JP5232627B2 - 太陽光集光システム - Google Patents

Description

本発明は、太陽光集光システムに関するものである。

太陽光を効率良く一点に集めて熱エネルギーに変え、その熱エネルギーにより、発電や、海水淡水化を行う技術が知られている。この種の太陽光集光装置は、タワーにより所定の高さに設置された下向きのセンタミラーへ向けて、地上に配置された複数のヘリオスタットにより太陽光を反射し、センタミラーにて反射された太陽光をヘリオスタットの下方の一点に集光させる構造になっている。複数のヘリオスタットからの反射光を一点に集中するため高い熱エネルギーが得られるようになっている。太陽光をセンタミラーの下方の一点に集光させるため、タワーに支持するセンタミラーの水平度が重要である。センタミラーの水平度が正しくなく、少しでも角度が傾いていると、太陽光の集光点がずれて、必要とする点に集光できなくなる（例えば、特許文献１参照）。
特開平１１−１１９１０５号公報

しかしながら、このような従来の技術にあっては、センタミラーをタワーにより高い位置に支持するため、センタミラーの水平度の調整作業が高い場所での作業となり大変に困難である。

本発明は、このような従来の技術に着目してなされたものであり、センタミラーの角度調整が容易な太陽光集光システムを提供するものである。

請求項１記載の発明は、所定の高さに設置されるセンタミラーと、センタミラーを所定の高さ位置に支持する複数のタワーと、センタミラーの周囲の地上に設置されて太陽光をセンタミラーへ向けて反射させるヘリオスタットとから成り、センタミラーにて反射された太陽光がセンタミラーの下方の一点に集光する太陽光集光システムであって、前記センタミラーがタワーに対して地上から制御可能な角度調整手段を介して支持されていることを特徴とする。

請求項２記載の発明は、角度調整手段がヘリオスタットの外周部を各タワーの上部に対して吊り下げ支持する伸縮機構により形成され、伸縮機構を選択的に伸縮させることにより、センタミラーの角度を調整自在にしたことを特徴とする。

請求項３記載の発明は、センタミラーの角度検出手段が設けられていることを特徴とする。

請求項４記載の発明は、角度検出手段が、センタミラー及び地上の一方に設けられて他方側へレーザー光を照射するレーザー照射器と、他方に設けられて照射されたレーザー光を検出する検出器とから形成されていることを特徴とする。

請求項５記載の発明は、角度検出手段が、センタミラーに設けられた反射ミラーと、地上に設けられて反射ミラーへ向けてレーザー光を照射するレーザー照射器と、地上に設けられて反射ミラーから反射されたレーザー光を検出する検出器から形成されていることを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、センタミラーがタワーに対して角度調整手段を介して支持されているため、センタミラーの水平度を調整する場合、地上に居ながらこの角度調整手段を制御することにより、センタミラーを水平にすることができる。地上に居ながらセンタミラーの角度調整を行えるため、センタミラーの水平度の調整作業が容易である。

請求項２記載の発明によれば、センタミラーが複数の伸縮機構によりタワーに対して支持されているため、伸縮機構を選択的に伸縮させることにより、センタミラーの角度を調整することができる。

請求項３記載の発明によれば、センタミラーの角度検出手段が設けられているため、この角度検出手段により検出された結果に基づいて、センタミラーの角度を正確に調整することができる。

請求項４記載の発明によれば、センタミラーに設けられたレーザー照射器からのレーザー光の位置を、地上の検出器により検出することができるため、センタミラーの角度の検出が容易である。

請求項５記載の発明によれば、センタミラーには反射ミラーがあるだけで、レーザー照射器も検出器も地上にあるため、それらのメンテナンスが容易である。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態を図１〜図７に基づいて説明する。図１は太陽集光装置を示している。中心にはセンタミラー１が４本のタワー２により地上に対して所定高さ（約１０ｍ）に支持されている。センタミラー１は楕円鏡で、中央には円形の開口３が形成されている。この開口３は下方の熱気を上方へ逃がすためのものである。

タワー２の頂部４は内側に曲折している。センタミラー１の四方にはタワー２の頂部４の下方に位置する突片５が形成されている。そして、この突片５と頂部４とが、伸縮機構としてのリニアアクチュエータ６により上下方向で連結されている。従って、センタミラー１はこのアクチュエータ６を介してタワー２の頂部４に吊り下げ支持された状態になっている。４本のアクチュエータ６はそれぞれ選択的に油圧で作動させることができる。アクチュエータ６の上下にはボールジョイント部７が設けられており、アクチュエータ６自体は自由に傾くことができる。この実施形態では、この４本のアクチュエータ（伸縮機構）６により角度調整手段が構成されている。

センタミラー１の突片５の下面にはレーザー照射器８が設けられている。レーザー照射器８は突片５の垂直方向に直線状のレーザー光Ｒを照射することができる。レーザ光Ｒの照射方向はセンターミラー１の光軸に対して角度が固定されており、本実施形態ではレーザ光Ｒの照射方向は楕円面の長軸と平行である。すなわち、センターミラー１が規定する楕円面の長軸が地面に固定された受光部１２を通るときには長軸は鉛直方向を向き、レーザー光Ｒも鉛直方向に照射される。レーザー照射器８の下方の地上には、センタミラー１の水平度が正確な場合にレーザー光Ｒを中心９ａで受光する検出器９が設置されている。検出器９は図５に示すように四分割センサーで、中心９ａからどの方向にレーザー光Ｒがずれているかを検出することができる。この実施形態では、このレーザー照射器８と検出器９により角度検出手段が構成されている。なおセンターミラー１の水平度は楕円面の長軸の鉛直方向からのずれに対応する。

センタミラー１は下面が反射面で、その反射面の鏡面形状が回転楕円面の一部（オフセット楕円鏡）を構成している。従って、このセンタミラー１の下方には楕円面の長軸上に第１焦点Ａ（高位置）と第２焦点Ｂ（低位置）が存在する。

センタミラー１の周囲には、多数のヘリオスタット１０がセンタミラー１を取り囲むように放射状に設置されている。ヘリオスタット１０は図示せぬセンサーにより太陽の動きに連動して向きを変化させる構造となっており、センターミラー１の高さとは独立に地面に対して位置固定された仮想点に向けて反射するように制御される。そしてセンターミラー１が地面に対して所定の高さに位置づけられて第１焦点Ａが仮想点に一致したときに、ヘリオスタット１０は常に太陽光Ｌを第１焦点Ａへ向けて反射するように制御される。第１焦点Ａを通過した太陽光Ｌはセンタミラー１にて反射され、そして第２焦点Ｂに集光する。第２焦点Ｂに集光した太陽光Ｌは熱変換装置１１導入されて熱エネルギーに変換される。得られた熱エネルギーは蒸気タービンを回転させる蒸気発生等に利用される。

センタミラー１の水平度が正しい場合には、第２焦点Ｂが熱変換装置１１の中心の受光部１２に一致しているため、太陽光Ｌは受光部１２に集光される。

センタミラー１の水平度が正しくないと、図６に示すように、太陽光Ｌの集光部である第２焦点Ｂが受光部１２からずれて、受光部１２に正しく当たらない。すなわち、地面に対して固定された仮想点と第１焦点Ａが一致していたとしても第２焦点Ｂの位置がずれるため、太陽光Ｌが第２焦点Ｂに集まらなくなる。そのような場合には、センタミラー１のレーザー照射器８から照射されるレーザー光Ｒも検出器９からずれた状態となり、検出器９でレーザー光Ｒが検出されない。

その状態を是正するために、地上から４本のアクチュエータ６のうち、センタミラー１を水平にするに必要なアクチュエータ６を選択して伸縮させる。アクチュエータ６の伸縮操作は地上から制御され、検出器９に検出されるレーザー光Ｒをモニターしながら行う。レーザー光Ｒが検出器９の中心９ａで検出されれば、センタミラー１が完全な水平になり、第２焦点Ｂを通る楕円面の長軸が鉛直向きになった状態なので、そこでアクチュエータ６の制御を停止し、レーザー照射器８からのレーザー光Ｒの照射も停止する。

この実施形態によれば、以上説明したように、センタミラー１の水平度を調整する場合、地上に居ながらこのアクチュエータ６を制御することにより行えるため、センタミラー１の水平度の調整作業が容易である。

（第２実施形態）
図８は、本発明の第２実施形態を示す図である。本実施形態は、前記第１実施形態と同様の構成要素を備えている。よって、それら同様の構成要素については共通の符号を付すとともに、重複する説明を省略する。

この実施形態では、レーザー照射器８及び検出器９を地上に配置し、センタミラー１には反射ミラー１３を設置した。そして、センタミラー１の水平度が正確な時に、レーザー照射器８から照射したレーザー光Ｒが検出器９の中心９ａで検出されるようにした。この実施形態では、レーザー照射器８、検出器９、反射ミラー１３により角度検出手段が構成されている。

センタミラー１の水平度が正しく場合には、レーザー光Ｒが検出器９の中心９ａに戻ってこないため、検出器９におけるレーザー光Ｒの位置をモニターしながら、アクチュエータ６を選択的に伸縮させることにより、先の実施形態同様にセンタミラー１を正確な水平状態に調整することができる。

この実施形態によれば、センタミラー１には反射ミラー１３があるだけで、レーザー照射器８も検出器９も地上にあるため、それらのメンテナンスが容易である。

以上の各実施形態では、センタミラー１を楕円鏡例にしたが球面鏡でも良い。下側に凸の鏡面でも良い。複数のリング状のミラーをフレネル状に中心から隙間を設けて状態で組み合わせた構造でも良い。要は、高い位置に設置したセンタミラーにミラーに向けてヘリオスタット１０から太陽光Ｌを反射し、センタミラーで反射された太陽光Ｌがヘリオスタット１０の下方である程度の範囲に集光する太陽光集光システムであれば、本発明を適用することができる。

伸縮機構として油圧式のアクチュエータ６を例にしたが、その他のスクリュー構造等を採用することもできる。

本発明の第１実施形態に係る太陽集光装置を示す一部断面の全体図。 センタミラーを示す拡大断面図。 センタミラーを示す斜視図。 センタミラーを示す平面図。 検出器を示す平面図。 センタミラーが水平でない場合の光路を示す図。 センタミラーが水平な場合の光路を示す図。 本発明の第２実施形態に係る図７相当の図。

符号の説明

１ センタミラー
２ タワー
６ アクチュエータ（伸縮機構）
８ レーザー照射器
９ 検出器
１０ ヘリオスタット
１３ 反射ミラー
Ａ 第１焦点
Ｂ 第２焦点
Ｌ 太陽光
Ｒ レーザー光

Claims (4)

1. 所定の高さに設置されるセンタミラーと、センタミラーを所定の高さ位置に支持する複数のタワーと、センタミラーの周囲の地上に設置されて太陽光をセンタミラーへ向けて反射させるヘリオスタットとから成り、センタミラーにて反射された太陽光がセンタミラーの下方の一点に集光する太陽光集光システムであって、
   前記センタミラーがタワーに対して地上から制御可能な角度調整手段を介して支持され、
   角度調整手段がセンタミラーの外周部を各タワーの上部に対して吊り下げ支持する伸縮機構により形成され、伸縮機構を選択的に伸縮させることにより、センタミラーの角度を調整自在にした
   ことを特徴とする太陽光集光システム。
2. センタミラーの角度検出手段が設けられていることを特徴とする請求項１記載の太陽光集光システム。
3. 角度検出手段が、センタミラー及び地上の一方に設けられて他方側へレーザー光を照射するレーザー照射器と、他方に設けられて照射されたレーザー光を検出する検出器とから形成されていることを特徴とする請求項２記載の太陽光集光システム。
4. 角度検出手段が、センタミラーに設けられた反射ミラーと、地上に設けられて反射ミラーへ向けてレーザー光を照射するレーザー照射器と、地上に設けられて反射ミラーから反射されたレーザー光を検出する検出器から形成されていることを特徴とする請求項２記載の太陽光集光システム。

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