一种野外太阳能加热装置制造方法及图纸

一种野外太阳能加热装置，使用二片特殊曲面的透镜，经过二次折射，将太阳光聚焦后再转变为单位亮度增大的平行光光束，并通过反光镜照射到加热锅锅底。此野外太阳能加热装置的关键技术在于二片特殊曲面的透镜的曲面的数学解析式的推导，应用本发明专利技术推导出的二片特殊曲面的透镜的数学解析式，能够计算出二片特殊曲面的透镜的曲面曲线上一系列点的坐标值，有了坐标值就可以借助数控设备加工出此二片特殊曲面的透镜。与目前常用的用抛物面反光镜制作的太阳能加热装置相比，本发明专利技术所述野外太阳能加热装置因为迎风面积相对较小，固定结构相对简单，容易制作成轻巧结构，方便随身携带，可用于旅游或军用行军途中做饭烧水等。

A field solar heating device

【技术实现步骤摘要】
一种野外太阳能加热装置
本专利技术涉及一种新型野外太阳能加热装置。
技术介绍
野外太阳能加热装置可以用来在野外烧饭烧水等，因为需要随身携带，所以要求结构要相对简单，重量较轻。本专利技术所述野外太阳能加热装置，利用太阳光聚焦后产生的热能加热物体，构件图如图10所示，太阳光聚焦光路图如图1或图9所示。此种太阳能加热装置是用二片特殊曲面的透镜(图1中的011、012，图9和图10中的013、012)，加上反光镜(图9和图10中的015)、加热锅(图9和图10中的016)以及联接构件(图10中的017)、转轴(图10中的018)及固定架(图10中的019)组成。转轴(图10中的018)用来调节特殊曲面的透镜(图10中的013、012)朝向太阳的角度。图9中上方平行光光束为太阳光，二片特殊曲面的透镜(图10中的013、012)将太阳光经过二次折射转变为单位亮度增大的平行光光束，再经过反光镜(015)的反射，照射到加热锅(016)的底部。目前常用的用抛物面反光镜面制作的野外太阳能加热装置如图12所示，图12中(021)是抛物面反光镜面，(022)是加热锅，(023)是转轴，转轴用来调节抛物面镜面朝向太阳的角度，(025)是固定架。本专利技术所述野外太阳能加热装置与目前常用的用抛物面反光镜面制作的野外太阳能加热装置相比，抛物面太阳能加热装置因为迎风面积较大，容易被风吹倒，所以需要较坚固的固定装置，这使得抛物面太阳能加热装置的重量和体积都较大，不利于野外携带。本专利技术所述野外太阳能加热装置，迎风面积相对较小，容易制作成轻巧结构，方便携带。
技术实现思路
图1是二片具有特殊曲面的透镜的截面形状和聚焦光路示意图。为了准确形象的描述本专利技术给出的新型透镜，本说明书给此二片透镜分别起一个名字叫：“平凸函数透镜”(图1中编号011)和“平凹函数透镜”(图1中编号012)，特指这种透镜的曲面符合某个本说明书中所描述的数学函数解析式，也是为了与球面透镜和非球面透镜区分开。平凸函数透镜是一侧表面为平面，另一侧表面为凸函数曲面的函数透镜。平凹函数透镜是一侧表面为平面，另一侧表面为凹函数曲面的函数透镜。由平凸函数透镜和平凹函数透镜组成的透镜组合件下文中简称为“函数透镜组合件”。本说明书中所说“透镜折射曲面”是指：透镜使光线发生折射的表面曲面。本说明书中所说“透镜折射曲面线”的含义是：透镜折射曲面线绕中心轴旋转360度形成的曲面即是透镜折射曲面，对透镜折射曲面的数学解析可分解为对透镜折射曲面线的数学解析，对透镜折射曲面线做出的数学解析在透镜折射曲面上将得到相同结果。本说明书中所说函数透镜的“中心轴线”是指：透镜折射曲面线绕中心轴线旋转360度构成折射曲面时，折射曲面线所围绕的中心轴线即是函数透镜的中心轴线。本说明书中所说“平行光光束”是指：光线与光线之间相互平行组成的光束；本说明书中所说“聚焦光束”是指：某个物体发出的射向某一焦点(或等同于某个物体发出的射向某一焦点)的光束；本说明书中所说“点光源光束”是指：从某一焦点发出的射向某个物体(或等同于从某一焦点发出的射向某个物体)的光束。本说明书中所说“函数透镜的边缘点”是指：函数透镜折射曲面线上距离透镜中心轴线最边缘的点，即图3和图6中的R点。本说明书中所说“函数透镜准平面”是指：与函数透镜中心轴线垂直并与函数透镜边缘点相交的平面。函数透镜组合件具有的功能是：能将平行光光束经过二次折射转变为单位亮度增大的平行光光束。为了制造和加工出此函数透镜组合件需要先推导出二片函数透镜折射曲面的数学函数解析式，具体推导如下：(01)从光学透镜折射率公式推导出一个折射率公式的变形公式：参看图2，a角为光线入射角，c角为光线折射角，PF为法线，PA为入射光线，PB为折射光线，PE为入射光线的延长线，b角加d角等于c角，又因为d角等于a角，(对顶角相等)，所以角b＝c-d＝c-a，本说明书给b角起一个名字叫：“偏转角”，偏转角是入射光线的延长线与折射光线之间的夹角。图2中下方是光密介质，上方是空气，光从光密介质射入空气中，n为光的相对折射率，因为实验实际测得的n值大于1，根据折射率公式：n＝sin(c)/sin(a)，所以有：c角大于a角，b角大于零。n＝sin(c)/sin(a)；(n为光的相对折射率，由折射率公式得到)＝sin(a+b)/sin(a)；(参看图2，c＝d+b＝a+b得到)＝[sin(a)cos(b)+cos(a)sin(b)]/sin(a)；(由三角函数公式得到)＝{[sin(a)cos(b)]/sin(a)}+{[cos(a)sin(b)]/sin(a)}；(中括号展开得到)＝cos(b)+[sin(b)/tan(a)]；(由a角正切值tan(a)＝sin(a)/cos(a)得到)再将n＝cos(b)+[sin(b)/tan(a)]推导出的公式左右移项整理化简，可以得到如下公式：tan(a)＝sin(b)/[n-cos(b)]…………(1)导出公式(1)给出了入射角a与偏转角b及相对折射率n三者之间的数学关系，这个公式是折射率公式的变形公式，下面推导过程中要用到。(02)推导平凸函数透镜折射曲面线切线斜率绝对值公式(YZQ切线公式)：参看图3，图3是平凸函数透镜将平行光光束经过折射转变为聚焦光束的光路图。图中弧线是透镜折射曲面线，透镜的另一侧为平面，且此平面与X坐标轴平行，Y坐标轴是透镜折射曲面的中心轴线。当入射光为平行光光束且与透镜的平面一侧垂直，并照射到透镜的平面一侧时，入射光不发生折射，入射光保持原有方向进入透镜内部。Y坐标轴上的f点是透镜折射光线的焦点，本说明书中称f点为平凸函数透镜的焦点。P点是透镜折射曲面上的任意一点，从下向上标有箭头的平行线是入射光线，入射光线与Y坐标轴平行，PE线是入射光线通过P点的延长线，PF线是透镜折射曲面在P点的法线，X轴上的G点是透镜折射曲面上P点的切线与X坐标轴的交点，X轴上的R点是透镜的边缘点，O点是坐标原点，折射光线Pf与PE直线的夹角是b角，因为入射光线延长线PE与Y坐标轴平行，所以折射光线Pf与Y坐标轴的夹角也是b角，(并行线内错角相等)，入射光线HP与法线PF的夹角是光线入射角a角，切线PG与X轴的夹角是d角。因为d角的二条边与a角的二条边分别相互垂直，(切线垂直于法线，入射光线垂直于X轴)，所以有d角等于a角。接下来我们把图3中的a角b角与图2中的a角b角作一个比较，你会发现，它们的物理特性是完全相同的，都是入射角和偏转角，由图2推导出的公式(1)在图3中同样是正确的。又因为在图3中a角等于d角，d角小于90度，并且d角是切线与X轴的夹角，所以P点切线斜率的绝对值|k|为|k|＝tan(d)＝tan(a)，将|k|代入公式(1)中得到：|k|＝sin(b)/[n-cos(b)]…………(2)。公式(2)即是将平行光光束经过折射转变为聚焦光束的平凸函数透镜折射曲面上任意一点的切本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种野外太阳能加热装置，利用太阳光聚焦后产生的热能加热物体，所述野外太阳能加热装置是用函数透镜组合件来聚焦太阳光，并通过反光镜将聚焦后的太阳光反射到加热锅锅底，其特征是：所述野外太阳能加热装置由函数透镜组合件、反光镜(015)、加热锅(016)、联接构件(017)、转轴(018)及固定架(019)组成，函数透镜组合件是由二片函数透镜组成，二片函数透镜中一片是平凸函数透镜(011)或制作成菲尼尔透镜形式的平凸函数透镜(013)，另一片是平凹函数透镜(012)，二片函数透镜各自的焦点(f点)在空间上重合，并且二片函数透镜的中心轴线在空间上也重合，平凸函数透镜(011)或制作成菲尼尔透镜形式的平凸函数透镜(013)折射曲面上每一点的坐标值与用微分链接计算法或用微分解方程计算法计算而得到的每一点的坐标值相吻合，平凹函数透镜(012)折射曲面上每一点的坐标值与用微分链接计算法或用微分解方程计算法计算而得到的每一点的坐标值的镜像值相吻合，微分链接计算法中和微分解方程计算法中切线斜率绝对值的计算是按YZQ切线公式(或按与YZQ切线公式具有相同计算结果的其它形式的数学公式)进行计算。/n

【技术特征摘要】
1.一种野外太阳能加热装置，利用太阳光聚焦后产生的热能加热物体，所述野外太阳能加热装置是用函数透镜组合件来聚焦太阳光，并通过反光镜将聚焦后的太阳光反射到加热锅锅底，其特征是：所述野外太阳能加热装置由函数透镜组合件、反光镜(015)、加热锅(016)、联接构件(017)、转轴(018)及固定架(019)组成，函数透镜组合件是由二片函数透镜组成，二片函数透镜中一片是平凸函数透镜(011)或制作成菲尼尔透镜形式的平凸函数透镜(013)，另一片是平凹函数透镜(012)，二片函数透镜各自的焦点(f点)在空间上重合，并且二片函数透镜的中心轴线在空间上也重合，平凸函数透镜(011)或制作成菲尼尔透镜形式的平凸函数透镜(013)折射曲面上每一点的坐标值与用微分链接计算法或用微分解方程计算法计算而得到的每一点的坐标值相吻合，平凹函数透镜(012)折射曲面上每一点的坐标值与用微分链接计算法或用微分解方程计算法计算而得到的每一点的坐标值的镜像值相吻合，微分链接计算法中和微分解方程计算法中切线斜率绝对值的计算是按YZQ切线公式(或按与YZQ切线公式具有相同计算结果的其它形式的数学公式)进行计算。


2.权利要求1所述平凸函数透镜(011)或制作成菲尼尔透镜形式的平凸函数透镜(013)其特征是：透镜一侧为平面，透镜另一侧为凸函数曲面。


3.权利要求1所述平凹函数透镜(012)其特征是：透镜一侧为平面，透镜另一侧为凹函数曲面。


4.权利要求1所述YZQ切线公式，其特征是：公式为|k|＝sin(b)/[n-cos(b)]，公式中的|k|为平凸函数透镜(011)或制作成菲尼尔透镜形式的平凸函数透镜(013)或平凹函数透镜(012)折射曲面上的任意一点(P点)的切线斜率的绝对值，b是对应的切线切点(P点)与透镜折射曲面的焦点(f点)的连线再与透镜折射曲面的中心轴线相交的夹角，n是透镜材料相对于空气(光线从透镜射出进入空气中)光的相对折射率。


5.权利要求1所述微分链接计算法，其特征是：把平凸或平凹函数透镜折射曲面的中心轴线作为Y坐标轴，透镜的边缘点位于X轴上，透镜折射曲面线位于坐标系第一象限，把透镜折射曲面线在X方向按微小间隔dx分成许多微小片段，(dx值可以根据需要任意设定)，将每一个微小片段定为是一段直线，微小直线片段在X轴上的投影长度为dx，在Y轴上的投影长度为dy，微小直线片段上的关键点按计算顺序分为起点坐...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨兆强，
申请(专利权)人：杨兆强，
类型：发明
国别省市：浙江;33