ЗЕРКАЛО С ЗАДАННОЙ КРИВИЗНОЙ Российский патент 2013 года по МПК G02B7/188 F24J2/10 F21V7/16 H01Q15/16 

Изобретение относится к области гелиотехники и радиотехники и может быть использовано в концентраторах солнечного излучения и радиоволн, различных устройствах по изменению светового потока - светотехнике.

В настоящее время основным источником получения электроэнергии является сжигание ископаемых органических топлив, но этот вид источника энергии имеет ограниченный запас в природе и неэкологичен. Этих недостатков лишена солнечная энергия, но на пути широкого ее использования встает ряд проблем и главная из них рассеянность солнечного излучения. Эту проблему можно решить путем использования концентраторов солнечных лучей различного типа - в основном это параболические, сферические, цилиндрические зеркала или системы, содержащие множество таких зеркал, причем в этом случае возможно использование даже плоских зеркал, однако во всех этих случаях возникает трудность связанная с сложностью изготовления зеркал большой площади и достаточно высокими требованиями к точности выполнения их поверхности.

Перед автором стояла задача по разработке устройства зеркала, дающего необходимую точность выполнения отражающей поверхности с изменяемой кривизной и профилем, большого размера, немассивного, легко ориентируемого в пространстве.

Существует множество способов получения необходимой кривизны у поверхности, используемой в оптической системе как зеркало, Например, путем механической деформации пластины зеркала, при этом деформация может быть вызвана различными устройствами: механическими (АС СССР №631756, АС СССР №1278762, АС СССР №1307422), пневматическими (АС СССР №1303962, АС СССР №645110), гидравлическими (АС СССР №987556, АС СССР №1638692), гидростатическими (АС СССР №1430927), электрическими / электростатическими (АС СССР №1548767) и электромеханическими (АС СССР №1485180) и др., все эти устройства достаточно сложны и могут обеспечить создание лишь зеркал относительно небольшой площади.

Наиболее близким к заявляемому изобретению по первому и второму вариантам является изобретение по пункту 6 формулы изобретения по патенту RU №2185695 (выбранное за прототип для заявляемого изобретения по первому и второму вариантам) - отражатель излучения. Известный отражатель излучения содержит матрицу механически и пневматически связанных и взаимно сплетенных друг с другом цепочек тороидальных пневмокамер, ориентированных во взаимно перпендикулярных плоскостях и взаимодействующих друг с другом и с зеркальным полотном.

Наиболее близким к заявляемому изобретению по третьему и четвертому вариантам является изобретение по пункту 8 формулы изобретения по патенту RU №2185695 (выбранное за прототип для заявляемого изобретения по третьему и четвертому вариантам) - отражатель излучения. Известный отражатель излучения содержит зеркальное полотно, а также внешнее кольцо и радиальные стойки, выполненные в виде гирлянд из полых шариков или колец, нанизанных на тросы, концы которых пропущены через отверстия жесткого внутреннего кольца и связаны с механизмом натяжения и фиксации положения тросов.

Технические решения, выбранные за прототип для заявляемого изобретения, имеют сложную конструкцию, сложную регулировку кривизны зеркала, обусловливающую недостаточную надежность устройства в целом.

Технический результат, достигаемый заявляемым изобретением - упрощение конструкции зеркала с заданной кривизной, упрощение регулировки кривизны зеркала, повышение надежности работы, увеличение площади зеркала.

Заявляемый технический результат достигается тем, что:

В зеркале с заданной кривизной, содержащем гибкое зеркальное полотно, размещенное на пневмосистеме, состоящей из газонаполняемых пневмокамер, пневматически связанных между собой, согласно изобретению пневмокамеры имеют форму, близкую к сферической, все пневмокамеры уложены во внешнюю газонаполняемую оболочку, пневмокамеры пневматически связаны между собой через клапаны, обеспечивающими доступ газа от источника газа во внутренние полости пневмокамер и препятствующими выходу газа из внутренней полости пневмокамер.

Соседние пневмокамеры соединены между собой.

Зеркальная поверхность гибкого зеркального полотна выполнена сегментированной.

Зеркало с заданной кривизной содержит зеркальное полотно в виде гибкой пластины, имеющую внешнюю отражающую зеркальную поверхность. При этом указанная пластина размещена на газонаполняемых пневмокамерах, соединенных друг с другом и пневматически связанных между собой. Пневмокамеры (все или их часть) пневматически связаны между собой через клапаны, позволяющими газу от источника газа поступать в каждую камеру и предотвращающими выход газа из камер. Стенки каждой пневмокамеры выполнены из упругого материала. Камеры имеют форму, близкую к сферической и образовывают систему соединенных шаров образующие структуру подобную атомной структуре кристаллического твердого тела при этом вся система шаров окружена по внешней стороне герметичной оболочкой.

От источника газа повышенного давления во внутренние полости пневмокамер поступает рабочий газ. Необходимая кривизна зеркала обеспечивается тем, что в камерах разного уровня обеспечивается, например, разное давление в зависимости от нужной кривизны зеркала. Клапаны, посредством которых певмокамеры связаны между собой, препятствуют выходу газа из камер. Таким образом обеспечивается надежная стабильная конструкция зеркала с заданной кривизной. Пневмокамеры уложены в общую (внешнюю) газонаполняемую оболочку, пневматически связанную с источником газа повышенного давление, при этом газ подается в свободное пространство между внешней оболочкой и камерами.

Зеркальное полотно может быть выполнено на гибкой пластине; пластина может быть цельной; пластина может быть выполнена сегментированной, т.е. состоящей из множества негибких зеркал, связанных между собой посредством гибких связей; пластина может быть выполнена анизотропно упругой - т.е. имеющей разную упругость на разных участках.

Конструкция зеркала с заданной кривизной является простой, надежной. Конструкция позволяет получить зеркало больших размеров, при этом зеркало будет оставаться легким, что позволяет поднимать его в атмосферу, наполняя его легким газом, например гелием.

В заявляемой конструкции возможно осуществить настройку кривизны, при этом отсутствуют громоздкие внешние устройства, необходимые для обеспечения заданной кривизны зеркала и управления формой зеркала.

Конструкция непосредственно гибкого зеркального полотна в настоящей заявке не описывается, т.к. в настоящее время известны широко конструкции гибких зеркальных полотен. Можно использовать любое известное легкое гибкое зеркальное полотно.

Заявляемое изобретение поясняется чертежами.

На фиг.1 изображено поперечное сечение зеркала с заданной кривизной по второму варианту.

На фиг.2 показан вид сверху каркаса зеркала, состоящего из пневмокамер, по второму варианту.

Зеркало содержит зеркальное полотно 1, выполненное в виде гибкой малорастяжимой пластины с зеркальной поверхностью, на внешнюю поверхность которой нанесено покрытие отражающее излучение. Зеркальное полотно 1 размещено на пневматической системе, представляющей собой пневмокамеры 2, имеющие форму, близкую к сферической, уложенные во внешнюю газонаполняемую оболочку 3. Пневмокамеры 2 связаны между собой (соединены), а также пневматически сообщены между собой. Наполнение газом пневмокамер осуществляется от источника газа 4. Пневматическое сообщение камер осуществляется через клапаны 5, обеспечивающими доступ во внутреннюю полость камер газа из источника 4 и исключающим его выход из камер. Наличие клапанов 5 необходимо для того, чтобы обеспечить возможность разного давления в камерах, расположенных на разных уровнях для обеспечения необходимой кривизны зеркала. Газонаполняемая оболочка 3 также наполняется газом от источника 4 газа повышенного давления, целесообразно - через клапан, предотвращающий утечку газа из оболочки.

Чтобы обеспечить изгиб конструкции пневмокамеры 2 соединены в местах контакта друг с другом. Чем плотнее уложены пневмокамеры 2 в оболочке 3, тем устойчивее будет вся конструкция зеркала.

Функционирование зеркала с заданной кривизной осуществляется следующим образом.

От источника 4 газ подается в пневмокамеры 2 и оболочку 3 под разным давлением и разного количества в зависимости от положения камеры в системе, чтобы обеспечить в них разное давление в соответствии с необходимой кривизной и формой зеркала. Подача среды от источника 4 в пневмокамеры 2 может осуществляться поочередно на разные уровни пневмокамер 2 по отношению к зеркалу и положения пневмокамер относительно оси зеркала. После заполнения пневомкамер 2 и внешней оболочки 3 газом, клапаны 5 препятствуют выходу газа (среды) из пневмокамер 2, чем обеспечивается фиксирование формы зеркала.

Изобретение может быть использовано в концентраторах солнечного излучения и радиоволн, устройствах по изменению светового потока. Зеркало содержит гибкое зеркальное полотно, размещенное на пневмосистеме, состоящей из газонаполняемых пневмокамер, пневматически связанных между собой. Пневмокамеры имеют форму, близкую к сферической, все пневмокамеры уложены во внешнюю газонаполняемую оболочку, пневмокамеры пневматически связаны между собой через клапаны, обеспечивающие доступ газа от источника газа во внутренние полости пневмокамер и препятствующие выходу газа из внутренней полости пневмокамер. Технический результат - упрощение конструкции зеркала с заданной кривизной, упрощение регулировки кривизны зеркала, повышение надежности работы, увеличение площади зеркала. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Зеркало с заданной кривизной, содержащее гибкое зеркальное полотно, размещенное на пневмосистеме, состоящей из газонаполняемых пневмокамер, пневматически связанных между собой, отличающееся тем, что пневмокамеры имеют форму, близкую к сферической, все пневмокамеры уложены во внешнюю газонаполняемую оболочку, пневмокамеры пневматически связаны между собой через клапаны, обеспечивающие доступ газа от источника газа во внутренние полости пневмокамер и препятствующие выходу газа из внутренней полости пневмокамер.

2. Зеркало по п.1, отличающееся тем, что соседние пневмокамеры соединены между собой.

3. Зеркало по п.1, отличающееся тем, что зеркальная поверхность гибкого зеркального полотна выполнена сегментированной.