WO2011052381A1 - Compact heliostat - Google Patents
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Abstract
A U-shaped frame (12) is configured such that the frame (12) is fixed to the end of a first shaft (11) and penetrated by a second shaft (13), and main mirrors (5) are supported on the second shaft (13) which protrudes beyond the frame (12). This allows the frame (12) to be small so that the heliostat (4) is compact and lightweight. Because a sensor mirror (18) is near the first shaft (11) and the second shaft (13), the movement of the sensor mirror (18) is minimized even when rotated about the first shaft (11) and the second shaft (13), but the ability of the sensor mirror (18) to reflect light from the sun is not impaired.
Description
本発明は、太陽を追尾しながら、太陽光を反射して一点に集光させることができる小型ヘリオスタットに関する。
The present invention relates to a small heliostat capable of reflecting sunlight and condensing it at one point while tracking the sun.
太陽光の有効利用のために、太陽を追尾しながら、複数のメインミラーを同時に制御し、メインミラーで反射した太陽光を一点に集光させるヘリオスタットが知られている。このようなメインミラーの制御では、メインミラーとは別に設けられた一枚のセンサーミラーにて反射された太陽光を検出する。
In order to effectively use sunlight, a heliostat is known that simultaneously controls a plurality of main mirrors while tracking the sun and collects sunlight reflected by the main mirror at one point. In such a control of the main mirror, sunlight reflected by a single sensor mirror provided separately from the main mirror is detected.
センサーミラーで反射された太陽光を、メインミラーの動きとは無関係な位置に設置されたセンサーにて受光し、そのセンサーミラーからの太陽光が常にセンサーにて検出されるように、メインミラーの駆動部をフィードバック制御している。センサーミラーとメインミラーは動きが一緒のため、センサーミラーからの太陽光が常に同じ方向に向けば、メインミラーからの太陽光も常に同じ方向を向くようになる。
The sunlight reflected by the sensor mirror is received by a sensor installed at a position unrelated to the movement of the main mirror, and the sunlight from the sensor mirror is always detected by the sensor. The drive unit is feedback controlled. Since the sensor mirror and the main mirror move together, if the sunlight from the sensor mirror is always in the same direction, the sunlight from the main mirror will always be in the same direction.
この種のヘリオスタットの構造としては、日本国特許公開公報特開２００４－３３３００３号に例示されるように、複数メインミラーにて構成されたミラー構成体の両側をＵ字状の大型フレームにて支持し、メインミラーの中の１つをセンサーミラーとして選定して利用する構造になっている。
This type of heliostat has a U-shaped large frame on both sides of a mirror structure composed of a plurality of main mirrors as exemplified in Japanese Patent Application Publication No. 2004-333003. The structure is such that one of the main mirrors is selected and used as a sensor mirror.
しかしながら、このような関連技術にあっては、複数のメインミラーによるミラー構成体の外側を大型フレームにより支持するため、構造が大掛かりになり、重量も増していた。そのため、従来の構造では、小型で軽量なヘリオスタットを実現することができなかった。
However, in such a related technology, since the outer side of the mirror structure composed of a plurality of main mirrors is supported by a large frame, the structure becomes large and the weight increases. Therefore, the conventional structure cannot realize a small and lightweight heliostat.
本発明はこのような関連する技術に着目してなされたものであり、本発明によれば、小型で軽量な構造を実現した小型ヘリオスタットを提供することができる。
The present invention has been made by paying attention to such a related technique, and according to the present invention, a small heliostat realizing a small and light structure can be provided.
本発明の技術的側面によれば、小型ヘリオスタットが、地球の自転軸と平行で且つ軸心を中心に太陽の日周運動に関連する赤経方向で回転自在な第１軸と、前記第１軸の先端に固定されたＵ字形のフレームと、前記フレームを貫通する第２軸であって、前記第１軸の仮想軸心と前記第２軸の仮想軸心は直交しかつ前記第２軸がその仮想軸心のまわりに太陽の年周運動に関連する赤緯方向で回転自在なものと、前記第２軸におけるフレームの両外側に支持される複数のメインミラーと、前記第２軸におけるフレームの内側に支持されるセンサーミラーと、前記第１軸及び第２軸の仮想軸心の交点に対して位置固定され、前記センサーミラーにて反射された太陽光を受光するセンサーであって、前記センサーは不動の光軸を有しその光軸の延長線は前記仮想軸心の交点を通るものと、前記センサーミラーにて反射された太陽光が常に前記センサーにて受光されるように前記第１軸及び第２軸を回転制御する駆動部とを具備することを特徴とする。
According to a technical aspect of the present invention, a small heliostat includes a first axis that is parallel to the rotation axis of the earth and is rotatable about the axis in the meridian direction related to the diurnal motion of the sun, A U-shaped frame fixed to the tip of one axis, and a second axis penetrating the frame, wherein the virtual axis of the first axis and the virtual axis of the second axis are orthogonal and the second axis An axis rotatable about its imaginary axis in a declination direction related to the annual movement of the sun, a plurality of main mirrors supported on both outer sides of the frame on the second axis, and the second axis A sensor mirror that is supported on the inner side of the frame and a position that is fixed with respect to an intersection of the virtual axes of the first axis and the second axis, and that receives sunlight reflected by the sensor mirror. The sensor has a stationary optical axis and the optical axis is extended Comprises a drive unit that controls the rotation of the first axis and the second axis so that sunlight reflected by the sensor mirror is always received by the sensor. It is characterized by doing.
図１～図１０は、本発明の好適な実施形態を示す図である。図１はビームダウン型の太陽集光装置を示している。中央には楕円鏡１が図示せぬ支持タワー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はその鏡面形状が回転楕円体の一部で、下方には、共焦点として第１焦点Ａと第２焦点Ｂ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変換装置２が設置されており、該熱変換装置２の上部には、テーパ筒状の集光鏡３が設置されている。そして、熱変換装置２の周囲の地上には、楕円鏡１を取り囲むように多数のヘリオスタット４が設けられている。
1 to 10 are diagrams showing a preferred embodiment of the present invention. FIG. 1 shows a beam-down solar concentrator. In the center, an elliptical mirror 1 is installed in a downward state at a predetermined height by a support tower (not shown). The elliptical mirror 1 has a mirror surface that is part of a spheroid, and below it has a first focal point A and a second focal point B as confocal points. Below this elliptical mirror 1, a heat conversion device 2 for converting sunlight L into heat energy is installed. Above the heat conversion device 2, a tapered cylindrical condensing mirror 3 is installed. Has been. A large number of heliostats 4 are provided on the ground around the heat conversion device 2 so as to surround the elliptical mirror 1.
各ヘリオスタット４は太陽光Ｌを常に第１焦点Ａに向かわせるように姿勢制御される。ヘリオスタット４で反射された太陽光Ｌが第１焦点Ａを通過しさえすれば、楕円鏡１で下向きに反射されて、必ず第２焦点Ｂに集光され、集光鏡３を経由して熱変換装置２に到達する。
The attitude of each heliostat 4 is controlled so that the sunlight L is always directed to the first focus A. As long as the sunlight L reflected by the heliostat 4 passes through the first focal point A, it is reflected downward by the elliptical mirror 1, and is always collected at the second focal point B, and passes through the condensing mirror 3. The heat conversion device 2 is reached.
楕円鏡１で反射された太陽光Ｌを狭い集光鏡３内に導入するために、ヘリオスタット４で反射される太陽光Ｌの光束は小さいスポットで集光する必要がある。そのため、この実施形態におけるヘリオスタット４は、メインミラー５が４枚の小型構造になっている。
In order to introduce the sunlight L reflected by the elliptical mirror 1 into the narrow condenser mirror 3, the luminous flux of the sunlight L reflected by the heliostat 4 needs to be collected by a small spot. Therefore, the heliostat 4 in this embodiment has a small structure with four main mirrors 5.
次に、ヘリオスタット４の構造を説明する。ベース６には南側にはバー７が立設され、上端にセンサー８が設けられている。ベース６の北側には支柱９が設けられ、その上端には第１駆動部１０が設けられている。第１駆動部１０には、地球の自転軸と平行で地面に対して所定の角度を有する第１軸１１設けられている。この第１軸１１は第１駆動部１０により軸心を中心に日周運動に関連する赤経方向Ｘ（図６参照）へ回転自在である。
Next, the structure of the heliostat 4 will be described. The base 6 is provided with a bar 7 on the south side and a sensor 8 at the upper end. A support column 9 is provided on the north side of the base 6, and a first drive unit 10 is provided on the upper end thereof. The first drive unit 10 is provided with a first shaft 11 that is parallel to the rotation axis of the earth and has a predetermined angle with respect to the ground. The first shaft 11 can be rotated by the first driving unit 10 in the ascending direction X (see FIG. 6) related to the diurnal motion around the axis.
第１軸１１の先端にはＵ字形のフレーム１２が固定されている。このフレーム１２は小型で、その両側のフランジには第１軸１１と直交する方向に第２軸１３が貫通している。すなわち、Ｕ字形のフレーム１２により第１軸１１と第２軸１３の仮想軸心が直交するように構成される。第２軸１３は所定径を有する金属パイプで、フランジの外側へ両側が突出している。フレーム１２と第２軸１３との間には、第２軸１３を年周運動に関連する赤緯方向Ｙ（図６参照）へ回転させる第２駆動部１４が設けられている。
A U-shaped frame 12 is fixed to the tip of the first shaft 11. The frame 12 is small in size, and a second shaft 13 passes through the flanges on both sides thereof in a direction perpendicular to the first shaft 11. In other words, the U-shaped frame 12 is configured so that the virtual axes of the first shaft 11 and the second shaft 13 are orthogonal to each other. The second shaft 13 is a metal pipe having a predetermined diameter, and both sides protrude to the outside of the flange. Between the frame 12 and the second shaft 13, there is provided a second drive unit 14 that rotates the second shaft 13 in the declination direction Y (see FIG. 6) related to the annual movement.
フレーム１２から外側へ突出した第２軸１３の両端には支持パイプ１５が直交方向に貫通している。第２軸１３と支持パイプ１５でＨ形状を形成し、その四隅となる支持パイプ１５の両端に円形のメインミラー５がそれぞれ金具１６により取り付けられている。メインミラー５は径が５０ｃｍで、鏡面が凹球面になっている。メインミラー５の焦点距離（球面の半径の半分）はそれぞれ楕円鏡１の第１焦点Ａまでの距離に設定されている。
The support pipe 15 penetrates in the orthogonal direction at both ends of the second shaft 13 protruding outward from the frame 12. The second shaft 13 and the support pipe 15 form an H shape, and the circular main mirrors 5 are respectively attached to both ends of the support pipe 15 at the four corners by metal fittings 16. The main mirror 5 has a diameter of 50 cm and has a concave spherical surface. The focal length of the main mirror 5 (half the radius of the spherical surface) is set to the distance to the first focal point A of the elliptical mirror 1, respectively.
このメインミラー５の表面には酸化チタンの光触媒層が蒸着により形成されている。メインミラー５が小さいため、蒸着釜に入れる際も多数枚を一度に入れて蒸着できるため、コスト的に有利である。
A photocatalytic layer of titanium oxide is formed on the surface of the main mirror 5 by vapor deposition. Since the main mirror 5 is small, a large number of sheets can be deposited at the same time when being placed in the deposition pot, which is advantageous in terms of cost.
フレーム１２の内側の第２軸１３には一対のブラケット１７を介してセンサーミラー１８が設けられている。したがって、センサーミラー１８はメインミラー５に対して位置固定されている。センサーミラー１８は横寸法が３０ｃｍで、縦寸法が２０ｃｍの横長の長方形である。
A sensor mirror 18 is provided on the second shaft 13 inside the frame 12 via a pair of brackets 17. Therefore, the position of the sensor mirror 18 is fixed with respect to the main mirror 5. The sensor mirror 18 is a horizontally long rectangle having a horizontal dimension of 30 cm and a vertical dimension of 20 cm.
第１軸１１の仮想軸心と第２軸１３の仮想軸心が交差する構造であるため、センサーミラー１８がフレーム１２の内側に設けられることにより、常に２つの仮想軸心の交点近傍に位置づけられる。
Since the virtual axis of the first axis 11 and the virtual axis of the second axis 13 intersect, the sensor mirror 18 is provided inside the frame 12 so that it is always positioned near the intersection of the two virtual axes. It is done.
センサーミラー１８で反射された太陽光Ｌはセンサー８により受光し検出される。センサー８は、センサーミラー１８と第１焦点Ａの間に位置しており、センサーミラー１８とセンサー８を結ぶ線の延長線上に第１焦点Ａが存在する。従って、センサーミラー１８からの太陽光Ｌを常にセンサー８にて検出されるようにセンサーミラー１８の姿勢を制御すると、メインミラー５で反射された太陽光Ｌはセンサー８の先の第１焦点Ａに必ず向かうことになる。第１焦点Ａに向かう太陽光Ｌは、前述のように、楕円鏡１で反射されて必ず第２焦点Ｂに至る。
The sunlight L reflected by the sensor mirror 18 is received and detected by the sensor 8. The sensor 8 is located between the sensor mirror 18 and the first focal point A, and the first focal point A exists on the extended line connecting the sensor mirror 18 and the sensor 8. Therefore, when the attitude of the sensor mirror 18 is controlled so that the sunlight L from the sensor mirror 18 is always detected by the sensor 8, the sunlight L reflected by the main mirror 5 is converted to the first focal point A beyond the sensor 8. I will definitely go to. As described above, the sunlight L toward the first focal point A is reflected by the elliptical mirror 1 and always reaches the second focal point B.
４枚のメインミラー５は、図５に示すように、センサーミラー１８にて反射された太陽光Ｌを光軸とし、その光軸の延長上に集光するように向きが予め調整されている。したがって太陽光Ｌが集束すべき位置Ａを各メインミラー５の太陽光Ｌが通過する。
As shown in FIG. 5, the four main mirrors 5 have the sunlight L reflected by the sensor mirror 18 as an optical axis, and their orientations are adjusted in advance so as to collect light on an extension of the optical axis. . Therefore, the sunlight L of each main mirror 5 passes through the position A where the sunlight L should be focused.
センサー８の内部には太陽光Ｌの上下方向及び左右方向での中立位置（光学的重心）を検出する光検出素子が十字状に設けられており、センサー８から第１駆動部１０及び第２駆動部１４へ信号を出力している。すなわち、センサー８は太陽光Ｌを透過する開口部と光検出素子における中立位置によって規定される固有の光軸を有する。そして、センサーミラー１８で反射される太陽光Ｌが必ずセンサー８にて受光されるように、第１駆動部１０及び第２駆動部１４をフィードバック制御し、第１軸１１及び第２軸１３を回転させて、センサーミラー１８とメインミラー５の姿勢を一体的に制御する。
Inside the sensor 8, a light detection element that detects a neutral position (optical center of gravity) of the sunlight L in the vertical direction and the horizontal direction is provided in a cross shape. A signal is output to the drive unit 14. That is, the sensor 8 has an inherent optical axis defined by an opening that transmits sunlight L and a neutral position in the light detection element. The first drive unit 10 and the second drive unit 14 are feedback-controlled so that the sunlight L reflected by the sensor mirror 18 is always received by the sensor 8, and the first shaft 11 and the second shaft 13 are controlled. By rotating, the postures of the sensor mirror 18 and the main mirror 5 are integrally controlled.
換言すれば、センサー８は開口部を透過しかつ特定の方向（光軸）を指向する反射光線を選択するものであって、太陽光Ｌが中立位置で検出された場合にはセンサーミラー１８で反射された太陽光Ｌの入射光の向きがセンサー８の特定の方向と平行である。また、センサー８の光軸の延長線は第１焦点Ａとメインミラー５の回動軸としての第１軸１１および第２軸１３の仮想軸心の交点を通る。
In other words, the sensor 8 selects a reflected light beam that passes through the opening and directs in a specific direction (optical axis). When the sunlight L is detected at the neutral position, the sensor 8 The direction of the incident light of the reflected sunlight L is parallel to a specific direction of the sensor 8. The extension line of the optical axis of the sensor 8 passes through the intersection of the first focal point A and the virtual axis of the first axis 11 and the second axis 13 as the rotation axis of the main mirror 5.
センサーミラー１８は太陽の日周運動に関連する赤経方向Ｘでは第１軸１１を中心に回転し、太陽の季節運動に関連する赤緯方向Ｙでは第２軸１３を中心に回転するため、図８及び図９に示すように、センサーミラー１８の表面で太陽光Ｌを反射する反射点はセンサーミラー１８のセンターＭに対してそれぞれ移動する。
Since the sensor mirror 18 rotates about the first axis 11 in the ecliptic direction X related to the diurnal motion of the sun, and rotates about the second axis 13 in the declination direction Y related to the seasonal motion of the sun, As shown in FIGS. 8 and 9, the reflection point that reflects the sunlight L on the surface of the sensor mirror 18 moves with respect to the center M of the sensor mirror 18.
この実施形態では、センサーミラー１８が第１軸１１に対しても、第２軸１３に対してもきわめて近い位置に固定されているため、センサーミラー１８の動きが小さく、センサーミラー１８のセンターＭに対する反射点の変位量が小さくなりセンサーミラー１８を小型化することができる。なお、センサー８の光軸の延長線と交差するように第１軸１１および第２軸１３が位置づけられるため、センサーミラー１８を回転軸１１、１３上の仮想位置（仮想軸心の交点）に配置した場合と同一条件でメインミラー５の姿勢を制御することができる。
In this embodiment, since the sensor mirror 18 is fixed at a position very close to both the first axis 11 and the second axis 13, the movement of the sensor mirror 18 is small and the center M of the sensor mirror 18 is small. Accordingly, the amount of displacement of the reflection point with respect to is reduced, and the sensor mirror 18 can be reduced in size. Since the first axis 11 and the second axis 13 are positioned so as to intersect with the extension line of the optical axis of the sensor 8, the sensor mirror 18 is set at a virtual position (intersection of virtual axes) on the rotation axes 11 and 13. The attitude of the main mirror 5 can be controlled under the same conditions as in the case of the arrangement.
太陽Ｓは日周運動の方が季節運動よりも回転角が大きく、日周運動に関連する赤経方向Ｘでの反射点の変位が多いが、センサーミラー１８が赤経方向Ｙに対応する横寸法の大きい長方形をしているため、太陽Ｓの日周運動にも確実に対応することができる。
The sun S has a larger rotation angle in the diurnal motion than the seasonal motion, and there are many reflection point displacements in the meridian direction X related to the diurnal motion, but the sensor mirror 18 corresponds to the transverse direction Y. Since the rectangular shape has a large size, it is possible to reliably cope with the diurnal motion of the sun S.
このようにセンサーミラー１８及びフレーム１２を小さくして、フレーム１２から外側に突出した第２軸１３にメインミラー５を取付ける構造にしたため、ヘリオスタット４全体の小型且つ軽量化を図ることができる。
Thus, since the sensor mirror 18 and the frame 12 are made small and the main mirror 5 is attached to the second shaft 13 protruding outward from the frame 12, the entire heliostat 4 can be reduced in size and weight.
小型のヘリオスタット４はメインミラー５で反射された太陽光Ｌの光束を細い状態にできるためビームダウン型の太陽集光装置に好適である。しかも、この実施形態では、メインミラー５が直径５０ｃｍの円形で、且つメインミラー５の表面が凹球面に湾曲形成されているため、メインミラー５で反射される太陽光Ｌを更に小さいスポットに集光して、第２焦点Ｂにおいて高温を得ることができる。つまり、直径５０ｃｍの小型で且つ円形であるため、メインミラー５が変形しづらく、小さなスポットが得られる。またヘリオスタット４が小型且つ軽量であることは持ち運びも便利であり、ヘリオスタット４の初期設置作業も容易である。
The small heliostat 4 is suitable for a beam-down solar concentrator because the light beam of sunlight L reflected by the main mirror 5 can be made thin. In addition, in this embodiment, the main mirror 5 is circular with a diameter of 50 cm, and the surface of the main mirror 5 is curved into a concave spherical surface, so that the sunlight L reflected by the main mirror 5 is collected in a smaller spot. Light can be obtained at the second focal point B. That is, since it is small and circular with a diameter of 50 cm, the main mirror 5 is difficult to deform and a small spot can be obtained. In addition, since the heliostat 4 is small and lightweight, it is easy to carry and the initial installation work of the heliostat 4 is easy.
更に、この実施形態のメインミラー５の表面には光触媒層が蒸着されているため、表面が親水性になり、洗浄した際の汚れの再付着が防止される。すなわち、光触媒作用によって共役して起きる酸化還元反応により、表面に吸着した水分子からヒドロキシラジカルが生成されて表面の汚れを炭酸ガスや水に分解する。また、紫外線を含む太陽光照射により超親水性となって吸着した汚れを剥がす効果も期待できる。
Furthermore, since the photocatalyst layer is deposited on the surface of the main mirror 5 of this embodiment, the surface becomes hydrophilic, and re-adhesion of dirt when washed is prevented. That is, a hydroxyl radical is generated from water molecules adsorbed on the surface by an oxidation-reduction reaction conjugated by photocatalysis, and the surface dirt is decomposed into carbon dioxide gas or water. Moreover, the effect which peels off the stain | pollution | contamination which became super-hydrophilic by sunlight irradiation containing an ultraviolet-ray and adsorb | sucking can also be anticipated.
メインミラー５は、図１０に示すように、一定期間ごとに蒸留水で洗浄（クリーニング）する。メインミラー５は、新品ではある程度高い反射率を有しているが、それがフィールドに設置されると、次第に埃が付着して、徐々に反射率が低下する。その反射率が下限反射率まで低下する頃に、メインミラー５をクリーニングする。
The main mirror 5 is washed (cleaned) with distilled water at regular intervals as shown in FIG. The main mirror 5 has a somewhat high reflectivity when it is new, but when it is installed in the field, dust gradually adheres and the reflectivity gradually decreases. When the reflectance falls to the lower limit reflectance, the main mirror 5 is cleaned.
メインミラー５はクリーニングすると、復帰反射率まで復帰する。蒸留水で洗浄した際、メインミラー５の表面が光触媒により親水性となっているため、洗浄水が水玉とならず、薄い水の膜となって瞬時に蒸発して無くなる。そのため、埃などの汚れが再付着しない。表面が親水性になっていないと、メインミラー５の表面に水が水滴となって存在し蒸発が遅れるため、その間に、埃が再付着して、メインミラー５の反射率が必要な反射率まで復帰しないことになる。このように、クリーニングした際に、必要な反射率まで確実に復帰することにより、年間を通したメインミラー５の反射能力（太陽光Ｌのトータルの反射量）が維持されることになる。
The main mirror 5 returns to the return reflectance after cleaning. When washed with distilled water, the surface of the main mirror 5 is made hydrophilic by the photocatalyst, so that the washing water does not become a polka dot but becomes a thin water film and instantly evaporates and disappears. Therefore, dirt such as dust does not adhere again. If the surface is not hydrophilic, water will be present as water droplets on the surface of the main mirror 5 and evaporation will be delayed. During this time, dust will reattach and the reflectance of the main mirror 5 will be required. It will not return until. As described above, when the cleaning is performed, the required reflectance is surely restored, so that the reflection ability of the main mirror 5 throughout the year (total reflection amount of sunlight L) is maintained.
尚、以上の説明では、メインミラー５の径を５０ｃｍにする例を示したが、これに限定されず４０～６０ｃｍの径であれば好適である。
In the above description, an example in which the diameter of the main mirror 5 is 50 cm has been described. However, the diameter is not limited to this, and a diameter of 40 to 60 cm is preferable.
また、センサーミラー１８からの太陽光Ｌを光軸として、その光軸上にメインミラー５からの太陽光Ｌを収束させるようにしたが、メインミラー５からの太陽光Ｌの集光点と、センサーミラー１８からの太陽光Ｌの集光点を相違させても良い。すなわちセンサーミラー１８からの太陽光Ｌがセンサー８にて受光された状態で、メインミラー５からの太陽光Ｌが第１焦点Ａを通るようにメインミラー５が指向していれば良い。
Further, the sunlight L from the sensor mirror 18 is used as an optical axis, and the sunlight L from the main mirror 5 is converged on the optical axis. You may make the condensing point of the sunlight L from the sensor mirror 18 differ. That is, it is only necessary that the main mirror 5 is directed so that the sunlight L from the main mirror 5 passes through the first focal point A in a state where the sunlight L from the sensor mirror 18 is received by the sensor 8.
更に、ビームダウン型の太陽集光装置の例を示したが、本発明のヘリオスタット４はタワー型の太陽集光装置にも使用可能である。
Furthermore, although an example of a beam-down solar concentrator has been shown, the heliostat 4 of the present invention can also be used for a tower-type solar concentrator.
発明の効果
本発明によれば、第１軸の先端に固定されたコ字形のフレームに第２軸を貫通させ、フレームの外側に突出した第２軸にメインミラーを支持する構造にしたため、フレームは小さくて済み、ヘリオスタットの小型且つ軽量化を図ることができる。センサーミラーはフレームの内側の第２軸に支持されており、またフレーム自体は第１軸の先端に固定されているため、センサーミラーは第１軸と第２軸に近い。従って、第１軸及び第２軸を中心とした回転運動があっても、センサーミラーの動きは最小限となるため、センサーミラーが小さくても、太陽光を反射する性能に支障はない。 According to the present invention, the U-shaped frame fixed to the tip of the first shaft is passed through the second shaft, and the main mirror is supported by the second shaft protruding outside the frame. Can be small, and the heliostat can be reduced in size and weight. Since the sensor mirror is supported on the second axis inside the frame and the frame itself is fixed to the tip of the first axis, the sensor mirror is close to the first axis and the second axis. Therefore, even if there is a rotational movement around the first axis and the second axis, the movement of the sensor mirror is minimized, so even if the sensor mirror is small, there is no problem in the performance of reflecting sunlight.
本発明によれば、第１軸の先端に固定されたコ字形のフレームに第２軸を貫通させ、フレームの外側に突出した第２軸にメインミラーを支持する構造にしたため、フレームは小さくて済み、ヘリオスタットの小型且つ軽量化を図ることができる。センサーミラーはフレームの内側の第２軸に支持されており、またフレーム自体は第１軸の先端に固定されているため、センサーミラーは第１軸と第２軸に近い。従って、第１軸及び第２軸を中心とした回転運動があっても、センサーミラーの動きは最小限となるため、センサーミラーが小さくても、太陽光を反射する性能に支障はない。 According to the present invention, the U-shaped frame fixed to the tip of the first shaft is passed through the second shaft, and the main mirror is supported by the second shaft protruding outside the frame. Can be small, and the heliostat can be reduced in size and weight. Since the sensor mirror is supported on the second axis inside the frame and the frame itself is fixed to the tip of the first axis, the sensor mirror is close to the first axis and the second axis. Therefore, even if there is a rotational movement around the first axis and the second axis, the movement of the sensor mirror is minimized, so even if the sensor mirror is small, there is no problem in the performance of reflecting sunlight.
また、センサーミラーが横長の長方形であるため、センサーミラーを小さくしても、太陽の日周運動に関連する赤経方向での反射点の変位に対応することができる。
Also, since the sensor mirror is a horizontally long rectangle, even if the sensor mirror is made small, it is possible to cope with the displacement of the reflection point in the ascension direction related to the diurnal motion of the sun.
メインミラーが直径４０～６０ｃｍの小型であるため、メインミラーが変形しずらく、小さな集光スポットを得ることができる。また、円形の方が角形よりも変形しづらく、この点においても、同様に小さな集光スポットを得る上で有利である。
Since the main mirror is small with a diameter of 40 to 60 cm, the main mirror is difficult to deform and a small condensing spot can be obtained. In addition, the circular shape is more difficult to deform than the square shape, and this is also advantageous in obtaining a small focused spot.
さらに、メインミラーの表面に光触媒層が形成されているため、水で洗浄した際に、表面が親水性となり、水滴が薄い膜となって水玉とならない。そのため、洗浄後の汚れの再付着がなく、メインミラーが高い反射率に復帰する。
Furthermore, since the photocatalyst layer is formed on the surface of the main mirror, the surface becomes hydrophilic when washed with water, and the water droplets become a thin film and do not become polka dots. Therefore, there is no redeposition of dirt after cleaning, and the main mirror returns to a high reflectance.
メインミラーが第２軸の両端に２枚づつ支持された４枚構造であるため、小型で持ち運びに便利である。
¡Since the main mirror has a four-piece structure in which two pieces are supported on both ends of the second axis, it is small and convenient to carry.
（米国指定）
本国際特許出願は米国指定に関し、２００９年１０月２７日に出願された日本国特許出願第２００９－２４６５６２号（２００９年１０月２７日出願）について米国特許法第１１９条（ａ）に基づく優先権の利益を援用し、当該開示内容を引用する。 (US designation)
This international patent application is based on US designation 119 (a) regarding Japanese Patent Application No. 2009-246562 (filed on Oct. 27, 2009) filed on Oct. 27, 2009. Incorporate the interests of the right and cite the disclosure.
本国際特許出願は米国指定に関し、２００９年１０月２７日に出願された日本国特許出願第２００９－２４６５６２号（２００９年１０月２７日出願）について米国特許法第１１９条（ａ）に基づく優先権の利益を援用し、当該開示内容を引用する。 (US designation)
This international patent application is based on US designation 119 (a) regarding Japanese Patent Application No. 2009-246562 (filed on Oct. 27, 2009) filed on Oct. 27, 2009. Incorporate the interests of the right and cite the disclosure.
Claims (5)
- 小型ヘリオスタットであって、
地球の自転軸と平行で且つ軸心を中心に太陽の日周運動に関連する赤経方向で回転自在な第１軸と、
前記第１軸の先端に固定されたＵ字形のフレームと、
前記フレームを貫通する第２軸であって、前記第１軸の仮想軸心と前記第２軸の仮想軸心は直交しかつ前記第２軸がその仮想軸心のまわりに太陽の年周運動に関連する赤緯方向で回転自在なものと、
前記第２軸におけるフレームの両外側に支持される複数のメインミラーと、
前記第２軸におけるフレームの内側に支持されるセンサーミラーと、
前記第１軸及び第２軸の仮想軸心の交点に対して位置固定され、前記センサーミラーにて反射された太陽光を受光するセンサーであって、前記センサーは不動の光軸を有しその光軸の延長線は前記仮想軸心の交点を通るものと、
前記センサーミラーにて反射された太陽光が常に前記センサーにて受光されるように前記第１軸及び第２軸を回転制御する駆動部と
を具備することを特徴とする小型ヘリオスタット。 A small heliostat,
A first axis that is parallel to the axis of rotation of the earth and rotatable about the axis about the sun's diurnal motion in the meridian direction;
A U-shaped frame fixed to the tip of the first shaft;
A second axis penetrating the frame, wherein the virtual axis of the first axis and the virtual axis of the second axis are orthogonal and the second axis is the annual movement of the sun around the virtual axis It can rotate freely in the declination direction related to
A plurality of main mirrors supported on both outer sides of the frame in the second axis;
A sensor mirror supported inside the frame in the second axis;
The sensor is fixed in position with respect to the intersection of the virtual axes of the first axis and the second axis and receives sunlight reflected by the sensor mirror, and the sensor has an immobile optical axis. The extension line of the optical axis passes through the intersection of the virtual axes,
A small heliostat comprising: a drive unit that controls rotation of the first axis and the second axis so that sunlight reflected by the sensor mirror is always received by the sensor. - 前記センサーミラーが横長の長方形であることを特徴とする請求項１記載の小型ヘリオスタット。 The small heliostat according to claim 1, wherein the sensor mirror is a horizontally long rectangle.
- 前記メインミラーが直径４０～６０ｃｍの円形であることを特徴とする請求項１または２記載の小型ヘリオスタット。 The small heliostat according to claim 1 or 2, wherein the main mirror is a circle having a diameter of 40 to 60 cm.
- 前記メインミラーの表面に光触媒層が形成されていることを特徴とする請求項１または２記載の小型ヘリオスタット。 The small heliostat according to claim 1 or 2, wherein a photocatalyst layer is formed on a surface of the main mirror.
- 前記メインミラーが前記第２軸の両端に２枚づつ支持された４枚構造であることを特徴とする請求項３記載の小型ヘリオスタット。 The small heliostat according to claim 3, wherein the main mirror has a four-plate structure in which two pieces are supported on both ends of the second shaft.
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