CN102692696A - 超强光超高温超级反射模块聚光镜 - Google Patents

Abstract

超强光超高温超级反射模块聚光镜，属现代高端太阳能技术应用、超强光可直接分解水制氢、金属冶炼、新的特种物质提炼、串联式大中型太阳能热发电站的应用，以及家庭、车栽移动发电站和氢能发动机汽车等技术领域。现有技术中的单体透镜包括古老的凸透镜、非聂耳镜都不能等于或超过太阳表面光等这种超强光和超高温的程度，本发明采用锅形或瓦形曲面作基板，借用祖冲之的数学分割法将曲面和圆形面分割成的正方形和六方形面，在一镜体中安装大量平面镜或凸透镜反射模块，进而构成超强光和超高温聚光镜，采用全新的聚光方式产生极高温现象，主要作用是为人类完全替代石油、矿物和核能源的时间提早100年实现。

Description

超强光超高温超级反射模块聚光镜

技术领域

本发明涉及一种超强光超高温超级反射模块聚光镜，特别涉及将太阳能光发展为新的聚焦方法和太阳能新的应用技术领域。

技术背景

来自地球上石油和化石能源的不断枯竭的告警钟声，以及传统燃料的过度使用产生气候变化而威胁到全人类的生存，在这种巨大压力面前，各国政府组织和世界各大新能源集团公司以及从事新能源科学研究的学者专家们都竭尽全力探索和寻找收集和利用太阳能的最好技术方法，早在2003年我选择了对太阳光的平面光反射重合定日镜的探索试验研究，后将平面反射重合和凸透镜焦点重合进行交叉和混合性结构研究试验，并获得了人们意想不到的试验效果，且于2005年10月以保密技术专利标记向中国专利局递交了发明名称为‘超高温太阳能子母镜聚光器’的专利申请，随后我在自家的房顶上试验安装了一台5Kw的由平面镜构成的中型聚焦反射镜，该镜耗时半年多的研制耗资近万元，于2006年7月意外被大风吹倒而摔碎，几年来，一种不易摔坏的聚光反射镜将是利用太阳能的最好方法，时至今天，什么是最低成本和易于加工的聚光镜、什么是最好的聚光镜、什么是最强光和最理想的聚光方法是目前需要探讨的关键所在，传统中采用透光率较高的玻璃生产较大直径的凸透镜或锅形凹反射镜应该是利用太阳能的最好的聚光方法，但实际生活中能够见到的几乎为零，因为纯玻璃的大直径透镜其加工非常困难，体积十分笨重、整体材料的凹反射镜面积大，极容易受冲击而破碎，它们还有一个性能极限的弊端是：在太阳光的作用下，不管对直径改变的大小，其焦点温度几乎是一个恒定数，即1000摄氏度左右徘徊，从早上太阳开始升起后的2个小时和太阳下山的前2到3个小时，其温度值就大打折扣，主要原因是：在增大聚光镜面积的时候不能增加聚光比，它们的焦点光斑随聚光镜面积的增大也跟随成正比而增大，要想获得超强光或超高温必须通过较多数量的透镜或凹反射镜分别跟踪定日对焦，给自动控制系统大幅度增加了成本。我国古代的数学家祖冲之的在求证圆周率时采用了割圆术的方法，给了我们一个明确的启示，我们也可以将任何曲面的反射镜分割成一个正方形小方块。

发明内容

本发明公开一种超强光超高温反射模块聚光镜所构成的技术方案，如锅形、瓦形和仿植物花瓣以及树叶形曲面镜，其本发明所要解决技术问题的关键是将小凸面与大凹面的复合结构方式、或者是小平面与大凹面的复合结构方式，并系统解决反射凸透镜与凹面反射镜聚光技术方法和途径强化聚光性能和聚光效果。首先对传统的凸透镜进行实质性地改进并构成反射凸透镜，采用高透光率的小型反射凸透镜，并且透镜结构为一面是平面另一面则是凸面，将平面的那一面采用最良好的技术效果进行镀银处理构成反射镜模块，按锅形反射镜的要求制备一只金属板或金属网板与非金属复合材料复合制成凹反射镜基板，选择4到7只反射透镜模块，反射凸透镜模块的焦距应与凹反射基板相吻合，反射透镜采用镶嵌或粘贴在基板内侧，这样超强光超高温反射透镜模块聚光镜制作完成，构成整体反射聚光镜，且反射模块焦距为大于整体聚光镜直径的3倍以上，当整体聚光镜在太阳光跟踪系统驱动作用下，模块中4到7个焦点产生重叠现象，实现了共同的公共焦点，如果每个模块的焦点温度为900到1000摄氏度，那么公共焦点的温度就可达到6300到7000摄氏度，正好与太阳表面光照强度和温度相仿；对于采用小平面镜组成大凹面反射镜结构，与上述复合制成技术方法基本完全相同，唯一区别的是达到上述同样的超强光和超高温等级，须将小镜模数量增加到约8000只到14000只，如须进一步提高聚焦温度和聚焦功率，可在一个锅形或瓦形曲面板或任意几何平面板作为基板安装大量乃至数以万计的小圆形片、小六方形片、小正方形片等小型水银平面反射镜模块，可对热源、灯光源、漫射光源和太阳直射光源进行聚焦而形成近似等面积光斑，对于中小功率聚光镜可在平面基板上通过压模制成锅形曲面或瓦形曲面，然后在曲面上粘贴反射透镜模块或平面反射镜模块。

超强光超高温反射模聚光镜，采用金属或非金属薄板材料作为整体基板粘贴反射透镜或反射平面镜构成的群集合反射模块，如锅形曲面镜、瓦形曲面镜和仿植物花瓣以及树叶形曲面镜等，在一个锅形或瓦形曲面板上作为基板安装大量乃至数以万计的小圆形片、小六方形片、小正方形片等小型水银反射镜模块，可对热源、灯光源、漫射光源和太阳直射光源进行聚焦而形成近似等面积光斑；同样另在一个锅形或槽形曲面板上安装若干只或数十只低倍率且底部为平面和镀银的反射透镜模块，可对太阳直射光进行超高倍率聚焦形成大功率超强光超高温焦点或焦线，在镜体基板的1/2镜面和重心位置设有可用于跟踪的两只转轴，以便将整个镜体平稳安装在太阳光对日跟踪支架上。

曲面或平面基板由金属薄板、金属网板与非金属材料复合构成，反射镜模块厚度为0.2到3毫米，反射镜模块面积为1到100平方厘米。反射透镜为低倍率长焦距透镜，即焦距为大于透镜直径的3倍以上。所述曲面基板聚光镜开通风孔进行防风处理，另外对于超大直径聚光镜，可制成花瓣结构达到进一步增强抗风能力。中小功率聚光镜可在平面基板上通过压模制成锅形曲面或槽形曲面，任意几何平面镜中的反射模块由各形平面镜构成，其不同位置的反射模块的安装角度调整可等效于曲面镜，对于曲面镜来说可直接在曲面上粘贴反射透镜模块或平面反射镜。所述聚光镜的聚焦光斑和聚焦焦点不随聚光镜直径的扩大而增大，以至使焦点温度剧烈增高，进而将焦点温度设计为3千度到100万度以上。所述聚光镜焦点的聚焦温度关系公式为：SK＝nmk，mk＝SK/n，其中SK表示整体聚光镜温度、n表示大量的模块数、mK表示单一模块温度。可由集群式聚光镜构成太阳能热发电站的能源收集系统，设计总功率为：SzQ＝1000Mw，焦点距离为：0.5到50米，设计参考聚焦温度为摄氏2100度。

具体实施方式

采用超强光小功率聚光镜，如1.5平方米太阳光接收面积，使聚光强度达到1到2个太阳表面光照强度将水蒸汽水分子产生高效率分解成氢气和氧气后同时混合燃烧，产生高温高压气体推动微型气轮机高速旋转，其再生热动力可达15Kw以上，给现代汽车提供绿色氢能源动力。

采用祖冲之的割圆术将球面和其它曲面分割成正方形面反射镜，同样采用割圆术将菲涅尔镜的环圈面分割成正方形面反射镜。

采用大量的反射镜将太阳光投射到同一个焦点上产生超强光效应，建立超级太阳能聚光镜，其焦点光照度可达到200个以上的太阳表面光照强度和200个以上的太阳热表面温度。

瓦形曲面镜可制成接近于平面的微曲面反射镜其镜中的反射模块为长方形平面结构，且模块面积可选择大于100平方厘米，每只瓦形镜设有两只转轴以便任意调整聚焦角，大量的单体瓦形镜可通过列阵或方阵排列。曲面基板聚光镜开有多个通风与流水窗口进行防风和排水处理，另外对于超大直径聚光镜，可制成花瓣结构达到进一步增强抗风能力，任意几何平面镜中的反射模块由各形平面镜构成，其不同位置的反射模块的安装角度调整到可等效于曲面镜，对于采用小功率聚光镜可组成5到20Kw的家庭应用发电站或车载移动式发电站等微型发电站。

在地球上建立大量的超级太阳能聚光镜，利用聚集太阳光能源全面替代人类过去已建或未建的核能源发电站。

该发明技术中的超强光超高温光热利用、电利用，高温、中温和低温的热利用即将在本世纪全面改变人类的经济发展包括农业经济发展和工业经济发展、商业经济发展、国防经济发展、建筑居住生产和生活模式乃至社会发展模式的经济发展。

Claims (10)

1.超强光超高温超级反射模块聚光镜，它包括采用金属板或金属网板与非金属复合材料作为基板粘贴反射透镜或反射平面镜构成的群集合反射模块，如锅形曲面镜、瓦形曲面镜和仿植物花瓣以及树叶形曲面镜等，其特征是：A、在一个锅形或瓦形曲面板或任意几何平面板作为基板安装大量乃至数以万计的小圆形片、小六方形片、小正方形片等小型水银平面反射镜模块，可对热源、灯光源、漫射光源和太阳直射光源进行聚焦而形成近似等面积光斑；B、同样另在一个锅形或瓦形曲面板上安装若干只或数十只低放大倍率且底部为平面和镀银的反射透镜模块，可对太阳直射光进行超高倍率聚焦形成大功率超强光超高温焦点或焦线；C、在镜体基板的1/2镜面和重心位置设有可用于跟踪的两只转轴。

2.根据权利要求1所述的聚光镜，其特征是：曲面基板由金属薄板、金属网板与非金属材料复合构成，反射镜模块厚度为0.2到3毫米，反射镜模块面积为1到100平方厘米。

3.根据权利要求1所述的聚光镜，其特征是：反射透镜模块为低放大倍率长焦距透镜，即焦距为大于整体聚光镜直径的3倍以上。

4.根据权利要求1所述的聚光镜，其特征是：中小功率聚光镜可在平面基板上通过压模制成锅形曲面或瓦形曲面，然后在曲面上粘贴反射镜模块或平面反射镜模块。

5.根据权利要求1所述的聚光镜，其特征是：所述聚光镜的聚焦光斑和聚焦焦点不随整体反射镜直径的扩大而增大，以至使焦点温度剧烈增高，进而将焦点温度设计为3千度到100万度以上，所述反射镜焦点的聚焦温度关系公式为：SK＝nmk，mk＝SK/n。

6.根据权利要求1所述的聚光镜，其特征是：可由集群式聚光镜构成太阳能热发电站的能源收集系统，设计总功率为：SzQ＝1000Mw，焦点距离为：0.5米到50米，设计参考聚焦温度为摄氏2100度，同样采用小功率聚光镜可组成5到20Kw的家庭应用发电站或车载移动式发电站。

7.根据权利要求1所述的聚光镜，其特征是：采用超强光小功率聚光镜，如1.5平方米太阳光接收面积，使聚光强度达到1到2个太阳表面光照强度将水蒸汽高效率分解成氢气和氧气后混合燃烧，产生高温高压气体推动微型气轮机高速旋转，其再生热动力可达15Kw左右，给现代汽车或船舰提供绿色氢能源动力。

8.根据权利要求1所述的聚光镜，其特征是：采用祖冲之的割圆术将球面和其它曲面分割成大量的正方形面反射镜模块，同样采用割圆术将菲涅尔镜的环圈面分割成大量的正方形平面反射镜模块。

9.根据权利要求1所述的聚光镜，其特征是：采用大量的反射镜将太阳光投射到同一个焦点上产生超强光效应，建立超级太阳能聚光镜，其焦点光照度可达到200个以上的太阳表面光照强度和200个以上的太阳热表面温度。

10.根据权利要求1所述的聚光镜，其特征是：在地球上建立大量的超级太阳能聚光镜，利用聚集太阳光能源全面替代人类过去和未来已建或未建的核能源发电站。