利用光纖傳導太陽能的室內太陽灶的制作方法

專利名稱：利用光纖傳導太陽能的室內太陽灶的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種太陽能利用系統，尤其涉及一種利用光纖傳導太陽能的室內太陽灶。
背景技術：
能源是人類社會賴以生存和發展的重要物資，但是目前人類面臨著嚴峻的能源形勢。自從能源危機被提出以來，人們逐漸的認識到了，以石油、煤炭等傳統能源的蘊藏量不是無限的，容易開采和利用的儲量已經不多，剩余儲量的開發難度越來越大，到一定限度就會失去開采的價值。因此，我們就必須尋找新的能源結構，盡早地探索、研究開發利用新能源資源，否則就會是人類自身的生存受到威脅。當前，我國也提出了相應的能源戰略，以節能減排為目標的能源戰略在人們的日常生活中逐漸發揮重要的作用。本研究小組通過分析發現太陽以其無比巨大的能量輻射為人類提供了取之不盡用之不竭的能量源泉，有計劃地、合理地開展太陽能利用，是人類社會走向可持續發展道路的必然選擇，也是建設和諧社會、促進生態系統良性循環和實現節能減排的重要的途徑。本實用新型主要是有計劃地、合理地開展太陽能利用，并通過本實用新型提高太陽能的利用率，使太陽能逐漸代替人們在日常生活中的常規能源。這樣就可以達到節能減排的目標。但是目前的太陽能利用技術基本均為在室外利用太陽能加熱工質，并用管道將工質傳入室內，并且不可調整接收端的方位。這樣就不可避免的有損失而不能達到最大利用效率。

實用新型內容針對上述現有技術，本實用新型提供一種利用光纖傳導太陽能的室內太陽灶。本實用新型可以擴展家用太陽能系統的功能和效率，其基本思路是將自然光聚焦后的光能引入到室內的灶具使用，利用光學原理使低品位的陽光通過聚焦達到800到1000攝氏度的高能光束后，再利用導耐高溫的光纖將高能光束導向室內的灶具直接利用。為了解決上述技術問題，本實用新型一種利用光纖傳導太陽能的室內太陽灶予以實現的技術方案是包括設置在室外的聚光單元和設置在室內的灶具，所述聚光單元與所述灶具之間設有光傳輸單元；所述聚光單元包括聚光罩和用于實現聚光罩在水平及豎直兩個方向上旋轉的自動跟蹤裝置；所述光傳輸單元包括光纖和光轉換器，所述光纖為IOcm的石英光纖，所述光轉換器位于所述聚光罩的聚焦中心位置，所述灶具包括灶具外殼，設置在所述灶具外殼上的光纖插口，由順次連接的第一透鏡、反光鏡、第二透鏡和反光罩形成的一聚焦光路，該聚焦光路將光束聚焦到灶具的底部；所述灶具還包括有用來調節所述第二透鏡與灶具底部之間距離的調節結構，所述調節結構由調節旋鈕、第二透鏡固定板和升降傳動機構構成；所述光纖連接于所述光轉換器和所述光纖插口之間。本實用新型利用光纖傳導太陽能的室內太陽灶，其中所述自動跟蹤裝置包括一單片機、均布在聚光罩上的四個光敏電阻、豎直旋轉傳動機構和水平旋轉傳動機構。所述四個光敏電阻以聚光罩中心對稱地布置在所述聚光罩的上、下、左、右，用于采集聚光罩上下 及左右兩個方向的光強差值；所述豎直旋轉傳動機構和水平旋轉傳動機構均分別設有一歩 進電機，所述單片機根據所述光敏電阻傳遞的數據向所述的步進電機發出指令。所述聚光 罩的表面積為2至4平方米。所述升降傳動機構包括傳動齒輪、傳動軸和凸輪，所述凸輪的 轉動帶動所述第二透鏡固定板上下移動。與現有技術相比，本實用新型利用光纖傳導太陽能的室內太陽灶的有益效果是本實用新型擴展了現有技術中太陽能系統的功能和效率，將自然光聚焦后的光能 引入到室內的灶具使用，利用光學原理使低品位的陽光通過聚焦達到800到1000攝氏度的 高能光束后，再利用導耐高溫的光纖將高能光束導向室內的灶具直接利用。本實用新型使 用光纖傳導高能光束，因此通過改變光纖的長度就能夠滿足高層建筑中不同高度樓層住戶 的使用，易于普及推廣，具有廣泛的應用前景。本實用新型可以提高太陽能的使用效率，具有環保節能的優點，按照三人居家利 用傳統的天然氣灶具毎年所需的費用為2. 4元*25m3*12 = 720元，以天津地區為例，全年 可利用太陽能輻射天數為199天，取200天計算，使用本實用新型太陽灶全年預計可節省費 用為2. 4元*25m3/30*200天=400元，因此，本實用新型太陽灶不僅為社會節約大量能源， 還為家庭減少開支，如果進行大規模推廣，將產生巨大的經濟效益和環境保護的社會效益。

圖1-1是本實用新型利用光纖傳導太陽能的室內太陽灶中室外部分結構示意簡 圖；圖1-2是圖1-1中所示自動跟蹤裝置結構示意圖；圖2是本實用新型中太陽能灶具結構示意圖；圖3是圖2所示太陽能灶具A-A剖視示意圖；圖4是圖2所示太陽能灶具的俯視圖。圖中1——光線插ロ2——第一透鏡 3——反光鏡4——第二透鏡固定板5——第二透鏡 6——反光罩7——鍋底8——灶具外殼 9——凸輪10——傳動軸11——傳動齒輪12——調節旋鈕42——光轉換器43——支架44——聚光罩45——自動跟蹤裝置 451——水平軸452——第一步進電機453——第二被動齒輪 454——第二步進電機 455——第二主動齒輪456——第一被動齒輪 457——第一主動齒輪 458——豎直軸
具體實施方式
以下結合附圖和具體實施例對本實用新型作進ー步詳細描述。本實用新型ー種利用光纖傳導太陽能的室內太陽灶，包括設置在室外的聚光單元 和設置在室內的灶具，所述聚光単元與所述灶具之間設有光傳輸單元。如圖1-1和圖1-2所示，所述聚光単元包括聚光罩44和用于實現聚光罩44在水平及豎直兩個方向上旋轉的自動跟蹤裝置45 ；為提高自動跟蹤裝置的精確度，可以選擇通過一單片機來控制步進電機達到太陽跟蹤的目的。本實用新型中的所述自動跟蹤裝置主要是控制聚光罩44在水平面和豎直面上的旋轉運動。所述自動跟蹤裝置45包括一單片機、 均布在聚光罩44上的四個光敏電阻、豎直旋轉傳動機構和水平旋轉傳動機構，所述四個光敏電阻以聚光罩44中心對稱布置在所述聚光罩44的上、下、左、右，用于采集聚光罩44上下及左右兩個方向的光強差值，所述豎直旋轉傳動機構和水平旋轉傳動機構均分別設有一步進電機，所述單片機根據所述光敏電阻傳遞的數據向所述的步進電機發出指令。其中左右兩端的光敏電阻采集聚光罩44左右兩端的光強差值，并通過單片機和一步進電機控制聚光罩44的水平轉動；上下兩端的光敏電阻采集聚光罩44上下兩端的光強差值，并通過單片機和另一步進電機控制聚光罩44的上下轉動，通過這樣布置四個光敏電阻能夠使聚光罩44與太陽正對，使光的收集達到最佳的效果。所述自動跟蹤裝置45工作時，豎直旋轉傳動機構的傳動路線是第一步進電機452——第一主動齒輪457——第一被動齒輪456—— 水平軸451帶動聚光罩44在豎直平面內轉動，同理，水平旋轉傳動機構的傳動路線是第二步進電機454——第二主動齒輪455——第二被動齒輪453——豎直軸458——支架43—— 帶動聚光罩44在水平面內旋轉。此外，還可以通過對聚光罩44設定一個初始位置，當太陽落山后聚光罩44回到最初的位置，使聚光罩44每天早晨都能夠達到太陽入射的最佳位置。所述灶具36包括灶具外殼8，設置在所述灶具外殼8上的光纖插口 1，由順次連接的第一透鏡2、反光鏡3、第二透鏡5和反光罩6形成的一聚焦光路，該聚焦光路將光束聚焦到灶具的底部；所述灶具還包括有用來調節所述第二透鏡5與灶具底部之間距離的調節結構，所述調節結構由調節旋鈕12、第二透鏡固定板4和升降傳動機構構成；所述升降傳動機構包括傳動齒輪11、傳動軸10和凸輪9，所述凸輪9的轉動帶動所述第二透鏡固定板4上下移動。所述光傳輸單元包括光纖41和光轉換器42，所述光纖41連接于所述光轉換器42 和所述光纖插口之間。在日常生活中，由于光在光纖的傳導損耗比電的傳導損耗低得多，光纖可以把陽光送到各個角落，考慮到太陽光經聚焦后的光斑較大，因此需要設有一個光轉換器42，將所述光轉換器42設置在所述聚光罩44的聚焦中心位置，本實用新型中的聚光罩44是能夠將較大面積的陽光聚焦到與光纖連接的光轉換器42上，使光的密集度達到較高的程度，以滿足室內炊事的能量要求。因此，聚光罩的反光鏡面最好為鍍銀或鍍鋁的玻璃鏡，也可采用鋁拋光鏡面和滌綸薄膜鍍鋁鏡面，通常，一個700 1200瓦功率的聚光式太陽灶，其聚光罩的采光面積約為1. 5至2. 0平方米即可，因此，所述聚光罩的表面積為2至4 平方米。所述光轉換器42可以將聚焦后的太陽光轉化為聚焦度更高的平行光，這樣高能光束在傳導至光纖內時可以減小捏菲爾效應，使高能光束的損失達到最小，并且使高能光在光纖另一端的光纖插口端產生的熱效應降到最低。由于普通的塑料光纖不能滿足傳導高能光束的要求，因此，本本實用新型中的所述光纖41為IOcm的石英光纖。本實用新型通過光纖傳導高能光束，實現室外的聚焦后的太陽光斑傳導至室內，然后再將高能光束導進太陽灶爐，通過設置在灶具底部的一聚焦光路，使光最終能夠重新聚焦在位于灶具上的炊具的底部，這樣就能夠實現在室內使用太陽灶。本實用新型太陽灶的工作原理包括傳能部分和控制部分，其中傳能部分如圖3所示室外聚集的高能量太陽光通過光纖傳導至室內并連接至爐具的光纖插口 1。高能光束照射在灶具里面的第一透鏡2，該第一透鏡2將光纖傳導過來的高能光束轉化成平行光后照射在一反光鏡3上，該反光鏡3再將平行光照射在一第二透鏡 4上進行再次聚焦，聚焦后的光斑照射在炊具上，利用光能進行炊事操作。另外在第二透鏡 5的周圍圍有一圈反光罩6，其作用是將(在光能的使用過程中)從炊具底部反射出來的光在反射至炊具底部，以提高太陽灶的能量利用率。控制部分如圖4所示，通過調節旋鈕12的轉動，依次帶動兩個齒輪11，再通過傳動軸10控制凸輪9的旋轉，凸輪9在旋轉的過程中將會帶動第二透鏡固定板4及其上的第二透鏡5做上(或下)移動，從而可以實現控制第二透鏡5投射在炊具底部的光斑的大小， 當第二透鏡5向下移動時光斑變小，炊具底部的溫度升高加快，當第二透鏡5向上移動時， 光斑變大炊具底部的溫度升高變慢。這樣可以滿足炊事操作過程中對功率變化的需求。盡管上面結合圖對本實用新型進行了描述，但是本實用新型并不局限于上述的具體實施方式
，上述的具體實施方式
僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領域的普通技術人員在本實用新型的啟示下，在不脫離本實用新型宗旨的情況下，還可以作出很多變形，這些均屬于本實用新型的保護之內。
權利要求1.一種利用光纖傳導太陽能的室內太陽灶，包括設置在室外的聚光單元，所述聚光單元包括聚光罩04)和用于實現聚光罩G4)在水平及豎直兩個方向上旋轉的自動跟蹤裝置 (45)；其特征在于還包括設置在室內的灶具，所述聚光單元與所述灶具之間設有光傳輸單元；所述光傳輸單元包括光纖Gl)和光轉換器(42)，所述光纖為IOcm的石英光纖， 所述光轉換器G2)位于所述聚光罩G4)的中心位置，所述灶具(36)包括灶具外殼(8)，設置在所述灶具外殼(8)上的光纖插口(1)，由順次連接的第一透鏡O)、反光鏡(3)、第二透鏡( 和反光罩(6)形成的一聚焦光路，該聚焦光路將光束聚焦到灶具的底部；所述灶具還包括有用來調節所述第二透鏡( 與灶具底部之間距離的調節結構，所述調節結構由調節旋鈕(12)、第二透鏡固定板(4)和升降傳動機構構成；所述光纖Gl)連接于所述光轉換器0 和所述光纖插口之間。
2.根據權利要求1所述的利用光纖傳導太陽能的室內太陽灶，其特征在于所述自動跟蹤裝置0 包括一單片機、均布在聚光罩G4)上的四個光敏電阻、豎直旋轉傳動機構和水平旋轉傳動機構。
3.根據權利要求2所述的利用光纖傳導太陽能的室內太陽灶，其特征在于所述四個光敏電阻以聚光罩G4)中心對稱地布置在所述聚光罩04)的上、下、左、右，用于采集聚光罩G4)上下及左右兩個方向的光強差值；所述豎直旋轉傳動機構和水平旋轉傳動機構均分別設有一步進電機，所述單片機根據所述光敏電阻傳遞的數據向所述的步進電機發出指令。
4.根據權利要求1所述的利用光纖傳導太陽能的室內太陽灶，其特征在于所述升降傳動機構包括傳動齒輪(11)、傳動軸(10)和凸輪(9)，所述凸輪(9)的轉動帶動所述第二透鏡固定板(4)上下移動。
5.根據權利要求1所述的利用光纖傳導太陽能的室內太陽灶，其特征在于所述聚光罩的表面積為2至4平方米。
專利摘要本實用新型公開了一種利用光纖傳導太陽能的室內太陽灶，包括設置在室外的聚光單元和設置在室內的灶具，聚光單元與灶具之間設有光傳輸單元；聚光單元包括聚光罩和用于實現聚光罩在水平及豎直兩個方向上旋轉的自動跟蹤裝置；光傳輸單元包括光纖和光轉換器，光纖為10cm的石英光纖，光轉換器位于聚光罩的聚焦中心位置，灶具包括設置在灶具外殼上的光纖插口，由順次連接的第一透鏡、反光鏡、第二透鏡和反光罩形成的一聚焦光路，該聚焦光路將光束聚焦到灶具的底部；灶具還包括有用來調節第二透鏡與灶具底部之間距離的調節結構；光纖連接于光轉換器和光纖插口之間。本實用新型可有效提高對太陽能的利用率，具有顯著的經濟效益和社會效益，適合在民用住宅中推廣使用。
文檔編號F24J2/02GK202101426SQ20112017834
公開日2012年1月4日 申請日期2011年5月30日 優先權日2011年5月30日
發明者康喆, 楊俊紅, 楊睿, 王曉磊, 蔣輝躍, 顧浩翔, 龔秀峰 申請人:天津大學