[其他]折射太陽能的聚光器和薄而柔韌的菲涅爾透鏡

無效

• 申請號: 86105331
• 申請日: 1986-09-03
• 公開（公告）號: CN86105331A
• 公開（公告）日: 1987-05-13
• 發明（設計）人: 羅格·H·阿貝爾多恩
• 申請（專利權）人: 明尼蘇達州采礦制造公司
• 主分類號: F24J2/06
• 分類號: F24J2/06
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利代理部
• 代理人: 劉征,陳申賢

本發明涉及到一種改進了的重量輕的太陽能聚光器，而且其中一個方面涉及到一種改進了的薄而柔韌的菲涅爾透鏡，這種透鏡通過折射將投射在透鏡外表面的太陽輻射聚集到工作面上。

利用太陽能的概念并不新鮮。人們推斷最早的太陽能利用的參考文獻之一出現在Bristophanes的“云的喜劇”（上演于公元前434年）中。在該劇中，角色之一，Strep????siades，宣稱他要用太陽和一塊透鏡來毀掉一張刻有債務記錄的蠟片。為了讓這種陳述為戲劇觀眾所嘗識，諒必已有了陽光可以被聚集以產生熱的普通常識。此外，Lactantius，在公元303年說過，一個充滿水的玻璃球置于太陽下，即便在很冷的日子里也可以點火。還有，在威斯敏斯特修道院（West????Minster????Abbey）的1388年的薄記中記載了在復活節前夕以一種“燃燒著的玻璃”來點燃新火”的引燃方法，以及在1745年，法國科學家，Buffon，做了用聚集陽光產生高溫的實驗。

當今，太陽能特別有吸引力，在這礦物燃料日益枯竭，公眾對由此產生的大氣污染頗為關注的時代，對核能的憂慮鼓勵了替代能源的發展。太陽能，作為一種替代能源，是取之不盡且無污染的能源。已被開發的幾種當代的太陽能利用有：在美國專利第4，204，881號中所說明的用光電池發電，如美國專利第4，270，981號中所說明的水的蒸餾，美國專利第4，297，000號中所說明的用于建筑物的“冷”光，以及在下面參考專利中所說明的蓄熱。然而，在正式設計一種聚集這個豐富能源的效率高、經濟的而又實用的裝置時已碰到幾個問題。

為了聚集太陽能以作為其它能源的實用替代能源，若干年來已設計或建議了幾種系統。一般說來，所建議的太陽聚集器已有三種：用鏡子的，用透鏡的和前面兩者的聯用。

例如，一種系統利用了凹形，大園盤狀的拋物面鏡，如美國專利第4，111，184號中所說明的那樣。此外，其它的系統還用了反射式槽，在美國專利第4，385，430號和4，211，211號中作了說明，或者利用了同心的截園錐面組成的陣列，如美國專利第4，347，834中所說明的那種。還有，有一系統已用了平面反射鏡，如美國專利第4，344，417號所說明的以及平面菲涅爾反射鏡，在美國專利第3，058，394號中作了說明。

反射槽看來能為太陽能的高度聚集提供最佳的潛力。然而這個目標如果有過的話，很難達到，因為反射面的曲率要求的精確性使那里任一點處偏離原來規定的表面的任一角度變化都會導致被反射的太陽輻射的雙倍偏差。此外，還不允許反射面的振動。反射面長期的保持精確度及穩定度的需要，就要求反射器用堅固的材料建造且要求細心的校正。于是，就要求建立一個笨重的厚實的支撐結構。此外，這種笨重的結構必須加底座以便在跟蹤太陽的視運動期間保持不振動。再則，這種結構尚未被證實適用或可行于空間（宇航），在那里，減輕重量極端重要。

為了試圖克服上述反射結構的某些局限性，折射式透鏡已被使用。用于聚集太陽能的菲涅爾型透鏡的例子在美國專利第4，289，118號;4，194，949號和4，011，857號中均已作了說明。除上述者外，這類透鏡還曾用于構成平面菲涅爾透鏡，如美國專利第3，985，118和3，203，306中所說明的，凸形菲涅爾透鏡，如美國專利第4，116，223中所說明的，半園柱形或園管形的，如美國專利第4，299，201號和3，125，091號中所說明的，或是一種條形排列的折射式菲涅爾元件，如美國專利第4，069，812號中所說明的。

使用這類透鏡，存在著幾種局限性。在利用平面菲涅爾透鏡的場合，由于透鏡的邊緣附近過量的象差導致采光窗口有限。曾試圖用精確形狀的透鏡來克服這種局限性，但由于需要維持所要求的形狀，它們不得不用堅硬的材料來建造，或要求一個復雜的支撐系統。無論如何，上述的透鏡結構，正如反射鏡結構一樣，尚未被證實適合或可用于空間，在那里重量輕，易于使用而不要精確地校準，是極端的重要。

最后，為了克服上述的局限性，一種折射透鏡和反射鏡的組合已被用于聚集太陽能，它的實例在美國專利第4，333，759號，第4，238，246號和第4，022，186號中作了說明。此外，一種折射透鏡和反射鏡的組合已被利用，如在美國專利第4，323，052號和第4，230，094號中所說明的。然而，為了保持它們的外形或形狀，這些結構都是很堅硬的。