CN101251642A - 免跟踪球透镜聚光应用系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及太阳能免跟踪球透镜聚光应用系统，它由若干个玻璃(或充水)球透镜组成一阵列聚集阳光，管状光纤集束的一端配有方形口径光漏斗阵列且根据当地纬度太阳的出没路线图及光斑的覆盖面设置在球透镜下方，另一端与双层平行反射壁光漏斗上的对接孔连接；一年中，球透镜聚焦的运动光斑通过方形口径光漏斗阵列、管状光纤集束、双层平行反射壁光漏斗的反射聚集进入一根分支管状光纤中，在若干根分支管状光纤中传输的光线，再次通过一个(或数个)双层平行反射壁光漏斗的聚集进入主干管状光纤中，之后通过光控导流器的分流传至所需使用处。比如太阳能聚热电站A、聚光光伏电站B、金属冶炼厂C、多效蒸馏器D、阳光灶具E、室内供暖F等处。

Description

免跟踪球透镜聚光应用系统

技术领域

本发明涉及太阳能免跟踪球透镜聚光应用系统。

背景技术

太阳能采集必须采用一定的技术装置即集热器，集热器按是否聚光可划分为聚光集热器和非聚光集热器，聚光集热器能将阳光会集在面积小的吸热面上，可获得较高温，但只能利用直射辐射，且需要跟踪太阳，聚光集热器主要由聚光器，吸收器和跟踪系统三大部分组成，按聚光原理区分，聚光集热器基本可分为反射聚光和折射聚光两大类，在反射式聚光集热器中应用较多的旋转抛物面镜聚光集热器(点聚焦)和槽形抛物面镜聚光集热器(线聚焦)，点聚焦可获得高温，但要进行二维跟踪，线聚焦可以获得中温，只需要进行一维跟踪，这两种聚光集热器，几十年来进行了许多的改进，如提高反射面加工精度，研制高反射材料，简化跟踪系统，减低成本和提高可靠性等。

利用光的折射原理可以制成折射式聚光器，历史上曾经有人在法国巴黎用二块凸透镜聚焦阳光进行熔化金属表演，显然巨型玻璃凸透镜比较重，耗材多，制造工艺复杂，所以折射式聚光器长期没有什么发展，之后有人提出采用硬质透明塑料制成充水透镜聚焦采集光线，虽然降低了凸透镜的耗材量，但要进行二维跟踪，所以也没有很好的应用到实际中去。

光导纤维的应用及最新发展，光导纤维按材料组成可分为玻璃石英和塑料光导纤维，按纤维结构可分为皮芯型和自聚集型，这二类光纤维直径均较小只有几十至1000微米，其传输光线必须遵循全反射条件：①光由光密介质射向光疏介质，②入射角大于或等于临角角二者缺一不可。新型的管状光导纤维是由空心管子内壁镀有反射膜构成，其优点可制成直径较大粗细不等的光纤。由于利用内壁的反射膜传输光线，所以入射光线的入射角只需满足一定的条件，即聚焦的光线(非平行光线)也可入射管状光纤中传输。

采用光漏斗聚光国内外均有，如美国Falbel发明的四面体反射镜的光漏斗聚光器可实现2.36倍聚光，去年回国的剑桥大学物理学家陈应天教授发明的八面体反射镜光漏斗其聚光比可实现4-5倍，最高可达7倍。

利用球体透镜采集阳光，一年中聚焦的光斑其运动轨迹与当地纬度太阳的出没路线图是对应。根据运动光斑一年中的覆盖面围绕紧贴球透镜表面设置管状光导纤维集束接收光斑。由于圆形口径管状光导纤维并成一集束中间有空隙，所以每根管状光纤必须配有方形口径光漏斗，(方形口径光漏斗其目的是为了解决管状光纤之间的空隙而非聚光)，管状光导纤维集束虽然可以接收传输运动的光斑，但如何将一年中的聚集光斑即管状纤维集束中的光线并束至一根管状光纤中传输，却成了一个难以突破的技术难题！

本人长久苦心孤诣的思考设计了一种新型的“双层平行反射壁光漏斗”，有望用于解决移动的聚焦光线并束的难题，在此对其结构作简单说明。传统光漏斗只是在其外壁镀上反射膜，而新型的“双层平行反射壁光漏斗”其口径为圆形，且内外壁均镀有反射膜，在管状纤维集束中的光线通过“双层平行反射光漏斗”的两层反射壁之间传输且并束至一根光纤中。“双层平行反射壁光漏斗”为了与管状光纤维集束对接上，须在其两层反射膜之间的玻璃体上设计满凹进的孔供管状光纤插入(或凸出的微柱套入管状光纤的孔中)。

一年中球透镜聚焦的光斑的覆盖面积即管状纤维集束的面积远大于“双层平行反射壁光漏斗”的两层反射壁之间的面积，为了与其相匹对须增至几个“双层平行反射壁光漏斗”，采用上下排列方式可减少占地面积，不同季节期的光斑即不同区域的管状光纤集束与各自的“双层平行反射光漏斗”连接。(为其作图较复杂，所以在下列的说明书附图中不作图表达)

若干个球透镜聚集的光线进入若干根管状光纤中，将若干根管状光纤中的光线再次通过一个(或数个)“双层平行反射壁光漏斗”聚集并束至一根或数根管状光纤中传输至使用处。

若干个球透镜总收集的光线为了达到合理高效的综合利用，须配置“光控导流器”即可将光能输送至所需的应用处，避免不需处过量利用光能。“光控导流器”的原理很简单，不同应用处有各自的管状光纤输光，只需在主干管状处设置调节的对接器，通过调节器将光能输送到所需的应用处。

发明内容

本发明在于提供一种免跟踪球透镜聚光应用系统。

本发明是这样实现的；

一种免跟踪球透镜聚光应用系统，由球透镜，方形口径光漏斗阵列，管状光纤集束，双层平行反射壁光漏斗、对接孔、管状光纤、光控导流器组成，其中：球透镜采用直径较小的玻璃球透镜或直径较大的充水球透镜组成一阵列聚集阳光。

一种免跟踪球透镜聚光应用系统，其中：管状光纤集束的一端配有方形口径光漏斗阵列且根据当地纬度太阳的出没路线图及一年中光斑的覆盖面设置在球透镜下方。

一种免跟踪球透镜聚光应用系统，其中：管状光纤集束的另一端与双层平行反射壁光漏斗上的对接孔连接，双层平行反射壁光漏斗的另一端与管状光纤连接。

一种免跟踪球透镜聚光应用系统，其中，若干根分支管状光纤中传输的光线再次通过一个(或数个)双层平行反射壁光漏斗的反射聚焦进入主干管状光纤中。

一种免跟踪球透镜聚光应用系统，其中：若干个球透镜组成阵列总收集的光线进入主干光纤中，之后通过光控导流器的分流传输至所需的使用处，比如太阳能聚热电站、聚光光伏电站、金属冶炼厂、多效蒸馏器、阳光灶具、室内供暖等处。

附图说明

图1为免跟踪球透镜聚光应用系统的结构示意图。

附图标记：球透镜1、方形口径光漏斗阵列2、管状光纤集束3、双层平行反射壁光漏斗4、对接孔5、管状光纤6、光控导流器7，太阳能聚热电站A、聚光光伏电站B、金属冶炼厂C、多效蒸馏器D、阳光灶具E、室内供暖F。

具体实施方式：

下面结合实施例并对照附图对本发明进一步详细说明。

实施例1、一种免跟踪球透镜聚光应用系统，由球透镜1、方形口径光漏斗阵列2、管状光纤集束3、双层平行反射壁光漏斗4、对接孔5、管状光纤6、光控导流器7组成，其中：球透镜1采用直径较小的玻璃球透镜或直径较大的充水球透镜组成一阵列聚集阳光。

实施例2、一种免跟踪球透镜了聚光应用系统，其中：管状光纤集束3的一端配有方形口径光漏斗阵列2且根据当地纬度太阳的出没路线图及一年中光斑的覆盖面设置在球透镜1下方。

实施例3、一种免跟踪球透镜聚光应用系统，其中：管状光纤集束3的另一端与双层平行反射壁光漏斗4上的对接孔5连接，双层平行反射壁光漏斗4的另一端与管状光纤6连接。

实施例4、一种免跟踪球透镜聚光应用系统，其中：若干根分支管状光纤6中传输的光线再次通过一个(或数个)双层平行反射壁光漏斗4的反射聚集进入主干管状光纤6中。

实施例5、一种免跟踪球透镜聚光应用系统，其中：若干个球透镜1组成阵列总收集的光线进入主干管状光纤6中，之后通过光控导流器7的分流传输至所需的使用处。比如太阳能聚热电站A、聚光光伏电站B、金属冶炼厂C、多效蒸馏器D、阳光灶具E、室内供暖F等处。

Claims (4)

1、一种免跟踪球透镜聚光应用系统，由球透镜(1)、方形口径光漏斗阵列(2)、管状光纤集束(3)、双层平行反射壁光漏斗(4)、对接孔(5)、管状光纤(6)、光控导流器(7)组成，其特征在于：球透镜(1)采用直径较小的玻璃球透镜或直径较大的充水球透镜组成一阵列聚集阳光。

2、如权力要求1所述一种免跟踪球透镜聚光应用系统，其特征在于：管状光纤集束(3)的一端配有方形口径光漏斗阵列(2)且根据当纬度太阳的出没路线图及一年中光斑的覆盖面设置在球透镜(1)下方。

3、如权力要求1、2所述一种免跟踪球透镜聚光应用系统，其特征在于：管状光纤集束(3)的另一端与双层平行反射壁光漏斗(4)上的对接孔(5)连接，双层平行反射壁光漏斗(4)的另一端与管状光纤(6)连接。

4、如权力要求1所述一种免跟踪球透镜聚光应用系统，其特征在于：由若干个球透镜(1)组成阵列总收集的光线通过光控导流器(7)的分流传输至所需的使用处，比如：太阳能聚热电站A、聚光光伏电站B、金属冶炼厂C、多效蒸馏器D、阳光灶具E、室内供暖F等处。

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