JPH11182940A

JPH11182940A - 集光送光した太陽光を用いる光熱器具

Info

Publication number: JPH11182940A
Application number: JP9370553A
Authority: JP
Inventors: Nobuyoshi Ishida; 信義石田
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-12-22
Filing date: 1997-12-22
Publication date: 1999-07-06

Abstract

(57)【要約】【目的】太陽の光、熱の反射効率、使用効率が良く、
室内で利用することができ、太陽光が弱い時は電気に切
り替わる、太陽光を用いた光熱器具を作ること。【構成】方向制御装置１５で太陽に向けた、放物面反
射管１２と円錐面反射管１３でなる集光装置８で集光し
受光側送光路１６で送光した集光送光した太陽光４８
を、光量分岐制御弁１７で分岐調節し、加熱器用送光路
１８を通して加熱器用射光ノズル１９から黒色の光吸収
体５の下面のひだに照射してその上の加熱板４を加熱し
たり、照明用送光路２５を通して照明用射光ノズル２６
から散光用反射器２８に照射し散光し照明したり、水槽
用送光路３２を通して水槽用射光ノズル３３から保温水
槽３４内の黒色の光吸収管３５の内面に照射して水を温
め、太陽光が弱い時は、フォトスイッチ４３などで通電
制御して、電気用ヒーター３７や電気照明器具に切り替
える様にした、集光送光した太陽光を用いる光熱器具。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】［本発明の概要］本発明は、集光して送光
した太陽光を用いて、加熱板の下面中央部に密着して設
けた光吸収体の下面を照射して加熱器としたり、照明用
の反射器とレンズで囲まれた空間内の散光用の反射器を
照射して散光して太陽光ランプとしたり、保温水槽の中
に壁面から離して設けた光吸収管の中を照射して温水器
とし、太陽光の弱い時には、フォトスイッチにより通電
して加熱作業や照明を続けられる様にした、太陽光を有
効にかつ安全に利用するようにした光熱器具である。

【０００２】［従来の太陽光を用いる光熱器具］従来の
太陽光を用いる加熱器は、内面が放物面でなる椀形の反
射器で太陽光を反射して、放物面の焦点付近に太陽光を
集め、そこに設置した鍋などの底を加熱するものであっ
た。また従来の太陽光を用いる照明方法は、明かり取り
の窓か天窓の様なものであった。また従来の給湯用の太
陽光を用いる温水器は、水の入った管を巡らせた板状の
ものを太陽光が直接当たる屋外に設置したものであっ
た。

【０００３】［発明が解決しようとする課題］従来の太
陽光を用いる加熱器は、内面が放物面でなる椀形の底付
近の形をした反射器を用いたものであった。そのため直
射する太陽光線は、その進行方向と逆の方向へ反射され
た。反射面への入射角度が小さいため反射面に於けるエ
ネルギー損失が大きかった。また集光点が直射する太陽
光線の通路上にあるため、この点に鍋、鍋支持具などを
設けると、利用しようとする直射する太陽光線を遮るこ
とになり、鍋の底を加熱するには、かなり大きな椀形反
射器が必要になった。この様な構造であるため、太陽の
良く当たる屋外でしか用いることができず、そのため加
熱部付近から通風による放熱量も多く、熱の利用率も悪
かった。また、太陽光の弱い時には使えなかった。この
様な訳で一般家庭の台所の調理用加熱器としては、用い
ることが出来なかった。従来の太陽光を用いる照明方法
は、窓か天窓の様なものであったので、窓を取れない
室、奥まった室には用いることができなかった。窓面積
に比べて室面積が広かったり、周囲の環境によって室に
入ってくる太陽光が弱められると、室内は暗くなった。
また、室に入ってくる太陽光が強過ぎると、調光が難し
いので、暑かったり、まぶしかったりするので、日除け
をするしかなく、室内は暗くなった。天窓は、調光、雨
水の始末、暴風雨対策などが難しく、建築に採用されに
くかった。それで晴天で屋外がとても明るい時でも、電
気による照明が行われた。従来の給湯用の太陽光を用い
る温水器は、水の入った管を巡らせたものであるため重
くなり、設置場所への負担が心配された。また水の入っ
た管からの漏水があったり、水の入った管の中の清掃が
できず、飲用しにくかった。また、せっかく熱を蓄積し
ても、太陽光が当たらない時に、受光面から放熱されて
しまった。このような欠点があったので、太陽の光と熱
の反射効率、使用効率が良く、室内で利用出来る様に
し、また、太陽光の弱い時にも、加熱作業や照明を続け
られる様にした、太陽光を用いた加熱器やランプ、中を
清掃できて清潔で保温性の良い太陽光温水器などが待ち
望まれていた。

【０００４】［課題を解決するための手段］本発明は、
これを解決するために考え出された、太陽光を用いる光
熱器具である。本発明の光熱器具を図面と共に説明すれ
ば、［図１］［図２］のように、適当な高さの耐熱性の
筒を支持筒１として、支持筒１の上に煮こぼれなどを受
ける耐熱性の受け皿２を設け、受け皿２の中央部に円
形、四角形などの開口部を切り抜く。受け皿２の中央開
口部の周りの上面に耐熱性、断熱性の円形、四角形など
の断熱リング３を設け、その上に耐熱性、熱良導性の加
熱板４を設け、加熱板４の下面中央部に耐熱性で光と熱
の吸収率が良く熱良導性で、下面に狭い間隔で深い掘れ
込みのひだのある黒色の光吸収体５を密着して設ける。
受け皿２の中央開口部の周りの下面に接する様に、内面
を光を反射する面にした椀形、箱形などの耐熱性の加熱
器用反射器２０を設ける。加熱器用反射器２０の壁に、
用いるノズルの数だけの小さな穴を開けておき、細い管
またはその中に透明体またはレンズを設けた耐熱性の、
１個以上の加熱器用射光ノズル１９を、その穴に通して
設ける。加熱器用射光ノズル１９の中心軸を、光吸収体
５の下面中央またはその周りのひだに向け、そのひだの
稜線に垂直な面に平行で、かつひだの面に斜めになるよ
うに調節する。加熱器用射光ノズル１９に、耐熱性の加
熱器用送光路１８を接続して、加熱器用送光路１８を、
支持筒１の下端の下を通すか、または支持筒１の側面に
穴または切り込みを開けて通す。支持筒１の下端付近の
何か所かに耐熱性の遮熱板支持具２２を設けて、それら
で耐熱性の遮熱板２１を加熱器用反射器２０の下方に離
して支持する。支持筒１の下端の下面の何か所かに、耐
熱性の短い足または凸部２３を設ける。以上の支持筒１
から光吸収体５までと加熱器用送光路１８から短い足ま
たは凸部２３までなどをまとめて室内式太陽光加熱器２
４とする。加熱器用送光路１８に耐熱性の光量分岐制御
弁１７と受光側送光路１６を，その順に接続する。受光
側送光路１６の入り口に、内面が円錐台の側面の形で光
を反射する円錐面反射管１３の管径の小さい方の端を接
続する。円錐面反射管１３の管径の大きい方の端の管径
及び面の傾きと、内面が放物面で光を反射する放物面反
射管１２の管径の小さい方の端の管径及び面の傾きを、
それぞれ同じにして、それらを接続して集光装置８とす
る。放物面反射管１２と円錐面反射管１３の形、大きさ
は、［図３］に示す様に、それらの軸に平行な光を反射
した光が全部受光側送光路１６の入り口に入射し、さら
に受光側送光路１６の中を全反射して進むことができる
ようにする。放物面反射管１２の管径の大きい方の端
に、それと同じ位の直径の、短い円筒を設けて支持枠７
とし、それに透明フィルムか透明板を設けて受光窓６と
する。集光装置８を支える集光装置支持具１４の根元
に、受光窓６を太陽に向ける方向制御装置１５を設け
る。光量分岐制御弁１７に耐熱性の何本かの照明用送光
路２５と耐熱性の何本かの水槽用送光路３２を接続す
る。照明用送光路２５に加熱器用射光ノズル１９と同様
の照明用射光ノズル２６を接続し、それを耐熱性の内面
が椀形の照明用反射器２７の底に開けた穴に通して設け
る。照明用射光ノズル２６の出口付近に、耐熱性の散光
用反射器２８を、先を出口側に向けて中心軸をそろえて
設ける。散光用反射器２８の形は、［図５］に示す様
に、その軸を含む平面で切った断面図上で、反射面を示
す曲線が、その軸に対称な二本の放物線の一部になり、
その軸に平行な光を反射した光が、さまざまな角度に進
んで散光される様にする。照明用反射器２７の口に、耐
熱性の透明または半透明の照明用レンズ３０を設け、照
明用送光路２５から照明用レンズ３０までをまとめて太
陽光ランプ３１とする。水槽用送光路３２に加熱器用射
光ノズル１９と同様の水槽用射光ノズル３３を接続し、
それを耐熱性の保温水槽３４の壁に開けた穴に通して設
ける。水槽用射光ノズル３３の先を、保温水槽３４の中
に壁面から離して設けた内面が黒色の光吸収管３５の内
面に向け、水槽用送光路３２から光吸収管３５までをま
とめて室内式太陽光温水器３６とする。加熱板４の少し
離れた周りに、電気用ヒーター３７を、その上面が加熱
板４の上面と同じほどの高さになるように設ける。電気
用ヒーター３７に加熱器内電線３８を接続する。受け皿
２に開けた穴または切り込みに耐熱性、熱絶縁性の電気
絶縁性リング３９をはめ、その電気絶縁性リング３９に
加熱器内電線３８を通す。加熱器内電線３８に加熱器側
電気コード４０を接続する。支持筒１に開けた穴または
切り込みに耐熱性、熱絶縁性の電気絶縁性リング３９を
はめ、その電気絶縁性リング３９に加熱器側電気コード
４０を通す。加熱器側電気コード４０に加熱器用電気ス
イッチ４１、電源側電気コード４２，フォトスイッチ４
３を、その順に接続する。加熱器用電気スイッチ４１と
電気照明器具用電気スイッチ４４は、光量分岐制御弁１
７と連動させて、室内式太陽光加熱器２４や太陽光ラン
プ３１に送光する様に光量分岐制御弁１７を調節すると
同時にそれらのスイッチが入る様にする。本発明は以上
のような構成でなっている、集光して送光路で送光した
太陽光を用いる光熱器具である。

【０００５】［使用方法］本発明は、以上の様な構成で
あるから、これを使うには、第一、受光窓６から方向制
御装置１５までの受光集光装置部分を直射太陽光４７が
良く当たる所に設置する。室内式太陽光加熱器２４を台
所など加熱作業をする室内などに設置する。太陽光ラン
プ３１を室内に設けた電気照明器具ケースの中などに取
り付ける。室内式太陽光温水器３６を温水を使う所の近
くの室内などに設置する。集光装置８を受光側送光路１
６に接続し、受光側送光路１６、加熱器用送光路１８、
照明用送光路２５、水槽用送光路３２を光量分岐制御弁
１７に接続する。第二、フォトスイッチ４３を電源に接
続し、電気照明器具も光量分岐制御弁１７に連動した電
気照明器具用電気スイッチ４４やフォトスイッチなどを
介して電源に接続する。これらのフォトスイッチは、電
気容量と使用状況などにより、共用しても良いし、別々
でも良い。第三、方向制御装置１５を作動させて、受光
窓６の面が直射太陽光４７に垂直になるように調節す
る。受光窓６から取り入れた直射太陽光４７は集光装置
８で集光される。第四、光量分岐制御弁１７を調節し
て、集光送光した太陽光４８を全部、一旦、水槽用送光
路３２から保温水槽３４へ送光し、その中の光吸収管３
５を照射して加熱し、水を温めるようにする。第五、加
熱器を用いる時は、光量分岐制御弁１７を調節して、適
量の太陽光を加熱器用送光路１８、加熱器用射光ノズル
１９から、光吸収体５の下面に向けて、そのひだの稜線
に垂直な面に平行で、かつひだの面に斜めに照射する。
光吸収体５に吸収された熱は、加熱板４に伝わり、それ
を高温に加熱する。加熱板４の上に鍋、やかんなどを置
けば、その中の煮物や水を加熱することができる。光量
分岐制御弁１７を調節することにより加熱温度を調節す
ることができる。光量分岐制御弁１７と連動して加熱器
用電気スイッチ４１が入っているので、直射太陽光４７
が弱くなれば、即座にフォトスイッチ４３が働き通電さ
れ、加熱作業を続けられる。また、太陽光ランプ３１を
用いる時は、光量分岐制御弁１７を調節して、適量の太
陽光を照明用送光路２５へ通す。それを照明用射光ノズ
ル２６から、散光用反射器２８に照射すると、集光され
ている太陽光が散光されて、照明用レンズ３０を通して
室内を照明する。光量分岐制御弁１７と連動して電気照
明器具用電気スイッチ４４が入っているので、直射太陽
光４７が弱くなれば、即座にフォトスイッチが働き通電
され、照明を続けられる。第六、室内式太陽光加熱器２
４も太陽光ランプ３１も使わない時や、使っていても光
が余る時は、光量分岐制御弁１７を調節して、余った太
陽光を水槽用送光路３２から保温水槽３４へ送光し、水
を温め温水を得ることができる。直射太陽光４７が弱く
なっても、保温された温水を使うことができる。

【０００６】［発明のいろいろな実施例］本発明の構成
の各部分について、詳しく説明し、いろいろな実施例を
述べる。（Ａ．光吸収体５について）（Ａ−１）光吸収
体５の形状は，下面に狭い間隔で深い掘れ込みのひだの
ある形にすると、ひだの中に受光した光が、そのひだと
ひだの間を何度も繰り返して反射して、ひだの奥の方へ
進みながらだんだん熱になって吸収されていき、容易に
は外へ出て行かず、光を効率的に吸収して熱にすること
が出来る。この様に、受けた光を何度も中で反射して熱
にして吸収できれば、色々の変形をしても良い。（Ａ−
２）光吸収体５は、表面の色を黒色にしておくと、光の
反射が少なく、受けた太陽光から光を吸収しやすく、加
熱板４を加熱するのに有効である。（Ｂ．加熱器用反射
器２０について）（Ｂ−１）加熱器用反射器２０を設け
ることにより、光吸収体５のひだから漏れた光と光吸収
体５からでる赤外線などを反射して出来る限り光吸収体
５へ戻しエネルギーを熱として有効利用するのに役立
つ。（Ｃ．光系統について）（Ｃ−１）受光窓６と集光
装置８は、透明なフィルム、透明板、放物面の一部の形
をした管、円錐台の側面の形をした管、レンズなどを組
み合わすことにより様々な形のものをつくることができ
る。（Ｃ−２）［図１］［図２］［図３］に示すもの
は、放物面と円錐面を利用して、レンズを用いない場合
である。この様な集光装置は、その軸に平行な太陽光が
反射面に当たる時の入射角度が大きいので、反射しやす
く、反射面でのエネルギー損失が少なくなる。また、反
射光を直射太陽光４７の進行方向へ前進させながら集光
し、細い送光路へ入射させることができるので、直射太
陽光４７を遮ることなく、集光や送光がし易くなる。ま
た、大きなレンズを用いないので、それだけ簡単な構造
になり、安価に作ることができる。（Ｃ−３）集光装置
８は、もちろんレンズを用いたものにしてもよい。［図
４］は，円錐台の側面の形をした管１０の管径の小さい
方の端に，ちょうどはまる位の大きさの集光装置用凹レ
ンズ１１を設け、その管径の大きい方の端に、ちょうど
はまる位の大きさの集光装置用凸レンズ９を設けて集光
装置８とし、集光装置用凹レンズ１１を受光側送光路１
６の入り口に接続し、さらに集光装置用凸レンズ９に、
集光装置用凸レンズの口径と同じ位の直径の，短い円筒
を設けて支持枠７とし、それに透明フィルムか透明板を
設けて受光窓６としたものである。この様な構造である
から、受光窓６の面に垂直に入射してきた直射太陽光４
７を、集光装置用凸レンズ９で集光し、集光装置用凹レ
ンズ１１で、もう一度受光側送光路１６の入り口付近の
軸に平行な平行光線に直して、受光側送光路１６の入り
口に送り込む様にすることができる。散乱光が混じって
いるとしても、受けた大部分の直射太陽光４７を受光側
送光路１６の中を進み易くして、送光中のエネルギー損
失を少なくすることができる。また円錐台の側面の形を
した管１０の内面を、光を反射する面にしておくと、集
光装置用凸レンズ９の軸に平行に入射して来なかった光
を反射して、少しでも多くの光を、受光側送光路１６の
入り口に導くことができる。（Ｃ−４）どちらの場合
も、１個の集光装置８の受光面積を大きくすると集光装
置８が長くなり、１個の集光装置８の受光面積を小さく
すると集光装置８は短くなる。必要な光量に応じて、１
個当たりの集光装置８の受光面積を大きくしたり、集光
装置８の数を多く設ける必要がある。（Ｃ−５）また受
光窓６の透明フィルムや透明板は、短期間の使用中は無
いほうが、光の損失が無くてよいが、長期間の使用中
は、反射面や受光側送光路１６の入り口あるいはレンズ
が、虫やほこりで汚れたり傷ついたりつまったりするの
を防ぎ、掃除し易くし、受光後、送光中のエネルギーの
損失を減少するのに役立つ。（Ｃ−６）受光窓６と支持
枠７は、もちろんいくつかの集光装置８に、ひとまとめ
にして設けても良い。（Ｃ−７）集光装置８を支える集
光装置指示具１４の根元に方向制御装置１５を取り付け
て、必要性と状況により手動で、あるいは、半自動また
は自動的に、受光窓６の受光面に垂直に直射太陽光４７
が入射するようにして、できる限り受光量を多くするこ
とができる。集光装置８を定位置に設置した場合、受光
地点から見た太陽の運行は、一日の内では、ほぼ受光地
点を中心とする円運動と見ることができる。従って一定
の仰角を保って、日の出頃から日の入り頃まで時速１５
度の角速度で回転させて、夜の内に元の姿勢に復帰させ
れば良い。例えば、この速度で回転するモーターをタイ
マーで日の出頃始動させ、日の入り頃停止させ、同じモ
ーターを変速逆転させるか、別のモーターを設けて復帰
させても良い。さらに別のモーターとタイマーによって
春分秋分の太陽高度９０度−緯度を基準にして、三か月
で±２３．４度の範囲、つまり１３週で２３．４度の角
速度で、冬至から夏至まで上に向けていき、夏至から冬
至まで下に向けていく。この様に、太陽の見かけの動き
を２方向に分けて考え、２方向に別々に追従させて方向
制御すれば、複雑な構造にしなくても制御できる。極小
さな装置で、一時的な使用の場合は、ゼンマイ式のタイ
マーなどを使っても良いし、高度な制御をしたり、移動
体の上での使用などの場合は、ポールの回りに設けたい
くつかのフォトセンサーによって、太陽光の影を感知し
て、太陽の動きにしたがって制御用モーターを作動させ
て制御しても良い。またコンピューターによって日時と
太陽の方向関係の記憶と計算をさせ、集光装置８を定位
置に設置した場合は、設置方向の初期設定値から最適方
向を計算させて制御用モーターを作動させて制御しても
良いし、移動体の上などでの使用の場合は、衛星からの
電波を受けたナビゲーション装置によって、集光装置の
方向を感知して最適方向を計算させて制御用モーターを
作動させて制御しても良い。（Ｃ−８）受光側送光路１
６、加熱器用送光路１８、照明用送光路２５、水槽用送
光路３２として、細い光ファイバーを多数束にしたも
の、棒状透明体または管状透明体またはそれらを何本か
束にしたもの、あるいは送光管を用いても良い。送光管
は、その管の内面が光を反射する面になっていて全反射
し易ければ、ガラス、プラスチック、セラミック、金属
などいろいろの材質を用いることができる。管を曲げる
時は、光が全反射して進める範囲内で曲げることができ
る。（Ｃ−９）受光窓６から光吸収体５や散光用反射器
２８や光吸収管３５などの一つに至る光伝送経路は、必
要に応じた本数にすれば良く、各部によって一本にまと
めたり、複数本に分割しても良い。分割本数が多い程、
構造が複雑になるが、１本の光伝送経路で伝送する光量
を少なくし易くなるので、用いる材質の耐熱温度を低く
設計することができ、分割本数が少ない程、構造は簡単
になるが、用いる材質の耐熱温度を高く設計しなければ
ならない。いくつかの光伝送経路を設ける場合、光量調
節は、光量分岐制御弁１７を調節して、いくつかの光伝
送経路の通光量を等しく調節しても良いし、通光本数を
調節しても良い。（Ｃ−１０）射光ノズルは耐熱性の円
筒形、円錐台の側面形などいろいろの形状をした管にし
ても良く、また、その管の中や入口出口に光ファイバー
を通したり透明体やレンズをはめても良い。そのレンズ
を調節することにより、何本もの送光路の光を一本にま
とめても良く、また、集光、散光などして射光する状態
を調節しても良い。いくつかの射光ノズルを設ける場
合、それらの取り付け角度を調節することにより、射光
する状態を調節することもできる。（Ｃ−１１）射光ノ
ズルの中に空間を設けて断熱性、保温性をたかめること
ができる。（Ｃ−１２）集光密度の大きい光が通る部分
とそれに接続する周辺部分は、耐熱温度の高い材質を用
いる。（Ｄ．加熱部分について）遮熱板支持具２２と短
い足または凸部２３により、遮熱板２１の上下周囲と支
持筒１の下に空間を設けて、加熱器下部の空気の流通、
放熱を良くし、過熱の危険を防止することができる。ま
た屋内で使用するために、加熱板４や光吸収体５など加
熱部分およびその周囲の物は、耐熱性の物にして、火災
の危険防止に注意する必要がある。（Ｅ．太陽光ランプ
３１について）（Ｅ−１）散光用反射器２８はレンズを
用いないので、それだけ安価に作れる。もちろん、その
代わりに耐熱性の散光用凹レンズ２９を中心軸をそろえ
て設けても良い。そのレンズの凹面は、両面共球面でも
良いし、［図６］に示す様に照明用射光ノズル２６に向
かった面は放物面で、反対側が球面になったものでも良
い。（Ｅ−２）いろいろな所で反射して後退した光は照
明用反射器２７で反射して照明用レンズ３０を通して室
内を照明する。（Ｅ−３）必要に応じて照明用レンズ３
０の内側、外側、外側前方や電気照明器具の照明用カバ
ーの内側や外側などに、紫外線を除くフィルターを設け
て、肌の日焼けを防いだり、赤外線など太陽光に含まれ
る太陽からの放射線の一部を除くフィルターを設けて、
光やその他の放射線を和らげたり、いろいろ調光をして
も良い。（Ｆ．保温水槽３４について）上面を蓋にし
て、底に排水栓を設けておけば、水槽の中の清掃ができ
る。フロート式などの給水弁を設けて給水管に接続する
様にし、あふれたり膨脹した水の排水のために上水面排
水管を設け、安全のために圧力弁を設け、給湯用水栓を
設けておけば、温水を安全で便利に使うことができる。
（Ｇ．太陽光が得られない時について）室内式太陽光加
熱器２４や太陽光ランプ３１を使っている時に、太陽光
が弱くなれば、フォトスイッチ４３や電気照明器具とそ
の電源との間に設けたフォトスイッチによって、電気用
ヒーター３７や電気照明器具に通電され、加熱作業や照
明を続けられる。太陽光が強くなる毎に、電気から太陽
光に切り替えられ、電気の節約ができ、高い電気、ガス
の経費が削減される。また晴れの日に加熱作業を多くし
て、太陽光が得られない時の加熱作業を減らすなどの生
活や仕事の調整ができる場合は一層有利になる。室内式
太陽光温水器３６の温水を使っていて、ぬるくなった時
は、加熱器や照明器具の場合と同様に、保温水槽３４に
電気やガスのヒーターやフォトスイッチなどを併設して
働かせてもよい。（Ｈ．太陽光が余った時について）
（Ｈ−１）加熱器とランプと温水器の機能を、必ずしも
全部備えなければならないことはない。しかし、加熱器
を使わない時に、光吸収体５を射光し続けると過熱して
危険である。それで光量分岐制御弁１７を調節して、不
要な太陽光を止めれば、今度は、光量分岐制御弁１７が
加熱して危険になる。ところが、不要な太陽光を、散乱
しないで、逃がそうとして、周囲の物を照射すること
は、集光した太陽光はエネルギー密度が高いので、大変
危険である。また、集光した太陽光は、反射光でも遮光
フィルターなしで直視することは、目を損なうので決し
てしてはならない。従って、不要な太陽光を、安易に逃
がして捨てずに、調理、暖房、給湯などの熱源や光源や
またはそれらに併用して出来る限り積極的に有効利用し
たほうが、安全で有利である。そのため、出来る限りい
ろいろの機能を備える様にしたほうが良い。（Ｈ−２）
余裕をもって設計しておいても、何らかの状況によっ
て、保温水槽３４内の水温が上がり過ぎて、１００℃を
越えると危険である。保温水槽３４内に、その水温を感
知する温度センサーを設けて、１００℃より低い一定の
温度になれば保温水槽３４と予備水槽との堺の上下二つ
の仕切り弁を開ける様にして、余分の熱を予備水槽の水
に吸収させても良い。（Ｈ−３）保温水槽３４内の温度
が、１００℃より低い一定の温度を越えた時は、水温を
感知する温度センサーに方向制御装置１５を連動させた
り、または、全く太陽光を使わない時は、光量分岐制御
弁１７の所で方向制御装置１５を遠隔操作し、その自動
方向制御回路を切って、停止回路を作動させて直射太陽
光４７を受光しない方向に向けても良い。この場合は、
再始動する時に、方向制御装置１５が、フォトセンサー
によって太陽の方向を知ったり、コンピューターによっ
て日時と太陽の方向関係の記憶や計算をして、初期設定
値やナビゲーション装置からの情報と照合して太陽の方
向を知って、制御モーターによって自動的に最適方向に
復帰するものでなければ、最適方向に復帰させなければ
ならない。あるいは方向制御装置１５を動かす代わり
に、受光窓６の付近に設けたシャッターを作動させるモ
ーターの作動回路を遠隔操作して、それを作動させて受
光面を閉じても良い。（Ｉ．光量分岐制御弁１７につい
て）光量分岐制御弁１７の一例としては、［図７］に示
す様に、受光側送光路１６から他の送光路への分岐点に
光量分岐調節反射板４６を設け、それに接続した回転軸
に光量分岐調節レバー４５を接続する。光量分岐調節レ
バー４５を回して光量分岐調節反射板４６をいくらか回
転すると、受光側送光路１６から水槽用送光路３２へ進
む太陽光の内のいくらかが、直接あるいは光量分岐調節
反射板４６に当たって反射されて、加熱器用送光路１８
あるいは照明用送光路２５へ送光される。また、回転軸
に加熱器用電気スイッチ４１や電気照明器具用電気スイ
ッチ４４の接点を接続しておくことにより、光量分岐調
節レバー４５の回転と同時に、それらのスイッチが入る
ようにしておく。この様な構成にしても良い。光伝送経
路が複数の場合は、これを連結したものにしても良い。
同じ機能をすれば、様々な変形をしても良く、どのよう
な構成にしても良い。

【０００７】［発明の効果］（効果１）本発明の集光装置８を用いると、直射太陽光
４７をその進行方向へ前進させながら集光し、細い送光
路に入射させることができるので、直射太陽光４７を遮
ることなく集光や送光がし易くなる。また、［図１］
［図２］［図３］に示すものは、大きなレンズを用いな
いので、それだけ簡単な構造になり、安価に作ることが
できる。従って必要な太陽光を受光するための集光装置
８または多数の集光装置８からなる集光装置群が、形状
面と価格面で作り易くなり、太陽光を受光し、集光し、
送光することが容易にできるようになる。これによって
大切なものでありながら、制御しつつ有効に利用するこ
とが難しかった太陽光を、有効利用し易くなる。（効果
２）集光装置８または多数の集光装置８からなる集光装
置群を屋外に設置し、室内式太陽光加熱器２４、太陽光
ランプ３１、室内式太陽光温水器３６などを、それを使
用する室内に設置することができ、利用し易くなる。
（効果３）加熱器用射光ノズル１９から照射した、集光
送光した太陽光４８は、黒色の光吸収体５の下面にある
狭い間隔で深い掘れ込みのひだに当たり、ひだとひだの
間を何度も反射して、ひだの奥の方へ進み、少しづつひ
だの面に吸収されて熱に変わり、他の方向へ進んだ太陽
光と赤外線を加熱器用反射器２０で光吸収体５へ戻すの
で、太陽光を大変効率良く熱として用いることができ
る。（効果４）［図５］に示す太陽光ランプ３１は散光
用反射器２８を用いてレンズを用いないので、それだけ
安価に作れる。また後退した光を照明用反射器２７で反
射して照明に用いるので、光の使用効率が良い。さらに
紫外線フィルターなどを併用すると、日焼けなどを防げ
る。また、太陽光の入らない室や届かない場所に太陽光
を照射することができるので、植物に光合成をさせて、
炭酸ガスの吸収と成長をさせることができ、空間、空き
地の新たな利用ができる。また、洗濯物の殺菌乾燥、日
光浴による殺菌療養など、普通の電灯ではできないこと
が、容易にできる。太陽光の当たる所にある植物でも、
北側から射光することにより、北面と南面で偏ることな
く一層成長をさせることができる。（効果５）保温水槽
３４の蓋を開けて中を清掃することができ、きれいな温
水を飲食に使える。日没後も長時間保温しておけるの
で、太陽光の利用効率が大変良くなる。（効果６）加熱
器とランプと温水器の機能を持つので、一つの用途に使
わずに余った太陽光を、積極的に他の用途に使うことが
できる。清潔、安全、永続性のあるエネルギー源である
太陽光を、一層有効利用することができる。この様にし
て、従来の太陽光を用いる光熱器具の持つ問題点を解決
でき、住宅用にも産業用にも用いることができる。（利
用例１）受光時間と受光面積と取得熱量の関係を数値的
に見てみる。水１ｇを１℃上昇する熱量が１ｃａｌであ
る。故に水１ｇを０℃から１００℃まで１００℃上昇す
る熱量は１００ｃａｌである。故に水１ｌを０℃から１
００℃まで１００℃上昇する熱量は１００ｋｃａｌであ
る。また太陽光の持つ熱量は、太陽常数によると、１分
間に１ｃｍ^２当たり約１．９５ｃａｌである。これは１
分間に１ｃｍ^２当たり約１９．５ｋｃａｌになる。従っ
て６分間に１ｃｍ^２当たり約１１７ｋｃａｌになる。こ
れは、いくらかの損失を差し引くと、水１ｌを０℃から
１００℃まで１００℃上昇する熱量１００ｋｃａｌにほ
ぼ等しい。（利用例２）例えば直径１０ｃｍの受光窓６
を持つ放物面反射管１２と円錐面反射管１３からなる集
光装置８の長さは、約３０ｃｍであり、これを約１３０
個並べると集光装置設置面積は約１．３ｍ^２になり、受
光面積が約１ｍ^２になる。この集光装置によって得た太
陽光を用いて、６分間、光吸収体５を照射し、加熱板４
を加熱すると、約１１７ｋｃａｌを得ることができ、水
１ｌを０℃から１００℃まで１００℃上昇することが出
来る。電気に換算すると、６分間使用で電力量０．１３
５ｋＷ時に相当し、１時間使用すると電力量１．３５ｋ
Ｗ時，電力約１．３５ｋＷに相当する。一つ一つは小さ
い様でも、一国全体、世界全体では、何千万、何億の数
になり、一つ１ｋＷの出力で計算しても、全体で何千万
ｋＷ、何億ｋＷにもなる。（利用例３）またこの集光装
置によると、１時間に水１０ｌを０℃から１００℃まで
１００℃上昇することが出来るから、１４時間に水１４
０ｌを０℃から１００℃まで１００℃上昇することが出
来る。従って１４時間に水２１０ｌを約６７℃上昇する
ことが出来る。例えば、奥行き２２ｃｍ，横巾１ｍ、高
さ１ｍ，内容量２２０ｌの保温水槽３４を備えて、真夏
に３０℃の水を２１０ｌ入れておけば、朝から夕方ま
で、加熱器もランプも使わず、集光した太陽光を全部保
温水槽３４に通したとして、９７℃になる。通常の日照
時間と照度から考えると、１００℃以下にしておくこと
ができ、安全面でも使用面でもちょうど良い。（利用例
４）直射太陽光４７が弱くなった時も、フォトスイッチ
４３や電気照明器具とその電源との間に設けたフォトス
イッチによって通電され、加熱作業や照明を続けること
ができる。また、保温された温水を使うことができる。
直射太陽光４７が強くなる毎に、電気から太陽光に切り
替えられるので、電気の節約ができる。太陽光は、晴れ
の時しか得られないが、一年間には晴れの日は沢山ある
し、また晴れの多い地域も沢山あり、限りなく大量に、
いつまでも得ることができる。本発明を現在使われてい
る、一般的な光熱器具と組み合わせたり併用するだけで
も、膨大な量の化石燃料を節約することができ、経費と
炭酸ガスの削減ができる。また、本発明と本発明の元で
ある光水エンジンや、さらに風力、水力、潮力などとを
組み合わせて併用することにより、いろいろの天候や条
件に対する新たな対応の道が数多く考えられ、本発明の
担う役割は大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】加熱板４の中心付近を通る平面で室内式太陽光
加熱器２４を切り，また、保温水槽３４の外壁の一部を
切り取って、それぞれの内部の様子が見える様に描いた
本発明の斜視図である。

【図２】光伝送経路をいくつか設け、照明用送光路２５
を途中で分岐する様にした場合の、加熱板４の中心付近
を通る平面で室内式太陽光加熱器２４を切り，その断面
と内部の様子が見える様に描いた本発明の実施例を示す
斜視図である。

【図３】放物面反射管１２と円錐面反射管１３でなる集
光装置８を用いた、受光窓６から受光側送光路１６の入
り口までの部分の、軸を含む平面で切った断面の図に、
軸に平行な入射光線の進路を，何本かの矢印で示した図
である。

【図４】円錐台の側面の形をした管１０の両端に集光装
置用凸レンズ９と集光装置用凹レンズ１１を設けた集光
装置８を用いた、受光窓６から受光側送光路１６の入り
口までの部分の、軸を含む平面で切った断面の図に、軸
に平行な入射光線の進路を、何本かの矢印で示した図で
ある。

【図５】散光用反射器２８を用いた太陽光ランプ３１
の、軸を含む平面で切った断面の図に、集光送光した太
陽光４８の内の軸に平行な光線の進路を、何本かの矢印
で示した図である。

【図６】照明用射光ノズル２６に向かった面は放物面
で、反対側が球面になった散光用凹レンズ２９を用いた
太陽光ランプ３１の、軸を含む平面で切った断面の図
に、集光送光した太陽光４８の内の軸に平行な光線の進
路を、何本かの矢印で示した図である。

【図７】光量分岐調節レバー４５と光量分岐調節反射板
４６を設けた場合の、分岐点付近の送光路の上面を切り
取り、外箱などを取り除いて、内部が見える様に描いた
光量分岐制御弁１７の実施例の一つを示す透視斜視図で
あり、光の入口付近の軸に平行に進入した光線が分岐さ
れて進む様子を、何本かの矢印で示した図である。

【符号の説明】

１支持筒２受け皿３断熱リング４加熱板５光吸収体６受光窓７支持枠８集光装置９集光装置用凸レンズ１０円錐台の側面の形をした管１１集光装置用凹レンズ１２放物面反射管１３円錐面反射管１４集光装置支持具１５方向制御装置１６受光側送光路１７光量分岐制御弁１８加熱器用送光路１９加熱器用射光ノズル２０加熱器用反射器２１遮熱板２２遮熱板支持具２３短い足または凸部２４室内式太陽光加熱器２５照明用送光路２６照明用射光ノズル２７照明用反射器２８散光用反射器２９散光用凹レンズ３０照明用レンズ３１太陽光ランプ３２水槽用送光路３３水槽用射光ノズル３４保温水槽３５光吸収管３６室内式太陽光温水器３７電気用ヒーター３８加熱器内電線３９電気絶縁性リング４０加熱器側電気コード４１加熱器用電気スイッチ４２電源側電気コード４３フォトスイッチ４４電気照明器具用電気スイッチ４５光量分岐調節レバー４６光量分岐調節反射板４７直射太陽光４８集光送光した太陽光

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ア耐熱性の筒を支持筒１として、支持筒
１の上に耐熱性の受け皿２を設け、受け皿２の中央部に
開口部を切り抜く。イ受け皿２の中央開口部の周りの上面に耐熱性、断熱
性の断熱リング３を設け、断熱リング３の上に耐熱性、
熱良導性の加熱板４を設け、加熱板４の下面中央部に耐
熱性で光と熱の吸収率が良く熱良導性で、下面に狭い間
隔で深い掘れ込みのひだのある黒色の光吸収体５を密着
して設ける。ウ受け皿２の中央開口部の周りの下面に接する様に、
内面を光を反射する面にした椀形、箱形などの耐熱性の
加熱器用反射器２０を設ける。エ加熱器用反射器２０の壁に、用いるノズルの数だけ
の小さな穴を開けておき、細い管またはその中に透明体
又はレンズを設けた耐熱性の、１個以上の加熱器用射光
ノズル１９を、その穴に通して設ける。オ加熱器用射光ノズル１９の中心軸を、光吸収体５の
下面中央またはその周りのひだに向け、そのひだの稜線
に垂直な面に平行で、かつひだの面に斜めになるように
調節する。カ加熱器用射光ノズル１９に、耐熱性の加熱器用送光
路１８を接続して、加熱器用送光路１８を、支持筒１の
下端の下を通すか、または支持筒１の側面に穴または切
り込みを開けて通す。キ支持筒１の下端付近の何か所かに耐熱性の遮熱板支
持具２２を設けて、それらで耐熱性の遮熱板２１を加熱
器用反射器２０の下方に離して支持する。ク支持筒１の下端の下面の何か所かに、耐熱性の短い
足又は凸部２３を設ける。ケ以上の支持筒１から光吸収体５までと加熱器用送光
路１８から短い足又は凸部２３などをまとめて室内式太
陽光加熱器２４とする。コ加熱器用送光路１８に耐熱性の光量分岐制御弁１７
と受光側送光路１６を，その順に接続する。サ受光側送光路１６の入り口に、内面が円錐台の側面
の形で光を反射する円錐面反射管１３の管径の小さい方
の端を接続する。シ円錐面反射管１３の管径の大きい方の端の管径及び
面の傾きと、内面が放物面で光を反射する放物面反射管
１２の管径の小さい方の端の管径及び面の傾きを、それ
ぞれ同じにして、それらを接続して集光装置８とする。ス放物面反射管１２と円錐面反射管１３の形、大きさ
は、それらの軸に平行な光を反射した光が全部受光側送
光路１６の入り口に入射し、さらに受光側送光路１６の
中を全反射して進むことができるようにする。セ放物面反射管１２の管径の大きい方の端に、それと
同じ位の直径の、短い円筒を設けて支持枠７とし、それ
に透明フィルムか透明板を設けて受光窓６とする。ソ集光装置８を支える集光装置支持具１４の根元に、
受光窓６を太陽に向ける方向制御装置１５を設ける。タ光量分岐制御弁１７に耐熱性の何本かの照明用送光
路２５と耐熱性の何本かの水槽用送光路３２を接続す
る。チ照明用送光路２５に加熱器用射光ノズル１９と同様
の照明用射光ノズル２６を接続し、それを耐熱性の内面
が椀形の照明用反射器２７の底に開けた穴に通して設け
る。ツ照明用射光ノズル２６の出口付近に、耐熱性の散光
用反射器２８を、先を出口側に向けて中心軸をそろえて
設ける。散光用反射器２８の形は、その軸を含む平面で
切った断面図上で、反射面を示す曲線が、その軸に対称
な二本の放物線の一部になり、その軸に平行な光を反射
した光が、さまざまな角度に進んで散光される様にす
る。テ照明用反射器２７の口に、耐熱性の透明または半透
明の照明用レンズ３０を設け、照明用送光路２５から照
明用レンズ３０までをまとめて太陽光ランプ３１とす
る。ト水槽用送光路３２に加熱器用射光ノズル１９と同様
の水槽用射光ノズル３３を接続し、それを耐熱性の保温
水槽３４の壁に開けた穴に通して設ける。ナ水槽用射光ノズル３３の先を、保温水槽３４の中に
壁面から離して設けた内面が黒色の光吸収管３５の内面
に向け、水槽用送光路３２から光吸収管３５までをまと
めて室内式太陽光温水器３６とする。ニ加熱板４の少し離れた周りに、電気用ヒーター３７
を、その上面が加熱板４の上面と同じほどの高さになる
ように設ける。ヌ電気用ヒーター３７に加熱器内電線３８を接続す
る。ネ受け皿２に開けた穴または切り込みに耐熱性、熱絶
縁性の電気絶縁性リング３９をはめ、その電気絶縁性リ
ング３９に加熱器内電線３８を通す。ノ加熱器内電線３８に加熱器側電気コード４０を接続
する。ハ支持筒１に開けた穴または切り込みに耐熱性、熱絶
縁性の電気絶縁性リング３９をはめ、その電気絶縁性リ
ング３９に加熱器側電気コード４０を通す。ヒ加熱器側電気コード４０に加熱器用電気スイッチ４
１、電源側電気コード４２，フォトスイッチ４３を、そ
の順に接続する。フ加熱器用電気スイッチ４１と電気照明器具用電気ス
イッチ４４は、光量分岐制御弁１７と連動させて、室内
式太陽光加熱器２４や太陽光ランプ３１に送光する様に
光量分岐制御弁１７を調節すると同時にそれらのスイッ
チが入る様にする。以上の如く構成された、集光送光した太陽光を用いる光
熱器具である。