JPS58166301A - 太陽エネルギ−集中用プリズム屈折器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は多数のストレートプリズムからなる屈折器に関
し、各ストレートプリズムは適当に寸法を定められかつ
透明材料から作られ、そして１つの平らな面と１つのの
こ歯状の面とを有する構造体を形成するように配置され
る。

太陽エネルギーを集中するのに適した屈折器を得るため
に、従来フレネ〃形プロフィルを備えたレンズの能力を
利用し、これｋより平行光線のビームを焦点の方へ集中
した。前記レンズな使′用する屈折器は本技術分野で周
知であり、あるいはそれらは固定され５るが、この場合
には太陽従動体機構の存在を模擬する適当な素子に結合
される。

前記屈折器の適用は高価でありかつ実施に移すことが困
難である。

同一出願人による先行特許出願の目的はフレネル形素子
から構成された屈折器であるが、これは非対称的である
。すなわち、単一焦点を持っていない。この屈折器は時
間に関して固定された位置を維持するけれども、透過太
陽エネルギーの相当な集中がこの屈折器を使用し℃達成
されうる。したがって非常に簡素でありかつ使用が容易
なシステムが得られる。

しかしながら、上記屈折セクション得ることは常に製造
上の問題を引起こし、したがって比較的に高価である。

□ したがって本出願人はさらに実験を行ない、本発明の目
的であるところの新規改良形の屈折器を発見した。

この屈折器は任意のソリッド透明材料から容易ｋかつ比
較的に低いコストで製造され５る点で本館的とみなされ
５るものである。また例えば既知の型の連続板ガラス製
造設備を使用することも可能である。

さらに１本発明に係るもののよ５なシステムを採用する
ととＫより、屈折器ののと歯状面は＾反射力の適当な層
で被覆することができ、これＫより、本発明に係る屈折
器がカバーを形成するところの、コーザクステ五により
【反射されるエネルギー外方分散を最少にすることがで
きる。

本技術分野で従来知られた槃の屈折器では、前記反射層
の施工は表面の形状のため困難であることか見出された
。

本発明ＶＣ１％る屈折器は大臘集中表面用の毫シュラコ
ンポーネントとして使用されうろことも〜また指摘され
るべきである。

実際に、多重組合せ解決法を考案することができ、明ら
かに、モジエツーンポーネントと関連する集中比を維持
するために、使用される毫ジ＾ツコンポーネントと同数
の集合表面のセクタがあるととになる。

添付図面は、本発明の原理を例示するものとして、本発
明ＫｆｌＡる屈折器の非対称的プリズム屈折器の好適実
施態様を示す。

図面に見られるように１本発明の目的は時間に関して位
置が固定され【いる屈折セクシ画ンＲであり、これは種
々のアフオーカＱａｆｏｃａｌ）構造素子すなわちスト
レードグリズムＰを使用することｋよって得られ、スト
レートプリズムは並んで配置されかつ一日のかなりの時
間中集中比Ｃ〉２．６０を可能にするよ５に適当に寸法
を定められている。

集中比ｏｉ’ｔ；、この場合には、屈折器の輔りと、特
定の日の時間中収集表面上の太陽によって照射される表
面の幅りとの比と解釈されるものである。

本発明に係るシステムの独特の特徴は、太陽光線の入射
平面ｐ１と反対の半空間内に平面が存在することであり
、ここでは、先に定義した、集中比Ｃ＞２．６が、季節
に依存して、８時までの時間に達成されうる。この平面
は最大集中平面ｐｍｅ３と定義される。

最大集中平面ｐｍｃＫ加えて、太陽エネルギーは屈折器
Ｒの平らな面から任意の距離の所に位置する任意の平面
上に収集されうる。

もちろん、得られる集中比は距離ｄＫ関連しており、前
記平面が屈折器ＲＫ近いほど、前記集中比は低くなる。

本発明に係る屈折器Ｒは前述したようにストレートプリ
ズムｐからなりまたはストレートプリズムの２つの序列
からなり、各序列はその特有の幾何学的特性を有する。

プリズムの２つの序列は過当な軸１１Ｑのまわりに接合
されかつ例えば平らな支持層によって一体に作られ、支
持層の犀さＳＯはシステムの動作性能にとって重要では
ない。

接合軸線Ｑ（第１−３図参照）の下止に配置された、各
種ストレートプリズムｐの配置、寸法（鳥ＩＬ＠、幅り
、深さｈ）（第１．１１図）および数は、特定平面（最
大集中平面ｐｍｃ）上の、太陽の見＃にけの移動に起因
する、集中太陽像の変位を最大程度に限定する能力のあ
る屈折器Ｒを形成するように定められている。

さらに詳述すると、プリズムｐの配置は、２つのプリズ
ム、すなわち、軸線Ｑから等距離（ｙｉ）の点に入射太
陽光１を収集するために配置された、軸線Ｑ上方のプリ
ズムｐｓとその下方のプリズムｐｌのうち、下部素子プ
リズムｐｔは上部素子プリズムｐａの焦点距離ｆｅより
も小さい焦点距離ｆを常に持たなければならないようＫ
なっている（銀２図）。

プリズムｐの特定半径および特定位置に関連するプリズ
ムの「焦点距離」は、屈折器Ｒの平らな面から、接合軸
ＭＱを通過する。前記面に垂直な直線と平ら存面上の入
射角が０であるときプリズムｐＫよって透過される最外
光線との交差点までの距離と定義される。

第１図を参照するとわかるよ５に、最大＾さ・が３■に
等しい素子の場合には、緯度４２°Ｎ）Ｃおける６月ρ
日８時の太陽光線は、屈折器Ｒの下部領域に配電された
４−に等しい幅４＋のプリズムｐｉおよび屈折器め上部
分に配置された１３ｗＫ等しいまたはそれ以下の幅ｔ−
のプリズムｐｓｋよって完全に反射される。

これは屈折器Ｒの平らな面を東西配向で正午の太陽光線
の方向に喬直に配置するととｋよつ【達成される。

第３図において、拭は属折光纏の軸線と水平平面Ｔとに
よって形成された角を示す。

さらに％定的には、下部素子ｐｉＫ対しては４閣の最小
幅が設定され、上部重子ｐｓ　Ｋ対しては６．５ｗの最
小幅が設定される。

これらの敞外部素子は８時から出発する適度の量の時間
中全反射を生じ、したがって最適の動作条件がエネルギ
ーの最初の適度の損失に対して達成される。

上部および下部素子として最小幅ｔを有する素子を設定
した後、中間プリズムｐが試行錨鎖によって寸法を定め
られ、最初の近似値として、屈折器Ｒの平らな面から距
離ｄｘａｓｏｗの所に配置された、特定平面上に最大集
中を持つよ５にされる。

屈折器Ｒの下部分（第１図参ＷＡ）は上部分よりもはる
かに長く、この実施例では、下部分には変化する幅ｔ　
ｆ）ｕｉｒｔｂのプリズムｐがあり、上部分には変化す
る幅りの９個のプリズムｐがある。

本発明に係る屈折器セクシ目ンＲは任意の透明材料から
作られ５る。例えば、このような材料は屈折率１．５を
有し、屈折器Ｒは太陽像を集中しかつその変位を限定す
る能力を有し、これＫより８時から１６時までの時間中
、距離ｄ−３５１４全反射を決定する最外部素子によっ
て失なわるエネルギーに関しては、前記エネルギー損失
が８時から１６時までの時間中の屈折エネルギーの１．
５％にすぎないことが計算されうる。

第５−は最大集中平面ｐｍｃ上に現われる太陽海のグラ
フである。Ｒは屈折器外形を示し、Ｌｌ、に推定できる
。

午後時間中の太陽像は示されていないが、これらはそれ
ぞれの午前時間に対応する儂と同一寸法を有し、１２時
を中心として対称的でありかつ前記屈折器の中間平面に
関して対称的に配電されている。

計算により′、最大集中平面ｐｍｃは最初に想定したも
のから僅かに異なる距離の所すなわちｄ”３５８ｍの所
にあることが見出される。

実際に、第６図において、ｙ軸はプリズム素子が組付け
られている平面（＃１図）をプロットし、ｘ軸は距離ｄ
をプロットし、上部光＠ｒｓは１２時に９番目の上部素
子の最外ｆＩａＦｌｃよって屈折された光＃！に対応し
、下部光Ｍｒｉはやはり１２時に４２番目の下部素子の
鰻外端によって屈折された光線に対応し、　ｒｌｍは８
時に２番目の上部素子によって屈折された中間光線を表
わす・ｒ１位置を与え、該平面は（１，３５８，３４調
の所に位置している。

この平面上そして８時から１６時までの時間中、ｙ軸Ｋ
ｒＥ＋つた透過光線の最大および最小座像は下記の通り
である。

ｙ　　ｍｉｘ　　ｗ　　１１８．１４ｍｙｍｉｎ社　５
Ｂ、５．２■ が得られ、ここで４４７閤は実施例による屈折器Ｒの幅
りを支配する８個のプリズム素子ｐの全幅である。

本発８Ａｋｌｌ１Ｍる屈折ａＲは僅か数−の厚さ・＋Ｓ
Ｏで作ることができ、したがってそれは軽（かつエネル
ギー伝送に関して為性能を備えている。

したがって、本発明に糸る屈折器Ｒは製作が容易であり
かり亀扱いが便利であり、さらｋその性能が鳥い。

もちろんこれらの特徴は太陽従動体システムを使用しな
いで太陽エネルギーを集中するという新規な利点忙付加
されるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に％Ｉ屈折器の断面図および部分図であ
る。　　“ 第１暑図は前記屈折器の単一のストレートプリズムの拡
大図である・ 第２図は「焦点距離」の定義な例示する屈折器の略１で
ある。　　　　　゛ 第３因は太陽エネルギーがその平らな表面上に受けらる
ような位置に示された屈折器の略因であｉｏ □第４肉は屈折器からの収集表面の距離に関し【集中比
をプロットしたグラフである。 第５図は８時から１２時まで最大集中表面上に屈折器に
よって伝送される太陽像を示す。 第６図は屈折器からの最大集中平面の距離の３れた・最
外光線をプロットしたグラフである。 Ｒ−屈折器 Ｐ　−ストレートプリズム ｎ　−入射平面 Ｑ　−接合軸線 ６−　高さ ｔ・・・幅 ｈ　−深さ Ｃ・・・　集中比 ｄ　　−・　　屈折器の平らな面からの距離ｆ　・−焦
点距離 Ｌ　・・・　屈折器幅 Ｌｌ　　、−照射幅 Ｌａ　％　Ｌｅ−太陽偉外形 ！少ミ臣 ｆ陰ρｇ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　時間に関して固定位置を維持するように設計された
   透明材料の屈折器であって、接合軸Ｍ　（Ｑ）のまわり
   に非対称的に配置されたアフォーカル構造素子からなり
   、８時から１６時までの時間中２．６よりも大きいかま
   たはこれに等しい太陽エネルギー集中比（Ｃ）を得るよ
   うＫしたことを特徴とする前記屈折器。 ２　アフォーカル構造素子が組合せられたストレートプ
   リズム（Ｐ）であり、各プリズムが過当な寸法を有しか
   つ任意の厚さく＠０）の透明材料の基体と一体である特
   許請求の範Ｈ第１項記載の屈折器。 ３　アフォーカル構造素子が、３■に等しい最大高さく
   ｅｌ）および屈折器の下部分において４１（等しいまた
   はこれよりも大きいかつ屈折器の上部分において６．８
   　ｗ　Ｋ等しいまたはこれよりも大きい幅（Ａ）を有す
   るストレートプリズムであり、最大集中比（Ｃ）が屈折
   器（Ｒ）から約３５０−の距離の所に位置する平面（ｐ
   ｍｃ　）上で達成されうるように配置されている特許請
   求の範囲第１項または第２項記載の屈折器。 ４　アフォーカル構造素子が、そののと歯状面が屈折器
   （Ｒ）がカバーを形成するユーザシステムによる分、散
   を最少にするように設計された適当な反射層で被覆され
   ているところのプリズム（Ｐ）である特許請求の範囲第
   １−３項の１’）Ｋ記載の屈折器。゛ ５　最外構造素子（ｐｉ　ｐｓ）が短い時間スペースに
   わた９て全反射な生じる特許請求の範Ｈ第１−４項の１
   つに記載の屈折器。 ６　接合軸＊　（Ｑ）に関する上部素子が下部素子より
   も数が常に小さい特許請求の範囲第１−５項の１つに記
   載の屈折器。 フ　接合軸線（Ｑ）に関する上部プリズム形素子の全数
   が９個であり、前記′接合軸ＩＩＩＫ＠する下部素子の
   全数が４２個であ木特許請求の範囲第６項記載の屈折器
   。 ８　接合軸線（Ｑ）から最も遠い下部素子の焦点ｍ離と
   前記接合＠線から最も遠い上部素子の焦点距離との比が
   常に１よりも小さい特許請求の範囲第１〜７項のｌっに
   記載の屈折器。 ９　型がモジュール式であるところの素子からなり、前
   記菓子が１つ以上の同一素子に任意の方法で結合され５
   るようにした特許請求の範囲第１−８項の１９に記載の
   屈折器。