(57)【要約】【課題】平面に固定され、かつ捕獲効率が、例えば、太陽などのエネルギー源の位置とは無関係である、放射線状のエネルギーを捕獲または捕集する装置を提供すること。【解決手段】本発明は、異なる空間方向から／に、放射線を発しかつ捕獲するために使用される装置に関する。好ましくは、この装置は、1つの単一部分から成り、かつ、加工面が、所望の放射線に対する反射面を得るために修正されている。本発明の他の実施例の場合、この装置は、その効率を向上させるため、かつ環境からそれを保護するために、カプセルに入れられまたは被覆される。この装置は、水平面で360°かつ垂直面で180°の動作範囲を有するので、例えば、商業または産業目的に対する太陽エネルギー収集器として、異なる電磁放射に対するアンテナとして、またはレーダーとして、多種多様なアプリケーションに使用することができる。【選択図】図４
2005501212.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
作動面が、凹面で半円形の構造の放射線捕集／放射装置であって、本体が、それぞれ平行なベースと上部部品で構成され、作動面が、デカルト座標に対して半円形の母線を回転させることによって得られる放射線捕集／放射装置。
【請求項２】
作業面が、母線を回転させる垂直軸に対して45°&±10°傾斜していることを特徴とする請求項1に記載の装置。
【請求項３】
本体が、作動面、ベースと上部部品が一体を形成していることを特徴とする請求項2に記載の装置。
【請求項４】
本体が、作動面、ベースと上部部品が一体であったり、一体でなくても良いことを特徴とする請求項2に記載の装置。
【請求項５】
作動面が、必要とする波長の放射線を反射する材料で製作されていることを特徴とする請求項3または請求項4に記載の装置。
【請求項６】
放射線捕集／放射装置の用途によって、完全に透明な材料、または収集しようとする放射線に対して透明な外面と同じ放射線については反射する内面の覆いまたはキャップを備えていることを特徴とする請求項5に記載の装置。
【請求項７】
要求される立体構造の本体を得るために、二つまたはそれ以上のデカルト座標に対して回転する作動面を有することを特徴とする請求項1に記載の装置。
【請求項８】
構成するいかなる部分の動作の必要もなく、作動面が水平に対して360°、垂直に対しては180°の作動範囲を有することを特徴とする請求項1に記載の装置。
【請求項９】
二つまたはそれ以上の放射線捕集／放射装置を積み重ね、その積み重ねに基づいて変更されることを特徴とする請求項8に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽光の捕獲装置に関する。さらに具体的には、この装置は、異なった各種の放射線を捕獲し／放射することができるように設計されて構成されている。
【背景技術】
【０００２】
炭化水素以外のエネルギー源、中でも風力、地熱、太陽エネルギーなどの利用は、多くの研究者の関心事であった。太陽エネルギー利用分野では、太陽光によって代表される膨大なエネルギー源を捕集して利用する一連の発明が開発された。
【０００３】
最も一般的な装置としては、太陽電池により太陽エネルギーを吸収して電力に変換し、必要とする用途によってさらに変換されるものがある。
【０００４】
また、太陽エネルギーを利用する装置としては、以後の利用のために水またはその他の容器など、特定の物体に熱を供給するために太陽光を集中させるものがある。
【０００５】
これら二種類のシステムにおける最大の欠点は、太陽光を捕獲する装置の方向によってその効率が左右されてしまうことである。この装置を最も効率よく利用するためには、太陽の光度あるいは放射量を最大限に捕獲できるように、太陽に対する方向を決定しなければならない。そのためには一日の時間帯および年間の季節によって方向の自由性を与えるモーターまたはその他の装置を必要とする。
【０００６】
ラジオ、テレビなどの電波受信装置は、一般的には、半球形の装置、具体的にはパラボラまたは普通のアンテナである。これらは、特定量の放射を捕獲して焦点に集中させ、そこで収集してその後利用する。
【０００７】
レーダー等のような装置は、同じ原理で作動し、放射線は地球空間の内外の一つまたは幾つかの場所に向けて放射される。
【０００８】
上記捕獲または放射装置は必要とする放射線を最適の形で捕獲または放射するために、往々にしてモーターまたはその他の装置を使用する。
【０００９】
米国特許第4,602,613号には、円柱状に円弧を描く固定された一次捕獲装置と、水平方向に動く可動平面プレートの二次捕獲装置の二つにより構成される太陽エネルギー捕獲装置の概要が記載されている。
【００１０】
Winstonの米国特許第4,230,095号、第4,359,265号、第4,387,961号と第5,289,356号では、一連の装置が提供されているが、いずれも太陽エネルギーの一次集光装置として単一パラボラによる光学的方式で集光する原理に基づいている。
【００１１】
米国特許第5,564,410号は、改善された太陽エネルギー捕獲方式の説明を記載しており、それは固定して相互に対向する反射素子と、両反射体の焦点を追随するための共通した可動捕獲素子で構成され、これらの素子は凹面形で、それらは水平方向に固定されている。この構造は、比較的単純であるにも拘わらず、反射素子と集光装置以外に、この捕集装置を動かすためのマイクロプロセッサーによるシステムが必要とされている。
【００１２】
したがって、モーターを必要としない放射線の放射または捕集可能な装置、あるいは捕集装置の場合にはエネルギーが集中する焦点の追跡装置、放射の場合には放射しながら回転する装置が必要とされる。
【００１３】
本発明では、放射線を捕集あるいは放射するための最適な形で位置の変更を必要としない装置が提供され、技術的問題を解消する単純な構造の装置を提案している。
【特許文献１】
米国特許第4,602,613号
【特許文献２】
米国特許第4,230,095号
【特許文献３】
米国特許第4,359,265号
【特許文献４】
米国特許第4,387,961号
【特許文献５】
米国特許第5,289,356号
【特許文献６】
米国特許第5,564,410号
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、平面に固定され、かつ捕獲効率が、例えば、太陽などのエネルギー源の位置とは無関係である、放射線状のエネルギーを捕獲または捕集する装置を提供することを主目的としている。
【００１５】
本発明のもう一つの目的は、人間が発生させたものであるか否かを問わず、太陽以外の放射線源からの放射線を捕獲する装置を提供することである。
【００１６】
本発明のさらにもう一つの目的は、空間の異なった方向に最大の効率で同時に放射線を放射することにある。
【００１７】
本明細書で使用される捕集装置または捕獲装置の語彙は、問題とする放射線を特定の点または区域に反射させて集中させる機能の素子を指すのに無差別的に使用されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
次に、本発明をよりよく理解するために、前記の図と本発明の目的である太陽エネルギーの捕集装置として利用される捕集／放射装置として選択された本発明の形態を更に詳細に説明する。
【００１９】
この装置は、作動面とそれらの放射線を使用するために補助装置や必要とされる変更を加え、太陽エネルギーまたは電波その他の放射線を捕獲するために使用することができる。同じように、本発明の装置は作動面とそれに接続される装置を変更することによって各性質の放射線を放射するために適用できる。
【００２０】
図1は、母線Aをz軸を中心として360°回転させることによって図2に示される一般的に得られる物体を示す。ここで、パラボラは約45°&±10°傾斜しており、Oが原点であり、AAが母線Aを描く支点である。
【００２１】
図2には、前記によって得られる理論上の物体を示している。即ち、z軸を中心に母線Aを回転させると太陽エネルギーα（またはその他C反射面の用途によるすべての種類の放射線）の捕獲または放射プロセスを模式的に示している。C面で捕獲された放射線αは一つの区域または焦点線Dに反射して集中することが観察される。
【００２２】
ここで使用される焦点区域とは、図2、3または4などからも分かるように、連続的にそれぞれ隣接する一連の焦点を表示する。
【００２３】
すなわち、本発明による装置の働きは、連続的に相互に接続される焦点の一連のパラボラアンテナによって提供される理想的な配置により実現される。
【００２４】
本発明による装置は、構成部分での動きを必要とせず、水平面に対して360°の作動範囲を有する作動面を特徴としており、そして図3と垂直に対する図2では作動範囲は180°である。
【００２５】
図4で観察されるように、本発明の捕集／放射装置はx軸上で母線Aを有効に移動し、z軸に対して360°回転して得られる。
【００２６】
本体は、使用目的にしたがって安定性と強度条件を満たす材質で製作することができる。C作動面で必要とされる放射または捕獲あるいは両方の特性を備える例えばアルミ、または光線、熱または酸素の影響に対して安定化されたものか、あるいは安定化されていないプラスティック材、木材、またはその他の鉄または非鉄金属で製作することができる。
【００２７】
言うまでもなく、この分野の知識を有する者であれば、作動面の役割が主要であり、装置の製作そのものは、経済的機械的要因でのみ重要であることが分かる。
【００２８】
反射面の製作で有効な材料としては、鏡面仕上げ金属または蒸着または積層材による被覆材が含まれる。
【００２９】
好ましい形態においては、作動面は環境条件とは無関係に反射特性を維持するために紫外線に対して安定化した材料、またはその他化学的あるいは電気化学的に処理した高分子材料の被覆を有するアルミの反射面で構成される。
【００３０】
図4B〜4Dで示されるように、装置の形状は、用途に応じて一つまたはそれ以上のデカルト座標に対して押し出し成形することができる。例えば、図4Bの形を採用してバス上に設置したり、図4Cで示されるものと類似する構成でビル上に設置し、あるいは図4Dの場合のように垂直またはx、y、zの二軸または三軸に対して移動させることもできる。
【００３１】
図4Eには、幾つかの目的で使用される覆いEまたはキャップを使用する本発明の形式が示される。その一つは、例えば、紫外線が、反射面に当たるのを避けるため、あるいは特定の波長の放射線の透過を許す特定の放射線のフィルターとして使用されている。もう一つは捕集／放射装置を環境条件から保護するために使用される。
【００３２】
キャップは、全く透明あるいは使用する放射線に対して外面は透明で、内面は同じ放射線に対して反射する材料で製作することができるが、それは捕集／放射装置の使用目的によって左右される。
【００３３】
後述されるように、この覆いの主要目的は、捕集／放射装置の効率を高めるためである。
【００３４】
同様にして図4の装置は、二つ以上の装置で構成して図5-5Bで示される立体的配置を得るために相互に適応させて組み立てることができる。一つ以上の方向またはデカルト座標上で回転させる場合を除き、それらのいずれでも母線Aの回転によって得られる形状の共通した特性が得られる。
【００３５】
この分野である程度の知識を持った者であれば、それぞれの構成は異なった用途に有効であり、また各構成は本発明内容の本質から逸脱しないで応用できることが理解できる。
【００３６】
図6でβ線が表示する反射面Cに直接当たらない放射線は、αと異なってキャップまたは覆いEで捕獲され、その構造によって焦点に集中し、C面に当たってフィードバックされ、捕集／放射装置によって発生した陰Sを減少させ、それによって放射線の捕集効率は顕著に増加する。
【００３７】
図6Aは別の時間にキャップEの作業の変化を示している。
【００３８】
本発明の捕集／放射装置の適応の可能性としては、家庭および工業での各種の液体を加熱する目的での太陽エネルギーの捕獲と集中が考えられ、例えば、適切な部品を採用して部屋の暖房または発電、産業面であれば光ファイバーを使用して一般的な照明のために使用し、ラジオやテレビ電波の受信、地球空間外では電磁波の受信または発信、そして太陽エネルギーをキャッチして変圧器に送って車両、モーターなどの駆動に使用することが考えられる。
【００３９】
本発明で注目すべき重要事項として、垂直軸または水平軸に対する母線の傾斜が45°&±10°に設定されていることであり、それは放射源に向けて最大限の面積を向けるためである。
【００４０】
添付の図からもわかるように、この装置はベースBと上部にPSがあり、それは平面上に装置を取り付けたり、その他の装置と接続するためであり、さらにこれらの要素を通じて液体またはエネルギーを供給する配管や配線など、この装置の付属品を挿入あるいは取り出すことができる。キャップEは、ねじ、鋲、接着剤、クランプ、止め金具などで上部PSまたはベースBに固定することができる。ベースと上部の製作材料は作動部Cと同じとする。同様にして装置の本体は、用途と製作材料によっては中空または固体とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の捕集／放射装置の作動面の元となる弓形またはパラボラ（母線）を示している。
【図２】z軸の回りを360°回転する図1の弓形を示す。
【図３】反射面上に当たるα放射線を示す図2から得られる理論的物体を上からみた平面図である。
【図４】本発明の捕集／放射装置の側面図である。
【図４Ａ】本発明の捕集／放射装置の変形である。
【図４Ｂ】本発明の捕集／放射装置の変形である。
【図４Ｃ】本発明の捕集／放射装置の変形である。
【図４Ｄ】本発明の捕集／放射装置の変形である。
【図４Ｅ】主作動面Cを示す図1の弓形を示す選択された形式の捕集／放射装置の断面図である。
【図５】異なった機能を持たせるかその一つを強化するための積み重ねまたは立体的組み合わせを示す。
【図５Ａ】異なった機能を持たせるかその一つを強化するための積み重ねを示す。
【図５Ｂ】異なった機能を持たせるかその一つを強化するための立体的組み合わせを示す。
【図６】午前9時の太陽光の場合に発生する陰とキャップまたは覆いの模式図を示す。
【図６Ａ】午前11時の太陽光の場合に発生する陰と図6のキャップまたは覆いと同様の構成の模式図を示す。
【符号の説明】
【００４２】
A…母線
AA…母線Aを描く支点
B…ベース
C…反射面
D…焦点線
E…キャップまたは覆い
PS…上部
S…陰
α…太陽エネルギー（放射線）
β…β線
【図１】
2005501212.tif 000003
【図２】
2005501212.tif 000004
【図３】
2005501212.tif 000005
【図４】
2005501212.tif 000006
【図４Ａ】
2005501212.tif 000007
【図４Ｂ】
2005501212.tif 000008
【図４Ｃ】
2005501212.tif 000009
【図４Ｄ】
2005501212.tif 000010
【図４Ｅ】
2005501212.tif 000011
【図５】
2005501212.tif 000012
【図５Ａ】
2005501212.tif 000013
【図５Ｂ】
2005501212.tif 000014
【図６】
2005501212.tif 000015
【図６Ａ】
2005501212.tif 000016
【国際公開パンフレット】
2005501212.tif 000017
2005501212.tif 000018
2005501212.tif 000019
2005501212.tif 000020
2005501212.tif 000021
2005501212.tif 000022
2005501212.tif 000023
2005501212.tif 000024
2005501212.tif 000025
2005501212.tif 000026
2005501212.tif 000027
2005501212.tif 000028
2005501212.tif 000029
2005501212.tif 000030
2005501212.tif 000031
2005501212.tif 000032
2005501212.tif 000033
2005501212.tif 000034
2005501212.tif 000035
2005501212.tif 000036
2005501212.tif 000037
2005501212.tif 000038
2005501212.tif 000039
2005501212.tif 000040
2005501212.tif 000041
2005501212.tif 000042
2005501212.tif 000043
2005501212.tif 000044
2005501212.tif 000045
2005501212.tif 000046
2005501212.tif 000047
2005501212.tif 000048
2005501212.tif 000049
【手続補正書】
【提出日】平成14年12月16日(2002.12.16)
【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】
遠隔エネルギー放出源から電磁放射線を捕集および収集するための、斜め方向に向けられた、研磨された凹状反射面(C)を周囲に有するコレクタ／エミッタ装置であって、
前記装置が、当該遠隔エネルギー放出源からエネルギーを受け取るために配置された、当該反射面(C)を有する単体からなり、当該表面(C)が、母線（A）を描く、凹状の半円形または放物線形アーチによって生成され、当該母線(A)が、当該反射面(C)を描く周囲の回転面を形成するために水平面で360°回転し、当該表面(C)が、焦点のある周囲（D）または放射線の収集ゾーンを形成するゾーンに前記放射線を収集させ、当該周囲（D）または収集ゾーンが、前記周辺反射面(C)によって規定されるフレームの直径の内部に存在し、当該母線(A)の焦軸が、外側に向かって斜めに向いていて、かつ、当該単体が、さらにベース(X)と前記反射面(C)の中心本体とを有することを特徴とする、コレクタ／エミッタ装置。
【請求項２】
前記円弧または焦軸が、前記水平面に対し35゜〜55゜（好ましくは、45゜）でかつ外側に向かう傾きを有することを特徴とする、請求項1に記載の、遠隔エネルギー放出源から電磁放射線を捕集および収集するための、斜め方向に向けられた、研磨された凹状反射面(C)を周囲に有するコレクタ／エミッタ装置。
【請求項３】
前記周囲の収集表面が、鏡面研磨されていることを特徴とする、請求項1に記載の、遠隔エネルギー放出源から電磁放射線を捕集および収集するための、斜め方向に向けられた、研磨された凹状反射面(C)を周囲に有するコレクタ／エミッタ装置。
【請求項４】
半円形または放物線形アーチが、コレクタ(エミッタの前記配置および形状から独立していることを特徴とする、請求項1に記載の、遠隔エネルギー放出源から電磁放射線を捕集および収集するための、斜め方向に向けられた、研磨された凹状反射面(C)を周囲に有するコレクタ／エミッタ装置。
【請求項５】
前記焦点のある周囲または放射線の収集ゾーンが、前記収集表面から測定して、前記母線の直径の4分の1の距離の前記フレーム内に存在することを特徴とする、請求項1に記載の、遠隔エネルギー放出源から電磁放射線を捕集および収集するための、斜め方向に向けられた、研磨された凹状反射面(C)を周囲に有するコレクタ／エミッタ装置。
【請求項６】
前記構成および形状が、円、楕円、クローバー、または積み重ねであることを特徴とする、請求項1に記載の、遠隔エネルギー放出源から電磁放射線を捕集および収集するための、斜め方向に向けられた、研磨された凹状反射面(C)を周囲に有するコレクタ／エミッタ装置。
【請求項７】
高さが増加するにつれて、前記中心本体の半径が減少する、積み重ね構成を有することを特徴とする、請求項1に記載の、遠隔エネルギー放出源から電磁放射線を捕集および収集するための、斜め方向に向けられた、研磨された凹状反射面(C)を周囲に有するコレクタ／エミッタ装置。
【請求項８】
単一の螺旋状の部品からなる構成を有することをさらに特徴とする、請求項1に記載の、遠隔エネルギー放出源から電磁放射線を捕集および収集するための、斜め方向に向けられた、研磨された凹状反射面(C)を周囲に有するコレクタ／エミッタ装置。
【請求項９】
４面体中に配置された、4つの部品からなる構成を有することを特徴とする、請求項1に記載の、遠隔エネルギー放出源から電磁放射線を捕集および収集するための、斜め方向に向けられた、研磨された凹状反射面(C)を周囲に有するコレクタ／エミッタ装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に、凹状の表面を有する、太陽光線コレクタのような固定装置システム、より詳細には、太陽のように移動する遠隔エネルギー放出源からの放射エネルギーを、コレクタ付近に設置した焦点ゾーンで捕集および収集する固定装置システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
炭化水素以外の、代替エネルギー源を探し求める過程で、光および電磁波のような電磁エネルギーの放出および受信（受光）に使用できるコレクタのような装置が、開発されて来た。本発明で最も重要なエネルギー放出源は、太陽である。太陽エネルギーは収集されると、光および熱を発生させるので、このエネルギー源から放出されるエネルギーを収集するのが望ましい。従来技術では、太陽によって放射されるエネルギーは、1箇所に収集させるか、もしくは、レンズまたは凹状反射面の使用によって収束させている。解決すべき課題は、エネルギー放出源が、そのエネルギーを収集する反射面に対し移動するので、収集焦点が、放出源とともに移動してしまうことである。
【０００３】
従って、収集装置のシステムをエネルギー放出源に対して追尾させることを可能にする必要がある。これらの装置は、移動を可能にする電気モータと共に、光検出器または熱検出器を使用することが一般的である。そしてほとんどの場合、この追尾システムは、精巧でかつ高価な機器を必要とする。
【０００４】
追尾システムがない場合には、所望の標的および位置にエネルギーを収束させておくことが困難となり、その結果、収集されたエネルギーの一部が失われてしまう。
【０００５】
固定太陽エネルギー収集器の問題は、太陽が、1日および1年を通じて空を移動するので、効率的な方法で太陽エネルギーを捕集することが出来ない点である。
【０００６】
前述の技術では、追尾システムを用いずに、経済的かつ効率的で、さらに、地表に対して太陽光線の入射角が変化することになる、日々の変化や季節を考慮する必要のない、単体で機能する太陽光捕集装置を実現することはできなかった。
【０００７】
1日および季節による太陽の位置変化に依存せずに、一定の収集ゾーン、収集点、もしくは収集線を提供する、収集捕集面が必要である。
【０００８】
強力なエネルギーを必要とする用途を目的とした、エネルギーの獲得を可能にするためには、拡散する太陽放射を収集させることが必要である。この収集は、レンズ、凹面状の収集器、およびコレクタにより行うことが出来る。しかしながら、これらの手段のほとんどは、家庭向けには適切なエネルギー量であっても、産業向けにはより多くのエネルギー量を生産しなければならないという、規模の違いによって制約を受ける。従って、規模によっては、広い設置空間が必要となると言う、機械上の問題が生じる。
【０００９】
強力なエネルギー収集器は、この装置全体を構成する膨大な数のヘリオスタットを必要とする。このヘリオスタットは、太陽エネルギーを、点または焦点ゾーンと呼ばれる、共通の点およびゾーンに届けるために、常に同じ位置に存在する鏡である。これらは、殆どの場合、水平および円形に配列されている。この方法は、大量のエネルギーを捕集するという点で有用である。
【００１０】
Van Kuijk の米国特許第4,311,132号（1982年1月19日）は、反射面として半円形の横断面を有し、この半円形の横断面が、湾曲部分の中心方向、または北から南に（空に向かって）延在する、細長い熱コレクタ要素を、その中間部に、保持する細長い太陽熱コレクタについて記述し、かつこれについて特許を請求している。この太陽熱コレクタは、凹面部を有する水平面内に、南から北の方向に、配置されている。しかしながら、ここには、捕集ゾーンが、その半径の全長に渡って延在し、かつ、放射の収集に必要な固有の焦点またはゾーンを有しない収集の例外を除いて、太陽の移動を補正する如何なる方法も、存在しない。
【００１１】
Mooreの米国特許第4,459,972号(1994年7月17日特許)は、地軸および傾き軸に平行な軸、または、前記第1軸に垂直な軸を規定する、相互に垂直な平面に、2つの異なる円弧が存在する、ドーナツ型形状の鏡を有するヘリオスタットを記述し、かつ特許を請求している。このヘリオスタットは、赤道儀式架台手段と、日中の太陽光線の方向変化を補正するための追尾手段とからなる。この反射器内のイメージは、一般に楕円形であるが、両方の軸を等しくした場合には1個の円内に収まるので、焦線を得ることができる。しかしながら、これを実現させるためには、適切な方向付けをしなければいけないが、この種の装置の場合、理想的な位置は不安定である。
【００１２】
Townsend外の米国特許第4,538,886号（1985年9月3日）は、パネルを形成するために他の面と結合した凸状の外面を有する、細長い太陽熱収集器を記述し、かつ特許を請求している。このパネルは、南北方向に凹状で、かつ東西方向に凸状に存在する。それは、太陽光線に円形アーチの凹面を提供せず、かつ当該アーチの半径は、一定ではない。それは、太陽光線の入射角変化に対応して、平面上を移動する収集の直線ゾーンを提供する。チューブが収集ゾーン内に配置されているので、それが含む流体はエネルギーを吸収することができる。この装置には、支持および方向付けのための精巧な構造と、エネルギーの収集に最適な位置にチューブを配置するための機構とが必要である。これは、しばしば、建物の屋根に設置される。
【００１３】
米国特許第4,602,613号は、アーチ型の円筒状形式を有する第1固定コレクタと、水平移動する平坦なプラクからなる、第2移動コレクタの、2つのコレクタにより太陽熱エネルギーを捕集する装置を記述する。
【００１４】
Winstonの米国特許第4,230,095号、第4,359,265号、第4,387,961号および第5,289,356号は、太陽エネルギーに対して基本収集器として機能する、単一の放物線収集器を基にした一連の装置を記述し、かつその特許を請求している。
【００１５】
Rasmussonの米国特許第5,540,216号（1996年7月30日特許）は、一連のフレネルレンズにより物点に放射線を放出する、第1凹状収集器と第2反射器からなる、移動するエネルギー放出源に対するエネルギー捕集器を記述しかつ特許を請求している。この装置は、第2反射器がエネルギー放出源の位置の変化を補正するので、太陽の位置を追尾する追尾システムを有しない。一般的には、第2収集器は、空に向けられている球形の反射プレートであり、第2反射器は、第1収集装置の凹状の表面の前面に凹面を有する状態で配置されている。太陽が移動すると、光は、第2反射器の異なるゾーンに収束する。この光は、焦点の線ではなく、共有点に送られる。
【００１６】
米国特許第5,564,410号は、一方が他方の前に配置された、2つの固定された反射要素が配置されていて、太陽エネルギーを収集するための改良されたシステムを記述しかつその特許を請求している。この構造は、反射および収集要素を支持する構造要素を含み、これらの要素は、コレクタを移動させかつ方向付けるための自動化されたシステムを有する。
【００１７】
従って、適切な焦点を得るための、エネルギー放出源に対する追尾システムを必要としない収集装置が必要である。
【特許文献１】
米国特許第4,459,972号
【特許文献１】
米国特許第4,538,886号
【特許文献１】
米国特許第4,602,613号
【特許文献１】
米国特許第4,230,095号
【特許文献１】
米国特許第4,359,265号
【特許文献１】
米国特許第4,387,961号
【特許文献１】
米国特許第5,289,356号
【特許文献１】
米国特許第5,540,216号
【特許文献１】
米国特許第5,564,410号
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明は、焦線または焦点を得るための、エネルギー放出源に対する方向性に関する従来技術の問題を解決する単純な構造に関する。
【００１９】
本発明は、半球形または楕円形フレームの回転収集面を有する装置であって、その円弧が、水平に対して35゜〜55゜の間で外側に向かって傾いている、太陽のような移動するエネルギー放出源からエネルギーを効率よく捕集する装置に関する。当該装置は、当該回転面により規定された空間の内側に存在する、焦点からなる周囲の線を有する。この円周つまり焦点からなる周囲は、収集面から、対角軸の斜め方向に向いている凹状回転面に対して、母線の直径の4分の1の距離に存在する。
【００２０】
本発明の他の目的は、コレクタの構造または形状に従って、円周中もしくは周囲の焦点で電磁放射線を収集するための回転面を含む装置を提供することである。
【００２１】
本発明のさらなる他の目的は、太陽の軌道に従って収集装置を移動させる必要なく、太陽の光を日中に効率よく捕集する、周囲回転部の反射面を有する固定型装置を提供することである。
【００２２】
本発明のさらなる他の目的は、さまざまな構造および完全な回転形状(360゜)を有し、その円弧が、水平面に対して35゜〜55゜に向けられている、半円形フレーム形状において凹状横断面を有する周囲回転面を持つ、太陽光収集器装置を提供することである。
【００２３】
本発明のまた、他の目的は、周囲の焦点ゾーンに反射する、太陽の位置に依存しない、太陽光収集器装置（コレクタ-エミッタ）を提供することである。
【００２４】
本発明のさらなる他の目的は、平行光線の放射線のエミッタとして機能する半球形フレームの形状の、周囲の回転面を有する装置を提供することである。
【００２５】
本発明の他の目的は、例えば、光ファイバーケーブルのような光伝導手段を含む機器に、光を提供することである。
【００２６】
本発明の他の目的は、例えば、水または蒸気を伝導させるチューブのような流体伝導手段を含む機器に、熱を提供することである。
【００２７】
本発明のさらに他の目的は、前記反射収集面が規定される、周囲の回転面によって形成される、半球形または楕円形フレームによって規定された空間内において、直径の4分の1の距離の位置に、放射線の収集を目的とする細い周囲ゾーンを設けた、非常に効果的かつ経済的な太陽光コレクタを提供することである。
【００２８】
本発明の他の目的は、対角線の方向および母線の形状を保持しつつ、積み重なった形、四面体、らせん形のような、様々な構造に、円弧の変化を適合化させた周囲の回転面を提供することである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下に、本発明の目的物であるコレクタ／エミッタ装置を表す図を用いて、本発明の実施の形態を説明する。
【００３０】
本発明の装置は、適切な放射線を捕獲するために、光ファイバー（光）、無線受信器、光電池（電力）等の適切な変換器を、周囲焦線に設置することによりのみ、太陽熱エネルギー等のいかなる種類の電磁放射線も捕獲するために使用することができる。同時に、周囲焦線上にエミッタを設置しかつ周囲凹面表面に放出を与えることにより、放射線を放出するように、これを適合化させることも出来る。
【００３１】
図１は、太陽光線コレクタを形成する回転面の断面図である。この回転面は、Zと定義された軸の周りに、母線(A)または半円周を360゜回転させることにより生成される。これにより、凹状の半球フレーム形状の回転面が形成され、かつこの回転面は、収集反射面として機能する。この母線の円弧または焦軸の方向は、とりわけ重要である。相対的に強い強度の太陽光線は、日中の、午前9時〜午後3時に捕獲されるので、好ましい実施例の場合、円弧の傾きは、水平方向に対して45゜である。ただし、これに限らず、35゜〜55゜の間に設定した方向も有効である。この方向は、座標Zと、座標Xと、原点”O”と、円弧、半円形または放物線の直径の4分の1に配置される収集焦点(AA)とを有する垂直面と呼ばれる。円弧、半円形または放物線は、鏡面仕上げされた収集反射面すなわち半球フレームを回転させることによって、母線(A)を基にして形成される。この半円形または放物線は、良好な種々の構造を実現させることが出来る。これらの構造において、その円弧または焦軸の特定方向は、水平方向に対し35゜〜55゜の間に存在する周囲の収集面を有するであろう。この凹状側面で、高鏡面光沢度に研磨された生成面は、太陽からの放射線（平行光線のビーム）を捕獲し、そしてこれは、周囲焦線に収集される。ここで、熱および光が有効に使用出来るように、これは、すでに増強された状態で抽出することが可能である。
【００３２】
図2は、半円形のまたは母線Aの放物線形の面を軸Zの周囲に回転させることによって生成される、理論上の本体を示す。この方法により、放射線コレクタ／エミッタ装置の最も単純な構造が形成される。さらに、太陽からの平行光線ビーム（α）の入射が、図式化されている。収集された放射線は、収集装置で反射されると、周囲焦線(D)に送られる。この放射線は、熱や光のような異なった目的に使用できる。焦線（D）という用語は、回転によって生成された構造の周囲全体に存在する、連続した焦点の連なりを意味する。このことは、焦点距離を等しくした状態で、一線上に設置された無数のコレクタを意味する。この装置は、水平面では360゜すなわち一周分、垂直面上では180゜すなわち半周分をカバーする。
【００３３】
太陽が天頂に達している理想的な状態では、入射光は、回転収集面で反射され、かつ周囲焦線(D)に送られる平行光線である。従来技術において、前述の課題を解決するためには、日中における焦点ゾーンと太陽に対する収集面の向きとを規定しなければならない。
【００３４】
鏡面研磨された、支持体および放射線の収集回転面は、たとえば、プラスティック、鉄および非鉄金属、木材のような、あらゆる種類の素材から構築することができる。どの場合でも、反射面は、完全に研磨された、すなわち、反射度の高い仕様（鏡の等級）を有していなければならない。
【００３５】
ある実施形態の場合、硬化アルミニウムの固形ブロックから機械加工することも可能である。硬化アルミニウムを用いる場合、反射面を、耐紫外線安定化高分子材料または銀のような金属の電着により覆うことが出来る。
【００３６】
図4は、母線(A)により反射面(C)が形成されるように、機械加工された実際の装置の横断面の線図である。母線(A)は、上部円形平面（PS）を有する短い中心本体と、収集反射回転面(C)の支持体の内部を構成する中心本体の中間高さ(M)にある集中点とを規定する。(C)全体に放射線が照射されると、それは、収集される。母線(A)は、短い中心本体と同軸である周囲焦線(D)と、回転面の円弧の内面も規定する。
【００３７】
図4に示されるコレクタ／エミッタは、以下のように製造される。
【００３８】
強化されたアルミニウムブロックが、数値制御旋盤にマウントされる。ベースと、短い中心本体（ヘッダ）が機械加工される。その後、半円形または放物線の輪郭が、ベースと短い中心本体との間に、機械加工されなければならない。好ましい実施例では、円弧の方向は、水平面に対して45゜である。
【００３９】
45゜に傾ける理由は、以下のとおりである。午前6時〜午後6時の間、太陽光線の傾きは、午前9時と午後6時で45゜である。太陽光を収集する最適位置は、午前9時から午後3時までの、6±2時間である。すなわち、本発明の目的の収集面の範囲の平均値が、傾き45゜である。
【００４０】
図4から分かるように、この収集装置は、短い中心本体によって反射面（鏡面レベル）に生じる、影を発生する。この影は、太陽の動きと共に東から西に移動する。中心本体により収集量がこのように減少してしまうことは、全入射光に対するその割合が相対的に小さい場合には、重要な問題とはならない。
【００４１】
この装置の周囲の焦線は、反射面の直径の4分の1の位置に存在する。この焦線は、焦点が結合した結果、すなわち、本発明の反射回転面体の傾きと凹部の結果物である。
【００４２】
大量の放射線を収集するための空間が相対的に小さくて済むので、この面は非常に効率的である。エネルギーが大きいほど応用量を増加させることが可能になるので、強度が高くなることは、応用分野の数を増加させる。
【００４３】
垂直におけるその向きを、その地の緯度に対応する各春秋分点の角度に一致させることが可能となるように、収集装置をベースに設置することが必要である。この装置が赤道上に存在すると仮定すると、日照は、朝6時から午後6時までと考えられる。（電波の送受信などの）用途の場合には、これは関係ない。たとえば、赤道上にこの収集装置を設置すると、装置の位置が固定していること、および、太陽が円軌道を描くことを考慮すると、5月21日または9月23日の各々の12時間にこの収集装置から得られる日照が、最大となるであろう。これにより、天頂または昼夜平分時が得られる。北半球における夏至の間、および南半球における冬至の間における、太陽の最大高度は、それぞれ、北に対し23゜27’、南に対し23゜27’である。この場合、放射線は、収集装置各側面を23゜27’しか移動しない。この装置が回転体構造であることから、このことは無関係である。このようにして太陽の軌道を追尾せずに、一定の日照を得ることが可能となる。
【００４４】
たとえば、太陽光線は、夏至の間、北へ23゜27’の角度、および、冬至では、南へ23゜27’の角度を移動するが、これらの傾きは、日照にさほど影響を及ぼさない。何故ならば、反射面が、回転体でありかつある方向を向いている構造であるので、太陽が一方向において隠れていても、他方向では照射し、さらに、これが、水平面内の360゜のどの位置にも向いているので、太陽は、収集回転面の構造とは無関係に水平面で毎日少しずつ回転移動するからである。
【００４５】
図4Aは、円形構造のベースと、放射線収集回転面(C)を支持する支持中心本体（M）とを有するコレクタ／エミッタ、つまり放射線収集器装置の好ましい実施例の1つを示す。
【００４６】
図4Cは、クローバー形構造のベースと、放射線収集回転面(C)を支持する支持中心本体（M）についての、本発明の他の好ましい実施例を示す。
【００４７】
図4Dは、螺旋構造のベースと、放射線収集回転面(C)を支持する支持中心本体(C)についての、本発明の他の好ましい実施例を示す。
【００４８】
図4Eは、熱がシステムから逃げるのを防ぐ装置を保護するカプセルつまり付加ドームを有する、円形構造のベース、および、放射線収集回転面(C)を支持する支持中心本体（D）についての、本発明の好ましい実施例を示す。カプセルは、収集装置面の内部から反射光が逃げるのを防ぐ内部被覆を有していても良い。このようにして、放射線は、放射線収集回転面に2回照射される。
【００４９】
図5は、本発明の他の好ましい実施例である、カプセルまたは独立ドーム（E）によって保護された、放射線収集回転面(C)を支持する支持中心本体（M）を保持するベース（B）によって結合される上方向と下方向を向く対向型ツイン収集器の構造を示す。
【００５０】
図5Aは、一連の積み重ねられた太陽光収集器を示す。これらは、頂点まで、中心本体または支持要素の構造半径が減少するように設置されている。これは、太陽光エネルギーを捕獲するための、より広い面積を有するので、太陽光エネルギーの捕獲量は増加する。収集器の積み重なりの主要な要素は、半円形母線（A）によって生成される、周囲の半球構造の面である。カプセルつまり透明ドーム（E）を、赤外線を遮断する物により置換することもできる。
【００５１】
本発明の他の実施例が、図5Bに示されている。ここでは、ほぼ120゜に向けられている、四面体配置のベースが終端で連結された、4つのシンプルな収集器が使用されている。これらの反射面(C)は、本発明の全ての実施例に対して共通する収集回転面を有する。
【００５２】
図6は、2つの光ビーム（α）および（β）を記述する。前者は、収集器の表面全体に照射されるが、後者は、装置の外面をかすめるのみで、収集面上に照射されない、斜めに照射されたビームの影の最悪の場合を示す。カプセルまたは透明ドームによって屈折された放射線のみが、反射フレーム上に照射され、さらに、焦点からなる周囲全体に渡って収集される。しかしながら、図6には、影のゾーンが、本発明で規定するコレクタ／エミッタによって捕獲される放射線全体に対して、相対的に小さいことも示されている。このコレクタ／エミッタの上部切断面は、収集装置によってカバーされない範囲に関連しない影(S)を示す。
【００５３】
図6Aは、その日の2時間後の別の影の状態を示す。この段階では、影は著しく減少している。さらにこの場合にも、カプセルまたは透明ドームは、カプセルまたは透明ドームがない場合には、収集器の外側で消失したとみなされる収集ゾーンに、若干の光線を屈折させる。
【００５４】
本発明のコレクタ／エミッタ装置の目的が捕獲と放出である応用例のいくつかは、太陽光放射線の収集して、家庭さらには産業レベルでも有用である、蒸気の生産のために流体物を加熱すること、光導体（光ファイバー）と光の拡散器による内部密閉空間の照明である。
【００５５】
本発明は、水平面に対して45゜±10゜の範囲の捕集収集面の母線の方向に関し、本発明の目的は、ほぼ日照のある日中に、太陽光線の入射が可能となるほぼ全体の面を示すことである。
【００５６】
当業者にとって、本明細書で記載されている様々な構造は、本発明の説明に関して記述された様々な応用において使用可能であり、かつこれらの記述により本発明が限定されることがないことは、明らかであろう。本発明は、添付の請求項によってのみ限定される。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の目的物である、太陽熱コレクタを形成する、母線の横断面（A）と周囲の回転面の円弧の方向（y）を示す。図1は、また、焦点収集点（AA）も示す。
【図２】水平面で母線を360゜回転させることによって形成される太陽光コレクタの横断面、半球形の輪郭または母線（A）を示す。図2はまた、周囲焦線（D）の断面 、および中心本体および太陽光線（α）の入射も示す。
【図３】円形構造の太陽光収集装置を上から見た図で、太陽光線（α）の入射、中心本体および周囲焦線（D）を示す。
【図４】太陽光コレクタ収集装置の正面図を示し、ベース、すなわち本体の上位部（PS）、本体の細いゾーン（M）、焦点からなる周囲の線（D）、および収集面(C)が、詳細に示されている。
【図４Ａ】図4のコレクタ収集装置の上面図である。
【図４Ｂ】楕円形構造体の、図4のコレクタ収集装置の上面図であって、凹状周囲の回転面(C)および関連する収集の焦線（D）が、詳細に描かれている。
【図４Ｃ】120゜間隔で隆起を有するクローバー形構造体の、図4のコレクタ収集装置の上面図であって、凹状周辺面の回転面の不変輪郭(C)、および関連する収集の焦線（D）が、詳細に描かれている。
【図４Ｄ】本体または螺旋構造体のコレクタ収集装置の正面図であって、凹状周囲の回転面の不変輪郭が、詳細に描かれている。
【図４Ｅ】円形構造体であるコレクタ収集装置の上面図および断面図であって、凹状周囲の回転面の不変輪郭(C)、収集焦線（D）、本体の細いネック（M）、半球形のフレーム、および、ドームまたはカプセルが、詳細に描かれている。
【図５】一方の基部が他方の基部と一体となった対構造体である、コレクタ収集装置の正面図であって、凹状周囲の回転面の不変側面(C)、収集焦線(E)、本体の細いネック(M)、および保護ドーム(E)が、詳細に描かれている。
【図５Ａ】積み重なった収集装置構造体であるコレクタ収集装置の断面図であり、凹状周囲の回転面の不変側面(C)、収集焦線(D)、本体の細いネック(M)、保護ドームまたはカプセル（E）、下位ベース（B）、および上位部が、詳細に描かれている。
【図５Ｂ】個々の収集装置構造体が、四面体の形状で120゜に傾いていて、凹状周囲の回転面(C)および収集焦線(D)が、詳細に描かれているコレクタ収集装置の斜視図である。
【図６】シンプルな構造における、コレクタ収集装置の上面図および断面図であって、凹状周囲の回転面(C)と、収集焦線（D）と、本体の細いネック(M)と、保護ドームまたはカプセルおよび内部反射（E）、午前9時における太陽光線（α）と太陽光線（β）と、その影(S)と、中心本体（PS）が、詳細に描かれている。
【図６Ａ】シンプルな構造における、コレクタ収集装置の上面図および断面図であって、周囲の凹状回転面(C)、収集焦線(D)、本体の細いネック(M)、保護ドームまたはカプセルおよび内部反射（E）、午前11時における太陽光線（α）および（β）の入射、図6Aの影の変化(S)、中心本体（PS）の上位部が、詳細に描かれている。
【符号の説明】
【００５８】
A…母線の横断面
AA…焦点収集点
C…研磨された凹状反射面
D…周囲焦線
E…カプセルまたは独立ドーム
M…支持中心本体
PS…ベース（本体）の上位部
S…影
α…光ビーム（太陽光線）
β…光ビーム（太陽光線）
y…周囲の回転面の円弧の方向


【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2005501212.tif 000050
【図２】
2005501212.tif 000051
【図３】
2005501212.tif 000052
【図４】
2005501212.tif 000053
【図４Ａ】
2005501212.tif 000054
【図４Ｂ】
2005501212.tif 000055
【図４Ｃ】
2005501212.tif 000056
【図４Ｄ】
2005501212.tif 000057
【図４Ｅ】
2005501212.tif 000058
【図５】
2005501212.tif 000059
【図５Ａ】
2005501212.tif 000060
【図５Ｂ】
2005501212.tif 000061
【図６】
2005501212.tif 000062
【図６Ａ】
2005501212.tif 000063
【国際調査報告】
2005501212.tif 000064
2005501212.tif 000065
2005501212.tif 000066