CN106247641A - 一种自动跟踪太阳能定焦点聚光装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动跟踪太阳能定焦点聚光装置，包括机架，可滑动安装于所述机架上的储能装置，与所述机架铰接的支架，可摆动设于所述支架上的第一调节机构，安装于所述第一调节机构上的安装架，设于所述安装架上的透镜，以及用于调节支架摆动角度的第二调节机构。本发明通过第一调节机构调节透镜的位置，使透镜的位置随着太阳光照射角度的变化而逐渐变化，同时透镜的焦点能稳定且固定地照射在储能装置上，实现了对透镜进行日调节的目的，进而达到最大化吸收太阳光能量的目的。而通过调节第二调节机构可使透镜在竖直方向上进行摆动，实现对透镜进行季节调节的目的，提高了对太阳能的利用率，具有结构简单和太阳能利用效率高的有益效果。

Description

一种自动跟踪太阳能定焦点聚光装置

技术领域

本发明属于太阳能技术领域，尤其是指一种自动跟踪太阳能定焦点聚光装置。

背景技术

随着化石能源的大量开发和利用，能源日趋枯竭，并且环境污染也越来越严重。太阳能作为一种清洁、绿色和环保的能源越来越被重视并开发利用。由于太阳能辐射到地球表面的能量密度相对较低，所以高效利用太阳能的关键在于提高太阳能能量密度以及利用的效率。

现有的太阳能聚光装置按照结构主要分为两种：一种为免跟踪类，一种为可跟踪类。免跟踪类的太阳能聚光装置的透镜不随太阳光照射角度的变化而自动进行角度调节，只能在某段时间进行聚光，当太阳相对地球移动后，便无法聚光，导致太阳光能量吸收率和利用率低。而跟踪类的太阳能聚光装置跟踪效果差、设备复杂且操作不方便。另外，由于太阳能受地理、昼夜和季节等规律性变化以及阴晴云雨等随机因素的制约，太阳能装置对太阳能的吸收量会随着时间和天气的变化呈现不稳定性和不连续性，使得太阳能装置的能量输出产生不稳定的情况，从而导致无法满足生产和生活用能连续和稳定供应的需要的问题。

发明内容

本发明的目的在于针对上述问题，提供一种结构简单、太阳能利用效率高、能量输出稳定和安全可靠的自动跟踪太阳能定焦点聚光装置。

本发明的目的可采用以下技术方案来达到：

一种自动跟踪太阳能定焦点聚光装置，包括机架，可滑动安装于所述机架上的储能装置，与所述机架铰接的支架，可摆动设于所述支架上的第一调节机构，安装于所述第一调节机构上的安装架，设于所述安装架上的透镜，以及用于调节支架摆动角度的第二调节机构。

进一步地，所述第一调节机构包括电机、摆动架和转轴，所述转轴可旋转安装于所述支架上，所述电机固定安装于支架上，且电机的输出轴通过变速箱与所述转轴的一端固定连接，所述转轴的另一端与所述摆动架固定连接；所述安装架安装于所述摆动架上。

进一步地，所述第二调节机构包括可滑动安装于所述机架上的滑块，以及可旋转安装于所述机架上的螺杆，所述滑块设于所述支架的下方，且顶压所述支架；所述滑块上开有螺纹孔，且与所述螺杆螺纹传动连接。

进一步地，所述储能装置包括机箱和设于机箱内的热端组件以及冷端组件，所述机箱通过隔板分隔为集热腔和放热腔，集热腔的上端设有透明玻璃，所述放热腔的上端设有盖体，所述热端组件以及冷端组件分别设于所述集热腔和放热腔内；所述热端组件包括集热管和保温隔热材料，所述集热管缠绕为锥体结构，且该锥体结构从上向下的直径逐渐减小，所述集热管设于透明玻璃的下方；所述保温隔热材料填充于集热腔内；所述冷端组件包括放热管和相变材料，所述放热管为螺旋结构，所述放热管的一端为盘状结构，且该端设于盖体下方，所述放热管的两端穿过隔板与所述集热管连通，所述集热管中设有工质，形成液体循环回路；所述放热腔中填充有相变材料。

进一步地，与所述安装架连接的所述摆动架的一端设有两根导杆，所述安装架可滑动套设于所述导杆上；所述导杆的一端通过弹性件顶压所述安装架的一端，所述导杆的另一端上设有锁紧器，所述锁紧器顶压所述安装架的另一端，所述锁紧器与所述导杆可拆卸连接。

作为一种优选的方案，所述集热管的外表面上覆盖有吸热涂层。

作为一种优选的方案，所述安装架上设有螺纹杆，所述透镜通过螺母可调节安装于所述螺纹杆上。

作为一种优选的方案，所述储能装置的底部设有滑轮，所述滑轮可旋转安装于所述机架上。

作为一种优选的方案，所述透镜为菲涅尔透镜。

实施本发明，具有如下有益效果：

1、本发明通过第一调节机构调节透镜的位置，使透镜的位置随着太阳光照射角度的变化而逐渐变化，同时透镜的焦点能稳定且固定地照射在储能装置上，实现了对透镜进行日调节的目的，进而达到最大化吸收太阳光能量的目的。因季节的变化，太阳直射角也随着变化，而通过调节第二调节机构可使透镜在竖直方向上进行摆动，以保持太阳光始终垂直照射到透镜上，实现了对透镜进行季节调节的目的，提高了对太阳能的利用率，具有结构简单和太阳能利用效率高特点。

2、本发明热量释放后，热量通过相变材料储存，可保证放热管放热的连续性和稳定性。同时，由于保温隔热材料作用，热量散失缓慢，集热管可较长时间储存太阳能热量。取用热量时，可通过打开放热腔上的盖体，将需加热物品置于放热管上方进行加热。

3、本发明的集热管缠绕成锥体形状，增大了受热面积，使得太阳光通过透镜聚焦后的焦点能较大面积地照射到集热管上；而放热管缠绕为盘状结构，增大了其放热的面积，使得放置于盖体位置上的物品能获得更多的热量，提高了对物品加热的速度和效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明自动跟踪太阳能定焦点聚光装置的结构示意图；

图2是本发明自动跟踪太阳能定焦点聚光装置的储能的内部结构示意图。

图3是本发明自动跟踪太阳能定焦点聚光装置的支架的运动轨迹图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例

参照图1，本实施例涉及太阳能利用系统，包括机架1，可滑动安装于所述机架1上的储能装置2，与所述机架1铰接的支架3，可摆动设于所述支架3上的第一调节机构，安装于所述第一调节机构上的安装架5，设于所述安装架5上的透镜6，以及用于调节支架3摆动角度的第二调节机构。

本发明的长度方向南北设置，随着白天时间的推移，射到透镜6上的太阳光的角度逐渐发生变化，使得透镜6的焦点位置逐渐发生变化，从而使得储能装置2对太阳光能量的吸收率逐渐降低。本发明通过第一调节机构调节透镜6的位置，使透镜6的位置随着太阳光照射角度的变化而逐渐变化，同时透镜6的焦点能稳定且固定地照射在储能装置2上，实现了对透镜6进行日调节的目的，进而达到最大化吸收太阳光能量的目的。

因季节的变化，太阳直射角也随着变化，如图3所示，太阳位于A1、A2和A3位置时，分别对应着冬季、春和秋季以及夏季，通过调节第二调节机构可使透镜6在竖直方向上进行摆动，使透镜6分别对应在B1、B2和B3位置，以保持太阳光始终垂直照射到透镜6上，实现了对透镜6进行季节调节的目的，提高了对太阳能的利用率，具有结构简单和太阳能利用效率高特点。

所述第一调节机构包括电机41、摆动架42和转轴43，所述转轴43可旋转安装于所述支架3上，所述电机41固定安装于支架3上，且电机41的输出轴通过变速箱与所述转轴43的一端固定连接，所述转轴43的另一端与所述摆动架42固定连接；所述安装架5安装于所述摆动架42上。电机41通过转轴43驱动摆动架42进行摆动，使安装于摆动架42上的透镜6随着进行摆动，实现了对透镜6进行日调节的目的，以保持太阳光能始终垂直照射于透镜6上。

所述第二调节机构包括可滑动安装于所述机架1上的滑块71，以及可旋转安装于所述机架1上的螺杆72，所述滑块71设于所述支架3的下方，且顶压所述支架3；所述滑块71上开有螺纹孔，且与所述螺杆72螺纹传动连接。

随着季节的变化，太阳的直射角随着发生变化，此时，旋转螺杆72以驱动滑块71滑动，随着滑块71滑动位置的变化，支架3在重力或滑块71的顶压力作用下产生向下或向上摆动，从而使得太阳光能保持垂直地照射于透镜6上，实现接收太阳光的强度达到最大，提高了对太阳能的利用效率。

如图2所示，所述储能装置2包括机箱21和设于机箱21内的热端组件以及冷端组件，所述机箱21通过隔板22被分隔为集热腔23和放热腔24，集热腔23的上端设有透明玻璃25，所述放热腔24的上端设有盖体26，所述热端组件以及冷端组件分别设于所述集热腔23和放热腔24内；所述热端组件包括集热管27和保温隔热材料，所述集热管27缠绕为锥体结构，且该锥体结构从上向下的直径逐渐减小，所述集热管27设于透明玻璃25的下方；所述保温隔热材料填充于集热腔23内；所述冷端组件包括放热管28和相变材料，所述放热管28为螺旋结构，所述放热管28的一端为盘状结构，且该端设于盖体26下方，所述放热管28的两端穿过隔板22与所述集热管27连通，所述集热管27中设有工质，形成液体循环回路；所述放热腔24中填充有相变材料。

集热管27缠绕成锥体形状，增大了受热面积，使得太阳光通过透镜6聚焦后的焦点能较大面积地照射到集热管27上；而放热管28缠绕为盘状结构，增大了其放热的面积，使得放置于盖体26位置上的物品能获得更多的热量，提高了对物品加热的速度和效率。

在太阳光照射到集热管27时，液体工质受热气化，气体工质吸热膨胀，集热管27内的压力升高推动工质脉动涌向放热管28，到达放热管28后工质冷凝，气体工质放热，压力降低。由于管内气塞和液柱分布不均匀，导致管内压力分布不均匀，管内工质会形成有脉动的循环，进而将热量从集热管27传递到放热管28，从而实现高效的热量传递。热量释放后，热量通过相变材料储存，可保证放热管放热的连续性和稳定性。同时，由于保温隔热材料作用，热量散失缓慢，集热管27可较长时间储存太阳能热量。取用热量时，可通过打开放热腔24上的盖体26，将需加热物品置于放热管28上方进行加热。

太阳光通过透明玻璃25照射到集热管27上，该透明玻璃25既使得光线能顺利照射到集热管27上，又保证集热腔23的密闭性，避免灰尘等杂质落入。

与所述安装架5连接的所述摆动架42的一端设有两根导杆421，所述安装架5可滑动套设于所述导杆421上；所述导杆421的一端通过弹性件422顶压所述安装架5的一端，所述导杆421的另一端上设有锁紧器423，所述锁紧器423顶压所述安装架5的另一端，所述锁紧器423与所述导杆421可拆卸连接。通过调节锁紧器423在导杆421上锁紧的位置，安装架5在弹性件的弹力和锁紧器的作用力下而在导杆421上滑动到相应的位置，以调节透镜6的焦点的位置，以保持焦点而始终位于储能装置2上，提高了储能装置2对太阳能的吸收率，提高了对太阳光的利用效率。

为了提高集热管27对太阳能的吸收速度和效率，所述集热管27的外表面上覆盖有吸热涂层。

所述安装架5上设有螺纹杆51，所述透镜6通过螺母52可调节安装于所述螺纹杆51上。通过拧转螺母52可调节透镜6的高度，从而对透镜6的焦点的高度位置进行微调，以保证透镜6的焦点能准确地位于集热管27上，实现最大化吸收太阳能的目的。

所述储能装置2的底部设有滑轮8，所述滑轮8可旋转安装于所述机架1上。通过滑轮8可以调节储能装置2与透镜6之间的距离，从而对落到储能装置2的透镜6的焦点位置进行调节。

所述透镜6为菲涅尔透镜。当然，其它聚焦透镜也适合于该透镜6使用。

以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (9)

1.一种自动跟踪太阳能定焦点聚光装置，其特征在于：包括机架，可滑动安装于所述机架上的储能装置，与所述机架铰接的支架，可摆动设于所述支架上的第一调节机构，安装于所述第一调节机构上的安装架，设于所述安装架上的透镜，以及用于调节支架摆动角度的第二调节机构。

2.根据权利要求1所述的一种自动跟踪太阳能定焦点聚光装置，其特征在于：所述第一调节机构包括电机、摆动架和转轴，所述转轴可旋转安装于所述支架上，所述电机固定安装于支架上，且电机的输出轴通过变速箱与所述转轴的一端固定连接，所述转轴的另一端与所述摆动架固定连接；所述安装架安装于所述摆动架上。

3.根据权利要求1所述的一种自动跟踪太阳能定焦点聚光装置，其特征在于：所述第二调节机构包括可滑动安装于所述机架上的滑块，以及可旋转安装于所述机架上的螺杆，所述滑块设于所述支架的下方，且顶压所述支架；所述滑块上开有螺纹孔，且与所述螺杆螺纹传动连接。

4.根据权利要求1所述的一种自动跟踪太阳能定焦点聚光装置，其特征在于：所述储能装置包括机箱和设于机箱内的热端组件以及冷端组件，所述机箱通过隔板分隔为集热腔和放热腔，集热腔的上端设有透明玻璃，所述放热腔的上端设有盖体，所述热端组件以及冷端组件分别设于所述集热腔和放热腔内；所述热端组件包括集热管和保温隔热材料，所述集热管缠绕为锥体结构，且该锥体结构从上向下的直径逐渐减小，所述集热管设于透明玻璃的下方；所述保温隔热材料填充于集热腔内；所述冷端组件包括放热管和相变材料，所述放热管为螺旋结构，所述放热管的一端为盘状结构，且该端设于盖体下方，所述放热管的两端穿过隔板与所述集热管连通，所述集热管中设有工质，形成液体循环回路；所述放热腔中填充有相变材料。

5.根据权利要求2所述的一种自动跟踪太阳能定焦点聚光装置，其特征在于：与所述安装架连接的所述摆动架的一端设有两根导杆，所述安装架可滑动套设于所述导杆上；所述导杆的一端通过弹性件顶压所述安装架的一端，所述导杆的另一端上设有锁紧器，所述锁紧器顶压所述安装架的另一端，所述锁紧器与所述导杆可拆卸连接。

6.根据权利要求4所述的一种自动跟踪太阳能定焦点聚光装置，其特征在于：所述集热管的外表面上覆盖有吸热涂层。

7.根据权利要求1至6任一所述的一种自动跟踪太阳能定焦点聚光装置，其特征在于：所述安装架上设有螺纹杆，所述透镜通过螺母可调节安装于所述螺纹杆上。

8.根据权利要求1或4所述的一种自动跟踪太阳能定焦点聚光装置，其特征在于：所述储能装置的底部设有滑轮，所述滑轮可旋转安装于所述机架上。

9.根据权利要求1至6任一所述的一种自动跟踪太阳能定焦点聚光装置，其特征在于：所述透镜为菲涅尔透镜。