專利名稱：同步調(diào)節(jié)曲率和仰角的太陽能定焦接收裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太陽能利用技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種收集太陽能并用于高 溫加熱、熱水工程及發(fā)電的集熱裝置。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)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，并通 過控制系統(tǒng)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。由于接收器在焦點處，因此將隨著焦點的運動 而同步移動。這將會產(chǎn)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(qū)動的動力。由于杠桿原理，承受接收器重量的驅(qū)動動力將 隨著焦距的高低成幾何級數(shù)增長。其三，傳統(tǒng)的太陽能接收器在室外采光， 由于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(dǎo)的方法，使聚光器得到的能量傳遞給室內(nèi)或有一定距離的地方使用。 其四，由于傳統(tǒng)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 置無法采用陣列式組合結(jié)構(gòu)，也就不能用于工業(yè)化利用或用太陽能發(fā)電。正 由于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(jīng)過多年的努力，取得了突破性進(jìn)展。
如專利申請?zhí)枮?00510200037.X和200610048636.9的專利申請，在設(shè)計上都 超越了現(xiàn)有技術(shù)，但是還仍不能達(dá)到實用的目的。如200510200037.X的專利申請，為了能夠達(dá)到高精度接收太陽光能，采用夏季和冬季兩塊聚光鏡， 同時采用手動調(diào)節(jié)仰角。但是，這種技術(shù)每年必須兩次更換聚光鏡，而且還 必須有一定數(shù)量的聚光鏡儲備，不僅增加了成本，也加大了設(shè)備的管理強度 和難度。事實上，無論是發(fā)電系統(tǒng)還是熱水工程系統(tǒng)，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(fā) 明的實用價值值得商榷。
又比如，200610048636.9的發(fā)明專利申請，雖然采用了聚光鏡固定焦點 的設(shè)計，但是整個聚光鏡卻要圍著焦點進(jìn)行運轉(zhuǎn)，這需要強大的驅(qū)動能力， 結(jié)構(gòu)復(fù)雜，能量消耗大，占地面積大，抗風(fēng)能力差，很難進(jìn)入實際開發(fā)運用 的階段。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明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(zhuǎn)，能夠同步調(diào)節(jié)聚光鏡曲率和仰角，使光線照射形 成固定焦點的同步調(diào)節(jié)曲率和仰角的太陽能定焦接收裝置。
本發(fā)明根據(jù)太陽的高度隨著季節(jié)變化而變化這一實際，為了實現(xiàn)聚光鏡 能夠高精度定焦接收的目的，必須隨著季節(jié)的變化對聚光鏡的曲率和仰角進(jìn) 行調(diào)整。研究證明，適應(yīng)太陽光季節(jié)變化，聚光鏡曲率變化范圍并不大。太 陽仰角的變化一年中僅是太陽赤緯角變化范圍的二分之一，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(diào)節(jié)范圍為45。 ±11.725° 。因此，聚 光鏡全年調(diào)整的量比較小，每隔5 7日調(diào)整一次就可以了。關(guān)鍵在于要找到 一個可以改變聚光鏡曲率調(diào)節(jié)的受力點，在調(diào)整聚光鏡仰角的同時就可以達(dá) 到對鏡面曲率的同步調(diào)節(jié)。同時，本發(fā)明還要根據(jù)不同地區(qū)使用太陽能所處不同的諱度來設(shè)計支架。 由于每一個緯度地區(qū)的用戶使用聚光鏡的支架，其高度是不一樣的。要實現(xiàn) 聚光鏡仰角和曲率的同步調(diào)節(jié)，就必須要有相應(yīng)的高度可調(diào)的聚光鏡支架。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是這種同步調(diào)節(jié)曲率和仰角 的太陽能定焦接收裝置，包括支架、聚光鏡、跟日機構(gòu)，主要在于所說支架 由支架套管和設(shè)置在支架套管內(nèi)用于調(diào)節(jié)聚光鏡緯度的升降桿組成；所說聚 光鏡通過仰角旋轉(zhuǎn)軸與設(shè)置在旋轉(zhuǎn)軸套管內(nèi)的時角旋轉(zhuǎn)軸活動鏈接，旋轉(zhuǎn)軸 套管通過旋轉(zhuǎn)調(diào)角軸與支架的升降桿相連接，在聚光鏡上設(shè)有鏡面曲率調(diào)節(jié) 定位點，在時角旋轉(zhuǎn)軸與聚光鏡之間設(shè)有依據(jù)鏡面曲率調(diào)節(jié)定位點調(diào)節(jié)鏡面 曲率與仰角的調(diào)節(jié)桿，在調(diào)節(jié)桿尾端設(shè)有仰角調(diào)節(jié)螺絲，在旋轉(zhuǎn)軸套管與支 架的升降桿之間設(shè)有緯度夾角固定板；在聚光鏡時角旋轉(zhuǎn)軸縱向中心線的延 長線上有聚光焦點；所述跟日機構(gòu)由控制器、時角螺桿、步進(jìn)電機、鏈條、 從動鏈輪組成，步進(jìn)電機與時角螺桿連接，從動鏈輪通過鏈條與時角旋轉(zhuǎn)軸 上的齒輪相嚙合；在聚光鏡下端與時角旋轉(zhuǎn)軸之間設(shè)有調(diào)節(jié)鏡面曲率與仰角 的輔助調(diào)節(jié)桿、尾端的調(diào)節(jié)螺絲以及與輔助調(diào)節(jié)桿連接的連接桿。
本發(fā)明除了立式結(jié)構(gòu)以外，還可以設(shè)計成臥式結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的有益效果是
一是由于將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 采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(qū)域的能量接收器 上。由于能量接收器是固定的，所以本發(fā)明便于陣列化、工業(yè)化集能使用。
二是聚光鏡采用了可變曲率的調(diào)整方式，大大降低了制作成本和管理成 本，提高了實用性，拓寬了太陽能的高溫集熱應(yīng)用范圍。既可以作為家庭的 中高溫?zé)嵩?，用于熱水、做飯、采暖；又可以作為熱水工程的熱水、高溫?汽，用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的加工、烘干、供暖和發(fā)電。拓展了將太陽能高溫集熱作為工業(yè)化運用的領(lǐng)域。
三是驅(qū)動裝置采用了最經(jīng)濟的鏈輪結(jié)構(gòu)和螺桿配合使用，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(fēng)能力。并且使太陽能 陣列化集熱成為現(xiàn)實，有效地降低了生產(chǎn)成本。
四是采用了裝配式支架，其底座可調(diào)節(jié)長短，以增加穩(wěn)定性，而其主桿 采用套裝升降連接結(jié)構(gòu)，可以適應(yīng)任何緯度的用戶使用，而在便于實現(xiàn)規(guī)模 化生產(chǎn)加工。


圖l是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖2是曲率調(diào)節(jié)點示意圖3是本發(fā)明臥式結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中l(wèi).聚光鏡，2.仰角旋轉(zhuǎn)軸，3.調(diào)節(jié)桿，4.調(diào)節(jié)螺絲，5.時角旋轉(zhuǎn)軸， 6.旋轉(zhuǎn)軸套管，7.旋轉(zhuǎn)調(diào)角軸，8.緯度夾角固定板，9.齒輪，10.鏈條，11. 從動鏈輪，12.步進(jìn)電機，13.時角螺桿，14.控制器，15.升降桿，16.支架 套管，17.支架，18.跟日機構(gòu)，19.鏡面曲率調(diào)節(jié)定位點，20.時角旋轉(zhuǎn)軸5 縱向中心線延長線，21.焦點，22.輔助調(diào)節(jié)桿，23.調(diào)節(jié)螺絲，24.連接桿。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。 如圖1所示，這種同步調(diào)節(jié)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(gòu)18，所說支架17由支架套管16和設(shè)置在支架套管16內(nèi) 用于調(diào)節(jié)聚光鏡1緯度的升降桿15組成；所說聚光鏡1通過仰角旋轉(zhuǎn)軸2與 設(shè)置在旋轉(zhuǎn)軸套管6內(nèi)的時角旋轉(zhuǎn)軸5活動鏈接，旋轉(zhuǎn)軸套管6通過旋轉(zhuǎn)調(diào) 角軸7與支架的升降桿15相連接，在聚光鏡1上設(shè)有鏡面曲率調(diào)節(jié)定位點19，
6在時角旋轉(zhuǎn)軸5的上端與聚光鏡1母線的上部之間設(shè)有調(diào)節(jié)桿3，在調(diào)節(jié)桿3
尾端設(shè)有調(diào)節(jié)螺絲4;在聚光鏡1母線的下部與時角旋轉(zhuǎn)軸5下端設(shè)有連接桿
24，其下端設(shè)置一根輔助調(diào)節(jié)桿22，其尾端設(shè)有調(diào)節(jié)螺絲23，隨著季節(jié)性太 陽高度的變化，通過調(diào)節(jié)螺絲4或調(diào)節(jié)螺絲23對鏡面曲率調(diào)節(jié)定位點19進(jìn) 行深淺調(diào)節(jié)，以達(dá)到聚光鏡1曲率與仰角的調(diào)整，使聚光鏡l達(dá)到最佳的聚 光定焦效果；在旋轉(zhuǎn)軸套管6與支架的升降桿15之間設(shè)有緯度夾角固定板8。 聚光鏡1的聚光焦點21定位在聚光鏡1的時角旋轉(zhuǎn)軸縱向中心線的延長線上； 所說跟日機構(gòu)18，由控制器14、時角螺桿13、步進(jìn)電機12、鏈條IO、從動 鏈輪11組成，具體是將時角螺桿13定位在底座上，由步進(jìn)電機12或伺服電 機帶動時角螺桿13旋轉(zhuǎn)，同時在時角螺桿13上裝有推柄的可移動螺母，推 柄與鏈條10活動連接。當(dāng)螺母被時角螺桿13旋轉(zhuǎn)推動時，鏈條10帶動齒輪 9旋轉(zhuǎn)。時角螺桿13的長短決定于齒輪9旋轉(zhuǎn)角度的弧長，而鏈條10直線運 動部位的長度小于齒輪9和從動鏈輪11之間的距離，但大于齒輪9在跟日運 動中旋轉(zhuǎn)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(diào)整控制點。
制作一個可改變曲率聚光鏡的方法是首先，根據(jù)上述原理制作一個橢
圓形的曲面聚光鏡；然后，采用彈性材料制成一個橢圓形弧面的網(wǎng)狀骨架結(jié) 構(gòu)，在網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)上沿著弧內(nèi)面鋪設(shè)長條軟性反光材料，或若干矩形反光面板； 最后，在垂直通過聚光鏡中心點的弧形骨架中心部位上部，計算出曲率調(diào)節(jié) 受力點19的位置，并在該點上活動連接調(diào)節(jié)鏡面曲率與仰角的調(diào)節(jié)桿3，并將 調(diào)節(jié)桿3的另一端連接在時角旋轉(zhuǎn)軸5上。這樣就可以隨著仰角的調(diào)節(jié)而相應(yīng) 改變聚光鏡的曲率，達(dá)到最佳的聚能定焦效果。如圖3所示，本發(fā)明還可以設(shè)計成臥式結(jié)構(gòu)，同樣可以實現(xiàn)聚光鏡仰角 與曲率的同步調(diào)整，達(dá)到聚光鏡高精度定焦接收的目的。
權(quán)利要求
1、一種同步調(diào)節(jié)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(gòu)(18)，其特征在于所說支架(17)由支架套管(16)和設(shè)置在支架套管(16)內(nèi)用于調(diào)節(jié)聚光鏡(1)緯度的升降桿(15)組成；所說聚光鏡(1)通過仰角旋轉(zhuǎn)軸(2)與設(shè)置在旋轉(zhuǎn)軸套管(6)內(nèi)的時角旋轉(zhuǎn)軸(5)活動鏈接，旋轉(zhuǎn)軸套管(6)通過旋轉(zhuǎn)調(diào)角軸(7)與支架的升降桿(15)相連接，在聚光鏡(1)上設(shè)有鏡面曲率調(diào)節(jié)定位點(19)，在時角旋轉(zhuǎn)軸(15)與聚光鏡(1)之間設(shè)有依據(jù)鏡面曲率調(diào)節(jié)定位點(19)調(diào)節(jié)鏡面曲率與仰角的調(diào)節(jié)桿(3)，在調(diào)節(jié)桿(3)尾端設(shè)有調(diào)節(jié)螺絲(4)，在旋轉(zhuǎn)軸套管(6)與支架的升降桿(15)之間設(shè)有緯度夾角固定板(8)；在聚光鏡(1)時角旋轉(zhuǎn)軸5縱向中心線的延長線上有焦點(21)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的同步調(diào)節(jié)曲率和仰角的太陽能定焦接收裝置，其 特征在于所述跟日機構(gòu)(18)由控制器(14)、時角螺桿(13)、步進(jìn)電機(12)、鏈條(10)、從動鏈輪(11)組成，步進(jìn)電機(12)與時角螺桿(13) 連接，從動鏈輪(11)通過鏈條(10)與時角旋轉(zhuǎn)軸(5)上的齒輪(9)相嚙合。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的同步調(diào)節(jié)曲率和仰角的太陽能定焦接收裝置，其 特征在于在聚光鏡(1)下端與時角旋轉(zhuǎn)軸(15)之間設(shè)有調(diào)節(jié)鏡面曲率與仰角的輔助調(diào)節(jié)桿(22)，其尾端設(shè)有調(diào)節(jié)螺絲(23)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種同步調(diào)節(jié)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(shè)有鏡面曲率調(diào)節(jié)定位點和調(diào)節(jié)鏡面曲率與仰角的調(diào)節(jié)桿，在聚光鏡時角旋轉(zhuǎn)軸縱向中心線的延長線上有聚光焦點；支架由支架套管和設(shè)置在支架套管內(nèi)的升降桿組成；采用螺桿式推動鏈條帶動齒輪旋轉(zhuǎn)的跟日機構(gòu)。本發(fā)明降低了制作成本，提高了實用性，解決了長期以來太陽能無法通過傳導(dǎo)方法，傳遞給室內(nèi)或另一地方使用的問題，拓寬了太陽能高溫集熱的工業(yè)化運用領(lǐng)域，既可以作為家庭的中高溫?zé)嵩?，用于熱水、做飯、采暖；又可以作為熱水工程供暖發(fā)電，便于陣列化、工業(yè)化集能使用。
文檔編號F24J2/38GK101457991SQ200910013818
公開日2009年6月17日 申請日期2009年1月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月9日
發(fā)明者丁建東, 丁永鑫 申請人:丁建東