JP2012127537A - 太陽光集光器 - Google Patents
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Abstract
【課題】形状精度が高く集光率に優れ、かつ、軽量で取り扱いやすい太陽光集光器を提供すること。
【解決手段】放物線形状のアルミニウム製型材からなる曲フレーム３１及び直線形状のアルミニウム製型材からなる直フレーム３２によって断面が放物線形状をなすトラフ形状の枠体３を構成し、この枠体３を構成する曲フレーム３１及び直フレーム３２の側面に開口した溝に、平板状で湾曲可能に構成した反射鏡１を嵌入、固定するとともに、曲フレーム３１の下面に開口した溝に、上縁を放物線形状に形成した金属製板材からなる支持部材４を嵌入、固定する。
【選択図】図１
【解決手段】放物線形状のアルミニウム製型材からなる曲フレーム３１及び直線形状のアルミニウム製型材からなる直フレーム３２によって断面が放物線形状をなすトラフ形状の枠体３を構成し、この枠体３を構成する曲フレーム３１及び直フレーム３２の側面に開口した溝に、平板状で湾曲可能に構成した反射鏡１を嵌入、固定するとともに、曲フレーム３１の下面に開口した溝に、上縁を放物線形状に形成した金属製板材からなる支持部材４を嵌入、固定する。
【選択図】図１
Description
本発明は、太陽光集光器に関し、特に、反射鏡によって太陽光を集熱管に向けて集光し、集熱管の内部を流通する熱媒体にエネルギを伝達するようにした太陽光集熱装置に用いられる太陽光集光器に関するものである。
従来、断面が放物線形状をなすトラフ型の反射鏡によって太陽光を集熱管に向けて集光し、集熱管の内部を流通する熱媒体にエネルギを伝達するようにした太陽光集熱装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
ところで、従来、太陽光集熱装置の太陽光集光器に用いられる反射鏡には、銀引きしたガラス製のものや表面処理を施したアルミニウム製のものが用いられていた。
そして、これらの反射鏡は、断面が放物線形状をなすトラフ型にするために、例えば、ガラス製の鏡を型に当て放物面を出すように熱間加工したものを支持部材に固定するようにしたり、アルミニウム製の鏡をリベット止めや接着により支持部材に固定するようにしていた。
そして、これらの反射鏡は、断面が放物線形状をなすトラフ型にするために、例えば、ガラス製の鏡を型に当て放物面を出すように熱間加工したものを支持部材に固定するようにしたり、アルミニウム製の鏡をリベット止めや接着により支持部材に固定するようにしていた。
ところで、上記太陽光集熱装置の太陽光集光器に用いられる反射鏡には、以下の課題があった。
（１）ガラス製の反射鏡の場合、剛性を確保するために一定以上の厚さがあるもの（例えば、板厚４ｍｍ程度のもの）を用いる必要があり、成形のコストが高く、また、重量があり、取り扱いにくい。
（２）アルミニウム製の反射鏡の場合、軽量であるが、リベット止めにより固定するとその周辺の鏡面に歪が生じ、反射光が意図した方向に反射されず集光率が低下する。また、接着により固定すると、局部接着では鏡面の微小変形による集光率が低下し、全面接着では接着コストが問題となり、さらに鏡が汚損、飛来する砂塵や石等による傷、腐食により交換が必要になった場合に取り外しが困難である。
（１）ガラス製の反射鏡の場合、剛性を確保するために一定以上の厚さがあるもの（例えば、板厚４ｍｍ程度のもの）を用いる必要があり、成形のコストが高く、また、重量があり、取り扱いにくい。
（２）アルミニウム製の反射鏡の場合、軽量であるが、リベット止めにより固定するとその周辺の鏡面に歪が生じ、反射光が意図した方向に反射されず集光率が低下する。また、接着により固定すると、局部接着では鏡面の微小変形による集光率が低下し、全面接着では接着コストが問題となり、さらに鏡が汚損、飛来する砂塵や石等による傷、腐食により交換が必要になった場合に取り外しが困難である。
本発明は、上記従来の太陽光集熱装置の太陽光集光器に用いられる反射鏡の実情に鑑み、形状精度が高く集光率に優れ、かつ、軽量で取り扱いやすい太陽光集光器を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明の太陽光集光器は、長手方向の溝を有する放物線形状のアルミニウム製型材からなる曲フレーム及び直線形状のアルミニウム製型材からなる直フレームによって断面が放物線形状をなすトラフ形状の枠体を構成し、該枠体を構成する曲フレーム及び直フレームの側面に開口した溝に、平板状で湾曲可能に構成した反射鏡を嵌入、固定するとともに、曲フレームの下面に開口した溝に、上縁を放物線形状に形成した金属製板材からなる支持部材を嵌入、固定してなることを特徴とする。
この場合において、反射鏡を、板厚０．５〜１ｍｍのアルミニウム製の鏡と、板厚１〜３ｍｍのアルミニウム製の支持板とを積層したものから構成したり、板厚が０．８〜１．５ｍｍのガラス製の鏡と、板厚１〜３ｍｍのアルミニウム製の支持板とを積層したものから構成することができる。
また、反射鏡を、枠体を構成する曲フレーム及び直フレームの側面に開口した溝に、ゴム製又は合成樹脂製のパネルクランプを介して固定することができる。
また、曲フレームと支持部材とをネジを介して固定することができる。
本発明の太陽光集光器によれば、長手方向の溝を有する放物線形状のアルミニウム製型材からなる曲フレーム及び直線形状のアルミニウム製型材からなる直フレームによって断面が放物線形状をなすトラフ形状の枠体を構成し、該枠体を構成する曲フレーム及び直フレームの側面に開口した溝に、平板状で湾曲可能に構成した反射鏡を嵌入、固定するとともに、曲フレームの下面に開口した溝に、上縁を放物線形状に形成した金属製板材からなる支持部材を嵌入、固定することにより、反射鏡の形状精度を高く設置することができ、集光率に優れ、集熱効率を向上することができるとともに、反射鏡自体に剛性を持たせる必要がないため、平板状で湾曲可能に構成した軽量な反射鏡を用いることができ、取り扱いが容易となる。
また、反射鏡を、板厚０．５〜１ｍｍのアルミニウム製の鏡と、板厚１〜３ｍｍのアルミニウム製の支持板とを積層したものから構成したり、板厚が０．８〜１．５ｍｍのガラス製の鏡と、板厚１〜３ｍｍのアルミニウム製の支持板とを積層したものから構成することにより、軽量で取り扱いやすく、また、鏡の交換コストを低廉にできる。
また、反射鏡を、枠体を構成する曲フレーム及び直フレームの側面に開口した溝に、ゴム製又は合成樹脂製のパネルクランプを介して固定することにより、作業性を向上することができる。
また、曲フレームと支持部材とをネジを介して固定することにより、作業性を向上することができる。
以下、本発明の太陽光集熱装置の実施の形態を、図面に基づいて説明する。
図１に、本発明の太陽光集光器を用いた太陽光集熱装置の一実施例を示す。
この太陽光集熱装置は、断面が放物線形状をなすトラフ型の反射鏡１に入射した太陽光の反射光を、反射鏡１の焦点の位置に架設された集熱管２に集光し、集熱管２の内部を流通する熱媒体にエネルギを伝達するようにし、反射鏡１及び集熱管２の中心軸を南北軸に沿うように設置するようにしたものである。
この太陽光集熱装置は、断面が放物線形状をなすトラフ型の反射鏡１に入射した太陽光の反射光を、反射鏡１の焦点の位置に架設された集熱管２に集光し、集熱管２の内部を流通する熱媒体にエネルギを伝達するようにし、反射鏡１及び集熱管２の中心軸を南北軸に沿うように設置するようにしたものである。
そして、この太陽光集熱装置は、反射鏡１及び集熱管２を共通の揺動軸を介して基台５に揺動可能に、かつ、反射鏡１が常に太陽の方向を指向するように、太陽の動きに従って揺動軸を回動させる太陽追尾機構を設けるようにしている。
ところで、本実施例において、反射鏡１を配設するようにした太陽光集光器Ｃｏは、図１〜図５に示すように、放物線形状のアルミニウム製型材からなる曲フレーム３１及び直線形状のアルミニウム製型材からなる直フレーム３２によって断面が放物線形状をなすトラフ形状の枠体３を構成し、この枠体３を構成する曲フレーム３１及び直フレーム３２の側面に開口した溝３１ａ、３２ａに、平板状で湾曲可能に構成した反射鏡１を嵌入、固定するとともに、曲フレーム３１の下面に開口した溝３１ｂに、上縁を放物線形状に形成した金属製板材からなる支持部材４を嵌入、固定するようにしている。
これにより、反射鏡１の形状精度を高く設置することができ、集光率に優れ、集熱効率を向上することができるとともに、反射鏡１自体に剛性を持たせる必要がないため、平板状で湾曲可能に構成した軽量な反射鏡１を用いることができ、取り扱いが容易となる。
これにより、反射鏡１の形状精度を高く設置することができ、集光率に優れ、集熱効率を向上することができるとともに、反射鏡１自体に剛性を持たせる必要がないため、平板状で湾曲可能に構成した軽量な反射鏡１を用いることができ、取り扱いが容易となる。
反射鏡１には、例えば、巾１２００〜１２６０ｍｍ、板厚０．５〜１ｍｍのアルミニウム製の鏡１１と、板厚１〜３ｍｍのアルミニウム製の支持板１２とを積層したもの、あるいは、板厚が０．８〜１．５ｍｍのガラス製の鏡１１と、板厚１〜３ｍｍのアルミニウム製の支持板１２とを積層したものを選択的に用いることができる。
これにより、軽量で取り扱いやすく、また、汚損、傷、腐食により交換が必要になった場合でも、反射鏡１全体ではなく、鏡１１のみを交換することができ、コストを低廉にできる。
これにより、軽量で取り扱いやすく、また、汚損、傷、腐食により交換が必要になった場合でも、反射鏡１全体ではなく、鏡１１のみを交換することができ、コストを低廉にできる。
曲フレーム３１及び直フレーム３２を構成するアルミニウム製型材は、例えば、押出成形によって形成されるもので、断面の高さが１５〜３０ｍｍ、巾が２０〜３０ｍｍのものを好適に用いることができる。
また、曲フレーム３１は、直線形状のアルミニウム製型材をロール曲げ加工することにより得ることができる。
また、曲フレーム３１は、直線形状のアルミニウム製型材をロール曲げ加工することにより得ることができる。
支持部材４は、例えば、板厚１〜５ｍｍの鋼、ステンレススチール、アルミニウム製の剛性を有する金属製板材からなり、ＮＣレーザー加工等により上縁を正確に放物線形状に形成したものを好適に用いることができる。
そして、支持部材４の放物線形状に形成した上縁部を、曲フレーム３１の下面に開口した溝３１ｂに嵌入し、当該上縁を曲フレーム３１に当接、支持するようにする。
また、支持部材４は、基台５に架設した金属製管材からなる横架部材６にネジを用いて固定するようにしている。
そして、支持部材４の放物線形状に形成した上縁部を、曲フレーム３１の下面に開口した溝３１ｂに嵌入し、当該上縁を曲フレーム３１に当接、支持するようにする。
また、支持部材４は、基台５に架設した金属製管材からなる横架部材６にネジを用いて固定するようにしている。
なお、直フレーム３２を補強するために、直フレーム３２の下面を支持する矩形断面の金属製コラム材からなる横架部材８を、支持部材４間に架設するようにしている。
そして、枠体３を構成する曲フレーム３１及び直フレーム３２の側面に開口した溝３１ａ、３２ａに嵌入した反射鏡１を固定するために、耐候性を備えたゴム製又は合成樹脂製のパネルクランプ７を用いるようにしている。
これにより、反射鏡１の形状精度を高く設置することができるとともに、設置時の作業性を向上することができる。
これにより、反射鏡１の形状精度を高く設置することができるとともに、設置時の作業性を向上することができる。
また、曲フレーム３１の下面に開口した溝３１ｂに嵌入した、上縁を放物線形状に形成した金属製の支持部材４を固定するために、具体的には、例えば、図５（ｂ）に示すように、当該箇所の支持部材４を切り欠き、曲フレーム３１の下面に開口した溝３１ｂに取り付けたボルト、ナット等からなる固着部材９により固定するようにしている。
これにより、設置時の作業性を向上することができる。
これにより、設置時の作業性を向上することができる。
また、集熱管２は、反射鏡１によって集光された太陽光を受光し、内部を流通する熱媒体にエネルギを伝達する内管と、この内管の外周を断熱空間を形成して覆う外管とからなるものを用いるようにしている。
より具体的には、内管には、表面に太陽光熱吸収膜として酸化クロムメッキ層を施した金属製管材を、外管には、コバールガラス等の硼珪酸ガラス製管材を用いるようにしている。
また、内管の内部を流通する熱媒体には、数百℃、例えば、４００℃程度の温度まで加熱されて熱媒体として機能を発揮する水、熱媒油、溶融塩等の熱媒体を用いることができる。
より具体的には、内管には、表面に太陽光熱吸収膜として酸化クロムメッキ層を施した金属製管材を、外管には、コバールガラス等の硼珪酸ガラス製管材を用いるようにしている。
また、内管の内部を流通する熱媒体には、数百℃、例えば、４００℃程度の温度まで加熱されて熱媒体として機能を発揮する水、熱媒油、溶融塩等の熱媒体を用いることができる。
そして、本実施例の太陽光集光器によれば、以下の作用効果を奏する。
（１）反射鏡１自体に剛性を持たせる必要がないため、平板状で湾曲可能に構成した軽量な反射鏡１を用いることができ、取り扱いが容易で、設置時の作業性が高く、コストを低減できる。
（２）反射鏡１を、枠体３を構成する曲フレーム３１及び直フレーム３２の側面に開口した溝３１ａ、３２ａに、ゴム製又は合成樹脂製のパネルクランプ７を介して固定することにより、反射鏡１の形状精度を高く設置することができ、集光率に優れ、集熱効率を向上することができるとともに、設置時及び交換時の作業性を向上することができる。
（３）曲フレーム３１及び直フレーム３２を構成するアルミニウム製型材に、断面の高さが１５〜３０ｍｍ、巾が２０〜３０ｍｍのものを用いることにより、組立に支障が出たり、また、剛性が不足して自重や風による変形が大きくなり反射鏡１の形状精度が低下することがなく、反射鏡１の形状精度を高く設置することができ。
（４）支持部材４に、板厚１〜５ｍｍの剛性を有する金属製板材からなり、ＮＣレーザー加工等により上縁を正確に放物線形状に形成したものを用い、曲フレーム３１の下面に開口した溝３１ｂに嵌入した支持部材４をネジを用いて固定することにより、反射鏡１の形状精度を高く設置することができるとともに、設置時の作業性を向上することができる。
（５）輸送時に各部品は嵩張らず輸送できることから、輸送コストを低減でき、また、現地での組立も、ネジだけで短時間で行うことができ、溶接等の特殊な技能や特殊な工具を必要としないため、設置時の作業性を向上し、コストを低減できる。
（１）反射鏡１自体に剛性を持たせる必要がないため、平板状で湾曲可能に構成した軽量な反射鏡１を用いることができ、取り扱いが容易で、設置時の作業性が高く、コストを低減できる。
（２）反射鏡１を、枠体３を構成する曲フレーム３１及び直フレーム３２の側面に開口した溝３１ａ、３２ａに、ゴム製又は合成樹脂製のパネルクランプ７を介して固定することにより、反射鏡１の形状精度を高く設置することができ、集光率に優れ、集熱効率を向上することができるとともに、設置時及び交換時の作業性を向上することができる。
（３）曲フレーム３１及び直フレーム３２を構成するアルミニウム製型材に、断面の高さが１５〜３０ｍｍ、巾が２０〜３０ｍｍのものを用いることにより、組立に支障が出たり、また、剛性が不足して自重や風による変形が大きくなり反射鏡１の形状精度が低下することがなく、反射鏡１の形状精度を高く設置することができ。
（４）支持部材４に、板厚１〜５ｍｍの剛性を有する金属製板材からなり、ＮＣレーザー加工等により上縁を正確に放物線形状に形成したものを用い、曲フレーム３１の下面に開口した溝３１ｂに嵌入した支持部材４をネジを用いて固定することにより、反射鏡１の形状精度を高く設置することができるとともに、設置時の作業性を向上することができる。
（５）輸送時に各部品は嵩張らず輸送できることから、輸送コストを低減でき、また、現地での組立も、ネジだけで短時間で行うことができ、溶接等の特殊な技能や特殊な工具を必要としないため、設置時の作業性を向上し、コストを低減できる。
以上、本発明の太陽光集光器について、その実施例に基づいて説明したが、本発明は上記実施例に記載した構成に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができるものである。
本発明の太陽光集光器は、形状精度が高く集光率に優れ、かつ、軽量で取り扱いやすい特性を有していることから、太陽光集熱装置に用いられる太陽光集光器の用途に好適に用いることができる。
Ｃｏ 太陽光集光器
１ 反射鏡
１１ 鏡
１２ 支持板
２ 集熱管
３ 枠体
３１ 曲フレーム
３１ａ 溝
３１ｂ 溝
３２ 直フレーム
３２ａ 溝
４ 支持部材
５ 基台
６ 横架部材
７ パネルクランプ
８ 横架部材
９ 固着部材
１ 反射鏡
１１ 鏡
１２ 支持板
２ 集熱管
３ 枠体
３１ 曲フレーム
３１ａ 溝
３１ｂ 溝
３２ 直フレーム
３２ａ 溝
４ 支持部材
５ 基台
６ 横架部材
７ パネルクランプ
８ 横架部材
９ 固着部材
Claims (5)
- 長手方向の溝を有する放物線形状のアルミニウム製型材からなる曲フレーム及び直線形状のアルミニウム製型材からなる直フレームによって断面が放物線形状をなすトラフ形状の枠体を構成し、該枠体を構成する曲フレーム及び直フレームの側面に開口した溝に、平板状で湾曲可能に構成した反射鏡を嵌入、固定するとともに、曲フレームの下面に開口した溝に、上縁を放物線形状に形成した金属製板材からなる支持部材を嵌入、固定してなることを特徴とする太陽光集光器。
- 反射鏡が、板厚０．５〜１ｍｍのアルミニウム製の鏡と、板厚１〜３ｍｍのアルミニウム製の支持板とを積層したものからなることを特徴とする請求項１に記載の太陽光集光器。
- 反射鏡が、板厚が０．８〜１．５ｍｍのガラス製の鏡と、板厚１〜３ｍｍのアルミニウム製の支持板とを積層したものからなることを特徴とする請求項１に記載の太陽光集光器。
- 反射鏡を、枠体を構成する曲フレーム及び直フレームの側面に開口した溝に、ゴム製又は合成樹脂製のパネルクランプを介して固定したことを特徴とする請求項１、２又は３に記載の太陽光集光器。
- 曲フレームと支持部材とをネジを介して固定したことを特徴とする請求項１、２、３又は４に記載の太陽光集光器。
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