JP2005215510A

JP2005215510A - 太陽光採光装置

Info

Publication number: JP2005215510A
Application number: JP2004024230A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Hane; 義羽根
Original assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Shimizu Corp
Priority date: 2004-01-30
Filing date: 2004-01-30
Publication date: 2005-08-11

Abstract

【課題】太陽光採光装置における反射鏡の曲率を可変とする。
【解決手段】反射鏡７が太陽を追尾して太陽光を常に建物の内部や中庭に向けて反射する構成の太陽光採光装置において、反射鏡として湾曲可能な薄板を素材としてその前面に反射面を形成した構成のものを採用し、その反射鏡を背面側に配した支持フレーム５に対して複数の支持点において支持して取り付けるとともに、支持フレームには、少なくともいずれか１箇所の支持点において反射鏡を前後方向に変位させることで反射鏡全体を湾曲させかつその曲率を調節するための調節機構１５を設ける。上記の調節機構には反射鏡を支持フレームに対して前後方向に変位させるためのアクチュエータを備える。
【選択図】図１

Description

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。

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実用化されている。このような太陽光採光装置では、特許文献１に示されているように反射鏡として凸面鏡やフレネルレンズを用いることにより反射光を拡散させて採光することが可能である。
実用新案登録第３０７５３７０号公報

ところで、この種の太陽光採光装置において反射鏡として上記のように凸面鏡やフレネルレンズを採用する場合には、設置位置や使用目的に応じて凸面鏡の曲率やフレネルレンズの焦点距離等を予め厳密に設定し、そのような仕様の凸面鏡やフレネルレンズをその都度製作する必要があり、したがって製作コストが嵩むものであった。また、設置位置や使用目的の変更により拡散範囲を変更する必要が生じた場合には凸面鏡やフレネルレンズを交換しなければならず、その点で従来のこの種の太陽光採光装置は汎用性に乏しく使用し難いものであるので、有効な改善策が望まれていた。

上記事情に鑑み、請求項１記載の発明は、反射鏡が太陽を追尾して太陽光を常に建物の内部や中庭に向けて反射する構成の太陽光採光装置であって、湾曲可能な薄板を素材としてその前面に反射面を形成した反射鏡を採用し、該反射鏡をその背面側に配した支持フレームに対して複数の支持点において支持して取り付けるとともに、該支持フレームには、少なくともいずれか１箇所の支持点において反射鏡を前後方向に変位させることで反射鏡全体を湾曲させかつその曲率を調節するための調節機構を設けたことを特徴とするものである。

また、請求項２記載の発明は、上記の調節機構に反射鏡を支持フレームに対して前後方向に変位させるためのアクチュエータを備えたものである。

請求項１記載の発明によれば、湾曲可能な反射鏡を支持フレームに対して調節機構を介してその曲率を調節可能に取り付けた構成の採用により、その設置位置や使用目的に応じて反射鏡の曲率を自由にかつ最適に設定することができるし、必要に応じて曲率を容易に変更することも可能であり、反射鏡を凸面鏡のみならず平面鏡や凹面鏡とすることも可能である。

請求項２記載の発明によれば、上記に加え、調節機構に各種のアクチュエータを設けることにより、曲率の調節を機械的かつ自動的に精度良く行い得るし、季節や時刻に応じて反射鏡の曲率を刻々と変化させるような制御も可能となる。

図１〜図４を参照して本発明の一実施形態を説明する。図１は本実施形態の太陽光採光装置を建物の屋上に設置した場合のモデル図、図２は本装置の全体概略構成を示す三面図（正面図、側断面図、平面図）である。

本装置は、透明なアクリル樹脂等からなる風防ドーム１の下部に底面が開放された円筒状のケーシング２を有し、ケーシング２の底部に十字状のベースフレーム３が設けられ、ベースフレーム３の中心部に支柱４が回転自在に立設され、支柱４の上端部に支持フレーム５が軸６により上下方向に回転自在に支持され、支持フレーム５の前面側に円形の反射鏡７が設けられていて、その反射鏡７が太陽を自動追尾して太陽光を常に直下に向けて反射し、屋上に設けられている開口部８から建物内に採光するように構成されている。

図２における符号９は支柱３を回転させるためのモータ、１０はロッド１１を介して支持フレーム５を上下方向に回転させることで反射鏡７の俯角を調節するためのモータ、１２は予め設定されている太陽追尾プログラムによって各モータ９，１０を駆動して反射鏡７を太陽に自動追尾させるための制御装置、１３は風防ドーム１内の換気用のファンである。なお、この装置の設置位置は支持フレーム５に取り付けられたＧＰＳセンサ１４により自動検知され、それに基づいて最適な太陽追尾プログラムが実行されるようになっている。また、風防ドーム１は紫外線や赤外線をカットするフィルタとしても機能するものとなっている。

図１〜図２では、反射鏡７は凸面鏡となっていて反射光を拡散して建物内に採光しているが、本装置ではその反射鏡７の曲率を自由に調節できるものとされている。

すなわち、本装置における反射鏡７は湾曲可能な薄板を素材としてその前面に反射面が形成されたものとなっている。そのような反射鏡７の素材としては、たとえば弾性的に湾曲可能なアルミ板等の金属板が好適に採用可能であり、反射面はその前面に反射材を蒸着する等して形成すれば良い。そして、本装置では、反射鏡７を図３〜図４に示すように支持フレーム５に対して周縁部および中央部に設けた複数（図示例では１４箇所）の支持点において調節機構１５を介して支持するようにしている。調節機構１５は、図４（ｃ），（ｄ）に示すように反射鏡７の背面側にビス１６により取り付けた支持金具１７を支持フレーム５に対してボルト１８により締結して取り付けるものであるが、支持金具１７の支持フレーム５に対する取り付け位置を長穴１９の範囲内で前後方向に調節可能とされている。そのような調節機構１５は各支持点においてそれぞれ独立に反射鏡７を前後方向に変位させることができるものとなっており、それにより反射鏡７の全体を所望の曲率で湾曲させることができるものとなっている。

したがって本装置では、たとえば図４（ａ）に示すように反射鏡７の周縁部を支持フレーム５側に引き寄せておいて中央部を前方に押し出すことにより、図１に示したように反射鏡７を全体として凸面鏡となるように湾曲させることができるし、その曲率を最適に設定することができるものである。そのため、従来のこの種の太陽光採光装置のように所望の曲率の反射鏡をその都度製作する必要がなくなり、製作コストの削減を充分に図ることができる。また、設置位置を変更するような場合においても従来のように反射鏡７そのものを交換することなくその曲率を適切に変更することが可能となり、汎用性に優れたものとなる。

また、上記のように反射鏡７の曲率が可変であることから、その反射鏡７を凸面鏡として使用するのみならず、図４（ｂ）に示すように中央部を支持フレーム５側に引き寄せ、周縁部を相対的に前方に押し出すことで全体として凹面鏡となるように湾曲させることもできるし、各支持点の位置を揃えることで平面鏡とすることも勿論可能である。

なお、各調節機構１５における前後方向の調節範囲は、想定される最大曲率と反射鏡７の大きさとを考慮して設定すれば良いが、通常は数ｍｍ程度で充分である。いずれにしても、支持金具１７もしくは支持フレーム５のいずれか一方もしくはその双方に、支持金具１７の取り付け位置を前後方向に変更できるような機構を設けておけば良く、その限りにおいて調節機構１５の具体的な構成は様々に変更可能である。勿論、調節機構１５の位置や箇所数は、反射鏡７の大きさ等も考慮して反射鏡７全体として滑らかな曲面が得られるように適切に設定すれば良く、反射鏡７の中心部のみ、あるいは周縁部のみに調整機構１５を設けることでも良い。

図５は調節機構１５の他の構成例を示す。これは、反射鏡７の曲率を機械的かつ自動的に調節するためのアクチュエータ２０を備えたもので、（ａ）に示すように反射鏡７の周縁部を支持フレーム５に対して直接的に固定しておくか、あるいは（ｂ）に示すように周縁部を前方に突出させた位置に固定しておいて、反射鏡７の中心部をアクチュエータ２０により前後方向に押し出しかつ引き寄せる構成としたものである。

これによれば、アクチュエータ２０を適宜操作することにより、反射鏡７を（ａ）の場合には平面鏡から所望の曲率の凸面鏡となるように、（ｂ）の場合にはさらに所望の曲率の凹面鏡にもなるように、その曲率を自由にかつ精度よくしかも極めて簡単に設定し変更することができる。さらに、たとえば予め設定したプログラムにしたがってアクチュエータ２０を作動させて季節や時刻によって反射鏡７の曲率を刻々と変化させたり、日照等の状況を検知しながら最適な採光を行い得るように曲率を刻々と変化させるような制御も可能となる。

なお、アクチュエータ２０としては図示例のような送りネジ機構に限らず他の構成のものも任意に採用可能であり、たとえば空気圧シリンダ等も好適に採用可能である。また、上記とは逆に反射鏡７の中心部を固定して周縁部をアクチュエータ２０により押し出しあるいは引き寄せることで湾曲させたり、中心部と周縁部の双方にそれぞれアクチュエータ２０を設けてそれらを逆方向に作動させることで湾曲させることも勿論可能である。

以上で本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものでは勿論なく、反射鏡の曲率を可変として調節機構により調節可能に構成する限りにおいて、たとえば風防ドームをはじめとして各部の形状や寸法、建物に対する設置の形態、反射鏡を太陽に追尾させるための機構その他の具体的な構成については、任意に変更可能であることはいうまでもない。

本発明の一実施形態である太陽光採光装置を示すモデル図である。同、全体概略構成を示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側断面図、（ｃ）は平面図である。同、反射鏡とその支持フレームを示す図である。同、調節機構の詳細を示す図（図３におけるIV−IV線視図）である。調節機構の他の構成例を示す図である。

符号の説明

１風防ドーム
２ケーシング
３ベースフレーム
４支柱
５支持フレーム
６軸
７反射鏡
８開口部
９，１０モータ
１１ロッド
１２制御装置
１３ファン
１４ＧＰＳセンサ
１５調節機構
１６ビス
１７支持金具
１８ボルト
１９長穴
２０アクチュエータ

Claims

反射鏡が太陽を追尾して太陽光を常に建物の内部や中庭に向けて反射する構成の太陽光採光装置であって、湾曲可能な薄板を素材としてその前面に反射面を形成した反射鏡を採用し、該反射鏡をその背面側に配した支持フレームに対して複数の支持点において支持して取り付けるとともに、該支持フレームには、少なくともいずれか１箇所の支持点において反射鏡を前後方向に変位させることで反射鏡全体を湾曲させかつその曲率を調節するための調節機構を設けたことを特徴とする太陽光採光装置。
請求項１記載の太陽光採光装置であって、調節機構には反射鏡を支持フレームに対して前後方向に変位させるためのアクチュエータを備えたことを特徴とする太陽光採光装置。