[發明專利]一種分光型陽光輸送機

無效

• 申請號: 201110258872.4
• 申請日: 2011-09-02
• 公開（公告）號: CN102298174A
• 公開（公告）日: 2011-12-28
• 發明（設計）人: 寧鐸;田艷麗;黃建兵;戴慶瑜;劉偉;張宏博
• 申請（專利權）人: 陜西科技大學
• 主分類號: G02B6/32
• 分類號: G02B6/32
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 陸萬壽

技術領域

本發明涉及陽光輸送領域，尤其涉及一種分光型陽光輸送機。

背景技術

目前，在實際應用中更多的時候主要直接使用可見光實現照明功能，因為相對于石英光纖來說，具有傳輸紫外和紅外光譜功能對于實際應用中的普通照明意義不大。而塑料光纖相當于石英光纖來說，價格便宜使得陽光輸送機整機在市場上具有很大的競爭優勢。然而紅外線匯聚在聚光接口器處容易形成高溫區，并且塑料光纖在太陽光長期照射下容易老化。

發明內容

本發明的目的在于提供一種能夠有效降低聚光區的溫度、消除塑料光纖老化的分光型陽光輸送機。

為達到上述目的，本發明采用的技術方案是：包括設置在同一光軸上的費涅爾透鏡以及設置在費涅爾透鏡光路中的聚光接口器，在聚光接口器內自透過費涅爾透鏡的光路中依次設置有雙凹形旋轉曲面透鏡和光導纖維都處于同一光軸上；該雙凹形旋轉曲面透鏡設置在太陽光穿射費涅爾透鏡后形成的可見光聚焦區；

所述的光導纖維包括接收太陽能的漸縮結構的倒錐形變徑段和等直徑段，其中變徑段固定在聚光接口器內；

所述的費涅爾透鏡與雙凹形旋轉曲面透鏡的距離即費涅爾透鏡的焦距L與費涅爾透鏡最大半徑R滿足式(1)入射角度要求：

arctg(R/L)＝α＜(α₀-γ)????????????????????(1)；

其中α為太陽光從費涅爾透鏡透射后進入雙凹透鏡的入射角度，α₀為等直徑光纖的最大允許接收角，γ為光導纖維變徑段的變徑角度；

其中等直徑光纖的太陽能最大允許接收角α₀由下3式決定：

Y_min＝arcsin(n₃/n₁)

X_max＝π/2-Y_min

α₀＝arcsin(n₁sinX_max/n₀)

其中X為入射光線由空氣到光導纖維玻璃芯折射后的出射角，Y為該光線由光導纖維玻璃芯到光導纖維玻璃包層發生折射時的入射角，Z為該光線二次折射后的出射角，Y_min為入射光線發生全反射時的臨界角，當Y＞Y_min時，均可發生全反射，X_max為對應Y_min和α₀的一次折射出射角，n₀為空氣折射率，n₁為光導纖維折高折射率玻璃芯的折射率，n₃為光導纖維低折射率玻璃包層折射率；

漸縮結構的錐形變徑段端部的面積等于入射太陽光透過費涅爾透鏡經雙凹形旋轉曲面透鏡后的聚焦區域的面積。

所述的光導纖維變徑段的變徑角度γ由公式(2)確定：

tgγ＝(A-r)/B????(2)；

其中A是光導纖維變徑段的最大半徑，r是光導纖維正常直徑段的半徑，B為光導纖維變徑段的長度。

所述的費涅爾透鏡為透射式點聚光。

所述的聚光接口器設有收容雙凹形旋轉曲面透鏡(3)和光導纖維(4)的腔體。

所述光導纖維為塑料光導纖維。

本發明通過費涅爾透射式點聚光透鏡實現高倍聚光，同時利用其小焦距的強折射性把可見光從太陽光中分離出來并且其小焦距更方便聚光體的加工制作。最后通過雙凹透鏡和變徑光纖順利的把可見光導入光纖并以全反射方式傳輸到需要照明的地方。

本發明分離并去除紅外光后有效降低了聚光區的溫度；另外，去除紫外線也有效消除了塑料光纖在太陽光長期照射下容易老化的老大難問題。而且因為塑料光纖相當于石英光纖來說，價格便宜使得陽光輸送機整機在市場上具有很大的競爭優勢。本發明能夠簡單有效的把太陽光中的可見光分離出來，對可見光進行光路調整后再以全反射方式在塑料傳導光纖中傳輸，不但有效的降低了成本，而且實現了高倍聚光情況下太陽光的直接照明。

附圖說明

圖1是本發明的太陽能聚光接口裝置的結構示意圖；

圖2是圖1中所示的光導纖維的太陽光路示意圖；

圖3光線入射等直徑光纖時發生兩次折射的光路圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明作進一步詳細說明。