同步調節曲率和仰角的太陽能定焦接收裝置的製作方法

2023-12-03 19:06:41

專利名稱：同步調節曲率和仰角的太陽能定焦接收裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及太陽能利用技術領域，具體地說是一種收集太陽能並用於高溫加熱、熱水工程及發電的集熱裝置。
背景技術：
傳統的太陽能光能收集器， 一般用單體拋物面聚光鏡作為聚光器，並通過控制系統跟蹤太陽，使太陽光的入射方向與鏡面主光軸平行，聚光鏡的焦點隨著聚光鏡的運動而移動。由於接收器在焦點處，因此將隨著焦點的運動而同步移動。這將會產生四大不可克服的缺點。其一，接收器不能過大，接收器遮擋了聚光鏡接收陽光的有效面積，影響收集效率。為了減少遮擋陽光的面積，勢必要限制接收器的體積。其二，因為接收器自身重量的原因，必然要加大聚光鏡驅動的動力。由於槓桿原理，承受接收器重量的驅動動力將隨著焦距的高低成幾何級數增長。其三，傳統的太陽能接收器在室外採光，由於其焦點是隨著時間的移動而改變的，因此它不是一個固定點，所以無法
通過傳導的方法，使聚光器得到的能量傳遞給室內或有一定距離的地方使用。其四，由於傳統的高中溫太陽灶接收器的位置是移動的，因此太陽能接收裝置無法採用陣列式組合結構，也就不能用於工業化利用或用太陽能發電。正由於上述不可克服的原因使太陽能利用受到了限制。
為了克服上述缺點，我國一些專家經過多年的努力，取得了突破性進展。
如專利申請號為200510200037.X和200610048636.9的專利申請，在設計上都超越了現有技術，但是還仍不能達到實用的目的。如200510200037.X的專
3利申請，為了能夠達到高精度接收太陽光能，採用夏季和冬季兩塊聚光鏡，同時採用手動調節仰角。但是，這種技術每年必須兩次更換聚光鏡，而且還必須有一定數量的聚光鏡儲備，不僅增加了成本，也加大了設備的管理強度和難度。事實上，無論是發電系統還是熱水工程系統，每年都有許多聚光裝置需要更換、存儲，其工作量和耽誤的時間將是難以接受的。所以說，該發明的實用價值值得商榷。
又比如，200610048636.9的發明專利申請，雖然採用了聚光鏡固定焦點的設計，但是整個聚光鏡卻要圍著焦點進行運轉，這需要強大的驅動能力，結構複雜，能量消耗大，佔地面積大，抗風能力差，很難進入實際開發運用的階段。
發明內容
為了克服現有技術存在的不足，本實用新型的目的是提供了一種將聚光鏡圍繞地軸跟蹤日光運動旋轉，能夠同步調節聚光鏡曲率和仰角，使光線照射形成固定焦點的同步調節曲率和仰角的太陽能定焦接收裝置。
根據太陽的高度隨著季節變化而變化這一實際，為了實現聚光鏡能夠高精度定焦接收的目的，必須隨著季節的變化對聚光鏡的曲率和仰角進行調整。研究證明，適應太陽光季節變化，聚光鏡曲率變化範圍並不大。太陽仰角的變化一年中僅是太陽赤緯角變化範圍的二分之一，即23.5° (夏季的56.75減去冬季的33.25°就是23.5° )。春、秋分日赤緯角為零度，聚光鏡傾角為45度， 一年中聚光鏡傾角調節範圍為45。 ±11.725° 。因此，聚光鏡全年調整的量比較小，每隔5 7日調整一次就可以了。關鍵在於要找到一個可以改變聚光鏡曲率調節的受力點，在調整聚光鏡仰角的同時就可以達到對鏡面曲率的同步調節。同時，還要根據不同地區使用太陽能所處不同的諱度來設計支架。由於每一個緯度地區的用戶使用聚光鏡的支架，其高度是不一樣的。要實現聚光鏡仰角和曲率的同步調節，就必須要有相應的高度可調的聚光鏡支架。
本實用新型解決其技術問題所採用的技術方案是這種定焦可變聚光鏡太陽能接收裝置，包括支架、聚光鏡、跟日機構，主要在於所說支架由支架套管和設置在支架套管內用於調節聚光鏡緯度的升降杆組成；所說聚光鏡通過仰角旋轉軸與設置在旋轉軸套管內的時角旋轉軸活動連結，旋轉軸套管通過旋轉調角軸與支架的升降杆相連接，在聚光鏡上設有鏡面曲率調節定位點，在時角旋轉軸與聚光鏡之間設有依據鏡面曲率調節定位點調節鏡面曲率與仰角的調節杆，在調節杆尾端設有仰角調節螺絲，在旋轉軸套管與支架的升降杆之間設有緯度夾角固定板；在聚光鏡時角旋轉軸縱向中心線延長線上有聚光焦點；所述跟日機構由控制器、時角螺杆、步進電機、鏈條、從動鏈輪組成，步進電機與時角螺杆連接，從動鏈輪通過鏈條與時角旋轉軸上的齒輪相嚙合；在聚光鏡下端與時角旋轉軸之間設有調節鏡面曲率與仰角的輔助調節杆，在輔助調節杆的尾端設有調節螺絲。
本實用新型除了立式結構以外，還可以設計成臥式結構。
本實用新型的有益效果是
一是由於聚光鏡的跟日運動和焦點的位置在同一地軸線上，因此只需採用日跟蹤的方法就可以使聚光鏡的光能始終照射在焦點區域的能量接收器上。由於能量接收器是固定的，所以本發明便於陣列化、工業化集能使用。
二是對聚光鏡採用了可變曲率的調整方式，大大降低了製作成本和管理成本，提高了實用性，拓寬了太陽能的高溫集熱應用範圍。既可以作為家庭的中高溫熱源，用於熱水、做飯、採暖；又可以作為熱水工程的熱水、高溫蒸汽，用於工農業生產的加工、烘乾、供暖和發電。拓展了將太陽能高溫集
5熱作為工業化運用的領域。
三是驅動裝置採用了最經濟的鏈輪結構和螺杆配合使用，使聚光鏡跟日運動簡單化，而且還具有自鎖功能，提高了裝置的抗風能力，並且使太陽能陣列化集熱成為現實。
四是採用了裝配式支架，其底座可調節長短，以增加穩定性，而其主杆採用套裝升降連接結構，可以適應任何緯度的用戶使用，而在便於實現規模化生產加工。


圖1是本實用新型的結構示意圖2是本實用新型曲率調節點示意圖3是本實用新型臥式結構示意圖。
圖中l.聚光鏡，2.仰角旋轉軸，3.調節杆，4.調節螺絲，5.時角旋轉軸，6.旋轉軸套管，7.旋轉調角軸，8.緯度夾角固定板，9.齒輪，10.鏈條，11.從動鏈輪，12.步進電機，13.時角螺杆，14.控制器，15.升降杆，16.支架套管，17.支架，18.跟日機構，19.鏡面曲率調節定位點，20.時角旋轉軸縱向中心線的延長線，21.聚光焦點，22.輔助調節杆，23.調節螺絲，24.連接杆。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明
如圖1所示，這種定焦可變聚光鏡太陽能接收裝置，包括支架17、聚光
鏡1、跟日機構18，所說支架17由支架套管16和設置在支架套管16內用於調節聚光鏡1緯度的升降杆15組成；所說聚光鏡1通過仰角旋轉軸2與設置在旋轉軸套管6內的時角旋轉軸5活動連結，旋轉軸套管6通過旋轉調角軸7
6與支架的升降杆15相連接，在聚光鏡1上設有鏡面曲率調節定位點19，在時 角旋轉軸5的上端與聚光鏡1母線的上部之間設有調節杆3，在調節杆3的尾 端設有調節螺絲4;在聚光鏡1母線的下部與時角旋轉軸5下端設有連接杆 24，其下端設置輔助調節杆22和調節螺絲23。隨著季節性太陽高度的變化， 通過調節調節螺絲4或調節螺絲23對鏡面的曲率調節定位點19進行深淺調 節，以達到聚光鏡1曲率與仰角的調整，使聚光鏡1達到最佳的聚光定焦效 果；在旋轉軸套管6與支架的升降杆15之間設有緯度夾角固定板8。聚光鏡 1的焦點21定位在聚光鏡1時角旋轉軸縱向中心線的延長線20上;所說跟曰 機構18，由控制器14、時角螺杆13、步進電機12、鏈條10、從動鏈輪11 組成，具體是將時角螺杆13定位在底座上，由步進電機12或伺服電機帶動 時角螺杆13旋轉，同時在時角螺杆13上裝有推柄的可移動螺母，推柄與鏈 條10活動連接。當螺母被時角螺杆13旋轉推動時，鏈條10帶動齒輪9旋轉。 時角螺杆13的長短決定於齒輪9旋轉角度的弧長，而鏈條10直線運動部位 的長度小於齒輪9和從動鏈輪11之間的距離，但大於齒輪9在跟日運動中旋 轉角度的周長。
如圖2所示，圖中a為夏至日光線入射到聚光鏡M點與FM之間夾角為113.5 度時的鏡面形狀；c為冬至日光線入射到聚光鏡M點與FM之間夾角為66. 5度時 的鏡面形狀；b為春秋分日光線入射到聚光鏡M點與FM之間夾角為90度時的鏡 面形狀。圖中光線a、 c和光線b的交匯點d即為鏡面曲率調整控制點。
如圖3所示，本實用新型還可以設計成臥式結構，同樣可以實現聚光鏡 仰角與曲率的同步調整，達到聚光鏡高精度聚光定焦接收的目的。
權利要求1、一種同步調節曲率和仰角的太陽能定焦接收裝置，包括支架(17)、聚光鏡(1)、跟日機構(18)，其特徵在於所說支架(17)由支架套管(16)和設置在支架套管(16)內用於調節聚光鏡(1)緯度的升降杆(15)組成；所說聚光鏡(1)通過仰角旋轉軸(2)與設置在旋轉軸套管(6)內的時角旋轉軸(5)活動連結，旋轉軸套管(6)通過旋轉調角軸(7)與支架的升降杆(15)相連接，在聚光鏡(1)上設有鏡面曲率調節定位點(19)，在時角旋轉軸(15)與聚光鏡(1)之間設有依據鏡面曲率調節定位點(19)調節鏡面曲率與仰角的調節杆(3)，在調節杆(3)尾端設有調節螺絲(4)，在旋轉軸套管(6)與支架的升降杆(15)之間設有緯度夾角固定板(8)；在聚光鏡(1)時角旋轉軸(5)縱向中心線的延長線上有焦點(21)。
2、 根據權利要求l所述的同步調節曲率和仰角的太陽能定焦接收裝置，其 特徵在於所述跟日機構(18)由控制器(14)、時角螺杆(13)、步進電機(12)、鏈條(10)、從動鏈輪(11)組成，步進電機(12)與時角螺杆(13) 連接，從動鏈輪(11)通過鏈條(10)與時角旋轉軸(5)上的齒輪(9)相齧 合。
3、 根據權利要求l所述的同步調節曲率和仰角的太陽能定焦接收裝置，其特徵在於在聚光鏡(1)下端與時角旋轉軸(15)之間設有調節鏡面曲率與仰角的輔助調節杆(22)及調節螺絲(23)。
專利摘要本實用新型公開了一種同步調節曲率和仰角的太陽能定焦接收裝置，包括支架、聚光鏡，要點是在聚光鏡上設有鏡面曲率調節定位點和調節鏡面曲率與仰角的調節杆，在聚光鏡時角旋轉軸5縱向中心線的延長線上有焦點；支架由支架套管和設置在支架套管內的升降杆組成；採用螺杆式推動鏈條帶動齒輪旋轉的跟日機構。本實用新型降低了製作成本，提高了實用性，解決了長期以來太陽能無法通過傳導方法，傳遞給室內或另一地方使用的問題，拓寬了太陽能高溫集熱的工業化運用領域，既可以作為家庭中高溫熱源，用於熱水、做飯、採暖；又可以作為熱水工程的熱水、高溫蒸汽，用於工農業生產的加工、烘乾、供暖和發電，便於陣列化、工業化集能使用。
文檔編號F24J2/38GK201344657SQ200920017490
公開日2009年11月11日 申請日期2009年1月9日 優先權日2009年1月9日
發明者丁建東, 丁永鑫 申請人:丁建東