(57)【要約】【課題】  家庭用も含めた発電に利用可能高温の集熱を可能とする太陽熱集熱装置を提供するものである。【解決手段】  フレネルレンズ１８を通過した太陽光を照射する複数の集熱器１４とタンク１２とを連結パイプ２０で連結する循環経路２２，２４を形成し、それら循環経路２２，２４に熱媒を入れる。各集熱器１４内の熱媒に太陽光からの熱を与えることで循環経路２２，２４内の熱媒に温度差が発生することで、熱媒が循環経路２２，２４内を自然に循環移動する。【選択図】    図４
2006329491.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽光を一箇所に集中させるための光収束手段と、その光収束手段によって集められた太陽光の光を受光するためのものであって内部に通路を形成した集熱器と、タンクと、前記集熱器と前記タンクとを連結する連結パイプと、前記集熱器と前記タンクと前記パイプとを熱媒が循環移動する循環経路と、前記循環経路内を移動する熱媒の各位置での温度差によって熱媒が前記循環経路内を自然循環移動することを特徴とする太陽熱集熱装置。
【請求項２】
前記集熱器を複数個とし、前記循環経路内の熱媒が前記複数の集熱器と前記タンクとを順に循環するものとしたことを特徴とする請求項１記載の太陽熱集熱装置。
【請求項３】
前記光収束手段をフレネルレンズとしたことを特徴とする請求項１記載の太陽熱集熱装置。
【請求項４】
光収束手段の周囲と前記集熱器の周囲とを筒状に連絡する反射部材で覆い、その反射部材の反射面を筒状の内側に配置したことを特徴とする請求項１記載の太陽熱集熱装置。
【請求項５】
前記反射部材を４枚の板状のものから形成することを特徴とする請求項４記載の太陽熱集熱装置。
【請求項６】
前記集熱器の前記光収束手段と反対側に反射面を前記集熱器側に対面させた赤外線反射部材を備えたことを特徴とする請求項１記載の太陽熱集熱装置。
【請求項７】
前記連結パイプの少なくとも一部をフレキシブル管としたことを特徴とする請求項１記載の太陽熱集熱装置。
【請求項８】
前記熱交換器を前記タンク内に備えることを特徴とする請求項１記載の太陽熱集熱装置。
【請求項９】
前記タンクを内部空間と外部空間の二重構造とし、内部空間に前記熱媒を通過させ、外部空間を真空空間としたことを特徴とする請求項１記載の太陽熱集熱装置。
【請求項１０】
前記集熱器と前記タンクと前記連結パイプと前記反射部材とを内部に収容するためのケースを備えたことを特徴とする請求項１記載の太陽熱集熱装置。
【請求項１１】
前記反射部材の反射面の裏面側であって前記ケースの内部側に前記タンクと前記連結パイプとを配置し、かつ前記反射部材の反射面の裏面側であって前記ケースの内部側に断熱材を充填したことを特徴とする請求項１０記載の太陽熱集熱装置。
【請求項１２】
前記ケースを太陽追尾駆動装置に取付け、前記光収束手段に垂直に太陽光を照射させるように前記太陽追尾駆動装置で前記ケースを移動させるようにしたことを特徴とする請求項１０記載の太陽熱集熱装置。
【請求項１３】
前記タンク内の熱媒循環経路において、前記太陽追尾駆動装置による変位によっても常に上位となる箇所に外部と連絡するガス抜きパイプを連絡したことを特徴とする請求項１２記載の太陽熱集熱装置。
【請求項１４】
前記タンク内の循環経路において、前記太陽追尾駆動装置による変位によっても常に下位となる箇所に、前記集熱器と連絡する連結パイプを連絡したことを特徴とする請求項１０記載の太陽熱集熱装置。
【請求項１５】
前記タンクの循環経路内に１５０℃を越える温度を融点とすると共に固体と液体との間の変化時に大きな潜熱を有する熱保持材を真空封入した保護容器を備えたことを特徴とする請求項１記載の太陽熱集熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽光を熱エネルギとして集めるための太陽熱集熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から太陽光を集めて熱エネルギとして取出すための太陽熱収熱装置が特許文献１に知られている。この特許文献１は、光収束装置から太陽光を焦点に集めて、その焦点で集めた太陽光を光ファイバーを経由して吸光発熱板に導き、この吸光発熱板を熱源として、例えば貯湯槽内の水を加温するものである。
【０００３】
【特許文献１】特開昭６１−３９５３号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
光ファイバーを使用するものでは、１個の光収束装置毎に１本の光ファイバーを必要とするため、コストが高くなるという欠点がある。光ファイバーのコストが高いことから、光ファイバーに代えて熱媒が内部を通過して熱を伝達する収熱器が使用されている。従来既知の収熱器では、特に、１５０℃を越える高温域での集熱量や、集熱効率（集熱量／入射エネルギ）が低いという欠点があった。この欠点の原因は、太陽光がもともと希薄なエネルギ密度（晴天時で１平方メートルあたり最大約１ｋＷ）しかないことと、技術的な問題とがあった。技術的な問題としては、太陽を吸収するための広い平面を有する容器状の集熱器を用いた場合に、吸収できるエネルギ密度が低く、せっかく吸収した熱も、広い平面を有する集熱器からそのまま赤外線や対流熱伝達等によってその熱の多くが失われてしまうという欠点があった。特に、高温になるほど熱損失率が増加し、熱効率が低くなるという欠点があった。
【０００５】
従来の集熱器の欠点である１５０℃を越える高温域での集熱量や集熱効率の低さの対策として、反射鏡やレンズ等の集光器を利用して、エネルギ密度を上昇させることが一般に知られている。しかし、この反射鏡やレンズ等の集光器を発電等に利用する場合、高温の熱媒（例えば、加圧水）のタンクを集熱器と分離して配置し、ポンプを使って熱媒の圧送を行っている。高温の熱媒ほど周囲との温度差が大きくなるため、長い強制循環経路での熱損失が大きく、しかも使用するポンプも耐熱性の高価なものとなり、ポンプ駆動のランニングコストも増加するため、日本国内では太陽熱利用の発電は経済的に成り立たないと一般に考えられるに至っている。
【０００６】
日本以外でも、太陽熱発電は、大規模な施設で、太陽追尾制御システムが完備した高級なシステムで、小型、安価を目的とした家庭用のシステムが存在しなかった。
【０００７】
本発明は上記の点について鑑みてなされたものであり、家庭用も含めた発電に利用可能高温の集熱を可能とする太陽熱集熱装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の太陽熱集熱装置は、太陽光を一箇所に集中させるための光収束手段と、その光収束手段によって集められた太陽光の光を受光するための集熱器と、タンクと、前記集熱器と前記タンクとを連結する連結パイプと、前記集熱器と前記タンクと前記パイプとの内部を熱媒が循環移動する循環経路と、前記循環経路内を移動する熱媒の各位置での温度差によって熱媒が前記循環経路内を自然循環移動するようにしたものである。
【０００９】
本発明は、前記集熱器を複数個とし、前記循環経路内の熱媒が前記複数の集熱器と前記タンクとを順に循環するようにしたものである。本発明は、前記光収束手段をフレネルレンズとしたものである。本発明は、光収束手段の周囲と前記集熱器の周囲とを筒状に連絡する反射部材で覆い、その反射部材の反射面を筒状の内側に配置するようにしたものである。本発明は、前記反射部材を４枚の板状のものから形成するようにしたものである。本発明は、前記集熱器の前記光収束手段と反対側に反射面を前記集熱器側に対面させた赤外線反射部材を備えるようにしたものである。本発明は、前記連結パイプの少なくとも一部をフレキシブル管としたものである。本発明は、前記熱交換器を前記タンク内に備えるようにしたものである。本発明は、前記タンクを内部空間と外部空間の二重構造とし、内部空間に前記熱媒を通過させ、外部空間を真空空間としたものである。本発明は、前記集熱器と前記タンクと前記連結パイプと前記反射部材とを内部に収容するためのケースを備えるようにしたものである。本発明は、前記反射部材の反射面の裏面側であって前記ケースの内部側に前記タンクと前記連結パイプとを配置し、かつ前記反射部材の反射面の裏面側であって前記ケースの内部側に断熱材を充填するようにしたものである。本発明は、前記ケースを太陽追尾駆動装置に取付け、前記光収束手段に垂直に太陽光を照射させるように前記太陽追尾駆動装置で前記ケースを移動させるようにしたものである。本発明は、前記タンク内の熱媒循環経路において、前記太陽追尾駆動装置による変位によっても常に上位となる箇所に外部と連絡するガス抜きパイプを連絡したものである。本発明は、前記タンク内の循環経路において、前記太陽追尾駆動装置による変位によっても常に下位となる箇所に、前記集熱器と連絡する連結パイプを連絡したものである。本発明は、前記タンクの循環経路内に１５０℃を越える温度を融点とすると共に固体と液体との間の変化時に大きな潜熱を有する熱保持材を真空封入した保護容器を備えるようにしたものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、光収束手段によって集光比を大きく取ることが可能になり、集熱器を小さくすることができる。また、小さい集熱器とタンクとを連絡する循環経路を小さくできるので、放熱を小さくして集熱器で得た熱を効率良く利用することができる。特に、集熱温度１５０℃での高い集熱効率を長時間確保することができる。本発明では更に、循環経路における集熱器には太陽熱が照射されるが、それ以外の循環経路の箇所には太陽熱が照射されないので、傾斜状態にある循環経路内の熱媒に温度差が発生し、その温度差によって循環経路内の熱媒が循環移動し、動力なしに熱媒を移動させることができる。
【００１１】
本発明では、集熱器を複数個とすることにより、集光効果を更に高めて循環経路内の熱媒の温度差を更に高め、集熱効率を高めることができる。本発明では、光収束手段をフレネルレンズとすることで、集光効率が高く、軽量でコンパクトで安価とすることができる。光収束手段の周囲と集熱器の周囲とを筒状に連絡する反射部材で覆うことで、集熱器への集光効率を高めることができる。反射部材を４枚の板状のものから構成することで、集熱器の周囲への反射部材の取付けが容易であり、平面全域を反射部材で覆うことが容易となる。タンクを内部空間と外部空間の二重構造とし、内部空間に熱媒を通過させ、外部空間を真空空間とすることで、熱媒からの放熱を抑えることができる。集熱器とタンクと連結パイプとをケース内に入れて反射部材で覆い、ケースの内部で反射部材の裏側に断熱材を充填することで、循環経路を流れる熱媒からの放熱を抑えることができる。ケースを太陽追尾駆動装置に取付けて光収束手段に太陽光を直角方向に照射させることで集光効率を高めることができる。タンクの常に上位となる箇所に外部と連絡するガス抜きパイプを連絡することで、高温の熱媒にガスが発生した場合に、熱媒から発生したガスを外部に排出することができる。タンク内常に下位となる箇所に、集熱器と連絡する連結パイプを連絡することで、タンク内の一番低い温度の熱媒を集熱器に向けて移動させることができる。タンクの循環経路内に１５０℃を越える温度で溶融する熱保持材を真空封入した容器を備えることで、その熱保持材によってタンク内の熱媒の温度を所定の温度以上に保持して、熱交換器に安定的に熱量を与えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
次に、本発明を図面に基づいて説明する。図１は本発明に係る太陽熱集熱装置の一実施例を示す断面図、図２は図１の太陽熱集熱装置が傾斜状態にあるＡ−Ａ線断面図、図３は図１の太陽熱集熱装置の上部に備えた光収束手段を除去した状態の図１の平面図、図４は本発明の要部構成部品の連結状態を示す構成図である。本発明の太陽熱集熱装置は、上部を開口したケース１０の内部に蓄熱槽としての１個のタンク１２と、受光手段としての複数個の容器状の集熱器１４とを備えている。複数個の集熱器１４は、図１に示すように、ケース１０の底部１６に近い位置に配置されている。ケース１０の上部開口部には、そこに照射される太陽光を集熱器１４に向けて集中照射させる光収束手段としてのフレネルレンズ１８が備えられており、そのフレネルレンズ１８によってケース１０の内部が閉鎖される。それぞれの集熱器１４に対応して、それぞれのフレネルレンズ１８が用いられる。光収束手段は集熱器１４に太陽光を集中させるものであれば、フレネルレンズに限るものではない。しかし、フレネルレンズ１８は、例えば１００平方センチメートルの面積のフレネルレンズに照射した太陽光を１平方センチメートルの面積の集熱器１４に照射させることができるもので、集光効率が高くかつ軽量でコンパクトで安価なことから、光収束手段にフレネルレンズを使用することが望ましい。
【００１３】
図３に示すように、この実施例では６個の集熱器１４を備えており、それら６個の集熱器１４を複数個の集熱器１４，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅ，１４ｆとする。図４に示すように、タンク１２と３個の集熱器１４ａ，１４ｂ，１４ｃとを４個の連結パイプ２０で連絡して第一循環経路２２を形成し、タンク１２と３個の集熱器１４ｄ，１４ｅ，１４ｆとを４個の連結パイプ２０で連絡して第二循環経路２４を形成する。即ち、タンク１２と集熱器１４ａとを連結パイプ２０ｐで連絡し、集熱器１４ａと集熱器１４ｂとを連結パイプ２０ａで連絡し、集熱器１４ｂと集熱器１４ｃとを連結パイプ２０ｂで連絡し、集熱器１４ｃとタンク１２とを連結パイプ２０Ｃで連絡することで、第一循環経路２２を形成する。この第一循環経路２２内には、油等の熱媒が循環流通するよう収容されている。タンク１２と集熱器１４ｄとを連結パイプ２０ｑで連絡し、集熱器１４ｄと集熱器１４ｅとを連結パイプ２０ｄで連絡し、集熱器１４ｅと集熱器１４ｆとを連結パイプ２０ｆで連絡し、集熱器１４ｆとタンク１２とを連結パイプ２０ｆで連絡することで、第二循環経路２４を形する。この第二循環経路２４内には、油等の熱媒が循環流通するよう設定される。第一循環経路２２内と第二循環経路２４内には熱媒はそれ自体の温度差によって自動的に移動する。即ち、温度が高い熱媒は第一循環経路２２内と第二循環経路２４内の高位置へ移動し、温度が低い熱媒は第一循環経路２２内と第二循環経路２４内の低位置へ移動する。
【００１４】
この実施例においては、第一循環経路２２と第二循環経路２４は、３個の集熱器１４を経由するように設定してあるが、集熱器１４の数は３個に限るものではない。また、第一循環経路２２と第二循環経路２４との２個の循環経路を備えたものとなっているが、循環経路２４の数は１個または３個以上であってもよい。タンク１２と集熱器１４とを連結したり集熱器１４同士を連結したりする連結パイプ２０（２０ｐ，２０ｑ，２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２０ｅ，２０ｆ）は、氷点から２００℃超にもなる熱媒の温度変化を勘案して、それらの一部または全部を蛇腹等のフレキシブルなパイプとするのが望ましい。連結パイプ２０をフレキシブルなパイプとすることで、熱応力の集中による連結パイプ２０のタンク１２や集熱器１４との接続部の破損を防止することができる。
【００１５】
集熱器１４とフレネルレンズ１８との間を、集熱器１４の周辺とフレネルレンズ１８の周辺とを、例えばアルミ箔や反射鏡等から成る反射部材２６で連絡するように筒状に覆うようにする（図１及び図３）。集熱器１４とフレネルレンズ１８と反射部材２６とで空間２８が形成され、反射部材２６の反射面は空間２８に向けて配置される。集熱器１４とフレネルレンズ１８とを平面から見て四角形とすることで、反射部材２６を４枚の板状とすることができ、反射部材２６を安価に作ることができる。また、図３に示すように、平面から見て集熱器１４以外の箇所を反射部材２６で容易に敷き詰めることができる。この反射部材２６は、フレネルレンズ１８から集熱器１４への照射する太陽光の方向が集熱器１４から外れた場合に、照射方向の外れた太陽光を集熱器１４へ向かわせる働きをするものである。反射部材２６の下側（空間２８とは反対側）に、前記タンク１２が配置される。
【００１６】
図１に示すように、集熱器１４の下面より下側（ケース１０の底部１６に近い側）には、間隔（空間）３０を開けて例えばアルミ箔や反射鏡等の赤外線用反射部材３２を備える。この赤外線用反射部材３２は、集熱器１４の下側に出る赤外線を上方に反射して赤外線を集熱器１４に戻し、集熱器１４への集熱効率を高めるようにするためのものである。なお、集熱器１４の下側と赤外線用反射部材３２との間には間隔３０を設けると説明したが、間隔３０を設けなくても良い。
【００１７】
集熱器１４（１４ａ）の水平断面を図５に示し、図５のＢ−Ｂ線断面図を図６に示す。集熱器１４は、例えばＳＵＳ等を素材とする薄板を用い、縦横の比がほぼ上部レンズの縦横の比に近く、高さの低い直方体の容器形状とするのが望ましい。集熱器１４の内部は、例えば２つの区画壁３４によって３つの通路３６が形成されている。集熱器１４ａは入口に連結パイプ２０ｐから熱媒が入り、その後、熱媒が３箇所の通路３６をほぼ均等に通過して出口から連結パイプ２０ａ至るものである。集熱器１４においては、その集熱器１４を通過する熱媒が、フレネルレンズ１８によって集中させられた太陽光によって加熱されるものである。集熱器１４における太陽光が当たる上面３７には、太陽光スペクトルの吸収率は１００％に近く、赤外線スペクトルの輻射率がゼロに近い選択吸収処理が施されている。
【００１８】
集熱器１４は太陽光からの熱を吸収する役割を果たすものであるのに対し、タンク１２は蓄熱槽として役割を果たすものである。図１及び図２に示すように、タンク１２は、空間３８を有する両端閉鎖筒状の内側槽４０と、その内側槽４０の殆どを覆う筒状の外側槽４２との二重の槽から成る。内側槽４０の空間３８は循環経路２２，２４の一部であり、その空間３８には大量の熱媒が収容されている。内側槽４０と外側槽４２の間の空間４４は真空となって、内側槽４０の空間３８に収容さる熱媒の断熱効果の役割を果たしている。なお、図４においては、内側槽４０の両端は外側槽４２に覆われていない構造に示してあるが、内側槽４０の全部を外側槽４２で覆うようにしても良い。
【００１９】
タンク１２の内側槽４０の空間３８の内部には、熱媒からの熱を受け取って発電機（図示せず）等に熱を供給するための熱交換器４６が備えられている。内側槽４０の空間３８の内部には更に、錫鉛共晶半田等の熱保持材４８を内部に真空封入した石英ガラス等の保護容器（容器）５０を備えるのが望ましい。熱保持材４８は、例えば１５０℃を越える温度を融点として液体と固体との間で相を変えるもので、相を変える際に大きな潜熱(大量の熱を放出したり吸収したりする)を有するものである。熱保持材４８としての錫鉛共晶半田は、約１８３℃で相を変えるものである。熱保持材４８は、相変化温度が１８０℃〜２００℃程度が望ましいが、その温度に限るものではない。なお、保護容器５０の素材を石英ガラスとしたのは、錫鉛共晶半田と石英とが高温で反応しないからである。但し、石英ガラスは衝撃に弱く破損し易いため、その外部を強固なカバー等で保護することが望ましい。
【００２０】
熱保持材４８としては、錫鉛共晶半田以外に、例えば鉛フリーの錫鉛共晶半田や三元系の半田も利用できる。また、硫化水素ナトリウム等の塩や、ショウノウ等の有機物等であって、相変化温度が１８０℃〜２００℃程度のものを使用しても良い。この場合には、保護容器５０の素材をＳＵＳにする。半田は金属のため熱伝導性が良いが、塩や有機物を材料とする場合には熱伝導性が悪いため、その熱伝導性の悪さを補うように、それらの材料の表面積を増すために材料を多数本の筒に分けて収納する。
【００２１】
タンク１２の斜視図を図７に示す。タンク１２の内側槽４０の一端側には、本発明の太陽熱集熱装置の使用時に常に内側槽４０の空間３８の最下位に位置するような下方伸張部５２が形成される。この下方伸張部５２に、第一循環経路２２の連結パイプ２０ｐと第二循環経路２４の連結パイプ２０ｑとが接続される。即ち、タンク１２の空間３８の最下位に位置する熱媒が、第一循環経路２２の連結パイプ２０ｐと第二循環経路２４の連結パイプ２０ｑに向けて流出するように設定されている。また、タンク１２の内側槽４０の他端側には、本発明の太陽熱集熱装置の使用時に常に内側槽４０の空間３８の最上位に位置する箇所と連絡するガス抜きパイプ５４が接続されている。第一循環経路２２と第二循環経路２４を循環する熱媒は、高温になると２００℃を越えることもあり、その熱媒からは高温時に溶存ガスが発生することもある。熱媒から発生したガスをガス抜きパイプ５４を介して、タンク１２から大気に排出する。
【００２２】
図１や図２に示すように、反射部材２６の裏面（空間２８に対面している反対側の面）とケース１０の内部との間に、ロックウールやグラスウール等の断熱材５６を充填する。断熱材５６は、タンク１２と、連結パイプ２０と、集熱器１４の下側と赤外線用反射部材２４との間の間隔３０（間隔を開ける場合）を除いて、反射部材２６の裏面とケース１０の内部との間の空間の全域を埋めつくすのが望ましい。この断熱材５６によって第一循環経路２２と第二循環経路２４は覆われるので、第一循環経路２２と第二循環経路２４を流れる熱媒は断熱材５６によって熱損失が防止される。ケース１０の内部と大気との間を連絡するエア抜きホース５８が、ケース１０に取り付けられる。このエア抜きホース５８によって、ケース１０内の温度上昇等によるケース１０の膨張変形を防止し、フレネルレンズ１８と集熱器１４との位置関係のズレを防止する。
【００２３】
ケース１０は、太陽追尾装置６０（図１，図２）に取り付けられる。太陽追尾装置６０は、ケース１０の底部１６と固定する支持部材６２と、その支持部材６２を図１でＣ−Ｃ方向に揺動可能とすると共に図２で傾斜角度θを変化可能とする駆動手段６４とから成る。即ち、駆動手段６４は、太陽光がフレネルレンズ１８（集熱器１４の上面３７）に対して直角に照射するように、ケース１０を移動させるためのものである。太陽追尾装置６０はフレネルレンズ１８に対して太陽光を直角に照射するためにケース１０を移動させるが、ケース１０の移動はコンピュータ制御で行っても手動で行ってもどちらでも良い。
【００２４】
次に、本発明の太陽熱集熱装置の動作について説明する。太陽は季節と時刻によって地上への入射角が異なる。このため、太陽追尾装置６０の駆動手段６４は季節と時刻に応じて図２におけるケース１０の仰角θ（図２におけるＨ−Ｈ線は水平線と平行とする）を調整すると共に、図１のＣ−Ｃ方向に回転移動させる。フレネルレンズ１８（集熱器１４の上面３７）に対して直角に太陽光が照射するように、ケース１０を時間の経過と共に移動させる。太陽追尾装置６０の作動時間は太陽が出ている時間帯とし、例えば東京では全ての季節を通して例えば午前８時から午後４時までを基本作動時間とし、夏至に近いほど作動時間を延長する。
【００２５】
ここで、図１及び図２において太陽光が、フレネルレンズ１８及び集熱器１４に対して直角に照射するものと仮定して説明する。図２の状態における第一循環経路２２の傾斜状態を図８に示す。図８におけるＨ−Ｈ線も水平線と平行とする。赤道付近以外では、フレネルレンズ１８に太陽光が直角に照射する場合に、必ず仰角θ（θ>０度）が発生する。なお、赤道付近では、θ=０度となる場合があるが、この場合には、θ=５〜１０度程度とし、仰角θが０度にならないようにする。この場合には、フレネルレンズ１８に太陽光が直角に照射しなくても良いものとする。
【００２６】
太陽光がフレネルレンズ１８を照射すると、フレネルレンズ１８を通過した太陽光は、図８に示す第一循環経路２２における３個の集熱器１４ａ，１４ｂ，１４ｃに集中し、３個の集熱器１４ａ，１４ｂ，１４ｃ内の熱媒が熱せられる。３個の集熱器１４において、集熱器１４ａが相対的な最下位に位置し、集熱器１４ｂが相対的な中位に位置し、集熱器１４ａが相対的な最上位に位置する。熱媒は熱せられると上方に向けて移動する。最下位の集熱器１４ａに位置する熱媒はそこで熱せられることにより、連結パイプ２０ａ内を上昇して集熱器１４ｂに至り、集熱器１４ｂで更に熱せられて、連結パイプ２０ｂ内を上昇して集熱器１４ｃに至り、集熱器１４ｃで更に熱せられて、連結パイプ２０ｃ内を上昇してタンク１２内に至る。即ち、熱媒は低い位置の集熱器１４ａから中位の集熱器１４ｂを経由して高い位置の集熱器１４ｃに向けて順に熱せられて移動して、タンク１２内に入る。
【００２７】
タンク１２内に入った熱媒は、熱交換器４６（図１，図２）や熱保持体４８（図１，図２）との接触によって熱を奪われる。その結果、タンク１２内の熱媒の温度が低下し、温度が低下した熱媒はタンク１２内を高位から低位に向けて移動し下方伸張部５２に至る。下方伸張部５２に至った熱媒は、連結パイプ２０ｐを経由して集熱器１４ａに至る。このように、第一循環経路２２内の熱媒は、低位の集熱器１４ａから中位の集熱器１４ｂと高い位置の集熱器１４ｃを順に経由してタンク１２に至り、その後タンク１２から再び低位の集熱器１４ａに至る流れとなる。第二循環経路２４内の熱媒の流れも第一循環経路２２の流れと同様に、低位の集熱器１４ｄから中位の集熱器１４ｅと高い位置の集熱器１４ｆを順に経由してタンク１２に至り、その後タンク１２から再び低位の集熱器１４ｄに至る流れとなる。第一循環経路２２内の熱媒も第二循環経路２４内の熱媒も、それぞれの途中位置で加熱されて温度差を生じるため、その温度差によって第一循環経路２２内や第二循環経路２４内を自動的に循環流通するものである。
【００２８】
タンク１２内には、融点が１８３℃の錫鉛共晶半田の熱保持材４８を内部に真空封入した保護容器５０を備えているので、タンク１２内に導入される熱媒の温度が１８３℃に到達すると、半田はその温度を保ったまま融け始める。熱媒の温度は半田が溶け終わるまで、この融点温度を原則として越えることは無い。この反対に、タンク１２内に導入される熱媒の温度が１８３℃以下に下降すると半田の凝固が始まり、半田が全て凝固するまでは、タンク１２内の熱媒は１８３℃に保たれ、その温度が熱交換器４６に与えられる。
【００２９】
半田が全部凝固すると、タンク１２内の熱媒の温度も半田の温度も低下してゆく。第一循環経路２２並びに第二循環経路２４内の全ての箇所での熱媒の温度が等しくなって熱媒の循環が停止する。夕方や夜になって熱媒の循環が停止すると、太陽追尾装置６０が作動してケース１０を回転させ、午前８時ごろに太陽光がフレネルレンズ１８に直角方向に照射する位置に向きを変える。
【００３０】
太陽追尾装置６０が作動しているどの間においても、タンク１２とガス抜きパイプ５４との連絡箇所はタンク１２の最上位となるように設定してあるので、高熱になった熱媒から空気が発生しても、その空気を外部に排出することができる。なお、このガス抜きパイプ５４から雨水や虫等がタンク１２内に入り込まないような形状や構造とする。また、ケース１０の内部が高温になった場合に、エア抜きホース５８によってケース１０内の高温空気を外部に排出して、ケース１０の膨張変形を防止し、フレネルレンズ１８と集熱器１４との位置関係のズレを防止する。
【００３１】
以上のように、従来の太陽熱集熱装置では、気温２５℃の環境で集熱温度１５０℃での集熱効率は５０％に達することが困難であったが、本発明では集熱温度１５０℃での集熱効率６０％超を１日５時間以上維持することができた。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明に係る太陽熱集熱装置を示す断面図である。
【図２】本発明に係る太陽熱集熱装置が傾斜状態にある図１のＡ−Ａ線断面である。
【図３】図１の太陽熱集熱装置の上部に備えた光収束手段を除去した状態の図１の平面図である。
【図４】本発明の要部構成部品の連結状態を示す構成図である。
【図５】集熱器の水平断面である。
【図６】図５のＢ−Ｂ線断面図である。
【図７】本発明のタンクの斜視図である。
【図８】本発明の要部構成部品を循環する熱媒の流れを示す説明図である。
【符号の説明】
【００３３】
１０  ケース
１２  タンク
１４  集熱器
１８  フレネルレンズ
２０  連結パイプ
２２  第一循環経路
２４  第二循環経路
２６  反射部材
３２  赤外線反射部材
４６  熱交換器
４８  熱保持部材
５０  保護容器
５４  ガス抜きパイプ
５６  断熱材
５８  エア抜きホース
６０  太陽追尾装置
【図１】
2006329491.tif 000003
【図２】
2006329491.tif 000004
【図３】
2006329491.tif 000005
【図４】
2006329491.tif 000006
【図５】
2006329491.tif 000007
【図６】
2006329491.tif 000008
【図７】
2006329491.tif 000009
【図８】
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