JP2000075237A - 太陽光採光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 太陽高度の変化に十分に対応し、採光プリズ
ムの機能を最大限に活用し、太陽光の採光効率を向上さ
せた太陽光採光装置を提供する。 【解決手段】 太陽の位置に応じて、回転位置及び傾斜
角度が調節されるように設けられた１枚の採光プリズム
７２と、採光プリズム７２を回転駆動する回転駆動装置
７６と、採光プリズム７２の傾斜角度を調整する採光プ
リズムの傾斜角度調整装置２０と、採光プリズム７２の
回転位置及び傾斜角度を太陽の位置に応じた適正な値と
なるように回転駆動装置７６及び採光プリズムの傾斜角
度調整装置２０を制御する制御装置とを備えるように構
成した。この場合、採光プリズムの傾斜角度調整装置２
０は、採光プリズム７２を回転支持する回転軸２２と、
この回転軸２２を駆動するステッピングモータ等の駆動
装置２４を具備した構成とすればよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、１枚の採光プリズ
ムを備え、太陽光を常時好適な角度で採光できるように
した太陽光採光装置の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の太陽光採光装置としては、特願平
１０−２０３０４０号に記載されているように、水平に
取り付けられた２枚の採光プリズムを、夫々独立にその
回転位置を制御し、採光プリズムの下面に設けられた多
数の微細なプリズムの屈折作用を利用して、太陽高度の
変化に関わらず、常時、垂直方向に太陽光を採光する太
陽光採光装置が実用に供されている。

【０００３】また、太陽光の採光効率の向上、及び太陽
光採光装置の製造コスト削減の観点から、太陽光の出射
角度が垂直方向からやや外れるものの、水平に取り付け
られた採光プリズムを１枚備え、朝夕で採光プリズムの
向きを変えて採光するようにした太陽光採光装置も提案
されている。更に、この太陽光採光装置の改良版とし
て、傾斜角度を固定し、概ね南側方向に傾斜させた１枚
の採光プリズムを用い、特に太陽高度が低い朝夕におけ
る採光効率の低下を防止すると共に、傾斜角度は固定し
たまま、太陽位置に応じて採光プリズムをより適切な回
転位置となるように回転制御するようにした太陽光採光
装置が提案されている。

【０００４】従来の太陽光採光装置の内、１枚の採光プ
リズムの傾斜角度を固定し、回転位置を回転制御するよ
うにした太陽光採光装置を図４乃至図７を用いて説明す
る。図４は、この従来の太陽光採光装置の一部縦断側面
図、図５は、平面図である。また、図６は、この従来の
太陽光採光装置に用いる採光プリズムの一部を切り欠い
て示した縦断側面図、図７は、従来の太陽光採光装置に
より実際に太陽光を採光する状態を示す一部縦断側面図
である。

【０００５】先ず、図４乃至図６を用いて、従来の太陽
光採光装置７０の概略構成を説明する。図４及び図５に
おいて、７２は、図６に示すように、下面に微細なプリ
ズム加工が施された採光プリズム、７６は採光プリズム
７２の、例えばステッピングモータ等からなる回転駆動
装置である。また、５２はドーム状の透明なカバー（以
下、単に「ドームカバー」という。）、７８は採光プリ
ズム７２を保持すると共に、採光プリズム７２を回転さ
せるための回転リング、７４は配光板、８２は内枠（枠
体）、８４は外枠、８６は太陽電池である。

【０００６】採光プリズム７２の回転駆動装置７６は、
図示は省略したが、駆動ギアを含むギア機構と、電動
機、電動機を制御する制御装置と、制御装置に制御指令
を与える設定装置等とを内蔵しており、先ず、太陽の高
度・方位等の状態を検出する太陽光状態検出装置（図示
せず）からの検出出力が設定装置に与えられる。

【０００７】次に、設定装置の駆動指令を受けて、制御
装置の制御信号により、電動機及びギア機構を介して、
採光プリズム７２を回転させ、それらの回転位置が常に
太陽光を好適な角度で採光できる位置となるように調整
される。この時、電動機を駆動するための電力の供給源
となるのが、太陽電池８６である。また、採光プリズム
７２は、回転リング７８を介して複数個の支承ローラ８
８ａ〜８８ｃにより回転支持される。

【０００８】以上の構成で、太陽光採光装置７０により
太陽光Ｌを常時好適な角度で室内に採光する方法を図７
を用いて説明する。図７は、太陽光Ｌの採光口５８に、
太陽光採光装置７０を取り付けた状態を示しているが、
同図に示すように、太陽Ｓ1、Ｓ2から照射された太陽光
Ｌは、ドームカバー５２を透過し、採光プリズム７２に
入射する。採光口５８に取り付けるカバーとしては、透
明ドーム、又はドーム状の乳白色の光散乱体としたも
の、或いは平板ガラスを取り付けたものなどが提供され
ている。

【０００９】なお、図７において、６４は太陽光Ｌを室
内に導くための導光路で、周囲を導光壁６６で囲むこと
により形成される。導光壁の壁面６６ａは、白色のクロ
ス張り、又は白色に塗装されて光反射面とされている
か、或いは、鏡面的な光反射面とされている。また、４
０は建物の屋根、４２は天井、６０は太陽光Ｌの出射
口、６２は、出射口６０に取り付けられ、太陽光採光装
置７０の結露予防、及び太陽光Ｌを拡散するための配光
板である。

【００１０】図７においてＳ1に示すように、太陽高度
が低い場合は、太陽光Ｌが低い入射角度で採光プリズム
７２に入射し、採光プリズム７２の屈折作用により太陽
光Ｌの出射口６０方向に曲げられ、配光板６２に入射
し、当該配光板６２により拡散されて、室内に照射され
る。

【００１１】一方、Ｓ2に示すように太陽高度が高い場
合も、太陽光Ｌが高い入射角度で採光プリズム７２入射
し、出射口６０方向に曲げられ、直接配光板６２に入射
し、上記同様に配光板６２に拡散されて、室内に照射さ
れる。

【００１２】従って、図示による説明は省略するが、こ
の従来の太陽光採光装置は、２枚の採光プリズムを用
い、２回太陽光を屈折するようにした太陽光採光装置と
異なり、太陽光の出射の方向性はやや不安定となるが、
採光プリズムを一枚とすることにより、太陽光の透過効
率が向上し、採光量を増やすことができる。また、採光
プリズムを傾斜させたために、太陽高度が低い時節にお
いて、太陽光の採光プリズムへの入射角度が大きく設定
されるので、実効採光面積が大きくなると共に、太陽光
が採光プリズムの表面で反射される量が少なくなり、特
に光量の少ない朝夕における採光量を増大させることが
できる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、傾斜させた
採光プリズムを１枚用いた従来の太陽光採光装置では、
この採光プリズムの傾斜角度が固定され、この採光プリ
ズムの傾斜角度は、日中及び年間の太陽高度の変化を考
慮して設定されている。しかし、傾斜角度が固定されて
いるために、例えば朝夕における太陽光の採光時におい
ては傾斜角度が小さく、また南中時近辺においては、傾
斜角度が大きく、太陽高度の変化に十分に対応している
とは言い難く、太陽光採光装置の機能を最大限に活用し
ていないという問題があった。

【００１４】本発明は、上記課題（問題点）を解決し、
太陽高度の変化に十分に対応し、採光プリズムの機能を
最大限に活用し、太陽光の採光効率を向上させた太陽光
採光装置を提供することを目的とするものである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明の太陽光採光装置
は、上記課題を解決するために、請求項１に記載のもの
では、太陽の位置に応じて、回転位置及び傾斜角度が調
節されるように設けられた１枚の採光プリズムと、前記
採光プリズムを回転駆動する回転駆動装置と、前記採光
プリズムの傾斜角度を調整する採光プリズムの傾斜角度
調整装置と、前記採光プリズムの回転位置及び傾斜角度
を太陽の位置に応じた適正な値となるように前記回転駆
動装置及び前記採光プリズムの傾斜角度調整装置を制御
する制御装置とを備えるように構成した。このように構
成すると、朝夕の太陽高度が低い時間帯では採光プリズ
ムの傾斜角度を大きくすることにより太陽光の採光量を
増大させ、また、採光プリズムの回転位置を適切な位置
に制御することにより、太陽光の出射方向も出射側方向
に向けることができる。一方、南中時等の太陽高度が高
いときは、採光プリズムの傾斜角度を小さくすることに
より太陽光の採光量を増大させ、また、出射方向も出射
側方向に向けることができる。

【００１６】請求項２に記載の太陽光採光装置は、上記
採光プリズムの傾斜角度調整装置は、上記採光プリズム
を回転支持する回転軸と、この回転軸を駆動するステッ
ピングモータ等の駆動装置を具備した構成とした。この
ように構成すると、好適な採光プリズムの傾斜角度調整
装置を備えた太陽光採光装置とすることができる。

【００１７】請求項３に記載の太陽光採光装置は、上記
採光プリズムの傾斜角度調整装置の電力供給源として、
太陽電池を用いるようにした。このように構成すると、
傾斜角度調整装置のための電力供給源として、商業電力
を用いる必要がなくなり、電力供給用の配線が簡単にな
り、また、商業電力が供給されていない地域での使用が
可能となる。

【００１８】

【発明の実施の形態】本発明の太陽光採光装置の一実施
の形態を図１乃至図３（Ａ）、（Ｂ）を用いて説明す
る。図１は、本発明の太陽光採光装置１０を、建物の屋
根に設置した状態を示す一部縦断側面図、図２（Ａ）は
本発明の太陽光採光装置１０に用いる採光プリズムの傾
斜角度調整装置２０を採光プリズム７２に取り付けた状
態を示す側面図、同図（Ｂ）はその平面図である。図３
は、太陽高度に採光プリズム７２の傾斜角度を対応さ
せ、その採光量と太陽光の出射角度の関係を示す図で、
同図（Ａ）は太陽高度が低い場合、同図（Ｂ）は太陽高
度が高い場合を夫々示している。なお、図１乃至図３
（Ａ）、（Ｂ）において、図４乃至図７に示したものと
同一の構成については同一の符号を付し、説明を省略し
た。

【００１９】先ず、本発明の太陽光採光装置１０の概略
構成を図１及び図２を用いて説明する。本発明の太陽光
採光装置１０は、図４に示した従来の太陽光採光装置７
０の採光プリズム７２に採光プリズムの傾斜角度調整装
置（以下単に「傾斜角度調整装置」という場合があ
る。）２０を取り付けるようにした点にその構成上の特
徴がある。

【００２０】採光プリズムの傾斜角度調整装置２０は、
例えば、円形状の採光プリズム７２の表面に沿って平行
に回転軸２２を取り付け、この回転軸２２の一方端２２
ａにスッテッピングモータ等の駆動装置２４を直結し、
また、回転軸２２の他方端２２ｂは軸受２６で支承する
ことにより構成される。

【００２１】また、採光プリズム７２は、傾斜角度調整
装置２０の回転軸２２によって回転支持され、同じく傾
斜角度調整装置２０の駆動装置２４により傾斜角度が自
由に設定されるようになっている。なお、採光プリズム
７２の傾斜角度の変更に伴って、採光プリズム７２を回
転支承している回転リング７８も一体的に傾斜する。ま
た、採光プリズム７２及び回転リング７８を支持してい
る支承ローラ１８は、図１に示すように、採光プリズム
７２及び回転リング７８の傾斜角度の変動に連動して移
動するように取り付けられている。また、図示による説
明は省略するが、採光プリズム７２を回転駆動している
駆動装置７６は、採光プリズム７２の傾斜角度が変化し
ても駆動力を伝達できるギヤ機構を備えている。

【００２２】８６は、従来の太陽光採光装置７０の説明
で示したように、採光プリズム７２の回転駆動装置の電
力供給源となる太陽電池であるが、本発明の太陽光採光
装置１０の採光プリズムの傾斜角度調整装置２０の電力
供給源としても使用する。このようにすることにより、
商業電力を用いる必要がなくなり、電力供給用の配線が
簡単になり、また、商業電力が供給されていない地域で
の太陽光採光装置１０の使用が可能となる。

【００２３】以上の構成で、本発明の太陽光採光装置１
０の基本動作を、図３（Ａ）、（Ｂ）を用い、図１及び
図２を参照して説明する。上述したように、採光プリズ
ム７２は、図１及び図２に示す傾斜角度調整装置２０の
回転軸２２により支持されており、駆動装置２４により
その傾斜角度が太陽高度に対応して変化するように構成
されている。

【００２４】従って、図３（Ａ）に示すように、朝夕の
時間帯で太陽高度が低い場合は、採光プリズム７２の傾
斜角度を大きくし、採光プリズム７２の回転位置も屈折
角度が大きくなるように設定すると、実効採光面積が大
きくなり、傾斜角度を固定していた場合よりも採光でき
る太陽光が増大し、光量が減少する朝夕における採光効
率が向上する。一方、図３（Ｂ）に示すように、南中時
近辺で太陽高度が高い場合は、採光プリズム７２の傾斜
角度を小さくし、採光プリズム７２の屈折角度も適切な
値となるような回転位置に設定すると、傾斜角度を固定
していた従来の太陽光採光装置７０と比較して実効採光
面積が大きくなるので採光量が増大し、また、太陽光Ｌ
の出射方向もほぼ垂直方向に安定させることができるよ
うになる。このように、年間を通じて、太陽高度の変化
に対応して採光プリズム７２の傾斜角度を調整すること
により、太陽光Ｌの採光効率が向上し太陽光Ｌの出射方
向が安定し、太陽光採光装置１０の能力を最大限に発揮
させることが可能となる。

【００２５】なお、図示による説明は省略するが、上述
した採光プリズムの傾斜角度調整装置には、太陽高度に
応じて採光プリズムの傾斜角度が適正な傾斜角度になる
ように制御するためにマイクロコンピュータ等のソフト
ウェア的に制御する制御機能を内蔵させるようにする
か、或いは、採光プリズムの回転位置をハードウェア的
に制御する制御装置を構成してこの傾斜角度を制御する
ものとする。

【００２６】本発明の太陽光採光装置は上記実施の形態
に限定されず様々な変更が考えられる。上記実施の形態
では、採光プリズムの傾斜角度調整装置としては、駆動
装置を回転軸に直結する構成例で説明したが、これを例
えばギヤ機構やプーリなどの伝達機構を設けて駆動力を
伝達するように構成する等の各種の変形が考えられる。

【００２７】

【発明の効果】本発明の太陽光採光装置は、上記のよう
に構成したために、以下のような優れた効果を有する。 （１）請求項１に記載したように構成すると、朝夕の太
陽高度が低い時間帯では採光プリズムの傾斜角度を大き
くすることにより太陽光の採光量を増大させ、また、出
射方向も出射側方向に向けることができる。 （２）一方、南中時等の太陽高度が高いときは、採光プ
リズムの傾斜角度を小さくすることにより太陽光の採光
量を増大させ、また、出射方向も出射側方向に向けるこ
とができる。

【００２８】（３）請求項２に記載したように、採光プ
リズムの傾斜角度調整装置は、採光プリズムを回転支持
する回転軸と、この回転軸を駆動するステッピングモー
タ等の駆動装置を具備した構成とすると、好適な採光プ
リズムの傾斜角度調整装置を備えた太陽光採光装置とす
ることができる。

【００２９】（４）請求項３に記載したように、採光プ
リズムの傾斜角度調整装置の電力供給源として、太陽電
池を用いるようにすると、傾斜角度調整装置のための電
力供給源として、商業電力を用いる必要がなくなり、電
力供給用の配線が簡単になり、また、商業電力が供給さ
れていない地域での使用が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の太陽光採光装置の一実施の形態を示す
一部縦断側面図である。

【図２】本発明の太陽光採光装置に用いる採光プリズム
の傾斜角度調整装置の構成を示す図で、同図（Ａ）は側
面図、同図（Ｂ）は平面図である。

【図３】本発明の採光プリズムの傾斜角度と太陽光との
関係を示す図で、同図（Ａ）は太陽高度が低い場合、同
図（Ｂ）は太陽高度が高い場合を示している。

【図４】従来の太陽光採光装置の構成を示す一部縦断側
面図である。

【図５】従来の太陽光採光装置の構成を示す平面図であ
る。

【図６】従来の太陽光採光装置に用いる採光プリズムの
一部を切り欠いて示した拡大縦断側面図である。

【図７】従来の太陽光採光装置を採光口に取り付けた状
態を示す一部縦断側面図である。

【符号の説明】

１０：太陽光採光装置 ２０：傾斜角度調整装置 ２２：回転軸 ２４：傾斜角度調整装置の駆動装置 ７２：採光プリズム ７６：回転駆動装置 ８６：太陽電池

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 太陽の位置に応じて、回転位置及び傾斜
   角度が調節されるように設けられた１枚の採光プリズム
   と、 前記採光プリズムを回転駆動する回転駆動装置と、 前記採光プリズムの傾斜角度を調整する採光プリズムの
   傾斜角度調整装置と、 前記採光プリズムの回転位置及び傾斜角度を太陽の位置
   に応じた適正な値となるように前記回転駆動装置及び前
   記採光プリズムの傾斜角度調整装置を制御する制御装置
   とを備えるようにしたことを特徴とする太陽光採光装
   置。
2. 【請求項２】 上記採光プリズムの傾斜角度調整装置
   は、 上記採光プリズムを回転支持する回転軸と、 この回転軸を駆動するステッピングモータ等の駆動装置
   を具備していることを特徴とする請求項１に記載の太陽
   光採光装置。
3. 【請求項３】 上記採光プリズムの傾斜角度調整装置の
   電力供給源として、太陽電池を用いるようにしたことを
   特徴とする請求項１又は２に記載の太陽光採光装置。