JPS59133503A

JPS59133503A - 集光体

Info

Publication number: JPS59133503A
Application number: JP58009033A
Authority: JP
Inventors: Eiji Shiohama; 塩浜　英二
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1983-01-21
Filing date: 1983-01-21
Publication date: 1984-07-31
Also published as: JPS6255763B2

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】（技術分野）本発明は、太陽光を追尾することなく効率良く集光し得
る集光体に関する。

（背景技術）太陽のＩＨ射光を集光して送光ダクト等により室内へ送
光する装置として、集光系及び送光ダクトの受光部位置
を固定した、いわゆる無追尾方式の太陽光集光装置があ
る。かかる集光装置の集光系として、例えば、第１図に
示す如きフレネルレンズＩ、を用いた場合、日の出から
日の入りまで太陽位置が変化したとき、フレネルレンズ
■７の位置が固定されているため、その焦点Ｆは太陽の
動きにつれて移動する。例えば、フレネルレンズＬのレ
ンズ面に対して、束から５０°の入射光ｓ１から、西か
ら５０°の入射光Ｓ３に至る焦点Ｆ（Ｆｌ〜Ｆ３）の移
動距離ＦｄはフレネルレンズＬの口径をＬ　ｄとすると
約１．６１−ｄとなる。このようにして集光した光を送
光ダクｌ−の受光部へ入射させようとすると、該受光部
の幅は少なくとも１．６Ｌ　ｄは必要となり、これでは
太陽光を集光していることにはならない。

従って、上述の如き集光装置で集光した太陽光を送光ダ
クトなどで送光する場合、送光ダクトの受光部は太陽位
置の移動に伴う焦点の移動距離と同じ大きさが必要とな
り、非當に大きな送光ダクトとなってコストも高くなり
、また、設置には広いスペースを必要とする欠点があっ
た。このことば言い換えると、焦点移動距離を許容する
大きさの送光ダクト受光部でなければ、太陽光の利用率
が低くなるという欠点があった。

そこで、本願出願人は第２図乃至第４図に示す如き上記
欠点を改善した集光体を提案した（特願昭５７−１９８
２６７号）。すなわら、集光体１は、透明で厚みが均一
で外形がフレネルレンス形状の２つの透光体２，３より
成り、各透光体２゜３はそれぞれの中心軸Ｏが一致する
ように上下に重ねられており、第２図（ａ）において上
方の透光体２は、透明で厚みが均一な仕切体４で２分割
され外周がそれぞれ半円状の透光体２ａ、　　２ｂより
成り、各透光体２ａ、　２ｂの各フレネルレンズ要素は
中心軸０に近付くにつれてレンズの肉厚が厚くなる形状
であり、下方の透光体３は逆に中心軸０に近（＝１　＜
につれて肉厚が薄（なる形状である。なお、説明の便宜
上、下方の透光体３の第２図において左半分を透光体３
ａとし、右半分を透光体３ｂとする。そして、各透光体
２ａ、　２ｂ、　　３により形成される３つの空間Ａ、
Ｂ、Ｃには水の如き透明流体Ｗを注入することができ、
透明流体Ｗの注入は各透光体２ａ、　２ｂ、　　３の周
縁に設けた注入口５ａ、　５ｂ、　５ｃより行う。なお
、各空間Ａ、Ｂ、Ｃへの透明流体Ｗの注入態様は下表の
ように８通りである。

注）上表において、記号Ｗが記載されている欄は透明流
体が入っていることを示す。

かかる集光体の特性を第３図に示す太陽光集光装置に用
いた例で説明する。集光体１の後方にはフレネルレンズ
Ｌが、その光軸が集光体１の中心軸Ｏと一致するように
置かれており、該フレネルレンズ■７の後方には送光ダ
クトＤが置かれている。かかる構成において、太陽の位
置により午前は上表で示した態様■に、正午前後は態様
■に、午後は態様Ｉｎに、それぞれなるように透明流体
Ｗを注入する。第３図は態様■、即ち午後の場合を示し
、空間Ａ、空間Ｃに同じ屈折率を有する透明流体Ｗが満
たされている。なお、図中Ｏは中心軸、Ｉａは透光体２
ａの光軸、Ｉｂは透光体３ｂの光軸、Ｆｌはフレネルレ
ンズＬの焦点、Ｆａは透光体２ａの焦点、Ｆｂは透光体
３ｂの焦点である。

第３図において太陽直射光が西から５０°の角度で入射
した場合について説明する。集光体１は上記のように、
透明流体Ｗが空間Ａ、空間Ｃに満たされているので、入
射光は透光体２ａ及び透光体３ｂによるレンズの屈折作
用により、各々の光軸１ａ、Ｔｂに平行に近付くように
曲げられる。つまり、フレネルレンズＩ７の中心軸Ｏに
平行に近付くように曲げられる。なお、透光体３ａはレ
ンズの役割を果さないので、透光体３ａへの入射光は屈
折せず　５− Ａ直進する。そして、集光体１によって曲げられた光はフ
レネルレンズＬに入射し再び屈折する。このとき、フレ
ネルレンズＬへの入射光は、前述のように集光体１によ
って中心軸Ｏに平行に近付くように曲げられているので
、フレネルレンズＩ７によって曲げられた光は集光度が
高くなる。

太陽位置が午前のとき、即ち、東方向から入射するとき
には、集光体１の空間Ｂ、空間Ｃに透明流体Ｗを満たせ
ば、前記午後の場合と同様に曲げられ、光路は午前と午
後では中心軸Ｏに対して対称となる。

太陽位置が正午前後の場合、集光体１の空間Ａ、空間Ｂ
、空間Ｃのいずれにも透明流体を注入しない。かかる場
合、各透光体２ａ、　２ｂ、　３ａ、　３ｂはレンズの
役割を果さないので、集光体１に入射した光は直進し、
第３図において破線で示すような光路となる。

このように、集光体１の各空間Ａ、Ｂ、Ｃ内への透明流
体の満たし方を、午前、正午前後、午後で変えることに
より、フレネルレンズＬへの入射６− 光をフレネルレンズ■、の中心軸Ｏに平行に近付くよう
に屈折させることができるのであるが、第４図に示すよ
うに、太陽光が西から３０°の角度で入射した場合、透
光体２ａの各フレネルレンズ要素から入射した光は、透
明流体Ｗを通り集光体１の側面より出射し、集光体１の
後方に置いたフレネルレンズＬ（第３図参照）には入射
しない。従って、フレネルレンズＩ７の後方に置いた送
光ダク１−Ｄ（第３図参照）へもこれらの光は入射しな
い。このため、送光ダクトへの太陽光の入射率が朝夕で
低いという欠点があった。

（発明の目的）本発明は上記の欠点に鑑みなされたもので、その目的と
するところは、屈折角を制御することにより、無追尾の
太陽光集光装置にもきわめて有効に利用し得る集光体を
提供するにある。

（発明の開示）第５図は本発明の一実施例を示す断面図で、その構成は
、透明で厚みが均一で外形がフレネルレンズ形状の２つ
の透光体２，３を、該透光体２゜３のそれぞれの中心軸
が一致するように上下に重ね合せた集光体１であって、
一方の透光体２は透明で厚みが均一な仕切体４で外周が
それぞれ半円状の２つの透光体２ａ、　２ｂに分割され
、該両生円状透光体２ａ、　２ｂは」二記中心軸に近付
くにつれてレンスの肉厚が厚くなる形状で、他方の透光
体３は逆に中心軸に近（ｔ　＜につれて肉厚が薄くなる
形状で且つ、各透光体２ａ、　２ｂ、　　３により形成
される３つの空間Ａ、Ｂ、Ｃに透明流体Ｗを選択的に注
入可能に構成すると共に、上記両送光体２，３の外周部
の内面を反射鏡６としたことを特徴とし、反射鏡６の角
度を例えば図示の如＜６０°にすると３０゜の角度で入
射した光は図示の如き光路をとる。

かかる集光体１を第３図に示す如き太陽光集光装置に用
いれば、透光体２ａ、　２ｂの各フレネルレンズ要素の
側面から入射した光も反射鏡６で反射され、集光体１を
出射した後、フレネルレンズＬに入射することになり、
従って、送光ダクトＤへの入射率が向」二する。

第６図は本発明の異なる実施例を示す断面図であり、前
記実施例と異なる構成は、反射鏡７を凹面構造とした点
で、かかる構成をとることにより前記実施例より小さい
口径で同等の効果を奏する集光体１を提供できる。

第７図は本発明の更に異なる実施例を示す断面図であり
、第５図に示す実施例と異なる構成は、第８図に拡大し
て示す如く、透光体３の外周部を更に透光体により仕切
られる３つの空間層８，９．１０（なお、説明の便宜上
、図面」二で左半分をそれぞれ空間層８ａ、９ａ、１０
ａとし、右半分をそれぞれ空間層８ｂ、９ｂ、１０ｂと
する）を設けたことを特徴とする。

かかる集光体１を第３図に示す如き太陽光集光装置に用
いれば、例えば、太陽光が西側から入射した場合（第７
図でば３０°の角度で入射した場合の光路を示している
）、透明流体Ｗを空間Ａ、空ｒｉ１１ｃ及び各空間層８
ａ、９ａ、　１０ａ、９ｂに満たず（他の空間層８ｂ、
　１０ｂは空気などの透明気体で満たされている）。而
して、透光体２ａの各フレネルレンズ要素の側面から入
射した光は、図中、Ｓ４で示す光の９− 如く透明流体Ｗで満たされた空間Ａの外周部で全反射し
、図示しないフレネルレンズＬに入射するものと、図中
３４’　で示す光の如く透明流体Ｗで満たされた空間Ａ
、　　Ｃ，及び空間層１０ａ、９ａを通過（直進）し、
空間層８ａで全反射し、図示しないフレネルレンズＬに
入射するものに分れる。更に、透明流体Ｗで満たされた
空間層９ｂに入射した光Ｓ５は、空間層９ｂと空間層１
０ｂの境界で全反射し、空間層９ｂを出射後空間層８ｂ
を直進し、図示しないフレネルレンズＬに入射する。空
間層８ｂした光Ｓ６は、空間層８ｂを直進し、図示しな
いフレネルレンズＬに入射する。従って、第９図に示す
如〈従来の集光体１ではフレネルレンズＬ（図示せず）
に入射しなかった光Ｓ４．Ｓ４’　、Ｓ５．Ｓ６も入射
することになり、送光ダクトＤへの入射率が向」ニする
。

なお、従来の光路を説明すると、透光体２ａの各フレネ
ルレンズ要素の側面から例えば３０°の角度で入射した
光Ｓ４，３４′は、透明流体Ｗを通り集光体１の側面よ
り出射し、集光体１の後方に置１０− いたフレネルレンズ１．（第３図参照）には入射シない
。また、集光体１の外周部より入射した光Ｓ５は、集光
体１の底面で全反射し、フレネルレンズ■、にば入射し
ない。更に、図中破線で示した光Ｓ６は、例えば透光体
３ｂで反射、屈折を繰り返し集光体１を出射し、フレネ
ルレンズＩ２に入射するが、反射、屈折の回数が多（な
り、出射光は入射時よりもはるかに弱い光となっている
。

（発明の効果）本発明に係る集光体は上記のように、透明で厚みが均一
で外形がフレネルレンズ形状の２つの透光体を、該透光
体のそれぞれの中心軸が一致するように上下に重ね合せ
た集光体であって、一方の透光体は透明で厚みが均一な
仕切体で外周がそれぞれ半円状の２つの透光体に分割さ
れ、該両半円状透光体は上記中心軸に近付くにつれてレ
ンズの肉厚が厚くなる形状で、他方の透光体は逆に中心
軸に近イ１くにつれて肉厚が薄くなる形状で、且つ、各
透光体により形成される３つの空間に透明流体を選択的
に注入可能に構成したので、かかる集光体を太陽光集光
装置に用い、上記各空間内への透明流体の満たし方を、
例えば、午前、正午前後、午後で変えることにより、屈
折率を変え集光体に入射する光を中心軸に平行に近付（
ように屈折させることができ、しかも上記両送光体の外
周部の内面を反射鏡としたので、朝夕の入射角度の低い
光、即ち、両半円状透光体の各フレネルレンズ要素の側
面から入射する光も反射鏡で反射させ、中心軸に平行に
近付くように屈折させることができる。従って、かかる
集光体を利用すれば集光度の高い無追尾の太陽光集光装
置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例の断面図、第２図は本発明に先行する集
光体の一例を示す簡略図で、（ａｌは断面図、（ｂ）は
平面図、第３図及び第４図はそれぞれ同上の集光体の応
用例を示す断面図、第５図は本発明に係る集光体の一実
施例を示す断面図、第６図及び第７図はそれぞれ本発明
に係る集光体の異なる実施例を示す断面図、第８図は第
７図の要部拡大断面図、第９図は本発明に先行する集光
体の応用例を示す断面図である。１・・・集光体、２，３・・・透光体、４・・・仕切体
、６・・・反射鏡、Ａ、Ｂ、Ｃ・・・空間。特許出願人松下電工株式会社代理人　弁理士　竹元敏丸（ばか２名）１３−

Claims

【特許請求の範囲】

（１）透明で厚みが均一で外形がフレネルレンズ形状の
２つの透光体を、該透光体のそれぞれの中心軸が一致す
るように」二下に重ね合せた集光体であって、一方の透
光体は透明で厚みが均一な仕切体で外周がそれぞれ半円
状の２つの透光体に分割され、該両半円状透光体は上記
中心軸に近イ」＜につれてレンズの肉厚が厚くなる形状
で、他方の透光体は逆に中心軸に近付くにつれて肉厚が
薄くなる形状で、且つ、各透光体により形成される３つ
の空間に透明流体を選択的に注入可能に構成すると共に
、上記両送光体の外周部の内面を反射鏡としたことを特
徴とする集光体。
（２）上記反射鏡を凹面構造とした特許請求の範囲第１
項記載の集光体。