(57)【要約】      （修正有）【課題】安価な平面鏡をプロダクトリサイクルすることで作る事ができる反射パネルとその反射鏡検査装置を提供する。【解決手段】風通しの良い構造体に数ｃｍから数十ｃｍの幅に切り分けた平面反射鏡１９もしくは曲面反射鏡１９を角度を付け並べ隙間に風を逃がせるようにする。そうすることで角度をつけた反射鏡１９が小乱流を作り風を受け流す。受け流された風は風通し用の隙間を抜けることができ風に強い構造となる。これらの反射鏡はレーザーを用いたロボットで検査できる。この反射パネルは既存のトラフ及びディッシュには使えないので平面または多角形トラフ、多角錐ディッシュを用意する。太陽追尾装置は円形レール１６を用いる事で集熱パイプ１７を固定、洗浄装置はその固定された集熱パイプ１７にスポンジをつけ太陽追尾装置を回せば完成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の風通し用の隙間を持ったパネルに角度をつけて幅が数mmから数十cmの完全な平面または曲面状の反射鏡を複数並べることで風を受けた場合に角度をつけた反射鏡表面がパネル上に小乱流を作りその乱流が強風を風通し用の隙間を抜けていくよう促す事で耐風性能を持たせた反射鏡パネル。
【請求項２】
請求項1の反射鏡が強風に吹かれた時に角度を調節する部品の結合を反射鏡から風の力のため自動で外れ反射鏡を風に合わせて動けるようにし、さらにそれ以上の強風が吹くと反射鏡と反射パネルを取り付けている部品が風の力のため自動で外れ反射鏡が取れるようにした反射鏡取付部品。
【請求項３】
請求項1のパネルを用いた平面又は多角形トラフ。
【請求項４】
請求項1のパネルを用いた多角錐ディッシュ。
【請求項５】
円形のレールにトラフ及びディッシュを支持させ、外部からの動力でそれらを半回転できるようにし、円形レールの中心を通る集熱パイプに触れることなく太陽光を追尾させる事ができる太陽光追尾装置。
【請求項６】
請求項１の反射鏡の焦点が一枚一枚合っているかどうかを調べるためにレーザー発生装置をトラフまたはディッシュ開口部上をモーターで動ける様にし、集熱器には光感知器をセットしレーザー発生装置がレーザーを発しながら別のモーターにより動く事で光感知器でそれを検出し反射光が焦点に当たっているかをプログラム制御で自動で移動しながら調べるロボット。
【請求項７】
請求項6の反射鏡検査装置を本発明でない既存のトラフの反射鏡に使えるようにプログラムを組み直した反射鏡検査装置。
【請求項８】
請求項５の集熱パイプが固定であることと太陽追尾装置が回転できるのを利用して、上下にバネを内蔵することで伸び縮みすることができる棒を集熱パイプから真下になるよう2本互いに距離を置き取り付けその先に集熱パイプに沿ったスポンジまたはブラシをつけ太陽追尾装置を回転させる事で反射鏡を洗浄するシステム。
【請求項９】
太陽追尾をさせることで集熱パイプによって常に影になる部分に光検出器を置きトラフ又はディッシュに適切な角度の光が当たっているかどうかを調べる装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明はトラフ式及びディッシュ式太陽熱発電に関する。具体的には、反射鏡の幅を数mmから数十cmに細かく分割し耐風性能を高めた反射パネルを用いたトラフ及びディッシュに関する。さらに、反射鏡の焦点がずれた場合直ちにそれを見つける事が出来る自動検査ロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
2011年7月現在日本は、2011年3月11日に発生した東日本大震災により原子力発電所が爆発し電力危機の状況である。その中で自然エネルギーが世間の注目を浴びている。中でもメガソーラーなどの太陽光発電の注目度は高い。しかし、太陽光発電は大規模にやるとなるとセルが高価な為非常にコストが掛かる。さらに、太陽光発電だけでは電力危機に対応できるほどの出力を持つ発電所を短期間に作るのは難しく雨天、曇り、夜間に発電が出来ない問題がある。
【０００３】
そこで太陽熱発電の出番である。太陽熱発電は1980年代に日本のサンシャイン計画により香川県仁尾町で生まれた。しかし、現在世界では大きく注目され技術開発されているが、日本では十分な土地が無く殆ど技術開発されていない。日本で生まれた技術だが完全に太陽熱発電後進国となってしまった状況にある。太陽熱発電はコストが安い上、大規模にやればやるほどさらにコスト低下が可能となる。さらに発電には太陽熱で生み出された蒸気を使いタービンを回すのでそのタービンを使用し雨天、曇り、夜は火力発電といった方法も考えられる。またどうしても出力が足りない時は燃料を用いて出力を上げる事ができるので、電力危機を解決するのに役に立つ自然エネルギー発電方法である。
【０００４】
太陽熱発電としてはアメリカ合衆国カリフォルニア州モハベ砂漠にあるＳｏｌａｒ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍｓ（ＳＥＧＳ）が有名である。トラフ及びディッシュは巨大化すればするほど熱量を集める事ができる。しかし、トラフ及びディッシュは強風に弱く風で破損し易い。そのため巨大化すればするほど堅牢な支持材が必要となり高価格となりまた重量も大きくなる。又、環境の影響で焦点がずれた反射板の焦点を合わし直すのは大変である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
トラフ、ディッシュの反射鏡に強力な耐風形状を作る事で支持材を軽量化し巨大化、低価格化できるようにする。またトラフの熱媒体を高温・高圧にする為、集熱パイプを固定する方法を提供する。さらに自動で焦点が合っていない反射板を見つけ出すロボットも提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
トラフ及びディッシュを風に強くする為、図4のように反射鏡の幅を数mmから数十ｃｍに分割する。トラフ及びディッシュは反射板から集熱パイプまでの距離が短い為、太陽の視直径３２分などによる反射光の広がりの影響が少ない。その為、トラフに関しては曲面反射板で反射光を絞らず完全な平面の反射鏡を用いる事ができる。ディッシュに関しては四角形の反射鏡を長辺方向に凹ませカーブさせた物を使用できる、同様の反射鏡をトラフに用いて太陽から完全な垂直光をトラフに当てるようにすると、ディッシュのように一点集中集光ができる。平面の反射鏡は市場で大量生産し易く低コスト化につながり、平面の反射鏡を単純に凹ませカーブさせた物も作るのはさほど難しくない。ただし、トラフ及びディッシュをを巨大にする場合は僅かに短辺方向に凹面となった反射板を用いた方が良い。それらを風通しの良い金網のような構造に反射鏡取付板で取り付け角度調節板にて集熱器に焦点が合うよう角度を調節し一枚の反射パネルとする。トラフの場合反射板の長辺が集熱パイプの方向と一致するように反射パネルを取り付ける。四角錐のディッシュの場合は各開口部を構成する金属棒と接触している面はその金属の方向に反射鏡の長辺を取り付ける。完全に平面の反射鏡を用いる場合は反射鏡取付板及び角度調節板も完全な平面で良いが、凹んだ反射鏡を用いる場合はそれにあわせる。反射パネルは基本四角形で良いが、ディッシュ式の場合四角形だけだと隙間がうまれるので三角形のパネルも用意する。このような構造を取る事で角度を付けた反射鏡が風を乱し小さな渦を作る。その渦は風を受け流し風が反射パネルを通り抜けるよう働く。これが第一次風防御システムになる。
【０００７】
第一次風防御システムで風を受け流せない程の強風が吹いた場合、支持材全体の構造を守る為、図５の反射鏡取付板と角度調節板の接合部が強風の力によって外れ、反射鏡が反射鏡取付板のみでパネルと接続されるようになり、半回転運動ができるようになる。予め反射鏡取付板と角度調節板の接合部は反射板取付板とパネルの接合部よりも外れ易くして置く。こうすることで反射鏡が動くようなるので強風に対応した隙間が自動で作られ、さらに風に強くなる。これが第二次風防御システムになる。
【０００８】
第二次風防御システムで受け流せないほど強風が吹いた場合、トラフ全体の構造を守る為、反射板とパネルをつないでいる反射板取付板が強風の力によって外れることで反射板が外れる。反射板が外れれば外れるほど金網構造に近づくので当然風通しが良くなり、より風に強い構造となる。これが第三次風防御システムになる。これが風防御システムの最終形態で第四次風防御システムは存在しない。これ以上強い風が来た場合は諦める。
【０００９】
第一次から第三次風防御システムを取る事で風に対して堅牢となりトラフ及びディッシュを支持する構造及び反射板自体を軽量化できるのでその分材料費を減らせ低価格に製造できる。さらに容易に巨大化もでき、より熱量を集めれる。
【００１０】
一枚の大きな面積を持つ通常のトラフと異なり、分割された複数の反射板の構成を取ることで一枚一枚を集熱パイプの最下部に集中して光を当て易くなる。全体の吸熱量はトラフの開口部（アパチャ）が同じであれば通常のトラフと同じだが、集熱パイプ最下部付近を確実に狙うことで最下部付近の集光度が上がり高温を生み出せ、系が乱雑でなくよりエントロピーが低い集熱方法となる。ただし、最下部付近以外の集光度は通常のトラフより下がる。
【００１１】
トラフで高温を生み出せるようになると、現状の熱媒体と高圧にできない集熱パイプでは対応できなくなる恐れがあるので、図1のように集熱パイプ17とトラフを独立に構成させる。図1は二等辺直角三角形の構造を持つトラフを長辺の中点が円型レール16の中心となるように設置した構造で、回転装置の動力が金属棒10を回す事で動力が金属棒11を介してローラー14に伝わり円型レール16とトラフを接続するローラー13,14,15が円型レール16を走り円の中心とトラフ長辺の中点を一致させながら、トラフを半回転できる。集熱パイプ17を円の中心に設置すれば半回転するトラフと完全に独立となり、地面に固定することができるので高圧を掛けれるようになる。トラフは金属棒11が集熱パイプ17に引っ掛かるので一回転は出来ない。ただし、半回転はできるので太陽追尾をする上で支障は無い。なお、この回転装置を緯度による傾斜を調節した構造体に設置する事で多角形ディッシュにも使用できる。その場合ディッシュの多角錐底辺の金属棒にローラー13,15を取り付け、その金属棒の中点に新たな金属棒を取り付けその先にローラー14と金属棒11を取り付ける。なお、ローラー14に接続する金属棒は太陽光追尾の際、集熱パイプの影響で常に影となる。これを利用してそこに光感知器を置き影となっているかどうかを調べ、太陽を正確に追尾できてるか確認する方法が考えられる。
【００１２】
現状のトラフの太陽追尾装置にも対応できるようにしたのが、図2である。集熱パイプとトラフは回転軸を中心として一体となって回転する。そのため集熱パイプが可変となってしまうので高圧は掛けにくい。なお、ディッシュ式ではこの回転方法は使用できない。
【００１３】
この発明のトラフは反射鏡の数が膨大になるので図7のような反射鏡検査ロボットが必要不可欠である。このロボットは人力でトラフ末端の支持材と集熱パイプにセットされ、動力を用いてパイプに沿って自動で移動できる。さらにトラフ末端から集熱パイプ方向に金属棒に沿って自動で移動できるレーザー発生装置が接続されている。なお、このレーザー発生装置は金属棒に対して垂直にレーザーを発射する事ができる。それを集熱パイプ真下にある光感知器にて記録する。この装置をディッシュ式に使いたい場合は集熱器真下に独立で光感知器をセットしディッシュの多角形の底辺一本とその対辺に光感知器が付いてない反射鏡検査ロボットを取り付ける。
このロボットのプログラムはトラフ末端から集熱パイプに向けてレーザー発生装置が移動することから始まる。移動間隔は自由に決められるが数ｍｍが望ましい。プログラムはレーザー光が現在レーザーが当たっている反射鏡から次の反射鏡に到達すると感知器の光検出位置が大きくずれるのを利用して反射鏡が変わった事を理解する。ただし、反射鏡が風で飛ばされている可能性も有るので反射鏡のおおよその間隔はセットしてあり状況によって使い分ける。トラフの末端から集熱パイプまでレーザー発生装置が到達したら、レーザー発生装置はトラフの末端へ戻り、集熱パイプに沿って予め決めておいた距離を移動しまた検査を開始する。これを繰り返す事でトラフ半分の反射鏡を検査できる。もう半分は人力でこのロボットをもう片側にセットし直し同様にプログラムにそって動かす。もしくは図7と別の構造でトラフの両端の金属棒にロボットを引っ掛けれるようにした物を作りトラフ全体を検査できるようにするのも良い。その場合光感知器とレーザー発生装置が重なってしまう現象が起きるので集熱パイプの方向に多少レーザー光線を傾けてやり光感知器の場所を集熱パイプ方向に多少ずらすことで解決する。
【００１４】
具体的な反射鏡検査ロボットのプログラムの原理を図6を用いながら以下で説明する。
光感知器の光検出位置によってレーザー光が集熱パイプに当たっているかどうかを調べる。
集熱パイプ中心から感知器に垂直に降ろした点を原点とした感知器上に検索ロボットの金属棒が接続されているトラフ末端を正方向としたｘ軸を置き、
Ｌ＝集熱パイプ中心からロボットが接触しているトラフ末端の金属棒の中心の距離
ｌ＝集熱パイプ中心からレーザー発生装置の距離
θ＝直角二等辺三角形トラフの鋭角
Xo＝新たな反射鏡にレーザー光が当たった瞬間のｘ軸原点から検出地点の距離
α＝レーザー光と光検出器のなす角度
ｈ＝ｘ軸とレーザーの軌跡がなす三角形のレーザー発生装置から反射鏡上の辺
i=ｘ軸とレーザーの軌跡がなす三角形のレーザー発生装置からｘ軸上の辺
ｇ＝光感知器と反射鏡の距離
r＝集熱パイプ集熱部分の半径
Ｒ＝真空ガラス管を含む集熱パイプの半径
ｄ＝集熱パイプの一点から光検出器までの最短距離
まず、hとiを求める。
ｈ＝(L-l)×tanθ
i=l-Xo
hとiよりtanαを求める。
tanα=h/i
x軸に対し角度αで集熱パイプの中心にレーザー光が当たる時通るx軸上の座標を求める。
（Ｒ+ｄ）/tanα
この座標に集熱パイプ集熱部分の半径ｒ分の幅を持たせる。
（Ｒ+ｄ）/tanα±(r/sinα)
さらに太陽の視直径32分による反射光の広がりを考慮する。
100ｍで0.93ｍ反射光が広がると考え、光感知器と反射鏡の距離ｇ=l/cosα-(R+d)/sinαであるので光感知器の反応したx座標の収まるべき範囲が下式数式1のように導かれる。さらに既知のtanαからsinα、cosαは求められるから数式2が導き出せる。ただし±以降は常に正でなくてはならない。この式を用いて移動しながら一枚一枚反射鏡の複数箇所を調べて式の範囲内であればＴｒｕｅ範囲外であればＦａｌｓｅを返し一枚の反射鏡で複数測定するのでその何％がＴｒｕｅであったかを集計し結果を出力する。
【数１】
2013019640.tif 000003
【数２】
2013019640.tif 000004
【００１５】
四角錐ディッシュ式でこれと同様のロボットを使いたい場合は図7で言えば集熱パイプの方向にｘ軸の原点から新たにｙ軸を作り。入射角αから同様の式を作る。そうすることで許容されるx,yの値が定まる。ただ、注意したいのがこのままのプログラムだと反射鏡を長辺方向に横切って検査してしまうことである。そうなると、ディッシュ式の反射板はカーブしているので、同じ反射板を違う反射板と誤認識する可能性が出てくる。そこで四角形ディッシュの場合は四角錐の反射鏡が載っている4面の内二面ずつ検査する方法が考えられる。ロボットが接続されているトラフの金属棒に接触した2面の反射鏡は短辺方向に横切れるのでこれらのみ検査して、残りの二面は位置からプログラムで判断して飛ばす。残った二面はこのロボットを残った二面と接触している金属棒にセットし直して検査する。
【発明の効果】
【００１６】
太陽熱発電の低コスト化につながる。また軽量化が可能で強風に強いので海上設置が可能になる可能性が出てくる。また平面の反射鏡は大量生産が既にされておりゴミとして多数存在する。これを加工する事でトラフを作れるので鏡をプロダクトリサイクルできる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】直角二等辺三角形のトラフとそれを集熱パイプに触れずして太陽追尾する装置を南北方向から見た図である。
【図２】三角形のトラフとそれを集熱パイプと共に太陽追尾する装置を南北方向から見た図である。
【図３】反射鏡がついてないパネルで構成された直角二等辺三角形トラフと集熱パイプに触れずに太陽追尾ができる装置の円形レールを東西方向から見た図である。
【図４】四角錐ディッシュを構成する為の反射パネル支持構造と反射鏡が付いていないパネルである。
【図５】耐風反射パネルの全体図である。
【図６】耐風反射パネルと反射鏡、その取付部品の拡大図である。
【図７】直角二等辺三角形トラフとその反射板の検査ロボット
【発明を実施するための形態】
【００１８】
まず、集熱パイプが南北方向になるように反射パネル支持材と回転装置を設置する。この時、緯度による太陽光の減少を減らす為時期によって南北方向に傾斜できる支持台をつけるのも良い。トラフ式は傾斜が無くともある程度集光ができるがディッシュ式に関してはこの傾斜できる支持台が必須である。
【００１９】
支持材が組み立てられたら、反射パネルをセットする。トラフの場合反射鏡が南北方向に四角錐ディッシュ式の場合反射鏡の載る4つの面に接続する支持棒に長辺が平行になるようにセットする。
【００２０】
集熱器はトラフの場合は集熱パイプを利用する。集熱パイプは既存のトラフのように反射防止膜をコーティングされた真空ガラス管に包まれた金属パイプの形式を取る。この金属パイプには選択吸収膜が形成されている。400度程度で運用するのであれば既存のトラフのように溶融塩やオイルを用いる方法が考えられる。オイルを使う場合金属パイプから水素が透過してくるのでこれを吸収させる為ハイドロジェン・ゲッターを使う。また、集熱パイプに高圧を掛けられるようにすると、沸点を上昇させた水や蒸気を熱媒体にしたり、化学プラントとして使える可能性が出てくる。ただし、図2の太陽追尾形式ではパイプが地面に固定できないので高圧は掛けられない。
【００２１】
トラフで高温にされた熱媒体により高温の蒸気を生み出しタービンを回す事で発電し電力を生み出す。ディッシュの場合は焦点にスターリングエンジンを置き発電をする方法が考えられる
【００２２】
太陽追尾は基本季節の太陽の動きに合わせて回転装置を回すようプログラムするだけであるが、それだけでは正確に太陽追尾ができない可能性があるので、トラフもしくはディッシュの最下部が常に集熱器によって影が作られるのを利用する。この位置に光感知器をセットしておき影の位置が少しずれたら回転装置をその分動かすようにプログラムする。
【００２３】
反射鏡検査ロボットを定期的にトラフ及びディッシュにセットし反射鏡の焦点が集熱器からずれてないかを検査する。焦点がずれている反射鏡が見つかった場合は人力で反射鏡角度調節板の長さを変更する事により焦点を直す。
【００２４】
反射鏡の汚れを取り除く為、定期的に洗浄をしなくてはならない。その為に既存のトラフの使用している洗浄車を用いる方法がある。図1で集熱パイプが固定式のトラフの場合は特殊な反射鏡の洗浄の仕方が出来る。パイプが固定である事を利用してパイプに弱いバネを取り付け押される事である程度上下運動ができる棒の先に集熱パイプ方向に長さを持つスポンジ又はブラシを付ける。そして回転装置を回転させると全ての反射鏡が自動でブラッシングされる。ただし、反射鏡の角度を動かさないように非常に弱いバネと柔らかいブラシを用いる。ブラシに水を通す機能を付けるとより洗浄効果が高まる。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
発電所や給湯器などのボイラー、化学プラント、太陽炉等に使用できる。
【符号の説明】
【００２６】
10  金属棒
11  金属棒
12  可動接続部
13  ローラー
14  ローラー
15  ローラー
16  円形レール
17  固定集熱パイプ
18  回転装置
19  反射鏡
20  可動集熱パイプ
21  回転軸
30  トラフ用反射パネル
40  四角錐ディッシュ支持体
41  ディッシュ用三角形反射パネル
42  ディッシュ用四角形反射パネル
51  反射鏡取付板
52  反射鏡角度調節板
70  レーザー発生装置
71  金属棒
72  光検出器
【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】
2013019640.tif 000009
【図６】
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【図７】
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