專(zhuān)利名稱(chēng)：一種具有減壓和降低熱應(yīng)力功能的兩級(jí)匯聚式太陽(yáng)能聚光系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種兩級(jí)匯聚式太陽(yáng)能聚光系統(tǒng)，具體涉及一種具有減壓和降低熱應(yīng) 力功能的兩級(jí)匯聚式太陽(yáng)能聚光系統(tǒng)，屬于太陽(yáng)能聚光系統(tǒng)與接收器技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
以太陽(yáng)能制氫、太陽(yáng)能熱推進(jìn)、太陽(yáng)能熔覆技術(shù)等為代表的先進(jìn)太陽(yáng)能高溫?zé)徂D(zhuǎn) 換技術(shù)的工作溫度已達(dá)到1500K，甚至更高。單級(jí)太陽(yáng)能聚光系統(tǒng)由于聚光比低、存在離散 熱斑等因素而無(wú)法滿足太陽(yáng)能高溫?zé)徂D(zhuǎn)換的需求。為實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能高倍匯聚及光束傳輸?shù)目?制，兩級(jí)太陽(yáng)能聚光系統(tǒng)由于聚光比高、占用空間小等優(yōu)點(diǎn)而逐漸受到了重視。兩級(jí)太陽(yáng)能 聚光系統(tǒng)由一次聚集器和二次聚集器組成，二次聚集器將一次聚集器匯聚后的太陽(yáng)光束進(jìn) 行再次匯聚以提高能流密度強(qiáng)度。兩級(jí)太陽(yáng)能聚光系統(tǒng)的幾何聚光比為各級(jí)聚集器幾何聚 光比的乘積。
接收器表面能流密度的大小與聚集器的開(kāi)口半徑成正比關(guān)系。為達(dá)到高能流密 度，匯聚面的開(kāi)口直徑通?？梢赃_(dá)到3m，甚至更高。開(kāi)口直徑越大，匯聚面的接收面積也越 大。當(dāng)高速的風(fēng)吹過(guò)匯聚面的時(shí)候會(huì)在鏡場(chǎng)表面產(chǎn)生高的壓力而提高了鏡場(chǎng)支架強(qiáng)度的要 求。由伯努利方程可以知道，匯聚面鏡場(chǎng)表面受到的壓力與風(fēng)速成平方的關(guān)系。
由于太陽(yáng)能熱利用具有顯著的間斷性和不均勻性，導(dǎo)致太陽(yáng)能接收器承受反復(fù)高 溫差的熱沖擊循環(huán)，接收器容易受到高熱應(yīng)力并引發(fā)接收器玻璃管罩破裂、接收器的熱變 形并最終失效。此外，在整個(gè)系統(tǒng)跟蹤太陽(yáng)的時(shí)候，管式接收器在跟蹤太陽(yáng)的過(guò)程還存在由 于跟蹤太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)而導(dǎo)致漏液等缺點(diǎn)。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有兩級(jí)匯聚式太陽(yáng)能聚光系統(tǒng)當(dāng)高速的風(fēng)吹過(guò)匯聚 面時(shí)會(huì)在鏡場(chǎng)表面產(chǎn)生高的壓力而提高了鏡場(chǎng)支架強(qiáng)度的要求的問(wèn)題，以及管式接收器在 跟蹤太陽(yáng)的過(guò)程存在的由于跟蹤太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)而導(dǎo)致漏液的問(wèn)題，進(jìn)而提供一種具有減壓和降 低熱應(yīng)力功能的兩級(jí)匯聚式太陽(yáng)能聚光系統(tǒng)。
本發(fā)明的技術(shù)方案是一種具有減壓和降低熱應(yīng)力功能的兩級(jí)匯聚式太陽(yáng)能聚光 系統(tǒng)包括管式接收器、一級(jí)拋物型槽式匯聚面和二級(jí)雙曲線型匯聚面，二級(jí)雙曲線型匯聚 面和一級(jí)拋物型槽式匯聚面上下布置，一級(jí)拋物型槽式匯聚面和二級(jí)雙曲線型匯聚面的表 面涂有反射涂層，反射涂層為真空鍍鋁或拋光蒸鍍薄膜銀涂層，二級(jí)雙曲面型匯聚面的上 焦點(diǎn)與一級(jí)拋物型槽式匯聚面的焦點(diǎn)相重合，二級(jí)雙曲面型匯聚面的下焦點(diǎn)與一級(jí)拋物型 槽式匯聚面的中心點(diǎn)O相重合，管式接收器安裝在一級(jí)拋物型槽式匯聚面的中心線處。反 射涂層為真空鍍鋁或拋光蒸鍍薄膜銀涂層具有高反射率，反射率為大于O. 90。
由于兩級(jí)匯聚式太陽(yáng)能聚光系統(tǒng)的一級(jí)聚集面鏡場(chǎng)面積很大，在高速風(fēng)的作用下 很容易在鏡場(chǎng)表面產(chǎn)生高的壓力而提高了鏡場(chǎng)支架強(qiáng)度的要求。因此，本發(fā)明的一級(jí)拋物型槽式匯聚面上開(kāi)有多個(gè)透風(fēng)圓孔，透風(fēng)圓孔的面積占總鏡場(chǎng)面積的O. 1%，以達(dá)到降低風(fēng) 壓的作用。本發(fā)明提出的含有透風(fēng)圓孔的一級(jí)聚集面鏡場(chǎng)的最大壓力降低率可達(dá)到52%。
管式接收器采用非對(duì)稱(chēng)管式接收器，非對(duì)稱(chēng)管式接收器的內(nèi)圓柱面的圓心與外圓 柱面的圓心不在同一個(gè)位置，內(nèi)圓柱面的圓心Oin相對(duì)于外圓柱面圓心Otjut向下移動(dòng)一定距 離，移動(dòng)距離為管壁厚的10%。因此，在沒(méi)有增加整個(gè)管式接收器質(zhì)量的情況下，非對(duì)稱(chēng)管 式接收器上半段的壁厚比傳統(tǒng)管式接收器上半段的壁厚有所增加。上半段的管壁厚度的增 加也增大了管式接收器上半段的熱容量，有利于緩解管式接收器的上半段受到的非均勻熱 流密度場(chǎng)引起的不均勻溫度梯度分布。采用非對(duì)稱(chēng)管式接收器的最大熱應(yīng)力僅為傳統(tǒng)管式 接收器最大熱應(yīng)力的59%。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下效果
1、一級(jí)匯聚面采用一整塊表面具有高反射率涂層(如真空鍍鋁、拋光蒸鍍薄膜 銀涂層)的拋物型槽式太陽(yáng)能匯聚面，將入射的低熱流密度太陽(yáng)光進(jìn)行第一次匯聚。二級(jí) 匯聚面為表面具有高反射率涂層(如真空鍍鋁、拋光蒸鍍薄膜銀涂層)的雙曲面，其中雙 曲面的上焦點(diǎn)與一級(jí)匯聚面的焦點(diǎn)處相重合，雙曲面的下焦點(diǎn)與一級(jí)匯聚面的中心點(diǎn)相重 合。管式接收器安裝在一級(jí)匯聚面的中心線處。在整個(gè)系統(tǒng)跟蹤太陽(yáng)的時(shí)候，一級(jí)拋物型 槽式匯聚面、二級(jí)雙曲面型匯聚面同時(shí)繞著管式接收器的中心線(即一級(jí)匯聚面的中心線 處)做圓周運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)并跟蹤太陽(yáng)。由于管式接收器在整個(gè)跟蹤太陽(yáng)的過(guò)程中保持不動(dòng)，可 以克服傳統(tǒng)聚光系統(tǒng)中的接收器由于運(yùn)動(dòng)而導(dǎo)致漏液等缺點(diǎn)。
2、采用本文提出的含有透風(fēng)圓孔的一級(jí)聚集面鏡場(chǎng)，圓孔的面積占總鏡場(chǎng)面積的O.1%，以達(dá)到降風(fēng)壓的作用。經(jīng)過(guò)數(shù)值計(jì)算可以看出，本文提出的含有透風(fēng)圓孔的一級(jí)聚 集面鏡場(chǎng)的最大風(fēng)壓降低率為52%。
3、管式接收器采用非對(duì)稱(chēng)管式接收器，非對(duì)稱(chēng)管式接收器的內(nèi)圓柱面的圓心與外 圓柱面的圓心不在同一個(gè)位置，內(nèi)圓柱面的圓心相對(duì)于外圓柱面圓心向下移動(dòng)一定距離， 移動(dòng)距離為管壁厚的10%。因此，在沒(méi)有增加整個(gè)管式接收器質(zhì)量的情況下，非對(duì)稱(chēng)管式接 收器上半段的壁厚比傳統(tǒng)管式接收器上半段的壁厚有所增加。上半段的管壁厚度的增加也 增大了管式太陽(yáng)能接收器的上半段的熱容量，有利于緩解接收器的上半段受到的非均勻熱 流密度場(chǎng)引起的不均勻溫度梯度分布的情況。經(jīng)過(guò)數(shù)值計(jì)算可以看出，采用非對(duì)稱(chēng)管式接 收器的最大熱應(yīng)力僅為傳統(tǒng)管式接收器最大熱應(yīng)力的59%。


圖1是一種具有減壓和降低熱應(yīng)力功能的兩級(jí)匯聚式太陽(yáng)能聚光系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意 圖2a是普通拋物型槽式聚集面鏡場(chǎng)壓力云圖2b是含有透風(fēng)圓孔的拋物型槽式聚集面鏡場(chǎng)壓力云圖3是非對(duì)稱(chēng)管式太陽(yáng)能接收器示意圖及坐標(biāo)系統(tǒng)；
圖4是非對(duì)稱(chēng)管式接收器與傳統(tǒng)管式接收器熱應(yīng)力對(duì)比曲線圖1中I為非對(duì)稱(chēng)管式接收器；2為一級(jí)拋物型槽式匯聚面；3為二級(jí)雙曲面型匯 聚面；4為透風(fēng)降壓圓孔；0為一級(jí)拋物型槽式匯聚面2的中心點(diǎn)；圖3中Oin為內(nèi)圓柱面的 圓心；0_為外圓柱面圓心；圖4中SI為傳統(tǒng)管式接收器熱應(yīng)力沿圓周角分布曲線圖；S2為非對(duì)稱(chēng)管式接收器熱應(yīng)力沿圓周角分布曲線圖。
具體實(shí)施方式
具體實(shí)施方式
一結(jié)合圖1說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的一種具有減壓和降低 熱應(yīng)力功能的兩級(jí)匯聚式太陽(yáng)能聚光系統(tǒng)包括管式接收器1、一級(jí)拋物型槽式匯聚面2和 二級(jí)雙曲線型匯聚面3，二級(jí)雙曲線型匯聚面3和一級(jí)拋物型槽式匯聚面2上下布置，一級(jí) 拋物型槽式匯聚面2和二級(jí)雙曲線型匯聚面3的表面涂有反射涂層，反射涂層為真空鍍鋁 或拋光蒸鍍薄膜銀涂層，二級(jí)雙曲面型匯聚面3的上焦點(diǎn)與一級(jí)拋物型槽式匯聚面2的焦 點(diǎn)相重合，二級(jí)雙曲面型匯聚面3的下焦點(diǎn)與一級(jí)拋物型槽式匯聚面2的中心點(diǎn)O相重合， 管式接收器I安裝在一級(jí)拋物型槽式匯聚面2的中心線處。反射涂層為真空鍍鋁或拋光蒸 鍍薄膜銀涂層具有高反射率，反射率為大于O. 90。
在整個(gè)兩級(jí)匯聚式太陽(yáng)能聚光系統(tǒng)跟蹤太陽(yáng)的時(shí)候，一級(jí)拋物型槽式匯聚面2、二 級(jí)雙曲面型匯聚面3同時(shí)繞著管式接收器I的中心線(即一級(jí)拋物型槽式匯聚面2的中心 線處)做圓周運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)并跟蹤太陽(yáng)。由于管式接收器在整個(gè)跟蹤太陽(yáng)的過(guò)程中保持不動(dòng)， 可以克服傳統(tǒng)聚光系統(tǒng)中的接收器由于運(yùn)動(dòng)而導(dǎo)致漏液等缺點(diǎn)。
具體實(shí)施方式
二 結(jié)合圖1、圖2a和圖2b說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的一種具 有減壓和降低熱應(yīng)力功能的兩級(jí)匯聚式太陽(yáng)能聚光系統(tǒng)由于兩級(jí)匯聚式太陽(yáng)能聚光系統(tǒng) 的一級(jí)聚集面鏡場(chǎng)面積很大，在高速風(fēng)的作用下很容易在鏡場(chǎng)表面產(chǎn)生高的壓力而提高了 鏡場(chǎng)支架強(qiáng)度的要求。因此，本發(fā)明的一級(jí)拋物型槽式匯聚面2上開(kāi)有多個(gè)透風(fēng)圓孔4，透 風(fēng)圓孔4的面積占總鏡場(chǎng)面積的O. 1%，以達(dá)到降低風(fēng)壓的作用。如圖2a和圖2b所示，本 發(fā)明提出的含有透風(fēng)圓孔的一級(jí)聚集面鏡場(chǎng)的最大壓力降低率可達(dá)到52%。其它組成和連 接關(guān)系與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
三結(jié)合圖3和圖4說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的管式接收器采用 非對(duì)稱(chēng)管式接收器(如圖3所示)，非對(duì)稱(chēng)管式接收器的內(nèi)圓柱面的圓心與外圓柱面的圓心 不在同一個(gè)位置，內(nèi)圓柱面的圓心Oin相對(duì)于外圓柱面圓心Orat向下移動(dòng)一定距離,移動(dòng)距 離為管壁厚的10%。因此，在沒(méi)有增加整個(gè)管式接收器質(zhì)量的情況下，非對(duì)稱(chēng)管式接收器 上半段的壁厚比傳統(tǒng)管式接收器上半段的壁厚有所增加。上半段的管壁厚度的增加也增大 了管式接收器上半段的熱容量，有利于緩解管式接收器的上半段受到的非均勻熱流密度場(chǎng) 引起的不均勻溫度梯度分布。圖4所示管式接收器出口端面處內(nèi)壁面的熱應(yīng)力沿圓周角分 布。由圖4可以看出，采用非對(duì)稱(chēng)管式接收器的最大熱應(yīng)力僅為傳統(tǒng)管式接收器最大熱應(yīng) 力的59%。其它組成和連接關(guān)系與具體實(shí)施方式
一或二相同。
權(quán)利要求
1.一種具有減壓和降低熱應(yīng)力功能的兩級(jí)匯聚式太陽(yáng)能聚光系統(tǒng)，其特征在于一種具有減壓和降低熱應(yīng)力功能的兩級(jí)匯聚式太陽(yáng)能聚光系統(tǒng)包括管式接收器(I)、一級(jí)拋物型槽式匯聚面(2)和二級(jí)雙曲線型匯聚面(3)，二級(jí)雙曲線型匯聚面(3)和一級(jí)拋物型槽式匯聚面(2)上下布置，一級(jí)拋物型槽式匯聚面(2)和二級(jí)雙曲線型匯聚面(3)的表面涂有反射涂層，反射涂層為真空鍍鋁或拋光蒸鍍薄膜銀涂層，二級(jí)雙曲面型匯聚面(3)的上焦點(diǎn)與一級(jí)拋物型槽式匯聚面(2)的焦點(diǎn)相重合，二級(jí)雙曲面型匯聚面(3)的下焦點(diǎn)與一級(jí)拋物型槽式匯聚面(2)的中心點(diǎn)O相重合，管式接收器(I)安裝在一級(jí)拋物型槽式匯聚面(2)的中心線處。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有減壓和降低熱應(yīng)力功能的兩級(jí)匯聚式太陽(yáng)能聚光系統(tǒng)，其特征在于一級(jí)拋物型槽式匯聚面(2)上開(kāi)有多個(gè)透風(fēng)圓孔(4)，透風(fēng)圓孔(4)的面積占總鏡場(chǎng)面積的O. 1%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種具有減壓和降低熱應(yīng)力功能的兩級(jí)匯聚式太陽(yáng)能聚光系統(tǒng)，其特征在于管式接收器(I)采用非對(duì)稱(chēng)管式接收器，內(nèi)圓柱面的圓心(^相對(duì)于外圓柱面圓心Orat向下移動(dòng)一定距離,移動(dòng)距離為管壁厚的10%。
全文摘要
一種具有減壓和降低熱應(yīng)力功能的兩級(jí)匯聚式太陽(yáng)能聚光系統(tǒng)，屬于太陽(yáng)能聚光系統(tǒng)與接收器技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明為了解決現(xiàn)有兩級(jí)匯聚式太陽(yáng)能聚光系統(tǒng)對(duì)鏡場(chǎng)支架強(qiáng)度的要求高的問(wèn)題，以及管式接收器在跟蹤太陽(yáng)的過(guò)程存在的由于跟蹤太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)而導(dǎo)致漏液的問(wèn)題。二級(jí)雙曲線型匯聚面和一級(jí)拋物型槽式匯聚面上下布置，一級(jí)拋物型槽式匯聚面和二級(jí)雙曲線型匯聚面的表面涂有反射涂層，反射涂層為真空鍍鋁或拋光蒸鍍薄膜銀涂層，二級(jí)雙曲面型匯聚面的上焦點(diǎn)與一級(jí)拋物型槽式匯聚面的焦點(diǎn)相重合，二級(jí)雙曲面型匯聚面的下焦點(diǎn)與一級(jí)拋物型槽式匯聚面的中心點(diǎn)相重合，管式接收器安裝在一級(jí)拋物型槽式匯聚面的中心線處。本發(fā)明用于太陽(yáng)能高溫轉(zhuǎn)換中。
文檔編號(hào)F24J2/24GK103062922SQ20131003054
公開(kāi)日2013年4月24日 申請(qǐng)日期2013年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月28日
發(fā)明者王富強(qiáng), 鞏亮, 李夏赟, 魏東蘭, 張慧, 林日億, 帥永, 秦愛(ài)民, 孟凡軍, 劉娟娟, 初小林 申請(qǐng)人:中國(guó)石油大學(xué)(華東)