一种二次反射镜、聚光集热子系统和太阳能热发电系统

技术领域

本发明涉及太阳能热发电技术领域，尤其涉及一种二次反射镜。

背景技术

传统塔式太阳能热发电系统包括塔式聚光集热子系统、储换热子系统、汽轮机、发电机和凝汽器，具体工作原理为：太阳热射线将塔式聚光集热子系统内的低温熔盐加热为高温熔盐并存储到储换热子系统中，当需要发电时高温熔盐加热水至高温高压蒸汽并输送至汽轮机内做功，由汽轮机带动发电机发电，而做功结束后的低温低压蒸汽再通过凝汽器重新转化为冷水并回流至储换热子系统被熔盐加热循环利用。其中，塔式聚光集热子系统包括定日镜阵列和吸热器，具体工作原理为：太阳入射光线在经由地面上的定日镜阵列反射进入高处的吸热器后，对吸热器内的熔盐进行加热。

但由于传统塔式太阳能热发电系统的吸热器距离地面的高度往往在200m左右，随着高度增加风速也在不断增大，这就导致吸热器外表面的对流热损较大，集热效率低。同时，吸热器的施工安装和后期的运维难度、成本及安全风险也都较大。

因此，目前已经出现了塔式二次反射聚光集热子系统，通过位于高处的二次反射镜将地面上定日镜阵列一次反射的光线二次反射到地面的吸热器上，以弥补了传统塔式聚光集热子系统的不足，降低传统塔式聚光集热子系统上吸热器的安装难度、建设费用和项目施工周期，并最终大幅降低太阳能热发电系统的投资费用。但由于塔式二次反射聚光集热子系统上的二次反射镜为固定式结构，无法根据阳光入射角度进行对应的角度调整，再加上相较于一次反射，二次反射本就更容易造成光学误差，因此塔式二次反射聚光集热子系统的聚光效率较低。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种角度可调的二次反射镜。

本发明采用如下技术方案：

本发明提供一种二次反射镜，包括框架和伞形弹性镜片，框架上设有能够沿轴向移动的直移组件，伞形弹性镜片的凹面侧轴向固定在框架上，且伞形弹性镜片的凹面侧在靠近外沿位置通过多根环向排布的拉索与直移组件连接，伞形弹性镜片的外沿环向排布有多圈镜片阵列，每圈镜片阵列均由多个片状镜片组成，每个片状镜片均与框架上的偏转组件连接，偏转组件能够对片状镜片沿纵向和横向的偏转分别进行单独控制。

优选地，最内圈的镜片阵列与伞形弹性镜片的外沿交错叠放，相邻两圈镜片阵列之间交错叠放，且每圈镜片阵列中的相邻两个片状镜片之间也交错叠放。

优选地，直移组件包括螺杆、螺纹筒和直移驱动电机，螺杆的一端与伞形弹性镜片的凹面侧轴向连接、另一端与直移驱动电机的驱动端轴向连接，且直移驱动电机能够带动螺杆相对于伞形弹性镜片独立转动，螺纹筒旋设在螺杆上，多根拉索环向间隔连接到螺纹筒的外周面上，且螺纹筒外表面的轴向一端与框架连接固定。

优选地，偏转组件包括纵向偏转驱动电机和纵向偏转主动斜齿轮轴，纵向偏转驱动电机固定在框架上，纵向偏转主动斜齿轮轴可转动地限位在框架上，纵向偏转驱动电机的螺纹驱动端与纵向偏转主动斜齿轮轴垂直啮合，片状镜片的纵向两端分别对称设置有两个纵向偏转从动斜齿轮轴，每端的两个纵向偏转从动斜齿轮轴间隔设置并同时与纵向偏转主动斜齿轮轴垂直啮合，且片状镜片纵向两端的纵向偏转从动斜齿轮轴的旋向相反。

优选地，在单圈镜片阵列上，相邻两个片状镜片上的纵向偏转主动斜齿轮轴通过联轴器轴向连接。

优选地，偏转组件包括横向偏转驱动电机、横向偏转主动斜齿轮轴和横向偏转中间传动斜齿轮轴，横向偏转驱动电机固定在框架上，横向偏转主动斜齿轮轴和横向偏转中间传动斜齿轮轴均可转动地限位在框架上，横向偏转驱动电机的螺纹驱动端与横向偏转主动斜齿轮轴垂直啮合，横向偏转主动斜齿轮轴与横向偏转中间传动斜齿轮轴垂直啮合，片状镜片的横向两端分别对称设置有两个横向偏转从动斜齿轮轴，每端的两个横向偏转从动斜齿轮轴间隔设置并同时与横向偏转中间传动斜齿轮轴垂直啮合，且片状镜片横向两端的横向偏转从动斜齿轮轴的旋向相反，在单圈镜片阵列上，相邻两个片状镜片上的横向偏转主动斜齿轮轴通过联轴器轴向连接。

本发明还提供一种聚光集热子系统，采用塔式二次反射聚光集热子系统，且包括上述任一项所述的二次反射镜。

本发明还提供一种太阳能热发电系统，采用塔式太阳能热发电系统，并包括上述的聚光集热子系统。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明的二次反射镜能够在拉索的带动下，通过直移组件拉动伞形弹性镜片的外沿部分弯曲变形，进而实现对伞形弹性镜片反射角度的调节；而偏转组件则能够通过分别对片状镜片沿纵向和横向的偏转分别进行单独控制，实现对每个片状镜片反射角度的调节。

本发明的聚光集热子系统由于采用塔式二次反射聚光集热子系统，在使用上述的二次反射镜后，能够根据阳光入射角对二次反射镜所反射的聚光点进行调整，实现高效聚光。

本发明的太阳能热发电系统由于采用塔式太阳能热发电系统，在使用上述聚光集热子系统后，可根据每日不同的太阳入射角度对定日镜场反射的光线进行最优点聚焦，实现高效率光热发电。

附图说明

图1是本发明实施例中，二次反射镜在去除最外侧镜片阵列后的整体结构示意图。

图2是本发明实施例中，二次反射镜的轴向剖切结构示意图。

图3是本发明实施例中，二次反射镜上单个片状镜片的连接结构示意图。

图4是图3中A-A向的剖视图。

图5是图3中B-B向的剖视图。

其中，附图标记说明如下：

1、伞形弹性镜片5、偏转组件

2、直移组件51、纵向偏转主动斜齿轮轴

21、螺杆 52、纵向偏转从动斜齿轮轴

22、螺纹筒 53、横向偏转中间传动斜齿轮轴

3、拉索54、横向偏转从动斜齿轮轴

4、镜片阵列55、横向偏转主动斜齿轮轴

41、片状镜片

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。这些实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体式连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

参见图1和图2，本实施例提供一种二次反射镜，包括框架(图中未示出)和伞形弹性镜片1，框架上设有能够沿轴向移动的直移组件2，伞形弹性镜片1的凹面侧轴向固定在框架上，且伞形弹性镜片1的凹面侧在靠近外沿位置通过多根环向排布的拉索3与直移组件2连接，伞形弹性镜片1的外沿环向排布有多圈镜片阵列4，每圈镜片阵列4均由多个片状镜片41组成，每个片状镜片41均与框架上的偏转组件5连接，偏转组件5能够对片状镜片41沿纵向和横向的偏转分别进行单独控制。

本实施例的二次反射镜能够在拉索3的带动下，通过直移组件2拉动伞形弹性镜片1的外沿部分弯曲变形，进而实现对伞形弹性镜片1反射角度的调节；而偏转组件5则能够通过分别对片状镜片41沿纵向和横向的偏转分别进行单独控制，实现对每个片状镜片41反射角度的调节。

需要说明的是，伞形弹性镜片1可以采用常规的金属材料或高分子合成材料制成，也可以采用新型轻质反射镜材料的碳化硅制成。

较佳地，参见图2，在本实施例中，伞形弹性镜片1的外沿环向排布有两圈镜片阵列4。

优选地，参见图2，最内圈的镜片阵列4与伞形弹性镜片1的外沿交错叠放，相邻两圈镜片阵列4之间交错叠放，且每圈镜片阵列4中的相邻两个片状镜片41之间也交错叠放，以防止定日镜场一次反射到二次反射镜上的光线从镜片阵列4与伞形弹性镜片1间的间隙、相邻两圈镜片阵列4之间的间隙亦或是每圈镜片阵列4中的相邻两个片状镜片41之间的间隙射出，保证本实施例的二次反射镜的二次反射效果。

优选地，参见图1和图2，直移组件2包括螺杆21、螺纹筒22和直移驱动电机(图中未示出)，螺杆21的一端与伞形弹性镜片1的凹面侧轴向连接、另一端与直移驱动电机的驱动端轴向连接，且直移驱动电机能够带动螺杆21相对于伞形弹性镜片1独立转动，螺纹筒22旋设在螺杆21上，多根拉索3环向间隔连接到螺纹筒22的外周面上，且螺纹筒22外表面的轴向一端与框架连接固定。

当本实施例的二次反射镜的入射光线变化，需要对伞形弹性镜片1的反射角度进行调节时，直移驱动电机驱动螺杆21转动，即可使螺纹筒22相对于螺杆21轴向移动，从而通过多根拉索3带动伞形弹性镜片1的外沿部分弯曲变形，实现对伞形弹性镜片1反射角度的调节，以最大程度地将反射光聚集到地面的吸热器上，调高光线的聚焦程度。

优选地，参见图3至图5，偏转组件5包括纵向偏转驱动电机(图中未示出)和纵向偏转主动斜齿轮轴51，纵向偏转驱动电机固定在框架上，纵向偏转主动斜齿轮轴51可转动地限位在框架上，纵向偏转驱动电机的螺纹驱动端与纵向偏转主动斜齿轮轴51垂直啮合，片状镜片41的纵向两端分别对称设置有两个纵向偏转从动斜齿轮轴52，每端的两个纵向偏转从动斜齿轮轴52间隔设置并同时与纵向偏转主动斜齿轮轴51垂直啮合，且片状镜片41纵向两端的纵向偏转从动斜齿轮轴52的旋向相反。

当本实施例的二次反射镜的入射光线变化，需要片状镜片41沿着纵向偏转调整时，纵向偏转驱动电机控制纵向偏转主动斜齿轮轴51转动，再由纵向偏转主动斜齿轮轴51带动纵向偏转从动斜齿轮轴52在转动的同时沿轴向移动，而由于片状镜片41纵向两端的纵向偏转从动斜齿轮轴52的旋向相反，这就导致在纵向偏转主动斜齿轮轴51的带动下，片状镜片41纵向一端的纵向偏转从动斜齿轮轴52向远离框架方向移动、另一端的纵向偏转从动斜齿轮轴52向靠近框架方向移动，从而实现片状镜片41的纵向偏转调整。

优选地，参见图5，在单圈镜片阵列4上，相邻两个片状镜片41上的纵向偏转主动斜齿轮轴51通过联轴器(图中未示出)轴向连接，从而实现对单圈镜片阵列4内全部片状镜片41的同步纵向偏转调节。

优选地，参见图3至图5，偏转组件5包括横向偏转驱动电机(图中未示出)、横向偏转主动斜齿轮轴55和横向偏转中间传动斜齿轮轴53，横向偏转驱动电机固定在框架上，横向偏转主动斜齿轮轴55和横向偏转中间传动斜齿轮轴53均可转动地限位在框架上，横向偏转驱动电机的螺纹驱动端与横向偏转主动斜齿轮轴55垂直啮合，横向偏转主动斜齿轮轴55与横向偏转中间传动斜齿轮轴53垂直啮合，片状镜片41的横向两端分别对称设置有两个横向偏转从动斜齿轮轴54，每端的两个横向偏转从动斜齿轮轴54间隔设置并同时与横向偏转中间传动斜齿轮轴53垂直啮合，且片状镜片41横向两端的横向偏转从动斜齿轮轴54的旋向相反，在单圈所述镜片阵列4上，相邻两个所述片状镜片41上的横向偏转主动斜齿轮轴55通过联轴器(图中未示出)轴向连接。

在需要对片状镜片41进行纵向偏转调整时，纵向偏转驱动电机(图中未示出)控制纵向偏转主动斜齿轮轴51转动，纵向偏转主动斜齿轮轴51控制纵向偏转从动斜齿轮轴52在转动的同时沿轴向移动，而由于片状镜片41纵向两端的纵向偏转从动斜齿轮轴52的旋向相反，这就导致在纵向偏转主动斜齿轮轴51的带动下，片状镜片41纵向一端的纵向偏转从动斜齿轮轴54向远离框架方向移动、另一端的纵向偏转从动斜齿轮轴52向靠近框架方向移动，从而实现片状镜片41的纵向偏转调整。

当本实施例的二次反射镜的入射光线变化，需要片状镜片41沿着横向偏转调整时，横向偏转驱动电机控制横向偏转主动斜齿轮轴55转动，横向偏转主动斜齿轮轴55控制横向偏转中间传动斜齿轮轴53转动，再由横向偏转中间传动斜齿轮轴53带动横向偏转从动斜齿轮轴54在转动的同时沿轴向移动，而由于片状镜片41横向两端的横向偏转从动斜齿轮轴54的旋向相反，这就导致在横向偏转中间传动斜齿轮轴53的带动下，片状镜片41横向一端的横向偏转从动斜齿轮轴54向远离框架方向移动、另一端的横向偏转从动斜齿轮轴54向靠近框架方向移动，从而实现片状镜片41的横向偏转调整。

显然，本实施例的二次反射镜结构简单，不仅可以实现对反射角度的组合调节，提高二次反射镜的光热集热效率，还可以对单圈镜片阵列4内全部片状镜片41的纵向、横向偏转调节进行统一控制，在克服了固定式二次反射镜不可调整缺点的同时，还可以避免每个交错叠放的片状镜片41单独控制，繁冗复杂的缺点。

本实施例还提供一种聚光集热子系统，采用塔式二次反射聚光集热子系统，且包括上述的二次反射镜。

本实施例的聚光集热子系统由于采用塔式二次反射聚光集热子系统，在使用上述的二次反射镜后，能够根据阳光入射角对二次反射镜所反射的聚光点进行调整，实现高效聚光。

此外，本实施例的聚光集热子系统由于光线的二次反射，相比较一次反射更容易造成光学误差，而通过采用反射角度可调的二次反射镜，能够根据定日镜的发射误差进行主动调整，降低安装或控制过程的误差，提高聚光效率。

本实施例还提供一种太阳能热发电系统，采用塔式太阳能热发电系统，并包括上述的聚光集热子系统。

本实施例的太阳能热发电系统由于采用塔式太阳能热发电系统，在使用上述聚光集热子系统后，可根据每日不同的太阳入射角度对定日镜场反射的光线进行最优点聚焦，实现高效率光热发电。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。