專利名稱：太陽能集束聚光支撐裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種太陽能集束聚光支撐裝置，用于控制太陽能集束聚光鏡陣，其廣泛應用于太陽能熱發(fā)電、太陽能空調、取暖、熱水等領域。
背景技術：
在歷史上，正面跟蹤太陽的太陽能系統(tǒng)中，由于鏡陣和反射鏡具有MXN個控制點，設備投入的成本、設備總重量、抗風、沙塵暴等一系列問題，一直是困擾太陽能熱利用，特別是大型太陽能熱發(fā)電實現(xiàn)商業(yè)化的難點。有專家打破了傳統(tǒng)的采用方位角-仰角的太陽跟蹤方法，提出了采用自旋-仰角的跟蹤公式，采用計算機控制系統(tǒng)將MXN個控制單元簡化為M+N個控制單元，即MXN個鏡面僅采用M+N個控制單元去控制，降低了控制系統(tǒng)的 復雜程度，減少了設備的投入成本。然而為了能夠進一步降低投入成本，簡化控制系統(tǒng)，一直在尋找更少的控制單元實現(xiàn)太陽能聚光鏡陣的發(fā)電。中國曾有在拋物面焦點安裝一面反射鏡，將聚合光反射穿過拋物面鏡底中央，于同軸處再用一面反射鏡反射向目標集熱器，中國專利申請?zhí)?01010153222. 9。此法，控制一面鏡是容易的，但是，控制一面鏡就需2個電機，那么，控制MXN個鏡陣的第二次反射的反射鏡就需要MXNX2個電機。而且，針對每一個反射鏡，又有經、緯偏轉度各不相同的控制，這明顯是非常復雜的。即使簡化為M+N個控制單元，也具有多個電機，不但成本高、重量大，而且維護時要多多個電機分別進行檢測，檢測情況復雜，安全系數(shù)低。因此迫切需要一種鏡陣，能夠實現(xiàn)實現(xiàn)聚光的同時簡化控制理論。

實用新型內容為了克服現(xiàn)有技術的不足，本實用新型提供一種太陽能集束聚光支撐裝置，將鏡陣作為一個面來控制，能夠精確的控制鏡陣的經度和緯度角度實現(xiàn)實時跟蹤太陽，可以使用單個集成線路代替復雜的計算機控制系統(tǒng)。本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是本實用新型涉及一種太陽能集束聚光支撐裝置，其設置在集束聚光鏡陣上，其包括控制鏡陣翻轉的轉動組件，其包括固定柱、橫桿、半圓形轉輪以及步進電機，固定柱與橫桿垂直連接，橫桿與鏡陣可轉動連接，轉輪外圍設有細齒，且轉輪的兩端與鏡陣的兩端可轉動連接，固定柱上設有步進電機，與轉輪的細齒相配合；控制鏡陣傾角的升降組件，設置在鏡陣與所述轉動組件相對的一側，其包括液壓升降柱、數(shù)控電機、橫梁、滾珠軸套以及滾珠，所述橫梁的一端與鏡陣固定連接，滾珠軸套的上部分套設在橫梁上，滾珠設置在滾珠軸套的下部分中且能夠在其中自由轉動，滾珠軸套的底部具有通槽，數(shù)控電機控制液壓升降柱的升降，且液壓升降柱能夠在所述通槽內自由移動。優(yōu)選的，所述橫桿與鏡陣之間通過滾珠軸承轉動連接。[0010]優(yōu)選的，所述轉輪的兩端分別通過一個滾珠軸承與鏡陣的兩端轉動連接。優(yōu)選的，所述滾珠軸套的下部分具有容納滾珠并使其自由轉動的球形容納腔。優(yōu)選的，所述通槽沿橫梁的長度方向設置。優(yōu)選的，轉動組件的步進電機和升降組件的數(shù)控電機通過集成線路與計算機控制系統(tǒng)相連。優(yōu)選的，所述鏡陣具有M排X N列個聚光鏡單元，每個所述聚光鏡單元包括一個底部設有第一通孔的拋物面聚光鏡，以及設置在每個拋物面聚光鏡聚光焦點處并能夠將經拋 物面聚光鏡聚合的太陽光平衡反射穿過第一通孔的第一反射鏡；在通過每個第一通孔的光路方向上，設有一個固定鏡片，MXN個固定鏡片具有共同的聚光焦點，在所述MXN個固定鏡片的聚光焦點處設有第二反射鏡，其能夠將經MXN個固定鏡片聚合的焦點光平衡反射形成集束光柱。優(yōu)選的，所述MXN個固定鏡片為呈旋轉拋物面網狀分布的鏡片組件，且在所述旋轉拋物面的鏡片組件底部中央設有能夠通過所述集束光柱的通路。優(yōu)選的，所述鏡片組件為呈層狀和網狀分布的MXN個固定鏡片。優(yōu)選的，所述第一反射鏡和第二反射鏡皆為微型凹面鏡。與現(xiàn)有技術相比，本實用新型的太陽能集束聚光支撐裝置由一個控制器進行集中控制，簡化了鏡陣的控制理論，通過細齒與步進電機的配合，能夠精確的控制鏡陣跟蹤太陽，而且，一個很小的電機就可以靈活地帶動巨大鏡陣180°的轉動。

圖I為本實用新型的太陽能集束聚光支撐裝置及其鏡陣框架示意圖；圖2為轉動組件的結構示意圖；圖3為升降組件的結構示意圖；圖4為本實用新型的太陽能集束聚光鏡陣系統(tǒng)第一種實施方式的光路原理示意圖；圖5為本實用新型的太陽能集束聚光鏡陣系統(tǒng)第二種實施方式的光路原理示意圖。附圖標記1_拋物面聚光鏡；10_第一反射鏡；11_第一通孔；12_第一光柱；2-固定鏡片；20_支柱；3_鏡片組件；30_第二反射鏡；31_通路；32_第二光柱；4_轉動組件；40-固定柱；41_橫桿；42_轉輪；43_步進電機；44_滾珠軸承；45_滾珠軸承；5_升降組件；50-液壓升降柱；51_橫梁；52_滾珠軸套；53_滾珠；54_容納腔。
具體實施方式
為了便于本領域普通技術人員理解和實施本實用新型，
以下結合附圖及具體實施方式
對本實用新型作進一步的詳細描述。圖I所示為本實用新型的太陽能集束聚光支撐裝置及其鏡陣框架示意圖，每個鏡陣由M排XN列個聚光鏡單元組成，整個鏡陣設置在支架上，共同組成鏡陣框架。本實用新型的太陽能集束聚光支撐裝置包括轉動組件4及升降組件5，轉動組件4用于控制整個鏡陣180°翻轉跟蹤太陽升落，升降組件5用于控制整個鏡陣的傾角，從而跟蹤太陽一年四季的變化。圖I所示的轉動組件4及升降組件5僅為示意圖，其詳細結構如圖2和圖3所示。下面將結合圖I和圖2、圖3詳細說明本實用新型的太陽能集束聚光支撐裝置的結構。圖2為圖I的轉動組件4的左視圖。轉動組件4包括固定柱40、橫桿41、轉輪42、步進電機43 (如圖2)以及滾珠軸承44、45。橫桿41的一端與固定柱40固定連接,并且二者相互垂直,橫桿41的另一端與鏡陣框架可轉動連接，在本實用新型實施方式中，系采用滾珠軸承44連接橫桿41與鏡陣框架。轉輪42為半圓形轉輪，圓周外圍設有細齒，半圓形轉輪42的兩端與鏡陣框架的兩端可轉動連接，在本實用新型實施方式中，亦系采用一對滾珠軸承44連接轉輪42的兩端與鏡陣框架的兩端，在固定柱40上設有與轉輪42的細齒配合的步進電機43，用于控制轉輪42轉動，從而使得整個鏡陣框架能夠繞主軸X旋轉180°。圖3所示為圖I中升降組件5的正視圖。升降組件5設置在鏡陣且與所述轉動組件4相對一側上，用于控制鏡陣傾角，其包括液壓升降柱50、橫梁51、滾珠軸套52以及滾珠53。橫梁51的一端與鏡陣框架固定連接，另一端為自由端。滾珠軸套52的上部分套設在橫梁51上，并且橫梁51能夠在滾珠軸套52內轉動；滾珠軸套52的下部分具有能夠容納滾珠53并使其自由轉動的球形容納腔54。在滾珠軸套52下部分的底部設有通槽(未示出)，通槽沿橫梁51的長度方向設置，液壓升降柱50穿過所述通槽與滾珠53固定連接，當液壓升降柱50升高或降低時，滾珠53能夠在容納腔54中轉動，液壓升降柱50能夠在所述通槽內自由移動，驅動橫梁51帶動整個鏡陣傾斜。所述液壓升降柱50通過數(shù)控步進電機(未示出)控制其升降。上述支撐裝置控制系統(tǒng)簡單，僅用簡單的計算機控制系統(tǒng)通過集成電路控制本裝置的兩個電機，即可實現(xiàn)控制整個太陽能集束聚光鏡陣系統(tǒng)跟蹤太陽180°升、落翻轉，并隨季節(jié)變化，跟蹤太陽正面投射。圖4所示為應用本實用新型支撐裝置的太陽能集束聚光鏡陣系統(tǒng)，該鏡陣系統(tǒng)分為上下兩層。上層結構為圖I中的M排XN列個聚光鏡單元。每個聚光鏡單元具有一個拋物面聚光鏡I，拋物面聚光鏡I的底部中央設有一個第一通孔11，在每個拋物面聚光鏡I的聚光焦點處，設置一個微型第一反射鏡10，太陽光經拋物面聚光鏡I匯聚至第一反射鏡10，然后光能平衡反射穿過拋物面聚光鏡I的第一通孔10，形成第一光柱12。這樣，在整個鏡陣M排XN列個聚光鏡單元的背面，形成MXN個平行光柱12組成的光柱林。所述拋物面聚光鏡I為能夠聚焦的旋轉拋物面?？筛鶕L暴、沙塵暴級別的需要，分為無縫或無孔拋物面鏡，以及有縫或有孔拋物面鏡，例如在有颶風、臺風、沙塵暴的地區(qū)，有縫或有孔的拋物面鏡可以起到卸力的作用。每個第一反射鏡10可通過支架焊接固定在每個拋物面聚光鏡I上，或者MXN個第一反射鏡10通過整體支架一同焊接在上述鏡陣上。在本實用新型其它實施方式中，也可采用其他方式固定。下層結構為MXN個反射鏡陣，由MXN個固定鏡片2呈旋轉拋物面網狀分布，并且固定鏡片2的設置方向使得能夠最終形成一個匯聚焦點，MXN個固定鏡片2可通過網狀支架共同設置在上述整個鏡陣下方，共同組成一個拋物面鏡片組件3，每個固定鏡片2對應設置在每個拋物面聚光鏡I的第一通孔11下方，即在通過每個第一通孔11的光路方向上，設置一個固定鏡片2，用于將經過第一通孔11的第一光柱12進行反射，所述拋物面鏡片組件、3與鏡陣構成一體，以保證絕對同步跟蹤投射下來的第一光柱12。拋物面鏡片組件3的聚合焦點處設有一個微型第二反射鏡30，上層的MXN個平衡光柱12經拋物面鏡片組件3匯聚至第二反射鏡30后，形成一條集束光柱一第二光柱32，并且網狀拋物面鏡片組件3的底部中央具有供集束光柱32穿過的通路31。拋物面鏡片組件3為能夠聚焦的曲面旋 轉拋物面，其曲面弧度根據M和N的個數(shù)以及第二反射鏡30焦點的位置而定。每個第二反射鏡20通過支架與拋物面鏡片組件3固定連接，或直接固定在鏡陣上。在本實用新型其它實施方式中，也可采用其他方式固定連接。在本實用新型實施方式中，每個第一通孔11設置在每個拋物面聚光鏡I的底部中央；在本實用新型其它實施方式中，第一通孔11以及通路31的設置位置可根據需要或集熱器所在位置進行選擇。但若第一通孔11不設在底部中間，則第一反射鏡10需換成雙曲面或多曲面反射鏡。圖5所示為本實用新型太陽能集束聚光鏡陣系統(tǒng)的另一實施方式。該實施方式中，與第一種實施方式的不同點為下層的MXN個固定鏡片2呈層狀和網狀分布，也就是將每個固定鏡片2通過一個支柱20連接至鏡陣的每個拋物面聚光鏡I的下方，使得MXN個固定鏡片2分布在不同層上，但始終保持MXN個固定鏡片2組成的鏡片組件能夠匯聚形成一個焦點，并且在該焦點處設置一個第二反射鏡30，將上層的MXN個平衡光柱12經MXN個固定鏡片2組成的鏡片組件3匯聚至第二反射鏡30后，反射形成一條集束光柱——第二光柱32。可集束光柱32的光路方向上直接設置太陽能集熱器，單一的固定鏡片2可以方便曰常維護。在本實用新型實施方式中，第一反射鏡10、第二反射鏡30皆為微型凹面鏡。本實用新型的整個太陽能集束聚光鏡陣系統(tǒng)中，首先通過具有通孔的拋物面聚光鏡I和第一反射鏡10將太陽光集合成MXN個第一光柱12 ;然后米用MXN個固定鏡片2組成的鏡片組件，將MXN個第一光柱12匯聚形成一個焦點，用第二反射鏡30設置在焦點處，反射形成一條集束光柱32。可在集束光柱32的光路方向上設置一個反光鏡(未圖不)，反光鏡可通過兩個微型數(shù)控電機進行控制，從而將這唯一的集束光柱32通過反光鏡按任意方向正面投射至太陽能集熱器，此時太陽能集熱器為固定不動，這樣即可實現(xiàn)MXN= I的集束聚光系統(tǒng)，即MXN個拋物面聚光鏡I僅采用一個控制單元實現(xiàn)太陽能聚光發(fā)電；當然也可在光柱32的下方直接安裝太陽能集熱器，使得太陽能集熱器跟隨整個鏡陣轉動。以上所述，僅是用以說明本實用新型的具體實施案例而已，并非用以限定本實用新型的可實施范圍，舉凡本領域熟練技術人員在未脫離本實用新型所指示的精神與原理下所完成的一切等效改變或修飾，仍應由本實用新型權利要求的范圍所覆蓋。
權利要求1.一種太陽能集束聚光支撐裝置，其設置在集束聚光鏡陣上，其特征在于，包括 控制鏡陣翻轉的轉動組件(4 )，其包括固定柱(40 )、橫桿(41)、半圓形轉輪(42 )以及步進電機(43)，固定柱(40)與橫桿(41)垂直連接，橫桿(41)與鏡陣可轉動連接，轉輪(42)外圍設有細齒，且轉輪(42 )的兩端與鏡陣的兩端可轉動連接，固定柱(40 )上設有步進電機(43)，與轉輪(42)的細齒相配合； 控制鏡陣傾角的升降組件(5)，設置在鏡陣與所述轉動組件(4)相對的一側，其包括液壓升降柱(50)、數(shù)控電機、橫梁(51)、滾珠軸套(52)以及滾珠(53)，所述橫梁(51)的一端與鏡陣固定連接，滾珠軸套(52 )的上部分套設在橫梁(51)上，滾珠(53 )設置在滾珠軸套(52 )的下部分中且能夠在其中自由轉動，滾珠軸套(52)的底部具有通槽，數(shù)控電機控制液壓升降柱(50)的升降，且液壓升降柱(50)能夠在所述通槽內自由移動。
2.如權利要求I所述的太陽能集束聚光支撐裝置，其特征在于所述橫桿(41)與鏡陣之間通過滾珠軸承(44)轉動連接。
3.如權利要求2所述的太陽能集束聚光支撐裝置，其特征在于所述轉輪(42)的兩端分別通過一個滾珠軸承(45)與鏡陣的兩端轉動連接。
4.如權利要求I所述的太陽能集束聚光支撐裝置，其特征在于所述滾珠軸套(52)的下部分具有容納滾珠(53 )并使其自由轉動的球形容納腔(54 )。
5.如權利要求I所述的太陽能集束聚光支撐裝置，其特征在于所述通槽沿橫梁(51)的長度方向設置。
6.如權利要求I所述的太陽能集束聚光支撐裝置，其特征在于轉動組件(4)的步進電機(43)和升降組件(5)的數(shù)控電機通過集成線路與計算機控制系統(tǒng)相連。
7.如權利要求I所述的太陽能集束聚光支撐裝置，其特征在于 所述鏡陣具有M排XN列個聚光鏡單元，每個所述聚光鏡單元包括一個底部設有第一通孔(11)的拋物面聚光鏡(I )，以及設置在每個拋物面聚光鏡(I)聚光焦點處并能夠將經拋物面聚光鏡(I)聚合的太陽光平衡反射穿過第一通孔(11)的第一反射鏡(10)； 在通過每個第一通孔(11)的光路方向上，設有一個固定鏡片(2)，所述固定鏡片(2)具有共同的聚光焦點，在所述固定鏡片(2)的聚光焦點處設有第二反射鏡(20)，其能夠將經所述固定鏡片(2)聚合的焦點光平衡反射形成集束光柱。
8.如權利要求7所述的太陽能集束聚光支撐裝置，其特征在于所述固定鏡片(2)為呈旋轉拋物面網狀分布的鏡片組件，且在所述旋轉拋物面的鏡片組件底部中央設有能夠通過所述集束光柱的通路(31)。
9.如權利要求7所述的太陽能集束聚光支撐裝置，其特征在于所述鏡片組件為呈層狀和網狀分布的固定鏡片(2 )。
10.如權利要求7所述的太陽能集束聚光支撐裝置，其特征在于所述第一反射鏡和第二反射鏡皆為微型凹面鏡。
專利摘要本實用新型涉及一種太陽能集束聚光支撐裝置，設置在集束聚光鏡陣上，其包括控制鏡陣翻轉的轉動組件和控制鏡陣傾角的升降組件，轉動組件包括垂直連接的固定柱和橫桿，外圍設有細齒的半圓形轉輪以及與細齒相配合的步進電機，橫桿與鏡陣、轉輪的兩端與鏡陣的兩端皆為可轉動連接，升降組件包括液壓升降柱，控制升降的數(shù)控電機，與鏡陣固定連接的橫梁，套設在橫梁上的滾珠軸套，以及設置在滾珠軸套的下部分中且能夠在其中自由轉動的滾珠，滾珠軸套的底部具有通槽，數(shù)控電機控制液壓升降柱升降，且液壓升降柱能夠在所述通槽內自由移動。該太陽能集束聚光支撐裝置由一個控制器進行集中控制，簡化了鏡陣的控制理論，并且能夠精確控制鏡陣跟蹤太陽。
文檔編號F24J2/54GK202420009SQ20112051113
公開日2012年9月5日 申請日期2011年12月9日 優(yōu)先權日2011年12月9日
發(fā)明者陳展和 申請人:深圳市陽能科技有限公司