特開 2024-27421 集光装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024027421

(43)【公開日】2024-03-01

(54)【発明の名称】集光装置

(51)【国際特許分類】

   F21S 11/00 20060101AFI20240222BHJP

   F21V 14/04 20060101ALI20240222BHJP

   F21V 14/06 20060101ALI20240222BHJP

   F21V 13/04 20060101ALI20240222BHJP

   F21V 13/06 20060101ALI20240222BHJP

【ＦＩ】

F21S11/00 110

F21V14/04

F21V14/06

F21V13/04 500

F21V13/06

F21S11/00 400

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022130202

(22)【出願日】2022-08-17

(71)【出願人】

【識別番号】522328334

【氏名又は名称】仲 崇志

(74)【代理人】

【識別番号】110002527

【氏名又は名称】弁理士法人北斗特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】仲 崇志

(57)【要約】

【課題】高い自由度で設置可能なコンパクトな集光装置を提供する。
【解決手段】集光装置は、筒状の反射体１を備える。反射体１は、反射体１の周方向の一部に設けられた導光窓１９を含む。反射体１は、反射体１の内側に入射した光を反射させ、反射体１の中心軸Ａ１に沿って一つの側に集光するように構成されている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

筒状の反射体を備え、
前記反射体は、前記反射体の周方向の一部に設けられた導光窓を含み、かつ
前記反射体は、前記反射体の内側に入射した光を反射させ、前記反射体の中心軸に沿って一つの側に集光するように構成されている、
集光装置。

【請求項2】

前記反射体は、所定の入射角度で入射した光を、前記入射角度よりも大きな出射角度で出射させるように構成されている、
請求項１の集光装置。

【請求項3】

前記反射体を回転させる駆動部を、更に備える、
請求項１または２の集光装置。

【請求項4】

前記反射体の前記導光窓に向けて光を反射させるために、前記反射体よりも前記中心軸から離れた位置に設けられた外側反射体を、更に備える、
請求項１または２の集光装置。

【請求項5】

前記反射体および前記外側反射体を一体に回転させる駆動部を、更に備える、
請求項４の集光装置。

【請求項6】

前記反射体の前記導光窓を覆うように構成されたレンズを、更に備える、
請求項１または２の集光装置。

【請求項7】

前記レンズは移動可能であり、かつ複数のレンズ部材を含み、
前記レンズの移動に伴って、前記複数のレンズ部材のうち前記導光窓を覆うものが選択される、
請求項６の集光装置。

【請求項8】

前記レンズを前記反射体に対して所定方向に移動させるレンズ駆動部を、更に備え、
前記レンズは、前記所定方向に並んだ複数のレンズ部材を含む、
請求項６の集光装置。

【請求項9】

前記反射体を回転させる駆動部、
前記反射体の前記導光窓を覆うように構成されたレンズ、および
前記レンズを前記反射体に対して所定方向に移動させるレンズ駆動部を更に更え、
前記レンズは、前記所定方向に並んだ複数のレンズ部材を含む、
請求項１または２の集光装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、集光装置に関し、詳しくは、太陽光を入光対象に入射させるための集光装置に関する。

【背景技術】

【0002】

太陽光を入光対象に入射させるための集光装置が、従来知られている。

【0003】

特許文献１に記載された集光装置は、支持部材、集光板、および反射板を備えている。集光板は、支持部材に対して水平軸まわりに回転自在に支持されている。反射板は、支持部材に固定されている。集光板および反射板は、いずれも矩形平板状である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１７－１９１８５４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上記した従来の技術では、集光装置をコンパクトに構成することが容易でない。そのため、集光装置を設置可能な箇所が限定的である。

【0006】

本開示は、高い自由度で設置可能なコンパクトな集光装置を提供することを、目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示の一態様に係る集光装置は、筒状の反射体を備える。前記反射体は、前記反射体の周方向の一部に設けられた導光窓を含む。前記反射体は、前記反射体の内側に入射した光を反射させ、前記反射体の中心軸に沿って一つの側に集光するように構成されている。

【発明の効果】

【0008】

本開示は、高い自由度で設置可能なコンパクトな集光装置を提供することができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、一実施形態の集光装置の斜視図である。

【図2】図２は、同上の集光装置の平面図である。

【図3】図３は、図２のＡ－Ａ線断面図である。

【図4】図４は、同上の集光装置が備えるレンズの斜視図である。

【図5】図５は、同上のレンズに含まれる１つのレンズ部材の要部説明図である。

【図6】図６は、同上のレンズに含まれる別のレンズ部材の要部説明図である。

【図7】図７Ａは、同上の集光装置が備える反射体およびレンズの第１の相対位置を示す平面図である。図７Ｂは、同上の反射体およびレンズの第２の相対位置を示す平面図である。図７Ｃは、同上の反射体およびレンズの第３の相対位置を示す平面図である。図７Ｄは、同上の反射体およびレンズの第４の相対位置を示す平面図である。

【図8】図８は、反射体に含まれる１つの反射パネルの要部断面図である。

【図9】図９は、同上の反射パネルの入射角度および出射角度の関係を示すグラフである。

【図10】図１０は、同上の集光装置の制御ブロック図である。

【図11】図１１は、同上の集光装置において主要部を構成するユニットを段積みしたときの斜視図である。

【図12】図１２は、図１１に示す集光装置の断面図である。

【図13】図１３は、同上の集光装置の設置箇所の一例を示す概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

（１）実施形態
一実施形態の集光装置について、図面を参照して説明する。

【0011】

下記の実施形態において説明する各図は模式的な図であり、各構成要素の大きさや厚さそれぞれの比が必ずしも実際の寸法比を反映しているとは限らない。

【0012】

まず、一実施形態の集光装置の全体構造について説明する。

【0013】

図１から図３に示されるように、一実施形態の集光装置は、反射体１、レンズ２、外側反射体３、駆動部４、レンズ駆動部５、正面反射体６、支持構造体７、および台座８を備えている。

【0014】

反射体１は、仮想的な中心軸Ａ１に沿って伸びた筒状（より詳細には円筒状）の形状を有する。一実施形態の集光装置において、反射体１の中心軸Ａ１は、上下に伸びた直線状の中心軸Ａ１である。中心軸Ａ１は、鉛直軸であることが好ましい。

【0015】

レンズ２は、反射体１よりも中心軸Ａ１から離れた位置に、設けられている。図４に示されるように、レンズ２の形状は、断面円弧状である。ここでの断面は、中心軸Ａ１と直交する断面であり、一実施形態の集光装置では水平断面である。レンズ２は、反射体１と同様に、中心軸Ａ１に沿って伸びている。

【0016】

外側反射体３は、反射体１に向けて光（すなわち太陽光）を反射するために、反射体１およびレンズ２よりも中心軸Ａ１から離れた位置に、設けられている。

【0017】

駆動部４は、上記の反射体１、レンズ２、および外側反射体３を、中心軸Ａ１まわりに一体に回転させるために設けられている。

【0018】

レンズ駆動部５は、反射体１に対してレンズ２を相対移動させるために設けられている。

【0019】

正面反射体６は、レンズ駆動部５を隠すように配置されている。中央の反射体１を基準として、正面反射体６の位置する側が正面側である。ここでの正面側は、集光装置に対して太陽が位置する側である。

【0020】

支持構造体７は、上記の反射体１、レンズ２、外側反射体３、レンズ駆動部５および正面反射体６を支持する構造体である。支持構造体７は、全体として、中心軸Ａ１に沿って伸びた筒状（より詳細には円筒状）の形状を有する。

【0021】

台座８は、支持構造体７を回転可能に支持する構造体である。一実施形態の集光装置において、台座８は支持構造体７の下方に位置する。台座８には、駆動部４が取り付けられている。

【0022】

一実施形態の集光装置は、制御部９５を更に備えている。制御部９５は、一実施形態の集光装置の動作を制御し、筒状の反射体１を通じて太陽光を効率的に集光するために設けられている。

【0023】

以下においては、一実施形態の集光装置が備える各構成について、更に詳しく説明する。

【0024】

（１－１）反射体
図１から図３に示されるように、筒状の反射体１は、一実施形態の集光装置の中央に配置されている。

【0025】

図７Ａから図７Ｄに示されるように、反射体１は、複数の反射パネル１１，１２，１３，１４，１５を含んでいる。複数の反射パネル１１，１２，１３，１４，１５は、反射体１の周方向に並んでいる。ここでの周方向は、基準となる中心軸Ａ１まわりの方向である。これら反射パネル１１，１２，１３，１４，１５は、一体に結合されている。

【0026】

反射パネル１１，１２，１３，１４，１５は、それぞれ中心軸Ａ１に対向している。言い換えれば、反射パネル１１，１２，１３，１４，１５は、それぞれ中心軸Ａ１に対向する面１１０，１２０，１３０，１４０，１５０を有している。

【0027】

反射パネル１１，１２，１３，１４，１５の内側の面１１０，１２０，１３０，１４０，１５０は、周方向において連続している。これら内側の面１１０，１２０，１３０，１４０，１５０が、筒状である反射体１の内周面１０を構成している。

【0028】

反射パネル１１，１２，１３，１４，１５の各々は、内側の面１１０，１２０，１３０，１４０，１５０に入射した光（つまり太陽光）を、その面１１０，１２０，１３０，１４０，１５０を通じて反射体１の内側の空間に出射するように構成されている。

【0029】

反射体１は、反射体１の周方向の一部に設けられた導光窓１９を、含んでいる。導光窓１９は、反射体１の内側の空間に太陽光を導入するために反射体１の径方向に貫通した開口部で、構成されている。一実施形態では、反射体１が周方向の一部（つまり導光窓１９）で分断されているが、このような場合でも反射体１の形状は筒状と言える。

【0030】

導光窓１９は、反射体１のうち、中心軸Ａ１が伸びる方向の全長に亘って形成されている。以下において、中心軸Ａ１が伸びる方向を「軸方向」という。

【0031】

一実施形態の集光装置において、複数の反射パネル１１，１２，１３，１４，１５は、５つの反射パネル１１，１２，１３，１４，１５である。５つの反射パネル１１，１２，１３，１４，１５は、互いに対向する１組の反射パネル１１，１４、互いに対向する別の１組の反射パネル１２，１５、および導光窓１９に対向する１つの反射パネル１３を含んでいる。

【0032】

反射体１は、反射パネル１１および反射パネル１５の間に、不連続な部分を有しており、この不連続な部分が導光窓１９を構成している。

【0033】

反射体１においては、導光窓１９が開口している側が、背面側である。反射体１の内側の空間は、導光窓１９を通じて背面側に開放されている。

【0034】

反射体１は、導光窓１９を通じて反射体１の内側の空間に入射した光を反射パネル１１，１２，１３，１４，１５に反射させ、中心軸Ａ１に沿って一つの側に（一実施形態では、中心軸Ａ１に沿って下側に）集光するように、構成されている。

【0035】

図８には、反射体１の一部を構成する反射パネル１１の構造の一例を、概略的に示している。この例において、反射パネル１１は、透光体１７および反射体１８を含んでいる。透光体１７は、反射体１の内側に露出する透明なレンズ（換言するとプリズム）の層であり、反射体１の内側に露出する面１１０を有する。反射体１８は、透光体１７に対して反射体１の径方向外側に位置する層である。反射体１８は、例えば、透光体１７に反射コーティングを施すことで形成される。

【0036】

透光体１７は、複数の単位レンズ１６１が軸方向に並んだリニアフレネルレンズ１６で、構成されている。単位レンズ１６１は、中心軸Ａ１に向けて突出した面１６３を有する。この面１６３は、反射体１の内側に露出する２つの面１６５，１６６を含む。２つの面１６５，１６６は、互いに傾斜が異なり、軸方向において連続している。一実施形態の集光装置において、２つの面１６５，１６６は、斜め上方を向く面１６５と、斜め下方を向く面１６６である。

【0037】

図９に示されているように、図８に示された構造の反射パネル１１によれば、所定の入射角度θ１で入射した光が、入射角度θ１よりも大きな出射角度θ２で出射することになる。ここでの入射角度θ１および出射角度θ２は、面１１０の軸方向の断面形状が直線状であると仮定したとき（言い換えれば面１１０に多数の突状部が存在しないと仮定したとき）の角度である。

【0038】

一実施形態の集光装置においては、他の反射パネル１２，１３，１４，１５も、同様の構造を有している。つまり、反射パネル１１，１２，１３，１４，１５はそれぞれ、所定の入射角度θ１で面１１０，１２０，１３０，１４０，１５０に入射した光を、入射角度θ１よりも大きな出射角度θ２で面１１０，１２０，１３０，１４０，１５０から出射させるように構成されている（図８および図９参照）。言い換えれば、反射体１は、所定の入射角度θ１で内周面１０に入射した光を、入射角度θ１よりも大きな出射角度θ２でその内周面１０から出射させるように構成されている。

【0039】

したがって、一実施形態の集光装置においては、反射体１に導入された太陽光が、内周面１０での反射に伴って下側に集光されるとともに、その反射のたびに、出射角度θ２が直角に近づいていく。つまり、反射体１に導入された斜め下向きの太陽光は、反射体１の内側での反射のたびに、出射する向きが下向きになる。

【0040】

一実施形態の集光装置によれば、反射体１を通じて下側の端で集光されるまでの反射回数が抑えられるので、集光部に至るまでの光の損失が抑えられる。

【0041】

なお、上記の反射パネル１１，１２，１３，１４，１５の構造は一例にすぎず、出射角度θ２が入射角度θ１よりも大きくなる特性を有していれば、他の構造を有することも可能である。

【0042】

（１－２）レンズ
レンズ２は、反射体１の導光窓１９を覆うように構成されている。

【0043】

レンズ２は、反射体１の導光窓１９に導入される光（つまり斜め下向きの太陽光）を、より軸方向の一側を向くように屈折させる（一実施形態では、より下向きに屈折させる）ために用いられる。

【0044】

図４に示されるように、レンズ２は、所定方向に並んだ複数のレンズ部材２１，２２，２３を含んでいる。ここでの所定方向は、中心軸Ａ１まわりの周方向である。複数のレンズ部材２１，２２，２３のそれぞれの断面形状は、中心軸Ａ１を中心とした円弧状の断面形状である。ここでの断面は、中心軸Ａ１と直交する断面であり、一実施形態の集光装置では水平断面である。

【0045】

一実施形態の集光装置において、複数のレンズ部材２１，２２，２３は、共通の曲率半径を有する３つのレンズ部材２１，２２，２３である。レンズ部材２１，２２，２３は、一体に結合されている。

【0046】

レンズ部材２１，２２，２３を含むレンズ２は、断面Ｃ字状であって、その周方向の一部に不連続な部分を有している。ここでの断面は、中心軸Ａ１と直交する断面であり、一実施形態の集光装置では水平断面である。レンズ２の不連続な部分が、太陽光をそのまま通過させることが可能な開口部２９を構成している。開口部２９は、周方向においてレンズ２の両端に位置するレンズ部材２１，２３の間に、形成されている。

【0047】

レンズ２は、軸受部９１（図３参照）を介して、支持構造体７に対して所定方向に移動可能である。つまり、レンズ２に含まれるレンズ部材２１，２２，２３は、支持構造体７に対して所定方向に一体に移動可能である。ここでの所定方向は、中心軸Ａ１まわりの周方向である。

【0048】

レンズ部材２１，２２，２３の特性は、互いに相違している。レンズ部材２１，２２，２３に含まれる１つのレンズ部材２１は、太陽が比較的低高度にあるときに選択される低高度用のレンズ部材２１である。レンズ部材２１，２２，２３に含まれる別のレンズ部材２２は、太陽が比較的中高度にあるときに選択される中高度用のレンズ部材２２である。レンズ部材２１，２２，２３に含まれる更に別のレンズ部材２３は、太陽が比較的高高度にあるときに選択される高高度用のレンズ部材２３である。

【0049】

一実施形態の集光装置では、低高度用のレンズ部材２１、中高度用のレンズ部材２２、および高高度用のレンズ部材２３が、この順で周方向に並んでいるが、レンズ部材２１，２２，２３の並びはこれに限定されない。

【0050】

低高度用のレンズ部材２１は、一例として、図５に示された構造を有する。

【0051】

レンズ部材２１は、レンズ２の径方向内側を向く面２１０、およびレンズ２の径方向外側を向く面２１１を有する。面２１１は、断面三角形状の多数の突状部２１５が軸方向に所定間隔をあけて設けられた形状を有する。各突状部２１５は、斜め上方を向く面２１６、および斜め下方を向く面２１７を備え、斜め下方を向く面２１７には反射コーティングが施されている。

【0052】

中高度用のレンズ部材２２は、一例として、低高度用のレンズ部材２１と類似した構造を有する。但し、中高度用のレンズ部材２２および低高度用のレンズ部材２１は、互いに形状が相違している。

【0053】

高高度用のレンズ部材２３は、一例として、図６に示された構造を有する。

【0054】

レンズ部材２３は、径方向内側を向く面２３０、および径方向外側を向く面２３１を有する。面２３０は、断面三角形状の多数の突状部２３５が軸方向に所定間隔をあけて設けられた形状を有する。各突状部２３５は、斜め上方を向く面２３６、および斜め下方を向く面２３７を備えている。両面２３６，２３７は、径方向内側を向く面２３０の一部である。

【0055】

上記したレンズ部材２１，２２，２３の構造は一例にすぎず、レンズ部材２１，２２，２３の形状および材質は、適宜に選択可能である。

【0056】

（１－３）外側反射体
外側反射体３は、反射体１の導光窓１９に向けて太陽光を反射させるために、設けられている。

【0057】

外側反射体３は、互いに離れて位置する複数の反射パネル３１を含んでいる。複数の反射パネル３１は、それぞれ軸方向に長い反射面を有する。

【0058】

複数の反射パネル３１には、複数の反射パネル３１Ａ、および複数の反射パネル３１Ｂが含まれている。複数の反射パネル３１Ａは、反射体１の導光窓１９に向けて光を反射させるように構成されている。複数の反射パネル３１Ｂは、複数の反射パネル３１Ａに向けて光を反射させるように構成されている。

【0059】

複数の反射パネル３１Ａは、反射体１およびレンズ２の背面側において、平面視において円弧をなすように配列されている。平面視は、中心軸Ａ１に沿って見たときを意味する。ここでの円弧は、中心軸Ａ１を中心とした円弧である。なお、複数の反射パネル３１Ａの配列はこれに限定されず、反射体１の導光窓１９に向けて反射する光の量を最大に近づけるものであれば、適宜の配列を採用することが可能である。

【0060】

（１－４）駆動部
駆動部４は、反射体１、レンズ２、および外側反射体３を支持する支持構造体７を、台座８に対して相対回転させるように構成されている。

【0061】

駆動部４は、モータ４１および伝達機構４３を含んでいる。伝達機構４３は、駆動源をなすモータ４１の回転を支持構造体７に伝達する機構である。

【0062】

図３に示されるように、モータ４１は、台座８に固定されている。伝達機構４３は、互いに噛み合う２つの歯車４３１，４３７を含んでいる。歯車４３１は、モータ４１によって回転駆動される円形状の歯車であって、その外周面に歯列を有している。歯車４３７は、支持構造体７と一体に回転可能な円環状の歯車であって、その内周面に、歯車４３１の歯列に噛み合う歯列を有している。

【0063】

（１－５）レンズ駆動部
レンズ駆動部５は、レンズ２を、反射体１に対して周方向に回転移動させるように構成されている。ここでの周方向は、中心軸Ａ１まわりの周方向である。

【0064】

図２および図３に示されるように、レンズ駆動部５は、中央の反射体１の正面側に配置されている。基準となる中心軸Ａ１は、反射体１の導光窓１９およびレンズ駆動部５の間に位置している。

【0065】

レンズ駆動部５は、モータ５１および伝達機構５３を含んでいる。伝達機構５３は、駆動源をなすモータ５１の回転をレンズ２に伝達する機構である。

【0066】

モータ５１は、部材５５を介して支持構造体７に固定されている。伝達機構５３は、互いに噛み合う２つの歯車５３１，５３２を含んでいる。歯車５３１は、モータ５１によって回転駆動される円形状の歯車であって、その外周面に歯列を有している。歯車５３２は、レンズ２と一体に回転可能な円環状の歯車であって、その外周面に、歯車５３１の歯列に噛み合う歯列を有している。

【0067】

レンズ駆動部５が、レンズ２に含まれる複数のレンズ部材２１，２２，２３を、中心軸Ａ１まわりの周方向に移動させることで、図７Ａから図７Ｄに示されるように、レンズ部材２１，２２，２３のどれが反射体１の導光窓１９を覆うかが、切り替えられるとともに、レンズ２が反射体１の導光窓１９を覆うか否かが、切り替えられる。

【0068】

（１－６）正面反射体
図１および図２に示されるように、正面反射体６は、反射体１の正面側に位置している。基準となる中心軸Ａ１は、反射体１の導光窓１９および正面反射体６の間に位置している。

【0069】

正面反射体６は、平面視においてＶ字状をなすように配置された一対の反射パネル６１，６２を含んでいる。一対の反射パネル６１，６２は、中央の反射体１に近づくほど互いの距離が離れるように、傾いた姿勢を有している。

【0070】

反射体１および正面反射体６の間には、レンズ駆動部５が位置している。正面反射体６は、正面視においてレンズ駆動部５を隠すように設けられている。

【0071】

（１－７）支持構造体
支持構造体７は、複数の支柱７１，７２，７３，７４、第１連結部材７６、第２連結部材７７、および支持部材７８を含んでいる。

【0072】

複数の支柱７１，７２，７３，７４は、中心軸Ａ１まわりの周方向に距離をあけて配置されている。複数の支柱７１，７２，７３，７４は、それぞれ中心軸Ａ１に沿って伸びており、互いに平行である。複数の支柱７１，７２，７３，７４は、４つの支柱７１，７２，７３，７４である。

【0073】

第１連結部材７６は、複数の支柱７１，７２，７３，７４の軸方向の第１側の端部同士（一実施形態では下側の端部同士）をつなぐ部材である。第１連結部材７６は、円形状の中央部分７６０、および中央部分７６０から放射状に伸びた複数のアーム７６１，７６２，７６３，７６４を備えている。

【0074】

複数のアーム７６１，７６２，７６３，７６４は、周方向に距離をあけて位置する４つのアーム７６１，７６２，７６３，７６４である。４つのアーム７６１，７６２，７６３，７６４は、４つの支柱７１，７２，７３，７４の第１側の端部（一実施形態では下端部）を、一対一で支持している。

【0075】

第１連結部材７６の１つのアーム７６１には、部材５５が固定されている。モータ５１は、部材５５を介して第１連結部材７６に固定されている。

【0076】

第２連結部材７７は、複数の支柱７１，７２，７３，７４の軸方向の第２側の端部同士（一実施形態では上側の端部同士）をつなぐ円環状の部材である。

【0077】

支持部材７８は、外側反射体３の複数の反射パネル３１を支持する円弧状の部材である。支持部材７８によって、複数の反射パネル３１の軸方向の第１側の端部（一実施形態では、下側の端部）が、支持されている。複数の反射パネル３１の軸方向の第２側の端部（一実施形態では、上側の端部）は、第２連結部材７７によって支持されている。

【0078】

支持部材７８は、４つの支柱７１，７２，７３，７４のうち、正面の支柱７１を除いた３つの支柱７２，７３，７４に連結されている。正面の支柱７１には、正面反射体６が連結されている。正面反射体６に含まれる一対の反射パネル６１，６２は、支柱７１から離れるほど互いの距離が離れるように、ハ字状に傾いた姿勢を有している。

【0079】

（１－８）台座
台座８は、第１ベース８１、第２ベース８２、および軸受部８５を含んでいる。軸受部８５は、第１ベース８１および第２ベース８２を、中心軸Ａ１まわりに回転可能に連結させている。

【0080】

第１ベース８１は円環状であり、軸受部８５よりも、軸方向の第１側（一実施形態では下側）に位置している。モータ４１は、第１ベース８１に固定されている。第１ベース８１からは、周方向に距離をあけて位置する複数の脚８６，８７，８８が、軸方向の第１側に突出している。複数の脚８６，８７，８８は、３つの脚８６，８７，８８である。

【0081】

第２ベース８２は円環状であり、軸受部８５よりも、軸方向の第２側（一実施形態では上側）に位置している。第２ベース８２は、支持構造体７と一体に回転可能に設けられている。

【0082】

（１－９）制御部
図１０に示されるように、制御部９５は、駆動部４およびレンズ駆動部５に対して電気的に接続されている。

【0083】

制御部９５は、駆動部４のモータ４１に電力を供給してモータ４１を回転駆動させることができ、また、レンズ駆動部５のモータ５１に電力を供給してモータ５１を回転駆動することができる。

【0084】

制御部９５は、例えば、プロセッサおよびメモリを有するマイクロコンピュータで構成されている。

【0085】

制御部９５は、設定されたプログラムに従ってモータ４１を回転駆動させ、反射体１、レンズ２、外側反射体３、レンズ駆動部５、および正面反射体６の回転位置を、設置場所の緯度経度および現在の日時にあわせた（すなわち現在の太陽の方位にあわせた）回転位置に、自動的に設定することができる。

【0086】

また、制御部９５は、設定されたプログラムに従ってモータ５１を回転駆動させ、レンズ部材２１，２２，２３のどれが反射体１の導光窓１９を覆うか、およびレンズ２が反射体１の導光窓１９を覆うか否かを、設置場所の緯度経度および現在の日時にあわせて（すなわち現在の太陽の高度にあわせて）自動的に切り替えることができる。

【0087】

（１－１０）動作
一実施形態の集光装置においては、制御部９５が、駆動部４に含まれるモータ４１を回転駆動させることで、支持構造体７を中心軸Ａ１まわりに一日一回転させる。これにより、支持構造体７に支持された反射体１、レンズ２、外側反射体３、レンズ駆動部５、および正面反射体６が、中心軸Ａ１まわりに一日一回転する。

【0088】

支持構造体７（すなわち反射体１、レンズ２、外側反射体３、レンズ駆動部５、および正面反射体６）が回転移動する速度は、一定速度でもよいし、時間に応じて変化してもよい。また、支持構造体７（すなわち反射体１、レンズ２、外側反射体３、レンズ駆動部５、および正面反射体６）が連続して回転移動してもよいし、間欠的に回転移動してもよい。

【0089】

加えて、一実施形態の集光装置においては、制御部９５が、レンズ駆動部５に含まれるモータ５１を回転駆動させることで、レンズ２を中心軸Ａ１まわりに回転移動させる。これにより、レンズ２に含まれるレンズ部材２１，２２，２３のどれが反射体１の導光窓１９を覆うかが、切り替えられる。

【0090】

また、制御部９５がモータ５１を回転駆動させることで、レンズ２が反射体１の導光窓１９を覆うか否かが、切り替えられる。より詳細には、制御部９５がモータ５１を回転駆動させることで、レンズ２に含まれる複数のレンズ部材２１，２２，２３のいずれかが反射体１の導光窓１９を覆う状態、およびレンズ２の開口部２９が反射体１の導光窓１９に連通する状態が、切り替えられる。

【0091】

一実施形態の集光装置では、設置場所の緯度経度および現在の日時と対応するように（つまり現在の太陽の方位と対応するように）支持構造体７を回転させて、太陽を自動的に追尾し、反射体１の導光窓１９を通じて太陽光を効率的に集光することができる。

【0092】

加えて、一実施形態の集光装置では、設置場所の緯度経度、現在の日付けおよび時間帯に応じて（つまり太陽の高度に応じて）、低高度用のレンズ部材２１を通じて太陽光が反射体１内に導入される第１の状態（図７Ａ参照）、中高度用のレンズ部材２２を通じて太陽光が反射体１内に導入される第２の状態（図７Ｂ参照）、高高度用のレンズ部材２３を通じて太陽光が反射体１内に導入される第３の状態（図７Ｃ参照）、およびレンズ２の開口部２９を通じて太陽光が反射体１内に直接導入される第４の状態（図７Ｄ参照）を、自動的に切り替えることができる。

【0093】

第４の状態は、太陽の高度が最も高い範囲にあるときに（つまり、第３の状態での太陽の高度よりも高い範囲にあるときに）選択されることが好ましい。レンズ２が、開口部２９の代わりに、更に高高度用のレンズ部材を含むことも好ましい。この場合には、レンズ２は円環状の形状を有するものとなる。

【0094】

（１－１１）用途
一実施形態の集光装置は、例えば、給湯システムの一部を構成することができる。この場合、集光装置の反射体１を通じて、軸方向の一側に集光された太陽光を照射することで、蓄熱槽内の水を加熱し、蓄熱槽内で加熱された水を一般家庭や施設に供給することが可能である。

【0095】

また、一実施形態の集光装置は、例えば、発電システムの一部を構成することができる。この場合、集光装置の反射体１を通じて一側に集光された太陽光を太陽電池パネルに照射することで発電を行うことが可能である。集光装置の反射体１を通じて集光された太陽光を用いて、水の加熱および発電の両方を行うことも可能である。

【0096】

（１－１２）段積み
一実施形態の集光装置では、反射体１、レンズ２、外側反射体３、レンズ駆動部５、正面反射体６、および支持構造体７を含んだタワー型のユニットＵ１を、中心軸Ａ１に沿って複数段積みすることが可能である。

【0097】

図１１および図１２には、２つのユニットＵ１を段積みした例が示されている。軸方向の第１側（一実施形態では下側）に位置するユニットＵ１が、第１ユニットＵ１１である。軸方向の第２側（一実施形態では上側）に位置するユニットＵ１が、第２ユニットＵ１２である。

【0098】

第１ユニットＵ１１に含まれる中央の反射体１、および第２ユニットＵ１２に含まれる中央の反射体１は、中心軸Ａ１に沿って一直線状に連続している。なお、第１ユニットＵ１１に含まれる反射体１、および第２ユニットＵ１２に含まれる反射体１の間には、軸方向において多少の隙間が設けられてもよいし、両側の反射体１同士が当接してもよいし、あるいは、両側の反射体１の間に筒状の別部材が介在してもよい。

【0099】

図１１および図１２に示されている例では、第２ユニットＵ１２には駆動部４および台座８が設けられておらず、第１ユニットＵ１１に設けられた駆動部４によって、第１ユニットＵ１１および第２ユニットＵ１２が、一体に回転駆動される。

【0100】

この例では、第１ユニットＵ１１および第２ユニットＵ１２が、それぞれレンズ駆動部５を備えているが、これに限定されない。第１ユニットＵ１１および第２ユニットＵ１２の一方がレンズ駆動部５を備え、このレンズ駆動部５が、第１ユニットＵ１１のレンズ２および第２ユニットＵ１２のレンズ２を一体に回転駆動させることも好ましい。

【0101】

上記の２段積みは一例にすぎず、３つ以上のユニットＵ１を段積みすることも可能である。段積みするユニットＵ１の数を選択することで、設置環境等に応じて、集光装置の全体の高さを適宜に選択することが可能である。

【0102】

図１３には、一例として、上下方向を軸方向とする円筒型のユニットＵ１を６段積みで連結させ、住宅の外側の空きスペースに設置した場合を概略的に示している。このように、一実施形態の集光装置によれば、小型軽量の集光装置を、省スペースで設置することができる。しかも、シンプルな構造でありながら、設置された箇所で刻々と変化する太陽の方位および高度に対応して、太陽光を効率的に集光することが可能である。

【0103】

（２）変形例
上記の実施形態は、本開示の様々な実施形態の一つにすぎない。上記の実施形態は、本開示の目的を達成できれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。以下、上記の実施形態の変形例を列挙する。以下に説明する変形例は、適宜組み合わせて適用することが可能である。以下の変形例の説明において、上記した実施形態と同様の構成については、同一符号を付して詳しい説明を省略する。

【0104】

例えば、一実施形態の集光装置では、中心軸Ａ１が上下に伸びているが、これに限定されず、中心軸Ａ１が斜めまたは水平に伸びることも有り得る。

【0105】

一実施形態の集光装置では、反射体１は５つの反射パネル１１，１２，１３，１４，１５を含んでいるが、反射体１に含まれる反射パネルの数はこれに限定されない。また、上記の実施形態では、反射パネル１１，１２，１３，１４，１５の全てが中心軸Ａ１に対向しているが、これに限定されず、反射パネル１１，１２，１３，１４，１５の少なくとも一部が中心軸Ａ１に対向しないことも有り得る。

【0106】

一実施形態の集光装置では、複数の反射パネル１１，１２，１３，１４，１５が、中心軸Ａ１まわりに円弧を描くように並んでいるが、反射パネル１１，１２，１３，１４，１５の配列はこれに限定されない。例えば、反射パネル１１，１２，１３，１４，１５が、中心軸Ａ１まわりにＭ字をなすように並んでもよい。この場合も、反射パネル１１，１２，１３，１４，１５は反射体１の周方向に並んでいると言える。

【0107】

一実施形態の集光装置は、図１３に示されるように地盤または地盤上の構造体に好適に設置されるが、例えば、船等の乗り物に設置されてもよい。

【0108】

一実施形態の集光装置では、駆動部４に含まれるモータ４１が台座８に設置され、レンズ駆動部５に含まれるモータ５１が支持構造体７に固定されているが、モータ４１が台座８以外の箇所に設置されてもよいし、モータ５１が支持構造体７以外の箇所に設置されてもよい。

【0109】

一実施形態の集光装置では、反射体１に含まれる複数の反射パネル１１，１２，１３，１４，１５の全部において、出射角度θ２が入射角度θ１よりも大きくなるように構成されているが、これら複数の反射パネル１１，１２，１３，１４，１５の全部でなく一部において、出射角度θ２が入射角度θ１よりも大きくなるように構成されてもよい。また、複数の反射パネル１１，１２，１３，１４，１５の全部または一部が、出射角度θ２が入射角度θ１と同じまたはそれよりも小さくなるように構成されることも有り得る。

【0110】

一実施形態の集光装置では、レンズ駆動部５がレンズ２を反射体１に対して周方向に移動させるが、レンズ２を移動させる方向は周方向に限定されず、軸方向等の別の所定方向に移動させることも可能である。この場合、レンズ２に含まれる複数のレンズ部材２１，２２，２３は、前記所定方向に並んで設けられる。

【0111】

一実施形態の集光装置では、複数のレンズ部材２１，２２，２３の断面形状がそれぞれ円弧状であり、これらが周方向に並んで連結されたレンズ２の断面形状が円弧状となっているが、レンズ２の形状はこれに限定されない。例えば、複数のレンズ部材２１，２２，２３の断面形状がそれぞれ直線状、または多角形の一部のような折れ線状であってもよい。この場合、レンズ２の断面形状は、多角形の一部のような折れ線状の断面形状となる。ここでの断面は、中心軸Ａ１と直交する断面であり、一実施形態の集光装置では水平断面である。

【0112】

一実施形態の集光装置では、レンズ２は、反射体１の外側に設けられているが、レンズ２が反射体１の内側に設けられてもよい。

【0113】

一実施形態の集光装置では、レンズ２が３つのレンズ部材２１，２２，２３を含んでいるが、レンズ部材の数は１つ、２つまたは４つ以上でもよい。レンズ２は、１つのレンズ部材と、これよりも高い高度用の１つのレンズ部材を含むことが好ましい。

【0114】

一実施形態の集光装置では、レンズ２が反射体１に対して移動可能に構成されているが、レンズ２が反射体１に対して固定されていてもよい。

【0115】

また、一実施形態の集光装置は、反射体１に加えてレンズ２、外側反射体３、駆動部４、レンズ駆動部５、正面反射体６、支持構造体７、および台座８を更えているが、少なくとも反射体１を備えていれば、高い自由度で設置可能なコンパクトな集光装置を提供することができる。

【0116】

（３）まとめ
以上、実施形態やこれの変形例に基づいて説明したように、第１態様の集光装置は、筒状の反射体（１）を備える。反射体（１）は、反射体（１）の周方向の一部に設けられた導光窓（１９）を含む。反射体（１）は、反射体（１）の内側に入射した光を反射させ、反射体（１）の中心軸（Ａ１）に沿って一つの側に集光するように構成されている。

【0117】

この態様によれば、高い自由度で設置可能なコンパクトな集光装置を提供することができる。

【0118】

第２態様の集光装置では、第１態様において、反射体（１）は、所定の入射角度（θ１）で入射した光を、入射角度よりも大きな出射角度（θ２）で出射させるように構成されている。

【0119】

この態様によれば、反射体（１）を通じて集光されるまでの光の反射回数が抑えられるので、集光部に至るまでの光の損失が抑えられる。

【0120】

第３態様の集光装置は、第１または第２態様において、反射体（１）を回転させる駆動部（４）を、更に備える。

【0121】

この態様によれば、筒状の反射体（１）をその場で回転させるシンプルな仕組みで、太陽を追尾し、反射体（１）の導光窓（１９）を通じて太陽光を効率的に集光することができる。

【0122】

第４態様の集光装置は、第１または第２態様において、反射体（１）の導光窓（１９）に向けて光を反射させるために、反射体（１）よりも中心軸（Ａ１）から離れた位置に設けられた外側反射体（３）を、更に備える。

【0123】

この態様によれば、コンパクトな構造で、反射体（１）の導光窓（１９）を通じて太陽光を効率的に集光することができる。

【0124】

第５態様の集光装置は、第４態様において、反射体（１）および外側反射体（３）を一体に回転させる駆動部（４）を、更に備える。

【0125】

この態様によれば、反射体（１）および外側反射体（３）をその場で一体に回転させるシンプルな仕組みで、太陽を追尾し、反射体（１）の導光窓（１９）を通じて太陽光を効率的に集光することができる。

【0126】

第６態様の集光装置は、第１または２態様において、反射体（１）の導光窓（１９）を覆うように構成されたレンズ（２）を、更に備える。

【0127】

この態様によれば、レンズ（２）を通じて太陽光を屈折させたうえで導光窓（１９）に導入することで、太陽光をより効率的に集光することができる。

【0128】

第７態様の集光装置では、第６態様において、レンズ（２）は移動可能であり、かつ複数のレンズ部材（２１，２２，２３）を含み、レンズ（２）の移動に伴って、複数のレンズ部材（２１，２２，２３）のうち導光窓（１９）を覆うものが選択される。

【0129】

この態様によれば、複数のレンズ部材（２１，２２，２３）のうちその環境下で適しているものを、導光窓（１９）を覆う位置に配することができる。

【0130】

第８態様の集光装置は、第６態様において、レンズ（２）を反射体（１）に対して所定方向に移動させるレンズ駆動部（５）を、更に備える。レンズ（２）は、所定方向に並んだ複数のレンズ部材（２１，２２，２３）を含む。

【0131】

この態様によれば、複数のレンズ部材（２１，２２，２３）の中から、導光窓（１９）を覆うように位置するものを自動的に選択することができる。

【0132】

第９態様の集光装置は、第１または２態様において、反射体（１）を回転させる駆動部（４）、反射体（１）の導光窓（１９）を覆うように構成されたレンズ（２）、およびレンズ（２）を反射体（１）に対して所定方向に移動させるレンズ駆動部（５）を更に更える。レンズ（２）は、前記所定方向に並んだ複数のレンズ部材（２１，２２，２３）を含む。

【0133】

この態様によれば、反射体（１）の回転によって太陽を追尾するとともに、複数のレンズ部材（２１，２２，２３）の中から導光窓（１９）を覆うように位置するものを選択することで、反射体（１）の導光窓（１９）を通じて太陽光を効率的に集光することができる。

【符号の説明】

【0134】

１ 反射体
１９ 導光窓
２ レンズ
２１ レンズ部材
２２ レンズ部材
２３ レンズ部材
３ 外側反射体
４ 駆動部
５ レンズ駆動部
Ａ１ 中心軸
θ１ 入射角度
θ２ 出射角度

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】