专利名称：快速全年太阳万能器的制作方法
技术领域：
本发明涉及太阳能利用领域，特别是高温利用太阳能的领域。目前，高温利用太阳能的已有技术，是用双轴跟踪旋转抛物面聚焦，或用双轴跟踪的定日镜聚集太阳能的光热，或是固定的向南安装的或东西向安装的槽形抛物面镜，或复合抛物面镜，或是把菲涅尔透镜固定安装在跟踪器的托架上。在中国专利号为94228301的专利说明书中，介绍了名为槽形抛物面聚光型太阳能热水器的专利技术，它是用单轴跟踪的槽形抛物面聚集太阳光热以直接对水管加热。但是所有这些装置分别存在如下缺点1、点聚焦的旋转抛物面聚光镜和菲涅尔透镜或双轴跟踪的定日镜等，单机的采光面职不可能太大，即采能器的功率不可能太大，并且难以联机使用，即难以用双轴跟踪的三维聚光镜同时加热同一采能器。并且它们不能抵抗大风的干扰破坏。
2、槽形抛物面聚光型太阳能热水器，它的聚光镜只能单轴跟踪太阳也不能在破坏性风力下实行自我保护。它的采能器是不能跟踪太阳的直接受热的水管，它的光热利用率和聚光比都很低，所能达到的温度也较低，它的水箱也不能自动除水垢。
3、固定式安装的槽形抛物面镜或复合抛物面镜，对阳光的利用率都很低，一日内只有少数时间的阳光可用，世界上用它作成的大型太阳能电站的采能器的温度也较低，最高只能达到三百多摄氏度，因为太阳的视运动是赤纬运动和时角运动的合成，一般的说太阳视运动的轨迹在一日之内，不可能始终平行于槽形抛物面的焦线。
4、世界上用于太阳热发电的另一技术，即双轴跟踪定日镜--中央塔式太阳热发电，采能器中温度虽较高，能达到500多摄氏度，但因定日镜采光的局限性，而且跟踪器本身要耗电，所以单机容量不可能太大，电费不可能太低。
5、就采能器而言，当前太阳能热水器普遍存在不能自动清除水垢和热效率低(特别是冬季更低)，并且用途狭窄，例如不能用于产生沸水或蒸镆煮饭，也不能用于大规模发电等。
本发明的目的就是要解决上述问题，就是提供一种热效率较高的、输出功率可以很大的、聚光比和温度可以很高的、功能很多并对风的干扰破坏具有极强低抗力的高温利用太阳能的蒸烧装置。
本发明是通过如下装置实现的1、一种快速全年太阳万能器，涉及太阳能利用领域，由聚光镜、采能器和自动跟日机组成，自动跟日机是极轴式的，它具有时角自动跟踪系统和赤纬跟踪机构，其跟踪速度是可调的，其双轴跟踪动作由其托架实现，其特殊之处在于A．所述聚光镜由安装在框架上的若干个镜片及其支轴、限位体、弹簧和抗风板构成，镜片与其支轴连接，镜片两端的支轴相互平行，支轴连接在框架上，由柜架支持，每一个镜片的工作位置都由与其直接或间接相连接的限位体和弹簧及框架确定，镜片侧边活动的连接着抗风板，抗风板由两端连接有转轴的矩形板和弹簧组成，两端的转轴由聚光镜两端的端架支持，作可转动的连接，用于协助镜片在遇到破坏性风力时产生转动力矩转到安全方位，每一个聚光镜片都是具有焦线或焦带的，框架上全部镜片的安装位置是要保证由它们各自的焦线或焦带中心线所直接或间接形成的公共焦线或公共焦带中心线，在跟日机运转的任一个工作日内，其运动的轨迹所位于的园锥曲面的对称轴心线，与所述自动跟日机的时角轴心线的延长线可任意接近，聚光镜的框架和所述自动跟日机的托架固定连接，由托架支持；B．所述采能器，是接收、传输或转换太阳能的器件，它是管道形的，或筒形的或部分筒形的或长条形的，它是由跟踪段及固定段与一个或多个活接头构成，或者只由跟踪段与活接头构成，或者只由固定段构成，它的跟踪段的安装位置是要保证该跟踪段的中心线能和所述聚光镜的公共焦线或公共焦带中心线任意接近，并且，在跟日机运转的任一工作日内，它们两者中心线的公共中心线形成的轨迹所位于的园锥曲面的对称轴心线，要与所述跟日机的时角轴心线任意接近；同时，具备这两种任意接近的结构原理叫二二合一原理；C．所述由跟踪段和固定段及活接头构成的采能器，活接头的一端连接在跟踪段上，另一端连接在固定段上，固定段的另一端和换热箱连接并联通，换热箱中有被加热介质，跟踪段的两端连接在聚光镜的框架上，采能器是空心的或实心的，空心的采能器的空心跟踪段和空心固定段之间用空心活接头把它们连接后，它们各自的内部空腔之间全部都是互相连通的，放加热流体在其中通过，在跟踪段的外周装有透明套管，透明套管和跟踪段外周之间密封有负压空间。
2、所述只由跟踪段和活接头构成的全运式采能器，其活接头有一端和时角轴连接，另一端和采能器的跟踪段连接，采能器的跟踪段的两端连接在聚光镜框架上。
3、所述只由固定段构成的固定式采能器，它的安装位置是要保证它的中心线与所述自动跟日机的时角轴心线任意接近，并且此情况下的聚光镜在太阳赤纬方向的跟踪对太阳赤纬运动的角速度之比是在1-1/2范围内。
4、所述活接头是由能够发生相对运动的包容件和被包容件彼此活动的连接而成，或由波纹管构成，或由软管构成。
5、所述由跟踪段和固定段及活接头构成的采能器，是按照二二合一原理而设置的带有换热箱的热管，热管的吸热段位于其跟踪段以内，热管的放热段位于其固定安装的换热箱的吸热介质中，在热管的固定段和跟踪段之间由空心活接头把它们连接并联通起来，热管跟踪段的两端都连接在聚光框架上，聚光镜框架和所述托架的固定连接方式可以是同轴式的，即使热管固定段的轴线与时角轴线可任意接近，或是头顶式的，即使聚光镜框架的底面和托架顶面固定连接。
6、所述换热箱是水箱，所述热管的放热段沉浸于所述水箱的水中。
7、所述换热箱是包含有带着除垢刷的热管放热段的水箱，除垢刷套在位于水箱中的热管放热段，除垢刷的两端各有一条挠性传力件，沿热管放热段的中心线方向，分别进入位于水箱两端的对应的管子内口中，并分别位于水箱外面的该管子的外口中伸出来，经过轮轴改变方向后，连接到特设的受有动力驱动的轮子上。
8、所述装在框架上的聚光镜和采能器及自动跟日机是按照二二合一原理组装成头顶式的，即把聚光镜框架的底部和跟日机托架的顶部固定连接，所述采能器由固定段和空心活接头及跟踪段构成，此三者的空腔彼此联通，并和换热箱联通，跟踪段的两端与聚光镜框架固定连接，在地球公转一周期内，跟踪段的两端不能高于换热箱的中心，空心活接头是软管或波纹管，软管或波纹管外周连接着撑杆机构，在跟日机运转的任意工作日内，软管或波纹管的轴心曲线上，除两端外，在地平坐标系的铅重轴方向上没有其他极值点，跟踪段在远离活节头的即一端的空腔末段上安装有定滑轮，有构成封闭回路的挠性件。跟踪段在远离活节头的那一端的空腔末端上安装有定滑轮，有构成封闭回路的挠性件绕过滑轮，穿过除垢刷，然后依次穿过软管或波纹管空腔和固定段空腔及换热箱排汽口以后，连接到跟日机上的有动力驱动的轮子上，当构成封闭回路的两条线穿过除垢刷时，其中一条挠性件和除垢刷连结，除垢刷的外缘和跟踪段内壁接触，挠性件在通过空腔中的各个拐弯处皆靠绕过滑轮拐弯的。
9、所述采能器的跟踪段是依二二合一原理而设置的烤筒或带有换热箱的热管。
10、所述采能器是按照二二合一原理而设置的筒锅或筒釜换能工作器。
下面结合附图进一步详述本发明，
图1和图2是本发明以同轴式装配的一种实施例，图3和图4是本发明以头顶式装配的一种实施例。
由图1和图2可知，为了减小风干扰力，聚光镜片分成若干片。在自动跟日机11(最好选用自动跟踪太阳时不用电的无电自动跟日机，当然用电的也可)的托架6的左边连接着聚光镜的框架1，在框架1的上部，装有透射聚光镜片3，镜片3的两端固定连接着支轴26和27，支轴26和27分别穿在框架1的左右两端相应的孔中，镜片上装有限位体17，支轴上装有弹簧16，在安全风力下，因限位体17和框架1及弹簧16的相互作用，镜片3常处于工作位置，亦即能把阳光会聚到例如热管的跟踪段14上，反射聚光镜片15的安装要求和透射聚光镜片3的要求相同，即要求全部镜片在工作状态时的焦线或焦带中心线都重合为一，形成聚光镜的公共焦线或公共焦带中心线。采能器例如热管跟踪段14的安装位置是要使它的中心线和聚光镜公共焦线或公共焦带中心线任意接近，名为“二合一”，在跟日机运转的任何一个工作日内，它们俩的公共中心线的运动轨迹所位于的园锥曲面的对称轴心线都要和自动跟日机的时角轴心线任意接近，直到重合，即“二合一”，加上前述的二合一，总称为“二二合一”。
在跟日机11的托架6的右端，还可以连接另一聚光镜的框架，即一个托架可带动多个聚光镜，图中省略未画。热管的跟踪段14与其固定段10之间的由空心活接头连接它们，活接头由包容件12和被包容件13以能发生相对运动的活动方式连接构成，它们内部都是空心的，热管内的工作物质可以在由它们构成的通道中流动，但不能泄漏。热管的固定段10从自动跟日机的空心轴中穿过，通入水箱8中然后拐弯，固定段10和水箱8之间是固定连接并密封的。热管跟踪段14的采光部份装入能形成透明保温真空夹层的玻璃套管中，抽真空后密封，作成热管真空管。
浸于水箱中的热管放热段24的外皮易结水垢，影响热交换，又不便清扫，因此，要装上除垢刷23，如附图2所示，除垢刷23的两端分别连接有挠性传力件21，挠性传力件21分别从水箱两端设置的两个管子7中穿出来，此管子7也可兼作通大气用，经过滑轮20等改变方向，最后连接到由跟日机或其他动力驱动的轮子25上。还可作成既能刷热管放热段又能刷水箱内壁的除垢刷。水箱壁上设置有出水阀门9和进水阀门22。若使用纯粹软水，则可不用除垢刷及有关轮轴等传动另部件而只用水箱。
图3和图4是头顶式太阳万能器的实施例。图中27为聚光镜，28是采能器，29是抗风板，30是滑轮，31是水箱，32是撑杆机构，33是底座，34是驱动轮，35是进水口，36是软管，37是出水龙头，38是滑轮，39是挠性件。采能器28固定安装在聚光镜27的框架上，安装时力求使聚光镜27的公共焦线和采能器28的中心线重合。聚光镜框架顶在跟日机托架的头上，并把两者固定连接。用软管36作为活接头而把采能器28和水箱31连接并联通之。在跟日机运转的任一工作日内，软管或波纹管的轴心曲线上，除两端外，在地平坐标系的铅垂轴方向上，没有其他极值点，所以用撑杆32来支持软管36。在地球公转一周期内，水箱中心在任何时候不能低于采能器的跟踪段的两端，因为这里是采用了直热式加热介质例如水，而不用热管。为使采能器免结水垢，故在采能器空腔末端装定滑轮，由受驱动轮34驱动的挠性件回路，经过两个转向相反的滑轮38拐弯(两滑轮穿在同一固定的心轴上)，通过水箱的两个小汽孔，然后，依次通过水箱31和软管36，进入采能器28的空腔，并从位于该空腔中的除垢刷中经过，然后绕在该空腔未端的所述定滑轮上，构成封闭回路，位于该空腔中的两条挠性件，其中一条和除垢刷牢固连接，以便牵动除垢刷产生往复运动，擦去采能器内壁水垢，另一条是由除垢刷空隙中穿过。
采能器也可单纯由其固定段作成固定式采能器，其安装位置应使其中心线与时角轴心线任意接近直到重合，为尽量缩小和聚光镜公共焦线或公共焦带中心线与对角轴心线的间距，聚光镜的赤纬跟踪对太阳赤纬运动的角速度比值应取在1-1/2范围内。
采能器也可以不用热管水箱系统而按照本发明提出的二二合一原理，使用安装在热管位置的烤筒或筒锅或筒釜类用热器或其他换能工作器等等。因此，可广泛用于烧开水、煮饭，和代替电烤箱烘烤食品，更换采能器，还可用于淡化海水，驱动太阳能水泵或太阳能发动机等等。
本发明由于从根本上解决了风的干扰破坏问题，实现长期不需人管理的除水垢，在采光面积全日不变的条件下，光斑可终日不动，所以很易增大采光面积，大幅度提高功率，冬夏全年，都能快速把水烧热沸腾和产生高温蒸汽，安装方便，可挂到阳台后墙上，保温水箱装到室内室外皆可，也可装到楼顶上，实现大功率大面积的给全楼供热水和蒸汽或发电等。
本发明可把若干个单台热管的水箱连通之，形成长龙式太阳能供热水系统或蒸汽发电系统，每个单台热管可由n个无电自动跟日机和2n套聚光镜串接加热。所以能达到很高的温度和很大的功率。
总之，本发明的优点为(1)水箱可置于室内，冬夜不冻裂，且便于取暖；(2)可以作到做到采光面积很大而运转部件轻便；(3)和热管真空管或真空管太阳热水器相比，本发明所用热管极少，即散热面积极小，而集热面积很大，所以热效率很高；(4)因功率大，加热速度快，所以无论冬夏，每天只要出短时间的太阳，就能把水加热到所需温度；(5)功能多，只要更换各种采能器，就能实现各种用途，例如可以烘烤食品或消毒等；(6)可实现任意多的单机组合，构成大规模太阳能发电站，可显著降低太阳能发电成本；(7)可实现全楼顶太阳能热水蒸汽供应系统，给全楼供热水蒸汽；(8)能抵抗大风的破坏；(9)水箱和换热元件不结水垢，永远保持高的热交换率；(10)能作成家用墙挂式，悬挂于阳台后墙或窗台墙，冬夏全年快速供应热水、开水或蒸汽；(11)不耗煤、电、石油，永远不会污染环境；(12)室内水箱长期保温，随时用热水方便；(13)太阳能不用购买和搬运，无污染，一次投资，多年受益。
权利要求
1.一种快速全年太阳万能器，涉及太阳能利用领域，由聚光镜、采能器和自动跟日机组成，自动跟日机是极轴式的，它具有时角自动跟踪系统和赤纬跟踪机构，其跟踪速度是可调的，其双轴跟踪动作由其托架实现，其特征在于A．所述聚光镜由安装在框架上的若干个镜片及其支轴、限位体、弹簧和抗风板构成，镜片与其支轴连接，镜片两端的支轴相互平行，支轴连接在框架上，由柜架支持，每一个镜片的工作位置都由与其直接或间接相连接的限位体和弹簧及框架确定，镜片侧边活动的连接着抗风板，抗风板由两端连接有转轴的矩形板和弹簧组成，两端的转轴由聚光镜两端的端架支持，作可转动的连接，用于协助镜片在遇到破坏性风力时产生转动力矩转到安全方位，每一个聚光镜片都是具有焦线或焦带的，框架上全部镜片的安装位置是要保证由它们各自的焦线或焦带中心线所直接或间接形成的公共焦线或公共焦带中心线，在跟日机运转的任一个工作日内，其运动的轨迹所位于的园锥曲面的对称轴心线，与所述自动跟日机的时角轴心线的延长线可任意接近，聚光镜的框架和所述自动跟日机的托架固定连接，由托架支持；B．所述采能器，是接收、传输或转换太阳能的器件，它是管道形的，或筒形的或部分筒形的或长条形的，它是由跟踪段及固定段与一个或多个活接头构成，或者只由跟踪段与活接头构成，或者只由固定段构成，它的跟踪段的安装位置是要保证该跟踪段的中心线能和所述聚光镜的公共焦线或公共焦带中心线任意接近，并且，在跟日机运转的任一工作日内，它们两者中心线的公共中心线形成的轨迹所位于的园锥曲面的对称轴心线，要与所述跟日机的时角轴心线任意接近；同时，具备这两种任意接近的结构原理叫二二合一原理；C．所述由跟踪段和固定段及活接头构成的采能器，活接头的一端连接在跟踪段上，另一端连接在固定段上，固定段的另一端和换热箱连接并联通，换热箱中有被加热介质，跟踪段的两端连接在聚光镜的框架上，采能器是空心的或实心的，空心的采能器的空心跟踪段和空心固定段之间用空心活接头把它们连接后，它们各自的内部空腔之间全部都是互相连通的，被加热流体在其中通过，在跟踪段的外周装有透明套管，透明套管和跟踪段外周之间密封有负压空间。
2.据权利要求1所述的快速全年太阳万能器，其特征在于所述只由跟踪段和活接头构成的全运式采能器，其活接头有一端和时角轴连接，另一端和采能器的跟踪段连接，采能器的跟踪段的两端连接在聚光镜框架上。
3.据权利要求1所述的快速全年太阳万能器，其特征在于所述只由固定段构成的固定式采能器，它的安装位置是要保证它的中心线与所述自动跟日机的时角轴心线任意接近，并且此情况下的聚光镜在太阳赤纬方向的跟踪对太阳赤纬运动的角速度之比是在1-1/2范围内。
4.据权利要求1所述的快速全年太阳万能器，其特征在于所述活接头是由能够发生相对运动的包容件和被包容件彼此活动的连接而成，或由波纹管构成，或由软管构成。
5.据权利要求1所述的快速全年太阳万能器，其特征在于所述由跟踪段和固定段及活接头构成的采能器，是按照二二合一原理而设置的带有换热箱的热管，热管的吸热段位于其跟踪段以内，热管的放热段位于其固定安装的换热箱的吸热介质中，在热管的固定段和跟踪段之间由空心活接头把它们连接并联通起来，热管跟踪段的两端都连接在聚光镜框架上，聚光镜框架和所述托架的固定连接方式可以是同轴式的，即使热管固定段的轴线与时角轴线可任意接近，或是头顶式的，即使聚光镜框架的底面和托架顶面固定连接。
6.据权利要求5所述的快速全年太阳万能器，其特征在于所述换热箱是水箱，所述热管的放热段沉浸于所述水箱的水中。
7.据权利要求5所述的快速全年太阳万能器，其特征在于所述换热箱是包含有带着除垢刷的热管放热段的水箱，除垢刷套在位于水箱中的热管放热段，除垢刷的两端各有一条挠性传力件，沿热管放热段的中心线方向，分别进入位于水箱两端的对应的管子内口中，并分别位于水箱外面的该管子的外口中伸出来，经过轮轴改变方向后，连接到特设的受有动力驱动的轮子上。
8.据权利要求1所述的快速全年太阳万能器，其特征在于装在框架上的聚光镜和采能器及自动跟日机是按照二二合一原理组装成头顶式的，即把聚光镜框架的底部和跟日机托架的顶部固定连接，所述采能器由固定段和空心活接头及跟踪段构成，此三者的空腔彼此联通，并和换热箱联通，跟踪段的两端与聚光镜框架固定连接，在地球公转一周期内，跟踪段的两端不能高于换热箱的中心，空心活接头是软管或波纹管，软管或波纹管外周连接着撑杆机构，在跟日机运转的任意工作日内，软管或波纹管的轴心曲线上，除两端外，在地平坐标系的铅重轴方向上没有其它极值点，跟踪段在远离活节头的那一端的空腔末端上安装有定滑轮，有构成封闭回路的挠性件绕过滑轮，穿过除垢刷，然后依次穿过软管或波纹管空腔和固定段空腔及换热箱排汽口以后，连接到跟日机上的有动力驱动的轮子上，当构成封闭回路的两条线穿过除垢刷时，其中一条挠性件和除垢刷连结，除垢刷的外缘和跟踪段内壁接触，挠性件在通过空腔中的各个拐弯处皆靠绕过滑轮拐弯的。
9.据权利要求2所述的快速全年太阳万能器，其特征在于所述采能器的跟踪段是依二二合一原理而设置的烤筒或带有换热箱的热管。
10.据权利要求1或2所述的快速全年太阳万能器，其特征在于所述采能器是按照二二合一原理而设置的筒锅或筒釜类换能工作器。
全文摘要
本发明是快速全年太阳万能器,用太阳能四季皆可快速产热水、开水和蒸汽,水箱可置于室内;可作太阳能发电、可取暖、煮饭、烘烤食品、驱动太阳能水泵或太阳能发动机、淡化海水等;户用可挂于阳台后墙或窗台墙;联机可覆盖全楼顶,以给全楼供热水和蒸汽,可作任意大规模的廉价太阳能发电站。它是由具有抗风板并可转动的镜片构成的聚光镜和能双轴跟踪太阳的采能器及极轴式自动跟日机按二二合一原理而设计。水箱或采能器可自动除垢。有成本低、温度高、烧水快,保温长、无水垢、抗风强、用途广等优点。
文档编号F24J2/38GK1234491SQ99100378
公开日1999年11月10日 申请日期1999年1月26日 优先权日1998年1月26日
发明者王存义 申请人:王存义