WO2010025583A1

WO2010025583A1 - 多功能光聚散板

Info

Publication number: WO2010025583A1
Application number: PCT/CN2008/001574
Authority: WO
Inventors: 肖立峰
Original assignee: Xiao Lifeng
Priority date: 2008-09-04
Filing date: 2008-09-04
Publication date: 2010-03-11

Description

多功能光聚散板

【技术领域】

本发明涉及光学技术领域，特别是涉及一种使光产生平行偏转，并以共焦点的双抛物线反射聚焦的多功能光聚散板。

【背景技术】

众所周知，太阳能是取之不尽，用之不竭，但人们尚未能大规模利用的重要能源。随着煤、石油、天然气等化石能源的减少及价格的不断上涨，人类直接从太阳能中获取能量已变得越来越重要。目前已有各种各样的太阳能利用设备被使用，如光电转换及光热转换设备等。普通的光热转换设备典型的是在多根玻璃管中各装有一根涂有吸光并转换为热能的集热管，其缺点显而易见，由于照射在集热管上的单位面积上光能量密度较小，因此其集热效率 4氏，且太阳能利用成本较高；还由于其散热面大，因此不能获得较高的温度。普通光电转换设备主要为光伏电池板，它能将太阳能转化为电能，但因光伏电池板造价高昂，易损坏，且只具有单一的发电用途，不便安装使用，不能大规模应用。普通平行光源均是由点光源或线光源经抛物面反射得到，其体积大，不能做成板状，不能大量用在照明或背景光源上。

【发明内容】

本发明旨在解决上述问题，而提供一种板状的集太阳能发电、集热于一体，可高密度聚集光线，光电及光热转换效率高，成本低，安装使用及维护方便的多功能光聚散板。本发明的目的还在于提供一种能产生平行光源多功能光聚散板。

为实现上述目的，本发明提供一种多功能光聚散板，该多功能光聚散板有一个透明材料制成的长度可无限延长的条形板状体，该板状体内设有两组左右对称的折射腔，每组折射腔由多个沿板状体宽度方向依次排列的多边形腔体构成，两组折射腔的多个多边形腔体沿板状体长度方向从一端延伸至另一端，在所述板状体下部设有基板，该基板的上表面为两个共焦线的对称的抛物面，两个抛物面为光反射面，其与板状体的下表面之间形成空腔，所述抛物面的焦线 A位于空腔内的两个抛物面的对称面上，在所述焦线处设有集热管，该多功能光聚散板的两端设有密封用端盖。

板状体由上板体、下板体对合而成，所述上板体、下板体上各具有多个多边形腔体的上部和下部。 ' 每个多边形腔体均为四边形腔体，它由两个使光发生透射和折射的第一透射、折射面，第二透射、折射面和两个不发生透射和折射的竖直面及斜面构成，入射光经板状体的上表面、第一透射、折射面，第二透射、折射面及板状体的下表面透射、折射，使光向两个抛物面偏转。

多个腔体中，各腔体的第一透射、折射面和第二透射、折射面的交点与其相邻的不发生透射和折射的竖直面及斜面的交点相连。

基板是由隔热材料制成的板状体，其上表面设有两个共焦线的对称的抛物面，抛物面上镀或贴光反射膜，该抛物面将入射到其上的光线反射到集热管。

集热管由高导热金属材料制成，其外表面涂有高吸光的光热转换材料，集热管的两端设有与端盖密封固定和将热量引出的导管。

在本发明的另一方案中，该多功能光聚散板有一个透明材料制成的长度可无限延长的条形板状体，该板状体内设有两组左右对称的折射腔，每组折射腔由多个沿板状体宽度方向依次排列的多边形腔体构成，两组折射腔的多个多边形腔体沿板状体长度方向从一端延伸至另一端，，在所述板状体下部设有基板，该基板的上表面为两个共焦线的对称的抛物面，两个抛物面为光反射面，其与板状体的下表面之间形成空腔，所述抛物面的焦线 A位于空腔内的两个抛物面的对称面上，在所述焦线处设有光电转换集热装置，该多功能光聚散板的两端设有密封用端盖。

板状体由上板体、下板体对合而成，所述上板体、下板体上各具有多个多边形腔体的上部和下部。

每个多边形腔体均为四边形腔体，它由两个使光发生透射和折射的第一透射、折射面，第二透射、折射面和两个不发生透射和折射的竖直面及斜面构成，入射光经板状体的上表面、第一透射、折射面，第二透射、折射面及状体的下表面透射、折射，使光向两个抛物面偏转。

多个腔体中，各腔体的第一透射、折射面和第二透射、折射面的交点与其相邻的不发生透射和折射的竖直面及斜面的交点相连。基板是由隔热材料制成的板状体，其上表面设有两个共焦线的对称的抛物面，抛物面上镀或贴光反射膜，该抛物面将入射到其上的光线反射到光电转换集热装置。

光电转换集热装置由集热管和光伏电池板构成，所述光伏电池板紧密贴合在集热管外部，集热管由高导热金属材料制成，其外表面涂有高吸光的光热转换材料，集热管的两端设有与端盖密封固定和将热量引出的导管，光伏电池与设在端盖上的输出端子相连接。

在本发明的另一方案中，该多功能光聚散板有一个透明材料制成的长度可无限延长的条形板状体，该板状体内设有两组左右对称的折射腔，每组折射腔由多个沿板状体宽度方向依次排列的多边形腔体构成，两组折射腔的多个多边形腔体沿板状体长度方向从一端延伸至另一端，在所述板状体下部设有基板，该基板的上表面为两个共焦线的对称的抛物面，两个抛物面为光反射面，其与板状体的下表面之间形成空腔，所述抛物面的焦线 A位于空腔内的两个抛物面的对称面上，在所述焦线处设有发光装置，该多功能光聚散板的两端设有密封用端盖。

基板为板状体，其上表面设有两个共焦线的对称的抛物面，抛物面上镀或贴光反射膜，该抛物面将发光装置射到其上的光线反射到板状体上。

发光装置可以是线光源或由点光源串接而成。

在本发明的又一方案中，该多功能光聚散板有一个透明材料制成的圆盘形板状体，该板状体内沿板状体圆周方向设有多个首尾相连的折射腔，每个折射腔为多边形腔体，在所述板状体下部设有基板，该基板的上表面为两段共焦点的对称的抛物线沿对称线旋转形成的抛物面，该抛物面为光反射面，其与板状体的下表面之间形成空腔，所述抛物面的焦点 A位于空腔内的中轴线上，在所述焦线处设有发光装置。

每个多边形腔体为四边形腔体，它由两个使光发生透射和折射的第一透射、折射面，第二透射、折射面和两个不发生透射和折射的竖直面及斜面构成，入射光经板状体的上表面、第一透射、折射面，第二透射、折射面及状体的下表面透射、折射，使光向两个抛物面偏转。

多个腔体中，各腔体的第一透射、折射面和第二透射、折射面的交点与其相邻的不发生透射和折射的竖直面及斜面的交点相连。基板为圆形板状体，其上表面设有两个共焦点的对称的抛物面，抛物面上镀或贴光反射膜，该抛物面将发光装置射到其上的光线反射到板状体上。

发光装置为点光源。

本发明的贡献在于，它充分利用了光的折射和反射聚焦原理，设计了宽度和高度比较大，并且集太阳能集热、太阳能发电和发光于一体的光聚散板。该多功能光聚散板由于通过光的透射、折射而将太阳光线偏转到抛物面，再由抛物面聚焦到中心，因此其厚度可以很薄，且偏转角度越大，厚度就越薄，因此体积小，制作成本低，且用途十分广泛。由于该光板将光电转换及集热装置结合为一体，因此大大提高了入射光的利用率，使其不仅可用于太阳能发电，还能产生高温热能，由其产生的热能又可用于发电等多种用途。还由于其 4艮薄，因此还可用作新的板状平行光源。它还具有结构工艺简单可靠，材料易得，可以大批量、模块化生产等特点。且由于它的板状结构以及不需日跟踪太阳的特性使得它可以方便地形成大面积阵列，实现较大功率输出，同时，由于^ 1的上的抛物面、折射腔及光伏电池板均密封在聚散板内部，因此可少维护或免维护。

【附图说明】

图 1是本发明的实施例 1的结构示意图，其中，图 1A为立体示意图，图 1B为端面示意图，图 1C为横截面示意图。

图 2是本发明的实施例 2的结构示意图，其中，图 2A为立体示意图，图 2B为端面示意图，图 2C为横截面示意图。

图 3是本发明的实施例 3的结构示意图，其中，图 3A为立体示意图，图 3B为端面示意图，图 3C为横截面示意图。

图 4是本发明的实施例 4的结构示意图，其中，图 4A为立体示意图，图 4B为轴向截面示意图。

图 5是本发明的聚光原理图。

图 6是本发明的散光原理图。

【具体实施方式】

下列实施例是对本发明的进一步解释和说明，对本发明不构成任何限制。

实施例 1

参阅图 1A -图 1C, 本发明的多功能光聚散板 100有一个透明材料制成的条形板状体 10，它由玻璃、有机玻璃、透明树脂等透明材料制成，其长度可以根据实际需要而确定。具体地说，图 1B、图 1C 中，板状体 10由上板体 11、下板体 12对合，并通过粘接或焊接固定。该板状体内设有两组左右对称的折射腔 21、 22 , 每组折射腔由多个多边形腔体 211、 221构成，它们沿板状体宽度方向依次排列，且两组折射腔的多个多边形腔体 211、 221沿板状体长度方向从一端延伸至另一端，所述上板体 11、下板体 12上各具有多个多边形腔体 211、 221的上部和下部。更具体地说，如图 1B、图 1C，每个多边形腔体 211、 221均为四边形腔体，它由两个使光发生透射和折射的第一透射、折射面 2111、 2211 , 第二透射、折射面 2112、 2212和两个不发生透射和折射的竖直面 2113、 2213及斜面 2114、 2214构成，其中，第一透射、折射面 2111是沿板状体 10的上表面向下倾斜而形成，而第二透射、折射面 2112是沿板状体 10的上表面向上倾斜而形成，且两者在一端相交。入射光经板状体 10的上表面 111、第一透射、折射面 2111、 2211，第二透射、折射面 2112、 2212及板状体 10的下表面 121透射、折射，使光向两个抛物面 31、 32偏转。如图 1B、图 1C所示，所述的多个腔体 211、 221中，各腔体的第一透射、折射面 2111、 2211和第二透射、折射面 2112、 2212的交点与其相邻的不发生透射和折射的竖直面 2113、 2213及斜面 2114、 2214的交点相连，形成由多个多边形腔体 211、首尾相连的折射腔 21 , 与之对称的折射腔 22的多个多边形腔体 221的形状相同，且方向相反。

在所述板状体 10下部设有基板 30, 该基板 30是由隔热材料，最好为硬泡沫塑料制成的板状体，该基板的上表面为两个共焦线的对称的抛物面 31、 32 , 两个抛物面为光反射面，其上镀有光反射膜，两个抛物面与板状体的下表面 121之间形成大致为弓形的空腔 40。所述抛物面 31、 32的焦线 A位于空腔内的两个抛物面的对称面上。在所述焦线或其附近设有集热管 51，该集热管由铝、铜等高导热金属材料制成，其外表面涂有高吸光的光热转换材料，集热管 51的两端设有与端盖 60密封固定和将热量引出的导管 511。该抛物面 31、 32将入射到其上的光线反射到集热管 51。

在多功能光聚散板 100的两端设有密封用端盖 60。参见图 5，本发明的多功能光聚散板 100在工作时，太阳光垂直射入板状体 10, 经板状体 10偏转角度后射到抛物面 31、 32, 然后聚焦到集热管 51。由于该结构对光线角度进行偏转，使得空腔 40的厚度可做得很薄，偏转角度越大，空腔 40的厚度就越薄，因此本多功能光聚散板 100可制成板状。

实施例 2

参阅图 2A -图 2C, 其基本结构同实施例 1 , 所不同的是，在所述抛物面 31、 32的焦线 A或其附近设有光电转换集热装置 52。该光电转换集热装置由集热管 521和光伏电池板 522构成，所述光伏电池板 522由获得商购获得，它紧密贴合在集热管 521外部，光伏电池板 522与设在端盖 60上的输出端子相连接，用于将太阳光光能转换成电能。集热管 521由高导热金属材料制成，其外表面涂有高吸光的光热转换材料，集热管 521的两端设有与端盖 60密封固定和将热量引出的导管 5211。该集热管 521可吸收未被光伏电池板 522所吸收的那部分光，同时还可将光伏电池板 522产生的热能导出，起到冷却光伏电池的作用。

实施例 3

参阅图 3人~图 3C，其基本结构同实施例 1，所不同的是，在所述抛物面 31、 32的焦线或其附近设有发光装置 53, 该发光装置为线光源，如灯管参见图 6, 发光装置 53发出的光大部分经抛物面反射到板状体 10，再偏转角度成垂直于板状体的板面的平行光折射到外部；光的另一小部分则直接经板状体 10呈一定角度折射到外部，因此形成了一个板状的平行光源，可用于照明、背景光源等，其光线较为均匀、柔和，亮度高。

实施例 4

参阅图 4A、 4B，该方案中，其基本结构同实施例 1，所不同的是，多功能光聚散板 100有一个透明材料制成的圆盘形板状体 10, 该板状体内沿板状体圆周方向设有多个首尾相连的折射腔 21，每个折射腔为多边形腔体 211，在所述板状体 10下部设有基板 30, 该基板 30 为圓形板状体，其上表面设有两个共焦点的对称的抛物面 31、 32，它是由两段共焦点的对称的抛物线沿对称线旋转形成，该抛物面为光反射面，抛物面 31、 32上镀光反射膜。所述抛物面 31的焦点 A位于空腔 40内的中轴线上，在所述焦线处设有发光装置 54。发光装置 54 为点光源，如高压卤灯。参见图 6，该发光装置 54发出的光大部分经抛物面反射到板状体 10 , 再偏转角度成垂直于板状体的板面的平行光折射到外部；光的另一小部分则直接经板状体 10呈一定角度折射到外部，因此形成了一个圓板状的平行光源，可用于照明、背景光源等，其光线较为均匀、柔和，亮度高。

尽管通过以上实施例对本发明进行了揭示，但是本发明的范围并不局限于此，在不偏离本发明构思的条件下，以上各构件可用所属技术领域人员了解的相似或等同元件来替换。

Claims

权利要求

1、一种多功能光聚散板，其特征在于，它有一个透明材料制成的长度可无限延长的条形板状体（10), 该板状体内设有两组左右对称的折射腔（21、 22)，每组折射腔由多个沿板状体宽度方向依次排列的多边形腔体（ 211、 221 )构成，两组折射腔的多个多边形腔体（ 211、 221) 沿板状体长度方向从一端延伸至另一端，在所述板状体（10) 下部设有基板 (30), 该基板的上表面为两个共焦线的对称的抛物面 (31、 32), 两个抛物面为光反射面，其与板状体的下表面（121)之间形成空腔（40)，所述抛物面（31、 32) 的焦线 A位于空腔内的两个抛物面的对称面上，在所述焦线处设有集热管（51), 该多功能光聚散板 (100) 的两端设有密封用端盖（60)。

2、如权利要求 1所述的多功能光聚散板，其特征在于，所述板状体（10)由上板体（11)、下板体（12)对合而成，所述上板体（11)、下板体 (12)上各具有多个多边形腔体（211、 221) 的上部和下部。

3、如权利要求 1所述的多功能光聚散板，其特征在于，所述的每个多边形腔体（211、 221)均为四边形腔体，它由两个使光发生透射和折射的第一透射、折射面（ 2111、 2211 )，第二透射、折射面（ 2112、 2212 )和两个不发生透射和折射的竖直面（ 2113、 2213 )及斜面（ 2114、 2214)构成，入射光经板状体（10)的上表面（111)、第一透射、折射面（ 2111、 2211 )，第二透射、折射面（ 2112、 2212 )及板状体（ 10 ) 的下表面（121)透射、折射，使光向两个抛物面（31、 32)偏转。 4、如权利要求 3所述的多功能光聚散板，其特征在于，所述多个腔体（211、 221) 中，各腔体的第一透射、折射面（2111、 2211 ) 和第二透射、折射面（2112、 2212)的交点与其相邻的不发生透射和折射的竖直面（2113、 2213)及斜面（2114、 2214) 的交点相连。

5、如权利要求 1所述的多功能光聚散板，其特征在于，所述基板（ 30)是由隔热材料制成的板状体，其上表面设有两个共焦线的对称的抛物面（31、 32), 抛物面（31、 32)上镀或贴光反射膜，该抛物面将入射到其上的光线反射到集热管 ( 51 )。

6、如权利要求 1所述的多功能光聚散板，其特征在于，所述集热管（51)由高导热金属材料制成，其外表面涂有高吸光的光热转换材料，集热管（51)的两端设有与端盖（60)密封固定和将热量引出的导管（511)。

7、一种多功能光聚散板，其特征在于，它有一个透明材料制成的长度可无限延长的条形板状体（10)，该板状体内设有两组左右对称的折射腔（21、 22), 每组折射腔由多个沿板状体宽度方向依次排列的多边形腔体（ 211、 221 )构成，两组折射腔的多个多边形腔体（ 211、 221) 沿板状体长度方向从一端延伸至另一端，在所述板状体（10) 下部设有基板 (30), 该基板的上表面为两个共焦线的对称的抛物面

(31、 32), 两个抛物面为光反射面，其与板状体的下表面（121)之间形成空腔（40)，所述抛物面（31、 32) 的焦线 A位于空腔内的两个抛物面的对称面上，在所述焦线处设有光电转换集热装置（52), 该多功能光聚散板 (100)的两端设有密封用端盖（60)。 8、如权利要求 7所述的多功能光聚散板，其特征在于，所述板状体（10)由上板体（11)、下板体（12)对合而成，所述上板体（11)、下板体（12)上各具有多个多边形腔体 (21U 221) 的上部和下部。

9、如权利要求 7所述的多功能光聚散板，其特征在于，所述的每个多边形腔体（211、 221)均为四边形腔体，它由两个使光发生透射和折射的第一透射、折射面（ 2111、 2211 ),第二透射、折射面（ 2112、 2212 )和两个不发生透射和折射的竖直面（ 2113、 2213 )及斜面（ 2114、 ²²14)构成，入射光经板状体（10)的上表面（111)、第一透射、折射面（2111、 2211), 第二透射、折射面（2112、 2212)及状体（10) 的下表面（121)透射、折射，使光向两个抛物面（31、 32)偏转。

10、如权利要求 9所述的多功能光聚散板，其特征在于，所述多个腔体（211、 221) 中，各腔体的第一透射、折射面（2111、 2211) 和第二透射、折射面（2112、 2212)的交点与其相邻的不发生透射和折射的竖直面 (2113, 2213)及斜面（2114、 2214) 的交点相连。

11、如权利要求 7所述的多功能光聚散板，其特征在于，所述基板（ 30 )是由隔热材料制成的板状体，其上表面设有两个共焦线的对称的抛物面（31、 32), 抛物面（31、 32)上镀或贴光反射膜，该抛物面将入射到其上的光线反射到光电转换集热装置（ 52 )。

12、如权利要求 7所述的多功能光聚散板，其特征在于，所述光电转换集热装置（52) 由集热管（521)和光伏电池板 ( 522 )构成，所述光伏电池板（ ⁵2² )紧密贴合在集热管（ 521 )外部，集热管（ 521 ) 由高导热金属材料制成，其外表面涂有高吸光的光热转换材料，集热管（521 ) 的两端设有与端盖（60) 密封固定和将热量引出的导管 (5211)，光伏电池（ 522 )与设在端盖（60)上的输出端子相连接。

13、一种多功能光聚散板，其特征在于，它有一个透明材料制成的长度可无限延长的条形板状体（10), 该板状体内设有两组左右对称的折射腔（21、 22), 每组折射腔由多个沿板状体宽度方向依次排列的多边形腔体（ 211、 221 )构成，两组折射腔的多个多边形腔体（ 211、 221) 沿板状体长度方向从一端延伸至另一端，在所述板状体（10) 下部设有基板 (30), 该基板的上表面为两个共焦线的对称的抛物面

(31、 32), 两个抛物面为光反射面，其与板状体的下表面（121)之间形成空腔（40), 所述抛物面（31、 32)的焦线 A位于空腔内的两个抛物面的对称面上，在所述焦线处设有发光装置（53), 该多功能光聚散板 (100)的两端设有密封用端盖（60)。

14、如权利要求 13所迷的多功能光聚散板，其特征在于，所述板状体（10) 由上板体（11)、下板体（12)对合而成，所述上板体

(11)、下板体 (12)上各具有多个多边形腔体（211、 221)的上部和下部。

15、如权利要求 13所述的多功能光聚散板，其特征在于，所述的每个多边形腔体（211、 221)均为四边形腔体，它由两个使光发生透射和折射的第一透射、折射面（2111、 2211), 第二透射、折射面

(2112、 2212)和两个不发生透射和折射的竖直面（2113、 2213)及斜面（2114、 2214)构成，入射光经板状体（10)的上表面（111)、第一透射、折射面（2111、 2211), 第二透射、折射面（2112、 2212) 及状体（10)的下表面（121)透射、折射，使光向两个抛物面（31、 32 )偏转。

16、如权利要求 13所述的多功能光聚散板，其特征在于，所述多个腔体（211、 221)中，各腔体的第一透射、折射面（2111、 2211) 和第二透射、折射面 (2112、 2212)的交点与其相邻的不发生透射和折射的竖直面（2113、 2213)及斜面（2114、 2214) 的交点相连。

17、如权利要求 13所述的多功能光聚散板，其特征在于，所述基板 ( 30 )为板状体，其上表面设有两个共焦线的对称的抛物面（ 31、 32 )，抛物面（ 31、 32 )上镀或贴光反射膜，该抛物面将发光装置（ 53 ) 射到其上的光线反射到板状体（10)上。

18、如权利要求 13所述的多功能光聚散板，其特征在于，所述发光装置（53)可以是线光源或由点光源串接而成。

19、一种多功能光聚散板，其特征在于，它有一个透明材料制成的圓盘形板状体（10)，该板状体内沿板状体圆周方向设有多个首尾相连的折射腔（ 21 ), 每个折射腔为多边形腔体（ 211 )，在所述板状体（ 10 )下部设有基板 ( 30 )，该基板的上表面为两段共焦点的对称的抛物线沿对称线旋转形成的抛物面（31)，该抛物面为光反射面，其与板状体的下表面（121)之间形成空腔（40)，所述抛物面（31) 的焦点 A位于空腔（40)内的中轴线上，在所述焦线处设有发光装置

(54)。

20、如权利要求 19所述的多功能光聚散板，其特征在于，所述板状体（ 10 ) 由上板体（ 11 )、下板体 ( 12 )对合而成，所述上板体 ( 11 )、下板体 ( 12 )上各具有多个多边形腔体（ 211 )的上部和下部。

21、如权利要求 19所述的多功能光聚散板，其特征在于，所述的每个多边形腔体（211) 为四边形腔体，它由两个使光发生透射和折射的第一透射、折射面（2111)，第二透射、折射面（2112)和两个不发生透射和折射的竖直面（2113)及斜面（2114)构成，入射光经板状体（10) 的上表面（111)、第一透射、折射面（2111), 第二透射、折射面（2112)及状体（10) 的下表面（121)透射、折射，使光向两个抛物面（31、 32)偏转。

22、如权利要求 19所述的多功能光聚散板，其特征在于，所述多个腔体（211) 中，各腔体的第一透射、折射面（2111)和第二透射、折射面（2112) 的交点与其相邻的不发生透射和折射的竖直面

(2113)及斜面（2114)的交点相连。

23、如权利要求 19所述的多功能光聚散板，其特征在于，所述基板（30)为圆形板状体，其上表面设有两个共焦点的对称的抛物面

(31、 32)，抛物面（31、 32)上镀或贴光反射膜，该抛物面将发光装置（54)射到其上的光线反射到板状体（10)上。

24、如权利要求 19所述的多功能光聚散板，其特征在于，所述发光装置（54)为点光源。