CN101457988A - 凸透镜太阳能采集利用装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种凸透镜太阳能采集利用装置，它由支架、数十个渐变型光纤采光器、太阳能采集箱、光导纤维、光热转换器组成；太阳能采集箱的安装于支架；太阳能采集箱包括箱体和凸透镜面板，凸透镜面板由数十块排列在同一平面的凸透镜构成；每个凸透镜的几何中心位置正下方安装一个渐变型光纤采光器，每个渐变型光纤采光器的末端连接有传输光纤，数十根传输光纤集束为一体组成光导纤维，光导纤维的输出端固定于光热转换器。本发明可用于采暖、烧水做饭，也可为容积式持续发动机提供热能，驱动发动机。本发明利用效率高、造价低廉、使用寿命长、传输方便，光热转换器的转换效率高；它适于企业、学校、医院、商场、家庭等使用。

Description

凸透镜太阳能采集利用装置
技术领域   本发明涉及一种太阳能集热器，特别是一种凸透镜太阳能采集利用装置。
背景技术   多年来，人们对太阳能的研究利用技术快速发展，太阳能集热利用设施已经被越来越多的人们所采用。目前，常见的太阳能利用装置主要有太阳能电池板、太阳能热水器。太阳能电池板造价高、寿命短，效率低，所以大量推广受到限制；太阳能热水器对太阳能的利用相对比较单一，效率与造价比低。将太阳能像沼气、天然气那样用于烧水做饭或更深入开发利用的装置设施还未面市。
发明内容   本发明要解决的技术问题在于提供一种结构简易、造价低廉、使用寿命长、利用效率高、应用范围广、传输方便的凸透镜太阳能采集利用装置。
为解决上述技术问题，本发明采取的技术方案如下：一种凸透镜太阳能采集利用装置，由支架、数十个渐变型光纤采光器、太阳能采集箱、光导纤维、光热转换器组成；太阳能采集箱的安装于支架；太阳能采集箱包括箱体和凸透镜面板，凸透镜面板由数十块排列在同一平面的凸透镜构成；每个凸透镜的几何中心位置正下方安装一个渐变型光纤采光器，每个渐变型光纤采光器的末端连接有传输光纤，数十根传输光纤集束为一体组成光导纤维，光导纤维的输出端固定于光热转换器。
本发明每个凸透镜的几何中心位置下方安装一个渐变型光纤采光器，即渐变型光纤采光器的采光头的几何中心点与凸透镜的焦点位于一条中心轴线上，将太阳光经凸透镜聚集在渐变型光纤采光器的采光头的中心点；每个渐变型光纤采光器的末端连接有传输光纤，将众多渐变型光纤采光器聚集的太阳光能集束于光导纤维，而光导纤维的输出端固定于光热转换器，为光热转换器提供了大量的热能，光热转换器即可用于采暖、烧水做饭，也可将光热转换器安装在发动机的热交换器和燃烧室之间，为发动机提供热能，驱动发动机。
本发明因采用凸透镜聚光和光导纤维传送太阳能，其利用效率高、造价低廉、使用寿命长、传输方便，光热转换器的转换效率高；它适用于企业、厂矿、事业、学校、医院、农场、商场、停车场、家庭等，为这些用户提供清洁、环保的能源。
附图说明   图1为本发明的总体结构示意图；
图2为凸透镜、渐变型光纤采光器、传输光纤等的关系示意图；
图3为太阳能采集箱的结构示意图，
图4为装有光路控制器的传输光纤线路示意图，
图5为光路控制器结构示意图。
图中：1—支架，2—渐变型光纤采光器，2a—采光头，3—太阳能采集箱，4—光热转换器，3a—凸透镜，3b—凸透镜焦点，3c—箱体，3d—支撑杆，3e—固定螺钉，3f—采光器安装板，3g—采光器固定器，3h—凸透镜面板，4—光热转换器，4a—外壳，4b—散光芯，4c—散热片，5—光导纤维，5a—传输光纤，6—发动机，7—太阳垂直跟踪控制器，8—二次聚光采光器，9—光路控制器，9a—外壳，9b—全反射直角三棱镜，9c—三棱镜转轴，9d—端盖，9e—安装座
具体实施方式   如图1所示：一种凸透镜太阳能采集利用装置，由支架1、六十个(即15×4个)渐变型光纤采光器2、太阳能采集箱3、光导纤维5、光热转换器4组成；太阳能采集箱3的安装于支架1；参见图3，太阳能采集箱3包括箱体3c和凸透镜面板3h，凸透镜面板3h由六十块排列在同一平面的凸透镜3a构成；箱体3c内固设有采光器安装板3f，采光器安装板3f上固装有六十个与凸透镜3a的几何中心位置对应的采光器固定器3g，每个采光器固定器3g安装一个渐变型光纤采光器2，渐变型光纤采光器2的采光头2a的中心与凸透镜3a的几何中心位于一条直线上，并且渐变型光纤采光器2的采光头2a的中心点与凸透镜3a的凸透镜焦点3b重合，采光器安装板3f上面固设有与采光器安装板3f相垂直的支撑杆3d，相邻的凸透镜3a经固定螺钉3e固定安装在支撑杆3d，每个渐变型光纤采光器2的末端连接有传输光纤5a，数十根传输光纤5a集束为一体组成光导纤维5，光导纤维5的输出端固定于光热转换器4。本实施例所示的凸透镜3a是正方形，凸透镜3a也可为圆形或正多边形。
参见图2：光热转换器4包括外壳4a与散光芯4b；散光芯4b是三棱管体，外壳4a内壁和散光芯4b内壁设有散热片4c，光导纤维5的输出端固定在光热转换器4的外壳4a上，输出的光线对准散光芯4b的一个棱边，经散光芯4b外壁反射、折射到散热片4c，获取热量。
支架1呈高、低两端设置，作为本发明的完善，参见图1：支架1高端装有太阳垂直跟踪控制器7，太阳能采集箱3与支架1低端用活关节连接。在太阳垂直跟踪控制器7的作用下，太阳能采集箱3在支架1上可实现绕自身轴心左右转动，以及改变太阳能采集箱3与水平面的夹角，实现垂直跟踪太阳的东升西落和纬度高低，保证众多的凸透镜3a始终与太阳光束垂直，跟踪太阳直射，使凸透镜3a获取最大的太阳辐照。
因众多的渐变型光纤采光器2其末端连接有众多的传输光纤5a，如果渐变型光纤采光器2数量过多，众多的传输光纤5a集束为一体所组成的光导纤维5直径太大；作为本发明的进一步完善，参见图2：在光导纤维5的末端连接有二次聚光采光器8，二次聚光采光器8的采光端即大端与光导纤维5的末端连接，二次聚光采光器8的聚光端即小端与小径的光导纤维5输入端连接，小径的光导纤维5的输出端固定于光热转换器4的外壳4a。
使用本发明时，太阳垂直跟踪控制器7调整太阳能采集箱3，使太阳光线垂直照在凸透镜面板3c上，凸透镜3a将太阳光线聚在凸透镜焦点3b上，被聚集的太阳光线通过渐变型光纤采光器2和传输光纤5a的传导，最后照射在散光芯4b上，将光能转变成热能，热能可直接用于采暖、烧水等；也可将光热转换器4安装在发动机6的热交换器和燃烧室之间，驱动该发动机6产生动能，产生的动能用于并网发电、空调、给电动汽车充电、照明等。
作为本发明的更进一步完善，为了增大能量，可将数套本发明的太阳能采集装置并联起来，图1所示是三个凸透镜太阳能采集装置相并联的设施。一套凸透镜太阳能采集装置的光热转换器4直接用于采暖、烧水；另二套凸透镜太阳能采集装置的光热转换器4为发动机6提供热能。
为了提高一套本发明的利用效率，也可以将一套本发明的太阳能采集装置连接数个光热转换器4，如图4与图5所示：在小径的光导纤维5的末端装有光路控制器9，来对光能按照需要的控制和分配。光路控制器9包括外壳9a、全反射直角三棱镜9b、两个三棱镜转轴9c与两端盖9d；三棱镜转轴9c一端设有安装座9e，两端盖9d扣合在外壳9a上、下端，两个三棱镜转轴9c的轴端以可转动方式安装于上、下端盖9d，全反射直角三棱镜9b装在安装座9e，外壳9a可连接数个光热转换器4，图中示出为连接了两个光热转换器4。外壳9a即可直接经光导纤维5连接光热转换器4，也可如图中所示经二次聚光采光器8连接光导纤维5，再连接光热转换器4。

Claims (9)

1、一种凸透镜太阳能采集利用装置，其特征在于：它由支架(1)、数十个渐变型光纤采光器(2)、太阳能采集箱(3)、光导纤维(5)、光热转换器(4)组成；所述太阳能采集箱(3)的安装于所述支架(1)；所述太阳能采集箱(3)包括箱体(3c)和凸透镜面板(3h)，所述凸透镜面板(3c)由数十块排列在同一平面的凸透镜(3a)构成；每个所述凸透镜(3a)的几何中心位置正下方安装一个所述渐变型光纤采光器(2)，每个所述渐变型光纤采光器(2)的末端连接有传输光纤(5a)，数十根所述传输光纤(5a)集束为一体组成所述光导纤维(5)，所述光导纤维(5)的输出端固定于所述光热转换器(4)。
2、如权利要求1所述的一种凸透镜太阳能采集利用装置，其特征在于：所述渐变型光纤采光器(2)的采光头(2a)的中心与所述凸透镜(3a)的几何中心位于一条直线上，所述采光头(2a)的中心点与所述凸透镜(3a)的凸透镜焦点(3b)重合。
3、如权利要求1所述的一种凸透镜太阳能采集利用装置，其特征在于：所述支架(1)呈高、低两端设置，所述支架(1)高端装有太阳垂直跟踪控制器(7)，所述太阳能采集箱(3)与所述支架(1)低端用活关节连接。
4、如权利要求1所述的一种凸透镜太阳能采集利用装置，其特征在于：所述箱体(3c)内固设有采光器安装板(3f)，所述采光器安装板(3f)上固装有与所述凸透镜(3a)数量相等并与所述凸透镜(3a)几何中心位置对应的采光器固定器(3g)，每个所述采光器固定器(3g)安装一个所述渐变型光纤采光器(2)，所述采光器安装板(3f)上面固设有与所述采光器安装板(3f)相垂直的支撑杆(3d)，相邻的所述凸透镜(3a)经固定螺钉(3e)固定安装在所述支撑杆(3d)。
5、如权利要求1所述的一种凸透镜太阳能采集利用装置，其特征在于：所述光热转换器(4)包括外壳(4a)与散光芯(4b)；所述散光芯(4b)是三棱管体，所述外壳(4a)内壁和所述散光芯(4b)内壁设有散热片(4c)，所述光导纤维(5)的输出端固定在所述外壳(4a)上。
6、如权利要求5所述的一种凸透镜太阳能采集利用装置，其特征在于：所述光导纤维(5)的末端连接有二次聚光采光器(8)，所述二次聚光采光器(8)的采光端与所述光导纤维(5)的末端连接，所述二次聚光采光器(8)的聚光端与小径的所述光导纤维(5)输入端连接，小径的所述光导纤维(5)的输出端固定于所述外壳(4a)。
7、如权利要求1至6任意一项所述的一种凸透镜太阳能采集利用装置，其特征在于：所述光导纤维(5)的末端装有光路控制器(9)；所述光路控制器(9)包括外壳(9a)、全反射直角三棱镜(9b)、两个三棱镜转轴(9c)与两端盖(9d)；所述三棱镜转轴(9c)一端设有安装座(9e)，所述两端盖(9d)扣合在所述外壳(9a)上、下端，所述两个三棱镜转轴(9c)轴端以可转动方式安装于所述上、下端盖(9d)，所述全反射直角三棱镜(9b)装在所述安装座(9e)，所述外壳(9a)可连接数个所述光热转换器(4)。
8、如权利要求7所述的一种凸透镜太阳能采集利用装置，其特征在于：所述凸透镜(3a)是正方形或圆形或正多边形。
9、如权利要求8所述的一种凸透镜太阳能采集利用装置，其特征在于：所述光热转换器(4)安装在发动机(6)的热交换器和燃烧室之间。
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