(57)【要約】【課題】支持台及び基礎の小型軽量化を図る。【解決手段】ヘリオスタット３０は、鏡構造体３１と、この鏡構造体の向きを変える駆動装置４０と、この駆動装置４０を支える支持台８０とを備える。支持台８０は、截頭円錐形状の支柱８２と、この支柱８２の上端に固定され、駆動装置４０の第一回転軸５２の水平面に対する仰角を変更可能に支持するアーム板８６と、を有する。アーム板８６は、第一回転軸５２を仰角変化可能に受ける回転軸受け部を有し、この回転軸受け部は、第一回転軸中であって、鏡構造体３１の重心Ｑ２とは異なる部分で且つ支柱軸Ａｓの延長線上の部分を受ける。また、支柱８２の下端部における断面の鉛直上方に鏡構造体３１の重心Ｑ２が位置するよう、支柱８２の支柱軸Ａｓは、水平面に対して傾斜している。【選択図】図３
2014052102.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽光を集光して目的の集光位置に向かわせる集光装置において、
太陽光を反射して集光させる鏡構造体と、
前記鏡構造体の向きを変えて、該鏡構造体で反射された太陽光を前記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、第一回転軸線を中心として回転可能に前記支持台に支持されている第一回転軸と、該第一回転軸を回転させる第一駆動部と、前記鏡構造体が固定され、該第一回転軸線に直交する第二回転軸線を中心として回転可能に該第一回転軸に取り付けられている第二回転軸と、該第二回転軸を回転させる第二駆動部と、を有し、
前記支持台は、支柱軸を中心として該支柱軸が延びる方向に長く、一方の端部が基礎に固定されている支柱と、該支柱の他方の端部に固定され、水平面に対する角度変化可能に前記第一回転軸を支持する支持アームと、を有し、
前記支持アームは、前記第一回転軸を角度変化可能に受ける回転軸受け部を有し、該回転軸受け部は、前記第一回転軸中であって、前記鏡構造体の重心とは異なる部分で且つ前記支柱軸の延長線上の部分を受け、
前記支柱の前記一方の端部における断面の鉛直上方に前記鏡構造体の重心が位置するよう、該支柱の前記支柱軸は、水平面に対して傾斜している、
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、
前記支柱は、前記一方の端部から他方の端部に向かうに連れて次第に外径が小さくなる截頭円錐形状である、
ことを特徴とする集光装置。
【請求項３】
請求項１又は２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、太陽光を集光して目的の集光位置に向かわせる集光装置、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、太陽光を反射して集光させる鏡構造体と、この鏡構造体を互いの向きが異なる二つの回転軸回りに回動させる駆動装置と、この駆動装置を支える台と、を備えている。この台は、鉛直方向に延びる支柱と、この支柱から鉛直方向に延びた後、一つの回転軸に沿った方向に延びる軸支持部とを有している。
【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】
集光装置の鏡構造体等を支える台は、鏡構造体等の重量や、鏡構造体から受けるモーメント、さらに鏡構造体が受ける風荷重等が考慮されて設計される。しかしながら、この台は、これらが考慮されつつも、設置時の労力軽減等のため、できる限り小型且つ軽量であること、さらに、台の基礎も小型及び軽量であることが望まれている。
【０００７】
そこで、本発明は、鏡構造体等を支える台やその基礎の小型軽量化を図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】
上記目的を達成するための発明に係る一態様としての集光装置は、
太陽光を集光して目的の集光位置に向かわせる集光装置において、
太陽光を反射して集光させる鏡構造体と、前記鏡構造体の向きを変えて、該鏡構造体で反射された太陽光を前記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、第一回転軸線を中心として回転可能に前記支持台に支持されている第一回転軸と、該第一回転軸を回転させる第一駆動部と、前記鏡構造体が固定され、該第一回転軸線に直交する第二回転軸線を中心として回転可能に該第一回転軸に取り付けられている第二回転軸と、該第二回転軸を回転させる第二駆動部と、を有し、
前記支持台は、支柱軸を中心として該支柱軸が延びる方向に長く、一方の端部が基礎に固定されている支柱と、該支柱の他方の端部に固定され、水平面に対する角度変化可能に前記第一回転軸を支持する支持アームと、を有し、前記支持アームは、前記第一回転軸を角度変化可能に受ける回転軸受け部を有し、該回転軸受け部は、前記第一回転軸中であって、前記鏡構造体の重心とは異なる部分で且つ前記支柱軸の延長線上の部分を受け、
前記支柱の前記一方の端部における断面の鉛直上方に前記鏡構造体の重心が位置するよう、該支柱の前記支柱軸は、水平面に対して傾斜していることを特徴とする。
【０００９】
当該集光装置では、支柱の基礎側端における水平断面の鉛直上方に鏡構造体の重心が位置するため、この支柱の基礎側端には、鏡構造体の重量により生じる転倒モーメントは作用しない。したがって、当該集光装置では、支柱の断面二次モーメントを小さくでき、支柱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。
【００１０】
さらに、当該集光装置では、支持アームの回転軸受け部は、第一回転軸中であって、支柱軸の延長線上の部分を受けるので、支持アームの構造を単純化できる。
【００１１】
よって、当該集光装置では、支持台の小型軽量化及び基礎の小型軽量化を図ることができる。
【００１２】
ここで、前記集光装置において、前記支柱は、前記一方の端部から他方の端部に向かうに連れて次第に外径が小さくなる截頭円錐形状であってもよい。
【００１３】
当該集光装置では、支柱の支持軸を水平面に対して傾斜させているため、この支柱自体の重量による転倒モーメントが発生する。しかしながら、当該集光装置の支柱は、基礎側の端部から他端部に向かうにつれて次第に外径が小さくなる截頭円錐形状であるため、支柱の重心位置を円筒状の支柱よりも低くすることができる。このため、当該集光装置では、支柱自体の重量による転倒モーメントが発生するものの、この転倒モーメントを小さくすることができる。
【００１４】
また、当該集光装置では、以上のような形状の支柱を採用することで、鏡構造体や駆動装置の動作に伴う、これらと支柱との干渉を緩和することができる。
【００１５】
また、上記目的を達成するための発明に係る一態様としての集熱設備は、
前記集光装置と、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】
【００１６】
本発明では、支持台の小型軽量化及び基礎の小型軽量化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【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各回転軸周りの断面図である。
【図６】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７】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。
【図８】支柱の支持軸を傾斜させた場合と傾斜させない場合の効果の差を説明するための説明図で、同図（ａ）は支持軸を傾斜させた場合を示し、同図（ｂ）は支持軸を傾斜させない場合を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
２枚の鏡３２は、図４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。
【００２５】
２枚の鏡３２の背面全体には、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。
【００２６】
支持フレーム３５は、複数の支持梁部材３６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。
【００２７】
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Ｔ字管５４と、一方の端部が連結梁３８に固定され、背面補強板３３の縁に沿って延びているアーム板３９ａと、一方の背面補強板３３側のアーム板３９ａの端部と他方の背面補強板３３側のアーム板３９ａの端部とを連結する間隔保持ロッド３９ｂと、を有している。
【００２８】
連結梁３８相互を連結する軸４２の中心軸線は、図２及び図４に示すように、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、軸４２は、図５に示すように、Ｔ字管５４の横線に相当する部分５４ａに入り込み、このＴ字管５４の内部に設けられている軸受け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。本実施形態では、この軸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。
【００２９】
本実施形態では、この第二回転軸線Ａ２と直交する第一回転軸線Ａ１も、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３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。
【００３０】
駆動装置４０は、図２及び図３に示すように、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。
【００３１】
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５）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。
【００３２】
第一駆動部５１は、第二回転軸線Ａ２と直交し且つ主点Ｑ１を通る第一回転軸線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二つの軸受け５５，５６と、各鏡３２を第一回転軸線Ａ１回りに回動させる第一駆動機構６０と、を有している。
【００３３】
第一回転軸５２は、図５に示すように、第一回転軸線Ａ１を中心軸線として円柱状の第一回転軸本体５３と、鏡構造体３１における連結部材３７の一部であるＴ字管５４と、有している。Ｔ字管５４の横線に相当する部分５４ａには、第二回転軸４２が入り込み、このＴ字管５４の内部に設けられている軸受け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、Ｔ字管５４の縦線に相当する部分５４ｂには、第一回転軸本体５３の一方の端部が例えば嵌入等で接続され、第一回転軸本体５３が固定されている。すわなち、Ｔ字管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。
【００３４】
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Ｔ字管５４は、駆動装置４０の構成要素にもなっている。
【００３５】
第一回転軸本体５３の一方側、つまりＴ字管５４から遠い位置は、図２及び図３に示すように、前述の二つの軸受け５５,５６の一つである後軸受け５６で支持されている。また、第一回転軸本体５３の他方側、つまりＴ字管５４に近い位置は、二つの軸受け５５,５６の残り一つである前軸受け５５で支持されている。
【００３６】
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、後軸受け５６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、モータケースを後軸受け５６に固定し、又は、前軸受け５５に内蔵し、このモータの回転出力軸にギヤを設けると共に、このギヤと噛み合うギヤを第一回転軸５２に設けることになる。
【００３７】
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、第一回転軸５２に取り付けられる。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回転軸５２に固定し、このモータの回転出力軸にギヤを設けると共に、このギヤと噛み合うギヤを第二回転軸４２に設けることになる。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。
【００３８】
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。
【００３９】
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、第一回転軸５２を回転可能に支持する後軸受け５６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。
【００４０】
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に対する後軸受け５６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。
【００４１】
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。
【００４２】
支持台８０は、図２、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。
【００４３】
支柱８２は、等脚台形をこの等脚台形の中心軸（以下、支柱軸Ａsとする）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。この支柱８２は、その支柱軸Ａｓが水平面に対して傾斜するように、ベース板８１に固定されている。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。
【００４４】
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５に示すように、第一回転軸５２を第一回転軸線Ａ１回りに回転可能に支持する前軸受け５５が配置されている。この前軸受け５５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（回転軸受け部）８６ａが形成されている。よって、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。
【００４５】
軸支持台８５の一対のアーム板（支持アーム）８６は、支柱軸Ａｓが延びている方向に延びている。また、各アーム板８６の軸孔（回転軸受け部）８６ａは、図３に示すように、アーム板８６の正面視のときに、支柱軸Ａｓの延長線上となる位置に設けられている。よって、各アーム板８６の軸孔（回転軸受け部）８６ａは、第一回転軸５２中であって、鏡構造体３１の重心Ｑ２とは異なる部分で且つ支柱軸Ａｓの延長線上の部分を受けることになる。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
さらに、本実施形態では、支柱８２の下端における水平断面の鉛直上方に鏡構造体３１の重心Ｑ２が位置するよう、支柱８２の支柱軸Ａｓは、水平面に対して傾斜している。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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
まず、図７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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
次に、ヘリオスタット３０の実際の設置手順について説明する。
【００６５】
まず、ヘリオスタット３０の基礎上に支持台８０を設置する。
【００６６】
ところで、前述したように、複数のヘリオスタット３０毎の第一回転軸線Ａ１の水平面に対する仰角、言い換えると、第一回転軸５２の水平面に対する仰角は、ヘリオスタット３０を設置した後には異なることになる。このため、第一回転軸５２中で前側（鏡構造体３１が存在する側）に位置している鏡構造体３１の重心Ｑ２と、第一回転軸５２中で相対的に後側の部分を受けるアーム板８６の軸孔８６ａとの水平方向の距離も、ヘリオスタット３０を設置した後、複数のヘリオスタット３０相互で異なることになる。
【００６７】
このため、支柱８２の下端における水平断面の中心位置における鉛直上方に鏡構造体３１の重心Ｑ２を位置させる場合、アーム板８６の正面視のときに軸孔８６ａがその延長線上にくることになる支柱軸Ａｓの水平面に対する角度も、複数のヘリオスタット３０毎に異なることになる。よって、支持台８０のベース板８１に対する支柱８２の支持軸Ａｓの角度は、複数のヘリオスタット３０毎の第一回転軸線Ａ１の水平面に対する設定仰角に応じて異なっていてもよい。
【００６８】
しかしながら、支持台８０のベース板８１に対する支柱８２の支持軸Ａｓの角度が、複数のヘリオスタット３０毎に、第一回転軸線Ａ１の水平面に対する設定仰角に応じて異なっていると、製造コストがかさんでしまう。
【００６９】
また、本実施形態では、第一回転軸線Ａ１が延びている方向で、第一回転軸５２中の鏡構造体３１の重心Ｑ２の位置と、第一回転軸５２中でアーム板８６で受けられる位置（軸孔８６ａの位置）との間の距離をできる限り小さく設計している。さらに、本実施形態において、第一回転軸５２の水平面に対する仰角の変化域として、比較的に狭い、例えば、６０°の範囲を想定している。
【００７０】
このため、本実施形態では、複数のヘリオスタット３０相互で、支持台８０のベース板８１に対する支柱８２の支持軸Ａｓの角度（傾斜角度）が同一であっても、支柱８２の下端における水平断面（この断面の中心位置ではない）における鉛直上方に鏡構造体３１の重心Ｑ２が位置させることができる、言い換えると、鏡構造体３１の重心Ｑ２の鉛直下方の位置が支柱８２の下端における水平断面中の含ませることができる。そこで、本実施形態では、複数のヘリオスタット３０相互でベース板８１に対する支柱８２の支持軸Ａｓの角度（傾斜角度）を同一にして、製造コストの増加を抑えている。
【００７１】
なお、第一回転軸線Ａ１が延びている方向で、第一回転軸５２中の鏡構造体３１の重心Ｑ２の位置と、第一回転軸５２中でアーム板８６で受けられる位置（軸孔８６ａの位置）との間の距離や、第一回転軸５２の水平面に対する仰角の変化域の関係から、複数のヘリオスタット３０相互でベース板８１に対する支柱８２の支持軸Ａｓの角度（傾斜角度）を同一にできない場合には、複数のヘリオスタット３０相互で、ベース板８１に対する支柱８２の支持軸Ａｓの角度が異なる支持台８０を２種類以上（傾斜角度）製造してもよい。
【００７２】
ヘリオスタット３０の支持台８０の設置の際には、第一回転軸線Ａ１の方位がこのヘリオスタット３０における設定方位になるよう、支持台８０の向きを調節した後、この支持台８０を基礎上に固定する。なお、第一回転軸線Ａ１の方位は、支持台８０の一対のアーム板８６における各軸孔８６ａ相互を結ぶ仮想線に対して垂直な方位と一致する。
【００７３】
次に、支持台８０の軸支持台８５に、駆動装置４０及び鏡構造体３１が一体化された主要部アッセンブリを取り付ける。この際、図５を用いて前述したように、第一回転軸５２の前軸受け５５を軸支持台８５の一対のアーム板８６の間に配置し、この前軸受け５５に設けられている仰角変更軸８８を各アーム板８６の軸孔８６ａに挿通させる。
【００７４】
次に、ターンバックル７１の一方のネジ棒７３ａの端部を第一回転軸５２の後軸受け５６にピン接続し、ターンバックル７１の他方のネジ棒７３ｂの端部を支柱８２に設けられているリブ８３にピン接続する。そして、ターンバックル７１の胴体枠７２を回転させて、第一回転軸５２の水平面に対する仰角が先に定めた円錐中心軸ベクトルＶａの水平面に対する設定仰角と一致するように、ターンバックル７１の胴体枠７２を回転させて、第一回転軸５２の水平面に対する仰角を調節する。
【００７５】
以上で、ヘリオスタット３０の設置が完了する。
【００７６】
ヘリオスタット３０の設置の終了後、太陽光をヘリオスタット３０の鏡３２で集光位置Ｐｃに照射するためには、第二回転軸４２を回転させて、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、第二回転軸４２を回転させる、言い換えると、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、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、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】
ここで、改めて、図８を用いて、鏡構造体３１の重心Ｑ２と支持台８０の構成との関係について説明する。
【００７９】
繰り返すことになるが、本実施形態では、図８（ａ）に示すように、支柱８２の下端における水平断面の鉛直上方に鏡構造体３１の重心Ｑ２が位置するよう、支柱８２の支柱軸Ａｓを水平面に対して傾斜させている。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作用しない。
【００８０】
ところで、図８（ｂ）に示す比較例としてのヘリオスタット３０ｃのように、支柱８２ｃの支柱軸Ａｓを水平面に対して傾斜させなくても、つまり、この支柱軸Ａｓが鉛直方向に延びるように支柱８２ｃを設けても、支柱８２ｃの下端における水平断面の鉛直上方に鏡構造体３１の重心Ｑ２を位置させることは可能である。この場合、支柱軸Ａｓの延長上に鏡構造体３１の重心Ｑ２が位置するため、水平方向において、鏡構造体３１の重心Ｑ２と異なる位置に存在するアーム板８６ｃの軸孔８６ａｃは、支柱軸Ａｓから水平方向に距離Ｓだけ離れて位置することになる。よって、このアーム板８６ｃを有する軸支持台８５ｃは、軸孔８６ａｃにかかる鏡構造体３１等の重量に、水平方向における支柱軸Ａｓと軸孔８６ａｃとの距離Ｓを掛けたモーメントに耐える構造を採用する必要が生じる。このため、この軸支持台８５ｃは、一対のアーム板８６ｃと、一対のアーム板８６ｃの端部相互を連結する連結板８７ｃとの他に、例えば、このモーメントを受けるためのブラケット８９ｃ等が必要になる。したがって、支柱８２ｃの支柱軸Ａｓを水平面に対して傾斜させない場合、支持台８０ｃの構造が複雑になり、支持台８０ｃの重量増加につながる。
【００８１】
一方、図８（ａ）に示す本実施形態の軸支持台８５も、アーム板８６の軸孔８６ａにかかる鏡構造体等の重量に、水平方向における軸孔８６ａと支柱８２上端の支柱軸Ａｓの位置との距離ｓを掛けたモーメントがかかるが、この距離ｓは極めて小さいため、このモーメントを実質的に無視できる。このため、軸支持台８５を単純化でき、支持台８０の重量増加を抑えることができる。
【００８２】
しかしながら、本実施形態の支持台８０のように、支柱８２を傾斜させると、支柱８２自体の重量により、支柱８２の下端を基準とする転倒モーメントが発生する。
【００８３】
そこで、以下では、この支柱８２自体の重量により生じる転倒モーメントについて考察する。
【００８４】
本実施形態の一例として、支柱軸Ａｓは水平面に対して約８６°、言い換えると、鉛直面に対して約４°の角度を成し、鏡構造体３１の重心Ｑ２は、このヘリオスタット３０の設置面からの距離Ｈが３０００ｍｍの位置にあり、支柱８２の重心Ｑ３は、このヘリオスタット３０の設置面からの距離ｈが１０００ｍｍの位置にあるものとする。また、支柱８２の重量は７５ｋｇで、鏡構造体３１が受ける最大風荷重は２５００Ｎであるものとする。
【００８５】
この場合、支柱８２の下端における支持軸Ａｓの位置と支柱８２の重心Ｑ３の位置との間の水平方向の距離ｄは、約７３ｍｍなので、支柱８２自体の重力により生じる転倒モーメントＭｓは、以下のように、５４(Ｎｍ)なる。
【００８６】
Ｍｓ＝７５（ｋｇｆ）×９．８０６６５（Ｎ／ｋｇｆ）×０．０７３（ｍ）
＝５４(Ｎｍ)
【００８７】
一方、風荷重（２５００Ｎ）により生じる転倒モーメントＭｗは、支柱８２の多少の傾きにあまり関係なく、ほぼ以下のように７５００(Ｎｍ)になる。
Ｍｗ＝２５００（Ｎ）×３．０（ｍ）＝７５００(Ｎｍ)
【００８８】
よって、支柱８２を傾けることにより増加する転倒モーメントＭｓは、風荷重により生じる転倒モーメントＭｗの０.７％（＝（54/7500）×100）程度の誤差範囲内であり、これにより支柱８２を増強する必要性は実質的にない。
【００８９】
したがって、支柱８２を傾けることにより、支柱８２自体の重量により転倒モーメントＭｓが生じるものの、この支柱８２を傾けることにより、軸支持台８５が単純化される方のメリットが大きい。
【００９０】
ここで、支柱８２を傾ける場合、支柱８２の重心Ｑ３の位置が低い位置であればあるほど、支柱８２自体の重量による転倒モーメントＭｓを小さくすることができる。本実施形態では、支柱８２の形状として、前述したように、上方に向かうに連れて断面積が小さくなる截頭円錐形状を採用しているため、円柱状の支柱よりも重心位置を低くすることができる。このため、本実施形態では、支柱８２を傾けることで、支柱８２自体の重量による転倒モーメントＭｓが発生するものの、この転倒モーメントＭｓを小さくすることができる。
【００９１】
このように、本実施形態では、支柱８２の形状として截頭円錐形状を採用し、支柱８２を傾けることで生じる支柱８２自体の重量による転倒モーメントＭｓを小さくして、この転倒モーメント発生によるデメリットに対して軸支持台８５の単純化によるメリットを相対的に大きくしている。
【００９２】
また、本実施形態では、支柱８２の形状として、上方に向かうに連れて断面積が小さくなる截頭円錐形状を採用することで、鏡構造体３１や駆動装置４０の動作に伴う、これらと支柱８２との干渉を緩和することができる。
【００９３】
以上、本実施形態では、支柱８２の小型軽量化、及び軸支持台８５の単純化により、支持台８０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。
【００９４】
なお、本実施形態の鏡構造体３１は、２枚の鏡３２を有するものであるが、本発明は、これに限定されず、１枚の鏡のみを有するものであっても、３枚以上の鏡を有するものであってもよい。さらに、鏡の形状は、長方形に限定されず、例えば、半円形を含む扇形であってもよい。
【００９５】
また、本実施形態では、第一回転軸線Ａ１と第二回転軸線Ａ２とが直交し、且つ第一回転軸線Ａ１と第二回転軸線Ａ２との交点上に鏡構造体３１の主点Ｑ１が位置している。しかしながら、第一回転軸線Ａ１を中心として鏡を回動させる第一駆動部５１と、第一回転軸線に垂直である第二回転軸線を中心として鏡を回動させる第二駆動部４１を有するものであれば、如何なるタイプの駆動装置であってもよい。
【符号の説明】
【００９６】
Ｑ１…主点、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、４５…第二駆動機構、５１…第一駆動部５１、５２…第一回転軸、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、８１…ベース板、８２…支柱、８３…リブ、８５…軸支持台、８６…アーム板（支持アーム、８６ａ…軸孔（回転軸受け部）、８８…仰角変更軸
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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