一種具有減壓和降低熱應力功能的兩級匯聚式太陽能聚光系統技術方案

一種具有減壓和降低熱應力功能的兩級匯聚式太陽能聚光系統，屬于太陽能聚光系統與接收器技術領域。本發明專利技術為了解決現有兩級匯聚式太陽能聚光系統對鏡場支架強度的要求高的問題，以及管式接收器在跟蹤太陽的過程存在的由于跟蹤太陽運動而導致漏液的問題。二級雙曲線型匯聚面和一級拋物型槽式匯聚面上下布置，一級拋物型槽式匯聚面和二級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，二級雙曲面型匯聚面的上焦點與一級拋物型槽式匯聚面的焦點相重合，二級雙曲面型匯聚面的下焦點與一級拋物型槽式匯聚面的中心點相重合，管式接收器安裝在一級拋物型槽式匯聚面的中心線處。本發明專利技術用于太陽能高溫轉換中。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種兩級匯聚式太陽能聚光系統，具體涉及一種具有減壓和降低熱應 力功能的兩級匯聚式太陽能聚光系統，屬于太陽能聚光系統與接收器

技術介紹
以太陽能制氫、太陽能熱推進、太陽能熔覆技術等為代表的先進太陽能高溫熱轉 換技術的工作溫度已達到1500K，甚至更高。單級太陽能聚光系統由于聚光比低、存在離散 熱斑等因素而無法滿足太陽能高溫熱轉換的需求。為實現太陽能高倍匯聚及光束傳輸的控 制，兩級太陽能聚光系統由于聚光比高、占用空間小等優點而逐漸受到了重視。兩級太陽能 聚光系統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光束進 行再次匯聚以提高能流密度強度。兩級太陽能聚光系統的幾何聚光比為各級聚集器幾何聚 光比的乘積。接收器表面能流密度的大小與聚集器的開口半徑成正比關系。為達到高能流密 度，匯聚面的開口直徑通常可以達到3m，甚至更高。開口直徑越大，匯聚面的接收面積也越 大。當高速的風吹過匯聚面的時候會在鏡場表面產生高的壓力而提高了鏡場支架強度的要 求。由伯努利方程可以知道，匯聚面鏡場表面受到的壓力與風速成平方的關系。由于太陽能熱利用具有顯著的間斷性和不均勻性，導致太陽能接收器承受反復高 溫差的熱沖擊循環，接收器容易受到高熱應力并引發接收器玻璃管罩破裂、接收器的熱變 形并最終失效。此外，在整個系統跟蹤太陽的時候，管式接收器在跟蹤太陽的過程還存在由 于跟蹤太陽運動而導致漏液等缺點。
技術實現思路
本專利技術的目的是為了解決現有兩級匯聚式太陽能聚光系統當高速的風吹過匯聚 面時會在鏡場表面產生高的壓力而提高了鏡場支架強度的要求的問題，以及管式接收器在 跟蹤太陽的過程存在的由于跟蹤太陽運動而導致漏液的問題，進而提供一種具有減壓和降 低熱應力功能的兩級匯聚式太陽能聚光系統。本專利技術的技術方案是一種具有減壓和降低熱應力功能的兩級匯聚式太陽能聚光 系統包括管式接收器、一級拋物型槽式匯聚面和二級雙曲線型匯聚面，二級雙曲線型匯聚 面和一級拋物型槽式匯聚面上下布置，一級拋物型槽式匯聚面和二級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，二級雙曲面型匯聚面的上 焦點與一級拋物型槽式匯聚面的焦點相重合，二級雙曲面型匯聚面的下焦點與一級拋物型 槽式匯聚面的中心點O相重合，管式接收器安裝在一級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。由于兩級匯聚式太陽能聚光系統的一級聚集面鏡場面積很大，在高速風的作用下 很容易在鏡場表面產生高的壓力而提高了鏡場支架強度的要求。因此，本專利技術的一級拋物型槽式匯聚面上開有多個透風圓孔，透風圓孔的面積占總鏡場面積的O. 1%，以達到降低風 壓的作用。本專利技術提出的含有透風圓孔的一級聚集面鏡場的最大壓力降低率可達到52%。管式接收器采用非對稱管式接收器，非對稱管式接收器的內圓柱面的圓心與外圓 柱面的圓心不在同一個位置，內圓柱面的圓心Oin相對于外圓柱面圓心Otjut向下移動一定距 離，移動距離為管壁厚的10%。因此，在沒有增加整個管式接收器質量的情況下，非對稱管 式接收器上半段的壁厚比傳統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 流密度場引起的不均勻溫度梯度分布。采用非對稱管式接收器的最大熱應力僅為傳統管式 接收器最大熱應力的59%。本專利技術與現有技術相比具有以下效果1、一級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)的拋物型槽式太陽能匯聚面，將入射的低熱流密度太陽光進行第一次匯聚。二級 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 曲面的上焦點與一級匯聚面的焦點處相重合，雙曲面的下焦點與一級匯聚面的中心點相重 合。管式接收器安裝在一級匯聚面的中心線處。在整個系統跟蹤太陽的時候，一級拋物型 槽式匯聚面、二級雙曲面型匯聚面同時繞著管式接收器的中心線(即一級匯聚面的中心線 處)做圓周運動運動并跟蹤太陽。由于管式接收器在整個跟蹤太陽的過程中保持不動，可 以克服傳統聚光系統中的接收器由于運動而導致漏液等缺點。2、采用本文提出的含有透風圓孔的一級聚集面鏡場，圓孔的面積占總鏡場面積的O.1%，以達到降風壓的作用。經過數值計算可以看出，本文提出的含有透風圓孔的一級聚 集面鏡場的最大風壓降低率為52%。3、管式接收器采用非對稱管式接收器，非對稱管式接收器的內圓柱面的圓心與外 圓柱面的圓心不在同一個位置，內圓柱面的圓心相對于外圓柱面圓心向下移動一定距離， 移動距離為管壁厚的10%。因此，在沒有增加整個管式接收器質量的情況下，非對稱管式接 收器上半段的壁厚比傳統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 流密度場引起的不均勻溫度梯度分布的情況。經過數值計算可以看出，采用非對稱管式接 收器的最大熱應力僅為傳統管式接收器最大熱應力的59%。附圖說明圖1是一種具有減壓和降低熱應力功能的兩級匯聚式太陽能聚光系統結構示意 圖2a是普通拋物型槽式聚集面鏡場壓力云圖2b是含有透風圓孔的拋物型槽式聚集面鏡場壓力云圖3是非對稱管式太陽能接收器示意圖及坐標系統；圖4是非對稱管式接收器與傳統管式接收器熱應力對比曲線圖1中I為非對稱管式接收器；2為一級拋物型槽式匯聚面；3為二級雙曲面型匯 聚面；4為透風降壓圓孔；0為一級拋物型槽式匯聚面2的中心點；圖3中Oin為內圓柱面的 圓心；0_為外圓柱面圓心；圖4中SI為傳統管式接收器熱應力沿圓周角分布曲線圖；S2為非對稱管式接收器熱應力沿圓周角分布曲線圖。具體實施方式具體實施方式一結合圖1說明本實施方式，本實施方式的一種具有減壓和降低 熱應力功能的兩級匯聚式太陽能聚光系統包括管式接收器1、一級拋物型槽式匯聚面2和 二級雙曲線型匯聚面3，二級雙曲線型匯聚面3和一級拋物型槽式匯聚面2上下布置，一級 拋物型槽式匯聚面2和二級雙曲線型匯聚面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，二級雙曲面型匯聚面3的上焦點與一級拋物型槽式匯聚面2的焦 點相重合，二級雙曲面型匯聚面3的下焦點與一級拋物型槽式匯聚面2的中心點O相重合， 管式接收器I安裝在一級拋物型槽式匯聚面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。在整個兩級匯聚式太陽能聚光系統跟蹤太陽的時候，一級拋物型槽式匯聚面2、二 級雙曲面型匯聚面3同時繞著管式接收器I的中心線(即一級拋物型槽式匯聚面2的中心 線處)做圓周運動運動并跟蹤太陽。由于管式接收器在整個跟蹤太陽的過程中保持不動， 可以克服傳統聚光系統中的接收器由于運動而導致漏液等缺點。具體實施方式二 結合圖1、圖2a和圖2b說明本實施方式，本實施方式的一種具 有減壓和降低熱應力功能的兩級匯聚式太陽能聚光系統由于兩級匯聚式太陽能聚光系統 的一級聚集面鏡場面積很大，在高速風的作用下很容易在鏡場表面產生高的壓力而提高了 鏡場支架強度的要求。因此，本專利技術的一級拋物型槽式匯聚面2上開有多個透風圓孔4，透本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種具有減壓和降低熱應力功能的兩級匯聚式太陽能聚光系統，其特征在于：一種具有減壓和降低熱應力功能的兩級匯聚式太陽能聚光系統包括管式接收器(1)、一級拋物型槽式匯聚面(2)和二級雙曲線型匯聚面(3)，二級雙曲線型匯聚面(3)和一級拋物型槽式匯聚面(2)上下布置，一級拋物型槽式匯聚面(2)和二級雙曲線型匯聚面(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，二級雙曲面型匯聚面(3)的上焦點與一級拋物型槽式匯聚面(2)的焦點相重合，二級雙曲面型匯聚面(3)的下焦點與一級拋物型槽式匯聚面(2)的中心點O相重合，管式接收器(1)安裝在一級拋物型槽式匯聚面(2)的中心線處。

【技術特征摘要】
1.一種具有減壓和降低熱應力功能的兩級匯聚式太陽能聚光系統，其特征在于一種具有減壓和降低熱應力功能的兩級匯聚式太陽能聚光系統包括管式接收器(I)、一級拋物型槽式匯聚面(2)和二級雙曲線型匯聚面(3)，二級雙曲線型匯聚面(3)和一級拋物型槽式匯聚面(2)上下布置，一級拋物型槽式匯聚面(2)和二級雙曲線型匯聚面(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，二級雙曲面型匯聚面(3)的上焦點與一級拋物型槽式匯聚面(2)的焦點相重合，二級雙曲面型匯聚面(3)的下焦點與一級拋物型槽式...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王富強，鞏亮，李夏赟，魏東蘭，張慧，林日億，帥永，秦愛民，孟凡軍，劉娟娟，初小林，
申請(專利權)人：中國石油大學華東，
類型：發明
國別省市：