(57)【要約】【課題】集光装置の鏡を高い精度で軸回りに安定回転させる。【解決手段】鏡で反射した太陽光を所定の集光位置に向かわせる駆動装置は、支持台に支持されて第一回転軸線Ａ１回りに鏡構造体を回転させる第一駆動部５１と、第一駆動部５１に支持されて第二回転軸線Ａ２回りに鏡構造体を回転させる第二駆動部と、を有する。第一駆動部５１は、第一回転軸線Ａ１を中心軸線とする第一回転軸５２と、第一回転軸５２を回転可能に支持する第一回転軸支持部５９と、第一回転軸５２を回転させる第一駆動機構６０と、を有する。第一回転軸支持部５９は、第一回転軸線Ａ１と第二回転軸線Ａ２との交点Ｑ１から第一回転軸方向に離れた位置で、第一回転軸５２を支持する後軸受５６と、第一回転軸方向で後軸受５６よりも交点Ｑ１に近い位置で、第一回転軸５２を支持する前軸受５５と、後軸受５６と前軸受５５とを剛連結する連結部材５７と、有する。【選択図】図６
2014119134.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の鏡を有する鏡構造体と、
前記鏡構造体の複数の該鏡で反射した太陽光を所定の集光位置に向かわせる駆動装置と、
前記駆動装置を支える支持台と、を備え、
前記駆動装置は、前記支持台に支持されて第一回転軸線回りに前記鏡構造体を回転させる第一駆動部と、該第一駆動部に支持されて前記第一回転軸線に直交する第二回転軸線回りに前記鏡構造体を回転させる第二駆動部と、を有し、
前記第一駆動部は、前記第一回転軸線を中心軸線とする第一回転軸と、該第一回転軸を該第一回転軸線回りに回転可能に支持する第一回転軸支持部と、該第一回転軸を回転させる第一駆動機構と、を有し、
前記第一回転軸支持部は、前記第一回転軸線と前記第二回転軸線との交点から該第一回転軸線が延びている第一回転軸方向に離れた位置で、前記第一回転軸を該第一回転軸線回りに回転可能に支持する後軸受と、該第一回転軸方向で該後軸受よりも該交点に近い位置で、該第一回転軸を該第一回転軸線回りに回転可能に支持する前軸受と、該後軸受と該前軸受とを剛連結する連結部材と、有し、
前記第一駆動機構は、前記連結部材の前記後軸受側に取り付けられて、前記第一回転軸における前記後軸受側に回転駆動力を加え、
前記支持台は、前記後軸受及び前記前軸受を介して該第一回転軸を支持している前記連結部材の該前軸受側を支持する、
ことを特徴とする集光装置。
【請求項２】
請求項１に記載の集光装置において、
前記連結部材は、前記第一回転軸線を中心として筒状を成し、前記第一回転軸、前記後軸受、及び前記前軸受の外周側を覆う管である、
ことを特徴とする集光装置。
【請求項３】
請求項２に記載の集光装置において、
前記第一駆動部は、前記管の両端部の位置で該管の内周側と前記第一回転軸の外周側との間を塞ぐシール部材を有している、
ことを特徴とする集光装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載の集光装置において、
前記支持台は、水平面に対する前記第一回転軸の角度が変更可能に、前記後軸受及び前記前軸受を介して該第一回転軸を支持している前記連結部材の該前軸受側を支持する支持アームを有し、
前記駆動装置は、水平面に対する前記第一回転軸の角度を変える仰角変更部を有し、
前記仰角変更部は、前記連結部材の前記後軸受側を支持しつつ、該連結部材の該後軸受側に該第一回転軸の角度変更の力を加える、
ことを特徴とする集光装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項に記載の集光装置において、
前記第二駆動部は、前記第二回転軸線を中心軸線とし、前記第一回転軸の前記前軸受側の端部に取り付けられている第二回転軸を有し、
前記鏡構造体は、複数の前記鏡の間に重心が存在し、
前記鏡構造体の前記重心は、前記第一回転軸中又は該第一回転軸の延長上内であって、前記第二回転軸内又は該第二回転軸の延長上内に存在する、
ことを特徴とする集光装置。
【請求項６】
請求項５に記載の集光装置において、
前記支持台は、水平面に対する前記第一回転軸の角度が変更可能に、前記後軸受及び前記前軸受を介して該第一回転軸を支持している前記連結部材の該前軸受側を支持する支持アームと、一方の端部に該支持アームが固定され、他方の端部が基礎に固定されている支柱と、を有し、
前記支柱の前記他方の端部における断面の鉛直上方に前記鏡構造体の前記重心が位置する、
ことを特徴とする集光装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一項に記載の集光装置と、
前記集光装置で集光された太陽光により媒体を加熱する受熱器と、
を備えていることを特徴とする集熱設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鏡で太陽光を反射して、この太陽光を所定の集光位置に集光させる集光装置、及びこれを備えている集熱設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境にやさしいクリーンなエネルギーとして、太陽光を所定の位置に集光して得られる熱エネルギーを利用した設備が盛んに開発されている。
【０００３】
太陽光を所定の位置に集光させる集光装置としては、例えば、以下の特許文献１に記載の装置がある。
【０００４】
この集光装置は、地軸に平行な極軸としての赤経軸と、この赤経軸の先端に設けられている赤緯軸と、赤経軸及び赤緯軸をそれぞれ回転させる駆動機構と、赤緯軸に取り付けられているフレームと、このフレームにヒンジを介して取り付けられている複数の鏡と、を備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−  ３７０３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１では、各軸をそれぞれ回転させる駆動機構の構成や配置について開示されていないが、仮に、赤経軸中で赤緯軸との交点近傍に、この赤経軸を回転させる駆動機構が配置されているとする。この場合、赤緯軸の一方側に配置されている鏡と赤緯軸の他方側に配置されている鏡との間隔が広がり、複数の鏡が風荷重を受けた際の赤緯軸と赤経軸との交点にかかるモーメントが大きくなり、複数の鏡を各軸回りで安定回転させることが難しくなる。また、逆に、赤経軸中で赤緯軸との交点と反対側の端部に、この赤経軸を回転させる駆動機構が配置されているとする。この場合、この赤経軸の両端部に荷重がかかり、この赤経軸が撓む等により、複数の鏡を赤経軸回りに高い精度で安定回転させることが難しくなる。すなわち、上記特許文献１に記載の技術では、鏡を高い精度で安定回転させることが難しい、という問題点がある。
【０００７】
そこで、本発明は、従来技術の問題点に着目し、鏡を高い精度で軸回りに安定回転させることができる集光装置、及びこれを備えている集熱設備を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記問題点を解決するための発明の一態様に係る集光装置は、
複数の鏡を有する鏡構造体と、前記鏡構造体の複数の該鏡で反射した太陽光を所定の集光位置に向かわせる駆動装置と、前記駆動装置を支える支持台と、を備え、
前記駆動装置は、前記支持台に支持されて第一回転軸線回りに前記鏡構造体を回転させる第一駆動部と、該第一駆動部に支持されて前記第一回転軸線に直交する第二回転軸線回りに前記鏡構造体を回転させる第二駆動部と、を有し、前記第一駆動部は、前記第一回転軸線を中心軸線とする第一回転軸と、該第一回転軸を該第一回転軸線回りに回転可能に支持する第一回転軸支持部と、該第一回転軸を回転させる第一駆動機構と、を有し、前記第一回転軸支持部は、前記第一回転軸線と前記第二回転軸線との交点から該第一回転軸線が延びている第一回転軸方向に離れた位置で、前記第一回転軸を該第一回転軸線回りに回転可能に支持する後軸受と、該第一回転軸方向で該後軸受よりも該交点に近い位置で、該第一回転軸を該第一回転軸線回りに回転可能に支持する前軸受と、該後軸受と該前軸受とを剛連結する連結部材と、有し、前記第一駆動機構は、前記連結部材の前記後軸受側に取り付けられて、前記第一回転軸における前記後軸受側に回転駆動力を加え、前記支持台は、前記後軸受及び前記前軸受を介して該第一回転軸を支持している前記連結部材の該前軸受側を支持することを特徴とする。
【０００９】
当該集光装置では、第一回転軸を長くし、この第一回転軸で、第一回転軸線と第二回転軸線との交点から離れた位置に第一駆動機構を配置しているため、第一回転軸線と第二回転軸線との交点の近傍に鏡を配置することでき、鏡構造体が風荷重を受けた際のこの交点にかかるモーメントを小さくすることができる。また、当該集光装置では、比較的長い第一回転軸のうちで、第一回転軸線と第二回転軸線との交点に近い前軸受側の位置、言い換えると、第二回転軸に取り付けられる鏡構造体の重心に近い位置が、軸受及び連結部材を介して、支持台で支持されているので、鏡構造体及び駆動装置を支持台で安定支持することができる。
【００１０】
このように、当該集光装置では、第一回転軸を比較的長くしているが、第一回転軸方向で相互間距離が離れている前軸受と後軸受とで、第一回転軸を回転可能に両持ち支持すると共に、前軸受と後軸受とを連結部材で剛連結しているので、第一回転軸にかかる曲げモーメントに対する耐性を高めることができる。さらに、前軸受と後軸受とを連結部材で剛連結しているので、前軸受に対する後軸受の第一回転軸線回りの捩じれを抑えることができる。
【００１１】
よって、当該集光装置によれば、鏡構造体を第一回転軸線回りに高い精度で安定回転させることができる。
【００１２】
ここで、前記集光装置において、前記連結部材は、前記第一回転軸線を中心として筒状を成し、前記第一回転軸、前記後軸受、及び前記前軸受の外周側を覆う管であってもよい。
【００１３】
当該集光装置では、連結部材の剛性を高めつつも、連結部材の軽量化を図ることができる。
【００１４】
また、前記連結部材が前記管である集光装置において、
前記第一駆動部は、前記管の両端部の位置で該管の内周側と前記第一回転軸の外周側との間を塞ぐシール部材を有していることが好ましい。
【００１５】
当該集光装置では、シール部材により、外部からの雨水や塵等が前軸受及び後軸受へ侵入すること防ぐことができる。
【００１６】
また、以上のいずれかの集光装置において、前記支持台は、水平面に対する前記第一回転軸の角度が変更可能に、前記後軸受及び前記前軸受を介して該第一回転軸を支持している前記連結部材の該前軸受側を支持する支持アームを有し、前記駆動装置は、水平面に対する前記第一回転軸の角度を変える仰角変更部を有し、前記仰角変更部は、前記連結部材の前記後軸受側を支持しつつ、該連結部材の該後軸受側に該第一回転軸の角度変更の力を加えるものであってもよい。
【００１７】
集熱設備では、複数の集光装置を設けることが多い。この場合、複数の集熱装置毎に集光位置に対する相対位置が異なることになり、第一回転軸線の水平面に対する角度を変える必要がある。当該集光装置では、仰角変更部を有しているので、複数の集光装置を設ける場合に、複数の集熱装置毎に、第一回転軸線の水平面に対する角度を変えることができる。
【００１８】
また、以上のいずれかの集光装置において、前記第二駆動部は、前記第二回転軸線を中心軸線とし、前記第一回転軸の前記前軸受側の端部に取り付けられている第二回転軸を有し、前記鏡構造体は、複数の前記鏡の間に重心が存在し、前記鏡構造体の前記重心は、前記第一回転軸中又は該第一回転軸の延長上内であって、前記第二回転軸内又は該第二回転軸の延長上内に存在してもよい。
【００１９】
当該集光装置では、第一回転軸中又は第一回転軸の延長上内であって、第二回転軸内又は第二回転軸の延長上内に、鏡構造体の重心が存在するため、第一回転軸が回転しても、第二回転軸が回転しても、鏡構造体の重心の位置はほとんど移動せず、しかも、鏡構造体自体の重さで、鏡構造体自体を第一回転軸線や第二回転軸線の回りを回動させようとするモーメントはほとんど生じない。
【００２０】
したがって、当該集光装置では、鏡構造体を回動させるための駆動力を小さくすることができると共に、第一回転軸や第二回転軸の剛性、これらの回転軸を回転可能に支持する軸受けを含む支持構造の剛性等が多少小さくても、鏡構造体を安定支持することができる。
【００２１】
ここで、第一回転軸中又は第一回転軸の延長上内であって、第二回転軸内又は第二回転軸の延長上内に、鏡構造体の重心が存在する集光装置において、前記支持台は、水平面に対する前記第一回転軸の角度が変更可能に、前記後軸受及び前記前軸受を介して該第一回転軸を支持している前記連結部材の該前軸受側を支持する支持アームと、一方の端部に該支持アームが固定され、他方の端部が基礎に固定されている支柱と、を有し、
前記支柱の前記他方の端部における断面の鉛直上方に前記鏡構造体の前記重心が位置してもよい。
【００２２】
当該集光装置では、鏡構造体の重心が支持台の設置面側の端部における断面の鉛直上方に存在しているため、鏡構造体の重さによる支持台の設置面側にかかる曲げモーメントを小さくすることできる。このため、支持台及びその基礎を小型化することができる。
【００２３】
上記問題点を解決するための発明の一態様に係る集熱設備は、
以上のいずれかの集光装置と、前記集光装置で集光された太陽光により媒体を加熱する受熱器と、を備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、鏡を高い精度で軸回りに安定回転させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明に係る一実施形態における集熱設備の構成を示す説明図である。
【図２】本発明に係る一実施形態におけるヘリオスタットの概略斜視図である。
【図３】本発明に係る一実施形態におけるヘリオスタットの側面図である。
【図４】本発明に係る一実施形態における鏡構造体を示す図であり、同図（ａ）は鏡構造体の背面図、同図（ｂ）は鏡構造体の底面図である。
【図５】本発明に係る一実施形態における鏡を示す説明図であり、同図（ａ）は鏡の正面の形状を示す説明図であり、同図（ｂ）は鏡の底面の形状を示す説明図であり、同図（ｃ）は鏡の側面の形状を示す説明図である。
【図６】本発明に係る一実施形態における各回転軸周りの断面図である。
【図７】本発明に係る一実施形態における支持台の斜視図である。
【図８】本発明に係る一実施形態における鏡構造体の光軸、重心、各回転軸線の相互関係を示す説明図である。
【図９】本発明に係る一実施形態における第一回転軸線の設定方法を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明に係る集光装置を備えている集熱設備の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００２７】
本実施形態の集熱設備１は、図１に示すように、太陽光が照射される受熱器１０と、この受熱器１０が上部に固定されるタワー施設２０と、鏡で太陽光を反射して受熱器１０に太陽光を照射する集光装置としての複数のヘリオスタット３０と、複数のヘリオスタット３０を制御する制御装置２と、を備えている。
【００２８】
受熱器１０は、太陽光が照射される受熱部１１と、この受熱部１１を覆うケーシング１２とを有している。受熱部１１内には、水や空気等の作動流体が供給され、この作動流体が太陽光からの熱で加熱される。作動流体が空気の場合、集熱設備１は、さらに、加熱された空気で駆動するガスタービンと、このガスタービンの駆動で発電する発電機とを備えていることで、太陽熱発電設備を構成することができる。また、作動流体が水の場合、集熱設備は、さらに水の加熱で生成された蒸気で駆動する蒸気タービンと、この蒸気タービンで駆動する発電機とを備えることでも、太陽熱発電設備を構成することができる。なお、この例は、受熱器１０からの熱エネルギーを電気エネルギー発生に利用しているが、この熱エネルギーを蒸気発生のために利用してもよい。
【００２９】
このヘリオスタット３０は、タワー施設２０を中心として、リング状の領域内に複数点在している。言い換えると、ヘリオスタット３０は、タワー施設２０を中心として、周方向に３６０°複数配置されていると共に、タワー施設２０を基準として遠近方向にも複数配置されている。なお、ここでは、タワー施設２０を中心として、リング状の領域内に複数のヘリオスタット３０を配置しているが、タワー施設２０を要とする扇状の領域又は矩形領域内に複数のヘリオスタット３０を配置してもよい。
【００３０】
ヘリオスタット３０は、図２〜図４に示すように、太陽光を反射する鏡３２を有する鏡構造体３１と、この鏡構造体３１の鏡３２を目的の方向に向ける駆動装置４０と、これらを支える支持台８０と、を備えている。なお、駆動装置４０は、後ほど詳細に説明するように、互いに直交する第一回転軸線Ａ１と第二回転軸線Ａ２とのそれぞれを中心として、鏡構造体３１を回動させる装置である。
【００３１】
鏡構造体３１は、２枚の鏡３２と、各鏡３２の背面に接着される背面補強板３３と、背面補強板３３の背面を支持する支持フレーム３５と、を有している。
【００３２】
鏡構造体３１に含まれる２枚の鏡３２は、図５に示すように、同一サイズで且つ同一の長方形板状を成している。本実施形態の鏡構造体３１では、２枚の鏡３２の反射面が１つの回転対称面、具体的には回転放物面を形成している。この回転放物面の頂点は、２枚の鏡３２の中間地点に位置している。以下、本実施形態では、この回転放物面の頂点を鏡構造体３１の主点Ｑ１とし、この主点Ｑ１を通り、反射面に対する法線方向に延びる軸、つまり、回転対称面の回転対称軸をこの鏡構造体３１の光軸Ａｏとする。
【００３３】
２枚の鏡３２の背面全体には、図２〜図４に示すように、それぞれ、前述したように、背面補強板３３が接着されている。この背面補強板３３は、薄い鋼鈑や薄いアルミニウム合金板や樹脂板等で形成され、その板厚方向に凹凸形状を成すよう成形されたものである。この背面補強板３３は、凹凸形状のうちの凸部の頂部で接着剤を介して鏡３２の背面と接着されている。一方、背面補強板３３で、凸部に対して相対的に凹んでいる部分には、支持フレーム３５が溶接又は接着で接合されている。
【００３４】
支持フレーム３５は、複数の支持梁部材３６（図４参照）と、複数の支持梁部材３６相互を連結する連結部材３７とを有している。支持梁部材３６は、その断面形状が溝型又は角パイプ型等を成している。複数の支持梁部材３６は、その長手方向が鏡構造体３１の光軸Ａｏから放射方向を向くように、背面補強板３３に接合されている。具体的に、本実施形態では、１枚の背面補強板３３に対して２本の支持梁部材３６が設けられている。各支持梁部材３６の一方の端部が光軸Ａｏ側を向き、その他方の端部が背面補強板３３の角側、つまり鏡３２の角側を向き、２本の支持梁部材３６でＶ字を成すよう、背面補強板３３に設けられている。なお、ここでは、１枚の背面補強板３３、つまり１枚の鏡３２に対して、２本の支持梁部材３６を設けているが、強度上の観点から、３本以上設けてもよい。
【００３５】
支持フレーム３５の連結部材３７は、１枚の背面補強板３３の２本の支持梁部材３６相互連結する連結梁３８と、一方の背面補強板３３側の連結梁３８と他方の背面補強板３３側の連結梁３８とを連結する円柱状の軸４２と、この軸４２が挿通される第二外管５４と、を有している。
【００３６】
連結梁３８相互を連結する軸４２の中心軸線は、光軸Ａｏに直交し且つ鏡構造体３１の回転放物面の頂点である主点Ｑ１と通っている。また、この軸４２は、図６に示すように、第二外管５４内に入り込み、この第二外管５４の内部に設けられている二つの軸受４３により、自身の中心軸線回りに回転可能に支持されている。第二外管５４の両端部の位置には、この第二外管５４の内周側と軸４２の外周側との間を塞ぐシール部材４４が設けられている。軸受４３は、深溝玉軸受やアンギュラ玉軸受等、ラジアル荷重及びアキシャル荷重を受け得る軸受である。本実施形態では、以上で説明した軸４２が第二回転軸を成し、軸４２の中心軸が第二回転軸線Ａ２を成す。よって、以下では、この軸４２を第二回転軸４２とする。
【００３７】
第二回転軸線Ａ２と直交する第一回転軸線Ａ１は、図２〜図４に示すように、第二回転軸線Ａ２と同様、鏡構造体３１の放物面の頂点である主点Ｑ１と通っている。すなわち、本実施形態では、第一回転軸線Ａ１と第二回転軸線Ａ２の交点と鏡構造体３１の主点Ｑ１とが一致している。また、図８に示すように、本実施形態における鏡構造体３１の重心Ｑ２は、鏡構造体３１の光軸Ａｏ上であって、鏡構造体３１の主点Ｑ１から鏡３２を基準にして支持梁部材３６側に僅かにズレた位置に存在する。但し、この重心Ｑ２は第一回転軸５２と第二回転軸４２との交差部内に存在する。
【００３８】
駆動装置４０は、各鏡３２を第一回転軸線Ａ１回りに回動させる第一駆動部５１と、各鏡３２を第二回転軸線Ａ２回りに回動させる第二駆動部４１と、水平面に対する第一回転軸線Ａ１の角度を変える仰角変更部７０と、を有している。
【００３９】
第二駆動部４１は、第二回転軸線Ａ２を中心軸線とする前述の第二回転軸４２と、第二回転軸線Ａ２を中心として第二回転軸４２を回転可能に支持する前述の軸受４３（図６）と、各鏡３２を第二回転軸線Ａ２回りに回動させる第二駆動機構４５と、を有している。
【００４０】
第一駆動部５１は、図６に示すように、第一回転軸線Ａ１を中心軸線とする第一回転軸５２と、第一回転軸線Ａ１を中心として第一回転軸５２を回転可能に支持する第一回転軸支持部５９と、第一回転軸５２を第一回転軸線Ａ１回りに回転させる第一駆動機構６０と、を有している。
【００４１】
第一回転軸５２は、第一回転軸線Ａ１を中心軸線とする第一回転軸本体５３と、鏡構造体３１における連結部材３７の一部である前述の第二外管５４と、を有している。第二外管５４には、前述したように、第二回転軸４２が入り込み、この第二外管５４の内部に設けられている軸受４３により、第二回転軸線Ａ２回りに回転可能に支持されている。また、第二外管５４の側周には、第一回転軸本体５３の一方の端部が接合されている。すわなち、第二外管５４は、第二回転軸４２と第一回転軸本体５３とを連結する軸連結部材としての役目を担っている。
【００４２】
このように、本実施形態では、鏡構造体３１の構成要素である連結部材３７の軸４２及び第二外管５４は、駆動装置４０の構成要素にもなっている。
【００４３】
第一回転軸支持部５９は、第一回転軸線Ａ１を中心として第一回転軸５２を回転可能に支持する二つの軸受５５,５６と、二つの軸受５５,５６相互を剛連結する連結部材としての第一外管５７と、第一外管５７の両端部を塞ぐシール部材５８と、を有している。第一外管は、第一回転軸線Ａ１を中心として筒状を成し、第一回転軸本体５３、二つの軸受５５，５６の外側を覆う管である。二つの軸受５５，５６のうち、一方の軸受である前軸受５５は、第一回転軸５２中で、第一回転軸線Ａ１と第二回転軸線Ａ２との交点Ｑ１に近い前側の部分を支持し、他方の軸受である後軸受５６は、第一回転軸Ａ１中で、第一回転軸線Ａ１と第二回転軸線Ａ２との交点Ｑ１から遠い後側の部分を支持する。前軸受５５及び後軸受５６は、いずれも、深溝玉軸受やアンギュラ玉軸受等、ラジアル荷重及びアキシャル荷重を受け得る軸受である。前軸受５５及び後軸受５６の内輪は、第一回転軸本体５３の外周面に固定され、前軸受５５及び後軸受５６の外輪は、第一外管５７の内周面に固定されている。よって、本実施形態では、前軸受５５の外輪と後軸受５６の外輪とは、第一外管５７により連結されて一体化し、前軸受５５と、後軸受５６と、第一外管５７とで、第一回転軸５２を支持する一つの軸受装置を構成していることになる。
【００４４】
第一駆動機構６０は、例えば、直動アクチュエータを有している。この直動アクチュエータの直動ロッドの動作端は、例えば、第一回転軸５２の後軸受５６側の端部にリンク機構を介して接続される。この直動アクチュエータのロッドカバーは、例えば、第一外管５７にピン接続される。なお、第一駆動機構６０は、以上のように直動アクチュエータを駆動源とするものではなく、回転出力軸を有するモータを駆動源とするものであってもよい。この場合、モータケースを第一外管５７に固定され、このモータの回転出力軸が減速機を介して第一回転軸５２にスプライン又はキーで直結される。
【００４５】
また、第二駆動機構４５は、例えば、直動アクチュエータを有している。この直動アクチュエータの直動ロッドの動作端は、例えば、第二回転軸線Ａ２を中心として回転可能な鏡構造体３１の背面にピン接続される。この直動アクチュエータのロッドカバーは、例えば、第一外管５７にピン接続される。なお、第二駆動機構４５も、以上のように直動アクチュエータを駆動源とするものではなく、回転出力軸を有するモータを駆動源とするものであってもよい。この場合、モータケースを第一外管５７に固定され、このモータの回転出力軸が減速機を介して第二回転軸４２にスプライン又はキーで直結される。また、モータで第一回転軸５２及び第二回転軸４２のそれぞれを回転させる場合には、第一回転軸５２及び第二回転軸４２のそれぞれを回転させる直交二軸一体型モータを設けてもよい。
【００４６】
仰角変更部７０は、支持台８０に対する第一回転軸線Ａ１の角度を変えるターンバックル７１を有している。
【００４７】
ターンバックル７１は、図３に示すように、両端部に雌ネジが形成されている胴体枠７２と、この胴体枠７２の各端部に捻じ込まれているネジ棒７２ａ，７２ｂと、を有している。このターンバックル７１の一方のネジ棒７２ａの端部は、第一外管５７にピン接続されている。また、このターンバックル７１の他方のネジ棒７２ｂの端部は、支持台８０にピン接続されている。
【００４８】
このターンバックル７１の胴体枠７２を回転させると、両ネジ棒７２ａ，７２ｂの相互間隔が変わる。両ネジ棒７２ａ，７２ｂの相互間隔が変わると、このターンバックル７１に対する第一外管５７のピン接続位置と支持台８０のピン接続位置との間隔が変わる。この結果、第一回転軸５２は、水平面に対する角度が変わる。
【００４９】
なお、ここでは、第一回転軸５２の支持台８０に対する角度を変える仰角変更部７０にターンバックル７１を用いているが、この替わりに、例えば、直動アクチュエータや、回転運動を直線運動に変換するラックアンドピニオン機構とこの機構のピニオンを回転させる回転モータとを有するもの等を用いてもよい。また、構造簡素化を目的に固定板を用いてもよい。
【００５０】
支持台８０は、図３及び図６に示すように、ヘリオスタット３０の設置位置に載置されるベース板８１と、ベース板８１上に固定されている支柱８２と、支柱８２の母線に沿って設けられている複数のリブ８３と、第一回転軸５２を支える軸支持台８５と、を有している。
【００５１】
支柱８２は、等脚台形をこの等脚台形の中心軸回りに回転させて形成される回転体形状、つまり載頭円錐形状を成している。リブ８３は、この支柱８２の母線に沿って、支柱８２の下端から上端まで設けられている。なお、強度上の問題がなければ、支柱８２の下端から上端までの間の一部にのみリブ８３を設けてもよいし、このリブ８３を省略してもよい。
【００５２】
軸支持台８５は、互いに間隔をあけて対向する一対のアーム板（支持アーム）８６と、一対のアーム板８６の端部相互を連結する連結板８７と、を有している。軸支持台８５の連結板８７は、支柱８２の上端に固定されている。また、一対のアーム板８６の間には、図６に示すように、第一回転軸５２が挿入されている第一外管５７が配置されている。この第一外管５７中で、前軸受５５近傍には、第一回転軸線Ａ１に対して垂直で且つ水平方向に延びる仰角変更軸８８が設けられている。アーム板８６には、水平方向に貫通して、この仰角変更軸８８が自身の中心軸回りに回転可能に挿入される軸孔８６ａが形成されている。よって、第一外管５７及びこれに挿入されている第一回転軸５２は、アーム板８６の軸孔８６ａに挿通されている仰角変更軸８８が自身の中心軸回りに回転することで、水平面に対する角度を変えることができる。
【００５３】
ところで、本実施形態では、図２及び図３を用いて前述したように、第一回転軸線Ａ１と第二回転軸線Ａ２の交点と鏡構造体３１の主点Ｑ１とが一致している。このため、本実施形態では、鏡構造体３１が第一回転軸線Ａ１回りに回動しても第二回転軸線Ａ２回りに回動しても、鏡構造体３１の主点Ｑ１は移動しない。言い換えると、本実施形態では、鏡構造体３１の主点Ｑ１が不動点である。なお、第一回転軸線Ａ１と第二回転軸線Ａ２の交点と鏡構造体３１の主点Ｑ１とが一致している関係上、交点の符号もＱ１とする場合がある。
【００５４】
このように、本実施形態では、鏡構造体３１が第一回転軸線Ａ１回りに回動しても第二回転軸線Ａ２回りに回動しても、鏡構造体３１の主点Ｑ１が移動しないため、この鏡構造体３１の主点Ｑ１と受熱器１０の受熱部１１（集熱位置）との相対位置も変化しない。
【００５５】
よって、本実施形態では、そのときの太陽と鏡構造体３１の主点Ｑ１と結ぶ仮想線と、鏡構造体３１の主点Ｑ１と集光位置とを結ぶ仮想線とが成す角度を二分する方向に鏡構造体３１の光軸Ａｏが向いていれば、鏡構造体３１の鏡３２で反射した太陽光を受熱器１０の受熱部１１に正確に照射し続けることができる。
【００５６】
また、以上で説明した鏡構造体３１の重心Ｑ２は、前述したように、第一回転軸５２と第二回転軸４２との交差部内に存在する。このため、本実施形態では、鏡構造体３１が第一回転軸線Ａ１回りに回動しても、第二回転軸線Ａ２回りに回動しても、重心Ｑ２の位置はほとんど移動せず、しかも、鏡構造体３１自体の重さで、鏡構造体３１自体を第一回転軸線Ａ１や第二回転軸線Ａ２の回りを回動させようとするモーメントはほとんど生じない。
【００５７】
したがって、本実施形態では、鏡構造体３１を回動させるための駆動力を小さくすることができると共に、第一回転軸５２や第二回転軸４２の剛性、これらの回転軸５２，４２を回転可能に支持する軸受けを含む支持構造の剛性等が多少小さくても、鏡構造体３１を安定支持することができる。
【００５８】
このように、本実施形態では、第一回転軸５２や第二回転軸４２等の剛性を小さくできるので、これらの小型軽量化を図ることも可能である。
【００５９】
さらに、本実施形態では、図８に示すように、支柱８２の下端における水平断面部又は水平断面部の近傍の鉛直上方に鏡構造体３１の重心Ｑ２が位置している。このように、本実施形態では、支柱８２の下端における水平断面部又はその近傍の鉛直上方に鏡構造体３１の重心Ｑ２が位置するため、この支柱８２の下端には、鏡構造体３１の重量により生じる転倒モーメントはほとんど作用しない。したがって、本実施形態では、支柱８２の下端部における断面二次モーメントを小さくでき、支柱８２の小型軽量化を図ることができると共に、基礎の小型軽量化を図ることができる。
【００６０】
また、本実施形態では、第一回転軸５２を長くし、この第一回転軸５２で、第一回転軸線Ａ１と第二回転軸線Ａ２との交点Ｑ１から離れた位置に第一駆動機構６０を配置しているため、第一回転軸線Ａ１と第二回転軸線Ａ２との交点Ｑ１の近傍に鏡３２を配置することでき、鏡構造体３１が風荷重を受けた際のこの交点Ｑ１にかかるモーメントを小さくすることができる。また、本実施形態では、比較的長い第一回転軸５２のうちで、第一回転軸線Ａ１と第二回転軸線Ａ２との交点Ｑ１に近い前軸受５５側の位置、言い換えると、第二回転軸４２に取り付けられる鏡構造体３１の重心Ｑ２に近い位置が、軸受５５,５６及び第一外管５７を介して、支持台８０で支持されているので、鏡構造体３１及び駆動装置４０を支持台８０で安定支持することができる。
【００６１】
このように、本実施形態では、第一回転軸５２を比較的長くしているが、第一回転軸方向で相互間距離が離れている前軸受５５と後軸受５６とで、第一回転軸５２を回転可能に両持ち支持すると共に、前軸受５５と後軸受５６とを第一外管５７で剛連結しているので、第一回転軸５２にかかる曲げモーメントに対する耐性を高めることができる。さらに、前軸受５５と後軸受５６とを第一外管５７で剛連結しているので、前軸受５５に対する後軸受５６の第一回転軸線Ａ１回りの捩じれを抑えることができる。
【００６２】
よって、本実施形態によれば、鏡構造体３１を第一回転軸線Ａ１回りに高い精度で安定回転させることができる。
【００６３】
また、仮に、前軸受５５と後軸受５６とを第一外管５７で剛連結しない場合、第一回転軸５２にかかる曲げモーメントを受けるために、第一回転軸線Ａ１が延びる第一回転軸方向で互いに隣接する二つの深溝玉軸受等で前軸受を構成し、同じく、第一回転軸方向で互いに隣接する二つの深溝玉軸受等で後軸受を構成する必要がある。しかしながら、本実施形態では、前軸受５５と後軸受５６とを第一外管５７で剛連結しているので、前軸受５５及び後軸受５６のそれぞれを一つの深溝玉軸受等で構成しても、第一回転軸５２を両持ち支持することになり、前軸受５５及び後軸受５６と第一外管５７で第一回転軸５２にかかる曲げモーメントを受けることができる。よって、本実施形態によれば、前軸受５５と後軸受５６とを第一外管５７で剛連結しない場合と比べて、第一回転軸支持部５９の構成を簡略化することができる。また、本実施形態によれば、仰角変更軸回りのモーメントをターンバックル７１で効果的に支持することができる。
【００６４】
次に、以上で説明したヘリオスタット３０の設置方法について説明する。
【００６５】
天体望遠鏡では、星や太陽等の追尾を容易にするために赤道儀が用いられる。この赤道儀は、地軸に平行に設定される赤経軸と、この赤経軸に垂直な赤緯軸と有している。この赤道儀では、赤経軸及び赤緯軸回りに天体望遠鏡を回動させて、天体望遠鏡の光軸を目的の天体に一旦向けると、以降は、赤経軸回りに天体望遠鏡を回動させるのみで、天体の日周運動に対応することができる。
【００６６】
したがって、ヘリオスタットにおいても、鏡構造体の駆動装置として、互いに直交する２つの回転軸を有するものであれば、１つの回転軸を地軸に平行に設定し、この回転軸を中心として鏡構造体を回動させることにより、日周運動する太陽を追尾することができる。しかしながら、ヘリオスタットは、日周運動する太陽からの光を反射して、この光を固定されている受熱器１０に照射させる必要がある。このため、天体望遠鏡と同様に、直交する２つの回転軸のうちの１つの回転軸を地軸に平行に設定しても、鏡構造体を２つの回転軸回りに回動させなければ、日周運動する太陽からの光を固定されている受熱器１０に照射させることができない。
【００６７】
そこで、以下では、基本的に一つの回転軸５２を中心として鏡構造体３１を回動させることにより、日周運動する太陽からの光を固定されている受熱器１０に照射させることができるヘリオスタット３０の回転軸線Ａ１の設定方法について説明する。
【００６８】
まず、図９に示すように、鏡構造体３１を設置する地球上の位置データと、太陽光の集光位置Ｐｃとなる受熱器１０の受熱部１１の地球上の位置データと、一年のうちでの所定の日における複数の時刻毎の鏡構造体３１の位置を基準にした太陽位置データとを取得する。
【００６９】
鏡構造体３１の位置データ及び集光位置データは、地球上の座標データ、つまり、緯度、経度及び高度で示されるデータである。なお、鏡構造体３１の位置データは、ここでは、鏡構造体３１の不動点である主点Ｑ１の位置データである。
【００７０】
鏡構造体３１の位置を基準にした太陽位置データは、鏡構造体３１の位置からの太陽Ｐｓの方位角と太陽Ｐｓの仰角とで示されるデータである。また、一年のうちでの所定の日とは、例えば、春分の日又は秋分の日等である。また、太陽位置データの数は、所定日における一日の太陽Ｐｓの軌跡を特定することができる数、具体的に３以上である。
【００７１】
次に、所定の日における複数の時刻毎に、当該時刻における太陽Ｐｓからの光を集光位置Ｐｃに向ける鏡構造体３１の光軸Ａｏの方向を示す光軸ベクトルＶｏを求める。ある時刻における太陽Ｐｓからの光を集光位置Ｐｃに向ける鏡構造体３１の光軸Ａｏの方向は、太陽Ｐｓと鏡構造体３１の主点Ｑ１と結ぶ仮想線Ｌ１と、鏡構造体３１の主点Ｑ１と集光位置Ｐｃとを結ぶ仮想線Ｌ２とが成す角度を二分する方向である。本実施形態では、この方向を向く単位ベクトルを光軸ベクトルＶｏとする。
【００７２】
太陽Ｐｓの日周運動に伴う光軸ベクトルＶｏが示す方向線分の軌跡は、ある円錐Ｃの側周面を描く。つまり、日周運動する太陽Ｐｓからの光を集光位置Ｐｃに向かわせる鏡構造体３１の光軸Ａｏの軌跡は、円錐Ｃの側周面を描く。そこで、次に、複数の時刻毎の光軸ベクトルＶｏが示す方向線分が沿う母線を有する円錐Ｃを定め、この円錐Ｃの中心軸の方向を示す円錐中心軸ベクトルＶａを求める。なお、この円錐中心軸ベクトルＶａも単位ベクトルである。
【００７３】
この円錐中心軸ベクトルＶａが示す方向にヘリオスタット３０の第一回転軸線Ａ１の方向を一致させると、一度、第二回転軸線Ａ２回り鏡構造体３１を回動させて、この鏡構造体３１で反射された太陽光が集光位置Ｐｃに照射されるようにすれば、以降、基本的に第一回転軸線Ａ１回りに鏡構造体３１を回動させるのみで、太陽Ｐｓの日周運動に伴う実際の光軸ベクトルＶｏが示す方向線分の軌跡は、前述の円錐Ｃの側周面を形成することになる。すなわち、第一回転軸線Ａ１の方向を円錐中心軸ベクトルＶａの方向に一致させることで、鏡構造体３１を第一回転軸線Ａ１回りに基本的に回動させるのみで、日周運動する太陽Ｐｓの光を固定されている集光位置Ｐｃに照射することができる。
【００７４】
ここで、集熱設備の設置領域には、図１を用いて前述したように、複数のヘリオスタット３０が設置される。当然、複数のヘリオスタット３０毎に受熱器１０に対する相対位置が異なることになる。このため、複数のヘリオスタット３０毎の第一回転軸線Ａ１の水平面に対する角度（仰角）は、異なることになる。さらに、複数のヘリオスタット３０毎の第一回転軸線Ａ１の方位も、異なることになる。
【００７５】
そこで、ヘリオスタット３０の実際の設置では、まず、先に取得した鏡構造体３１の位置データが示す位置に鏡構造体３１が位置し、且つ第一回転軸線Ａ１の方位が円錐中心軸ベクトルＶａが示す方位になるよう、ヘリオスタット３０を設置する。次に、第一回転軸線Ａ１の水平面に対する角度が円錐中心軸ベクトルＶａの水平面に対する角度になるよう、第一回転軸線Ａ１を設定する。この際、仰角変更部７０のターンバックル７１を操作して、第一回転軸５２の水平面に対する角度を設定する。以上で、ヘリオスタット３０の設置が終了する。
【００７６】
ヘリオスタット３０の設置の終了後、鏡構造体３１で反射された太陽光が集光位置Ｐｃに照射されるように、第一回転軸５２及び第二回転軸４２を回転させる、言い換えると、第一回転軸線Ａ１及び第二回転軸線Ａ２回り鏡構造体３１を回動させる。このように、一旦、鏡構造体３１で反射された太陽光が集光位置Ｐｃに照射されるようにすれば、前述したように、以降、基本的に第一回転軸線Ａ１回りに鏡構造体３１を回動させるのみで、日周運動する太陽の光を固定されている集光位置Ｐｃに照射することができる。
【００７７】
したがって、本実施形態では、駆動装置４０の制御系が簡易化され、消費エネルギーを抑えることができる。
【００７８】
太陽の仰角は、季節が変わると、一日のうちの同時刻であっても変化する。この季節変化に伴って太陽の仰角が変化すると、一日のうちの同時刻における光軸ベクトルＶｏも変化し、この結果、第一回転軸線Ａ１の設定時に定めた円錐Ｃも季節変化に伴って変化することになる。しかしながら、季節変化に伴う円錐Ｃの変化は、円錐Ｃの底面の径の変化に留まり、円錐Ｃの中心軸の方向の変化はない。このため、本実施形態において、季節変化に伴う太陽の仰角変化には、第二回転軸線Ａ２の回転角度の変更、言い換えると、第二回転軸４２を中心とした鏡３２の回動角度を変更することで対応する。
【００７９】
また、以上の実施形態では、２枚の鏡３２を有する鏡構造体３１を例示しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、３枚以上の鏡を有するものにも適用可能である。また、以上の実施形態では、長方形板状の鏡３２を有する鏡構造体３１を例示しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、他の形状、例えば、半円形板状の鏡を有する鏡構造体であってもよい。
【符号の説明】
【００８０】
Ｑ１…主点（交点）、Ｑ２…重心、Ａｏ…光軸、Ａ１…第一回転軸線、Ａ２…第二回転軸線、１…集熱設備、２…制御装置、１０…受熱器、１１…受熱部、２０…タワー施設、３０…ヘリオスタット（集光装置）、３１…鏡構造体、３２…鏡、３３…背面補強板、３５…支持フレーム、３６…支持梁部材、３７…連結部材、４０…駆動装置、４１…第二駆動部、４２…第二回転軸、４３…軸受、４４…シール部材、４５…第二駆動機構、５１…第一駆動部、５２…第一回転軸、５３…第一回転軸本体、５４…第二外管、５５…前軸受（軸受）、５６…後軸受（軸受）、５７…第一外管（連結部材）、５８…シール部材、５９…第一回転軸支持部、６０…第一駆動機構、７０…仰角変更部、７１…ターンバックル、８０…支持台、８２…支柱、８５…軸支持台、８６…アーム板（支持アーム）
【図１】
2014119134.tif 000003
【図２】
2014119134.tif 000004
【図３】
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【図４】
2014119134.tif 000006
【図５】
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【図６】
2014119134.tif 000008
【図７】
2014119134.tif 000009
【図８】
2014119134.tif 000010
【図９】
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