(57)【要約】【課題】再帰反射シートは、同じ方向から入射する入射光を集光するので、例えば太陽光が直接入射する方向からの入射光によって再帰反射シートが過熱されることがあった。【解決手段】流体が循環する流体層と、流体層の流体を循環させるポンプと、ポンプにより循環された流体から熱エネルギーを回収する熱交換器と、平面に沿って配列された集光レンズアレイと、集光レンズアレイの各々の集光レンズに対応して、集光レンズのレンズ面曲率中心とは異なる位置にそれぞれ中心を有する球面反射鏡を含む球面反射鏡アレイとを備え、対応する集光レンズと球面反射鏡の光軸に沿った特定の方向から入射する入射光は、流体層および集光レンズアレイを透過して、球面反射鏡アレイで反射されることにより、特定の方向へ再帰反射される。【選択図】図３
2012013798.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体が循環する流体層と、
前記流体層の前記流体を循環させるポンプと、
前記ポンプにより循環された前記流体から熱エネルギーを回収する熱交換器と、
平面に沿って配列された集光レンズアレイと、
前記集光レンズアレイの各々の集光レンズに対応して、前記集光レンズのレンズ面曲率中心とは異なる位置にそれぞれ中心を有する球面反射鏡を含む球面反射鏡アレイと
を備え、
対応する前記集光レンズと前記球面反射鏡の光軸に沿った特定の方向から入射する入射光は、前記流体層および前記集光レンズアレイを透過して、前記球面反射鏡アレイで反射されることにより、前記特定の方向へ再帰反射される熱エネルギー回収装置。
【請求項２】
前記流体層は、前記集光レンズの焦点面の一部を含む請求項１に記載の熱エネルギー回収装置。
【請求項３】
流体が循環する流体層と、
前記流体層の前記流体を循環させるポンプと、
前記ポンプにより循環された前記流体から熱エネルギーを回収する熱交換器と、
板状のベース部材の両面にそれぞれ対で設けられる入射側レンズと射出側レンズとを有する集光レンズを配列してなる集光レンズアレイと、
前記集光レンズの各々に対応して、前記集光レンズの光軸に沿った特定の方向から入射する入射光の焦点面をそれぞれ鏡面とする凹面反射鏡を有する凹面反射鏡アレイと
を備え、
前記特定の方向から入射される入射光は、前記流体層および前記集光レンズアレイを透過して、前記凹面反射鏡アレイで反射されることにより、前記特定の方向へ再帰反射される熱エネルギー回収装置。
【請求項４】
前記流体層は、前記焦点面と接する請求項３に記載の熱エネルギー回収装置。
【請求項５】
流体が循環する流体層と、
前記流体層の前記流体を循環させるポンプと、
前記ポンプにより循環された前記流体から熱エネルギーを回収する熱交換器と、
平面に沿って配列されたシリンドリカルレンズアレイと、
前記シリンドリカルレンズアレイの各々のシリンドリカルレンズに対応して、前記シリンドリカルレンズの曲率中心軸と平行であって一致しない中心軸を有する円筒反射鏡面を含む円筒反射鏡面アレイと
を備え、
対応する前記シリンドリカルレンズと前記円筒反射鏡の光軸に沿った特定の方向から入射する入射光は、前記流体層および前記シリンドリカルレンズアレイを透過して、前記円筒反射鏡面アレイで反射されることにより、前記特定の方向へ再帰反射される熱エネルギー回収装置。
【請求項６】
前記流体層は、前記シリンドリカルレンズの焦点面の一部を含む請求項５に記載の熱エネルギー回収装置。
【請求項７】
流体が循環する流体層と、
前記流体層の前記流体を循環させるポンプと、
前記ポンプにより循環された前記流体から熱エネルギーを回収する熱交換器と、
板状のベース部材の表裏の平面にそれぞれの曲率中心軸が平行であって一致しないように対で設けられる入射側シリンドリカルレンズと射出側シリンドリカルレンズとを有する集光レンズを配列してなる集光レンズアレイと、
前記集光レンズの各々に対応して、前記集光レンズの光軸に沿った特定の方向から入射する入射光の焦点面をそれぞれ鏡面とする円筒反射鏡面を有する円筒反射鏡面アレイと
を備え、
前記特定の方向から入射される入射光は、前記流体層および前記集光レンズアレイを透過して、前記円筒反射鏡面アレイで反射されることにより、前記特定の方向へ再帰反射される熱エネルギー回収装置。
【請求項８】
前記流体層は、前記焦点面と接する請求項７に記載の熱エネルギー回収装置。
【請求項９】
少なくとも一つの反射面群によって構成される光学素子群を含む少なくとも２つの光学素子群を有して特定の角度から入射する光を再帰反射可能な光学部材と、
該光学部材の再帰反射光路中に設けられて流体が循環する流体層と、
前記流体層の前記流体を循環させるポンプと、
前記ポンプにより循環された前記流体から熱エネルギーを回収する熱交換器と
を備えた熱エネルギー回収装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱エネルギー回収装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、コーナーキューブ、ビーズ等を平面的に配列して、入射する光線を入射方向へ反射させる再帰反射シートが知られている。再帰反射シートは、例えば道路標識などの保安用品に活用されている。一方、再帰反射部材をビルの壁材に用い、太陽光線を地面方向へ反射させることなく入射方向へ反射することにより、地球の温暖化を防ぐ提案もなされている（例えば特許文献１）。
［先行技術文献］
［特許文献］
［特許文献１］特開２００６−３１７６４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、従来の再帰反射シートは、さまざまな方向から入射する入射光をその方向へ反射するので、例えばビルの壁材として用いた場合、照り返しなど地面方向からビルの壁面へ入射する光を再び地面方向へ反射してしまい、かえって地表温度を上昇させてしまう。すなわち、従来の再帰反射シートは、宇宙空間から到来する太陽光のような、特定の方向から入射する入射光のみを対象として再帰反射性を発揮することができなかった。
【０００４】
入射する光線を入射方向へ反射させる再帰反射シートは、同じ方向から入射する入射光を集光して入射方向へ反射させる。このため再帰反射シートは、例えば太陽光が直接入射する方向からの入射光によって部分的に熱を帯びる。したがって、再帰反射シートの熱を効果的に拡散する機構を設けることが好ましい。さらには、加熱された再帰反射シートの熱エネルギーを回収して有効利用することが期待される。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明の第１の態様における熱エネルギー回収装置は、流体が循環する流体層と、流体層の流体を循環させるポンプと、ポンプにより循環された流体から熱エネルギーを回収する熱交換器と、平面に沿って配列された集光レンズアレイと、集光レンズアレイの各々の集光レンズに対応して、集光レンズのレンズ面曲率中心とは異なる位置にそれぞれ中心を有する球面反射鏡を含む球面反射鏡アレイとを備え、対応する集光レンズと球面反射鏡の光軸に沿った特定の方向から入射する入射光は、流体層および集光レンズアレイを透過して、球面反射鏡アレイで反射されることにより、特定の方向へ再帰反射される。
【０００６】
また、上記課題を解決するために、本発明の第２の態様における熱エネルギー回収装置は、流体が循環する流体層と、流体層の流体を循環させるポンプと、ポンプにより循環された流体から熱エネルギーを回収する熱交換器と、板状のベース部材の両面にそれぞれ対で設けられる入射側レンズと射出側レンズとを有する集光レンズを配列してなる集光レンズアレイと、集光レンズの各々に対応して、集光レンズの光軸に沿った特定の方向から入射する入射光の焦点面をそれぞれ鏡面とする凹面反射鏡を有する凹面反射鏡アレイとを備え、特定の方向から入射される入射光は、流体層および集光レンズアレイを透過して、凹面反射鏡アレイで反射されることにより、特定の方向へ再帰反射される。
【０００７】
また、上記課題を解決するために、本発明の第３の態様における熱エネルギー回収装置は、流体が循環する流体層と、流体層の流体を循環させるポンプと、ポンプにより循環された流体から熱エネルギーを回収する熱交換器と、平面に沿って配列されたシリンドリカルレンズアレイと、シリンドリカルレンズアレイの各々のシリンドリカルレンズに対応して、シリンドリカルレンズの曲率中心軸と平行であって一致しない中心軸を有する円筒反射鏡面を含む円筒反射鏡面アレイとを備え、対応するシリンドリカルレンズと円筒反射鏡の光軸に沿った特定の方向から入射する入射光は、流体層およびシリンドリカルレンズアレイを透過して、円筒反射鏡面アレイで反射されることにより、特定の方向へ再帰反射される。
【０００８】
また、上記課題を解決するために、本発明の第４の態様における熱エネルギー回収装置は、流体が循環する流体層と、流体層の流体を循環させるポンプと、ポンプにより循環された流体から熱エネルギーを回収する熱交換器と、板状のベース部材の表裏の平面にそれぞれの曲率中心軸が平行であって一致しないように対で設けられる入射側シリンドリカルレンズと射出側シリンドリカルレンズとを有する集光レンズを配列してなる集光レンズアレイと、集光レンズの各々に対応して、集光レンズの光軸に沿った特定の方向から入射する入射光の焦点面をそれぞれ鏡面とする円筒反射鏡面を有する円筒反射鏡面アレイとを備え、特定の方向から入射される入射光は、流体層および集光レンズアレイを透過して、円筒反射鏡面アレイで反射されることにより、特定の方向へ再帰反射される。
【０００９】
上記本発明の第３の態様と第４の態様においては、特定の方向とは、シリンドリカルレンズの母線に垂直な断面において、反射される光線の角度方向であって、この面内で入射光線と同一角度の角度方向であり、この断面内において再帰反射されることになる。
【００１０】
また、上記課題を解決するために、本発明の第５の態様における熱エネルギー回収装置は、少なくとも一つの反射面群によって構成される光学素子群を含む少なくとも２つの光学素子群を有して特定の角度から入射する光を再帰反射可能な光学部材と、光学部材の再帰反射光路中に設けられて流体が循環する流体層と、流体層の流体を循環させるポンプと、ポンプにより循環された流体から熱エネルギーを回収する熱交換器とを備える。
【００１１】
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施形態に係る熱エネルギー回収装置の再帰反射部材を、ビルの壁面に適用した場合を示す図である。
【図２】本実施形態に係る熱エネルギー回収装置の再帰反射部材が入射光線を再帰反射する方向を示す説明図である。
【図３】本実施形態に係る熱エネルギー回収装置の概略構成図である。
【図４】円筒面型再帰反射部材の部分的な外観斜視図である。
【図５】球面型再帰反射部材の部分的な外観斜視図である。
【図６】実施例１に係る円筒面型再帰反射部材を、図４における平面Ｑで切断した場合の断面図である。
【図７】実施例１に係る再帰反射部材の、光学的関係を示す説明図である。
【図８】実施例２に係る再帰反射部材の、光学的関係を示す説明図である。
【図９】実施例３に係る再帰反射部材の断面図である。
【図１０】実施例３に係る再帰反射部材の、光学的関係を示す説明図である。
【図１１】実施例４に係る再帰反射部材の断面図である。
【図１２】実施例４に係る再帰反射部材の、光学的関係を示す説明図である。
【図１３】実施例５に係る再帰反射部材の断面図である。
【図１４】実施例５に係る再帰反射部材の、光学的関係を示す説明図である。
【図１５】実施例６に係る再帰反射部材の断面図である。
【図１６】実施例７に係る再帰反射部材の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００１４】
図１は、本実施形態に係る熱エネルギー回収装置の再帰反射部材１０を、ビル２０の壁面に適用した場合を示す図である。再帰反射部材１０は、ビル２０の外壁材の一部として利用される。
【００１５】
本実施形態に係る熱エネルギー回収装置の再帰反射部材１０は、特定の方向から入射する光線についてはその特定の方向に向けて反射し、他の方向から入射する光線については拡散させる性質を備える。つまり、特定の方向に対して再帰反射性を発揮し、他の方向に対しては再帰反射性を有さない。再帰反射部材１０をビル２０の外壁材として利用する目的のひとつは、照射される太陽光を地面方向へ反射させることを防ぐことである。
【００１６】
近時のビルの外壁は、ガラスなどの反射部材で覆われることが多くなってきており、太陽光が反射部材で正反射されることにより、強烈な光と熱が地面方向へ照射されることが社会問題化している。特に、地面に蓄積された熱エネルギーがヒートアイランド現象を引き起こし、さらには地球温暖化の原因のひとつとなっていることは周知の事実である。そこで、本実施形態に係る再帰反射部材１０は、ビル２０に照射される太陽光を地面方向へ反射させず、宇宙空間の方向へ反射させて太陽光エネルギーを放出させる。
【００１７】
本実施形態に係る再帰反射部材１０は、詳しくは後述するが、球面型再帰反射部材と円筒面型再帰反射部材の２つのタイプがある。例えば再帰反射部材１０が円筒面型であれば再帰反射部材１０に直交する鉛直面内で相対する太陽１３１の太陽光である入射光１０１がビル２０の壁面に敷き詰められた再帰反射部材１０に入射すると、反射光１０２として、入射方向に沿って太陽に向けて反射される。反射された反射光１０２のエネルギーは、一部が大気に吸収されながら、やがて宇宙空間へ放出される。
【００１８】
一方で、地面による太陽光の照り返しもヒートアイランド現象の原因のひとつとなっている。したがって、再帰反射部材１０が入射方向に関わらず入射方向へ入射光を反射させると、地面による照り返しを再び地面方向へ反射させることになり、地面による蓄熱をより加速する結果となる。
【００１９】
そこで、本実施形態に係る再帰反射部材１０は、太陽１３１から地面に照射される入射光１０３の照り返し光１０４が入射した場合は、乱反射させて拡散する性質を有する。つまり再帰反射部材１０は、太陽１３１からの光が直接入射する方向からの入射光に対しては再帰反射性を備え、その他の方向から入射する入射光に対しては再帰反射させずに拡散する。
【００２０】
入射する太陽光は、季節、時間によってその方向が変化する。再帰反射部材１０は、後述するように、ある特定の方向から入射する光線を最も効率よく反射するように設定されている。しかしながら、その特定の入射角から若干傾いた入射光線に対しても、再帰反射に準ずる反射性を発揮する。
【００２１】
再帰反射部材１０がビルの外壁面に水平方向に配置された円筒面型であれば、太陽１３１が図示する太陽１３２の位置へ移動した場合、再帰反射部材１０へ直接入射する入射光１０５は、再帰反射部材１０に直交する鉛直面から傾いた角度分だけ正反射し、反射光１０６となって宇宙空間の方向へ放出される。つまり、鉛直面内で再帰反射部材１０の法線に直交する方向の成分については、再帰反射と同様にベクトルを反転させて反射し、鉛直面に直交する水平面内で法線に直交する方向の成分については正反射する。このような円筒面型反射部材による特定の方向成分のみでの再帰反射も広い意味では再帰反射であるが、ここでは準再帰反射と呼ぶ。
【００２２】
再帰反射部材１０が球面型であれば、特定の方向は、再帰反射部材１０に直交する鉛直面内以外の方向にも設定することができる。そして、この特定の入射角に対して円錐形に広がる入射角で入射する光線は、所定の再帰反射率以上の反射率で再帰反射し、また、この特定の入射角に近い入射光線ほど高い再帰反射率が得られる。
【００２３】
図２は、本実施形態に係る熱エネルギー回収装置の再帰反射部材１０が入射光線を再帰反射する方向を示す説明図である。再帰反射部材１０は、ビル２０の南側壁面に敷き詰められているが、最も効率よく再帰反射する特定の方向が夏至の南中高度となるように設置されることが好ましい。この場合、所定の再帰反射率の得られる太陽の方角は、夏至の太陽行路１１１と冬至の太陽行路１１２に挟まれた、南方の一定の方角に含まれる実効方角１１０である。つまり、夏至の南中時刻で最も強く再帰反射され、これに準ずる一定の方角に太陽が位置する場合も所定の再帰反射効果を発揮する。なお、ここで言う再帰反射効果とは、図１を用いて説明した準再帰反射による効果を含む。したがって、太陽光を反射して宇宙空間に放出する効果は、広範な入射角に対して得られる。
【００２４】
図３は、本実施形態に係る熱エネルギー回収装置３０の概略構成図である。熱エネルギー回収装置３０は、再帰反射部材１０、ポンプ３４、および熱交換器としてのヒートポンプ３６を備える。再帰反射部材１０は、流体が循環する流体層を含んで構成され、流体層の流体は、循環路３２を介してヒートポンプ３６の内部に導かれる。循環路３２にはポンプ３４が設けられ、ポンプ３４は再帰反射部材１０の流体層の流体を再帰反射部材１０とヒートポンプ３６との間で図３に図示される矢印の方向に循環させる。
【００２５】
再帰反射部材１０は、所定の大きさでユニット化されている。上述のようにビル２０の壁面に再帰反射部材１０を敷き詰める場合には、図３に図示するように複数の再帰反射部材１０を並べて取り付けるとよい。複数の再帰反射部材１０を並べて取り付ける場合には、再帰反射部材１０の循環路３２と他の再帰反射部材１０の循環路３２との間に接続部を設け、再帰反射部材１０を相互に連結するとよく、例えば、上方に取り付けられる再帰反射部材１０から下方に取り付けられた再帰反射部材１０に流体が流れるように構成するとよい。なお、図３では３個の再帰反射部材１０を上下に連結した場合を例示しているが、複数の再帰反射部材１０を並べて取り付ける場合には、取り付ける場所、取り付ける場所の広さに合わせて上下左右に直結してもよい。
【００２６】
本実施形態においては、ヒートポンプ３６として吸着式ヒートポンプを採用する。吸着式ヒートポンプは、吸着材に作動媒体を吸着させ、作動媒体の蒸発を促し、作動媒体の蒸発に伴う気化熱を取り出して冷却効果を得るヒートポンプである。詳しくは後述するが、再帰反射部材１０の流体層から出た流体は、太陽光により加熱されている。吸着式ヒートポンプは、太陽光により加熱された流体のように、熱媒としては比較的低温な媒質の熱で冷熱を生成することができる。吸着材としてはシリカゲル、ゼオライトなどを用い、作動媒体としては水、アルコールなどを用いるとよい。ヒートポンプ３６により冷却された冷媒は、ビル２０の空調等に利用することができる。
【００２７】
図３に示すように、ヒートポンプ３６は、吸着部３８、凝縮器４０および蒸発器４２を有する。凝縮器４０および蒸発器４２は、内部に作動媒体４４を収容している。吸着部３８は、作動媒体４４を吸着および脱着することのできる吸着材を含んで構成される。吸着部３８と凝縮器４０とは第１の管路４６で接続され、凝縮器４０と蒸発器４２とは第２の管路４８で接続され、蒸発器４２と吸着部３８とは第３の管路５０で接続される。第１の管路４６、第２の管路４８および第３の管路５０の各々にはバルブが設けられている。このバルブは、必要に応じて開閉され、この開閉により作動媒体４４の流入が制御される。
【００２８】
吸着部３８の内部には、循環路３２および第１の冷却水路５２が導かれる。循環路３２により吸着部３８に導かれる流体は、上述の通り、ビル２０の壁面に設けられた再帰反射部材１０の流体層から出た流体である。第１の冷却水路５２は外気中に延長され、外気温の冷却水が循環している。循環路３２および第１の冷却水路５２の各々にはバルブが設けられている。このバルブを開閉することにより、吸着部３８に流入する媒体を、循環路３２を流れる流体、または第１の冷却水路５２を流れる冷却水の何れか一方に制御する。
【００２９】
凝縮器４０の内部には、第２の冷却水路５４が導かれる。第２の冷却水路５４は外気中に延長され、外気温の冷却水が循環している。蒸発器４２の内部には、冷媒流路５６が導かれる。冷媒流路５６は、例えばビル２０の内部に延長される。
【００３０】
次に、ヒートポンプ３６の動作について説明する。吸着式ヒートポンプは、吸着部３８に含まれる吸着材から作動媒体４４を脱着させる脱着過程と、吸着部３８に含まれる吸着材に作動媒体４４を吸着させる吸着過程とを繰り返し行うことで連続的に冷熱を生成する。脱着過程は、吸着部３８の内部で吸着材を加熱することにより、吸着材に吸着されている作動媒体４４を気化させる気化過程と、気化された作動媒体４４を凝縮器４０の内部で冷却して液化する液化過程とを含む。
【００３１】
本実施形態に係るヒートポンプ３６の気化過程においては、吸着部３８に含まれる吸着材を加熱する熱源として、吸着部３８を通過する循環路３２を循環する流体の熱を利用する。循環路３２を循環する流体の熱が吸着部３８に含まれる吸着材を加熱することにより、吸着材からは作動媒体４４が気化する。また循環路３２を循環する流体は、熱を奪われるので、温度が下がる。気化過程において気化された作動媒体４４は、第１の管路４６を介して凝縮器４０に流入する。
【００３２】
本実施形態に係るヒートポンプ３６の液化過程においては、第２の冷却水路５４を循環する冷却水が、気化した作動媒体４４を液化するための冷却系として機能する。凝縮器４０を通過する第２の冷却水路５４を循環する冷却水は、気化した作動媒体４４を液化する。液化過程において液化された作動媒体４４は、第２の管路４８を介して蒸発器４２に流入する。
【００３３】
本実施形態に係るヒートポンプ３６の吸着過程においては、第３の管路５０を介して吸着部３８に含まれる吸着材が蒸発器４２の作動媒体４４を吸着することにより、蒸発器４２の内部が減圧される。この減圧により作動媒体４４が気化して、気化に伴う気化熱により冷媒流路５６を循環する冷媒が冷却される。冷媒流路５６が、例えばビル２０の内部に延長されている場合は、冷媒はビル２０の内部の冷房に利用することができる。また、本実施形態に係るヒートポンプ３６の吸着過程においては、作動媒体４４を吸着する吸着部３８に含まれる吸着材が発熱する。これに対し、吸着部３８を通過する第１の冷却水路５２を循環する冷却水が冷却系として機能するので、吸着部３８に含まれる吸着材の温度が過度に上昇することが抑制される。
【００３４】
このように、熱交換器としてのヒートポンプ３６は、ポンプ３４により循環された流体から熱エネルギーを回収する。そして、回収した熱エネルギーをビル２０の内部の冷房などに利用するので、本実施形態に係る熱エネルギー回収装置３０は、太陽光から得た熱エネルギーを有効活用することができる。
【００３５】
次に、再帰反射部材１０の構造について説明する。再帰反射部材１０は様々な構造を採り得るので、いくつかの実施例に分けて説明する。
【００３６】
図４は、円筒面型再帰反射部材２１０の一部を示す外観斜視図である。ベース部材２５０は光学部材の一例であり、ベース部材２５０の表面は、平面部２５１と、平面部２５１に沿って互いに平行であるアレイ状に配列された複数のシリンドリカルレンズ２５２から構成される。シリンドリカルレンズ２５２は、入射光を集光する集光レンズである。シリンドリカルレンズ２５２はベース部材２５０に対して一体的に形成されており、その素材として、透明性が高くて屈折率の大きい、例えばポリメタクリル酸メチル樹脂（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）などの有機ガラスが用いられる。なお、円筒面型再帰反射部材２１０の用途によっても異なるが、壁材として利用する場合におけるシリンドリカルレンズ２５２の凸レンズ断面における半径は２ｍｍ程度に設定される。
【００３７】
円筒面型再帰反射部材２１０は、シリンドリカルレンズ２５２が配列されていない平面部２５１の所々に支柱２３１を複数設置し、板ガラス２３０を表面に配置して支持する。板ガラス２３０は、石英ガラスの他に、耐久性の高いポリカーボネートなどの有機ガラスを用いることもできる。この板ガラス２３０とベース部材２５０との間に、流体が循環する流体層２４０を形成する。また、円筒面型再帰反射部材２１０には、板ガラス２３０とベース部材２５０の周縁部において、流体層２４０を外界から密封する封止材２８０が設けられている。
【００３８】
円筒面型再帰反射部材２１０は、入射光を集光する集光レンズであるシリンドリカルレンズ２５２を含んで構成されるので、同じ方向から入射する入射光を集光する。このため円筒面型再帰反射部材２１０は、例えば太陽光が直接入射する方向からの入射光によって部分的に熱を帯びる。一方、上述したように、循環路３２を介して、ヒートポンプ３６から流体層２４０に流入する流体は、吸着部３８で熱を奪われて低温である。したがって、流体層２４０を循環する流体は、加熱された円筒面型再帰反射部材２１０から熱を吸収して、円筒面型再帰反射部材２１０を冷却し、円筒面型再帰反射部材２１０の温度が過度に上昇することを抑制する。
【００３９】
ベース部材２５０の裏面は、後述するようにシリンドリカルレンズ２５２に対応して設けられる円筒反射鏡がアレイ状に配列されるので凹凸面である。そこで、取り扱い性、設置性などを考慮して、円筒面型再帰反射部材２１０の裏面が平坦となるように、平坦化層２７０を設ける。平坦化層２７０は、ベース部材２５０の裏面の凹凸を埋めて平坦にする充填材等からなる。また、円筒面型再帰反射部材２１０は、壁材等として利用できるように、ビス穴等の取付け部を周辺部に備える。
【００４０】
次に、球面型再帰反射部材３１０の構造について説明する。図５は、本実施形態に係る球面型再帰反射部材３１０の一部を示す外観斜視図である。
【００４１】
ベース部材３５０は光学部材の一例であり、ベース部材３５０の表面は、平面部３５１と、平面部３５１に沿ってアレイ状に配列された複数の球面レンズ３５２から構成される。球面レンズ３５２は、入射光を集光する集光レンズである。球面レンズ３５２はベース部材３５０に対して一体的に形成されており、その素材として、透明性が高くて屈折率の大きい、例えばポリメタクリル酸メチル樹脂（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）などの有機ガラスが用いられる。なお、再帰反射部材１０の用途によっても異なるが、壁材として利用する場合における球面レンズ３５２の半径は２ｍｍ程度に設定される。
【００４２】
球面型再帰反射部材３１０は、球面レンズ３５２が配列されていない平面部３５１の所々に支柱３３１を複数設置し、板ガラス３３０を表面に配置して支持する。板ガラス３３０は、石英ガラスの他に、耐久性の高いポリカーボネートなどの有機ガラスを用いることもできる。この板ガラス３３０とベース部材３５０との間に、流体が循環する流体層３４０を形成する。また、球面型再帰反射部材３１０には、板ガラス３３０とベース部材３５０の周縁部において、流体層３４０を外界から密封する封止材３８０が設けられている。
【００４３】
球面型再帰反射部材３１０は、入射光を集光する集光レンズである球面レンズ３５２を含んで構成されるので、同じ方向から入射する入射光を集光する。このため球面型再帰反射部材３１０は、例えば太陽光が直接入射する方向からの入射光によって部分的に熱を帯びる。一方、上述したように、循環路３２を介して、ヒートポンプ３６から流体層３４０に流入する流体は、吸着部３８で熱を奪われて低温である。したがって、流体層３４０を循環する流体は、加熱された球面型再帰反射部材３１０から熱を吸収して、球面型再帰反射部材３１０を冷却し、球面型再帰反射部材３１０の温度が過度に上昇することを抑制する。
【００４４】
ベース部材３５０の裏面は、後述するように球面レンズ３５２に対応して設けられる球面反射鏡がアレイ状に配列されるので凹凸面である。そこで、取り扱い性、設置性などを考慮して、球面型再帰反射部材３１０の裏面が平坦となるように、平坦化層３７０を設ける。平坦化層３７０は、ベース部材３５０の裏面の凹凸を埋めて平坦にする充填材等からなる。また、球面型再帰反射部材３１０は、壁材等として利用できるように、ビス穴等の取付け部を周辺部に備える。
【００４５】
図５における球面レンズ３５２の頂点を通る垂直平面Ｐによる球面型再帰反射部材３１０の断面形状は、図４におけるシリンドリカルレンズ２５２の頂点を通る垂直平面Ｑによる円筒面型再帰反射部材２１０の断面形状と、同一となるように設計することができる。つまり、円筒面型再帰反射部材２１０においては、再帰反射方向である特定の方向は、シリンドリカルレンズ２５２と円筒反射鏡面のそれぞれの円筒に直交する直交面に沿う方向となるが、球面型再帰反射部材３１０についても球面レンズ３５２の中心と球面反射鏡の中心をこのような直交面上に配置すれば、球面型再帰反射部材３１０の特定の方向を円筒面型再帰反射部材２１０の特定の方向と一致させることができる。このとき、シリンドリカルレンズ２５２と球面レンズ３５２の曲率半径、および、円筒反射鏡面と球面反射鏡の曲率半径をそれぞれ一致させれば、断面形状は同一となる。
【００４６】
そこで、以下の断面形状の説明および光学的関係の説明については、円筒面型再帰反射部材２１０を例としつつ、いずれのタイプの再帰反射部材であっても成り立つものとして進める。また、断面形状は様々な構造を採り得るので、いくつかの実施例に分けてそのバリエーションを説明する。
【００４７】
（実施例１）
図６は、実施例１に係る再帰反射部材４１０を、図４における平面Ｑ、即ちシリンドリカルレンズ４５２の母線に垂直な面で切断した場合の断面図である。ここで、図示する入射光１０１は、平面部４５１の法線を含む断面平面である平面Ｑに沿い、かつ法線に対して斜交して入射する、最も再帰反射率の高い特定の方向からの入射光を表す。
【００４８】
上述のように、ベース部材４５０の表面側にはシリンドリカルレンズ４５２がアレイ状に光学素子群として一体形成されているが、裏面側には各々のシリンドリカルレンズ４５２に対応して円筒反射鏡面４５３と、円筒反射鏡面４５３の各々を接続する接続面４５４が、反射面群によって構成される光学素子群として形成されている。円筒反射鏡面４５３は、ベース部材４５０に対してシリンドリカルレンズ４５２の凸方向と同じ向きとなるように成形された円筒形状の一部をなす凸面に、高反射塗料が塗布されて、シリンドリカルレンズ４５２側から見たときに鏡面として機能するように形成されている。円筒反射鏡面４５３は、流体層４４０およびシリンドリカルレンズ４５２に対して特定の入射角およびこれに準ずる入射角で入射する入射光を再帰反射または準再帰反射させる面であるので、これらの入射角に対応する有効面を含むように、円筒面の一部がベース部材４５０に成形される。シリンドリカルレンズ４５２と円筒反射鏡面４５３の光軸は、最も効率よく反射させたい特定の方向の入射光に沿うように設定される。なお、円筒反射鏡面４５３は、対応するシリンドリカルレンズ４５２と対となって機能するので、円筒反射鏡面４５３も、ベース部材４５０に対してアレイ状に配列される。このとき、シリンドリカルレンズ４５２の円筒軸である曲率中心軸と、円筒反射鏡面４５３の円筒軸である曲率中心軸とは平行である。しかし、後述するように、特定の方向の入射光に対して最も効率よく再帰反射させるべく、これらの曲率中心軸は一致しないように配置されている。
【００４９】
また、実施例１に係る再帰反射部材４１０は、特定の方向から入射する太陽光を再帰反射させることを目的としているので、入射光は平行光と考えることができる。したがって、対となるシリンドリカルレンズ４５２と円筒反射鏡面４５３が、その相対関係を維持しながら繰り返し構造を採ることで、それぞれシリンドリカルレンズ４５２のアレイと円筒反射鏡面４５３のアレイが形成される。再帰反射させる対象光が平行光ではなく、シリンドリカルレンズ４５２ごとに入射光の入射角が異なる場合は、それぞれの入射光に対応するように、対となるシリンドリカルレンズ４５２と円筒反射鏡面４５３の相対関係を修正しながらアレイを形成すれば良い。
【００５０】
円筒面の一部として成形された円筒反射鏡面４５３のそれぞれを接続する接続面４５４は、入射光が入射する特定の方向とは異なる方向を向く、平面または曲面として成形されている。特定の方向以外の方向から入射する入射光は、シリンドリカルレンズ４５２または平面部４５１を透過して、直接にまたは円筒反射鏡面４５３で反射して、接続面４５４に到達する。接続面４５４は光拡散加工が施されており、接続面４５４に到達する入射光は拡散される。つまり、このように入射された入射光は、再帰反射されることなく拡散される。光拡散加工は、円筒反射鏡面４５３をマスクした上で、例えばブラスト処理により接続面４５４を粗化する加工である。
【００５１】
なお、接続面４５４に光拡散加工を施すことに代えて、平坦化層４７０を形成する充填材として光拡散させることのできる素材を用いても良い。このように構成すれば、接続面を透過した入射光が充填材で光拡散されるので、接続面４５４に光拡散加工を施す場合と同等の効果を発揮する。
【００５２】
接続面４５４には、光拡散加工を施した上に、色彩塗装を施しても良い。接続面４５４は入射光が入射する特定の方向とは異なる方向を向いており、例えばビル２０付近を歩く歩行者は、再帰反射部材４１０を見上げたときに、塗装が施された色彩を視認する。したがって、再帰反射部材４１０は、特定の方向から入射する入射光については効率的な再帰反射性を発揮しつつ、他の方向から観察者により観察されるときには、任意の色彩、模様を視認させることができる。なお、接続面４５４に色彩塗装を施すことに代えて、平坦化層４７０を形成する充填材に塗料を混ぜることにより、観察者に色彩、模様を視認させることもできる。
【００５３】
平坦化層４７０は、上述のように形成された円筒反射鏡面４５３の円筒面、および接続面４５４によるベース部材４５０の裏面側の凹凸を充填材で埋めて、再帰反射部材４１０の裏面を平坦にする役割を担う。これにより、円筒反射鏡面４５３と接続面４５４を保護すると共に、再帰反射部材４１０の取扱い性を向上させることができる。
【００５４】
図７は、実施例１に係る再帰反射部材４１０の、光学的関係を示す説明図であり、図４に示した平面Ｑ、即ちシリンドリカルレンズ４５２の母線に垂直な面で切断した場合の断面光路図である。特に、対となるシリンドリカルレンズ４５２と円筒反射鏡面４５３の関係を示す。図において、入射点ｂは入射光１０１がシリンドリカルレンズ４５２の境界と交わる点であり、焦点ｄは入射光１０１に対するシリンドリカルレンズ４５２の焦点である。また、中心ｃはシリンドリカルレンズ４５２のレンズ面の曲率中心であり、半径ｒはシリンドリカルレンズ４５２の半径である。シリンドリカルレンズ４５２は、中心ｃを通る紙面に垂直なラインを曲率中心軸とする。
【００５５】
入射点ｂと焦点ｄの距離は焦点距離ｆであり、点線で示す焦点面４５７は、入射点ｂを中心とする半径ｆの曲線を表す。円筒反射鏡面４５３を含む円筒面４５８は、焦点ｄを中心とする半径ｑの円筒面である。したがって、円筒反射鏡面４５３は、焦点ｄを通る紙面に垂直なラインを曲率中心軸とする。
【００５６】
屈折率ｎ１は入射光１０１が入射点ｂに入射する手前の媒質における屈折率であり、実施例１においては流体層４４０の屈折率である。流体として水を用いた場合の屈折率はｎ１＝１．３３３４である。なお、流体層４４０を循環する流体は太陽光により加熱されて、屈折率ｎ１は１．３３３４よりも多少小さな値になるが、特定の入射角から入射する入射光に対する再帰反射性への影響は無視しうる。屈折率ｎ２は入射光１０１が入射点ｂに入射してからの媒質における屈折率であり、実施例１においては、シリンドリカルレンズ４５２が一体的に形成されるベース部材４５０の屈折率である。ベース部材４５０としてポリカーボネートを用いた場合の屈折率は、ｎ２＝１．５８５である。入射点ｂ、中心ｃおよび焦点ｄを結ぶ直線は、シリンドリカルレンズ４５２と円筒反射鏡面４５３の光軸であり、実施例１において入射光１０１は、この光軸に沿った特定の方向から入射する太陽光を想定している。
【００５７】
球面レンズ境界の前後において近軸領域の範囲で成立するアッベの不変量によれば、物体の位置からレンズ境界までの距離をｓ、レンズ境界から像の位置までの距離をｓ'、物体側の媒質の屈折率をｎ１、像側の媒質の屈折率をｎ２、球面レンズの半径をｒとすると、
ｎ１（１／ｒ−１／ｓ）＝ｎ２（１／ｒ−１／ｓ'）                      （１）
が成立する。ここで、実施例１においては、断面内における光線の挙動に対してアッベの不変量が適用でき、また、太陽光を入射光として扱うので、ｓ→∞、ｓ'→ｆとなる。すると、焦点距離ｆは、
ｆ＝｛ｎ２／（ｎ２−ｎ１）｝ｒ                                        （２）
が成り立つ。
【００５８】
したがって、入射点ｂを中心とする半径ｆの円筒面である焦点面４５７のうち、焦点ｄの近傍を鏡面とすれば、入射光１０１を再帰反射させることができるが、実施例１においては、焦点面を鏡面にせず、焦点ｄを中心とする半径ｑの円筒面４５８上に円筒反射鏡面４５３を設定する。このように円筒反射鏡面４５３を設定すると、入射光１０１とその近傍の光線は、いずれも円筒反射鏡面４５３に対して直交して入射するので、入射する方向にそのまま反射する。すなわち、再帰反射させることができる。さらに、半径ｑは光学的に一意に定まるものではないので、集光による許容発熱量、再帰反射部材４１０の厚さ、再帰反射率、有効入射角等のパラメータに応じて適宜設定することができる。
【００５９】
円筒面４５８の中心とシリンドリカルレンズ４５２のレンズ面曲率中心ｃとが一致すると、シリンドリカルレンズ４５２のレンズ面と円筒反射鏡面４５３は同心となるので、特定の方向からの入射光を再帰反射させるのではなく、シリンドリカルレンズ４５２へ垂直に入射するすべての入射光を再帰反射させてしまう。しかし、実施例１においては、焦点ｄを中心とする半径ｑの円筒面４５８上に円筒反射鏡面４５３を設定するので、シリンドリカルレンズ４５２へ垂直に入射するすべての入射光を再帰反射させてしまうことはない。実施例１において、最も効率よく再帰反射される特定の方向とは、シリンドリカルレンズ４５２の曲率中心ｃと円筒反射鏡面４５３の曲率中心ｄとで定義される光軸（図７では、入射光１０１、反射光１０２に一致）の方向となる。以下の実施例においても同様である。
【００６０】
ここで、シリンドリカルレンズ４５２の代わりに球面レンズを、円筒反射鏡面４５３の代わりに球面反射鏡を適用した場合について説明する。上述のように、シリンドリカルレンズ４５２は、中心ｃを通る紙面に垂直なラインを曲率中心軸とした。すなわち紙面の垂直方向に円筒が延びる形状であったが、球面レンズを適用する場合は、中心ｃを球面レンズの曲率中心とする。同様に、円筒反射鏡面４５３は、焦点ｄを通る紙面に垂直なラインを曲率中心軸としたが、球面反射鏡を適用する場合は、焦点ｄを球面反射鏡の曲率中心とする。このように構成すると、入射光１０１を入射する方向にそのまま反射させて反射光１０２とすることができる。このとき、入射光１０１に対して紙面垂直方向にも成分を持つ入射光が入射する場合は、円筒面型であれば、紙面垂直方向の成分について正反射をする準再帰反射となるが、球面型であれば、入射光１０１に対して焦点ｄを頂点とする所定の円錐形に入っていれば一定の再帰反射率以上の反射率で再帰反射する。
【００６１】
また、球面型であれば、球面レンズの曲率中心と球面反射鏡の曲率中心を、平面部４５１の法線を含む断面平面上に設定しなくても良い。互いの曲率中心をずらせば、球面レンズと球面反射鏡の光軸を、平面部４５１の法線に対して紙面垂直方向にも傾けることができるので、再帰反射させる特定の方向をより自由に設定することができる。
【００６２】
（実施例２）
上記実施例１においてはシリンドリカルレンズ４５２の凸方向と同じ向きとなるように円筒反射鏡面４５３の凸面を設定したが、円筒反射鏡面４５３は逆向きに凸面を設けても良い。図８は、円筒反射鏡面４５３の凸面を逆向きに設けた、実施例２に係る再帰反射部材の光学的関係を示す説明図である。図７と同一の要素については同一の符番を付して説明を省略する。
【００６３】
上述のように、焦点ｄを中心とする半径ｑの円筒面４５８上に鏡面を設ける場合には、焦点ｄよりシリンドリカルレンズ４５２側の円筒面４５８上に鏡面を設けるだけでなく、焦点ｄより後方側の円筒面４５８上に鏡面を設けても良い。すなわち、シリンドリカルレンズ４５２側から見れば凹面となる領域に円筒反射鏡面５５３を設ける。この場合、高反射塗料を塗布する面が凸面となるので鏡面を形成しやすい。
【００６４】
上述のいずれの実施例においても、シリンドリカルレンズ４５２と、これに対応する円筒反射鏡面４５３または円筒反射鏡面５５３とは対として、ベース部材４５０に対してそれぞれアレイ状に配列される。再帰反射率を調整したい場合は、配列させるアレイの密度を変更すればよい。この場合、各々の大きさを小さくして密に配列させることもできる。
【００６５】
（実施例３）
図９は、実施例３に係る再帰反射部材６１０を、図４における平面Ｑと同様の断面で切断した場合の断面図である。図示するように、本実施例では、実施例１および実施例２と、円筒反射鏡面の配置が若干異なる。以下に共通する部分の説明を省略しつつ、本実施例の特徴部分を中心に説明する。
【００６６】
図示する入射光１０１は、平面部６５１の法線を含む断面平面に沿い、かつ法線に対して斜交して入射する、最も再帰反射率の高い特定の方向からの入射光を表す。ベース部材６５０の表面側にはシリンドリカルレンズ６５２がアレイ状に光学素子群として一体形成されているが、裏面側には各々のシリンドリカルレンズ６５２に対応して円筒反射鏡面６５３と、円筒反射鏡面６５３の各々を接続する接続面６５４が、反射面群によって構成される光学素子群として形成されている。円筒反射鏡面６５３は、ベース部材６５０に対してシリンドリカルレンズ６５２の凸方向と逆向きとなるように成形された球形状の一部をなす凸面に、高反射塗料が塗布されて、シリンドリカルレンズ６５２側から見たときに鏡面として機能するように形成されている。円筒反射鏡面６５３は、流体層６４０およびシリンドリカルレンズ６５２に対して特定の入射角およびこれに準ずる入射角で入射する入射光を再帰反射または準再帰反射させる面であるので、これらの入射角に対応する有効面を含むように、円筒面の一部がベース部材６５０に成形される。シリンドリカルレンズ６５２と円筒反射鏡面６５３の光軸は、最も効率よく反射させたい特定の方向の入射光に沿うように設定される。なお、円筒反射鏡面６５３は、対応するシリンドリカルレンズ６５２と対となって機能するので、円筒反射鏡面６５３も、ベース部材６５０に対してアレイ状に配列される。このとき、シリンドリカルレンズ６５２の円筒軸である曲率中心軸と、円筒反射鏡面６５３の円筒軸である曲率中心軸とは平行である。しかし、特定の方向の入射光に対して最も効率よく再帰反射させるべく、これらの曲率中心軸は一致しないように配置されているのは実施例１および実施例２と同様である。
【００６７】
図１０は、実施例３に係る再帰反射部材６１０の、光学的関係を示す説明図である。特に、対となるシリンドリカルレンズ６５２と円筒反射鏡面６５３の関係を示す。図において、入射点ｂは入射光１０１がシリンドリカルレンズ６５２の境界と交わる点であり、焦点ｄは入射光１０１に対するシリンドリカルレンズ６５２の焦点である。また、中心ｃはシリンドリカルレンズ６５２の曲率中心であり、半径ｒはシリンドリカルレンズ６５２の半径である。シリンドリカルレンズ６５２は、中心ｃを通る紙面に垂直なラインを曲率中心軸とする。
【００６８】
入射点ｂと焦点ｄの距離は焦点距離ｆであり、点線で示す焦点面６５７は、入射点ｂを中心とする半径ｆの曲面を表す。上述のようにアッベの不変量を適用すると、入射点ｂを中心とする半径ｆの曲面である焦点面６５７のうち、焦点ｄの近傍を鏡面とすれば、入射光１０１とその近傍の光線は、いずれもこの鏡面に対して直交して入射するので、入射する方向にそのまま反射させることができる。すなわち、再帰反射させることができる。そこで実施例３においては、この入射点ｂを中心とする半径ｆの円筒面に沿って円筒反射鏡面６５３を設けている。したがって、円筒反射鏡面６５３は、入射点ｂを通る紙面に垂直なラインを曲率中心軸とする。
【００６９】
シリンドリカルレンズ６５２の半径ｒを変更すれば焦点距離ｆを変更することができるので、再帰反射部材６１０の厚さ、再帰反射率、有効入射角等のパラメータに応じて適宜設定することができる。また、円筒反射鏡面６５３の鏡面として焦点面６５７に沿って設ける有効面の大きさを変更することによっても、再帰反射率、有効入射角等を適宜設定することができる。
【００７０】
上述のように、シリンドリカルレンズ６５２とこれに対応する円筒反射鏡面６５３は対として、ベース部材６５０に対してそれぞれアレイ状に配列される。再帰反射部材６１０全体としての再帰反射率を調整したい場合は、配列させるアレイの密度を変更しても良い。この場合、各々の大きさを小さくして密に配列させることもできる。
【００７１】
（実施例４）
図１１は、実施例４に係る再帰反射部材７１０を、図４における平面Ｑと同様の平面で切断した場合の断面図である。図示するように、本実施例では、シリンドリカルレンズアレイと円筒反射鏡面アレイの間にもう１つのシリンドリカルレンズアレイと空気層を備える点で上記の実施例とは異なる。以下に共通する部分の説明を省略しつつ、本実施例の特徴部分を中心に説明する。
【００７２】
図示する入射光１０１は、平面部７５１の法線を含む断面平面に沿い、かつ法線に対して斜交して入射する、最も再帰反射率の高い特定の方向からの入射光を表す。第１ベース部材７５０の表面側には第１シリンドリカルレンズ７５２がアレイ状に一光学素子群として体形成されているが、裏面側にも各々の第１シリンドリカルレンズ７５２に対応して、射出側レンズとしての第２シリンドリカルレンズ７５３がアレイ状に光学素子群として一体形成されている。対応するそれぞれの第１シリンドリカルレンズ７５２と第２シリンドリカルレンズ７５３は、対となって集光レンズを構成し、アレイ状に形成された集光レンズは集光レンズアレイを構成する。このとき、第１シリンドリカルレンズ７５２の円筒軸である曲率中心軸と、第２シリンドリカルレンズ７５３の円筒軸である曲率中心軸とは平行である。しかし、特定の方向の入射光に対して最も効率よく再帰反射させるべく、これらの曲率中心軸は一致しないように配置されている。
【００７３】
集光レンズの光軸に沿って入射する入射光は、集光レンズによって集光され、第２ベース部材７７０に形成された円筒反射鏡面７７１で結像する。円筒反射鏡面７７１は、第１ベース部材７５０に対して第２シリンドリカルレンズ７５３の凸方向と同じ向きとなるように第２ベース部材７７０に成形された円筒形状の一部をなす凹面に、高反射塗料が塗布されて、集光レンズ側から見たときに鏡面として機能するように形成されている。円筒反射鏡面７７１は、流体層７４０および集光レンズに対して特定の入射角およびこれに準ずる入射角で入射する入射光を再帰反射または準再帰反射させる面であるので、これらの入射角に対応する有効面を含むように、円筒面の一部が第２ベース部材７７０に成形される。集光レンズおよび円筒反射鏡面７７１の光軸は、最も効率よく反射させたい特定の方向の入射光に沿うように設定される。なお、円筒反射鏡面７７１は、対応する集光レンズと対となって機能するので、円筒反射鏡面７７１も、第２ベース部材７７０に対してアレイ状に配列され、反射面群によって構成される光学素子群が形成される。
【００７４】
第２ベース部材７７０には、円筒反射鏡面７７１の各々を接続する接続面７７２が形成されている。また、接続面７７２の一部には平面部７７３が形成されている。平面部７７３は、第１ベース部材７５０の裏面側に形成された第２シリンドリカルレンズ７５３のアレイ間を接続する平面部７５９と互いに平行に対向している。なお、共に第１ベース部材７５０に設けられた平面部７５１と平面部７５９も互いに平行な面である。
【００７５】
対向する平面部７５９と平面部７７３の間の所々には複数のスペーサ７６１が設けられており、これらのスペーサ７６１は、第１ベース部材７５０と第２ベース部材７７０を接着により一体化すると共に、入射光１０１が円筒反射鏡面７７１で結像するように、第１ベース部材７５０と第２ベース部材７７０の間隔を定める。第１ベース部材７５０と第２ベース部材７７０の間には、空気層７６０が形成される。なお、本実施例においても、支柱７３１で支持される板ガラス７３０と第１ベース部材７５０の間に形成される層が流体層７４０である。
【００７６】
上述の実施例１から３と同様に、接続面７７２に光拡散加工を施しても良い。また、本実施例においては、接続面７７２に光拡散加工を施すことに代えて、第２ベース部材７７０の裏面に光拡散加工を施しても良い。このように構成すれば、円筒反射鏡面７７１で再帰反射されずに第２ベース部材に入射した入射光を拡散させることができる。また、円筒反射鏡面７７１を個別にマスクする必要がないので、光拡散加工が容易である。
【００７７】
さらに、上述の実施例１から３と同様に、接続面７７２に色彩塗装を施しても良い。また、本実施例においては、接続面７７２に色彩塗装を施すことに代えて、第２ベース部材７７０の裏面に色彩塗装を施すことにより、観察者に色彩、模様を視認させることもできる。円筒反射鏡面７７１の領域に高反射塗料が塗布できる素材であれば、第２ベース部材７７０自体を有色とすることもできる。
【００７８】
図１２は、実施例４に係る再帰反射部材７１０の、光学的関係を示す説明図である。特に、対となる第１シリンドリカルレンズ７５２、第２シリンドリカルレンズ７５３および円筒反射鏡面７７１の関係を示す。図において、入射点ｂは入射光１０１が第１シリンドリカルレンズ７５２の境界と交わる点であり、射出点ｅは入射光１０１が第２シリンドリカルレンズ７５３の境界と交わる点である。焦点ｇは、第１シリンドリカルレンズ７５２と第２シリンドリカルレンズ７５３からなる集光レンズの入射光１０１に対する焦点である。また、中心ｃは第１シリンドリカルレンズ７５２のレンズ面曲率中心であり、半径ｒ１は第１シリンドリカルレンズ７５２の半径である。同様に、中心ｄは第２シリンドリカルレンズ７５３のレンズ面曲率中心であり、半径ｒ２は第２シリンドリカルレンズ７５３の半径である。第１シリンドリカルレンズ７５２は、中心ｃを通る紙面に垂直なラインを曲率中心軸とし、第２シリンドリカルレンズ７５３は、中心ｄを通る紙面に垂直なラインを曲率中心軸とする。
【００７９】
焦点距離ｆは、集光レンズの焦点距離であり、点線で示す焦点面７７７は、後側主点ｈを中心とする半径ｆの円筒面を表す。屈折率ｎ１は入射光１０１が入射点ｂに入射する手前の媒質における屈折率であり、本実施例においては、流体層７４０の屈折率である。流体として水を用いた場合の屈折率はｎ１＝１．３３３４である。なお、流体層７４０を循環する流体は太陽光により加熱されて、屈折率ｎ１は１．３３３４よりも多少小さな値になるが、特定の入射角から入射する入射光に対する再帰反射性への影響は無視しうる。屈折率ｎ２は入射光１０１が入射点ｂに入射してからの媒質における屈折率であり、本実施例においては、第１シリンドリカルレンズ７５２が一体的に形成される第１ベース部材７５０の屈折率である。第１ベース部材７５０としてポリカーボネートを用いた場合の屈折率は、ｎ２＝１．５８５である。屈折率ｎ３は入射光１０１が射出点ｅから射出した後の媒質における屈折率であり、本実施例においては空気層７６０の屈折率であるのでｎ３＝１．０である。入射点ｂ、中心ｃ、中心ｄ、射出点ｅおよび焦点ｇを結ぶ直線は、第１シリンドリカルレンズ７５２、第２シリンドリカルレンズ７５３および円筒反射鏡面７７１の光軸であり、本実施例において入射光１０１は、この光軸に沿った特定の方向から入射する太陽光を想定している。
【００８０】
入射点ｂと射出点ｅの距離であるレンズの面間隔をＤとすると、集光レンズの焦点距離ｆの逆数は、
１／ｆ＝｛（ｎ２−１）／ｒ１｝−｛（ｎ２−ｎ３）／ｒ２｝
＋｛（ｎ２−１）（ｎ２−ｎ３）Ｄ／ｎ２ｒ１ｒ２｝                      （３）
が成立する。
【００８１】
したがって、後側主点ｈを中心とする半径ｆの曲面である焦点面７７７のうち、焦点ｇの近傍を鏡面とすれば、入射光１０１とその近傍の光線は、いずれもこの鏡面に対して直交して入射するので、入射する方向にそのまま反射させることができる。すなわち、再帰反射させることができる。そこで本実施例においては、この後側主点ｈを中心とする半径ｆの曲面に沿って円筒反射鏡面７７１を設けている。
【００８２】
第１シリンドリカルレンズ７５２の半径ｒ１および第２シリンドリカルレンズ７５３の半径ｒ２を変更すれば焦点距離ｆを変更することができるので、再帰反射部材７１０の厚さ、再帰反射率、有効入射角等のパラメータに応じて適宜設定することができる。半径ｒ１およびｒ２は、異なる値であっても同じ値であっても良い。また、円筒反射鏡面７７１の鏡面として焦点面７７７に沿って設ける有効面の大きさを変更することによっても、再帰反射率、有効入射角等を適宜設定することができる。
【００８３】
上述のように、第１シリンドリカルレンズ７５２、第２シリンドリカルレンズ７５３および円筒反射鏡面７７１はそれぞれアレイ状に配列される。再帰反射部材７１０全体としての再帰反射率を調整したい場合は、配列させるアレイの密度を変更しても良い。この場合、各々の大きさを小さくして密に配列させることもできる。
【００８４】
上述の各実施例においては、集光レンズの例として断面が円弧である凸シリンドリカルレンズを採用したが、集光レンズの断面は円弧に限らない。所定の再帰反射率を得る入射角の範囲を調整する、入射光の波長依存性を軽減する等を目的として、円弧以外の曲線を採用することもできる。また、反射鏡面についても、断面として円弧以外の曲線を採用することができる。円弧以外の曲線としては、２次曲線（放物線・双曲線・楕円）または、高次多項式で表される非球面が挙げられる。また、シリンドリカルレンズの短手断面がフレネルレンズ形状であるシリンドリカルフレネルレンズも採用できる。
【００８５】
上記実施例１から４においては、板ガラスとベース部材との間に流体が循環する流体層を形成したが、以下に説明する実施例５から７のように、シリンドリカルレンズと円筒反射鏡面の間に流体が循環する流体層を形成してもよい。
【００８６】
（実施例５）
図１３は、実施例５に係る再帰反射部材８１０を、図４における平面Ｑと同様の平面で切断した場合の断面図である。本実施例においては、図６のベース部材４５０に相当するベース部材８５０は、前側ベース部材８５５と後側ベース部材８５６の２つの部材から構成される。前側ベース部材８５５の表面側には、ベース部材４５０の表面側と同様に、シリンドリカルレンズ８５２がアレイ状に光学素子群として一体形成されている。また、後側ベース部材８５６の裏面側には、ベース部材４５０の裏面側と同様に、各々のシリンドリカルレンズ８５２に対応して円筒反射鏡面８５３と、円筒反射鏡面８５３の各々を接続する接続面８５４が、反射面群によって構成される光学素子群として形成されている。そして、ベース部材８５０は、図６の平面部４５１に対応する平面部８５１と平行な平面で前側ベース部材８５５と後側ベース部材８５６に分割され、互いに対向して離間されている。つまり、本実施例においては、この離間されて形成された空間を流体層８４０として利用する。以下に、共通する部分の説明を省略しつつ、本実施例の特徴部分を中心に説明する。
【００８７】
シリンドリカルレンズ８５２が形成されている前側ベース部材８５５と円筒反射鏡面８５３が形成されている後側ベース部材８５６は、上述のように離間された上で、スペーサ８４１により接着され一体化される。詳しくは後述するが、前側ベース部材８５５と後側ベース部材８５６との間隔は、ベース部材８５０で構成された集光レンズの入射光１０１に対する焦点を曲率の中心とした円筒反射鏡面８５３に、入射光１０１が垂直に入射するように定める。本実施例においては、ベース部材８５０を分割して、流体層８４０を形成したので、板ガラス８３０と、シリンドリカルレンズ８５２との間は空気が満たされる空気層８６０とする。
【００８８】
図１４は、実施例５に係る再帰反射部材８１０の、光学的関係を示す説明図である。図１４において、入射点ｂは入射光１０１がシリンドリカルレンズ８５２の境界と交わる点であり、射出点ｅは入射光１０１が流体層８４０の境界と交わる点であり、入射点ｇは入射光１０１が円筒反射鏡面８５３が形成されている後側ベース部材８５６と交わる点である。焦点ｄ'は、ベース部材８５０で構成された集光レンズの入射光１０１に対する焦点である。また、中心ｃはシリンドリカルレンズ８５２のレンズ面曲率中心であり、半径ｒはシリンドリカルレンズ８５２の半径である。シリンドリカルレンズ８５２は、中心ｃを通る紙面に垂直なラインを曲率中心軸とする。
【００８９】
屈折率ｎ１は入射光１０１が入射点ｂに入射する手前の媒質における屈折率であり、本実施例においては、空気層８６０の屈折率である。屈折率ｎ２は入射光１０１が入射点ｂに入射してからの媒質における屈折率であり、本実施例においては、シリンドリカルレンズ８５２が一体的に形成される前側ベース部材８５５の屈折率である。屈折率ｎ３は入射光１０１が射出点ｅから射出した後の媒質における屈折率であり、本実施例においては流体層８４０の屈折率である。
【００９０】
入射点ｂと焦点ｄ'の距離は略焦点距離ｆであり、点線で示す焦点面８５７は、入射点ｂを中心とする半径ｆの曲線を表す。円筒反射鏡面８５３を含む円筒面８５８は、焦点ｄ'を中心とする半径ｑの円筒面である。したがって、円筒反射鏡面８５３は、焦点ｄ'を通る紙面に垂直なラインを曲率中心軸とする。
【００９１】
このように円筒反射鏡面８５３を設定すると、入射光１０１とその近傍の光線は、いずれも円筒反射鏡面８５３に対して直交して入射するので、入射する方向にそのまま反射する。すなわち、再帰反射させることができる。さらに、半径ｑは光学的に一意に定まるものではないので、集光による許容発熱量、再帰反射部材８１０の厚さ、再帰反射率、有効入射角等のパラメータに応じて適宜設定することができる。
【００９２】
次に、本実施例に係る再帰反射部材８１０の焦点ｄ'について説明する。説明を簡単にするために、図７に図示される再帰反射部材のようにベース部材が分割されておらず、かつ、板ガラスとシリンドリカルレンズとの間を空気が満たされる空気層とした再帰反射部材を比較例とする。そして、比較例の再帰反射部材の焦点と、本実施例に係る再帰反射部材８１０の焦点ｄ'とを比較することにより、本実施例に係る再帰反射部材８１０がどこに焦点ｄ'を結ぶかを説明する。比較例の再帰反射部材は、図７にｄで示される点に焦点を結ぶとする。
【００９３】
本実施例の再帰反射部材８１０は、シリンドリカルレンズ８５２と円筒反射鏡面８５３との間に流体層８４０が形成されるので、入射光１０１は、均質の媒質を進む比較例の再帰反射部材とは異なる光路を進む。したがって本実施例の再帰反射部材８１０は、比較例の再帰反射部材の焦点ｄとは異なる位置に焦点ｄ'を結ぶ。
【００９４】
本実施例の再帰反射部材８１０が焦点を結ぶ位置は、流体層８４０の厚さに応じて、比較例の再帰反射部材の焦点ｄと比較して、紙面左右方向および紙面上下方向に移動するが、ここでは説明を簡単にするために、本実施例と比較例のそれぞれの入射光１０１が、紙面上下方向に同じ距離を進み、本実施例の再帰反射部材８１０の焦点ｄ'が、比較例の再帰反射部材の焦点ｄと比較して、紙面左右方向にのみ移動する場合を例にあげて説明する。
【００９５】
本実施例と比較例のそれぞれの入射光１０１が、紙面上下方向に同じ距離を進む場合には、実施例５に係る再帰反射部材８１０に入射する入射光１０１は、射出点ｅに到達するまで、および入射点ｇに到達してから焦点ｄ'に到達するまでは、比較例の再帰反射部材に入射する入射光１０１と同様の光路を進む。
【００９６】
一方、射出点ｅに到達してから入射点ｇに到達するまでは、均質の媒質を進む比較例の光路とは異なり、屈折しつつ異なる光路を進む。実施例５に係る再帰反射部材８１０において、入射光１０１が射出点ｅに到達してから入射点ｇに到達するまでに紙面左右方向に進む距離は、図１４に図示するように流体層８４０の厚さＤである。これに対し、比較例の再帰反射部材において入射光１０１が紙面左右方向に進む距離はＤ０であるとする。ここでは、本実施例と比較例のそれぞれの入射光１０１が、紙面上下方向に同じ距離を進む場合を考えているので、射出点ｅと入射点ｇとの紙面上下方向の距離は、実施例５でも比較例でも同じである。したがって、
Ｄ０／ｔａｎθ＝Ｄ／ｔａｎθ'                                        （４）
の関係が成り立つ。θは入射光１０１の再帰反射部材８１０への入射角であり、θ'はｎ２ｓｉｎθ＝ｎ３ｓｉｎθ'を満たす角度である。この（４）式を変形すると、厚さＤ、入射角θおよび屈折率ｎ２、ｎ３で距離Ｄ０を表すことができる。
Ｄ０＝Ｄｔａｎθ／ｔａｎθ'                                          （５）
【００９７】
屈折率ｎ３が屈折率ｎ２よりも小さい場合、θ'は入射光１０１の入射角θよりも大きくなるので、Ｄ０はＤよりも大きい。すなわち、本実施例と比較例のそれぞれの入射光１０１が、紙面上下方向に同じ距離を進む場合は、実施例５に係る再帰反射部材８１０は、ベース部材を分割して流体層を形成しない比較例の再帰反射部材の焦点ｄと比較して、紙面左方向に対しては、
Δ＝Ｄ｛（ｔａｎθ／ｔａｎθ'）−１｝                                （６）
移動した位置に焦点ｄ'を結ぶ。
【００９８】
また、実施例５に係る再帰反射部材８１０は、平面部８５１と平行な平面でベース部材８５０を前側ベース部材８５５と後側ベース部材８５６に分割するので、前側ベース部材８５５と後側ベース部材８５６との間隔は一定である。このため、流体層８４０に充填される流体は、実施例１と比較して少ない。したがって実施例５に係る再帰反射部材８１０は、比較的少ない量の流体の循環で、再帰反射部材８１０の熱を効果的に拡散することができる。
【００９９】
（実施例６）
図１５は、実施例６に係る再帰反射部材９１０を、図４における平面Ｑと同様の平面で切断した場合の断面図である。上述の実施例５においては、図６で示す実施例１のベース部材４５０を分割した前側ベース部材８５５と後側ベース部材８５６の２つの部材から構成されるベース部材８５０を利用して流体層８４０を形成した。本実施例においては、図９で示す実施例３のベース部材６５０を分割した前側ベース部材９５５と後側ベース部材９５６の２つの部材から構成されるベース部材９５０を利用して流体層９４０を形成する。
【０１００】
前側ベース部材９５５の表面側には、シリンドリカルレンズ９５２がアレイ状に光学素子群として一体形成されている。また、後側ベース部材９５６の裏面側には、各々のシリンドリカルレンズ８５２に対応して円筒反射鏡面９５３と、円筒反射鏡面９５３の各々を接続する接続面９５４が、反射面群によって構成される光学素子群として形成されている。そして、ベース部材９５０は、図９の平面部６５１に対応する平面部９５１と平行な平面で前側ベース部材９５５と後側ベース部材９５６に分割され、互いに対向して離間されて、流体層８４０が形成されている。
【０１０１】
シリンドリカルレンズ９５２が形成されている前側ベース部材９５５と円筒反射鏡面９５３が形成されている後側ベース部材９５６は、離間された上で、スペーサ９４１により接着され一体化される。前側ベース部材９５５と後側ベース部材９５６との間隔は、ベース部材９５０で構成された集光レンズの入射光１０１に対する焦点を曲率の中心とした円筒反射鏡面９５３に、入射光１０１が垂直に入射するように定める。本実施例においては、ベース部材９５０を分割して、流体層９４０を形成したので、板ガラス９３０と、シリンドリカルレンズ９５２との間は空気が満たされる空気層９６０とする。このように構成された再帰反射部材９１０は、実施例５における再帰反射部材８１０と同様に、流体層９４０に流体を循環させて再帰反射部材９１０の熱を効果的に拡散することができる。
【０１０２】
（実施例７）
図１６は、実施例７に係る再帰反射部材１０１０を、図４における平面Ｑと同様の平面で切断した場合の断面図である。本実施例においては、実施例４に係る再帰反射部材７１０をベースとするが、板ガラス１０３０と、第１ベース部材１０５０との間を空気層１０６０とし、第１ベース部材１０５０と第２ベース部材１０７０の間に流体が循環する流体層１０４０を形成する点で実施例４と異なる。本実施例においては、入射光１０１が円筒反射鏡面１０７１で結像するように、第１ベース部材１０５０と第２ベース部材１０７０との位置を定める。実施例７に係る再帰反射部材１０１０の光学的関係は、実施例４に係る再帰反射部材７１０の光学的関係と同様であるので説明を省略する。
【０１０３】
このように、焦点近傍を流体層とした場合には、集光による熱を効果的に流体に拡散させることができる。他の実施例に対しても、焦点面近傍に流体層を設けることにより、集光による熱を効果的に拡散させることができる。
【０１０４】
以上の実施形態においては、ポンプにより循環される流体から熱エネルギーを回収する熱交換器として、吸着式ヒートポンプを採用した場合を例にあげて説明した。しかし、熱交換器の実施形態は吸着式ヒートポンプに限られない。例えば、吸収式ヒートポンプ、スターリングヒートポンプなどの他のヒートポンプを熱交換器として採用することができる。またヒートポンプ以外でも、ポンプにより循環された流体から熱エネルギーを回収して熱交換できる他の技術を熱交換器として採用してもよい。
【０１０５】
また、以上の実施形態においては、ビル２０に適用する壁材として、太陽光を再帰反射させる再帰反射部材を例に説明したが、適用事例は壁材に限らない。例えば、自動車、鉄道車両、船舶、航空機などの外装、ガスタンク、燃料タンクなどの外装にも再帰反射部材を利用することができる。例えば、自動車の屋根に再帰反射部材を取り付ける場合、たとえ特定の時間の太陽を想定しても太陽の方向は自動車の姿勢により変化するので、最も効果を発揮する再帰反射させる特定の方向として、屋根に垂直な方向を設定すると良い。このとき、それぞれ対応する集光シリンドリカルレンズと円筒反射鏡の光軸は、ベース部材の平面に対する法線と平行になる。
【０１０６】
また、以上の実施形態においては、取扱い性を考慮して、表面を板ガラスで覆い、裏面を平坦化層で埋める構成を採用した。しかし、このような形態に限らず、集光レンズアレイおよび円筒反射鏡面アレイが形成されたベース部材を２枚のガラスの間に配置、封入する構成であっても良い。このように構成すれば、再帰反射部材の一部の領域に透過性を持たせることができ、再帰反射部材を設置する設置面の装飾を視認させたり、設置面からの照明を実現することができる。また、鏡面自体に着色することでより装飾性を高めることもできる。さらには、シリンドリカルレンズのベースとなる透明樹脂部材に塗料を混ぜて着色することもできる。透過率は落ちるものの、装飾性をより高めることができる。
【０１０７】
また、以上の実施形態においては、再帰反射する面を、ベース部材に対して高反射塗料を塗布した鏡面とする構成を採用したが、再帰反射する面は、入射光を反射する構成であればよく、鏡面以外の構成を採用してもよい。
【０１０８】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【符号の説明】
【０１０９】
１０  再帰反射部材、２０  ビル、３０  熱エネルギー回収装置、３２  循環路、３４  ポンプ、３６  ヒートポンプ、３８  吸着部、４０  凝縮器、４２  蒸発器、４４  作動媒体、４６  第１の管路、４８  第２の管路、５０  第３の管路、５２  第１の冷却水路、５４  第２の冷却水路、５６  冷媒流路、１０１  入射光、１０２  反射光、１０３  入射光、１０４  照り返し光、１０５  入射光、１０６  反射光、１１０  実効方角、１１１  太陽行路、１１２  太陽行路、１３１  太陽、１３２  太陽、２１０  円筒面型再帰反射部材、２３０  板ガラス、２３１  支柱、２４０  流体層、２５０  ベース部材、２５１  平面部、２５２  シリンドリカルレンズ、２７０  平坦化層、２８０  封止材、３１０  球面型再帰反射部材、３３０  板ガラス、３３１  支柱、３４０  流体層、３５０  ベース部材、３５１  平面部、３５２  球面レンズ、３７０  平坦化層、３８０  封止材、４１０  再帰反射部材、４４０  流体層、４５０  ベース部材、４５１  平面部、４５２  シリンドリカルレンズ、４５３  円筒反射鏡面、４５４  接続面、４５７  焦点面、４５８  円筒面、４７０  平坦化層、５５３  円筒反射鏡面、６１０  再帰反射部材、６４０  流体層、６５０  ベース部材、６５１  平面部、６５２  シリンドリカルレンズ、６５３  円筒反射鏡面、６５４  接続面、６５７  焦点面、７１０  再帰反射部材、７３０  板ガラス、７３１  支柱、７４０  流体層、７５０  第１ベース部材、７５１  平面部、７５２  第１シリンドリカルレンズ、７５３  第２シリンドリカルレンズ、７５９  平面部、７６０  空気層、７６１  スペーサ、７７０  第２ベース部材、７７１  円筒反射鏡面、７７２  接続面、７７３  平面部、７７７  焦点面、８１０  再帰反射部材、８３０  板ガラス、８４０  流体層、８４１  スペーサ、８５０  ベース部材、８５１  平面部、８５２  シリンドリカルレンズ、８５３  円筒反射鏡面、８５４  接続面、８５５  前側ベース部材、８５６  後側ベース部材、８５７  焦点面、８５８  円筒面、８６０  空気層、９１０  再帰反射部材、９３０  板ガラス、９４０  流体層、９４１  スペーサ、９５０  ベース部材、９５１  平面部、９５２  シリンドリカルレンズ、９５３  円筒反射鏡面、９５４  接続面、９５５  前側ベース部材、９５６  後側ベース部材、９６０  空気層、１０１０  再帰反射部材、１０３０  板ガラス、１０４０  流体層、１０５０  第１ベース部材、１０６０  空気層、１０７０  第２ベース部材、１０７１  円筒反射鏡面
【図１】
2012013798.tif 000003
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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