CN1200467A - 日光聚焦光缆输入多用蓄热太阳炉 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多用蓄热太阳炉,该炉由采光输光、炉具两部分组成,利用聚光镜把日光聚焦后通过阳光漏斗进入光缆,由光缆改变光的取向,把光缆末端的输出插头插入炉具的输入插口中即可达到使多用蓄热太阳炉放热或蓄热储能延时备用的目的,光缆末端的输出插头可作为切割焊接机使用,配合炉具即可使其作为烤炉、热水炉、蒸气炉、熔炼炉使用,当作为蒸气炉或熔炼炉使用而功率特别大时,可用多个采光输光装置同时向一台炉具内输入高密度大通量日光光束即可。

Description

日光聚焦光缆输入多用蓄热太阳炉

本发明涉及一种利用聚光镜把日光聚焦后由光缆传输到别处直接输入太阳炉炉中而利用太阳能的装置，尤其是一种可作为切割焊接机、烤炉、热水炉、蒸气炉、熔炼炉使用的多用蓄热太阳炉。

人类最理想的能源是太阳能，传统的聚光镜式太阳能采集设备难于实现大型化，大功率化，难于实现对太阳的同步跟踪，难于实现室内或异地远距离传送，难于应用于耗能大户的大工业，难于扩大它的应用范围，制约了它的用途和普及，到目前为止，人类使用太阳能在整个能源消耗中所占的比例仍然是微不足道的，仍然要依靠那可对大气构成污染的矿物能源(不能再生)和植物能源。

本发明的目的是提供一种能把聚光镜采集到的日光传输至室内或异地的与其配套的多用蓄热太阳炉炉中而利用太阳能，使其既能作为切割焊接机使用，又能作为烤炉、热水炉、蒸气炉、熔炼炉使用，使其既适于民用又适于工业生产，一种可利用多个采光装置同时向一台大功率炉具(例如熔炼金属)内输入高密度大通量日光光束的炉具装置，一种能像光缆通讯一样在一个大的区域内形成群体的炉具，一种可向其它种类或同种类太阳能设备输送供应高密度光束的(只用采光装置而不用炉具)装置。

本发明是这样完成的，多用蓄热太阳炉由采光输光装置和炉具两部分组成，日光由一个具有一定面积的旋转抛物凹面反射镜或凸透镜聚焦后通过一个实心椎形阳光漏斗而进入可以弯曲改变取向的单芯光缆，由光缆末端的输出插头输出高密度日光，把输出插头插入多用蓄热太阳炉炉具的输入插口中既可达到使太阳炉炉具内蓄热材料放热或蓄热，为了使聚光镜能在日光充足的时间里像向日葵一样一直面对太阳，其对日倾角由主构架立柱上的升降螺杆升降调整，其对日跟踪则由聚光镜耳轴上安装的钟表式发条储能对日跟踪器驱动完成，当用户所需太阳能功率特别大时(例如作为太阳能熔炼炉使用时)，可采用多个聚光镜采光，多根单芯光缆或多芯光缆传输输入一台炉具中既可实现目的，当用户作为切割焊接机使用时，只使用输出插头作为焊枪即可对工件进行切割或焊接。

对附图的说明：

图1是旋转抛物凹面反射聚光镜聚光平面镜二次反射光缆传输太阳能采光输光装置

图2是旋转抛物凹面反射聚光镜光缆传输太阳能采光输光装置

图3是凸透镜聚光平面镜二次反射光缆传输太阳能采光输光装置

图4是凸透镜聚光光缆传输太阳能采光输光装置

图5是多用蓄热太阳炉炉具

图6是阳光漏斗与光缆连接紧固示意图

下面结合附图作详细描述可自由选取的实施例：

参照图1，本图为一种采光输光装置，A为主构架，由1、2、3、4构成，1是底盘，2是起立柱作用的筒形螺母，3是升降螺杆配合筒形螺母2可调整立柱高度，4是柱顶托瓦，B是反射聚光镜(旋转抛物凹面)，由环形镜框10卡持，环形镜框10两侧边对称的安装着两个空心耳轴8，在较低的耳轴8上装有齿轮9，耳轴8的内孔里插装有两个卧T型拐轴5，拐轴5由上拐中轴和下横轴组合而成，拐轴5的上拐中轴插入耳轴8内孔中，下横轴则坐入主构架A的柱顶托瓦4之中，同时在较低的一个拐轴5的上拐中轴上连接着向下延伸的平板上6，平板6上固定着对日同步跟踪器7(钟表式发条储能或电池储能)，对日同步跟踪器7的外置小齿轮与较低耳轴8上装着的大齿轮9啮合在一起，在较高耳轴8的上侧或下侧装有配重铁14，以使反射聚光镜在转动时的重力平衡，同时在其上侧设置有向上的臂杆13，臂杆13顶部的园孔里插装有耳轴12，耳轴12连接着环形镜框11，环形镜框11卡持住平面反射镜C，转动耳轴12，调整平面反射镜C使其在接受反射聚光镜B射来的反光后又能二次把光反射进入阳光漏斗D，阳光漏斗D固定在环形镜框10的侧边，阳光漏斗D与光缆E通过连接紧固器16连接在一起，在光缆E的末端连接着输出插头17，输出插头17的一侧装有可装可卸的手柄18，主构架A的底盘1上有螺丝孔15若干个，能在安装本装置的地方固定主构架A时穿入螺栓。

反射聚光镜B的对日倾角由升降螺杆3升降调整，对日同步跟踪则由对日同步跟踪器7驱动完成，当阳光顺箭头方向射向反射聚光镜B后，光在被会聚的同时顺箭头方向反射向平面反射镜C，再经平面反射镜C二次把光顺箭头方向反射向阳光漏斗D，当光在焦点附近进入阳光漏斗D之后，即沿着光缆E的缆芯直至光缆E末端的输出插头17，并在输出插头17的端头输出高密度日光光束，输出插头17可作为切割焊接机的割枪或焊把使用，手持输出插头17一侧的手柄18即可对要加工的工件进行切割或焊接，若用于多用蓄热太阳炉F时，可卸掉手柄18，把输出插头17插入炉具F的输入插口中即可，若炉具F作为熔炼炉而功率特别大时(例如熔炼金属和非金属)，可采用多个聚光镜采光装置进行采光，由多根单芯光缆或多芯光缆同时向一台炉具F内输入太阳光束即可实现熔炼目的。

参照图2，与图1之实施例相比有相同处(不赘述)和不同处，不同处为：减去了平面反射镜C，环形镜框11，耳轴12，臂杆13的杆身高度加长了约1倍左右，其顶部的园孔里装的是倒置阳光漏斗D，臂杆13的杆身上加装了导缆扣19，为增加臂杆13的力度，避免迎风摆动，增设了由臂杆13中部至环形镜框10之间的两根加强筋20，此实施例有减化了装置增加了高度的优缺点，与图1之实施例一样均是利用旋转抛物凹面反射镜进行聚光，光缆输光，也一样的行之有效。

参照图3，是采用凸透镜B进行采光、聚光，因日光是顺箭头方向穿过凸透镜B会聚于焦点的，焦距很长，焦距长，主构架A即会很高，为降低主构架A的高度在凸透镜B的下方，即约在焦距的一半处，装置了平面反射镜C，环形镜框11，用两根臂杆13把环形镜框10和环形镜框11连接起来，在臂杆13的重心平衡位置设置空心耳轴8，阳光漏斗D设置于环形镜框10的侧边，光缆E穿导缆扣19顺一个臂杆13而下，其余与图1之实施例相同，对日光的采集，传输一样行之有效。

参照图4，此图与图3一样的采用凸透镜B进行采光聚光，所不同的是，减去了平面反射镜C，加长了臂杆13向下的长度，为增加臂杆13的稳固性力度，从其中部至环形镜框10的侧边增加了加强筋20，对主构架A采取了增高加固，尤其是加长了起立柱作用的筒形螺母2和升降螺杆3的长度，配重铁14装置于较高耳轴8的上侧，凸透镜B的对日倾角和对日同步跟踪仍和图1、图2、图3之实施例一样是由升降螺杆3进行调整和对日同步跟踪器驱动完成，当日光顺箭头方向经凸透镜B聚焦后进入焦点处的阳光漏斗D而导入光缆E之缆芯，在光缆E末端的输出插头17的端部输出高密度日光。

参照图5，炉具F由炉身21a、炉盖21b、椎形塞30、烤架36、蛇形盘管39组成，与聚光镜等采光输光装置配套使用方可组成多用蓄热太阳炉，炉具F的炉身21a为钢板焊制而成，炉盖21b为钢板模压成型，炉身21a与炉盖21b的内壁衬有保湿隔热层22，保温隔热层22向里设置较厚的黑色蓄热耐热材料层23，炉子中部的空腔是炉膛35，24是耳轴，可在吊挂炉身21a时使用，25是排气管，26是光的输入插口，27是进水管，30是椎形塞，29是螺栓，28是螺母，31是合页销，通过合页销31可使炉盖21b开盖自如，32是放水道，33是放水阀门，34是炉腿，起炉身的站立稳固作用，炉膛35是此炉作为热水炉使用时盛水用，作为烤炉使用时放置要烤的物品使用，作为蒸汽炉使用时放置蛇形盘管，因炉盖21b之上有多个光的输入插口26，当只使用少量或一个输入插口时，多余不用的输入插口可用椎形塞30堵上，旋紧螺母28、螺栓29即可。

当把炉具F作为热水炉使用时，从进水管27放进冷水至炉膛容积70-80％时止，然后在进水管27处插入一支另备的温度计，把输出插头17插入炉盖21b中间的一个输入插口26之中，其余不用的多余输入插口26全部用椎形塞30堵上并旋紧，当排气管有大量蒸气排出时，水即沸腾，可用放水阀门33放水使用，若所用不需沸水，而是某一温度的热水，那就在温度计上读出那个预定温度时即可放水使用(同时应及时拔出输出插头17，把光发散于安全空间或按后述的另外安全要求妥善处理)。

当把炉具F作为烤炉使用时，在炉膛35中无水的情况下，把输出插头17插进输入插口26之中，当从温度计上读出蓄热材料23达到某一预定温度要求时拨出输出插头17，打开炉盖21b，放烤架36于炉膛35之中，此时烤架36的烤盘上放好了要烤的物品(例如蛋糕或面包等)，盖上炉盖21b，当持续了某一预定时间，即可达到烤制目的，拨去输出插头17，打开炉盖21b，手提提手38，提出烤架36，烤制工作即告结束，在烤架36的烤盘37上放上脱水物品，亦可进行脱水干燥，又可取出烤架36，直接于炉膛35之蓄热材料上粘贴(例如烧饼的烤制，馕的烤制)烤制。

当把炉具F作为蒸汽炉使用时，打开炉盖21b把蛇形盘管39放入炉膛35中，使蛇形盘管39向上的直管穿入炉盖21b的排气管25和进水管27之中，然后在炉盖21b之上通过管接头40、排汽阀门42、进水阀门43与进水管44和出汽管连接起来，排汽阀门42排出的蒸汽由出汽管送往用汽的地方即可实现目的，排出蒸汽之汽化质量由进水阀门43控制，排量则受光输入功率控制，此蒸汽可用于蒸煮，桑拿浴，汽轮机等。

当把炉具F作为熔炼炉使用时，首先取下合页销31，打开炉盖21b从炉盖21b的多个输入插口26中取出椎形塞30，把要熔炼的材料(例如废钢铁、废铜、废铝、废铅、金属氧化物或其它非金属)放入炉膛35中，盖上炉盖21b把多个输入插头17插入多个输入插口26中，另备的热电偶或探针从进水管27处插入，当炉膛35中的熔炼材料和蓄热耐热材料达到预定的温度后维持一定时间，炉膛35中的熔炼材料达到预定熔融温度要求后，即可进行炉内或炉外精炼，由吊钩通过耳轴24(先把炉盖21b去掉)吊往熔炼物出炉的地方出炉。当把此炉具F只作为熔炼炉使用，又作为还原炉使用，其排气管应设置的大些，其蓄热耐热材料应能满足其还原性、酸碱性、高温性要求。

参照图6，D是阳光漏斗，46是漏斗散热器，45是漏斗压盖，E是单芯光缆，48是缆(纤)芯，49是缆(纤)芯包层，50是光缆外护套，16是连接紧固器，连接紧固器16用作阳光漏斗D与光缆E的连接加固，47是胶布包层与金属管箍，把阳光漏斗D装入漏斗散热器46之中，旋紧漏斗压盖45，然后把光缆E端头的一段光缆外护层50割除，在割除光缆外护层50露出缆芯48的地方涂上胶粘剂，套上连接紧固器16，再把装了阳光漏斗D的漏斗散热器46旋入连接紧固器16的大头螺丝口中，然后在光缆E与连接紧固器16的小头接触的地方，包上胶布，套上金属管箍并用螺丝旋紧使阳光漏斗D的小头与光缆(纤)缆芯48对正对紧为准，当被会聚的日光光束进入实心的阳光漏斗的入口时，将有90％以上的光顺利进入，有少量的光被反射掉，也有少量的光变为热能，为了使阳光漏斗D不升温太高，其热能将由漏斗散热器向周围导出。

实施说明，实施时可采用图1、图2、图3、图4中的任意一种采光输光装置作为多用蓄热太阳炉的采光输光装置。当采图1、图2之聚光镜进行聚光时，凹面反射镜的材质可采用金属板有机板模压成型，无机玻璃烘烤成型，然后在其基材上渡上铬、银、铝等金属膜即可，当采用图3、图4之凸透镜进行聚光时，可采用一块园形平板无机玻璃或有机玻璃烘烤成旋转抛物凹面，倒置的与一块同材质平板园玻璃合在一起粘接起来，用金属环套牢，从边沿上预置的小漏斗瓶处灌入高沸点无色液体即可起到凸透镜作用，灌入之液体以能满足热涨泠缩时的进出方便为准，光缆的选用或制造是；小功率时可采用普通通讯的玻璃单芯或多芯光缆，功率较大时，光缆缆芯可采用有机塑料玻璃拉制较大直径缆芯，另外用折射率较低的有机塑料玻璃作为缆芯包层，功率特大时，光的输入要用同材质的多芯光缆，光缆之弯曲度应能满足实用要求，缆芯直径应能满足其光通量和耐热要求；阳光漏斗和输出插头的材质为石英玻璃，以使其能满足高温要求；输出插头的端头形状可采用凹面、平面、凸面，以能获得出射光束为高定向性直光光束或椎形光束扇状光束。

为了能安全使用多用蓄热太阳炉，其采光输光装置上的平面反射镜应在拉线拉动下可以翻转，使光不能反射进入阳光漏斗当采光输光装置上没有平面反射镜时，应使阳光漏斗在拉线拉动下离开光束的焦点处，使被会聚的光束不能进入阳光漏斗，另外人工翻转聚光镜使日光不能聚焦或不能反射进入阳光漏斗即可，拉线可以与光缆并行，手刹闸可以设在输出插头的一侧，这样即可开关自如。只要能使设备达到安全使用的目的，手刹闸，拉线等装设方式可灵活多样(图中未绘)。

安全防护说明：光缆传输高密度大通量太阳能，利用太阳能技术也像电技术、核技术、激光技术一样能够为人类造福，使用不当时，亦能对人类、动物造成伤害，也能导致火灾，为了使其技术为人类造福，使人类可无偿使用太阳能能源，使用时应规范操作，注意安全。在使用太阳能设备时，使用人员不能把输出插头对准人眼、人体，不能指向可燃物、易燃物，使用人员应戴上深色太阳镜，当采光聚光装置距炉具较远时，聚光装置是一个群体时，应设专人管理，采光装置处与炉具处应用通讯方式协调工作，太阳能炉具使用现场应备有消防器材，以利于安全。

Claims (6)

1.一种日光聚焦光缆传输多用蓄热太阳炉，该太阳炉是由作为采光输光装置的主构架A、聚光镜B、平面反身镜C、阳光漏斗D、光缆E和炉具F组成，其特征在于：平面反射镜C可用可不用。

2.根据权利要求1所述的主构架A的特征是：起立柱作用的筒形螺母2可以焊于底盘1之上，也可以用螺丝方式旋紧固定于底盘1之上，使之便于装卸和运输包装。

3.根据权利要求1所述的聚光镜B既可采用旋转抛物凹面反射镜，也可采用凸透镜，聚光镜B的对日倾角由主构架A上的升降螺杆3升降调整，其对日跟踪转动则由对日跟踪器7上的小齿轮驱动耳轴8上的齿轮9完成，对日跟踪器7由发条储能或电池储能作为动力源，聚光镜B的自由转动则由环形镜框10上的耳轴8配合拐轴5和主构架A上的柱顶托瓦4滑动完成。

4.根据权利要求1所述的阳光漏斗D的特证是：阳光漏斗D为椎形，其椎形夹角应能满足光束进入阳光漏斗D后呈全反射状态，其材质为能耐高温的玻璃，为了降低阳光漏头D的温度，应把其装入高传热率的金属漏斗散热器46之中，阳光漏斗D与光缆的连接采用通讯光缆紧固连接器或连接器16连接均可。

5.根据权利要求1所述的光缆E的特征是：光缆E类型的采用视炉具F功率大小而不同，功率很小时，可采用通讯用单芯光缆或多芯光缆，若所用炉具F的功率较大时，可采用大直径的有机塑料玻璃单芯、多芯光缆或液芯的单芯、多芯光缆，若所用炉具F的功率特别大时，可采用塑料玻璃多根多芯光缆。

6.根据权利要求1所述的炉具F的特征是：炉具F与采光输光装置配套使用方能组成多用蓄热太阳炉，炉具F由炉身21a、炉盖21b、烤架36、蛇形盘管39组成，炉身21a、炉盖21b用钢板制成，内衬隔热保温材料22和黑色耐热蓄热材料23，当把多用蓄热太阳炉作为热水炉使用时，在炉膛35里直接装水，在炉盖21a上的输入插口26里插上输出插头17即可把水烧开或烧热，从放水阀门33处可以放出水来；当把多用蓄热太阳炉作为烤炉使用时，把烤架36，烤盘37和要烤的东西放入已经输光蓄热完毕的炉膛35中即可；当把多用蓄热太阳炉作蒸气炉使用时，把蛇形盘管39放入已经蓄热的炉膛35中并与炉外装置连接好，打开进水阀43排汽阀42控量适当，保持光的输入，即可获得蒸汽。也可在太阳光充足时使炉具蓄热，在没有太阳光时利用炉具放热；当把多用蓄热太阳炉作为功率较大的熔炼炉使用时，堵上放水道32，在炉膛35之空腔里装入要熔炼的物质，在炉盖21b的多个输入插口26里插入多个输入插头17即可实现熔炼目的；当把多用蓄热太阳炉作为切割焊接机使用时，不用炉具F，而只用采光装置的输出插头17即可对要切割或焊接的工件进行切割或焊接。

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