(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
反射鏡配列面に配置され、所定の入射方向領域に沿う入射太陽放射を反射するための複数の反射鏡と、該複数の反射鏡にそれぞれ接続される複数の反射鏡鉛直棒と、該複数の反射鏡鉛直棒のそれぞれの回動運動の中心点を定める回動中心提供部材と、該複数の反射鏡鉛直棒を一括して回動するための運動部材と、該複数の反射鏡から反射された反射太陽放射を所定の集光領域に集中するため、該複数の反射鏡鉛直棒がそれぞれの所定の反射鏡鉛直棒軌道に沿って回動されるように該複数の反射鏡鉛直棒の運動を案内する案内部材とを有し、該運動部材が該入射太陽放射の入射角の変化に対応して所定の運動部材軌道で運動を行い、かつ、該所定の運動部材軌道で運動を行う該運動部材と該それぞれの所定の反射鏡鉛直棒軌道で運動を行う該複数の反射鏡鉛直棒との交点が該運動部材上に描く軌跡に対応する曲線に沿って該運動部材に孔が穿孔されていることを特徴とする太陽放射集中装置。
【請求項２】
該複数の反射鏡鉛直棒を摺動可能な状態で案内する為の所定の形状を有する案内溝が該案内部材に穿孔されていることを特徴とする請求の範囲第１項記載の太陽放射集中装置。
【請求項３】
回転機構を更に有し、該入射太陽放射の射影が該反射鏡配列面内に定義される所定の入射方向指示線に平行になるように該回転機構が該複数の反射鏡、該複数の反射鏡鉛直棒、該回動中心提供部材、該運動部材、及び該案内部材を該反射鏡配列面に垂直な直線の回りに回転することを特徴とする請求の範囲第１項記載の太陽放射集中装置。
【請求項４】
該運動部材がリンクと、該リンクにより一括して回動され、該複数の反射鏡鉛直棒を回動する複数の回転体とを有することを特徴とする請求の範囲第１項記載の太陽放射集中装置。
【請求項５】
該運動部材が平板状の部材であることを特徴とする請求の範囲第１項記載の太陽放射集中装置。
【請求項６】
浮体を更に有することを特徴とする請求の範囲第１項記載の太陽放射集中装置。
【請求項７】
反射鏡配列面に配置され、所定の入射方向領域に沿う入射太陽放射を反射するための複数の反射鏡と、該複数の反射鏡にそれぞれ接続される複数の反射鏡鉛直棒と、該複数の反射鏡鉛直棒のそれぞれの回動運動の中心点を定める回動中心提供部材と、該複数の反射鏡鉛直棒を一括して回動するための運動部材と、該複数の反射鏡から反射された反射太陽放射を所定の集光領域に集中するため、該複数の反射鏡鉛直棒がそれぞれの所定の反射鏡鉛直棒軌道に沿って回動されるように該複数の反射鏡鉛直棒の運動を案内する案内部材とを有する太陽放射集中装置による太陽放射の集中方法において、該入射太陽放射が該反射鏡配列面における所定の方向に沿って入射するように該太陽放射集中装置を該反射鏡配列面に垂直な直線の回りに回転させる工程と、該入射太陽放射の入射角に応じて定められる所定の位置に該運動部材を位置づける工程とを有することを特徴とする太陽放射の集中方法。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は太陽熱システム、太陽熱発電システム、太陽熱調理器、太陽炉、太陽光発電システム、蒸留装置、太陽光照明装置、あるいは化学反応システム等に使用される太陽放射集中装置及び太陽放射集中方法に関する。
背景技術
太陽放射のエネルギーを利用する背景技術として、例えば、太陽光発電システム、太陽熱システム、太陽炉、塩水淡水化システム等の蒸留装置、化学反応システム、あるいは太陽光照明システムがある。
太陽放射のエネルギー密度は約１ｋＷ／ｍ２であるが、これらのエネルギーシステムを高いエネルギー密度で動作させる場合には太陽放射は集中される。太陽放射を集中する集光素子として、例えば、フレネルレンズ、放物面鏡等がある。
このような集光素子を搭載する集光光学系を用いて太陽放射が太陽エネルギー変換装置に集中される場合、一般的に、該集光光学系の光軸を太陽放射の入射方向と一致させることが、高い集光比を得る上で重要である。即ち、太陽放射の入射方向の変化に応じて、該集光素子を回動させ、かつ該太陽エネルギー変換装置を該集光素子の焦点と一致させる追尾機構を搭載した太陽エネルギーシステムでは高い集光比で太陽放射が利用されている。
このような太陽エネルギーシステムを長期にわたり運用する為には、強風等への耐久性が要求される。集光素子の高さが増加する場合には、風圧による悪影響が著しく増加する。このため高い高度に延伸する集光素子を利用した場合には、該集光素子及び該追尾機構の力学的強度を維持するためのコストが増加する。このため大型の集光素子の利用には限界があった。
更に、大型の平面鏡等を利用して固定された領域に太陽放射を照射する場合にも同様の追尾機構の大型化に伴う問題点があった。
別の背景技術として、ヘリオスタット群を搭載するエネルギーシステムが知られている。このようなエネルギーシステムは、複数の平面反射鏡と該複数の平面反射鏡をそれぞれ駆動する複数の追尾装置を有する。該複数の平面反射鏡により反射された太陽放射は固定された太陽放射集中領域に集中される。高い集光比で太陽放射が集中される場合、多数の高精度の追尾装置が搭載される。しかしこの場合追尾機構のコストが高く、その低減が要求されている。更に、大型の平面反射鏡を使用する場合、上述した風圧による悪影響、あるいは追尾機構の大型化に伴う問題点があった。
このような観点からなされた更に別の背景技術として、それぞれ軸上の回動中心点の回りに回転可能な多数の小反射鏡と、制御体と、各小反射鏡を該制御体と連結する共通のリンクとを有する太陽光線集光装置が日本国公開特許広報、特開昭５１−２７３４７に開示されている。該制御体が移動することにより各小反射鏡は同量の変化量の角度で回転する。該制御体がある特定の位置にある場合には、各小反射鏡はある特定の入射角の平行光線を所定の集光位置に反射集光する面角度を有している。該平行入射光線の入射角の変化に対応して該制御体の位置を制御することにより、該太陽光線集光装置は各小反射鏡の反射光を該集光位置に集中させるように設計されている。
しかしながら複数の反射鏡全体を該所定の集光位置に太陽放射を収束させる集光光学系として考察した場合、該太陽光線集光装置において、入射光の入射角の変化量の増加と共に、集光比が著しく損なわれるという問題点があった。該特開昭５１−２７３４７公報にはこのような集光比の低下に関する言及及びこれを克服する教唆は開示されていない。
本発明は上記に鑑みなされたもので、本発明の一目的は、幅広い入射光の入射角の領域に対して高い集光比を実現する、複数の反射鏡を一括して駆動する新規な太陽放射集中装置及び太陽放射集中方法を提供することにある。
本発明の別の一目的は、高い集光比で太陽エネルギーを利用する新規な太陽放射集中装置及び太陽放射集中方法の提供にある。
本発明の別の一目的は、太陽放射の収集効率の高い新規な太陽放射集中装置及び太陽放射集中方法の提供にある。
本発明の別の一目的は低コストの新規な太陽放射集中装置及び太陽放射集中方法を提供することにある。
本発明の更に別の一目的は、太陽放射集中装置における風などの外部環境に対する太陽エネルギーシステムの耐久性を向上させることにある。
発明の開示
本発明の一実施形態によれば、新規な太陽放射集中装置が提供される。該太陽放射集中装置は、所定の入射方向領域に沿う入射太陽放射を反射するための複数の反射鏡と、該複数の反射鏡にそれぞれ接続される複数の反射鏡鉛直棒と、該複数の反射鏡鉛直棒のそれぞれの回動運動の中心点を定める回動中心提供部材と、該複数の反射鏡鉛直棒を一括して回動するための運動部材と、該複数の反射鏡鉛直棒がそれぞれの所定の反射鏡鉛直棒軌道に沿って回動されるように該複数の反射鏡鉛直棒の運動を案内する案内部材とを有する。該複数の反射鏡は反射鏡配列面に配置される。該運動部材は該入射太陽放射の入射角の変化に対応して所定の運動部材軌道で運動を行う。該所定の運動部材軌道で運動を行う該運動部材と該それぞれの所定の反射鏡鉛直棒軌道で運動を行う該複数の反射鏡鉛直棒との交点が該運動部材上に描く軌跡に対応する曲線に沿って該運動部材に孔が穿孔されている。該孔に沿って該複数の反射鏡鉛直棒はそれぞれ運動可能である。該孔は複数であってもよい。これにより該複数の反射鏡から反射された反射太陽放射は所定の集光領域に高集光比で集中される。
該複数の反射鏡鉛直棒を摺動可能な状態で案内する為の所定の形状を有する案内孔が該案内部材に穿孔されていてもよい。
該太陽放射集中装置は回転機構を更に有していてもよい。該入射太陽放射の射影が該反射鏡配列面内に定義される所定の入射方向指示線に平行になるように該回転機構は該複数の反射鏡、該複数の反射鏡鉛直棒、該回動中心提供部材、該運動部材、及び該案内部材を該反射鏡配列面に垂直な直線の回りに回転する。
該運動部材が概ね該入射太陽放射に沿った方向に対する該複数の反射鏡鉛直棒のそれぞれの位置を規定してもよい。更に、該案内部材が該入射太陽放射に概ね垂直な方向に対する該複数の反射鏡鉛直棒のそれぞれの位置を規定してもよい。
該運動部材はリンクと、該リンクにより一括して回動され、該複数の反射鏡鉛直棒を回動する複数の回転体とを有していてもよい。これに替わり、該運動部材は平板状の部材であってもよい。
該太陽放射集中装置は浮体を更に有していてもよい。
本発明の別の一実施形態によれば、新規な太陽放射集中方法が提供される。該太陽放射集中方法により、反射鏡配列面に配置され、所定の入射方向領域に沿う入射太陽放射を反射するための複数の反射鏡と、該複数の反射鏡にそれぞれ接続される複数の反射鏡鉛直棒と、該複数の反射鏡鉛直棒のそれぞれの回動運動の中心点を定める回動中心提供部材と、該複数の反射鏡鉛直棒を一括して回動するための運動部材と、該複数の反射鏡から反射された反射太陽放射を所定の集光領域に集中するため、該複数の反射鏡鉛直棒がそれぞれの所定の反射鏡鉛直棒軌道に沿って回動されるように該複数の反射鏡鉛直棒の運動を案内する案内部材とを有する太陽放射集中装置が駆動される。該太陽放射集中方法は、該入射太陽放射が該反射鏡配列面における所定の方向に沿って入射するように該太陽放射集中装置を該反射鏡配列面に垂直な直線の回りに回転させる工程と、該入射太陽放射の入射角に応じて定められる所定の位置に該運動部材を位置づける工程とを有する。
発明を実施するための最良の形態
本発明をより詳細に説述するために、添付の図面を引用して本発明を説明する。いくつかの図を通して、同一の参照番号は同一もしくは対応する部分を示す。
本発明の一実施形態による太陽放射集中装置は第１−３図に言及して説明される。第１図は、本発明の一実施形態による太陽放射集中装置を説示する概念図である。第２図は、第１図に説示された太陽放射集中装置において、入射太陽放射の向きが変化した場合の該太陽放射集中装置の一状態を説示する概念図である。
第１図及び第２図において、太陽放射集中装置１は、複数の反射鏡１０、複数の反射鏡鉛直棒２０、複数の回動中心提供部材３０、複数の運動部材４０、及び案内部材５０を有する。
該太陽放射集中装置１により集中された太陽放射を受光するため、太陽エネルギー変換装置１００が該太陽放射集中装置の上方の所定の集光領域に設置される。該太陽エネルギー変換装置１００として、太陽電池、太陽熱装置、蒸留装置、熱機関、太陽熱発電システム、太陽熱閉流路ガスタービン発電システム、太陽熱開流路ガスタービン発電システム、太陽光照明システム、及び／または太陽炉等が使用されてもよい。
第１図及び第２図において、３本の互いに直交する矢印Ｘ、矢印Ｙ、及び矢印Ｚは、該太陽放射集中装置１に付随して動くＸＹＺ直交座標系を表わす。該矢印Ｘ、矢印Ｙ、及び矢印Ｚはそれぞれ、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸を表わす。該ＸＹＺ直交座標系は以降の説明の容易のために使用される。更に、矢印Ｓは入射太陽放射の向きを示す。第１図の矢印ＳはＺ軸に平行である。第２図の矢印Ｓに平行なベクトルのＹ成分はゼロである。
それぞれの反射鏡１０は平面反射鏡である。これに替わり、凸面鏡、あるいは放物面鏡、フレネル反射鏡、指向性収束反射鏡等の凹面鏡が使用されてもよい。更に、該反射鏡として、分光反射部材あるいはその他の反射光学素子が使用されてもよい。第１図には９個の反射鏡が描かれている。一般的には、多数の反射鏡が使用されてもよい。例えば、２〜１００００００個の反射鏡が該太陽放射集中装置１に搭載されてもよい。それぞれの平面反射鏡１０は円盤状の輪郭を有する。
これに替わり、それぞれの平面反射鏡は正方形、六角形、長方形、あるいはその他の形状の輪郭を有していてもよい。密に該複数の反射鏡が配置される場合、それぞれの反射鏡の反射面内における回転に起因する隣接する反射鏡との接触を防止するための手段が配備されてもよい。
該複数の反射鏡鉛直棒２０はそれぞれ、該複数の反射鏡１０に強固に接続される。それぞれの反射鏡鉛直棒２０は対応する反射鏡の反射面に対し直角に配置される。該複数の反射鏡１０は、該複数の反射鏡鉛直棒２０を介して太陽放射の追尾のためにそれぞれ駆動される。
該複数の反射鏡鉛直棒２０はそれぞれ該複数の回動中心提供部材３０を回転中心として自由に回転可能である。
該複数の回動中心提供部材３０は水平な反射鏡配列面上に配列される。これに替わり、該複数の回動中心提供部材は斜面、鉛直面、あるいは曲面に沿って配列されてもよい。更に、該複数の回動中心提供部材３０は、該反射鏡配列面を定める一体化された部材であってもよい。第１図には９個の回動中心提供部材３０が３行３列に配列されている。一般的には、該複数の回動中心提供部材３０の配列の形態は任意である。例えば、任意の２次元の周期性を有する格子点、例えば該反射鏡配列面を被覆する複数の三角形の格子点上に該複数の回動中心提供部材３０が配列されてもよい。あるいは、対称性や周期性無く、該複数の回動中心提供部材３０が配置されてもよい。該反射鏡配列面は、円、長方形、六角形、あるいはその他の形状を有していてもよい。
それぞれの運動部材４０は一対の軸受け４２により支持される。このためそれぞれの運動部材４０は該Ｙ軸に平行な回転軸の回りに回転可能である。それぞれの運動部材４０には概ね該Ｙ軸に沿って延伸する所定の形状を有する曲線に沿って孔４０Ａが穿孔されている。それぞれの運動部材の孔４０Ａは該Ｙ軸に平行な回転軸の回りの円筒状の板に穿孔された孔である。それぞれの運動部材の孔４０Ａを同一のＸ座標を有する回動中心提供部材３０に支持される反射鏡鉛直棒２０が貫通する。それぞれの反射鏡鉛直棒２０は、該孔４０Ａの延伸方向に沿ってスライド可能な構造を有する。該孔４０Ａの延伸方向に垂直な方向については、該孔４０Ａの延伸方向に沿った該反射鏡鉛直棒２０の円滑なスライドのために適切な遊びが確保される。
高い集光比が要求される場合、このような遊び、あるいは該孔４０Ａの延伸方向に垂直な方向の該反射鏡鉛直棒２０と該孔４０Ａとの間の空隙は小さくなるように設計される。該反射鏡鉛直棒２０のスライドを円滑に行うため、該運動部材を間欠的に微小振動させるパルス振動発生器が配備されてもよい。該孔４０Ａを滑らかにスライドする図示されない軸受けが、それぞれの反射鏡鉛直棒２０のために配備されてもよい。更に、それぞれの反射鏡１０とこれに接続される反射鏡鉛直棒２０との合併体の重心が、該回動中心提供部材３０に位置づけられてもよい。
特に高い集光比が要求される場合、該複数の反射鏡鉛直棒２０、該複数の回動中心提供部材３０、該複数の運動部材４０、及び該案内部材５０の自重による変形を抑制するため、これらは浮力を提供する水などの液体が満たされた図示されない容器の中に収容されてもよい。この場合、該液体の比重に近い比重を有する複合材料が使用されてもよい。該容器は透明カバー及び結露防止手段を有していてもよい。該複数の反射鏡１０も水に浸されてよい。更に、水中に微生物が繁殖することを防止する適切な水処理が施されてもよい。更に、水中に気泡が滞留することを防止する適切な工程、例えば減圧雰囲気中で溶存気体を除去する工程が施されてもよい。
該複数の運動部材４０を一括して回転させるため、リンク４４が該複数の運動部材４０に接続されている。それぞれの運動部材４０と該リンク４４との接続部にはピボット４６が配備される。該リンク４４をＸＺ面内で移動させることにより、該複数の運動部材４０はＹ軸に平行なそれぞれの回転軸の回りに一斉に等角度の変化量で回転する。
入射太陽放射の仰角の変化、即ち入射太陽放射に平行なベクトルと水平面とのなす角の変化に対応して、該複数の運動部材４０は所定の角度回転する。該複数の運動部材４０の角度変化量は、入射太陽放射の仰角の変化量の半分である。即ち、それぞれの運動部材は入射太陽放射の仰角の変化に対応して所定の軌道（以降所定の運動部材軌道として言及される）で運動する。これにより該複数の反射鏡鉛直棒２０は該複数の運動部材の運動を通じてそれぞれ回動される。該太陽放射集中装置が多数の反射鏡を有する場合、該リンクは複数であってもよい。
該案内部材５０は板状の形状を有する。板面は該反射鏡配列面に平行である。該案内部材５０に案内溝として複数の孔５０Ａが穿孔されている。それぞれの孔５０Ａは概ね該Ｘ軸の方向に沿って延伸する所定の形状を有する曲線に沿って延伸する。上記複数の反射鏡鉛直棒２０はそれぞれ該複数の孔５０Ａを貫通する。それぞれの反射鏡鉛直棒２０は、該孔５０Ａの延伸方向に沿ってスライド可能である。該孔５０Ａの延伸方向に垂直な方向については、該孔５０Ａの延伸方向に沿った該反射鏡鉛直棒２０の円滑なスライドのために適切な遊びが確保される。
第１図に説示された状態で、それぞれの反射鏡１０は太陽エネルギー変換装置１００に向けて太陽放射を反射するような面角度を有している。
該太陽放射集中装置１は、該太陽エネルギー変換装置１００を通過するＺ軸に平行な直線のまわりに回転可能な構造を有する。この為に、図示されない回転機構が配備されてもよい。該太陽放射集中装置１は該複数の反射鏡１０、該複数の反射鏡鉛直棒２０、該複数の回動中心提供部材３０、該複数の運動部材４０、及び該案内部材５０を有する構造体を搭載するためのベースプレート７０及び複数の支柱７２を更に有する。
第２図において、矢印Ｓに平行な入射太陽放射は該反射鏡配列面に斜めに入射する。この場合、上記ＸＹＺ座標系における該入射太陽放射に平行なベクトルのＹ座標がゼロとなるように、該ベースプレート７０が回転する。この状態を確認するため、入射方向指示部材６０が配備されている。該入射方向指示部材６０は該案内部材５０に強固に接続される。該入射方向指示部材６０は該Ｚ軸に平行な棒６２と該Ｘ軸に平行な指示線６４を有する。上記のように、該ＸＹＺ座標系は該太陽放射集中装置１と共に動く座標系であるため、該太陽放射集中装置１が回転した場合にも、該指示線６４は該Ｘ軸と平行な幾何学的関係を維持する。該棒６２による影が該指示線６４と平行となるように、該太陽放射集中装置１の位置が調整される。即ち、入射太陽放射に平行なベクトルのＹ成分が常時ゼロとなるように、該太陽放射集中装置１の位置は制御される。
このように制御された状態で、該ＸＹＺ座標系における入射太陽放射に平行な単位ベクトルの向きの変化は、ＸＺ面内のみの変化に限定される。即ち、入射太陽放射の仰角のみが変化する。この場合、入射太陽放射と同一の方向を有する単位ベクトルのＸ成分を指定することにより、該ＸＹＺ座標系における入射太陽放射の入射方向は一意に定められる。
該案内部材５０に穿孔される該複数の孔５０Ａの形状を決定するための方法の一例は、以下に説明される。
それぞれの反射鏡１０は上記のようにＹ成分がゼロの入射方向を有する入射太陽放射を上記太陽エネルギー変換装置１００に向けて反射するために配備される。それぞれの反射鏡１０により反射された反射太陽放射ビームが正しく太陽エネルギー変換装置１００に向うためのそれぞれの反射鏡に対する所定の反射方向は、該ＸＹＺ座標系において実質的に固定されている。また、それぞれの回動中心提供部材３０の位置も該ＸＹＺ座標系において固定されている。
従ってそれぞれの反射鏡１０が常時該太陽エネルギー変換装置１００に反射太陽放射を照射するために要求される所定の反射鏡鉛直棒２０の位置は、入射太陽放射の該反射鏡配列面に対する仰角の関数として、例えば数値計算により決定することができる。従って入射太陽放射と同一の向きを有する単位ベクトルのＸ成分が所定の範囲、例えば０から１に連続的に変化する場合について、該複数の反射鏡鉛直棒のそれぞれの所定の軌道（以降所定の反射鏡鉛直棒軌道として言及される）は、該単位ベクトルのＸ成分を媒介変数として決定可能である。
従って該所定の反射鏡鉛直棒軌道で運動する該複数の反射鏡鉛直棒２０と該案内部材５０との交点の軌跡（以降案内部材軌跡として言及される）は、例えば数値計算により決定可能である。該案内部材５０に穿孔された複数の孔５０Ａは、上記のように決定された案内部材軌跡に沿って延伸する。第３図は、板状の該案内部材５０に穿孔された該複数の孔５０Ａの形状を説示する。
上記のように、それぞれの運動部材４０は入射太陽放射の仰角の変化に応じて該所定の運動部材軌道に沿って運動を行う。従って該所定の運動部材軌道に沿って運動を行うそれぞれの運動部材と上記反射鏡鉛直棒軌道に沿って運動を行う該複数の反射鏡鉛直棒２０との交点が該複数の運動部材４０上にそれぞれ描く軌跡（以降運動部材軌跡として言及される）は、例えば数値計算により決定可能である。それぞれの運動部材４０に穿孔された孔４０Ａは、該運動部材軌跡に沿って延伸する。該孔４０Ａの形状はこれにより決定される。換言すれば、すべての太陽放射の入射角領域に対して正しく太陽放射を集中するために要求される該孔５０Ａ及び該孔４０Ａのそれぞれの所定の形状は数値計算により定めることが可能である。
以上の構造を有する該太陽放射集中装置１における太陽放射集中方法は以下に説明される。即ち、本発明の別の一実施形態による太陽放射集中方法は、入射太陽放射が反射鏡配列面における所定の方向に沿って入射するように該太陽放射集中装置１を該反射鏡配列面に垂直な直線の回りに回転させる工程と、該入射太陽放射の仰角に応じて定められる所定の位置に該複数の運動部材４０を位置づける工程とを有する。これにより原理的には、すべての入射角領域において、それぞれの反射鏡から反射された太陽放射は正しく所定の方向に向けられる。したがって、高い集光比がすべての入射角領域において実現される。
該太陽放射集中装置１は、太陽エネルギー変換装置１００近傍における太陽光強度を測定する為の複数の光センサ１０２及び該光センサ１０２により検知された信号を用いて該運動部材を制御するコントローラ１０４を更に有していてもよい。該太陽放射集中装置１における太陽放射集中方法は以下に説明される。
即ち、本発明の更に別の一実際形態による太陽放射集中方法は、入射太陽放射が反射鏡配列面における所定の方向に沿って入射するように該太陽放射集中装置１を該反射鏡配列面に垂直な直線の回りに回転させる工程と、太陽エネルギー収集領域近傍での太陽エネルギー強度の差信号を該光センサ１０２を用いて測定する工程と、該差信号に基づき、該コントローラ１０４を用いて運動部材の位置を制御する工程とを有する。該差信号に基づく該運動部材の制御は、直達太陽放射が所定の強度に達した場合にのみ行われてもよい。これにより原理的には、すべての入射角領域において、それぞれの反射鏡１０から反射された太陽放射は正しく所定の方向に向けられる。したがって、高い集光比がすべての入射角領域において実現される。
追尾を好適に行う為、該太陽放射集中装置は所定の集光領域以外の位置に光センサ及び該光センサから検知される信号により該運動部材を制御するコントローラーを有していてもよい。この場合の太陽放射集中方法は以下に説明される。
即ち、本発明の更に別の一実際形態による太陽放射の集中方法は、入射太陽放射が反射鏡配列面における所定の方向に沿って入射するように太陽放射集中装置を該反射鏡配列面に垂直な直線の回りに回転させる工程と、複数の反射鏡の少なくとも一つから反射された太陽放射の方向を太陽エネルギー変換装置と異なる位置に配置されるモニタリング面において反射光の進行方向をモニタリングする工程と、該反射太陽放射の方向が所定の方向に向けられるように、運動部材を位置を制御する工程とを有する。これにより原理的には、すべての入射角領域において、それぞれの反射鏡１０から反射された太陽放射は正しく所定の方向に向けられる。したがって、高い集光比がすべての入射角領域において実現される。
第４図は、本発明にの更に別の一実施形態による太陽放射集中装置の設置状態を説示する概念図である。該太陽放射集中装置１は池１１０の水面上に配置される。このために浮力を有する図示されない架台が使用される。第４図の矢印により説示されるように、該太陽放射集中装置１は該池１１０の水面に垂直で太陽エネルギー変換装置１００を通過する直線１１２の回りに回転可能である。水の浮力の利用により該太陽放射の回転に必要な動力が大幅に低減される。第４図に説示された太陽放射集中装置１は正方形の輪郭を有する。これに替わり、該太陽放射集中装置の輪郭はその他の形状、例えば円形であってもよい。錨や波消部材が配備されてもよい。
第５−７図に言及して、本発明の更に別の一実施形態による太陽放射集中装置が説明される。第５図は、本発明の更に別の一実施形態による太陽放射集中装置を説示する概念図である。第６図は第５図に説示された太陽放射集中装置の正面を説示する図である。第７図は、第５図に説示された太陽放射集中装置において、入射太陽放射の向きが変化した場合の該太陽放射集中装置の一状態を説示する概念図である。第５図において、該太陽放射集中装置１と共に動くＸＹＺ座標系が描かれているが、Ｚ軸とＹ軸とが一直線上に重なって見える角度から該太陽放射集中装置１は描かれている。このため、該太陽放射集中装置の側面は描かれていない。第５図において、入射太陽放射ＳはＺ軸に平行に入射する。第７図において、入射太陽放射に平行なベクトルのＹ成分はゼロである。
該太陽放射集中装置１は、複数の反射鏡１０、複数の反射鏡鉛直棒２０、複数の回動中心提供部材３０、運動部材１４０、及び案内部材５０を有する。
該複数の反射鏡１０、該複数の反射鏡鉛直棒２０、該複数の回動中心提供部材３０、及び該案内部材５０は第１図に説示されたものと同様の構造を有する。
該太陽放射集中装置１は、光センサ８０を更に有する。該光センサ８０の両面には光感知体が配備されている。該光感知体の差信号がゼロとなるように該太陽放射集中装置全体は回動される。
該運動部材１４０は平板状の形状を有する。該運動部材１４０は該Ｙ軸に平行な方向に運動可能である。該運動部材１４０の運動のために一対のガイドレール１４２が配備されている。該運動部材１４０は入射太陽放射Ｓの仰角の変化に応じて所定の軌道で運動を行う。例えば、該運動部材１４０は入射太陽放射の角度変化に比例した所定の距離を該Ｙ軸に沿って移動する。
該運動部材１４０に穿孔されている複数の孔１４０Ａの形状は、上述された原理に基づき決定することができる。第６図に説示されるように、該複数の反射鏡鉛直棒２０は該案内部材５０及び該運動部材１４０をそれぞれ貫通する。
第７図に示されるように、該運動部材１４０は該案内部材５０と協調して該複数の反射鏡鉛直棒２０を一括して駆動する。図示されない駆動部材及び制御系が配備されてもよい。
第８図は、本発明の更に別の一実施形態による太陽放射集中装置に使用される案内部材を説示する図式的な図である。
例えば、第６図に説示される太陽放射集中装置において、該案内部材５０は第８図に説示される複数の直線状の孔１５０Ａを有する複数の案内部材１５０に置換されてもよい。１つを除く案内部材１５０のために、複数の案内部材駆動系２５０が配備されている。該複数の案内部材駆動系２５０は上記運動部材１４０の位置に応じて該複数の案内部材１５０の該Ｙ座標に関する位置をそれぞれシフトさせる。それぞれの案内部材駆動系２５０はハンドル１５２を介して該案内部材を駆動するカム２５４と該カム２５４に対する回転軸２５６と、スプリング部材２５２とを有する。該案内部材は比較的小さな集光比での太陽放射の集光の為に使用されてもよい。
第９図は、本発明の更に別の一実施形態による太陽放射集中装置を説示する概念図である。該太陽放射集中装置１は、複数の反射鏡１０、複数の反射鏡鉛直棒２０、複数の回動中心提供部材３０、運動部材１４０、一対のガイドレイル１４２、該運動部材１４０を駆動する運動部材駆動機構４００、案内部材５０、浮体２１０、及び複数の支柱２１２を有する。
該太陽放射集中装置１は、容器３１０内に蓄積された水３４０の浮力を利用して支持されている。第９図において、直線３４０Ａは該水３４０の水位を説示する。
該浮体２１０は該複数の回動中心提供部材３０を支持する。該浮体２１０の浮力を利用して該複数の反射鏡１０及び該複数の回動中心提供部材３０は支持される。該浮体２１０上に該複数の反射鏡１０が配列される。
該複数の支柱２１２は、該浮体２１０と該案内部材５０との間の所定の距離を維持する。該支柱２１２及び該案内部材５０はそれぞれ水に近い比重を有していてもよい。
該運動部材１４０は該一対のガイドレール１４２に装着される。該運動部材１４０として、水より小さな比重を有する部材が使用されてもよい。これにより該運動部材１４０は水から浮力を受け、該案内部材５０に所定の圧力で押し当てられる。これにより、該運動部材１４０は該案内部材に近接する。
一対の回転機構９１０は所定の集光領域に配置される太陽エネルギー変換装置１００を通り該水９１０の水面に垂直な直線の回りに該太陽エネルギー変換装置１を回動する。即ち、該回転機構９１０は、該浮体２１０、該複数の反射鏡１０、該複数の反射鏡鉛直棒２０、該複数の回動中心提供部材３０、該運動部材１４０、該案内部材５０、該一対のガイドレイル１４２、該運動部材駆動機構４００、及び複数の支柱２１２を回動する。正確な太陽放射の集光を行うため、該一対の回転機構は該水面に平行な方向にシフトしてもよい。これに替わり、集光領域の位置の誤差を補正する為、該太陽エネルギー変換装置は可動状態で配置されてもよい。
第１０図は本発明の更に別の一実施形態による太陽放射集中装置に使用される回動支点提供部材及び反射鏡鉛直棒を説示する図式的な図である。該太陽放射集中装置は回動中心提供部材３０と反射鏡鉛直棒２０との間に配備される自由回転関節３３２を有する。
該反射鏡鉛直棒２０において、該自由回転関節３３２が配備される部分には凹部２０Ａが形成されている。該凹部２０Ａの平面部に該自由回転関節３３２が配備される。該自由回転関節３３２が配備される該回動中心提供部材３０の先端は直線状の形状を有する。これにより、該反射鏡鉛直棒２０は該自由回転関節３３２を回転中心として任意の方向に向けられる。同時に、該反射鏡鉛直棒２０自身を回転軸とする該反射鏡鉛直棒２０の回転運動は抑制される。従って、該反射鏡鉛直棒２０に接続される反射鏡の反射面内における回転は抑制される。この構造は、該反射鏡の反射面内における回転を抑制する機構として動作する。
第１１図は、本発明の更に別の一実施形態による太陽放射集中装置に使用される案内部材と反射鏡鉛直棒との嵌合状態を説示する図式的な図である。第１１図において、該太陽放射集中装置は案内部材５０と反射鏡鉛直棒２０とを有する。該案内部材５０には該反射鏡鉛直棒２０の嵌装に適する所定の断面形状を有する孔５０Ａが穿孔されている。これにより該反射鏡鉛直棒２０の位置は高精度に制御される。
第１２図は、本発明の更に別の一実施形態による太陽放射集中装置に使用される案内部材と反射鏡鉛直棒との嵌合状態を説示する図式的な図である。第１２図において、該太陽放射集中装置は反射鏡鉛直棒２０と、案内部材５０と、該案内部材５０に穿孔される孔５０Ａに配備される弾性体２６２とを有する。該弾性体２６２は該孔５０Ａに嵌装される該反射鏡鉛直棒２０を所定の方向に押し付ける。これにより該反射鏡鉛直棒２０の位置は高精度に制御される。
以上において、本発明による太陽放射集中装置及び太陽放射集中方法は詳細に説明された。その他、本発明による太陽放射集中装置及び太陽放射集中方法を好適に動作させるための補助的な手段、例えば、該太陽放射集中装置により反射された収束光ビームを平行光ビームに変換するフレネル凹レンズ、分光素子、反射光量調節手段、温度調節手段、光パワーメータ、集光比を調整するための調整手段、集光領域からの反射光が外部の領域へ到達することを防止する遮光側壁、情報蓄積媒体、演算プロセッサ、各部材を固定する図示されない手段、反射鏡間の接触を防止するためのガイド部材、及び／または運動部材の位置データに関するエンコーダ等を伴って本発明が実施されてもよい。
即ち、ここに開示された本発明は、新規な太陽放射集中装置及び太陽放射集中方法を提供するが、以上の詳細な説明に開示された教唆に鑑み、本発明の実施は、本発明の最良の形態を説明するためになされた上記実施例に限定されるものではなく、以下の請求の範囲の中で、諸変化を伴ってその他の形態で実施してもよく、あるいは上記実施例の中の最良の一実施形態を説明するために附加された付加的な形態や構成要素を伴わずに実施されてもよい。
産業上の利用可能性
本発明は上記のごとくなした故に、幅広い太陽放射の入射角度領域に対して、高い集光比を有する太陽放射集中装置が提供される。更に、本発明による太陽放射集中装置及び太陽放射集中方法により、太陽光照射装置、太陽光発電システム、太陽熱システム、蒸留装置、熱機関、太陽熱発電システム、太陽熱閉流路ガスタービン発電システム、太陽光照明システム、及び／または太陽炉などを伴った新規な太陽エネルギーシステムが実現される。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明の一実施形態による太陽放射集中装置を説示する概念図である。
第２図は、第１図に説示された太陽放射集中装置において、入射太陽放射の入射角が変化した場合の該太陽放射集中装置の一状態を説示する概念図である。
第３図は、第１図に説示された案内部材を説示する図式的な図である。
第４図は、本発明の別の一実施形態による太陽放射集中装置を説示する概念図である。
第５図は、本発明の更に別の一実施形態による、太陽放射集中装置を説示する概念図である。
第６図は、第５図に説示された太陽放射集中装置の正面を説示する図式的な図である。
第７図は、第５図に説示された太陽放射集中装置において、入射太陽放射の入射角が変化した場合の該太陽放射集中装置の一状態を説示する概念図である。
第８図は、本発明の更に別の一実施形態による太陽放射集中装置に使用される案内部材を説示する図式的な図である。
第９図は、本発明の更に別の一実施形態による太陽放射集中装置を説示する概念図である。
第１０図は本発明の更に別の一実施形態による太陽放射集中装置に使用される回動支点提供部材及び反射鏡鉛直棒を説示する図式的な図である。
第１１図は、本発明の更に別の一実施形態による太陽放射集中装置に使用される案内部材と反射鏡鉛直棒との嵌合状態を説示する図式的な図である。
第１２図は、本発明の更に別の一実施形態による太陽放射集中装置に使用される案内部材と反射鏡鉛直棒との嵌合状態を説示する図式的な図である。
【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】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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