Устройство для концентрации излучения в точечный фокус

 

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНЦЕН ЦИИ ИЗЛУЧЕНИЯ В ТОЧЕЧНЫЙ ФОКУС, с держащее два элемента с рельефным сечением в виде прямоугольных тре-;--угольников , углы наклона гипотенуз которых удовлетворяют соотношению линз Френеля в меридиональной плос кости, обращенных рельефными сечениями друг к другу, и ориентированных под углом 90, отличающееся тем, что, с целью повышения его эффективности, поверхности выполг нены по форме кругового цилиндра с радиусом, равным фокусному расстоянию 5гстройства, 2. Устройство по п. 1, отлиающееся тем, что два рельефных сечения выполнены на противооложных сторонах элементов.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН 5И 4 а 02 В 3/08

ВГ. :®35llЯ

13,,„И

ЙВЬЬ п1 1ЕМ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3352399/24-10 (22) 03,11.81 (31) 204022 (32) 04.11.80 (33) US (46) 15.11.86. Бюл. № 42 (71) Миннесота Майнинг энд Мануфак= чуринг Компани (US) (72) Деннис Ф. Вандерверф (US) (53) 535.824.39(088,8) (56) Йатент США № 4069812, кл. 126=271, 1978.

Патент США № 4108540, кл, 350-211, 1978, (54)(57) 1 ° УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ИЗЛУЧЕНИЯ В ТОЧЕЧНЫЙ ФОКУС, со-. держащее два элемента с рельефным

„„SU ÄÄ1271380 А З сечением в виде прямоугольных тре-" угольников, углы наклона гипотенуз которых удовлетворяют соотношению линз Френеля в меридиональной плоскости, обращенных рельефными сечениями друг к другу, и ориентированных под углом 90, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью повышения его эффективности, поверхности выполнены по форме кругового цилиндра с радиусом, равным фокусному расстоянию устройства.

2. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что два рельефных сечения выполнены на противоположных сторонах элементов.

1271380

Изобретение относится к приборостроению, а именно к концентраторам параллельных пучков солнечного излучения.

Целью изобретения является повыше- 5 ние эффективности устройства.

На фиг. l представлено устройство для концентрации излучения в точечный фокус; на фиг. 2 — путь луча через первую линейную сложную поверхность; на фиг. 3 — то же, через вторую линейную сложную поверхность; на фиг. 4 — зависимости значений углов линейных сложных элементов от расстояния f от начала координат (фиг. 1) для прототипа и изобретения; на фиг. 5 — зависимость, иллюстрирующая распределение энергии в пятне в функции от расстояния от центра по прототипу; на фиг. 6-8 — для центратора по изобретению при различной степени приближения формы линейной сложной поверхности к расчетной; на фиг. 9— концентратор излучения, выполненный на одном элементе с двумя сложными поверхностями на его противоположных сторонах.

Концентратор 1 (фиг. 1) имеет точку максимальной концентрации в его фокусе 2 и две линейные сложные поверхности 3 и 4, ориентированные ортогонально друг другу, одна из них ориентирована вдоль образующей цилиндра.

Схематическое изображение хода луча через первую линейную сложную поверхность в сечении плоскостью ХЕ показано на фиг. 2.

Величина углов отдельных линейных сложных элементов 3 для первой линейной сложной поверхности с целью эффективного схождения излучения в точку должна быть выполнена согласно формуле для угла!

p sin (9,)-п .зЫ(Р1- У!)+ и, 88 8 ep, — . -e0 8 ФД

rpe n< - расчетный коэффициент пре ломления материала, используемого для о линейной сложной поверхности 3.

Те же данные приведены на фиг. 3 для линейной сложной поверхности 4, при этом угол каждого элемента 1.1 в

ычисляется по формуле 55

sin(0; )

are 8in !88 ain(aretII — 8 8!) и -cos16

По приведенным формулам вычисляют начальные величины для углов сложных элементов концентраторов, затем строят трехмерные пути для всех лучей, подающих по линиям 5 и 6, и производят доводку углов с, и ; до тех пор, пока все лучи не будут сходиться в точечном. фокусе 2.

На фиг. 4 показаны конкретные значения с . и ; линейных сложных элементов 3 и 4, полученных при использовании указанного расчета. По вертикальной оси приведены размеры в градусах, а по горизонтальной — в относительных значениях j . P измеряется по диагонали от центра, где

= О, до угловой точки, где = 1.

На фиг. 5 приведена зависимость распределения парциальной энергии, если углы линейных элементов выбраны в соответствии с приведенным расчетом, из которого следует, что радиус пятна, в котором фокусируется 95% энергии, составляет 0,01 единицы, что на два порядка лучше, чем в прототипе.

При изготовлении крупного концентратора с испопьзованием техники секционирования матрицы значительная экономия может быть получена за счет того, что матрицы выполняют не полностью эквивалентными, т.е, полуэквивалентными, что означает, что при разности углов о(, и ф,, составляющей величину меньше 0,6 Ж. и ; эквива-! лентны, а при больших их значениях

1 ,не эквивалентны (см. Фиг. 6, где ра диус концентрации 95% энергии составляет примерно 0,027 единиц).

На фиг. 7 приведено распределение энергии в случае полностью эквивалентного профиля, т.е. линейные сложные поверхности выполнены идентичными, а углы М; и „ равны друг другу по всему интервалу f от 0 до 1.

Для увеличения эффективности. концентратора в случае полностью эквивалентного профиля поперечному сечению концентратора придают асферическую двумерную форму, поперечное сечение которой описывается выражением

L—

СХ

I + iI I - !K + ГГС Х где С вЂ” кривизна в вершине;

К - постоянная конусность.

При К = 0 поперечное сечение углов, при К +"1 — гиперболическое,,1271380 при 0 < К > -1 — эллиптическое, при

К -1 - париболическое, при К > 0— вытянутый эллипс.

Получаемое распределение парциальной энергии при асферическом профиле поверхности приведено на фиг. 8.! 271380

1271380

1271380 70 0 75 Pig

9 ж 8 у

Составитель Л. Перебейносова

Редактор М. Циткина .Техред А.Кравчук Корректор С. Шекмар

Заказ 6258/60 Тираж 501 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж- 35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4