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集光ユニット及び太陽光受光装置

国内特許コード P180015176
整理番号 N17084
掲載日 2018年7月13日
出願番号 特願2018-073121
公開番号 特開2019-185944
出願日 平成30年4月5日(2018.4.5)
公開日 令和元年10月24日(2019.10.24)
発明者
  • 宇佐美 久尚
  • 伊藤 治郎
出願人
  • 国立大学法人信州大学
発明の名称 集光ユニット及び太陽光受光装置
発明の概要 【課題】 直達太陽光と散乱光を全天から効率的に集光することを可能にする集光ユニット及びこれを用いた太陽光受光装置を提供する。
【解決手段】 入射光を受ける球形の第1レンズ12と、第1レンズ12からの光を受光する複数の第2レンズと、第2レンズからの出射光を受光する受光部18と、第2レンズからの出射光を受光部18に導く楕円体面からなる反射面を備える第1楕円体鏡16aと、第2レンズからの出射光を受光部18に導く楕円体面からなる反射面を備える第2楕円体鏡16bとを備えることを特徴とする。
【選択図】図4
従来技術、競合技術の概要

太陽光を室内の照明に利用したり、植物工場のような植物の栽培に利用したりする装置として太陽光受光装置が利用されている。このような太陽光を利用する受光装置には、太陽の動きに受光装置を追尾させる追尾型の受光装置と、固定型の受光装置がある。固定型の受光装置は追尾型の受光装置と比較して簡易な構成とすることができ、メンテナンス等の維持が容易であるという利点がある。
固定型の太陽光受光装置には、導光手段としてフレネルレンズを使用したもの(特許文献1)、多数の半球状集光レンズ、光ファイバー及び散光レンズを組み合わせたもの(特許文献2)、集光型の太陽電池モジュールとして、集光手段としてボールレンズを使用し、ボールレンズから出射する光を所定範囲内に導く楕円体鏡を備えるもの(特許文献3)等がある。

産業上の利用分野

本発明は集光ユニット及び太陽光受光装置に関し、より詳細には、全天から効率的に太陽光を集光する集光ユニット及びこれを用いた太陽光受光装置に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
入射光を受ける球形の第1レンズと、
前記第1レンズからの光を受光する複数の第2レンズと、
前記第2レンズからの出射光を受光する受光部と、
前記第2レンズからの出射光を前記受光部に導く楕円体面からなる反射面を備える第1楕円体鏡と、
前記第2レンズからの出射光を前記受光部に導く楕円体面からなる反射面を備える第2楕円体鏡と、
を備えることを特徴とする集光ユニット。

【請求項2】
前記第1レンズの中心と、前記第1楕円体鏡の反射面の第一焦点と、前記第2楕円体鏡の反射面の第一焦点とが一致し、
前記第1楕円体鏡の反射面の第二焦点と、前記第2楕円体鏡の反射面の第二焦点の位置が異なることを特徴とする請求項1記載の集光ユニット。

【請求項3】
前記第2楕円体鏡の反射面の第一、第二焦点間の間隔が、前記第1楕円体鏡の反射面の第一、第二焦点間の間隔よりも小であることを特徴とする請求項1または2項記載の集光ユニット。

【請求項4】
前記第1楕円体鏡と前記第2楕円体鏡は、透明な中実体として形成され、外周面が光の反射面であること特徴とする請求項1~3のいずれか一項記載の集光ユニット。

【請求項5】
前記第1楕円体鏡と前記第2楕円体鏡の第二焦点近傍に、前記受光部を収納する装着部が設けられ、
前記装着部の内面に、前記第1楕円体鏡と前記第2楕円体鏡の反射面により反射された光を屈折させて前記受光部へ導く第1の屈折面と第2の屈折面が設けられていることを特徴とする請求項4記載の集光ユニット

【請求項6】
前記装着部の内面に、前記第2楕円体鏡の反射面で反射し前記第2の屈折面による屈折光を反射して前記受光部に導く反射鏡面が設けられていることを特徴とする特許請求項5項記載の集光ユニット。

【請求項7】
前記反射鏡面は、反射光を前記受光部に集光する放物面として形成されていることを特徴とする請求項6項記載の集光ユニット。

【請求項8】
前記装着部の内面に、前記第1楕円体鏡の中心線近傍を通過する光を透過する透過面が設けられていることを特徴とする請求項5~7のいずれか一項記載の集光ユニット。

【請求項9】
前記第1楕円体鏡と前記第2楕円体鏡が、内面が楕円体面の反射面となる中空体として設けられていることを特徴とする請求項1~3のいずれか一項記載の集光ユニット。

【請求項10】
前記第1楕円体鏡と第2楕円体鏡の第二焦点近傍に、前記第1楕円体鏡の反射面と前記第2楕円体鏡の反射面により反射された光を前記受光部に導く、透明な中実体として形成された導光体を備えることを特徴とする請求項9記載の集光ユニット。

【請求項11】
前記導光体には、前記第1楕円体鏡の反射面と前記第2楕円体鏡の反射面により反射された光を、それぞれ前記受光部へ導く、第1の屈折面と第2の屈折面とが設けられていることを特徴とする請求項10記載の集光ユニット。

【請求項12】
前記導光体には、前記第2の屈折面による屈折光を前記受光部に導く反射鏡面が設けられていることを特徴とする請求項11記載の集光ユニット。

【請求項13】
前記導光体には、前記第1楕円体鏡の中心線近傍を通過する光を透過する透過面が設けられていることを特徴とする請求項10~12ののいずれか一項記載の集光ユニット。

【請求項14】
入射光を受ける球形の第1レンズと、
前記第1レンズからの光を受光する複数の第2レンズと、
前記第2レンズからの出射光を受光する受光部と、
前記第2レンズからの出射光を前記受光部に導く楕円体面からなる反射面を備える第1楕円体鏡と、
前記第1楕円体鏡の反射面により反射された光を前記受光部に導く楕円体面の反射面を備える第3楕円体鏡とを備えることを特徴とする集光ユニット。

【請求項15】
前記第1楕円体鏡の第二焦点と前記第3楕円体鏡の第一焦点とが一致することを特徴とする請求項14記載の集光ユニット。

【請求項16】
前記第3楕円体鏡の第二焦点が前記受光部内に位置することを特徴とする請求項15記載の集光ユニット。

【請求項17】
前記受光部の軸線の向きが、前記第3楕円体鏡の中心線に対し傾斜していることを特徴とする請求項16記載の集光ユニット。

【請求項18】
前記受光部の光が入射する側に、受光部へ入射する光の入射角を変換する変換レンズが設けられていることを特徴とする請求項16記載の集光ユニット。

【請求項19】
入射光を受ける球形の第1レンズと、
前記第1レンズからの出射光を受光する受光部と、
前記第1レンズからの出射光を前記受光部に導く楕円体面からなる反射面を備える第1楕円体鏡と、
前記第1レンズと前記第1楕円体鏡との間に、前記第1レンズの外周面にならって配置され、透明体中に光を散乱する微小粒子、微小空隙または微小液滴のいずれかまたはその混合物が分散されてなる散乱光学素子と、
を備えることを特徴とする集光ユニット。

【請求項20】
前記散乱光学素子を構成する透明体の屈折率は、前記第1レンズの屈折率よりも大であることを特徴とする請求項19記載の集光ユニット。

【請求項21】
前記第1レンズが中空体として形成されていることを特徴とする請求項19または20記載の集光ユニット。

【請求項22】
楕円体面からなる反射面を備える第1楕円体鏡と、
該第1楕円体鏡の反射面により反射された光を受光する受光部と、
前記第1楕円体鏡の太陽光が入射する側に配置され、前記第1楕円体鏡へ太陽光の散乱光を導く、透明体中に光を散乱する微小粒子、微小空隙または微小液滴のいずれかまたはその混合物が分散されてなる散乱光学素子と、
を備えることを特徴とする集光ユニット。

【請求項23】
請求項1~22のいずれか一項記載の集光ユニットを、複数個組み合わせて構成されていることを特徴とする太陽光受光装置。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2018073121thum.jpg
出願権利状態 公開
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