WO2011055719A1

WO2011055719A1 - 多数列の反射板を２軸制御する太陽光集光器

Info

Publication number: WO2011055719A1
Application number: PCT/JP2010/069483
Authority: WO
Inventors: 浩光久野
Original assignee: Kuno Hiromitsu
Priority date: 2009-11-06
Filing date: 2010-11-02
Publication date: 2011-05-12
Also published as: JP2011099627A; JP4527803B1

Abstract

　複数列に並べられた反射板で集光させる太陽光集光器もしくはヘリオスタットの発明である。課題は全ての反射板の向きを一体的に２軸制御すると共に、各部材の応力負荷の低減化である。窓ブラインドの様に、1列並びの反射板の仰角を一体的に制御するユニットを回転可能に支持し、このユニットを複数列並べ、全ユニットの回転角度を一体的に制御駆動する手段を連結した。かつ各反射板の中央下部に支柱を設けることにより、応力負荷を分散させ、大規模化を可能にした。

Description

多数列の反射板を２軸制御する太陽光集光器

　本発明は太陽光集光器、もしくはへリオスタットに関し、多数列の反射板の向きを２軸制御で太陽追尾して集光点に光を集める方式の太陽光集光器に関する。利用形態は、太陽熱発電、太陽熱蒸留器、温水供給器、調理器、照明器等である。
また誤解なきよう先に定義説明すると、仰角とは狭義で地平線基準の絶対仰角を意味するが、ここでは操作軸からの相対的仰角も仰角と表現している。光を扱う光学系装置ゆえに位置関係が非常に厳密である部分と、巨大建造物でもあるがゆえにズレを許容する部分がある。位置関係の表現にはご注意いただきたい。機械構成は、技術的均等な構成が多く考え得るので、それらの構成をまとめる意味で機構と表記している。早期理解には実施例１から読むことをお勧めする。

　従来から複数枚の反射板を連動させて集光させる太陽光集光器は、様々な出願がなされてきた。特許文献１～３は、方角追尾、仰角追尾をし、かつ薄型の構成ではあるが、拡張するにはそれぞれに問題を抱えた構成である。
　特許文献１は、窓用ブラインドカーテンの様に吊るす構成である為、風防の為に大面積の透明カバーが必要である。大面積の透明カバーには、大きな風圧がかかり、大規模化はかなり困難である。
　特許文献２は、ワイヤーで反射板の列を吊る構成であり、ワイヤーがたるむという不具合をもつ。太陽光集光器という光学系装置において、とても拡張するのは無理である。
　特許文献３は、多くの部材が点接点で接続され、かつ糸で動力伝達する構成である。大規模化すれば糸のわずかな伸びや部材接点のわずかなズレが大きく悪影響を及ぼす。また共通リンクを大規模化して動かすには駆動装置への負担が大きい構成である。

特開昭６１－２７５１７号公報特開２００３－３２９９６３号公報国際公開２００２－１１１７号公報

　本発明の課題は、太陽光集光器を構成する各部材の応力負荷の低減化である。太陽光集光器の分野は、大規模化が求められる分野である。そして小さな基礎モデルで成り立つ構成でも、大規模化すると構成部材の強度や精度に支障が生じがちである。各構成部材の応力負荷が小さければ、大規模化につながる。支障が生じる例が特許文献１～３である。それらは反射板を５０枚、１００枚と拡張し、そのユニットを５０列、１００列と拡張すると、前項記述のように問題が顕在化し、大規模化を阻んでいた。

　懸かる課題解決の為、反射板重量負荷を支える支持点を反射板列の中心線近傍に複数設ける事によって、各構成部材にかかる重量負荷を分散化させる事を、解決手段とするものである。主な構成物である反射板を支えるには、反射板の中心点で支持するのが最適である。さらに支持点が増えれば増えるほど太陽光集光器全体の荷重は分散されるので、大規模化しても重量負荷がかさむことがない。
　具体的な解決手段を段階的に説明する。太陽光集光器を設置する面上に同一高さの支柱を南北方向に一列に並べ、全ての支柱上端に共通の南北直線で回転する南北軸受機構を設
け、南北方向に並べた２本の南北棒を複数の東西棒でつなげハシゴ状にしたシーソーハシゴ部材を形成し、この東西棒の中心付近と南北軸受機構を接続し、このシーソーハシゴ部材マス目の東西幅以内の反射板を形成し、東西方向の直線で回転する東西軸受機構を反射板の南北幅中心線付近に設け、この東西軸受機構を南北棒と接続し、このシーソーハシゴ部材の任意の位置に共通の南北直線に軸心を合わせた回転角操作動輪を設ける。ここまでの構成が反射板を並べたシーソーハシゴ部材を支柱で回転可能に支える構成である。シーソーハシゴ部材は重心付近で支持され、シーソーのように東西揺動できるようになる。
　全ての反射板の東西軸線回転する部材には仰角クランクを固定接続し、これらの仰角クランクの形状は反射板の姿勢を初期仰角にすると東西軸の軸心を基準点として同一ベクトルとなる形状に形成し、全ての仰角クランクの端をクランク連動機構に軸接続する。このクランク連動機構を南北動作させれば、反射板の仰角が連動する。だがクランク連動機構はシーソーハシゴ部材と共に東西揺動するので、まだここままの構成では仰角の外部操作はできない。

　シーソーハシゴ部材の端を越えると共に共通の南北直線の延長上に、独立した隣接南北軸を位置させ、この隣接南北軸には隣接南北軸の姿勢を保持して支える隣接支柱を接続し、この隣接南北軸に往復動部材を接続し、共通の南北直線とクランク連動機構先端との径差を解消する形状の径差解消クランクを形成し、この往復動部材と径差解消クランクを軸接続し、この径差解消クランクの他端とクランク連動機構先端を軸接続する。クランク連動機構を南北動作させると、隣接南北軸の軸心からクランク連動機構先端までの径距離も変化する。その弊害を解消する為に径差解消クランクを介在させている。クランク連動機構から往復動部材まで連結することで、外部固定位置からの仰角操作が可能となる。
　前記までの全ての構成を１単位のユニットとする。このユニットの向きを南北軸の軸線が経度面に合う向きとし、このユニットを１つ以上構成して東西に並べる。さらに全ユニットの回転角操作動輪に回転角制御駆動手段を連結し、全ユニットの往復動部材には押し引き動作による仰角制御駆動手段を連結し、設定される集光点座標には光熱利用手段を設けて、太陽光集光器を構成する。
　ここでいう反射板とは、平面鏡や湾曲凹面鏡、球面凹面鏡、パラボラ凹面鏡も含む。
　ここでいう東西棒は、およそ東西向きの棒という意味であり、２本の南北棒をつなげてハシゴ状の部材を形成する棒であれば構わない。多少斜めや湾曲しても、東西棒同士の間隔が不揃いでも、支障ない。
　ここでいう軸受機構とは、円柱軸と係合する軸受のみならず、股関節のように半球体と噛み合う凹面体、方位磁石針の支点のような支点を含む。本発明は軸受を多用しているが、１回転どころか回転９０度以下の軸受ばかりである。その為、前記のような軸受擬似体も適用可能である。ただ望ましいのは小型軽量でメンテナンスフリーなエンジニアリングプラスチック軸受である。
　ここで南北軸受機構および東西軸受機構を軸受機構と表記する理由は、固定側と可動側で、どちらが軸で、どちらが軸受でもよい為である。

　ここでいう東西軸線回転する部材とは、東西軸線を中心として回転する部材の意味である。具体的には、反射板自体、実施例１における軸回転する構成での東西軸受８、実施例２における軸回転する構成での東西軸３０、実施例２における反射板把持具３４である。
　初期仰角と仰角クランクについて説明する。まずユニット上の各々の反射板は太陽光を集光点へ反射させるように初期仰角を定める必要がある。図１３を参照して具体例を説明する。春分南中時の太陽光を集光点へ反射させる向きを初期仰角に定め、その姿勢での反射板に仰角クランクを固定接続し下方へ伸ばす。これらの仰角クランクの東西軸の軸心を基準点とした方向と長さ、つまりベクトルは同一にする。仰角クランクをクランク連動機構で軸接続すれば、このクランク連動機構の押し引きによってユニットの全反射板は一体的に仰角変化する。仰角クランクが垂直になる状態が仰角操作の中間点であり、その状態を季節の中間点である春分に合わせている。初期仰角は、集光器設置地点の緯度、設置面
傾斜、反射板と集光点の座標差から算出する。
　仰角クランクは、反射板と接続後のベクトルさえ同一であれば他の形状でも成り立つし、上向きでも成り立つ。その例は実施例６、７で後述する。ただ仰角クランクは調節可能な構成が望ましい。その場合は後述の実施例１の構成が適している。仰角クランクに該当するのは、符号１２番と１５番である。
　クランク連動機構の簡単な構成例が、実施例１のクランク連動棒１３である。他にも技術的均等な構成がいろいろ構成し得るので、実施例７に例示した。
　往復動部材と仰角制御駆動手段について説明をする。反射板の仰角を操作するには、往復動部材を前後させればよい。つまり往復動部材に押し引き動作による仰角制御駆動手段を連結すればよい。その具体的な機械構成となるといろいろ構成し得るので、実施例１、実施例５、実施例８、実施例９に例示した。また往復動部材に該当するものは、実施例１の往復動軸受２２、実施例５の往復動軸受７３、実施例８の往復動軸受９３、実施例９の往復動円板１１２である。

　ここでいうユニットを１つ以上構成して東西に並べるとは、東隣りか西隣りにユニットを増設していく事である。またユニット１つだけの構成も含んでいるという意味である。目的や設計条件によってはユニット１つだけでも構成しうるし、集光器として充分に作用効果を発揮するからである。
　ここでいう共通の南北直線とは、本発明の構成を理解し易くする為の基準線の表現であり、ユニットごとに共通の南北直線がある。同一ユニットの南北軸受機構と回転角操作動輪と隣接南北軸は、共通の南北直線上に軸心を揃えている。
　南北軸の軸線が経度面に合う向きとすることの説明をする。南北軸の向きは南北方向の垂直面内の直線方向であればよい。水平な南北方向、南に傾斜した方向、北に傾斜した方向、もしくは垂直線である。
　ここでいう回転角制御駆動手段とは、平行に並ぶ複数の回転軸に等しく回転角を駆動させる機構である。具体的な回転角操作動輪と回転角制御駆動手段を列記すれば、スプロケットとチェーン、ギア歯車と歯車の連結機構、プーリとベルト、動輪と動輪クランクなどである。動輪クランクとは、蒸気機関車のシリンダーピストンと動輪とを連結しているクランクである。また動輪クランクは棒部材に限らず、バネ部材でもよい。動輪は一般的には円形であるが、実稼動する角度範囲が限られているので、実稼動する角度範囲だけで形成された扇型の動輪も、本発明の動輪に含む。動力源は、電動モーター、リニアモーター、油圧シリンダーなどである。
　ここでいう回転角制御駆動手段および仰角制御駆動手段の制御とは、２軸太陽追尾手段のことである。適宜、太陽追尾の従来技術を用いる。コンピュータに太陽軌道座標の回転角度と仰角をデータ蓄積しておき、月日と時刻に合わせて制御するカレンダー制御方法などである。月齢も織り込めばより高精度になる。高精度化する他の方法としては、駆動源側の操作量でなく、シーソーハシゴ部材の回転角度と反射板の仰角をセンサー検知して操作する方法や、集光点側に設置した光センサーによるフィードバック制御方法などがあり、それらの設計要素を適宜設ける。さらには人力で駆動と制御を行なうことも、可能である。人力回転駆動機構と回転角操作動輪を連結し、人力往復駆動機構と往復動部材を連結させればよい。制御方法は、操作者が集光点を目視して操作する方法もあるし、人力駆動機構に連結した回転盤に回転数量メーターを取り付けて目盛り表示し、あらかじめ算出しておいた月日時刻に応じた目盛り数値表を見ながら操作する方法もある。

　ここでいう光熱利用手段は、熱を利用する太陽熱発電、太陽熱温水供給器、太陽熱調理器であり、光を利用する太陽光照明器、および熱媒体循環パイプ径路の熱媒体加熱部などである。

　本発明の効果は、多数列の反射板を一体的２軸制御する構成でありながら、支柱を多数
設けて各部材の応力負荷を低減し、大規模化を可能にしたことである。太陽光集光器は光学系機器であり、わずかなたわみも許されない。本発明は、応力負荷によるたわみが無いので、大規模化しても光学的に問題ないわけである。
　ちなみに従来は、多数列反射板の２軸制御装置は、部材が様々な角度に動くので両端以外に支柱を設ける位置を見つけ難い状況であった。本発明では、反射板操作角度は太陽追尾範囲角度の半分で済むことから、盲点のように残された支柱設置可能位置を見出し、本発明を構成したものである。
　他の効果は、２軸追尾で動く範囲外に駆動源を構成したので、可動部分が軽量化され、駆動力が低減した。
　他の効果は、太陽光集光器を低く平面化でき、風抵抗を受けにくくした。

は、実施例１の全体の斜視図である。（実施例１）は、支柱を西から見た図である。（実施例１）は、仮の反射板を接続した支柱を西から見た図である。　　（実施例１）は、仮の反射板を接続した支柱を北から見た図である。（実施例１）は、仮の反射板を東傾させた状態を北から見た図である。（実施例１）は、仮の反射板を東傾させた状態を西から見た図である。（実施例１）は、仮の反射板を東南傾させた状態を北から見た図である。（実施例１）は、仮の反射板を東南傾させた状態を西から見た図である。（実施例１）は、反射板を略したユニット北端部の斜視図である。　（実施例１）は、反射板周辺の側面図である。（実施例１）は、反射板を仰角操作した状態の側面図である。　（実施例１）は、冬至のユニットの仰角制御を東から見た略図である。（実施例１）は、春分のユニットの仰角制御を東から見た略図である。（実施例１）は、夏至のユニットの仰角制御を東から見た略図である。（実施例１）は、朝のユニットの回転角制御を北から見た略図である。（実施例１）は、真昼のユニットの回転角制御を北から見た略図である。（実施例１）は、夕方のユニットの回転角制御を北から見た略図である。（実施例１）は、実施例２の反射板周辺の斜視図である。（実施例２）は、実施例３の太陽光集光器全体の略図である。（実施例３）は、実施例４の東西棒周辺を見下ろした斜視図である。（実施例４）は、実施例４の東西棒に支柱を係合した斜視図である。（実施例４）は、実施例４の東西棒に反射板を係合した斜視図である。（実施例４）は、実施例５の全体の斜視図である。　　　　　（実施例５）は、実施例６の仰角クランク説明のユニット側面図である。（実施例６）は、実施例７のクランク連動機構の側面図である。（実施例７）は、実施例８の仰角制御駆動手段の斜視図である。（実施例８）は、実施例９のユニットの正面図である。　　　　　（実施例９）は、実施例９のユニットの側面図である。　　　　　　　（実施例９）

　本発明の太陽光集光器は、反射板重量負荷を支える支持点を反射板列の中心線近傍に複数設ける事によって、太陽光集光器を構成する各部材の応力負荷の低減化を実現した。

　図１を参照として説明する。図１は装置が動く様子も含んでおり、３列のユニットを１ユニットづつ見れば回転の様子が分る。またユニット内の３枚の反射板を１枚づつ見れば仰角操作の様子が分る。平面上に同一高さの支柱７を南北方向に一列に並べ、全ての支柱７上端に共通の南北直線で回転する南北軸６を設け、この南北軸６に南北軸受５を係合す
る。南北方向に並べた２本の南北棒２を３本の東西棒３でつなげてシーソーハシゴ部材４を形成する。この東西棒３の中心と南北軸受５を接続して、シーソーハシゴ部材４を設置する。シーソーハシゴ部材４は、支柱７に支持されつつシーソーのように東西揺動する。
　このシーソーハシゴ部材４のマス目内寸法の反射板１を形成し、東西軸受８を介して東西棒３に接続する。東西棒３は東西軸９と兼ねた構成である。反射板１は東西棒３を軸として南北揺動する。
　図２は支柱７の西面である。短い南北軸６をY字形の支柱７が支える。この南北軸６に南北軸受５を係合し、この南北軸受５に東西棒３を一体化して接続し、この東西棒３は東西軸９を兼ねさせて東西軸受８と係合し、この東西軸受８で反射板１を接続する。図３では方向を理解し易くする為に、仮の反射板１０の形状を五角形の野球ベース形状に置き換えると共に、南北棒などは省略している。仮の反射板１０の突端部は北向きとした。

　図４は北から見た図である。図５は仮の反射板１０を東へ傾けた図である。図５の状態を西から見たのが図６である。図５の状態から仮の反射板１０を南へ傾けたのが図７である。このように親シーソーの上に、子供のシーソーを直交させて載せた構成である。東西棒３が親シーソーであり、反射板が子供シーソーに相当する。東西棒３も反射板１も、稼動できる角度範囲は太陽追尾するのに充分である。
　図９に示す通り、回転角操作歯車１１は、シーソーハシゴ部材４の北端に一体的に設ける。仰角クランク１２上端の軸穴を東西軸９に係合させて接続する。これらの仰角クランク１２をクランク連動棒１３で連結する。仰角クランク１２およびクランク連動棒１３は、東側の南北棒２にも、西側の南北棒２にも連結する。さらに東側のクランク連動棒１３と西側のクランク連動棒１３を梁１４でつないで一体化する。梁１４の位置は仰角クランク１２の接続部と接続部の中間である。それゆえクランク連動棒１３を操作しても、梁１４は支柱７にぶつからない。
　初期設定クランク１５の接続位置は、図１１に示す通り、仰角クランク１２と反射板１の間に設ける。初期設定クランク１５は互いに摺動する円弧部材１６と締付け具１７からなる。円弧の重なり長さを調節することで、反射板１の初期仰角を設定できる。クランク連動棒１３を動かすと、そのユニット１８の３枚の反射板１は同じ角度だけ仰角が変化する。その動きを示すのが図１０、１１である。クランク連動棒１３を引っ張ると、仰角クランク１２が回動し、初期設定クランク１５も等しく回動し反射板１も等しく回動する。

　つづいて仰角制御する部分の説明をする。図１に示すように、シーソーハシゴ部材４の南北軸６の南側延長上に隣接南北軸１９を設ける。この隣接南北軸１９の両端は隣接支柱２０で固定支持する。この隣接南北軸１９に操作軸受２１と往復動軸受２２を係合する。この操作軸受２１と往復動軸受２２は隣接南北軸１９に沿って摺動可能とし、かつ双方の軸回転角度差を解消しつつも互いに離れないよう係合してなり、往復動軸受２２下部とクランク連動棒１３先端を東西向きの軸で回転する軸受を介して径差解消クランク２３で連結する。各ユニット１８の操作軸受２１の上面同士を操作軸受連動棒２４で連結する。さらに操作軸受連動棒２４に仰角制御駆動装置２５を連結する。操作軸受２１と往復動軸受２２は隙間をもって図示しているが、分りやすいようにする為である。適正には往復動軸受２２は隙間無く係合する形状とする。
　ユニット１８を東西揺動させると、クランク連動棒１３と径差解消クランク２３も東西揺動し、往復動軸受２２も回動するが、操作軸受２１は不動である。図１のユニット１８を順に見比べれば、その様子が分る。そして仰角制御駆動装置２５で操作軸受連動棒２４を押したり引いたりすると、操作軸受２１、往復動軸受２２、径差解消クランク２３、クランク連動棒１３、仰角クランク１２、初期設定クランク１５と連動し、全ての反射板１が等しい仰角分だけ変化する。
　つづいて回転角制御する部分の説明をする。３つのユニットの回転角操作歯車１１と回転角制御駆動モータ２６をチェーン２７で連結する。この時、各ユニットの反射光が集光点に集まるように、各ユニットの回転角操作歯車１１をずらす。図１は中央の回転角操作
歯車１１の上方に集光点を想定し、真昼時刻の反射板１の制御姿勢を示している。ゆえに中央ユニットは水平で、東ユニットは西傾きで、西ユニットは東傾きの回転角度でチェーン連結する。集光点に光熱利用手段２９を設けて、太陽光集光器を構成する。

　つぎに使用例を説明する。設置場所は日本国東京都のビル屋上平面とする。太陽光集光器は、南北軸６を南北方向かつ水平に設置する。東京は北緯３５度なので、春分真昼の太陽光角度、つまり日南中角度は５４度となる。冬至と夏至の中間である春分の時点で仰角クランク１２が垂直となるようにし、入射５４度の太陽光が集光点に反射されるように反射板１の初期仰角を調節する。初期仰角は個々の反射板１で異なるので、それぞれ初期設定クランク１５の長さを調節して、図１３のようにする。
　東京は東経１３９度なので、１１時４０分頃に太陽が真南にくる。１２時に太陽が真南にくるのは、時刻標準地の明石である。１１時４０分頃に真南からの太陽光を集光点に反射させるように、回転角制御駆動モータ２６はチェーン２７を駆動させる。クランク機構のアソビやチェーン２７のたるみは極力少なくして、駆動誤差を減らす。
　反射板１の仰角の制御は、仰角制御駆動装置２５で行なう。１１時４０分頃の日南中角度は月日に対応して定められ、冬至で３１度、春秋分で５４度、夏至で７７度である。太陽軌道は日南中角度を頂点として上昇下降するので、それに合わせて仰角制御駆動装置２５は操作軸受連動棒２４を押し引きして仰角操作する。日付と時刻のデータから回転角制御駆動モータ２６と仰角制御駆動装置２５が反射板１の回転角と仰角を制御し、太陽光を受けている間は、反射光は光熱利用手段２９に集光されることとなる。
　ユニットの仰角制御の様子を東から見た略図が図１２～１４である。図１２は冬至の様子であり、日南中角度３１度なので、クランク連動棒１３は押され、反射板１は南傾ぎみになる。太陽２８から破線で示すように光が入射、反射し、光熱利用手段２９へと集光される。図１３は春分の様子であり、仰角クランク１２は垂直で済むように初期設定されているので、その通りの反射板姿勢となる。反射板１の初期仰角は、南位置ほど北傾になり、北位置ほど南傾になる。図１４は夏至の様子であり、日南中角度７７度なので、クランク連動棒１３は引かれ、反射板１は北傾ぎみになる。

　ユニットの回転角制御の様子を北から見た略図が図１５～１７である。図１５は朝の様子であり、東側からの日差しなので、ユニット１８は東に傾けて回動される。図１６は昼直前の様子である。図１７は夕方の様子であり、西側からの日差しなので、ユニット１８は西に傾けて回動される。

　図１８を参照にして説明する。シーソーハシゴ部材と支柱の構成は、実施例１とほぼ同じである。相違点は東西棒と東西軸を分離した点である。南北棒３１に東西軸受３９を設けるのだが、その位置は東西棒３２同士の中間点に設ける。東西軸３０はユニット内側に伸ばして、仰角クランク３３上端の軸穴を係合させ、反射板把持具３４と固定接続する。反射板把持具３４で反射板３５を挟んで保持する。この時、南北軸の中心線と東西軸３０の軸心延長線は反射板３５表面の中心点で交差するように位置させる。すると反射板３５の向きを操作しても中心点位置は東西南北に動くことはなく、集光精度が保てる。ちなみに実施例１では、南北軸６と東西軸９と反射板１に高低差があるので、回転角度や仰角によってわずかながら反射板位置は低く傾けた方向へずれ動く。ただし光熱利用手段の集光範囲が反射板より広ければ支障は無い。
　初期設定クランク３６は、仰角クランク３３と反射板３５の間を軸接続してつなぐ。初期設定クランク３６は、ピストン部材とシリンダ部材で伸縮自在に係合し、固定ネジ３７を締めて長さ調節する構成である。東側のクランク連動棒３８と西側のクランク連動棒３８とを結ぶ梁の位置は、仰角クランク３３の下部と同位置になり、操作しても支柱に当らない。

　太陽光集光器を拡張した例を、図１９を参照にして説明する。すべてを図示するのは困難なので、図面表示を簡略すると共に、反射板４０とユニット４１の数の図面表示も省略した。具体的構成は、実施例１と同等の構成である。５０枚の反射板４０で１つのユニット４１として、このユニット４１を５０台並べ、各ユニット４１の回転角操作動輪４２とモーター４３をチェーン４４で連結し、各ユニット４１の操作軸受４５の上部同士を操作軸受連動棒４６で連結し、この操作軸受連動棒４６に油圧シリンダー４７を連結する。モーター４３と油圧シリンダー４７は、通信電線４８で制御装置４９と接続し、制御装置４９からの信号で太陽を追尾するように反射板４０の回転角と仰角を駆動する。
　１つのユニット４１は５０枚の反射板４０を並べた長さなので、大きなトルクを要するように思われがちだが、荷重は支柱が支えており、ユニット４１の重心と南北軸回転中心は近いので、小さなトルクで駆動可能である。モーター４３には５０台分のユニット４１のトルクがかかるが、ユニット１台分が小さいトルクなので、５０台分でも充分に駆動可能である。回転角操作動輪４２とモーター４３の外側には、張力請負動輪５０を設ける。チェーン４４に掛かる張力は、張力請負動輪５０が負うので、回転角操作動輪４２とモーター４３には余計な張力負荷はかからない。
　仰角の操作については、操作軸受連動棒４６の操作で動く部分の重心バランスや軸受の回転抵抗や操作軸受連動棒４６の剛性に応じていろいろに設計しうるが、油圧シリンダー４７をいくつか並設したほうが無難である。
　この太陽光集光器は５０枚の反射板のユニットを５０台の構成だが、さらに拡張することも可能である。拡張してモーターや油圧シリンダーの負担が増加しても、駆動手段を増設しさえすれば成り立つわけである。

　支柱側を軸受とした例を、図２０～２２を参照にして説明する。東西棒５１を図２０のような形状として、中心に南北軸５２を位置させ、この南北軸５２両端を下側から支える変形梁５３に接続し、これら南北軸５２と変形梁５３と東西棒５１を一体化し、この東西棒５１を南北棒５４と一体化してシーソーハシゴ部材を形成する。この南北軸５２に南北軸受５５と一体化した支柱５６を係合させたのが図２１である。さらに反射板５７を連結したのが図２２である。反射板５７は中央部に穴５８が開いているので、仰角操作しても南北軸受５５に接触しない。これら以外の部材の構成は第１の実施例と同等であるので省略する。図を見易くする為に、穴５８や南北軸受５５を大きく図示したが、設計次第で穴５８はもっと小さくできる。

　図２３を参照にして説明する。ユニット可動部の構成は、実施例１とほぼ同じである。相違点は、回転角制御駆動手段６０と仰角制御駆動手段６１である。動輪６２と係合する係合穴６３と上下方向に棒材６４を設けた回転角初期設定クランク６５を形成する。この回転角初期設定クランク６５の側面には、係合穴６３内面まで貫通したボルト穴を設け、このボルト穴には係合した動輪６２を設定角度で固定できる固定ボルト６６を設ける。動輪クランクをバネで形成して動輪クランクバネ６７となし、この動輪クランクバネ６７で隣合う回転角初期設定クランク６５の棒材６４間をピン６８で接続する。動輪６２が並ぶ両端には、バネの張力を請負うバネ張力請負クランク６９を接続し、このバネ張力請負クランク６９はクランク支持台７０で固定支持する。一方のバネ張力請負クランク６９は、モーター７１と軸接続する。動輪クランクバネ６７の接続点では隣合うバネ同士の張力が相殺されるので、動輪６２へのバネ張力の負荷は無い。
　仰角制御駆動手段６１の説明をする。反射板７２周辺から往復動軸受７３までの構成は、実施例１と同一である。まず角柱の長さを全ユニットの往復動軸受７３にわたる長さとし、角柱幅を往復動軸受７３と摺動可能に組み合う幅にして、操作軸受連動棒７４となす。さらにこの操作軸受連動棒７４が摺動可能に貫通する穴のあいた筒材７５を形成する。
この筒材７５を操作軸受連動棒７４にはめ込むと共に、操作軸受連動棒７４を全ユニットの往復動軸受７３にはめ込む。そして筒材７５にシリンダ７６を接続し、仰角制御駆動手段６１となす。
　使用時は、各ユニットの姿勢を初期回転角に調整し、固定ボルト６６を締めて固定する。図２３に示す様に、東ユニットはやや西傾斜になるゆえ、動輪の上部にある角度目盛りは西側へずれる。逆に西ユニットはやや東傾斜になるので、動輪の角度目盛りは東側へずれた状態でボルト固定される。初期設定後は、モーター７１の制御駆動により、全ユニットが一体的に回動することとなる。操作軸受連動棒７４は固定接続されてないので東西にずれ動ける。動輪クランクバネ６７と操作軸受連動棒７４を用いると共に、南北軸受機構に適度に南北ズレ幅をもたせることで、太陽光集光器の施工上の誤差や熱膨張ズレを許容できるようになる。またシーソーハシゴ部材は、できるだけ軽量化と剛性強度を持たせる設計をするのは当然である。

　仰角クランクの様々なデザイン例を、図２４を参照にして説明する。図２４はユニット側面の一部分であり、見やすくする為に仰角操作に関与する部材だけを図示した。仰角クランク以外の構成は、実施例１と同等である。南北棒７８、東西棒を兼ねた東西軸７９、東西軸受８０、反射板８１を組みたてる。これら反射板８１に仰角クランク８２を接続し、クランク連動棒８３で連結する。それぞれの仰角クランク８２は、形状も長さも異なるが、東西軸７９の軸心から仰角クランク８２下端までのベクトルAは同一である。左から３番目の仰角クランクは反射板と軸接続してるが、２本の部材で接続しているので固定接続となる。

　クランク連動機構のデザイン例を、図２５を参照にして説明する。図２５も、図２４と同様なユニット側面の一部分である。中央の棒が南北棒８４であり、左下の棒がクランク連動主動棒８５であり、仰角クランク８６の上端は東西軸受を兼ねており、東西軸８７と係合しつつ反射板８８と固定接続し、それら反射板８８の側面には上段仰角クランク８９を固定接続し、クランク連動従動上棒９０で連結する。さらに右側の反射板８８の下方には仰角クランク８６とクランク連動従動下棒９１を連結する。このクランク連動主動棒８５、クランク連動従動上棒９０、クランク連動従動下棒９１を合わせたものが、クランク連動機構である。上段仰角クランク８９も仰角クランク８６もベクトルは同一である。実施例７の構成は、仰角精度や光路を遮る点で望ましくないが、仰角操作で動く部分の重心を東西軸に合わせやすくする利点がある。

　往復動軸受と仰角制御駆動手段の構成例を、図２６を参照にして説明する。径差解消クランク９２、往復動軸受９３までの構成は、実施例１と同一である。隣接支柱９４の上端に、隣接南北軸受９５を固定し、この隣接南北軸受９５に隣接南北軸９６を摺動可能に貫通させる。さらに隣接南北軸９６の中央部に操作円筒体９７を固定接続し、この操作円筒体９７と往復動軸受９３を係合する。隣接南北軸９６の左端はシリンダー９８に接続する。シリンダー９８を伸ばせば、操作円筒体９７、往復動軸受９３、径差解消クランク９２、クランク連動棒９９と押されて、仰角が操作される。

　図２７図２８を参照にして、ユニット姿勢を垂直にした実施例を説明する。ビル壁面の垂直線上に水平向きの支柱１００を固定接続し、この支柱１００先端上面に垂直に屹立する垂直軸を固定接続し、この垂直軸に小スラスト軸受１０１を係合し、平行垂直な２本の棒を３本の東西棒１０２でつなげてシーソーハシゴ部材１０３を形成し、この東西棒１０２と小スラスト軸受１０１を係合する。シーソーハシゴ部材１０３の下端には垂直軸線と
軸心をそろえたベルト車１０４を固定接続し、このベルト車１０４下面と地面との間に大スラスト軸受１０５を係合する。すべての小スラスト軸受１０１、垂直軸、ベルト車１０４は、共通の垂直線上に位置している。
　シーソーハシゴ部材１０３の東西棒１０２からマス目半分上の位置に東西軸１０６を固定接続し、この東西軸１０６に東西軸受１０７を介して反射板１０８を接続する。この東西軸受１０７に仰角クランク１０９を固定接続し、これら仰角クランク１０９他端をクランク連動棒１１０に軸接続する。垂直軸の延長線上には、隣接垂直軸１１３を位置させ、この隣接垂直軸１１３に隣接垂直軸受１１４を係合し、この隣接垂直軸受１１４は隣接支柱１１５によって壁面に固定する。この隣接垂直軸１１３の下端には往復動円板１１２を固定接続し、この往復動円板１１２に径差解消クランク１１１を軸接続し、径差解消クランク１１１他端をクランク連動棒１１０の先端と軸接続する。これでユニットが構成される。
　前記の隣接垂直軸１１４の上端をワイヤー１１６に接続し、このワイヤー１１６はビル屋上面１１７に設置した滑車１１８に架け、ワイヤー１１６他端には天秤棒１１９を吊るし、この天秤棒１１９の左右には釣合い錘１２０を載せ、この天秤棒１１９にシリンダ１２１を接続する。このシリンダ１２１を伸ばすと、自重でクランク連動棒１１０が下がり、反射板１０８の仰角を操作できる。中央の反射板１０８を水平向きに操作した状態を図２７に示した。釣合い錘１２０が適切なら、シリンダ１２１への負荷はゼロである。ベルト車１０４にはベルトを介して回転角制御駆動装置へと連結される。

　本発明は、１次集光した光を地上へ２次反射させるビームダウン方式の太陽光集光器における１次反射部分に適用可能である。本発明は、集光点座標を複数設けることも可能である。ユニット動輪の初期回転角と反射板の初期仰角を複数の集光点座標へ設定すればよい。本発明は、様々なプラントの補助加熱手段として組み込む事が可能である。調理器へ適用するなら、小規模なので全支柱をつないだフレームを同素材で形成し、このフレーム上に本発明装置を構築すれば、持ち運べる。光熱利用手段の候補として、スターリングエンジン、熱音響もある。

１　反射板２　南北棒３　東西棒
４　シーソーハシゴ部材５　南北軸受６　南北軸７　支柱
８　東西軸受　　　９　東西軸１１　回転角操作歯車
１２　仰角クランク１３　クランク連動棒１５　初期設定クランク１８　ユニット２４　操作軸受連動棒２５　仰角制御駆動装置
２６　回転角制御駆動モータ２７　チェーン
２９　光熱利用手段６２　動輪６３　係合穴
６４　棒材　　　　　６５　回転角初期設定クランク６６　固定ボルト
６７　動輪クランクバネ６８　ピン６９　バネ張力請負クランク
７１　モーター７３　往復動軸受７４　操作軸受連動棒７５　筒材　　　　　　　　７６　シリンダＡ　ベクトル
Ｎ　北方位Ｓ　南方位

Claims

　太陽光集光器を設置する面上に同一高さの支柱を南北方向に一列に並べ、全ての支柱上端に共通の南北直線で回転する南北軸受機構を設け、南北方向に並べた２本の南北棒を複数の東西棒でつなげてハシゴ状にしたシーソーハシゴ部材を形成し、この東西棒の中心付近と南北軸受機構を接続し、このシーソーハシゴ部材のマス目の東西幅以内の反射板を形成し、東西方向の直線で回転する東西軸受機構を反射板の南北幅中心線付近に設け、この東西軸受機構を南北棒と接続し、このシーソーハシゴ部材の任意の位置に共通の南北直線に軸心を合わせた回転角操作動輪を固定接続し、
　全ての反射板の東西軸線回転する部材には仰角クランクを固定接続し、これらの仰角クランクの形状は反射板の姿勢を初期仰角にすると東西軸の軸心を基準点として同一ベクトルとなる形状に形成し、全ての仰角クランクの端をクランク連動機構に軸接続し、
　シーソーハシゴ部材の端を越えると共に共通の南北直線の延長上に、独立した隣接南北軸を位置させ、この隣接南北軸には隣接南北軸の姿勢を保持して支える隣接支柱を接続し、この隣接南北軸に往復動部材を接続し、共通の南北直線とクランク連動機構先端との径差を解消する形状の径差解消クランクを形成し、この往復動部材と径差解消クランクを軸接続し、この径差解消クランクの他端とクランク連動機構先端を軸接続し、
　前記までの全ての構成を１単位のユニットとし、このユニットの向きを南北軸の軸線が経度面に合う向きに設置し、このユニットを１つ以上構成して東西に並べ、全ユニットの回転角操作動輪には回転角制御駆動手段を連結し、全ユニットの往復動部材には押し引き動作による仰角制御駆動手段を連結し、設定される集光点座標には光熱利用手段を設けてなる、太陽光集光器。
　東西棒の両側を東西軸と成し、この東西軸と東西軸受を係合させて反射板をシーソーハシゴ部材に接続してなる、第１項記載の太陽光集光器。
　東西軸受機構の設置位置は南北棒の東西棒同士の中間付近に設け、シーソーハシゴ部材と反射板の接続はこの東西軸受機構を介して成される、第１項記載の太陽光集光器。
　ユニットの南北軸の向きが垂直である、第１項記載の太陽光集光器。
　回転角操作動輪同士を連結する回転角制御駆動手段が動輪クランクバネである、第１項記載の太陽光集光器。
　往復動部材は全ての往復動部材と組合う棒材を介して仰角制御駆動手段と連結し、この棒材は東西へ摺動可能に組合っている、第５項記載の太陽光集光器。