[发明专利]平行光直接集束平行光或聚焦光法及高能量高流强装置

说明书

技术领域

属于光学技术领域，尤其属于太阳能的集束方法和装置领域。

背景技术

由于传统能源的材、煤、油、气面临枯竭的危险以及其对人类生存环境的污染，促使人类急于寻找满足长久使用又环保的绿色能源，由于太阳能取之不尽又无污染，因此成为首选，世界各国都在全力寻找有效的收集和利用方法。

目前已有的方法以抛物镜透镜等聚焦集热为主，其缺点是受尺寸、重量、工艺等限制难以做到高能量、远距离传送。

近年有利用大抛物镜--小抛物镜配合、抛物镜--透镜配合、大透镜--小透镜配合将太阳光束集成平行光输出以达到远距离传送目的，但要获得高能量、高流强由于工艺等困难限制了太阳能的大规模有效利用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：

用光学双锥的技术方法提供一种简单实用的平行光(主要为太阳光)直接集束平行光或聚焦光的方法，要解决的另一个问题是提供用该法构成的装置及高能量、高流强输出装置。

本发明平行光直接集束平行光或聚焦光的方法技术方案是利用两个正圆锥反光面组合实现平行光直接集束平行光或聚焦光的方法(简称双锥法)。

如图1所示，外锥2(为空心正圆截锥，它的内表面为反光面)，内锥3(为正圆锥形-可空心或实心-它的外表面为反光面)，内锥3与外锥2同轴，两者母线长度相等且相互平行，与轴交角为45度，内锥3的高度等于或略大于外锥2的高度(否则输出小于输入)内锥3的顶点位于外锥2的顶口所在平面内并与外锥2顶口中心点重合。

当平行光自外锥2的底侧沿轴向入射到外锥2反光面反射到内锥3的反光面(一次或多次反射，当外锥2顶口直径大于内锥3底的直径时且两锥母线与轴的交角均等于45度时反射为一次否则可为多次)直接集束平行光从外锥2的顶口输出，这就是平行光直接集束平行光方法(简称双锥法)由于输出方向与入射方向同向，锥的大小头也同向所以也称同向双锥法。

如果两母线不相互平行且不等长则输出聚焦光或发散光，当两锥中任一个保持与轴交角45度不变而另一个与轴交角大于45度但小于90度则输出为聚焦光，通常外锥2保持与轴相交45度，因它影响接收度(大于45度或小于45度接收度变小)。

如果非平行光输入则输出亦为聚焦光。

我们重点解决平行光直接集束平行光或聚焦光。

如图1所示，将外锥2、内锥3(根据需要加装沿轴向移动控制系统，控制输出能量与流强)固定相对位置配以阳光跟踪系统、平面反光镜控制输出传送方向系统共同构成平行光直接集束平行光或聚焦光装置。

从中可知这种装置具有可逆性既可用于集束亦可用于分束，比如当集束平行光送至照明用户后需分成多路，此时用适当大小该装置进行分配。

如图1所示，将内锥3倒置(保持外锥2母线与轴成45度交角，此时两锥母线相互垂直)余皆不变，当光线入射到外锥2反光面再反射到内锥3的反光面输出变为反向平行光，即输出与输入反向所以称反向平行光直接集束平行光或聚焦光法也称为反向双锥法。

如图1所示，将外锥2与内锥3(根据需要加装沿轴向移动控制系统)固定相对位置配以阳光跟踪系统和平面反光镜控制输出传送方向系统共同构成平行光直接集束平行光或聚焦光装置。

现将正反两锥制成两底相连(即共底，同轴)的双向锥时(如图2所示)代替原来的单锥，其余条件不变，当入射光线自外锥2的底侧沿轴入射到外锥2的反光面再反射向中心轴，此时沿轴适当的移动内锥3即可获得正、双向、反向输出直接集束平行光或聚焦光，称之为可变向平行光直接集束平行光或聚焦光法或称可变向双锥法。

如图2将外锥2和内锥3(根据需要加装轴向移动控制系统)按要求固定配以阳光跟踪系统，平面反光镜控制输出传送方向系统即构成可变向平行光直接集束平行光或聚焦光装置。

从上述说明可知外锥2不变仅改变内锥3(因此时为双锥)就实现输出方向变化使得制造使用都简单了。

同时从图1可以看到对于按正向平行光直接集束平行光或聚焦光法设计者而言要增加输出能量就要增加接收面积，有两种方法一个是增加外锥2的平均直径，另一个就是增加两锥高，即比例放大两锥尺寸，如增加外锥2的尺寸即接收面积增加(保持外锥2的顶口不变)但同时内锥3的反射面积也增加，增加后内锥3的底面直径仍然等于或小于外锥2的顶面直径时，即输出截面增加，因此输出流强并未变化，当内锥底面直径大于外锥顶面直径时，高度变大而输出截面不变这时能量和流强同时增加，只增加外锥2的平均直径时能量增加但内锥的反光面不变所以流强也随之增加。