JP3923727B2 - 組立て式液体レンズ及び水の熱分解装置 - Google Patents

Description

【０００１】
この発明は、非球面収差性組立て式液体レンズと、その組立て式液体レンズを用いた水の熱分解装置とに関するものである。
【０００２】
この発明の目的はレンズ状容器を提供することにあり、中心側又は外周側の端部を全周に亘って切除することで、隣接するレンズ状容器同士が面接触して重なる環状冠体となっており、傾斜端部により生じる球面収差を回避している。また適当な屈折率の異なる流体を用いることにより、各環状冠体における屈折率の変動を回避している。光の焦点の近くに発散液体レンズを配置することにより、均一な太陽光束の収斂を達成して平行な光束とするものである。
【０００３】
またこの発明は、組立て式液体レンズの下面の傾斜を変えることにより、レンズ状容器の出射角を変更することを目的とする。
【０００４】
またこの発明においては、球面収差のない組立て式液体レンズを構成するレンズ状容器を適宜な形状の網状構造に取り付けて相互間を適宜離間せしめて膨張できるようにしている。レンズ状容器間にゴミが溜まるのを避けるべく、レンズ状容器の外縁部はシールしてある。
【０００５】
全ての組立て式液体レンズをシールした後、得られる空房を流体で充填する。これによりガラス体間の内部反射を防止している。
【０００６】
さらにこの発明は熱板を利用して太陽エネルギーの蓄積体により生成される高温を吸収しようとするものである。この蓄積体は組立て式液体レンズにより集められた太陽エネルギーまたは吸収システムにより濃縮された太陽光を受ける機能を有しており、熱板内を循環する流体により太陽エネルギーを吸収するものである。
【発明の分野】
【０００７】
この発明は太陽エネルギーを使用し変態する産業分野に属するものである。
【発明の背景】
【０００８】
スペイン国特許出願第９６０１０３３号および第９７００５０７号には、太陽エネルギーを蓄積するための組立て式液体レンズの構造と特性とが開示されており、組立て式液体レンズは球面状をなす連続的な環状冠体中に配置された一連のレンズ状容器により構成されるものである。
【０００９】
前記の組立て式液体レンズは大型のレンズ状太陽光回収器として用いた場合、特にコストや厚さや重量や移送や装填などの面で非常に有利である。
【００１０】
この先行技術の構造を図１に示す。この従来技術の場合には球面収差（光が焦点から偏倚する）の点で劣っている。太陽エネルギーの濃縮を吸収する組立て式液体レンズに基づいたシステムや装置の場合には、完全な光の収斂が必要であり、これにより組立て式液体レンズの光の錐体が強力な平行光の束となり、エネルギーの漏れ損失が最少となりかつ濃縮が最大となる。
【００１１】
組立て式液体レンズの光収斂を最良なものにするには、レンズを通って焦点に来る光の集中を妨げる偏倚を完全に除かねばならない。図２に示すように光軸から離れるほど偏倚は大きくなる。したがって球面収差と光の漏れ損失を除くことが必要である。
【００１２】
高熱を吸収する熱板に関しては、スペイン国特許第９８０１０２５号が知られており、吸収システムの特性が開示されている。そこでは組立て式液体レンズの光の錐体が強力な平行光束に変換され、これによりエネルギーの漏れ損失は最少に、かつ濃縮は最大になり、高熱を生成することができる。
【００１３】
吸収システムによるレンズの光の錐体の変態は種々の化学プロセスに応用でき、特に水の熱分解、つまり２０００℃を越える高熱における水分子の酸素および水素原子への分離に利用できる。
【００１４】
組立て式液体レンズまたは太陽回収器により集められた太陽エネルギーからの高熱の回収および吸収流体による熱の回収のためには熱板を用いる必要があり、それには内部に溝路が形成されていて優待の循環が可能であり、該流体が吸収によりエネルギーを受け取るのである。
【００１５】
しかし本発明者が知見する限りでは、太陽エネルギーの吸収手段を具えた球面収差なしの組立て式液体レンズも、高熱吸収を可能とする循環する流体と組立て式液体レンズとの協働も従来ないのである。
【発明の開示】
【００１６】
球面収差がなくかつ高温を吸収する熱板を具えた組立て式液体レンズそれ自体新規なものであり、従来の要素を改善して種々の特性を有しており、高温は熱板内部の空房内で循環する流体により熱伝導を介して受け取られるのである。
【００１７】
この発明の組立て式液体レンズはいくつかのレンズ状容器から構成されており、各レンズ状容器の中心側又は外周側の端部を全周に亘って切除して、隣接するレンズ状容器同士が面接触して重なるようにしたことで、傾斜端部は除かれており、これが球面収差を回避する重要な特徴となっている。
【００１８】
数個の適当な屈折率を有した流体からなる組立て式液体レンズの端部に向かって低減する各環状冠体の屈折率の変動は、太陽光束の均一な収斂をなすものであり、焦点の近くに配置された発散液体レンズにより平行な光束とされる。
【００１９】
必要なら液体レンズの下面の傾斜を変えることにより、レンズ状容器からの光の出射角を変更することもできる。
【００２０】
組立て式液体レンズを構成するレンズ状容器は適宜形状の網状構造上に配置されており、レンズ状容器の内外縁部をシールすることによりレンズ状容器間へのゴミの侵入を阻止できる。
【００２１】
一旦組立て式液体レンズのシールがなされると、得られた空房には流体が充填され、これによりガラス間の内部反射が回避される。
【００２２】
高温を吸収する熱板については、２０００〜３０００℃の熱に晒されてもよい材料からこれを形成する。空房内においては蒸気が分解されて、熱板の孔を透過して分離した酸素と水素の原子が短期間に移動する。
【００２３】
熱板は高温を考慮してセラミック材料から形成するのが望ましく、これにより耐熱性のみならず多孔性も得られるのである。
【００２４】
酸素と水素とは迅速に反対方向に移動しなければならない。すなわち熱板の反対側の端部に移動する必要がある。この移動は水が分解されたときに迅速に行われて反応を回避する。このために熱板には側部に強力な電極が配置されており、これが酸素と水素のイオン化を惹起する。かつ酸素は正電極に水素は負電極に引き寄せられる。そして熱板の壁を透過した後排出導管を通って冷却と貯蔵とに供される。
【００２５】
このために熱板には２個の側部空房が設けられており、これらが熱板の壁を透過した酸素と水素とのみを個別に受け取るのである。
【００２６】
図３〜７から明らかなように、この発明の高温吸収熱板付き太陽エネルギー吸収手段を有した非球面収差性組立て式液体レンズがレンズ状容器２を有しており、該レンズ状容器２は、中心側又は外周側の端部を全周に亘って切除することで、隣接するレンズ状容器２同士が面接触して重なる環状冠材となっている。すなわち傾斜端部を削除または補正して、図３に示すように球面収差をなくしたものである。
【００２７】
各環状冠材の屈折率の液体レンズの端部に向けて減少する変化に鑑みて、数個の光束を用いて適当な屈折率を得るようになし、太陽光束を均一かつ適切に収斂させている。これにより、光の焦点に近接配置された発散液体レンズを用いて、太陽の光束を平行な光束に変換している。
【００２８】
液体レンズ２の下面３の傾斜を変えることにより、図４に示すようにレンズ状容器２から出る光の出射角度を変えることができる。
【００２９】
組立て式液体レンズを構成するレンズ状容器２は適宜な形状の網状構造の上に適宜な間隔をもって配置されており、これによりレンズ状容器の内外縁部をシールし、膨張を可能にしてレンズ状容器２間にゴミが溜まるのを防いでいる。組立て式液体レンズが適宜にシールされたら、得られた房室に流体を充填して、ガラス間の内部反射を回避している。
【００３０】
また光の焦点から適宜な距離で発散液体レンズ４が設けられており、これにより発散液体レンズ４と液体プリズム５との運動による適切な光を得ている。
【００３１】
また液体プリズムを用いて発散液体レンズ４からの光を受け、これを吸収体の方に偏倚させている。この際光の焦点は図６に示すように吸収体の窓中の不動位置に残存させている。
【００３２】
図５に示すように液体プリズム５の側面６には多孔が設けられており、これにより液体プリズムを構成する流体は適宜な冷却をされながら循環する。
【００３３】
液体レンズと液体プリズムとを支持するためにガイドレールが設けられている。すなわちガイドレール７に沿って発散液体レンズ４と液体プリズム５とが移動する。この際両者間の距離は等しく保たれる。
【００３４】
図５に示す発散液体レンズ４と液体プリズム５とからなるユニットとはラック４（またはチェーン）に連結されており、モーター９に駆動されて上昇または下降する。該モーターはガイドレール７に組み付けられていて、吸収窓１１中に設けられたセンサー１０により制御される。すなわち吸収窓１１中において光の焦点が中心からずれると、ガイドレール７上のモーター９が励動されて、図６，７に示すように液体レンズの光の焦点に追従して発散液体レンズ４と液体プリズム５とからなるユニットを移動させる。
【００３５】
光を常に吸収窓１１の中心に保持し、かつ発散液体レンズ４から来る光束に液体プリズムを追従させるべく、太陽の高さに応じて液体プリズム５はその横断ピボット軸１２について回転する。
【００３６】
ピボット軸１２についての液体プリズム５を回転させて光を吸収窓１１の中心に保つに際して、液体プリズム５の基部１３は常に固定点１４に対して確実に整列されており、これにより液体プリズム５はそれ自身回転して、図６に示すように光束を所望の中心位置に保持するために必要かつ十分な角度を得る。
【００３７】
この発明は太陽エネルギーの蓄積体を提供するものであるが、それは常に外界から遮断されている必要がある。これによりガラスからなる要素の透明性を阻害する外界の気候的な因子の影響を排除する。太陽エネルギーの蓄積体の内側で固定構造の上側において環状溝１６には流体が充填されており、そこにはブラケット１７が配置されて外気の侵入を防いでいる。
【００３８】
液体レンズの制御されない動作を回避すべく、液体レンズの下側の領域には伸縮性の暗材１８が設けられており、これが自動的な開閉センサーにより制御される。
【００３９】
図８に示すのは組立て式液体レンズを用いた水の熱分解装置であって、熱板２２は高熱抵抗のセラミック材料から形成されていて、半透過性の膜としても機能する。すなわち該熱板は適当な有孔性を具えていて、酸素原子および水素原子が迅速に透過できる。該熱板中には少なくとも３個の異なる領域、すなわち蒸気が分離される１個の中央空房２３と水素と酸素を分離回収する側部空房２４，２４’が設けられている。これらの横には負電極２５と正電極２６とが設けられている。水素は負電極２５の方にまた酸素は正電極２６の方に瞬時に移動する。原子は熱板２２の壁を通って側部空房２４，２４’内に押し出され、そこから空房に連結された導管２７，２７’を通って排出され、冷却の後分離貯蔵される。
【００４０】
前記したように熱板は２０００〜３０００℃の熱に晒される。この熱は中央レンズの周りに配置された一連のレンズ状容器２１によるものである。熱板２２の蒸気が導入される中央空房２３は適当な有孔性であって、酸素と水素の分離された原子が透過する。したがって短い時間中に透過を行わしめるべく、熱板は多孔性の高温セラミック材料などから形成する。
【００４１】
特に水分子が分離されたときには、反応を防ぐために酸素と水素とは迅速に反対方向に移動しなければならない。このため熱板２２には負と正の２個の電極２５，２６が設けられていて、水が分解されたときの酸素と水素のイオン化を引き起こし、酸素は正電極２６の方に、水素は負電極２５の方に引き寄せられる。ついで熱板２２の壁を透過してその後側部空房２４，２４’に連結された導管２７，２７’を通って冷却と貯蔵とに供される。これらの空房は透過後の酸素と水素とを分離収受するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 一連のレンズ状容器により得られた太陽エネルギーを蓄積する組立て式液体レンズの構成と特性とを示す図である。
【図２】 組立て式液体レンズによる光学的収斂を示すグラフである。
【図３】 この発明の組立て式液体レンズの構成を示す図である。
【図４】 下面の傾斜を変えてレンズ状容器の出射角を変更する可能性を示す説明図である。
【図５】 液体プリズムの有孔性壁による流体循環構造を示す図である。
【図６】 液体プリズムによる液体レンズからの発散光束を受ける状態を示す図である。
【図７】 組立て式液体レンズの焦点に追従するための手段を示す図である。
【図８】 水の熱分解装置を示す平面および断面図である。
【符号の説明】
２ レンズ状容器
４ 発散液体レンズ
５ 液体プリズム
７ ガイドレール
９ モーター
１０ センサー
１１ 吸収窓
１８ 暗材
２１ レンズ状容器
２２ 熱板
２３ 中央空房
２４，２４’ 側部空房
２５，２６ 電極
２７，２７’ 導管

Claims (7)

1. 環状冠体の複数のレンズ状容器（２）で凸面状に構成され、各レンズ状容器（２）内に、密封シールされた流体が充填される組立て式液体レンズであって、
   該レンズ状容器（２）は、中心側又は外周側の端部を全周に亘って切除することで、隣接するレンズ状容器（２）同士が面接触して重なるように形成されると共に、その下面（３）の傾斜を変えることによりレンズ状容器（２）の出射角を変更することが可能であり、
   レンズ状容器（２）は、球面収差がなくかつ網状構造に組み付けられており、網目間には全てのレンズ状容器（２）が配置され膨張を可能とすべく適宜に分離されており、
   レンズ状容器（２）により形成される液体レンズの光の焦点近くに、収斂された太陽光束を平行な光束とする発散液体レンズ（４）と、その発散液体レンズ（４）からの平行な光束を偏倚させて光の焦点を吸収窓（１１）中の不動位置に保持する液体プリズム（５）とを移動可能に備え、
   液体プリズム（５）を整列させかつ光束を常に吸収窓（１１）の中心に保持するべく、発散液体レンズ（４）からの光束に追従する液体プリズム（５）の移動に応じて、かつ常に太陽の高さに応じて液体プリズム（５）が横断ピボット軸（１２）について回転することを特徴とする組立て式液体レンズ。
2. 液体プリズム（５）の側面（６）に孔を設けて液体プリズム（５）内の流体の冷却を可能としたことを特徴とする請求項１に記載の組立て式液体レンズ。
3. 発散液体レンズ（４）と液体プリズム（５）とからなるユニットが保持ガイドレール（７）に沿って移動し、発散液体レンズと液体プリズム間に等距離を維持することを特徴とする請求項１〜２に記載の組立て式液体レンズ。
4. 発散液体レンズ（４）と液体プリズム（５）とからなるユニットがラック（８）に連結されており、ガイドレール（７）に取り付けられたモーター（９）に駆動されて該ラックが上下動し、該モーターは吸収窓（１１）中に配置されたセンサー（１０）により制御され、モーター（９）が液体プリズム（５）と発散液体レンズ（４）とを組立て式液体レンズの光の焦点に追従して移動させて、吸収窓（１１）上の光の焦点の中心位置からの偏倚を制約することを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の組立て式液体レンズ。
5. 光束を常時吸収窓（１１）の中心に位置させる液体プリズム（５）のピボット軸（１２）についての回転が、液体プリズム（５）の基部（１３）に固定されたストレッチャー（１５）により行われ、これが固定点（１４）に整列されて液体プリズム（５）の自動回転を発生して所望の角度を得て、光束を所望の中心位置に保持することを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の組立て式液体レンズ。
6. 請求項１乃至５の何れかに記載の組立て式液体レンズ（２１）と、その組立て式液体レンズ（２１）により与えられる太陽エネルギーにより発生される高温を吸収する熱板（２２）と、その熱板（２２）の両側に設けられた正負の電極（２５，２６）とを備え、
   熱板（２２）は、多孔性を有する高温セラミック材料により形成されて、内部には、蒸気が分離される中央空房（２３）と、水素と酸素を分離回収する側部空房（２４，２４’）とを有し、中央空房（２３）内において水分子が分解されたときに酸素と水素の原子を迅速に透過せしめ、これらの原子を負電極（２５）と正電極（２６）に向かわせ、水素原子は側部空房（２４）に、酸素原子は側部空房（２４’）に夫々移動させることを特徴とする水の熱分解装置。
7. 水素および酸素原子がそれぞれ貯蔵される空房（２４，２４’）が排出導管（２７，２７’）を有していることを特徴とする請求項６に記載の水の熱分解装置。

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