(57)【要約】      （修正有）【課題】局所集光及び両面太陽電池を使用した小型太陽発電機を装備した飛行船を提供する。【解決手段】飛行船１０２は、飛行中の飛行船１０２に太陽放射からの電気エネルギーを供給するべく、集光を使用した小型太陽発電機１０４を装備している。小型太陽発電機１０４は、飛行船の長手方向中心軸１１６に対して平行に配置された両面光起電性太陽電池の１つ又は複数の列１２４、１２６、１２８、１３０、１３２の第１の組１２２と、太陽光線を第１の組１２２の両面太陽電池の後面に向かって収束させる太陽放射集光器１３６と、を有する。太陽放射集光器１３６は、１つ又は複数の局所太陽放射集光器１６４、１６６、１６８、１７０、１７２の第２の組１５６であり、それぞれの局所集光器は、対応した太陽電池の列とペア化されており、且つ、太陽放射をペア化された列の太陽電池の後面に向かって収束させるのに適した凸状形態の反射器を有する。【選択図】図３Ａ
2018002133.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
飛行船であって、飛行中の前記飛行船に太陽放射からの電気エネルギーを供給するべく、集光を使用した小型太陽発電機を装備した飛行船において、
前記飛行船は、外殻（１０８）と、前記外殻（１０８）内において収容されたガスベアラと、集光を使用した小型太陽発電機（１０４）と、を有し、
前記外殻（１０８）は、既定の長手方向中心軸（１１６）に沿って細長い形態の閉じた外側表面（１１４）を有し、
前記小型太陽発電機（１０４）は、
前記外側表面（１１４）の頂点（１４０）の小さな部分（１３８）の上方において、且つ、これから既定の高さｈにおいて、配置された両面光起電性太陽電池（１３４）の少なくとも１つの列（１２４、１２６、１２８、１３０、１３２、２０６、３０４）の第１の組（１２２）であって、両面太陽電池のそれぞれの列（１２４、１２６、１２８、１３０、１３２、２０６、３０４）は、前記外側表面（１１４）の頂点の前記小さな部分（１３８）上においてプロットされると共に前記外側表面（１１４）の前記長手方向中心軸（１１６）を含む半径方向投射プレーン内において含まれた長手方向経路（１４４、１４６、１４８、１５０、１５２、２０４、３０６）にオーバーハング状態において追随するように構成されている、第１の組と、
太陽光線を前記第１の組（１２２）の前記両面太陽電池の後面に向かって収束させる太陽放射集光器（１３６）と、
を有し、
前記飛行船は、
前記太陽放射集光器（１３６）は、少なくとも１つの局所太陽放射集光器（１６４、１６６、１６８、１７０、１７２、２０２、３０２）の第２の組（１５６）であり、それぞれの局所集光器（１６４、１６６、１６８、１７０、１７２、２０２、３０２）は、対応した太陽電池の列（１２４、１２６、１２８、１３０、１３２、２０６、３０４）とペア化されており、且つ、反射器（１７４、１７６、１７８、１８０、１８２、２０８、３１８）を有し、前記反射器（１７４、１７６、１７８、１８０、１８２、２０８、３１８）の第１反射面（２１２、３２２）は、太陽放射を前記ペア化された列（１２４、１２６、１２８、１３０、１３２、２０６、３０４）の前記太陽電池の前記後面（２２０、３３０）に向かって収束させるのに適した凸状形態の表面を有し、且つ、前記反射器（１７４、１７６、１７８、１８０、１８２、２０８、３１８）の第２凹状面（２１４、３２４）は、前記第１凸状面（２１２、３２２）の背後において、前記対応した太陽電池の列によってオーバーハングされた前記長手方向経路に沿って前記外殻（１０８）の前記外側表面（１１４）に対して固定されており、且つ、
前記局所太陽放射集光器（１６４、１６６、１６８、１７０、１７２）の前記第１面及び第２面は、前記集光器を分離された状態又は近接した状態にして残すように、寸法設定され、且つ、その間において配置されている、
ことを特徴とする飛行船。
【請求項２】
前記太陽電池の前記列（１２４、１２６、１２８、１３０、１３２、２０６、３０４）の、且つ、前記局所集光器（１６４、１６６、１６８、１７０、１７２、２０２、３０２）の前記面の形状は、前記外側表面の一部分上における前記光起電性太陽電池の位置から独立して、一定であると共に同一の強度を有する太陽束を保証するように調節されている請求項１に記載の集光を使用した小型太陽発電機を装備した飛行船。
【請求項３】
それぞれの両面電池は、前面と、後面と、を有し、且つ、
前記第１の組（１２２）の前記列（１２４、１２６、１２８、１３０、１３２、２０６、３０４）の前記両面電池は、前記電池がその上部において固定されている前記飛行船の前記外側表面の一部分との関係における位置決め及び向きの観点において、前記すべての太陽電池の前記前面の法線が、前記飛行船との関係において同一の既定の照明の方向に向かって指し示すように、配置されている請求項１に記載の集光を使用した小型太陽発電機を装備した飛行船。
【請求項４】
それぞれの局所集光器（１６４、１６６、１６８、１７０、１７２、２０２）の第１反射凸状面の表面は、前記関連した列（１２４、１２６、１２８、１３０、１３２、２０６）の前記太陽電池によって隠蔽された第１ストリップと、前記太陽放射の前記集光に参加する第２及び第３能動型ストリップと、を有し、
前記第２及び第３能動型ストリップは、光起電性変換に関与する周波数帯域に含まれている放射に対する反射性を有する材料から構成されており、且つ、
前記第１の隠蔽されたストリップは、前記光起電性電池が有効である際に前記光起電性電池によって放出される熱放射に対する反射性を有する材料から構成されている請求項１乃至３のいずれか１項に記載の集光を使用した小型太陽発電機を装備した飛行船。
【請求項５】
それぞれの局所集光器（１６４、１６６、１６８、１７０、１７２、２０２）の前記第１反射凸状面の表面は、全体的に、前記光起電性変換に関与する前記周波数帯域に含まれている放射に対する反射性と、前記光起電性電池及び太陽によって放出される熱放射に対する反射性と、の両方を有する材料により、製造されている請求項４に記載の集光を使用した小型太陽発電機を装備した飛行船。
【請求項６】
前記第１の組の太陽電池のそれぞれの列（１２４、１２６、１２８、１３０、１３２、２０６）は、前記関連した局所集光器と、前記光起電性電池の前記列（１２４、１２６、１２８、１３０、１３２、２０６）と前記ペア化された局所集光器（１６４、１６６、１６８、１７０、１７２、２０２）の間において介在すると共に固定された柱状体（３５６）のパイルワーク（３５２）と、を通じて、前記外殻の前記外側表面の一部分に対して固定されており、
前記柱状体（３５６）を形成している材料は、剛性を有し、電気絶縁性を有し、且つ、太陽放射に対する低吸光度を有する請求項１乃至５のいずれか１項に記載の集光を使用した小型太陽発電機を装備した飛行船。
【請求項７】
前記第１反射凸状面の表面は、円錐形部分又は円錐形部分を近似した曲線の形態を有する長手方向断面のアウトラインを有する請求項１乃至６のいずれか１項に記載の集光を使用した小型太陽発電機を装備した飛行船。
【請求項８】
前記第１反射凸状面の表面は、奇数の整数の数Ｎ個の円錐形部分を近似したセグメントの連続体の形態における長手方向断面のアウトラインを有し、前記セグメントの奇数の整数の数Ｎは、好ましくは、整数３、５、及び７に含まれている請求項７に記載の集光を使用した小型太陽発電機を装備した飛行船。
【請求項９】
前記外側表面の前記長手方向中心軸の前記外側表面の一部分を分離している距離ｒに対する前記太陽電池の列のオーバーハングの高さｈの比率は、１／１５以下であり、好ましくは、１／３０以下である請求項１乃至８のいずれか１項に記載の集光を使用した小型発電機を装備した飛行船。
【請求項１０】
前記小型太陽発電機（１０４）は、整数ＮＬ個の太陽電池の列及び局所集光器（３０２）を有し、且つ、
それぞれの局所集光器（３０２）は、第１のケースにおいては、前記長手方向軸との関係における同一の半径方向レベルの太陽電池のまっすぐな列（３０４）と、或いは、第２のケースにおいては、前記長手方向軸との関係において異なる半径方向レベルにセグメント化された太陽電池の列（３０４）に対して、ペア化された、局所集光器の長手方向セクション（３１２）の、２以上である、整数Ｔ個の長手方向シーケンスにサブ分割されている請求項１乃至９のいずれか１項に記載の集光を使用した小型太陽発電機を装備した飛行船。
【請求項１１】
それぞれの長手方向セクション（３１２）は、基本反射器（３１８）を有し、前記基本反射器（３１８）の第１基本反射面（３２２）は、前記太陽放射を同一の長手方向レベルの前記ペア化された列（３０４）の前記太陽電池の前記後面（３３０）に向かって収束させるのに適した凸状形態の表面を有し、且つ、前記基本反射器（３１８）の、後面であり、且つ、凹状である、第２基本面（３２４）は、前記ペア化された太陽電池の列によってオーバーハングされた長手方向経路に沿って前記外殻の前記外側表面の一部分に対して固定されている請求項１０に記載の集光を使用した小型太陽発電機を装備した飛行船。
【請求項１２】
前記太陽電池の前記列（３０４）の、且つ、前記局所集光器（３０２）の前記長手方向セクション（３１２）の前記面（３２２、３２４）の、形状は、前記外側表面の一部分上における前記光起電性太陽電池の位置から独立して、一定であると共に同一の強度を有する太陽束を保証するように、調節されている請求項１１に記載の集光を使用した小型太陽発電機を装備した飛行船。
【請求項１３】
局所集光器（３０２）のそれぞれのセクション（３１２）の前記第１基本反射面（３２２）の表面は、前記ペア化された列の同一の長手方向レベルの前記太陽電池によって隠蔽された第１基本ストリップ（３３４）と、前記太陽放射の集光に参加する第２及び第３能動型基本ストリップ（３３６、３３８）と、を有し、
前記第２及び第３能動型基本ストリップ（３３６、３３８）は、前記光起電性変換に関与する周波数帯域に含まれている放射に対する反射性を有する材料から製造されており、且つ、
前記第１の隠蔽された基本ストリップ（３３４）は、前記光起電性電池が有効である際に前記光起電性電池によって放出される熱放射に対する反射性を有する材料から製造されている請求項１１及び１２のいずれか１項に記載の集光を使用した小型太陽発電機を装備した飛行船。
【請求項１４】
前記第１反射凸状基本面（３２２）の表面は、円錐形部分又は円錐形部分を近似した曲線の形態における長手方向断面のアウトラインを有する請求項１１乃至１３のいずれか１項に記載の集光を使用した小型太陽発電機を装備した飛行船。
【請求項１５】
前記第１反射凸状基本面（３２２）の表面は、奇数の整数の数Ｎ個の円錐形部分を近似したセグメントの連続体の形態における長手方向断面のアウトラインを有し、前記セグメントの奇数の整数の数Ｎは、好ましくは、整数３、５、及び７に含まれている請求項１４に記載の集光を使用した小型太陽発電機を装備した飛行船。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、両面太陽電池の列を使用した小型太陽発電機を装備した飛行船に関する。
【０００２】
本発明の分野は、設置の後に飛行船に電気エネルギーを供給し、且つ、その推進と、オンボードで組み込まれているそのシステムの電力供給と、の関係において、エネルギーの観点において、前記飛行船を独立したものとするように意図された、太陽放射集光を使用した太陽発電機に関する。
【０００３】
更に詳しくは、本発明は、「ｓｔｒａｔｏｂｕｓ」と呼称されると共に、永続的に、即ち、昼夜を問わず、高高度の風によって印加される外圧力に耐えることにより、静止位置を維持するように設計された、現在開発中の自律型の成層圏プラットフォームプロジェクトに適用されるものである。図１に示されているように、且つ、既知のように、このタイプの成層圏飛行船２は、大きなサイズを有し、且つ、ハイパワーの電気推進システム４を実装しており、即ち、例えば、非常に大きなソーラーパネル６を使用した、１つ又は複数の電気モーターによって駆動されるプロペラシステムを実装している。例えば、且つ、通常は、飛行船は、長手方向において、細長い形態を有し、且つ、長さが約１００メートルであって直径が３０メートルである円筒形テンプレート内に収容される外殻８を有する。このような飛行船２のサイズは、約百キロワットに等しい電気エネルギーニーズに対応している。
【背景技術】
【０００４】
このような大量の電気エネルギーを提供するべく提案されている現時点の太陽発電機の解決策は、図１に示されているように、両面又は片面の太陽電池を装備したソーラーパネル６と、太陽放射集光器１４と、を使用しており、この組立体が、放射集光器を有する太陽発電機を形成している。
【０００５】
これらの既知の解決策と、図１と、によれば、太陽発電機１６のソーラーパネル６は、飛行船２の頂点１８において配置されており、放射集光器１４は、外殻８の頂点１８から大きな距離だけ離れた状態において、外殻８の内部に、配置及び設置されている。例えば、放射集光器１４は、図１に示されているように、飛行船の長手方向中心軸２０に近接した状態において、或いは、外殻８の頂点から離れるように移動した長手方向軸の下方のレベルにおいて、長手方向に配置されている。
【０００６】
図２と、２０１５年７月１５日付けで出願され、且つ、「Ａｉｒｓｈｉｐ  ｅｑｕｉｐｐｅｄ  ｗｉｔｈ  ａ  ｓｏｌａｒ  ｇｅｎｅｒａｔｏｒ  ｗｉｔｈ  ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ  ａｎｄ  ｕｓｉｎｇ  ａｎ  ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ  ｏｆ  ｓｏｌａｒ  ｃｅｌｌｓ，  ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ  ｔｏ  ｐｏｗｅｒ  ｓａｉｄ  ａｉｒｓｈｉｐ  ｉｎ  ｆｌｉｇｈｔ」という名称を有する仏国特許出願第１５０１４８６号明細書と、によれば、集光を使用した太陽発電機５４を有する飛行船５２は、その内部から観察された状態において、その外殻６０の頂点５８において配置された両面太陽電池５６を有し、且つ、使用している。太陽発電機５４は、外殻６０の内部において配置されると共に同一の外殻６０の頂点５８に対向するように外殻６０の第１下部ゾーン６４上において曲がりやすい方式で設置された太陽放射集光器６２を有する。外殻６０は、太陽光線７２が放射集光器６２に向かって通過することを許容するべく、ストリップ６６の形態で配置されている両面太陽電池５６の両側において、頂点５８に向かって、第２の透明ゾーン７０を有する。
【０００７】
この解決策は、以下の欠点を有している。第１に、飛行船の外殻内において設置されると共にこれに対して固定された放射集光器は、一方においては、変形に晒される曲がりやすい外殻内において太陽電池との関係における前記集光器の配置の正確性に関する幾何学的要件を順守する観点において、且つ、他方においては、こちらも封止されている外殻内における統合の観点において、製造が困難である。第２に、飛行船の全体設計の観点において、即ち、システムの最もハイレベルな設計において、この外殻の内部に配置されている放射集光器の構成は、外殻の設計の制約を太陽発電機の設計の制約と結合させており、その結果、実装が簡単である解決策を得ることが複雑になっており、且つ、システムの試験が困難になっている。第３に、発電のレベルにおいて、現時点の太陽発電機システムは、少なくともその上部部分のゾーンにおいては、透明である外殻を必要としており、この結果、外殻の壁を通過する際に発生する太陽放射の吸収に起因して、太陽発電機の効率が低減され、且つ、可視範囲において透明である材料は、赤外線範囲において透明ではないことから、太陽電池の後面の赤外線放射により、冷却が制限されている。更には、外殻の材料は、透明であると共に、長寿命にわたって、即ち、この場合には、少なくとも５年間にわたって、非常に大きな機械的強度を有していなければならないことから、克服を要すると共に問題を悪化させる技術的な製造問題が依然として存在している。第４に、飛行船内への太陽放射の進入を許容することにより、飛行船の内部が加熱され、その結果、その内部圧力が増大し、且つ、外殻の機械的強度の増強が必要となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】仏国特許出願第１５０１４８６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上述の欠点の克服を目的としている。
【００１０】
技術的な課題は、飛行船の外殻との間における最小限の機械的且つ熱的な相互作用を伴う、相対的に軽量であって、製造が簡単であり、太陽電池の単位表面当たりに供給される電気エネルギー供給の効率の観点において相対的に効率的である、太陽発電機を提供する方式である。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
これを目的として、本発明の主題は、飛行船であって、太陽放射からの電気エネルギーを飛行中の前記飛行船に供給するべく、集光を使用した小型太陽発電機を装備した飛行船であり、飛行船は、外殻と、外殻内において収容されたガスベアラと、集光を使用した小型太陽発電機と、を有し、外殻は、既定の長手方向中心軸に沿って細長い形態の閉じた外側表面を有する。小型太陽発電機は、
−外側表面の頂点の小さな部分の上方において、且つ、これから既定の高さｈにおいて、配置された両面光起電性太陽電池の少なくとも１つの列の第１の組であって、両面太陽電池のそれぞれの列は、前記外側表面の頂点の小さな部分上においてプロットされると共に外側表面の長手方向中心軸を含む半径方向投射プレーン内に含まれている長手方向経路にオーバーハング状態において追随するように構成されている、太陽電池の列の第１の組と、
−太陽光線を第１の組の両面太陽電池の後面に向かって収束させる太陽放射集光器と、
を有する。
【００１２】
飛行船は、
−太陽放射集光器は、少なくとも１つの局所太陽放射集光器の第２の組であり、それぞれの局所集光器は、対応した太陽電池の列とペア化されており、且つ、反射器を有し、反射器の第１反射面は、太陽放射をペア化された列の太陽電池の後面に向かって収束させるのに適した凸状形態の表面を有し、且つ、反射器の第２凹状面は、第１凸状面の背後において、対応した太陽電池の列によってオーバーハングされた長手方向経路に沿って外殻の外側表面に対して固定されており、且つ、
−局所太陽放射集光器の第１及び第２面は、集光器を分離された状態において又は隣接した状態において残すように、寸法設定され、且つ、その間において構成されている、
ことを特徴としている。
【００１３】
特定の実施形態によれば、集光を使用した太陽発電機を装備した飛行船は、
−太陽電池の列の、且つ、局所集光器の面の、形状は、外側表面の一部分上における光起電性太陽電池の位置から独立して、一定であると共に同一の強度を有する太陽束を保証するように、調節されており、
−それぞれの両面電池は、前面と、後面と、を有し、且つ、第１の組の列の両面電池は、電池がその上部において固定されている飛行船の外側表面の一部分との関係における位置決め及び向きの観点において、すべての太陽電池の前面の法線が、飛行船との関係において同一の既定の照明の方向に向かって指し示すように、構成されており、
−それぞれの局所集光器の第１反射凸状面の表面は、関連した列の太陽電池によって隠蔽された第１ストリップと、太陽放射の集光に参加する第２及び第３能動型ストリップと、を有し、第２及び第３能動型ストリップは、光起電性変換に関与する周波数帯域に含まれている放射に対して反射性を有する材料から構成されており、且つ、第１の隠蔽されたストリップは、光起電性電池が有効である際に光起電性電池によって放出される熱放射に対して反射性を有する材料から構成されており、
−それぞれの局所集光器の第１反射凸状面の表面は、全体的に、光起電性変換に関与する周波数帯域に含まれている放射に対する反射性と、光起電性電池及び太陽によって放出される熱放射に対する反射性と、の両方を有する材料から製造されており、
−第１の組の太陽電池のそれぞれの列は、関連した局所集光器と、光起電性電池の列とペア化された局所集光器の間において介在すると共に固定されている柱状体のパイルワークと、を通じて、外殻の外側表面の一部分に対して固定されており、柱状体を形成している材料は、剛性を有し、電気絶縁性を有し、且つ、太陽放射に対する低吸光度を有しており、
−第１反射凸状面の表面は、円錐形部分又は円錐形部分を近似した曲線の形態を有する長手方向断面のアウトラインを有しており、
−第１反射凸状面の表面は、奇数の整数の数Ｎ個の円錐形部分を近似したセグメントの連続体の形態における長手方向断面のアウトラインを有し、セグメントの奇数の整数の数Ｎは、好ましくは、整数３、５、及び７に含まれており、
−外側表面の長手方向中心軸の外側表面の一部分を分離している距離ｒに対する太陽電池の列のオーバーハングの高さｈの比率は、１／１５以下であり、好ましくは、１／３０以下であり、
−小型太陽発電機は、整数の数ＮＬ個の太陽電池の列及び局所集光器を有しており、且つ、それぞれの局所集光器は、第１のケースにおいては、長手方向軸との関係において同一の半径方向レベルの太陽電池のまっすぐな列との間において、或いは、第２のケースにおいては、長手方向軸との関係において異なる半径方向レベルにセグメント化された太陽電池の列に対して、ペア化された、局所集光器の長手方向セクションの、２以上である、整数の数Ｔ個の長手方向シーケンスにサブ分割されており、
−それぞれの長手方向セクションは、基本反射器を有し、基本反射器の第１基本反射面は、太陽放射を同一の長手方向レベルのペア化された列の太陽電池の後面に向かって収束させるのに適した凸状形態の表面を有し、且つ、後面であり且つ凹状である基本反射器の第２基本面は、太陽電池のペア化された列によってオーバーハングされた長手方向経路に沿って外殻の外側表面の一部分に対して固定されており、
−太陽電池の列の、且つ、局所集光器の長手方向セクションの面の、形状は、外側表面の一部分上における光起電性太陽電池の位置から独立して、一定であると共に同一の強度を有する太陽束を保証するように、調節されており、
−局所集光器のそれぞれのセクションの第１基本反射面の表面は、ペア化された列の同一の長手方向レベルの太陽電池によって隠蔽された第１基本ストリップと、太陽放射の集光に参加する第２及び第３能動型基本ストリップと、を有し、第２及び第３能動型基本ストリップは、光起電性変換に関与する周波数帯域に含まれている放射に対する反射性を有する材料から製造されており、且つ、第１の隠蔽された基本ストリップは、光起電性電池が有効である際に光起電性電池によって放出される熱放射に対する反射性を有する材料から製造されており、
−第１反射凸状基本面の表面は、円錐形部分又は円錐形部分を近似した曲線の形態における長手方向断面のアウトラインを有し、
−第１反射凸状基本面の表面は、奇数の整数の数Ｎ個の円錐形部分を近似したセグメントの連続体の形態における長手方向断面のアウトラインを有しており、セグメントの奇数の整数の数Ｎは、好ましくは、整数３、５、及び７に含まれている、
という特徴のうちの１つ又は複数を有する。
【００１４】
本発明については、純粋に例として、且つ、添付の図面を参照することにより、付与されているいくつかの実施形態に関する以下の説明を参照することにより、更に十分に理解することができよう。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】従来技術による太陽放射集光を使用した太陽発電機を装備及び内蔵した飛行船の外観図である。
【図２】飛行船の外殻の内部から取得された、図１の従来技術による飛行船の内部図である。
【図３Ａ】本発明の一般的な一実施形態による放射集光を使用した小型太陽発電機を装備及び内蔵した飛行船の斜視図である。
【図３Ｂ】図３Ａの飛行船に内蔵されている太陽発電機の、飛行船の長手方向軸との関係において、直角における、且つ、端面における、部分正面図である。
【図４】小型太陽発電機によってカバーされた外側表面の一部分が、単一の長手方向に延在する円筒体のタイルに例えられうるケースにおける、且つ、飛行船の外殻の頂点における配置の構成における、その太陽電池の列とペア化された、図３の小型太陽発電機の局所集光器の特定の第１実施形態の概略断面図である。
【図５】小型太陽発電機によってカバーされた外側表面の一部分が、その直径が変化しうるＴ個の円筒体のタイルの長手方向の連続体に例えられうるケースにおける、その太陽電池の列とペア化された、数Ｔ個の長手方向セクションにサブ分割された、図３の小型太陽発電機の局所集光器の特定の第２実施形態の部分三次元概略図であり、単一の長手方向セクションは、飛行船の外殻の頂点における配置の構成において示されている。
【図６】図３Ａの切断プレーンＶＩ−ＶＩに沿った図３Ａの本発明による小型太陽発電機の部分断面図であり、この場合に、局所集光器は、図４及び図５の実施形態のパターンのうちの１つに従って定義されており、且つ、外殻に対する固定の局所プレーンとの関係における太陽電池の面の、且つ、局所集光器の反射リターン面の、傾斜は、小型太陽発電機の集光効率を最適化するべく、その配置に従って調節されている。
【図７】飛行船の最上部から水平方向において更に離れたゾーン内における、且つ、更に大きな倍率における、図６のものと同一の小型太陽発電機の部分断面図である。
【図８】太陽電池の列のオーバーハングの高さｈと、従って、太陽発電機の厚さと、が、局所集光器の組の効率を増大させるべく、変更されている、図４による局所集光器の第１実施形態の一変形の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の基礎をなす概念は、その全体的な太陽集光器が飛行船の外殻の内部において内蔵されている従来技術による太陽発電機を飛行船の直径との比較において小さな厚さを有する局所放射集光を使用した小型太陽発電機によって置換するステップを有しており、この場合に、局所集光器の組は、飛行船の外殻の外側において、且つ、その頂点において、配置されている。局所集光器は、両面電池の下方において、且つ、これに対して可能な限り近接した状態において、位置しており、且つ、全体的なソーラーパネルのエネルギー効率を極大化させるべく、太陽電池に向かう太陽放射の効果的な両面集光を保証しつつ、飛行船の表面に寄り添い、且つ、これに追随している。
【００１７】
従って、完全に飛行船の外側において設置されている局所集光を使用したこの小型太陽発電機の解決策は、飛行船の直径との比較における太陽発電機の小さな厚さに起因して、且つ、飛行船の外殻との間における、太陽発電機、即ち、太陽電池、の高温部分の直接的な接触の欠如に起因して、飛行船の空気力学及び熱力学（ｔｈｅｍｉｃｓ）を決して妨げることなしに、現時点の太陽発電機システムが有する上述の技術的問題点の改善を可能にしている。
【００１８】
図３Ａと、本発明の一般的な一実施形態と、によれば、飛行船１０２は、飛行中の前記飛行船１０２に太陽放射からの電気エネルギーを供給するべく、局所集光を使用した小型太陽発電機１０４を装備している。
【００１９】
飛行船１０２は、外殻１０８と、外殻１０８内において収容されたガスベアラ１１０と、局所太陽放射集光を使用した小型太陽発電機１０４と、を有する。
【００２０】
外殻１０８は、既定の長手方向中心軸１１６に沿った細長い形態の閉じた外側表面１１４を有する。
【００２１】
図３Ａ及び図３Ｂによれば、小型太陽発電機は、両面光起電性太陽電池１３４の少なくとも１つの列１２４、１２６、１２８、１３０、１３２の第１の組１２２と、太陽光線を第１の組１２２の両面太陽電池１３４の後面に向かって収束させる太陽放射集光器１３６と、を有する。
【００２２】
太陽電池１３４の列１２４、１２６、１２８、１３０、１３２の第１の組１２２は、外側表面１１４の頂点１４０の小さな部分１３８の上方において、且つ、これから既定の高さｈにおいて配置されており、この場合に、両面太陽電池１３４のそれぞれの列１２４、１２６、１２８、１３０、１３２は、前記外側表面１１４の頂点１４０の小さな部分１３８上においてプロットされると共に外側表面１１４の長手方向中心軸１１６を含む、図３Ａには示されていない、対応した半径方向投射プレーン内に含まれる長手方向経路１４４、１４６、１４８、１５０、１５２にオーバーハング状態において個別に追随するように、構成されている。
【００２３】
図３Ａ及び図３Ｂによれば、太陽放射集光器１３６は、少なくとも１つの局所太陽放射集光器１６４、１６６、１６８、１７０、１７２の第２の組１５６であり、この場合に、それぞれの局所集光器１６４、１６６、１６８、１７０、１７２は、反射器１７４、１７６、１７８、１８０、１８２を有する状態において、対応した太陽電池の列１２４、１２６、１２８、１３０、１３２とペア化されており、これらの反射器１７４、１７６、１７８、１８０、１８２の第１反射面は、太陽放射を対応した列１２４、１２６、１２８、１３０、１３２の太陽電池の後面に向かって収束させるのに適した、平坦な又は凹状の、或いは、凸状の形態の、この図においては、凸状である、表面を有し、且つ、これらの反射器の第２の平坦な又は凹状の、この図においては、凹状である、面は、第１凸状面の背後において、対応した太陽電池の列１２４、１２６、１２８、１３０、１３２によってオーバーハングされた飛行船の外殻の長手方向経路に沿って、外殻の外側表面に対して固定されている。
【００２４】
局所太陽放射集光器１６４、１６６、１６８、１７０、１７２の第１及び第２面は、局所集光器１６４、１６６、１６８、１７０、１７２を分離された状態又は隣接した状態において残すように、寸法設定されており、且つ、その間において配置されている。
【００２５】
一般に、太陽電池の列の、且つ、局所集光器の面の、形状は、外側表面の一部分上における光起電性太陽電池の位置から独立して、一定であると共に同一の強度を有する太陽束を保証するように、調節されている。
【００２６】
この形状は、特に、局所集光器の反射面の形態及び寸法により、但し、更には、外殻に対する局所集光器の固定の局所接線プレーンとの関係における局所集光器の反射面の傾斜により、定義することができる。
【００２７】
一般に、それぞれの局所集光器の第１反射凸状面の表面は、関連した列の太陽電池によって隠蔽された表面の第１ストリップと、太陽放射の集光に参加する能動型表面の第２及び第３ストリップと、を有する。能動型表面の第２及び第３ストリップは、光起電性変換に関与する周波数帯域に、且つ、熱放射用の赤外線に、含まれている放射に対する反射性を有する放射材料から製造されている。第１の隠蔽された表面のストリップは、光起電性電池が有効である際に光起電性電池によって放出される熱放射に対する反射性を有する材料から製造されている。
【００２８】
具体的には、且つ、好ましくは、それぞれの局所集光器の第１反射凸状面の表面は、全体的に、光起電性変換に関与する周波数帯域に含まれている放射に対する反射性と、光起電性電池及び太陽によって放出される熱放射に対する反射性と、の両方を有する材料から製造されている。例えば、第１凸状面の３つの表面は、同一の銀メッキ（銀の薄膜の堆積）されたプラスチック材料から製造されている。
【００２９】
一般に、第１反射凸状面の表面は、円錐形部分又は円錐形部分を近似した曲線の形態における長手方向の断面のアウトラインを有する。
【００３０】
一般に、第１の組の太陽電池のそれぞれの列は、関連した局所集光器と、光起電性電池の列とペア化された局所集光器の間において介在すると共に固定された、図３Ａ及び図３Ｂには示されていない、柱状体のパイルワークと、を通じて外殻の外側表面の一部分に結合されている。柱状体を形成している材料は、剛性を有し、電気絶縁性を有し、且つ、太陽放射に対する低吸光度を有する。
【００３１】
従って、且つ、図１及び図２に示されている従来技術の太陽発電機とは異なり、飛行船１０２の外殻１０８は、太陽光線の通過を許容すると共にそれらが前記外殻の内部において配置された放射集光器まで到達することを許容するための透明なゾーンの存在を必要としてはいない。
【００３２】
この結果、且つ、太陽光線１９２、１９４が飛行船の外殻１０８を通過していない場合の図１に従って、入射太陽束の減衰が存在しておらず、飛行船の内部加熱も存在していない。同様に、赤外線に対して不透明である飛行船の外殻の壁の通過を伴うことなしに、両面電池の後面の放射冷却が、促進され、且つ、実行される。
【００３３】
更には、両面太陽電池が、機械的に且つ熱的に、飛行船の外殻から結合解除されていることから、両面太陽電池は、伝導によっても、或いは、放射によっても、前記飛行船を直接的に加熱しない。
【００３４】
更には、局所集光を使用した小型太陽発電機は、その全体が、飛行船の外部に位置していることから、外殻によって形成されると共に飛行船の統合の際に後から設置されるサブシステムから独立した状態において、製造及び試験することができる。
【００３５】
図４と、局所集光器２０２の第１実施形態の概略例と、によれば、局所集光器２０２は、断面において観察された状態において、この場合には、飛行船の頂点において位置していると共に、外殻の外側表面の一部分にわたって、対応したペア化された両面太陽電池の列２０６によってオーバーハングされた直線経路２０４に追随しているものと仮定されている。この場合に、直線経路２０４の周囲において、且つ、その近傍において、位置している、数１０センチメートルの幅を有する、飛行船の外側表面のストリップの曲がりは、平面のものに近いものと仮定されている。列２０６の電池の直接的な太陽照明は、飛行船の頂点において経路２０４に接したプレーンに対して直角に、図４においては上方から垂直方向において、到来するものと仮定されている。
【００３６】
局所集光器２０２は、第１反射面２１２と、第２後面２１４と、を有する反射器２０８を有する。
【００３７】
第１反射面２１２は、２つの入射ビーム２１６、２１８の太陽放射を列２０６の両面太陽電池の後面２２０に向かって収束させるのに適した凸状の形態を有する。
【００３８】
第２後面２１４は、長手方向経路２０４に沿って固定された凹状の面を有する。
【００３９】
第１反射面２１２は、関連した列２０６の太陽電池によって隠蔽された、この場合には平坦である、表面の第１ストリップ２２４と、この場合には、列２０６の電池の後面に向かう入射ビーム２１６、２１８である、太陽放射の集光に参加する能動型表面の、この場合には平坦である、第２及び第３ストリップ２２６、２２８と、を有する。
【００４０】
一変形として、第１反射凸状面の表面は、５つ以上の奇数の整数の数Ｎ個の円錐形部分を近似したセグメントの連続体である形態における長手方向断面のアウトラインを有する。
【００４１】
好ましくは、セグメントの整数の数Ｎは、好ましくは、整数３、５、及び７に含まれている。
【００４２】
局所集光器２０２は、セグメント化された平坦なミラーの連続体としてのその単純な形態により、例えば、アルミニウムから、或いは、少なくとも光起電性変換について有効である周波数帯域内の、且つ、熱放射帯域内の、太陽放射用のミラーの製造を可能にする任意のその他の材料から、製造された金属フォイルから製造することができる。
【００４３】
第１の隠蔽されたストリップ２２４との関連において、これは、光起電性放射の集光に関与してはおらず、且つ、その構成材料が、両面光起電性変換太陽電池によって放出される熱放射を反射する能力を有することで十分であろう。実際には、両面太陽電池は、強力な熱流束を外殻に向かって放出し、且つ、反射器２０８の第１の隠蔽されたストリップ２２４は、その熱特性により、強力な熱流束を飛行船の外側に向かって反射することを可能にしている。
【００４４】
図４によれば、且つ、例として、列２０６の光起電性電池の幅は、１０ｃｍに等しく、外側表面の一部分に沿って延在する直線経路２０４との関係におけるオーバーハングの高さｈは、１０ｃｍに等しい。第１、第２、及び第３ストリップによって形成されたミラーフラップの幅は、それぞれ、１０ｃｍに等しい。第２及び第３ストリップの傾斜は、この場合には２．４１である、集光係数を極大化させるように、第１ストリップとの関係において調節されており、集光係数は、前面のみによって受け取られる太陽束に対する両面太陽電池の前面及び後面によって受け取られる太陽束の合計の比率として定義されている。
【００４５】
列２０４及び局所集光器２０２によって形成されたペアと同一のパターンを有し、且つ、既定の角度αだけ、角度がそれから分離されており、且つ、その列の太陽電池からの電気エネルギーの供給を最適化する、太陽電池の列及び局所集光器によって形成されたペアの形態は、既定の角度αの第１ストリップの長手方向中央軸を中心として太陽電池の列２０４及び局所集光器２０２によって形成されたペアを堅固に回動させ、この場合に、直接的な太陽照明の方向は、不変であり、即ち、図４において垂直方向であり、次いで、電池の前面の法線を太陽照明の既定の方向とアライメントさせるように、その共通長手方向中央軸を中心として列２０４の面を傾斜させ、且つ、次いで、その傾斜が予め調節されている列２０４の太陽電池の後面上への太陽放射の戻りを極大化させるように、第１ストリップとの関係において第２及び第３ストリップの傾斜を調節することにより、得られることに留意されたい。
【００４６】
図５と、飛行船の外殻の頂点において位置しているものとこの場合には仮定されている局所集光器の第２実施形態の概略例と、によれば、局所集光器３０２は、第１のケースにおいては、同一の半径方向レベルの太陽電池のまっすぐな列との間において、或いは、第２のケースにおいては、長手方向レベルによる長手方向軸との関係における異なる半径方向レベルにセグメント化された太陽電池の列との間において、ペア化された、局所集光器の長手方向セクションの、２以上である、整数Ｔ個の長手方向シーケンスにサブ分割されている。
【００４７】
図４と同様に、第１のケースは、長手方向に延在する円筒体の単一のタイルと同様の、小型太陽発電機によってカバーされた飛行船の外側表面の一部分に対応している。
【００４８】
第２のケースは、その直径が異なると共に長手方向レベルに従って変化するＴ個の円筒体のタイルの長手方向連続体と同様の、小型太陽発電機によってカバーされた飛行船の外側表面の一部分に対応している。
【００４９】
局所集光器３０２とペア化された太陽電池の列は、参照符号３０４によって表記されている。
【００５０】
局所集光器３０２は、この場合には、外殻の外側表面の一部分にわたって、その半径方向レベルが、一定であるか、或いは、タイルのものと同一の長さのレベルだけ、わずかに変化する経路３０６に追随しているものと仮定されており、この経路は、太陽電池の対応する列３０４により、一定の高さｈにおいてオーバーハングされている。この場合に、直線経路３０４の周囲において、且つ、この近傍において、位置した、数１０センチメールの幅を有する、飛行船の外側表面のストリップの曲がりは、平面のものに近いものと仮定されている。
【００５１】
図５には、局所集光器３０２のＴ個のセクションのうちの単一のセクション３１２が示されている。セクション３１２は、局所集光器のその他のセクションとの間において、且つ、その他のローカル集光器のセクションとの間において、同一のパターンを共有している。パターンの形状は、カバーされた外側表面の一部分の第１のケースにおいては、不変であり、且つ、第２のケースにおいては、Ｔ個のタイルのうちのカバーされているタイルの直径に従って、変化している。
【００５２】
局所集光器のセクション３１２は、第１反射基本面３２２と、第２基本後面３２４と、を有する基本反射器を有する。
【００５３】
第１基本反射面３２２は、図５には示されていない、２つの入射ビームの太陽放射を同一の長手方向レベルにおいて位置した列３０４の両面太陽電池の後面３３０に向かって収束させるのに適した凸状の形態を有する。
【００５４】
第２基本後面３２４は、長手方向経路３０６に沿って外殻の外側表面の一部分に対して固定された凹状面を有する。
【００５５】
第１基本反射面３２２は、関連した列３０４の太陽電池によって隠蔽された、この場合には平坦である、表面の第１基本ストリップ３３４と、列３０４の電池の後面に向かう太陽放射の集光に参加する能動型の表面の、この場合には平坦である、第２及び第３基本ストリップ３３６、３３８と、を有する。
【００５６】
一変形として、第１反射凸状基本面の表面は、５以上である、奇数の整数の数Ｎ個の円錐形部分を近似したセグメントの連続体である形態の長手方向断面のアウトラインを有する。
【００５７】
好ましくは、セグメントの整数の数Ｎは、好ましくは、整数３、５、及び７に含まれている。
【００５８】
局所集光器３０２のＴ個の長手方向セクションは、セグメント化された平坦な基本ミラーの連続体としてのその単純な形態により、例えば、アルミニウムから、或いは、少なくとの光起電性変換について有効である周波数帯域内の太陽放射用のミラーの製造を可能にする任意のその他の材料から、製造された金属フォイルにより、製造することができる。
【００５９】
第１の隠蔽された基本ストリップ３３４との関連において、これは、光起電性放射の集光に関与しておらず、且つ、その構成材料が、両面光起電性変換太陽電池によって放出される熱放射を反射する能力を有するだけで十分であろう。実際には、両面太陽電池は、強力な熱流束を外殻に向かって放出し、且つ、反射器３２２の第１の隠蔽された基本ストリップ３３４は、その熱特性により、強力な熱流束を飛行船の外側に反射することを可能にしている。
【００６０】
図５によれば、列３０４の光起電性電池の幅は、１０ｃｍに等しく、外側表面の一部分に沿って延在する直線経路３０６との関係におけるオーバーハングの高さｈは、１０ｃｍに等しい。第１、第２、及び第３の基本ストリップによって形成されたミラーフラップの幅は、それぞれ、１０ｃｍに等しく、その一般的な長さは、この場合には、１メートルに等しい。第２及び第３の基本ストリップの傾斜は、集光係数を極大化させるように、第１基本ストリップとの関係において調節されている。
【００６１】
図５によれば、局所集光器３０２とペア化された太陽電池３０４の列は、局所集光器３０２のそれぞれのセクションと、光起電性太陽電池の列３０４とペア化された局所集光器のＴ個のセクションの間において介在すると共に固定された柱状体３５６のパイルワーク３５２と、を通じて、外殻の外側表面の一部分に対して固定されている。柱状体を形成している材料は、機械的剛性を有し、電気絶縁性を有し、且つ、太陽放射に対する低吸光度を有する。
【００６２】
この場合には、局所集光器３０２のセクション３１２に対して太陽電池の列３０４を固定するパイルワークの４つの柱状体３５６のみが示されている。
【００６３】
局所集光器から、且つ、セクションの長手方向のレベルの組立から、独立したパターンを有するＴ個のセクションに第２の組のそれぞれの局所集光器を分割することにより、集光器を製造及び組立すると共にこれを太陽発電機に内蔵する方法を単純化させることに加えて、セクションが内蔵されている局所集光器のその長手方向配置及び半径方向位置に従ってセクションの寸法及び形態を調節することによって第１の組の太陽電池に対する太陽放射の戻りを極大化させることができる。
【００６４】
一変形として、互いに隣接すると共に同一の長手方向レベルを有する局所集光器のセクションは、関係している長手方向レベルにおける外側表面の一部分の曲がりがこれを許容している場合には、１つにグループ化することが可能であり、且つ、平坦なパネル上において内蔵することができる。
【００６５】
図６と、設置の特定の幾何学的構成と、によれば、図３Ａ及び図３Ｂにおいて定義されているもののタイプの、且つ、図４のもののタイプの局所集光器又は図５のもののタイプの集光器のセクションを有する、小型太陽発電機４０２は、この場合には、タイルの形態を有する円筒形の表面４０８の一部分の異なる１５個の母線（ｇｅｎｅｒａｔｒｉｘ）のセグメント４０６をそれぞれオーバーハングしている１５個の太陽電池の列４０４を有する。円筒形表面は、この場合には、１５メートルに等しい半径の円筒体であり、且つ、飛行船の外側表面の一部分４０８の直線経路を形成していると共に、図６においてはドットによって端面において示されているセグメント４０６は、相互に平行である。それぞれの列４０４は、外側表面の一部分４０８上に固定されると共に３つのセグメント化された平坦なミラーを有する反射器４１４を有する異なる局所集光器４１２とペア化されている。図４及び図５と同様に、太陽電池のそれぞれの列４０４は、関連した経路との関係において一定である高さｈにより、その関連した経路４０６及びペア化された局所集光器の反射器の中央ミラーフラップをオーバーハングしている。
【００６６】
それぞれの集光器の寸法及び形態は、両面電池への太陽放射の最適な戻りを保証するべく調節されており、電池の面の傾斜は、その法線を、この場合には図６において垂直である、飛行船との関係における既定の方向に対して平行とするように、予め調節されている。
【００６７】
図７によれば、且つ、飛行船の外殻との関係において太陽電池及び局所集光器の寸法、形態、及び傾斜の調節を相対的に良好に示すために、図６のものに類似した、但し、更に大きな倍率による、太陽電池及び対応した局所集光器の図が提供されており、この場合には、示されている太陽電池及び局所集光器を支持する外殻ゾーンは、−３．６メートル〜−５．２メートルである、ｘと表記された、代数距離（ａｌｇｅｂｒａｉｃ  ｄｉｓｔａｎｃｅ）だけ、飛行船の最上部ピークラインから水平方向において離隔している。
【００６８】
図８と、図４の局所集光器２０２の第１実施形態の寸法的な一変形と、によれば、局所集光器の組の効率を増大させるべく、太陽電池の列のオーバーハングの高さｈと、従って、太陽発電機の厚さと、が変更されている。図８においては、太陽電池の列２０６のオーバーハングの高さｈを増大させると共に、第１の隠蔽されたストリップ２０４との関係における第２及び第３ストリップ２２６、２２８の傾斜を調節することにより、電池の後面上に反射器２１２によって返される入射ビーム３８２、３８４の幅を増大させており、且つ、その結果、局所集光器２０２の効率が増大することが示されている。
【００６９】
従って、オーバーハングの高さｈ、即ち、太陽発電機の厚さ、を調節することにより、局所集光器の第２の組の効率と、従って、小型太陽発電機の厚さと、を最適化することができる。
【００７０】
集光器の複数の変形を使用することが可能であり、この場合には、集光係数を望ましい値に最適化するべく、まずは、局所集光器のサイズ及びその形態が調節される。次いで、太陽電池に向かう太陽束の戻りを極大化させるべく、例えば、「ｃｏｄｅＶ」などの光学演算コードを使用することにより、集光の形態が、投射され、且つ、局所的に再度最適化される。以上において理解されるように、製造の相対的な容易性を目的とした場合に、最も単純な形態は、いくつかのプレーンにセグメント化された平坦なミラーでありうるが、必要に応じて、円錐形の形態又はこれに類似したものを有することもできる。
【００７１】
一般に、外側表面の長手方向中心軸の外側表面の一部分を分離している距離ｒに対する太陽電池の列のオーバーハングの高さｈの比率は、１／３０以下である。
【００７２】
例えば、オーバーハングの高さは、長手方向軸との関係において１５メートルの飛行船半径の場合には、０．１〜０．２メートルとなり、これは、１／５０〜１／７５の比率に対応している。
【００７３】
一般に、上述の成層圏飛行船は、本発明の特徴を同一の状態において維持することにより、その他の大気の層内において運動する任意のその他のタイプの飛行船によって置換することができる。
【符号の説明】
【００７４】
１０４  小型太陽発電機
１０８  外殻
１１４  外側表面
１１６  長手方向中心軸
１２２  両面光起電性太陽電池の少なくとも１つの列の第１の組
１２４、１２６、１２８、１３０、１３２、２０６、３０４  両面光起電性太陽電池の少なくとも１つの列
１３４  両面光起電性太陽電池
１３６  太陽放射集光器
１３８  小さな部分
１４０  頂点
１４４、１４６、１４８、１５０、１５２、２０４、３０６  長手方向経路
１５６  局所太陽放射集光器の第２の組
１６４、１６６、１６８、１７０、１７２、２０２、３０２  局所太陽放射集光器
１７４、１７６、１７８、１８０、１８２、２０８、３１８  反射器
２１２、３２２  第１反射面
２２０、３３０  後面
３３４  第１基本ストリップ
３３６、３３８  第２及び第３能動型基本ストリップ
３５２  柱状体のパイルワーク
３５６  柱状体
【図１】
2018002133.tif 000003
【図２】
2018002133.tif 000004
【図３Ａ】
2018002133.tif 000005
【図３Ｂ】
2018002133.tif 000006
【図４】
2018002133.tif 000007
【図５】
2018002133.tif 000008
【図６】
2018002133.tif 000009
【図７】
2018002133.tif 000010
【図８】
2018002133.tif 000011
【外国語明細書】
2018002133000001.pdf