平面重疊反射聚焦式太陽爐的製作方法

2023-10-22 21:52:32 3

專利名稱：平面重疊反射聚焦式太陽爐的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及利用太陽的日光加熱物質的太陽能高溫爐，特別是一種採用平面重疊反射聚焦的太陽能高溫爐。
近年來，太陽能的利用已越來越受到人們的重視。在國內外許多科技人員已根據日光的特點而設計製造了諸如太陽能加熱器、太陽能集熱器、太陽能發電站、太陽能反光照明源、太陽能電池等等，對充分利用大自然取之不竭的太陽能和節約其它的能源作出了很大貢獻，尤其在煤、石油或者水力資源等比較缺少的地方和其它偏遠地區更顯示出它的重要作用和意義。
通常，太陽能高溫爐是由基底、轉動座機構、偏轉機構、拋物面反射鏡和加熱部分等組成的一種水或金屬等加熱或熔煉的爐子。其中拋物面反射鏡採用鏡面整體加工或由小塊的鏡面經過精心的砌築製成。一旦拋物面鏡面的尺寸確定以後，在反射聚焦中鏡面的焦距不能改變，焦點的面積也不能改變，而且爐子的面積因受到鏡面限制而沒有放大餘地。這樣，不僅加工製造複雜，而且在被加熱物質和材料所需反射加熱的溫度上存在難以調節的困擾。
本實用新型的目的是針對太陽爐高溫能在使用中存在的上述缺點加以改進，而提供一種焦點和焦距等可根據加熱需要加以調整的平面重疊反射式高溫爐，其特點是其鏡面由許多小鏡面組成，這些小鏡面以鏡面中心柱的軸線為圓心構成環形平面，並且可活動地繞環軸向著中心柱軸線方向轉動，以便調節反射角和在所選擇的焦點和焦距下進行重疊反射。
本實用新型的另一目的是提供一種可調節鏡面反射偏轉角度大小的機械操縱機構。
本實用新型的又一目的是鏡面的面積可根據不同需要來製造，製成不同鏡面面積的爐子。
根據上述目的，本實用新型的平面重疊反射聚焦式太陽爐主要由一固定在地基或底座上的定柱、一安裝在定柱中且其上部可轉動的太陽輻射的方向調節機構、一設置在上述方向調節機構上面的太陽輻射的仰角調節機構以及安裝在仰角調節機構上的鏡架，鏡面和受熱裝置等組成，所述的鏡架是由一垂直固定在仰角調節機構的鏡架平臺上的一中心柱和四支或四支以上放射形均布地固定在中心柱外壁上、其上邊基本上處於垂直中心柱的同一平面內的大梁組成，所述的鏡面裝置包括兩圈以上鏡面反射機構，每圈鏡面反射機構由四個或四個以上鏡面組件和撐腳、以及一環軸組成，其中每一鏡面組件包括一鏡面託板和一裝配在託板上的鏡面、一裝配在託板下的轉軸夾板等，所述的各圈撐腳其一端固定在大梁上並位於距中心柱軸心線預定的間隔距離上，其另一端以支承形式固定環軸，所述的鏡面機構通過轉軸夾板滑動地套裝在能繞中心柱軸線方向轉動的環軸上，並且在鏡面處於水平位置上時，每圈鏡面排成一環形平面，相鄰的每圈鏡面緊挨地排列可形成一逐向外擴展的大環形平面。
本實用新型除了具有上述平面重疊反射聚焦中焦距可以改變、焦點面積也可改變、爐子的面積根據需要可無限放大、適應性強外，還具有佔地面積小、特別可裝在深度較淺的地下，維修方便、操作簡單、製造成本低、一般比拋物面的太陽爐低50％至80％。本太陽爐可使焦距處的溫度達1500℃至2000℃左右、效率高，性能可靠。在本實用新型的裝置中還配備了方向和角度的調節機構能很好地跟蹤太陽光，並且從目的中可知道本實用新型還將提供鏡面的機械調節可使操作更為方便。本實用新型也為我國當前的節電、節煤工作提供一種科學而簡便地利用大自然取之不竭用之不盡的太陽能的十分有效的裝置。
以下將提供最佳實施案並結合附圖對本實用新型的平面重疊反射聚焦式太陽爐加以詳細描述


圖1a、1b表示本實用新型的太陽爐的第一實施方案的結構示意圖；圖2表示
圖1示意圖的俯視圖；圖3表示
圖1中一個鏡面組件的剖視圖；圖4a、b表示本實用新型的太陽爐的第二實施方案的結構示意圖；圖5表示圖4的A－A剖視圖；圖6a和6b表示圖4中任一個鏡面組件的正視和側視圖；圖7表示圖4的B－B剖視圖；參見
圖1和圖2，在本實用新型的第一實施例中平面重疊反射焦聚的太陽爐包括一定柱1，16圈鏡面裝置2，鏡架3，方向調節機構5和仰角調節機構4和受熱裝置6等如
圖1所示。
參見
圖1和5，鏡架3由一中心柱31，若干大梁32和荷葉邊38等組成，本實用新型的中心柱31採用厚壁的管材製成。
所述的大梁32為近似三角形的珩架，共八根，在沿大梁的懸臂端固定安裝八個所述的荷葉邊38。所述的鏡面裝置2包括16圈鏡面反射機構，每圈鏡面反射機構由16個或16個以上鏡面組件和8個撐腳24，一環軸33組成，所述的安裝環軸33的撐腳24上還裝有壓耳37，以及各大梁一側的相鄰鏡面託板的後部設有一端固定、另一端延伸到另一託板後面的託塊(圖中未畫出)。一般為了把大梁32安裝到中心柱31上，在相對於大梁中銳角的一邊，它的外壁上焊有定位板34，沿該板的長度方向的左右二側設有若干長形孔35，大梁32通過定位板34上的長形孔35和中心柱31上的相應的孔用螺絲36固定於中心柱31的外壁上並使其基本上以相同角度放射形間隔均布，而長形孔35則在安裝中提供大梁32在中心柱上高低的調節，使得安裝後大梁的上表面大體上位於垂直中心柱31的同一平面內。同時，由於大梁32在裝配後呈懸臂形式，為了改善其懸臂端的受力狀況，增加穩定性，大梁除了採用近似三角形的珩架外，在兩兩大梁的懸臂端之間還以包裹的形式固設荷葉邊38，把懸臂端圍箍在一起。
所述的16圈鏡面組件，如圖2所示，每圈由16－128個鏡面件、8個撐腳24和一環軸33等組成。每一撐腳24都呈擱置形式，上部設有開口式半軸孔，下部開設固定孔。撐腳24通過下部的孔固定在大梁31上並豎直地位於中心柱軸線為圓心所作圓的圓周線上。所述的環軸33配置於各撐腳上半部的半軸孔中，可通過焊接固定，或者象
圖1中那樣用壓耳37和螺柱(圖中未畫出)固定。而各圈撐腳24彼此等距排列。每一鏡面組件包括一鏡面21、一鏡面託板22、一轉軸夾板23等。在本實施例中鏡面21可以是鏡面玻璃、塑料或玻璃鋼製成的，所述的鏡面託板22可以做成帶折邊的淺底框或鑲嵌式框，而轉軸夾板23呈U型，它的中部提供一軸孔。鏡面21旋轉在或夾插在託板22的上(表)面，而U形轉軸夾板23則用螺釘固定在託板22的下(表)面。每一圈鏡面組件通過轉軸夾板23一個挨一個且活動地套裝在環軸33上。這樣，每一圈的鏡面組件都可繞環軸33基本上向著同一中心柱軸線方向轉動，同時也可根據聚焦需要偏轉成某一角度。另外，為了更好地使鏡面21繞環軸向著中心柱軸線轉動，環軸可做成多邊形、邊的數量可與鏡面組件數相等。此外，所述的託板後面託塊一般是以兩個梁之間的鏡面組件為一組形式安裝的，這特別在手動調節鏡面偏轉角度時使調節方便而且偏轉角度易於一致，但是，在必要的時候也可一個接一個連成一圈地設置。在本實施例中各圈鏡面機構的鏡面數量、外周半徑、周長以及每塊鏡面的外周長度見表1。
表 1
序號 塊數 累計塊數外周半徑mm 周長mm 每塊弧長mm第1圈 1616450 1413 88.3第2圈 1632650 2041127.5第3圈 2456850 2669111.24 3288 1050 3269103.05 40 128 1250 3925 98.16 48 176 1450 4553 94.87 56 232 1650 5181 92.58 64 291 1850 5809 90.79 72 368 2050 6437 89.410 80 448 2250 7065 88.311 88 536 2450 7693 87.412 96 632 2650 8321 86.713 104 736 2850 8949 86.0514 112 848 3050 9577 85.515 120 968 3250 10205 85.0416 128 1096 3450 10833 84.6注實際φ3800mm，面積為11.3354m2從上所述可明顯地看到，每圈鏡面可通過手動轉動，形成對太陽輻射光的不同反射角，產生不同拋物面的反射效果。
根據本太陽爐所述的定柱1可以是二或四柱杆構成，也可以由筒體做成。
在本實用新型中太陽輻射的方向調節機構5由兩並排的橫梁6、(6′)(圖中未畫出)、一軸承座7、一轉柱8、一半軸9、一軸承10、一定板18、一轉動平板17、和蝸輪蝸杆轉動組件11、電機減速裝置12等組成。兩橫梁6(6′)並排地固定在定柱1的中部，橫梁6(6′)上可以安裝軸承座7、該軸承座7上配置軸承10。所述的定板18呈環形，其固定安裝在定柱1的上端部，並且定板18的上面還有一環槽和在定板下面設有內徑稍小於環狀定板內徑的彈珠託架19。所述的轉柱8為筒形體，它的筒底固定安裝半軸9，筒頂固定轉板17。轉板17的下部設有與定板18的環槽相對應的槽。所以當轉柱8通過定板18的環孔裝入定柱1中後，它的軸9的軸頸座落在軸承座的軸承10中，而它的軸端部伸過橫梁之間的間隙，而它的上部表面通過彈珠託架19中放置的若干彈珠20構成與定板18的間接連接，以便轉柱8可在豎直位置上轉動。在定板18和轉板17的相對凹槽中放置若干彈子21，使轉板17在轉柱轉動時，通過彈珠21的均勻支撐或受壓平穩地在定板18上方水平地轉動。在所述的伸過橫梁6.6′的軸9的端部固定安裝蝸輪13，所述的蝸輪蝸杆組件的蝸杆14則裝在蝸輪13下側支架的蝸杆座15中，並且使蝸杆13與蝸杆14以嚙合形式安裝。在蝸杆的旁側或下側可裝有電機減速裝置12，可直接與蝸杆連接帶動蝸杆轉動，也可在蝸杆上和減速器出軸上串裝鏈輪用鏈條連接而帶動蝸杆轉動，以此可把旋轉傳動到轉柱8同時使轉板17根據需要轉動一定角度。
仰角調節機構4由一鏡架平板或平臺58，一對蝸輪蝸杆50，二上支座51、51′和二下支座52、52′一平衡軸53、二重臂54、54′和二壓塊55、55′等組成。下支座52、52′的底部固定在轉板17上，而其上部設有軸孔，兩相對軸孔位置外側的下支座上固定安裝軸承座56、56′和軸承57、57′。上支座51、51′則垂直固定在鏡架平板下，上支座51、51′的下部設有軸孔和軸孔凹槽，垂臂54、54′的下部串吊壓塊55、55′、上部與鏡架平臺的二端絞接。在垂臂的上部還鑽有對稱的軸孔。平衡軸53是一對稱的階梯軸，其由下支座52、52′滾動支承，並在中部固定安裝蝸輪，在蝸輪和各下支座之間通過鍵與上支座51、51′的軸孔和凹槽固定連接。它的端部則與垂臂的軸孔滑動連接。在轉板17的中部設置蝸杆使與平衡軸53上的蝸輪嚙合。所以當用手柄或其它傳動機械驅動蝸杆就可帶動蝸輪和平衡軸53轉動，而安裝在平衡軸53上的上支座51、51′因是與平衡軸53固定連接的，所以可帶動鏡架平臺隨平衡軸53轉動，以達到仰角調節。而當平臺傾轉時，由於垂臂是與鏡架平臺絞連，垂臂可繞平衡軸53轉動，使一直保持其垂直於地面的位置，這可保證不因鏡架平臺的偏轉而使整個太陽爐的重心偏置到造成傾倒的危險。
本實用新型的太陽爐受熱裝置6包括一鍋爐61或熔煉爐、一爐架62等，爐架62呈杆狀或梯子狀，其上部可設活動及可裝卸的鍋爐支承部63，下部可設加強板64，通過加強板64爐架固定在中心杆31的中部。為了使爐架62支承鍋爐更穩定，爐架62下部靠近加強板處設置內外壓耳65、65′。爐架的杆部設梯杆為66，供安裝和維修用。在爐架上裝鍋爐的情況下，進水管67可設在爐架的杆處，而出水管68可從鍋爐的一側引向鏡面外。在本實用新型中爐架上鍋爐的底部距鏡面平面之間的距離為500mm左右一無窮大。
本實施例中由於16圈鏡面合計鏡面直徑為3500mm，採光面積為9.34m2，焦點面積為10－20cm2，可調，以太陽輻射7，8000大卡／小時米平均焦點溫度1500℃。如果當焦距為3M時，全聚焦每卷鏡面反射角度如表2所列。而每1cm面積的焦點溫度和陽光輻射面積換算見表3。
表 2序號從中心柱到鏡鏡面反射鏡面仰角面中心的距離角度數mm120086°01′3°59′
230084°08′5°52′340082°03′7°53′450080°03′8°57′560078°01′11°59′670076°03′12°57′780075°06′14°54′890073°18′16°42′9100071°36′18°24′10110069°51′20°09′11120068°22°12130066°33′23°27′13140065°25°14150063°27′26°33′15160061°56′28°04′16170060°27′29°33′圖4－圖7為本實用新型的平面重疊反射聚焦太陽爐的第二個實施方案。在這個實施方案中，定柱、太陽輻射的方向調節機構，仰角調節機構、鏡架、鏡面裝置和受熱裝置與上面的實施例是一樣的，只是在鏡架平臺58和鏡面裝置的鏡面組件之間還設有鏡面轉動裝置70，該裝置包括一絲杆架、它由兩個對稱的半架71、71′和位於中間的一個中心環72所構成，二絲杆73、73′分別滑動地架設在兩半架的兩頭，如圖7所示，兩撥塊74、74′各螺旋地裝在一絲杆上，兩個以上撐牙法蘭轉動組件80，每一轉動組件包括一撐牙法蘭盤81和四個或四個以上軸套柱82，其中撐牙法蘭盤均呈平面環狀，其外周設有整體地構成並均布的四個或四個以上與法蘭盤成整體的撐牙83，所述的軸套柱分別固定在大梁32上並與距中心柱軸線等距的撐牙法蘭盤內周面相滑動接觸，兩直線排列且垂直固定在每一撐牙法蘭盤81下部的定塊84，該定塊84的下部與絲杆上的撥塊74的上部部分交錯重疊，另外，每一鏡面組件下還設有一升降組件90，升降組件包括一對叉形撐腳91、91′和一升降杆92，叉形撐腳91，91′的上部活動地串在鏡面件的轉軸夾板27二側的環軸33上，下部通過螺柱96滑動地串夾升降杆92並使升降杆的一頭頂觸到鏡面託板下部，另一頭位於法蘭盤的兩個撐牙齒之間並部分伸過法蘭盤81。一驅動絲杆架的蝸輪蝸杆機構，它包括一裝在位於鏡架平臺58上蝸杆座中的驅動蝸杆94，一滑動地套裝在中心柱上並與絲杆架成一整體或固定連接的蝸輪95，所述的蝸輪蝸杆95和94相互嚙合連接。所述的鏡面組件的轉軸夾板27的一側延伸到託板的外側並它的延伸端部具有一垂直託板平面的折邊28，折邊上有一小孔29，在折邊相對的大梁上設有一環形窄板85，該窄板上均設有一折邊孔對應的掛鈎(圖中未畫出)，一些拉簧86掛置在小孔29和掛鈎間。所述的每一撐牙法蘭盤的撐牙數量一般與每圈鏡面件數相等，它與法蘭盤圓周切線成10－20°的角度。
權利要求1.一種平面重複反射聚焦式太陽爐，包括一固定在地基或底座上的定柱、一安裝在定柱中且其上部可轉動的太陽輻射的方向調節機構、一設置在上述方向調節機構上面的太陽輻射的仰角調節機構以及安裝在上述仰角調節機構上的鏡架，鏡面和受熱等裝置，其特徵在於所述的鏡架是由一垂直固定在仰角調節機構的鏡架平臺上的一中心柱和四支或四支以上放射形均布地固定在中心柱外壁上、其上邊基本上處於垂直中心柱的同一平面內的大梁組成，所述的鏡面裝置包括兩圈以上鏡面反射機構，每圈鏡面反射機構由四個或四個以上鏡面件和撐腳、以及一環軸組成，其中每一鏡面組件包括一鏡面託板和一裝配在託板上的鏡面、一裝配在託板下的轉軸夾板等，所述的各圈撐腳其一端固定在大梁上並位於距中心柱軸心線預定的(間隔)距離上，其另一端以支承形式固定環軸，所述的鏡面機構通過轉軸夾板滑動地套裝在能繞中心柱軸線方向轉動的環軸上，並且在鏡面處於水平位置上時，每圈鏡面排成一環形平面，相鄰的每圈鏡面緊挨地排列可形成一逐向外擴展的大環形平面。
2.根據權利要求1所述的太陽爐，其特徵在於所述的大梁為近似三角形的珩架，共八根，在沿大梁的懸臂端固定安裝八個荷葉邊，所述的鏡面裝置包括16圈鏡面反射機構，每圈鏡面反射機構由16個或16個以上鏡面件和8個撐腳組成，所述的安裝環軸的撐腳上還裝有壓耳，以及各大梁一側的相鄰鏡面託板的後部設有一端固定、另一端延伸到另一託板後面的託塊。
3.根據權利要求2所述的太陽爐，其特徵在於其中所述的安裝在大梁上的各圈撐腳彼此等距排列。
4.根據權利要求3所述的太陽爐，其特徵在於還具有一位於大梁和鏡面組件之間的鏡面轉動裝置，該裝置包括一絲杆架，它由兩個對稱的半架和位於中間的一個中心環所構成的，二絲杆，它們分別滑動地架設在兩半架的二頭，兩撥塊各螺旋地裝在一絲杆上，兩個以上撐牙法蘭轉動組件，每一轉動組件包括一撐牙法蘭盤和四個或四個以上軸套柱，其中撐牙法蘭盤均呈平面環狀，其外周設有整體地構成並均布的四個或四個以上撐牙，所述的軸套柱分別固定在大梁上並與距中心柱軸線等距的撐牙法蘭盤內周面相滑地接觸，兩直線排列且垂直固定在每一撐牙法蘭盤下部的定塊，該定塊的下部與絲杆上的撥塊的上部部分交錯重疊，另外，每一鏡面組件下還設有一升降組件，升降組件包括一對叉形撐腳和一升降杆，叉形撐腳的上部活動地串在鏡面組件的轉軸夾板二側的環軸上，下部滑動地串夾升降杆並使升降杆的一頭頂觸到鏡面託板下部，另一頭位於法蘭盤的兩個撐牙齒之間並部分伸過法蘭盤，一驅動絲杆架的蝸輪蝸杆機構，它包括一裝在位於鏡架平臺上固定的蝸杆座中的驅動蝸杆，一滑動地套裝在中心柱上並與絲杆架成一整體或固定連接的蝸輪，所述的蝸輪蝸杆相互嚙合連接。
5.根據權利要求1－4任何一項所述的太陽爐，其特徵在於所述的鏡面組件的轉軸夾板的一側延伸到託板的外側並在它的延伸端部具有一垂直託板平面的折邊，折邊上有一小孔，在折邊相對的大梁上設有一環形窄板，該窄板上均設有一折邊小孔對應的掛鈎，一些拉簧掛置在小孔和掛鈎間。
6.根據權利要求5所述的太陽爐，其特徵在於所述的每一撐牙法蘭盤的撐牙數量一般與每圈鏡面件數相等，它與法蘭盤圓周切線成10－20°的角度。
專利摘要一種利用太陽日光加熱的平面重疊反射聚焦的太陽能高溫爐包括鏡架、鏡面和加熱裝置，方向和仰角調節機構等，本爐特點是鏡架有八支垂直中心柱的大梁，鏡面裝置為多圈鏡面反射機構，每圈由若干鏡面組件組成並排成一環形平面，相鄰各圈緊挨排列形成一逐向外擴展的大環形平面，根據不同加熱需要，經手動或經所設轉動裝置調節鏡面偏角，達到所需焦點和焦距面積，本太陽爐面積可無限放大並具有佔地小、成本低、效率高和性能可靠等。
文檔編號F24J2/02GK2054527SQ8920823
公開日1990年3月14日 申請日期1989年5月31日 優先權日1989年5月31日
發明者陳喜德 申請人:陳喜德