超高溫太陽能複合透鏡疊焦聚光器的製作方法
2023-04-29 02:25:46 1
專利名稱：超高溫太陽能複合透鏡疊焦聚光器的製作方法
技術領域：
本發明涉及超高溫太陽能複合透鏡疊焦聚光器，特別是現代高端太陽能技術的應用、光電解水制氫、金屬冶煉、新的特種物質提煉、超大設備製造焊接、現代房屋建設及現場燒結成型等技術領域。
背景技術：
當前由於來自環保和人類對清潔能源的迫切需求，中國一名在校的初中生於2003 年向中國知識產權局提交了一項高溫高功率液態太陽能光學透鏡發明專利申請，申請號為 03126285. 4並在2007年授予專利權。在2005年我聯合該項技術的原創發明人向中國知識產權局提交了一項超高溫聚光鏡，申請號為200510019617. 9的發明專利申請，這兩項發明一度激起起了中國人對新的太陽能發明創造熱情，但是就其內容來說，1、超大直徑液態透鏡雖然成本不算高，但是熱利用溫度停留在中高溫階段；2、反射鏡使用數量過大，容易引起聚光母鏡焦點的飄移，其效果不能更理想化。本次將要提出的發明專利申請，在發現了上述專利技術弊端情形下，進行消除弊端和保留優勢的前提，經過了嚴格和巧妙的技術改進，使得技術思想更加先進，產品的生產實施成本更低、太陽能熱利用效率更高、產生溫度更高和用途更廣。
發明內容
本發明公開一種利用太陽光能進行的超級聚焦技術，由於傳統的聚焦太陽光的方法普遍採用單只凸透鏡、液態透鏡和非聶耳鏡等它們的聚焦倍數只有1000倍左右，在太陽光照射下這些透鏡的焦點和光斑溫度總是在1000度左右徘徊，特別是在光照強度減弱時其溫度將進一步降低，要想採用太陽光對金屬進行冶煉、加工、焊接，幾乎十分困難，同時對於高溫儲存與燒火做飯的熱度等級難以保證；本發明巧妙地採用了多個的凸透鏡或多個的非聶耳透鏡與稜鏡組成的複合透鏡，利用最簡單的方法使多個透鏡的焦點重合實現疊焦， 展現一隻複合透鏡的焦點溫度達到或超過6300度。解決本技術發明的基本技術方法是選擇一塊厚度為16毫米、邊長為1200毫米的正方形透明玻璃，利用雷射或玻璃刀割劃成正六邊形或正圓形玻璃圓盤，在上面均勻劃分七個小的等圓形面區，中間小圓區與大圓盤共圓心，並且中間小圓形為非加工區，接著對除中間小圓以外的六個等面積區，經過粗磨、精磨和拋光，製成靠大圓圓周方向薄且靠中間小圓方向厚的對稱六面稜鏡，然後，選擇直徑為38毫米的七隻薄型凸透鏡的成品鏡，在大圓盤全平面的那一面，採用無影膠粘接，結構位置為中間的透鏡與大圓盤共圓心，周圍六隻透鏡分布角度和距離互為對稱，這樣一個具有超高溫太陽能複合透鏡疊焦聚光器就製造完成。如果要製造直徑為1300到2000毫米以上的大功率超高溫聚光器，其凸透鏡部分採用大直徑液態透鏡替換就行了。
具體實施方式
超高溫太陽能複合透鏡疊焦聚光器，其特徵是在一隻六斜面體圓片稜鏡中，一面為平面另一面則為斜面，並且六斜面相交處製成小圓形平面構成小平面與多斜面複合結構；然後在在全平面的那一面排列安裝七隻等直徑凸透鏡或數量相等的非聶耳透鏡，並且構成太極陣結構，接著在圓片稜鏡的中心處製成圓形平面，當聚光器鏡面完全對準太陽光時，位於中心處的透鏡的焦點與光軸、光心重合，位於周邊的六隻透鏡在太陽的如射方向的光照面雖然與中心透鏡保持一致，但是從光線離開透鏡面起開開始竟入稜鏡的折射區，由於透鏡的聚焦光線受到了稜鏡的折射偏向中心透鏡，提供了焦點重合和疊焦的條件，並且六隻透鏡太陽光分別受稜鏡的折射作用，各焦點同時經過中心透鏡的焦點，產生了七隻焦點的疊焦現象，如果一隻透鏡的焦點溫度為900度，那麼複合透鏡的焦點溫度就是6300度。 複合透鏡可由雙環金屬框架和增高支架支撐，複合透鏡疊焦聚光器可直接跟蹤太陽光，跟蹤角度調整由雙金屬框架上的高精度光電傳感器和兩隻微型減速電機驅動，聚焦過程由一次光路完成；另外，疊焦聚光器鏡片也可固定安裝在支架上，並與適當遠距離安裝高精度定日鏡的反射太陽光偶合，其聚焦過程為二次光路完成，從遠處收集更多的太陽光能量。實施本技術發明的最優選方式是實施例1、建設一座功率為2兆瓦到20兆瓦的高溫太陽能蓄熱庫，可滿足1000戶到10000戶家庭使用暖氣。大量的複合透鏡疊焦聚光器陣列，直接安裝在地面垂直的杆架上，杆架採用與地面的斜拉索連接，以增強最大抗風能力，所有複合透鏡疊焦聚光器都對應安裝在雙環金屬框架上，每列雙金屬環安裝一套太陽光雙軸跟蹤器驅動，在每個焦點都安裝一個碗狀高溫接收器並與高溫空氣循環管串聯連接，整個循環管隨焦點的跟蹤狀態而跟隨運動，每列循環管的輸入端安裝一隻太陽能電池驅動的空氣壓縮泵，在循環管的輸出端連接地下或地面熱庫，其輸送空氣溫度為550度到 700度之間，最後在蓄熱庫裡安裝一套換熱蒸汽管道並分別與用戶輸管道連接。實施例2、本技術發明可直接用於工業裝備與製造行業，特別是光焊機、光切割和光穿孔機，由於複合透鏡中的中心凸透鏡焦點為目標焦點，與稜鏡完全重合的多個凸透鏡的光軸受稜鏡折射的作用，全部指向目標焦點並且相互重疊，形成公共焦點，其焦點溫度為 6300度左右。採用高精度太陽光跟蹤和焦距控制系統，可使焦點溫度調節到10000度，完全可用於切割鋼板和對鋼板的穿孔，光焊機效果更為顯著，其工件焊面光華平整，無波紋和魚鯪現象，焊接的機械強度高。實施例3、本技術發明可直接用於機械鑄造和鍛造工業，金屬和玻璃以及礦石的無氧冶煉工業，建材磚瓦燒結以及玻璃和工藝陶瓷工業等所需要的高溫和超高溫太陽能專用爐具，製造直徑為10米以上的單鏡片太陽能複合透鏡疊焦聚光器並採用反射定嚮導光， 為了減少反射面積和降低成本，選擇在聚光器與焦點距離的中途安裝反射鏡，聚光器總臺數選擇20臺左右為宜，場地安裝形式為扇形陣列方式，以便有利於降低投資和提高土地使用效率。另外可建設低成本低塔式超超臨界汽輪機發電站，還可製造單鏡片液壓回背光碎石機。實施例4、本技術發明可直接用於靠南牆陽臺廚房的燒火做飯，由於複合透鏡中的凸透鏡，在小功率產品可為固態透鏡，大功率則為液態透鏡，其材料為聚合物塑料、有機玻璃與白玻璃板混合製成充水後形成透鏡；另外還可採用透明矽橡膠製成軟體透鏡或非聶耳鏡，對於這些任意可選擇的低成本透鏡材料，生產太陽能複合透鏡疊焦聚光器炊事爐具和野外移動爐具。
實施例5、採用本技術發明的最大創造性實施效果是由於複合透鏡可選擇增加到2-20套組合陣列，使焦點溫度達到12600-126000度的超超高溫程度。如果我們選擇10 輛汽車，每輛車在車頭上安裝直徑為6米的複合透鏡1臺，車身後部安裝1臺相應的反射鏡，焦距設置為100米，將200千瓦63000度到90000度的高溫投射直徑為5釐米的極小面積上，可對山體、巖石進行轟炸實施開路，這種車載超高溫太陽能複合透鏡聚光器是中國對西部建設開發的首選高端設備，是人類對於新能源技術領域裡創造發明的歷史性重大突破。實施例6、採用本技術發明用於超強光電解水蒸氣制氫產業，選擇點畫線聚焦方式使複合透鏡中的稜鏡為雙斜面長方形稜鏡，複合透鏡中的凸透鏡數量為2乘以2加2到N 乘以N加N只，靠稜鏡斜面的對立面安裝2排到多排透鏡陣列一排相臨於另一排焦距差為梯形差，大量的凸透鏡在稜鏡的作用下，所有焦點形成超強光點連成的線段，其光照強度為 1億到7億勒克斯，這種主要是用光而不是熱，解決了高效率制氫的技術難題。
權利要求
1.超高溫太陽能複合透鏡疊焦聚光器，其特徵是在一隻六斜面體圓片稜鏡中，一面為平面另一面則為斜面，並且六斜面相交處製成小圓形平面構成小平面與多斜面複合結構；然後在在全平面的那一面排列安裝七隻等直徑凸透鏡或數量相等的菲涅透鏡，並且構成圓形太極陣結構，接著在圓片稜鏡的中心處製成圓形平面，並且以一透鏡為中心另外六隻透鏡圍繞，複合透鏡由雙環金屬框架和增高支架支撐，除圓形太極陣結構外另可為長方形多排陣列結構，稜鏡為雙斜面梯形板，疊焦聚光器可直接跟蹤太陽光，聚焦過程由一次光路完成；另外，疊焦聚光器鏡片也可固定安裝在支架上，並與適當遠距離安裝高精度定日鏡的反射太陽光偶合，其聚焦過程為二次光路完成，從遠處收集更多的太陽光能量。
2.根據權利要求1所述的聚光器，其特徵是複合透鏡中的中心凸透鏡焦點為目標焦點，與稜鏡完全重合的多個凸透鏡的光軸和受稜鏡折射的作用，全部指向目標焦點並且相互重疊，形成公共焦點，其焦點溫度為6300度左右。
3.根據權利要求1所術的聚光器，其特徵是複合透鏡中的凸透鏡，在小功率產品可為固態透鏡，大功率則為液態透鏡，其材料為聚合物塑料、有機玻璃與白玻璃板混合製成充水後形成透鏡，另外還可採用透明矽橡膠製成軟體透鏡或非聶耳鏡。
4.根據權利要求所述的聚光器，其特徵是複合透鏡數量可選擇增加到2-20套組合陣列，使焦點溫度達到12600-126000度的超超高溫程度。
5.根據權利要求1所述的聚光器其特徵是複合透鏡中的稜鏡為雙斜面長方形稜鏡， 複合透鏡中的凸透鏡數量為2乘以2加2到N乘以N加N只，靠稜鏡斜面的對立面安裝2 排到多排透鏡陣列，一排相臨於另一排焦距差為梯形差。
全文摘要
超高溫太陽能複合透鏡疊焦點聚光器，屬現代高端太陽能技術的應用、超強光電解水制氫、金屬冶煉、新的特種物質提煉、超大設備製造焊接、現代房屋建設及現場燒結成型等技術領域。本發明公開一種焦點超強光和超高溫聚光器，現有技術中的單體透鏡包括古老的凸透鏡、非聶耳鏡和已發明不久的液態透鏡，都達不到燃油、天然氣和雷射等這種超高溫程度，不解決此問題對於新能源將是一種空談，本發明採用多面碟片稜鏡與多個的凸透鏡或非聶耳鏡複合組成，產生自適應焦點重合的疊焦現象，構成一種全新的將太陽光變換成超強光和超高溫單體聚光器。主要用於鋼鐵熔煉、有色金屬熔煉、天然寶石、金剛石熔煉、矽材料和未知的特種礦物質提煉。
文檔編號G02B7/02GK102540438SQ201010583248
公開日2012年7月4日 申請日期2010年12月10日 優先權日2010年12月10日
發明者喻春波, 孫言明, 孫貴芳, 張忠南, 王鳳陽, 田海軍 申請人:孫言明