JPH03156250A - 太陽追尾装置および太陽熱温水器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、移動する太陽を自動的に追尾する装置と、こ
れを利用した太陽熱温水器に関するものである。

（従来の技術） 近年、太陽熱を利用した温水システムが普及してきてい
るが、これらは何れも屋根の上に設置した集熱バイブに
水を貯め、太陽熱により暖まった温水を貯湯槽や風呂な
どに導く構造のものが多い。

しかしながら、従来の太陽熱温水器は南向きの屋根の上
に、固定されているため朝晩など太陽が真南に向いてい
ない場合には、その集熱効率が極めて悪い欠点があった
。

また太陽光を集光してこの光を光ファイバーなどで室内
に導いて照明するシステムがあり。

この装置では効率的に太陽光を集光するためにコンピュ
ーター制御された追尾装置が集光板に取付けられている
が、この構造はシステムが複雑で高価となる欠点があっ
た。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は、極めて簡単で、且つ安価な構造の太陽追尾装
置を提供すると共に、この追尾装置を備えて効率よく水
を加熱できると共に、構造が簡単で軽量で何処でも設置
できる太陽熱温水器を提供するものである。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、遮光板の両側に夫々光センサーを配置して方
向検知部を形成し、この各光センサーの受光量に比例し
て変化する各抵抗でホイートストンブリッジを構成し、
ブリッジが不平衡となったときに、駆動モータに、電流
を通電する制御回路を設け、且つ前記方向検知部を駆動
モータに接続して一体に回動するようにしたことを特徴
とする太陽追尾装置を第１の要旨とするものである。

更に本発明は、前記の太陽追尾装置の駆動モータに放物
凹曲面を形成した集光板を取付け、この放物凹曲面の焦
点軸に沿って通水管やヒートパイプなどの集熱管を配管
し、この集熱管を蓄熱槽または貯湯槽に連通ずると共に
、太陽追尾装置の方向検知部を集光板と一体に取付けた
ことを特徴とする太陽熱温水器を第２の要旨とするもの
である。

（作用） 次に本発明の作用について説明する。

太陽追尾装置の電源を入れ、遮光板の両側に取付けられ
た光センサーに照射される光量が等しい場合に、ホイー
トストンブリッジが平衡になるように予め調整してお（
。

太陽光が方向検知部の遮光板に対して斜めに！ＩＱ射す
ると一方の光導入体に太陽光が当たり、他方の光導入体
は遮光板に遮られて太陽光が当たらない。

太陽光が当たった光導入体は内部を光が通過して光セン
サーに当たりその抵抗が変化して、ホイートストンブリ
ッジが不平衡状態となる。

この状態になると電位が変化して電流が流れその方向に
よって、電源から駆動モータに駆動電流が流れて回転す
る。駆動モータが回転するとこれに一体に取付けられた
方向検知部も太陽側に回動する。

方向検知部の遮光板が太陽の方向を向くと、太陽光が遮
光板によって遮られず、両側の光導入体に光が当たる。

この状態になると光が当った他方の光導入体に接触する
光センサーにも光が侵入してその抵抗が変化し、ホイー
トストンブリッジは平衡状態となる。平衡状態になると
制御回路に電流が流れず駆動モータへの駆動電流が遮断
されて停止する。

時間が経過して太陽が西に移動し、遮光板で一方の光導
入体へ照射される太陽光が遮られると再びホイートスト
ンブリッジは不平衡となって、前述と同様に駆動モータ
が回転して方向検知部が太陽の方向に回動するとホイー
トストンブリッジは再び平衡状態となって駆動モータが
停止する。

また太陽追尾装置を取付けた太陽熱温水器は放物凹曲面
を形成し集光板の焦点軸上に集熱管が配置されているの
で、集光板の前面から照射した太陽光は、放物凹曲面で
反射して集熱管に集光してこれを加熱する。

集熱管はホースを介して貯湯層や蓄熱槽に連通している
ので、この蓄熱槽内の液体が加熱されて貯湯層や蓄熱槽
に貯められる。

従って、集光板の全面に照射した太陽光は全て集熱管に
集光されるので効率よく太陽熱を吸収することができる
。

しかも、集光板は太陽追尾装置により駆動するので、集
熱バイブに水を貯めて加熱する固定形の温水器に比べて
、集熱効率は３倍以上となり、装置も小型軽量化するこ
とができる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明する
。

第１図乃至第５図は太陽熱温水器に適用した場合の一実
施例を示すものである。

第１図は方向検知部ｌで、これは暗箱２の前壁３を貫通
して遮光板４が萌方に突出して取付けられている。

この遮光板４の両側には両端側面を傾斜させた光導入体
５．５が密着して取付けられ先端が暗箱２から突出して
いる。この光導入体５は透明な赤色のプラスチックで形
成されている。

この光導入体５の暗箱２内に挿着された端部の傾斜面に
、硫化カドミウム（ＣｄＳ）セル。

フォト・トランジスタなどの光センサ−６Ａ。

６Ｂが取付けられている。

この光センサ−６Ａ、６Ｂはリード線７により第３図に
示す回路に組込まれている。

光量によって変化する光センサ−６Ａの抵抗ＳＲ，と、
光センサ−６Ｂの抵抗ＳＲ，と、設定ブリッジ抵抗Ｒ，
，Ｒヨとでホイートストンブリッジ８が構成されている
。

このホイートストンブリッジ８は、制御回路９を介して
、駆動モータｌＯと電源１１に接続されている。

この制御回路９は、ダイオードやトランジスタ、サイリ
スクなどを組合わせ、ブリッジが不平衡になったときに
、平衡状態に達するまで駆動モータ１０に電流を通電し
て正逆回転させる。

光量が等しくなり光センサ−６Ａの抵抗ＳＲ。

と光センサ−６Ｂの抵抗ＳＲ，とが変化してブリッジが
平衡になったときに、駆動電流を停止するようになって
いる。

上記構造の太陽追尾装置を取付けた太陽熱温水器１２は
第４図および第５図に示すように基台１３の上に上下に
回動自在に口字形の支持フレーム１４が取付けられてい
る。

この支持フレーム１４は回動ビン１５で基台１３に連結
されていると共に、支持フレーム１４の後部と基台１３
とは長さ調整自在なステー１６で連結され、支持フレー
ム１４の仰角を調整できるようになっている。

１７は支持フレーム１４に縦長に支持された集光板で、
金属板をプレスして前面に放物凹曲面１８が形成されて
いる。この集光板１７の上板１９と下板２０には、前記
放物凹曲面１８の焦点軸２１上に中空の回転軸２２．２
２が取付けられ、支持フレーム１４に取付けた軸受２３
．２３で回転自在に支持されている。

更に下部の回転軸２２はギア２４Ａ、２４Ｂを介して駆
動モータ１０に接続されている。

また集光＠１７の内側の放物凹曲面１８の焦点軸２１上
に、その長平方向に沿って金属製の通水管２５が取付け
られ、この上部は上板Ｉ９と回転軸２２を貫通し、下部
は下板２０と回転軸２２を貫通して支持フレーム１４に
固定され更に通水管２５はホース２６により貯湯槽２７
に連通されている。

また集光ｉ１７の上根１９には前記太陽追尾装置の方向
検知部１が遮光板４を上下方向にして取付けられている
。

次に上記太陽追尾装置を取付けた太陽熱温水器の動作に
ついて説明する。

太陽熱温水器１２を南向きに設置し、ステー１６の長さ
を調整して、仰角を所定の角度に設定する。

次に太陽追尾装置の電源を入れ、光センサ−６Ａ、６Ｂ
に照射される光量が等しい場合にホイートストンブリッ
ジ８を構成する各抵抗が。

Ｒ，ＳＲ，＝Ｒ，ＳＲ，どなるように予め調整しておく
。

太陽光が第１図に示すように方向検知部ｌの遮光板４に
対して斜めに照射しているとすると図中上部側の光導入
体５に太陽光が当たり１図中下側の光導入体５は遮光板
４に遮られて太陽光が当たらない。

太陽光が当たった光導入体５は内部を光が通過して光セ
ンサ−６Ａに当たり、その抵抗ＳＲＡが変化するとホイ
ートストンブリッジ８が不平衡状態となる。この状態に
なると電位が変化して制御回路９に電流が流れその方向
によって、電源１１から駆動モータ１０に駆動電流が流
れて回転する。

駆動モータｌＯが回転すると第４図に示すようにギア２
４Ａ、２４Ｂを介して減速されて集光板１７が回転し、
この上根１９に一体に取付けられた方向検知部ｌも太陽
側に回動する。なおこの時、焦点軸２１に配置した通水
管２５は回転しない。

方向検知部ｌが回動してこの遮光板４が第２図に示すよ
うに太陽の方向を向くと、太陽光が遮光板４によって遮
られず、左右両側の光導入体５．５に光が当たる。

この状態になると光導入体５に接触する光センサ−６Ｂ
にも光が侵入してその抵抗ＳＲ，が変化し、ホイートス
トンブリッジ８は平衡状態となる。平衡状態になると制
御回路９に電流が流れず、この結果、駆動モータｌＯへ
の駆動電流が遮断されて停止する。

時間が経過して太陽が西に移動して遮光板４で一方の光
導入体５へ照射される太陽光が遮られると再びホイート
ストンブリッジ８は不平衡となって、前述と同様に駆動
モータｌＯが回転を始めて集光板１７は太陽の方向に回
動して停止する。

このようにして、太陽を追尾しながら集光板１７が回動
して行くので、集光板１７は太陽光に対してほぼ垂直な
状態に保持され、太陽光を効率良く集光することができ
る。

夕方になって太陽が沈むと、光が当たらなくなるのでそ
のまま停止する。翌朝、再び太陽が上ると、第１図と逆
に遮光板４の図中下側の光導入体５に太陽光が当り、光
センサ−６Ｂの抵抗ＳＲ，が変化し、これを制御回路９
で検知して電源１１から駆動モータｌＯに逆向きに制御
電流が流れて集光板１７は東儲りに回動し、太陽の正面
で停止する。

この後は、前述と同様に方向検知部ｌで西側に移動する
太陽を追尾しながら集光板１７が回動して行く。

また集光板１７は第５図に示すように放物凹曲面１８を
形成し、この焦点軸２１上に通水管２５が配置されてい
るので、集光板１７の前面から照射した太陽光は放物凹
曲面１８で反射して通水管２５に集光してこれを加熱す
る０通水管２５は、ホース２６を介して貯湯層２７に連
通しているので、この通水管２５内の水が加熱されなが
ら上昇し、暖まった温水は貯湯層２７に貯められる。

従って、集光板１７の全面に照射した太陽光は全て通水
管２５に集光されるので効率良く太陽熱を吸収でき、し
かも細い通水管２５に水をｗｉ環させているので、従来
のように集熱バイブに水を貯めて全部温水になってから
排水する温水器に比べて装置が軽量となり、屋根に設置
する場合でも取付は工事が容易である。

しかも、集光板１７は太陽追尾装置により駆動し常時太
陽側に向いているので、従来の屋根に固定した温水器に
比べて集熱効率は３倍以上となり、装置も小型軽量化す
ることができる。

また基台１３に駆動モータを取付けてギアを介して支持
フレーム１４を上下方向に回動自在に支持すると共に、
支持フレーム１４に遮光板４を横にして方向検知部ｌを
取付け、この方向検知部ｌと駆動モータで構成した上下
方向の太陽追尾装置を付加しても良い、これは、太陽の
仰角に応じて集光板１７が上下方向に回動しながら、西
に移動する太陽を追尾して、太陽光を集光ｉ１７で垂直
に受光することができる。

第６図は本発明の他の実施例を示すもので、集光板１７
を３個並設したものである。

これは駆動モータ１０のギア２４Ａをベルト２８を介し
て集光板１７Ａの上板１９に取付けたギア２４Ｂに連結
している。更にこれに同軸に取付けたギア２４Ｃと、並
設した集光板１７Ｂ、１７Ｃの上板１９に取付けたギア
２４Ｄ、２４Ｅをベルト２８を介して連結し、１台の駆
動モータｌＯで３個の集光板１７を連動させるようにし
たもので、装置の奥行き厚さを薄くすることができる。

なお上記実施例では貯湯層２７から通水管２５に水を通
水して加熱する場合について示したが、蓄熱層から不凍
液を通水管２５内に循環させ蓄熱層内で熱交換して水を
加熱するようにしても良い。

また通水管２５は焦点軸２１に沿って１本配置したもの
について示したが複数本配置しても良（、また通水管２
５を螺旋状に巻回したスパイラル管や、フィン付き管を
用いても良い、更に通水管２５の代わりに集熱管として
ヒートバイブを取付けても良い。

また方向検知部ｌは遮光板４の両側に設けた光導入体５
を透明なプラスチックで形成したものについて示したが
、この代わりに光ファイバーを用いて光ファイバーに照
射した太陽光を暗箱２内の光センサーに導入する構造で
も良い。

なお上記実施例では太陽追尾装置を太陽温水器に適用し
た場合について示したが、室内や温室内に太陽光を導い
て照明する装置に適用しても良い。

（発明の効果） 以上説明した如く本発明に係わる太陽追尾装置によれば
、遮光板の両側に配置した光センサーとホイートストン
ブリッジとを組合わせた簡単で且つ安価な構造で確実に
太陽を追尾することができる。

更に太陽追尾装置を取付けた太陽熱温水器は放物凹曲面
を形成した集光板で効率よく集熱して水を加熱できると
共に、構造が簡単で軽量で何処でも設置することができ
るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第３図は本発明の一実施例による太陽追尾装
置を示すもので、第１図および第２図は方向検知部の断
面図、第３図は太陽追尾装置の回路図、第４図は太陽熱
温水器の縦断面図、第５図は集光ＦＦ１１７の水平断面
図、第６図は３台の集光板を並設した太陽熱温水器の平
面図である。 ｌ・・・方向検知部　　　　２・・・暗箱４・・−遮光
板　　　　　　５・・・光導入体６Ａ、６Ｂ・・・光セ
ンサ ８−・・ホイートストンブリッジ ９・・・制御回路　　　　ｌＯ・・・駆動モータ１１・
・・電源　　　　　　１２・・・太陽熱温水器１３・・
・基台　　　　　　１４・・・支持フレーム１７、　１
７Ａ−１７Ｃ−・・集光板 １８・・・放物凹曲面　　　　２１・・・焦点軸２５・
・・通水管 ２６・・・ホース 第　１　図 ２７・・−貯湯槽 第 ６ 図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）遮光板の両側に夫々光センサーを配置して方向検
   知部を形成し、この各光センサーの受光量に比例して変
   化する各抵抗でホイートストンブリッジを構成し、ブリ
   ッジが不平衡となったときに、駆動モータに電流を通電
   する制御回路を設け、且つ前記方向検知部を駆動モータ
   に接続して一体に回動するようにしたことを特徴とする
   太陽追尾装置。
2. （２）請求項１記載の太陽追尾装置の駆動モータに放物
   凹曲面を形成した集光板を取付け、この放物凹曲面の焦
   点軸に沿って通水管やヒートパイプなどの集熱管を配管
   し、この集熱管を蓄熱槽または貯湯槽に連通すると共に
   、太陽追尾装置の方向検知部を集光板と一体に取付けた
   ことを特徴とする太陽熱温水器。