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TECHNISCHER BEREICH
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein retroreflektierendes Fenster.
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HINTERGRUND
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In verwandter Technik wurde ein retroreflektierendes Fenster vorgeschlagen, bei dem ein Prisma zwischen einer Vielzahl von transparenten Plattenelementen vorgesehen ist oder einstückig mit den transparenten Plattenelementen vorgesehen ist, um direktes Licht von der Sonne auf die Seite der Sonne zu retroreflektieren (siehe Patentliteratur 1 bis 3). Darüber hinaus wurde auch ein Fenster für den Innenbereich vorgeschlagen, bei dem ein Prisma verwendet wird, um direktes Licht zu reflektieren und eine Innenseite der Decke zu beleuchten (siehe Patentliteratur 4 bis 6).
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ZITATLISTE
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PATENTLITERATUR
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- [Patentliteratur 1] JP 2015-210319 A
- [Patentliteratur 2] JP 2015-174810 A
- [Patentliteratur 3] JP 2017-211442 A
- [Patentliteratur 4] JP 2017-214822 A
- [Patentliteratur 5] JP 2017-161692 A
- [Patentliteratur 6] JP 2017-151249 A
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Weiterer Stand der Technik ist bekannt aus:
| [7] | J.O. Löfken.„Kondensiertes Licht‟. www.weltderphysik.de. 19.10.2015 | https://www.weltderphysik.de/qebiet/teilchen/news/2 015/kondensiertes-licht/ |
| [8] | Wikipedia - Kondensor. 12.12.2017 | https://de.wikipedia.org/wiki/Kondensor |
| [9] | US 2012/0 222 722 A1 | |
| [10] | JP S61-117388 A | |
| [11] | US 2016/0 372 619 A1 | |
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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TECHNISCHES PROBLEM
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Hier haben die Erfinder erwogen, retroreflektierendes direktes Licht im Sommer zu verwenden, um eine Verringerung der Kühleffizienz zu verhindern, ohne das direkte Licht in Innenräumen zu nutzen, und das direkte Licht im Winter in Innenräumen zu nutzen, um beispielsweise die Heizeffizienz zu verbessern, und haben die Kompatibilität zwischen einem Fenster, das das direkte Licht nicht direkt in Innenräumen nutzt, wie das retroreflektierende Fenster, und einem Fenster, das das direkte Licht direkt nutzt oder das direkte Licht zur Strahlungsheizung nutzt, wie das Fenster, das in Innenräumen genutzt wird, untersucht. Die Erfinder haben auch untersucht, um es zwischen dem ersteren Fenster und dem letzteren Fenster umschaltbar zu machen, indem sie einen Unterschied in der Sonnenhöhe zwischen Sommer und Winter ausnutzen, um so Kompatibilität zwischen dem ersteren Fenster und dem letzteren Fenster zu erreichen. In einem Fall, in dem der Unterschied in der Sonnenhöhe genutzt wird, ergeben sich jedoch folgende Probleme.
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12 ist eine Grafik, die eine Korrelation zwischen Südhöhe, minimaler Temperatur und maximaler Temperatur während eines Jahres zeigt. Wie aus 12 hervorgeht, sind die Südhöhe zur Frühlings- und Herbst-Tagundnachtgleiche gleich (etwa 55 Grad). Zwischen Frühlings- und Herbstäquinoktium unterscheiden sich die minimale und die maximale Temperatur um etwa 15 Grad, und das Frühlingsäquinoktium ist trotz gleicher Sonnenhöhe kälter als das Herbstäquinoktium. Daher ist es im Spätherbst nicht erwünscht, das direkte Licht in Innenräumen zu verwenden, bis die Sonnenhöhe auf 45 Grad sinkt, während das direkte Licht im Frühjahr in Innenräumen verwendet werden soll, bis die Sonnenhöhe 65 Grad erreicht, so dass ein Nachfrageunterschied dazwischen entsteht.
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Daher ist in einem Fall, in dem ein Fenster auf Grundlage des Sonnenstands einer einzelnen Jahreszeit erstellt wird, ein Zustand, in dem das direkte Licht nicht direkt in Innenräumen genutzt wird, oder ein Zustand, in dem das direkte Licht in Innenräumen genutzt wird, in anderen Jahreszeiten nicht angebracht.
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Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um ein solches Problem zu lösen, und eine Aufgabe davon ist es, ein Mehrstufen-Prismenfenster bereitzustellen, das den Zustand, in dem das direkte Licht nicht direkt in Innenräumen verwendet wird, oder den Zustand, in dem das direkte Licht in Innenräumen ohne Abhängigkeit von den Jahreszeiten verwendet wird, optimieren kann.
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LÖSUNG DES PROBLEMS
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Diese Aufgabe wird mit den Mehrstufen-Prismenfenstern gemäß der Ansprüche 1 und 2 gelöst. Die Unteransprüche stellen vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung dar.
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VORTEILHAFTE AUSWIRKUNGEN DER ERFINDUNG
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Gemäß dem Mehrstufen-Prismenfenster gemäß der vorliegenden Erfindung kann aufgrund des Flüssigkeitssteuermechanismus, der so konfiguriert ist, dass er wenigstens einen der beiden Räume mit der Flüssigkeit füllt, ein Totalreflexionszustand des ersten Prismas oder des zweiten Prismas verändert werden, wenn der erste Raum oder der zweite Raum mit der Flüssigkeit gefüllt ist, so dass eine Funktion des ersten Prismas oder eine Funktion des zweiten Prismas nicht gegeben ist. Wenn also einer der Räume gemäß der Temperatur mit der Flüssigkeit gefüllt ist, zum Beispiel ohne Abhängigkeit von der Sonnenhöhe, können die Funktionen des ersten Prismas und des zweiten Prismas selektiv gezeigt werden. Daher kann der Zustand, in dem das direkte Licht nicht direkt in Innenräumen verwendet wird, oder der Zustand, in dem das direkte Licht in Innenräumen verwendet wird, ohne Abhängigkeit von den Jahreszeiten optimiert werden.
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Figurenliste
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- 1 ist eine Querschnittsansicht, die ein Mehrstufen-Prismenfenster gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt.
- 2 ist ein Querschnitt, der einen Zustand zeigt, in dem ein zweiter Raum mit Wasser gefüllt ist, während aus einem ersten Raum Wasser abgelassen wird.
- 3A und 3B sind konzeptionelle Diagramme, die den optischen Weg des direkten Lichts zeigen, das gemäß der ersten Ausführungsform auf das Mehrstufen-Prismenfenster fällt. 3A zeigt den optischen Weg, wenn der erste Raum nicht mit Wasser gefüllt ist, während der zweite Raum mit Wasser gefüllt ist, und 3B zeigt den optischen Weg, wenn der erste Raum mit Wasser gefüllt ist, während der zweite Raum nicht mit Wasser gefüllt ist.
- 4 ist eine Querschnittsansicht, die eine Modifikation des Mehrstufen-Prismenfensters gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
- 5 ist ein Querschnitt, der ein Mehrstufen-Prismenfenster gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt.
- 6 ist eine Querschnittsansicht, die eine Modifikation des Mehrstufen-Prismenfensters gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt.
- 7 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Hauptteils eines Mehrstufen-Prismenfensters gemäß einer dritten Ausführungsform.
- 8 ist eine vergrößerte Seitenansicht eines Flüssigkeitssteuermechanismus nach 7.
- 9 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung des in 7 dargestellten Flüssigkeitssteuermechanismus.
- 10A und 10B sind vergrößerte Ansichten, die einen Flüssigkeitssteuermechanismus eines Mehrstufen-Prismenfensters gemäß einer vierten Ausführungsform zeigen. 10A zeigt einen ersten Zustand, und 10B einen zweiten Zustand.
- 11A und 11B sind vergrößerte Ansichten, die einen Flüssigkeitssteuermechanismus eines Mehrstufen-Prismenfensters gemäß einer fünften Ausführungsform zeigen. 11A zeigt einen ersten Zustand, und 11B einen zweiten Zustand.
- 12 ist eine Grafik, die eine Korrelation zwischen Südhöhe, minimaler Temperatur und maximaler Temperatur in Japan zeigt.
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BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung gemäß bevorzugten Ausführungsformen beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die folgenden Ausführungsformen beschränkt und kann bei Bedarf modifiziert werden, ohne vom Anwendungsbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Auch wenn ein Teil der Konfigurationen in den nachstehend zu beschreibenden Ausführungsformen möglicherweise nicht illustriert oder beschrieben wird, versteht es sich von selbst, dass eine bekannte oder bekannte Technik angemessen auf Einzelheiten einer ausgelassenen Technik innerhalb eines Bereichs angewandt wird, in dem kein Widerspruch zu den nachstehend zu beschreibenden Inhalten auftritt.
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1 ist eine Querschnittsansicht, die ein Mehrstufen-Prismenfenster gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt. Ein Mehrstufen-Prismenfenster 1, das in 1 schematisch dargestellt ist, umfasst: zwei transparente Plattenelemente 10; ein Dichtelement 20; ein erstes Prismenelement 30; ein zweites Prismenelement 40; und ein Zwischenprisma 50, das aus einer transparenten flachen Platte gebildet ist. Das erste Prismenelement 30 und das zweite Prismenelement 40 sind durch das transparente Zwischenprisma 50 voneinander beabstandet.
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Das erste Prismenelement 30 umfasst zwei transparente dünne Filme TF, die zickzackförmig geformt sind, und ein weiches transparentes Harzmaterial ist auf zwei Seiten der beiden dünnen Filme TF gefüllt. Eine Vielzahl von ersten Prismen 31 sind auf einer Außenseite der beiden dünnen Filme TF gebildet, und eine Vielzahl von Bildrestaurationsprismen 33 sind auf einer Innenseite gebildet. Streng genommen umfassen die ersten Prismen 31 und die Bildrestaurationsprismen 33 nicht nur das transparente Harzmaterial, sondern auch die dünnen Filme TF.
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Zwischen den beiden dünnen Filmen TF entsteht Raum (erster Raum S1). Daher ist der erste Raum S1 von der Innenseite her in Kontakt mit dem ersten Prisma 31 und von der Außenseite her in Kontakt mit dem Bildrestaurationsprisma 33. Das erste Prismenelement 30 umfasst des Weiteren: eine Vielzahl reflektierender Elemente (lichtundurchlässige Elemente) 32; und einen Flüssigkeitssteuermechanismus 34. Der Flüssigkeitssteuermechanismus 34 füllt den ersten Raum S1 mit Wasser (Flüssigkeit) und leitet Wasser aus dem ersten Raum S1 ab.
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Ähnlich wie das erste Prismenelement 30 umfasst auch das zweite Prismenelement 40: zwei transparente dünne Filme TF, die zickzackförmig ausgebildet sind, und das weiche transparente Harzmaterial ist ebenfalls auf zwei Seiten der beiden dünnen Filme TF gefüllt. Eine Vielzahl von zweiten Prismen 41 ist auf der Außenseite der beiden dünnen Filme TF gebildet, und eine Vielzahl von Bildrestaurationsprismen 44 ist auf der Innenseite gebildet. Streng genommen umfassen die ersten Prismen 31 und die Bildrestaurationsprismen 33 nicht nur das transparente Harzmaterial, sondern auch die dünnen Filme TF.
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Zwischen den beiden dünnen Filmen TF wird ein Raum (zweiter Raum S2) gebildet. Daher ist der zweite Raum S2 von der Innenseite her in Kontakt mit dem zweiten Prisma 41 und von der Außenseite her in Kontakt mit dem Bildrestaurationsprisma 44. Das zweite Prismenelement 40 umfasst des Weiteren: eine Vielzahl von reflektierenden Elementen 42, eine Vielzahl von endothermen Elementen 43 und einen Flüssigkeitssteuermechanismus 45. Der Flüssigkeitssteuermechanismus 45 füllt den zweiten Raum S2 mit Wasser und leitet Wasser daraus ab.
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Obwohl jedes der Prismen 31, 33, 41, 44 das weiche Harz umfasst, dessen Form durch den durchsichtigen dünnen Film TF in der ersten Ausführungsform definiert ist, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt, und jedes der Prismen 31, 33, 41, 44 kann auch aus einem Festkörper oder dergleichen gebildet sein, beispielsweise ohne den dünnen Film TF. Des Weiteren ist der dünne Film TF unter dem Gesichtspunkt der Haltbarkeit und Biegbarkeit vorzugsweise ein Polyethylenterephthalat-Film (PET-Film), und noch bevorzugter wird der dünne Film TF einer Behandlung mit geringer Reflexion unterzogen, um Fresnel-Reflexion zu vermeiden.
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Im Folgenden wird jeder Teil im Detail beschrieben. Die beiden transparenten Plattenelemente 10 bestehen aus transparenten Plattenmaterialien wie Glasmaterialien oder Harzmaterialien, die im wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind. Die beiden transparenten Plattenelemente 10 umfassen ein erstes transparentes Plattenelement 10a und ein zweites transparentes Plattenelement 10b. Das erste transparente Plattenelement 10a ist auf der Außenseite und das zweite transparente Plattenelement 10b ist auf der Innenseite des ersten transparenten Plattenelements 10a angeordnet.
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Das Dichtelement 20 befindet sich zwischen den beiden transparenten Plattenelementen 10 an den peripheren Endabschnitten der beiden transparenten Plattenelemente 10. Durch Vorsehen des Dichtelements 20 an den peripheren Endabschnitten der beiden transparenten Plattenelemente 10 wird ein Innenraum gebildet, der durch die beiden transparenten Plattenelemente 10 und das Dichtelement 20 verschlossen ist, und das erste und zweite Prismenelement 30, 40 sind in einem solchen Innenraum vorgesehen.
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Die Vielzahl der ersten Prismen 31 des ersten Prismenelements 30 sind im Innenraum zwischen dem ersten transparenten Plattenelement 10a und dem zweiten transparenten Plattenelement 10b angeordnet, und jedes der ersten Prismen 31 ist ein Prisma aus einem transparenten Element, das im Querschnitt eine dreieckige Form hat (d.h. ein Prisma mit dreieckiger Prismenform). Eine erste Seite 31a jedes ersten Prismas 31 ist so angeordnet, dass sie dem ersten transparenten Plattenelement 10a so gegenüberliegt, dass sich die erste Seite 31a entlang dem ersten transparenten Plattenelement 10a erstreckt (in der ersten Ausführungsform ist das erste Prisma 31 in Kontakt mit dem ersten transparenten Plattenelement 10a). Eine zweite Seite 31b und eine dritte Seite 31c des ersten Prismas 31 erstrecken sich in vorbestimmten Winkeln in Bezug auf die erste Seite 31a. Die zweite Seite 31b befindet sich vertikal unter der dritten Seite 31c. In einem Fall, in dem das erste Prisma 31 aus einem Festkörper oder dergleichen besteht, kann das erste Prisma 31 leicht vom ersten transparenten Plattenelement 10a beabstandet sein.
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Das reflektierende Element 32 ist ein Element, das keine Transmission von Sonnenlicht zulässt und so konfiguriert ist, dass es einen optischen Weg ins Innere eines Raumes blockiert. In der gegenwärtigen Ausführungsform ist das reflektierende Element 32 beispielsweise ein Element mit einem Reflexionsvermögen von 70% oder mehr für sichtbares Licht und Infrarotlicht. Das reflektierende Element 32 wird durch eine weiße oder silberne Beschichtung gebildet, die auf der zweiten Seite 31b (vorbestimmte Oberfläche) des ersten Prismas 31 vorgesehen ist, und ist vorzugsweise eine Beschichtung aus wasserfarbiger Tinte, die transparent wird, wenn sie mit Wasser benetzt wird, und weiß oder silberfarben wird, wenn sie getrocknet wird, und die auf der Seite des ersten Raumes S1 des dünnen Films TF vorgesehen ist.
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Die Vielzahl von Bildrestaurationsprismen 33 sind zwischen dem ersten transparenten Plattenelement 10a und dem zweiten transparenten Plattenelement 10b angeordnet und so angeordnet, dass sie den Raum zwischen den beiden dünnen Filmen TF und dem Zwischenprisma 50 ausfüllen. Die Bildrestaurationsprismen 33 verhindern eine Verzerrung der Szenerie, die durch das erste Prisma 31 verursacht wird, wenn die Szenerie von der Innenseite des Raumes aus betrachtet wird.
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Der Flüssigkeitssteuermechanismus 34 wird aus einem Polymer gebildet, das an einem oberen Teil des ersten Prismenelements 30 vorgesehen ist. Das Polymer ist in einem Behälter C1 untergebracht. In einem unteren Abschnitt des Behälters C1 ist eine Öffnung vorgesehen. Die Öffnung ist mit dem ersten Raum S1 verbunden. Das Polymer wechselt gemäß der Temperatur zwischen einem Zustand, in dem Wasserabsorption gezeigt wird, und einem Zustand, in dem keine Wasserabsorption gezeigt wird. Genauer gesagt ist das Polymer ein Sulfobetain-Polymer, Poly(allylamin-co-allylharnstoff) (PAU) oder dergleichen, das die Wasserabsorption oberhalb einer oberen kritischen Lösungstemperatur (erste spezifische Temperatur) aufweist und unterhalb der oberen kritischen Lösungstemperatur Hydrophobie aufweist. Eine ausreichende Menge des Polymers wird bereitgestellt. Das Polymer absorbiert Wasser und das Wasser wird aus dem ersten Raum S1 abgelassen, wenn die Wasseraufnahme vorliegt. Das Wasser wird freigesetzt, und der erste Raum S1 wird mit dem Wasser in dem Zustand gefüllt, in dem die Hydrophobie vorhanden ist.
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Die Vielzahl der zweiten Prismen 41 des zweiten Prismenelements 40 ist auf der Innenseite des ersten Prismas 31 im Innenraum zwischen den beiden transparenten Plattenelementen 10 angeordnet, und jedes der zweiten Prismen 41 ist ein Prisma aus einem transparenten Element, das im Querschnitt eine dreieckige Form hat (d.h. ein Prisma mit dreieckiger Prismenform). Eine erste Seite 41a jedes zweiten Prismas 41 ist entlang des flachen plattenförmigen Plattenelements 50 angeordnet (in der ersten Ausführungsform ist das zweite Prisma 41 in Kontakt mit dem Zwischenplattenelement 50). Eine zweite Seite 41b und eine dritte Seite 41c des zweiten Prismas 41 erstrecken sich in vorbestimmten Winkeln in Bezug auf die erste Seite 41a. Die zweite Seite 41b befindet sich vertikal unterhalb der dritten Seite 41c. In einem Fall, in dem das zweite Prisma 41 aus einem Festkörper oder dergleichen besteht, kann das zweite Prisma 41 leicht vom Zwischenprisma 50 beabstandet sein.
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Hier umfasst das zweite Prisma 41: ein reflektierendes Prisma 41A, das zur Reflexion verwendet wird; und ein endothermes Prisma 41B, das zur Absorption von Wärme verwendet wird. Das reflektierende Prisma 41A hat eine Form, die sich von der des endothermen Prismas 41B unterscheidet, und hat eine stumpfe dreieckige Form im Querschnitt. Ein stumpfwinkliger Teil des reflektierenden Prismas 41A ist der Außenseite zugewandt. Die zweite Seite 41b, die eine untere Seite des Reflexionsprismas 41A ist, ist leicht zur Innenseite hin geneigt. Währenddessen hat das endotherme Prisma 41B eine rechtwinklige Dreiecksform oder eine dreieckige Form mit einem Winkelabschnitt nahe einem rechten Winkel im Querschnitt, und ein rechtwinkliger Abschnitt davon (oder der Winkelabschnitt nahe dem rechten Winkel) ist der Innenseite zugewandt. Das reflektierende Prisma 41A ist mit einem reflektierenden Element 42 und das endotherme Prisma 41B mit einem endothermen Element 43 versehen.
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Das reflektierende Element 42 ist ein Element, das dem reflektierenden Element 32 des ersten Prismenelements 30 ähnlich ist, und ist beispielsweise ein Element mit einem Reflexionsvermögen von 70% oder mehr für sichtbares Licht und Infrarotlicht in der vorliegenden Ausführungsform. Das reflektierende Element 42 wird durch eine weiße oder silberne Beschichtung gebildet, die auf der zweiten Seite 41b (vorbestimmte Oberfläche) des reflektierenden Prismas 41A vorgesehen ist, und ist vorzugsweise eine Beschichtung aus wasserfärbender Tinte, die transparent wird, wenn sie mit Wasser benetzt wird, und die weiß oder silberfarben wird, wenn sie getrocknet wird, und die auf der Seite des zweiten Raumes S2 des dünnen Films TF vorgesehen ist.
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Das endotherme Element 43 ist beispielsweise ein Element mit einer Absorptionsrate von 70% oder mehr für sichtbares Licht und infrarotes Licht, beispielsweise ein selektives Absorptionselement mit einer großen Absorptionsrate in einem solaren Wellenlängenbereich (0,3 bis 2,5 µm) und einer kleinen Emissivität in einem infraroten Wellenlängenbereich (3,0 bis 20 µm). Das endotherme Element 43 wird durch eine schwarze Beschichtung gebildet, die auf der zweiten Seite 41b (vorbestimmte Oberfläche) des endothermen Prismas 41B vorgesehen ist, und ist vorzugsweise eine photochrome Farbbeschichtung, die bei Empfang von direktem Sonnenlicht reagiert und eine schwarze Farbe entwickelt. Da ultraviolette Strahlen in einem Fall, in dem der dünne Film TF des ersten Prismenelements 30 ein PET-Film ist, geschnitten werden, ist es vorzuziehen, eine photochrome Tintenbeschichtung zu verwenden, die eine hohe Reaktion auf sichtbares Licht aufweist.
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Jedes Bildrestaurationsprisma 44 ist zwischen dem ersten transparenten Plattenelement 10a und dem zweiten transparenten Plattenelement 10b angeordnet und so angeordnet, dass es den Raum zwischen den beiden dünnen Filmen TF und dem zweiten transparenten Plattenelement 10b ausfüllt. Jedes Bildrestaurationsprisma 44 verhindert eine Verzerrung der Szenerie, die durch das zweite Prisma 41 verursacht wird, wenn die Szenerie von der Innenseite des Raumes aus betrachtet wird.
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Der Flüssigkeitssteuermechanismus 45 wird aus einem Polymer gebildet, das an einem oberen Teil des zweiten Prismenelements 40 vorgesehen ist. Das Polymer ist in einem Behälter C2 untergebracht. In einem unteren Abschnitt des Behälters C2 ist eine Öffnung vorgesehen. Die Öffnung ist mit dem zweiten Raum S2 verbunden. Das Polymer wechselt gemäß der Temperatur zwischen einem Zustand, in dem Wasserabsorption vorhanden ist, und einem Zustand, in dem keine Wasserabsorption vorhanden ist. Genauer gesagt handelt es sich bei dem Polymer um ein N-Isopropylacrylamid (NIPA)-Gel o.ä., das die Wasseraufnahme unterhalb einer niedrigeren kritischen Lösungstemperatur (zweite spezifische Temperatur) und eine Hydrophobie oberhalb der niedrigeren kritischen Lösungstemperatur aufweist. Eine ausreichende Menge des Polymers wird bereitgestellt. Das Polymer absorbiert Wasser und das Wasser wird aus dem zweiten Raum S2 abgelassen, wenn die Wasseraufnahme gezeigt wird. Das Wasser wird freigesetzt, und der zweite Raum S2 wird mit dem Wasser in dem Zustand gefüllt, in dem die Hydrophobie vorhanden ist.
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Im Folgenden wird angenommen, dass die obere kritische Lösungstemperatur des Polymers, das den Flüssigkeitssteuermechanismus 34 des ersten Prismenelements 30 umfasst, und die untere kritische Lösungstemperatur des Polymers, das den Flüssigkeitssteuermechanismus 45 des zweiten Prismenelements 40 umfasst, gleich sind. Die obere kritische Lösungstemperatur und die untere kritische Lösungstemperatur sind jedoch nicht auf die gleiche Temperatur beschränkt und können auch unterschiedlich sein. Daher können beispielsweise der erste Raum S1 und der zweite Raum S2 beide mit Wasser gefüllt sein.
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1 zeigt ein Beispiel, bei dem der erste Raum S1 mit Wasser gefüllt ist und Wasser aus dem zweiten Raum S2 abgelassen wird. In einem Fall, in dem der erste Raum S1 mit Wasser gefüllt ist, ist der Zustand der Totalreflexion von Licht auf der dritten Seite 31c des ersten Prismas 31 anders als in einem Fall, in dem Wasser aus dem ersten Raum S1 abgelassen wird.
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2 ist eine Querschnittsansicht, die einen Zustand zeigt, in dem der zweite Raum S2 mit Wasser gefüllt ist, während aus dem ersten Raum S1 Wasser abgelassen wird. In einem Fall, in dem der zweite Raum S2 mit Wasser gefüllt ist, ist der Zustand der Totalreflexion von Licht auf der dritten Seite 41c des zweiten Prismas 41 anders als in einem Fall, in dem Wasser aus dem zweiten Raum S2 abgelassen wird.
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Die 3A und 3B sind konzeptionelle Diagramme, die den optischen Weg des direkt auf das Mehrstufen-Prismenfenster 1 einfallenden Lichts gemäß der ersten Ausführungsform zeigen. 3A zeigt den optischen Weg, wenn der erste Raum S1 nicht mit Wasser gefüllt ist, während der zweite Raum S2 mit Wasser gefüllt ist, und 3B zeigt den optischen Weg, wenn der erste Raum S1 mit Wasser gefüllt ist, während der zweite Raum S2 nicht mit Wasser gefüllt ist.
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Wie in 3A dargestellt, werden in der vorliegenden Ausführungsform in einem Fall, in dem der erste Raum S1 ein Hohlraum ohne Wasserfüllung ist, Brechungsindex und Innenwinkel der Dreiecksform des ersten Prismas 31 so eingestellt, dass direktes Licht OP1 (beispielsweise direktes Licht im Sommer), dessen Winkel in Bezug auf eine Normale N der beiden transparenten Plattenelemente 10 gleich oder grösser als ein erster vorbestimmter Winkel θ1 (beispielsweise 45 Grad) ist, auf das reflektierende Element 32 kondensiert und retroreflektiert wird. Konkret werden der Brechungsindex und die Innenwinkel der Dreiecksform des ersten Prismas 31 so eingestellt, dass ein Einfallswinkel des direkten Lichts OP1 auf der dritten Seite 31c gleich oder grösser als ein kritischer Winkel ist.
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Des Weiteren werden in dem Fall, dass der erste Raum S1 ein Hohlraum ist, in dem kein Wasser eingefüllt ist, der Brechungsindex und die Innenwinkel der Dreiecksform des ersten Prismas 31 so eingestellt, dass die Transmission von Licht (direktes Licht OP2, das weiter unten beschrieben wird, und Licht SL, wie beispielsweise vom Boden reflektiertes Licht), dessen Winkel in Bezug auf die Normale N kleiner als der erste vorbestimmte Winkel θ1 ist, erlaubt ist.
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Obwohl das in 3A gezeigte direkte Licht OP1 zuerst die dritte Seite 31c des ersten Prismas 31 erreicht, wird auch direktes Licht, das zuerst die zweite Seite 31b erreicht, in gleicher Weise retroreflektiert, solange der Brechungsindex und die Innenwinkel der Dreiecksform wie oben beschrieben eingestellt sind.
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Wie in 3B dargestellt, werden in der vorliegenden Ausführungsform in einem Fall, in dem der zweite Raum S2 ein Hohlraum ohne Wasserfüllung ist, Brechungsindex und Innenwinkel der Dreiecksform des reflektierenden Prismas 41A des zweiten Prismas 41 so eingestellt, dass das direkte Licht OP2 (beispielsweise direktes Licht im Winter), dessen Winkel zur Normalen N gleich oder grösser als ein zweiter vorbestimmter Winkel θ2 (beispielsweise 28 Grad) ist, auf dem reflektierenden Element 42 kondensiert und zu einer Innenseite der Decke reflektiert wird.
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Des Weiteren werden in dem Fall, dass der zweite Raum S2 ein Hohlraum ist, in dem kein Wasser eingefüllt ist, der Brechungsindex und die Innenwinkel der Dreiecksform des endothermen Prismas 41B des zweiten Prismas 41 so eingestellt, dass das direkte Licht OP2, dessen Winkel in Bezug auf die Normale N gleich oder größer als der zweite vorbestimmte Winkel θ2 ist, auf dem endothermen Element 43 kondensiert und zur Raumheizung verwendet wird.
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Des Weiteren sind in dem Fall, dass der zweite Raum S2 ein Hohlraum ist, in dem kein Wasser eingefüllt ist, die Brechungsindizes und die Innenwinkel der Dreiecksformen des reflektierenden Prismas 41A und des endothermen Prismas 41B so eingestellt, dass die Transmission von Licht (das Licht SL wie beispielsweise vom Boden reflektiertes Licht), dessen Winkel in Bezug auf die Normale N kleiner als der zweite vorbestimmte Winkel θ2 ist, erlaubt ist.
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Als nächstes wird eine Operation des Mehrstufen-Prismenfensters 1 gemäß der ersten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die 1 bis 3B beschrieben.
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Erstens ist in einer warmen Umgebung wie dem Sommer eine Umgebungstemperatur gleich oder höher als die obere kritische Lösungstemperatur des Polymers, die den Flüssigkeitssteuermechanismus 34 umfasst, und gleich oder höher als die untere kritische Lösungstemperatur des Polymers, die den Flüssigkeitssteuermechanismus 45 umfasst. Daher weist das im Flüssigkeitssteuermechanismus 34 enthaltene Polymer Hydrophilie auf und absorbiert Wasser, so dass das Wasser aus dem ersten Raum S1 abfließt. Währenddessen weist das im Flüssigkeitssteuermechanismus 45 enthaltene Polymer Hydrophobie auf und gibt Wasser ab, so dass der zweite Raum S2 mit dem Wasser gefüllt ist. Infolgedessen ist das Mehrstufen-Prismenfenster 1 wie in 2 und 3A dargestellt.
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In einem solchen Zustand wird angenommen, dass das direkte Licht OP1, dessen Winkel in Bezug auf die Normale N gleich oder grösser als der erste vorbestimmte Winkel θ1 ist, auf das erste transparente Plattenelement 10a einfällt. Zu diesem Zeitpunkt durchdringt das direkte Licht OP1 das erste transparente Plattenelement 10a und erreicht das erste Prisma 31.
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Das direkte Licht OP1, das das erste Prisma 31 erreicht, entspricht gemäß den folgenden 1) bis 3). 1) Das direkte Licht OP1 wird nur von der dritten Seite 31c total reflektiert und erreicht das reflektierende Element 32, das in Bezug auf die zweite Seite 31b vorgesehen ist. 2) Das direkte Licht OP1 wird von der dritten Seite 31c total reflektiert, dann von der ersten Seite 31a total reflektiert und erreicht das reflektierende Element 32, das in Bezug auf die zweite Seite 31b vorgesehen ist. 3) Das direkte Licht OP1 erreicht direkt das reflektierende Element 32, das in Bezug auf die zweite Seite 31b vorgesehen ist. Alle diese Lichtarten werden durch Reflexion am reflektierenden Element 32 retroreflektiert. Das heißt, das Licht wird von dem ersten transparenten Plattenelement 10a in Richtung Sonne abgestrahlt.
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Wenn Licht, dessen Winkel in Bezug auf die Normale N kleiner als der erste vorbestimmte Winkel θ1 ist, auf das erste transparente Plattenelement 10a einfällt, passiert das Licht das erste Prisma 31 und das Bildrestaurationsprisma 33 und passiert auch das zweite Prismenelement 40, um die Innenseite zu erreichen.
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Andererseits ist in einer kalten Umgebung wie dem Winter die Umgebungstemperatur niedriger als die obere kritische Lösungstemperatur des Polymers, die den Flüssigkeitssteuermechanismus 34 umfasst, und niedriger als die untere kritische Lösungstemperatur des Polymers, die den Flüssigkeitssteuermechanismus 45 umfasst. Daher weist das im Flüssigkeitssteuermechanismus 34 enthaltene Polymer Hydrophobie auf und gibt Wasser ab, so dass der erste Raum S1 mit dem Wasser gefüllt ist. Währenddessen weist das im Flüssigkeitssteuermechanismus 45 enthaltene Polymer Hydrophilie auf und absorbiert Wasser, so dass das Wasser aus dem zweiten Raum S2 abfließt. Infolgedessen ist das Mehrstufen-Prismenfenster 1 wie in 1 und 3B dargestellt.
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In einem solchen Zustand wird angenommen, dass das direkte Licht OP2, dessen Winkel in Bezug auf die Normale N gleich oder grösser als der zweite vorbestimmte Winkel θ2 ist, auf das erste transparente Plattenelement 10a einfällt. Zu diesem Zeitpunkt durchdringt das direkte Licht OP2 das erste Prismenelement 30 und erreicht das zweite Prisma 41.
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Das direkte Licht OP2, das das Reflektionsprisma 41A des zweiten Prismas 41 erreicht, ist gemäß: 1) wird nur von der dritten Seite 41c total reflektiert und erreicht das reflektierende Element 42, das in Bezug auf die zweite Seite 41b vorgesehen ist, 2) wird von der dritten Seite 41c total reflektiert, wird dann von der ersten Seite 41a total reflektiert und erreicht das reflektierende Element 42, das in Bezug auf die zweite Seite 41b vorgesehen ist, und 3) erreicht direkt das reflektierende Element 42, das in Bezug auf die zweite Seite 41b vorgesehen ist. Alle diese Arten von Licht werden durch Reflexion am reflektierenden Element 42 auf die Innenseite der Decke reflektiert. Das heißt, das Licht wird von dem zweiten transparenten Plattenelement 10b zur Deckenseite hin abgestrahlt.
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Das direkte Licht OP2, das das endotherme Prisma 41B des zweiten Prismas 41 erreicht, entspricht gemäß den folgenden 1) bis 3). 1) Das direkte Licht OP2 wird nur von der dritten Seite 41c total reflektiert und erreicht das endotherme Element 43, das in Bezug auf die zweite Seite 41b vorgesehen ist. 2) Das direkte Licht OP2 wird von der dritten Seite 41c total reflektiert, dann von der ersten Seite 41a total reflektiert und erreicht das endotherme Element 43, das in Bezug auf die zweite Seite 41b vorgesehen ist. 3) Das direkte Licht OP2 erreicht direkt das endotherme Element 43, das in Bezug auf die zweite Seite 41b vorgesehen ist. Alle diese Lichtarten werden durch das endotherme Element 43 thermisch absorbiert und zum zweiten transparenten Plattenelement 10b übertragen, um eine Strahlungserwärmung auf der Innenseite durchzuführen.
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Wie oben beschrieben, wird im Falle einer hohen Umgebungstemperatur das direkte Licht OP1, dessen Winkel gleich oder größer als der erste vorgegebene Winkel θ1 ist, retroreflektiert, und das Innere eines Raumes wird nicht geheizt. Im Falle einer niedrigen Umgebungstemperatur kann das direkte Licht OP2, dessen Winkel gleich oder größer als der zweite vorbestimmte Winkel θ2 ist, auf die Innendeckenseite reflektiert und einer Wärmeabsorption unterzogen werden, so dass es in Innenräumen verwendet werden kann.
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Auf diese Weise kann gemäß dem Mehrstufen-Prismenfenster 1 gemäß der ersten Ausführungsform, da die Flüssigkeitssteuermechanismen 34, 45, die so konfiguriert sind, dass sie wenigstens einen des ersten Raumes S1 und des zweiten Raumes S2 mit dem Wasser füllen, ein Totalreflexionszustand des ersten Prismas 31 oder des zweiten Prismas 41 (Reflexionsbedingungen von anderen Oberflächen als den zweiten Seiten 31b, 41b) geändert werden, wenn der erste Raum S1 oder der zweite Raum S2 mit dem Wasser gefüllt ist, so dass eine Funktion des ersten Prismas 31 oder eine Funktion des zweiten Prismas 41 nicht gezeigt wird. Wenn also beispielsweise einer der Räume S1, S2 gemäß der Temperatur mit Flüssigkeit gefüllt wird, beispielsweise ohne Abhängigkeit von der Sonnenhöhe, können die Funktionen des ersten Prismas 31 und des zweiten Prismas 41 selektiv gezeigt werden. Daher kann der Zustand, in dem das direkte Licht OP1, OP2 nicht direkt in Innenräumen verwendet wird, oder der Zustand, in dem das direkte Licht OP1, OP2 in Innenräumen verwendet wird, ohne Abhängigkeit von der Jahreszeit optimiert werden.
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Das Polymer, das sich gemäß der Temperatur zwischen dem Zustand, in dem Wasseraufnahme gezeigt wird, und dem Zustand, in dem keine Wasseraufnahme gezeigt wird, ändert, wird bereitgestellt. Das Wasser wird aus dem ersten Raum S1 oder dem zweiten Raum S2 absorbiert oder das Wasser wird in den ersten Raum S1 oder den zweiten Raum S2 gefüllt, indem die Änderung des Zustands des Polymers ausgenutzt wird. Auf diese Weise kann die Steuerung auf Grundlage der Temperatur durch die Verwendung des Polymers durchgeführt werden, und der Zustand, in dem das direkte Licht OP1, OP2 nicht direkt in Innenräumen verwendet wird, oder der Zustand, in dem das direkte Licht OP1, OP2 in Innenräumen verwendet wird, kann ohne Abhängigkeit von den Jahreszeiten weiter optimiert werden.
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Das Mehrstufen-Prismenfenster 1 gemäß der ersten Ausführungsform kann auch wie in 4 dargestellt konfiguriert werden. 4 ist eine Querschnittsansicht, die eine Modifikation des Mehrstufen-Prismenfensters 1 gemäß der ersten Ausführungsform zeigt. Wie in 4 dargestellt, umfasst das Mehrstufen-Prismenfenster 1 gemäß der Modifikation als Zwischenplattenelement 50 ein erstes Plattenelement 51 und ein zweites Plattenelement 52, die flache Plattenformen aufweisen. Zwischen dem ersten Plattenelement 51 und dem zweiten Plattenelement 52 wird ein Vakuumzustand gebildet, und das erste Prismenelement 30 und das zweite Prismenelement 40 sind thermisch voneinander isoliert. Infolgedessen ist es unwahrscheinlicher, dass die Wärme des endothermen Elements 43 in Richtung des ersten Prismenelements 30 entweicht, und der Effekt der Verwendung in Innenräumen kann des Weiteren verbessert werden.
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Als nächstes wird eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Ein Mehrstufen-Prismenfenster gemäß der zweiten Ausführungsform ist dasselbe wie das der ersten Ausführungsform, außer dass ein Teil der Konfiguration anders ist. In der folgenden Beschreibung werden Elemente, die denen der ersten Ausführungsform gleich oder ähnlich sind, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, oder es wird auf eine Beschreibung ohne Angabe von Bezugszeichen verzichtet.
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5 ist eine Querschnittsansicht, die das Mehrstufen-Prismenfenster gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt. Ein in 5 dargestelltes Mehrstufen-Prismenfenster 2 ist der ersten Ausführungsform insofern ähnlich, als die beiden transparenten Plattenelemente 10, das Dichtelement 20, das erste Prismenelement 30 und das zweite Prismenelement 40 schematisch enthalten sind. Das Mehrstufen-Prismenfenster 2 unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform dadurch, dass anstelle des Zwischenplattenelements 50 ein Zwischenprisma 60 vorgesehen ist.
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Das Zwischenprisma 60 besteht aus einem weichen transparenten Harzmaterial, das zwischen dem dünnen Film TF des ersten Prismenelements 30 und dem dünnen Film TF des zweiten Prismenelements 40 gefüllt ist (genau genommen besteht das Zwischenprisma 60 aus den dünnen Filmen TF und dem weichen transparenten Harzmaterial). Eine Außenseite des Zwischenprismas 60 hat eine Form entlang des ersten Prismas 31 und bildet das in der ersten Ausführungsform gezeigte Bildrestaurationsprisma 33. Währenddessen bildet eine Innenseite des Zwischenprismas 60 das zweite Prisma 41.
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Bei einer solchen Konfiguration ist das Zwischenplattenelement 50 nicht vorgesehen, und die Anzahl der Prismen wird reduziert, so dass die Anzahl der Komponenten verringert wird. Da das Zwischenplattenelement 50 nicht vorgesehen ist, wird auch die Dicke der Erfindung reduziert.
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Die optischen Wege und Operationen des direkten Lichtes OP1, OP2 (siehe 3) des Mehrstufen-Prismenfensters 2 gemäß der zweiten Ausführungsform sind die gleichen wie die der ersten Ausführungsform.
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6 ist eine Querschnittsansicht, die eine Modifikation des Mehrstufen-Prismenfensters 2 gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt. Wie in 6 gezeigt, befinden sich in dem Mehrstufen-Prismenfenster 2 gemäß der Modifikation die zweite Seite 31b des ersten Prismas 31, wo das reflektierende Element 32 vorgesehen ist, und die zweite Seite 41b des endothermen Prismas 41B, wo das endotherme Element 43 vorgesehen ist, in einem parallelen und montierten Zustand.
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Hier, in einem in 5 gezeigten Beispiel, liegen die Winkel, die von der zweiten Seite 31b des ersten Prismas 31 und der zweiten Seite 41b des endothermen Prismas 41B gebildet werden, relativ nahe beieinander. Da sich die Seiten 31b, 41b im parallelen und montierten Zustand befinden, kann daher, wie in 6 gezeigt, eine Form des Zwischenprismas 60 zwischen dem ersten Prisma 31 und dem endothermen Prisma 41B vereinfacht werden, wodurch die Herstellung des Mehrstufen-Prismenfensters 2 erleichtert wird.
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Es ist zu beachten, dass der Winkel der zweiten Seite 31b des ersten Prismas 31 so geändert wird, dass er dem Winkel der zweiten Seite 41b des endothermen Prismas 41B in der Modifikation entspricht. Daher wird die Retroreflexion etwas abgeschwächt (da es unmöglich wird, das Licht im Wesentlichen unter dem gleichen Winkel wie ein Einfallswinkel des direkten Lichts OP1 auszusenden). Daher kann der Winkel der zweiten Seite 41b des endothermen Prismas 41B so verändert werden, dass er dem Winkel der zweiten Seite 31b des ersten Prismas 31 entspricht, wenn die Retroreflexion wichtig ist.
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Bei der Modifikation bildet das Zwischenprisma 60 einen Teil des zweiten Prismas 41, und ein verbleibender Teil wird durch das erste Prisma 31 ergänzt. Das heißt, in der Modifikation wird das zweite Prisma 41 durch das erste Prisma 31 und das Zwischenprisma 60 gebildet. Daher kann man sagen, dass das zweite Prisma 41 auf der Innenseite des ersten Prismas 31 in einem Zustand angeordnet ist, in dem ein Teil der Konfiguration des zweiten Prismas 41 mit dem ersten Prisma 31 geteilt wird. Auf diese Weise teilen sich bei der Modifikation das erste Prisma 31 und das zweite Prisma 41 einen Teil der Konfiguration, was des Weiteren zur Verringerung der Dicke beiträgt. Darüber hinaus dient das Zwischenprisma 60 gemäß der Modifikation auch als Teil des Bildrestaurationsprismas 33 in Bezug auf das erste Prisma 31.
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Auf diese Weise kann gemäß dem Mehrstufen-Prismenfenster 2 gemäß der zweiten Ausführungsform der Zustand, in dem das direkte Licht OP1, OP2 nicht direkt in Innenräumen verwendet wird, oder der Zustand, in dem das direkte Licht OP1, OP2 in Innenräumen verwendet wird, ohne Abhängigkeit von den Jahreszeiten (weiter) optimiert werden, was der ersten Ausführungsform ähnlich ist.
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Des Weiteren können gemäß der zweiten Ausführungsform, da das Zwischenprisma 60, das die Form entlang des ersten Prismas 31 hat und das zweite Prisma 41 ganz oder teilweise bildet, weiterhin auf der Außenseite vorgesehen ist, das Bildrestaurationsprisma 33 in Bezug auf das erste Prisma 31 und das zweite Prisma 41 gemeinsam genutzt werden, und das Mehrstufen-Prismenfenster 2, dessen Anzahl der Komponenten aufgrund dieser gemeinsamen Nutzung reduziert wird, um zur Dickenreduzierung beizutragen.
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Da sich des Weiteren die zweite Seite 31b des ersten Prismas 31, auf der das reflektierende Element 32 vorgesehen ist, und die zweite Seite 41b des zweiten Prismas 41, auf der das endotherme Element 43 vorgesehen ist, im parallelen und montierten Zustand befinden, kann eine Form des dünnen Films TF und eine Form des Zwischenprismas 60 vereinfacht und damit die Herstellung erleichtert werden.
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Als nächstes wird eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Ein Mehrstufen-Prismenfenster gemäß der dritten Ausführungsform ist dasselbe wie das der zweiten Ausführungsform, außer dass ein Teil der Konfiguration anders ist. In der folgenden Beschreibung werden die gleichen oder ähnliche Elemente wie in der zweiten Ausführungsform durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und Beschreibungen davon werden weggelassen.
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7 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Hauptteils des Mehrstufen-Prismenfensters gemäß der dritten Ausführungsform. Das in 7 dargestellte Mehrstufen-Prismenfenster 3 umfasst einen Flüssigkeitssteuermechanismus 71, der sich gemäß der zweiten Ausführungsform von dem des Mehrstufen-Prismenfensters 2 unterscheidet. Der Flüssigkeitssteuermechanismus 71 befindet sich in einem unteren Teil des Innenraums, der zwischen den beiden transparenten Plattenelementen 10 liegt.
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8 ist eine vergrößerte Seitenansicht des in 7 gezeigten Flüssigkeitssteuermechanismus 71. 9 ist eine perspektivische Explosionszeichnung des in 7 gezeigten Flüssigkeitssteuermechanismus 71. In 9 ist ein Teil der Konfiguration des Flüssigkeitssteuermechanismus 71 weggelassen.
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Wie in 8 und 9 dargestellt, umfasst der Flüssigkeitssteuermechanismus 71: ein Pumpengehäuse 71a, das eine im Wesentlichen zylindrische Form hat; und einen Flusskanal 71b, der den ersten und zweiten Raum S1, S2 verbindet. Der Flusskanal 71b ist entlang einer Innenfläche des Pumpengehäuses 71a angeordnet, das eine im Wesentlichen zylindrische Form hat. Ein oberes Ende des Pumpengehäuses 71a wird geöffnet, und der Flusskanal 71b wird aus diesem Abschnitt herausgezogen und mit dem ersten Raum S1 und dem zweiten Raum S2 verbunden. Der Flusskanal 71b wird aus einem weichen Schlauch oder dergleichen gebildet.
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Der Flüssigkeitssteuermechanismus 71 umfasst des Weiteren: eine Pumpwalze (Pumpeneinheit) 71c; eine Antriebswalze 71d; und einen Betätigungshebel 71e. Die Pumpwalze 71c umfasst eine Vielzahl (drei) einzelner Walzen 71c2, die über einen Carrier 71c1 in Umfangsrichtung angeordnet sind. Die Pumpwalze wird so gegen das Pumpengehäuse 71a gedrückt, dass der weiche Flusskanal 71b durch die Vielzahl der einzelnen Walzen 71c2 abgeflacht wird.
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Die Antriebswalze 71d ist eine elektrische Walze, die an einer Position eines Sonnenrades in einem Fall vorgesehen ist, in dem die Vielzahl der einzelnen Walzen 71c2 Planetenräder eines Planetengetriebes sind, und die nach links und rechts um eine Walzenlängsrichtung, die als Achse dient, drehbar ist. Die Antriebswalze 71d verfügt über eine Stromquelle, wie beispielsweise einen Motor, und ist so konfiguriert, dass sie auf Grundlage einer Anweisung, wie beispielsweise einer Schalterbetätigung, von einem Benutzer elektrisch nach links und rechts rotiert. Die Antriebswalze 71d kann auch auf Grundlage eines Signals von einem Temperatursensor automatisch nach links und rechts gedreht werden. Die Antriebswalze 71d drückt auf die Vielzahl der einzelnen Walzen 71c2 und hat die gleiche Welle wie der Carrier 71c1. Wenn also die Antriebswalze 71d gedreht wird, drehen sich die einzelnen Walzen 71c2 entsprechend und die Pumpwalze 71c dreht sich ebenfalls als Ganzes.
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Wenn die Pumpwalze 71c als Ganzes und die einzelnen Walzen 71c2 gedreht werden, verengt die Vielzahl der einzelnen Walzen 71c2 den Flusskanal 71b und transportiert Flüssigkeit vom ersten Raum S1 in den zweiten Raum S2 oder vom zweiten Raum S2 in den ersten Raum S1. Des Weiteren umfasst das Mehrstufen-Prismenfenster 3 gemäß der dritten Ausführungsform eine Flüssigkeit mit einer Menge, die nur ausreicht, um den ersten Raum S1 oder den zweiten Raum S2 auszufüllen (die Flüssigkeit ist nicht auf Wasser beschränkt und hat vorzugsweise einen Brechungsindex nahe dem der Prismen 31, 33, 41, 44). Daher hat das Mehrstufen-Prismenfenster 3 gemäß der dritten Ausführungsform eine Konfiguration, in der einer der ersten Räume S1 und der zweite Raum S2 selektiv mit der Flüssigkeit gefüllt wird.
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Der vordere Endabschnitt des Bedienungshebels 71e ist mit der Welle der Pumpwalze 71c verbunden (d.h. mit derselben Welle wie die Antriebswalze 71d), und ein hinterer Endabschnitt davon ist ein drehbarer Bedienungsabschnitt. Wenigstens der hintere Endabschnitt, der als Bedienungsabschnitt des Bedienungshebels 71e dient, ist außerhalb des durch die beiden transparenten Plattenelemente 10 und das Dichtelement 20 abgeschlossenen Raumes angeordnet. Daher kann der Benutzer den Bedienhebel 71e drehen. Wenn der Bedienhebel 71e gedreht wird, sind auch die Pumpwalze 71c und die einzelnen Walzen 71c2 drehbar miteinander verbunden, so dass die Flüssigkeit auch manuell transferiert werden kann.
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Die optischen Wege und Operationen des direkten Lichts OP1, OP2 (siehe 3A und 3B) des Mehrstufen-Prismenfensters 3 gemäß der dritten Ausführungsform sind die gleichen wie die der ersten Ausführungsform.
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Auf diese Weise kann gemäß dem Mehrstufen-Prismenfenster 3 gemäß der dritten Ausführungsform der Zustand, in dem das direkte Licht OP1, OP2 nicht direkt in Innenräumen verwendet wird, oder der Zustand, in dem das direkte Licht OP1, OP2 in Innenräumen verwendet wird, ohne Abhängigkeit von den Jahreszeiten (weiter) optimiert werden, was der zweiten Ausführungsform ähnlich ist. Zusätzlich kann das Mehrstufen-Prismenfenster 3 vorgesehen werden, dessen Dicke reduziert wird.
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Des Weiteren kann gemäß der dritten Ausführungsform, da die Pumpwalze 71c vorgesehen ist, um die Flüssigkeit beispielsweise vom ersten Raum S1 in den zweiten Raum S2 und vom zweiten Raum S2 in den ersten Raum S1 zu fördern, einer der beiden Räume S1 und S2 mit der Flüssigkeit gefüllt werden, während der andere nicht gefüllt ist, indem ein Betrieb der Pumpwalze 71c gesteuert wird, und die Funktion eines der ersten und zweiten Prismen 31, 41 verhindert werden kann. Daher kann durch die Steuerung des Betriebs der Pumpwalze 71c der Zustand, in dem das direkte Licht OP1, OP2 nicht direkt in Innenräumen verwendet wird, oder der Zustand, in dem das direkte Licht OP1, OP2 in Innenräumen verwendet wird, ohne Abhängigkeit von den Jahreszeiten optimiert werden.
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Da die Pumpwalze 71c zur Förderung der Flüssigkeit eine Betätigungskraft des Benutzers nutzt, ist es nicht notwendig, eine elektrische Vorrichtung o.ä. am Fenster oder in der Nähe des Fensters vorzusehen, und somit kann die Konfiguration vereinfacht werden.
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Als nächstes wird eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Ein Mehrstufen-Prismenfenster gemäß der vierten Ausführungsform ist dasselbe wie das der dritten Ausführungsform, außer dass ein Teil der Konfiguration anders ist. In der folgenden Beschreibung werden die gleichen oder ähnliche Elemente wie in der dritten Ausführungsform durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und Beschreibungen davon werden weggelassen.
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10A und 10B sind vergrößerte Ansichten, die einen Flüssigkeitssteuermechanismus 72 eines Mehrstufen-Prismenfensters 4 gemäß der vierten Ausführungsform zeigen. 10A zeigt einen ersten Zustand, und 10B einen zweiten Zustand. Wie in den 10A und 10B dargestellt, umfasst der Flüssigkeitssteuermechanismus 72: ein Gehäuseelement 72a; zwei Plattenfedern (Frontelemente) 72b, 72c; einen ersten Behälter 72d; und einen zweiten Behälter 72e. Die beiden Plattenfedern 72b, 72c werden aus einer Formgedächtnis-Plattenfeder (Formgedächtnis-Feder) 72b und einer Vorspannfeder 72c gebildet.
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Das Gehäuseelement 72a ist ein starres Element, dessen äußere Form im Wesentlichen die Form eines Rugbyballs hat. Die Formgedächtnis-Plattenfeder 72b, die Vorspannfeder 72c, der erste Behälter 72d und der zweite Behälter 72e sind im Gehäuseelement 72a untergebracht.
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Die Formgedächtnis-Plattenfeder 72b und die Vorspannfeder 72c sind Plattenfedern, deren Oberflächen zur Bildung des Frontelements aneinander befestigt sind. Die oberen und unteren Enden der beiden Plattenfedern 72b, 72c werden durch das Gehäuseelement 72a zurückgehalten. Der erste Behälter 72d befindet sich neben den beiden Plattenfedern 72b, 72c auf einer Seite der beiden Plattenfedern 72b, 72c, deren Oberflächen aneinander befestigt sind, und kann darin Flüssigkeit aufnehmen. Der erste Behälter 72d kommuniziert mit dem ersten Raum S1. Der zweite Behälter 72e befindet sich neben den beiden Plattenfedern 72b, 72c auf der anderen Seite der beiden Plattenfedern 72b, 72c und kann darin Flüssigkeit aufnehmen. Der zweite Behälter 72e steht mit dem zweiten Raum S2 in Verbindung.
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Die Formgedächtnis-Plattenfeder 72b ist formgeprägt, so dass sie bei einer Temperatur gleich oder höher als eine bestimmte Temperatur (beispielsweise 30 Grad) hart wird und auf der anderen Seite konvex (vorstehend) wird. Auf der anderen Seite wird die Formgedächtnis-Plattenfeder 72b bei einer Temperatur, die niedriger als die spezifische Temperatur ist, weich.
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Die Vorspannfeder 72c ist im natürlichen Zustand nach einer Seite hin konvex. Die Vorspannfeder 72c überragt die Formgedächtnis-Plattenfeder 72b und wird bei einer Temperatur, die niedriger als die spezifische Temperatur ist, zur einen Seite hin konvex und überragt die Formgedächtnis-Plattenfeder 72b nicht und wird bei einer Temperatur, die gleich oder höher als die spezifische Temperatur ist, zur anderen Seite hin konvex.
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In einem solchen Flüssigkeitssteuermechanismus 72 wird, wie in 10A dargestellt, der erste Behälter 72d durch das Gehäuseelement 72a und die Formgedächtnis-Plattenfeder 72b abgeflacht, wenn eine Umgebungstemperatur niedriger als die spezifische Temperatur ist, so dass die Vorspannfeder 72c die Formgedächtnis-Plattenfeder 72b überwältigt und nach einer Seite vorsteht (wenn sie sich in einem einseitigen Verschiebungszustand befindet). Daher fließt die Flüssigkeit im ersten Behälter 72d in den ersten Raum S1, und der erste Raum S1 wird mit der Flüssigkeit gefüllt. Währenddessen wird der zweite Behälter 72e nicht abgeflacht und die Flüssigkeit wird aus dem zweiten Raum S2 abgelassen, um im zweiten Raum S2 einen Hohlraum zu bilden.
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Im Flüssigkeitssteuermechanismus 72 wird, wie in 10B dargestellt, der zweite Behälter 72e durch das Gehäuseelement 72a und die Vorspannfeder 72c abgeflacht, wenn die Umgebungstemperatur gleich oder höher als die spezifische Temperatur ist, so dass die Vorspannfeder 72c die Formgedächtnis-Plattenfeder 72b nicht überwältigt und auf die andere Seite vorsteht (wenn sie sich in einem anderen Seitenverschiebungszustand befindet). Daher fließt die Flüssigkeit im zweiten Behälter 72e in den zweiten Raum S2, und der zweite Raum S2 wird mit der Flüssigkeit gefüllt. Währenddessen wird der erste Behälter 72d nicht abgeflacht, und die Flüssigkeit wird aus dem ersten Raum S1 abgelassen, um im ersten Raum S1 einen Hohlraum zu bilden.
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Auf diese Weise kann gemäß dem Mehrstufen-Prismenfenster 4 gemäß der vierten Ausführungsform der Zustand, in dem das direkte Licht OP1, OP2 nicht direkt in Innenräumen verwendet wird, oder der Zustand, in dem das direkte Licht OP1, OP2 in Innenräumen verwendet wird, ohne Abhängigkeit von den Jahreszeiten (weiter) optimiert werden, was der dritten Ausführungsform ähnlich ist. Zusätzlich kann das Mehrstufen-Prismenfenster 4 vorgesehen werden, dessen Dicke reduziert wird.
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Des Weiteren kann gemäß der vierten Ausführungsform, da einer des ersten Behälters 72d oder des zweiten Behälters 72e durch die Formgedächtnis-Plattenfeder 72b und die Vorspannfeder 72c abgeflacht wird, um zu bewirken, dass die Flüssigkeit in den ersten oder zweiten Raum S1, S2 fließt, die Regelung auf Grundlage der Temperatur durch Verwendung der Eigenschaften der Formgedächtnis-Plattenfeder 72b durchgeführt werden, und der Zustand, in dem das direkte Licht nicht direkt in Innenräumen verwendet wird, oder der Zustand, in dem das direkte Licht in Innenräumen verwendet wird, kann ohne Abhängigkeit von den Jahreszeiten weiter optimiert werden.
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Als nächstes wird eine fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Ein Mehrstufen-Prismenfenster gemäß der fünften Ausführungsform ist dasselbe wie das der dritten Ausführungsform, außer dass ein Teil der Konfiguration anders ist. In der folgenden Beschreibung werden die gleichen oder ähnliche Elemente wie in der dritten Ausführungsform durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und Beschreibungen davon werden weggelassen.
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11A und 11B sind vergrößerte Ansichten, die einen Flüssigkeitssteuermechanismus 73 eines Mehrstufen-Prismenfensters 5 gemäß der fünften Ausführungsform zeigen. 11A zeigt einen ersten Zustand, und 11B zeigt einen zweiten Zustand. Wie in den 11A und 11B dargestellt, umfasst der Flüssigkeitssteuermechanismus 73: ein Gehäuseelement 73a; eine Vorspannfeder (Frontelement) 73b; einen ersten Behälter 73c; einen zweiten Behälter 73d; und einen Innenschlauch (innerer Behälter) 73e.
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Wie im Falle der vierten Ausführungsform ist das Gehäuseelement 73a ein starres Element, dessen äußere Form im Wesentlichen die Form eines Rugbyballs hat. Die Vorspannfeder 73b, der erste Behälter 73c, der zweite Behälter 73d und das Innenrohr 73e sind im Gehäuseelement 73a untergebracht.
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Die Vorspannfeder 73b ist eine Plattenfeder ähnlich der dritten Ausführungsform. Oberes und unteres Ende der Vorspannfeder 73b werden durch das Gehäuseelement 73a zurückgehalten. Der erste Behälter 73c befindet sich neben der Vorspannfeder 73b auf einer Seite der Vorspannfeder 73b und kann darin Flüssigkeit aufnehmen. Der erste Behälter 73c kommuniziert mit dem ersten Raum S1. Der zweite Behälter 73d befindet sich neben der Vorspannfeder 73b auf der anderen Seite der Vorspannfeder 73b und kann darin Flüssigkeit aufnehmen. Der zweite Behälter 73d steht mit dem zweiten Raum S2 in Verbindung.
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Die Vorspannfeder 73b ist zu der einen Seite hin konvex, auf der der erste Behälter 72d im natürlichen Zustand vorgesehen ist. Der Innenschlauch 73e ist ein geschlossener Behälter, der im Inneren des ersten Behälters 73c untergebracht ist. Der Innenschlauch 73e enthält eine Substanz, die gemäß der Temperatur zwischen einem verdampften Zustand und einem verflüssigten Zustand und zwischen einem expandierten und einem kontrahierten Zustand wechselt. Die enthaltene Substanz ist beispielsweise Pentan, das bei 36 Grad verdampft. Es ist vorzuziehen, dass der Innenschlauch 73e aus Materialien wie Ethylen-Tetrafluorethylen (ETFE) besteht, das ein thermoplastisches Fluorharz und ein Copolymer aus Tetrafluorethylen und Ethylen ist, da solche Materialien ausgezeichnete Sperreigenschaften für Kohlenwasserstoffgase aufweisen.
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Bei einem solchen Flüssigkeitssteuermechanismus 73, wie in 11A dargestellt, steht die Vorspannfeder 73b auf der einen Seite vor, wenn die Umgebungstemperatur niedriger als eine bestimmte Temperatur (36 Grad) ist und der Innenschlauch 73e sich im zusammengezogenen Zustand befindet, so dass der erste Behälter 73c durch das Gehäuseelement 73a und die Vorspannfeder 73b abgeflacht wird. Daher fließt die Flüssigkeit im ersten Behälter 73c in den ersten Raum S1, und der erste Raum S1 wird mit der Flüssigkeit gefüllt. Währenddessen wird der zweite Behälter 73d nicht abgeflacht und die Flüssigkeit wird aus dem zweiten Raum S2 abgelassen, um im zweiten Raum S2 einen Hohlraum zu bilden.
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Im Flüssigkeitssteuermechanismus 72 wird, wie in 11B dargestellt, die Vorspannfeder 73b vom Innenschlauch 73e gedrückt und ragt auf die andere Seite, wenn die Umgebungstemperatur gleich oder höher als die spezifische Temperatur ist und sich der Innenschlauch 73e im expandierten Zustand befindet. Infolgedessen wird der zweite Behälter 73d durch das Gehäuseelement 73a und die Vorspannfeder 73b abgeflacht. Daher fließt die Flüssigkeit im zweiten Behälter 73d in den zweiten Raum S2, und der zweite Raum S2 wird mit der Flüssigkeit gefüllt. Währenddessen wird der erste Behälter 73c nicht abgeflacht und die Flüssigkeit wird aus dem ersten Raum S1 abgelassen, um im ersten Raum S1 einen Hohlraum zu bilden.
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Auf diese Weise kann gemäß dem Mehrstufen-Prismenfenster 5 gemäß der fünften Ausführungsform der Zustand, in dem das direkte Licht OP1, OP2 nicht direkt in Innenräumen verwendet wird, oder der Zustand, in dem das direkte Licht OP1, OP2 in Innenräumen verwendet wird, ohne Abhängigkeit von den Jahreszeiten (weiter) optimiert werden, was der dritten Ausführungsform ähnelt. Zusätzlich kann das Mehrstufen-Prismenfenster 5 vorgesehen werden, dessen Dicke reduziert wird.
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Des Weiteren ist gemäß der fünften Ausführungsform der Innenschlauch 73e vorgesehen, der die Substanz enthält, die gemäß der Temperatur zwischen dem verdampften Zustand und dem verflüssigten Zustand wechselt, und eine Vorspannfeder 73b durch Verwendung des expandierten Zustands des Innenschlauchs 73e, in dem sich die Substanz im verdampften Zustand befindet, und des kontrahierten Zustands des Innenschlauchs 73e, in dem sich die Substanz im verflüssigten Zustand befindet, so geändert wird, dass entweder der erste Behälter 73c oder der zweite Behälter 73d abgeflacht wird, um zu bewirken, dass die Flüssigkeit in den ersten oder zweiten Raum S1, S2 fließt. Daher kann die Regelung auf Grundlage der Temperatur durch Verwendung der Verdampfungs- und Verflüssigungseigenschaften der Substanz durchgeführt werden, und der Zustand, in dem das direkte Licht OP1, OP2 nicht direkt in Innenräumen verwendet wird, oder der Zustand, in dem das direkte Licht OP1, OP2 in Innenräumen verwendet wird, kann des Weiteren ohne Abhängigkeit von den Jahreszeiten optimiert werden.
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Obwohl die vorliegende Erfindung oben auf Grundlage der Ausführungsformen beschrieben wurde, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die oben genannten Ausführungsformen beschränkt, und es können verschiedene Modifikationen vorgenommen werden, ohne vom Geist der vorliegenden Erfindung abzuweichen, oder die Techniken der Ausführungsformen können innerhalb einer möglichen Bandbreite angemessen kombiniert werden. Des Weiteren können bekannte oder bekannte Techniken innerhalb eines möglichen Bereichs ebenfalls kombiniert werden.
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Zum Beispiel, obwohl der erste Raum S1 und der zweite Raum S2 Raum sind, der durch die beiden dünnen Filme TF in den oben beschriebenen Ausführungsformen definiert ist, kann es sein, dass die dünnen Filme TF nicht vorhanden sind und der Raum durch die Prismen 31, 33, 41, 44, 60 definiert ist. Die Prismen 31, 33, 41, 44, 60 und dergleichen können auch aus einem transparenten Material hergestellt sein, das kein weiches Harz ist.
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Obwohl in den obigen Ausführungsformen Beispiele beschrieben wurden, in denen die Mehrstufen-Prismenfenster 1 bis 5 in Standflächen verwendet werden, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt, und das Mehrstufen-Prismenfenster gemäß der vorliegenden Erfindung kann auch in einer Dachfläche vorgesehen werden.
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Des Weiteren, obwohl das zweite Prisma 41 der Mehrstufen-Prismenfenster 1 bis 5 gemäß der ersten bis fünften Ausführungsform das Reflektionsprisma 41A und das endotherme Prisma 41B umfasst, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt, und das zweite Prisma 41 kann nur eines des Reflektionsprismas 41A oder des endothermen Prismas 41B umfassen.
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Obwohl grundsätzlich davon ausgegangen wird, dass nur der erste Raum S1 oder der zweite Raum S2 mit der Flüssigkeit gefüllt ist, während der andere Raum in den Mehrstufen-Prismenfenstern 1 bis 5 gemäß der ersten bis fünften Ausführungsform eine Leere ist, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt, und das Mehrstufen-Prismenfenster gemäß der vorliegenden Erfindung kann auch als normales Fenster verwendet werden, in dem der erste Raum S1 und der zweite Raum S2 beide mit der Flüssigkeit gefüllt sind. Außerdem können die Räume S1, S2 beide Hohlräume sein.
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Obwohl das erste Prismenelement 30 und das zweite Prismenelement 40 die Bildrestaurationsprismen 33, 44 umfassen, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt, und die Bildrestaurationsprismen 33, 44 sind möglicherweise nicht vorgesehen. Insbesondere können Positionen, an denen die Bildrestaurationsprismen 33, 44 in den obigen Ausführungsformen vorgesehen sind, als erster oder zweiter Raum S1, S2 dienen, in den die Flüssigkeit eingefüllt werden kann.
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Das Zwischenplattenelement 50, das Zwischenprisma 60 oder ähnliches kann in geeigneter Weise einer strahlungsarmen Behandlung unterzogen werden, um das Entweichen der Wärme des endothermen Elements 43 aus dem Raum zu erschweren.
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Des Weiteren, obwohl das reflektierende Element 32 gemäß der ersten bis fünften Ausführungsform auf der zweiten Seite 31b des ersten Prismas 31 der Mehrstufen-Prismenfenster 1 bis 5 vorgesehen ist, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt, beispielsweise kann ein Solarzellenpanel (photoelektrisches Umwandlungselement), das Lichtenergie zur Stromerzeugung nutzt, so lange vorgesehen werden, wie der Lichtweg des direkten Lichts OP1 in das Innere des Raumes blockiert ist. In diesem Fall kann die vom Solarzellenpaneel gewonnene elektrische Energie nach außerhalb der Mehrstufen-Prismenfenster 1 bis 5 geschickt und für den Betrieb einer Kühlvorrichtung oder ähnlichem verwendet werden. Das reflektierende Element 32 ist nicht darauf beschränkt, durch das Solarzellenpaneel ersetzt zu werden, und ein Wärmesammelrohr (Wärmekollektor), das die Sonnenwärme zur Erwärmung eines Wärmemediums nutzt, kann als Ersatz für das reflektierende Element 32 vorgesehen werden. In diesem Fall kann das durch das Wärmesammelrohr erwärmte Wärmemedium für den Betrieb einer Absorptionskältemaschine verwendet werden, oder es kann als Warmwasser verwendet werden, wenn das Wärmemedium Wasser ist.
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Obwohl die Formgedächtnis-Plattenfeder 72b und die Vorspannfeder 72c jeweils einen Teil des Frontelements in der vierten Ausführungsform bilden, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt, und es kann eine Konfiguration verwendet werden, bei der sich die Formgedächtnis-Feder und die Vorspannfeder 72c einfach mit einem dazwischen angeordneten Plattenelement (Frontelement) gegenüberstehen und Spiralformen aufweisen. Das heißt, die Federn 72b, 72c können von dem Frontelement getrennte Elemente sein. Des Weiteren kann auch eine Konfiguration verwendet werden, bei der nur eine der Federn 72b, 72c das Frontelement bildet, während die andere als separates Element ausgebildet ist. Darüber hinaus ist das Frontelement nicht darauf beschränkt, auf der einen oder anderen Seite vorzustehen, sondern kann auch so konfiguriert werden, dass es vollständig auf die eine oder andere Seite verschoben werden kann.
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Des Weiteren, obwohl die Vorspannfeder 73b das Frontelement in der fünften Ausführungsform darstellt, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt, und es kann eine Konfiguration verwendet werden, bei der die Vorspannfeder 73b einfach auf einer gegenüberliegenden Seite des Innenschlauchs 73e vorgesehen ist, um ein Plattenelement (Frontelement) als ein von dem Frontelement getrenntes, wendelförmiges Element sandwichartig anzuordnen. Darüber hinaus kann in der fünften Ausführungsform das Frontelement auch so konfiguriert werden, dass es vollständig bewegt werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1 bis 5
- Mehrstufen-Prismenfenster
- 10a
- erstes transparentes Plattenelement
- 10b
- zweites transparentes Plattenelement
- 31
- erstes Prisma
- 31b
- zweite Seite (vorgegebene Oberfläche)
- 32
- reflektierendes Element (undurchsichtiges Element)
- 34, 45, 71 bis 73
- Flüssigkeitssteuermechanismus
- 41
- zweites Prisma
- 41b
- zweite Seite (vorgegebene Oberfläche)
- 42
- reflektierendes Element
- 43
- endothermes Element
- 60
- Zwischenprisma
- 71b
- Flusskanal
- 71c
- Pumpwalze (Pumpeneinheit)
- 72b, 72c
- zwei Plattenfedern (Frontelement)
- 72b
- Formgedächtnis-Plattenfeder (Formgedächtnis-Feder)
- 72c
- Vorspannfeder
- 72d
- erster Behälter
- 72e
- zweiter Behälter
- 73b
- Vorspannfeder (Frontelement)
- 73c
- erster Behälter
- 73d
- zweiter Behälter
- 73e
- Innenschlauch (Behälter)
- N
- normale Linie
- OP1, OP2
- direktes Licht
- S1
- erster Raum
- S2
- zweiter Raum
- TF
- dünner Film
- θ1
- erster vorgegebener Winkel
- θ2
- zweiter vorgegebener Winkel
