JPS5831254A - 太陽熱集熱装置 - 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】 この発明は、簡単な操作により、地球の公転に起因する
焦点のずれの調整を自在とし、集熱フィンを小さくして
放熱による損失を低減し、年間を通じて効率よく太＠熱
を集熱するようにした太陽熱集熱装置に関する。

従来、太陽熱を有効に集熱するため、レンズにより太陽
光を集光する太陽熱集熱装置は、第１図々いし第４・図
に示すように構成されている。それ　□らの図面におい
て、（１）は太陽熱集熱器、＋２１　Ｎ：集熱器ｆｉｌ
のガラス外管、（３）は外管（２）内に配設された集熱
管、（４）は外管（２）の−に方に外冴（２）に平行に
設置され太陽光を集熱管（３）に集光するレンズであり
、集熱器（＋］　オ、Ｊ：びレンズ（４）から太１ｉ１
ｉＳ　ＦＮ’＋集熱装置ｆ”？が）ｒｉｔｉ成されてい
る。

そして、第１図（ａ）に示す」：うＫ、太陽光がレンズ
（４）に垂直に入射するときに、集熱管（３）に集光さ
れるよう、集熱管（３）をレンズ（４１の焦点に設置ｉ
″？する。

しかし、この場合、太陽が移・１ｉｆＪＬ、同図（ＩＩ
）に示すように、レンズ（４）に斜め方向から入射する
古、太陽光は集熱管（３）に集光されなくなり、効率」
：＜集熱することができない。

そこで、太陽方位の１日の時間変化に対し、常に集熱管
（３）に太陽光が集光されるように、し′／ズ（４）を
動かして太陽光を追尾することが行なゎハ、でいる。す
なわち、集熱器（１１を南北方向に設置するとともに、
第２図の実線矢印に示すように、春分および秋分の頃に
太陽光がレンズ（４）に１日直人引するよう、集熱：Ｈ
＋ｌとレンズ（４）とを設置１σ１１／１の緯度θに等
しく傾斜して設置し、レンズ（４）を集熱管（３）を中
心にして動かすことにより、太陽の１日の動きに追尾し
、常に集熱管（３）に集光するものである。

しかし、夏至および冬至には、それぞれｗＪ２図の破線
矢印および１点鎖線矢印に示すように、太陽高度が変化
し、太陽光がレンズ（４）に斜め入射することになる。

このとき、太陽光のレンズ（４）への入射角をαとし、
第３図（ａ）　、　（ｈ）に示すように、垂直入射およ
び斜め入射の場合の各焦点（Ｐｏ）　、　（Ｐα）とレ
ンズ（４）の」二端面との距離を、それぞれｒｏ、ｆα
とすると、距離ｒｎは、 ｒα＝「０−邸２α　・・−・・■ となる。したがって、焦点（ＰＯ）の手前、すなわち、
集熱管（３）の」１方に集光されてしまい、集熱管（３
）へはＬの幅をもって入射することになる。ここで、と
表わされ、太陽の一年の動きに対し、幅りは第４・図に
示すように変化し、夏至および冬至では入」肘用αが地
軸の傾斜角の２３．１６°となり、同角度が最大値であ
るから、０式より、夏至お」：び冬至に最大値０．１８
（Ｉの幅で、集熱管（３）に入射する。

したがって、年間を通じ、し／ズ（４１ＩＣ，１：り甲
光された太陽光をすべて集熱管（３）に受光するために
、幅０．１８ＣＩの集熱フイ゛／（５）を端然’ｉ’ｌ
’　＋３１に設けなければならない。

しかし、１）１１記幅広の集熱フィン１５１を設けると
、該集熱フィン（５）からの放熱に」：す、集熱効率の
低下を招くことに々るため、集熱フィ゛／の幅を小さく
することが（ｌ）寸しい。

この発明け、１１！Ｉ　：記の点に’＋Ｙ？　、ｓＹｆ
　Ｉ−てなされたものであり、つぎにこの発明を、その
１実／＋ｆＩｉ例を示１゜た第５図以下の図面とともに
詳、ｉ］１に説１１’ｌする、。

それらの図面において、（６）ｉ１７Ｊ：集熱管（３）
に太１易尤を集光する集光レンズ、ｆ７Ｈ７ｔ：集光し
／ズ（６）のＪｌ（部レンズ、（８）は集光レンズｆ１
３１の丁Ｈ’＜６に形成されだ液体レンズであり、液体
注入１］　＋９１から液体を自在に注入、排出すること
ができ、該メ１シ体の２．ＩＥ人、排出により集光レン
ズ（６１の焦点距離を自在に調整できる。

そして、前記と同様に、集熱器（１）と集光レンズ（６
）とを南北方向に設置するとともに、設置位置の、緯度
θに等しい角度に傾斜して設置する。さらに、液体レン
ズ（８）に液体を注入して焦点距離の短いレンズとし、
該レンズの焦点に集熱器Ｈの集熱管（３）が位置するよ
うに、集熱器ｆｉｌおよび集光レンズ（６１を設置する
。

このとき、春分および秋分には、太陽光が集光し／ズ（
６）に垂直入射するため、第６図（ａ）に示すよう例、
集熱管（３）に太陽光が集光される。

一方、太陽光が集光レンズ（６）に入射角αで入射する
と、液体レンズ（８）に液体が注入された！、″！、で
は、集熱管（３）の」１方に集光され、集熱管（３）へ
は、ある幅をもって入射する。このとき、和レンズ（６
）の幅を（１とすると、集熱管（３）への入射幅Ｗａは
、と表わされ、従来と同様に、太陽の１年の動きに対し
、第３図に示すように変化し、夏至および冬至に最大値
０．］８ｄとなる。

そこで、液体し／ズ（８）の液体を排出し、集光レンズ
（６）を基部レンズ（７）のみで４１１４成し、焦点距
離を長くすることにより、第６図（ＩＩ）の破線に示す
」：うに、集光レンズ（６）に斜め入射する太陽光を集
熱管（３）に集光することができる。したかつて、夏至
および冬至の以前に、液体レンズ（８）の液体を排出す
ることにより、集熱管（３）に太陽光を集光することが
できる。

つぎに、液体レンズ（８）の液体を排出した状態の集光
レンズ（６）に、太陽光が垂直入射した場合、第６図（
１））の実線に示すように、集熱管（３）の下方の焦点
（Ｐ）′に太陽光が集光され、集熱管（３）にはＷＩ＋
の幅をもって入射する。ここで、集光レンズ（６）の」
一端面から集熱管（３）寸での距離を「、焦点の）′寸
での距離をｆ′とすると、距離ｆ′は Ｗｂ　−（１−ｃｏｓ２ａ＋）・ｄ　　　−＝（ｉ）に
最大値０．１５ｄとなる。したがって、春分および秋分
のそれぞれの前後の期間に、液体レンズ（８）に液体を
注入した状態にし、集光レンズ（６）の焦点を短くする
ことにより、集熱管（３）に太陽光を集光することがで
きる。

以」−より、春分、夏至、秋分、冬至、春分の各中間の
時期に、それぞれ液体レンズ（８１の液体の排出、注入
、排出、注入を繰り返すことにより、太陽光の集熱管（
３）への入射幅を小さくすることができる。すなわち、
このときの入射幅Ｗｅは春分および秋分のそれぞれの前
後の期間、すなわち、液体レンズ（８）に液体が注入さ
れている間は、０式にしたがって変化し、夏至および冬
至のそれぞれの前後の期間、す々わち、液体レンズ（８
）から液体が排出されている間は、０式にしたがって変
化し、太杖用時に、同図に示すように、最大値０．０４
ｄをとる。

したがって、年間を通じて集熱管（３）に集光するため
には、幅０．０４．ｒｌの集約フィンを設ければよく、
従来のように、し／ズの幅の１８％の幅のＱ％　ｆｌｙ
フィンに対し、４・％の幅の集熱フイ、／で済み、放熱
面積を低減でき、集熱効率の向上を図ることができる。

また、この発明の太１易熱果熱装置ｄ１．１日の太陽の
動きを追尾できるのはもちろＡ７である。

なお、集光レンズ（６）は、焦点距離を調整自在な液体
レンズのみから構成してもよい。

以」−のように、この発明の太陽熱集熱装置によると、
集熱器と該集熱器に太陽光を集光する集光レンズとを南
北方向に設置するとともに、集熱器と集光レンズとを設
置位置の緯度にほぼ等しい角度に傾斜して設置し、集光
し／ズの少なくとも一部を液体し／ズにより構成し、液
体レンズの液体を地球の公転に追尾して排出、注入自在
にしたことにより、−年の春分、夏至、秋分、冬至、春
分の各中間の時期に、液体レンズの液体をそれぞれ排出
、注入、排出、注入するのみで、地球の公転に起因する
焦点のずれを調整することができるとともに、集熱器の
集熱フィンを小さくして放熱による損失を低減でき、集
熱効率の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第４・図は従来の太陽熱集熱装置を示し、
第１図（ａ）はある状態の切断正面図、（ｂ）は他の状
態の切断正面図、第２図は設置状態を示す左側面図、第
３図（ａ）は一部の切断正面図、（ｂ）は（ａ）の一部
切断斜視図、第４図は太陽光の集熱管への入射幅の年変
化を示す関係図、０４５図以下の図面はこの発明の太陽
熱集熱装置の１実施例を示し、第５図は要部の斜視図、
第６図（ａ）ｔ／″ｉ第５図の液体レンズの液体排出状
態の切断正面図、（ｂ）は第５図の液体レンズの液体排
出状態の切断正面図、第７図は第６図（１））の状態に
おける太陽光の集熱管への入射幅の年変化を示す関係図
、第８図は第６図（ａ）。 （１））の状態に交互に変化させた場合における太陽光
の集熱管への入射幅の年変化を示す関係図である。 （１）・・・集熱器、（６）・・・集光レンズ、（８）
・・・液体レンズ。 代理人　弁理士　　藤田龍太部 第５図 第６図 （ＣＩ）　　　　　　　　（ｂ） １１Ｊ７図 第　８　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ■　集熱器と該集熱器に太陽光を集光する集光レンズと
   を南北方向に設置するとともに、前記集熱器と前記集光
   レンズとを設置位置の緯度にほぼ等しい角度に傾斜して
   設置し、前記集光レンズの少なくとも一部を液体レンズ
   により構成し、前記液体レンズの液体を地球の公転に追
   尾して排出、注入自在にしたことを特徴とする太陽熱集
   熱装置。