(57)【要約】【課題】製造コストを抑えつつ高温によるミラーの光反射面の劣化を防止することができる集光装置、太陽熱発電装置及び太陽光発電装置を提供する。【解決手段】複数の１軸回動可能な平面ミラー１０と、複数の平面ミラー１０の上方又は斜め上方に配設され複数の平面ミラー１０それぞれから受けた太陽光Ｓなどの光を集光部３０に向かわせるように反射する少なくとも１つの曲面ミラー２０と、複数の平面ミラー１０への光の入射角度に応じて各平面ミラー１０で反射される光が曲面ミラー２０に向かうように、複数の平面ミラー１０それぞれを１軸駆動で回動させる平面ミラー駆動軸１１などの平面ミラー回動手段と、を備えた集光装置であって、曲面ミラー２０を集光部３０の下方又は斜め下方に配設した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の１軸回動可能な平面ミラーと、
前記複数の平面ミラーの上方又は斜め上方に配設され該複数の平面ミラーそれぞれから受けた光を集光部に向かわせるように反射する少なくとも１つの曲面ミラーと、
前記複数の平面ミラーへの光の入射角度に応じて各平面ミラーで反射される光が前記曲面ミラーに向かうように、該複数の平面ミラーそれぞれを１軸駆動で回動させる平面ミラー回転駆動手段と、を備えた集光装置であって、
前記曲面ミラーを前記集光部の下方又は斜め下方に配設したことを特徴とする集光装置。
【請求項２】
請求項１の集光装置において、
前記曲面ミラーは長尺形状を有し、その光反射面の長手方向と直交する断面における形状が放物線状又は円弧状の形状を有することを特徴とする集光装置。
【請求項３】
請求項１又は２の集光装置において、
水平面と交差する回動軸を中心として前記曲面ミラーを回動させる曲面ミラー回動手段を更に備えたことを特徴とする集光装置。
【請求項４】
請求項３の集光装置において、
前記集光部は、前記曲面ミラーの回動軸の軸心上に位置することを特徴とする集光装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかの集光装置において、
前記複数の平面ミラーそれぞれの回動軸が、方位の東西方向と略平行となるように、該複数の平面ミラーを配設したことを特徴とする集光装置。
【請求項６】
集光装置と、
前記集光装置の熱で熱媒体を加熱する加熱手段と、前記熱媒体の熱で水蒸気を発生させる水蒸気発生手段と、前記水蒸気発生手段で発生した水蒸気で回転するタービンと、前記タービンにより回転され発電する発電機と、を備えた太陽熱発電装置であって、
前記集光装置として、請求項１乃至５のいずれかの集光装置を備えたことを特徴とする太陽熱発電装置。
【請求項７】
請求項６の太陽熱発電装置において、
前記水蒸気発生手段へ流入する熱媒体が流れる配管の少なくとも一部が、該水蒸気発生手段から流出する熱媒体が流れる配管の内部に配設されていることを特徴とする太陽熱発電装置。
【請求項８】
集光装置と、前記集光装置の集光部に設置された太陽電池と、を備えた太陽光発電装置であって、
前記集光装置として、請求項１乃至５のいずれかの集光装置を備えたことを特徴とする太陽光発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、集光装置、太陽熱発電装置及び太陽光発電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、太陽光を鏡で集光して水やオイルなどの熱媒体を加熱し、高温の熱媒体により水蒸気を発生させ、この水蒸気でタービンを回して発電する太陽熱発電（ＣＳＰ：Concentrating Solar Power）装置が知られている。太陽熱発電装置は、その集光方式から線集光方式と点集光方式との２つに大別される。
【０００３】
線集光方式の太陽熱発電装置としては、例えば図１７に示すように、多数の１軸駆動で回動可能な長尺の平面ミラー２０１と、各平面ミラー２０１から反射された太陽光Ｓを受ける表面の長手方向に直交する断面が放物線形状である長尺の曲面ミラー２０２とを備えたリニアフレネル型の太陽熱発電装置２００が挙げられる。多数の平面ミラー２０１は、回転軸が互いに平行になるように水平方向に並べて配置され、曲面ミラー２０２は、水平方向に並べた各平面ミラー２０１の斜め上方に配置される。そして、曲面ミラー２０２によって反射された太陽光が集まる集光部に、水やオイルなどの液体の熱媒体を流したパイプ２０３が設けられている。このリニアフレネル型の太陽熱発電装置２００では、多数の平面ミラー２０１で反射した太陽光Ｓが曲面ミラー２０２に集まるように各平面ミラー２０１が回転駆動され、各平面ミラー２０１から集まった線状の太陽光Ｓが曲面ミラー２０２で集光部２０３集光される。そして、集光部のパイプ２０３内で加熱された熱媒体の熱を利用して水蒸気を作り、タービンを回して発電する。
【０００４】
また、点集光方式の太陽熱発電装置としては、例えば図１８に示すように、太陽を追尾するように２軸で回動可能な多数の平面ミラー（ヘリオスタット）３０１で集めた太陽光Ｓを、タワーの頂上にある集光器３０２に集めるタワー型の太陽熱発電装置３００が挙げられる。このタワー型の太陽熱発電装置３００では、集光器３０２に液体の熱媒体がポンプで送られ、集光器３０２に集められた太陽光Ｓで熱媒体が加熱される。この熱媒体の熱を利用して水蒸気を作り、タービンを回して発電する。
上記線集光方式及び点集光方式のどちらの方式においても、熱交換器やタービンなどの火力発電等で従来から実績のある技術を採用しているので、信頼性が高く安定して稼働し運用コストも安い。
【０００５】
一般に、水蒸気でタービンを回して発電する方式では、高温側熱源である水蒸気の温度が高温になるほど熱効率が高くなり発電効率が向上する。カルノーサイクルの熱効率ηを示す式を、次式（１）に示す。式（１）中のＱＬは低温側熱源のエネルギーであり、ＱＨは高温側熱源のエネルギーである。
【数１】
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【０００６】
上記式（１）において、高温側熱源（水蒸気）の温度が高温になるほど、高温側熱源のエネルギーＱＨは大きくなるため、熱効率ηは高くなる。
【０００７】
上記リニアフレネル型の太陽熱発電装置は、図１９（ａ）に示すように、平面ミラー２０１を１軸駆動した簡便な構造で集光が可能な方式であるが、一般的に集光比が低いため高温化は期待できない。一般的なリニアフレネル型の集光比は、２０〜２５程度である。これに対して、タワー型の太陽熱発電装置は、図１９（ｂ）に示すように平面ミラー３０１をＸ−Ｙの２軸を中心に回動させて太陽光を追尾することにより、各平面ミラーの反射光を一箇所の集光器に直接集光させて高い集光比を得ているため、高温化が可能である。タワー型は、集光比が一般に１０００前後であり、リニアフレネル型と比較すると、一桁以上高くなっている。ここで、「集光比」とは、太陽光を受けるミラーの全面積（Ａａ）と集光部の受光面積（Ａｒ）との比（Ａａ／Ａｒ）のことをいう。
【０００８】
例えば、非特許文献１では、タワー型の太陽熱発電装置の発電効率を１４．３［％］としているのに対し、非特許文献２では、リニアフレネル型の太陽熱発電装置の発電効率は１０．６［％］となっている。この違いは、タワー型の２軸駆動ミラーが、リニアフレネル型の１軸駆動ミラーと比較して高い集光比が得られるため、タワー型太陽熱発電装置で高温側熱源（水蒸気）の温度をより高める高温化を実現しているためと考えられる。
【０００９】
しかし、タワー型の太陽熱発電装置はミラーを２軸駆動する必要があるため、ミラーの１軸駆動と比較してコスト高となり易い。このミラーの二軸駆動の高コスト化を解決するため、１軸駆動ミラーを複数組み合わせて高い集光比を実現する構成が開示されている。
【００１０】
例えば、特許文献１には、一次集光ミラー５００及び二次集光ミラー５１０をそれぞれ１軸駆動してレシーバ（集光部）５２０に光を集光する集光装置が開示されている。一次集光ミラー５００は、傾斜角度を少しずつ変化させて形成した複数のミラー面５０１を有する。また、二次集光ミラー５１０は、レシーバ５２０を間に挟むように互いに対向する１対の平面ミラー５１１と、１対の平面ミラー５１１の間に設けられた曲面ミラー５１２とを有する。特許文献１の集光装置は、図２０（ａ），（ｂ）に示すように、複数のミラー面５０１それぞれが太陽を追尾するように一次集光ミラー５００が１軸駆動され、一次集光ミラー５００の各ミラー面５０１からの反射光５０２が１軸駆動される二次集光ミラー５１０に集められる。二次集光ミラー５１０の平面ミラー５１１及び曲面ミラー５１２で反射された反射光はレシーバ５２０に集光される。
【００１１】
また、特許文献２には、一次集光ミラーとして平板ミラーを用い、二次集光ミラーとして複数の曲面ミラーが形成されたミラーを用い、高集光化を目的とした集光装置が開示されている。この特許文献２の集光装置は、一次集光ミラーのみを１軸駆動し、二次集光ミラーを駆動せずに固定して、光を集光させるものである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、上記特許文献１の集光装置では、太陽光の入射角度がある程度大きくなると、一次集光ミラー５００のミラー面５０１における太陽光の反射角度が大きくなる。すると、二次集光ミラー５１０の１対の平面ミラー５１１の一方がレシーバ５２０の上方に位置するように二次集光ミラー５１０が１軸駆動されることになる。二次集光ミラー５１０の平面ミラー５１１がレシーバ５２０の上方に位置すると、レシーバ５２０で暖められた空気によって平面ミラー５１１が加熱され、高温によりミラーの光反射面が劣化するという問題がある。
また、上記特許文献２の集光装置では、二次集光ミラーはレシーバ（集光部）の上方の位置に固定されているため、高温によるミラーの光反射面の劣化は避けることができない。
【００１３】
太陽光を反射するミラーが高温により劣化すると、太陽光の集光効率が悪くなり、集光比を上げたとしても、熱媒体の温度が上昇せず水蒸気の温度が高くならないため、熱効率が低下し、発電効率も低下してしまうという問題があった。ミラーの光反射面の劣化に起因して発電効率が低下する問題は、太陽熱発電装置に限らず、太陽電池を用いた太陽光発電装置にも生じる問題である。
【００１４】
本発明は以上の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、製造コストを抑えつつ高温によるミラーの光反射面の劣化を防止することができる集光装置、太陽熱発電装置及び太陽光発電装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、複数の１軸回動可能な平面ミラーと、前記複数の平面ミラーの上方又は斜め上方に配設され該複数の平面ミラーそれぞれから受けた光を集光部に向かわせるように反射する少なくとも１つの曲面ミラーと、前記複数の平面ミラーへの光の入射角度に応じて各平面ミラーで反射される光が前記曲面ミラーに向かうように、該複数の平面ミラーそれぞれを１軸駆動で回動させる平面ミラー回動手段と、を備えた集光装置であって、前記曲面ミラーを前記集光部の下方又は斜め下方に配設したことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、複数の平面ミラーへの光の入射角度に応じて各平面ミラーで反射される光が、曲面ミラーに向かうように、複数の平面ミラーそれぞれを１軸駆動で回動させることにより、各平面ミラーで反射された光を曲面ミラーで受ける。曲面ミラーは、複数の平面ミラーそれぞれから受けた光を集光部に向かわせるように反射する。このように複数の平面ミラーそれぞれを１軸駆動で回動させることにより、各平面ミラーで受けた光を集光部に集光させることができるため、複数の平面ミラーを２軸駆動する場合に比べて簡易に構成することができ、製造コストを抑えることができる。
また、曲面ミラーは、集光部の下方又は斜め下方に配設されていることにより、集光部が発する熱の影響を受け難くい。しかも、曲面ミラーは、各平面ミラーからの光を上方又は斜め上方に位置する集光部に向かうように反射するので、曲面ミラーの光反射面に沿った方向は、水平方向と交差する鉛直方向又は斜め方向になる。従って、曲面ミラーの光反射面の近傍には、光反射面に沿った方向に流れる気流が発生し、曲面ミラー近傍に空気が滞留しないため、曲面ミラーの光反射面の温度上昇を抑制することができる。よって、高温による光反射面の劣化を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態に係る集光装置の概略構成を示す斜視図。
【図２】集光装置の断面における太陽光の光路を示す説明図。
【図３】（ａ）は曲面ミラーを回動させる機構の概略構成を示す斜視図。（ｂ）は集光部の拡大斜視図。
【図４】本発明の他の実施形態に係る集光装置の概略構成を示す斜視図。
【図５】実験装置の概略構成図。
【図６】（ａ）は比較実験１で用いた装置の概略構成図。（ｂ）は比較実験２で用いた装置の概略構成図。
【図７】本発明の更に他の実施形態に係る集光装置の概略構成を示す斜視図。
【図８】本発明に係る集光装置を用いた太陽熱発電装置の一構成例を示す概略構成図。
【図９】集熱管内を流れる熱媒体の昇温を説明する説明図。
【図１０】本発明の更に他の構成の集光装置（二層構造の集熱管）を用いた太陽熱発電装置の一構成例を示す概略構成図。
【図１１】分離合流部の概略構成図。
【図１２】（ａ）は図１１中のＡ部拡大図であり、（ｂ）は伸縮部を設けた構成の拡大図。
【図１３】蒸気発生装置から最も遠い位置に配設されている分離合流部の概略構成図。
【図１４】蒸気発生装置に最も近い位置に配設されている分離合流部の概略構成図。
【図１５】集光部の部分拡大図。
【図１６】本発明に係る集光装置を用いた太陽光発電装置の一構成例を示す概略構成図。
【図１７】従来のリニアフレネル型の集光装置の概略斜視図。
【図１８】従来のタワー型の集光装置の概略構成図。
【図１９】（ａ）はミラーの一軸駆動を説明するための斜視図。（ｂ）は、ミラーの二軸駆動を説明するための斜視図。
【図２０】（ａ）は従来例に係る集光装置の斜視図。（ｂ）は曲面ミラーとレシーバ（集光部）との拡大図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る集光装置の概略構成を示す斜視図である。図２は、集光装置の断面における太陽光の光路を示す説明図である。また、図３（ａ）は、曲面ミラーを回動させる機構の概略構成を示す斜視図、図３（ｂ）は、集光部近傍の拡大斜視図である。
【００１９】
図１に示すように、集光装置１００は、太陽光を受ける複数の１軸回動可能な平面ミラー１０と、複数の平面ミラー１０の斜め上方に配設され複数の平面ミラー１０それぞれから受けた光を集光部３０に向かわせるように反射する曲面ミラー２０とを備えている。なお、曲面ミラー２０で反射された光が集光する集光部３０は、集光装置１００の必須の構成ではないが、集光装置１００は集光部３０を含めるように構成してもよい。
【００２０】
複数の平面ミラー１０には、平面ミラー１０の長手方向を中心として回動させる平面ミラー回動軸としての駆動軸１１がそれぞれ設けられている。図示の例では、駆動軸１１の軸心方向（平面ミラー１０の長手方向）は南北方向と略平行になるように設置されている。
【００２１】
曲面ミラー２０は、集光部３０の斜め下方であって、複数の平面ミラー１０の斜め上方に配設されている。このため集光部３０が発する熱の影響を受け難い。また、曲面ミラー２０は各平面ミラー１０からの太陽光Ｓを斜め上方に位置する集光部３０に向かうように反射するので、曲面ミラー２０の光反射面に沿った方向は、水平方向と交差する鉛直方向又は斜め方向になる。従って、曲面ミラー２０の光反射面の近傍には、光反射面に沿った方向に流れる気流が発生し、曲面ミラー２０近傍に空気が滞留しないため、曲面ミラー２０の光反射面の温度上昇を抑制することができる。よって、高温による曲面ミラー２０の光反射面の劣化を防止することができる。
【００２２】
また、曲面ミラー２０は長尺形状を有しており、その光反射面の長手方向と直交する断面における形状は、放物線状又は円弧状であってもよい。曲面ミラー２０の光反射面の断面形状が放物線状である場合、曲面ミラー２０の光反射面が放物柱面の場合は、高い集光比が得られ、より好ましい。ここで、集光比とは、太陽光を受けるミラーの面積と、ミラーで反射された光が集光する集光部の面積との比、つまり、太陽光を受けるミラーの面積を集光部の面積で除した値のことをいう。
【００２３】
なお、以下の説明においては、集光装置１００を北半球の地域に設置したことを前提として説明する。例えば、太陽が真東から昇ってきた場合、曲面ミラー２０は、図１に示す位置で複数の平面ミラー１０それぞれからの反射光を集光部３０に集光させる。そして、太陽が真南の方向にある南中時刻には、曲面ミラー２０は平面ミラー１０の北側に移動し、太陽が真西に沈む際は曲面ミラー２０は図１に示す位置と同じ位置に戻る。
【００２４】
図２に示すように、複数の平面ミラー１０に入射した太陽光Ｓは、曲面ミラー２０に向けて集光されるように斜め上方に反射され、曲面ミラー２０に入射した太陽光Ｓは、集光部３０に向けて更に集光されるように斜め上方に再度反射される。これにより、集光部３０には、複数の平面ミラー１０に入射した太陽光Ｓが全て集光される。
【００２５】
また、図２は、集光装置１００の集光部３０の中心を含み且つ平面ミラー１０の駆動軸１１に直交する仮想面における断面図である。図２に示す仮想集光部４０は、曲面ミラー２０がなかった場合に、複数の平面ミラー１０で反射した太陽光Ｓが集光する部位である。図２において、集光部３０は、仮想集光部４０の曲面ミラー２０の断面部に対して線対称の位置に設置される。
【００２６】
図３（ｂ）に示すように、集光部３０は円柱形状であり、円柱状の集光部支持体３１の上部に形成されている。また、集光部支持体３１の周りに回動チューブ３２が設けられており、集光部支持体３１の周囲を回動可能に構成されている。また、回動チューブ３２には、図３（ａ）に示すように、曲面ミラーフレーム２１と従動側プーリ２３とが溶接等により強固に接続されている。従動側プーリ２３は駆動側プーリ２２とタイミングベルト２４とにより回動する。駆動側プーリ２２は駆動源としてのモータ２５に装着されており、例えばＣＰＵ等で構成された図示しない制御手段としてのコントローラでモータ２５を駆動制御することにより、太陽の位置に合わせて曲面ミラー２０を回動させることができる。これらの回動チューブ３２、曲面ミラーフレーム２１、従動側プーリ２３、駆動側プーリ２２、タイミングベルト２４及びモータ２５等は、曲面ミラー２０を回動させる曲面ミラー回動手段を構成する。
【００２７】
また、本実施形態において、円柱状の集光部３０の中心線と回動チューブ３２の回転軸心とは略一致している。よって、曲面ミラー２０の焦点位置を集光部３０の中心線近傍に合わせておくことで、曲面ミラー２０が回動チューブ３２と一体で回動しても、曲面ミラー２０の焦点位置は集光部３０の中心線近傍の位置から不動である。これにより、曲面ミラー２０を回動させて集光部３０に集まった太陽の光エネルギーを熱や電気のエネルギーに変換する際に、変換手段としての集熱管や太陽電池等を動かさなくても常に太陽光を変換手段に集光させることができる。よって、装置を簡易に構成することができる。
【００２８】
また、図１において、複数の平面ミラー１０の駆動軸１１には、図示しない駆動モータが接続されており、この駆動モータは図示しない制御手段としてのコントローラによって駆動制御される。このコントローラは、曲面ミラー２０を回動させる駆動源としてのモータ２５（図３参照）も同時に駆動制御するようになっている。また、４分割光センサ等の太陽センサを備えた図示しない太陽追尾装置が備えられている。コントローラは、太陽追尾装置からの太陽の正確な位置情報に基づくセンサ追尾モードと、内蔵プログラムによる計算上の太陽軌道に基づく計算追尾モードとを有している。コントローラは、晴天時など直射日光が出ているときは、センサ追尾モードにより複数の平面ミラー１０と曲面ミラー２０とを駆動制御する。一方、曇天時など太陽が雲で遮られているときは、計算追尾モードに自動的に切り換わり、複数の平面ミラー１０と曲面ミラー２０とを駆動制御する。これにより、天候にかかわらず、複数の平面ミラー１０及び曲面ミラー２０それぞれの回動角度が正確に制御され、日の出から日没までの間、集光部３０にできるだけ多くの太陽光Ｓを集光させることができる。
【００２９】
なお、図１に示す集光装置１００では、複数の平面ミラー１０の駆動軸１１の方向（平面ミラー１０の長手方向）を南北方向と略平行に設置した構成について説明したが、東西方向と略平行に設置してもよい。
【００３０】
図４は、本発明の他の実施形態に係る集光装置の概略構成を示す斜視図である。図４の集光装置１００では、複数の平面ミラー１０の駆動軸１１の方向が東西方向と略平行になるように設置されている。前述の図１に示した構成の場合、太陽が真南にあるとき、曲面ミラー２０を回動させても、複数の平面ミラー１０で反射した太陽光Ｓのうち一部の光は集光部３０に集めることができないため、南中時刻の集光効率が落ちる。これは、平面ミラー１０の駆動軸１１が南北方向であるため、一部の反射光を曲面ミラー２０方向に向けることができないためである。よって、季節によって太陽高度が変化した場合、南側から入射してくる太陽光Ｓの角度が変化することとなるが、図１の構成ではこれに追随したミラー駆動を行うことが、原理的に難しくなる。
【００３１】
これに対して、図４に示す構成の場合は、平面ミラー１０の駆動軸１１が東西方向と略平行であるため、南中時刻の太陽高度が季節によって変化した場合でも、それに追随して平面ミラー１０の反射光を曲面ミラー２０方向に向けることが可能となる。これにより、平面ミラー１０の駆動軸１１が南北方向と略平行な場合に比べて、南中時刻の集光効率を向上させることができる。
【００３２】
次に、曲面ミラーの熱による劣化について、本発明者らが行った実験結果について説明する。
図５は、実験装置の概略構成図である。図５に示すように、実験装置は、擬似太陽光源１０５と、平面ミラー１１０と、曲面ミラー１２０と、集光部１３０と、撮影用カメラ１５０とから主に構成されている。
【００３３】
擬似太陽光源１０５は、例えばキセノンランプ光源と、キセノンランプ光源の光を平行光として反射する反射鏡とからなり、東京の夏至（６月２１日頃）における、午前８時００分（方位角はほぼ真東、太陽高度４１［度］）相当の光を再現する。平面ミラー１１０は、縦横寸法が４５０×３０［ｍｍ］の平面ミラーを１５枚用いて構成されている。曲面ミラー１２０は、３Ｍ社製フィルムミラー（Solar Mirror Film）を放物面に貼り付け、放物面開口長Ｌを４５０［ｍｍ］で構成したものである。
【００３４】
また、集光部１３０は、光熱変換材料として、表面を黒クロムメッキした直径φ８［ｍｍ］の鉄パイプ１３１を、曲面ミラー１２０の焦点位置に設置し、さらに石英ガラス管１３２にて周囲を覆ったものである。鉄パイプ１３１と石英ガラス管１３２との真上には、曲面ミラー１２０と同じフィルムミラー１３３を貼り付け、劣化の程度を評価するようになっている。フィルムミラー１３３の劣化の程度は、反射率を測定することで評価することができる。
【００３５】
上記実験装置において、集光部１３０の輝度を撮影用カメラ１５０でＲＡＷファイル形式にてモノクロ撮影し、その階調（１〜６５５３６）を測定した（実験１）。測定された階調から、集光比の値を得た。
【００３６】
また、比較実験１として、図６（ａ）に示すように、図５を用いて説明した曲面ミラー１２０を設けずに、仮想集光部（図２参照）に黒クロムメッキを施した鉄板１２１を設置し、鉄板１２１に光を集光させた。そして、この鉄板１２１の輝度を撮影用カメラ１５０でＲＡＷファイル形式にてモノクロ撮影し、その階調を測定した。
【００３７】
さらに、比較実験２として、図６（ｂ）に示すように、平面ミラー１１０を全て同じ角度（水平方向）に設定し、平面ミラー１１０を用いずに、擬似太陽光源１４０の光を直接曲面ミラー１２０に入射させ、曲面ミラー１２０のみで集光部１３０に光を集光させた。そして、集光部１３０の輝度を撮影用カメラ１５０でＲＡＷファイル形式にてモノクロ撮影し、その階調を測定した。
【００３８】
上記実験１及び比較実験１，２における、階調の値と集光比の値との結果を表１に示す。なお、実験１及び比較実験２の集光比の値は、比較実験１の輝度（階調）における集光比の値を１５として、各階調の値に基づいて比例計算した値である。
【００３９】
【表１】
2014052171.tif 000004
【００４０】
表１において、比較実験１より１５枚の平面ミラー１１０を１カ所の鉄板１２１に集光させることから集光比の値は「１５」である。また、比較実験２より曲面ミラー１２０で集光された光の階調の値が「１９８４」であることから、比較実験１の約３．３９倍となり、集光比の値は約「５１」となる。また、実験１より、平面ミラー１１０と曲面ミラー１２０とで集光された光の階調の値が「２７０８１」であることから、比較実験１の約４６．２倍となり、集光比の値は「６９３」となる。つまり、擬似太陽光源１０５から出射された光は、平面ミラー１１０と曲面ミラー１２０とにより、６９３倍に凝集されて、集光部１３０に集光することになる。
【００４１】
また、図５を用いて説明した実験装置にて、擬似太陽光源１０５を１００時間照射した後に、曲面ミラー１２０のフィルムミラーと、集光部１３０の真上に貼り付けたフィルムミラー１３３との反射率を測定した。測定波長領域は４００［ｎｍ］〜１５００［ｎｍ］とし、この波長領域の平均反射率の値として、曲面ミラー１２０のフィルムミラーが９３［％］であったのに対し、フィルムミラー１３３は８１［％］と大きく劣化した。実験前に測定した反射率は、共に９４［％］であったことから、フィルムミラー１３３は加熱により劣化したものと考えられる。よって、集光部の直上に曲面ミラーを設置する方式よりも、集光部の斜め下側に曲面ミラーを設置する方式の方が、加熱による曲面ミラーの劣化が少なく、安定した集光効率を長期にわたり維持することができる。
【００４２】
図７は、本発明の更に他の実施形態に係る集光装置の概略構成を示す斜視図である。前述の図１又は図４を用いて説明した集光装置１００の構成を１ユニットとして、目的とする発電規模に合わせて、複数の集光装置１００を組合せて構成することができる。図７の例では２つの集光装置１００を組み合せた構成であり、複数の平面ミラー１０の駆動軸１１を軸方向で共通化することができ、駆動モータを減らして装置を簡易に構成することができる。
【００４３】
また、図７に示す集光部３０は、内部を流れる熱媒体を加熱するための集熱管３３と、集熱管３３の最上部に設けられ熱媒体の流れる方向を反転させる熱媒体ターンブロック３４とを備えている。さらに、集光部３０は、集熱管３３の外周を覆って熱媒体の温度低下を防ぐための集熱管断熱部材３５を備えている。
【００４４】
集光部３０の集熱管３３の表面には、光を熱に変換する光熱変換材料が成膜されている。この熱は、集熱管３３の内部を流れる熱媒体に吸収される。光熱変換材料としては、特許文献３の表Ｖに記載の現存材料（ＥＸＩＳＴＩＮＧ  ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ）が適用可能である。集熱管３３は、集光部３０を除き集熱管断熱部材３５によって覆われており、熱媒体の放熱を防いでいる。
【００４５】
熱媒体ターンブロック３４は、内部が中空で熱媒体が流れるようになっており、熱媒体の移動方向を反転させることができる。この熱媒体ターンブロック３４は、必要に応じて断熱されていても良い。
【００４６】
集熱管断熱部材３５は、熱伝導率が０．０５［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］以下のものが好ましく、具体的にはグラスウール、ロックウール、セラミックファイバー等、耐熱性の高いものが好適である。また、集光装置１００間の集熱管３３を地中に埋設することで、さらに高い断熱が可能となり、より放熱を防ぐことが出来る。
【００４７】
また、後述の太陽熱発電装置に用いる場合の熱媒体としては、ソルーシア社製の「サーミノールＶＰ−１」（商品名）等の熱媒体オイルが適用可能である。また、熱媒体としては、所定の組成（例えば、Ｃａ（ＮＯ３）２＝４８質量％，ＮａＮＯ３＝７質量％，ＫＮＯ３＝４５質量％）からなる組成物等の金属塩混合物、Ｈ２Ｏ、ＣＯ２等のガスが適用可能である。
【００４８】
図８は、本発明に係る集光装置を用いた太陽熱発電装置の一構成例を示す概略構成図である。
図８において、太陽熱発電装置は、図１又は図４の集光装置１００が直列に接続された３ユニットの集光装置１００を並列に２組備えている。なお、集光部３０の構成や材料及び熱媒体としては、前述の図７において例示したものを用いてもよい。
【００４９】
図８の太陽熱発電装置に用いた集光装置は、前述のとおり、高い集光比を平面ミラー１０の一軸駆動で簡便に得られることに加え、曲面ミラー２０（二次集光ミラー）が熱により劣化され難い。このため、冷却装置等の機構を必要とせず、長期間に渡り安定した出力を得ることが可能となる。さらに、装置の製造コストも平面ミラーを２軸駆動させる装置に比べて、安価にすることが可能となる。
【００５０】
集光部３０の集熱管３３は長方形に配設されていて、蒸気発生装置５０に接続されている。集熱管３３内を矢印３６方向に循環する熱媒体は、蒸気発生装置５０を起点として、各集光装置１００の集光部３０を流れながら、太陽光Ｓの熱で徐々に加熱され、高温の熱媒体３６となって蒸気発生装置５０に戻ってくる。蒸気発生装置５０では、高温の熱媒体３６によって水５１を沸騰させて水蒸気５２を発生させる。蒸気発生装置５０は配管でタービン５３に接続されており、発生した水蒸気５２によってタービン５３を回転させる。そして、タービン５３の回転によって発電器５４が回転し、発電を行う。タービン５３を回転させた水蒸気５２は凝集器５５で冷却水５６によって冷却されて水５１に戻り、再び蒸気発生装置５０に戻る。凝集器５５で温まった冷却水５６は、冷却塔５７で冷却されて凝集器５５との間を循環する。
【００５１】
なお、太陽熱発電装置では、南中時刻の集光エネルギー量が非常に多くなるため、タービン５３が定格回転数を超えるおそれがある。このようにタービン５３が定格を超える熱量を得る場合には、熱廃棄若しくは、蓄熱装置を具備して余剰の熱を蓄熱することも可能である。蓄熱装置における蓄熱材としては、ＫＮＯ３、ＮａＮＯ３等の金属塩が用いられる。また、所定の組成（例えば、Ｃａ（ＮＯ３）２＝４８質量％，ＮａＮＯ３＝７質量％，ＫＮＯ３＝４５質量％）からなる組成物等の金属塩混合物、シリコンオイル等のオイル、コンクリートなどが用いられる。この蓄熱により、日没後も発電が可能であるため、発電プラントの稼動時間を長くして設備利用率を高めることが可能となる。
【００５２】
前記式（１）のカルノーサイクルの熱効率を用いて説明したように、タービンを用いて発電する方式では、高温になるほど発電効率が向上する。この理由についてさらに詳しく説明する。
図９に示すような、管形状の部材（レシーバ）４０１表面に集光してその表面を加熱し、その中を矢印４０２の方向に流れる熱媒体を加熱する場合に、熱媒体に移行するエネルギー（Ｑ）を次の式（２）に示す。
【００５３】
【数２】
2014052171.tif 000005
【００５４】
上記式（２）を、Ｑ＝０（熱媒体にエネルギーが移行しなくなったと仮定）とおいて、Ｔｒ（レシーバ表面温度）の式に変形した場合、Ｔｒは、その条件におけるレシーバ４０１の到達可能な最高温度（Ｔｍａｘ）を示す。これを式（３）に示す。
【００５５】
【数３】
2014052171.tif 000006
【００５６】
なお、上記式（２）、（３）中の記号で示した変数及び定数は次のとおりである。
Ｔｒ：レシーバ表面温度
ηｏｐｔ：集光効率：ミラーに入射した太陽光エネルギーと、レシーバに到達するミラーからの反射光エネルギーの比
α：レシーバ表面熱吸収率
Ｉｂ：太陽光の照射強度［Ｗ／ｍ２］
Ａａ：ミラー面積［ｍ２］
Ａｒ：レシーバ集光部面積（＝放熱面積,［ｍ２］）
Ｘ：集光比（＝Ａａ／Ａｒ）
σ：ステファン・ボルツマン定数（５．６７×１０−８［Ｊ・ｓ−１・ｍ−２・Ｋ−４］）
ε：熱放射係数（通常、温度の関数式であり、材質によってその式が異なる場合が多い）
Ｔａ：レシーバ周辺温度［Ｋ］
【００５７】
上記式（３）のＴｍａｘは、上記式（２）を「０」と置いて算出しているため、レシーバ表面温度と熱媒体温度が等しいことを意味しており、熱媒体の到達可能な最高温度でもある。よって、上記式（２）より他のパラメータが同じ値の場合、集光比（Ｘ）が大きいほど熱媒体温度は高くなり、発電効率は向上する。また、上記式（３）中の集光効率（ηｏｐｔ）、集光比（Ｘ）は、集光方式に大きく左右される因子である。集光比（Ｘ）は、Ｔｍａｘに対する寄与率が集光効率（ηｏｐｔ）と同等であるため、この集光比（Ｘ）の高さは非常に重要であると言える。
【００５８】
上記太陽熱発電装置では、図８を用いて説明したように、蒸気発生装置５０にて熱エネルギーを回収された熱媒体は、低温の熱媒体（Ｃｏｌｄ）として集熱管３３を流れ、集光部３０へと向かう。集光部３０にて熱エネルギーを得た熱媒体は、高温の熱媒体（Ｈｏｔ）として再度蒸気発生装置５０へと流入する。熱媒体が流れる集熱管３３は、断熱材で覆われているため熱エネルギーロスは生じ難い。しかし、集熱管３３は、断熱材を介して大気と接しているので、特に高温の熱媒体が流れる部分で熱エネルギーロスが生じるおそれがある。つまり、図８を用いて説明した太陽熱発電装置では、熱媒体が複数の集光部３０を順次通過しながら、徐々に所望の温度域に到達する。このため、蒸気発生装置５０の直前の集光部３０近傍を流れる熱媒体は、発電に必要な温度領域（一般に４００[℃]以上）となっている。このため、更に昇温させることは難しく、逆に集光部３０から大気中へ熱が放出され熱エネルギーのロスが大きくなってしまうおそれもある。
【００５９】
そこで、本発明者らが鋭意検討した結果、集熱管を同軸状の二層構造にして、内側配管に高温の熱媒体を流し、外側配管に低温の熱媒体を流すことにより、熱エネルギーロスの低減に有効であることがわかった。つまり、高温の熱媒体が流れる配管が低温の熱媒体が流れる配管の内部に設置されているため、高温の熱媒体が流れる配管から熱エネルギーが放出された場合であっても熱エネルギーが低温の熱媒体に回収され、熱エネルギーロスを極力小さくすることが可能となる。  また、熱媒体を複数の集光部を順次通過させる構成ではなく、各集光部に振り分けて、並列的に通過させるような配管構成にして、熱媒体を集光部ごとに低温から高温まで一気に昇温することにより、熱エネルギーのロスを低減できることがわかった。
【００６０】
図１０は、本発明の更に他の構成の集光装置（二層構造の集熱管）を用いた太陽熱発電装置の一構成例を示す概略構成図である。
図１０に示すように、集熱管６０は、集光部３０と蒸気発生装置５０との間に熱媒体を循環させる配管であり、集光部行き配管６１と戻り配管６２とから主に構成されている。詳しくは、熱媒体が分岐する分岐部や合流する合流部を除き、外側の集光部行き配管６１の内部に戻り配管６２が同軸状に配設された二層構造となっている。
【００６１】
集熱管６０の外側の集光部行き配管６１には、蒸気発生装置５０にて熱エネルギーを回収された低温の熱媒体が集光部３０に向かって矢印Ｇ方向に流れる。そして、低温の熱媒体は後述する分離合流部６３で図中左右の集光部３０に向かって分岐するとともに、下流側の分離合流部６９に向かって流れる。つまり、分離合流部６３では、低温の熱媒体は３方向に分岐して流れる。また同様に、分離合流部６９では図中左右の集光部３０に向かって分岐するとともに、下流側の分離合流部７５に向かって流れる。さらに、低温の熱媒体の流れに対して最下流側の分離合流部７５では、図中左右の集光部３０に向かって分岐する。
【００６２】
低温の熱媒体は、各集光部３０に集められた太陽光により熱エネルギーが付与されて加熱され、高温の熱媒体となる。そして、各集光部３０で加熱された高温の熱媒体は、集光部行き配管６１の内部に配設された戻り配管６２を通り、各分離合流部６３，６９，７５で高温の熱媒体同士が合流し、蒸気発生装置５０に向かって矢印Ｒ方向に流れる。蒸気発生装置５０に戻った高温の熱媒体は、熱エネルギーが回収されて、再び低温の熱媒体となり、集光部３０に向けて矢印Ｇ方向に集光部行き配管６１を流れる。このように熱媒体は、蒸気発生装置５０での熱エネルギーの回収による低温の状態と、集光部３０での熱エネルギーの付与による高温の状態と、を繰り返しながら、集熱管６０を循環する。
熱媒体としては、上述したソルーシア社製の「サーミノールＶＰ−１」（商品名）等の熱媒体オイルが適用可能である。また、所定の組成（例えば、Ｃａ（ＮＯ３）２＝４８質量％，ＮａＮＯ３＝７質量％，ＫＮＯ３＝４５質量％）からなる組成物等の金属塩混合物、Ｈ２Ｏ、ＣＯ２等のガスが適用可能である。
【００６３】
分離合流部６３の構造について、詳細に説明する。
図１１は、分離合流部６３の概略構成図である。分離合流部６３は、四つの十字継手６４と四つのエルボ継手６５とを互いに接続して四角形のループを形成し、低温の熱媒体が流れる外側の配管を構成する。これら十字継手６４とエルボ継手６５との接続は、十字フランジ６４Ｆとエルボフランジ６５Ｆとをボルト等を用いて接続している。また、四つの十字継手６４には、それぞれ放射状に集光部行き配管６１が接続されている。これら十字継手６４と集光部行き配管６１との接続は、十字フランジ６４Ｆと集光部行き配管フランジ６１Ｆとをボルト等を用いて接続している。
【００６４】
集光部行き配管６１と十字継手６４との内部には、高温の熱媒体が流れる戻り配管６２が配設されている。十字継手６４と戻り配管６２との接続は、図１１のＡ部を拡大した図１２（ａ）に示すように、十字継手６４の内部に戻り配管６２を挿入してから、十字フランジ６４Ｆと戻り配管フランジ６２Ｆとをボルト等を用いて接続している。
また、十字継手６４には、戻り配管フランジ６２Ｆを介して異形Ｙ時継手６６が接続されている。異形Ｙ字継手６６は、高温の熱媒体を合流して、蒸気発生装置５０側に流すために機能する。異形Ｙ字継手６６の接続は、異形Ｙ字フランジ６６Ｆと、戻り配管フランジ６２Ｆと、十字フランジ６４Ｆとを、ボルト等を用いて同時に接続してもよい。
【００６５】
戻り配管６２の外周面は熱エネルギーの伝わりを低減するために断熱材で被覆されている。戻り配管６２から高温の熱媒体の熱エネルギーが漏れて伝わった場合であっても、戻り配管６２の周囲には低温の熱媒体が流れているため、漏れた熱エネルギーは低温の熱媒体に回収され、この低温の熱媒体の温度上昇に寄与する。集光部行き配管６１の外周面も断熱材で被覆されており、集光部行き配管６１からの熱エネルギーの漏れを防ぐことができる。これにより、太陽熱発電装置全体として、高温の熱媒体からの熱エネルギーのロスを低減することができる。
なお、断熱材としては、前記集熱管断熱部材３５について説明した断熱材と同様のものを使用することができる。
【００６６】
分離合流部６３のように、低温の熱媒体と高温の熱媒体とが分離合流する部分では、戻り配管６２の全てを集光部行き配管６１の内部に配設することは困難なため、異形Ｙ字継手６６は外部に露出して配設されている。この部位の表面積は戻り配管６２の全体の表面積と比較すると小さく、しかも図示しない断熱材で被覆されているため、熱エネルギーのロスは無視し得る程度であり、大きなエネルギーロスとはならない。
【００６７】
上記構成の分離合流部６３において、蒸気発生装置５０から各集光部３０に向けて集光部行き配管６１を流れる熱媒体は、図１１中の下方から流れてきて、十字継手６４で左右のエルボ継手６５に分岐する。その後、更に十字継手６４で集光部３０とエルボ継手６５とに分岐する。エルボ継手６５に流れた熱媒体は十字継手６４で合流して図中の上方に流れ、更に下流側の集光部３０に向かう。一方、十字継手６４で集光部３０に向かった熱媒体は、集光部３０で加熱されて戻り配管６２を流れ、異型Ｙ字継手６６で三方向からの流れが合流し、蒸気発生装置５０に向かう。
図１０で示した分離合流部６９も分離合流部６３と同様の構成になっている。
【００６８】
なお、戻り配管６２と異形Ｙ字継手６６とには、フレキシブルで伸縮自在な伸縮部を設けてもよい。具体的には、図１２（ｂ）に示すように、戻り配管６２の戻り配管フランジ６２Ｆの近傍に伸縮部６２ａを設ける。また、異形Ｙ字継手６６の異形Ｙ字フランジ６６Ｆの近傍に伸縮部６６ａを設ける。これらの伸縮部６２ａ，６６ａが、熱媒体の温度差に起因する、集光部行き配管６１と戻り配管６２との熱膨張による長さの違いを吸収して、ストレスによるクラックの発生を防止し、集熱管６０の耐久性を向上させることができる。なお、異形Ｙ字継手６６は分離合流部６３の構成上、伸縮によるストレスの影響を受け難いので、伸縮部は、伸縮の影響を受け易い戻り配管６２のみに設けるようにしてもよい。また、集光部行き配管６１にフレキシブルな伸縮部を設けるように構成してもよい。
【００６９】
図１３は、図１０で示した分離合流部７５の概略構成図である。分離合流部７５は、蒸気発生装置５０から最も遠い位置にあり、一つの十字継手６４と、二つのエルボ継手６５と、２つのＴ字継手６７とを接続して、低温の熱媒体が流れる外側の配管を構成する。集光部行き配管６１と、Ｔ字継手６７と、十字継手６４との内部には、Ｙ字継手６８を介して戻り配管６２が接続されている。上記構成の分離合流部７５において、蒸気発生装置５０から各集光部３０に向けて集光部行き配管６１を流れる熱媒体は、図１３中の下方から流れてきて、十字継手６４で左右のエルボ継手６５に分岐した後、Ｔ字継手６７で集光部３０に向かって流れる。集光部３０に向かった熱媒体は、集光部３０で加熱されて戻り配管６２を流れ、Ｙ字継手６８で二方向からの流れが合流し、蒸気発生装置５０に向かう。
【００７０】
図１４は、図１０に示した、蒸気発生装置５０に最も近い位置に配設されている分離合流部７０の概略構成図である。分離合流部７０は、蒸気発生装置５０からの集光部行き配管６１と各集光部３０に向かう集光部行き配管６１とが、Ｔ字継手６７を介して接続されている。また、Ｔ字継手６７内部に配設された戻り配管６２と蒸気発生装置５０への戻り配管６２とが、エルボ継手６５を介して接続されている。上記構成の分離合流部７０では、蒸気発生装置５０から各集光部３０に向けて集光部行き配管６１を流れる熱媒体は、図１４中の右方から流れてきて、Ｔ字継手６７で図中の上方に向きを変えて集光部３０に向かって流れる。また、集光部３０で加熱された熱媒体は、図中の上方から戻り配管６２を流れてきて、エルボ継手６５で外部に露出し、図中の右方に向きを変えて蒸気発生装置５０に向かって流れる。
【００７１】
図１５は集光部３０の部分拡大図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は正面図である。図１５（ｂ）に示すように、集光部３０は、集光部材７１とＴ字継手６７とから主に構成されている。集光部材７１は、図中の点線で示しているとおり、内部が空洞で熱媒体流路７１ａが形成されており、平面ミラー１０と曲面ミラー２０とで集光された光が照射される。集光部行き配管６１の熱媒体はＴ字継手６７を通り、矢印Ｇ方向に向きを変えて集光部材７１の熱媒体流路７１ａに流れ込む。熱媒体は熱媒体流路７１ａを流れながら、集光部材７１に照射された太陽光の熱エネルギーによって加熱されて所望の温度に昇温される。熱媒体流路７１ａで昇温された熱媒体は、アダプタ７２を介してＴ字継手６７内部に配設されている戻り配管６２へ排出され、蒸気発生装置５０に向かって矢印Ｒ方向に流れる
【００７２】
なお、集光部行き配管６１や、各種継手や、戻り配管６２などの接合方法としては、図１１などで示したように、フランジをネジを用いて締結するフランジ接合の他、溶接による接合も適用可能である。集光部行き配管６１や戻り配管６２などの配管材料としては、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ６３０等のステンレスや、インコネル６２５、ハステロイＣ２７６等のニッケル合金などが適用可能である。６００[℃]以上の高温における使用環境では、ニッケル合金が好適である。
【００７３】
図１６は、本発明に係る集光装置を用いて太陽電池による発電を行う太陽光発電装置の一構成例を示す概略構成図である。
図１６において、太陽光発電装置は、図１又は図４の集光装置１００が直列に接続された３ユニットの集光装置１００を並列に２組備えている。なお、集光部３０の構成や材料としては、前述の図７において例示したものを用いてもよい。
【００７４】
図１６の太陽光発電装置に用いた集光装置は、前述のとおり、高い集光比を平面ミラー１０の一軸駆動で簡便に得られることに加え、曲面ミラー２０（二次集光ミラー）が熱により劣化され難い。このため、冷却装置等の機構を必要とせず、長期間に渡り安定した出力を得ることが可能となる。さらに、装置の製造コストも平面ミラーを２軸駆動させる装置に比べて、安価にすることが可能となる。
【００７５】
上述したように、集光装置１００は、簡易な機構で高い集光比を得ることが可能であるため、太陽電池の面積を小さくすることができるため、太陽電池コストを抑えつつ、高い出力を得ることが可能となる。
【００７６】
本実施形態に係る太陽光発電装置に適用可能な太陽電池として、ボロン（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）・ガリウム（Ｇａ）・インジウム（Ｉｎ）、タリウム（Ｔｌ）と、窒素（Ｎ）・リン（Ｐ）・ヒ素（Ａｓ）・アンチモン（Ｓｂ）、ビスマス（Ｂｉ）の化合物であるIII−Ｖ族半導体が適用可能である。また、ＧａＡｓ（ガリウムヒ素）、ＩｎＰ（リン化インジウム）、ＧａＮ（窒化ガリウム）、ＩｎＧａＡｓ（インジウムガリウムヒ化物）、ＧａＩｎＮＡｓ（ガリウム・インジウム・窒素・砒素）等が適用可能である。
【００７７】
集光部３０に設置された太陽電池は、高温に晒されることにより、エネルギー変換効率が低下するため、図１６に示すように、冷却水３７を循環させる冷却水配管３８を設けて、冷却水３７により集光部３０に設置された太陽電池を冷却してもよい。
【００７８】
以上に説明したものは一例であり、本発明は、次の態様毎に特有の効果を奏する。
（態様Ａ）
複数の１軸回動可能な平面ミラー１０と、複数の平面ミラー１０の上方に配設され複数の平面ミラー１０それぞれから受けた太陽光Ｓなどの光を集光部３０に向かわせるように反射する少なくとも１つの曲面ミラー２０と、複数の平面ミラー１０への光の入射角度に応じて各平面ミラー１０で反射される光が曲面ミラー２０に向かうように、複数の平面ミラー１０それぞれを１軸駆動で回動させる平面ミラー駆動軸１１などの平面ミラー回動手段と、を備えた集光装置であって、曲面ミラー２０を集光部３０の下方又は斜め下方に配設した。
これによれば、上記実施形態について説明したように、複数の平面ミラー１０への光の入射角度に応じて各平面ミラー１０で反射される光が、曲面ミラー２０に向かうように、複数の平面ミラー１０それぞれを１軸駆動で回動させることにより、各平面ミラー１０で反射された光を曲面ミラー２０で受ける。曲面ミラー２０は、複数の平面ミラー１０それぞれから受けた光を集光部３０に向かわせるように反射する。このように複数の平面ミラー１０それぞれを１軸駆動で回動させることにより、各平面ミラー１０で受けた光を集光部３０に集光させることができる。このため、複数の平面ミラー１０を２軸駆動する場合に比べて簡易に構成することができ、製造コストを抑えることができる。また、曲面ミラー２０は集光部３０の下方又は斜め下方に配設されていることにより、集光部３０が発する熱の影響を受け難くい。しかも、曲面ミラー２０は、各平面ミラー１０からの光を上方又は斜め上方に位置する集光部３０に向かうように反射するので、曲面ミラー２０の光反射面に沿った方向は、水平方向と交差する鉛直方向又は斜め方向になる。従って、曲面ミラー２０の光反射面の近傍には、光反射面に沿った方向に流れる気流が発生し、曲面ミラー２０近傍に空気が滞留しないため、曲面ミラー２０の光反射面の温度上昇を抑制することができる。よって、高温による光反射面の劣化を防止することができる。
（態様Ｂ）
上記態様Ａにおいて、曲面ミラー２０は長尺形状を有し、その光反射面の長手方向と直交する断面における形状が放物線状又は円弧状の形状を有する。これによれば、上記実施形態について説明したように、複数の平面ミラー１０から受けた光を反射して、高い集光比で集光部３０に集光させることができる。
（態様Ｃ）
上記態様Ａ又はＢにおいて、水平面と交差する集光部支持体３１の軸心などの回動軸を中心として曲面ミラー２０を回動させるプーリ２２，２３、タイミングベルト２４、モータ２５などの曲面ミラー回動手段を更に備えた。これによれば、上記実施形態について説明したように、曲面ミラー２０は回動軸を中心として略水平に回動する。これにより、太陽の位置が変化した場合であっても、複数の平面ミラー１０と曲面ミラー２０とを１軸駆動させて集光することができ、簡易な構成で、集光効率良く太陽光を集めることが可能となる。
（態様Ｄ）
上記態様Ｃにおいて、集光部３０は、曲面ミラー２０の回動軸の軸心上に位置する。これによれば、上記実施形態について説明したように、曲面ミラー２０が回動しても、光を曲面ミラー２０の回動軸の軸心上にある集光部３０に常に集光させることができる。
（態様Ｅ）
上記態様Ａ乃至Ｄのいずれかにおいて、複数の平面ミラー１０それぞれの回動軸が、方位の東西方向と略平行となるように複数の平面ミラーを配設した。これによれば、上記実施形態について説明したように、南中時刻の太陽高度が季節によって変化した場合でも、それに追随して平面ミラー１０の反射光を曲面ミラー２０方向に向けることが可能となる。これにより、平面ミラー１０の平面ミラー２０の駆動軸が南北方向と略平行な場合に比べて、南中時刻の集光効率を向上させることができる。
（態様Ｆ）
集光装置と、集光装置の熱で熱媒体３６を加熱する集熱管３３などの加熱手段と、熱媒体３６の熱で水蒸気を発生させる蒸気発生装置５０などの水蒸気発生手段と、水蒸気発生手段で発生した水蒸気で回転するタービン５３と、タービン５３により回転され発電する発電機５４と、を備えた太陽熱発電装置であって、集光装置として上記態様Ａ乃至Ｅのいずれかの集光装置を備えた。これによれば、上記実施形態について説明したように、コストを抑制しつつ、高温による光反射面の劣化を防止できる集光装置を用いて、低コストで安定した太陽熱発電を行うことができる。
（態様Ｇ）
態様Ｆにおいて、水蒸気発生手段へ流入する熱媒体が流れる戻り配管６２などの配管の少なくとも一部が、水蒸気発生手段から流出する熱媒体が流れる集光部行き配管６１などの配管の内部に配設されている。これによれば、上記実施形態について説明したように、水蒸気発生手段へ流入する熱媒体が流れる配管から高温の熱媒体の熱エネルギーが漏れた場合であっても、その熱エネルギーは水蒸気発生手段から流出する低温の熱媒体に回収される。よって、低温の熱媒体の温度上昇に寄与する。これにより、太陽熱発電装置全体として、高温の熱媒体からの熱エネルギーのロスを低減することができる。
（態様Ｈ）
集光装置と、集光装置の集光部３０に設置された太陽電池と、を備えた太陽光発電装置であって、集光装置として上記態様Ａ乃至Ｅのいずれかの集光装置を備えた。これによれば、上記実施形態について説明したように、コストを抑制しつつ、高温による光反射面の劣化を防止できる集光装置を用いて、低コストで安定した太陽光発電を行うことができる。
【符号の説明】
【００７９】
１０    平面ミラー
１１    駆動軸
２０    曲面ミラー
２１    ミラーフレーム
２２    駆動側プーリ
２３    従動側プーリ
２４    タイミングベルト
２５    モータ
３０    集光部
３１    集光部支持体
３２    回動チューブ
３３    集熱管
３４    熱媒体ターンブロック
３５    集熱管断熱部材
４０    仮想集光部
５０    蒸気発生装置
６１    集光部行き配管
６２    戻り配管
６３，６９，７０，７５  分離合流部
６４    十字継手
６５    エルボ継手
６６    異型Ｙ字継手
６８    Ｙ字継手
１００  集光装置
１０５  擬似太陽光源
１１０  平面ミラー
１２０  曲面ミラー
１２１  鉄板
１３０  集光部
１３１  鉄パイプ
１３２  石英ガラス管
１３３  フィルムミラー
１５０  撮影用カメラ
【先行技術文献】
【特許文献】
【００８０】
【特許文献１】ＷＯ９５／１５４６５号公報
【特許文献２】米国特許第４２８１６４０号明細書
【特許文献３】米国特許出願公開第２０１０−０３１３８７５号明細書
【非特許文献】
【００８１】
【非特許文献１】NREL CSP Technology Workshop Panel 1 - Central Receivers PS 10 and PS 20 Power Towers in Seville, Spain.
【非特許文献２】Robert Pitz-Paal, Jurgen Dersch, Barbara Milow Deutsches Zentrum fur Luft-und Raumfahrt e.V., European Concentrated Solar Thermal Road-Mapping, SES6-CT-2003-502578.
【図１】
2014052171.tif 000007
【図２】
2014052171.tif 000008
【図３】
2014052171.tif 000009
【図４】
2014052171.tif 000010
【図５】
2014052171.tif 000011
【図６】
2014052171.tif 000012
【図７】
2014052171.tif 000013
【図８】
2014052171.tif 000014
【図９】
2014052171.tif 000015
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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