JP2014098534A - 太陽熱集熱装置および太陽熱集熱方法 - Google Patents

Abstract

【課題】効率良く太陽熱を集熱することができる太陽熱集熱装置および太陽熱集熱方法を提供する。
【解決手段】太陽熱集熱装置であって、複数本の反射ラインが南北方向に並列に設定され、各列の反射ライン上には太陽光を反射する複数枚の反射鏡が設置されており、ヘリオスタット機構を備え、各列の反射ライン上の複数枚の反射鏡を支持して連結する連結部材を有し、連結部材の南北方向における一端が他端よりも相対的に上方に位置するよう傾けて配設され、前記一端の側に設置された反射鏡が前記他端の側に設置された反射鏡よりも相対的に上方に位置し、１本以上の受光ラインが、複数本の反射ラインに直交して上方の定位置に設定され、各受光ライン上には１基のレシーバが設置されており、該レシーバは複数枚の反射鏡からの太陽光の反射光の熱を集熱するものである太陽熱集熱装置。
【選択図】図６

Description

本発明は、反射鏡によってレシーバに向けて太陽光を反射させて集熱する太陽熱集熱装置および太陽熱集熱方法に関する。

従来より石油など化石燃料からエネルギーを得てきたが、近年では、これらの化石燃料の枯渇や、該化石燃料の使用により排出される二酸化炭素等の温室効果ガス、さらには化石燃料の購入のためのコスト（燃料費）が問題となっている。
そこで、再生可能であり、燃料費が不要の太陽光が、新たなエネルギー源の１つとして注目されている。

この太陽光をエネルギー源として利用する太陽熱集熱装置としては、太陽光の集光方式の違いから数種挙げられる（特許文献１等参照）。これらの中には、例えばトラフ型と呼ばれるタイプの集熱装置がある。

ここで、トラフ型の集熱装置は、桶状の放物面鏡を用いて太陽光を反射し、該反射光をレシーバに集光して太陽熱を集熱するものである。

また、線形フレネル型の集熱装置は、南北方向に並列に設定した複数の反射ライン上に複数枚の反射鏡を設置するとともに、これらの反射鏡の上方に南北方向に設定した受光ライン上にレシーバを設置し、反射鏡により太陽光を反射してレシーバに集光して太陽熱を集熱するものである。

さらに、タワー型の集熱装置は、ヘリオスタット機構により、タワー周辺に配置した複数枚の反射鏡の反射面の角度を調整し、太陽光をタワーに設けたレシーバに集光して太陽熱を集熱するものである。
なお、タワー型の方式では例えば図７のようなヘリオスタット機構が用いられている。反射鏡の裏面にＴ字の支柱（Ｔボーン）が取り付けられており、図７に示すようにＴボーンの各部を回転させることによって、太陽の動きに合わせて反射鏡を任意に回転させている。

特開２０１２−６３０８６号公報

このように太陽熱集熱装置においては種々の集光方式が用いられているが、より一層、効率良く集熱することが可能な太陽光集熱装置が求められている。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、効率良く太陽熱を集熱することができる太陽熱集熱装置および太陽熱集熱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に、本発明は、複数本の反射ラインと、１本以上の受光ラインとを有する太陽熱集熱装置であって、前記複数本の反射ラインは、南北方向に並列に設定されたものであり、各列の反射ライン上には太陽光を反射する複数枚の反射鏡が設置されており、該複数枚の反射鏡は太陽の動きに追従させて反射面の角度を調整するヘリオスタット機構を備えており、前記各列の反射ライン上にある前記複数枚の反射鏡を支持して連結する連結部材を有しており、該連結部材が、南北方向において、一端が他端よりも相対的に上方に位置するよう傾けて配設されていることで、該連結部材により支持された前記複数枚の反射鏡は、前記一端の側に設置された反射鏡が前記他端の側に設置された反射鏡よりも相対的に上方に位置しているものであり、前記１本以上の受光ラインは、前記複数本の反射ラインに直交して上方の定位置に設定されたものであり、各受光ライン上には１基のレシーバが設置されており、該レシーバは前記複数枚の反射鏡からの太陽光の反射光の熱を集熱するものであることを特徴とする太陽熱集熱装置を提供する。

このようなものであれば、まず、反射ラインと受光ラインとが上記関係であるクロスリニア型の太陽熱集熱装置であり、例えば従来のトラフ型のものに比べ、低コストで、より効率良く太陽熱を集熱することが可能である。

さらには、上記のような連結部材が配設されていることで、南北方向において、前記一端の側に設置された反射鏡が前記他端の側に設置された反射鏡よりも相対的に上方に位置しているため、前記一端の側の反射鏡により反射された太陽光の反射光が、前記他端の側の反射鏡によって遮られてレシーバへ届かなくなるのを防ぐことができる（ブロッキングの防止）。したがって効率良く太陽熱を集熱することができる。
また、例えばトラフ型などの従来の装置に比べ、反射鏡の反射面を太陽光に対し、より直角に近くなるよう配置することができる。すなわち反射効率を高めることができ、効率の良い集熱を図ることができる。

このとき、前記連結部材が、北端が南端よりも相対的に上方に位置するよう傾けて配設されていることで、該連結部材により支持された前記複数枚の反射鏡は、北側に設置された反射鏡が南側に設置された反射鏡よりも相対的に上方に位置しているものであるか、または、前記連結部材が、南端が北端よりも相対的に上方に位置するよう傾けて配設されていることで、該連結部材により支持された前記複数枚の反射鏡は、南側に設置された反射鏡が北側に設置された反射鏡よりも相対的に上方に位置しているものとすることができる。

このように、まず、北側に設置された反射鏡が南側に設置された反射鏡よりも相対的に上方に位置しているものであれば、北半球において、南側からの太陽光を反射する際に、より確実にブロッキングを防止することができるものとなる。
また、南側に設置された反射鏡が北側に設置された反射鏡よりも相対的に上方に位置しているものであれば、南半球において、北側からの太陽光を反射する際に、より確実にブロッキングを防止することができるものとなる。

また、前記複数枚の反射鏡が、互いに等間隔で配置されているものとすることができる。
従来では、クロスリニア型の装置であっても、上記ブロッキングの防止のため、例えば北側に向かうほど互いの間隔を広くして反射鏡を配置する必要があった。すなわち、反射鏡同士の間隔は等間隔ではなかった。しかしながら、本発明では北側の反射鏡ほど上方に位置しておりブロッキングを防止できるので、反射鏡同士の間隔を等間隔にすることができる。このため、本発明の太陽熱集熱装置は、その製造や設置がより簡便なものとなる。

また、前記連結部材は南北方向に回転可能であり、南北方向の傾きの角度が調整可能なものとすることができる。
このようなものであれば、太陽熱集熱装置を設置する緯度の高低、暦の変化による太陽の高度に応じて、各々の反射鏡の鉛直方向の相対的な位置を調整でき、ブロッキングの防止や集熱効率の向上を図ることができる。

前記ヘリオスタット機構は、前記複数枚の反射鏡の反射面を東西方向に角度調整する回転リングと、前記複数枚の反射鏡の反射面を南北方向に角度調整するアクチュエータとをさらに有しており、前記回転リングは前記複数枚の反射鏡とフレームを介して連結されており、前記回転リングの回転により前記フレームを介して１本の反射ライン上にある前記複数枚の反射鏡の反射面の角度が同時に調整されるものであり、前記アクチュエータは前記反射鏡毎にそれぞれ配置され、各アクチュエータはアームを有し、該アームと前記反射鏡とが連結されており、前記アームの前進後退運動により各反射鏡の反射面の角度が個別に調整されるものとすることができる。

このようなものであれば、反射鏡の反射面の角度を調整するための制御構造を、東西方向の角度を調整するものと南北方向の角度を調整するものとに分けることができる。従来ではＴボーンのみで反射面を任意の角度に調整しており、そのために制御が複雑なものになってしまっていたが、本発明のように東西方向と南北方向の角度に分けて制御することで制御を単純なものとすることができるとともに、精度を大幅に高めることができる。すなわち簡便に、低コストで、しかも高精度で反射面の角度を調整することができる。

また、前記回転リングは複数配置されており、各回転リングにはローラーが備えられており、かつ、前記複数の回転リングのうちの少なくとも１つに備えられたローラーがモーターにより回転駆動制御されるものとすることができる。
このようなものであれば、ローラーおよびモーターによって、簡便かつ正確に１本の反射ライン上にある複数枚の反射鏡の反射面の角度を同時に調整を行うことができる。

また、前記アクチュエータのアームは、前記反射鏡の裏面に取り付けられて反射鏡を支持するものとすることができる。
このようなものであれば、アームによって反射鏡は裏面から支えられているため、風が吹いても反射鏡が揺れにくいものとすることができる。したがって、風が吹いても太陽光をレシーバへ向けて適切に反射して焦点を合わすことができる。風の影響で集熱効率が下がるのを抑制することができる。

また、本発明は、複数本の反射ラインを南北方向に並列に設定して、各列の反射ライン上に設置し、太陽光を反射する複数枚の反射鏡の反射面の角度をヘリオスタット機構により太陽の動きに追従させて調整するとともに、１本以上の受光ラインを、前記複数本の反射ラインに直交して上方の定位置に設定して、各受光ライン上に設置した１基のレシーバに前記複数枚の反射鏡からの太陽光の反射光の熱を集熱する太陽熱集熱方法であって、前記各列の反射ライン上にある前記複数枚の反射鏡を連結部材により支持して連結し、該連結部材を、南北方向において、一端が他端よりも相対的に上方に位置するよう傾けて配設することで、該連結部材により支持された前記複数枚の反射鏡を、前記一端の側に設置された反射鏡が前記他端の側に設置された反射鏡よりも相対的に上方に位置するよう配置して太陽光を反射させて集熱することを特徴とする太陽熱集熱方法を提供する。

このようにすれば、クロスリニア型の方式であり、例えば従来のトラフ型の方式の場合に比べ、低コストで、より効率良く太陽熱を集熱することが可能である。
さらには、上記のような連結部材を配設することでブロッキングを防止することができるし、反射効率を高めることができ、効率の良い集熱を図ることができる。

このとき、前記連結部材を、北端が南端よりも相対的に上方に位置するよう傾けて配設することで、該連結部材により支持された前記複数枚の反射鏡を、北側に設置された反射鏡が南側に設置された反射鏡よりも相対的に上方に位置するよう配置するか、または、前記連結部材を、南端が北端よりも相対的に上方に位置するよう傾けて配設することで、該連結部材により支持された前記複数枚の反射鏡を、南側に設置された反射鏡が北側に設置された反射鏡よりも相対的に上方に位置するよう配置することができる。

このように、まず、北側に設置された反射鏡が南側に設置された反射鏡よりも相対的に上方に位置するよう配置すれば、北半球において、南側からの太陽光を反射する際に、より確実にブロッキングを防止することができる。
また、南側に設置された反射鏡が北側に設置された反射鏡よりも相対的に上方に位置するよう配置すれば、南半球において、北側からの太陽光を反射する際に、より確実にブロッキングを防止することができる。

また、前記各列の反射ライン上にある前記複数枚の反射鏡を、互いに等間隔に配置することができる。
本発明では北側の反射鏡ほど上方に位置するよう配設しておりブロッキングを防止できるので、従来と異なり、反射鏡同士の間隔を等間隔にすることができる。このため、太陽熱集熱装置の製造や設置をより簡便に行うことができる。

また、前記連結部材を南北方向に回転させ、南北方向の傾きの角度を、設置する緯度に応じて調整することができる。また、暦に応じて調整することができる。
このようにすれば、設置する緯度の高低、暦の変化による太陽の高度に応じて、各々の反射鏡の鉛直方向の相対的な位置を調整でき、ブロッキングの防止や集熱効率の向上を図ることができる。

以上のように、本発明によれば、クロスリニア型であり、その上、ブロッキングを防止することができ、低コストで効率良く集熱することが可能である。

本発明の太陽熱集熱装置の一例を示す概略図である。 ヘリオスタット機構の一例を示す概略図である。 東西角度調整手段の一例を示す概略図である。（Ａ）上面図である。（Ｂ）側面図である。 南北角度調整手段の一例を示す概略図である。（Ａ）図２におけるＡ矢視図である。（Ｂ）図２におけるＢ矢視図である。 連結部材の一例を示す説明図である。 連結部材により支持された各々の反射鏡の位置関係を示す説明図である。 従来のＴボーン方式のヘリオスタット機構の一例を示す説明図である。 従来の装置の反射鏡の位置を示す説明図である。

以下では、本発明の実施の形態について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
図１に本発明の太陽熱集熱装置の一例を示す。
まず、太陽熱集熱装置１の全体的な仕組みについて説明する。複数本の反射ライン２と１本以上の受光ライン３とが設定されている。各々の反射ライン２上には複数枚の反射鏡４が設置されており、受光ライン３上にはレシーバ５が設置されている。太陽光が反射鏡４に照射して反射され、該反射光をレシーバ５へ集光することで、太陽熱を集熱するものである。
太陽熱を集熱して温められたレシーバ内の媒体は不図示の蒸気タービンやガスタービン等へ送られて発電が行われる。

以下、各部について詳述する。
複数本の反射ライン２は、南北方向に沿って互いに並列に設定されている。図１には４本の反射ライン２Ａ〜２Ｄが設定されている例を示したが、反射ライン２の本数は複数本であればよく、特に限定されない。

また、１本以上の受光ライン３は、各々が、反射ライン２の上方の定位置に設定されている。さらには反射ライン２に直交するように（すなわち東西方向に沿うように）設定されている。
図１には１本の受光ライン３Ａが設定されている例を示したが、２本以上とすることもでき、適宜決定することができる。例えば、図１に示す反射鏡４やレシーバ５等を１ユニットとし、このユニットを複数用意して並列配置することができる。
また、受光ライン３と反射ライン２との垂直方向の距離も特に限定されず、例えば太陽光を集光し易いように各種条件に合わせて適宜決定することができる。

このように反射ラインおよび受光ラインの関係から分かるように、太陽熱集熱装置１はクロスリニア型のものであり、低コストで、効率良く太陽熱を集熱することが可能である。

次に、複数枚の反射鏡４について説明する。反射鏡４は太陽光を反射できる反射面６を有しているものであれば良く、反射鏡４の形状等は特に限定されない。例えば、太陽光の反射面６が平らなものとすることもできるし、凹面状のものとすることもできる。大きさも限定されず、例えば反射面６が３ｍ×１．５ｍ程度の面積を有するものとすることができる。
反射鏡４は反射ライン２Ａ〜２Ｄの各列上に複数枚ずつ設置されている。図１には各列あたり６枚ずつ設置されている例を示したが、この枚数に限定されない。例えば設置箇所の広さに応じて決めることができる。

また、反射鏡４にはヘリオスタット機構７が備えられている。ここで図２にヘリオスタット機構７の一例を示す。
ヘリオスタット機構７は太陽の動きに追従させて反射面６の角度を調整するものである。反射鏡４の反射面６に関して、東西方向の角度を調整する手段（東西角度調整手段８）と、南北方向の角度を調整する手段（南北角度調整手段９）とを有している。なお、ここでは反射ライン２Ａ上の反射鏡４Ａ_１〜４Ａ_６の場合についての例を挙げているが、他の反射ライン２Ｂ〜２Ｄにおいても同様にこれらの手段が備えられている。
従来では図５のようなＴボーンのみを用いて任意の角度に反射面の角度を調整していたが、本発明におけるヘリオスタット機構７では、東西方向の角度と南北方向の角度とで調整手段が異なっている。これらの手段は、互いに独立して各々の方向の角度を調整できるようになっている。したがって、制御が簡単でありながら、高精度で角度調整ができる。

まず、東西角度調整手段８について説明する。図３に東西角度調整手段８の一例を示す。図３（Ａ）は東西角度調整手段８の上面図であり、図３（Ｂ）はその側面図である。なお、１本の反射ライン２Ａ上に設置された反射鏡４（４Ａ_１〜４Ａ_６）も併せて記載している。

図３（Ａ）に示すように、東西角度調整手段８は回転リング１０とフレーム１１を備えている。
また、図２、図３（Ａ）に示すように、フレーム１１は、南北方向に直列に並べられた反射鏡４Ａ_１〜４Ａ_６の全てを囲うようにして配置されており、各反射鏡４Ａ_１〜４Ａ_６の東側および西側の側面と連結されている。なお、ここでは各反射鏡４Ａ_１〜４Ａ_６の側面の中央部において連結されており、該連結部を結ぶ軸（図３（Ａ）の点線）を中心にして各反射鏡４Ａ_１〜４Ａ_６は南北方向に回転可能になっている。

また、図３（Ａ）に示すように、回転リング１０はフレーム１１を例えば外側から囲うようにして、フレーム１１の両端と中央部に配置されており、各々、フレーム１１と連結されている。すなわち、回転リング１０と反射鏡４Ａ_１〜４Ａ_６はフレーム１１を介して連結されている。
なお、ここでは回転リング１０の数が３つの場合を例に挙げたが、これに限定されず１つ以上あれば良い。例えばフレーム１１の中央のみに配置しても良いが、特には複数あるのが好ましく、図３の場合よりも多く配置することもできる。
反射鏡４Ａ_１〜４Ａ_６を適切に保持できるとともに、同時に回転させることができれば良く、フレーム１１の形状や大きさ、回転リング１０の数や大きさ等は適宜決定することができる。反射鏡の重量等も考慮してフレーム１１等に撓みが生じないように、材質等もその都度決定することができる。

さらに図３（Ｂ）に示すように、各々の回転リング１０には、回転リング１０を東西方向に回転させるためのローラー１２が備えられている。回転リング１０を回転させる手段としては特に限定されないが、このようなローラー１２であれば、回転リング１０を簡便に回転させることができ、フレーム１１を介して連結されている反射鏡４（４Ａ_１〜４Ａ_６）を同時に東西方向に回転させることができる。
ここでは回転リング１０ごとに２つのローラー１２が配置されている。該ローラー１２によって回転リング１０は回転可能に下方から支えられている。ローラー１２の数や大きさ等は特に限定されず、適宜決定することができる。

また、これらの回転リング１０のうちの少なくとも１つにおいて、ローラー１２にモーター１３が接続されている。モーター１３によって、ローラー１２の回転駆動を制御して、所望のタイミング、回転数でローラー１２を回転させることができる。これにより、回転リング１０をｍＲ〜数十ｍＲの精度で正確に回転制御することが可能である。
配置するモーター１３の数は適宜決定することができる。
また、回転の度合い（回転範囲）も特に限定されないが、日中に反射鏡４が太陽光をレシーバ５に反射させることができるよう、反射鏡４を、１２時間あたり９０°回転させることが可能なモーター１３やローラー１２を用意するのが良い。

このような東西角度調整手段８が、各列の反射ライン上ごとに備えられている。このため、１本の反射ライン上に設置されている複数枚の反射鏡を全て同時に東西方向に回転させることができ、それらの東西方向の角度調整を同時に行うことが可能である。しかも複数ある反射ラインを各反射ラインごとに独立して反射鏡の角度調整をすることができる。

次に南北角度調整手段９について説明する。図４に南北角度調整手段９の一例を示す。図４（Ａ）は図２のＡ矢視図であり、各々の位置関係が把握しやすいように、回転リング１０、フレーム１１、反射鏡４も併せて記載している。また図４（Ｂ）は図２のＢ矢視図であり、フレーム１１、反射鏡４も併せて記載している。
南北角度調整手段９は反射鏡４に対して個別に設けられており、アーム１４を有するアクチュエータ１５を備えている。このアクチュエータ１５はアーム１４を前進後退運動させるものである。またアーム１４は反射鏡４に連結されている。

ここではアーム１４は、先端が反射鏡４の裏面に連結されており、その前進後退運動により反射鏡４の裏面を押し引きすることができ、それによってフレーム１１との連結部同士を結ぶ軸を中心にして反射鏡４を南北方向に回転させることが可能である。アーム１４の前進後退の距離によって、反射鏡４の反射面６の南北方向の角度を調整することができる。

アーム１４の前進後退の範囲（ストローク範囲）は特に限定されないが、少なくとも、１年を通して太陽光をレシーバに向けて適切に反射できるようなものであれば良い。地軸の傾きにより、１年を通して太陽の高度は（２３．４°×２）の範囲で変化するため、反射面６の角度を少なくともその範囲の分は調整できるように、アーム１４のストローク範囲を決定すると良い。

またアーム１４は、前述のように反射鏡４の裏面を押したり引いたりして反射鏡４を回転させるが、同時に反射鏡４を裏面側から支持している。図５の従来のＴボーン方式では風によって反射鏡が揺れてしまい、レシーバへの反射に悪影響が生じることがあったが、図４のアーム１４による支持のおかげで、風が吹いたとしても反射鏡４が揺れるのを効果的に防ぐことができる。したがって、反射鏡４の揺れによってレシーバへの反射が適切に行われなくなるのを防ぐことができ、集熱効率が下がるのを抑制することができる。

なお、反射鏡４の裏面でアーム１４と連結している場合について説明したが、当然これに限定されず、アーム１４と反射鏡４の連結部は適宜決定することができる。例えば反射鏡４の側面でアーム１４と連結させることも可能である。

また、前述したように反射鏡４はフレーム１１ごと東西方向に回転するものであるので、アクチュエータ１５自体は、例えばフレーム１１に固定させると良い。このようにすれば、反射面６の東西方向の角度調整のために回転リング１０によってフレーム１１および反射鏡４が東西方向に回転したとしても、アクチュエータ１５はフレーム１１に固定されているので、東西方向に回転する前と同様にして、アクチュエータ１５のアーム１４で反射面６の南北方向の角度調整を行うことが可能である。

このような南北角度調整手段９が、各々の反射鏡ごとに備えられている。このため、反射鏡４を個別に南北方向に回転させて、その反射面６の南北方向の角度調整を行うことが可能である。しかも反射鏡ごとに互いに独立して角度調整することができる。

以上、東西角度調整手段８と南北角度調整手段９について、反射鏡４を回転させて反射面６の角度を調整するための仕組みについて説明してきた。
図７のような従来のＴボーン方式では、そのＴボーンのみで反射面を様々な方向に回転させて任意の角度に調整しなければならず、そのために制御が複雑であった。
しかしながら、本発明では、反射面の角度調整を、回転リングを有する東西角度調整手段とアクチュエータを有する南北角度調整手段で分担している。すなわち、東西角度調整手段は東西方向の角度調整だけ行えば良く、また、南北角度調整手段は南北方向の角度調整だけ行えば良いので、各々は、単純な制御構造で簡便に反射面の角度を調整することができ、それらの組合わせで任意の角度に反射面の角度を高い精度で調整可能である。しかも、それぞれの機構は簡単であるため、低コストなものとなる。

なお、単に反射面６を任意の角度に調整できるだけでなく、ヘリオスタット機構７として、実際に、太陽の動きに追従するように角度が調整されるものでなければならない。
このような角度調整を円滑にすすめるため、例えば、東西角度調整手段８および南北角度調整手段９に、暦および真太陽時に応じた太陽の動きに対する反射鏡４の角度調整データを内蔵しておくと良い。前述したように、東西角度調整手段８においては、モーター１３によりローラー１２が回転駆動制御されて、回転リング１０の回転が制御され、反射鏡４の反射面６の東西方向の角度調整が行われる。また太陽の動きは暦および真太陽時から予め推測することができる。

そこで、モーター１３として、その駆動制御のためのコンピュータを備えるものとし、該コンピュータには上記太陽の動きに追従して反射鏡４の反射面６の角度が適切に調整されるようにするための、回転リング１０の回転度合いやモーター１３の制御値（角度調整データ）のパターンをインプットしておく。そして、実際に太陽光をレシーバ５に反射させる際には、コンピュータ内の角度調整データに基づいてモーター１３を駆動させ、回転リング１０の回転を制御することで、簡便に反射面６の角度調整を行うことができる。
特に東西角度調整手段８においては、東から西へ移動する太陽に対して、一定速度で回転させれば良く、極めて安定した制御が可能である。従来のＴボーン方式では太陽の位置に対応させるために、反射鏡が大きく回転することもあり、回転速度を急激に高める必要性が生じたりもするが、本発明ではそのような急激な回転の必要性を低減することができる。
なお、コンピュータを別個用意するのではなく、例えばモーター１３に内蔵されるメモリと制御回路に角度調整データを入力して制御させることもできる。

また、南北角度調整手段９についても同様である。すなわち、アクチュエータ１５のメモリ上、あるいは備えつけたコンピュータ内に、上記太陽の動きに追従して反射鏡４の反射面６の角度が適切に調整されるようにするための、アクチュエータ１５のアーム１４の前進後退運動の制御値（角度調整データ）のパターンをインプットしておく。そして該角度調整データに基づいてアクチュエータ１５のアーム１４の前進後退運動を制御することによって、簡便に反射面６の角度調整を行うことができる。

当然、従来のように、逐次、太陽の位置を計算し、さらにその太陽の位置に対応した反射面の角度を計算して東西角度調整手段８および南北角度調整手段９を制御しても良い。しかしながら、上記のようにパターン化された内蔵データを利用するのであれば、従来のような逐次計算は必要なく、また、そのような逐次計算を行ってから反射面の角度調整を行うのではないので、より一層、太陽の動きに遅れることなくいち早く対応させることが可能であるし、簡便である上に精度も高い。また集熱効率の上昇につなげることができる。コスト等に応じて適宜決定することができる。

また、東西角度調整手段８および南北角度調整手段９は各々独立して制御可能であるが、これに限定されず、図１に示すように中央制御装置１６を設け、それぞれの、東西角度調整手段８のモーター１３や南北角度調整手段９のアクチュエータ１５と接続し、中央制御装置１６によって、回転リング１０の回転とアクチュエータ１５のアーム１４の前進後退運動を統一的に制御することも可能である。例えば、集熱開始時やメンテナンス時の反射面６の初期角度の調整を行うときに中央制御装置１６で制御することができる。太陽の位置に基づいて、適切な反射面６の角度やその角度に調整するためのモーター１３等の制御データを計算し、該計算結果に基づき、中央制御装置１６によって反射面６の初期角度を調整することができる。
そして、初期角度を調整した後、引き続き中央制御装置１６により角度調整を行っても良いし、あるいは前述したように内蔵データを利用して角度調整を行うこともできる。

また、本発明では、各列の反射ライン上にある複数枚の反射鏡４を支持して連結する連結部材を有している。連結部材の一例を図５に示す。また、連結部材により支持された各々の反射鏡の位置関係を図６に示す。なお、図５、６においては、ヘリオスタット機構のアクチュエータや回転リングの記載は省略している。ここではまず、北半球に太陽熱集熱装置１を設置する場合について説明する。
この連結部材１７は特に限定されず、各列の反射ライン２上にある複数枚の反射鏡４（図５では、反射ライン２Ａ上の反射鏡４Ａ_１〜４Ａ_６）を支持して連結するものであれば良い。そして、連結部材１７を一端（北端）が他端（南端）よりも相対的に上方に位置するよう傾けて配設することができるものであれば良い（図６参照）。傾きの角度としては特に限定されないが、例えば１５〜２０°程度とすることができる。このように傾けて配設されているため、該連結部材１７により支持された複数枚の反射鏡４は、相対的に上方に位置する一端の側（北側）に設置された反射鏡が、相対的に下方に位置する他端の側（南側）に設置された反射鏡よりも相対的に上方に位置している。

なお、ここではヘリオスタット機構７のフレーム１１を連結部材１７として兼用しているが、これに限定されず、フレーム１１の他、複数枚の反射鏡４を連結する部材を別個に用意し、該部材を連結部材として備えたものとすることも当然可能である。複数枚の反射鏡４を直接的あるいは間接的に連結することができ、連結部材を傾けることで複数枚の反射鏡の高さ位置を一斉に調整できるものとすることができる。

ここで、連結部材１７は、南北方向の傾きの角度が一定の値に固定されて傾けて配設することもできるが、南北方向に自在に回転可能なものとし、南北方向の傾きの角度を適宜調整可能なものとすることもできる。必要に応じて角度調整のための部材、手段を配設することができる。
太陽光をレシーバに効率良く反射するにあたっては、太陽の高度を考慮する必要があるが、この太陽の高度は、日中はもちろんのこと、暦や、装置を配設する場所の緯度によって変化する。そこで、日中の変化に対してヘリオスタット機構７で反射面６の角度を調整する他、暦や緯度の変化にも対応しやすいように、上記のように連結部材１７の南北方向の傾きの角度を調整可能なものとすると良い。また、午前中など太陽の高度が低いときにも連結部材１７の傾きの角度を調整しても良い。従来では、例えば暦に関しては春分のときの太陽の高度に合わせて反射鏡の設置状態を調整している。しかしながら、南北方向の角度を調整可能なものであれば、一年を通してより適切に太陽の動きに対応させることができ、一層効率良く集熱を行うことができる。

ここで連結部材１７を備え、傾けて配設する理由についてさらに詳述する。
図６のように、複数枚の反射鏡４において、北側に設置された反射鏡が南側に設置された反射鏡よりも相対的に上方に位置しているため、ブロッキングが発生するのを防止し易い。そのため効率良く太陽熱を集熱することができる。
しかも、反射鏡４同士を例えば等間隔で配設することができる。このため、複数枚の反射鏡の設置が簡単になる。また、これらの反射鏡４を連結する連結部材１７は、等間隔で反射鏡４との連結部を設ければ良く、その製造が簡便である。
さらには、このような等間隔の配置であってもブロッキングを生じないようにすることができる。

一方、本発明のような連結部材を備えておらず、複数枚の反射鏡が同じ高さ位置で設置されている従来の装置の場合（図８参照）、ブロッキングを防止するためには、北側に向かうほど反射鏡同士の間隔を広げて設置する必要がある。このような位置関係の場合、反射鏡の設置にも手間がかかってしまう。また、反射鏡の設置範囲が拡がって装置全体が大きくなってしまうし、単位面積当たりの反射鏡の枚数は少なくなり、集熱効率が良くない。本発明ではこのような問題点も解決することができる。

また、例えばトラフ型などの従来の装置に比べ、反射鏡の反射面を太陽光に対し、より直角に近くなるよう配置し易く、射効率を高めることができ、効率の良い集熱が可能である。すなわち、トラフ型などでは桶状の放物面鏡は、鏡全体の南北方向の角度が調整されることもないため、特に太陽の高度が低い場合、太陽光が低角度で放物面鏡に入射することになり集熱効率が悪くなる。
しかしながら、本発明の場合は連結部材１７が傾けられていることで、太陽光をより直角に近くなるよう高角度で反射鏡に入射させて反射させることができ、集熱効率を向上させることができる。
なお、トラフ型において放物面鏡を傾けて配設しようとすると、それに伴いレシーバも傾ける必要が生じてしまうため、本発明に比べて多くの手間がかかってしまう。

連結部材１７もまた、図６に示すように中央制御装置１６に接続されていたり、連結部材１７を上下に回転させるモーター等に各種データが内蔵されており、暦や緯度等によって、南北方向の傾きの角度を適宜調整可能になっている。

なお、南半球に太陽熱集熱装置を設置する場合は、図６の態様とは逆に、連結部材の南端が北端よりも相対的に上方に位置するよう傾けて配設することができる。

次にレシーバ５について説明する。
レシーバ５自体は特に限定されるものではなく、その形状、大きさは適宜決定することができる。例えば従来と同様のものを用いることができる。太陽光の反射光を集光させて、効率よく集熱することができるものであれば良い。
レシーバ５は媒体（空気や二酸化炭素など）が流れる受熱管を有しており、レシーバ５に集熱した太陽熱により受熱管中の媒体が温められ、該温められた媒体が蒸気タービン等に送られ、発電に用いられる。

また、本発明の太陽熱集熱方法について説明する。
本発明の太陽熱集熱装置１を用いた場合について説明するが、当然本発明の方法はこれに限定されない。まず、太陽熱集熱装置１を北半球に設置して集熱する場合について説明する。
まず、連結部材１７としての機能も兼ね備えたフレーム１１に、各列の反射ライン上の複数枚の反射鏡４を連結させる。ここでは反射鏡４同士の間隔が等間隔になるよう連結させるが、これに限定されず、必要に応じて異なる間隔で連結させることも可能である。

そして、連結部材１７を、北端を起こして南北方向に回転させ、北端が南端よりも相対的に上方に位置するように傾けて配設する。このときの南北方向の傾きの角度は特に限定されず、適宜設定することができる。例えば集熱を行う暦や、反射鏡４等を設置する緯度、午前であるか午後であるか等に応じて調整することができる。これらを考慮して、そのときの条件に応じてレシーバ５に効率良く集熱できるよう調整することができる。

なお、傾きの角度は、一定の角度に完全に固定させることもできるし、暦等の各種状況に応じて南北方向に逐次回転させて調整することもできる。集熱効率やコスト等によって適宜決定することができる。

このような連結部材１７の角度調整によって、複数枚の反射鏡４のうち、北側に設置されたものの方が南側に設置されたものよりも相対的に上方に位置するよう配置する。連結部材１７の角度調整によって反射鏡４同士の鉛直方向の位置関係を簡便に調整することができる。そして、このような配置によってブロッキングを効果的に防止できるし、また、太陽光をより一層効率良く反射することができ、集熱効率を向上させることができる。

さらにヘリオスタット機構７を用い、回転リング１０やアクチュエータ１５によって、日中の太陽の動きに追従させて反射鏡４の反射面６の角度を調整し、レシーバ５へと太陽光を反射させて集熱する。

なお、南半球に本発明の太陽熱集熱装置を設置して集熱する場合は、北半球に設置する場合の図６等の態様とは逆に、連結部材の南端が北端よりも相対的に上方に位置するよう傾けて配設し、集熱を行うことができる。

以下、実施例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
（実施例）
図１に示すような本発明のクロスリニア型の太陽熱集熱装置を用いて、本発明の方法により太陽光を集光して受熱管内の媒体を温めるシミュレーションを行った。シミュレーションの条件を以下のように設定した。
１本の受光ラインを設定してレシーバを設置し（地上から２０ｍの高さ）、８０本の反射ライン上に（ライン間の距離は１．５ｍ）、一列あたり３０枚の反射鏡（大きさは１．５ｍ×１．５ｍ）を設置した（全反射鏡の面積は５４００ｍ^２）。
また、反射鏡は全てレシーバに対して北側に配置した。レシーバに近い側の第一番目の反射鏡の先端とレシーバとの水平方向の距離が５ｍになるようにした。
反射鏡の角度調整は、図１の東西角度調整手段および南北角度調整手段を用いた。内蔵の、暦および真太陽時に応じた太陽の動きに対する各反射鏡の角度調整データに基づいて、回転リングの回転とアクチュエータのアームの前進後進運動を制御して反射鏡の角度調整を行った。

また、その他の条件は以下の通りである。
連結部材の南北方向の傾きの角度調整により、北端を南端よりも上方に位置させることで、北側の反射鏡が南側の反射鏡よりも上方に位置するよう調整してブロッキングが０〜０．２（すなわち２割以下）となるようにした。
また、日時や場所としては、冬至の午前１０時、１１時、１２時、１３時、１４時とし、赤緯４７．９１６６７度（モンゴルウランバートル）とした。

シミュレーションの結果を見ると、午前１０時、１１時、１２時、１３時、１４時の全ての反射鏡の平均のコサイン効果は、それぞれ、０．３５７（なお、反射鏡の使用効率が１００％のとき１．００）、０．４５９、０．５０、０．４５９、０．３５７となり、高緯度においても冬至において４０−５０％の太陽エネルギーを集光できることがわかった。

これに対して、従来の集光法であるトラフ方式、タワー方式、線形フレネル方式では、同様の日時、場所においては、コサイン効果は１／２〜１／３に下がるので、このような高緯度での集光太陽熱発電は採算がとれない。したがって従来では冬場は燃料を用いて発電を行っていた。
しかしながら、本発明であれば、実施例のように高緯度の冬場においても十分に太陽熱を集熱して発電可能であるため、上述した燃料費等を削減することができる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

１…本発明の太陽熱集熱装置、 ２、２Ａ〜２Ｄ…反射ライン、
３、３Ａ…受光ライン、 ４、４Ａ_１〜４Ａ_６…反射鏡、 ５…レシーバ、
６…反射面、 ７…ヘリオスタット機構、 ８…東西角度調整手段、
９…南北角度調整手段、 １０…回転リング、 １１…フレーム、
１２…ローラー、 １３…モーター、 １４…アーム、 １５…アクチュエータ、
１６…中央制御装置、 １７…連結部材。

Claims (12)

1. 複数本の反射ラインと、１本以上の受光ラインとを有する太陽熱集熱装置であって、
   前記複数本の反射ラインは、南北方向に並列に設定されたものであり、各列の反射ライン上には太陽光を反射する複数枚の反射鏡が設置されており、該複数枚の反射鏡は太陽の動きに追従させて反射面の角度を調整するヘリオスタット機構を備えており、
   前記各列の反射ライン上にある前記複数枚の反射鏡を支持して連結する連結部材を有しており、
   該連結部材が、南北方向において、一端が他端よりも相対的に上方に位置するよう傾けて配設されていることで、該連結部材により支持された前記複数枚の反射鏡は、前記一端の側に設置された反射鏡が前記他端の側に設置された反射鏡よりも相対的に上方に位置しているものであり、
   前記１本以上の受光ラインは、前記複数本の反射ラインに直交して上方の定位置に設定されたものであり、各受光ライン上には１基のレシーバが設置されており、該レシーバは前記複数枚の反射鏡からの太陽光の反射光の熱を集熱するものであることを特徴とする太陽熱集熱装置。
2. 前記連結部材が、北端が南端よりも相対的に上方に位置するよう傾けて配設されていることで、該連結部材により支持された前記複数枚の反射鏡は、北側に設置された反射鏡が南側に設置された反射鏡よりも相対的に上方に位置しているものであるか、または、
   前記連結部材が、南端が北端よりも相対的に上方に位置するよう傾けて配設されていることで、該連結部材により支持された前記複数枚の反射鏡は、南側に設置された反射鏡が北側に設置された反射鏡よりも相対的に上方に位置しているものであることを特徴とする請求項１に記載の太陽熱集熱装置。
3. 前記複数枚の反射鏡が、互いに等間隔で配置されているものであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の太陽熱集熱装置。
4. 前記連結部材は南北方向に回転可能であり、南北方向の傾きの角度が調整可能なものであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の太陽熱集熱装置。
5. 前記ヘリオスタット機構は、前記複数枚の反射鏡の反射面を東西方向に角度調整する回転リングと、前記複数枚の反射鏡の反射面を南北方向に角度調整するアクチュエータとをさらに有しており、
   前記回転リングは前記複数枚の反射鏡とフレームを介して連結されており、前記回転リングの回転により前記フレームを介して１本の反射ライン上にある前記複数枚の反射鏡の反射面の角度が同時に調整されるものであり、
   前記アクチュエータは前記反射鏡毎にそれぞれ配置され、各アクチュエータはアームを有し、該アームと前記反射鏡とが連結されており、前記アームの前進後退運動により各反射鏡の反射面の角度が個別に調整されるものであることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の太陽熱集熱装置。
6. 前記回転リングは複数配置されており、各回転リングにはローラーが備えられており、かつ、前記複数の回転リングのうちの少なくとも１つに備えられたローラーがモーターにより回転駆動制御されるものであることを特徴とする請求項５に記載の太陽熱集熱装置。
7. 前記アクチュエータのアームは、前記反射鏡の裏面に取り付けられて反射鏡を支持するものであることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の太陽熱集熱装置。
8. 複数本の反射ラインを南北方向に並列に設定して、各列の反射ライン上に設置し、太陽光を反射する複数枚の反射鏡の反射面の角度をヘリオスタット機構により太陽の動きに追従させて調整するとともに、
   １本以上の受光ラインを、前記複数本の反射ラインに直交して上方の定位置に設定して、各受光ライン上に設置した１基のレシーバに前記複数枚の反射鏡からの太陽光の反射光の熱を集熱する太陽熱集熱方法であって、
   前記各列の反射ライン上にある前記複数枚の反射鏡を連結部材により支持して連結し、
   該連結部材を、南北方向において、一端が他端よりも相対的に上方に位置するよう傾けて配設することで、該連結部材により支持された前記複数枚の反射鏡を、前記一端の側に設置された反射鏡が前記他端の側に設置された反射鏡よりも相対的に上方に位置するよう配置して太陽光を反射させて集熱することを特徴とする太陽熱集熱方法。
9. 前記連結部材を、北端が南端よりも相対的に上方に位置するよう傾けて配設することで、該連結部材により支持された前記複数枚の反射鏡を、北側に設置された反射鏡が南側に設置された反射鏡よりも相対的に上方に位置するよう配置するか、または、
   前記連結部材を、南端が北端よりも相対的に上方に位置するよう傾けて配設することで、該連結部材により支持された前記複数枚の反射鏡を、南側に設置された反射鏡が北側に設置された反射鏡よりも相対的に上方に位置するよう配置することを特徴とする請求項８に記載の太陽熱集熱装置。
10. 前記各列の反射ライン上にある前記複数枚の反射鏡を、互いに等間隔に配置することを特徴とする請求項８または請求項９に記載の太陽熱集熱方法。
11. 前記連結部材を南北方向に回転させ、南北方向の傾きの角度を、設置する緯度に応じて調整することを特徴とする請求項８から請求項１０のいずれか一項に記載の太陽熱集熱方法。
12. 前記連結部材を南北方向に回転させ、南北方向の傾きの角度を、暦に応じて調整することを特徴とする請求項８から請求項１１のいずれか一項に記載の太陽熱集熱方法。

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