CN113900459B - 高倍聚光闪烧装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种高倍聚光闪烧装置，包括：反应腔、菲涅尔聚光镜、支架、遮挡板和控制模块；其中，菲涅尔聚光镜设置在支架的顶部；反应腔设置在支架的底部且位于菲涅尔聚光镜的焦点上，反应腔的底部放置有被烧对象；遮挡板设置在菲涅尔聚光镜的上方；控制模块与遮挡板相连，控制模块用于采集被烧对象的温度信号，并根据温度信号对遮挡板进行控制，以控制菲涅尔聚光镜的聚光比，并调节被烧对象的加热温度。根据本发明的高倍聚光闪烧装置，采用高倍聚光太阳能技术实现闪烧工艺，节能环保，并且闪烧效果较好，同时采用遮光板能够准确地对闪烧进行控制。

Description

高倍聚光闪烧装置
技术领域
本发明涉及闪烧技术领域，具体涉及一种高倍聚光闪烧装置。
背景技术
材料在各个领域都有着至关重要的作用，为了合成所需要的材料和获得特定的材料结构，烧结工艺在材料制备过程中不可缺少。传统的烧结工艺一般采用管式炉、箱式炉等进行烧结或退火工艺处理。在一些高温烧结工艺，如高于1000℃，存在着电能损耗大，升温时间长等缺点。
闪烧(Flash sintering)技术是近几年出现的一种新型电场辅助陶瓷烧结方法。相关技术中，一般是在压力辅助条件下，将直流电直接通过迅速升温的金属陶瓷坯体，来制备金属陶瓷块材料的方法。该技术是基于传统的电能来实现闪烧工艺，需要消耗大量的电能，并且闪烧效果较差。
发明内容
本发明为解决上述技术问题，提供了一种高倍聚光闪烧装置，采用高倍聚光太阳能技术实现闪烧工艺，节能环保，并且闪烧效果较好，同时采用遮光板能够准确地对闪烧进行控制。
本发明采用的技术方案如下：
一种高倍聚光闪烧装置，包括：反应腔、菲涅尔聚光镜、支架、遮挡板和控制模块；其中，所述菲涅尔聚光镜设置在所述支架的顶部；所述反应腔设置在所述支架的底部且位于所述菲涅尔聚光镜的焦点上，所述反应腔的底部放置有被烧对象；所述遮挡板设置在所述菲涅尔聚光镜的上方；所述控制模块与所述遮挡板相连，所述控制模块用于采集所述被烧对象的温度信号，并根据所述温度信号对所述遮挡板进行控制，以控制所述菲涅尔聚光镜的聚光比，并调节所述被烧对象的加热温度。
所述控制模块包括：红外温度探头、数模转换器、滑轮组、电源单元、驱动电机单元和控制器；其中，所述红外温度探头用于采集所述被烧对象的温度信号；所述数模转换器与所述红外温度探头相连，所述数模转换器用于将所述温度信号转换为数字信号；所述控制器分别与所述数模转换器和所述电源单元相连，所述控制器用于接收所述数字信号，并根据所述数字信号输出相应的控制指令至所述电源单元；所述电源单元与所述驱动电机单元相连，所述驱动电机单元与所述滑轮组相连，所述遮挡板设置在所述滑轮组上，所述电源单元用于根据所述控制指令控制所述驱动电机单元动作，以驱动所述滑轮组带动所述遮挡板对所述菲涅尔聚光镜进行遮挡。
所述反应腔包括：内表面反射镜、密封石英玻璃、反应腔外壳、进气口、坩埚和出气口，其中，所述反应腔外壳内表面设置有所述内表面反射镜；所述密封石英玻璃设置在所述反应腔外壳的顶部，并且所述密封石英玻璃与所述反应腔外壳的顶部之间设置有密封圈；所述进气口和所述出气口分别设置在所述反应腔外壳的两侧；所述坩埚设置在所述反应腔外壳的底部。
所述反应腔外壳由金属制成，所述反应腔外壳呈双V型。
本发明的有益效果：
本发明采用高倍聚光太阳能技术实现闪烧工艺，节能环保，并且闪烧效果较好，同时采用遮光板能够准确地对闪烧进行控制。
附图说明
图1为本发明实施例的高倍聚光闪烧装置的结构示意图；
图2为本发明一个实施例的反应腔的结构示意图。
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。
图1是根据本发明实施例的高倍聚光闪烧装置的结构示意图。
如图1所示，本发明实施例的高倍聚光闪烧装置可包括：反应腔100、菲涅尔聚光镜200、支架300、遮挡板400和控制模块500。
其中，菲涅尔聚光镜200设置在支架300的顶部，其中，支架300及系统安装在太阳能二维跟踪装置上，保证太阳光入射光线与菲涅尔聚光镜200的镜面垂直；反应腔100设置在支架300的底部且位于菲涅尔聚光镜200的焦点上，可使用耐高温胶固定位置，反应腔100的底部放置有被烧对象160；遮挡板400设置在菲涅尔聚光镜200的上方；控制模块500与遮挡板400相连，控制模块500用于采集被烧对象160的温度信号，并根据温度信号对遮挡板400进行控制，以控制菲涅尔聚光镜200的聚光比，并调节被烧对象160的加热温度。其中，聚光方式采用菲涅尔聚光镜200，聚光比在1000倍以上，且聚光比可调，通过控制遮挡板400的位置控制入射光线的面积(即控制菲涅尔聚光镜200的采光面积)，从而控制聚光比。
根据本发明的一个实施例，如图2所示，反应腔100包括：内表面反射镜110、密封石英玻璃120、反应腔外壳130、进气口140、坩埚150和出气口170。其中，反应腔外壳130由金属制成，反应腔外壳130呈双V型，反应腔外壳130内表面设置有内表面反射镜110，实现太阳能入射光线的二次反射与利用；密封石英玻璃120设置在反应腔外壳130的顶部，一方面确保太阳能充分穿过，另一方面起到反应腔100内部密封的作用，并且密封石英玻璃120与反应腔外壳130的顶部之间设置有密封圈；进气口130和出气口170分别设置在反应腔外壳130的两侧；坩埚150设置在反应腔外壳130的底部。
由此，构建特殊的反应腔100，能够实现材料在反应腔中被快速加热，被可通入保护气体，防止材料的燃烧，同时还可以通入特殊的退火氢气，制备特殊的相结构。
根据本发明的一个实施例，如图1所示，控制模块500包括：红外温度探头510、数模转换器520、滑轮组530、电源单元540、驱动电机单元550和控制器560。
红外温度探头510用于采集被烧对象160的温度信号，其中，红外温度探头510可由工业红外测温探头构成，能够将采集到的温度信号以电压信号的方式输出，采集被烧对象160的实时温度；数模转换器520与红外温度探头510相连，数模转换器520用于将温度信号(电压信号)转换为数字信号；控制器560分别与数模转换器520和电源单元540相连，控制器560用于接收数字信号，并根据数字信号输出相应的控制指令至电源单元540；电源单元540与驱动电机单元550相连，驱动电机单元550与滑轮组530相连，遮挡板400设置在滑轮组530上，电源单元540用于根据控制指令控制驱动电机单元550动作，以驱动滑轮组530带动遮挡板400对菲涅尔聚光镜200进行遮挡。
具体而言，所述滑轮组530、电源单元540、驱动电机模块550以及遮挡板400共同组成一个可以调节聚光比的装置。滑轮组530安装在遮挡板400下面，使得遮挡板400可以滑动并起到支撑的作用，驱动电机模块550转动，带动自身的齿轮组，齿轮组与遮挡板400背面的凹槽形成配合，从而带动遮挡板400的位置发生移动。所述电源单元540给控制系统供电。
具体地，红外温度探头510探测被烧对象160的温度，采集的温度信号送至数模转换器520，经过转换处理的温度数据送至控制器560，控制器560根据程序控制电源单元540，从而控制驱动电机单元550的动作，完成遮挡板400位置的控制。
其中，当被烧对象160的温度低于设定温度时，可控制增加遮挡板400打开的时间，即不遮挡的时间，从而提高被烧对象160的温度，反之，当被烧对象160的温度高于设定温度时，可控制减少遮挡板400打开的时间，从而降低被烧对象160的温度。也就是说，可通过控制遮挡板400打开的时间，即不遮挡的时间，以调节被烧对象160加热的温度。
在本发明的另一个实施例中，也可通过调节遮挡板400打开的面积(即不遮挡部分的面积)调整被烧对象160的加热温度。其中，当被烧对象160的温度低于设定温度时，可控制增加遮挡板400打开的面积；当被烧对象160的温度高于设定温度时，可控制减少遮挡板400打开的面积。
由此，本发明采用自动遮阳板，实现太阳能的闪烧。即，在遮挡时，不加热；不遮挡时，被烧结对象被聚光太阳能迅速加热，在几秒内，即可升至1000℃以上，采用自动遮阳板，还可以实现温度的控制。
综上所述，根据本发明实施例的高倍聚光闪烧装置，菲涅尔聚光镜设置在支架的顶部；反应腔设置在支架的底部且位于菲涅尔聚光镜的焦点上，反应腔的底部放置有被烧对象，遮挡板设置在菲涅尔聚光镜的上方，控制模块与遮挡板相连，控制模块用于采集被烧对象的温度信号，并根据温度信号对遮挡板进行控制，以控制菲涅尔聚光镜的聚光比，并调节被烧对象的加热温度。由此，采用高倍聚光太阳能技术实现闪烧工艺，节能环保，并且闪烧效果较好，同时采用遮光板能够准确地对闪烧进行控制。
在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (3)

1.一种高倍聚光闪烧装置，其特征在于，包括：反应腔、菲涅尔聚光镜、支架、遮挡板和控制模块；其中，
所述菲涅尔聚光镜设置在所述支架的顶部；
所述反应腔设置在所述支架的底部且位于所述菲涅尔聚光镜的焦点上，所述反应腔的底部放置有被烧对象；
所述遮挡板设置在所述菲涅尔聚光镜的上方；
所述控制模块与所述遮挡板相连，所述控制模块用于采集所述被烧对象的温度信号，并根据所述温度信号对所述遮挡板进行控制，以控制所述菲涅尔聚光镜的聚光比，并调节所述被烧对象的加热温度，其中，所述反应腔包括：内表面反射镜、密封石英玻璃、反应腔外壳、进气口、坩埚和出气口，其中，
所述反应腔外壳内表面设置有所述内表面反射镜；
所述密封石英玻璃设置在所述反应腔外壳的顶部，并且所述密封石英玻璃与所述反应腔外壳的顶部之间设置有密封圈；
所述进气口和所述出气口分别设置在所述反应腔外壳的两侧；
所述坩埚设置在所述反应腔外壳的底部。
2.根据权利要求1所述的高倍聚光闪烧装置，其特征在于，所述控制模块包括：红外温度探头、数模转换器、滑轮组、电源单元、驱动电机单元和控制器；其中，
所述红外温度探头用于采集所述被烧对象的温度信号；
所述数模转换器与所述红外温度探头相连，所述数模转换器用于将所述温度信号转换为数字信号；
所述控制器分别与所述数模转换器和所述电源单元相连，所述控制器用于接收所述数字信号，并根据所述数字信号输出相应的控制指令至所述电源单元；
所述电源单元与所述驱动电机单元相连，所述驱动电机单元与所述滑轮组相连，所述遮挡板设置在所述滑轮组上，所述电源单元用于根据所述控制指令控制所述驱动电机单元动作，以驱动所述滑轮组带动所述遮挡板对所述菲涅尔聚光镜进行遮挡。
3.根据权利要求1所述的高倍聚光闪烧装置，其特征在于，
所述反应腔外壳由金属制成，所述反应腔外壳呈双V型。
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