[发明专利]高能聚光武器系统的方法及装置

说明书

一、技术领域

本发明属于光学技术领域，特别属于高能聚光太空武器领域。

二、背景技术

与本发明相近的技术，是盘式太阳能热发电系统及塔式太阳能热发电系统(引自《新能源发电技术》中国电力出版社)。

                     盘式太阳能热发电系统

利用旋转抛物面反射镜收集太阳能，这是一个很早就提出的概念。早在19世纪70年代，在法国巴黎近郊建成的小型太阳能动力站，就是一个早期的点聚焦盘式太阳能动力系统。只是近年来，随着新型动力机械和其它相关技术的迅速发展，以至将旋转抛物面反射镜配合新型动力发电机组构成现代的盘式太阳能热发电装置。

近20年来，开发盘式太阳能热发电装置的最初目的是为了空间应用。根据已有的数据分析，盘式太阳能热发电装置和太阳能光伏发电装置相比，其单位发电功率的装置重量更轻一些。作为空间应用，这是一个十分重要的技术参数。现今，更主要的应用目的，是为解决边远荒漠地区的供电问题，这在经济上可能更为合算。

盘式太阳能热发电系统以单个旋转抛物面反射镜为基础，构成一个完整的聚光、集热和发电单元。由于以单个旋转抛物面反射镜不可能做得很大，因此这种太阳能热发电装置的单个功率都比较小，一般为5～50kW。它可以分散地单独进行发电，也可以由多个组成一个较大的发电系统。

                     装置构成

盘式太阳能热发电系统的工作原理比较简单。利用旋转抛物面反射镜，将入射阳光聚集在一点上，即为点聚焦。在焦点处放置阳光接收器，加热工质，驱动动力发电装置发电；或在焦点处直接放置发动机组发电，如由斯特林发动机组构成的盘式太阳能斯特林发电装置，技术上更为先进。

盘式太阳能热发电装置大体上由3部分组成：旋转抛物面反射镜、接收器和跟踪装置。

(一)旋转抛物面反射镜

旋转抛物面反射镜的镜面结构和槽型抛物面反射镜的镜面结构完全一样，通常都是镀银玻璃背面镜。一个旋转抛物面反射镜一般由几十块镜面组构而成，用钢结构环作支撑体，整个盘镜通过太阳高度角和方位角齿轮传动机构安装在混凝土或钢结构机架上。高度角齿轮传动减速比为18300∶1，方位角齿轮传动减速比为23850∶1，由此通过双轴跟踪装置控制及时跟踪太阳。

盘式反射镜的聚光比可高达500～6000。焦点处可以产生很高的温度，一般都在650℃以上。

(二)接收器

接收器通过支撑杆安装在盘式反射镜的焦点上。现有的试验装置采用了两种动力发电方式，一种是有机工质兰金循环动力机发电，一种是气体工质布劳顿循环斯特林发动机发电。

1.有机工质兰金循环动力机发电

这种动力发电系统的接收器，多为直流式空腔型锅炉，载热工质多用硅油，其优点是接收器不承压，这样接收器质量很轻，设计运行和维护都比教简单。接收器外包保温层，开口处装风罩，以减少接收器的热损失。进出油管沿接收器支撑杆敷设。这样可以减少遮阳和防止机械损伤。

有机工质多为甲苯，采用单级轴流式汽轮机带动高速交流发电机发电，机组安装在镜架旁，与盘镜对称布置，起到对盘镜的重力平衡作用。工质通过热交换器与硅油进行换热，汽轮机工质入口温度为400℃。

2.气体工质布劳顿循环斯特林发动机发电

这种动力发电系统，是将斯特林发电机组直接安装在盘式反射镜的焦点处。聚焦的阳光直接落在发动机头部的吸热组件上，加热其内部的气体工质。这种系统的运行温度多在800～1000℃。

斯特林发动机为闭环活塞式发动机，它是一种古老的动力机，早在1816年即为苏格兰人R.Stirling所发明，所以称为斯特林发动机。它的出现和应用远早于目前已经普及应用的内燃机。

斯特林循环的工质为氦气，它由外部供热推动循环工作，所以斯特林发动机也称外燃机。整个斯特林循环由两个等温过程和两个等容过程组成，即等温压缩、等容加热、等温膨胀和等容放热。在膨胀过程中气体工质加热，在压缩过程中气体工质放热。由于循环是在等温下加热和放热的，满足热力学第二定律，所以理论上斯特林循环的热效率和具有最大热机效率的卡诺循环相同。因此，实际的斯特林发动机的效率，在相同的运行温度范围内，比任何一种热机的效率都要高。

(三)跟踪装置

盘式聚光器采用双轴跟踪装置，其基本工作方式和塔式电站中定日镜的跟踪方式完全相同。在盘式太阳能热发电装置中，聚光器由跟踪装置控制镜架的高度角和方位角齿轮传动，使反射镜跟踪太阳。

               塔式太阳能热发电系统