JPS6361580B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、移動する熱源、例えば太陽を追跡す
る熱源トラツキング装置に関する。

多くの分野において、装置を熱源と作動上望ま
しい整列位置に維持することが望まれているが、
今日までのかかる熱源を追跡するための装置は複
雑な装置を必要とし、その結果、高価となるた
め、その利用は特定の分野に限られてきた。

本発明の目的は、構造が簡単かつ頑丈で、作動
が確実で、効率の良い熱源トラツキング装置を提
供することにある。

熱源トラツキング装置は一般に市販の装置とし
て入手可能であるが、高価であるために利用され
ていない。代表例は、太陽熱利用水加熱装置であ
る。ここでは、本発明の説明のために、本発明を
太陽熱利用水加熱装置に適用した例につき説明す
るが、本発明はかかる用途に限られるものでない
ことは勿論であつて、種々の用途に適合する様様
の形で実施することができる。例えば、制御され
た温度バランスを維持するため２個以上の保持タ
ンクにおける温度を検出して制御するような場合
に応用することができる。本発明の基本的構成に
おいては、本発明によるトラツキング装置は何等
の電気的または電子的器具を利用しないが、しか
し、種々の特定の用途に対してかかる電気的また
は電子的器具をも利用し得ること勿論である。

現在の大部分の家庭用の太陽熱水加熱装置は、
太陽に向けて屋根に固定的に取付けるように構成
された熱吸収体と、該熱吸収体と協働する貯水タ
ンク（温水の）とからなる。熱吸収体内で水が過
熱されるにしたがつて熱水が自然の対流によつて
貯水タンクに移動し、低温の水が熱吸収体に戻
る。かかる太陽熱利用の水加熱装置は幾つかの理
由から特に効率が良いとは云えない。熱水を熱吸
収体から貯水タンクに循環させるため自然対流を
利用しているから、夜間は逆の対流が生じ、過熱
された水が貯水タンクから熱吸収体を通つて循環
し、貯えられた熱がこれより温度の低い大気中に
放散される。

特に重要なこととして、日照中、熱吸収体が絶
えず太陽光線に対して垂直をなすように構成され
ていないから、真昼だけしか熱吸収体は最大能力
で作動しない。朝夕は、熱吸収体が太陽光線に対
して傾斜して位置しているから有効熱吸収面積は
著しく減少し、熱吸収体の加熱効果は減少されて
いる。

本発明は上述した欠点を効率よくなくし得る装
置を提供するものである。本発明の他の目的およ
び利点は後述する説明から明らかにする。

本発明はまた受熱装置を熱源に対して作動的整
列関係に維持する装置に係るもので、熱感知装置
を受熱装置に対して作動上適切な位置に配置して
熱源から熱感知装置に入る熱が熱源に対する受熱
装置の整列位置の変化とともに変化するように
し、感知装置に作動的に関連して連通装置を設
け、熱感知装置の状態を受熱装置に関連する作動
装置に伝えるようにし、熱感知装置の状態にした
がつて予定の方法で受熱装置を動かして受熱装置
を熱源に対して作動上好ましい整列関係に維持し
得るよう作動装置を構成する。

また、本発明によれば、受熱装置が熱吸収体と
貯水タンクとにより構成され、そして、該熱吸収
体が焦点軸線を有する反射体と該焦点軸線上に支
持されたところの排気され適量の水が封入されそ
して貯水タンク内にのびて太陽熱を貯水タンク内
の水へと伝達する真空パイプとから構成される。

以下、本発明を太陽熱水加熱装置に適用した一
実施例につき、本発明を説明する。

本発明は、熱吸収体その他の部材を熱源に対し
て整列（最適）位置に維持するための熱源トラツ
キング装置を提供することにある。例えば、太陽
熱吸収体または反射鏡を、太陽光線に対し直角ま
たは所定角度に維持して、熱吸収体の単位面積当
りの熱吸収または反射を絶えず最大に維持するこ
とに利用できる。

基本的に云えば、本発明によるトラツキング装
置は熱検出装置を用いてモニタし、作動装置を働
かせて装置を熱源に対して正しく整列した作動関
係に維持するものである。

第１図に線図的に示すトラツキング装置９は熱
吸収体を日中は東から西に向けて回動して熱吸収
体を太陽光線に対して垂直に維持して熱の吸収を
最大に行ない得るようにした後、熱吸収体を東向
きに戻して次の日の日昇に準備させるために用い
られる。固定通路に沿つて一方向に移動する熱源
を追跡するためにトラツキング装置を用いる場合
には、トラツキング装置を簡単な構造になし得る
こと勿論であり、また、これとは逆に、東西の方
向ばかりでなく南北の方向にも正しく整列した作
動関係を維持するよう構成することもできる。

図面に示すように、トラツキング装置９には例
えば空気室のような一対の流体室１０，１０ａを
熱吸収体１２の東および西側縁１１，１１の後側
にそれぞれ対向して支持して設け、熱吸収体１２
を実質的に南北に延びる軸線の周り回動自在に支
持し、熱吸収体１２の受熱面１３を、１４で示す
太陽の熱源から太陽光線に対して垂直に維持し得
るようにする。

空気室１０および１０ａを封止するとともにダ
イアフラム型作動部材１５，１５ａを有する圧力
感応パイロツトアクチユエータ１６および１６ａ
にそれぞれ連通させ、アクチユエータ１６，１６
ａに設けた作動部材であるダイアフラム１５，１
５ａを制御棒１７によつて互に連結して一方を他
方に対してバランスさせる。これによりダイアフ
ラム１５，１５ａは空気室１０，１０ａ間の温度
差の変化にのみ応動し、周りの温度変化によつて
は応動しない。ダイアフラム１５，１５ａは周り
の温度に関係なく空気室１０，１０ａ間の温度変
化に応じて動くこと勿論である。制御棒１７の中
心を３方弁装置１９の作動レバー１８に連結し、
３方弁はサーボアクチユエータ２０への流体の導
入または排出を制御し、サーボアクチユエータ２
０に設けた押し棒２１をばね緊張ケーブル８によ
つて滑車２２に連結し、滑車２２を熱吸収体１２
の枢支軸に固着する。ケーブル８を滑車２２の周
りに通して押し棒２１の動きに対応して熱吸収体
１２を東西方向に枢支軸線の周りに回動させるよ
うにする。

熱吸収体１２が太陽１４に整列している時、両
空気室１０，１０ａは熱吸収体１２によつて太陽
から遮蔽され、これがため両空気室は周りの温度
に維持されるためそれぞれのパイロツトアクチユ
エータ１６，１６ａ内には圧力差が生じない。例
えば、太陽が東にあつて空気室１０が熱吸収体１
２によつて遮蔽されてない場合には、空気室は太
陽からの直射光線によつて熱を吸収する。この結
果、空気室１０内の圧力が上昇し、これによりパ
イロツトアクチユエータ間にアンバランスが生
じ、ダイアフラム１５が制御棒１７を右方に動か
して常時ばねにより閉止位置にある弁２３を開
く。この弁２３は加圧水をサーボアクチユエータ
２０に流す。図示の例ではサーボアクチユエータ
２０をダイアフラム装置で構成しており、押棒２
１をダイアフラム２８の中心に連結しているから
熱吸収体１２は北に延びる枢支軸線２９の周りに
回動する。

熱吸収体はその上に取付けられた空気室１０，
１０ａとともに破線で示す位置３０にまで回動す
る。この破線位置において、両空気室１０，１０
ａは太陽から遮蔽され、したがつてパイロツトア
クチユエータ１６，１６ａ内の圧力は等しくな
り、制御棒１７、作動レバー１８および弁２３は
正常位置に戻る。この正常位置において、両弁２
３，２３ａはばねによつて閉止位置にあつてサー
ボアクチユエータ２０は吸収体１２を太陽光線に
対して垂直をなす整列作動関係に維持する。太陽
が西に移動する際、空気室１０ａに太陽光線が直
射し、この結果、空気室１０ａ内の圧力が上昇
し、制御棒１７を左方に動かして弁２３ａを開
き、アクチユエータ２０から水を排出する。この
目的のため、ダイアフラム２８をばね２５によつ
て負荷し、これにより押し棒２１を押し下げ、熱
吸収体１２を反対方向に回動して両空気室１０，
１０ａを再び大陽から遮蔽する。当然のこととし
て、使用に当り、日中は熱吸収体１２が絶えず移
動して水をサーボアクチユエータ２０からゆつく
り排水して熱吸収体を整列作動位置に維持する。

３方弁装置１９を第５および６図に示す。加圧
した水を例えば主加圧水供給源から入口２６に供
給し、出口２７はドレンとして働く。入口２６お
よび出口２７をばね負荷弁２３および２３ａによ
つてそれぞれ常時閉止してコネクタ３１ａを径て
サーボアクチユエータ２０に通じる弁本体３１の
中空内部との連通を防止し、弁本体３１の他端に
制御レバー１８を支持し、このレバーの内端を弁
本体３１内に液密に挿入して各弁部材３２にそれ
ぞれ協働させてそれぞれの弁座から離間させるこ
とによつて弁２３または２３ａを開くようにす
る。弁本体３１には圧力リリーフ弁３３をも設け
る。

上述の熱源トラツキング装置９を第２図〜第４
図に示す太陽熱利用水加熱装置３６に利用する態
様につき、次に説明する。

図示の水加熱装置３６では、空気室１０および
１０ａを細長い放物線状反射体４１の東西両側縁
４０の後側にそれぞれ配置し、反射体４１の円弧
状基部４２を放物線状反射体の焦点軸線に向けて
太陽光線を反射し得るように形成するとともに反
射体４１の長さ方向取付軸４３の軸線を焦点軸線
に一致させ、軸４３を南北方向に指向させて太陽
の緯度に作動的に整列させるため傾斜させる。異
なる季節中における緯度の変化に対して調整する
ため別のトラツキング装置を用いて熱吸収体の傾
動を制御することができるが、これは通常必要で
ない。図示の例では、取付軸４３を封止した銅製
の加熱管３９で構成し、この管内の一部に水を入
れ、排気して真空とし、反射体の上端４４を越え
て貯水タンク４５内に延長する。

貯水タンク４５は、熱貯蔵体として作用し、タ
ンク内にコイル６で構成した熱交換器を設けて水
を貯水タンク４５内のコイル４６内に通す際に、
この水に熱を供給し得るようにする。これによ
り、高圧貯水タンクを設ける必要なしに、高圧の
高温水を供給することができる。

前述したように、加熱管３９内には小量の水が
入つており、加熱管３９内から空気を排気してい
るから、管内の水は約100〓またはより低い温度
でも沸騰する。この水が沸騰する際、発生した蒸
気は管内の低圧区域に急速に流れ、この区域は管
の最も低温部分に対応し、当然のこととして貯水
タンク４５内の管３９の部分に相当する。この管
部分において、蒸気は水に再凝縮してその潜熱を
貯水タンク内の水に与える。凝縮した水は管３９
内に流下して戻る。このようにして加熱管から貯
水タンクへの熱の伝達は連続して行なわれ、この
動作中、実際上、蒸気は空気抵抗がないために超
音速で加熱管３９内を通過する。かようにして極
めて高い効率で熱伝達が行なわれるばかりでな
く、装置が作動しない夜間においては加熱管３９
内の水の全てが管３９の底にたまり、従来既知の
太陽熱利用加熱装置のように逆の流れによる熱損
失もない。

第１図につき前述したようにトラツキング装置
９によつて太陽光線の方向に対して垂直に維持さ
れている反射体基部４２の焦点軸線上にある加熱
管３９の周りに放物線状反射体４１は回動する。
図示の例では、３方弁１９をパイロツトアクチユ
エータ１６より下方に取付け、このアクチユエー
タ１６を管５０および５１によつて空気室１０，
１０ａにそれぞれ接続している。サーボアクチユ
エータ２０をシリンダおよびピストン装置で構成
し、３方弁１９の出口２７を管によつて貯水タン
ク４５に接続して蒸発による水の損失を補償して
いる。さらにまた、溢流管４７にタンク４５の溢
流水を流下させて４８ａで排水される前に溢流水
の熱をタンク底部の冷たい水に吸収させる。反射
体４１の反射面４８をアクリル系反射鏡で構成
し、透明な円弧状アルカリ系カバー４９を反射体
４１の全面に被覆する。

サーボアクチユエータを種々に構成することが
でき、例えば、ダイアフラム装置アクチユエータ
またはシリンダおよびピストン装置の代りに袋体
を用いて構成することもできる。さらにまた、他
の変形例として、タンクおよびフロートを設けた
り、上述した装置を作動するためにガスを用いる
こともできる。また、空気室に水銀スイツチを接
続し、水銀を一方または他方に押し動かして電気
的制御器具を作動することもでき、あるいはま
た、ダイアフラム装置を用いて作動することもで
きる。空気室を流体中に逆にして設けたシーソー
上の２個のダイピングベルに互に接続して一方に
おける圧力の増大または減少によつて一側を上昇
または下降させて温度変化を機械的運動に変換す
ることもできる。図示の例の代りに、空気または
ガスを充満した室を設けて、バランス上の室また
は他の容器に圧力を加えて流体を移送してバラン
スを一方または他方に傾動させるよう構成するこ
ともできる。

また、１個の検出装置を利用して熱吸収体また
は他の指向装置を予定の方法で動かすこともでき
る。例えば、熱吸収体を日の出時の太陽に対して
作動的に整列させてセツトし、ばねによつて西に
荷負した場合には、１個の熱感知装置または温度
検出装置を利用して東から西への方向に熱吸収体
の動きを制御することができる。しかし、この場
合には、装置を東に向けてリセツトするために他
の制御装置が必要である。

本発明による熱感知装置を自動的熱感応点灯照
明装置に、またはシヤツターの開閉のために、あ
るいはまたビルデイング内の温度を制御するため
にも利用することができる。

さらにまた、本発明による装置は例えば太陽か
らのエネルギーを利用するためまたはビルデイン
グ内に最大の自然光線による照明を得るために反
射体を制御するために利用することもできる。さ
らにまた、ダイアフラムアクチユエータの代りに
多くの形式の圧力応答型アクチユエータを用いる
ことができる。他の実施態様として、各流体室を
１個のダイアフラムによつて内部を分割された１
個の封止外匣の一側に連通させることによつて両
ダイアフラムを機械的に連結する必要をなくすこ
とができる。しかし、この場合には１個のダイア
フラムと協働させるために検出装置を外匣内に気
密に延長することが必要である。

上述した実施例は１例を示すにすぎず、上述し
た実施例に対しても種々の変更を加え得ることは
勿論であつて、例えば、パイロツトアクチユエー
タのそれぞれによつてサーボアクチユエータをそ
れぞれ反対方向に確実に作動させることができ
る。かかる変更の全てが本発明の範囲内に属する
ものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による熱源トラツキング装置の
１例を示す概略図、第２図は本発明による太陽熱
利用水加熱装置の側面図、第３図は一部を破断除
去して水加熱回路を示す第２図と同様の側面図、
第４図は第２図の４―４線上で矢の方向に見た端
面図、第５図は本発明に用いられる弁の好適例を
示す平面図、第６図は第５図の６―６線上で断面
として示す弁の断面図である。 ９……トラツキング装置、１０，１０ａ……流
体または空気室、１１……東西側縁、１２……熱
吸収体、１３……受熱面、１４……熱源または太
陽、１５，１５ａ……ダイアフラム、１６，１６
ａ……圧力感応パイロツトアクチユエータ、１７
……制御棒、１８……作動レバー、１９……３方
弁装置、２０……サーボアクチユエータ、２１…
…押し棒、２２……滑車、２３，２３ａ……弁、
２４……ケーブル、２５……ばね、２６……入
口、２７……出口、８……ケーブル、３１……弁
本体、３２……弁部材、３３……圧力リリーフ
弁、３６……太陽熱利用水加熱装置、３９……加
熱管、４０……東西側縁、４１……反射体、４２
……反射体基部、４５……貯水タンク、４６……
内側コイル、４７……溢流管、４８……反射面。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 移動熱源を追跡するように支持した可動受熱
   装置を有する熱源トラツキング装置において、可
   動受熱装置と作動的に結合した一対の封止流体室
   が設けられ、該一対の封止流体室は、前記可動受
   熱装置を回動可能に枢支する支軸の反対側に前記
   可動受熱装置と共に動くように相互に間隔をおい
   て、また、前記可動受熱装置が前記移動熱源に対
   し所要の姿勢にある時には前記可動受熱装置が前
   記一対の封止流体室を前記移動熱源から遮蔽し、
   前記可動受熱装置が前記移動熱源に対し所要の姿
   勢にない時には前記一対の封止流体室の一方が他
   方よりも多く前記移動熱源に曝露するように配置
   され、前記移動熱源に対する前記封止流体室の不
   平等な曝露から生じる前記一対の封止流体室間の
   圧力変動に応動して前記移動熱源に対する前記可
   動受熱装置の姿勢を制御する制御装置が設けら
   れ、該制御装置は前記可動受熱装置に作動的に連
   結された流体駆動装置と該流体駆動装置に連係す
   る弁装置とを備え、該弁装置には一の流体源並び
   に前記一対の封止流体室間の圧力変動に応動して
   該流体源から前記流体駆動装置への流体の供給を
   制御するように前記弁装置を操作する装置が連結
   され、それによつて前記可動受熱装置が前記の所
   要の姿勢の方向に動かされるところの、熱源トラ
   ツキング装置。 ２ 前記一対の封止流体室間の圧力変動に応動す
   る前記の装置が流体圧アクチユエーター装置を備
   え、該流体圧アクチユエーター装置は前記一対の
   封止流体室に連通しそして前記両封止流体室間の
   圧力変動に応じて動くダイアフラム装置を備え、
   また前記弁装置が該ダイアフラム装置の前記の動
   きに応じて操作されるところの、特許請求の範囲
   第１項に記載の熱源トラツキング装置。 ３ 前記流体圧アクチユエーター装置がハウジン
   グを備え、前記ダイアフラム装置がハウジング装
   置と共同して第１及び第２作動室を形成し、また
   前記の各作動室がそれぞれ前記の封止流体室と連
   通しているところの、特許請求の範囲第２項に記
   載の熱源トラツキング装置。 ４ 前記ハウジング装置が一対のアクチユエータ
   ーハウジングを備え、また前記ダイアフラム装置
   が前記の各ハウジングと組んで前記の第１及び第
   ２の作動室を画定する各ダイアフラム装置をも
   ち、そして前記各ダイアフラム装置が一体になつ
   て動くようにリンク結合されているところの、特
   許請求の範囲第３項に記載の熱源トラツキング装
   置。 ５ 前記弁装置が前記ダイアフラム装置が第１の
   方向へ動くと前記流体源から前記流体駆動装置へ
   と流体を供給するように応動し、また前記ダイア
   フラム装置がその反対方向へ動くと流体を前記流
   体駆動装置から排出するように応動するところ
   の、特許請求の範囲第２項ないし第４項のいずれ
   かの１項に記載の熱源トラツキング装置。 ６ 前記弁装置が一対の弁を備え、該弁の一方は
   前記流体源に連通し、他方はドレインに連通し、
   そして前記ダイアフラム装置の第１の方向への動
   きにより前記一方の弁を開いて前記流体源から前
   記流体駆動装置へと流体を供給し、前記ダイアフ
   ラム装置の反対方向への動きにより前記他方の弁
   を開いて前記流体駆動装置から前記ドレインを通
   して流体を排出させるところの、特許請求の範囲
   第５項に記載の熱源トラツキング装置。 ７ 前記流体駆動装置が、前記弁装置の制御下に
   伸縮して、前記可動受熱装置をして前記移動熱源
   を追跡させるように設けた流体駆動ラム組立体を
   有するところの、特許請求の範囲第１項ないし第
   ６項のいずれかの１項に記載の熱源トラツキング
   装置。 ８ 前記可動受熱装置が、前記移動熱源を追跡で
   きるように一の支軸のまわりに回動可能に取付け
   られているところの、特許請求の範囲第１項ない
   し第７項のいずれかの１項に記載の熱源トラツキ
   ング装置。 ９ 被加熱水を通す一の熱交換コイルを有する一
   の貯水タンクを備えているところの特許請求の範
   囲第８項に記載の熱源トラツキング装置。 １０ 二つの前記流体駆動装置が設けられ、該流
   体駆動装置のそれぞれは、相互に直交状に配置さ
   れた一対の軸の各軸を中心とする前記可動受熱装
   置の追跡運動を制御するように取付けられ、また
   前記各軸の両側に配置された各対の前記封止流体
   室に応動するところの、特許請求の範囲第１項な
   いし第９項のいずれかに１項の記載に熱源トラツ
   キング装置。 １１ 前記流体源が水道その他の流体供給源から
   成るところの、特許請求の範囲第１項ないし第１
   ０項のいずれかの１項に記載の熱源トラツキング
   装置。