(57)【要約】  電磁放射線を受け入れる入口端と、出口端と、入口端と出口端の間に少なくともひとつの反射壁を有する導管部と、導管部の出口端の近傍にある放射線収集エレメントと、を含み、放射線収集エレメントが電磁放射線を収集するよう調整された電磁放射線収集装置。
2009526391.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁放射線を受け入れる入口端と、出口端と、該入口端と該出口端の間に少なくともひとつの反射側壁を備える導管部と、
該導管部の該出口端の近傍にあって、電磁放射線を収集するよう調整された放射線収集エレメントと、から成る電磁放射線収集装置。
【請求項２】
前記導管部および前記放射線収集エレメントを複数備える請求項１に記載の収集装置。
【請求項３】
複数の前記導管部の前記入口端が互いに近接している請求項２に記載の収集装置。
【請求項４】
各前記導管部は電磁放射線を反射する第１の面と、該第１の面に対向する第２の面により形成されている請求項２に記載の収集装置。
【請求項５】
各前記導管部の前記第１の面がパラボラ状で、各パラボラ状である前記第１の面の焦点地域が複数の前記放射線収集エレメントのひとつである請求項４に記載の収集装置。
【請求項６】
前記放射線収集エレメントが光電池である請求項５に記載の収集装置。
【請求項７】
前記放射線収集エレメントが放射線を吸収する液体を収めた導管である請求項５に記載の収集装置。
【請求項８】
前記第１の面が前記放射線収集エレメントに対して移動可能である請求項５に記載の収集装置。
【請求項９】
前記第１の面が対応する前記放射線収集エレメントを中心に回転可能である請求項８に記載の収集装置。
【請求項１０】
前記放射線収集エレメントの大きさは、前記放射線収集エレメントの表面積が、前記第１の面で反射された放射線があたる表面積より僅かに大きいものである請求項５に記載の収集装置。
【請求項１１】
複数の前記光電池がそれぞれ電気的に接続されている請求項６に記載の収集装置。
【請求項１２】
複数の前記光電池における第１の光電池の上面が、複数の前記光電池における第２の光電池の下面に電気的に接続されている請求項１１に記載の収集装置。
【請求項１３】
前記第２の光電池の下面に電気的に接続する下面接続部と、
前記第１の光電池の上面と該下面接続部とを電気的に接続する上面接続部と、を備える請求項１２に記載の収集装置。
【請求項１４】
前記上面接続部が線材である請求項１３に記載の収集装置。
【請求項１５】
前記上面接続部と前記第１の光電池の上面とを電気的に接続する第１のビーズを備える請求１４に記載の収集装置。
【請求項１６】
前記上面接続部と前記下面接続部とを電気的に接続する第２のビーズを備える請求項１５に記載の収集装置。
【請求項１７】
前記線材の断面が円状である請求項１４に記載の収集装置。
【請求項１８】
前記線材の断面が台形状である請求項１４に記載の収集装置。
【請求項１９】
前記導管部がスロット形状で、各該スロットの端部に反射壁を備える請求項１に記載の収集装置。
【請求項２０】
各前記反射壁の面が前記スロットの長さ方向の軸に対し直角である請求項１９に記載の収集装置。
【請求項２１】
各前記反射壁が平面で、各前記反射壁の面が前記放射線収集エレメントの面に対し直角である請求項２０に記載の収集装置。
【請求項２２】
周辺の放射線状況を監視する第１のセンサと、放射線収集装置の出力を監視する第２のセンサと、を備え、移動する放射源を追尾するよう調整可能である放射線収集装置用制御機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に電磁放射線収集に関する。
【背景技術】
【０００２】
電磁放射線の収集、および集中については公知である。無線電波は、一般的にパラボラ状のアンテナを使って収集、および集中される。太陽放射は、パラボラ型のミラーやレンズを使って収集、および集中される。前者の装置は、収集領域に対する高さの比の比較的大きいものを必要とし、後者の装置は、高価で、重量があり、壊れやすいという弱点がある。また、これら両者の装置を正しく機能させるためには、放射線源を追尾する必要がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、従来の欠点を克服するため、広い範囲をカバーし、低背形状を有し、放射線源の追尾を必要とせず、且つ比較的軽量で、廉価に製造可能な電磁放射線収集装置を提供するものである。
【０００４】
再生可能なエネルギ資源からエネルギを得るようにすることには、差し迫った必要性がある。太陽エネルギは、活用が見込まれるこのような再生可能なエネルギ源のひとつである。実用的な形でエネルギを発生させる従来の放射エネルギの収集装置では、コストが高く、また、さまざまな用途に使用するのに十分な高い温度を発生する能力に欠けている。本発明は、従来のこれらの欠点を克服するために、比較的広い範囲からエネルギを集め、狭い範囲に集中可能な放射エネルギ集中装置を提供するものである。本装置は、比較的廉価に製造でき、軽量構造で、高い温度を発生する能力を有し、また、光電池による電気への変換の場合は、狭い面積の光電池で済み、コストの削減となる。
【０００５】
本発明は、比較的廉価に広い収集範囲をカバーでき、特定の屈折率の材料を必ずしも必要とせず、軽量構造とすることが可能な装置である。
【０００６】
本発明は、従来の集中装置と比べ、小型で低背形状とすることができる。また、集中係数を高くすることができる。本発明は、電磁放射線の収集、集中を必要とするあらゆる用途に適し、特に、太陽放射の収集、集中に有用である。太陽放射の場合には、本発明による装置は、光電池と併用して、または、液体を加熱して、太陽エネルギを所望の目的に利用することができる。無線周波放射線の場合には、本装置を、放射線の収集、集束、および周波数合わせに使用できる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による装置の一例は、電磁放射線を受け入れる入口端と、出口端と、入口端と出口端の間の少なくともひとつの反射壁と、を有する導管部と、導管部の出口端の近傍に電磁放射線を収集するよう調整された放射線収集エレメントと、を含む電磁放射線収集装置である。
【０００８】
本発明に係る装置の別の例は、移動する放射線源を追尾するための調整が可能な制御機構であって、周辺の放射線の状態を監視する第１のセンサと、放射線収集装置の出力を監視する第２のセンサと、で構成される放射線収集装置の制御機構である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明における前述、およびその他の特徴、ならびに有利性は、以下の添付図面を用いて、本発明の好適な実施例の詳細な説明により明らかとなる。添付図面おいては、一般に、同一の、機能的に同等の、または構造的に同等の要素は同じ参照番号で示す。
【００１０】
ここで、本発明に係る実施形態の一例を図面で示しながら説明する。
【００１１】
本発明による装置の一例は、電磁放射線がその内部で内部的に反射される導管部のアセンブリを有する例である。本発明の一例では、それぞれの導管部は、導管部の広端部から入った少なくともいくつかの電磁放射線が導管部内を導かれ、導管部の狭端部から出るように構成されている。各導管部の広端部は、面（ここで収集面と定義する）を形成するように組み立てられている。収集面に注ぐ電磁放射線は、導管部の広端部に入る。電磁放射線は、導管部内の壁で反射され、導管部の狭端部から出るように導かれる。これは、それぞれの反射点での電磁放射線の反射面に対する入射角を９０度以下となることを確保することで実現できる。広範囲な角度から収集面に入射する電磁放射線に対し、これを確保するには、導管部の形状を、広端部の幅に対し、十分に長い形状とすることである。これにより、実施形態のいくつかにおいては、導管部の壁のテーパ角を小さくし、広範囲な角度の電磁放射線の入射に対する反射角の必要条件を満たすようにしている。導管部の長さに対する広端部の幅の比率は、２から１０００の間が望ましく、５から１００の間がさらに望ましく、１０から５０の間が最も望ましい。図１は、１個の導管部と、導管部内の電磁放射線の典型的な進路２０の一例を示す。
【００１２】
導管部は、電磁放射線を導管部内に反射する壁を有し、収集、および集中する電磁放射線を伝送可能な固体材料で作られている。本発明の別の実施形態では、導管部は空洞となっており、空洞内の壁は、電磁放射線を空洞内に反射できるようになっている。
【００１３】
本発明の実施形態の一例では、導管部アセンブリの狭端部の表面積は、導管部アセンブリの広端部の表面積より小さくまとめられている。この例では、広端部上で収集された電磁放射線は、狭端部に集中される。図２に、この実施形態の一例を示す。
【００１４】
本発明の一部の実施形態では、導管部は一次元的にテーパ状で、先細りのスロット形状（細長い溝形状）をしている。他の実施形態では、導管部は二次元的にテーパ状で、ロッド形状（先細りの細長い棒形状）をしており、その断面は高密度な実装に適した任意の形状とすることができる。このような断面形状の例としては、円形、正方形、長方形、三角形、およびその他の多角形がある。
【００１５】
導管部が先細りのロッド形状である場合には、ロッドの形状、または湾曲に合わせ、導管部の広端部の実装密度を高くし、導管部の組立強度を増すため、導管部をそれぞれ交互に合わせて導管部を組み立てている。本発明の特徴に係る特定の実施形態では、導管部の列は、導管部の各列を前の列からずらして取り付け、導管部の各狭端部が、その列の直前、および直後に隣接する列の導管部の狭端部との間に位置するように組み立てられている。導管部をこのように組み立てることにより、導管部の各狭端部を、隣接する前列の導管部間に湾曲させることができる。これにより、導管部の広端部の実装密度を高く維持しつつ、導管部を湾曲させることができる。
【００１６】
収集面に入射する電磁放射線が跳ね返されずに、最大限、導管部に進入するよう、収集面における導管部の広端部の実装密度を高く維持することが望ましい。
【００１７】
本発明の実施形態の一例においては、導管部の断面は円形で、広端部は図３に示すような実装配置で組み立てられている。図３は、円形の広端部の列を互いにずらして組み立てた導管部の上面図である。図の中に三角形を付加し、円形端部の中心の位置関係を示している。この配置は、実装密度を上げ、導管部を上述したように湾曲させる空間を作ることができる。この配置では、最大π／２√３（約９０％）の入射放射線を収集することができる。本発明の特徴に係る特定の実施形態では、断面が正方形、または長方形の導管部が使われている。図４は、その配置の上面図を示す。この形状の導管部では、導管部の広端部を、入射放射線がほぼ１００％導管部に進入し、収集されるように実装することができる。ここで、図４に示す実施形態では、導管部の断面は、必ずしもその長さ全体にわたって長方形としなくてもよい。導管部は、例えば、収集面では正方形、または長方形とし、導管部の先端部に向かうに従って円形へと移行してもよい。
【００１８】
本発明による装置は、従来の電磁放射線集中装置が使われている用途、特に、太陽放射、および無線周波放射線に対し有用である。このような用途、特に太陽放射の収集、および集中に関連する例としては、管、またはパイプを還流する液体の加熱、光電池を使った直接発電、または水からの水素発生などがある。ここで、本発明は、比較的廉価な本発明の装置を使って、より広い範囲の光を収集し、高価である光電池の比較的小さな面積に集中できるので、光電池を使った発電の用途に特に有用である。これにより、より低いコストでの発電が可能となる。また、本装置は、集中装置を光電池と併用する際の従来の欠点にも対応している。従来の装置では、費用、および重量以外にも、集中係数が一般に１０未満と比較的低いことと、光電池が過熱し効率が悪くなるという問題がある。
【００１９】
無線周波放射線での用途においては、収集装置、集中装置の低背化が望ましい。これらの用途では、本装置は無線周波受信機への無線周波放射線の集束に用いることができる。また、導管部の寸法を厳選することにより、本装置は、収集した無線周波放射線を受信機により、より簡単に受信され得る周波数に周波数合わせするためにも使用できる。例えば、本装置は、無線周波放射線を、小型で実装しやすい受信機が扱える、より高い周波数に周波数合わせするために使用できる。
【００２０】
本装置は、任意の適切な方法で製作することができる。導管部は、ポリマー、またはガラスなどの材料で作られた、光を透過する固体エレメントとする。固体エレメントは、エレメントの壁面に、反射材、または、エレメントの壁に反射する電磁放射線の入射角が臨界角を越え、ほとんどの場合、全反射が起きる屈折率の材料を被膜する。この実施形態では、製造の容易さという利点があるが、重くなりがちである。この実施形態では、エレメントを多数作成し、上述のように、アセンブリとして組み立てる構成とすることもできる。
【００２１】
特定の実施形態は、導管部を、金属、またはポリマー材のモノリシック構造のブロックで形成した空洞とする例である。これは、製造が多少困難であるかも知れないが、軽量である。本実施形態の製造方法は、銅やニッケルなどの可鍛性の材料で作られた湾曲したエレメント、例えばテーパ状のエレメント、のアセンブリを形成する方法である。アセンブリは、テーパ状の各エレメントが櫛の歯となるような櫛型に形成される独立のエレメント、またはエレメントの列とする。それぞれの櫛は、エレメントの一列、または列の一部を形成し、アセンブリの連続する列の櫛の歯は、図３、または図４に示すような配置となるようにずらせてある。エレメントは、アレイとして組み立てる前は、真っ直ぐとされていてもよく、既に曲げられていてもよい。エレメントが真っ直ぐな場合は、所望の湾曲にするための簡便な方法として、棒状物をエレメントの狭端部の集合上を通過させ得る。組み立てたエレメントは、枠、あるいは類似の器具に固定し、アセンブリとして保持され得る。湾曲して組み立てられたエレメントは、側壁部、および該当する場合は上部および底部の少なくとも一方とともに、最終的なモノリシック形状の型として使われる。所望する空洞のアセンブリの形状は、任意の適切な方法で成形され得る。型にポリマーを流し込んで固化させて鋳造されてもよく、射出成形技術により成形されてもよい。この処理では、鋳造形状から金型要素を剥がし易くするために、まず型に適切な離型剤を塗布することが望ましい。鋳造形状が固化した後、金型要素を外す。これを簡単に行うには、はじめに鋳造形状を金型の壁部、上部および底部の少なくとも一つから外し、その後、エレメントのアセンブリの固定を外し、最も簡単、かつ実用的な方法で、エレメントを個別に、またはグループでまとめて外す。ここで、空洞からエレメントを引き抜く際に、ほとんどの場合、エレメントをある程度真っ直ぐにする必要があるが、真っ直ぐにする過程で、エレメントが折れたり、引き抜かれる空洞の形状を歪めたりたりしないように、テーパ状のエレメントを作る材料は、可鍛性であることが望ましい。この処理により、空洞の全広端部が一面に開口し、全狭端部が他面に開口し、高密度に実装された、湾曲した導光空洞のアセンブリの鋳造形状ができる。
【００２２】
金属、または金属充填ポリマーなどの本質的に反射材料でないもので形状を鋳造した場合は、形状の外面および空洞壁面の少なくとも一方を反射層で覆うことができる。ポリマー材の場合は、無電解クロームメッキ、または無電解ニッケルメッキなどの無電解金属蒸着処理を使って簡単に行える。さらに、反射被膜の保護のために、反射被膜の上に透明な膜を被膜してもよい。
【００２３】
また、電磁放射線を収集する導管部のアセンブリを製造する別の実施形態は、光を連続する点、または帯状に集束させる一連のミラーを使用するものである。帯状に集束させる場合の最適なミラーの形状は、帯の面に対し放物線状（パラボラ形状）で、垂直である。点状に集束させる場合は、ミラーは、最適には放物線状の皿型となる。この実施形態によれば、導管部は、隣接するミラー間の空間に形成されるが、隣接するミラーがテーパ状の空間を形成しているのではなく、導管部の背壁から反射された放射線ビームのテーパ状の形状によってテーパ状の空間が限定されている。また、この実施形態による導管部の出口は、背面ミラーの焦点の帯、または点となっている。このため、この実施形態では、放射線ビームをテーパ状とするために、導管部の壁面をテーパ状とする必要がない。これは、設計上の融通性、および導管部の出口までの放射線が反射する回数を少なくする点で有利である。導管部の出口となる一連の帯、または点は、ミラーで反射した電磁放射線がそこに実質的に集中するよう、ミラーの焦線、または焦点の位置に配置されている。また、異なる角度でミラーに入射する電磁放射線に対応させるため、焦点が常に帯、または点と合致するよう、ミラーを焦線、または焦点を中心に回転できるようになっている。制御機構は、電磁放射線ターゲットまたは別のセンサの出力である信号を監視しながらミラーを回転させ、ターゲットに当たる電磁放射線の量が最大になるようにしている。センサ構成の特に好適な実施形態は、別のセンサの出力が、放射線ターゲットまたは放射線ターゲットの出力と相関のあるセンサの出力とされて使用され得る場合である。この実施形態では、別のセンサは、ミラーの収束構成に応答するターゲットセンサ出力とともに、周辺状況に応答するように構成されている。ターゲットを太陽放射で発電させる光電池で構成する例では、別の感光性のセンサをミラーから離して取り付け、パネルに入射する周囲の放射線を監視している。このセンサは、例えば、雲やその他の物体が太陽とパネルとの間を通過する際の放射線のレベル変化を検知する。一方、ターゲットセンサは、ターゲットの光電池に当たる光の出力を監視する。制御機構においては、周辺センサ、およびターゲットセンサを監視し、２つのセンサの出力が時間の経過とともに同じように変化するときは、制御システムは出力の変化は周辺の環境によるものであると判断し、何の動作も行わない。一方、ターゲットセンサの出力が周辺センサ出力と違う変化をしたときは、制御システムが、ターゲット出力が最大となるよう、ミラーを適切に回転させる。
【００２４】
ミラーは、背面反射面を有し、電磁放射線を集束用のミラーに反射するようにしてもよい。
【００２５】
焦線を中心として回転され得るパラボラ状のルーバのアセンブリについては、上述のとおりである。各ルーバの焦線は、受光素子を配した受光部に当たる。受光素子は、参照によって本願に援用される同時係属出願中のＰＣＴ／ＩＢ２００５／００３８３８に開示するように、集中室へ開口する形状とすることができる。また、受光素子は、入射放射線を直接変換するように適合されてもよい。受光素子は、例えば、光電池を受光部に配置し、放射線を電気エネルギに変換するようにしてもよい。あるいは、受光素子は、熱を液体媒体に転移させて熱エネルギを他の用途で使えるよう、熱エネルギを収集するように適合されてもよい。光電池を受光素子とする実施形態では、その動作効率のため、光電池を冷却することが望ましい。本発明では、光電池の間に放熱部を設けて冷却を行っている。光電池の間の部分は、パラボラ状ルーバによる入射放射線からは陰になる部分で、例えば、黒色塗料などの放熱塗料を塗布し、放熱を効果的に行うことができる。別の実施形態では、光電池を取り付けた板の下の空間に液層を配置し、光電池の背面と熱接触をさせることができる。液は、空間内に恒久的に収められて循環し、光電池の熱の放熱部への転移を助長する。さらに別の実施形態では、液を光電池下の空間を通るようにし、光電池を取り付けた板の熱を外部に放熱させている。光電池は、所望の出力電圧を得るため、必要な範囲で、直列に接続するのが望ましい。
【００２６】
本発明における特定の実施形態の長所は、光電池の列の間に空間があるということである。これにより、光電池の列を所望の方法で接続できる。例えば、特定の焦線にある光電池の各列、または各列の一部を、直列に接続することができる。導電性の接続板が光電池の各列間の下に配置され、当該接続板は光電池の列それぞれの下面を電気的に接続するために延伸する。また、接続用の薄板が光電池の各列の上面に延在し、隣接する光電池の各列の間を接続する。光電池の上面との電気的接続を形成する別の方法については後述する。少なくとも下側の接続板は、導電性、熱伝導性の高い材料、例えば、銅、アルミニウム、とするのが望ましい。接続板は、ひとつの材料からなる板、またはひとつ以上の材料からなる複合材の板とする。例えば、接続板の光電池の下に延在する部分はアルミニウムで、光電池の各列間の接続部分は銅、またはその他の適切な材料とすることができる。接続板の材料は、蒸着され得ることが望ましい。光電池の列の間隔で決まる接続板の幅により、比較的大きな表面積と断面積を有する比較的薄い接続板となる。前者は、光電池にあたる電磁放射線により発生する熱の効率的な放熱を行い、後者は、電気抵抗による損失を少なくする。光電池の上面に延在する接続板は、任意の適切な材料とし、一般的には幅を狭くして光電池を覆う部分を最小にする。
【００２７】
熱エネルギを収集する場合は、加熱される液を収容した導管を各パラボラ状のルーバの焦線に配置する。この導管は、一面で集中された電磁放射線を吸収してエネルギを受け、他面は熱損失を小さくするため断熱されているのが望ましい。複数の導管、またはひとつ、またはそれ以上の導管を、２つ、またはそれ以上のパラボラ状ルーバの焦線を通過するように延在させてもよい。導管は、銅などの熱伝導性の材料からなる。導管間には断熱部を有することが望ましいので、従来のように導管間に銅板などを延在させる必要がない。これにより装置のコスト、および重量が削減される。断熱部は、空気、または、例えば発泡体などの断熱材で満たされている。
【００２８】
ルーバの反射面は、放物線形状（パラボラ形状）が望ましい。パラボラ形状の面は、次式によって定義される。これらの式では、パラボラ形状の面から反射される電磁放射線の焦点は、ｘ、およびｙの座標点（０，０）として定義される。また、式のｘ０、およびｙ０は、パラボラ面を回転し、x座標に対して直角な電磁放射線が焦点（０，０）に集束するようにしたときの、パラボラ形状面の上端のｘ、およびｙそれぞれの座標として定義される。面は、次式で定義される。
【００２９】
【数１】
2009526391.tif 000003
【００３０】
【数２】
2009526391.tif 000004
【００３１】
製造上の不完全さ、経時変化、および温度により、ルーバ面の形状は上記式で得られる形状とは完全には一致しないことがある。上式に対するルーバ形状の適合度合いにより、実際の装置における焦線の幅が決まる。許容範囲の入射放射線を反射させて所望の幅の焦線に集中する、長さ方向に反射面を持ったルーバは、任意の方法で生産できる。許容範囲の放射線は、特定の地域で、電気、または温度エネルギを生産する全体的なコストを考慮して決める。これには、装置の生産コスト、寿命、エネルギ変換の処理効率、競合技術の能力などの考慮が含まれる。焦線の所望の幅は、コストバランス、生産での実行性、装置の寿命、放熱能力の要因の組み合わせで決まる。これらの要因をまとめて特定の製造方法、および価格構造に最適な焦線の幅が決められる。例えば、システムの高額部品である光電池のコストを抑えるには、光電池部の面積を抑えることが望ましいが、あるところで精細な焦点の反射板の生産に必要なコストと、光電池を効率的に運用するための放熱能力との妥協する点があり、そこが最適な幅となる。
【００３２】
ルーバは、金属板を所望の形状に曲げて製造することができる。金属板は、本質的に反射するもので、または研磨、あるいは塗装研磨することによって、適切な反射面を形成する。これらの金属板は、それぞれの焦線を中心に回転できるよう、適切な取り付け具によって正しい位置に取り付けられる。あるいは、ルーバは、金属を成型し、成型後に、表面を研磨、あるいは塗装研磨して、製造することができる。この場合は、ルーバには取り付け部を含めるのが望ましい。さらに別の方法としては、ルーバは、望ましくは取り付け部を含め、プラスチックを成型し、その後、金属メッキを施し、少なくともパラボラ状の前面が反射するようにすることもできる。また、選択肢として、環境による劣化を防ぐため、反射面を保護する透明な層をさらに被膜することができる。
【００３３】
図５は、本発明の実施例１を示している。図５は、装置１００を一部組み立てた図で、種々の部品を示している。参照符号１１０は、ルーバ１０５のパラボラ状反射面の前面である。ピン１５０で、ルーバの焦線がターゲット部１４０に一致するように、ルーバをサイドブロック１２０（片方のみ表示）に取り付ける。ピン１６０で、ルーバをタイロッド１３０に取り付ける。ピン１５０、およびピン１６０は、タイロッド１３０を上前方向に動かした際に、ルーバがピン１５０を中心に回転するように、サイドブロック１２０、およびタイロッド１３０の取り付け孔で、自由に回転できるようになっている。ピン１５０の中心は、対応するルーバの焦線と一致し、ルーバが焦線を中心に回転するようになっている。これにより、所望の範囲のあらゆる角度からの入射光に対し、焦線が常にターゲット部１４０と一致するようルーバを回転させることができる。
【００３４】
図６は、入射放射線のターゲット部への反射を示す本発明の断面図である。図６中の矢印は、放射線の経路の一例を示す。ここで、ルーバは、ひとつのルーバで捉えられない放射線を、その前後のルーバで捉え、収集効率を最大限にするような間隔で配置されている。
【実施例１】
【００３５】
ルーバは、ｘ０を−３７ｍｍ、ｙ０を４０ｍｍとして式１により求められたパラボラ状の反射面で、ルーバの旋回軸の間隔を２２ｍｍとして設計した。取り付けクランプは、アルミニウムを、ワイヤー切断機で計算した形状に切断して製作した。取り付けクランプは、パラボラ形状の凹部を前面に切り欠いた背面クランプと、対応するパラボラ状の凸部を背面に形成した前面クランプとの２つの部品からなっている。０．２ｍｍ厚の真ちゅう板にニッケルメッキを施し、研磨をして反射率の高い反射面とし、ルーバの必要な幅に合わせて切断した。メッキした真ちゅう板には、両端に２組の取り付けクランプがそれぞれ取り付けられている。取り付けクランプは、ルーバの焦線と一致するサイドブロックの孔に、鋼製のピンで取り付けてられている。取り付けクランプの上端のピンは、図５に示すように、タイロッドの孔に取り付けられている。このようにして、長さ２００ｍｍの１０枚のルーバを組み立てた。
【実施例２】
【００３６】
射出成形金型によって製造したルーバを使って生産した例である。パラボラ形状は、ｘ０を−３５ｍｍ、ｙ０を６０ｍｍとして式１より求め、ルーバ間の間隔を２０ｍｍ、ルーバ底部の高さをルーバの焦点面から７．１５ｍｍとした。それぞれの寸法は、ｘ座標に対し２０度から１１５度の放射線の入射角に対応し、ルーバ底部が焦点に影響を与えずにルーバを回転できるよう選択されている。ピンを一体化した取り付けクランプは、ルーバの形状とともに一体成型されるように設計されている。金型は、パラボラ状の前面が鏡面仕上げとなるように作られている。ルーバは、ＡＢＳとポリカーボネートの混合剤であるBayblend（登録商標）Ｔ４５ＰＧ（Bayer Material Science）を射出成形し、その後、金属化して反射被膜を形成した。
【００３７】
本発明の実施形態のひとつでは、集中した放射線を受けて電気に変換するよう、光電池の細長く並んだ列を焦線に配置している。光電池で発生した電流を集めるためには、光電池の上面、および下面を電気的に接続することが必要になる。特定の出力を得るため、より高い電圧を発生させたり、電流を抑制したりするために、光電池の複数の列を連続して接続することが必要となる。
【００３８】
本発明では、光電池の列への下面接続は、導電性の板に光電池を搭載することによって行われる。この板は、電気抵抗の十分に低い任意の材料で作ることができる。適切な材料の例としては、特に限定されないが、アルミニウム、銅、錫、錫メッキ銅がある。
【００３９】
２つ、またはそれ以上の光電池の列を並列に接続するときは、下面の接続板は、それらの列の光電池に共通とすることもでき、個々の列の接続板を、例えば配線などの他の方法で、電気的に接続することもできる。
【００４０】
光電池の列を直列に接続するときは、光電池の列のそれぞれに下面の接続板を取り付ける。接続板は、他との電気的接続ができるよう、また光電池を稼動中に冷却する放熱器として機能するよう、光電池の列の端よりも延ばしておく。
【００４１】
本発明では、光電池の列の上面への電気的接続は、導電性の層を光電池の上面に接触させて行っている。好適な実施形態のひとつでは、上面の接続部は、光電池の列の長さで連続し、光電池の上面で、光電池の稼動中は陰になる部分に、接続部の長さ方向の一端に沿って重なり、電気的に接触している。光電池を直列に接続する実施形態では、接続部の長さ方向の他端は、隣接する光電池の列における下面の接続板に重なり、電気的に接触している。この実施形態では、接続部は、一列の光電池の上面と、隣接する光電池の列の下面とを電気的にブリッジ接続をしている。
【００４２】
上面接続部の適切な材料は、層が形成でき、十分低い電気抵抗を有する任意の材料とする。このような材料の例として、特に限定されないが、金属、導電性の接着剤を塗布した金属、非導電性の接着剤を塗布し、織り込まれた金属部分が非導電性接着剤を貫通している金属、導電性インク、導電性独立接着剤、および半田がある。適切な金属の例としては、特に限定されないが、アルミニウム、銅、錫、錫メッキ銅、および銀がある。適切な導電性接着剤の例としては、特に限定されないが、ARclad（登録商標）９００３８（Adhesives Research Inc、Glen Rock、米国）、銀ドープエポキシなどの、銀、または炭素を満たした粘着材がある。導電性接着剤を使った適切な導電性テープの例としては、１１８１導電性銅箔テープ（スリーエム社）がある。非導電性接着剤を塗布した適切な導電性テープの例としては、エンボス加工された銅箔が非導電性接着剤の層を貫通している、１２４５導電性銅箔テープ（スリーエム社）がある。適切な導電性インクの例としては、炭素、または銀を満たしたインクがある。ここで、上面接続部は、光電池から隣接する下面接続板への容認可能な低抵抗で継続的な電子の導通経路が形成できればよい。光電池の上面と隣接する光電池の下面接続板との全体的な接続抵抗が所望の低さであれば、光電池の列の長さに沿って連続する接続経路である必要はない。例えば、接続は、空隙をつないで電気的接続が成される、連続する線材や点状のものでもよい。しかし、光電池の列の長さ方向に連続する接続は、一般には、接続の電気抵抗を下げ、より効率的な運用のため光電池を冷却するよう光電池からの熱の転移を助長するので、通常は望ましい。
【００４３】
本発明のさらなる利点は、集中された太陽光に露出している光電池の上面の部分と電流収集器である接続部との距離が短いということである。集中した太陽光に露出している光電池の列の幅は小さく、最良の場合は、ルーバのパラボラ状ミラーの焦線幅に相当する。典型的な幅は５ｍｍ以下で、好ましくは２ｍｍ、あるいはそれ以下である。そのため、上面接続部で収集した電流は、光電池から低抵抗の接続板に短い距離で到達する。上面接続部によって光電池が太陽光から遮蔽されることがなく、装置の抵抗損失を抑制できる。
【００４４】
任意な選択肢として、接続部の配列を上述のように組み立てた後、水分の浸入や腐食、または機械的な損傷から装置を保護するため、配列の一部、または全部の上に透明な材料の層で覆う（公知の方法で）ことができる。さらなる任意選択肢として、透明保護層は配列全体を覆う必要はなく、光電池のみとすることができる。上面接続部、および下面接続板は、腐食からの保護や放熱の助長のための層、例えば、黒色塗料、または薄いポリマー層、で覆うことができる。装置への湿気の侵入を防止するため、透明被膜と放熱被膜との間を密閉することが好ましい。
【００４５】
図７、および図８は、それぞれ本発明の一実施形態における３列の光電池が直列に接続された例を示す上面図と断面図である。
【００４６】
光電池の列を並列に接続するときは、光電池の列の上面接続部を、隣接する光電池の列の上面接続部に接続する。図９に、並列接続の接続方法の一実施形態を示す。
【００４７】
図７、図８、および図９では、２１０は下面接続板、２２０は光電池の列、２３０は上面接続部を示す。稼動中は、２２０で示す部分に光が集中する。図８では、２４０は、導電性でない、または少なくとも下面接続板２１０と上面接続部２３０とから電気的に絶縁された支持基部を示す。図９では、２５０は、側面接続端部を示す。側面接続端部２５０は、上面接続部の列を並列に接続している。この構成では、下面接続板は連続する板で、光電池の列の下面を並列に接続している。
【００４８】
図７、および図８の光電池の配列を外部回路に接続するには、接続の一方を光電池の配列の一端にある下面接続板２１０に接続し、他方を光電池の配列の最終列の上面に接続された板２６０に接続する。任意の選択肢として、２番目の接続は、上面接続部に直接接続してもよく、この場合は、板２６０が不要となる。図９の並列配列を外部回路に接続するには、接続の一方を２１０のひとつ、あるいは複数の適切な任意の位置に接続し、他方を側面接続端部２５０の片方、または両方の適切な任意の位置に接続する。側面接続端部２５０は、電気抵抗の低い材料で作られている。上面接続部２３０と同じ材料で作ってもよいし、例えば銅線、または錫メッキ銅線を各上面接続部２３０に半田付けして作ってもよい。
【００４９】
実施例３の実施形態では、導電性の単線、またはリボン状のもの（以降、リボンとする）で、隣接する光電池の列の一端を接続している。単線、またはリボンは、適切な断面を有し、隣接する光電池の上面に接続する導電パッドと、少なくとも一部が重なっている。半田、または導電性インクの小さい塊（以降、ビーズとする）を、光電池の上面と、導電性の単線、またはリボンとの間に設け、導電性のブリッジを形成する。任意の選択肢として、半田、または導電性インクのビーズを追加して、導電パッドと、導電性の単線、またはリボンとの導電性のブリッジを形成してもよい。この２番目の追加がない場合は、導電性の単線、またはリボンが導電パッドに重なって置かれていることで、十分な電気的接続が得られる。本発明のこの特徴を模式的に示す、実質上円状の断面を有する単線を使った例の断面図を図１０に、実質上台形状の断面を有するリボンを使った例の断面図を図１１に示す。
【００５０】
図１０、および図１１では、光電池３２０の下面を、絶縁基板３４０上に形成された導電パッド３１０に接触させて取り付けている。線材３３０（図１０では円状断面、図１１では台形状断面）は、光電池３２０の一辺に隣接し、第２の導電パッド３１５の一部に重なるように取り付けられている。導電性ブリッジ材３５０は、線材３３０と光電池３２０の上面との電気的接続の面積を広げている。任意の選択肢である２番目の導電性ブリッジ材３６０での接続は、必要に応じて、線材３３０と第２導電パッド３１５との接続の堅牢性を強化するために形成することができる。
【００５１】
この特徴は、線材の特定の断面に限定されるものではなく、光電池上面と隣接する導電パッドとの接続が可能なあらゆる断面を、本発明の範囲とする。その他の適切な断面の例としては、特に楕円、三角、正方形、長方形、ひし形がある。
【００５２】
線材を製作する適切な材料としては、単線、またはリボンの線材の断面電気抵抗が適切に低い任意の材料とすることができる。適切な材料の例としては、銅、アルミニウム、鋼、ステンレス、真ちゅう、青銅がある。
【００５３】
導電線、またはリボンと光電池の上面との接続を形成するビーズは、任意の材料で、ビーズを光電池上面の所定の領域内に配置し、光電池の上面の一端と隣接する線材の一端との間隙を埋める任意の方法で設ける。例えば、液状半田のビーズを設けることができる。あるいは、半田を単線、またはリボンの長さ方向に光電池の上面に重なるように置き、その後、半田を加熱して溶解させる。別の例では、導電性インクのビーズ、または層を、ノズルや印刷スクリーンなどの塗布装置で塗布し、インクが乾燥、または硬化して最終的にブリッジを形成させている。
【００５４】
本発明の別の特徴では、入射放射線がルーバの焦線に対し直角でない場合の光の取り込みを改善するため、太陽光集中モジュールの一部として、反射側壁を備えている。放射線がパラボラ状のミラーの長さ方向に対し直角でない角度で当たる場合、放射線は、反対側に同じ角度で反射される。言い換えると、ルーバの前面から見た場合、反射した放射線は、横方向、および前方へと進んで行く。そのため、何もしなければ反射した光の一部はミラーの焦線上の受光部にはあたらず、受光部の一端を通り過ぎてしまう。また、受光部の他端にも集中した放射線を受けられない同じ大きさの部分がある。そのため、このような場合、ルーバにあたる放射線の一部は、受光部に集中されない。
【００５５】
本発明のこの特徴によれば、このような状況は、パラボラ状のミラーの焦線面とパラボラ状ミラーの長さ方向の軸に対し直角な反射壁を付加することにより回避できる。これを行うと、消滅してしまう放射線を反射させ、パラボラ状ミラーに対する受光部の一部に集中させることができる。
【００５６】
本発明のこの特徴を模式的に図１２に示す。図１２は、ソーラーパネル４００を前面から見た場合の断面図である。図は、反射側壁４１０と４２０、および受光部を含むパラボラ状ミラー（不図示）の焦点面４３０を示す。放射線４４０は、パラボラ状ミラーの最左部から入射して反射された放射線である。これより左からの入射放射線は、側壁４１０により遮断され、陰部４６０が形成される。放射線４５０は、パラボラ状ミラーの最右部で反射された放射線である。点線は、側壁４２０が無いときの放射線の経路を示している。図に示すように、放射線４５０は放射線受光部の一部４７０に反射される。これにより、この放射線は、放射線受光部により取り込まれる。さらに、側壁４２０が焦点面４３０に直角で、パラボラ状ミラーの長さ方向の軸に対し直角であれば、側壁４２０で反射された放射線が焦点面に到達する長さと側壁４２０に対する絶対角とは、放射線が受光部の端を超えて焦点面に集中した場合（点線で表示）と同じである。従って、側壁４２０で反射された放射線４５０は、受光部の一部に集中し、正しく取り込まれる。このように、本発明のこの特徴によれば、パラボラ状ミラーに入射する放射線がルーバの長さ方向の軸に対して直角でない場合には、陰部４６０ができてしまうが、同量の追加の放射線が側壁４２０により受光部４７０に反射され、全体的な放射線の損失はなくなる。これにより、パネルは、放射源、例えば太陽、に対向するようにパネルを回転させることを必要とせずに、広い角度の範囲で効率的に放射線を集中できる。
【００５７】
集中させる放射線を反射する内面を有する側壁は、適切な任意の材料で製作できる。例としては、アルミニウムの研磨シート、透明被膜で覆われたアルミニウムの研磨シート、ニッケルメッキ鋼、ブライトクロームメッキ鋼、ニッケルメッキの真ちゅう、または青銅、ブライトクロームメッキの真ちゅう、または青銅、背面に反射被膜と保護層を施した透明プラスチック、またはガラス、並びに前面に反射被膜と任意の選択肢の透明保護膜を施すか、その他の平面反射面の製造方法で作った反射面を有するプラスチックがある。
【００５８】
図１２は模式的なもので、本発明のこの特徴は、４００の右側からの放射線に対しても、４７０が陰部となり、４６０が側壁４１０から反射した放射線の受光部となって、同様に機能する。
【００５９】
本発明は、上述の実施形態の例に限定されない。また、当業者においては、本発明の開示によって、本発明の範囲内において種々の変更や変形が可能なことは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】図１は、導管部の一例を示す。
【図２】図２は、複数の導管部を有する装置の一例を示す。
【図３】図３は、導管部の配列の断面図を示す。
【図４】図４は、導管部の別の配列の断面図を示す。
【図５】図５は、本発明の第１の実施例を示す。
【図６】図６は、図５に示す実施例の断面図を示す。
【図７】図７は、本発明の第２の実施例を示す。
【図８】図８は、図７に示す実施例の側面図を示す。
【図９】図９は、図７、および図８に示す実施例に関連する実施例の変形を示す。
【図１０】図１０は、本発明の第３の実施例を示す。
【図１１】図１１は、図１０に示す実施例に関連する実施例の変形を示す。
【図１２】図１２は、本発明の第４の実施例を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【手続補正書】
【提出日】平成21年4月27日(2009.4.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上方に位置する平行配列状に配列される複数のパラボラ状の反射ルーバを含み、
前記ルーバはそれぞれ入射放射線を反射し前記基板上に位置する帯状部に集中されるように置かれ、
前記基板は前記集中される放射線を受け取るように置かれた少なくとも一つの受入素子を含む電磁放射線収集装置。
【請求項２】
前記ルーバはそれぞれ凹形の前面を有し、該前面は同一方向に向いている請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記電磁放射線は光電池または熱エネルギ収集器での収集に適する放射線を含む請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記受入素子は、光電池、熱エネルギ収集器、および集中室への開口部、から選択される請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記ルーバはそれぞれ焦線を有し、前記ルーバはそれぞれの該焦線を中心に回転可能に構成されている請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記ルーバはそれぞれ前記基板に対して回転可能である請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記ルーバの回転は連動している請求項５に記載の装置。
【請求項８】
前記ルーバの回転は２０度から１１５度までの範囲である請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記ルーバの回転は前記放射線の源が移動している期間において前記受入素子での前記放射線の集中を可能とする請求項７に記載の装置。
【請求項１０】
前記ルーバと接触する連結器をさらに含み、前記ルーバ回転の連動は該連結器の動きである請求項７に記載の装置。
【請求項１１】
前記連結器の設置箇所は前記ルーバに当たる入射放射線を前記連結器が妨げないように横の位置にある請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記ルーバの長さ方向に対して垂直以外の角度から進入する放射線を受入素子方向に反射するように置かれた少なくとも一つの反射側壁をさらに含む請求項１に記載の装置。
【請求項１３】
前記放射線は前記ルーバで前記側壁に反射される請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記側壁は前記ルーバの端に取り付けられている請求項１２に記載の装置。
【請求項１５】
前記ルーバはそれぞれ高さ、幅および厚みを有し、該厚みは該高さより小さく、該高さは該幅より小さい請求項１に記載の装置。
【請求項１６】
前記厚みは入射放射線が前記受入素子から外れて反射するのを避けるために十分小さい請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
前記受入素子は光電池であり、さらに該光電池の前記集中される放射線に対向する面への電気的接続は稼働中には陰となる部分で成される請求項１に記載の装置。
【請求項１８】
複数の光電池を含み、該光電池はそれぞれ少なくとも一つの他の該光電池と電気的に接続される請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
前記光電池の前記電気的接続は直列接続を含む請求項１８に記載の装置。
【請求項２０】
前記光電池の前記電気的接続は並列接続を含む請求項１８に記載の装置。
【請求項２１】
前記光電池の前記電気的接続は少なくとも一つの並列接続と少なくとも一つの直列接続を含む請求項１８に記載の装置。
【請求項２２】
前記光電池の底面は絶縁基板上の導電性の材料に接触している請求項１７に記載の装置。
【請求項２３】
前記電気的接続は導電性の材料を前記光電池の少なくとも一端へ隣接させ導電性ブリッジで該材料と該一端とを接触させることを含む請求項１７に記載の装置。
【請求項２４】
前記一端は外側縁である請求項２３に記載の装置。
【請求項２５】
前記一端は上面の端部である請求項２３に記載の装置。
【請求項２６】
前記導電性の材料は単線またはリボンである請求項２３に記載の装置。
【請求項２７】
前記単線またはリボンは、円、楕円、三角、正方形、長方形、ひし形および台形からなる群から選択される断面形状を含む請求項２６に記載の装置。
【請求項２８】
前記導電性の材料は、銅、アルミニウム、錫、錫メッキ銅、銀、鋼、ステンレス、真鍮および青銅からなる群から選択される材料を含む請求項２２または２３に記載の装置。
【請求項２９】
前記導電性ブリッジは半田接続を含む請求項２２または２３に記載の装置。
【請求項３０】
前記導電性ブリッジは導電性インクを含む請求項２２または２３に記載の装置。
【請求項３１】
前記導電性ブリッジは導電性接着剤を含む請求項２２または２３に記載の装置。
【請求項３２】
前記導電性ブリッジは非導電性接着剤を含み、その金属が該非導電性接着剤を貫通し前記導電性の材料と前記光電池の前記一端とに接触する請求項２２または２３に記載の装置。
【請求項３３】
前記導電性の材料は前記光電池からの効率的な放熱を可能にするために前記光電池の前記一端より延在する請求項２２に記載の装置。
【請求項３４】
前記光電池の冷却は周囲空気との接触を含む請求項４に記載の装置。
【請求項３５】
前記光電池の冷却は前記光電池の下の空間に設置され前記光電池と熱接触された液層への熱伝導を含む請求項４に記載の装置。
【国際調査報告】
2009526391.tif 000017
2009526391.tif 000018
2009526391.tif 000019
2009526391.tif 000020
2009526391.tif 000021