(57)【要約】【課題】複数個の集熱部に対して複雑な集熱管の引き回しを行わないで、集熱部から熱媒体を加熱するための熱を効率よく回収すること。【解決手段】太陽光を集光する集熱部１と、この集熱部１で集合させた熱を受ける集熱開口３と、この集熱開口３から熱媒体９に熱を回収する熱交換器６と、この熱交換器６を構成し、前記集熱開口３側に設ける平板状の受熱プレート７と、この受熱プレート７と間隙を介して重ね合わせ、前記熱交換器６に熱媒体通路１０を形成するための凹凸を設けた通路プレート８とを備え、管状の熱交換器の複雑な引き回しが無くなり、受熱プレート７全体から熱媒体９に均一に熱交換を行い、熱交換器６の放熱面積を縮小させて、集熱器１９の熱効率を向上する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽熱を集熱する集熱部と、この集熱部で集合させた熱を受ける集熱開口と、この集熱開口から熱媒体に熱を回収する熱交換器とを具備し、この熱交換器は、前記集熱開口側に設ける平板状の受熱プレートと、この受熱プレートと間隙を介して重ね合わせ、熱媒体通路を形成するための凹凸を設けた通路プレートとから構成した集熱器。
【請求項２】
熱交換器は、複数個の集熱開口に集合させた熱を一体の受熱プレートで回収させる請求項１記載の集熱器。
【請求項３】
熱交換器は、通路プレートの凹凸を蛇行させて成型し、熱媒体通路を構成した請求項１記載の集熱器。
【請求項４】
熱交換器は、熱媒体通路のヘッダー部分も通路プレート内に構成した請求項１記載の集熱器。
【請求項５】
受熱プレートは、集熱部側の表面に選択吸収膜を形成した通請求項１記載の集熱器。
【請求項６】
通路プレートは、受熱プレートと通路プレートの間に熱媒体通路を構成するスペーサーを介して平板状に構成した請求項１記載の集熱器。
【請求項７】
請求項１〜６いずれか１項記載の集熱器を熱媒体の加熱に使用する太陽熱コージェネレーションシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽熱を利用したコージェネシステムの集熱器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の集熱器は、集熱部と集熱管を一体もしくは密接に接着された構造にして、集熱管に熱媒体を循環し熱媒体を加熱している（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００３−１６１５３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、前記従来技術では、複数個の反射鏡の下方に設けるそれぞれの集熱部に集熱管を引き回すので、集熱部の配列により集熱管の引き回しが自在に行えないという課題があった。
【０００４】
また、反射鏡と集熱部を小型化しようとすると、集熱管が相対的に大きくなり、すべての集熱部に配置できなくなり、また集熱管も複数本が密集して配置され、集熱管の端部には新たな継ぎ手も必要になり、構成も複雑で加工コストが上昇するという課題があった。
【０００５】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、複数個の集熱部に対して複雑な集熱管の引き回しを行わないで、集熱部から熱媒体を加熱するための熱を効率よく回収することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記従来の課題を解決するために、本発明の集熱器は、太陽熱を集熱する集熱部と、この集熱部で集合させた熱を受ける集熱開口と、この集熱開口から熱媒体に熱を回収する熱交換器と、この熱交換器を構成し、前記集熱開口側に設ける平板状の受熱プレートと、この受熱プレートと間隙を介して重ね合わせ、前記熱交換器に熱媒体通路を形成するための凹凸を設けた通路プレートとを備えたものである。
【０００７】
これによって、集熱管の複雑な引き回しが無くなり、受熱プレート全体から熱媒体に均一に熱交換を行い、熱交換器の放熱面積を縮小させて、集熱器の熱効率を向上するようになる。
【０００８】
また、複数個の集熱部に集熱管を引き回す必要が無いので、集熱部の大きさや配列に左右されないで、熱交換器をコンパクトに構成するようになる。
【０００９】
また、受熱プレートと通路プレートで熱交換器を構成するので、簡素化され、コスト低減を行うようになる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の集熱器は、受熱プレート全体から熱媒体に均一に熱交換を行い、熱交換器の放熱面積を縮小して集熱器の熱効率を向上するようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
第１の発明は、太陽熱を集熱する集熱部と、この集熱部で集合させた熱を受ける集熱開口と、この集熱開口から熱媒体に熱を回収する熱交換器とを具備し、この熱交換器は、前記集熱開口側に設ける平板状の受熱プレートと、この受熱プレートと間隙を介して重ね合
わせ、熱媒体通路を形成するための凹凸を設けた通路プレートとから構成したことにより、太陽熱を集熱部で集合させ、平板状の受熱プレートに照射し、受熱プレートと一体化して熱媒体通路を構成する通路プレートを設けて、集熱開口に対して管状の熱交換器を複雑な形に引き回すことが無くなり、受熱プレート全体で受けた熱を熱媒体に均一に伝達し、熱交換器の放熱面積を縮小して集熱器の熱効率を向上することができる。
【００１２】
第２の発明は、特に、第１の発明の熱交換器は、複数個の集熱開口に集合させた熱を一体の受熱プレートで回収することにより、集光部の大きさや配列に左右されないで、熱交換器をコンパクトに構成することができる。
【００１３】
第３の発明は、特に、第１の発明の熱交換器は、通路プレートの凹凸を蛇行させて成型し、熱媒体通路を構成したことにより、熱交換器内の熱媒体通路を一本の連通した通路で構成し、熱媒体の温度を上昇することができる。
【００１４】
第４の発明は、特に、第１の発明の熱交換器は、熱媒体通路のヘッダー部分も通路プレート内に構成したことにより、熱媒体通路のすべてが熱交換器内に構成されることで放熱を防止し、受熱プレートで回収した熱を熱媒体に伝え、熱媒体の温度を上昇することができる。
【００１５】
第５の発明は、特に、第１の発明の受熱プレートは、集熱部側の表面に選択吸収膜を形成したことにより、集光開口から受けた熱の受熱プレートの表面で反射を防止し、受熱プレートでの熱の吸収量を増加させ受熱プレートの温度が上昇した時の赤外線の放射も防止して受熱プレート温度を上昇させ、熱媒体を加熱することができる。
【００１６】
第６の発明は、特に、第１の発明の通路プレートは、受熱プレートと通路プレートの間に熱媒体通路を構成するスペーサーを介して、平板状に構成したことにより、スペーサーは平板を打ち抜いて自在の微細な通路を構成し、複数個の小さな集熱開口の配列にも対応し、熱媒体への熱交換を促進することができる。
【００１７】
第７の発明は、特に、第１〜６のいずれか１つの発明の集熱器を太陽熱ランキンシステムに搭載して、熱媒体の加熱を行うことにより、発電と給湯・暖房のコージェネレーションのシステムを実現することができる。
【００１８】
（実施の形態１）
図１〜図３において、１は太陽熱を集熱する集熱部で、太陽熱を反射して集束させる反射部２とこの反射部２により集束させた太陽熱を照射するための集熱開口３とで構成してある。
【００１９】
反射部２の形状は、太陽熱を集束させるために複合放物面集光器（ＣＰＣ：Ｃｏｍｐｏｕｎｄ  ｐａｒａｂｏｌｉｃ  ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｏｒ）の反射鏡を用いている。ＣＰＣは、年間および1日の太陽の動き（高度と方位）にあわせて太陽熱の入射する角度と集熱比（集熱部１に入る太陽熱線の開口面積／集熱開口３の開口面積）の最適な値に設計されている。
【００２０】
例えば、太陽熱の入射可能な角度が天頂より３０°程度なら約３倍の集熱、入射可能な角度が２０°程度に狭くすると、集熱比は約７倍に拡大する。集熱比が、大きくなれば太陽熱がより集束するので、集熱開口３で照射する熱量は増加し、温度を上昇するようになる。
【００２１】
しかし、集熱比を拡大すると太陽熱の入射可能な角度は、天頂を基準に狭くなるので、
集熱部での集熱時間、設置場所等の制約が多くなり、考慮する必要がある。
【００２２】
集熱部１は、複数個設けることが可能で、その時の設計寸法は相似形になる。どのように微細な集熱部１を多数配列しても一定の集熱比と入射角度を保つように構成している。ＣＰＣは、集熱比と入射角度を最適化すると３次元（３Ｄ）のカップ状にすることが有効である。
【００２３】
反射部２は、太陽熱の反射率を向上させるために、鏡面に仕上げている。この反射部２の鏡面仕上げは、集熱部１を構成する材料によりめっき、蒸着、研磨、塗装等の方法がある。
【００２４】
集熱部１の加工は、耐熱の樹脂（例えば、フェノール樹脂、フッ素樹脂、ポリイミド樹脂等）を成型、ステンレスをプレス加工、アルミダイカスト成型等の方法がある。
【００２５】
また、アルミの鏡面仕上げ板を折り曲げる方法もある。例えば、集熱部１を耐熱樹脂で成型した時は、鏡面をアルミめっき（蒸着）や塗装で仕上げ、反射部２を形成する。
【００２６】
特に、鏡面をアルミめっきする時は、ポリイミド樹脂やポリフェニレンサルファイド樹脂またはポリステル樹脂、ポリアミド樹脂等を使用する。
【００２７】
また、ステンレスをプレス加工したときは、アルミ電解研磨やバフ研磨等で鏡面を形成することもある。また、アルミダイカストの成型でもめっき等により鏡面仕上げを行い、アルミダイカスト材料の研磨後の酸化皮膜による反射率の低下を防止することもある。
【００２８】
複数個の集熱部１の構成する間隙４は、断熱材５で充填され、空気層が形成されないようにしている。
【００２９】
前記断熱材５は、耐熱の樹脂材料（例えばフェノール樹脂、フッ素樹脂等）やセラミック材料（シリカ、アルミナ等）で形成している。また、複数個の集熱部１を樹脂で一体成型する時は、その樹脂材料で各集熱部１間を充填するように成型する。
【００３０】
６は、集熱部１の下方に設ける熱交換器で、集熱部１の集熱開口３側に平板状の受熱プレート７を設け、その受熱プレート７に接合する通路プレート８をその下部に構成している。
【００３１】
前記受熱プレート７と通路プレート８は、熱伝導率の大きい銅板やアルミ板で形成され、溶接、高温はんだ付け、コーキング材を注入して端部をカシメ等の方法で、密閉され、熱媒体９が漏れないようにしている。
【００３２】
通路プレート８は、平板をプレス加工して凹凸を設け、平板状の受熱プレート７とで熱媒体通路１０を形成している。この熱媒体通路１０には、熱媒体９の入口管１１と出口管１２を連通させている。
【００３３】
通路プレート８は、凹凸の形状を蛇行状に加工して、一体の熱媒体通路１０を受熱プレート７に沿って引き回すようにしている。熱媒体通路１０の断面形状は、受熱プレート７と通路プレート８の間隙を少なくして扁平状に形成し、熱媒体９と受熱プレート７の内壁が接触する面積を大きくするようにして熱交換を促進するようにしている。
【００３４】
熱媒体９は、代替フロン（ＨＦＣ：Ｈｙｄｒｏｇｅｎｅｒａｔｅｄ  Ｆｌｕｏｒｏ  Ｃａｒｂｏｎ）の１３４Ａや二酸化炭素（ＣＯ２）を使用している。
【００３５】
受熱プレート７の集熱開口３から太陽光の照射を受ける側の表面に太陽熱を吸収し、受熱プレート７からの熱の放射を防止するための選択吸収膜１３を装着している。
【００３６】
選択吸収膜１３は、受熱プレート７の表面に黒色の黒クロムまたは無電解ニッケルのめっき処理を行うようにしている。また、めっきの替わりにマンガン系の黒色塗料を塗布することもある。
【００３７】
集熱部１の集熱開口３の周囲の構成部分（例えば、集熱開口３のエッジの部分や集熱部１を樹脂等で形成した時の底の部分や各集熱部１の周囲に充填した断熱材５等）が直接受熱プレート７に触れないように集熱部１と受熱プレート７の間に耐熱性の断熱シート１４を装着している。
【００３８】
断熱シート１４は、樹脂材料（例えばフェノール樹脂、フッ素樹脂等）やセラミック材料（シリカ、アルミナ等）で形成し、集熱開口３よりも大きな開口を設け、受熱プレート７の表面に太陽熱を照射するようにしている。
【００３９】
１５は、集熱部１の上部に設けられた透過体で、太陽熱を取り込み、集熱部１の内部に雨やホコリが侵入するのを防止している。
【００４０】
この透過体１５は、太陽光を通過させるために透過率の大きな透明ガラスを使用している（このような透明ガラスの日射透過率は、約９０％である）。
【００４１】
集熱部１の上部開口部分の周囲構成部分（例えば、開口のエッジの部分や集熱部１を樹脂等で形成した時の上部の部分等）が透過体１５に触れないように集熱部１と透過体１５の間に耐熱性の吸熱シート１６を装着している。
【００４２】
吸熱シート１６は、熱伝導率の大きな銅やアルミの薄板に金属の黒色や灰色の反射の少ない選択吸収膜１３と同等の材料を塗布し、透過体１５への集熱部１の上部開口部分の周囲構成部分からの太陽熱の反射を防止し、透過体１５の下方に熱が留まるようにしている。
【００４３】
１７は、集熱部１や熱交換器６を収納し、上部に透過体１５の開口を設けた、箱状の外装で、腐食の少ないステンレスや耐候性のある樹脂材料（例えば、ポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂等）で構成している。
【００４４】
外装１７の内部には、複数個の集熱部１や熱交換器６の周囲を覆う外装断熱材１８が充填してある。外装断熱材１８は、耐熱性のロックウール、グラスウール等で構成している。
【００４５】
１９は、複数個の集熱部１と一体構成の熱交換器６を外装断熱材１８で囲み、収納するとともに集熱部１の上部を透過体１５で開口した外装１７で構成した集熱器である。
【００４６】
２０は、熱媒体９の循環ポンプ、２１は、熱媒体９が流れる回路、２２は、熱媒体９からの高温の熱を蓄える蓄熱槽である。
【００４７】
以上のように構成された集熱器について、以下その動作、作用を説明する。
【００４８】
まず、循環ポンプ２０を作動し、熱媒体９を回路２１内に循環させ、集熱器１９に送る。集熱器１９では、太陽熱を集熱部１のＣＰＣ反射部２で反射させながら集束し、集熱開
口３から熱交換器６の受熱プレート７に照射する。受熱プレート７の表面に装着した選択吸収膜１３により、太陽熱の約９０％が受熱プレート７に吸収され、熱交換器６の温度が上昇する。
【００４９】
熱交換器６に設ける熱媒体通路１０に熱媒体９が送られると、受熱プレート７からの熱を受け、熱媒体９は、高温の蒸気（または液体や蒸気と液体が混ざったもの等）を形成して蓄熱槽２２に送られる。
【００５０】
蓄熱槽２２では、この蒸気を受けて２００℃程度の熱量を蓄積するようにしている。熱媒体９の蒸気は、蓄熱槽２２で凝縮して液体となり、循環ポンプ２０により再度、集熱器１９に送られ、加熱されるようにしている。この動作を太陽熱の供給が可能な間、繰り返すことにより、必要な熱量を蓄熱槽２２に維持するようにしている。
【００５１】
以上のように、本実施の形態においては、太陽光を複数個の集熱部１で集合させ、集熱開口３から熱交換器６の平板状の受熱プレート７に照射し、受熱プレート７と一体化して熱媒体通路１０を構成する通路プレート８を設けたので、集熱開口３に対して管状の熱交換器を複雑な形に引き回すことが無く、受熱プレート７全体で受けた熱を熱媒体９に均一に伝達し、熱交換器６の放熱面積を縮小して集熱器１９の熱効率を向上することができる。
【００５２】
また、本実施の形態では、複数個の集熱開口３に集合させた熱を一体の受熱プレート７で回収し、管状の熱交換器を引き回す必要が無いので、集光部１の大きさや配列に左右されないで熱交換器６をコンパクトに構成し、集熱器１９を小型化（薄型に構成）することができる。
【００５３】
また、本実施の形態では、受熱プレート７と通路プレート８の２枚の板で熱交換器６を構成するので、簡素化され、コスト低減を行うことができる。
【００５４】
また、本実施の形態では、熱交換器６は、通路プレート８の凹凸を蛇行させて成型し、熱媒体通路１０を構成したので、熱交換器６内の熱媒体通路１０を一本の連通した通路で構成し、すべての熱が熱媒体９に到達するようにして温度を上昇することができる。
【００５５】
また、本実施の形態では、受熱プレート７は、集熱部１側の表面に選択吸収膜１３を形成したので、集熱開口３から受けた熱の受熱プレート７の表面で反射を防止し、受熱プレート７での熱の吸収量を増加させ受熱プレート７の温度が上昇した時の赤外線の放射も防止して受熱プレート７の温度を上昇させ、熱媒体９の加熱を促進することができる。
【００５６】
また、本実施の形態では、熱媒体通路１０の断面形状は、受熱プレート７と通路プレート８の間隙を少なくして扁平状に形成し、熱媒体９と受熱プレート７の内壁が接触する面積を大きくするようにしているので、熱媒体９が受熱プレート７内壁に沿って広がるので熱交換を促進することができる。
【００５７】
また、本実施の形態では、集熱部１と受熱プレート７の間に耐熱性の断熱シート１４を装着しているので、受熱プレート７から集熱部１への熱伝導による放熱を防止し、熱効率を向上することができる。
【００５８】
また、高温の受熱プレート７から集熱部１への熱伝導を防止するので、集熱部１（特に耐熱性の樹脂により集熱部１を成型した時など）の変形や反射部２の鏡面の劣化を長期間にわたって防止することができる。
【００５９】
また、本実施の形態では、集熱部１と透過体１５の間に耐熱性の吸熱シート１６を装着しているので、集熱部１の上部で反射され透過体１５から外部に放出される太陽光を吸収し、透過体１５の下方に熱が留まるようにして、集熱器１９の熱効率を向上することができる。
【００６０】
また、熱交換器６の入口管１１と出口管１２は、通路プレート８側から熱媒体通路１０に結合されているので、熱媒体９が均一に熱媒体通路１０に流入し、熱交換を促進することができる。
【００６１】
また、本実施の形態の反射部２の形状をＣＰＣの３次元（３Ｄ）のカップ状から２次元（２Ｄ）の樋型にすることにより、太陽の１日の動きの方位変化に対応することができるので、長い時間熱媒体９を加熱することができる。
【００６２】
また、反射部２の成型もアルミの鏡面板等を折り曲げて加工できるので、低コスト化を行うことができる。
【００６３】
また、本実施の形態の反射部２の形状をＣＰＣの３次元（３Ｄ）のカップ状から放物面集熱器（ＰＣ：Ｐａｒａｂｏｌｉｃ  ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｏｒ）の碗状にすることにより、太陽熱を焦点に集中して集熱比を大きく取れるので、熱媒体９の高温の蒸気を容易に形成することができ、使い勝手の良い高温の熱を得ることができる。
【００６４】
また、ＰＣにより、日射許容角度がなくなるが、追尾装置（図示無し：モーター、ギア等で反射部２を稼動し、常に太陽の方向に正対するようにする装置）を装着することにより、より太陽熱を捕集できるので、集熱器１９の熱効率を向上できる。
【００６５】
また、本実施の形態の透過体１５の集熱部１側の内面に太陽熱を透過させ赤外線を反射する選択透過膜を塗布することにより、高温の受熱レート７からの赤外線を反射し、さらに集熱部１の温度上昇による赤外線も反射するので、集熱部１内に赤外線の熱を留まらせ、受熱プレート７の加熱に寄与させ、集熱器１９の熱効率を向上することができる。
【００６６】
選択透過膜は、透明導電膜（例えば、スズドープ酸化インジウム（ＩＴＯ）、アンチモンドープ酸化スズ（ＡＴＯ）等）をスパッタリングや塗装により薄膜に成型している。
また、本実施の形態の透過体１５は、選択透過性能を有する耐熱性、耐候性の優れた樹脂材料（例えば、ポリカーボネート等）で構成することにより、集熱器１９の軽量化と低コスト化を行うことができる。
【００６７】
（実施の形態２）
図４は、本発明の実施の形態２を示し、熱交換器６は、通路プレート８に凹凸を設け、熱媒体通路１０を構成する時に、複数個の熱媒体通路１０を平行に蜜に配列して、この複数個の熱媒体通路１０の両端部分に通路プレート８内の凹凸の一部としてヘッダー２３を構成している。
【００６８】
それぞれのヘッダー２３の一部に熱媒体９の入口管１１と出口管１２を結合している。ヘッダー２３の断面形状は、受熱プレート７と通路プレート８の間隙を少なくして扁平状に形成し、熱媒体９と受熱プレート７の内壁が接触する面積を大きくするようにして熱交換を促進するようにしている。
【００６９】
以上のように構成された熱交換器について、以下その動作、作用を説明する。
【００７０】
受熱プレート７で回収した熱は、通路プレート７のすべての熱媒体通路１０で熱交換さ
れ、ヘッダー２３も熱媒体通路１０の一部として熱交換を行うようにしている。
【００７１】
入口管１１から熱交換器６に流入した熱媒体９は、入口管１１側のヘッダー２３で複数個の熱媒体通路１０に均一に分散し、各熱媒体通路１０の熱媒体９の流速を低下させて、受熱プレート７との熱交換を促進している。
【００７２】
以上のように、本実施の形態においては、熱媒体通路１０のすべてが熱交換器６内に構成されることで放熱を防止し、熱媒体９の温度を上昇し、受熱プレート７で回収した熱を熱媒体に伝えるので、集熱器１９の熱効率を向上することができる。
【００７３】
また、ヘッダー２３を集熱部１とその受熱プレート７の内側に構成するので、外装断熱材１８で囲むことが容易で、熱交換器６からの放熱を防止することができる。
【００７４】
また、ヘッダー２３により熱媒体９を分散して熱交換器６内を流れるようにしたので、熱媒体９を均一に加熱することができ、温度分布の偏りによる熱交換のロスを低減し、集熱器１９の熱効率を向上することができる。
【００７５】
（実施の形態３）
図５において、熱交換器６は、平板状の受熱プレート７に接合する通路プレート８も平板状に構成し、熱媒体通路１０は、受熱プレート７と通路プレート８の間に熱媒体通路１０の通路高さを決める平板状のスペーサー２４を構成している。
【００７６】
受熱プレート７と通路プレート８とスペーサー２４は、熱伝導率の大きい銅板やアルミ板で形成され、溶接、高温はんだ付け、コーキング材を注入して端部をカシメ等の方法で、密閉され、熱媒体９が漏れないようにしている。
【００７７】
スペーサー２４は、熱媒体通路１０を蛇行させるために１枚の板を打ち抜くような加工をしている。
【００７８】
また、複数個のスペーサー２４を組み合わせて図４のヘッダー２３が構成できるようにすることもある。熱媒体通路１０の一部には、熱媒体９の入口管１１と出口管１２を連通させている。熱媒体通路１０の断面形状は、スペーサー２４の厚みを少なくして扁平状に形成し、熱媒体９と受熱プレート７の内壁が接触する面積を大きくするようにして熱交換を促進するようにしている。
【００７９】
以上のように構成された熱交換器について、以下その動作、作用を説明する。
熱交換器６を受熱プレート７と通路プレート８とその間に設けるスペーサー２４をすべて平板で構成して、受熱プレート７で回収した熱を熱媒体９に伝えるための複雑で、微細な熱媒体通路１０を加工し、熱媒体９の蒸気圧力（例えば、１０ＭＰａ程度の圧力）に絶えられる組み立てを行うようにしている。
【００８０】
また、スペーサー２４の厚みを少なくして熱交換器６の厚みも薄く構成し、外装１７の高さも低くしてデザインを向上するようにしている。
【００８１】
以上のように、本実施の形態においては、平板状のスペーサー２４を打ち抜いて、自在に微細で複雑な熱媒体通路１０を構成できるので、複数個の小さな集熱開口３の配列に対応して熱媒体９への熱交換を促進することができる。
【００８２】
また、熱交換器６を平板で積層して加工することで、熱媒体９の蒸気圧力に耐えられるので、熱媒体９の高温で圧力の大きな蒸気が得られ、蒸気タービン（図示無し）を作動す
ることができる。
【００８３】
また、熱交換器６を薄く構成するので、高さの低い薄い集熱器１９を構成し、太陽電池モジュールのように屋根材として使用することができる。
【００８４】
（実施の形態４）
図６は、太陽熱ランキンシステムを示し、前記した集熱器１９の熱を蓄熱槽２２に伝えるために、循環ポンプ２０を途中に設けた回路２１（閉回路）を設けている。
【００８５】
回路２１内を循環する熱媒体９は、フロンや水のような液体で構成している（熱媒体９は、超臨界状態のＣＯ２や液体空気を用いる場合もある）。
【００８６】
熱媒体９は、集熱器１９で加熱されて蒸気になり蓄熱槽２２に送られ、そこで熱交換することで凝縮し液体となる。この熱媒体９を循環ポンプ２０で再度集熱器１９に送るようにしている。
【００８７】
この動作を繰り返すことで、蓄熱槽２２に熱を貯めるようにしている。蓄熱槽２２は、融点の高い溶融塩の相変化を利用した潜熱型や溶融塩や油等を用いた顕熱型や蒸気を圧力水の形で蓄える蒸気アキュムレイタ等を用いることで１００℃以上の高温の熱を貯めるようにしている。
【００８８】
２５は、蓄熱槽２２の熱を利用して形成した熱媒体２９の蒸気２６を蒸気タービン２７に供給する供給ポンプで、蒸気タービン２７から排出された熱媒体２９を再度蓄熱槽２２に送る回路２８（閉回路）の途中に設けている。この回路２８内を循環する熱媒体２９は、フロンや水のような液体とその蒸気で構成している（熱媒体２９は、超臨界状態のＣＯ２や液体空気を用いる場合もある）。
【００８９】
また、回路２８の蒸気タービン２７と供給ポンプ２５の途中に貯湯タンク３０を設けて、蒸気タービン２７に運動エネルギを与えた後の高温の蒸気２６の熱を利用して、貯湯タンク３０に湯を貯める。熱媒体２９は、この貯湯タンク３０に熱を伝えるときに凝縮して液体となり、再度蓄熱槽２２に送られて加熱され蒸気２６を形成するようにしている。
【００９０】
この動作を繰り返すことで、蒸気タービン２７に設けた発電機３１により発電しながら貯湯タンク３０にお湯を貯めるようにしている。貯湯タンク３０に貯められたお湯は、給水ポンプ３２により給湯用や暖房用に供給されるようにしている。
【００９１】
このように、集熱器１９で回収した熱を利用して蒸気タービン２７を回転させる太陽熱ランキンシステム３３を構成し、それを搭載し、給湯や暖房を行うための回路を組み合わせてコージェネレーションシステム３４を構成するようにいている。
【００９２】
以上のように構成された太陽熱ランキンシステムを搭載したコージェネレーションシステムについて、以下その動作、作用を説明する。
【００９３】
まず、蒸気タービン２７に供給する蒸気２６を形成するためには、循環ポンプ２０を作動し、熱媒体９を回路２１内に循環させ、太陽の熱を受けた集熱器１９で加熱し、高温の蒸気（または液体や蒸気と液体が混ざったもの等）を形成して蓄熱槽２２に送る。
【００９４】
蓄熱槽２２では、この蒸気を受けて２００℃程度の熱量を蓄積するようにしている。熱媒体９の蒸気は、蓄熱槽２２で凝縮して液体となり、循環ポンプ２０により再度、集熱器１９に送られ、加熱されるようにしている。この動作を太陽熱の供給が可能な間、繰り返
すことにより、必要な熱量を蓄熱槽２２に維持するようにしている。
【００９５】
蓄熱槽２２に所定の熱量が蓄積されると、回路２８に設けた供給ポンプ２５で、熱媒体２９を循環させ蓄熱槽２２で２００℃程度の熱媒体２９の蒸気２６を形成し、蒸気タービン２７に供給する。この蒸気２の運動エネルギにより、発電機３１を回転させて、発電を行うようにしている。
【００９６】
蒸気タービン２７から排出した熱媒体２９の蒸気２６は、貯湯タンク３０に送られ、水と熱交換を行い、その熱は貯湯タンク３０内にお湯として貯められる。蒸気２６は、貯湯タンク３０内で凝縮し、液体となって供給ポンプ２５により蓄熱槽２２に送られ、再度加熱され蒸気２６を形成するようにしている。
【００９７】
この動作を繰り返すことにより、蒸気タービン２７で発電しながら貯湯タンク３０にお湯を貯め、給湯や暖房の必要なときに給水ポンプ３２を作動しお湯を使用することでコージェネレーションシステム３４を構成するようにしている。
【００９８】
以上のように、本実施の形態においては、集熱器１９の受熱プレート７全体で受けた熱を熱媒体９に均一に伝達し、熱交換器６の放熱面積を縮小して集熱器１９の熱効率を向上するので、蒸気タービン２７の回転に必要な熱媒体２９の蒸気２６の形成に必要な高温の熱を蓄熱槽２２に供給することができる。
【００９９】
複数個の集熱開口３に集合させた熱を一体の受熱プレート７で回収し、管状の熱交換器を引き回す必要が無いので、集熱部１の大きさや配列に左右されないで熱交換器６をコンパクトに構成し、集熱器１９を小型化（薄型に構成）するので、コージェネレーションシステム３４を小型化し、設置を容易にすることができる。
【０１００】
また、独立した集熱用の回路２１を構成して、集熱器１９で得られた太陽熱を蒸気タービン２７の動作に関係なく、常時蓄熱槽２２に蓄えて維持できるので、発電の必要なときに蒸気タービン２７で必要な蒸気２６を随時取り出すことができる。
【０１０１】
また、集熱器１９で得られた太陽熱を蒸気タービン２７の動作に関係なく、常時蓄熱槽２２に蓄えて維持できるので、１年間の日射が強い時（例えば、夏至の頃）の集熱温度の上昇時に発電をしないかまたは発電を小さく抑えた時に、蒸気２６の持つ過剰な熱量を蓄熱槽２２で吸収するので、集熱器１９の異常な温度上昇を防止することができる。
【０１０２】
また、回路２８の途中に貯湯タンク３０を設けたので、発電に関係なく蓄熱槽２２の熱をお湯として貯湯タンク３０に貯めることが可能なので、給湯や暖房に必要なお湯を随時取り出せることができる。
【０１０３】
また、太陽熱を利用して蒸気２６を形成し、蒸気タービン２７を回転させて発電するので、発電と給湯・暖房のコージェネレーションシステム３４を実現することがで、太陽熱という自然エネルギを活用し省エネ促進とＣＯ２削減の有効な手段を得ることができる。
【０１０４】
（実施の形態５）
図７は、コージェネレーションシステムの他の例を示し、集熱器１９で形成した熱媒体９の蒸気２６を循環ポンプ２０より、回路２１（閉回路）で直接蒸気タービン２７に送り、蒸気タービン２７を回転させて発電機３１により発電を行い、また、回路２１の蒸気タービン２７と循環ポンプ２０の途中に貯湯タンク３０を設けて、蒸気タービン２７に運動エネルギを与えた後の高温蒸気２６の熱を利用して、貯湯タンク３０に湯を貯めるようにしている。
【０１０５】
以上のように構成された熱交換器について、以下その動作、作用を説明する。
【０１０６】
熱媒体９は、この貯湯タンク３０に熱を伝えるときに凝縮して液体となり、再度集熱器１９に送られて加熱され蒸気２６を形成するようにしている。この動作を繰り返すことで、蒸気タービン２７に設けた発電機３１により発電しながら貯湯タンク３０にお湯を貯めるようにしている。貯湯タンク３０に貯められたお湯は、給水ポンプ３２により給湯用に供給されるようにしている。
【０１０７】
以上のように、本実施の形態においては、コージェネレーションシステム３４を簡素化するので、システムの低コスト化を図ることができる。
【０１０８】
また、集熱器１９で得られた太陽熱を蒸気タービン２７の動作に関係なく、常時貯湯タンク３０にお湯として蓄えるので、１年間の日射が強い時（例えば、夏至の頃）の集熱温度の上昇時に発電をしないかまたは発電を小さく抑えた時に、蒸気２６の持つ過剰な熱量を貯湯タンク３０で吸収するので、集熱器１９の異常な温度上昇を防止することができる。
【０１０９】
（実施の形態６）
図８は、太陽熱ランキンシステムを示し、集熱器１９で形成した熱媒体９の蒸気２６を循環ポンプ２０より回路２１（閉回路）で直接蒸気タービン２７に送り、蒸気タービン２７を回転させて発電機３１により発電だけを行うようにしている。
【０１１０】
発電した電気は、バッテリー３５に充電するようにしている。バッテリー３５は、鉛電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池、キャパシタ等で構成している。
【０１１１】
以上のように構成された熱交換器について、以下その動作、作用を説明する。
【０１１２】
熱媒体９の蒸気２６は、蒸気タービン２７に運動エネルギを伝えた後に凝縮して液体となり、再度集熱器１９に送られて加熱され蒸気２６を形成するようにしている。この動作を繰り返すことで、蒸気タービン２７に設けた発電機３１により発電を行うようにしている。
【０１１３】
発電機３１により発電した電気は、バッテリー３５に充電し、天候により集熱器１９の集熱温度が変動しても安定した出力が得られるようにしている。
【０１１４】
以上のように、本実施の形態においては、集熱器１９と循環ポンプ２０と蒸気タービン２７の簡素化されたシステムを構成するので、設置が容易となり、低コスト化も実現することができる。
【０１１５】
また、発電した電気をバッテリー３５に蓄えるので、１年間の日射が強い時（例えば、夏至の頃）に発電量が増加しても、バッテリー３５で吸収し、集熱器１９と蒸気タービン２７の運転を持続させて使い勝手を向上することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１１６】
以上のように、本発明にかかる集熱器１９は、エネルギ密度の低い太陽光を集束して効率よい熱交換を行って熱媒体９を加熱できるので、住宅の給湯や発電のための加熱装置に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１７】
【図１】本発明の実施の形態１における集熱器の正断面図
【図２】同側断面図
【図３】同横断面図
【図４】本発明の実施の形態２における集熱器の横断面図
【図５】本発明の実施の形態３における集熱器の側断面図
【図６】本発明の実施の形態４における太陽熱ランキンシステムを搭載したコージェネレーションシステムの構成図
【図７】本発明の実施の形態５における太陽熱ランキンシステムを搭載したコージェネレーションシステムの構成図
【図８】本発明の実施の形態６における他の太陽熱ランキンシステムの構成図
【符号の説明】
【０１１８】
１  集熱部
２  反射部
３  集熱開口
６  熱交換器
７  受熱プレート
８  通路プレート
９  熱媒体
１０  熱媒体通路
１３  選択吸収膜
１５  透過体
１７  外装
１９  集熱器
【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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