北窗小太陽的制作方法
專利名稱:北窗小太陽的制作方法
【專利摘要】公開了一種北窗小太陽，利用太陽能遠(yuǎn)距離高溫?zé)彷椛?，為朝北的住戶送去陽光和溫暖，包?見附圖)：聚光鏡（1），二次反射鏡（2），反光杯（3），太陽跟蹤儀（4），風(fēng)速傳感器（5），控制器（6），電機(jī)（7），主軸承重柱（8），底座（9）。小太陽放置于北樓樓頂，通過聚光鏡（1）匯聚陽光800℃，再通過焦點(diǎn)處的二次反射鏡（2）斜向下反射給南樓。聚光鏡（1）是大凹面鏡。二次反射鏡（2）是等焦距的小凹面鏡，加反光杯（3），方便調(diào)焦，以控制照射范圍。太陽跟蹤儀（4）和風(fēng)速傳感器（5）把信息傳輸給控制器（6），驅(qū)動(dòng)電機(jī)（7）運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)聚光鏡（1）對太陽的自動(dòng)跟蹤和防風(fēng)保護(hù)。雙太陽模式具有普適性。有益效果：改善朝北房屋的光照和陰冷狀況，大幅提高室內(nèi)溫度，節(jié)能環(huán)保，是太陽能利用的新途徑。
【專利說明】
北窗小太陽
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型，公開了一種利用太陽能遠(yuǎn)距離高溫?zé)彷椛溲b置，具體就是北窗小太陽，為窗戶朝北的千家萬戶送去陽光和溫暖。
技術(shù)背景
[0002]兩千多年前，古希臘科學(xué)家阿基米德曾經(jīng)用鏡子聚集陽光燒毀羅馬戰(zhàn)船。1747年，法國科學(xué)家布韋用360面邊長15厘米的正方形鏡子拼成一個(gè)大凹面鏡聚集陽光，燒著了 70米外的木柴堆，燒熔了 30米外的鋁和18米外的銀。
[0003]太陽能是清潔、可再生能源。太陽能利用目前主要集中在太陽能光伏發(fā)電、太陽能熱水器兩個(gè)領(lǐng)域，還有推廣受限的太陽灶領(lǐng)域。
[0004]眾所周知，朝向?qū)Ψ績r(jià)有重要影響，在北方地區(qū)，朝北的房屋比朝南的房價(jià)通常要低8-15%，總價(jià)往往相差幾十萬元，原因就在于日照和采光，朝北的房屋要陰冷得多。目前，還沒有什么技術(shù)對朝北的房屋的光照和陰冷問題予以改善。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本實(shí)用新型的目的，就是要填補(bǔ)這一技術(shù)空白，改善朝北的房屋的光照和陰冷問題，為千家萬戶送去陽光和溫暖。
[0006]根據(jù)法國科學(xué)家布韋的試驗(yàn)結(jié)論，本實(shí)用新型，是采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0007]北窗小太陽，由9部分組成:1.聚光鏡，2.二次反射鏡，3.反光杯，4.太陽跟蹤儀，5.風(fēng)速傳感器，6.控制器，7.電機(jī)，8.主軸承重柱，9.底座。
[0008]北窗小太陽，放置于北樓樓頂?shù)那斑吘墸ㄟ^聚光鏡I匯聚陽光于焦點(diǎn)，再通過焦點(diǎn)處的二次反射鏡2斜向下反射給南樓朝北的住戶，送去光和熱。聚光鏡I是能自動(dòng)跟蹤太陽的大凹面鏡，R = 1.4-1.8m，功率約4000-8000?，焦斑溫度控制在800°C左右。二次反射鏡2是等焦距的小凹面鏡，由耐高溫材料制成，置于聚光鏡I的焦斑處，加反光杯3，方便調(diào)焦，以控制照射前樓范圍。太陽跟蹤儀4和風(fēng)速傳感器5把實(shí)測信息傳輸給控制器6，驅(qū)動(dòng)電機(jī)7運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)對太陽的自動(dòng)跟蹤和防風(fēng)保護(hù)。
[0009]本實(shí)用新型的有益效果是:
[0010]結(jié)構(gòu)簡單，易于生產(chǎn)；自動(dòng)跟蹤，無須維護(hù);能夠改善朝北房屋的光照和陰冷狀況，將溫度提高10_15°C，幫助住戶節(jié)約50%能源，保護(hù)環(huán)境。
【附圖說明】
[0011]附圖是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]1.聚光鏡，2.二次反射鏡，3.反光杯，4.太陽跟蹤儀，5.風(fēng)速傳感器，6.控制器，7.電機(jī)，8.主軸承重柱，9.底座。
【具體實(shí)施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】，對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說明:
[0014]北窗小太陽，放置于北樓樓頂?shù)那斑吘墸ㄟ^聚光鏡I匯聚陽光于焦點(diǎn)，再通過焦點(diǎn)處的二次反射鏡2斜向下反射給南樓朝北的住戶，送去光和熱。
[0015]前樓左右寬度在50m以下時(shí)，安裝單太陽系統(tǒng)，置于前樓寬度的中線上;樓寬在50-1OOm時(shí)，將樓寬四等分，安裝標(biāo)準(zhǔn)的雙太陽系統(tǒng)，把小太陽分別安裝在后樓樓頂前邊緣的左右兩個(gè)等分點(diǎn)上，這是重點(diǎn)推廣的雙太陽模式;樓寬大于10m時(shí)，每隔40m安裝一套北窗小太陽系統(tǒng)。
[0016]1.聚光鏡:
[0017]聚光鏡I是一個(gè)大凹面鏡，為旋轉(zhuǎn)拋物面反射鏡，由貼膜鋁材料制成，大半徑、小曲率，反射率大于95 %,R=1.4-1.8m,采光面積6_10平方米，功率約4000-8000?，仰角范圍0-90°，重量約60-70kg，正軸(或偏軸，效果更佳)，焦距2m左右，以二次反射鏡2和聚光鏡I互不遮擋為原則來確定聚光鏡I的半徑和曲率。聚光鏡I高度聚焦時(shí)的焦點(diǎn)溫度可達(dá)3000°C，所以，應(yīng)擴(kuò)大焦斑面積，使焦斑溫度控制在800°C左右，既能延長設(shè)備壽命，又不降低光熱輻射總量?？蓞⒖继栐顢?shù)據(jù):采光面積3.7平方米，焦距0.8m，仰角范圍30-90°，重量45kg，功率相當(dāng)于2800w。
[0018]為方便運(yùn)輸，鏡面分為12塊，首先以1/2R為界，劃分為內(nèi)圓、外環(huán)兩部分，內(nèi)圓由6個(gè)扇面組成，外環(huán)也相應(yīng)地由6塊組成。背面由6根2節(jié)的放射支撐梁和3環(huán)箍聯(lián)結(jié)、固定，內(nèi)環(huán)為整體方鋼管；中環(huán)為6段槽鋼，于4塊鏡面結(jié)合部用四爪釘聯(lián)結(jié);外環(huán)即外邊緣，為6段弧形方鋼管。聚光鏡I如果根據(jù)三圓作圖法，裁去效率較低的上下兩邊，改用偏軸的長方形拋物面，效果會(huì)更好。
[0019]2.二次反射鏡:
[0020]二次反射鏡2，是與聚光鏡I焦距相等的小凹面鏡，可截取聚光鏡I的中心部分得至IJ，半徑0.2m，與聚光鏡I的焦斑半徑相當(dāng)，大約是聚光鏡I半徑的1/9-1/7，由耐高溫材料制成，置于聚光鏡I焦斑處。來自于聚光鏡I的光線，相當(dāng)于光源從二次反射鏡2的焦點(diǎn)入射，讓光芒充滿整個(gè)鏡面，可增強(qiáng)光熱輻射，溫度可達(dá)800°C，如同炫目的汽車遠(yuǎn)光燈，再以近平行光反射給南樓并適度擴(kuò)散。二次反射鏡2分內(nèi)圓和外環(huán)，雙色，內(nèi)圓半徑0.15m，外環(huán)寬度
0.05m，但仍是一個(gè)整體。外環(huán)外加同色的反光杯3，方便調(diào)焦，控制反射范圍。反射最佳區(qū)域:半徑25m范圍內(nèi)，寬度:100m，樓距:40m，高度:50m，相當(dāng)于17層樓高。遠(yuǎn)高于50m的大樓，應(yīng)在適當(dāng)高度加裝北窗小太陽系統(tǒng)。由于聚光鏡I向上傾斜，二次反射鏡2向下傾斜，反射到南樓呈縱向的橢圓形光區(qū)或扇形光區(qū)，靠近頂層處，可能會(huì)出現(xiàn)小范圍盲區(qū)。
[0021]下面重點(diǎn)說明標(biāo)準(zhǔn)的雙太陽模式。
[0022]樓寬在40m以上時(shí)，將樓寬四等分，把小太陽放置在北樓樓頂前邊緣的左右兩個(gè)等分點(diǎn)上(假定前、后樓等寬)，左為紅太陽，內(nèi)紅外橙，以反射紅色光、紅外線為主；右為橙太陽，內(nèi)橙外紅，以反射橙色光、黃色光為主，并減少強(qiáng)光污染。橙色光色溫4000K，接近冬季早上10:30的陽光;紅色光色溫2400K，如旭日。各照射大約45°視角，其中同時(shí)照耀的重合區(qū)約占50%，重合區(qū)域在正午時(shí)分如同朝南的房屋，溫度約高出10°以上。南樓東西兩端各有一小片區(qū)域不會(huì)出現(xiàn)重合，只能看到單太陽。為彌補(bǔ)兩端住戶的缺憾，小太陽反光區(qū)域應(yīng)以南樓西墻、東墻為邊界，使反光不會(huì)溢出邊界，造成資源浪費(fèi)和對別處的光污染。太陽跟蹤儀運(yùn)行到端點(diǎn)后，小太陽會(huì)在兩端點(diǎn)較長時(shí)間停留。小太陽有月相般變化，不同時(shí)刻會(huì)看到月牙、凸月、滿月狀的小太陽。日出時(shí)，前樓右端能看到左太陽如凸月，右太陽如月牙。左端只能看到左太陽如月牙，看不到右太陽；日落時(shí)相反，前樓左端能看到左太陽如月牙，右太陽如凸月。右端只能看到右太陽如月牙，看不到左太陽。
[0023]小太陽兩個(gè)焦點(diǎn)附近5米內(nèi)不得有電線和樹枝，以防發(fā)生火災(zāi)。
[0024]3.反光杯:
[0025]反光杯3，加在二次反射鏡2外圈，耐高溫，主要是為了方便調(diào)焦，以控制照射前樓范圍，還能防焦斑溢出，防熱能散逸。
[0026]4.太陽跟蹤儀:
[0027]太陽跟蹤儀4采用單片光敏傳感器，測定入射太陽光線和聚光鏡I主光軸間的偏差，當(dāng)偏差超過1.5°時(shí)，相當(dāng)于6分鐘，驅(qū)動(dòng)電機(jī)7調(diào)整聚光鏡的位置，直到太陽光線與聚光鏡I主光軸重新平行，實(shí)現(xiàn)對太陽高度角0-90°和方位角360°的雙軸跟蹤。能夠準(zhǔn)確無誤地識別太陽升起、落下及任何時(shí)刻所處的位置，識別陰天、多云、晴天及晝夜。日落后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)進(jìn)入休眠狀態(tài)，并自動(dòng)回歸到太陽升起的方位，第二天再自動(dòng)進(jìn)入新一輪的運(yùn)轉(zhuǎn)。電路設(shè)計(jì)簡單，不用輸入經(jīng)瑋度，不用考慮四季太陽運(yùn)行路線，不用設(shè)定時(shí)間，采用數(shù)字芯片完成信息處理，驅(qū)動(dòng)電機(jī)7工作。
[0028]5.風(fēng)速傳感器:
[0029]風(fēng)速傳感器5連接控制器6，測風(fēng)向、風(fēng)速。當(dāng)風(fēng)速超過1級時(shí)，控制器6自動(dòng)啟動(dòng)保護(hù)程序，切斷太陽跟蹤儀4，驅(qū)動(dòng)電機(jī)7運(yùn)轉(zhuǎn)，使聚光鏡I垂直運(yùn)動(dòng)并快速收平，“漂浮”在風(fēng)面上，以降低風(fēng)阻。在風(fēng)力降下來15分鐘后，解除防風(fēng)系統(tǒng)，恢復(fù)跟蹤過程。
[0030]6.控制器:
[0031]控制器6接收太陽跟蹤儀4的信號后，驅(qū)動(dòng)電機(jī)7運(yùn)轉(zhuǎn)，使聚光鏡I主光軸垂直于太陽光?？刂破?另外還帶有接口，連接風(fēng)速傳感器5。
[0032]7.電機(jī):
[0033]電機(jī)7為步進(jìn)電機(jī)(或用伺服電機(jī))，電壓DC12V，功率30W，運(yùn)行環(huán)境溫度-40?85°C，既控制方位角變化，又控制高度角變化(或改用兩臺電機(jī)，分別控制)。使用220V的交流電經(jīng)變壓、整流成直流電更方便;或者加裝小面積的太陽能電池板和蓄電池，實(shí)現(xiàn)自儲電、自供電，直接使用12V的直流電。
[0034]8.主軸承重柱:
[0035]主軸承重柱8，內(nèi)是主軸，承擔(dān)方位角轉(zhuǎn)動(dòng);外是承重柱，負(fù)載北窗小太陽的全部重量。
[0036]9.底座和固定防風(fēng)措施:
[0037]有廣告牌風(fēng)壓研究數(shù)據(jù)表明，10級狂風(fēng)風(fēng)速達(dá)24.5-28.4m/s，取最大值28.4m/s，則風(fēng)壓達(dá)0.5kN/m2，約50kg/m2的風(fēng)力；12級臺風(fēng)風(fēng)速達(dá)32.7m/s_36.9m/s，取最大值36.9m/s，則風(fēng)壓約為0.85kN/m2，約85kg/m2的風(fēng)力。
[0038]那么，6-10平方米的聚光鏡1，在不考慮傾斜、凹面等降低風(fēng)阻的因素下，在10級狂風(fēng)時(shí)，大約要承受300-500kg的風(fēng)力;在12級臺風(fēng)時(shí)，要承受510-850kg的風(fēng)力。
[0039]北窗小太陽放置在樓頂，又是在北方多風(fēng)的冬季使用，通常自11月I日一一來年3月31日，防風(fēng)和安全是頭等大事。
[0040]底座9用鋼筋、混凝土與樓板澆鑄在一起。主軸承重柱8能抗10級狂風(fēng)，并預(yù)留斜拉鋼絲孔，在風(fēng)速超過1級時(shí)輔助加固。當(dāng)風(fēng)速超過1級時(shí)，控制器6自動(dòng)啟動(dòng)保護(hù)程序，使聚光鏡I快速收平，“漂浮”在風(fēng)面上，以降低風(fēng)阻。其他措施，如:采取雙底座、雙承重柱方案，把聚光鏡一分為二，相當(dāng)于兩套系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，共一個(gè)焦點(diǎn)；加裝與聚光鏡基本等高的弧形防風(fēng)墻，并劃為禁區(qū)，效果也不錯(cuò)。
[0041 ] 10.保養(yǎng):
[0042]北窗小太陽，冬季使用時(shí)，自動(dòng)跟蹤，無須保養(yǎng);夏季停用，切斷電源，拆除二次反射鏡2即可。最好能把聚光鏡I也拆下，翻扣在樓頂，與主軸承重柱拴牢，并貼上警示標(biāo)志。
[0043]北窗小太陽，能讓50m外的室內(nèi)正午溫度比室外升高10_15°C，能讓樓后的積雪提前兩天融化完，把陽光和溫暖送到千家萬戶。
[0044]本實(shí)用新型中涉及的未說明部分，與現(xiàn)有技術(shù)相同或采用現(xiàn)有技術(shù)加以實(shí)現(xiàn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種北窗小太陽，是利用太陽能遠(yuǎn)距離高溫?zé)彷椛溲b置，包括:聚光鏡、二次反射鏡、太陽跟蹤儀、風(fēng)速傳感器、控制器、電機(jī)，其特征是:北樓樓頂?shù)木酃忡R匯聚陽光于焦斑處的、等焦距的二次反射鏡上;二次反射鏡外加反光杯，將光熱反射給南樓;太陽跟蹤儀和風(fēng)速傳感器把實(shí)測信息傳輸給控制器，驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的北窗小太陽，其特征是:聚光鏡是一個(gè)大凹面鏡，為旋轉(zhuǎn)拋物面反射鏡，焦斑溫度控制在800 °C。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的北窗小太陽，其特征是:二次反射鏡是與聚光鏡等焦距的小凹面鏡，半徑與聚光鏡焦斑半徑相當(dāng)，由耐高溫材料制成，并置于其焦斑處。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的北窗小太陽，其特征是:雙太陽模式下的二次反射鏡，鏡面內(nèi)紅外橙，或內(nèi)橙外紅。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的北窗小太陽，其特征是:二次反射鏡加裝聚光杯。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的北窗小太陽，其特征是:聚光鏡和二次反射鏡都放置在北樓樓頂。
【文檔編號】F24J2/38GK205717018SQ201620088455
【公開日】2016年11月23日
【申請日】2016年1月29日
【發(fā)明人】韓冰天
【申請人】北京市碧江河公益廣告藝術(shù)中心
【專利摘要】公開了一種北窗小太陽，利用太陽能遠(yuǎn)距離高溫?zé)彷椛?，為朝北的住戶送去陽光和溫暖，包?見附圖)：聚光鏡（1），二次反射鏡（2），反光杯（3），太陽跟蹤儀（4），風(fēng)速傳感器（5），控制器（6），電機(jī)（7），主軸承重柱（8），底座（9）。小太陽放置于北樓樓頂，通過聚光鏡（1）匯聚陽光800℃，再通過焦點(diǎn)處的二次反射鏡（2）斜向下反射給南樓。聚光鏡（1）是大凹面鏡。二次反射鏡（2）是等焦距的小凹面鏡，加反光杯（3），方便調(diào)焦，以控制照射范圍。太陽跟蹤儀（4）和風(fēng)速傳感器（5）把信息傳輸給控制器（6），驅(qū)動(dòng)電機(jī)（7）運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)聚光鏡（1）對太陽的自動(dòng)跟蹤和防風(fēng)保護(hù)。雙太陽模式具有普適性。有益效果：改善朝北房屋的光照和陰冷狀況，大幅提高室內(nèi)溫度，節(jié)能環(huán)保，是太陽能利用的新途徑。
【專利說明】
北窗小太陽
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型，公開了一種利用太陽能遠(yuǎn)距離高溫?zé)彷椛溲b置，具體就是北窗小太陽，為窗戶朝北的千家萬戶送去陽光和溫暖。
技術(shù)背景
[0002]兩千多年前，古希臘科學(xué)家阿基米德曾經(jīng)用鏡子聚集陽光燒毀羅馬戰(zhàn)船。1747年，法國科學(xué)家布韋用360面邊長15厘米的正方形鏡子拼成一個(gè)大凹面鏡聚集陽光，燒著了 70米外的木柴堆，燒熔了 30米外的鋁和18米外的銀。
[0003]太陽能是清潔、可再生能源。太陽能利用目前主要集中在太陽能光伏發(fā)電、太陽能熱水器兩個(gè)領(lǐng)域，還有推廣受限的太陽灶領(lǐng)域。
[0004]眾所周知，朝向?qū)Ψ績r(jià)有重要影響，在北方地區(qū)，朝北的房屋比朝南的房價(jià)通常要低8-15%，總價(jià)往往相差幾十萬元，原因就在于日照和采光，朝北的房屋要陰冷得多。目前，還沒有什么技術(shù)對朝北的房屋的光照和陰冷問題予以改善。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本實(shí)用新型的目的，就是要填補(bǔ)這一技術(shù)空白，改善朝北的房屋的光照和陰冷問題，為千家萬戶送去陽光和溫暖。
[0006]根據(jù)法國科學(xué)家布韋的試驗(yàn)結(jié)論，本實(shí)用新型，是采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0007]北窗小太陽，由9部分組成:1.聚光鏡，2.二次反射鏡，3.反光杯，4.太陽跟蹤儀，5.風(fēng)速傳感器，6.控制器，7.電機(jī)，8.主軸承重柱，9.底座。
[0008]北窗小太陽，放置于北樓樓頂?shù)那斑吘墸ㄟ^聚光鏡I匯聚陽光于焦點(diǎn)，再通過焦點(diǎn)處的二次反射鏡2斜向下反射給南樓朝北的住戶，送去光和熱。聚光鏡I是能自動(dòng)跟蹤太陽的大凹面鏡，R = 1.4-1.8m，功率約4000-8000?，焦斑溫度控制在800°C左右。二次反射鏡2是等焦距的小凹面鏡，由耐高溫材料制成，置于聚光鏡I的焦斑處，加反光杯3，方便調(diào)焦，以控制照射前樓范圍。太陽跟蹤儀4和風(fēng)速傳感器5把實(shí)測信息傳輸給控制器6，驅(qū)動(dòng)電機(jī)7運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)對太陽的自動(dòng)跟蹤和防風(fēng)保護(hù)。
[0009]本實(shí)用新型的有益效果是:
[0010]結(jié)構(gòu)簡單，易于生產(chǎn)；自動(dòng)跟蹤，無須維護(hù);能夠改善朝北房屋的光照和陰冷狀況，將溫度提高10_15°C，幫助住戶節(jié)約50%能源，保護(hù)環(huán)境。
【附圖說明】
[0011]附圖是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]1.聚光鏡，2.二次反射鏡，3.反光杯，4.太陽跟蹤儀，5.風(fēng)速傳感器，6.控制器，7.電機(jī)，8.主軸承重柱，9.底座。
【具體實(shí)施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】，對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說明:
[0014]北窗小太陽，放置于北樓樓頂?shù)那斑吘墸ㄟ^聚光鏡I匯聚陽光于焦點(diǎn)，再通過焦點(diǎn)處的二次反射鏡2斜向下反射給南樓朝北的住戶，送去光和熱。
[0015]前樓左右寬度在50m以下時(shí)，安裝單太陽系統(tǒng)，置于前樓寬度的中線上;樓寬在50-1OOm時(shí)，將樓寬四等分，安裝標(biāo)準(zhǔn)的雙太陽系統(tǒng)，把小太陽分別安裝在后樓樓頂前邊緣的左右兩個(gè)等分點(diǎn)上，這是重點(diǎn)推廣的雙太陽模式;樓寬大于10m時(shí)，每隔40m安裝一套北窗小太陽系統(tǒng)。
[0016]1.聚光鏡:
[0017]聚光鏡I是一個(gè)大凹面鏡，為旋轉(zhuǎn)拋物面反射鏡，由貼膜鋁材料制成，大半徑、小曲率，反射率大于95 %,R=1.4-1.8m,采光面積6_10平方米，功率約4000-8000?，仰角范圍0-90°，重量約60-70kg，正軸(或偏軸，效果更佳)，焦距2m左右，以二次反射鏡2和聚光鏡I互不遮擋為原則來確定聚光鏡I的半徑和曲率。聚光鏡I高度聚焦時(shí)的焦點(diǎn)溫度可達(dá)3000°C，所以，應(yīng)擴(kuò)大焦斑面積，使焦斑溫度控制在800°C左右，既能延長設(shè)備壽命，又不降低光熱輻射總量?？蓞⒖继栐顢?shù)據(jù):采光面積3.7平方米，焦距0.8m，仰角范圍30-90°，重量45kg，功率相當(dāng)于2800w。
[0018]為方便運(yùn)輸，鏡面分為12塊，首先以1/2R為界，劃分為內(nèi)圓、外環(huán)兩部分，內(nèi)圓由6個(gè)扇面組成，外環(huán)也相應(yīng)地由6塊組成。背面由6根2節(jié)的放射支撐梁和3環(huán)箍聯(lián)結(jié)、固定，內(nèi)環(huán)為整體方鋼管；中環(huán)為6段槽鋼，于4塊鏡面結(jié)合部用四爪釘聯(lián)結(jié);外環(huán)即外邊緣，為6段弧形方鋼管。聚光鏡I如果根據(jù)三圓作圖法，裁去效率較低的上下兩邊，改用偏軸的長方形拋物面，效果會(huì)更好。
[0019]2.二次反射鏡:
[0020]二次反射鏡2，是與聚光鏡I焦距相等的小凹面鏡，可截取聚光鏡I的中心部分得至IJ，半徑0.2m，與聚光鏡I的焦斑半徑相當(dāng)，大約是聚光鏡I半徑的1/9-1/7，由耐高溫材料制成，置于聚光鏡I焦斑處。來自于聚光鏡I的光線，相當(dāng)于光源從二次反射鏡2的焦點(diǎn)入射，讓光芒充滿整個(gè)鏡面，可增強(qiáng)光熱輻射，溫度可達(dá)800°C，如同炫目的汽車遠(yuǎn)光燈，再以近平行光反射給南樓并適度擴(kuò)散。二次反射鏡2分內(nèi)圓和外環(huán)，雙色，內(nèi)圓半徑0.15m，外環(huán)寬度
0.05m，但仍是一個(gè)整體。外環(huán)外加同色的反光杯3，方便調(diào)焦，控制反射范圍。反射最佳區(qū)域:半徑25m范圍內(nèi)，寬度:100m，樓距:40m，高度:50m，相當(dāng)于17層樓高。遠(yuǎn)高于50m的大樓，應(yīng)在適當(dāng)高度加裝北窗小太陽系統(tǒng)。由于聚光鏡I向上傾斜，二次反射鏡2向下傾斜，反射到南樓呈縱向的橢圓形光區(qū)或扇形光區(qū)，靠近頂層處，可能會(huì)出現(xiàn)小范圍盲區(qū)。
[0021]下面重點(diǎn)說明標(biāo)準(zhǔn)的雙太陽模式。
[0022]樓寬在40m以上時(shí)，將樓寬四等分，把小太陽放置在北樓樓頂前邊緣的左右兩個(gè)等分點(diǎn)上(假定前、后樓等寬)，左為紅太陽，內(nèi)紅外橙，以反射紅色光、紅外線為主；右為橙太陽，內(nèi)橙外紅，以反射橙色光、黃色光為主，并減少強(qiáng)光污染。橙色光色溫4000K，接近冬季早上10:30的陽光;紅色光色溫2400K，如旭日。各照射大約45°視角，其中同時(shí)照耀的重合區(qū)約占50%，重合區(qū)域在正午時(shí)分如同朝南的房屋，溫度約高出10°以上。南樓東西兩端各有一小片區(qū)域不會(huì)出現(xiàn)重合，只能看到單太陽。為彌補(bǔ)兩端住戶的缺憾，小太陽反光區(qū)域應(yīng)以南樓西墻、東墻為邊界，使反光不會(huì)溢出邊界，造成資源浪費(fèi)和對別處的光污染。太陽跟蹤儀運(yùn)行到端點(diǎn)后，小太陽會(huì)在兩端點(diǎn)較長時(shí)間停留。小太陽有月相般變化，不同時(shí)刻會(huì)看到月牙、凸月、滿月狀的小太陽。日出時(shí)，前樓右端能看到左太陽如凸月，右太陽如月牙。左端只能看到左太陽如月牙，看不到右太陽；日落時(shí)相反，前樓左端能看到左太陽如月牙，右太陽如凸月。右端只能看到右太陽如月牙，看不到左太陽。
[0023]小太陽兩個(gè)焦點(diǎn)附近5米內(nèi)不得有電線和樹枝，以防發(fā)生火災(zāi)。
[0024]3.反光杯:
[0025]反光杯3，加在二次反射鏡2外圈，耐高溫，主要是為了方便調(diào)焦，以控制照射前樓范圍，還能防焦斑溢出，防熱能散逸。
[0026]4.太陽跟蹤儀:
[0027]太陽跟蹤儀4采用單片光敏傳感器，測定入射太陽光線和聚光鏡I主光軸間的偏差，當(dāng)偏差超過1.5°時(shí)，相當(dāng)于6分鐘，驅(qū)動(dòng)電機(jī)7調(diào)整聚光鏡的位置，直到太陽光線與聚光鏡I主光軸重新平行，實(shí)現(xiàn)對太陽高度角0-90°和方位角360°的雙軸跟蹤。能夠準(zhǔn)確無誤地識別太陽升起、落下及任何時(shí)刻所處的位置，識別陰天、多云、晴天及晝夜。日落后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)進(jìn)入休眠狀態(tài)，并自動(dòng)回歸到太陽升起的方位，第二天再自動(dòng)進(jìn)入新一輪的運(yùn)轉(zhuǎn)。電路設(shè)計(jì)簡單，不用輸入經(jīng)瑋度，不用考慮四季太陽運(yùn)行路線，不用設(shè)定時(shí)間，采用數(shù)字芯片完成信息處理，驅(qū)動(dòng)電機(jī)7工作。
[0028]5.風(fēng)速傳感器:
[0029]風(fēng)速傳感器5連接控制器6，測風(fēng)向、風(fēng)速。當(dāng)風(fēng)速超過1級時(shí)，控制器6自動(dòng)啟動(dòng)保護(hù)程序，切斷太陽跟蹤儀4，驅(qū)動(dòng)電機(jī)7運(yùn)轉(zhuǎn)，使聚光鏡I垂直運(yùn)動(dòng)并快速收平，“漂浮”在風(fēng)面上，以降低風(fēng)阻。在風(fēng)力降下來15分鐘后，解除防風(fēng)系統(tǒng)，恢復(fù)跟蹤過程。
[0030]6.控制器:
[0031]控制器6接收太陽跟蹤儀4的信號后，驅(qū)動(dòng)電機(jī)7運(yùn)轉(zhuǎn)，使聚光鏡I主光軸垂直于太陽光?？刂破?另外還帶有接口，連接風(fēng)速傳感器5。
[0032]7.電機(jī):
[0033]電機(jī)7為步進(jìn)電機(jī)(或用伺服電機(jī))，電壓DC12V，功率30W，運(yùn)行環(huán)境溫度-40?85°C，既控制方位角變化，又控制高度角變化(或改用兩臺電機(jī)，分別控制)。使用220V的交流電經(jīng)變壓、整流成直流電更方便;或者加裝小面積的太陽能電池板和蓄電池，實(shí)現(xiàn)自儲電、自供電，直接使用12V的直流電。
[0034]8.主軸承重柱:
[0035]主軸承重柱8，內(nèi)是主軸，承擔(dān)方位角轉(zhuǎn)動(dòng);外是承重柱，負(fù)載北窗小太陽的全部重量。
[0036]9.底座和固定防風(fēng)措施:
[0037]有廣告牌風(fēng)壓研究數(shù)據(jù)表明，10級狂風(fēng)風(fēng)速達(dá)24.5-28.4m/s，取最大值28.4m/s，則風(fēng)壓達(dá)0.5kN/m2，約50kg/m2的風(fēng)力；12級臺風(fēng)風(fēng)速達(dá)32.7m/s_36.9m/s，取最大值36.9m/s，則風(fēng)壓約為0.85kN/m2，約85kg/m2的風(fēng)力。
[0038]那么，6-10平方米的聚光鏡1，在不考慮傾斜、凹面等降低風(fēng)阻的因素下，在10級狂風(fēng)時(shí)，大約要承受300-500kg的風(fēng)力;在12級臺風(fēng)時(shí)，要承受510-850kg的風(fēng)力。
[0039]北窗小太陽放置在樓頂，又是在北方多風(fēng)的冬季使用，通常自11月I日一一來年3月31日，防風(fēng)和安全是頭等大事。
[0040]底座9用鋼筋、混凝土與樓板澆鑄在一起。主軸承重柱8能抗10級狂風(fēng)，并預(yù)留斜拉鋼絲孔，在風(fēng)速超過1級時(shí)輔助加固。當(dāng)風(fēng)速超過1級時(shí)，控制器6自動(dòng)啟動(dòng)保護(hù)程序，使聚光鏡I快速收平，“漂浮”在風(fēng)面上，以降低風(fēng)阻。其他措施，如:采取雙底座、雙承重柱方案，把聚光鏡一分為二，相當(dāng)于兩套系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，共一個(gè)焦點(diǎn)；加裝與聚光鏡基本等高的弧形防風(fēng)墻，并劃為禁區(qū)，效果也不錯(cuò)。
[0041 ] 10.保養(yǎng):
[0042]北窗小太陽，冬季使用時(shí)，自動(dòng)跟蹤，無須保養(yǎng);夏季停用，切斷電源，拆除二次反射鏡2即可。最好能把聚光鏡I也拆下，翻扣在樓頂，與主軸承重柱拴牢，并貼上警示標(biāo)志。
[0043]北窗小太陽，能讓50m外的室內(nèi)正午溫度比室外升高10_15°C，能讓樓后的積雪提前兩天融化完，把陽光和溫暖送到千家萬戶。
[0044]本實(shí)用新型中涉及的未說明部分，與現(xiàn)有技術(shù)相同或采用現(xiàn)有技術(shù)加以實(shí)現(xiàn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種北窗小太陽，是利用太陽能遠(yuǎn)距離高溫?zé)彷椛溲b置，包括:聚光鏡、二次反射鏡、太陽跟蹤儀、風(fēng)速傳感器、控制器、電機(jī)，其特征是:北樓樓頂?shù)木酃忡R匯聚陽光于焦斑處的、等焦距的二次反射鏡上;二次反射鏡外加反光杯，將光熱反射給南樓;太陽跟蹤儀和風(fēng)速傳感器把實(shí)測信息傳輸給控制器，驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的北窗小太陽，其特征是:聚光鏡是一個(gè)大凹面鏡，為旋轉(zhuǎn)拋物面反射鏡，焦斑溫度控制在800 °C。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的北窗小太陽，其特征是:二次反射鏡是與聚光鏡等焦距的小凹面鏡，半徑與聚光鏡焦斑半徑相當(dāng)，由耐高溫材料制成，并置于其焦斑處。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的北窗小太陽，其特征是:雙太陽模式下的二次反射鏡，鏡面內(nèi)紅外橙，或內(nèi)橙外紅。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的北窗小太陽，其特征是:二次反射鏡加裝聚光杯。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的北窗小太陽，其特征是:聚光鏡和二次反射鏡都放置在北樓樓頂。
【文檔編號】F24J2/38GK205717018SQ201620088455
【公開日】2016年11月23日
【申請日】2016年1月29日
【發(fā)明人】韓冰天
【申請人】北京市碧江河公益廣告藝術(shù)中心
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