(57)【要約】【課題】日中に太陽が存在する側の領域のヘリオスタットを省略すると共に、センターミラーを小型化したビームダウン型太陽集光装置を提供する。【解決手段】センターミラーは、日中に太陽が存在する南側とは反対側の北側が切欠かれた部分回転楕円形状になっている。そのため、従来よりも小型になり高い位置に設置しやすい。また、ヘリオスタットは主に北側に配置して太陽光を反射する際にロスの多い南側を省略した。ヘリオスタットの数は減るものの、全体のエネルギーのロスはそれほど大きくなく、減った分のヘリオスタットのコスト削減を考慮すると、結果的に太陽光の利用効率及びコストの面で有利な構造となる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の高さに設置されて下面に反射面を有するセンターミラーと、センターミラーの周囲の地上に設置された複数のヘリオスタットとから成り、ヘリオスタットで反射された太陽光をセンターミラーで再度地上に向けて反射するビームダウン型太陽集光装置であって、
前記センタミラーは日中に太陽が存在する方角とは反対側が切欠かれた形状で、前記ヘリオスタットは前記太陽が存在する方角とは反対側の領域に設置され、
ヘリオスタットで反射された太陽光をセンターミラーで反射して地上側の集光点に集光させることを特徴とするビームダウン型太陽集光装置。
【請求項２】
センタミラーは日中に太陽が存在する方角とは反対側が切欠かれた部分回転楕円形状で、前記ヘリオスタットは前記太陽が存在する方角とは反対側の領域に設置され、
ヘリオスタットで反射された太陽光をセンターミラーの第１焦点に合わせることで、センターミラーにて反射した太陽光を地上側の第２焦点に集光させることを特徴とする請求項１記載のビームダウン型太陽集光装置。
【請求項３】
センターミラーが半円以上の角度範囲を有する部分回転楕円形状で、ヘリオスタットがセンターミラーの両側領域にも回り込んだ状態で設置されていることを特徴とする請求項２記載のビームダウン型太陽集光装置。
【請求項４】
センターミラーが下に凸の部分双曲面鏡であることを特徴とする請求項１記載のビームダウン型太陽集光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ビームダウン型太陽集光装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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、所定の高さに設置された回転楕円形状のセンターミラーを有している。このセンターミラーは概略お椀状で下面が反射面となっており、センターミラーの周囲の地上にはセンターミラーを取り囲むように複数のヘリオスタットが設置されている。
【０００３】
そして、ヘリオスタットは太陽を追尾しながら太陽光を常にセンターミラーの第１焦点に向けて反射する。第１焦点を通過した太陽光はセンターミラーで反射されてから地上に近い第２焦点に集光される。地上に近い第２焦点に太陽光が集光するため、集光した太陽光の熱エネルギーを利用しやすい。（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第２９５１２９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このような従来の技術にあっては、センターミラーを回転楕円形状にして、その周囲を取り囲むように複数のヘリオスタットを設置していたが、太陽光の利用効率の面で好ましい構造とは言えなかった。すなわち、センターミラーに対して、日中に太陽が存在する側（北半球中緯度では南側）の領域に設置されるヘリオスタットでは、太陽光がヘリオスタットの反射面に対して小さい角度で入射・反射するため、太陽光のエネルギーのロスが大きく、多くのヘリオスタットを設置した割には、その領域から得られる太陽光のエネルギーは小さかった。そのため太陽集光装置全体のコストの面で不利な構造になっていた。また、センターミラーを回転楕円形状にしていたため、重量が大きく、タワーの上部に固定する作業が困難であった。
【０００６】
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、日中に太陽が存在する側の領域のヘリオスタットを省略すると共に、センターミラーを小型化したビームダウン型太陽集光装置を提供するすることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１記載の発明は、所定の高さに設置されて下面に反射面を有するセンターミラーと、センターミラーの周囲の地上に設置された複数のヘリオスタットとから成り、ヘリオスタットで反射された太陽光をセンターミラーで再度地上に向けて反射するビームダウン型太陽集光装置であって、前記センタミラーは日中に太陽が存在する方角とは反対側が切欠かれた部分回転楕円形状で、前記ヘリオスタットは前記太陽が存在する方角とは反対側の領域に設置され、ヘリオスタットで反射された太陽光をセンターミラーの第１焦点に合わせることで、センターミラーにて反射した太陽光を地上側の第２焦点に集光させることを特徴とする。
【０００８】
請求項２記載の発明は、センターミラーが半円以上の角度範囲を有する部分回転楕円形状で、ヘリオスタットがセンターミラーの両側領域にも回り込んだ状態で設置されていることを特徴とする。
【０００９】
請求項３記載の発明は、センターミラーが半円以上の角度範囲を有する部分回転楕円形状で、ヘリオスタットがセンターミラーの両側領域にも回り込んだ状態で設置されていることを特徴とする。
【００１０】
請求項４記載の発明は、センターミラーが下に凸の部分双曲面鏡であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１記載の発明によれば、センターミラーが日中に太陽が存在する方角（北半球中緯度では南側）とは反対側が切欠かれた形状にしたため、従来よりも小型になり高い位置に設置しやすい。また、ヘリオスタットは太陽が存在する方角とは反対側の領域したため、従来よりもヘリオスタットの数は減るものの、太陽光のエネルギーのロスが大きい領域のヘリオスタットが省略されただけなので、ビームダウン型太陽集光装置全体のエネルギーのロスはそれほど大きくなく、減った分のヘリオスタットのコスト削減を考慮すると、結果的に太陽光の利用効率及びコストの面で有利な構造となる。
【００１２】
請求項２記載の発明によれば、センターミラーを部分回転楕円形状にしたため、ヘリオスタットからの反射光を第１焦点に集光させれば良く、ヘリオスタットの制御が容易である。
【００１３】
請求項３記載の発明によれば、センターミラーが半円以上の角度範囲を有する部分回転楕円形状で、ヘリオスタットがセンターミラーの両側にも回り込んだ状態のため、朝方と夕方付近における太陽光を多く反射して集光させることができる。
【００１４】
請求項４記載の発明によれば、センターミラーを下に凸の部分双曲面鏡にしたため、ヘリオスタットからの反射光をセンターミラーの上部の仮想焦点に集光させれば良く、ヘリオスタットの制御が容易である。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１実施形態に係るビームダウン型太陽集光装置を示す概略斜視図。
【図２】ビームダウン型太陽集光装置を示す平面図。
【図３】ビームダウン型太陽集光装置を示す断面図。
【図４】センターミラーの部分回転楕円を示す説明図。
【図５】センターミラーを示す平面図。
【図６】ヘリオスタットの設置領域を示す平面図。
【図７】朝方に利用するヘリオスタットとセンターミラーの部分を示す説明図。
【図８】日中に利用するヘリオスタットとセンターミラーの部分を示す説明図。
【図９】夕方に利用するヘリオスタットとセンターミラーの部分を示す説明図。
【図１０】本発明の第２実施形態に係るビームダウン型太陽集光装置を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１〜図９は本発明の第１実施形態を示す図である。図１はビームダウン型太陽集光装置を示している。中心にはセンターミラー１が３本のタワー２により所定高さ（約２０ｍ）に支持されている。センターミラー１は、日中に太陽が存在する方角とは反対側が切欠かれた回転楕円体の一部の形状を有する。センターミラー１は図４に示すように、断面が楕円Ｐに合致した湾曲面を有し、共焦点として下方に第１焦点Ａと第２焦点Ｂが存在する。
【００１７】
センターミラー１は東側及び西側で半円よりも所定の角度範囲だけ張り出した拡張部分ＥＸ、ＷＸを有している（図５参照）。従って、このセンターミラー１は、拡張部分ＥＸを含む東側部分ＥＭと、拡張部分ＷＸを含む西側部分ＷＭと、南側部分ＳＭの３つに区画することができる。
【００１８】
センターミラー１の北側には複数のヘリオスタット３が放射状に設置されている。ヘリオスタット３の一部は北側からセンターミラー１の東西両側領域にも回り込んだ状態設置されている。すなわち、図６に示すように、北側領域ＮＦと、東西領域ＥＦ、ＷＦにはヘリオスタット３が設置されているが、南側領域ＳＦにはヘリオスタット３が設置されていない。
【００１９】
ヘリオスタット３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、ヘリオスタット３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はセンターミラー１にて反射され、そして第２焦点Ｂに集光する。
【００２０】
第２焦点Ｂには筒型集光鏡４が設置されている。筒型集光鏡４は上部開口よりも下部開口が狭い概略テーパー筒形状で、内面は鏡面になっている。
【００２１】
筒型集光鏡４の下側には熱変換装置５が設けられ、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。
【００２２】
次に、ヘリオスタット３及びセンターミラー１による太陽の集光分担について図７〜図９に基づいて説明する。
【００２３】
まず、太陽Ｔが東側に位置する朝方では、図７に示すように、太陽光Ｌはもっぱら西側領域ＷＦのヘリオスタット３にて反射され、反射された太陽光Ｌが第１焦点Ａを通過した後、センターミラー１の東側部分ＥＭで反射されて第２焦点Ｂに集光する。北側領域ＮＦや東側領域ＥＦのヘリオスタット３で反射された太陽光Ｌもセンターミラー１で反射されて集光するが、ヘリオスタット３の反射面と太陽光Ｌとの角度が小さいため、効率的な反射は行えない。これに対して、西側領域ＷＦのヘリオスタット３は朝方の太陽光Ｌを正面で反射するためロスが少なく、太陽光Ｌを効率良く反射することができる。
【００２４】
次に、太陽Ｔが南側に位置する日中では、図８に示すように、太陽光Ｌはもっぱら北側領域ＮＦのヘリオスタット３で反射された後、センターミラー１の南側部分ＳＭで反射されて集光する。この場合も、東側領域ＥＦや西側領域ＷＦのヘリオスタット３でも反射されるが、北側領域ＮＦのヘリオスタット３の反射量が多い。
【００２５】
次に、太陽Ｔが西側に位置する夕方では、図９に示す、太陽光Ｌはもっぱら東側領域ＥＦのヘリオスタット３にて反射され、反射された太陽光Ｌがセンターミラー１の西側部分ＷＭで反射されて集光する。この場合も、西側領域ＷＦや北側領域ＮＦのヘリオスタット３でも反射されるが、東側領域ＷＦのヘリオスタット３の反射量が多い。
【００２６】
この実施形態によれば、センターミラー１が北側が切欠かれた部分回転楕円形状にしたため、従来よりも小型になりタワー２の上部に設置する作業が良いである。
【００２７】
また、ヘリオスタット３は主に北側に設置して、南側への設置は省略したため、従来よりもヘリオスタット３の数は減るものの、太陽光Ｌのエネルギーのロスが大きい南側領域が省略されただけなので、ビームダウン型太陽集光装置全体のエネルギーのロスはそれほど大きくなく、減った分のヘリオスタット３のコスト削減を考慮すると、結果的に太陽光Ｌの利用効率及びコストの面で有利な構造となる。
【００２８】
また、センターミラー１が半円以上に張り出した拡張部分ＥＸ、ＷＸを有する部分回転楕円形状で、ヘリオスタット３がセンターミラー１の東西両側にも回り込んだ状態のため、日中だけでなく朝方と夕方付近における太陽光Ｌも多く反射して集光させることができる。発電等する場合は、朝方と夕方に電気使用量が多いため有効である。
【００２９】
図１０は、本発明の第２実施形態を示す図である。本実施形態も、先の実施形態と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。
【００３０】
この実施形態では、ビームダウン式のセンターミラー１０の形状を、先の実施形態のような上に凸を回転楕円体形状から、下に凸の双曲面の一部をなす形状に変更した例を示す。このような形状のセンターミラー１０の場合は、センターミラー１０の上方で光軸上に位置固定される仮想の焦点Ｃへ向けてヘリオスタット３で太陽光Ｌを反射する。そうすることにより、ヘリオスタット３で反射された太陽光Ｌはセンターミラー１０の下面で反射された後、地上側に位置する筒型集光鏡４の中心の集光点Ｄに集光される。すなわち、各ヘリオスタット３による反射光Ｌを１つの焦点Ｃに向けさえすれば必ず集光点Ｄに収束する。以上のように本発明は楕円鏡に限定されない。
【００３１】
以上の実施形態では、ヘリオスタット３をセンターミラー１、１０を中心にして放射状に配置する例を示したが、ランダムに配置しても良い。
【符号の説明】
【００３２】
１、１０  センターミラー
２  タワー
３  ヘリオスタット
４  筒型集光鏡
５  熱変換装置
Ａ  第１焦点
Ｂ  第２焦点
Ｃ  仮想焦点
Ｄ  集光点
Ｌ  太陽光
【図１】
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【図２】
2011196676.tif 000004
【図３】
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【図４】
2011196676.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【手続補正書】
【提出日】平成23年6月22日(2011.6.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
次に、太陽Ｔが西側に位置する夕方では、図９に示す、太陽光Ｌはもっぱら東側領域ＥＦのヘリオスタット３にて反射され、反射された太陽光Ｌがセンターミラー１の西側部分ＷＭで反射されて集光する。この場合も、西側領域ＷＦや北側領域ＮＦのヘリオスタット３でも反射されるが、東側領域ＥＦのヘリオスタット３の反射量が多い。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
この実施形態によれば、センターミラー１が北側が切欠かれた部分回転楕円形状にしたため、従来よりも小型になりタワー２の上部に設置する作業が行いやすい。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１０】
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