(57)【要約】【課題】  簡単な構成で複雑な制御も必要とすることなく常に充分な採光効率を確保することのできる有効な太陽光採光装置を実現する。【解決手段】  反射面を上方に向けた状態で太陽を追尾して太陽光を常に前方に向けて反射する第１の反射鏡１３と、第１の反射鏡の前方において反射面を下方に向けた状態で配置されて第１の反射鏡からの反射光を下方に向けて反射する第２の反射鏡１４とを備える。第１の反射鏡の太陽追尾に伴う第２の反射鏡への反射方向の変動に応じて第２の反射鏡の上下方向の位置を調節機構により調節する。第２の反射鏡を凸面鏡とし、第１の反射鏡を凹面鏡とし、それらの曲率を可変とする。第１の反射鏡と第２の反射鏡の双方を共通の風防ドーム内に収容する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
反射面を上方に向けた状態で太陽を追尾して太陽光を常に前方に向けて反射する第１の反射鏡と、第１の反射鏡の前方において反射面を下方に向けた状態で配置されて第１の反射鏡からの反射光を下方に向けて反射する第２の反射鏡とを備えたことを特徴とする太陽光採光装置。
【請求項２】
第１の反射鏡の太陽追尾に伴う第２の反射鏡への反射方向の変動に応じて第２の反射鏡の上下方向の位置を調節する調節機構を有することを特徴とする請求項１記載の太陽光採光装置。
【請求項３】
第２の反射鏡を凸面鏡としたことを特徴とする請求項１または２記載の太陽光採光装置。
【請求項４】
第１の反射鏡を凹面鏡としたことを特徴とする請求項１，２または３記載の太陽光採光装置。
【請求項５】
第２の反射鏡と第１の反射鏡の少なくともいずれか一方もしくは双方の曲率を可変としたことを特徴とする請求項３または４記載の太陽光採光装置。
【請求項６】
第１の反射鏡と第２の反射鏡の双方を共通の風防ドーム内に収容したことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の太陽光採光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は太陽光を建物の内部や中庭に採光するための太陽光採光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の太陽光採光装置として、反射鏡が太陽を追尾して太陽光を建物の内部や中庭に向けて反射する構成のものが提案されている。図８はその一例を示すもので、底面が開放されている透明な風防ドーム１内に支柱２を回転自在に設けてその上部に反射鏡３を上下方向に回転自在に設け、支柱２を回転させかつ反射鏡３の俯角を制御することにより、反射鏡３が太陽を追尾しながら太陽光を常に直下に向けて反射して開口部４を通して採光するように構成されたものである。
【０００３】
また、特許文献１には、平行配置した多数の反射板を太陽に追尾させるとともに、反射板として多数の固定ミラーと可動ミラーを交互に配列した構成のものが開示されている。
【特許文献１】特開２００１−１３３６７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、図８に示した太陽光採光装置は反射光を真下に向けて反射する構成であることから、（ａ）に示しているように太陽高度が低い場合には効率的な採光が可能であるが、（ｂ）に示すように太陽高度が高くなると反射鏡３の受光面積が小さくなって採光効率が大きく低下してしまうものである。図９（ａ）は直径１．２ｍの反射鏡を対象として夏至における受光面積の１日の変動をシミュレートした結果を示すもので、反射鏡の全面に対する実質的な受光面積は朝夕では４０〜６０％程度であるのに対し、正午頃ではわずか１０％程度に過ぎないことが分かる。また、そのような受光面積の変動に伴い、図９（ｂ）に示すように実際に採光される太陽光の光束も大きく変動し、朝夕に較べて昼間では１／４程度にまで大きく低下してしまうものである。
【０００５】
また、特許文献１に示される装置では、太陽高度に応じて反射板の間隔や高さを調整することで太陽高度が高くなっても有効に採光することができるとされているが、そのような調整を行うために構成が極めて複雑なものとなるし、複雑な制御も必要とし、必然的に装置が大がかりとなって製作コストも嵩むものとなるので現実的ではなく、普及する気運はない。
【０００６】
上記事情に鑑み、本発明は、簡単な構成で複雑な制御も必要とすることなく常に充分な採光効率を確保することができる有効な太陽光採光装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１の発明は、反射面を上方に向けた状態で太陽を追尾して太陽光を常に前方に向けて反射する第１の反射鏡と、第１の反射鏡の前方において反射面を下方に向けた状態で配置されて第１の反射鏡からの反射光を下方に向けて反射する第２の反射鏡とを備えたことを特徴とするものである。
【０００８】
請求項２の発明は、第１の反射鏡の太陽追尾に伴う第２の反射鏡への反射方向の変動に応じて第２の反射鏡の上下方向の位置を調節する調節機構を有するものである。
【０００９】
請求項３の発明は第２の反射鏡を凸面鏡としたものであり、請求項４の発明はその場合に第１の反射鏡を凹面鏡としたものであり、さらに請求項５の発明は凸面鏡である第２の反射鏡や凹面鏡である第１の反射鏡の曲率を可変としたものである。
【００１０】
請求項６の発明は、第１の反射鏡と第２の反射鏡の双方を共通の風防ドーム内に収容したものである。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１の発明によれば、太陽を追尾する第１の反射鏡が常に上方を向いた状態で太陽光を受けて前方に反射し、第２の反射鏡がそれを受けて下方にさらに反射するので、太陽高度が高い場合であっても第１の反射鏡の受光面積が低下することがなく常に効率的な採光が可能であるし、第１の反射鏡の前方に第２の反射鏡を配置するだけであるので構成が複雑化することはなく、複雑な制御も必要としない。
【００１２】
請求項２の発明によれば、第１の反射鏡の太陽追尾に追従して調節機構により第２の反射鏡の位置を上下方向に微調整することにより、第２の反射鏡の受光面積も低下することがなくより効率的な採光が可能である。
【００１３】
請求項３の発明によれば、第２の反射鏡を凸面鏡とすることにより反射光を広範囲に拡散させて採光することができる。また、請求項４の発明によれば、第１の反射鏡を凹面鏡とすることにより第１の反射鏡から第２の反射鏡への反射光を絞ることができ、したがって第２の反射鏡を小さくすることができる。さらに、請求項５の発明によれば、第１の反射鏡や第２の反射鏡の曲率を可変としているので、設置位置や使用目的に応じて曲率を最適に設定することができるし、必要に応じて容易に変更することも可能である。
【００１４】
請求項６の発明によれば、第１の反射鏡と第２の反射鏡を共通の風防ドーム内に収容したので、全体をコンパクトにできるし設置作業も容易に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１は本発明の第１実施形態を示すものである。これは、透明な風防ドーム１１内に支柱１２を回転自在に設け、その上部に第１の反射鏡１３を上向きの状態でその仰角を調整可能に設け、第１の反射鏡１３が常に上方を向く状態で適宜の太陽追尾プログラムにより太陽を追尾して反射光を常に前方に向けて反射するものとされている。その前方には第２の反射鏡１４が下方を向いた状態で支柱１５により固定されて設置されていて、この第２の反射鏡１４が第１の反射鏡１３からの反射光を下方に向けて反射して開口部１６を通して建物内や中庭に採光するようになっている。なお、第１の反射鏡１３に風防ドーム１１を設ける必要がなければそれを省略して良く、また必要であれば図中に破線で示しているように第２の反射鏡１４にも同様の風防ドーム１１を設ければ良い。
【００１６】
上記のように、第１の反射鏡１３が常に上方を向いた状態で太陽光を受けて前方に反射させることにより、図１（ａ）に示すように太陽高度が低い場合でも、また同図（ｂ）に示すように太陽高度が高い場合でも、その第１の反射鏡１３の受光面積は大きく変動することがない。図８に示した従来の太陽光採光装置を対象とした場合と同条件でのシミュレーション結果を図２に示す。図９に示したように従来の太陽光採光装置では太陽高度が高くなるにつれて受光面積が大きく低下し、それにより採光可能な光束も大きく低下するのであるが、図２に示されるように本装置によれば１日を通じて従来と同等以上の受光面積を確保できるものであるし、特に太陽高度が最も高い正午頃においては受光面積が寧ろ増大し、それにより実際に採光される光束も正午頃において最大となる。
【００１７】
したがって本装置によれば、図８に示したように単一の反射鏡３によって太陽光を直接的に下向きに反射する従来のものに較べて、優れた採光効率を１日を通じて確保することができる。そして本装置は、従来の太陽光採光装置における反射鏡３を上向きとして使用することでそれをそのまま第１の反射鏡１３として転用することができ、その前方に第２の反射鏡１４を単に配置するだけで良いから、特許文献１に示される装置のように構成が複雑で大がかりになることはないし、第１の反射鏡１３を従来と同様に単に太陽追尾させるだけでそれ以上の複雑な制御も必要としない。
【００１８】
なお、本装置においては、第１の反射鏡１３から第２の反射鏡１４への反射方向を水平方向かつ真南方向とすることが最も効率的ではあるが、実質的に前方に反射する限りは反射方向を真南から東側や西側へずらしたり水平方向から上下方向にずらした場合でも、従来のように直接的に真下に向けて反射する場合に比較すれば遙かに効率的な採光が可能である。
【００１９】
図３は本発明の第２実施形態を示すものである。上記第１実施形態では第２の反射鏡１４として平面鏡を用いていたが、本第２実施形態では第２の反射鏡１４として凸面鏡を用いており、それにより太陽光をより広範囲に拡散して採光することができるものとなっている。
【００２０】
図４は第３実施形態を示すもので、これは第１の反射鏡１３として凹面鏡を採用するとともに、第２の反射鏡１４として凸面鏡を採用したものである。これによれば、第１の反射鏡１３から第２の反射鏡１４への反射光が絞り込まれ、かつその反射光が第２の反射鏡１４により再び拡散されて反射されるので、第２の反射鏡１４を小型化できるばかりでなく開口部１６の大きさも小さくすることができる。
【００２１】
さらに本第３実施形態では、上記に加え、第２の反射鏡１４を支柱１５に対し上下方向に位置変更可能な調節機構１７を介して支持するものとし、その調節機構１７が太陽追尾プログラムに同調して第２の反射鏡１４の位置を上下方向に微調整し、それにより第１の反射鏡１３の太陽追尾に伴う第２の反射鏡１４への反射方向の変動に応じて第２の反射鏡１４の上下方向の位置が最適に設定され、１日を通じての採光効率がより向上するものとなっている。
【００２２】
図５は第４実施形態を示すもので、これは上記第３実施形態において採用した第２の反射鏡１４を第１の反射鏡１３とともに共通の風防ドーム１１内に収容したものである。これによれば装置全体をコンパクトに一体化できるし、建物への設置も容易となる。
【００２３】
なお、第２〜第４実施形態のように第２の反射鏡１４として凸面鏡を採用したり、第３〜第４実施形態のように第１の反射鏡１３として凹面鏡を採用するのみならず、必要であれば第１の反射鏡１３として凸面鏡を採用し、第２の反射鏡１４として凹面鏡を採用することも勿論可能である。そして、そのような凸面鏡や凹面鏡を採用する場合、それら凸面鏡や凹面鏡として予め所望の曲率のものを製作して使用することでも勿論良いが、それらの曲率を可変としておくことが好ましく、そのための構成例を図６〜図７に示す。
【００２４】
図６に示すものは、第１の反射鏡１３や第２の反射鏡１４の素材として湾曲可能な薄板を採用してその前面を反射面としておき、その背面側の各所に支持金具２０を取り付け、それら支持金具２０を（ｃ）、（ｄ）に示すように長穴２１の範囲内でフレーム２２に対して前後方向に位置変更可能な状態でボルト２３により固定するようにしたものである。これによれば、フレーム２２に対する各支持金具２０の固定位置を前後方向に微調整することのみで、第１、第２の反射鏡１３，１４を平面鏡として使用するのみならず（ａ）に示すような凸面鏡としたり（ｂ）に示すような凹面鏡とすることができるし、それらの曲率を最適に設定でき、しかも曲率を容易に変更することが可能である。
【００２５】
また、図７に示すものは、第１、第２の反射鏡１３，１４を同じく湾曲可能としておき、その周縁部をフレーム２２に対して固定するとともに中央部を適宜のアクチュエータ２４によって前後方向に変位可能としたしたものである。これによればアクチュエータ２４の操作により第１，第２の反射鏡を平面鏡から所望曲率の凸面鏡や凹面鏡にでき、その曲率を自動的かつ精度良く容易に設定することができるばかりでなく、必要であれば太陽追尾プログラムに同調させてその曲率を変化させるような制御も可能である。
【００２６】
以上で本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記各実施形態に限定されるものでは勿論なく、太陽光を第１の反射鏡により前方に反射してから第２の反射鏡により下方に反射するように構成する限りにおいて、さらに様々な変形、応用が可能であることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の太陽光採光装置の第１実施形態を示す概要図である。
【図２】同、シミュレーション結果を示す図である。
【図３】本発明の第２実施形態を示す概要図である。
【図４】本発明の第３実施形態を示す概要図である。
【図５】本発明の第４実施形態を示す概要図である。
【図６】本発明において反射鏡の曲率を可変とするための構成例を示す図である。
【図７】同、他の構成例を示す図である。
【図８】従来の太陽光採光装置の一例を示す概要図である。
【図９】同、シミュレーション結果を示す図である。
【符号の説明】
【００２８】
１１  風防ドーム
１２  支柱
１３  第１の反射鏡
１４  第２の反射鏡
１５  支柱
１６  開口部
１７  調節機構
２０  支持金具
２１  長穴
２２  フレーム
２３  ボルト
２４  アクチュエータ
【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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