(57)【要約】    【課題】太陽光の利用は半導体（太陽電池）や太陽加熱ボイラーなどにより行われているが、太陽電池は半導体製造設備やクリーンルームが必要であり、また原料シリコンの枯渇問題もある。太陽加熱ボイラーは複雑なタービンなどを組み合わせた個別装置よりなるシステムで製造コスト面や設置、メンテナンスの問題がある。     【解決手段】        太陽電池のような特殊な材料、特殊な設備、特殊な施設を用いることなくレーザー微細加工などの2次元加工パネルの積層により製造が可能であり、製造された多くのマイクロタービンの配列により無駄なく発電できる。また、微細な加工部品を特別に組上げることなくそのままパネルと出来る手法を用いるために安価である。 【選択図】図１
2011052642.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽光を光学素子により集光するための集光パネル、微細流路をレーザーの2次元微細加工を積層して3次元構造を生成させる技術を用いて加工し特別な微小部品組み上げを行うこと無しに、そのまま組み上げを行うことにより達成する微小流路に液体をポンプなしに表面張力を利用しながら駆動し、これを蒸気とするための加熱パネル、同じく上述した技術によりアレー化して作成した多数のマイクロタービンに加熱した蒸気を用いて回転させ電気誘導により発電するための発電パネル、膨張後の蒸気を冷却しながら微細流路で駆動するための凝縮パネル、ならびに凝縮パネルと熱交換しながら加熱水を利用するための給湯パネルを積層した1枚の発電用薄板パネルを用いた発電、給湯パネルとその製造方法。
【請求項２】
太陽光を加熱流路を加熱できるようにフレネルレンズにより線状に集光させること、あるいはマイクロレンズ列により点状に加熱することを特徴とする請求項1の製造方法。
【請求項３】
蒸気発生用の微細流路と加熱パネルの集光点を合致させることにより効率よく液体を加熱蒸発させる加熱パネルを有することを特徴とする請求項１の製造方法。
【請求項４】
マイクロタービンの回転体を銅などの非強磁性体金属で作成し、永久磁石板の間でタービンの回転方向をパネルに並行とするか直角にするかして高速回転させ、発生する電荷を回転非強磁性体から集電するか、あるいは、非強磁性体をタービンとし、これをはさむ非強磁性体に於いて発生する電荷を収集して発電することを特徴とする請求項１の発電パネル。
【請求項５】
加熱パネル上の加熱流路において微細流路の表面張力により液体を駆動させ、凝集パネル上の微細流路において蒸気から液体に凝縮させるとともに凝集した液体を加熱流路までポンプなどの外部輸送機器を用いることなく循環させることを特徴とする請求項1の発電パネル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽光を用いて発電を行うと同時に給湯するためのパネル型機器に関するものである。      
【背景技術】
【０００２】
従来、太陽光発電パネルはいわゆる太陽電池により、あるいは、太陽光の集光により加熱された蒸気を用いてタービンなどを回転させ発電してる。しかしながら太陽電池は資源が徐々に乏しくなっているシリコン資源を用いているし、生産にはクリーンルームの施設内におかれた高価な半導体製造施設が必要である。一方、従来のタービンを用いるものでは大量に液体を加熱し複雑なタービンや発電機などを用いて発電を行っており、パネルのようにコンパクトな装置とはならない。そこで、パネルに必要となる一般材料で構成される部品を全てレーザーで2次元加工し、これを積み重ねることにより微細流路やタービンなどの3次元構造体を部品組み上げを行うことなくそのままの形で形成する方法を提唱する。
（１）太陽電池の問題点
太陽電池は、数多く生産され利用が進んでいるが、生産には半導体工場など特殊な施設と設備が必要である。また、原料であるシリコンの枯渇が心配されている。
（２）太陽光加熱蒸気による発電の問題点
太陽光を加熱するために大型のミラーなどにより集光し液体を加熱する。このため装置が離散的であり、かさばることから屋根などに簡単に設置することは困難であるとともに、タービンが複雑な機械部品組立や調整を必要とし高価である。また、別途専用の発電機やポンプなどの補器を必要とする。
これら問題を解決するために、本特許では太陽光を利用しタービンを駆動させ発電を提示しているが、従来特許はすべて離散的な装置でありパネル状のものではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開2009 - 162210
【特許文献２】特開2009 - 085205
【特許文献３】特開2008 - 291793
【特許文献４】特開2008 - 280987
【特許文献５】特開2008 - 025516
【特許文献６】特開2005 - 298232
【特許文献７】特開2005 - 151746
【特許文献８】特開2004 - 324629
【特許文献９】特開2004 - 064814
【特許文献１０】特開2002 - 276387
【特許文献１１】特開2002 - 031035
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
（１）半導体太陽電池を用いない発電パネルとするための問題点を解決する
発電を熱機関で行うことによりタービン発電機を提案する。ただし、タービンと発電機として通常のものを使用すると複雑な装置となり、パネル化することも出来ず高価である。このために、1mm以下の薄板を用いてタービンノズルとタービンローターをレーザー微細加工技術により作成し、平板パネル内での回転体とする。また、回転部を非磁性体あるいは磁石で製作することによりタービン部分から直接発電を行う。
（２）低起電力の問題点を解決する
コイルを巻いていない発電機は起電力が低いが、小さなタービンをアレー状に多数個製作し、それらを直列並列化することにより小型で高速回転するタービンを多数個用いることにより効率的な発電を行う。また、作動流体を駆動する部分は全て表面張力や圧力差を活用するためにポンプなどの付加的な部品やエネルギーを必要としない。
（３）製造コストを安価にする。
全体パネルを、集光パネル、加熱パネル、発電パネル、凝縮パネル、給湯パネルと分離して、それぞれを積層させてひとつのパネルとする。また、レーザーを用いた平面加工を積層して行い特別な部品組み上げを行うことはないのでコストの低減が可能となる。  
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために以下の発明を行った。
【０００６】
（１−１）半導体太陽電池を用いない発電パネルとするための発明
半導体太陽電池は太陽光の光子を利用して発電するが、熱で作業物質を蒸発させ、その蒸気でタービンを回転させて発電する方式を採用すれば熱機関による発電となり、太陽電池のように光のスペクトルや強度により発生電力が規定されたり加熱すると発電効率が落ちるなどの問題がなくなる。タービン発電の場合、通常タービンを回転させそれに発電機を付加することにより発電を行うが、本発明ではレーザーの2次元加工を応用してパネル状とするために、薄板を組み合わせてタービンを形成する。永久磁石に挟まれた薄板のタービンが回転しその電磁誘導によりタービン中心部と円周部とに電荷が分離するのでこれを集電気により集める。また、回転するタービン板を永久磁石とし、これをはさんだ導体に於いて発電することも出来る。さらに、タービンの回転半径を大きくして起電力を大きくすると同時に、回転長さを長くして電流値を増大するにはタービンを平面とは直角に回転させることが出来る。いずれの場合もタービンの他に発電機を必要とすること無くタービン自体が発電機であり、その回転支持部において集電を行う。
（１−２）起電力が低いという問題点を解決する
回転するタービンを大きくすると高速回転は得られない。また、小さくすると起電力が小さい、このために最適の大きさのタービンの大きさとし、このタービンを平面パネルに隙間無く配列する。タービンへの供給蒸気は常に1次蒸気を用いるか一旦タービンで膨張した蒸気をさらに膨張させて2段、3段タービンを活用する。また、こうした発電した電力を直列並列に組み合わせて都合の良い電圧と電流とにする。
（１−３）製造コストを安価にする。
複雑な流路を3次元的に配列するにはコストが掛かるため、レーザー微細加工技術を用いて全て２次元で平板を加工し、これを積層することにより3次元構造体を作成し、しかも部品を組み立てる手間を省くことによりコストを下げることが出来る。また、素材が半導体のような特異なものではなく汎用品であるために低コストでの製作が可能となる。さらには、パネルを、集光パネル、加熱パネル、発電パネル、凝縮パネル、給湯パネルと分けて製作できるために製作工程から見てもコストダウンが可能である。本パネルでは、作業物質の移動は表面張力や圧力差により行うために、ポンプなどは不要となりコストダウンが図れる。また、発電ばかりでなく給湯もできるためにエネルギーコストは発電のみの場合と比べて有利である。
【０００７】
上記解決手段を講じた結果、以下のような特徴が得られた。
・全体の厚さが10mm以下の熱機関発電パネルが実現した。
・タービン回転板と永久磁石の組み合わせ並びに集電板のみでの発電が可能となった。
【発明の効果】
【０００８】
従来の太陽電池とは異なり、銅、プラスチック、磁石の一般材を用いているために安価な材料費となるとともに、レーザー微細加工で2次元加工を積み重ねながら加工と組み上げを行うので微細な部品の組上げは必要が無くコストは大幅に削減できる。つまり、材料費、組上げ費が安価となる。
結果について簡単に説明する。
【０００９】
（請求に係わるパネル構造例）（図１）
以下においてはパネルを1〜2平方m程度をユニットとして製作し、それらを10個程度結合して実用的な発電パネルとすることを想定している。
（１）集光パネル
表面にフレネルレンズやレンズレットアレーを配列した透明体を太陽光集光のために用いた。フレネルレンズはリニア集光並びにスポット集光が活用できる。集光比は1000：１程度とするが、曇天を考慮した場合にはレンズレットアレーを用いて集光非を10000：１程度とする。レンズレットアレーは焦点距離の短いレンズを規則正しく平面配列させたものであるが、その製作用金型は非常に小さいためにレーザーにより作成し安価に用いた。フレネルレンズの場合には100μm程度の流路幅近傍への集光を行った。
（２）加熱パネル
作業媒体を水とする場合には以下に記述する凝縮パネルを用いて、ポンプなどの輸送機器を用いることなく毛細管現象で移動させ、これを100μm□程度の断面を有する流路で加熱してタービン室に送る。流路の位置は、作業物質吸入、加熱、蒸気送出などのずれのないようにレーザー加工により加工位置制御を行った。
（３）発電パネル
銅やアルミあるいはそれらの表面コーティングしたものを発電パネル形状に加工してこれをタービンとして回転するか、板状の磁石で表面がN,S極に磁化した材料をタービンとして回転する。前者の場合にはタービン回転板の中心部と周辺部との間で電荷が集積するためにこれを接触回転させる銅の電極により回収する。磁石板をタービンとする場合には静止金属に有機される電流を集める。さらには、平面内ではなく平面と直角方向に回転する金属板あるいは磁石板を用いて発電することも可能である。集電部は並列及び直列配置によりパネルからの取り出し電極に接続した。
（４）凝縮パネル
加熱した蒸気は1段あるいは2段タービンを通過回転させ冷却して凝縮させる。凝縮した液体は毛細管駆動により加熱パネル部に送られる。
（５）給湯パネル
凝縮パネルを冷却するための熱交換部分であるが、この部分に毛細管現象により多数の微細流路を設けて水を流すことにより70℃以上の温水を取り出すことが出来るので給湯として活用することも可能である
（６）パネル製造の実施例（図2）
レーザーでは全て平板に平面加工を行う。すなわち平板の上にレーザー光を集光し、貫通孔を設けたり、溝を設けたりする。一枚の板の加工を終了すると次の板を集積し、これを元の板に付着させる。これは予め接着剤を塗布して、圧着加熱してその後レーザー加工を行うといったプロセスを繰り返し行うことにより積層しながら各パネル間を移動する流路が形成され３次元構造となる。この方法では、加工した部品を取り出して組み上げる必要が無いために小さな部品の組み上げ工程が容易となる。
（請求に係わる運転例）
（１）集光パネルによる集光工程
幅50mm、厚さ2mmのリニアフレネルレンズを用いて流露幅100μm近傍を照射した。
（２）加熱パネルによる作業物質供給、加熱工程
100μm□断面の流路に毛細管現象により水を供給し、これを上記集光パネルにより加熱蒸発させ、150℃まで上昇させた。
（３）発電パネルによる発電工程
単一タービンを用いた試験で半径10mmのタービンを回転させ、40mV,60mAの起電力を得た。
（４）凝集パネルによる作業物質凝縮工程
膨張した蒸気を冷却しこれを水に戻し、加熱パネルに送るために毛細管に流れるようにした。
（５）給湯パネルによる熱交換工程
凝縮パネルを冷却することにより冷却水と熱交換した70℃程度の高温水を取り出した。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】発電給湯パネル  従来技術である太陽電池と太陽ボイラーとの比較を行った。太陽電池は原料、製造工程の点、太陽ボイラーは精密機械、補器、設置性の点で本提案より劣る。本発明では、ひとつひとつのパネルが機能毎にまとめられている。これらのパネルを貼り合せることにより発電給湯パネルが実現する。
【図２】パネル構造        タービンなどの積層した3次元構造がレーザー微細加工により2次元加工を積み重ねて実現されるため、微細な部品の組み上げ作業は不要である。
【図３】パネルの連続製造例        各機能別の薄板パネルを連続製造する例を示した。
【図４】パネル製造の実施例（断面図）        銅などの非強磁性体の薄板、磁石板、プラスチック板、透明板等をレーザー微細加工を行い積層する構造を示す。加工したものを積層するだけなので微小部品の組上げは不要である。
【図５】パネル製造の実施例（平面図）      電極構成を示したもの。回転部によって発生する電荷は陰極部と陽極部とに集伝され、並列、直列の配列を経てパネル電極に集合される。
【図６】2次元加工集積によるマイクロタービンアレーの例    レーザー微細加工を用いた直径10mmのマイクロタービン列の形成例。
【図７】加熱パネルの例    フレネルレンズが形成された透明板材を使用。
【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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