JP5567138B2

JP5567138B2 - 光学活性されたカバーを有する光起電集光器アセンブリ

Info

Publication number: JP5567138B2
Application number: JP2012529770A
Authority: JP
Inventors: アダムピー．プレスニアク，
Original assignee: Boeing Co
Current assignee: Boeing Co
Priority date: 2009-09-21
Filing date: 2010-08-16
Publication date: 2014-08-06
Anticipated expiration: 2030-08-16
Also published as: CN102484163A; WO2011034676A2; US8633376B2; US20110067758A1; AU2010295927B2; AU2010295927A1; JP2013505579A; EP2481090B1; WO2011034676A3; CN102484163B; EP2481090A2

Description

本願は、光起電受信機又は受信機アセンブリとしても知られる光起電集光器アセンブリに関するものである。さらに具体的には、本願はアセンブリの窓を形成する光学活性レンズを有する蒸気及び水密性の光起電集光器アセンブリに関するものである。

光起電集光器システムは様々な光学要素を使用して、光起電集光器アセンブリに格納された光起電デバイスに入射太陽光を集中させることにより、広い面積から太陽光を集めて比較的狭い対照領域に集光する。したがって、ガリウムヒ素ベース（「ＧａＡｓ」）光電池等の高性能光電池を、性能の低い（及び安い）シリコン光電池の代わりに上記光起電集光器システムに使用することにより、コストを抑えながら単位面積当たりにより多くのエネルギーを生じさせることができる。

しかしながら、光電池を含む光起電集光器アセンブリの電子部品は温度及び水蒸気（例えば湿度）等の外部の環境因子の影響を受けやすい。したがって、光起電集光器アセンブリへの水蒸気の影響を軽減するための様々な試みが実施されてきた。例えば、光起電集光器アセンブリは光を光起電集光器アセンブリに通すことができる窓が設けられたコンパートメントに密封されてきた。しかしながら、窓によりさらに光学損失が生じるため稼働効率が低下する。

したがって、当業者は光起電集光器アセンブリの分野の進歩を追求していく。

一態様では、開示の光起電集光器アセンブリは内部容積及び内部容積への開口部を画定する筺体と、内部容積に位置づけされた光電池と、光学活性された本体と、本体から外向きに延びたフランジを含む光学要素を含むことができ、フランジは筺体と係合して開口部を密封する。

別の態様では、開示の光起電集光器アセンブリは内部容積を画定し、内部容積への開口部を画定する周縁部を含む筺体と、内部容積に位置づけされた光電池と、光学活性された本体と、本体から外向きに延びたフランジを含む光学要素を含むことができ、フランジは筺体の周縁部と密封係合して内部容積を囲む。光起電集光器アセンブリはさらに、前記周縁部と前記フランジの間に設けられる密封部材を含むことができる。光起電集光器アセンブリの本体及びフランジはガラスのモノリシック体として形成することができる。

別の態様では、開示の光起電集光器アセンブリは、内部容積を画定し、内部容積への開口部を画定する周縁部を含む筺体と、内部容積に位置づけされた光電池と、光学活性された本体と、本体から外向きに延びたフランジを含む光学要素を含むことができ、本体が開口部を少なくとも部分的に通って延びることにより、フランジが周縁部、及び周縁部とフランジの間に設けられた密封部材に沿って位置合わせされ、これにより周縁部とフランジの間の蒸気密性が画定される。密封部材はＯリングを含むことができる。

開示の光起電集光器アセンブリのその他の態様は、下記の説明、添付の図面及び添付の請求項から明らかとなる。

図１は本発明の一態様による光起電集光器アセンブリの前面斜視図である。図２は図１の光起電集光器アセンブリの分解側面斜視図である。図３は図１の光起電集光器アセンブリの一部の部分的に分解された側面斜視図である。図４は部分的に組み立てられた様子を示す、図３に示す光起電集光器アセンブリの一部の側面斜視図である。

図１〜４を参照すると、概して１０で指定される開示の光起電集光器アセンブリの一態様は、筺体１２と、光学要素１４と、密封部材１６、７２と、光電池アセンブリ１８を含むことができる。光起電集光器アセンブリ１０は、導線２０、２２（図２）によって外部の負荷回路（図示せず）に電気的に結合することができる。

任意に、図１及び２に示すように、光起電集光器アセンブリ１０はさらに、筺体１２に結合し、筺体から熱エネルギーを消散させるヒートシンク２４を含むことができる。例えば、図１及び２に示すように、ヒートシンク２４は、ヒートパイプ内部の（例えば水などの）流体の蒸発／凝縮ループ以外の流体ループのないフィン付ヒートシンク等のパッシブヒートシンクであってよい。しかしながら、当業者は様々な構造部品、システム及び技術（例えば活性熱交換器）を使用して、本発明の範囲から逸脱することなく光起電集光器アセンブリ１０から熱エネルギーを消散させることができることを認識するだろう。

図２及び３に示すように、密封部材１６、７２はＯリング、例えばゴム製Ｏリングであってよい。しかしながら当業者は密封部材１６、７２は任意の種類のパッキング又は密封装置又は材料であってよいことを認識するだろう。例えば、Ｏリング又はガスケットタイプの密封部材１６、７２の代替として、ゴム又はシリコン接着剤のビーズを現場で塗布して密封部材１６を形成することができる。

さらに図２及び３を参照すると、筺体１２は第１上部１２Ａと第２下部１２Ｂを含むことができる。筺体１２の第１上部１２Ａは例えばおおむね円筒状の側壁等の、第１上端部２８及び第２下端部３０を有する側壁２６を含むことができる。周縁部３２は側壁２６の第１上端部２８から内向きに放射状に延びていてよく、側壁において開口部３４（例えば円形の開口部）を画定することができる。側壁２６の第２下端部３０は第１密封面３６を画定することができる。筺体１２の第２下部１２Ｂは、側壁３８、例えば第１上端部４０及び第２下端部４２を有するおおむね円筒状の側壁を含むことができる。側壁３８の第１上端部４０は第２密封面４４を画定することができる。側壁３８の第２下端部４２は基礎壁４６に接続可能である。

任意に、筺体１２の第２下部１２Ｂは、より高いアセンブリに筺体１２を装着するために内部に孔が形成されているフランジ付装着面（図１〜４参照）を含むことができる。

図１及び４に示すように、組立筺体１２は例えば六角ネジ等の締め具４８で第１上部１２Ａを第２下部１２Ｂに接続することによって形成することができ、これにより筺体１２内の内部容積５０（図２）が画定される。第１上部１２Ａの開口部３４により内部容積５０へのアクセスが可能となる。

任意に、図２及び３に示すように、例えばガスケット、Ｏリング、又はビーズシリコン等の密封部材５２を第１及び第２密封面３６、４４の間に位置づけすることにより、筺体１２の第１上部１２Ａと第２下部１２Ｂとの間の蒸気密性接続を確実にすることができる。

この時点で当業者は、図に示すように、筺体１２が円形開口部を有するおおむね円筒形状である必要はなく、筺体１２と関連開口部３４及び内部容積５０のサイズ及び形状は、筺体１２に受容される光学要素１４と、光電池アセンブリ１８のサイズ及び形状によって決定されうることを認識するだろう。

図２に最もよく示されるように、光電池アセンブリ１８は一又は複数の光電池５４と、任意に一又は複数のその他の構造部品を含むことができる。光電池５４は直接又は他のいずれかで光を電気エネルギーに変換する任意のデバイスであってよい。光電池アセンブリ１８のその他の構造部品は例えば絶縁線及びバイパスダイオード等の電気部品、又は例えば接着剤及び締め具等の機械部品を含むことができる。

光電池アセンブリ１８を内部容積５０に受容して、筺体１２の第２下部１２Ｂの基礎壁４６に接続することができる。例えば、光電池アセンブリ１８を、ミシガン州ミッドランドのダウコーニング社から入手可能な熱伝導接着剤１−４１７３等の接着剤を使用して筺体１２に接続することができる。しかしながら、当業者は、様々な技術（例えば機械的締め具）を使用して、本発明の範囲から逸脱せずに筺体１２に光電池アセンブリ１８を固定することができることを認識するだろう。

ここで図２を参照すると、光学要素１４は光学活性された本体５６（例えば屈折レンズ）と、光学活性されていてもされていなくてもよいフランジ５８を含むことができる。フランジ５８は、本体５６から距離Ｄ（例えば１ｃｍ）だけ外向き（例えば半径方向に外向き）に、本体５６の周辺部全体の周囲に延びていてよい。フランジ５８は、第１の上部嵌合面６１と第２の下部嵌合面６２を含むことができる。

ある特定の態様において、図２に示すように、本体５６とフランジ５８は単一のモノシリック体として形成することができる。例えば、本体５６とフランジ５８はガラスのモノシリック体として形成することができる。代替態様において、フランジ５８は本体５６にしっかり接続されている個別の物質であってよい。例えば、フランジ５８は例えばエポキシベースの接着剤等の接着剤を使用して本体５６に接続することができる。

さらに図２を参照すると、光学要素１４は本体５６に接続されるライト・ガイド６０を任意に含むことができる。ある特定の態様では、ライト・ガイド６０の遠位端６２は光電池５４と直接接触していてよい。別の特定の態様では、ライト・ガイド６０の遠位端６２は、ミネソタ州セントポールの３Ｍ社から入手可能な光学テープ、又はマサチューセッツ州ウェアハムのＮｕｓｉｌテクノロジー社から入手可能な光学接着剤ＬＳ６１４０等のテープ又は接着剤を使用して光電池５４に接続することができる。したがって、光学要素１４に入射する光は本体５６からライト・ガイド６０へ、そして最終的に光電池５４へ方向づけされる。

この時点で、当業者は光学要素１４が二次的な光学要素であってよく、光学要素１４に入射する光が主要光学要素（図示せず）によって最初に集光された光であってよいことを認識するだろう。ある例示の態様では、本体５６及びライト・ガイド６０は、参照することによって本明細書に全体内容が組み込まれる、２００８年３月１４日出願の米国特許出願第１２／０７５８３０号明細書に図示され、記載されている自由形状の二次レンズとして構成することができる。

図１及び４に示す組み立てた構成において、光学要素１４のフランジ５８の第１の上部嵌合面６１を、筺体１２の周縁部３２の内側面３５（図３）に沿って位置合わせし係合することにより、筺体１２の開口部２４を密封すると同時に、光学要素１４の本体５６を開口部３４に沿って位置合わせすることができる。図４に示すように、ある特定の態様では、光学要素１４の本体５６は筺体１２の開口部３４を通って延びることができる一方で、フランジ５８は内部容積５０に受容することができ、光学要素１４全体が筺体１２の開口部３４を通るのを制限することができる。密封部材１６は、フランジ５８の第１の上部嵌合面６１と周縁部３２の内側面３５の間に位置づけして、この間の蒸気密性密封を確実にすることができる。

フランジ５８の第２の下部嵌合面６２に力を加えて、フランジ５８の上部嵌合面６１を周縁部３４と係合するようにすることができる。例えば、フランジ５８を筺体１２の第１上部１２Ａの周縁部３２と、筺体１２の第２下部１２Ｂの密封面４４の間にはさんで、フランジ５８の上部嵌合面６１を周縁部３４と係合させることができる。あるいは、後に説明するように、フランジ５８を筺体１２の第１上部１２Ａの周縁部３２と、内部チャンバ３０に受容されるライト・シールド６４の間に挟んで、フランジ５８の上部嵌合面６１が周縁部３４と係合するようにすることができる。

図２を参照すると、任意のライト・シールド６４を筺体１２によって画定された内部容積５０内に受容することができる。ライト・シールド６４は、その中の窓６８を画定する本体６６を含むことができる。ライト・シールド６４は光学要素１４と光電池アセンブリ１８の間に位置づけすることができ、これにより、窓６８が光電池５４に沿って位置あわせされると同時に、本体６６が光電池アセンブリ１８のその他の構成部品をカバーする。光学要素１４のライトガイド６０はライト・シールド６４の窓６８を通って延在することができる。

ライト・シールドは、参照することによって全体内容が本明細書に組み込まれる、２００９年６月５日出願の米国特許出願第１２／４７９１３６号明細書にさらに詳細に説明されている。

ある特定の態様では、ライト・シールド６４の本体６６は上部密封面７０を含むことができる。図３に示すように、光起電集光器アセンブリ１０は、ライト・シールド６４を筺体１２の第２下部１２Ｂに位置づけし、密封部材７２（例：Ｏリング）をライト・シールド６４の密封面７０の上に位置づけし、光学要素１４を、ライトガイド６０が窓６８を貫通し、密封部材７２がライト・シールド６４の密封面７０とフランジ５８の第２の下部嵌合面６２の間に位置づけされ、密封部材１６がフランジ５８の第１の上部嵌合面６１の上に位置づけされるように、ライト・シールド６４の上に配置することによって組立てることができる。その後、図４に示すように、筺体１２の第１上部１２Ａは筺体１２の第２下部１２Ｂに固定することができ、これにより周縁部３２の内側面３５（図３）をフランジ５８の第１の上部嵌合面６１に押し付けて、この間で密封部材１６を圧縮することにより、筺体１２の開口部３４を光学要素１４で密封する。ライト・シールド６４の密封面７０によりフランジ５８の第２の下部嵌合面６２に反作用力が加わり、これにより開口部３４の蒸気密性密封状態を維持することができる。

したがって、開示の光起電集光器アセンブリ１０は、光学要素１４を筺体１２を密封するカバーとして用いることにより、光源（又は主要光学要素）と光電池の間の光学経路の追加層又は窓の必要が除去され、これにより稼動効率が向上する。

開示の光起電集光器アセンブリの様々な態様を示し説明してきたが、本明細書を読んで当業者が修正箇所を発想することは可能である。本願は上記修正箇所を含み、請求項の範囲によってのみ限定されるものである。
また、本願は以下に記載する態様を含む。
（態様１）
光起電集光器アセンブリ（１０）であって：
内部容積（５０）と前記内部容積（５０）への開口部（３４）を画定する筺体（１２）と；
前記内部容積（５０）に位置づけされた光電池（５４）と；
光学活性された本体（５６）と前記本体（５６）から外向きに延びるフランジ（５８）を含む光学要素（１４）であって、前記フランジ（５８）が前記筺体（１２）と係合し前記開口部（３４）を密封する光学要素（１４）
を含む、光起電集光器アセンブリ（１０）。
（態様２）
前記筺体（１２）と前記フランジ（５８）の間に配置された密封部材（１６、７２）をさらに含む、態様１に記載の光起電集光器アセンブリ（１０）。
（態様３）
前記密封部材（１６、７２）がＯリングを含む、態様１又は２に記載の光起電集光器アセンブリ（１０）。
（態様４）
前記本体（５６）の少なくとも一部が前記開口部（３４）を通って延在する、態様１に記載の光起電集光器アセンブリ（１０）。
（態様５）
前記密封が蒸気密性密封である、態様１に記載の光起電集光器アセンブリ（１０）。
（態様６）
前記内部容積（５０）に受容され、前記光学要素（１４）と前記光電池（５４）の間に配置されるライト・シールド（６４）をさらに含み、前記ライト・シールド（６４）は前記光電池（５４）に沿って位置あわせされた窓を画定する、態様１乃至５のいずれか１項に記載の光起電集光器アセンブリ（１０）。
（態様７）
前記フランジ（５８）が前記筺体（１２）と前記ライト・シールド（６４）の間に位置づけされる、態様６に記載の光起電集光器アセンブリ（１０）。
（態様８）
前記フランジ（５８）と前記ライト・シールド（６４）の間に配置される密封部材（５２）をさらに含む、態様６又は７に記載の光起電集光器アセンブリ（１０）。
（態様９）
前記筺体（１２）に結合したヒートシンク（２４）をさらに含む、態様１乃至８のいずれか１項に記載の光起電集光器アセンブリ。
（態様１０）
前記本体（５６）は屈折レンズを含む、態様１に記載の光起電集光器アセンブリ（１０）。
（態様１１）
前記本体（５６）及び前記フランジ（５８）はガラスのモノリシック体として形成される、態様１に記載の光起電集光器アセンブリ（１０）。
（態様１２）
前記光学要素（１４）はさらに、前記本体（５６）に結合した近位端と、前記光電池（５４）に沿って位置合わせされた遠位端（６２）を有するガイド（６０）を含む、態様１乃至１１のいずれか１項に記載の光起電集光器アセンブリ（１０）。
（態様１３）
前記ガイドが前記光学要素（１４）と前記光電池（５４）の間に位置づけされたライト・シールド（６４）の窓を通って延在する、態様１２に記載の光起電集光器アセンブリ（１０）。
（態様１４）
前記筺体（１２）が、少なくとも一つの締め具（４８）によって第２部分（１２Ｂ）に固定された第１部分（１２Ａ）を含み、前記開口部（３４）が前記第１部分（１２Ａ）において画定される、態様１に記載の光起電集光器アセンブリ（１０）。
（態様１５）
前記第１部分（１２Ａ）と前記第２部分（１２Ｂ）の間に配置され、前記第１部分（１２Ａ）と前記第２部分（１２Ｂ）の間の蒸気密性密封を形成する密封部材（５２）をさらに含む、態様１又は１４に記載の光起電集光器アセンブリ（１０）。
（態様１６）
光起電集光器アセンブリ（１０）であって：
内部容積（５０）を画定し、周縁部（３２）を含む筺体であって、前記周縁部（３２）が前記内部容積（５０）への開口部（３４）を画定する筺体と；
前記内部容積（５０）に位置づけされる光電池（５４）と；
光学活性された本体（５６）と前記本体（５６）から外向きに延びるフランジ（５８）を含む光学要素（１４）であって、前記フランジ（５８）は前記周縁部（３２）と密封係合して前記内部容積（５０）を囲む光学要素（１４）
を含む光起電集光器アセンブリ（１０）。
（態様１７）
前記周縁部（３２）及び前記フランジ（５８）の間に配置された密封部材（１６）をさらに含む、態様１６に記載の光起電集光器アセンブリ（１０）。
（態様１８）
前記本体（５６）及び前記フランジ（５８）がガラスのモノリシック体として形成される、態様１６に記載の光起電集光器アセンブリ（１０）。
（態様１９）
光起電集光器アセンブリ（１０）であって：
内部容積（５０）を画定し、周縁部（３２）を含む筺体（１２）であって、前記周縁部（３２）が前記内部容積（５０）への開口部（３４）を画定する筺体（１２）と；
前記内部容積（５０）に位置づけされる光電池と；
光学活性された本体（５６）と前記本体（５６）から外向きに延びるフランジ（５８）を含む光学要素（１４）であって、前記本体（５６）の少なくとも一部が前記開口部（３４）を通って延在し、これにより前記フランジ（５８）が前記周縁部（３２）に沿って位置あわせされる光学要素（１４）と；
前記周縁部（３２）と前記フランジ（５８）の間に配置されて前記周縁部（３２）と前記フランジ（５８）の間の蒸気密性密封を画定する密封部材（１６）
を含む光起電集光器アセンブリ（１０）。
（態様２０）
前記密封部材（１６）がＯリングを含む、態様１９に記載の光起電集光器アセンブリ（１０）。

Claims

光起電集光器アセンブリ（１０）であって：
上部（１２Ａ）と、内部容積（５０）を画定する下部（１２Ｂ）を有する筐体（１２）であって、前記上部（１２Ａ）は前記内部容積（５０）からの開口部（３４）を有する筺体（１２）と；
前記内部容積（５０）に位置づけされた光電池（５４）と；
入射光を前記光電池（５４）に集中させる光学要素（１４）であって、当該光学要素（１４）は、光学活性を有する本体（５６）と、前記本体（５６）から外向きに、前記本体（５６）の周辺全体の周囲に延びるフランジ（５８）を含み、前記フランジ（５８）は前記筐体（１２）の前記上部（１２Ａ）と前記下部（１２Ｂ）の間にはさまれ、前記フランジ（５８）の上表面は前記筐体（１２）の周辺部の内側面に沿って位置合わせ及び係合されると同時に、前記光学要素（１４）の前記本体（５６）は前記開口部（３４）に沿って位置合わせされ、前記本体（５６）は前記開口部（３４）にわたって延びて前記内部容積（５０）を閉じる、光学要素（１４）
を含む、光起電集光器アセンブリ（１０）。
前記筺体（１２）と前記フランジ（５８）の間に配置された密封部材（１６、７２）をさらに含む、請求項１に記載の光起電集光器アセンブリ（１０）。
前記密封部材（１６、７２）がＯリングを含む、請求項２に記載の光起電集光器アセンブリ（１０）。
前記内部容積（５０）に受容され、前記光学要素（１４）と前記光電池（５４）の間に配置されるライト・シールド（６４）をさらに含み、前記ライト・シールド（６４）は前記光電池（５４）に沿って位置あわせされた窓を画定する、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光起電集光器アセンブリ（１０）。
前記フランジ（５８）が前記筺体（１２）と前記ライト・シールド（６４）の間に位置づけされる、請求項４に記載の光起電集光器アセンブリ（１０）。
前記フランジ（５８）と前記ライト・シールド（６４）の間に配置される密封部材（５２）をさらに含む、請求項４又は５に記載の光起電集光器アセンブリ（１０）。
前記筺体（１２）に結合したヒートシンク（２４）をさらに含む、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光起電集光器アセンブリ。
前記本体（５６）は屈折レンズを含む、請求項１に記載の光起電集光器アセンブリ（１０）。
前記本体（５６）及び前記フランジ（５８）はガラスのモノリシック体として形成される、請求項１に記載の光起電集光器アセンブリ（１０）。
前記光学要素（１４）はさらに、前記本体（５６）に結合した近位端と、前記光電池（５４）に沿って位置合わせされた遠位端（６２）を有するガイド（６０）を含む、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の光起電集光器アセンブリ（１０）。
前記ガイドが前記光学要素（１４）と前記光電池（５４）の間に位置づけされたライト・シールド（６４）の窓を通って延在する、請求項１０に記載の光起電集光器アセンブリ（１０）。
前記上部（１２Ａ）は少なくとも一つの締め具（４８）によって前記下部（１２Ｂ）に固定され、前記開口部（３４）が前記上部（１２Ａ）において画定される、請求項１に記載の光起電集光器アセンブリ（１０）。
前記上部（１２Ａ）と前記下部（１２Ｂ）の間に配置され、前記上部（１２Ａ）と前記下部（１２Ｂ）の間の密封を形成する密封部材（５２）をさらに含む、請求項１ないし１２の何れか一項に記載の光起電集光器アセンブリ（１０）。