JPS59206801A - 集光装置 - 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】 この発明は、プリズムを用いた集光装置に関するもので
ある。

プリズムを用いた集光装置としては、第１図（ａ）。

（ｂ）に示す透明プリズムと、第２図に示すミラー付プ
リズムとがある。

第１図（ａ）、　（ｂ）は通常のくさび形をしたプリズ
ムを全反射を利用して集光装置としたものである。第１
図において、１１は透明プリズム、１１Ｃは受光面であ
る。入射角り、で透明プリズム１１に入射した入射光Ｆ
は、透明プリズム１１０表面１１ａにおいて屈折され、
透明プリズム１１内を直進し、透明プリズム１１の裏面
１１ｂにおいて全反射される。この全反射を透明プリズ
ム１１の表面１１ａと裏面１１ｂとで繰り返し、入射光
Ｆは透明プリズム１１の終端部に設けられた受光面１１
ｃに到達する。

上記の構造の集光装置において入射光Ｆの最大許容角ｈ
１ｍａｌは、受光面１１ｃと透明プリズム１１の表面１
１ａと尾垂直な面（子午面）内の入射光については解析
的に求めることができる。子午面に含まれない入射光（
斜め入射光）建ついての最大許容角は光線追跡法等によ
る複雑な計算が必要となるので、以下では子午面内の入
射光の許容角についてのみ考える。

第１図の透明プリズムの子午面内での最大許容入射角ｈ
ｌＩｎ□は ｈｌｎｎ、ｘ＝：ｃｏｓｌ（ｎ　（ｃｏｓ−’（−）十
α〕）　　・・・・・・（りとなり、最大集光比′ＦＬ
ｍ１　　は ｃｏｓ　ｈ Ｒｍａｘ　＝ｓｉｎ　ｍ、ｘ−・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・（２）となる。ただし、ｎはプリ
ズムの屈折率、αは透明プリズムの頂角である。

また、第１図の集光装置においては、透明プリズム１１
の裏面１１ｂから入射する光Ｆ′も同様に受光面１１ｃ
に集光できる。この場合の最大許容入射角ＨＩｆｆｌａ
Ｘは ＨＩＩＢＨＫ　＝２　ｈ　Ｈｍａ　Ｘ−α　・・・・・
・・・・・・・・・・・・・　（３）となる。

次に第２図に示すミラー付プリズム集光器は、透明プリ
ズム２１の裏面２１ｂＫｊラー２２を設置したものであ
る。入射角ｈ１で透明プリズム２１０表面２１ａに入射
した光Ｆは、裏面のミラー２２での鏡面反射と、表面２
１ａでの全反射を繰り返し、受光面２１ｃＫ達する。裏
面２１ｂがミラー面であるため、裏面２１ｂからの入射
光は集光できないが、表面２１ａからの入射光に対する
最大許容入射角ｈ１ｍｍＫは、ミラー２２のない場合よ
りも大きくなり、次式で与えられる。

いた集光器では許容角により集光比の上限が定まり、あ
まり大きな集光比がとれない。

この発明は、そのような問題点を解決するためＫなされ
たものであり、上記２種類のプリズムを用いた集光器を
、間隙を設けて複数個配置し、入射角に応じて集光作用
をする透明プリズムが自動的に切り替わることを特徴と
する。この結果、瞬時的な集光比は許容角に制限されず
、高い集光比を実現することができる。

第　　　１　　　表 第３図はこの発明の一実施例を示す図である。

同図において、２個の透明プリズム３１．３２が重ねら
れ、透明プリズム３１と透明プリズム３２間ＫｉＪＩＭ
βが設けられている。入射角ｏ−ｈ、で入射する光Ｆ１
は透明プリズム３１内で全反射を繰り返し、受光面３１
ｃに到達する。同様に１人射角り、〜ｈ、で入射した入
射光Ｆ２は受光面３２ｃに集光される。また、透明プリ
ズム３２の裏面３２ｂから入射する元本同様に入射角に
応じて各透明プリズム３１，３２のいずれかに集光され
る。

上記のように１透明プリズムを複数個多段に重ねた場合
、入射光Ｆはその入射角に応じて複数個の透明プリズム
の内いずれか１つの透明プリズム内で全反射を繰り返し
集光される。このように受光面が入射角に応じて自動的
に切−２替わる集光器は、太陽光を熱エネルギーとして
利用する場合ｋ特に有効である。すなわち、太陽の位置
に応じていずれかの透明プリズム内で集中的に集光され
るため、高い温度の熱を高い効率で集熱することができ
る。この場合、重ね合わせる透明プリズムの数は適宜選
定できることは云うまでもない。

第４図はこの発明の他の実施例を示す図で、第３図に示
す実施例において最下段の透明プリズム３２をミラー付
プリズム４２としたもので、４１は透明プリズムである
。最下段にミラー４３があるため、この面からの入射光
は利用できないが、最上面からの入射光の最大許容角は
、第３図の実施例よりも大きくなる。すなわち、入射角
ｏ−ｈ。

とり、〜ｈａの入射光は、受光面４１ｃに集光され、入
射角ｈ１〜ｈ、の入射光は受光面４２ｃに集光される。

また、最下段のミラー付プリズム４２以外に集光する場
合は、ζラー面４３ｃでの反射は１回以下であり、鏡面
反射に伴なう損失がかなり低減される。

第５図はこの発明のさらに他の実施例を示す図である。

これは第３図に示した実施例において左右の間隙β、に
対し中間の１つの間隙β。を大きくしたものに相当する
。両側の透明プリズム５１゜５２．５１’、５２’の最
大許容角内の入射光は、各透明プリズム５１，５２，５
１’、５２’で有効に集光し、それ以外の光は底面５３
に透過して行くことを特徴としている。この実施例は、
太陽光の有効利用に適している。すなわち、透明プリズ
ム５１゜５２．５１’、５２’により集光された光は、
熱あるいは電気出力に変換して有効に利用し、それ以外
の光は底面から透過するので、採光、適度な暖房に利用
できる。このため、この実施例は窓、温室の壁面などの
建築材料としての利用に適している。

なお、以上の実施例において、透明プリズムの材料とし
ては、透明な屈折媒質であれば何でも利用可能であるが
、集光した光を熱として利用する場合には、耐熱性があ
り熱伝導率が小さく、熱対流が起こらず赤外光の吸収率
の高いものである必要がある。この条件を満足する材料
としては、たとえは、シリコーン樹脂材が挙げられる。

なお、赤外光の吸収率のよい材料であれば集熱面は高価
な選択吸収膜に加工する必要はなく、耐久性、低コスト
化の面で実用上大きな利点を有する。

以上詳細に説明したように、この発明は、一定範囲の入
射角を持った入射光を蚕反射あるいは鏡面反射を利用し
て受光面に導く透明プリズムを間隙を設けて複数個多段
に配置したので、簡単な構造で集光比の高い集光装置が
得られ、かつ従来は集光できない入射角の光も有効比利
用する構成がとれるので、実用上大きな利点を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は透明プリズムを用いた集光装置を示す概
略図、第１図（ｂ）はその斜視図、第２図はミラー付プ
リズムを用いた集光装置の概略図、第３図、第４図、第
５図はこの発明の実施例をそれぞれ示す集光装置の概略
図である。 図中、１１，２１，３１，３２，４１，４２゜５１．５
２，５１’、５２’は透明プリズム、２２゜４３はミラ
ーである。また、各サフィックスａは表面、同じくサフ
ィックスｂは裏面、同じくサフ第１図 （ａ） 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 一定範囲の入射角を持った入射光を全反射、あるいは鏡
   面反射を利用して受光面に導く透明プリズムを間隙を設
   けて複数個多段に配置したことを特徴どする集光装置。