專利名稱：一種雙焦斑兩用太陽爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太陽能，特別是利用太陽能的一種雙焦斑兩用太陽爐。
背景技術(shù)：
太陽爐等集熱器一般用單個(gè)焦斑的拋物面反 射鏡作為聚光器，接收器放置在聚光鏡的焦點(diǎn)上一起運(yùn)動(dòng)，進(jìn)行一次或二次聚光獲得熱能；因入射光線角度的變化會(huì)造成不同程度的像差，影響了焦斑的大小、形狀及收集功率，故通過雙軸或單軸驅(qū)動(dòng)跟蹤的方式跟蹤太陽，保證太陽光的入射方向與主光軸平行，雖然修正了因太陽與地球運(yùn)動(dòng)造成的像差，但因接收器的鏡面遮擋與自身重力的限制，實(shí)現(xiàn)大功率太陽爐的成本劇增，因而同樣受到限制。上述聚光集熱系統(tǒng)中采用的各種跟蹤方式，目的就是為了修正因太陽與地球的運(yùn)動(dòng)使單個(gè)焦點(diǎn)的聚光鏡產(chǎn)生巨大的像差，到達(dá)聚光集熱的目的，具有很好代表性的技術(shù)專利如下專利號(hào)ZL200610017032. 8號(hào)專利公開了一種地軸式太陽能聚光器，由過去的雙
軸跟蹤結(jié)構(gòu)改變?yōu)閱屋S跟蹤結(jié)構(gòu)，降低了跟蹤結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性。專利號(hào)ZL200810213419. X.號(hào)專利公開了一種采用自旋-仰角跟蹤方式的太陽爐，其發(fā)明內(nèi)容是通過采光鏡面自旋，同時(shí)調(diào)整鏡面仰角的方式來實(shí)現(xiàn)定日鏡的運(yùn)動(dòng)跟蹤，后通過二次聚光實(shí)現(xiàn)高溫，其技術(shù)核心是定日鏡是由多片可以調(diào)整入射光角度的子鏡構(gòu)成，其聚光鏡面型可采用平面鏡、球面鏡、或高次曲面反射鏡等；該成果使跟蹤系統(tǒng)更加簡潔，聚光性能更好。上述不同類型的單焦斑太陽爐，很好的避免太陽與地球運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的像散現(xiàn)象，但跟蹤系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)部件較多，同時(shí)還需要較高的運(yùn)行精度、抗風(fēng)強(qiáng)度等功能，無法繼續(xù)簡化結(jié)構(gòu)，生產(chǎn)成本高，維護(hù)費(fèi)用高，且不能充分利用太陽能，其使用受到限制。因此，太陽能爐灶上的改進(jìn)和創(chuàng)新勢在必行。
發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述情況，為克服現(xiàn)有技術(shù)之缺陷，本發(fā)明之目的就是提供一種雙焦斑兩用太陽爐，可有效解決設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，生產(chǎn)成本高，維護(hù)費(fèi)用高，且不能充分利用太陽能的問題。本發(fā)明解決的技術(shù)方案是，包括支架、定日鏡、聚光鏡和吸熱爐，定日鏡裝在支架上，定日鏡為雙焦斑聚光定日鏡，支架的上沿、下沿上裝有調(diào)節(jié)定日鏡朝向太陽方位的拉線，拉線經(jīng)拉線輪與調(diào)整手柄相連，調(diào)整手柄裝在定日鏡后部的支架上，吸熱爐為兩用吸熱爐，吸熱爐下部經(jīng)滑輪裝在運(yùn)動(dòng)軌道上，沿軌道進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，吸熱爐朝向定日鏡反光面呈開口狀，開口后部在箱體內(nèi)裝有二次的聚光鏡，二次的聚光鏡置于雙焦斑聚光定日鏡聚光在兩用吸熱爐內(nèi)焦點(diǎn)形成的焦斑上，使二次的聚光鏡聚焦在兩用吸熱爐內(nèi)上部裝的吸熱盤體的下底面上，加熱吸熱盤體，吸熱盤體上裝有同盤體內(nèi)相連通且伸出吸熱爐殼體外的進(jìn)出水管道，焦斑中心與定日鏡下沿在同一水平面上，所述的雙焦班聚光定日鏡是指上午太陽光經(jīng)聚焦通過朝向定日鏡反光面的吸熱爐開口在吸熱爐內(nèi)形成第一焦斑，下午通過在運(yùn)動(dòng)軌道上移動(dòng)吸熱爐，使下午太陽光經(jīng)聚焦通過朝向定日鏡反光面的吸熱爐開口在吸熱爐內(nèi)形成第二焦斑，構(gòu)成雙焦斑加熱結(jié)構(gòu)。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，新穎獨(dú)特，成本低，易安裝使用，上下午均可有效利用太陽能，使用效果好，是太陽爐灶上的創(chuàng)新。
圖I為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)立體主視圖(吸熱爐的虛線部分為下午吸熱爐在運(yùn)動(dòng)軌道上 滑動(dòng)后所處的位置)。圖2為本發(fā)明的吸熱盤體結(jié)構(gòu)立體圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作詳細(xì)說明。由圖1、2所示，本發(fā)明包括支架、定日鏡、聚光鏡和吸熱爐，定日鏡I裝在支架2上，定日鏡為雙焦斑聚光定日鏡，支架的上沿B、下沿A上裝有調(diào)節(jié)定日鏡朝向太陽方位的拉線4，拉線經(jīng)拉線輪5與調(diào)整手柄3相連，調(diào)整手柄裝在定日鏡I后部的支架上，吸熱爐為兩用吸熱爐，吸熱爐下部經(jīng)滑輪裝在運(yùn)動(dòng)軌道6上，沿軌道進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，吸熱爐朝向定日鏡反光面呈開口狀，開口后部在吸熱爐的殼體7內(nèi)裝有二次的聚光鏡8，二次的聚光鏡置于雙焦斑聚光定日鏡聚光在吸熱爐內(nèi)焦點(diǎn)形成的第一焦斑a中心區(qū)上，使二次的聚光鏡聚焦在吸熱爐內(nèi)上部裝的吸熱盤體9的下底面上，加熱吸熱盤體，吸熱盤體上裝有同盤體內(nèi)相連通且伸出吸熱爐殼體外的進(jìn)出水管道10，焦斑中心與定日鏡下沿在同一水平面上，所述的雙焦班聚光定日鏡是指上午太陽光經(jīng)聚焦通過朝向定日鏡反光面的吸熱爐開口在吸熱爐內(nèi)形成第一焦斑a中心區(qū)，下午通過在運(yùn)動(dòng)軌道上移動(dòng)吸熱爐，使下午太陽光經(jīng)聚焦通過朝向定日鏡反光面的吸熱爐開口在吸熱爐內(nèi)形成第二焦斑b中心區(qū)，構(gòu)成雙焦斑加熱結(jié)構(gòu)。為了保證使用效果，所述的雙焦斑聚光定日鏡具有兩個(gè)焦斑區(qū)及像散校正功能(即光線入射角在一定范圍內(nèi)對(duì)光斑能量影響較小)，弱化了太陽入射角變化對(duì)焦斑尺寸及熱流密度的影響，簡化了跟蹤系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，使上午與下午兩個(gè)不同方向的光線分別交叉匯聚到中心軸兩端的焦斑中心區(qū)，其光學(xué)反射曲面是超環(huán)面、自由曲面、雙圓錐系數(shù)曲面或橢球面斜截面的一種，其中①雙焦斑面型的超環(huán)面母線方程的定義如下(含與此方程等效的其它數(shù)學(xué)表達(dá)式)* = _ ~-+ ai-v" + ai7* + 3/ + J* + J*'0 + + 公式。o 0
I + I - ( I + AjC J"式①中c是Y-Z平面內(nèi)曲線曲率半徑的倒數(shù)，k表示圓錐系數(shù)，取值范圍_l〈k〈0與k>0, aia2a3…為高次非球面系數(shù)，y表示入射光線在非球面上的高度；②雙焦斑面型的自由曲面表達(dá)式定義如下(含與此方程等效的其它數(shù)學(xué)表達(dá)式)
R:1 = (/- ZR)/ 11 + \； I j —( I+Jt1)(iiR) } + S Clj Wi1 表達(dá)式。。。②
式②中等號(hào)右端第一部分是球面部分，k:是二次項(xiàng)系數(shù)，取值范圍-Kk1W與kAOA是非球面基礎(chǔ)曲率半徑，r是非球面口徑內(nèi)任一點(diǎn)到頂點(diǎn)的距離；第二部分表示自由曲面，Cij是自由曲面的歸一化系數(shù)，i和j是x，y方向坐標(biāo)的冪指數(shù)項(xiàng)，Xl、yi是局部面型尺寸坐標(biāo)；③雙焦斑面型的雙圓錐系數(shù)曲面方程的定義如下(含與此方程等效的其它數(shù)學(xué)表達(dá)式)
權(quán)利要求
1.一種雙焦斑兩用太陽爐，包括支架、定日鏡、聚光鏡和吸熱爐，其特征在于，定日鏡(I)裝在支架(2)上，定日鏡為雙焦斑聚光定日鏡，支架的上沿(B)、下沿(A)上裝有調(diào)節(jié)定日鏡朝向太陽方位的拉線(4)，拉線經(jīng)拉線輪(5)與調(diào)整手柄(3)相連，調(diào)整手柄裝在定日鏡(I)后部的支架上，吸熱爐為兩用吸熱爐，吸熱爐下部經(jīng)滑輪裝在運(yùn)動(dòng)軌道(6)上，沿軌道進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，吸熱爐朝向定日鏡反光面呈開口狀，開口后部在吸熱爐的殼體(7)內(nèi)裝有二次的聚光鏡(8)，二次的聚光鏡置于雙焦斑聚光定日鏡聚光在吸熱爐內(nèi)焦點(diǎn)形成的第一焦斑(a)中心區(qū)上，使二次的聚光鏡聚焦在吸熱爐內(nèi)上部裝的吸熱盤體(9)的下底面上，加熱吸熱盤體，吸熱盤體上裝有同盤體內(nèi)相連通且伸出吸熱爐殼體外的進(jìn)出水管道(10)，焦斑中心與定日鏡下沿在同一水平面上，所述的雙焦班聚光定日鏡是指上午太陽光經(jīng)聚焦通過朝向定日鏡反光面的吸熱爐開口在吸熱爐內(nèi)形成第一焦斑(a)中心區(qū)，下午通過在運(yùn)動(dòng)軌道上移動(dòng)吸熱爐，使下午太陽光經(jīng)聚焦通過朝向定日鏡反光面的吸熱爐開口在吸熱爐內(nèi)形成第二焦斑(b)中心區(qū)，構(gòu)成雙焦斑加熱結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的雙焦斑兩用太陽爐，其特征在于，所述的雙焦斑聚光定日鏡具有兩個(gè)焦斑區(qū)及像散校正功能，弱化了太陽入射角變化對(duì)焦斑尺寸及熱流密度的影響，簡化了跟蹤系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，使上午與下午兩個(gè)不同方向的光線分別交叉匯聚到中心軸兩端的焦斑中心區(qū)，其光學(xué)反射曲面是超環(huán)面、自由曲面、雙圓錐系數(shù)曲面或橢球面斜截面的一種，其中 ①雙焦斑面型的超環(huán)面母線方程的定義如下 2 ^ ^ :=—' —--f ’二、+ .r~ + 2)—4 ^ + 化/ + . ‘少1- + 公式 (I) I 4- V71 - (I + kh'y— 式①中c是Y-Z平面內(nèi)曲線曲率半徑的倒數(shù)，k表示圓錐系數(shù)，取值范圍_l〈k〈0與k>0，aia2a3…為高次非球面系數(shù)，y表示入射光線在非球面上的高度； ②雙焦斑面型的自由曲面表達(dá)式定義如下R ^. rI-，......%I I :1=(r I I + \； {I —(I +h)(HR) } +2- (-,J -VI .Y1 表達(dá)式。。。② # 式②中等號(hào)右端第一部分是球面部分，k:是二次項(xiàng)系數(shù)，取值范圍-Kk^O與匕>0，R是非球面基礎(chǔ)曲率半徑，r是非球面口徑內(nèi)任一點(diǎn)到頂點(diǎn)的距離；第二部分表示自由曲面，Cij是自由曲面的歸一化系數(shù)，i和j是x，y方向坐標(biāo)的冪指數(shù)項(xiàng)，Xl、yi是局部面型尺寸坐標(biāo)； ③雙焦斑面型的雙圓錐系數(shù)曲面方程的定義如下 ￡%=-........................................................................................................................................................................................................'上......^.........................................................................................................................................................—從=(^)I ''丨 V/1 - (I . k,- - ( I '4 Xlv; 式③中Cx與Cy它們分別為X與y方向的基準(zhǔn)球面曲率半徑的倒數(shù)；kx與ky分別是X與I方向的錐面度，取值范圍-KkZO與Ic1X) ;x2、y2是局部面型尺寸坐標(biāo)； ④雙焦斑面型的橢球面方程定義如下Cfl 3=公式。。。④ 式④中C是Y-Z平面內(nèi)曲線曲率半徑的倒數(shù)，k3表示圓錐系數(shù)，取值范圍_l〈k3〈0與k3>0, y3表示入射光線在非球面上的高度。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的雙焦斑兩用太陽爐，其特征在于，所述的吸熱爐其結(jié)構(gòu)是，殼體朝向定日鏡方向的側(cè)面上開有進(jìn)光口，進(jìn)光口內(nèi)有焦斑區(qū)，焦斑區(qū)上裝有可聚焦于殼體上部的吸熱盤體(9)底部的二次聚光鏡(8)，吸熱盤體是在導(dǎo)熱金屬板(11)上面裝有箱體(12)，箱體中心內(nèi)裝有與導(dǎo)熱金屬板連接在一起的金屬導(dǎo)熱體，金屬導(dǎo)熱體至少有兩節(jié)上下疊放在一起構(gòu)成，兩節(jié)金屬導(dǎo)熱體接觸面間開有相配應(yīng)的導(dǎo)熱槽，導(dǎo)熱槽內(nèi)裝有加熱盤管(13)，加熱盤管同進(jìn)出水管道(10)相連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的雙焦斑兩用太陽爐，其特征在于，所述的二次聚光鏡反射面的面型是超環(huán)面。
5.一種雙焦斑兩用太陽爐，焦斑處配裝的兩用型吸熱爐，可有效應(yīng)用于炒菜、食品烘烤與熱水供應(yīng)，其多組合陣列用于蒸汽鍋爐，也可用于海水淡化、光熱發(fā)電、生物質(zhì)干燥、金屬純化與太陽能制氫系統(tǒng)的集熱器裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及雙焦斑兩用太陽爐，有效解決設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，且不能充分利用太陽能的問題，其結(jié)構(gòu)是，定日鏡裝在支架上，支架的上沿、下沿上裝有調(diào)節(jié)定日鏡朝向的拉線，拉線經(jīng)拉線輪與調(diào)整手柄相連，調(diào)整手柄裝在支架上，吸熱爐下部經(jīng)滑輪裝在運(yùn)動(dòng)軌道上，吸熱爐朝向定日鏡反光面呈開口狀，開口后部在箱體內(nèi)裝有聚光鏡，聚光鏡置于雙焦斑聚光定日鏡聚光在兩用吸熱爐內(nèi)焦點(diǎn)形成的焦斑上，使聚光鏡聚焦在兩用吸熱爐內(nèi)上部裝的吸熱盤體的下底面上，吸熱盤體上裝有同盤體內(nèi)相連通且伸出吸熱爐殼體外的進(jìn)出水管道，焦斑中心與定日鏡下沿在同一水平面上，本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，新穎獨(dú)特，成本低，易安裝使用，上下午均可有效利用太陽能，使用效果好。
文檔編號(hào)F24J2/02GK102645031SQ20121015595
公開日2012年8月22日 申請(qǐng)日期2012年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月18日
發(fā)明者郭慶 申請(qǐng)人:郭慶