CN104169663B - 具有折射集光功能的追日设备 - Google Patents

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Abstract

本发明包含：一架构(3)，设有至少一折射集光元件(1)以及与其相互平行的至少一集光器(2)；以及可操作的一第一驱动手段，以使该架构可相对于平行于该集光元件以及该集光器(2)的一第一轴线(E1)周围的一基座(4)进行枢转，以追踪太阳的相对移动。该折射集光元件(1)固设于该架构(3)的一固定位置，而该集光器(2)于该架构(3)中是利用相互平行并连接于其末端以形成一铰接四边型机构的至少二摆动臂(5)所设置。此外并具有可操作的一第二驱动手段，以使该等摆动臂(5)可相对于邻近该集光元件的一第二轴线(E2)周围并垂直于第一轴线(E2)的该架构(3)进行枢转，借此，该集光器(2)可随时置于日照光线集中效果最佳的位置。

Description

具有折射集光功能的追日设备
技术领域
本发明是与一种具有折射集光功能的追日设备有关，其中包含至少一折射集光元件，安装于一可动架构上，可将日照光线朝向同样安装于该可动架构上的至少一对应集光器集光。一第一驱动手段使该可动架构相对一基座移动，以朝一第一方向追踪日照的相对移动，且一第二驱动手段使该(等)集光器相对该可动架构移动，以朝一第二方向追踪日照的相对移动。
背景技术
GB1590841揭露一具有折射集光功能的追日装置，其中包含一可动架构，其上固设有至少一线性集光镜片以及至少一线性集光器，两者相互平行，并通过一架构相互固接。每一线性集光器是设置以捕捉通过线性集光镜片所集中的日光。该追日装置进一步包含可操作的驱动手段，以使该可动架构可相对于平行于该线性集光镜片以及该等线性集光器的一第一轴线周围的支撑架构进行枢转，借此朝一方向追踪日照移动(季节性移动)。该镜片或该组镜片亦可相对于位于一横向设置并同时对前述该第一轴线呈现垂直的轴线周围的该可动架构进行旋转，以于一日当中追踪日照移动。此方案所具有一缺点为，该线性集光镜片与该集光器之间的距离固定不变，因此无法改变距离以使该等集光器的日照集中效果达到最大；再者，该镜片的角度无法于不同位置时分别提供该集光器适宜的集光效果。
US 2008/0295825揭露一镜片系统，其利用一聚焦长度校正功能，以将日照光线集中于一集光器上，其中提供一手段，使一组线性集光器可移动远离或靠近一固定集光器，或使一集光器移动远离或靠近一镜片或一组固定镜片，方法是利用该组镜片的环型摆荡移动来达成(绕一旋转碟或旋转杠的中央旋转)。于此移动的特定阶段中，这类环型摆荡移动的缺点是会产生阴影，无法将该等镜片的集光效果发挥至最大。
发明内容
本发明揭露一种具有折射集光功能的追日设备，其中包含一架构，设有至少一折射集光元件以及与其相互平行的至少一集光器，前述该折射集光元件固设于该架构的一固定位置，而该集光器于该架构中是利用相互平行并形成一铰接四边型机构的至少二摆动臂所设置。该追日设备具有可操作的一第一驱动手段，以使该架构可相对于平行于该折射集光元件以及该集光器的一第一轴线周围的一基座进行枢转，以追踪太阳的相对移动，以及可操作的一第二驱动手段，以使该摆动臂可相对于垂直于该第一轴线的各第二轴线周围的该架构进行枢转，以将该线性集光器置于日照光线集中效果最佳的位置。
故，通过该架构相对于该被固定于地面的基座的移动，一想象平面，其中包含该折射集光元件的一垂直对称轴线，以及该集光器的一垂直对称轴线。可于一日内的不同时间点置于不同位置上，与太阳日照平行。并通过该集光器的摆动臂相对于该架构的移动，以及其后相对于该折射集光元件的移动，可于一日内的不同时间点，将该线性集光器置于日照光线最为集中的位置。或同理而言，置于该折射集光元件的线性焦点上，并特别是与一集光镜片一同配置。
于一实施例中，该镜片为一线性菲涅尔集光镜片，且该线性集光器可为一热能或太阳能动力集光器。其他折射集光元件可为棱镜或球面镜片。于一实施例中，至少二同心环型导引元件于该架构中沿第一轴线固设，彼此分开并设置于该集光器与该摆动臂周围，且该等环型导引元件与该基座上所安装的一支撑导引装置连接。
举例而言，该支撑导引装置为配合各环型导引元件，可包含至少二外滚轮，其设置于该基座上，该基座并位于该环型导引元件的一外轨道支撑构造上，以及至少一内滚轮，其设于该基座中，并受该环型导引元件的一内轨道所支撑。
于此，上述该第一驱动手段可包含一弹性牵引元件，例如一滚轮链条、一缆线或类似机构，与该架构连接并设于另一端的该环型导引元件的一外环型平面，以及一牵引机构，其受一电动马达驱动，以选择性反方向拉动该弹性牵引元件。或者，该第一驱动手段可包含一齿环部分，其固设于其中一环型导引元件，且连接可操作的一电动马达，以使一啮合于前述齿环部分的一小齿轮一同旋动。
于另一实施例中，该架构包含一轴线支撑结构，可于该第一轴线的一共轴位置支撑一枢转轴，且该枢转轴是可旋转地受该基座的支撑元件所支撑。于此，该第一驱动手段可包含，举例而言，可操作的一电动马达，以使该枢转轴可选择性的朝相反方向旋转。
无论是否具有控制该架构移动的带动系统、导引系统、与驱动系统，该追日设备可包含一单一折射集光元件，设于该架构的一固定位置，以及一单一集光器，借助对应的该等摆动臂设置于该架构中，或数个折射集光元件(镜片、棱镜、或其他适用的现有光学元件)，彼此相互平行并分别设于该架构的固定位置，以及数个集光器，借助对应的该等摆动臂支撑于该架构中，而其中各集光器皆分别与一折射集光元件连接。
于一实施例中，该架构是以钢或铝制成，其并包含数个彼此相接的纵杆件与横杆件，以及与该纵杆件及横杆件相接的数个强固棒与强固杆，形成三角型结构。故，该架构具有优异的刚性，重量较轻，在伸展与扭转时可展现卓越的强度，而上述伸展与扭转部分是由于该架构本身的重量轻盈，但基本上是由于操作时可能需要承受的风力所导致。
该架构的设计使其可于一工作坊中利用传统素材与技术建造完成，且可实质上以组装完成的状态运送至搭建地点，借此可简化该架构的搭建作业，即代表可降低成本。
较佳的，该追日设备组件可自动稳定，故当驱动手段失误或受损时，该架构可逐步自行回复至一稳定位置，借此避免撞及意外、突发翻覆或设备其他部分损毁。
总而言之，本发明所提供该具有折射集光功能的追日设备具有下述优点：
·通过该镜片支撑架构的旋转，相对于一轴线追踪太阳。
·通过该摆动臂的即时旋转，将该日照集光器随时定位于集光效果最佳的位置。
·该追日设备可相对于太阳定位于任何方向，以使日照集光效果最佳化，不需恒久对齐南北或东西轴线。
·承载镜片的该架构具有最大的强度与刚性，以抵抗风吹，且只需利用最少的素材，其制造与组装也相当简单。
·实施例中包含利用环型导引元件进行导引旋转，仅需利用最简单的驱动方式即可驱使移动：举例而言，一齿轮马达搭配链条或轮齿以使该架构以及至少一具线性驱动装置旋转，以驱动该摆动臂。
·实施例中包含利用枢转轴进行旋转，可使驱动方式简化并更符合经济效益：举例而言，一齿轮马达搭配链条或轮齿以使该架构以及一线性驱动装置旋转，以驱动该摆动臂。
·于一具以上相连接的架构中承载该镜片的架构具有一外壳或衬垫，其并于末端封合。借助此加强结构对抗风力，受包覆的内部温度可相较于外部温度有所提升，以显著促进集光器的热能运转性能。
附图说明
前述与其他特性及优点，可借助参照下述实施例的描述并搭配所附图式而更清楚表明：
图1为本发明立体外观简图，表示本发明其中一实施例所提供的具有折射集光功能的追日设备。
图1A为本发明部分前视图，表示图1所示该追日设备的可能驱动状态。
图2为本发明追日设备侧视简图，表示该集光器相对于折射集光元件的第一相对移动，为两具元件共同移动，使该追日设备相对于太阳呈现一第一配置，以将集光器的太阳能集中效果最大化。
图3与前图同为侧视图，自另一面表示集光器的移动，该折射集光元件与集光器之间的距离维持相同，以使该追日设备相对于太阳呈现一第二配置。
图4为本发明另一实施例，表示该架构承载一组可相对于一中央纵轴线旋转的镜片。
图5为本发明立体外观图，表示可适用于图1或图4中所示追日设备的架构。
具体实施方式
图1为本发明所提供具有折射集光功能的追日设备的一项实施例，其中包含：
一架构3，设有至少一折射集光元件1以及与其相互平行的至少一集光器2；以及
可操作的一第一驱动手段，使该架构3可相对于平行于该折射集光元件1以及该集光器2的一第一轴线E1周围的一基座4进行枢转，以追踪太阳的相对移动，如GB1590841所示。
本发明所提供的折射集光元件1(实施例中为相互平行的二单元，纵向设置，为线性集光镜片)接设于该架构3的一固定位置，而该集光器2(实施例中为相互平行的二单元)借助相互平行并形成一铰接四边型机构的至少二摆动臂5设置于该架构3中，以及可操作的一第二驱动手段，以使该等摆动臂5可相对于邻近该折射集光元件1的一第二轴线E2周围并垂直于第一轴线E1的该架构3进行枢转，借此，该集光器2可随时置于日照光线集中效果最佳的位置。
如图1、图2及图3所示，该架构3具有同心的二环型导引元件6设于该第一轴线E1，彼此分离并配设于集光器2与摆动臂5周围，且该环行导引元件6连接于该基座4上所安装的一支撑导引装置。
于图2及图3所示并于图1A中详细表示的实施例中，该支撑导引装置包含至少二外滚轮7，使各环型导引元件6可设置于基座4，该基座4并设有一外轨道以设置该环型导引元件6，且至少一内滚轮8设于该基座4上并设于该环型导引元件6的一内轨道上。如图1A所示，该第一驱动手段可包含一弹性牵引元件9(例如链条或类似元件)，其与该架构3连接，并设于位于另一面的环型导引元件6的一外环型平面部分之上，以及一牵引机构，该牵引机构受一电动马达10所驱动，并可选择性朝反方向拖拉该弹性牵引元件9。
于图4所示实施例中，另一种架构3包含轴支架11，以将一共轴的枢转轴12设置于第一轴线E1，且该枢转轴12可转动地设置于基座4所配设的支撑件13上。于此，该第一驱动手段包含可操作的一传统电动马达(图中未标明)，使该枢转轴12可选择性地朝相反方向旋转。
至此，该追日设备可包含数个折射集光元件1，设置于该架构3的各固定位置，以及数个集光器2，利用数个摆动臂5设置于该架构3上，其中一具集光器2与各折射集光元件1相连接。
如图5所示，为了提升架构3的强度，我们设计使其具有相互连接的数个纵杆件31以及横杆件32，以及与至该纵杆件31与横杆件32相接的数个强固棒33与强固杆34，形成三角形结构。
架构3顶端具有呈现格子状的一矩形上框，用以支撑该折射集光元件1，因此，必须将该矩形上框的变形程度降至最低，以确保可正确定位于阳光照射位置。此框是利用环形区段所撑构，因此，无论该组件位于架构3的任何位置，或是镜片从何位置受到风吹影响，该组件的变形程度皆可降至最低。
在该矩形上框下方为一“W型”部分，即摆动臂5与集光器2进行移动的部分。杆件排列所配设出的空间以及强固棒33与强固杆34，利用最少的构件，提供极为坚固的中央结构。侧杆具有极高的定位惯性，故，当架构3倾斜时，该部分的惯性/重量比率使发生变形的可能性降至最低。
架构3的下方部分具有一矩形下框，其扮演两种角色。其一，可一体成型地连接“W型”部分的各别构件，提供该组件的坚固度；其二，提供该组件扭力刚性，此为使该架构成功旋转的关键。此矩形下框的作用如同坚固的框座，对促成设备沿轨道移动而言相当必要，而且也只用了最少的钢材来打造。
在所示实施例中，该折射集光元件1为线性极光镜片，该集光器2为线性集光器。尽管如此，该折射集光元件可为棱镜、同心镜片或其他可利用折射来集中日照光线的光学元件，且该集光器可为点状集光器。
发明领域精通技艺人士，于不违本发明精神所从事的种种修改或实施例变化，俱属本发明意欲保护之范畴。

Claims (17)

1.一种具有折射集光功能的追日设备，其包括：
一架构(3)，设有至少一折射集光元件(1)以及与其相互平行的至少一集光器(2)；以及
可操作的一第一驱动手段，使该架构(3)可以一第一轴线(E1)为旋转轴心相对于一基座(4)进行枢转，以追踪太阳的相对移动，而该第一轴线(E1)平行于该折射集光元件(1)以及该集光器(2)，
其特征在于：
该折射集光元件(1)固设于该架构(3)的一固定位置，且集光器(2)利用相互平行的至少二摆动臂(5)设置于该架构(3)上，并连接至其末端形成一铰接四边型机构，并具有可操作的一第二驱动手段，使该等摆动臂(5)可以一第二轴线(E2)为旋转轴心相对于该架构(3)进行枢转，而该第二轴线(E2)邻近该折射集光元件(1)，且该第二轴线(E2)垂直于该第一轴线(E1)，借以使该集光器(2)可沿着该第一轴线(E1)方向往复移动，以随时置于日照光线集中效果最佳的位置。
2.如权利要求1所述的具有折射集光功能的追日设备，其特征在于该架构(3)具有至少二环型导引元件(6)，设于第一轴线(E1)的同心位置，彼此分离并配设于集光器(2)与摆动臂(5)周围，且该等环型导引元件(6)连接于该基座(4)上所安装的一支撑导引装置。
3.如权利要求2所述的具有折射集光功能的追日设备，其特征在于该支撑导引装置包含至少二外滚轮(7)，使各环型导引元件(6)可设置于基座(4)，该基座(4)并设有一外轨道以设置该环型导引元件(6)。
4.如权利要求3所述的具有折射集光功能的追日设备，其特征在于该第一驱动手段包含一弹性牵引元件(9)，其与该架构(3)连接，并设于位于另一面的环型导引元件(6)的一外环型平面部分之上，以及由一电动马达(10)所驱动的一牵引机构，用以选择性地朝反方向拖拉该弹性牵引元件(9)。
5.如权利要求3所述的具有折射集光功能的追日设备，其特征在于该第一驱动手段包含一齿环部分，其设于其中一环型导引元件(6)，且连接可操作的一电动马达，以使一啮合于前述齿环部分的一小齿轮一同旋动。
6.如权利要求1所述的具有折射集光功能的追日设备，其特征在于该架构(3)包含一轴支架(11)，以将一共轴的枢转轴(12)设置于第一轴线(E1)，且该枢转轴(12)是可转动地设置于基座(4)所配设的支撑件(13)上。
7.如权利要求6所述的具有折射集光功能的追日设备，其特征在于该第一驱动手段包含可操作的一电动马达，使该枢转轴(12)可选择性地朝相反方向旋转。
8.如前述任一权利要求所述的具有折射集光功能的追日设备，其特征在于数个折射集光元件(1)分别固设于该架构(3)的数个固定位置，且数个集光器(2)利用数个摆动臂(5)设置于该架构(3)上，其中各集光器(2)皆分别与一折射集光元件(1)连接。
9.如前述权利要求1至7任一项所述的具有折射集光功能的追日设备，其特征在于该架构(3)包含数个彼此相连的纵杆件(31)与横杆件(32)，以及与至该纵杆件(31)与横杆件(32)相接的数个强固棒(33)与强固杆(34)，形成三角形结构。
10.如权利要求8所述的具有折射集光功能的追日设备，其特征在于该架构(3)包含数个彼此相连的纵杆件(31)与横杆件(32)，以及与至该纵杆件(31)与横杆件(32)相接的数个强固棒(33)与强固杆(34)，形成三角形结构。
11.如前述权利要求1至7任一项所述的具有折射集光功能的追日设备，其特征在于该架构(3)受一外壳或衬垫包覆，且该折射集光元件(1)的表面为净空无物。
12.如权利要求8所述的具有折射集光功能的追日设备，其特征在于该架构(3)受一外壳或衬垫包覆，且该折射集光元件(1)的表面为净空无物。
13.如权利要求9所述的具有折射集光功能的追日设备，其特征在于该架构(3)受一外壳或衬垫包覆，且该折射集光元件(1)的表面为净空无物。
14.如前述权利要求1至7任一项所述的具有折射集光功能的追日设备，其特征在于该折射集光元件(1)为一线性集光镜片，而该集光器(2)为一线性集光器。
15.如前述权利要求8所述的具有折射集光功能的追日设备，其特征在于该折射集光元件(1)为一线性集光镜片，而该集光器(2)为一线性集光器。
16.如前述权利要求9所述的具有折射集光功能的追日设备，其特征在于该折射集光元件(1)为一线性集光镜片，而该集光器(2)为一线性集光器。
17.如前述权利要求11所述的具有折射集光功能的追日设备，其特征在于该折射集光元件(1)为一线性集光镜片，而该集光器(2)为一线性集光器。
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