(57)【要約】【課題】位置の異なるヘリオスタットにも全て同じ径で同じ曲率のミラーを使用することができるマルチミラー型ヘリオスタットのミラー構造を提供する。【解決手段】ミラー４の外径ｄと焦点距離Ｆでの集光スポットＰの径Ｓが略同一のため、ミラー４による反射光Ｒは非焦点部分も焦点の集光スポットＰと略同じ径になる。またその反射光Ｒの径がターゲット２の内径以下なので、反射光Ｒは必ずターゲット２内に入り込むことができる。全てのミラー４を同じ外径で同じ曲率にすることができるため、製造効率及びコストの面で有利である。【選択図】図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽光を反射する複数のミラーを有し、該ミラーからの反射光をターゲット上で一点に重ね合わせた状態で集光させると共に、ターゲットに対して異なる距離に複数設置されるマルチミラー型ヘリオスタットのミラー構造であって、
全てのヘリオスタットの各ミラーの外径が全てターゲットの内径以下の同一径であり、各ミラーは凹面であって曲率が全てミラーの外径と略同一径の集光スポットを形成可能な同一曲率であることを特徴とするマルチミラー型ヘリオスタットのミラー構造。
【請求項２】
ミラーの外径がターゲットの内径と同一であることを特徴とする請求項１記載のマルチミラー型ヘリオスタットのミラー構造。
【請求項３】
集光スポットを形成するミラーの焦点距離が、各ヘリオスタットのターゲットに対する最短距離と最長距離の間の距離であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のマルチミラー型ヘリオスタットのミラー構造。
【請求項４】
ミラーが円形であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のマルチミラー型ヘリオスタットのミラー構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マルチミラー型ヘリオスタットのミラー構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
太陽を追尾しながらミラーを回動させて、太陽光を一点に反射し続けるヘリオスタットが知られている。一枚の大きなミラーを回動させるタイプもあるが、複数のミラーで集合体を構成し、そのミラー集合体をあたかも一枚の大きなミラーのように回動させるマルチミラー型のヘリオスタットもある。マルチミラー型のヘリオスタットの方が個々のミラーの歪みが少なく、複数のミラーの集光スポットを一点に重ね合わせることにより、高精度の集光を実現することができる。
【０００３】
マルチミラー型のヘリオスタットは、具体的にはフレームに複数のミラーを支持し、そのミラーの角度を個々に調整して固定することにより、反射光が一点で重なることになる。そして個々にミラーの角度調整をしたミラー集合体を、太陽の動きに合わせてフレームごと回動させ、太陽光をターゲットの一点に反射し続けるようにしている。
【０００４】
ミラーは焦点距離に応じた曲率を有する凹面鏡である。ターゲット位置においてちょうど焦点を結ぶようになっている。焦点位置の集光スポットが一番小さいため、ターゲット位置に焦点位置を合わせている。
【０００５】
ヘリオスタットは例えば頂部にターゲットを有するタワーの周囲に多数配置される。タワーに近いヘリオスタットのミラーは短い焦点距離の凹曲面になっている。タワーから遠いヘリオスタットのミラーは長い焦点距離の凹曲面になっている。このようにターゲットとミラーとの距離（焦点距離）に応じて各ヘリオスタットのミラーが異なった曲率の凹曲面になっている（例えば、特許文献１参照）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３７０１２６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、このような従来の技術にあっては、ヘリオスタットのミラーの曲率がヘリオスタットの位置に応じて異なるため、複数種の曲率のミラーを製造しなければならず、ミラーの製造効率及びコストの面で不利であった。
【０００８】
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、位置の異なるヘリオスタットにも全て同じ径で同じ曲率のミラーを使用することができるマルチミラー型ヘリオスタットのミラー構造を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１記載の発明は、太陽光を反射する複数のミラーを有し、該ミラーからの反射光をターゲット上で一点に重ね合わせた状態で集光させると共に、ターゲットに対して異なる距離に複数設置されるマルチミラー型ヘリオスタットのミラー構造であって、全てのヘリオスタットの各ミラーの外径が全てターゲットの内径以下の同一径であり、各ミラーの曲率が全てミラーの外径と略同一径の集光スポットを形成可能な同一曲率であることを特徴とする。
【００１０】
請求項２記載の発明は、ミラーの外径がターゲットの内径と同一であることを特徴とする。
【００１１】
請求項３記載の発明は、集光スポットを形成するミラーの焦点距離が、各ヘリオスタットのターゲットに対する最短距離と最長距離の間の距離であることを特徴とする。
【００１２】
請求項４記載の発明は、ミラーが円形であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１記載の発明によれば、ミラーの外径と焦点距離での集光スポットの径が略同一のため、ミラーによる反射光は非焦点部分も焦点の集光スポットと略同じ径になる。つまりミラーからの反射光はあたかも平行光のようになる。またその反射光の径がターゲットの内径以下なので、反射光は必ずターゲット内に入り込むことができる。反射光が焦点位置でも非焦点位置でも略同径のため、ターゲットに対して近いヘリオスタットも、遠いヘリオスタットも、全てのヘリオスタットの全てのミラーを同じ外径で同じ曲率にすることができ、製造効率及びコストの面で有利となる。
【００１４】
請求項２記載の発明によれば、ミラーの外径がターゲットの内径と同一であるため、ミラーの外径がこの方式によるミラーの最大径であり、より多くの太陽光をターゲットに対して集光することができる。
【００１５】
請求項３記載の発明によれば、集光スポットを形成するミラーの焦点距離が、各ヘリオスタットにおける最短焦点距離と最長焦点距離の間の距離であるため、ヘリオスタットの本来の焦点距離から大きく相違しない。そのため、ターゲットに対応する非焦点部分が本来の焦点距離に近くなるため、集光スポットの輪郭が明瞭で全ての光エネルギーがターゲット内に導入される。
【００１６】
請求項４記載の発明によれば、ミラーが円形であるため、四角形等に比べてミラーの面精度が高く、集光スポットの輪郭が明瞭で全ての光エネルギーが確実にターゲット内に導入される。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】ヘリオスタット群を示す斜視図。
【図２】ヘリオスタット群を示す平面図。
【図３】ヘリオスタット群を示す側面図。
【図４】ヘリオスタットを示す正面図。
【図５】ヘリオスタットを示す側面図。
【図６】複数のミラーの集光状態を示す図。
【図７】一般的なミラーの集光状態を示す図。
【図８】図７を利用して１枚のミラーの集光状態を説明する図。
【図９】１枚のミラーの集光状態を示す図。
【図１０】異なる位置のヘリオスタットからの集光状態を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１〜１０は、本発明の好適な実施形態を示す図である。
【００１９】
タワー１の頂部にはターゲット２が設けられている。ターゲット２は開口で内部に反射光Ｒを取り入れて熱に変換することができる。ターゲット２の形状は四角形で、サイズは一辺が１ｍの内径である。
【００２０】
タワー１の北側の地上には、近い方からＡ列、Ｂ例、Ｃ列、Ｄ列の４列で層状に並べられた複数のヘリオスタット３が設置されている。
【００２１】
各ヘリオスタット３はミラー４を１０枚有するマルチミラー型である。ヘリオスタット３の各ミラー４は円形で外径は１ｍである。ミラー４の反射面は所定の焦点距離に応じた曲率の凹面鏡により規定される。凹面鏡は典型的には球面鏡で、放物面鏡の主軸近傍の曲面は球面で近似されるため実質的な焦点を有する。
【００２２】
ヘリオスタット３の支柱５は地面に固定され、支柱４の頂部のドライブ６は水平方向で回転自在で、このドライブ６からは水平方向に延びる回転軸７が両側へ突出している。左右の回転軸７にはそれぞれフレーム８が固定され、左右の各フレーム８に５枚ずつ、合計１０枚のミラー４が支持されている。そしてフレーム８をミラー４ごと方位方向及び高度方向へ回転させることができる経緯台方式になっている。
【００２３】
１０枚のミラー４で太陽光Ｌを反射するが、各ミラー４からの反射光Ｒの集光スポットＰが一点に集光するように、予めヘリオスタット３の各ミラー４は角度が調整されて固定され、その一点に重なり合った集光スポットＰが常にターゲット２に当たるように、フレーム８を太陽の動きに合わせて方位方向及び高度方向へ回動させている。
【００２４】
この時の全てのヘリオスタット３の全てのミラー４は、同一径で且つ同一曲率（同一焦点距離）である。すなわち、各列のヘリオスタット３のフレーム８に設置される角度が相違するだけで、全て同じものが採用されている。
【００２５】
このミラー４の径と曲率について説明する。
【００２６】
図７は一般的なミラー９で、大きな径Ｗを有する球面鏡である。曲率に応じた焦点距離Ｆで集光スポットＰを形成するようになっている。すなわち、焦点距離Ｆは曲率半径の半分の距離に相当し、焦点位置において太陽の実像としての集光スポットＰが形成される。
【００２７】
集光スポットＰの大きさは太陽の実像であるためミラー９の径Ｗに関係なく、焦点距離Ｆに依存して決まる。即ち、太陽の視直径が０．５３°なので、集光スポットＰの大きさＳは、Ｓ＝Ｆ×ｔａｎ０．５３°で求められる。ｔａｎ０．５３°が０．００９３なので一般的には焦点距離の約１／１００の径の集光スポットＰが形成されると認識されている。
【００２８】
図７には、大きな径Ｗのミラー９で反射された反射光Ｒは焦点距離Ｆにおいて径Ｓの集光スポットＰを形成し、その集光スポットＰがちょうどターゲット２の内径と一致した状態を示している。ミラー９の反射光Ｒは収束しながら集光スポットＰで最小となり、その後に再度拡散している。従って、焦点を結ぶ集光スポットＰ以外の非焦点位置では反射光Ｒの径が大きくなっている。
【００２９】
ここで、焦点位置における集光スポットＰの径Ｓは実質的に太陽の実像であるためミラー９の大きさＷに関係なく、焦点距離Ｆで決まる。したがって、焦点距離Ｆはそのままで、ミラー９の大きさＷをターゲット２の内径の大きさＳ、すなわち集光スポットＰと同じ径ｄにしたらどうなるか検討する。図８はその説明図であるが、ミラー４の外径ｄと集光スポットＰの径Ｓを一致させると、焦点位置だけでなく、焦点よりミラー４寄りの位置においても光束は拡がらず外径ｄを維持する。すなわちミラー４寄りの位置においては太陽の実像は形成されないが反射光束が外径ｄの範囲内にあるためミラー４の反射光Ｒが平行光のようになる。また、焦点より遠方においては反射光Ｒが徐々に拡がるがミラー４の大きさが小さいほど拡がり方も小さい。
【００３０】
なお、ミラー９を平面鏡とした場合には集光性がないため反射光Ｒが平面鏡（反射位置）から離れるに従い拡がる一方であり、太陽の実像が形成されることはなく焦点距離も存在しない。これに対して本発明のミラー４は所定の集光スポットＰを形成しうる焦点距離を有する凹面鏡である。
【００３１】
図９はそのミラー４の集光状態を示す図であるが、この実施形態ではミラー４の外径が１ｍで、ターゲット２の内径Ｓも１ｍである。従って、このターゲット２の内部に、その内径と一致した１ｍの集光スポットＰが形成される。焦点位置での集光スポットＰの径が１ｍのため、このミラー４の焦点距離Ｆは約１００ｍである。
【００３２】
この実施形態では、全てのヘリオスタット３にこのミラー４を使用した。即ち、Ａ列、Ｂ列、Ｃ列、Ｄ列の全てのヘリオスタット３の全てのミラー４に同一仕様（外径ｄ、焦点距離Ｆ）のものを使用した。
【００３３】
図１０は、各列のヘリオスタット３と焦点距離の関係を示している。ミラー４の位置を固定し、ターゲット２の方を変位させて図示したものである。
【００３４】
各列のヘリオスタット３に支持されたミラー４の反射光Ｒは、全て焦点距離が約１００ｍで径Ｓが１ｍの本来の集光スポットＰを結ぶ。しかし、その前後の非焦点位置も径Ｓが１ｍのため、Ａ列とＢ列は焦点距離Ｆの手前にターゲット２が位置する状態となるが、内径と一致した径Ｓの反射光Ｒがターゲット２に当たる。Ｃ列とＤ列は焦点距離Ｆの先だが同様に内径と略一致した径Ｓの反射光Ｒがターゲット２に当たる。従って、全てのミラー４の反射光Ｒが高効率でターゲット２内に導入され、ターゲット２から外れて無駄になる光を効果的に減らすことができる。
f  この実施形態でのミラー４の焦点距離Ｆは、最も近いＡ列と最も遠いＤ列のちょうど中間を採用した。すなわち焦点位置がＡ列とＤ列のミラー４と各ターゲット間２の距離の差ｆの中間位置ｆ／２になるようにした。反射光Ｒは非焦点位置でも同一径であるが、焦点位置からあまりかけ離れると、集光スポットＰの像の輪郭が明瞭でなくなる傾向があるため、なるべくミラー４の本来の焦点位置Ｆに近い位置でターゲット２に当たるようにした。
【００３５】
ミラー４の径ｄはターゲット２の内径以下であれば、ターゲット２内に全て導入されるが、この実施形態では、その範囲内で最大の径ｄ、すなわちターゲット２の内径と同一にしている。そのため、ミラー４として採用できる最大の径ｄであり、より多くの太陽光Ｌを反射することができる。ターゲットは種々の形状のものがあるが、「内径」とはターゲットの内接円の直径を意味する。またミラーも種々の形状があるが、外径とはミラーの外接円の直径を意味する。
【００３６】
更に、ミラー４を円形にしたため、四角形等に比べてミラー４の面精度が高く、集光スポットＰの輪郭が明瞭で、全ての光エネルギーが確実にターゲット２内に導入される。
【００３７】
以上のようにターゲット２に対する位置が相違するヘリオスタット３にも、全て同じ外径ｄで同じ曲率のミラー４を使用することができるため、製造効率及びコストの面で大変に有利である。
【００３８】
以上の実施形態では、経緯台式のヘリオスタット１を例にしたが、赤道儀式その他の方式でも良い。またヘリオスタット３に支持するミラー４の枚数も１０枚に限定されず、２４枚でも、それ以上でも良い。ミラー４は円形を例にしたが、四角形や六角形、その他の形状でも良い。
【００３９】
また、ミラー４の焦点距離Ｆは中間値ではなく最も遠いＤ列の距離を採用してもよい。この場合には全てのミラー４の反射光Ｒが無駄なくターゲット２内に導入される。
【符号の説明】
【００４０】
２  ターゲット
３  ヘリオスタット
４  ミラー
Ｌ  太陽光
Ｐ  集光スポット
Ｆ  焦点距離
Ｒ  反射光
Ｓ  集光スポットの径（ターゲットの内径）
ｄ  ミラーの外径
【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】
2016008801.tif 000010
【図９】
2016008801.tif 000011
【図１０】
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