專利名稱：快速全年太陽萬能器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及太陽能利用領(lǐng)域，特別是高溫利用太陽能的領(lǐng)域。目前，高溫利用太陽能的已有技術(shù)，是用雙軸跟蹤旋轉(zhuǎn)拋物面聚焦，或用雙軸跟蹤的定日鏡聚集太陽能的光熱，或是固定的向南安裝的或東西向安裝的槽形拋物面鏡，或復(fù)合拋物面鏡，或是把菲涅爾透鏡固定安裝在跟蹤器的托架上。在中國專利號為94228301的專利說明書中，介紹了名為槽形拋物面聚光型太陽能熱水器的專利技術(shù)，它是用單軸跟蹤的槽形拋物面聚集太陽光熱以直接對水管加熱。但是所有這些裝置分別存在如下缺點1、點聚焦的旋轉(zhuǎn)拋物面聚光鏡和菲涅爾透鏡或雙轉(zhuǎn)跟蹤的定日鏡等，單機的采光面職不可能太大，即采能器的功率不可能太大，并且難以聯(lián)機使用，即難以用雙軸跟蹤的三維聚光鏡同時加熱同一采能器。并且它們不能抵抗大風的干擾破壞。
2、槽形拋物面聚光型太陽能熱水器，它的聚光鏡只能單軸跟蹤太陽也不能在破壞性風力下實行自我保護。它的采能器是不能跟蹤太陽的直接受熱的水管，它的光熱利用率和聚光比都很低，所能達到的溫度也較低，它的水箱也不能自動除水垢。
3、固定式安裝的槽形拋物面鏡或復(fù)合拋物面鏡，對陽光的利用率都很低，一日內(nèi)只有少數(shù)時間的陽光可用，世界上用它作成的大型太陽能電站的采能器的溫度也較低，最高只能達到三百多攝氏度，因為太陽的視運動是赤緯運動和時角運動的合成，一般的說太陽視運動的軌跡在一日之內(nèi)，不可能始終平行于槽形拋物面的焦線。
4、世界上用于太陽熱發(fā)電的另一技術(shù)，即雙軸跟蹤定日鏡——中央塔式太陽熱發(fā)電，采能器中溫度雖較高，能達到500多攝氏度，但因定日鏡采光的局限性，而且跟蹤器本身要耗電，所以單機容量不可能太大，電費不可能太低。
5、就采能器而言，當前太陽能熱水器普遍存在不能自動清除水垢和熱效率低(特別是冬季更低)，并且用途狹窄，例如不能用于產(chǎn)生沸水或蒸鏌煮飯，也不能用于大規(guī)模發(fā)電等。
本實用新型的目的就是要解決上述問題，就是要提供一種熱效率較高的、輸出功率可以很大的、聚光比和溫度可以很高的、功能很多并對風的干擾破壞具有極強低抗力的高溫利用太陽能的蒸燒裝置。
本實用新型是通過如下裝置實現(xiàn)的1、一種快速全年太陽萬能器，涉及太陽能利用領(lǐng)域，由聚光鏡、采能器和自動跟日機組成，自動跟日機是極軸式的，它具有時角自動跟蹤系統(tǒng)和赤緯跟蹤機構(gòu)，其跟蹤速度是可調(diào)的，其雙軸跟蹤動作由其托架實現(xiàn)，其特征在于A、所述聚光鏡由安裝在框架上的若干個鏡片及其支軸、限位體、彈簧和抗風板構(gòu)成，鏡片與其支軸連接，鏡片兩端的支軸相互平行，支軸連接在框架上，由框架支持，每一個鏡片的工作位置都由與其直接或間接相連接的限位體和彈簧及框架確定，鏡片側(cè)邊活動連接著抗風板，用于協(xié)助鏡片在遇到破壞性風力時產(chǎn)生轉(zhuǎn)動力矩，使鏡片轉(zhuǎn)到安全方位，每一個聚光鏡片都是具有焦線或焦帶的，框架上全部鏡片的安裝位置是要保證由它們各自的焦線或焦帶中心線所直接或間接形成的公共焦線或公共焦帶中心線，在地球繞太陽公轉(zhuǎn)一周期的時間內(nèi)，其運動的軌跡所集成的任一個軌跡園錐體的對稱中心線，與所述自動跟日機的時角軸的軸心線的延長線可任意接近，聚光鏡的框架和所述自動跟日機的托架固定連接，由托架支持；B、所述采能器，是接收、傳輸或轉(zhuǎn)換太陽能的器件，它是管道形的，或筒形的或部分筒形的或長條形的，它是由跟蹤段及固定段與一個或多個活接頭構(gòu)成，或者只由跟蹤段與活接頭構(gòu)成，或者只由固定段構(gòu)成，它的跟蹤段的安裝位置是要保證該跟蹤段的中心線能和所述聚光鏡的公共焦線或公共焦帶中心線盡量接近，同時，在地球公轉(zhuǎn)一周期的時間內(nèi)，所述跟蹤段的中心線的運動軌跡所集成的任一個軌跡園錐體的對稱中心線要與自動跟日機的時角軸心線任意的接近；C、所述由跟蹤段和固定段及活接頭構(gòu)成的采能器，活接頭的一端連接在跟蹤段上，另一端連接在固定段上，固定段要安裝在距自動跟日機的時角軸盡可能近的位置，跟蹤段在距活接頭較遠的端點附近通過連桿或連管，以活動方式把跟蹤段與聚光鏡框架活動的連接之，采能器是空心的或?qū)嵭牡模招牡牟赡芷鞯目招母櫠魏涂招墓潭ǘ沃g用空心活接頭把它們連接后，它們各自的內(nèi)部空腔之間全部都是互相連通的。
2、所述只由跟蹤段和活接頭構(gòu)成的全運式采能器，其活接頭有一端和時角軸連接，另一端和采能器的跟蹤段連接，采能器的跟蹤段在距活接頭較遠的一端附近，以活動方式與連桿或連管連接，連桿或連管的另一端活動的連接著聚光鏡框架。
3、所述聚光鏡的公共焦線或公共焦帶中心線要和采能器跟蹤段的中心線盡量接近；在地球公轉(zhuǎn)一周期的時間內(nèi)，所述聚光鏡的公共焦線或公共焦帶中心線以及采能器跟蹤段的中心線，各自的運動軌跡所集成的任何一個軌跡園錐體的對稱中心線要和所述自動跟日機的時角軸的軸心線延線任意接近，這種結(jié)構(gòu)原理叫二三合一原理。
4、據(jù)權(quán)利要求1所述的快速全年太陽萬能器，其特征在于所述只由固定段構(gòu)成的固定式采能器，它的安裝位置是要保證它的中心線與所述自動跟日機的時角軸心線任意接近，并且此情況下的聚光鏡在太陽赤緯方向的跟蹤對太陽赤緯運動的角速度之比是在1～1/2范圍內(nèi)。
5、所述活接頭是由能夠發(fā)生相對運動的包容件和被包容件彼此活動的連接構(gòu)成；或由波紋管構(gòu)成；或由軟管構(gòu)成。
6、所述由跟蹤段和固定段及活接頭構(gòu)成的采能器，是按照二三合一原理而設(shè)置的帶有換熱箱的熱管，熱管的吸熱段位于其跟蹤段以內(nèi)，熱管的放熱段位于其固定安裝的換熱箱的吸熱介質(zhì)中，在熱管的固定段和跟蹤段之間由空心活接頭把它們連接起來，熱管的固定段及跟蹤段和空心活接頭三者的內(nèi)部空腔都是連通的，熱管的跟蹤段的遠離活接頭的一端，活動的連接著連桿或連管，連桿或連管的另一端活動的連接著聚光鏡的框架。
7、所述換熱箱是水箱，所述熱管的放熱段沉浸于所述水箱的水中。
8、所述換熱箱也可以是包含有帶著除垢刷的熱管放熱段的水箱，除垢刷套在位于水箱中的熱管放熱段，除垢刷的兩端各有一條撓性傳力件，沿熱管放熱段的中心線方向，分別進入位于水箱兩端的對應(yīng)的管子內(nèi)口中，并分別從位于水箱外面的該管子的外口中伸出來，經(jīng)過輪軸改變方向后，連接到特設(shè)的受有動力驅(qū)動的輪子上。
9、所述采能器的跟蹤段也可以是依二三合一原理而設(shè)置的烤筒或帶有換熱箱的熱管。其一端通過活節(jié)頭連于主軸，另一端連于聚光鏡框架。
10、所述采能器也可以是按照二三合一原理而設(shè)置的筒鍋或筒釜類用熱器，它們都是筒形且有蓋子，其一端連于主軸，另一端連于聚光鏡框架。
以下結(jié)合附圖進一步詳述本實用新型，附圖所示是本實用新型位于赤道上的春分或秋分時的狀態(tài)。
圖一是本實用新型的主視圖，圖2是本實用新型的俯視圖。
由


圖1和圖2可知，為了減小風干擾力，聚光鏡由透射聚光鏡片3和反射聚光鏡片15間隔排列。在自動跟日機11(最好選用自動跟蹤太陽時不用電的無電自動跟日機，當然用電的也可)的托架6的左邊連接著聚光鏡的框架1，在框架1的上部，裝有透射聚光鏡片3，鏡片3的兩端固定連接著支軸26和27，支軸26和27分別穿在框架1的左右兩端相應(yīng)的孔中，鏡片上裝有限位體17，支軸上裝有彈簧16，在安全風力下，因限位體17和框架1及彈簧16的相互作用，鏡片3常處于工作位置，亦即能把陽光會聚到例如熱管的跟蹤段14上，反射聚光鏡片15的安裝要求和透射聚光鏡片3的要求相同，即要求全部鏡片在工作狀態(tài)時的焦線或焦帶中心線都重合為一，形成聚光鏡的公共焦線或公共焦帶中心線。采能器例如熱管跟蹤段14的安裝位置是要使它的中心線和聚光鏡公共焦線或公共焦帶中心線盡量接近，名為“二合一”，但它們只有在春分或秋分時才能重合。隨著太陽赤緯角的變化，它們的間隔是經(jīng)常變化的，為使它們的間隔在春夏秋冬都能有比較均勻的最小值，所以要求在地球公轉(zhuǎn)一周期的時間內(nèi)，它們倆各自的中心線的運動軌跡所集成的任一個軌跡園錐體的對稱中心線都要和自動跟日機的時角軸心線任意接近，直到重合，即“三合一”，加上前述的二合一，總稱為“二三合一”。
在跟日機11的托架6的右端，還可以連接另一聚光鏡的框架，即一個托架可帶動多個聚光鏡，圖中省略未畫。熱管的跟蹤段14與其固定段10之間由空心活接頭連接它們，活接頭由包容件11和被包容件13以能發(fā)生相對運動的活動方式連接構(gòu)成，它們內(nèi)部都是空心的，熱管內(nèi)的工作物質(zhì)可以在由它們構(gòu)成的通道中流動，但不能泄漏。熱管的固定段10從自動跟日機的空心軸中穿過，通入水箱8中然后拐彎，固定段10和水箱8之間是固定連接并密封的。熱管跟蹤段14的采光部份的周圍，順著軸線方向固定連接有三個或三個以上的吸熱板，并要在熱管跟蹤采光段周圍及吸熱板上鍍上光譜選擇吸收材料，然后把它們都裝入能形成透明保溫真空夾層的玻璃套管中，抽真空后密封，作成熱管真空管。
浸于水箱中的熱管放熱段2 4的外皮易結(jié)水垢，影響熱交換，又不便清掃，因此，要裝上除垢刷23，如附圖2所示，除垢刷23的兩端分別連接有撓性傳力件21，撓性傳力件21分別從水箱兩端設(shè)置的兩個管子7中穿出來，此管子7也可兼作通大氣用，經(jīng)過滑輪20等改變方向，最后連接到由跟日機或其他動力軀動的輪子25上。還可作成既能刷熱管放熱段又能刷水箱內(nèi)壁的除垢刷。水箱壁上設(shè)置有出水閥門9和進水閥門22。若使用純粹軟水，則可不用除垢刷及有關(guān)輪軸等傳動另部件而只用水箱。
采能器也可單純由其固定段作成固定式采能器，其安裝位置應(yīng)使其中心線與時角軸心線任意接近直到重合，為盡量縮小它和聚光鏡公共焦線或公共焦帶中心線的間距，聚光鏡的赤緯跟蹤對太陽赤緯運動的角速度比值應(yīng)取在1～1/2范圍內(nèi)。
采能器也可以不用熱管水箱系統(tǒng)而按照本實用新型提出的二三合一原理，使用安裝在熱管位置的烤筒或筒鍋或筒釜等用熱器或筒形光伏電池等等，因此，可廣泛用于燒開水、煮飯，和代替電烤箱烘烤食品或光伏發(fā)電，更換采能器，還可用于淡化海水，驅(qū)動太陽能水泵或太陽能發(fā)動機等等。
本實用新型由于從根本上解決了風的干擾破壞問題，實現(xiàn)長期不需人管理的除水垢，在采光面積全日不變的條件下，光斑可終日不動，所以很易增大采光面積，大幅度提高功率，冬夏全年，都能快速把水燒熱沸騰和產(chǎn)生高溫蒸汽，安裝方便，可掛到陽臺后墻上，保溫水箱裝到室內(nèi)室外皆可，也可裝到樓頂上，實現(xiàn)大功率大面積的給全樓供熱水和蒸汽或發(fā)電等。
本實用新型可把若干個單臺熱管的水箱連通之，形成長龍式太陽能供熱水系統(tǒng)或蒸汽發(fā)電系統(tǒng)，每個單臺熱管可由n個無電自動跟日機和2n套聚光鏡串接加熱。所以能達到很高的溫度和很大的功率。
總之，本實用新型的優(yōu)點為(1)水箱可置于室內(nèi)，冬夜不凍裂，且便于取暖；(2)可以作到采光面積很大而運轉(zhuǎn)部件輕便；(3)和熱管真空管或真空管太陽熱水器相比，本實用新型所用熱管極少，即散熱面積極小，而集熱面積很大，所以熱效率很高；(4)因功率大，加熱速度快，所以無論冬夏，每天只要出短時間的太陽，就能把水加熱到所需溫度；(5)功能多，只要更換各種采能器，就能實現(xiàn)各種用途，例如可以烘烤食品或消毒或聚光發(fā)電等；(6)可實現(xiàn)任意多的單機組合，構(gòu)成大規(guī)模太陽能發(fā)電站，可顯著降低太陽能發(fā)電成本；(7)可實現(xiàn)全樓頂太陽能熱水蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)，給全樓供熱水蒸汽；(8)能抵抗大風的破壞；(9)水箱和換熱元件不結(jié)水垢，永遠保持高的熱交換率；(10)能作成家用墻掛式，懸掛于陽臺后墻或窗臺墻，冬夏全年快速供應(yīng)熱水、開水或蒸汽；(11)不耗煤、電、石油，永遠不會污染環(huán)境；(12)室內(nèi)水箱長期保溫，隨時用熱水方便；(13)太陽能不用購買和搬運，一次投資，多年受益。
權(quán)利要求1.一種快速全年太陽萬能器，涉及太陽能利用領(lǐng)域，由聚光鏡、采能器和自動跟日機組成，自動跟日機是極軸式的，它具有時角自動跟蹤系統(tǒng)和赤緯跟蹤機構(gòu)，其跟蹤速度是可調(diào)的，其雙軸跟蹤動作由其托架實現(xiàn)，其特征在于A、所述聚光鏡由安裝在框架上的若干個鏡片及其支軸、限位體、彈簧和抗風板構(gòu)成，鏡片與其支軸連接，鏡片兩端的支軸相互平行，支軸連接在框架上，由框架支持，每一個鏡片的工作位置都由與其直接或間接相連接的限位體和彈簧及框架確定，鏡片側(cè)邊活動的連接著抗風板，用于協(xié)助鏡片在遇到破壞性風力時產(chǎn)生轉(zhuǎn)動力矩轉(zhuǎn)到安全方位，每一個聚光鏡片都是具有焦線或焦帶的，框架上全部鏡片的安裝位置是要保證由它們各自的焦線或焦帶中心線所直接或間接形成的公共焦線或公共焦帶中心線，在地球繞太陽公轉(zhuǎn)一周期的時間內(nèi)，其運動的軌跡所集成的任一個軌跡園錐體的對稱中心線，與所述自動跟日機的時角軸的軸心線的延長線可任意接近，聚光鏡的框架和所述自動跟日機的托架固定連接，由托架支持；B、所述采能器，是接收、傳輸或轉(zhuǎn)換太陽能的器件，它是管道形的，或筒形的或部分筒形的或長條形的，它是由跟蹤段及固定段與一個或多個活接頭構(gòu)成，或者只由跟蹤段與活接頭構(gòu)成，或者只由固定段構(gòu)成，它的跟蹤段的安裝位置是要保證該跟蹤段的中心線能和所述聚光鏡的公共焦線或公共焦帶中心線盡量接近，同時，在地球公轉(zhuǎn)一周期的時間內(nèi)，所述跟蹤段的中心線的運動軌跡所集成的軌跡園錐體的對稱中心線要與自動跟日機的時角軸心線任意的接近；C、所述由跟蹤段和固定段及活接頭構(gòu)成的采能器，活接頭的一端連接在跟蹤段上，另一端連接在固定段上，固定段要安裝在距自動跟日機的時角軸盡可能近的位置，跟蹤段在距活接頭較遠的端點附近通過連桿或連管，以活動方式把跟蹤段與聚光鏡框架活動的連接之，采能器是空心的或?qū)嵭牡?，空心的采能器的空心跟蹤段和空心固定段之間用空心活接頭把它們連接后，它們各自的內(nèi)部空腔之間全部都是互相連通的。
2.據(jù)權(quán)利要求1所述的快速全年太陽萬能器，其特征在于所述只由跟蹤段和活接頭構(gòu)成的全運式采能器，其活接頭有一端和時角軸連接，另一端和采能器的跟蹤段連接，采能器的跟蹤段在距活接頭較遠的一端，以活動方式與連桿或連管連接，連桿或連管的另一端活動的連接著聚光鏡框架。
3.據(jù)權(quán)利要求1所述快速全年太陽萬能器，其特征在于所述聚光鏡的公共焦線或公共焦帶中心線要和采能器跟蹤段的中心線盡量接近；在地球公轉(zhuǎn)一周期的時間內(nèi)，所述聚光鏡的公共焦線或公共焦帶中心線以及采能器跟蹤段的中心線，各自的運動軌跡所集成的任何一個軌跡園錐體的對稱中心線要和所述自動跟日機的時角軸的軸心線延線任意接近，這種結(jié)構(gòu)原理叫二三合一原理。
4.據(jù)權(quán)利要求1所述的快速全年太陽萬能器，其特征在于所述只由固定段構(gòu)成的固定式采能器，它的安裝位置是要保證它的中心線與所述自動跟日機的時角軸心線任意接近，并且此情況下的聚光鏡在太陽赤緯方向的跟蹤對太陽赤緯運動的角速度之比是在1～1/2范圍內(nèi)。
5.據(jù)權(quán)利要求1所述的快速全年太陽萬能器，其特征在于所述活接頭是由能夠發(fā)生相對運動的包容件和被包容件彼此活動的連接而成；或由波紋管構(gòu)成；或由軟管構(gòu)成。
6.據(jù)權(quán)利要求1所述的快速全年太陽萬能器，其特征在于所述由跟蹤段和固定段及活接頭構(gòu)成的采能器，是按照二三合一原理而設(shè)置的帶有換熱箱的熱管，熱管的吸熱段位于其跟蹤段以內(nèi)，熱管的放熱段位于其固定安裝的換熱箱的吸熱介質(zhì)中，在熱管的固定段和跟蹤段之間由空心活接頭把它們連接起來，熱管的固定段及跟蹤段和空心活接頭三者的內(nèi)部空腔都是連通的，熱管的跟蹤段的遠離活接頭的一端，活動的連接著連桿或連管，連桿或連管的另一端活動的連接著聚光鏡的框架。
7.器權(quán)利要求6所述的快速全年太陽萬能器，其特征在于所述換熱箱是水箱，所述熱管的放熱段沉浸于所述水箱的水中。
8.據(jù)權(quán)利要求6所述的快速全年太陽萬能器，其特征在于所述換熱箱是包含有帶著除垢刷的熱管放熱段的水箱，除垢刷套在位于水箱中的熱管放熱段，除垢刷的兩端各有一條撓性傳力件，沿熱管放熱段的中心線方向，分別進入位于水箱兩端的對應(yīng)的管子內(nèi)口中，并分別從位于水箱外面的該管子的外口中伸出來，經(jīng)過輪軸改變方向后，連接到特設(shè)的受有動力驅(qū)動的輪子上。
9.據(jù)權(quán)利要求2所述的快速全年太陽萬能器，其特征在于所述采能器是依二三合一原理而設(shè)的烤筒或帶有換熱箱的熱管，烤筒的一端通過活接頭而連于跟日機主軸，其另一端活動的連接于聚光鏡的框架上，烤筒中有放置被烤物的支架，烤筒有蓋子；所述帶有換熱箱的熱管與該換熱箱彼此相連接，共同構(gòu)成全運式采能器，換熱箱通過活接頭與主軸直接相連，熱管的下端與聚光鏡框架活動連接；在地球公轉(zhuǎn)一周期的時間內(nèi)，熱管或筒釜的中心線軌跡所集成的園錐體的中心線和主軸軸心線是很接近的。
10.據(jù)權(quán)利要求1和2所述的快速全年太陽萬能器，其特征在于所述采能器是按二三合一原理而設(shè)置的筒鍋或筒釜類用熱器，筒鍋或筒釜的一端都是通過活接頭和跟日機的主軸連接，其另一端連接于聚光鏡的框架上，筒鍋或筒釜的中心線始終和聚光鏡的焦線很接近，筒鍋和筒釜都是筒狀的，都是有蓋子的，在地球公轉(zhuǎn)一周期的時間內(nèi)，它們各自的中心線軌跡所集成的園錐體的中心線和主軸軸心線是很接近的。
專利摘要快速全年太陽萬能器用太陽能四季皆可快速產(chǎn)熱水、開水和蒸汽,水箱可置室內(nèi),可作太陽能發(fā)電、冬季取暖、烘烤、驅(qū)動太陽能水泵或淡化海水等,用戶可掛于陽臺后墻或窗臺墻,聯(lián)機可覆蓋全樓頂給全樓供熱水和取暖。它由具有抗風板并可轉(zhuǎn)動的鏡片構(gòu)成的聚光鏡和能雙軸跟蹤太陽的采能器及極軸式自動跟日機按二三合一原理而設(shè)計,各鏡的公焦線和采能器中心線很接近,它們連于托架并由跟日機運載。有成本低、溫度高、燒水快、保溫長、無水垢、抗風強、用途廣等優(yōu)點。
文檔編號F24J2/14GK2380870SQ9820083
公開日2000年5月31日 申請日期1998年1月26日 優(yōu)先權(quán)日1998年1月26日
發(fā)明者王存義 申請人:王存義