JP5695894B2 - 太陽光集熱器 - Google Patents

Description

本発明は、太陽光集熱器、特に、太陽光発電システムまたは太陽光熱利用空調システムに用いられる太陽光集熱器の構造に係わるものである。更に、集熱効率を安定的に確保し、且つ反射パネルを支持する安全で経済的な部材構造を有する太陽光集熱器に関するものである。

近年、化石燃料の枯渇の問題や地球温暖化の問題により、太陽光等のクリーンエネルギの有効利用が全世界的に進められている。

太陽光を利用したクリーンエネルギシステムには、アモルファスや結晶シリコンによる太陽電池によって太陽光を電気エネルギに変換する形式と、太陽光を鏡によって集光し、熱媒体によって熱エネルギに変換する方式とがある。

太陽光を集光して熱エネルギに変換する方式は、トラフ型、パラボラ型、タワー型等に区分されている。トラフ型とは、雨樋状の曲面鏡を用いて、鏡の前に設置されたパイプに太陽光を集中させ、パイプ内を流れる熱媒体（水やオイル等）を加熱して、熱エネルギに変換する方式である。パラボラ型とは、パラボラアンテナと同様の形状の鏡を用いて、鏡の前に設置されたスターリングエンジン等に太陽光を集中させ、熱エネルギに変換する形式である。ディッシュ/スターリング方式等とも呼ばれる。タワー型とは、複数の平面鏡を並べ、これら複数の平面鏡の中央に設置されたタワーに設けられた集熱器に太陽光を集光して熱エネルギに変換する方式である。

特許文献１の図１〜図４と、特許文献２の図１には、それぞれトラフ型の太陽光集熱器が示されている。特許文献３には、パラボラ型の太陽光集熱器が示されている。特許文献４には、タワー型の太陽光集熱器が示されている。

現状、太陽光集熱器は、熱源を用いた発電システムや空調システムで多く採用されている。発電用システムに用いられる太陽光集熱器では、反射パネルの背面に、この反射パネルを支える支持構造として、トラス構造が採用されていることが多い。このトラス構造の長手方向の両端には回転軸が設けられ、この回転軸を２本の支柱が回転可能に支持している。また、空調システムに用いられる太陽光集熱器では、トラス構造を構成する部材にパイプと角材が用いられていることが多い。

太陽光集熱器の回転駆動方法には、これを直接駆動する方式か、または幾つかの太陽光集熱器を連動させて駆動する方式が取られる。特許文献５の図１には、太陽光集光ヘリオスタットの構成要素である反射面をワイヤで連動させる発明が記載されている。

国際公開第０１／０２７８０号パンフレット 米国特許出願公開第２００５／０１３９２１０号明細書 独国特許出願公開第１９８２１１３７号明細書 特開２０１０−１４４７２５号公報 特開２００３−３２９９６３号公報

しかしながら、従来の太陽光集熱器の支持／駆動構造では、鏡が太陽を追随して回転しているときに風による荷重を受ける場合について、まだ充分に考慮されていない点がある。

そこで、本発明の太陽光集熱器は、鏡が太陽を追随して回転し、且つ風による加重を受けたとしても、集熱効率を安定的に確保すると共に、安全で経済的な支持／駆動構造を実現することを目的とする。

前記課題を解決し、本発明の目的を達成するために、以下のように構成した。

すなわち、本発明の太陽光集熱器は、長手方向に設けられて太陽光を吸収して熱に変換する集熱部と、短手方向に凹状の断面形状を有し、前記集熱部に太陽光を反射する鏡面部および前記鏡面部を裏面から支持する支持部材を備えた集光部とを有する追尾部が、回転軸を中心に回転可能に設置されている太陽光集熱器であって、前記集熱部は、前記集光部に固定され、前記支持部材は、最下部に長手方向に設けられた筒状の第１の部材と、ブーメラン形状の複数の第２の部材とを有し、前記第２の部材は中心部からそれぞれの両端部に向かうＶ字型の直線状の辺を下側に有し、前記Ｖ字型の辺は、所定幅で垂直且つ直線状に折り曲げられている肉厚部であるリブ部によって前記肉厚部を形成し、前記第２の部材は前記第１の部材の上部に短手方向に固定され、且つ前記鏡面部の凹状部に沿って裏面に垂直に固定されていることを特徴とする。

その他の手段については、発明を実施するための形態のなかで説明する。

本発明の太陽光集熱器によれば、集熱効率を安定的に確保すると共に、安全で経済的な支持／駆動構造を実現可能である。

第１の実施形態に係る太陽光集熱器の構造を示す図である。 第１の実施形態に係る太陽光集熱器の追尾部の回転重心位置と駆動軸を示す図である。 第１の実施形態に係る太陽光の光軸ズレ角度と集熱効率との関係の例を示す図である。 回転重心位置に対する駆動軸の位置と従動軸における光軸ズレ角度と集熱効率との関係を示す図である。 追尾部の回転角度Θと従動軸における光軸ズレ角度と集熱効率との関係を示す図である。 第１の実施形態に係る駆動装置の構造の斜視図である。 第１の実施形態に係る反射パネル支持構造の斜視図である。 第２の実施形態に係る太陽光集熱器連動システムの平面図である。 第２の実施形態に係る駆動力伝達機構の構造を示す図である。

以降、本発明を実施するための形態（「本実施形態」という）を、図等を参照して詳細に説明する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る太陽光集熱器の構造を示す図である。
太陽光集熱器１０は、長手方向両端に設けられた２本の支柱４０（＝４０−１，４０−２）と、支柱４０−１に設けられた回転軸である駆動軸４１と、支柱４０−２に設けられた回転軸である従動軸４２によって回転可能に支持されている追尾部１２を有している。

追尾部１２は、後述する駆動装置５０（図６）および駆動力伝達装置５１（図６）によって太陽の方向に正対するように、即ち、集熱部である集熱管３０に太陽光を集光するように回転する。追尾部１２は、集光部であるコレクタ２０と、筒状の集熱部である集熱管３０と、複数の保持脚３１（＝３１−１〜３１−３）とを有している。追尾部１２が太陽の方向に正対した状態とは、太陽光が追尾部１２に設けられた反射パネル２１によって反射され、集熱管３０に集光されている状態である。

コレクタ２０は、鏡面部である４枚の反射パネル２１と、これら４枚の反射パネル２１を支える支持部材を有している。この支持部材は、第２の部材である５個の支持フレーム２２（＝２２−１〜２２−５）と、この太陽光集熱器１０の長手方向の両端と中央部とに配置されている複数の支持バー２３（＝２３−１〜２３−３）と、後述する枠フレーム２４（図７）と、第１の部材であるメインパイプ２５（図７）と、これら枠フレーム２４（図７）を長手方向に支持する２本の支持フレーム繋ぎ部材２６とを有している。これら支持フレーム繋ぎ部材２６は、支持フレーム２２の短手方向の両端部をそれぞれ固定する２本の第３の部材である。反射パネル２１は、短手方向に凹状の断面を有し、太陽光を集熱部である集熱管３０に集光させる。この凹状の断面は集光曲率形状であり、例えば放物面である。

コレクタ２０は更に、長手方向中央部に複数の保持脚３１（＝３１−１〜３１−３）を設け、これら複数の保持脚３１によって集熱管３０を反射パネル２１の長手方向の中央上部に保持している。集熱管３０は、太陽光を吸収して熱に変換する集熱部であり、例えば水などの熱媒体を内部に有している。集熱管３０は、図示しない熱媒体往路と熱媒体復路が接続され、これら熱媒体往路と熱媒体復路を介して発電システムまたは空調システムと接続されている。

熱媒体である水は、集熱管３０内において太陽光によって熱せられて熱水または水蒸気となり、図示しない熱媒体往路によって、発電システムや空調システムに導かれて熱源として用いられる。熱源として用いられることにより、熱水または水蒸気は冷却して再び水となり、図示しない熱媒体復路によって集熱管３０に戻る。

太陽光集熱器１０は、後述する駆動装置５０（図６）および駆動力伝達装置５１（図６）によって、追尾部１２を集熱管３０に太陽光を集光するように回転する。太陽光は、集光部であるコレクタ２０の反射パネル２１によって反射して集熱部である集熱管３０に焦点を結び、集熱管３０内部の熱媒体の熱量に変換される。

図２は、第１の実施形態に係る太陽光集熱器の追尾部の回転重心位置と駆動軸を示す図である。
追尾部１２は、コレクタ２０と複数の保持脚３１（＝３１−１〜３１−３）と集熱管３０とを有し、太陽の追尾に伴い、垂直に対して駆動軸４１を中心に回転角度Θだけ回転する。コレクタ２０は、鏡面部である反射パネル２１と、この反射パネル２１を支える支持部材である支持フレーム２２と、この反射パネル２１の四辺を囲っている後述する枠フレーム２４（図６）と、この枠フレーム２４（図６）を補強している支持バー２３と、これら支持フレーム２２を回転軸方向に相互に固定する２本の支持フレーム繋ぎ部材２６とを有している。

回転重心位置１１は、追尾部１２の短手方向断面における重心位置である。回転軸である駆動軸４１と、追尾部１２の短手方向断面における重心位置である回転重心位置１１との距離はＬであり、短手方向におけるコレクタ２０の幅はＷである。そして、Ｌ／Ｗにより、回転重心位置１１に対する駆動軸４１の位置を示している。回転重心位置１１と駆動軸４１とが大きく離れている場合、太陽光に向けてコレクタ２０全体を回転させていくと、駆動軸４１または従動軸４２の周りに捩れモーメントが発生し、従動軸４２側の反射パネル２１が変形する。駆動軸４１側では、反射パネル２１の太陽光軸に対する角度ズレが小さいが、従動軸４２側では大きくなる。回転角度Θが大きくなるにつれて、従動軸４２側の角度ズレは顕著になり、コレクタ２０全体での集光効率は低下する。

本実施形態では、回転軸である駆動軸４１と、追尾部１２の短手方向断面における重心位置である回転重心位置１１との距離Ｌは、短手方向におけるコレクタ２０の幅Ｗの４分の１以下とした。これにより、後述する図３，図４，図５に示すように駆動軸４１に加わるコレクタ２０全体の捩れモーメントを０或いは小さくできると共に、従動軸４２側の反射パネル２１の捩れ量が発生しないか、或いは低減できる。よって、太陽光軸に対するズレ量を低減でき、集光部による太陽光の集光精度が高まる。結果として、太陽光集熱器１０の集熱効率を安定化すると共に、支持フレーム２２等の簡素化によるイニシャルコストの低減が可能である。
本実施形態では、追尾部１２の重量を軽減することにより、更に駆動軸４１を駆動する駆動装置５０（図６）のトルクを小さくできるという効果を奏する。

図３は、第１の実施形態に係る太陽光の光軸ズレ角度と集熱効率との関係の例を示す図である。縦軸は集光効率を％で示し、横軸は光軸ズレ角度を角度［°］で示している。図３は、回転重心位置１１と駆動軸４１とが同一の位置であり、よって従動軸４２側で捩れ角度が発生していない場合を示している。

集熱管３０の直径Φ１〜Φ４の違いによって集熱効率は変化する。直径Φ１が最も細く、以降、直径Φ２から直径Φ４の順に太くなる。集熱管３０の直径Φ１〜Φ４のいずれにおいても、反射パネル２１の光軸ズレが１°近傍において集熱効率が悪化し始め、２°以上に傾くと集熱できなくなることがわかる。この集光効率が悪化し始める光軸ズレ角度とは、光路設計によって求めた許容捩れ角である。

駆動軸４１側の反射パネル２１も含めてすべての反射面が２°以上でなくとも、従動軸４２側の反射パネル２１の捩れモーメントによる光軸ズレが発生すると、この光軸ズレの大きさに応じて集熱効率が大きく減少する虞がある。よって、反射パネル２１の支持部材が適切な剛性を有するよう、支持フレーム２２等の構造や剛性を適切に設計しなければならない。

図４（ａ），（ｂ）は、回転重心位置に対する駆動軸の位置と従動軸における光軸ズレ角度と集熱効率との関係を示す図である。集熱管３０の直径がΦ１で、駆動軸４１側において追尾部１２を６０°回転させたときの関係を示している。
図４（ａ），（ｂ）の横軸は、共通して回転重心位置１１に対する駆動軸４１の位置であるＬ／Ｗを示している。図４（ａ）の縦軸は、従動軸４２側における追尾部１２の光軸ズレ角度を示している。以降、従動軸４２側における追尾部１２の光軸ズレ角度を、光軸ズレ角度γという。光軸ズレ角度γは、Ｌ／Ｗの増加につれて線形に増加し、Ｌ／Ｗ＝１．０のときに２．０°である。

図４（ｂ）の縦軸は、太陽光集熱器１０全体の集熱効率を示している。光軸ズレ角度γが約０．９°を超えたときから、集熱効率が低下し始める。従動軸４２側の所定の部分が集熱管３０に集光しなくなるためである。そして、光軸ズレ角度γが増加するに従って集熱管３０に集光しなくなる部分が増加し、従動軸４２側における追尾部１２の光軸ズレ角度γが約１．８°になったとき、従動軸４２側の半分は集熱管３０に集光しなくなり、集熱効率は約５０％に落ちる。
図５（ａ），（ｂ）は、追尾部の回転角度Θと従動軸における光軸ズレ角度と集熱効率との関係を示す図である。集熱管３０の直径がΦ１で、Ｌ／Ｗがそれぞれ０．２５，０．５，１．０の場合の関係を示している。

図５（ａ），（ｂ）の横軸は、共通して追尾部１２の回転角度Θを示している。図５（ａ）の縦軸は、光軸ズレ角度γを示している。
図５は、回転角度Θが、集熱効率と光軸ズレ角度γに及ぼす影響の例を示したものである。光軸ズレ角度γは、回転角度Θの増加につれて増加する、Ｌ／Ｗの値が大きいほど、その光軸ズレ角度γは大きい。Ｌ／Ｗ＝１．０の場合には、回転角度Θが６０°のときに光軸ズレ角度γが約２．０°に到達するのに対し、Ｌ／Ｗ＝０．５の場合には、回転角度Θが９０°のときに光軸ズレ角度γが約２．０°に到達し、Ｌ／Ｗ＝０．２５の場合には、回転角度Θが９０°のときに光軸ズレ角度γが約１．０°に到達する。

図５（ｂ）の縦軸は、太陽光集熱器１０全体の集熱効率を示している。Ｌ／Ｗ＝１．０の場合には、回転角度Θが約４５°のときに光軸ズレ角度γが０．９°を超え、よって集熱効率が低下し始める。そして、回転角度Θが９０°のときには集熱効率は２０％程度に低下する。
Ｌ／Ｗ＝０．５の場合には、回転角度Θが約７５°のときに光軸ズレ角度γが０．９°を超え、よって集熱効率が低下し始める。そして、回転角度Θが９０°のときには集熱効率は６０％程度に低下する。

Ｌ／Ｗ＝０．２５の場合には、回転角度Θが約８０°のときに光軸ズレ角度γが０．９°を超え、よって集熱効率が低下し始める。これは、回転角度Θが±８０°の範囲において、集熱効率が低下しないことを意味している。太陽光集熱器１０の通常の設置密度において、回転角度Θが８０°を超えた場合には、隣接する太陽光集熱器１０のコレクタ２０同士で太陽光Ｌを遮ってしまい、集熱動作が不可能となる。よって、回転角度Θが８０°以上の場合にのみ、光軸ズレ角度γによって集熱効率が低下したとしても、実使用上の問題は発生しない。本実施形態では、Ｌ／Ｗを０．２５以下とし、回転角度Θの範囲を±６０°としているので、集熱効率の低下は発生しない。

本実施形態のＬ／Ｗ＝０．２５以下の場合、すなわち、回転軸である駆動軸４１と、追尾部１２の短手方向断面における回転重心位置１１との距離が、短手方向におけるコレクタ２０の幅の４分の１以下とした。これにより、駆動軸４１に加わるコレクタ２０全体の捩れモーメントを０にするか、あるいは小さくすることが可能である。更に、従動軸４２側の反射パネル２１の捩れが発生しないか、あるいは低減することが可能である。その結果として、太陽光軸に対するズレ量を低減でき集熱効率を安定化できると共に、支持部材の簡素化により、太陽光集熱器１０のイニシャルコスト低減が可能である。

図６は、第１の実施形態に係る駆動装置の構造の斜視図である。
追尾部１２は、集熱管３０と、この集熱管３０を保持する保持脚３１と、この集熱管３０に光を集光する反射パネル２１と、この反射パネル２１の四辺を囲って補強する枠フレーム２４（＝２４−１，２４−２，…）と、この枠フレーム２４を介して反射パネル２１を支持する支持部材である支持フレーム２２と、この枠フレーム２４を補強している支持バー２３と、この支持フレーム２２を回転軸方向に相互に固定する２本の支持フレーム繋ぎ部材２６とを有している。これら支持フレーム繋ぎ部材２６は、支持フレーム２２の短手方向の両端部をそれぞれ固定する２本の第３の部材である。更に追尾部１２は、駆動軸４１を中心として、支柱４０−１に回転可能に設置されている。

支柱４０−１には、駆動装置５０と、この駆動装置５０の駆動力を追尾部１２に伝達する駆動力伝達装置５１とを備えている。この駆動力伝達装置５１は、駆動装置５０によって駆動される駆動プーリ５２と、この駆動プーリ５２の駆動力を伝達するベルト５３と、このベルト５３によって連動して回転するリターンプーリ５４とを備えている。追尾部１２は、このリターンプーリ５４と連動して回転する。

駆動装置５０には、駆動プーリ５２が回転可能に設けられ、駆動プーリ５２とリターンプーリ５４には、ベルト５３が張架されている。駆動装置５０が駆動プーリ５２を回転させると、ベルト５３を介してリターンプーリ５４が連動して回転し、リターンプーリ５４の回転と共に太陽光集熱器１０の追尾部１２は連動して回転する。

駆動軸４１を集熱管３０に太陽光を集光するように回転させる機構を、反射パネル２１の一方の支柱４０−１の軸のみに接続することで、駆動装置５０の設置個数を両端の２箇所から一端の１箇所とすることができ、太陽光集熱器１０のイニシャルコストを低減可能である。

集熱管３０や反射パネル２１等の部品寸法の誤差により、回転重心位置１１と駆動軸４１に設計値以上の変位差が生じた場合においても、従動軸４２側の捩れ変位が、光路設計によって求めた許容捩れ角以下となる強度を持つ支持部材断面形状とすることで、太陽光集熱器１０の集熱効率を常に確保することが可能である。

図７（ａ）〜（ｃ）は、第１の実施形態に係る反射パネル支持構造の斜視図である。図７（ａ）は、反射パネル支持構造の全体を示し、図７（ｂ）は、メインパイプ２５の構造を示し、図７（ｃ）は、支持フレーム繋ぎ部材２６の構造を示している。

図７（ａ）に示すように、複数の第２の部材である薄板状の支持フレーム２２は、全体としてブーメラン形状であり、中心部からそれぞれの両端部に向かうＶ字型の辺を下側に有している。このＶ字型の辺は、所定幅で垂直且つ直線状に折り曲げられている肉厚部であるリブ部２２ｃ（＝２２ｃ−１，２２ｃ−２）を有している。このＶ字型の辺に設けられているリブ部２２ｃ（＝２２ｃ−１，２２ｃ−２）によって、支持フレーム２２の重量をさほど増やすことなく、支持部材の剛性を得ることが可能である。支持フレーム２２の重量をさほど増やさないことにより、従動軸４２側の捩れ変位を抑止する効果を有し、よって、光路設計によって求めた許容捩れ角以下の強度となるように設計することが容易となる効果がある。リブ部２２ｃ（＝２２ｃ−１，２２ｃ−２）は更に、薄板状の支持フレーム２２が直線状に折り曲げられているので、曲げ加工によって容易に形成することが可能である。

複数の第２の部材である支持フレーム２２は更に、上側の辺が集光曲率形状に切り取られ、この上側の辺と複数の枠フレーム２４を介して反射パネル２１を裏面から支持している。枠フレーム２４は、反射パネル２１の四辺を囲って補強する部材であり、例えばアルミニウム等の金属と、反射パネル２１を固定するゴム等の弾性体とで構成されている。この集光曲率形状とは、例えば放物凹面鏡の形状であり、所定の方向から太陽光が照射されたときに、集熱部である集熱管３０が焦点となるよう光を集光する形状である。

第２の部材である複数の支持フレーム２２は、支持フレーム繋ぎ部材２６によって、回転軸方向に相互に固定されると共に、支持フレーム２２下端に設置した第１の部材であるメインパイプ２５の上部に短手方向に固定されている。更に、複数の支持フレーム２２は、鏡面部である反射パネル２１の凹状部に沿って裏面に垂直に固定されている。メインパイプ２５は、反射パネル２１を裏面から支持する支持部材を構成する第１の部材であり、支持部材の最下部に長手方向に設けられ、筒状の形状である。

所定の剛性を有する１本のメインパイプ２５と、このメインパイプ２５に固定されている複数の支持フレーム２２によって反射パネル２１を支持することにより、コレクタ２０および追尾部１２の重量を軽減させると共に、反射パネル２１が許容捩れ角以下となるようコレクタ２０に強度を持たせることが可能となる。

図７（ｂ）に示すように、メインパイプ２５には、長手方向の所定の間隔で半円状のフランジ２５ａ（＝２５ａ−１・・・）が設けられ、このフランジ２５ａには、それぞれ４個の締結部であるネジ穴２５ｂが設けられている。図７（ａ）に示すように、このネジ穴２５ｂ（＝２５ｂ−１・・・）と、支持フレーム２２に設けられている図示しないネジ穴とを、締結部材であるボルト２２ａ（＝２２ａ−１〜２２ａ−４）と図示しないナットによって締結することにより、コレクタ２０を容易に組み立てることが可能である。

図７（ｃ）に示すように、支持フレーム繋ぎ部材２６には、メインパイプ２５と同様に長手方向の所定の間隔で長方形のフランジ２６ａが設けられ、このフランジ２６ａには、それぞれ３個の締結部であるネジ穴２６ｂ（＝２６ｂ−１〜２６ｂ−３，２６ｂ−４〜…）が設けられている。図７（ａ）に示すように、これらのネジ穴２６ｂと、支持フレーム２２に設けられている図示しないネジ穴とを、締結部材である図示しないボルトとナットによって、それぞれ締結することにより、コレクタ２０を容易に組み立てることが可能である。

更に、支持フレーム２２と枠フレーム２４とは、複数のボルト２２ｂ（＝２２ｂ−１〜２２ｂ−１２）と図示しないナットによって締結されて固定されている。反射パネル２１は枠フレーム２４によって四辺が補強され、枠フレーム２４がそれぞれ支持フレーム２２に締結されて固定された後に、これら支持フレーム２２の短手方向の両端に２本の支持フレーム繋ぎ部材２６が締結されてコレクタ２０が形成される。このコレクタ２０の構造により、太陽光集熱器１０を輸送する場合、メインパイプ２５と、複数の支持フレーム２２と、複数の枠フレーム２４によって四辺が補強された反射パネル２１とを分解した状態で輸送することが可能であり、よって、輸送が容易であるという効果を奏する。

本実施形態では、第１の部材であるメインパイプ２５と、複数の第２の部材である薄板状且つブーメラン形状である支持フレーム２２と、第３の部材である支持フレーム繋ぎ部材２６とは、ＳＳ（Steal Structure）鋼からなる。

本実施形態では、反射パネル２１が、所定の最大回転角度Θmaxで集光稼働中において、通常使用時の最大風速である第１の風速で発生した風荷重によって発生する反射パネル２１の変形量が、光路設計によって求めた許容捩れ角以下となる強度を持つ支持部材断面形状とした。これにより、通常使用時の最大風速でも集熱効率を確保した状態での最適設計にでき、構造コストを上昇させないことが可能となる。

本実施形態では、反射パネル２１が動作停止中である回転角度Θが０°の条件において、動作停止時の最大風速である第２の風速で発生した風荷重によって発生する反射パネル２１の支持部材の応力値が許容応力値以下となる構造とした。これにより、台風等の発生時に損傷を発生させないことが可能となる。

本実施形態では、支持フレーム２２は全体としてブーメラン形状であり、中心部からそれぞれの両端部に向かうＶ字型の辺を下側に有している構造とした。これにより、第１の比較例である半月状の支持フレームに対して、反射パネル２１上に影を落とすことがなく、よって集熱効率を低下させないことが可能となる。更に、第２の比較例である三日月状の支持フレームに対して下方への張り出しが少なく、風による荷重を少なくすることが可能である。これにより、構造を軽量化して部材のイニシャルコストを低減し、太陽光集熱器１０の輸送コストを低減し、更に、トルクの小さな駆動装置５０でも追尾部１２を駆動可能となる。

（第１の実施形態の効果）
以上説明した第１の実施形態では、次の（Ａ）〜（Ｈ）のような効果がある。
（Ａ） 反射パネル２１の駆動軸４１を、コレクタ２０と集熱管３０を有する追尾部１２における回転重心位置１１と同一あるいは近傍に設置した。すなわち、回転軸である駆動軸４１と、追尾部１２の短手方向断面における回転重心位置１１との距離が、短手方向におけるコレクタ２０の幅の４分の１以下とした。これにより、駆動軸４１に加わるコレクタ２０全体の捩れモーメントを０にするか、あるいは小さくすることが可能であり、従動軸４２側の反射パネル２１の捩れが発生しないか、あるいは低減することが可能である。その結果として、太陽光軸に対するズレ量を低減でき集熱効率を安定化できると共に、支持部材の簡素化により、太陽光集熱器１０のイニシャルコスト低減が可能である。

（Ｂ） 追尾部１２の回転軸を集熱管３０に太陽光を集光するように回転させる駆動機構である駆動装置５０を反射パネル２１の長手方向の片側の回転軸のみに接続した。これにより、駆動装置５０の設置個数を両端から片端の一箇所にする効果を奏し、太陽光集熱器１０のイニシャルコストを低減可能である。

（Ｃ） 集熱管３０と反射パネル２１の仕様の違いにより、回転重心位置１１と回転軸に設計値以上の変位差が生じた場合において、駆動軸４１側の片側駆動によって生じる従動軸４２側の捩れ変位が、光路設計によって求めた許容捩れ角以下となる強度を持つ支持部材の形状とした。これにより、集熱効率を確保し、且つ支持部材のイニシャルコストを低減可能である。

（Ｄ） 支持部材を、反射パネル２１を集光曲率形状で固定する枠フレーム２４と、この枠フレーム２４を保持するための薄板によって成型し、下側の辺をＶ字型としてリブ部２２ｃを設けた支持フレーム２２と、この支持フレーム２２を回転軸方向に固定する支持フレーム繋ぎ部材２６と、この支持フレーム２２の下端に設置した筒状のメインパイプ２５とから構成している。この構成により、コレクタ２０の重量をさほど増やすことなく、反射パネル２１が光路設計によって求めた許容捩れ角以下となる強度を持たせることが容易となる。支持フレーム２２の重量をさほど増やさないことにより、従動軸４２側の捩れ変位を抑止する効果を有し、よって、光路設計によって求めた許容捩れ角以下の強度となるように設計することが容易となる効果がある。更に、リブ部２２ｃは、曲げ加工によって容易に形成することが可能である効果がある。

（Ｅ） コレクタ２０は、各部を締結部材で締結する構造とした。これにより、太陽光集熱器１０を輸送する場合、メインパイプ２５と、複数の支持フレーム２２と、複数の枠フレーム２４によって四辺が補強された反射パネル２１とを分解した状態で輸送することが可能であり、よって、輸送が容易であるという効果を奏する。

（Ｆ） 反射パネル２１が、所定の最大回転角度Θmaxで集光稼働中において、通常使用時の最大風速である第１の風速で発生した風荷重によって発生する反射パネル２１の変形量が、光路設計によって求めた許容捩れ角以下となる強度を持つ支持部材断面形状とした。これにより、通常使用時の最大風速でも集熱効率を確保した状態での最適設計にでき、構造コストを上昇させないことが可能となる。

（Ｇ） 反射パネル２１が動作停止中である回転角度Θが０°の条件において、動作停止時の最大風速である第２の風速による風荷重によって発生する反射パネル２１の支持部材の応力値が許容応力値以下となる構造とした。これにより、台風等の発生時に損傷を発生させないことが可能となる。

（Ｈ） 本実施形態では、支持フレーム２２は全体としてブーメラン形状であり、中心部からそれぞれの両端部に向かうＶ字型の辺を下側に有している構造とした。これにより、第１の比較例である半月状の支持フレームに対し、反射パネル２１上に影を落とすことがなく、よって集熱効率を低下させないことが可能となる。更に、第２の比較例である三日月状の支持フレームに対し、風による荷重を少なくすることが可能である。これにより、構造を軽量化して部材のイニシャルコストを低減し、太陽光集熱器１０の輸送コストを低減し、更にトルクの小さな駆動装置５０でも追尾部１２を駆動可能となる。

（第２の実施形態）
図８は、第２の実施形態に係る太陽光集熱器連動システムの平面図である。
本実施形態の太陽光集熱器連動システムは、第１の実施例における太陽光集熱器１０−１，１０−２を長手方向である直列方向ＳＮに２台配置し、それぞれの駆動軸４１が同一線上になるように調整し、これら駆動軸４１を連結した。その中央部に共通の駆動機構である駆動装置５０Ａを配置している。この駆動装置５０Ａによって、２台の太陽光集熱器１０−１，１０−２を共通に回転駆動している。これにより、２台の太陽光集熱器１０の駆動機構を１つに集約することができ、システムコストを低減可能である。

更に、第１の太陽光集熱器システムである太陽光集熱器１０−１，１０−２の短手方向である並列方向ＥＷに、第２の太陽光集熱器システムである太陽光集熱器１０が直列方向に二段配置されている構成を複数個配置し、それぞれの駆動軸４１が同一線上になるように調整し、これら駆動軸４１を連結した。図８に示す太陽光集熱器連動システムでは、第１の太陽光集熱器システムである太陽光集熱器１０−１，１０−２の短手方向に、第２の太陽光集熱器システムである太陽光集熱器１０−３，１０−４と、太陽光集熱器１０−５，１０−６とが並列に連動している。

駆動力伝達機構６０によって、太陽光集熱器１０−１，１０−２を駆動している駆動装置５０Ａによって、すべての太陽光集熱器１０（＝１０−１，１０−２，…）を共通に回転駆動している。これにより、３台以上の太陽光集熱器１０の駆動機構を１つに集約することができ、システムコストを低減可能である。

なお、駆動力伝達機構６０の駆動精度が個々の太陽光集熱器１０の許容捩れ角以下となるよう連動台数を決定することにより、太陽光集熱器連動システム全体の集熱効率を確保することが可能である。

図９は、第２の実施形態に係る駆動力伝達機構の構造を示す図である。
複数の太陽光集熱器１０−１，１０−３は、それぞれ支柱４０によって駆動軸４１を中心に回転可能に支えられている追尾部１２を有している。太陽光集熱器１０−１のみ、支柱４０に固定されている駆動装置５０Ａと、駆動装置５０Ａによって駆動される駆動プーリ５２と、この駆動プーリ５２の駆動力を伝達するベルト５３と、このベルト５３によって連動して回転するリターンプーリ５４とを備えている。

駆動力伝達機構６０は、それぞれの太陽光集熱器１０のリターンプーリ５４と連動する棒状のリンク６１（＝６１−１，６１−２，…）と、これらのリンク６１にそれぞれ接続されている棒状の連結部であるリンク連結バー６２と、このリンク連結バー６２とリンク６１（＝６１−１，６１−２，…）とをそれぞれ接続するヒンジ６３（＝６３−１，６３−２，…）とを備えている。

駆動装置５０が駆動プーリ５２を回転させると、ベルト５３を介してリターンプーリ５４が連動して回転し、リターンプーリ５４と共に太陽光集熱器１０−１の追尾部１２が回転する。更に、リターンプーリ５４の回転と共に、リンク６１−１が回転し、リンク連結バー６２を介して他のリンク６１−２に駆動力を伝達する。このリンク６１−２は、太陽光集熱器１０−３の追尾部１２を回転させる。

（第２の実施形態の効果）
以上説明した第２の実施形態では、次の（Ｉ），（Ｊ）のような効果がある。
（Ｉ） 本実施形態の太陽光集熱器連動システムは、第１の実施例における太陽光集熱器１０−１，１０−２を長手方向である直列方向ＳＮに２台配置し、その中央部に共通の駆動機構である駆動装置５０Ａを配置している。この駆動装置５０Ａによって、２台の太陽光集熱器１０−１，１０−２を共通に回転駆動している。これにより、２台の太陽光集熱器１０の駆動機構を１つに集約することができ、システムコストを低減可能である。

（Ｊ） 更に、太陽光集熱器１０−１，１０−２の短手方向である並列方向ＥＷに、太陽光集熱器１０が直列方向に二段配置されている構成を複数個配置し、更に駆動力伝達機構６０によって、太陽光集熱器１０−１，１０−２を駆動している駆動装置５０Ａによって、すべての太陽光集熱器１０（＝１０−１〜・・・）を共通に回転駆動している。これにより、３台以上の太陽光集熱器１０の駆動機構を１つに集約することができ、システムコストを低減可能である。
（変形例）

本発明は、上記実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、変更実施が可能である。この利用形態や変形例としては、例えば、次の（ａ）〜（ｅ）のようなものがある。

（ａ） 第１の実施形態では、第１の部材であるメインパイプ２５と複数の第２の部材である薄板状の支持フレーム２２は、ＳＳ（Steal Structure）鋼からなる。しかし、これに限定されず、所定の剛性を備えた材質であれば、第１の部材であるメインパイプ２５と複数の第２の部材である薄板状の支持フレーム２２に使用可能である。

（ｂ） 第１の実施形態において、第１の部材であるメインパイプ２５と複数の第２の部材である薄板状の支持フレーム２２は、締結部材であるボルトとナットによって締結されて固定されている。しかし、これに限定されず、溶接によって固定されていても良く、メインパイプ２５と支持フレーム２２がアルミニウムと鉄というように異種金属となる場合は、摩擦攪拌接合を適用することができる。更に、接着剤を用いた接着や、ろう付け等によって固定しても良い。

（ｃ） 第１の実施形態において、集光曲率形状を放物面の形状とした。しかし、これに限定されず、所定の方向から太陽光が照射されたときに、集熱部である集熱管３０が焦点となるよう光を集光する形状であれば良く、例えば、集光曲率形状を楕円面としても良い。

（ｄ） 第２の実施形態において、図９に示した駆動力伝達機構６０は、ワイヤとしても良く、更に、太陽光集熱器１０それぞれに設けられているリターンプーリ５４に張架されたベルトでも良い。

（ｅ） 第１の実施形態において、第２の部材の下側に構成されているＶ字型の辺は、所定幅で垂直且つ直線状に折り曲げられている肉厚部であるリブ部２２ｃ（＝２２ｃ−１，２２ｃ−２）を有している。しかし、これに限定されず、前記Ｖ字型の辺に、溶接や締結や接着やろう付け等によって固定された棒状の部材によって、前記肉厚部を形成しても良い。

１０ 太陽光集熱器
１１ 回転重心位置
１２ 追尾部
２０ コレクタ（集光部）
２１ 反射パネル（鏡面部）
２２ 支持フレーム（第２の部材）
２２ｃ リブ部（肉厚部）
２３ 支持バー
２４ 枠フレーム
２５ メインパイプ（第１の部材）
２５ａ フランジ
２５ｂ ネジ穴
２６ 支持フレーム繋ぎ部材（第３の部材）
３０ 集熱管（集熱部）
３１ 保持脚
３１（＝３１−１〜３１−３） 保持脚
４０ 支柱
４１ 駆動軸（回転軸）
４２ 従動軸
５０，５０Ａ 駆動装置
５１ 駆動力伝達装置
５２ 駆動プーリ
５３ ベルト
５４ リターンプーリ
６０ 駆動力伝達機構
６１ リンク
６２ リンク連結バー
６３ ヒンジ
Θ 回転角度
Θmax 最大回転角度

Claims (2)

1. 長手方向に設けられて太陽光を吸収して熱に変換する集熱部と、
   短手方向に凹状の断面形状を有し、前記集熱部に太陽光を反射する鏡面部および前記鏡面部を裏面から支持する支持部材を備えた集光部と、
   を有する追尾部が、回転軸を中心に回転可能に設置されている太陽光集熱器であって、
   前記集熱部は、前記集光部に固定され、
   前記支持部材は、
   最下部に長手方向に設けられた筒状の第１の部材と、
   ブーメラン形状の複数の第２の部材とを有し、
   前記第２の部材は中心部からそれぞれの両端部に向かうＶ字型の直線状の辺を下側に有し、
   前記Ｖ字型の辺は、所定幅で垂直且つ直線状に折り曲げられている肉厚部であるリブ部によって前記肉厚部を形成し、
   前記第２の部材は前記第１の部材の上部に短手方向に固定され、且つ前記鏡面部の凹状部に沿って裏面に垂直に固定されていることを特徴とする太陽光集熱器。
2. 前記追尾部を前記集熱部に太陽光を集光するように回転させる駆動機構を、前記回転軸の片側に接続したことを特徴とする請求項１に記載の太陽光集熱器。

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