JP2013181669A - 集光装置、その回転軸線の設定方法、集光装置を備えている集熱設備及び太陽熱発電設備 - Google Patents

Abstract

【課題】集光装置における駆動装置の制御系の簡略化及び省エネルギー化を図る。
【解決手段】所定の日における複数の時刻毎に、当該時刻における太陽Ｐｓからの光を集光位置Ｐｃに向ける鏡構造体３１の光軸Ａｏの方向を示す光軸ベクトルＶｏを求める。次に、複数の時刻毎の光軸ベクトルＶｏの方向線分が沿う母線を有する円錐Ｃを定め、円錐Ｃの中心軸の方向を示す円錐中心軸ベクトルＶａを求める。そして、集光装置の第一回転軸線Ａ１を円錐中心軸ベクトルＶａと平行に設定する。
【選択図】図２２

Description

本発明は、鏡で太陽光を反射して、この太陽光を所定の集光位置に集光させる集光装置、及びその回転軸線の設定方法、集光装置を備えている集熱設備及び太陽熱発電設備に関する。

近年、環境にやさしいクリーンなエネルギーとして、太陽光を所定の位置に集光して得られる熱エネルギーを利用した設備が盛んに開発されている。

太陽光を所定の位置に集光させる集光装置としては、例えば、以下の特許文献１に記載の装置がある。この集光装置は、鏡と、互いの向きが異なる二つの回転軸線回りに鏡を回動させる駆動装置とを備えている。この集光装置では、二つの回転軸線のうちの一方の回転軸線を地軸と平行に設定している。すなわち、この集光装置では、駆動装置として赤道儀式を採用している。

特開昭５５−９６９１０号公報

上記特許文献１に記載の集光装置において、単に、太陽を追尾するだけの場合、地軸に平行な回転軸線回りに鏡を回動させればよい。しかしながら、実際には、日周運動する太陽からの光を固定されている集光位置に向かわせる必要があるため、太陽の日周運動に対応するためには、地軸に平行な回転軸線回りに鏡を回動させると共に、残りの回転軸線回りにも鏡を回動させる必要がある。

すなわち、上記特許文献１に記載の集光装置では、太陽の日周運動に対応させるため、二つの回転軸線回りに鏡を回動させる必要があるため、駆動装置の制御系が複雑になばかりか、鏡を駆動するための消費エネルギーが大きい、という問題点がある。

そこで、本発明は、駆動装置の制御系が簡易化され、駆動装置の消費エネルギーを抑えることができる集光装置、その回転軸線の設定方法、集光装置を備えている集熱設備及び太陽熱発電設備を提供することを目的とする。

上記問題点を解決するための発明に係る集光装置は、
１以上の鏡を有する鏡構造体を備え、該鏡構造体の該鏡で太陽光を反射して、該太陽光を所定の集光位置に集光させる集光装置において、第一回転軸線を中心として前記鏡を回動させる第一駆動部と、該第一回転軸線に垂直な第二回転軸線を中心として前記鏡を回動させる第二駆動部と、を備え、前記第一回転軸線は、日周運動する太陽からの光を前記集光位置に向かわせる前記鏡構造体の光軸の軌跡が描く円錐の中心軸と平行に設定されていることを特徴とする。

ある時刻における太陽からの光を固定されている集光位置に向ける鏡構造体の光軸の方向は、太陽と鏡構造体の主点（鏡の反射面上の点、又は反射面の延長面上の点であって、光軸を通る点）と結ぶ仮想線と、鏡構造体の主点と集光位置とを結ぶ仮想線とが成す角度を二分する方向である。太陽の日周運動に伴う光軸の軌跡は、ある円錐の側周面を描く。このため、第一回転軸線がこの円錐の中心軸と平行に設定されていると、一度、第二回転軸線を中心として鏡構造体を回動させて、この鏡構造体で反射された太陽光が集光位置に照射されるようにすれば、以降、第一回転軸線を中心として鏡構造体を基本的に回動させるのみで、日周運動する太陽の光を固定されている集光位置に照射することができる。

よって、当該集光装置では、駆動装置の制御系が簡易化され、駆動装置の消費エネルギーを抑えることができる。

ここで、前記集光装置において、前記鏡構造体の一以上の前記鏡の反射面は一つの回転対称面を形成しており、該回転対称面の回転対称軸が該鏡構造体の前記光軸を成してもよい。

また、前記集光装置において、水平面に対する前記第一回転軸線の角度を変える仰角変更部を備えていてもよい。

集熱設備では、複数の集光装置を設けることが多い。この場合、各集熱装置毎に集光位置に対する相対位置が異なることになり、第一回転軸線の水平面に対する角度を変える必要がある。当該集光装置では、仰角変更部を有しているので、複数の集光装置を設ける場合に、各集熱装置毎に、第一回転軸線の水平面に対する角度を変えることができる。

また、前記仰角変更部を有する前記集光装置において、前記第二駆動部は、前記第二回転軸線を中心として前記鏡の回動する角度範囲が前記第一回転軸線を基準にして所定の角度範囲であり、前記仰角変更部は、前記第二回転軸線を基準にして前記第一回転軸線の一方側が他方側以下に低くなっている下向き状態と、該一方側が他方側より高くなっている上向き状態との間で、前記第一回転軸線の水平面に対する角度を変えられるものであってもよい。

当該集光装置では、第二回転軸線を中心として鏡の回動する角度範囲が限られた範囲であっても、第二回転軸線を中心として鏡の回動する角度範囲内に、使用予定の角度範囲を含めることができる。

上記問題点を解決するための発明に係る集熱設備は、
前記集光装置と、前記集光装置で集光された太陽光により媒体を加熱する受熱器と、を備えていることを特徴とする。

上記問題点を解決するための発明に係る太陽熱発電設備は、
前記集光装置と、前記集光装置で集光された太陽光により媒体を加熱する受熱器と、前記受熱器で加熱された媒体により駆動するタービンと、前記タービンの駆動で発電する発電機と、を備えていることを特徴とする。

上記問題点を解決するための発明に係る集光装置における回転軸線の設定方法は、
１以上の鏡を有する鏡構造体と、該鏡構造体を回転軸線回りに回動させて、該鏡構造体の該鏡で反射した太陽光を所定の集光位置に向かわせる駆動装置と、を備えている集光装置における回転軸線の設定方法において、前記鏡構造体の地球上の位置データと、前記集光位置の地球上の位置データと、一年のうちでの所定の日における複数の時刻毎の前記鏡構造体の位置を基準にした太陽位置データとを取得するデータ取得ステップと、前記所定の日における複数の前記時刻毎に、当該時刻における太陽からの光を前記集光位置に向ける前記鏡構造体の光軸の方向を示す光軸ベクトルを求める光軸ベクトル算出ステップと、複数の時刻毎の前記光軸ベクトルの方向線分が沿う母線を有する円錐を定め、該円錐の中心軸の方向を示す円錐中心軸ベクトルを求める円錐中心軸ベクトル算出ステップと、前記回転軸線を前記円錐中心軸ベクトルと平行に設定する回転軸線設定ステップと、を実行することを特徴とする。

当該設定方法では、上記集光装置と同様、一度、鏡構造体で反射された太陽光が集光位置に照射されるようにすれば、以降、一の回転軸線を中心として鏡構造体を基本的に回動させるのみで、日周運動する太陽の光を固定されている集光位置に照射することができる。よって、当該設定方法で回転軸線を設定すると、駆動装置の制御が簡易化されると共に、駆動装置の消費エネルギーを抑えることができる。

ここで、前記回転軸線の設定方法において、前記駆動装置は、前記回転軸としての第一回転軸線を中心として前記鏡を回動させる第一駆動部と、該第一回転軸線に垂直な第二回転軸線を中心として該鏡を回動させる第二駆動部と、を備えており、日の変化に伴う太陽の仰角変化に対応させて、前記第二回転軸を中心とした前記鏡の回動角度を変更するステップを実行してもよい。

当該設定方法では、季節変化に伴う太陽の仰角の変化に対応することができる。

また、前記回転軸線の設定方法において、前記回転軸線設定ステップは、前記データ取得ステップで取得した前記鏡構造体の前記位置データが示す位置に該鏡構造体が位置し、且つ前記第一回転軸線の方位が前記円錐中心軸ベクトルが示す方位になるよう、前記集光装置を設置する集光装置設置ステップと、前記第一回転軸線の水平面に対する角度が前記円錐中心軸ベクトルの水平面に対する角度になるよう、該第一回転軸線を設定する第一回転軸角度設定ステップと、を有してもよい。

この場合、前記第二駆動部は、前記第二回転軸線を中心として前記鏡の回動する角度範囲が前記第一回転軸線を基準にして所定の角度範囲であり、前記第一回転軸角度設定ステップでは、前記第二回転軸線を基準にして前記第一回転軸線の一方側の水平面に対する角度が前記円錐中心軸ベクトルの水平面に対する角度になり且つ該第一回転軸線の該一方側が他方側以下に低くなっている下向き状態と、前記第一回転軸線の該他方側の水平面に対する角度が前記円錐中心軸ベクトルの水平面に対する角度になり且つ該第一回転軸線の一方側が他方側より高くなっている上向き状態とのうち、該第一回転軸線を基準にした前記所定の角度範囲が、前記第二回転軸線を中心として前記鏡を回動させる予定の角度範囲を含めることができる状態に、該第一回転軸線を設定し、前記集光装置設置ステップでは、前記第一回転軸角度設定ステップで前記第一回転軸線を前記下向き状態に設定する場合の該第一回転軸線の前記他方側に対する前記一方側の方位と、該第一回転軸線を前記上向き状態に設定する場合の該第一回転軸線の該他方側に対する該一方側の方位とでは、逆方位になるよう、前記集光装置を設置してもよい。

当該設定方法では、第二回転軸線を中心として鏡の回動する角度範囲が限られた範囲であっても、第二回転軸線を中心として鏡の回動する角度範囲内に、使用予定の角度範囲を含めることができる。

また、この発明に係る集光装置は、
１以上の鏡を有する鏡構造体を備え、該鏡構造体の該鏡で太陽光を反射して、該太陽光を所定の集光位置に集光させる集熱装置において、第一回転軸線を中心として前記鏡を回動させる第一駆動部と、該第一回転軸線に垂直な第二回転軸線を中心として前記鏡を回動させる第二駆動部と、水平面に対する該第一回転軸線の角度を変える仰角変更部と、を備え、前記第二駆動部は、前記第二回転軸線を中心として前記鏡の回動する角度範囲が前記第一回転軸線を基準にして所定の角度範囲であり、前記仰角変更部は、前記第二回転軸線を基準にして前記第一回転軸線の一方側が他方側以下に低くなっている下向き状態と、該一方側が他方側より高くなっている上向き状態との間で、前記第一回転軸線の角度を変えられることを特徴とする。

当該集光装置では、第二回転軸線を中心として鏡の回動させる角度範囲が限られた範囲であっても、第二回転軸線を中心として鏡の回動する角度範囲内に、使用予定の角度範囲を含めることができる。

本発明では、一度、鏡構造体で反射された太陽光が集光位置に照射されるようにすれば、以降、一の回転軸線を中心として鏡構造体を基本的に回動させるのみで、日周運動する太陽の光を固定されている集光位置に照射することができる。

よって、本発明によれば、駆動装置の制御系を簡易化することができると共に、駆動装置の消費エネルギーを抑えることができる。

本発明に係る一実施形態における集熱設備の構成を示す説明図である。 本発明に係る一実施形態における集熱設備の平面図である。 本発明に係る一実施形態におけるヘリオスタットの概略斜視図である。 本発明に係る一実施形態におけるヘリオスタットの背面図である。 本発明に係る一実施形態におけるヘリオスタットの側面図である。 本発明に係る一実施形態におけるヘリオスタットの平面図である。 本発明に係る一実施形態における鏡構造体を示す図であり、同図（ａ）は鏡構造体の背面図、同図（ｂ）は鏡構造体の底面図、同図（ｃ）は鏡構造体の側断面図である。 本発明に係る一実施形態における鏡を示す説明図である。 本発明に係る一実施形態における各回転軸周りの断面図である。 本発明に係る一実施形態における鏡構造体の光軸、重心、各回転軸線の相互関係を示す説明図である。 本発明に係る一実施形態における第一駆動機構の背面図（第一回転軸の回転角度０°）である。 本発明に係る一実施形態における第一駆動機構の背面図（第一回転軸の回転角度４５°）である。 本発明に係る一実施形態における第一駆動機構の背面図（第一回転軸の回転角度９０°）である。 本発明に係る一実施形態における第一駆動機構の背面図（第一回転軸の回転角度−４５°）である。 本発明に係る一実施形態における第一駆動機構の背面図（第一回転軸の回転角度−９０°）である。 本発明に係る一実施形態における第一駆動機構の側面図である。 本発明に係る一実施形態における４リンク機構を示す説明図である。 本発明に係る一実施形態における支持台の斜視図である。 本発明に係る一実施形態における支持台の背面図である。 本発明に係る一実施形態における回転軸線の設定手順を示すフローチャートである。 本発明に係る一実施形態における第一回転軸線の設定方法を示す説明図（その１）である。 本発明に係る一実施形態における第一回転軸線の設定方法を示す説明図（その２）である。 本発明に係る一実施形態における第一回転軸線の設定方法を示す説明図（その３）である。 本発明に係る一実施形態における複数のヘリオスタット毎の第一回転軸線の方位を示す説明図である。 本発明に係る一実施形態における第二回転軸の回転角度範囲を示す説明図で、同図（ａ）は下向き状態での第二回転軸の回転角度範囲を示し、同図（ｂ）は上向き状態での第二回転軸の回転角度範囲を示す。 本発明に係る一実施形態における季節変動に伴う第二回転軸の回転角度変更を示す説明図である。 本発明に係る一実施形態の変形例における鏡構造体の背面図である。

以下、本発明に係る集光装置を備えている集熱設備の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

本実施形態の集熱設備１は、図１に示すように、太陽光が照射される受熱器１０と、この受熱器１０が上部に固定されるタワー施設２０と、鏡で太陽光を反射して受熱器１０に太陽光を照射する集光装置としての複数のヘリオスタット３０と、複数のヘリオスタット３０を制御する制御装置２と、を備えている。

受熱器１０は、太陽光が照射される受熱部１１と、この受熱部１１を覆うケーシング１２とを有している。受熱部１１内には、水や空気等の作動流体が供給され、この作動流体が太陽光からの熱で加熱される。作動流体が空気の場合、集熱設備１は、さらに、加熱された空気で駆動するガスタービンと、このガスタービンの駆動で発電する発電機とを備えていることで、太陽熱発電設備を構成することができる。なお、この例は、受熱器１０からの熱エネルギーを電気エネルギー発生に利用しているが、この熱エネルギーを蒸気発生のために利用してもよいし、さらにこの蒸気を利用して電気エネルギー発生に利用してもよい。

このヘリオスタット３０は、図２に示すように、タワー施設２０を中心として、リング状の領域内に複数点在している。言い換えると、ヘリオスタット３０は、タワー施設２０を中心として、周方向に３６０°複数配置されていると共に、タワー施設２０を基準として遠近方向にも複数配置されている。なお、ここでは、タワー施設２０を中心として、リング状の領域内に複数のヘリオスタット３０を配置しているが、タワー施設２０を要とする扇状の領域又は矩形領域内に複数のヘリオスタット３０を配置してもよい。

タワー施設２０は、図１に示すように、鉛直方向に延びる４本の支柱２１と、４本の支柱２１相互を連絵する複数の梁２２と、受熱器１０を収納する収納室２３と、を有している。タワー施設２０の支柱２１や梁２２は、ヘリオスタット３０の鏡で反射されて受熱器１０に向う太陽光の光路上に存在しないよう、配置されている。

ヘリオスタット３０は、図３〜図６に示すように、太陽光を反射する鏡３２を有する鏡構造体３１と、この鏡構造体３１の鏡３２を目的の方向に向ける駆動装置４０と、これらを支える支持台８０と、を備えている。なお、駆動装置４０は、後ほど詳細に説明するように、互いに直交する第一回転軸線Ａ１と第二回転軸線Ａ２とのそれぞれを中心として、鏡構造体３１を回動させる装置である。

鏡構造体３１は、図７に示すように、２枚の鏡３２と、各鏡３２の背面に接着される背面補強板３３と、背面補強板３３の背面を支持する支持フレーム３５と、を有している。

２枚の鏡３２は、図８に示すように、同一サイズで且つ同一の長方形板状を成している。本実施形態の鏡構造体３１では、２枚の鏡３２の反射面が１つの回転対称面、具体的には回転放物面を形成している。この回転放物面の頂点は、２枚の鏡３２の中間地点に位置している。以下、本実施形態では、この回転放物面の頂点を鏡構造体３１の主点Ｑ１とし、この主点Ｑ１を通り、反射面に対する法線方向に延びる軸、つまり、回転対称面の回転対称軸をこの鏡構造体３１の光軸Ａｏとする。

２枚の鏡３２の背面全体には、それぞれ、前述したように、背面補強板３３が接着されている。この背面補強板３３は、薄い鋼鈑や薄いアルミニウム合金板や樹脂板等で形成され、その板厚方向に凹凸形状を成すよう成形されたものである。この背面補強板３３は、凹凸形状のうちの凸部の頂部で接着剤を介して鏡３１の背面と接着されている。鏡３２と背面補強板３３との間の少なくとも一部を接着する接着剤は、鏡３２の熱膨張係数と背面補強板３３の熱膨張係数との差による熱膨張差を吸収するため、例えば、弾性を有するシリコン系又は変性シリコン系の弾性接着剤が好ましい。一方、背面補強板３３で、凸部に対して相対的に凹んでいる部分には、支持フレーム３５が溶接又は接着で接合されている。

支持フレーム３５は、複数の支持梁部材３６と、複数の支持梁部材３６相互を連結する連結部材３７とを有している。支持梁部材３６は、その断面形状が溝型又は角パイプ型等を成している。複数の支持梁部材３６は、その長手方向が鏡構造体３１の光軸Ａｏから放射方向を向くように、背面補強板３３に接合されている。具体的に、本実施形態では、１枚の背面補強板３３に対して２本の支持梁部材３６が設けられている。各支持梁部材３６の一方の端部が光軸Ａｏ側を向き、その他方の端部が背面補強板３３の角側、つまり鏡３２の角側を向き、２本の支持梁部材３６でＶ字を成すよう、背面補強板３３に設けられている。なお、ここでは、１枚の背面補強板３３、つまり１枚の鏡３２に対して、２本の支持梁部材３６を設けているが、強度上の観点から、３本以上設けてもよい。

連結部材３７は、１枚の背面補強板３３の２本の支持梁部材３６相互連結する連結梁３８と、一方の背面補強板３３側の連結梁３８と他方の背面補強板３３側の連結梁３８とを連結する円柱状の軸４２と、この軸４２が挿通されるＴ字管５４と、一方の端部が連結梁３８に固定され、背面補強板３３の縁に沿って延びているアーム板３９ａと、一方の背面補強板３３側のアーム板３９ａの端部と他方の背面補強板３３側のアーム板３９ａの端部とを連結する間隔保持ロッド３９ｂと、を有している。

連結梁３８相互を連結する軸４２の中心軸線は、図３及び図１０に示すように、光軸Ａｏに直交し且つ鏡構造体３１の回転放物面の頂点である主点Ｑ１と通っている。また、軸４２は、図９に示すように、Ｔ字管５４の横線に相当する部分５４ａに入り込み、このＴ字管５４の内部に設けられている軸受け４３により、自身の中心軸線回りに回転可能に支持されている。本実施形態では、この軸４２が第二回転軸を成し、軸４２の中心軸が第二回転軸線Ａ２を成す。よって、以下では、この軸４２を第二回転軸４２とする。

各アーム板３９ａは、図７に示すように、第二回転軸４２に対して垂直な方向に延びており、その一方の端部が前述したように連結梁３８に固定されている。２つのアーム板３９ａのうちの一方のアーム板３９ａの他方の端部と他方のアーム板３９ａの他方の端部とは、前述したように間隔保持ロッド３９ｂにより連結されている。この間隔保持ロッド３９ｂは、第二回転軸４２に対して平行な方向に延びている。

本実施形態では、前述したように、連結部材３７の軸が第二回転軸４２を成し、軸の中心軸が第二回転軸線Ａ２を成す。また、この第二回転軸線Ａ２と直交する第一回転軸線Ａ１も、図３及び図１０に示すように、第二回転軸線Ａ２と同様、鏡構造体３１の放物面の頂点である主点Ｑ１と通っている。すなわち、本実施形態では、第一回転軸線Ａ１と第二回転軸線Ａ２の交点と鏡構造体３１の主点Ｑ１とが一致している。

駆動装置４０は、図３〜図６に示すように、各鏡３２を第一回転軸線Ａ１回りに回動させる第一駆動部５１と、各鏡３２を第二回転軸線Ａ２回りに回動させる第二駆動部４１と、水平面に対する第一回転軸の角度を変える仰角変更部７０と、を有している。

第二駆動部４１は、第二回転軸線Ａ２を中心軸線とする前述の第二回転軸４２と、第二回転軸線Ａ２を中心として第二回転軸４２を回転可能に支持する前述の軸受４３（図９）と、各鏡３２を第二回転軸線Ａ２回りに回動させる第二駆動機構４５と、を有している。第二駆動機構４５は、第二直進アクチュエータ４６を備えている。この第二直進アクチュエータ４６は、ロッドカバー４６ａと、このロッドカバー４６ａに対して直進駆動するロッド４６ｂとを有している。第二直進アクチュエータ４６は、第二回転軸４２から放射方向に離れた位置に、ロッド４６ｂの直進方向が第二回転軸線Ａ２に垂直になるよう配置されている。ロッド４６ｂの先端部は、鏡構造体３１に設けられている受け座５７にピン結合されている。この受け座５７は、鏡構造体３１の一方の背面補強板３３の背面上であって、第二回転軸線Ａ２から放射方向に離れた位置に設けられている。

第一駆動部５１は、第二回転軸線Ａ２と直交し且つ主点Ｑ１を通る第一回転軸線Ａ１を中心軸線とする第一回転軸５２と、第一回転軸線Ａ１を中心として第一回転軸５２を回転可能に支持する二つの軸受け５５，５６と、各鏡３２を第一回転軸線Ａ１回りに回動させる第一駆動機構６０と、を有している。

第一回転軸５２は、第一回転軸線Ａ１を中心軸線とする第一回転軸本体５３と、鏡構造体３１における連結部材３７の一部であるＴ字管５４と、有している。Ｔ字管５４の横線に相当する部分５４ａには、図９を用いて前述したように、第二回転軸４２が入り込み、このＴ字管５４の内部に設けられている軸受け４３により、第二回転軸線Ａ２回りに回転可能に支持されている。また、Ｔ字管５４の縦線に相当する部分５４ｂには、第一回転軸本体５３の一方の端部が嵌入し、第一回転軸本体５３が固定されている。すわなち、Ｔ字管５４は、第二回転軸４２と第一回転軸本体５３とを連結する軸連結部材としての役目を担っている。

このように、本実施形態では、鏡構造体３１の構成要素である連結部材３７の軸４２及びＴ字管５４は、駆動装置４０の構成要素にもなっている。

第一回転軸本体５３の一方側、つまりＴ字管５４から遠い位置は、前述の二つの軸受け５５,５６の一つである後軸受け５６で支持されている。また、第一回転軸本体５３の他方側、つまりＴ字管５４に近い位置は、二つの軸受け５５,５６の残り一つである前軸受け５５で支持されている。これら前軸受け５５及び後軸受け５６は、いずれも、後述するように、支持台８０又は支持台８０から延びている部材に取り付けられている。

第一回転軸本体５３の一方側であって、後軸受け５６よりもさらに端には、第二アクチュエータ支持梁５８が設けられている。この第二アクチュエータ支持梁５８の端部には、第二直進アクチュエータ４６のロッドカバー４６ａがピンにより連結されている。このため、第二直進アクチュエータ４６は、第一回転軸５２がその第一回転軸線Ａ１を中心にして回転すると、この第二直進アクチュエータ４６も、第一回転軸５２と一体的に第一回転軸線Ａ１を中心として回動する。

ここで、第二駆動部４１の動作について説明する。

前述したように、第二直進アクチュエータ４６は、第二回転軸線Ａ２から放射方向に離れた位置に、ロッド４６ｂの直進方向が第二回転軸線Ａ２に垂直になるよう配置されている。このため、ロッド４６ｂが直進駆動すると、ロッド４６ｂの先端部に連結されている鏡構造体３１は第二回転軸線Ａ２回りに回動する。この際、第二駆動部４１の第二回転軸４２は、第二回転軸線Ａ２回りに回転する。

なお、本実施形態の場合、第一回転軸５２に取り付けられた第二直進アクチュエータ４６により、第二回転軸線Ａ２を中心として鏡構造体３１を回動させているため、この鏡構造体３１の第二回転軸線Ａ２回りの回動角度範囲、言い換えると、第二回転軸４２の回転角度範囲は、第一回転軸５２を基準にした角度範囲になり、しかも、１８０°未満になる。具体的に、本実施形態の第二回転軸４２の回転角度範囲は、例えば、図２５に示すように、第二回転軸４２に対して垂直な光軸Ａｏが第一回転軸５２に対してほぼ９０°程度の角度から第一回転軸５２に対してほぼ１８０°程度の角度までの９０°である。

再び、第一駆動部５１について説明する。第一駆動部５１の第一駆動機構６０は、図１１〜図１６に示すように、第一直進アクチュエータ６１と、４リンク機構６２と、を備えている。

４リンク機構６２は、互いに連結されている第一リンク片６３、第二リンク片６４、第三リンク片６５及び第四リンク片６６を有している。第一リンク片６３の第一端部６３ａは後軸受け５６に固定され、第二リンク片６４の第一端部６４ａが第一リンク片６３の第二端部６３ｂにピンにより相対回転可能に連結されている。また、第三リンク片６５の第一端部６５ａが第二リンク片６４の第二端部６４ｂにピンにより相対回転可能に連結され、第四リンク片６６の第一端部６６ａが第三リンク片６５の第二端部６５ｂに対してピンにより相回転可能に連結され、第四リンク片６６の第二端部６６ｂが第一回転軸５２に固定されている。

第一直進アクチュエータ６１は、ロッドカバー６１ａと、このロッドカバー６１ａに対して直進駆動するロッド６１ｂとを有している。後軸受け５６には、第一回転軸線Ａ１に対する放射方向に延びる第一アクチュエータ支持梁６７が設けられている。第一直進アクチュエータ６１のロッドカバー６１ａは、この第一アクチュエータ支持梁６７の端部にピンにより相対回転可能に連結されている。

第二リンク片６４は、Ｌ字型に曲がっており、この第二リンク片６４の第一端部６４ａと第二端部６４ｂとの中間部が第一端部６４ａと第二端部６４ｂとを結ぶ線分よりも第一回転軸５２から遠くなっている。第四リンク片６６における第一端部６６ａから第二端部６６ｂまでの距離、つまり第四リンク片６６のリンク長は、第二リンク片６４における第一端部６４ａから第二端部６４ｂまでの距離、つまり第二リンク片６４のリンク長よりも短い。

ここで、第一駆動部５１の動作について説明する。

図１１に示すように、第四リンク片６６が第一回転軸５２から鉛直上方に延びているときの第一回転軸５２の回転角度を０°とする。この状態から、第一直進アクチュエータ６１のロッド６１ｂがロッドカバー６１ａ内に収まる方向に直進駆動すると、図１２に示すように、第二リンク片６４は、その第二端部６４ｂがロッド６１ｂの直進駆動に伴って変位する結果、その第一端部６４ａを中心として、同図において時計回り方向に揺動する。第二リンク片６４に連結されている第三リンク片６５は、この第二リンク片６４の揺動により、ほぼ時計回り方向に移動する。第三リンク片６５がほぼ時計回り方向に移動すると、第四リンク片６６の第一端部６６ａが第三リンク片６５の移動に伴って時計回り方向に変位する結果、第四リンク片６６の第二端部６６ｂに固定されている第一回転軸５２はその第一回転軸線Ａ１回りに時計回り方向に回転する。

図１２に示す状態から、第一直進アクチュエータ６１のロッド６１ｂがロッドカバー６１ａ内に収まる方向にさらに直進駆動すると、図１３に示すように、以上と同様の過程を経て、第一回転軸５２はさらに時計回り方向に回転する。本実施形態では、図１３に示す状態が第一回転軸５２の時計回り方向の最大回転角度を成している状態である。この最大回転角度は、例えば、９０°である。

図１１に示す状態から、第一直進アクチュエータ６１のロッド６１ｂがロッドカバー６１ａから突出する方向に直進駆動すると、図１４に示すように、第二リンク片６４は、その第一端部６４ａを中心として、同図において反時計回り方向に揺動する。第二リンク片６４に連結されている第三リンク片６５は、この第二リンク片６４の揺動により、ほぼ反時計回り方向に移動する。第三リンク片６５がほぼ反時計回り方向に移動すると、第四リンク片６６の第一端部６６ａが第三リンク片６５の移動に伴って反時計回り方向に変位する結果、第四リンク片６６の第二端部６６ｂに固定されている第一回転軸５２はその第一回転軸線Ａ１回りに反時計回り方向に回転する。

図１４に示す状態から、第一直進アクチュエータ６１のロッド６１ｂがロッドカバー６１ａから突出する方向にさらに直進駆動すると、図１５に示すように、以上と同様の過程を経て、第一回転軸５２はさらに反時計回り方向に回転する。本実施形態では、図１５に示す状態が第一回転軸５２の反時計回り方向の最大回転角度を成している状態である。この最大回転角度は、例えば、−９０°である。

以上のように、本実施形態では、第一回転軸５２を例えば±９０の角度範囲、つまり１８０°の角度範囲で回転させることができる。

ところで、本実施形態では、図１１に示す第一回転軸５２の回転角度を０°のときを基準状態とすると、図１２に示す第一回転軸５２の回転角度が４５°になった際、第四リンク片６６は基準状態から４５°傾いているものの、第一直進アクチュエータ６１により第二端部が変位させられる第二リンク片６４は基準状態から２２．５°しか傾いていない。また、図１３に示す第一回転軸５２の回転角度が９０°になった際、第四リンク片６６は基準状態から９０°傾いているものの、第一直進アクチュエータ６１により第二端部が変位させられる第二リンク片６４は基準状態から４５°しか傾いていない。

すなわち、本実施形態では、第一直進アクチュエータ６１により、第二リンク片６４を回動させると、第四リンク片６６は第二リンク片６４の回動角度の倍の角度回動する。これは、図１７に示すように、本実施形態において、各リンク６４，６６の回動側の端部（第二リンク片６４では第二端部６４ｂ、第四リンク片６６では第一端部６６ａ）の変位量がほぼ同じ場合でも、第四リンク片６６のリンク長が第二リンク片６４のリンク長よりも短いため、第四リンク片６６の回動角度が第二リンク片６４の回動角度より大きくなるからである。

したがって、本実施形態では、第一直進アクチュエータ６１の直進駆動で、第二リンク片６４が僅かに回動しても、第四リンク片６６は相対的に大きく回動し、第一回転軸５２の回転角度を大きくすることができる。よって、本実施形態では、第一回転軸５２の回転角度範囲を広くすることができる。

また、本実施形態では、前述したように、第二リンク片６４は、この第二リンク片６４の第一端部６４ａと第二端部６４ｂとの中間部が第一端部６４ａと第二端部６４ｂとを結ぶ線分よりも第一回転軸５２から遠くなるよう、Ｌ字型に曲がっている。このため、本実施形態では、第一回転軸５２との接触を回避して、第二リンク片６４の回動角度範囲を広くすることができる。よって、本実施形態では、この観点からも第一回転軸５２の回転角度範囲を広くすることができる。また、本実施形態では、軸力とトルクとの関係、及びストロークと回転角との関係を１対１対応の所定の関係にすることができる。

以上のように、本実施形態では、第一回転軸５２を回転モータで回転させず、第一回転軸５２に連結されているリンク片を第一直進アクチュエータ６１で回動させることで、この第一回転軸５２を回転させているので、大きな回転トルクを確保しつつ第一回転軸５２の回転駆動源の重量増加を抑えることができる。さらに、本実施形態では、リンク片を第一直進アクチュエータ６１で回動させて第一回転軸５２を回転させているものの、前述したように、特殊なリンク機構を構成することで、第一回転軸５２の回転角度範囲を広くすることができる。

支持台８０は、図５、図１８及び図１９に示すように、ヘリオスタット３０の設置位置に載置されるベース板８１と、ベース板８１上に固定されている支柱８２と、支柱８２の母線に沿って設けられている複数のリブ８３と、第一回転軸５２を支える軸支持台８５と、を有している。

支柱８２は、等脚台形をこの等脚台形の中心軸回りに回転させて形成される回転体形状、つまり載頭円錐形状を成し、載頭円錐の底に相当する部分がこの支柱８２の底を成している。リブ８３は、この支柱８２の母線に沿って、支柱８２の下端から上端まで設けられている。

軸支持台８５は、互いに間隔をあけて対向する一対のアーム板８６と、一対のアーム板８６の端部相互を連結する連結板８７と、を有している。軸支持台８５の連結板８７は、支柱８２に固定されている。また、一対のアーム板８６の間には、図９に示すように、第一回転軸５２を第一回転軸線Ａ１回りに回転可能に支持する前軸受け５５が配置されている。この前軸受け５５には、第一回転軸線Ａ１に対して垂直で且つ水平方向に延びる仰角変更軸８８が設けられている。この仰角変更軸８８は、軸支持台８５のアーム板８６を貫通し、自身の中心回りに回転可能にアーム板８６に支持されている。よって、第一回転軸５２は、仰角変更軸８８を中心として回動することで、水平面に対する角度を変えることができる。

この第一回転軸５２を第一回転軸線Ａ１回りに回転可能に支持するもう一方の後軸受け５６には、ターンバックル７１（図５）の一方の端部がピンにより連結されている。このターンバックル７１の他方の端部は、支持台８０の支柱８２又はリブ８３の高さ方向の中間部にピンで連結されている。なお、ターンバックル７１とは、両端部に雌ネジが形成されている胴体枠７２と、この胴体枠７２の各端部に捻じ込まれているネジ棒７３ａ，７３ｂと、を有し、胴体枠７２を回転させることで、両ネジ棒７３ａ，７３ｂの相互間隔を変えることができるものである。

このターンバックル７１は、胴体枠７２を回転させて両ネジ棒７３ａ，７３ｂの相互間隔を変えることで、第一回転軸５２の水平面に対する角度を変更しつつ、この角度を目的の角度に保持する役目を担っている。したがって、本実施形態では、このターンバックル７１と、後軸受け５６に設けられている仰角変更軸８８と、この仰角変更軸８８を支持する軸支持台８５とで、仰角変更部７０を構成している。なお、ここでは、第一回転軸５２の水平面に対する角度を変える仰角変更部７０にターンバックル７１を用いているが、このターンバックル７１に限定されず、例えば、直進アクチュエータや、回転運動を直線運動に変換するラックアンドピニオン機構とこの機構のピニオンを回転させる回転モータとを有するもの等を用いてもよい。

ところで、本実施形態では、図３及び図１０を用いて前述したように、第一回転軸線Ａ１と第二回転軸線Ａ２の交点と鏡構造体３１の主点Ｑ１とが一致している。このため、本実施形態では、鏡構造体３１が第一回転軸線Ａ１回りに回動しても第二回転軸線Ａ２回りに回動しても、鏡構造体３１の主点Ｑ１は移動しない。言い換えると、本実施形態では、鏡構造体３１の主点Ｑ１が不動点である。

このように、本実施形態では、鏡構造体３１が第一回転軸線Ａ１回りに回動しても第二回転軸線Ａ２回りに回動しても、鏡構造体３１の主点Ｑ１が移動しないため、この鏡構造体３１の主点Ｑ１と受熱器１０の受熱部１１（集熱位置）との相対位置も変化しない。

よって、本実施形態では、そのときの太陽と鏡構造体３１の主点Ｑ１と結ぶ仮想線と、鏡構造体３１の主点Ｑ１と集光位置とを結ぶ仮想線とが成す角度を二分する方向に鏡構造体３１の光軸Ａｏが向いていれば、鏡構造体３１の鏡３２で反射した太陽光を受熱器１０の受熱部１１に正確に照射し続けることができる。

また、以上で説明した鏡構造体３１の重心Ｑ２は、鏡構造体３１の光軸Ａｏ上であって、鏡構造体３１の主点Ｑ１から鏡３２を基準にして支持梁部材３６側に僅かにズレた位置に存在する。但し、この重心Ｑ２は第一回転軸５２と第二回転軸４２との交差部内に存在する。このため、本実施形態では、鏡構造体３１が第一回転軸線Ａ１回りに回動しても、第二回転軸線Ａ２回りに回動しても、重心Ｑ２の位置はほとんど移動せず、しかも、鏡構造体３１自体の重さで、鏡構造体３１自体を第一回転軸線Ａ１や第二回転軸線Ａ２の回りを回動させようとするモーメントはほとんど生じない。

したがって、本実施形態では、鏡構造体３１を回動させるための駆動力を小さくすることができると共に、第一回転軸５２や第二回転軸４２の剛性、これらの回転軸５２，４２を回転可能に支持する軸受けを含む支持構造の剛性等が多少小さくても、鏡構造体３１を安定支持することができる。

このように、本実施形態では、第一回転軸５２や第二回転軸４２等の剛性を小さくできるので、これらの小型軽量化を図ることも可能である。

さらに、本実施形態の鏡構造体３１の重心Ｑ２は、支持台８０の主要構成部材である支柱８２の上に存在する。より正確には、載頭円錐形状の支柱８２の上面上に存在する。このため、本実施形態では、鏡構造体３１が各回転軸線Ａ１，Ａ２回りに回動しても、鏡構造体３１の重さによる、支柱８２のベース板８１側にかかる転倒モーメントはほとんどない。

よって、本実施形態では、支持台８０の小型軽量化を図ることができる。なお、ここでの支持台８０の小型化とは、支持台８０の高さを低くすることではなく、支持台８０を構成する支柱８２の径を小さくすることと、若しくはリブ８３の厚みや幅を小さくする、又はリブ８３を省略することである。

また、本実施形態では、第一回転軸５２を回転させる駆動源としての第一直進アクチュエータ６１及び４リンク機構６２は、第一回転軸線Ａ１と第二回転軸線Ａ２との交点Ｑ１から大きく離れている。具体的には、この交点Ｑ１から第一直進アクチュエータ６１及び４リンク機構６２までの距離が、この交点Ｑ１から第一回転軸５２を回転可能に支持する前軸受け５５までの距離よりもはるかに大きい。さらに、第二回転軸４２を回転させる駆動源としての第二直進アクチュエータ４６も、第一回転軸線Ａ１と第二回転軸線Ａ２との交点Ｑ１から大きく離れている。具体的には、この交点Ｑ１から第二直進アクチュエータ４６までの距離が、この交点Ｑ１から第二回転軸４２を回転可能に支持する軸受け４３までの距離よりもはるかに大きい。すなわち、本実施形態では、第一回転軸５２と第二回転軸４２との交点Ｑ１から、第一直進アクチュエータ６１及び４リンク機構６２、さらに第二直進アクチュエータ４６は大きく離れている。

よって、本実施形態では、交点Ｑ１の近傍に駆動源としての各アクチュエータ６１，４６が存在しないため、この交点Ｑ１が中間に位置している二つの鏡３２の相互間の距離を小さくすることができ、風荷重を受けた際の第一回転軸線Ａ１と第二回転軸線Ａ２との交点Ｑ１にかかるモーメントを小さくすることができる。

次に、以上で説明したヘリオスタット３０の各回転軸線Ａ１，Ａ２の設定方法について説明する。

天体望遠鏡では、星や太陽等の追尾を容易にするために赤道儀が用いられる。この赤道儀は、地軸に平行に設定される赤経軸と、この赤経軸に垂直な赤緯軸と有している。この赤道儀では、赤経軸及び赤緯軸回りに天体望遠鏡を回動させて、天体望遠鏡の光軸を目的の天体に一旦向けると、以降は、赤経軸回りに天体望遠鏡を回動させるのみで、天体の日周運動に対応することができる。

したがって、ヘリオスタットにおいても、鏡構造体の駆動装置として、互いに直交する２つの回転軸を有するものであれば、１つの回転軸を地軸に平行に設定し、この回転軸を中心として鏡構造体を回動させることにより、日周運動する太陽を追尾することができる。しかしながら、ヘリオスタットは、日周運動する太陽からの光を反射して、この光を固定されている受熱器１０に照射させる必要がある。このため、天体望遠鏡と同様に、直交する２つの回転軸のうちの１つの回転軸を地軸に平行に設定しても、鏡構造体を２つの回転軸回りに回動させなければ、日周運動する太陽からの光を固定されている受熱器に照射させることができない。

そこで、以下では、基本的に一つの回転軸を中心として鏡構造体を回動させることにより、日周運動する太陽からの光を固定されている受熱器１０に照射させることができる回転軸線の設定方法について、図２０に示すフローチャートに従って説明する。

まず、図２１及び図２２に示すように、鏡構造体３１を設置する地球上の位置データと、太陽光の集光位置Ｐｃとなる受熱器１０の受熱部１１の地球上の位置データと、一年のうちでの所定の日における複数の時刻毎の鏡構造体３１の位置を基準にした太陽位置データとを取得する（Ｓ１）。

鏡構造体３１及び集光位置データは、地球上の座標データ、つまり、緯度と経度で示されるデータである。なお、鏡構造体３１の位置データは、正確には、鏡構造体３１の不動点である主点Ｑ１の位置データであるが、ここでは、それほど正確なデータを必要としないので、ヘリオスタット３０を設置する位置データであれば十分である。

鏡構造体３１の位置を基準にした太陽位置データは、鏡構造体３１の位置からの太陽Ｐｓの方位角と太陽Ｐｓの仰角とで示されるデータである。また、一年のうちでの所定の日とは、例えば、春分の日又は秋分の日等である。また、太陽位置データの数は、所定日における一日の太陽Ｐｓの軌跡を特定することができる数、具体的に３以上である。

次に、所定の日における複数の時刻毎に、当該時刻における太陽Ｐｓか-らの光を集光位置Ｐｃに向ける鏡構造体３１の光軸Ａｏの方向を示す光軸ベクトルＶｏを求める（Ｓ２）。ある時刻における太陽Ｐｓからの光を集光位置Ｐｃに向ける鏡構造体３１の光軸Ａｏの方向は、太陽Ｐｓと鏡構造体３１の主点Ｑ１と結ぶ仮想線Ｌ１と、鏡構造体３１の主点Ｑ１と集光位置Ｐｃとを結ぶ仮想線Ｌ２とが成す角度を二分する方向である。本実施形態では、この方向を向く単位ベクトルを光軸ベクトルＶｏとする。

太陽Ｐｓの日周運動に伴う光軸ベクトルＶｏが示す方向線分の軌跡は、ある円錐の側周面を描く。つまり、日周運動する太陽Ｐｓからの光を集光位置Ｐｃに向かわせる鏡構造体３１の光軸Ａｏの軌跡は、円錐の側周面を描く。そこで、次に、複数の時刻毎の光軸ベクトルＶｏが示す方向線分が沿う母線を有する円錐Ｃを定め、この円錐Ｃの中心軸の方向を示す円錐中心軸ベクトルＶａを求める（Ｓ３）。なお、この円錐中心軸ベクトルＶａも単位ベクトルである。

そして、ヘリオスタット３０の第一回転軸線Ａ１を円錐中心軸ベクトルＶａが示す方向に向ける（Ｓ４）。このように、第一回転軸線Ａ１の方向を円錐中心軸ベクトルＶａの方向に一致させると、一度、第二回転軸線Ａ２回り鏡構造体３１を回動させて、この鏡構造体３１で反射された太陽光が集光位置Ｐｃに照射されるようにすれば、以降、基本的に第一回転軸線Ａ１回りに鏡構造体３１を回動させるのみで、太陽Ｐｓの日周運動に伴う実際の光軸ベクトルＶｏが示す方向線分の軌跡は、ステップ３で定めた円錐Ｃの側周面を形成することになる。すなわち、本実施形態では、第一回転軸線Ａ１の方向を円錐中心軸ベクトルＶａの方向に一致させることで、鏡構造体３１を第一回転軸線Ａ１回りに基本的に回動させるのみで、日周運動する太陽Ｐｓの光を固定されている集光位置Ｐｃに照射することができる。

ここで、集熱設備の設置領域には、前述したように、複数のヘリオスタット３０が設置される。当然、複数のヘリオスタット３０毎に受熱器１０に対する相対位置が異なることになる。このため、複数のヘリオスタット３０毎の第一回転軸線Ａ１の水平面に対する角度は、図２１及び図２３に示すように異なることになる。さらに、複数のヘリオスタット３０毎の第一回転軸線Ａ１の方位も、図２４に示すように異なることになる。なお、図２４中でＴ字型に描いているヘリオスタット３０において、Ｔ字の横線に相当する部分が鏡構造体３１を示し、Ｔ字の縦線に相当する部分が第一回転軸５２を示している。

このため、ステップ４では、まず、ステップ１で取得した鏡構造体３１の位置データが示す位置に鏡構造体３１が位置し、且つ第一回転軸線Ａ１の方位が円錐中心軸ベクトルＶａが示す方位になるよう、ヘリオスタット３０を設置する（Ｓ５）。

次に、第一回転軸線Ａ１の水平面に対する角度が円錐中心軸ベクトルＶａの水平面に対する角度になるよう、第一回転軸線Ａ１を設定する（Ｓ６）。この際、仰角変更部７０のターンバックル７１を操作して、第一回転軸５２の水平面に対する角度を設定する。

ところで、本実施形態において、第二回転軸４２の回転角度範囲は、前述したように、第二回転軸線Ａ２に対して垂直な光軸Ａｏが第一回転軸５２を基準にして９０°〜１８０°の９０°である。このため、例えば、図２５（ａ）に示すように、第一回転軸線Ａ１の一方側Ａ１ａが他方側Ａ１ｂ以下に低くなっており、且つ第一回転軸線Ａ１の水平面Ｈに対する反時計回り方向の角度を３４０°（−２０°）に設定した下向き状態の場合、第二回転軸４２を回転させることにより、光軸Ａｏの向きを水平面Ｈに対して反時計回り方向に７０°〜１６０°の範囲で変えることができる。

一方、太陽光を集光位置Ｐｃに照射できる光軸Ａｏの水平面Ｈに対する半時計回り方向の角度を０°〜７０°の範囲内にする場合、ヘリオスタット設置ステップ（Ｓ５）と第一回転軸角度設定ステップ（Ｓ６）において、以下の処理を行う。

ヘリオスタット設置ステップ（Ｓ５）では、図２５（ｂ）に示すように、第一回転軸線Ａ１の他方側Ａ１ｂに対する一方側Ａ１ａの方位が前述の下向き状態に設定した際の方位と逆方位になるよう、ヘリオスタット３０を設置する。

そして、第一回転軸角度設定ステップ（Ｓ６）では、第一回転軸線Ａ１の一方側Ａ１ａが他方側Ａ１ｂより高くし、且つ第一回転軸線Ａ１の水平面Ｈに対する反時計回り方向の角度を３４０°（−２０°）にした上向き状態に設定する。つまり、第一回転軸線Ａ１の一方側Ａ１ａが他方側Ａ１ｂより高くし、且つ第一回転軸線Ａ１の他方側Ａ１ｂの水平面Ｈに対する角度を、下向き状態における第一回転軸線Ａ１の一方側Ａ１ａの水平面Ｈに対する角度に設定する。

以上のように、ヘリオスタット３０を設置し且つ第一回転軸線Ａ１の方向を設定すると、第二回転軸４２を回転させることにより、光軸Ａｏの向きを水平面Ｈに対して反時計回り方向に−２０°〜７０°の範囲Ｒｒで変えることができる。

なお、前述したように、第一回転軸５２の水平面に対する角度を変更する場合には、ターンバックル７１の胴体枠７２を回転させて両ネジ棒７３ａ，７３ｂの相互間隔を変えることで対応できる。また、第一回転軸５２の水平面に対する角度の変更範囲を変更したい場合には、ターンバックル７１の両ネジ棒７３ａ，７３ｂ自体の長さが異なるものを用いることで対応することができる。

以上のように、本実施形態の駆動装置４０は、第二回転軸４２の回転角度範囲は第一回転軸線Ａ１を基準にして所定の範囲内であるものの、第一回転軸線Ａ１の他方側Ａ１ｂに対する一方側Ａ１ａの方位を逆方位にすると共に、第一回転軸線Ａ１を下向き状態にするか上向き状態にするかを使い分けることにより、ヘリオスタット３０設置後における第二回転軸線Ａ２の回転角度範囲内に、第二回転軸線Ａ２の使用予定の回転角度範囲を含めることができる。

以上で、ヘリオスタット３０の設置及び第一回転軸線Ａ１の設定が終了する。

ヘリオスタット３０の設置及び第一回転軸線Ａ１の設定の終了後、太陽光をヘリオスタット３０の鏡３２で集光位置Ｐｃに照射するためには、第二回転軸４２を回転させて、鏡構造体３１で反射された太陽光が集光位置Ｐｃに照射されるように、第二回転軸４２を回転させる、言い換えると、第二回転軸線Ａ２回り鏡構造体３１を回動させる。このように、この鏡構造体３１で反射された太陽光が集光位置Ｐｃに照射されるようにすれば、前述したように、以降、基本的に第一回転軸線Ａ１回りに鏡構造体３１を回動させるのみで、日周運動する太陽の光を固定されている集光位置Ｐｃに照射することができる。

したがって、本実施形態では、駆動装置４０の制御系が簡易化され、消費エネルギーを抑えることができる。

太陽の仰角は、季節が変わると、一日のうちの同時刻であっても変化する。この季節変化に伴って太陽の仰角が変化すると、一日のうちの同時刻における光軸ベクトルＶｏも変化し、この結果、第一回転軸線Ａ１の設定時に定めた円錐Ｃも季節変化に伴って変化することになる。しかしながら、季節変化に伴う円錐Ｃの変化は、円錐Ｃの底面の径の変化に留まり、円錐Ｃの中心軸の方向の変化はない。このため、本実施形態において、季節変化に伴う太陽の仰角変化には、第二回転軸線Ａ２の回転角度の変更、言い換えると、第二回転軸４２を中心とした鏡３２の回動角度を変更することで対応する。

具体的に、図２６に示すように、春分及び秋分時の第二回転軸線Ａ２の回転角度に対して、冬至における第二回転軸線Ａ２の回転角度、夏至における第二回転軸線Ａ２の回転角度を変える。季節変動に伴う第二回転軸線Ａ２の回転角度の変更は、毎日行ってもよいが、数日毎に行ってもよい。この変更は、手動で行ってもよいが、日々の第二回転軸線Ａ２の回転角度を予め制御装置２に記憶させておき、制御装置２からの日々の指示で自動的に第二回転軸４２が回転するようにしてもよい。

また、以上の実施形態では、第一回転軸線Ａ１と第二回転軸線Ａ２とが直交し、且つ第一回転軸線Ａ１と第二回転軸線Ａ２との交点上に鏡構造体３１の主点Ｑ１が位置している。しかしながら、第一回転軸線Ａ１を中心として鏡を回動させる第一駆動部と、第一回転軸線に垂直である第二回転軸線を中心として鏡を回動させる第二駆動部を有するものであれば、如何なるタイプの駆動装置であっても、上記回転軸線の設定方法を実行することにより、第一回転軸線回りに鏡構造体を基本的に回動させるのみで、日周運動する太陽の光を固定されている集光位置に照射することができる。

また、以上の実施形態では、２枚の鏡３２を有する鏡構造体３１を例示しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、１枚の鏡を有するものでも、さらに３枚以上の鏡を有するものにも適用可能である。また、以上の実施形態では、長方形板状の鏡３２を有する鏡構造体３１を例示しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、他の形状、例えば、図２７に示すように、半円形板状の鏡３２Ａを有する鏡構造体３１Ａであってもよい。なお、半円形板状の鏡３２Ａを採用した場合、設置面との干渉を緩和することができ、支柱を短くすることができる。

Ｑ１…主点、Ｑ２…重心、Ａｏ…光軸、Ａ１…第一回転軸線、Ａ２…第二回転軸線、１…集熱設備、２…制御装置、１０…受熱器、１１…受熱部、２０…タワー施設、３０…ヘリオスタット（集光装置）、３１…鏡構造体、３２…鏡、３３…背面補強板、３５…支持フレーム、３６…支持梁部材、３７…連結部材、４０…駆動装置、４１…第二駆動部、４２…第二回転軸、４５…第二駆動機構、４６…第二直進アクチュエータ、５１…第一駆動部、５２…第一回転軸、６０…第一駆動機構、６１…第一直進アクチュエータ、６２…４リンク機構、６３…第一リンク片、６４…第二リンク片、６５…第三リンク片、６６…第四リンク片、７０…仰角変更部、７１…ターンバックル、８０…支持台、８２…支柱

Claims (10)

1. １以上の鏡を有する鏡構造体を備え、該鏡構造体の該鏡で太陽光を反射して、該太陽光を所定の集光位置に集光させる集熱装置において、
   第一回転軸線を中心として前記鏡を回動させる第一駆動部と、該第一回転軸線に垂直な第二回転軸線を中心として前記鏡を回動させる第二駆動部と、を備え、
   前記第一回転軸線は、日周運動する太陽からの光を前記集光位置に向かわせる前記鏡構造体の光軸の軌跡が描く円錐の中心軸と平行に設定されている、
   ことを特徴とする集光装置。
2. 請求項１に記載の集光装置において、
   前記鏡構造体の一以上の前記鏡の反射面は一つの回転対称面を形成しており、該回転対称面の回転対称軸が該鏡構造体の前記光軸を成す、
   ことを特徴とする集光装置。
3. 請求項１又は２に記載の集光装置において、
   水平面に対する前記第一回転軸線の角度を変える仰角変更部を備えている、
   ことを特徴とする集光装置。
4. 請求項３に記載の集光装置において、
   前記第二駆動部は、前記第二回転軸線を中心として前記鏡の回動する角度範囲が前記第一回転軸線を基準にして所定の角度範囲であり、
   前記仰角変更部は、前記第二回転軸線を基準にして前記第一回転軸線の一方側が他方側以下に低くなっている下向き状態と、該一方側が他方側より高くなっている上向き状態との間で、前記第一回転軸線の水平面に対する角度を変えられる、
   ことを特徴とする集光装置。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載の集光装置と、
   前記集光装置で集光された太陽光により媒体を加熱する受熱器と、
   を備えていることを特徴とする集熱設備。
6. 請求項１から４のいずれか一項に記載の集光装置と、
   前記集光装置で集光された太陽光により媒体を加熱する受熱器と、
   前記受熱器で加熱された媒体により駆動するタービンと、
   前記タービンの駆動で発電する発電機と、
   を備えていることを特徴とする太陽熱発電設備。
7. １以上の鏡を有する鏡構造体と、該鏡構造体を回転軸線回りに回動させて、該鏡構造体の該鏡で反射した太陽光を所定の集光位置に向かわせる駆動装置と、を備えている集熱装置における回転軸線の設定方法において、
   前記鏡構造体の地球上の位置データと、前記集光位置の地球上の位置データと、一年のうちでの所定の日における複数の時刻毎の前記鏡構造体の位置を基準にした太陽位置データとを取得するデータ取得ステップと、
   前記所定の日における複数の前記時刻毎に、当該時刻における太陽からの光を前記集光位置に向ける前記鏡構造体の光軸の方向を示す光軸ベクトルを求める光軸ベクトル算出ステップと、
   複数の時刻毎の前記光軸ベクトルの方向線分が沿う母線を有する円錐を定め、該円錐の中心軸の方向を示す円錐中心軸ベクトルを求める円錐中心軸ベクトル算出ステップと、
   前記回転軸線を前記円錐中心軸ベクトルと平行に設定する回転軸線設定ステップと、
   を実行することを特徴とする回転軸線の設定方法。
8. 請求項７に記載の回転軸線の設定方法において、
   前記駆動装置は、前記回転軸としての第一回転軸線を中心として前記鏡を回動させる第一駆動部と、該第一回転軸線に垂直な第二回転軸線を中心として該鏡を回動させる第二駆動部と、を備えており、
   日の変化に伴う太陽の仰角変化に対応させて、前記第二回転軸を中心とした前記鏡の回動角度を変更するステップを、
   実行することを特徴とする回転軸線の設定方法。
9. 請求項８に記載の回転軸線の設定方法において、
   前記回転軸線設定ステップは、
   前記データ取得ステップで取得した前記鏡構造体の前記位置データが示す位置に該鏡構造体が位置し、且つ前記第一回転軸線の方位が前記円錐中心軸ベクトルが示す方位になるよう、前記集光装置を設置する集光装置設置ステップと、
   前記第一回転軸線の水平面に対する角度が前記円錐中心軸ベクトルの水平面に対する角度になるよう、該第一回転軸線を設定する第一回転軸角度設定ステップと、
   を有することを特徴とする回転軸線の設定方法。
10. 請求項９に記載の回転軸線の設定方法において、
    前記第二駆動部は、前記第二回転軸線を中心として前記鏡の回動する角度範囲が前記第一回転軸線を基準にして所定の角度範囲であり、
    前記第一回転軸角度設定ステップでは、前記第二回転軸線を基準にして前記第一回転軸線の一方側の水平面に対する角度が前記円錐中心軸ベクトルの水平面に対する角度になり且つ該第一回転軸線の該一方側が他方側以下に低くなっている下向き状態と、前記第一回転軸線の該他方側の水平面に対する角度が前記円錐中心軸ベクトルの水平面に対する角度になり且つ該第一回転軸線の一方側が他方側より高くなっている上向き状態とのうち、該第一回転軸線を基準にした前記所定の角度範囲が、前記第二回転軸線を中心として前記鏡を回動させる予定の角度範囲を含めることができる状態に、該第一回転軸線を設定し、
    前記集光装置設置ステップでは、前記第一回転軸角度設定ステップで前記第一回転軸線を前記下向き状態に設定する場合の該第一回転軸線の前記他方側に対する前記一方側の方位と、該第一回転軸線を前記上向き状態に設定する場合の該第一回転軸線の該他方側に対する該一方側の方位とでは、逆方位になるよう、前記集光装置を設置する、
    ことを特徴とする回転軸線の設定方法。

Images