JPH0160801B2 - - Google Patents
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- JPH0160801B2 JPH0160801B2 JP54019623A JP1962379A JPH0160801B2 JP H0160801 B2 JPH0160801 B2 JP H0160801B2 JP 54019623 A JP54019623 A JP 54019623A JP 1962379 A JP1962379 A JP 1962379A JP H0160801 B2 JPH0160801 B2 JP H0160801B2
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
- F24S23/00—Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors
- F24S23/70—Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors with reflectors
- F24S23/80—Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors with reflectors having discontinuous faces
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
- F24S23/00—Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors
- F24S23/70—Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors with reflectors
- F24S23/77—Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors with reflectors with flat reflective plates
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
- F24S23/00—Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors
- F24S23/70—Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors with reflectors
- F24S2023/87—Reflectors layout
- F24S2023/872—Assemblies of spaced reflective elements on common support, e.g. Fresnel reflectors
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
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- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Optical Elements Other Than Lenses (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
- Lenses (AREA)
Description
本発明は入射太陽光線を線状焦点に集中させて
受ける太陽熱集熱器に関する。 リニアフレネル反射体あるいは階段反射体は太
陽熱集熱のために、その正確さの故に光学表面を
大量生産することができるということで、徐々に
使用が増大されてきている。しかしながら、その
ような反射体を組込んだ従来型の先行技術による
太陽熱集熱器には多数の欠点がある。できるだけ
多くの入射太陽光線を捕促しようとして、設計者
達は太陽熱集熱器の口径を大きくしてきた。階段
反射体の口径が反射体の焦点距離に比べて大きく
なると、階段の表面は焦線の方へ向かう反射光線
の一部分が階段表面のけあげ階段部分によつてさ
えぎられることによつて効率が低下することにな
る。従つて階段表面によつて捕促された入射光線
の内の幾らかは、線状焦点に向かわなくなる。こ
のことによつて光学的効率が低下され望ましくな
い。 本発明はこの先行技術における非効率性を新規
な反射体設計によつて克服するが、この設計では
けあげ段階部分におけるさえぎりをなくし、その
結果として太陽を追跡するための従来型追跡装置
とともに用いることのできる、大口径の太陽熱集
熱器を提供する。 本発明による階段反射体構造は、薄いポリマ板
で形成される。前記ポリマ板は滑らかな表面と、
階段反射面として構成された表面とを有してい
る。ポリマ板のこの滑らかな表面は平面状の基礎
面あるいは基礎平面を画定する。前記ポリマ板は
従来の設計による平坦な基礎支持構造物に接着さ
れる。階段反射体構造物として構成された表面
は、複数個の反射平面要素を包含し、その各々は
構造物の平坦基礎面に対して所定角度α′だけ傾斜
されている。前記階段反射要素は前記平坦基礎面
からほぼ垂直にのびたけあげ階段部分によつて分
離されている。 操作においては、前記平面状の反射要素は入射
光線を受けてこれを線状焦点に向けさせる。前記
階段反射構造物を入射光線とは直角をなす方向に
対して最小の傾斜角度φだけ傾斜させることによ
り、全てのけあげ階段部分でのさえぎりはなくな
る。 けあげ階段部分でのさえぎりをなくすための、
階段角度α′と最小傾斜角φとの間の幾何学的関係
は、２つのＸ−Ｙ直交座標系を用いて説明され
る。Ｘ−Ｙ座標系においては、Ｘ軸は入射光線に
直角をなしてのび、Ｙ軸は入射光線に平行に垂直
方向にのびる。X′−Y′座標系においては、X′軸
は平坦基礎面に沿つてのび、Y′軸はそれに垂直
にのびる。前記基礎面は、前記反射平面要素の傾
斜がX′−Y′座標系においては負になり、Ｘ−Ｙ
座標系においては正になるように回転される。こ
の傾斜の変更によつてけあげ階段部分は入射光線
および反射光線両方の軌道から外れ、これによつ
て全てのけあげ階段部分におけるさえぎりがなく
なる。前記反射平面要素はX′−Y′座標系に対し
ては負の傾斜を有しているので、従つてこの座標
系に関しては負の角度を郭定している。けあげ階
段部分でのさえぎりをなくすために必要な最小傾
斜角φを画定する時の幾何学的条件としては、角
度α′が零より大きいかあるいはそれに等しく、角
度φより小さいかあるいはそれに等しいことであ
る。 これらの直線状階段反射体を１対にしてＶ字型
に配置してもよい。各々の直線状階段反射体構造
物は、Ｖ字型の頂点からの二等分線に関して対称
的に配置できる。この形状においては各反射構造
物は入射光線をＶ字型の頂点からの二等分線に沿
つて位置した線状焦点に集中させる。反射板は剛
固な支持枠によつてＶ字型構造に支持される。こ
こでは設計例として単純なＶ字型形状を与えた
が、他の形状でも可能であることは認められる。
例えば、多数の構成反射板を用いて、各反射板を
異なつた角度φに向けてもよく、ここでφはけあ
げ階段部分でのさえぎりをなくすための最小傾斜
角である。もし実効口径の中にあつて幾分かの損
失を許すならば、前記反射板はφより大きな角度
に傾斜させてもよいことがわかるはずである。こ
うすれば、けあげ階段部分でのさえぎりをなくし
つつ、より大きな実効口径が可能となる。連続し
た多数のパネルを用いると、個々の部分を平らに
保持し、それらを焦点制御のため個個に調整可能
にする。 前記平坦な基礎構造物は反射要素を受光装置に
対して正確に焦点をあてさせることが必要であ
る。正確な線状焦点制御をするためには各々の階
段角α′が線状焦点に関して正しく方向づけられる
ことが必要である。階段角に誤差Δα′があると、
光線のふれｄ（第３図参照）が生じる。ｄ＝DΔθ
でｄは表わされ、ここでΔθ＝2Δα′である。階段
角の誤差Δα′は主たる切削加工時の不正確さや、
反射板の平坦さからの偏差や、反射板の向きにお
ける誤差から生じる。良好な近似を行なうと、焦
点に近い光線に対して直角な方向における光線の
ずれはｄ＝DΔθであり、ここでＤは、階段反射
体から焦点までの距離である。これによつて受光
装置の近くでは焦点の拡がりあるいは焦点ぼけが
生じる。この焦点ぼけの程度の大きさは線状焦点
から階段反射体までの距離に依存する。反射板を
入射光線に対して傾斜させると、けあげ階段部分
でのさえぎりをなくすばかりでなく、各階段部分
と線状焦点との距離の平均誤差をうまく減少させ
もする。従つて反射板を入射光線に対して傾斜さ
せることによつてよりよい線状焦点制御が可能と
なる。 個々の平面状反射要素はけあげ階段部分によつ
て分離されており、前記けあげ階段部分は説明し
た様に基礎面に対してほぼ垂直である。前記平面
状反射面はＸ−Ｙ座標系に関して角度αだけ傾斜
しており、入射光線を線状焦点に対して向ける。
基礎面がＸ−Ｙ座標系の方向に対して傾斜してい
ると、けあげ階段部分は入射光線と反射光線の両
方の軌道の外にあり、従つて入射光線あるいは反
射光線はけあげ階段部分にあたらないであろう。 平面状の反射面は第１表面の反射体あるいは第
２表面の反射体のいずれかと同じ構成をしてい
る。しかしながら、第２表面実施例の透明な平旦
面における屈折を補正するために付加的に訂正し
なければならない。 第１表面の反射体実施例の場合には、前記平面
状の反射面の逆の傾斜部分に亘つてけあげ階段部
分でのさえぎりをなくす幾何学的条件はφ＞α＞
０，あるいは−φα′０であり、ここでα′＝α
−φである。 第２表面の反射体実施例の場合には、前記逆傾
斜に亘つてけあげ階段部分でのさえぎりをなくす
幾何学的条件は角度φα０，あるいは−φ
α′＜０であり、ここでα′＝α−φである。αが常
に零より大きいという事実は本実施例の透明表面
における屈折から結果としていえる。 第２表面の反射体を用いると唯一の露出面が反
射体構造物の平坦なプラスチツク面だけであるの
で、反射面を環境的な風化作用から保護すること
ができる。この光学表面の風化および劣化を防ぐ
ために、前記ポリマ平面に適当な天候上の保護面
をとりつけてもよい。 第１図を参照すると、光線１，２を線状焦点３
に向けるための、従来技術による傾斜のない型の
直線状階段反射体が示されている。入射光線１は
前記階段反射体６の反射面４にあたるが、前記反
射面は階段反射要素の基線７に対して角度５をな
して傾斜している。この角度は入射光線を線状焦
点３に向けるために適当に選択されている。入射
光線２は隣接の階段反射面９にあたつて、反射面
８によつて反射され線状焦点３に到達するように
正しい方向へ向かうが、前記反射光線は前記階段
反射面４と８とを分離しているけあげ階段部分１
１によつてさえぎられる。第１図を参照すると、
このけあげ階段部分によるさえぎりの度合は線状
焦点から離れて位置する階段反射面になるほど徐
徐に大きくなる。前記けあげ階段部分によつてさ
えぎられた反射光線は線状焦点には到達せず、従
つて太陽熱集熱器の光学的効率も減少される。そ
のような直線状の階段反射装置を線状焦点に対し
て傾斜させても、入射光線は先ず最初に前記けあ
げ階段部分にあたつて、次に空中に向き直るの
で、光学的な特性を改良することにはならない。 第２図に示す本発明においては、各々の階段角
α′は基面２０と平面状の反射面２１との間に含ま
れる角度として形成される。この角度α′は傾斜角
φと対向しており、前記傾斜角は基面２０とＸ軸
との間の角度であり、前記Ｘ軸は太陽の入射光線
の方向とは直角になつている。前記平面状の反射
面の向きについて議論する場合には、２つの座標
系を画定すると都合がよい。Ｘ−Ｙ座標系におい
ては前記平面状の反射面は正の傾斜を有する。前
記平面状の反射面２１の傾斜をX′−Y′座標系で
考えると、前記反射面の傾斜はＸ−Ｙ座標系に対
して逆転されている。このことにより、前記平面
状の反射要素の反射面２１にあたつた全ての入射
光線は、けあげ階段部分によつてさえぎられるこ
となしに線状焦点２３の方へ向けることができ
る。ある与えられた集熱器Ａに関する最小の傾斜
角φは、Ｘ−Ｙ座標系において、全ての平面状反
射面に関して結果として正の傾斜が得られ、しか
も入射光線を各々の平面状反射面から２３に位置
した線状焦点へ向かわせるような傾斜角である。 第２図に示すように、入射光線２４，２５，２
６は常に線状焦点に向けて反射され、各々の平面
状反射面を分離しているけあげ部分は入射光線あ
るいは反射光線を決してさえぎることがない。 第３図に関して述べた、傾斜した直線状階段反
射構造物の他の利点は、結果的には、太陽熱集熱
器の線状焦点制御が改善されている点にある。各
坦の平面状反射要素３１，３２，３３，３４に対
応する角度α′はα′31，α′32，α′33，α′34であ
る。こ
れらの角度は、集光板が最小傾斜角φだけ傾斜さ
れている時に、入射光線の反射光線を線状焦点３
９へ向けさせる様に設計されている。全ての角度
α′に関する階段角度の偏差Δα′は、主たる切削加
工時の不正確さや、集光板の平面度偏差や集光板
の向きにおける誤差によつてもたらされる。これ
らの偏差によつて反射光線は線状焦点からわずか
にΔθだけずらされることになる。この線状焦点
からのずれ量ｄはほぼｄ＝DΔθによつて表わさ
れるが、ここでＤは反射面３３から線状焦点３９
までの距離である。本発明の傾斜構造によれば、
階段反射構造物の全口径に亘つて、各坦の平面状
反射面から線状焦点３９までの距離Ｄに関する平
均誤差が最小になる。従つて、本発明の傾斜形階
段反射構造物における方が、線状焦点からのずれ
量の問題はより楽になる。このことによつて線状
焦点に関するより密接な制御が広範囲に行うこと
ができ、これは線状焦点３９に配置された受光装
置の効率が受光するエネルギ束に強く依存すると
いう点で利点がある。 第４図および第５図は本発明による第１および
第２の反射面実施例を示す。第４図を参照する
と、４０のような平面状反射面はポリマ材料４１
で形成されている。このポリマ板材は平坦な板４
３に対して接着剤４２で接着してもよい。前記平
面状反射構造物の露出面に対して適当な反射被覆
４４がほどこされる。完成した反射構造物は、入
射光線の方向とは直角をなす方向に対して傾斜角
φだけ傾斜される。 第５図を参照すると、本発明による第２の反射
面実施例が示されている。本実施例においては、
５０のような平面状反射面は透明なポリマ板５１
の下側に形成されている。反射面をつくり出すた
めに適当な反射被覆５２がほどこされている。反
射板構造物５３は適当な物質５４によつて平坦な
支持板５５に接着される。第５図に示すような前
記第２反射面の主な利点は、滑らかな平坦表面５
７が環境に対して露出され、反射被覆５２を環境
から保護することができるという点にある。前記
平坦な表面は適当な摩耗防止被覆あるいは非反射
被覆を塗布してもよい。 第６図には本発明による反射集光装置のための
１つの適当な支持構造が示され、剛固な支持構造
物６０は直線状受光装置６３に対して反射板６
１，６２を整列するために設けられている。図面
に示す反射要素は第１反射面の型であるが、第２
反射面実施例に対しても同様に剛固な支持構造物
を用いてもよいことがわかるはずである。 第７図は第１反射面のための特別な設計例を示
す。太陽エネルギの吸収装置あるいは受取装置
が、反射板の頂点から距離FDだけ離れたところ
に位置した太陽熱集熱器の線状焦点上に位置して
いる。前記受取装置は光ボルタ電池あるいは熱吸
収パイプを含むいかなる従来のものであつてもよ
い。前記受取装置あるいは吸収装置のところにお
ける受光角度の半角γは設計者によつて選択され
るが、その大きさはその設計者が入射光線を集め
たいとしている太陽熱吸収装置の型によつて左右
される。前記受光半角が一度画定されると、結果
としてけあげ階段部分によつてさえぎられること
のない反射板の最小傾斜角φは、φ＝γ／２によ
つて郭定される。従つて、必要な反射板の長さ
PLはPL＝sinγ／cosφ×FDによつて計算される。太陽 熱集熱器全体の実効半径はEA＝PL×cosφにな
る。FD＝48インチ（122cm）、PL＝48インチ（122
cm）、φ＝30゜、α＝60゜といつた特定の場合には
EA＝41.57インチ（106cm）となる。次の表はX′，
α′，αの代表値を示しており、ここでαはＸ−Ｙ
座標系における平面状反射要素の角度であり、
X′は各各の平面状反射要素の反射板に沿つた位
置である。
受ける太陽熱集熱器に関する。 リニアフレネル反射体あるいは階段反射体は太
陽熱集熱のために、その正確さの故に光学表面を
大量生産することができるということで、徐々に
使用が増大されてきている。しかしながら、その
ような反射体を組込んだ従来型の先行技術による
太陽熱集熱器には多数の欠点がある。できるだけ
多くの入射太陽光線を捕促しようとして、設計者
達は太陽熱集熱器の口径を大きくしてきた。階段
反射体の口径が反射体の焦点距離に比べて大きく
なると、階段の表面は焦線の方へ向かう反射光線
の一部分が階段表面のけあげ階段部分によつてさ
えぎられることによつて効率が低下することにな
る。従つて階段表面によつて捕促された入射光線
の内の幾らかは、線状焦点に向かわなくなる。こ
のことによつて光学的効率が低下され望ましくな
い。 本発明はこの先行技術における非効率性を新規
な反射体設計によつて克服するが、この設計では
けあげ段階部分におけるさえぎりをなくし、その
結果として太陽を追跡するための従来型追跡装置
とともに用いることのできる、大口径の太陽熱集
熱器を提供する。 本発明による階段反射体構造は、薄いポリマ板
で形成される。前記ポリマ板は滑らかな表面と、
階段反射面として構成された表面とを有してい
る。ポリマ板のこの滑らかな表面は平面状の基礎
面あるいは基礎平面を画定する。前記ポリマ板は
従来の設計による平坦な基礎支持構造物に接着さ
れる。階段反射体構造物として構成された表面
は、複数個の反射平面要素を包含し、その各々は
構造物の平坦基礎面に対して所定角度α′だけ傾斜
されている。前記階段反射要素は前記平坦基礎面
からほぼ垂直にのびたけあげ階段部分によつて分
離されている。 操作においては、前記平面状の反射要素は入射
光線を受けてこれを線状焦点に向けさせる。前記
階段反射構造物を入射光線とは直角をなす方向に
対して最小の傾斜角度φだけ傾斜させることによ
り、全てのけあげ階段部分でのさえぎりはなくな
る。 けあげ階段部分でのさえぎりをなくすための、
階段角度α′と最小傾斜角φとの間の幾何学的関係
は、２つのＸ−Ｙ直交座標系を用いて説明され
る。Ｘ−Ｙ座標系においては、Ｘ軸は入射光線に
直角をなしてのび、Ｙ軸は入射光線に平行に垂直
方向にのびる。X′−Y′座標系においては、X′軸
は平坦基礎面に沿つてのび、Y′軸はそれに垂直
にのびる。前記基礎面は、前記反射平面要素の傾
斜がX′−Y′座標系においては負になり、Ｘ−Ｙ
座標系においては正になるように回転される。こ
の傾斜の変更によつてけあげ階段部分は入射光線
および反射光線両方の軌道から外れ、これによつ
て全てのけあげ階段部分におけるさえぎりがなく
なる。前記反射平面要素はX′−Y′座標系に対し
ては負の傾斜を有しているので、従つてこの座標
系に関しては負の角度を郭定している。けあげ階
段部分でのさえぎりをなくすために必要な最小傾
斜角φを画定する時の幾何学的条件としては、角
度α′が零より大きいかあるいはそれに等しく、角
度φより小さいかあるいはそれに等しいことであ
る。 これらの直線状階段反射体を１対にしてＶ字型
に配置してもよい。各々の直線状階段反射体構造
物は、Ｖ字型の頂点からの二等分線に関して対称
的に配置できる。この形状においては各反射構造
物は入射光線をＶ字型の頂点からの二等分線に沿
つて位置した線状焦点に集中させる。反射板は剛
固な支持枠によつてＶ字型構造に支持される。こ
こでは設計例として単純なＶ字型形状を与えた
が、他の形状でも可能であることは認められる。
例えば、多数の構成反射板を用いて、各反射板を
異なつた角度φに向けてもよく、ここでφはけあ
げ階段部分でのさえぎりをなくすための最小傾斜
角である。もし実効口径の中にあつて幾分かの損
失を許すならば、前記反射板はφより大きな角度
に傾斜させてもよいことがわかるはずである。こ
うすれば、けあげ階段部分でのさえぎりをなくし
つつ、より大きな実効口径が可能となる。連続し
た多数のパネルを用いると、個々の部分を平らに
保持し、それらを焦点制御のため個個に調整可能
にする。 前記平坦な基礎構造物は反射要素を受光装置に
対して正確に焦点をあてさせることが必要であ
る。正確な線状焦点制御をするためには各々の階
段角α′が線状焦点に関して正しく方向づけられる
ことが必要である。階段角に誤差Δα′があると、
光線のふれｄ（第３図参照）が生じる。ｄ＝DΔθ
でｄは表わされ、ここでΔθ＝2Δα′である。階段
角の誤差Δα′は主たる切削加工時の不正確さや、
反射板の平坦さからの偏差や、反射板の向きにお
ける誤差から生じる。良好な近似を行なうと、焦
点に近い光線に対して直角な方向における光線の
ずれはｄ＝DΔθであり、ここでＤは、階段反射
体から焦点までの距離である。これによつて受光
装置の近くでは焦点の拡がりあるいは焦点ぼけが
生じる。この焦点ぼけの程度の大きさは線状焦点
から階段反射体までの距離に依存する。反射板を
入射光線に対して傾斜させると、けあげ階段部分
でのさえぎりをなくすばかりでなく、各階段部分
と線状焦点との距離の平均誤差をうまく減少させ
もする。従つて反射板を入射光線に対して傾斜さ
せることによつてよりよい線状焦点制御が可能と
なる。 個々の平面状反射要素はけあげ階段部分によつ
て分離されており、前記けあげ階段部分は説明し
た様に基礎面に対してほぼ垂直である。前記平面
状反射面はＸ−Ｙ座標系に関して角度αだけ傾斜
しており、入射光線を線状焦点に対して向ける。
基礎面がＸ−Ｙ座標系の方向に対して傾斜してい
ると、けあげ階段部分は入射光線と反射光線の両
方の軌道の外にあり、従つて入射光線あるいは反
射光線はけあげ階段部分にあたらないであろう。 平面状の反射面は第１表面の反射体あるいは第
２表面の反射体のいずれかと同じ構成をしてい
る。しかしながら、第２表面実施例の透明な平旦
面における屈折を補正するために付加的に訂正し
なければならない。 第１表面の反射体実施例の場合には、前記平面
状の反射面の逆の傾斜部分に亘つてけあげ階段部
分でのさえぎりをなくす幾何学的条件はφ＞α＞
０，あるいは−φα′０であり、ここでα′＝α
−φである。 第２表面の反射体実施例の場合には、前記逆傾
斜に亘つてけあげ階段部分でのさえぎりをなくす
幾何学的条件は角度φα０，あるいは−φ
α′＜０であり、ここでα′＝α−φである。αが常
に零より大きいという事実は本実施例の透明表面
における屈折から結果としていえる。 第２表面の反射体を用いると唯一の露出面が反
射体構造物の平坦なプラスチツク面だけであるの
で、反射面を環境的な風化作用から保護すること
ができる。この光学表面の風化および劣化を防ぐ
ために、前記ポリマ平面に適当な天候上の保護面
をとりつけてもよい。 第１図を参照すると、光線１，２を線状焦点３
に向けるための、従来技術による傾斜のない型の
直線状階段反射体が示されている。入射光線１は
前記階段反射体６の反射面４にあたるが、前記反
射面は階段反射要素の基線７に対して角度５をな
して傾斜している。この角度は入射光線を線状焦
点３に向けるために適当に選択されている。入射
光線２は隣接の階段反射面９にあたつて、反射面
８によつて反射され線状焦点３に到達するように
正しい方向へ向かうが、前記反射光線は前記階段
反射面４と８とを分離しているけあげ階段部分１
１によつてさえぎられる。第１図を参照すると、
このけあげ階段部分によるさえぎりの度合は線状
焦点から離れて位置する階段反射面になるほど徐
徐に大きくなる。前記けあげ階段部分によつてさ
えぎられた反射光線は線状焦点には到達せず、従
つて太陽熱集熱器の光学的効率も減少される。そ
のような直線状の階段反射装置を線状焦点に対し
て傾斜させても、入射光線は先ず最初に前記けあ
げ階段部分にあたつて、次に空中に向き直るの
で、光学的な特性を改良することにはならない。 第２図に示す本発明においては、各々の階段角
α′は基面２０と平面状の反射面２１との間に含ま
れる角度として形成される。この角度α′は傾斜角
φと対向しており、前記傾斜角は基面２０とＸ軸
との間の角度であり、前記Ｘ軸は太陽の入射光線
の方向とは直角になつている。前記平面状の反射
面の向きについて議論する場合には、２つの座標
系を画定すると都合がよい。Ｘ−Ｙ座標系におい
ては前記平面状の反射面は正の傾斜を有する。前
記平面状の反射面２１の傾斜をX′−Y′座標系で
考えると、前記反射面の傾斜はＸ−Ｙ座標系に対
して逆転されている。このことにより、前記平面
状の反射要素の反射面２１にあたつた全ての入射
光線は、けあげ階段部分によつてさえぎられるこ
となしに線状焦点２３の方へ向けることができ
る。ある与えられた集熱器Ａに関する最小の傾斜
角φは、Ｘ−Ｙ座標系において、全ての平面状反
射面に関して結果として正の傾斜が得られ、しか
も入射光線を各々の平面状反射面から２３に位置
した線状焦点へ向かわせるような傾斜角である。 第２図に示すように、入射光線２４，２５，２
６は常に線状焦点に向けて反射され、各々の平面
状反射面を分離しているけあげ部分は入射光線あ
るいは反射光線を決してさえぎることがない。 第３図に関して述べた、傾斜した直線状階段反
射構造物の他の利点は、結果的には、太陽熱集熱
器の線状焦点制御が改善されている点にある。各
坦の平面状反射要素３１，３２，３３，３４に対
応する角度α′はα′31，α′32，α′33，α′34であ
る。こ
れらの角度は、集光板が最小傾斜角φだけ傾斜さ
れている時に、入射光線の反射光線を線状焦点３
９へ向けさせる様に設計されている。全ての角度
α′に関する階段角度の偏差Δα′は、主たる切削加
工時の不正確さや、集光板の平面度偏差や集光板
の向きにおける誤差によつてもたらされる。これ
らの偏差によつて反射光線は線状焦点からわずか
にΔθだけずらされることになる。この線状焦点
からのずれ量ｄはほぼｄ＝DΔθによつて表わさ
れるが、ここでＤは反射面３３から線状焦点３９
までの距離である。本発明の傾斜構造によれば、
階段反射構造物の全口径に亘つて、各坦の平面状
反射面から線状焦点３９までの距離Ｄに関する平
均誤差が最小になる。従つて、本発明の傾斜形階
段反射構造物における方が、線状焦点からのずれ
量の問題はより楽になる。このことによつて線状
焦点に関するより密接な制御が広範囲に行うこと
ができ、これは線状焦点３９に配置された受光装
置の効率が受光するエネルギ束に強く依存すると
いう点で利点がある。 第４図および第５図は本発明による第１および
第２の反射面実施例を示す。第４図を参照する
と、４０のような平面状反射面はポリマ材料４１
で形成されている。このポリマ板材は平坦な板４
３に対して接着剤４２で接着してもよい。前記平
面状反射構造物の露出面に対して適当な反射被覆
４４がほどこされる。完成した反射構造物は、入
射光線の方向とは直角をなす方向に対して傾斜角
φだけ傾斜される。 第５図を参照すると、本発明による第２の反射
面実施例が示されている。本実施例においては、
５０のような平面状反射面は透明なポリマ板５１
の下側に形成されている。反射面をつくり出すた
めに適当な反射被覆５２がほどこされている。反
射板構造物５３は適当な物質５４によつて平坦な
支持板５５に接着される。第５図に示すような前
記第２反射面の主な利点は、滑らかな平坦表面５
７が環境に対して露出され、反射被覆５２を環境
から保護することができるという点にある。前記
平坦な表面は適当な摩耗防止被覆あるいは非反射
被覆を塗布してもよい。 第６図には本発明による反射集光装置のための
１つの適当な支持構造が示され、剛固な支持構造
物６０は直線状受光装置６３に対して反射板６
１，６２を整列するために設けられている。図面
に示す反射要素は第１反射面の型であるが、第２
反射面実施例に対しても同様に剛固な支持構造物
を用いてもよいことがわかるはずである。 第７図は第１反射面のための特別な設計例を示
す。太陽エネルギの吸収装置あるいは受取装置
が、反射板の頂点から距離FDだけ離れたところ
に位置した太陽熱集熱器の線状焦点上に位置して
いる。前記受取装置は光ボルタ電池あるいは熱吸
収パイプを含むいかなる従来のものであつてもよ
い。前記受取装置あるいは吸収装置のところにお
ける受光角度の半角γは設計者によつて選択され
るが、その大きさはその設計者が入射光線を集め
たいとしている太陽熱吸収装置の型によつて左右
される。前記受光半角が一度画定されると、結果
としてけあげ階段部分によつてさえぎられること
のない反射板の最小傾斜角φは、φ＝γ／２によ
つて郭定される。従つて、必要な反射板の長さ
PLはPL＝sinγ／cosφ×FDによつて計算される。太陽 熱集熱器全体の実効半径はEA＝PL×cosφにな
る。FD＝48インチ（122cm）、PL＝48インチ（122
cm）、φ＝30゜、α＝60゜といつた特定の場合には
EA＝41.57インチ（106cm）となる。次の表はX′，
α′，αの代表値を示しており、ここでαはＸ−Ｙ
座標系における平面状反射要素の角度であり、
X′は各各の平面状反射要素の反射板に沿つた位
置である。
【表】
同一の等価半径と同一の焦点距離とを有した平
坦な反射板設計（φ＝0゜）の場合にはけあげ階段
部分のさえぎりによる損失が9.2％（全ての反射
段についてのRMS値）であると計算される。従
つて、傾斜板の方が平坦板よりも約９％効率的で
ある。 第８図は焦点距離FDが48インチ（122cm）の場
合について、反射板の長さおよび太陽熱集熱器の
実効半径に対する受光半角の影響を示すグラフで
ある。グラフからはけあげ階段部分でのさえぎり
なしの状態で、理論的に可能な受光半角は0゜ない
し180゜であるが、太陽熱集熱器の実効半径はこの
両端角度付近では零になることがわかる。グラフ
には前出の表および第７図において与えられた特
別な場合についても表示してある。グラフから
は、受光半角が大きくなればなるほど必要な反射
板の長さは与えられた実効半径をつくるために長
くなる。しかしながら、受光半角90゜は実際的に
も達成できる。非傾斜型の反射板の場合にはこの
ことも達成不可能である。 前記のように、より大きな実効半径あるいは受
光角度を得るために、本発明の設計原理を用い
て、幾つかの隣接する反射板を個々に傾斜させて
もよい。このようにすることによつてけあげ階段
部分でのさえぎりがなくなり、板の平坦度の調整
も容易になり、また前記反射板は個々に整例して
もよい。 ある種の非常に大きな口径の例においては、け
あげ階段部分により少量のさえぎりなら許すこと
ができる。
坦な反射板設計（φ＝0゜）の場合にはけあげ階段
部分のさえぎりによる損失が9.2％（全ての反射
段についてのRMS値）であると計算される。従
つて、傾斜板の方が平坦板よりも約９％効率的で
ある。 第８図は焦点距離FDが48インチ（122cm）の場
合について、反射板の長さおよび太陽熱集熱器の
実効半径に対する受光半角の影響を示すグラフで
ある。グラフからはけあげ階段部分でのさえぎり
なしの状態で、理論的に可能な受光半角は0゜ない
し180゜であるが、太陽熱集熱器の実効半径はこの
両端角度付近では零になることがわかる。グラフ
には前出の表および第７図において与えられた特
別な場合についても表示してある。グラフから
は、受光半角が大きくなればなるほど必要な反射
板の長さは与えられた実効半径をつくるために長
くなる。しかしながら、受光半角90゜は実際的に
も達成できる。非傾斜型の反射板の場合にはこの
ことも達成不可能である。 前記のように、より大きな実効半径あるいは受
光角度を得るために、本発明の設計原理を用い
て、幾つかの隣接する反射板を個々に傾斜させて
もよい。このようにすることによつてけあげ階段
部分でのさえぎりがなくなり、板の平坦度の調整
も容易になり、また前記反射板は個々に整例して
もよい。 ある種の非常に大きな口径の例においては、け
あげ階段部分により少量のさえぎりなら許すこと
ができる。
第１図は太陽光線を線状焦点に向けさせる従来
型の非傾斜型直線状の階段反射体の概略断面図、
第２図は本発明の幾何学的形状を説明するために
用いる座標系を画定した本発明の概略断面図、第
３図は本発明の線状焦点誤差の制御について説明
した本発明の概略断面図、第４図は第１の反射面
を備えた直線状階段反射体を用いた本発明の概略
断面図、第５図は第２の反射面を備えた直線状階
段反射体を用いた本発明の概略断面図、第６図は
階段反射体のための支持構造物を示す本発明の実
施例の概略断面図、第７図は集熱器の効率を議論
するために用いた幾何学的パラメータを画定した
本発明の特別な例の概略断面図、および第８図は
受光半角の関数としての実効口径と反射板の長さ
を表わしたグラフである。 図において、２０……基礎面、２１，３１，３
２，３３，３４……平面状反射面、２４，２５，
２６……入射光線、２３，３９，６３……線状焦
点、５１……滑らかな透明面、５０……反射面。
型の非傾斜型直線状の階段反射体の概略断面図、
第２図は本発明の幾何学的形状を説明するために
用いる座標系を画定した本発明の概略断面図、第
３図は本発明の線状焦点誤差の制御について説明
した本発明の概略断面図、第４図は第１の反射面
を備えた直線状階段反射体を用いた本発明の概略
断面図、第５図は第２の反射面を備えた直線状階
段反射体を用いた本発明の概略断面図、第６図は
階段反射体のための支持構造物を示す本発明の実
施例の概略断面図、第７図は集熱器の効率を議論
するために用いた幾何学的パラメータを画定した
本発明の特別な例の概略断面図、および第８図は
受光半角の関数としての実効口径と反射板の長さ
を表わしたグラフである。 図において、２０……基礎面、２１，３１，３
２，３３，３４……平面状反射面、２４，２５，
２６……入射光線、２３，３９，６３……線状焦
点、５１……滑らかな透明面、５０……反射面。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 線状焦点に沿つて配置された受光装置に入射
太陽光線を集中させ、かつ導く太陽熱集熱器であ
つて、けあげ要素によつて分離された列状の平面
状の反射要素を有する太陽熱集熱器において、 前記列状の平面状の反射要素は、前記けあげ要
素が平面状の基礎面に対して直角をなした状態で
前記平面状の基礎面に沿つて配置され、 前記平面状の基礎面は前記入射太陽光線に対す
る法線に関して角度φだけ傾斜しており、前記の
各反射要素は、前記平面状の基礎面に関して角度
α′だけ傾斜していて前記入射太陽光線を前記線状
焦点の方へ反射させ、 前記角度α′は、前記けあげ要素の段階による前
記入射太陽光線のさえぎりを総て排除するよう
に、零に等しいか、または零より大きく、かつ角
度φより小さいか、または角度φに等しいことを
特徴とする太陽熱集熱器。
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US88018378A | 1978-02-22 | 1978-02-22 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS54123962A JPS54123962A (en) | 1979-09-26 |
| JPH0160801B2 true JPH0160801B2 (ja) | 1989-12-26 |
Family
ID=25375666
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1962379A Granted JPS54123962A (en) | 1978-02-22 | 1979-02-21 | Solar heat collector |
Country Status (12)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS54123962A (ja) |
| AU (1) | AU526479B2 (ja) |
| BR (1) | BR7900917A (ja) |
| CA (1) | CA1123292A (ja) |
| DE (2) | DE2907128A1 (ja) |
| ES (1) | ES477844A1 (ja) |
| FR (1) | FR2418475A1 (ja) |
| GB (1) | GB2015188B (ja) |
| IL (1) | IL56714A (ja) |
| IT (1) | IT1114985B (ja) |
| SU (1) | SU1138055A3 (ja) |
| ZA (1) | ZA787030B (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012163286A (ja) * | 2011-02-08 | 2012-08-30 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | 太陽熱集熱装置 |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR830008132A (ko) * | 1980-12-10 | 1983-11-16 | 엠 아노스 알프레도 | 태양 에너지 집열기 |
| JPS5910902A (ja) * | 1982-07-09 | 1984-01-20 | Dainippon Printing Co Ltd | マルチミラ−及びこれを用いる透過型投影装置 |
| US4505264A (en) * | 1983-12-27 | 1985-03-19 | Universite Laval | Electromagnetic wave concentrator |
| US4561425A (en) * | 1984-01-30 | 1985-12-31 | Long John B | Solar cooker |
| JPS60133439U (ja) * | 1984-02-16 | 1985-09-05 | 旭光学工業株式会社 | カメラのフアインダ内表示照明装置 |
| JPS6159327A (ja) * | 1984-08-30 | 1986-03-26 | Fuji Xerox Co Ltd | 複写機等の照明装置 |
| US4784700A (en) * | 1987-05-26 | 1988-11-15 | General Dynamics Corp./Space Systems Div. | Point focus solar concentrator using reflector strips of various geometries to form primary and secondary reflectors |
| JP2866866B2 (ja) * | 1988-03-31 | 1999-03-08 | 芝浦メカトロニクス株式会社 | レーザ光整形装置 |
| DE102005018657A1 (de) * | 2005-04-21 | 2006-10-26 | Lokurlu, Ahmet, Dr. | Kollektor und Kollektoranordnung zur Gewinnung von Wärme aus einfallender Strahlung |
| AU2010298244B2 (en) * | 2009-09-23 | 2014-04-10 | Eagle Eye Research, Inc. | Solar concentrator system with fixed primary reflector and articulating secondary mirror |
| WO2015081961A1 (en) * | 2013-12-02 | 2015-06-11 | Heliac Aps | Flexible fresnel solar concentrator |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE263950C (ja) * | 1900-01-01 | |||
| FR1122344A (fr) * | 1955-02-21 | 1956-09-05 | Capteur d'énergie rayonnée | |
| US2846724A (en) * | 1956-07-13 | 1958-08-12 | Thomas C Aylwin | Solar reflection device and means for producing the same |
| US2945417A (en) * | 1958-05-12 | 1960-07-19 | Coleman R Caryl | Apparatus and mechanism for concentrating solar rays on objects to be tested |
| US3613659A (en) * | 1968-10-14 | 1971-10-19 | Robert M Phillips | Solar-energy-concentrating device |
| GB1348193A (en) * | 1972-03-03 | 1974-03-13 | Ford Motor Co | Motor vehicle having interior rear view mirror |
| DE2511740A1 (de) * | 1975-03-18 | 1976-09-30 | Ulrich Ing Grad Radons | Reflektorsystem zur gewinnung von sonnenenergie |
| US4077393A (en) * | 1975-10-14 | 1978-03-07 | Mattson John P | Solar energy heat collector |
-
1978
- 1978-12-15 ZA ZA00787030A patent/ZA787030B/xx unknown
-
1979
- 1979-01-16 CA CA319,721A patent/CA1123292A/en not_active Expired
- 1979-02-14 BR BR7900917A patent/BR7900917A/pt unknown
- 1979-02-19 ES ES477844A patent/ES477844A1/es not_active Expired
- 1979-02-21 IT IT48070/79A patent/IT1114985B/it active
- 1979-02-21 JP JP1962379A patent/JPS54123962A/ja active Granted
- 1979-02-21 SU SU792733196A patent/SU1138055A3/ru active
- 1979-02-21 AU AU44457/79A patent/AU526479B2/en not_active Expired
- 1979-02-21 DE DE19792907128 patent/DE2907128A1/de active Granted
- 1979-02-21 IL IL56714A patent/IL56714A/xx unknown
- 1979-02-21 GB GB7906095A patent/GB2015188B/en not_active Expired
- 1979-02-21 FR FR7904345A patent/FR2418475A1/fr active Granted
- 1979-02-21 DE DE19797905131U patent/DE7905131U1/de not_active Expired
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012163286A (ja) * | 2011-02-08 | 2012-08-30 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | 太陽熱集熱装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE2907128C2 (ja) | 1990-02-22 |
| FR2418475B1 (ja) | 1984-06-01 |
| IL56714A (en) | 1982-07-30 |
| FR2418475A1 (fr) | 1979-09-21 |
| GB2015188A (en) | 1979-09-05 |
| IT1114985B (it) | 1986-02-03 |
| IT7948070A0 (it) | 1979-02-21 |
| AU526479B2 (en) | 1983-01-13 |
| CA1123292A (en) | 1982-05-11 |
| BR7900917A (pt) | 1979-09-11 |
| AU4445779A (en) | 1979-08-30 |
| DE7905131U1 (de) | 1979-08-23 |
| DE2907128A1 (de) | 1979-08-30 |
| JPS54123962A (en) | 1979-09-26 |
| ZA787030B (en) | 1979-11-28 |
| SU1138055A3 (ru) | 1985-01-30 |
| ES477844A1 (es) | 1980-04-01 |
| GB2015188B (en) | 1982-10-27 |
| IL56714A0 (en) | 1979-05-31 |
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