可自動跟蹤太陽的聚能裝置的製作方法

2023-05-31 07:06:01 1

專利名稱：可自動跟蹤太陽的聚能裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種可使拋物面聚能鏡連續、自動跟蹤太陽，且焦點即聚能點位置固定的太陽能裝置。
現在使用的太陽能裝置大都是平面採光或拋物鏡面聚能等方式。平面採光方式只是靠太陽的自然光線照射來工作，對太陽能的利用率極低大部分能量沒有得到利用。拋物面聚能鏡可將太陽的能量聚於一點，即拋物面的焦點使拋物面內接受到的太陽能充分聚集利用。但是由於地球自轉時南北極軸線傾斜於地球公轉而形成的平面，使地球上不同緯度地區的水平面與地球公轉平面成不同的角度，所以在地球上觀察太陽得到的是一種即有南北方向又有東西方向的複合曲線運動。因而不論平面採光方式還是拋物面聚能方式對太陽的跟蹤大都使用複雜的電子、光學儀器搜索跟蹤，這樣不僅製造費用高、維護不方便、難以普及，而且拋物面聚能鏡在跟蹤過程中聚能點位置不固定隨聚能鏡一起轉動，給太陽能的利用帶來不便。
本發明的目的是利用拋物面可將平行光線聚於一點的原理，及地球與太陽之間相對運動的規律，提供一種不依賴其他能源只靠機械傳動方式使拋物面聚能鏡連續、自動跟蹤太陽，並且聚能點位置固定不動的太陽能聚能裝置。
本發明的目的是通過以下方式實現的;將拋物面聚能鏡以某一仰角對準太陽，並隨一平行於南北極軸線，同時其軸線又與拋物面聚能鏡焦點重合的旋轉軸勻速轉動，其轉速用機械定時器如發條定時器控制為每天一周。由於一天是地球相對太陽自轉一周形成的，而自轉時南北極軸線與其公轉平面成一定的角度，所以，如果將地球看作靜止參照系，則太陽與地球的相對運動，就是其太陽在地球南北回歸線之間，不同緯度角上繞地球南北極軸線的勻速圓周運動，也可近似看做繞拋物面聚能鏡的旋轉軸做勻速圓周運動，而拋物面聚能鏡以某一仰角對準太陽，用每天一周的恆速隨旋轉軸轉動，便可實現在一天之內對太陽的跟蹤。這裡應說明兩點拋物面聚能鏡的旋轉軸與南北極軸線並不重合，有一定的偏差拋物面聚能鏡對太陽的跟蹤會出現誤差，造成焦點的偏移，但由於地球的平均半徑為6367公裡，而日地平均距離為1.496×108公裡，偏差率為0.00004，又由於太陽的平均直徑大於地球的平均直徑109倍，這樣在拋物面聚能鏡的工作時間範圍內，即日出之後至日落之前，這一誤差可忽略不計。另外，由於地球的公轉以及南北極軸線與這一公轉形成的平面傾斜約47°角，每一天太陽相對地球南北極軸線的勻速圓周運動會有約0.26°即15′36″的螺旋角度，這一螺旋角度也會造成焦點的偏移，但若拋物面聚能鏡的尺寸以米為單位時這一螺旋角度在每一天之內造成的焦點偏移，僅以毫米為單位，而在其工作的時間範圍內，這一偏移更小，不影響拋物面聚能鏡的工作。如果在拋物面聚能鏡旋轉軸的垂直方向，經過焦點的軸線上安裝一鉸接軸，根據太陽在不同時期緯度的變化，調整拋物面聚能鏡對太陽的仰角，就能在一天內實現對太陽的跟蹤，並得到一位置固定的聚能點。
本發明實現了拋物面聚能鏡對太陽的跟蹤，並使聚能點的位置固定且動力源不受外界條件限制，不論居家或野外使用，都可根據需要在聚能點安裝不同的受能裝置，如光電裝置、熱能裝置等對太陽能加以利用同時本發明是根據地球與太陽之間相對運動的規律和原理，利用機械傳動實現對太陽的跟蹤，相對於電子、光學儀器的搜索跟蹤方式，製造、維護更簡便，更易於普及。另外，在使用中不藉助任何調整儀器，也不需更高的操作技能和操作訓練，只要將拋物面聚能鏡對準太陽，便可自行工作。
本發明的具體結構由以下的實施例及附圖給出

圖1是依據本發明提出的，可自動跟蹤太陽的聚能裝置的示意圖。
圖2是該裝置傳動機構示意圖。
圖3是該裝置旋轉軸軸端部位結構的示意圖。
圖4是該裝置旋轉軸軸線平行南北極軸線時的幾何關係示意圖。
下面結合圖1、圖2、圖3、圖4詳細說明依據本發明提出的實施例的細節及工作情況。
該裝置有一支撐臂6通過鉸接軸5與底座1鉸接，底座1的四角裝有調整螺栓4以穩定底座1。在底座1上靠近鉸接軸5的地方，分別安裝水平儀2和指南針3。水平儀2的安裝方向與鉸接軸5平行。在支撐臂6上有一絲槓8，絲槓8的頂部安裝一圓形手柄7，其底部與底座1連接，旋動手柄7可調節支撐臂6與底座1的角度。在支撐臂6的上端固定安裝一傳動箱9，在傳動箱9內有一發條式定時器11由手柄10上緊發條提供動力，經軸12輸出每周一小時的恆速動力轉矩，帶動軸12上的齒輪13轉動。齒輪13與齒輪14嚙合，齒輪13的齒數少於齒輪14構成第一級降速傳動，降速比為2∶1。在齒輪14的同軸位置安裝一蝸杆15與蝸輪16嚙合，構成第二級降速傳動，降速比為12∶1。蝸輪16安裝在旋轉軸17上帶動旋轉軸17一起轉動。這樣，經過兩極降速傳動，構成了定時器11對旋轉軸17的勻速動力傳動，總的傳動比為24∶1。旋轉軸17由軸承固定安裝在傳動箱9內軸線與支撐臂6底部的鉸接軸5垂直，在傳動箱9外部的明顯位置上，裝一角度指示器18，可指示出旋轉軸17與水平面的角度。在靠近旋轉軸上端的部位，套一軸套20，軸套20與旋轉軸17為動配合，用輕質材料製成，由旋轉軸17上的軸肩19定位。旋轉軸17的頂端一段車有螺紋並旋一螺母21，用以緊固軸套20。在軸套20上安裝U型託架22。U型託架22為輕質、剛性、不易變形的材料，在其開口處兩端的同一軸線上分別安裝鉸接軸23，使U型託架22與支架25鉸接。鉸接軸23的軸線與旋轉軸17的軸線相交，交點在鉸接軸23軸線的中間位置。鉸接軸23上有一緊固手柄24可鎖定U型託架22與支架25之間的角度。支架25的另一端固定安裝拋物面聚能鏡26拋物面聚能鏡26可由不鏽鋼材料衝壓而成，其凹面經磨光處理，也可由塑料模壓而成，凹面經電鍍磨光處理具有良好的反光性能，其準平面與鉸接軸23的軸線平行。另外拋物面聚能鏡26的焦點同旋轉軸17與鉸接軸23兩軸線的交點重合。
使用時，將底座1安裝在地面，調整其方向並轉動螺栓4，根據指南針3指示的方向及水平儀2的顯示，使鉸接軸5處於東西方向的水平狀態，然後轉動絲槓8，根據傳動箱9上的角度指示器18顯示的角度通過支撐臂6將旋轉軸17與水平面的夾角，調整到與安裝地點的緯度相等的角度。這時，由於旋轉軸17垂直於鉸接軸5則旋轉軸17為南北指向同時由於旋轉軸17與水平面的夾角等於安裝地點的緯度角，旋轉軸即與南北極軸線平行，圖4表示出了旋轉軸17與南北極軸線平行時的幾何關係。將旋轉軸17調整完畢後，鬆開旋轉軸17頂部的螺母21，調整軸套20，使鉸接軸的軸線方向垂直於太陽光線，再擰緊螺母21使軸套20與旋轉軸17固定。然後通過鉸接軸23調整拋物面聚能鏡26對太陽的仰角，使其準平面也垂直於太陽光線，最後鎖定手柄24，調整工作即告完成。使用時轉動手柄10，上緊定時器11的發條使其以每周一小時的恆速通過軸12輸出動力轉矩，帶動齒輪13齒輪13與齒輪14嚙合經2∶1的降速傳動，使齒輪14及同軸蝸杆15以每周兩小時的恆速轉動。蝸杆15與蝸輪16嚙合，再經傳動比為12∶1的降速傳動，使蝸輪16及旋轉軸17以每周24小時的恆速轉動。由於拋物面聚能鏡26經支架25、U型架22、手柄24、螺母21及軸套20固定在旋轉軸17上，這樣拋物面聚能鏡也以每周24小時的恆速轉動，又由於拋物面聚能鏡26在轉動中，對太陽的仰角是不變的，而太陽在一天內相對於地球的運動中，緯度角也被認為是不變的，這樣就實現了拋物面聚能鏡26對太陽的自動跟蹤，同時由於拋物面聚能鏡26的焦點和旋轉軸17與鉸接軸23兩軸線的交點重合故不論在調整過程中還是在轉動中，焦點即聚能的位置始終保持固定不動。
權利要求
1.一種可自動跟蹤太陽的聚能裝置，該裝置由拋物面聚能鏡26、支撐臂6、底座1組成，其特徵在於拋物面聚能鏡26由機械定時器11提供動力，以每周24小時的恆速，隨與其焦點重合且平行於地球南北極軸線的旋轉軸17勻速轉動。
2.根據權利要求1所述的，可自動跟蹤太陽的聚能裝置，其特徵在於拋物面聚能鏡26可繞旋轉軸17調節對太陽的迎角。
3.根據權利要求1所述的，可自動跟蹤太陽的聚能裝置，其特徵在於拋物面聚能鏡26對太陽的仰角，可由鉸接軸23調節。
4.根據權利要求2或3所述的，可自動跟蹤太陽的聚能裝置其特徵在於鉸接軸23的軸線與旋轉軸17的軸線，相交於拋物面聚能鏡26的焦點。
5.根據權利要求1所述的，可自動跟蹤太陽的聚能裝置，其特徵在於旋轉軸17與水平面的夾角可以調節。
6.根據權利要求1所述的，可自動跟蹤太陽的聚能裝置，其特徵在於安裝在底座1上的水平儀2與鉸接軸5的軸線平行。
全文摘要
本發明公開了一種可自動跟蹤太陽的聚能裝置，適用於對太陽能的利用。該裝置實現了對太陽的連續、自動跟蹤且聚能點位置固定，是由拋物面聚能鏡以某一仰角對準太陽，並隨一與水平面成一定角度的旋轉軸以每周24小時的恆速轉動實現的。該裝置中用於調節拋物面聚能鏡對太陽仰角的鉸接軸軸線，與旋轉軸軸線相交於拋物面聚能鏡的焦點，使焦點在轉動中，位置始終保持固定不動。在聚能點安裝不同的受能裝置如光電裝置、熱能裝置等便可對太陽能加以利用。
文檔編號F24J2/38GK1055809SQ9110324
公開日1991年10月30日 申請日期1991年5月21日 優先權日1991年5月21日
發明者孟念軍 申請人:孟念軍