(57)【要約】      （修正有）【課題】太陽光集光器を大規模化する為に、各部材の応力と曲げモーメントを低減化する。太陽光集光器は小さな基礎モデルで成り立つ構成でも、大規模化すると構成部材の強度に支障が生じがちである。【解決手段】反射板重量負荷を支える支持点を反射板列の中心線近傍に複数設ける事によって、各構成部材にかかる重量負荷を分散化させる事を、解決手段とする。主な構成物である反射板１を支えるには、反射板１の中心点で支持するのが最適である。さらに支持点が増えれば増えるほど太陽光集光器全体の重量は分散されるので、大規模化しても重量負荷がかさむことがない。【選択図】図１
2011099627.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
南と北を結んだ想定南北線に反射板の中心を合わせて多数の反射板を並べ、これら反射板列の外側に南北棒を位置させ、この２本の南北棒をつなぐ東西棒を反射板の南北幅間隔で位置させて南北棒と東西棒を一体化してハシゴ形状のシーソーハシゴ部材を形成し、これら東西棒の内のいくつかの東西棒の中心に想定南北線で回転する南北軸受機構を設け、点在する各々の南北軸受機構には南北軸受機構を支える支柱を接続し、このシーソーハシゴ部材の任意の位置に想定南北線で回転する回転角操作動輪を設け、
全ての反射板には軸中心線が反射板の中心点近傍を通過すると共に東西方向の軸線で回転する東西軸受機構を介してシーソーハシゴ部材に接続し、
このシーソーハシゴ部材には東西軸受機構と同一軸線で回転する軸受を介して仰角クランクを接続すると共に、これら仰角クランクは等しい長さとし、全ての仰角クランク同士をクランク連動棒で連結し、この仰角クランクには反射板を初期設定仰角で保持する長さに調節された初期設定クランクの一端を接続し、この初期設定クランクの他端を反射板に接続し、
このシーソーハシゴ部材の想定南北線の延長線上の隣接位置に独立した隣接南北軸を位置させ、この隣接南北軸の両端には隣接南北軸を支える隣接支柱を接続し、この隣接南北軸に操作軸受と被操作軸受を係合し、この操作軸受と被操作軸受は隣接南北軸に沿って摺動可能とし、かつ双方の軸回転角度差を解消しつつも互いに離れないよう係合してなり、被操作軸受とクランク連動棒末端を軸受を介して径差解消クランクで連結し、
前記までの構成を１つのユニット単位とし、このユニットの向きを南北軸受機構の軸線が経度面に合う向きとし、このユニットを１つ以上構成して東西に並べ、全てのユニットの回転角操作動輪には回転角制御駆動手段を連結し、全てのユニットの操作軸受には仰角制御駆動手段を連結し、設定される集光点座標には光熱利用手段を設けてなる、太陽光集光器。
【請求項２】
東西棒の両端を東西軸と成し、この東西軸と東西軸受を係合させて反射板をシーソーハシゴ部材に接続してなる、第１項記載の太陽光集光器。
【請求項３】
東西軸受機構の設置位置は南北棒の内側の東西棒同士の中間点に設け、シーソーハシゴ部材と反射板の接続はこの東西軸受機構を介して成される、第１項記載の太陽光集光器。
【請求項４】
ユニットの南北軸受機構の向きが垂直である、第１項記載の太陽光集光器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は太陽光集光器に関し、多数の反射板の向きを太陽追尾制御して集光点に光を集める方式の太陽光集光器に関する。利用形態は、太陽熱発電、太陽光発電、温水供給器、調理器、照明器等である。
【背景技術】
【０００２】
従来から複数枚の反射板を連動させて１焦点に集光させる太陽光集光器は、様々な出願がなされてきた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭５１−２７３４７号公報
【特許文献２】実開昭６１−２２０１６号公報
【特許文献３】特開２００４−１９１０２５号公報
【特許文献４】特開昭６１−２７５１７号公報
【特許文献５】特開２００３−３２９９６３号公報
【特許文献６】国際公開２００２−１１１７号公報  しかしながら特許文献１は、方角追尾のみか、仰角追尾のみしか出来ない構成である。特許文献２は、方角追尾のみで、仰角追尾はできない構成である。すると季節によって太陽軌道が変化すると集光位置も変化する構成であった。吸熱体を線状にしなければならないという不具合が生じていた。
【０００４】
特許文献３は、方角追尾はするが、仰角については初期設定のみか仰角追尾するのか不明な構成である。いずれにしろ反射板を設置する面積の土台ごと動かす構成なので、大規模化はとても困難な構成である。大規模化させるには空間に巨大な構造物を建てる事となり、風抵抗も考慮した構築をして、さらにそれら装置を動かすには多大なエネルギーを要することとなってしまう。
特許文献４〜６は、方角追尾、仰角追尾をし、かつ薄型の構成ではあるが、拡張するにはそれぞれに問題を抱えた構成である。
特許文献４は、ブラインドの様に吊るす構成である為、風防の透明カバーが必要であり、拡張するには負担が大きい。帆船の帆が大きな風力を得ているように大面積の透明カバーにも大きな圧力が加わる。それに耐える構造物を建築すること自体が大きな負担となり、大規模化はかなり困難である。
【０００５】
特許文献５は、平面的拡張が容易なように見えるが、現実的には拡張困難な構成である。ワイヤーがたるんで反射板が地面に触れる事のないように張力を張る必要がある。それゆえ反射板を増やして拡張するにはかなり張力を張る必要が生じる。高張力に耐えるべく太く重いワイヤーにせざるを得ず、その自重がたわみ易さをもたらすという悪循環に陥る。またワイヤーを高張力にすることで、支点に大きな曲げモーメント負荷がかかる。ユニットを増設すれば支点の列にかかる負担はさらに嵩み、土台破壊の危惧さえ生じる。たるみを許容すれば、支点を高める必要が生じ、すると支点の土台にかかる曲げモーントはあまり減らないかかえって増加する。さらに支点が高くなると風抵抗が強まって負荷が増加してしまう。
特許文献６も、平面的拡張が容易なように見えるが、現実的には小面積でも実施困難な構成である。多くの部材が点接点で構築され、かつ糸で動力伝達するのは、精度も耐久性も維持が困難である。大規模化すれば糸のわずかな伸びや部材接点のわずかなズレが大きく悪影響を及ぼす事となる。また共通リンクを大規模化して動かすには駆動装置への負担が大きい構成である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の課題は、太陽光集光器を構成する各部材の応力と曲げモーメントの低減化である。太陽光集光器の分野は、大規模化が求められる分野である。そして小さな基礎モデルで成り立つ構成でも、大規模化すると構成部材の強度に支障が生じがちである。各構成部材の応力や曲げモーメントが小さければ、大規模化につながる。支障が生じる例が特許文献４〜６である。それらは反射板を５０枚、１００枚と拡張し、そのユニットを５０列、１００列と拡張すると、前項記述のように問題が顕在化し、大規模化を阻んでいたわけである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
懸かる課題解決の為、反射板重量負荷を支える支持点を反射板列の中心線近傍に複数設ける事によって、各構成部材にかかる重量負荷を分散化させる事を、解決手段とするものである。主な構成物である反射板を支えるには、反射板の中心点で支持するのが最適である。さらに支持点が増えれば増えるほど太陽光集光器全体の重量は分散されるので、大規模化しても重量負荷がかさむことがない。ただし支持点は厳密に反射板の中心に限定するものではなく、設計条件に応じて中心点近傍の範囲内であればよい。設計条件とは、製造の簡易化の為や、ユニット回動部の重心にして操作の省力化の為などである。
具体的な解決手段を段階的に説明する。南と北を結んだ想定南北線に反射板の中心を合わせて多数の反射板を並べ、これら反射板列の外側に南北棒を位置させ、この２本の南北棒をつなぐ東西棒を反射板の南北幅間隔で位置させて南北棒と東西棒を一体化してハシゴ形状のシーソーハシゴ部材を形成し、これら東西棒の内のいくつかの東西棒の中心に想定南北線で回転する南北軸受機構を設け、点在する各々の南北軸受機構には南北軸受機構を支える支柱を接続し、このシーソーハシゴ部材の任意の位置に想定南北線で回転する回転角操作動輪を設ける。シーソーハシゴ部材は点在する支柱で支えられると共に、回転角操作動輪の回転に合わせてシーソーのように東傾き、西傾きに揺動できるようになる。
【０００８】
全ての反射板には軸中心線が反射板の中心点近傍を通過すると共に東西方向の軸線で回転する東西軸受機構を介してシーソーハシゴ部材に接続し、このシーソーハシゴ部材には東西軸受機構と同一軸線で回転する軸受を介して仰角クランクを接続すると共に、これら仰角クランクは等しい長さとし、全ての仰角クランク同士をクランク連動棒で連結し、この仰角クランクには反射板を初期設定仰角で保持する長さに調節された初期設定クランクの一端を接続し、この初期設定クランクの他端を反射板に接続する。この初期設定クランクの長さに応じて反射板の初期仰角が定められることとなる。またクランク連動棒を押し引きして仰角クランクの角度を変化させると、全ての反射板の仰角が同じだけ角度変化することとなる。
【０００９】
このシーソーハシゴ部材の想定南北線の延長線上の隣接位置に独立した隣接南北軸を位置させ、この隣接南北軸の両端には隣接南北軸を支える隣接支柱を接続し、この隣接南北軸に操作軸受と被操作軸受を係合し、この操作軸受と被操作軸受は隣接南北軸に沿って摺動可能とし、かつ双方の軸回転角度差を解消しつつも互いに離れないよう係合してなり、被操作軸受とクランク連動棒末端を軸受を介して径差解消クランクで連結する。シーソーハシゴ部材を回動操作するとクランク連動棒も回動してしまうので、そのままではクランク連動棒を操作しにくい。そこでクランク連動棒に、径差解消クランク、被操作軸受、操作軸受を連結して、クランク連動棒の制御を可能にしているわけである。
【００１０】
前記までの構成を１つのユニット単位とし、このユニットの向きを南北軸受機構の軸線が経度面に合う向きとし、このユニットを１つ以上構成して東西に並べ、全てのユニットの回転角操作動輪には回転角制御駆動手段を連結し、全てのユニットの操作軸受には仰角制御駆動手段を連結し、設定される集光点座標には光熱利用手段を設けて、太陽光集光器を構成することを解決手段とする。
狭義での仰角とは水平線基準の見上げる角度であるが、ここでいう仰角とは、南北軸を基準とした相対的仰角をいうこととする。
ここでいう反射板とは、平面鏡や湾曲した凹面鏡、球面凹面鏡、パラボラ凹面鏡も含むものとする。
ここでいう東西棒の内のいくつかの東西棒とは、強度的に支障なければ間引いてもよいということであり、全ての東西棒に支柱を設けても構わない。
ここでいう軸受とは、円柱軸と係合する軸受のみならず、股関節のように半球体と噛み合う凹面体、方位磁石針の支点のような支点を含む。本発明は軸受を多用しているが、１回転どころか回転９０度以下の軸受ばかりである。その為、前記のような軸受擬似体も適用可能である。ただ望ましいのは小型軽量でメンテナンスフリーなエンジニアリングプラスチック軸受である。
【００１１】
ここで南北軸受機構および東西軸受機構を軸受機構と表記する理由は、固定側と可動側で、どちらが軸で、どちらが軸受でもよい為である。
ここでいう回転角操作動輪とは、チェーン歯車、ギア歯車、ベルト車などのトルク伝達部材である。一般的には円形であるが、実稼動する角度範囲が限られているので、実稼動する角度範囲だけで形成された扇型の動輪も、本発明の動輪に含むものとする。
ここでいう反射板を初期設定仰角で保持する長さに調節された初期設定クランクについて詳しく説明する。東西軸受を介して連結している反射板と仰角クランクは自由に回動する。ここで反射板の一点と仰角クランクの一点を特定長さのクランクで接続すれば、反射板と仰角クランクの成す角度は定まる。反射板の仰角の制御方法はいろいろあるが、いずれにしろ各反射板の仰角は初期設定しておく必要がある。ちなみに本発明の太陽光集光器では、春分の真昼の日南中角度の太陽光を集光点へ反射させる仰角を初期設定仰角と想定している。太陽光集光器の設置が水平でないならば、設置面傾斜も勘案して初期設定仰角は定められる。反射板と集光点の位置関係で定まる為、個々の反射板の初期設定仰角は異なる。なので初期設定クランクの長さは、個々の反射板の初期設定仰角になるような長さに調整される必要がある。
【００１２】
太陽光集光器は大きさやユニット数や集光点座標など、設計で変えうる要素がたくさんあり、そのうえ設置面傾斜、緯度、経度が密接に関係してくるのでややっこしい説明になる。太陽光集光器の製造時点で上記条件が決まっていれば、初期設定クランクもそれぞれに定められる長さに成型されればよいだけの話である。ただ製造時点で上記条件が未定ならば初期設定クランクは長さ調節が少なくとも１回は調節可能であることを要する。さらに設置場所や集光点を変更し得る条件ならば、初期設定クランクは再調節可能な構成であることが求められる。
例えば１回だけ調節可能なクランクの具体例は、伸縮棒アンテナのように嵌り合ったパイプで、初期設定時にはそのパイプ同士をハンダ溶着する構成である。再調節可能な具体例ば、スタンドマイクのポールのように嵌り合ったパイプの側面に固定用ネジを設けた構成でもよい。または角度固定式のコンパスのように、円弧状のボルト穴とボルトの組み合わせでもよい。
【００１３】
操作軸受と被操作軸受について、詳しい説明をする。軸受が軸に沿って摺動可能であるとは、ソロバン玉がソロバン軸に沿って摺動するのと同様な動きが可能という意味である。双方の軸回転角度差を解消しつつも互いに離れないよう係合しているとは、操作軸受を摺動させると、被操作軸受も離れずに摺動するという事である。具体的にはラジアル軸受とスラスト軸受とラジアル軸受を連結した構成である。他の例としては操作軸受の前後に被操作軸受を設けて、被操作軸受同士をマタギ部材で連結した構成も考えうる。逆に被操作軸受の前後を操作軸受ではさむ構成も考えうる。
径差解消クランクについて、補足説明する。ユニットの反射板仰角を操作するにはクランク連動棒を動かす必要がある。しかしながらユニットは太陽の軌道運行を追尾して南北軸で回転していくので、そのままでは外部と接続できない。そこでクランク連動棒を動かす為のクランク機構を隣接南北軸の操作軸受にまで連結すれば、ユニットが回動しても操作軸受の位置移動も回動もなくなり、操作可能となる。操作軸受を隣接南北軸に沿って摺動させれば、被操作軸受も摺動し、径差解消クランクとクランク連動棒と仰角クランクと初期設定クランクも動き、反射板の仰角が操作できる訳である。これらの操作を行なうと、隣接南北軸を基準としたクランク連動棒までの径距離は変化する。その弊害を解消する為に径差解消クランクを介在させている訳である。
【００１４】
ここでいうユニットを１つ以上構成して東西に並べるとは、東隣りか西隣りにユニットを増設していくという事である。またユニット１つだけの構成も含んでいるという意味である。目的や設計条件によってはユニット１つだけでも構成しうるし、集光器として充分に作用効果を発揮するからである。
ここでいう想定南北線とは、本発明の構成を理解し易くする為の基準線の表現であり、ユニットごとに想定南北線がある。同一ユニットの南北軸受機構と回転角操作動輪と隣接南北軸は、想定南北線上に位置することとなる。
ユニットの向きを南北軸受機構の軸線が経度面に合う向きとすることの説明をする。南北軸受機構の向きは南北方向の垂直面内の直線方向であればよい。
水平な南北方向、南に傾斜した方向、北に傾斜した方向、もしくは垂直線である。
【００１５】
東西軸受機構の設置位置について、補足説明する。東西軸受機構が設けられる位置は、反射板の中心点近傍ではない。あくまで軸受の中心線が反射板中心点近傍を通過するのみであり、設置位置は反射板の中心点から適度に東西に離れた位置となる。東西軸受機構の設置位置は、東西棒と兼ねる構成と、東西棒と兼ねない構成が考えられる。東西棒が東西軸を兼ねる構成は、東西軸延長線と南北軸中心が支柱上で重なる構成であり、構成部材が少なくて済み、部材にかかる応力負担も少なくて済む。東西棒と兼ねない構成は、東西棒同士の中間点の南北棒内面に東西軸受機構を設ける構成である。東西軸受機構の他端は反射板の東辺中間と西辺中間と接続する。東西軸受機構を介して、反射板はシーソーハシゴ部材に接続されることとなる。東西軸受機構の軸線と南北軸受機構中心が分離されるので、反射板の回転中心を厳密に反射板表面中心に位置させることが出来る。
ここでいう回転角制御駆動手段および仰角制御駆動手段は、２軸太陽追尾手段のことである。回転角制御駆動手段の代表的な構成は、時刻に応じて時計短針の回転変位の半分の変位角度で回転角操作動輪を駆動させる手段である。その他、コンピュータに太陽軌道座標の回転角度と仰角をデータ蓄積しておき、月日と時刻に合わせて制御する手段も構成し得る。その他、集光点側に設置した光センサーによるフィードバック制御なども適用できる。
ここでいう光熱利用手段は、熱を利用する太陽熱発電、太陽熱温水供給器、太陽熱調理器であり、光を利用する太陽光照明器、太陽光発電である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の太陽光集光器の効果は、装置の自重を支える支柱を多数設けることによって、それぞれの部材にかかる応力と曲げモーメントが低減し、大規模化を可能にしたという効果である。一般的に、付帯物のある長尺回転体を支える位置は、回転体の両端しかない。長尺回転体に該当するものはシーソーハシゴ部材であり、付帯物とは連動棒である。本発明では、反射板を用いた集光では太陽が移動する角度の半分の角度を追尾すれば済む点や、太陽光利用は日出から日の入まででなく、水平線上２０度ぐらいからで充分である点から、長尺回転体の途中にも支持点を設けられる事を見出して実現したものである。ユニット当りの反射板の数を拡張しても、その拡張数だけ支柱も増やせば、支柱の負荷が増えることはない。
なんとも平凡で瑣末な効果のようであるが、特許文献４〜６では増設によって、いずれかの部材に大きな応力負荷や曲げモーメント負荷がかかり、大規模化を困難たらしめていた。本発明はそれを解消するものである。
もう1つの効果は、太陽光集光器の構成が比較的単純ゆえに、各部材を小型化し、全体を低く平面化できるので、風の抵抗を受けにくいという効果をもたらす。風による破損や、風に耐えるように補強する必要が低減する。さらには部材の軽量化をはかれることにもつながる。本発明の太陽光集光器は単純な構成なので、例えば１０センチ程度の反射板寸法であっても構成可能である。１メートル平方１枚の反射板と１０センチ平方１００枚の反射板の受光面積は等しいが、その風抵抗は１０センチ平方反射板１００枚のほうが少ない。受風面積が小さいほど風力影響を受けにくい為と、地表高さが低いほど風速は弱くなる為である。また太陽光集光器の周辺の建物や植栽などの防風物によっても風は減衰し、その影響は風下に向けて防風物の高さの３０倍の水平距離まで及び、低い物ほどその恩恵を受ける。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１を参照として本発明の実施例を説明する。南と北を結んだ想定南北線に反射板１の中心を合わせて長さ比２対１の長方形の反射板１の長辺を東西向きにして３枚ならべ、、これら反射板１の外側に南北棒２を位置させ、この２本の南北棒２をつなぐ東西棒３を反射板１の南北幅間隔で位置させて南北棒２と東西棒３を一体化してハシゴ形状のシーソーハシゴ部材４を形成し、すべての東西棒３の中心に想定南北線で回転する南北軸受５を設け、この南北軸受５には南北軸６を係合し、この南北軸６には支柱７を接続し、シーソーハシゴ部材４を設置固定する。
シーソーハシゴ部材４は、点在する南北軸６を支点としてシーソーのように東へ傾いたり、西へ傾いたりする。
全ての反射板１の裏面の東辺中央と西辺中央に東西向きの軸で回転する東西軸受８を設ける。東西軸受８は反射板１の東端、西端に位置しているが、東西軸受８の中心線は反射板１の中心近傍を通過しているわけである。
【００１８】
東西棒３の両端部は東西軸９を兼ねさせ、この東西軸９と東西軸受８を係合することで反射板１はシーソーハシゴ部材４に連結する。反射板１は東西棒３を軸として南へ傾いたり北へ傾いたりする。東西棒３中心と南北軸６中心と支柱７は同一垂直線上にあり、動きも複雑なので、図２〜８で説明する。図２は支柱７の西面である。短い南北軸６をY字形の支柱７が支える。この南北軸６に南北軸受５を係合し、この南北軸受５に東西棒３を一体化して接続し、この東西棒３は東西軸９を兼ねさせて東西軸受８と係合し、この東西軸受８で反射板１を接続する。図３では方向を理解し易くする為に、仮の反射板１０の形状を五角形の野球ベース形状に置き換えると共に、南北棒などは省略している。仮の反射板１０の突端部は北向きとした。図４は北から見た図である。図５は仮の反射板１０を東へ傾けた図である。図５の状態を西から見たのが図６である。図５の状態から仮の反射板１０を南へ傾けたのが図７である。このように親シーソーの上に、子供のシーソーを直交させて載せた構成である。東西棒３が親シーソーであり、反射板が子供シーソーに相当する。東西棒３も反射板も１周回転させる事は出来ないが、１８０度弱の範囲で揺動できる。後々説明する仰角クランクを連結すると可動範囲は狭まるが、１２０度は充分に動かせる。反射板での追尾は太陽移動角度の半分で済むので充分である。もちろん仰角クランクの長さを縮めれば１５０度に範囲拡大も可能である。
回転角操作歯車１１の設置位置は、図９に示す通りである。シーソーハシゴ部材４の北端に回転角操作歯車１１を一体的に設ける。
【００１９】
仰角クランク１２の接続位置は、図９に示す通りである。東西軸９の延長線と交差する南北棒上の位置に東西向きの軸で回転する軸受を介して仰角クランク１２を接続する。これら全ての仰角クランク１２同士を連動させるクランク連動棒１３で連結する。仰角クランク１２およびクランク連動棒１３は、東側の南北棒２にも、西側の南北棒２にも連結する。さらに東側のクランク連動棒１３と西側のクランク連動棒１３を梁１４でつないで一体化する。梁１４の位置は仰角クランク１２の接続部と接続部の中間である。それゆえクランク連動棒１３を操作しても、梁１４は支柱７にぶつからない。
初期設定クランク１５の接続位置は、図１０に示す通りである。仰角クランク１２と反射板１の間に初期設定クランク１５を設ける。初期設定クランク１５は互いに摺動する円弧部材１６と締付け具１７からなる。円弧の重なり長さを調節することで、反射板１の初期仰角を設定できる。クランク連動棒１３を動かすと、そのユニット１８の３枚の反射板１は同じ角度だけ仰角が変化する。その動きを示すのが図１０、１１である。クランク連動棒１３を引っ張ると、仰角クランク１２が回動し、初期設定クランク１５も等しく回動し、反射板１も等しく回動する。
つづいて仰角制御する部分の説明をする。図１に示すように、シーソーハシゴ部材４の南北軸６の南側延長線上に隣接南北軸１９を設ける。この隣接南北軸１９の両端は隣接支柱２０で固定支持する。この隣接南北軸１９に操作軸受２１と被操作軸受２２を係合する。この操作軸受２１と被操作軸受２２は隣接南北軸１９に沿って摺動可能とし、かつ双方の軸回転角度差を解消しつつも互いに離れないよう係合してなり、被操作軸受２２下部とクランク連動棒１３先端を東西向きの軸で回転する軸受を介して径差解消クランク２３で連結する。各ユニット１８の操作軸受２１の上面同士を操作軸受連動棒２４で連結する。さらに操作軸受連動棒２４に仰角制御駆動装置２５を連結する。
【００２０】
ユニット１８が回動すると、クランク連動棒１３も回動し、径差解消クランク２３も回動し、被操作軸受２２も回動するが、操作軸受２１は回動しない。それゆえ３つのユニット１８の操作軸受２１の上面を操作軸受連動棒２４で連結しても支障無いわけである。図１を活用して無理に説明するならば、ユニット回動による姿勢変化は、西端ユニットの姿勢から、中央ユニットの姿勢、東端ユニットの姿勢へと変化する。微妙ながら径差解消クランク２３が回動するが、操作軸受２１は回動しない様子が示されている。そして仰角制御駆動装置２５で操作軸受連動棒２４を押したり引いたりすると、操作軸受２１、被操作軸受２２、径差解消クランク２３、クランク連動棒１３、仰角クランク１２、初期設定クランク１５と連動し、全ての反射板１の仰角が等しく操作される。
つづいて回転角制御する部分の説明をする。３つのユニットの回転角操作歯車１１と回転角制御駆動モータ２６をチェーン２７で連結する。この時、各ユニットの反射光が集光点に集まるように、各ユニットの回転角操作歯車１１をずらす。図１は中央の回転角操作歯車１１の上方に集光点を想定し、真昼時刻の反射板１の制御姿勢を示している。ゆえに中央ユニットは水平であるが、東ユニットはやや西傾きであり、西ユニットはやや東傾きの回転角度でチェーン連結する。図示しないが集光点に光熱利用手段２９を設けて、太陽光集光器を構成する。
【００２１】
つぎに使用例を説明する。設置場所は東京都千代田区のビル屋上平面とする。太陽光集光器は、南北軸６を南北方向かつ水平に設置する。千代田区は北緯３５度なので、春分真昼の太陽光角度、つまり日南中角度は５４度となる。冬至と夏至の中間である春分の時点で仰角クランク１２が垂直となるようにし、入射５４度の太陽光が集光点に反射されるように反射板１の初期仰角を調節する。初期仰角は個々の反射板１で異なるので、それぞれ初期設定クランク１５の長さを調節して、図１３のようにする。
千代田区は東経１３９度なので、１１時４０分頃に太陽が真南にくる。１２時に太陽が真南にくるのは、時刻標準地の明石である。１１時４０分頃に真南からの太陽光を集光点に反射させるように、回転角制御駆動モータ２６はチェーン２７を駆動させる。クランク機構のアソビやチェーン２７のたるみは極力少なくして、駆動誤差を減らす。
反射板１の仰角の制御は、仰角制御駆動装置２５で行なう。１１時４０分頃の日南中角度は月日に対応して定められ、冬至で３１度、春秋分で５４度、夏至で７７度である。太陽軌道は日南中角度を頂点として、黄道の傾き約２３度で上昇下降するので、それに合わせて仰角制御駆動装置２５は操作軸受連動棒２４を押し引きして仰角操作する。日付と時刻のデータから回転角制御駆動モータ２６と仰角制御駆動装置２５が反射板１の回転角と仰角を制御し、太陽光を受けている間は、反射光は光熱利用手段２９に集光されることとなる。
【００２２】
ユニットの仰角制御の様子を東から見た略図が図１２〜１４である。図１２は冬至の様子であり、日南中角度３１度なので、クランク連動棒１３は押され、反射板１は南傾ぎみになる。左上に丸く描かれた太陽２８から、破線で示すように光が入射、反射し、光熱利用手段２９へと集光される。図１３は春分の様子であり、仰角クランク１２は垂直で済むように初期設定されているので、その通りの反射板姿勢となる。反射板１の初期仰角は、南位置の反射板１ほど北傾になり、北位置の反射板１ほど南傾になる。図１４は夏至の様子であり、日南中角度７７度なので、クランク連動棒１３は引かれ、反射板１は北傾ぎみになる。
ユニットの回転角制御の様子を北から見た略図が図１５〜１７である。図１５は朝の様子であり、東側からの日差しなので、ユニット１８は東に傾けて回動される。真昼はユニット１８は水平で済むように初期設定されるが、図１６は昼手前の様子である。図１７は夕方の様子であり、西側からの日差しなので、ユニット１８は西に傾けて回動される。
【実施例１】
【００２３】
つづいて東西棒と東西軸を分離した実施例を、図１８を参照にして説明する。シーソーハシゴ部材と支柱の構成は、第１の実施例とほぼ同じである。相違点は反射板と仰角操作に関わる部分の位置をハシゴ半マス分ずらした点である。東西軸３０の設置位置は南北棒３１の内側の東西棒同士の中間点に片持ち梁状に設ける。この東西軸３０に仰角クランク３２および反射板把持具３３を設ける。反射板把持具３３で反射板３４を挟んで保持する。この時、南北軸の中心線と東西軸３０の軸心延長線は反射板３４の中心点の表面で交差するように位置させる。すると反射板３４の向きを操作しても中心点位置は東西南北に動くことはなく、集光精度が保てる。ちなみに第１の実施例では、南北軸６と東西軸９と反射板１表面に高低差があるので、回転角度や仰角によってわずかながら反射板位置は低く傾けた方向へずれ動く。ただし光熱利用手段の集光範囲が反射板より広ければ支障は無い。
初期設定クランク３５は、仰角クランク３２と反射板３４の間を軸受を介して繋ぐ。初期設定クランク３５は、ピストン部材３６とシリンダ部材３７で伸縮自在に係合し、固定ネジ３８を締めることで長さ調節する構成である。東側のクランク連動棒と西側のクランク連動棒とを結ぶ梁３９の位置は、仰角クランク３２の下部と同位置になり、操作しても支柱に当らない。
【実施例２】
【００２４】
つづいて本発明の太陽光集光器を拡張した実施例を、図１９を参照にして説明する。５０枚の反射板４０で１つのユニット４１として、このユニット４１を５０台並べ、各ユニット４１の回転角操作動輪４２とモーター４３をチェーン４４で連結し、各ユニット４１の操作軸受４５の上部同士を操作軸受連動棒４６で連結し、この操作軸受連動棒４６に油圧シリンダー４７を連結する。モーター４３と油圧シリンダー４７は、通信電線４８で制御装置４９と接続し、制御装置４９からの信号で太陽を追尾するように反射板４０の回転角と仰角を駆動する。すべてを図示するのは困難なので、簡略した図で、反射板４０の数もユニット４１の数も略した。具体的構成は、第１の実施例と同等の構成である。
１つのユニット４１は５０枚の反射板４０を並べた長さなので、ユニット４１を回転させる為に大きなトルクを要するように思われがちだが、ユニット４１は重心と南北軸回転中心が近いので、小さなトルクで駆動可能である。モーター４３には５０台分のユニット４１のトルクがかかるが、ユニット１台分が小さいトルクなので、５０台分でも充分に駆動可能である。回転角操作動輪４２とモーター４３の外側には、張力請負動輪５０を設ける。チェーン４４に掛かる張力は、張力請負動輪５０が負うので、回転角操作動輪４２とモーター４３には余計な張力負荷はかからない。
仰角の操作については、油圧シリンダー４７を２つ以上並設したほうが安定する。操作軸受連動棒４６の操作で動く部分の重心バランスや軸受の回転抵抗や操作軸受連動棒４６の剛性に応じていろいろに設計しうるが、油圧シリンダー４７をいくつか並設したほうが無難である。
この太陽光集光器は５０枚の反射板のユニットを５０台の構成だが、さらに拡張することも可能である。モーターや油圧シリンダーの負担が過多になったとしても、駆動手段を増設しさえすれば成り立つわけである。
【実施例３】
【００２５】
つづいて本発明の太陽光集光器の南北軸受機構において、支柱側を軸受とした実施例を、図２０〜２２を参照にして説明する。東西棒５１を図２０のような形状として、中心に南北軸５２を位置させ、この南北軸５２両端を下側から支える変形梁５３に接続し、これら南北軸５２と変形梁５３と東西棒５１を一体化し、この東西棒５１を南北棒５４と一体化してシーソーハシゴ部材を形成する。図２０では１枚の反射板分の範囲外を省略している。この南北軸５２に南北軸受５５と一体化した支柱５６を係合させたのが図２１である。さらに反射板５７を連結したのが図２２である。反射板５７は中央部に穴５８が開いているので、仰角を変化させても南北軸受５５に接触することはない。これら以外の部材の構成は第１の実施例と同等であるので省略する。
図を見易くする為に、穴５８や南北軸受５５を大きく図示したが、設計次第で穴５８はもっと小さくできる。
本発明の太陽光集光器は、ビルの南面に設置することも可能である。その場合は支柱はビル垂直壁面に突出設置し、支柱先端に設けられる南北軸受は垂直向きとなり、真下に荷重がかかるので、南北軸受はスラスト軸受とする。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
太陽光集光器は、焦点位置にて焼却器を構成し得るし、様々なプラントの補助加熱手段として組み込む事が可能である。また集光点の光を地上へ２次反射させるビームダウン方式の太陽光集光器における１次反射部分に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】形態１の全体の斜視図
【図２】支柱を西から見た側面図
【図３】仮の反射板を接続した支柱を西から見た側面図
【図４】仮の反射板を接続した支柱を北から見た正面図
【図５】仮の反射板を東傾させた状態を北から見た図
【図６】仮の反射板を東傾させた状態を西から見た図
【図７】仮の反射板を東南傾させた状態を北から見た図
【図８】仮の反射板を東南傾させた状態を西から見た図
【図９】反射板を略したユニット北端部の斜視図
【図１０】反射板周辺の側面図
【図１１】反射板を仰角操作した状態の側面図
【図１２】冬至のユニットの仰角制御の様子を東から見た略図
【図１３】春分のユニットの仰角制御の様子を東から見た略図
【図１４】夏至のユニットの仰角制御の様子を東から見た略図
【図１５】朝のユニットの回転角制御の様子を北から見下ろした略図
【図１６】真昼のユニットの回転角制御の様子を北から見下ろした略図
【図１７】夕方のユニットの回転角制御の様子を北から見下ろした略図
【図１８】第１の実施例の反射板周辺の斜視図
【図１９】第２の実施例の太陽光集光器全体の略図
【図２０】第３の実施例の東西棒周辺を見下ろした斜視図
【図２１】第３の実施例の東西棒に支柱を係合した斜視図
【図２２】第３の実施例の東西棒に反射板を係合した斜視図
【符号の説明】
【００２８】
１  反射板
２  南北棒
３  東西棒
４  シーソーハシゴ部材
５  南北軸受
６  南北軸
７  支柱
８  東西軸受
９  東西軸
１１  回転角操作歯車
１２  仰角クランク
１３  クランク連動棒
１５  初期設定クランク
１８  ユニット
２４  操作軸受連動棒
２５  仰角制御駆動装置
２６  回転角制御駆動モータ
２７  チェーン
２９  光熱利用手段
【図１】
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【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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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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