專利名稱：利用光纖傳導(dǎo)太陽(yáng)能的室內(nèi)太陽(yáng)灶的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種太陽(yáng)能利用系統(tǒng)，尤其涉及一種利用光纖傳導(dǎo)太陽(yáng)能的室內(nèi)太陽(yáng)灶。
背景技術(shù)：
能源是人類(lèi)社會(huì)賴以生存和發(fā)展的重要物資，但是目前人類(lèi)面臨著嚴(yán)峻的能源形勢(shì)。自從能源危機(jī)被提出以來(lái)，人們逐漸的認(rèn)識(shí)到了，以石油、煤炭等傳統(tǒng)能源的蘊(yùn)藏量不是無(wú)限的，容易開(kāi)采和利用的儲(chǔ)量已經(jīng)不多，剩余儲(chǔ)量的開(kāi)發(fā)難度越來(lái)越大，到一定限度就會(huì)失去開(kāi)采的價(jià)值。因此，我們就必須尋找新的能源結(jié)構(gòu)，盡早地探索、研究開(kāi)發(fā)利用新能源資源，否則就會(huì)是人類(lèi)自身的生存受到威脅。當(dāng)前，我國(guó)也提出了相應(yīng)的能源戰(zhàn)略，以節(jié)能減排為目標(biāo)的能源戰(zhàn)略在人們的日常生活中逐漸發(fā)揮重要的作用。本研究小組通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)太陽(yáng)以其無(wú)比巨大的能量輻射為人類(lèi)提供了取之不盡用之不竭的能量源泉，有計(jì)劃地、合理地開(kāi)展太陽(yáng)能利用，是人類(lèi)社會(huì)走向可持續(xù)發(fā)展道路的必然選擇，也是建設(shè)和諧社會(huì)、促進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)良性循環(huán)和實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的重要的途徑。本實(shí)用新型主要是有計(jì)劃地、合理地開(kāi)展太陽(yáng)能利用，并通過(guò)本實(shí)用新型提高太陽(yáng)能的利用率，使太陽(yáng)能逐漸代替人們?cè)谌粘Ｉ钪械某Ｒ?guī)能源。這樣就可以達(dá)到節(jié)能減排的目標(biāo)。但是目前的太陽(yáng)能利用技術(shù)基本均為在室外利用太陽(yáng)能加熱工質(zhì)，并用管道將工質(zhì)傳入室內(nèi)，并且不可調(diào)整接收端的方位。這樣就不可避免的有損失而不能達(dá)到最大利用效率。

實(shí)用新型內(nèi)容針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型提供一種利用光纖傳導(dǎo)太陽(yáng)能的室內(nèi)太陽(yáng)灶。本實(shí)用新型可以擴(kuò)展家用太陽(yáng)能系統(tǒng)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(nèi)的灶具使用，利用光學(xué)原理使低品位的陽(yáng)光通過(guò)聚焦達(dá)到800到1000攝氏度的高能光束后，再利用導(dǎo)耐高溫的光纖將高能光束導(dǎo)向室內(nèi)的灶具直接利用。為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型一種利用光纖傳導(dǎo)太陽(yáng)能的室內(nèi)太陽(yáng)灶予以實(shí)現(xiàn)的技術(shù)方案是包括設(shè)置在室外的聚光單元和設(shè)置在室內(nèi)的灶具，所述聚光單元與所述灶具之間設(shè)有光傳輸單元；所述聚光單元包括聚光罩和用于實(shí)現(xiàn)聚光罩在水平及豎直兩個(gè)方向上旋轉(zhuǎn)的自動(dòng)跟蹤裝置；所述光傳輸單元包括光纖和光轉(zhuǎn)換器，所述光纖為IOcm的石英光纖，所述光轉(zhuǎn)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(shè)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(lái)調(diào)節(jié)所述第二透鏡與灶具底部之間距離的調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)，所述調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)由調(diào)節(jié)旋鈕、第二透鏡固定板和升降傳動(dòng)機(jī)構(gòu)構(gòu)成；所述光纖連接于所述光轉(zhuǎn)換器和所述光纖插口之間。本實(shí)用新型利用光纖傳導(dǎo)太陽(yáng)能的室內(nèi)太陽(yáng)灶，其中所述自動(dòng)跟蹤裝置包括一單片機(jī)、均布在聚光罩上的四個(gè)光敏電阻、豎直旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和水平旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。所述四個(gè)光敏電阻以聚光罩中心對(duì)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(gè)方向的光強(qiáng)差值；所述豎直旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和水平旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)均分別設(shè)有一歩 進(jìn)電機(jī)，所述單片機(jī)根據(jù)所述光敏電阻傳遞的數(shù)據(jù)向所述的步進(jìn)電機(jī)發(fā)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(dòng)機(jī)構(gòu)包括傳動(dòng)齒輪、傳動(dòng)軸和凸輪，所述凸輪的 轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)所述第二透鏡固定板上下移動(dòng)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型利用光纖傳導(dǎo)太陽(yáng)能的室內(nèi)太陽(yáng)灶的有益效果是本實(shí)用新型擴(kuò)展了現(xiàn)有技術(shù)中太陽(yáng)能系統(tǒng)的功能和效率，將自然光聚焦后的光能 引入到室內(nèi)的灶具使用，利用光學(xué)原理使低品位的陽(yáng)光通過(guò)聚焦達(dá)到800到1000攝氏度的 高能光束后，再利用導(dǎo)耐高溫的光纖將高能光束導(dǎo)向室內(nèi)的灶具直接利用。本實(shí)用新型使 用光纖傳導(dǎo)高能光束，因此通過(guò)改變光纖的長(zhǎng)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(yīng)用前景。本實(shí)用新型可以提高太陽(yáng)能的使用效率，具有環(huán)保節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)，按照三人居家利 用傳統(tǒng)的天然氣灶具毎年所需的費(fèi)用為2. 4元*25m3*12 = 720元，以天津地區(qū)為例，全年 可利用太陽(yáng)能輻射天數(shù)為199天，取200天計(jì)算，使用本實(shí)用新型太陽(yáng)灶全年預(yù)計(jì)可節(jié)省費(fèi) 用為2. 4元*25m3/30*200天=400元，因此，本實(shí)用新型太陽(yáng)灶不僅為社會(huì)節(jié)約大量能源， 還為家庭減少開(kāi)支，如果進(jìn)行大規(guī)模推廣，將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境保護(hù)的社會(huì)效益。

圖1-1是本實(shí)用新型利用光纖傳導(dǎo)太陽(yáng)能的室內(nèi)太陽(yáng)灶中室外部分結(jié)構(gòu)示意簡(jiǎn) 圖；圖1-2是圖1-1中所示自動(dòng)跟蹤裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實(shí)用新型中太陽(yáng)能灶具結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是圖2所示太陽(yáng)能灶具A-A剖視示意圖；圖4是圖2所示太陽(yáng)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(dòng)軸11——傳動(dòng)齒輪12——調(diào)節(jié)旋鈕42——光轉(zhuǎn)換器43——支架44——聚光罩45——自動(dòng)跟蹤裝置 451——水平軸452——第一步進(jìn)電機(jī)453——第二被動(dòng)齒輪 454——第二步進(jìn)電機(jī) 455——第二主動(dòng)齒輪456——第一被動(dòng)齒輪 457——第一主動(dòng)齒輪 458——豎直軸
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)ー步詳細(xì)描述。本實(shí)用新型ー種利用光纖傳導(dǎo)太陽(yáng)能的室內(nèi)太陽(yáng)灶，包括設(shè)置在室外的聚光單元 和設(shè)置在室內(nèi)的灶具，所述聚光単元與所述灶具之間設(shè)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(shí)現(xiàn)聚光罩44在水平及豎直兩個(gè)方向上旋轉(zhuǎn)的自動(dòng)跟蹤裝置45 ；為提高自動(dòng)跟蹤裝置的精確度，可以選擇通過(guò)一單片機(jī)來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)達(dá)到太陽(yáng)跟蹤的目的。本實(shí)用新型中的所述自動(dòng)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(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。所述自動(dòng)跟蹤裝置45包括一單片機(jī)、 均布在聚光罩44上的四個(gè)光敏電阻、豎直旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和水平旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述四個(gè)光敏電阻以聚光罩44中心對(duì)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(gè)方向的光強(qiáng)差值，所述豎直旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和水平旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)均分別設(shè)有一步進(jìn)電機(jī)，所述單片機(jī)根據(jù)所述光敏電阻傳遞的數(shù)據(jù)向所述的步進(jìn)電機(jī)發(fā)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(qiáng)差值，并通過(guò)單片機(jī)和一步進(jìn)電機(jī)控制聚光罩44的水平轉(zhuǎn)動(dòng)；上下兩端的光敏電阻采集聚光罩44上下兩端的光強(qiáng)差值，并通過(guò)單片機(jī)和另一步進(jìn)電機(jī)控制聚光罩44的上下轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)這樣布置四個(gè)光敏電阻能夠使聚光罩44與太陽(yáng)正對(duì)，使光的收集達(dá)到最佳的效果。所述自動(dòng)跟蹤裝置45工作時(shí)，豎直旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)路線是第一步進(jìn)電機(jī)452——第一主動(dòng)齒輪457——第一被動(dòng)齒輪456—— 水平軸451帶動(dòng)聚光罩44在豎直平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，同理，水平旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)路線是第二步進(jìn)電機(jī)454——第二主動(dòng)齒輪455——第二被動(dòng)齒輪453——豎直軸458——支架43—— 帶動(dòng)聚光罩44在水平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)。此外，還可以通過(guò)對(duì)聚光罩44設(shè)定一個(gè)初始位置，當(dāng)太陽(yáng)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(dá)到太陽(yáng)入射的最佳位置。所述灶具36包括灶具外殼8，設(shè)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(lái)調(diào)節(jié)所述第二透鏡5與灶具底部之間距離的調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)，所述調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)由調(diào)節(jié)旋鈕12、第二透鏡固定板4和升降傳動(dòng)機(jī)構(gòu)構(gòu)成；所述升降傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括傳動(dòng)齒輪11、傳動(dòng)軸10和凸輪9，所述凸輪9的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)所述第二透鏡固定板4上下移動(dòng)。所述光傳輸單元包括光纖41和光轉(zhuǎn)換器42，所述光纖41連接于所述光轉(zhuǎn)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(dǎo)損耗比電的傳導(dǎo)損耗低得多，光纖可以把陽(yáng)光送到各個(gè)角落，考慮到太陽(yáng)光經(jīng)聚焦后的光斑較大，因此需要設(shè)有一個(gè)光轉(zhuǎn)換器42，將所述光轉(zhuǎn)換器42設(shè)置在所述聚光罩44的聚焦中心位置，本實(shí)用新型中的聚光罩44是能夠?qū)⑤^大面積的陽(yáng)光聚焦到與光纖連接的光轉(zhuǎn)換器42上，使光的密集度達(dá)到較高的程度，以滿足室內(nèi)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(gè)700 1200瓦功率的聚光式太陽(yáng)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(zhuǎn)換器42可以將聚焦后的太陽(yáng)光轉(zhuǎn)化為聚焦度更高的平行光，這樣高能光束在傳導(dǎo)至光纖內(nèi)時(shí)可以減小捏菲爾效應(yīng)，使高能光束的損失達(dá)到最小，并且使高能光在光纖另一端的光纖插口端產(chǎn)生的熱效應(yīng)降到最低。由于普通的塑料光纖不能滿足傳導(dǎo)高能光束的要求，因此，本本實(shí)用新型中的所述光纖41為IOcm的石英光纖。本實(shí)用新型通過(guò)光纖傳導(dǎo)高能光束，實(shí)現(xiàn)室外的聚焦后的太陽(yáng)光斑傳導(dǎo)至室內(nèi)，然后再將高能光束導(dǎo)進(jìn)太陽(yáng)灶爐，通過(guò)設(shè)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?qū)崿F(xiàn)在室內(nèi)使用太陽(yáng)灶。本實(shí)用新型太陽(yáng)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(yáng)光通過(guò)光纖傳導(dǎo)至室內(nèi)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(dǎo)過(guò)來(lái)的高能光束轉(zhuǎn)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(jìn)行再次聚焦，聚焦后的光斑照射在炊具上，利用光能進(jìn)行炊事操作。另外在第二透鏡 5的周?chē)鷩幸蝗Ψ垂庹?，其作用是將(在光能的使用過(guò)程中)從炊具底部反射出來(lái)的光在反射至炊具底部，以提高太陽(yáng)灶的能量利用率?？刂撇糠秩鐖D4所示，通過(guò)調(diào)節(jié)旋鈕12的轉(zhuǎn)動(dòng)，依次帶動(dòng)兩個(gè)齒輪11，再通過(guò)傳動(dòng)軸10控制凸輪9的旋轉(zhuǎn)，凸輪9在旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中將會(huì)帶動(dòng)第二透鏡固定板4及其上的第二透鏡5做上(或下)移動(dòng)，從而可以實(shí)現(xiàn)控制第二透鏡5投射在炊具底部的光斑的大小， 當(dāng)?shù)诙哥R5向下移動(dòng)時(shí)光斑變小，炊具底部的溫度升高加快，當(dāng)?shù)诙哥R5向上移動(dòng)時(shí)， 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(guò)程中對(duì)功率變化的需求。盡管上面結(jié)合圖對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了描述，但是本實(shí)用新型并不局限于上述的具體實(shí)施方式
，上述的具體實(shí)施方式
僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本實(shí)用新型的啟示下，在不脫離本實(shí)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(shí)用新型的保護(hù)之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種利用光纖傳導(dǎo)太陽(yáng)能的室內(nèi)太陽(yáng)灶，包括設(shè)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(shí)現(xiàn)聚光罩G4)在水平及豎直兩個(gè)方向上旋轉(zhuǎn)的自動(dòng)跟蹤裝置 (45)；其特征在于還包括設(shè)置在室內(nèi)的灶具，所述聚光單元與所述灶具之間設(shè)有光傳輸單元；所述光傳輸單元包括光纖Gl)和光轉(zhuǎn)換器(42)，所述光纖為IOcm的石英光纖， 所述光轉(zhuǎn)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(shè)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(lái)調(diào)節(jié)所述第二透鏡( 與灶具底部之間距離的調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)，所述調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)由調(diào)節(jié)旋鈕(12)、第二透鏡固定板(4)和升降傳動(dòng)機(jī)構(gòu)構(gòu)成；所述光纖Gl)連接于所述光轉(zhuǎn)換器0 和所述光纖插口之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用光纖傳導(dǎo)太陽(yáng)能的室內(nèi)太陽(yáng)灶，其特征在于所述自動(dòng)跟蹤裝置0 包括一單片機(jī)、均布在聚光罩G4)上的四個(gè)光敏電阻、豎直旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和水平旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的利用光纖傳導(dǎo)太陽(yáng)能的室內(nèi)太陽(yáng)灶，其特征在于所述四個(gè)光敏電阻以聚光罩G4)中心對(duì)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(gè)方向的光強(qiáng)差值；所述豎直旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和水平旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)均分別設(shè)有一步進(jìn)電機(jī)，所述單片機(jī)根據(jù)所述光敏電阻傳遞的數(shù)據(jù)向所述的步進(jìn)電機(jī)發(fā)出指令。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用光纖傳導(dǎo)太陽(yáng)能的室內(nèi)太陽(yáng)灶，其特征在于所述升降傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括傳動(dòng)齒輪(11)、傳動(dòng)軸(10)和凸輪(9)，所述凸輪(9)的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)所述第二透鏡固定板(4)上下移動(dòng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用光纖傳導(dǎo)太陽(yáng)能的室內(nèi)太陽(yáng)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(shí)用新型公開(kāi)了一種利用光纖傳導(dǎo)太陽(yáng)能的室內(nèi)太陽(yáng)灶，包括設(shè)置在室外的聚光單元和設(shè)置在室內(nèi)的灶具，聚光單元與灶具之間設(shè)有光傳輸單元；聚光單元包括聚光罩和用于實(shí)現(xiàn)聚光罩在水平及豎直兩個(gè)方向上旋轉(zhuǎn)的自動(dòng)跟蹤裝置；光傳輸單元包括光纖和光轉(zhuǎn)換器，光纖為10cm的石英光纖，光轉(zhuǎn)換器位于聚光罩的聚焦中心位置，灶具包括設(shè)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(lái)調(diào)節(jié)第二透鏡與灶具底部之間距離的調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)；光纖連接于光轉(zhuǎn)換器和光纖插口之間。本實(shí)用新型可有效提高對(duì)太陽(yáng)能的利用率，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，適合在民用住宅中推廣使用。
文檔編號(hào)F24J2/02GK202101426SQ20112017834
公開(kāi)日2012年1月4日 申請(qǐng)日期2011年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月30日
發(fā)明者康喆, 楊俊紅, 楊睿, 王曉磊, 蔣輝躍, 顧浩翔, 龔秀峰 申請(qǐng)人:天津大學(xué)