JP2005076967A - 太陽熱集熱装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】太陽光を効率よく容易に集光して媒体加熱部へと導くことができ、それによって加熱対象媒体を容易に効率よく高温に加熱できる、安価に構成可能な太陽熱集熱装置を提供する。
【解決手段】断面形状が放物線である凹面の反射面を有し、中央部に貫通部を有し、該反射面に太陽光を受光する反射鏡Aと、該反射鏡Aの前方に位置し、断面形状が双曲線の一方の曲線である凸面の反射面を有し、該反射面にて反射鏡Aからの反射光を反射鏡Aの貫通部に向けて反射するとともに集光する反射鏡Bと、貫通部を通過した集光された光を媒体加熱部に導く導光手段とを備えた太陽熱集熱装置。
【選択図】図1
【解決手段】断面形状が放物線である凹面の反射面を有し、中央部に貫通部を有し、該反射面に太陽光を受光する反射鏡Aと、該反射鏡Aの前方に位置し、断面形状が双曲線の一方の曲線である凸面の反射面を有し、該反射面にて反射鏡Aからの反射光を反射鏡Aの貫通部に向けて反射するとともに集光する反射鏡Bと、貫通部を通過した集光された光を媒体加熱部に導く導光手段とを備えた太陽熱集熱装置。
【選択図】図1
Description
本発明は、太陽熱集熱装置に関し、とくに、太陽光の集光の効率を上げて加熱対象媒体を効率よくかつ容易に高温に加熱できるようにした太陽熱集熱装置に関する。
太陽熱を利用して高温を得るためには、太陽光の集光倍率を上げることが必要である。従来から、凹面鏡により太陽光を受光して反射させ、反射した光を凹面鏡の焦点部に設けた集熱器に集光させて太陽熱の集熱を行うようにした太陽熱集熱装置が知られている(例えば、特許文献1)。また、断面形状が放物線状の樋型の凹面鏡により太陽光を受光して反射させ、反射した光を樋型凹面鏡の焦点部に設けた管路に集光させ、該管路内の媒体を加熱するようにした装置も知られている。
このような太陽熱集熱装置においては、高温を得るためには、一つの凹面鏡で高い倍率をもって集光する必要があるため、凹面鏡の反射面の曲率を大きくする必要があるとともに、反射面の面精度を高くする必要があり、高価な装置になる傾向がある。また、上記のように凹面鏡の焦点部に加熱媒体管路を有する構造では、太陽光の方向変化に応じて太陽光を追尾しようとすると、凹面鏡の姿勢変更と同時に加熱媒体管路も空間移動させる必要があり、管路や接続管路に可撓性を持たせる必要が生じて装置構成が複雑化する。また、加熱媒体管路に可動部分が存在することは、媒体の漏れや接続部の耐久性等の面から、好ましい構造ではない。
特開平10−281565号公報
そこで本発明の課題は、太陽光を効率よく容易に集光して媒体加熱部へと導くことができ、それによって加熱対象媒体を容易に効率よく高温に加熱できる、安価に構成可能な太陽熱集熱装置を提供することにある。
また、本発明の課題は、加熱媒体管路を所定の位置に固定したまま、太陽光の受光、反射系を可動して太陽光を追尾できるようにし、媒体の漏れや管路接続部の耐久性等の問題を生じさせることなく、安定して効率のよい集熱を行うことができるようにした太陽熱集熱装置を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明に係る太陽熱集熱装置は、断面形状が放物線である凹面の反射面を有し、中央部に貫通部を有し、前記反射面に太陽光を受光する反射鏡Aと、該反射鏡Aの前方に位置し、断面形状が双曲線の一方の曲線である凸面の反射面を有し、該反射面にて前記反射鏡Aからの反射光を前記反射鏡Aの前記貫通部に向けて反射するとともに集光する反射鏡Bと、前記貫通部を通過した集光された光を媒体加熱部に導く導光手段とを備えたことを特徴とするものからなる。
このような構成においては、反射鏡Aに受光された太陽光は反射鏡Aの反射面で反射されるとともに反射鏡Bに向けてまず大略集光され、反射鏡Bでは反射鏡Aからの反射光を反射させて貫通部に向けて集光し、貫通部を通過した集光光が媒体加熱部に導かれて媒体が加熱される。二回反射させた後最終的な焦点としての媒体加熱部へと集光光を導くので、従来の一つの反射鏡の焦点部に集熱器を位置させた構造に比べ、媒体加熱部に至るまでの距離が長くなり、反射鏡Aおよび反射鏡Bの反射面の曲率を小さくでき、製作が容易になる。また、反射鏡Aは、平行光である太陽光を反射鏡Bに向けて反射させるとともに大略集光させればよいので、反射面を格別高精度に仕上げる必要はなく、製作が容易になるとともに安価に製作できる。
上記太陽熱集熱装置においては、上記反射鏡Aとしては、例えば、実質的に同一断面形状にて一方向に延びる反射鏡、つまり、樋型の反射鏡に構成できる。また、上記反射鏡Bとしても、実質的に同一断面形状にて一方向に延びる反射鏡に構成することができる。そして、上記貫通部としては、スリット状に延びる貫通穴に形成することができる。すなわち、平行光である太陽光を帯状に延びる反射鏡Aの凹面の反射面で反射させて、まず、反射鏡Bに向けて大略集光し、反射鏡Aからの反射光を帯状に延びる反射鏡Bの凸面の反射面で反射させてスリット状に延びる貫通部に向けて集光するのである。
上記媒体加熱部としては、例えば、内部を加熱対象媒体が流通される加熱媒体管路に構成できる。管路内を流れる加熱対象媒体が、上記の如く集光され導光されてきた太陽光によって効率よく加熱されるとになる。
上記導光手段は、上記貫通部を通過した集光された光を、さらに上記媒体加熱部に向けて集光する集光レンズ(例えば、凸レンズ)を有することが好ましい。これによって、最終的な焦点としての媒体加熱部により高い倍率をもって集光でき、より高温への加熱が可能となる。また、この導光手段は、上記媒体加熱部に向けての導光路の少なくとも一部を形成する導光体を有することが好ましい。導光体は、可撓性導光体、例えば、光ファイバーからなることが好ましい。このような可撓性導光体を設けておけば、反射鏡Aと反射鏡Bが太陽光を追尾する際にも、反射鏡Aと反射鏡Bの可動動作が媒体加熱部側に伝達されるのを可撓性導光体で遮断することができ、媒体加熱部を所定の固定姿勢に保つことができる。
太陽光の方向変化に応じて反射鏡Aと反射鏡Bが太陽光を追尾できるようにするには、反射鏡Aと反射鏡Bが、実質的に一定の相対位置関係に保たれながら、太陽光の方向変化に応じて連動移動されればよい。このような連動移動により、最終的な焦点としての媒体加熱部に至るまでの反射、集光経路を維持しつつ、太陽光を追尾でき、恒常的に効率のよい集熱を行うことができる。また、反射鏡Aと反射鏡Bを姿勢可変としつつ、媒体加熱部を姿勢固定とできる。媒体加熱部を所定の固定構造とできることにより、媒体の漏れや管路接続部の耐久性についての不安が除去され、安定した集熱が可能になる。
本発明に係る太陽熱集熱装置によれば、太陽光を効率よく容易に集光して媒体加熱部へと導くことができ、常時効率のよい集熱を行うことができるようになる。その結果、従来装置では得られないような大きな集熱量が得られ、加熱対象媒体を容易に効率よく高温に加熱できる。
また、加熱媒体管路を所定の位置に固定したまま、太陽光の受光、反射系を可動して太陽光を追尾できるようになるので、媒体の漏れや管路接続部の耐久性等の問題を生じさせることなく、安定して効率のよい集熱を行うことができるようになる。
さらに、反射鏡Aと反射鏡Bの反射面には大きな曲率や格別高精度は要求されず、これら反射鏡はもとより、装置全体としても安価に製作可能となる。
以下に、本発明の望ましい実施の形態を、図面を参照して説明する。
図1は、本発明の一実施態様に係る太陽熱集熱装置を示している。図1において、1は太陽熱集熱装置全体を示しており、この太陽熱集熱装置1は、断面形状が放物線である凹面の反射面2を有し、中央部に貫通部3を有し、反射面2に平行光である太陽光4を受光する反射鏡A(5)と、該反射鏡A(5)の前方(太陽光受光側)に位置し、断面形状が双曲線の一方の曲線である凸面の反射面6を有し、該反射面6にて反射鏡A(5)からの反射光7を反射鏡A(5)の貫通部3に向けて反射するとともに反射面6からの反射光8を貫通部3に向けて集光する反射鏡B(9)と、貫通部3を通過した集光された光8を媒体加熱部としての加熱媒体管路10に導く導光手段11とを備えている。本実施態様では、導光手段11は、可撓性を有する導光体としての光ファイバー12と、光ファイバー12により導かれてきた集光光を、さらに加熱媒体管路10に向けて集光させる集光レンズとしての凸レンズ13を備えている。
図1は、本発明の一実施態様に係る太陽熱集熱装置を示している。図1において、1は太陽熱集熱装置全体を示しており、この太陽熱集熱装置1は、断面形状が放物線である凹面の反射面2を有し、中央部に貫通部3を有し、反射面2に平行光である太陽光4を受光する反射鏡A(5)と、該反射鏡A(5)の前方(太陽光受光側)に位置し、断面形状が双曲線の一方の曲線である凸面の反射面6を有し、該反射面6にて反射鏡A(5)からの反射光7を反射鏡A(5)の貫通部3に向けて反射するとともに反射面6からの反射光8を貫通部3に向けて集光する反射鏡B(9)と、貫通部3を通過した集光された光8を媒体加熱部としての加熱媒体管路10に導く導光手段11とを備えている。本実施態様では、導光手段11は、可撓性を有する導光体としての光ファイバー12と、光ファイバー12により導かれてきた集光光を、さらに加熱媒体管路10に向けて集光させる集光レンズとしての凸レンズ13を備えている。
また、本実施態様では、反射鏡A(5)および反射鏡B(9)は、反射面が実質的に同一断面形状にて一方向(図1における紙面と垂直の方向)に延びる反射鏡に構成されている。また、これに合わせて、貫通部3も同じ方向にスリット状に延びる貫通穴として形成されている。さらに、光ファイバー12も同じ方向に多数配列された所定厚みのシート状に構成されており、かつ、凸レンズ13は、同じ方向(図1における紙面と垂直の方向)に直線状に延びる直線状凸レンズに構成されている。
さらに、上記のような構成を有する太陽熱集熱装置においては、反射鏡A(5)と反射鏡B(9)が、実質的に一定の相対位置関係に保たれながら、太陽光4の方向変化(例えば、太陽南中時や太陽低高度時等における方向変化)に応じて連動移動されるようになっている。これにより、太陽光4の方向変化に応じて反射鏡A(5)と反射鏡B(9)が、最も効率よく集熱できるように太陽光4を追尾できるようになる。
このような反射鏡A(5)と反射鏡B(9)の組み合わせは、複数組並設することも可能である。そして、太陽光4の追尾においては、例えば図2(太陽南中時)、図3(太陽低高度時)に示すように、一定の位置に固定配置されている加熱媒体管路10に対し、反射鏡A(5)と反射鏡B(9)を所定の位置関係に保ちながら、太陽光4のの方向変化に追従させて太陽光4を追尾するように、受光方向を変更することができる。つまり、加熱媒体管路10は位置固定としつつ、反射鏡A(5)と反射鏡B(9)は一定の相対位置関係に保ちながら姿勢可変とする構成である。このような構成は、導光体として設けられている光ファイバー12が可撓性を有するので、容易に達成できる。
図1に示すように構成された実施太陽においては、反射鏡A(5)に受光された太陽光4は反射鏡A(5)の放物線反射面2で反射されるとともに反射鏡B(9)に向けてまず大略集光され、反射鏡B(9)では反射鏡A(5)からの反射光7を反射させて貫通部3に向けて集光し、貫通部3を通過した集光光が、光ファイバー12によって導光され、導光された光が凸レンズ13により加熱媒体管路10上に集光され、加熱媒体管路10およびその内部を流通される媒体が高温に加熱される。反射鏡A(5)と反射鏡B(9)で二回反射させた後最終的な加熱用焦点としての加熱媒体管路10へと集光光を導くので、従来の一つの反射鏡の焦点部に集熱器を位置させた構造に比べ、加熱媒体管路10に至るまでの距離が長くなり、反射鏡A(5)および反射鏡B(9)の反射面2、6の曲率を小さくでき、反射鏡A(5)および反射鏡B(9)の製作が容易になる。とくに、反射鏡A(5)は、平行光である太陽光4を反射鏡B(9)に向けて反射させるとともに大略集光させればよいので、反射面2を格別高精度に仕上げる必要はなく、製作が容易になるとともに安価に製作できる。すなわち、安価な装置構成でありながら、確実に効率よく最終的な加熱用焦点としての加熱媒体管路10へと集光光を導くことができるようになり、効果的な加熱が可能となる。
また、反射鏡A(5)と反射鏡B(9)の二回反射構成、および貫通部3を通過した集光光を加熱媒体管路10へと導く構成により、従来の一つの反射鏡の焦点部に集熱器を位置させた構造の場合のように、反射鏡で太陽光を追尾する際に集熱器部分を移動させる必要が無くなり、加熱媒体管路10を固定配置可能となる。とくに、光ファイバー12からなる可撓性導光体を介して導光することにより、反射鏡A(5)と反射鏡B(9)は問題なく連動移動でき、集光された光を外部に逸散させることなく効率よく加熱媒体管路10に向けて導くことができる。したがって、太陽光の方向変化にかかわらず、太陽光を集光可能な時間中は常時安定して効率のよい集光が可能となる。その結果、最も効率のよい太陽熱集熱が可能になり、可能な最大限の集熱量の達成が可能になる。さらに、凸レンズ13を介して加熱媒体管路10上に集光させることにより、集熱効率、加熱効率は一層高められる。
本発明に係る太陽熱集熱装置は、加熱対象媒体を太陽熱を利用して加熱しようとするあらゆる用途に適用できる。加熱された媒体は、管路を介して、適宜使用先へ供給することができる。
1 太陽熱集熱装置
2 凹面の反射面
3 貫通部
4 太陽光
5 反射鏡A
6 凸面の反射面
7 反射鏡Aからの反射光
8 反射面6からの反射光
9 反射鏡B
10 媒体加熱部としての加熱媒体管路
11 導光手段
12 可撓性を有する導光体としての光ファイバー
13 集光レンズとしての凸レンズ
2 凹面の反射面
3 貫通部
4 太陽光
5 反射鏡A
6 凸面の反射面
7 反射鏡Aからの反射光
8 反射面6からの反射光
9 反射鏡B
10 媒体加熱部としての加熱媒体管路
11 導光手段
12 可撓性を有する導光体としての光ファイバー
13 集光レンズとしての凸レンズ
Claims (11)
- 断面形状が放物線である凹面の反射面を有し、中央部に貫通部を有し、前記反射面に太陽光を受光する反射鏡Aと、該反射鏡Aの前方に位置し、断面形状が双曲線の一方の曲線である凸面の反射面を有し、該反射面にて前記反射鏡Aからの反射光を前記反射鏡Aの前記貫通部に向けて反射するとともに集光する反射鏡Bと、前記貫通部を通過した集光された光を媒体加熱部に導く導光手段とを備えたことを特徴とする太陽熱集熱装置。
- 前記反射鏡Aが、実質的に同一断面形状にて一方向に延びる反射鏡からなる、請求項1の太陽熱集熱装置。
- 前記反射鏡Bが、実質的に同一断面形状にて一方向に延びる反射鏡からなる、請求項1または2の太陽熱集熱装置。
- 前記貫通部が、スリット状に延びる貫通穴からなる、請求項1〜3のいずれかに記載の太陽熱集熱装置。
- 前記媒体加熱部が、内部を加熱対象媒体が流通される加熱媒体管路からなる、請求項1〜4のいずれかに記載の太陽熱集熱装置。
- 前記導光手段が、前記貫通部を通過した集光された光を、さらに前記媒体加熱部に向けて集光する集光レンズを有する、請求項1〜5のいずれかに記載の太陽熱集熱装置。
- 前記導光手段が、前記媒体加熱部に向けての導光路の少なくとも一部を形成する導光体を有する、請求項1〜6のいずれかに記載の太陽熱集熱装置。
- 前記導光体が可撓性導光体からなる、請求項7の太陽熱集熱装置。
- 前記可撓性導光体が光ファイバーからなる、請求項8の太陽熱集熱装置。
- 前記反射鏡Aと反射鏡Bが、実質的に一定の相対位置関係に保たれながら、太陽光の方向変化に応じて連動移動される、請求項1〜9のいずれかに記載の太陽熱集熱装置。
- 前記反射鏡Aと反射鏡Bは姿勢可変とされ、前記媒体加熱部は所定姿勢に固定されている、請求項1〜10のいずれかに記載の太陽熱集熱装置。
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Publications (1)
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