(57)【要約】【課題】太陽光をエネルギー源として得られるエネルギーを効率的に搬送すると共に、そのエネルギーを利用して大規模な発電を行うことができる発電システムを提供する。【解決手段】太陽光によって励起されることにより生じたレーザー光を受光する地上に設置されたレーザー受光部１０と、レーザー受光部１０が受光したレーザー光を利用して発電する地上に設置された発電装置３０と、を備え、レーザー受光部１０は、受光したレーザー光を所定の位置及び範囲に集光するように反射させる凹面鏡１１を備え、発電装置３０は、凹面鏡１１から反射されたレーザー光が照射されることによって熱媒体から蒸気を発生させる蒸気発生部３１と、蒸気発生部３１によって発生された蒸気によって駆動される蒸気タービン３５と、蒸気タービン３５の駆動力によって駆動される発電機３７と、を備えている発電システムによって課題を解決する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽光によって励起されることにより生じたレーザー光を受光する地上に設置されたレーザー受光部と、該レーザー受光部が受光したレーザー光を利用して発電する地上に設置された発電装置と、を備え、
前記レーザー受光部は、受光したレーザー光を所定の位置及び範囲に集光するように反射させる凹面鏡を備え、
前記発電装置は、前記凹面鏡により反射されたレーザー光が照射されることによって熱媒体から蒸気を発生させる蒸気発生部と、該蒸気発生部によって発生された蒸気によって駆動される蒸気タービンと、該蒸気タービンの駆動力によって駆動される発電機と、を備えていることを特徴とする発電システム。
【請求項２】
前記レーザー受光部は、前記凹面鏡によって反射されたレーザー光が集光する位置にレンズを備え、該レンズが、前記凹面鏡によって反射されたレーザー光を前記蒸気発生部に向けて直接的又は間接的に照射している、請求項１に記載の発電システム。
【請求項３】
前記レーザー受光部は、前記凹面鏡によって反射されたレーザー光が集光する位置に反射鏡を備え、該反射鏡が、前記凹面鏡によって反射されたレーザー光を前記蒸気発生部に向けて直接的又は間接的に照射している、請求項１に記載の発電システム。
【請求項４】
前記レーザー光を前記レーザー受光部に直接的又は間接的に送光するレーザー送光部を備え、
該レーザー送光部が、太陽光を集光する太陽光集光部と、該太陽光集光部によって集光された太陽光が照射されて励起するレーザー用媒質を有するレーザー光発振部と、を有する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の発電システム。
【請求項５】
前記レーザー送光部が、宇宙空間に位置する人工衛星に設けられている、請求項４に記載の発電システム。
【請求項６】
前記レーザー送光部が地上に設置され、該レーザー送光部が送光するレーザー光を前記レーザー受光部に中継するレーザー中継部が、宇宙空間に位置する人工衛星又は地上に設けられている、請求項４に記載の発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電システムに関し、さらに詳しくは、太陽光により励起されて生じたレーザー光を利用する発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
発電システムは、種々のシステムがあり、火力発電及び原子力発電は、発電システムの代表例である。こうした発電システムは、大規模な発電を行うことができるので、現在、発電システムの主要なシステムである。
【０００３】
しかし、火力発電は、地球に存在する有限な化石燃料等を用いる発電システムであるため、化石燃料等が尽きてしまうと利用することができない。また、火力発電は、炭酸ガスが発電に際して発生するため、地球の環境にとって好ましい発電システムではない。原子力発電は、地震等により原子炉が破損するおそれがある。原子力発電は、原子炉が破損した場合、発電所の周囲の広範囲が放射能によって汚染されるおそれがある。そのため、原子力発電は、地震が多く発生する地域では好ましい発電システムではない。
【０００４】
こうした発電システムの問題点に鑑みて、太陽光を利用した発電システムの研究が進められている。太陽電池パネルを利用した発電方法は、その代表例であり、近年では、発電効率の向上が主要な研究対象になっている。こうした太陽電池パネルを利用した発電方法の発電効率を向上させる技術の一例が特許文献１に提案されている。
【０００５】
この技術は、太陽電池素子、太陽光を太陽電池素子に集光するためのレンズアレイ及び放熱板を含む太陽電池パネルと、太陽電池パネルの姿勢を制御する制御部と、を備えた集光型太陽光発電装置に関するものである。この技術は、太陽電池素子が、閃亜鉛鉱型の結晶構造を有するＩＩＩ−Ｖ族半導体のｐｎ接合を含む光電変換部および外部に電流を取り出す電極によって構成され、光電変換部の平面形状が、太陽光の集光スポットを内包する長方形であり、主面が（００１）面であることを特徴としている。
【０００６】
また、太陽熱を利用した発電システムに関する技術が特許文献２に提案されている。この発電システムは、太陽熱集熱装置と発電装置とから構成されている。太陽熱集熱装置は、熱媒体を流す配管と、複数の反射部により反射された太陽光の熱を受け、配管を流れる熱媒体を加熱する受熱部とを備えた装置であり、発電装置は、熱媒体から発生する蒸気を利用して発電を行う装置である。
【０００７】
他方、太陽光をエネルギー源として得られるエネルギーを搬送するシステムに関する技術が近年研究されている。例えば、特許文献３に提案されている技術は、太陽光を電気エネルギーに変換する光電変換手段、この光電変換手段により得られた電気エネルギーをマイクロ波に周波数変換する送信周波数変換手段、この周波数変換手段から出力されるマイクロ波の振幅、位相または振幅および位相を制御するマイクロ波制御手段、マイクロ波を放射する送信アンテナを有する発電衛星、この発電衛星から放射されたマイクロ波を受信する受信アンテナ、及びこの受信アンテナにより受信したマイクロ波を電力に周波数変換する受信周波数変換手段を有する太陽光発電システムに関するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１３−８７６５号公報
【特許文献２】特開２０１２−１９８００３号公報
【特許文献３】特開平２００３−１６４０７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、太陽電池パネルを利用した発電方法は、特許文献１に記載された技術のように発電効率を向上させる技術が進められているが、未だ発電効率が低くい。また、１つの太陽電池パネルの発電規模が小さいので、大規模に発電するためには、数多くの太陽電池パネルが必要になる。そのため、太陽電池パネルを利用した発電方法は、大規模な発電が必要な場合には不向きである。
【００１０】
特許文献２に記載された技術は、太陽熱集熱装置が太陽熱自体を集熱して熱媒体を加熱しているため、太陽熱集熱装置に大規模な反射部を設けなければ、熱媒体を蒸発させるだけの熱を集熱することが困難である。
【００１１】
他方、特許文献３に記載された技術は、マイクロ波を利用してエネルギーを搬送する方法なので、エネルギーの指向性が悪いという問題点がある。また、マイクロ波による発電方法は、発熱等によるエネルギー損失が大きいため、長距離の高密度エネルギー輸送が困難である。
【００１２】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、太陽光をエネルギーとして得られるエネルギーを効率的に搬送すると共に、そのエネルギーを利用して大規模な発電を行うことができる発電システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するための本発明に係る発電システムは、太陽光によって励起されることにより生じたレーザー光を受光する地上に設置されたレーザー受光部と、該レーザー受光部が受光したレーザー光を利用して発電する地上に設置された発電装置と、を備え、前記レーザー受光部は、受光したレーザー光を所定の位置及び範囲に集光するように反射させる凹面鏡を備え、前記発電装置は、前記凹面鏡により反射されたレーザー光が照射されることによって熱媒体から蒸気を発生させる蒸気発生部と、該蒸気発生部によって発生された蒸気によって駆動される蒸気タービンと、該蒸気タービンの駆動力によって駆動される発電機と、を備えていることを特徴とする。
【００１４】
この発明によれば、太陽光によって励起されることにより生じたレーザー光を受光するレーザー受光部が受光したレーザー光を所定の位置及び範囲に集光するように反射させる凹面鏡を備えているので、太陽光をエネルギー源として得られるエネルギーを効率よく集中させて利用することができる。また、発電装置は、凹面鏡により反射されたレーザー光が照射されることによって熱媒体から蒸気を発生させる蒸気発生部と、蒸気発生部によって発生された蒸気によって駆動される蒸気タービンと、蒸気タービンの駆動力によって駆動される発電機と、を備えているので、太陽光のエネルギーを利用して大規模な発電を行うことができる。
【００１５】
本発明に係る発電システムにおいて、前記レーザー受光部は、前記凹面鏡によって反射されたレーザー光が集光する位置にレンズを備え、該レンズが、前記凹面鏡によって反射されたレーザー光を前記蒸気発生部に向けて直接的又は間接的に照射することを特徴としている。
【００１６】
この発明によれば、レーザー受光部は、凹面鏡によって反射されたレーザー光が集光する位置にレンズを備えているので、集光されたレーザー光をレンズの屈折を利用して蒸気発生部に正確に照射させることができる。
【００１７】
本発明に係る発電システムにおいて、レーザー受光部は、前記凹面鏡によって反射されたレーザー光が集光する位置に反射鏡を備え、該反射鏡が、前記凹面鏡によって反射されたレーザー光を前記蒸気発生部に向けて直接的又は間接的に照射することを特徴とする。
【００１８】
この発明によれば、レーザー受光部が、凹面鏡によって反射されたレーザー光が集光する位置に反射鏡を備えているので、この反射鏡が集光されたレーザー光を蒸気発生部に正確に照射させることができる。
【００１９】
本発明に係る発電システムにおいて、前記レーザー光を前記レーザー受光部に直接的又は間接的に送光するレーザー送光部を備え、該レーザー送光部が、太陽光を集光する太陽光集光部と、該太陽光集光部によって集光された太陽光が照射されて励起するレーザー用媒質を有するレーザー光発振部と、を有することを特徴とする。
【００２０】
この発明によれば、レーザー送光部が、太陽光を集光する太陽光集光部と、太陽光集光部によって集光された太陽光が照射されて励起するレーザー用媒質を有するレーザー光発振部と、を有するので、太陽光をレーザー光に変換することによって、太陽光をエネルギー源として得られるエネルギーを効率よく搬送することができる。
【００２１】
本発明に係る発電システムにおいて、前記レーザー送光部が、宇宙空間に位置する人工衛星に設けられていることを特徴とする。
【００２２】
この発明によれば、レーザー送光部が、宇宙空間に位置する人工衛星に設けられているので、発電装置が設置された地域の天候に左右されずに太陽光を利用して発電することができる。
【００２３】
本発明に係る発電システムにおいて、前記レーザー送光部が地上に設置され、該レーザー送光部が送光するレーザー光を前記レーザー受光部に中継するレーザー中継部が、宇宙空間に位置する人工衛星又は地上に設けられていることを特徴とする。
【００２４】
この発明によれば、地上に設けられたレーザー送光部が送光するレーザー光を記レーザー受光部に中継するレーザー中継部が、宇宙空間に位置する人工衛星に設けられているので、直線状に進行するレーザー光をエネルギーの搬送媒体として用いても、レーザー送光部からレーザー受光及び発電装置が設けられている場所にレーザー光を確実に送光させることができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、太陽光をエネルギー源として得られるエネルギーを効率的に搬送することができる。また、搬送された太陽光のエネルギーを利用して大規模な発電を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の発電システムを構成するレーザー受光部及び発電装置の概略を示す説明図である。
【図２】レーザー送光部を人工衛星に搭載して構成した本発明の第１実施形態の発電システムの全体構成の概略を示す説明図である。
【図３】レーザー送光部の構成を示すブロック図である。
【図４】レーザー送光部を構成するレーザー光発振部の概略を示す説明図である。
【図５】レーザー受光部の１つの態様を示す斜視図である。
【図６】レーザー受光部の他の態様を示す斜視図である。
【図７】図６に示したレーザー受光部が備える１つの態様の凹面鏡の構成を部分的に示す平面図である。
【図８】図７に示す凹面鏡のＩ−Ｉ断面を示す断面図である。
【図９】蒸気発生部を構成する受熱部の１つの態様を示す平面図である。
【図１０】レーザー送光部を地上に設置して構成した本発明の第２実施形態の発電システムの全体構成の概略を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、本発明の技術的範囲は、以下の記載や図面にのみ限定されるものではない。
【００２８】
［基本構成］
本発明の発電システム１は、図１に示すように、太陽光によって励起されることにより生じたレーザー光を受光する地上に設置されたレーザー受光部１０と、このレーザー受光部１０が受光したレーザー光を利用して発電する地上に設置された発電装置３０と、を備えている。レーザー受光部１０は、受光したレーザー光が所定の位置及び範囲に集光するように反射させる凹面鏡１１を備えている。発電装置３０は、凹面鏡１１から反射されたレーザー光が照射されることによって熱媒体から蒸気を発生させる蒸気発生部３１と、蒸気発生部３１によって発生された蒸気によって駆動される蒸気タービン３５と、蒸気タービン３５の駆動力によって駆動される発電機３６と、を備えている。
【００２９】
また、本発明の発電システム１は、レーザー光をレーザー受光部１０に直接的又は間接的に送光するレーザー送光部５０を備えている。このレーザー送光部５０は、太陽光を集光する太陽光集光部５１と、太陽光集光部５１によって集光された太陽光の照射によって励起されてレーザー光を発振するレーザー用媒質を有するレーザー光発振部５２と、を有している。
【００３０】
本発明の発電システム１によれば、太陽光をエネルギー源として得られるエネルギーを効率的に搬送すると共に、そのエネルギーを利用して大規模な発電を行うことができるという特有の効果を奏する。
【００３１】
本発明の発電システム１は、レーザー送光部５０が宇宙空間に位置する人工衛星８０に設けられている第１実施形態と、レーザー送光部１００が地上に設けられている第２実施形態に大別することができる。以下、実施形態ごとに、本発明が備える各構成について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明の発電システム１を構成するレーザー受光部は、図５に示すレンズ１５を用いたレーザー受光部１０と図６に示す反射鏡を用いたレーザー受光部２０とのいずれをも使用することができるが、本明細書では、主に、レーザー受光部１０を用いた場合を例にして説明する。
【００３２】
［第１実施形態］
第１実施形態の発電システム１は、太陽光によって励起されることによりレーザー光を発振するためのレーザー送光部５０が宇宙空間に位置する人工衛星８０に設けられている形態である。その基本構成は、宇宙空間に位置するレーザー送光部５０と、このレーザー送光部５０から送光されたレーザー光を受光する地上に設置されたレーザー受光部１０と、レーザー受光部１０が受光したレーザー光を利用して発電する発電装置３０とから構成されている。
【００３３】
〈レーザー送光部〉
第１実施形態の発電システム１が備えているレーザー送光部５０は、図２に示すように、人工衛星８０に搭載されている。このレーザー送光部５０は、図３に示すように、太陽光を集光する太陽光集光部５１と、この太陽光集光部５１によって集光された太陽光が照射されることによって励起されてレーザー光を発振するレーザー用媒質５３を有するレーザー光発振部５２と、レーザー光発振部５２が発振したレーザー光を送光するトランスミッタ５６と、レーザー光発振部５２の内部に生じた余分な熱を外部に排出する排熱部５７とから構成されている。なお、レーザー送光部５０としては、太陽電池パネルを用いて太陽光を一度電力に変換し、その電力によりレーザー光を発生させる方式と、太陽光から直接レーザーを発振させる方式とがある。このレーザー送光部５０は、太陽光から直接レーザーを発振させる方式を採用している。
【００３４】
太陽光集光部５１は、太陽光を数百倍から数千倍に集光し、集光した太陽光をレーザー光発振部５２に照射している。太陽光集光部５１は、反射鏡を利用した反射型及びフレネルレンズを利用した屈折型の双方とも用いることができる。反射型の太陽光集光部５１に用いられる反射鏡は、例えば、輪郭が円形に形成された凹面鏡からなり、反射光を一点に集光させる形態、輪郭が長方形に形成された凹面鏡からなり、反射光を直線状に集光させる形態、複数の平面鏡により構成され、各平面鏡が一点に反射光を集光させる形態等を挙げることができる。なお、太陽光集光部５１は、反射型及び屈折型のいずれの形態の場合でも、反射鏡の表面やフレネルレンズの表面が常に太陽光に向けられるように制御されていることが好ましい。
【００３５】
レーザー光発振部５２は、赤外線レーザー光を発振するものである。レーザー光発振部５２は、図４に示すように、レーザー用媒質５３と、レーザー光が送光されるレーザー光発振部５２の前部に配置された前部ミラー５４と、レーザー光発振部５２の後部に配置された後部ミラー５５とを備えている。レーザー用媒質５３は、前部ミラー５４と後部ミラー５５との間に配置されている。前部ミラー５４は、反射率が０．５％から数％に設定された透過性を有する鏡で構成され、後部ミラー５５は、反射率が１００パーセントに設定された全反射の鏡で構成されている。
【００３６】
レーザー用媒質５３は、結晶及びセラミックスを用いることができる。このレーザー用媒質５３により発振されるレーザー光としては、例えば、ＹＡＧレーザー光及び炭酸ガスレーザー光を挙げることができる。
【００３７】
ＹＡＧとは、イットリウム及びアルミニウムの複合酸化物からなるガーネット構造の結晶である。なお、こうしたＹＡＧは、イットリウムを数％のネオジムでドープしたＮｄ：ＹＡＧ、クロムをさらにドープしたＣｒＮｄ：ＹＡＧを含むものである。
【００３８】
炭酸ガスレーザー光は、気体の二酸化炭素をレーザー用媒質５３に用い、波長が９．４μｍ〜１０．６μｍの赤外線領域のレーザー光である。
【００３９】
以上に説明したレーザー送光部５０から送光されたレーザー光は、地上に設置されたレーザー受光部１０に送光される。なお、図２に示した発電システム１は、レーザー送光部５０が搭載される人工衛星８０を１機の静止衛星だけで構成し、この人工衛星８０に搭載されたレーザー送光部５０からレーザー光をレーザー受光部１０に直接的に送光させるように構成した場合を示している。しかし、この発電システム１は、複数の静止衛星を地球の周囲に配置し、各静止衛星同士の間をレーザー光で中継させて、レーザー光をレーザー受光部１０に間接的に送光させるように構成してもよい。
【００４０】
〈レーザー受光部〉
レーザー受光部１０は、図１に示すように、レーザー送光部５０が送光したレーザー光を受光すると共に、受光したレーザー光を発電装置３０が備える蒸気発生部３１に向けて照射するためのもので、地上に設置されている。このレーザー受光部１０としては、２つの態様のものを挙げることができる。
【００４１】
レーザー受光部１０の１つの態様は、図５に示すように、レーザー光を受光すると共に受光したレーザー光を所定の位置及び範囲に集光するように反射させる凹面鏡１１と、この凹面鏡１１を支持する支柱１６と、反射光が集光される位置に設けられたレンズ１５と、を備えたものである。レンズ１５は、凹面鏡１１で反射されたレーザー光が集光される位置に、複数の保持棒１７によって保持されている。凹面鏡１１は、レンズ１５の周縁部よりも内側の範囲にレーザー光が集光されるように受光したレーザー光を反射している。なお、凹面鏡１１は、その表面の向きを自在に変更させることができるように、支柱１６に対して回転移動することができるように支持されている。そのため、このレーザー受光部１０は、レーザー光がレーザー受光部１０に照射される方向に応じて、凹面鏡１１の表面の向きを適宜に設定することができる。
【００４２】
こうした構成のレーザー受光部１０は、まず、当該レーザー受光部１０に照射されたレーザー光を凹面鏡１１で反射し、反射したレーザー光をレンズ１５が設けられている位置に集光させる。次いで、レーザー受光部は、レンズ１５に集光されたレーザー光を、レンズ１５からレンズ１５の屈折作用によって発電装置３０が備えている蒸気発生部３１に向けて照射する。レーザー光は、レンズ１５から蒸気発生部３１に直接照射させてもよく、図示しない反射鏡で反射させて間接的に照射させてもよい。
【００４３】
なお、この態様のレーザー受光部１０は、凹面鏡１１が支柱１６に対して移動できるように構成されている。そのめた、凹面鏡１１を支柱１６に支持させることでき、かつ、支柱１６に対して移動させることができる大きさに凹面鏡１１の直径が制限される。その結果、レーザー受光部１０に照射されるレーザー光の直径は、凹面鏡１１の直径に対応する大きさの発電システム１に適用することが好ましい。ただし、この態様のレーザー受光部１０は、支柱１６を設けないで凹面鏡１１を地面に直接設置することもできる。
【００４４】
レーザー受光部２０のもう１つの態様は、図６に示すように、レーザー光を受光すると共に受光したレーザー光を所定の範囲に集光するように反射させる凹面鏡２１と、凹面鏡２１によって反射されたレーザー光が集光する位置に設けられた反射鏡２２と、を備えたものである。この態様のレーザー受光部２０は、例えば、平面視の形状がリング状に形成された凹面鏡２１が地面Ｇに直接設置されるようにして構成されている。反射鏡２２は、リング状に形成された凹面鏡２１の内側で、支柱２３によって支持されることによって設けられている。そして、発電装置３０の蒸気発生部３１は、反射鏡２２によって反射されたレーザー光が照射されるように、反射鏡２２の真下の位置に設けられている。
【００４５】
このレーザー受光部２０が備える凹面鏡は、図６に示す凹面鏡２１のように一体物として構成してもよいし、図７及び図８に示した凹面鏡２５のように複数の小型の凹面鏡２６を並べて構成してもよい。この凹面鏡２５は、図７に示すように、小型の凹面鏡２６を平面視がドーナツ状になるように配置して構成されている。また、小型の凹面鏡２６は、図８に示すように、凹面鏡２５の半径方向の内側から外側に向かうにつれて、小型の凹面鏡２６が配置される高さが順に高くなるように支柱２７によって地面Ｇに支持されて設置されている。小型の凹面鏡２６の表面は、一定の曲率にそれぞれ湾曲しており、小型の凹面鏡２６を並べたときに、その表面が、図８の２点鎖線で示した曲線Ｒに一致して配置されるようになっている。
【００４６】
こうしたレーザー受光部２０は、当該レーザー受光部２０に照射されたレーザー光を凹面鏡２１又は凹面鏡２５で反射し、反射したレーザー光を支柱２３の上部に取り付けられた反射鏡２２の位置に集光させている。レーザー光が集光される範囲は、反射鏡２２の周縁部よりも内側である。反射鏡２２はレーザー光を反射し、反射鏡２２の真下に設けられた蒸気発生部３１に向けて照射している。なお、この態様のレーザー受光部２０は、反射鏡２２の真下に蒸気発生部３１を設ける構成に限定されるものではない。例えば、蒸気発生部３１をレーザー受光部２０とは別の位置に設置し、反射鏡２２の真下の位置から蒸気発生部３１までの間に適宜に図示しない反射鏡を別途に設け、レーザー光をこうした図示しない反射鏡で反射させて蒸気発生部３１に照射させるように構成することもできる。
【００４７】
以上、レンズ１５を備えたレーザー受光部１０と反射鏡２２を備えたレーザー受光部２０とについて説明した。しかし、レーザー受光部は、こうしたレンズや反射鏡を設けないで、凹面鏡によって反射されたレーザー光が集光する位置に発電装置３０の蒸気発生部３１を設置し、凹面鏡によって反射されたレーザー光を直接的に蒸気発生部３１に照射するように構成することもできる。
【００４８】
〈発電装置〉
発電装置３０は、図１に示すように、レーザー光が照射されることによって熱媒体から蒸気を発生させる蒸気発生部３１と、蒸気発生部３１によって発生された蒸気によって駆動される蒸気タービン３５と、蒸気タービン３５の駆動力によって駆動される発電機３６と、を備えている。蒸気発生部３１と蒸気タービン３５とは、配管４０によって接続されると共に、配管４１によって接続されている。配管４０及び配管４１は、蒸気発生部３１と蒸気タービン３５とを含むループ回路を形成している。
【００４９】
発電装置３０は、さらに、蒸気の状態の熱媒体を等圧冷却して凝縮し液体に戻す復水器３７と、復水器３７によって液体に戻された熱媒体を蒸気発生部３１に向けて送り出すポンプ３８と備えている。復水器３７は、蒸気タービン３５の下流側の位置に配管４１によって蒸気タービン３５に接続されている。また、ポンプ３８は、復水器３７と蒸気発生部３１との間に配管４１によって復水器３７及び蒸気発生部３１に接続されている。
【００５０】
こうした発電装置３０を構成している蒸気発生部３１は、レーザー受光部１０から照射されるレーザー光を受光して熱媒体から蒸気を効率よく発生させることができるように、受熱部６０を備えている。
【００５１】
図９は、受熱部６０の一例を示したものである。図９に示した受熱部６０は、配管４１に接続された分岐管６１と、分岐管６１に接続された複数の受熱管６２と、受熱管６２に接続されると共に配管４０に接続された集合管６３とから構成されている。
【００５２】
分岐管６１は、配管４１に対して直交して配置されており、配管４１から送り込まれた液体の熱媒体を複数の受熱管６２に分岐して流している。受熱管６２は、小さな管径の配管が相互に平行をなすようにして分岐管６１に対して直交するようにして配置されている。この受熱管６２は、照射されたレーザー光によって加熱されることにより、各受熱管６２の内部を流れる液体の熱媒体を蒸発させ、蒸気を発生させている。集合管６３は、受熱管６２及び配管４０に対して直交して設けられている。この集合管６３は、複数の受熱管６２によって発生された蒸気を集合させ、配管４０に送り出している。この受熱部６０は、照射されるレーザー光を受光することができるように、分岐管６１及び集合管６３が延びる方向の寸法と、受熱管６２が延びる方向の寸法とが設定されている。なお、受熱部は、液体の熱媒体を効果的に蒸発させて蒸気にすることができれば、図９に示した形状のものには限定されない。
【００５３】
受熱部６０を備えた蒸気発生部３１によって発生された蒸気は、配管４０を流れて蒸気タービン３５に送られている。
【００５４】
こうした発電装置３０は、次のようにして、発電を行っている。
【００５５】
まず、液体の熱媒体がポンプ３８によって蒸気発生部３１に送り出される。蒸気発生部３１に送り込まれた熱媒体は、蒸気発生部３１の受熱部６０に照射されたレーザー光によって加熱され、蒸気にされる。
【００５６】
蒸気にされた熱媒体は、配管４０を通って蒸気タービン３５に搬送される。蒸気タービン３５は、搬送された蒸気の圧力によって回転駆動される。蒸気タービン３５が回転駆動されると、蒸気タービン３５に接続されている発電機３６が駆動される。電気は、この発電機３６が駆動されることによって発生する。なお、発生した電気は、変圧器９０に送られて所定の電圧に変圧されてから送電線９１により送電される。
【００５７】
蒸気タービン３５を回転駆動した蒸気は、復水器３７に流される。蒸気は、この復水器３７によって再び液体にされる。復水器３７によって液体にされた熱媒体は、ポンプ３８によって蒸気発生部３１に送り出される。この発電装置３０は、熱媒体をこのように循環させることによって、蒸気タービン３５を回転駆動し、蒸気タービン３５の駆動力を発電機３６に伝達して発電機３６を駆動することによって発電を行っている。
【００５８】
以上に説明した、発電システム１によれば、太陽光をレーザー送光部５０でレーザー光に変換してレーザー受光部に送光しているので、太陽光をエネルギー源として得られるエネルギーを効率よく搬送することができる。また、レーザー受光部１０又はレーザー受光部２０が受光したレーザー光で熱媒体を加熱して蒸気を発生させ、その蒸気で蒸気タービン３５を駆動させることによって発電機３６を駆動するので、大規模な発電を行うことができる。
【００５９】
［第２実施形態］
第２実施形態の発電システム１は、太陽光をレーザー光に変換するためのレーザー送光部１００が地上に設けられている形態である。その基本構成は、図１０に示すように、地上に設置されたレーザー送光部１００と、このレーザー送光部１００から送光されたレーザー光を受光する地上に設置されたレーザー受光部１０と、レーザー送光部１００が送光したレーザー光をレーザー受光部１０に中継する、宇宙空間に位置するレーザー中継部１１０と、レーザー受光部１０が受光したレーザー光を利用して発電する発電装置３０とから構成されている。
【００６０】
なお、第２実施形態の発電システムを構成するレーザー送光部１００、レーザー受光部１０及び発電装置３０の基本的な構成は、第１実施形態の発電システムと同様である。そのため、第２実施形態の発電システムの第１実施形態の発電システムの構成と同じものについては、第１実施形態の発電システムを説明した図面を適宜に参照して説明する。
【００６１】
〈レーザー送光部〉
レーザー送光部１００は、地上に設置されており、太陽光を集光する太陽光集光部５１と、この太陽光集光部５１によって集光された太陽光が照射されることにより励起されるレーザー用媒質を有するレーザー光発振部５２と、レーザー光発振部５２が発振したレーザー光を送光するトランスミッタ５６と、レーザー光発振部５２内の熱を外部に排出する排熱部５７とから構成されている（図３参照）。
【００６２】
太陽光集光部５１は、反射鏡を利用した反射型及びフレネルレンズを利用した屈折型の双方とも用いることができる。なお、太陽光集光部５１は、反射型及び屈折型のいずれの形態の場合でも、反射鏡の表面やフレネルレンズの表面が常に太陽光に向けられる制御されていることが好ましい。
【００６３】
レーザー光発振部５２は、赤外線レーザー光を発振するものである。レーザー光発振部５２は、レーザー用媒質５３と、レーザー光が送光されるレーザー光発振部５２の前部に配置された前部ミラー５４と、レーザー光発振部５２の後部に配置された後部ミラー５５とを備えている。レーザー用媒質５３は、前部ミラー５４と後部ミラー５５との間に配置されている（図４参照）。レーザー用媒質５３は、結晶及びセラミックスを用いることができる。このレーザー用媒質により発振されるレーザー光としては、例えば、ＹＡＧレーザー光及び炭酸ガスレーザー光を挙げることができる。
【００６４】
〈レーザー中継部〉
レーザー中継部１１０は、レーザー送光部１００から送光されたレーザー光を、レーザー受光部１０に中継するためのものであり、宇宙空間に位置する静止衛星である。レーザー光は一定の幅を保ちながら直線状に進行する光である。地球の表面は球面状に湾曲しているので、レーザー送光部１００とレーザー受光部１０とが離れた位置に設置されている場合、レーザー送光部１００から地表に対して平行に送光されたレーザー光は、レーザー送光部１００から水平方向に離れるにつれて地球の外側に向けて進行する。そのため、レーザー送光部１００を地上に設けた場合、レーザー送光部１００から送光したレーザー光をレーザー受光部１０に到達させることができない。この第２実施形態の発電システム１は、レーザー中継部１１０を宇宙空間に位置させることによって、こうした不都合を回避している。
【００６５】
〈レーザー受光部〉
レーザー受光部１０は、レーザー送光部１００が送光したレーザー光を受光すると共に、受光したレーザー光を発電装置３０が備える蒸気発生部３１に向けて照射するためのもので、地上に設置されている。なお、このレーザー受光部１０は、第１実施形態の発電システムのレーザー受光部と同様に、図５に示したレーザー受光部１０と図６〜図８に示したレーザー受光部２０との２つの態様のものを用いることができる。なお、レーザー受光部は、凹面鏡によって反射されたレーザー光が集光する位置に発電装置３０の蒸気発生部３１を設置し、凹面鏡によって反射されたレーザー光を直接的に蒸気発生部３１に照射するように構成することもできる。
【００６６】
〈発電装置〉
発電装置３０は、レーザー光が照射されることによって熱媒体から蒸気を発生させる蒸気発生部３１と、蒸気発生部３１によって発生された蒸気によって駆動される蒸気タービン３５と、蒸気タービン３５の駆動力によって駆動される発電機３５と、を備えている。蒸気発生部３１と蒸気タービン３５とは、配管４０によって接続されると共に、配管４１によって接続されている。配管４０及び配管４１は、蒸気発生部３１と蒸気タービン３５とを含むループ回路を形成している。発電装置３０は、さらに、熱媒体を蒸気から液体に再生する復水器３７と、復水器３７によって液体に再生され熱媒体を蒸気発生部３１に向けて送り出すポンプ３８と備えている。
【００６７】
こうした発電装置３０を構成している蒸気発生部３１は、レーザー受光部１０から照射されるレーザー光を受光して熱媒体から蒸気を効率よく発生させることができるように、熱媒体が流れる配管によって形成された受熱部６０を備えている（図９及参照）。
【００６８】
以上、レーザー送光部１００を地上の１箇所に設けると共に、１機の静止衛星からなるレーザー中継部１１０を宇宙空間に設けた場合を例に説明した。しかし、この発電システム１は、レーザー送光部１００を地上の１箇所に設けて構成してもよい。その場合、レーザー中継部１１０を複数設けて発電システムを構成してもよい。
【００６９】
また、図１０に示した発電システム１は、レーザー中継部１１０を宇宙空間に位置させた場合を例に示している。レーザー中継部１１０を宇宙空間に位置させて発電システム１を構成する態様は、レーザー送光部１００とレーザー受光部１０とが地球上の離れた場所に設置されている場合に最適な発電システムである。これに対し、レーザー送光部１００とレーザー受光部１０とが近い場所に設置されている場合には、レーザー中継部を地上に設けてもよい。その場合、レーザー中継部は、高い鉄塔の頂上に設けたり、山の頂上に設けたりするとよい。
【符号の説明】
【００７０】
１  発電システム
１０，２０  レーザー受光部
１１，２１，２５  凹面鏡
１５  レンズ
２２  反射鏡
２６  小型の凹面鏡
３０  発電装置
３１  蒸気発生部
３５  蒸気タービン
３６  発電機
３７  復水器
３８  ポンプ
４０，４１  配管
５０，１００  レーザー送光部
５１  太陽光集光部
５２  レーザー光発振部
５３  レーザー用媒質
５４  前部ミラー
５５  後部ミラー
５６  トランスミッタ
５７  排熱部
６０  受熱部
６１  分岐管
６２  受熱管
６３  集合管
１１０  レーザー中継部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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