| 【発明の名称】 |
太陽光集光装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】大月 利
【氏名】竹内 純一
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| 【要約】 |
【課題】施設の大型化，大容量化及び軽量化を達成し、立地スペースを小さくするとともに、風雨，積雪等に対する耐候性を高め、施設の洗浄を容易にする。
【解決手段】太陽光集光装置として、太陽光を集光する複数の凹面ミラーと、該凹面ミラーで集光した太陽光を所望のリアクタまで伝送する光伝送手段と、複数の凹面ミラーを太陽光に向けて追従させる追従手段とを有しているとともに、複数の凹面ミラーが共通の揺動フレームに搭載されており、追従手段の部分が起伏手段及び旋回手段の組み合わせにより構成される技術が採用される。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 太陽光を集光する複数の凹面ミラー（１１）と、該凹面ミラーで集光した太陽光を所望のリアクタ（６）まで伝送する光伝送手段（２）と、複数の凹面ミラーを太陽光に向けて追従させる追従手段（３）とを有しているとともに、複数の凹面ミラーが共通の揺動フレーム（１３）に搭載されていることを特徴とする太陽光集光装置。
【請求項２】 複数個の凹面ミラー（１１）を組み付けた集光ユニット（１２）を揺動フレーム（１３）に複数基まとめて集光パネル（１）が構成され、該集光パネルが追従手段（３）に接続されていることを特徴とする請求項１記載の太陽光集光装置。
【請求項３】 光伝送手段（２）の集光部（２１）の高さが、凹面ミラー（１１）をミラー押さえ部材（１２ｃ）を介して揺動フレーム（１３）に組み付けるにより設定されることを特徴とする請求項２記載の太陽光集光装置。
【請求項４】 追従手段（３）の部分が起伏手段（３Ａ）と旋回手段（３Ｂ）とにより構成され、該起伏手段が、キングピン（３５）を介して起伏可能な状態で集光パネル（１）の加重を支持するための荷重支持フレーム（３１）と、集光パネルと荷重支持フレームとの間に配され伸縮により集光パネルを起伏させる揺動機構（３４）とを有していることを特徴とする請求項２または３記載の太陽光集光装置。
【請求項５】 旋回手段（３Ｂ）が、起伏手段（３Ａ）を介して集光パネル（１）を支持する荷重支持フレーム（３１）と、該荷重支持フレームを旋回駆動する旋回駆動機構（３９）とを有していることを特徴とする請求項４記載の太陽光集光装置。
【請求項６】 集光パネル（１）に、太陽光の方向を検出する光追尾手段（４）が搭載されていることを特徴とする請求項１、２、３、４または５記載の太陽光集光装置。
【請求項７】 光追尾手段（４）に、太陽光の強弱を検出するための照度センサ（４４）が配されていることを特徴とする請求項６記載の太陽光集光装置。
【請求項８】 揺動フレーム（１３）に太陽光に向けるための柱状部（４２）が搭載されるとともに、該柱状部の基部の回りに柱状部の傾きにより太陽光の方向を検出する複数の指向センサ（４３）が配されることを特徴とする請求項７記載の太陽光集光装置。
【請求項９】 各集光ユニット（１２）の表面に、透明板（１２ｈ）がそれぞれ配されるとともに、該透明板が、集光パネル（１）全体に対して平坦に取り付けられていることを特徴とする請求項２、３、４、５、６、７または８記載の太陽光集光装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、太陽光集光装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】太陽光エネルギを利用したクロレラ培養プラントや発電プラントでは、太陽光を追尾して集光部を太陽光に向け、太陽光を効率よく取り込むことが必要になる。
【０００３】かかる技術として、例えばフレネルレンズを使用して小型化を図るとともに、フレネルレンズの焦点に太陽光利用リアクタを配する技術や、光ファイバによって太陽光を所望箇所まで伝送する技術が考えられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、フレネルレンズの焦点等の集光箇所に、太陽光利用リアクタを配する技術では、太陽光の向きにプラントを合わせることが困難になり易く、また光ファイバによって太陽光を所望箇所まで伝送する技術では、太陽光を効率よく取り込むことに加えて、集光部の一層の軽量化が望まれている。
【０００５】本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、以下の目的を達成するものである。
■ 施設の大容量化を達成すること。
■ 施設の軽量化を図ること。
■ 立地スペースを小さくすること。
■ 風雨，積雪等に対する耐候性を高めること。
■ 施設の洗浄を容易にすること。
【０００６】
【課題を解決するための手段】太陽光集光装置として、太陽光を集光する複数の凹面ミラーと、該凹面ミラーで集光した太陽光を所望のリアクタまで伝送する光伝送手段と、複数の凹面ミラーを太陽光に向けて追従させる追従手段とを有しているとともに、複数の凹面ミラーが共通の揺動フレームに搭載される技術が採用される。凹面ミラーにあっては、複数個を集合させて組み付けることにより、集光ユニットとされているとともに、該集光ユニットを揺動フレームに所望数まとめることにより集光パネルが構成され、該集光パネルが追従手段に接続されて、起伏及び旋回操作がなされる。集光ユニットには、凹面ミラーの反射光を集光する集光部が配されるとともに、該集光部に光伝送手段の先端が光学的に接続され、凹面ミラーをミラー押さえ部材を介して取り付けることにより集光部の位置が設定されており、集光した太陽光が光ファイバ等の光伝送手段を経由して、太陽光利用の微細藻類、例えばクロレラ培養槽等のリアクタに伝送される。追従手段の部分は、起伏手段と旋回手段とにより構成され、該起伏手段が、頂部でキングピンを介して起伏可能な状態で集光パネルの荷重を支持するための荷重支持フレームと、集光パネルと荷重支持フレームとの間に配され伸縮により集光パネルを起伏させる揺動機構とを有している技術が採用され、揺動機構の部分は、傾動駆動源により作動させられるボールねじ機構を有するものが適用されている。起伏手段は、旋回手段により旋回可能に支持されており、旋回手段が、起伏手段を介して集光パネルを旋回可能に支持する荷重支持フレームと、該荷重支持フレームを旋回駆動する旋回駆動機構とを有している。集光パネルには、太陽光の方向を検出する光追尾手段が搭載されて、該光追尾手段の検出信号により追従手段を作動させて、凹面ミラーを太陽光に向ける操作が行なわれる。光追尾手段には、太陽光の強弱を検出するための照度センサと、太陽光の方向を検出するための指向センサとが配される。揺動フレームには、太陽光に向けるための柱状部が搭載されるとともに、該柱状部の基部の回りに、柱状部の傾きにより太陽光の方向を検出する複数の指向センサが配されて、指向センサに光が当たっているか否かにより、集光パネルを正しく太陽に向ける操作が行なわれる。各集光ユニットの表面は、これを覆う透明板により保護されているとともに、該透明板が、集光パネル全体に対して平坦に取り付けられて、メンテナンス時における洗浄作業等を容易にしている。
【０００７】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る太陽光集光装置の第１実施形態について、図面を参照して説明する。図１及び図２は、太陽光集光装置の全体構成を示している。
【０００８】太陽光集光装置Ｘは、図１，図２，図１２及び図１３に示すように、太陽光を集光するための集光パネル１と、該集光パネル１で集光した太陽光を所望箇所まで伝送するための光伝送手段２と、集光パネル１を太陽光に向けて追従させるための追従手段３と、太陽の位置を検出するための光追尾手段４と、集光パネル１，光伝送手段２，追従手段３等を支持するための建物等の支持構造物５等とを具備しており、光伝送手段２には、太陽光利用の微細藻類、例えばクロレラ培養槽等のリアクタ６が接続される。
【０００９】集光パネル１は、図１ないし図６及び図１４ないし図１７に示すように、太陽光を集光するための多数の凹面ミラー１１と、該凹面ミラー１１を複数（例えば４個）まとめた状態の集光ユニット１２と、該集光ユニット１２を所望数集積させて一体に支持するためのトラス構造をした共通の揺動フレーム１３とを有している。
【００１０】前記凹面ミラー１１は、図１５に示すように、集光ユニット１２の内部に、凹面部を太陽光に向けるように複数収納されるとともに、凹面部を鏡面仕上げした金属鏡等とされている。
【００１１】前記集光ユニット１２は、図１４ないし図１７に示すように、揺動フレーム１３に固定される固定フレーム１２ａと、該固定フレーム１２ａに間隔を空けて複数配され凹面ミラー１１を受けるための支持リング１２ｂと、該支持リング１２ｂに凹面ミラー１１を取り付けるためのミラー押さえ部材１２ｃと、該ミラー押さえ部材１２ｃを固定しかつ光伝送手段２における光ファイバの取り付け位置を設定するための高さ設定フレーム１２ｄと、該高さ設定フレーム１２ｄを介して凹面ミラー１１等を組み付けるための押さえボルト１２ｅと、外側を囲み凹面ミラー１１等を隔離するためのユニット側板１２ｆと、該ユニット側板１２ｆの上方開口に配される上部フレーム１２ｇと、該上部フレーム１２ｇに上部開口を閉塞した状態に取り付けられる透明板１２ｈと、該透明板１２ｈを固定するための取り付けボルト１２ｉと、全体を揺動フレーム１３に固定した状態に組み付けるための組み付けボルト１２ｊとを有している。なお、各集光ユニット１２の透明板１２ｈは、集光パネル１の全表面を覆うようにかつ平坦面をなすように取り付けられている。
【００１２】前記光伝送手段２は、例えば光ファイバとされて、集光パネル１で集光した太陽光をリアクタ６まで伝送するものであり、その集光部２１が、図１５に示すように、集光ユニット１２の高さ設定フレーム１２ｄにより位置決めされ、凹面ミラー１１の焦点の位置に設定されている。なお、光ファイバは、図１５に示すように、曲率を大きくして伝送損失を低減するために対角位置まで導かれるとともに、図１に示すように、旋回手段３Ｂの回転中心部を通してリアクタ６に接続されている。
【００１３】前記追従手段３は、図１ないし図５に示すように、集光パネル１と支持構造物５との間に介在して、集光パネル１における各凹面ミラー１１を、望ましくは常時太陽光に向けるようにしており、ここでは、集光パネル１を水平ないし垂直の起伏角度内で、通常は表面を太陽光に対向させるための起伏手段３Ａと、集光パネル１を例えば２７０度±１３５度の範囲内で水平旋回させるための旋回手段３Ｂとにより構成されている。
【００１４】前記起伏手段３Ａは、旋回手段３Ｂに搭載されている荷重支持フレーム３１と、該荷重支持フレーム３１における中心から離れた位置に搭載されている支持スタンド部３２と、該支持スタンド部３２と反対方向に離れた位置に荷重支持フレーム３１に対して垂直方向に揺動可能に配される揺動ブラケット３３と、集光パネル１と荷重支持フレーム３１との間に配され伸縮作動により集光パネル１を起伏させる揺動機構３４と、集光パネル１を支持スタンド部３２に起伏可能に取り付けるためのキングピン３５とを有している。
【００１５】また揺動機構３４の部分は、図１，図４，図５，図７等に示すように、揺動ブラケット３３に搭載される傾動駆動源３４ａと、該傾動駆動源３４ａの回転力を伝達するための回転軸，スプロケット，チェーン等からなる回転伝達系３４ｂと、該回転伝達系３４ｂに接続されて回転させられるおねじ部３４ｃと、該おねじ部３４ｃに螺合して回転運動を直線運動に変換するためのボール等からなるめねじ部３４ｄと、おねじ部３４ｃを回転可能に支持するための軸受け部３４ｅと、該めねじ部３４ｄを集光パネル１に接続するジョイントピン３４ｆとを具備している。
【００１６】旋回手段３Ｂは、図１及び図８ないし図１１に示すように、起伏手段３Ａの部分を旋回可能に支持して、集光パネル１の水平旋回を行なうものであり、支持構造物５の上に水平状態に配される架台３６と、該架台３６に配され集光パネル１や追従手段３等を旋回可能に支持するためのリング状のガイドレール３７と、荷重支持フレーム３１の下部に配されてガイドレール３７に沿って転動するベアリング等によって水平旋回可能に支持される旋回台３８と、荷重支持フレーム３１に搭載される旋回駆動機構３９と、架台３６を支持構造物５に固定するためのアンカーボルト４０とを具備している。
【００１７】そして、旋回駆動機構３９部分は、図１及び図８ないし図１１に示すように、荷重支持フレーム３１に搭載される旋回駆動源３９ａと、旋回駆動源３９ａの回転力を伝達する回転伝達系３９ｂと、該回転伝達系３９ｂに接続されて回転させられるスプロケット３９ｃと、該スプロケット３９ｃに噛み合うとともに架台３６の外周に配されるチェーン３９ｄとを有している。
【００１８】前記光追尾手段４は、集光パネル１の一部に集光ユニット１２に代えて例えば２箇所設置され、図１３に示すように、電子部品等を収納している基板収納部４１と、該基板収納部４１の上面に太陽に向けて配される柱状部４２と、該柱状部４２の基部の回りに例えば９０度間隔で配され柱状部４２の陰になっているか否かにより太陽の位置を検出するための複数の指向センサ４３と、柱状部４２の先端に配され太陽光の強弱を検出するための照度センサ４４と、これら柱状部４２，指向センサ４３及び照度センサ４４を囲んだ状態に配される円筒部４５とを有している。
【００１９】前記支持構造物５は、図２に示すように、建物の屋上等であって、太陽光集光装置Ｘの全体重量を支持し得るとともに、日の出から日没までの間に、周囲の建造物や自然環境により日陰とならないような立地条件であることが望ましい。
【００２０】前記リアクタ６は、この実施形態では太陽光を支持構造物（建屋）５の中に導いて、屋内でクロレラ等の微細藻類の培養を行ない、例えば炭酸ガスの固定化を行なうものとしているが、太陽光の熱エネルギ利用プラントや、光エネルギ利用による発電プラントに応用することや、これらのプラントを並行して稼働させることも可能である。
【００２１】このような太陽光集光装置Ｘでは、集光パネル１を太陽に対向（正対）させることにより、太陽光を効率良く取り込んで、光伝送手段２により所望の位置のリアクタ６まで伝送し、太陽光の有効利用を図ることができる。
【００２２】光追尾手段４が作動状態となっている場合には、照度センサ４４により、柱状部４２の先端に達している太陽光の強弱（照度）の検出が行なわれて、例えば利用可能な日照が得られる場合には、指向センサ４３の併用により、４個の指向センサ４３がすべて柱状部４２の陰になっていない場合に、集光パネル１が正確に太陽に向けられているとされて、太陽光を集光パネル１における凹面ミラー１１で集光させ、集光部２１から光伝送手段２によりリアクタ６まで太陽光を伝送してその有効利用が図られる。
【００２３】利用可能な日照が得られる場合にもかかわらず、例えば４個の指向センサ４３のいずれかが柱状部４２の陰になっている場合には、指向センサ４３の検出データに基づいて、追従手段３における起伏手段３Ａ及び旋回手段３Ｂを作動させて、集光パネル１を水平旋回または起伏させることにより、指向センサ４３が柱状部４２の陰にならない方向に移動するように制御して、集光パネル１を正確に太陽に向けらるように修正する操作が行なわれる。なお、このような集光パネル１の向きを修正する操作は、光追尾手段４の検出データをコンピュータに伝送して演算することにより自動的に実施し得ることは言うまでもない。
【００２４】一方、利用可能な日照が得られない場合には、日中であるか日没後であるかにより集光パネル１の向きの設定が行なわれる。日中である場合には、集光パネル１の向きをそのままの状態で維持するか、あるいは、太陽の移動に合わせて集光パネル１の向きを徐々に修正する等の制御を行なうことが有効である。日没後である場合には、集光パネル１の向きを、夜間の間に東に徐々に向ける操作が行なわれ、翌日の日の出に対処しておく。
【００２５】また、かかる太陽光集光装置Ｘにおいては、自然環境変化やメンテナンス時等に応じて、集光パネル１の姿勢を変更する操作が有効になる。
【００２６】台風等の強風時には、集光パネル１の姿勢を、図５に示すように設定して、風圧による影響を最小限にすることができる。
【００２７】積雪等においては、集光パネル１の姿勢を、図４に示すように設定することにより、集光パネル１の表面への積雪を低減することができる。同様に、メンテナンス時等に、集光パネル１の表面（集光ユニット１２における透明板１２ｈ）を洗浄する際には、集光パネル１の姿勢を、図４に示すように設定して、洗浄水等の洗浄液が流れ易いようにして、作業性を高めることもできる。例えば、ガソリンスタンドにおける洗車設備や、バス（乗合自動車）及び列車の車両基地における洗車設備のように、長い回転ブラシでガラス面に水をかけながら洗浄する技術を適用してもよい。
【００２８】なお、集光パネル１の表面は、各集光ユニット１２における透明板１２ｈが、全体として平坦面を形成するように設定されているために、自動洗浄機等を走行させて自動洗浄を実施する可能性を有している。
【００２９】
【発明の効果】本発明に係る太陽光集光装置によれば、以下の効果を奏する。
（１） 複数個の凹面ミラーを集合させて集光ユニットを形成しておいて、集光ユニットを複数基まとめて集光パネルとすることにより、集光施設の大容量化を容易に達成することができる。
（２） 凹面ミラーにより集光を行ない、集光した太陽光を光伝達手段により離れたリアクタまで伝送することにより、施設の軽量化を図ることができる。
（３） 集光パネルを太陽に向ける追従手段を、起伏手段と旋回手段との組み合わせで構成することにより、立地スペースを小さくすることができる。
（４） 起伏手段と旋回手段とを個々に、あるいは連動して作動させることにより、太陽の追従を高い精度で行なうことができる。
（５） 起伏手段を作動して集光パネルの姿勢を適宜選択することにより、強風，積雪時等の自然環境に対する適用性を高めることができる。
（６） 集光パネルの表面を平坦なものとすることにより、起伏姿勢の選択と相まって、汚損時の洗浄を容易に実施することができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】５９１１７８０１２
【氏名又は名称】財団法人地球環境産業技術研究機構
【識別番号】０００００００９９
【氏名又は名称】石川島播磨重工業株式会社
【識別番号】０００００００４４
【氏名又は名称】旭硝子株式会社
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| 【出願日】 |
平成１０年（１９９８）３月１９日 |
| 【代理人】 |
【弁理士】
【氏名又は名称】志賀 正武 （外１名）
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| 【公開番号】 |
特開平１１−２７３４２４ |
| 【公開日】 |
平成１１年（１９９９）１０月８日 |
| 【出願番号】 |
特願平１０−７０８６６ |
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