JPS6226381A - 太陽熱エンジン - 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、太陽熱エネルギを利用して動力を得る場合に
使用可能な太陽熱エンジンに関するものである。

［従来の技術］ 従来、太陽熱エネルギを利用して動力を得たい場合には
、まず、そのエネルギを太陽電池や温水器等を用いて電
気エネルギや流体の内部エネルギに変換し、その電気エ
ネルギや流体の内部エネルギを利用して電動機や熱機関
を作動させるようにするのが一般的である。

［発明が解決しようとする問題点］ ところが、このように太陽熱エネルギを、一旦電気エネ
ルギ等に変換し、その電気エネルギを再び電動機等によ
り運動エネルギに変換したのでは、エネルギ損失が大き
く効率のよい運転が難かしいばかりでなく、システム全
体の構造が複雑化する。そのため、コンパクトな装置に
より大きな動力を得るのが困難であるとともに、故障等
を起こし易く保守点検に手間がかかるという問題がある
。

本発明は、このような問題点を解消することを目的とし
ている。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は、このような目的を達成するために。

形状記憶合金製の線材の収縮作用を利用して太陽熱エネ
ルギを直接動力に変換し得るようにしたことを特徴とす
る。すなわち、本発明に係る太陽熱エンジンは、相互に
対向させて回転自在に配設した対をなす回転板と、これ
ら回転板間に回転方向に所定の間隔をあけて張設され加
熱されて短寸化するように設定された複数本の形状記憶
合金製線材と、これら線材に囲−される空間に配設され
太陽と反対側に位置する線材に太陽光線を集中させて加
熱するレンズと、前記回転板を相対的に傾斜させること
により加熱された線材の収縮力をこれら回転板の回転力
に変換し出力させる斜板機構と、加熱され収縮しようと
する線材と最も短寸化する線材との相対位置が常時一定
に保たれるように前記回転板の相対傾斜方向を太陽光線
の照射方向変化に対応させて移動調節する太陽追尾装置
とを具備してなるものである。

［作用］ このような構成のものであれば、太陽光線がレンズによ
り反太陽側に位置する線材に集中され、該線材が加熱さ
れて収縮しようとする。このとき回転板は斜板機構の働
きにより相互に傾斜した状態で保持されているため、こ
れら回転板は前記線材の収縮力を受は該線材が短寸化す
る方向に回転する。この回転によって新たな線−討論が
前記レンズの焦点位置に持ち来たされ、同様な作用が営
まれる。そして、時間の経過とともに、太陽光線の照射
角度が変化しても、太陽追尾装置の働きによって、加熱
され収縮しようとする線材と、最も短寸化する線材との
相対位置が常時一定に保持されるため、順次加熱される
線材の収縮力を受けて前記両回転板は回り続けることに
なる。したがって、この回転板の回転力を出力軸等によ
り動力として取り出して、適宜の使用に供することがで
きる。

［実施例］ 以下、本発明の一実施例を図面を参照して現用する。

本発明に係る太陽熱エンジンは、第１図および第２図に
示すように、対をなす回転板・１．２と。

これら回転板１．２間に張設した複数本の形状記憶合金
製の線材３と、これら線材３に囲繞される空間に配設し
た円筒レンズ４と、前記回転板ｌを前記回転板２に対し
て傾斜させる傾斜機構５と、前記円筒レンズ４により収
集された太陽光１ｉＡにより加熱され収縮しようとする
線材３と最も短寸化する線材３との相対位置を常時一定
に保つための太陽追尾装置６とを具備している。

詳述すれば、前記回転板ｌ、２は、円形板状のもので、
基台７上に架設した出力軸８の外周に一体回転可能に軸
装されている。すなわち、前記出力軸８は、前記基台７
の端壁７ａに貫通して設けてあり、一端側をベアリング
１１を介して前記太陽追尾装置６の駆動軸１２に支持さ
せるとともに、他端側をベアリング１３を介して前記端
壁７ａに支持させている。そして、一方の回転板ｌをこ
の出力軸８の一端部外周にユニバーサルジオインド１４
を介して傾動可能に取着するとともに、前記出力軸８の
他端側に他方の回転板２を固着している。ユニバーサル
ジョイン）１４は、前記出力軸８に固着した球面リング
１５と、この球面リング１５の外周に嵌合されこの球面
リング１５に縦軸１６を介して回動可能に軸着された円
筒リング１７とを備えたものであり、この円筒リング１
７に前記縦軸１６と直交する横軸Ｉ８を介して前記回転
板１を枢着している。そして、これら回転板１．２の外
周縁部間に、前記線材３を、回転方向に所定の間隔をあ
けて張設している。各線材３は、例えば、コイル状に成
形されており、前記円柱レンズ４により焦点に集められ
た太陽光線Ａを受けて加熱された場合に収縮するように
設定されている。しかして、これらの線材３は、単に直
射日光を受けるだけの温度環境や日影での温度環境では
、積極的な収縮力を失うようになっている。

一方、前記円柱レンズ４は、ガラスやアクリル等の透明
材料を円柱状に成形したもので、前記線材３ヒまたはそ
の近傍に焦点が位置するような直径に設定して前記出力
軸８の外周に回転自在に装着されている。

また、前記斜板機構５は、前記太陽追尾装置１６の駆動
軸１２の延出端に傾斜面２１ａを有した斜板２１を固着
し、この斜板２１の傾斜面２１ａに前記回転板ｌをスラ
ストベアリング２２を介して相対回転可能に添接させた
ものである。前記傾斜面２１ａは、第３図に示すように
、出力軸８の軸心に対して一定角度傾斜した平坦部であ
り、この実施例の場合には、前記両回転板ｌ、２の軸心
を含む平面Ｐと太陽光線Ａとが直交する方向に位置ずけ
られている。

前記太陽追尾？Ｃ置７は、第１図、第２図および第５図
に示すように、前記基台７の中間壁をなす固定部材３１
と、この固定部材３１に対して任意の方向に＃Ａ動可ｆ
ｌに対峙させた自在傾斜板３２との間に、複数本の形状
記憶合金製の線材３３を円周方向に一定の間隔をあけて
半裁円筒状に張設し、これら線材３３に囲繞される空間
に太陽光線Ａを太陽の位置に対応する特定の線材３３に
集中させる円柱レンズ３４を設け、太陽光線Ａの集中に
より加熱される線材３３の収縮力を利用して前記自在傾
斜板３２を太陽の位置に対応する特定の方向に傾斜させ
得るように構成するとともに、太陽の位置変化に伴うこ
の自在傾斜板３２の傾斜方向変化を駆動軸１２の回転位
置変化に変換して出力させる動作変換機構３６を設けた
ものである詳述すれば、自在傾斜板３２は１円盤状のも
ので、ユニバーサルジョイン）４１を介して前記基台７
の端壁７Ｃに固設した固定軸３８に傾動自在に支持され
ている。すなわち、ユニバーサルジヨイント４１は、前
記固定軸３８に固着した球面リング４２と、この球面リ
ング４２の外周に嵌合されこの球面リング４２に縦軸４
３を介して回動可１εに軸着された円筒リング４４とを
備えており。

この円筒リング４４に前記縦軸４３と直交する横軸４５
を介して前記自在傾斜板３２を枢着している。そして、
この自在傾斜板３２の下半外周縁部と、前記固定部材３
１左の間に前記線材３３を張設している。各線材３３は
、前記円柱レンズ３４により集中された太陽光線Ａを受
けて加熱された場合に収縮するように設定されており、
単に直射日光を受けるだけの温度環境やＨ彩での温度環
境においては収縮力を失うようになっている。前記円柱
レンズ３４は、ガラスやアクリル等の透明材料を円柱状
に成形したもので、前記線材３３上またはその近傍に焦
点が位置するような直径に設定して前記駆動軸１２に軸
心を一致させて固着しである。前記駆動軸１２は、前記
固定部材３１を貫通させて設けたものであり、その一端
に固着した円筒状のブラケット部１２ａをベアリング４
６を介して１ｉｉｊ記固定袖３８に回転６丁能に支持さ
せるとともに、他端側をベアリング４７を介して前記固
定部材４１に回転可能に支持させている。そして、この
駆動軸１２の一端部に前記動作変換機構３６を設けてい
る。動作変換機構３６は、前記駆動軸１２のブラダ−２
ト部１２ａの外周に傾斜板４Ｂを一体に設け、この傾斜
板４８に車輪支持板４９を取着し、この車輪支持板４９
の外周に３個の車輪５１を円周方向に等角間隔をあけて
軸着したもので、前記各車輪５１を前記自在傾斜板３２
の一面に転接させている。しかして、前記駆動軸１２の
他端には、前記斜板２１が固着しである。

次いで、この実施例の作動を説明する。まず、太陽追尾
装置６の動きから説明すれば、太陽光線Ａが、第５図に
実線ａで示す方向から照射している場合には、この太陽
光線Ａが、同図に示す焦点Ｉに集められる。その結果、
この焦点Ｉに合致または近接する線材３３（第３図にお
いては「零３３」と表示している）が加熱されて縮小し
ようとし、他の線材３３は縮小復元力を失った状態とな
る。そのため、前記自在傾斜板３２は、線材本３３が最
も短くなる方向に傾斜し、その位置に安定保持されるこ
とになる。そして、前記自在傾斜板３２が荊記線材本３
３の張力を受けて前述した特定の方向に傾動する際に、
この自在傾斜板３２に車輪５１を介して平行に添接する
傾斜板４Ｂがこれに追従して傾斜することになる。なお
、この傾斜板４８は、前記駆動軸１２に固定されたもの
であるため、この傾斜板４８の傾動は回転を伴なうこと
になり、この回転が駆動軸１２の回転位置変化となる。

しかして、太陽光線Ａの照射角度が時間の経過とともに
変化していくと、該太陽光線Ａが集められる位置が円周
方向に漸次移行して加熱される線材３３も順次交代する
ことになり、自在傾斜板３２の傾動方向がそれに伴なっ
て移動する０例えば、第５図において想像線すで示す方
向から太陽光線Ａが照射するようになると、この太陽光
線Ａが集められる位置が焦点Ｈに移動し、この焦点Ｈに
合致または近接する線材＃３３が加熱されることになり
、前記自在傾斜板３２が、その線材＃３３が最も短くな
る方向に傾動する。そして、その自在傾斜板３２の傾動
方向変化が駆動軸１２の回転位置変化に変換される。そ
のため、この駆動軸１２に取着された蓋板２１の向きが
、前記自在傾斜板３２の傾斜方向変化に対応して変って
いくことになり、前記両回転板１．２の軸心を含む平面
Ｐを常時太陽光線Ａと直交する方向に向けておくことが
できる。

次いで、この太陽熱エンジンの動力出力部分の作動を説
明する。

前記のようにして、斜板２１が太陽光線Ａの照射方向に
対応してその姿勢を変化させ、前記両回転板・ｌ、２の
軸心を含む平面Ｐが常時太陽の方向を向くように制御さ
れると、前記回転板１．２および出力軸８が前記線材３
の収縮力により強制的に回転させられる。すなわち、太
陽光線Ａが１例えば、第４図に実線ａでに示すように真
上から照射している場合には、前述した太陽追尾装置６
の働きによって、斜板２１が第１図〜第３図に示すよう
な姿勢に保持され１両回転板ｌ、２の軸心を含む平面Ｐ
が第２図において水平な姿勢となる。

この状態では、太陽光線Ａが円柱レンズ４の真下に存在
する焦点αに集められ、この焦点α上または近接する線
材３（第４図では「３１」と表示している）を加熱する
ことになる。その結果、この線材３１が収縮しようとし
、前記両回転板ｌ、２間に張力が発生する。そのため、
これら両回転板１．２には、前記線材３１が短寸化する
方向Ｘに回転モーメントが作用し、これら両回転板ｌ、
２を出力軸８が回転する。この回転によって、この線材
３１に隣接する新たな線材３（第４図では「３２」と表
示している）が前記円筒レンズ４の焦点位置αに持ち来
たされ、この線材３２が加熱され収縮しようとする。以
後、同様な作用が循環的に営まれ、前記回転軸１．２お
よび出力軸８が線材３の収縮力に付勢されて回り続ける
ことになる。なお、太陽光線Ａの照射方向が時間の経過
とともに変化すると、それに伴って焦点αの位置も円周
方向に移動するが、前記太陽追尾装置６の働きによって
、前記斜板２１が前記焦点αの移動と同一の速度で回転
調整される。そのため、前記焦点αにおいて加熱される
線材３Ｉと、回転板ｌ、２の回転に伴って最も短寸化す
る線材３（第４図では「３ｎ」と表示している）との相
対位置は常時一定に保たれる。この実施例では円柱レン
ズ４の焦点αから９０’位相が進んだところに、線材３
が最も短寸化する位置βが常に存在することになる。し
たがって、太陽光線Ａの照射方向がどのように変化して
も、円柱レンズ４の焦点αで加熱される線材３の収縮力
が常に同一の条件で前記回転板１．２の回転力に変換さ
れることとなり、前記出力軸８から安定した動力を取り
出すことが可山となる。

しかして、このような構成のものであれば、太陽熱エネ
ルギを直接動力に変換して出力することができるので、
一旦電気エネルギや流体の内部エネルギに変換した後に
動力に変換する場合に比べて、エネルギ損失を少なくす
ることが可能であり、効率の高い運転を行なうことがで
きる。したがって、コンパクトな装置で大きな動力を得
ることができる。しかも、このものは形状記憶合金製の
線材３の収縮力を純機械的に回転動力に変換するように
したものであるため、構造がきわめて簡単であり、保守
１点検等にも手間がかからない。

なお、線材は、コイル状のものに限らず、直線状のもの
であってもよい。

また、太陽追尾装置も１図示実施例のものに限定されな
いのは勿論であるが、前記のような構成のものにすれば
、太陽追尾動作をも簡単な構成により純機械的に行なわ
せることができるので、信頼性および耐久性をより向上
させることができる。

さらに、レンズにより収集した太陽光線により、同時に
複数本の線材を加熱するようにした実施例も、本発明に
含まれるものである。

〔発明の効果」 本発明は１以上のような構成であるから、簡単な構成に
より太陽熱エネルギを効率よく運動エネルギに変換し出
力することができる太陽熱エンジンを提供できるもので
ある。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示し、第１図は全体を示す斜
視図、第２図は縦断面図、第３図は第２図における■−
ｍ線断線断面図番第４図２図におけるＩＶ−ＩＶ線断面
図、第５図は第２図におけるＶ−Ｖ線断面図である。 Ａ・・・太陽光線 ｌ、２拳・中回転板 ３・・・線材 ４・・・レンズ（円柱レンズ） ５・・・斜板機構 ６・・・太陽追尾装置 ８・・参出力軸

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 相互に対向させて回転自在に配置した対をなす回転板と
   、これら回転板間に回転方向に所定の間隔をあけて張設
   され加熱されて短寸化するように設定された複数本の形
   状記憶合金製線材と、これら線材に囲繞される空間に配
   設され太陽と反対側に位置する線材に太陽光線を集中さ
   せて加熱するレンズと、前記回転板を相対的に傾斜させ
   ることにより加熱された線材の収縮力をこれら回転板の
   回転力に変換し出力させる斜板機構と、加熱され収縮し
   ようとする線材と最も短寸化する線材との相対位置が常
   時一定に保たれるように前記回転板の相対傾斜方向を太
   陽光線の照射方向変化に対応させて移動調節する太陽追
   尾装置とを具備してなることを特徴とする太陽熱エンジ
   ン。