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WO2002039030A1 - Concentrateur de rayonnement solaire et procede de concentration du rayonnement solaire - Google Patents

Concentrateur de rayonnement solaire et procede de concentration du rayonnement solaire Download PDF

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WO2002039030A1
WO2002039030A1 PCT/JP2001/009762 JP0109762W WO0239030A1 WO 2002039030 A1 WO2002039030 A1 WO 2002039030A1 JP 0109762 W JP0109762 W JP 0109762W WO 0239030 A1 WO0239030 A1 WO 0239030A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
solar radiation
reflecting mirror
incident
predetermined
reflector
Prior art date
Application number
PCT/JP2001/009762
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Mikio Kinoshita
Original Assignee
Mikio Kinoshita
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mikio Kinoshita filed Critical Mikio Kinoshita
Priority to US10/415,764 priority Critical patent/US6820611B2/en
Priority to AU2002224019A priority patent/AU2002224019A1/en
Priority to JP2002541315A priority patent/JP3855164B2/ja
Publication of WO2002039030A1 publication Critical patent/WO2002039030A1/ja

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    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
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    • F24S23/70—Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors with reflectors
    • F24S23/77—Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors with reflectors with flat reflective plates
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S20/00—Solar heat collectors specially adapted for particular uses or environments
    • F24S20/70—Waterborne solar heat collector modules
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
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    • F24S30/40—Arrangements for moving or orienting solar heat collector modules for rotary movement
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F24S2030/10—Special components
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    • F24S2030/10—Special components
    • F24S2030/14—Movement guiding means
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
    • Y02E10/47—Mountings or tracking

Definitions

  • the present invention relates to a solar radiation concentrator and a solar radiation concentrator used in a solar thermal system, a solar thermal power generation system, a solar heating cooker, a solar furnace, a solar power generating system, a distillation apparatus, a solar lighting apparatus, a chemical reaction system, or the like. About the method.
  • Background technologies that utilize the energy of solar radiation include, for example, solar power generation systems, solar heating systems, solar furnaces, distillation systems such as salt water desalination systems, chemical reaction systems, and solar lighting systems.
  • the energy density of solar radiation is about 1 kWZ rrf, but when these energy systems operate at high energy densities, solar radiation is concentrated.
  • a Fresnel lens, a parabolic mirror, or the like is used as a condensing element for concentrating solar radiation.
  • the optical axis of the condensing optical system generally coincides with the incident direction of the solar radiation. Is important for obtaining a high light collection ratio. That is, a solar energy system equipped with a tracking mechanism that rotates the light-collecting element in accordance with a change in the incident direction of solar radiation and that matches the focus of the light-collecting element with the solar energy conversion device. Uses solar radiation with a high light collection ratio.
  • an energy system equipped with a group of heliostats is known.
  • Such an energy system has a plurality of plane reflecting mirrors and a plurality of tracking devices that respectively drive the plurality of plane reflecting mirrors.
  • the solar radiation reflected by the plurality of plane reflectors is concentrated in a fixed solar radiation concentration area.
  • a number of high-accuracy trackers are installed.
  • the cost of the tracking mechanism is high, and its reduction is required.
  • a large flat reflector there are problems associated with the above-mentioned adverse effects of wind pressure or with the enlargement of the tracking mechanism.
  • each small reflecting mirror As another background art made from such a viewpoint, a number of small reflecting mirrors each rotatable around a rotation center point on an axis, a control body, and each small reflecting mirror are referred to as the control body.
  • a solar beam concentrator having a common link to connect is disclosed in Japanese Patent Application Publication No. JP-A-51-27347.
  • each small reflecting mirror rotates by the same amount of change.
  • each small reflecting mirror reflects a parallel ray at a specific incident angle to a predetermined condensing position. It has a surface angle for focusing.
  • the solar ray concentrator By controlling the position of the control body in response to a change in the angle of incidence of the parallel incident light, the solar ray concentrator is designed to concentrate the reflected light of each small reflecting mirror at the condensing position. It has been.
  • the present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a novel solar cell that collectively drives a plurality of reflecting mirrors and that achieves a high light-collection ratio in a wide range of incident angles of incident light.
  • a radiation concentrator and a method for concentrating solar radiation are provided.
  • Another object of the present invention is to provide a novel solar radiation concentrator and a solar radiation concentrating method that utilize solar energy at a high light collection ratio.
  • Another object of the present invention is to provide a new solar radiation concentrating device and a solar radiation concentrating method with high solar radiation collecting efficiency.
  • the solar radiation concentrator includes: a plurality of reflectors for reflecting incident solar radiation along a predetermined incident direction area; a plurality of reflector vertical rods respectively connected to the plurality of reflectors; A turning center providing member for determining a center point of each turning motion of the mirror vertical rod; a moving member for turning the plurality of reflecting mirror vertical rods collectively; Guide members for guiding the movement of the plurality of vertical mirror rods so that the rods are rotated along respective predetermined vertical mirror rod paths.
  • the plurality of reflectors are arranged on the reflector array surface.
  • the motion member moves in a predetermined motion member trajectory in response to a change in the incident angle of the incident solar radiation.
  • a curve corresponding to a locus drawn on the moving member at an intersection of the moving member moving on the predetermined moving member orbit and the plurality of reflecting mirror vertical bars moving on the respective predetermined reflecting mirror vertical rod orbits A hole is drilled in the movement member along the line.
  • the plurality of reflecting mirror vertical rods are respectively movable along the holes.
  • the holes may be plural.
  • a guide hole having a predetermined shape for guiding the plurality of vertical bars of the reflecting mirror in a slidable state may be formed in the guide member.
  • the solar radiation concentrator may further include a rotation mechanism.
  • the rotating mechanism includes the plurality of reflecting mirrors, the plurality of reflecting mirror vertical rods, and the plurality of reflecting mirrors such that the incident solar radiation is parallel to a predetermined incident direction indication line defined in the reflecting mirror array plane.
  • the rotation center providing member, the movement member, and the guide member are rotated around a straight line perpendicular to the reflecting mirror array surface.
  • the plurality of motion members are generally in a direction along the incident solar radiation.
  • Each position of the reflecting mirror vertical rod may be defined.
  • the guide member may define a position of each of the plurality of reflector vertical rods in a direction substantially perpendicular to the incident solar radiation.
  • the moving member may include a link and a plurality of rotating bodies that are collectively rotated by the link and that rotate the plurality of reflecting mirror vertical rods.
  • the moving member may be a plate-shaped member.
  • the solar radiation concentrator may further include a floating body.
  • a novel solar radiation concentration method is provided.
  • a plurality of reflectors arranged on a reflector array surface and reflecting incident solar radiation along a predetermined incident direction region, and a plurality of reflectors respectively connected to the plurality of reflectors
  • the plurality of reflector vertical rods are rotated along respective predetermined reflector vertical rod orbits.
  • a solar radiation concentrator having a plurality of reflectors and a guide member for guiding the movement of the vertical rod.
  • the method of concentrating solar radiation includes rotating the solar radiation concentrator about a straight line perpendicular to the plane of the reflector array such that the incident solar radiation is incident along a predetermined direction on the plane of the reflector array. Positioning the moving member at a predetermined position determined according to the incident angle of the solar radiation.
  • FIG. 1 illustrates a solar radiation concentrator according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a conceptual diagram illustrating one state of the solar radiation concentration device when the incident angle of incident solar radiation changes in the solar radiation concentration device illustrated in FIG.
  • FIG. 3 is a schematic diagram illustrating the guide member illustrated in FIG.
  • FIG. 4 is a conceptual diagram illustrating a solar radiation concentrator according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a conceptual diagram illustrating a solar radiation concentrator according to yet another embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a schematic diagram illustrating the front of the solar radiation concentrator illustrated in FIG.
  • FIG. 7 is a conceptual diagram illustrating one state of the solar radiation concentration device when the incident angle of the incident solar radiation changes in the solar radiation concentration device illustrated in FIG.
  • FIG. 8 is a schematic view illustrating a guide member used in a solar radiation concentration apparatus according to yet another embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a conceptual diagram illustrating a solar radiation concentrator according to yet another embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a schematic diagram illustrating a pivot supporting point providing member and a reflecting mirror vertical bar used in a solar radiation concentration apparatus according to yet another embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a schematic diagram illustrating a fitting state of a guide member and a vertical rod of a reflector used in a solar radiation concentration device according to still another embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a schematic diagram illustrating a fitting state of a guide member and a vertical rod of a reflector used in a solar radiation concentration device according to still another embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram illustrating a solar radiation concentrator according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a conceptual diagram illustrating one state of the solar radiation concentrator shown in FIG. 1 when the direction of incident solar radiation changes.
  • the solar radiation concentrator 1 includes a plurality of reflecting mirrors 10, a plurality of reflecting mirror vertical rods 20, a plurality of rotation center providing members 30, a plurality of moving members 40, and It has a guide member 50.
  • a solar energy converter 100 is installed in a predetermined light-collecting area above the solar radiation concentrator.
  • the solar energy conversion device 100 includes a solar cell, a solar heating device, a distillation device, a heat engine, a solar thermal power generation system, a solar closed channel gas turbine power generation system, a solar open channel gas turbine power generation system, and a solar lighting system.
  • And Z or a solar furnace may be used.
  • FIGS. 1 and 2 three orthogonal arrows X, Y, and ⁇ are associated with the solar radiation concentrator 1.
  • the arrows X, Y, and ⁇ represent the X, ⁇ , and ⁇ axes, respectively.
  • the X ⁇ ⁇ rectangular coordinate system is used for ease of description below.
  • arrow S indicates the direction of incident solar radiation.
  • the arrow S in FIG. 1 is parallel to the ⁇ axis.
  • the ⁇ component of the vector parallel to the arrow S in Fig. 2 is zero.
  • Each reflecting mirror 10 is a plane reflecting mirror. Instead, a convex mirror or a concave mirror such as a parabolic mirror, a Fresnel reflector, or a directional converging reflector may be used. Further, a spectral reflection member or another reflection optical element may be used as the reflection mirror.
  • Figure 1 depicts nine reflectors. In general, multiple reflectors may be used. For example, 2 to 100 000 reflecting mirrors may be mounted on the solar radiation concentrator 1.
  • Each plane reflecting mirror 10 has a disk-shaped contour.
  • each planar mirror may have a square, hexagonal, rectangular, or other shaped contour.
  • means for preventing contact with adjacent reflecting mirrors due to rotation of each reflecting mirror in the reflecting surface may be provided.
  • Each of the plurality of reflecting mirror vertical rods 20 is firmly connected to the plurality of reflecting mirrors 10.
  • Each reflecting mirror vertical rod 20 is arranged at right angles to the reflecting surface of the corresponding reflecting mirror.
  • the plurality of reflectors 10 are each driven for tracking solar radiation via the plurality of reflector vertical bars 20.
  • the plurality of reflecting mirror vertical rods 20 are freely rotatable about the plurality of rotation center providing members 30 as rotation centers.
  • the plurality of rotation center providing members 30 are arranged on a horizontal reflecting mirror arrangement surface.
  • the plurality of pivot center providing members may be arranged along an inclined surface, a vertical surface, or a curved surface.
  • the plurality of rotation center providing members 30 may be an integrated member that defines the reflecting mirror arrangement surface.
  • nine rotation center providing members 30 are arranged in three rows and three columns. In general, the arrangement of the plurality of rotation center providing members 30 is arbitrary.
  • the plurality of rotation center providing members 30 may be arranged on lattice points having any two-dimensional periodicity, for example, on a plurality of triangular lattice points covering the reflecting mirror arrangement surface.
  • the plurality of rotation center providing members 30 may be arranged without symmetry or periodicity.
  • the reflecting mirror array surface may have a circular, rectangular, hexagonal, or other shape.
  • Each moving member 40 is supported by a pair of bearings 42. Therefore, each motion member 40 can rotate around a rotation axis parallel to the Y axis.
  • Each of the motion members 40 is provided with a hole 40A along a curve having a predetermined shape extending substantially along the Y axis.
  • the hole 40A of each moving member is a hole formed in a cylindrical plate around a rotation axis parallel to the Y axis.
  • the reflector vertical rod 20 supported by the rotation center providing member 30 having the same X coordinate penetrates the hole 40A of each motion member.
  • Each of the reflecting mirror vertical rods 20 has a structure capable of sliding along the extending direction of the hole 40A. In the direction perpendicular to the direction in which the hole 40A extends, appropriate play is ensured because of the smooth sliding of the reflector vertical rod 20 along the direction in which the hole 40A extends.
  • the space between the reflector vertical rod 20 and the hole 40A in the direction perpendicular to the extension direction of 0A is designed to be small.
  • a pulse vibration generator for intermittently microvibrating the moving member may be provided in order to smoothly slide the vertical rod 20 of the reflecting mirror.
  • a bearing (not shown) that smoothly slides the hole 40A may be provided for each vertical mirror rod 20.
  • the center of gravity of the union of each reflecting mirror 10 and the reflecting mirror vertical rod 20 connected thereto may be positioned on the rotation center providing member 30.
  • the weights of the plurality of vertical bars 20 of the reflecting mirror, the plurality of members 30 for providing the center of rotation, the plurality of moving members 40, and the inner member 50 are provided. These may be accommodated in a container (not shown) filled with a liquid, such as water, which provides buoyancy in order to suppress deformation due to the buoyancy. In this case, a composite material having a specific gravity close to the specific gravity of the liquid may be used.
  • the container may have a transparent cover and a means for preventing condensation.
  • the plurality of reflectors 10 may also be immersed in water. Further, an appropriate water treatment for preventing the propagation of microorganisms in water may be performed. Further, an appropriate step for preventing bubbles from staying in water, for example, a step for removing dissolved gas in a reduced-pressure atmosphere may be performed.
  • a link 44 is connected to the plurality of moving members 40 to rotate the plurality of moving members 40 collectively.
  • a pivot 46 is provided at a connection between each of the motion members 40 and the link 44.
  • Elevation angle change of incident solar radiation that is, a vector parallel to the incident solar radiation
  • the plurality of moving members 40 rotate at a predetermined angle in response to a change in the angle between the moving member 40 and the horizontal plane.
  • the amount of change in the angle of the plurality of moving members 40 is half the amount of change in the elevation angle of the incident solar radiation. That is, each moving member moves in a predetermined trajectory (hereinafter referred to as a predetermined moving member trajectory) in response to changes in the elevation angle of incident solar radiation.
  • the plurality of reflecting mirror vertical bars 20 are respectively rotated through the movements of the plurality of moving members.
  • the link may be plural.
  • the guide member 50 has a plate shape.
  • the plate surface is parallel to the mirror arrangement surface.
  • a plurality of holes 5OA are formed in the guide member 50 as guide grooves.
  • Each of the holes 50A extends substantially along a curve having a predetermined shape extending along the direction of the X axis.
  • the plurality of reflecting mirrors vertical rods 20 respectively penetrate the plurality of holes 5OA.
  • Each of the reflector vertical rods 20 can slide along the extending direction of the hole 50A. In the direction perpendicular to the direction in which the hole 50A extends, appropriate play is ensured because of the smooth sliding of the reflector vertical rod 20 along the direction in which the hole 50A extends.
  • each reflecting mirror 10 has a surface angle so as to reflect solar radiation toward the solar energy converter 100.
  • the solar radiation concentrator 1 has a structure rotatable around a straight line parallel to the Z-axis passing through the solar energy converter 100.
  • a rotation mechanism (not shown) may be provided.
  • the solar radiation concentrator 1 includes the plurality of reflecting mirrors 10, the plurality of reflecting mirror vertical rods 20, the plurality of rotation center providing members 30, the plurality of moving members 40, and the guide member.
  • incident solar radiation parallel to the arrow S is obliquely incident on the reflector array surface.
  • the base plate 70 rotates so that the Y coordinate of the vector parallel to the incident solar radiation in the XYZ coordinate system becomes zero.
  • an incident direction indicating member 60 is provided.
  • the incident direction indicating member 60 is firmly connected to the guide member 50.
  • the incident direction indicating member 60 has a rod 62 parallel to the Z axis and an indicating line 64 parallel to the X axis.
  • the indicator line 64 is a geometric parallel to the X axis.
  • the position of the solar radiation concentrator 1 is adjusted so that the shadow of the bar 62 is parallel to the indicator line 64. That is, the position of the solar radiation concentrator 1 is controlled such that the Y component of the vector parallel to the incident solar radiation is always zero.
  • the change in the direction of the unit vector parallel to the incident solar radiation in the XYZ coordinate system is limited to a change only in the XZ plane. That is, only the elevation of the incident solar radiation changes.
  • the incident direction of the incident solar radiation in the XYZ coordinate system is uniquely determined.
  • Each reflecting mirror 10 directs incident solar radiation having an incident direction with zero Y component to the solar energy conversion device 100 as described above.
  • the predetermined direction of reflection for each of the mirrors so that the reflected solar radiation beam reflected by each of the mirrors 100 is correctly directed to the solar energy converter 100 is substantially fixed in the XYZ coordinate system. ing. Further, the position of each rotation center providing member 30 is also fixed in the XYZ coordinate system. Therefore, the position of the predetermined reflector vertical rod 20 required for each reflector 10 to constantly irradiate the solar energy converter 100 with reflected solar radiation is determined by the position of the reflector array surface of incident solar radiation. Can be determined by, for example, numerical calculation.
  • each of the plurality of reflector vertical rods has a predetermined direction.
  • the trajectory (hereinafter referred to as a predetermined reflector vertical rod trajectory) can be determined using the X component of the unit vector as a parameter.
  • the trajectory of the intersection between the plurality of reflector vertical rods 20 and the guide member 50 moving on the predetermined reflector vertical rod trajectory (hereinafter referred to as the guide member trajectory) is calculated by, for example, numerical calculation. More determinable.
  • the plurality of holes 50A drilled in the guide member 50 extend along the trajectory member locus determined as described above.
  • FIG. 3 illustrates the shape of the plurality of holes 5OA formed in the plate-shaped guide member 50.
  • each moving member 40 moves along the predetermined moving member trajectory according to the change in the elevation angle of the incident solar radiation. Therefore, the intersection of each of the moving members that move along the predetermined moving member trajectory and the plurality of reflecting mirror vertical bars 20 that move along the reflecting mirror vertical bar trajectory is the plurality of moving members 40.
  • Locus to draw on each Can be determined, for example, by numerical calculations.
  • the holes 40A drilled in the respective motion members 40 extend along the trajectories of the motion members. The shape of the hole 40A is determined thereby. In other words, the prescribed shapes of the hole 50A and the hole 40A required for correctly concentrating the solar radiation on all the incident angle regions of the solar radiation are calculated numerically. It is possible to determine.
  • the method for concentrating solar radiation in the solar radiation concentrator 1 having the above structure comprises: disposing the solar radiation concentrator 1 on the reflector array surface so that incident solar radiation is incident along a predetermined direction on the reflector array surface. And rotating the plurality of moving members 40 at predetermined positions determined according to the elevation angle of the incident solar radiation. In principle, at all angles of incidence, the solar radiation reflected from each reflector is correctly directed in a given direction. Therefore, a high convergence ratio is achieved in all incident angle regions.
  • the solar radiation concentrator 1 uses a plurality of optical sensors 102 for measuring the intensity of sunlight near the solar energy converter 100 and signals detected by the optical sensors 102. It may further include a controller 104 for controlling the moving member. The method for concentrating solar radiation in the solar radiation concentrator 1 will be described below.
  • a method for concentrating solar radiation according to still another practical form of the present invention includes: The process of rotating around a vertical straight line and the solar energy near the solar energy collection area Five
  • the control of the movement member based on the difference signal may be performed only when the direct solar radiation reaches a predetermined intensity.
  • the solar radiation reflected from each reflector 10 is correctly directed in a predetermined direction in all the incident angle regions. Therefore, a high light-collection ratio is realized in all incident angle regions.
  • the solar radiation concentrator may have an optical sensor at a position other than a predetermined focusing area and a controller that controls the moving member based on a signal detected from the optical sensor. Good. The method of concentrating the solar radiation in this case is described below.
  • a method of concentrating solar radiation includes the steps of: directing a solar radiation concentrator vertically to the reflector array surface such that incident solar radiation is incident along a predetermined direction on the reflector array surface.
  • the solar radiation reflected from at least one of the multiple mirrors and the progress of the reflected light on the monitoring surface located at a different position from the solar energy converter Monitoring the direction, and controlling the position of the moving member such that the direction of the reflected solar radiation is directed in a predetermined direction.
  • the solar radiation reflected from each of the mirrors 10 is correctly directed in a predetermined direction in all incident angle regions. Therefore, a high focusing ratio is realized in all incident angle regions.
  • FIG. 4 is a conceptual diagram illustrating an installation state of a solar radiation concentration device according to still another embodiment of the present invention.
  • the solar radiation concentrator 1 is placed on the water surface of the pond 110. This is not shown with buoyancy Gantry is used. As indicated by the arrows in FIG. 4, the solar radiation concentrator 1 rotates about a straight line 112 that is perpendicular to the water surface of the pond 110 and passes through the solar energy converter 100. It is possible. The use of water buoyancy greatly reduces the power required to rotate the solar radiation.
  • the solar radiation concentrator 1 illustrated in FIG. 4 has a square contour. Alternatively, the profile of the solar radiation concentrator may have other shapes, for example, a circle. Anchors and wave-breaking members may be provided.
  • FIG. 5 is a conceptual diagram illustrating a solar radiation concentrator according to yet another embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating the front of the solar radiation concentrator illustrated in FIG.
  • FIG. 7 is a conceptual diagram illustrating one state of the solar radiation concentrator shown in FIG. 5 when the direction of incident solar radiation changes.
  • FIG. 5 an XYZ coordinate system that moves together with the solar radiation concentrator 1 is depicted, but the solar radiation concentrator 1 is depicted from an angle where the Z axis and the Y axis appear to overlap on a straight line. I have. For this reason, the side surface of the solar radiation concentrator is not drawn.
  • incoming solar radiation S is incident parallel to the Z axis.
  • the Y component of the vector parallel to the incident solar radiation is zero.
  • the solar radiation concentrator 1 has a plurality of reflectors 10, a plurality of reflector vertical rods 20, a plurality of rotation center providing members 30, a motion member 140, and a guide member 50.
  • the plurality of reflecting mirrors 10, the plurality of reflecting mirror vertical rods 20, the plurality of pivoting center providing members 30, and the guiding members 50 have the same structure as that shown in FIG. .
  • the solar radiation concentrator 1 further includes an optical sensor 80. Photosensors are provided on both sides of the optical sensor 80. The entire solar radiation concentrator is rotated so that the difference signal of the photosensor is zero.
  • the motion member 140 has a flat plate shape.
  • the movement member 140 is movable in a direction parallel to the Y axis.
  • a pair of guide rails 142 are provided for movement of the movement member 140.
  • the moving member 140 moves in a predetermined orbit according to the change of the elevation angle of the incident solar radiation S.
  • the moving member 140 moves along the Y-axis a predetermined distance proportional to the change in angle of the incident solar radiation.
  • the shape of the plurality of holes 140A drilled in the motion member 140 can be determined based on the above-described principle. As illustrated in FIG. 6, the plurality of reflecting mirror vertical rods 20 penetrate the guide member 50 and the moving member 140, respectively.
  • the moving member 140 cooperates with the guide member 50 to drive the plurality of reflecting mirror vertical bars 20 collectively.
  • a drive member and a control system may be provided.
  • FIG. 8 is a schematic view illustrating a guide member used in a solar radiation concentration apparatus according to yet another embodiment of the present invention.
  • the guide member 50 is replaced with a plurality of guide members 150 having a plurality of linear holes 150A illustrated in FIG. You may. Guide member except one 1
  • a plurality of guide member drive systems 250 are provided.
  • the plurality of guide member driving systems 250 shift the positions of the plurality of guide members 150 with respect to the Y coordinate in accordance with the position of the moving member 140.
  • Each guide member drive system 250 is connected to handle 1502 8 includes a force member 254 for driving the project member, a rotating shaft 256 for the cam 254, and a spring member 252.
  • the guide member may be used for the collection of solar radiation at a relatively small collection ratio.
  • FIG. 9 is a conceptual diagram illustrating a solar radiation concentrator according to yet another embodiment of the present invention.
  • the solar radiation concentrator 1 includes a plurality of reflecting mirrors 10, a plurality of reflecting mirror vertical rods 20, a plurality of rotation center providing members 30, a driving member 140, a pair of guide rails 144, It has a moving member drive mechanism 400 that drives the moving member 140, a guide member 50, a floating body 210, and a plurality of columns 2 12.
  • the solar radiation concentrator 1 is supported by using the buoyancy of the water 340 accumulated in the container 310.
  • a straight line 340OA indicates the water level of the water 340.
  • the floating body 210 supports the plurality of rotation center providing members 30.
  • the plurality of reflecting mirrors 10 and the plurality of pivot center providing members 30 are supported by using the buoyancy of the floating body 210.
  • the plurality of reflecting mirrors 10 are arranged on the floating body 210.
  • the plurality of columns 2 12 maintain a predetermined distance between the floating body 2 10 and the guide member 50.
  • the support column 212 and the guide member 50 may each have a specific gravity close to water.
  • the movement member 140 is mounted on the pair of guide rails 142. As the motion member 140, a member having a specific gravity smaller than that of water may be used. As a result, the moving member 140 receives buoyancy from the water and is pressed against the guide member 50 with a predetermined pressure. Thereby, the moving member 140 approaches the guide member.
  • a pair of rotation mechanisms 910 is a solar energy source arranged in a predetermined light condensing area.
  • the solar energy conversion device 1 is rotated around a straight line passing through the energy conversion device 100 and perpendicular to the surface of the water 9100. That is, the rotating mechanism 9 10 includes the floating body 2 10, the plurality of reflecting mirrors 10, the plurality of reflecting mirror vertical bars 20, the plurality of rotation center providing members 30, and the moving members 14. 0, the guide member 50, the pair of guide rails 142, the moving member drive mechanism 400, and the plurality of columns 211 are rotated. In order to accurately collect the solar radiation, the pair of rotating mechanisms may be shifted in a direction parallel to the water surface. Alternatively, the solar energy conversion device may be arranged in a movable state to correct an error in the position of the light-collecting region.
  • FIG. 10 is a schematic diagram illustrating a pivot supporting point providing member and a reflecting mirror vertical bar used in a solar radiation concentration apparatus according to yet another embodiment of the present invention.
  • the solar radiation concentrator has a free rotating joint 332 disposed between a pivot center providing member 30 and a reflector vertical rod 20.
  • a recess 20 A is formed in a portion where the free rotation joint 33 is provided.
  • the free rotating joint 332 is provided on the flat surface of the recess 2OA.
  • the tip of the rotation center providing member 30 in which the free rotation joint 33 is provided has a linear shape.
  • the reflecting mirror vertical rod 20 can be directed in an arbitrary direction with the free rotation joint 33 as a rotation center.
  • the rotational movement of the reflector vertical rod 20 with the reflector vertical rod 20 itself as the axis of rotation is suppressed. Therefore, rotation of the reflecting mirror connected to the reflecting mirror feed rod 20 in the reflecting surface is suppressed.
  • This structure operates as a mechanism for suppressing rotation of the reflecting mirror in the reflecting surface.
  • FIG. 11 is a view illustrating a fitting state of a guide member and a vertical rod of a reflector used in a solar radiation concentration device according to still another embodiment of the present invention.
  • the solar radiation concentrator has a guide member 50 and a reflector vertical rod 20.
  • the guide member 50 has a hole 50A having a predetermined sectional shape suitable for fitting the vertical rod 20 of the reflector. Thereby, the position of the reflecting mirror vertical rod 20 is controlled with high precision.
  • FIG. 12 is a schematic diagram illustrating a fitting state of a guide member and a vertical rod of a reflector used in a solar radiation concentration device according to still another embodiment of the present invention.
  • the solar radiation concentrator comprises a reflector vertical rod 20, a guide member 50, and an elastic body 26 2 provided in a hole 50 A formed in the guide member 50.
  • the elastic body 26 2 presses the reflecting mirror vertical rod 20 fitted in the hole 50A in a predetermined direction. Thereby, the position of the reflecting mirror vertical rod 20 is controlled with high accuracy.
  • auxiliary means for suitably operating the solar radiation concentration device and the solar radiation concentration method according to the present invention for example, converting a convergent light beam reflected by the solar radiation concentration device into a parallel light beam Fresnel concave lens, spectral element, reflected light amount adjusting means, temperature adjusting means, optical power meter, adjusting means for adjusting the condensing ratio, light shielding for preventing reflected light from the converging area from reaching the external area
  • an information storage medium an arithmetic processor, means (not shown) for fixing each member, a guide member for preventing contact between the reflecting mirrors, and an encoder for position data of a knob or a moving member, etc.
  • the invention may be implemented.
  • the present invention disclosed herein provides a new solar radiation concentration device and a solar radiation concentration method, but the teaching disclosed in the above detailed description.
  • the implementation of the present invention is not limited to the above-described embodiment made for explaining the best mode of the present invention.
  • the present invention may be implemented in the form, or may be implemented without additional forms or components added to describe the best embodiment of the above embodiment.
  • the solar radiation concentrating device and the solar radiation concentrating method according to the present invention provide a solar radiation device, a solar power generation system, a solar thermal system, a distillation device, a heat engine, a solar thermal power generation system, a solar closed channel gas turbine power generation system, A new solar energy system with light illumination system and Z or solar furnace will be realized.

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Description

明 細 書 太陽放射集中装置及び太陽放射集中方法 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 1 k WZ rrfであるが、 これらのェ 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 卜が増加する。 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、 ヘリオスタツ 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 5 1 — 2 7 3 4 7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 5 1 - 2 7 3 4 7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。 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 める。
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 1 0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 1 1 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 1 2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。 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 一 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 1 0、 複数の反射鏡鉛直棒 2 0、 複数の回動中心提供部材 3 0、 複数の運動部材 4 0、 及び案内部材 5 0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 1 0 0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 1 0 0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 Zまたは太陽炉等が使 用されてもよレ、。
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 Ζは、 該太陽放射集中装置 1 に付随して動く Χ Υ Ζ直交座 標系を表わす。 該矢印 X、 矢印 Y、 及び矢印 Ζはそれぞれ、 X軸、 Υ軸、 及び Ζ軸を表わす。 該 X Υ Ζ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 Ζ軸に平行である。 第 2図の矢印 Sに平行なベタ トルの Υ成分はゼロである。
それぞれの反射鏡 1 0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、 分光反射部材ぁ るいはその他の反射光学素子が使用されてもよレ、。 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 〜 1 0 0 0 0 0 0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 1 0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 れてもよレ、。
該複数の反射鏡鉛直棒 2 0はそれぞれ、 該複数の反射鏡 1 0に強 固に接続される。 それぞれの反射鏡鉛直棒 2 0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 1 0は、 該複数の 反射鏡鉛直棒 2 0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 2 0はそれぞれ該複数の回動中心提供部材 3 0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 3 0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 3 0は、 該反射鏡配列面を定める一体化された部材であつ てもよい。 第 1 図には 9個の回動中心提供部材 3 0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 3 0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 3 0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 3 0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 4 0は一対の軸受け 4 2によ り支持される。 このためそれぞれの運動部材 4 0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 4 0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 4 0 Aが穿孔されてい る。 それぞれの運動部材の孔 4 0 A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 4 0 Aを同一の X座標を有する回動中心提供部材 3 0に支持される反射 鏡鉛直棒 2 0が貫通する。 それぞれの反射鏡鉛直棒 2 0は、 該孔 4 0 Aの延伸方向に沿ってスライ ド可能な構造を有する。 該孔 4 0 A の延伸方向に垂直な方向については、 該孔 4 O Aの延伸方向に沿つ た該反射鏡鉛直棒 2 0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 4 0
0 Aの延伸方向に垂直な方向の該反射鏡鉛直棒 2 0 と該孔 4 0 A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 2 0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 4 0 Aを滑らかにスラ ィ ドする図示されない軸受けが、 それぞれの反射鏡鉛直棒 2 0のた めに配備されてもよい。 更に、 それぞれの反射鏡 1 0 とこれに接続 される反射鏡鉛直棒 2 0 との合併体の重心が、 該回動中心提供部材 3 0に位置づけられてもよレ、。
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 2 0、 該複数の回動中心提供部材 3 0、 該複数の運動部材 4 0、 及ぴ該案 内部材 5 0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 1 0 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 4 0を一括して回転させるため、 リ ンク 4 4が 該複数の運動部材 4 0に接続されている。 それぞれの運動部材 4 0 と該リ ンク 4 4 との接続部にはピボッ ト 4 6が配備される。 該リ ン ク 4 4を X Z面内で移動させることによ り、 該複数の運動部材 4 0 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タ 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 4 0は所 定の角度回転する。 該複数の運動部材 4 0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 2 0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 5 0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 5 0に案内溝と して複数の孔 5 O Aが穿孔 されている。 それぞれの孔 5 0 A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 2 0はそれぞれ該複数の孔 5 O Aを貫通する。 それぞれの反 射鏡鉛直棒 2 0は、 該孔 5 0 Aの延伸方向に沿ってスライ ド可能で ある。 該孔 5 0 Aの延伸方向に垂直な方向については、 該孔 5 O A の延伸方向に沿った該反射鏡鉛直棒 2 0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 1 0は太陽エネル ギー変換装置 1 0 0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 1 0 0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 1 0、 該複数の反射鏡鉛直棒 2 0、 該複数 の回動中心提供部材 3 0、 該複数の運動部材 4 0、 及び該案内部材 2
5 0を有する構造体を搭載するためのベースプレート 7 0及び複数 の支柱 7 2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 X Y Z座標系における該入射太 陽放射に平行なベタ トルの Y座標がゼロとなるように、 該ベースプ レート 7 0が回転する。 この状態を確認するため、 入射方向指示部 材 6 0が配備されている。 該入射方向指示部材 6 0は該案内部材 5 0に強固に接続される。 該入射方向指示部材 6 0は該 Z軸に平行な 棒 6 2 と該 X軸に平行な指示線 6 4を有する。 上記のように、 該 X Y Z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 6 4は該 X軸 と平行な幾何学的関係を維持する。 該棒 6 2による影が該指示線 6 4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タ 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 X Y Z座標系における入射太陽 放射に平行な単位べク トルの向きの変化は、 X Z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べク トルの X成分を指定す ることにより、 該 X Y Z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 5 0に穿孔される該複数の孔 5 0 A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 1 0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 1 0 0に向けて 3
反射するために配備される。 それぞれの反射鏡 1 0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 1 0 0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 X Y Z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 3 0の位置も該 X Y Z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 1 0が常時該太陽エネルギー変換装置 1 0 0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 2 0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べク 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 2 0 と該案内部材 5 0 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 5 0に穿孔された複数の孔 5 0 A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 5 0に 穿孔された該複数の孔 5 O Aの形状を説示する。
上記のよう に、 それぞれの運動部材 4 0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 2 0 と の交点が該複数の運動部材 4 0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 4 0に穿孔された孔 4 0 Aは、 該運動部材 軌跡に沿って延伸する。該孔 4 0 A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 5 0 A及び該孔 4 0 A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 4 0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 1 0 0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 1 0 2及び該光セ ンサ 1 0 2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 1 0 4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 5
ギー強度の差信号を該光センサ 1 0 2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 1 0 4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 1 0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 ベての入射角領域において、 それぞれの反射鏡 1 0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 1 1 0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 1 1 0の水面に垂直で太陽エネルギー変換 装置 1 0 0を通過する直線 1 1 2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 X Y Z座標系が描かれているが、 Z軸と Y軸とがー直線上に重なつ 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 放射に平行なベタ 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 1 0、 複数の反射鏡鉛直 棒 2 0、 複数の回動中心提供部材 3 0、 運動部材 1 4 0、 及び案内 部材 5 0を有する。
該複数の反射鏡 1 0、 該複数の反射鏡鉛直棒 2 0、 該複数の回動 中心提供部材 3 0、 及び該案内部材 5 0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 8 0を更に有する。 該光セン サ 8 0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 1 4 0は平板状の形状を有する。 該運動部材 1 4 0は 該 Y軸に平行な方向に運動可能である。 該運動部材 1 4 0の運動の ために一対のガイ ドレール 1 4 2が配備されている。 該運動部材 1
4 0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 1 4 0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 1 4 0に穿孔されている複数の孔 1 4 0 A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 2 0は該案内部材 5 0及び該運動 部材 1 4 0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 1 4 0は該案内部材 5 0と 協調して該複数の反射鏡鉛直棒 2 0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 5 0は第 8図に説示される複数の直線状の孔 1 5 0 Aを有する 複数の案内部材 1 5 0に置換されてもよい。 1つを除く案内部材 1
5 0のために、 複数の案内部材駆動系 2 5 0が配備されている。 該 複数の案内部材駆動系 2 5 0は上記運動部材 1 4 0の位置に応じて 該複数の案内部材 1 5 0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 2 5 0はハン ドル 1 5 2を介し 8 て該案內部材を駆動する力ム 2 5 4 と該カム 2 5 4に対する回転軸 2 5 6 と、 スプリング部材 2 5 2 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 1 0、 複数の反射鏡鉛直棒 2 0、 複数の回動中心提供部材 3 0、 運 動部材 1 4 0、 一対のガイ ドレイル 1 4 2、 該運動部材 1 4 0を駆 動する運動部材駆動機構 4 0 0、 案内部材 5 0、 浮体 2 1 0、 及び 複数の支柱 2 1 2を有する。
該太陽放射集中装置 1 は、 容器 3 1 0内に蓄積された水 3 4 0の 浮力を利用して支持されている。 第 9図において、 直線 3 4 O Aは 該水 3 4 0の水位を説示する。
該浮体 2 1 0は該複数の回動中心提供部材 3 0を支持する。 該浮 体 2 1 0の浮力を利用して該複数の反射鏡 1 0及び該複数の回動中 心提供部材 3 0は支持される。 該浮体 2 1 0上に該複数の反射鏡 1 0が配列される。
該複数の支柱 2 1 2は、 該浮体 2 1 0 と該案内部材 5 0との間の 所定の距離を維持する。 該支柱 2 1 2及び該案内部材 5 0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 1 4 0は該一対のガイ ドレール 1 4 2に装着される。 該運動部材 1 4 0 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 1 4 0は水から浮力を受け、 該 案内部材 5 0に所定の圧力で押し当てられる。 これにより、 該運動 部材 1 4 0は該案内部材に近接する。
一対の回転機構 9 1 0は所定の集光領域に配置される太陽ェネル 9
ギー変換装置 1 0 0を通り該水 9 1 0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 9 1 0 は、 該浮体 2 1 0、 該複数の反射鏡 1 0、 該複数の反射鏡鉛直棒 2 0、 該複数の回動中心提供部材 3 0、 該運動部材 1 4 0、 該案内部 材 5 0、 該一対のガイ ドレイル 1 4 2、 該運動部材駆動機構 4 0 0、 及び複数の支柱 2 1 2 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 1 0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 3 0 と反射鏡 鉛直棒 2 0 との間に配備される自由回転関節 3 3 2を有する。
該反射鏡鉛直棒 2 0において、 該自由回転関節 3 3 2が配備され る部分には凹部 2 0 Aが形成されている。 該凹部 2 O Aの平面部に 該自由回転関節 3 3 2が配備される。 該自由回転関節 3 3 2が配備 される該回動中心提供部材 3 0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 2 0は該自由回転関節 3 3 2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 2 0自身 を回転軸とする該反射鏡鉛直棒 2 0の回転運動は抑制される。 従つ て、 該反射鏡給直棒 2 0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 1 1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 1 1図において、 該太陽放射集中装置は案内部 材 5 0 と反射鏡鉛直棒 2 0 とを有する。 該案内部材 5 0には該反射 鏡鉛直棒 2 0の嵌装に適する所定の断面形状を有する孔 5 0 Aが穿 孔されている。 これにより該反射鏡鉛直棒 2 0 の位置は高精度に制 御される。
第 1 2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 1 2図において、 該太陽放射集中装置は反射鏡 鉛直棒 2 0 と、 案内部材 5 0 と、 該案内部材 5 0に穿孔される孔 5 0 Aに配備される弾性体 2 6 2 とを有する。 該弾性体 2 6 2は該孔 5 0 Aに嵌装される該反射鏡鉛直棒 2 0を所定の方向に押し付ける。 これにより該反射鏡鉛直棒 2 0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、 及びノま たは運動部材の位置データに関するエンコーダ等を伴つて本発明が 実施されてもよレ、。
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 Z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。

Claims

請 求 の 範 囲
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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