JP2013521519A - 薄膜を使用した太陽光反射集光装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、薄膜を使用した太陽光反射集光装置を開示する。上記薄膜を使用した太陽光反射集光装置は、集光膜と、面状底板と、面状集束ブラケットとを含み、上記集光膜は、反射クラッド層を有する平面膜またはマイクロプリズム式全反射集光膜であり、反射クラッド層を有する平面膜またはマイクロプリズム式全反射集光膜は、面状底板の上面に設けられており、上記面状底板は、薄い板であり、面状底板が面状集束ブラケットの上面に貼り付けられ、面状集束ブラケットとともに光学上の要求を満足する表面形状および精確な位置にある焦点を形成する。本発明の有益な効果として、集光膜と、面状底板と、面状集束ブラケットとを別々に製造し、光学上の要求を満足する表面と焦点位置を面状集束ブラケットの一つの部品に集中させる。これにより、低コスト、高い重複精度、製造しやすさを実現しやすく、太陽光の反射集光の利用を広く普及させることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽光反射集光装置に係り、特に薄膜を使用した太陽光反射集光装置に関連する。

太陽光反射集光装置の三要素として、反射係数が極めて高い反射クラッド層（集光層）と、光学上の要求を満足する反射表面と、正確な集光焦点位置がある。

従来技術の太陽光反射集光装置の過半数は、ひとつのまるごとのベース材料に、光学上の要求に従い正確な面状を加工し、それから該面状の表面を研磨して被膜し、さらに受光体を溶接ブラケットで焦点に架設することで集光装置を形成するものである。

上記の従来技術の集光装置には、下記の欠陥が存在する。材料のコストが高いこと、加工の難度が高いこと、焦点を正確に決められないこと、量産が非常に困難なことである。したがって、上記集光装置は、実験室または展示用のモデル作業のみに使用可能であり、大幅な普及がまったく不可能であり、太陽光の利用と発展への制限となる。

本発明の目的は、上記技術の欠陥を克服することであり、低コストで、製造しやすく、重複精度が高く、集光効果がよく、多くの家に広く普及できるような、薄膜を使用した太陽光反射集光装置を提供することにある。

上記技術問題を解決する技術的プランは、下記のとおりである。
薄膜を使用した太陽光反射集光装置であって、上記薄膜を使用した太陽光反射集光装置は、集光膜と、面状底板と、面状集束ブラケットとを含み、上記集光膜は、反射クラッド層を有する平面膜であり、反射クラッド層を有する平面膜は、面状底板の上面に設けられており、上記面状底板は、薄い板であり、面状底板の底面が面状集束ブラケットの上面に貼り付けられ、かつ、面状集束ブラケットの上面形状を再現しており、上記面状集束ブラケットは、面状集束ブラケット上部光学曲面と、面状集束ブラケットと一体になっている集束構造とを含み、上記面状集束ブラケット上部光学曲面は、面状集束ブラケットの上面に位置し、上記面状集束ブラケットと一体になっている集束構造の中心点は、面状集束ブラケット上部光学曲面の焦点に位置する。

また、薄膜を使用した太陽光反射集光装置であって、上記薄膜を使用した太陽光反射集光装置は、集光膜と、面状底板と、面状集束ブラケットとを含み、上記集光膜は、マイクロプリズム式全反射集光膜であり、マイクロプリズム式全反射集光膜は、面状底板の上面に設けられており、上記面状底板は、薄い板であり、面状底板の底面が面状集束ブラケットの上面に貼り付けられ、かつ、面状集束ブラケットの上面形状を再現しており、上記面状集束ブラケットは、面状集束ブラケット上部光学曲面と、面状集束ブラケットと一体になっている集束構造とを含み、上記面状集束ブラケット上部光学曲面は、面状集束ブラケットの上面に位置し、上記面状集束ブラケットと一体になっている集束構造の中心点は、面状集束ブラケット上部光学曲面の焦点に位置する。

本発明の有益な効果は、下記のとおりである。
第一に、本発明は、加工の難度が高く、研磨と被膜が必要である部材を、集光膜と面状底板に分解しており、分解後の部材は、加工しやすく、コストが低い。
第二に、本発明は、加工の難度が高い表面を、面状底板と面状集束ブラケットに分解し、また、面状底板を薄い板にし、面状集束ブラケットの上面のみを集光に必要とされる精確な表面にする。分解後の面状集束ブラケットは、精確な加工が実現しやすい。これにより、柔らかい面状底板が面状集束ブラケットの上面に貼り付けられるときに面状集束ブラケットの上面形状を精確に再現できることを保証し、加工しやすく、かつ、コストが低い表面の形成を実現した。
第三に、本発明は、精確に集束しにくい問題を、集束構造と面状集束ブラケットとを一つの部品にすることで解決し、しかも、該部品が模型化の部品であり、それにより精確な重複集束の難題の解決に成功した。

以上の三つの難題の解決に成功したことで、太陽光の反射集光利用は、大幅な普及が可能になるレベルに達した。

本発明の実施例は、集熱パイプ１を本発明の集光装置に設けて、集熱パイプ１を集光の焦点にすることにより、太陽熱を大量に集めることができ、集熱パイプのみで収集する場合より６〜９倍の太陽熱を収集し、水をより高い温度（１００℃近く）に加熱する目的を達成し、太陽熱湯が風呂用だけではなく暖房用にも利用でき、太陽熱湯の利用がより一段階進んだ。

本発明の斜視図である。 図１の正面図である。 図２のＡ‐Ａ線断面図である。 反射クラッド層を有する平面膜の構造断面図である。 面状集束ブラケットの構造の概略図である。 マイクロプリズム式全反射集光膜の構造の概略図であり、図面では太陽光がプリズムで全反射する光路が示されている。

以下、図面を参照して本発明の実施例をさらに詳しく説明する。
図１は、本発明の斜視図である。図２は、図１の正面図である。図３は、図２のＡ‐Ａ線断面図である。図４は、反射クラッド層を有する平面膜の構造断面図である。図５は、面状集束ブラケットの構造の概略図である。図６は、マイクロプリズム式全反射集光膜の構造の概略図であり、図面では太陽光がプリズムで全反射する光路が示されている。

実施例１
本発明は、薄膜を使用した太陽光反射集光装置を提供し、上記薄膜を使用した太陽光反射集光装置は、集光膜２と、面状底板３と、面状集束ブラケット４とを含む。

図１、図２、図３に示されているように、上記集光膜２は、反射クラッド層を有する平面膜２ａであり、反射クラッド層を有する平面膜２ａは、面状底板３の上面に設けられており、上記面状底板３は、薄い板であり、面状底板３の底面が面状集束ブラケット４の上面に貼り付けられ、かつ、面状集束ブラケット４の上面形状を再現している。

上記面状集束ブラケット４は、面状集束ブラケット上部光学曲面４ａと、面状集束ブラケットと一体になっている集束構造４ｂとを含む。上記面状集束ブラケット上部光学曲面４ａは、面状集束ブラケット４の上面に位置し、上記面状集束ブラケットと一体になっている集束構造４ｂの中心点は、面状集束ブラケット上部光学曲面４ａの焦点ｆに位置する。

図４に示されているように、上記反射クラッド層を有する平面膜２ａは、透明プラスチック薄膜７の一方の側面に反射クラッド層８を被膜してから反射クラッド層８に保護膜層９を塗布し、透明プラスチック薄膜７の他方の側面に粘着剤６を塗布した構造になっている。

上記集光膜２が反射クラッド層を有する平面膜２ａである場合に、上記面状底板３の形状は、放物面である。

上記集光膜２が反射クラッド層を有する平面膜２ａである場合に、上記面状集束ブラケット上部光学曲面４ａは、放物柱面であり、上記面状集束ブラケット上部光学曲面４ａと、面状集束ブラケットと一体になっている集束構造４ｂとは、一体構造であるか、精確に位置決められた機械的接続構造である。

本発明は、集熱パイプ１をさらに含み、上記集熱パイプ１の中心と、面状集束ブラケットと一体になっている集束構造４ｂの中心点とは、重なり合う。

本発明の実施例１の製作過程は、次のとおりである。
本発明では、まず、上面が精確な放物面である面状集束ブラケット４を製造し、それから０．５ｍｍより小さい薄さの面状底板３を面状集束ブラケット４の上部表面に貼り付け、これにより、柔らかい面状底板３が面状集束ブラケット４上部の放物面形状を精確に再現できることを保証できる。反射クラッド層を有する集光膜２ａを平らに面状底板３の上面に貼り付け、それから集熱パイプ１を面状集束ブラケット４上の、面状集束ブラケットと一体になっている集束構造４ｂの穴に挿入し、これにより、本発明の薄膜を使用した太陽光反射集光装置が完成する。

実施例２
本発明は、薄膜を使用した太陽光反射集光装置を提供し、上記薄膜を使用した太陽光反射集光装置は、集光膜２と、面状底板３と、面状集束ブラケット４とを含む。

図１、図２、図３に示されているように、上記集光膜２は、マイクロプリズム式全反射集光膜２ｂであり、マイクロプリズム式全反射集光膜２ｂは、面状底板３の上面に設けられており、上記面状底板３は、薄い板であり、面状底板３の底面が面状集束ブラケット４の上面に貼り付けられ、かつ、面状集束ブラケット４の上面形状を再現しており、上記面状集束ブラケット４は、面状集束ブラケット上部光学曲面４ａと、面状集束ブラケットと一体になっている集束構造４ｂとを含み、上記面状集束ブラケット上部光学曲面４ａは、面状集束ブラケット４の上面に位置し、上記面状集束ブラケットと一体になっている集束構造４ｂの中心点は、面状集束ブラケット上部光学曲面４ａの焦点ｆに位置する。

図６に示されているように、上記マイクロプリズム式全反射集光膜２ｂは、透明プラスチック薄膜に複数の微小プリズムを形成した構造になっている。

上記集光膜２がマイクロプリズム式全反射集光膜２ｂである場合に、上記面状底板３は、マイクロプリズム式全反射集光膜２ｂ上のプリズムが全反射条件を満足できるようにすると同時に、反射光が一つの焦点ｆに集束するように保証できる形状になっている。

上記集光膜２がマイクロプリズム式全反射集光膜２ｂである場合に、上記面状集束ブラケット上部光学曲面４ａは、デジタル化された柱面であり、該デジタル化された柱面は、光軸に平行する入射光ｉ１、ｉ２、ｉ３をデジタル曲面１２上へ第一平面１１によって屈折させてから、デジタル曲面１２で第二平面１４上へ全反射させ、第二平面１４で屈折した後の反射光ｒ１、ｒ２、ｒ３を同一焦点ｆに集束させる。

本発明は、集熱パイプ１をさらに含み、上記集熱パイプ１の中心と、面状集束ブラケットと一体になっている集束構造４ｂの中心点とは、重なり合う。

本発明の実施例２の製作過程は、次のとおりである。
本発明では、まず、上面が精確なデジタル曲面１２である面状集束ブラケット４を製造し、それから０．５ｍｍより小さい薄さの面状底板３を面状集束ブラケット４の上部表面に貼り付け、これにより、柔らかい面状底板３が面状集束ブラケット４上部のデジタル曲面１２の形状を精確に再現できることを保証できる。マイクロプリズム式全反射集光膜２ｂを平らに面状底板３の上面に貼り付け、それから集熱パイプ１を面状集束ブラケット４上の、面状集束ブラケットと一体になっている集束構造４ｂの穴に挿入し、これにより、本発明の薄膜を使用した太陽光反射集光装置が完成する。

１：集熱パイプ ２：集光膜 ２ａ：反射クラッド層を有する平面膜 ２ｂ：マイクロプリズム式全反射集光膜 ３：面状底板 ４：面状集束ブラケット ４ａ：面状集束ブラケット上部光学曲面 ４ｂ：面状集束ブラケットと一体になっている集束構造 ６：粘着剤 ７：透明プラスチック薄膜 ８：反射クラッド層 ９：保護膜層 １１：第一平面 １２：デジタル曲面 １４：第二平面 ｉ１、ｉ２、ｉ３：入射光 ｒ１、ｒ２、ｒ３：反射光 ｆ：焦点

Claims (9)

1. 薄膜を使用した太陽光反射集光装置であって、上記薄膜を使用した太陽光反射集光装置は、集光膜（２）と、面状底板（３）と、面状集束ブラケット（４）とを含み、上記集光膜（２）は、反射クラッド層を有する平面膜（２ａ）であり、反射クラッド層を有する平面膜（２ａ）は、面状底板（３）の上面に設けられており、上記面状底板（３）は、薄い板であり、面状底板（３）の底面が面状集束ブラケット（４）の上面に貼り付けられ、かつ、面状集束ブラケット（４）の上面形状を再現しており、上記面状集束ブラケット（４）は、面状集束ブラケット上部光学曲面（４ａ）と、面状集束ブラケットと一体になっている集束構造（４ｂ）とを含み、上記面状集束ブラケット上部光学曲面（４ａ）は、面状集束ブラケット（４）の上面に位置し、上記面状集束ブラケットと一体になっている集束構造（４ｂ）の中心点は、面状集束ブラケット上部光学曲面（４ａ）の焦点（ｆ）に位置することを特徴とする薄膜を使用した太陽光反射集光装置。
2. 請求項１に記載の薄膜を使用した太陽光反射集光装置であって、上記反射クラッド層を有する平面膜（２ａ）は、透明プラスチック薄膜（７）の一方の側面に反射クラッド層（８）を被膜してから反射クラッド層（８）に保護膜層（９）を塗布し、透明プラスチック薄膜（７）の他方の側面に粘着剤（６）を塗布した構造になっていることを特徴とする薄膜を使用した太陽光反射集光装置。
3. 請求項１に記載の薄膜を使用した太陽光反射集光装置であって、上記面状底板（３）の形状は、放物面であることを特徴とする薄膜を使用した太陽光反射集光装置。
4. 請求項１に記載の薄膜を使用した太陽光反射集光装置であって、上記面状集束ブラケット上部光学曲面（４ａ）は、放物柱面であり、上記面状集束ブラケット上部光学曲面（４ａ）と、面状集束ブラケットと一体になっている集束構造（４ｂ）とは、一体構造であるか、精確に位置決められた機械的接続構造であることを特徴とする薄膜を使用した太陽光反射集光装置。
5. 薄膜を使用した太陽光反射集光装置であって、上記薄膜を使用した太陽光反射集光装置は、集光膜（２）と、面状底板（３）と、面状集束ブラケット（４）とを含み、上記集光膜（２）は、マイクロプリズム式全反射集光膜（２ｂ）であり、マイクロプリズム式全反射集光膜（２ｂ）は、面状底板（３）の上面に設けられており、上記面状底板（３）は、薄い板であり、面状底板（３）の底面が面状集束ブラケット（４）の上面に貼り付けられ、かつ、面状集束ブラケット（４）の上面形状を再現しており、上記面状集束ブラケット（４）は、面状集束ブラケット上部光学曲面（４ａ）と、面状集束ブラケットと一体になっている集束構造（４ｂ）とを含み、上記面状集束ブラケット上部光学曲面（４ａ）は、面状集束ブラケット（４）の上面に位置し、上記面状集束ブラケットと一体になっている集束構造（４ｂ）の中心点は、面状集束ブラケット上部光学曲面（４ａ）の焦点（ｆ）に位置することを特徴とする薄膜を使用した太陽光反射集光装置。
6. 請求項５に記載の薄膜を使用した太陽光反射集光装置であって、上記マイクロプリズム式全反射集光膜（２ｂ）は、透明プラスチック薄膜に複数の微小プリズムを形成した構造になっていることを特徴とする薄膜を使用した太陽光反射集光装置。
7. 請求項５に記載の薄膜を使用した太陽光反射集光装置であって、上記面状底板（３）は、マイクロプリズム式全反射集光膜（２ｂ）上のプリズムが全反射条件を満足できるようにすると同時に、反射光が一つの焦点（ｆ）に集束するように保証できる形状になっていることを特徴とする薄膜を使用した太陽光反射集光装置。
8. 請求項５に記載の薄膜を使用した太陽光反射集光装置であって、上記面状集束ブラケット上部光学曲面（４ａ）は、デジタル化された柱面であり、該デジタル化された柱面は、光軸に平行する入射光（ｉ１、ｉ２、ｉ３）をデジタル曲面（１２）上へ第一平面（１１）によって屈折させてから、デジタル曲面（１２）で第二平面（１４）上へ全反射させ、第二平面（１４）で屈折した後の反射光（ｒ１、ｒ２、ｒ３）を同一焦点（ｆ）に集束させることを特徴とする薄膜を使用した太陽光反射集光装置。
9. 請求項１または５に記載の薄膜を使用した太陽光反射集光装置であって、集熱パイプ（１）をさらに含み、上記集熱パイプ（１）の中心と、面状集束ブラケットと一体になっている集束構造（４ｂ）の中心点とは、重なり合うことを特徴とする薄膜を使用した太陽光反射集光装置。

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