CN1453525A - 仿波导式太阳能接收器 - Google Patents

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Abstract

一种新式太阳能接收器，特点是利用柱状透镜聚光，利用光的全反射，用玻璃棒导光，最后达到大量利用太阳能之目的，它的应用与推广将大大改善乡村生活，减轻农民负担。

Description

仿波导式太阳能接收器
本接收器是受太阳能、热水器的应用和导波光学原理之启发而发明的一种全新太阳能接收器，其特点是：1、采用柱状透镜聚光；2、用光锥将柱状透镜所聚之光注入导光玻璃杆，利用光的全反射，光在导光玻璃杆中传输；3、将大量玻璃棒汇合之光用来转换为其它能量。
仿波导式太阳能接收器与当今太阳能热水器相比功能强大得多，因它可以将大面积太阳光聚集在一小区域内，图1示出了仿波导式太阳能接收器所采用的柱状透镜，此柱状透镜仅用来聚光，加工精度要求不高，且条形长度可做得尽可能大(较长的柱状透镜可通过纵向粘接几个柱状透镜以实现)，因仿波导式太阳能接收器需要采用大量的柱状透镜(见后)，为方便装配可预先将多个柱状透镜合并，如图2所示(4个合在一起，图3为图2侧视图)，柱状透镜所聚之光经漏斗状光注入器(见后)注入锥状光注入器中，如图4所示，其中1表柱状透镜，2表表面凹条漏斗状光注入器，3表锥状光注入器，为大量接收杂散光，故将漏斗状况注入器表面距焦点有一定距离，漏斗状光注入器上表面若是凹条形则柱状透镜焦点条在光注入器之外，若是凸条形则焦点在光注入器之内(如图5所示，其中4表表面凸条漏斗状光注入器)，此光路结构包含了几个重要的参数，如图6所示，它们是漏斗状况注入器的半锥角α，其柱状表面与柱状透镜光心条的半范围角β，柱状表面的曲率r，弧心条与柱状透镜焦点条距离L及柱状透镜的焦距f，合理设计α值可使漏斗状光注入器所接收之光最多经过一次反射即注入光注入器中(此二种注入器粘接)而其它几个参数的合理设计则可以最大限度地接收太阳光。一条柱状透镜对应一个有多个光注入器的光注入器组，如图7所示，其中5表由多个光注入器(一个漏斗状光注入器与一个锥状光注入器相匹配)组成的光注入器组，图8为图7A-A向剖视图，凹条漏斗状光注入器结构视图如图9、图10所示，而锥状光注入器如图11、图12所示，为降低光损耗，锥状光注入器反光平面需镀银，柱状透镜会聚的太阳光经两种光注入器进入导光玻璃棒中，与光注入器组对应就有导光玻璃棒组，合理设计导光玻璃棒之间的联接可将输入该导光玻璃组的光大部分传输入一条导光玻璃棒中，玻璃棒之间的联接可采用单纯的两两联接，也可采用3个(多个)一小组3个(多个)一小组进行连接，图13示意出了一种典型的3个一小组3个一小组联接示意图，其中6表锥状连接器(锥状连接器也可采用Y状连接器代替，见后)，而图14示意出了3个小组联接成一中组，而3个中组形成一大组最后汇入一出光玻璃棒的示意图。锥状联接器结构如图15、图16、图17所示，锥状联接器的材料折射率需稍小于导光玻璃棒，这样在玻璃棒联接好后此处形成一个负光学棱锥体，合理设计参数θ可使两条入射玻璃棒之间没有光的传输而将损耗降低到最低限限度(如图18所示)，锥状连接器也可采用Y状连接器代替，如图19所示，Y状连接器有两个光楔，图中示意之光楔折射率应稍大于导光玻璃棒，光楔的光路示意图如图20所示，一个柱状透镜，一个光注入器组，一组传输玻璃棒构成了一个柱面透镜聚光系统，如图21所示，其中1表柱面透镜，7表漏斗状光注入器组，8表锥状光注入器组，9表导光玻璃棒组，10表出光玻璃棒，由多个柱面透镜聚光系统构成光接收组，两个光接收组的出光玻璃棒汇聚在一小区域，此区域即为能量转换区，如图22所示，其中圆圈内的区域即为能量转换区域，在能量转换区域可随意设置反向镜将光线导向所需方向，图23示意出了四个反向镜构成的反向镜组示意图。两个光接收组与在能量转换区域的反向镜及其固定机构即构成了一个仿波导式太阳能接收器，即使在阴天的情况下，该太阳能接收器也可将冷水烧开，故它的应用将开辟人类利用太阳能新纪元。图24给出了最简单的应用框图，其中11表仿波导式太阳能接收器，12表汽轮机，13表发电机，而图25给出了一典型应用框图，其中11表接收器，12表汽轮机，13表发电机，14表水泵，15表高水位储存器，16表厨房，之所以有水泵和高水位储存器，是考虑晚上无阳光，白天抽出部分太阳光能量到高水位储存器中，储存器到晚上放水发电，而接收器烧的蒸汽又可直通厨房。图26给出一种典型乡村居室设计，其中11表太阳能接收器，15表高水位储存器(它的顶部也放满了太阳能接收器)，17表二层平房(顶部放满了接收器)，18表水管，19表发电机，20表池塘(或低水位储水器)，至于仿波导式太阳能接收器需随时随太阳方位换方向问题，可灵活设计其支架，如图27表示，其中21表接收器主体，22表凸轮，23为方位控制杆，25为底架，凸轮的运动由时钟控制。安装时应注意使柱状透镜的条形方向与太阳运行轨迹所在平面垂直，如图28所示，其中26为太阳，定位安装可采用“立竿见影”的方法，如图29所示，其中27表直杆，即用两条垂直直杆的影子成一直线定位。
仿波导式太阳能接收器将替代太阳能热水器而进入普通家庭，它将为人类创造出巨大的财富，凡一切空地(如道路上方屋顶等)均可安装。

Claims (6)

1、一种新型太阳能接收器，其特征在于：采用多个柱面透镜构成柱面透镜组，接收太阳光，每一柱面透镜对应一漏斗状光注入器组和一锥状光注入器组将光导入一由导光玻璃棒组，再由该导光玻璃棒组将光汇入一条出光玻璃棒中，由多条出光玻璃棒汇集成工作区。
2、根据权利要求1所述的漏斗状光注入器，其特征在于：其接收面为一柱面，若为凹面，则安装时柱面透镜的焦点条需在注入器之外，若凸面则需在注入器之内以尽可能多地接收太阳光。
3、根据权利要求1所述的导光玻璃棒组，其特征在于：两根玻璃棒经过联接将两根玻璃棒内的光线汇入一根玻璃棒，或两两相联或3个玻璃棒(多个)一小组相联，而3个(多个)小组构成一次组相联，3个(多个)次组相联再构成第二次组相联直至将一柱状透镜所聚之光汇入一根出光玻璃管输出。
4、根据权利要求1所述的导光玻璃棒，其特征在于：光线在其内通过全反向传输。
5、根据权利要求3所述的两根玻导光玻璃棒联接，其特征在于：可通过一锥体进行连接，锥体之折射率稍小于导光玻璃棒玻璃折射率以减小连接处的光损耗，也可通过Y形连接，Y形与输入玻璃棒相接入有光楔。
6、根据权利要求1所述的柱面透镜，其特征在于：可通过几个柱面透镜纵向相粘接达到透镜加长的目的。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103149671A (zh) * 2013-03-07 2013-06-12 江苏尚恩合同能源管理有限公司 一种聚光装置
CN103238091A (zh) * 2010-10-28 2013-08-07 榕树能量公司 用于聚集和照明系统的变向光学装置

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