專利名稱：可跟蹤太陽光線的多拋物面聚焦裝置的制作方法
可跟蹤太陽光線的多拋物面聚焦裝置技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太陽能裝置，特別是涉及一種可跟蹤太陽光線的多拋物面聚焦裝置。背景技術(shù)：
眾所周知，太陽能是取之不盡，用之不竭，但人們尚未能大規(guī)模利用的重要能源。 隨著煤、石油、天然氣等化石能源的減少及價格的不斷上漲，人類直接從太陽能中獲取能量 已變得越來越重要。目前已有各種各樣的太陽能利用設(shè)備被使用，如光電轉(zhuǎn)換及光熱轉(zhuǎn)換設(shè) 備等。在較大型的太陽能聚光設(shè)備中， 一種為槽式系統(tǒng)，另一種為塔式系統(tǒng)。其中，槽式系 統(tǒng)是由多個槽式光反射拋物面板構(gòu)成，其缺陷在于每個槽式光反射拋物面板焦點上均設(shè)有光 熱轉(zhuǎn)換管，并須通過復(fù)雜的管網(wǎng)連接，因此制作成本高，可靠性差，光熱轉(zhuǎn)換效率低。塔式 系統(tǒng)是由一高塔和一個巨大光反射拋物面板構(gòu)成，該光反射拋物面板可隨太陽光線轉(zhuǎn)動，將 太陽光聚焦到塔頂?shù)墓鉄徂D(zhuǎn)換裝置上，其缺陷在于如要獲得大面積的太陽光能時，其立體幾 何尺寸巨大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價高。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明旨在解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提供一種無需復(fù)雜的管路，無需高塔，可將多 個照射到光反射拋物面板的陽光聚焦，因而成本低，光熱轉(zhuǎn)換效率高，易于實施的可跟蹤太 陽光線的多拋物面聚焦裝置。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種可跟蹤太陽光線的多拋物面聚焦裝置，該裝置包 括多個按軸平面平行排列的可轉(zhuǎn)動光反射拋物面板，在每個光反射拋物面板的焦軸的鄰近區(qū) 域設(shè)有一個共焦軸的固定不動的尺寸小于光反射拋物面板的小光反射橢圓面板，各小光反射 橢圓面板的一個焦軸分別與其對應(yīng)的各光反射拋物面板的焦軸A重合，多個小光反射橢圓面 板的另一個焦軸B重合。小光反射橢圓面板的尺寸為光反射拋物面板尺寸的十分之一至三十分之一。 在所述焦軸B處設(shè)有與光反射拋物面板的焦軸平行的光熱轉(zhuǎn)換管。多個光反射拋物面板與太陽光線跟蹤裝置相連，并在太陽光線跟蹤裝置控制下繞光反射 拋物面板的焦軸A轉(zhuǎn)動，使其軸平面始終與太陽光線平行。多個光反射拋物面板沿基準安裝面C排列，基準安裝面C與水平面D之間的傾角為(M， a l為太陽能聚光裝置所在位置的緯度，所述基準安裝面C在南半球向北傾斜，在北半球則向南 傾斜。沿基準安裝面C設(shè)置的各光反射拋物面板的焦軸A沿東西方向設(shè)置，并與基準安裝面C平行。沿基準安裝面C設(shè)置的各光反射拋物面板之間通過連桿鉸接，且其中一個光反射拋物面 板上設(shè)有一驅(qū)動機構(gòu)，該驅(qū)動機構(gòu)與太陽光線跟蹤裝置相連，該驅(qū)動機構(gòu)根據(jù)太陽光線跟蹤 裝置的控制信號驅(qū)動其中一個光反射拋物面板轉(zhuǎn)動，并通過連桿帶動其它光反射拋物面板同 步轉(zhuǎn)動，使其軸平面始終與太陽光線平行。該裝置還設(shè)有一個由底板、與底板平行的透明頂板及與所述底板和頂板垂直的兩端板、 兩側(cè)板圍合而成的板狀箱體，其中，兩端板的內(nèi)表面為反光面，多個光反射拋物面板及小光 反射橢圓面板裝在箱體內(nèi)，小光反射橢圓面板的兩端固定于端板上。沿基準安裝面C設(shè)置的多個光反射拋物面板分別繞各自兩端的同軸線轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，該轉(zhuǎn)軸 的中心線與所述焦軸A重合，轉(zhuǎn)軸可轉(zhuǎn)動地連接于光反射拋物面板兩端的端板上，多個光反 射拋物面板各通過兩端的支撐桿連接到轉(zhuǎn)軸上。驅(qū)動機構(gòu)包括蝸輪齒條、蝸桿、步進電機，其中，蝸輪齒條固定于支撐桿上，步進電機 固定于底板上，蝸桿連接于步進電機的輸出軸上。本發(fā)明的貢獻在于，它有效克服了傳統(tǒng)槽式系統(tǒng)和塔式系統(tǒng)的缺陷。由于設(shè)置了與光反 射拋物面板相對的尺寸小得多的小光反射橢圓面板，可將多個光反射拋物面板的光能聚焦， 可實現(xiàn)大面積太陽光聚焦，而無需復(fù)雜的管路和高塔，因而大大降低了制作成本。并由于以 多個小拋物面實現(xiàn)了大面積太陽光聚焦，因而提高了光熱或光電轉(zhuǎn)換效率。由于本發(fā)明的裝 置為板狀結(jié)構(gòu)，因而可根據(jù)不同的地形靈活設(shè)置，因此制造和安裝方便，易于實施。又因光 反射面及轉(zhuǎn)動部件均密封在板狀體內(nèi)部，不易受環(huán)境因素的損害，因而壽命長，維護工作量 少。
圖l是本發(fā)明結(jié)構(gòu)透視圖。 圖2是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明的光路原理圖，其中，圖3A為單元光路示意圖，圖3B為圖3A的H部放大圖。 圖4為局部放大圖，其中，圖4A為圖1的F部放大圖，圖4B為圖4A的G部放大圖。
具體實施方式參閱圖l、圖2，本發(fā)明的可跟蹤太陽光線的多拋物面聚焦裝置包括多個光反射拋物面板 10、與之對應(yīng)的多個小光反射橢圓面板20、光熱轉(zhuǎn)換管30、連桿40、驅(qū)動機構(gòu)50及箱體100所述光反射拋物面板10是由玻璃、有機玻璃或塑料制成的光反射拋物面形的板狀體，其 長度可無限延長，寬度則根據(jù)所使用的場合確定。在光反射拋物面板的其中一個側(cè)面鍍有反 光材料，形成用于反射太陽光的反射鏡面。圖l、圖2中，多個光反射拋物面板10沿基準安裝 面C排列，光反射拋物面板10的長度可根據(jù)需要無限延長。本實施例中，多個光反射拋物面 板10分別沿基準安裝面C排列，各光反射拋物面板10的軸平面相平行。所述基準安裝面C相對 于水平面的角度是不同的。具體地說，基準安裝面C與水平面D之間的傾角為(M， (^為太陽 能聚光裝置所在位置的緯度，所述基準安裝面C在南半球向北傾斜，在北半球則向南傾斜。 沿上述基準安裝面C設(shè)置的各光反射拋物面板10的焦軸A沿東西方向設(shè)置，并與基準安裝面C 平行。所述光反射拋物面板10是可以通過轉(zhuǎn)動跟蹤太陽光線的活動式光反射拋物面板，其轉(zhuǎn) 動結(jié)構(gòu)將在下面加以描述。如圖4A、圖4B所示，在每個光反射拋物面板10的焦軸A (虛擬軸)的鄰近區(qū)域設(shè)有一個 小光反射橢圓面板20，其長度可無限延長，寬度則根據(jù)所使用的場合及制造精度確定。在小 光反射橢圓面板20的其中一個側(cè)面鍍有反光材料，形成用于反射太陽光的反射鏡面。該小光 反射橢圓面板20尺寸較光反射拋物面板10小得多，其大小僅為光反射拋物面板10大小的十分 之一至三十分之一。該小光反射橢圓面板20為固定式光反射橢圓面板，每個小光反射橢圓面 板20各具有兩個焦軸，其中一個焦軸分別與其對應(yīng)的各光反射拋物面板10的焦軸A重合，多 個小光反射橢圓面板的另一個焦軸B重合，即多個小光反射橢圓面板反射的光線均聚焦到同 一焦軸B。如圖2及圖3A、圖3B所示，由于各個小光反射橢圓面板20的一個焦軸與光反射拋物 面板10的焦軸A (虛擬軸)重合，使得光反射拋物面板10將太陽光經(jīng)焦軸A反射到小光反射橢 圓面板20的光反射面上，各小光反射橢圓面板20再將太陽光反射到光熱轉(zhuǎn)換管30。如圖2， 在所述小光反射橢圓面板20的另一個焦軸B設(shè)有與光反射拋物面板10的焦軸平行的光熱轉(zhuǎn)換 管30。該光熱轉(zhuǎn)換管接收多個小光反射橢圓面板20反射的太陽光，并將光能轉(zhuǎn)換成熱能，產(chǎn) 生蒸汽而發(fā)電。多個小光反射橢圓面板20的兩端固定于兩端板103上。所述光反射拋物面板10為可轉(zhuǎn)動光反射拋物面板，多個光反射拋物面板10與太陽光線跟 蹤裝置(圖中未示出)相連，所述太陽光線跟蹤裝置可選擇通用太陽光線跟蹤裝置。多個光 反射拋物面板10可在太陽光線跟蹤裝置控制下繞光反射拋物面板10的焦軸A轉(zhuǎn)動，使其軸平6面E始終與太陽光線平行。光反射拋物面板10的轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu)如圖1、圖4A、圖4B所示，多個光反 射拋物面板10之間通過連桿40鉸接，且其中一個光反射拋物面板上設(shè)有一驅(qū)動機構(gòu)50，該驅(qū) 動機構(gòu)50包括蝸輪齒條51、蝸桿52、步進電機53，其中，蝸輪齒條51是一段弧形齒條，它固 定于支撐桿12上，本例中，在每個光反射拋物面板10的寬度方向的兩端各固定有一個支撐桿 12，支撐桿12的另一端固接于轉(zhuǎn)軸11上。步進電機53固定于底板101上。蝸桿52連接于步進 電機53的輸出軸上，步進電機53則與太陽光線跟蹤裝置相連。該驅(qū)動機構(gòu)50根據(jù)太陽光線跟 蹤裝置的控制信號驅(qū)動其中一個光反射拋物面板10轉(zhuǎn)動，并通過連桿40帶動其它光反射拋物 面板10同步轉(zhuǎn)動，使其軸平面始終與太陽光線平行。如圖4A、圖4B，沿基準安裝面C設(shè)置的多個光反射拋物面板10分別繞各自兩端的同軸線 轉(zhuǎn)軸11轉(zhuǎn)動，該轉(zhuǎn)軸的中心線與所述焦軸A重合，轉(zhuǎn)軸11可轉(zhuǎn)動地連接于光反射拋物面板10 兩端的端板103上，多個光反射拋物面板10各通過兩端的支撐桿12連接到轉(zhuǎn)軸11上。如圖l、圖2所示，為防止灰塵及風(fēng)吹雨淋，以延長使用壽命并減少維護，該裝置還設(shè)有 一個由底板IOI、與底板平行的透明頂板102及與所述底板和頂板垂直的兩端板103、兩側(cè)板 104圍合而成的板狀箱體100，其中，兩端板103的內(nèi)表面為反光面，多個光反射拋物面板IO 及小光反射橢圓面板20裝在箱體內(nèi)，小光反射橢圓面板20的兩端固定于端板103上。本發(fā)明的工作原理如圖2、圖3A、圖3B所示，由于地球的地軸與其公轉(zhuǎn)平面有一個夾角，導(dǎo) 致陽光在每天及每月的不同時間在南北方向的入射角均不同，在一年內(nèi)陽光的南北方向的入 射角的最大偏差為地軸傾角的四倍，由于多個光反射拋物面板IO、多個小光反射橢圓面板 20及光熱轉(zhuǎn)換管30呈沿東西方向設(shè)置。當太陽光線照射到多個光反射拋物面板10時，多個光 反射拋物面板10在太陽光線跟蹤裝置的控制下轉(zhuǎn)動到合適位置，使得光反射拋物面板10的軸 平面E與太陽光線平行，將光線匯集到光反射拋物面板10與小光反射橢圓面板20的公共焦軸A 上，并到達多個小光反射橢圓面板20的光反射面上。由光學(xué)幾何原理可知，經(jīng)公共焦軸A的 光線到達小光反射橢圓面板20的光反射面上的光一定會通過其另一焦軸B，因而照射到光反 射拋物面的光線必然會聚焦到重合焦軸B以及裝在焦軸B處的光熱轉(zhuǎn)換管30上。
權(quán)利要求
1.一種可跟蹤太陽光線的多拋物面聚焦裝置，其特征在于，它包括多個按軸平面平行排列的可轉(zhuǎn)動光反射拋物面板(10)，在每個光反射拋物面板(10)的焦軸的鄰近區(qū)域設(shè)有一個共焦軸的固定不動的尺寸小于光反射拋物面板(10)的小光反射橢圓面板(20)，各小光反射橢圓面板的一個焦軸分別與其對應(yīng)的各光反射拋物面板(10)的焦軸A重合，多個小光反射橢圓面板的另一個焦軸B重合。
2 如權(quán)利要求l所述的可跟蹤太陽光線的多拋物面聚焦裝置，其特征 在于，所述小光反射橢圓面板(20)的尺寸為光反射拋物面板(10)尺寸的十分之一至三十 分之一。
3 如權(quán)利要求2所述的可跟蹤太陽光線的多拋物面聚焦裝置，其特征 在于，在所述焦軸B處設(shè)有與光反射拋物面板(10)的焦軸平行的光熱轉(zhuǎn)換管(30)。
4 如權(quán)利要求l所述的可跟蹤太陽光線的多拋物面聚焦裝置，其特征 在于，所述的多個光反射拋物面板(10)與太陽光線跟蹤裝置相連，并在太陽光線跟蹤裝置 控制下繞光反射拋物面板(10)的焦軸A轉(zhuǎn)動，使其軸平面始終與太陽光線平行。
5 如權(quán)利要求l所述的可跟蹤太陽光線的多拋物面聚焦裝置，其特征 在于，所述多個光反射拋物面板(10)沿基準安裝面C排列，基準安裝面C與水平面D之間的 傾角為al， al為太陽能聚光裝置所在位置的緯度，所述基準安裝面C在南半球向北傾斜， 在北半球則向南傾斜。
6 如權(quán)利要求l所述的可跟蹤太陽光線的多拋物面聚焦裝置，其特征 在于，沿基準安裝面C設(shè)置的各光反射拋物面板(10)的焦軸A沿東西方向設(shè)置，并與基準安 裝面C平行。
7. 如權(quán)利要求l所述的可跟蹤太陽光線的多拋物面聚焦裝置，其特征 在于，沿基準安裝面C設(shè)置的各光反射拋物面板(10)之間通過連桿(40)鉸接，且其中一 個光反射拋物面板上設(shè)有一驅(qū)動機構(gòu)(50)，該驅(qū)動機構(gòu)與太陽光線跟蹤裝置相連，該驅(qū)動 機構(gòu)(50)根據(jù)太陽光線跟蹤裝置的控制信號驅(qū)動其中一個光反射拋物面板(10)轉(zhuǎn)動，并 通過連桿(40)帶動其它光反射拋物面板(10)同步轉(zhuǎn)動，使其軸平面始終與太陽光線平行
8. 如權(quán)利要求l所述的可跟蹤太陽光線的多拋物面聚焦裝置，其特征 在于，該裝置還設(shè)有一個由底板(101)、與底板平行的透明頂板(102)及與所述底板和頂 板垂直的兩端板(103)、兩側(cè)板(104)圍合而成的板狀箱體(100)，其中，兩端板(103 )的內(nèi)表面為反光面，多個光反射拋物面板(10)及小光反射橢圓面板(20)裝在箱體內(nèi)， 小光反射橢圓面板(20)的兩端固定于端板(103)上。
9. 如權(quán)利要求l所述的可跟蹤太陽光線的多拋物面聚焦裝置，其特征 在于，沿基準安裝面C設(shè)置的多個光反射拋物面板(10)分別繞各自兩端的同軸線轉(zhuǎn)軸(11 )轉(zhuǎn)動，該轉(zhuǎn)軸的中心線與所述焦軸A重合，轉(zhuǎn)軸(11)可轉(zhuǎn)動地連接于光反射拋物面板( 10)兩端的端板(103)上，多個光反射拋物面板(10)各通過兩端的支撐桿(12)連接到 轉(zhuǎn)軸(11)上。
10. 如權(quán)利要求8所述的可跟蹤太陽光線的多拋物面聚焦裝置，其特 征在于，所述驅(qū)動機構(gòu)(50)包括蝸輪齒條(51)、蝸桿(52)、步進電機(53)，其中， 蝸輪齒條(51)固定于支撐桿(12)上，步進電機(53)固定于底板(101)上，蝸桿(52 )連接于步進電機(53)的輸出軸上。
全文摘要
一種可跟蹤太陽光線的多拋物面聚焦裝置，該裝置包括多個按軸平面平行排列的可轉(zhuǎn)動光反射拋物面板，在每個光反射拋物面板的焦軸的鄰近區(qū)域設(shè)有一個共焦軸的固定不動的尺寸小于光反射拋物面板的小光反射橢圓面板，各小光反射橢圓面板的一個焦軸分別與其對應(yīng)的各光反射拋物面板的焦軸A重合，多個小光反射橢圓面板的另一個焦軸B重合。在焦軸B處設(shè)有與光反射拋物面板的焦軸平行的光熱轉(zhuǎn)換管。多個光反射拋物面板與太陽光線跟蹤裝置相連，并在太陽光線跟蹤裝置控制下繞光反射拋物面板的焦軸轉(zhuǎn)動，使其軸平面始終與太陽光線平行。本發(fā)明無需復(fù)雜的管路及高塔，可將多個光反射拋物面板的光能聚焦，實現(xiàn)了大范圍的太陽能聚焦，因而成本低，光熱轉(zhuǎn)換效率高，易于實施。
文檔編號F24J2/46GK101629766SQ20091030253
公開日2010年1月20日 申請日期2009年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月22日
發(fā)明者肖立峰 申請人:肖立峰