专利名称：可跟踪太阳光线的多抛物面聚焦装置的制作方法
可跟踪太阳光线的多抛物面聚焦装置技术领域：
本发明涉及太阳能装置，特别是涉及一种可跟踪太阳光线的多抛物面聚焦装置。背景技术：
众所周知，太阳能是取之不尽，用之不竭，但人们尚未能大规模利用的重要能源。 随着煤、石油、天然气等化石能源的减少及价格的不断上涨，人类直接从太阳能中获取能量 已变得越来越重要。目前已有各种各样的太阳能利用设备被使用，如光电转换及光热转换设 备等。在较大型的太阳能聚光设备中， 一种为槽式系统，另一种为塔式系统。其中，槽式系 统是由多个槽式光反射抛物面板构成，其缺陷在于每个槽式光反射抛物面板焦点上均设有光 热转换管，并须通过复杂的管网连接，因此制作成本高，可靠性差，光热转换效率低。塔式 系统是由一高塔和一个巨大光反射抛物面板构成，该光反射抛物面板可随太阳光线转动，将 太阳光聚焦到塔顶的光热转换装置上，其缺陷在于如要获得大面积的太阳光能时，其立体几 何尺寸巨大，结构复杂，造价高。
发明内容本发明旨在解决现有技术的不足，而提供一种无需复杂的管路，无需高塔，可将多 个照射到光反射抛物面板的阳光聚焦，因而成本低，光热转换效率高，易于实施的可跟踪太 阳光线的多抛物面聚焦装置。为实现上述目的，本发明提供一种可跟踪太阳光线的多抛物面聚焦装置，该装置包 括多个按轴平面平行排列的可转动光反射抛物面板，在每个光反射抛物面板的焦轴的邻近区 域设有一个共焦轴的固定不动的尺寸小于光反射抛物面板的小光反射椭圆面板，各小光反射 椭圆面板的一个焦轴分别与其对应的各光反射抛物面板的焦轴A重合，多个小光反射椭圆面 板的另一个焦轴B重合。小光反射椭圆面板的尺寸为光反射抛物面板尺寸的十分之一至三十分之一。 在所述焦轴B处设有与光反射抛物面板的焦轴平行的光热转换管。多个光反射抛物面板与太阳光线跟踪装置相连，并在太阳光线跟踪装置控制下绕光反射 抛物面板的焦轴A转动，使其轴平面始终与太阳光线平行。多个光反射抛物面板沿基准安装面C排列，基准安装面C与水平面D之间的倾角为(M， a l为太阳能聚光装置所在位置的纬度，所述基准安装面C在南半球向北倾斜，在北半球则向南 倾斜。沿基准安装面C设置的各光反射抛物面板的焦轴A沿东西方向设置，并与基准安装面C平行。沿基准安装面C设置的各光反射抛物面板之间通过连杆铰接，且其中一个光反射抛物面 板上设有一驱动机构，该驱动机构与太阳光线跟踪装置相连，该驱动机构根据太阳光线跟踪 装置的控制信号驱动其中一个光反射抛物面板转动，并通过连杆带动其它光反射抛物面板同 步转动，使其轴平面始终与太阳光线平行。该装置还设有一个由底板、与底板平行的透明顶板及与所述底板和顶板垂直的两端板、 两侧板围合而成的板状箱体，其中，两端板的内表面为反光面，多个光反射抛物面板及小光 反射椭圆面板装在箱体内，小光反射椭圆面板的两端固定于端板上。沿基准安装面C设置的多个光反射抛物面板分别绕各自两端的同轴线转轴转动，该转轴 的中心线与所述焦轴A重合，转轴可转动地连接于光反射抛物面板两端的端板上，多个光反 射抛物面板各通过两端的支撑杆连接到转轴上。驱动机构包括蜗轮齿条、蜗杆、步进电机，其中，蜗轮齿条固定于支撑杆上，步进电机 固定于底板上，蜗杆连接于步进电机的输出轴上。本发明的贡献在于，它有效克服了传统槽式系统和塔式系统的缺陷。由于设置了与光反 射抛物面板相对的尺寸小得多的小光反射椭圆面板，可将多个光反射抛物面板的光能聚焦， 可实现大面积太阳光聚焦，而无需复杂的管路和高塔，因而大大降低了制作成本。并由于以 多个小抛物面实现了大面积太阳光聚焦，因而提高了光热或光电转换效率。由于本发明的装 置为板状结构，因而可根据不同的地形灵活设置，因此制造和安装方便，易于实施。又因光 反射面及转动部件均密封在板状体内部，不易受环境因素的损害，因而寿命长，维护工作量 少。
图l是本发明结构透视图。 图2是本发明的整体结构示意图。图3是本发明的光路原理图，其中，图3A为单元光路示意图，图3B为图3A的H部放大图。 图4为局部放大图，其中，图4A为图1的F部放大图，图4B为图4A的G部放大图。
具体实施方式参阅图l、图2，本发明的可跟踪太阳光线的多抛物面聚焦装置包括多个光反射抛物面板 10、与之对应的多个小光反射椭圆面板20、光热转换管30、连杆40、驱动机构50及箱体100所述光反射抛物面板10是由玻璃、有机玻璃或塑料制成的光反射抛物面形的板状体，其 长度可无限延长，宽度则根据所使用的场合确定。在光反射抛物面板的其中一个侧面镀有反 光材料，形成用于反射太阳光的反射镜面。图l、图2中，多个光反射抛物面板10沿基准安装 面C排列，光反射抛物面板10的长度可根据需要无限延长。本实施例中，多个光反射抛物面 板10分别沿基准安装面C排列，各光反射抛物面板10的轴平面相平行。所述基准安装面C相对 于水平面的角度是不同的。具体地说，基准安装面C与水平面D之间的倾角为(M， (^为太阳 能聚光装置所在位置的纬度，所述基准安装面C在南半球向北倾斜，在北半球则向南倾斜。 沿上述基准安装面C设置的各光反射抛物面板10的焦轴A沿东西方向设置，并与基准安装面C 平行。所述光反射抛物面板10是可以通过转动跟踪太阳光线的活动式光反射抛物面板，其转 动结构将在下面加以描述。如图4A、图4B所示，在每个光反射抛物面板10的焦轴A (虚拟轴)的邻近区域设有一个 小光反射椭圆面板20，其长度可无限延长，宽度则根据所使用的场合及制造精度确定。在小 光反射椭圆面板20的其中一个侧面镀有反光材料，形成用于反射太阳光的反射镜面。该小光 反射椭圆面板20尺寸较光反射抛物面板10小得多，其大小仅为光反射抛物面板10大小的十分 之一至三十分之一。该小光反射椭圆面板20为固定式光反射椭圆面板，每个小光反射椭圆面 板20各具有两个焦轴，其中一个焦轴分别与其对应的各光反射抛物面板10的焦轴A重合，多 个小光反射椭圆面板的另一个焦轴B重合，即多个小光反射椭圆面板反射的光线均聚焦到同 一焦轴B。如图2及图3A、图3B所示，由于各个小光反射椭圆面板20的一个焦轴与光反射抛物 面板10的焦轴A (虚拟轴)重合，使得光反射抛物面板10将太阳光经焦轴A反射到小光反射椭 圆面板20的光反射面上，各小光反射椭圆面板20再将太阳光反射到光热转换管30。如图2， 在所述小光反射椭圆面板20的另一个焦轴B设有与光反射抛物面板10的焦轴平行的光热转换 管30。该光热转换管接收多个小光反射椭圆面板20反射的太阳光，并将光能转换成热能，产 生蒸汽而发电。多个小光反射椭圆面板20的两端固定于两端板103上。所述光反射抛物面板10为可转动光反射抛物面板，多个光反射抛物面板10与太阳光线跟 踪装置(图中未示出)相连，所述太阳光线跟踪装置可选择通用太阳光线跟踪装置。多个光 反射抛物面板10可在太阳光线跟踪装置控制下绕光反射抛物面板10的焦轴A转动，使其轴平6面E始终与太阳光线平行。光反射抛物面板10的转动结构如图1、图4A、图4B所示，多个光反 射抛物面板10之间通过连杆40铰接，且其中一个光反射抛物面板上设有一驱动机构50，该驱 动机构50包括蜗轮齿条51、蜗杆52、步进电机53，其中，蜗轮齿条51是一段弧形齿条，它固 定于支撑杆12上，本例中，在每个光反射抛物面板10的宽度方向的两端各固定有一个支撑杆 12，支撑杆12的另一端固接于转轴11上。步进电机53固定于底板101上。蜗杆52连接于步进 电机53的输出轴上，步进电机53则与太阳光线跟踪装置相连。该驱动机构50根据太阳光线跟 踪装置的控制信号驱动其中一个光反射抛物面板10转动，并通过连杆40带动其它光反射抛物 面板10同步转动，使其轴平面始终与太阳光线平行。如图4A、图4B，沿基准安装面C设置的多个光反射抛物面板10分别绕各自两端的同轴线 转轴11转动，该转轴的中心线与所述焦轴A重合，转轴11可转动地连接于光反射抛物面板10 两端的端板103上，多个光反射抛物面板10各通过两端的支撑杆12连接到转轴11上。如图l、图2所示，为防止灰尘及风吹雨淋，以延长使用寿命并减少维护，该装置还设有 一个由底板IOI、与底板平行的透明顶板102及与所述底板和顶板垂直的两端板103、两侧板 104围合而成的板状箱体100，其中，两端板103的内表面为反光面，多个光反射抛物面板IO 及小光反射椭圆面板20装在箱体内，小光反射椭圆面板20的两端固定于端板103上。本发明的工作原理如图2、图3A、图3B所示，由于地球的地轴与其公转平面有一个夹角，导 致阳光在每天及每月的不同时间在南北方向的入射角均不同，在一年内阳光的南北方向的入 射角的最大偏差为地轴倾角的四倍，由于多个光反射抛物面板IO、多个小光反射椭圆面板 20及光热转换管30呈沿东西方向设置。当太阳光线照射到多个光反射抛物面板10时，多个光 反射抛物面板10在太阳光线跟踪装置的控制下转动到合适位置，使得光反射抛物面板10的轴 平面E与太阳光线平行，将光线汇集到光反射抛物面板10与小光反射椭圆面板20的公共焦轴A 上，并到达多个小光反射椭圆面板20的光反射面上。由光学几何原理可知，经公共焦轴A的 光线到达小光反射椭圆面板20的光反射面上的光一定会通过其另一焦轴B，因而照射到光反 射抛物面的光线必然会聚焦到重合焦轴B以及装在焦轴B处的光热转换管30上。
权利要求
1.一种可跟踪太阳光线的多抛物面聚焦装置，其特征在于，它包括多个按轴平面平行排列的可转动光反射抛物面板(10)，在每个光反射抛物面板(10)的焦轴的邻近区域设有一个共焦轴的固定不动的尺寸小于光反射抛物面板(10)的小光反射椭圆面板(20)，各小光反射椭圆面板的一个焦轴分别与其对应的各光反射抛物面板(10)的焦轴A重合，多个小光反射椭圆面板的另一个焦轴B重合。
2 如权利要求l所述的可跟踪太阳光线的多抛物面聚焦装置，其特征 在于，所述小光反射椭圆面板(20)的尺寸为光反射抛物面板(10)尺寸的十分之一至三十 分之一。
3 如权利要求2所述的可跟踪太阳光线的多抛物面聚焦装置，其特征 在于，在所述焦轴B处设有与光反射抛物面板(10)的焦轴平行的光热转换管(30)。
4 如权利要求l所述的可跟踪太阳光线的多抛物面聚焦装置，其特征 在于，所述的多个光反射抛物面板(10)与太阳光线跟踪装置相连，并在太阳光线跟踪装置 控制下绕光反射抛物面板(10)的焦轴A转动，使其轴平面始终与太阳光线平行。
5 如权利要求l所述的可跟踪太阳光线的多抛物面聚焦装置，其特征 在于，所述多个光反射抛物面板(10)沿基准安装面C排列，基准安装面C与水平面D之间的 倾角为al， al为太阳能聚光装置所在位置的纬度，所述基准安装面C在南半球向北倾斜， 在北半球则向南倾斜。
6 如权利要求l所述的可跟踪太阳光线的多抛物面聚焦装置，其特征 在于，沿基准安装面C设置的各光反射抛物面板(10)的焦轴A沿东西方向设置，并与基准安 装面C平行。
7. 如权利要求l所述的可跟踪太阳光线的多抛物面聚焦装置，其特征 在于，沿基准安装面C设置的各光反射抛物面板(10)之间通过连杆(40)铰接，且其中一 个光反射抛物面板上设有一驱动机构(50)，该驱动机构与太阳光线跟踪装置相连，该驱动 机构(50)根据太阳光线跟踪装置的控制信号驱动其中一个光反射抛物面板(10)转动，并 通过连杆(40)带动其它光反射抛物面板(10)同步转动，使其轴平面始终与太阳光线平行
8. 如权利要求l所述的可跟踪太阳光线的多抛物面聚焦装置，其特征 在于，该装置还设有一个由底板(101)、与底板平行的透明顶板(102)及与所述底板和顶 板垂直的两端板(103)、两侧板(104)围合而成的板状箱体(100)，其中，两端板(103 )的内表面为反光面，多个光反射抛物面板(10)及小光反射椭圆面板(20)装在箱体内， 小光反射椭圆面板(20)的两端固定于端板(103)上。
9. 如权利要求l所述的可跟踪太阳光线的多抛物面聚焦装置，其特征 在于，沿基准安装面C设置的多个光反射抛物面板(10)分别绕各自两端的同轴线转轴(11 )转动，该转轴的中心线与所述焦轴A重合，转轴(11)可转动地连接于光反射抛物面板( 10)两端的端板(103)上，多个光反射抛物面板(10)各通过两端的支撑杆(12)连接到 转轴(11)上。
10. 如权利要求8所述的可跟踪太阳光线的多抛物面聚焦装置，其特 征在于，所述驱动机构(50)包括蜗轮齿条(51)、蜗杆(52)、步进电机(53)，其中， 蜗轮齿条(51)固定于支撑杆(12)上，步进电机(53)固定于底板(101)上，蜗杆(52 )连接于步进电机(53)的输出轴上。
全文摘要
一种可跟踪太阳光线的多抛物面聚焦装置，该装置包括多个按轴平面平行排列的可转动光反射抛物面板，在每个光反射抛物面板的焦轴的邻近区域设有一个共焦轴的固定不动的尺寸小于光反射抛物面板的小光反射椭圆面板，各小光反射椭圆面板的一个焦轴分别与其对应的各光反射抛物面板的焦轴A重合，多个小光反射椭圆面板的另一个焦轴B重合。在焦轴B处设有与光反射抛物面板的焦轴平行的光热转换管。多个光反射抛物面板与太阳光线跟踪装置相连，并在太阳光线跟踪装置控制下绕光反射抛物面板的焦轴转动，使其轴平面始终与太阳光线平行。本发明无需复杂的管路及高塔，可将多个光反射抛物面板的光能聚焦，实现了大范围的太阳能聚焦，因而成本低，光热转换效率高，易于实施。
文档编号F24J2/46GK101629766SQ20091030253
公开日2010年1月20日 申请日期2009年5月22日 优先权日2009年5月22日
发明者肖立峰 申请人:肖立峰