JP2011257088A - ヘリオスタット - Google Patents

Abstract

【課題】光センサを用いないで太陽を確実に追尾でき、平面鏡を安定して保持することができるヘリオスタットを提供する。
【解決手段】ヘリオスタットは、地軸を向く回転軸４における所定の回転支点１１の位置に連結された連結棒６と、連結棒６に直線移動自在で、かつ、回転自在に連結された平面鏡７と、平面鏡７を３軸方向に回転自在に支持する支持部５とを備えている。回転支点１１から連結棒６の端部の第２連結点１３ａへ向かう方向が、太陽へ向くように設定され、回転支点１１から支持部５の第１連結点１２ａへ向かう方向が、集光部へ向くように設定される。第１連結点１２ａは、回転支点１１からの距離が当該回転支点１１から第２連結点１３ａまでの距離と等しくなるように配置される。回転支点１１と第１連結点１２ａと第２連結点１３ａとおよびを含む平面は、平面鏡７と直交している。
【選択図】図３

Description

本発明は、太陽熱発電等に用いられる太陽を追尾するヘリオスタットに関する。

太陽熱発電設備などでは、太陽光線を平面鏡で反射させることにより集光部へ集め、太陽熱発電を行っているが、太陽は時間とともに地上から見た位置が変化するので、太陽の位置の変化に合わせて平面鏡の角度を変更していく必要がある。

そこで、太陽の位置の変化に合わせて平面鏡の角度を自動的に調整して、太陽を追尾するヘリオスタットが種々提案されている。

特許文献１に記載されているヘリオスタットでは、平面鏡から集光部へ向かう集光方向に、光センサが配置されている。このヘリオスタットでは、光センサが平面鏡に反射した太陽光線の明るさを検知し、反射光が集光方向に向くように、平面鏡の角度を調整する。

しかし、このヘリオスタットでは反射光を検知する光センサが必要になるので、ヘリオスタットの構造が複雑になるという問題がある。

また、太陽が雲に隠れるなどして太陽光が弱まった場合には、光センサが正常に作動しないおそれがある。その場合、現時点における太陽の位置を計算し、集光部との位置関係から平面鏡の角度を計算で求め、平面鏡を動かす必要があるため、さらにヘリオスタットの構造が複雑になる。

そこで、光センサを用いないで太陽を追尾するヘリオスタットとして、特許文献２の第１図に記載されているものがある。このヘリオスタットは、地球の自転軸、すなわち、地軸の方向に向けて設けられた回転軸と、太陽の方向を向くように回転軸に傾斜して取り付けられた可動棒と、集光部の方向を向く固定棒と、固定棒および可動棒にそれぞれ連結された支持棒と、支持棒の先端に取り付けられた平面鏡とを有している。可動棒の長さは、固定棒の長さと同じに設定されている。平面鏡は、支持棒に垂直に取り付けられている。そして、支持棒は、可動棒に対して直線移動自在に連結されるとともに、固定棒に対してボールジョイントにより首振り自在に連結されている。

国際公開２００９−５７６７７号公報 特開昭５２−１０９３１号公報

しかし、特許文献２の第１図に記載されている構造では、平面鏡は、支持棒の先端に一点のみで支持されているので、取付安定性が低いという問題がある。このため、平面鏡は風などを受けた場合にぐらつきやすく、集光部へ確実に太陽光を反射させることが難しくなる。

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、光センサを用いないで太陽を確実に追尾でき、平面鏡を安定して保持することができるヘリオスタットを提供することを目的とする。

上記課題を解決するためのものとして、本発明は、地軸と平行な向きに設定可能な回転軸と、前記回転軸上の回転支点において、前記回転軸とのなす角度を調整可能に当該回転軸に連結される連結棒と、前記回転支点から集光部の方向に向かって延びる直線上に設定された第１連結点の回りに揺動可能な平面鏡と、前記回転支点から太陽の方向に向かって延びる直線上に設定された第２連結点において所定の方向に揺動可能に前記連結棒と前記平面鏡とを連結する連結部と、地球の自転速度に対応した回転速度で前記回転軸を回転させる回転駆動手段と、備えており、前記連結部は、前記回転支点と前記第１連結点と前記第２連結点とを含む平面を前記平面鏡に垂直な状態で維持させる垂直維持部を有しており、前記垂直維持部により、前記回転支点と前記第１連結点と前記第２連結点とを含む平面が前記平面鏡に垂直に維持されている状態において、前記連結部は、前記第２連結点から回転支点までの距離が前記回転支点から前記第１連結点までの距離と同じになる状態を維持しつつ、前記回転軸の回転に伴って前記平面鏡に沿って前記第２連結点を変位させることが可能であることを特徴とするヘリオスタットを提供する。

この構成によれば、平面鏡は、２つの連結点、すなわち、回転支点から集光部の方向に向かって延びる直線上に設定された第１連結点、および回転支点から太陽の方向に向かって延びる直線上に設定された第２連結点で支持されているので、取付安定性が向上している。

また、回転駆動手段により回転軸を地球の自転速度に対応した回転速度で回転させることにより、回転軸に連結された連結棒も回転軸とともに回転する。このとき、垂直維持部によって回転支点と第１連結点と第２連結点とを含む平面が平面鏡に垂直に維持されており、この状態において、連結棒と平面鏡を連結する連結部は、第２連結点から回転支点までの距離が回転支点から第１連結点までの距離と同じになる状態を維持しつつ、回転軸の回転に伴って平面鏡に沿って第２連結点を変位させることを許容する。

このため、太陽が移動（回転軸が回転）しても、回転支点と第１連結点と第２連結点とによって形成される三角形が二等辺三角形に維持されるとともに、この二等辺三角形を含む平面は、平面鏡に垂直な状態で維持される。そのため、回転支点と第２連結点とを結ぶ線と平行の向きに平面鏡に入射する太陽光線の入射角と、回転支点と第１連結点とを結ぶ線と平行の向きに集光部へ向かう反射光の出射角とが、上記二等辺三角形を含む平面内で等しくなるように維持される。これにより、回転駆動手段によって地球の自転速度と同じ回転速度で連結棒を回転軸とともに回転させて時々刻々と位置が変化する太陽へ向けていくことにより、常に、太陽光線を平面鏡に反射させて集光部へ導くことが可能になる。その結果、光センサを用いずに太陽を確実に追尾することができる。

前記連結部は、前記平面鏡に沿って移動可能な移動部と、前記平面鏡に沿って前記第１連結点に向かう第１方向へ延びるように設けられ、前記移動部を当該第１方向に沿って往復移動可能に案内する案内部とを有しており、前記移動部と前記連結棒とが、前記垂直維持部により、前記第２連結点において前記第１方向に沿って揺動可能に連結されているのが好ましい。

この連結部の構成では、連結棒と移動部とが垂直維持部を介して第２連結点において前記第１方向に沿って揺動可能に連結され、かつ、移動部が案内部によって第１連結点に向かう第１方向へ往復移動可能に案内されるので、第２連結点は、第１連結点を通る１本の直線上を往復移動する。そのため、太陽の動きによって回転支点における太陽光の入射方向と集光部へ向かう方向との間の角度が変わっても、第２連結点が平面鏡の面内において、前記第１連結点へ近づく方向または遠ざかる方向へ直線移動することにより、連結棒を太陽の方向に円滑に向けることができる。

前記垂直維持部は、前記平面鏡に沿って前記第１方向と直交する第２方向に延びるように前記移動部に設けられた軸部材と、前記軸部材の回りに揺動自在に連結され、かつ、前記連結棒に対して同心軸回りに相対的に回転可能に連結された支持部材とからなり、前記支持部材によって、前記連結棒は、前記軸部材に対して垂直な姿勢に維持されるのが好ましい。

この構成によれば、連結棒は、移動部の移動方向である第１方向と直交する第２方向に延びる軸部材に対して垂直な姿勢が維持されるように、当該軸部材に揺動自在に連結された支持部材に連結されている。そのため、移動部が案内部によって第１方向へ案内されて移動するときに、連結棒と平面鏡とのなす角度が変わっても、回転支点から平面鏡に下ろした垂線の足は、常に、第１連結点と第２連結点とを結ぶ線の上に位置する状態が維持されている。このため、回転支点と第１連結点と第２連結点によって構成される二等辺三角形を含む平面は、平面鏡と直交している位置関係を確実に維持することが可能である。その結果、確実に太陽光線を平面鏡に反射させて集光部へ導くことが可能になる。

前記第２連結点は、前記平面鏡の重心に配置されているのが好ましい。この構成によれば、平面鏡が３軸方向に回転する回転中心となる第２連結点が平面鏡の重心に配置されているので、平面鏡の振れ幅が小さくなり、平面鏡の占有空間の拡大を抑えることが可能である。

以上説明したように、本発明のヘリオスタットによれば、光センサを用いないで太陽を確実に追尾できる。また、平面鏡が２点で支持されているので、安定して保持される。

本発明のヘリオスタットにおける太陽光の入射方向と集光部方向との関係を模式的に示す図である。 本発明のヘリオスタットにおける回転支点、第１連結点、第２連結点および平面鏡の位置関係を模式的に示す図である。 本発明のヘリオスタットの実施形態に係るヘリオスタットの全体斜視図である。 図３の平面鏡の背面側の第１連結点および第２連結点付近の拡大斜視図である。 図３の回転駆動機構の構成図である。 太陽が東にあるときの、図３の平面鏡、支持部および連結棒の配置を模式的に示す図である。 太陽が南東にあるときの、図３の平面鏡、支持部および連結棒の配置を模式的に示す図である。 太陽が南にあるときの、図３の平面鏡、支持部および連結棒の配置を模式的に示す図である。

以下、図面を参照しながら本実施形態のヘリオスタットについて説明する。

最初に、図１〜２において、本実施形態のヘリオスタットの原理について説明する。

図１に示されるように、太陽光Ｓを平面鏡Ｍにより集光部Ａへの方向へ反射させるときの平面鏡Ｍの鏡面では、以下のような位置関係になる。まず、太陽光Ｓの入射方向ｌと集光部Ａへの方向ｍが交点ａで交わるとする。このとき、光の入射角と反射角は等しい関係があるから、平面鏡Ｍは、方向ｌと方向ｍのなす角度２θ_１の半分の方向ｎに対して垂直な線ｄを含み、図１の紙面に垂直な面に配置される。これにより、平面鏡Ｍにより反射した太陽光Ｓは、集光部Ａへの方向ｍを向く。

例えば、平面鏡Ｍの鏡面上において、方向ｌと鏡面との交点をｂ、方向ｍと鏡面との交点をｃとする。このとき、図１の三角形ａｂｃは二等辺三角形となり、線分ａｂと線分ａｃの長さは等しい。従って、交点ａに対して、交点ｂを太陽光方向、交点ｃを集光部Ａへの方向として、線分ａｂと線分ａｃの長さが等しい位置に平面鏡Ｍを配置し、かつ、その平面鏡Ｍを三角形ａｂｃに対して直交する姿勢で配置した場合、平面鏡Ｍにより反射した太陽光Ｓは、集光部Ａへの方向へ向くことになる。

そこで、本実施形態のヘリオスタットは、このような位置関係に基いて基本的に構成されている。すなわち、図２に示されるように、ある支点ａを設け、太陽光方向に長さｋの棒ｆを延設し、その先端を支点ｂとする。集光部方向に同じく長さｋの棒ｇを延設し、その先端を支点ｃとする。そして、支点ｂとｃを含むように平面鏡Ｍが置かれている。また、平面鏡Ｍの鏡面に含まれ、線分ｂｃに直角な棒ｅが設けられている。棒ｆと棒ｅが直交するように配置されるとき、平面鏡Ｍの鏡面は、支点ｂ、ｃをそれぞれ含み、かつ三角形ａｂｃに直交する面となる。このため、平面鏡Ｍにより反射した太陽光は、集光部へ向くようになる。

ここで、太陽Ｓは、天の北極へ延びる地軸Ｒ（図６参照）回りに円運動をする。正確には、季節により太陽Ｓの高度が異なるため、完全な円運動ではないが、１日で見ればほぼ円運動をすると考えられるので、実施上問題はない。

以上の原理に基づいて構成された本実施形態のヘリオスタットの具体的な構成を図３〜５に示す。

図３に示されるように、本実施形態のヘリオスタットは、主な構成として、台座１と、ベース２と、回転駆動機構３と、支持部５と、連結棒６と、平面鏡７と、第１連結部１２と、第２連結部１３とを備えている。平面鏡７は、支持部５先端の第１連結点１２ａおよび連結棒６先端の第２連結点１３ａの２点で支持されている。第２連結部１３は、図４に示されるように、垂直維持部３０を有している。

台座１は、垂直に延びる２本の支柱１ａ、１ｂを有している。これらの支柱１ａ、１ｂの同じ高さの部分には、開口１ｃ、１ｄが形成されている。ベース２は、支柱１ａ、１ｂの開口１ｃ、１ｄにおいて、開口１ｃ、１ｄを通る直線Ｂの回りに回転自在に取り付けられている。

回転駆動機構３は、地球の自転速度に対応した回転速度で回転軸４を回転させる機構であり、ベース２の上に搭載されている。回転駆動機構３は、出力軸である回転軸４を有しており、この回転軸４は、開口１ｃ、１ｄを通る直線Ｂと交差するように配置されている。回転軸４上に設定された回転支点１１には、連結棒６が回転軸４に対して取付角度を調整できるように連結されている。

回転駆動機構３は、具体的には、図５に示されるように、回転軸４と、ステッピングモータ２４と、プーリー２５、２６と、無端ベルト２７と、ベアリング２８ａ、２８ｂとから構成されている。回転軸４は、２つのベアリング２８ａ、２８ｂにより回転自由に支持されている。回転軸４の先端には、従動側のプーリー２６が取り付けられている。また、ステッピングモータ２４の駆動軸２４ａには、駆動側のプーリー２５が取り付けられている。プーリー２５、２６の間は、環状の無端ベルト２７によって回転力を伝達できるように連結されている。

回転軸４の角速度は、ステッピングモータ２４により地球の自転速度に正確に一致するように調整され、地球の自転速度と同じ１時間当たり１５度に設定される。回転軸４を地軸Ｒ回りの地球の自転と同期して回転させることにより、連結棒６は、回転支点１１回りに回転軸４とともに回転して太陽Ｓを追尾することが可能である。

また、図３に示されるように、ベース２が開口１ｃ、１ｄを結ぶ直線Ｂ回りに方向Ｃへ回転して仰角を調整することが可能であるので、回転軸４の軸線の向きを地軸Ｒへ向けて調整することが可能である。なお、地軸Ｒの向きは、高緯度の場所（例えば、北極付近では仰角が大きくなって天頂に向かうようになり、低緯度の場所（例えば、赤道付近）では仰角が小さくなって地平線に向かうようになる。したがって、ヘリオスタットを設置する場所の緯度に応じて、地軸Ｒと平行な向きになるように、ベース２の角度を変えて回転軸４の向きを調整すればよい。

支持部５は、図３〜４に示されるように、アーム１４と、固定軸１５とから構成されている。アーム１４の下端部は、台座１の支柱１ａ、１ｂに対して、開口１ｃ、１ｄを結ぶ直線Ｂを軸として回転自在に取り付けられている。アーム１４の上端部には、固定軸１５が取り付けられている。アーム１４は、回転支点１１から集光部Ａに向かう姿勢に設定される。

第１連結部１２は、固定軸１５と平面鏡７との間を揺動自在に連結している。第１連結部１２は、回転支点１１から集光部Ａの方向に向かって延びる直線上に設定された第１連結点１２ａにおいて、平面鏡７を３軸方向に回転自在に支持する。

第１連結部１２は、ボールジョイントなどの３軸方向に連結自在に連結する部材から構成されている。図３に示される第１連結点１２ａは、平面鏡７の重心の位置に配置されている。

平面鏡７は、例えば、平坦な正方形の鏡などから構成されている。平面鏡７は、表面側は太陽Ｓおよび集光部Ａを向き、背面側には、支持部５および連結棒６が連結される。

図３に示されるように、連結棒６は、回転軸４における回転支点１１の位置に、回転支点１１と第２連結点１３ａとを結ぶ線が太陽Ｓの向きに一致するように、回転軸４とのなす角度を調整して連結されている。回転支点１１は、回転軸４において、台座１の開口１ｃ、１ｄを結ぶ直線Ｂとの交点に位置する。連結棒６は、回転軸４の回転によって当該回転軸４回りに回転軸４とともに回転する。

第２連結部１３は、回転支点１１から太陽Ｓの方向に向かって延びる直線上に設定された第２連結点１３ａにおいて、第１方向Ｉに沿って揺動可能に連結棒６と平面鏡７とを連結する。第２連結部１３は、本発明の連結部の概念に含まれる。

具体的には、図４に示されるように、第２連結部１３は、リニアベアリング１０と、ボールジョイント２２と、垂直維持部３０とからなる。リニアベアリング１０は、移動部２１と、レール２９とから構成されている。

移動部２１は、平面鏡７の背面においてレール２９に沿って移動可能な部材である。

レール２９は、平面鏡７に沿って第１連結点１２ａに向かう第１方向Ｉへ延びるように設けられている。レール２９は、移動部２１を第１方向Ｉに沿って往復移動可能に案内する。レール２９は、本発明の案内部に概念に含まれるものである。

ボールジョイント２２は、連結棒６と移動部２１との間に設けられ、連結棒６を移動部２１に第２連結点１３ａ回りに揺動自在に連結する。

垂直維持部３０は、回転支点１１と第１連結点１２ａと第２連結点１３ａとを含む平面を平面鏡７に垂直な状態で維持させる。また、垂直維持部３０により、移動部２１と連結棒６とが、第２連結点１３ａにおいて第１方向Ｉに沿って揺動可能に連結される。具体的には、垂直維持部３０は、軸部材９と、支持部材２３とから構成されている。

軸部材９は、平面鏡７に沿って第１方向Ｉと直交する第２方向ＩＩに延びるように移動部２１に設けられた棒状の部材である。軸部材９は、第２連結点１３ａとともに第１方向Ｉへ直線移動ができる。

支持部材２３は、軸部材９の回りに揺動自在に軸部材９に連結され、かつ、連結棒６に対して同心軸回りに相対的に回転可能に連結されている。この支持部材２３によって、連結棒６は、軸部材９に対して垂直な姿勢に維持される。

具体的には、支持部材２３の筒状の本体部２３ｅは、連結棒６の外周面に装着され、連結棒６に対して同心軸回りに相対的に回転可能に連結される。また、支持部材２３は、筒状の本体部２３ｅから両側に延びる２本の腕２３ａ、２３ｂを有している。腕２３ａ、２３ｂの先端部２３ｃ、２３ｄは、軸部材９に対して回転自在に連結されている。連結棒６と軸部材９とは、互いに直交するように配置されている。したがって、連結棒６および支持部材２３は、平面鏡７の面内において第１方向Ｉと直交する第２方向ＩＩに延びる軸部材９の回りに第１方向Ｉに沿って揺動可能になっている。そのため、支持部材２３が軸部材９回りに回動した場合でも、回転支点１１と第１連結点１２ａと第２連結点１３ａとによって構成される二等辺三角形を含む平面が、平面鏡７と直交している位置関係が維持されるようになっている。

また、図３に示されるように、連結棒６の回転中心である回転支点１１から第１連結点１２ａまでの距離は、回転支点１１から第２連結点１３ａまでの距離と等しくなるように設定されている。具体的には、固定軸１５は、その延長線上に回転支点１１が通るような位置に配置され、そして、支持部５の固定軸１５の長さは、回転支点１１と第１連結点１２ａまでの距離が回転支点１１と第２連結点１３ａの距離と同じになるような長さに設定される。

以上のように構成された本実施形態のヘリオスタットは、垂直維持部３０により、回転支点１１と第１連結点１２ａと第２連結点１３ａとを含む平面が平面鏡７に垂直に維持されている状態において、第２連結部１３は、第２連結点１３ａから回転支点１１までの距離が、回転支点１１から第１連結点１２ａまでの距離と同じになる状態を維持しつつ、回転軸４の回転に伴って平面鏡７に沿って第２連結点１３ａを変位させることが可能である。

（ヘリオスタットの使用方法）
つぎに、本実施形態のヘリオスタットの使用方法について説明する。

まず、本実施形態のヘリオスタットを、回転軸４が北を向くように、水平な面に設置する。ついで、図３に示されるように、回転軸４の仰角が天の北極である地軸Ｒの向きに一致するように、ベース２を直線Ｂ回りに方向Ｃに回転させて回転軸４の仰角を調整する。そして、回転支点１１から第１連結点１２ａへ向かう線の延長線上の南の方角へ集光部Ａを設置する。

ついで、図３に示されるように、回転支点１１から第２連結点１３ａへ向かう線が太陽Ｓを向くように連結棒６の取付角度を調整して、連結棒６を回転支点１１の位置で回転軸４に固定する。このとき、回転支点１１と第１連結点１２ａと第２連結点１３ａは、二等辺三角形をなすように配置される。

その後、図３に示されるように、ステッピングモータ２４（図５参照）を回転させて、連結棒６を回転軸４の回りに１時間あたり１５度の角速度で回転軸４とともに回転させる。このとき、平面鏡７を２点支持する一方の支点である第２連結点１３ａは、太陽Ｓの円運動に同期して円運動をする。これにより、平面鏡７は、他方の支点である第１連結点１２ａ回りに３軸方向に回転して向きを変えていきながら太陽Ｓを追尾することができる。

太陽Ｓは、回転軸４に対して円軌道Ｄ１に沿って円運動をするため、回転支点１１から第２連結点１３ａへの向きを太陽Ｓの方向へ向けて一度セッティングしておくと、ステッピングモータ２４により、常に太陽Ｓの方向を向くように追尾していくことができる。

このとき、第２連結点１３ａの位置は、太陽Ｓの移動にともなって常に変化するため、第１連結点１２ａと第２連結点１３ａとの距離は変化する。しかし、リニアベアリング１０により第２連結点１３ａの位置が平面鏡７の平面内で第１方向Ｉへ移動することができる。したがって、回転支点１１と第１連結点１２ａと第２連結点１３ａは、常に二等辺三角形の配置を保ちながら太陽を追尾することが可能である。

また、平面鏡７の面内において、リニアベアリング１０の移動部２１の移動方向である第１方向Ｉと直交する第２方向ＩＩに軸部材９が取り付けられている。連結棒６は、支持部材２３を介して軸部材９に直交するように配置されている。このため、平面鏡７は、回転支点１１と第１連結点１２ａと第２連結点１３ａのなす三角形に対して直交する位置関係になる。したがって、太陽Ｓが移動するにしたがって連結棒６の向きが変わっても、平面鏡７は、回転支点１１と第１連結点１２ａと第２連結点１３ａのなす三角形に対して常に直交しており、平面鏡７により反射された太陽光Ｓを、集光部Ａに常に集めることが可能になる。

例えば、図６〜８に示されるように、太陽Ｓが東から南へ移動する間、平面鏡７は太陽Ｓを追尾して向きを変えていく。このとき、連結棒６は、第２連結点１３ａが地軸Ｒ回りの円軌道Ｄ２を回りながら、地軸Ｒ回りに円軌道Ｄ１を回る太陽Ｓを追尾する。一方、支持部５は、集光部Ａの方向に固定されている。平面鏡７は、支持部５の第１連結点１２ａを支点として３軸方向に回転して太陽Ｓを追尾することができる。

このとき、第２連結点１３ａがリニアベアリング１０のレール２９に沿って移動して、第１連結点１２ａと第２連結点１３ａとの距離を変えていくので、連結棒６は第２連結点とともに移動することが可能である。したがって、連結棒６は太陽Ｓを常に追尾することができる。その結果、太陽Ｓが東から西へ円軌道Ｄ１上を移動する間、常時、太陽Ｓの太陽光線Ｌ１を平面鏡７に入射させ、その平面鏡７で反射された太陽光線Ｌ２を南の方角に位置する集光部Ａへ出射させることが可能になる。

以上のように、本実施形態のヘリオスタットでは、平面鏡７は、２つの連結点、すなわち、支持部５の第１連結点１２ａおよび連結棒６の第２連結点１３ａで支持されているので、取付安定性が向上している。

また、回転駆動機構３により回転軸４を地球の自転速度に対応した回転速度で回転させることにより、回転軸４に連結された連結棒６も回転軸４とともに回転する。このとき、連結棒６と平面鏡７を連結する第２連結部１３は、垂直維持部３０によって回転支点１１と第１連結点１２ａと第２連結点１３ａとを含む平面が平面鏡７に垂直に維持されており、この状態において、第２連結点１３ａから回転支点１１までの距離が回転支点１１から第１連結点１２ａまでの距離と同じになる状態を維持しつつ、回転軸４の回転に伴って平面鏡７に沿って第２連結点１３ａを変位させることを許容する。

このため、太陽Ｓが移動(それに伴って、回転軸４が回転)しても、回転支点１１と第１連結点１２ａと第２連結点１３ａとによって形成される三角形が二等辺三角形に維持されるとともに、この二等辺三角形を含む平面は、平面鏡７に垂直な状態で維持される。そのため、回転支点１１と第２連結点１３ａとを結ぶ線と平行の向きに平面鏡７に入射する太陽光線の入射角と、回転支点１１と第１連結点１２ａとを結ぶ線と平行の向きに集光部Ａへ向かう反射光の出射角とが、上記二等辺三角形を含む平面内で等しくなるように維持される。これにより、回転駆動機構３によって地球の自転速度と同じ回転速度で連結棒６を回転軸４とともに回転させて時々刻々と位置が変化する太陽Ｓへ向けていくことにより、太陽Ｓから平面鏡７に入射した太陽光線は、常に、平面鏡７に反射して集光部Ａへ向かうことが可能になる。その結果、光センサを用いずに太陽Ｓを確実に追尾することができる。

また、第２連結点１３ａが平面鏡７の面内の所定の第１方向Ｉに直線移動可能に連結されているので、太陽Ｓの動きによって回転支点１１における太陽光の入射方向と集光部Ａへ向かう方向との間の角度が変わっても、第２連結点１３ａが平面鏡７の面内方向に直線移動することにより、連結棒６を太陽Ｓの方向に確実に向けることができる。

しかも、平面鏡７は、他の固定棒等を介在せずに、支持部５に対して３軸方向に回転自在に直接連結されているので、平面鏡７の背面の定位置に、支点となる第１連結点１２ａを配置することができる。そのため、平面鏡７からの反射光を集光部Ａへ確実に入射させることができ、入射損失を抑えることが可能である。

また、上記の構成では、支持部５、連結棒６および平面鏡７を三角形に配置するとともに、これらの部材を回転駆動機構３の回転軸４に近い位置に集合させて配置することが可能になるので、ヘリオスタット全体の構成をコンパクトにすることが可能である。

しかも、本実施形態の第２連結部１３は、移動部２１と、レール２９と、垂直維持部３０とを備えており、連結棒６と移動部２１とが垂直維持部３０を介して第２連結点１３ａにおいて第１方向Ｉに沿って揺動可能に連結され、かつ、移動部２１がレール２９によって第１連結点１２ａに向かう第１方向Ｉへ往復移動可能に案内される構造を有している。この第２連結点１３ａは、第１連結点１２ａを通る１本の直線上を往復移動する。そのため、太陽Ｓの動きによって回転支点１１における太陽光の入射方向と集光部Ａへ向かう方向との間の角度が変わっても、第２連結点１３ａが平面鏡７の面内において、第１連結点１２ａへ近づく方向または遠ざかる方向へ直線移動することにより、連結棒６を太陽Ｓの方向に円滑に向けることができる。

さらに、本実施形態では、連結棒６は、移動部２１の移動方向である第１方向Ｉと直交する第２方向ＩＩに延びる軸部材９に揺動自在に連結された支持部材２３に連結されている。また、連結棒６は、支持部材２３によって、軸部材９に対して垂直な姿勢に維持される。そのため、移動部２１がレール２９によって第１方向Ｉへ案内されて移動するときに、連結棒６と平面鏡７とのなす角度が変わっても、回転支点１１から平面鏡７に下ろした垂線Ｈの足Ｐ（図３参照）は、常に、第１連結点１２ａと第２連結点１３ａとを結ぶ線の上に位置する状態が維持されている。このため、回転支点１１と第１連結点１２ａと第２連結点１３ａによって構成される二等辺三角形を含む平面は、平面鏡７と直交している位置関係を確実に維持することが可能である。その結果、確実に太陽光線を平面鏡７に反射させて集光部Ａへ導くことが可能になる。

また、平面鏡７が３軸方向に回転する回転中心となる第１連結点１２ａが平面鏡７の重心に配置されているので、平面鏡７の振れ幅が小さくなり、平面鏡７の占有空間の拡大を抑えることが可能である。

本実施形態の連結棒６は、回転軸４に対して取付角度を調整できるように連結されている。太陽Ｓの軌道Ｄ１は毎日異なり、例えば、日本における冬至では太陽Ｓは地平線に近い低い軌道を通るが、一方、夏至では太陽Ｓは地平線から遠い高い軌道を通る。そこで、ヘリオスタットを使用する日の太陽Ｓの軌道に合わせて連結棒６の回転軸４に対する角度を調整して取り付けることにより、連結棒６を太陽Ｓに向けて確実に追尾することが可能である。

また、地球上において緯度が異なる場所では、地面と地軸Ｒとのなす角度（近似的には、天の北極への向き）が異なることを考慮して、本実施形態では、地軸Ｒの方向に合わせて回転軸４の角度を調整できるように構成されている。これにより、緯度が異なる場所ヘリオスタットを移動して設置する場合でも、回転軸４を地軸Ｒに向けて角度調整することが可能である。

なお、本実施形態では、リニアベアリング１０のレール２９は、第１連結点１２ａへ向かうように取り付けられているが、他の方向でもよい。ただし、レール２９が第１連結点１２ａへ向かう方向に取り付けられた場合には、第１連結点１２ａと第２連結点１３ａとの間の距離の変更が円滑に行うことができるので、好ましい。

なお、本実施形態では、平面鏡７の一例として、平坦な正方形の鏡を例にあげて説明しているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、若干の曲率を有するが、ほぼ平坦な形状の鏡であっても、３つの支点、すなわち、回転支点１１と第１連結点１２ａ第２連結点１３ａとが二等辺三角形の配置になり、かつ、これら３つの支点が構成する平面が鏡に直交する関係を維持できるものであれば、本発明の平面鏡の概念に含まれるものとする。

なお、本実施形態では、連結棒６を移動部２１に第２連結点１３ａ回りに揺動自在に連結するボールジョイント２２を備えている例が示されているが、本発明はこれに限定されるものではなく、ボールジョイント２２を省略してもよい。ボールジョイント２２を省略した場合でも、垂直維持部３０の軸部材９およびそれに揺動自在に連結された支持部材２３によって、連結棒６は、移動部２１に第２連結点１３ａにおいて第１方向Ｉに沿って揺動自在に連結されているので、連結棒６および平面鏡７は、上記実施形態と同様の動きをすることが可能である。

３ 回転駆動機構（回転駆動手段）
４ 回転軸
５ 支持部
６ 連結棒
７ 平面鏡
９ 軸部材
１０ リニアベアリング
１１ 回転支点
１２ 第１連結部
１２ａ 第１連結点
１３ 第２連結部（連結部）
１３ａ 第２連結点
２２ ボールジョイント
２３ 支持部材
２９ レール（案内部）
３０ 垂直維持部

Claims (4)

1. 地軸と平行な向きに設定可能な回転軸と、
   前記回転軸上の回転支点において、前記回転軸とのなす角度を調整可能に当該回転軸に連結される連結棒と、
   前記回転支点から集光部の方向に向かって延びる直線上に設定された第１連結点の回りに揺動可能な平面鏡と、
   前記回転支点から太陽の方向に向かって延びる直線上に設定された第２連結点において所定の方向に揺動可能に前記連結棒と前記平面鏡とを連結する連結部と、
   地球の自転速度に対応した回転速度で前記回転軸を回転させる回転駆動手段と、
   を備えており、
   前記連結部は、前記回転支点と前記第１連結点と前記第２連結点とを含む平面を前記平面鏡に垂直な状態で維持させる垂直維持部を有しており、
   前記垂直維持部により、前記回転支点と前記第１連結点と前記第２連結点とを含む平面が前記平面鏡に垂直に維持されている状態において、前記連結部は、前記第２連結点から回転支点までの距離が前記回転支点から前記第１連結点までの距離と同じになる状態を維持しつつ、前記回転軸の回転に伴って前記平面鏡に沿って前記第２連結点を変位させることが可能である、
   ことを特徴とするヘリオスタット。
2. 前記連結部は、
   前記平面鏡に沿って移動可能な移動部と、
   前記平面鏡に沿って前記第１連結点に向かう第１方向へ延びるように設けられ、前記移動部を当該第１方向に沿って往復移動可能に案内する案内部と
   を有しており、
   前記移動部と前記連結棒とが、前記垂直維持部により、前記第２連結点において前記第１方向に沿って揺動可能に連結されている、
   請求項１に記載のヘリオスタット。
3. 前記垂直維持部は、
   前記平面鏡に沿って前記第１方向と直交する第２方向に延びるように前記移動部に設けられた軸部材と、
   前記軸部材の回りに揺動自在に連結され、かつ、前記連結棒に対して同心軸回りに相対的に回転可能に連結された支持部材と
   からなり、
   前記支持部材によって、前記連結棒は、前記軸部材に対して垂直な姿勢に維持される。
   請求項２に記載のヘリオスタット。
4. 前記第１連結点は、前記平面鏡の重心に配置されている、
   請求項１から３のいずれかに記載のヘリオスタット。

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