四重抛物柱面聚光器制造技术

本发明专利技术公开了一种四重抛物柱面聚光器，它包括至少一组四重抛物柱面聚光单元。四重抛物柱面聚光单元由四个抛物柱面反射镜组成，分别是四个不同抛物曲面的一部分，开口方向相同。一次抛物柱面反射镜和二次抛物柱面反射镜具有相同焦线和对称面。三次抛物柱面反射镜和四次抛物柱面反射镜具有相同的焦线和相同的对称面，三次抛物柱面反射镜和四次抛物柱面反射镜的焦线与一次抛物柱面反射镜和二次抛物柱面反射镜的焦线之间垂直；四重抛物柱面聚光器对光线有汇聚或扩散作用，且入射与出射光线平行，四重抛物柱面聚光单元和由其组成的四重抛物柱面聚光器可用做透镜组，用于太阳能聚光，可制做成较大体积，没有聚光倍数上限限制，成本低，加工容易。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及太阳能利用
，特别是涉及一种对太阳光进行聚光的光学装置。
技术介绍
太阳能是一种清洁无污染的可再生能源，取之不尽，用之不竭，充分开发利用太阳 能不仅可以节约日益枯竭的常规能源，缓解严峻的资源短缺问题，而且还可以减少污染，保 护人类赖以生存的生态环境。在众多的太阳能利用技术中，最为常见的有太阳能光伏发电、太阳能光热发电、太 阳能热水器等。目前，在太阳能光伏发电中，绝大多数采用的是硅电池片的光伏发电技术， 而硅电池片只将到达地面的太阳能的15%左右的能量转换为电能，太阳能的利用效率总体 还是比较低的。太阳能光热发电技术中，主要是先对太阳光进行聚光，达到中高温后，再利用其热 量进行发电。包括太阳能光伏发电技术在内，目前的聚光技术主要有反射式聚光和透射式 聚光两类。反射式聚光主要分塔式、碟式、槽式、和线性菲涅尔四种形式。透射式聚光主要 采用普通的圆弧面透镜和菲涅尔透镜两种形式。而太阳能是一种能量密度比较低的资源， 因此要求无论是反射式聚光还是透射式聚光，都要求将采光面积设置的比较大。而普通的 圆弧面透镜要做得比较大时，其工艺成本就会直线上升，尤其是重量太大，一般只在天文望 远镜等特殊场合使用。菲涅尔透镜的面积做得比较大时，也存在加工工艺难、成本过高的问 题。目前最常用的三种菲涅尔透镜的制造工艺有压模、注模和聚化物浮花压制加工。压 模和聚化物浮花压制加工可以达到较好的沟槽效果，但成本高。而注模工艺成本低，但使用 寿命短，一般低于10年。这三种菲涅尔透镜的制造工艺都需要在玻璃的背面上结合一种塑 料。这种透镜的主要问题是聚光不均勻、塑料与玻璃之间的热膨胀率不同容易造成脱落、塑 料在太阳光下容易老化和发黄。目前，有一种叫做“光漏斗”的聚光器，它的缺点是聚光不均勻、聚光光线方向不一 致、聚光倍数有上限，而且当聚光倍数接近上限时，这种聚光器的尺寸会非常大，存在制造 与安装时的难题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种易于制造、成本低廉、性价比高、没有聚光倍数上限限 制的新型聚光光学装置。为实现上述目的，本专利技术的技术解决方案是一种四重抛物柱面聚光器，它包括至 少一组四重抛物柱面聚光单元。四重抛物柱面聚光单元由一次抛物柱面反射镜、二次抛物柱面反射镜、三次抛物 柱面反射镜、四次抛物柱面反射镜组成，用表面可以反射光线的簿板材料制作，如镜面不锈 钢板、镀膜塑料板、镀膜玻璃板等。在迪卡尔坐标xyz空间内，四个抛物反射镜面分别是四个不同抛物曲面的一部分，都朝同一方向开口，即向y轴方向开口。一次抛物柱面反射镜和 三次抛物柱面反射镜的反射面都是内侧表面反射；二次抛物柱面反射镜和四次抛物柱面反 射镜的反射面都是外侧表面反射。一次抛物柱面反射镜和二次抛物柱面反射镜具有相同的焦线，具有相同的对称 面，且一次抛物柱面反射镜的焦距大于二次抛物柱面反射镜的焦距；一次抛物柱面反射镜 和二次抛物柱面反射镜在xz平面内的投影不相交；一次抛物柱面反射镜的靠近顶点的一 侧边和二次抛物柱面反射镜的远离顶点的一侧边在XZ平面内的投影无限接近；当光线沿 坐标轴yo方向，即沿平行于一次抛物柱面反射镜的对称面、且垂直于它的焦线、且由开口 向顶点方向入射时，经一次抛物柱面反射镜的反射，光线全部到达二次抛物柱面反射镜的 外表面，由光学和几何学知识可知，这些光线再经过二次抛物柱面反射镜的反射，仍会沿坐 标轴yo方向，即沿平行于一次抛物柱面反射镜的对称面、且垂直于它的焦线、且由开口向 顶点方向传播。三次抛物柱面反射镜和二次抛物柱面反射镜在XZ坐标平面上的投影重合；三次 抛物柱面反射镜上的任一点的y坐标的最大值均小于二次抛物柱面反射镜和一次抛物柱 面反射镜的任一点y值，即三次抛物柱面反射镜在二次抛物柱面反射镜和一次抛物柱面反 射镜的下方。三次抛物柱面反射镜、四次抛物柱面反射镜具有相同的焦线，具有相同的对称面， 即Xy坐标平面，且三次抛物柱面反射镜的焦距大于四次抛物柱面反射镜的焦距；三次抛物 柱面反射镜和四次抛物柱面反射镜具有的相同的焦线与一次抛物柱面反射镜和二次抛物 柱面反射镜具有的相同的焦线之间互相垂直；三次抛物柱面反射镜和四次抛物柱面反射镜 在XZ平面内的投影不相交；三次抛物柱面反射镜的靠近顶点的一侧边和四次抛物柱面反 射镜的远离顶点的一侧边在XZ平面内的投影无限接近；当光线沿坐标轴yo方向，即沿平行 于一次抛物柱面反射镜的对称面、且垂直于它的焦线、且由开口向顶点方向入射时，经三次 抛物柱面反射镜的反射，光线全部到达四次抛物柱面反射镜的外反射表面，由光学和几何 学知识可知，这些光线再经过四次抛物柱面反射镜的反射，仍会沿坐标轴yo方向，即沿平 行于三次抛物柱面反射镜的对称面、且垂直于它的焦线、且由开口向顶点方向传播。当给定区域内的光线沿坐标轴yo方向，即沿平行于一次抛物柱面反射镜的对称 面、且垂直于它的焦线、且由开口向顶点方向入射时，经一次抛物柱面反射镜的反射，光线 全部到达二次抛物柱面反射镜的外反射表面，这些光线再经过二次抛物柱面反射镜的反 射，仍会沿坐标轴yo方向传播，再经过三次抛物柱面反射镜的反射，射向四次抛物柱面反 射镜的表面，再经过它的反射后，仍沿坐标轴 ο方向传播，并最终汇聚到一个更小的确定 的区域内，从而实现光线的汇聚功能。相反，当给定区域内的光线沿坐标轴oy方向，即沿平行于一次抛物柱面反射镜的 对称面、且垂直于它的焦线、且由顶点向开口方向入射时，分别经过四次抛物柱面反射镜、 三次抛物柱面反射镜、二次抛物柱面反射镜、一次抛物柱面反射镜的反射，光线最终会扩散 在更大的确定的区域内，从而实现光线的扩散功能。沿坐标轴oy方向，即沿平行于一次抛物柱面反射镜的对称面、且垂直于它的焦线 的方向的光线，经过四重抛物柱面聚光单元的汇聚或扩散作用后，入射光线与出射光线之 间是平行关系，因此，四重抛物柱面聚光单元以及由四重抛物柱面聚光单元组成的四重抛物柱面聚光器具有透镜组的功能，完全可以用于太阳能聚光，也可以用于望远镜、显微镜等 光学仪器中。由于四重抛物柱面聚光单元中的四个抛物反射面可采用普通的表面可以反射 光线的簿板材料安装在抛物曲线的模具上实现光线的汇聚与扩散功能，因此，四重抛物柱 面聚光单元以及由四重抛物柱面聚光单元组成的四重抛物柱面聚光器可以制做成相当大 的体积，与制做常规透镜相比，具有成本低廉，加工容易的巨大优势。附图说明图1是本专利技术的侧俯视结构与光路示意图；图2是本专利技术的四重抛物柱面聚光单元结构示意图；图3是本专利技术的四重抛物柱面聚光单元结构示意4是本专利技术的四重抛物柱面聚光单元的前视图；图5是本专利技术的四重抛物柱面聚光单元的左视图；图6是本专利技术的四重抛物柱面聚光单元的顶视图。图中标号说明如下10-四重抛物柱面聚光单元、1-一次抛物柱面反射镜、2-二次抛物柱面反射镜、 3-三次抛物柱面反射镜、4-四次抛物柱面反射镜。具体实施例方式如图1所示，本专利技术是一种四重抛物柱面聚光器，它包括至少一组四重抛物柱面 聚光单元10。如图2、图3、图4、图5所示，四重抛物柱面聚光单元10由一次抛物柱面反射镜1、 二次抛物柱面反射镜2、三次抛物柱面反射镜3、四次抛物柱面反射镜4组成，用表面可以反 射光线的簿板材料制作，如镜面不锈钢板、镀膜塑料板、镀膜玻璃板等。在迪卡尔本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种四重抛物柱面聚光器，其特征在于：它包括至少一组四重抛物柱面聚光单元（１０）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张德胜，
申请(专利权)人：张德胜，
类型：发明
国别省市：65[中国|新疆]