本實(shí)用新型涉及集熱裝置，尤其是涉及復(fù)合拋物面-漸開線曲面型聚光式太陽能集熱裝置。

背景技術(shù)：

太陽能灶作為太陽能光熱利用中的一種方式，很早就被人們開發(fā)和利用。目前，太陽灶可以分為箱式太陽灶、平板式太陽灶、聚光式太陽灶等。箱式太陽灶一般直接在箱內(nèi)表面噴刷黑色涂料并在箱體四周和底部采用隔熱保溫層，結(jié)構(gòu)較為簡單，但是，箱式太陽灶的箱內(nèi)溫度較低，限制了它的推廣應(yīng)用；平板式太陽灶是利用集熱器和箱式太陽灶的箱體結(jié)合起來形成的，其箱內(nèi)溫度可達(dá)100℃以上，但是，平板式太陽灶仍存在成本高和應(yīng)用范圍有限的缺點(diǎn)；而聚光式太陽灶是將較大面積的太陽光聚焦到小面積的吸熱體上，達(dá)到加熱的目的。

拋物面聚光太陽灶作為聚光式太陽灶的一種，正在被廣泛的應(yīng)用。但是，拋物面聚光太陽灶存在著因焦斑變化而需要不斷移動太陽灶的缺點(diǎn)。目前，一些聚光太陽灶裝有太陽自動跟蹤器，但是，這些聚光太陽灶存在著成本高和難以維護(hù)等問題。

為此，為了推廣太陽能集熱器的應(yīng)用，有必要研究一種成本低、易維護(hù)的太陽能集熱器。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于提供一種成本低、易維護(hù)、無需跟蹤太陽焦斑變化的太陽能集熱裝置。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案：

復(fù)合拋物面-漸開線曲面型聚光式太陽能集熱裝置，特別的，包括集熱模塊和聚光反射模塊；該集熱模塊上設(shè)有吸熱涂層；該聚光反射模塊包括漸開線模塊和若干個復(fù)合拋物面模塊；該漸開線模塊上設(shè)有光線入射口；漸開線模塊內(nèi)設(shè)有與光線入射口相通的聚光腔，該聚光腔內(nèi)設(shè)有呈漸開線面結(jié)構(gòu)的聚光面；該聚光面的基圓位置設(shè)有用于固定集熱模塊的基座；集熱模塊安裝在該基座上；該復(fù)合拋物面模塊上設(shè)有光線入口和光線出口；復(fù)合拋物面模塊內(nèi)設(shè)有與光線入口和光線出口相通的第二腔室，該第二腔室內(nèi)設(shè)有呈拋物面結(jié)構(gòu)的反射面；該光線出口與光線入射口相通。

本實(shí)用新型的原理如下：

集熱模塊內(nèi)存放有水、油、食物或空氣等工質(zhì)。復(fù)合拋物面模塊上下開口，分別形成有光線入口與光線出口。光線經(jīng)光線入口進(jìn)入第二腔室內(nèi)，經(jīng)設(shè)置在第二腔室內(nèi)的反射面反射后，部分光線直接落在位于基座的集熱模塊上，經(jīng)集熱模塊的吸熱涂層吸收，將光能轉(zhuǎn)換為熱能，從而加熱集熱模塊內(nèi)的工質(zhì)。另一部分光線經(jīng)漸開線模塊的光線入射口進(jìn)入聚光腔內(nèi)，經(jīng)設(shè)置在聚光腔內(nèi)的聚光面反射后，光線反射至集熱模塊上，經(jīng)集熱模塊的吸熱涂層吸收從而加熱集熱模塊內(nèi)的工質(zhì)。

集熱模塊可以是玻璃管、金屬管、水壺或者鍋等可存放工質(zhì)的物體。操作者可根據(jù)實(shí)際使用需求選取集熱模塊的適用物體。而涂覆在集熱模塊上的吸熱涂層可以是黑漆、黑鉻或者選擇性吸收涂層，以保證吸熱涂層的光熱轉(zhuǎn)換效率。

聚光罩和復(fù)合拋物面模塊可由若干個反射鏡依次拼接而成，若干個反射鏡的鏡面依次拼接即構(gòu)成本集熱裝置的聚光面和反射面。聚光罩和復(fù)合拋物面模塊也可以由玻璃、聚碳酸酯或聚甲基丙烯酸甲酯構(gòu)成，而聚光罩和復(fù)合拋物面模塊的外側(cè)可粘貼有鋁膜、銀膜或者聚脂薄膜，從而構(gòu)成聚光面和反射面。

復(fù)合拋物面模塊的數(shù)量可以是N個，N≥1。沿光線入射方向，若干個復(fù)合拋物面模塊首尾相連，任一復(fù)合拋物面模塊的光線出口與相鄰的復(fù)合拋物面模塊的光線入口相接。復(fù)合拋物面模塊的數(shù)量為多個，即N>1時，復(fù)合拋物面模塊可通過伸縮調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)本集熱裝置的聚光倍率調(diào)節(jié)。伸縮調(diào)節(jié)可以是縱向調(diào)節(jié)、橫向調(diào)節(jié)或圓周調(diào)節(jié)。

聚光反射模塊可以是一維聚焦式設(shè)計，也可以是二維聚焦式設(shè)計。若聚光反射模塊是一維聚焦式設(shè)計，漸開線模塊、復(fù)合拋物面模塊和集熱模塊可均為條狀結(jié)構(gòu)且平行設(shè)置，光線仍可經(jīng)反射面和聚光面反射、折射后，到達(dá)集熱模塊的表面，由吸熱涂層吸收，將光能轉(zhuǎn)換為熱能；若聚光反射模塊是二維聚焦式設(shè)計，漸開線模塊可為罩體結(jié)構(gòu)，光線入射口設(shè)置在漸開線模塊的頂部，而復(fù)合拋物面模塊可為上下開口、四周圍閉的筒體結(jié)構(gòu)，光線入口、光線出口分別設(shè)置在復(fù)合拋物面模塊的頂部、底部，光線同樣可經(jīng)反射面和聚光面反射、折射后，到達(dá)集熱模塊的表面，由吸熱涂層吸收，將光能轉(zhuǎn)換為熱能。

本實(shí)用新型無需跟蹤太陽焦斑變化，可實(shí)現(xiàn)對太陽的廣角接收，而由于其接收角度廣，相應(yīng)的使用時間比傳統(tǒng)的聚光太陽灶要長；同時，本集熱裝置可實(shí)現(xiàn)伸縮調(diào)節(jié)，能根據(jù)需要調(diào)節(jié)集熱裝置的聚光倍率，使用時不受地理位置和季節(jié)的限制，并可根據(jù)不同的地理位置和季節(jié)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)；成本低廉，易于維護(hù)，無額外可動的部件和自動跟蹤器。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例3中集熱裝置的示意圖；

圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例3中光束在集熱裝置內(nèi)的路徑圖；

圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例4中集熱裝置的示意圖；

圖4是本實(shí)用新型實(shí)施例4中光束在集熱裝置內(nèi)的路徑圖；

圖5是本實(shí)用新型實(shí)施例5中集熱裝置的示意圖；

圖6是本實(shí)用新型實(shí)施例5中集熱裝置收縮狀態(tài)的示意圖；

圖7是本實(shí)用新型實(shí)施例6中集熱裝置的示意圖；

圖8是本實(shí)用新型實(shí)施例6中集熱裝置收縮狀態(tài)的示意圖。

附圖標(biāo)記說明：1-集熱模塊；2-漸開線模塊；3-復(fù)合拋物面模塊；4-光線入射口；5-聚光腔；6-聚光面；7-集熱模塊支架；8-光線入口；9-光線出口；10-第二腔室；11-反射面；12-卡環(huán)；13-可伸縮支架；14-第一復(fù)合拋物面模塊；15-第二復(fù)合拋物面模塊；16-一級復(fù)合拋物面模塊；17-二級復(fù)合拋物面模塊；18-三級復(fù)合拋物面模塊；19-反射鏡片；20-圓周軌道。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步說明。

實(shí)施例1：

本實(shí)施例1中，集熱裝置包括集熱模塊1和聚光反射模塊。該集熱模塊1的表面涂覆有吸熱涂層。該聚光反射模塊是一維聚焦式設(shè)計，聚光反射模塊包括漸開線模塊2和1個復(fù)合拋物面模塊3。

漸開線模塊2為整體條狀結(jié)構(gòu)，漸開線模塊2由玻璃制成，漸開線模塊2的頂部設(shè)有光線入射口4。漸開線模塊2內(nèi)設(shè)有與光線入射口4相通的聚光腔5。該聚光腔5內(nèi)設(shè)有呈漸開線面結(jié)構(gòu)的聚光面6，該聚光面6的外側(cè)粘貼有用于反射光線的鋁膜。聚光面6的基圓位置設(shè)有集熱模塊支架7。集熱模塊1安裝在作為基座的集熱模塊支架7上，與漸開線模塊2相對固定。

復(fù)合拋物面模塊3為整體條狀結(jié)構(gòu)并與漸開線模塊2平行設(shè)置，復(fù)合拋物面模塊3由玻璃制成，復(fù)合拋物面模塊3上下開口，分別設(shè)有光線入口8和光線出口9。復(fù)合拋物面模塊3內(nèi)設(shè)有與光線入口8和光線出口9相通的第二腔室10，該反射強(qiáng)內(nèi)設(shè)有呈拋物面結(jié)構(gòu)的反射面11，反射面11的外側(cè)粘貼有用于反射光線的鋁膜。光線出口9與光線入射口4相通。

集熱模塊1為條狀結(jié)構(gòu)并與復(fù)合拋物面模塊3平行設(shè)置，集熱模塊1的表面涂覆有吸熱涂層。本實(shí)施例1中，該吸熱涂層為黑漆。此外，集熱模塊1的兩端分別設(shè)有工質(zhì)入口和工質(zhì)出口，工質(zhì)由工質(zhì)入口流動至工質(zhì)出口。本實(shí)施例1中，工質(zhì)是水。

光束從光線入口8入射至第二腔室10內(nèi)，部分光線直接落在集熱模塊1上，經(jīng)集熱模塊1的吸熱涂層吸收，將光能轉(zhuǎn)換為熱能，從而加熱集熱模塊1內(nèi)的工質(zhì)。另一部分光線經(jīng)漸開線模塊2的光線入射口4進(jìn)入聚光腔5內(nèi)，經(jīng)設(shè)置在聚光腔5內(nèi)的聚光面6反射后，光線反射至集熱模塊1上，經(jīng)集熱模塊1的吸熱涂層吸收從而加熱集熱模塊1內(nèi)的工質(zhì)。

實(shí)施例2：

本實(shí)施例2與實(shí)施例1的不同之處在于，本實(shí)施例2中，聚光反射模塊包括漸開線模塊2和2個復(fù)合拋物面模塊3。2個復(fù)合拋物面模塊3沿垂直于或接近垂直于光束入射方向放置，通過卡環(huán)12連接至可伸縮支架13并通過可伸縮支架13帶動2個復(fù)合拋物面模塊3進(jìn)行橫向調(diào)節(jié)。使用時，可根據(jù)實(shí)際使用需求，調(diào)節(jié)復(fù)合拋物面模塊3的橫向延伸距離，而使用結(jié)束后，可將復(fù)合拋物面模塊3收攏，使其處于收縮狀態(tài)。可伸縮支架13可采用現(xiàn)有的常規(guī)設(shè)計，這里不再贅述。

實(shí)施例3：

本實(shí)施例3與實(shí)施例1的不同之處在于，如圖1、2所示，本實(shí)施例3中，該聚光反射模塊是二維聚焦式設(shè)計，聚光反射模塊包括漸開線模塊2和1個復(fù)合拋物面模塊3。

漸開線模塊2為整體罩體結(jié)構(gòu)，漸開線模塊2由聚碳酸酯制成，光線入射口4設(shè)置在漸開線模塊2的頂部。漸開線模塊2內(nèi)設(shè)有與光線入射口4相通的聚光腔5。該聚光腔5內(nèi)設(shè)有呈漸開線面結(jié)構(gòu)的聚光面6，該聚光面6的外側(cè)粘貼有高反射率的銀膜。

復(fù)合拋物面模塊3為整體筒體結(jié)構(gòu)，復(fù)合拋物面模塊3由聚甲基丙烯酸甲酯制成，復(fù)合拋物面模塊3上下開口、四周圍閉，復(fù)合拋物面模塊3的頂部和底部分別設(shè)有光線入口8和光線出口9。復(fù)合拋物面模塊3內(nèi)設(shè)有與光線入口8和光線出口9相通的第二腔室10，該反射強(qiáng)內(nèi)設(shè)有呈拋物面結(jié)構(gòu)的反射面11，反射面11的外側(cè)粘貼有高反射率的聚脂薄膜。光線出口9與光線入射口4相通。

本實(shí)施例3中，工質(zhì)為油，集熱模塊1為鍍有選擇性吸收涂層的油壺。光束從光線入口8入射至第二腔室10內(nèi)，部分光線直接落在集熱模塊1上，經(jīng)集熱模塊1的吸熱涂層吸收，將光能轉(zhuǎn)換為熱能，從而加熱集熱模塊1內(nèi)的工質(zhì)。另一部分光線經(jīng)漸開線模塊2的光線入射口4進(jìn)入聚光腔5內(nèi)，經(jīng)設(shè)置在聚光腔5內(nèi)的聚光面6反射后，光線反射至集熱模塊1上，經(jīng)集熱模塊1的吸熱涂層吸收從而加熱集熱模塊1內(nèi)的工質(zhì)。

實(shí)施例4：

本實(shí)施例4與實(shí)施例3的不同之處在于，如圖3、4所示，本實(shí)施例4中，除漸開線模塊2外，聚光反射模塊還包括2個復(fù)合拋物面模塊3，分別為第一復(fù)合拋物面模塊14和第二復(fù)合拋物面模塊15。第二復(fù)合拋物面模塊15的光線入口8與第一復(fù)合拋物面模塊14的光線出口9相連，第二復(fù)合拋物面模塊15的光線出口9與漸開線模塊2的光線入射口4相連。

光束從第一復(fù)合拋物面模塊14的光線入口8入射至第一復(fù)合拋物面模塊14的第二腔室10內(nèi)，由反射面11發(fā)射后，經(jīng)第一復(fù)合拋物面模塊14的光線出口9進(jìn)入第二復(fù)合拋物面模塊15的光線入口8，并入射至第二復(fù)合拋物面模塊15的第二腔室10內(nèi)。部分光線直接落在集熱模塊1上，經(jīng)集熱模塊1的吸熱涂層吸收，將光能轉(zhuǎn)換為熱能，從而加熱集熱模塊1內(nèi)的工質(zhì)。另一部分光線經(jīng)漸開線模塊2的光線入射口4進(jìn)入聚光腔5內(nèi)，經(jīng)設(shè)置在聚光腔5內(nèi)的聚光面6反射后，光線反射至集熱模塊1上，經(jīng)集熱模塊1的吸熱涂層吸收從而加熱集熱模塊1內(nèi)的工質(zhì)。

實(shí)施例5：

本實(shí)施例5與實(shí)施例4的不同之處在于，如圖5、6所示，本實(shí)施例5中，復(fù)合拋物面模塊由整體結(jié)構(gòu)分隔成三部分，分別為一級復(fù)合拋物面模塊16、二級復(fù)合拋物面模塊17和三級復(fù)合拋物面模塊18。沿光束入射方向，一級復(fù)合拋物面模塊16、二級復(fù)合拋物面模塊17和三級復(fù)合拋物面模塊18依次排列，其中，二級復(fù)合拋物面模塊17的光線入口8與一級復(fù)合拋物面模塊16的光線出口9相連，二級復(fù)合拋物面模塊17的光線出口9與三級復(fù)合拋物面模塊18的光線入口8相連，三級復(fù)合拋物面模塊18的光線出口9與漸開線模塊2的光線入射口4相連。

一級復(fù)合拋物面模塊16、二級復(fù)合拋物面模塊17和三級復(fù)合拋物面模塊18通過卡環(huán)12連接至可伸縮支架13并通過可伸縮支架13帶動一級復(fù)合拋物面模塊16、二級復(fù)合拋物面模塊17和三級復(fù)合拋物面模塊18進(jìn)行縱向調(diào)節(jié)。使用時，可根據(jù)實(shí)際使用需求，調(diào)節(jié)拋物面的口徑，選擇所需要的聚光倍數(shù)，而使用結(jié)束后，可將復(fù)合拋物面模塊3收攏，使其處于收縮狀態(tài)。

實(shí)施例6：

本實(shí)施例6與實(shí)施例3的不同之處在于，如圖7、8所示，本實(shí)施例6中，復(fù)合拋物面模塊3是由四片反射鏡片19構(gòu)成的筒體結(jié)構(gòu)，四片反射鏡片依次拼接即構(gòu)成復(fù)合拋物面模塊3的發(fā)射面。漸開線模塊2內(nèi)設(shè)有與各反射鏡片19對應(yīng)的圓周軌道20，各反射鏡片安裝在該圓周軌道20內(nèi)并可沿圓周軌道20的導(dǎo)向軸線滑動，進(jìn)行圓周調(diào)節(jié)。使用時，可根據(jù)實(shí)際使用需求，調(diào)節(jié)拋物面的有效反光面的面積，選擇所需要的聚光倍數(shù)，而使用結(jié)束后，可將復(fù)合拋物面模塊3收攏，使其處于收縮狀態(tài)。圓周軌道20內(nèi)側(cè)粘貼有鋁膜，以反射光束。