CN2700776Y - 定日镜装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种定向投射太阳光的平面镜装置，属于太阳能应用技术领域。该装置包括至少两片平面镜，以及平面镜的方位角调整机构和高度角调整机构，所述方位角调整机构包括底架、固定于底架两侧的立架以及与底架衔接的驱动机构，所述高度角调整机构包括至少一根平行于平面镜的横向转轴，所述平面镜相互平行地安装在立体的平行连杆机构框架上，所述框架通过所述横向转轴支撑于方位角调整机构的立架上，此外，所述方位角调整机构的底架装有至少三个支撑于地面的滚轮，并通过垂直铰链副与固定于地面的构件衔接。本实用新型的装置结构简单，基础稳定，所需驱动力小，抗风性能好，并且选用常规材料制造即可，加工制造工艺简便，因此造价大幅降低。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种定向投射太阳光的平面镜装置，属于太阳能应用技术领域。
背景技术
在太阳能利用过程中，很多情况下需要将太阳光定点反射到某个区域或某点处，进而在该点处安置特定设备，以便利用太阳能来采光、发电等。定日镜装置是塔式热发电系统的关键部件，也是发电站投资的主要部分，其方案设计、结构合理性、成本高低对电站至关重要。
现有的定日镜装置，比较典型的是美国在南加州建成的太阳I号和II号塔式发电系统中采用的结构，其特点是：平面镜呈风帆式平面布置，平面镜框架固定在横向主转轴上，横向主转轴悬臂支撑于单根立式转轴上，无论高度角还是方位角的转动，其作用力的力臂长度近似为零。由于平面镜如同一张巨大的帆，一方面要求自动跟踪机构具有很大功率，另一方面要求基础设施具有足够强度，因此建造费用高昂。据《Power Engineering》1996年第6期报导介绍，太阳II号在定日镜上的投资相当于化石燃料发电30年所需购买的燃料的价值。
本申请人近些年来一直在从事定日镜装置的技术研究，并已经申请多份有关专利，不久前申请的专利《平面镜定向反射采光装置》(申请号为03152803.1)中记载了如下技术方案：高度角、间距调整机构叠加安装在方位角调整机构上，为平行连杆机构，平面镜分别固定在平行连杆机构的同步运动的平行杆件上；方位角调整机构安置在围绕太阳光投射区域的轨道上。该专利方案与美国太阳I号和II号塔式发电系统的定日镜相比，体现出一定的优越性：整个平面镜框架通过多个支撑轮作用于轨道上；平面镜分前后两半布置于立体空间内的平行连杆机构上；平面镜框架通过丝杠螺母机构驱动其中一根连杆来调整高度角，具有一定长度的力臂。这样的机构使得装置整体抗风性能得以改善，驱动功率得以降低，制造成本大幅下降。但在实际使用过程中，申请人发现了另外的问题：该技术方案对轨道的圆整度和平整度等的精度要求非常高，否则容易发生卡、蹩现象，运转不畅；而且滚轮在轨道上运动时，由于滚轮在轨道上没有比较严格的限位，整个装置缺乏一个固定的旋转中心轴，性能不够可靠。
发明内容
针对以上情况，本实用新型的目的在于：提出一种定日镜装置，该装置具有固定的方位角转轴中心，摒弃了形位精度要求高的环形轨道，通过方位角调整机构既支撑整个定日镜装置、又使得整体装置围绕一个确定的转轴中心转动，从而提高运行可靠性。
为了达到上述目的，本发明的定日镜装置包括至少两片平面镜，以及平面镜的方位角调整机构和高度角调整机构，所述方位角调整机构包括底架、固定于底架两侧的立架以及与底架衔接的驱动机构，所述高度角调整机构包括至少一根平行于平面镜的横向转轴，所述平面镜相互平行地安装在立体的平行连杆机构框架上，所述框架通过所述横向转轴支撑于方位角调整机构的立架上，此外，所述方位角调整机构的底架装有至少三个支撑于地面的滚轮，并通过垂直铰链副与固定在地面的构件衔接。
具体来说，垂直铰链副可以由轴套和配合装配于轴套内的立轴构成。这样，选择轴套或配合装配于轴套内的立轴两者中任意一个与方位角调整机构的底架固连，另一固定于地面，即可建立起整个装置方位角运转的转动中心。在方位角驱动机构的作用下，平面镜连同平行连杆机构框架可以随底架不断旋转，从而调整对日方位角。平面镜高度角的调整，则由通过横向转轴支撑于立架的平行连杆机构框架实现，该机构不仅可以调整平面镜对日的高度角，同时还调整各平面镜的间距，其动作原理与在先申请的专利相同，不再赘述。
实验证明，本实用新型的装置结构简单，基础稳定，所需驱动力小，抗风性能好，并且选用常规材料制造即可，加工制造工艺简便，因此造价大幅降低。
附图说明
下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。
图1为本实用新型实施例一的结构示意图。
图2为本实用新型实施例二的结构示意图。
具体实施方式
实施例一本实施例定日镜装置结构示意如图1所示，包括两片或两片以上的平面镜1、1’、平面镜方位角调整机构和高度角调整机构。高度角调整机构至少包括一根平行于平面镜的横向转轴2，方位角调整机构包括底架3、固定于底架3两侧的立架4、4’以及驱动机构。两片或两片以上的平面镜1、1’相互平行地设置在立体的平行连杆机构5框架上，框架通过该横向转轴2转动支撑于方位角调整机构的立架4、4’上，方位角调整机构含有支撑底架3的多个滚轮(本图示意为6、6’、6”、6)、轴套7和配合装配于轴套7内的立轴8，整个定日镜装置通过底架3下端的四个滚轮6、6’、6”、6支撑于地面。立轴8固定于地面，轴套7位于底架3中心并与底架3固连，方位角驱动机构驱动底架3连同其上的平面镜及其框架围绕立轴8轴线旋转。
高度角驱动机构主要由电机9、丝杠10、支撑座11、螺母12组成，螺母12铰支于连杆机构的一连杆AB上，电机9的输出轴与丝杠10一端连接，丝杠的支撑座11通过铰链副支撑于立架4上。方位角驱动机构主要由电机13、丝杠14及其支撑座15、螺母16组成，其中电机13的输出轴与丝杠14一端连接，丝杠14支撑在支撑座15上，与螺母16旋合，螺母16铰支于底架3上，支撑座15通过铰链副支撑于地面。
需要说明的是，根据几何光学原理，为了让太阳光定向反射到某设定方向，平面镜的方位角变化量、高度角变化量应该分别是太阳方位角变化量、高度角变化量的一半。在应用传感器跟踪太阳、实现定向投射阳光时需用此原理。
本实施例的控制部分包括太阳光跟踪传感器和处理电路，其中传感器分为方位角传感器17和高度角传感器18，分别探测太阳的方位角变化和高度角变化。由于平面镜的方位角变化是由立轴8不动，驱动机构带动底架绕立轴8转动完成，高度角变化是由横向转轴2直接转动完成的，所以必须让方位角传感器17和高度角传感器18各自通过一个速比为1∶2的传动机构(本实施例中全部采用同步齿形带机构)分别与底架转动中心、横向转轴2发生联系，从而使得平面镜的方位角变化量、高度角变化量应该分别是太阳方位角变化量、高度角变化量的一半。当然，根据需要也可以将方位角传感器17和高度角传感器18合并到一个传感器中，更进一步简化传感机构，该传感器通过方位角和高度角的两个1∶2同向减速机构分别与横向转轴2、底架转动中心连接。
这样，调整好传感器的合适起始位置，让装置进入自动运行状态。当太阳位置发生变化时，方位角传感器17和高度角传感器18分别将太阳位置变化的信号传递给处理电路，一方面控制方位角驱动机构，带动螺母16在丝杠14上运行，进而带动底架3绕立轴8轴线转动调整平面镜所需的方位角；另一方面控制高度角驱动机构，带动螺母12在丝杠10上运行，进而带动连杆AB绕横向转轴2轴线转动调整平面镜所需的高度角和间距。
本实施例选择轴套7与方位角调整机构的底架3固连，立轴8固定于地面，从而建立起整个装置方位角运转的转动中心；高度角和方位角的调整全部由丝杠螺母机构完成，其作用力均通过具有一定长度的力臂来驱动，因此驱动比较省力；采用四个滚轮6、6’、6”、6支撑起整个装置的重量，从而使本实施例结构具有如下的优越性：基础稳定，驱动力小，电机功耗小，抗风性能好，选用常规、普通材料，加工制造工艺相对比较简单、方便，价格也就较国外大幅降低，有利于降低发电站投资。
实施例二本实施例定日镜装置结构示意如图2所示。与实施例一相比，其区别在于：(1)方位角驱动机构不同。方位角驱动机构主要由电机19、减速器20构成，所述减速器20的输入轴与电机轴连接，输出轴与底架上的滚轮之一6”连接。这样，该滚轮成为了主动轮，推动底架3绕立轴8轴线转动，实现方位角调整。
(2)高度角驱动机构不同。高度角驱动机构主要由电机21、带弹簧机构的张紧链轮23、电机输出轴链轮、链轮22、链条24构成，链条22的两端分别与平行连杆机构连杆CD和AB的两端A、C固连，并与张紧链轮23、电机输出轴链轮、链轮22啮合。这样，电机21转动带动链轮，使得链条24与各链轮啮合位置不断发生变化，连杆AB绕横向转轴轴线转动，实现高度角调整。
除以上实施例外，本实用新型还有其他多种实施方式，例如将实施例一、二中的方位角驱动机构互相对调，高度角驱动机构也互相对调，就可以产生另外两种实施方式；还有，可以将丝杠螺母驱动机构中电机驱动丝杠改为驱动螺母，或整个丝杠螺母驱动机构改为液压传动机构；立轴与轴套的关系发生适当改变，即所述立轴位于底架中心并与底架固连，轴套固定于地面等等。凡是本领域技术人员在本实用新型基础上所做的等同替换或类似组合变换均属于本专利保护范围。
Claims (9)
1.一种定日镜装置，包括至少两片平面镜，以及平面镜的方位角调整机构和高度角调整机构，所述方位角调整机构包括底架、固定于底架两侧的立架以及与底架衔接的驱动机构，所述高度角调整机构包括至少一根平行于平面镜的横向转轴，所述平面镜相互平行地安装在立体的平行连杆机构框架上，所述框架通过所述横向转轴支撑于方位角调整机构的立架上，其特征在于：所述方位角调整机构的底架装有至少三个支撑于地面的滚轮，并通过垂直铰链副与固定在地面的构件衔接。
2.根据权利要求1所述的定日镜装置，其特征在于：所述垂直铰链副由轴套和配合装配于轴套内的立轴构成，所述立轴固定于地面，所述轴套位于底架中心并与底架固连。
3.根据权利要求1所述的定日镜装置，其特征在于：所述垂直铰链副由轴套和配合装配于轴套内的立轴构成，所述立轴位于底架中心并与底架固连，所述轴套固定于地面。
4.根据权利要求1所述的定日镜装置，其特征在于：还包括高度角传感器，所述高度角传感器通过1∶2同向减速机构与横向转轴连接。
5.根据权利要求2或3所述的定日镜装置，其特征在于：还包括方位角传感器，所述方位角传感器通过1∶2同向减速机构、固定于地面的立轴或轴套与底架转动中心连接。
6.根据权利要求2或3所述的定日镜装置，其特征在于：所述方位角驱动机构主要由电机、丝杠及其支撑座、螺母组成，所述电机的输出轴与丝杠一端连接，所述丝杠支撑在其支撑座上，与螺母旋合，所述螺母铰支于底架上，所述支撑座通过铰链副支撑于地面。
7.根据权利要求2或3所述的定日镜装置，其特征在于：所述方位角驱动机构主要由电机、减速器构成，所述减速器的输入轴与电机轴连接，输出轴与底架上的滚轮之一连接。
8.根据权利要求2或3所述的定日镜装置，其特征在于：所述高度角驱动机构主要由电机、丝杠、支撑座、螺母组成，所述螺母铰支于连杆机构的一连杆上，所述电机的输出轴与丝杠一端连接，所述丝杠的支撑座通过铰链副支撑于立架上。
9.根据权利要求2或3所述的定日镜装置，其特征在于：所述高度角驱动机构主要由电机、张紧链轮、电机输出轴链轮、链轮、链条构成，所述链轮均装在立架上，所述链条的两端分别与平行连杆机构连杆件的两端固连，并与张紧链轮、电机输出轴链轮、链轮啮合。
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