JPS5843401A - フレネル集光板体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 太陽エネルギーの収集にフレネル集光器が有能であるこ
とは周知である。特願昭５３−７０１９「フレネル集光
器」はフレネル集光器に同心円スタイルとリニアスタイ
ルがあり、更に弯曲・複合・重畳の有無・光学面数によ
って多くの型別にわかれることを述べている。

本発明のフレネル集光板体は、これらすべての型のフレ
ネル集光器に適用できるものであり、集光器の周辺構造
に工夫を加えることにより、設置現場に搬入して直ちに
実用に供しうるよう、また長期の屋外使用に充分な耐久
力をもち、しかも保守・清拭に手間のかからないよう、
更にまた、充分な断熱力を持たせて保温に役立つよう、
新しい改善を施したフレネル集光板体に関する。

フレネル集光器は、薄く従って少い使用材料で安価に作
りうるという長所のある反面、薄くした場合、■１■破
れ易い。■２■変形して光学的性質を損じ易い。■３■
形状確保のため堅固な周辺支持構造が必要で設置が煩は
しい。■４■光学面は傷に敏感で日光の紫外線・高温の
下では大気の水蒸気・ガスと反応してくもり易い。ミラ
ーの場合はミラー金属面（金属蒸着のことが多い）が犯
され易い。殊にフレネル面はその細溝内に露・ほこりを
ため易く曇りを生ずるが除去し難い。・・・・・等の欠
点を持っている。そしてこの欠点がフレネル集光器の普
及をさまたげる原因となっている。

本発明はこの問題の解決を目的とする。本願に先立って
特願昭５４−９６２５７「フレネル集光板」が類似出願
されているが、本願はそれを更に改善するものである。

以下実施例によって本発明を詳細に図示説明する。

第１図はホットプレス法で薄板状に形成されたリニア複
合フレネルレンズ２０（これに関しては特開昭５２−１
０１５１「複合フレネル凹、凸柱面をもつレンズまたは
鏡面」を参照）について本発明を実施したフレネル集光
板体の横断面図（集光器がリニアスタイルのときはリニ
ア軸に垂直な断面、同心円スタイルのときは光軸を通る
断面）である。１０、３０は表、裏面とも平滑な平行平
面のガラス板で、両者の熱膨張係数は一致させてある。

これらには太陽エネルギーの透過性のよいものが使用さ
れる。両ガラス板１０、３０の間には薄い平行間隙７０
が設けられ、この中には大気圧以下に減圧された乾燥空
気（露点温度ー３５度）とともにフレネルレンズ２０が
挿入され封止（シール）されている。４０はシール材で
ある。眞空封止材にはすでに多くの種類と方法が存在す
るのでここには詳しくは述べない。フレネルレンズ２０
とガラス板３０の接触部を例えば略々中央部の小面積で
接着されている。但し減圧が充分であってレンズ２０が
両ガラス板に強く挟持圧迫されているときには接着は不
要である。

減圧について付言すると、減圧が断熱に寄与することは
言うまでもないが、減圧はこのフレネル集光板体の温度
が上昇しても間隙内の気圧を大気圧以上に増大させるこ
とが無いか小さく、シール材４０に剥離を生ずることが
なく、ガラスを割ることも防止する。板体が広面積の場
合この配慮は欠かせない。温度が太陽熱で１００度上昇
するというとき、減圧はー２００ｍｍＨｇもあれば充分
である。

ニ板のガラス板はフレネル板に当接 し自らの破砕をまぬがれる。実験によれば強い減圧−５
００ｍｍＨｇに対し３ｍｍ厚の普通ガラスは５ｃｍ×５
ｃｍが耐えることができる。従ってこの圧力ではフレネ
ル溝の山がガラス板に接するとき５ｃｍ以上の空き面積
を生じないよう配慮すべきである。幸いこれには困難は
ない。フレネルの山にガラスが直接当接することを好ま
ないときは、フレネル面の所々に当接専用の例えば円錐
台形状の突起を配置する。突起は集光損失を増すが、損
失を全体で数％以内にすることは容易である。

５０はアルミサッシ（周囲枠）又は締め金具（所々に配
置）であって緩衝用ゴムシート６０を介して両ガラスを
緊締している。

さて、上述のようにした第１図のフレネル集光板体では
、薄くたわみ易いフレネルレンズ２０は外力から保護さ
れて形状の確保が理想的となる。

また外気から遮断されているため水露、ほこりの付着、
悪性ガスとの接触もなく、光学機能の保存はほとんど永
久的となる。更にこの集光板体は取扱、運搬に便利で、
簡単な架台に載せるだけでほとんど無調整で実用に供し
うる長所がある。

次に、第２図の集光板体は、直入光だけでなく斜入光も
高倍率で集光することのできる型式の、柱面状に弯曲す
るリニアフレネルミラー２１に対して本発明を実施した
ものである。レンズがミラーに変ったことと、弯曲とを
除けば、この集光板体の構成は第１図と同じである。１
１、３１は表裏のガラス板、７１は減圧された乾燥空気
（これは窒素等の不活性ガスを理想とするが空気は経済
的である）の充満する間隙、４１はシール材、５１は締
め金具、６１は緩衝ゴムである。

フレネルミラー２１はアクリル樹脂で一■づ、表面をフ
レネル面に、裏面を滑平面に形成し、この裏面にアルミ
ニウム蒸着等で鏡面処理したものをたわめて弯曲間隙７
１内に入れ、設計値通りの形状をえているのである。こ
の第２図の集光板体で、鏡面２１０をアクリル板でなく
、ガラス板３１の表面又は裏面に、設けたものの集光機
能はもとのものと変らない。ただ太陽光の通過する光学
面の数が増してその分だけ光の損失を増す。

次に第２図の集光板体で、裏ガラス板３１に注目すると
、これは光学的には何の役割も果たしていない。従って
熱伸縮に大きい差がなければ３１の材料は３０と異なる
もの例えば金属板であっても支障はない。３１を例えば
アルミニウム板にするとき、表ガラス板との間に１ｍ長
・１００度の温度変化（−２０度〜８０度）でほぼ１ｍ
ｍの伸縮差を生ずるのでシール材４１にはそれに対応で
きる弾性のあるものを選ばなければならない。

第３図のフレネル集光板体は、表ガラス板１２とアルミ
製複合フレネルミラー板３２の間に乾燥ガスを減圧封入
して（フレネルミラー面は間隙対向している）、その周
辺部を直接シール材４２で封止し一層の経済効果をねら
ったものである。

この構成ではもし集光板体があまりに広大であるとか、
ガラス板と金属板３２の間の熱膨張係数に大差があると
かの場合は、シール材４２を更に弾力性に富むものにす
るか、弾性材を挟んでシールするとかの緩衝手段が採ら
れる。

第３図で集光板体の板状体１２を透明アクリル平行平面
板、３２を透明アクリルフレネルレンズとしたレンズ型
の場合では両板の熱膨脹係数が等しいのでシール材４２
としてアクリル系接着剤を使い封止を完全にすることが
できる。シール材４２を省略してこの部分を熔着させる
ことも可能である。熔着には熱風加熱のほか、超音波加
熱等の方法がある。減圧作業は、間隙から大気に通ずる
小孔を残して大方の部分をシールしたのち、この小孔か
ら間隙内のガスを抜き、「栓」で小孔を閉塞するという
方法が作業性に富む。なお、この板状体１２の裏面をフ
レネル面にしたもの、例えばそれをリニアフレネルレン
ズ面にし、３２もリニアフレネルレンズにして、両者の
リニア軸を直交させたものは、点集光乃至矩形集光用レ
ンズとして有用である。なお本発明における板状体、フ
レネル板のそれぞれには厚さの制限はない。

一般の断熱用複層ガラスでは表裏ガラス板の間隙内に空
気とともに吸湿剤（例えばシリカゲル）を投入するとい
う方法がとられており、また例えばガラス板に対しアル
ミ角筒（１０〜１５ｍｍ角等）をスペーサーに使って間
隙を拡げるという方法もとられているが、吸湿剤・スペ
ーサーは共に本発明の集光板体に採用できる。

この発明はリニアスタイルだけでなく同心円スタイルの
フレネル集光器にも適用できることはすでに述べたが、
次記のものに適用するとき効果が著るしい。即ち、（図
面は省略するが）円柱面状に上に凹に弯曲するリニアフ
レネルミラー（リニア軸は母線に平行）であって、第３
図同様レンズ面を持たないものの中に、斜入太陽光をミ
ラーの弯曲の円柱面（の延長）の母線上に正しく幾何学
的焦線を結んで集光する集光器がある。この集光器は従
って集光倍率が高く太陽追尾を集光器固定のまま、受光
器の円運動で行ないうる長所があるが、この集光器とし
て本発明のようなフレネル集光板体に構成したものを使
うと、製作・運搬・設置・保守等のすべてに手間のかか
らぬものとなる。

上記をまとめて、本発明のフレネル集光板体では、フレ
ネル面、ミラー面、フレネルミラー面は完全に保護され
、角度形状の確保も充分となり、集光機能の耐久力は半
永久的となる。ガラスを表面に使うときは清拭が容易で
腐蝕に強く、保守が楽になる。工場で量産した集光板体
は現場に運んで即時使用できる等々、本発明の工業上の
価値は高い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のフレネル集光板体の平面形のものの実
施例の横断面図。 第２図は弯曲形のものの同様の図。 第３図は平面形のものの実施例の同様の図。 １０，１１，１２：表ガラス板（板状体）３０，３１　
　　：裏ガラス板 ２０，２１，３２：フレネル板 ４０，４１，４２：シール材 ５０，５１　　　：締め金具 ６０，６１　　　：緩衝ゴム ７０，７１，７２：間隙 特許出願人　灘口　明　ほか１名

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）板状体の面に、フレネル板のフレネル面の凸部を
   当接して重ねると共に、該当接部の間隙の気圧を大気圧
   以下に減圧して密閉したことを特徴とするフレネル集光
   板体。
2. （２）該板状体の該当接している面そのものもフレネル
   面である第１項記載のフレネル集光板体。
3. （３）該フレネル板を間に挟んで、該板状体のほかにも
   う一板の板状体があり、該減圧密閉はその二つの板状体
   の間で行われたものが該当接部の間隙に波及したものと
   なっている第１又は第２項記載のフレネル集光板体。