JP2009139761A - Sun tracing light condensing device - Google Patents

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Katsushige Nakamura
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a sun tracing light condensing device whose condensing performance is improved though it is a spherical mirror. <P>SOLUTION: Reflected light R' from a reflection mirror 2a at the periphery on the outside far from the optical axis K of a spherical mirror M causing a spherical aberration is parallelly transported by required dimensions d to the optical axis direction from the state of being matched with the spherical mirror M. Concretely, only the reflection mirror 2a in which a spherical aberration lies in the range outside a prescribed range is parallelly transported. Thus the reflected light R' from the reflection mirror 2a at the periphery on the outside passes through the vicinity of the focal position F on the optical axis K, and its condensing performance is improved. Then, owing to the spherical mirror M, the production of the respective reflection mirrors 2, 2a is facilitated, and the inspection regulation of the spherical degree after the parallel arrangement of the reflection mirrors 2, 2a is also facilitated. Instead of parallelly transporting the reflection mirror 2a in the periphery on the outside, it may be rotated by a required angle θ to the outward direction. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は太陽追尾集光装置に関するものである。   The present invention relates to a solar tracking condensing device.

複数の反射ミラーを1つの凹面鏡を形成するように並べて配置し、その凹面鏡の光軸が常に太陽を向くように追尾制御し、その光軸上の焦点にスターリングエンジン等を支持して、太陽熱の利用を図るようにした太陽追尾集光装置が知られている。   A plurality of reflecting mirrors are arranged side by side to form a concave mirror, tracking control is performed so that the optical axis of the concave mirror always faces the sun, a Stirling engine is supported at the focal point on the optical axis, There is known a solar tracking concentrator that is intended to be used.

この種の太陽追尾集光装置は、複数の反射ミラーで構成される凹面鏡として放物面鏡が一般的である。放物面鏡であれば反射される光が全て光軸上の一点(焦点)に集まり、スターリングエンジンの受熱部などをムラなく加熱できるからである(例えば、特許文献1、2参照)。   This type of solar tracking concentrator is generally a parabolic mirror as a concave mirror composed of a plurality of reflecting mirrors. This is because all the reflected light gathers at one point (focal point) on the optical axis in the case of a parabolic mirror, and the heat receiving portion of the Stirling engine can be heated evenly (see, for example, Patent Documents 1 and 2).

米国特許第4463749号明細書US Pat. No. 4,463,749 特開平9−280664号公報JP-A-9-280664

しかしながら、このような従来の技術にあっては、複数の反射ミラーで1つの放物面鏡を形成する構造のため、個々の反射ミラーが放物面鏡の一部を形成する曲面を有していなければならず、更にその反射ミラーを放物面状に並べて配置する必要がある。従って、個々の反射ミラーの製造が面倒であると共に、反射ミラーを並べて配置した後における放物面度の検査調整が面倒であった。   However, in such a conventional technique, each of the reflecting mirrors has a curved surface that forms a part of the parabolic mirror because of the structure in which a plurality of reflecting mirrors form one parabolic mirror. Furthermore, it is necessary to arrange the reflecting mirrors side by side in a parabolic shape. Therefore, the manufacturing of the individual reflecting mirrors is troublesome, and the inspection adjustment of the parabolic surface after arranging the reflecting mirrors is troublesome.

そこで、放物面鏡に代わり、製造及び検査調整が容易な球面鏡を採用することが考えられるが、球面鏡の場合は、球面収差があるため、集光性能の面で劣ることになり、その採用が避けられていた。   Therefore, it is conceivable to use a spherical mirror that can be easily manufactured and inspected and adjusted instead of a parabolic mirror. Was avoided.

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、球面鏡でありながら集光性能が改善された太陽追尾集光装置を提供するものである。   The present invention has been made paying attention to such a conventional technique, and provides a solar tracking condensing device with improved condensing performance while being a spherical mirror.

本発明の第1の特徴によれば、1つの球面鏡を画成する複数のミラー要素を前記球面鏡の光軸を太陽に向けた状態で追尾する太陽追尾集光装置であって、球面収差が所定の許容範囲を越える特定のミラー要素のみが球面収差が前記許容範囲に収まるように前記球面鏡に対して姿勢変更されたことを特徴とする。   According to a first aspect of the present invention, there is provided a solar tracking condensing device that tracks a plurality of mirror elements defining one spherical mirror in a state where the optical axis of the spherical mirror is directed to the sun, the spherical aberration being predetermined. Only a specific mirror element exceeding the permissible range is changed in attitude with respect to the spherical mirror so that the spherical aberration falls within the permissible range.

本発明の第2の特徴によれば、前記姿勢変更は前記特定のミラー要素を前記光軸に平行に所定距離移動することを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, the posture change is characterized in that the specific mirror element is moved a predetermined distance parallel to the optical axis.

本発明の第3の特徴によれば、前記姿勢変更は前記特定のミラー要素の球面収差が前記許容範囲に収まるようにその傾斜を所定の角度変更することを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, the posture change is characterized in that the inclination is changed by a predetermined angle so that the spherical aberration of the specific mirror element falls within the allowable range.

本発明の第4の特徴によれば、前記特定のミラー要素は、球面鏡における光軸を中心とした所定の内接円が通過する反射ミラー及びそれよりも外側の反射ミラーであって、前記内接円の半径は前記所定の許容範囲に基づいて定められることを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, the specific mirror element is a reflection mirror through which a predetermined inscribed circle centered on an optical axis in a spherical mirror passes and a reflection mirror outside the reflection mirror, the inner mirror The radius of the tangent circle is determined based on the predetermined allowable range.

本発明の第1の特徴によれば、球面収差が所定の許容範囲外の特定のミラー要素のみを球面収差が前記許容範囲に収まるように前記球面鏡に対して姿勢変更されるので集光性能が大幅に改善される。さらに球面鏡を利用するため個々のミラー要素の製造が容易であり、ミラー要素の配置後における球面度の検査調整も容易である。   According to the first feature of the present invention, since only the specific mirror element whose spherical aberration is outside the predetermined allowable range is changed with respect to the spherical mirror so that the spherical aberration is within the allowable range, the light collecting performance is improved. Greatly improved. Further, since a spherical mirror is used, it is easy to manufacture individual mirror elements, and it is easy to check and adjust the sphericity after the mirror elements are arranged.

本発明の第2の特徴によれば、前記特定のミラー要素を前記光軸に平行に所定距離移動するように姿勢変更されるので、簡易な変更作業により集光性能を改善することができる。   According to the second feature of the present invention, the posture is changed so that the specific mirror element is moved by a predetermined distance parallel to the optical axis, so that the light collecting performance can be improved by a simple change operation.

本発明の第3の特徴によれば、前記特定のミラー要素を角度変更するように姿勢変更されるので、簡易な変更作業により集光性能を改善することができる。   According to the third aspect of the present invention, since the posture of the specific mirror element is changed so as to change the angle, the light collecting performance can be improved by a simple change operation.

本発明の第4の特徴によれば、姿勢変更するミラー要素の範囲を所定の内接円により境界づけられるので設計及び製造が容易である。   According to the fourth aspect of the present invention, the range of mirror elements whose posture is changed can be bounded by a predetermined inscribed circle, so that design and manufacture are easy.

(第1実施形態)
図1〜図10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、常に光学装置を太陽Sに真っ直ぐ向けて追尾させるタイプである。
(First embodiment)
FIGS. 1-10 is a figure which shows 1st Example of this invention. The solar tracking concentrating device 1 of this embodiment is a graticule type that rotates in an azimuth direction H and an altitude direction V, and is a type that always tracks an optical device straight toward the sun S.

この太陽追尾集光装置1に用いられている反射ミラー2、2aは四角形または丸形で、後述する1つの大きな球面鏡Mの一部を形成する球面形状を有している。この反射ミラー2、2aは、大きな四角形の支持パネル3に、それぞれ長さの異なる支軸4を介して取付けられている。支軸4は支持パネル3に対して垂直で、反射ミラー2、2aは支軸4の先端に所定の角度で取付けられる。こうして支持パネル3に取付けられた複数の反射ミラー2、2aは全体として1つの大きな仮想的球面鏡Mを画成する。この球面鏡Mも外形が概略四角形で中心に光軸Kを有している。なお、反射ミラー2、2aは球面形状が好ましいが平面形状であっても全体として球面鏡Mを構成することができる。   The reflection mirrors 2 and 2a used in the solar tracking condensing device 1 are quadrangular or round and have a spherical shape forming a part of one large spherical mirror M described later. The reflecting mirrors 2 and 2a are attached to a large rectangular support panel 3 via support shafts 4 having different lengths. The support shaft 4 is perpendicular to the support panel 3, and the reflection mirrors 2 and 2a are attached to the tip of the support shaft 4 at a predetermined angle. The plurality of reflecting mirrors 2 and 2a attached to the support panel 3 in this way define one large virtual spherical mirror M as a whole. The spherical mirror M also has a substantially quadrangular outer shape and an optical axis K at the center. Although the reflecting mirrors 2 and 2a are preferably spherical, the spherical mirror M can be configured as a whole even if the reflecting mirrors 2 and 2a are planar.

この球面鏡Mを方位方向H及び高度方向Vに回転させることにより、球面鏡Mの光軸Kが常に太陽Sを向くように制御される。球面鏡Mを方位方向H及び高度方向Vに回転させるための構造を以下説明する。   By rotating the spherical mirror M in the azimuth direction H and the altitude direction V, the optical axis K of the spherical mirror M is controlled so as to always face the sun S. A structure for rotating the spherical mirror M in the azimuth direction H and the altitude direction V will be described below.

支持パネル3の下側にはパイプフレーム部5が一体化され、反射ミラー2、2aが取付けられた支持パネル3とパイプフレーム部5とでミラー構成体6を構成している。ミラー構成体6は構造材製のフレーム体7の上に設置される。ミラー構成体6はヒンジ8を中心に全体が上方へ回転自在で、ミラー構成体6のヒンジ8とは反対側は、フレーム体7に下端が回動自在に支持されたアーム部9に連結されている。アーム部9には従動プーリ10と回転ブロック11との間で移動自在なループ状のチェーン12が設けられ、ミラー構成体6の反対側の連結リング13がこのチェーン12の一部に結合されている。   A pipe frame part 5 is integrated under the support panel 3, and the support panel 3 to which the reflection mirrors 2 and 2 a are attached and the pipe frame part 5 constitute a mirror structure 6. The mirror structure 6 is installed on a frame body 7 made of a structural material. The mirror structure 6 is rotatable as a whole about a hinge 8, and the opposite side of the mirror structure 6 from the hinge 8 is connected to an arm portion 9 whose lower end is rotatably supported by a frame body 7. ing. The arm portion 9 is provided with a loop-shaped chain 12 that is movable between the driven pulley 10 and the rotating block 11, and a connecting ring 13 on the opposite side of the mirror structure 6 is coupled to a part of the chain 12. Yes.

回転ブロック11には高度側モータ14の回転駆動力が、ウォームギア15及びウォームホイール16を介して伝達されるため、この回転ブロック11と係合しているチェーン12は上下に移動する。従って、そのチェーン12にミラー構成体6の連結リング13が結合されているため、チェーン12に合わせてミラー構成体6がヒンジ8を中心に上下に回転し、ミラー構成体6の高度方向での角度が変化する。   Since the rotational driving force of the altitude side motor 14 is transmitted to the rotary block 11 via the worm gear 15 and the worm wheel 16, the chain 12 engaged with the rotary block 11 moves up and down. Accordingly, since the connecting ring 13 of the mirror structure 6 is coupled to the chain 12, the mirror structure 6 rotates up and down around the hinge 8 in accordance with the chain 12, and the mirror structure 6 in the altitude direction. The angle changes.

このようなミラー構成体6を載せたフレーム体7は、地面Gに形成されたベース部17の上部に設置される。ベース部17には円柱部18が形成され、その上端に形成された軸部19を中心にフレーム体7は方位方向Hを回転する。フレーム体7には3つのキャスター部20が形成され、このキャスター部20がベース部17の上面を転動することにより、フレーム体7はミラー構成体6ごと方位方向Hへ回転する。   The frame body 7 on which such a mirror structure 6 is placed is installed on the upper portion of the base portion 17 formed on the ground G. A cylindrical portion 18 is formed in the base portion 17, and the frame body 7 rotates in the azimuth direction H around a shaft portion 19 formed at the upper end thereof. Three caster portions 20 are formed in the frame body 7, and the caster portion 20 rolls on the upper surface of the base portion 17, whereby the frame body 7 rotates in the azimuth direction H together with the mirror constituent body 6.

円柱部18の周囲にはチェーン21が掛け回されてる。チェーン21は両端21a、21bを90°の角度範囲でオーバラップさせた状態で掛け回され、チェーン21の一部にはチェーン21と係合する回転ブロック22が設けられている。この回転ブロック22は、フレーム体7側に支持されているもので、フレーム体7側に取付けられた方位側モータ23の回転駆動力を、ウォームギア24及びウォームホイール25を介して伝達することにより回転し、チェーン22に沿って円柱部18の周囲を回転する。従って、回転ブロック11と一緒にフレーム体7が方位方向Hに回転する。   A chain 21 is wound around the cylindrical portion 18. The chain 21 is hung around with both ends 21a and 21b overlapped at an angle range of 90 °, and a rotating block 22 that engages the chain 21 is provided on a part of the chain 21. The rotating block 22 is supported on the frame body 7 side, and rotates by transmitting the rotational driving force of the azimuth side motor 23 attached to the frame body 7 side via the worm gear 24 and the worm wheel 25. Then, it rotates around the cylindrical portion 18 along the chain 22. Accordingly, the frame body 7 rotates in the azimuth direction H together with the rotating block 11.

ミラー構成体6の高度方向Vへの回転と、フレーム体7の方位方向Hへの回転は、高度センサー26及び方位センサー27が太陽光線Lの向きを検出することにより制御されている。すなわち、複数の反射ミラー2、2aで形成される球面鏡Mの光軸Kが常に太陽Sを向くように、高度センサー26及び方位センサー27から前記高度側モータ14及び方位側モータ23へのフィードバック信号が出力されるようになっている。   The rotation of the mirror structure 6 in the altitude direction V and the rotation of the frame body 7 in the azimuth direction H are controlled by the altitude sensor 26 and the azimuth sensor 27 detecting the direction of the sunlight L. That is, a feedback signal from the altitude sensor 26 and the azimuth sensor 27 to the altitude side motor 14 and the azimuth side motor 23 so that the optical axis K of the spherical mirror M formed by the plurality of reflecting mirrors 2 and 2a always faces the sun S. Is output.

球面鏡Mの光軸K上における焦点Fは球心と極の距離の1/2、すなわち球面鏡Mの球面の半径の1/2だけ球心から球面(極)に向かって移動した位置にある。スターリングエンジン28の受光部(受熱部)は焦点Fの近傍に支持パイプ29により支持パネル3に対して支持されている。この受熱部が太陽光線Lにより加熱されることにより、スターリングエンジン28で1〜3kW程度の発電が行われるようになっている。   The focal point F on the optical axis K of the spherical mirror M is at a position moved from the spherical center toward the spherical surface (pole) by 1/2 of the distance between the spherical center and the pole, that is, 1/2 of the spherical radius of the spherical mirror M. The light receiving portion (heat receiving portion) of the Stirling engine 28 is supported on the support panel 3 by a support pipe 29 in the vicinity of the focal point F. When the heat receiving portion is heated by the sunlight L, the Stirling engine 28 generates about 1 to 3 kW.

<球面収差>
図8において、太陽光線I,II,IIIはそれぞれ光軸Kに平行で光軸から所定の距離において球面鏡Mに入射する。複数の反射ミラー2、2aの個々の反射面により、全体として所定の曲率を有する仮想的な球面鏡Mを画成する。光軸からの距離が小さい光線I,IIは球面鏡Mで反射されて光軸上Kにおける焦点Fの近傍を通る。これに対して光軸Kからの距離が曲率半径に対して大きくなるにしたがい光軸を横切る位置が焦点Fから離れる。すなわち、ミラー2aに入射する光線IIIは光軸上において焦点Fから有意な距離Dだけオフセットした位置を通る。もしこの位置がスターリングエンジン28の受熱部からはずれていれば光線IIIは加熱に寄与することができない。
<Spherical aberration>
In FIG. 8, sunlight rays I, II, and III are incident on the spherical mirror M at a predetermined distance from the optical axis parallel to the optical axis K. A virtual spherical mirror M having a predetermined curvature as a whole is defined by the individual reflecting surfaces of the plurality of reflecting mirrors 2 and 2a. Light rays I and II having a small distance from the optical axis are reflected by the spherical mirror M and pass near the focal point F on the optical axis K. On the other hand, as the distance from the optical axis K increases with respect to the radius of curvature, the position crossing the optical axis moves away from the focal point F. That is, the light beam III incident on the mirror 2a passes through a position offset by a significant distance D from the focal point F on the optical axis. If this position deviates from the heat receiving portion of the Stirling engine 28, the light beam III cannot contribute to heating.

図9には入射光線Lの光軸Kからの距離とその反射光が光軸Kを横切る位置の関係を表す特性曲線を示す。縦軸Zは焦点Fを基準として反射光が光軸Kを横切る位置すなわち偏差を下方を正として表示するもので、各反射光線の球面収差を反射光線と光軸Kの交点の偏差で表現したものである。したがって縦軸は焦点Fにおいて光軸に垂直な仮想平面を反射光が横切る位置の光軸Kからの距離に対応する。なお、縦軸でZ=0は焦点Fに対応する。入射光線Lの反射位置が相対的に光軸Kに近い場合(I,II)には球面収差も小さいが、反射位置が遠くなるほど球面収差も大きくなる。たとえば、本実施例においてスターリングエンジン28の受熱部の形状、大きさや位置に基づいて許容される球面収差の範囲がZ=0〜Aの範囲となる場合に、図9において光軸KからXa以上離れた位置に入射する太陽光線IIIは上記範囲外となって焦点Fから大きくずれた位置f(D>A)を通るためスターリングエンジンの加熱に寄与することができない。   FIG. 9 shows a characteristic curve representing the relationship between the distance of the incident light beam L from the optical axis K and the position where the reflected light crosses the optical axis K. The vertical axis Z displays the position where the reflected light crosses the optical axis K with respect to the focal point F, that is, the deviation as positive below, and the spherical aberration of each reflected light is expressed by the deviation of the intersection of the reflected light and the optical axis K. Is. Therefore, the vertical axis corresponds to the distance from the optical axis K at the position where the reflected light crosses the virtual plane perpendicular to the optical axis at the focal point F. In the vertical axis, Z = 0 corresponds to the focal point F. When the reflection position of the incident light beam L is relatively close to the optical axis K (I, II), the spherical aberration is small. However, the farther the reflection position is, the larger the spherical aberration is. For example, in this embodiment, when the range of spherical aberration allowed based on the shape, size and position of the heat receiving portion of the Stirling engine 28 is in the range of Z = 0 to A, the optical axis K in FIG. The sunlight III incident on the distant position is out of the above range and passes through the position f (D> A) greatly deviated from the focal point F, and thus cannot contribute to the heating of the Stirling engine.

<球面収差の修正>
このように球面収差の許容範囲ΔAを定めたときに反射光線が許容範囲の外側の範囲は入射光線の反射位置においてX≧Xaの領域でありこれを「外側領域」という。この場合に球面鏡Mの外側領域の鏡面要素のみを光軸K方向に平行に太陽に向けて所定距離移動すると、図9の曲線の領域Raは領域Rbに平行移動する。その結果移動した外側領域の鏡面要素で反射された太陽光線は許容された球面収差の範囲に収まるためすべての鏡面要素がスターリングエンジンの加熱に寄与することができる。
<Correction of spherical aberration>
Thus, when the allowable range ΔA of spherical aberration is determined, the range outside the allowable range of the reflected light is an area where X ≧ Xa at the reflection position of the incident light, and this is referred to as “outer area”. In this case, if only the mirror element in the outer region of the spherical mirror M is moved a predetermined distance toward the sun parallel to the optical axis K direction, the curved region Ra in FIG. 9 is translated into the region Rb. As a result, the sun rays reflected by the moved mirror element in the outer region fall within the allowable range of spherical aberration, so that all the mirror elements can contribute to the heating of the Stirling engine.

したがって球面鏡Mの集光度を改善するためには許容される球面収差の範囲を定めそれに応じて外側領域を特定し外側領域に関連する鏡面要素を平行移動すればよい。許容される球面収差の範囲ΔA(A1≦Z≦A2)は、受熱領域(受光領域)の分布、すなわち受熱部の形状、大きさ、位置などに基づいて定めることができる。一般に受光面または受熱面は焦点F近傍の空間に分布し反射光の分布密度も考慮して許容範囲ΔAを定めることができる。   Therefore, in order to improve the light condensing degree of the spherical mirror M, it is only necessary to determine the range of allowable spherical aberration, specify the outer region accordingly, and translate the mirror elements related to the outer region. The allowable spherical aberration range ΔA (A1 ≦ Z ≦ A2) can be determined based on the distribution of the heat receiving area (light receiving area), that is, the shape, size, position, etc. of the heat receiving section. In general, the light receiving surface or the heat receiving surface is distributed in a space near the focal point F, and the allowable range ΔA can be determined in consideration of the distribution density of reflected light.

図9の特性曲線は主として球面鏡Mの球面半径に基づいて算出されるので許容範囲ΔAが定まるとこれに対応する入射光線Lの範囲が得られる。図9の例では許容範囲ΔAは0≦Z≦Aとしているので境界はX=Xaとなりこれより光軸Kから離れる範囲が外側領域(X>Xa)となる。外側領域に関連する各鏡面要素(反射ミラー)について平行移動によりΔAの範囲に含まれるように移動距離を設定することができる。図9では曲線Raの領域にある鏡面要素を修正CによりRa’の位置まで平行移動することにより球面収差を許容範囲ΔAに収めることができる。通常は球面収差の許容範囲は焦点Fの近傍に設定される。   Since the characteristic curve of FIG. 9 is calculated mainly based on the spherical radius of the spherical mirror M, when the allowable range ΔA is determined, the corresponding range of the incident light beam L is obtained. In the example of FIG. 9, since the allowable range ΔA is 0 ≦ Z ≦ A, the boundary is X = Xa, and the range farther from the optical axis K is the outer region (X> Xa). The movement distance can be set so that each mirror element (reflection mirror) related to the outer region is included in the range of ΔA by parallel movement. In FIG. 9, the spherical aberration can be within the allowable range ΔA by translating the specular element in the region of the curve Ra to the position of Ra ′ by the correction C. Normally, the allowable range of spherical aberration is set in the vicinity of the focal point F.

次に、球面鏡Mの説明をする。図6にハッチングで示したように、球面鏡Mにおける外側領域との境界(X=Xa)に対応して設定した仮想円Nが通過するか、それよりも外側の反射ミラー2aが修正Cの対象である。複数の反射ミラー2、2aの個々の反射面により、全体として所定の曲率を有する球面鏡Mを形成しているが、図7及び図10に示すように、光軸Kから遠い外側周辺にある反射ミラー2aが外側領域に含まれるので、これを所定の寸法dだけ光軸Kの方向へ沿って反射側へ平行移動させる。たとえば受熱領域(受光領域)の位置と分布により許容範囲ΔAを−A/2≦Z≦A/2とした場合には反射光が実質的に焦点Fに向かうように寸法dを定めることができる。   Next, the spherical mirror M will be described. As indicated by hatching in FIG. 6, a virtual circle N set corresponding to the boundary (X = Xa) with the outer region of the spherical mirror M passes, or the reflecting mirror 2a on the outer side is the target of the correction C It is. A spherical mirror M having a predetermined curvature as a whole is formed by the individual reflecting surfaces of the plurality of reflecting mirrors 2 and 2a. However, as shown in FIGS. Since the mirror 2a is included in the outer region, the mirror 2a is translated to the reflection side along the direction of the optical axis K by a predetermined dimension d. For example, when the allowable range ΔA is set to −A / 2 ≦ Z ≦ A / 2 depending on the position and distribution of the heat receiving region (light receiving region), the dimension d can be determined so that the reflected light is substantially directed to the focal point F. .

このようにしたのは、完全な球面鏡Mのままだと、図8、9に示すように、光軸K付近の反射ミラー2における焦点距離よりも、外側領域の反射ミラー2aの焦点距離の方が短くなり、光軸K上における両者の焦点F、f間に収差(偏差)Dが生じて集光性能が低下するからである。そのため、その収差Dを緩和するために、外側領域に関連する反射ミラー2aを光軸Kの方向に沿って前記寸法dだけ平行移動させたものである。平行移動の距離dは許容される球面収差の範囲ΔAに基づいて適宜設定される。   If the spherical mirror M is left as it is, the focal length of the reflecting mirror 2a in the outer region is larger than the focal length of the reflecting mirror 2 near the optical axis K, as shown in FIGS. This is because the aberration (deviation) D occurs between the focal points F and f on the optical axis K, and the light condensing performance decreases. Therefore, in order to reduce the aberration D, the reflecting mirror 2a related to the outer region is translated along the direction of the optical axis K by the dimension d. The translation distance d is appropriately set based on the allowable spherical aberration range ΔA.

これにより、外側領域の反射ミラー2aからの反射光R′は内側の反射ミラー2からの反射光Rとともに焦点Fの近傍を通過するため全ての反射ミラーからの反射光によってスターリングエンジンを加熱することができる。従って、全体として球面鏡Mでありながら、反射光R、R′を焦点Fの近傍に集光させることができ、集光性能が改善される。そのため、スターリングエンジン28の受熱部をムラなく加熱することができ、スターリングエンジン28の発電性能を最大限発揮させることができる。   As a result, the reflected light R ′ from the reflection mirror 2a in the outer region passes through the vicinity of the focal point F together with the reflected light R from the inner reflection mirror 2, so that the Stirling engine is heated by the reflected light from all the reflection mirrors. Can do. Therefore, the reflected light R and R ′ can be condensed in the vicinity of the focal point F while the spherical mirror M as a whole, and the light condensing performance is improved. Therefore, the heat receiving portion of the Stirling engine 28 can be heated without unevenness, and the power generation performance of the Stirling engine 28 can be maximized.

また、個々の反射ミラー2、2aが球面鏡Mの一部を形成する球面であるため、反射ミラー2、2aの製造が容易であると共に、全体としては基本的に1つの球面鏡Mを構成するため、球面度の検査調整も容易である。さらにすべての反射ミラーを反射光が特定の一点に向くように修正するのではなく、特定の反射ミラー2aのみを平行移動する修正Cにより集光度を大幅に改善することができる。   In addition, since each of the reflection mirrors 2 and 2a is a spherical surface that forms a part of the spherical mirror M, the reflection mirrors 2 and 2a can be easily manufactured, and basically, one spherical mirror M is basically configured. In addition, inspection adjustment of the sphericity is easy. Furthermore, the degree of condensing can be greatly improved by the correction C in which only the specific reflecting mirror 2a is translated instead of correcting all the reflecting mirrors so that the reflected light is directed to one specific point.

なお、本実施形態では太陽光利用装置の一例としてスターリングエンジンが支持パネル3に位置固定されている実施例を示したがこれに限定されない。太陽光利用装置には反射鏡等の光学要素も含まれる。この場合は反射鏡自体が受光部となる。   In the present embodiment, an example in which the Stirling engine is fixed to the support panel 3 as an example of a solar power utilization device is shown, but the present invention is not limited to this. The solar-powered device includes an optical element such as a reflecting mirror. In this case, the reflecting mirror itself becomes the light receiving unit.

(第2実施形態)
図11及び図12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。
(Second Embodiment)
11 and 12 are views showing a second embodiment of the present invention. This embodiment includes the same components as those in the first embodiment. Therefore, the same constituent elements are denoted by common reference numerals, and redundant description is omitted.

本実施形態においても図9で示す外側領域に含まれる鏡面要素についてのみ球面収差を改善する。球面収差の許容範囲ΔAおよび外側領域を定める方法は第1実施形態と同じである。本実施形態では、球面鏡Mの外側領域の鏡面要素を反射光Lが光軸K上において許容範囲ΔAを通過するように傾斜を変更する。その結果傾斜を修正した外側領域の鏡面要素で反射された太陽光線についての球面収差が許容された範囲に収まるためスターリングエンジンの加熱に寄与することができる。   Also in this embodiment, the spherical aberration is improved only for the specular element included in the outer region shown in FIG. The method for determining the spherical aberration tolerance ΔA and the outer region is the same as in the first embodiment. In the present embodiment, the inclination of the mirror element in the outer region of the spherical mirror M is changed so that the reflected light L passes through the allowable range ΔA on the optical axis K. As a result, since the spherical aberration about the sunlight reflected by the mirror element in the outer region whose inclination is corrected falls within the allowable range, it can contribute to the heating of the Stirling engine.

したがって球面鏡Mの集光度を改善するためには許容される球面収差の範囲を定めそれに応じて外側領域を設定し外側領域に関連する鏡面要素をの傾斜を修正すればよい。各修正傾斜角は主として光線Lの球面鏡Mにおける反射位置と許容範囲ΔAにより定めることができる。外側領域に関連する各鏡面要素(反射ミラー)について反射光R’がΔAの範囲に含まれるように修正すべき傾斜角度を設定することができる。このような修正により図9において曲線のRaの領域が修正Cにより許容範囲ΔAに含まれるRa’の領域に変形移動する。   Therefore, in order to improve the light condensing degree of the spherical mirror M, it is only necessary to determine the range of allowable spherical aberration, set the outer region accordingly, and correct the inclination of the mirror element related to the outer region. Each corrected inclination angle can be determined mainly by the reflection position of the light beam L on the spherical mirror M and the allowable range ΔA. The inclination angle to be corrected can be set so that the reflected light R ′ is included in the range of ΔA for each specular element (reflection mirror) related to the outer region. By such correction, the Ra area of the curve in FIG. 9 is deformed and moved to the Ra ′ area included in the allowable range ΔA by correction C.

より具体的には、光軸Kから遠い外側領域にある反射ミラー2aを、所定の角度θだけ外向き方向に回転させた。このようにすることにより、外側の反射ミラー2aからの反射光R′も、内側の反射ミラー2からの反射光Rと同じ焦点Fの近傍を通過することとなる。従って、全体として球面鏡Mでありながら、反射光R、R′を球面収差の許容範囲内すなわち焦点Fの近傍に集光させることができ、集光性能が改善される。換言すればすべての反射ミラーを反射光が特定の一点に向くように修正するのではなく、特定の反射ミラー2aのみの傾斜を変更する修正Cにより集光度を大幅に改善することができる。   More specifically, the reflection mirror 2a in the outer region far from the optical axis K is rotated outward by a predetermined angle θ. By doing so, the reflected light R ′ from the outer reflecting mirror 2 a also passes in the vicinity of the same focal point F as the reflected light R from the inner reflecting mirror 2. Therefore, the reflected light R and R ′ can be condensed within the allowable range of spherical aberration, that is, in the vicinity of the focal point F, although the spherical mirror M as a whole, and the condensing performance is improved. In other words, not all the reflection mirrors are corrected so that the reflected light is directed to one specific point, but the degree of light collection can be greatly improved by the correction C that changes the inclination of only the specific reflection mirror 2a.

尚、以上の各実施形態では、外側の反射ミラー2aを平行移動させたり或いは回転させたりする量を、図面から明確に理解できるように大きく示したが、実際には目で分からないほど僅かなものである。   In each of the above embodiments, the amount by which the outer reflecting mirror 2a is translated or rotated is shown large so that it can be clearly understood from the drawings. Is.

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。1 is an overall perspective view showing a solar tracking light concentrating device according to a first embodiment of the present invention. 太陽追尾集光装置を示す分解斜視図。The disassembled perspective view which shows a solar tracking condensing device. 太陽追尾集光装置を示す側面図。The side view which shows a solar tracking condensing device. 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。The side view of the sun tracking condensing device which shows the state which the mirror structure body tilted. アーム部の内部構造を示す断面図。Sectional drawing which shows the internal structure of an arm part. 球面鏡を示す正面図。The front view which shows a spherical mirror. 外側周辺の反射ミラーを平行移動させた状態を示す側面図。The side view which shows the state which translated the reflective mirror of the outer periphery. 外側周辺の反射ミラーを平行移動させない球面鏡における反射光の光路図。The optical path figure of the reflected light in the spherical mirror which does not translate the reflective mirror of an outer periphery. 入射光線と球面収差の関係を表す特性曲線。A characteristic curve representing the relationship between incident light and spherical aberration. 外側周辺の反射ミラーを平行移動させた球面鏡による反射光の光路図。The optical path figure of the reflected light by the spherical mirror which translated the reflective mirror of the outer periphery. 本発明の第2実施形態に係る外側周辺の反射ミラーを回転させた状態を示す側面図。The side view which shows the state which rotated the reflective mirror of the outer periphery which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 外側周辺の反射ミラーを回転させた球面鏡による反射光の光路図。The optical path figure of the reflected light by the spherical mirror which rotated the reflective mirror of the outer periphery.

符号の説明Explanation of symbols

1 太陽追尾集光装置
2 反射ミラー
2a 反射ミラー(外側周辺)
M 球面鏡
K 光軸
H 方位方向
V 高度方向
G 地面
L 太陽光線
S 太陽
F 焦点
f 焦点(短)
A 許容収差
d 平行移動量
D 収差
θ 回転量
N 仮想円(内接円)
R 反射光
R′ 反射光(外側周辺)
1 Sun tracking condensing device 2 Reflecting mirror 2a Reflecting mirror (outside periphery)
M Spherical mirror K Optical axis H Azimuth direction V Altitude direction G Ground L Sun rays S Sun F Focus f Focus (short)
A Allowable aberration d Translation amount D Aberration θ Rotation amount N Virtual circle (inscribed circle)
R Reflected light R 'Reflected light (outer periphery)

Claims (6)

1つの球面鏡を画成する複数のミラー要素を前記球面鏡の光軸を太陽に向けた状態で追尾する太陽追尾集光装置であって、
球面収差が所定の許容範囲から外れる特定のミラー要素のみが球面収差が前記許容範囲内に収まるように前記球面鏡に対して姿勢変更されたことを特徴とする太陽追尾集光装置。
A solar tracking condensing device that tracks a plurality of mirror elements defining one spherical mirror with the optical axis of the spherical mirror facing the sun,
The solar tracking condensing device, wherein only a specific mirror element whose spherical aberration is out of a predetermined allowable range is changed in attitude with respect to the spherical mirror so that the spherical aberration is within the allowable range.
太陽光利用装置が前記球面鏡に位置固定され、前記太陽光利用装置の受光部が前記球面鏡の焦点近傍に位置づけられ、
前記所定の許容範囲は前記太陽光利用装置の受光領域の分布に基づいて定められることを特徴とする請求項1記載の太陽追尾集光装置。
The solar light utilization device is fixed to the spherical mirror, the light receiving unit of the solar light utilization device is positioned near the focal point of the spherical mirror,
The solar tracking concentrating device according to claim 1, wherein the predetermined allowable range is determined based on a distribution of a light receiving region of the solar light utilizing device.
前記姿勢変更は前記特定のミラー要素を前記光軸に平行に所定距離移動することを特徴とする請求項1または2記載の太陽追尾集光装置。   The solar tracking condensing device according to claim 1 or 2, wherein the posture change moves the specific mirror element by a predetermined distance parallel to the optical axis. 前記姿勢変更は前記特定のミラー要素の球面収差が前記許容範囲に収まるように前記特定のミラー要素の傾斜を所定の角度変更することを特徴とする請求項1または2記載の太陽追尾集光装置。   3. The solar tracking condensing device according to claim 1, wherein the posture change is performed by changing the inclination of the specific mirror element by a predetermined angle so that the spherical aberration of the specific mirror element falls within the allowable range. . 前記複数のミラー要素は球面鏡であることを特徴とする請求項1記載の太陽追尾集光装置。   The solar tracking concentrator according to claim 1, wherein the plurality of mirror elements are spherical mirrors. 前記特定のミラー要素は、球面鏡における光軸を中心とした前記球面鏡の内接円が通過する反射ミラー及びそれよりも外側の反射ミラーであって、
前記内接円の半径は前記所定の許容範囲に基づいて定められることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項記載の太陽追尾集光装置。
The specific mirror element is a reflecting mirror through which an inscribed circle of the spherical mirror centered on the optical axis of the spherical mirror passes and a reflecting mirror outside the reflecting mirror,
The solar tracking concentrator according to any one of claims 1 to 5, wherein a radius of the inscribed circle is determined based on the predetermined allowable range.
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