JP2002521709A6

JP2002521709A6 - 放射エネルギー・コンセントレータ

Info

Publication number: JP2002521709A6
Application number: JP2000561517A
Authority: JP
Inventors: モセシュヴィリ，アレクサンドレ，エス．
Original assignee: モセシュヴィリ，アレクサンドレ，エス．; ツィンツァズェ，レヴァン
Priority date: 1998-07-21
Filing date: 1999-07-07
Publication date: 2006-08-24

Abstract

技術的成果：集光の改善、質量および全体のサイズの縮小、および有害な宇宙放射線に対する太陽電池の最大限の保護。概要：コンセントレータの受光層は、同じレベルに配置されている一組の集光部材からなる。ある実施形態の場合には、その上縁部を含むこれらの部材は、一つの平面内に六角形のハニカム構造体を形成し、他の実施形態の場合には、上記部材は、正方形の素子からなる直交マトリックスとを形成する。六角形のハニカム構造体の場合には、集光部材は、内部反射面を備える漏斗の形に形成される。直交マトリックスの場合には、集光部材は、光学的レンズを備えるか、または放物面−双曲面コンセントレータの形に形成される。レフレクタを有する層は、受光層の下に配置される。受光層の下に位置するレフレクタにより、周辺集光部材からの光ビームは、中央部材の中心に送られる。各層上において、類似のプロセスが行われる。使用分野：太陽エネルギー技術：本発明は、放射エネルギーを熱エネルギーまたは電気的エネルギーに変換する手段として使用することができる；天文学：本発明は、遠い銀河系からの弱い光ビームを集光するための強力な望遠鏡を設計する際に使用することができる；高エネルギー物理学：本発明は、強力なレーザ・ビームを入手するために使用することができる。

Description

【０００１】
本発明は、太陽エネルギー技術に関し、より具体的には、放射エネルギーを熱エネルギー又は電気エネルギーに変換する手段として使用され得る、光放射エネルギー・コンセントレータの分野に関し、；遠い銀河からやって来る弱い光ビームを集めるべく意図されている、強力な望遠鏡を設計するに当たって本発明が使用され得るところの、天文学に関し；且つ、強力なレーザー・ビームを得るのに本発明が使用され得るところの、高エネルギー物理学に関する。
【０００２】
種々のタイプの漏斗形のコンセントレータ、特に、角錐台形のコンセントレータ［Andreev V.M., Grilikhes V.A. rumiancev V.D. Photo-electricheskoe preobrazovanie koncentrirovannogo solnechnogo izluchenia. Leningrad “NAUKA” 1989 pp. 206-213 (Rus)］と、所謂放物面フォコン(focon)［Andreev V.M., Grilikhes V.A. rumiancev V.D. Photo-electricheskoe preobrazovanie koncentrirovannogo solnechonogo izluchenia. Leningrad “NAUKA” 1989 pp. 220-222 (Rus)］とが、本発明に関連していると考えられる。角錐台形のコンセントレータは、先端部が切り取られている頂部と、薄い壁と、その幅広の部分が光源に向けられる内部反射面とを有する角錐である。角錐台形のコンセントレータの欠点は、集光能力が低く、寸法が大きく、宇宙線から保護されていない太陽電池をそれが具備している、ということである。放物面フォコンの壁は、放物面の形をしており、そして、その欠点は、角錐台形のコンセントレータの欠点に類似している。
【０００３】
本発明に最も関連のある主題は、放物面−双曲面コンセントレータ［Andreev V.M., Grilikhes V.A. rumiancev V.D. Photo-electricheskoe preobrazovanie koncentrirovannogo solnechnogo izluchenia. Leningrad “NAUKA” 1989 pp. 278-300 (Rus)］であると考えられる。放物面−双曲面コンセントレータは、１つの一次放物面ミラーと、１つの二次双曲面ミラーとを組み合わせたものを具備している。放物面−双曲面コンセントレータの欠点は、ビーム源に精密に照準を合わせないと、作動し得ないということである。二次ミラーの半径は、有害な宇宙線に対する太陽電池の保護能力を決定し、他方、二次ミラーは、一次ミラーの動作面積を縮小する。コンセントレータの高さは、放物面ミラーによって占有されている面積に依存する。
【０００４】
本発明の効果は、コンセントレータの質量及び全体の寸法の低減と、光ビーム源への精密な照準を必要としないということと、有害な宙線に対する、太陽電池の最大の保護とである。
【０００５】
本発明の装置は、漏斗形のコンセントレータと、集光レンズと、放物面−双曲面レフレクタを具備しているコンセントレータとを含んでいる。
【０００６】
上述した後者のコンセントレータの欠点を回避し得且つ技術的な効果を達成し得る本発明のエッセンスは、ビーム受光層の下に配設されている層のレフレクタが、前の層の周辺出口から来るビームの、中心での集光をもたらし、これにより、高レベルの集中と、構造物全体の全寸法における著しい縮小とを達成することが、可能になる。受光層の放物面−双曲面コンセントレータの組合せ構造の場合においては、二次ミラーの半径における縮小が、可能になり、この結果、放射エネルギーの最大の利用が、可能になる。提案されているコンセントレータを光電変換の目的に利用する場合においては、太陽電池は、有害な宇宙線に対する最大の保護を得る。何故ならば、それらは、層の下に配設されているからである。
【０００７】
図１〜図３に見られ得るコンセントレータであって、六角形のハニカム状に配設されている漏斗形部材を有しているものは、１組の漏斗形部材から構成されている受光層１と；受光層の下に配設されている第１層及び第２層であって、各々が１つの上部プレート及び１つの下部プレートを有しているものとを具備しており；第１層の上部プレート２は、反射裏面と、孔７と、中間レフレクタ６とを有しており；第１層の下部プレート３は、周辺レフレクタ８と、反射面を設けられているカナル(canal)１４と、内部反射面を備えている漏斗部９であって、前記カナルの接続点に配置されているものとを有しており；反射裏面を備えている第２層の上部プレート４は、孔１０と、中間レフレクタ１２とを有しており；そして、第２層の下部プレート５は、周辺レフレクタ１１と、反射面を設けられているカナル１５と、内部反射面を備えている漏斗部１３であって、前記カナルの接続点に配置されているものとを有している。層の数は、コンセントレータの輪郭に従っていると共に、具体的な各輪郭は、同じ輪郭と互換性がある。
【０００８】
図４〜図７に見られ得るコンセントレータであって、直交した状態に配設されている漏斗形部材を有しているものは、１組の正方形の集光レンズ１６と；直交した状態に配設されている漏斗形部材１７と；受光層の下に設けられている第１層、第２層及び第３層であって、各々が１つの上部プレート及び１つの下部プレートを有しているものと；集光部材出口レンズ２４とを具備しており；第１層の上部プレート１８は、中間レフレクタ２７及び孔２６を設けられていると共に、反射裏面を有しており；第１層の下部プレート１９は、周辺レフレクタ２５と、反射面を備えているカナル３５とを有しており；反射裏面を備えている第２層の上部プレート２０は、中間レフレクタ２９と、孔とを有しており；第２層の下部プレート２１は、周辺レフレクタ２８と、反射面３６を設けられているカナル３６とを有しており；反射裏面を備えている第３層の上部プレート２２は、中間レフレクタと、孔とを有しており；第３層の下部プレート２３は、周辺レフレクタ３０と、反射面を設けられているカナルとを有しており；ここで、プレート１８における孔２６は、周辺漏斗部の出口と一致しており、中間レフレクタ２７は、受光層の中央集光部材の出口付近に配設されており、プレート１９における周辺レフレクタ２５は、プレート１８における孔２６と一致しており、プレート１９における周辺レフレクタ２５は、反射面を備えているカナル３５により、プレート１８における中間レフレクタ２７と接続されており、プレート２１におけるレフレクタ２８は、反射面を備えているカナル３６により、プレート２０における中間レフレクタ２９と接続されており、プレート２３における周辺レフレクタ３０は、プレート２２における孔と一致している。
【０００９】
図５及び図６に示されているコンセントレータの実施例においては、フレネルレンズが、用いられている。この実施例においては、光源への精密な照準は、なされない。集光部材１７の出口に配設されているフレネルレンズは、焦点から来るビームの発散度を選択することを可能にする。集光部材の頂縁部は、正方形であり、そして、それらは、出口の方向に向かって丸くなって行く。反射面を備えているカナル３５は、出口の幾何学的中心から焦点を傾斜させる、精密でない照準の場合において、補助的な役割を演ずる。
【００１０】
図７には、本発明の実施例が、見られ得、その実施例においては、通常のレンズが、入口レンズ３１及び出口レンズ３２として使用されている。周辺部材の出口には、レンズは、存在しない。
【００１１】
図８に示されている実施例においては、漏斗形部材は、存在せず、そして、ビーム源への精密な照準は、レンズとは反対側の、層の孔のゾーンに焦点を位置させるようにすることにより、もたらされる。
【００１２】
図９には、光ビーム・コンセントレータの別の実施例が、見られ得、その光ビーム・コンセントレータは、放物面レフレクタと、双曲面レフレクタとを具備している。この実施例においては、放物面レフレクタ及び双曲面レフレクタは、それらの作用面が、互いに他方と対面しており、双曲面レフレクタは、ホルダ３４と係合している。
【００１３】
レフレクタを備えている層であって、受光層の下に位置させられているものは、放物面レフレクタ２５及び２７を具備している。
【００１４】
図１０には、コンセントレータが、見られ得、このコンセントレータは、受光層を設けられていると共に、１組の放物面−双曲面コンセントレータから構成されている。このコンセントレータは、平行ビームを伝播させることができる。レフレクタを備えている層であって、受光層の下に配置されているものは、平坦なレフレクタ３７及び３８を具備している。
【００１５】
受光層が六角形ハニカム構成である場合、漏斗形部材の上縁部は、六角形であり、出口端部で狭くなり、徐々に円形になって行く。漏斗形部材は、１つの中心部材の周りに６つの周辺部材が配設されて各々が７つの部材からなるようにして、グループ化されている。受光層の下には、層が、設けられており、これらの層は、レフレクタと、その上に反射面を備えているカナルとを設けられている。各層は、１つの上部プレートと、１つの下部プレートとから構成されている。上部プレートは、下からの反射面を有していると共に、孔と中間レフレクタとを設けられている。下部プレートは、周辺レフレクタと、その上に反射面を備えているカナルとを具備している。上部プレートの孔は、受光層の周辺漏斗形部材の出口と一致しており、そして、上部プレートの中間レフレクタは、受光層の各中心部材出口付近に配設されている。下部プレートの周辺レフレクタは、上部プレートの孔と一致しており、そして、反射面を備えているカナルは、下部プレートのレフレクタを、上部プレートの中間レフレクタに接続している。カナルは、上部プレート及び下部プレートと共同で、漏斗形集光部材の役割を演じている。６つの隣接しているカナルの各軸は、互いに６０°の角度をなしていると共に、６つの尖端を有する星形を生成している。反射内面を備えている出口漏斗部が、カナル接続点に、即ち、６つの尖端を有する星形の中心に設けられている。受光層の周辺部材から来るビームは、周辺レフレクタにより、反射面を備えているカナルを介して、中間レフレクタに伝播させられる。中間レフレクタは、受光したビームを、内部反射面を備えている漏斗部に向けて方向付け、この漏斗部は、６つの尖端を有する星形の中心に配置されている。各層は、同様のプレートを具備しており、そして、次の各層においては、６つの尖端を有する星形の中心から、６つの尖端を有する星形の周辺レフレクタと一致する孔の幾何学的中心までの距離は、前の層におけるよりも、ルート(√)７倍だけ長くなっている。前の各層に配設されている星型のグループにおける、中央の６つの尖端を有する星形の出口漏斗は、次の各層における６つの尖端を有する星形の中心と一致しており、そして、前の層に配設されている星型のグループにおける、６つの、周辺の、６つの尖端を有する星形の出口漏斗は、周辺レフレクタと一致している。
【００１６】
コンセントレータの受光層が直交構成の場合においては、レンズを備えているコンセントレータ及び放物面―双曲面レフレクタを備えているコンセントレータの両方の集光部材の上部により、直交マトリックスが、生成されている。
【００１７】
受光層部材は、隣接する８つの正方形が中央の部材の周りに配列されるようにして、グループ化されている。レフレクタを備えている層が、ビーム受光層の下に配置されており、各層は、２つのプレートで構成されている。層の下部プレートは、正方形の対称軸に沿って配設されている周辺レフレクタを具備しており、そして、上部プレートは、孔と、グループの中心の周りの円の上に配設されている中間レフレクタとを具備している。次の各層のグループの中心から、周辺レフレクタと一致している出口の幾何学的中心までの距離は、前の層における距離の３倍である。
【００１８】
放射エネルギー・コンセントレータは、以下の態様で作動する。ビーム受光層上に入射した光ビームは、集光部材の出口から下の層のレフレクタへ伝播させられる。受光層の周辺部材から周辺レフレクタ上に入射したビームは、中間レフレクタに向けて反射される。中間レフレクタによって中心に方向付けられたビームは、受光層の中心部材によって収束されたビームと合流する。各層から来るビームは、やはり同様の態様で、集光される。
【００１９】
損失を考慮しなければ、六角形ハニカム構造を有する各層は、７倍の集光を実行し得、そして、直交構造の場合には、それは、９倍の集光をなし得る。
【００２０】
各層を加えることは、六角形ハニカム構造の場合には、構造物の元の面積を維持しつつ、高さをルート７倍低減させることを可能にし、そして、直交構成の場合には、高さを３倍低減させることが、得られ得る。
【００２１】
集中させられた太陽光線は、内部反射面を備えているチューブにより、太陽によって照らされない場所に伝播させられ得、そして、日中の電気エネルギーの消費を低減させ且つそれらの場所の健康上の条件を改善すべく、ビームは、逆のプロセスを用いることによって拡大され得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】
六角形のハニカム状に配設されている漏斗形部材を設けられているコンセントレータの平面図である。
【図２】
六角形のハニカム状に配列されている漏斗形部材設けられているコンセントレータの断面図である。
【図３】
漏斗形部材を設けられている層とレフレクタとの組合せ、及びそれらの間の機能的接続を示している。
【図４】
直交した状態に配設されている、レンズ及び漏斗形部材を具備しているコンセントレータの平面図である。
【図５】
直交した状態に配設されている、レンズ及び漏斗形部材を具備しているコンセントレータの断面図である。
【図６】
ビーム源に必ずしも照準を合わせられる必要のない、漏斗形集光部材及びフレネルレンズを具備しているコンセントレータの一実施例を示している。
【図７】
通常の光学レンズを設けられている、同じコンセントレータを示している。
【図８】
ビーム源に精密に照準を合わせられる必要のある、通常の光学レンズを設けられているコンセントレータの実施例を示している。
【図９】
放物面−双曲面レフレクタを具備しているコンセントレータの断面図である。
【図１０】
平行ビーム伝播原理に基づく、放物面−双曲面レフレクタを具備しているコンセントレータの断面図を示している。

Claims

同じレベル上に配置されている一組のビーム集光部材の形に形成されている光ビーム受光層を備える放射エネルギー・コンセントレータであって、いくつかの層が、前記受光層の下に平行に配置されていて、前記いくつかの層がレフレクタを備え、前記受光層の前記集光部材が、各グループが中心部材を持つようにグループ形成され、前記中心部材の周囲に配置されている周辺部材に相互に隣接するように位置していて、前記受光層の下に位置する一つの層内の前記レフレクタが、前記層の上の前記周辺集光部材の出口からのビームが、前記グループの中心を囲む周囲に配置されている中間レフレクタの方に向けられるように配置されていて、前記中間レフレクタが、受光したビームを、前記グループの中心軸と一致している出口の方に向け、各層の出口が、前記受光層に類似の方法でグループ形成され、下の各層の周辺レフレクタが、上の層の周辺の出口からのビームを各中間レフレクタの方に向け、前記各中間レフレクタが受光したビームを前記グループの中心軸と一致する出口に向け、下の各層のグループの中心とグループの周辺との間の距離が、上の各層の距離より長いことを特徴とする放射エネルギー・コンセントレータ。
請求項１記載のコンセントレータにおいて、前記受光層が、六角形のハニカム状に配置されていて、ビーム反射作業面を持つ一組の漏斗形部材からできていて、前記受光層の下に配置されているレフレクタの前記グループからの六つの周辺レフレクタが、反射面を持つカナルにより、前記グループの中心の周囲に配置されている中間レフレクタと接続していて、先端が六つある星形を形成することを特徴とするコンセントレータ。
請求項１記載のコンセントレータにおいて、前記光ビーム受光層が、直交状態に配置されている放物面−双曲面コンセントレータの組合せとして形成されていることを特徴とするコンセントレータ。
請求項１記載のコンセントレータにおいて、前記光ビーム受光層が、一組の直交状態に配置されている集光レンズの形に形成されていることを特徴とするコンセントレータ。
請求項１記載のコンセントレータにおいて、前記光ビーム受光層が、直交状態に配置されている漏斗形集光部材の形に形成されていて、前記漏斗形部材の上に、正方形の形の集光レンズが配置されていて、前記各レンズの光軸が、前記漏斗形部材の光軸と一致していて、前記受光層の下に配置されている前記層の上に配置されている前記周辺レフレクタが、反射面を持つカナルにより各中間レフレクタと接続していて、前記カナルが、一緒に、先端が八つある星形を形成していて、レンズが、各中央部材の出口および各層の中央出口と一致していることを特徴とするコンセントレータ。
請求項５記載のコンセントレータにおいて、レンズが、光ビーム受光層の周辺部材の出口、および各層の周辺出口と一致していることを特徴とするコンセントレータ。
請求項４〜請求項６記載のコンセントレータにおいて、前記レンズがフレネルレンズであることを特徴とするコンセントレータ。