专利名称：利用光纤传导太阳能的室内太阳灶的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种太阳能利用系统，尤其涉及一种利用光纤传导太阳能的室内太阳灶。
背景技术：
能源是人类社会赖以生存和发展的重要物资，但是目前人类面临着严峻的能源形势。自从能源危机被提出以来，人们逐渐的认识到了，以石油、煤炭等传统能源的蕴藏量不是无限的，容易开采和利用的储量已经不多，剩余储量的开发难度越来越大，到一定限度就会失去开采的价值。因此，我们就必须寻找新的能源结构，尽早地探索、研究开发利用新能源资源，否则就会是人类自身的生存受到威胁。当前，我国也提出了相应的能源战略，以节能减排为目标的能源战略在人们的日常生活中逐渐发挥重要的作用。本研究小组通过分析发现太阳以其无比巨大的能量辐射为人类提供了取之不尽用之不竭的能量源泉，有计划地、合理地开展太阳能利用，是人类社会走向可持续发展道路的必然选择，也是建设和谐社会、促进生态系统良性循环和实现节能减排的重要的途径。本发明主要是有计划地、合理地开展太阳能利用，并通过本发明提高太阳能的利用率，使太阳能逐渐代替人们在日常生活中的常规能源。这样就可以达到节能减排的目标。但是目前的太阳能利用技术基本均为在室外利用太阳能加热工质，并用管道将工质传入室内，并且不可调整接收端的方位。这样就不可避免的有损失而不能达到最大利用效率。
发明内容
针对上述现有技术，本发明提供一种利用光纤传导太阳能的室内太阳灶。本发明可以扩展家用太阳能系统的功能和效率，其基本思路是将自然光聚焦后的光能引入到室内的灶具使用，利用光学原理使低品位的阳光通过聚焦达到800到1000摄氏度的高能光束后，再利用导耐高温的光纤将高能光束导向室内的灶具直接利用。为了解决上述技术问题，本发明一种利用光纤传导太阳能的室内太阳灶予以实现的技术方案是包括设置在室外的聚光单元和设置在室内的灶具，所述聚光单元与所述灶具之间设有光传输单元；所述聚光单元包括聚光罩和用于实现聚光罩在水平及竖直两个方向上旋转的自动跟踪装置；所述光传输单元包括光纤和光转换器，所述光纤为IOcm的石英光纤，所述光转换器位于所述聚光罩的聚焦中心位置，所述灶具包括灶具外壳，设置在所述灶具外壳上的光纤插口，由顺次连接的第一透镜、反光镜、第二透镜和反光罩形成的一聚焦光路，该聚焦光路将光束聚焦到灶具的底部；所述灶具还包括有用来调节所述第二透镜与灶具底部之间距离的调节结构，所述调节结构由调节旋钮、第二透镜固定板和升降传动机构构成；所述光纤连接于所述光转换器和所述光纤插口之间。本发明利用光纤传导太阳能的室内太阳灶，其中所述自动跟踪装置包括一单片机、均布在聚光罩上的四个光敏电阻、竖直旋转传动机构和水平旋转传动机构。所述四个光敏电阻以聚光罩中心对称地布置在所述聚光罩的上、下、左、右，用于采集聚光罩上下及左右两个方向的光强差值；所述竖直旋转传动机构和水平旋转传动机构均分别设有一步进电机，所述单片机根据所述光敏电阻传递的数据向所述的步进电机发出指令。所述聚光罩的表面积为2至4平方米。所述升降传动机构包括传动齿轮、传动轴和凸轮，所述凸轮的转动带动所述第二透镜固定板上下移动。与现有技术相比，本发明利用光纤传导太阳能的室内太阳灶的有益效果是本发明扩展了现有技术中太阳能系统的功能和效率，将自然光聚焦后的光能引入到室内的灶具使用，利用光学原理使低品位的阳光通过聚焦达到800到1000摄氏度的高能光束后，再利用导耐高温的光纤将高能光束导向室内的灶具直接利用。本发明使用光纤传导高能光束，因此通过改变光纤的长度就能够满足高层建筑中不同高度楼层住户的使用， 易于普及推广，具有广泛的应用前景。本发明可以提高太阳能的使用效率，具有环保节能的优点，按照三人居家利用传统的天然气灶具每年所需的费用为2. 4元M5m3*12 = 720元，以天津地区为例，全年可利用太阳能辐射天数为199天，取200天计算，使用本发明太阳灶全年预计可节省费用为2. 4 元M5m3/3(^200天=400元，因此，本发明太阳灶不仅为社会节约大量能源，还为家庭减少开支，如果进行大规模推广，将产生巨大的经济效益和环境保护的社会效益。
图1-1是本发明利用光纤传导太阳能的室内太阳灶中室外部分结构示意简图； 图1-2是图1-1中所示自动跟踪装置结构示意图； 图2是本发明中太阳能灶具结构示意图； 图3是图2所示太阳能灶具A-A剖视示意图； 图4是图2所示太阳能灶具的俯视图。 图中
1——光线插口 4——第二透镜固定板 7——锅底 10——传动轴 42——光转换器 45——自动跟踪装置
453——第二被动齿轮 456——第一被动齿轮
2——第一透镜 5——第二透镜 8——灶具外壳 11——传动齿轮 43——支架 451——水平轴 454——第二步进电机 457——第一主动齿轮
、义/. Ajg.
3——反； 6——反光罩 9——凸轮 12——调节旋钮 44——聚光罩 452——第一步进电机 455——第二主动齿轮 458——竖直轴
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述。本发明一种利用光纤传导太阳能的室内太阳灶，包括设置在室外的聚光单元和设置在室内的灶具，所述聚光单元与所述灶具之间设有光传输单元。如图1-1和图1-2所示，所述聚光单元包括聚光罩44和用于实现聚光罩44在水平及竖直两个方向上旋转的自动跟踪装置45;为提高自动跟踪装置的精确度，可以选择通过
4一单片机来控制步进电机达到太阳跟踪的目的。本发明中的所述自动跟踪装置主要是控制聚光罩44在水平面和竖直面上的旋转运动。所述自动跟踪装置45包括一单片机、均布在聚光罩44上的四个光敏电阻、竖直旋转传动机构和水平旋转传动机构，所述四个光敏电阻以聚光罩44中心对称布置在所述聚光罩44的上、下、左、右，用于采集聚光罩44上下及左右两个方向的光强差值，所述竖直旋转传动机构和水平旋转传动机构均分别设有一步进电机，所述单片机根据所述光敏电阻传递的数据向所述的步进电机发出指令。其中左右两端的光敏电阻采集聚光罩44左右两端的光强差值，并通过单片机和一步进电机控制聚光罩 44的水平转动；上下两端的光敏电阻采集聚光罩44上下两端的光强差值，并通过单片机和另一步进电机控制聚光罩44的上下转动，通过这样布置四个光敏电阻能够使聚光罩44与太阳正对，使光的收集达到最佳的效果。所述自动跟踪装置45工作时，竖直旋转传动机构的传动路线是第一步进电机452——第一主动齿轮457——第一被动齿轮456——水平轴 451带动聚光罩44在竖直平面内转动，同理，水平旋转传动机构的传动路线是第二步进电机454——第二主动齿轮455——第二被动齿轮453——竖直轴458——支架43——带动聚光罩44在水平面内旋转。此外，还可以通过对聚光罩44设定一个初始位置，当太阳落山后聚光罩44回到最初的位置，使聚光罩44每天早晨都能够达到太阳入射的最佳位置。所述灶具36包括灶具外壳8，设置在所述灶具外壳8上的光纤插口 1，由顺次连接的第一透镜2、反光镜3、第二透镜5和反光罩6形成的一聚焦光路，该聚焦光路将光束聚焦到灶具的底部；所述灶具还包括有用来调节所述第二透镜5与灶具底部之间距离的调节结构，所述调节结构由调节旋钮12、第二透镜固定板4和升降传动机构构成；所述升降传动机构包括传动齿轮11、传动轴10和凸轮9，所述凸轮9的转动带动所述第二透镜固定板4上下移动。所述光传输单元包括光纤41和光转换器42，所述光纤41连接于所述光转换器42 和所述光纤插口之间。在日常生活中，由于光在光纤的传导损耗比电的传导损耗低得多，光纤可以把阳光送到各个角落，考虑到太阳光经聚焦后的光斑较大，因此需要设有一个光转换器42，将所述光转换器42设置在所述聚光罩44的聚焦中心位置，本发明中的聚光罩44 是能够将较大面积的阳光聚焦到与光纤连接的光转换器42上，使光的密集度达到较高的程度，以满足室内炊事的能量要求。因此，聚光罩的反光镜面最好为镀银或镀铝的玻璃镜， 也可采用铝抛光镜面和涤纶薄膜镀铝镜面，通常，一个700 1200瓦功率的聚光式太阳灶， 其聚光罩的采光面积约为1. 5至2. 0平方米即可，因此，所述聚光罩的表面积为2至4平方米。所述光转换器42可以将聚焦后的太阳光转化为聚焦度更高的平行光，这样高能光束在传导至光纤内时可以减小捏菲尔效应，使高能光束的损失达到最小，并且使高能光在光纤另一端的光纤插口端产生的热效应降到最低。由于普通的塑料光纤不能满足传导高能光束的要求，因此，本本发明中的所述光纤41为IOcm的石英光纤。本发明通过光纤传导高能光束，实现室外的聚焦后的太阳光斑传导至室内，然后再将高能光束导进太阳灶炉，通过设置在灶具底部的一聚焦光路，使光最终能够重新聚焦在位于灶具上的炊具的底部，这样就能够实现在室内使用太阳灶。本发明太阳灶的工作原理包括传能部分和控制部分，其中传能部分如图3所示室外聚集的高能量太阳光通过光纤传导至室内并连接至炉具的光纤插口 1。高能光束照射在灶具里面的第一透镜2，该第一透镜2将光纤传导过来的高能光束转化成平行光后照射在一反光镜3上，该反光镜3再将平行光照射在一第二透镜 4上进行再次聚焦，聚焦后的光斑照射在炊具上，利用光能进行炊事操作。另外在第二透镜 5的周围围有一圈反光罩6，其作用是将(在光能的使用过程中)从炊具底部反射出来的光在反射至炊具底部，以提高太阳灶的能量利用率。控制部分如图4所示，通过调节旋钮12的转动，依次带动两个齿轮11，再通过传动轴10控制凸轮9的旋转，凸轮9在旋转的过程中将会带动第二透镜固定板4及其上的第二透镜5做上(或下)移动，从而可以实现控制第二透镜5投射在炊具底部的光斑的大小， 当第二透镜5向下移动时光斑变小，炊具底部的温度升高加快，当第二透镜5向上移动时， 光斑变大炊具底部的温度升高变慢。这样可以满足炊事操作过程中对功率变化的需求。尽管上面结合图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式
，上述的具体实施方式
仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以作出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。
权利要求
1.一种利用光纤传导太阳能的室内太阳灶，包括设置在室外的聚光单元，所述聚光单元包括聚光罩G4)和用于实现聚光罩G4)在水平及竖直两个方向上旋转的自动跟踪装置 (45)；其特征在于还包括设置在室内的灶具，所述聚光单元与所述灶具之间设有光传输单元；所述光传输单元包括光纤Gl)和光转换器(42)，所述光纤为IOcm的石英光纤， 所述光转换器G2)位于所述聚光罩G4)的中心位置，所述灶具(36)包括灶具外壳(8)，设置在所述灶具外壳(8)上的光纤插口(1)，由顺次连接的第一透镜O)、反光镜(3)、第二透镜( 和反光罩(6)形成的一聚焦光路，该聚焦光路将光束聚焦到灶具的底部；所述灶具还包括有用来调节所述第二透镜( 与灶具底部之间距离的调节结构，所述调节结构由调节旋钮(12)、第二透镜固定板(4)和升降传动机构构成；所述光纤Gl)连接于所述光转换器0 和所述光纤插口之间。
2.根据权利要求1所述的利用光纤传导太阳能的室内太阳灶，其特征在于所述自动跟踪装置0 包括一单片机、均布在聚光罩G4)上的四个光敏电阻、竖直旋转传动机构和水平旋转传动机构。
3.根据权利要求2所述的利用光纤传导太阳能的室内太阳灶，其特征在于所述四个光敏电阻以聚光罩G4)中心对称地布置在所述聚光罩04)的上、下、左、右，用于采集聚光罩G4)上下及左右两个方向的光强差值；所述竖直旋转传动机构和水平旋转传动机构均分别设有一步进电机，所述单片机根据所述光敏电阻传递的数据向所述的步进电机发出指令。
4.根据权利要求1所述的利用光纤传导太阳能的室内太阳灶，其特征在于所述升降传动机构包括传动齿轮(11)、传动轴(10)和凸轮(9)，所述凸轮(9)的转动带动所述第二透镜固定板(4)上下移动。
5.根据权利要求1所述的利用光纤传导太阳能的室内太阳灶，其特征在于所述聚光罩的表面积为2至4平方米。
全文摘要
本发明公开了一种利用光纤传导太阳能的室内太阳灶，包括设置在室外的聚光单元和设置在室内的灶具，聚光单元与灶具之间设有光传输单元；聚光单元包括聚光罩和用于实现聚光罩在水平及竖直两个方向上旋转的自动跟踪装置；光传输单元包括光纤和光转换器，光纤为10cm的石英光纤，光转换器位于聚光罩的聚焦中心位置，灶具包括设置在灶具外壳上的光纤插口，由顺次连接的第一透镜、反光镜、第二透镜和反光罩形成的一聚焦光路，该聚焦光路将光束聚焦到灶具的底部；灶具还包括有用来调节第二透镜与灶具底部之间距离的调节结构；光纤连接于光转换器和光纤插口之间。本发明可有效提高对太阳能的利用率，具有显著的经济效益和社会效益，适合在民用住宅中推广使用。
文档编号F24J2/02GK102226582SQ20111014316
公开日2011年10月26日 申请日期2011年5月30日 优先权日2011年5月30日
发明者康喆, 杨俊红, 杨睿, 王晓磊, 蒋辉跃, 顾浩翔, 龚秀峰 申请人:天津大学