(57)【要約】【課題】  この発明は、焦点距離を短縮して小型化しうる太陽光集光装置の改良に関する。【解決手段】一方の面の断面が略放物線形状からなり、該一方の面と対峙する他方の面の断面が直線または周辺部のみ略放物線形状から離れる方向に膨らんだ曲線からなる透明の物質で形成された透明体の前記一方の面に反射面形成層を設けて反射面とし、前記他方の面を太陽光の入射面とした集光器を設け、該入射面から入射した太陽光を上記反射面で反射させ、該反射光を前記入射面から屈折して外へ出射させることで、出射光の焦点距離を短縮してなることを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の面の断面が略放物線形状からなり、該一方の面と対峙する他方の面の断面が直線または周辺部のみ略放物線形状から離れる方向に膨らんだ曲線からなる透明体の前記一方の面に反射面を一体に設け、前記他方の面を太陽光の入射面とした集光器を設け、
入射面から入射した太陽光を上記反射面で反射させ、該反射光を前記入射面から屈折して外へ出射させることで、出射光の焦点距離を短縮してなることを特徴とする太陽光集光装置。
【請求項２】
反射面が、略放物線形状の断面を複数に分割した単位面からなり、両端に配置された単位面の外端部間を結ぶ入射面の断面を直線状とし、
前記略放物線形状の断面で最下位となる単位面を除く各単位面を光軸と平行な面からなる段差部を介して前記最下位の単位面と並ぶように下方に変位して連結してなることを特徴とする請求項１に記載の太陽光集光装置。
【請求項３】
太陽光の入射面を平面とし、反射面の傾斜角を光軸から離れるに従って反射面の断面の略放物線形状の傾斜角より小さくしたことを特徴とする請求項１または２に記載の太陽光集光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、焦点距離を短縮して小型化しうる太陽光集光装置の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の反射板式太陽光集光装置は、特表平１１−５０２６０２号に示すように略放物線断面の反射板１５で太陽光を集光し、その焦点より後方に受光器２０を配した構造(図８参照)が知られている。
しかし、受光面が太陽電池のように略平面形状である場合は、太陽入射光の進行方向に向かって反射面は受光面の後方に配置できないだけでなく、受光面の受光効率上さらに前方に配置しなければならない。
従って、反射板の大きさと、焦点距離の幾何学的関係から略焦点位置に配置された受光面までの距離が反射板の大きさの半分程度と比較的大きくなり、装置の厚さが直接集光式の太陽電池に比べて大きくなる、という問題があった。
これを防ぐには反射板の大きさを小さくし、小型のユニットを複数配置する方法が考えられるが、反射板の大きさを１ｍ以下にしたとしても、受光器の高さが５０ｃｍ程度は必要となり、これをさらに小さくするには小型の太陽電池セルを多数結線する必要が生じ、手間がかかり複雑化するため効率的でない。
一方、焦点距離を短くするためには、反射面に曲率の大きい略放物線断面を用いざるを得ず、一体に連続する略放物線断面の反射板ではその深さも長くなり大型化する。
因みに、前記のような焦点距離が反射板の直径の１／２程度の場合には、反射板の深さは焦点距離の１／２程度となり、反射板の大きさが１ｍ程度の場合には、その深さは２０ｃｍ以上となる。  
これを短くするためには、図９に示すように反射板１５を多数に分割し単位板１６を略平面状に配置すればよい（特願２００７−３１９０１０号参照）。
この場合、単位板１６には光軸Ｌ１０に近い部分と遠い部分の間に段差部１７ができ、光軸から遠く光軸に対して法線の傾斜角の大きい反射面周辺部ほど段差部１７は大きくなり、反射面から焦点に向かつて反射する反射光は前記法線の傾斜角の２倍傾斜するため、前記段差部１７により一部がさえぎられてしまうという現象が生じる。
【特許文献１】特表平１１−５０２６０２号
【特許文献１】特願２００７−３１９０１０号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
この発明は上記実情に鑑みてなされたもので、その主たる課題は、反射面の大きさに対して焦点距離を短く設定することができる構造が簡単な太陽光集光装置を提供することにある。
また、この発明では、反射光の集光率の大きい平坦な分割略放物線断面の反射面を有する太陽光集光装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決するために、請求項１の発明では、
一方の面の断面が略放物線形状からなり、該一方の面と対峙する他方の面の断面が直線または周辺部のみ略放物線形状から離れる方向に膨らんだ曲線からなる透明体の前記一方の面に反射面を一体に設け、前記他方の面を太陽光の入射面とした集光器を設け、
入射面から入射した太陽光を上記反射面で反射させ、該反射光を前記入射面から屈折して外へ出射させることで、出射光の焦点距離を短縮してなることを特徴とする。
また、請求項２の発明では、
前記反射面が、略放物線形状の断面を複数に分割した単位面からなり、両端に配置された単位面の外端部間を結ぶ入射面の断面を直線状とし、
前記略放物線形状の断面で最下位となる単位面を除く各単位面を光軸と平行な面からなる段差部を介して前記最下位の単位面と並ぶように下方に変位して連結してなることを特徴とする。
更に、請求項３の発明では、
前記太陽光の入射面を平面とし、反射面の傾斜角を光軸から離れるに従って反射面の断面の略放物線形状の傾斜角より小さくしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００５】
この発明では、反射面で反射した太陽光が透明体の入射面から出射する際に透明な入射面によつて屈折するため、屈折のない場合に比べて大幅に焦点距離を短縮化でき、受光器を含めた集光装置の厚みないし高さを低減することができる。
これに伴い、太陽光集光装置の設置スペースやコストを節減できるだけでなく、反射面の形状精度が透明な物質により保持されて補強され、受光面への集光品質が安定し、地震や台風等の影響も少なくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
この発明は、透明体の一面を入射面とし他面に反射面を設けて、入射した太陽光を反射させ、その反射光を更に入射面で屈曲させることで、焦点距離の短縮化または集光の効率化を実現した。
【実施例１】
【０００７】
以下に、この発明の太陽光集光装置の好適な実施の形態について図面を参照しながら説明する。
太陽光集光装置が有する集光器１は、図１および図２に示すように、 一方の面２’の断面が略放物線形状からなり、該一方の面２’と対峙する他方の面３’の断面がほぼ直線形状からなる無垢の透明の物質で形成された透明体の前記一方の面２’に沿って反射面形成層４を設けて反射面５とし、前記他方の面３’を太陽光の入射面３とした構成からなっている。
【０００８】
反射面形成層４は、透明体の一方の面２’に反射材料を接合ないしコーティングするものでもよい。
また、本実施例では入射面３をほぼ直線状としたが、周辺部のみ略放物線形状から離れる方向に膨らんだ曲線としてもよい(図示省略）。
【０００９】
集光器１では、太陽光が平坦な入射面３から入射し、この入射光Ｌ１が略放物線断面の反射面５で反射され、この反射光Ｌ２を前記入射面３から出射（放射）させる。
この反射光Ｌ２は、光軸部Ｌ０を除いて反射面５の傾斜角θ１とそれに等しい角度θ２の和、すなわちθ１の２倍で傾斜するが、出射光Ｌ３は光の入射面３に対して更に屈曲傾斜して放出される。
【００１０】
すなわち、反射光Ｌ２が屈折なしで到達する焦点Ｐ１よりも反射面５側に近接する方に偏って屈折（θ３）して焦点Ｐ２に到達する。
前記平坦な入射面３から焦点Ｐ２までの距離ｈ２は、透明体の屈折率によって異なる。
【００１１】
透明体がガラスやプラスチックなどの通常のレンズ材料からなる場合、屈折率は約１．７程度となり、反射だけでその後に屈折しない従来構造の距離ｈ１に比べて約４０％ほど短縮させた距離ｈ２とすることができる。
従って、焦点の近傍に配置する受光器(図示せず)の距離も４０％ほど短くなるので小型化できる。
【００１２】
図１に示すように、上記反射面５が一連の略放物線断面からなる反射面で形成される場合には、透明体は凸レンズ状となり所定の厚みが必要となり、集光器１はそれに応じた形状、重量となる。
【００１３】
ここで、焦点距離を短縮する必要のない場合には、同じ集光効果を得るために反射面５の傾斜角を光軸から離れるに従って反射面の断面の略放物線形状の傾斜角より小さくすることができる。
同じ面積の反射面５の場合には、反射面５の深さ、即ち透明体の厚さは従来の半分程度で済む。
そのため、例えば集光器１の長さ(または直径)が１ｍ程度の場合には深さ乃至厚さは１０ｃｍ程度で済む。
【００１４】
上記実施例１では、反射面５の断面が連続した単一の略放物線形状からなり、入射面３が平坦面の場合を説明したが、この場合には反射面の周辺で反射光と屈折面の傾斜が大きくなるほど屈折の影響も大きくなる。
【００１５】
焦点を光軸近傍の反射光と同じにするためには、周辺部の入射面を反射面の角度に近づけてふちを盛り上げるか、入射面を平面のままとし、反射面の周辺部を略放物線の傾斜角より小さくすればよい。
後者の場合には、反射面５の深さが浅くなった分、透明材料の厚さも薄くでき、材料費低減や軽量化の効果がある。
前者の場合には、反射面５の深さは変わらないが、入射面の縁を盛り上げる代わりに中央部を凹ませてもよく、後者と同様、透明材料の厚さを薄くすることができる。
【実施例２】
【００１６】
図３と図４または図７に示す太陽光集光装置の集光器１は、図９の従来例２に準じた構成として、反射面５を複数の単位面６で形成し、各単位面６の断面形状が分割された略放物線を直線に配置しなおして多面体とした形状からなっている。
【００１７】
この場合、各単位面６の断面の線分は均一な長さとしてもよいが、実施例２の集光器１では、各単位面６の断面の線分の長さＤ１、Ｄ２、Ｄ３・・を、反射面５の中央から端部側に向かって徐々に短くなるよう配置してあり、各単位面６の焦点における光束の断面積が、ほぼ受光器の受光面に等しくなるように設定することで、受光面の受光効率を向上させることができる。
その他の構成は前記実施例１と同様なので説明を省略する。
【実施例３】
【００１８】
次に、図５および図６に示す実施例３の集光器１は、前記実施例２の反射面５と同様に両端に配置された単位面６の外端部間を結ぶ入射面３の断面を直線状としているが、厚さを薄肉状にしている。
【００１９】
即ち、反射面５を構成する単位面６の最下位の単位面(説明の便宜上６’とする)を除く各単位面６を光軸と平行な面からなる段差部７を介して前記最下位の単位面６’とほぼ並ぶように下方位置に変位して連結してなり、略平盤状に配置している。
そして、前記段差部７の上端は入射面３より僅かな長さだけ離れた位置に設定することで、透明体の厚さを可及的に薄く且つ軽量化することができる。
【００２０】
また同じ焦点距離であっても、図の右半分に比較のために示した屈折のない従来の反射板１５を用いる場合に比べて、段差部７に当たって反射面として使用できないエリア（従来例の場合をＥ１、実施例３の場合をＥ２とする）を短縮化でき、反射光の集光効率を大幅に改善できることがわかる。
【００２１】
図６では、受光器１０の受光面１１を平面とした場合を例示したが、この発明では受光面の形状は特に限定されない。
例えば、図７に示したように受光器１０が円筒形状であって、受光面１１が湾曲面となるものであっても、同様の効果を奏することができる。
【００２２】
集光器１の反射面は、前述のように、球面状や断面円弧状であってもよいし、あるいは多面体であってもよい。
更に、単位面は、中央を円形とし、反射面の端部に向かって徐々に拡径する同心の環状体を多数隙間無く組み合わせて構成してもよい(図示せず)。
【００２３】
また、反射面は、略球面に限らず、断面の略放物線をそのまま奥行き方向に延長した略断面円弧形状の半円筒形状であってもよい(図７参照）。
その他、要するにこの発明の要旨を変更しない範囲で種々設計変更しうること勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】太陽光集光装置の実施例１の集光器の断面を示す模式図である。
【図２】図１の集光器の焦点距離の短縮化を説明する図である。
【図３】実施例２の集光器の断面を示す模式図である。
【図４】図３の集光器の斜視図である。
【図５】左半分に実施例３の集光器の断面を示し、右半分に従来の反射板の断面を示した説明図である。
【図６】実施例３の集光器と受光器を示す斜視図である。
【図７】受光器の異なる実施例を示す斜視図である。
【図８】集光器が反射板からなる従来例１の断面図である。
【図９】反射板が分割された単位面からなる従来例２の断面図である。
【符号の説明】
【００２５】
１    集光器
２’  透明体の一方の面
３    入射面
３’  透明体の他方の面
４    反射面形成層
５    反射面
６    単位面
７    段差部
１０  受光器
１１  受光面
【図１】
2009264615.tif 000003
【図２】
2009264615.tif 000004
【図３】
2009264615.tif 000005
【図４】
2009264615.tif 000006
【図５】
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【図６】
2009264615.tif 000008
【図７】
2009264615.tif 000009
【図８】
2009264615.tif 000010
【図９】
2009264615.tif 000011