專利名稱：鏡片單元陣列聚光鏡的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及太陽能利用技術領域，尤其涉及一種鏡片單元陣列聚光鏡。
背景技術：
太陽能是一種清潔的可再生能源，因此人們逐漸重視對太陽能的利用，利用太陽能的各種設備被逐漸研發(fā)出來，其中，需要利用太陽能進行加熱的熱備，例如太陽能熱水器、熱氣機等的研發(fā)也取得較大的進展。熱氣機，又稱斯特林發(fā)動機或外燃機，是一種外燃的閉式循環(huán)往復活塞式熱力發(fā)動機。熱氣機中傳遞能量的媒介物質(通常是高壓氣體)叫工質，在一個、兩個、四個或多個封閉的氣缸內充有一定容積的工質。氣缸一端為熱腔，另一端為冷腔。工質在低溫冷腔中壓縮，然后流到高溫熱腔中迅速加熱，膨脹做功。
熱氣機最大的優(yōu)點是功率和效率不受海拔高度影響，非常適合于高海拔地區(qū)使用。由于熱氣機避免了傳統(tǒng)內燃機的震爆做功問題，從而實現(xiàn)了低噪音、低污染和低運行成本。只要熱氣機的熱腔與冷腔之間達到一定的溫差，熱氣機即可做功運行。熱氣機可以燃燒各種可燃氣體或液體燃料對熱腔進行加熱，但利用太陽能進行加熱，在高海拔陽光充足的地方，則具有更明顯的優(yōu)勢。利用太陽能對熱腔進行加熱，最好的辦法是將熱氣機的熱腔放在聚光鏡的焦點處，將太陽光匯聚到焦點以對熱腔進行加熱。對于聚光鏡而言，拋物型聚光鏡可以有良好的聚光效果，可以將平行光線匯聚于一點。但是熱氣機達到一定功率時，其所需要的拋物型聚光鏡的旋轉拋物面(由拋物線沿其對稱軸旋轉所得的曲面，其橫截面是圓)的面積也相對較大。這種大面積的拋物型聚光鏡一來制造工藝復雜，成本高，大致每平米至少要五百元以上，做工精良的甚至要在萬元左右；二來是在熱脹冷縮時焦點會偏離原來的焦點，從而影響聚光效果。面臨大面積的拋物型聚光鏡的上述問題時，人們開始探索用小面積的鏡片單元來組成近似大面積的拋物型聚光鏡的旋轉拋物面，例如在大體上是旋轉拋物面形狀的基板上，粘貼許許多多等腰梯形的小面積的平面鏡片，來近似的代替大面積的旋轉拋物面，之所以選擇梯形，是為了適應旋轉拋物面的橫截面面積或橫截面圓半徑的變化，增大聚光鏡的有效反光面積。但是這種形式的聚光鏡也存在著鏡片單元加工成本高、粘貼工藝復雜、聚光精度差以及旋轉拋物面形狀的基板加工難度大的問題。除熱氣機以外，其他的需要利用太陽能加熱的太陽能利用設備也需要一種由平面鏡片單元所組成的聚光鏡。

發(fā)明內容
針對現(xiàn)有技術中存在的問題，本發(fā)明的目的為提供一種能夠制造工藝簡單、成本低且聚光效果好的聚光鏡，以解決現(xiàn)有技術的聚光鏡性價比不高的技術問題。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術方案如下
一種鏡片單元陣列聚光鏡，包括底面為平面的基板，所述基板的上方具有一聚光焦點；設置于所述基板上表面的支撐件陣列；構成所述支撐件陣列的每一支撐件的支撐面所連接的鏡片單元，所述鏡片單元面向所述聚光焦點設置，所述鏡片單元為矩形平面，垂直于所述基板的入射光在各所述鏡片單元的幾何中心點的反射光聚光于所述聚光焦點。本發(fā)明的有益效果在于，本發(fā)明的鏡片單元陣列聚光鏡，具有制造成本低、工藝簡單和聚光性能好的優(yōu)點。本發(fā)明的鏡片單元陣列聚光鏡，可以將制造成本降低到每平米300元以下，較現(xiàn)有技術的成本，有較大的降低；另外，由于本發(fā)明鏡片單元陣列聚光鏡的基板為平面基板，因此便于加工，也便于在基板上設置或一體成型支撐件陣列；本發(fā)明的鏡片單元陣列聚光鏡，每一鏡片單元的幾何中心點，均聚光于聚光焦點，由于鏡片單元面積較小，因此鏡片單元上各點均有近似的聚光性，因此整個鏡片單元陣列聚光鏡的聚光性能良好。


圖I為本發(fā)明第一實施例的鏡片單元陣列聚光鏡的示意圖。
圖2為本發(fā)明第一實施例的鏡片單元陣列聚光鏡的對角線位置的截面示意圖。圖3為鏡片單元的聚光原理圖。圖4為本發(fā)明第一實施例的鏡片單元陣列聚光鏡的鏡片單元連接在支撐件上的示意圖。圖5為本發(fā)明第一實施例的鏡片單元陣列聚光鏡的支撐件的示意圖。圖6為本發(fā)明第二實施例的鏡片單元陣列聚光鏡的示意圖。圖7為本發(fā)明第二實施例的鏡片單元陣列聚光鏡的鏡片單元連接在支撐件上的示意圖。圖8為本發(fā)明第二實施例的鏡片單元陣列聚光鏡的支撐件的示意圖。
具體實施例方式體現(xiàn)本發(fā)明特征與優(yōu)點的典型實施例將在以下的說明中詳細敘述。應理解的是本發(fā)明能夠在不同的實施例上具有各種的變化，其皆不脫離本發(fā)明的范圍，且其中的說明及附圖在本質上是當作說明之用，而非用以限制本發(fā)明。下面具體介紹本發(fā)明優(yōu)選實施例的鏡片單元陣列聚光鏡。本發(fā)明的鏡片單元陣列聚光鏡，可以用于熱氣機，也可以用于需要利用太陽能加熱的其他太陽能利用設備，例如大功率的太陽能熱水器。如圖I所示，本發(fā)明實施例的鏡片單元陣列聚光鏡，包括鏡片單元I、支撐件2和基板3。本實施例中，鏡片單元I的行數(shù)和列數(shù)均為16，但不以此為限。如圖2所示，基板3的底面30是一個平面，因此基板3為平面型基板，如圖2所示，基板的幾何中心點Q的正上方有聚光焦點0，聚光焦點O與基板中心點Q之間的距離可由實際所需的聚光鏡的面積來確定，聚光鏡的面積越大，則聚光焦點O與基板幾何中心點Q之間的距離則越大。以相對靠近基板幾何中心點Q的支撐件2或鏡片單元I為內層，以相對遠離基板幾何中心點Q的支撐件2或鏡片單元I為外層，例如最內層的鏡片單元I為四個，而本實施例中最外層的鏡片單元為4個(四個角位置的鏡片單元I)。如圖2所示，基板3的上表面形成有支撐件陣列，支撐件陣列包括多行多列的支撐件2，優(yōu)選的是支撐件陣列的行數(shù)和列數(shù)相同，但并不以此為限，也可以行數(shù)和列數(shù)不同，每一支撐件2上表面支撐一個鏡片單元I ;本說明書中，將支撐件2連接鏡片單元I的表面稱為支撐面，由于支撐面優(yōu)選的為平面，因此也可稱為支撐平面，各支撐件2的支撐平面的幾何中心點P優(yōu)選的在同一高度，或者說是在同一垂直于基板幾何中心點Q與聚光焦點O的連線的平面上，且同一行上的各支撐件2的支撐平面的幾何中心點P共線且相鄰兩個幾何中心點P的距離(行間距)相等，同一列上的各支撐件2的支撐平面的幾何中心點P也都共線且相鄰兩個幾何中心點P的距離(列間距)相等，行間距等于列間距。各支撐件2的幾何中心點優(yōu)選的在同一高度，這樣，安裝好的鏡片單元I的最低點不高于與該鏡片單元I相鄰的內層的鏡片單元I的最高點。這樣，支撐件2的高度都不會太高，有利于模具的制作，降低了聚光鏡的成本。安裝好的鏡片單元I的最低點不高于相鄰的內層的鏡片單元I的最高點的好處還在于，相鄰的鏡片單元I之間具有高度差，可以給在支撐件2上固定鏡片單元留出適宜的操作空間。相鄰兩鏡片單元I的距離最近處也要保持
2-5臟的距離。當然，也可以是相對外層的支撐件2的幾何中心點高度高于相對內層的支撐件2的幾何中心點高度。鏡片單元I面向聚光焦點O設置，鏡片單元I為矩形平面，優(yōu)選的為正方形平面，鏡片單兀I的正方形邊長可介于100mm-500mm之間，例如為100mm、150mm、200mm、300mm或500mmo如圖3所示，鏡片單元I的平行于基板幾何中心點Q與聚光焦點O的連線d的入射光a在各鏡片單元I的幾何中心點P的反射光b經過鏡片單元I反射后聚光于聚光焦點0，圖3也可以視為由O、P、Q三點所確定的平面截鏡片單元I所得的圖，實線N為鏡片單元I的法線，虛線e平行于法線N，虛線d在基板幾何中心點Q與聚光焦點O的連線上，虛線c垂直于連線d。同樣，圖3也給出了如何確定每一鏡片單元I的設置角度的方法。鏡片單元I作為平面，必然垂直于鏡片單元I上各位置的法線，也必然垂直于鏡片單元I在其幾何中心點P處的法線(或稱法向量)N，那么，確定了法線N，就可以確定鏡片單元I的設置角度。入射光a相當于是源點為鏡片單元I的幾何中心點P且向正上方(也即與基板幾何中心點Q與聚光焦點O的連線平行的方向)延伸的一射線，反射光b相當于是源點為鏡片單元I的幾何中心點P且延伸經過聚光焦點O的另一射線，這兩射線與鏡片單元I的幾何中心點P處的法線N共面，且法線N平分這兩射線的夾角。因此，通過確定上述兩射線，再通過求夾角平分線的方法即可以確定鏡片單元I的幾何中心點P處的法線N，進而確定各鏡片單元I的設直角度。同時，也可以通過確定鏡片單元I與基板3的底面30的所夾銳角的方式來確定鏡片單元I的設置角度，首先，鏡片單元I需要垂直于由鏡片單元I的幾何中心點P、聚光焦點O及基板的幾何中心點(也即聚光焦點O在基板3的底面30上的投影點Q)所確定的平面，以鏡片單元I的幾何中心點P距基板3的底面30的距離為h，聚光焦點O距基板3的底面30的距離為m，鏡片單元I的幾何中心點P距虛線d的距離(也即P、R兩點間的距離)為n，由于法線N與實線b所夾銳角相等，鏡片單元I與基板3的底面30的所夾銳角為α，則實線b與虛線c所夾的銳角等于90度減去兩倍的α，經反三角函數(shù)運算可得
權利要求
1.一種鏡片單元陣列聚光鏡，其特征在于，所述鏡片單元陣列聚光鏡包括 底面為平面的基板，所述基板的上方具有一聚光焦點； 設置于所述基板上表面的支撐件陣列； 構成所述支撐件陣列的每一支撐件的支撐面所連接的鏡片單元，所述鏡片單元面向所述聚光焦點設置，所述鏡片單元為矩形平面，垂直于所述基板的入射光在各所述鏡片單元的幾何中心點的反射光聚光于所述聚光焦點。
2.如權利要求I所述的鏡片單元陣列聚光鏡，其特征在于，各所述鏡片單元的幾何中心點在同一平行于所述底面的平面上，所述支撐件陣列的行數(shù)和列數(shù)相等，所述聚光焦點位于所述基板的幾何中心點的正上方。
3.如權利要求I所述的鏡片單元陣列聚光鏡，其特征在于，所述鏡片單元為正方形，所述支撐件陣列的行數(shù)和列數(shù)能被二整除，所述支撐件的所述支撐面為平面。
4.如權利要求I所述的鏡片單元陣列聚光鏡，其特征在于，所述支撐件的形狀為圓柱狀。
5.如權利要求I所述的鏡片單元陣列聚光鏡，其特征在于，所述支撐件的形狀為正四棱柱狀。
6.如權利要求5所述的鏡片單元陣列聚光鏡，其特征在于，每一所述支撐件包括四棱柱本體、倒角和所述支撐面，所述鏡片單元的面積大于所述支撐面的面積。
7.如權利要求3所述的鏡片單元陣列聚光鏡，其特征在于，所述鏡片單元的正方形邊長為100mm-500mm，所述行數(shù)為16-160。
8.如權利要求7所述的鏡片單元陣列聚光鏡，其特征在于，所述鏡片單元的正方形邊長為 100mm、150mm、200mm、300mm 或 500_，所述行數(shù)為 16、32、64、128 或 160。
9.如權利要求3所述的鏡片單元陣列聚光鏡，其特征在于，所述鏡片單元陣列聚光鏡還包括框架支架，所述基板由多個基板單元組成，每一所述基板單元上表面具有行數(shù)和列數(shù)為8的支撐件陣列，每一所述基板單元支撐在所述框架支架的其中一個框架單元中。
10.如權利要求9所述的鏡片單元陣列聚光鏡，其特征在于，所述基板單元與所述基板 單元之上的支撐件陣列一體成型。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鏡片單元陣列聚光鏡，包括底面為平面的基板，所述基板的上方具有一聚光焦點；設置于所述基板上表面的支撐件陣列；構成所述支撐件陣列的每一支撐件的支撐面所連接的鏡片單元，所述鏡片單元面向所述聚光焦點設置，所述鏡片單元為矩形平面，垂直于所述基板的入射光在各所述鏡片單元的幾何中心點的反射光聚光于所述聚光焦點。本發(fā)明的鏡片單元陣列聚光鏡制造工藝簡單、成本低且聚光效果好。
文檔編號G02B19/00GK102798969SQ20121030609
公開日2012年11月28日 申請日期2012年8月24日 優(yōu)先權日2012年8月24日
發(fā)明者楊永順 申請人:楊永順