CN2054527U - 平面重叠反射聚焦式太阳炉 - Google Patents

Abstract

一种利用太阳日光加热的平面重叠反射聚焦的太阳能高温炉包括镜架、镜面和加热装置，方向和仰角调节机构等，本炉特点是镜架有八支垂直中心柱的大梁，镜面装置为多圈镜面反射机构，每圈由若干镜面组件组成并排成一环形平面，相邻各圈紧挨排列形成一逐向外扩展的大环形平面，根据不同加热需要，经手动或经所设转动装置调节镜面偏角，达到所需焦点和焦距面积，本太阳炉面积可无限放大并具有占地小、成本低、效率高和性能可靠等。

Description

本实用新型涉及利用太阳的日光加热物质的太阳能高温炉，特别是一种采用平面重叠反射聚焦的太阳能高温炉。

近年来，太阳能的利用已越来越受到人们的重视。在国内外许多科技人员已根据日光的特点而设计制造了诸如太阳能加热器、太阳能集热器、太阳能发电站、太阳能反光照明源、太阳能电池等等，对充分利用大自然取之不竭的太阳能和节约其它的能源作出了很大贡献，尤其在煤、石油或者水力资源等比较缺少的地方和其它偏远地区更显示出它的重要作用和意义。

通常，太阳能高温炉是由基底、转动座机构、偏转机构、抛物面反射镜和加热部分等组成的一种水或金属等加热或熔炼的炉子。其中抛物面反射镜采用镜面整体加工或由小块的镜面经过精心的砌筑制成。一旦抛物面镜面的尺寸确定以后，在反射聚焦中镜面的焦距不能改变，焦点的面积也不能改变，而且炉子的面积因受到镜面限制而没有放大余地。这样，不仅加工制造复杂，而且在被加热物质和材料所需反射加热的温度上存在难以调节的困扰。

本实用新型的目的是针对太阳炉高温能在使用中存在的上述缺点加以改进，而提供一种焦点和焦距等可根据加热需要加以调整的平面重叠反射式高温炉，其特点是其镜面由许多小镜面组成，这些小镜面以镜面中心柱的轴线为圆心构成环形平面，并且可活动地绕环轴向着中心柱轴线方向转动，以便调节反射角和在所选择的焦点和焦距下进行重叠反射。

本实用新型的另一目的是提供一种可调节镜面反射偏转角度大小的机械操纵机构。

本实用新型的又一目的是镜面的面积可根据不同需要来制造，制成不同镜面面积的炉子。

根据上述目的，本实用新型的平面重叠反射聚焦式太阳炉主要由一固定在地基或底座上的定柱、一安装在定柱中且其上部可转动的太阳辐射的方向调节机构、一设置在上述方向调节机构上面的太阳辐射的仰角调节机构以及安装在仰角调节机构上的镜架，镜面和受热装置等组成，所述的镜架是由一垂直固定在仰角调节机构的镜架平台上的一中心柱和四支或四支以上放射形均布地固定在中心柱外壁上、其上边基本上处于垂直中心柱的同一平面内的大梁组成，所述的镜面装置包括两圈以上镜面反射机构，每圈镜面反射机构由四个或四个以上镜面组件和撑脚、以及一环轴组成，其中每一镜面组件包括一镜面托板和一装配在托板上的镜面、一装配在托板下的转轴夹板等，所述的各圈撑脚其一端固定在大梁上并位于距中心柱轴心线预定的间隔距离上，其另一端以支承形式固定环轴，所述的镜面机构通过转轴夹板滑动地套装在能绕中心柱轴线方向转动的环轴上，并且在镜面处于水平位置上时，每圈镜面排成一环形平面，相邻的每圈镜面紧挨地排列可形成一逐向外扩展的大环形平面。

本实用新型除了具有上述平面重叠反射聚焦中焦距可以改变、焦点面积也可改变、炉子的面积根据需要可无限放大、适应性强外，还具有占地面积小、特别可装在深度较浅的地下，维修方便、操作简单、制造成本低、一般比抛物面的太阳炉低50％至80％。本太阳炉可使焦距处的温度达1500℃至2000℃左右、效率高，性能可靠。在本实用新型的装置中还配备了方向和角度的调节机构能很好地跟踪太阳光，并且从目的中可知道本实用新型还将提供镜面的机械调节可使操作更为方便。本实用新型也为我国当前的节电、节煤工作提供一种科学而简便地利用大自然取之不竭用之不尽的太阳能的十分有效的装置。

以下将提供最佳实施案并结合附图对本实用新型的平面重叠反射聚焦式太阳炉加以详细描述：

图1a、1b表示本实用新型的太阳炉的第一实施方案的结构示意图；

图2表示图1示意图的俯视图；

图3表示图1中一个镜面组件的剖视图；

图4a、b表示本实用新型的太阳炉的第二实施方案的结构示意图；

图5表示图4的A－A剖视图；

图6a和6b表示图4中任一个镜面组件的正视和侧视图；

图7表示图4的B－B剖视图；

参见图1和图2，在本实用新型的第一实施例中平面重叠反射焦聚的太阳炉包括一定柱1，16圈镜面装置2，镜架3，方向调节机构5和仰角调节机构4和受热装置6等：如图1所示。

参见图1和5，镜架3由一中心柱31，若干大梁32和荷叶边38等组成，本实用新型的中心柱31采用厚壁的管材制成。

所述的大梁32为近似三角形的珩架，共八根，在沿大梁的悬臂端固定安装八个所述的荷叶边38。所述的镜面装置2包括16圈镜面反射机构，每圈镜面反射机构由16个或16个以上镜面组件和8个撑脚24，一环轴33组成，所述的安装环轴33的撑脚24上还装有压耳37，以及各大梁一侧的相邻镜面托板的后部设有一端固定、另一端延伸到另一托板后面的托块（图中未画出）。一般为了把大梁32安装到中心柱31上，在相对于大梁中锐角的一边，它的外壁上焊有定位板34，沿该板的长度方向的左右二侧设有若干长形孔35，大梁32通过定位板34上的长形孔35和中心柱31上的相应的孔用螺丝36固定于中心柱31的外壁上并使其基本上以相同角度放射形间隔均布，而长形孔35则在安装中提供大梁32在中心柱上高低的调节，使得安装后大梁的上表面大体上位于垂直中心柱31的同一平面内。同时，由于大梁32在装配后呈悬臂形式，为了改善其悬臂端的受力状况，增加稳定性，大梁除了采用近似三角形的珩架外，在两两大梁的悬臂端之间还以包裹的形式固设荷叶边38，把悬臂端围箍在一起。

所述的16圈镜面组件，如图2所示，每圈由16－128个镜面件、8个撑脚24和一环轴33等组成。每一撑脚24都呈搁置形式，上部设有开口式半轴孔，下部开设固定孔。撑脚24通过下部的孔固定在大梁31上并竖直地位于中心柱轴线为圆心所作圆的圆周线上。所述的环轴33配置于各撑脚上半部的半轴孔中，可通过焊接固定，或者象图1中那样用压耳37和螺柱（图中未画出）固定。而各圈撑脚24彼此等距排列。每一镜面组件包括一镜面21、一镜面托板22、一转轴夹板23等。在本实施例中镜面21可以是镜面玻璃、塑料或玻璃钢制成的，所述的镜面托板22可以做成带折边的浅底框或镶嵌式框，而转轴夹板23呈U型，它的中部提供一轴孔。镜面21旋转在或夹插在托板22的上（表）面，而U形转轴夹板23则用螺钉固定在托板22的下（表）面。每一圈镜面组件通过转轴夹板23一个挨一个且活动地套装在环轴33上。这样，每一圈的镜面组件都可绕环轴33基本上向着同一中心柱轴线方向转动，同时也可根据聚焦需要偏转成某一角度。另外，为了更好地使镜面21绕环轴向着中心柱轴线转动，环轴可做成多边形、边的数量可与镜面组件数相等。此外，所述的托板后面托块一般是以两个梁之间的镜面组件为一组形式安装的，这特别在手动调节镜面偏转角度时使调节方便而且偏转角度易于一致，但是，在必要的时候也可一个接一个连成一圈地设置。在本实施例中各圈镜面机构的镜面数量、外周半径、周长以及每块镜面的外周长度见表1。

表  1

序号   块数  累计块数    外周半径mm  周长mm  每块弧长mm

第1圈   16    16            450       1413     88.3

第2圈   16    32            650       2041    127.5

第3圈   24    56            850       2669    111.2

  4     32    88           1050       3269    103.0

  5     40   128           1250       3925     98.1

  6     48   176           1450       4553     94.8

  7     56   232           1650       5181     92.5

  8     64   291           1850       5809     90.7

  9     72   368           2050       6437     89.4

 10     80   448           2250       7065     88.3

 11     88   536           2450       7693     87.4

 12     96   632           2650       8321     86.7

 13     104  736           2850       8949     86.05

 14     112  848           3050       9577     85.5

 15     120  968           3250      10205     85.04

 16     128  1096          3450      10833     84.6

注：实际φ3800mm，面积为11.3354m²

从上所述可明显地看到，每圈镜面可通过手动转动，形成对太阳辐射光的不同反射角，产生不同抛物面的反射效果。

根据本太阳炉所述的定柱1可以是二或四柱杆构成，也可以由筒体做成。

在本实用新型中太阳辐射的方向调节机构5由两并排的横梁6、（6′）（图中未画出）、一轴承座7、一转柱8、一半轴9、一轴承10、一定板18、一转动平板17、和蜗轮蜗杆转动组件11、电机减速装置12等组成。两横梁6（6′）并排地固定在定柱1的中部，横梁6（6′）上可以安装轴承座7、该轴承座7上配置轴承10。所述的定板18呈环形，其固定安装在定柱1的上端部，并且定板18的上面还有一环槽和在定板下面设有内径稍小于环状定板内径的弹珠托架19。所述的转柱8为筒形体，它的筒底固定安装半轴9，筒顶固定转板17。转板17的下部设有与定板18的环槽相对应的槽。所以当转柱8通过定板18的环孔装入定柱1中后，它的轴9的轴颈座落在轴承座的轴承10中，而它的轴端部伸过横梁之间的间隙，而它的上部表面通过弹珠托架19中放置的若干弹珠20构成与定板18的间接连接，以便转柱8可在竖直位置上转动。在定板18和转板17的相对凹槽中放置若干弹子21，使转板17在转柱转动时，通过弹珠21的均匀支撑或受压平稳地在定板18上方水平地转动。在所述的伸过横梁6.6′的轴9的端部固定安装蜗轮13，所述的蜗轮蜗杆组件的蜗杆14则装在蜗轮13下侧支架的蜗杆座15中，并且使蜗杆13与蜗杆14以啮合形式安装。在蜗杆的旁侧或下侧可装有电机减速装置12，可直接与蜗杆连接带动蜗杆转动，也可在蜗杆上和减速器出轴上串装链轮用链条连接而带动蜗杆转动，以此可把旋转传动到转柱8同时使转板17根据需要转动一定角度。

仰角调节机构4由一镜架平板或平台58，一对蜗轮蜗杆50，二上支座51、51′和二下支座52、52′一平衡轴53、二重臂54、54′和二压块55、55′等组成。下支座52、52′的底部固定在转板17上，而其上部设有轴孔，两相对轴孔位置外侧的下支座上固定安装轴承座56、56′和轴承57、57′。上支座51、51′则垂直固定在镜架平板下，上支座51、51′的下部设有轴孔和轴孔凹槽，垂臂54、54′的下部串吊压块55、55′、上部与镜架平台的二端绞接。在垂臂的上部还钻有对称的轴孔。平衡轴53是一对称的阶梯轴，其由下支座52、52′滚动支承，并在中部固定安装蜗轮，在蜗轮和各下支座之间通过键与上支座51、51′的轴孔和凹槽固定连接。它的端部则与垂臂的轴孔滑动连接。在转板17的中部设置蜗杆使与平衡轴53上的蜗轮啮合。所以当用手柄或其它传动机械驱动蜗杆就可带动蜗轮和平衡轴53转动，而安装在平衡轴53上的上支座51、51′因是与平衡轴53固定连接的，所以可带动镜架平台随平衡轴53转动，以达到仰角调节。而当平台倾转时，由于垂臂是与镜架平台绞连，垂臂可绕平衡轴53转动，使一直保持其垂直于地面的位置，这可保证不因镜架平台的偏转而使整个太阳炉的重心偏置到造成倾倒的危险。

本实用新型的太阳炉受热装置6包括一锅炉61或熔炼炉、一炉架62等，炉架62呈杆状或梯子状，其上部可设活动及可装卸的锅炉支承部63，下部可设加强板64，通过加强板64炉架固定在中心杆31的中部。为了使炉架62支承锅炉更稳定，炉架62下部靠近加强板处设置内外压耳65、65′。炉架的杆部设梯杆为66，供安装和维修用。在炉架上装锅炉的情况下，进水管67可设在炉架的杆处，而出水管68可从锅炉的一侧引向镜面外。在本实用新型中炉架上锅炉的底部距镜面平面之间的距离为500mm左右一无穷大。

本实施例中由于16圈镜面合计镜面直径为3500mm，采光面积为9.34m²，焦点面积为10－20cm²，可调，以太阳辐射7，8000大卡／小时米平均焦点温度1500℃。如果当焦距为3M时，全聚焦每卷镜面反射角度如表2所列。而每1cm面积的焦点温度和阳光辐射面积换算见表3。

表  2

序号    从中心柱到镜    镜面反射    镜面仰角

面中心的距离    角度数

mm

1    200    86°01′    3°59′

2    300    84°08′    5°52′

3    400    82°03′    7°53′

4    500    80°03′    8°57′

5    600    78°01′    11°59′

6    700    76°03′    12°57′

7    800    75°06′    14°54′

8    900    73°18′    16°42′

9    1000    71°36′    18°24′

10    1100    69°51′    20°09′

11    1200    68°    22°

12    1300    66°33′    23°27′

13    1400    65°    25°

14    1500    63°27′    26°33′

15    1600    61°56′    28°04′

16    1700    60°27′    29°33′

图4－图7为本实用新型的平面重叠反射聚焦太阳炉的第二个实施方案。在这个实施方案中，定柱、太阳辐射的方向调节机构，仰角调节机构、镜架、镜面装置和受热装置与上面的实施例是一样的，只是在镜架平台58和镜面装置的镜面组件之间还设有镜面转动装置70，该装置包括一丝杆架、它由两个对称的半架71、71′和位于中间的一个中心环72所构成，二丝杆73、73′分别滑动地架设在两半架的两头，如图7所示，两拨块74、74′各螺旋地装在一丝杆上，两个以上撑牙法兰转动组件80，每一转动组件包括一撑牙法兰盘81和四个或四个以上轴套柱82，其中撑牙法兰盘均呈平面环状，其外周设有整体地构成并均布的四个或四个以上与法兰盘成整体的撑牙83，所述的轴套柱分别固定在大梁32上并与距中心柱轴线等距的撑牙法兰盘内周面相滑动接触，两直线排列且垂直固定在每一撑牙法兰盘81下部的定块84，该定块84的下部与丝杆上的拨块74的上部部分交错重叠，另外，每一镜面组件下还设有一升降组件90，升降组件包括一对叉形撑脚91、91′和一升降杆92，叉形撑脚91，91′的上部活动地串在镜面件的转轴夹板27二侧的环轴33上，下部通过螺柱96滑动地串夹升降杆92并使升降杆的一头顶触到镜面托板下部，另一头位于法兰盘的两个撑牙齿之间并部分伸过法兰盘81。一驱动丝杆架的蜗轮蜗杆机构，它包括一装在位于镜架平台58上蜗杆座中的驱动蜗杆94，一滑动地套装在中心柱上并与丝杆架成一整体或固定连接的蜗轮95，所述的蜗轮蜗杆95和94相互啮合连接。所述的镜面组件的转轴夹板27的一侧延伸到托板的外侧并它的延伸端部具有一垂直托板平面的折边28，折边上有一小孔29，在折边相对的大梁上设有一环形窄板85，该窄板上均设有一折边孔对应的挂钩（图中未画出），一些拉簧86挂置在小孔29和挂钩间。所述的每一撑牙法兰盘的撑牙数量一般与每圈镜面件数相等，它与法兰盘圆周切线成10－20°的角度。

Claims (6)

1、一种平面重复反射聚焦式太阳炉，包括一固定在地基或底座上的定柱、一安装在定柱中且其上部可转动的太阳辐射的方向调节机构、一设置在上述方向调节机构上面的太阳辐射的仰角调节机构以及安装在上述仰角调节机构上的镜架，镜面和受热等装置，其特征在于所述的镜架是由一垂直固定在仰角调节机构的镜架平台上的一中心柱和四支或四支以上放射形均布地固定在中心柱外壁上、其上边基本上处于垂直中心柱的同一平面内的大梁组成，所述的镜面装置包括两圈以上镜面反射机构，每圈镜面反射机构由四个或四个以上镜面件和撑脚、以及一环轴组成，其中每一镜面组件包括一镜面托板和一装配在托板上的镜面、一装配在托板下的转轴夹板等，所述的各圈撑脚其一端固定在大梁上并位于距中心柱轴心线预定的(间隔)距离上，其另一端以支承形式固定环轴，所述的镜面机构通过转轴夹板滑动地套装在能绕中心柱轴线方向转动的环轴上，并且在镜面处于水平位置上时，每圈镜面排成一环形平面，相邻的每圈镜面紧挨地排列可形成一逐向外扩展的大环形平面。

2、根据权利要求1所述的太阳炉，其特征在于所述的大梁为近似三角形的珩架，共八根，在沿大梁的悬臂端固定安装八个荷叶边，所述的镜面装置包括16圈镜面反射机构，每圈镜面反射机构由16个或16个以上镜面件和8个撑脚组成，所述的安装环轴的撑脚上还装有压耳，以及各大梁一侧的相邻镜面托板的后部设有一端固定、另一端延伸到另一托板后面的托块。

3、根据权利要求2所述的太阳炉，其特征在于其中所述的安装在大梁上的各圈撑脚彼此等距排列。

4、根据权利要求3所述的太阳炉，其特征在于还具有一位于大梁和镜面组件之间的镜面转动装置，该装置包括一丝杆架，它由两个对称的半架和位于中间的一个中心环所构成的，二丝杆，它们分别滑动地架设在两半架的二头，两拨块各螺旋地装在一丝杆上，两个以上撑牙法兰转动组件，每一转动组件包括一撑牙法兰盘和四个或四个以上轴套柱，其中撑牙法兰盘均呈平面环状，其外周设有整体地构成并均布的四个或四个以上撑牙，所述的轴套柱分别固定在大梁上并与距中心柱轴线等距的撑牙法兰盘内周面相滑地接触，两直线排列且垂直固定在每一撑牙法兰盘下部的定块，该定块的下部与丝杆上的拨块的上部部分交错重叠，另外，每一镜面组件下还设有一升降组件，升降组件包括一对叉形撑脚和一升降杆，叉形撑脚的上部活动地串在镜面组件的转轴夹板二侧的环轴上，下部滑动地串夹升降杆并使升降杆的一头顶触到镜面托板下部，另一头位于法兰盘的两个撑牙齿之间并部分伸过法兰盘，一驱动丝杆架的蜗轮蜗杆机构，它包括一装在位于镜架平台上固定的蜗杆座中的驱动蜗杆，一滑动地套装在中心柱上并与丝杆架成一整体或固定连接的蜗轮，所述的蜗轮蜗杆相互啮合连接。

5、根据权利要求1－4任何一项所述的太阳炉，其特征在于所述的镜面组件的转轴夹板的一侧延伸到托板的外侧并在它的延伸端部具有一垂直托板平面的折边，折边上有一小孔，在折边相对的大梁上设有一环形窄板，该窄板上均设有一折边小孔对应的挂钩，一些拉簧挂置在小孔和挂钩间。

6、根据权利要求5所述的太阳炉，其特征在于所述的每一撑牙法兰盘的撑牙数量一般与每圈镜面件数相等，它与法兰盘圆周切线成10－20°的角度。

Images