专利名称：一种抗风型折射式线聚焦集能装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种收集辐射能量的装置，尤其是具良好有抗风能力的透镜折射式线聚焦太阳能集能装置。
背景技术：
目前，公知的太阳能集能装置种类很多，可分为聚光型和非聚光型。聚光型装置又分为点聚焦型和线聚焦型。其中的线聚焦集能装置有透镜折射式和镜面反射式两类。透镜折射式线聚焦集能装置所用的透镜有柱状透镜和线聚焦菲涅尔透镜(也称线型菲涅尔透镜，线形菲涅尔透镜等)。例如申请号99206071的中国专利，是一种将太阳能转变成电能并给能源电池充电的装置。该装置主要由线型菲涅尔透镜、单晶硅或非晶硅片的底板组成，当太阳光照射到透镜上时，太阳光经折射后聚集到底板上，经光电转换成电能后用导线将该电能引入电池盒内，即可对蓄电池进行充电。该专利所用线型菲涅尔透镜是一块上表面平，下表面呈锯齿状的镜片。申请号03211242的中国专利将这种透镜称为长焦点菲涅尔透镜。线型菲涅尔透镜由于尺寸可以做得很大，厚度小，重量轻，较为常用。但是，当使用在室外条件时，由于需要尽可能垂直于入射阳光，透镜大部分时间处于非水平位置，因此风力对这种大面积的透镜的影响常常很大。在风中，气流只能从边缘绕过透镜，透镜迎风面和背风面的压力差较大。这将容易造成透镜的风帆状变形，即朝背风面凸起。这种变形使透镜在风中阻力更大。在强风中，容易造成透镜的损坏甚至是整个太阳能设备的破坏。为防止大尺寸菲涅尔透镜由于风力，重力等造成的变形甚至整个装置的破坏，需要强力结构，从而提高整个太阳能设备成本。为此有各种专利试图解决这一问题。例如在申请号86105331的专利中，描述了一种折射太阳能的聚光器和薄而韧的菲涅尔透镜。在这种聚光器中，菲涅尔透镜用框架支撑于工作面上方，并且沿至少一条平行于透镜上与工作面的轴线相平行的直线或区域被折弯。借此，透镜向工作面张开，可在风力，重力和其他环境因素作用下弯曲和拐折而不致引起系统效率显著恶化。但是由于这种装置中透镜被弯折，不但增加了透镜面积，而且在强风中阻力更大，更不安全。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种抗风能力较好、使用更安全的抗风型折射式线聚焦集能装置。
本实用新型的另一个目的是提供一种成本较低的抗风型折射式线聚焦集能装置。
本实用新型的技术方案是这样的一种抗风型折射式线聚焦集能装置，包括线聚焦菲涅尔透镜、可接收太阳能量的工作面部分和支承线聚焦菲涅尔透镜的支撑部分，线聚焦菲涅尔透镜通过支撑部分固定于工作面上方，上述线聚焦菲涅尔透镜为相互留有间距的条状透镜的集合。
上述线聚焦菲涅尔透镜为平行于线聚焦菲涅尔透镜的对称轴的、相互平行且留有间隙的条状透镜的集合。
上述线聚焦菲涅尔透镜为垂直于线聚焦菲涅尔透镜的对称轴的、相互平行且留有间隙的条状透镜的集合。
上述线聚焦菲涅尔透镜为与线聚焦菲涅尔透镜的对称轴成4 5度至90度的、相互平行且留有间隙的条状透镜的集合。
上述条状透镜由整体式线聚焦菲涅尔透镜分割而成，且按原有位置关系排列。
上述条状透镜集合中的每条条状透镜分别与由整体式线聚焦菲涅尔透镜分割且按原有位置关系排列的条状透镜集合中的每条条状透镜对应具有相同的形状、相同的横截面和相同的排列位置。
上述条状透镜可再分割为较短的若干段。
上述支撑部分包括框架和布设于框架内的由线状材料构成的高强度纤维支承网，上述条状透镜固定于此支承网上，且上述条状透镜的两端固定于此框架上。
上述框架的两侧通过支架固定有反射面与上述条状透镜所在平面形成75°-90°角的反射镜。
上述反射镜为相互平行且留有间隙的条状反射镜的集合。
本实用新型为一种抗风型折射式线聚焦集能装置。当透镜处于风中的时候，由于气流可以通过各个间隙到达透镜的另一面，因此透镜迎风面与逆风面间压力差较小，透镜在风中的阻力较小，从而使用更安全。相比之下，具有相同聚光面积的整体式菲涅尔透镜处在风中的时候，气流只能从边缘绕过透镜，透镜两边压力差较大，致使透镜在风中的阻力较大。因此，相对于采用传统的整体式菲涅尔透镜的太阳能集能装置，本实用新型可以承受更大的风力。本实用新型框架两侧的支架上固定有平行且相互留有间隙的条状反射镜，条状反射镜可以使太阳处在与透镜不相垂直位置时经聚焦的太阳能量仍能大部分反射到工作面，这种条状反射镜同样有利于承受更大的风力。另外，本实用新型中采用支承条状透镜的支承网，尤其是使用高强度纤维，可以减少透镜在风力和重力下的变形，提高聚焦效果，可以在制造透镜时降低透镜厚度从而降低透镜重量和节省成本。
图1是本实用新型的主视图。
图2是本实用新型的左视图图3是整体线聚焦菲涅尔透镜按平行于轴线方向切割重排前后光路的变化示意图。
图4是本实用新型中透镜的俯视图。
图5是本实用新型中透镜的A-A剖视图。
具体实施方式
本实用新型为一种抗风型折射式线聚焦集能装置，如图1、图2、图4、图5所示，1为透镜及框架及支承网的总成，详细结构见图5。一片长方形整体菲涅尔透镜按平行于菲涅尔透镜的对称轴线分割，分割成一组平行且相互之间留有间隙的条状透镜7。条状透镜7按分割前相对位置固定在布设于框架5的高强度纤维支承网6上，每两条条状透镜7之间的间隙小于各透镜宽度的20％。条状透镜7的两端固定于框架5上。条状透镜7固定时平面朝上，齿状面朝下。框架5外形基本上为矩形，可以根据强度的需要加上增强杆，或加上使条状透镜7排成曲面的弓形肋条以形成曲面菲涅尔透镜。框架5四角分别向条状透镜7焦线位置附近垂直伸出四条支撑杆，构成两个同样大小的三角形支架2，三角形支架2上固定有一排相互留有间隙的条状反射镜4。条状反射镜4的长边与框架5所在平面平行，反射面朝内，反射面与框架5所在平面形成一个75度至90度的角。工作面3可以是公知的太阳能接收器，如光电池，热管式换热器或其他接收太阳能的装置。工作面3安装在两个三角形框架2末端连线附近，即处于由条状透镜组成的线聚焦菲涅尔透镜的焦线附近，以获得聚焦的辐射能量。
本实用新型可以手动调节或与公知的日光跟踪器结合使用，获得经过聚焦的太阳能。
本实用新型的工作面长度方向沿东西方向固定安置时，只须每周改变一至二次朝南的倾角，则每天9时到15时之间太阳运行轨迹造成的光斑线偏差小于3-4度。这样，通过线聚焦透镜就可以在工作面3上产生聚焦数倍的太阳能，也就是说，对于单位面积的集热器，可以得到高出原来数倍的能量密度，有利于获得高温热能。对单位面积的太阳能电池，可以产生数倍于直接接受阳光时的电能。
本实用新型的工作面长度方向沿南北方向安置时，工作面与水平面的交角与当地纬度相等的情况下具有较高的太阳能利用率。将透镜对准太阳使阳光聚焦在工作面上，以工作面为轴每小时旋转15度，就可以在白天的大部分时间使照射到透镜上的太阳能量有效地聚焦在工作面上。
如图3所示，整体线聚焦菲涅尔透镜的光路由虚线表示，本实用新型条状透镜1的光路由实线表示。f为整体线聚焦菲涅尔透镜的焦线所在平面，1为整体线聚焦菲涅尔透镜的焦距，F为本实用新型条状透镜1的集合的焦线所在平面，L表示平面F与透镜平面的距离，可假定各条状透镜1间的距离相等而将L的计算简化。根据所留间隙b与条状透镜1的宽度a及整体线聚焦菲涅尔透镜焦距1进行计算。如下式L＝1(a+b)÷a工作面3位置与焦线位置相同，所以以上公式可用于计算工作面的安装位置。
条状反射镜4可以使太阳不处在垂直于透镜的位置时经聚焦的太阳能量仍能大部分反射到工作面3。
本实用新型中，由于条状透镜7和条状反射镜4的间隙使透镜或反射镜两边的空气压力差减小，使透镜或反射镜在风中的阻力减小，从而提高整个太阳能集能装置的抗风能力，使用更安全；另外，由于使用高强度纤维网支承条状透镜，可以减少透镜在风力和重力下的变形，提高聚焦效果，可以在制造透镜时降低透镜厚度从而降低透镜重量和节省成本。
本实用新型中，条状透镜按平行于线聚焦菲涅尔透镜的对称轴的方向分割，由于条状透镜之间留有一定间距，焦线位置发生改变且所形成的光斑较宽。但由于工作面(如光电池或换热器)本身需要一定宽度，所以仍能满足太阳能聚焦之用。
本实用新型中，条状透镜也可按垂直于线聚焦菲涅尔透镜的对称轴的方向分割，此时焦线位置和光斑宽度都与整体式线聚焦菲涅尔透镜相同。
本实用新型中，条状透镜也可按与线聚焦菲涅尔透镜的对称轴线成45度至90度的方向分割，此时焦线位置和光斑宽度都与整体式线聚焦菲涅尔透镜相同。
本实用新型中，每一条条状透镜还可以分割为较短的若干段，以更好地提高其抗风能力。
权利要求1.一种抗风型折射式线聚焦集能装置，包括线聚焦菲涅尔透镜、可接收太阳能量的工作面部分和支承线聚焦菲涅尔透镜的支撑部分，线聚焦菲涅尔透镜通过支撑部分固定于工作面上方，其特征在于上述线聚焦菲涅尔透镜为相互留有间距的条状透镜的集合。
2.根据权利要求1所述的一种抗风型折射式线聚焦集能装置，其特征在于上述线聚焦菲涅尔透镜为平行于线聚焦菲涅尔透镜的对称轴的、相互平行且留有间隙的条状透镜的集合。
3.根据权利要求1所述的一种抗风型折射式线聚焦集能装置，其特征在于上述线聚焦菲涅尔透镜为垂直于线聚焦菲涅尔透镜的对称轴的、相互平行且留有间隙的条状透镜的集合。
4.根据权利要求1所述的一种抗风型折射式线聚焦集能装置，其特征在于上述线聚焦菲涅尔透镜为与线聚焦菲涅尔透镜的对称轴成45度至90度的、相互平行且留有间隙的条状透镜的集合。
5.根据权利要求2或3或4所述的一种抗风型折射式线聚焦集能装置，其特征在于上述条状透镜由整体式线聚焦菲涅尔透镜分割而成，且按原有位置关系排列。
6.根据权利要求2或3或4所述的一种抗风型折射式线聚焦集能装置，其特征在于上述条状透镜集合中的每条条状透镜分别与由整体式线聚焦菲涅尔透镜分割且按原有位置关系排列的条状透镜集合中的每条条状透镜对应具有相同的形状、相同的横截面和相同的排列位置。
7.根据权利要求2或3或4所述的一种抗风型折射式线聚焦集能装置，其特征在于上述条状透镜可再分割为较短的若干段。
8.根据权利要求1所述的一种抗风型折射式线聚焦集能装置，其特征在于上述支撑部分包括框架和布设于框架内的由线状材料构成的高强度纤维支承网，上述条状透镜固定于此支承网上，且上述条状透镜的两端固定于此框架上。
9.根据权利要求8所述的一种抗风型折射式线聚焦集能装置，其特征在于上述框架的两侧通过支架固定有反射面与上述条状透镜所在平面形成75度至90度角的反射镜。
10.根据权利要求9所述的一种抗风型折射式线聚焦集能装置，其特征在于上述反射镜为平行且相互留有间隙的条状反射镜的集合。
专利摘要本实用新型公开了一种抗风型折射式线聚焦集能装置，其用平行且相互留有间隙的条状透镜集合代替了传统的整体式菲涅尔透镜，当透镜处于风中的时候，由于气流可以通过各个缝隙到达透镜的另一面，因此透镜迎风面与逆风面间压力差较小，透镜在风中的阻力较小，可以承受更大的风力，使用更安全。
文档编号F03G6/06GK2740801SQ200420108708
公开日2005年11月16日 申请日期2004年11月10日 优先权日2004年11月10日
发明者陈亦可 申请人:华侨大学