(57)【要約】【課題】反射鏡の設置や角度調整を簡便に行うことができ、高精度で効率良く太陽熱を集熱することができる太陽熱集熱方法および太陽熱集熱装置を提供する。【解決手段】太陽熱集熱方法であって、アライメント工程で、各反射鏡の実画像を取得する段階と、レシーバに太陽光を反射させるため反射面が理想角度に調整された場合の各反射鏡の理想画像をシミュレーションにより取得する段階と、各反射鏡の実画像と理想画像とを比較して画像ズレを求める段階と、画像ズレに基づいて、ヘリオスタット機構により各反射鏡の反射面の角度を理想角度に調整する段階とを含み、集熱工程では、アライメント工程で理想角度に調整された後の各反射鏡の反射面の角度を、暦および真太陽時に応じた太陽の動きに対する各反射鏡の角度調整データに基づいて、ヘリオスタット機構により調整しつつ太陽光を反射して集熱する太陽熱集熱方法。【選択図】図１
2014081183.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽の動きに追従させて反射面の角度を調整するヘリオスタット機構を備えた複数枚の反射鏡を用いて太陽光を反射させ、該反射光の熱をレシーバに集熱する太陽熱集熱方法であって、
前記複数枚の反射鏡の反射面の角度をアライメントする工程と、該アライメント工程の後、前記反射光を集熱する工程とを含み、
前記アライメント工程では、
前記複数枚の反射鏡をそれぞれ撮像装置により撮影して各反射鏡の実画像を取得する段階と、
前記レシーバに太陽光を反射させるため反射面が理想角度に調整された場合の各反射鏡の理想画像を、実際の太陽の位置から演算処理装置によってシミュレーションにより取得する段階と、
前記各反射鏡の実画像と理想画像とを画像処理装置により比較して画像ズレを求める段階と、
該画像ズレに基づいて、前記ヘリオスタット機構により前記各反射鏡の反射面の角度を理想角度に調整する段階とを含み、
前記集熱工程では、
前記アライメント工程で理想角度に調整された後の各反射鏡の反射面の角度を、暦および真太陽時に応じた太陽の動きに対する各反射鏡の角度調整データに基づいて、前記ヘリオスタット機構により調整しつつ太陽光を反射して集熱することを特徴とする太陽熱集熱方法。
【請求項２】
前記アライメント工程を、前記複数枚の反射鏡とレシーバとを設置したときに行うことを特徴とする請求項１に記載の太陽熱集熱方法。
【請求項３】
前記アライメント工程を定期的に行い、前記各反射鏡の反射面の角度を点検して調整することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の太陽熱集熱方法。
【請求項４】
太陽の動きに追従させて反射面の角度を調整するヘリオスタット機構を備えた太陽光を反射する複数枚の反射鏡と、該複数枚の反射鏡により反射された反射光の熱を集熱するレシーバとを有する太陽熱集熱装置であって、
前記複数枚の反射鏡をそれぞれ撮影して各反射鏡の実画像を取得する撮像装置と、
前記レシーバに太陽光を反射させるため反射面が理想角度に調整された場合の各反射鏡の理想画像を、実際の太陽の位置からシミュレーションにより取得する演算処理装置と、
前記各反射鏡の実画像と理想画像とを比較して画像ズレを求める画像処理装置と、
前記撮像装置、前記演算処理装置、前記画像処理装置、前記ヘリオスタット機構を制御する中央制御装置とをさらに備えており、
前記ヘリオスタット機構は、前記画像ズレに基づいて、前記中央制御装置により制御されて、前記各反射鏡の反射面の角度を理想角度に調整するものであり、かつ、暦および真太陽時に応じた太陽の動きに対する各反射鏡の角度調整データを内蔵しており、該内蔵データに基づいて、前記理想角度に調整された各反射鏡の反射面の角度を調整するものであることを特徴とする太陽熱集熱装置。
【請求項５】
前記撮像装置がＣＣＤカメラであることを特徴とする請求項４に記載の太陽熱集熱装置。
【請求項６】
前記複数枚の反射鏡が各々設置された複数本の反射ラインが、南北方向に並列に設定されたものであり、
前記ヘリオスタット機構は、前記複数枚の反射鏡の反射面を東西方向に角度調整する回転リングと、前記複数枚の反射鏡の反射面を南北方向に角度調整するアクチュエータとを有しており、
前記回転リングは前記複数枚の反射鏡とフレームを介して連結されており、前記回転リングの回転により前記フレームを介して１本の反射ライン上にある前記複数枚の反射鏡の反射面の角度が同時に調整されるものであり、
前記アクチュエータは前記反射鏡毎にそれぞれ配置され、各アクチュエータはアームを有し、該アームと前記反射鏡とが連結されており、前記アームの前進後退運動により各反射鏡の反射面の角度が個別に調整されるものであり、
前記レシーバが、各々に１基設置された１本以上の受光ラインが、前記複数本の反射ラインに直交して上方の定位置に設定されたものであることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の太陽熱集熱装置。
【請求項７】
前記回転リングは複数配置されており、各回転リングにはローラーが備えられており、かつ、前記複数の回転リングのうちの少なくとも１つに備えられたローラーがモーターにより回転駆動制御されるものであることを特徴とする請求項６に記載の太陽熱集熱装置。
【請求項８】
前記アクチュエータのアームは、前記反射鏡の裏面に取り付けられて反射鏡を支持するものであることを特徴とする請求項６または請求項７に記載の太陽熱集熱装置。
【請求項９】
前記中央制御装置は、前記撮像装置、前記演算処理装置、前記画像処理装置、前記ヘリオスタット機構を無線により制御するものであることを特徴とする請求項４から請求項８のいずれか一項に記載の太陽熱集熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反射鏡によってレシーバに向けて太陽光を反射させて集熱する太陽熱集熱方法および太陽熱集熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より石油など化石燃料からエネルギーを得てきたが、近年では、これらの化石燃料の枯渇や、該化石燃料の使用により排出される二酸化炭素等の温室効果ガス、さらには化石燃料の購入のためのコスト（燃料費）が問題となっている。
そこで、再生可能であり、燃料費が不要の太陽光が、新たなエネルギー源の１つとして注目されている。
【０００３】
この太陽光をエネルギー源として利用する太陽熱集熱装置としては、太陽光の集光方式の違いから数種挙げられる（特許文献１等参照）。これらの中には、トラフ型、線形フレネル型、タワー型と呼ばれるタイプの集熱装置がある。
【０００４】
ここで、例えばタワー型の集熱装置は、ヘリオスタット機構により、タワー周辺に配置した複数枚の反射鏡の反射面の角度を調整し、太陽光をタワーに設けたレシーバに集光して太陽熱を集熱するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−６３０８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このように太陽熱集熱装置においては種々の集光方式が用いられており、前述したタワー型の方式では例えば図９のようなヘリオスタット機構が用いられている。反射鏡の裏面にＴ字の支柱（Ｔボーン）が取り付けられており、図９に示すようにＴボーンの各部を回転させることによって、太陽の動きに合わせて反射鏡を任意に回転させることができる。
【０００７】
しかしながら、このＴボーンの動きは複雑であり、これによって反射面の角度を精度良く制御するのは難しい。
また、集熱の際は、太陽の位置に基づいて反射鏡の反射面の理想角度を計算して、該計算結果に基づきＴボーンにより角度調整する。そのような角度調整を適切に行うにあたっては、そもそも、反射鏡が取り付けられるＴボーンを、高精度の測量を行って地上における正確な位置に設置し、さらには精密に垂直に立てる必要がある。すなわち反射鏡の設置の際には大きな手間がかかっていた。
【０００８】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、反射鏡の設置や角度調整を簡便に行うことができ、高精度で効率良く太陽熱を集熱することができる太陽熱集熱方法および太陽熱集熱装置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】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は、太陽の動きに追従させて反射面の角度を調整するヘリオスタット機構を備えた複数枚の反射鏡を用いて太陽光を反射させ、該反射光の熱をレシーバに集熱する太陽熱集熱方法であって、前記複数枚の反射鏡の反射面の角度をアライメントする工程と、該アライメント工程の後、前記反射光を集熱する工程とを含み、前記アライメント工程では、前記複数枚の反射鏡をそれぞれ撮像装置により撮影して各反射鏡の実画像を取得する段階と、前記レシーバに太陽光を反射させるため反射面が理想角度に調整された場合の各反射鏡の理想画像を、実際の太陽の位置から演算処理装置によってシミュレーションにより取得する段階と、前記各反射鏡の実画像と理想画像とを画像処理装置により比較して画像ズレを求める段階と、該画像ズレに基づいて、前記ヘリオスタット機構により前記各反射鏡の反射面の角度を理想角度に調整する段階とを含み、前記集熱工程では、前記アライメント工程で理想角度に調整された後の各反射鏡の反射面の角度を、暦および真太陽時に応じた太陽の動きに対する各反射鏡の角度調整データに基づいて、前記ヘリオスタット機構により調整しつつ太陽光を反射して集熱することを特徴とする太陽熱集熱方法を提供する。
【００１０】
前述したように従来では、反射面の角度を調整するにあたって、その前提として反射鏡の設置自体に精度の高さが要求されており、非常に手間がかかっていた。
しかしながら本発明では反射鏡の設置自体はそれほど精密に行う必要はなく簡便に行うことができる。これは上記のように実際に太陽光を集熱する集熱工程前のアライメント工程において、撮像装置、演算処理装置、画像処理装置、ヘリオスタット機構を用いて、反射鏡の反射面の角度を、例えば集熱工程の開始時における理想角度に調整することができるからである。反射鏡の設置、つまりは太陽熱集熱装置の建設等にかかる手間や費用を削減することができる。
しかも上記画像ズレに基づいて、簡便に反射面を理想角度に調整可能であるし、撮像装置で実際の反射面の状態を確認しつつ調整を行うことができる。
【００１１】
また従来では、逐次、太陽の実際の位置等に応じて適切な反射面の角度を計算し、該計算結果に基づいてＴボーンを制御して反射面の角度調整を行っていた。
しかしながら、本発明のように角度調整データに基づいて調整するのであれば、太陽の位置から逐次計算をする必要もなく簡便である。逐次計算が必要ないため、太陽の動きに遅れることなく、高精度かつ低コストで反射面の角度調整をすることができる。
したがって、効率良く太陽熱の集熱を行うことができる。
【００１２】
また、前記アライメント工程を、前記複数枚の反射鏡とレシーバとを設置したときに行うことができる。
このように反射鏡とレシーバを設置したときにアライメント工程を行うのであれば、前述したように反射鏡の設置自体は従来に比べて簡便に済ますことができるし、アライメント工程後は集熱工程において効率良く太陽熱を集熱することができる。
【００１３】
また、前記アライメント工程を定期的に行い、前記各反射鏡の反射面の角度を点検して調整することができる。
このように定期点検して反射面の角度を理想角度に調整し直すことができ、長期運転の際に集熱効率が低減するのを効果的に防止することができ、安定運転ができる。
【００１４】
また、本発明は、太陽の動きに追従させて反射面の角度を調整するヘリオスタット機構を備えた太陽光を反射する複数枚の反射鏡と、該複数枚の反射鏡により反射された反射光の熱を集熱するレシーバとを有する太陽熱集熱装置であって、前記複数枚の反射鏡をそれぞれ撮影して各反射鏡の実画像を取得する撮像装置と、前記レシーバに太陽光を反射させるため反射面が理想角度に調整された場合の各反射鏡の理想画像を、実際の太陽の位置からシミュレーションにより取得する演算処理装置と、前記各反射鏡の実画像と理想画像とを比較して画像ズレを求める画像処理装置と、前記撮像装置、前記演算処理装置、前記画像処理装置、前記ヘリオスタット機構を制御する中央制御装置とをさらに備えており、前記ヘリオスタット機構は、前記画像ズレに基づいて、前記中央制御装置により制御されて、前記各反射鏡の反射面の角度を理想角度に調整するものであり、かつ、暦および真太陽時に応じた太陽の動きに対する各反射鏡の角度調整データを内蔵しており、該内蔵データに基づいて、前記理想角度に調整された各反射鏡の反射面の角度を調整するものであることを特徴とする太陽熱集熱装置を提供する。
【００１５】
このようなものであれば、従来の装置とは異なり、反射鏡の設置を簡便に低コストで行うことができるものであるとともに、集熱の開始時には反射面を理想角度に簡便に調整可能なものである。撮像装置によって実際の反射面の状態を確認することも可能である。
また、集熱時には上記のような内蔵の角度調整データに基づいて調整するものであるので、太陽の位置から逐次計算をする必要もなく簡便である。逐次計算が必要ないため、太陽の動きに遅れることなく高精度かつ低コストで反射面の角度調整をすることができるものとなる。
したがって、効率の良い太陽熱の集熱が可能なものである。
【００１６】
また、前記撮像装置がＣＣＤカメラであるものとすることができる。
このようなものであれば、十分な画質で反射鏡の実画像を取得することができ、該実画像を用いて反射鏡の反射面の角度を理想角度に調整することができるものとなる。
【００１７】
また、前記複数枚の反射鏡が各々設置された複数本の反射ラインが、南北方向に並列に設定されたものであり、前記ヘリオスタット機構は、前記複数枚の反射鏡の反射面を東西方向に角度調整する回転リングと、前記複数枚の反射鏡の反射面を南北方向に角度調整するアクチュエータとを有しており、前記回転リングは前記複数枚の反射鏡とフレームを介して連結されており、前記回転リングの回転により前記フレームを介して１本の反射ライン上にある前記複数枚の反射鏡の反射面の角度が同時に調整されるものであり、前記アクチュエータは前記反射鏡毎にそれぞれ配置され、各アクチュエータはアームを有し、該アームと前記反射鏡とが連結されており、前記アームの前進後退運動により各反射鏡の反射面の角度が個別に調整されるものであり、前記レシーバが、各々に１基設置された１本以上の受光ラインが、前記複数本の反射ラインに直交して上方の定位置に設定されたものとすることができる。
【００１８】
このようなものであれば、まず、反射ラインと受光ラインとが上記関係であるクロスリニア型の太陽熱集熱装置であり、例えば従来の線形フレネル型のものに比べ、低コストで、より効率良く太陽熱を集熱することが可能である。
【００１９】
さらには、上記のような回転リングとアクチュエータとを有しており、反射鏡の反射面の角度を調整するための制御構造を、東西方向の角度を調整するものと南北方向の角度を調整するものとに分けている。従来ではＴボーンのみで反射面を任意の角度に調整しており、そのために制御が複雑なものになってしまっていたが、本発明のように東西方向と南北方向の角度に分けて制御することで制御を単純なものとすることができるとともに、精度を大幅に高めることができる。すなわち簡便に、低コストで、しかも高精度で反射面の角度を調整することができる。したがって、太陽光を適切な角度でレシーバに向けて反射し易く、この点からも集熱効率の向上を図ることができる。
【００２０】
また、前記回転リングは複数配置されており、各回転リングにはローラーが備えられており、かつ、前記複数の回転リングのうちの少なくとも１つに備えられたローラーがモーターにより回転駆動制御されるものとすることができる。
このようなものであれば、ローラーおよびモーターによって、簡便かつ正確に１本の反射ライン上にある複数枚の反射鏡の反射面の角度を同時に調整を行うことができる。
【００２１】
また、前記アクチュエータのアームは、前記反射鏡の裏面に取り付けられて反射鏡を支持するものとすることができる。
このようなものであれば、アームによって反射鏡は裏面から支えられているため、風が吹いても反射鏡が揺れにくいものとすることができる。したがって、風が吹いても太陽光をレシーバへ向けて適切に反射して焦点を合わすことができる。風の影響で集熱効率が下がるのを抑制することができる。
【００２２】
また、前記中央制御装置は、前記撮像装置、前記演算処理装置、前記画像処理装置、前記ヘリオスタット機構を無線により制御するものとすることができる。
このようなものであれば、上記各装置同士をワイヤレスで通信させることができ、コストの低減を図ることができる。また太陽熱集熱装置全体の大規模化にも簡便に対応することができる。
【発明の効果】
【００２３】
以上のように、本発明によれば、従来よりも反射鏡の設置を簡便に低コストで行うことができる。しかも、太陽熱の集熱の開始時の反射面の理想角度への調整や、集熱中の太陽の動きに追従させた角度調整を、簡便かつ高精度に、低コストで行うことが可能である。このため効率良く集熱を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の太陽熱集熱装置の一例を示す概略図である。
【図２】ヘリオスタット機構の一例を示す概略図である。
【図３】東西角度調整手段の一例を示す概略図である。（Ａ）上面図である。（Ｂ）側面図である。
【図４】南北角度調整手段の一例を示す概略図である。（Ａ）図２におけるＡ矢視図である。（Ｂ）図２におけるＢ矢視図である。
【図５】撮像装置による反射鏡の実画像の模式図を示す説明図である。
【図６】演算処理装置による反射鏡の理想画像の一例を示す説明図である。
【図７】画像処理装置で求められる画像ズレの一例を示す説明図である。
【図８】本発明の太陽熱集熱方法の一例を示すフロー図である。
【図９】従来のＴボーン方式のヘリオスタット機構の一例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下では、本発明の実施の形態について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
本発明の太陽熱集熱装置について説明する。図１に本発明の太陽熱集熱装置の一例を示す。
まず全体として、太陽熱集熱装置１はヘリオスタット機構２を備えた複数枚の反射鏡３、レシーバ４の他、撮像装置５、演算処理装置６、画像処理装置７、中央制御装置８を有している。
そして反射鏡３は、中央制御装置８の制御のもと、ヘリオスタット機構２、撮像装置５、演算処理装置６、画像処理装置７によって反射面９の角度が調整可能である。また、これらの装置によって、実際の太陽の位置から、レシーバ４へ太陽光を反射させるための理想角度に反射面９が調整される。理想角度に調整された後は、暦および真太陽時に応じた太陽の動きに対する反射鏡３の角度調整データに基づいて角度調整されることで、太陽熱をレシーバ４へ集熱するものである。
太陽熱を集熱して温められたレシーバ４内の媒体は不図示の蒸気タービンやガスタービン等へ送られて発電が行われる。
【００２６】
以下、各部について詳述する。
ここでは図１の反射鏡３とレシーバ４との位置関係からも分かるように、クロスリニア型のものを例に挙げて説明するが、本発明はこのタイプに限定されるものではない。ヘリオスタット機構を備えており、反射鏡の反射面の角度を太陽の動きに追従させて調整可能なものであればよく、例えばタワー型など、他のタイプのものとすることもできる。
クロスリニア型のものであれば、低コストで、効率良く太陽熱を集熱することが可能である。
【００２７】
図１のクロスリニア型の太陽熱集熱装置１では、複数本の反射ライン１０と１本以上の受光ライン１１とが設定されている。各々の反射ライン１０上には複数枚の反射鏡３が設置されており、受光ライン１１上にはレシーバ４が設置されている。
複数本の反射ライン１０は、南北方向に沿って互いに並列に設定されている。図１には４本の反射ライン１０Ａ〜１０Ｄが設定されている例を示したが、反射ライン１０の本数は複数本であればよく、特に限定されない。
【００２８】
また、１本以上の受光ライン１１は、各々が、反射ライン１０の上方の定位置に設定されている。さらには反射ライン１０に直交するように（すなわち東西方向に沿うように）設定されている。
図１には１本の受光ライン１１Ａが設定されている例を示したが、２本以上とすることもでき、適宜決定することができる。例えば、図１に示す反射鏡３やレシーバ４等を１ユニットとし、このユニットを複数用意して並列配置することができる。
また、受光ライン１１と反射ライン１０との垂直方向の距離も特に限定されず、例えば太陽光を集光し易いように各種条件に合わせて適宜決定することができる。
【００２９】
次に、複数枚の反射鏡３について説明する。反射鏡３は太陽光を反射できる反射面９を有しているものであれば良く、反射鏡３の形状等は特に限定されない。例えば、太陽光の反射面９が平らなものとすることもできるし、凹面状のものとすることもできる。大きさも限定されず、例えば反射面９が３ｍ×１．５ｍ程度の面積を有するものとすることができる。
反射鏡３は反射ライン１０Ａ〜１０Ｄの各列上に複数枚ずつ設置されている。図１には各列あたり６枚ずつ設置されている例を示したが、この枚数に限定されない。例えば設置箇所の広さに応じて決めることができる。
【００３０】
また、反射鏡３にはヘリオスタット機構２が備えられている。ここで図２にヘリオスタット機構２の一例を示す。
ヘリオスタット機構２は太陽の動きに追従させて反射面９の角度を調整するものである。反射鏡３の反射面９に関して、東西方向の角度を調整する手段（東西角度調整手段１２）と、南北方向の角度を調整する手段（南北角度調整手段１３）とを有している。なお、ここでは反射ライン１０Ａ上の反射鏡３Ａ１〜３Ａ６の場合についての例を挙げているが、他の反射ライン１０Ｂ〜１０Ｄにおいても同様にこれらの手段が備えられている。
従来では図９のようなＴボーンのみを用いて任意の角度に反射面の角度を調整していたが、本発明におけるヘリオスタット機構２では、東西方向の角度と南北方向の角度とで調整手段が異なっている。これらの手段は、互いに独立して各々の方向の角度を調整できるようになっている。したがって、制御が簡単でありながら、高精度で角度調整ができる。
【００３１】
まず、東西角度調整手段１２について説明する。図３に東西角度調整手段１２の一例を示す。図３（Ａ）は東西角度調整手段１２の上面図であり、図３（Ｂ）はその側面図である。なお、１本の反射ライン１０Ａ上に設置された反射鏡３（３Ａ１〜３Ａ６）も併せて記載している。
【００３２】
図３（Ａ）に示すように、東西角度調整手段１２は回転リング１４とフレーム１５を備えている。
また、図２、図３（Ａ）に示すように、フレーム１５は、南北方向に直列に並べられた反射鏡３Ａ１〜３Ａ６の全てを囲うようにして配置されており、各反射鏡３Ａ１〜３Ａ６の東側および西側の側面と連結されている。なお、ここでは各反射鏡３Ａ１〜３Ａ６の側面の中央部において連結されており、該連結部を結ぶ軸（図３（Ａ）の点線）を中心にして各反射鏡３Ａ１〜３Ａ６は南北方向に回転可能になっている。
【００３３】
また、図３（Ａ）に示すように、回転リング１４はフレーム１５を例えば外側から囲うようにして、フレーム１５の両端と中央部に配置されており、各々、フレーム１５と連結されている。すなわち、回転リング１４と反射鏡３Ａ１〜３Ａ６はフレーム１５を介して連結されている。
なお、ここでは回転リング１４の数が３つの場合を例に挙げたが、これに限定されず１つ以上あれば良い。例えばフレーム１５の中央のみに配置しても良いが、特には複数あるのが好ましく、図３の場合よりも多く配置することもできる。
反射鏡３Ａ１〜３Ａ６を適切に保持できるとともに、同時に回転させることができれば良く、フレーム１５の形状や大きさ、回転リング１４の数や大きさ等は適宜決定することができる。反射鏡の重量等も考慮してフレーム１５等に撓みが生じないように、材質等もその都度決定することができる。
【００３４】
さらに図３（Ｂ）に示すように、各々の回転リング１４には、回転リング１４を東西方向に回転させるためのローラー１６が備えられている。回転リング１４を回転させる手段としては特に限定されないが、このようなローラー１６であれば、回転リング１４を簡便に回転させることができ、フレーム１５を介して連結されている反射鏡３（３Ａ１〜３Ａ６）を同時に東西方向に回転させることができる。
ここでは回転リング１４ごとに２つのローラー１６が配置されている。該ローラー１６によって回転リング１４は回転可能に下方から支えられている。ローラー１６の数や大きさ等は特に限定されず、適宜決定することができる。
【００３５】
また、これらの回転リング１４のうちの少なくとも１つにおいて、ローラー１６にモーター１７が接続されている。モーター１７によって、ローラー１６の回転駆動を制御して、所望のタイミング、回転数でローラー１６を回転させることができる。これにより、回転リング１４をｍＲ〜数十ｍＲの精度で正確に回転制御することが可能である。
配置するモーター１７の数は適宜決定することができる。
また、回転の度合い（回転範囲）も特に限定されないが、日中に反射鏡３が太陽光をレシーバ４に反射させることができるよう、反射鏡３を、１２時間あたり９０°回転させることが可能なモーター１７やローラー１６を用意するのが良い。
【００３６】
このような東西角度調整手段１２が、各列の反射ライン上ごとに備えられている。このため、１本の反射ライン上に設置されている複数枚の反射鏡を全て同時に東西方向に回転させることができ、それらの東西方向の角度調整を同時に行うことが可能である。しかも複数ある反射ラインを各反射ラインごとに独立して反射鏡の角度調整をすることができる。
【００３７】
次に南北角度調整手段１３について説明する。図４に南北角度調整手段１３の一例を示す。図４（Ａ）は図２のＡ矢視図であり、各々の位置関係が把握しやすいように、回転リング１４、フレーム１５、反射鏡３も併せて記載している。また図４（Ｂ）は図２のＢ矢視図であり、フレーム１５、反射鏡３も併せて記載している。
南北角度調整手段１３は反射鏡３に対して個別に設けられており、アーム１８を有するアクチュエータ１９を備えている。このアクチュエータ１９はアーム１８を前進後退運動させるものである。またアーム１８は反射鏡３に連結されている。
【００３８】
ここではアーム１８は、先端が反射鏡３の裏面に連結されており、その前進後退運動により反射鏡３の裏面を押し引きすることができ、それによってフレーム１５との連結部同士を結ぶ軸を中心にして反射鏡３を南北方向に回転させることが可能である。アーム１８の前進後退の距離によって、反射鏡３の反射面９の南北方向の角度を調整することができる。
【００３９】
アーム１８の前進後退の範囲（ストローク範囲）は特に限定されないが、少なくとも、１年を通して太陽光をレシーバに向けて適切に反射できるようなものであれば良い。地軸の傾きにより、１年を通して太陽の高度は（２３．４°×２）の範囲で変化するため、反射面９の角度を少なくともその範囲の分は調整できるように、アーム１８のストローク範囲を決定すると良い。
【００４０】
またアーム１８は、前述のように反射鏡３の裏面を押したり引いたりして反射鏡３を回転させるが、同時に反射鏡３を裏面側から支持している。図９の従来のＴボーン方式では風によって反射鏡が揺れてしまい、レシーバへの反射に悪影響が生じることがあったが、図４のアーム１８による支持のおかげで、風が吹いたとしても反射鏡３が揺れるのを効果的に防ぐことができる。したがって、反射鏡３の揺れによってレシーバへの反射が適切に行われなくなるのを防ぐことができ、集熱効率が下がるのを抑制することができる。
【００４１】
なお、反射鏡３の裏面でアーム１８と連結している場合について説明したが、当然これに限定されず、アーム１８と反射鏡３の連結部は適宜決定することができる。例えば反射鏡３の側面でアーム１８と連結させることも可能である。
【００４２】
また、前述したように反射鏡３はフレーム１５ごと東西方向に回転するものであるので、アクチュエータ１９自体は、例えばフレーム１５に固定させると良い。このようにすれば、反射面９の東西方向の角度調整のために回転リング１４によってフレーム１５および反射鏡３が東西方向に回転したとしても、アクチュエータ１９はフレーム１５に固定されているので、東西方向に回転する前と同様にして、アクチュエータ１９のアーム１８で反射面９の南北方向の角度調整を行うことが可能である。
【００４３】
このような南北角度調整手段１３が、各々の反射鏡ごとに備えられている。このため、反射鏡３を個別に南北方向に回転させて、その反射面９の南北方向の角度調整を行うことが可能である。しかも反射鏡ごとに互いに独立して角度調整することができる。
【００４４】
以上、東西角度調整手段１２と南北角度調整手段１３について、反射鏡３を回転させて反射面９の角度を調整するための仕組みについて説明してきた。
図９のような従来のＴボーン方式では、そのＴボーンのみで反射面を様々な方向に回転させて任意の角度に調整しなければならず、そのために制御が複雑であった。
しかしながら、本発明では、反射面の角度調整を、回転リングを有する東西角度調整手段とアクチュエータを有する南北角度調整手段で分担している。すなわち、東西角度調整手段は東西方向の角度調整だけ行えば良く、また、南北角度調整手段は南北方向の角度調整だけ行えば良いので、各々は、単純な制御構造で簡便に反射面の角度を調整することができ、それらの組合わせで任意の角度に反射面の角度を高い精度で調整可能である。しかも、それぞれの機構は簡単であるため、低コストなものとなる。
【００４５】
なお、単に反射面９を任意の角度に調整できるだけでなく、ヘリオスタット機構２として、実際に、太陽の動きに追従するように角度が調整されるものでなければならない。
このような角度調整を円滑にすすめるため、ヘリオスタット機構２の東西角度調整手段１２および南北角度調整手段１３に、暦および真太陽時に応じた太陽の動きに対する反射鏡３の角度調整データが内蔵されている。前述したように、東西角度調整手段１２においては、モーター１７によりローラー１６が回転駆動制御されて、回転リング１４の回転が制御され、反射鏡３の反射面９の東西方向の角度調整が行われる。また太陽の動きは暦および真太陽時から予め推測することができる。
【００４６】
そこで、モーター１７として、その駆動制御のためのコンピュータを備えるものとし、該コンピュータには上記太陽の動きに追従して反射鏡３の反射面９の角度が適切に調整されるようにするための、回転リング１４の回転度合いやモーター１７の制御値（角度調整データ）のパターンをインプットしておく。そして、実際に太陽光をレシーバ４に反射させる際には、コンピュータ内の角度調整データに基づいてモーター１７を駆動させ、回転リング１４の回転を制御することで、簡便に反射面９の角度調整を行うことができる。このようなコンピュータとして個別に設けても良いし、中央制御装置８を用いることもできる。
特に東西角度調整手段１２においては、東から西へ移動する太陽に対して、一定速度で回転させれば良く、極めて安定した制御が可能である。従来のＴボーン方式では太陽の位置に対応させるために、反射鏡が大きく回転することもあり、回転速度を急激に高める必要性が生じたりもするが、本発明ではそのような急激な回転の必要性を低減することができる。
なお、コンピュータを別個用意するのではなく、例えばモーター１７に内蔵されるメモリと制御回路に角度調整データを入力して制御させることもできる。
【００４７】
また、南北角度調整手段１３についても同様である。すなわち、アクチュエータ１９のメモリや制御回路、あるいは備えつけたコンピュータ内に、上記太陽の動きに追従して反射鏡３の反射面９の角度が適切に調整されるようにするための、アクチュエータ１９のアーム１８の前進後退運動の制御値（角度調整データ）のパターンをインプットしておく。そして該角度調整データに基づいてアクチュエータ１９のアーム１８の前進後退運動を制御することによって、簡便に反射面９の角度調整を行うことができる。
【００４８】
上記のようにパターン化された内蔵データを利用するものであるため、従来のような逐次計算は必要なく、また、そのような逐次計算を行ってから反射面の角度調整を行うのではないので、より一層、太陽の動きに遅れることなくいち早く対応させることが可能であるし、簡便である上に精度も高い。また集熱効率の上昇につなげることができる。コスト等に応じて適宜決定することができる。
【００４９】
なお、ヘリオスタット機構２として、上記東西角度調整手段１２と南北角度調整手段１３のみならず、必要に応じてさらに別の手段を備えたものとすることもできる。反射鏡３等の動作を制御して、所望の位置で反射面９の角度を所望の角度に調整できるものであれば良い。
【００５０】
次に、撮像装置５について説明する。
図１に示すように、撮像装置５は複数枚の反射鏡３をそれぞれ撮影することができ、各反射鏡３の実画像を取得することができるものであれば良く、特に限定されない。例えばＣＣＤカメラ２０などを用いることができる。ＣＣＤカメラであれば画質も十分である。反射鏡３を判別でき、後述するように画像処理装置７で理想画像と比較できる程度の実画像を取得できるものであれば良く、コスト等に応じて適宜決定することができる。
また、撮像装置５の配置位置や数も特に限定されず、太陽熱集熱装置１の規模、反射鏡３の枚数等に応じてその都度決定することができる。
【００５１】
ここで、撮像装置５による反射鏡３の実画像の模式図を図５に示す。円形の撮影範囲の右側に写っているのが反射鏡３である。倍率等は、後述する理想画像と適切な比較ができるように設定されている。
なお、ここでは反射鏡３の一部が撮影されるような設定となっているが、当然これに限定されず、反射鏡３の全体が撮影されるように設定することも可能である。効率良く比較できるように各種条件に応じて適宜決定することができる。
【００５２】
次に演算処理装置６について説明する。
上記のように撮像装置５は反射鏡３の実画像を取得するものであるが、演算処理装置６は、反射鏡３の理想画像を取得するものである。この反射鏡３の理想画像とは、レシーバ４に太陽光を反射させるために反射面９が理想角度に調整された場合のものであり、実際の太陽の位置からシミュレーションにより取得することができる。撮像装置５の配置位置から見て上記理想画像を適切に取得するプログラムがインプットされているものであれば良く、プログラム自体は特に限定されない。
【００５３】
図６は、演算処理装置６による反射鏡３の理想画像の一例である。ここでは、円形の範囲内において、反射鏡が中央寄りに位置している状態が理想とされている。
【００５４】
また、画像処理装置７について説明する。
画像処理装置７は撮像装置５および演算処理装置６と接続されており、撮像装置５で取得された反射鏡３の実画像と、演算処理装置６で取得された反射鏡３の理想画像とが送信されてくる。そして、送信されてきた２つの画像を例えば重ね合わせることによって比較し、２つの画像のズレが求められる。
画像処理装置７は、このような画像ズレを適切に求めることができるプログラムがインプットされているものであれば良く、プログラム自体は特に限定されない。
【００５５】
図７は、画像処理装置７で求められる画像ズレの一例である。ここでは、撮像装置５の実画像と演算処理装置６の理想画像とが重ね合わせて比較されている。反射鏡の位置が、理想画像に対して実画像の方が右側にずれていることがわかる。
【００５６】
次に中央制御装置８について説明する。
中央制御装置８は、ヘリオスタット機構２、撮像装置５、演算処理装置６、画像処理装置７と接続されており、各装置の制御を統一的に行うことが可能である。
中央制御装置８は、所望のタイミングで、撮像装置５、演算処理装置６、画像処理装置７に対して指令を送り、反射鏡３の実画像の取得、理想画像の取得、実画像と理想画像の比較および画像ズレの取得を実施させることができる。
【００５７】
また、中央制御装置８には、画像処理装置７で求まった画像ズレに基づいて、反射鏡３の反射面９の実際の角度から理想角度へ調整するための、ヘリオスタット機構２の東西角度調整手段１２等の各部（モーター１７やアクチュエータ１９）の制御値を算出するプログラムがインプットされている。そして、該プログラムによって算出された制御値は中央制御装置８によりヘリオスタット機構２へと送信され、該制御値に基づいて、ヘリオスタット機構２が制御されて、反射鏡３の反射面９の角度が理想角度に調整される。
【００５８】
例えば、図７の理想画像と一致するように（すなわち、画像ズレがなくなるように）、ヘリオスタット機構２が制御されて反射鏡３の反射面９が理想角度に調整される。
【００５９】
前述したようにヘリオスタット機構２の東西角度調整手段１２および南北角度調整手段１３は各々独立して制御可能であるが、さらには、上記のように中央制御装置８の指令に基づいて反射鏡３の反射面９の角度を調整することもできる。
【００６０】
このように、上記撮像装置５等を備えたものであれば、反射鏡３の反射面９の角度を、太陽の位置に対応した理想角度に簡便に調整することができる。しかも低コストで角度調整することができる上、調整に要する時間も短縮することができるし、撮像装置５によって実際の反射面９の状態も確認することができる。
さらには、太陽熱集熱装置１の建設の際には、後に撮像装置５等を用いて適宜反射面９の角度調整ができるので、反射鏡３の設置自体に関し、従来に比べて手間やコストを抑えることができる。
【００６１】
なお、上記各装置、機構は有線によって互いに接続して通信制御することもできるが、送信機および受信機を配設して無線により通信制御することもできる。無線での制御であれば、有線の場合に比べてコストを低減することもできるし、太陽熱集熱装置１が大規模化したときにも早急かつ簡便に対応させることが可能である。
【００６２】
またレシーバ４について説明する。
レシーバ４自体は特に限定されるものではなく、その形状、大きさは適宜決定することができる。例えば従来と同様のものを用いることができる。太陽光の反射光を集光させて、効率よく集熱することができるものであれば良い。
レシーバ４は媒体（空気や二酸化炭素など）が流れる受熱管を有しており、レシーバ４に集熱した太陽熱により受熱管中の媒体が温められ、該温められた媒体が蒸気タービン等に送られ、発電に用いられる。
【００６３】
次に、本発明の太陽熱集熱方法について説明する。
ここでは図１の本発明の太陽熱集熱装置１を用いて実施する場合について説明する。図８は、本発明の太陽熱集熱方法における工程の一例であり、アライメント工程と集熱工程とに大きく分かれている。
まずアライメント工程を行うことにより、集熱工程の開始時における、太陽の位置に対する理想角度に反射鏡３の反射面９の角度を調整し、その後に集熱工程を行って太陽熱の集熱を行う。
【００６４】
以下、各工程について詳述する。
（アライメント工程）
複数枚の反射鏡３の反射面９の角度を理想角度にアライメント（調整）する。
より具体的には、まず、中央制御装置８から撮像装置５、演算処理装置６、画像処理装置７に指令を送る。
すなわち、ＣＣＤカメラ２０等の撮像装置５によって各反射鏡３を撮影する。それによって各々の実画像を取得する（図５参照）。
また一方で、演算処理装置６によって各反射鏡３の理想画像を取得する（図６参照）。
そして、撮像装置５から実画像を、演算処理装置６から理想画像を画像処理装置７に送り、該画像処理装置７によって実画像と理想画像の比較を行う。それにより画像ズレを取得する（図７参照）。
【００６５】
次に、画像処理装置７は、画像ズレに関するデータを中央制御装置８へ送る。そして、各々の反射鏡３ごとに、反射面９の実際の角度が理想角度に調整されるように、中央制御装置８によって、画像ズレのデータを基にヘリオスタット機構２の制御値を算出する。つまり、東西角度調整手段１２のモーター１７や、南北角度調整手段１３のアクチュエータ１９の適切な制御値を算出する。
そして、該制御値に基づいてモーター１７やアクチュエータ１９を制御し、回転リング１４を回転させたり、アーム１８を前進又は後進させることで、各反射鏡３の反射面９を理想角度に調整する。
このような方法であれば、簡便かつ直ちに反射鏡３の反射面９の角度を理想角度に調整することができる。
【００６６】
（集熱工程）
上記のようにアライメント工程を行って各反射鏡３の反射面９を理想角度に調整した後、実際に太陽光を反射鏡３によりレシーバ４に反射させて太陽熱の集熱を行う。
集熱工程開始時などの太陽の位置に対応して反射面９の角度を理想角度に調整したものの、今度は太陽の動きに追従するように反射面９の角度を調整する必要がある。
【００６７】
そこで本発明では、暦および真太陽時に応じた太陽の動きに対する各反射鏡３の角度調整データに基づいて、ヘリオスタット機構２を制御して反射面９の角度を調整しつつ、太陽熱の集熱を行う。例えばヘリオスタット機構２に内蔵した角度調整データを用いることができる。
このようにすれば、従来のような太陽の位置に対する反射面の角度の逐次計算が必要ないため簡便であるし、太陽の動きにいち早く対応させることができる。高精度に調整できる上、制御にかかるコストも低減できる。
【００６８】
なお、アライメント工程は、太陽熱集熱装置１の建設時、特には反射鏡３やレシーバ４を設置したときに行うことができる。本発明では反射鏡３自体の設置等はそれほど精密に行う必要がなく、従来に比べて比較的簡単に行うことができる。このため、建設作業に伴う手間やコストを削減することができる。
そして、アライメント工程によって一旦理想角度に調整した後は、角度調整データに基づいて集熱工程を行えば良いだけであるので一層簡便である。
【００６９】
また、太陽熱集熱装置１の建設時のみならず、例えば定期的にアライメント工程を行うこともできる。集熱工程では実際の太陽の位置から反射面９の角度を調整するのではなく、角度調整データに基づいて調整を行うので、太陽熱集熱装置１を長期運転する場合には、反射面９の角度が適切かどうか定期的に点検を行って調整すると良い。このような定期点検を行うことで、装置に不具合等が生じて反射面９が不適切な角度になっていた場合には適切な角度に調整し直すことができ、集熱効率が下がるのを防ぐことができる。それによって安定した運転をすることができる。
【実施例】
【００７０】
以下、実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
（実施例）
図１に示すような本発明のクロスリニア型の太陽熱集熱装置を建設し、これを用いて本発明の太陽熱集熱方法を実施し、太陽光を集光して受熱管内の媒体を温めるシミュレーションを行った。シミュレーションの条件を以下のように設定した。
１本の受光ラインを設定してレシーバを設置し、８０本の反射ライン上に、一列あたり３０枚の反射鏡（大きさは１．０ｍ×１．５ｍ）を設置した。
アライメント工程において、反射鏡の角度調整は、図１の東西角度調整手段および南北角度調整手段を用いた。集熱工程では、内蔵の、暦および真太陽時に応じた太陽の動きに対する各反射鏡の角度調整データに基づいて、回転リングの回転とアクチュエータのアームの前進後進運動を制御して反射鏡の角度調整を行った。
【００７１】
なお、アライメント工程では、レシーバから６０ｍ離れた位置の反射鏡の画像を、４０００×２５００ピクセルのＣＣＤ素子カメラに３００ｍｍ望遠レンズにて３６×２４ｍｍの撮像範囲に取り込み、ピクセルあたり０．００００１６８７ラジアンにおいて反射鏡の反射面の角度を制御することができた。
この制御範囲では、集光ビームの焦点位置でのずれを１／１０以下に調整でき、太陽集光効率への影響はほとんど無視できるものであった。これらの撮影時間、画像処理時間は数秒で終了し、また、反射鏡を調整するための制御時間は２分以内に終了することができた。これらの結果から、本発明により、アライメントが簡単に多数の反射鏡に対して短時間で可能となることが明らかになった。
しかも、従来のようなＰＣでの計算による制御に比べて精度良く行うことができる。
【００７２】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【符号の説明】
【００７３】
１…太陽熱集熱装置、  ２…ヘリオスタット機構、  ３、３Ａ１〜３Ａ６…反射鏡、
４…レシーバ、  ５…撮像装置、  ６…演算処理装置、  ７…画像処理装置、
８…中央制御装置、  ９…反射面、  １０、１０Ａ〜１０Ｄ…反射ライン、
１１、１１Ａ…受光ライン、  １２…東西角度調整手段、
１３…南北角度調整手段、  １４…回転リング、  １５…フレーム、
１６…ローラー、  １７…モーター、  １８…アーム、
１９…アクチュエータ、  ２０…ＣＣＤカメラ。
【図１】
2014081183.tif 000003
【図２】
2014081183.tif 000004
【図３】
2014081183.tif 000005
【図４】
2014081183.tif 000006
【図５】
2014081183.tif 000007
【図６】
2014081183.tif 000008
【図７】
2014081183.tif 000009
【図８】
2014081183.tif 000010
【図９】
2014081183.tif 000011