CN104846805B - 太阳能高倍聚光沙漠沙垂直加热融化装置 - Google Patents

太阳能高倍聚光沙漠沙垂直加热融化装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种太阳能高倍聚光沙漠沙垂直加热融化装置，包括：水平地基、支撑轮、中心轴、平面承台、第一支架、平面镜转轴、平面镜、第二支架、曲面镜、圆弧面镜、料仓、流量控制器、下落通道、承接成型容器；本发明能够使沙漠沙在重力作用下的下落的过程中实现融熔液化，下降过程中不与其他材料和器件相接触；能够利用沙漠沙生产多种形状的石质建材，改变了以往由于沙漠沙太细而不太适合用在建筑和混凝土中的状况；用形成的不同形状的石质材料铺设在沙漠表面，比在复杂地形上运动并进行硬化，在技术上更加简单，成本也更低，因此更具有推广价值。从而克服以往工程治沙、植物治沙和设备聚光治沙的缺点和不足。

Description

太阳能高倍聚光沙漠沙垂直加热融化装置
技术领域
本发明涉及太阳能利用技术领域，特别是涉及一种对太阳光进行聚光的光热利用装置。
背景技术
太阳能是一种清洁无污染的可再生能源，取之不尽，用之不竭。充分开发利用太阳能不仅可以节约日益枯竭的常规化石能源，缓解严峻的资源短缺问题，而且还可以减少污染，减缓气候变化，保护人类赖以生存的生态环境。
在我们生存的地球上，存在着大面积的沙漠，因其恶劣的自然环境，使人类很难在这些区域内生存。尤其是沙漠在风的作用下产生的流动性，可以造成周围地区生产生活设施的严重破坏，最终导致无法利用，人类的生存空间被沙漠不断侵蚀。
当今，荒漠化也是世界性的公害，全球受到荒漠化危害的陆地面积已达到1／4，且每年仍以5～7万平方公里的速度扩展。目前，全球荒漠化面积达到3800万平方公里，占地球陆地总面积的四分之一，使世界三分之二的国家和五分之一的人口受到其影响。沙尘暴虐，田毁人亡，每年造成的直接经济损失达400多亿美元。
国家林业局公布的数据表明，我国现有荒漠化土地面积为262.6万平方公里,占国土总面积的27.3%,涉及全国18个省区的471个县，影响着近4亿人口的生产和生活，每年由沙化造成的直接经济损失超过540亿元人民币。荒漠化已成为严重威胁中华民族生存空间、严重制约中国经济社会发展的巨大挑战。
目前，政府每年要拿出巨额资金用于防沙治沙工程建设。
现有治沙方法主要包括工程治沙和植物治沙两大类。所谓工程治沙是用柴、草、粘土、板条、篱笆、卵石或沥青乳剂和高分子聚合物等设置障碍或辅压遮蔽的方法阻沙固沙。这种方法受资源和条件的限制只在少数地区可用，费用较高，可持续时间短，而植物治沙法生产周期长、见效慢，在大部分缺水和降水稀少地区是不具备实施条件的。
在公开的《治沙、筑路方法及其装置》（97104067.2）专利技术中，是将聚焦后的太阳光束扫描地面，使地面的沙粒或土壤熔融或者烧结，冷却后使地面上形成坚硬覆盖物。在公开的《利用太阳能的智能化筑路与沙漠表面硬化系统》（200710161174.6）专利技术中，是采用太阳能发电组件向蓄电池充电，再由蓄电池向激光设备提供电能用于沙漠表面硬化。以上技术存在的主要缺点是：在实施过程中，由于沙漠地形非常复杂，地表崎岖不平，且太阳的位置时刻都在发生变化，其聚焦落点很难控制，整个机构会十分复杂，必然会阻碍其广泛实施和推广；其次是蓄电池蓄电效率低，造成只有很少部分能源用于沙漠表面硬化，因此其总体效率较低，硬化效率与投入不成比例。
沙漠沙，太细，有土，太黏，而且可塑性比较差，与河沙相比，不太适合用在建筑和混凝土中。。
发明内容
为了克服以往工程治沙、植物治沙、设备聚光治沙的缺点和不足，本发明提供一种太阳能高倍聚光沙漠沙垂直加热融化装置，能够降低设备的制造难度，提高太阳能量的利用率；沙漠沙在下落的过程中即可实现融熔液化，下降过程中不与其他材料和器件相接触，融熔液化过程很简单；能够利用沙漠沙生产多种形状的石质建材，改变了以往由于沙漠沙太细而不太适合用在建筑和混凝土中的状况；用形成的不同形状的石质材料铺设在沙漠表面，比在复杂地形上运动并进行硬化，在技术上更加简单，成本也更低，因此更具有推广价值。
本发明提供一种太阳能高倍聚光沙漠沙垂直加热融化装置，包括：水平地基、支撑轮、中心轴、平面承台、第一支架、平面镜转轴、平面镜、第二支架、曲面镜、圆弧面镜、料仓、流量控制器、下落通道、承接成型容器；
支撑轮和中心轴都固定在水平地基上；中心轴垂直于水平地基；支撑轮数量至少有三个以上，设置在以中心轴为圆心的圆形轨道上，支撑轮的转轮朝上，且转轮的转动轴线均通过中心轴，支撑轮的转轮高度相同；
平面承台安装在中心轴和支撑轮上，在支撑轮的支撑下，能够沿中心轴为中心进行水平转动；
第一支架和第二支架都固定在平面承台上；第一支架上有平面镜转轴，平面镜安装在平面镜转轴上并能够沿平面镜转轴相对于平面承台改变高度角；
曲面镜和圆弧面镜都固定安装在第二支架上，相对于平面承台固定；平面镜、曲面镜、圆弧面镜上都设置有高反射率的反射层，能够反射太阳光；曲面镜的反射面是抛物柱面形状，圆弧面镜的反射面是圆弧柱面镜；曲面镜的反射面的焦线与圆弧面镜的反射面的轴线重合且与平面承台垂直，与水平地基也垂直；平面镜与曲面镜的反射面相对，曲面镜与圆弧面镜的反射面相对，圆弧面镜安装在平面镜与曲面镜之间的位置；
料仓安装在流量控制器的上方，料仓内盛放沙漠沙，流量控制器根据太阳能辐射的强度即时调整沙漠沙从料仓内流出的流量，再从流量控制器流出进入下落通道，下落通道与曲面镜的反射面的焦线、圆弧面镜的反射面的轴线重合；承接成型容器放置在平面承台上，并位于下落通道的下方；
控制平面承台水平转动，并且控制平面镜沿平面镜转轴转动，使平面镜对太阳进行跟踪；平面镜将太阳光线反射成为一次反射光线；在合适的跟踪角度下，能够使一次反射光线成为相对于平面承台平行的光线，一次反射光线全部射向曲面镜，曲面镜将一次反射光线反射成为二次反射光线，并且汇聚在曲面镜的反射面的焦线上；流量控制器根据太阳能辐射的强度即时调整沙漠沙从料仓内流出，沙漠沙在重力的作用下进入下落通道；由于下落通道与曲面镜的反射面的焦线重合，在下落通道上汇聚了高强度的太阳辐射能量；当平面镜、曲面镜的反射面足够大且流量控制器的流量控制恰当时，沙漠沙在通过下落通道时，吸收辐射能，从固态转变为液态，最后落入到承接成型容器内，经冷却凝固后成为固态的石质材料；冷却凝固后的形状由承接成型容器的不同形状决定；
沙漠沙在重力的作用下通过下落通道时处于松散状态，有部分二次反射光线未被沙漠沙吸收；透过下落通道的二次反射光线由圆弧面镜重新成为三次反射光线，重新反射到下落通道上，也就是曲面镜反射面的焦线上，使下落的沙漠沙重新吸收和利用，提高太阳能聚光能量的利用率。
附图说明
图1是本发明的立体结构原理及光路示意图。
图2是本发明的侧视结构原理及光路示意图。
图3是本发明的顶视结构原理及光路示意图。
图4是本发明的聚光部分的光路示意图。
图中标号说明如下：
10-太阳光线、11-一次反射光线、12-二次反射光线、13-三次反射光线、15-水平地基、16-支撑轮、17-中心轴、21-平面承台、22-第一支架、23-平面镜转轴、23-平面镜、32-第二支架、33-曲面镜、34-圆弧面镜、41-料仓、42-流量控制器、43-下落通道、51-承接成型容器。
具体实施方式
本发明不受下述实施例的限制，可根据本发明的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。
本发明中，为了便于描述，各部件的相对位置关系的描述均是根据说明书图1的布图方式来进行描述的，如：前、后、上、下、左、右等的位置关系是依据说明书附图的布图方向来确定的。
下面结合实施例及附图对本发明作进一步描述：
如图1、图2、图3、图4所示，本发明提供一种太阳能高倍聚光沙漠沙垂直加热融化装置，包括：水平地基15、支撑轮16、中心轴17、平面承台21、第一支架22、平面镜转轴23、平面镜24、第二支架32、曲面镜33、圆弧面镜34、料仓41、流量控制器42、下落通道43、承接成型容器51；
支撑轮16和中心轴17都固定在水平地基15上；中心轴17垂直于水平地基15；支撑轮16数量至少有三个以上，设置在以中心轴17为圆心的圆形轨道上，支撑轮16的转轮朝上，且转轮的转动轴线均通过中心轴17，支撑轮16的转轮高度相同；
平面承台21安装在中心轴17和支撑轮16上，在支撑轮16的支撑下，能够沿中心轴17为中心进行水平转动；其有益效果是：下雪和风沙天气对平面承台21的转动影响非常小；
第一支架22和第二支架32都固定在平面承台21上；第一支架22上有平面镜转轴23，平面镜24安装在平面镜转轴23上并能够沿平面镜转轴23相对于平面承台21改变高度角；
曲面镜33和圆弧面镜34都固定安装在第二支架32上，相对于平面承台21固定；平面镜24、曲面镜33、圆弧面镜34上都设置有高反射率的反射层，能够反射太阳光；曲面镜33的反射面是抛物柱面形状，圆弧面镜34的反射面是圆弧柱面镜；曲面镜33的反射面的焦线与圆弧面镜34的反射面的轴线重合且与平面承台21垂直，与水平地基15也垂直；平面镜24与曲面镜33的反射面相对，曲面镜33与圆弧面镜34的反射面相对，圆弧面镜34安装在平面镜24与曲面镜33之间的位置；
料仓41安装在流量控制器42的上方，料仓41内盛放沙漠沙，流量控制器42根据太阳能辐射的强度即时调整沙漠沙从料仓41内流出的流量，再从流量控制器42流出进入下落通道43，下落通道43与曲面镜33的反射面的焦线、圆弧面镜34的反射面的轴线重合；承接成型容器51放置在平面承台21上，并位于下落通道43的下方；
控制平面承台21水平转动，并且控制平面镜24沿平面镜转轴23转动，使平面镜24对太阳进行跟踪；平面镜24将太阳光线10反射成为一次反射光线11；在合适的跟踪角度下，能够使一次反射光线11成为相对于平面承台21平行的光线，一次反射光线11全部射向曲面镜33，曲面镜33将一次反射光线11反射成为二次反射光线12，并且汇聚在曲面镜33的反射面的焦线上；流量控制器42根据太阳能辐射的强度即时调整沙漠沙从料仓41内流出，沙漠沙在重力的作用下进入下落通道43；由于下落通道43与曲面镜33的反射面的焦线重合，在下落通道43上汇聚了高强度的太阳辐射能量；当平面镜24、曲面镜33的反射面足够大且流量控制器42的流量控制恰当时，沙漠沙在重力的作用下通过下落通道43，吸收辐射能，从固态转变为液态，最后落入到承接成型容器51内，经冷却凝固后成为固态的石质材料；冷却凝固后的形状由承接成型容器51的不同形状决定；
沙漠沙在重力的作用下通过下落通道43时处于松散状态，有部分二次反射光线12未被沙漠沙吸收；透过下落通道43的二次反射光线12由圆弧面镜34重新成为三次反射光线13，重新反射到下落通道43上，也就是曲面镜33反射面的焦线上，使下落的沙漠沙重新吸收和利用，提高太阳能聚光能量的利用率。
以上方案的有益效果是：
一、制造较大面积的平面镜24和曲面镜33都很容易，曲面镜33是抛物柱面，比轴对称抛物曲面的制造难度低很多；
二、只经过两次常规强度的反射，即可得到高强度的聚光焦线，使太阳能的能量反射损失降至最低，太阳能量的利用率得到提高；
三、沙漠沙在下落的过程中即可实现融熔液化，下降过程中不与其他材料和器件相接触，融熔液化过程很简单；
四、通过更换不同形状的承接成型容器51，即可实现利用沙漠沙生产多种形状的石质建材，改变了以往由于沙漠沙太细而不太适合用在建筑和混凝土中的状况；
五、用形成的不同形状的石质材料铺设在沙漠表面，比在复杂地形上运动并进行硬化，在技术上更加简单，成本也更低，因此更具有推广价值。
方位角和高度角是太阳能利用技术专业术语。
以上技术特征构成了本发明的最佳实施例，其具有较强的适应性和最佳实施效果，可根据实际需要增减非必要的技术特征，来满足不同情况的需求。

Claims (3)

1.一种太阳能高倍聚光沙漠沙垂直加热融化装置，包括：水平地基(15)、支撑轮(16)、中心轴(17)、平面承台(21)、第一支架(22)、平面镜转轴(23)、平面镜(24)、第二支架(32)；其特征在于：还包括曲面镜(33)、圆弧面镜(34)、料仓(41)、流量控制器(42)、下落通道(43)、承接成型容器(51)；支撑轮(16)和中心轴(17)都固定在水平地基(15)上；中心轴(17)垂直于水平地基(15)；支撑轮(16)数量至少有三个以上，设置在以中心轴(17)为圆心的圆形轨道上，支撑轮(16)的转轮朝上，且转轮的转动轴线均通过中心轴(17)，支撑轮(16)的转轮高度相同；第一支架(22)和第二支架(32)都固定在平面承台(21)上；第一支架(22)上有平面镜转轴(23)，平面镜(24)安装在平面镜转轴(23)上并能够沿平面镜转轴(23)相对于平面承台(21)改变高度角；曲面镜(33)和圆弧面镜(34)都固定安装在第二支架(32)上，相对于平面承台(21)固定；平面镜(24)、曲面镜(33)、圆弧面镜(34)上都设置有反射层，能够反射太阳光；曲面镜(33)的反射面是抛物柱面形状，圆弧面镜(34)的反射面是圆弧柱面镜；曲面镜(33)的反射面的焦线与圆弧面镜(34)的反射面的轴线重合且与平面承台(21)垂直，与水平地基(15)也垂直；平面镜(24)与曲面镜(33)的反射面相对，曲面镜(33)与圆弧面镜(34)的反射面相对，圆弧面镜(34)安装在平面镜(24)与曲面镜(33)之间的位置；料仓(41)安装在流量控制器(42)的上方，料仓(41)内盛放沙漠沙，流量控制器(42)根据太阳能辐射的强度即时调整沙漠沙从料仓(41)内流出的流量，再从流量控制器(42)流出进入下落通道(43)，下落通道(43)与曲面镜(33)的反射面的焦线、圆弧面镜(34)的反射面的轴线重合；承接成型容器(51)放置在平面承台(21)上，并位于下落通道(43)的下方。
2.根据权利要求1所述的太阳能高倍聚光沙漠沙垂直加热融化装置，其特征在于：控制平面承台(21)水平转动，并且控制平面镜(24)沿平面镜转轴(23)转动，平面镜(24)将太阳光线(10)反射成为一次反射光线(11)，一次反射光线(11)成为相对于平面承台(21)平行的光线，一次反射光线(11)全部射向曲面镜(33)，曲面镜(33)将一次反射光线(11)反射成为二次反射光线(12)，并且汇聚在曲面镜(33)的反射面的焦线上；流量控制器(42)根据太阳能辐射的强度即时调整沙漠沙从料仓(41)内流出，沙漠沙在重力的作用下进入下落通道(43)，吸收辐射能，从固态转变为液态，最后落入到承接成型容器(51)内，经冷却凝固后成为固态的石质材料；冷却凝固后的石质材料的形状由承接成型容器(51)的不同形状决定。
3.根据权利要求1所述的太阳能高倍聚光沙漠沙垂直加热融化装置，其特征在于：透过下落通道(43)的二次反射光线(12)由圆弧面镜(34)重新成为三次反射光线(13)，重新反射到下落通道(43)上，也就是曲面镜(33)反射面的焦线上。
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