JP2951297B2 - 太陽光集光システム - Google Patents

太陽光集光システム

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JP2951297B2 JP9282052A JP28205297A JP2951297B2 JP 2951297 B2 JP2951297 B2 JP 2951297B2 JP 9282052 A JP9282052 A JP 9282052A JP 28205297 A JP28205297 A JP 28205297A JP 2951297 B2 JP2951297 B2 JP 2951297B2
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    • Y02E10/47—Mountings or tracking

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、太陽光をエネル
ギーとして利用するための太陽光集光システムに関す
る。
【０００２】
【従来の技術】環境に影響を与えないクリーンなエネル
ギーとして、太陽エネルギーが着目されて久しい。太陽
光をエネルギーとして利用するためには、まず太陽光を
集光して熱エネルギーに変え、その熱エネルギーを電気
に変える方法が考えられている。例えば、高いタワーの
頂部に設けた熱交換器と、タワーの周囲に設けた多数の
反射鏡（ヘリオスタット）を備え、該反射により太陽光
を熱交換器に集光させて加熱し、熱交換器で得られた熱
エネルギーを発電装置に送って発電する構造になってい
る（ヘリオスタットに関する類似技術として、特開昭５
７−６３５０４号公報参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の技術にあっては、熱交換器を高いタワーの頂
部に設けなければならないため、タワーの建設が困難で
あり実用的でない。
【０００４】この発明はこのような従来の技術に着目し
てなされたものであり、頂部に熱交換器を備えたタワー
を建設する必要がない太陽光集光システムを提供するも
のである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
所定の高さに設置された下向きの楕円鏡と、該楕円鏡の
周囲の地上に設置されて太陽光を楕円鏡へ反射収束させ
る凹面鏡を各々備えた複数のヘリオスタットとから成
り、該ヘリオスタットの凹面鏡にて反射された太陽光の
焦点を楕円鏡の第１焦点に合わせることで、楕円鏡にて
反射した太陽光を楕円鏡の第２焦点に集光させるもので
ある。
【０００６】請求項１記載の発明によれば、多数のヘリ
オスタットで上向きに反射された太陽光を、楕円鏡によ
り下向きに反射するため、熱交換器は地上に設置すれば
良く、従来のように熱交換器を頂部に設けたタワーを建
設する必要がない。また、ヘリオスタットの反射鏡が凹
面鏡で、反射された太陽光が収束するため、楕円鏡が小
さいサイズで済む。更に、ヘリオスタットの凹面鏡にて
反射された光の焦点を楕円鏡の第１焦点に合わせること
で、楕円鏡にて反射した太陽光を楕円鏡の第２焦点に集
光させることができるため、第２焦点への集光角度が小
さくなり、効率的な集光が行える。
【０００７】請求項２記載の発明は、第２焦点付近に、
上部開口よりも下部開口が小さい筒状の集光鏡を設けた
ものである。
【０００８】請求項２記載の発明によれば、楕円鏡の第
２焦点付近に、上部開口よりも下部開口が小さい筒状の
集光鏡を設けたため、該集光鏡により太陽光が更に集光
された状態となる。
【０００９】請求項３記載の発明は、ヘリオスタットの
凹面鏡の高さが、楕円鏡から離れるにしたがって順次高
くなっている。
【００１０】請求項３記載の発明によれば、ヘリオスタ
ットの凹面鏡の高さが、楕円鏡から離れるにしたがって
順次高くなっているため、凹面鏡同士の干渉による遮光
ロスが少なくなる。
【００１１】請求項４記載の発明は、ヘリオスタットの
凹面鏡を高度方向及び方位方向へ回動させる駆動機構
と、方位方向での二分割光センサーを内蔵した方位セン
サー部及び高度方向での二分割光センサーを内蔵した高
度センサー部が凹面鏡から楕円鏡の第１焦点に至る光軸
を中心にＬ型に形成されたセンサー機構を備え、センサ
ー機構から出力された信号により駆動機構が制御され
て、凹面鏡で反射された太陽光が常に楕円鏡の第１焦点
に向かうようになっている。
【００１２】請求項４記載の発明によれば、センサー機
構から出力された信号により駆動機構が制御されて、凹
面鏡で反射された太陽光が常に楕円鏡の第１焦点に向か
うようになっているため、太陽光の位置が変化しても、
凹面鏡からの太陽光を確実に楕円鏡の第１焦点側へ向か
わせることができる。
【００１３】請求項５記載の発明は、センサー機構の方
位センサー部及び高度センサー部が、各々太陽光に対し
て薄い厚さで形成されている。
【００１４】請求項５記載の発明によれば、センサー機
構の方位センサー部及び高度センサー部が、各々太陽光
に対して薄い厚さで形成されているため、太陽光の広が
り角度により、太陽光がそれぞれ方位センサー部及び高
度センサー部の後側（凹面鏡側）へ回り込み易くなり、
センサー機構により太陽光が遮られる程度が少なくな
る。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、この発明の好適な実施形態
を図１〜図１２に基づいて説明する。１は楕円鏡で、３
本の支持タワー２により所定の高さ位置に、下向き状態
で設置されている。楕円鏡１のため、この楕円鏡１の下
方には、第１焦点ｆ1 と第２焦点ｆ2が存在する。この
楕円鏡１の下方には、太陽光Ｌを熱エネルギーに変換す
るための熱交換施設３が建設されており、該熱交換施設
３の上部には、筒状の集光鏡４が設置されている。そし
て、熱交換施設３の周囲の地上には、楕円鏡１を取り囲
んだ状態で、多数のヘリオスタット５が設けられてい
る。
【００１６】ヘリオスタット５の支柱６の上部には、方
位方向（図６中、Ａ方向）へ回転自在なホーク７が設け
られている。支柱６の周囲に円形リンク８が設けられて
いる。また、ホーク７の支柱６をはさんだ対向位置に
は、それぞれ回転プーリ９が下向きに設けられており、
該回転プーリ９にはスプリングＳにて付勢された押さえ
プーリ１０が設けられている。円形リンク８は、この回
転プーリ９と、押さえプーリ１０との間に挟持されてい
る。回転プーリ９は、それぞれ「駆動機構」としてのモ
ータ１１により回転するタイミングベルト１２が掛け回
されており、一対の回転プーリ９が連動して回転するよ
うになっている。回転プーリ９が回転すると、ホーク７
が方位方向へ回転する。押さえプーリ１０により、円形
リンク８を押さえ付けているため、回転プーリ９と円形
リンク８とがスリップすることはない。
【００１７】ホーク７の上端には、高度方向（図６中、
Ｂ方向）へ回転自在な凹面鏡１３が設けられている。こ
の凹面鏡１３は、四角形（円形でも可）の外形を有して
いるが、鏡の湾曲度は球面（放物面でも可）である。凹
面鏡１３の裏側には、円形パイプ１４が固定されてお
り、この円形パイプ１４の対向位置に固定した回転軸１
５を、ホーク７の上端に軸支することにより、凹面鏡１
３が高度方向へ回転するようになっている。
【００１８】更に、凹面鏡１３の裏側の円形パイプ１４
には、回転軸１５と９０°相違する対向位置に、円弧リ
ンク１６の両端部が固定されている。ホーク７の中央部
底面には、回転プーリ１７と、スプリングＳにて付勢さ
れた押さえプーリ１８が、２組設けられており、各回転
プーリ１７と押さえプーリ１８とで、前記円弧リンク１
６が挟持されている。両方の回転プーリ１７の中間位置
に、両方の回転プーリ１７に係合する動力プーリ１９が
設けられており、該動力プーリ１９に、別の「駆動機
構」としてのモータ２０のタイミングベルト２１が掛け
回されている。従って、このモータ２０を回転させるこ
とにより、凹面鏡１３が回転軸１５を中心にして、前記
の高度方向へ回転できる。
【００１９】このような構造をしたヘリオスタット５の
凹面鏡１３の高さは、楕円鏡１から離れるにしたがって
順次高くなっている。これは、凹面鏡１３同士の干渉に
よる遮光ロスを少なくするためである。
【００２０】また、ヘリオスタット５の支柱６には、ア
ーム２２を介してセンサー機構２３が固定されている。
センサー機構２３は、方位方向での二分割光センサー２
４ａ、２４ｂを内蔵した方位センサー部２４と、高度方
向での二分割光センサー２５ａ、２５ｂを内蔵した高度
センサー部２５とを、凹面鏡１３から楕円鏡１の第１焦
点ｆ1 に至る光軸Ｐを中心にして、Ｌ型に形成した構造
をしている。
【００２１】方位センサー部２４と高度センサー部２５
の前面には、透明ガラスにて塞がれた窓２６、２７が形
成されており、内部には乱反射を防止するための遮光壁
２８、２９が窓２６、２７から進入する太陽光Ｌの光路
に沿って複数形成されている。方位センサー部２４と高
度センサー部２５とは、前記２つのモータ１１、２０に
連動しており、二分割光センサー２４ａ、２４ｂ、２５
ａ、２５ｂの受光量がバランスしている場合は、モータ
１１、２０に信号が送られず、モータ１１、２０が回転
しない。受光量のバランスが不均等になった場合は、受
光量がバランスする方向に各モータ１１、２０を回転さ
せる。このように、センサー機構２３から出力された信
号によりモータ１１、２０が制御されて、凹面鏡１３で
反射された太陽光Ｌが常に楕円鏡１の第１焦点ｆ1 に向
かうようになっているため、太陽光Ｌの位置が変化して
も、凹面鏡１３からの太陽光Ｌが確実に楕円鏡１の第１
焦点ｆ1 側へ反射することができる。
【００２２】更に、この方位センサー部２４と高度セン
サー部２５の厚さｄは、それぞれ薄く形成されている。
これは、太陽光Ｌが平行光でなく、多少の広がり角（約
０．５°）を有しているため、方位センサー部２４と高
度センサー部２５の厚さｄを薄くすることにより、太陽
光Ｌがそれぞれ方位センサー部２４及び高度センサー部
２５の後側（凹面鏡１３側）へ回り込み易くなり、凹面
鏡１３に対して、太陽光Ｌがセンサー機構２３により遮
られる程度が少なくなる。
【００２３】このようなヘリオスタット５の凹面鏡１３
より反射された太陽光Ｌは、全て楕円鏡１の第１焦点ｆ
1 に向かうため、第１焦点ｆ1 を通過して楕円鏡１で反
射された太陽光Ｌは、楕円鏡１の下方に位置する第２焦
点ｆ2 へ向かう。太陽光Ｌが第２焦点ｆ2 に集光すると
はいっても、ある程度の幅をもった太陽光Ｌであるた
め、その太陽光Ｌの幅を更に小さくするため、第２焦点
の若干下側には、前記の集光鏡４が設けられている。こ
の集光鏡４は、上部開口３０の幅Ｗ1 が大きく且つ下部
開口３１の幅Ｗ2 が小さい筒状をしている。従って、第
２焦点ｆ2 においてある程度の幅を有する太陽光Ｌも、
集光鏡４の出口である下部開口３１では、幅Ｗ2 の小さ
いものとなり、より効率的な集光が行えるようになる。
【００２４】この集光鏡４の内部での反射は、光のロス
を考えると、図５に示すように、１回の反射だけで下部
開口３１から出るのが好ましいが、内部で２回以上反射
するような小さい幅の下部開口３１にすることも自由で
ある。下部開口３１から出た太陽光Ｌは、熱交換施設３
内へ送られ、そこで熱エネルギーになり、その熱エネル
ギーを利用して発電することができる。
【００２５】この実施形態によれば、多数のヘリオスタ
ット５の凹面鏡１３で反射された太陽光Ｌを、楕円鏡１
により地上側へ向けて反射するため、熱交換施設３は地
上に設置すれば良く、従来のように熱交換器を頂部に設
けたタワーを建設する必要がない。
【００２６】また、ヘリオスタット５の反射鏡が凹面鏡
１３で、反射された太陽光Ｌが収束するため、楕円鏡１
のサイズＤ（図２参照）が小さくて済む。従って、楕円
鏡１の支持タワー２による設置が容易である。
【００２７】更に、ヘリオスタット５の凹面鏡１３にて
反射された太陽光Ｌの焦点を楕円鏡１の第１焦点ｆ1 に
合わせることで、楕円鏡１にて反射した太陽光Ｌを楕円
鏡１の第２焦点ｆ2 に集光させるため、第２焦点ｆ2 へ
の集光角度θが小さくなり、効率的な集光が行える。
【００２８】しかも、楕円鏡１の第２焦点ｆ2 付近に筒
状の集光鏡４を設けたため、集光鏡４により太陽光Ｌが
更に集光された状態となり、より効率的な集光が行え
る。
【００２９】尚、以上の実施形態では、凹面鏡１３を高
度方向へ回転させるために、円弧リンク１６と回転プー
リ１７等を利用したが、チェーンやタイミングベルト等
の動力伝達手段を利用して、凹面鏡１３を高度方向へ回
転させても良い。
【００３０】
【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、多数のヘ
リオスタットで上向きに反射された太陽光を、楕円鏡に
より下向きに反射するため、熱交換器は地上に設置すれ
ば良く、従来のように熱交換器を頂部に設けたタワーを
建設する必要がない。また、ヘリオスタットの反射鏡が
凹面鏡で、反射された太陽光が収束するため、楕円鏡が
小さいサイズで済む。更に、ヘリオスタットの凹面鏡に
て反射された光の焦点を楕円鏡の第１焦点に合わせるこ
とで、楕円鏡にて反射した太陽光を楕円鏡の第２焦点に
集光させることができるため、第２焦点への集光角度が
小さくなり、効率的な集光が行える。
【００３１】請求項２記載の発明によれば、楕円鏡の第
２焦点付近に、上部開口よりも下部開口が小さい筒状の
集光鏡を設けたため、該集光鏡により太陽光が更に集光
された状態となる。
【００３２】請求項３記載の発明によれば、ヘリオスタ
ットの凹面鏡の高さが、楕円鏡から離れるにしたがって
順次高くなっているため、凹面鏡同士の干渉による遮光
ロスが少なくなる。
【００３３】請求項４記載の発明によれば、センサー機
構から出力された信号により駆動機構が制御されて、凹
面鏡で反射された太陽光が常に楕円鏡の第１焦点に向か
うようになっているため、太陽光の位置が変化しても、
凹面鏡からの太陽光を確実に楕円鏡の第１焦点側へ向か
わせることができる。
【００３４】請求項５記載の発明によれば、センサー機
構の方位センサー部及び高度センサー部が、各々太陽光
に対して薄い厚さで形成されているため、太陽光の広が
り角度により、太陽光がそれぞれ方位センサー部及び高
度センサー部の後側（凹面鏡側）へ回り込み易くなり、
センサー機構により太陽光が遮られる程度が少なくな
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施形態に係る太陽光集光システム
を示す全体斜視図。
【図２】太陽光集光システムを示す全体側面図。
【図３】楕円鏡での太陽光の反射状態を示す説明図。
【図４】集光鏡を示す斜視図。
【図５】集光鏡を示す断面図。
【図６】ヘリオスタットを示す斜視図。
【図７】ヘリオスタットをホークに沿った方向で見た一
部断面の側面図。
【図８】図７中矢示ＤＡ部分を示す拡大断面図。
【図９】ヘリオスタットをホークに直交する方向で見た
一部断面の側面図。
【図１０】センサー機構を示す斜視図。
【図１１】図１０中矢示ＳＡ−ＳＡ線に沿う断面図。
【図１２】図１１中矢示ＳＢ−ＳＢ線に沿う断面図。
【符号の説明】
１ 楕円鏡 ４ 集光鏡 ５ ヘリオスタット １１、２０ モータ（駆動機構） １３ 凹面鏡 ２３ センサー機構 ２４ 方位センサー部 ２４ａ、２４ｂ 二分割光センサー ２５ 高度センサー部 ２５ａ、２５ｂ 二分割光センサー ３０ 上部開口 ３１ 下部開口 Ｌ 太陽光 Ａ 方位方向 Ｂ 高度方向 ｆ1 第１焦点 ｆ2 第２焦点 Ｐ 光軸 ｄ 厚さ

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 所定の高さに設置された下向きの楕円鏡
    と、該楕円鏡の周囲の地上に設置されて太陽光を楕円鏡
    へ反射収束させる凹面鏡を各々備えた複数のヘリオスタ
    ットとから成り、該ヘリオスタットの凹面鏡にて反射さ
    れた太陽光の焦点を楕円鏡の第１焦点に合わせること
    で、楕円鏡にて反射した太陽光を楕円鏡の第２焦点に集
    光させることを特徴とする太陽光集光システム。
  2. 【請求項２】 第２焦点付近に、上部開口よりも下部開
    口が小さい筒状の集光鏡を設けた請求項１記載の太陽光
    集光システム。
  3. 【請求項３】 ヘリオスタットの凹面鏡の高さが、楕円
    鏡から離れるにしたがって順次高くなる請求項１又は請
    求項２記載の太陽光集光システム。
  4. 【請求項４】 ヘリオスタットの凹面鏡を高度方向及び
    方位方向へ回動させる駆動機構と、方位方向での二分割
    光センサーを内蔵した方位センサー部及び高度方向での
    二分割光センサーを内蔵した高度センサー部が凹面鏡か
    ら楕円鏡の第１焦点に至る光軸を中心にＬ型に形成され
    たセンサー機構を備え、センサー機構から出力された信
    号により駆動機構が制御されて、凹面鏡で反射された太
    陽光が常に楕円鏡の第１焦点に向かうようになっている
    請求項１〜３のいずれか１項に記載の太陽光集光システ
    ム。
  5. 【請求項５】 センサー機構の方位センサー部及び高度
    センサー部が、各々太陽光に対して薄い厚さで形成され
    ている請求項４記載の太陽光集光システム。
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