JP2015140938A - 太陽熱集熱装置およびその調整方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数台連結した太陽熱コレクタを用いて高効率に太陽光を集熱することができる太陽熱集熱装置を提供する。
【解決手段】太陽光を反射し集光する集光ミラー２１および該集光した太陽光から集熱する集熱管３０を含んでなる複数の太陽熱コレクタ２０と、回転軸を介して太陽熱コレクタを回転する回転機構と、集熱管内の流体の出入口の温度を計測する温度センサと、回転軸と太陽熱コレクタの軸受部との間に、回転軸の周方向に太陽熱コレクタを回動し角度調整する角度調整機構９０と、太陽と正対する太陽熱コレクタの軌道を検出する際に、該軌道に基づき所定時間の間は一定の角度で停止する制御を行い、温度センサの計測値に基づく太陽熱コレクタごとの集熱管３０の流体の出入口の温度差を計算し、該流体の温度差が最大値となる時刻を求め、太陽熱コレクタごとの該時刻が同じとなるように角度調整機構の回動調整量を求める制御装置８０とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽光を集光集熱して熱媒体を介してエネルギを入手する太陽熱集熱装置およびその調整方法に関するものである。

近年、地球規模での異常気象が問題となり、この異常気象の原因は温暖化現象であると考えられている。その為、温暖化現象の主原因である環境負荷の多い石油に代わり、環境負荷が少なく地球に優しい新エネルギが注目されている。その中で特に現実的に利用されているもののひとつが、太陽光エネルギである。

太陽光を利用したクリーンエネルギシステムには、アモルファスや結晶シリコンによる太陽電池によって太陽光を電気エネルギに変換する方式と、太陽光を鏡によって集光し、熱媒体によって熱エネルギに変換する方式とがある。

太陽光を集光して熱エネルギに変換する方式のひとつとしてトラフ式の太陽熱集熱装置がある。トラフ式とは、雨樋状の曲面鏡を用いて、鏡の前に設置されたパイプに太陽光を集中させ、パイプ内を流れる熱媒体（水やオイルなど）を加熱して、熱エネルギに変換する方式である。

また、太陽光の反射損失を低下させることで光／電変換効率を向上させた太陽電池を利用した太陽光発電システムの発明が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

また、本発明者らは、高効率に太陽光を利用できるように、太陽の位置に合わせた曲面鏡の回転制御ができる太陽光集熱装置（太陽熱集熱装置）を開発している（例えば、特許文献２参照）。

特開２０１０−００３９９９号公報 特開２０１３−７６５０７号公報

太陽光の集熱を高効率で行うためには、太陽の位置にあわせて集光ミラーを回転制御する必要があり、集光ミラーの高精度な回転制御と太陽の位置検出が最重要になってくる。この点については、特許文献２で精度よい回転制御の効果をすでに確認している。

特許文献２において集光ミラーが単体の場合について示した。しかしながら、複数台連結して集光ミラーを制御する場合には、各集光ミラーの角度のずれが集熱装置全体の集熱量に影響を与えるため、各集熱ミラー間で角度のずれが発生しないように制御する必要がある。また、施工時にどうしてもある程度の角度のずれが初期値として発生してしまい、そのずれを調整する必要がある。

本発明は、前記の課題を解決するための発明であって、複数台連結した集光ミラーを用いて高効率に太陽熱を集熱することができる太陽熱集熱装置およびその調整方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、本発明の太陽熱集熱装置は、太陽光を反射し集光する集光ミラーおよび該集光した太陽光から集熱する集熱管を含んでなる複数の太陽熱コレクタと、回転軸を介して太陽熱コレクタを回転する回転機構(例えば、駆動装置５０)と、集熱管の内部を流れる流体の入口と出口の温度を計測する温度センサと、回転軸と太陽熱コレクタの軸受部との間に、回転軸の周方向に太陽熱コレクタを回動し角度調整する角度調整機構と、太陽と正対する太陽熱コレクタの軌道を検出する際に、該軌道に基づき所定時間の間は一定の角度で停止する制御をし、温度センサの計測値に基づく太陽熱コレクタごとの集熱管の流体の入口と出口の温度差を計算し、該流体の温度差が最大値となる時刻を求め、太陽熱コレクタごとの該時刻が同じとなるように角度調整機構の回動調整量を求める制御装置とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、複数台連結した集光ミラーを用いて高効率に太陽熱を集熱することができる。

実施形態に係る太陽熱集熱装置を示す図である。 角度調整機構および位置調整機構を示す図である。 角度調整機構の構造を示す図である。 太陽熱コレクタを４台連結した太陽熱集熱装置を示す図である。 曲面鏡の太陽追尾精度への誤差要因を示す図である。 実施形態に係る太陽熱集熱装置の制御装置を示す図である。 太陽熱コレクタの所定時間の一定制御時の各流体の温度差を示す図である。 太陽熱コレクタの角度調整の処理を示すフローチャートである。 角度調整機構で角度調整後の各流体の温度差を示す図である。 集熱管の位置調整の処理を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図１において、太陽熱コレクタ２０が単体の場合の太陽熱集熱装置について説明し、複数台の太陽熱コレクタ２０を有する太陽熱集熱装置については、図４を参照して説明する。

図１は、実施形態に係る太陽熱集熱装置を示す図である。太陽熱集熱装置１０は、トラフ式の太陽熱集熱装置であり、南北方向である長手方向の両端に設けられた２本の支柱４０（４０−１，４０−２）と、これらの支柱４０（４０−１，４０−２）に回転可能に支持されている太陽熱コレクタ２０を有している。実施形態においては、南北方向は長手方向であり、東西方向は短手方向である。

太陽熱コレクタ２０は、制御装置８０によって制御されている駆動装置５０（回転機構）により、回転軸５１（図２参照）を介して、太陽の方向に正対するよう回転する。太陽熱コレクタ２０が太陽の方向に正対した状態とは、太陽光Ｌが太陽熱コレクタ２０に設けられた集光ミラー２１（曲面鏡）によって反射され、集熱管３０を焦点として集光されている状態である。

太陽熱コレクタ２０は、集光ミラー２１と、この集光ミラー２１を支える支持部材である５個の支持フレーム２２（図１においては１つだけが見えている）と、この支持フレーム２２の長手方向の両端と中央部とに配置されている３本の支持バー２３とを有している。

太陽と反対方向（図１の北方向）の支持バー２３上には、太陽光エネルギ検出部である直達日射計２９が設置されている。直達日射計２９は、太陽光Ｌの単位面積あたりの熱エネルギを測定する機能を有し、太陽熱コレクタ２０と連動して回転する。更に、太陽と反対方向（図１の北方向）の支持バー２３上に固定され、集光ミラー２１に対して影を落とさないようになっている。

駆動装置５０は、例えばサーボモータであり、太陽熱コレクタ２０を回転駆動する機能を有している。回転位置検出器７０とは、例えばロータリーエンコーダであり、太陽熱コレクタ２０の回転角度Θを測定（実測）する機能を有している。制御装置８０は、回転位置検出器７０によって測定された実測の回転角度Θが目標回転角度Θtになるまで駆動装置５０を回転駆動させ、太陽熱コレクタ２０を回転させる。

集光ミラー２１は、短手方向に凹状の断面を有し、太陽光Ｌを集熱部である集熱管３０に集光させる。この凹状の断面は集光曲率形状であり、例えば放物面である。更に、この３本の支持バー２３には、それぞれ保持脚３１が固定されており、筒状の集熱部である集熱管３０を保持している。

集熱管３０は、太陽光Ｌを吸収して熱に変換する集熱部であり、例えば水などの熱媒体を内部に有している。集熱管３０は、後述する熱媒体往路２３０−２（図６参照）と熱媒体復路２３０−１（図６参照）が接続され、これら熱媒体往路２３０−２と熱媒体復路２３０−１を介して空調システム２００（図６参照）と接続されている。

熱媒体である水は、集熱管３０内において太陽光Ｌによって熱せられて熱水又は水蒸気となり、熱媒体往路２３０−２によって、空調システム２００に導かれて熱源として用いられる。熱媒体は熱源として用いられることで、熱媒体である熱水または水蒸気は放熱して再び水となり、熱媒体復路２３０−１によって集熱管３０に戻る。

太陽熱集熱装置１０は、駆動装置５０と回転位置検出器７０によって、太陽熱コレクタ２０を太陽の方向に正対するように回転する。太陽光Ｌは、集光部である太陽熱コレクタ２０の集光ミラー２１によって反射して集熱部である集熱管３０に焦点を結び、集熱管３０内部の熱媒体の熱量に変換される。

本実施形態に係る太陽熱集熱装置１０の特徴として、支持フレーム２２および支持バー２３と接合されている軸受バー２５の上部に、太陽熱コレクタ２０の角度を微調整する角度調整機構９０と、保持脚３１の上部に集熱管３０の位置調整機構３００を有している。角度調整機構９０および位置調整機構３００については、図２、図３を参照して説明する。

図２は、角度調整機構および位置調整機構を示す図である。図３は、角度調整機構９０の構造を示す図である。具体的には、図２は、図１に示す太陽熱コレクタ２０を、回転軸５１の方向からみた説明図であり、図３は、角度調整機構９０の構造を示すための斜視図である。

角度調整機構９０は、回転軸５１と太陽熱コレクタ２０の軸受部２４との間に、回転軸５１の周方向に太陽熱コレクタ２０を回動し角度調整する機構を有する。具体的には、角度調整機構９０は、回転軸５１に直交する方向に取り付けられたキー９１（調整板）と、太陽熱コレクタ２０の軸受部２４に設けられた一対の調整ボルト９２，９３とを備え、キー９１を調整ボルト９２，９３で挟むようにしている。この角度調整機構９０により、太陽熱コレクタ２０は、数度程度の角度を微調整することができる。

位置調整機構３００は、保持脚３１（図１参照）の上にＵ字板３２０の両端の対向部に貫通穴を有し、貫通穴に集熱管３０を挟む一対のネジ部を有するロッド３０１，３０２をそれぞれ挿入し、ロッドの位置により集熱管３０の位置調整をする機構を有する。ロッド３０１は、ネジ部に一対のナット３２１，３２２を、座金３１１，３１２を介して螺着することにより対向部に保持している。同様に、ロッド３０２は、ネジ部に一対のナット３２３，３２４を、座金３１３，３１４を介して螺着することにより対向部に保持している。ナット３２１，３２２およびナット３２３，３２４の取り付け位置を調整することにより、集熱管３０の位置が調整できるようになっている。

図４は、太陽熱コレクタを４台連結した太陽熱集熱装置を示す図である。太陽熱集熱装置１０Ａは、４台の太陽熱コレクタ２０（２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ）を有している。４台の太陽熱コレクタ２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄは、回転軸５１で連結されており、駆動装置５０により回転する。また、４台の太陽熱コレクタ２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄに設けられている集熱管３０は連結され、各集熱管３０の内部を流れる流体の入口と出口の温度を計測する温度センサ２１２（２１２ａ，２１２ｂ，２１２ｃ，２１２ｄ，２１２ｅ）を備えている。

図１のトラフ式の太陽熱集熱装置の太陽追尾動作の概略を説明する。
稼働状態において、後述するポンプ２２０（図６参照）は、集熱管３０内に熱媒体である水を送水する。この状態において、制御装置８０は、日時と設置場所（経度および緯度、標高）に基づいて、太陽の位置を予測計算して太陽熱コレクタ２０の目標回転角度Θtを算出する。制御装置８０は、回転位置検出器７０によって太陽熱コレクタ２０の回転角度Θを検出（実測）しながら、実測の回転角度Θが目標回転角度Θtになるまで、駆動装置５０によって太陽熱コレクタ２０を回転させる。この一連の動作を繰り返して、太陽熱コレクタ２０が有している集光ミラー２１で、太陽を常に追尾しながら集光し集熱する。

このとき、太陽熱コレクタ２０の目標回転角度Θtを算出する際の算出誤差、太陽熱集熱装置１０を構成する部品寸法の誤差、および太陽熱集熱装置１０の設置位置の誤差、回転位置検出器７０の検出誤差などによって、実測の回転角度Θが予測計算で決定した理論的な目標回転角度Θtになるように制御しても、集熱効率が最大にならない虞がある。そのため、集光効率が最大となる回転角度Θmaxと、理論的な目標回転角度Θtとの差を補正する。特に、太陽熱集熱装置１０の設置位置に係る誤差は、重要な誤差要因である。

図５は、曲面鏡の太陽追尾精度への誤差要因を示す図である。適宜図１を参照して説明する。図５（ａ）には、Ｘ軸周りの回転角度、Ｙ軸周り回転角度、Ｚ軸周り回転角度の定義を示し、図５（ｂ）には、Ｘ軸（太陽熱コレクタ２０の回転軸）方向を示す。誤差パラメータには以下の４つが推定される。
（１）Ｘ軸周り：Ｙ軸正方向からＺ軸方向に向かう回転角度
（２）Ｙ軸周り：Ｚ軸正方向からＸ軸方向に向かう回転角度
（３）Ｚ軸周り：Ｘ軸正方向からＹ軸方向に向かう回転角度
（４）設置場所の緯度、経度の変化

図５（ａ）において、Ｘ軸周り回転角度とは、例えば、太陽熱コレクタ２０の回転軸（Ｘ軸方向）の曲面鏡の中点からＸ軸方向をみたＹＺ平面上の反時計周りの回転角度を意味し、Ｙ軸周り回転角度とは、太陽熱コレクタ２０の回転軸（Ｘ軸方向）の曲面鏡の中点からＹ軸方向をみたＺＸ平面上で反時計周りの回転角度を意味し、Ｚ軸周り回転角度とは、太陽熱コレクタ２０の回転軸（Ｘ軸方向）の曲面鏡の中点からＺ軸方向をみたＸＹ平面上で反時計周りの回転角度を意味する。

図５において、太陽熱コレクタ２０の回転軸をＸ軸とし、このＸ軸が南北軸と一致している場合を通常とする。この状態に対し、曲面鏡の設置時の誤差により回転軸が、（１）、（２）、（３）で示した角度だけずれる可能性がある。この角度が予測計算に誤差をあたえる。また、予測計算時に設置場所の緯度、経度が必要であり、これらの値も実際の値と異なると予測計算に誤差を与える。

図６は、実施形態に係る太陽熱集熱装置の制御装置を示す図である。適宜図１、図４を参照して説明する。太陽熱集熱装置１０は、制御装置８０と、この制御装置８０に接続された回転位置検出器７０および駆動装置５０と、太陽熱コレクタ２０と、太陽熱コレクタ２０と連動して回転する直達日射計２９と、集熱管３０と、集熱管３０の両端に設置された温度センサ２１２（２１２−１，２１２−２）と、集熱管３０の一端に設置された流量センサ２１１とを有している。制御装置８０は更に、中央処理装置（以下、「ＣＰＵ」という。）８１と、計時部８２と、駆動制御部８３と、集熱効率算出部８４と、記憶部８５とを有し、記憶部８５は太陽位置テーブル８６を記憶している。

図４に示した太陽熱コレクタを４台連結した太陽熱集熱装置１０Ａの場合、太陽熱コレクタ２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄごとの集熱管３０の流体の入口と出口の温度差（出入口温度差）は、温度センサ２１２ａ，２１２ｂ，２１２ｃ，２１２ｄ，２１２ｅによって計測する。例えば、太陽熱コレクタ２０ａの集熱管３０は、温度センサ２１２ａ，２１２ｂにより計測し、太陽熱コレクタ２０ｂの集熱管３０は、温度センサ２１２ｂ，２１２ｃにより計測する。

計時部８２は、日付および時刻を生成する機能を有しており、例えば水晶発振器とクロックＩＣで構成される。駆動制御部８３は、駆動装置５０によって太陽熱コレクタ２０を回転すると共に、回転位置検出器７０によって実測の回転角度Θが所定の目標回転角度Θtとなったか否かを判断することにより、太陽熱コレクタ２０を所定の目標回転角度Θtまで回転する。集熱効率算出部８４は、集熱管３０が集熱した熱量と、測定した太陽光Ｌの熱エネルギを測定し、これらに基づいて集熱効率を算出する機能を有している。具体的には、後述する温度センサ２１２−１，２１２−２と流量センサ２１１の測定結果に基づいて、集熱量を計算する。更に直達日射計２９が測定した太陽光Ｌの熱エネルギと集光ミラー２１の投影面積にもとづいて、集光ミラー２１が集光した太陽光Ｌの熱エネルギを算出する。この集熱量を、集光ミラー２１が集光した太陽光Ｌの熱エネルギで除算することにより、集熱効率を計算する。

記憶部８５は、例えばハードディスクやフラッシュメモリであり、この太陽熱集熱装置１０の制御に係る種々のデータを記録している。太陽位置テーブル８６は、日付および時刻と、この太陽熱集熱装置１０の設置位置（緯度と経度）における太陽位置との関係を示す情報である。

制御装置８０は、空調システム２００から集熱管３０への熱媒体復路２３０−１の流量を測定する流量センサ２１１と、熱媒体復路２３０−１の温度を測定する温度センサ２１２−１とに接続されている。更に、集熱管３０から空調システム２００への熱媒体往路２３０−２の温度を測定する温度センサ２１２−２に接続されている。

集熱管３０は、熱媒体往路２３０−２を介して空調システム２００に接続されている。空調システム２００から集熱管３０への熱媒体復路２３０−１には更に、ポンプ２２０が接続されている。このポンプ２２０は、集熱管３０内に熱媒体である水を送水する。

既に説明したように、トラフ式の太陽熱集熱装置１０の動作として、集熱管３０内に熱媒体を送水した状態で、制御装置８０内において太陽の位置を予測計算し曲面鏡の角度を出力し、回転位置検出器７０で曲面鏡の回転角度を検出しながら曲面鏡を回転させる。この一連の動作を繰り返し曲面鏡で太陽を随時追尾しながら集光集熱を行う。運転中は、集熱効率算出部８４は、具体的には、集熱管３０の入口側に設置した流量センサ２１１によって熱媒体の流量Ｆを測定している。更に、集熱管３０の入口側に設置した温度センサ２１２−１によって入口側の熱媒体の温度Ｔinを測定し、集熱管３０の出口側に設置した温度センサ２１２−２によって熱媒体の温度Ｔoutを測定し、熱媒体の温度差（Ｔout−Ｔin）を算出する。この熱媒体の比熱αと流量Ｆと温度差（Ｔout−Ｔin）の積が集熱量となる。また、直達日射計２９で１ｍ^２あたりの直達日射量（ｋＷ／ｍ^２）を計測する。集熱効率算出部８４は、集熱量を、曲面鏡１ｍ^２あたりの熱量（ｋＷ）に換算し、前記の直達日射計２９で計測した直達日射量に対する比率を求め、これを集熱効率とする。このとき、計算誤差、前記の曲面鏡の設置誤差、駆動装置の回転誤差などによって予測計算した回転角度設定値が、実際に集光効率が最大となる値とずれる可能性がある。そのため、集光効率が最大となる最適設定値の計算に誤差を与える要因とその要因を補正する。

特に、図４に示した太陽熱コレクタ２０を４台連結した太陽熱集熱装置１０Ａの場合、ある太陽熱コレクタ２０の集光効率を最大に設定しても、集光ミラー２１（曲面鏡）の設置誤差などで、各太陽熱コレクタ２０の最適値が異なる。このため、各太陽熱コレクタ２０の設置誤差を補正することが重要となる。

次に角度調整機構９０の補正方法について説明する。
図７は、太陽熱コレクタの所定時間の一定制御時（太陽熱コレクタの軌道検出試験時）の各流体の温度差を示す図である。適宜図１、図２、図４、図６を参照する。横軸は時刻、左縦軸は太陽熱コレクタ２０の角度（曲面鏡角度）、右縦軸は太陽熱コレクタ２０ごとの各集熱管３０の内部を流れる流体の入口と出口の温度差を示す。

曲線５１１ａは温度センサ２１２ａ，２１２ｂの温度差、曲線５１１ｂは温度センサ２１２ｂ，２１２ｃの温度差、曲線５１１ｃは温度センサ２１２ｃ，２１２ｄの温度差、曲線５１１ｄは温度センサ２１２ｄ、２１２ｅの温度差である。

直線５０１は、太陽熱コレクタ２０の軌道検出試験時における制御装置８０が設定した角度設定値である。太陽熱コレクタ２０の角度設定値は、一定であるが、太陽が東から西に動くため、太陽光が集光する時刻があり、集光する時刻には温度差が大きくなる。さらに、時刻が経過すると太陽光が集光しなくなり、温度が小さくなる。

図７に示す例では、４台の太陽熱コレクタ２０の角度が、設置誤差などで少しずれているため、温度差のピークになる時刻にずれが生じている。このような場合、角度調整機構９０の調整ボルト９２，９３を微調整することにより、４台の太陽熱コレクタが同じ角度になるように微調整する必要がある。

図８は、太陽熱コレクタの角度調整の処理を示すフローチャートである。４台の太陽熱コレクタ２０が同じ角度（太陽と正対する角度）になるように調整する処理について説明する。
（Ｓ１）：制御装置８０は、４台の太陽熱コレクタ２０ごとの各集熱管３０の内部を流れる流体の入口と出口の温度差（図７参照）がピーク（例えば、符号５２１ａ）になった時刻を検出する。
（Ｓ２）：制御装置８０は、各時刻の太陽の位置から、４台の太陽熱コレクタ２０の角度を計算する。
（Ｓ３）：制御装置８０は、１台の太陽熱コレクタ２０を基準とし、その他の太陽熱コレクタ２０の角度差を計算する。
（Ｓ４）：制御装置８０は、角度差から、調整ボルト９２，９３の回転数（回動調整量）を計算する。
（Ｓ５）：角度調整機構９０の調整ボルト９２，９３により、角度差を調整する。

なお、図２では、マニュアル（手動）で調整する方法としているが、調整ボルト９２，９３に回転機能を有する駆動装置を設けると、オート（自動）で調整することができる。具体的には、制御装置８０は、処理Ｓ４で計算した回転数を、駆動装置に指令するとよい。以上の処理により、４台の太陽熱コレクタ２０の角度が同じとなる。

図９は、角度調整機構で角度調整後の各流体の温度差を示す図である。図９に示すように、４台の太陽熱コレクタ２０ごとの各集熱管３０の内部を流れる流体の入口と出口の温度差（図７参照）がピークになる時刻を合わせることができる。すなわち、点Ｂの時刻に、太陽熱コレクタ２０を太陽と正対する角度（誤差０度の軌道）に設定すると、温度差および流量に基づいて太陽熱からの集熱量を最大とすることができる。

本実施形態では、処理Ｓ１において、集熱管３０の流体の入口と出口の温度差（出入口温度差）が最大となる点で説明したが、集熱効率、集熱量としてもよい。

次に位置調整機構３００について説明する。
図１０は、集熱管の位置調整の処理を示すフローチャートである。図１０を参照して、集熱管３０の集熱量が最大となるように、集熱管３０の位置の微調整する処理について説明する。
（Ｓ１１）：制御装置８０は、４台の太陽熱コレクタ２０ごとの各集熱管３０の内部を流れる流体の入口と出口の温度差（図７参照）がピークになった時刻を検出する。
（Ｓ１２）：基準とした太陽熱コレクタ２０（例えば、太陽熱コレクタ２０ｂ）の角度を計算する。
（Ｓ１３）：他の太陽熱コレクタ２０（例えば、太陽熱コレクタ２０ａ，２０ｃ，２０ｄ）の角度が基準とした太陽熱コレクタの角度とし、温度差のピークの時刻から各集熱管３０の位置を計算する。
（Ｓ１４）：各集熱管の位置を微調整する長さ（位置調整量）を計算する。長さは、図２における集熱管３０の中心軸からの図面左右方向のずれを意味する。
（Ｓ１５）：微調整する長さからナット３２１，３２２、またはナット３２３，３２４の回転数を計算する。
（Ｓ１６）：位置調整機構３００のナット３２１，３２２、またはナット３２３，３２４により、集熱管３０の位置を調整する。なお、図２では、ナットをマニュアル（手動）で調整する方法としているが、ロッド３０１，３０２に回転機能を有する駆動装置を設けると、オート（自動）で調整することができる。

位置調整機構３００による集熱管３０の位置調整により、４台の太陽熱コレクタ２０の集熱時刻を一致させることができる。よって、図９で既に説明したように、４台の太陽熱コレクタ２０を有する太陽熱集熱装置１０Ａにおいて、点Ｂの時刻に、太陽熱コレクタ２０を太陽と正対する角度（誤差０度の軌道）に設定すると、温度差および流量に基づいて太陽熱からの集熱量を最大とすることができる。

本実施形態の太陽熱集熱装置１０は、前述したように、集光ミラー２１の長手方向の両端に配置され、集光ミラー２１の短手方向に集熱管３０の位置を調整する位置調整機構３００を備え、制御装置８０は、太陽と正対する太陽熱コレクタ２０軌道を検出する際に、所定時間の間は一定の角度で停止する制御をし、該停止する制御の期間中に、太陽熱コレクタ２０ごとの集熱管３０の流体の入口と出口の温度差を計算し、該流体の温度差が最大値となる時刻を求め、該時刻が同じとなるように集熱管３０ごとの位置調整機構３００の位置調整量を求め、位置調整機構３００は、位置調整量を調整するようにした。

以上の実施形態で、複数台連結した太陽熱コレクタ２０を用いて高効率に太陽光を集熱することができる太陽熱集熱装置について説明したが、これに限定されるものでない。すなわち、太陽熱コレクタ２０が単体の場合においても、角度調整機構９０および位置調整機構３００の調整により、高効率に太陽光を集熱することができる。

例えば、図９に示した温度差がピークの点Ｂの時刻において、太陽熱コレクタ２０が太陽と正対する誤差０度の軌道とずれていた場合に、角度調整機構９０または位置調整機構３００の調整により、角度設定値を最適にもっていってもよい。

１０，１０Ａ 太陽熱集熱装置
２０，２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ 太陽熱コレクタ
２１ 集光ミラー（曲面鏡）
２２ 支持フレーム
２３ 支持バー
２４ 軸受部
２５ 軸受バー
２９ 直達日射計
３０ 集熱管
３１ 保持脚
４０ 支柱
５０ 駆動装置（回転機構）
５１ 回転軸
７０ 回転位置検出器
８０ 制御装置
８１ ＣＰＵ
８２ 計時部
８３ 駆動制御部
８４ 集熱効率算出部
８５ 記憶部
８６ 太陽位置テーブル
９０ 角度調整機構
９１ キー（調整板）
９２，９３ 調整ボルト
２００ 空調システム
２１１ 流量センサ
２１２ 温度センサ
２２０ ポンプ
２３０−１ 熱媒体復路
２３０−２ 熱媒体往路
３００ 位置調整機構
３０１，３０２ ロッド
３２０ Ｕ字板
３２１，３２２，３２３，３２４ ナット

Claims (7)

1. 太陽光を反射し集光する集光ミラーおよび該集光した太陽光から集熱する集熱管を含んでなる複数の太陽熱コレクタと、
   回転軸を介して前記太陽熱コレクタを回転する回転機構と、
   前記集熱管の内部を流れる流体の入口と出口の温度を計測する温度センサと、
   前記回転軸と前記太陽熱コレクタの軸受部との間に、前記回転軸の周方向に前記太陽熱コレクタを回動し角度調整する角度調整機構と、
   太陽と正対する前記太陽熱コレクタの軌道を検出する際に、所定時間の間は一定の角度で停止する制御をし、前記温度センサの計測値に基づく前記太陽熱コレクタごとの集熱管の前記流体の入口と出口の温度差を計算し、該流体の温度差が最大値となる時刻を求め、前記太陽熱コレクタごとの該時刻が同じとなるように前記角度調整機構の回動調整量を求める制御装置とを備える
   ことを特徴とする太陽熱集熱装置。
2. 前記角度調整機構は、前記回転軸に直交する方向に取り付けられた調整板と、前記太陽熱コレクタの軸受部に設けられた一対の調整ボルトとを備え、
   前記調整板を前記調整ボルトで挟むように構成された
   ことを特徴とする請求項１に記載の太陽熱集熱装置。
3. 前記太陽熱集熱装置は、さらに、
   前記太陽熱コレクタの長手方向の両端に配置され、前記太陽熱コレクタの短手方向に前記集熱管の位置を調整する位置調整機構を備え、
   前記制御装置は、前記角度調整機構の回動調整量を求める代わりに、前記停止する制御の期間での前記太陽熱コレクタごとの集熱管の前記流体の入口と出口の温度差が最大値となる時刻が同じとなるように、前記集熱管ごとの前記位置調整機構の位置調整量を求める
   ことを特徴とする請求項１に記載の太陽熱集熱装置。
4. 前記位置調整機構は、Ｕ字板の両端の対向部に貫通穴を有し、前記貫通穴に前記集熱管を挟む一対のネジ部を有するロッドをそれぞれ挿入し、前記ネジ部に一対のナットを螺着することにより前記対向部に保持し、前記ナットの取り付け位置を調整することにより、前記集熱管の位置が調整される
   ことを特徴とする請求項３に記載の太陽熱集熱装置。
5. 太陽光を反射し集光する集光ミラーおよび該集光した太陽光から集熱する集熱管を含んでなる太陽熱コレクタと、前記太陽熱コレクタを回転する回転機構とを備えた太陽熱集熱装置であって、
   前記太陽熱コレクタは、一対の支柱の対向する方向に設けられた前記回転機構により回転される一対の回転軸に回動可能に支持されており、
   前記回転軸と前記太陽熱コレクタの軸受部との間に、前記回転軸の周方向に前記太陽熱コレクタを回動し角度調整する角度調整機構を備える
   ことを特徴とする太陽熱集熱装置。
6. 太陽光を反射し集光する集光ミラーおよび該集光した太陽光から集熱する集熱管を含んでなる複数の太陽熱コレクタと、前記太陽熱コレクタを回転する回転機構と、前記回転機構を制御する制御装置とを備えた太陽熱集熱装置の調整方法であって、
   前記太陽熱コレクタは、一対の支柱の対向する方向に設けられた前記回転機構により回転される一対の回転軸に回動可能に支持されており、
   前記太陽熱集熱装置は、
   前記回転軸と前記太陽熱コレクタの軸受部との間に、前記回転軸の周方向に前記太陽熱コレクタを回動し角度調整する角度調整機構と、
   前記集熱管の内部を流れる流体の入口と出口の温度を計測する温度センサと、を備えており、
   前記制御装置は、
   太陽と正対する前記太陽熱コレクタを検出する際に、所定時間の間は一定の角度で停止する制御をし、該停止する制御の期間中に、前記太陽熱コレクタごとの集熱管の前記流体の入口と出口の温度差を計算し、該流体の温度差が最大値となる時刻を求める処理と、
   前記時刻が同じとなるように前記太陽熱コレクタごとの前記角度調整機構の回動調整量を求める処理と、
   前記角度調整機構が前記回動調整量を調整する処理と、を有する
   ことを特徴とする太陽熱集熱装置の調整方法。
7. 前記太陽熱集熱装置は、さらに、
   前記太陽熱コレクタの長手方向の両端に配置され、前記太陽熱コレクタの短手方向に前記集熱管の位置を調整する位置調整機構を備えており、
   前記制御装置は、前記角度調整機構の回動調整量を求める代わりに、前記時刻を求める処理で求めた時刻が同じとなるように、前記集熱管ごとの前記位置調整機構の位置調整量を求める処理と、
   前記位置調整機構が前記位置調整量を調整する処理と、を有する
   ことを特徴とする請求項６に記載の太陽熱集熱装置の調整方法。

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