角调整为当 地缔度+10,春分和秋分前后两个月抛物柱面反射镜的俯仰角调整为当地缔度的调节方式。 可W使聚光装置每年只需调整4次俯仰角的情况下，全年在主要日照时间巧~15时）内 均工作在理想状态（俯仰角与太阳高度角之和为75°~105° )
[0016] 综上，本发明提供的新型抛物柱面反射镜式聚光装置成本低廉而且操作简单，拆 装自由，能够最大限度地提高太阳能的利用率。此装置为小型聚光器，通过季节性的手动调 节设备的俯仰角即可最大限度的利用集热器吸收太阳能，在大大简化了跟踪系统的硬件成 本和使用成本的同时，尽可能的提高了太阳能的利用率，有效提高了聚光效率和整个装置 的使用经济性。
【附图说明】：
[0017] 图1为本发明【具体实施方式】提供的一种新型抛物柱面反射镜式聚光装置整体结 构不意图；
[0018] 图2为本发明【具体实施方式】提供的一种新型抛物柱面反射镜式聚光装置转动板 平放的状态示意图；
[0019] 图3为本发明【具体实施方式】提供的一种新型抛物柱面反射镜式聚光装置的集热 管紧固部件的结构示意图；
[0020] 图4为本发明【具体实施方式】提供的一种新型抛物柱面反射镜式聚光装置的套管 与上支杆紧固结构示意图；
[0021] 图中，1-下支杆安装座，2-下支杆，3-缺口，4-上支杆，5-套管，6-上支杆安装座， 7-方位轴，8-抛物柱面反射镜，9-集热管定焦支撑部件，10-集热管紧固部件，11-转轴上 托，12-转轴下托，13-转动板，14-俯仰轴，15-下底板，16-支柱，17-地脚螺栓，18-底座， 19-集热管固定环，20-螺栓孔，21-双层凸板，22-紧固螺栓。
【具体实施方式】
[0022] 下面结合附图进一步叙述本发明：
[0023] 本发明提供了一种新型抛物柱面反射镜式聚光装置，所述抛物柱面反射镜式聚光 装置包括聚光组件、手动跟踪组件、底座组件，所述聚光组件包括抛物柱面反射镜8及位于 抛物柱面反射镜内部的用于将集热管固定在焦线上的集热管定焦支撑部件9和集热管紧 固部件10,所述底座组件用于将整个抛物柱面反射镜式聚光装置固定安装在地面上，所述 手动跟踪组件连接聚光组件和底座组件并可W用于手动调节抛物线反射镜的俯仰角和方 位角，其特征在于所述底座组件包括用于固定在地面的底座18及安装在底座上方，用于支 撑手动跟踪组件的支柱16,所述手动跟踪组件包括下底板15、转动板13、俯仰轴14及下支 杆安装座1、下支杆2、上支杆4、套管5、上支杆安装座6，下底板安装在支柱顶部且与地面平 行，所述下底板和转动