ヘリオスタットシステム
【課題】ミラーからの反射光ががセンサーから外れても、再び反射光をセンサーに向けることができるヘリオスタットシステムを提供する。
【解決手段】探知手段１４によりミラー５で反射された太陽光Ｌの範囲を移動させて、空中におけるセンサー８の位置を探し出すことができる。探知手段１４は空中を隙間なく走査するため、センサー８の位置を確実に探し出すことができ、センサー８による受光状態を確実に復帰させることができる。
【解決手段】探知手段１４によりミラー５で反射された太陽光Ｌの範囲を移動させて、空中におけるセンサー８の位置を探し出すことができる。探知手段１４は空中を隙間なく走査するため、センサー８の位置を確実に探し出すことができ、センサー８による受光状態を確実に復帰させることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽を追尾しながら太陽光を反射して一点に集光させることができるヘリオスタットシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽光の有効利用のために、太陽を追尾した状態で複数のヘリオスタットのミラーを同時に制御して、ミラーで反射した太陽光をターゲットに集光させるシステムが知られている。
【０００３】
各ヘリオスタットのミラーとターゲットを結ぶ直線上にはセンサーが設けられている。このセンサーの内部には受光素子が設けられている。受光素子が太陽光を受光すると、センサーはその受光状態を維持するようにヘリオスタットのミラーをフィードバック制御する。そうすることで、ヘリオスタットは太陽を追尾した状態で常に太陽光をターゲットに向けて反射し続けることができる（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３７８４０２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このような従来の技術にあっては、センサーがいったんミラーからの太陽光を受光した状態になれば、その受光状態を維持しながら太陽光をターゲットに向けて反射し続けることができるが、何らかの理由により、ミラーからの太陽光がセンサーから外れると、センサーによりミラーを制御できず、太陽光をターゲットに向けることができない。
【０００６】
本発明は、このような従来の技術に着目してなされたものであり、ミラーからの反射光がセンサーから外れても、再び反射光をセンサーに向けることができるヘリオスタットシステムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１記載の発明は、太陽の日周運動に関連する方位方向と季節運動に関連する高度方向に回転自在なミラーを有するヘリオスタットと、ミラーとターゲットを結ぶ直線上に配置され、ミラーで反射された太陽光を受光すると共にその受光状態を維持するようにミラーの回転をフィードバック制御するセンサーと、ヘリオスタット周辺の日射量を測定する日射計と、日射量が所定値以上の日射量を検知し且つセンサーがミラーで反射された太陽光を受光していない時に、ミラーで反射された太陽光を隙間なく移動させてセンサーの位置を探知する探知手段手段と、を備えたことを特徴とする。
【０００８】
請求項２記載の発明は、探知手段が、ミラーで反射した太陽光を内側から渦巻き状に走査することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１記載の発明によれば、探知手段によりミラーで反射された太陽光の範囲を移動させて、空中におけるセンサーの位置を探し出すことができる。探知手段は空中を隙間なく走査するため、センサーの位置を確実に探し出すことができ、センサーによる受光状態を確実に復帰させることができる。
【００１０】
請求項２記載の発明によれば、ミラーで反射した太陽光を内側から渦巻き状に走査するため、センサーの位置を効率良く探し出すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】ヘリオスタットで太陽光をターゲットに向けて反射している状態を示す全体斜視図。
【図２】ヘリオスタットを示す斜視図。
【図３】センサーを示す斜視図。
【図４】図３中矢示ＳＡ−ＳＡ線に沿うボックスの断面図。
【図５】図３中矢示ＳＢ−ＳＢ線に沿うボックスの断面図。
【図６】センサーの構造を示す説明図。
【図７】ミラーからセンサーに向けて太陽光を反射している状態を示す背面図。
【図８】太陽の移動とミラーの回転を示す説明図。
【図９】センサーの非正規受光状態を示す平面図。
【図１０】センサーの正規受光状態を示す平面図。
【図１１】全体構成を示すブロック図。
【図１２】ミラーからの反射光がセンサーから外れている状態を示す図。
【図１３】季節による太陽光の移動軌跡の違いを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１〜図１３は、本発明の好適な実施形態を示す図である。
【００１３】
タワー１の周囲には複数のヘリオスタット２が配置されている。タワー１の頂部にはターゲット３が設けられ、このターゲット３に向けてヘリオスタット２から太陽光Ｌが反射される。
【００１４】
ヘリオスタット２は、コ字状のフレーム４で支持された四角形のミラー５を有している。このミラー５は、高度モータ６によりフレーム４に支持された水平軸を中心に高度方向Ｂで回転自在である。またミラー５はフレーム４ごと垂直軸を中心に方位モータ７により方位方向Ａで回転自在である。方位方向Ａは太陽Ｓの日周運動に関連した方向で、高度方向Ｂは太陽Ｓの季節運動に関連した方向である。
【００１５】
ミラー５とターゲット３を結ぶ直線上にはセンサー８がそれぞれ設置されている。センサー８は地面に不動状態で設置されている。
【００１６】
センサー８はヘリオスタット２側に円形の導入孔９が形成されている。導入孔９は外側から樹脂製の透明カバー１０により覆われている。センサー８の内部底面には、直交する十字状に一対の光検出センサ２０ａ、２０ｂ、２１ａ、２１ｂが配置されている。２つの光検出センサ２０ａ、２０ｂは方位方向Ａに関連する方向Ｘ（図６参照）で対向しており、他の２つの光検出センサ２１ａ、２１ｂは、高度方向Ｂに関連する方向Ｙで対向している。
【００１７】
センサー８の底面の中心には、真っ直ぐに導入孔９から導入された太陽光Ｌの円形状のスポットＰが形成される。スポットＰが各光検出センサ２０ａ、２０ｂ、２１ａ、２１ｂの中心にいる状態では、方向Ｘ及び方向Ｙのいずれにおいても、一対の光検出センサ２０ａ、２０ｂ及び２１ａ、２１ｂ同士の受光量は等しく、光検出センサ２０ａ、２０ｂ、２１ａ、２１ｂからの出力は等しい。一対の光検出センサ２０ａ、２０ｂ、２１ａ、２１ｂの出力が等しい場合には、制御手段１１から高度モータ６及び方位モータ７に信号を出さない。この状態がセンサー８の正規受光状態（図１０参照）である。正規受光状態の場合は、ミラー５の中心で反射された太陽光Ｌが導入孔９よりセンサー８の内部へ導入されている。
【００１８】
導入孔９のからの太陽光ＬのスポットＰが中心からずれて、光検出センサ２０ａ、２０ｂ、２１ａ、２１ｂの出力が異なる場合（図９参照）には、その状態を制御手段１１が検知して、高度モータ６及び方位モータ７に信号を出し、ヘリオスタット１のミラー２を回転させて、出力の不均等状態を是正する。
【００１９】
このようなセンサー８のフィードバック制御により、ミラー５は太陽Ｓを追尾した状態で、常に太陽光Ｌをセンサー８側（ターゲット３側）へ向けて反射し続けることができる。
【００２０】
またヘリオスタット２の周囲には日射計１２が設けられている。この日射計１２は太陽光Ｌが十分なエネルギーを有しているかどうかを検出するためのものである。例えば太陽光Ｌが雲などにより遮られた場合は、センサー８による制御が行えないため、その場合は太陽定速追尾手段１３により太陽定速追尾モードに切り換える。太陽定速追尾モードとは、ヘリオスタット２のミラー５を太陽の移動速度に応じた定速で方位方向及び高度方向における回転角度を変化させることである。
【００２１】
従って、センサー８のフィードバック制御が作動していない時も、ミラー５の回転を太陽の移動速度に応じた定速で進めておくことができる。そうしておけば、雲がなくって、太陽光Ｌが復活した時に、ミラー５の回転角度はセンサー８に対して概ね正規位置に来ており、ミラー５によりそのまま太陽光Ｌを反射してセンサー８に当てることができる。センサー８に太陽光Ｌが当たればフィードバック制御が作動する。
【００２２】
次に、日射計１２が所定値以上の日射量を検知して太陽定速追尾モードが作動したにもかかわず、図１２に示すように、ミラー５から反射光Ｌが何らかの理由によりセンサー８から外れてしまう場合がある。その場合は、探知手段１４からの信号が、制御手段１１を介して、高度モータ６及び方位モータ７に出力され、ミラー５で反射された太陽光Ｌの範囲を所定位置を基準にして内側から外側に向けて所定位置を取り囲むように渦巻き状に走査する。太陽光Ｌの拡がりの範囲で隙間なく空中を走査するため、センサー８を確実に探し出して太陽光Ｌを当てることができる。このようにミラー５からの太陽光Ｌがセンサー８から外れた状態になっても、再度センサー８側へ戻すことができるため、ヘリオスタット２によるターゲット３へ向けた確実且つ継続的な太陽光Ｌの反射が行える。
【００２３】
尚、以上の実施形態では、ミラー５を方位方向Ａ及び高度方向Ｂへ回転させる経緯台式のヘリオスタット２を例にしたが、赤経方向及び赤緯方向へ回転させる赤道儀式のヘリオスタットであっても良い。
【００２４】
一枚の大きなミラー５を回転させる例を示したが、複数のミラーで構成したマルチミラー構造を回転させるようにしても良い。
【００２５】
また、太陽光Ｌを渦巻き状に走査する例を示したが、隙間なく走査する方式であればどのような経路で走査しても良い。
【符号の説明】
【００２６】
２ ヘリオスタット
３ ターゲット
５ ミラー
８ センサー
１１ 制御手段
１２ 日射計
１３ 太陽定速追尾手段
１４ 探知手段
Ａ 方位方向
Ｂ 高度方向
Ｌ 太陽光
Ｓ 太陽
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽を追尾しながら太陽光を反射して一点に集光させることができるヘリオスタットシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽光の有効利用のために、太陽を追尾した状態で複数のヘリオスタットのミラーを同時に制御して、ミラーで反射した太陽光をターゲットに集光させるシステムが知られている。
【０００３】
各ヘリオスタットのミラーとターゲットを結ぶ直線上にはセンサーが設けられている。このセンサーの内部には受光素子が設けられている。受光素子が太陽光を受光すると、センサーはその受光状態を維持するようにヘリオスタットのミラーをフィードバック制御する。そうすることで、ヘリオスタットは太陽を追尾した状態で常に太陽光をターゲットに向けて反射し続けることができる（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３７８４０２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このような従来の技術にあっては、センサーがいったんミラーからの太陽光を受光した状態になれば、その受光状態を維持しながら太陽光をターゲットに向けて反射し続けることができるが、何らかの理由により、ミラーからの太陽光がセンサーから外れると、センサーによりミラーを制御できず、太陽光をターゲットに向けることができない。
【０００６】
本発明は、このような従来の技術に着目してなされたものであり、ミラーからの反射光がセンサーから外れても、再び反射光をセンサーに向けることができるヘリオスタットシステムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１記載の発明は、太陽の日周運動に関連する方位方向と季節運動に関連する高度方向に回転自在なミラーを有するヘリオスタットと、ミラーとターゲットを結ぶ直線上に配置され、ミラーで反射された太陽光を受光すると共にその受光状態を維持するようにミラーの回転をフィードバック制御するセンサーと、ヘリオスタット周辺の日射量を測定する日射計と、日射量が所定値以上の日射量を検知し且つセンサーがミラーで反射された太陽光を受光していない時に、ミラーで反射された太陽光を隙間なく移動させてセンサーの位置を探知する探知手段手段と、を備えたことを特徴とする。
【０００８】
請求項２記載の発明は、探知手段が、ミラーで反射した太陽光を内側から渦巻き状に走査することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１記載の発明によれば、探知手段によりミラーで反射された太陽光の範囲を移動させて、空中におけるセンサーの位置を探し出すことができる。探知手段は空中を隙間なく走査するため、センサーの位置を確実に探し出すことができ、センサーによる受光状態を確実に復帰させることができる。
【００１０】
請求項２記載の発明によれば、ミラーで反射した太陽光を内側から渦巻き状に走査するため、センサーの位置を効率良く探し出すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】ヘリオスタットで太陽光をターゲットに向けて反射している状態を示す全体斜視図。
【図２】ヘリオスタットを示す斜視図。
【図３】センサーを示す斜視図。
【図４】図３中矢示ＳＡ−ＳＡ線に沿うボックスの断面図。
【図５】図３中矢示ＳＢ−ＳＢ線に沿うボックスの断面図。
【図６】センサーの構造を示す説明図。
【図７】ミラーからセンサーに向けて太陽光を反射している状態を示す背面図。
【図８】太陽の移動とミラーの回転を示す説明図。
【図９】センサーの非正規受光状態を示す平面図。
【図１０】センサーの正規受光状態を示す平面図。
【図１１】全体構成を示すブロック図。
【図１２】ミラーからの反射光がセンサーから外れている状態を示す図。
【図１３】季節による太陽光の移動軌跡の違いを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１〜図１３は、本発明の好適な実施形態を示す図である。
【００１３】
タワー１の周囲には複数のヘリオスタット２が配置されている。タワー１の頂部にはターゲット３が設けられ、このターゲット３に向けてヘリオスタット２から太陽光Ｌが反射される。
【００１４】
ヘリオスタット２は、コ字状のフレーム４で支持された四角形のミラー５を有している。このミラー５は、高度モータ６によりフレーム４に支持された水平軸を中心に高度方向Ｂで回転自在である。またミラー５はフレーム４ごと垂直軸を中心に方位モータ７により方位方向Ａで回転自在である。方位方向Ａは太陽Ｓの日周運動に関連した方向で、高度方向Ｂは太陽Ｓの季節運動に関連した方向である。
【００１５】
ミラー５とターゲット３を結ぶ直線上にはセンサー８がそれぞれ設置されている。センサー８は地面に不動状態で設置されている。
【００１６】
センサー８はヘリオスタット２側に円形の導入孔９が形成されている。導入孔９は外側から樹脂製の透明カバー１０により覆われている。センサー８の内部底面には、直交する十字状に一対の光検出センサ２０ａ、２０ｂ、２１ａ、２１ｂが配置されている。２つの光検出センサ２０ａ、２０ｂは方位方向Ａに関連する方向Ｘ（図６参照）で対向しており、他の２つの光検出センサ２１ａ、２１ｂは、高度方向Ｂに関連する方向Ｙで対向している。
【００１７】
センサー８の底面の中心には、真っ直ぐに導入孔９から導入された太陽光Ｌの円形状のスポットＰが形成される。スポットＰが各光検出センサ２０ａ、２０ｂ、２１ａ、２１ｂの中心にいる状態では、方向Ｘ及び方向Ｙのいずれにおいても、一対の光検出センサ２０ａ、２０ｂ及び２１ａ、２１ｂ同士の受光量は等しく、光検出センサ２０ａ、２０ｂ、２１ａ、２１ｂからの出力は等しい。一対の光検出センサ２０ａ、２０ｂ、２１ａ、２１ｂの出力が等しい場合には、制御手段１１から高度モータ６及び方位モータ７に信号を出さない。この状態がセンサー８の正規受光状態（図１０参照）である。正規受光状態の場合は、ミラー５の中心で反射された太陽光Ｌが導入孔９よりセンサー８の内部へ導入されている。
【００１８】
導入孔９のからの太陽光ＬのスポットＰが中心からずれて、光検出センサ２０ａ、２０ｂ、２１ａ、２１ｂの出力が異なる場合（図９参照）には、その状態を制御手段１１が検知して、高度モータ６及び方位モータ７に信号を出し、ヘリオスタット１のミラー２を回転させて、出力の不均等状態を是正する。
【００１９】
このようなセンサー８のフィードバック制御により、ミラー５は太陽Ｓを追尾した状態で、常に太陽光Ｌをセンサー８側（ターゲット３側）へ向けて反射し続けることができる。
【００２０】
またヘリオスタット２の周囲には日射計１２が設けられている。この日射計１２は太陽光Ｌが十分なエネルギーを有しているかどうかを検出するためのものである。例えば太陽光Ｌが雲などにより遮られた場合は、センサー８による制御が行えないため、その場合は太陽定速追尾手段１３により太陽定速追尾モードに切り換える。太陽定速追尾モードとは、ヘリオスタット２のミラー５を太陽の移動速度に応じた定速で方位方向及び高度方向における回転角度を変化させることである。
【００２１】
従って、センサー８のフィードバック制御が作動していない時も、ミラー５の回転を太陽の移動速度に応じた定速で進めておくことができる。そうしておけば、雲がなくって、太陽光Ｌが復活した時に、ミラー５の回転角度はセンサー８に対して概ね正規位置に来ており、ミラー５によりそのまま太陽光Ｌを反射してセンサー８に当てることができる。センサー８に太陽光Ｌが当たればフィードバック制御が作動する。
【００２２】
次に、日射計１２が所定値以上の日射量を検知して太陽定速追尾モードが作動したにもかかわず、図１２に示すように、ミラー５から反射光Ｌが何らかの理由によりセンサー８から外れてしまう場合がある。その場合は、探知手段１４からの信号が、制御手段１１を介して、高度モータ６及び方位モータ７に出力され、ミラー５で反射された太陽光Ｌの範囲を所定位置を基準にして内側から外側に向けて所定位置を取り囲むように渦巻き状に走査する。太陽光Ｌの拡がりの範囲で隙間なく空中を走査するため、センサー８を確実に探し出して太陽光Ｌを当てることができる。このようにミラー５からの太陽光Ｌがセンサー８から外れた状態になっても、再度センサー８側へ戻すことができるため、ヘリオスタット２によるターゲット３へ向けた確実且つ継続的な太陽光Ｌの反射が行える。
【００２３】
尚、以上の実施形態では、ミラー５を方位方向Ａ及び高度方向Ｂへ回転させる経緯台式のヘリオスタット２を例にしたが、赤経方向及び赤緯方向へ回転させる赤道儀式のヘリオスタットであっても良い。
【００２４】
一枚の大きなミラー５を回転させる例を示したが、複数のミラーで構成したマルチミラー構造を回転させるようにしても良い。
【００２５】
また、太陽光Ｌを渦巻き状に走査する例を示したが、隙間なく走査する方式であればどのような経路で走査しても良い。
【符号の説明】
【００２６】
２ ヘリオスタット
３ ターゲット
５ ミラー
８ センサー
１１ 制御手段
１２ 日射計
１３ 太陽定速追尾手段
１４ 探知手段
Ａ 方位方向
Ｂ 高度方向
Ｌ 太陽光
Ｓ 太陽
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽の日周運動に関連する方位方向と季節運動に関連する高度方向に回転自在なミラーを有するヘリオスタットと、
ミラーとターゲットを結ぶ直線状に配置され、ミラーで反射された太陽光を受光すると共にその受光状態を維持するようにミラーの回転をフィードバック制御するセンサーと、
ヘリオスタット周辺の日射量を測定する日射計と、
日射量が所定値以上の日射量を検知し且つセンサーがミラーで反射された太陽光を受光していない時に、ミラーで反射された太陽光を隙間なく移動させてセンサーの位置を探知する探知手段と、を備えたことを特徴とするヘリオスタットシステム。
【請求項２】
探知手段が、ミラーで反射した太陽光を内側から渦巻き状に走査することを特徴とする請求項１記載のヘリオスタットシステム。
【請求項１】
太陽の日周運動に関連する方位方向と季節運動に関連する高度方向に回転自在なミラーを有するヘリオスタットと、
ミラーとターゲットを結ぶ直線状に配置され、ミラーで反射された太陽光を受光すると共にその受光状態を維持するようにミラーの回転をフィードバック制御するセンサーと、
ヘリオスタット周辺の日射量を測定する日射計と、
日射量が所定値以上の日射量を検知し且つセンサーがミラーで反射された太陽光を受光していない時に、ミラーで反射された太陽光を隙間なく移動させてセンサーの位置を探知する探知手段と、を備えたことを特徴とするヘリオスタットシステム。
【請求項２】
探知手段が、ミラーで反射した太陽光を内側から渦巻き状に走査することを特徴とする請求項１記載のヘリオスタットシステム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１２−２５１７５５（Ｐ２０１２−２５１７５５Ａ）
【公開日】平成２４年１２月２０日（２０１２．１２．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１２７１０６（Ｐ２０１１−１２７１０６）
【出願日】平成２３年６月７日（２０１１．６．７）
【出願人】（３９００１３０３３）三鷹光器株式会社 (114)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月２０日（２０１２．１２．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月７日（２０１１．６．７）
【出願人】（３９００１３０３３）三鷹光器株式会社 (114)
【Ｆターム（参考）】
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