CN107249222A - 一种模拟聚光太阳能光照加热装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了属于光照加热设备领域的一种模拟聚光太阳能光照加热装置。该装置包括强光光源阵列，光纤阵列和加热腔；以球形短弧氙灯作为人造光源，光纤阵列的光线输出端通过加热腔上的安装孔阵列安装在加热腔上，光纤阵列作为传输介质将光导入加热腔中，加热腔将光的射出方向固定，作为光加热器的输出端；所述光纤阵列由于其材料具有的柔性特征，固定光纤的加热腔可以在一定范围内平移，旋转，以适应不同位置，不同朝向的被加热工件。被加热物体表面光照强度均匀，加热温升分布均匀，提高强光加热腔装置使用过程中的易用性，灵活性；同时加热区域与光源区域隔离，降低了高温加热腔耐高温要求；光源安全性高。

Description

一种模拟聚光太阳能光照加热装置

技术领域

本发明属于光照加热设备领域，特别涉及一种模拟聚光太阳能光照加热装置。腔式光照加热装置。

背景技术

随着科技的发展，光照加热系统成为一种重要的常规加热手段，应用在各种加热设备中。其中，为了实现室内利用太阳热能所需要的高强度光照下的可重复试验，模拟聚光太阳能加热器是非常必要的。此类技术的核心思想是利用聚光透镜或者金属卤化物光源的聚光式布置将自然光源或单色光源的光线利用几何光学原理汇聚并收集，传输到需要被加热的物体上。这种光照加热技术的特点是结构原理简单，温升均匀。目前的相关专利提出的光照加热装置分为两大类：第一类如专利“太阳能网络自然光照明加热装置”(申请号2004100108078.X)，是利用聚光反射镜或透镜将自然光聚焦通过光纤将光传输到管状被加热体上的装置；第二类如专利“光照加热设备”(申请号201320885177.5)，是利用固定式或可调节转动方向的人造金属卤化物光源阵列直接加热装置，利用光源阵列的排布将加热光斑汇聚，其中第一类装置主要利用光源为自然光源，运行受到天气条件和设备安装位置的限制，加热效果不稳定，难以得到固定的、可重复的光照实验条件，且为获得较高的加热温度需要较大的占地面积；第二类装置需要将光照加热光源固定在不可调整转动方向的支架上，限制了光源的安装数量，对支撑结构的稳固性提出了较高的要求，同时人造光源与加热腔不隔离，加热室温度过高会对人造光源的安全性产生威胁。

发明内容

本发明的目的是提出一种模拟聚光太阳能光照加热装置。其特征在于，所述模拟聚光太阳能光照加热装置包括强光光源阵列，光纤阵列和加热腔；以球形短弧氙灯作为人造光源，光纤阵列作为传输介质将光导入加热腔中，加热腔将光的射出方向固定，作为光加热器的输出端；所述光纤阵列由于其材料具有的柔性特征，固定光纤的加热腔可以在一定范围内平移，旋转，以适应不同位置，不同朝向的被加热工件；

所述强光光源阵列包括多个单元，其中每个单元包括球形短弧氙灯和椭球面反射罩；球形短弧氙灯固定在椭球面反射罩的底端中心位置的近端焦点处；其中球形短弧氙灯包括柱状灯管和球状灯管；

所述加热腔为两端开口的圆柱筒状物体，加热腔上布置有光纤安装孔阵列；

所述光纤阵列包括多根光纤束单元；光纤阵列的光线接收端通过带孔平板固定，光纤接收端位于椭球形反光罩的焦点处；光纤阵列的光线输出端通过加热腔上的安装孔阵列安装在加热腔上；

所述加热腔和固定板之间利用具有柔性的光纤束连接，加热腔能够在一定范围内平移或旋转，加热腔上的光纤安装孔在周向、轴向的排列均匀，使被加热物体表面光照强度均匀，加热温升分布均匀。

所述光纤阵列的材质为塑料光纤束、玻璃光纤束或石英光纤束；并具有高的透射率。

所述加热腔上的光纤安装孔阵列沿加热腔的轴向是4组，并且轴向分布与加热腔相应径向平行；所述光纤安装孔阵列的光纤安装孔沿加热腔周向是8个。

一种模拟太阳光加热装置的使用方法，包括如下步骤：

1)将被加热工件插入加热腔中，调整工件位置使其中轴线与加热腔的中轴线平行；

2)开启球形短弧氙灯光源对被加热工件进行加热。

本发明的有益效果是利用加热腔能够在一定范围内平移或旋转的加热腔，加热腔上的光纤安装孔在周向、轴向的排列均匀，使被加热物体表面光照强度均匀，加热温升分布均匀，提高强光加热腔装置使用过程中的易用性，灵活性，满足强光加热领域的需求；同时利用光纤传输光线将人造光源与加热端在空间上隔离，保证人造光源的安全性，减低其耐高温要求。同时加热区域与光源区域隔离，降低了高温加热腔对光源安全性的威胁。

附图说明

图1为模拟聚光太阳能光照加热装置的结构示意图。

图2为光照加热装置中照明单元结构示意图。

图3为模拟聚光太阳能光照加热装置中加热腔结构示意图。

图4为平面加热器结构示意图。

具体实施方式

本发明提出一种模拟聚光太阳能光照加热装置。所述光照加热装置以球形短弧氙灯作为人造光源，光纤阵列作为传输介质将光导入加热腔中，加热腔将光的射出方向固定，作为光加热器的输出端；所述光纤阵列由于其材料具有的柔性特征，固定光纤的加热腔可以在一定范围内平移，旋转，以适应不同位置，不同朝向的被加热工件；下面结合附图对本发明的实施方式做进一步说明。

图1所示为模拟聚光太阳能光照加热装置的结构示意图。图中所示的模拟聚光太阳能光照加热装置包括强光光源阵列1，光纤阵列2和加热腔3；

所述强光光源阵列1通过光纤阵列2将发出的光导入加热腔3中；强光光源阵列1通过隔热材料从空间上与加热腔3工作区域隔离。所述强光光源阵列1固定在支架上，与椭球形反光罩5的开口平面保持在同一平面上，该阵列可以水平固定，也可以垂直固定。所述光纤阵列2中的光纤束单元9的光线接收端与强光光源阵列1的每个单元位置相对应，光纤束单元9的光线接收端平面与椭球形反光罩5的开口平面平行。光纤束单元9的光线接收端通过带孔的隔板固定，通过螺纹或卡扣固定在隔板上，该隔板的要求是隔热性能较好。光纤束单元9的材料要求是具有较高的透射率，具有较高的柔韧性。光纤束单元9的光线输出端固定在加热腔3上的光纤安装孔11上，通过卡扣或螺纹固定。所述光纤阵列的材质为塑料光纤束、玻璃光纤束或石英光纤束；并具有高的透射率。

所述加热腔上的光纤安装孔阵列沿加热腔的轴向是4组，并且轴向分布与加热腔相应径向平行；所述光纤安装孔阵列的光纤安装孔沿加热腔周向是8个。

图2所示的球形短弧氙灯光源4中的球状灯管7位于椭球形反光罩5的焦点处，光线20由球状灯管7发射，被椭球形反光罩5反射，到达位于椭球形反光罩5另一个焦点处的光纤束单元9的光线接收端。光线20通过光纤束单元9被传输到光线输出端。

图3所示的加热腔3为圆柱筒状空腔，光纤安装孔阵列10在加热腔3上周向均匀分布，使加热工件上的光照周向分布均匀；加热腔3的材料需要选择那高温材料，可承受的最高温度需要在500℃以上；在此温度下，加热腔3不应有较大的形变；被加热的柱状工件得到的辐照度可以根据球形短弧氙灯光源4的选型，可达到自然光照射的1000倍。

根据加热方案需要，通过调整强光光源阵列2中单元的开闭分布达到加热方案的需要。当加热工件是柱状体并需要得到柱状体表面均匀光照加热条件时，可以打开强光光源阵列2所有单元的电源，此时被加热工件周向加热功率是相同的。如果被加热工件是平面上的一个区域，则被加热工件的体积受到加热腔3体积的限制。由于加热腔3一端的可替换性，可将加热腔3替换成图4所示的加热平面21，满足平面被加热物的需要，将光纤输出端朝向的一面对准被加热平面即可。

所述模拟太阳光加热装置的使用方法，包括如下步骤：

1)将被加热工件插入加热腔中，调整工件位置使其中轴线与加热腔的中轴线平行；

2)开启球形短弧氙灯光源对被加热工件进行加热。

Claims (5)

1.一种模拟聚光太阳能光照加热装置，其特征在于，所述模拟聚光太阳能光照加热装置包括强光光源阵列，光纤阵列和加热腔；以球形短弧氙灯作为人造光源，光纤阵列作为传输介质将光导入加热腔中，加热腔将光的射出方向固定，作为光加热器的输出端；所述光纤阵列由于其材料具有的柔性特征，固定光纤的加热腔可以在一定范围内平移，旋转，以适应不同位置，不同朝向的被加热工件；

所述强光光源阵列包括多个单元，其中每个单元包括球形短弧氙灯和椭球面反射罩；球形短弧氙灯固定在椭球面反射罩的底端中心位置的近端焦点处；其中球形短弧氙灯包括柱状灯管和球状灯管；

所述加热腔为两端开口的圆柱筒状物体，加热腔上布置有光纤安装孔阵列；

所述光纤阵列包括多根光纤束单元；光纤阵列的光线接收端通过带孔平板固定，光纤接收端位于椭球形反光罩的焦点处；光纤阵列的光线输出端通过加热腔上的安装孔阵列安装在加热腔上。

2.根据权利要求1所述模拟聚光太阳能光照加热装置，其特征在于，所述加热腔和固定板之间利用具有柔性的光纤束连接，加热腔能够在一定范围内平移或旋转，加热腔上的光纤安装孔在周向、轴向的排列均匀，使被加热物体表面光照强度均匀，加热温升分布均匀。

3.根据权利要求1所述模拟聚光太阳能光照加热装置，其特征在于，所述光纤阵列的材质为塑料光纤束、玻璃光纤束或石英光纤束；并具有高的透射率。

4.根据权利要求1所述模拟聚光太阳能光照加热装置，其特征在于，所述加热腔上的光纤安装孔阵列沿加热腔的轴向是4组，并且轴向分布与加热腔相应径向平行；所述光纤安装孔阵列的光纤安装孔沿加热腔周向是8个。

5.一种模拟太阳光加热装置的使用方法，包括如下步骤：

1)将被加热工件插入加热腔中，调整工件位置使其中轴线与加热腔的中轴线平行；

2)开启球形短弧氙灯光源对被加热工件进行加热。