JPH0326801B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は多数のストレートプリズムからなる屈
折器に関し、各ストレートプリズムは適当に寸法
を定められかつ透明材料から作られ、そして１つ
の平らな面と１つののこ歯状の面とを有する構造
体を形成するように配置される。

太陽エネルギーを集中するのに適した屈折器を
得るために、従来フレネル形プロフイルを備えた
レンズの能力を利用し、これにより平行光線のビ
ームを焦点の方へ集中した。前記レンズを使用す
る屈折器は本技術分野で周知であり、これらの屈
折器は太陽従動体上に装着される。あるいはそれ
らは固定されうるが、この場合には太陽従動体機
構の存在を模擬する適当な素子に結合される。

前記屈折器の適用は高価でありかつ実施に移す
ことが困難である。

同一出願人による先行特許出願の目的はフレネ
ル形素子から構成された屈折器であるが、これは
非対称的である。すなわち、単一焦点を持つてい
ない。この屈折器は時間に関して固定された位置
を維持するけれども、透過太陽エネルギーの相当
な集中がこの屈折器を使用して達成されうる。し
たがつて非常に簡素でありかつ使用が容易なシス
テムが得られる。

しかしながら、上記屈折セクシヨン得ることは
常に製造上の問題を引起こし、したがつて比較的
に高価である。

したがつて本出願人はさらに実験を行ない、本
発明の目的であるところの新規改良形の屈折器を
発見した。

この屈折器は任意のソリツド透明材料から容易
にかつ比較的に低いコストで製造されうる点で革
命的とみなされうるものである。また例えば既知
の型の連続板ガラス製造設備を使用することも可
能である。

さらに、本発明に係るもののようなシステムを
採用することにより、屈折器ののこ歯状面は高反
射力の適当な層で被覆することができ、これによ
り、本発明に係わる屈折器が組みつけられるユー
ザーシステムで反射されるエネルギーの外部の分
散を最小に留めることができる。

本技術分野で従来知られた型の屈折器では、前
記反射層の施工は表面の形状のため困難であるこ
とが見出された。

本発明に係る屈折器は大型集中表面用のモジユ
ラコンポーネントとして使用されうることもまた
指摘されるべきである。

実際に、多重組合せ解決法を考案することがで
き、明らかに、モジユラコンポーネントと関連す
る集中比を維持するために、使用されるモジユラ
コンポーネントと同様の集合表面のセクタがある
ことになる。

添付図面は、本発明の原理を例示するものとし
て、本発明に係る屈折器の非対称的プリズム屈折
器の好適実施態様を示す。

図面に見られるように、本発明の目的は時間に
関して位置が固定されている屈折セクシヨンＲで
あり、これは種々の非焦点（afocal）構造素子す
なわちストレートプリズムＰを使用することによ
つて得られ、ストレートプリズムは並んで配置さ
れかつ一日のかなりの時間中集中比Ｃ2.60を可
能にするように適当に寸法を定められている。

集中比Ｃは、この場合には、屈折器の幅Ｌと、
特定の日の時間中収集表面上の太陽によつて照射
される表面の幅Ｌとの比と解釈されるものであ
る。

本発明に係るシステムの独特の特徴は、太陽光
線の入射平面piと反対の半空間内に平面が存在す
ることであり、ここでは、先に定義した、集中比
Ｃ2.6が、季節に依存して、８時までの時間に
達成されうる。この平面は最大集中平面pmcと定
義される。

最大集中平面pmcに加えて、太陽エネルギーは
屈折器Ｒの平らな面から任意の距離の所に位置す
る任意の平面上に収集されうる。

もちろん、得られる集中比は距離ｄに関連して
おり、前記平面が屈折器Ｒに近いほど、前記集中
比は低くなる。

本発明に係る屈折器Ｒは前述したようにストレ
ートプリズムｐからなりまたはストレートプリズ
ムの２つの序列からなり、各序列はその特有の幾
何学的特性を有する。

プリズムの２つの序列は適当な軸線Ｑのまわり
に接合されかつ例えば平らな支持層によつて一体
に作られ、支持層の厚さeoはシステムの動作性
能にとつて重要ではない。

接合軸線Ｑ（第１−３図参照）の下上に配置さ
れた、各種ストレートプリズムｐの配置、寸法
（高さｅ、幅ｌ、深さｈ）（第１，１ａ図）および
数は、特定平面（最大集中平面pmc）上の、太陽
の見掛けの移動に起因する、集中太陽像の変位を
最大程度に限定する能力のある屈折器Ｒを形成す
るように定められている。

さらに詳述すると、プリズムｐの配置は、２つ
のプリズム、すなわち、軸線Ｑから等距離（yi）
の点に入射太陽光線を収集するために配置され
た、軸線Ｑ上方のプリズムpsとその下方のプリズ
ムpiのうち、下部素子プリズムpiは上部素子プリ
ズムpsの焦点距離f′よりも小さい焦点距離ｆを常
に持たなければならないようになつている（第２
図）。

プリズムｐの特定半径および特定位置に関連す
るプリズムの「焦点距離」は、屈折器Ｒの平らな
面から、接合軸線Ｑを通過する、前記面に垂直な
直線と平らな面上の入射角が０であるときプリズ
ムｐによつて透過される最外光線との交差点まで
の距離と定義される。

第１図を参照するとわかるように、最大高さｅ
が３mmに等しい素子の場合には、緯度42゜Nにお
ける６月22日８時の太陽光線は、屈折器Ｒの下部
領域に配置された４mmに等しい幅l₁のプリズムpi
および屈折器の上部分に配置された13mmに等しい
またはそれ以下の幅l₂のプリズムpsによつて完全
に反射される。

これは屈折器Ｒの平らな面を東西配向で正午の
太陽光線の方向に垂直に配置することによつて達
成される。

第３図において、αは屈折光線の軸線と水平平
面Ｔとによつて形成された角を示す。

さらに特定的には、下部素子piに対しては４mm
の最小幅が設定され、上部素子psに対しては6.5
mmの最小幅が設定される。

これらの最外部素子は８時から出発する適度の
量の時間中全反射を生じ、したがつて最適の動作
条件がエネルギーの最初の適度の損失に対して達
成される。

上部および下部素子として最小幅ｌを有する素
子を設定した後、中間プリズムｐが試行錯誤によ
つて寸法を定められ、最初の近似値として、屈折
器Ｒの平らな面から距離ｄ＝350mmの所に配置さ
れた、特定平面上に最大集中を持つようにされ
る。

屈折器Ｒの下部分（第１図参照）は上部分より
もはるかに長く、この実施例では、下部分には変
化する幅ｌの42個のプリズムｐがあり、上部分に
は変化する幅ｌの９個のプリズムｐがある。

本発明に係る屈折器セクシヨンＲは任意の透明
材料から作られうる。例えば、このような材料は
屈折率1.5を有し、屈折器Ｒは太陽像を集中しか
つその変位を限定する能力を有し、これにより８
時から16時までの時間中、距離ｄ＝358mmの所に
配置された最大集中平面上に、集中比Ｃ＝Ｌ／L′＝ 2.60が得られる（第３〜６図参照）。

全反射を決定する最外部素子によつて失なわれ
るエネルギーに関しては、前記エネルギー損失が
８時から16時までの時間中の屈折エネルギーの
1.5％にすぎないことが計算されうる。

第５図は最大集中平面pmc上に現われる太陽像
のグラフである。Ｒは屈折器外形を示し、La，
Lb，Lc，Ld，Leは８時から12時までの時間中の
太陽像の外形を示し、集中比Ｃ＝Ｌ／L′は容易に推 定できる。

午後時間中の太陽像は示されていないが、これ
らはそれぞれの午前時間に対応する像と同一寸法
を有し、12時を中心として対称的でありかつ前記
屈折器の中間平面に関して対称的に配置されてい
る。

計算により、最大集中平面pmcは最初に想定し
たものから僅かに異なる距離の所すなわちｄ＝
358mmの所にあることが見出される。

実際に、第６図において、ｙ軸はプリズム素子
が組付けられている平面（第１図）をプロツト
し、ｘ軸は距離ｄをプロツトし、上部光線rsは12
時に９番目の上部素子の最外端によつて屈折され
た光線に対応し、下部光線riはやはり12時に42番
目の下部素子の最外端によつて屈折された光線に
対応し、rinは８時に２番目の上部素子によつて
屈折された中間光線を表わす。riとrinとの交差
点は最大集中平面pmcの正確な位置を与え、該平
面はｄ＝358.34mmの所に位置している。

この平面上そして８時から16時までの時間中、
ｙ軸に沿つた透過光線の最大および最小座標は下
記の通りである。

ｙ max＝118.14mm ｙ min＝ 58.52mm これから集中比Ｃ＝447／118.14＋53.52＝2.60が得 られ、ここで447mmは実施例による屈折器Ｒの幅
Ｌを支配する53個のプリズム素子ｐの全幅であ
る。

本発明に係る屈折器Ｒは僅か数mmの厚さｅ＋
eoで作ることができ、したがつてそれは軽くか
つエネルギー伝送に関して高性能を備えている。

したがつて、本発明に係る屈折器Ｒは製作が容
易でありかつ取扱いが便利であり、さらにその性
能が高い。

もちろんこれらの特性は太陽従動体システムを
使用しないで太陽エネルギーを集中するという新
規な利点に付加されるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る屈折器の断面図および部
分図である。第１ａ図は前記屈折器の単一のスト
レートプリズムの拡大図である。第２図は「焦点
距離」の定義を例示する屈折器の略図である。第
３図は太陽エネルギーがその平らな表面上に受け
られるような位置に示された屈折器の略図であ
る。第４図は屈折器からの収集表面の距離に関し
て集中比をプロツトしたグラフである。第５図は
８時から12時まで最大集中表面上に屈折器によつ
て伝送される太陽像を示す。第６図は屈折器から
の最大集中平面の距離の決定に使用される、プリ
ズム素子によつて屈折された最外光線をプロツト
したグラフである。 Ｒ…屈折器、Ｐ…ストレートプリズム、Pi…入
射平面、Ｑ…接合軸線、ｅ…高さ、ｌ…幅、ｈ…
深さ、Ｃ…集中比、ｄ…屈折器の平らな面からの
距離、ｆ…焦点距離、Ｌ…屈折器幅、L′…照射
幅、La〜Le…太陽像外形。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 一日のかなりの時間集中比が少なくとも2.6
   で平面集中領域に太陽エネルギーを集中する定置
   式屈折器に置いて、 前記集中比は、前記屈折器の幅と、前記一日の
   かなりの時間の間太陽により照射される前記集中
   領域の幅との比で定義されるものであり、前記幅
   は、前記屈折器の長さと高さに垂直であり、該長
   さと高さは、互に垂直な関係であり、 前記屈折器は、平坦支持層とのこ刃状の上面と
   で構成され、 前記のこ刃状の上面は、複数の光学素子で構成
   され、すなわち、中央の非焦点ストレートプリズ
   ム素子と、該中央プリズム素子の両側の複数の隣
   接非焦点ストレートプリズム素子とで構成され、
   かつこれらプリズム素子は、二つの被照射面を有
   し、 前記中央と隣接プリズム素子は、その最大高さ
   は、前記支持層を含めずに約３mmであり、 前記屈折器は、前記ストレートプリズム素子の
   長さと平行な軸を有し、該軸により該屈折器を上
   方と下方の二つの部分に区分けされており、 前記中央プリズム素子は、前記軸上にあり、か
   つその二つの被照射面は、該軸で交差しており、
   しかして前記支持層に対して垂直でなく、 該中央プリズム素子の各側のすぐ隣の前記隣接
   プリズム素子は、前記支持層に垂直で、かつ該中
   央プリズム素子の被照射面の底に接する面と、該
   垂直面と交わる対角線を形成する面とを有し、 残りの隣接プリズム素子は、前記支持層に垂直
   な面と、この垂直な面と交わる面とを有し、 前記上方部分と前記下方部分は、互に異なる数
   のプリズム素子を有し、すなわち該下方部分は、
   前記上方部分より多くのプリズム素子を有し、該
   下方部分のプリズム素子の幅は、４mmに等しい
   か、それより大きく、該上方部分のプリズム素子
   の幅は、6.5mmに等しいか、それより大きく、前
   記軸の両側の対角線を形成する面は、互に向合う
   ようになつている屈折器。 ２ 特許請求の範囲の第１項に記載の屈折器にお
   いて、前記下方部分の隣接プリズム素子の数は、
   ９であり、前記上方部分の隣接プリズム素子の数
   は、42であり、前記最大集中比は、前記屈折器か
   ら約350mmの距離にある平面で得られるようにな
   つている屈折器。 ３ 特許請求の範囲の第１項に記載の屈折器にお
   いて、前記一日のかなりの時間は、08時から16時
   である屈折器。 ４ 特許請求の範囲の第１項に記載の屈折器にお
   いて、前記光学素子は、前記支持層と一体に形成
   されている屈折器。