專利名稱：高光效的聚光太陽(yáng)能菲涅爾透鏡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種太陽(yáng)能聚光透鏡，是對(duì)公知公用的菲涅爾透鏡的鏡面結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)的高光效的聚光太陽(yáng)能菲涅爾透鏡。
背景技術(shù)：
凸透鏡是最早使用的一種太陽(yáng)能聚光集熱鏡，隨后發(fā)展起來(lái)的菲涅爾透鏡，是將凸弧形面改為縱剖面呈左右對(duì)稱的鋸齒狀結(jié)構(gòu)的斜面與垂直面結(jié)合的波紋面，每一波紋均由斜面、紋頂、紋底和連接紋頂、紋底的垂直面組成，因加工機(jī)床的精度和刀具磨損等因素， 頂尖與底尖不可能加工成絕對(duì)的尖角，一般有R0. 02-R0. 05的圓弧。菲涅爾透銹分為環(huán)型菲涅爾和條型菲涅爾，可以制成圓鏡或方鏡，透鏡的斜面為太陽(yáng)光的折射面，該透鏡比凸透鏡節(jié)省了制作透鏡的材料。但這種透鏡的光效最高也只能達(dá)到85%，有一定局限性，從菲涅爾透鏡縱剖面的鋸齒狀結(jié)構(gòu)分析可知，該鏡存在著三個(gè)折射光或反射光的無(wú)效區(qū)，一是每一波紋的紋頂，因存在R0. 02-0. 05圓弧，陽(yáng)光不能折射到焦點(diǎn)，不能產(chǎn)生有效的折射光。二是每波紋的紋底，因同理，太陽(yáng)光也不能產(chǎn)生有效的折射光。三是每一波紋的垂直面，理論上與太陽(yáng)光的入射線平行，實(shí)際上還是存在一定偏差，就會(huì)有部分入射光線照射到垂直面上，其產(chǎn)生的折射光和反射光也不會(huì)聚到焦點(diǎn)上，成為一種無(wú)效光，上述三者制約著菲涅爾透鏡的光效。菲涅爾透鏡對(duì)太陽(yáng)光入射角度要求高，若略有偏差，光效便急劇下降，因此有對(duì)菲涅爾透鏡進(jìn)行改進(jìn)的必要。近年有些廠家在生產(chǎn)塑料質(zhì)菲涅爾透鏡時(shí)，為方便脫模，將垂直面改為外斜面，方便了脫模，但光效還不及原有的菲涅爾透鏡，因這樣更加大了垂直面的光效損失。經(jīng)檢索和市場(chǎng)調(diào)查，尚未發(fā)現(xiàn)有從改變鏡面結(jié)構(gòu)著手，提高菲涅爾透鏡光效的資料報(bào)道和產(chǎn)品面市。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是設(shè)計(jì)出一種高光效的聚光太陽(yáng)能菲涅爾透鏡。解決該技術(shù)問(wèn)題采用的技術(shù)方案是本高光效的聚光太陽(yáng)能菲涅爾透鏡，其迎光面為水平的底面，背光面為左右對(duì)稱的縱剖視呈鋸齒狀的波紋面，該波紋面的每一波紋由折射面、紋頂、紋底和紋頂、紋底的連接面組成，所說(shuō)的連接面與底面的內(nèi)夾角< 90°且向焦點(diǎn)或中心線傾斜的內(nèi)斜面，紋底為窄形水平底。所說(shuō)的波紋面為圓環(huán)形波紋面或條形波紋面，折射面為直線型面或拋物線型面。本實(shí)用新型的有益效果是將垂直面改為內(nèi)斜面后，避免了紋頂、紋底和垂直面因不產(chǎn)生有效折射光造成的光效損失，提高了光效，減小了對(duì)光度偏差時(shí)光效的下降。降低了紋頂和紋底的加工精度要求，減小了模具和產(chǎn)品的加工難度，提高了模具使用壽命。

圖1為環(huán)紋菲涅爾透鏡結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為圖1的俯視圖。[0009]圖3為條紋菲涅爾透鏡結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為圖3的俯視圖。圖5為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意局剖圖。圖6為菲涅爾透鏡紋頂和紋底光效損失示意圖圖7為菲涅爾透鏡垂直面光效損失示意圖圖8為本發(fā)明內(nèi)斜面傾斜規(guī)律示意圖具體實(shí)施方法本實(shí)用新型下面結(jié)合實(shí)施例并參照附圖作進(jìn)一步詳述圖1-4顯示了未經(jīng)改進(jìn)的菲涅爾透鏡的基本結(jié)構(gòu)，其底面為平面，是透鏡的迎光面，其背光面是以中心點(diǎn)為圓心的圓環(huán)紋(圖1、幻或以中心線為基準(zhǔn)的條紋(圖3、4)且均左右對(duì)稱的波紋面，縱剖面呈對(duì)稱的鋸齒狀。參見圖6，入射光3照射到折射面1，折射光折向焦點(diǎn)。照射到紋頂10的入射光 4，因紋頂10存在R0. 02-0. 05的圓弧，產(chǎn)生的折射與反射光，不能成為折向焦點(diǎn)的有效光。 照射到紋底6的入射光5，因同樣道理，也不能產(chǎn)生折向焦點(diǎn)有效折射光。再參見圖5，將原菲涅爾透鏡的垂直面14改為向中心傾斜的內(nèi)斜面9后，增加了折射面1的寬度，無(wú)論入射光4正射還是小度偏射(< 2° )都不會(huì)超過(guò)最大入射偏差線11照射到紋頂10和內(nèi)斜面 9上，避免了原菲涅爾透鏡紋頂和垂直面的光效損失，再將紋底6改為窄形水平底即將紋底 6的R0. 02-0. 05弧面改為平面后，太陽(yáng)光的入射光5照到該小平面后透射到內(nèi)斜面9上，因反射角很小，便全反射到焦斑17中，成了有效光。經(jīng)過(guò)如此改進(jìn)，將原來(lái)制約菲涅爾透鏡光效的紋頂、紋底和垂直面三方面的不利因素，作了向有利因素發(fā)展的改進(jìn)，提高了光效。參見圖8，需特別指出的是，無(wú)論環(huán)形還是條型菲涅爾透鏡，其鏡面上的波紋數(shù)超過(guò)3，每一條波紋內(nèi)的內(nèi)斜面與底面2相交的傾斜角Cli的角度隨該紋底與中心光軸7的垂直距離增加而
減小，每個(gè)傾斜的角度Cli具體計(jì)算公式可采用反三函數(shù)推導(dǎo)出:d = 90°-arCtg(L/F)，
μ
其中Li為該紋底至中心光軸7的垂直距離，F(xiàn)為焦距。用有機(jī)玻璃、聚碳透明塑料PC制作菲涅爾透鏡，會(huì)有車制加工的精度要求或有模壓制作的脫模要求，有一定難度，如用硅膠作原料注橡成型，則脫模難度不大。
權(quán)利要求1.一種高光效的聚光太陽(yáng)能菲涅爾透鏡，其迎光面為水平的底面O)，背光面為左右對(duì)稱的縱剖視呈鋸齒狀的波紋面，該波紋面的每一波紋由折射面(1)、紋頂(10)、紋底(6) 和紋頂、紋底的連接面組成，其特征是所說(shuō)的連接面是與底面O)的交角<90°且向焦點(diǎn)或中心線傾斜的內(nèi)斜面(9)，紋底(6)為窄形水平底。
2.如權(quán)利要求1所述的高光效的聚光太陽(yáng)能菲涅爾透鏡，其特征是所說(shuō)的波紋面為圓環(huán)形波紋面或條形波紋面，所說(shuō)的折射面為直線型面或拋物線型面。
專利摘要一種高光效的聚光太陽(yáng)能菲涅爾透鏡，其迎光面為水平的底面(2)，背光面為左右對(duì)稱的縱剖視呈鋸齒狀的波紋面，該波紋面的每一波紋由折射面(1)、紋頂(10)、紋底(6)和紋頂、紋底的連接面組成，所說(shuō)的連接面為與底面(2)的內(nèi)交角＜90°且向焦點(diǎn)或中心線傾斜的內(nèi)斜面(9)，紋底(6)為窄形水平底。本透鏡用于太陽(yáng)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芑螂娔艿木酃?，將菲涅爾透鏡每條波紋內(nèi)的垂直面改為內(nèi)斜面，紋底(6)改為窄形水平底后，避免了原紋頂、紋底和垂直面因不會(huì)產(chǎn)生有效折射光造成的光效損失，減少了對(duì)光偏差時(shí)垂直面的光效損失，提高了光效。其次是將紋頂和紋底的精度要求降低后，減小了模具和產(chǎn)品的加工難度，提高了模具的使用壽命。
文檔編號(hào)G02B3/08GK202159153SQ20112022078
公開日2012年3月7日 申請(qǐng)日期2011年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月24日
發(fā)明者佘曉峰 申請(qǐng)人:佘曉峰