JP2010531036A - 太陽光の方向変換器 - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、2007年6月22日に出願された米国仮特許出願第60/945,653号の利益を主張する。
られている要素は、詳細に示されないか、または、述べられなかった。相応して、本明細書および図面は、制限的な意味ではなく、例証的な意味で考えられる。
に一緒に結合されて、ミラーが、移動するときに互いに干渉する(すなわち、接触する)ことなく、太陽の高度および方位が変わるにつれて、ミラーの位置が調整される。ミラーは、移動するときに互いを過剰に遮光すべきではないが、ミラー、太陽、または両方の比較的短い位置の間のある最小の遮光は、太陽光リダイレクタの総合効率を最適にするために許容可能である。
き変更される。ただし、太陽が、真の現地の太陽正午の約±3時間に相当する所定の角度範囲内に位置する場合に限る。それぞれの太陽光向き変更用ミラーアレイ56,58は、相応して、ヘリオスタットとして動作する。
中心に回転することを防止するよう、自在継手によって束縛されなかった場合、望ましくないことにミラーがどのように互いに干渉することになるかを示す。
ミラーアレイ56,58内の列ミラーは、図2A〜2Cに示すように、垂直に隣接するか、または、垂直に整列する必要はない。たとえば、ミラーは、対角線上に延在する列または他の縦に延在する列で一緒に接続されるであろう。しかし、ミラーの意図する角度動作範囲内の任意の位置について、ミラーの平面に平行に連結部が延在することを可能にするために、連結部120は、ミラーに枢動可能に接続されるべきではない。たとえば、ミラーの中性位置が水平である場合、ミラーは、水平行で接続されるべきではない。
ミラー60,62,64,66だけが、太陽光を集中されることになる。しかし、太陽光の集中に寄与するように、ミラーアレイ56,58を構成することが可能である。これは、ミラーを互いに平行に維持する代わりに、それぞれのミラーの平面を、他のミラーの平面に対してわずかな角度で維持することによって達成されうる。より詳細には、アクチュエータは、それぞれのミラーの法線ベクトルの向きが、他のミラーの法線ベクトルの向きからわずかに偏移するよう、ミラーを移動するように制御されうる。その結果、反射の法則に従って、入射光68は、予め選択された反射方向からわずかに偏移する方向に反射される。それぞれのミラーの法線ベクトルの偏移は、反射光において予め選択されたパターンを生成するのに十分に大きくあるべきである。それぞれのミラーの法線ベクトルの偏移の適切な選択は、太陽光が放物面ミラー60,62,64,66に向かって向き変更されるときに、太陽光のある程度の集中(すなわち、収束)を容易にする。これは、放物面ミラー60,62,64,66について要求される太陽光集中の程度を低減し、それにより、放物面ミラー60,62,64,66の光学品質、したがって、コストを低減する。
Claims (32)
- 太陽光の方向を変換するための光方向変換器であって、
平面ミラーのアレイ(56)であって、それぞれのミラーは表面法線ベクトル(115)を有する、平面ミラーのアレイ(56)と、
前記ミラーが移動する間、前記法線ベクトルが平行なままであるように、前記ミラーの縦に隣接するミラー(106〜114)を枢動可能に相互接続し、かつ、前記ミラーの移動を束縛する非伸縮性連結部(120)と、
前記縦に隣接するミラーの第1のミラー(106)内の第1の枢動可能カップリング(122)と、
前記縦に隣接するミラーの第2のミラー(114)内の第2の枢動可能カップリング(124)とを備え、
前記第1および第2の枢動可能カップリングは、前記第1および第2のミラーが、2つの互いに直角な軸(x,y)のいずれか一方に関して移動することを可能にし、かつ、第3の軸(z)に関する前記第1および第2のミラーの移動を防止する太陽光の光方向変換器。 - 前記ミラーは、複数の列(94〜104)で配列され、
前記非伸縮性連結部は、それぞれのミラーを、同じ列内の隣接するミラーに接続する請求項1に記載の太陽光の光方向変換器。 - 前記第1および第2の枢動可能カップリングは、第1および第2の自在継手(122,124)であり、それぞれの自在継手は、前記2つの互いに直角な軸の第1の軸(x)に関して回転可能な第1の部材(126)、および、前記2つの互いに直角な軸の第2の軸(y)に関して回転可能な第2の部材(128)を有し、
前記第1のミラー(106)は、前記第1の自在継手の前記第1の部材(126)を囲み、かつ、前記第1の部材(126)上で枢動し、
前記第2のミラー(114)は、前記第2の自在継手の前記第1の部材(126)を囲み、かつ、前記第1の部材(126)上で枢動する請求項1に記載の太陽光の光方向変換器。 - 前記2つの互いに直角な軸の第1の軸(x)に関して前記ミラーの選択されたミラーを制御可能に移動させるために、前記枢動可能カップリングの1つのカップリングに結合する第1の電子制御可能なアクチュエータ(117A)と、
前記2つの互いに直角な軸の第2の軸(y)に関して前記ミラーの選択されたミラーを制御可能に移動させるために、前記枢動可能カップリングの前記1つのカップリングに結合する第2の電子制御可能なアクチュエータ(117B)とをさらに備え、
前記アレイの一方の側に入射する光線(68)は、前記アレイの反対側を通して前記ミラーの1つによって1回反射され、
前記アクチュエータは、前記ミラーが予め選択された方向に入射光を鏡面反射するように前記法線ベクトルを向き調整するために前記ミラーを移動させるよう制御可能性である請求項1に記載の太陽光の光方向変換器。 - 前記2つの互いに直角な軸の第1の軸(x)に関して前記ミラーの選択されたミラーを制御可能に移動させるために、前記枢動可能カップリングの1つのカップリングに結合する第1の電子制御可能なアクチュエータ(117A)と、
前記2つの互いに直角な軸の第2の軸(y)に関して前記ミラーの選択されたミラーを制御可能に移動させるために、前記枢動可能カップリングの前記1つのカップリングに結合する第2の電子制御可能なアクチュエータ(117B)とをさらに備える請求項1に記載の太陽光の光方向変換器。 - ヘリオスタットとして動作する請求項1に記載の太陽光の光方向変換器。
- 前記第3の軸(z)は、前記2つの互いに直角な軸(x,y)に直角で、かつ、前記列の縦範囲の方向に平行である請求項2に記載の太陽光の光方向変換器。
- 前記第1および第2の枢動可能カップリングは、第1および第2の自在継手(122,124)であり、それぞれの自在継手は、前記2つの互いに直角な軸の第1の軸(x)に関して回転可能な第1の部材(126)、および、前記2つの互いに直角な軸の第2の軸(y)に関して回転可能な第2の部材(128)を有し、
前記第1のミラー(106)は、前記第1の自在継手の前記第1の部材(126)を囲み、かつ、前記第1の部材(126)上で枢動し、
前記第2のミラー(114)は、前記第2の自在継手の前記第1の部材(126)を囲み、かつ、前記第1の部材(126)上で枢動する請求項5に記載の太陽光の光方向変換器。 - ヘリオスタットとして動作する請求項2に記載の太陽光の光方向変換器。
- ヘリオスタットとして動作する請求項4に記載の太陽光の光方向変換器。
- 前記2つの互いに直角な軸の第1の軸(x)に関して前記ミラーの選択されたミラーを制御可能に移動させるために、前記枢動可能カップリングの1つのカップリングに結合する第1の電子制御可能なアクチュエータ(117A)と、
前記2つの互いに直角な軸の第2の軸(y)に関して前記ミラーの選択されたミラーを制御可能に移動させるために、前記枢動可能カップリングの前記1つのカップリングに結合する第2の電子制御可能なアクチュエータ(117B)とをさらに備え、
前記アレイの一方の側に入射する光線(68)は、前記アレイの反対側を通して前記ミラーの1つによって1回反射され、
前記アクチュエータは、前記ミラーが予め選択された方向に入射光を鏡面反射するように前記法線ベクトルを向き調整するために前記ミラーを移動するよう制御可能性である請求項2に記載の太陽光の光方向変換器。 - 前記列のそれぞれの列内の1つのミラーに枢動可能に結合する第1のフレーム(116)と、
前記列のそれぞれの列内に、
第2のフレーム(132)と1つのミラー内の1つの枢動可能カップリングとの間に結合される第1の枢動リンク(130)と、
前記第2のフレームと別のミラー内の別の枢動可能カップリングとの間に結合される第2の枢動リンク(130)とをさらに備え、
前記第1のフレームに結合する任意の列内のミラーは、前記第1のフレームに結合する任意の他の列内のミラーと同じ列位置を有する請求項2に記載の太陽光の光方向変換器。 - ヘリオスタットとして動作する請求項5に記載の太陽光の光方向変換器。
- ヘリオスタットとして動作し、
前記第1および第2の枢動可能カップリングは、第1および第2の自在継手(122,124)であり、それぞれの自在継手は、前記2つの互いに直角な軸の第1の軸(x)に関して回転可能な第1の部材(126)、および、前記2つの互いに直角な軸の第2の軸(y)に関して回転可能な第2の部材(128)を有し、
前記第1のミラー(106)は、前記第1の自在継手の前記第1の部材(126)を囲
み、かつ、前記第1の部材(126)上で枢動し、
前記第2のミラー(114)は、前記第2の自在継手の前記第1の部材(126)を囲み、かつ、前記第1の部材(126)上で枢動する請求項2に記載の太陽光の光方向変換器。 - ヘリオスタットとして動作する請求項8に記載の太陽光の光方向変換器。
- 前記ミラーは、複数の列で配列され、
前記非伸縮性連結部は、それぞれのミラーを、同じ列内の隣接するミラーに接続する請求項13に記載の太陽光の光方向変換器。 - それぞれの列内の1つのミラーに枢動可能に結合する第1のフレーム(116)と、
前記列のそれぞれの列内に、
第2のフレーム(132)と1つのミラー内の1つの枢動可能カップリングとの間に結合される第1の枢動リンク(130)と、
前記第2のフレームと別のミラー内の別の枢動可能カップリングとの間に結合される第2の枢動リンク(130)とをさらに備える請求項11に記載の太陽光の光方向変換器。 - 前記アレイの一方の側に入射する光線(68)は、前記アレイの反対側を通して前記ミラーの1つによって1回反射され、
前記アクチュエータは、前記ミラーが予め選択された方向に入射光を鏡面反射するように前記法線ベクトルを向き調整するために前記ミラーを移動するよう制御可能性である請求項15に記載の太陽光の光方向変換器。 - 前記第1および第2の枢動可能カップリングは、第1および第2の自在継手(122,124)であり、それぞれの自在継手は、前記2つの互いに直角な軸の第1の軸(x)に関して回転可能な第1の部材(126)、および、前記2つの互いに直角な軸の第2の軸(y)に関して回転可能な第2の部材(128)を有し、
前記第1のミラー(106)は、前記第1の自在継手の前記第1の部材(126)を囲み、かつ、前記第1の部材(126)上で枢動し、
前記第2のミラー(114)は、前記第2の自在継手の前記第1の部材(126)を囲み、かつ、前記第1の部材(126)上で枢動する請求項16に記載の太陽光の光方向変換器。 - ヘリオスタットとして動作する請求項17に記載の太陽光の光方向変換器。
- ヘリオスタットとして動作する太陽光リダイレクタであって、
平面ミラーのアレイ(56)であって、それぞれのミラーは表面法線ベクトル(115)を有する、平面ミラーのアレイ(56)と、
前記ミラーの縦に隣接するミラー(106〜114)を枢動可能に相互接続し、かつ、前記ミラーの移動を束縛する非伸縮性連結部(120)と、
前記縦に隣接するミラーの第1のミラー(106)内の第1の枢動可能カップリング(122)と、
前記縦に隣接するミラーの第2のミラー(114)内の第2の枢動可能カップリング(124)とを備え、
前記第1および第2の枢動可能カップリングは、前記第1および第2のミラーが、2つの互いに直角な軸(x,y)のいずれか一方に関して移動することを可能にし、かつ、第3の軸(z)に関する前記第1および第2のミラーの移動を防止し、
前記ミラーは、複数の列(94〜104)で配列され、
前記非伸縮性連結部は、それぞれのミラーを、同じ列内の隣接するミラーに接続する太陽光の光方向変換器。 - 前記第1および第2の枢動可能カップリングは、第1および第2の自在継手(122,124)であり、それぞれの自在継手は、前記2つの互いに直角な軸の第1の軸(x)に関して回転可能な第1の部材(126)、および、前記2つの互いに直角な軸の第2の軸(y)に関して回転可能な第2の部材(128)を有し、
前記第1のミラー(106)は、前記第1の自在継手の前記第1の部材(126)を囲み、かつ、前記第1の部材(126)上で枢動し、
前記第2のミラー(114)は、前記第2の自在継手の前記第1の部材(126)を囲み、かつ、前記第1の部材(126)上で枢動し、
前記ミラーは、反射光において予め選択されたパターンを生成するのに十分に大きく、かつ、前記ミラーが移動するときに隣接するミラー間の干渉を防止するのに十分に小さい量だけ予め選択された法線方向から偏移する方向に、前記ミラーが入射光を鏡面反射するよう前記法線ベクトルを向き調整するように移動可能である請求項21に記載の太陽光の光方向変換器。 - 前記アレイの一方の側に入射する光線(68)は、前記アレイの反対側を通して前記ミラーの1つによって1回反射され、
前記ミラーは、前記ミラーの前記法線ベクトルが予め選択された方向に入射光を鏡面反射するように向き調整されるよう前記法線ベクトルを向き調整するように移動可能である請求項22に記載の太陽光の光方向変換器。 - それぞれの列内の1つのミラーに枢動可能に結合する第1のフレーム(116)と、
前記列のそれぞれの列内に、
第2のフレーム(132)と1つのミラー内の1つの枢動可能カップリングとの間に結合される第1の枢動リンク(130)と、
前記第2のフレームと別のミラー内の別の枢動可能カップリングとの間に結合される第2の枢動リンク(130)とをさらに備え、
前記ミラーは、反射光において予め選択されたパターンを生成するのに十分に大きく、かつ、前記ミラーが移動するときに隣接するミラー間の干渉を防止するのに十分に小さい量だけ予め選択された法線方向から偏移する方向に、前記ミラーが入射光を鏡面反射するよう前記法線ベクトルを向き調整するように移動可能である請求項21に記載の太陽光の光方向変換器。 - 前記第1および第2の枢動可能カップリングは、第1および第2の自在継手(122,124)であり、それぞれの自在継手は、前記2つの互いに直角な軸の第1の軸(x)に関して回転可能な第1の部材(126)、および、前記2つの互いに直角な軸の第2の軸(y)に関して回転可能な第2の部材(128)を有し、
前記第1のミラー(106)は、前記第1の自在継手の前記第1の部材(126)を囲み、かつ、前記第1の部材(126)上で枢動し、
前記第2のミラー(114)は、前記第2の自在継手の前記第1の部材(126)を囲み、かつ、前記第1の部材(126)上で枢動する請求項24に記載の太陽光の光方向変換器。 - 前記アレイの一方の側に入射する光線は、前記アレイの反対側を通して前記ミラーの1つによって1回反射され、
前記ミラーは、前記ミラーの前記法線ベクトルが予め選択された方向に入射光を鏡面反射するように向き調整さられるよう前記法線ベクトルを向き調整するように移動可能である請求項24に記載の太陽光の光方向変換器。 - ヘリオスタットとして動作する太陽光の光方向変換器であって、
平面ミラーのアレイ(56)であって、それぞれのミラーは表面法線ベクトル(115)を有する、平面ミラーのアレイ(56)と、
前記ミラーの縦に隣接するミラー(106〜114)を枢動可能に相互接続し、かつ、前記ミラーの移動を束縛する非伸縮性連結部(120)と、
前記縦に隣接するミラーの第1のミラー(106)内の第1の枢動可能カップリング(122)と、
前記縦に隣接するミラーの第2のミラー(114)内の第2の枢動可能カップリング(124)とを備え、
前記第1および第2の枢動可能カップリングは、前記第1および第2のミラーが、2つの互いに直角な軸(x,y)のいずれか一方に関して移動することを可能にし、かつ、第3の軸(z)に関する前記第1および第2のミラーの移動を防止し、
前記2つの互いに直角な軸の第1の軸(x)に関して、前記ミラーの選択されたミラーを制御可能に移動させるために、前記枢動可能カップリングの1つのカップリングに結合する第1の電子制御可能なアクチュエータ(117A)と、
前記2つの互いに直角な軸の第2の軸(y)に関して、前記ミラーの選択されたミラーを制御可能に移動させるために、前記枢動可能カップリングの前記1つのカップリングに結合する第2の電子制御可能なアクチュエータ(117B)とを備え、
前記ミラーは、複数の列(94〜104)で配列され、
前記非伸縮性連結部は、それぞれのミラーを、同じ列内の隣接するミラーに接続する太陽光の光方向変換器。 - 前記第1および第2の枢動可能カップリングは、第1および第2の自在継手(122,124)であり、それぞれの自在継手は、前記2つの互いに直角な軸の第1の軸(x)に関して回転可能な第1の部材(126)、および、前記2つの互いに直角な軸の第2の軸(y)に関して回転可能な第2の部材(128)を有し、
前記第1のミラー(106)は、前記第1の自在継手の前記第1の部材(126)を囲み、かつ、前記第1の部材(126)上で枢動し、
前記第2のミラー(114)は、前記第2の自在継手の前記第1の部材(126)を囲み、かつ、前記第1の部材(126)上で枢動し、
前記ミラーは、反射光において予め選択されたパターンを生成するのに十分に大きく、かつ、前記ミラーが移動するときに隣接するミラー間の干渉を防止するのに十分に小さい量だけ予め選択された法線方向から偏移する方向に、前記ミラーが入射光を鏡面反射するよう前記法線ベクトルを向き調整するように移動可能である請求項27に記載の太陽光の光方向変換器。 - 前記アレイの一方の側に入射する光線(68)は、前記アレイの反対側を通して前記ミラーの1つによって1回反射され、
前記アクチュエータは、前記ミラーの前記法線ベクトルが予め選択された方向に入射光を鏡面反射するように向き調整さられるよう、前記ミラーを移動するように制御可能性である請求項28に記載の太陽光の光方向変換器。 - それぞれの列内の1つのミラーに枢動可能に結合する第1のフレーム(116)と、
前記列のそれぞれの列内に、
第2のフレーム(132)と1つのミラー内の1つの枢動可能カップリングとの間に結合される第1の枢動リンク(130)と、
前記第2のフレームと別のミラー内の別の枢動可能カップリングとの間に結合される第2の枢動リンク(130)とをさらに備え、
前記ミラーは、反射光において予め選択されたパターンを生成するのに十分に大きく、
かつ、前記ミラーが移動するときに隣接するミラー間の干渉を防止するのに十分に小さい量だけ予め選択された法線方向から偏移する方向に、前記ミラーが入射光を鏡面反射するよう前記法線ベクトルを向き調整するように移動可能である請求項27に記載の太陽光の光方向変換器。 - 前記第1および第2の枢動可能カップリングは、第1および第2の自在継手(122,124)であり、それぞれの自在継手は、前記2つの互いに直角な軸の第1の軸(x)に関して回転可能な第1の部材(126)、および、前記2つの互いに直角な軸の第2の軸(y)に関して回転可能な第2の部材(128)を有し、
前記第1のミラー(106)は、前記第1の自在継手の前記第1の部材(126)を囲み、かつ、前記第1の部材(126)上で枢動し、
前記第2のミラー(114)は、前記第2の自在継手の前記第1の部材(126)を囲み、かつ、前記第1の部材(126)上で枢動する請求項30に記載の太陽光の光方向変換器。 - 前記アレイの一方の側に入射する光線は、前記アレイの反対側を通して前記ミラーの1つによって1回反射され、
前記アクチュエータは、前記ミラーの前記法線ベクトルが予め選択された方向に入射光を鏡面反射するように向き調整さられるよう前記ミラーを移動するように制御可能である請求項30に記載の太陽光の光方向変換器。
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