CN1170094C - 自动跟踪阳光采集器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动跟踪阳光采集器，主要由采光器、驱动采光器运动的机械传动装置、控制机械传动装置的光信号处理电路、向光信号处理电路传送探测信号的光敏探测器组成。其中机械传动装置由倾角可调的支架和转轴机构组成，转轴机构中只有一根由机械传动装置带动的转轴，该转轴铰支在支架上，并与采光器固连，所述光敏探测器与采光器相对固定，由二组感光方向不同的感光元件组成。所述采光器有三个，呈“品”字形固定在底托板上。本发明合理利用了太阳入射光线轨迹短时间近似为一平面圆弧的原理，结构简单，尤其是一套驱动装置同时驱动三个曲面聚光器，形成三个焦点，从而可以同时实现采光、烧饭等多种功能，一物多用，有效降低了成本，适合我国国情，具有广阔的推广前景。

Description

自动跟踪阳光采集器

技术领域

本发明涉及一种阳光采集装置，尤其是一种阳光采集装置的结构改进，属于太阳能利用技术领域。

背景技术

我国华北、西北以及青藏高原等干旱少雨地区，全年日照时数超过2500小时，太阳能资源相当丰富，太阳灶、太阳能热水器之类的阳光采集器在这些地区很受欢迎。目前，我国是世界上使用太阳灶和太阳能热水器最多的国家之一。

据调查，我国在用的太阳灶结构简陋、原始，没有跟踪装置，使用中需要不时人工调整方向，很不方便。此外，目前已在国内大量推广应用的真空管热水器因为没有太阳光跟踪装置，因此其采光能力和集热效率都无法提高。为了解决这类问题，人们根据对太阳运动规律的认识，发明了各种自动跟踪太阳的阳光采集装置。但是，由于长期以来人们一直从天文学的角度观测，形成了以地面某一点观察太阳时，其运动轨迹为一空间曲线的固定观念，因此认为跟踪太阳必须通过至少两个方向的跟踪才能实现。在此认识基础上，现有自动跟踪太阳的阳光采集装置均采用至少四组光敏探测器探测阳光信号，再据此信号经控制电路计算处理确定太阳位置，最终控制由二根转轴构成的执行机构实现采光装置对日角度全方位的自动跟踪调整。这类发明虽然跟踪太阳的精确度及自动化程度较高，但结构复杂、调整麻烦、成本昂贵，不适合国情，无法在我国推广应用。例如，已公开的申请日为1995.5.30、申请号为95107321.5的中国专利申请《太阳光采集装置及控制该太阳光采集装置的太阳光采光控制装置》即是一例。同时，此类装置均功能单一，无法满足同时采光用于照明、集热等多种需求。

发明内容

本发明的目的在于：针对上述现有自动跟踪太阳采光装置普遍存在的问题，提出一种既可较精确自动跟踪太阳、又结构简单、并且可以同时具有照明、集热等多种功能的自动跟踪阳光采集器，从而在保证使用性能的前提下，降低制造成本，以利于在我国推广应用。

为了达到上述目的，本发明的发明人首先跳出了人们对太阳运动规律研究的天文学框框，认识到：以提高采光能力和集热效率为目的的阳光跟踪装置完全没有必要象天文观测仪器那样精确跟踪。而以地面某一点为参照点来观察时，太阳运动轨迹在一定时间间隔中近似为一平面圆弧。因此绕调整到合适位置的某一轴线转动的采光器，就完全可以实现对于采光集热而言具有足够精确度的阳光自动跟踪。以此理论为指导，本发明的自动跟踪阳光采集器主要由采光器驱动采光器运动的机械传动装置、控制机械传动装置的光信号处理电路、向光信号处理电路传送探测信号的光敏探测器组成。其中机械传动装置由倾角可调的支架结构和转轴机构组成，转轴机构中只有一根由机械传动装置带动的转轴，该转轴铰支在支架上，并与采光器固连，所述光敏探测器与采光器相对固定，由二组感光方向相反的感光元件组成，所述采光器含有三个，呈“品”字形固定在底托板上。

在安置本发明的阳光采集器支架时，首先通过调整倾角，使转轴与水平面倾角对应所在地纬度，并使采光器正对太阳。接通电源后，二组感光方向相反的感光元件将因太阳的运动而产生探测信号，经光信号处理电路处理后，通过机械传动装置控制转轴，带动采光器跟踪太阳，使采光器始终保持理想的采阳能力和集热效率。由于本发明合理利用了太阳运动轨迹短时间近似为一平面圆弧的原理，整机无论是机械部分还是光控部分均大为简化，尤其是一套驱动装置同时驱动三个采光器，形成三个焦点，从而可以同时实现采光后分别用于传输照明、供热等多种功能，一物多用，在保证使用性能的前提下，有效降低了成本，适合我国国情，具有广阔的推广前景。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明。

图1是本发明实施例一的结构示意图。

图2是本发明实施例一采光器部分的结构示意图。

具体实施方式

实施例一

图1中：1是采光器，2是底托板，3是转轴，4是空心蜗杆，5是蜗轮，6是拉杆，7是离合器，8是电机，9是手轮，10是支架，11是支架支轴，12是套管，13是支撑底脚，14是调节螺钉，15是滑轮，16、17是光敏元件。

图1中所示的自动跟踪阳光采集器实质是可以自动跟踪太阳的多功能太阳灶，其组成部分包括采光器1及其底托板2、驱动采光器转动的机械传动装置、控制机械传动装置的光信号处理电路、向光信号处理电路传送探测信号的光敏探测器。其中机械传动装置由支架结构和和转轴机构组成。支架结构的底部固连有三至六个支撑底脚13，每个底脚13上各装有一个调节螺钉14和滑轮15，形成类似于转椅的结构，这样使得整个太阳灶搬移方便。支架支轴11的下部插装在与支撑底脚13固连的套管12中，上部与支架10固连。转轴机构中唯一的转轴3铰支在支架10上，并与采光器1的底托板2固连。通过调整调节螺钉14，间接使得转轴3倾角可调。电机8可以通过离合器7及空心蜗杆4、蜗轮5带动转轴3转动。采光器1的具体结构如土2所示，为三个镀有反光膜的曲面聚光器，呈“品”字形固定在底托板上。手轮9与空心蜗杆4同轴连接。电机8受控于光信号处理电路。光敏探测器由二组感光面方向相反的感光元件16、17组成，固定在采光器1的周边。这种感光元件的安装方式具有最佳的探测敏感性，安装方便。

该实施例的基本结构与实施例一相同，唯一的不同之处曲面聚光采光器含有三个，呈“品”字形固定在底托板上(见图3)。这样，由一套驱动装置可以同时驱动三个曲面聚光器，形成三个焦点，从而可以同时实现采光、烧饭等多种功能，一物多用。

使用时，本实施例中的支架结构立式垂直安放，首先通过调整支架10，使采光器1的可运动方向与安放地太阳运动方向一致，并使曲面聚光器1对着太阳。这样，当二组光敏探测元件16、17接受到的太阳光信号不等时，光信号处理电路就会控制电机8转动，并通过空心蜗杆4、蜗轮5带动采光器1绕转轴3转动，直至采光器正对太阳、二组光敏探测元件的感光信号一致为止。手轮9的作用是，当采光器1离正对太阳的位置偏离较远时，迅速通过手工调整到位。

实践证明，本实施例不仅结构简单、成本经济，而且跟踪可靠，集热效率高，安装移动方便，可以形成三个焦点，从而同时实现采光照明、烧饭等多种功能，一物多用，非常实用。

除了上述实施例外，本发明还有许多其他实施方式，例如采用谐波、行星减速器取代蜗轮、蜗杆传动，采光器的数量可以是二个或三个以上等等。这类等同替换或等效变换形成的技术方案均为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种自动跟踪阳光采集器，主要由采光器、驱动采光器运动的机械传动装置、控制机械传动装置的光信号处理电路、向光信号处理电路传送探测信号的光敏探测器组成，机械传动装置由倾角可调的支架和转轴机构组成，转轴机构中只有一根由机械传动装置带动的转轴，该转轴铰支在支架上，并与采光器固连，所述光敏探测器与采光器相对固定，由二组感光方向不同的感光元件组成，其特征在于：所述采光器有三个，呈“品”字形固定在底托板上。

2.根据权利要求1所述的阳光采集器，其特征在于：所述光敏探测器由二组感光面方向相反的感光元件组成，固定在采光器的周边。

3.根据权利要求1所述的阳光采集器，其特征在于：所述机械传动装置为谐波或行星减速器。

4.根据权利要求1所述的阳光采集器，其特征在于：所述采光器为镀有反光膜的曲面聚光器。

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