CN1420992A - 用阳光照射放在目标平面中的物体的太阳能装置的多小面聚光镜 - Google Patents

Abstract

依照所提出的发明，这项技术成果是这样实现的，即用于把放在目标平面中的物体暴露在太阳辐射的作用之下的太阳能装备的多小面聚光镜包括支撑框架和用下述方法区分的小面，即聚光镜的小面是用等焦距的球面聚焦反射表面和反射太阳辐射中想要的光谱部分的选择性涂层选定的而且相对于聚光镜的公共轴线被对称地安排在支撑框架上，它们的光学轴线指向在聚光镜光学轴线上位于聚光镜的名义焦点前面并且确定安排目标平面的位置的一个点。

Description

用阳光照射放在目标平面中的物体的 太阳能装置的多小面聚光镜

本发明的技术领域

本发明涉及太阳能技术，具体地说涉及采用聚光的太阳辐射测试材料和制品对阳光和天气因素的耐受性。

本发明的现有技术

大气和太阳辐射的综合作用在各种不同的材料和制品中引起不可逆的变化、降解和自然老化。这种变化的最典型和最重要的  (与技术因素和经济因素有关的)实例表现为在结构材料、饰面材料、油漆和清漆和纺织品染料的颜色方面的变化(被称为褪色和变色)和作为在温室中使用的聚乙烯薄膜在一两个季节之后的脆化和破裂的效果能够得到证明的聚合物材料的机械性能下降。

这些和其它的降级过程的速率取决于大气、温度和暴露在光线之下的综合作用。在太阳光谱的紫外(UV)区段(290-450nm)，暴露在光照射之下是最显著的。在材料的降解过程中，太阳的紫外线辐射的主要作用的物理性质是通过阳光中的光子能量对应于有机化合物和有机元素化合物(organoelernentcompound)的典型的化学键(C-C、CN、C-O、C-″F、C-Cl等)的断裂能量这一事实引起的。

用太阳光谱中的长波区段的光线(可见光和红外线)照射材料仅仅是造成给材料加热的原因。

对日光的在博览会之上的在～小面的不能还原的改变的上述的在涂料和材料的着色方面不可逆的变化与暴露于阳光下的依从关系是涉及建筑物在城市内变换不定的复合照明条件下外表的涂层和嵌板的长期行为的关键因素。因此，测试和确认对天然的阳光照射敏感的各种材料和制品在经济上具有非常实际的重要意义。

目前，模拟照射条件，尤其是模拟与一套影响样品的不同的大气因素相结合的多重聚光区域的辐射是一个复杂的技术问题。这是由一系列实际的技术因素引起的：即使专门为模拟天然阳光辐射而研制的最好的金属-卤素灯的光谱也表现出明显的线性结构，尤其是在感兴趣的紫外线光谱范围；因此，人们应该预期天然阳光和所述的灯光引起的材料降解的机理可能有显著的区别；为了提供测试结果的高可信度，在整个目标区域上照射通量密度的均匀性同样应该非常高的(在百分之几的范围内)；以及为了减少由于吸收阳光中的可见光和红外线部分造成的在测试条件之下样品被过度加热的因素，必不可少的是提供专用措施(除了样品可能得到的冷却)，具体地说是把太阳辐射的可见光和红外线部分从入射到样品上通量中滤掉。

在现有技术，已揭示出一系列聚光镜，它们代表使用聚光的太阳辐射用于快速日光自然老化试验的太阳能装置的某些零部件。例如，在苏联发明家证书第139513号IPC GO1H 17/02中太阳能装置揭示一种包括由6个平面镜(每个尺寸为2×1.3米)组成的聚光镜打算用来对材料进行测试的仪器。这些平面镜被成对地安装在3个机械上互相连接的平台上。这些平台一个接一个地沿着两条铺设在7米半径的圆形路径上的轨道一起移动。在测试条件下装样品的平面单元(尺寸为2×1.3)位于这条圆形路径中心。然而，高材耗和由此带来的大重量、复杂的太阳追踪运动学以及不可能获得太阳辐射的高聚光比(大约为100)是这个设计明显的缺点。

在苏联发明家证书第1746157号，IPC F24J 2/42中揭示了作为所述的太阳装备的一部份的抛物面聚光镜。这个聚光镜是由平坦的小面组成的。然而，这个聚光镜的设计也是以被复杂的太阳追踪和不可能获得太阳能的高聚光比为特色的。

在苏联发明家证书第1800243号IPC F24J 2/42中揭示了一种由平坦的小面组成的原型聚光镜设计。这个聚光镜设计有重要的缺点，即聚光比的增加也仅仅是通过在目标平面中应用复杂的旋转样品运动学才能实现的。

综上所述，确实需要不仅提供快速试验的性能而且模拟导致在几个月到几年期间发生的在材料的主要特征(色彩的、机械的及其它的特征)方面持续降级的过程和随之发生的贸易质量的损失的改进的装置和技术。

本发明的附加优势将部分地在下面的描述中予以陈述，部分地将通过描述变得明显或者能够从本发明的实践中体会到。本发明的优势可以通过在权利要求书中特意指出的方法得以实现。

本发明的概述

因此，本发明的一个目的是提供用于加速材料测试的装置。

本发明的另一个目的是提供允许获得高达-100倍的聚光比的装置。

本发明的第三个目的是提供在单一装置中聚光比变化小的装置。

本发明的第四个目的是在测试条件之下安排样品的整个区域上提供被聚光的光通量的通量密度分布的最大的一致性。

本发明的第五个目的是提供尽可能接近感兴趣的天然日光光谱的紫外线部分的照射光通量的光谱特性。本发明进一步的目的是在观察这个分数的份额组成天然日光的总通量密度的大约90％的时候减少在测试条件下由于吸收在其光谱的可见和红外部份的天然日光造成的物体被过度加热的效果。

本发明由于在测试条件下安排样品的平面中创造了聚集、均匀一致、相对于光谱可选择的光斑允许实现存在于用物体在广泛多样的测试条件下行为的非常可靠的可预测性把用来对物体进行测试所必需的时间周期减少100倍(几天而不是几个月或几年)之中的必要的结果。

扼要地说，为了解决现有方法的问题，按照本发明的目的，如同在本文中被具体表达和广泛地描述的那样，提供了一种用来使放在目标平面之内的物体的暴露在太阳的辐射作用之下的太阳能装置的多面聚光镜，它包括支撑框架和用下述方法区分的小面，聚光镜的小面是用等焦距的球面聚焦反射表面和反射太阳辐射中想要的光谱部分的选择性涂层选定的而且是相对于聚光镜的公共轴线对称地安排在支撑框架上，它们的光学轴线指向在聚光镜的光学轴线上位于聚光镜的名义焦点前面用来确定安排目标平面的位置的一个点。

附图简要说明

本发明是用作为实例而非限制的附图图解说明的，在这些附图中相同的参考数字指示相似的要素。

图1展示用来证明照射目标平面中的样品的均匀通量的形成的方框图。

图2展示用来证明照射目标平面中的样品的均匀通量的形成的光学示意图。

图3展示打算用于材料在天然日光下加速老化的多小面选择聚光镜的实验装置的相片。

图4展示与聚光镜小面的反射特性有关的实验数据。

图5展示与目标区域上通量功率的分布有关的实验数据。

本发明的详细说明

除非另外明确地定义，在本文中使用的科学技术术语全都具有熟悉这项发明所属技术领域的人共同理解的意义。虽然任何类似或等价于本文中描述的方法和材料都可以在实践和检验本发明时使用，但是优选的方法和材料是现在描述的。

现在参照图1和图2，它们一般地展示被推荐的聚光镜，其中相同的数字代表相同的要素。聚光镜包括搬运框架1，在该框架上小面2(例如，K-85级的玻璃基体)相对于公用的光学轴线被对称地放置。在这种情况下，小面的光学轴线指向公共点3，该点位于聚光镜的光学轴线上并且被安排在聚光镜的名义焦点4的前面。公共区域6在那里定位的目标平面5的位置是由点3决定的。公共点3被安排在名义焦点4的前面，以便实现少于最大限度的集中，而且小面的名义焦距7的一个分数，以便保持图像形状与小面2大体相同，大小按距离3对距离4的比例缩小。这种瞄准战略和聚光镜设计提供一种在除了扩大小面之外不对聚光镜做任何变更的情况下通过改变公共点3的距离改变聚光条件的方法。在打算暴露的物体上形成均匀一致的通量密度是使本质上相当的和均匀一致的小面图像重叠。

聚光镜按下述的模式操作。对应于整个太阳光谱的入射辐射照射在具有特性被事先确定的选择性反射涂层的小面2上。从具有选择性涂层的小面2反射的那部分辐射被引向目标平面5。在这种情况下，所有的小面都被这样调整，以致照明程度非常均匀的光斑被收集在目标平面5中的公共区域6上(图2)。在这种情况下，实现把用来对物体进行测试的时间周期减少100倍是可能的，取决于对太阳辐射的聚光镜的特殊要求。

如上所述，建议中的技术决定与已知的设计相比具有一系列优势，即：(1)它提供必要的高聚光比(高达100倍)；和(2)沉积在玻璃面基体上的选择性反射涂层的应用使下述情况成为可能，即一方面在太阳光谱的紫外线部分(在290-450纳米范围内)提供高度均匀一致的反射性(在p＝0.93-0.95的水平)，另一方面有效地滤掉在可见光和红外线光谱区域的太阳辐射(在长波光谱区域中选择性涂层的反射率，

Q650nm，Q0.05)；因此，入射到小面上的太阳的长波辐射在测试条件下绝大部分穿过涂层和玻璃刻面基体透射，不命中样品。实例

这个实例涉及本发明的实现。

图3展示为材料在天然日光下的加速老化试验设计的有选择性多面聚光镜的实验装备的相片。

图4和5分别展示与聚光镜小面的反射特性和目标区域上通量功率的分布有关的实验数据。

虽然本发明已被详细地描述和图解说明，但是人们清楚地了解同样仅仅是作为举例说明和实例而不是作为限制，本发明的精神和范围仅仅受权利要求书的制约。例如，本发明也可能被有效地用在一系列其它的应用中，例如  用于废水解毒、水的消毒和纯化、用天然日光辐射的激光泵、使用日光能源的化学药品的标的摄影和光催化合成和使用聚光的太阳辐射的光电池供电系统的太阳能装置的部件。

Claims (3)

1.一种用于使放在目标平面中的物体暴露于太阳辐射的作用之下的太阳能装备的多小面聚光镜，该聚光镜包括：

(A)支撑框架；以及

(B)众多小面，每个都有光学轴线和名义焦点，这些小面是用众多等焦距的球面聚焦反射表面和反射太阳辐射中想要的光谱部分的选择性涂层选定的并且相对于聚光镜的公共轴线被对称地安排在支撑框架上，小面的光学轴线指向在聚光镜的光学轴线上用来确定目标平面的位置的一个点，这个点位于聚光镜的名义焦点和小面的名义焦点的前面用来在目标平面提供均匀的通量。

2.根据权利要求1的多小面聚光镜，其中小面包括玻璃衬底。

3.根据权利要求2的多小面聚光镜，其中反射涂层透射可见光和红外线并且反射紫外线。