JP2009127959A - 太陽追尾集光装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】砂などが駆動力伝達手段内に混入してもミラー構成体の円滑な回転が行える太陽追尾集光装置を提供する。
【解決手段】ミラー構成体を回転させるための駆動力伝達手段は、長円状のリングを縦横交互に連結したチェーンと、チェーンが係合する凹部が形成された回転ブロックによるチェーンブロック方式を採用する。チェーンブロック方式による駆動力伝達手段は、ミラー構成体を方位方向で回転させる部分にも、アーム部によりミラー構成体を高度方向で回転させる部分に用いられる。チェーンブロック方式を採用したので、砂が混入しても、チェーンや回転ブロックの凹部から容易に排出されるので、砂漠地帯などの野外で使用してもミラー構成体を円滑に回転させることができる。また、チェーンブロック方式は給油が不要でメンテナンス性の面でも優れる。更に、チェーンは引っ張り方向での強度が強く、大きな回転駆動力を伝達する
【選択図】 図10

Description

本発明は太陽追尾集光装置に関するものである。
太陽光線を所定方向へ反射する単数又は複数の反射ミラーを有するミラー構成体を、太陽を追尾した状態で回転させる太陽追尾集光装置としては各種のものが知られている。例えば、回転方式にしても、ミラー構成体を地球の自転軸と平行な極軸を中心にして回転させるようにした赤道儀式タイプと、ミラー構成体を方位方向(水平方向)及び高度方向(上下方向)へそれぞれ回転させるようにした経緯台式タイプがある。また、追尾方式も、ミラー構成体を太陽と同じように動かして、ミラー構成体が常に太陽を向いた状態にし、ミラー構成体からの反射光を各ミラー構成体の焦点にそれぞれ集光させるタイプと、ミラー構成体を太陽の動き角度の1/2だけ動かして、ミラー構成体からの反射光を太陽追尾集光装置から離れた一点に向けて常に集光させるタイプがある。
いずれにしても、ミラー構成体を大きく回転させる構造が必要であり、そのための回転駆動力はモータにより得ている。そして、モータの回転駆動力を大型のウォームギアや、長尺のボールスクリュー等の駆動力伝達手段を用いてミラー構成体に伝達している(例えば、特許文献1参照)。
米国特許第4463749号明細書
しかしながら、このような従来の技術にあっては、モータの回転駆動力を、大型のウォームギアや長尺のボールスクリュー等の駆動力伝達手段を用いてミラー構成体へ伝達しているため、野外で使用すると、それらの駆動力伝達手段の内部に砂や異物が混入して、円滑な回転が行えなくなるおそれがある。特に、砂漠地帯など、微小な砂などが混入しやすい環境での使用には不適であった。更に、従来の駆動力伝達手段は、大型又は長尺であるため、それらを防塵カバーで覆うことも困難であった。
本発明は、このような従来の技術に着目してなされたものであり、砂などが駆動力伝達手段内に混入してもミラー構成体の円滑な回転が行える太陽追尾集光装置を提供するものである。
本発明の第1の特徴によれば、太陽追尾集光装置は、太陽光線を所定方向へ反射する単数又は複数の反射ミラーを有するミラー構成体を備え、回転駆動力を駆動力伝達手段を介してミラー構成体に作用させ、該ミラー構成体を太陽を追尾した状態で回転させる太陽追尾集光装置であって、前記駆動力伝達手段が、第1係合要素が画成されたチェーン部材が相互に鎖交するチェーンと前記第1係合要素が係脱自在な第2係合要素が表面外周に画成された回転ブロックとを具備する。
本発明の第2の特徴によれば、太陽追尾集光装置において、前記チェーン部材は長円形状をなす。
本発明の第3の特徴によれば、太陽追尾集光装置において、前記第2係合要素は前記第1係合要素と所定の姿勢で係合する第1係合部と前記姿勢と異なる姿勢で係合する第2係合部とからなる。
本発明の第4の特徴によれば、太陽追尾集光装置において、前記第1係合部は凹部である。
本発明の第5の特徴によれば、太陽追尾集光装置はさらに、ミラー構成体が複数の反射ミラーをミラー支持体に対して1つの凹面鏡状に並べた構造で、該ミラー構成体を高度方向へ回転自在に載せた状態で全体が方位方向に回転自在に支持されるフレーム体を備え、上面を有するベース部を地面に形成し、該ベース部の上面中央に円柱部を突出形成し、該円柱部の上面中央にフレーム体を方位方向へ回転自在に支持する軸部を形成し、フレームにベース部の上面に対して方位方向へ転動自在なキャスター部を形成し、円柱部の側面にチェーンを掛け回すと共に、その両端を所定の角度範囲でオーバラップさせた状態で側面に対して固定し、フレーム体に該チェーンと係合した状態で正逆方向へ回転自在な回転ブロックが設けられる。
本発明の第6の特徴によれば、太陽追尾集光装置において、フレーム体に形成されたキャスター部が、方位方向において3点支持でベース部の上面に対して転動する。
本発明の第7の特徴によれば、太陽追尾集光装置において、ベース部及び円柱部をコンクリートにより一体形成すると共に、フレーム体又はミラー構成体に太陽光線に基づいてフレーム体の方位方向の姿勢を制御する方位センサーを設け、ミラー構成体に太陽光線に基づいてミラー構成体の高度方向の姿勢を制御する高度センサーが設けられる。
本発明の第8の特徴によれば、太陽追尾集光装置において、ベース部及び円柱部をコンクリートにより一体形成すると共に、ミラー構成体にミラー構成体の方位方向及び高度方向の姿勢を制御する1つの姿勢制御度センサーが設けられる。
本発明の第9の特徴によれば、太陽追尾集光装置において、フレーム体の一端にヒンジ部を介してミラー構成体の一端を高度方向へ回動自在に支持し、フレーム体の他端に上下方向に延びるアーム部の下端を回動自在に支持し、前記動力伝達機構はさらに該アーム部の上下に第2の回転ブロックと従動プーリを設けると共に、両者間に前記第2の回転ブロックと係脱自在なループ状の第2のチェーンを巻回し、該第2の回転ブロックを正逆方向へ回転させることにより前記第2のチェーンを上下方向に移動自在で、該チェーンの一部にミラー構成体の他端が結合される。
本発明の第1〜第4の特徴によれば、駆動力伝達手段をチェーンと回転ブロックによるチェーンブロック方式にしたため、砂が混入しても、砂はチェーン自体を通り抜けられるし、回転ブロックの凹部からも容易に排出される。従って、砂漠地帯などの野外で使用しても、ミラー構成体を円滑に回転させることができる。また、チェーンブロック方式は、給油が不要で、多少錆びても回転駆動力伝達性能には影響ないため、メンテナンス性の面でも優れる。更に、チェーンは引っ張り方向での強度が強く、大きな回転駆動力を伝達することができるため、大型の太陽追尾集光装置への適用にも好適である。
本発明の第5の特徴によれば、ベース部の円柱部中央に形成した軸部を中心に、ミラー構成体を載せたフレーム体を回転自在に支持し、円柱部の側面に掛け回したチェーンにフレーム体に形成した回転ブロックを係合させたため、回転ブロックを回転させることにより、フレーム体がチェーンに沿った状態で方位方向に回転する。回転ブロックからの回転駆動力はチェーンに対して引っ張り方向へ作用するため、強度が強く、大きな回転駆動力を加えても、無理なくフレーム体を回転させることができる。チェーンの両端が所定の角度範囲でオーバラップしているため、フレーム体を方位方向で正逆方向へそれぞれ180°以上回転させることができる。
本発明の第6の特徴によれば、フレーム体に形成されたキャスター部がベース部の上面に対して3点支持のため、キャスター部の全てがベース部の上面に接することとなり、フレーム体が方位方向へ回転する際にガタつきが生じない。4点支持だと、1つが浮いたりして、ガタつくことがある。
本発明の第7の特徴によれば、ベース部及び円柱部をコンクリートにより一体形成するため、ベース部及び円柱部の形成を低コストで行える。また、コンクリート製のため、フレーム体のキャスター部が転動するベース部の上面が完全に平坦でない場合もある。ベース部の上面が傾斜していたり、円周方向でゆるやかな凹凸になっていることもある。しかし、そのような場合も、最終的にミラー構成体の方位方向及び高度方向での姿勢を、それぞれ太陽光線に基づいた方位センサー及び高度センサーで制御しているため、ベース部の上面が平坦でないことによるミラー構成体の姿勢の狂いをキャンセルしながら、ミラー構成体で反射される反射光を太陽光線に対して正しい方向へ向けられる。
本発明の第8の特徴によれば、ミラー構成体に設けた1つの姿勢制御センサーで、ミラー構成体の方位方向及び高度方向の姿勢を制御できるため、センサーの設置作業が容易である。
本発明の第9の特徴によれば、回転ブロックを正逆方向へ回転させることにより上下に移動するアーム部のチェーンに、一端を中心に傾動自在なミラー構成体の他端を結合したため、回転ブロックを回転させることにより、ミラー構成体の高度方向における傾動角度を変化させることができる。アーム部における回転ブロックの回転駆動力は、チェーンに対して引っ張り方向へ作用するため、強度が強く、大きな回転駆動力を加えても、無理なくミラー構成体を傾動させることができる。
(第1実施形態)
図1〜図17は、本発明の第1実施例を示す図である。この実施形態の太陽追尾集光装置1は、方位方向H及び高度方向Vに回転させる経緯台式で、常に太陽Sに向けて太陽光線Lを焦点に集光させるタイプに関する。また、北半球の中緯度または低緯度における砂漠地帯で使用されるものとして説明する。
表面が砂で形成された地面Gには、地中に杭を打った後にコンクリート製のベース部2が形成されている。ベース部2は大きな径の円柱状で、上面2aは略平坦になっている。この上面2aに砂が掛からないように、ベース部2は地面Gから若干の高さを有している。ベース部2は円柱状に形成したが角柱状で良い。
ベース部2の上面2aの中央には、ベース部2よりも少し小径の円柱部3が突出形成されている。ベース部2及び円柱部3は基礎工事としてコンクリートにより一体形成されたものである。円柱部3の上面中央には金属製の軸部4が突出形成されている。軸部4の先端はネジになっている。
ベース部2と円柱部3は基礎工事としてコンクリートで一体形成するため、安価に形成することができる。ベース部2及び円柱部3は、土台としての強度を有していれば、寸法的にあまり正確に形成する必要がない。例えば、円柱部3の周辺に残されたベース部2の上面2aが多少傾斜していたり、円周方向で緩やかな凹凸になっていても構わない。そのようになっていても、本実施形態によれば、後述する理由により、太陽追尾集光装置1の方位方向H及び高度方向Vへの制御を正確に行える。
このような砂の地面Gに形成されたベース部2に、高度方向Vへ傾動自在なミラー構成体5を載せた状態のフレーム体6が、方位方向Hに回転自在に支持される。
まず、ミラー構成体5の説明をする。ミラー構成体5は、複数の反射ミラー7をミラー支持体8に取付けた構成をしている。ミラー支持体8は、大きな四角形の支持パネル9と、その下面に固定される補強用のパイプフレーム部10とから形成されている。すなわち、ミラー構成体5は、反射ミラー7と、ミラー支持体8(支持パネル9+パイプフレーム部10)から構成されている。
反射ミラー7は四角形の球面鏡で、それぞれが支軸11を介して支持パネル9に支持されている。支軸11は支持パネル9の中央部からその外側へ向けて徐々に長くなっており、反射ミラー7は外側ほど内側に傾いた状態で支軸11の先端に固定されている。そして、複数の反射ミラー7により、基本的に1つの大きな凹面鏡Mを形成している。この実施形態における凹面鏡Mは球面鏡である。尚、反射ミラー7は平面鏡や放物鏡でも良いし、複数の反射ミラー7で規定される仮想的な凹面鏡Mは放物鏡でも良い。
支持パネル9の四隅からは支持パイプ12が凹面鏡Mの焦点に向けて延びている。支持パイプ12の先端にはスターリングエンジン13が設置され、その受熱部は実質的に凹面鏡Mの焦点に位置づけられる。このスターリングエンジン13は空冷式のものだが、水冷式の場合は、この支持パイプ12を利用して水をスターリングエンジン13に供給しても良い。その場合の供給する水のタンクは、支持パネル9の裏側の光が当たらないパイプフレーム部10内に設置することができる。
支持パネル9の上辺を除く三辺には、太陽電池パネル14がそれぞれ設けられている。この太陽電池パネル14は、後述する各種センサー15、16や、モータ17、18に使用される電気をまかなうためのものである。太陽追尾集光装置1を作動させるのに必要な電力は小さく、太陽電池パネル14から供給される電気で十分である。従って、電力供給が困難な砂漠地帯などへの適用に好適である。
支持パネル9は、図2中左側を下辺にして全体が上方へ傾動するもので、その下辺の片側の隅部には、高度センサー16が設置されている。高度センサー16は、図14及び図15に示すように支持パネル9に位置固定され、支持パネル9の表面と垂直な方向に延びる遮光ボックスの上面に、支持パネル9の下辺に沿う方向にスリット19を形成し、その内部底面にスリット19と同じ方向に延びる一対の光センサー20を配置する。すなわち、スリット19の長手方向は高度方向Vと垂直であり各光センサ素子は長形をなしその長手方向はスリットの長手方向に平行である。各光センサ素子は、スリット19と直交する方向に隣接させた二分割センサー構造になっている。
高度センサー16はスリット19から導入された太陽光線Lが、それぞれ二分割された光センサー20に同じ光量だけ当たった状態が中立位置であり、その中立位置からのずれ方向及びずれ量を、制御部46へ制御信号として出力するようになっている。後述する方位センサー15も同様の構造であるため、図15の断面図は共用するものとする。
支持パネル9の裏側のパイプフレーム部10には、図2中左側に左右一対のヒンジパネル21が固定されている。また、パイプフレーム部10におけるヒンジパネル21とは反対側には先端に連結リング22を備えた延長部23が形成されている。
以上のような構造のミラー構成体5は、フレーム体6の上部に取付けられる。フレーム体6は鋼製の構造材を概略三角形状に構成したもので、その中心には支持孔24が形成されている。フレーム体6の一方側にはヒンジアーム25が形成され、そのヒンジアーム25の先端には、ミラー構成体5側のヒンジパネル21がヒンジピン26を介して回動自在に軸支される。この実施形態では、ヒンジパネル21、ヒンジアーム25、ヒンジピン26により、「ヒンジ部」が構成される。
フレーム体6の他方側の先端には、一対のレバー27が突出している。レバー27には、アーム部28の下端が支持ピン29により回動自在に軸支されている。アーム部28の下端には回転ブロック30が回動自在に設けられ、上端には従動プーリ31が回動自在に設けられている。この回転ブロック30と従動プーリ31との間には、チェーン30がループ状に巻回されている。チェーン30の一部には、前記ミラー構成体5の延長部23の先端に形成された連結リング22が結合されている。
回転ブロック30はウォームホイール33の軸ピン34と結合されている。ウォームホイール33には高度側モータ18により回転するウォームギア35が噛合しており、高度側モータ18の回転駆動力により回転ブロック30が回転する。高度側モータ18、ウォームホイール33はアーム部28の下端付近に固定され、アーム部28と一体的に動く。アーム部28の回転ブロック30は、後述する別の回転ブロック36と同じ構造で、チェーン32と長手方向で係合する関係になっており、回転ブロック30を正逆方向へ回転させることにより、チェーン32を上下に移動(送出)させることができる。
このチェーン32の一部には、前述のようにミラー構成体5の延長部23の連結リング22が結合されているため、回転ブロック30を回転させて、チェーン32を上方に移動させれば、ミラー構成体5全体が下辺側のヒンジピン26を中心に持ち上がると共に、アーム部28がミラー構成体5側に倒れるように傾動する。チェーン32を下側に移動させれば、ミラー構成体5がヒンジピン26を中心に下がると共に、アーム部28が真っ直ぐ立った状態に戻る。すなわち、ヒンジピン26、支持ピン29および連結リング22で規定される三角形が連結リング22と支持ピン29で規定される辺の長さの変更に応じて変形する。その結果としてヒンジピン26と連結リング22で規定される辺と一体のミラー構造体5の傾斜をフレーム体6に固定された底辺26−29に対して変更することができる。このようにして、高度側モータ18により回転ブロック30を回転させることにより、ミラー構成体5の角度を変更することができる。
フレーム体6のレバー27の付近には、軸孔37が形成されている。この軸孔37の上部には、ウォームホイール38と、それに係合するウォームギア39を回転させる方位側モータ17が設置されている。ウォームホイール38の軸ピン40は軸孔37を貫通して下方へ突出している。
フレーム体6の軸孔37付近には、下面側にキャスター部41が設けられている。キャスター部41は支持孔24を中心に円周方向に回転自在な2つのローラ42をカバー43で覆った構造をしている(図2ではカバーを省略)。フレーム体6の反対側にも、同じ構造のキャスター部41が延長片44、45に支持されている。キャスター部41は合計3つ形成されている。
一方の延長片44は長く延びており、その先端に方位センサー15が取付けられている。方位方向Hは向きが高度センサー16と90°相違するだけで基本構造は同じある。但し、全体が上に向けて扇形に広がった形状になっている。これは、四季に応じて太陽の高さが変化しても、確実に太陽光線を方位センサー15の内部に導入するためである。
この方位センサー15の信号は前記ウォームギア39を回転させる方位側モータ17に、高度センサー16の信号は前記ウォームギア35を回転させる高度側モータ18に、それぞれ制御部46を介して出力されるようになっている(図17参照)。尚、この制御部46にはリミットスイッチ47の信号も入力される。
ベース部2の円柱部3には、その側面にチェーン48が駆け回れている。円柱部3の全周にわたって少し余裕をもった状態で掛け回されており、本実施例ではその両端48a、48bは東側において、90°に相当する角度範囲でオーバラップさせ、円柱部3の側面に固定されている。チェーン48の両端48a、48bは上下位置を相違させ、オーバラップ部分でチェーン48同士が相互に干渉しないようにされている。
このようにチェーン48が巻かれた円柱部3の頂部の軸部4に、前記ミラー構成体5を載せた状態のフレーム体6の支持孔24を通して、軸部4の先端にナット49を締結する。これにより、フレーム体6はベース部2の上面2aに3つのキャスター部41を3点支持させた状態で、軸部4を中心に方位方向Hへ回動自在となる。
一方、円柱部3に掛け回されたチェーン48には内側から回転ブロック36が係合され、その回転ブロック36にはフレーム体6の軸孔37を貫通したウォームホイール38の軸ピン40が固定される。従って、回転ブロック36は方位側モータ17により正逆方向へ回転自在となる。
ここでチェーン32、48と、回転ブロック30、36の構造について説明する。アーム部28側のチェーン32及び回転ブロック30と、円柱部3側のチェーン48及び回転ブロック36とは、構造が基本的に同じなので、以下、円柱部3側のチェーン48及び回転ブロック36を代表して説明する。
チェーン32、48はチェーン部材50が相互に鎖交した線状体であって張力を発生し伝達するとともにチェーン部材の形態が係合要素をなし回転ブロックと係合することによって回転ブロックとの間で動力を伝達することができる。
すなわち、チェーン部材の形状および構造が係合要素として機能し、回転ブロック30,36の表面外周に沿って画成された係合要素51,52と係合自在に相互作用することができる。また、回転ブロックの外周接線方向に沿って係合離脱自在である。チェーン部材の係合要素と回転ブロックの係合要素が係合により相互作用することによってチェーンと回転ブロックの間の動力伝達を確実にする。
このようなチェーンと回転ブロックの係合態様においては砂等の粒体がチェーンまたは回転ブロックに付着しても蓄積することなく排除されるので特に砂漠地帯における動力伝達機構として都合がよい。本実施例においてはチェーン部材50が回転ブロックの係合要素に緩嵌合する態様が例示されるが、本発明の係合態様はこれに限定されない。
具体的には、図9〜図13に示すように、本実施例のチェーン48はチェーン要素として金属製で長円状のリング50を縦横交互に向きを変えて鎖交連結したものである。図12に示すように、リング50が規定する代表面が回転ブロックの周面に対向する状態で係合する場合を横のリングとし、横のリングに鎖交するリングを縦のリングという。
回転ブロック36は円柱状本体の周面に沿って、チェーン48と係合しうる凹部51を所定間隔で形成したものである。より具体的には、回転ブロック36の周面には、チェーン48の縦のリング50を収納する縦溝52が円周方向に連続形成され、その途中に横のリング50に相応する形状の凹部51が形成されている。従って、チェーン48のうち、横向きのリング50がこの凹部51内に収納されて、チェーン48の長手方向で係合した状態となり、回転ブロック36を回転させることにより、回転ブロック36がチェーン48に沿って移動する。アーム部28のように回転ブロック30が固定されているタイプでは、チェーン32を回転方向に送り出す。
チェーン48が縦溝52や凹部51内に収納されているだけなので、砂が混入しても作動中にすぐに排出されて蓄積されない。また、チェーン48や回転ブロック36が多少錆びても回転駆動力伝達性能には問題ない。チェーン48と回転ブロック36が長手方向で直接係合するため、大きな回転伝達力も確実に伝達でき、強度的に問題ない。また、金属製のリング50を連結した単純構造のチェーン48であり、自転車やバイクで使用されているローラチェーンのように給油が必要になることがなく、砂漠での使用に好適である。
次に、この実施形態の作用を説明する。まず、この太陽追尾集光装置1は、リミットスイッチ47の信号により、夜になると(フレーム体6が西側を向くと)、自動的に太陽追尾集光装置1が東側を向いた初期状態(方位方向Hで東を向き、ミラー構成体5が立った状態)に戻されるようになっている。図6中の矢印Aは凹面鏡Mの向きを表している。
朝、太陽Sが東から出ると、その太陽光線Lが平行光として、方位センサー15及び高度センサー16に当たる。初期の時点では、反射ミラー7にて構成される凹面鏡Mの向きは、概ね東から出る太陽Sの向きに合わせられているが、方位方向Hも、高度方向Vも、完全に一致した状態ではない。そのため、方位センサー15及び高度センサー16では、内部の一対の光センサー20のどちらかに多く太陽光線Lが当たっている状態となっている(図15参照)。
そのずれた状態の信号を制御部46が受けて、それを是正するように制御部46から方位側モータ17及び高度側モータ18に、それぞれずれを是正する方向への回転指示が送られる。この回転指示は、方位方向H及び高度方向Vにおいて、ずれが是正されるまで(一対の光センサー20の受光量が等しくなるまで)送られる。このようにすることにより、凹面鏡Mの光軸Kの向きを太陽Sに対して真っ直ぐ向けることができる。
凹面鏡Mの光軸Kが太陽Sに真っ直ぐ向くと、太陽Sから平行に送られている太陽光線Lが凹面鏡Mで反射されて、その焦点位置にあるスターリングエンジン13の受熱部を加熱し、スターリングエンジン13により1〜3KWの発電を行うことができる。
凹面鏡Mがいったん太陽に向いた状態になると(方位センサー15及び高度センサー16が中立位置で太陽光線Lを捉えた状態になると)、凹面鏡Mは太陽Sを追尾した状態で、光軸Kが太陽Sに向いた状態が維持される。すなわち、方位方向Hでは、凹面鏡Mの向きは、最初に東を向いた状態(図6参照)、昼間に南を向いた状態(図7参照)となり、夕方に西を向いた状態(図8参照)となる。
凹面鏡Mの方位方向Hでの駆動は、ミラー構成体5を載せた状態のフレーム体6全体を、円柱部3の軸部4を中心に回動させることで行われる。方位側モータ17が回転し、その回転駆動力がウォームギア39からウォームホイール38に伝達され、チェーン48と係合した回転ブロック36が回転することにより、回転ブロック36がチェーン48に沿って円柱部3の回りを移動するため、回転ブロック36が支持されているフレーム体6が方位方向Hへ回転する。すなわち、回転ブロック36の回転軸はフレーム体6に位置固定され、チェーン48の両端が円柱部3に固定されるため、回転ブロック36が可撓案内部材としてのチェーン48と係合して転動することによりフレーム体6が軸部4のまわりに回転する。
回転ブロック36からの回転駆動力はチェーン48に対して引っ張り方向へ作用するため、強度が強く、大きな回転駆動力を加えても、無理なくフレーム体6を回転させることができる。
また、凹面鏡Mが西を向いた状態の時に、回転ブロック36は円柱部3の東側に位置するが、本実施例においては円柱部3の東側では、チェーン48の両端48a、48bが90°に相当する角度範囲でオーバラップしており、回転ブロック36は円柱部3の東側まで回り込んでフレーム体6を回転させることができる。したがって、フレーム体6は東側から北側、西側、南側を通って東側まで全周にわたって回転移動することができる。
更に、フレーム体6が方位方向Hに回転する際、フレーム体6に形成されたキャスター部41がベース部2の上面2aに対して3点支持のため、キャスター部41の全てがベース部2の上面2aに接することとなり、フレーム体6が方位方向Hへ回転する際にガタつきが生じない。すなわち、キャスター部41を4点支持すると、各点間での位置調整が不十分の場合、いずれか1点が浮いた状態となってガタつきが生じるおそれがあるが、この実施形態のように3点支持すると、全ての点が接するため、ガタつきが生じない。
次に、凹面鏡Mの高度方向Vでの駆動は、ミラー構成体5を、ヒンジピン26を中心に、フレーム体6に対して、角度変更させることで行われる。高度側モータ18が回転し、その回転駆動力がウォームギア35からウォームホイール33に伝達され、チェーン32と係合した回転ブロック30が回転することにより、ループ状に巻回されたチェーン32が、回転ブロック30に回転方向に応じて上下に回転移動する。たとえば、回転ブロック30が時計回りに転動する場合には連結リング22がチェーン32により引き上げられる。
そして、このチェーン32の一部にミラー構成体5の延長部23の連結リング22が結合されているため、チェーン32を上方を移動させれば、ミラー構成体5全体が下辺側のヒンジピン26を中心に持ち上がると共に、アーム部28がミラー構成体5側に倒れるように傾動し、チェーン32を逆側に移動させれば、ミラー構成体5がヒンジピン26を中心に下がると共に、アーム部28が真っ直ぐ立った状態に戻る。このようにミラー構成体5がヒンジピン26を中心に角度変化するため、ミラー構成体5に形成された凹面鏡Mの向きを高度方向Vで変化させることができる。
このミラー構成体5の高度方向Vでの駆動も、アーム部28における回転ブロック30の回転駆動力が、チェーン32に対して引っ張り方向で作用するため、強度が強く、大きな回転駆動力を加えても、無理なくアーム部28を傾動させることができる。
このように、凹面鏡Mの太陽Sに対する向きを、常時方位センサー15及び高度センサー16でモニターしながら制御しているため、仮に、フレーム体6のキャスター部41が接している上面2aの表面状態が傾斜していたり、或いは、円周方向でゆるやかな凹凸があったりしても、問題ない。すなわち、凹面鏡Mの向きは、太陽Sから平行光として照射される太陽光線Lを基準にして制御されるため、フレーム体6がどのような動きをしても、最終的に方位センサー15及び高度センサー16により動きの狂いがキャンセルされて、凹面鏡Mの光軸Kは太陽光線Lに対して真っ直ぐ向いた状態となる。
また、太陽追尾集光装置1の方位方向H及び高度方向Vでの駆動を、それぞれウォームギア35、39とウォームホイール33、38による駆動手段を用いているため、例えば、ミラー構成体5に強風が当たり、ミラー構成体5やフレーム体6を正しくない向きに変えようとする外力が加わっても、この外力がウォームホイール33、38からウォームギア35、39へ伝達されないため、ミラー構成体5を正しい位置に維持することができる。すなわち、ウォームギア35、39とウォームホイール33、38の機械的噛合関係から、ウォームギア35、39側からウォームホイール33、38への回転力伝達は容易だが、その逆は抵抗が大きく無理である。すなわち、逆方向にはストッパとして機能し、ミラー構成体5の姿勢を確実に維持する。尚、ウォームギア35、39とウォームホイール33、38は、方位側モータ17及び高度側モータ18も含めて、それぞれの組み合わせにおいて、図示せぬ防塵カバーにより覆われている。これらは小型のため、防塵カバーの設置も容易であり、コスト的な負担とならない。
そして、方位方向H及び高度方向Vでの駆動力伝達に、チェーン32、48と回転ブロック30、36によるチェーンブロック方式を利用したため、張力による大きな駆動力の伝達が可能である。また、給油が不要で、砂が回転ブロック30、36の凹部51内に混入しても作動中に排出されるため問題ない。長期間の使用により円柱部3の側面が摩耗しても駆動力伝達さえ可能であれば太陽光を正確に追尾することができる。また、チェーン32、48や回転ブロック30、36が多少錆びても問題ない。このようにチェーンブロック方式は、厳しい環境でも、駆動力を確実に伝達することができるため、漠地帯などでの使用に好適である。
(第2実施形態)
図18は、本発明の第2実施例を示す図である。本実施形態は、前記第1実施形態と同様の構成要素を備えている。よって、それら同様の構成要素については共通の符号を付すとともに、重複する説明を省略する。
この実施形態では、方位センサー及び高度センサーの両方の機能を兼ね備えた1つの姿勢制御度センサー53を、最終的な姿勢制御対象であるミラー構成体5に設置したものである。
姿勢制御度センサー53は上面に円形の窓54をもち、内部底面に四分割センサー55を有している。四分割センサー55は、4つの光センサー55a、55a、55b、55bを有している。この4つの光センサー55a、55a、55b、55bのうち、方位方向Hで対向する一対の光センサー55a同士が「方位センサー」として機能し、高度方向Vで対向する一対の光センサー55b同士が「高度センサー」として機能する。そして、それぞれ窓54から導入された太陽光線Lが、それぞれ一対の光センサー55a同士、55b同士の中立位置を指向するように(対向する一対の太陽センサー55a同士、55b同士の受光量が等しくなるように)、方位側モータ17及び高度側モータ18へ信号を出力する。
この実施形態によれば、ミラー構成体5に設けた1つの姿勢制御センサー53で、ミラー構成体5の方位方向H及び高度方向Vの姿勢を制御できるため、センサーの設置作業が容易である。
以上の実施形態においては、太陽追尾集光装置1として、太陽光線Lを凹面鏡Mの光軸Kと平行に受けて、凹面鏡Mの焦点にスターリングエンジン13などの受光部を設置するタイプを例にしたが、太陽光線Lを凹面鏡Mの光軸Kに対して斜めに受け、凹面鏡Mとは異なる位置に設定された集光部へ太陽光線Lを集光させるタイプのものでも良い。また、回転方式として、ミラー構成体5を方位方向H及び高度方向Vへ回転させる経緯台方式を例にしたが、極軸を中心にして回転させる赤道儀方式でも良い。
本発明の第1実施形態に係る太陽追尾集光装置を示す全体斜視図。 太陽追尾集光装置を示す分解斜視図。 太陽追尾集光装置を示す側面図。 ミラー構成体が傾動した状態を示す太陽追尾集光装置の側面図。 アーム部の内部構造を示す断面図。 凹面鏡が東を向いた状態を示す回転ブロック及びチェーンの平面図。 凹面鏡が南を向いた状態を示す回転ブロック及びチェーンの平面図。 凹面鏡が西を向いた状態を示す回転ブロック及びチェーンの平面図。 チェーンが係合した状態を示す回転ブロックの側面部。 チェーンを外した状態を示す回転ブロックの側面図。 チェーンの縦リングが縦溝内に位置した状態を示す回転ブロックの横断面図。 チェーンの横リングが凹部内に係合した状態を示す回転ブロックの横断面図。 図11中矢示SA−SA線に沿う断面図。 高度センサーを示す斜視図。 高度センサー及び高度センサーの内部構造を示す断面図。 方位方向を示す斜視図。 センサーによる制御関係を示すブロック図。 本発明の第2実施形態に係る姿勢制御度センサーを示す斜視図。
符号の説明
1 太陽追尾集光装置
2 ベース部
2a 上面
3 円柱部
4 軸部
5 ミラー構成体
6 フレーム体
7 反射ミラー
8 ミラー支持体
15 方位センサー
16 高度センサー
17 方位側モータ
18 高度側モータ
21 ヒンジパネル(ヒンジ部)
25 ヒンジアーム(ヒンジ部)
26 ヒンジピン(ヒンジ部)
28 アーム部
30 回転ブロック
31 従動プーリ
32 チェーン
36 回転ブロック
41 キャスター部
48 チェーン
53 姿勢制御センサー
A 凹面鏡の向き
G 地面
H 方位方向
K 光軸
L 太陽光線
M 凹面鏡
S 太陽
V 高度方向

Claims (9)

  1. 太陽光線を所定方向へ反射する単数又は複数の反射ミラーを有するミラー構成体を備え、回転駆動力を駆動力伝達手段を介してミラー構成体に作用させ、該ミラー構成体を太陽を追尾した状態で回転させる太陽追尾集光装置であって、
    前記駆動力伝達手段が、
    第1係合要素が画成されたチェーン部材が相互に鎖交するチェーンと
    前記第1係合要素が係脱自在な第2係合要素が表面外周に画成された回転ブロックとを具備することを特徴とする太陽追尾集光装置。
  2. 前記チェーン部材は長円形状をなすことを特徴とする太陽追尾集光装置。
  3. 前記第2係合要素は前記第1係合要素と所定の姿勢で係合する第1係合部と前記第1係合要素と前記姿勢と異なる姿勢で係合する第2係合部とからなることを特徴とする請求項1または請求項2記載の太陽追尾集光装置。
  4. 前記第1係合部は凹部であることを特徴とする請求項3記載の太陽追尾集光装置。
  5. ミラー構成体が複数の反射ミラーをミラー支持体に対して1つの凹面鏡状に並べた構造で、該ミラー構成体を高度方向へ回転自在に載せた状態で全体が方位方向に回転自在に支持されるフレーム体を備え、
    上面を有するベース部を地面に形成し、該ベース部の上面中央に円柱部を突出形成し、該円柱部の上面中央にフレーム体を方位方向へ回転自在に支持する軸部を形成し、フレームにベース部の上面に対して方位方向へ転動自在なキャスター部を形成し、
    前記駆動力伝達手段は、
    円柱部の側面に前記チェーンを掛け回すと共に、その両端を所定の角度範囲でオーバラップさせた状態で側面に対して固定し、
    該チェーンと係脱自在な状態で正逆方向へ回転自在な回転ブロックが前記フレーム体に設けられることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項記載の太陽追尾集光装置。
  6. フレーム体に形成されたキャスター部が、方位方向において3点支持でベース部の上面に対して転動することを特徴とする請求項5記載の太陽追尾集光装置。
  7. ベース部及び円柱部をコンクリートにより一体形成すると共に、フレーム体又はミラー構成体に太陽光線に基づいてフレーム体の方位方向の姿勢を制御し、ミラー構成体に太陽光線に基づいてミラー構成体の高度方向の姿勢を制御することを特徴とする請求項5又は請求項6記載の太陽追尾集光装置。
  8. ベース部及び円柱部をコンクリートにより一体形成すると共に、ミラー構成体にミラー構成体の方位方向及び高度方向の姿勢を制御する1つの姿勢制御度センサーを設けたことを特徴とする請求項4又は請求項5記載の太陽追尾集光装置。
  9. フレーム体の一端にヒンジ部を介してミラー構成体の一端を高度方向へ回動自在に支持し、
    フレーム体の他端に上下方向に延びるアーム部の下端を回動自在に支持し、
    前記動力伝達機構はさらに
    該アーム部の上下に第2の回転ブロックと従動プーリを設けると共に、両者間に前記第2の回転ブロックと係脱自在なループ状の第2のチェーンを巻回し、
    該第2の回転ブロックを正逆方向へ回転させることにより前記第2のチェーンを上下方向に移動自在で、該チェーンの一部にミラー構成体の他端を結合したものを具備することを特徴とする請求項5乃至8のいずれか1項に記載の太陽追尾集光装置。
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