JP2014055712A - 集熱設備、その制御装置、及び集熱設備の運転方法 - Google Patents

Abstract

【課題】受熱器のケーシングの熱損傷を抑える。
【解決手段】受熱器のケーシング２５の表面上であって、ケーシング２５の開口２６を分割起点として定められた複数の領域Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ毎の温度が規制温度以上であるか否かを判断する。いずれかのヘリオスタットに対してオンからオフへの遷移、又はオフからオンへの遷移が定められると、ヘリオスタットの遷移過程で太陽光が照射されるケーシング表面上の照射経路Ｒとして、複数の領域Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄのうちで規制値以上ではない領域を通る経路を設定する。
【選択図】図１１

Description

本発明は、太陽光が照射される受熱器と、受熱器に太陽光を照射できる複数のヘリオスタットとを備えている集熱設備、その制御装置、及び集熱設備の運転方法に関する。

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。

このような設備の一例として、例えば、以下の特許文献１には、太陽光が照射される受熱器と、反射鏡で太陽光を反射して受熱器に太陽光を照射できる複数のヘリオスタットと、複数のヘリオスタットの動作を制御する制御装置と、を備えている集熱設備が記載されている。受熱器は、太陽光が照射されて内部の流体が加熱される受熱部と、この受熱部を覆い太陽光を内部に導く開口が形成されているケーシングと、を有している。

この集熱設備では、受熱器における受熱部の各位置での温度を検知するサーモグラフィーや、複数のヘリオスタットが設置されている領域での直達日射量を検知する日射量計が設けられている。制御装置は、このサーモグラフィーで検知された受熱部の各位置での温度のうち、いずれかの位置の温度が受熱部の材料使用限界等を超える場合、この材料使用限界等を超える位置がなくなるよう、ヘリオスタット運転台数の変更や反射鏡の向き補正を行う。また、この制御装置は、日射量計で検知された直達日射量に応じて、ヘリオスタット運転台数の変更や反射鏡の向き補正を行う。

特開２０１１−１６３５９４号公報

上記特許文献１に記載の集熱設備のように、各種環境情報等に応じて、ヘリオスタット運転台数を変更する場合、一部のヘリオスタットが、ケーシングの開口を介して受熱部に太陽光を照射しているオンの状態から、受熱器のいずれの部分にも太陽光を照射しないオフの状態になる。又は、一部のヘリオスタットが、オフの状態からオンの状態になる。このように、ヘリオスタットがオンからオフへ、又はオフからオンへ遷移する場合、この遷移過程で、ヘリオスタットからの太陽光が一時的にケーシング表面に照射される。

仮に、多数のヘリオスタットが短時間のうちにオンからオフへ、又はオフからオンへ遷移し、その際に、各ヘリオスタットからの太陽光がケーシング表面上のほぼ同一領域を照射したとする。この場合、ケーシング表面上の一部の領域の温度が極めて高くなり、この領域が損傷するおそれがある。

そこで、本発明は、受熱器の熱損傷を抑え、受熱器の耐久性を高めることができる集熱設備、その制御装置、及び集熱設備の運転方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための発明の一態様としての集熱設備の制御装置は、
太陽光が照射されて内部の流体が加熱される受熱部、及び該受熱部を覆い太陽光を内部に導く開口が形成されているケーシングを有する受熱器と、反射鏡で太陽光を反射して該受熱部に太陽光を照射できる複数のヘリオスタットと、を備えている集熱設備の制御装置において、前記ケーシングの表面上であって、該ケーシングの前記開口を分割起点として予め定められた複数の領域毎の温度と該温度に相関する値とのうちの一方である温度相関値を推定し、該温度相関値が予め定められた規制値以上であるか否かを判断するケーシング温度推定部と、前記ケーシング温度推定部により、複数の前記領域毎に、当該領域の前記温度相関値が前記規制値以上であるか否かが記憶される領域状態記憶部と、複数の前記ヘリオスタット毎に、前記受熱器の前記受熱部に太陽光を照射するオンと、該受熱器のいずれの部分にも太陽光を照射しないオフとを定めるオンオフ設定部と、前記オンオフ設定部がいずれかの前記ヘリオスタットに対してオンからオフへの遷移、又はオフからオンへの遷移を定めると、該ヘリオスタットの遷移過程で太陽光が照射される前記ケーシング表面上の照射経路として、前記領域状態記憶部を参照して、複数の前記領域のうちで前記規制値以上ではない領域を通る経路を設定する経路設定部と、前記経路設定部が設定した前記照射経路を通過するよう、前記ヘリオスタットに対する制御信号を作成し、該制御信号を該ヘリオスタットに出力する制御信号出力部と、を備えていることを特徴とする。

当該制御装置では、受熱器ケーシングの表面上の複数の領域のうち、いずれかの領域が規制値以上になると、ヘリオスタットからの太陽光の照射経路はこの領域を除く領域を通るように設定される。このため、当該制御装置では、受熱器ケーシングの一部の温度が極めて高くなることを防ぐことができる。

ここで、前記集熱設備の制御装置において、前記ケーシング温度推定部は、いずれかの前記ヘリオスタットに関して前記経路設定部が設定した前記照射経路を取得すると、複数の前記領域のうちで該照射経路を含む領域の新たな温度相関値を、該ヘリオスタットからの太陽光により該領域が受ける熱量を用いて推定してもよい。この場合、前記ケーシング温度推定部は、複数の前記領域毎の前記温度相関値を前記領域状態記憶部に記憶し、いずれかの前記ヘリオスタットに関して前記経路設定部が設定した前記照射経路を取得すると、複数の前記領域のうちで該照射経路を含む領域の新たな温度相関値を、前記領域状態記憶部に既に記憶されている該領域の前記温度相関値と、該ヘリオスタットからの太陽光により該領域が受ける熱量とを用いて推定してもよい。

また、以上のいずれかの集熱設備の制御装置において、前記ケーシング温度推定部は、各領域の放熱量を用いて、各領域の温度相関値を推定してもよい。

また、以上のいずれかの集熱設備の制御装置において、前記経路設定部は、前記ヘリオスタットをオフからオンへ遷移させる際、複数の領域のうち、前記規制値以上でない領域が複数ある場合、該規制値以上でない複数の領域のうちから、前記反射鏡の駆動量が最も小さくなる領域を通る経路を前記照射経路としてもよい。

当該制御装置では、規制値以上でない複数の領域のうちから、反射鏡の駆動量が最も小さくなる領域を通る経路を照射経路とするので、当該ヘリオスタットの遷移時における消費電力を抑えることができる。

また、以上のいずれかの集熱設備の制御装置において、複数の前記ヘリオスタットは、互いに直交する２つの回転軸線回りに前記反射鏡を回動させることで、該反射鏡の向きを変える駆動装置を有し、前記経路設定は、前記ヘリオスタットをオンからオフへ遷移させる際、前記ヘリオスタットの２つの前記回転軸線のうち、いずれか一方のみの回転軸線回りに前記反射鏡を回動させたときに、該ヘリオスタットからの太陽光が照射される前記ケーシング表面上の経路が、複数の前記領域のうちで前記規制値以上ではない領域中を通る場合には、該経路を前記照射経路としてもよい。

当該制御装置では、２つの回転軸線のうち、一方のみの回転軸線回りに反射鏡を回動させたときに、ヘリオスタットからの太陽光が照射されるケーシング表面上の経路が、規制値以上ではない領域中を通る場合には、この経路を照射経路にするので、前記一方の回転軸回りに反射鏡を回動させる、つまり、一個のモータのみを駆動させることになり、ヘリオスタットの制御を単純化することができる。さらに、当該制御装置では、設定される照射経路の経路長が短くなるので、当該ヘリオスタットの遷移時における消費電力を抑えることができる。

また、以上のいずれかの集熱設備の制御装置において、前記経路設定部は、複数の領域のうち、前記規制値以上でない領域が複数ある場合、該規制値以上でない複数の領域のうちから最も低い温度の領域を通る経路を前記照射経路としてもよい。

当該制御装置では、照射経路がより低温の領域を通過するにようになるので、受熱器ケーシングの耐久性をさらに高めることができる。

また、前記目的を達成するための発明の一態様としての集熱設備は、
以上のいずれかの制御装置と、前記複数のヘリオスタットと、前記受熱器と、を備えていることを特徴とする。

当該集熱設備でも、前記制御装置を備えているので、受熱器ケーシングの一部の温度が極めて高くなることを防ぐことができる。

また、前記目的を達成するための発明の一態様としての集熱設備の運転方法は、
太陽光が照射されて内部の流体が加熱される受熱部、及び該受熱部を覆い太陽光を内部に導く開口が形成されているケーシングを有する受熱器と、反射鏡で太陽光を反射して該受熱部に太陽光を照射できる複数のヘリオスタットと、を備えている集熱設備の運転方法において、前記ケーシングの表面上であって、該ケーシングの前記開口を分割起点として予め定められた複数の領域毎の温度と該温度に相関する値とのうちの一方である温度相関値を推定する領域温度推定ステップと、前記領域温度推定ステップで推定された前記温度相関値が予め定められた規制値以上であるか否かを判断する領域状態判断ステップと、複数の前記ヘリオスタット毎に、前記受熱器の前記受熱部に太陽光を照射するオンと、該受熱器のいずれの部分にも太陽光を照射しないオフとを定めるオンオフ設定ステップと、前記オンオフ設定ステップで、いずれかの前記ヘリオスタットに対してオンからオフへの遷移、又はオフからオンへの遷移が定められると、該ヘリオスタットの遷移過程で太陽光が照射される前記ケーシング表面上の照射経路として、複数の前記領域のうちで前記規制値以上ではない領域を通る経路を設定する経路設定ステップと、前記経路設定ステップで設定された前記照射経路を通過するよう、前記ヘリオスタットに対する制御信号を作成し、該制御信号を該ヘリオスタットに出力する制御信号出力ステップと、を実行することを特徴とする。

当該運転方法では、受熱器ケーシングの表面上の複数の領域のうち、いずれかの領域が規制値以上になると、ヘリオスタットからの太陽光の照射経路はこの領域を除く領域を通るように設定される。このため、当該運転方法では、受熱器ケーシングの一部の温度が極めて高くなることを防ぐことができる。

ここで、前記集熱設備の運転方法において、前記領域温度推定ステップでは、いずれかの前記ヘリオスタットに関して前記経路設定ステップで設定された前記照射経路を取得し、複数の前記領域のうちで該照射経路を含む領域の新たな温度相関値を、該ヘリオスタットからの太陽光により該領域が受ける熱量を用いて推定してもよい。

本発明によれば、受熱器のケーシング表面上の一領域の温度が極めて高くなり、この領域が熱損傷することを防ぐことができる。よって、本発明によれば、受熱器の耐久性を高めることができる。

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受熱器の正面図である。 本発明に係る一実施形態における制御装置の機能ブロック図である。 本発明に係る一実施形態における受熱器のケーシング表面に設定した領域を示す説明図である。 本発明に係る一実施形態における領域状態記憶部に記憶される情報を示す説明図である。 本発明に係る一実施形態における受熱器のケーシング表面に設定した一領域の温度変化例を示すグラフである。 本発明に係る一実施形態における制御装置の受付部及びケーシング温度推定部の動作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制御装置の受付部、オンオフ設定部、経路設定部及び制御信号出力部の動作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経路設定部の詳細動作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いて、ヘリオスタットがオフからオンへ遷移する場合の照射経路の設定方法を示す説明図であり、同図（Ａ）は非規制領域が複数ある場合の照射経路の設定方法を示し、同図（Ｂ）は非規制領域が１つのみである場合の照射経路の設定方法を示す。 本発明に係る一実施形態において、ヘリオスタットがオンからオフへ遷移する場合の照射経路の設定方法を示す説明図であり、同図（Ａ）は１つの回転軸線回りにのみ反射鏡を回動させたときの経路として、非規制領域を通る経路が複数ある場合の照射経路の設定方法を示し、同図（Ｂ）は１つの回転軸線回りにのみ反射鏡を回動させたときの経路として、非規制領域を通る経路が１つのみである場合の照射経路の設定方法を示し、同図（Ｃ）は１つの回転軸線回りにのみ反射鏡を回動させたときの経路として、非規制領域を通る経路がない場合の照射経路の設定方法を示す。

以下、本発明に係る集熱設備の一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

本実施形態の集熱設備は、図１に示すように、太陽光が照射される受熱器２０と、この受熱器２０が上部に固定されるタワー１と、反射鏡１１で太陽光を反射して受熱器２０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１０と、各種センサ５と、複数のヘリオスタット１０を制御する制御装置３０と、を備えている。

受熱器２０は、太陽光が照射される受熱部２１と、この受熱部２１を覆うケーシング２５とを有している。受熱部２１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、この集熱設備は、さらに、加熱された空気で駆動するガスタービン２と、このガスタービン２の駆動で発電する発電機（不図示）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。また、作動流体が水の場合、集熱設備は、さらに水の加熱で生成された蒸気で駆動する蒸気タービンと、この蒸気タービンで駆動する発電機とを備えることでも、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２０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。

ヘリオスタット１０は、太陽光を反射する反射鏡１１と、反射鏡１１を支持する支持脚１２と、反射鏡１１を目的の方向に向ける駆動装置１３と、を有している。駆動装置１３は、図４に示すように、互いに直交する２つの回転軸線Ａ１，Ａ２回りに反射鏡１１を回動させることで、反射鏡１１の向きを変える。

複数のヘリオスタット１０は、図２に示すように、ヘリオスタット設置領域Ｆ上に点在している。このヘリオスタット設置領域Ｆは、扇形を成し、北半球においては、扇の要が南側を向くように設定されている。また、この扇の要の近傍位置には、前述のタワー１が建てられ、このタワー１の上部の北側に受熱器２０が固定されている。

なお、南半球では、扇形のヘリオスタット設置領域Ｆの要が北側を向き、この要の近傍の位置に受熱器２０が配置される。また、ここでは、ヘリオスタット設置領域Ｆが扇形を成しているが、本発明はこれに限定されず、例えば、ヘリオスタット設置領域Ｆは方形であっても、リング形であってもよい。ヘリオスタット設置領域Ｆがリング形の場合、受熱器２０はこのリングの中央部分に配置される。

受熱器２０の受熱部２１は、図３に示すように、下部ヘッダ２２と、この下部ヘッダ２２の上方に配置されている上部ヘッダ２３と、鉛直方向に延び下部ヘッダ２２と上部ヘッダ２３とをつなぐ複数の受熱管２４と、を有している。下部ヘッダ２２には、例えば、圧縮機からの圧縮空気を下部ヘッダ２２に送る入口配管２８が接続されている。また、上部ヘッダ２３には、複数の受熱管２４から上部ヘッダ２３に集まった加熱空気を、例えば、前述したガスタービン２に送る出口配管２９が接続されている。

受熱部２１を覆うケーシング２５には、ヘリオスタット１０からの太陽光を内部の受熱部２１に導く開口２６が形成されている。なお、以下では、ヘリオスタット１０がこのケーシング２５の開口を介して受熱部２１に太陽光を照射している状態をオンの状態とし、ヘリオスタット１０が受熱器２０のいずれの部分にも太陽光を照射しない状態をオフの状態とする。

このケーシング２５の表面には、図５に示すように、この表面の温度管理上、開口２６を分割起点として分割された４つの領域Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄが設定されている。

制御装置３０は、図４に示すように、上位装置８から各種指令や各種センサ５で検知された値を受け付ける受付部３１と、ケーシング２５の表面上の複数の領域毎の温度を推定するケーシング温度推定部３２と、複数の領域毎の温度が記憶される領域状態記憶部３３と、複数のヘリオスタット１０毎のオン、オフを定めるオンオフ設定部３４と、ヘリオスタット１０のオンからオフへの遷移及びオフからオンへの遷移時にヘリオスタット１０から太陽光が照射されるケーシング２５表面上の照射経路を定める経路設定部３５と、照射経路に応じた制御信号をヘリオスタット１０に出力する制御信号出力部３６と、これらを制御する統合制御部３９と、を有している。

上位装置８からは、例えば、設備駆動指令、設備停止指令や、この集熱設備の目標出力等が制御装置３０に出力される。また、センサとしては、例えば、受熱器２０における受熱部２１の各位置での温度を検知する温度計、ヘリオスタット設置領域Ｆにおける外気温度を検知する温度計、ヘリオスタット設置領域Ｆにおける直達日射量を検知する日射量計等がある。制御装置３０は、受付部３１が上位装置８からの設備駆動指令を受けると、複数のヘリオスタット１０に対する制御を開始し、受付部３１が上位装置８からの設備停止指令を受けると、複数のヘリオスタット１０に対する制御を終了する。

領域状態記憶部３３には、図６に示すように、受熱器２０のケーシング２５表面上の複数の領域毎の温度と、各領域が規制領域であるか非規制領域であるかが記憶される。ここで、規制領域とは、予め定められた規制温度（規制値）Ｔｓ以上の温度の領域であり、非規制領域とは、予め定められた規制温度Ｔｓ未満の温度の領域のことである。

なお、以上で説明した制御装置３０は、コンピュータを有して構成され、制御装置３０の以上の各機能部は、ＣＰＵと、このＣＰＵが実行するプログラムが格納されている記憶装置とを有して構成されている。また、領域状態記憶部３３は、メモリ等の主記憶装置又はハードディスクドライブ装置等の補助記憶装置を有して構成されている。

次に、受熱器２０のケーシング２５表面上の一領域における温度変化について、図７を用いて説明する。

日の出直後のケーシング２５の表面温度は、基本的に外気温度Ｔａに一致している。制御装置３０は、例えば、日の出後、上位装置８から設備駆動指令を受け付けると、ヘリオスタット設置領域Ｆ内の全ヘリオスタット１０のうちの多数のヘリオスタット１０をオン状態にする（ｔ0）。この際、多数のヘリオスタット１０からの太陽光がケーシング２５表面上の一領域を通過すると、この一領域の温度は急激に且つ大幅に上昇する。

その後、しばらくの間、ヘリオスタット設置領域Ｆ内の全ヘリオスタット１０に関して、オンからオフへ又はオフからオンへの遷移がなければ、この一領域の温度は放熱により次第に低下する。

そして、ヘリオスタット設置領域Ｆ内の全ヘリオスタット１０のうち、数台に関して、オンからオフへ又はオフからオンへの遷移があり、この数台のヘリオスタット１０からの太陽光が一領域を通過すると（ｔ1，ｔ2、ｔ3，…，ｔｎ）、そのたびに一領域の温度は急激に上昇した後、放熱により次第に低下する。

このように、ケーシング２５の一領域の温度は、上位装置８が設備駆動指令を出力してから設備停止指令を出力するまでの間、上昇、低下を繰り返す。ケーシング２５の一領域の温度が上昇、低下を繰り返す過程で、この温度が一時的に前述の規制温度Ｔｓ以上になる場合もある。本実施形態では、ケーシング２５の一領域の温度が規制温度Ｔｓ以上になると、この一領域を規制領域として管理する。具体的に、本実施形態では、後述するように、一領域が規制領域になると、いずれのヘリオスタット１０の遷移過程においても、ヘリオスタット１０からの太陽光がケーシング２５表面上を通る照射経路として、規制領域ではない領域、つまり非規制領域を通る経路を照射経路にする。

次に、以上で説明した制御装置３０の動作について、図８〜図１０に示すフローチャートに従って説明する。

まず、図８に示すフローチャートに従って、制御装置３０の受付部３１及びケーシング温度推定部３２の動作について説明する。

制御装置３０の受付部３１は、上位装置８からの設備駆動指令を受け付けると（Ｓ１０ｓ）、統合制御部３９からの指示に従って、ヘリオスタット設置領域Ｆにおける外気温度を検知する温度計からこの外気温度を取得する（Ｓ１１）。なお、上位装置８は、前述したように、例えば、日の出の時刻に合わせて、設備駆動指令を出力する。

ケーシング温度推定部３２は、受付部３１が外気温度を取得すると（Ｓ１１）、受熱器２０のケーシング２５の各領域の温度が外気温度であるとして、各領域の温度（外気温度）を領域状態記憶部３３に記憶する。さらに、この領域状態記憶部３３に各領域の状態が非規制である旨を記憶する（Ｓ１２）。

次に、ケーシング温度推定部３２は、経路設定部３５がヘリオスタット１０の照射経路を設定すると、この照射経路を取得する（Ｓ１３）。

ケーシング温度推定部３２は、この照射経路を取得すると（Ｓ１３）、ケーシング２５の複数の領域Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ毎に以下の処理（Ｓ１４〜Ｓ１９ａ，Ｓ１９ｂ）を実行して、各領域Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの温度を推定する。

ケーシング温度推定部３２は、まず、当該領域を照射経路が通るか否かを判断する（Ｓ１４）。当該領域を照射経路が通ると判断した場合、ケーシング温度推定部３２は、例えば、ヘリオスタット１０から当該領域が受ける太陽光による入熱量を推定する（Ｓ１５）。この場合、当該領域中の照射経路長、照射経路幅、さらに、日射量計で検知された直達日射量や反射鏡１１の反射条件等を考慮して、入熱量を推定する。なお、入熱量は、計算の簡略化のため固定値であっても、また、照射経路長、直達日射量、反射条件のうち、いずれか一つのみ、又はいずれか二つのみを考慮して推定したものであってもよい。

続いて、ケーシング温度推定部３２は、当該領域からの放熱量を推定する（Ｓ１６）。この放熱量は、ステップ１３〜１９ａ，１９ｂの処理を実行する周期に相当する時間での放熱量とする。なお、この放熱量は、外気温度でも影響を受けるため、この外気温度を加味してもよい。但し、ケーシング温度推定部３２における負荷を減らすため、領域の単位時間あたりの放熱量が外気温度にかかわらず一定であるとしてもよい。

次に、ケーシング温度推定部３２は、ステップ１５で推定した入熱量と、ステップ１６で推定した放熱量と、この領域のケーシング２５の質量と、このケーシング２５の比熱等から、この領域の温度変化量を推定する。そして、この推定した温度変化量と、領域状態記憶部３３（図６参照）に記憶されている該当領域の温度とを用いて、現時点における該当領域の温度を推定する（Ｓ１７）。

一方、ケーシング温度推定部３２は、ステップ１４で、当該領域を照射経路が通らないと判断した場合、ケーシング温度推定部３２は、当該領域の入熱量を推定せずに、直ちに、当該領域の放熱量を推定する（Ｓ１６）。そして、ケーシング温度推定部３２は、Ｓ１６で推定した熱量と、この領域のケーシング２５の質量と、このケーシング２５の比熱等から、この領域の温度変化量を推定した後、この推定した温度変化量と、領域状態記憶部３３に記憶されている該当領域の温度とを用いて、現時点における該当領域の温度を推定する（Ｓ１７）。

ケーシング温度推定部３２は、当該領域の温度を推定すると（Ｓ１７）、この推定した温度Ｔが予め定めた規制温度（規制値）Ｔｓ以上であるか否かを判断する（Ｓ１８）。ケーシング温度推定部３２は、推定した温度Ｔが予め定めた規制温度（規制値）Ｔｓ以上であると判断すると、この領域の温度として推定した温度Ｔを領域状態記憶部３３に記憶すると共に、この領域の状態が「規制」である旨を記憶する（Ｓ１９ａ）。また、ケーシング温度推定部３２は、推定した温度Ｔが予め定めた規制温度（規制値）Ｔｓ以上でない、つまり規制温度Ｔｓ未満であると判断すると、この領域の温度として推定した温度Ｔを記憶すると共に、この領域の状態が「非規制」である旨を領域状態記憶部３３に記憶する（Ｓ１９ｂ）。

繰り返すことになるが、ケーシング温度推定部３２は、経路設定部３５が設定した照射経路を取得すると（Ｓ１３）、ケーシング２５の複数の領域毎に以上の処理（Ｓ１４〜Ｓ１９ａ，Ｓ１９ｂ）を実行する。

ケーシング温度推定部３２は、以降、上位装置８から設備停止指令を受け付けるまで（Ｓ１０ｅ）、以上のステップ１３〜Ｓ１９ａ，Ｓ１９ｂの処理を所定の周期で繰り返す。

すなわち、上位装置８から設備停止指令を受け付けず、再び、ステップ１３に戻り、ケーシング温度推定部３２が照射経路を取得すると、言い換えると、ケーシング温度推定部３２が照射経路を取得する毎に、各領域の温度を推定して、領域状態記憶部３３に記憶されている各領域の温度や各領域の状態を更新する。なお、ケーシング温度推定部３２は、該当領域に関して推定した温度Ｔが先に推定した温度より上がった結果、規制温度Ｔｓ以上になっていれば、領域温度記憶領域３３の当該領域の状態を「規制」に更新し、該当領域に関して推定した温度Ｔが先に推定した温度より下がった結果、規制温度Ｔｓ未満になっていれば、領域温度記憶領域３３の当該領域の状態を「非規制」に更新する。

制御装置３０の受付部３１が上位装置８から設備停止指令を受けると（Ｓ１０ｅ）、以上の処理は終了する。

次に、図９に示すフローチャートに従って、制御装置３０の受付部３１、オンオフ設定部３４、経路設定部３５、制御信号出力部３６の動作について説明する。

制御装置３０の受付部３１は、上位装置８からの設備駆動指令を受け付けると（Ｓ２０）、統合制御部３９からの指示に従って、この集熱設備の環境情報、例えば、受熱器２０における受熱部２１の各位置での温度、ヘリオスタット設置領域Ｆにおける外気温度、ヘリオスタット設置領域Ｆにおける直達日射量等を各センサ（温度計や日射量計）５から取得する。さらに、上位装置８から集熱設備の目標出力も取得する（Ｓ２１）。なお、ここでは、この集熱設備の運転員等が制御装置３０の入力装置を用いて目標出力を制御装置３０に入力してもよいし、外部から予め受け付けた目標出力を呼び出してもよい。また、ここでの集熱設備の出力とは、例えば、この集熱設備が太陽熱発電設備を構成する場合には発電量等である。

次に、オンオフ設定部３４が複数のヘリオスタット１０毎のオン、オフを設定する（Ｓ２２）。オンオフ設定部３４は、例えば、直達日射量が日射量計で検知された値のときの集熱設備の出力が目標出力になる、ヘリオスタット１０の運転台数を定める。そして、オンオフ設定部３４は、例えば、受熱部２１の各位置での温度がそれぞれ所定の温度になるよう、オンにするヘリオスタット１０を運転台数分定める。なお、ここでオンにしないヘリオスタット１０は、オフに設定されたことになる。

オンオフ設定部３４により複数のヘリオスタット１０毎のオン、オフが設定されると、経路設定部３５は、オンからオフへ遷移させるヘリオスタット１０及びオフからオンへ遷移させるヘリオスタット１０の遷移過程で、太陽光が照射されるケーシング２５表面上の照射経路を後述の方法で定めると共に、この照射経路をケーシング温度推定部３２に通知する（Ｓ２３）。ケーシング温度推定部３２は、図８のフローチャートを用いて前述したように、この照射経路を用いて、ケーシング２５表面上の領域の温度を推定する。

制御信号出力部３６は、経路設定部３５が設定した照射経路を受け取り、ヘリオスタット１０からの太陽光が照射させるケーシング２５表面上の経路がこの照射経路になるヘリオスタット１０に対する制御信号を作成し、この制御信号を該当ヘリオスタット１０に出力する（Ｓ２４）。ヘリオスタット１０の駆動装置１３は、この制御信号を受けると、この制御信号に応じて、反射鏡１１を第一回転軸線Ａ１及び／又は第二回転軸線Ａ２回りに回動させる。この結果、このヘリオスタット１０は、オンからオフへ、又はオフからオンへ遷移する。なお、本実施形態において、各ヘリオスタット１０は、いずれも、上位装置８から設備駆動指令を受けてから設備停止指令を受けるまでの間、遷移時の制御信号を受けない限り、受熱器を基準にして一定の位置に太陽光を照射するように駆動している。

制御装置３０の受付部３１、オンオフ設定部３４、経路設定部３５、制御信号出力部３６は、以降、受付部３１が上位装置８から設備停止指令を受け付けるまで（Ｓ２５）、以上のステップ２１〜２４の処理を所定の周期で繰り返す。

一方、制御装置３０の受付部３１が上位装置８から設備停止指令を受けると（Ｓ２５）、以上の処理は終了する。

次に、図１０に示すフローチャートに従って、制御装置３０の経路設定部３５によるステップ２３の処理、つまりこの経路設定部３５による照射経路の設定方法について説明する。

経路設定部３５は、オンオフ設定部３４により複数のヘリオスタット１０毎のオン、オフが設定されると、遷移対象になっているヘリオスタット１０の遷移がオンからオフへの遷移であるか、オフからオンへ遷移であるかを判断する（Ｓ３０）。

ヘリオスタット１０の遷移がオフからオンの遷移の場合、経路設定部３５は、領域状態記憶部３３を参照して、非規制領域が複数あるか否かを判断する（Ｓ３１）。

非規制領域が複数ある場合、経路設定部３５は、複数の非規制領域のうちから、このヘリオスタット１０の反射鏡１１の駆動量が最も小さくなる非規制領域を通る経路を照射経路に設定する（Ｓ３２）。例えば、図１１（Ａ）に示すように、領域Ｂが規制領域で、領域Ａ，Ｃ，Ｄが非規制領域であり、オフ状態のヘリオスタット１０の照射位置Ｉoffがこのヘリオスタット１０から見て、受熱器２０のケーシング２５外であって、このケーシング２５の右上であるとする。この場合、例えば、第一回転軸線Ａ１回りに反射鏡１１を回動させるのみで、このヘリオスタット１０をオンにする方法があるとする。この際、このヘリオスタット１０の照射位置は非規制領域Ａを通過してケーシング２５の開口２６内に至る。さらに、例えば、第二回転軸線Ａ２回りに反射鏡１１を回動させた後、第一回転軸線Ａ１回りに反射鏡１１を回動させて、このヘリオスタット１０をオンにする方法もあるとする。この際、このヘリオスタット１０の照射位置は、規制領域Ｂを迂回した後、非規制領域Ｃを通過してケーシング２５の開口２６内に至る。

このような場合、本実施形態では、ヘリオスタット１０の駆動電力を抑えるため、このヘリオスタット１０の反射鏡１１の駆動量が最も小さくなる非規制領域Ａを通る経路を照射経路Ｒに設定する。

また、非規制領域が1つの場合、経路設定部３５は、この１つの非規制領域を通る経路を照射経路に設定する（Ｓ３３）。例えば、図１１（Ｂ）に示すように、領域Ａ，Ｂ，Ｄが規制領域で、領域Ｃが非規制領域であり、オフ状態のヘリオスタット１０の照射位置Ｉoffがこのヘリオスタット１０から見て、受熱器２０のケーシング２５外であって、このケーシング２５の右上であるとする。この場合、例えば、第二回転軸線Ａ２回りに反射鏡１１を回動させた後、第一回転軸線Ａ１回りに反射鏡１１を回動させて、このヘリオスタット１０をオンにする方法があるとする。この際、このヘリオスタット１０の照射位置は、規制領域Ｂを迂回した後、非規制領域Ｃを通過してケーシング２５の開口内に至る。

このように、非規制領域が1つの場合、経路設定部３５は、この１つの非規制領域Ｃを通る経路を照射経路Ｒに設定するため、必要に応じて反射鏡１１を２つの回転軸Ａ１，Ａ２回りに回動させることがある。なお、仮に、反射鏡１１を２つの回動軸Ａ１，Ａ２回りに回動させることで設定可能な照射経路が複数ある場合には、設定可能な複数の照射経路のうちから、反射鏡１１の駆動量が最も小さくなる経路を照射経路とすることが好ましい。さらに、この１つの非規制領域を通る経路を照射経路に設定するため、反射鏡１１を１つの回転軸回りに回動させたときの経路がこの１つの非規制領域を通る場合には、この経路を照射経路にすることが好ましい。

経路設定部３５は、ステップ３０で、遷移対象になっているヘリオスタット１０の遷移がオンからオフへの遷移であると判断すると、第一回転軸線Ａ１回りにのみ反射鏡１１を回動させたときの経路と、第二回転軸線Ａ２回りにのみ反射鏡１１を回動させたときの経路を求める（Ｓ３４）。

次に、経路設定部３５は、非規制領域を通る経路が複数あるか、１つのみであるか、このような経路はないかを判断する（Ｓ３５）。

非規制領域を通る経路が複数ある場合、経路設定部３５は、最も温度の低い非規制領域を通る経路を照射経路に設定する（Ｓ３６）。例えば、図１２（Ａ）に示すように、領域Ｂ，Ｄが規制領域で、領域Ａ，Ｃが非規制領域であり、非規制領域Ａ，Ｃのうちで非規制領域Ａの方が温度が低いとする。さらに、照射位置がオン状態のヘリオスタット１０の照射位置Ｉonから非規制領域Ａ又はＣを通る経路として、第一回転軸線Ａ１を中心として反射鏡１１を時計回りに回動させて、このヘリオスタット１０をオフにする方法と、第一回転軸線Ａ１を中心として反射鏡１１を反時計回りに回動させて、このヘリオスタット１０をオフにする方法とがあるとする。なお、ここでは、第一回転軸線Ａ１を中心として反射鏡１１を時計回りに回動させる際には、ヘリオスタット１０からの太陽光の経路が非規制領域Ａを通り、第一回転軸線Ａ１を中心として反射鏡１１を反時計回りに回動させる際には、ヘリオスタット１０からの太陽光の経路が非規制領域Ｂを通るとする。

このような場合、本実施形態では、ケーシング２５の耐久性を向上させるため、非規制領域Ａ，Ｃのうちで温度の低い非規制領域Ａを通る経路、つまり、第一回転軸線Ａ１を中心として反射鏡１１を時計回りに回動させた際の経路を照射経路Ｒに設定する。

なお、このような場合、設備全体での消費電力を抑えるため、反射鏡１１から受熱部２１までの距離が遠いヘリオスタット１０に対しては、非規制領域Ａ，Ｃのうちで経路長が長くなる非規制領域Ａを通る経路を照射経路に設定し、反射鏡１１から受熱部２１までの距離が近いヘリオスタット１０に対しては、非規制領域Ａ，Ｃのうちで経路長が短くなる非規制領域Ｃを通る経路を照射経路に設定してもよい。これは、反射鏡１１から受熱器２０までの距離が長いヘリオスタット１０は、この距離が短いヘリオスタット１０に比べて、反射鏡１１の駆動量が小さくても、受熱器２０の表面上における太陽光の経路を長くすることができるからである。

また、１つの回転軸線回りにのみ反射鏡１１を回動させたときの経路として、非規制領域を通る経路が１つである場合、経路設定部３５は、この１つの経路を照射経路に設定する（Ｓ３７）。例えば、図１２（Ｂ）に示すように、領域Ｂ，Ｃ，Ｄが規制領域で、領域Ａが非規制領域であり、この非規制領域Ａを通る経路として、第一回転軸線Ａ１を中心として反射鏡１１を時計回りに回動させて、このヘリオスタット１０をオフにする方法しかないとする。

このような場合、本実施形態では、この非規制領域Ａを通る一の経路を照射経路Ｒに設定する。

また、１つの回転軸線回りにのみ反射鏡１１を回動させたときの経路として、非規制領域を通る経路が無い場合、経路設定部３５は、2つの回転軸線Ａ１，Ａ２回りに反射鏡１１を回動させたときの経路のうちで、非規制領域を通る経路を照射経路に設定する（Ｓ３８）。例えば、図１２（Ｃ）に示すように、領域Ａ，Ｂ，Ｃが規制領域で、領域Ｄが非規制領域であり、第一回転軸線Ａ１回りにのみ反射鏡１１を回動させても、第二回転軸線Ａ２回りにのみ反射鏡１１を回動させても、ヘリオスタット１０からの太陽光の経路が非規制領域Ｄを通るようにすることができないとする。

このような場合、本実施形態では、2つの回転軸線Ａ１，Ａ２回りに反射鏡１１を回動させたときの経路のうちで、非規制領域Ｄを通る経路を照射経路Ｒに設定する。但し、非規制領域Ｄを通り且つ2つの回転軸線Ａ１，Ａ２回りに反射鏡１１を回動させたときの経路は、多数存在するため、このうちから、反射鏡１１の駆動量が最も小さいものを選択する。

なお、以上で説明した照射経路の設定方法では、非規制領域が最低でも１つあることを前提にしているが、仮に、非規制領域が１つもない場合には、規制領域中で最も温度の低い規制領域を通過する経路を照射経路にしてもよいし、遷移対象になっているヘリオスタット１０の遷移を中止させてもよい。

また、以上で説明した照射経路の設定方法において、ヘリオスタット１０からの太陽光の経路が通る非規制領域が複数ある場合は、必ず、複数の非規制領域のうちで最も温度の低い非規制領域を通る経路を照射経路に設定してもよい。

以上のように、本実施形態では、ケーシング２５の４つの領域のうち、いずれかの領域が規制温度以上になると、ヘリオスタット１０からの太陽光の照射経路はこの領域を除く領域を通るように設定される。このため、本実施形態では、ケーシング２５の一部の温度が極めて高くなることを防ぐことができ、ケーシング２５の熱損傷を抑え、受熱器２０の耐久性を高めることができる。

なお、本実施形態では、ケーシング２５表面を４つの領域に分割しているが、５以上の領域に分割してもよいし、４未満で２以上の領域に分割してもよい。

また、本実施形態では、ケーシング２５表面の各領域を管理するためのパラメータとして、各領域の温度を用いているが、この温度と相関性のある物理量であれば他のパラメータを用いてもよく、例えば、各領域に出入する熱量（温度相関値）をパラメータにしてもよい。この場合、領域が規制領域であるか否かを判断する規制値として、この領域の蓄積熱量に関する規制値を用いる。

１：タワー、５：センサ、８：上位装置、１０：ヘリオスタット、１１：反射鏡、１３：駆動装置、２０：受熱器、２１：受熱部、２５：ケーシング、２６：開口、３０：制御装置、３１：受付部、３２：ケーシング温度推定部、３３：領域状態記憶部、３４：オンオフ設定部、３５：経路設定部、３６：制御信号出力部

Claims (10)

1. 太陽光が照射されて内部の流体が加熱される受熱部、及び該受熱部を覆い太陽光を内部に導く開口が形成されているケーシングを有する受熱器と、反射鏡で太陽光を反射して該受熱部に太陽光を照射できる複数のヘリオスタットと、を備えている集熱設備の制御装置において、
   前記ケーシングの表面上であって、該ケーシングの前記開口を分割起点として予め定められた複数の領域毎の温度と該温度に相関する値とのうちの一方である温度相関値を推定し、該温度相関値が予め定められた規制値以上であるか否かを判断するケーシング温度推定部と、
   前記ケーシング温度推定部により、複数の前記領域毎に、当該領域の前記温度相関値が前記規制値以上であるか否かが記憶される領域状態記憶部と、
   複数の前記ヘリオスタット毎に、前記受熱器の前記受熱部に太陽光を照射するオンと、該受熱器のいずれの部分にも太陽光を照射しないオフとを定めるオンオフ設定部と、
   前記オンオフ設定部がいずれかの前記ヘリオスタットに対してオンからオフへの遷移、又はオフからオンへの遷移を定めると、該ヘリオスタットの遷移過程で太陽光が照射される前記ケーシング表面上の照射経路として、前記領域状態記憶部を参照して、複数の前記領域のうちで前記規制値以上ではない領域を通る経路を設定する経路設定部と、
   前記経路設定部が設定した前記照射経路を通過するよう、前記ヘリオスタットに対する制御信号を作成し、該制御信号を該ヘリオスタットに出力する制御信号出力部と、
   を備えていることを特徴とする集熱設備の制御装置。
2. 請求項１に記載の集熱設備の制御装置において、
   前記ケーシング温度推定部は、いずれかの前記ヘリオスタットに関して前記経路設定部が設定した前記照射経路を取得すると、複数の前記領域のうちで該照射経路を含む領域の新たな温度相関値を、該ヘリオスタットからの太陽光により該領域が受ける熱量を用いて推定する、
   ことを特徴とする集熱設備の制御装置。
3. 請求項２に記載の集熱設備の制御装置において、
   前記ケーシング温度推定部は、複数の前記領域毎の前記温度相関値を前記領域状態記憶部に記憶し、いずれかの前記ヘリオスタットに関して前記経路設定部が設定した前記照射経路を取得すると、複数の前記領域のうちで該照射経路を含む領域の新たな温度相関値を、前記領域状態記憶部に既に記憶されている該領域の前記温度相関値と、該ヘリオスタットからの太陽光により該領域が受ける熱量とを用いて推定する、
   ことを特徴とする集熱設備の制御装置。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載の集熱設備の制御装置において、
   前記ケーシング温度推定部は、各領域の放熱量を用いて、各領域の温度相関値を推定する、
   ことを特徴とする集熱設備の制御装置。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載の集熱設備の制御装置において、
   前記経路設定部は、前記ヘリオスタットをオフからオンへ遷移させる際、複数の領域のうち、前記規制値以上でない領域が複数ある場合、該規制値以上でない複数の領域のうちから、前記反射鏡の駆動量が最も小さくなる領域を通る経路を前記照射経路とする、
   ことを特徴とする集熱設備の制御装置。
6. 請求項１から５のいずれか一項に記載の集熱設備の制御装置において、
   複数の前記ヘリオスタットは、互いに直交する２つの回転軸線回りに前記反射鏡を回動させることで、該反射鏡の向きを変える駆動装置を有し、
   前記経路設定は、前記ヘリオスタットをオンからオフへ遷移させる際、前記ヘリオスタットの２つの前記回転軸線のうち、いずれか一方のみの回転軸線回りに前記反射鏡を回動させたときに、該ヘリオスタットからの太陽光が照射される前記ケーシング表面上の経路が、複数の前記領域のうちで前記規制値以上ではない領域中を通る場合には、該経路を前記照射経路とする、
   ことを特徴とする集熱設備の制御装置。
7. 請求項１から４のいずれか一項に記載の集熱設備の制御装置において、
   前記経路設定部は、複数の領域のうち、前記規制値以上でない領域が複数ある場合、該規制値以上でない複数の領域のうちから最も低い温度の領域を通る経路を前記照射経路とする、
   ことを特徴とする集熱設備の制御装置。
8. 請求項１から７のいずれか一項に記載の制御装置と、
   前記複数のヘリオスタットと、
   前記受熱器と、
   を備えていることを特徴とする集熱設備。
9. 太陽光が照射されて内部の流体が加熱される受熱部、及び該受熱部を覆い太陽光を内部に導く開口が形成されているケーシングを有する受熱器と、反射鏡で太陽光を反射して該受熱部に太陽光を照射できる複数のヘリオスタットと、を備えている集熱設備の運転方法において、
   前記ケーシングの表面上であって、該ケーシングの前記開口を分割起点として予め定められた複数の領域毎の温度と該温度に相関する値とのうちの一方である温度相関値を推定する領域温度推定ステップと、
   前記領域温度推定ステップで推定された前記温度相関値が予め定められた規制値以上であるか否かを判断する領域状態判断ステップと、
   複数の前記ヘリオスタット毎に、前記受熱器の前記受熱部に太陽光を照射するオンと、該受熱器のいずれの部分にも太陽光を照射しないオフとを定めるオンオフ設定ステップと、
   前記オンオフ設定ステップで、いずれかの前記ヘリオスタットに対してオンからオフへの遷移、又はオフからオンへの遷移が定められると、該ヘリオスタットの遷移過程で太陽光が照射される前記ケーシング表面上の照射経路として、複数の前記領域のうちで前記規制値以上ではない領域を通る経路を設定する経路設定ステップと、
   前記経路設定ステップで設定された前記照射経路を通過するよう、前記ヘリオスタットに対する制御信号を作成し、該制御信号を該ヘリオスタットに出力する制御信号出力ステップと、
   を実行することを特徴とする集熱設備の運転方法。
10. 請求項９に記載の集熱設備の運転方法において、
    前記領域温度推定ステップでは、いずれかの前記ヘリオスタットに関して前記経路設定ステップで設定された前記照射経路を取得し、複数の前記領域のうちで該照射経路を含む領域の新たな温度相関値を、該ヘリオスタットからの太陽光により該領域が受ける熱量を用いて推定する、
    ことを特徴とする集熱設備の運転方法。

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