JP6856986B2 - 工業原料を加熱するための太陽光屈折装置 - Google Patents

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Description

本発明は、広くは、ソーラーシステム（ｓｏｌａｒ ｓｙｓｔｅｍ）に関し、特に、工業原料を溶かすために利用されるソーラーシステムに関する。
工業空間（ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ ｖｏｌｕｍｅ）において工業原料を加熱する及び／又は溶かすことに関するエネルギー効率を改良する必要がある。米国（「ＵＳ」）では、現在、工業原料を溶かすために大きな量のエネルギーを必要としている。アルミニウム製造だけで、そのエネルギー消費の３０％を占める。リサイクルされるスチールを加えると、更に大きな量のエネルギーが必要となる。そのようにして、米国の主要な工業、特に、金属のリサイクリング及びストックマテリアル（ｓｔｏｃｋ ｍａｔｅｒｉａｌ）の製造に関連するそれらの工業は、国内の全エネルギー消費の大部分を占める。したがって、既存の原料の製造又はリサイクリングの工程、又はその工程の他の主要な段階若しくは複数の段階に関わる、ほぼ全ての工業に対して、原料を溶かし原料を加熱するための大量のエネルギーが必要である。
一般的に、ガス炉、誘導炉、溶鉱炉、及び電気アーク炉（「ＥＡＦ」）を使用する（バーナーとしても知られる）従来の加熱炉に関わる２つの主要な問題は、限られた化石燃料（例えば、石炭、石油、及び天然ガス）への依存と、生成された熱エネルギーを伝達して原料を加熱するやり方における非効率である。これらのタイプの炉が、熱エネルギー伝達工程（すなわち、炉を加熱し、その後、その熱を利用して原料を溶かす又は加熱する工程）の間に大幅なエネルギー損失を有し、究極的には約３０〜４０％の効率をもたらすことが当業者によって理解されている。この結果は、概して、炉の中に入れられる大量のエネルギーが、直接的に熱エネルギーに変換されないことからもたらされる。溶鉱炉における一実施例は、その温度をその動作温度まで上げるために大量の投入エネルギーを必要とする。アルミニウムを溶かすことにおいて、例えば、炉によって利用されるエネルギーの約４０％のみが、実際にアルミニウムを溶かすことに使われる。
この問題は、通常、周囲空気に対してオープンにされる誘導溶融を利用する炉に対しても同様である。直接的でない加熱の原理を利用する電気抵抗炉（「ＥＲＴ」）は、それらの投入エネルギーの約４０％を溶かすために使用することができるが、実際には、通常、約２６％だけの効率しかもたらさない。何故ならば、ＥＲＴ炉は、通常、空気を加熱し、その後、炉の絶縁裏地に対する通気誘導を介して高温の空気を失うことと、ＥＲＴ炉をオープンにするときのエネルギーの損失とを含む、他のエネルギー損失を経験するからである。結果として、ＥＡＦ炉は、大量の電力を必要とし、環境に対する悪影響をもたらし得る。更に、多くのＥＡＦ炉において、通常、更なるガスバーナーが使用され、金属のくずを、その金属が効率的に電気を伝導してＥＡＦ炉が適正に動作することを可能にするような温度まで加熱することを助ける。更に、これらのタイプの炉に関わる別の主要な問題は、大量の二酸化炭素がこれらのシステムによって排出されるところの、工程におけるその二酸化炭素の排出量（ｃａｒｂｏｎ ｃｏｓｔ）である。残念なことに、これらの継続的な使用は、現在の燃料源の比較的廉価なコストによるところが大きい。
「グリーンエナジー」（すなわち、再生可能なエネルギー源）を利用して、これらの問題に対処し、これらの問題を解決しようとする試みは未だ実現していない。太陽エネルギーの既知の使用は、これらの問題に対処し、又はこれらの問題を解決することができない。何故ならば、既知の太陽光技術は、太陽エネルギーを捉え、それを使用可能な状態へと変換する際の、その能力、その動作の方法、及び全体の効率において制限を有するからである。特に、既知のソーラーシステムは、太陽エネルギーを利用して物体を加熱するか又は電気を生成するやり方において、幾つかの非効率性を有する。太陽光パネルに配置されたこれらの太陽電池は、光起電力セルを使用して太陽電池に衝突する太陽エネルギーを電気に変換する。現在一般的に使用されている太陽電池は、太陽電池内の熱及び電気の移動の損失のために、約１８％のエネルギー変換を出力する。
太陽電池に加えて、現在のソーラーシステムは、例えば、他の物体の加熱又はパイプを通るタービンへの水の移動を介した電気の生成のために、他の物体に対して結果としての熱エネルギーを伝達する、例えば、送水管などの物体を加熱するシステムも含む。更に、太陽エネルギーに関わる別の問題は、太陽エネルギーが工業スケールでの使用に対して任意の所与の領域内へ十分に集中されず、又はエネルギーを使用可能な電気に変換する工程においてエネルギーを利用するためのシステムを適所に必要とすることである。
これらの問題を解決する試みは、ソーラー反射鏡システムを使用して、太陽電池を用いて電力を生成するか、水を加熱してタービンを介して電気を生成するか、又は小さい炉内の何らかの原料を含む小さい坩堝を加熱し得る、小さい領域の中へエネルギーを反射及び集中させるように試みることを含む。しかし、反射鏡を使用したとしても、結果としてのシステムは、未だ高い効率を有しない。太陽電池を使用するものは、未だ１８％の効率を有するのみである。水を加熱するものは、未だ、反射鏡を使用しないソーラー加熱システムと同じ熱損失を有する。更に、小さい炉は、坩堝を加熱しなければならないことからエネルギーを失う。更に、これらのソーラー反射鏡システムの全ては、システム内の更なる構成要素にエネルギーを伝達することから、及び反射角損失からエネルギーを失う。更に、これらのシステムの一部は、太陽に追随することを可能にしないやり方で静止しており、したがって、それらが動作し得る時間の量は限られている。結果として、現在の太陽エネルギー能力に対する変化がなければ、太陽エネルギーは、現時点では、商業スケールでの競争力を持たず、そのような技術にスイッチすることは、ほとんどの工業にとって費用便益に優れない。
太陽エネルギーは、長い期間に及んで、適正に太陽エネルギーを捉え、太陽エネルギーを使用可能な状態へと移行させることができる任意の用途において元がとれる無料の資源であろうから、これは残念なことである。そのようにして、工業原料の加熱又は溶融を含む現在の工業の工程における使用に対して、十分な量のエネルギーを生み出すことができる、太陽エネルギー捕捉システムが必要である。
底部を有する加熱容器内で工業原料を加熱するための、太陽光屈折デバイス（「ＳＲＤ」）であって、拡散太陽エネルギーがＳＲＤの外側面に衝突し、且つ、ＳＲＤを通って屈折する、太陽光屈折デバイスが開示される。ＳＲＤは、レンズアレイアセンブリ、及びレンズアレイアセンブリに取り付けられた複数のレンズペイン（ｌｅｎｓ ｐａｎｅ）を含み得る。レンズアレイアセンブリは、ＳＲＤの外側面に一致する外側面、内側面、及び複数のレンズアレイサブアセンブリを含み得る。複数のレンズペインのうちの一部の複数のレンズペインが、複数のレンズアレイサブアセンブリのうちの１つの対応するレンズアレイサブアセンブリに取り付けられ得る。更に、各レンズアレイサブアセンブリは、凸形状を有し、レンズアレイサブアセンブリに対応する焦点距離を有するように構成され、レンズアレイアセンブリが複数の焦点距離を有することになる。
動作の一実施例として、ＳＲＤは、ＳＲＤに衝突して複数のレンズアレイサブアセンブリを有するレンズアレイアセンブリを通過する太陽エネルギーを屈折させることを含む方法を実行するように構成される。その後、屈折した太陽エネルギーは、複数の焦点に集中し、各焦点が、複数のレンズアレイサブアセンブリのうちの１つのレンズアレイサブアセンブリに対応する。複数の焦点を使用して、その後、プロセスは、加熱容器内に加熱領域を生成する。その後、プロセスは、集中した屈折した太陽エネルギーを使用して、加熱領域において加熱容器内の工業原料を加熱する。
ＳＲＤを製造するための方法も開示される。該方法は、溶かされるべき工業原料のタイプ及び量を決定すること、及び工業原料を溶かすために必要とされるエネルギーの量を決定することを含む。その後、予め決定されたエネルギーの量を生み出すためのレンズアレイアセンブリのアレイサイズが決定され、レンズアレイアセンブリは、レンズアレイアセンブリに衝突する太陽光を工業原料へと屈折させるように構成される。その後、該方法は、レンズアレイアセンブリの焦点距離を決定すること、レンズアレイアセンブリを支持するための支持フレームを組み立てること、及びレンズアレイアセンブリを組み立てることを含む。
本発明の他の装置、システム、方法、特徴、及び利点は、下記の図面及び詳細な説明を精査することにより、当業者にとって明らかであるか又は明らかになる。こうした更なるシステム、方法、特徴、及び利点の全ては、この説明中に含まれ、本発明の範囲内に含まれ、且つ、添付の特許請求の範囲によって保護されることが意図されている。
本発明は、以下の図面を参照することによって、より良く理解され得る。図面における構成要素は必ずしも正確な縮尺で描かれておらず、その代わりに、むしろ本発明の原理を示すことに重点が置かれている。図面では、異なる図面の全体を通して、対応する部分には類似の参照番号が指定されている。
本開示による、太陽光屈折デバイス（「ＳＲＤ」）のレンズアレイアセンブリの例示的な一実施態様の斜視背面図である。 本開示による、図１で示されたレンズアレイアセンブリの背面図である。 本開示による、図１及び図２で示されたレンズアレイアセンブリのうちの１つのレンズアレイサブアセンブリの例示的な一実施態様の斜視背面図である。 本開示による、図１、図２、及び図３で示されたレンズアレイサブアセンブリのレンズペインの単一のカラムアレイ（ｃｏｌｕｍｎ ａｒｒａｙ）の例示的な一実施態様の斜視背面図である。 回折（ｄｉｆｆｒａｃｔｉｎｇ）凸レンズの例示的な一実施態様のシステム図である。 本開示による、図４で示されたレンズペインの単一のカラムアレイのシステム図である。 本開示による、図３で示されたレンズアレイサブアセンブリの斜視側面図である。 本開示による、ＳＲＤのレンズアレイアセンブリと加熱容器の別の例示的な一実施例の斜視背面図である。 本発明による、図７で示されたＳＲＤのシステム図である。 本開示による、図７及び図８で示されたような、工業原料を溶かすために使用される複数のＳＲＤの斜視背面図である。 本開示による、図１〜図９で示されたＳＲＤによって実行されるプロセスの例示的な一実施態様のフローチャートである。 本開示による、ＳＲＤを製造することにおいて実行されるプロセスの例示的な一実施態様のフローチャートである。 本開示による、タービンに動力供給するために使用されるＳＲＤの例示的な一実施態様のシステム図である。
本開示による、底部を有する加熱容器内で工業原料を加熱するための、太陽光屈折デバイス（「ＳＲＤ」）であって、拡散太陽エネルギーがＳＲＤの外側面に衝突し、且つ、ＳＲＤを通って屈折する、太陽光屈折デバイスが開示される。ＳＲＤは、レンズアレイアセンブリ、及びレンズアレイアセンブリに取り付けられた複数のレンズペインを含み得る。レンズアレイアセンブリは、ＳＲＤの外側面に一致する外側面、内側面、及び複数のレンズアレイサブアセンブリを含み得る。複数のレンズペインのうちの一部の複数のレンズペインが、複数のレンズアレイサブアセンブリのうちの１つの対応するレンズアレイサブアセンブリに取り付けられ得る。更に、各レンズアレイサブアセンブリは、凸形状を有し、レンズアレイサブアセンブリに対応する焦点距離を有するように構成され、レンズアレイアセンブリが複数の焦点距離を有することになる。
本開示による動作の一実施例として、ＳＲＤは、ＳＲＤに衝突して複数のレンズアレイサブアセンブリを有するレンズアレイアセンブリを通過する太陽エネルギー（すなわち、ＳＲＤの外側面に沿って広がり（すなわち、拡散し）得る、ＳＲＤと直接的にぶつかる及び／又はＳＲＤを照らす太陽エネルギー）を屈折させることを含む方法を実行するように構成される。その後、屈折した太陽エネルギーは、複数の焦点に集中し、各焦点が、複数のレンズアレイサブアセンブリのうちの（それぞれの）１つのレンズアレイサブアセンブリに対応する。複数の焦点を使用して、その後、プロセスは、加熱容器内に加熱領域を生成する。その後、プロセスは、集中した屈折した太陽エネルギーを使用して、加熱領域において加熱容器内の工業原料を加熱する。
本開示による、ＳＲＤを製造するための方法も開示される。該方法は、溶かされるべき工業原料のタイプ及び量を決定すること、及び工業原料を溶かすために必要とされるエネルギーの量を決定することを含む。その後、予め決定されたエネルギーの量を生み出すためのレンズアレイアセンブリのアレイサイズが決定され、レンズアレイアセンブリは、レンズアレイアセンブリに衝突する太陽光を工業原料へと屈折させるように構成される。その後、方法は、レンズアレイアセンブリの焦点距離を決定すること、レンズアレイアセンブリを支持するための支持フレームを組み立てること、及びレンズアレイアセンブリを組み立てることを含む。本開示では、工業原料が、工業、加熱、又は溶融プロセスで使用される、任意のタイプの原料を含み得る。工業原料の例は、例えば、アルミニウム、スチール、鉄、又は他の金属若しくは合金などの金属工業原料、例えば、プラスチック若しくは他のリサイクル可能な非金属、ガラス、又は液体（例えば、水など）などの非金属工業原料を含み得る。
図１では、本開示による、太陽光屈折デバイス（「ＳＲＤ」）１０２のレンズアレイアセンブリ１００の例示的な一実施態様の斜視背面図が示されている。ＳＲＤ１０２は、レンズアレイアセンブリ１００、及びレンズアレイアセンブリ１００に取り付けられた複数のレンズペイン１０４を含む。本実施例では、レンズアレイアセンブリ１００が、例えば、スチール若しくはアルミニウムなどの金属又は他の固い非金属原料などの固い原料から構築された支持フレーム１０６を含み得る。支持フレーム１０６は、各々がレンズアレイアセンブリ１００に取り付けられるように構成された、複数のレンズペイン１０４を受け入れるように構成された複数の開口部を含み得る。支持フレーム１０６は、支持フレーム１０６内の複数の開口部内に配置された複数のレンズペイン１０４の重量を支持し、それらによってもたらされる応力を支持するのに十分な強さを有する固い原料から構築される。レンズアレイアセンブリ１００は、ＳＲＤの外側面にも一致する外側面１０８、（図示せぬ）内側面、及び複数のレンズアレイサブアセンブリを含む。概して、各レンズアレイサブアセンブリは、レンズアレイアセンブリ１００の個別のパネルである。
この実施例では、九（９）個のレンズアレイサブアセンブリ１１０、１１２、１１４、１１６、１１８、１２０、１２２、１２４、及び１２６を有する、レンズアレイアセンブリ１００が示されている。各レンズアレイサブアセンブリは、対応するレンズアレイサブアセンブリに取り付けられた（全体の複数のレンズペイン１０４からの）一部の複数のレンズペインを有するように示されている。一実施例として、レンズアレイアセンブリ１００の一方の側に取り付けられた支持構造体１２８の部分も示されている。支持構造体１２８は、支持構造体１２８が（図示せぬが、あとで説明される）加熱容器から所定の距離だけ離れた位置にレンズアレイアセンブリ１００を維持することを可能にするやり方で、支持フレーム１０６に取り付けられ得る。所定の距離は、（後で詳細に説明される）レンズアレイアセンブリ１００の多数の焦点距離に基づく距離である。支持フレーム１０６と類似して、支持構造体１２８も、レンズアレイアセンブリ１００の重量を支持し、それらによってもたらされる応力を支持するのに十分な強さを有する固い原料から構築され、金属及び非金属の固い原料を含み得る。更に、この実施例では、レンズアレイアセンブリ１００が、これもまた凸状である各対応するレンズアレイサブアセンブリ１１０、１１２、１１４、１１６、１１８、１２０、１２２、１２４、及び１２６を伴った、３次元の凸形状を有するように示されている。凸形状は、ｘ軸１３０及びｚ軸１３２に沿った、且つ、ｙ軸１３４及びｚ軸１３２に沿った、ほぼ放物線状である。動作の一実施例では、ＳＲＤ１０２が、（ＳＲＤ１０２とレンズアレイアセンブリ１００の両方の）外側面１０８に衝突してＳＲＤ１０２を通過する、拡散太陽エネルギー１３６（すなわち、衝突する太陽エネルギー）を屈折させ、レンズアレイアセンブリ１００の内側面から離れてｚ軸１３２に沿った方向に集中する、屈折した太陽エネルギー１３８の集光ビームをもたらす。
この実施例では、九（９）個だけのレンズアレイサブアセンブリ１１０、１１２、１１４、１１６、１１８、１２０、１２２、１２４、及び１２６が、例示目的で図１において示されていることを、当業者は理解する。しかし、レンズアレイアセンブリ１００は、多かれ少なかれ、ＳＲＤ１０２の設計及び用途に基づいた数のレンズアレイサブアセンブリを含み得る。後で説明されるように、概して、各レンズアレイサブアセンブリは、特定のレンズアレイサブアセンブリに対応する焦点距離を有する、屈折した太陽エネルギーの対応する集光ビームを生み出し得る。異なるレンズアレイサブアセンブリからの結果としての焦点距離は互いに異なり、それによって、（各レンズアレイサブアセンブリに対する）屈折した太陽エネルギーの組み合わされた集光ビームが組み合わされて、（後でより詳細に説明される）レンズアレイアセンブリ１００から離れた近似点（すなわち、単一のホットスポット）に集中しない、（後で説明される）加熱領域を生み出す屈折した太陽エネルギー１３８の集光ビームを生成し得る。
図１の詳細から、この実施例では、ＳＲＤ１０２が、八角形状の２次元凸形状レンズアレイアセンブリ１００を有するように示されている。更に、レンズアレイアセンブリ１００は、五（５）個の矩形状２次元凸レンズアレイサブアセンブリ１１０、１１２、１１４、１１６、及び１１８と、四（４）個の三角形状２次元凸レンズアレイサブアセンブリ１２０、１２２、１２４、及び１２６とを有するように示されている。更に、各矩形状２次元凸レンズアレイサブアセンブリ１１０、１１２、１１４、１１６、及び１１８は、８×８（すなわち、６４個）のレンズペイン（又は６４個のレンズペインに対する複数の開口部）を有するように示され、各三角形状２次元凸レンズアレイサブアセンブリ１２０、１２２、１２４、及び１２６は、２８個のレンズペイン（又は２８個のレンズペインに対する複数の開口部）及び八（８）個の半分のサイズのレンズペイン（又は８個の半分のサイズのレンズペインに対する複数の開口部）を有するように示されている。この実施例では、これは、ＳＲＤ１０２が、全部で４３２個のレンズペイン及び３２個の半分のサイズのレンズペインを有することをもたらす。複数のレンズペイン１０４のうちのレンズペインの各々は、レンズアレイサブアセンブリ内の個別の平坦なレンズペインのサイズ及び数に基づいて、対応するレンズアレイサブアセンブリ内での放物線形状を近似する平坦なレンズペイン、又は実際に凸形状のレンズペインであり得る。更に、各レンズペインは、ガラス、アクリル、又は他の類似した素材の何れかから作られ得る。更に、各レンズペインは、平坦な若しくは傾斜したレンズペイン又はフレネルレンズ（Ｆｒｅｓｎｅｌ ｌｅｎｓ）であり、それによって、ＳＲＤ１０２は、平坦なレンズペイン、傾斜したペイン、及びフレネルレンズの組み合わせから組み立てられ得る。概して、レンズペインは、レンズアレイアセンブリ１００内で除去及び相互交換可能であり得る。更に、ＳＲＤ１０２をより動的にするために、（図示せぬ）個別の制御手段が、レンズアレイアセンブリ１００内にレンズペインを受け入れるように構成された、レンズアレイアセンブリ１００のセクション又は各開口部内に設置され、それによって、制御手段が個別のペインの位置を調整してＳＲＤ１０２の焦点を調整し得る。再び、レンズアレイアセンブリ１００の八角形状の２次元凸形状は、例示目的の一実施例であり、レンズアレイアセンブリ１００の設計に基づいて異なる形状を有し得る。
図２を参照すると、図１で示された観察面Ａ‐Ａ’１４０に沿って、本開示によるレンズアレイアセンブリ１００の背面図が示されている。図２は、レンズアレイアセンブリ１００との関係における、複数のサブアセンブリ１１０、１１２、１１４、１１６、１１８、１２０、１２２、１２４、及び１２６と複数のレンズペイン１０４との関係を上手く示している。以前に説明したように、この実施例では、レンズアレイアセンブリ１００が、八角形状を有し、それぞれ、５つの矩形状レンズアレイサブアセンブリ１１０、１１２、１１４、１１６、及び１１８と、それぞれ、４つの三角形状レンズアレイサブアセンブリ１２０、１２２、１２４、及び１２６とを含む。この実施例では、以前に説明したように、５つの矩形状レンズアレイサブアセンブリ１１０、１１２、１１４、１１６、及び１１８が、ぞれぞれ、２００、２０２、２０４、２０６、及び２０８で指定された６４個のレンズペインを含む。同様に、４つの三角形状レンズアレイサブアセンブリ１２０、１２２、１２４、及び１２６は、それぞれ、２１０、２１２、２１４、及び２１６で指定された２８個のレンズペインと、それぞれ、８個の部分的なサイズのレンズペイン２１８、２２０、２２２、及び２２４とを含む。４つの三角形状レンズアレイサブアセンブリ１２０、１２２、１２４、及び１２６は、概して、矩形状レンズアレイサブアセンブリの半分と等しく、その結果、４つの三角形状レンズアレイサブアセンブリ１２０、１２２、１２４、及び１２６は、２つの矩形状レンズアレイサブアセンブリと同等なものとして働く。この場合に、レンズアレイアセンブリ１００は、全部で九（９）個の代わりに七（７）個の矩形状レンズアレイサブアセンブリを有するものとして説明され得る。結果として、ＳＲＤ１００は、全部で、レンズアレイアセンブリ１００に取り付けられた４４８個のレンズペインと同等なものを有し得る。
概して、ＳＲＤ１０２によって生み出されるエネルギーの量は、ＳＲＤ１０２が使用される位置と、レンズアレイアセンブリ１００のアレイサイズとに直接的に関連する。太陽光の集中が高くなれば、所与のサイズのレンズアレイアセンブリ１００に対して、ＳＲＤ１０２によって生み出される得るエネルギーの量が高くなる。特に、米国の再生可能エネルギー研究所（「ＮＲＥＬ」）の１９９８から２００９年までの平均データによると、アリゾナ及びカリフォルニアの一部、ネバダ、ニューメキシコ、コロラド、並びにハワイなどの米国内の領域は、年平均として、１日当たり１平方メートル（ｍ２）毎に７．５キロワット時（「ｋＷｈ」）を超える、ソーラーシステムによる使用に対して利用可能な集中したソーラーパワー（「ＣＳＰ」）を受け取っている。
概して、任意の一年間に地球に注ぐ太陽エネルギーの量は、全世界の工業で使用される全ての化石燃料の全エネルギー出力よりも大きい。例えば、ケンタッキー州は、太陽から１日当たり約３．７５ｋＷ／ｍ２の太陽エネルギーを受け取り、ハワイなどのより高いエネルギー領域は、１日当たり約５．７５ｋＷ／ｍ２の太陽エネルギーを受け取っている。これらの全体のほんの一部分が、現在の太陽電池を用いて使用可能なエネルギーを生み出すために使用されている。何故なら、一般に使用されている太陽電池は、概して、熱の損失、反射角、及び電気の移送のために、約１８％のエネルギー変換率にしか到達していないからである。
そのようにして、例えば、ハワイでアルミニウムを溶かすと仮定すると、６フィート×６フィート（すなわち、約４ｍ２の領域）のレンズアレイサブアセンブリ１１０、１１２、１１４、１１６、及び１１８が、約４ｋＷｈの太陽エネルギーを集中させることができ、それによって、五（５）個の矩形状レンズアレイサブアセンブリ１１０、１１２、１１４、１１６、及び１１８と四（４）個の三角形状レンズアレイサブアセンブリ１２０、１２２、１２４、及び１２６を考慮すると、レンズアレイアセンブリ１００は、少なくとも２８ｋＷｈの太陽エネルギーを集中させることができる。この実施例で８５％の効率を想定すると、ＳＲＤ１０２は、１時間当たり約７４ポンドのアルミニウムを溶かすことができるだろう。
図３では、本開示による、（図１及び図２で示された）レンズアレイアセンブリ１００の１つのレンズアレイサブアセンブリ３００の例示的な一実施態様の斜視背面図が示されている。示されているレンズアレイサブアセンブリ３００は、支持フレーム３０２と、六（６）個の行及び六（６）個の列に編成されたおよそ３６個のレンズペイン３０４とを含む。この実施例で六（６）個の列及び行のみを示している理由は、例示的な利便性のためである。何故ならば、全てのレンズペイン３０４が、レンズアレイサブアセンブリ３００の支持フレーム内で示されるからである。支持フレームは、第１の側３０６及び第２の側３０８を有するように示されている。この実施例では、支持フレームの第１の側３０６の凸状の湾曲が、ｘ軸３１０及びｚ軸３１２に沿って示されている。同様に、支持フレームの第２の側３０８の凸状の湾曲が、ｙ軸３１４及びｚ軸３１２に沿って示されている。以前に説明されたように、凸状の湾曲は、支持フレームの第１の側３０６と第２の側３０８の両方に対してほぼ放物線状であり得る。ほぼ放物線状であるならば、レンズアレイアセンブリ１００は、屈折した太陽エネルギー１３８のより集中された集光ビームを生み出すだろう。何故ならば、概して、放物線は、放物状の曲線に沿った任意のポイントが、放物状の曲線内の固定されたポイント（数学的には放物線の焦点と呼ばれるが、本開示で使用される焦点という用語とは混同されるべきでない）から等距離にある、数学的な関係性を有する特別な曲線だからである。
更に、図３では、複数のペイン３０４のうちの第１の列３１６のペイン３０４が、拡散太陽エネルギーを受け取り、それを焦点３２０に集中させる（３１８）ように示されている。より具体的には、図４を参照すると、本開示による、（図３で示された）レンズアレイサブアセンブリ３００のレンズペイン４００の単一のカラムアレイの例示的な一実施態様の斜視背面図が示されている。この実施例では、レンズペインの単一のカラムアレイ４００が、六（６）個のレンズペイン４０２、４０４、４０６、４０８、４１０、及び４１２を含む。動作の一実施例として、レンズペインの単一のカラムアレイ４００は、ＳＲＤの外側面に衝突する拡散太陽エネルギー１３６の一部分４１４を受け取り、レンズペイン４０２、４０４、４０６、４０８、４１０、及び４１２を通してその部分４１４を屈折させて、焦点４１８に集中した太陽エネルギーの集光ビーム４１６を生み出すように構成される。
この実施例を更に説明すると、図５Ａと図５Ｂでは、連続的な回折凸状レンズ５００のシステム図と、（図４で示された平面Ｂ‐Ｂ’４２０に沿って切り取られた）レンズペインの単一のカラムアレイ５０２のシステム図とが示されている。両方の例では、衝突する拡散太陽エネルギー５０６が、回折し、それぞれ、焦点５１２と焦点５１４とに集中する（５０８と５１０）。結果として、動作では、レンズペインの単一のカラムアレイ５０２によって生み出された個別の回折凸状レンズが、回折した太陽エネルギーを、連続的な回折凸状レンズ５００の焦点５１２とほぼ同じ焦点５１４に集中させる（５１０）。
図６では、本開示による、（図３でレンズアレイサブアセンブリ３００として示された）レンズアレイサブアセンブリ６００の斜視側面図が示されている。図３とは異なり、図６では、拡散太陽エネルギー６０２が、複数のレンズペイン６０６を含むレンズアレイサブアセンブリ６００の外側面６０４に衝突する、動作の一実施例が示されている。その後、複数のレンズペイン６０６の各レンズペインは、拡散太陽エネルギー６０２の一部分を回折させ、複数のレンズペイン６０６からの回折ビームの全てが、（図示せぬ）工業原料を加熱し又は溶かすために使用される焦点６１０へと集中する（６０８）。この実施例では、レンズアレイサブアセンブリ６００の焦点距離６１２は、焦点６１０と、レンズアレイサブアセンブリ６００の中心線６１４との間の距離として示されている。この焦点距離６１２は、レンズアレイサブアセンブリ６００の設計に基づく。図１及び図２に戻って参照すると、ここで、各々がそれら自身の対応する焦点距離を有し得る、多数のレンズアレイサブアセンブリ１１０、１１２、１１４、１１６、１１８、１２０、１２２、１２４、及び１２６が存在する。更に、これらの多数の焦点距離は、工業原料を加熱し又は溶かすためのＳＲＤの設計に基づいて、等しいかもしれないし又は等しくないかもしれない。各レンズアレイサブアセンブリ１１０、１１２、１１４、１１６、１１８、１２０、１２２、１２４、及び１２６に対して異なる焦点距離又は異なる焦点を有することによって、レンズアレイアセンブリ１００は、拡散太陽エネルギーを、点の代わりに小さい領域に集中させるように構成され得る。これは、ＳＲＤ１０２が、集中した太陽エネルギーの熱を加熱平面における小さい領域に分配することによって、加熱容器内の加熱平面において工業原料を溶かすように構成されることを可能にする。集中した太陽エネルギーが小さい領域に分配されないならば、工業原料が溶かし尽くされ、加熱容器を損傷させる可能性があり得る。何故ならば、単一の焦点では、エネルギーが強すぎて炉を適正に制御することができないからである。
このことを図７で更に詳しく説明すると、本開示による、ＳＲＤ７０２のレンズアレイアセンブリ７００の例示的な別の一実施態様の斜視背面図が示されている。この実施例では、それぞれ、五（5）個の矩形状レンズアレイサブアセンブリ７０４、７０６、７０８、７１０、及び７１２を有する、レンズアレイアセンブリ７００が示されている。更なる三角形状レンズアレイサブアセンブリも、以前に説明したように追加され得るが、この実施例では、例示目的で五（５）個の矩形状レンズアレイサブアセンブリ７０４、７０６、７０８、７１０、及び７１２のみが示されている。この実施例では、レンズアレイアセンブリ７００が、個別のレンズアレイサブアセンブリ７０４、７０６、７０８、７１０、及び７１２に対する、５つの異なる焦点距離又は焦点７１４、７１６、７１８、７２０、及び７２２を有するように示されている。結果としての焦点は、加熱容器７２６内の小さい加熱領域７２４を画定する。概して、屈折した光を単一の方向へ向けないことによって、加熱容器７２６内の工業原料を加熱又は溶かしさえするのに十分なように小さく、一方で、加熱され又は溶かされる工業原料を望ましい温度に維持するのに十分なように大きい、小さい加熱領域７２４に光が集中し得る。
レンズアレイアセンブリ７００を支持し得る支持構造体１２８が、この実施例で更に示される。この実施例では、加熱領域７２４が、レンズアレイアセンブリ７００から所定の距離７２８を有するように示されている。具体的には、所定の距離７２８が、加熱領域７２４の平面の中心線７３０と、レンズアレイアセンブリ７００の別の中心線７３２との間の距離７２８である。所定の距離７２８は、概して、個別のレンズアレイサブアセンブリ７０４、７０６、７０８、７１０、及び７１２の焦点距離に関連し、それらの焦点距離に対応する焦点７１４、７１６、７１８、７２０、及び７２２が生み出されて、加熱領域７２４がもたらされる。結果として、所定の距離７２８は、レンズアレイアセンブリ７００の設計に基づく。何故ならば、焦点距離が、レンズアレイアセンブリ７００の設計に基づくからである。支持構造体１２８は、レンズアレイアセンブリ７００と加熱容器７２６内の加熱領域７２４との間の、この所定の距離７２８を維持するように構成される。そのようにして、原料のタイプ、各レンズアレイサブアセンブリ７０４、７０６、７０８、７１０、及び７１２内のレンズペインの厚さ、位置、及び角度が、対応する焦点７１４、７１６、７１８、７２０、及び７２２を決定するので、原料のタイプ、各レンズアレイサブアセンブリ７０４、７０６、７０８、７１０、及び７１２内のレンズペインの厚さ、位置、及び角度は、それらが所定の距離７２８において対応する焦点７１４、７１６、７１８、７２０、及び７２２を生み出すようにも設計され得ることが理解される。
図８を参照すると、代替的なアプローチが示されている。図８では、本開示による、ＳＲＤ８００のシステム図が示されている。この実施例では、中心線８０２が、ＳＲＤ８００の複数のレンズペインと同等なレンズ８０３に対して示され、ＳＲＤ８００が、加熱容器８１０の底部８０８を通り過ぎて焦点８０６へと延伸する、焦点距離８０４を有するように示されている。動作の一実施例として、加熱容器８１０は、例えば、アルミニウムなどの溶かされるべき工業原料８１２で満たされている。衝突する拡散太陽エネルギー８１４が、ＳＲＤ８００の複数のレンズペインによって屈折し、加熱容器８１０の底部８０８を通り過ぎて焦点８０６へ集中する、（光線としても知られる）複数の屈折したソーラービーム８１６を生成する。加熱容器８１０は溶かすべきアルミニウム８１２で満たされているので、集中した屈折ソーラービーム８１６は、焦点８０６においてそれらの組み合わされたエネルギーを集中することができず、代わりに、加熱容器８１０内のアルミニウム８１２の満たされたラインに対応し得る加熱平面８２０において、アルミニウム８１２に衝突する。加熱平面８２０は、加熱容器８１０の開口部８２４における加熱領域８２２に一致するので、集中した屈折ソーラービーム８１６によって生成された結果としての熱は、ＳＲＤ８００のサイズと比較して相対的に小さい領域である加熱領域８２２に分配される。ＳＲＤ８００を適正に設計することによって、加熱領域８２２は、ＳＲＤ８００から適正な量のエネルギーを受け取り、加熱容器内の工業原料（この実施例ではアルミニウム）８１２を適正に加熱するか又は溶かす。概して、ＳＲＤ８００は、最小のエネルギー損失で光を集中させるので、最も高い強度の光は中心８２６にあるが、中心８２６から外側に移動するとより拡散（ｄｉｆｆｕｓｅ）している。そのようにして、加熱平面８２０における最も高い強度の熱は中心にあり、そのとき、中心８２６から離れるに従って強度が低くなり、効果的な加熱領域８２２をもたらす。以前に説明したように、焦点距離８０４は、同等なレンズ８０３の中心線８０２と加熱容器８１０との間の所定の距離８３０に関連し、所定の距離８３０は、中心線８０２から加熱容器８１０内の加熱平面８２０までの長さである。
ある溶融の場合では、個別のＳＲＤ８００が、加熱容器８１０内の工業原料８１２を適正に溶かすのに十分なエネルギーを適正に生成することができず、又は太陽を使わない方法に匹敵するような十分な量の工業原料８１２を溶かすのに十分なエネルギーを適正に生成することができない。これらの場合では、多数のＳＲＤが、連鎖的に使用されて、溶かされるべき工業原料の量を増加させるか、工業原料を段階的に加熱するか、又はそれらの両方である。図９では、本開示による、複数のＳＲＤ９００、９０２、９０４、及び９０６の斜視背面図が示されている。この実施例では、ＳＲＤ９００、９０２、９０４、及び９０６が使用されて、それぞれ、複数の加熱容器９１０、９１２、９１４、及び９１６内の工業原料９０８を溶かす。この実施例では、多数のＳＲＤ９００、９０２、９０４、及び９０６が、既知のソーラー追跡システムによって配置され、一日の間に最適な量の太陽光を収集し得る。ＳＲＤ９００、９０２、９０４、及び９０６の最適なエネルギー集中を維持するために、加熱容器９１０、９１２、９１４、及び９１６が、軌道システム９１８を介して、１つのＳＲＤから次のＳＲＤへと移動され得る。この実施例では、軌道システム９１８が、加熱及び溶融プロセスの間に任意のポイントで、所与の加熱容器９１０、９１２、９１４、及び９１６を投入又は摘出するように構成され、溶かされ又は加熱された原料を取り出し、（図示せぬ）新しい加熱容器内の新しい原料を投入し得る。
図１０を参照すると、本開示による、ＳＲＤによって実行される例示的なプロセスのフローチャート１０００が示されている。概して、該プロセスは、ＳＲＤを用いて加熱容器内の工業原料を加熱することを含む。方法は、ステップ１００４において、ＳＲＤに衝突して複数のレンズアレイサブアセンブリを有するレンズアレイアセンブリを通過する太陽エネルギーを屈折させること、及びステップ１００５において、屈折した太陽エネルギーを複数の焦点に集中させることであって、各焦点が複数のレンズアレイサブアセンブリのうちの（それぞれの）１つのレンズアレイサブアセンブリ対応する、集中させることによって開始する（１００２）。その後、該方法は、ステップ１００６において、複数の焦点又は焦点距離を使用して加熱容器内に加熱領域を生成し、その後、ステップ１００８において、集中した屈折した太陽エネルギーを使用して加熱領域において加熱容器内の工業原料を加熱する。その後、プロセスは終了する（１０１０）。
図１１では、本開示による、ＳＲＤを製造することにおいて実行される例示的なプロセスのフローチャート１１００が示されている。該プロセスは、ステップ１１０４において、溶かされるべき工業原料のタイプ及び量を決定することによって開始する（１１０２）。例えば、用途のタイプが、アルミニウム、スチール、又は他の金属を加熱する又は溶かすこと、非金属工業原料を予熱する又は溶かすこと、水を加熱すること、プラスチックを、加熱、軟化、又は溶かすことを含み得るか否か。一旦、これが決定されると、プロセスは（ステップ１１０６において）、工業原料を加熱する又は溶かすために必要とされるエネルギーの量を決定することを含む。一実施例として、アルミニウムを溶かすために、ＳＲＤは、１時間当たり約１００ポンドのアルミニウムを溶かすために、およそ３０，０００ワットを生み出す必要がある。その後、プロセスは、ステップ１１０８において、予め決定されたエネルギーの量を生み出すためのレンズアレイアセンブリのアレイサイズを決定することを含み、レンズアレイアセンブリは、レンズアレイアセンブリに衝突する太陽光を工業原料へと屈折させるように構成される。一実施例として、ハワイにおいて、太陽は、１平方メートル当たり約１，０００ワットを生み出し、そのために、レンズアレイアセンブリは、およそ３０ｍ２（すなわち、約６メートル×６メートル）であることを必要とする。その後、プロセスは、ステップ１１１０において、レンズアレイアセンブリの幾何学的形状に基づいてレンズアレイアセンブリの焦点距離を決定する。プロセスは、ステップ１１１２において、レンズアレイアセンブリを組み立てることを含む。その後、プロセスは終了する（１１１４）。この実施例では、レンズアレイアセンブリを組み立てることが、複数のレンズアレイサブアセンブリを組み立てること、及び複数のレンズアレイサブアセンブリをレンズアレイアセンブリの中へ取り付けることも含み、各レンズアレイサブアセンブリは対応する焦点距離を有し、各レンズアレイサブアセンブリは凸形状を有し得る。レンズアレイアセンブリを組み立てることは、複数のレンズペインを各複数のレンズアレイサブアセンブリに取り付けることを更に含み、レンズペインはフレネルレンズを含み得る。更に、レンズアレイアセンブリを組み立てることは、第２のレンズアレイサブアセンブリに対応する第２の焦点距離とは異なる、対応する焦点距離を有する第１のレンズアレイサブアセンブリも含み得る。
以前の実施例が加熱容器内の工業原料を加熱する及び溶かすことを表した一方で、ＳＲＤは、例えば、ＳＲＤによって提供されるエネルギーが、水などの中間原料を加熱して、タービンに動力を供給すること、化学物質を加熱すること、又は他のタイプの加熱システムのために熱伝達を提供することなどの、他のプロセスに対して使用され得る蒸気を生み出すことに使用される、工業ボイラー及び電解処理装置において使用されるための異なるタイプの原料を加熱する（且つ溶かさない）ためにも使用され得る。
図１２を参照すると、本開示による、タービン１２０２に動力供給するために使用されるＳＲＤ１２００の例示的な一実施態様のシステム図が示されている。タービン１２０２は、（羽根としても知られる）複数のタービン翼１２０４、及びシャフト１２０６を含み得る。この実施例では、タービン１２０２が、少なくとも流入側パイプ１２１０及び流出側パイプ１２１２を介して、加熱容器１２０８に連結されている。加熱容器１２０８は、ＳＲＤ１２００によって加熱されるように構成された加熱容器１２０８内の複数の加熱パイプ１２１４を有し得る。加熱パイプ１２１４は、例えば、（例えば、空気などの）ガス、蒸気、水、又は他の加熱できる流体などの流体で満たされており、該流体は、加熱容器１２０８内で加熱されることが可能であり、且つ、結果としての流体の流れからエネルギーを抽出し、それをシャフト１２０６を回転させる（１２１６）有効仕事エネルギーに変換する回転機械である、タービン１２０２へとパスされる。動作の一実施例では、ＳＲＤ１２００が、太陽エネルギーを受け取り、それを加熱容器１２０８の加熱パイプ１２１４へ向けて集中させ（１２１８）得る。前のように、多数の焦点１２２０、１２２２、１２２４、及び１２２６が、加熱容器１２０８に向けて集中され（１２１８）、加熱容器１２０８に沿った加熱領域１２３０をもたらす。その後、加熱パイプ１２１４内の流体が加熱され、加熱された流体１２３２が、流入側管状パイプ１２１０を介して、タービン１２０２にパスされる。加熱された流体は、タービン翼１２０４を回転させ、その軸に沿ったシャフト１２１６が回転することをもたらす。排出された流体は、流出側管状パイプ１２１２を介して、加熱容器１２０８に戻される。他の工業原料のための加熱装置としてＳＲＤ１２００を使用することによって、他の工業上の加熱の実施例も実施され得ることを、当業者は理解する。
更に、本開示は下記の条項による実施形態を含む。
条項１
拡散太陽エネルギーを用いて、底部を有する加熱容器を加熱するための太陽光屈折デバイス（「ＳＲＤ」）であって、前記拡散太陽エネルギーは、前記ＳＲＤの外側面に衝突し、且つ、前記ＳＲＤを通って屈折し、前記ＳＤＲは、レンズアレイアセンブリ、及び前記レンズアレイアセンブリに取り付けられた複数のレンズペインを備え、前記レンズアレイアセンブリが、前記ＳＲＤの前記外側面に一致する外側面、内側面、及び複数のレンズアレイサブアセンブリを含み、前記複数のレンズペインのうちの一部の複数のレンズペインが、前記複数のレンズアレイサブアセンブリのうちの対応するレンズアレイサブアセンブリに取り付けられ、前記複数のレンズアレイサブアセンブリのうちのレンズアレイサブアセンブリが凸形状を有し、各レンズアレイサブアセンブリが、前記レンズアレイサブアセンブリに対応する焦点を有するように構成され、前記レンズアレイアセンブリが複数の焦点距離を有することになる、ＳＲＤ。
条項２
前記レンズアレイアセンブリ及び前記複数のレンズペインが、前記レンズアレイアセンブリの前記外側面の表面上の前記拡散太陽エネルギーを、前記加熱容器内の加熱領域へと屈折及び集中させるように構成される、条項１に記載のＳＲＤ。
条項３
各レンズアレイサブアセンブリが凸形状を有し、各レンズアレイサブアセンブリの前記凸形状がほぼ放物線形状であり、前記加熱容器の前記底部の上方の前記加熱容器内の加熱平面を画定するために、各レンズアレイサブアセンブリが、前記加熱容器の前記底部を越えた焦点距離を有するように構成され、前記加熱平面が前記加熱領域に一致する、条項２に記載のＳＲＤ。
条項４
前記レンズアレイアセンブリに連結された支持構造体を更に含み、前記支持構造体が、前記加熱容器から所定の距離において前記レンズアレイアセンブリを支持するように構成される、条項１から３のいずれか一項に記載のＳＲＤ。
条項５
前記支持構造体に連結された太陽追尾装置を更に含み、前記太陽追尾装置が、前記ＳＲＤを通って屈折し且つ加熱領域に集中する大量の太陽エネルギーを維持するやり方で、前記支持構造体を移動させるように構成される、条項１から４のいずれか一項に記載のＳＲＤ。
条項６
前記一部の複数のレンズペインのうちのレンズペインのうちの少なくとも幾つかが、フレネルレンズである、条項２に記載のＳＲＤ。
条項７
各レンズペイン（１０４）が、前記加熱容器からの所定の距離によって決定された角度において前記レンズアレイサブアセンブリに取り付けられ、各レンズアレイサブアセンブリが、ほぼ放物線形状を有する、条項２に記載のＳＲＤ。
条項８
第１のレンズアレイサブアセンブリに対応する前記焦点距離が、第２のレンズアレイサブアセンブリに対応する前記焦点距離とは異なる、条項３に記載のＳＲＤ。
条項９
前記レンズアレイアセンブリが、少なくとも五（５）個のレンズアレイサブアセンブリを含む、条項１から８のいずれか一項に記載のＳＲＤ。
条項１０
底部を有する加熱容器内の工業原料を加熱するための太陽光屈折デバイス（「ＳＲＤ」）を製造するための方法であって、一定量の工業原料を溶かすために必要とされるエネルギーの量を決定すること、少なくとも部分的に前記工業原料の前記一定量に基づいて、前記予め決定された前記エネルギーの量を生み出すためのレンズアレイアセンブリのアレイサイズを決定することであって、前記レンズアレイアセンブリが、前記レンズアレイアセンブリに衝突する太陽光を前記工業原料へと屈折させるように構成される、決定すること、前記レンズアレイアセンブリの焦点距離を決定すること、前記レンズアレイアセンブリを支持するための支持フレームを組み立てること、及び前記レンズアレイアセンブリを組み立てることを含む、方法。
条項１１
前記レンズアレイアセンブリを組み立てることが、複数のレンズアレイサブアセンブリを組み立てること、及び前記複数のレンズアレイサブアセンブリを前記レンズアレイアセンブリの中へ取り付けることを含み、各レンズアレイサブアセンブリが対応する焦点距離を有し、各レンズアレイサブアセンブリが凸形状を有する、条項１０に記載の方法。
条項１２
前記複数のレンズアレイサブアセンブリを組み立てることが、複数のレンズペインを各複数のレンズアレイサブアセンブリに取り付けることを含む、条項１１に記載の方法。
条項１３
前記複数のレンズペインを取り付けることが、複数のフレネルレンズを各複数のレンズアレイサブアセンブリに取り付けることを含む、条項１２に記載の方法。
条項１４
前記レンズアレイアセンブリを組み立てることが、ほぼ放物線形状を有する前記レンズアレイアセンブリを組み立てることを含み、前記レンズアレイアセンブリの前記焦点距離を決定することが、前記加熱容器の前記底部の上方の前記加熱容器内の加熱表面を画定するために、前記加熱容器の前記底部を越えた焦点距離を決定することを含む、条項１１に記載の方法。
条項１５
複数のレンズアレイサブアセンブリを組み立てることが、第２のレンズアレイサブアセンブリに対応する第２の焦点距離とは異なる、対応する焦点距離を有する第１のレンズアレイサブアセンブリを組み立てることを更に含む、条項１４に記載の方法。
条項１６
太陽光屈折デバイス（「ＳＲＤ」）を用いて、底部を有する加熱容器を加熱するための方法であって、前記ＳＲＤに衝突して複数のレンズアレイサブアセンブリを有するレンズアレイアセンブリを通過する太陽エネルギーを屈折させること、前記屈折した太陽エネルギーを複数の焦点に集中させることであって、各焦点が前記複数のレンズアレイサブアセンブリのうちのレンズアレイサブアセンブリに対応する、集中させること、及び前記複数の焦点を利用して前記加熱容器内に加熱領域を生成することを含む、方法。
条項１７
前記屈折した太陽エネルギーを集中させることが、前記屈折した太陽エネルギーを、前記加熱容器の前記底部を通り過ぎた複数の焦点に集中させることを含む、条項１６に記載の方法。
条項１８
前記屈折した太陽エネルギーを集中させることが、各レンズアレイサブアセンブリの前記屈折した太陽エネルギーを、異なる焦点距離を有する焦点に集中させることを更に含む、条項１７に記載の方法。
条項１９
前記屈折した太陽エネルギーを集中させることが、複数のフレネルレンズを通して、前記屈折した太陽エネルギーを集中させることを更に含む、条項１８に記載の方法。
条項２０
工業原料を加熱することが、前記工業原料を溶かすことを含む、条項１６から１９のいずれか一項に記載の方法。
本発明の様々な態様又は詳細が、本発明の範囲から逸脱することなしに変更され得ることが理解されるだろう。それは、網羅的なものではなく、特許請求の範囲に記載された発明を、開示されたものと一致するように限定するものではない。更に、上述の説明は、例示目的のみであり、限定を目的とするものではない。上述の説明に照らして又は本発明を実施することから、修正及び変形が可能である。特許請求の範囲及びそれらの等価物が、本発明の範囲を画定する。

Claims (18)

  1. 拡散太陽エネルギーを用いて、底部を有する加熱容器を加熱するための太陽光屈折デバイス（ＳＲＤ）（１０２）であって、前記拡散太陽エネルギーは、前記ＳＲＤの外側面に衝突し、且つ、前記ＳＲＤを通って屈折し、前記ＳＲＤは、
    レンズアレイアセンブリ（１００）、及び
    前記レンズアレイアセンブリ（１００）に取り付けられた複数のレンズペイン（１０４）を備え、前記レンズアレイアセンブリ（１００）が、
    前記ＳＲＤの前記外側面に一致する外側面（１０８）、
    内側面、並びに
    複数のレンズアレイサブアセンブリ（１１０）、（１１２）、（１１４）、（１１６）、（１１８）、（１２０）、（１２２）、（１２４）、及び（１２６）を含み、
    前記複数のレンズペイン（１０４）のうちの一部の複数のレンズペインが、前記複数のレンズアレイサブアセンブリ（１１０）、（１１２）、（１１４）、（１１６）、（１１８）、（１２０）、（１２２）、（１２４）、及び（１２６）のうちの対応するレンズアレイサブアセンブリに取り付けられ、
    前記複数のレンズアレイサブアセンブリのうちのレンズアレイサブアセンブリが凸形状を有し、
    各レンズアレイサブアセンブリが、異なる焦点を有して、前記レンズアレイサブアセンブリに対応する焦点距離を有するように構成され、前記レンズアレイアセンブリが複数の焦点距離を有することになり、
    前記レンズアレイアセンブリ（１００）及び前記複数のレンズペイン（１０４）が、前記レンズアレイアセンブリの前記外側面（１０８）の表面上の前記拡散太陽エネルギーを、前記加熱容器（７２６）内の前記異なる焦点により画定された加熱領域（７２４）へと屈折及び集中させるように構成される、ＳＲＤ。
  2. 各レンズアレイサブアセンブリ（１１０）、（１１２）、（１１４）、（１１６）、（１１８）、（１２０）、（１２２）、（１２４）、及び（１２６）が凸形状を有し、
    各レンズアレイサブアセンブリの前記凸形状がほぼ放物線形状であり、
    前記加熱容器（７２６）の前記底部の上方の前記加熱容器（７２６）内の加熱平面（８２０）を画定するために、各レンズアレイサブアセンブリが、前記加熱容器（７２６）の前記底部を越えた焦点距離を有するように構成され、
    前記加熱平面が前記加熱領域（８２２）に一致する、請求項１に記載のＳＲＤ。
  3. 前記レンズアレイアセンブリ（１００）に連結された支持構造体（１２８）を更に含み、前記支持構造体（１２８）が、前記加熱容器から所定の距離において前記レンズアレイアセンブリ（１００）を支持するように構成される、請求項１または２に記載のＳＲＤ。
  4. 前記支持構造体（１２８）に連結された太陽追尾装置を更に含み、前記太陽追尾装置が、前記ＳＲＤを通って屈折し且つ加熱領域に集中する大量の太陽エネルギーを維持するやり方で、前記支持構造体（１２８）を移動させるように構成される、請求項３に記載のＳＲＤ。
  5. 前記一部の複数のレンズペインのうちのレンズペイン（１０４）のうちの少なくとも幾つかが、フレネルレンズである、請求項１に記載のＳＲＤ。
  6. 各レンズペイン（１０４）が、前記加熱容器からの所定の距離によって決定された角度において前記レンズアレイサブアセンブリに取り付けられ、
    各レンズアレイサブアセンブリが、ほぼ放物線形状を有する、請求項１に記載のＳＲＤ。
  7. 第１のレンズアレイサブアセンブリに対応する前記焦点距離（６１２）が、第２のレンズアレイサブアセンブリに対応する前記焦点距離とは異なる、請求項２に記載のＳＲＤ。
  8. 前記レンズアレイアセンブリが、少なくとも五（５）個のレンズアレイサブアセンブリを含む、請求項１から７のいずれか一項に記載のＳＲＤ。
  9. 底部を有する加熱容器内の工業原料を加熱するための請求項１に記載の太陽光屈折デバイス（ＳＲＤ）を製造するための方法であって、
    一定量の工業原料を溶かすために必要とされるエネルギーの量を決定すること（１１０４）、
    少なくとも部分的に前記工業原料の前記一定量に基づいて、前述で決定された前記エネルギーの量を生み出すためのレンズアレイアセンブリのアレイサイズを決定することであって、前記レンズアレイアセンブリが、前記レンズアレイアセンブリに衝突する太陽光を前記工業原料へと屈折させるように構成される、決定すること（１１０６）、
    前記レンズアレイアセンブリの焦点距離を決定すること（１１１０）、
    前記レンズアレイアセンブリを支持するための支持フレームを組み立てること、及び
    前記レンズアレイアセンブリを組み立てること（１１１２）を含む、方法。
  10. 前記レンズアレイアセンブリを組み立てることが、
    複数のレンズアレイサブアセンブリを組み立てること、及び
    前記複数のレンズアレイサブアセンブリを前記レンズアレイアセンブリの中へ取り付けることを含み、
    各レンズアレイサブアセンブリが対応する焦点距離を有し、各レンズアレイサブアセンブリが凸形状を有する、請求項９に記載の方法。
  11. 前記複数のレンズアレイサブアセンブリを組み立てることが、複数のレンズペインを各複数のレンズアレイサブアセンブリに取り付けることを含む、請求項１０に記載の方法。
  12. 前記複数のレンズペインを取り付けることが、複数のフレネルレンズを各複数のレンズアレイサブアセンブリに取り付けることを含む、請求項１１に記載の方法。
  13. 前記レンズアレイアセンブリを組み立てることが、ほぼ放物線形状を有する前記レンズアレイアセンブリを組み立てることを含み、
    前記レンズアレイアセンブリの前記焦点距離を決定することが、前記加熱容器の前記底部の上方の前記加熱容器内の加熱表面を画定するために、前記加熱容器の前記底部を越えた焦点距離を決定することを含む、請求項１０に記載の方法。
  14. 複数のレンズアレイサブアセンブリを組み立てることが、第２のレンズアレイサブアセンブリに対応する第２の焦点距離とは異なる、対応する焦点距離を有する第１のレンズアレイサブアセンブリを組み立てることを更に含む、請求項１３に記載の方法。
  15. 請求項１に記載の太陽光屈折デバイス（ＳＲＤ）を用いて、底部を有する加熱容器を加熱するための方法であって、
    前記ＳＲＤに衝突する太陽エネルギーを、複数のレンズアレイサブアセンブリを有するレンズアレイアセンブリを通って屈折させること（１００４）、
    前記屈折した太陽エネルギーを複数の焦点に集中させることであって、各焦点が前記複数のレンズアレイサブアセンブリのうちのレンズアレイサブアセンブリに対応する、集中させること（１００５）、及び
    前記複数の焦点を利用して前記加熱容器内に加熱領域を生成すること（１００６）を含み、
    前記屈折した太陽エネルギーを集中させることが、各レンズアレイサブアセンブリの前記屈折した太陽エネルギーを、異なる焦点距離を有する焦点に集中させることを更に含む、方法。
  16. 前記屈折した太陽エネルギーを集中させることが、前記屈折した太陽エネルギーを、前記加熱容器の前記底部を通り過ぎた複数の焦点に集中させることを含む、請求項１５に記載の方法。
  17. 前記屈折した太陽エネルギーを集中させることが、複数のフレネルレンズを通して、前記屈折した太陽エネルギーを集中させることを更に含む、請求項１６に記載の方法。
  18. 工業原料を加熱することが、前記工業原料を溶かすことを含む、請求項１５から１７のいずれか一項に記載の方法。
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