JP2013513817A - 反射方向をセンサで制御するヘリオスタット装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、ヘリオスタット装置を提供する。
【解決手段】正面の反射鏡面を太陽に向ける反射鏡群（１）と、水平軸線（１２）の周りで回転し、反射鏡群の仰角を調節するように制御される仰角調節機構と、垂直軸線（１３）の回りで回転し、反射鏡群の方位角を調節するように制御される方位角調節機構と、前記反射鏡群に臨んで、前記反射鏡群の反射光方向を制御するように仰角及び方位角の制御信号を出力する位置決めセンサ（４）と、地面上に固定して立設され、反射鏡群の裏面で前記反射鏡群、仰角調節機構及び方位角調節機構を全体として支持する立柱（５）と、を備えるヘリオスタット装置において、支柱（１０）は、中心反射鏡（１ａ）の下方の隙間を貫通し、前記位置決めセンサは、前記支柱の一端に取り付けられ、前記支柱の他の一端が前記立柱に固定され、前記位置決めセンサが中心反射鏡の前方へ突出され、太陽が回転するとき、反射鏡群の反射光を全て集熱器の中心に入射させるように制御かつ保持する。
【選択図】図２

Description

本発明は、太陽エネルギーのタワー型発電所に用いられるヘリオスタット装置に関する。より具体的には、センサで反射方向を制御するヘリオスタット装置に関する。

ヘリオスタットは、太陽光をある目標物に正確に位置決めする反射鏡装置であり、一般的に太陽光照明装置又は火力発電システムの集光部材として用いられる。タワー型の太陽熱発電システムにおいては、複数のヘリオスタットからなるヘリオスタット群を構成し、集光される太陽光の太陽エネルギーを得るように太陽光を受光タワーのトップの集熱器に反射する。所望の集光效果を得るために、一般的に、ヘリオスタット装置は十分な追従精度を有する必要がある。

特許文献１には、図１に示すように、反射鏡群及びそのフレーム全体１１１と、仰角調節機構と、方位角調節機構と、位置決めセンサ１４及び１５と、位置決めセンサの信号が入力され、その信号で前記調節機構の移動を制御する制御システムとを備えるヘリオスタット装置が開示されている。前記位置決めセンサは、独立の支柱１１２によって反射鏡群と集熱器との間の地面上に支持され、中心線と、反射鏡群の縦軸と横軸の両軸線との交点（幾何学中心点）と、集熱器の中心点とを結ぶ線とを、常に重ね合わせている。制御システムは、位置決めセンサにおける四象限感光素子で検知された４つの方位の光強度差信号によって反射鏡の姿勢を調節し、反射鏡の反射光方向を位置決めセンサが指す方向と常に一致させる。

中国特許出願公告第１００，５５４，８１６号明細書

ところが、実際には、不良の屋外条件（大風、雨、雪等）によって、位置決めセンサが設けられる支柱は、安定性が維持されにくいので、ヘリオスタットシステム全体の追従精度が影響される。更に、位置決めセンサと反射鏡群との間に間隔があるので、取付時及びメンテナンス時に、位置決めセンサを調節することも不便である。

前記問題に鑑み、本発明は、正面の反射鏡面を太陽に向ける反射鏡群と、水平軸線の周りで回転し、前記反射鏡群の仰角を調節するように制御される仰角調節機構と、垂直軸線の回りで回転し、前記反射鏡群の方位角を調節するように制御される方位角調節機構と、前記反射鏡群に臨んで、前記反射鏡群の反射光方向を制御するように仰角及び方位角の制御信号を出力する位置決めセンサと、地面上に固定して立設され、前記反射鏡群の裏面で前記反射鏡群、前記仰角調節機構及び前記方位角調節機構を全体として支持する立柱と、を備えるヘリオスタット装置であって、支柱は、中心反射鏡の下方の隙間を貫通し、前記位置決めセンサは、前記支柱の一端に取り付けられ、前記支柱の他の一端が前記立柱に固定され、前記位置決めセンサが前記中心反射鏡の前方へ突出され、太陽が回転するとき、前記反射鏡群の反射光を全て集熱器の中心に入射させるように制御かつ保持する。

図１は、従来技術に係るヘリオスタット装置の構造の概略図である。 図２は、本発明に係るヘリオスタット装置の概略図である。 図３は、ヘリオスタット装置の反射鏡群の正面視での構造を示す図である。 図４は、ヘリオスタット装置の反射鏡群の裏面視での構造を示す図であり、支柱を示さない。

以下、図面を参照しながら本発明について説明する。図面における構造は、例示だけであり、制限するものではない。更に、図面における構造は、実際の正確な比例で描いておらず、詳細部分を明確に示すために、ある部分が拡大されている。

本発明は、図２に示すように、ヘリオスタット装置であって、正面の反射鏡を太陽に向ける反射鏡群１と、反射鏡群の仰角を調節するように反射鏡群１を水平軸線１２の周りで回転させる仰角調節機構と、反射鏡群的方位角を調節するように反射鏡群１を垂直軸線１３の回りで回転させる方位角調節機構と、反射鏡群１の反射光の方向を制御するように仰角及び方位角の制御信号を出力する位置決めセンサ４と、地面上に立設され、反射鏡群１、位置決めセンサ４、仰角調節機構及び方位角調節機構を全体として支持する立柱５と、を備えている。

図４に示すように、仰角調節機構は、支持回転軸６及びねじ軸ナットユニット２を備えている。支持回転軸６は、反射鏡群１を回転可能に支持し、反射鏡群１のピッチ角を調節するように、ねじ軸ナットユニット２によって反射鏡群１を水平軸線１２の周りで回転させる。

方位角調節機構は、支持回転軸６を固定接続される回転台１４、該回転台１４に固定接続される回転台支柱７及びねじ軸ナットユニット３を備えている。回転台支柱７は立柱５の上端に回転可能に設けられる。従って、ねじ軸ナットユニット３が支持回転軸６を推進するように駆動されるとき、回転台支柱７は、回転台１４、支持回転軸６及び反射鏡群１全体を垂直軸線１３の周りに回転させ、反射鏡群を太陽に向ける方位に調節される。

ここで、仰角調節機構、方位角調節機構、及び立柱５は、いずれも反射鏡群１の太陽に対して反対側（即ち、反射鏡群の裏面）に設けられる。

本発明では、図２及び３に示すように、支柱１０は、中心反射鏡１ａの下方の、反射鏡１ｂの元の位置（反射鏡１ｂは既に外されている）を貫通し、一端が立柱５に固定され、他端が反射鏡群の裏面から中心反射鏡１ａの上方へ突出する。位置決めセンサ４は、支柱１０の、中心反射鏡１ａの上方に突出する一端に設けられ、かつ光を常にレンズに入射させて集熱器の中心の方向へ出射させるようにして、スポットＰの反射光の方向を制御する。

具体的には、実際に、反射鏡群１の縦横両軸線の交差位置（即ち、幾何学中心）で反射される光線は、位置決めセンサ４から偏移しない。このとき、位置決めセンサ４に制御される反射鏡群の反射光線の方向は、固定される集光目標の方向である。

特に、位置決めセンサ４において、支柱１０の、反射鏡群の移動範囲内の部分は、支持回転軸６の軸を中心として半径がＲである円弧形状をなす。これによって、支柱１０と、回転している反射鏡群１とが衝突することを避けられる。

また、反射鏡１ｂの元の位置において、位置決めセンサ４を貫通させるための隙間が得られる他に、長時間の運転に要求される電気エネルギーをシステム全体に供給するため、光電池が反射鏡群と面一に設けられてもよい。

本発明に係るヘリオスタット装置では、位置決めセンサが独立に設置されるのではなく、反射鏡群１に接近してかつ反射鏡群１を支持する立柱に固定されるので、支持の信頼性が大幅に向上するだけでなく、取付時の操作も便利になる。独立の立柱を省略したため、センサの支持構造及び厳しい屋外条件の影響などを考慮する必要がなく、製造及びメンテナンスのコストが効果的に低下でき、経済性に優れる。

前記実施例は例示にすぎず、実際の要求に応じて適宜変更できる。例えば、ヘリオスタット装置全体の回転に影響しないと共に、位置決めセンサの姿勢を維持する前提で、位置決めセンサを支持する支柱を変更することができる。また、反射鏡群のミラー数は、５×７、７×７、９×９などであってもよい。各反射鏡のサイズは６００×６００ｍｍ^２であるが、６００×６００ｍｍ^２に限られない。

本発明は、上記実施例の他に、様々な実施方式がある。この修正及び変更によって技術案の内容が本発明主旨と範囲から逸脱するようにならない。

１ 反射鏡群
１ａ 中心反射鏡
１ｂ 反射鏡
２ ねじ軸ナットユニット
３ ねじ軸ナットユニット
４ 位置決めセンサ
５ 立柱
６ 支持回転軸
７ 回転台支柱
１０ 支柱
１２ 水平軸線
１３ 垂直軸線
１４ 回転台

Claims (5)

1. 正面の反射鏡面を太陽に向ける反射鏡群と、
   水平軸線の周りで回転し、前記反射鏡群の仰角を調節するように制御される仰角調節機構と、
   垂直軸線の回りで回転し、前記反射鏡群の方位角を調節するように制御される方位角調節機構と、
   前記反射鏡群に臨んで、前記反射鏡群の反射光方向を制御するように仰角及び方位角の制御信号を出力する位置決めセンサと、
   地面上に固定して立設され、前記反射鏡群の裏面で前記反射鏡群、前記仰角調節機構及び前記方位角調節機構を全体として支持する立柱と、
   を備えるヘリオスタット装置であって、
   前記支柱は、中心反射鏡の下方の隙間を貫通し、前記位置決めセンサは、前記支柱の一端に取り付けられ、前記支柱の他の一端が前記立柱に固定され、前記位置決めセンサが前記中心反射鏡の前方へ突出され、太陽が回転するとき、前記反射鏡群の反射光を全て集熱器の中心に入射させるように制御かつ保持することを特徴とするヘリオスタット装置。
2. 仰角調節機構は、支持回転軸及びねじ軸ナットユニットを備え、前記支持回転軸は、反射鏡群を回転可能に支持し、前記反射鏡群のピッチ角を調節するように、ねじ軸ナットユニットによって前記反射鏡群を水平軸線の周りで回転させる請求項１に記載のヘリオスタット装置。
3. 方位角調節機構は、反射鏡群を回転可能に支持する支持回転軸を固定接続する回転台、前記回転台に固定接続される回転台支柱及びねじ軸ナットユニットを備え、前記回転台支柱が回転可能に立柱の上端に設けられ、ねじ軸ナットユニットが前記支持回転軸を推進するように駆動されるとき、前記回転台支柱は、前記回転台、前記支持回転軸及び前記反射鏡群全体を垂直軸線の周りに回転させ、前記反射鏡群が太陽に向ける方位に調節される請求項１に記載のヘリオスタット装置。
4. 位置決めセンサにおいて、支柱の反射鏡群の移動範囲内の部分は、支持回転軸の回転軸を中心として半径がＲである円弧形状をなす請求項２に記載のヘリオスタット装置。
5. ヘリオスタット装置に電気エネルギーを提供するため、突出された位置決めセンサの下方において、光電池が反射鏡群と面一に設けられ、各ヘリオスタット装置が外部電源及び外部制御を必要とせず独立で運転する請求項１に記載のヘリオスタット装置。