JPS63502854A - 太陽光線集光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 太陽光線集光装置 技術分野 本発明は太陽エネルギー技術に関し、更に特定すれば太陽光線集光装置に関する 。

発明の背景 太陽エネルギー技術において、定められた放物面又は他の面を異なる形状の反射 面を有する個々の小片の鏡面で近似することによって、直径が２メートル以上も の集光装置が技術上の困難さにより複合して作られている。

米国特許第４２９５７０９号、米国分類３５０−２９２の太陽光線集光装置が当 業者には周知である。この装置は回転放物面形状をした支持フレームを具備して おり、放物面は製造精度によって、放物面を近似している平板状鏡が取り付けら れている定められた面を最大限に近似している。この様な放物面の近似において 、小片面の数Ｎは焦点における集光係数Ｃと同じオーダーである。然しなから、 正しい放物面支持フレームの製造と、その上への多数の小片面を取り付けること は労力を要し、明らかに単純であるにも拘わらず相当な製造コストを要する。

また１９８１年のフランス国出願第２４７７７２５号、国際分類番号ＧＯ２Ｂ　 ５／１０の太陽光線集光装置が当業者には知られている。

この装置は支持フレームを具備して、その上に環状ゾーン毎において等しい曲率 半径を有した球面状の反射面を有した小片面を取り付けている。支持フレームは 頂点に比較して離間した環状ゾーン形状に作られており、集光装置の焦点平面に おける全環状ゾーンからの光源の焦点像の位置を調節することの可能な様にして 、焦点におけるエネルギー集光度において反射光の球面収差の衝撃を消失させる 。然しなから、小片面を支持フレーム上に配設する際に、小片面の垂線と集光装 置の光軸と平行な入射光線との成す大きな入射角によって引き起こされる角度収 差の衝撃を除去することができず、焦点におけるエネルギー集光度を減少させる ０等価放物面集光装置と略同等の集光度を達成するために、小片面の半径寸法と 環状ゾーン内の小片面数とを減少させる必要性が生じている。

１９７６年発行第１号「太陽エネルギー」の３３ページから３９ページにおいて 、３４ページの第１図と第２図とに示される様な太陽光線集光装置は当業者に知 られている。この装置の反射面は支持フレームに配設された球面状の環状ゾーン の組合せから成り、環状ゾーンの曲率半径は最大の集光度を得るという観点から 支持フレーム上のゾーンの中心の角度座標に対して最適化されている。そして、 ゾーン内の球面状小片面の曲率半径ＲはＲ，＜Ｒ＜Ｒ，の条件を満たしている。

ここでＲｏとＲ１とは夫々球面状小片面の頂点の接触点において、定められた放 物面の曲率のメリジオナル半径と接線方向半径である。

この様な集光装置の光学図形を用いて回転放物面によって達成される集光度に対 応した集光度を達成可能である。回転放物面の製造上の角度単位の分における光 学精度σは球面状の環状ゾーンを有した集光装置の光学精度σと同等である。

然しなから、異なるタイプの曲率半径Ｒを有する多数の球面状の環状ゾーンと、 ゾーン内に同一タイプの多数の小片面とが前記集光度を達成するために必要であ り、これにより集光装置のコストが増大する。

１９６３年発行の第４号雑誌「太陽エネルギー」の１６２ページから１６４ペー ジにおいて、第１図に示す集光装置の光学図形は当業者には周知である。この装 置の反射面は放物面状支持フレーム上に環状の列状態に配設された環状小片面の 複合から成る。環状ゾーンは回転放物面の定められた母線と円弧の接触点におけ る曲率のメリジオナル半径Ｒ，％と等しい半径Ｒを有する円弧を回転させること によって得られる。環状ゾーンの中心点群は前記環状小片面によって近似される 放物面の母線の同一点に横たわっている。この場合、集光装置の光軸に平行な全 ての入射ビームのうち、反射して突出した焦点へ入射するのは円弧と放物面の定 められた母線との接触点に入射する１つのビームだけである。集光装置の反射面 のその様な組立は環状面環状ゾーンの数を減少させ、放物面状支持フレーム上の 個々の小片鏡の方向を調節することによって集光度を増大させることができる。

然しなから、この方法によって得られて、環状ゾーン内に小片鏡の方向を調節し た定められた放物線形のものの母線上に中心群を有して配設された環状面ゾーン は、半径方向部分と接触方向部分とに誤差をもたらし、集光装置の焦点への最大 集光達成度Ｃを減少させる。

更には放物面状支持フレーム内での小片鏡の方向の調節は半径方向部分に開口裂 は目を生じ、接線方向部分においては　′環状ゾーンの反射面に割れ目を生ずる 。こうして集光装置に降り注ぐ太陽光線が十分に利用されない。

発明の要約 本発明の主目的は、定められた面に沿って支持フレーム上に小片鏡を配設するこ とが集光装置を製造する技術を単純にすることができ、集光装置の具備している 小片鏡の数を最小にして焦点への集光度を上昇させ、しかも集光装置に降り注ぐ 太陽光線をロスなく利用する太陽光線集光装置を提供することである。

この目的は、支持フレームと、該フレーム上に環状列に配設されて、その反射面 が環状ゾーンに分割されている小片鏡とを本発明により組み入れている太陽光線 集光装置において、小片鏡の反射面の周辺環状ゾーンの少なくとも１つが環状面 表面を有し、この母線が円弧であり、この曲率中心が集光装置の光軸に関し、前 記母線の反対側にあり、環状面表面を有した環状ゾーンの幾何学的パラメータは 前記ゾーンに集光装置の光軸に平行に入射する全てのビームのうち、２つのビー ムが突出した焦点へ集光させられるということによって達成される。

ここに開示される発明によれば、異なるタイプの小片鏡を有する集光装置の環状 ゾーンの数を減少させることができると共に、等価数射面状集光装置の焦点にお ける輻射光線密度が３〜５％以上異なる輻射光線密度を達成しつつ集光装置の環 状ゾーンにおける小片鏡の数を低減させることができる。

環状ゾーンの小片鏡の数は輸送と支持フレーム上への組み立て及び調節の便利さ を考慮して決められる。小さな径の集光装置に対しては環状ゾーンは連続してい るか又は一体でもよい。

本発明は以下の添付図面を参照しながら実施例を詳細に説明することにより更に 明らかになるであろう。

図面の簡単な説明 第１図は本発明による太陽光線集光装置の全体図、第２図は本発明による太陽光 線集光装置の光学図、第３図は本発明による環状面表面を有する３つの環状ゾー ンを有した集光装置の焦点への光線集光度の分布図、第４図は本発明による環状 面を有する４つの環状ゾーンを有した集光装置の焦点への光線集光度の分布図で ある。

本発明を実施するための最良の態様 ここで開示する太陽光線集光装置は支持フレーム１　（第１図）と、該フレーム 上に環状列に配設された小片鏡２とを具備している。小片鏡２の反射面は環状ゾ ーン３に分割されており、この中央のゾーンは球状面を有し、そして少なくとも 周辺のゾーン３のうち少な（とも１つは環状面表面（トロイダル表面）を有して いる。これらのゾーンは反射面が球面形状か又は環状面形状をした小片鏡２を使 って形成することができる。反射面が環状面形状を成す小片面２からゾーン３が 作られることが好ましい。というのはこの場合には、小片鏡２の数が技術的なこ と及び構造的なことを考慮して決定されるからである。環状面表面を有するゾー ン３は球面状の小片鏡２からつくられているので、接線部分において環状面ゾー ン３の所望の精度を保証することが必要であるためゾーン中の小片鏡の数は略１ オーダー程増加する。

環状ゾーン３の環状面の母線４　（第２図）は、その曲率中心５が集光装置の光 軸６に対して反対側に存在する円弧である。環状面を有した環状ゾーン３の幾何 学的パラメータは集光装置の光軸６に平行に降り注ぐビームのうち点ｌ、とｌｔ に降り注ぐ２つのビーム７と８が突き出た焦点Ｆに集光する様に選定される。

環状面を有し、ビーム７と８とを突き出た焦点Ｆへ反射可能に保証している環状 ゾーン３の幾何学的パラメータは次の式によって計算される。

偏位してもよい許容値、 Ｗ、は周辺環状ゾーン３（第１図）の上部境界の角度位置、ＷＨは周辺環状ゾー ン３の低部境界の角度位置である。

集光装置の外周環状ゾーン３の上部境界の曲率中心５（第２図）から見た角度位 置Ｗ１は次式によりわかる。

ｗ、＝　（Ｕ、＋１ｔｆＩ）／２　・　（３）ここで、Ｕ、は集光装置の読経で ある。

次の周辺環状ゾーン３の上部境界の角度位置は、外周環状ゾーン３の低部境界の 角度位置に対応する。

、母線４の曲率中心５は集光装置の光軸６から次式による距離だけ離間している 。

ｙ＝ρ・ｓｉｎα　…（４） ここで、 ρは母線４の曲率中心５から集光装置の焦点Ｆまでの距離、αは集光装置の光軸 ６とその焦点Ｆと母線４の曲率中心５とを結ぶラインとのなす角度である。

集光装置の直径Ｄｋの所定値が与えられれば、その読経Ｕ。

と反射ビームの突き出た焦点Ｆからの偏位の許容値１デ１と母線４の曲率半径の 変位の前記パラメータ全ては次式によって決定される。

・・・（５） ここで、Ｄｋは集光装置の直径、 Ｒは外周環状ゾーン３　（第１図）の母線４の曲率半径である。

列の境界の環状装置の値によって、次の（内側の）周辺環状ゾーン３の新しい値 ｒ、とＲとが計算される。わかった値Ｒは半径部分の曲率半径Ｒ，に対応してい る。

接線部分における曲率半径Ｒ３は次式によって決定される。

Ｄｍ　＝　２．６　ｍ　；　Ｕ−−６０°そして＋７１＝８’の環状ゾーン３（ 変種Ａ）と、Ｄｋ＝２ｍ；Ｕ、＝６０＠そして１５”！−１６′の集光装置（変 種Ｂ）の幾何学的パラメータの計算値を例として与える。

゛−ン番号　変種Ａ　変種Ｂ ＲＹ　ｒｂ　Ｒｎ　ＲＹ　ｒｂ　ｒＨ ｌ　３１Ｂ１，９２９０．９１３００９８５．８２３６８．０１Ｂ４．０１００ ０６５４，６ＩＩ　２７２１．７１０６．３９８３６５１．５１９３０．３２９ ．０６５１２５１．６ＩＩ　２３９８．８１６．４６４９２３９．２１７３０． ４　０　２４５　０ｒＶ　２２４５．０　０　２３５　０　−　−　−　−外周 環状ゾーン３の上部境界の半径ｒｂは集光装置の直径Ｄｋの半分に等しい。

外周環状ゾーン３の低部境界の半径ｒＭは中央部に対する投影ＷＨである。

第３図では、３つの環状ゾーン３（第１図）を有し、読経Ｕ、＝６０”であり、 許容誤差＝Ｉｔｆ１＝８’である環状面表面を有する集光装置の焦点における集 光度の分布を曲線９が示し、第１０図（第３図）は読経Ｕ、−６０”であり、同 等の製造角度誤差を有する一体形放物面状集光装置に対しては同じである。

第４図では、許容誤差１ｔｆｌ＝４’を有して読経Ｕ、＝６０°であり、環状面 表面を有する４つの環状ゾーン３（第１図）を持った集光装置の集光度の分布を 示し、第１２図（第４図）は読経Ｕ、＝６０’で、同等の製造角度誤差を有する 同じ一体形放物面状集光装置である。

集光装置に降り注ぐ太陽光線は球面状表面を有した中央の環状ゾーン３（第１図 ）によって反射されて、焦点Ｆ（第２図）へ投射される。環状面表面を有する集 光装置の周辺ゾーン３（第１図）は焦点へ光を反射することを保証する。一方、 規定の集光度は、これら環状ゾーン３の幾何学的パラメータが上述の各式によっ て計算され、ビーム７と８（第２図）を反射させて確実に焦点Ｆへ投射させると いう事実によって提供される。

同等の一体形放物面状集光装置と、環状面ゾーン３（第１図）を有してここに開 示した集光装置との焦点におけるエネルギー分布の前述のグラフは、最小数の異 なるタイプの小片鏡２をゾーン３に有して最大密度の光束を達成する可能性を示 している。

産業上の利用可能性 本発明は太陽炉や太陽エネルギープラントの一部として利用可能である。

国際調査報告 ′−−ｄｌｅ４〜−〇１１ｅａ　ＰＣＴ　／ＳＯＢ　６７０００２　ｇ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．支持フレーム（４）と該フレーム上に環状の列状態に配設された小片鏡（２ ）とを具備し、該小片鏡の反射面が環状ゾーン（３）に分割されている太陽光線 集光装置であって、前記小片鏡（２）の反射面の周辺環状ゾーン（３）うち少な くとも１つは母線（４）が円弧である環状面表面を有し、該円弧の曲率中心（５ ｝が集光装置の光軸（６）に関して前記母線とは反対側に存在、環状面表面を有 する環状ゾーン（３）の幾何学的パラメータが集光装置の光軸（６）に平行に入 射する全ビームのうち、２つのビーム（７，８）が突き出た焦点（Ｆ）に集光す る様に選定されることを特徴とする太陽光線集光装置。