CN101806501A - 自动跟踪式太阳能聚能装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动跟踪式太阳能聚能装置，包括机架和安装于所述机架上方的光接收反射器，在所述光接收反射器的聚焦位置处固定设置有受热装置，还包括自动跟踪装置，该自动跟踪装置通过感知光接收反射器聚焦形成的光斑的偏移，向电控单元输入信号控制动力驱动装置运行，随季节变化调整光接收反射器的上下倾斜角度追踪太阳，每日调整光接收反射器左右转动自动追踪一天内由东向西不断移动的太阳，且能够使光接收反射器逐渐向上倾斜再向下倾斜，追踪一天内逐渐升高又逐渐回落的太阳，因此本发明能够保证阳光垂直聚光，有效地提高了太阳能的利用率，且其制造成本低，大大提高了市场竞争力。

Description

自动跟踪式太阳能聚能装置

技术领域

本发明涉及太阳能利用技术领域，具体涉及一种自动跟踪式太阳能聚能装置。

背景技术

现有太阳能民用技术主要分两种：一种为太阳能热水器，另一种为太阳灶。太阳能热水器多为集热管式，集热管的朝向是固定不变的，使用时集热管朝向太阳的方向，以便更好的吸收太阳能。但由于太阳是东升西落的，而集热管的位置是始终固定的，阳光在一天中绝大部分时间是斜射在集热管上的，直射的时间比较短，当太阳光与集热管呈倾斜角度时，集热管就不能很好地吸收太阳光的热量，阳光利用率小，造成集热管的集热效率低。另外，如果太阳能热水器的集热管位置比较高，需要对水施加压力才能将水送入集热管内，若不施加压力，则需要加设水箱，将水箱放置在集热管的上部，这样，集热管的尺寸和位置都有局限性。且这种结构的太阳能热水器受季节变化的影响，大多北方地区和高寒地区的冬天由于气温太低，集热管易冻裂易碎可能无法使用；而且气温低时集热管升温慢，加热后的水温比较低，应用范围比较窄，属低温太阳能。太阳灶大多为手动调节跟踪阳光，费时费力，需要不断调节其朝向才能使用，且需要将炊具直接放在光斑聚焦位置处，不仅用途单一，且由于光斑温度高容易造成危险事故的发生。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种自动跟踪式太阳能聚能装置，其能够自动跟踪太阳、使阳光垂直聚光，有效地提高了太阳能的利用率，且其制造成本低，大大提高了市场竞争力。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：自动跟踪式太阳能聚能装置，包括机架和安装于所述机架上方的光接收反射器，在所述光接收反射器的聚焦位置处固定设置有受热装置，所述太阳能聚能装置还包括竖直并转动安装于所述机架上的中心轴，所述中心轴上固定一同轴设置的第一扇形齿圈，所述光接收反射器的底部中心部位铰接于所述中心轴的顶部；固定于所述机架上的支撑件，所述支撑件靠近所述中心轴；扇形的四季轨道架，所述四季轨道架上固定有第二扇形齿圈，所述四季轨道架的扇形中心支撑部通过水平铰轴铰接于所述支撑件上；铰接于所述四季轨道架的一端部的近似半椭圆形的每日调整轨道，所述每日调整轨道的支撑部与所述机架之间铰接有支撑杆，所述光接收反射器的前支撑部支撑于所述每日调整轨道上；安装于所述机架上的动力驱动装置，所述动力驱动装置分别与所述第一扇形齿圈和所述第二扇形齿圈啮合；通过感知所述光接收反射器聚焦形成的太阳光斑的偏移自动控制所述动力驱动装置运行、进而使所述光接收反射器偏转相应角度的电控单元。

作为一种优选的技术方案，所述动力驱动装置包括安装于所述机架上的由电机驱动的减速器；所述减速器的输出轴与所述第一扇形齿圈之间设有第一齿轮传动机构；所述减速器的输出轴与所述第二扇形齿圈之间设有第二齿轮传动机构；所述电控单元包括电机主电路，所述电机主电路上设置有电机反向控制电路；用于使所述受热装置处于太阳光斑的有效照射范围的追日电路，所述追日电路中设置有一个追日按钮和一个第一温控开关，所述第一温控开关设置于所述受热装置的日落方向侧；用于控制光接收反射器每天随太阳左右摆动的每日跟踪电路，所述每日跟踪电路中连接有一个第三温控开关，所述第三温控开关设置于所述受热装置的日出方向侧；用于控制光接收反射器每年随太阳上下摆动的四季跟踪电路，所述四季跟踪电路中分别连接有一个第二温控开关和一个第四温控开关，所述第二温控开关设置于所述受热装置的上边缘侧，所述第四温控开关设置于所述受热装置的下边缘侧。

作为一种优选的技术方案，所述第二齿轮传动机构包括转动安装于所述机架上的第一传动轴，所述第一传动轴的一个端部固定安装有用于与所述减速器的输出轴齿轮啮合或脱离的从动齿轮，所述第一传动轴上还安装有用于与所述第二扇形齿圈啮合或脱离的传动齿轮；第二扇形齿圈锁止装置，所述第二扇形齿圈锁止装置包括锁止齿轮和限位栓，所述锁止齿轮空套于第一传动轴上用于与所述第二扇形齿圈啮合或脱离，所述锁止齿轮上固定设有卡接件，所述限位栓固定于所述机架上并与所述卡接件卡接；用于推动第一传动轴轴向移动的电磁铁装置，所述电磁铁装置安装于所述第一传动轴的另一个端部。

作为一种优选的技术方案，所述电机反向控制电路包括一个反向行程开关，与所述反向行程开关位置相对应的两组反向碰块设置于所述第一扇形齿圈的始端和末端；所述每日跟踪电路包括一个时间继电器、所述第三温控开关、一个中间行程开关和一个回程行程开关，所述第三温控开关为常闭温控开关，所述第三温控开关和所述回程行程开关的一个常闭触头构成的串联电路与所述中间行程开关的常开触头并联后再与所述时间继电器的线圈串接在一起，在所述第一扇形齿圈上设置有若干个中间碰块，所述中间碰块与所述中间行程开关位置相对应，在所述第一扇形齿圈的始端和末端设置有两组回程碰块，所述回程碰块与所述回程行程开关位置相对应，所述时间继电器的常闭延时闭合触头连接于所述电机主电路中；所述追日电路包括连接于所述电机主电路中的所述第一温控开关，所述第一温控开关为常闭温控开关，一个发光二极管和一个限流电阻串联后与所述第一温控开关并联，所述追日按钮串接于所述第三温控开关和所述回程行程开关的常闭触头构成的串联电路中，所述追日按钮为常闭按钮；所述四季跟踪电路包括所述第二温控开关、所述第四温控开关、所述回程行程开关和一个第一继电器，所述第二温控开关和所述第四温控开关为常开的温控开关，所述第二温控开关和所述回程行程开关的常开触头构成的串联电路与所述第四温控开关并联后再与所述时间继电器的常闭延时闭合触头、所述第一继电器的线圈串接在一起，所述回程行程开关的常闭触头和常开触头为联动控制，所述第一继电器的一个常开触头和所述电磁铁装置串接。

作为一种优选的技术方案，所述受热装置包括蒸汽生发器，所述蒸汽生发器的进水管上设置有止回阀，所述蒸汽生发器的出气口与蒸气室连通，在所述蒸气室内设置有热电偶，在所述蒸气室的出气管上设置有电磁阀，在所述热电偶与所述电磁阀之间连接有受热装置控制电路。所述受热装置控制电路包括与所述热电偶连接的温控仪和一个第二继电器，所述温控仪的一个常开触头与所述第二继电器的线圈连接，所述第二继电器的一个常开触头与所述电磁阀连接。

采用了上述技术方案后，本发明的有益效果是：

1.本发明的自动跟踪式太阳能聚能装置，随太阳移动，光接收反射器聚焦形成的光斑偏移，照射到受热装置的边缘部位的温控开关上，进而电控单元控制动力驱动装置运行，使光接收反射器始终正对太阳，使得阳光垂直聚光。随季节变化，太阳高度不断变化，动力驱动装置使四季轨道架绕水平铰轴转动，进而调整光接收反射器的上下倾斜角度，由冬至日过渡到夏至日期间，太阳逐渐升高，光接收反射器随太阳的移动向上倾斜；由夏至日过渡到冬至日期间，太阳高度下移，光接收反射器随太阳的移动向下倾斜。在一天之中，太阳由东向西偏移，且由早上到中午再到傍晚，太阳高度的变化是由低到高再到低，温控开关感知光斑偏移后，电控单元控制动力驱动装置驱动中心轴旋转，带动光接收反射器左右转动、自动追踪一天内由东向西不断移动的太阳；且光接收反射器的前支撑部支撑于每日调整轨道上，当光接收反射器转动时，前支撑部沿每日调整轨道滑动，因为每日调整轨道近似半椭圆形，所以前支撑部的纵向位置由低到高，再由高到低，进而使光接收反射器逐渐向上倾斜再向下倾斜，追踪一天内逐渐升高又逐渐回落的太阳。因此本发明能够自动跟踪太阳、保证光接收反射器垂直接收阳光，聚热效率高，有效地提高了太阳能的利用率。

2.本发明的受热装置包括蒸汽生发器，蒸汽生发器的出气口与蒸气室连通。所以本发明不是将冷水加热成热水后直接利用，而是将蒸汽生发器中的水加热生成高温高压蒸汽聚集到蒸气室后再利用，应用范围更广，可以通过高温高压蒸汽对水进行加热，作为饮用水或洗浴用水，也可以通过蒸汽蒸煮食物或供暖。且由于本发明聚热效率高，提温快速，输出高温高压蒸汽，特别适用于北方或高寒地区的冬季使用。

3.本发明结构合理、使用效果理想，各结构部件成本比较低，大大降低了制造成本，提高了市场竞争力。

附图说明

图1是本发明实施例的结构示意图；

图2和图3是本发明实施例中的第一扇形齿圈部分结构示意图；

图4是本发明实施例的部分结构示意图；

图5是本发明实施例中的电控单元的部分电路原理图；

图6是本发明实施例中的电控单元的部分电路原理图；

图7是本发明实施例中的受热装置控制电路原理图；

图8是本发明实施例中的光接收反射器前支撑部沿每日调整轨道运行路径图；

图9是本发明实施例中的每日调整轨道随四季轨道架的动作原理图；

图10是本发明实施例中的温控开关布置图；

图11是本发明实施例中的每日光斑随太阳偏移示意图；

图12是本发明实施例中的四季光斑随太阳偏移示意图。

图中：1.机架，2.光接收反射器，3.蒸汽生发器，4.蒸气室，5.进水管，6.止回阀，7.出气管，8.电磁阀，9.中心轴，10.套筒，11.水平铰轴，12.四季轨道架，13.每日调整轨道，131.每日调整轨道上的铰接轴，132.每日调整轨道的支撑部，14.光接收反射器的前支撑部，15.支撑杆，16.第一扇形齿圈，17.中间碰块，18.减速器的输出轴，19.输出轴齿轮I，20.输出轴齿轮II，21.第一传动轴，22.从动齿轮，23.传动齿轮，24.锁止齿轮，241.卡接件，242.限位栓，25.第二传动轴齿轮，26.电磁铁装置，27.后配重块，28.第二扇形齿圈，29.热电偶，30a.末端回程碰块，30b.始端回程碰块，31a.末端反向碰块，31b.始端反向碰块，32.支撑杆与机架的铰接轴，ST1.第一温控开关，ST2.第二温控开关，ST3.第三温控开关，ST4.第四温控开关，ST5.温控仪常开触头，KT.时间继电器，KA1.第一继电器，KA2.第二继电器，D.发光二极管，SQ1.中间行程开关，SQ2.回程行程开关，SQ3.反向行程开关，A.夏至日早上前支撑部在每日调整轨道上的始发点，B.夏至日中午前支撑部在每日调整轨道上的到达点，C.冬至日早上前支撑部在每日调整轨道上的始发点，D.冬至日中午前支撑部在每日调整轨道上的到达点，E.光接收反射器的底部中心部位与中心轴顶部的铰接点。

具体实施方式

如图1和图4共同所示，一种自动跟踪式太阳能聚能装置。它包括机架1和安装于机架1上方的光接收反射器2，在光接收反射器2的聚焦位置处固定设置有受热装置。

受热装置包括蒸汽生发器3，蒸汽生发器3的进水管5上设置有止回阀6，蒸汽生发器3的出气口与蒸气室4连通，在蒸气室4内设置有热电偶29，在蒸气室4的出气管7上设置有电磁阀8，在热电偶29与电磁阀8之间连接有受热装置控制电路。该受热装置控制电路包括与热电偶29连接的温控仪和一个第二继电器KA2，如图7所示，温控仪的一个常开触头ST5与第二继电器KA2的线圈连接，第二继电器KA2的一个常开触头与电磁阀8连接。当阳光垂直照射在光接收反射器2上时，阳光被聚焦成高温光斑反射到蒸汽生发器3的中央位置。蒸汽生发器3是采用众多细管排列而成，光斑温度可以达到600°-1200°左右，与蒸汽生发器3连通的蒸气室4迅速升温至预定值(100°以上)，热电偶29发出启动信号，温控仪常开触头ST5闭合，第二继电器KA2线圈得电，其常开触头闭合，电磁阀8得电打开。冷水在压力作用下通过止回阀6沿进水管5进入蒸汽生发器3，随冷水进入，蒸气室4内温度迅速下降至预定值以下时，热电偶29发出信号，温控仪常开触头ST5复位打开，电磁阀8关闭。然后蒸汽生发器3内部的水在高温作用下迅速气化，生成的蒸汽进入蒸气室4内并不断聚集。蒸气室4内温度逐渐升高，压强逐渐增大，温度升高至设定值时，热电偶29发出启动信号，工作原理同上，电磁阀8得电打开，蒸气室4内的高温高压蒸汽输出，高温高压蒸汽迅速通过出气管7输出至用气系统，可以实现热水、做饭、取暖、制冷、发电等用途，同时冷水在压力作用下进入蒸汽生发器3。如此重复工作，蒸汽生发器3内的水不断得到补充，蒸气室4内的高温高压蒸汽不断输出被利用。因此，本发明提温迅速，且输出高温高压蒸汽、应用范围更广，特别适用于北方和高寒地区的冬季使用。

太阳能聚能装置还包括竖直并转动安装于机架1上的中心轴9，在中心轴9上固定一同轴设置的第一扇形齿圈16，光接收反射器2的底部中心部位铰接于中心轴9的顶部；固定于机架1上靠近中心轴9的支撑件，该支撑件由一个套筒10构成，套筒10套装于中心轴9上，可以对中心轴9起到固定作用；还包括扇形的四季轨道架12，四季轨道架12上固定有第二扇形齿圈28，四季轨道架12的扇形中心支撑部通过水平铰轴11铰接于套筒10的外壁上，为了保持四季轨道架的平衡，也为了防止其受风力影响而摇晃，在四季轨道架12后端设置有后配重块27；铰接于四季轨道架12的前端部的近似半椭圆形的每日调整轨道13，在每日调整轨道13上固定设置有铰接轴131，每日调整轨道13的支撑部132与机架1之间铰接有支撑杆15，支撑部132与铰接轴131固定连接，光接收反射器2的前支撑部14支撑于每日调整轨道13上，且每日调整轨道13采用上下两层轨道构成，前支撑部14支撑于下轨道上，上轨道起到对支撑部14的防风固定作用；安装于机架1上的动力驱动装置，该动力驱动装置分别与第一扇形齿圈16和第二扇形齿圈28啮合；还包括一个电控单元，该电控单元通过感知光接收反射器2聚焦形成的太阳光斑的偏移自动控制动力驱动装置运行、进而使光接收反射器2偏转相应角度追踪太阳。

动力驱动装置包括安装于机架1上的由电机驱动的减速器，该减速器的输出轴18与第一扇形齿圈16之间设有第一齿轮传动机构，该第一齿轮传动机构包括减速机输出轴18上固定安装的输出轴齿轮I 19，该输出轴齿轮I 19与第一扇形齿圈16啮合。减速器的输出轴18与第二扇形齿圈28之间设有第二齿轮传动机构。该第二齿轮传动机构包括转动安装于机架1上的第一传动轴21，第一传动轴21的一个端部固定安装有用于与减速器的输出轴齿轮II 20啮合或脱离的从动齿轮22，第一传动轴21上还安装有用于与第二扇形齿圈28啮合或脱离的传动齿轮23；包括第二扇形齿圈锁止装置，该第二扇形齿圈锁止装置包括锁止齿轮24和限位栓242，锁止齿轮24空套于第一传动轴21上用于与第二扇形齿圈28啮合或脱离，锁止齿轮24上固定设有卡接件241，限位栓242固定于机架1上并与卡接件241卡接，使锁止齿轮24不能周向转动。本实施例中，在第一传动轴21与第二扇形齿圈28之间还设置有第二传动轴，第二传动轴上设置有与第二扇形齿圈28直接啮合的第二传动轴齿轮25，传动齿轮23、锁止齿轮24在第一传动轴21上并排设置，可分别与第二传动轴齿轮25选择啮合，进而达到与第二扇形齿圈28啮合或脱离的目的；第二齿轮传动机构还包括用于推动第一传动轴21轴向移动的电磁铁装置26，电磁铁装置26安装于第一传动轴21的另一个端部。当电磁铁装置26通电时，推动第一传动轴21向前运动，其端部的从动齿轮22与减速器输出轴齿轮II 20啮合、传动齿轮23与第二传动轴齿轮25啮合；电磁铁装置26断电时，第一传动轴21复位，从动齿轮22与减速器输出轴齿轮II 20脱离、传动齿轮23与第二传动轴齿轮25脱离，锁止齿轮24与第二传动轴齿轮25啮合，进而起到对第二扇形齿圈28的锁止功能。

电控单元包括电机主电路，如图5所示，电机主电路上设置有电机反向控制电路，电机反向控制电路包括一个反向行程开关SQ3。本实施例中的电机采用的是单相电机，反向行程开关SQ3联动的一对常开触头和一对常闭触头连接于电机与电机电容之间用于对电机进行正转和反转的控制，当然，电机也可以采用其它类型如三相电机等，对电机的正转和反转控制可以采用行程开关也可以采用继电器或接触器等都比较容易实现，本实施例不再做具体表述。如图2和图3所示，与反向行程开关SQ3位置相对应的两组反向碰块设置于第一扇形齿圈16的始端和末端，分别为始端反向碰块31b、末端反向碰块31a。

如图10所示，在受热装置中的蒸汽生发器3的日落方向侧设置有第一温控开关ST1，在蒸汽生发器3的日出方向侧设置有第三温控开关ST3，第一温控开关ST1和第三温控开关ST3为常闭的温控开关，在蒸汽生发器3的上边缘侧设置有第二温控开关ST2，在蒸汽生发器3的下边缘侧设置有第四温控开关ST4，第二温控开关ST2和第四温控开关ST4为常开的温控开关。上述四个温控开关均设置于蒸汽生发器3与光接收反射器2相对的面上，当太阳产生偏移，则光接收反射器2聚焦形成的光斑随之偏移，就会照射到蒸汽生发器3边缘侧的其中一个温控开关上，使温控开关动作发出信号。

如图6所示，电控单元还包括用于控制光接收反射器2每天随太阳左右摆动的每日跟踪电路，在每日跟踪电路中连接有第三温控开关ST3。所述每日跟踪电路包括一个时间继电器KT、第三温控开关ST3、一个中间行程开关SQ1和一个回程行程开关SQ2，第三温控开关ST3和回程行程开关SQ2的一个常闭触头构成的串联电路与中间行程开关SQ1的常开触头并联后再与时间继电器KT的线圈串接在一起。如图2和图3所示，在第一扇形齿圈16上设置有若干个中间碰块17，中间碰块17与中间行程开关SQ1位置相对应；在第一扇形齿圈16的始端和末端还设置有两组回程碰块，回程碰块与回程行程开关SQ2位置对应，分别为始端回程碰块30b、末端回程碰块30a。时间继电器KT的常闭延时闭合触头连接于电机主电路中，如图5所示。

电控单元还包括用于使受热装置的蒸汽生发器3处于太阳光斑的有效照射范围的追日电路，所述追日电路中设置有一个追日按钮SB1和第一温控开关ST1，第一温控开关ST1连接于所述电机主电路中，一个发光二极管D和一个限流电阻R串联后与第一温控开关ST1并联，追日按钮SB1串接于第三温控开关ST3和回程行程开关SQ2的常闭触头构成的串联电路中，且追日按钮SB1为常闭按钮。

电控单元还包括用于控制光接收反射器2每年随太阳上下摆动的四季跟踪电路，四季跟踪电路中分别连接有第二温控开关ST2和第四温控开关ST4。所述四季跟踪电路包括所述第二温控开关ST2、所述第四温控开关ST4、所述回程行程开关SQ2和一个第一继电器KA1，第二温控开关ST2和回程行程开关SQ2的常开触头构成的串联电路与第四温控开关ST4并联后再与时间继电器KT的常闭延时闭合触头、第一继电器KA1的线圈串接在一起，且回程行程开关SQ2的常闭触头和常开触头为联动控制，第一继电器KA1的一个常开触头和电磁铁装置26串接。

本发明每日跟踪太阳的工作过程：如图11所示，由早到晚，当太阳自东向西移动，光斑逐渐偏移至蒸汽生发器3日出方向侧的第三温控开关ST3上，其受热至预定值时(此值调整为冬天最低值)由常闭到打开，时间继电器KT线圈断电，延时设定时间后，其常闭延时闭合触头闭合，电机通电正转，减速器输出轴齿轮I19带动第一扇形齿圈16顺时针方向转动，齿圈16又带动中心轴9、光接收反射器2转动，此转动方向与光斑偏移方向相反，与太阳移动方向相同，实现追日的目的。如图2所示，当第一扇形齿圈16圆周上的其中一个中间碰块17碰到中间行程开关SQ1，其常开触头闭合，时间继电器KT线圈得电，其常闭延时闭合触头打开，电机停转；然后中间行程开关SQ1在惯性作用下常开触头复位，又给时间继电器KT线圈断电，开始延时，延时一段时间是为了给温控开关ST3足够的降温时间。延时时间内若温控开关ST3温度降低至预定值其触头复位闭合，说明光斑偏离温控开关ST3至正常位置，达到光斑垂直照在蒸汽生发器3中部的目的，时间继电器KT线圈得电，则电机主电路断开；若延时时间内温控开关ST3仍然温度很高处于打开状态，说明光斑距离温控开关ST3很近，光接收反射器2没有偏移到达目的位置，时间继电器KT断电延时设定时间后，其常闭延时闭合触头再次闭合，电机再次启动，第一扇形齿圈16继续转动，其上的下一个中间碰快17碰到中间行程开关SQ1时，电机停转，重复上述动作，直到第三温控开关ST3温度降至设定值后复位。当设备运转时，光接收反射器2底部的前支撑部14沿每日调整轨道13运行，由于轨道的形状为近似半椭圆形，所以前支撑部14的位置由低至高再由高至低，符合太阳由早到中午、由中午到晚上移动规律，保证阳光垂直照射，聚光效率高，升温迅速，太阳能利用率高。

如图3所示，当傍晚时间，第一扇形齿圈16一天的行程结束，末端反向碰块31a和末端回程碰块30a分别碰到反向行程开关SQ3和回程行程开关SQ2，反向行程开关SQ3的两对联动触头对电机电容进行换向连接，同时回程行程开关SQ2的常闭触头打开，时间继电器KT线圈断电，其常闭延时闭合触头延时闭合，电机18得电开始反转。直到始端反向碰块31b、始端回程碰块30b碰到反向行程开关SQ3和回程行程开关SQ2，回程行程开关SQ2常闭触头复位，时间继电器KT线圈得电，电机停转，且电机电容恢复原先连接，为第二天电机正转做准备。

当阴雨天，天气由阴转晴、或由晴转阴再转晴时，为跟踪阳光可按追日按钮SB1，使其由常闭到打开，给时间继电器KT线圈断电，其常闭延时闭合触头延时闭合，电机开始运转，当第一扇形齿圈16上的一个中间碰块17碰到中间行程开关SQ1后，电机断电停转再延时启动，重复此过程，实现断续跟踪，直到光接收反射器2超过与太阳的垂直照射位置后，光斑偏移照射到第一温控开关ST1上，其由常闭变为打开状态，电机回路中电流经过发光二极管D使其发光说明追日成功，且由于限流电阻R的存在，电流很小，电机停转，观测到发光二极管D发光后将追日按钮SB1复位，整个装置恢复正常运行状态，开始自动跟踪太阳。若一天之中，天气转阴后不再转晴，则第二日按下追日按钮SB1进行追日，第一扇形齿圈16首先要继续走完前一天的行程，碰到回程行程开关SQ2往回运行，在回程过程中到达每日的初始位置前，光斑会偏移照射到第一温控开关ST1上一次，发光二极管D发光后熄灭，第一扇形齿圈16回到初始位置后继续追日，当光斑第二次照射到温控开关ST1上，发光二极管D再次发光，说明追日成功。

本发明四季跟踪太阳的工作过程：

1.如图12所示，由冬至日向夏至日过渡期间，太阳高度逐渐上升，阳光斜射，造成光斑向下偏移，照射到第四温控开关ST4上，第四温控开关ST4温度升高至预定值时，由常开变为闭合。且当上午随太阳偏移，造成光斑偏移至第三温控开关ST3上时，时间继电器KT线圈断电，其常闭延时闭合触头延时闭合，电机正转，第一扇形齿圈16顺时针转动；与此同时，第一继电器KA1线圈得电，其常开触头闭合，电磁铁装置26得电，推动第一传动轴21向前运动，其端部的从动齿轮22与减速器输出轴齿轮II 20啮合、传动齿轮23与第二传动轴齿轮25啮合，第二传动轴齿轮25带动第二扇形齿圈28转动，由齿轮传动方向分析可知，第二扇形齿圈28为逆时针方向转动，进而四季轨道架12绕水平铰轴11逆时针方向转动，将每日调整轨道13抬高，进而使光接收反射器2向上倾斜，自动跟踪太阳。在中间碰块17碰到中间行程开关SQ1后，时间继电器KT延时时间内，若第四温控开关ST4温度降至预定值由闭合到打开状态，给第一继电器KA1线圈断电，则电磁铁装置26断电复位，第一传动轴20复位，完成一个调整过程。

2.如图12所示，由夏至日向冬至日过渡期间，太阳高度逐渐下移，阳光斜射，造成光斑向上偏移，照射到第二温控开关ST2上，第二温控开关ST2温度升高至预定值时由常开变为闭合。且当傍晚时间，太阳降落至预定位置，第一扇形齿圈16一天的行程结束，末端反向碰块31a和末端回程碰块30a分别碰到反向行程开关SQ3和回程行程开关SQ2，反向行程开关SQ3的两对联动触头对电机电容进行换向连接，回程行程开关SQ2联动的常闭触头打开、常开触头闭合，时间继电器KT线圈断电其常闭延时闭合触头延时闭合，所以第一继电器KA1线圈得电，电磁铁装置26得电向前推动第一传动轴21。电机反转，将动力分别传递到第一扇形齿圈16和第二扇形齿圈28，四季轨道架12绕水平铰轴11顺时针方向转动，带动每日调整轨道13下移，进而使光接收反射器2向下倾斜，自动跟踪太阳。在中间碰块17碰到中间行程开关SQ1后，时间继电器KT延时时间内，若第二温控开关ST2温度降至预定值，由闭合到打开状态，给第一继电器KA1线圈断电，则电磁铁装置26断电复位，第一传动轴21复位，完成一个调整过程。

3.每日调整轨道13的轨迹是两侧半径小于前后半径的近似半椭圆形轨道。如图8所示，夏至日时，每日调整轨道13在支撑杆15的作用下呈水平状态，位置如图中实线所示，光接收反射器2由早上到中午抬起的高度为：前支撑部14沿着每日调整轨道13上的A点滑动至B点所带动其抬起的高度。当由夏至日向冬至日过渡过程中，每日调整轨道13随四季轨道架12向下向后移动，其位置如图中虚线所示，假设其仍为水平状态，由于光接收反射器转动角度相同，则光接收反射器2由早上到中午抬起的高度变为：前支撑部14沿着轨道C点滑动至D点所带动光接收反射器2抬起的高度，显然，CD长度远小于AB长度，行程变短，导致抬起高度变小，无法达到跟踪太阳的要求。因此，如图9所示，夏至日时，每日调整轨道13的位置如图中实线所示，当由夏至日向冬至日过渡过程中，支撑杆15与每日调整轨道13支撑部132的铰接点下降后移，而支撑杆15的长度不变，故支撑杆15向前推动支撑部132，支撑部132带动每日调整轨道13的铰接轴131转动，从而将每日调整轨道13前部抬高，其位置如图中虚线所示。随着每日调整轨道13的抬起，进而加大光接收反射器2抬起的高度，使光接收反射器2始终正对太阳，仍然能够满足追踪太阳的要求。到冬至日时，光接收反射器2的前支撑部14沿着每日调整轨道13滑动的行程最短，早整晚调整轨道13前部上扬高度至最大。

Claims (8)

1.自动跟踪式太阳能聚能装置，包括机架和安装于所述机架上方的光接收反射器，在所述光接收反射器的聚焦位置处固定设置有受热装置，其特征在于：所述太阳能聚能装置还包括

竖直并转动安装于所述机架上的中心轴，所述中心轴上固定一同轴设置的第一扇形齿圈，所述光接收反射器的底部中心部位铰接于所述中心轴的顶部；

固定于所述机架上的支撑件，所述支撑件靠近所述中心轴；

扇形的四季轨道架，所述四季轨道架上固定有第二扇形齿圈，所述四季轨道架的扇形中心支撑部通过水平铰轴铰接于所述支撑件上；

铰接于所述四季轨道架的一端部的近似半椭圆形的每日调整轨道，所述每日调整轨道的支撑部与所述机架之间铰接有支撑杆，所述光接收反射器的前支撑部支撑于所述每日调整轨道上；

安装于所述机架上的动力驱动装置，所述动力驱动装置分别与所述第一扇形齿圈和所述第二扇形齿圈啮合；

通过感知所述光接收反射器聚焦形成的太阳光斑的偏移自动控制所述动力驱动装置运行、进而使所述光接收反射器偏转相应角度的电控单元。

2.如权利要求1所述的自动跟踪式太阳能聚能装置，其特征在于：

所述动力驱动装置包括

安装于所述机架上的由电机驱动的减速器；所述减速器的输出轴与所述第一扇形齿圈之间设有第一齿轮传动机构；所述减速器的输出轴与所述第二扇形齿圈之间设有第二齿轮传动机构；

所述电控单元包括

电机主电路，所述电机主电路上设置有电机反向控制电路；

用于使所述受热装置处于太阳光斑的有效照射范围的追日电路，所述追日电路中设置有一个追日按钮和一个第一温控开关，所述第一温控开关设置于所述受热装置的日落方向侧；

用于控制光接收反射器每天随太阳左右摆动的每日跟踪电路，所述每日跟踪电路中连接有一个第三温控开关，所述第三温控开关设置于所述受热装置的日出方向侧；

用于控制光接收反射器每年随太阳上下摆动的四季跟踪电路，所述四季跟踪电路中分别连接有一个第二温控开关和一个第四温控开关，所述第二温控开关设置于所述受热装置的上边缘侧，所述第四温控开关设置于所述受热装置的下边缘侧。

3.如权利要求2所述的自动跟踪式太阳能聚能装置，其特征在于：所述第二齿轮传动机构包括

转动安装于所述机架上的第一传动轴，所述第一传动轴的一个端部固定安装有用于与所述减速器的输出轴齿轮啮合或脱离的从动齿轮，所述第一传动轴上还安装有用于与所述第二扇形齿圈啮合或脱离的传动齿轮；

第二扇形齿圈锁止装置，所述第二扇形齿圈锁止装置包括锁止齿轮和限位栓，所述锁止齿轮空套于第一传动轴上用于与所述第二扇形齿圈啮合或脱离，所述锁止齿轮上固定设有卡接件，所述限位栓固定于所述机架上并与所述卡接件卡接；

用于推动第一传动轴轴向移动的电磁铁装置，所述电磁铁装置安装于所述第一传动轴的另一个端部。

4.如权利要求3所述的自动跟踪式太阳能聚能装置，其特征在于：

所述电机反向控制电路包括一个反向行程开关，与所述反向行程开关位置相对应的两组反向碰块设置于所述第一扇形齿圈的始端和末端；

所述每日跟踪电路包括一个时间继电器、所述第三温控开关、一个中间行程开关和一个回程行程开关，所述第三温控开关为常闭温控开关，所述第三温控开关和所述回程行程开关的一个常闭触头构成的串联电路与所述中间行程开关的常开触头并联后再与所述时间继电器的线圈串接在一起，在所述第一扇形齿圈上设置有若干个中间碰块，所述中间碰块与所述中间行程开关位置相对应，在所述第一扇形齿圈的始端和末端设置有两组回程碰块，所述回程碰块与所述回程行程开关位置相对应，所述时间继电器的常闭延时闭合触头连接于所述电机主电路中；

所述追日电路包括连接于所述电机主电路中的所述第一温控开关，所述第一温控开关为常闭温控开关，一个发光二极管和一个限流电阻串联后与所述第一温控开关并联，所述追日按钮串接于所述第三温控开关和所述回程行程开关的常闭触头构成的串联电路中，所述追日按钮为常闭按钮；

所述四季跟踪电路包括所述第二温控开关、所述第四温控开关、所述回程行程开关和一个第一继电器，所述第二温控开关和所述第四温控开关为常开的温控开关，所述第二温控开关和所述回程行程开关的常开触头构成的串联电路与所述第四温控开关并联后再与所述时间继电器的常闭延时闭合触头、所述第一继电器的线圈串接在一起，所述回程行程开关的常闭触头和常开触头为联动控制，所述第一继电器的一个常开触头和所述电磁铁装置串接。

5.如权利要求1至4所述的任一种自动跟踪式太阳能聚能装置，其特征在于：所述受热装置包括蒸汽生发器，所述蒸汽生发器的进水管上设置有止回阀，所述蒸汽生发器的出气口与蒸气室连通，在所述蒸气室内设置有热电偶，在所述蒸气室的出气管上设置有电磁阀，在所述热电偶与所述电磁阀之间连接有受热装置控制电路。

6.如权利要求5所述的自动跟踪式太阳能聚能装置，其特征在于：所述受热装置控制电路包括与所述热电偶连接的温控仪和一个第二继电器，所述温控仪的一个常开触头与所述第二继电器的线圈连接，所述第二继电器的一个常开触头与所述电磁阀连接。

7.如权利要求1所述的自动跟踪式太阳能聚能装置，其特征在于：所述支撑件由一个套筒构成，所述套筒套装于所述中心轴上。

8.如权利要求1所述的自动跟踪式太阳能聚能装置，其特征在于：在所述四季轨道架上设置有后配重块。

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