TWI484217B - 內置菲涅爾透鏡之二次反射拋物面碟型聚光裝置 - Google Patents

內置菲涅爾透鏡之二次反射拋物面碟型聚光裝置 Download PDF

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Description

內置菲涅爾透鏡之二次反射拋物面碟型聚光裝置
本發明係有關於一種內置菲涅爾透鏡之二次反射拋物面碟型聚光裝置，尤指一種可將經過二次反射後之光線有效聚焦，以具體提高光轉換效率之內置菲涅爾透鏡之二次反射拋物面碟型聚光裝置。
按，隨著全球石油資源日益短缺，石油價格暴漲，目前世界各國都在積極尋找替代能源，現有取代石油能源有水力、風力、火力、核能及太陽能等。
其中，火力及核能易對環境及生態造成污染，水力之使用則須興建水壩，並需要充沛之水量，若於旱季則無法供電，另風力使用則有地域性限制，須尋找空曠、風力強大區域，且風力來源缺乏 穩定性，不易集中使用，而太陽能遍及地球每個區域，具普遍使用性，且不受地區限制，取用不竭能提供永續使用，並具潔淨零污染等特性，故太陽能源成為現今最受各國重視與推廣之替代能源。
若能將太陽能源有效轉換成熱能，以取代現有將電能轉化為電磁波或熱能等加熱型式，將有助於解決現今昂貴且缺乏環保性之石油發電後轉換為熱能，以對被加熱物進行加熱之模式，除可減輕使用日漸昂貴之石油發電之電能上經濟負擔，更能達到節能減碳環保效益。在使用太陽能加熱系統中，技術關鍵是如何高效率的收集太陽能，並將其轉化為熱能，現有主要提供對太陽能聚光之裝置主要包含有一呈平板型、槽型或碟型等聚光器，並於該聚光器之聚光處設有接收器，以接收太陽光輻射後產生熱能，再對被加熱物進行加熱。
而於諸多型態之聚光器中，以碟型聚光器聚集太陽光能效果最佳，如：中國大陸公開第CN102589157A號之「一種碟式太陽能聚光裝置」、中國大陸公開第CN102545704A號之「聚光太陽能發電系統」、中國大陸公開第CN2366794號之「可追蹤太陽的聚光灶」及中國大陸公開第CN102263526A號之「高聚光比的太陽能系統」等，皆是相關該碟型聚光器之專利前案；然，前述諸多專利前案中，所揭示之碟型聚光器皆屬一次反射型式，其提供聚光處係位於碟型反射面上方，故實施上亦須將接收器裝設於碟型反射面上方處，不僅安裝上極具困難性，且當欲進行接收器之調整時，易缺乏 機動性，雖有相關太陽能聚光裝置之研究者，研擬將碟型聚光器聚集之光線再經過一次反射，以使其光線可反射至下方位置，如：中國大陸公開第CN202092339U號之「碟式二次反射環形聚光光熱發電裝置」、中國大陸公開第CN201780977U號之「基于二次反射聚光的太陽能電池」、中國大陸公開第CN101771370A號之「一種使用二次反射法實驗數倍聚光的太陽能發電裝置」、中國大陸公開第CN101976985A號之「二次反射拋物柱面聚光半圓柱閉合腔體採光太陽能發電裝置」、中國大陸公開第CN2913955號之「可自然散熱的太陽能聚集型光伏發電裝置」、中國大陸公開第CN102072567A號之「一種兩鏡式太陽能集熱裝置及系統」、中國大陸公開第CN202083827U號之「基于碟式聚光的太陽能二次聚光分類裝置」、中國大陸公開第CN1447058號之「利用陽光進行室內照明裝置」及中國大陸公開第CN201773855U號之「聚光型太陽能電池模塊的二次聚光裝置」等專利前案；然，前述相關二次反射之聚光裝置前案，於實施上皆有光轉換效率不佳情況，當光經過二次反射面的同時，光會產生散射，致使光線無法聚集形成一焦點，而造成光轉換效率下降弊失。
緣是，本發明人有鑑於現有相關二次反射之碟型聚光裝置於實施上有光轉換效率不佳，光線經二次反射後無法有效聚焦缺失，乃藉其多年於相關領域的製造及設計經驗和知識的輔佐，並經多方巧思，針對現有二次反射之碟型聚光裝置進行研發改良，而研創出本發明。
本發明係有關於一種內置菲涅爾透鏡之二次反射拋物面碟型聚光裝置，其主要目的係為了提供一種可將經過二次反射後之光線有效聚焦，以具體提高光轉換效率之內置菲涅爾透鏡之二次反射拋物面碟型聚光裝置。
為了達到上述實施目的，本發明人乃研擬如下內置菲涅爾透鏡之二次反射拋物面碟型聚光裝置，係主要包含有支架、第一碟型反射件、第二碟型反射件及菲涅爾透鏡，乃使該支架設有第一組立部，以供該第一碟型反射件組設其上，又於該支架位於該第一組立部上方設有第二組立部，以與該第一組立部相對應，以供該第二碟型反射件組設其上，另於該支架位於該第一組立部下方設有第三組立部，並與第一組立部相對應，以供該菲涅爾透鏡組設其上，復使該支架位於該第三組立部下方設有第四組立部，且使該第四組立部與該第三組立部相對應，以供該接收件組設其上，又使該第一碟型反射件、第二碟型反射件及菲涅爾透鏡係呈同軸對應設立，並使該第一碟型反射件其中心設有透孔，且使該透孔與該菲涅爾透鏡中心相對應，另使該第一碟型反射件之反射面係成型為一弧凹反射面，該第一碟型反射件之弧凹反射面其成型方程式係為x^2=10000y，另該第二碟型反射件之反射面係成型為一弧凸反射面，以與該第一碟型反射件之弧凹反射面相對應，該第二碟型反射件之弧凸反射面其成型方程式係為x^2=1000y，且使該第二碟型反射件位置於該第 一碟型反射件其弧凹反射面之焦點內，並使該接收件位置於該菲涅爾透鏡之投射焦點處，以使光線由該第一碟型反射件之反射面，反射投往該第二碟型反射件，又使該光線由該第二碟型反射件之反射面，反射投往該菲涅爾透鏡，再經由該菲涅爾透鏡將該光線聚集成一焦點，以投射於接收件上，復設有底座，係使該底座設置於該支架下方，以與該支架相樞接，並於該底座與該支架樞接處設有角度調整器。
如上所述之內置菲涅爾透鏡之二次反射拋物面碟型聚光裝置，該底座與該支架樞接處設有角度調整器，且於該底座其底部組設有轉動件。
藉此，利用本發明之內置菲涅爾透鏡之二次反射拋物面碟型聚光裝置設計，即可將太陽光經第一次及第二次反射後之光線，經菲涅爾透鏡聚集形成一焦點以有效解決光線經二次反射後易產生散射，無法聚焦弊失，以具體達到提高光轉換效率之實質效果者。
又本發明之內置菲涅爾透鏡之二次反射拋物面碟型聚光裝置係利用第一碟型反射件及第二碟型反射件將太陽光反射至裝置下方，再由菲涅爾透鏡聚焦投射向接收件，於此，以達到將接收件安裝於裝置下方位置目的，以便利機動性地進行接收件之替換與調整作業。
另本發明之內置菲涅爾透鏡之二次反射拋物面碟型聚光裝 置係由第一碟型反射件及第二碟型反射件將太陽光反射後，再由菲涅爾透鏡聚集成一焦點，以投射向接收件，藉由菲涅爾透鏡之聚焦作用，俾大幅提高聚集太陽光所產生之熱能，以有效提供加熱設備等使用，節省市電加熱之電力成本支出，並達到節能減碳之環保效益。
(1)‧‧‧支架
(11)‧‧‧第一組立部
(12)‧‧‧第二組立部
(13)‧‧‧第三組立部
(14)‧‧‧第四組立部
(2)‧‧‧第一碟型反射件
(21)‧‧‧弧凹反射面
(22)‧‧‧透孔
(3)‧‧‧第二碟型反射件
(31)‧‧‧弧凸反射面
(4)‧‧‧菲涅爾透鏡
(5)‧‧‧接收件
(6)‧‧‧底座
(61)‧‧‧轉動件
第一圖：本發明之正剖視圖
第二圖：本發明之使用狀態圖
第三圖：本發明之光線投射狀態圖
而為令本發明之技術手段及其所能達成之效果，能夠有更完整且清楚的揭露，茲詳細說明如下，請一併參閱揭露之圖式及圖號：首先，請參閱第一圖所示，為本發明之內置菲涅爾透鏡之二次反射拋物面碟型聚光裝置，係主要由支架(1)、第一碟型反射件(2)、第二碟型反射件(3)、菲涅爾透鏡(4)、接收件(5)及底座(6)所組成；其中：該支架(1)，係於支架(1)中間適位處設有第一組立部(11)，又於支架(1)位於該第一組立部(11)上方設有第二組立部(12)，以與第一組立部(11)相對應，另於支架(1) 位於該第一組立部(11)下方設有第三組立部(13)，以與第一組立部(11)相對應，復使支架(1)位於第三組立部(13)下方設有第四組立部(14)，且使該第四組立部(14)與第三組立部(13)相對應；該第一碟型反射件(2)，係組設於支架(1)之第一組立部(11)，乃成型有一弧凹反射面(21)，且使該弧凹反射面(21)之成型方程式為x^2=10000y，並於該弧凹反射面(21)中心設有一透孔(22)；該第二碟型反射件(3)，係組設於支架(1)之第二組立部(12)，且使該第二碟型反射件(3)位置於該第一碟型反射件(2)其弧凹反射面(21)之焦點內，乃成型有一弧凸反射面(31)，且使該弧凸反射面(31)之成型方程式為x^2=1000y，並使該第二碟型反射件(3)之弧凸反射面(31)與第一碟型反射件(2)之弧凹反射面(21)同軸對應，以使該第二碟型反射件(3)其弧凸反射面(31)之頂點與該第一碟型反射件(2)其弧凹反射面(21)中心之透孔(22)相對應；該菲涅爾透鏡(4)，係組設於支架(1)之第三組立部(13)，且使該菲涅爾透鏡(4)中心與該第一碟型反射件(2)之中心透孔(22)相對應，並與第二碟型反射件(3)其弧凸反射面(31)同軸相對；該接收件(5)，係組設於支架(1)之第四組立部(14)， 以與該菲涅爾透鏡(4)相對應，且使該接收件(5)位置於該菲涅爾透鏡(4)之投射焦點處；該底座(6)，係位於支架(1)下方，以與支架(1)相樞接，且使該底座(6)與支架(1)樞接處設有角度調整器，又於該底座(6)底部組設有輪子等轉動件(61)。
據此，當使用實施時，請一併參閱第二圖所示，係確定太陽所在位置，再利用底座(6)所設轉動件(61)，以將組設於底座(6)之支架(1)調整至朝向太陽所在方位角度，繼藉由底座(6)與支架(1)樞接處組設之角度調整器，以調節支架(1)之傾仰角度，以使支架(1)其第一組立部(11)上組設之第一碟型反射件(2)正對太陽所在位置，以充分接收太陽光照射。
請一併參閱第三圖所示，當太陽光照射於第一碟型反射件(2)之弧凹反射面(21)後，隨即由該第一碟型反射件(2)之弧凹反射面(21)將平行照射其上之太陽光線予以反射，而該由弧凹反射面(21)反射之太陽光線即朝該弧凹反射面(21)之焦點處聚光，當第一碟型反射件(2)反射光線朝其弧凹反射面(21)焦點投射時，位設於該弧凹反射面(21)焦點內之第二碟型反射件(3)係先接收該第一碟型反射件(2)其弧凹反射面(21)所反射之複數道光線，隨之，由第二碟型反射件(3)之弧凸反射面(31)將該接收到的複數道光線進行第二次反射，以將複數道光線匯聚至第一碟型反射件(2)中心設具之透孔(2 2)，以形成光束般射入，續之，射入第一碟型反射件(2)其中心透孔(22)之複數道光線隨即投射於對應第一碟型反射件(2)透孔(22)處設立之菲涅爾透鏡(4)上，以經由菲涅爾透鏡(4)將投射其上之複數道光線折射聚集成一焦點，以投射向位於該菲涅爾透鏡(4)投射焦點處之接收件(5)，以由接收件(5)接受該經由兩次反射之太陽光能，經實際實驗量測，該接收件(5)接受到之太陽光能約可產生700℃高溫，如此，即可提供予需要高溫加熱作業之高溫還原爐等設備使用，以節省使用市電方式進行加熱時之電力成本支出，並同時達到節能減碳之環保效益。
再者，利用本發明之內置菲涅爾透鏡之二次反射拋物面碟型聚光裝置設計，即可將太陽光經第一次弧凹反射面(21)反射，及第二次弧凸反射面(31)反射後之光線，經菲涅爾透鏡(4)折射聚集形成一投射往裝置下方之聚光點，以實現將接收件(5)簡便安裝於裝置下方位置目的，以便利於接收件(5)等加熱設備機動性地進行替換與調整，同時，藉由菲涅爾透鏡(4)將經由第一次弧凹反射面(21)及第二次弧凸反射面(31)反射後之光線聚集成一焦點之實施功效，係能有效解決現有二次反射之聚光裝置，發生光線經過二次反射後產生散射，無法聚焦之弊失，以具體達到提高光轉換效率之實質效果，並實現以小單位反射面積產生高溫的產業需求，以進一步達到節省製作大面積反射聚光裝置之昂貴成本支出者。
由上述結構及實施方式可知，本發明係具有如下優點：
1.本發明之內置菲涅爾透鏡之二次反射拋物面碟型聚光裝置係利用第一碟型反射件及第二碟型反射件將太陽光反射至裝置下方，再由菲涅爾透鏡聚焦投射向接收件，藉此，以達到將接收件安裝於裝置下方位置目的，以便利機動性地進行接收件之替換與調整作業。
2.本發明之內置菲涅爾透鏡之二次反射拋物面碟型聚光裝置係由第一碟型反射件及第二碟型反射件將太陽光反射後，再由菲涅爾透鏡聚集成一焦點，據此，利用菲涅爾透鏡之聚焦作用，以有效解決太陽光經過二次反射後產生散射，無法聚焦弊失，以達到提高光轉換效率之效果。
3.本發明之內置菲涅爾透鏡之二次反射拋物面碟型聚光裝置係由第一碟型反射件及第二碟型反射件將太陽光反射後，再由菲涅爾透鏡聚集成一焦點，以投射向接收件，藉由菲涅爾透鏡之聚焦作用，俾大幅提高聚集太陽光所產生之熱能，以有效提供加熱設備等使用，節省市電加熱之電力成本支出，並達到節能減碳之環保效益。
綜上所述，本發明實施例確能達到所預期功效，又其所揭露之具體構造，不僅未曾見諸於同類產品中，亦未曾公開於申請前，誠已完全符合專利法之規定與要求，爰依法提出發明專利之申請，懇請惠予審查，並賜准專利，則實感德便。
(2)‧‧‧第一碟型反射件
(21)‧‧‧弧凹反射面
(22)‧‧‧透孔
(3)‧‧‧第二碟型反射件
(31)‧‧‧弧凸反射面
(4)‧‧‧菲涅爾透鏡
(5)‧‧‧接收件

Claims (2)

  1. 一種內置菲涅爾透鏡之二次反射拋物面碟型聚光裝置，係主要包含有支架、第一碟型反射件、第二碟型反射件及菲涅爾透鏡，乃使該支架設有第一組立部，以供該第一碟型反射件組設其上，又於該支架位於該第一組立部上方設有第二組立部，以與該第一組立部相對應，以供該第二碟型反射件組設其上，另於該支架位於該第一組立部下方設有第三組立部，並與第一組立部相對應，以供該菲涅爾透鏡組設其上，復使該支架位於該第三組立部下方設有第四組立部，且使該第四組立部與該第三組立部相對應，以供該接收件組設其上，又使該第一碟型反射件、第二碟型反射件及菲涅爾透鏡係呈同軸對應設立，並使該第一碟型反射件其中心設有透孔，且使該透孔與該菲涅爾透鏡中心相對應，另使該第一碟型反射件之反射面係成型為一弧凹反射面，該第一碟型反射件之弧凹反射面其成型方程式係為x^2=10000y，另該第二碟型反射件之反射面係成型為一弧凸反射面，以與該第一碟型反射件之弧凹反射面相對應，該第二碟型反射件之弧凸反射面其成型方程式係為x^2=1000y，且使該第二碟型反射件位置於該第一碟型反射件其弧凹反射面之焦點內，並使該接收件位置於該菲涅爾透鏡之投射焦點處，以使光線由該第一碟型反射件之反射面，反射投往該第二碟型反射件，又使該光線由該第二碟型反射件之反射面，反射投往該菲 涅爾透鏡，再經由該菲涅爾透鏡將該光線聚集成一焦點，以投射於接收件上，復設有底座，係使該底座設置於該支架下方，以與該支架相樞接，並於該底座與該支架樞接處設有角度調整器。
  2. 如申請專利範圍第1項所述內置菲涅爾透鏡之二次反射拋物面碟型聚光裝置，其中，該底座其底部組設有轉動件。
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