专利名称：全反射式复合多曲面聚光太阳能导光装置的制作方法
技术领域：
本发明属于光学技术应用和太阳能聚光、导光与太阳能建筑领域，特别是一种全反射式复合多曲面聚光太阳能导光装置。
背景技术：
现在比较流行的建筑太阳光导入所采用的技术是光导管，这种方式的一个最大缺点是照明终端不可移动。另一种技术是采用光纤，这种技术的优点是照明终端可以移动。但是采用光纤导光的这种技术时，在聚光端如何将较大采光面积的太阳光有效地聚集到截面面积很小的光纤上，是首先需要解决的问题。通常用旋转抛物面将太阳光反向聚焦，再加上各种反射面再一次反向反射才能引入到光纤上，这需要加上跟踪装置，整个系统技术复杂，成本较高
发明内容
本发明针对现有太阳能导光装置需要跟踪装置、技术复杂和成本高等不足提供一种全反射式复合多曲面聚光太阳能导光装置，以达到简化太阳能导光装置、提高稳定性、提高聚光效果和降低装置成本的目的。本发明的技术方案是
全反射式复合多曲面聚光太阳能导光装置，包括多个聚光传光组件和支架；所述的聚光传光组件包括可以接收一定空间角度太阳光、并且可以将较大截面太阳光束聚集成截面较小光束的全反射式聚光头和可以将太阳光导入室内的光纤；所述支架将多个聚光传光组件靠拢在一起，成花束状，不同的聚光传光组件的接收口对着天空不同的方向。本发明通过所述的支架将聚光传光组件固定成花束状，使全反射式聚光头在接收角范围内尽可能大的接收太阳光并将说接收的大面积太阳光聚集成较为集中的小面积太阳光束，然后经由所述的光纤导入室内需要照明的地方。以上所述的全反射式聚光头包括全反射式复合多曲面聚光器、会聚镜和连接套，全反射式复合多曲面聚光器包括上部锥型面和下部圆柱面，全反射式复合多曲面聚光器和光纤通过连接套连接，会聚镜在全反射式复合多曲面聚光器和光纤之间。选择合适的参数，就会使得正射入的太阳光仅在上部锥型面和下部圆柱面上分别反射一次就会聚于全反射式复合多曲面聚光器的焦点上，形成初步的定向会聚。以上所述的全反射式复合多曲面聚光器和会聚镜由一整块玻璃做成，加工时可以整体铸成。以上所述的全反射式复合多曲面聚光器在光正入射时反射光时形成一个焦点。以上所述的会聚镜包括玻璃材料的单球面镜和菲涅尔镜，将其设置在全反射式复合多曲面聚光器和光纤之间是为了对来自全反射式复合多曲面聚光器的反射光进行再会聚，使之发散角减小，以利于更有效地耦合到后接的光纤上。以上所述的连接套上部锥形内壁装有一个或两个内侧为锥形壁的环形垫圈，下部圆柱形内壁装有一个或多个内侧为直壁的环形垫圈，使全反射式复合多曲面聚光器和连接套之间有一层空气，使全反射式复合多曲面聚光器的反射界面两侧为玻璃和空气，保证光的反射效果。全反射式聚光头有一个接收角，不同的全反射式聚光头向着天空不同的方向。全反射式聚光头采用了全反射原理，其中的全反射式复合多曲面聚光器对正入射的太阳光可实现定向聚焦，为了让其底部连接的光纤更有效地接收和传输光能，采用会聚镜将扩散角收小，再通过光纤将接收到的太阳光导入室内，即可实现室内照明。若入射光与光轴不平行，只要在所设计的接收角范围内，装置仍然可以有效地传输太阳光。本发明的有益效果是
I、采用全反射式复合多曲面聚光器，具有定向聚焦效果，聚光效果好，实用性强。2、采用光纤传光，可以将太阳光引入室内照明，照明终端位置可以在一定的范围内依据需要随时改变。
3、采用多个聚光传光组件的接收面对着空间不同的方向，不需要跟踪装置即可对太阳光的有效采集。4、整个照明系统结构简单，成本低廉，没有运动部件，工作稳定，寿命长，免维护。
图I是本发明的总体结构示意图。图2是本发明的轴截面图。图3是本发明聚光传光组件示意图。图4是本发明连接套组件剖面示意图。标记名称
全反射式聚光头I、光纤2、支架3、全反射式复合多曲面聚光器4、连接套5、焦点6、内侧为锥形壁的环形垫圈7、内侧为直壁的环形垫圈8、单球面镜9。
具体实施例方式实施例I :
一种全反射式复合多曲面聚光太阳能导光装置，包括聚光传光组件和支架3，聚光传光组件包括可以接收一定空间角度太阳光、并且可以将较大截面的太阳光束聚集成截面较小光束的全反射式聚光头I和可以将太阳光导入室内的光纤2 ;支架3将多个聚光传光组件靠拢在一起，成花束状，不同的聚光传光组件的接收口对着天空不同的方向。全反射式聚光头I包括全反射式复合多曲面聚光器4、会聚镜和连接套5，全反射式复合多曲面聚光器4包括上部锥型面和下部圆柱面，全反射式复合多曲面聚光器4和光纤2通过连接套5连接，会聚镜在全反射式复合多曲面聚光器4和光纤2之间。全反射式复合多曲面聚光器4和会聚镜由一整块玻璃做成。连接套5上部锥形内壁装有内侧为锥形壁的环形垫圈7，连接套5下部圆柱形内壁装有内侧为直壁的环形垫圈8。会聚镜是单球面镜9。本发明装置的工作过程
每一个全反射式聚光头I都有一个接收角，安排足够数量的全反射式聚光头I向着天空不同的方向，将它们靠拢排列，安装在支架3上，让全部的全反射式聚光头I的接收角覆盖所有的太阳位置，则太阳在天空中的不同位置时，至少有一个全反射式聚光头I可以将其入口处接收到的太阳直射光有效地传输给光纤2，其余的全反射式聚光头I可接收太阳散射光。然后将所有的光纤2捆成一束，即可布置到需要照明的场合。全反射式聚光头I中的全反射式复合多曲面聚光器4对正入射的太阳光可实现定向聚焦于焦点6，由于从全反射式复合多曲面聚光器4的焦点6出射的锥形光束扩散角较大，为了让其底部连接的光纤2更有效地接收和传输光能，需要将扩散角收小，为此目的，在焦点6下方加上一个单球面镜9,单球面镜9位于焦点6的下方，以保证单球面镜9对焦点6发出的光束具有会聚作用，缩小光束的扩散角。若入射光不是正射入全反射式复合多曲面聚光器4，只要在所设计的接收角范围内，装置仍然有效地传输太阳光。实施例2
与实施例I不同之处在于，所述的会聚镜采用菲涅尔镜，其余工作原理与实施例I相 同。
权利要求
1.一种全反射式复合多曲面聚光太阳能导光装置，包括聚光传光组件和支架(3)，其特征在于所述的聚光传光组件包括可以接收一定空间角度太阳光、并且可以将较大截面的太阳光束聚集成截面较小光束的全反射式聚光头(I)和可以将太阳光导入室内的光纤(2);所述支架(3)将多个聚光传光组件靠拢在一起，成花束状，不同的聚光传光组件的接收口对着天空不同的方向。
2.根据权利要求I所述的全反射式复合多曲面聚光太阳能导光装置，其特征在于所述的全反射式聚光头(I)包括全反射式复合多曲面聚光器(4)、会聚镜和连接套(5)，全反射式复合多曲面聚光器(4)包括上部锥型面和下部圆柱面，全反射式复合多曲面聚光器(4)和光纤(2)通过连接套(5)连接，会聚镜在全反射式复合多曲面聚光器(4)和光纤(2)之间。
3.根据权利要求2所述的全反射式复合多曲面聚光太阳能导光装置，其特征在于所述的全反射式复合多曲面聚光器(4)和会聚镜由一整块玻璃做成。
4.根据权利要求2所述的全反射式复合多曲面聚光太阳能导光装置，其特征在于所述的全反射式复合多曲面聚光器(4)在光正入射时反射光形成焦点(6)。
5.根据权利要求2所述的全反射式复合多曲面聚光太阳能导光装置，其特征在于所述的连接套(5)上部锥形内壁装有内侧为锥形壁的环形垫圈(7)，连接套(5)下部圆柱形内壁装有内侧为直壁的环形垫圈(8)，使全反射式复合多曲面聚光器的反射界面两侧为玻璃和空气，保证光的反射效果。
6.根据权利要求2所述的全反射式复合多曲面聚光太阳能导光装置，其特征在于所述的会聚镜包括单球面镜(9)和菲涅尔镜。
全文摘要
本发明为全反射式复合多曲面聚光太阳能导光装置，属于太阳能应用和建筑节能领域。本发明包括全反射式多曲面聚光头、光纤和支架。由全反射式多曲面聚光头和光纤组成一个聚光传光组件，此组件的工作原理是全反射式多曲面聚光头将较大的太阳光束聚集成一个较小的光束，然后由光纤将此光束传输到室内供照明使用。全反射式多曲面聚光头是锥形的，将它们靠拢在一起，即可组合成一个花束状的太阳光聚光装置，各个聚光头的对称轴指向空间的不同方向。整个聚光装置固定安装在屋项，不需要跟踪太阳的运动，太阳运动到不同的天空位置时，总有若干个聚光头是可以接收到太阳直射光的，其余的聚光头可以接收散射光。
文档编号F21V8/00GK102705773SQ20121018062
公开日2012年10月3日 申请日期2012年6月4日 优先权日2012年6月4日
发明者何开岩 申请人:广西大学