一种利用太阳光对样品加热装置

技术领域

本发明涉及汇聚太阳光、黑体炉升温，属于太阳能集热、能源领域。

技术背景

目前太阳能集热的主要方式主要有平板集热器、真空集热管和聚光集热器，平板集热器适用于中低温加热，一般能够达到100℃到200℃；真空集热管可提供中高温加热，一般为300℃到400℃；聚光集热器通常用于高温加热场合，可达近1000℃。若需获得更高的加热温度，需要发明新的装置。

本发明提供一种利用太阳光对样品进行加热的装置，该装置由黑体炉、汇聚透镜、黑体炉支架、汇聚透镜支架组成。它通过汇聚透镜将太阳光汇聚到黑体炉内的样品上，被样品吸收发热，其散射光和反射光经炉壁反射后也被样品吸收，有利于进一步提高样品的温度。发明的加热装置能量利用率高，可用于任何有太阳光的地方，用于对样品进行高温加热。

发明内容

本发明目的在于提供一种利用太阳光对样品加热装置，可解决当前太阳能集热装置温度偏低的问题。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

所述加热装置由黑体炉、汇聚透镜、黑体炉支架、汇聚透镜支架和透光口开关组成，所述黑体炉表面有一个透光口和一个放取料口，透光口使得汇聚的太阳光能入射到黑体炉内部，放取料口用于样品的放入和取出，所述汇聚透镜由平凸透镜与在其平面一侧制作菲涅尔波带片(简称“波带片”)组成，用于将太阳光汇聚到黑体炉内的样品上，经由样品透射、反射或散射后在黑体炉内经过多次反射最终被样品吸收，达到对样品加热的目的，所述黑体炉支架与黑体炉连接，对黑体炉起到固定和支撑的作用，所述汇聚透镜支架用于连接汇聚透镜和黑体炉，并将汇聚透镜固定在黑体炉透光口上方，所述透光口开关安装在汇聚透镜支架上，加热时打开，不需要加热时将其闭合，避免黑体炉一直处于加热状态。

所述黑体炉为三层结构，内层是由石英或微晶制成的球壳，在内层球壳的外表面镀全反射银膜，银膜外用SiO

所述汇聚透镜的平面一侧通过粘贴或光刻制作波带片，波带片上每个波带的宽度根据样品吸收的峰值波长和波带片焦距共同确定，波带片焦距取决于汇聚透镜焦距和平凸透镜焦距，汇聚透镜焦距值应为汇聚透镜到样品的距离。

所述黑体炉支架由下方戴靴的三根金属支柱组成，三根支柱长度相同，彼此间呈等角度分布，与黑体炉外壳固接。

所述汇聚透镜支架由固接于黑体炉透光口上方的三根金属支柱组成，使得汇聚透镜通过透光口，将太阳光汇聚到黑体炉内样品上加热样品，三根支柱可以伸缩，便于调节汇聚点位置。

所述透光口开关为金属(如：铝合金、钛或者不锈钢)圆片，安装在汇聚透镜支架的一根支柱上，且可绕该支柱旋转，旋转到透光口上方，圆片完全覆盖透光口，此时圆片另一侧与另一根支柱接触，透光口开关呈闭合状态，反向旋转圆片，露出透光口，则透光开关呈打开状态。

所述金属支柱可以是金属管，其中黑体炉支架比汇聚透镜支架的管壁厚、直径大，且更长，它们的材质为铝合金、钛或者不锈钢。

与现有技术相比，本发明有益的效果是：

1.波带片与平凸透镜构成汇聚透镜，使用平凸透镜有利于波带片边缘处波带的制作；

2.汇聚透镜和黑体炉的结合可有效提高太阳光的能量利用率，便于获得更高的加热温度；

3.聚焦位置不是一个物理点，便于对样品进行立体加热；

4.利用太阳能加热样品，绿色、环保。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为所述样品加热装置示例图；

图2为所述样品加热装置的黑体炉内部结构示例图；

图3为所述样品加热装置的光刻型波带片汇聚透镜示例图；

附图中，各编号所代表的部件为：1-黑体炉，2-黑体炉支架，3-汇聚透镜，4-汇聚透镜支架，5-透光口，6-放取料口，7-透光口开关。

具体实施方式

为了使本发明的技术内容更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明作详细说明。

如图1所示，调整加热装置姿态，使得汇聚透镜3可通过透光口5将阳光汇聚到黑体炉1内，将样品通过放取料口6放入黑体炉1内，打开透光口开关7，调节汇聚透镜支架4的长度，使得汇聚透镜3的焦点位于样品上，从而使太阳光汇聚在样品上，用来对样品加热，加热结束时通过放取料口6清出炉内剩余的样品，闭合透光口开关7。

黑体炉1为三层结构，内层为由石英或微晶吹制而成的球壳，在内层球壳外表面上镀全反射银膜，用来对可见光和红外光进行全反射，使得透过内层球壳的太阳光能被反射回样品上。为保护银膜，用SiO

黑体炉1内部结构如图2所示，其三层结构中，相邻球壳间密切接触。最内层球壳较厚，其机械性能足可避免样品投入和取出时造成损坏，同时，其内径较小，使得样品所在位置接近球心。透光口5和放取料口6均穿过三层结构，放取料口6在黑体炉1上的位置以是否便于放取样品来确定，其形状为漏斗状，便于样品放取并防止样品掉落在黑体炉1外，且其内部有螺孔，用螺钉穿过螺孔将放取料口6和第三层球壳固定在一起，从而避免样品进出时剐蹭造成其损坏。

汇聚透镜3由波带片与平凸透镜组成，波带片可以通过粘贴或光刻方式制作在平凸透镜的平面一侧。粘贴上的可以是振幅型波带片或相位型波带片，光刻可制作相位型波带片，相位型波带片较振幅型波带片聚光时太阳光能利用率会成倍提高。平凸透镜的凸面一侧对着透光口5。其中汇聚透镜3焦距F为：

式中，f

式中，r

根据(3)式可计算出波带片每个波带的半径，从而算出各波带的宽度，依此制作波带片。

汇聚透镜支架4由三根金属支柱组成，固接于黑体炉1的外壳透光口5处，汇聚透镜3由汇聚透镜支架4固定在透光口5上方(图1所示)，用于将太阳光汇聚到黑体炉内样品上加热样品。通过伸缩可调节每根汇聚透镜支架的长度，便于调节汇聚点位置。

透光口开关7为金属圆片，安装在汇聚透镜支架4的一根支柱上且可绕该支柱旋转，闭合时旋转金属圆片到透光口5上方，圆片面积可完全覆盖透光口5，且圆片另一侧面与另一根支柱接触，阻止圆片继续转动，加热时反向旋转金属圆片，露出透光口5，此时透光口开关7呈打开状态。

用于支撑和固定黑体炉1的黑体炉支架2如图1所示，它由下方戴靴的三根金属支柱组成，戴靴的一端与支撑面接触，不戴靴的另一端与黑体炉1的外壳固定连接。三根支柱长度相同，彼此间呈等角度分布。

金属支柱可以是金属管，黑体炉支架的外径比汇聚透镜支架的大、厚且长，它们的材质可以是铝合金、钛或者不锈钢。

本发明介绍的一种利用太阳光对样品加热装置可概括成：1).采用黑体炉将样品反射和散射的太阳光进行多次反射使得样品充分吸收，对样品加热；2).采用平面一侧制作有波带片的平凸透镜作为汇聚透镜，汇聚透镜焦距为汇聚透镜到样品的距离；3).采用支架支撑固定黑体炉和汇聚透镜；4).本加热装置能量利用率高，可对样品进行高温加热。

以上实施方式仅用于说明本发明，并非对本发明的限制。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。