CN107062152A - 一种单面凹面镜追踪聚光采光系统 - Google Patents

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CN107062152A CN201710204441.7A CN201710204441A CN107062152A CN 107062152 A CN107062152 A CN 107062152A CN 201710204441 A CN201710204441 A CN 201710204441A CN 107062152 A CN107062152 A CN 107062152A
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曹润泽
张军斌
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Abstract

本发明公开了一种单面凹面镜追踪聚光采光系统，包括追踪聚光系统及导光采光系统两个部分，其中追踪聚光系统可通过独立控制系统对日光进行追踪并对出射光线进行高倍聚光和射出位置锁定，其中导光采光系统可将追踪聚光系统所引入的光线进行可控性红外截止滤波和引导，使汇聚后的光线可有效地、更加均匀地分布于室内各处，其有益效果在于：本发明能够实现对太阳光的自动追踪，并将太阳光高倍汇聚，增加出射光的能量密度，并通过导光管将光线更均匀地分布于室内各处，并控制射入室内的红外线能量大小，减少室内空调负担，实现节能和采光效果，减少由导光罩处温度过高造成的安全隐患。

Description

一种单面凹面镜追踪聚光采光系统
技术领域
本发明属于光学应用领域，具体涉及一种单面凹面镜追踪聚光采光系统。
背景技术
太阳能不同于煤和石油，燃烧时会产生废气造成环境污染，更不像煤和石油有取尽耗竭的一天，而且更不具有用核能发电所带来的危险性和后遗症。因此如果以太阳能来代替煤、石油和天然气等传统化石能源，环境污染的问题将会大大地减少。太阳能有两大明显优势：(1)蕴藏量具有可持续性，用之不竭。(2)从根本上杜绝了造成环境污染的废气产生的问题，因此吸引了大众的广泛关注与重视。
太阳光不仅能够应用于照明，而且能够借助其光谱中所包含的紫外线产生杀菌消毒的作用。太阳光经过凹面镜聚光后可提高焦平面的太阳光能量密度，经过导光系统处理后，可用于室内采光的补光照明。但是普通的聚光设备不能对太阳光进行追踪，难以实现根据光照方向对受光面进行自动调整的效果，导致采光效率较低，而且普通的采光系统一般采用反射的原理将日光直接引入室内通过墙壁、地面等表面的漫反射实现整个房间的照明，这样并不能够使用凹面镜来提高室内照度，避免出现因凹面镜直接用于民用采光而光线聚焦处温度过高而引发火灾意外情况的发生。
因此，需要一种能够根据光照方向对受光面的朝向进行自动调整而使出射光线始终射向室内某一处的装置，并通过导光系统使导入室内的光线更均匀的分布于室内的各处，同时在导光系统的入射端加可调节红外截止滤波片调整射入室内的红外线，以实现如夏季等室内温度过高时过滤掉入射光的红外线部分能量，降低室内温度的效果；而当冬季等室内温度较低时，实现透过入射光的红外线部分能量，增加室内温度的效果。能够有效解决现有日光采集技术中存在的弊端与不足。
发明内容
本发明的目的主要在于为了解决上述问题而提出一种单面凹面镜追踪聚光采光系统。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
一种单面凹面镜追踪聚光采光系统，由追踪聚光系统及导光采光系统两个部分组成。
其中追踪聚光系统包括底座，所述底座上方安装有纬向驱动箱，所述底座上方通过轴承安装有弧形齿轮，所述弧形齿轮上方安装有定位架，所述定位架上方安装有反射盘，所述底座上方安装有转台，所述转台上方安装有仰角调节架，所述转台与所述仰角调节架的结合部位安装有转轴，所述仰角调节架顶部安装有径向电机，所述径向电机下方设置有丝杆，所述底座一侧安装有销轴，所述销轴一侧固定有可与所述丝杆配合连接的调节螺母。
上述结构中，所述光敏接收器接收到光照信号后，将该信号传输给所述控制器，由所述控制器通过对所述径向电机和所述纬向驱动箱进行自动控制，并通过所述丝杆与所述调节螺母的配合实现所述反射盘的仰角调节，并且通过所述弧形齿轮与所述反射盘的配合实现所述反射盘的水平调节，确保所述反射盘始终处于与太阳光垂直的平面。
进一步的，所述反射盘包括抛物面反射镜面、位于所述抛物面反射镜面上方的控制器、位于所述控制器下方的光敏接收器。
进一步的，所述抛物面反射镜面由若干块凹面反射镜拼接而成(图中以6块为例)，且固定位圆盘状。
进一步的，所述控制器与所述径向电机与所述纬向驱动箱电性连接。
进一步的，所述径向电机为伺服电机，所述纬向驱动箱内部安装有伺服电机。
进一步的，所述纬向驱动箱内部设置有可与所述弧形齿轮相配合的齿轮组。
追踪聚光系统有益效果在于：本发明能够实现对太阳光的自动追踪，并能实现高密度太阳光的能量会聚。
其中导光采光系统包括导光管，所述导光管内壁由反射率大于90％的反射材料覆盖，所述导光管入射端有抛物面型采光罩，所述导光管上方安装有红外截止滤波片调节系统，所述红外截止滤波片调节系统上方安装有红外截止滤波片盘形底座，所述红外截止滤波片盘形底座上方安装有半圆形红外截止滤波片及半圆形空框，所述红外截止滤波片调节系统上方安装有转台，所述转台通过电机与轮轴进行转动调节滤波片盘形底座，所述电机后方安装有接收控制装置，所述电机接收控制装置控制驱动，所述接收控制装置配合有遥控器装置，所述遥控器装置内含有室内温度传感器，所述导光管上方有导光孔，所述导光孔上方有横截面为抛物线型的导光罩若干个，所述横截面为抛物线型的导光罩按照从导光管入射端向内延伸的方向依次增加高度，所述导光管中沿光线入射方向最后一个所述横截面为抛物线型的导光罩的高度抵至所述导光管内壁的上端。
上述结构中，所述采光罩可增大接收到的所述追踪聚光系统所反射的光线的接收面积及聚光效果，所述采光罩将所接收到的所述追踪聚光系统所反射的光线导入到所述导光管入射端，光线通过所述导光管入射端的所述红外截止滤波片调节系统中的红外截止滤波片或半圆形空白区域，沿所述导光管管壁向内传导至所述第一个横截面为抛物线型的导光罩处，部分光线经反射进入室内，剩余光线继续沿导光管管壁向内传导至下一个横截面为抛物线型的导光罩处，部分光线经反射进入室内，以此类推，直至光线传导至所述导光管最后一个所述横截面为抛物线型的导光罩处，并反射至室内。室内用户可通过所述遥控器装置设置所需室内温度，所述室内温度传感器接收到用户所设置的室内温度理想值并由此对室内温度与用户预设温度做出差值，控制器进行正负反馈，并控制电机转动，从而控制所述红外截止滤波片沿盘形底座转动至合适的位置，从而有选择性地滤掉入射光中的红外线，从而控制室温不断与用户预设值相接近。
导光采光系统有益效果在于：将光线更好地通过导光管均匀的分布于室内各处，并能够将射入室内的光线中的红外【线】部分有选择性地滤掉，以实现在室内温度过高的天气时过滤掉入射光的红外线部分能量，降低室内温度；室温较低时则透过入射光的红外线部分能量，增加室内温度的效果。这有利于降低空调的能耗，实现节能目的，进而降低安全隐患。
附图说明
图1是本发明实施例的立体结构示意图；
图2是本发明实施例的跟踪聚光系统反光盘结构示意图；
图3是本发明实施例的导光采光结构示意图；
图4是本发明实施例的红外截止滤波片盘形底座结构示意图；
图5是本发明实施例的遥控器装置外观示意图；
图6是本发明实施例的接收控制装置的一种具体实施方式的流程图；
图7是本发明实施例的单面凹面镜追踪聚光采光系统示意图。
1、底座；2、调节螺母；3、销轴；4、丝杆；5、仰角调节架；6、径向电机；7、反射盘，701、抛物面反射镜面，702、光敏接收器，703、控制器；8、转轴；9、转台；10、定位架；11、弧形齿轮；12、纬向驱动箱；13、导光管；14、导光罩；15、红外截止滤波片盘形底座；16、伺服电机；17、接收控制装置；18、采光罩；19、预设温度调低按钮；20、预设温度调高按钮；21、液晶显示屏(可显示预设温度及室内温度)。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明：
如图1-图6所示，一种单面凹面镜追踪聚光采光系统，由跟踪聚光系统及导光采光系统两个部分组成。
在本实施例中，追踪聚光系统包括底座1，底座1上【方】安装有纬向驱动箱12，纬向驱动箱12用于与弧形齿轮11配合后控制反射盘7的旋转，底座1上方通过轴承安装有弧形齿轮11，弧形齿轮11上方安装有定位架10，定位架10上方安装有反射盘7，反射盘7用于接收太阳光后对太阳光进行聚光反射，底座1上方安装有转台9，转台9上方安装有仰角调节架5，仰角调节架5用于调节反射盘7的仰角，转台9与仰角调节架5的结合部位安装有转轴8，仰角调节架5顶部安装有径向电机6，径向电机6用于通过与丝杆4的配合实现对反射盘7仰角的调节，径向电机6下方设置有丝杆4，底座1一侧安装有销轴3，销轴3一侧固定有可与丝杆4配合连接的调节螺母2。
在本实施例中，光敏接收器702接收到光照信号后，将该信号传输给控制器703，由控制器703通过对径向电机6和纬向驱动箱12进行自动控制，并通过丝杆4与调节螺母2的配合实现反射盘7的仰角调节，并且通过弧形齿轮11与反射盘7的配合实现反射盘7的水平调节，确保反射盘7始终可将由反射盘7汇聚后的光线射向采光罩18处，并通过红外截止滤波片1501或半圆形空框1502，最终沿导光管13向内传导至各个导光罩。
在本实施例中，反射盘7包括抛物面反射镜面701、位于抛物面反射镜面701上方的控制器703、位于控制器703下方的光敏接收器702，抛物面反射镜面701共有6块，且固定位圆盘状，控制器703与径向电机6与纬向驱动箱12电性连接，径向电机6为伺服电机，纬向驱动箱12内部安装有伺服电机，纬向驱动箱12内部设置有可与弧形齿轮11相配合的齿轮组。
在本实施例中，图5遥控器装置中有温度传感装置并可由液晶显示屏21显示当前室温，室内用户可通过遥控器装置上的预设温度调低按钮19和预设温度调高按钮20来调整预设温度并显示在液晶显示屏21上，当预设温度低于室内温度时，控制器将会控制伺服电机16，使红外截止滤波片盘形底座15旋转，使导光管光线射入处对准红外截止滤波片1501，从而滤掉射入屋内的光线中的红外【线】部分，从而起到降温、采光作用；当预设温度高于室内温度时，控制器将会控制伺服电机16，使红外截止滤波片盘形底座15旋转，使导光管光线射入处对准半圆形空框1502，从而滤掉射入屋内的光线全部射入屋内，从而起到升温、采光作用。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和显著优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明将还会有一系列变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其效物界定。

Claims (9)

1.一种单面凹面镜追踪聚光采光系统，包括追踪聚光系统及导光采光系统两个部分，其中追踪聚光系统包括底座，其特征在于：所述底座上方安装有纬向驱动箱，所述底座上方通过轴承安装有弧形齿轮，所述弧形齿轮上方安装有定位架，所述定位架上方安装有反射盘，所述底座上方安装有转台，所述转台上方安装有仰角调节架，所述转台与所述仰角调节架的结合部位安装有转轴，所述仰角调节架顶部安装有径向电机，所述径向电机下方设置有丝杆，所述底座一侧安装有销轴，所述销轴一侧固定有可与所述丝杆配合连接的调节螺母。其中导光采光系统包括导光管，其特征在于：所述导光管入射端到反射盘反射面的距离大于所述反射盘反射面到反射光焦平面的距离，所述导光管内壁由反射率大于90％的反射材料覆盖，所述导光管入射端有抛物面型采光罩，所述抛物面型采光罩内壁由反射率大于90％的反射材料覆盖，所述导光管上方安装有红外截止滤波片调节系统，所述红外截止滤波片调节系统上方安装有红外截止滤波片盘形底座，所述红外截止滤波片盘形底座由电机驱动，所述电机后方安装有接收控制装置，所述电机接收控制装置控制驱动，所述接收控制装置配合有遥控器装置，所述遥控器装置内含有室内温度传感器，所述导光管上方有导光孔。
2.根据权利要求1所述的一种单面凹面镜追踪聚光采光系统中的跟踪聚光系统，其特征在于：所述反射盘包括抛物面反射镜面、位于所述抛物面反射镜面上方的控制器、位于所述控制器上方的光敏接收器。
3.根据权利要求2所述的一种单面凹面镜追踪聚光采光系统中的跟踪聚光系统，其特征在于：所述抛物面反射镜面由若干块凹面反射镜拼接而成。
4.根据权利要求1所述的一种单面凹面镜追踪聚光采光系统中的跟踪聚光系统，其特征在于：所述控制器与所述径向电机与所述纬向驱动箱电性连接。
5.根据权利要求1和4所述的一种单面凹面镜追踪聚光采光系统中的跟踪聚光系统，其特征在于：所述径向电机为伺服电机，所述纬向驱动箱内部安装有伺服电机，所述纬向驱动箱内部设置有可与所述弧形齿轮相配合的齿轮组。
6.根据权利要求1所述的一种单面凹面镜追踪聚光采光系统中的导光采光系统，其特征在于：导光采光系统包括导光管，所述导光管内壁由反射率大于90％的反射材料覆盖。
7.根据权利要求1所述的一种单面凹面镜追踪聚光采光系统中的导光采光系统，其特征在于：所述红外截止滤波片盘形底座上方有半圆形红外截止滤波片及半圆形空框，所述红外截止滤波片调节系统上方安装有转台，所述转台通过电机与轮轴进行转动调节滤波片盘形底座。
8.根据权利要求1所述的一种单面凹面镜追踪聚光采光系统中的导光采光系统，其特征在于：所述导光孔上方有横截面为抛物线型的导光罩若干个，所述横截面为抛物线型的导光罩按照从导光管入射端向内延伸的方向依次增加高度，所述导光管中沿光线入射方向最后一个所述横截面为抛物线型的导光罩的高度抵至所述导光管内壁的上端。
9.根据权利要求1和2所述的一种单面凹面镜追踪聚光采光系统，其特征在于：所述抛物面反射镜面到抛物线型的导光罩反射面的距离小于F，F二倍于抛物面反射镜面到其焦平面的距离。
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1447058A (zh) * 2002-03-21 2003-10-08 谭洪源 利用阳光进行室内照明的装置

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN1447058A (zh) * 2002-03-21 2003-10-08 谭洪源 利用阳光进行室内照明的装置

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