(57)【要約】【課題】反射板の角度調整に掛かる時間を短縮化して、受熱効率の低下を抑制するとともに作業者の負担を軽減することができる太陽光反射装置、太陽光集光装置、および、ヘリオスタットの反射板角度調整方法を提供する。【解決手段】ヘリオスタット１２から離間された位置から各反射板１０に検査光を照射して、反射板１０により反射された検査光を受光してその受光位置を検出し、この検出された受光位置の情報に基づいて反射板１０の角度調整を自動的に行う。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フレーム上に配置された複数の反射板と、前記フレームに対する各反射板の角度を調整する反射板角度調整手段とを有するヘリオスタットと、
該ヘリオスタットから離間して設けられ、前記ヘリオスタットの各反射板に検査光を照射可能な検査光照射手段と、
前記ヘリオスタットの反射板により反射された検査光を受光して、その受光位置を検出可能な受光位置検出手段と、
該受光位置検出手段によって検出された受光位置に基づいて前記反射板角度調整手段を駆動制御することで前記反射板の角度を調整する制御手段とを備えることを特徴とする太陽光反射装置。
【請求項２】
前記受光位置検出手段は、検査光照射手段の周囲に配置され、平面状の受光面を備える請求項１に記載の太陽光反射装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記反射板で反射される検査光が全て平行光となるように、前記反射板の角度を調整する請求項１又は２に記載の太陽光反射装置。
【請求項４】
請求項１から３の何れか一項に記載の太陽光反射装置と、
該太陽光反射装置のヘリオスタットで反射された太陽光が入射され受熱する受熱器とを備え、
前記検査光照射手段は、前記受熱器の近傍に配置されている太陽光集光装置。
【請求項５】
フレーム上に複数配置された複数の反射板と、前記フレームに対する各反射板の角度を調整する反射板角度調整手段とを有するヘリオスタットの反射板角度調整方法であって、
前記ヘリオスタットから離間された位置から各反射板に検査光を照射する照射工程と、
前記反射板により反射された検査光を受光してその受光位置を検出する検出工程と、
該検出工程で検出された受光位置の情報に基づいて前記反射板の角度調整を行う角度調整工程とを備えることを特徴とするヘリオスタットの反射板角度調整方法。
【請求項６】
前記角度調整工程では、前記受光位置の情報に基づいて、前記反射板により反射された検査光が平行光となるように前記反射板の角度調整を行う請求項５に記載のヘリオスタットの反射板角度調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、太陽光反射装置、太陽光集光装置、および、ヘリオスタットの反射板角度調整方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽光を集光して得られた熱エネルギーを利用して発電などを行う設備において、例えば、特許文献１に記載のように、太陽の動きに追尾して太陽光を反射するヘリオスタットにより太陽光を集めて受熱器を加熱し、その熱エネルギーを用いて発電用のガスタービンなどを回転させている。
ところで、上記のような太陽光集光装置にあっては、受熱器の開口を小さくして受熱器からの放射熱を抑制するために、パラボラアンテナのように放物面に形成された反射鏡を有するヘリオスタットを用いる場合がある。この反射鏡を放物面で形成した場合、ヘリオスタットの焦点深度に応じた放物面を形成しなければならないため、コストの増加を招いていた。
そこで近年、ヘリオスタットのフレーム上に複数（例えば、１００枚程度）の平面状の反射鏡を設置して、これら複数の反射鏡の角度を１つずつ変化させることで、上記放物面を有した反射鏡と同等の集光性能を実現させるものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−３２９６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した複数の平面上の反射鏡を用いるヘリオスタットは、経年変化によりフレームや反射鏡の取付座に歪みが生じて反射鏡の角度がずれてしまう虞があり、反射鏡の定期的な角度調整作業が必要になってしまう。とりわけ、発電に利用される太陽光集光装置のように多数のヘリオスタットを有している場合、それらの反射鏡を１枚ずつ角度調整すると膨大な時間が掛かり、角度調整作業を行う作業者に負担が掛かるという課題がある。
さらに、反射鏡の角度調整時には、日照時間中に発電を停止させて、反射鏡の角度を一枚ずつ調整するか、ヘリオスタットを移動させて他の場所で調整して再設置する必要があり、それらの作業時間の分だけ、年間の受熱効率が低下してしまうという課題がある。
この発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、反射板の角度調整に掛かる時間を短縮化して、受熱効率の低下を抑制するとともに作業者の負担を軽減することができる太陽光反射装置、太陽光集光装置、および、ヘリオスタットの反射板角度調整方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題を解決するために、以下の構成を採用する。
この発明に係る太陽光反射装置は、傾動可能に支持されたフレームと、該フレーム上に配置された複数の反射板と、前記フレームに対する各反射板の角度を調整する反射板角度調整手段とを有するヘリオスタットと、該ヘリオスタットから離間して設けられ、前記ヘリオスタットの各反射板に検査光を照射可能な検査光照射手段と、前記ヘリオスタットの反射板により反射された検査光を受光して、その受光位置を検出可能な受光位置検出手段と、該受光位置検出手段によって検出された受光位置に基づいて前記反射板角度調整手段を駆動制御することで前記反射板の角度を調整する制御手段とを備えることを特徴としている。
このように構成することで、受光位置検出手段の検出結果に基づいて、制御手段により反射板角度調整手段が駆動されて反射板の角度調整が行われるため、一枚ずつ反射板の角度を手作業で調整する場合と比較して、反射板の角度調整を容易に行うことができる。したがって、作業時間を低減して、作業者の負担軽減を図ることが可能になる。
【０００６】
さらに、この発明の太陽光反射装置は、上記太陽光反射装置において、前記受光位置検出手段は、検査光照射手段の周囲に配置され、平面状の受光面を備えていてもよい。
このように構成することで、検査光照射手段と受光位置検出手段とを一体的に形成して設置することができるため、設置自由度を向上させることができ、さらに、受光位置検出手段の受光面を平面状に形成することで、ヘリオスタットから受光位置検出手段までの距離を略揃えることができるため受光位置をより正確に検出することができる。
【０００７】
また、この発明の太陽光集光装置は、上記太陽光反射装置と、該太陽光反射装置のヘリオスタットで反射された太陽光が入射され受熱する受熱器とを備え、前記検査光照射手段が、前記受熱器の近傍に配置されてることを特徴としている。
このように構成することで、ヘリオスタットを他の場所に移動させたり、角度調整作業を行っていない他のヘリオスタットによる受熱器への集光を停止することなく反射板の角度調整を行うことができるため、反射板の角度調整に掛かる作業時間を短縮して、年間の受熱効率低下を防止することができる。
また、ヘリオスタットから受熱器までの距離と、角度調整後のヘリオスタットの焦点深度とを、略同一に設定することができるため、反射板の角度調整を行った後、当該反射板を有するヘリオスタットの微小な角度調整により、すぐに太陽光の集光を再開することができるため、更なる作業時間の短縮を図り、受熱効率の低下を防止することができる。
【０００８】
この発明に係るヘリオスタットの反射板角度調整方法は、フレーム上に複数配置された複数の反射板と、前記フレームに対する各反射板の角度を調整する反射板角度調整手段とを有するヘリオスタットの反射板角度調整方法であって、前記ヘリオスタットから離間された位置から各反射板に検査光を照射する照射工程と、前記反射板により反射された検査光を受光してその受光位置を検出する検出工程と、該検出工程で検出された受光位置の情報に基づいて前記反射板の角度調整を行う角度調整工程とを備えことを特徴としている。
このように構成することで、一枚ずつ反射板の角度調整を行う必要がなくなり、また、ヘリオスタットを他の場所に移動させずに自動的に反射板の角度調整を行うことができるため、反射板の角度調整に掛かる時間を短縮化して作業者の負担を軽減することができる。
【０００９】
さらに、この発明に係るヘリオスタットの反射板角度調整方法は、上記ヘリオスタットの反射板角度調整方法において、前記角度調整工程では、前記受光位置の情報に基づいて、前記反射板により反射された検査光が平行光となるように前記反射板の角度調整を行うようにしてもよい。
このように構成することで、各反射板によって反射される太陽光が、例えば各反射板の大きさ程度の範囲に集光されるように、反射板の角度を調整することが可能になる。
【発明の効果】
【００１０】
この発明に係るヘリオスタットの反射板角度調整方法によれば、一枚ずつ反射板の角度調整を行う必要がなくなり、また、ヘリオスタットを他の場所に移動させずに反射板の角度調整を行うことができるため、反射板の角度調整に掛かる時間を短縮化して作業者の負担を軽減することができる。
また、この発明に係る太陽光反射装置によれば、制御手段によって受光位置検出手段の検出結果に基づき反射板角度調整手段が駆動されて反射板の角度調整が自動的に行われるため、一枚ずつ反射板の角度を手作業で調整する場合と比較して、反射板の角度調整を容易に行うことができる。したがって、作業時間を低減して、作業者の負担軽減を図ることが可能になる。
また、この発明に係る太陽光集光装置によれば、ヘリオスタットを他の場所に移動させたり、受熱器への集光を停止することなく反射板の角度調整を行うことができるため、反射板の角度調整に掛かる作業時間を短縮して、年間の受熱効率低下を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】この発明の実施形態における太陽光反射装置ならびに、当該太陽光反射装置を備える太陽光集光装置の構成を示す図である。
【図２】上記太陽光反射装置における検査ユニットとヘリオスタットとを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、この発明に係るヘリオスタット１２の反射板１０角度調整方法、太陽光反射装置および太陽光集光装置の実施形態について、図面を参照して説明する。
図１は、この発明の太陽光集光装置１を示す構成図である。
図１に示すように、太陽光集光装置１は、太陽光を反射する太陽光反射装置２と、地面から上方に向かって延びるタワー３に配置される受熱器４とを備えている。この実施形態における太陽光集光装置１は、高緯度地域に設置されるいわゆる片側配置方式の太陽光集光装置であって、受熱器４がタワー３上部の北側を向いて取り付けられている。
【００１３】
受熱器４には、太陽光反射装置２によって反射・集光された太陽光が入射される。この太陽光の熱エネルギーは、圧縮機（図示せず）により圧送される作動流体に伝達される。熱エネルギーが伝達された作動流体は、例えば、太陽光の熱を蓄熱して適宜取り出し可能な蓄熱装置や、ガスタービンの回転により発電する太陽熱ガスタービン発電設備などに利用可能である。詳細説明を省略するが、上記構成を太陽熱ガスタービン発電設備に適用した場合、まず受熱器４に太陽光が集光されると、受熱器４の受熱管を通る作動流体に太陽光の熱エネルギーが伝達される。すると、作動流体が膨張してガスタービンに供給される。そして、膨張された作動流体によりガスタービンが回転力を得て、このガスタービンの回転力によって発電機のロータが回転され発電される。
【００１４】
太陽光反射装置２は、太陽光を反射する同一面積の複数（例えば、１０×１０個程度）の反射板１０をフレーム１１上に備える多数のヘリオスタット１２と、これらヘリオスタット１２の反射板１０の角度を検査するための検査ユニット１３とを備えている。
多数のヘリオスタット１２は、タワー３の北側の地面に広がるヘリオスタットフィールド１４に立設されており、このヘリオスタットフィールド１４の南端に隣接するように上記タワー３が立設されている。
【００１５】
図２を併せて参照し、ヘリオスタット１２は、ヘリオスタットフィールド１４の地面に略垂直に立設された支持脚２０と、この支持脚２０の上端部に支持される略板状のフレーム１１と、フレーム１１の向きを制御するアクチュエータ２１とを備えている。ヘリオスタット１２は、さらに、フレーム１１の正面視略中央に配置される基準反射板９と、この基準反射板９の周囲に配置される複数の反射板１０と、フレーム１１に対する反射板１０の角度を調整する反射板角度調整機構２２とをそれぞれ備えている。上記フレーム１１は、支持脚２０の軸周りに回動可能に支持され、さらに、支持脚２０の上端部にリンク等を介して揺動可能に支持されている。
【００１６】
ヘリオスタット１２のフレーム１１の角度は、太陽光を効率よく反射して受熱器４に集光するべく、太陽の動きを追尾するようにアクチュエータ２１によって制御される。なお、図２においては、上下方向に５枚の反射板１０が設置されているが、反射板１０の枚数は、この枚数に限られるものではない。
【００１７】
基準反射板９は、平面に形成された反射面９ａを有し、フレーム１１の取付面１１ａに対して略平行な姿勢でフレーム１１に固定的に支持されている。このように基準反射板９がフレーム１１に対して固定的に支持されていることで、基準反射板９の反射面９ａの向きは、フレーム１１の角度変位に伴って変位する。
一方、複数の反射板１０は、基準反射板９と同様に平面に形成された反射面１０ａを有し、反射板角度調整機構２２を介してフレーム１１に支持されている。
【００１８】
反射板角度調整機構２２は、各反射板１０とフレーム１１との間に個別に介在され、サーボモータ等の回転動力によって、フレーム１１に対する反射板１０の傾斜角度を調整する。反射板角度調整機構２２は、さらに、複数の反射板１０の反射面１０ａによって放物面に近似した曲面が形成されるように、反射板１０を傾斜状態で支持する。より具体的には、反射板角度調整機構２２は、基準反射板９を中心にして、フレーム１１の外側に配置されるものほどフレーム１１との間隔が広くなるように反射板１０を支持するとともに、基準反射板９側の内側辺１０ｂが、外側辺１０ｃよりもフレーム１１に近づくように傾斜させて反射板１０を支持している。
【００１９】
この実施形態における反射板角度調整機構２２は、反射板１０毎に３つの脚部２５，２６，２７を備えている。これら３つの脚部は、基準反射板９を中心にした放射方向に並んで配置されている。これら３つの脚部２５，２６，２７のうち、中央の脚部２６は、フレーム１１に対して略垂直に固定して連結されるとともに、反射板１０に対してボールジョイント等を介して揺動可能に連結されている。さらに、反射板角度調整機構２２の３つの脚部２５，２６，２７のうち、両外側の２つの脚部２５，２７は、ボールねじ等の機構を備えるとともに、反射板１０に対してボールジョイント等を介して揺動可能に連結されている。
【００２０】
上記反射板角度調整機構２２の構成により、両外側の２つの脚部２５，２７のボールねじのうち、一方のボールねじを、反射板１０がフレーム１１に近づく方向に回動し、他方のボールねじを、反射板１０がフレーム１１から離れる方向に回動することで、反射板１０が、中央の脚部２６を揺動軸として揺動されて、反射板１０の傾斜角度が変位する。なお、反射板角度調整機構２２の構成は、種々の方式を採用可能であり、フレーム１１に対する反射板１０の角度が調整可能であれば上述した構成に限られるものではない。
【００２１】
検査ユニット１３は、反射板１０に対して検査光を照射する検査光照射装置３０と、検査光を受光してその受光位置を検出する受光位置検出装置３１とを備えている。
検査ユニット１３は、図１に示すように、受熱器４の直下など受熱器４の近傍に配置され、ヘリオスタット１２から十分に離間して配置されている。このように、検査ユニット１３が、受熱器４の近傍に配置され、ヘリオスタット１２から十分に離間して配置されていることで、ヘリオスタット１２から受熱器４までの距離と、ヘリオスタット１２から検査ユニット１３までの距離とを略同一距離にすることができる。
【００２２】
検査ユニット１３は、ヘリオスタットフィールド１４に立設された全てのヘリオスタット１２の反射板１０に対して検査光を照射できるように、電動機などによってタワー３の外周に沿って周方向に移動可能に取り付けられている。なお、検査ユニット１３を、タワー３の外周に沿って周方向に移動可能に構成する以外にも、例えば、上下方向に移動可能にしてもよく、また、タワー３の外周に沿って複数の検査ユニット１３を所定間隔で設置するようにしてもよい。
【００２３】
検査光照射装置３０は、検査光であるレーザー光を反射板１０に向けて照射可能なレーザー光源３２を備えている。レーザー光源３２は、検査光としてのレーザー光を複数の反射板１０の一枚ずつに個別に照射できるように、その光軸が上下左右方向に揺動可能になっている。そして、検査光照射装置３０は、後述する制御装置４０からの制御指令に従ってレーザー光の向き、および、レーザー光の照射タイミングが制御される。
【００２４】
受光位置検出装置３１は、検査光照射装置３０の周囲に配置された略平滑な受光面３３を備えている。この受光面３３の外形は、ヘリオスタット１２のフレーム１１外形と略同じに形成されている。受光位置検出装置３１は、反射板１０により反射されたレーザー光を受光面３３で受光し、当該レーザー光を光電変換し、この光電変換した電気信号を、受光位置の情報として制御装置４０に出力する。ここで、上記電気信号の波形は、受光面３３におけるレーザー光の受光位置に応じてピーク位置が変位するようになっているため、このピーク位置に基づきレーザー光の受光位置を特定することができる。
【００２５】
制御装置４０は、図示しない演算装置により、予め記憶されている角度調整制御処理のプログラムを実行し、検査光照射装置３０によるレーザー光の照射制御を行う。さらに制御装置４０は、受光位置検出装置３１により検出された受光位置の情報に基づいて反射板角度調整機構２２による反射板１０の角度調整制御を行う。
【００２６】
本実施形態の太陽光集光装置１は上述した構成を備えており、次に、この実施形態の反射板１０角度調整方法である角度調整制御処理について説明する。この角度調整制御処理は、照射工程と、検出工程と、角度調整工程とを備えている。
【００２７】
制御装置４０は、まず、上記各工程を行う前工程として、ヘリオスタット１２の反射板１０の角度調整に係る操作入力がなされると、検査ユニット１３を移動させて、複数のヘリオスタット１２のうち、検査対象となっているヘリオスタット１２と、検査ユニット１３とを、おおまかに対向配置させる。例えば、メモリ等に予め記憶されたヘリオスタット１２の位置（座標）情報と、検査ユニット１３の移動分に基づき求められる検査ユニット１３の現在位置の情報とに基づき、ヘリオスタット１２と検査ユニット１３との角度を調整して互いに対向させる。
【００２８】
次いで、制御装置４０は、検査光照射装置３０によるレーザー光を基準反射板９に向けて照射する制御を行う。レーザー光が基準反射板９に向けて照射されると、基準反射板９によりレーザー光が反射されて、受光位置検出装置３１の受光面３３で受光される。制御装置４０は、受光位置検出装置３１による受光位置の情報に基づき、基準反射板９により反射されたレーザー光が、レーザー光源３２の直近の受光面３３ａで受光されるようにアクチュエータ２１を駆動制御してフレーム１１の角度を調整する。このフレーム１１の角度調整によって、検査ユニット１３と検査対象となっているヘリオスタット１２とが正確に対向配置されることとなる。なお、基準反射板９に反射されたレーザー光が受光位置検出装置３１の受光面３３で受光されない場合は、フレーム１１の角度が大幅にずれていたり、何らかの異常が発生している虞があるため、角度調整制御処理を一旦中断して作業者への報知を行うようにしてもよい。
【００２９】
次に、制御装置４０は、複数の反射板１０を１つずつ角度調整するために、照射工程として、順次、角度調整の対象となっている１つの反射板１０に対してレーザー光を照射するように検査光照射装置３０を駆動制御する。角度調整の対象となっている１つの反射板１０に対してレーザー光が照射されると、検出工程として、受光位置検出装置３１により反射板１０により反射されたレーザー光の受光位置を検出する。制御装置４０は、検出された受光位置の情報を受信し、角度調整工程として、受光位置の情報に基づいて反射板角度調整機構２２を駆動制御する。より具体的には、制御装置４０は、角度調整の対象となっている反射板１０の位置と、当該反射板１０により反射されたレーザー光の受光位置とが対向するように、反射板角度調整機構２２を用いて反射板１０の角度を調整する。これにより、反射板１０により反射されるレーザー光の光軸Ｌ２と、基準反射板９により反射されるレーザー光の光軸Ｌ１とが略平行な状態になる。
【００３０】
ここで、ヘリオスタット１２に対して入射される太陽光は、略平行な光線として反射板１０に入射されるので、上述したレーザー光とは反対に、角度調整が終了した反射板１０により反射された太陽光は、検査時にレーザー光源３２が配置されていた位置に集光される。つまり、１つのヘリオスタット１２の全ての反射板１０による焦点位置は、角度調整を行っていた際にレーザー光源３２が配置されていた位置となる。これら反射板１０により集光された太陽光は、一枚の反射板１０の面積相当の範囲に集光される。
【００３１】
次いで、制御装置４０は、検査ユニット１３と検査対象になっているヘリオスタット１２との相対位置を変化させることなく、レーザー光源３２の光軸を変位させることで、次に角度調整の対象となる反射板１０にレーザー光を照射して、上記と同様な反射板１０の角度調整制御処理を行う。そして、１つのヘリオスタット１２における全ての反射板１０に対して繰り返し角度調整制御処理を実施する。
【００３２】
制御装置４０は、１つのヘリオスタット１２における全ての反射板１０の角度調整が完了すると、当該ヘリオスタット１２の焦点位置と、受熱器４の受熱部４ａの位置とを一致させるために、アクチュエータ２１を駆動制御して、フレーム１１の角度を調整する。なお、受熱器４の受熱部４ａは、固定的にタワー３に設置されているため、レーザー光源３２に対する受熱部４ａの相対位置は、受光位置検出装置３１の現在位置に基づき求めることができる。
【００３３】
同様に、他のヘリオスタット１２における反射板１０の角度調整を順次実施し、全てのヘリオスタット１２における反射板１０の角度調整が完了したら、上述した反射板１０の角度調整制御処理を終了する。
【００３４】
したがって、上述した実施形態におけるヘリオスタット１２の反射板角度調整方法、太陽光反射装置２、および、太陽光集光装置１によれば、受光位置検出装置３１の検出結果に基づいて、制御装置４０により反射板角度調整機構２２が駆動されて反射板１０の角度調整が行われるため、一枚ずつ反射板１０の角度を手作業で調整する場合と比較して、反射板１０の角度調整を容易に行うことができ、その結果、作業時間を低減して、作業者の負担軽減を図ることが可能になる。
【００３５】
さらに、受光位置検出装置３１が、検査光照射装置３０の周囲に配置されていることで、検査光照射装置３０と受光位置検出装置３１とを一体的に形成して設置することができるため、検査ユニット１３の設置自由度を向上させることができる。
さらに、受光位置検出装置３１の受光面３３を平面状に形成していることで、ヘリオスタット１２から受光位置検出装置３１までの距離を略揃えることができるため受光位置をより正確に検出することができる。
【００３６】
さらに、検査光照射装置３０が受熱器４の近傍に配置されていることで、ヘリオスタット１２を他の場所に移動させたり、角度調整作業を行っていない他のヘリオスタット１２による受熱器４への集光を停止することなく反射板１０の角度調整を行うことができるため、反射板１０の角度調整に掛かる作業時間を短縮して、年間の受熱効率低下を防止することができる。
【００３７】
さらに、ヘリオスタット１２から受熱器４までの距離と、角度調整後のヘリオスタット１２の焦点深度とを、略同一に設定することができるため、反射板１０の角度調整を行った後、当該反射板１０を有するヘリオスタット１２の微小な角度調整により、すぐに太陽光の集光を再開することができるため、更なる作業時間の短縮を図り、受熱効率の低下を防止することができる。
【００３８】
なお、この発明は上述した実施形態の構成に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で設計変更可能である。
例えば、上述した実施形態では、タワー３の南側にのみ受熱器４が設けられた片側配置方式の場合を一例に説明したが、南側に限るものではない。また、片側配置方式の太陽光集光装置に限られず、主に低緯度地域で用いられ、タワー３を全周に亘って取り囲むようにヘリオスタットフィールド１４が形成される、いわゆる全周配置方式の太陽光集光装置にこの発明を適用してもよい。
【符号の説明】
【００３９】
１  太陽光集光装置
２  太陽光反射装置
４  受熱器
１０  反射板
１１  フレーム
１２  ヘリオスタット
２２  反射板角度調整機構（反射板角度調整手段）
３０  検査光照射装置（検査光照射手段）
３１  受光位置検出装置（受光位置検出手段）
３３  受光面
４０  制御装置（制御手段）
【図１】
2013124784.tif 000003
【図２】
2013124784.tif 000004