JP2011194275A - 鏡面清掃装置 - Google Patents

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弥生 江黒
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Abstract

【課題】露天に設置された鏡面の清掃に際し、人手を要さず、鏡面状態を劣化させずに自動で鏡面の清掃が行える鏡面清掃装置を提供する。
【解決手段】鏡面の表面を移動しながら清掃する移動清掃部を有し、移動清掃部が、鏡面の形成された基材の側面又は基材の周辺に配置されたガイド部材に案内されて移動するよう構成されている鏡面清掃装置とする。
【選択図】図1

Description

本発明は、鏡面の清掃装置、特に集光型太陽熱発電に用いられる鏡面の清掃に好適な清掃装置に関するものである。
従来より、化石燃料を燃やして発電する火力発電は、設備コストが比較的低く、世界中で広く用いられている。一方、地球環境保護の観点からCO(二酸化炭素)の削減が求められており、環境に負荷を与えないクリーンなエネルギーとして、太陽光エネルギーが注目されている。
この、太陽光エネルギーを利用して発電するものとして、タワー式太陽熱発電と呼ばれ、タワーの周囲に配置した多数の反射鏡(ヘリオスタット)により反射された太陽光を、タワー上に設けた集光鏡を介して熱交換機に集光させ、加熱し得られた熱エネルギーを用いて発電するものが知られている(例えば、特許文献1参照)。
また、曲面鏡を用い、該曲面鏡の前に設置されたパイプに太陽光を集中させ、パイプ内を流れる液体(オイル等)を加熱し、その熱で発電するトラフ式太陽熱発電も知られている。
一方、床、壁、天井等の構造物等の表面に付着する汚れの吸引清掃を目的として、構造物の表面に負圧を利用して吸着し、該表面に沿って移動可能と成された装置が知られている(例えば、特許文献2参照)。
特開平11−119105号公報 特開2007−307541号公報
上述のような、太陽熱発電は、広大な受光面積を得るため大型の設備であり、十分な熱量を得るために日照時間の長い土地に大規模に設置される。これに適する場所としては、機材の搬送等に有利な海岸線に近い砂漠地帯が考えられる。しかし、海岸線に近い砂漠地帯では昼と夜の寒暖差が大きく、これにより鏡面に結露を生じ、この結露による水滴に塵埃が付着して鏡の表面が汚れ、太陽熱発電のための受光効率が低下する問題がある。この巨大で設置数も多い鏡面の清掃に関しては、従来は人が行い、膨大な工数を要していた。
また、タワー式太陽熱発電では、第2反射鏡が高い位置に配置され清掃を人が行うことは容易でない問題もある。
また、タワー式太陽熱発電やトラフ式太陽熱発電に用いられる鏡は、発電効率を上げるため特定の波長帯域で高反射率とするため、例えば誘電体多層膜等を形成したり、フィルム状の鏡を基材に接着して構成されている。このような鏡面の場合、上記特許文献2に記載のような、負圧を利用して表面に吸着し、該表面を清掃するものを用いた場合、装置の吸引力により鏡面の剥がれや平面性の劣化等を引き起こす問題や、鏡面への摩擦で傷を発生させてしまう問題がある。
本発明は上記問題に鑑み、露天に設置された鏡面の清掃に際し、人手を要さず、鏡面状態を劣化させずに自動で鏡面の清掃が行える鏡面清掃装置を提供することを目的とするものである。
上記の目的は、下記の構成により達成される。
(1)露天に設置された鏡面の清掃をおこなう鏡面清掃装置であって、前記鏡面の表面を移動しながら清掃する移動清掃部を有し、前記移動清掃部が、前記鏡面の形成された基材の側面又は前記基材の周辺に配置されたガイド部材に案内されて移動するよう構成されていることを特徴とする鏡面清掃装置。
(2)前記移動清掃部は、圧縮空気を噴出するもの、ワイパー及びブラシのうち少なくともいずれか一つを有するものであることを特徴とする前記(1)に記載の鏡面清掃装置。
(3)前記移動清掃部は、ワイパー及びブラシのうち少なくともいずれか一つと、前記鏡面の表面に水を放水する放水部と、該放水部から放水された水を回収する回収部とを有するものであることを特徴とする前記(1)又は前記(2)に記載の鏡面清掃装置。
(4)露天に設置された鏡面の清掃をおこなう鏡面清掃装置であって、前記鏡面を清掃する移動清掃部と、前記移動清掃部を所定の第1の方向に移動させる第1の移動機構部と、前記第1の移動機構部を前記第1の方向と異なる第2の方向に移動させる第2の移動機構部と、を有することを特徴とする鏡面清掃装置。
(5)前記移動清掃部は、圧縮空気を噴出するもの及びブラシのうち少なくともいずれか一つを有するものであることを特徴とする前記(4)に記載の鏡面清掃装置。
(6)前記移動清掃部は、ブラシと、前記鏡面の表面に水を放水する放水部と、該放水部から放水された水を回収する回収部とを有するものであることを特徴とする前記(4)又は前記(5)に記載の鏡面清掃装置。
(7)前記鏡面の設置された環境の湿度を検知する湿度センサを有し、該湿度センサの検知結果に基づいて清掃動作を行うことを特徴とする前記(1)から前記(6)までのいずれかに記載の鏡面清掃装置。
本発明によれば、露天に設置された鏡面の清掃に際し、人手を要さず、鏡面状態を劣化させずに自動で鏡面の清掃が行える鏡面清掃装置を提供することが可能となる。
第1の実施の形態に係る鏡面清掃装置の一例を示す斜視図である。 図1に示した鏡面清掃装置に放水部と回収部を付加した鏡面清掃装置を示す斜視図である。 移動清掃部に設けられる清掃用部材の配置例を示す模式図である。 移動清掃部が鏡面の形成された基材の側面に案内されて移動する鏡面清掃装置の他の例を示す斜視図である。 図4に示した鏡面清掃装置に放水部と回収部を付加した鏡面清掃装置を示す斜視図である。 第2の実施の形態に係る鏡面清掃装置の一例を示す斜視図である。 第2の実施の形態に係る鏡面清掃装置を一方向の断面が放物面形状の鏡体に適用した例を示す斜視図である。 第3の実施の形態に係る鏡面清掃装置の一例を示す斜視図である。 図8に示した鏡面清掃装置を曲面形状の鏡体に適用した例を示す斜視図である。 図8及び図9に示した鏡面清掃装置に放水部を付加した場合の各部の関係を示すブロック図である。 図10に示す鏡面清掃装置の概略動作を示すフローチャートである。
以下、実施の形態により本発明を詳しく説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。なお、以下の図においては、各部に電力を供給する電源や、配線等については省略して図示している。
(第1の実施の形態)
図1は、第1の実施の形態に係る鏡面清掃装置10の一例を示す斜視図である。図1は、例えば、タワー式太陽熱発電(Central Tower power plant)に用いられるヘリオスタット(Heliostat)と呼ばれる平面の鏡体100の上に鏡面清掃装置10が取り付けられた状態を示している。なお、鏡体100は、不図示の支持体に支持されている。
鏡体100は、フィルムに鏡面が形成され、該フィルムを基材に接着したものである。鏡体100の鏡面100k側には、鏡面清掃装置10の移動清掃部11が載置されている。
移動清掃部11には、鏡面100kを清掃するためのワイパー17が、鏡面に傷を付けないよう予め決められた圧力で鏡面100kに摺接するように設けられている。また、移動清掃部11には、鏡体100の基材100sの側面に所定の摩擦力で当接し、駆動モータ15により回転させられる駆動ローラ12が配置されている。また、基材100sの裏面には従動ローラ13が当接し、基材100sの反対側側面には不図示の従動ローラが当接して配置されている。
この構成により、駆動モータ15により駆動ローラ12が回転させられ、鏡面清掃装置10は、鏡面100kの形成された基材100sの側面に案内されて、鏡体100上を図示矢印方向に移動し、ワイパー17により鏡面100kを清掃させることができる。
これにより、人手を要さず、鏡面状態を劣化させずに自動で鏡面の清掃を行うことが可能となる。
図2は、図1に示した鏡面清掃装置に放水部と回収部を付加した鏡面清掃装置10を示す斜視図である。図2に示す鏡面清掃装置10については、図1と同様の部位には同符号を付与して説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。
図2に示す鏡面清掃装置10は、移動清掃部11に給水タンクと水汲み上げ及び放水の為のモータで構成される給水部21と、この給水部21の水を鏡面100k上に放水する放水パイプ22とで構成された放水部23が設けられている。更に、鏡体100の端部には、放水部23から放水された水を回収する樋状部材24と、この樋状部材24で集められた水を集積する回収タンク25で構成された回収部26が設けられている。回収部26と給水部21は、ホース27で接続されている。
なお、給水部21又は回収タンク25の少なくとも一方には、水の中に含まれる塵埃を取り除く防塵フィルタが設けられている。
この構成により、放水パイプ22から放水しつつ、駆動モータ15により駆動ローラ12を回転させ、鏡体100上を鏡面清掃装置10が図示矢印方向に移動し、ワイパー17により鏡面100kを清掃させることができる。
このように、放水部と、放水された水を回収する回収部とを備えることにより、上記の効果に加え、水が貴重な砂漠地帯でも、水を無駄にすることのない鏡面清掃装置とすることができる。
なお、図1、図2ではワイパー17を用いたもので説明したが、圧縮空気を噴出するノズルで構成されたものや、ブラシが用いられたものであってもよいし、圧縮空気を噴出するもの、ワイパー及びブラシを組み合わせたものであってもよい。
特に、鏡面100kに非接触で清掃が可能な圧縮空気を噴出するものが、鏡面100kを傷つける確率が低く、最も好ましい。
図3は、移動清掃部11に設けられる清掃用部材の配置例を示す模式図である。
図3(a)は、清掃用部材として、圧縮空気を噴出するノズルと、ブラシと、ワイパーを備えた場合の例である。鏡面清掃装置10が図示矢印方向に移動する場合、図示のようにブラシ18、ワイパー17、圧縮空気を噴出するノズル19の順で配置されていることが好ましい。
図3(b)は、放水パイプと、ブラシと、圧縮空気を噴出するノズルを備えた場合の例である。鏡面清掃装置10が図示矢印方向に移動する場合、図示のように放水パイプ22、ブラシ18、圧縮空気を噴出するノズル19の順で配置されていることが好ましい。
図3(c)は、放水パイプと、ワイパーと、圧縮空気を噴出するノズルを備えた場合の例である。鏡面清掃装置10が図示矢印方向に移動する場合、図示のように放水パイプ22、ワイパー17、圧縮空気を噴出するノズル19の順で配置されていることが好ましい。
このような移動清掃部11に設けられる清掃用部材の配置例は、本例に限らず、以下で説明する各種の実施の形態に対しても適用可能であるのは言うまでもない。
図4は、移動清掃部11が鏡面の形成された基材の側面に案内されて移動する鏡面清掃装置の他の例を示す斜視図である。
図4に示す鏡体100は、一方向の断面が放物面形状の鏡体であり、例えば、トラフ式太陽熱発電(Parabolic trough)に用いられるものである。この一方向の断面が放物面状の鏡体100上に鏡面清掃装置10が取り付けられた状態を示している。なお、鏡体100は、不図示の支持体に支持されている。
鏡体100は、フィルムに鏡面が形成され、該フィルムを基材100sに接着したものである。鏡体100の鏡面100k側には、鏡面清掃装置10の移動清掃部11が載置されている。
移動清掃部11には、鏡面100kの断面形状に沿った形状のワイパー17が、鏡面に傷を付けないよう予め決められた圧力で鏡面100kに摺接するように設けられている。また、移動清掃部11には、鏡体100の基材100sの両側面に所定の摩擦力で当接し、駆動モータ15により回転させられる駆動ローラ12が配置されている。
このような構成でも、駆動モータ15により駆動ローラ12が回転させられ、鏡面清掃装置10は、鏡面100kの形成された基材100sの両側面に案内されて、鏡体100上を図示矢印方向に移動し、ワイパー17により、鏡面100kを清掃させることができる。
すなわち、曲面状の鏡体100の鏡面清掃装置にも、移動清掃部11を、基材100sの側面に案内されて移動するように構成することで、人手を要さず、鏡面状態を劣化させずに自動で鏡面の清掃を行うことが可能となる。
図5は、図4に示した鏡面清掃装置に放水部と回収部を付加した鏡面清掃装置10を示す斜視図である。図5に示す鏡面清掃装置10については、図4と同様の部位には同符号を付与して説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。
図5に示す鏡面清掃装置10は、移動清掃部11に給水タンクと水汲み上げ及び放水用のモータで構成される給水部21と、この給水部21の水を鏡面100k上に放水する放水パイプ22とで構成された放水部23が設けられている。鏡体100は、図示の如く放物面が2分割されており、分割位置の下方に放水部23から放水された水を回収する樋状部材24と、この樋状部材24で集められた水を集積する回収タンク25で構成された回収部26が設けられている。回収部26と給水部21は、ホース27で接続されている。
なお、給水部21又は回収タンク25の少なくとも一方には、水の中に含まれる塵埃を取り除く防塵フィルタが設けられている。
この構成により、放水パイプ22から放水しつつ、駆動モータ15により駆動ローラ12を回転させ、鏡体100上を鏡面清掃装置10が図示矢印方向に移動し、ワイパー17により鏡面100kを清掃させることができる。
このように、放水部と、放水された水を回収する回収部とを備えることにより、上記の効果に加え、水が貴重な砂漠地帯でも、水を無駄にすることのない鏡面清掃装置とすることができる。
なお、鏡体100を傾斜させることができる場合には、鏡体100を分割する必要はなく、傾斜時下方に位置する位置に回収タンク25を配置するだけでもよい。
(第2の実施の形態)
図6は、第2の実施の形態に係る鏡面清掃装置10の一例を示す斜視図である。平面の鏡体100及び鏡面清掃装置10は、不図示の支持体に支持されている。
図6に示す鏡面清掃装置10の移動清掃部11は、基材100sの周辺部に配置された駆動モータ15により回転させられるリードスクリュー31と軸32とで案内されて、鏡面100k上を移動するように構成されたものである。移動清掃部11には、リードスクリュー31に螺合するナット部11nが形成されると共に、軸32に係合し回転係止をおこなう回り止め部11mが形成されている。保持板33、34は、リードスクリュー31と軸32を所定の間隔に保持している。本例では、移動清掃部11に圧縮空気を噴出するノズル19が配置されている。
この構成により、駆動モータ15によりリードスクリュー31が回転させられ、螺合するナット部11nに移動力が働き、鏡面清掃装置10は鏡体100上を図示矢印方向に移動し、ノズル19から噴出する圧縮空気により鏡面100kを清掃させることができる。
このように、基材の周辺に配置されたガイド部材に案内されて移動するように構成しても同様の効果を得ることができる。
図7は、第2の実施の形態に係る鏡面清掃装置10を一方向の断面が放物面形状の鏡体に適用した例を示す斜視図である。
図7に示す鏡面清掃装置10は、図6に示す鏡面清掃装置10と異なるのは、移動清掃部11に設けられる移動清掃部材(本例ではワイパー17)が曲面状の鏡面100kに対応した形状になっていることである。
すなわち、図6、図7においては、リードスクリュー31と軸32が移動清掃部11の移動を案内するガイド部材として機能している。
このように、移動清掃部を基材の周辺に配置されたガイド部材(本例ではリードスクリュー31と軸32)に案内されて移動するように構成しても上記と同様の効果を得ることができる。
なお、第2の実施の形態で説明した鏡面清掃装置10にも、図2と図5で示したような放水部と回収部を設けることができるのはもちろんである。
(第3の実施の形態)
図8は、第3の実施の形態に係る鏡面清掃装置10の一例を示す斜視図である。図8に示す鏡面清掃装置10は、移動清掃部11を異なる2つの方向に移動させて鏡面の清掃を行うようにしたものである。平面の鏡体100及び鏡面清掃装置10は、不図示の支持体に支持されている。
図8に示す鏡面清掃装置10は、移動清掃部11としてモータ51に連結され回転するブラシ18を備えている。ブラシ18は、鏡面に傷を付けないよう予め決められた圧力で鏡面100kに摺接するように設けられている。
移動清掃部11は、板状部材52に懸架されている。板状部材52には、図示の如く、一方の側面にギア部52gが形成されている。この板状部材52は、機構部筐体60を貫通し、機構部筐体60内部でギア部52gは、モータ53に連結された不図示のギアと歯合している。これにより、モータ53を回転させることにより移動清掃部11を図示X方向に移動させることができる。
機構部筐体60には、板状部材52と略直交する方向に板状部材54が貫通している。板状部材54には、図示の如く、一方の側面にギア部54gが形成されている。ギア部54gは、機構部筐体60内部で、モータ55に連結された不図示のギアと歯合している。これにより、モータ55を回転させることにより移動清掃部11を含む機構部筐体60を図示Y方向に移動させることができる。
なお不図示であるが、機構部筐体60には、清掃部材の位置もしくは板状部材52の位置を検知する位置検知部と、機構部筐体60の板状部材54に対する位置を検知する検知部が設けられている。
これにより、移動清掃部11を鏡体100の鏡面100kの所望の全ての領域に移動させ、鏡面の清掃を行わせることができる。
すなわち、本例では、モータ53と板状部材52が、移動清掃部を第1の方向に移動させる第1の移動機構部に相当し、モータ55と板状部材54が、第1の移動機構部を異なる第2の方向に移動させる第2の移動機構部に相当する。本例では、第1の方向と第2の方向が略直交する例で説明したが、これに限るものでなく、第1の方向と第2の方向の交差角が60°〜120°程度であってもよい。
このように構成しても、人手を要さず、鏡面状態を劣化させずに自動で鏡面の清掃を行うことが可能となる。
なお、図8では、板状部材の側面にギア部を形成した例で説明したが、これに限るものでなく、円筒状の円弧部にギア部を形成したものであってもよい。また、モータとギアの組み合わせで移動清掃部を移動させるものに限るものでなく、パンタグラフ等を用いて移動させてもよいのはもちろんである。
図9は、図8に示した鏡面清掃装置10を曲面形状の鏡体に適用した例を示す斜視図である。曲面状の鏡体100及び鏡面清掃装置10は、不図示の支持体に支持されている。図9に示す鏡面清掃装置10は、移動清掃部11の移動機構は図8に示すものと同様である。このため、図8と同様の部位には同符号を付与して説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。
曲面状の鏡面を清掃する場合には、清掃部材(図9ではブラシ18)を懸架する部材は曲面に沿って撓むことができるよう、弾性を有する図示のような板状部材52を用いることが望ましい。また、図9に示す鏡面清掃装置10の場合、鏡面を頂点を繋ぐ線で2分割し、図示Hで示す一方の領域の清掃が終了したら、鏡面清掃装置10の設置を変更し残りの他方の領域の清掃が行われる。
なお、第3の実施の形態の鏡面清掃装置10の清掃部材としては、圧縮空気を噴出するもの又はブラシが好ましい。また、鏡面清掃装置10の清掃部材がブラシの場合、図2と図5で示したような放水部と回収部を設けることができるのはもちろんである。
以下、本実施の形態に係る鏡面清掃装置10の動作制御について簡単に説明する。
図10は、図8及び図9に示した鏡面清掃装置に放水部を付加した場合の各部の関係を示すブロック図である。
図10に示すように、制御部70には、湿度センサ71、移動清掃部位置検知部72、第1の移動機構部アクチュエータ73、第2の移動機構部アクチュエータ74、清掃部アクチュエータ75、放水用アクチュエータ76が接続されている。なお、必要に応じ、各アクチュエータと制御部70の間に、ドライバが配置される。
図11は、図10に示す鏡面清掃装置10の概略動作を示すフローチャートである。以下、フローに従い説明する。
まず、制御部70は、鏡面清掃装置が設置されている環境の湿度を検知する湿度センサ71の出力を監視し、予め決められた所定の設定湿度以上となったか、否かを判断する(ステップS101)。制御部70が、所定の設定湿度以上となったと判断(ステップS101;Yes)したときは、移動清掃部が初期位置にあるか否かを判断する(ステップS102)。これは、移動清掃部位置検知部72の出力から判断される。移動清掃部位置検知部72は、具体的には清掃部材の位置もしくは板状部材52の位置を検知する位置検知部と、機構部筐体60の板状部材54に対する位置を検知する検知部であり、予め決められた初期位置に配置された機械的スイッチ、非接触のフォトインタラプタ、フォトリフレクタ等の出力により判断できる。
移動清掃部が初期位置にない場合(ステップS102;No)は、第1の移動機構部アクチュエータ73(図8では、モータ53)及び第2の移動機構部アクチュエータ74(図8では、モータ55)を適宜動作させて、移動清掃部を初期位置に戻し(ステップS113)、ステップS102に戻る。
移動清掃部が初期位置にあると判断された場合(ステップS102;Yes)は、鏡面の清掃を行う(ステップS103)。鏡面の清掃は、放水用アクチュエータ76(図5では、水汲み上げ及び放水用のモータ)、清掃部アクチュエータ75(図8では、ブラシ18)を駆動しつつ、第1の移動機構部アクチュエータ73及び第2の移動機構部アクチュエータ74を適宜動作させて行う。
鏡面の清掃中は、所定の領域の清掃が終了したか否かの判断(ステップS104)を繰り返す。この判断は、板状部材52の位置を検知する位置検知部と、機構部筐体60の板状部材54に対する位置を検知する検知部からの出力で判断される。所定の領域の清掃が終了していないと判断される場合(ステップS104;No)は、ステップS103を継続し、所定の領域の清掃が終了したと判断された場合(ステップS104;Yes)は、終了する。
すなわち、本実施の形態に係る鏡面清掃装置10は、湿度が予め決められた湿度以上、換言すると、結露する確度が高いと予見されたとき清掃動作を行うものであり、これにより、結露による水滴に塵埃が付着して鏡の表面が汚れることを防止することが可能となる。
なお、第3の実施の形態に係る鏡面清掃装置10を例に取り、動作概略を説明したが、第1の実施の形態及び第2の実施の形態においても、湿度センサの検知結果に基づいて清掃動作を行うように構成できるのは言うまでもない。
10 鏡面清掃装置
11 移動清掃部
12 駆動ローラ
13 従動ローラ
15 駆動モータ
17 ワイパー
18 ブラシ
19 ノズル
21 給水部
22 放水パイプ
23 放水部
24 樋状部材
25 回収タンク
26 回収部
27 ホース
31 リードスクリュー
32 軸
51、53、55 モータ
52、54 板状部材
52g、54g ギア部
60 機構部筐体
100 鏡体
100k 鏡面
100s 基材

Claims (7)

  1. 露天に設置された鏡面の清掃をおこなう鏡面清掃装置であって、
    前記鏡面の表面を移動しながら清掃する移動清掃部を有し、
    前記移動清掃部が、前記鏡面の形成された基材の側面又は、前記基材の周辺に配置されたガイド部材に案内されて移動するよう構成されていることを特徴とする鏡面清掃装置。
  2. 前記移動清掃部は、圧縮空気を噴出するもの、ワイパー及びブラシのうち少なくともいずれか一つを有するものであることを特徴とする請求項1に記載の鏡面清掃装置。
  3. 前記移動清掃部は、ワイパー及びブラシのうち少なくともいずれか一つと、前記鏡面の表面に水を放水する放水部と、該放水部から放水された水を回収する回収部とを有するものであることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の鏡面清掃装置。
  4. 露天に設置された鏡面の清掃をおこなう鏡面清掃装置であって、
    前記鏡面を清掃する移動清掃部と、
    前記移動清掃部を所定の第1の方向に移動させる第1の移動機構部と、
    前記第1の移動機構部を前記第1の方向と異なる第2の方向に移動させる第2の移動機構部と、を有することを特徴とする鏡面清掃装置。
  5. 前記移動清掃部は、圧縮空気を噴出するもの及びブラシのうち少なくともいずれか一つを有するものであることを特徴とする請求項4に記載の鏡面清掃装置。
  6. 前記移動清掃部は、ブラシと、前記鏡面の表面に水を放水する放水部と、該放水部から放水された水を回収する回収部とを有するものであることを特徴とする請求項4又は請求項5に記載の鏡面清掃装置。
  7. 前記鏡面の設置された環境の湿度を検知する湿度センサを有し、該湿度センサの検知結果に基づいて清掃動作を行うことを特徴とする請求項1から請求項6までのいずれか一項に記載の鏡面清掃装置。
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