DE3731515A1

DE3731515A1 - Sonnenstrahlen-sammelvorrichtung

Info

Publication number: DE3731515A1
Application number: DE19873731515
Authority: DE
Inventors: Kei Mori
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1986-09-18
Filing date: 1987-09-18
Publication date: 1988-03-24
Also published as: GB2195188B; GB2195188A; GB8721788D0; DK492787A; SE8703597L; IT8721946A0; JPS6376203A; CH673522A5; CN87106473A; FR2604242A1; FI873991A0; FI873991A; DK492787D0; NL8702213A; AU7860487A; SE8703597D0; KR880004273A; US4809675A; IT1222678B

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Sonnenstrahlen-Sammelvorrichtung, in der eine Lichtstrahlen-Sammelvorrichtung und eine lichtreflektierende Vorrichtung in effektiver Weise zusammengeschlossen sind. Die Lichtstrahlen- Sammelvorrichtung ist unbeweglich montiert in einer Stellung zum Sammeln von Lichtenergie durch ein Lichtleiterkabel mit einem im Brennpunkt der optischen Linsen angeordneten Lichtaufnahme-Ende, und eine lichtreflektierende Vorrichtung ist entfernt davon aufgestellt, ohne die Sonnenstrahlen zu unterbrechen, mit dem Zweck, ihnen den Eintritt zu ermöglichen. Die von der reflektierenden Vorrichtung reflektierten Sonnenstrahlen werden zur Lichtstrahlen- Sammelvorrichtung übermittelt, und dadurch kann die Sonnenstrahlen-Sammelvorrichtung auch dort aufgestellt werden, wohin keine Sonnenstrahlen dringen können.

Eine früher vorgeschlagene automatische Sonnenstrahlen- Sammelvorrichtung weist einen zylindrischen Unterbau und ein durchsichtiges, kuppelförmiges Kopfteil auf. Eine Kapsel der Sonnenstrahlen-Sammelvorrichtung ist mit dem Unterbau und dem Kopfteil zusammengebaut. Hinsichtlich der Verwendung der Vorrichtung ist eine Sonnenstrahlen- Sammelanordnungs-Vorrichtung in der Kapsel untergebracht.

Die Sonnenstrahlen-Sammelanordnungs-Vorrichtung umfaßt eine große Zahl optischer Linsen (z. B. 19 Linsen) zum Fokussieren der Sonnenstrahlen, einen Lichtstrahlen- Richtungsfühler zum Bestimmen der Richtung der Sonne, einen Halterahmen zum einheitlichen Halten der Linsen und des Fühlers, einen ersten Motor zum Drehen dieser Elemente mit einem drehbaren Schaft (horizontal angeordneter Schaft), einen Haltearm zum Halten der vorerwähnten Elemente von den Linsen bis zum Motor, einen anderen drehbaren Schaft, der so angeordnet ist (vertikal angeordneter Schaft), daß er den drehbaren Schaft des vorerwähnten Motors senkrecht dazu schneidet, und einen zweiten Motor zum Drehen des drehbaren Schaftes (vertikal angeordneter Schaft). Die Richtung der Sonne wird durch den vorerwähnten Lichtstrahlen- Richtungsfühler ermittelt. Der erste und der zweite Motor sind mittels Steuereinrichtungen gesteuert, so daß sie die Linsen immer auf die Sonne richten. Das Lichtaufnahmeende des Lichtleiterkabels ist im Brennpunkt der Linsen angeordnet. Die Lichtstrahlen werden in das Lichtleiterkabel geführt und durch dieses hindurch bis zur wahlfrei gewünschten Stelle übertragen.

Die vorerwähnte Sonnenstrahlen-Sammelvorrichtung ist immer auf ebenen Boden, der die Sonnenstrahlen empfängt, oder auf den Dächern von Gebäuden installiert. Jedoch muß der Wirkungsgrad der Nutzung von Land aufgrund eines plötzlichen Anstiegs der Bodenpreise in den letzten Jahren verbessert werden, und deshalb wird sich die Tendenz zur gewaltigen Zunahme der Zahl von hochbauenden Gebäuden in städtischen Bezirken fortsetzen. Als Resultat werfen neuerrichtete Gebäude Schatten auf die vorher installierten Sonnenstrahlen-Sammelvorrichtungen, so daß diese Vorrichtungen die Sonnenstrahlen nicht sammeln und ihre Wirksamkeit verringert wird. Diese sich aus solchen Entwicklungen ergebende Angelegenheit ist in Ordnung zu bringen.

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Sonnenstrahlen-Sammelvorrichtung mit einer Lichtstrahlen-Sammelvorrichtung und einer lichtstrahlenreflektierenden Vorrichtung, in welcher die lichtstrahlenreflektierende Vorrichtung an einer von der Lichtstrahlen-Sammelvorrichtung entfernten Stelle zum Reflektieren der Sonnenstrahlen und zum Fokussieren derselben auf die Lichtstrahlen-Sammelvorrichtung angeordnet ist.

Ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Sonnenstrahlen-Sammelvorrichtung mit einer Lichtstrahlen-Sammelvorrichtung und einer lichtstrahlenreflektierenden Vorrichtung, in welcher die von der lichtreflektierenden Vorrichtung reflektierten Sonnenstrahlen zur Lichtstrahlen-Sammelvorrichtung übertragen werden, wodurch die Lichtstrahlen- Sammelvorrichtung auch dort aufgestellt werden kann, wohin keine Sonnenstrahlen dringen können.

Ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer Sonnenstrahlen-Sammelvorrichtung mit einer Lichtstrahlen-Sammelvorrichtung und einer lichtstrahlenreflektierenden Vorrichtung, in welcher die von der lichtstrahlenreflektierenden Vorrichtung reflektierten Lichtstrahlen, sogar wenn die Sonnenstrahlen für eine lange Zeit nicht auf die Stelle der Installation der Lichtstrahlen-Sammelvorrichtung auftreffen, von der Lichtstrahlen-Sammelvorrichtung empfangen werden können.

Die vorerwähnten Eigenschaften und andere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden detaillierten Beschreibung im Zusammenhang mit der Zeichnung. Es zeigen

Fig. 1 eine Darstellung einer herkömmlichen Lichtstrahlen-Sammelvorrichtung;

Fig. 2 eine zusammenfassende Darstellung zum Erläutern eines Ausführungsbeispiels der Erfindung;

Fig. 3 eine Darstellung eines anderen Ausführungsbeispiels der Lichtstrahlen reflektierenden Vorrichtung;

Fig. 4 einen Schnitt entlang der Linie IV-IV in Fig. 3.

Fig. 1 ist eine perspektivische Darstellung zur Erläuterung eines Ausführungsbeispiels einer früher vorgeschlagenen automatischen Sonnenstrahlen- Sammelvorrichtung. In Fig. 1 ist ein zylindrischer Unterbau mit 1 und ein durchsichtiges, kuppelförmiges Kopfteil mit 2 bezeichnet. Eine Kapsel 3 der Sonnenstrahlen-Sammelvorrichtung ist mit dem Unterbau 1 und dem Kopfteil 2 zusammengebaut. Hinsichtlich der Verwendung der Vorrichtung ist eine Sonnenstrahlen- Sammelanordnungs-Vorrichtung 10 in der Kapsel untergebracht, wie in Fig. 1 gezeigt.

Die Sonnenstrahlen-Sammelanordnungs-Vorrichtung 10 umfaßt eine große Zahl optischer Linsen (z. B. 19 Linsen) zum Fokussieren der Sonnenstrahlen, einen Lichtstrahlen-Richtungsfühler 12 zum Bestimmen der Richtung der Sonne, eine Halterahmen 13 zum einheitlichen Halten der Linsen 11 und des Fühlers 12, einen ersten Motor 14 zum Drehen dieser Elemente in eine durch den Pfeil A angezeigte Richtung, einen Haltearm 15 zum Halten der vorerwähnten Elemente von den Linsen 11 bis zum Motor 14, einen drehbaren Schaft 16, der so angeordnet ist, daß er den drehbaren Schaft des vorerwähnten Motors 14 senkrecht dazu schneidet, und einen zweiten Motor (in Fig. 1 nicht gezeigt) zum Drehen des drehbaren Schaftes 16 in eine durch den Pfeil B angezeigte Richtung. Die Richtung der Sonne wird durch den vorerwähnten Lichtstrahlen-Richtungsfühler 12 ermittelt. Der erste und der zweite Motor sind mittels Steuereinrichtungen 17 und 18 gesteuert, so daß sie die Linsen 11 immer auf die Sonne richten. Das Lichtaufnahmeende des in Fig. 1 nicht gezeigten Lichtleiterkabels ist im Brennpunkt der Linsen angeordnet. Die Lichtstrahlen werden in das Lichtleiterkabel geführt und durch dieses hindurch bis zur wahlfrei gewünschten Stelle übertragen.

Die vorerwähnte Sonnenstrahlen-Sammelvorrichtung ist immer auf ebenen Boden, der die Sonnenstrahlen empfängt, oder auf den Dächern von Gebäuden installiert. Jedoch muß der Wirkungsgrad der Nutzung von Land aufgrund eines plötzlichen Anstiegs der Bodenpreise in den letzten Jahren verbessert werden, und deshalb wird sich die Tendenz zur gewaltigen Zunahme der Zahl von hochbauenden Gebäuden in städtischen Bezirken fortsetzen. Als Resultat werfen neuerrichtete Gebäude Schatten auf die vorher installierten Sonnenstrahlen-Sammelvorrichtungen, so daß diese Vorrichtungen die Sonnenstrahlen nicht auffangen und ihre Wirksamkeit verringert wird. Diese sich durch solche Entwicklungen ergebende Angelegenheit ist in Ordnung zu bringen.

Erfindungsgemäß ist als Mittel zum Lösen der vorgenannten Schwierigkeit eine lichtstrahlenreflektierende Vorrichtung, die die Sonnenstrahlen reflektiert, an einer von der Sonnenstrahlen- Sammelvorrichtung entfernten Stelle installiert; und sie wird immer durch die Sonnenstrahlen angestrahlt und fokussiert die reflektierten Sonnenstrahlen ständig auf die Sonnenstrahlen- Sammelvorrichtung. Dadurch werden die Sonnenstrahlen kontinuierlich vom Sonnenaufgang bis zum Sonnenuntergang auf die Sonnenstrahlen-Sammelvorrichtung fokussiert.

Fig. 2 ist eine Konstruktionsdarstellung zum Erläutern eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. Gleiche Bezugszeichen sind gleichen Konstruktionselementen wie im Stand der Technik zugeordnet, und deren detaillierte Erläuterung unterbleibt an dieser Stelle. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die im vorerwähnten Ausführungsbeispiel gemäß dem Stand der Technik beschriebene Sonnenstrahlen-Sammelanordnungs-Vorrichtung 10 einfach als Lichtstrahlen-Sammelvorrichtung bezeichnet. Gemäß Fig. 2 ist die Lichtstrahlen- Sammelvorrichtung auf dem Dach eines Gebäudes P installiert. Angenommen, daß die Gebäude Q und R, die höher als das Gebäude P sind, an beiden Seiten des Gebäudes P neu errichtet sind, dann wirft das Gebäude R, wenn Sonnenstrahlen sich in Richtung S ₁ oder S ₂ ausbreiten, seinen Schatten auf den Bereich unterhalb L ₁ oder L ₂, so daß die Sonnenstrahlen nicht zur Lichtstrahlen-Sammelanordnungs-Vorrichtung 10 gelangen.

Eine reflektierende Vorrichtung 20 ist auf dem Dach des gegenüber R angeordneten Gebäudes Q installiert. Die reflektierende Vorrichtung 20 ist konstruiert mit einer scheibenförmigen reflektierenden Platte 21 mit einer hohen Reflexionskraft (Reflektierbarkeit), einem Antriebsmotor 23, der um die Achse in Richtung des horizontalen Durchmessers der reflektierenden Platte 21 rotieren läßt, einem halbkreisförmigen Stützarm 22 zum schwenkbaren Abstützen des Schaftes des Motors 23, einem auf dem Unterbau 25 installierten Antriebsmotor (nicht gezeigt in Fig. 2) zum Drehen des Stützarmes 22 um die vertikale Achse 24 und einer durchsichtigen Kuppel 26 zur Aufnahme der vorerwähnten Bauteile.

Die reflektierende Platte 21 wird verwendet zum Zurückstrahlen der Sonnenstrahlen L ₁ und L ₂ und zum Fokussieren derselben auf die Lichtstrahlen- Sammelanordnungs-Vorrichtung 10. Wenn die Sonne sich von S ₁ nach S ₂ bewegt, wird die reflektierende Platte 21 von der mit durchgezogener Linie gekennzeichneten Position zu der mit gestrichelter Linie gekennzeichneten Position 21 gedreht. Da das Standort-Verhältnis der Lichtstrahlen-Sammelanordnungs-Vorrichtung 10 und der lichtstrahlenreflektierenden Vorrichtung 20 konstant ist, beträgt der Wert des Drehwinkels der reflektierenden Platte 21 die Hälfte des Winkels, der zwischen einer die Sonne S ₁ mit der reflektierenden Platte 21 verbindenden Linie und einer anderen die Sonne S ₂ mit der reflektierenden Platte 21 verbindenden Linie eingeschlossen ist.

Die reflektierende Platte 21 wird gedreht durch den Motor 23 mit einem um die horizontale Achse rotierenden Schaft und einem Motor mit einem um die vertikale Achse rotierenden Schaft. Zur Befehl zur Rotation wird beispielsweise wie folgt zustande gebracht. Da die optische Linse 11 der Lichtstrahlen-Sammelanordnungs- Vorrichtung 10 so befestigt ist, daß sie der lichtstrahlenreflektierenden Vorrichtung 20 zugewandt ist, ist der Lichtstrahlen-Richtungsfühler 12 ebenfalls der reflektierenden Platte 21 ständig zugewandt und nimmt die Bewegung der reflektierten Sonnenstrahlen in den Richtungen X (horizontale Richtung) und Y (vertikale Richtung) wahr. Die reflektierten Sonnenstrahlen werden als helles Zeilensignal auf einem Punkt fokussiert, und ein Lichtstrahlendetektor (nicht gezeigt in Fig. 2) ist so aufgestellt, daß er deren Brennpunkt aufnimmt. Die vom Lichtstrahlendetektor erzeugten jeweiligen Lichtstrahlen-Wahrnehmungssignale der Richtungen X und Y werden durch Verwendung einer Signalleitung 31 zu einer Steuervorrichtung 30 geleitet. Das von dieser erzeugte Steuer-Ausgangssignal wird an den Motor 23 angelegt, und der andere Motor (nicht gezeigt in Fig. 2) rotiert durch die Übertragungsleitungen 32 und 33 um die vertikale Achse. Sodann setzt das Signal die Motoren in Gang, um diese Motoren rotieren zu lassen und dadurch die jeweiligen Lichtstrahlen-Wahrnehmungssignale einander anzugleichen. Da die Stellung der Sonne und ihre Höhe während des ganzen Jahres genau bekannt sind, kann gemäß dem anderen Antriebsverfahren, wenn die Umgebung der Sonnenstrahlen-Sammelvorrichtung festgelegt ist, während des ganzen Jahres die Zeit, während der Schatten auf die Lichtstrahlen-Sammelanordnungs-Vorrichtung 10 fällt, berechnet und der Dreh(Antriebs)winkel dementsprechend programmiert werden.

Wenn die Sonne nach oberhalb S ₁ oder S ₂ aufsteigt und die Sonnenstrahlen direkt zur Lichtstrahlen-Sammelanordnungs-Vorrichtung 10 gelangen, ist es nicht erforderlich, die reflektierten Lichtstrahlen von der lichtstrahlenreflektierenden Vorrichtung 20 zu empfangen. Da der Drehwinkel der reflektierenden Platte 21 zur Zeit der Ermittlung der Winkelstellung festgelegt wird, gibt die Steuervorrichtung 30 einen Befehl aus, das Signal vom Lichtstrahlen-Richtungsfühler 12 auf dasjenige des herkömmlichen Verfahrens zu schalten, um den Sonnenstrahlen direkt zu folgen und die Anwendung der lichtstrahlenreflektierenden Vorrichtung 20 zu beenden. Wenn das Gebäude Q seinen Schatten auf die Lichtstrahlen-Sammelanordnungs-Vorrichtung 10 wirft, werden die reflektierten Lichtstrahlen mittels der auf dem Dach des Gebäudes R, wie bereits erwähnt, installierten anderen, die Lichtstrahlen reflektierenden Vorrichtung 20′ auf die Lichtstrahlen-Sammelanordnungs- Vorrichtung 10 fokussiert. Auf diese Weise kann der Wirkungsgrad der Nutzbarmachung der Lichtstrahlen erheblich erhöht werden.

Fig. 3 zeigt die Konstruktion der reflektierenden Platte, mit der beabsichtigt ist, die gesammelte Lichtstrahlenenergie durch Vergrößerung der Reflexionsfläche zu vermehren. Mehrere kleine reflektierende Platten 111 ähnlicher Konstruktion sind koaxial zu einem Ring 114, der etwas größer als eine der jeweiligen kleinen reflektierenden Platten 111 ist, auf der reflektierenden Platte 110 angeordnet. Die kleine reflektierende Platte 111 ist fest am Ring 114 angebracht, um in einer vertikal Richtung zum Ringdurchmesser um einen drehbaren Schaft 114 zu rotieren. Weiterhin ist der Ring 114 fest an der reflektierenden Platte 110 angebracht, um in einer horizontalen Richtung zum Durchmesser des in die reflektierende Platte 110 gebohrten Rundloches zu rotieren. Die Metall-Aufspanneinrichtungen 1131 und 1141 sind derart befestigt, daß die reflektierende Oberfläche jedes Elementes ein Paraboloid bildet, das im wesentlichen dazu dient, die auf die jeweiligen kleinen reflektierenden Platten 111 und auf die Lichtstrahlen- Sammelanordnungs-Vorrichtung 10 (in Fig. 3 nicht gezeigt) reflektierten Lichtstrahlen zu fokussieren.

Fig. 4 ist ein Schnitt entlang der Linie IV-IV in Fig. 3. Die vorerwähnten drehbaren Teile und Metall- Aufspanneinrichtungen sind an der Rückseite angebracht, die nicht an der reflektierenden Fläche, wie in Fig. 4 gezeigt, erscheint. Die reflektierende Platte 110 wird, wie vorstehend erwähnt, um die horizontale Achse mittels des Motors 23 gedreht, der fest am Stützarm 22 montiert ist, und letzterer wird mittels des drehbaren Schaftes 24 um die vertikale Achse gedreht. Gemäß Fig. 4 ist die kleine reflektierende Platte 111 kreisförmig. Jedoch kann die Platte 111 auch viereckig oder polygonal sein. Insgesamt kann jegliche Einrichtung eingesetzt werden, die zur Vermehrung der gesammelten Energie geeignet ist.

Wie vorstehend erwähnt, können gemäß der vorliegenden Erfindung die reflektierten Lichtstrahlen von der die Lichtstrahlen reflektierenden Vorrichtung aufgenommen werden, selbst wenn die Sonnenstrahlen für eine lange Zeit nicht zum gewünschten Platz für die Installation der Vorrichtung gelangen. Deshalb ist es möglich, Lichtenergie zu niedrigen Kosten über einen langen Zeitraum hinweg zu sammeln. Da die reflektierende Platte eine Reflexionsrate höher als 90% aufweist, zeigte sich tatsächlich, daß die Gesamtmenge der gesammelten Lichtenergie beträchtlich größer ist als diejenige an der Stelle, an der keine die Lichtstrahlen reflektierende Vorrichtung installiert ist. Dies ergibt sich aus der Verlängerung der Zeit zwischen Sonnenaufgang und Sonnenuntergang. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist vom Gesichtspunkt der effektiven Nutzung der Lichtstrahlenenergie sehr nützlich.

Claims

1. Sonnenstrahlen-Sammelvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß dieselbe eine Lichtstrahlen-Sammelvorrichtung (10) und eine die Lichtstrahlen reflektierende Vorrichtung (20, 20′) umfaßt, wobei die Lichtstrahlen-Sammelvorrichtung (10) eine optische Linse (11) und ein Lichtleiterkabel umfaßt, welches ein im Licht-Brennpunkt der optischen Linse (11) angeordnetes Lichtaufnahme-Ende aufweist und die zur optischen Linse (11) gelangende Lichtenergie übermittelt, und wobei die die Lichtstrahlen reflektierende Vorrichtung (20, 20′) an einer von der Lichtstrahlen-Sammelvorrichtung (10) entfernten Stelle angeordnet ist, um die Sonnenstrahlen zu reflektieren und dieselben auf die Lichtstrahlen-Sammelvorrichtung (10) zu fokussieren.

2. Sonnenstrahlen-Sammelvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Linse (11) der Lichtstrahlen-Sammelvorrichtung (10) unbeweglich installiert ist, so daß deren Fläche auf die die Lichtstrahlen reflektierende Vorrichtung (20, 20′) gerichtet ist, und daß ferner die die Lichtstrahlen reflektierende Vorrichtung (20, 20′) mit einem Richtungsfühler (12) zum Ermitteln der Richtung der Sonnenstrahlen versehen ist, und daß weiterhin die die Lichtstrahlen reflektierende Vorrichtung (20, 20′) derart bewegt wird, daß dieselbe unter einem Winkel zum Sammeln der auf die die Lichtstrahlen reflektierende Vorrichtung (20, 20′) reflektierten Lichtstrahlen schräggestellt ist.

3. Sonnenstrahlen-Sammelvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die die Lichtstrahlen reflektierende Vorrichtung (20, 20′) eine Mehrzahl von Reflektoren (111) aufweist, die so angeordnet sind, daß sie jeweils ein Teil eines auf die Lichtstrahlen-Sammelvorrichtung (10) fokussierenden konkaven Spiegels werden.