JPS58174917A - 太陽光集光器 - Google Patents

太陽光集光器

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JPS58174917A
JPS58174917A JP57201755A JP20175582A JPS58174917A JP S58174917 A JPS58174917 A JP S58174917A JP 57201755 A JP57201755 A JP 57201755A JP 20175582 A JP20175582 A JP 20175582A JP S58174917 A JPS58174917 A JP S58174917A
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JP
Japan
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fresnel
condensed
lens
mirror
light
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JP57201755A
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English (en)
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Akira Nadaguchi
灘口 明
Mikio Nadaguchi
灘口 幹夫
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24SSOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S23/00Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors
    • F24S23/30Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors with lenses
    • F24S23/31Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors with lenses having discontinuous faces, e.g. Fresnel lenses
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24SSOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S23/00Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors
    • F24S23/70Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors with reflectors
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24SSOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S23/00Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors
    • F24S23/70Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors with reflectors
    • F24S2023/83Other shapes
    • F24S2023/832Other shapes curved
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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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】 この発明は、リニアフレネル集光器殊に同一発明者発明
にかかる特願昭50−86578号(発明の名称)[複
合フレネル凹,凸柱面をもつレンズまたは鏡面]を主構
成要素とする集光器に於て最もその効果を発揮する太陽
光集光器に関する。
回転式発電機の動力を得るための水蒸気、フロンガスを
加熱する太陽光集熱管等は重量物、高温体となるのでこ
れを数少なくまとめることが望ましい。また太陽電池(
例えばシリコンを素材とするもの)は冷却して温度を低
温に保つとき発電出力は受光量の比例する。従って低コ
ストの発電のためには太陽光は集光して照射し、かつ、
流体で常時冷却するのを有利とする。冷却に用いた流体
は熱源としての用途をもつ。このとき、冷却管になるべ
く本数を少なくし太陽電池をその周囲に多数まとめて配
置し、様々の方向を向く太陽電池の各に太陽光をつとめ
て直角の方向から集光照射するのが経済的に有利である
この発明はこの問題の解決を目的とする。
多方向から集光太陽光を分数照射する必要は、単純な集
熱管の場合にも生ずる。集熱管の一部に過度に集中する
光線は管表面の高価な選択性膜等を損傷し、熱歪を起し
、集熱効率を低下させるからである。
以下、図を用いてこの発明の構成を説明する。
先づ、頭記の出願の発明につき説明する。
第1図に従来の複数の平凹円柱フレネルレンズをならべ
て一体化したものの横断面を示す。このフレンネルレン
ズは円柱レンズaF10,bF10,CF10,・・・
を原型とするもので、レンズの平面部Pに垂直に立てら
れた多数のフレネル区切面aS1,bS1,cS1,・
・・とそれらで区切られた多数のフレネル柱面aF1,
bF1,cF1,・・・からなっている。これら区切面
の数、配置には別段の理論的拘束はなく、自由に設計で
きる。レンズを■くする目的で区切面はかなり多くする
のが普通である。(第1図は区切数を少なくして示して
いる。
)ab,bc,・・・は隣接レンズの境界線である。
第1A図に横断面図で示す頭記出願の発明のレンズは第
1図のものを改善したもので、互に重なり合って隣接す
る仮想円柱面レンズaF20,bF20,cF20,・
・・を原型として作られたものであり、第1図のものと
ちがってフレネル区切面は互に他の隣接レンズのフレネ
ル柱面aF21,bF21,aF22,bF22,・・
・で構成されている。
念のため入射太陽光の進行経路を細線で示したが光線は
もれなく何れかの集光線aD2,bD2,・・・・上に
集光されている。
この発明のフレネル化の方法は、従来の方法の応用変形
にすぎず、区切数、区切面の立上り位置T1の配置には
別段の理論的拘束はない。第1A図は立上り位置T1を
そのままにして区切面を隣接フレネル柱面に置換えてい
る。
このレンズには次の長所がある。
(1)斜入光が損失なく集光される。
(2)各柱面の交角は大いに鈍化し、山の高さも低くな
るので少ない区切数でレンズを■くできる。
製造は容易になり、例えばロールを用いる型板ガラスの
製法が流用できる。
(3)短焦点、大口径のものが容易にできる。
以下では、リニアフレネル集光器をこの複合フレネルレ
ンズで代表させて説明する。実施例は複合フレネル集光
器で述べるが、単純なリニアフレネル集光器は複合の重
なりをゼロにしたその特殊なケースに当り、実施の態様
はほぼ同様である。ただ46区切面による光の損失があ
るのみである。
(実施例 1) 第2図は aD30,・・・を集光線として、ここに置
かれる集熱管に対し三方向から集光太陽光を照射するも
のを横断面図で示す。
複合フレネルレンズ30はaD31,aD30,aD3
2,bD31,・・・を焦線をするフレネルレンズをa
f31,aF30,aF32,bF31,・・・を原型
レンズとして作ったものであり、[ap3−aQ3]を
複合の繰返し単位(この単位が重なりをもちつつ竝置さ
れる)としている。そして、それら焦線のうち aD3
1,aD32,・・・に集まろうとする光束は凹柱面鏡
aD31R,aD32R,bD31R,・・・で反射さ
れてaD30,・・・に集められる。反射後は平面鏡で
もよいが、凸面鏡の使用は平面鏡に比較して集光位置を
一層遠くに移す力をもっている。
そのため 多数の光束を一ヶ所に集めるとき有能であり、例えば凸
柱面鏡aD33Rの追加設置によってはbD31 に向
かう光束をもaD30に集めることができる。それらは
また、高い集光度が■い集光器で得られることを意味し
ている。
(実施例 2) 第3図はaD42の位置に置かれる集熱管に対し6方向
から集光照射するものを示す。
この複合レンズ40はaD41,aD42,・・・aD
46,bD41,・・・(aD42とaD45,aD4
1とaD46,aD43とbD44,・・・は合致する
)を焦線とするフレネルレンズ面をaF41,aF42
,・・・aF46,bF41,・・・を原型レンズとし
て作られたものであり、[aP4−aQ4]をレンズ複
合の繰返し単位としている。そして、それら焦線の集ま
ろうとする光束のうちaD44,aD43,aD41,
に向うものは平面鏡aD44R,aD43Rと凹面鏡 
aD41R で反射され光束はすべて焦線 aD42に集められる。凹柱面鏡は太陽温水器等の厚さ
を平面鏡のときよりも一層■くする力をもっている。
なお、この複合フレネル40のフレネル柱面には第2図
のレンズ30の[フレネル化されていない柱面FP]に
相当するレンズ面が存在しない。
フレネル面の全面が鋸歯状になっていてレンズとは思は
れない外観を見せている。著し更に、この各金鋸歯を構
成する細かいフレネル柱面を平面で近似して置換えると
きは(それは、多角柱面レンズを複合フレネル化したも
のである)一層レンズらしからぬ様相を呈する。レンズ
をかかる形にしたのには理由があり、この第3図によう
に、繰返し単位aP4−aQ4 のち中央部に側方の 
aD44,aD43を焦線とする複合フレネルレンズを
置くものは、平面鏡ad44R,aD43Rへの光の入
、反射角を直角に近いものにして反射における光の損失
を少なくする効果をもつ。
(実施例 3) 上述の実施例はすべて線状集光の場合であったが、この
レンズ二層を互の柱面軸を直交(一般には、単に交わら
せるだけでよい)させて重ね合せ、かつ、両レンズの焦
線を同一平面上で交わらせるときは、その交点を焦点(
複数)とする点状集光器を得る。また若し、両レンズの
焦線が同一平面上に来ないようにしておくときは、集光
は線分(複数)状又はたんけい矩形(複数)状となる。
線分の長さ、矩形の辺比及び大きさは随意選定設計でき
る。これは被照射体が(散在する)矩形表面をもつとき
便利な性質である。そして、 本願の発明は、かかる点状、線分状又は矩形状集光器に
対しても適用でき、そのときは、上述の実施例は、その
二層にレンズに各について上記各図面をその断面を示す
ものと考え、その各断面方向のコンポーネントについて
上述説明をそのまま適用することになる。この場合に反
射鏡には凹,凸柱面にほかに凹,凸球面等の三次元曲面
の鏡面も使用できる。
また上記は、複合フレネルレンズで代表させてレンズの
みで述べたが、これらはリニアフレネル鏡面、及びそれ
とリニアフレネルレンズとの組合せの集光器に対しても
そのまま適用できる。ただし、鏡面のある集光器の場合
に使用する集光光速の反射鏡は太陽光をさえぎることの
少ない狭面積のものにする必要がある。
なお、現実の集熱器等受光体は点や線でなく一定の大き
さをもつ。従って集光照射は、ある大きさの立体の表面
の向って多くの場合過度のエネルギー集中をさける形で
行はれるものである。
第4図はそうした照射の様子を断面図で示すもので受光
体としては冷却水管50の周囲に接着剤51 で太陽電
池を貼付したものを例示してある。
太陽電池5aに対する照射は、その後方5aDに集光せ
んとする光束5aLで行はれ、5bに対する照射は、そ
の前方5bDにいったん集光した光束5bLで行はれ、
5cに対する照射は、格別の集光線または集光点をもた
ぬ光束5cLの比較的集中部分で行はれる。この5cL
は例えば前述の多角凸柱面レンズを原型とする複合フレ
ネルレンズで得られる光束である。
本発明は上述の通であって、竝置される複数のリニアフ
レネル集光器によって複数位置に集光せんとする複数に
集光々束の一つ又はそれ以上を反射鏡で反射して移動さ
せ、集光を単一受光体上にそれぞれ異なる方向から照射
するようにまとめたもので、装置の構成を簡単且経済的
にすると共に、過度の照射を避け照射を均一にすること
を可能にしたものである。集光器が複合フレネル集光器
の場合に殊にその効果を発揮する。従来通り装置の全体
を傾けて太陽追尾させるか、集光器のスライド、反射鏡
の追尾移動を用いて太陽エネルギー収集に威力を発揮す
る。本発明の工業的価値は極めて高いということができ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の、複数の円柱フレネルレンズの一体化さ
れたものの横断面図。 第1A図はそれを改善して作られた複合フレネルレンズ
の横断面図。 第2図は本発明の実施例の横断面図。 第3図は別の実施例の同様のもの。 第4図は受光体に対する照射の態様を示す横断面図。 30,40,:複合フレネルレンズ。 aF10,bF10,・・・aF41,・・・:フレネ
ル化の原型レンズ(仮想)。 aD31R,aD32R・・・:反射鏡。 LV:太陽光。 50:冷却管。 aD30,aD42,・・・:集光位置。 5a,5b,5c,:太陽電池。 特許出願人 灘口 明 ほか1名 第1図 第1A図

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)光軸及び柱面軸の両者に直角な方向に竝置された
    複数にリニアフレネル集光器の、複数位置に集光すべく
    された太陽光の集光々束の少くとも1個を、平面鏡また
    は凹若しくは凸面鏡で反射させることにより、単一の受
    光体を、該複数の集光器を経由する複数の集光々束でそ
    れぞれ異なる方向から照射したことを特徴とする太陽光
    集光器。
  2. (2)該リニアフレネル集光器が、一面上に複数個のリ
    ニア凹または凸柱面を具え、かつ、隣接する二つの該フ
    レネル凹または凸互いに柱面のフレネル区切面が互に他
    のフレネル柱面で構成されている複合フレネル凹,凸柱
    面をもつレンズまたは鏡面である第1項記載の太陽光集
    光器。
JP57201755A 1982-11-17 1982-11-17 太陽光集光器 Pending JPS58174917A (ja)

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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1341674A (en) * 1918-08-05 1920-06-01 Jacob F Rhodin Illuminating apparatus
JPS413860Y1 (ja) * 1964-02-29 1966-03-10
JPS5091845A (ja) * 1973-12-19 1975-07-22

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1341674A (en) * 1918-08-05 1920-06-01 Jacob F Rhodin Illuminating apparatus
JPS413860Y1 (ja) * 1964-02-29 1966-03-10
JPS5091845A (ja) * 1973-12-19 1975-07-22

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