WO2019131087A1 - 太陽エネルギー利用器 - Google Patents

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WO2019131087A1
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prism
angle
solar energy
triangular prism
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拓樹 中村
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矢崎エナジーシステム株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a solar energy utilization device.
  • the solar energy utilization window which mounts the photovoltaic power generation panel which produces electric power using sunlight which is one of the solar energy is proposed (refer patent document 1).
  • a photovoltaic panel and a triangular prism with a triangular cross section are provided between two transparent plate members.
  • the first side of the triangle is along the two transparent plate members, and the second and third sides are in the direction crossing the two transparent plate members. It extends.
  • the angles of the second and third sides with respect to the first side are determined from the relationship with the light reception angle of sunlight, and The photovoltaic panel is installed in contact with the second side.
  • the third side is a side closer to the sun than the second side (when the window is used as an erected surface, the third side is positioned above the second side and the side). To do).
  • a solar energy utilization window it is possible to reflect sunlight suitably by a triangular prism, and to collect much light to a photovoltaic panel. Furthermore, in such a solar energy utilization window, scattered light when sunlight is reflected on the ground or the like can be made to pass by setting the angle of the triangular prism. Therefore, it is possible to provide a solar energy utilization window capable of viewing a scene from the indoor side without blocking the passage of scattered light while appropriately collecting sunlight on a photovoltaic panel.
  • the solar energy utilization window not only the solar panels but also the heat collector (the heat collection pipe and the heat collection duct) that heats the heat medium and the air using solar heat, and the transferred solar heat is transferred
  • a heat transfer means heat pipe or the like
  • solar energy collection units energy collection units
  • the solar energy utilization window provided with two sheets of transparent board and used as a window, but the light receiving side of sunlight is a transparent board, and the other side is an opaque board. It is common to certain solar energy utilization devices.
  • the present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide a solar energy utilization device that can use solar energy more efficiently.
  • a solar energy utilization device includes two plate members, a triangular prism, and an energy collection unit.
  • the two plate members are transparent on the incident side of sunlight.
  • the energy collection unit is installed to sandwich a predetermined gap with respect to the second side which is the lower side among the second and third sides, and collects solar energy.
  • the triangular prism the refractive index and each internal angle of the triangle are set so that three types of optical paths exist. One of the three types of optical paths is to enter the triangular prism from the first side, reach the second side directly, and leave the triangular prism from the second side.
  • the other is to enter the triangular prism from the first side and totally reflect on the third side, and then reach the second side and exit from the triangular prism from the second side. .
  • the remaining one enters into the triangular prism from the first side and is totally reflected in the order of the third side and the first side, and then reaches the second side and from the second side, the triangular prism from the second side It goes out.
  • the energy collection unit is installed with a predetermined gap with respect to the second side. For this reason, the solar heat in an energy collection part can make it hard to transfer to a triangular prism by existence of a predetermined crevice.
  • the refractive index and each internal angle of the triangle are set so that three types of optical paths exist in the triangular prism, the sunlight entering the triangular prism from the first side is directly or thirdly And through total reflection on the first side, it comes out of the triangular prism from the second side. That is, by emitting the sunlight incident on the first side of the triangular prism from the second side, it is possible to collect the sunlight also on the energy collecting portion arranged with a predetermined gap. Therefore, it is possible to collect solar light in the energy collection unit and to use solar energy more efficiently while suppressing heat transfer.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a solar energy utilization window according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an enlarged view of the first prism shown in FIG.
  • FIG. 3 is a chart showing the relationship between the angle of the first base angle and the lower limit elevation angle when the refractive index of the first prism is changed when the apex angle AA of the first prism is 25 °.
  • FIG. 4 is a chart showing the relationship between the angle of the first base angle and the lower limit elevation angle when the refractive index of the first prism is changed when the apex angle AA of the first prism is 30 °.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a solar energy utilization window according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an enlarged view of the first prism shown in FIG.
  • FIG. 3 is a chart showing the relationship between the angle of the first base angle and the lower limit elevation angle when the refractive index of the first prism is changed when the ap
  • FIG. 5 is a chart showing the relationship between the angle of the first base angle and the lower limit elevation angle when the refractive index of the first prism is changed when the apex angle AA of the first prism is 35 °.
  • FIG. 6 is a chart showing the relationship with the lower elevation angle when the angle of the apex angle is changed in the case where the refractive index of the first prism is approximately 1.41 and the first base angle is 90 °.
  • FIG. 7 is a chart showing the relationship between the refractive index of the prism wall and the internal member of the first prism shown in FIG. 2 and the lower limit elevation angle.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view showing a solar energy utilization window according to the second embodiment.
  • FIG. 9 is a partially enlarged cross-sectional view showing a solar energy utilization window according to a third embodiment.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view showing an example where a solar energy utilization window is used as an inclined surface.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a solar energy utilization window according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 demonstrates the solar energy utilization window applicable as a window (it does not ask
  • the solar energy utilization window 1 includes two plate members 10, a vacuum sealing member 20, a plurality of first prisms (triangular prisms) 30, and a plurality of energy collection units 40. , And a plurality of second prisms 50.
  • the two plate members 10 are transparent plate members disposed substantially parallel to each other. These plate members 10 are made of, for example, a glass material, and among the two plate members 10, the outer side is the outer glass (transparent plate) 10a, and the indoor side is the inner glass (plate) 10b. .
  • the vacuum sealing member 20 is interposed between the two plate members 10 at the peripheral end of the two plate members 10. By providing the vacuum sealing member 20 at the peripheral end of the two plate members 10, an internal space closed by the two plate members 10 and the vacuum sealing member 20 is formed.
  • the internal space is in a vacuum state from the viewpoint of heat insulation, but is not limited thereto, and may be filled with a gas such as air, argon or krypton.
  • Each of the plurality of first prisms 30 is configured by a prism (that is, a prism having a triangular prism shape) which is triangular in cross section.
  • the first prisms 30 are disposed so as to face the outer glass 10 a such that the first side 30 a extends along the outer glass 10 a.
  • the second side 30 b and the third side 30 c of the first prism 30 extend at a predetermined angle with respect to the first side 30 a.
  • the second side 30 b is a side located vertically lower than the third side 30 c.
  • FIG. 2 is an enlarged view of the first prism 30 shown in FIG.
  • the first prism 30 is composed of a prism wall 31 which constitutes the outer wall of the first prism 30, and an internal member 32 made of a transparent liquid sealed inside the prism wall 31.
  • the first prism 30 is not limited to the configuration shown in FIG. 2 and may be made of a solid glass material or resin material. Further, the internal member 32 may be gel-like or solid.
  • the plurality of energy collection units 40 illustrated in FIG. 1 are devices that collect solar energy and use the solar energy for power generation, heating of another medium, heat transfer, etc. And heat transfer means. Each of the energy collection units 40 is provided to face the second side 30 b of the first prism 30.
  • the plurality of second prisms 50 are prisms (i.e., prisms having a triangular prism shape) each having a triangular shape in cross section, and have the same shape and the same refractive index as the first prism 30.
  • the second prisms 50 are oriented in a point symmetry obtained by rotating the first prism 30 by 180 °, and are provided one by one for each of the first prisms 30.
  • light is refracted by the first prism 30, and distortion occurs in the view when viewed from the indoor side (that is, the scattered light SL is largely distorted).
  • the second prism 50 may be configured of a prism wall and an internal member, or may be configured of a solid member.
  • the second prisms 50 are disposed to face the inner glass 10b such that the fourth sides 50a extend along the inner glass 10b.
  • the fifth side 50 b and the sixth side 50 c of the second prism 50 extend at a predetermined angle with respect to the fourth side 50 a.
  • the fifth side 50 b is positioned vertically above the sixth side 50 c.
  • the sixth side 50c faces the third side 30c of the first prism 30 adjacent in the horizontal direction, and the fifth side 50b sandwiches the energy collection unit 40 up and down. It faces the second side 30 b of the first prism 30 adjacent in the direction.
  • the two plate members 10, the first prism 30, and the second prism 50 are disposed with a minute gap therebetween. Between these, interposed members such as minute pillars and grains are interposed so as to maintain a minute gap.
  • the solar energy utilization window 1 has a laminated structure in the order of the outer glass 10a, the interposing member, the first prism 30, the interposing member, the second prism 50, the interposing member, and the inner glass 10b. Even if it has been said, it will be supported to withstand that pressure.
  • the energy collection unit 40 is provided with a gap C ⁇ b> 1 with respect to the second side 30 b of the first prism 30.
  • a fine intervening member may be interposed as described above, or the position may be maintained by other fixing means.
  • the gap C1 is provided between the energy collecting unit 40 and the second side 30b of the first prism 30, so that a vacuum layer (or a gas layer) is formed between the two and heat of the energy collecting unit 40 The transition to the first prism 30 is suppressed.
  • the energy collection unit 40 is also provided with a gap C2 with respect to the fifth side 50b of the second prism 50. Therefore, the energy collection unit 40 is provided separately from both the second side 30 b of the first prism 30 and the fifth side 50 b of the second prism 50. In order to maintain the gap C2, a fine interposition member may be interposed as described above, or the position may be maintained by other fixing means. In addition, a gap C2 is provided between the energy collecting unit 40 and the fifth side 50b of the second prism 50, so that a vacuum layer (or a gas layer) is formed between the two and the heat of the energy collecting unit 40 The transition to the prism 50 is also suppressed.
  • the first prism 30 can transmit the sunlight entering the first prism 30 to the second side 30b. It is necessary not only to guide the light but also to emit the light without total reflection at the second side 30b, and the refractive index and each internal angle of the triangle are set to satisfy such conditions.
  • the refractive index and the inside angles of the triangle are set so that three types of optical paths OP1 to OP3 are realized.
  • the first optical path OP1 sunlight which has passed through the outer glass 10a and entered the first prism 30 from the first side 30a directly goes to the second side 30b. It reaches and comes out of the first prism 30 from the second side 30 b.
  • the sunlight is totally reflected at the third side 30c, reaches the second side 30b, and exits the first prism 30 from the second side 30b.
  • the third optical path OP3 is totally reflected in the order of the third side 30c and the first side 30a, reaches the second side 30b, and exits the first prism 30 from the second side 30b.
  • the incident angle to the second side 30b of the first optical path OP1 needs to be less than the critical angle.
  • the incident angle to the third side 30c of the second optical path OP2 needs to be equal to or larger than the critical angle, and the incident angle to the second side 30b after total reflection needs to be smaller than the critical angle.
  • the incident angle to the third side 30c of the third optical path OP3 is equal to or greater than the critical angle, and the incident angle to the first side 30a after total reflection is equal to or greater than the critical angle.
  • the angle of incidence on the side 30b of H must be less than the critical angle.
  • an angle formed by the first side 30a and the third side 30c is referred to as an apex angle AA, and an angle formed by the second side 30b and the third side 30c is referred to as a first base angle.
  • the angle formed by the first side 30a and the second side 30b is referred to as BA1, and is referred to as a second base angle BA2.
  • the lower limit elevation angle is the lower limit of the elevation angle at which the first to third optical paths OP1 to OP3 are realized.
  • the elevation angle refers to the angle between the direction of the line of sight when looking up at the sun and the orthogonal direction orthogonal to the two plate members 10, and when the solar energy utilization window 1 is used in an upright state, the sun It is the same as altitude. Therefore, when sunlight is incident on the first side 30a at an elevation angle equal to or more than the lower elevation angle, the first to third optical paths OP1 to OP3 are realized.
  • the first base angle BA1 is 105 °, 100 °, 95 °, 90 °, 85 °, 80
  • the lower elevation angle is 41 degrees at all of the degrees and 75 degrees.
  • the first base angle BA1 is 105 °, 100 °, 95 °, 90 °, 85 °, 80 °, and 75 °. In all of the above, the lower limit elevation angle is 37 °.
  • the lower limit elevation angle is 41 ° and the first base angle BA1 is 100 ° when the first base angle BA1 is 105 ° and 75 °.
  • the lower elevation angle is 34 °.
  • the first base angle BA1 is 105 °, 100 °, 95 °, 90 °, 85 °, 80 °, and The lower limit elevation angles become 44 °, 37 °, 33 °, 33 °, 33 °, 37 °, and 44 ° in the order of 75 °.
  • the first base angle BA1 is 105 °, 100 °, 95 °, 90 °, 85 °, 80
  • the lower limit elevation angles are 49 °, 41 °, 33 °, 31 °, 33 °, 41 °, and 49 ° in the order of ° and 75 °.
  • the first base angle BA1 is 105 °, 100 °, 95 °, 90 °, 85 °, 80 °, and 75
  • the lower elevation angles are 54 °, 45 °, 37 °, 30 °, 37 °, 45 °, and 54 °.
  • the first base angle BA1 is in the order of 105 °, 100 °, 95 °, 90 °, 85 °, 80 °, and 75 °.
  • the lower elevation angles are 65 °, 53 °, 44 °, 35 °, 44 °, 53 °, and 65 °.
  • the first base angle BA1 is in the order of 105 °, 100 °, 95 °, 90 °, 85 °, 80 °, and 75 °.
  • the lower elevation angles are 73 °, 58 °, 48 °, 38 °, 48 °, 58 °, and 73 °.
  • the lower limit elevation angle is in the order of the first base angle BA1 of 105 °, 100 °, 95 °, 90 °, 85 °, 80 °, and 75 °.
  • Is NG NG means 90 ° or more, which means the value does not make sense on the product. The same applies below), 70 °, 56 °, 45 °, 56 °, 70 °, And become NG.
  • the lower limit elevation angle can be said to be preferable in energy acquisition because a smaller one can collect sunlight into the energy collection unit 40 in a wider angle range.
  • the first prism 30 preferably has a refractive index of approximately 1.41 and a first base angle BA1 of 90 °.
  • the first prism 30 may have a refractive index of approximately 1.41 and the first base angle BA1 may not be 90 °, and the minimum value of the lower limit elevation angle is + 10 ° (40 °).
  • the refractive index and the internal angle may be set such that the lower elevation angle up to) is realized.
  • the first base angle BA1 is 75 ° or more and 105 ° or less at the refractive index 1.25, and the first base angle BA1 is 80 ° or more and 100 at the refractive index 1.30 and 1.33. Or less, when the refractive index is 1.37 and 1.41, the first base angle BA1 is 85 ° or more and 95 ° or less, and the refractive index is 1.48 and 1.52 and the first base angle BA1 is 90 °,
  • the lower limit elevation angle can be 40 ° or less, which is preferable.
  • the reason why the lower limit elevation angle becomes the minimum value when the refractive index is approximately 1.41 (strictly ⁇ 2) is that the critical angle is 45 °.
  • the critical angle is 45 °.
  • Total reflection can be realized at 0 ° to 45 °, and total transmission can be realized at 45 ° to 90 °. That is, by equalizing the angle range of total reflection and total transmission, it is possible to prevent the tendency of only either total reflection or total transmission from becoming extremely strong, and to contribute to the minimization of the lower elevation angle. It has become.
  • the first prism 30 is not limited to the one in which the refractive index and the inner angle are set so that the lower limit elevation angle of the minimum value + 10 ° of the lower limit elevation angle is realized.
  • the refractive index is 1.59 or more and the first base angle BA1 is 105 ° or more and 75 ° or less. do it. That is, even if the first prism 30 has the refractive index and angle setting at which the three types of optical paths OP1 to OP3 are realized at elevation angles that the sun can take in consideration of time and season in the installation area and direction It is good.
  • the first prism 30 is not limited to the case where the refractive index and angle setting are such that the three optical paths OP1 to OP3 are realized in all the altitude ranges that can be taken by the sun, but one of the altitude ranges that can be taken by the sun.
  • the refractive index and angle setting may be such that the three types of optical paths OP1 to OP3 are realized only by the unit (for example, the highest altitude of the installation area).
  • FIG. 3 shows the lower limit elevation angle when the apex angle AA is 25 °, when the angle of the apex angle AA changes, the value of the lower limit elevation angle also changes.
  • FIG. 4 is a chart showing the relationship between the angle of the first base angle BA1 and the lower limit elevation angle when the refractive index of the first prism 30 is changed when the apex angle AA of the first prism 30 is 30 °. is there.
  • the first base angle BA1 is 105 °, 100 °, 95 °, 90 °, 85 °, 80
  • the lower limit elevation angle is 35 degrees at all of the degrees and 75 degrees.
  • the first base angle BA1 is 105 °, 100 °, 95 °, 90 °, 85 °, 80 °, and 75 °. In all of the above, the lower limit elevation angle is 30 °.
  • the lower limit elevation angle is 33 ° and the first base angle BA1 is 100 ° when the first base angle BA1 is 105 ° and 75 °.
  • the lower limit elevation angle is 27 ° at all of 95 °, 90 °, 85 °, and 80 °.
  • the first base angle BA1 is 105 °, 100 °, 95 °, 90 °, 85 °, 80 °, and The lower limit elevation angles become 37 °, 29 °, 26 °, 26 °, 26 °, 29 °, and 37 ° in the order of 75 °.
  • the first base angle BA1 is 105 °, 100 °, 95 °, 90 °, 85 °, 80
  • the lower elevation angles are 41 °, 33 °, 26 °, 24 °, 26 °, 33 °, and 41 ° in the order of ° and 75 °.
  • the first base angle BA1 is 105 °, 100 °, 95 °, 90 °, 85 °, 80 °, and 75
  • the lower limit elevation angles are 45 degrees, 37 degrees, 29 degrees, 22 degrees, 29 degrees, 37 degrees, and 45 degrees.
  • the first base angle BA1 is in the order of 105 °, 100 °, 95 °, 90 °, 85 °, 80 °, and 75 °.
  • the lower elevation angles are 53 °, 44 °, 35 °, 27 °, 35 °, 44 °, and 53 °.
  • the first base angle BA1 is in the order of 105 °, 100 °, 95 °, 90 °, 85 °, 80 °, and 75 °.
  • the lower elevation angles are 58 °, 48 °, 38 °, 30 °, 38 °, 48 °, and 58 °.
  • the lower limit elevation angle is in the order of the first base angle BA1 of 105 °, 100 °, 95 °, 90 °, 85 °, 80 °, and 75 °.
  • the first base angle BA1 of 105 °, 100 °, 95 °, 90 °, 85 °, 80 °, and 75 °.
  • the lower limit elevation angle becomes the minimum value (22 °) when the refractive index is approximately 1.41 and the first base angle BA1 is 90 °. .
  • the angle of the apex angle AA is 30 °, it is preferable to set the refractive index and the inner angle of the first prism 30 so that the lower limit elevation angle is 32 ° or less.
  • FIG. 5 is a chart showing the relationship between the angle of the first base angle BA1 and the lower limit elevation angle when the refractive index of the first prism 30 is changed when the apex angle AA of the first prism 30 is 35 °. is there.
  • the first base angle BA1 is 105 °, 100 °, 95 °, 90 °, 85 °, 80
  • the lower limit elevation angle is 29 degrees at all of the degrees and 75 degrees.
  • the first base angle BA1 is 105 °, 100 °, 95 °, 90 °, 85 °, 80 °, and 75 °. In all of the above, the lower limit elevation angle is 23 °.
  • the lower limit elevation angle is 27 ° and the first base angle BA1 is 100 ° when the first base angle BA1 is 105 ° and 75 °.
  • the lower limit elevation angle is 21 ° at all of 95 °, 90 °, 85 °, and 80 °.
  • the first base angle BA1 is 105 °, 100 °, 95 °, 90 °, 85 °, 80 °
  • the lower limit elevation angles are 29 °, 22 °, 19 °, 19 °, 19 °, 22 °, and 29 ° in the order of 75 °.
  • the first base angle BA1 is 105 °, 100 °, 95 °, 90 °, 85 °, 80
  • the lower limit elevation angles are 33 °, 26 °, 19 °, 17 °, 19 °, 26 °, and 33 ° in the order of ° and 75 °.
  • the first base angle BA1 is 105 °, 100 °, 95 °, 90 °, 85 °, 80 °, and 75
  • the lower limit elevation angles are 37 degrees, 29 degrees, 22 degrees, 14 degrees, 22 degrees, 29 degrees, and 37 degrees.
  • the first base angle BA1 is in the order of 105 °, 100 °, 95 °, 90 °, 85 °, 80 °, and 75 °.
  • the lower elevation angles are 44 °, 35 °, 27 °, 19 °, 27 °, 35 °, and 44 °.
  • the first base angle BA1 is in the order of 105 °, 100 °, 95 °, 90 °, 85 °, 80 °, and 75 °.
  • the lower elevation angles are 48 °, 38 °, 30 °, 22 °, 30 °, 38 °, and 48 °.
  • the lower limit elevation angle is in the order of the first base angle BA1 of 105 °, 100 °, 95 °, 90 °, 85 °, 80 °, and 75 °.
  • the first base angle BA1 of 105 °, 100 °, 95 °, 90 °, 85 °, 80 °, and 75 °.
  • the lower limit elevation angle becomes the minimum value (14 °) when the refractive index is approximately 1.41 and the first base angle BA1 is 90 °. . Therefore, when the angle of the apex angle AA is 30 °, it is preferable to set the refractive index and the inner angle of the first prism 30 so that the lower limit elevation angle is 24 ° or less.
  • FIG. 6 is a chart showing the relationship with the lower elevation angle when the angle of the apex angle AA is changed when the refractive index of the first prism 30 is approximately 1.41 and the first base angle BA1 is 90 °. is there.
  • the lower limit elevation angle is 46 ° when the apex angle AA is 15 °.
  • the lower limit elevation angle when the apex angle AA is 20 ° is 37 °.
  • the lower limit elevation angles when the apex angles AA are 25 °, 30 ° and 35 ° are 30 °, 22 ° and 14 ° in order as described with reference to FIGS.
  • the lower limit elevation angles when the apex angle AA is 40 ° and 45 ° are 8 ° and 1 °.
  • the apex angle AA is brought close to 45 ° in order to reduce the lower elevation angle, the height when the first side 30 a is at the base increases, and the thickness of the solar energy utilization window 1 tends to increase. is there.
  • the elevation angle (incident angle with respect to the elevation) when the south middle altitude of the sun is lowest is 32 °. Therefore, when the solar energy utilization window 1 is used on the south surface in Japan, if the apex angle AA is set to 20 ° or 25 °, the utilization efficiency of the solar energy can be enhanced, and the thinness of the solar energy utilization window 1 It is possible to achieve both daylighting and viewability by indirect light. Further, to increase the utilization efficiency of solar energy at sunrise and sunset such as the east and west faces, it is sufficient to increase the apex angle AA.
  • the solar energy utilization window 1 for south face (for the north face in the southern hemisphere) has a smaller apex angle AA than the solar energy utilization window 1 for east face and west face.
  • the apex angle AA is preferably 20 ° or more and 35 ° or less.
  • FIG. 7 is a chart showing the relationship between the refractive index of the liquid that is the prism wall 31 and the internal member 32 of the first prism 30 shown in FIG. 2 and the lower limit elevation angle.
  • the apex angle AA of the first prism 30 is 30 °
  • the first base angle BA1 is 90 °.
  • the refractive index of the prism wall 31 and the internal member 32 of the first prism 30 is different, the refractive index of the prism wall 31 does not affect the refractive index of the entire first prism 30. The details will be described below.
  • the refractive index of the inner member 32 is 1.33, in all of the refractive indexes of the prism wall 31 is 1.33, 1.37, 1.41, 1.48, 1.52, and 1.59.
  • the lower elevation angle was 26 °.
  • the refractive index of the inner member 32 is 1.37
  • the refractive index of the prism wall 31 is 1.33, 1.37, 1.41, 1.48, 1.52, and 1.59.
  • the lower elevation angle was 24 °.
  • the lower limit elevation angle is 22 ° when the refractive index of the inner member 32 is 1.41
  • the lower limit elevation angle is 22 ° when the refractive index of the inner member 32 is 1.48.
  • the lower limit elevation angle is 30 °.
  • the lower limit elevation angle is 35 °.
  • the refractive index of the first prism 30 is controlled by the refractive index of the inner member 32 and is not influenced by the refractive index of the prism wall 31.
  • three types of optical paths OP1 to OP3 are realized by setting the refractive index and the inner angle of the first prism 30. For this reason, the sunlight which has passed through the outer glass 10a and entered the first prism 30 from the first side 30a reaches the second side 30b directly and is out of the first prism 30 from the second side 30b. A first optical path OP1 to be emitted is formed. Furthermore, the sunlight is also totally reflected by the third side 30 c to reach the second side 30 b and form a second optical path OP 2 which is emitted from the second side 30 b to the outside of the first prism 30.
  • the sunlight emitted from the second side 30 b is incident on the energy collection unit 40 and energy is used.
  • the energy collection unit 40 is not in contact with the first prism 30, and is disposed with a gap C1. For this reason, the heat of the energy collection part 40 becomes difficult to transfer to the 1st prism 30, and solar heat can be used more efficiently.
  • the energy collection part 40 is installed on both sides of the predetermined
  • the first prism 30 has the refractive index and the respective internal angles of the triangle set so that the three types of optical paths OP1 to OP3 exist, the sun which has entered the first prism 30 from the first side 30a The light comes out of the first prism 30 from the second side 30 b directly or through total reflection of the third side 30 c and the first side 30 a.
  • the sunlight is also collected in the energy collection unit 40 disposed with a predetermined gap C1. be able to. Therefore, it is possible to collect solar light in the energy collection unit 40 and to use solar energy more efficiently while suppressing heat transfer.
  • the first prism 30 has the transparent prism wall 31 constituting the outer wall of the first prism 30 and the transparent internal member 32 sealed inside the prism wall 31, the first prism 30
  • the refractive index of 30 is dominated by the inner member 32, is less susceptible to the prism wall 31, and the first prism 30 with the desired refractive index can be made easier to produce.
  • the lower limit elevation angle of sunlight when the three optical paths OP1 to OP3 are realized for sunlight entering from the first side 30a has a refractive index of about 1.41, and The minimum value is obtained when the angle formed by the second side 30 b and the third side 30 c is 90 °.
  • the inventor found that the lower limit elevation angle becomes the minimum value when the first prism 30 is approximately 1.41 and the angle is 90 °. For this reason, by setting the refractive index and the above-mentioned angle to be a value of + 10 ° or less than the minimum value, the lower limit elevation angle is brought close to the minimum value, and sunlight is made in a wider angle range (sun elevation angle). Can be provided to the energy collection unit 40.
  • the second prism 50 having the same shape as the first prism 30 and arranged in the direction of point symmetry with the first prism 30 is further provided, an image restoration effect can be provided by the second prism 50.
  • the energy collection unit 40 is provided between the second side 30 b of the first prism 30 and the fifth side 50 b of the second prism 50 so as to be separated from both. For this reason, the heat of the energy collection part 40 becomes difficult to transfer also to the 2nd prism 50, and solar energy can be used much more efficiently.
  • the solar energy utilization window according to the second embodiment is the same as that of the first embodiment, but the configuration is partially different.
  • elements that are the same as or similar to those of the first embodiment are assigned the same reference numerals and descriptions thereof will be omitted.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view showing a solar energy utilization window according to the second embodiment.
  • the energy collection unit 40 has the same configuration as the second prism 50 according to the first embodiment.
  • the energy collecting unit 40 is substantially transparent (transparent except for the selective absorption unit 41 described later), has the same shape as the first prism 30 in a cross sectional view, and is in point symmetry with the first prism 30 Is located in However, the portion corresponding to the fifth side 50b of the energy collection unit 40 has a large absorptivity in the sunlight wavelength region (0.3 to 2.5 ⁇ m), and the emissivity in the infrared wavelength region (3.0 to 20 ⁇ m) Is a small selective absorption section 41. In addition, it may replace with the selective absorption part 41, and a solar cell may be provided.
  • Such an energy collection unit 40 is disposed in pair with the first prism 30. That is, in the energy collection unit 40, a portion corresponding to the fifth side 50b is disposed to face the second side 30b of the first prism 30.
  • the energy collection unit 40 also functions as a transparent prism that refracts light, etc., as in the second prism 50 shown in the first embodiment, except for the selective absorption unit 41, so a so-called image can be obtained. It will bring out the recovery effect.
  • the energy collection unit 40 can take various forms as in the first prism 30 described in the first embodiment.
  • the prism wall and the liquid (heat medium It can also consist of an internal member which consists of.
  • the heated heat medium is used for other devices. It can be done.
  • the energy collection part 40 may be comprised by the hygroscopic solid member.
  • moisture can be released from the energy collection unit 40 heated by the first prism 30, and a humidifying effect can be provided in the room.
  • the front and back of the two plate members 10 be configured to be reversible, and that the energy collecting unit 40 be capable of accumulating moisture by inverting the front and back at night.
  • the inner glass 10b is made of a water vapor permeable material.
  • the first prism 30 is configured by the prism wall 31 and the internal member 32 made of hygroscopic liquid
  • the energy collecting unit 40 is also similarly configured by the prism wall and the internal member made of hygroscopic liquid It is also good.
  • the energy collection unit 40 releases moisture and the first prism 30 absorbs moisture. Can be performed continuously.
  • the prism wall of the energy collection unit 40, the prism wall 31 of the first prism 30, the outer glass 10a and the inner glass 10b are made of water vapor permeable, and the first prism 30 and the energy collection unit 40 It is preferable to provide a membrane which does not allow water vapor to pass therebetween.
  • the prism wall 31 of the first prism 30 and the outer glass 10a may be made of a material that does not transmit water vapor.
  • the outside air is sent into the first prism 30, and piping and a pump are provided to discharge moisture in the first prism 30 and discharge dry air bubbles to the outside air again.
  • the prism wall of the energy collection unit 40 and the inner glass 10b may be made of a material that does not transmit water vapor.
  • the solar energy utilization window 2 which concerns on 2nd Embodiment, solar energy can be used more efficiently similarly to 1st Embodiment.
  • the first prism 30 when the first prism 30 is configured by the transparent prism wall 31 and the transparent internal member 32, the first prism 30 having a desired refractive index can be easily produced. Furthermore, by setting the refractive index and the above angle so that the value is + 10 ° or less than the minimum value, the lower limit elevation angle is brought close to the minimum value, and energy of sunlight is increased in a wider angle range (sun elevation angle) The solar energy utilization window 2 which can be collected to the collection part 40 can be provided.
  • the energy collection unit 40 has the same shape as the first prism 30 in a cross-sectional view, and is disposed in a direction that is point symmetrical with the first prism 30. Since the absorbing portion 41) is non-transparent and the remaining portion is transparent, it is possible to make the energy collecting unit 40 have the function of the image restoration prism by using the transparent portion.
  • the energy collection unit 40 is constituted of, for example, a prism wall and an internal member of a liquid (heat medium) as in the first prism 30, for example, the heat medium may be transferred to a regenerator of an absorption refrigerator. it can. Further, by forming the energy collection unit 40 with a hygroscopic member, it is possible to bring about a humidifying effect in the room.
  • the first prism 30 is configured by the prism wall 31 and the internal member 32 made of a hygroscopic liquid, and the energy collection unit 40 is also configured the same, and the first prism 30 and the energy collection unit 40 are hygroscopic. By circulating the liquid, for example, moisture can be released from the energy collection unit 40 and the first prism 30 can continuously perform the operation of absorbing the moisture.
  • the solar energy utilization window according to the third embodiment is the same as that of the first embodiment, but the configuration is partially different.
  • elements that are the same as or similar to those of the first embodiment are assigned the same reference numerals and descriptions thereof will be omitted.
  • FIG. 9 is a partially enlarged cross-sectional view showing a solar energy utilization window according to a third embodiment.
  • each of the plurality of energy collection units 40 has a gap C1 with respect to the first prism 30, and a gap C2 with respect to the second prism 50.
  • the solar energy utilization window 3 according to the third embodiment includes the movement mechanism 60 for moving the plurality of energy collection units 40 between the second side 30 b and the fifth side 50 b. .
  • the configuration is not particularly limited, but for example, the power to move the energy collection unit 40 It is comprised from the motor used as a source, and the moving rail of the energy collection part 40.
  • the moving mechanism 60 is capable of moving the energy collection unit 40 to a position where the second side 30 b and the fifth side 50 b are brought into contact with each other. Specifically, the moving mechanism 60 can move the energy collection unit 40 to a position indicated by reference numeral 40-1 and make it contact the second side 30b of the first prism 30. Similarly, the moving mechanism 60 can move the energy collection unit 40 to the position indicated by reference numeral 40-2 and make it contact the fifth side 50b of the second prism 50.
  • the solar energy utilization window 3 according to the third embodiment can heat one of the first prism 30 and the second prism 50.
  • the solar energy utilization window 3 is operable as follows.
  • the energy collection unit 40 when the energy collection unit 40 is brought into contact with the fifth side 50 b of the second prism 50 by the moving mechanism 60 in the case where the second prism 50 has a hygroscopic member or liquid, the hygroscopic member Can be heated to release moisture.
  • the energy collecting unit 40 is disposed on the second side 30 b of the first prism 30.
  • moisture can be released in the first prism 30, and the hygroscopic liquid from which moisture is released can be supplied to the second prism 50, and moisture can be absorbed in the second prism 50.
  • the solar energy utilization window 3 according to the third embodiment, solar energy can be used (more efficiently) more efficiently, as in the first embodiment.
  • the first prism 30 is configured by the transparent prism wall 31 and the transparent internal member 32, the first prism 30 having a desired refractive index can be easily produced.
  • the refractive index and the above angle so that the value is + 10 ° or less than the minimum value, the lower limit elevation angle is brought close to the minimum value, and energy of sunlight is increased in a wider angle range (sun elevation angle)
  • a solar energy utilization window 3 that can be collected in the collection unit 40 can be provided.
  • one of the prisms 30 and 50 is heated because it further includes the moving mechanism 60 that enables the energy collection unit 40 to be separated on the second side 30 b and the fifth side 50 b.
  • the energy collection unit 40 can be brought into contact with the prisms 30 and 50, and the functions can be further diversified.
  • the solar energy utilization window 1 is not limited to the elevation surface and may be used for an inclined surface (for example, a roof surface).
  • FIG. 10 is a cross-sectional view showing an example where the solar energy utilization windows 1 to 3 are used as the inclined surface. As shown in FIG. 10, the solar energy utilization windows 1 to 3 may be used, for example, on a slope inclined to the north side in Japan. Even in such a case, three types of optical paths OP1 to OP3 can be realized from the relationship with the lower elevation angle at the time of elevation.
  • the solar energy utilization windows 1 to 3 have a two-layer structure of the outer glass 10a and the inner glass 10b in the above embodiment, the solar energy utilization windows 1 to 3 may be provided with a plate of third or more layers.
  • the plurality of energy collection units 40 move integrally (move the same) by the moving mechanism 60, but the invention is not limited thereto. Only the energy collecting unit 40 of one unit may be moved in a direction different from that of the other energy collecting unit 40. That is, each energy collection part 40 may be moved to a different position.
  • Solar energy utilization window (solar energy utilization device) 10: Two sheets of plate material 10a: Outer glass (plate material of transparency) 10b: Inner glass (plate material) 20: Vacuum sealing member 30: First prism (triangular prism) 30a: first side 30b: second side 30c: third side 31: prism wall 32: internal member 40: energy collecting portion 41: selective absorption portion 50: second prism (second triangular prism) 50a: fourth side 50b: fifth side 50c: sixth side 60: moving mechanism AA: apex angle BA1: first base angle BA2: second base angle C1, C2: gap OP1 to OP3: three types Light path SL: Scattered light

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Abstract

太陽エネルギーをより効率よく利用することが可能な太陽エネルギー利用器を提供する。太陽エネルギー利用窓は、２枚の板材と、２枚の板材の間に配置される第１プリズム（３０）及びエネルギー収集部（４０）を備えており、エネルギー収集部（４０）は、第１プリズムの第２の辺（３０ｂ）に対して、所定の隙間Ｃ１を挟んで設置され、三角柱プリズムは、外ガラス（１０ａ）を通過して第１の辺（３０ａ）から第１プリズム内に進入した太陽光のうち、直接第２の辺（３０ｂ）に到達して第２の辺から第１プリズム外に出るものと、第３の辺（３０ｃ）で全反射して第２の辺に到達して第２の辺から第１プリズム外に出るものと、第３の辺及び第１の辺の順に全反射した後に第２の辺に到達して第２の辺から第１プリズム外に出るものとの３種の光路ＯＰ１～ＯＰ３が存在するように屈折率と三角の各内角とが設定されている。

Description

太陽エネルギー利用器
　本発明は、太陽エネルギー利用器に関する。
　従来、太陽エネルギーの１つである太陽光を利用して発電を行う太陽光発電パネルを搭載した太陽エネルギー利用窓が提案されている（特許文献１参照）。この太陽エネルギー利用窓では、２枚の透明板材の間に、太陽光発電パネルと断面三角形状となる三角柱プリズムとが設けられている。太陽エネルギー利用窓を断面視した場合において、三角柱プリズムは、三角の第１の辺が２枚の透明板材に沿っており、第２及び第３の辺が２枚の透明板材に交差する方向に延びている。
　ここで、特許文献１に記載の太陽エネルギー利用窓において、第１の辺に対する第２及び第３の辺の角度は、太陽光の受光角との関係から定められるようになっており、且つ、太陽光発電パネルは第２の辺に接した状態で設置されている。なお、第３の辺は、第２の辺よりも太陽に近い側の辺とする（窓が立面に用いられる場合には第３の辺が第２の辺よりも上側に位置する辺とする）。
　このような太陽エネルギー利用窓では、三角柱プリズムによって太陽光を好適に反射して、太陽光発電パネルに多くの光を集めることが可能となっている。さらに、このような太陽エネルギー利用窓では、太陽光が地面等で反射したときの散乱光については三角柱プリズムの角度設定により通過させることができる。よって、太陽光を好適に太陽光発電パネルに集めつつも、散乱光の通過を阻害せずに室内側から景色を見ることができる太陽エネルギー利用窓を提供することができる。
日本国特表２０１３－５０８５８２号公報
　ここで、太陽エネルギー利用窓においては、太陽光発電パネルに限らず、太陽熱を利用して熱媒や空気の加熱を行う集熱器（集熱管や集熱ダクト）や、取り込んだ太陽熱を移送する熱移送手段（ヒートパイプなど）を設けてもよい。さらには、このような太陽エネルギーを収集する太陽エネルギー収集部（エネルギー収集部）を複数種設けることも可能である。
　しかし、特許文献１に記載の太陽エネルギー利用窓は、エネルギー収集部が第２の辺に接した状態で設置されているため、折角太陽光をエネルギー収集部に集めたとしても、太陽熱が三角柱プリズムに伝熱してしまい、太陽エネルギーを効率良く利用する観点で改善の余地を有するものであった。
　なお、上記の改善の余地の問題については、２枚の透明板材を備えて窓として使用される太陽エネルギー利用窓に限らず、太陽光の受光側が透明板材であってその反対側が非透明板材である太陽エネルギー利用器にも共通するものである。
　本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、太陽エネルギーをより効率よく利用することが可能な太陽エネルギー利用器を提供することにある。
　本発明に係る太陽エネルギー利用器は、２枚の板材と、三角柱プリズムと、エネルギー収集部とを備えている。２枚の板材は太陽光の入射側のものが透明性である。エネルギー収集部は、第２及び第３の辺のうち、下方側の辺となる第２の辺に対して、所定の隙間を挟んで設置され、太陽エネルギーを収集するものである。三角柱プリズムは、３種の光路が存在するように屈折率と三角の各内角とが設定されている。３種の光路の１つは、第１の辺から当該三角柱プリズム内に進入して直接第２の辺に到達して第２の辺から当該三角柱プリズム外に出るものである。もう１つは、第１の辺から当該三角柱プリズム内に進入して第３の辺で全反射した後に、第２の辺に到達して第２の辺から当該三角柱プリズム外に出るものである。残り１つは、第１の辺から当該三角柱プリズム内に進入して第３の辺及び第１の辺の順に全反射した後に、第２の辺に到達して第２の辺から当該三角柱プリズム外に出るものである。
　本発明によれば、エネルギー収集部は第２の辺に対して所定の隙間を挟んで設置される。このため、所定の隙間の存在によってエネルギー収集部における太陽熱が三角柱プリズムへ移行し難くすることができる。また、三角柱プリズムは、３種の光路が存在するように屈折率と三角の各内角とが設定されているため、第１の辺から三角柱プリズム内に進入した太陽光は直接又は第３の辺や第１の辺の全反射を経て第２の辺から三角柱プリズム外に出ることとなる。すなわち、三角柱プリズムの第１の辺に入射した太陽光を第２の辺から出射させることで、所定の隙間を有して配置されるエネルギー収集部にも太陽光を集めることができる。従って、熱移行を抑えつつも太陽光をエネルギー収集部に集めて、太陽エネルギーをより効率よく利用することができる。
図１は、本発明の実施形態に係る太陽エネルギー利用窓を示す断面図である。 図２は、図１に示した第１プリズムの拡大図である。 図３は、第１プリズムの頂角ＡＡを２５°とした場合において、第１底角の角度及び第１プリズムの屈折率を変化させたときの下限仰角との関係を示す図表である。 図４は、第１プリズムの頂角ＡＡを３０°とした場合において、第１底角の角度及び第１プリズムの屈折率を変化させたときの下限仰角との関係を示す図表である。 図５は、第１プリズムの頂角ＡＡを３５°とした場合において、第１底角の角度及び第１プリズムの屈折率を変化させたときの下限仰角との関係を示す図表である。 図６は、第１プリズムの屈折率を略１．４１とし第１底角を９０°とした場合において、頂角の角度を変化させたときの下限仰角との関係を示す図表である。 図７は、図２に示した第１プリズムのプリズム壁及び内部部材の屈折率と下限仰角との関係を示す図表である。 図８は、第２実施形態に係る太陽エネルギー利用窓を示す断面図である。 図９は、第３実施形態に係る太陽エネルギー利用窓を示す一部拡大断面図である。 図１０は、太陽エネルギー利用窓を傾斜面に用いたときの例を示す断面図である。
　以下、本発明を好適な実施形態に沿って説明する。なお、本発明は以下に示す実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、以下に示す実施形態においては、一部構成の図示や説明を省略している箇所があるが、省略された技術の詳細については、以下に説明する内容と矛盾点が発生しない範囲内において、適宜公知又は周知の技術が適用されていることはいうまでもない。
　図１は、本発明の実施形態に係る太陽エネルギー利用窓を示す断面図である。なお、図１では、窓（開閉の可否を問わない）として適用可能な太陽エネルギー利用窓を太陽エネルギー利用器の一例として説明するが、太陽エネルギー利用器は窓に適用されるものに限らず、外壁に取り付けられるものであってもよい。
　図１に示す例に係る太陽エネルギー利用窓１は、概略的に２枚の板材１０と、真空封止部材２０と、複数の第１プリズム（三角柱プリズム）３０と、複数のエネルギー収集部４０と、複数の第２プリズム５０とを備えている。
　２枚の板材１０は、互いに略平行配置される透明性の板材である。これらの板材１０は例えばガラス材によって構成されており、２枚の板材１０のうち室外側のものが外ガラス（透明性の板材）１０ａとなり、室内側のものが内ガラス（板材）１０ｂとなる。
　真空封止部材２０は、２枚の板材１０の周端部において２枚の板材１０の間に介在するものである。２枚の板材１０の周端部に真空封止部材２０が設けられることによって、２枚の板材１０と真空封止部材２０とによって閉じられた内部空間が形成される。本実施形態において内部空間は断熱性の観点から真空状態とされるが、これに限らず、空気、アルゴン又はクリプトンなどの気体で満たされていてもよい。
　複数の第１プリズム３０は、それぞれが断面視して三角形状となるプリズム（すなわち三角柱形状のプリズム）で構成されている。これらの第１プリズム３０は、第１の辺３０ａが外ガラス１０ａに沿うように外ガラス１０ａに面して配置されている。第１プリズム３０の第２の辺３０ｂと第３の辺３０ｃは、第１の辺３０ａに対して所定の角度を有して延びている。第２の辺３０ｂは、第３の辺３０ｃよりも鉛直下方側に位置する辺である。
　図２は、図１に示した第１プリズム３０の拡大図である。図２に示すように、第１プリズム３０は、第１プリズム３０の外壁を構成するプリズム壁３１と、プリズム壁３１の内部に封入される透明性の液体からなる内部部材３２とによって構成されている。なお、第１プリズム３０は、図２に示す構成に限らず、中実のガラス材や樹脂材によって構成されていてもよい。また、内部部材３２は、ゲル状や固体であってもよい。
　図１に示す複数のエネルギー収集部４０は、太陽エネルギーを収集して、発電、他の媒体の加熱、及び熱移送などに太陽エネルギーを利用する機器であって、例えば太陽電池パネル、集熱器及び熱移送手段が該当する。これらエネルギー収集部４０は、それぞれが第１プリズム３０の第２の辺３０ｂに面して設けられている。
　複数の第２プリズム５０は、それぞれが断面視して三角形状となるプリズム（すなわち三角柱形状のプリズム）であって、第１プリズム３０と同形状且つ同屈折率となっている。この第２プリズム５０は、第１プリズム３０を１８０°回転させた点対称となる向きとなっており、それぞれの第１プリズム３０に対して１つずつ設けられている。ここで、第１プリズム３０のみしか有しない場合には、第１プリズム３０によって光が屈折して、室内側から視認したときの景色には歪みが生じる（すなわち散乱光ＳＬが大きく歪む）。しかし、第２プリズム５０が第１プリズム３０と対になって設けられることにより、室内側から視認したときの景色の歪みが抑えられることとなる（像回復効果を有することとなる）。なお、第２プリズム５０は、第１プリズム３０と同様にプリズム壁及び内部部材から構成されてもよいし、中実の部材によって構成されてもよい。
　具体的に第２プリズム５０は、それぞれが第４の辺５０ａが内ガラス１０ｂに沿うように内ガラス１０ｂに面して配置されている。第２プリズム５０の第５の辺５０ｂと第６の辺５０ｃは、第４の辺５０ａに対して所定の角度を有して延びている。第５の辺５０ｂは、第６の辺５０ｃよりも鉛直上方側に位置する。このような第２プリズム５０は、第６の辺５０ｃが水平方向に隣接する第１プリズム３０の第３の辺３０ｃと対向しており、第５の辺５０ｂがエネルギー収集部４０を挟んで上下方向に隣接する第１プリズム３０の第２の辺３０ｂと対向している。
　また、本実施形態において２枚の板材１０、第１プリズム３０、及び第２プリズム５０は、互いに微細な隙間を有して配置されている。これらの間には、微細な隙間が維持されるように微小な柱や粒などの介在部材が介在されている。この結果、太陽エネルギー利用窓１は、外ガラス１０ａ、介在部材、第１プリズム３０、介在部材、第２プリズム５０、介在部材、及び内ガラス１０ｂの順の積層構造となり、たとえ内部空間が真空状態とされていたとしても、その圧力に耐えるように支えられることとなる。
　さらに、本実施形態においてエネルギー収集部４０は、図２に示すように、第１プリズム３０の第２の辺３０ｂに対して隙間Ｃ１を有した状態で設けられている。隙間Ｃ１を維持するためには上記と同様に微細な介在部材が介在されていてもよいし、他の固定手段によって位置が維持されるようになっていてもよい。このように、エネルギー収集部４０と第１プリズム３０の第２の辺３０ｂとの間に隙間Ｃ１を有することで両者間に真空層（又は気体層）が形成されてエネルギー収集部４０の熱が第１プリズム３０に移行することを抑制することとなる。
　加えて、エネルギー収集部４０は、第２プリズム５０の第５の辺５０ｂに対しても隙間Ｃ２を有した状態で設けられている。このため、エネルギー収集部４０は、第１プリズム３０の第２の辺３０ｂと第２プリズム５０の第５の辺５０ｂとの双方から離間して設けられることとなる。隙間Ｃ２を維持するためには上記と同様に微細な介在部材が介在されていてもよいし、他の固定手段によって位置が維持されるようになっていてもよい。また、エネルギー収集部４０と第２プリズム５０の第５の辺５０ｂとの間に隙間Ｃ２を有することで両者間に真空層（又は気体層）が形成されてエネルギー収集部４０の熱が第２プリズム５０に移行することも抑制される。
　なお、エネルギー収集部４０と第１プリズム３０の第２の辺３０ｂとの間に隙間Ｃ１を有することから、第１プリズム３０は、第１プリズム３０に進入した太陽光を第２の辺３０ｂまで導くだけでなく、第２の辺３０ｂにおいて全反射することなく出射されるようにする必要があり、このような条件を満たすように屈折率や三角の各内角が設定されている。
　具体的には、第１プリズム３０は、３種の光路ＯＰ１～ＯＰ３が実現されるように、屈折率や三角の各内角が設定されている。ここで、３種の光路ＯＰ１～ＯＰ３のうち第１光路ＯＰ１は、外ガラス１０ａを通過して第１の辺３０ａから第１プリズム３０内に進入した太陽光が、直接第２の辺３０ｂに到達して第２の辺３０ｂから第１プリズム３０外に出るものである。第２光路ＯＰ２は、当該太陽光が第３の辺３０ｃで全反射して第２の辺３０ｂに到達して第２の辺３０ｂから当該第１プリズム３０外に出るものである。第３光路ＯＰ３は、第３の辺３０ｃ及び第１の辺３０ａの順に全反射した後に第２の辺３０ｂに到達して第２の辺３０ｂから第１プリズム３０外に出るものである。
　このような第１～第３光路ＯＰ１～ＯＰ３が実現されるためには、第１光路ＯＰ１の第２の辺３０ｂへの入射角は臨界角未満である必要がある。また、第２光路ＯＰ２の第３の辺３０ｃへの入射角は臨界角以上であり、全反射後の第２の辺３０ｂへの入射角は臨界角未満である必要がある。さらに、第３光路ＯＰ３の第３の辺３０ｃへの入射角は臨界角以上であり、全反射後の第１の辺３０ａへの入射角は臨界角以上であり、更に全反射後の第２の辺３０ｂへの入射角は臨界角未満である必要がある。なお、第１プリズム３０が第２光路ＯＰ２及び第３光路ＯＰ３の条件を満たす場合、第１プリズム３０内において３回以上の全反射の条件は必ず満たされる。
　ここで、以下の説明において、第１の辺３０ａと第３の辺３０ｃとがなす角を頂角ＡＡと称し、第２の辺３０ｂと第３の辺３０ｃとがなす角を第１底角ＢＡ１と称し、第１の辺３０ａと第２の辺３０ｂとがなす角を第２底角ＢＡ２と称する。
　図３は、第１プリズム３０の頂角ＡＡを２５°とした場合において、第１底角ＢＡ１の角度及び第１プリズム３０の屈折率を変化させたときの下限仰角（１°単位に切り上げたもの）との関係を示す図表である。なお、下限仰角とは、上記第１～第３光路ＯＰ１～ＯＰ３が実現される仰角の下限をいう。ここでいう仰角とは、太陽を見上げたときの視線の方向と２枚の板材１０に直交する直交方向とのなす角をいい、太陽エネルギー利用窓１が立面状態で用いられる場合には太陽高度と同じである。このため、下限仰角以上の仰角で太陽光が第１の辺３０ａに入射した場合には、第１～第３光路ＯＰ１～ＯＰ３が実現されることとなる。
　図３に示すように、第１プリズム３０の材質が屈折率１．１７の多孔質材等である場合、第１底角ＢＡ１が１０５°、１００°、９５°、９０°、８５°、８０°、及び７５°の全てにおいて、下限仰角は４１°となる。
　また、第１プリズム３０の材質が屈折率１．２５の多孔質材等である場合、第１底角ＢＡ１が１０５°、１００°、９５°、９０°、８５°、８０°、及び７５°の全てにおいて、下限仰角は３７°となる。
　第１プリズム３０の材質が屈折率１．３０の多孔質材等である場合、第１底角ＢＡ１が１０５°及び７５°において、下限仰角は４１°となり、第１底角ＢＡ１が１００°、９５°、９０°、８５°、及び８０°の全てにおいて、下限仰角は３４°となる。
　第１プリズム３０の材質が屈折率１．３３のフッ素ゴムに水を封入したものである場合、第１底角ＢＡ１が１０５°、１００°、９５°、９０°、８５°、８０°、及び７５°の順に、下限仰角は４４°、３７°、３３°、３３°、３３°、３７°、及び４４°となる。
　第１プリズム３０の材質が屈折率１．３７のフッ素樹脂に２０％食塩水を封入したものである場合、第１底角ＢＡ１が１０５°、１００°、９５°、９０°、８５°、８０°、及び７５°の順に、下限仰角は４９°、４１°、３３°、３１°、３３°、４１°、及び４９°となる。
　第１プリズム３０の材質が屈折率１．４１のアクリルにシリコーンを封入したものである場合、第１底角ＢＡ１が１０５°、１００°、９５°、９０°、８５°、８０°、及び７５°の順に、下限仰角は５４°、４５°、３７°、３０°、３７°、４５°、及び５４°となる。
　第１プリズム３０の材質が屈折率１．４８の硼珪酸ガラスである場合、第１底角ＢＡ１が１０５°、１００°、９５°、９０°、８５°、８０°、及び７５°の順に、下限仰角は６５°、５３°、４４°、３５°、４４°、５３°、及び６５°となる。
　第１プリズム３０の材質が屈折率１．５２のソーダ石灰ガラスである場合、第１底角ＢＡ１が１０５°、１００°、９５°、９０°、８５°、８０°、及び７５°の順に、下限仰角は７３°、５８°、４８°、３８°、４８°、５８°、及び７３°となる。
　第１プリズム３０の材質が屈折率１．５９のポリカーボネートである場合、第１底角ＢＡ１が１０５°、１００°、９５°、９０°、８５°、８０°、及び７５°の順に、下限仰角はＮＧ（ＮＧとは９０°以上となってしまい、製品上意味をなさない数値となってしまうことを意味する。以下同じ。）、７０°、５６°、４５°、５６°、７０°、及びＮＧとなる。
　ここで、下限仰角は、小さい方がより広い角度範囲で太陽光をエネルギー収集部４０に集めることができるため、エネルギー取得の上で好ましいといえる。一方、頂角ＡＡが小さくてエネルギー収集部４０同士の上下間隔が広く、かつ水平に近い散乱光や外景は全反射されずに室内に透過されることが、窓として望ましい。従って、ある頂角ＡＡに対して最小下限仰角を持つこと、及び、下限仰角は設置地域や方角において、時間、季節も考慮して太陽が取りえる高度範囲を適切にカバーすることが望ましい。また、図３に示すように、屈折率が略１．４１であって、第１底角ＢＡ１が９０°であるときに、下限仰角は最小値（３０°）となる。よって、第１プリズム３０は、屈折率が略１．４１であって、第１底角ＢＡ１が９０°であることが好ましいといえる。しかしながら、第１プリズム３０の材質等の問題から、第１プリズム３０は、屈折率が略１．４１及び第１底角ＢＡ１が９０°でなくともよく、下限仰角の最小値＋１０°（４０°）までの下限仰角が実現されるように、屈折率と内角とが設定されていてもよい。
　すなわち、図３に示す例においては、屈折率１．２５で第１底角ＢＡ１が７５°以上１０５°以下、屈折率が１．３０及び１．３３で第１底角ＢＡ１が８０°以上１００°以下、屈折率が１．３７及び１．４１で第１底角ＢＡ１が８５°以上９５°以下、屈折率が１．４８及び１．５２で第１底角ＢＡ１が９０°のときに、下限仰角を４０°以下にでき、好ましいといえる。
　ここで、屈折率が略１．４１（厳密には√２）であるときに下限仰角が最小値となる理由は臨界角が４５°になる点にある。本実施形態において第１プリズム３０は、第１及び第３の辺３０ａ，３０ｃで全反射することと、第２の辺３０ｂにおいて全透過することが必要となるため、臨界角が４５°になると、０°～４５°において全反射を実現でき、４５°～９０°で全透過を実現できる。すなわち、全反射と全透過の角度範囲の均等化を図ることで、全反射や全透過の一方のみの傾向が極端に強くなってしまうことを防止し、下限仰角の最小化に寄与するようになっている。
　なお、本実施形態において第１プリズム３０は、下限仰角の最小値＋１０°の下限仰角が実現されるように、屈折率と内角とが設定されるものに限らない。例えば上記した三種の光路ＯＰ１～ＯＰ３を実現するためには頂角ＡＡが２５°であるときに屈折率が１．５９以上、第１底角ＢＡ１が１０５°以上且つ７５°以下とならないようにすればよい。すなわち、第１プリズム３０は設置地域や方角において時間、季節も考慮して太陽が取りえる高度範囲の仰角において、３種の光路ＯＰ１～ＯＰ３が実現される屈折率及び角度設定となっていてもよいものである。なお、第１プリズム３０は、太陽が取りえる高度範囲の全てにおいて３種の光路ＯＰ１～ＯＰ３が実現される屈折率及び角度設定となっている場合に限らず、太陽が取りえる高度範囲の一部（例えば設置地域の最高高度）のみで３種の光路ＯＰ１～ＯＰ３が実現される屈折率及び角度設定となっていてもよいものである。
　なお、図３では頂角ＡＡが２５°であるときの下限仰角を示したが、頂角ＡＡの角度が変化すると、下限仰角の値も変化する。
　図４は、第１プリズム３０の頂角ＡＡを３０°とした場合において、第１底角ＢＡ１の角度及び第１プリズム３０の屈折率を変化させたときの下限仰角との関係を示す図表である。
　図４に示すように、第１プリズム３０の材質が屈折率１．１７の多孔質材等である場合、第１底角ＢＡ１が１０５°、１００°、９５°、９０°、８５°、８０°、及び７５°の全てにおいて、下限仰角は３５°となる。
　また、第１プリズム３０の材質が屈折率１．２５の多孔質材等である場合、第１底角ＢＡ１が１０５°、１００°、９５°、９０°、８５°、８０°、及び７５°の全てにおいて、下限仰角は３０°となる。
　第１プリズム３０の材質が屈折率１．３０の多孔質材等である場合、第１底角ＢＡ１が１０５°及び７５°において、下限仰角は３３°となり、第１底角ＢＡ１が１００°、９５°、９０°、８５°、及び８０°の全てにおいて、下限仰角は２７°となる。
　第１プリズム３０の材質が屈折率１．３３のフッ素ゴムに水を封入したものである場合、第１底角ＢＡ１が１０５°、１００°、９５°、９０°、８５°、８０°、及び７５°の順に、下限仰角は３７°、２９°、２６°、２６°、２６°、２９°、及び３７°となる。
　第１プリズム３０の材質が屈折率１．３７のフッ素樹脂に２０％食塩水を封入したものである場合、第１底角ＢＡ１が１０５°、１００°、９５°、９０°、８５°、８０°、及び７５°の順に、下限仰角は４１°、３３°、２６°、２４°、２６°、３３°、及び４１°となる。
　第１プリズム３０の材質が屈折率１．４１のアクリルにシリコーンを封入したものである場合、第１底角ＢＡ１が１０５°、１００°、９５°、９０°、８５°、８０°、及び７５°の順に、下限仰角は４５°、３７°、２９°、２２°、２９°、３７°、及び４５°となる。
　第１プリズム３０の材質が屈折率１．４８の硼珪酸ガラスである場合、第１底角ＢＡ１が１０５°、１００°、９５°、９０°、８５°、８０°、及び７５°の順に、下限仰角は５３°、４４°、３５°、２７°、３５°、４４°、及び５３°となる。
　第１プリズム３０の材質が屈折率１．５２のソーダ石灰ガラスである場合、第１底角ＢＡ１が１０５°、１００°、９５°、９０°、８５°、８０°、及び７５°の順に、下限仰角は５８°、４８°、３８°、３０°、３８°、４８°、及び５８°となる。
　第１プリズム３０の材質が屈折率１．５９のポリカーボネートである場合、第１底角ＢＡ１が１０５°、１００°、９５°、９０°、８５°、８０°、及び７５°の順に、下限仰角は７０°、５６°、４５°、３５°、４５°、５６°、及び７０°となる。
　このように、頂角ＡＡの角度が３０°である場合においても、屈折率が略１．４１で第１底角ＢＡ１が９０°であるときに、下限仰角は最小値（２２°）となる。このため、頂角ＡＡの角度が３０°である場合には、下限仰角が３２°以下となるように、第１プリズム３０の屈折率及び内角が設定されることが好ましい。
　図５は、第１プリズム３０の頂角ＡＡを３５°とした場合において、第１底角ＢＡ１の角度及び第１プリズム３０の屈折率を変化させたときの下限仰角との関係を示す図表である。
　図５に示すように、第１プリズム３０の材質が屈折率１．１７の多孔質材等である場合、第１底角ＢＡ１が１０５°、１００°、９５°、９０°、８５°、８０°、及び７５°の全てにおいて、下限仰角は２９°となる。
　また、第１プリズム３０の材質が屈折率１．２５の多孔質材等である場合、第１底角ＢＡ１が１０５°、１００°、９５°、９０°、８５°、８０°、及び７５°の全てにおいて、下限仰角は２３°となる。
　第１プリズム３０の材質が屈折率１．３０の多孔質材等である場合、第１底角ＢＡ１が１０５°及び７５°において、下限仰角は２７°となり、第１底角ＢＡ１が１００°、９５°、９０°、８５°、及び８０°の全てにおいて、下限仰角は２１°となる。
　第１プリズム３０の材質が屈折率１．３３のフッ素ゴムに水を封入したものである場合、第１底角ＢＡ１が１０５°、１００°、９５°、９０°、８５°、８０°、及び７５°の順に、下限仰角は２９°、２２°、１９°、１９°、１９°、２２°、及び２９°となる。
　第１プリズム３０の材質が屈折率１．３７のフッ素樹脂に２０％食塩水を封入したものである場合、第１底角ＢＡ１が１０５°、１００°、９５°、９０°、８５°、８０°、及び７５°の順に、下限仰角は３３°、２６°、１９°、１７°、１９°、２６°、及び３３°となる。
　第１プリズム３０の材質が屈折率１．４１のアクリルにシリコーンを封入したものである場合、第１底角ＢＡ１が１０５°、１００°、９５°、９０°、８５°、８０°、及び７５°の順に、下限仰角は３７°、２９°、２２°、１４°、２２°、２９°、及び３７°となる。
　第１プリズム３０の材質が屈折率１．４８の硼珪酸ガラスである場合、第１底角ＢＡ１が１０５°、１００°、９５°、９０°、８５°、８０°、及び７５°の順に、下限仰角は４４°、３５°、２７°、１９°、２７°、３５°、及び４４°となる。
　第１プリズム３０の材質が屈折率１．５２のソーダ石灰ガラスである場合、第１底角ＢＡ１が１０５°、１００°、９５°、９０°、８５°、８０°、及び７５°の順に、下限仰角は４８°、３８°、３０°、２２°、３０°、３８°、及び４８°となる。
　第１プリズム３０の材質が屈折率１．５９のポリカーボネートである場合、第１底角ＢＡ１が１０５°、１００°、９５°、９０°、８５°、８０°、及び７５°の順に、下限仰角は５６°、４５°、３５°、２７°、３５°、４５°、及び５６°となる。
　このように、頂角ＡＡの角度が３５°である場合においても、屈折率が略１．４１で第１底角ＢＡ１が９０°であるときに、下限仰角は最小値（１４°）となる。このため、頂角ＡＡの角度が３０°である場合には、下限仰角が２４°以下となるように、第１プリズム３０の屈折率及び内角が設定されることが好ましい。
　図６は、第１プリズム３０の屈折率を略１．４１とし第１底角ＢＡ１を９０°とした場合において、頂角ＡＡの角度を変化させたときの下限仰角との関係を示す図表である。
　図６に示すように、第１プリズム３０の屈折率を略１．４１とし第１底角ＢＡ１を９０°とした場合において、頂角ＡＡが１５°であるときの下限仰角は４６°であり、頂角ＡＡが２０°であるときの下限仰角は３７°である。また、頂角ＡＡが２５°、３０°、及び３５°であるときの下限仰角は、図３～図５を参照して説明したように、順に３０°、２２°及び１４°である。また、頂角ＡＡが４０°、及び４５°であるときの下限仰角は、８°及び１°である。
　ここで、下限仰角は小さいほど第１～第３光路ＯＰ１～ＯＰ３を実現する角度範囲が広くなってエネルギー取得の上で好ましいといえる。しかし、下限仰角を小さくするために頂角ＡＡを４５°に近づけていくと、第１の辺３０ａを底辺としたときの高さが高くなり、太陽エネルギー利用窓１の厚みが増加する傾向にある。また、頂角ＡＡが小さくてエネルギー収集部４０同士の上下間隔が広く、かつ水平に近い散乱光や外景は全反射されずに室内に透過されることが、窓として望ましい。このため、頂角ＡＡは、太陽エネルギー利用窓１が用いられる地域に応じて適切なものとすることが好ましい。
　例えば日本において冬至のように太陽の南中高度が最も低くなるときの仰角（立面に対する入射角）は３２°である。よって、日本においては太陽エネルギー利用窓１を南面に利用する場合、頂角ＡＡを２０°や２５°に設定すれば、太陽エネルギーの利用効率を高めることができると共に、太陽エネルギー利用窓１の薄型化に寄与し、間接光による採光と眺望性とを両立することができる。また、東面や西面などの日の出及び日の入り時における太陽エネルギーの利用効率を高めるのであれば、頂角ＡＡをより大きくすればよいこととなる。よって、南面用（南半球においては北面用）の太陽エネルギー利用窓１は東面用及び西面用の太陽エネルギー利用窓１よりも頂角ＡＡが小さいことが好ましい。また、日本又は同程度の緯度地域においては南面用、東面用及び西面用を考慮し、頂角ＡＡは、２０°以上３５°以下とすることが好ましい。
　図７は、図２に示した第１プリズム３０のプリズム壁３１及び内部部材３２である液体の屈折率と下限仰角との関係を示す図表である。なお、図７に示す例においては、第１プリズム３０の頂角ＡＡを３０°とし、第１底角ＢＡ１を９０°とした。
　第１プリズム３０のプリズム壁３１及び内部部材３２の屈折率が異なる場合、プリズム壁３１の屈折率は第１プリズム３０の全体の屈折率に影響を与えないものとなる。以下、詳細に説明する。
　まず、内部部材３２の屈折率が１．３３である場合、プリズム壁３１の屈折率が１．３３、１．３７、１．４１、１．４８、１．５２、及び１．５９の全てにおいて、下限仰角は２６°となった。また、内部部材３２の屈折率が１．３７である場合、プリズム壁３１の屈折率が１．３３、１．３７、１．４１、１．４８、１．５２、及び１．５９の全てにおいて、下限仰角は２４°となった。同様にプリズム壁３１の屈折率によらず、内部部材３２の屈折率が１．４１である場合に下限仰角は２２°となり、内部部材３２の屈折率が１．４８である場合に下限仰角は２７°となり、内部部材３２の屈折率が１．５２である場合に下限仰角は３０°となり、内部部材３２の屈折率が１．５９である場合に下限仰角は３５°となった。
　以上より、第１プリズム３０の屈折率は内部部材３２の屈折率によって支配され、プリズム壁３１の屈折率に影響を受けないことがわかった。
　次に、本実施形態に係る太陽エネルギー利用窓１の作用（太陽エネルギーの利用効率）を図２を参照して説明する。
　まず、本実施形態に係る太陽エネルギー利用窓１は、第１プリズム３０の屈折率及び内角の設定によって、三種の光路ＯＰ１～ＯＰ３が実現されるようになっている。このため、外ガラス１０ａを通過して第１の辺３０ａから第１プリズム３０内に進入した太陽光は、直接第２の辺３０ｂに到達して第２の辺３０ｂから第１プリズム３０外に出射される第１光路ＯＰ１を形成する。さらに、太陽光は、第３の辺３０ｃで全反射して第２の辺３０ｂに到達して第２の辺３０ｂから当該第１プリズム３０外に出射される第２光路ＯＰ２も形成する。加えて、太陽光は、第３の辺３０ｃ及び第１の辺３０ａの順に全反射した後に第２の辺３０ｂに到達して第２の辺３０ｂから第１プリズム３０外に出射する第３光路ＯＰ３も形成する。さらに、上記の３種の光路ＯＰ１～ＯＰ３が実現される環境下においては、太陽光は３回以上の全反射を経て、第２の辺３０ｂから出射される光路を形成することもある。
　第２の辺３０ｂから出射された太陽光は、エネルギー収集部４０に入射してエネルギー利用される。ここで、エネルギー収集部４０は第１プリズム３０に接しておらず隙間Ｃ１を有して配置されている。このため、エネルギー収集部４０の熱は第１プリズム３０に移行し難くなり、太陽熱をより効率的に利用することができる。
　このようにして、本実施形態に係る太陽エネルギー利用窓１によれば、エネルギー収集部４０は第２の辺３０ｂに対して所定の隙間Ｃ１を挟んで設置される。このため、所定の隙間Ｃ１の存在によってエネルギー収集部４０における太陽熱が第１プリズム３０へ移行し難くすることができる。また、第１プリズム３０は、３種の光路ＯＰ１～ＯＰ３が存在するように屈折率と三角の各内角とが設定されているため、第１の辺３０ａから第１プリズム３０内に進入した太陽光は直接又は第３の辺３０ｃや第１の辺３０ａの全反射を経て第２の辺３０ｂから第１プリズム３０外に出ることとなる。すなわち、第１プリズム３０の第１の辺３０ａに入射した太陽光を第２の辺３０ｂから出射させることで、所定の隙間Ｃ１を有して配置されるエネルギー収集部４０にも太陽光を集めることができる。従って、熱移行を抑えつつも太陽光をエネルギー収集部４０に集めて、太陽エネルギーをより効率よく利用することができる。
　また、第１プリズム３０は、当該第１プリズム３０の外壁を構成する透明性のプリズム壁３１と、プリズム壁３１の内部に封入される透明性の内部部材３２とを有することから、第１プリズム３０の屈折率が内部部材３２によって支配的になり、プリズム壁３１に影響を受け難く、所望の屈折率の第１プリズム３０を作成し易くすることができる。
　また、第１プリズム３０は、第１の辺３０ａから進入する太陽光について３種の光路ＯＰ１～ＯＰ３が実現されるときの太陽光の下限仰角が、屈折率が略１．４１であり、第２の辺３０ｂと第３の辺３０ｃとがなす角度が９０°であるときに最小値となるものである。ここで、本件発明者は、第１プリズム３０について略１．４１であり上記角度が９０°となるときに下限仰角が最小値となることを見出した。このため、この最小値よりも＋１０°以下の値となるように、屈折率及び上記角度が設定されることで、下限仰角を最小値に近づけて、より広い角度範囲（太陽仰角）で太陽光をエネルギー収集部４０に集めることができる太陽エネルギー利用窓１を提供することができる。
　また、第１プリズム３０と同一形状であり、第１プリズム３０と点対称となる向きに配置された第２プリズム５０をさらに備えるため、第２プリズム５０によって像回復効果をもたらすことができる。さらに、エネルギー収集部４０は、第１プリズム３０の第２の辺３０ｂと、第２プリズム５０の第５の辺５０ｂとの間において、双方から離間して設けられている。このため、エネルギー収集部４０の熱が第２プリズム５０にも移行し難くなり、太陽エネルギーをより一層効率よく利用することができる。
　次に、本発明の第２実施形態を説明する。第２実施形態に係る太陽エネルギー利用窓は第１実施形態のものと同様であるが、一部構成が異なっている。なお、以下の説明において第１実施形態と同一又は同様の要素には同じ符号を付して説明を省略する。
　図８は、第２実施形態に係る太陽エネルギー利用窓を示す断面図である。図８に示すように、第２実施形態に係る太陽エネルギー利用窓２においてエネルギー収集部４０は、第１実施形態に係る第２プリズム５０と同様の構成となっている。すなわち、エネルギー収集部４０は、概略透明性（後述の選択吸収部４１を除き透明性）であり、断面視状態で第１プリズム３０と同一形状であり、第１プリズム３０と点対称となる向きに配置されている。ただし、エネルギー収集部４０の第５の辺５０ｂに相当する箇所は、太陽光波長領域（０．３～２．５μｍ）では吸収率が大きく、赤外線波長領域（３．０～２０μｍ）では放射率が小さい選択吸収部４１となっている。なお、選択吸収部４１に代えて太陽電池が設けられていてもよい。
　このようなエネルギー収集部４０は、第１プリズム３０と対になって配置されている。すなわち、エネルギー収集部４０は、第５の辺５０ｂに相当する箇所が第１プリズム３０の第２の辺３０ｂと対向配置されている。また、エネルギー収集部４０は、選択吸収部４１を除く部分が、第１実施形態に示した第２プリズム５０と同様に、光を屈折等させる透明性のプリズムとしても機能することから、いわゆる像回復効果を発揮することとなる。
　第２実施形態においてエネルギー収集部４０は、第１実施形態にて説明した第１プリズム３０と同様に様々な形態とすることができ、例えば第１プリズム３０と同様にプリズム壁と液体（熱媒）からなる内部部材により構成することもできる。特に、この場合には、例えば吸収式冷凍機の再生器と、エネルギー収集部４０とで熱媒を循環するためのポンプと配管とを備えることにより、加熱された熱媒を他の機器に利用させることができる。
　また、エネルギー収集部４０は、吸湿性の中実の部材により構成されてもよい。この場合、第１プリズム３０によって加熱されたエネルギー収集部４０から湿気を放出させることができ、室内に加湿効果をもたらすことができる。なお、この構成の場合、２枚の板材１０の表裏を反転可能に構成しておき、夜間などに表裏反転させてエネルギー収集部４０に湿気を蓄積可能とすることが好ましい。また、内ガラス１０ｂについては水蒸気透過性のものにより構成することとなる。
　さらに、第１プリズム３０をプリズム壁３１と吸湿性の液体からなる内部部材３２とによって構成すると共に、エネルギー収集部４０についても同様にプリズム壁と吸湿性の液体からなる内部部材とによって構成してもよい。この構成では、第１プリズム３０とエネルギー収集部４０とで吸湿性の液体を循環可能に配管及びポンプを取り付けることで、例えばエネルギー収集部４０から湿気を放出し、第１プリズム３０で湿気を吸収する動作を連続的に行うこともできる。この場合、例えばエネルギー収集部４０のプリズム壁、第１プリズム３０のプリズム壁３１、外ガラス１０ａ及び内ガラス１０ｂについては水蒸気透過性のものにより構成し、第１プリズム３０とエネルギー収集部４０との間に水蒸気を透過しない膜を設けるとよい。また、第１プリズム３０のプリズム壁３１と外ガラス１０ａとを、水蒸気を透過しない素材によって構成してもよい。この場合には、例えば第１プリズム３０内に外気を送り込み、第１プリズム３０内において水分を取られて乾いた気泡を再び外気に排出する配管やポンプを備えることとなる。さらに、エネルギー収集部４０のプリズム壁と内ガラス１０ｂとを、水蒸気を透過しない素材によって構成してもよい。この場合には、例えばエネルギー収集部４０内に室内空気を送り込み、エネルギー収集部４０内において水分を獲得して湿潤となった気泡を再び室内に戻す配管やポンプを備えることが好ましい。
　このようにして、第２実施形態に係る太陽エネルギー利用窓２によれば、第１実施形態と同様に、太陽エネルギーをより効率よく利用することができる。また、第１プリズム３０を透明性のプリズム壁３１と透明性の内部部材３２とで構成した場合には、所望の屈折率の第１プリズム３０を作成し易くすることができる。さらに、最小値よりも＋１０°以下の値となるように、屈折率及び上記角度が設定されることで、下限仰角を最小値に近づけて、より広い角度範囲（太陽仰角）で太陽光をエネルギー収集部４０に集めることができる太陽エネルギー利用窓２を提供することができる。
　さらに、第２実施形態によれば、エネルギー収集部４０は、断面視状態で、第１プリズム３０と同一形状であり、第１プリズム３０と点対称となる向きに配置されており、一部分（選択吸収部４１）が非透明性で残部が透明性であるため、透明性の部分を利用してエネルギー収集部４０に像回復プリズムの機能を持たせることができる。
　特に、エネルギー収集部４０を、例えば第１プリズム３０と同様にプリズム壁と液体（熱媒）の内部部材により構成した場合には、吸収式冷凍機の再生器等に熱媒を移送することもできる。また、エネルギー収集部４０を吸湿性の部材により構成することで、室内に加湿効果をもたらすことができる。さらに、第１プリズム３０をプリズム壁３１と吸湿性の液体からなる内部部材３２とによって構成すると共に、エネルギー収集部４０についても同じ構成とし、第１プリズム３０とエネルギー収集部４０とで吸湿性の液体を循環させることで、例えばエネルギー収集部４０から湿気を放出し、第１プリズム３０で湿気を吸収する動作を連続的に行うことができる。
　次に、本発明の第３実施形態を説明する。第３実施形態に係る太陽エネルギー利用窓は第１実施形態のものと同様であるが、一部構成が異なっている。なお、以下の説明において第１実施形態と同一又は同様の要素には同じ符号を付して説明を省略する。
　図９は、第３実施形態に係る太陽エネルギー利用窓を示す一部拡大断面図である。図９に示すように、第３実施形態に係る太陽エネルギー利用窓３において複数のエネルギー収集部４０それぞれは、第１プリズム３０に対して隙間Ｃ１を有し、第２プリズム５０に対して隙間Ｃ２を有して配置されている。この状態を基本とし、第３実施形態に係る太陽エネルギー利用窓３は、第２の辺３０ｂと第５の辺５０ｂとの間で複数のエネルギー収集部４０を移動させる移動機構６０を備えている。
　移動機構６０は、第２の辺３０ｂと第５の辺５０ｂとの間でエネルギー収集部４０を移動させることができれば、特にその構成を問うものではないが、例えばエネルギー収集部４０を移動させる動力源となるモータと、エネルギー収集部４０の移動レールとから構成される。
　また、第３実施形態において移動機構６０は、第２の辺３０ｂと第５の辺５０ｂとにそれぞれに接触させる位置までエネルギー収集部４０を移動可能となっている。具体的に移動機構６０は、エネルギー収集部４０を符号４０－１で示す位置まで移動させて第１プリズム３０の第２の辺３０ｂに接触させることができる。同様に、移動機構６０は、エネルギー収集部４０を符号４０－２で示す位置まで移動させて第２プリズム５０の第５の辺５０ｂに接触させることができる。
　これにより、第３実施形態に係る太陽エネルギー利用窓３は、第１プリズム３０及び第２プリズム５０のうちいずれか一方を加熱することが可能となっている。
　このため、第３実施形態に係る太陽エネルギー利用窓３では以下のように動作可能となっている。例えば、第２プリズム５０が吸湿性の部材や液体を有している場合において、移動機構６０によりエネルギー収集部４０を第２プリズム５０の第５の辺５０ｂに接触させたときには、吸湿性の部材等を加熱して湿気を放出させることができる。一方、第１プリズム３０及び第２プリズム５０が吸湿性の液体を有しており、両者間で循環可能となっている場合において、エネルギー収集部４０を第１プリズム３０の第２の辺３０ｂに接触させたときには、第１プリズム３０において湿気を放出し、湿気が放出された吸湿性の液体を第２プリズム５０に供給し、第２プリズム５０において湿気を吸収させることもできる。
　このようにして、第３実施形態に係る太陽エネルギー利用窓３によれば、第１実施形態と同様に、太陽エネルギーをより（一層）効率よく利用することができる。また、第１プリズム３０を透明性のプリズム壁３１と透明性の内部部材３２とで構成した場合には、所望の屈折率の第１プリズム３０を作成し易くすることができる。さらに、最小値よりも＋１０°以下の値となるように、屈折率及び上記角度が設定されることで、下限仰角を最小値に近づけて、より広い角度範囲（太陽仰角）で太陽光をエネルギー収集部４０に集めることができる太陽エネルギー利用窓３を提供することができる。
　さらに、第３実施形態によれば、エネルギー収集部４０を第２の辺３０ｂと第５の辺５０ｂとにそれぞれ切離可能とする移動機構６０をさらに備えるため、一方のプリズム３０，５０を加熱したい場合には、そのプリズム３０，５０にエネルギー収集部４０を接触させることも可能となり、より一層機能の多様化を図ることができる。
　以上、実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、変更を加えてもよいし、可能な範囲で適宜他の技術を組み合わせてもよい。さらに、可能な範囲で公知又は周知の技術を組み合わせてもよい。
　例えば、本実施形態においては太陽エネルギー利用窓１～３を立面に用いる例を説明したが、太陽エネルギー利用窓１は立面に限らず傾斜面（例えば屋根面）に用いられてもよい。図１０は、太陽エネルギー利用窓１～３を傾斜面に用いたときの例を示す断面図である。図１０に示すように、太陽エネルギー利用窓１～３は、例えば日本においては北側に傾斜する傾斜面に用いられてもよい。このような場合であっても、立面時における下限仰角との関係から、３種の光路ＯＰ１～ＯＰ３を実現することができるからである。
　また、上記実施形態において太陽エネルギー利用窓１～３は、外ガラス１０ａと内ガラス１０ｂとの２層構造となっているが、３層目以上の板材を備えていてもよい。
　さらに、第３実施形態に係る太陽エネルギー利用窓３においては、移動機構６０により複数のエネルギー収集部４０が一体的に移動する（同じ移動をする）ことを想定したが、これに限らず、一部のエネルギー収集部４０のみが他のエネルギー収集部４０と異なる方向に移動させられてもよい。すなわち、それぞれのエネルギー収集部４０が異なる位置に移動させられていてもよい。
　以上、図面を参照しながら各種の実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。また、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上記実施の形態における各構成要素を任意に組み合わせてもよい。
　なお、本出願は、２０１７年１２月２６日出願の日本特許出願（特願２０１７－２４８８１６）に基づくものであり、その内容は本出願の中に参照として援用される。
１～３　：太陽エネルギー利用窓（太陽エネルギー利用器）
１０　　：２枚の板材
１０ａ　：外ガラス（透明性の板材）
１０ｂ　：内ガラス（板材）
２０　　：真空封止部材
３０　　：第１プリズム（三角柱プリズム）
３０ａ　：第１の辺
３０ｂ　：第２の辺
３０ｃ　：第３の辺
３１　　：プリズム壁
３２　　：内部部材
４０　　：エネルギー収集部
４１　　：選択吸収部
５０　　：第２プリズム（第２三角柱プリズム）
５０ａ　：第４の辺
５０ｂ　：第５の辺
５０ｃ　：第６の辺
６０　　：移動機構
ＡＡ　　：頂角
ＢＡ１　：第１底角
ＢＡ２　：第２底角
Ｃ１，Ｃ２　　：隙間
ＯＰ１～ＯＰ３　：３種の光路
ＳＬ　　：散乱光

Claims (6)

  1. 　板材と、当該板材よりも太陽光の入射側において当該板材と略平行配置される透明性の板材とからなる２枚の板材と、
    　前記２枚の板材の間に配置されると共に、断面視して前記透明性の板材に沿う第１の辺と前記第１の辺に対して角度を有する第２及び第３の辺からなる透明性の三角柱プリズムと、
    　前記第２及び第３の辺のうち、下方側の辺となる第２の辺に対して、所定の隙間を挟んで設置され、太陽エネルギーを収集するエネルギー収集部と、を備え、
    　前記三角柱プリズムは、前記透明性の板材を通過して前記第１の辺から当該三角柱プリズム内に進入した太陽光のうち、直接前記第２の辺に到達して前記第２の辺から当該三角柱プリズム外に出るものと、前記第３の辺で全反射して前記第２の辺に到達して前記第２の辺から当該三角柱プリズム外に出るものと、前記第３の辺及び前記第１の辺の順に全反射した後に前記第２の辺に到達して前記第２の辺から当該三角柱プリズム外に出るものとの３種の光路が存在するように屈折率と三角の各内角とが設定されている
    　太陽エネルギー利用器。
  2. 　前記三角柱プリズムは、当該三角柱プリズムの外壁を構成する透明性のプリズム壁と、前記プリズム壁の内部に封入される透明性の内部部材と、を有する
    　請求項１に記載の太陽エネルギー利用器。
  3. 　前記三角柱プリズムは、前記第１の辺から進入する太陽光について前記３種の光路が実現されるときの太陽光の下限仰角が、屈折率が略１．４１であり、前記第２の辺と前記第３の辺とがなす角度が９０°であるときに最小値となるものであって、当該最小値よりも＋１０°以下の値となるように、屈折率及び前記第２の辺と前記第３の辺とがなす角度が設定されている
    　請求項１又は請求項２に記載の太陽エネルギー利用器。
  4. 　前記エネルギー収集部は、断面視状態で、前記三角柱プリズムと略同一形状であり、前記三角柱プリズムと点対称となる向きに配置されており、一部分が非透明性で残部が透明性である
    　請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の太陽エネルギー利用器。
  5. 　断面視状態で、前記三角柱プリズムと同一形状であり、前記２枚の板材に沿う第４の辺と前記第４の辺に対して角度を有する第５及び第６の辺からなり、前記三角柱プリズムと点対称となる向きに配置された透明性の第２三角柱プリズムをさらに備え、
    　前記２枚の板材は、双方が透明性の板材であり、
    　前記エネルギー収集部は、前記三角柱プリズムの前記第２の辺と、前記第２三角柱プリズムの第５及び第６の辺のうち、上方側の辺となる第５の辺との間において、双方から離間して設けられている
    　請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の太陽エネルギー利用器。
  6. 　前記第２の辺と前記第５の辺との間で前記エネルギー収集部を移動可能であって、前記エネルギー収集部を前記第２の辺と前記第５の辺とにそれぞれ切離可能とする移動機構をさらに備える
    　請求項５に記載の太陽エネルギー利用器。
     
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