JPS5852562B2 - 太陽エネルギ−の集中・収集装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は太陽エネルギーを集中し収集する装置と方法
に関するものであり、とりわけ、収集される太陽エネル
ギーを最大にするため、−年を通じておよびそれぞれの
日においての太陽の角度の関数として種々の位置に動（
可動コレクターに対し、年間の！エネルギーを集中する
装置を形成している屋根を有する建物と結合して使用さ
れる装置と方法に関するものである。

種々の太陽エネルギー収集装置が知られている。

その多くは焦点にコレクターを置いた放物面鏡を用いて
いる。

これらの反射鏡とコレクターは普通太陽を指向するため
ユニットとして働く。

従来の他のいくつかの装置の中には、可動コレクターを
有する静止反射鏡を用いているものがある。

これらの中の１つに、ｆｌの位置と一生の季節に応じて
支点のまわりを角度的に変位するように配置された、中
心に位置する可動コレクターを有する球面鏡装置がある
。

この球面鏡は、複雑なわん曲を用いており、大きな製品
としては困難で高価かつ非実用的である。

ドイツ特許第５１７４１７号（１９３１年２月４日発行
）に示されている第２番目の装置は、長方形放物面反射
鏡の中心対称軸の垂直面上にその水平の光軸を有する長
方形の横方向に対称な放物面鏡を用いている。

その垂直面から離れた太陽の角度の小さな変化に対応す
るために、コレクターは枢軸で回転する入れ子式のアー
ムとカム溝装置により、横方向と垂直方向に動く。

この装置のコンパスの配位方向は、この記載において種
々の矛盾がある明確でない。

しかし、ともかく、実際問題として垂直面（反射鏡とコ
レクターの端部から見て）から離れた太陽の非常に小さ
い角度運動が、この装置で適応できるだけであり、おそ
らく地平面に対する太陽の角度の一年の変化の範囲には
対応できない。

さらにこの装置は相対的に複雑であり、ガイドカムと入
れ子式アームに要求されるものの点からみて、大きいス
ケールでは取り扱いにくい。

この装置の一日あるいは季節の期間中、そしてまたプ年
の数日の間の太陽の角度の大きな変化の間に使用するた
めには、カムと入れ子式のコレクター支えアーム装置を
使用することに加えて、反射鏡にはさらに反射鏡の角度
位置を変化させるために揺動あるいは枢動式方向転換の
形状が要求される。

−年を通じて、それぞれの日の大部分の日照時間の間実
用に供せられるために、固定された反射鏡・集中器と、
単純な可動コレクタを用いて、比較的単純な太陽エネル
ギー集中と最大エネルギー探索の２方向型感知と移動収
集を行なうことができる装置を提供することはこの発明
の目的であり特徴である。

また、屋根から反射する太陽エネルギーの収集を最適に
するために動きうる２方向型感知と最大エネルギー探索
手段を備えた可動コレクターに対し、年間を通じて有効
な固定した反射鏡・集中器として役立つ固定屋根を有す
る建物を提供することもこの発明の別の視点からの目的
と特徴である。

さらに別の視点から見たこの発明と特徴は、最大エネル
ギーを探索する太陽エネルギーコレクターを用いた太陽
エネルギーの集中と利用のための装置を提供することで
あり、そしてそれは種々の緯度で年間を通じて効果的な
場所で実用的に使用され、同時に与えられた緯度の位置
へ固定された反射鏡・集中器の使用を可能にする。

他の目的と特徴は、平らなプレートタイプの太陽熱収集
装置におげろように、屋根の表面に沿っであるいは内部
に熱移転用流体の通路を必要としないで、屋根に注ぐ太
陽エネルギーを一年を通じて実用的に集中し、太陽の反
射に追従して収集することができるということである。

次に図面を参照しつつ本発明の一実施態様にっいて説明
すれば、家屋、学校、工場等のような熱利用建築構造物
は、一般に１１で示すようにわん曲した屋根−反射鏡・
集中器２１を有しており、また３１で示したように所望
の形状をした別の屋根表面を有している。

屋根表面２１の広さは、要求された用途に必要なｆｌエ
ネルギーの量に対応している。

与えられた屋根の大きさから最大のエネルギーを収集す
るために、屋根全体は反射鏡・集中器２１として形成さ
れている。

所望により窓１５が壁１３ｆ 、１３ｅ、１３ｂに設け
られている。

屋根−反射鏡・集中器２１は金属、ガラス、プラスチッ
クのような好適な太陽反射材料によって形成されており
、この材料は負荷荷重型であって屋根表面の一部分、大
部分あるいは全体に構造的強さがあるものが、あるいは
無負荷荷重型であって、たとえば荷重負荷土台に薄い反
射性コーティングをしたものであってもよい。

所望の屋根−反射鏡・集中器２１のわん曲は、なめらか
な曲線として、あるいはまっすぐなもしくはわん曲した
線分として形成されている。

たとえば、わん曲した屋根表面は、１つの連続した曲線
、あるいは所望の全わん曲形状の屋根−反射鏡・集中器
２１表面を形成するため好適に結合された関係で用いら
れる数枚のパネル、すなわちガラス、プラスチック等の
種々の通常のまっすぐなパネルにより形成されている。

所望により、屋根２１を通過する光線により建物内部の
自然照明を行うため、屋根２１は、その部分あるいは全
体において部分的反射をさせることもできる。

同様に屋根の部分３１もまた所望により建物内部へ光を
通過させることができる。

屋根−反射鏡・集中器２１は第１図、第５図、第６図に
示すように、その対向した端部を直接東西へ向けた状態
で南へ向けて傾斜している。

静止した反射鏡・集中器２１はそこを通過する南北の垂
直面内において測定された地平線に対する太陽の角度の
関数として位置の変化する最大合流領域へ太陽エネルギ
ーを反射し集中させる。

太陽エネルギーコレクター５１は、ピボットアーム４５
により第４図、第４Ａ図に示すように反射鏡・集中器２
１の上を南北方向に前後に動きうるよう取り付けられて
いる。

コレクターピボット支えアーム４５は、反射鏡・集中器
２トコレクター５１の組み合せの有効性のため、一般に
反射鏡・集中器２１の下方、上方あるいは表面上でほと
んど差を有することなく東西に伸びている水平な線に沿
って枢軸回転する。

実施態様において、アーム４５は反射鏡・集中器２１の
表面下に位置するピボット支え４９に取り付けられてお
り、また２つの半径Ｒ１とＲ２で形成されている弧ＳＲ
，と５Ｈ２Ｏ間に接触線を形成しているＴＲ線（第４Ａ
図参照）上に取り付けられている。

実施態様において示すように反射鏡の弦−長さ領域に対
するコレクターの効果的な収集領域の比は約９＝１で、
それゆえ可能性のある最大集中係数あるいは拡大係数は
９以下である。

しかしながら、傾斜角度、反射鏡・集中器２１への太陽
光線の通路におけるコレクター５１のさえぎり（夏季期
間のように）のような他の要因は、種々のｆｌの角度に
対して最大可能値より少ない可能値へと減少させる。

この要因はさらに次に詳細に述べるように、コレクター
５１により太陽の反射光線の合流の領域をさえぎる広さ
にもよる。

アーム４５とコレクター５１０組み合せは、釣り合いお
もりＣＷにより好適に釣り合わされている。

そして、トルク管あるいはシャフト１１０により枢軸領
域で必要な付加剛性のために相互に連結されている。

コレクター５１は横方向に相並んだ複数本の流体の流れ
る熱移転管５４により適宜に形成されており、その管内
を適宜な流体たとえば水、ガスなどが反射鏡２１から反
射された！エネルギーの収集のために流れている。

管寄せあるいはマニホルド５５．５７が平行の管５４を
２つの端部支持アーム４５に取り付けられた通常の供給
導管７１と戻り導管７３に連結するため両側に用いられ
ている。

第３図に示すように、コレクター５１はアーム４５・コ
レクター５１の組み合せの枢軸線方向に向いている黒く
塗ったエネルギー吸収管５４により形成されており、そ
して太陽の仰角に対し適当な角度で反射鏡２１からの太
陽反射光線へ向いている。

コレクター５１は反射鏡・集中器２１とコレクター５１
の枢軸線に面しない外側表面を、硬い不透明なＵ形カバ
ープレート５３とともに絶縁体５２により絶縁されてい
る。

太陽エネルギー透過性カバーガラスプレート５６は、エ
ネルギー吸収管５４の下にしっかりと締め付けられてお
り、すべての組み合せは長さ方向に沿って間隔をあげて
カバープレート５３にボルトや溶接により、締付ナツト
とガラスプレート５６と管寄せ５５゜５７をその内部に
把持しているブラケットとともに確実に結合されており
、カラスプレートは柔いゴムのような弾性衝撃抵抗材料
５９の２つの層の間に好適に挾まれている。

流体の供給と戻りのライン７１．７３は、熱貯蔵所や建
物内部の加熱装置のような所望の熱利用システムに、あ
るいは吸収冷却原理に基づいた冷却システムに適宜結合
されている。

コレクター５１内の流体へ移転された太陽熱エネルギー
により種々の機械が仕事をなしとげており、あるいは他
の必要な適宜な熱エネルギーを得た仕事がなしとげられ
る。

この発明を用いることにより、水のような流体の流体温
度は１５０℃（３００下）あるいはそれ以上上昇する。

そしてこれは流体の流れる割合、コレクターと反射鏡の
相互の寸法などによる。

実際の加熱と吸収冷却は、コレクター５１を通して流体
りが流れる間、この温度範囲内かそれ以下で良好になし
とげられる。

実施例で示すように、水のような液体流体はポンプ８０
Ａによりライン７１，５４，８１を通して高熱液体貯蔵
タンクＨ８Ｔへ送られ、そしてこの高熱液体は続いて必
要に応じた加熱あるいは冷却に用いるため貯蔵される。

建物１１の内部あるいは他の必要な場所を加熱するため
に、ポンプ８２．２ないし３方向バルブ８３、導管８４
、熱移転コイルＨＴＣ、ファンＦ、さらに２ないし３方
向バルブ８３Ａ、導管８８．２ないし３方向バルブ８Ｔ
と戻りライン８６による通常の熱水による加熱システム
が用いられる。

ファンＦは空気をコイルＨＴＣを越えて送り出し、そし
て空気はここで加熱され、その後ダクトＤＯを通して建
物１１内を流れ、普通の方法でダク）ＤＩを通して戻る
。

ポンプでユニットを通して送られた高熱液体による冷却
のために吸収クーラーＡＣが用いられており、バルブ８
３、導管８５、バルブ８７を通して導管８６へ戻る。

冷却液導管内の流れと、導管８４の閉鎖のためのバルブ
セットにより、冷却された水あるいは冷却液ＣＬはポン
プ９０によりクーラーＡＣを通して送られ、冷貯蔵タン
クＣ８Ｔを通り導管９２、バルブ９１．導管９２を通っ
て出て、コイルＨＴＣを通り導管９３を通してクーラー
ＡＣ１導管９４を通りそして再び冷貯蔵タンクＣ８Ｔへ
戻る。

アーム４５は適宜な可逆運転手段により、軸のまわりに
枢支されている。

実施態様において、モーターＭは減速機ＧＲを介してね
じを切っである駆動スクリューシャフト１２１を回転さ
せる。

そしてモーターＭと減速機ＧＲとシャフト１２１は適宜
な枢軸支え１２７上の１２５にユニットとして枢着され
ている。

ナツトフォロアー１２３は駆動スクリューシャフト１２
１へねじ込み係合しており、トルクアーム１１０ａに回
転可能にしっかりと取り付けられている。

トルクアーム１１０ａはトルクシャフト１１０にしっか
りと取り付けられている。

モーターＭはアーム４５・コレクター５１の組み合せを
、ブ年の種々の日の間、そして所望ならばそれぞれの日
の種々の日照時間の間、種々の必要な角度位置で必要な
位置へ適宜に駆動する。

駆動モーターＭを制御するために、反射されたエネルギ
ーに反応する好適な２方向型制御手段が用いられている
。

この目的のために一般に太陽エネルギー感知エレメント
と総称されている光電管あるいは光反応性エレメントも
しくは熱反応性エレメントの一対のセット１１３，１１
５により形成された２方向型太陽エネルギー差感知手段
１１１がコレクター５１に取り付けられ、それと一緒に
動くようにされている。

説明を簡単にするため、この太陽エネルギー感知エレメ
ントのセットは一般に光電管セットあるいは光電管セッ
ト列と呼ぶことにする。

光電管上ッＮ１３，１１５はコレクター５１の長さ方向
に横切って設置されており、好適には図に示すように直
角に横切ってコレクター５１の長さ方向の中心線上に有
効な中点あるいは交叉する点を位置させている。

２つの光電管上ツＮ１３，１１５に対し共通の出力接合
点１１４を用いることにより、光電管セット１１３と１
１５の出力は、お互いにバランスサれ、バランスされた
関係でその出力は差動増巾器１１７へ供給され、光電管
１１３と１１５からの入力信号の差に比例するり、Ｃ０
出力を生ずる。

差動増巾器１１７からのり、Ｃ１出力は、必要に応じて
り、Ｃ，増巾器１１９により適宜に増巾され、続いてり
、Ｃ，モーターあるいは他の適宜な駆動モーターＭへの
電力を制御するために、正転、逆転、中立あるいはバラ
ンスした停止位置を有する３路リレー１２０をＴＪＩ脚
する。

駆動モーターＭは、減速機ＧＲ１駆動スクリュー１２１
とアーム４５に適宜に固定された駆動ナツトフォロアー
１２３を介して、アーム４５・コレクター５１の組み合
せをトルクシャフト１１０のまわりに前方、後方へ駆動
する。

第１図、第２図に示すように、モーターＭは適宜枢軸の
まわりを回転しうるよう設置され、駆動ナラ・トフオロ
ア−１２３はアーム４５に適宜枢着されているので、ア
ーム４５の運動中にリンク構成部の角度変化に追従する
ことができる。

光電管あるいは他の太陽エネルギー感知エレメントによ
り形成されている光電管上ッＮ１３゜１１５は、能動型
あるいは受動型どちらであってもよく、太陽エネルギー
感知エレメントが比較的大きい信号出力型の場合には、
バランスした関係にある太陽エネルギー感知エレメント
の出力を、直接３路リレー１２０あるいはモーターに対
する他のスイッチ装置へ供給してもよい。

前記したように、所望であれば光電管１１３゜１１５の
代りに、他の好適な太陽エネルギー感知手段を用いても
よい。

たとえば熱エネルギ一応答型抵抗変化ワイヤを用いても
よく、この場合にも前述したようなバランスした出力関
係を構成する。

すなわち、１本ないし複数本の同様ワイヤーを２組用い
、これらをコレクター５１上に、同コレクターの反射鏡
に面した表面を横断して配置し、これらの電気的出力は
適宜差動増巾器１１７または他の差動出力感知手段に送
られるようにして、この２組のワイヤ間の出力差あるい
はその結果の信号を直接あるいは増巾した形で用い、第
８図に例示したようにモーターＭおよび関連駆動装置の
正転、逆転または停止状態の制御を行う。

逆転モーターＭの代わりに、太陽エネルギーのバランス
、アンバランスを制御する逆転歯車列とクラッチ装置を
用いてもよく、モーターＭを停止させる代りに歯車の中
間位置を用いてもよい。

しかし後者の状態は、モーターＭを連続的に駆動させて
いることにおいて、不必要なエネルギー消費があるとい
う観点から一般的には好ましくない。

光電管セット列１１３，１１５は、セットごとに所望の
個数の個々の光電管からできており、それぞれのセット
ごとに等しい太陽エネルギーを受けたときバランスのと
れた関係になるよう、セット数に等しい出力を有してい
る。

光電管セット列１１３．１１５は、その有効なピックア
ップあるいは感知表面を、アーム４５の軸１１０方向へ
向けて配置されている。

したがって常に反射鏡２１に向いており、アーム４５と
太陽のいかなる位置に対しても反射鏡２１から反射した
太陽エネルギーをピックアップし感知することができる
。

光電管は裏側のあるいは超広角側のピックアップに対し
ては適宜に遮断されており、バランスのとれた光電管列
１１１と結合されている制御回路は、アーム４５・コレ
クター５１０組み合せに、２つの光電管列１１３と１１
５の両方により最大エネルギーのピックアップ領域を求
めさせる。

そして水平線上の太陽のある角度に対して、アーム４５
・コレクター５１の組み合せを、反射鏡２１から反射さ
れた太陽エネルギーをコレクター５１により最大にピッ
クアップする位置におく。

アーム４５・コレクター５１０組み合せに、このような
最大化の位置をとらせるため、モーターＭがアーム４５
を光電管セラ）１１３，１１５のより大きな出力方向に
駆動するよう、リレー１２０が結合される。

所定の有効な日照時間の間、アーム４５・コレクター５
１の組み合せを位置決めするための駆動力がまだ与えら
れている間、制御と関連した駆動装置１１１〜１２３、
Ｍに要求される駆動力の不必要なものを最小限にするた
め、制御と駆動装置１１１〜１２３、Ｍの動力オン・オ
フタイマー１２４と補助的太陽エネルギー感知動力オン
・オフ制御１２５により適宜制御することができる。

タイマー１２４と補助的な光電管制御１２５は、それぞ
れその動力制御スイッチを有し、差動増巾器１１７へＥ
ＭＦ源動力回路に直列制御の関係で配置されている。

また同様に、システムの残りのエレメント（たとえばり
、Ｃ，増巾器１１９、リレー１２０、モーターＭ等）の
動力を制御し、両方のスイッチが閉じた時のみ、アーム
４５のための制御と駆動装置１１１〜１２３、Ｍを上記
した状態でアーム４５を動かすため作動させる。

タイマー１２４は、日照時間の特別な時間、あるいは全
日照時間の間は閉じたスイッチ状態に、他の時間の間は
開いたスイッチ状態にセットされ、光電管制御１２５は
、システム側で太陽エネルギーレベルが全システムを効
果的に作動させるか、あるいはシステムを経済的に作動
させるのに十分な量の状態になったときにのみ、スイッ
チを閉じた状態にセットする。

もちろん、所望により本設備に対し、タイマー１２４と
光電管制御１２５を省略してもかまわない。

光電管配列１１３と１１５は、反射鏡・集中器２１に向
いているので、光電管制御１２５あるいは他のｆｌエネ
ルギー感知要素は、屋根２１０表面あるいは建物の適当
な部分または近くの建物に設置することにより、直接太
陽光線にさらすことは望ましいことである。

また、複数個の光電管あるいは他のｆｌエネルギー感知
エレメントを用い、平均のあるいは加重された測定値と
その結果のスイッチの制御を得るため、それらをお互い
に近接させるか間隔をおいて配置することは望ましい。

あるいはまた、複数個の光電管制御１２５の太陽エネル
ギー感知エレメントをコレクター５１の下側に設置して
もよい。

これは、コレクター５１で受けとめる反射エネルギーに
応じた全測定値を与える。

この場合、光電管制御１２５のｆｌエネルギー感知エレ
メントを複数個用い、コレクター５１により受けとめら
れる反射太陽エネルギーの測定値を平均化あるいは所望
により加重するため、コレクター５１の長さ方向に沿っ
て間隔をおいて配置されることが好ましい。

はぼ３０度ないし４０度の緯度に対して、次の関係を一
実施態様として好適に使用することができる。

記号と要素は第４Ａ図を参照すれば前部弧ＳＲ１の半径
Ｒ１＝１９．８ 後部弧５Ｒ２０半径Ｒ２＝１５．０ 半径Ｒ１とＲ２に共通な接触半径線ＴＲによる角度Ｂ＝
７５度 コレクター５１の有効幅ＣＷ＝ １．２２ピボツトアー
ム４５の長さ＝７．２ 前部水平線Ｘと後部水平線Ｙの間に張りわたされた弦に
よる角度Ａ＝２０度 長さａ＝３．４ 長さｂ＝９．４ 長さｃ＝６ 長さｆ＝１．３５ 長さｇ＝０．４５ 弧部ＳＲ１た４ 弧部ＳＲまた６、８ コレクター５１が適応できる最大太陽角度ＭＮＳ＝１８
度 コレクター５１が適応できる最大太陽角度ＭＸＳ＝１０
４度 （はぼ１０４度の）最大太陽角度に適応するためにコレ
クター５１ ・アーム４５０組み合せに要求される最小
角度ＭＮＣ＝４６度 （はぼ１８度の）最小太陽角度に適応するためにコレク
ター５トアーム４５０組み合せに要求される最大角度Ｍ
ＭＣ＝１３２度 普通の実用の目的のために、コレクター５１とアーム４
５０組み合せにとって一般に要求されるおおよその角度
位置は、与えられた太陽の角度に対し、アーム４５と接
触線ＴＲの間に、太陽の入射光線と接触線ＴＲの間に形
成される角度ＩＳに等しい角度ＩＲを形成することによ
り決定される。

しかしながら、必要により種々の太陽の角度で反射され
た太陽エネルギーのさえぎりを最大にするために位置さ
れているコレクターとともに、反射鏡の前面から後面へ
の広がりに沿っての合流線の経験的なプロッティングあ
るいはコンピューターもしくは数学的解析により、それ
ぞれの太陽の角度におけるアーム４５の与えられた反射
鏡２１に対するより正確な位置が決定される。

しかしながら、このような計算は本発明に関しては不要
である。

すなわち、アーム４５・コレクター５１０組み合せは、
水平線上（効果的な太陽エネルギー利用の実用的限界）
の太陽のそれぞれの瞬時の角度位置に対し、最適エネル
ギー収集の位置へｆｆ１ｉｅｌ１１２４．１２５と結合
した反射エネルギー感知と追従装置１１１〜１２１によ
り駆動される。

再び第４図と第４Ａ図を参照すれば、弧部ＳＲ１とＳＲ
２ば、共通接触点で、半径Ｒ１とＲ２の半径中心Ｒ，Ｃ
とＲ２Ｃを通る共通接触線ＴＲでなめらかに結合されて
いることが望ましい。

上記について説明すれば、３０度から４０度の緯度に好
適な実施例において、このＴＲ線は地平線Ｈに対し７５
度を形成することが好ましく、この角度は緯度４０度に
おける太陽の夏至正午時の角度にほぼ等しい。

これは反射鏡２トコレクター５１０組合せによる夏の間
の太陽エネルギーの集中あるいは拡大係数を最大にする
が、冬の太陽エネルギーの集中あるいは拡大係数をいく
ぶん小さくする。

他のＴＲ線の角度が、これらの係数の異なった重要性に
より適宜用いられる。

実施例において、反射された太陽エネルギー合流の種々
の領域は、第４図に図式的に示されており、ここで領域
はただ概略的に示されているだけで北緯４０度における
冬至、夏至、春分、秋分のそれぞれの正午での太陽の位
置に対して表わされている。

−年のそれぞれの日の最大の日照時間において、枢軸線
を反射鏡２１の半径の中心に平行にして枢着されたコレ
クターを使用し、屋根反射鏡２１の２ないしそれ以上の
部分に対し、それぞれ２ないしそれ以上の半径を利用す
ることにより、エネルギー集中と収集の良好な比率が得
られることが判明した。

実施例において、２つの半径が好適に使用されており、
第４Ａ図において図式的に示されているように、小さい
半径Ｒ２は後部反射鏡表面の弧部ＳＲ２を確定しており
、大きい半径Ｒ１は反射鏡表面の弧部ＳＲ１を確定して
いる。

再び第４図を参照すれば、複数の半径からなる反射鏡・
集中器２１は、いかなる太陽の角度あるいは反射領域に
おいても単一な焦点線を形成することなく、その代わり
に種々の合流の領域を形成し、そしてこの合流の領域の
寸法と位置は、−年を通じてまた一日の間に変化する太
陽の角度により変化するということがわかるであろう。

この点で実施例における北緯４０度の位置に対する太陽
光線の光路の図示例を観察すれば、−年の期間を通じて
の日々における装置に強いている要求がただちにわかる
。

たとえば夏至において太陽の見かけの路は、反射鏡２１
の後方で昇りと沈みを生じ、太陽路は正午の天頂角約７
５度でほぼ午前８時に反射鏡２１の正面領域を横切り、
そして再び午後４時に反射鏡２１の後方へ正面領域を横
切る。

反対に冬至では、太陽は遅く（はぼ午前７時３０分）昇
り、早く（はぼ午後４時３０分）に沈み低い天頂角（約
２７度、第４図参照）であるにもかかわらず、一日の全
時間反射鏡２１の正面（すなわち南）にある。

一方春分と秋分には、太陽は反射鏡２１の東西軸線上に
、正午に約５０度の天頂角であるように午前６時に昇り
、午後６時に沈む。

春分と秋分を除いて、すべての日において反射鏡２１か
らの最大合流である反射領域の中心は、日を通して変化
し、夏至の低い正面領域から冬至の後部にある反射領域
へと日に従って異なる。

これらの領域は第４図に図示されており、またコレクタ
ー５１とそれを支えるピボットアーム４５に対する日々
動く領域とを明示しである。

発明の実際例において、北緯約４０度に対し要求される
コレクター５トアーム４５の組み合せの動きは、夏至の
場合、地平線を０度とし反射鏡の南北正面から測定して
約４６度から７７度におよび、およそ午前７時３０分か
ら午後４時３０分までの大部分の太陽の日照時間に適応
するように、コレクター５１の所望の枢軸回転運動の全
角度は約３１度にしである。

有効なエネルギー収集の時間を少なくするには、コレク
ターの動きを少なくすればよく、逆にコレクターの動き
が少なければエネルギー収集の時間も少ない。

実際目的として、これは夏至における有効な仕事時間を
表示するのに考慮されている。

夏至における一日の動きの低い領域は約４６度であるの
で、反射鏡は垂直面９０度より後方にある限定された角
度だけ太陽の角度に適応し、またすることができる。

これは太陽がそれぞれ約午前７時３０分および午後４時
３０分のとき生じ、第６図に示すように、その時には実
質的には太陽は反射鏡２１の後方でいずれかの側にある
。

もちろん、傾斜の側部あるいは端部の角度も考慮されね
ばならない。

そして東西の垂直面で測定したと同様に、低い端部の角
度で、太陽エネルギーの収集を最大にするためには、反
射鏡２１とコレクター５１は、とりわけ反射鏡２１から
コレクター５１の距離に関して、長さ方向に沿って相対
的に長くしなげればならない。

実施態様において、冬至の包絡は最大合流角度（および
アーム４５・コレクター５１の組み合せの相伴う角度）
の中心を有しており、これは約１２３度から１３２度ま
で変化し、あるいは、一年間のこの期間でおおよそ午前
９時から午後３時までの大部分の有用な日照時間にわた
る約１８度から２７度までの太陽の角度変化すなわち約
９度の角度にわたって変化する。

日が春分と秋分に近ずくにつれて、アーム４５・コレク
ター５１の組み合せに要求される毎日の動きは、それぞ
れ２つの昼夜平分点で太陽が反射鏡軸の東西を向いた線
上を上昇し沈む際、アーム４５・コレクター５１の組み
合せが角度の動きを必要としなくなり、反射鏡２１を通
る南北垂直面でｉｌＪ定された角度が一日を通じて定常
角度を形成するまで減少する。

第４図に示す実施例かられかるように、太陽の集中係数
あるいは拡大係数は太陽の角度によって変化し、この集
中・拡大係数は冬至に最小可能値を有しており、夏至の
正午に最大可能値を有している。

この最大可能集中係数は前部線領域Ｘと後部線領域Ｙの
間に張りわたされた弦に対する太陽の傾斜角度の係数で
ある（第４Ａ図参照）。

すなわち傾斜角度が低くなればそれだけ最大可能集中あ
るいは拡大係数は少なくなる。

さらに集中〒拡大係数は、覆いすなわち与えられた太陽
の角度で反射された太陽エネルギーの合流の領域のさえ
ぎりの広さの関数であり、それゆえ実用性と経済性のた
めに、太陽とコレクター５１ ・アーム４５の組み合せ
の種々の角度位置で、このさえぎりの広さを最大にする
のが望ましい。

アーム４５を反射鏡２１０表面近くの反射鏡表面の上あ
るいは下の枢軸に取り付けることは、太陽エネルギーの
合流の種々の領域のさえぎりの十分な広さを、コレクタ
ー５１に対して得られるということがわかった。

実施態様において、ピボット支えアーム４５に対する水
平枢軸線は、反射鏡２１の有効な反射表面下に配置され
ている。

そして弧部ＳＲ１とＳＲ２を結合する接触半径線ＴＲの
ほぼ延長上に位置している。

しかし、このアーム枢軸線は所望であれば実施態様とは
別の位置に置くこともできる。

たとえば反射鏡２１の上方あるいは表面上に、そしてま
た接触半径線ＴＲと異なった線上に置くこともできる。

実際において、所望により、屋根表面２１下に配置され
ているアーム４５枢軸線を有するピボット支え４９は、
適宜、天井のたる木、梁、桁構あるいは建物の内部もし
くは外部に取り付けられた柱、杭材等のような支え手段
に装置される。

もちろん図面のすべては例示されているだけで概略の大
きさにすぎず、とくに第４Ａ図のように、お互いの必要
な正しい関係寸法で描かれているのではない。

このことは、原理と開発された作動と実施の方法を明確
に図面表示しているが、太陽の反射合流領域とコレクタ
ー５１のさえぎり領域についての図面も同様のことがい
える。

再び第４図を参照すると、実施態様において、約２７度
の冬至の正午の太陽の位置と約１３２度のコレクター５
１ ・アーム４５０組み合せに対し、集中あるいは拡大
係数はおよそ６に近ずき、一方夏至正午には約７、春分
と秋分の正午には約６．２の所望の高い集中あるいは拡
大係数を有している。

もちろんこれらの係数値はただ例示されているだけで、
それぞれの寸法関係を有する他の実施例により変化する
。

前に、とりわけ第４Ａ図で例示した代表的な特性を有す
る実施例の比率は、約３０度から４０度の緯度内での発
明の実施態様に対してである。

また、すでに述べたように実施態様は、冬の集中係数を
いくらか犠牲にして、夏の太陽エネルギーの収集に対し
、集中係数が最大になるようにされており、これはエア
ーコンディショニングにとって、太陽から得られる有用
な熱エネルギーを最大にするためである（少なくとも冬
の季節の大部分に暖房することに対し最小の要求を満足
させるようにはしであるが）。

たとえば約２０度から３０度の低い緯度に対しては、そ
こでは太陽の角度は冬の間でも高い。

したがって夏期におけるエアーコンディショニングの目
的に対する太陽エネルギーの捕獲はさらに重要である。

そこでは与えられた緯度位置により、低くより好適な弦
Ｘ−Ｙの角度へ線Ｘのまわりに傾げられることを除いて
、同じ形状寸法のコレクター５１．アーム４５と反射鏡
２１の組み合せを、半径の長さと、配置とピボットポイ
ントに関して考慮されて用いることができる。

冬期の暖房の要求の方が、夏期の冷房より大きいような
、たとえば約４０度から５０度の高緯度での装置の利用
は、一般に同一形状寸法の輪廓を弦Ｘ−Ｙに対し、４０
度より大きい角度に特別な緯度位置に従って傾斜させた
角度で行うことができる。

ところで本発明については特別な実施態様と実施方法に
関して説明され、種々の可能な変更について述べられて
きたが、さらに種々の変更と改良がこの発明の技術的思
想の範囲からはずれることなく行うことができるという
ことは明らかであろう。

たとえば反射鏡２１は建物の屋根としてではなく、反射
鏡としてだけで形成でき、これは通常最も有利で好まし
い態様である。

さらにピボットアーム装置が図面で示され、所望の運動
領域をコレクター５１を支えて動かすようにしているが
、他に種々のコレクターを支えるものと作動装置を用い
ることができる。

また実施例では、とりわけ設計と構造の単純さのため２
つの半径Ｒ１とＲ２が用いられているが、２つ以上の半
径を好適に用いることもできる。

すなわち正面で最も長いところから屋根の後部領域で最
も短いところまで徐々に変化し、反射鏡２１の前面から
後面まで連続的に変化する半径で構成することができる
。

しかし、この連続的に変化する半径の反射鏡２１は、普
通の構成に対し必要な複雑さを越えており、実用的観点
からは、２つの半径よりなる構造は十分で最も容易に構
成されると考えられる。

【図面の簡単な説明】

第１図は家屋や工場や学校等の建物による本発明の実施
態様を示す斜視図である。 第２図は枢軸に取り付けられたコレクターと、第１図の
実施態様のすべての熱交換システムの斜視図であり、コ
レクターをより詳細に明確に示している。 第３図は第２図の３−３線断面図である。 第４図と第４Ａ図は一生を通じての様々の時間の第１図
の装置の作用の様式を示す図解例であり、第４Ａ図は与
えられた実施態様に対する様々の角度と寸法の関係を示
している。 第５図は遠近法による普通の太陽軌道を示す図表であり
、第１図の実施態様に関する天空における太陽の相対的
推移を示しており、その地平線は北緯約４０度の位置に
置かれている。 第６図は普通の太陽軌道であり、第４図の天空内におけ
る太陽軌道を地平面に投影して描いたものである。 そして地平線は第１図の建物太陽収集装置を中心とする
円により表わされている。 第７図はエネルギー差感知光電管の取り付は配置を示し
たコレクターの部分断面図である。 第８図はコレクターが最大エネルギーピックアップ点に
効果的に追従するための２方向型最大エネルギー感知の
零位型駆動匍脚装置の図式的説明である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ はぼ上方を向いた凹面形状で、はぼ半円筒形をなし
   、長軸線を有する反射鏡・集中器と、前記反射鏡・集中
   器の上方を前記長軸線に対し横断的に動きうるように取
   付けられた可動太陽エネルギーコレクターと、 前記可動コレクター上にそれと共に動きうるように、且
   つ前記可動コレクターの有効長軸中心線に対し有効に横
   断方向に中心を定めた関係で配置され、前記反射鏡・集
   中器の前記長軸線を横切る向きのエネルギー差感知方向
   を有する太陽エネルギー差感知手段と、 前記エネルギー差感知手段によって感知されたｆｌエネ
   ルギーの関数として、前記コレクターを前記半円筒形反
   射鏡・集中器の前記長軸線範囲を横切って動かすための
   手段と から成り、 前記反射鏡・集中器は複数の曲率から成る全体として有
   効にわん曲した反射表面を形成しており、前記曲率の小
   さい方のものは前記反射表面のうち赤道から遠い方の領
   域を形成していることを特徴とする太陽エネルギーの集
   中・収集装置。