JPS6262155A - 太陽エネルギ集中装置および薄く柔軟なフレネルレンズ - 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】 技術分野および前頭技術 本発明は改善された軽石型の太ｖＡｌネルギ集中Ｖ装置
に関し、一つの面において、レンズの外側表面に入射し
た太陽ｔ１１！）Ｊ線を屈折により目標区域−ヒへ集束
するための改善された薄く柔軟なフレネル型のレンズに
関するものである。

太陽エネルギを利用する着想は新規ではない。

太陽のエネルギの利用の文献の賎−も初期の引用の一つ
は紀元前４３４年に演ぜられたアリストファネスの「コ
メディ　オブ　クラウスＪでなされている。この劇の人
物の一人であるストリブトエイズは太陽とガラスのレン
ズとを利用して９４（！ｌの蝋独占根記録を消滅し訂書
を溶かし去るぞと宣言している。この宣言が芝居の愛Ｑ
Ｉ者により正（〕く認識されるためには、太陽の光線が
集束さ枕ると熱を生成することが常識でなければならな
い。さらにそのうえにラクタンチウスは西暦３０３年に
水を一杯に詰め込まれ、かつ日のあたる所に置かれた球
形ガラス器が最も寒い日においてさえ火を起こさせると
述べている。更に、１３８８年日イ」のウェスト　ミン
スター寺院の僧服至の備品明細潔の記載にｒ天日レンズ
Ｊでの復活祭前夜の「新火災」の発火が記録されている
。また１７４５年、フランス人相学者ビュフォンが太陽
光線を集中することで、高温度を発生する実験を行った
。

大気汚染についての大衆の自覚および核１ネルギの理解
が代替エネルギ源の開発を促進するこの化石燃料減少時
代においては、太陽エネルギは特に魅力がある。それ自
体代替１ネルギである太陽エネルギは無尽蔵であり、か
つ汚染を生じない。

発達した太陽エネルギの現在の利用例の幾つかは米国特
許第４．２０４．８８１号の明細書に説明されている光
電池での発電、米国特許第４．２７０．９８１号の明ｍ
書に説明されている水の蒸留、米国特許第４．２９７．
０００号のｌ′１ｆＩＡ書に説明されている建物のため
の「冷」照明、および以下に引用されている熱の蓄積お
よび貯蔵である。だが、この豊富なエネルギ源を集中す
る有効で、経済的で、かつ実際的なｉ置の試みで幾つか
の問題が経験されている。

他の種類のエネルギへの実際的な代替エネルギとして、
太陽エネルギを集中しあるいは収集する試みで幾つかの
装置がここ数年に渡り工夫され提案されてきた。一般に
、鏡、レンズあるいはその両者の組合せを使用した３つ
の型式の太陽熱集中装置または収集装置が提案されてい
る。

例えばこの種の一つの装置は米国特許第４，１１１．１
８４＠の明細書に示されているような大型の皿状の凹形
パラボラ鏡を利用している。更にまた、その他の装置は
米国特許を第４．３８５゜４３０号および同第４．２１
１，２１１号の明細書に説明されているような反射性の
とい形状体、あるいは米国特許第４，３４７．８３４号
の明細書に説明されているような整列した環状円錐台を
利用していお（更にまた、ある装置は米国￥ｆ訂第３０
５８．３９４号の明細書に例示されているような平たい
フレネル鏡のみでなく、米国特許第４゜３４４．４１７
号の明細書に説明されているような平たい鏡様表面を使
用している。

この反射性といは太陽熱エネルギの高度の集中のための
最良の可能性を提供するように思われた。

だが指定された表面からの任意の点における任意の角変
化の結果として、反射される太陽放射線が２倍のふれを
生ずる反射表面が曲率に精密さを必要とされるため上記
目的はたとえできるとしても稀にしか達成できない。更
に、反射表面の振動は許容できない。長時間にわたり反
射表面の精度と不変さとを維持する必要があるので、こ
の反射器が極めて剛固な材料から構成され、かつ周到に
整列される必要があった。かくして、重く、どっしりと
した支持構造体が必要とされた。更にまた、このどっし
りした構造体は日周運動中の太陽を追跡する間撮動しな
いでいるように装架されねばならなかった。更に、この
種の構造体はｆｆ１ｌ軽減が非常に重要である空間内で
使用しやすいとは判明していない。

上記の反射性構造体の制限の一部を克服する試みで、屈
折レンズが用いられてきた。太陽の熱エネルギを集中す
るのに用いられるフレネルレンズの例が米国特許第４，
２８９．１１８号、同第４１９４．９４９号、および同
第４，０１１，８５７号の明細書に説明されている。上
記以外にこの種のレンズはまた、米国特許第３．９８５
．１１８号および同第３，２０３，３０６号の明細書に
説明されている平たいフレネルレンズの形態で、米国特
許第４，１１６．２２３号の明細１に説明されている凸
形フレネルレンズの形態で、米国特許第４，２９９．２
０１号と同第２，１２５．０９１号の明細書に説明され
ているような半一円筒状または管状の形態で、あるいは
米国特許第４゜０６９．８１２号の明ｍ書に説明されて
いる屈折フレネル要素の線状アレイの形態で利用されて
いる。

幾つかの制限がこの種のレンズの利用と関連してぎた。

平たいフレネルレンズが使用されている場合、これらの
レンズはレンズの喘縁近くの色収差が過大である結果と
して口径を限られることになる。アーチ形状のレンズが
この制限の解決のため試みられたが所望の形状を維持す
る必要のためこれらのレンズは剛固な材料から構成する
必要があるかあるいは複雑な支持装置が必要とされる。

いずれにしても、上記のレンズ構造体は、前記鏡構造体
と同様に、精密な整列を必要とせずに軒樋な構造と展開
の容易さとが非常に重要である空間で不適当であり、あ
るいは使いにくいことが判明している。　最後に、上記
制限を克服する試みで太陽エネルギを集中するのに屈折
レンズと反ＯＡ鏡との組合せが利用された。その一つの
例が米国特許第４，３３７．７５９号、同第４．２３８
，２４６号、および同第４，０２２，１８６号の明細書
に説明されている。更に、屈折レンズと反射とい形状体
の組合せが米国￥ｆ許第４．３２３．０５２　号１３　
ヨＵ　第４　、２３０　、０９４号の明ｌ１１１ニ説咀
されているように利用されている。だが、これらの構造
体は外形または形状を維持する試みで剛固である。

本発明は、最小限の重量と、実質上軽減された製造費と
で高い作動効率を達成し、これを維持する、改善された
軽量の屈折太陽エネルギ集中装置および薄く柔軟なフレ
ネル型のレンズを提供する。

さらに、構造の簡単さの故に空間で容易に展開されるこ
とができる。さらにまた、構造のこのような簡単さとコ
ンパクトさにかかわらず、屈折表面のゆがみがこの集中
装置の効率に著しい影響を与えず、したがってこの集中
装置の空間での使用を特に有利にしている。

発明の開示 本文記載の本発明は改善された太陽エネルギ集中装置、
特に、薄く柔軟なフレネル型のレンズが入射太陽放射線
を屈折により目標区域上へ集束するようにされた装置に
関する。更に、前記フレネルレンズが目標区域の上方に
支持され、あるいは吊り下げられ、かつ前記フレネルレ
ンズが前記目標区域に向けて開口するように前記目標区
域の軸線にほぼ平行なレンズの屈折性プリズムに平行な
少なくとも１本の線または区域に沿って折り曲げられて
いる。更に、この集中装置の効率はこの薄いフィルムに
よる屈折での偏りが実質上最小限である場合このフレネ
ルレンズのゆがみにより著しくは影響されない。かくし
て、このフレネルレンズは目標区域より上方に位置決め
されていて、風荷重、重力およびその他の環境の因子の
作用を受けて反り、かつ屈曲し、たとえフレネルレンズ
の表面が５６またはそれ以上平坦位置から内方および外
方に反ったとしてもこの装置の効率が著しくは悪化され
ないようにされている。この反りの度合いはこの薄いフ
レネルレンズが置かれる平面と支持点における反りの曲
線への接線との間の角度として便利に測定される。

このフレネルレンズを構成している材料は本質的には滑
らかで柔軟な透明重合体材料であって、滑らかな表面と
、互いに相並んで配列された多数の微小線状フレネルプ
リズムまたはレンズ要素がら成る反対側の表面とを有し
上゛２滑らかな表面が各々のプリズムの光学面の１つを
有効に形成するようにされている。更に、各々のプリズ
ムは光を向は直すように企図された光学面を含んでいる
。

各プリズムはまた導かれた太陽放射線を阻止したりある
いは干渉したりしない非活性光学面をも有している。更
に、この好ましい実施例においては、フレネルレンズは
、極めて脆弱なフレネルプリズムがあられ、雨またはそ
の他の破壊的環境要素に直接露出されないように配向さ
れている。

前記フレネルレンズを目標区域の上方に吊り下げる支持
構造体がこの太陽熱集中装置の開口を画定する支柱また
はワイヤから成りまた前記フレネルレンズは僅かな張力
を加えられて前記支柱またはワイヤで吊り下げられてい
る。中央支持体がフレネルレンズの中心に沿って延び、
かつできればこの薄いフィルムに小さい力を加えてこれ
を小さいが一定の張力状態になし、かつ猛烈に繰り返さ
れる波動を弱めるようにばねで押し付番プられる緩衝器
により着脱自在に支持されることが好ましい。

この形態において、前記フレネルレンズは容認し得る動
作を維持するように空気圧を受けてたわむことができる
。

この太陽熱放射線が表面上に集束される目標区域は黒色
、不透明、半透明または透明であることができ、かつエ
ネルギを取り出すことができる吸収媒体を移送するため
の管であるかまたは光電池等であることができる。

本発明の各種の特徴、目的、恩恵および利点は類似の参
照符号が対応した要素を示している添付図面と関連した
以下の詳細な説明を読めば極めて明かとなる。

実施例の詳細な説明 添付図面の第１図、第２図および第３図において、全体
を符号２０で示されている本発明の太陽エネルギ集中装
置は軽量な支持構造体またはフレーム２２と、入射太陽
放射線を目標区域または吸収各２６上へ集束するための
線形エシェロン　フレネル型レンズとを含んでいる。本
発明においては、薄く、しなやかでたわみやすい透明な
フィルムであるレンズ２４が目標区域２６．の軸線にほ
ぼ平行であるレンズの屈折性プリズムに平行な少なくと
も１本の線または区域２８に沿って入射太陽放射線（垂
直ではない）に鋭角をなして折り曲げられまたフィルム
が目標区域２６に向けて開口するように支持構造体２２
上に吊り下げられ、掛けられあるいは装架されることが
企図されている。

この集中装置２ｏの効率はレンズ２４のゆがみにより著
しくは影響されない。単なる例示の目的で、レンズ２４
が３本の線２８に沿って折り曲げられている太陽エネル
ギ集中装置が示されている。任意の集中装置の幅および
高さくならびに対応した焦点の長さ）は与えられた状況
次第による選択の問題であり、したがって折り目の本数
は変化することができると理解されるべきである。

レンズ２４は重合体材料たとえばポリメチルメタクリレ
ートの、薄く、しなやかでたわみやすい透明な薄板から
成り、一方の面に滑らかな表面３０を有し、また第５Ａ
図および第５Ｂ図に示すような反対側のあるいは第２の
表面３４を形成するための、長平方向に延びて互いに相
並んＣ配り１１　ｐれた多数の微小の線状ルネルプリズ
ム３２をイ：ｉする。この薄いレンズフィルム２４は楊
め’Ｃ’　！ａ’：、　ｋ）、であり、また約０．３８
ミリメートルの厚さを右。

する。好ましい実施例において、薄く柔軟なフレネルレ
ンズ２４は、滑らかな表面３０が太−に向き、また反対
側の表面３４が目標区１ｉｉ！２θに向いてプリズム３
２があられ、雨およびその他の破壊性の環境要素に直接
露出されるのを防止゛づるよ−）にされている。更に、
前記フィルムは取りトロノやすいので前記フィルムは汚
され、および（または）環境および要素の有害効果によ
り損傷され！：星含に便利に取り替えられることができ
る。ブリノζムの非活性の面により引き起こされるステ
ップ干渉に起因した損失が、光を焦点に向けて屈折する
ように企図されたプリズムの光学的活性面で屈折された
光路内に存在しないように、プリズム３２がフィルム上
に配列されている。

レンズ２４は横断方向、軸線方向または長平方向に湾曲
して目標区域に遠近できるように支持されている。この
反りの度合いは前記薄いフレネルレンズが巴かれる平面
と支持点における反りの弯曲に対する接線との間の角度
として便利に測定され、また前記表面はレンズの像の質
に著しい影響を与えることなく１６．２°、５″または
それ以上も内外に反ることができる。本文に用いられて
いるが一１°または一２°の負の反りはレンズが目標区
域から遠ざかる方向に反ることを意味し、また＋１°ま
たは＋２″の正の反りは目標区域に向かう方向の反りを
示している。前記の横断方向に配置された支持体の相互
間に位置決めされた一つまたは多重部分が太陽エネルギ
集中器として個個にあるいは組み合って用いられること
も企図されている。

第３図に示す実施例の構造は、レンズを太陽集中装置の
開口の中心２８の周りにまたレンズの端縁から内方でレ
ンズの各側にある他の折り目２８′により折り曲げられ
た、薄く柔軟なフレネルレンズフィルム薄板２４を利用
している。中心２８における１つと、２８′における付
加的な２つとから成るこれらの折り目はこの薄く柔軟な
フレネルレンズフィルム内の起伏とともに右室な反りの
効果を最小限にするのに役立っている。更に、隣接のプ
リズムにより屈折光の一部が阻止されることに起因した
ステップ損失が最小限にされ、さらにまた色収差に起因
した結像の拡がりもまた最小限にされる。これらのすべ
ては同じ１」径の平たい７１ノネルレンズを受入れ難く
づるＣあろう。１ノンズを各側で折り曲げることでレン
ズの創「極めてコンパクトにされるであろう１．入射太
陽放射線を目標区域または吸収器」二への集束の際に、
太陽エネルギ集中装置の外ｕ、１部におｔＪる光線が最
も屈折される。したがつＣ１これらの光線（よ収差によ
り最も影響される。しＩ、がって５、線状フレネルプリ
ズムの不連続な整列の設計のバラメーンは太陽放射線の
入射角が１１折後における同−光綜ｆυ退出角（アング
ル　オブ　１マージエンス）にｌｊ・いように設許１さ
れた集中器の外周＆’：ｍ　Ｊ）ける、＋１・）めいは
外周に近いフレネルブ１反パムレ“Ｊユづいている。

その結果として、その特定のルネルプリズムのだめの光
線の偏差が最小限にされて、レンズ２４の動作を反り、
廻転またはゆがみに対し鈍感にすることになる。したが
って、レンズからの退出光線がこの表面のパネル上のフ
レネルプリズムの光学面に対し実質上垂直となる点に折
り目が位置決めされる。この折り目から延びたこのレン
ズの部分は、できれば反りがこの集中装置の効率に著し
い影響を与えるのに十分な程度単数または複数の外周部
より以上に太陽像を拡大しないよう定められた角度に位
置決めされることが好ましい。入射角が６０’を超過し
ないようにレンズの滑らかな入射表面のための角度を維
持することが一般に好ましいが、それはこのような高い
入射角ではその表面におけるフレネル反射に起因した損
失が１０％を超過するからである。

例示されている実施例においては、支持構造体またはフ
レーム２２は４つの六角形の端板４０゜４２．４４およ
び４６を含んでいる。複数の対の端板の相互間に中心の
支柱４８、中間の、折り目立柱５０および端縁支柱５２
が延在している。これらの支柱はフレーム２２の長手方
向に延びまた端板４０．４２．４４および４６が太陽熱
集中装置２０の全長にわたり延びている吸収器２６上に
装架されている。

特定の適用次第であるが、目標区域あるいは吸収器２６
は熱吸収用流動媒体、光電池等とともに管を含む。第３
図および第４図に示す実施例においては、吸収器２６は
外側の管５６と、内側の給送管５８を有するとして図示
されている。外側の管５６は前記吸収器内の熱伝達流体
５７を日光に露出する半透明の表面を有することができ
る。この熱伝達流体は内側の管５８を通って流れて吸収
器管５６の端部に達し、次に集束された太陽放射線への
露出により加熱された後に複数組の太陽熱集中′＃＆１
ａ１２０の相互間に延在する主管５４へ流れる光電池を
利用した太陽熱発電装置が米国特許第４．２０４，８８
１号の明細書に開示されている。

第５図、第５Ａ図および第５Ｂ図は、車位置径のための
所望の特徴を有し、符号６０および６２で示すレンズの
第１の部分が角度をなして向けられた急勾配の側面のた
めの入射角Ｉ　′が４５゜であり、かつ５２から支持体
まで、２９単位の長さを有するように配置されている太
陽熱集中装置２０のための特定の設計を示している。呼
称「単位」の選択は例示の目的で任意のものであり、し
Ｉ、］がって任意の測度単位、例えばメートルインチ。

−フィート等が利用されてよい。このレンズ上で、この
太陽熱集中装置の焦点からの端縁支柱５２に対し支柱４
８により形成される角φは ３３、／１．６”であり、また支柱４８から第２の支持
支柱までの角αは１７．１１’である。太陽熱集中装置
の部分６４と６６に対する光の入射角は一＋３．７５°
であって、第５Ｂ図における角度Ｉ　　ＪＪが１３．７
５’に等しいことを表示していす る。焦点からこの太陽熱集中装置の中心までの距ｆｆ１
ＴＨは１．０３単位である。第５Ｂ図に示すよ）に、区
域６４に対応した区域６６内の太陽熱集中装置２ｏは滑
らかな外側表面を有しまたフレネルプリズム３２が反対
側の面３４を形成している。

フレネルプリズム３２は光学的に活性の面あるいは表面
７０と、不活性のライザ、面または表面７２を有する。

光学的面７ｏと滑らかな表面３０との間の角度は角Ａ“
であり、また滑らかな表面３０と不活性表面との間の角
は角ＲＡ　”である。光学的面７０を離れる屈折された
光線の角はこの部分のため角Ｉ　　ｎで示されて、偏向
角Ｄ　ＪＪをあたえる。第５Ａ図に示すように、区域６
０に対応した区域６２において、偏向角Ｄ′とともに入
射角がＩ　′で示されている。光学的に活性の面８０の
角度は角Ａ′であり、また不活性の隣接の接続面８２に
関し角はＲＡ’であろう。

開示されている方程式は単なる例示の目的のものであり
、本発明にとって必須のものではない。

当業者には多数の代りとなる方程式が十分に知られてお
り、あるいはこれらの方程式はスネルの屈折の法則およ
び三角函数の原理、例えば米国特許第４．０６９．８１
２号の明りＩｌ書に開示されているものから容易に誘導
することができる。かくして、例示のレンズの設計を決
定するのに利用されるパラメーターは下記の通りである
。

１）光線（太陽からの）が折曲げられたフレネルレンズ
の第１の表面に入射角ｌで当たった場合、偏向が最小限
となる条件はこのレンズの第２の表面が第１の表面とな
さねばならぬ角度Ａを決定するが、最小偏向角り、は、 Ｄ　　−２（１−５ｉｎ−１（ｓｉｎ＜１／ｎ）））こ
の場合、ｎは材料の屈折率である。

２）最小偏向を含む、所定の偏向角りを生成するのに必
要なレンズの活性面の角度は、３）第１の表面において
のみ屈折した太陽の一方の側からの極端の光線と、レン
ズの両方の表面において屈折した太陽の他方の側“から
の極端の光線との間に位置決めされた場合はレンズの活
性の光学面の相互間のライザは光を少しも遮断しないで
あろう。それは内側と外側との光線の間に存在する。こ
れらの光線は互いに平行となり、かくして内側と外側と
の光線が第１の表面に対し次のＲＡの角度をなす場合に
、レンズ上に臨界点を画定する Ｒ　Ａ　＝　ｃｏｓ”１（ｓｉｎ　（１−ｓ　）　／　
ｎ　）この場合、Ｓはレンズにおいて対向した太陽のな
す角度（約１／４度） ４）ｉ％ｇいフレネルレンズがゆがみを加えられた場合
、その表面は第６図に示されているように変位され、か
つ回転される。この場合、実線６６と、入射点Ｐｔとは
撹乱されない状態を代表しまた破線６６′と入射点Ｐｔ
’は弓なりにされた状態を代表している。ここに開示の
種類の実際的レンズに関して、この回転は極めて大きな
効果を生成し、したがって、両方の効果は分解のさいに
考慮に入れられるが設計に関しても考察される。ｒがレ
ンズの一部（弓形部Ｂ以下かこれに等しい）の回転であ
るとし、第１の表面に封筒２の表面の角度がＡでありま
た回転不在の場合の入射角がＩであるとすれば、その結
果としての光の偏向角りは、Ｄ−−Ａ＋　Ｉ＋ｒ＋　５
ｉｎ−１（ｎ　ｓｉｎ　（Ａ　−５ｉｎ−１（ｓｉｎ　
（１＋ｒ）　／ｎ＞　）　）これらの定式を利用すれば
、例示の設計のレンズは、フレネルプリズム３２の活性
のレンズ面７０および８０が第７Ａ図および第７Ｂ図の
グラフで示されているように光を目標区域２６に十分に
近く導き、レンズの表面を弓なりにする傾向のある凰が
吹いているとしても失われる太陽のエネルギの黴が最小
限にされてレンズが尚薄いフィルムから作られることが
できるようにされ、したがって、この太陽エネルギ集中
装置全体の所要重量を軽減されるようにされる。本発明
のレンズのための幾つかの代表的段階が下記の表で与え
られている。この表において、Ｓ　およびＳ２の下の数
字は太陽熱集中装置の中心から１つの単位が全太陽熱集
中装置の全口径であるプリズムまでの距離に等しい　Ｓ
　は口径Ｔ１内の距離を代表し、Ｓ２は口径Ｔ２内の距
離を代表している。Ｔ１は部分６０および６２の口径で
あり、またＴ２は部分６４および６６の口径である。レ
ンズ口径の比Ｔ２対Ｔ１は１．４５に等しい。材料の屈
折率は１．４９３でありまたＩ　　’−４５°および１
　−１３．７５７２１°である。ＲＡ’は６１．８６５
４５°であるこのレンズ設計の最小ライザ角を代表しま
たＲ　Ａ　″は ８０．９９９５７°である。だが、前記ライザ角は外側
にあるフレネルプリズムに関し臨界ライザ角から１【９
大することができることは理解されるべきである。

表　　Ｔ１ ．５０００　５６．５３８４　　４５　　　　　３３．
４６１６．４７２０　５３．５３６０　　３９．５８８
０３１．０５２０．４４４５　５０．２０１０　　３３
．８９２７°　２８．６９１７．４１６５　４６．５６
９６　　２７．９５６５°　２６．３８６９．３８９０
　４２．６９９０　　２１．８４１９６２４．１４２９
．３６１０　３８．６６４，７　　１５．６２８６’　
　２１．９６３９．３３３５　３４．５５４９　　　９
．４０８０６１９．８５３１．３０５５　３０．４６２
０　　　３．２７４８６１７．８１７Ｂ、２９６０　２
９．０４９３　　　１．１６４８°　１７．１１５５表
　　Ｔ２ ．２９６０　　３１．９２７５　　　　３５．２８５８
　　　　１７．１１５５．２７８０　　３０．３４６４
　　　　３２．６４６１　　　　１６．０５６９．２５
００　　２７．７５７６　　　　２８．４２５６　　　
　１４．４２５２．２２２０　　２４．９９８４　　　
　２４．００３７　　　　１２．７９２５．１９４５　
　２２．０６４０　　　　１９．４６８１　　　　１１
．１６１３．１６６５　　１９．００４９　　　　１４
．７８２０　　　　　９．５３４３．１３９０　　１５
．８４６７　　　　１０．００３６　　　　　７．９１
４１．１１１０　　１２．６２８４　　　　　５．１７
４４　　　　　６．３０３２．０８３５　　　９．３９
２７　　　　　　．３３９６　　　　　４．７０４１０
５５５　　　６．１８２６　　　　−４．４５５５　　
　　　３．１１９１．００００　　　０．００００　　
　−１３．７５７２　　　　　０．００００第７Ａ図は
Ｓ　およびＳ２の関数として、０２８の幅を有する目標
区域または吸収器上の太陽像の位置を示す。この太陽熱
集中装置の全口径の１つの半分が図示されている。この
、半分は一生単位に等しい。この半口径は部分子１とＴ
２に分割される。実線は＋２°の弓形部に起因した色収
差を含んだ像の拡がりを示しまた破線は＋１６の弓形部
に起因した色収差を含んだ像の拡がりを示している。第
７Ｂ図は、−２°の弓形部（実線）に起因した色収差を
含んだ像の拡がりを示し、また破線はこの薄く柔軟なフ
レネルレンズ２４が弓形部を生じない正常な平たい位置
にある場合の色収差を含んだ像の拡がりを示す。この像
の悪化は容認できる。

本発明の太陽エネルギ集中装置が全日照時にわたり有効
に作動するためには、レンズが常に太陽の方向を指向し
続けるように、空を横切って太陽を追跡する必要があろ
う。例えば米国特許第４゜３５２．３５０号、同第４，
３４７．８３４号および同第４．０８９，３２３号の各
明細書に開示されている型式の追跡装置（図示されてい
ない）が集中装置２０に取り付けられてよい。かくして
、選択された追跡装置が米国特許第４，０６９，８１２
号および同第４．０１１．８５７号の各明細書記載の適
用の必要条件次第による３つの追跡計画にしたがって、
利用されることができる。

本発明の太陽熱エネルギ集中装置はまた放射エネルギを
極めて小さい面積を有し、かつ本質的にはスポットまた
は点である目標または吸収器上へ集束するようにも設計
することができる。線状に整列された個々のフレネルプ
リズム３２を片面に構成された薄板またはレンズ２４が
、この第１の薄板２４に垂直をなして配置された特殊な
個々の線状フレネルプリズム３２′の配列を片面に構成
された伯の薄板またはレンズ２４′と第８図に示すよう
に調密に接触して配置されることができる。

あるいは第１の薄板が両面に構成されることができる。

他の形状は台形をなして構成された薄板から成り、上記
台形とは異なった角度を有する円錐体を形成された他の
薄板を頂部に配置された構体から成る。構造体にされた
薄板のこの構体もまた太陽の放！１８Ｉ２を本質的には
スポットである極めて小さい面積上に集束する。線状配
列にされたフレネルレンズの薄板はまたパイ形状の三角
径に切断されて同様に入射太陽放射線をスポット上に集
束する外形ピラミッド形状をなしてたがいに取り付ける
ことができる。

以上で本発明が述べられたが、レンズの特殊な設計およ
びレンズを通る光の通路が、すべて本発明を逸脱するこ
となく企図されるレンズの段の角度により決定されるこ
とは理解される。フレネルレンズに対する太陽光線の入
射角がレンズの端縁またはその近くにおけるフレネルの
活性面に対する退出光線の角度に本質的に等しい場合に
極めてコンパクトで有効なレンズの設計が発見される、
このことは必ずしも常に必要とはされなく、しかもある
場合には望ましく無いことさえあるがこのことは極めて
コンパクトで最も有効な集中が発見される場合であるこ
とは注目される。

他の実施例においては、長く、狭い目標は太陽の放）１
線により加熱された液体が管内の管から成る吸収器の中
心を通って離れるように構成された吸収器の管である。

このユニットは軽量であるので大部分の位置で、特に、
嵩ばった場所ふさぎのユニットが適さない場所で使用さ
れることができる。一実施例においては、このユニット
は巻かれて小さな包装体にされることができるので特に
空間で用いるのに適している。乗物が発進され、かつ軌
道にのった後に、本発岬咲陽熱集中装置が自動的に展開
されることができる。有効な作動のため精密な整列が必
要とされない。

以上において、本発明の技法を当業者が実施するのを可
能ならしめるように本発明の好ましい実施例が説明され
たのであるが上記の説明は例証となるように企図されて
いて、本発明の範囲を制限するのに用いられるべきでは
ない。本発明の範囲は特許請求の範囲のみにより決定さ
れるべきである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明により構成された太陽熱エネルギ集中装
置の斜視図、第２図は第１図の太陽熱エネルギ集中装置
の側面図、第３図は第１図の３−３線に沿い矢印方向に
見た太陽熱エネルギ集中装置の垂直横断面図、第４図は
太陽桑エネルギ集中装置の目標あるいは吸収器の断片の
垂直横断面図、第５図は太陽熱エネルギ集中装置の、薄
く柔軟なフレネルレンズの概略図、第５Ａ図および第５
Ｂ図は第５図のレンズの互いに離隔された点で断面され
た第５図のレンズの拡大概略新面図、第６図は本発明の
集中装置の一要素による屈折を例示した太陽熱エネルギ
集中装置を通る光線の相互関係を示した概略図、第７Ａ
図は＋２°の反り（実線）およびＯｏの反り（破１ｉｔ
）におけるプリズム位置の関数（４００ｎｍから１１０
００ｎまでの色収差を含む〉どしての太陽の像の幅を示
した図表、第７Ｂ図は一２°の反り（実線）と００の反
り（破線）におけるプリズム位置の関数（４００ｎｍか
ら１０００ｒｖまでの色収差を含む）としての太陽の像
の幅を示した図表、および第８図は入射太陽放射熱を点
に集束するための本発明の交差線形エシェロン型屈折器
レンズの斜視図である。 図において、 ２２・・・・・・フレーム、２４・・・・・・レンズ、
２６・・・・・・目標区域、２８・・・・・・線、２８
′・・・・・・折り目、３０・・・・・・滑らかな表面
、３２・・・・・・フレネルプリズム、３４・・・・・
・反対側の表面、４８・・・・・・支柱、５０・・・・
・・折り目支柱、５６・・・・・・外側の管、５７・・
・・・・熱伝達流体、５８・・・・・・内側の管、６０
．６２・・・・・・レンズの第１の部分、６４．６６・
・・・・・区域、７０・・・・・・光学的面、８０・・
・・・・光学的に活性の面。

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. （１）目標区域を含んだ太陽エネルギ集中装置において
   、 滑らかな表面（３０）とその反対側の表面（３４）とを
   有する薄く柔軟で透明な重合体のフィルムのシートを含
   むレンズ装置（２４）であつて、前記レンズ装置（２４
   ）に対し鋭角をなして前記レンズ装置（２４）に当る入
   射太陽放射線を屈折するための多数のレンズ状光屈折プ
   リズム（３２）を前記反対側の表面（３４）に有して成
   るレンズ装置（２４）と、 前記レンズ装置（２４）を前記目標区域（２６）よりも
   上方に支持するための支持装置（２２）であつて、前記
   目標区域（２６）に向けて開放するように前記支持装置
   （２２）上に装架され、それにより前記レンズ装置（２
   ４）が少なくとも２つの部分（６０、６２、６４、６６
   ）を画定するように前記レンズ状光屈折プリズム（３２
   ）に平行な少なくとも１本の線（２８）で折り曲げられ
   、また前記光屈折プリズム（３２）が前記入射太陽放射
   線を前記目標区域（２６）上に集束するように画定され
   、それによりこの集中装置の効率が前記レンズ装置（２
   ４）の前記部分（６０、６２、６４、６６）の反りによ
   り著しく影響されないようにされた、支持装置（２２）
   とを含むことを特徴とする太陽エネルギ集中装置。
2. （２）特許請求の範囲第１項に記載の太陽エネルギ集中
   装置において、前記フィルムが前記目標区域（２６）の
   軸線に平行な少なくとも１本の線（２８）に沿つて折り
   曲げられていることを特徴とする太陽エネルギ集中装置
   。
3. （３）特許請求の範囲第１項に記載の太陽エネルギ集中
   装置において、前記目標区域（２６）が吸収力のある媒
   体（５７）を移送するための少なくとも１本の管（５６
   または５８）を含むことを特徴とする太陽エネルギ集中
   装置。
4. （４）特許請求の範囲第１項に記載の太陽エネルギ集中
   装置において、この集中装置が更に滑らかな表面（３０
   ′）と反対側の表面（３４′）とを有する第２のレンズ
   装置（２４′）を含み、前記反対側の表面（３４′）が
   前記フィルムに当る入射太陽放射線を前記目標区域（２
   ６）上へ集束するための多数のレンズ状光屈折装置（３
   ２′）から形成され、また前記支持装置（２２）が前記
   第２のレンズ装置（２４）を前記目標区域（２６）より
   上方に付加的に支持し、それにより前記レンズ装置（２
   ４）と前記第２のレンズ装置（２４′）とに当る入射光
   が前記目標区域（２６）上に集束されるようにされる太
   陽エネルギ集束装置。
5. （５）特許請求の範囲第１項に記載の太陽エネルギ集中
   装置において、前記滑らかな表面（３０）が前記フィル
   ムに当る入射太陽放射線を前記目標区域（２６）上へ集
   束するための多数のレンズ状光屈折プリズム（３２）を
   含み、それにより前記入射光が点に集束されるようにさ
   れていることを特徴とする太陽エネルギ集中装置。
6. （６）フィルムから成る目標区域上へ入射太陽放射線を
   集中するための薄い屈折フレネルレンズにおいて、前記
   フィルムが薄く柔軟なフィルムであつて、滑らかな表面
   （３０）と反対側の表面とを有し、上記反対側の表面は
   前記フィルムに対し鋭角をなして前記フィルムに当る入
   射太陽放射線を前記目標区域（２６）上へ集束するよう
   に関連された光屈折装置（３２）を有し、前記光屈折装
   置（３２）は屈折面（７０、８０）と、隣接の非活性の
   連結面（７２）とを画定するプリズム状の溝部と***部
   との線状配列を含み、前記屈折表面（７０、８０）とが
   互いに協同して前記入射太陽放射線を集束するようにさ
   れていることを特徴とする薄い屈折フレネルレンズ。
7. （７）特許請求の範囲第６項に記載の薄いフレネルレン
   ズにおいて、前記フィルムが少なくとも２つの隣接部分
   に分割され、前記部分（６０、６２、６４、６６）の各
   々が互いに別個な光屈折装置（３２）と関連しているこ
   とを更に特徴とする薄いフレネルレンズ。
8. （８）特許請求の範囲第７項に記載の薄いフレネルレン
   ズにおいて、前記フィルム隣接部分（６０、６２、６４
   および６６）が中間区域（２８および２８′）により連
   結され、それにより前記柔軟なフィルムが前記中間区域
   （２８および２８′）に沿い前記目標区域（２６）に向
   けて折り曲げられるようにされ、かつ前記レンズの光学
   的効率が前記フィルムのゆがみにより著しくは影響され
   ないことを特徴とする薄いフレネルレンズ。
9. （９）特許請求の範囲第６項に記載の薄いフレネルレン
   ズにおいて、前記フィルムが重合体材料のしなやかで、
   たわみ易い薄板から形成されていることを特徴とする薄
   いフレネルレンズ。
10. （１０）特許請求の範囲第６項に記載の薄いフレネルレ
    ンズにおいて、前記レンズ（２４）が長方形状で、長手
    方向の軸線に関して対称であることを特徴とする薄いフ
    レネルレンズ。
11. （１１）特許請求の範囲第１０項に記載の薄いフレネル
    レンズにおいて、レンズ（２４）が４つの隣接部分（６
    ０および６２、６４および６６）に横断方向に分割され
    て、各々の端縁上の隣接部分（６０）および（６２）が
    前記滑らかな表面（３０）に当る太陽放射線と３５°と
    ６０°との間の入射角を有するように配置されまた前記
    長手方向の軸線のいずれの隣接側の内方部分（６４およ
    び６６）も太陽放射線と５°と２０°との間の入射角を
    有するように配置されていることに特徴を有する薄いフ
    レネルレンズ。
12. （１２）特許請求の範囲第１１項に記載の薄いフレネル
    レンズにおいて、前記レンズの端縁に隣接した部分（６
    ０、６２）内のプリズム（３２）の光学的に活性の表面
    （８０）の角度範囲が３７°と６８°との間にあり、ま
    た隣接の内方部分（６４および６６）上のプリズム（３
    ２）の活性面（７０）の角度が０°と４２°との間にあ
    ることを特徴とする薄いフレネルレンズ。
13. （１３）特許請求の範囲第６項に記載の薄いフレネルレ
    ンズにおいて、入射太陽放射線が最初に前記薄く柔軟な
    フィルムの滑らかな表面（３０）に当ることを特徴とす
    る薄いフレネルレンズ。
14. （１４）特許請求の範囲第６項に記載の薄いフレネルレ
    ンズにおいて、前記フィルムが入射太陽放射線に対して
    ある角度をなして前記目標区域（２６）より上方に傾斜
    された１個の部分（６０、６２、６４または６６）から
    成ることを特徴とする薄いフレネルレンズ。
15. （１５）特許請求の範囲第１４項に記載の薄いフレネル
    レンズにおいて、前記フィルムの光学的効率が前記フィ
    ルムのゆがみにより著しくは影響されないことを特徴と
    する薄いフレネルレンズ。
16. （１６）レンズを配置する段階を含み、ほぼ線状の輪郭
    を有する目標区域上へ入射太陽放射線を集中する方法に
    おいて、 長方形状の開口を有するフレーム（２２）を前記目標区
    域（２６）の水平軸線に沿い配置する段階、 複数の互いに平行な支柱（４８および５０）と前記開口
    とを１本の支柱（４８）を長手方向中心に、また１本づ
    つの支柱（５０）を前記の中心の支柱の各側に置いて配
    列する段階、 露出された滑らかな表面（３０）と、この滑らかな表面
    （３０）に当る太陽放射線を前記目標区域（２６）に向
    けて導く光屈折表面（７０および８０）を画定する、プ
    リズム状の***部および溝部の配列を形成された反対側
    の表面（３４）とを有する、薄く柔軟な透明フィルムを
    前記開口を被覆するため前記支柱（４８および５０）上
    へ垂れ掛ける段階を含み、その結果この方法の光学的効
    率が前記フィルムのゆがみにより著しく影響されないよ
    うにし、 さらに、前記支柱（４８と５０）の相互間における垂れ
    下がりをできるだけ少なくするように前記フィルムを引
    っ張り状態にする段階を含む、ほぼ線状の輪郭を有する
    目標区域上へ入射太陽放射線を集中する方法。
17. （１７）薄く、極めて柔軟なレンズにおいて、個々の、
    光学的に活性のプリズム様の***部と溝部とから成る線
    状の配列を片面上に有するフィルムシートであって、入
    射太陽光線がこのフィルムシートに対し垂直ではないよ
    うにこのフィルムシートがフレーム（２２）上へたれ掛
    けられた場合に、たるみ、起伏したフィルムシートが尚
    レンズ（２４）の光学的効率にとって容認しうる前もっ
    て選ばれた目標区域（２６）上へ入射太陽放射線を集束
    することを特徴とする薄く、極めて柔軟なレンズ。