(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入口から内部に導かれた光束を、鏡面加工された略テーパ筒状の内面で反射しながら、入口よりも狭い出口から取り出す筒型集光鏡であって、
内面が鏡面加工されたテーパ筒体を、支持筒体の内部に隙間を設けた状態で配し、該テーパ筒体を少なくとも光軸に直交する円周方向で複数のセグメントに分割すると共に、各セグメントの両端部同士を当接させた状態で、テーパ筒体と支持筒体との間に設けられた付勢手段により、各セグメントを内側へ向けて付勢したことを特徴とする筒型集光鏡。
【請求項２】
請求項１記載の筒型集光鏡であって、
各セグメントが平板形状であることを特徴とする筒型集光鏡。
【請求項３】
請求項１又は請求項２記載の筒型集光鏡であって、
セグメントの両端部を互いに密着する角度のカット面としたことを特徴とする筒型集光鏡。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の筒型集光鏡であって、
テーパ筒体を光軸方向でも複数に分割したことを特徴とする筒型集光鏡。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の筒型集光鏡であって、
テーパ筒体を入口を上向きにした状態で配し、該支持筒体の下端に底面部を設けると共に、該底面部におけるテーパ筒体の出口に対応する部分を、出口以上のサイズを有するガラス板で形成したことを特徴とする筒型集光鏡。
【請求項６】
請求項５記載の筒型集光鏡であって、
底面部を上下二重のジャケット構造にして、内部に冷却用の流体を流せるようにしたことを特徴とする筒型集光鏡。
【請求項７】
請求項５又は請求項６記載の筒型集光鏡であって、
ガラス板の周縁を下側に開いたテーパ状のカット面にすると共に、該ガラス板を上向きに付勢して取付けたことを特徴とする筒型集光鏡。
【請求項８】
請求項５〜７のいずれか１項に記載の筒型集光鏡であって、
支持筒体の下端に空気取入口を形成したことを特徴とする筒型集光鏡。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の筒型集光鏡であって、
支持筒体の表面に放熱フィンを形成したことを特徴とする筒型集光鏡。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、太陽光集光装置又は太陽光集光実験装置に用いられる筒型集光鏡に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
太陽光を効率良く一点に集めて熱エネルギーに変え、その熱エネルギーにより、電気を発電したり、化石燃料からメタノールを得たりする技術が知られている（太陽光集光装置としては、特許第２９５１２９７号公報参照）。この種の太陽光集光装置は、太陽光をミラーやレンズ等により、ある程度集光してから筒型集光鏡に導き、その筒型集光鏡で更に集光して熱交換装置や熱反応装置に導いている。この筒型集光鏡は、全体がテーパ筒形状をしており、入口から内部に導かれた光束を、鏡面加工された略テーパ筒状の内面で反射しながら、入口よりも狭い出口から取り出す構造になっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の技術にあっては、実際の太陽光集光装置であっても、或いは太陽の代わりに多数の光源ランプを用いた太陽光集光の実験装置であっても、筒型集光鏡に導かれる光の熱エネルギーがあまりにも大きいため、内面で光を反射するとはいえ、場合によっては、筒型集光鏡自体が過度に加熱されて、熱膨張による内部ストレスの発生により、筒型集光鏡が破損するおそれがある。
【０００４】
この発明は、このような従来の技術に着目したものであり、光の熱エネルギーによる破損を防止した筒型集光鏡を提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、入口から内部に導かれた光束を、鏡面加工された略テーパ筒状の内面で反射しながら、入口よりも狭い出口から取り出す筒型集光鏡であって、内面が鏡面加工されたテーパ筒体を、支持筒体の内部に隙間を設けた状態で配し、該テーパ筒体を少なくとも光軸に直交する円周方向で複数のセグメントに分割すると共に、各セグメントの両端部同士を当接させた状態で、テーパ筒体と支持筒体との間に設けられた付勢手段により、各セグメントを内側へ向けて付勢した。
【０００６】
請求項１記載の発明によれば、テーパ筒体を予め複数のセグメントに分割し、それを付勢力を利用して組み立てた状態にしているため、加熱されても熱膨張による内部ストレスが発生せず、破損が防止される。
【０００７】
請求項２記載の発明は、各セグメントが平板形状である。
【０００８】
請求項２記載の発明によれば、平板形状のセグメントで、テーパ筒体を組み立てているため、セグメントに対する蒸着メッキ等の製造作業が容易で、反射率の検査作業も容易である。
【０００９】
請求項３記載の発明は、セグメントの両端部を互いに密着する角度のカット面とした。
【００１０】
請求項３記載の発明によれば、セグメントの両端部を互いに密着する角度のカット面にしたため、各セグメントの当接部分の状態が安定する。
【００１１】
請求項４記載の発明は、テーパ筒体を光軸方向でも複数に分割した。
【００１２】
請求項４記載の発明によれば、テーパ筒体を光軸方向でも複数に分割したため、テーパ筒体の内部ストレスの発生が更に確実に解消される。
【００１３】
請求項５記載の発明は、テーパ筒体を入口を上向きにした状態で配し、該支持筒体の下端に底面部を設けると共に、該底面部におけるテーパ筒体の出口に対応する部分を、出口以上のサイズを有するガラス板で形成した。
【００１４】
請求項５記載の発明によれば、支持筒体の下端に底面部を形成し、該底面部に光を透過するガラス板を設けたため、支持筒体と、その下方に設けられる熱交換装置や熱反応装置との間を区切ることができる。従って、万一、熱反応装置が破損しても、内部からの蒸発成分等がテーパ筒体の出口から内部に侵入して、テーパ筒体の内面に付着するのを防止する。ガラス板の下面に付着した成分は容易に払拭できるためメンテナンス上の問題はない。
【００１５】
請求項６記載の発明は、底面部を上下二重のジャケット構造にして、内部に冷却用の流体を流せる構造にした。
【００１６】
請求項６記載の発明によれば、底面部を上下二重のジャケット構造にして、内部に冷却用の流体を流せるようにしたため、ガラス板の過熱を防止することができる。
【００１７】
請求項７記載の発明は、ガラス板の周縁を下側に開いたテーパ状のカット面にすると共に、該ガラス板を上向きに付勢して取付けた。
【００１８】
請求項７記載の発明によれば、ガラス板の周縁を下側に開いたテーパ状のカット面にしたため、ガラス板と底面部との熱膨張率の差により、ガラス板の周縁と底面部との間に圧力が発生しても、その圧力がガラス板を下方へ外す方向へ作用するため、ガラス板自体の破損を防止できる。
【００１９】
請求項８記載の発明は、支持筒体の下端に空気取入口を形成した。
【００２０】
請求項８記載の発明によれば、テーパ筒体と支持筒体の間にある空気が暖められて上昇気流となった後に、支持筒体の下端に形成された空気取入口から、新しい空気が供給されて、テーパ筒体を冷やすため、テーパ筒体の温度上昇を抑制することができる。
【００２１】
請求項９記載の発明は、支持筒体の表面に放熱フィンを形成した。
【００２２】
請求項９記載の発明によれば、支持筒体の表面に放熱フィンを形成したため、支持筒体の温度上昇を抑制することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の好適な実施形態に係る筒型集光鏡１を図面に基づいて説明する。図１は、筒型集光鏡１の平面図で、図２は、筒型集光鏡１の光軸Ｓに沿った断面図を示している。
【００２４】
この実施形態に係る筒型集光鏡１は、太陽の代わりに多数の光源ランプを用いた太陽光集光の実験装置に用いられるもので、その下方には化石燃料からメタノールを得るための熱反応装置２が設けられている。熱反応装置２は気密が保たれ、場合によっては、真空状態（厳密には減圧状態）で使用される。
【００２５】
この筒型集光鏡１は、基本的に、円筒状の支持筒体３と、該支持筒体３の内部に設置される断面八角形状のテーパ筒体４とから構成される。支持筒体３は金属製で、表面にはフランジ状の放熱フィン５が形成されている。支持筒体３の下端には、上側の第１底面部６と、下側の第２底面部７から成る上下二重のジャケット構造が設けられ、内部に空気や水等の冷却用流体Ｃを流せるようになっている。第１底面部６及び第２底面部７は、それぞれ中央部に円形のガラス板８、９が嵌め込まれている。このガラス板８、９は耐熱性の高い溶融石英ガラス製である。上側のガラス板８は、テーパ筒体４の出口１０よりも大きく、下側のガラス板９は上側のガラス板８よりも大きい。これは、テーパ筒体４の出口１０から拡散する光束Ｌを考慮したものである。
【００２６】
これらのガラス板８、９の周縁は、下側に開いたテーパ状のカット面８ａ、９ａとなっており、第１底面部６及び第２底面部７の対応面と、耐熱性のＯリング１１、１２を介して密着している。Ｏリング１１、１２は、ガラス板８、９の周縁の気密性を保つためのもので、下側のガラス板９の方が大きいために、下側のＯリング１２は２本設置されている。各ガラス板８、９は第１底面部６及び第２底面部７に取付けた複数のバネ板１３、１４により上向きに付勢された状態で保持されている。従って、このガラス板８、９は、力を加えることによりバネ板１３、１４の付勢力に抗して下側へ移動自在だが、上側へは移動不能である。また、このバネ板１３、１４を回転させることにおり、ガラス板８、９の交換、及びＯリング１１、１２の交換が容易になっている。更に、また、支持筒体３の下部には、光軸Ｓを中心にした円周方向に複数の空気取入口１５が形成されている。
【００２７】
支持筒体３の第１底面部６の上側にはリング状のトレー１６が設けられ、その上にテーパ筒体４の下端が接している。テーパ筒体４は、光軸Ｓに直交する円周方向で８つに分割され且つ光軸Ｓの方向でも３つに分割された平板状の２４枚のセグメント１７から構成されている。従って、全体として、上側の入口１８が広く、下側の出口１０が狭い、断面八角形状のテーパ筒形を呈している。各セグメント１７の内面１９は鏡面加工され、入口１８から導かれた光束Ｌを反射して集光して出口１０に導くようになっている。
【００２８】
テーパ筒体４を構成するセグメント１７が平板形状のため、セグメント１７自体の製造は容易である。この各セグメント１７は実験装置の場合は小さくて済むが、実際の太陽光集光装置の場合は、１枚の大きさが数メートルになることもある。このような場合も、セグメント１７が平板形状のため、セグメント１７自体の反射面（内面１９）の蒸着メッキ作業が容易だし、メッキ後の反射率の検査も容易である。従って、高品質で低コストのテーパ筒体４を製造することができる。
【００２９】
各セグメント１７の外面には、短冊状の金属板を折り曲げ加工した「付勢手段」としてのバネ２０が設けられ、支持筒体３に螺合した調節ネジ２１の先端にて適度な付勢力が発生するように設定されている。各セグメント１７が内側の付勢されることにより、セグメント１７の両端部１７ａ同士は当接した状態となり安定する。しかも、セグメント１７の両端部１７ａは互いに密着する角度のカット面になっているため、両者の当接状態は特に安定しており、隙間も発生しない。また、各セグメント１７が斜めのため、バネ２０の付勢力がセグメント１７を押し上げる方向にも作用し、テーパ筒体４全体の重量と釣り合って、下側のトレー１６に加わる重さを軽減する。
【００３０】
この筒型集光鏡１は、以上のように、テーパ筒体４を２４枚のセグメント１７に分割し、それをバネ２０の付勢力を利用して組み立てた状態にしているため、内部に導かれた光束Ｌにより加熱されても熱膨張による内部ストレスが発生せず、テーパ筒体４の破損が防止される。
【００３１】
また、支持筒体３の下端に第１底面部６及び第２底面部７を設け、該第１底面部６及び第２底面部７に、光束Ｌを透過するガラス板８、９を設けたため、支持筒体３と熱反応装置２との間を区切ることができる。従って、万一、熱反応装置２が破損しても、内部の蒸発成分等がテーパ筒体４の出口１０から内部に侵入して、セグメント１７の内面１９に付着することはない。ガラス板９の下面に付着した成分は容易に払拭できるためメンテナンス上の問題はない。しかも、上下二重構造の第１底面部６及び第２底面部７の間に、冷却用の流体Ｃを流せるようにしたため、ガラス板８、９の過熱を防止して、熱反応装置２の熱による破損を未然に防ぐことができる。
【００３２】
更に、ガラス板８、９の周縁を下側に開いたテーパ状のカット面８ａ、９ａにしたため、ガラス板８、９と、第１底面部６及び第２底面部７との熱膨張率の差により、ガラス板８、９の周縁と、第１底面部６及び第２底面部７の対応面との間に圧力が発生しても、その圧力がガラス板８、９を下方へ外す方向へ作用するため、ガラス板８、９の破損を防止できる。
【００３３】
加えて、支持筒体３の表面に放熱フィン５が形成されているため、支持筒体３の温度上昇を抑制でき、また、支持筒体３の下端に空気取入口１５が形成されているため、テーパ筒体４と支持筒体３の間にある空気が暖められて上昇気流となった後に、空気取入口１５から新しい空気が供給されてテーパ筒体４を冷やすため、テーパ筒体４の温度上昇を抑制することができる。
【００３４】
尚、以上の実施形態では、１つの支持筒体３の中に、１つのテーパ筒体４を設ける例を示したが、複数のテーパ筒体４を組み合わせてハニカム状に設けても良い。
【００３５】
【発明の効果】
この発明によれば、テーパ筒体を予め複数のセグメントに分割し、それを付勢力を利用して組み立てた状態にしているため、加熱されても熱膨張による内部ストレスが発生せず、破損が防止される。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施形態に係る筒型集光鏡を示す平面図。
【図２】筒型集光鏡の光軸に沿った断面図。
【符号の説明】
１  筒型集光鏡
２  熱反応装置
３  支持筒体
４  テーパ筒体
５  放熱フィン
６  第１底面部
７  第２底面部
８、９  ガラス板
１０  出口
１１、１２  Ｏリング
１３、１４  バネ板
１５  空気取入口
１６  トレー
１７  セグメント
１８  入口
１９  内面
２０  バネ（付勢手段）
２１  調節ネジ
Ｓ  光軸
Ｌ  光束
Ｃ  冷却用流体
【図１】
0004657470.tif 000002
【図２】
0004657470.tif 000003