JP2013088061A - トラフ式太陽熱集熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】曲面鏡の開口幅と開口深さとを微調整可能なアライメント機構を有するトラフ式太陽熱集熱装置を提供すること。
【解決手段】本発明のトラフ式太陽熱集熱装置は、曲面鏡を支持するように形成された係合面を備える支持フレーム材と、該支持フレーム材に一体化されて該支持フレーム材を補強するアーム部材と、該アーム部材を回転可能に支持するサポートチューブと、第１端部と第２端部とを有するリンク部材であって、該リンク部材を回転可能に支持すべくアーム部材に設けられたアーム部材支持部に第１端部が回転可能に支持され、該リンク部材を回転可能に支持すべく前記サポートチューブに設けられたサポートチューブ支持部に第２端部が回転可能に支持されるというリンク部材とを具備し、リンク部材は、アーム部材支持部とサポートチューブ支持部との間の直線距離を調整可能な支持部間距離調整機構を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽熱集熱装置に関し、特に、曲面鏡を用いて該曲面鏡の前方に配置された集熱管に太陽光を集光させ、集熱管の中を流れる液体を加熱するトラフ式太陽熱集熱装置に関する。

トラフ式太陽熱集熱装置においては、できるだけ多くのエネルギーを効率よく取り入れる必要上、集熱部には曲面鏡として集熱効率の高い放物面鏡が用いられ、放物面の焦点の位置に集熱管が取り付けられるものが知られている。

このようなトラフ式太陽熱集熱装置における集熱効率は、放物面鏡の曲面形状の精度に大きく依存することとなる。このことに基づいて、放物面鏡支持構造部が、放物面鏡の自重を支え且つ風圧荷重等の外部荷重に対する補強材として配設されるガイド部材であって、放物面鏡をできるだけ理想的な曲面形状として固定するためのガイド部材を、放物面鏡の背面に有して構成されるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

実開昭５５−１２１２０８号公報

しかしながら、上記のようなガイド部材を有して構成されるトラフ式太陽熱集熱装置においても、より高い効率を実現するためには、装置設置現場にての装置組立時に確実に放物面鏡を所定の曲面形状に精度よく確保することが必要となる場合があることが考えられる。

すなわち、例えば、工場仮組立時において放物面鏡が所定の曲面形状にあることが確認された場合においても、装置設置現場にての組立時に、輸送中などの何らかの要因にて若干ではあるが工場仮組立時に確認された精度が再現されないような場合が起こりうることが考えられる。このような場合においても、より高い集熱効率を実現するためには、トラフ式太陽熱集熱装置の放物面鏡支持構造部において、装置設置現場における装置組立時に放物面鏡の開口幅と開口深さとを微調整可能なアライメント機構を有することが望ましい。

本発明は上記課題に鑑み、曲面鏡を用いて該曲面鏡の前方に配置された集熱管に太陽光を集光させ、集熱管の中を流れる液体を加熱するトラフ式太陽熱集熱装置において、より高い集熱効率を実現すべく、装置設置現場における装置組立時に曲面鏡の開口幅と開口深さとを微調整可能なアライメント機構を有するトラフ式太陽熱集熱装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明によれば、曲面鏡を用いて該曲面鏡の前方に配置された集熱管に太陽光を集光させ、該集熱管の中を流れる液体を加熱するトラフ式太陽熱集熱装置において、所定の曲面形状を有して前記曲面鏡を支持するように形成された係合面を備える支持フレーム材と、前記支持フレーム材に一体化されて該支持フレーム材を補強するアーム部材と、前記アーム部材を回転可能に支持するサポートチューブと、第１端部と第２端部とを有するリンク部材であって、該リンク部材を回転可能に支持すべく前記アーム部材に設けられたアーム部材支持部に前記第１端部が回転可能に支持され、該リンク部材を回転可能に支持すべく前記サポートチューブに設けられたサポートチューブ支持部に前記第２端部が回転可能に支持されるというリンク部材とを具備し、前記リンク部材は、前記アーム部材支持部と前記サポートチューブ支持部との間の直線距離を調整可能な支持部間距離調整機構を有し、該支持部間距離調整機構により前記曲面鏡の開口幅及び開口深さの微調整を行う、トラフ式太陽熱集熱装置が提供される。

すなわち、請求項１に記載の発明では、支持フレーム材と一体化されたアーム部材がサポートチューブに回転可能に支持され、また、リンク部材の第１端部がアーム部材に回転可能に支持され、第２端部がサポートチューブに回転可能に支持され、さらに、リンク部材が、該リンク部材を回転可能に支持すべくアーム部材に設けられたアーム部材支持部と該リンク部材を回転可能に支持すべくサポートチューブに設けられたサポートチューブ支持部との間の直線距離を調整可能な支持部間距離調整機構を有して構成される。このような構成によれば、支持部間距離調整機構により上記アーム部材支持部と上記サポートチューブ支持部との間の直線距離を調整することで、アーム部材と該アーム部材に一体化された支持フレーム材とをサポートチューブに対して回転させることができ、よって、支持フレーム材の係合面に支持された曲面鏡の開口幅及び開口深さの微調整を行うことを可能とする。また、請求項１に記載の発明では、支持フレーム材が、所定の曲面形状を有して曲面鏡を支持するように形成された係合面を備えるように構成され、このような構成によれば、平板として形成された反射板を、支持フレーム材の係合面上に適切に配設することで所定の曲面を有する曲面鏡を形成するようにすることもでき、この場合においては、プレス加工などによる鏡自体の曲面形成加工処理を不要とすることを可能とする。

請求項２に記載の発明によれば、前記リンク部材の前記支持部間距離調整機構は、前記第１端部及び前記第２端部の少なくともいずれか一方の端部に配置される回転ピンであって、前記アーム部材支持部と前記サポートチューブ支持部との間の直線距離を調整可能とする偏心軸を備える回転ピンを有して構成される、請求項１に記載のトラフ式太陽熱集熱装置が提供される。

請求項３に記載の発明によれば、前記リンク部材の前記支持部間距離調整機構は、前記アーム部材支持部と前記サポートチューブ支持部との間の直線距離を調整可能とするターンバックルをさらに有して構成される、請求項２に記載のトラフ式太陽熱集熱装置が提供される。

各請求項に記載の発明によれば、曲面鏡を用いて該曲面鏡の前方に配置された集熱管に太陽光を集光させ、該集熱管の中を流れる液体を加熱するトラフ式太陽熱集熱装置において、装置設置現場における装置組立時に曲面鏡の開口幅と開口深さとの微調整を簡易な構成にて行うことができ、よって、より確実に高い集熱効率の実現を図ることを可能とする、という共通の効果を奏する。

本発明のトラフ式太陽熱集熱装置の一実施形態における曲面鏡支持構造部の全体斜視図である。 図１に示す曲面鏡支持構造部の側面図である。 図１に示す曲面鏡支持構造部の各構成品の分解斜視図である。 支持部間距離調整機構を有するリンク部材の一実施形態を説明するための概略構成図である。 図４に示すリンク部材の支持部間距離調整機構の部分断面図である。 本実施形態における回転ピンの斜視図である。 支持部間距離調整機構を有するリンク部材の別の実施形態を説明するための概略構成図である。

以下、添付図面を用いて本発明に係るトラフ式太陽熱集熱装置の実施形態について説明する。図１は、本発明のトラフ式太陽熱集熱装置の一実施形態における曲面鏡支持構造部の全体斜視図である。図２は図１に示す曲面鏡支持構造部の側面図であり、また、図３は、図１に示す曲面鏡支持構造部の各構成品の分解斜視図である。図１から図３の各図において、１は曲面鏡、２は集熱管、３は支持フレーム材、４はアーム部材、５はサポートチューブ、６はリンク部材、７は反射板、をそれぞれ示す。なお、集熱管２は図示しないアーム部材によってサポートチューブ５に対して固定されている。

曲面鏡１としては、ガラス鏡板として形成することも考えられる。しかしながら、曲面鏡１がガラス鏡板として形成された場合においては、飛び石などにより割れや破損が生じやすいことが考えられる。このことに基づいて、本実施形態においては、可撓性を有する金属板から構成されて且つ表面に反射皮膜が適用された反射板７にて、曲面鏡１が形成されるものとする。この場合における鏡面は、例えば、研磨面もしくはフィルム鏡の貼付、金属蒸着膜などにて形成されるものとする。また、反射板７の材質としては、例えば、鉄やステンレスあるいはアルミニウムなどが使用されうる。

支持フレーム材３は、所定の曲面形状を有して曲面鏡１を支持するように形成された係合面８を備えて構成される。このような係合面８を有して構成される支持フレーム材３によれば、平板として形成された反射板７を、支持フレーム材３の係合面８上に適切に配設することで所定の曲面形状を有する曲面鏡１を形成するようにすることもでき、この場合においては、プレス加工などによる鏡自体の曲面形状形成のための加工処理を不要とすることを可能としうる。

本実施形態において支持フレーム材３は、求められる軽量性や剛性あるいは加工性などの観点から、コの字状の断面を有する部材で形成されるものとする。しかしながら、性能を確保する上で十分な剛性や強度などが得られるような断面形状を有する部材であれば他の断面形状の部材が使用されてもよい。尚、支持フレーム部材３の係合面８と反射板７との組立あるいは結合は、リベット接合やネジ締結、あるいは、溶接や接着などの適切なプロセスにて行われるものとする。また、支持フレーム材の材質としては、例えば、鉄やステンレスあるいはアルミニウムなどが使用されうる。

アーム部材４は、支持フレーム材３に一体化されて該支持フレーム材３を補強するように構成される。また、アーム部材４の材質としては、支持フレーム材３と同様に例えば、鉄やステンレスあるいはアルミニウムなどが使用されうる。本実施形態におけるアーム部材４は、求められる軽量性や剛性あるいは加工性などの観点から、あらかじめ肉盗みをした金属板をプレス加工して形成するものとされてもよい。アーム部材４と支持フレーム材３との一体化は、本実施形態においては、支持フレーム材３の係合面８以外の側面部とアーム部材４の側面部とが複数ヶ所にてネジ締結されることによって行われるものとする。しかしながら、アーム部材４と支持フレーム材３との一体化はネジ締結に限定されることはなく、リベットあるいは溶接や接着などにて一体化されてもよい。

そして、これらの支持フレーム材３とアーム部材４とは協働して、曲面鏡１の曲面形状を所定の精度に確保すべく、曲面鏡１の自重を支え且つ風圧力等の外部荷重に対しても十分な強度及び剛性をもたらす役割を果たすべく構成されるものとする。

サポートチューブ５は、アーム部材４を回転可能に支持するように構成される。すなわち、サポートチューブ５は、アーム部材４を回転可能に支持するとともに、アーム部材４と一体化された支持フレーム材３と、該支持フレーム材３に結合される反射板７とを該サポートチューブ５に対して回転可能に支持するものとして構成される。また、サポートチューブ５は、トラフ式太陽熱集熱装置を設置する設置面と曲面鏡支持構造部との間に配置され曲面鏡支持構造部を支持するマウント構造部（不図示）に連結されうるものとして構成される。サポートチューブ５の材質としては、支持フレーム材３やアーム部材４と同様に例えば、鉄やステンレスあるいはアルミニウムなどが使用されうる。

ところで、前述したように、例えば、工場仮組立時において曲面鏡が所定の曲面形状にあることが確認された場合においても、装置設置現場にての組立時に、輸送中などの何らかの要因にて若干ではあるが工場仮組立時に確認された精度が再現されないような場合が起こりうることが考えられる。このような場合においても、より高い集熱効率を実現するためには、トラフ式太陽熱集熱装置の曲面鏡支持構造部において、装置設置現場における装置組立時に曲面鏡の開口幅と開口深さとを微調整可能なアライメント機構を有することが望ましい。ここで曲面鏡の開口幅は、図２において（Ｗ）にて示される部分の寸法に該当し、また、曲面鏡の開口深さとは、図２において（Ｄ）にて示される部分の寸法が該当するものとする。

このことに基づいて、本発明においては、装置設置現場における装置組立時に曲面鏡の開口幅（Ｗ）と開口深さ（Ｄ）とを微調整可能なアライメント機構であって、簡易な構成にて曲面鏡の開口幅（Ｗ）と開口深さ（Ｄ）との微調整を実現可能なアライメント機構を提供すべく、該アライメント機構がリンク部材６を有して構成される。

リンク部材６は第１端部９と第２端部１０とを有して構成される。リンク部材６の第１端部９は、リンク部材６を回転可能に支持すべくアーム部材４に設けられたアーム部材支持部２１に回転可能に支持される。一方で、リンク部材６の第２端部１０は、リンク部材６を回転可能に支持すべくサポートチューブ５に設けられたサポートチューブ支持部２２に回転可能に支持される。より詳細には、リンク部材６の第２端部１０は、サポートチューブ５のチューブ状本体に一体的に配設されたガセット（繋板）に設けられたサポートチューブ支持部２２に回転可能に支持される。そしてリンク部材６は、アーム部材４のアーム部材支持部２１とサポートチューブ５のサポートチューブ支持部２２との間の直線距離を調整可能な支持部間距離調整機構を有して構成される。

先に説明したように、アーム部材４はサポートチューブ５に対して回転可能に支持される。よって、上記のような支持部間距離調整機構により、リンク部材６を回転可能に支持すべくアーム部材４に設けられたアーム部材支持部２１と該リンク部材を回転可能に支持すべくサポートチューブ５に設けられたサポートチューブ支持部２２との間の直線距離を変更することで、アーム部材４をサポートチューブ５に対して回転移動させることができ、これより、支持フレーム材の１の係合面８に支持された曲面鏡１の開口幅（Ｗ）及び開口深さ（Ｄ）の微調整を行うことを可能とする。

すなわち、本発明のトラフ式太陽熱集熱装置においては、アーム部材４のアーム部材支持部２１とサポートチューブ５のサポートチューブ支持部２２との間の直線距離を調整可能な支持部間距離調整機構を備えるリンク部材６とアーム部材４とサポートチューブ５とで、装置設置現場における装置組立時に曲面鏡１の開口幅（Ｗ）及び開口深さ（Ｄ）を微調整可能なアライメント機構を構成する。

以下に、本発明における曲面鏡の開口幅及び開口深さを微調整可能に構成される上記支持部間距離調整機構を有するリンク部材の幾つかの実施形態について説明する。

図４は、支持部間距離調整機構を有するリンク部材の一実施形態を説明するための概略構成図である。図４に示される実施形態におけるリンク部材６の支持部間距離調整機構は、アーム部材４に回転可能に支持されるリンク部材６の第１端部９とサポートチューブ５に回転可能に支持されるリンク部材６の第２端部１０との少なくともいずれか一方の端部に配置される回転ピン１１であって、アーム部材４のアーム部材支持部２１とサポートチューブ５のサポートチューブ支持部２２との間の直線距離を調整可能とする偏心軸１２（図６参照）を備える回転ピン１１を有して構成される。図４に示す実施形態においては、リンク部材６の第１端部９に回転ピン１１が配置されるように示されているが、該回転ピン１１は、リンク部材６の第２端部１０に配置されてもよく、また、リンク部材６の第１端部９及び第２端部１０の両方の端部に配置されてもよい。

図５は、図４に示すリンク部材の支持部間距離調整機構の部分断面図である。また、図５においては、アーム部材４のアーム部材支持部２１とサポートチューブ５のサポートチューブ支持部２２との間の直線距離（Ｌ）が、最長に調整された状態（最長構成）及び最短に調整された状態（最短構成）にあるリンク部材６の支持部間距離調整機構の概略断面図を示す。

図５に示されるリンク部材６の支持部間距離調整機構は、偏心軸１２を備える回転ピン１１とナット１３とを有して構成される。図６は、本実施形態における回転ピン１１の斜視図である。図６に示されるごとく、本実施形態における回転ピン１１の偏心軸１２は、その先端側部分に雄ネジ部１４が形成されて構成されるものとされる。一方で、ナット１３は、この雄ネジ部１４に対応する雌ネジ部を有して構成される。

アーム部材４のアーム部材支持部２１とサポートチューブ５のサポートチューブ支持部２２との間の直線距離を調整する際には、まず、ナット１３の締め付けが緩んだ状態にあり回転ピン１１が回転可能である状態であることを確認した上で、回転ピン１１を所望の方向に回転する。回転ピン１１の回転にともない、該回転ピン１１に備えられている偏心軸１２が回転する。図５から理解されうるごとく、この偏心軸１２が回転することにより、アーム部材４のアーム部材支持部２１とサポートチューブ５のサポートチューブ支持部２２との間の直線距離（Ｌ）の調整が可能となる。

アーム部材４のアーム部材支持部２１とサポートチューブ５のサポートチューブ支持部２２との間の直線距離（Ｌ）の調整により、アーム部材４がサポートチューブ５に対して回転移動され、この回転移動により、曲面鏡１の開口幅（Ｗ）及び開口深さ（Ｄ）の微調整が行われる。そして、アーム部材４のアーム部材支持部２１とサポートチューブ５のサポートチューブ支持部２２との間の直線距離（Ｌ）の調整により、曲面鏡１の開口幅（Ｗ）及び開口深さ（Ｄ）が所定の範囲内に微調整されたことが確認されると、その状態で回転ピン１１の回転を禁止するとともに、アーム部材４とリンク部材６とを不動に締結すべく、回転ピン１１の偏心軸１２に備えられた雄ネジ部１４に対してナット１３の締め付けがなされる。本実施形態においては、このような一連の作業により、リンク部材６の支持部間距離調整機構による曲面鏡１の開口幅（Ｗ）及び開口深さ（Ｄ）の微調整が可能とされる。

ところで、装置設置現場における装置組立時に、場合によっては、上記のような偏心軸１２を備える回転ピン１１において可能な微調整範囲を越えるような、曲面鏡１の開口幅（Ｗ）と開口深さ（Ｄ）との調整の必要性が生じる場合がある。このよう大幅な調整の必要が生じることが予想される場合には、上記のような偏心軸１２を備える回転ピン１１による調整機構に加えて、さらに、より広範囲な曲面鏡１の開口幅（Ｗ）と開口深さ（Ｄ）との調整が可能な調整機構をリンク部材６の支持部間距離調整機構を備えて構成されることが好ましい。

このことに基づいて、図７に示されるリンク部材６の支持部間距離調整機構においては、上記のような偏心軸１２を備える回転ピン１１よる調整機構に加えて、アーム部材４のアーム部材支持部２１とサポートチューブ５のサポートチューブ支持部２２との間の直線距離を調整可能とする調整機構としてターンバックル１５を有して構成される。このような構成を有するリンク部材６の支持部間距離調整機構によれば、偏心軸１２を備える回転ピン１１において可能な微調整範囲を越えるような、曲面鏡１の開口幅（Ｗ）と開口深さ（Ｄ）との調整の必要性が生じた場合においても、ターンバックル１５により、アーム部材４のアーム部材支持部２１とサポートチューブ５のサポートチューブ支持部２２との間の直線距離（Ｌ）の調整を行うことができ、曲面鏡１の開口幅（Ｗ）と開口深さ（Ｄ）との所望の調整を可能とする。

１ 曲面鏡
２ 集熱管
３ 支持フレーム材
４ アーム部材
５ サポートチューブ
６ リンク部材
１１ 回転ピン
１２ 偏心軸
２１ アーム部材支持部
２２ サポートチューブ支持部

Claims (3)

1. 曲面鏡を用いて該曲面鏡の前方に配置された集熱管に太陽光を集光させ、該集熱管の中を流れる液体を加熱するトラフ式太陽熱集熱装置において、
   所定の曲面形状を有して前記曲面鏡を支持するように形成された係合面を備える支持フレーム材と、
   前記支持フレーム材に一体化されて該支持フレーム材を補強するアーム部材と、
   前記アーム部材を回転可能に支持するサポートチューブと、
   第１端部と第２端部とを有するリンク部材であって、該リンク部材を回転可能に支持すべく前記アーム部材に設けられたアーム部材支持部に前記第１端部が回転可能に支持され、該リンク部材を回転可能に支持すべく前記サポートチューブに設けられたサポートチューブ支持部に前記第２端部が回転可能に支持されるというリンク部材とを具備し、
   前記リンク部材は、前記アーム部材支持部と前記サポートチューブ支持部との間の直線距離を調整可能な支持部間距離調整機構を有し、該支持部間距離調整機構により前記曲面鏡の開口幅及び開口深さの微調整を行う、トラフ式太陽熱集熱装置。
2. 前記リンク部材の前記支持部間距離調整機構は、前記第１端部及び前記第２端部の少なくともいずれか一方の端部に配置される回転ピンであって、前記アーム部材支持部と前記サポートチューブ支持部との間の直線距離を調整可能とする偏心軸を備える回転ピンを有して構成される、請求項１に記載のトラフ式太陽熱集熱装置。
3. 前記リンク部材の前記支持部間距離調整機構は、前記アーム部材支持部と前記サポートチューブ支持部との間の直線距離を調整可能とするターンバックルをさらに有して構成される、請求項２に記載のトラフ式太陽熱集熱装置。

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