JP2014195035A - Providing tracking device for moving energy emission source such as the sun, panel type energy collection device, and energy utilization device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、太陽などの移動体エネルギー発射源の追尾装置と、エネルギー収集装置及びエネルギー利用装置に関するものである。The present invention relates to a tracking device for a mobile energy emission source such as the sun, an energy collection device, and an energy utilization device.
太陽エネルギーの利用は、発電・照明・加熱・植物栽培及び空間飛行など様々な分野において知られている。また、今後は、太陽系の範囲を超えての宇宙飛行などにおいて、太陽以外のエネルギー源を利用することも考えられる。
太陽などの移動体から発射されるエネルギーのうち、電磁波はよく知られている。電磁波には、可視光と可視光以外がある。
本明細書の説明を簡潔かつ分かりやすくにするために、最も典型的な太陽光の可視光を用いて記述する。太陽の可視光以外の電磁波への応用は、容易に類推できるために、ここでの説明を省略する。
更に、太陽などの移動体エネルギー発射源の位置感知手段コア4の形状として、最も典型的な4等分中空半球構造体を用いて説明する。円錐や角錐などの立体構造の利用は、容易に類推できるために、ここでの説明を省略する。The use of solar energy is known in various fields such as power generation, lighting, heating, plant cultivation and space flight. In the future, it may be possible to use energy sources other than the sun in space flight beyond the solar system.
Of the energy emitted from moving objects such as the sun, electromagnetic waves are well known. Electromagnetic waves include visible light and non-visible light.
In order to simplify and understand the description herein, it will be described using the most typical visible light of sunlight. Application to electromagnetic waves other than the visible light of the sun can be easily inferred, and the description thereof is omitted here.
Further, the shape of the position sensing means
太陽エネルギーの利用において、太陽光を効率的に集まるために、例えば、レンズや曲面鏡などの集光装置(以下、曲面鏡型集光装置という)を用いて太陽光を一点に集光させる方法がある。この方法の課題の一つとしては、太陽の日周・年周運動を追随し、集光装置を常に太陽の入射光方向に向かわなければ集光効果が落ちる問題がある。この問題点を克服するためには、様々な太陽追尾装置が開発されている。
また、光拡散板やプリズム状導光板を用いるパネル型の太陽光集光装置も提案されている。In order to efficiently collect sunlight in the use of solar energy, for example, a method of concentrating sunlight at one point using a condensing device such as a lens or a curved mirror (hereinafter referred to as a curved mirror type condensing device). There is. One of the problems of this method is that the light collecting effect is reduced unless the diurnal and annual movements of the sun are followed and the light collecting device is not always directed to the incident light direction of the sun. In order to overcome this problem, various solar tracking devices have been developed.
A panel-type solar condensing device using a light diffusing plate or a prismatic light guide plate has also been proposed.
特許文献1と2に公開の太陽追尾装置は、事前に算出した太陽光集光装置の設置場所における太陽の日周・年周運動軌道を基に、集光部を所定角度に回転させる方法である。
特許文献3〜5に公開の太陽追尾装置は、複数のセンサーを用いて、センサー間の受光量の差を検出することにより太陽位置を検出する方法である。
特許文献6に公開の太陽追尾装置は、太陽仰角の感知及び太陽電池パネルの姿勢制御に、形状記憶合金を用いる。
特許文献7に公開の太陽追尾装置は、熱膨張体と、熱膨張体の膨張収縮運動を太陽の日周・年周運動に対応させるための運動変換装置とを用いる方法が開示されている。
特許文献8〜11に開示の太陽光集光装置は、太陽光がプリズム状媒体内部に進行する際に起きる屈折や全反射性質を利用している。更に、光拡散板やフィルムを前処理として使うことも考案されている。
特許文献12に開示のパネル型太陽光集光装置は、パネル全体を太陽方向に向かわせる方法を開示している。The solar tracking device disclosed in
The solar tracking device disclosed in Patent Documents 3 to 5 is a method of detecting a solar position by detecting a difference in received light amount between sensors using a plurality of sensors.
The solar tracking device disclosed in Patent Document 6 uses a shape memory alloy for sensing the solar elevation angle and controlling the attitude of the solar cell panel.
The solar tracking device disclosed in Patent Document 7 discloses a method using a thermal expansion body and a motion conversion device for making the expansion / contraction motion of the thermal expansion body correspond to the diurnal / annual motion of the sun.
The solar light collecting devices disclosed in Patent Documents 8 to 11 utilize refraction and total reflection properties that occur when sunlight travels into the prism-shaped medium. Furthermore, it has been devised to use a light diffusion plate or film as a pretreatment.
The panel-type solar light collecting device disclosed in Patent Document 12 discloses a method of directing the entire panel in the solar direction.
太陽追尾装置の先行技術には、様々な問題点がある。
事前に太陽運行軌道を計算しておく方法(特許文献1と2)は、設置場所ごとに太陽の運動軌道を個別に算出しなければならないので、煩雑である。
太陽の入射光角度を複数のセンサーで検出方法(特許文献3〜5)は、センサーとセンサーの検出光量を分析する電気回路を必要とし、電気などの外部エネルギーを消耗する。また、特許文献5の太陽追尾装置は、日の出や曇り、梅雨季節など非連続日射には対応できない。
複雑な電気回路やコンピューター制御、モーターなどを不要とする太陽追尾装置として、形状記憶合金や熱膨張を利用する(特許文献6と7)方法も提案されているが、追尾精度は未だ高くない。
太陽光集光装置の先行技術にも、様々な問題点がある。
曲面鏡型の太陽光集光装置は、集光効果が高い反面、太陽追尾の課題のほか、集光装置自身並びに集光装置の回転スペースが大きく、小型化が難しい。更に強風や豪雨などの対策として、固い架台で支えなおかつトルクの大きいモーターでまわさなければならなく、初期投資や運用、メンテナンスコストも高い。
曲面鏡型の問題を解決すべく考案されたパネル型の集光システム(特許文献8〜11)は、小型化できる反面、光拡散板やプリズム状導光板などを用いるため、太陽光は拡散、屈折及び全反射する過程において発生する光量ロスが大きく、曲面鏡型集光装置と比べ集光効果が低い。
更に、壁掛け型の太陽光集光装置(特許文献12)もあるが、パネル全体を左右上下に動かす方法をとるため、省スペースにはならない。There are various problems in the prior art of solar tracking devices.
The method (Patent Documents 1 and 2) for calculating the solar operation trajectory in advance is complicated because the solar motion trajectory must be calculated individually for each installation location.
Methods of detecting the incident light angle of the sun with a plurality of sensors (Patent Documents 3 to 5) require an electric circuit for analyzing the sensor and the amount of light detected by the sensor, and consume external energy such as electricity. Moreover, the solar tracking device of patent document 5 cannot respond to discontinuous solar radiation such as sunrise, cloudy, and rainy season.
As a solar tracking device that does not require a complicated electric circuit, computer control, motor or the like, a method using shape memory alloy or thermal expansion (Patent Documents 6 and 7) has also been proposed, but the tracking accuracy is not yet high.
There are various problems in the prior art of solar concentrators.
The curved mirror-type solar concentrator has a high condensing effect, but has a large space for rotating the concentrator itself and the concentrator in addition to the problem of solar tracking, and is difficult to downsize. Furthermore, as countermeasures against strong winds and heavy rains, it must be supported by a motor that is supported by a solid base and has a large torque, and the initial investment, operation, and maintenance costs are high.
The panel-type condensing system devised to solve the curved mirror type problem (Patent Documents 8 to 11) can be reduced in size, but uses a light diffusing plate or a prismatic light guide plate, so that sunlight diffuses, The loss of light amount generated in the process of refraction and total reflection is large, and the light condensing effect is lower than that of a curved mirror type condensing device.
Furthermore, there is a wall-mounted solar concentrator (Patent Document 12), but it does not save space because it takes a method of moving the entire panel left and right and up and down.
本発明は、上記課題を解決するためになされたものである。
本明細書が開示する太陽などのエネルギー発射源の追尾装置は、複雑な電気回路やコンピューター制御、外部エネルギー並びに電度モーターは一切不要で、略360度全方位において自力で安定的にかつ正確に太陽などの移動体を追尾でき、製造コストが安くかつ導入後も半永久的にメンテナンスフリーであることを特徴とする。
また、本明細書が開示する太陽光集光などのエネルギー収集装置は、曲面鏡型の高い集光効果とパネル型の省スペース効果など両方の利点を取り入れ、小型化・安価・使い易いなどを特徴とする。
なお、本明細書の記述を簡潔かつ分かり易くにするために、太陽の追尾及び太陽エネルギーの収集を典型例として説明に使用しているが、本発明の請求範囲を限定するものではない。太陽以外の移動体エネルギー発射源の追尾及びそのエネルギーの収集については、本明細書に記載の太陽追尾装置並びに太陽光集光装置から容易に類推できるために、ここでの説明は省略する。The present invention has been made to solve the above problems.
The tracking device for an energy emission source such as the sun disclosed in this specification does not require any complicated electric circuit, computer control, external energy, or electric motor, and is stable and accurate by itself in almost 360 degrees in all directions. It is characterized by being able to track moving objects such as the sun, with low manufacturing costs and semi-permanently maintenance-free even after installation.
In addition, the energy collecting device such as sunlight concentrating disclosed in this specification incorporates the advantages of both a high condensing effect of a curved mirror type and a space saving effect of a panel type, and is downsized, inexpensive and easy to use. Features.
In addition, in order to make the description of this specification simple and easy to understand, the tracking of the sun and the collection of solar energy are used in the description as typical examples, but the claims of the present invention are not limited. The tracking of the mobile energy emission source other than the sun and the collection of the energy can be easily inferred from the solar tracking device and the solar light collecting device described in the present specification, and thus description thereof is omitted here.
本明細書が開示する追尾装置は、太陽などの移動体エネルギー発射源の位置感知兼動力源部1と、受動式連結部2とを備える。The tracking device disclosed in the present specification includes a position sensing and power source unit 1 of a mobile energy emission source such as the sun, and a
位置感知兼動力源部1は、4等分に別れた中空半球状構造体コア4と、太陽などの移動体エネルギーの収集装置3とを備える。
コア4の4等分にされた各プレートは上記中空半球状構造体の底部にて、左右と上下に自由に回転できるジンバル構造状の装置に取付けられる。The position sensing and power source unit 1 includes a hollow
Each of the four divided plates of the
上記コア4の各プレートは、太陽などの方位角及び仰角を正確に感知できるように、東西南北四つの方向に1個ずつ配置され、収集装置3の焦点または焦点付近にて収集される入射エネルギーを効率的に吸収できる構造を有する。
ここで、各プレートの膨張などの作用による追尾装置全体が傾く方向を、そのプレートの“持つ方向”と定義する。例えば、西のプレートが太陽の入射光に照射され膨張すると、コア4は東へ傾くと言ったように、西のプレートの“持つ方向”は東となる。
入射エネルギーがコア4の底部中心にて収集される時、つまりコア4の開口面が入射エネルギーの入射角度と直交する時には、コア4のいずれのプレートにも当らないようにコア4の底部中心に穴をあけてもよい。Each plate of the
Here, the direction in which the entire tracking device is tilted by the action of expansion or the like of each plate is defined as the “direction that the plate has”. For example, when the west plate is irradiated with solar incident light and expands, the
When the incident energy is collected at the center of the bottom of the
上記コア4の変形として、太陽などの方位角と仰角制御用に、それぞれ一組の二等分に別れた中空半球状構造体を使うこともできる。
また、上記コア4とコア4の変形の簡易形として、中空半球状構造体の代わりに円錐や角錐などの立体構造体を使うこともできる。
更に、上記コア4、コア4の変形、並びにこれらの簡易形の任意な組み合わせを使うこともできる。
なお、上記コア4、コア4の変形、並びにこれらの簡易形の任意な組み合わせと、収集装置3とを、単なる太陽などの移動体の位置を感知する手段として使うこともできる。As a modification of the
Further, as a simplified form of deformation of the
Furthermore, the
The
上記コア4、コア4の変形、並びにこれらの簡易形の各プレートは、太陽などの入射エネルギーの吸収による膨張や磁気、電位などの変化を利用し、追尾装置を常に入射エネルギーの入射角度と直交するように向きを調整できる。例えば、気体媒体の熱膨張特性を利用する場合は、気体媒体で充填した容器をコア4の各プレートに用いることにより、太陽光に照射されたプレート内の媒体が膨張し、このプレートの持つ方向へ太陽追尾装置を駆動することができる。また、気体媒体のほか、熱膨張の大きい油や水などの液体、またはこれらの組み合わせを使うこともできる。The
上記コア4の各プレートは、太陽などの入射エネルギーの吸収による内部媒体が膨張などの変化量を拡大または縮小するために、例えば梃子やジャッキ、磁気などの方法がある。For each plate of the
上記追尾装置は、常に自力で“均衡状態”に戻ろうとするため、太陽などの日周・年周運動情報を、事前に算出する必要がなく、バッテリーなどの外部エネルギー源や駆動モーターも不要となる。
“均衡状態”とは、入射エネルギーが収集装置3を透過後、コア4の底部中心にて収集され、コア4のいずれのプレートにも当らない若しくは均等に入射する状況を指す。この時に、コア4の開口面は入射エネルギーの入射角度と直交することとなる。
また、上記追尾装置は、環境変化によるプレートの膨張などの変化量の絶対値に依存することがなく、均衡状態になるまでに自力で自分自身の向きを調整し続けるので、精度が高い。
更に、断続的な入射天候においても、先行技術のように無限追尾ループに落ちることや追尾を放棄することがなく、太陽光などの入射エネルギーが回復すれば自動的に追尾を再開できる。Since the above tracking device always tries to return to the “equilibrium state” by itself, it is not necessary to calculate the diurnal / annual movement information such as the sun in advance, and there is no need for an external energy source such as a battery or a drive motor. Become.
“Equilibrium” refers to a situation in which incident energy is collected at the center of the bottom of the
In addition, the tracking device does not depend on the absolute value of the amount of change such as expansion of the plate due to environmental changes, and continues to adjust its own direction by itself until it reaches an equilibrium state, so it has high accuracy.
Furthermore, even in intermittent incident weather, tracking can be automatically resumed when incident energy such as sunlight is recovered without falling into an infinite tracking loop or abandoning tracking as in the prior art.
上記連結部2は、コア4からの駆動力でコア4及び収集装置3の向きを調整できる。The connecting
上記追尾装置は、略360°全方位において太陽など移動体エネルギー発射源を追尾することができる。The tracking device can track a mobile energy emission source such as the sun in almost all 360 ° directions.
上記追尾装置は、連結部2を通して、外部の太陽光集光装置などの制御対象の向きを制御することもできる。The tracking device can also control the direction of a control target such as an external solar light collecting device through the connecting
本明細書開示のパネル型太陽光集光などのエネルギー収集装置は、複数の焦点距離の短いエネルギー収集素子をパネル内にはめ込むエネルギー収集部5と、光ファイバーなどによる伝送部6と、上記追尾装置とを備える。An energy collecting device such as a panel-type solar concentrator disclosed in the present specification includes an energy collecting unit 5 in which a plurality of energy collecting elements having a short focal length are fitted in the panel, a transmission unit 6 using an optical fiber, and the tracking device. Is provided.
上記太陽光集光装置は、伝送部6のいずれの光ファイバーの入射端もただ一つの受光部5のレンズの焦点位置にくるように漏斗状などの筐体で一体化され、このレンズ・入射端の連体が太陽追尾装置の制御対象となる。更に、いずれの制御対象も光ファイバーの入射端の位置にて左右上下に回転できるようにボールジョイント構造状の装置を使って、格子状の固定フレームに均等に配置され、取付けられる。The solar condensing device is integrated with a funnel-shaped housing so that the incident end of any optical fiber of the transmission unit 6 is at the focal position of the lens of the single light receiving unit 5. Is a control target of the solar tracking device. Furthermore, any control object is evenly arranged and attached to a grid-like fixed frame using a ball joint structure device so that it can be rotated left and right and up and down at the position of the incident end of the optical fiber.
上記格子状の固定フレームの後ろ(太陽など移動体の方向から見て)に、固定フレームと平行方向に連結フレームを備える。連結フレームは、固定フレームと同じ形状を有することが好ましいだが、その限りではない。更に、いずれの上記制御対象も漏斗状などの筐体の足底部にて連結フレームに左右上下回転できるように均等に配置され、取り付けられる。A connection frame is provided behind the lattice-shaped fixed frame (as viewed from the direction of the moving body such as the sun) in a direction parallel to the fixed frame. The connecting frame preferably has the same shape as the fixed frame, but is not limited thereto. Further, any of the above control targets are evenly arranged and attached so as to be able to rotate left and right and up and down on the connecting frame at the bottom of the funnel-shaped housing.
上記連結フレームは、上記追尾装置の連結部2により、左右上下に動くように制御され、更に連結フレームに取付けられている制御対象が、連結フレームに連れられて入射エネルギーの入射角度と常に直交することとなる。The connection frame is controlled to move left and right and up and down by the
本明細書開示の太陽エネルギー利用装置には、太陽光照明装置がある。
太陽光照明装置は、上記追尾装置と、上記太陽光集光装置と、太陽光集光装置の伝送部6の光ファイバーの射出端に取付けられる照明装置と、を備える。
この太陽光照明装置は、家庭などの照明用と、植物栽培などの業務用とがある。The solar energy utilization device disclosed in this specification includes a solar lighting device.
The solar lighting device includes the tracking device, the solar light collecting device, and the lighting device attached to the optical fiber exit end of the transmission unit 6 of the solar light collecting device.
This solar lighting device is used for lighting at home and for business use such as plant cultivation.
本明細書開示の人工衛星などの飛行体の(通信や撮影などの)装置の姿勢制御装置は、上記追尾装置と、姿勢調整用装置と、を備える。太陽が見える時間帯においては、電気エネルギーを消耗せずに、通信機器や撮影装置などの向きを常に太陽の位置を基準に制御できる。An attitude control device of a flying object (such as communication or photographing) such as an artificial satellite disclosed in the present specification includes the tracking device and an attitude adjustment device. In the time zone in which the sun is visible, the orientation of communication devices, photographing devices, etc. can always be controlled based on the position of the sun without consuming electrical energy.
本明細書開示の太陽エネルギー利用装置には、太陽光発電装置がある。
太陽光発電装置は、上記追尾装置と、太陽光発電パネルと、駆動装置とを備える。
太陽光発電パネルの向きは、追尾装置の制御とモーターなどの駆動装置との組み合わせで常に太陽光の入射角と直交するように調整される。The solar energy utilization device disclosed in this specification includes a solar power generation device.
A solar power generation device includes the tracking device, a solar power generation panel, and a drive device.
The orientation of the photovoltaic power generation panel is adjusted so as to be always orthogonal to the incident angle of sunlight by a combination of the control of the tracking device and a driving device such as a motor.
本明細書が開示する太陽などの移動体エネルギー発射源の追尾装置は、複雑な電気回路やコンピューター制御、外部エネルギー並びに電度モーターは一切不要で、略360度全方位において自力で安定的にかつ正確に太陽などの移動体エネルギー発射源を追尾でき、製造コストが安くかつ導入後も半永久的にメンテナンスフリーである。
また、本明細書が開示するパネル型太陽光集光などのエネルギー収集装置は、曲面鏡型の高い集光効果とパネル型の省スペース効果など両方の利点を取り入れ、小型化・安価・使い易いといった利点がある。The tracking device for a mobile energy emission source such as the sun disclosed in the present specification does not require any complicated electric circuit, computer control, external energy, and electric motor, and is stable by itself in almost 360 degrees in all directions. It can accurately track mobile energy emission sources such as the sun, is inexpensive to manufacture, and is semi-permanently maintenance-free after installation.
In addition, the energy collecting device disclosed in this specification, such as a panel-type solar concentrator, incorporates the advantages of both a high-condensing effect of a curved mirror type and a space-saving effect of a panel type, and is downsized, inexpensive, and easy to use. There are advantages such as.
図2は、太陽追尾装置の太陽位置感知兼動力源部1の中核であるコア4の構造を示している。
太陽位置感知兼動力源部1は、4等分に別れた中空半球状構造体コア4と、収集装置3とを有する。本実施例では、コア4と収集装置3とが一体化され、更にこの一体化された構造体はコア4の底部中心にてジンバル構造体4aに取付けられる。FIG. 2 shows the structure of the
The solar position sensing and power source unit 1 has a hollow
図2の例を用いて説明すると、図2(a)は、太陽光aの入射角度が低い早朝の時間帯に、コア4が“夜の追尾off状態”つまり“原点”状態から、太陽光の照射を感知し、太陽追尾を開始した状態を図示している。この時の入射光aは、収集装置3を透過後、コア4の右側のプレートの表面に差し込んで、右側のプレート内の媒体を加熱する。その結果、右側のプレート内の媒体が熱膨張し、不図示の連結部2に対して、右側のプレートが持つ方向(図2(a)の場合は、東へ)に押す力(駆動力)を与える。そして連結部2は、右側のプレートからの駆動により、コア4並びに収集装置3の向きを入射光aの方向へ調整する。
また、連結部2は、外部の太陽光集光装置の受光部5などの制御対象の向きを制御することもできる。(以下、説明を簡略化のため、コア4、収集装置3及び太陽光集光装置の受光部5など連結部2により向きを制御されるモノは統一して“制御対象”という。)制御対象の向きが完全に入射光aの向きと一致するまでには、右側のプレートは太陽に照射され続けるので、このプレート内の媒体が加熱され、膨張し続ける。制御対象が入射光aの向きと完全一致となった時点で、入射光aは、コア4底部の穴に差し込み、左右上下四つのプレートのいずれも加熱しなくなるため、自動追尾装置は均衡状態に達し、一時動作停止状態になる。図2(b)は、早朝のある時点で、追尾装置は一旦均衡状態に達した状況を示している。
なお、一旦均衡状態に達しても、太陽が日周・年周運動をし続けているため、集光された太陽光が上記コア4の底部中心からズレた時、自動追尾装置は再び追尾を開始する。自動追尾再開の仕組みを図1を用いて説明しておく。Referring to the example of FIG. 2, FIG. 2 (a) shows that the
Moreover, the
Once the equilibrium is reached, the sun continues to move daily and annually, so when the concentrated sunlight deviates from the center of the bottom of the
図1(a)の1から2までの鎖線は、太陽の日周運動により、日の出から正午までの間に、入射光aが収集装置3を透過後、コア4の各プレートの表面に残した移動軌跡の様子を示している。2は正午の位置である。また、図1(b)の2から3までの鎖線は、入射光aの正午から日没までの移動軌跡の様子を示している。
注:上記の移動軌跡の形は、太陽の年周運動により少しずつ変わっていく。
図1(a)は、コア4が、午前中のある観察時点にて、一旦均衡状態に達した(真ん中の実線円)が、その後入射光aが1から2までの鎖線方向に沿って実線円の隣にある鎖線円で示す位置(図面の左下方向)へ動いたことを示している。図示の例では、入射光aは、コア4のプレート4aとプレート4bを照射するので、この二つのプレートは、入射光aから自分自身に与えられた太陽熱の分量に正比例して膨張することにより、連結部2に自分自身の持つ方向への駆動力を与え、そして連結部2は、制御対象の向きを一斉に制御する。
入射光aは、再びコア4の底部中心を照射する(一点鎖線円と実線円と完全に重なる)、つまり、コア4が再び均衡状態に戻るまでにはこの調整は続く。また、環境温度に影響され、入射光aの軌跡を示す鎖線円が実線円の位置に戻るまでにかかる時間は多少前後にする可能性がある。なお、鎖線円は、実線円位置を超えて若干反対側に行き過ぎてしまう可能性もあるが、その場合は、反対側のプレートが加熱され膨張し、鎖線円を再び実線円の位置へ押し戻すので、問題とはならない。
図1(b)は、午後のある観察時点でコア4が、均衡状態から再び入射光aの動きを追尾する様子を示している。上記説明と同じ原理なので、ここでの説明は省略する。The chain line from 1 to 2 in FIG. 1A is left on the surface of each plate of the
Note: The shape of the trajectory changes little by little due to the annual movement of the sun.
FIG. 1 (a) shows that the
The incident light a again irradiates the center of the bottom of the core 4 (it completely overlaps with the one-dot chain line circle and the solid line circle), that is, this adjustment continues until the
FIG. 1B shows a state in which the
図3は、太陽追尾装置の受動式連結部2の実施例を示している。
図3の図示では、コア4のプレート4−aとプレート4−bはそれぞれ連結部2のシリンダー構造体4−a’と4−b’と細いパイプで繋がっていることを図示している。
注:コア4の手前と奥のプレートにも同じ構造となっているが、図面の簡略化のために、その記載を省略している。
更に詳細に説明すると、コア4は、底部のジンバル構造体と、東西南北四つの方向にそれぞれ設置されている連結部2の4つのシリンダー構造体とで支えられている。連結部2の各シリンダーは、コア4のプレートとパイプで1対1に繋がっており、シリンダー・プレートのペアを構成している。なお、初期状態では、4つのシリンダー・プレートのペアは同じ内部圧力P及び容積Vを持つ。
図3の図示では、早朝のある観察時点で、コア4のプレート4−aは、入射光aに照射され、内部の媒体が熱膨張し、4−aと4−a’ペア内部の圧力と容積が、それぞれΔpとΔvだけ上昇したことを示している。仮にプレート4−aとシリンダー4−a’のフレームは、膨張を無視できる素材で作られているとすると、容積の増分Δvは、シリンダー4−a’内部にあるスライダー部が(図面の)右方向へ押さえられる(そしてコア4が左方向へ傾く)ことにより実現されたものである。また、この時に、シリンダー4−b’は、内部容積がΔv分だけ減り、内部圧力がΔp分だけ増えた。この過程は、コア4の開口面が入射光aと直交となり、入射光aは、どのプレートにも当らなくなるまでに続く。
更に詳細に説明すると、コア4の底部から開口面の反対側に伸びている方向制御棒4−cは、上記シリンダーの動きに連れられて、左右前後に動くとなり、外部の太陽光集光装置などの受光部の向きを制御することができる。方向制御棒4−cは、シリンダーからの押し力で直接に外部の制御対象の向きを変える場合と、別の駆動装置に駆動の方向と量を伝える場合がある。FIG. 3 shows an embodiment of the
3 illustrates that the plate 4-a and the plate 4-b of the
Note: The front and back plates of the
More specifically, the
In the illustration of FIG. 3, at a certain observation time in the early morning, the plate 4-a of the
More specifically, the direction control rod 4-c extending from the bottom of the
図4は、パネル型太陽光集光装置の実装例を示す。
図4を用いて説明する。
パネル型太陽光集光装置は、パネル内部空間のある平面上に配置される複数の焦点距離の短いレンズを有する受光部5と、光ファイバーによる伝送部6と、上記太陽追尾装置1とを備える。図4の図示では、パネル型太陽光集光装置は建物の壁に取付けられている実施例を示している。FIG. 4 shows an example of mounting a panel-type solar light collecting device.
This will be described with reference to FIG.
The panel-type solar light collecting device includes a light receiving unit 5 having a plurality of lenses with short focal lengths arranged on a plane having a panel internal space, a transmission unit 6 using an optical fiber, and the solar tracking device 1. The illustration of FIG. 4 shows an embodiment in which the panel type solar concentrator is attached to the wall of a building.
上記太陽光集光装置は、伝送部6のいずれの光ファイバーの入射端もただ一つの受光部5のレンズの焦点位置にくるように漏斗状などの筐体で一体化され、制御対象となる。(図4の5bを参照) 更に、いずれの制御対象も光ファイバーの入射端の位置にて左右上下に回転できるようにボールジョイント構造状の装置を使って、格子状の固定フレームに均等に配置され、取付けられる。(図4の5cを参照)The sunlight condensing device is integrated with a funnel-shaped housing so that the incident end of any optical fiber of the transmission unit 6 is at the focal point of the lens of the single light receiving unit 5 and is a control target. (Refer to 5b in FIG. 4) Further, all the controlled objects are evenly arranged on the grid-like fixed frame by using a ball joint structure device so that the object can be rotated left and right and up and down at the position of the incident end of the optical fiber. Mounted. (See 5c in FIG. 4)
上記格子状の固定フレームの(太陽の方向から見た)後ろ側に、固定フレーと平行方向に連結フレームが設置されている。連結フレームは、固定フレームと同じ形状を取ることが好ましいが、その限りではない。いずれの上記制御対象も漏斗状筐体の足底部にて連結フレームに左右上下回転できるように均等に配置され、取付けられる。(図4の5dを参照)A connecting frame is installed behind the lattice-shaped fixed frame (as viewed from the sun) in a direction parallel to the fixed frame. The connecting frame preferably has the same shape as the fixed frame, but is not limited thereto. Any of the above control targets are equally arranged and attached to the connecting frame at the bottom of the funnel-shaped housing so that the control frame can rotate left and right. (See 5d in Figure 4)
上記連結フレームは、上記太陽追尾装置の連結部2の4−cに直接或は間接的に接続され、制御を受ける。(図4の5dと2を参照)The connection frame is directly or indirectly connected to 4-c of the
上記伝送部6の各光ファイバーは、束にまとめられ、建物の換気口など(図4の6を参照)を通して室内へ運ばれ、不図示の太陽光照明などの太陽エネルギー利用装置までに届く。Each optical fiber of the transmission unit 6 is bundled and transported into a room through a building vent (see 6 in FIG. 4) and reaches a solar energy utilization device such as solar lighting (not shown).
本明細書開示のパネル型太陽光集光などのエネルギー収集装置は、大きな回転スペースを要しなく、建物に穴をあけるなどの工事も必要としないので、利用者自身が簡単に設置できるし、更に、電源装置やモーター類もないことから、設置後も半永久的にメンテナンスフリーのため、太陽エネルギー利用普及の障壁を取り除くことができる。The energy collector such as the panel type solar light collector disclosed in the present specification does not require a large rotating space and does not require construction such as drilling a hole in the building, so the user can easily install it, Furthermore, since there are no power supply devices and motors, it is possible to remove the barrier to the popularization of solar energy because it is semi-permanently free after installation.
本発明の各実施例は、説明のために例示しているが、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の各技術には、上記説明した実施例の様々な変形や変更、並びにこれら組み合わせを包容する。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数の目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。Each example of the present invention is illustrated for the purpose of illustration, but is not intended to limit the scope of the claims. Each technique described in the claims encompasses various modifications and changes of the embodiments described above, and combinations thereof. The technical elements described in this specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology exemplified in this specification or the drawings achieves a plurality of objects at the same time, and has technical utility by achieving one of the objects.
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって、太陽などの移動体エネルギー発射源の自力追尾装置、家庭などに使うパネル型太陽光集光装置、太陽光照明、太陽光発電、植物栽培などの太陽エネルギー利用装置、人工衛星など飛行体の(通信や撮影など)装置の姿勢制御など、さまざまな産業上の利用は可能である。The technical elements described in this specification or the drawings are independent or in various combinations, such as a self-tracking device for a mobile energy emission source such as the sun, a panel-type solar concentrating device used in homes, solar lighting, solar Various industrial uses are possible, such as solar energy utilization devices such as photovoltaic power generation and plant cultivation, and attitude control of flying objects such as satellites (communication and photography).
1:太陽などの移動体エネルギー源の追尾装置(或はその位置感知兼動力源部)
2:位置感知兼動力源部の受動式駆動部
3:追尾装置の集光レンズなどのエネルギー収集装置
4:位置感知兼動力源部のコア部分
5:太陽光集光装置の受光部などのエネルギー収集装置
6:太陽光集光などのエネルギー収集装置の転送部1: Tracking device for mobile energy sources such as the sun (or its position sensing and power source)
2: Passive drive unit of position sensing / power source unit 3: Energy collecting device such as condensing lens of tracking device 4: Core part of position sensing / power source unit 5: Energy of light receiving unit of solar condensing device Collection device 6: Transfer unit of energy collection device such as sunlight condensing
Claims (6)
位置感知装置コア4と収集装置3とは、一体化された場合と一体化されない場合がある。
また、入射したエネルギーは、収集装置3を透過後、位置感知装置コア4の底部中心に収集された時、つまり位置感知装置コア4の開口面がエネルギー発射源の方向と直交する時には、位置感知装置コア4のいずれのプレートにも当らないように位置感知装置コア4の底部中心に穴をあけてもよい。A position sensing device core 4 having a three-dimensional structure such as a hemisphere, a cone, or a pyramid that is divided into a plurality of plates in the axial direction, and an energy collecting device 3 having means such as optics and electromagnetics. A device for detecting the position of a moving energy source such as the sun.
The position sensing device core 4 and the collecting device 3 may or may not be integrated.
Further, when the incident energy is collected at the center of the bottom of the position sensing device core 4 after passing through the collecting device 3, that is, when the opening surface of the position sensing device core 4 is orthogonal to the direction of the energy emitting source, the position sensing is performed. A hole may be made in the center of the bottom of the position sensing device core 4 so as not to hit any plate of the device core 4.
上記位置感知装置コア4は、収集装置3から得たエネルギーを駆動力に変えるために、例えば、位置感知装置コア4のプレートの膨張や磁気、電位などの変化を利用することを挙げられる。The position sensing device core 4 converts the energy obtained from the collecting device 3 into a driving force, drives the passive coupling unit 2, and is orthogonal to the direction of the energy emitting source that always senses the direction of its own opening surface. A tracking device for a mobile energy emission source, characterized by adjusting as follows.
In order to change the energy obtained from the collection device 3 into a driving force, the position sensing device core 4 may use, for example, the expansion of the plate of the position sensing device core 4, changes in magnetism, electric potential, and the like.
位置感知装置コア4は制御対象となる収集装置5の収集素子の向きを制御するために、収集装置3から得たエネルギーを利用する場合と、外力を利用する場合がある。The position sensing device core 4 controls the direction of the energy collecting element of the external energy collecting device 5 through the passive coupling unit 2 so as to always be orthogonal to the direction of the energy emitting source. Tracking device for mobile energy emission sources.
The position sensing device core 4 may use energy obtained from the collecting device 3 or may use external force in order to control the direction of the collecting element of the collecting device 5 to be controlled.
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CN108061615B (en) * | 2017-11-29 | 2021-01-26 | 兰州大学 | Array type three-dimensional measurement method based on quasi-distributed fiber bragg grating |
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