JPS5916241B2 - Reflector device - Google Patents

Reflector device

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JPS5916241B2
JPS5916241B2 JP49067196A JP6719674A JPS5916241B2 JP S5916241 B2 JPS5916241 B2 JP S5916241B2 JP 49067196 A JP49067196 A JP 49067196A JP 6719674 A JP6719674 A JP 6719674A JP S5916241 B2 JPS5916241 B2 JP S5916241B2
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JP
Japan
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energy
reflecting mirror
curved surface
mirror
error
Prior art date
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Application number
JP49067196A
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Japanese (ja)
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JPS50159745A (en
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辰夫 谷
慎治 沢田
孝 堀米
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National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
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Agency of Industrial Science and Technology
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    • 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/40Solar thermal energy, e.g. solar towers
    • Y02E10/44Heat exchange systems

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  • Optical Elements Other Than Lenses (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、太陽放射エネルギーを反射するシリンドリ
カルパラボラ型反射鏡において、その反射されたエネル
ギーを吸収する吸収カプセルを最も効率よく吸収するよ
うに配置した反射鏡装置に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a cylindrical parabolic reflector that reflects solar radiant energy, in which absorption capsules that absorb the reflected energy are arranged to most efficiently absorb the reflected energy. be.

電磁波エネルギーの代表的なものは太陽放射エネルギー
であるが、地球軌道上における平均太陽: 放射強度は
、約O、IW/c−(Ikm平方で100万にwのエネ
ルギー)で、そのスペクトル曲線は第1図の曲線Iに示
すように、波長0.5μm近傍に極大値を有し、黒体温
度(色温度)は5900°にとなる。
A typical type of electromagnetic wave energy is solar radiation energy, and the average solar radiation intensity in Earth's orbit is approximately O, IW/c- (energy per million watts in Ikm squared), and its spectral curve is As shown by curve I in FIG. 1, the maximum value is near the wavelength of 0.5 μm, and the black body temperature (color temperature) is 5900°.

この59000に近傍の太陽放射エネル0 キーを高効
率で熱エネルギーに変換できれば、高温熱量が得られる
ことになる。また、黒体温度(色温度)がi、oo゜に
の特性を曲線■として示してある。700゜にに対応す
る最大エネルギー強度を与える波長は4.5μmであり
、この波長で5 の強度は太陽放射エネルギーの最大強
度(O、5ttm近傍)にくらべ極めて小さいことを示
し、太陽放射エネルギーの大部分は0.3〜2.0μm
の波長に集中している。
If the solar radiation energy near 59,000 can be converted into thermal energy with high efficiency, high-temperature heat can be obtained. Further, the characteristic when the black body temperature (color temperature) is i and oo degrees is shown as a curve (■). The wavelength that gives the maximum energy intensity corresponding to 700° is 4.5 μm, and the intensity of 5 at this wavelength is extremely small compared to the maximum intensity of solar radiant energy (O, near 5ttm), and the Most are 0.3-2.0μm
concentrated in the wavelengths of

さらに、この2つの曲線I、■は黒体温度(色温度)に
よつて最大放射強度を0 与える電磁波の波長が異なり
、黒体温度(色温度)が低くければ最大放射強度を与え
る波長が長くなることを示(ている。第1図で横軸は波
長(μm)、縦軸は相対強度を示す。ところで、太陽放
射エネルギーは無尽蔵でぁる5 と云つてよく、この太
陽放射エネルギーを効率良く吸収できれば、これを高温
度の熱量として直接変換して、無公害の永久熱エネルギ
ー源として利用することができる。
Furthermore, for these two curves I and ■, the wavelength of the electromagnetic waves that gives the maximum radiant intensity differs depending on the black body temperature (color temperature), and if the black body temperature (color temperature) is low, the wavelength that gives the maximum radiant intensity differs depending on the black body temperature (color temperature). In Figure 1, the horizontal axis shows wavelength (μm) and the vertical axis shows relative intensity. By the way, it can be said that solar radiant energy is inexhaustible. If it can be absorbed efficiently, it can be directly converted into high-temperature heat and used as a non-polluting, permanent thermal energy source.

このような太陽放射エネルギーを効率よく吸収0 する
ためにはその反射エネルギーをいかに逃さず吸収するか
にある。
In order to efficiently absorb such solar radiant energy, it is important to absorb the reflected energy without letting it escape.

この発明は、上述の点にかんがみなされたもので、太陽
放射エネルギーを反射するシリンドリカルパラボラ型反
射鏡とそれを吸収する吸収カプセ”5 ルとの位置をど
のような関係で配置すれば最も効率的かを種々研究の結
果見出したものである。
This invention was made in consideration of the above points, and it is based on the most efficient relationship between the positions of the cylindrical parabolic reflector that reflects solar radiation energy and the absorption capsule that absorbs it. This was discovered as a result of various studies.

太陽放射エネルギーの吸収効率は通常放物面の焦点に置
くのが最も効率的と考えられるが、実際には反射鏡面の
曲率誤差(傾斜誤差)や太陽放射エネルギーの追尾誤差
および鏡面の反射率の3つのフアクタ一によつて決定さ
れるので、同じように焦点に置く場合でも鏡面の形状に
よつて効率は著しく異なつたものとなる。
The absorption efficiency of solar radiant energy is usually considered to be most efficient by placing it at the focal point of the paraboloid, but in reality, it is affected by the curvature error (tilt error) of the reflective mirror surface, the tracking error of solar radiant energy, and the reflectance of the mirror surface. Since it is determined by three factors, the efficiency differs significantly depending on the shape of the mirror surface even when the focal point is the same.

上記の理由からシリンドリカルパラボラ型反射鏡の曲面
形状を考慮する必要が生ずる。まず、シリンドリカルパ
ラボラ型反射鏡となる曲面の製作上の特性について説明
する。
For the above reasons, it is necessary to consider the curved shape of the cylindrical parabolic reflecting mirror. First, the manufacturing characteristics of the curved surface that becomes the cylindrical parabolic reflecting mirror will be explained.

シリンドリカルパラボラ型反射鏡の鏡面は放物線y=−
X2(aは焦へ距離)からなる放物面の一部である曲面
からなつているが、この曲面は、通常型等によつてプレ
ス叉は絞り加工によつて形成されるため、出来上がつた
曲面の曲率はその型の精度によつて決まる。
The mirror surface of a cylindrical parabolic reflector is a parabola y=-
It consists of a curved surface that is part of a paraboloid consisting of The curvature of a curved surface is determined by the accuracy of its shape.

すなわち、型の精度というのは、外周(曲面)を機械的
方法によつて研磨などして成形するために曲面は一様に
形成される。このため、第2図に示すように、この曲面
によつて絞り出されたシリンドリカルパラボラ型反射鏡
1の細分化された曲面部分Ml,m2,・・・・・・の
それぞれは近似的に直線と考えることができる。また、
この曲面部分Ml,m2,・・・・・・はすべて同じ曲
率誤差(傾斜誤差)を有することになる。つまり、曲面
部分Ml,m2,・・・・・・の加工精度が一定の特性
をもつことになる。このような曲面部分Ml,m2,・
・・・・・は前述のように加工精度が一定のために、曲
率誤差(傾斜誤差)も一定になり場合によつてはこれに
照射された太陽放射エネルギーの反射エネルギーの反射
角度は大きなずれを生じることもある。
That is, the precision of the mold is that the outer periphery (curved surface) is formed by polishing or the like using a mechanical method, so the curved surface is formed uniformly. Therefore, as shown in FIG. 2, each of the subdivided curved surface portions Ml, m2, . . . of the cylindrical parabolic reflecting mirror 1 squeezed out by this curved surface is approximately a straight line. You can think about it. Also,
These curved surface portions Ml, m2, . . . all have the same curvature error (tilt error). In other words, the machining accuracy of the curved surface portions Ml, m2, . . . has a constant characteristic. Such curved surface portion Ml, m2,・
As mentioned above, because the processing accuracy is constant, the curvature error (tilt error) is also constant, and in some cases, the reflection angle of the reflected energy of the solar radiant energy irradiated on it may vary greatly. may occur.

したがつて吸収カプセルの位置によつては殆んどが吸収
カプセルに焦点を結ばず、当然の結果として吸収効率が
低下する。第3図a−cはこの発明の一実施例で、反射
鏡と吸収カプセルとの配置例を示すものである。
Therefore, depending on the position of the absorption capsule, most of the absorption capsule will not be focused, and as a result, the absorption efficiency will decrease. FIGS. 3a to 3c show an embodiment of the present invention, which shows an example of the arrangement of a reflecting mirror and an absorption capsule.

これらの図で、1は太陽放射エネルギーEを反射するシ
リンドリカルパラボラ型反射鏡、2は太陽放射エネルギ
ーを吸収する吸収カプセルで選択吸収膜を有する吸収体
が内蔵されている。θは反射鏡1に吸収カプセル2を配
置したときの開口角度、Ml,m2,・・・・・・は第
2図に示したと同じ曲面部分である。ここで、開口角度
θの変化について第4図を用いて説明する。
In these figures, 1 is a cylindrical parabolic reflector that reflects solar radiant energy E, and 2 is an absorption capsule that absorbs solar radiant energy, which contains an absorber having a selective absorption film. θ is the opening angle when the absorption capsule 2 is placed on the reflecting mirror 1, and Ml, m2, . . . are the same curved portions as shown in FIG. Here, changes in the aperture angle θ will be explained using FIG. 4.

反射鏡1の断面の曲面を表わす放物線M1〜眉の開口部
の大きさDを一定にしておき、焦点距離aを順次大きく
とつたもので、放物線M1〜M4と焦点Fとのなす角度
、すなわち開口角度θを順次3000、2300、18
00、900としたもので、焦点距離aを変化させるこ
とにより各放物線M1〜狐と焦点Fとの開口角度θが変
化することを示している。
The parabola M1 representing the curved surface of the cross section of the reflecting mirror 1 to the size D of the eyebrow opening are kept constant and the focal length a is gradually increased, and the angle formed by the parabola M1 to M4 and the focal point F, i.e. The opening angle θ is sequentially 3000, 2300, 18
00 and 900, which shows that by changing the focal length a, the aperture angle θ between each of the parabolas M1 to Fox and the focal point F changes.

さて、第3図aはシリンドリカルパラボラ型反射鏡1に
対して吸収カプセル2を極く接近して配置した場合で開
口角度θが3000のもの、第3図bは逆に開口角度θ
が900のもので、シリンドリカルパラボラ型反射鏡1
と吸収カプセル2とを離して配置したものである。
Now, Fig. 3a shows the case where the absorption capsule 2 is placed very close to the cylindrical parabolic reflector 1, and the aperture angle θ is 3000, and Fig. 3b shows the case where the aperture angle θ is 3000.
is 900, cylindrical parabolic reflector 1
and the absorption capsule 2 are placed apart from each other.

第3図cは開口角度θを1800の位置に配置したもの
である。
In FIG. 3c, the aperture angle θ is set at 1800.

これらの図において、太陽放射エネルギーEはシリンド
リカルパラボラ型反射鏡1の鏡面であるそれぞれの曲面
部分Ml,m2・・・・・・に反射されるが、実験の結
果にょれば、同じ曲率誤差(傾斜誤差)をもつ曲面部分
Ml,m2,・・・・・・のため、第3図A,bの場合
は吸収効率が極端、に低下し、第3図。
In these figures, solar radiant energy E is reflected by each curved surface portion Ml, m2, etc., which is a mirror surface of the cylindrical parabolic reflector 1, but according to the experimental results, the same curvature error ( Because of the curved surface portions Ml, m2, .

の開口角度θが1800〜2600の範囲で最も効率の
よい吸収をすることが確められた。この様子を第5図に
示す。この図で横軸は開口角度θで縦軸は吸収エネルギ
ーを示す。そしてこの発明は、太陽エネルギーを集光す
る目的のシリンドリカルパラボラ型反射鏡(以下「反射
鏡」という)に関するものであるため、ある定義された
単位面積のエネルギーを取り入れる反射鏡において、実
用的に効率の良い形状がどのような設計によつて達成さ
れるのかについて以下詳細に説明する。
It was confirmed that the most efficient absorption occurs when the aperture angle θ is in the range of 1800 to 2600. This situation is shown in FIG. In this figure, the horizontal axis shows the aperture angle θ and the vertical axis shows the absorbed energy. Since this invention relates to a cylindrical parabolic reflector (hereinafter referred to as a "reflector") for the purpose of concentrating solar energy, it is practically efficient to use a reflector that takes in energy of a defined unit area. The following describes in detail how a good shape can be achieved.

まず比較検討のため、次の点を説定する。First, for comparative consideration, the following points will be explained.

(1) 一定の入射エネルギーについて検討する。(1) Consider constant incident energy.

すなわち、どのような焦点距離aの放物曲面についても
、開口部の大きさDを一定とする。(11)細分化した
鏡面の反射率は、どの部分も、またどのような焦点距離
aの放物曲面についても一定の反射率とする。
That is, the size D of the aperture is constant for any parabolic curved surface of any focal length a. (11) The reflectance of the subdivided mirror surface is constant for any part and for any parabolic curved surface of any focal length a.

(川 細分化した鏡面の曲率度は、それぞれの点におけ
る真の値に対し、どの部分も、またどのような焦点距離
aの放物曲面についても一定の誤差であるとする。
(It is assumed that the degree of curvature of a subdivided mirror surface has a constant error from the true value at each point for any part and for any parabolic curved surface of any focal length a.

(型を使用する製法はこの特性を有する。(Manufacturing methods that use molds have this characteristic.

)(5)焦点における吸収体は、どのような焦点距離a
の放物曲面に対しても円筒とし、その直径を (一定と
する。上記の設定に加え、次のように光学一般的知識の
うち、この発明の原理を明確にするものを列記すると、
(a)細分化された極めて小さい部分鏡は、直線ま 1
たは平面で近似できる。
) (5) What focal length a is the absorber at the focal point?
The parabolic curved surface of is also assumed to be a cylinder, and its diameter is constant.
(a) A very small subdivided partial mirror is a straight line or 1
or can be approximated by a plane.

(b)上記の場合、小部分鏡が真の曲率線上よりΔθの
誤差をもつた傾きであると、反射光は2×Δθの誤差と
なる。
(b) In the above case, if the small mirror is tilted with an error of Δθ from the true line of curvature, the reflected light will have an error of 2×Δθ.

(c) この誤差角をもつた部分鏡からの反射光の焦
1点におけるずれは、反射点より焦点までの距離(反射
光路長)が長い程大きく、その関係は比例する。
(c) The focus of the reflected light from the partial mirror with this error angle
The shift at one point increases as the distance from the reflection point to the focal point (reflection optical path length) increases, and the relationship is proportional.

(d)焦点距離aの異なる放物曲面にあつては、小部分
鏡から焦点までの距離(反射光路長)は全 2て異なり
、平均距離は焦点距離aがいかなる値によるかによつて
異なる。
(d) For parabolic curved surfaces with different focal lengths a, the distance from the small mirror to the focal point (reflected optical path length) differs in total, and the average distance differs depending on the value of the focal length a. .

上記の説明を図示したものが第6図で、第4図を更に詳
細にしたものである。
The above explanation is illustrated in FIG. 6, which is a more detailed version of FIG.

このように太陽エネルギーを集光する反射鏡の最適設計
値がどのような範囲にあるかを決めるために、第1に条
件設定を行ない、一般光学原理に基づき吸収体に捕捉さ
れる集光エネルギーの量と形状の関係を検討し、種々の
設計パラメータを変更して解析すれば、第5図に示すよ
うな値が判かる。
In order to determine the range of optimal design values for a reflector that condenses solar energy, we first set conditions and determine the condensed energy captured by the absorber based on general optical principles. By examining the relationship between the amount and the shape of , changing various design parameters, and performing an analysis, values as shown in FIG. 5 can be determined.

この結果を導き出す解析の一部を次に示す。Part of the analysis that led to this result is shown below.

放物面が軸対称であるとして解析上半分の部分について
検討すると、前記のように一定の吸収体に捕捉されるエ
ネルギーは反射光のずれが大きい程小さく、反射光のず
れは反射光路長に比例するので、解析例は代表的な焦点
距離の放物面について、反射光路長の平均値を求めて、
平均反射光路長が短いものが最も効率良く吸収体に焦光
されていることになる。解析一第7図において、焦点距
離:a、リム角:θm(−θ)の放物面鏡とし、太陽光
の鏡面反射後の光路長(反射光路長)をρとすると、ρ
は次式となる。
Assuming that the paraboloid is axially symmetric and considering the analytical half, as mentioned above, the energy captured by a certain absorber becomes smaller as the deviation of the reflected light increases, and the deviation of the reflected light increases with the reflected optical path length. Since it is proportional, the analysis example is to find the average value of the reflected optical path length for a paraboloid with a typical focal length,
The shortest average reflected optical path length means that the light is most efficiently focused on the absorber. Analysis 1 In Fig. 7, if the parabolic mirror has a focal length of a and a rim angle of θm (-θ), and the optical path length after specular reflection of sunlight (reflected optical path length) is ρ, then ρ
is the following formula.

従つて、平均反射光路長を介とすると分は次式となる。Therefore, using the average reflected optical path length, the value becomes the following equation.

3、21L0m= 6a7,。3,21L0m=6a7,.

。苔坐............(9)次にaをθmの
関数で表示する。〔1〕 0m〈θmく90すのとき 第8図において次式が成立する。
. Moss sitting. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. (9) Next, express a as a function of θm. [1] When 0m<θm×90s, the following equation holds true in FIG.

ここでx=1とし、(5)式に(3)式と(4)式を代
入すると、(2) θm〉90)のとき 第9図において、 (7)式、(8)式より よつて貧は(2)式、(6)式、(9)式より〔1〕0
〈θm〈900のとき 2は吸収カプセル、 θは開口角度である。
Here, when x=1 and substituting equations (3) and (4) into equation (5), when (2) θm〉90), in Figure 9, from equations (7) and (8), Therefore, poverty is [1] 0 from equations (2), (6), and (9).
When 〈θm〈900, 2 is the absorption capsule, and θ is the opening angle.

θ L?? 第8図 y″ Y Ol=10 02:20 03=30 04=40 a5=50 図 第9図θ L? ? Figure 8 y″ Y Ol=10 02:20 03=30 04=40 a5=50 figure Figure 9

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 太陽放射エネルギーをシリンドリカルパラボラ型反
射鏡で反射し焦点に置かれた吸収カプセルに入射せしめ
る反射鏡装置において前記シリンドリカルパラボラ型反
射鏡の鏡面を同じ曲率誤差をもつ曲面部分m_1、m_
2・・・・・・で構成し、且つ反射鏡 の両端部と焦点
を結ぶ直線がなす角が180°〜260°の範囲になる
ように構成したことを特徴とする反射鏡装置。
1. In a reflecting mirror device that reflects solar radiant energy with a cylindrical parabolic reflecting mirror and makes it incident on an absorption capsule placed at a focal point, the mirror surface of the cylindrical parabolic reflecting mirror is formed into curved surface portions m_1, m_ with the same curvature error.
2. A reflecting mirror device characterized in that the angle formed by the straight line connecting both ends of the reflecting mirror and the focal point is in the range of 180° to 260°.
JP49067196A 1974-06-14 1974-06-14 Reflector device Expired JPS5916241B2 (en)

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JP49067196A JPS5916241B2 (en) 1974-06-14 1974-06-14 Reflector device

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