(57)【要約】【課題】  時々刻々と入射角度が変化する太陽光の集光においてレンズ形状の設計のみでは限界とされる太陽光の濃縮率を向上できる太陽光集光装置を提供する。【解決手段】  配置位置に応じた入射角度範囲に対して放射角度のばらつき範囲が入射角度の範囲よりも小さくなるように太陽光の進行方向を透過経路の途中で屈折または全反射を用いて抑制する形状に設計された初段光路抑制レンズ群２、次段光路抑制レンズ群３，４及び最終段光路抑制レンズ群５を入射側から集光目標位置６へと向けて順に配列し、これら複数のそれぞれ独立に設計されたレンズ群２，３，４，５によって太陽光の進行方向の抑制を行い太陽光の濃縮率を向上する。【選択図】  図１
2005282882.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
集光目標位置へと太陽光が入射する側に配置され入射角度が日の出から日没に至る略全日射範囲に対して放射角度のばらつき範囲が入射角度の範囲よりも小さくなるように太陽光の進行方向を透過経路の途中で屈折または全反射を用いて抑制する形状に設計された透明な素材からなる初段光路抑制レンズ群と、
前記初段光路抑制レンズ群の放射面側に配置位置に応じて透過光の進行方向が集光目標位置を向く角度に傾斜して配置され入射角度が前記初段光路抑制レンズ群からの放射光のばらつき範囲に対して放射角度のばらつき範囲が入射角度の範囲よりも小さくなるように太陽光の進行方向を透過経路の途中で屈折または全反射を用いて抑制する形状に設計された透明な素材からなる次段光路抑制レンズ群と、
前記次段光路抑制レンズ群の放射面側に配置位置に応じて透過光の進行方向が集光目標位置を向く角度に傾斜して配置され入射角度が前記次段光路抑制レンズ群からの放射光のばらつき範囲に対して放射角度のばらつき範囲が入射角度の範囲よりも小さくなるように太陽光の進行方向を透過経路の途中で屈折または全反射を用いて抑制する形状に設計された透明な素材からなる最終段光路抑制レンズ群とを具備することを特徴とする太陽光集光装置。
【請求項２】
前記初段光路抑制レンズ群を構成するレンズは素材がガラスである場合にも加工に無理の無い程度に簡易な形状であ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】
前記初段光路抑制レンズ群と前記次段光路抑制レンズ群と前記最終段光路抑制レンズ群の組み合わせ部分は集光目標位置上方にあ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４】
蓄熱範囲のうち北半球では南側端から南半球では北側端から所定範囲の上空における前記初段光路抑制レンズ群と前記次段光路抑制レンズ群と前記最終段光路抑制レンズ群の組み合わせ部分を省略したことを特徴とする請求項３に記載の太陽光集光装置。
【請求項５】
前記初段光路抑制レンズ群と前記次段光路抑制レンズ群と前記最終段光路抑制レンズ群の組み合わせ部分は北半球では集光目標位置の南側側面にあり、南半球では集光目標位置の北側側面にあ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６】
前記初段光路抑制レンズ群と前記次段光路抑制レンズ群と前記最終段光路抑制レンズ群の組み合わせ部分は蓄熱範囲の幅を超える外側へと延設されていることを特徴とする請求項５に記載の太陽光集光装置。
【請求項７】
前記初段光路抑制レンズ群と前記次段光路抑制レンズ群と前記最終段光路抑制レンズ群の組み合わせ部分は東西方向の中央部分の所定範囲の下から上までの全領域に開口部を有することを特徴とする請求項５に記載の太陽光集光装置。
【請求項８】
前記太陽光集光装置は蓄熱範囲に蓄熱水槽を備え、前記蓄熱水槽は集光目標位置に配置された加熱槽と前記加熱槽を取り巻いて外へ向かって複数段階に区画された複数の予熱槽とからなり、前記加熱槽と複数の前記予熱槽の深さは外側の水槽から中央の水槽に向かうに従って浅くなってい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９】
前記太陽光集光装置は蓄熱範囲に蓄熱水槽を備え、前記蓄熱水槽の水中内には黒体の集熱体が配置されてい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１０】
集光目標位置を外れた太陽光を反射させて集光目標位置へと到達させる反射板が北半球では集光目標位置の北側側面に、南半球では集光目標位置の南側側面にあ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１１】
上下方向から見たときに内側に凹状に湾曲しており集光目標位置を外れた太陽光を反射させて集光目標位置へと到達させる反射板が北半球では集光目標位置の北側側面に、南半球では集光目標位置の南側側面にあ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１２】
断面形状が上下方向から見たときに内側に凹状に湾曲しているだけでなく東西方向から見たときも内側に凹状に湾曲しており集光目標位置を外れた太陽光を反射させて集光目標位置へと到達させる反射板が北半球では集光目標位置の北側側面に、南半球では集光目標位置の南側側面にあ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１３】
前記反射板は複数に分割して収納可能な部分からなることを特徴とする請求項１０乃至請求項１２のいずれか１つに記載の太陽光集光装置。
【請求項１４】
前記初段光路抑制レンズ群の東西方向両側は南北方向から見て曲面形状を成し、初段光路抑制レンズ群の上部に予め入射光の進行方向が垂直に近付くように抑制するのを補助する入射光東西変化分抑制補助段を複数点在して備え、前記入射光東西変化分抑制補助段は透明な素材からなり片側の面が平面で反対側の面が階段状をした略平板状の板からなる第一入射部材，第二入射部材，第三入射部材，第四入射部材で構成され、前記第一入射部材は南側から見て階段状の面が東側を向き初段光路抑制レンズ群との成す角度のうち東側の角度が略６０°を成すように配置されており奥行き方向の長さが初段光路抑制レンズ群の奥行き方向の長さに略等しく、前記第二入射部材は奥行き方向の長さが初段光路抑制レンズ群の奥行き方向の長さに略等しく幅が第一入射部材の幅の四分の一乃至三分の一程度の大きさであり第一入射部材から西に向かって第一入射部材の幅の略半分の距離の位置において南側から見て階段状の面が西側を向き初段光路抑制レンズ群との成す角度のうち西側の角度が略６０°を成すように配置されており、前記第三入射部材は南側から見て階段状の面が西側を向き初段光路抑制レンズ群との成す角度のうち西側の角度が略６０°を成すように配置されており奥行き方向の長さが初段光路抑制レンズ群の奥行き方向の長さに略等しく、前記第四入射部材は奥行き方向の長さが初段光路抑制レンズ群の奥行き方向の長さに略等しく幅が第三入射部材の幅の四分の一乃至三分の一程度の大きさであり第三入射部材から東に向かって第三入射部材の幅の略半分の距離の位置において南側から見て階段状の面が東側を向き初段光路抑制レンズ群との成す角度のうち東側の角度が略６０°を成すように配置されており、第二入射部材と第四入射部材の初段光路抑制レンズ群への固定位置は近接しており第二入射部材と第四入射部材とは南側から見て略Ｖ字状をしてい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１５】
前記初段光路抑制レンズ群の後部側に反射面を前方に向けて配置された後部反射板と、透明な素材からなり片側の面が平面で反対側の面が階段状をした略平板状の板からなり階段状の面を後方へと向けて初段光路抑制レンズ群の前側に配置された前部反射板とから構成される入射光南北変化分抑制補助段を具備す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１６】
前記入射光南北変化分抑制補助段の後部反射板は断面形状が上下方向から見たときに内側に凹状に湾曲しているとともに東西方向から見ても反射面側に途中で略５°の角度で折り曲げられていることを具備することを特徴とする請求項１５に記載の太陽光集光装置。
【請求項１７】
前記入射光南北変化分抑制補助段の後部反射板は断面形状が上下方向から見たときに２つの凹状の曲面が並んだ形状で全体が内側に凹状に湾曲しているとともに東西方向から見ても反射面側に途中で略５°の角度で折り曲げられていることを特徴とする請求項１５に記載の太陽光集光装置。
【請求項１８】
前記初段光路抑制レンズ群は緯度と略同じ角度で北半球では南側に傾斜し南半球では北側に傾斜してい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１９】
前記初段光路抑制レンズ群を構成するレンズは東西方向から見たときの太陽光の入射角度が垂直状態から多少逸脱しようとも南北方向から見た入射光の進行方向を鉛直下向きに近付ける効果を損なわない形状になってい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２０】
透明な素材からなり片側の面が平面で反対側の面が階段状をした略平板状の板からなり階段状の面を内側に向け鉛直線に対して内側に略１５°の角度で傾斜して初段光路抑制レンズ群の上の東西方向両端に立設された側部反射板を具備するを特徴とする請求項１に記載の太陽光集光装置。
【請求項２１】
初段光路抑制レンズ群を構成するレンズの断面形状と次段光路抑制レンズ群を構成するレンズの断面形状とは同一であ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２２】
前記初段光路抑制レンズ群の後部側に反射面を前方に向けて配置された金属製の後部反射板と、
透明な素材からなり片側の面が平面で反対側の面が階段状をした略平板状の板からなり階段状の面を後方へと向けて初段光路抑制レンズ群の前側に配置された前部反射板と、
透明な素材からなり片側の面が平面で反対側の面が階段状をした略平板状の板からなり階段状の面を内側に向け鉛直線に対して内側に略１５°の角度で傾斜して初段光路抑制レンズ群の上の東西方向両端に配置された側部反射板とを備え、
これら後部反射板、前部反射板、側部反射板は、最上段に後部反射板を位置させて初段光路抑制レンズ群の上面へと順に重ね合わされた状態に折り畳み可能であることを特徴とする請求項１に記載の太陽光集光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、１日単位の時刻変化により東西方向の入射角度が時事刻々と変化し、緯度や季節の違いにより南北方向の入射角度が変化する太陽光を追尾不要で集光できる太陽光集光装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
１００年後には化石燃料は枯渇し、２００年後には原子力発電も無くなると言われており、人類にとって近い将来、残されたエネルギー源は太陽光によるエネルギーと核融合のみとなる厳しい現実を迎えなくてはいけない。また、化石燃料依存による二酸化炭素増加の結果、地球の温暖化が促進され人類絶滅の危機さえ懸念されている。これを回避する意味でもエネルギー源の多くを太陽光エネルギーへと早期に切り替えることが必要である。そのためには、太陽光エネルギーを効率良く利用する技術開発が不可欠である。そこで、これまでに太陽光エネルギーを凝縮させる為に凸レンズや凹面鏡を用いた研究がなされている。凸レンズや凹面鏡によれば太陽光を焦点に集光させることで濃縮が可能であった。しかし、凸レンズや凹面鏡によれば常時、入射光を一定方向から入射させる必要があるため時事刻々と変化する太陽光の入射角度に応じて、入射光の向きが常に一定になるように追尾させる必要があった。そのため、制御系も複雑になる等設備が大掛かりになってしまい希薄な太陽光エネルギーを利用する割りには設備費が高額なものとなり実用には不向きとされていた。また、曇天の日には、太陽光は散乱してしまうため集光不能であった。
【０００３】
そこで、鈴木は、これまでに「集光レンズと前記集光レンズを用いた集光方法」（特開２０００−５６１０２号公報）、光路抑制レンズ（特開２００２−２１４４０６号公報）、光路抑制レンズ（特開２００２−３５７７０２号公報）にて開示しているように、地表面の１平方メートルあたりに１kW程度と極めて希薄なエネルギーである太陽光を従来の集光技術では実現しえない程に効率よく濃縮する集光レンズを開発した。これらのレンズによれば、様々な方向から入射する光の透過後の進行方向を入射角度に関係なく略一定に保つことができた。例えば、時事刻々と入射角度が変化する太陽光を略鉛直下向きに保つことができる等、入射角度に関係なく透過後の光の進行方向を自在に設定できた。したがって、複数のレンズを使用して各レンズの透過光が一定の位置に集中する様に配置するだけで、時刻の変化で太陽光の入射角度が変化しようとも、曇りの日で入射光が散乱光であっても、太陽光を集光させることができた。また、全体を略平板状に構成でき、設備の省スペース、低コストの面でも有効であった。
【０００４】
しかし、上記レンズによれば、全ての入射角度に対して透過光の進行方向を完全に一定方向に保つことができるわけではなく、より広範囲な入射角度に対応させようとすると透過光の放射方向のばらつき範囲も大きくなる等、レンズの形状設計だけに依存する太陽光の濃縮には限界があった。
【特許文献１】特開２０００−５６１０２号公報
【特許文献２】特開２０００−３０３９４６号公報
【特許文献３】特開２０００−２８４２１２号公報
【特許文献４】特開２００１−８２０５７号公報
【特許文献５】特開２００２−２１４４０６号公報
【特許文献６】特開２００２−３５７７０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
解決しようとする問題点は、時々刻々と入射角度が変化する太陽光の集光においてレンズ形状の設計のみでは太陽光の濃縮に限界がある点である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１の発明にかかる太陽光集光装置は、集光目標位置へと太陽光が入射する側に配置され入射角度が日の出から日没に至る略全日射範囲に対して放射角度のばらつき範囲が入射角度の範囲よりも小さくなるように太陽光の進行方向を透過経路の途中で屈折または全反射を用いて抑制する形状に設計された透明な素材からなる初段光路抑制レンズ群と、
前記初段光路抑制レンズ群の放射面側に配置位置に応じて透過光の進行方向が集光目標位置を向く角度に傾斜して配置され入射角度が前記初段光路抑制レンズ群からの放射光のばらつき範囲に対して放射角度のばらつき範囲が入射角度の範囲よりも小さくなるように太陽光の進行方向を透過経路の途中で屈折または全反射を用いて抑制する形状に設計された透明な素材からなる次段光路抑制レンズ群と、前記次段光路抑制レンズ群の放射面側に配置位置に応じて透過光の進行方向が集光目標位置を向く角度に傾斜して配置され入射角度が前記次段光路抑制レンズ群からの放射光のばらつき範囲に対して放射角度のばらつき範囲が入射角度の範囲よりも小さくなるように太陽光の進行方向を透過経路の途中で屈折または全反射を用いて抑制する形状に設計された透明な素材からなる最終段光路抑制レンズ群とを備えたことを特徴とするものである。なお、初段光路抑制レンズ群、次段光路抑制レンズ群及び最終段光路抑制レンズ群を構成する透明な素材には屈折率が１．４９のメタアクリル（ＭＭＡ）がある。
【０００７】
請求項２の発明にかかる太陽光集光装置は、請求項１の発明の太陽光集光装置において、前記初段光路抑制レンズ群を構成するレンズの素材がガラスである場合にも加工に無理の無い程度に簡易な形状であることを特徴とするものである。
【０００８】
請求項３の発明にかかる太陽光集光装置は、請求項１の発明の太陽光集光装置において、前記初段光路抑制レンズ群と前記次段光路抑制レンズ群と前記最終段光路抑制レンズ群の組み合わせ部分が集光目標位置上方にあることを特徴とするものである。
【０００９】
請求項４の発明にかかる太陽光集光装置は、請求項３の発明の太陽光集光装置において、蓄熱範囲のうち北半球では南側端から南半球では北側端から所定範囲の上空における前記初段光路抑制レンズ群と前記次段光路抑制レンズ群と前記最終段光路抑制レンズ群の組み合わせ部分を省略したことを特徴とするものである。
【００１０】
請求項５の発明にかかる太陽光集光装置は、請求項１の発明の太陽光集光装置において、前記初段光路抑制レンズ群と前記次段光路抑制レンズ群と前記最終段光路抑制レンズ群の組み合わせ部分が北半球では集光目標位置の南側側面にあり、南半球では集光目標位置の北側側面にあることを特徴とするものである。
【００１１】
請求項６の発明にかかる太陽光集光装置は、請求項５の発明の太陽光集光装置において、前記初段光路抑制レンズ群と前記次段光路抑制レンズ群と前記最終段光路抑制レンズ群の組み合わせ部分が蓄熱範囲の幅を超える外側へと延設されていることを特徴とするものである。
【００１２】
請求項７の発明にかかる太陽光集光装置は、請求項５の発明の太陽光集光装置において、前記初段光路抑制レンズ群と前記次段光路抑制レンズ群と前記最終段光路抑制レンズ群の組み合わせ部分が東西方向の中央部分の所定範囲の下から上までの全領域に開口部を有することを特徴とするものである。
【００１３】
請求項８の発明にかかる太陽光集光装置は、請求項１の発明の太陽光集光装置において、前記太陽光集光装置が蓄熱範囲に蓄熱水槽を備え、前記蓄熱水槽は集光目標位置に配置された加熱槽と前記加熱槽を取り巻いて外へ向かって複数段階に区画された複数の予熱槽とからなり、前記加熱槽と複数の前記予熱槽の深さは外側の水槽から中央の水槽に向かうに従って浅くなっていることを特徴とするものである。
【００１４】
請求項９の発明にかかる太陽光集光装置は、請求項１の発明の太陽光集光装置において、前記太陽光集光装置が蓄熱範囲に蓄熱水槽を備え、前記蓄熱水槽の水中内には黒体の集熱体が配置されていることを特徴とするものである。
【００１５】
請求項１０の発明にかかる太陽光集光装置は、請求項１の発明の太陽光集光装置において、集光目標位置を外れた太陽光を反射させて集光目標位置へと到達させる反射板が北半球では集光目標位置の北側側面に、南半球では集光目標位置の南側側面にあることを特徴とするものである。
【００１６】
請求項１１の発明にかかる太陽光集光装置は、請求項１の発明の太陽光集光装置において、上下方向から見たときに内側に凹状に湾曲しており集光目標位置を外れた太陽光を反射させて集光目標位置へと到達させる反射板が北半球では集光目標位置の北側側面に、南半球では集光目標位置の南側側面にあることを特徴とするものである。
【００１７】
請求項１２の発明にかかる太陽光集光装置は、請求項１の発明の太陽光集光装置において、断面形状が上下方向から見たときに内側に凹状に湾曲しているだけでなく東西方向から見たときも内側に凹状に湾曲しており集光目標位置を外れた太陽光を反射させて集光目標位置へと到達させる反射板が北半球では集光目標位置の北側側面に、南半球では集光目標位置の南側側面にあることを特徴とするものである。
【００１８】
請求項１３の発明にかかる太陽光集光装置は、請求項１０乃至請求項１２のいずれか１つの発明の太陽光集光装置において、前記反射板が複数に分割して収納可能な部分からなるものである。
【００１９】
請求項１４の発明にかかる太陽光集光装置は、請求項１の発明の太陽光集光装置において、前記初段光路抑制レンズ群の東西方向両側が南北方向から見て曲面形状を成し、初段光路抑制レンズ群の上部に予め南北方向から見た入射光の進行方向が垂直に近付くように抑制するのを補助する入射光東西変化分抑制補助段を複数点在して備え、前記入射光東西変化分抑制補助段が透明な素材からなり片側の面が平面で反対側の面が階段状をした略平板状の板からなる第一入射部材，第二入射部材，第三入射部材，第四入射部材で構成され、前記第一入射部材が南側から見て階段状の面が東側を向き初段光路抑制レンズ群との成す角度のうち東側の角度が略６０°を成すように配置されており奥行き方向の長さが初段光路抑制レンズ群の奥行き方向の長さに略等しく、前記第二入射部材が奥行き方向の長さが初段光路抑制レンズ群の奥行き方向の長さに略等しく幅が第一入射部材の幅の四分の一乃至三分の一程度の大きさであり第一入射部材から西に向かって第一入射部材の幅の略半分の距離の位置において南側から見て階段状の面が西側を向き初段光路抑制レンズ群との成す角度のうち西側の角度が略６０°を成すように配置されており、前記第三入射部材が南側から見て階段状の面が西側を向き初段光路抑制レンズ群との成す角度のうち西側の角度が略６０°を成すように配置されており奥行き方向の長さが初段光路抑制レンズ群の奥行き方向の長さに略等しく、前記第四入射部材が奥行き方向の長さが初段光路抑制レンズ群の奥行き方向の長さに略等しく幅が第三入射部材の幅の四分の一乃至三分の一程度の大きさであり第三入射部材から東に向かって第三入射部材の幅の略半分の距離の位置において南側から見て階段状の面が東側を向き初段光路抑制レンズ群との成す角度のうち東側の角度が略６０°を成すように配置されており、第二入射部材と第四入射部材の初段光路抑制レンズ群への固定位置が近接しており第二入射部材と第四入射部材とが南側から見て略Ｖ字状をしているものである。
【００２０】
請求項１５の発明にかかる太陽光集光装置は、請求項１の発明の太陽光集光装置において、前記初段光路抑制レンズ群の後部側に反射面を前方に向けて配置された後部反射板と、透明な素材からなり片側の面が平面で反対側の面が階段状をした略平板状の板からなり階段状の面を後方へと向けて初段光路抑制レンズ群の前側に配置された前部反射板とから構成される入射光南北変化分抑制補助段を具備するものである。
【００２１】
請求項１６の発明にかかる太陽光集光装置は、請求項１５の発明の太陽光集光装置において、前記入射光南北変化分抑制補助段の後部反射板の断面形状が上下方向から見たときに内側に凹状に湾曲しているだけでなく東西方向から見ても反射面側に途中で略５°の角度で折り曲げられているものである。
【００２２】
請求項１７の発明にかかる太陽光集光装置は、請求項１５の発明の太陽光集光装置において、前記入射光南北変化分抑制補助段の後部反射板の断面形状が上下方向から見たときに２つの凹状の曲面が並んだ形状で全体が内側に凹状に湾曲しているとともに東西方向から見ても反射面側に途中で略５°の角度で折り曲げられているものである。
【００２３】
請求項１８の発明にかかる太陽光集光装置は、請求項１の発明の太陽光集光装置において、初段光路抑制レンズ群が緯度と略同じ角度で北半球では南側に傾斜し南半球では北側に傾斜しているものである。
【００２４】
請求項１９の発明にかかる太陽光集光装置は、請求項１の発明の太陽光集光装置において、初段光路抑制レンズ群を構成するレンズが東西方向から見たときの太陽光の入射角度が垂直状態から多少逸脱しようとも南北方向から見た入射光の進行方向を鉛直下向きに近付ける効果を損なわない形状になっているものである。
【００２５】
請求項２０の発明にかかる太陽光集光装置は、請求項１の発明の太陽光集光装置において、透明な素材からなり片側の面が平面で反対側の面が階段状をした略平板状の板からなり階段状の面を内側に向け鉛直線に対して内側に略１５°の角度で傾斜して初段光路抑制レンズ群の上の東西方向両端に立設された側部反射板を備えたものである。
【００２６】
請求項２１の発明にかかる太陽光集光装置は、請求項１の発明の太陽光集光装置において、初段光路抑制レンズ群を構成するレンズの断面形状と次段光路抑制レンズ群を構成するレンズの断面形状とが同一であるものである。
【００２７】
請求項２２の発明にかかる太陽光集光装置は、請求項１の発明の太陽光集光装置において、前記初段光路抑制レンズ群の後部側に反射面を前方に向けて配置された金属製の後部反射板と、透明な素材からなり片側の面が平面で反対側の面が階段状をした略平板状の板からなり階段状の面を後方へと向けて初段光路抑制レンズ群の前側に配置された前部反射板と、透明な素材からなり片側の面が平面で反対側の面が階段状をした略平板状の板からなり階段状の面を内側に向け鉛直線に対して内側に略１５°の角度で傾斜して初段光路抑制レンズ群の上の東西方向両端に配置された側部反射板とを備え、これら後部反射板、前部反射板、側部反射板は、最上段に後部反射板を位置させて初段光路抑制レンズ群の上面へと順に重ね合わされた状態に折り畳み可能であるものである。
【発明の効果】
【００２８】
請求項１の発明にかかる太陽光集光装置によれば、時間の経過とともに時々刻々と変化する太陽光の入射角度の変化分を初段光路抑制レンズ群により小さくした後に、次段光路抑制レンズ群により集光目標位置へと集光し、更に、集光目標位置へと向かう太陽光の進行方向のずれを最終段光路抑制レンズ群で補正する形態をとっており、太陽光の進行方向の変化分を複数のそれぞれ独立に設計されたレンズ群によって吸収しており、各レンズ群に要求される入射角度のばらつきに対する放射角度のばらつきを抑える設計を無理なく行うことができるので、最終段階では太陽光の進行方向のばらつきを従来よりも大幅に小さく抑えることができ太陽光の濃縮を安定して向上できる。
【００２９】
請求項２の発明にかかる太陽光集光装置によれば、請求項１の発明の太陽光集光装置の効果に加えて、樹脂に比べて大幅に熱収縮率が小さく経年変化しにくいガラスを素材として初段光路抑制レンズ群を構成するレンズを構成できるので、初段光路抑制レンズ群を構成するレンズの加工時に発生する寸法誤差を樹脂で構成する場合に比べて小さく抑えることができるとともに、外部に露出し最も風化しやすい条件下にある初段光路抑制レンズ群の耐久性を大幅に増すことができ、集光装置の寿命を増すことができる。
【００３０】
請求項３の発明にかかる太陽光集光装置によれば、請求項１の発明の太陽光集光装置の効果に加えて、前記初段光路抑制レンズ群と前記次段光路抑制レンズ群と前記最終段光路抑制レンズ群の組み合わせ部分が集光目標位置上方にあるので、集光目標位置上方から入射する太陽光の濃縮を安定して向上できる。
【００３１】
請求項４の発明にかかる太陽光集光装置によれば、請求項３の発明の太陽光集光装置の効果に加えて、蓄熱範囲のうち北半球では南側端から南半球では北側端から所定範囲の上空の太陽光の濃縮が不要な箇所における前記初段光路抑制レンズ群と前記次段光路抑制レンズ群と前記最終段光路抑制レンズ群の組み合わせ部分を省略しているので、エネルギー濃縮性能を犠牲にすることなく設備費を低減できる。
【００３２】
請求項５の発明にかかる太陽光集光装置によれば、請求項１の発明の太陽光集光装置の効果に加えて、前記初段光路抑制レンズ群と前記次段光路抑制レンズ群と前記最終段光路抑制レンズ群の組み合わせ部分が北半球では集光目標位置の南側側面にあり、南半球では集光目標位置の北側側面にあるので、緯度が高くなるにつれて冬期に北半球では南側側面から南半球では北側側面からの入射が増加する太陽光の濃縮を安定して向上できる。
【００３３】
請求項６の発明にかかる太陽光集光装置によれば、請求項５の発明の太陽光集光装置の効果に加えて、蓄熱範囲全体の幅を超えて外側から入射する太陽光までも前記初段光路抑制レンズ群と前記次段光路抑制レンズ群と前記最終段光路抑制レンズ群の組み合わせ部分のうち蓄熱範囲の幅を超えて外側への延設部分によって蓄熱範囲へと集光して利用できる。
【００３４】
請求項７の発明にかかる太陽光集光装置によれば、請求項５の発明の太陽光集光装置の効果に加えて、前記初段光路抑制レンズ群と前記次段光路抑制レンズ群と前記最終段光路抑制レンズ群の組み合わせ部分が東西方向の中央部分の所定範囲の下から上までの全領域に開口部を有するので、各レンズ群の面積縮小化により設備費を低減できる
【００３５】
請求項８の発明にかかる太陽光集光装置によれば、請求項１の発明の太陽光集光装置の効果に加えて、蓄熱水槽が集光目標位置に配置された加熱槽と前記加熱槽を取り巻いて外へ向かって複数段階に区画された複数の予熱槽とからなるので、予熱槽において集光目標位置から外れた太陽光で余熱して加熱槽において温湯を生成することで、集熱効率を向上できる。また、蓄熱水槽を構成する各水槽の深さが外側の複数の予熱槽から中央の加熱槽に向かうに従って浅くなっているので、建物の屋上に配置する場合には屋上の最も強度の弱い中央付近に加わる負荷を低減できる。しかも、この状態は中央の加熱槽に向かうに従って熱容量を低減した状態になるので、より高温の温湯生成を助長できる。さらに、加熱槽で生成された温湯を使用することで、物理的に温湯の流れが周辺から中央へ向かい、低温側から高温側へエネルギーを移動させることになるので、高効率にエネルギーを使用できる。
【００３６】
請求項９の発明にかかる太陽光集光装置によれば、請求項１の発明の太陽光集光装置の効果に加えて、蓄熱水槽の水中内に配置された黒体の集熱体により水中内で太陽光のエネルギーを水に伝達するので、輻射等によるエネルギー損失がない効率の良い集熱が行える。
【００３７】
請求項１０の発明にかかる太陽光集光装置によれば、請求項１の発明の太陽光集光装置の効果に加えて、北半球では集光目標位置の北側外部、南半球では集光目標位置の南側外部へそれぞれ外れる太陽光を反射板で反射させて集光目標位置へと到達させることができるので、緯度が高くなるにつれて日射量の減少する冬期にも太陽光を有効に利用できる効果が高い。
【００３８】
請求項１１の発明にかかる太陽光集光装置によれば、請求項１の発明の太陽光集光装置の効果に加えて、北側へと漏れ出る太陽光までも上下方向から見て凹状曲面からなる反射板を用いて集光するので、太陽光を用いた温湯生成装置としては従来に無く高温度の温湯を得ることができるだけでなく、水を沸騰することもできる。そして、得られる温湯の温度が従来に無く高いことにより、用途範囲が従来より拡大する。
【００３９】
請求項１２の発明にかかる太陽光集光装置によれば、請求項１の発明の太陽光集光装置の効果に加えて、北側へと漏れ出る太陽光までも断面形状が上下方向からだけでなく東西方向から見ても内側に凹状に湾曲した反射板を用いて集光するので、北側外部へと漏れ出ようとする太陽光を高密度に集光できる。
【００４０】
請求項１３の発明にかかる太陽光集光装置によれば、請求項１０乃至請求項１２のいずれか１つの発明の太陽光集光装置の効果に加えて、台風が発生する等の悪天候時には反射板を複数に分割して収納することで反射板の破損を免れることができる。
できる。
【００４１】
請求項１４の発明にかかる太陽光集光装置によれば、請求項１の発明の太陽光集光装置の効果に加えて、入射光東西変化分抑制補助段により日中において日の出から日没まで時々刻々と変化する太陽光の東西方向の入射角度を±６０°以内に抑制する。特に、第一入射部材，第三入射部材への入射角度が７５°程度と大きく第一入射部材，第三入射部材からの放射角度が十分に小さくならない場合には、ペアとなる第二入射部材，第四入射部材へと到達することで光の進行方向は抑制され初段光路抑制レンズ群へと至る。したがって、初段光路抑制レンズ群への入射前に南北方向から見た太陽光の進行方向を入射光東西変化分抑制補助段により予め初段光路抑制レンズ群に垂直に近付く方向に補正するので、より信頼性の高い太陽光の濃縮が行える。また、初段光路抑制レンズ群の東西方向両側は南北方向から見て曲面になっているので、より高密度に太陽光を濃縮できる。
【００４２】
請求項１５の発明にかかる太陽光集光装置によれば、請求項１の発明の太陽光集光装置の効果に加えて、南極や北極に近い場合のように緯度が４５°以上で南中高度の低い高緯度地域においても東西方向から見た太陽光の進行方向を入射光南北変化分抑制補助段により予め初段光路抑制レンズ群に対して垂直に近付く方向に補正できる。すなわち、東西方向から見た太陽光の進行方向を入射角度及び入射位置に応じて後部反射板での反射に続く前部反射板での反射によって初段光路抑制レンズ群へと垂直に近付く方向に補正できる。したがって、高緯度地域においても太陽光を濃縮して有効利用できる。なお、前側から前部反射板へと直接入射する太陽光は前部反射板が透明な素材からなるので、透過して直接初段光路抑制レンズ群へと入射する。
【００４３】
請求項１６の発明にかかる太陽光集光装置によれば、請求項１５の発明の太陽光集光装置の効果に加えて、後部反射板が加工し易い簡易な形状で凹面鏡のような集光性能を発揮できるので、太陽光の濃縮が促進できる。
【００４４】
請求項１７の発明にかかる太陽光集光装置によれば、請求項１５の発明の太陽光集光装置の効果に加えて、後部反射板が加工し易い簡易な形状で凹面鏡のような集光性能を発揮できるので、太陽光の濃縮が促進できる。特に、後部反射板を上下方向から見たときに内側に凹状に湾曲した部分が２つの凹状の曲面が並んだ形状になっているので、集光目標位置へと集光しやすく、太陽光の有効利用を促進できる。
【００４５】
請求項１８の発明にかかる太陽光集光装置によれば、請求項１の発明の太陽光集光装置の効果に加えて、初段光路抑制レンズ群が緯度と略同じ角度で北半球では南側に傾斜し南半球では北側に傾斜しており、東西方向から見て太陽光の年間平均の入射角度が略垂直状態に保たれるので、年間を通じて南北方向から見た入射光の進行方向を鉛直下向きに近付ける効果を最大限に発揮できる。
【００４６】
請求項１９の発明にかかる太陽光集光装置によれば、請求項１の発明の太陽光集光装置の効果に加えて、東西方向から見たときの太陽光の入射角度が初段光路抑制レンズ群に対して垂直状態から多少逸脱しようとも初段光路抑制レンズ群を構成するレンズが南北方向から見た入射光の進行方向を鉛直下向きに近付ける効果を損なわない形状になっているので、四季変化で南中高度が変化しても日の出から日没まで時々刻々と南北方向から見た入射角度が変化する太陽光の進行方向を鉛直下向きに抑制する効果が保たれ年間を通じて安定した太陽光の集光が実現できる。
【００４７】
請求項２０の発明にかかる太陽光集光装置によれば、請求項１の発明の太陽光集光装置の効果に加えて、南北方向から見た太陽光の入射角度が大きくなり側部反射板が無ければ初段光路抑制レンズ群の東西方向に初段光路抑制レンズ群の外側へと太陽光の多くが外れ出ようとする日の出や日没の時刻に近い時間帯において、初段光路抑制レンズ群の東西方向に外側へと外れようとする太陽光を側部反射板によって反射し初段光路抑制レンズ群へと到達させることができる。なお、側部反射板は透明な素材からなるので、逆方向からの入射に対して太陽光が透過するので太陽光の初段光路抑制レンズ群への入射を阻止することはない。
【００４８】
請求項２１の発明にかかる太陽光集光装置によれば、請求項１の発明の太陽光集光装置の効果に加えて、初段光路抑制レンズ群を構成するレンズの断面形状と次段光路抑制レンズ群を構成するレンズの断面形状が同一であり、同一断面形状のレンズを共用できるので、製造コストを低減できる。
【００４９】
請求項２２の発明にかかる太陽光集光装置によれば、請求項１の発明の太陽光集光装置の効果に加えて、南極や北極に近い場合のように緯度が４５°以上で南中高度の低い高緯度地域においても東西方向から見た太陽光の進行方向を入射角度及び入射位置に応じて後部反射板での反射に続く前部反射板での反射によって初段光路抑制レンズ群へと垂直に近付く方向に補正でき、高緯度地域においても太陽光を濃縮して有効利用できる。なお、前側から前部反射板へと直接入射する太陽光は前部反射板が透明な素材からなるので、透過して直接初段光路抑制レンズ群へと入射する。また、南北方向から見た太陽光の入射角度が大きくなり側部反射板が無ければ初段光路抑制レンズ群の東西方向に初段光路抑制レンズ群の外側へと太陽光の多くが外れ出ようとする日の出や日没の時刻に近い時間帯において、初段光路抑制レンズ群の東西方向に外側へと外れようとする太陽光を側部反射板によって反射し初段光路抑制レンズ群へと到達させることができる。なお、側部反射板は透明な素材からなるので、逆方向からの入射に対して太陽光が透過するので太陽光の初段光路抑制レンズ群への入射を阻止することはない。さらに、台風が発生する等の悪天候時には後部反射板を最上段にして後部反射板、前部反射板、側部反射板を折り畳むことで後部反射板、前部反射板、側部反射板の破損を免れることができる。また、金属製の後部反射板を最上段にすることで、火災時にも前部反射板、側部反射板を金属製の後部反射板で覆うことになり破損することが防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５０】
１日単位の時刻変化において時々刻々と南北方向から見た入射角度が変化する太陽光の濃縮を安定して向上するという目的を、太陽光の進行方向を入射角度のばらつき範囲に応じてより安定して一定方向に保てるように各々に独立に設計された初段光路抑制レンズ群と次段光路抑制レンズ群と最終段光路抑制レンズ群とを組み合わせることで実現した。
【実施例１】
【００５１】
図１は本発明の第一実施例の太陽光集光装置を示す説明図、図２は本発明の第一実施例の太陽光集光装置の集光目標位置上空付近での太陽光の進行状態を示す説明図、図３は本発明の第一実施例の太陽光集光装置の集光目標位置上空から東西方向に２０°離れた付近での太陽光の進行状態を示す説明図、図４は本発明の第一実施例の太陽光集光装置の集光目標位置上空から東西方向に４０°離れた付近での太陽光の進行状態を示す説明図である。
【００５２】
図１に示すように、本発明の第一実施例の太陽光集光装置１は、集光目標位置６へと太陽光が入射する側に配置された複数の板状のレンズからなる初段光路抑制レンズ群２と、前記初段光路抑制レンズ群２の放射面側に配置位置に応じて透過光の進行方向が集光目標位置６を向く角度に傾斜して配置された複数の板状のレンズからなる次段光路抑制レンズ群３，４と、前記次段光路抑制レンズ群３，４の放射面側に配置位置に応じて透過光の進行方向が集光目標位置６を向く角度に傾斜して配置された複数の板状のレンズからなる最終段光路抑制レンズ群５とを備えている。なお、前記初段光路抑制レンズ群２、次段光路抑制レンズ群３，４及び最終段光路抑制レンズ群５を構成するレンズは屈折率が１．４９のメタアクリル（ＭＭＡ）等の透明な素材からなる。初段光路抑制レンズ群２を構成するレンズは、例えば、図５及び図６に示すような端面形状、図７及び図８に示すような端面形状、図９及び図１０に示すような端面形状、図１１及び図１２に示すような端面形状、または、図１３及び図１４に示すような端面形状をしている。初段光路抑制レンズ群２によれば、図２乃至図４に示すように、日の出から日没まで入射角度が東西方向に時々刻々と変化する太陽光の進行方向を透過後には、略±３０°以内の範囲に抑えることができる。なお、以降の説明では太陽光の透過後におけるレンズの垂線との成す角度を放射角度と定義する。つまり、初段光路抑制レンズ群２は入射角度が日の出から日没に至る略全日射範囲に対して放射角度のばらつき範囲が入射角度の範囲よりも小さくなるように太陽光の進行方向を透過経路の途中で屈折または全反射を用いて抑制する形状に設計されている。
【００５３】
なお、図５は本発明の第一実施例の太陽光集光装置に用いる初段光路抑制レンズ群を構成するレンズの第一例を示す説明図、図６は図５のレンズの連続する同一形状部分を示す拡大図、図７は本発明の第一実施例の太陽光集光装置に用いる初段光路抑制レンズ群を構成するレンズの第二例を示す説明図、図８は図７のレンズの連続する同一形状部分を示す拡大図、図９は本発明の第一実施例の太陽光集光装置に用いる初段光路抑制レンズ群を構成するレンズの第三例を示す説明図、図１０は図９のレンズの連続する同一形状部分を示す拡大図、図１１は本発明の第一実施例の太陽光集光装置に用いる初段光路抑制レンズ群を構成するレンズの第四例を示す説明図、図１２は図１１のレンズの連続する同一形状部分を示す拡大図、図１３は本発明の第一実施例の太陽光集光装置に用いる初段光路抑制レンズ群を構成するレンズの第五例を示す説明図、図１４は図１３のレンズの連続する同一形状部分を示す拡大図である。なお、図１３及び図１４に示すレンズは他の例に比べて簡易な形状となっており特に素材がガラスである場合にも加工に無理の無い形状である。つまり、樹脂に比べて大幅に熱収縮率が小さく経年変化しにくいガラスを素材として初段光路抑制レンズ群２を構成するレンズを構成できるので、初段光路抑制レンズ群２を構成するレンズの加工時に発生する寸法誤差を樹脂で構成する場合に比べて小さく抑えることができるとともに、外部に露出し最も風化しやすい条件下にある初段光路抑制レンズ群２の耐久性を大幅に増すことができ、集光装置１の寿命を増すことができる。
【００５４】
また、初段光路抑制レンズ群２を構成するレンズの例として図５乃至図１４に示すレンズは具体例の一部分であり、初段光路抑制レンズ群２には入射角度範囲に対して放射角度の範囲が小さくなるように設計されたレンズ群であればその他任意の形状のレンズを用いても良い。また、全入射角度範囲に対する放射角度範囲は略±３０°に限定されるものではなく、その他任意に設定でき、さらに小さくなればなる程好ましい。
【００５５】
そして、初段光路抑制レンズ群２の放射面側に配置された次段光路抑制レンズ群３，４は、図３または図４に示すように、略±６０°の入射角度範囲に対して放射角度が略±２０°以内になるように太陽光の進行方向を透過経路の途中で屈折または全反射を用いて抑制する形状に設計されている。そのため、次段光路抑制レンズ群３，４は略６０°まで傾斜させても略±３０°以内の範囲でばらつく初段光路抑制レンズ群２からの放射光を放射面側から放射角度が略±２０°以内を維持して放射させることができる。また、次段光路抑制レンズ群３，４を構成するレンズは、配置位置に応じて透過光の進行方向が集光目標位置６を向く角度に傾斜して配置されており、初段光路抑制レンズ群２と次段光路抑制レンズ群３，４との組み合わせだけで、従来の追尾機構のない太陽光集光装置では実現できない程に安定して高濃度に時事刻々と南北方向から見た入射角度が変化する太陽光を集光目標位置６へと集光できる構成になっている。つまり、初段光路抑制レンズ群２では日の出から日没までの広範囲な入射角度に対して集光することが求められるが、次段光路抑制レンズ群３，４では初段光路抑制レンズ群２で進行方向の変化を小さく制限された日射に対して集光を行えばよいので、放射角度をより一層小さくする設計を次段光路抑制レンズ群３，４に行うことができる。
【００５６】
なお、次段光路抑制レンズ群３，４を構成するレンズは、例えば、図１５及び図１６に示すような端面形状をしている。図１５は本発明の第一実施例の太陽光集光装置に用いる次段光路抑制レンズ群を構成するレンズの第一例を示す説明図、図１６は図１５のレンズの連続する同一形状部分を示す拡大図である。なお、次段光路抑制レンズ群３，４を構成するレンズの例として図１５、図１６に示すレンズは具体例の一部分であり、次段光路抑制レンズ群３，４には所定の入射角度範囲に対して放射角度の範囲が小さくなるように設計されたレンズであればその他任意の形状のレンズを用いても良い。また、略±６０°の入射角度範囲に対する放射角度範囲は略±２０°に限定されるものではなく、その他任意に設定でき、さらに小さくなればなる程好ましい。
【００５７】
同様に、次段光路抑制レンズ群３，４の放射面側に配置された最終段光路抑制レンズ群５は、図２乃至図４に示すように、配置位置に応じて透過光の進行方向が集光目標位置６を向く角度に傾斜して配置されており、放射角度が次段光路抑制レンズ群３，４よりも小さくなることによって太陽光の濃縮を高めている。すなわち、最終段光路抑制レンズ群５を構成するレンズが集光性能を保持できる入射角度は例えば略±３５°であり次段光路抑制レンズ群３，４よりも小さいが、放射角度が例えば略±１０°以内になるように設計されており次段光路抑制レンズ群３，４よりも高密度に集光できる。なお、最終段光路抑制レンズ群５は、例えば、図１７及び図１８に示すような端面形状をしており、次段光路抑制レンズ群３，４同様に太陽光の進行方向を透過経路の途中で屈折または全反射を用いて抑制する構造に設計されている。図１７は本発明の第一実施例の太陽光集光装置に用いる最終段光路抑制レンズ群を構成するレンズの第一例を示す説明図、図１８は図１７のレンズの連続する同一形状部分を示す拡大図である。
【００５８】
以上の構成によれば、太陽光を入射角度が時々刻々と変化しようとも、最終的に放射角度略±１０°以内のばらつきの範囲内で集光目標位置６へと集光できる。なお、最終段光路抑制レンズ群５を構成するレンズの例として図１７、図１８に示すレンズは具体例の一部分であり、最終段光路抑制レンズ群５には所定の入射角度範囲に対して放射角度の範囲が小さくなるように設計されたレンズであればその他任意の形状のレンズを用いても良い。また、最終段光路抑制レンズ群５の集光性能を保持できる入射角度範囲の略±３５°と、これに対する放射角度範囲の略±１０°以内は一例であり、これら入射角度と放射角度の関係はこれら値に限定するものではなく、その他任意の値に設定できる。ただし、集光性能を保持できる入射角度範囲は±３５°よりも大きくなればなる程好ましく、これに対する放射角度範囲は±１０°よりも更に小さくなればなる程好ましい。
【００５９】
なお、図１乃至図４では、太陽光集光装置１の中央付近では、集光目標位置６へと太陽光を導くのに進行方向を大きく変える必要がないため、図２に示すように、次段光路抑制レンズ群３，４を省略し、初段光路抑制レンズ群２の放射面側に最終段光路抑制レンズ群５を直接に配置している。しかし、初段光路抑制レンズ群２と最終段光路抑制レンズ群５との間に次段光路抑制レンズ群を入れても構わない。また、太陽光集光装置１の中央から東西方向に２０°程度離れた位置付近では、図３に示すように、初段光路抑制レンズ群２、次段光路抑制レンズ群４、最終段光路抑制レンズ群５の３段階の集光となっているが、東西方向に更に２０°離れた４０°付近では、太陽光の進行方向を更に大きく変える必要があることから、図４に示すように、次段光路抑制レンズ群が次段光路抑制レンズ群３，４の二層構成になっている。なお、太陽光集光装置１の中央から東西方向に２０°程度離れた位置付近でも次段光路抑制レンズ群を次段光路抑制レンズ群３，４の二層構成としても構わない。
【００６０】
このように、本発明の第一実施例の太陽光集光装置１は、集光目標位置へと太陽光が入射する側に配置され入射角度が日の出から日没に至る略全日射範囲に対して放射角度のばらつき範囲が入射角度の範囲よりも小さくなるように太陽光の進行方向を透過経路の途中で屈折または全反射を用いて抑制する形状に設計された透明な素材からなる初段光路抑制レンズ群２と、前記初段光路抑制レンズ群２の放射面側に配置位置に応じて透過光の進行方向が集光目標位置を向く角度に傾斜して配置され入射角度が前記初段光路抑制レンズ群２からの放射光のばらつき範囲に対して放射角度のばらつき範囲が入射角度の範囲よりも小さくなるように太陽光の進行方向を透過経路の途中で屈折または全反射を用いて抑制する形状に設計された透明な素材からなる次段光路抑制レンズ群３，４と、前記次段光路抑制レンズ群３，４の放射面側に配置位置に応じて透過光の進行方向が集光目標位置を向く角度に傾斜して配置され入射角度が前記次段光路抑制レンズ群３，４からの放射光のばらつき範囲に対して放射角度のばらつき範囲が入射角度の範囲よりも小さくなるように太陽光の進行方向を透過経路の途中で屈折または全反射を用いて抑制する形状に設計された透明な素材からなる最終段光路抑制レンズ群５とを備えている。
【００６１】
従って、本発明の第一実施例の太陽光集光装置１によれば、時間の経過とともに時々刻々と変化する太陽光の入射角度の変化分を初段光路抑制レンズ群２により小さくした後に、次段光路抑制レンズ群３，４により集光目標位置６へと集光し、更に、集光目標位置６へと向かう太陽光の進行方向のずれを最終段光路抑制レンズ群５で補正する形態をとっており、太陽光の進行方向の変化分を複数のそれぞれ独立に設計されたレンズ群によって吸収しており、各レンズ群に要求される入射角度のばらつきに対する放射角度のばらつきを抑える設計を無理なく行うことができるので、最終段階では太陽光の進行方向のばらつきを従来よりも大幅に小さく抑えることができ太陽光の濃縮を安定して向上できる。
【００６２】
続いて、本発明の第一実施例の太陽光集光装置１を用いた温湯生成装置の第一例について説明する。図１９は本発明の第一実施例の太陽光集光装置を用いた温湯生成装置の第一例を示す平面図、図２０は図１９の温湯生成装置のＡ−Ａ断面を示す断面図である。本発明の第一実施例の太陽光集光装置１を用いた温湯生成装置１１は、図１９及び図２０に示すように、高層ビル等の建物の屋上１０に設置されるものであり、集光目標位置となる加熱槽１２を取り巻いて外へ向かって複数段階に区画された予熱槽１３、予熱槽１４、予熱槽１５、予熱槽１６を備えている。このような加熱槽１２と予熱槽１３，１４，１５，１６からなる蓄熱水槽は加熱槽１２を取り巻く複数の予熱槽１３，１４，１５，１６により集光目標位置から外れた太陽光で余熱して温湯を生成することで、集熱効率を向上させている。また、加熱槽１２の外側に向かうに従って各槽の深さが深くなるようになっており、屋上１０の最も強度の弱い中央付近に加わる負荷を低減するようになっている。この状態は中央の加熱槽１２に向かうに従って熱容量を低減しているので、より高温の温湯生成を助長できる。しかも、加熱槽１２で生成された温湯を使用することで、物理的に温湯の流れが周辺から中央へ向かい、低温側から高温側へエネルギーを移動させることになるので、高効率にエネルギーを使用できる。さらに、蓄熱水槽を構成する加熱槽１２、予熱槽１３，１４，１５，１６の水中内には図示しない黒体の集熱体が配置されている。前記集熱体によれば、水中内で太陽光のエネルギーを水に伝達するので、輻射等によるエネルギー損失がない効率の良い集熱が行える。
【００６３】
そして、屋上１０の上空には東西方向に時々刻々と変化する太陽光の集光を行うために本発明の第一実施例の太陽光集光装置１が設置され、南側全面にも同様に本発明の第一実施例の太陽光集光装置１が設置されている。なお、東西南北は図１９においてＥ，Ｗ，Ｓ，Ｎで示す方向である。また、温湯生成装置１１を示す図中において太陽光集光装置１は簡略化されているが、実際には、図１乃至図１８で説明したものと同等の構成になっているものとする。上空と南側に各々独立に設置された太陽光集光装置１は集光目標位置となる加熱槽１２を狙って集光するような配置になっており、上空だけでなく南側側面から傾斜して入射する太陽光までも集光するようになっている。また、屋上１０の北側側面には金属製で反射面に銀メッキが施されるかまたは全体がアルミ製の反射板１７が配置されており、屋上１０の北側外部へと漏れ出ようとする太陽光を反射させて温湯生成に有効利用するようになっている。
【００６４】
特に、反射板１７は大部分を占める平面反射部１７ｂの他、幅方向の中央の所定範囲において上端より下方に向かって所定範囲部分が上下方向から見て内側に凹状に湾曲した凹面反射部１７ａとなっており、北側に漏れ出ようとする太陽光までも加熱槽１２へと濃縮して集光できるようになっている。なお、反射板１７は四季に応じた南中高度に応じて所定角度で傾斜して集光目標位置の加熱槽１２を目指して集光するようになっており、冬季には図２１に二点鎖線で示すように南側に倒れ、夏季には図２２に二点鎖線で示すように北側に倒れる。図２１は図１９の温湯生成装置の反射板による冬季集光を示す説明図、図２２は図１９の温湯生成装置の反射板による夏季集光を示す説明図である。
【００６５】
本発明の第一実施例の太陽光集光装置１を用いた第一例の温湯生成装置１１によれば、前述したように従来になく高密度に太陽光を集光できる太陽光集光装置１により上空側と南側から集光するのに加えて、北側へと漏れ出る太陽光までも上下方向から見て凹状曲面からなる凹面反射部１７ａを有する反射板１７を用いて四季による南中高度の変化に応じた傾斜角度で集光するので、太陽光を用いた温湯生成装置としては従来に無く高温度の温湯を得ることができる。そして、得られる温湯の温度が従来に無く高いことにより、用途範囲が従来より拡大する。例えば、従来であれば風呂用の温湯生成の補助的な手段にしか利用できなかったものが、蒸気機関の補助或は蒸気機関のエネルギー源そのものへの利用等へと拡大させることができる。例えば、熱機関において大気を高温に加熱する過程の余熱過程のみではなく水を沸騰させる程度の加熱を行うことを太陽熱に依存することができる。熱機関において１００％を化石燃料に依存する場合には腹水時に６５％を潜熱として捨てているため発電効率３５％であるが、本発明によれば水を沸騰気化するところを１００％太陽熱に依存でき、さらに、タービンを備えた熱機関において背後に大量の水を噴霧して負圧を得てエネルギーを取り出す場合には、化石燃料を使用する面からみて略２８０％の発電効率となり従来の８倍の効率になる。
【００６６】
なお、上記温湯生成装置１１の説明において、本発明の第一実施例の太陽光集光装置１を集光目標位置の上方と集光目標位置の南側側面の各々に配置するとともに、集光目標位置を外れた太陽光を反射させて集光目標位置へと到達させる反射板１７を集光目標位置の北側側面に配置しているが、この組み合わせは太陽光集光装置の一実施例であり、これらの組み合わせを任意に変えた組み合わせも考えられる。これら考えうる組み合わせの太陽光集光装置の用途は、温湯生成装置に限定されるものではなく他の用途に利用しても略同様の効果を奏することに変わりない。また、上記説明における東西南北の関係は北半球におけるものであり、南半球においては、日中を通じての南北方向から見た太陽光の入射角度の変化は北半球の場合と一致するが、東西方向から見た太陽光の入射角度については北半球の場合と逆になるので、北と南を入れ替えた説明となる。
【００６７】
続いて、本発明の第一実施例の太陽光集光装置１を用いた温湯生成装置の第二例について説明する。図２３は本発明の第一実施例の太陽光集光装置を用いた温湯生成装置の第二例を示す平面図、図２４は図２３の温湯生成装置の南側面図、図２５は図２３の温湯生成装置のＢ−Ｂ断面を示す断面図、図２６は図２３の温湯生成装置の蓄熱水槽部分を示す平面図、図２７は図２５の詳細図である。
【００６８】
本発明の第一実施例の太陽光集光装置１を用いた第二例の温湯生成装置２１は、前記温湯生成装置１１同様に高層ビル等の建物の屋上に設置されるものであり、図２６及び図２７に示すように集光目標位置となる加熱槽２２を取り巻いて外へ向かって複数段階に区画された予熱槽２３，２４，２５を備えており、このような加熱槽２２と予熱槽２３，２４，２５からなる蓄熱水槽は予熱槽２３，２４，２５において集光目標位置から外れた太陽光で余熱して加熱槽２２において温湯を生成することで、集熱効率を向上させている。また、加熱槽２２の外側に向かうに従って各槽の深さが深くなるようになっている。すなわち、周辺の予熱槽２３，２４，２５から中央の加熱槽２２に向かうに従って各槽の深さが浅くなっており、屋上の最も強度の弱い中央付近に加わる負荷を低減するようになっている。この状態は中央の加熱槽２２に向かうに従って熱容量を低減しているので、より高温の温湯生成を助長できる。しかも、加熱槽２２で生成された温湯を使用することで、物理的に温湯の流れが周辺から中央へと向かい、低温側から高温側へエネルギーを移動させることになるので、高効率にエネルギーを使用できる。さらに、蓄熱水槽を構成する加熱槽２２、予熱槽２３，２４，２５の水中内には図示しない黒体の集熱体が配置されている。前記集熱体によれば、水中内で太陽光のエネルギーを水に伝達するので、輻射等によるエネルギー損失がない効率の良い集熱が行える。
【００６９】
そして、図２３乃至図２５に示すように温湯生成装置２１の場合も温湯生成装置１１の場合と同様に屋上１０の上空と南側側面に第一実施例の太陽光集光装置１が設置されている点で共通するが次の点で少し異なる。なお、東西南北は図２３においてＥ，Ｗ，Ｓ，Ｎで示す。また、温湯生成装置２１を示す図中において太陽光集光装置１は簡略化されているが、実際には、図１乃至図１８で説明したものと略同等の構成になっているものとする。温湯生成装置２１における上空の太陽光集光装置１は加熱槽２２、予熱槽２３，２４，２５からなる蓄熱水槽部分全体の上空を覆うものではなく南側の所定範囲幅部分３０
を解放した状態になっている。そのため蓄熱水槽部分の南側の所定範囲幅部分３０では直接太陽光が入射して水温が上昇する日向水が生成される。すなわち、東西集光における南側の所定範囲へと照射される太陽光は集光しても南北方向の中央付近に位置する加熱槽２２に至るわけではなく予熱槽２３，２４，２５の何処かに到達するだけなので、この範囲では太陽光集光装置１は不要である。すなわち、蓄熱範囲のうち南側端から所定範囲では濃縮は不要であり、この濃縮不要箇所における太陽光集光装置１の面積省略化でエネルギー濃縮性能を犠牲にすることなく設備費を低減できる。
【００７０】
また、南側側面に位置する太陽光集光装置１は東西方向に蓄熱範囲である蓄熱水槽部分全体の幅を超えて延設部分１ｄ，１ｅを有している。これによって、蓄熱水槽部分全体の幅を超えて外側から入射する太陽光までも蓄熱水槽部分へと集光して利用できる。また、南側側面に位置する太陽光集光装置１は東西方向の中央部分の所定範囲の下から上までの全領域に開口部１ａを有し、延設部分１ｄ，１ｅの下方の所定領域にも開口部１ｂ，１ｃを有している。これら開口部１ａ，１ｂ，１ｃがあっても蓄熱水槽部分へと太陽光が至るのを妨げることは殆どなく、設備費を低減できる。
【００７１】
また、温湯生成装置１１の北側側面に配置された反射板１７は上下方向から見て内側に凹状に湾曲した凹面反射部１７ａを有していたが、温湯生成装置２１の北側側面には断面形状が上下方向からだけでなく図２５に示すように東西方向から見ても内側に凹状に湾曲した反射板２６が配置されており、北側外部へと漏れ出ようとする太陽光を温湯生成装置１１の場合よりも高密度に集光できる。なお、温湯生成装置２１の反射板２６も温湯生成装置１１の反射板１７同様に四季に応じた南中高度に応じて所定角度で傾斜して集光目標位置の加熱槽２２を目指して集光することに変わりない。また、温湯生成装置２１も温湯生成装置１１の平面反射部１７ｂ同様の平面反射板２７，２８を備えている。なお、反射板２６、平面反射板２７，２８は、いずれも金属製で反射面に銀メッキが施されるかまたは全体がアルミ製であり、反射面が鏡面反射するものである。また、反射板２６は図２７に示すように最下位に位置する分割固定板２６ａの上に続く複数枚の分割可動板２６ｂ，２６ｃ，２６ｄに分割でき、分割可動板２６ｂ，２６ｃ，２６ｄは、これらに沿って上下に延びるガイドレール２９に可動自在に固定されている。そして、台風が発生する等の悪天候時には分割可動板２６ｂ，２６ｃ，２６ｄは、ガイドレール２９に沿って下方の分割固定板２６ａの高さ付近まで移動及び収納でき、破損を免れることができる。
【００７２】
このように、本発明の太陽光集光装置１を用いた温湯生成装置の第二例の温湯生成装置２１は第一例の温湯生成装置１１と同様に、従来では実現し得ない程に高密度に太陽光を集光できるので、生成される温湯の温度が高くなり利用用途範囲が広がる。これに加えて、温湯生成装置２１では、上空を覆う太陽光集光装置１と南側面を覆う太陽光集光装置１の不要部分の面積縮小化による設備費低減効果がある。また、温湯生成装置２１では南側面を覆う太陽光集光装置１にて蓄熱水槽部分の東西方向に外側の範囲に入射する太陽光まで集光して有効利用できる点で温湯生成装置１１よりも優れている。さらに、温湯生成装置２１では北側に漏れ出ようとする太陽光を濃縮して集光する反射板２６が温湯生成装置１１の反射板１７の凹面反射部１７ａに比べて高密度に濃縮できるので、温湯生成装置１１の場合よりも高温の温湯を得る効果が高い。
【００７３】
なお、温湯生成装置２１の説明において、上空を覆う太陽光集光装置１と南側側面を覆う太陽光集光装置１の不要部分の面積を縮小化したり、南側側面を覆う太陽光集光装置１にて蓄熱水槽部分の東西方向に外側の範囲に入射する太陽光まで集光したり、北側に漏れ出ようとする太陽光を濃縮して集光する反射板２６が上下方向から見たときに内側に凹状に湾曲しているだけでなく東西方向から見たときも内側に凹状に湾曲しているが、これらの組み合わせも太陽光集光装置の一実施例であり、これらの組み合わせを任意に変えた組み合わせも考えられる。これら考えうる組み合わせの太陽光集光装置の用途は、温湯生成装置に限定されるものではなく他の用途に利用しても略同様の効果を奏することに変わりない。また、温湯生成装置２１の説明の場合も温湯生成装置１１の説明の場合と同様に東西南北の関係は北半球におけるものであり、南半球においては、日中を通じての南北方向から見た太陽光の入射角度の変化は北半球の場合と一致するが、東西方向から見た太陽光の入射角度については北半球の場合と逆になるので、北と南を入れ替えた説明となる。
【００７４】
続いて、本発明の第一実施例の太陽光集光装置１を用いた生ゴミ処理装置について説明する。図２８は本発明の第一実施例の太陽光集光装置を用いた生ゴミ処理装置を示す説明図である。本発明の第一実施例の太陽光集光装置１を用いた生ゴミ処理装置３１は、図２８に示すように、太陽光を用いて、家庭の台所から出る生ゴミや下水汚泥のような生ゴミ等を乾燥処理するものである。生ゴミ処理装置３１は、上部に本発明の第一実施例の太陽光集光装置１を備え、その下方にある集光目標位置に家庭の台所で出る生ゴミや下水汚泥等の生ゴミ等３５ｂを乾燥処理する乾燥室３５を備える。乾燥室３５内にはスクリューコンベヤ３５ａを備え生ゴミ等３５ｂを撹拌するようになっている。また、乾燥室３５と外部とは吸気管３６及び排気管３７により繋がっており吸気管３６により送り込んだ外気と一緒に生ゴミ等３５ｂから発生した水蒸気分を排気管３７により排気するようになっている。そして、太陽光集光装置１で濃縮集光された太陽光による熱で生ゴミ等３５ｂは熱せられながら、スクリューコンベヤ３５ａで撹拌され、吸気管３６による吸気と排気管３７による排気により水分を除去され乾燥処理される。
【００７５】
なお、乾燥室３５の下方には搬入口３８が形成されており、ここから生ゴミ等３５ｂを乾燥室３５内に搬入する。また、太陽光集光装置１から乾燥室３５へと至る途中の周辺には反射板３２が配置され、何らかの理由で外部へと漏れようとする光を乾燥室３５へと導けるようになっている。また、乾燥室３５の上部の太陽光を受ける入り口周辺には収熱板３４が配置され乾燥室３５が受けた太陽光のエネルギーを熱に変換できるようになっている。また、乾燥室３５の上部の太陽光を受ける入り口はシリカガラス等のガラス板３３で閉じられており、熱が乾燥室３５の外部へと逃げるのを防止するようになっている。
【００７６】
この他に、乾燥室３５の周辺は所定空間を空けてレンガ等の断熱壁３９で覆われた熱風路３９ａが形成されている。また、生ゴミ処理装置３１の最下部には所定空間を空けて断熱壁４０ａで覆われ燃料や電気を用いる等により熱風を発生する熱風発生器４０を備えており、熱風発生器４０で発生した熱風は断熱壁４０ａで覆われた空間内から乾燥室３５の周辺を覆う熱風路３９ａへと送られ生ゴミ等３５ｂを加熱出来るようになっている。すなわち、生ゴミ処理装置３１は、生ゴミ等３５ｂの水分を加熱気化させるための熱源として太陽光と燃料を用いる等による熱風発生器４０の２系統を備える。その結果、晴天の日には、熱源としては太陽光のエネルギーのみで生ゴミ等３５ｂは乾燥処理できるが、雨天や曇りの日等、晴天の日に比べて日射量が少ない場合にも、日射量に応じて補助的に熱風発生器４０を使用することにより生ゴミ等３５ｂを乾燥処理できる。
【００７７】
続いて、本発明の第一実施例の太陽光集光装置１を用いた換気機能付き採光装置について説明する。図２９は本発明の第一実施例の太陽光集光装置を用いた換気機能付き採光装置の屋根への設置状態を示す縦断面、図３０は図２９のＣ−Ｃ断面を示す横断面図である。換気機能付き採光装置５１は、図２９及び図３０に示すように、建物の屋根５０に傾斜面に沿って縦長に形成された開口部５０ａを透明な素材からなり板状の光路抑制レンズ群５２で閉蓋し、前記光路抑制レンズ群５２の下側に所定間隔をあけて黒体からなるカーボンファイバー等をシート状に加工した通気性のある集熱体５３を備えたものである。なお、建物の屋根５０の上には図示しない本発明の第一実施例の太陽光集光装置１が配置され、詳しくは、屋根５０の上の太陽光集光装置１の集光目標位置６に換気機能付き採光装置５１が配置されている。また、光路抑制レンズ群５２に用いるレンズは、第一実施例の太陽光集光装置１の初段光路抑制レンズ群２に用いるレンズと同様のもので、入射角度が日の出から日没に至る略全日射範囲に対して放射角度のばらつき範囲が入射角度の範囲よりも小さくなるように太陽光の進行方向を透過経路の途中で屈折または全反射を用いて抑制する形状に設計されている。
【００７８】
そのため、光路抑制レンズ群５２を透過した太陽光は、図３０に示すように、日中を通じて略安定して、集熱体５３へと到達する。なお、光路抑制レンズ群５２と集熱体５３との間の空洞部５４の幅方向両側には、内側に反射面を備えた反射板５５が設けられており、集熱体５３の幅方向に外れようとする光をも集熱体５３に到達させることができる。反射板５５は金属製で内側に銀メッキが施されるかまたは全体がアルミ製であり、内側の反射面が通常の鏡のように鏡面反射するものである。空洞部５４の上方は外部へと通じる換気口５６になっており、この換気口５６は蓋５６ａで閉じることができるようになっている。
【００７９】
そして、集熱体５３は通気性があるために、図２９で二点鎖線の矢印で示すように、室内の大気が次々と空洞部５４内へと移動でき、太陽光を動力源とした換気を行うことができる。すなわち、空洞部５４内の空気は、太陽光を受けた集熱体５３に暖められて熱膨張するので浮力を得て煙突効果により上方に向かって移動して換気口５６から外部へと移動する。このとき、集熱体５３が通気性があるので、室内の空気が次々と空洞部５４内へと移動して換気が行われる。なお、雨天の日等には換気口５６は蓋５６ａで閉じることができるので、室内に雨が入ることを防止できる。また、図３０に示すように、集熱体５３は幅方向片側で軸５３ａにより回転自在に支持されており、軸５３ａを軸に回転させることで光路抑制レンズ群５２からの太陽光を遮蔽することなく解放して通常の天窓と同様に室内に取り込むことができる。
【００８０】
このように、本発明の第一実施例の太陽光集光装置１を用いた換気機能付き採光装置５１は、建物の屋根５０に傾斜面に沿って縦長に形成された開口部５０ａを閉蓋し透明な素材からなり入射角度が日の出から日没に至る略全日射範囲に対して放射角度のばらつき範囲が入射角度の範囲よりも小さくなるように太陽光の進行方向を透過経路の途中で屈折または全反射を用いて抑制する形状に設計された光路抑制レンズ群５２と、前記光路抑制レンズ群５２の下側に所定間隔をあけて設置され光路抑制レンズ群５２からの入射光を解放自在で黒体からなるカーボンファイバー等をシート状に加工した通気性のある集熱体５３と、前記光路抑制レンズ群５２と集熱体５３との間の空洞部５４の上方に開閉自在に設けられ外部へと通じる換気口５６とを備えたものである。
【００８１】
したがって、本発明の第一実施例の太陽光集光装置１を用いた換気機能付き採光装置５１によれば、光路抑制レンズ群５２からの入射光を集熱体５３で遮蔽時には、集熱体５３に暖められた周辺の空気の煙突効果により室内の空気が通気性のある集熱体５３を透過して前記光路抑制レンズ群５２と集熱体５３との間の空洞部５４を通り空洞部５４の上方の換気口５６から外部へと移動することにより換気を行うことができる。また、集熱体５３を解放することで通常の天窓として使用することができる。特に、入射角度が日の出から日没に至る略全日射範囲に対して放射角度のばらつき範囲が入射角度の範囲よりも小さくなるように太陽光の進行方向を透過経路の途中で屈折または全反射を用いて抑制する形状に光路抑制レンズ群５２が設計されているので、光路抑制レンズ群５２を透過した太陽光が日中を通じて略安定して集熱体５３へと到達でき室内の換気を安定して行うことができる。
【実施例２】
【００８２】
続いて、本発明の第二実施例について説明する。図３１は本発明の第二実施例の太陽光集光装置を用いた温湯生成装置を示す説明図である。図３２は本発明の第二実施例の太陽光集光装置の入射光東西変化分抑制補助段の機能を示す説明図である。図３３は図３２の入射光東西変化分抑制補助段の第一入射部材、第二入射部材、第三入射部材及び第四入射部材への光の入出経路を示す説明図である。図３４は図３３に続く入射光東西変化分抑制補助段の第一入射部材、第二入射部材、第三入射部材及び第四入射部材への光の入出経路を示す説明図である。図３５は図３２の入射光東西変化分抑制補助段の第一入射部材、第二入射部材、第三入射部材及び第四入射部材への光の入出経路をまとめた表である。図中上記第一実施例と同一符号及び記号は上記第一実施例と同一または相当部分である。
【００８３】
図３１に示すように本発明の第二実施例の太陽光集光装置６１は上記第一実施例の太陽光集光装置１において、初段光路抑制レンズ群２に替えて初段光路抑制レンズ群２の東西方向両側を南北方向から見て曲面になるようにした初段光路抑制レンズ群６２とするとともに、初段光路抑制レンズ群６２の上部に予め南北方向から見た入射光の進行方向が鉛直に近付くように抑制するのを補助する入射光東西変化分抑制補助段６３を備えたものである。なお、初段光路抑制レンズ群６２の下側は、図示しないが上記第一実施例の太陽光集光装置１の場合と同様に次段光路抑制レンズ群と最終段光路抑制レンズ群が並んで、何段階にも分けて光の進行方向を抑制し、集光目標位置に集光させることに変わりない。例えば、東西方向の中央付近であれば、図３２に示すように、初段光路抑制レンズ群６２の下には最終段光路抑制レンズ群５が配置されているという具合である。
【００８４】
入射光東西変化分抑制補助段６３は第一入射部材６３ａ，第二入射部材６３ｂ，第三入射部材６３ｃ，第四入射部材６３ｄの４つの部材から構成される。図３２乃至図３４に示すように、第一入射部材６３ａ，第二入射部材６３ｂ，第三入射部材６３ｃ，第四入射部材６３ｄのいずれもメタアクリルまたはガラス等の透明な素材からなり片側の面が平面で反対側の面が隣り合う面どうしの角度が略１２０°を成す階段状の平面の組み合わせからなる略平板状の板である。第一入射部材６３ａは南側から見て階段状の面が東側を向き初段光路抑制レンズ群６２との成す角度のうち東側の角度が略６０°を成すように配置されており、奥行き方向の長さが初段光路抑制レンズ群６２の奥行き方向の長さに略等しい。第二入射部材６３ｂは奥行き方向の長さが初段光路抑制レンズ群６２の奥行き方向の長さに略等しく幅が第一入射部材６３ａの幅の四分の一乃至三分の一程度の大きさであり、第一入射部材６３ａから西に向かって第一入射部材６３ａの幅の略半分の距離の位置において南側から見て階段状の面が西側を向き初段光路抑制レンズ群６２との成す角度のうち西側の角度が略６０°を成すように配置されている。
【００８５】
これに対して、第三入射部材６３ｃは南側から見て階段状の面が西側を向き初段光路抑制レンズ群６２との成す角度のうち西側の角度が略６０°を成すように配置されており、奥行き方向の長さが初段光路抑制レンズ群６２の奥行き方向の長さに略等しい。第四入射部材６３ｄは奥行き方向の長さが初段光路抑制レンズ群６２の奥行き方向の長さに略等しく幅が第三入射部材６３ｃの幅の四分の一乃至三分の一程度の大きさであり、第三入射部材６３ｃから東に向かって第三入射部材６３ｃの幅の略半分の距離の位置において南側から見て階段状の面が東側を向き初段光路抑制レンズ群６２との成す角度のうち東側の角度が略６０°を成すように配置されている。
【００８６】
なお、第二入射部材６３ｂと第四入射部材６３ｄの初段光路抑制レンズ群６２への固定位置は近接しており、第二入射部材６３ｂと第四入射部材６３ｄとは南側から見て略Ｖ字状をしている。このような構成の入射光東西変化分抑制補助段６３は初段光路抑制レンズ群６２の上面に東西方向に何組も並んでいる。入射光東西変化分抑制補助段６３によれば、日中において日の出から日没まで時々刻々と変化する太陽光の東西方向の入射角度を図３３乃至図３５に示すように±６０°以内に抑制する。特に、第一入射部材６３ａ，第三入射部材６３ｃへの入射角度が７５°程度と大きい場合には放射角度が十分に小さくならないが、図３２に示すようにペアとなる第二入射部材６３ｂ，第四入射部材６３ｄへと到達することで光の進行方向は抑制され初段光路抑制レンズ群６２へと至る。なお、図３５の入射角度と放射角度の欄において角度を表す数字の前に記載のＲ及びＬのうちＲが図３３または図３４の紙面に向かって鉛直線に対する右側からの入射を意味し、Ｌが図３３または図３４の紙面に向かって鉛直線に対する左側からの入射を意味する。また、図３５に記載の変向角度とは入射前後における太陽光の進行方向の変化分の角度であり、例えば入射角度がＲ７５°に対して放射角度がＬ６０°である場合には、図３３または図３４の紙面に向かって反時計回りに１５°進行方向を変えることを意味する。
【００８７】
したがって、本発明の第二実施例の太陽光集光装置６１によれば、第一実施例の太陽光集光装置１の効果に加えて、初段光路抑制レンズ群６２への入射前に予め南北方向から見た太陽光の進行方向を入射光東西変化分抑制補助段６３により予め初段光路抑制レンズ群６２に対して垂直に近付く方向に補正するので、より信頼性の高い太陽光の濃縮が行える。また、初段光路抑制レンズ群６２の東西方向両側は南北方向から見て曲面になっているので、より高密度に太陽光を濃縮できる。
【実施例３】
【００８８】
続いて、本発明の第三実施例について説明する。図３６は本発明の第三実施例の太陽光集光装置を用いた温湯生成装置を示す正面図である。図３７は本発明の第三実施例の太陽光集光装置を用いた温湯生成装置を示す平面図である。図３８は本発明の第三実施例の太陽光集光装置を用いた温湯生成装置を示す側面図である。図中上記第二実施例と同一符号及び記号は上記第二実施例と同一または相当部分である。
【００８９】
本発明の第三実施例の太陽光集光装置７１は、図３６乃至図３８に示すように、上記第二実施例の太陽光集光装置において、入射光南北変化分抑制補助段を付加したものである。本実施例においても、上記第二実施例の場合と同様に、第一実施例の太陽光集光装置１における初段光路抑制レンズ群２に替えて初段光路抑制レンズ群２の東西方向両側を南北方向から見て曲面にした初段光路抑制レンズ群６２にするとともに、初段光路抑制レンズ群６２の上部に予め東西方向からの入射角度を抑える入射光東西変化分抑制補助段６３を備えたものであることに変わりない。また、初段光路抑制レンズ群６２の下側は、図示しないが上記第一実施例の太陽光集光装置１の場合と同様に次段光路抑制レンズ群と最終段光路抑制レンズ群が並んで、何段階にも分けて光の進行方向を抑制し、集光目標位置に集光させる構成になっていることに変わりない。
【００９０】
そして、前記入射光南北変化分抑制補助段は、初段光路抑制レンズ群６２の後部側に反射面を前方に向けて配置された後部反射板７２と、初段光路抑制レンズ群６２の前側に反射面を後方に向けて配置された前部反射板７３とから構成されている。なお、ここで言う前方とは北半球では南側を意味し南半球では北側を意味する。また、ここで言う後方とは北半球では北側を意味し南半球では南側を意味する。また、後部反射板７２と前部反射板７３は折り畳み収納できる構造になっており台風等の強風が発生する悪天候時には破損を回避できる。後部反射板７２は、金属製で反射面に銀メッキが施されるかまたは全体がアルミ製であり、通常の鏡のように反射面が鏡面反射するものである。また、後部反射板７２は東西方向から見て反射面側に途中で略５°の角度で折り曲げられている。これは加工し易い簡易な形状で凹面鏡のような集光性能を持たせる形状である。前部反射板７３は、第二実施例において図３３及び図３４で説明した平板と同形状のものであり、メタアクリルまたはガラス等の透明な素材からなり片側の面が平面で反対側の面が階段状で隣り合う面どうしの角度が略１２０°の平面を組み合わせてなる略平板状の板である。前部反射板７３は階段状の面側から入射した光を反対側の平面で全反射させるものであり、反射面を後方に向けることは図３９に示すように階段状の面を後方へと向けることである。図３９は本発明の第三実施例の太陽光集光装置の入射光南北変化分抑制補助段の機能を示す説明図である。
【００９１】
入射光南北変化分抑制補助段によれば、南極や北極に近い緯度が４５°以上の高緯度地域のように南中高度が低い地域において、東西方向から見た太陽光の進行方向を鉛直に近付く方向に補正する。なお、入射光南北変化分抑制補助段を構成する後部反射板７２と前部反射板７３は図３８に示すように、固定位置を軸に回動して角度を変えることができるようになっており、冬季におけるように南中高度が低めのときには図３８において実線で示すように前方寄りに位置させて使用でき、夏季におけるように南中高度が高めのときには図３８において二点鎖線で示すように後方寄りに位置させて使用できる。東西方向から見た冬季の場合の太陽光の進行状況の詳細を図３９において二点鎖線で示し、夏季の場合の太陽光の進行状況の詳細を図４０において二点鎖線で示す。図４０は図３９に続く本発明の第三実施例の太陽光集光装置の入射光南北変化分抑制補助段の機能を示す説明図である。
【００９２】
後部反射板７２と前部反射板７３からなる入射光南北変化分抑制補助段によれば、図３９及び図４０に示すように東西方向から見た太陽光の進行方向を入射角度及び入射位置に応じて後部反射板７２での反射に続く前部反射板７３での反射によって初段光路抑制レンズ群２へと垂直に近付く方向に補正できる。また、図示してないが図３９と図４０において、後部反射板７２を介することなく前方から前部反射板７３へと直接入射する太陽光については、前部反射板７３が透明な素材であることにより前部反射板７３を透過して初段光路抑制レンズ群２へと直接入射する。このとき、前部反射板７３は第二実施例における入射光東西変化分抑制補助段６３の第一入射部材６３ａ、第二入射部材６３ｂ、第三入射部材６３ｃ、第四入射部材６３ｄの場合のように、透過した太陽光の進行方向を鉛直に近付く方向に補正するので、初段光路抑制レンズ群６２の集光能力を最大限に発揮できる。なお、この場合の太陽光の進行方向は、東西方向から見た場合のものである。
【００９３】
また、本発明の第三実施例の太陽光集光装置７１の初段光路抑制レンズ群６２は、緯度と略同じ角度で北半球では南側に傾斜し南半球では北側に傾斜しており、東西方向から見て太陽光の年間平均の入射角度が略垂直状態に保たれるので、年間を通じて南北方向から見た入射光の進行方向を鉛直下向きに近付ける効果を最大限に発揮できる。さらに、本発明の第三実施例の太陽光集光装置７１に用いる初段光路抑制レンズ群６２を構成するレンズは図４１及び図４２に示すものである。図４１は本発明の第三実施例の太陽光集光装置の初段光路抑制レンズ群を構成するレンズの一例を示す説明図である。図４２は図４１のレンズの連続する同一形状部分を示す拡大図である。本来、初段光路抑制レンズ群６２は東西方向から見て入射角度が常に垂直状態にあるときに南北方向から見た入射光の進行方向を鉛直下向きに近付ける効果を最大限に発揮できる形状になっている。しかし、図４１及び図４２に示すレンズは、東西方向から見たときの入射角度が垂直状態から多少逸脱しようとも南北方向から見た入射光の進行方向を鉛直下向きに近付ける効果を損なわない形状になっている。
【００９４】
したがって、本発明の第三実施例の太陽光集光装置７１によれば、上記第二実施例の太陽光集光装置６１の効果に加えて、南極や北極に近い場合のように緯度が４５°以上で南中高度の低い高緯度地域においても東西方向から見た太陽光の進行方向を入射光南北変化分抑制補助段により予め初段光路抑制レンズ群６２に対して垂直に近付く方向に補正し、また、初段光路抑制レンズ群６２が緯度と略同じ角度で北半球では南側に傾斜し南半球では北側に傾斜しており東西方向から見て太陽光の年間平均の入射角度が略垂直状態に保たれ年間を通じて南北方向から見た入射光の進行方向を鉛直下向きに近付ける効果を最大限に発揮でき、緯度が４５°以上の高緯度地域においても太陽光を濃縮して有効利用できる。しかも、東西方向から見たときの太陽光の入射角度が初段光路抑制レンズ群６２に対して垂直状態から多少逸脱しようとも初段光路抑制レンズ群６２を構成するレンズが南北方向から見た入射光の進行方向を鉛直下向きに近付ける効果を損なわない形状になっているので、四季変化で南中高度が変化しても日の出から日没まで時々刻々と南北方向から見た入射角度が変化する太陽光の進行方向を鉛直下向きに抑制する効果が保たれ年間を通じて安定した太陽光の集光が実現できる。
【実施例４】
【００９５】
続いて、本発明の第四実施例について説明する。図４３は本発明の第四実施例の太陽光集光装置を用いた温湯生成装置を示す正面図である。図４４は本発明の第四実施例の太陽光集光装置を用いた温湯生成装置を示す平面図である。図４５は本発明の第四実施例の太陽光集光装置の入射光南北変化分抑制補助段の機能を示す説明図である。図４６は図４５に続く本発明の第四実施例の太陽光集光装置の入射光南北変化分抑制補助段の機能を示す説明図である。図中上記各実施例と同一符号及び記号は上記各実施例と同一または相当部分である。
【００９６】
本発明の第四実施例の太陽光集光装置８１は、図４３乃至図４６に示すように、上記第三実施例の太陽光集光装置７１の入射光南北変化分抑制補助段における前部反射板７３の場合と端面形状が略同一形状の側部反射板８５を初段光路抑制レンズ群８２の上の東西方向両端に備えている。なお、側部反射板８５も前部反射板７３と同様にメタアクリルまたはガラス等の透明な素材からなる。側部反射板８５を備える点で本発明の第四実施例の太陽光集光装置８１は、上記第三実施例の太陽光集光装置７１と大きく異なる。２つの側部反射板８５は南北方向から見て階段状の面を内側に向け鉛直線に対して内側に略１５°の角度で傾斜して立設されている。日の出や日没の時刻に近付くに従って南北方向から見た太陽光の入射角度が大きくなり、側部反射板８５が無ければ初段光路抑制レンズ群８２の東西方向に外側へと外れる太陽光も多くなるが、初段光路抑制レンズ群８２の東西方向に外側へと外れようとする太陽光は側部反射板８５によって反射されて初段光路抑制レンズ群８２へと到達できる。また、図示してないが２つの側部反射板８５を介することなく東西方向から初段光路抑制レンズ群８２へと直接入射する太陽光については、間に側部反射板８５が介在する場合であっても側部反射板８５が透明な素材であることにより側部反射板８５を透過して初段光路抑制レンズ群８２へと直接入射する。このとき、２つの側部反射板８５は第二実施例における入射光東西変化分抑制補助段６３の第一入射部材６３ａ、第二入射部材６３ｂ、第三入射部材６３ｃ、第四入射部材６３ｄの場合のように、透過した太陽光の進行方向を鉛直に近付く方向に補正するので、太陽光は有効に集光され利用できる。
【００９７】
その他に、本発明の第四実施例の太陽光集光装置８１の初段光路抑制レンズ群８２は、全体が略平板状で東西方向両側が南北方向から見て曲面にはなっておらず第一実施例の太陽光集光装置１における初段光路抑制レンズ群２と略同形状である。また、初段光路抑制レンズ群８２の下側は、上記第一実施例の太陽光集光装置１の場合と同様に次段光路抑制レンズ群３，４と最終段光路抑制レンズ群５が並んで、何段階にも分けて光の進行方向を抑制し、集光目標位置に集光させる構成になっていることに変わりない。また、本発明の第四実施例の太陽光集光装置８１の初段光路抑制レンズ群８２は、図４５及び図４６に示すように、本発明の第三実施例の太陽光集光装置７１の場合と同様に、緯度と略同じ角度で北半球では南側に傾斜し南半球では北側に傾斜しており、東西方向から見て太陽光の年間平均の入射角度が略垂直状態に保たれるので、年間を通じて南北方向から見た太陽光の進行方向を鉛直下向きに近付ける効果を最大限に発揮できる。
【００９８】
また、本発明の第四実施例の太陽光集光装置８１も第三実施例の太陽光集光装置７１の場合と略同様に初段光路抑制レンズ群８２の後部側に反射面を前方に向けて配置された後部反射板８３と初段光路抑制レンズ群８２の前側に反射面を後方に向けて配置された前部反射板８４とから構成される入射光南北変化分抑制補助段を備えている。なお、ここで言う前方とは北半球では南側を意味し南半球では北側を意味する。また、ここで言う後方とは北半球では北側を意味し南半球では南側を意味する。さらに、後部反射板８３の幅方向両側には、補助的に平板からなる平面反射板８６が設けられている。後部反射板８３と平面反射板８６は、金属製で反射面に銀メッキが施されるかまたは全体がアルミ製であり、通常の鏡のように反射面が鏡面反射するものである。また、後部反射板８３は、図４４に示すように、断面形状が上下方向から見たときに内側に凹状に湾曲しているだけでなく図４５及び図４６に示すように東西方向から見ても反射面側に途中で略５°の角度で折り曲げられている。したがって、加工し易い簡易な形状で凹面鏡のような集光性能を発揮できるので、太陽光の濃縮が促進できる。前部反射板８４は、第三実施例の太陽光集光装置７１の前部反射板７３と同形状のものであり、メタアクリルまたはガラス等の透明な素材からなり片側の面が平面で反対側の面が階段状で隣り合う面どうしの角度が略１２０°の平面を組み合わせてなる略平板状の板である。前部反射板８４は階段状の面側から入射した光を反対側の平面で全反射させるものであり、反射面を後方に向けることは図４５及び図４６に示すように階段状の面を後方へと向けることである。
【００９９】
後部反射板８３、前部反射板８４、側部反射板８５は、図４７に示すように、折り畳み収納できる構造になっており台風等の強風が発生する悪天候時には破損を回避できる。図４７は本発明の第四実施例の太陽光集光装置の後部反射板、前部反射板、側部反射板が折り畳まれた状態を示す説明図である。なお、後部反射板８３、前部反射板８４、側部反射板８５は、初段光路抑制レンズ群８２への結合位置において回動可能であり折り畳まれた状態において初段光路抑制レンズ群８２の上面へと順に重ね合わされ最上段が金属からなる後部反射板８３となる。その結果、火災時にも破損することが防止できる。すなわち、台風が発生する等の悪天候時には後部反射板８３を最上段にして後部反射板８３、前部反射板８４、側部反射板８５を折り畳むことで後部反射板８３、前部反射板８４、側部反射板８５及び初段光路抑制レンズ群８２の破損を免れることができる。また、金属製の後部反射板８３を最上段にすることで、火災時にも前部反射板８４、側部反射板８５及び初段光路抑制レンズ群８２を金属製の後部反射板８３で覆うことになり破損することが防止できる。なお、後部反射板８３、前部反射板８４、側部反射板８５を折り畳んだ後には、更に、その上から金属等の耐火性の素材からなる図示しない収納箱で覆うようになっていても良い。例えば、後部反射板８３の背後に収納ボックスが取り付けられており、後部反射板８３を折り畳んだ時点で、後部反射板８３、前部反射板８４、側部反射板８５及び初段光路抑制レンズ群８２全体が収納箱に覆われる構造とする例が考えられる。このように、耐火性の収納箱で全体を覆う形態にすれば、火災や強風から、後部反射板８３、前部反射板８４、側部反射板８５及び初段光路抑制レンズ群８２全体を保護することができる。
【０１００】
入射光南北変化分抑制補助段によれば、南極や北極に近い緯度が４５°以上の高緯度地域のように南中高度が低い地域において、東西方向から見た太陽光の進行方向を鉛直に近付く方向に補正する。なお、入射光南北変化分抑制補助段を構成する後部反射板８３と前部反射板８４は図４６に示すように、固定位置を軸に回動して角度を変えることができるようになっており、冬季におけるように南中高度が低めのときには図４５に示すように前方寄りに位置させて使用でき、夏季におけるように南中高度が高めのときには図４６に示すように後方寄りに位置させて使用できる。
【０１０１】
後部反射板８３と前部反射板８４からなる入射光南北変化分抑制補助段によれば、図４５及び図４６に示すように東西方向から見た太陽光の進行方向を入射角度及び入射位置に応じて後部反射板８３での反射に続く前部反射板８４での反射によって初段光路抑制レンズ群８２へと鉛直に近付く方向に補正できる。このとき、後方へと漏れ出ようとする太陽光は後部反射板８３だけでなく、その幅方向両側に補助的に設けられた平面反射板８６によっても反射され有効利用できる。また、図示してないが図４５と図４６において後部反射板８３を介することなく前方から前部反射板８４へと直接入射する太陽光については、前部反射板８４が透明な素材であることにより前部反射板８４を透過して初段光路抑制レンズ群８２へと直接入射する。このとき、前部反射板８４は第二実施例における入射光東西変化分抑制補助段６３の第一入射部材６３ａ、第二入射部材６３ｂ、第三入射部材６３ｃ、第四入射部材６３ｄの場合のように、透過した太陽光の進行方向を鉛直下向きに近付く方向に補正するので、初段光路抑制レンズ群８２の集光能力を最大限に発揮できる。なお、この場合の太陽光の進行方向は、東西方向から見た場合のものである。
【０１０２】
さらに、本発明の第四実施例の太陽光集光装置８１に用いる初段光路抑制レンズ群８２及び次段光路抑制レンズ群３を構成するレンズは図４８及び図４９に示すものである。図４８は本発明の第四実施例の太陽光集光装置の初段光路抑制レンズ群または次段光路抑制レンズ群を構成するレンズの一例を示す説明図である。図４９は図４８のレンズの連続する同一形状部分を示す拡大図である。すなわち、上記各実施形態では、初段光路抑制レンズ群を構成するレンズの断面形状と次段光路抑制レンズ群を構成するレンズの断面形状は各々に異なる形状に設計されていたが、本発明の第四実施例の太陽光集光装置８１では、初段光路抑制レンズ群８２を構成するレンズの断面形状と次段光路抑制レンズ群３を構成するレンズの断面形状が同じであり、同一断面形状のレンズを共用できるので、製造コストを低減できる。
【０１０３】
また、本実施例においても蓄熱水槽が集光目標位置に配置された加熱槽８７と、それを取り巻いて外へ向かって複数段階に区画された予熱槽８８，８９，９０を備えており、加熱槽８７と複数の予熱槽８８，８９，９０の深さは外側の水槽から中央の水槽に向かうに従って浅くなっている。蓄熱水槽が集光目標位置に配置された加熱槽８７と加熱槽８７を取り巻いて外へ向かって複数段階に区画された複数の予熱槽８８，８９，９０とからなるので、予熱槽８８，８９，９０において集光目標位置から外れた太陽光で余熱して加熱槽８７において温湯を生成することで、集熱効率を向上できる。また、蓄熱水槽を構成する各水槽の深さが外側の複数の予熱槽８８，８９，９０から中央の加熱槽８に向かうに従って浅くなっているので、建物の屋上に配置する場合には屋上の最も強度の弱い中央付近に加わる負荷を低減できる。しかも、この状態は中央の加熱槽８７に向かうに従って熱容量を低減した状態になるので、より高温の温湯生成を助長できる。さらに、加熱槽８７で生成された温湯を使用することで、物理的に温湯の流れが周辺から中央へ向かい、低温側から高温側へエネルギーを移動させることになるので、高効率にエネルギーを使用できる。
【０１０４】
したがって、本発明の第四実施例の太陽光集光装置８１によれば、上記第二実施例の太陽光集光装置６１の効果に加えて、南極や北極に近い場合のように緯度が４５°以上で南中高度の低い高緯度地域においても東西方向から見た太陽光の進行方向を入射光南北変化分抑制補助段により予め初段光路抑制レンズ群８２に対して垂直に近付く方向に補正し、また、初段光路抑制レンズ群８２が緯度と略同じ角度で北半球では南側に傾斜し南半球では北側に傾斜しており東西方向から見て太陽光の年間平均の入射角度が略垂直状態に保たれ年間を通じて南北方向から見た入射光の進行方向を鉛直下向きに近付ける効果を最大限に発揮でき、緯度が４５°以上の高緯度地域においても太陽光を濃縮して有効利用できる。さらに、本発明の第四実施例の太陽光集光装置８１は、透明な素材からなり片側の面が平面で反対側の面が階段状をした略平板状の板からなり階段状の面を内側に向け鉛直線に対して内側に略１５°の角度で傾斜して初段光路抑制レンズ群８２の上の東西方向両端に立設された側部反射板８５を備えているので、南北方向から見た太陽光の入射角度が大きくなり側部反射板８５が無ければ初段光路抑制レンズ群８２の東西方向に初段光路抑制レンズ群８２の外側へと太陽光の多くが外れ出ようとする日の出や日没の時刻に近い時間帯において、初段光路抑制レンズ群８２の東西方向に外側へと外れようとする太陽光を側部反射板８５によって反射し初段光路抑制レンズ群８２へと到達させることができる。
【実施例５】
【０１０５】
続いて、本発明の第五実施例について説明する。図５０は本発明の第五実施例の太陽光集光装置を用いた温湯生成装置を示す平面図である。図５１は図５０の太陽光集光装置の後部反射板の機能を示す平面図である。本発明の第五実施例の太陽光集光装置１０１は、上記第四実施例の太陽光集光装置８１において、後部反射板８３に替えて後部反射板１０２を備えたものである。後部反射板１０２は断面形状が上下方向から見たときに内側に凹状に湾曲しているとともに東西方向から見ても反射面側に途中で略５°の角度で折り曲げられている点では共通するが、図５０及び図５１に示すように、上下方向から見たときに内側に凹状に湾曲した部分が２つの凹状の曲面が並んだ形状になっている点で異なっている。そのため、後部反射板１０２は、図５１において一点差線の矢印で示すように、上下方向から見た形状が単に１つの凹状曲面になっている場合に比べて、前方からの入射光を集光目標位置へと集光しやすく、太陽光の有効利用を促進できる。なお、後部反射板１０２も金属製で反射面に銀メッキが施されるかまたは全体がアルミ製であり、通常の鏡のように反射面が鏡面反射するものである。
【０１０６】
ところで、上記第二実施例の太陽光集光装置６１の入射光東西変化分抑制補助段６３の第一入射部材６３ａ，第二入射部材６３ｂ，第三入射部材６３ｃ，第四入射部材６３ｄ、上記第三実施例の太陽光集光装置７１の前部反射板７３、上記第四実施例の太陽光集光装置８１の前部反射板８４及び側部反射板８５は、いずれも片側の面が平面で反対側の面が隣り合う面どうしの角度が略１２０°を成す階段状の平面の組み合わせからなる略平板状の板であるが、これらの反対側の面は隣り合う面どうしの角度が略１２０°を成すことに
限定されるものではない。これら部材の反対側の面は略階段状をしていれば他の形状であってもよく、例えば、図５２及び図５３に示すような階段部分を構成する面に外側に凸な曲面部分２０１を有したり、隣合う階段部分どうしが離れていて、これら隣合う階段部分との間が対向する面に略平行な平面部分２０２になっている形状であっても良い。図５２は本発明の第二実施例の太陽光集光装置の入射光東西変化分抑制補助段の第一入射部材，第二入射部材，第三入射部材，第四入射部材、本発明の第三実施例の太陽光集光装置の前部反射板、本発明の第四実施例の太陽光集光装置の前部反射板及び側部反射板の端面形状の他の例を示す説明図である。図５３は図５２の端面形状の連続する同一形状部分を示す拡大図である。
【０１０７】
また、上記各実施例の各種レンズ群や反射板の表面には、光触媒の酸化チタンをコーティングしても良い。光触媒の酸化チタンは、各種レンズ群や反射板の表面を風化から保護するので各種レンズ群や反射板の耐久性を向上させることができる。また、光触媒の酸化チタンは、各種レンズ群や反射板の表面に付着しようとする塵や埃を弾く作用があり、各種レンズ群や反射板の表面の汚れを防止する効果がある。すなわち、各種レンズ群や反射板の表面のクリーニング等のメンテナンスを行わなくても集光性能を保持できる。
【産業上の利用可能性】
【０１０８】
本発明の第一実施例の太陽光集光装置１、本発明の第二実施例の太陽光集光装置６１、本発明の第三実施例の太陽光集光装置７１、本発明の第四実施例の太陽光集光装置８１、及び本発明の第五実施例の太陽光集光装置１０１は、太陽光を高密度に濃縮できるので温湯生成、採光、空調、発電等のエネルギー源、生ゴミ処理の熱源等に太陽光を利用でき、電気代等のエネルギー源を削減できる。しかも、夏季に置ける電力ピークを緩和するピークカットとして働くため、発電施設の非効率な拡大化を防止できエネルギー有効利用及び地球温暖化防止を促進できる。特に、太陽光の濃縮効率が高まるので吸収冷凍サイクルの再生器への応用や蒸気機関への応用のように、より高温が必要な分野への利用可能性がある。また、本発明の第三実施例の太陽光集光装置７１、本発明の第四実施例の太陽光集光装置８１、本発明の第五実施例の太陽光集光装置１０１では緯度が４５°以上の高緯度地域でも太陽光の濃縮が行えるので、太陽光のエネルギー源としての利用地域を拡大することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０９】
【図１】本発明の第一実施例の太陽光集光装置を示す説明図である。
【図２】本発明の第一実施例の太陽光集光装置の集光目標位置上空付近での太陽光の進行状態を示す説明図である。
【図３】本発明の第一実施例の太陽光集光装置の集光目標位置上空から東西方向に２０°離れた付近での太陽光の進行状態を示す説明図である。
【図４】本発明の第一実施例の太陽光集光装置の集光目標位置上空から東西方向に４０°離れた付近での太陽光の進行状態を示す説明図である。
【図５】本発明の第一実施例の太陽光集光装置に用いる初段光路抑制レンズ群を構成するレンズの第一例を示す説明図である。
【図６】図５のレンズの連続する同一形状部分を示す拡大図である。
【図７】本発明の第一実施例の太陽光集光装置に用いる初段光路抑制レンズ群を構成するレンズの第二例を示す説明図である。
【図８】図７のレンズの連続する同一形状部分を示す拡大図である。
【図９】本発明の第一実施例の太陽光集光装置に用いる初段光路抑制レンズ群を構成するレンズの第三例を示す説明図である。
【図１０】図９のレンズの連続する同一形状部分を示す拡大図である。
【図１１】本発明の第一実施例の太陽光集光装置に用いる初段光路抑制レンズ群を構成するレンズの第四例を示す説明図である。
【図１２】図１１のレンズの連続する同一形状部分を示す拡大図である。
【図１３】本発明の第一実施例の太陽光集光装置に用いる初段光路抑制レンズ群を構成するレンズの第五例を示す説明図である。
【図１４】図１３のレンズの連続する同一形状部分を示す拡大図である。
【図１５】本発明の第一実施例の太陽光集光装置に用いる次段光路抑制レンズ群を構成するレンズの第一例を示す説明図である。
【図１６】図１５のレンズの連続する同一形状部分を示す拡大図である。
【図１７】本発明の第一実施例の太陽光集光装置に用いる最終段光路抑制レンズ群を構成するレンズの第一例を示す説明図である。
【図１８】図１７のレンズの連続する同一形状部分を示す拡大図である。
【図１９】本発明の第一実施例の太陽光集光装置を用いた温湯生成装置の第一例を示す平面図である。
【図２０】図１９の温湯生成装置のＡ−Ａ断面を示す断面図である。
【図２１】図１９の温湯生成装置の反射板による冬季集光を示す説明図である。
【図２２】図１９の温湯生成装置の反射板による夏季集光を示す説明図である。
【図２３】本発明の第一実施例の太陽光集光装置を用いた温湯生成装置の第二例を示す平面図である。
【図２４】図２３の温湯生成装置の南側面図である。
【図２５】図２３の温湯生成装置のＢ−Ｂ断面を示す断面図である。
【図２６】図２３の温湯生成装置の蓄熱水槽部分を示す平面図である。
【図２７】図２５の詳細図である。
【図２８】本発明の第一実施例の太陽光集光装置を用いた生ゴミ処理装置を示す説明図である。
【図２９】本発明の第一実施例の太陽光集光装置を用いた換気機能付き採光装置の屋根への設置状態を示す縦断面である。
【図３０】図２９のＣ−Ｃ断面を示す横断面図である。
【図３１】本発明の第二実施例の太陽光集光装置を用いた温湯生成装置を示す説明図である。
【図３２】本発明の第二実施例の太陽光集光装置の入射光東西変化分抑制補助段の機能を示す説明図である。
【図３３】図３２の入射光東西変化分抑制補助段の第一入射部材、第二入射部材、第三入射部材及び第四入射部材への光の入出経路を示す説明図である。
【図３４】図３３に続く入射光東西変化分抑制補助段の第一入射部材、第二入射部材、第三入射部材及び第四入射部材への光の入出経路を示す説明図である。
【図３５】図３２の入射光東西変化分抑制補助段の第一入射部材、第二入射部材、第三入射部材及び第四入射部材への光の入出経路をまとめた表である。
【図３６】本発明の第三実施例の太陽光集光装置を用いた温湯生成装置を示す正面図である。
【図３７】本発明の第三実施例の太陽光集光装置を用いた温湯生成装置を示す平面図である。
【図３８】本発明の第三実施例の太陽光集光装置を用いた温湯生成装置を示す側面図である。
【図３９】本発明の第三実施例の太陽光集光装置の入射光南北変化分抑制補助段の機能を示す説明図である。
【図４０】図３９に続く本発明の第三実施例の太陽光集光装置の入射光南北変化分抑制補助段の機能を示す説明図である。
【図４１】本発明の第三実施例の太陽光集光装置の初段光路抑制レンズ群を構成するレンズの一例を示す説明図である。
【図４２】図４１のレンズの連続する同一形状部分を示す拡大図である。
【図４３】本発明の第四実施例の太陽光集光装置を用いた温湯生成装置を示す正面図である。
【図４４】本発明の第四実施例の太陽光集光装置を用いた温湯生成装置を示す平面図である。
【図４５】本発明の第四実施例の太陽光集光装置の入射光南北変化分抑制補助段の機能を示す説明図である。
【図４６】図４５に続く本発明の第四実施例の太陽光集光装置の入射光南北変化分抑制補助段の機能を示す説明図である。
【図４７】本発明の第四実施例の太陽光集光装置の後部反射板、前部反射板、側部反射板が折り畳まれた状態を示す説明図である。
【図４８】本発明の第四実施例の太陽光集光装置の初段光路抑制レンズ群または次段光路抑制レンズ群を構成するレンズの一例を示す説明図である。
【図４９】図４８のレンズの連続する同一形状部分を示す拡大図である。
【図５０】本発明の第五実施例の太陽光集光装置を用いた温湯生成装置を示す平面図である。
【図５１】図５０の太陽光集光装置の後部反射板の機能を示す平面図である。
【図５２】本発明の第二実施例の太陽光集光装置の入射光東西変化分抑制補助段の第一入射部材，第二入射部材，第三入射部材，第四入射部材、本発明の第三実施例の太陽光集光装置の前部反射板、本発明の第四実施例の太陽光集光装置の前部反射板及び側部反射板の端面形状の他の例を示す説明図である。
【図５３】図５２の端面形状の連続する同一形状部分を示す拡大図である。
【符号の説明】
【０１１０】
１，６１，７１，８１，１０１  太陽光集光装置
１ａ，１ｂ，１ｃ  開口部
１ｄ，１ｅ  延設部分
２，６２  初段光路抑制レンズ群
３，４  次段光路抑制レンズ群
５  最終段光路抑制レンズ群
６  集光目標位置
１０  屋上
１１，２１  温湯生成装置
１２，２２，８７  加熱槽
１３，１４，１５，１６，２３，２４，２５，８８，８９，９０  予熱槽
１７，２６，３２，５５  反射板
１７ａ  凹面反射部
１７ｂ  平面反射部
２６ａ  分割固定板
２６ｂ，２６ｃ，２６ｄ  分割可動板
２７，２８，８６  平面反射板
２９  ガイドレール
３０  所定範囲幅部分
３１  生ゴミ処理装置
３３  ガラス板
３４  収熱板
３５  乾燥室
３５ａ  スクリューコンベヤ
３５ｂ  生ゴミ等
３６  吸気管
３７  排気管
３８  搬入口
３９，４０ａ  断熱壁
３９ａ  熱風路
４０  熱風発生器
５０  屋根
５１  換気機能付き採光装置
５２  光路抑制レンズ群
５３  集熱体
５３ａ  軸
５４  空洞部
５６  換気口
５６ａ  蓋
６３  入射光東西変化分抑制補助段
６３ａ  第一入射部材
６３ｂ  第二入射部材
６３ｃ  第三入射部材
６３ｄ  第四入射部材
７２，８３，１０２  後部反射板
７３，８４  前部反射板
８５  側部反射板
２０１  曲面部分
２０２  平面部分２０２
【図１】
2005282882.tif 000003
【図２】
2005282882.tif 000004
【図３】
2005282882.tif 000005
【図４】
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【図５】
2005282882.tif 000007
【図６】
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【図７】
2005282882.tif 000009
【図８】
2005282882.tif 000010
【図９】
2005282882.tif 000011
【図１０】
2005282882.tif 000012
【図１１】
2005282882.tif 000013
【図１２】
2005282882.tif 000014
【図１３】
2005282882.tif 000015
【図１４】
2005282882.tif 000016
【図１５】
2005282882.tif 000017
【図１６】
2005282882.tif 000018
【図１７】
2005282882.tif 000019
【図１８】
2005282882.tif 000020
【図１９】
2005282882.tif 000021
【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
2005282882.tif 000029
【図２８】
2005282882.tif 000030
【図２９】
2005282882.tif 000031
【図３０】
2005282882.tif 000032
【図３１】
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【図３２】
2005282882.tif 000034
【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
2005282882.tif 000039
【図３８】
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【図３９】
2005282882.tif 000041
【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
2005282882.tif 000047
【図４６】
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【図４７】
2005282882.tif 000049
【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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