(57)【要約】【課題】太陽熱を利用して熱媒体の蒸気を形成するために必要な熱量を効率良く回収することを目的とする。【解決手段】太陽光を集光する集光部１と熱交換器６を収納する外装１７と、外装１７内に外装壁と集光部１と熱交換器６を仕切るように設けた断熱壁１９と、断熱壁１９と外装壁で構成する収納室２０に真空断熱材２１を装着し、真空断熱材２１の温度上昇を断熱壁１９で遮断するので、真空断熱材２１の劣化を防止し、長期間わたって外装１７からの放熱を低減し、高温の熱媒体９の蒸気を形成するための熱量を効率良く回収することができる。【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、前記集光部と熱交換器を収納する外装と、この外装の外装壁と前記集熱部と熱交換器とを仕切るように設けた断熱壁とを具備し、この断熱壁と外装壁で構成する収納室に真空断熱材を装着した集熱器。
【請求項２】
断熱壁は、集熱部と熱交換器に向かって赤外線を反射する反射材料を装着した請求項１記載の集熱器。
【請求項３】
断熱壁は、集熱部と熱交換器との間に空間を設けた請求項１記載の集熱器。
【請求項４】
断熱壁は、熱交換器に向かって赤外線を反射する反射材料を装着し、熱交換器は、断熱壁に面した側壁の表面に熱線を吸収する選択吸収膜を装着した請求項１記載の集熱器。
【請求項５】
断熱壁は、真空断熱材に面した側壁の表面に赤外線を吸収する選択吸収膜を装着し、真空断熱材の表面に赤外線を反射させる反射材料を装着した請求項１記載の集熱器。
【請求項６】
断熱壁は、真空断熱材に面した側壁の表面に装着した選択吸収膜と真空断熱材の表面に装着した反射材料との間に空間を設けた請求項１記載の集熱器。
【請求項７】
断熱壁は、集熱部と熱交換器側との空間に熱伝導率の小さいガスを注入した請求項１記載の集熱器。
【請求項８】
断熱壁は、真空断熱材の反射材料との間に設けた空間に熱伝導率の小さいガスを注入した請求項１記載の集熱器。
【請求項９】
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した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レーション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、中空箱状ケーシング内に配置された反射板ユニットと、ケーシングの底壁と反射板ユニットとの間に断熱材を配置している（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００５−３００１３８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、コージェネレーションシステムの中で熱媒体を蒸発させて蒸気タービンを回転させるような高温と熱量を得ようとすると、ケーシングからの放熱損失が大きくなり、所定の温度と熱量が得られなくなるという課題があった。
【０００４】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、ケーシングからの放熱を防止して、熱媒体の蒸気を形成するために必要な熱量を効率良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】
【０００５】
前記従来の課題を解決するために、本発明の集熱器は、太陽光を集光する集熱部と、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、前記集熱部と熱交換器を収納する外装と、この外装内に外装壁と前記記集熱部と熱交換器を仕切るように設けた断熱壁とを具備し、この断熱壁と外装壁で構成する収納室に真空断熱材を装着したものである。
【０００６】
これよって、高温の熱媒体の蒸気を得るために外装内の温度が上昇しても収納室に置かれた真空断熱材の温度上昇を断熱壁で防止するので、真空断熱材の劣化を防止し、長期間わたって外装からの放熱を低減するものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の集熱器は、真空断熱材を用いて外装からの放熱を防止し、高温の熱媒体の蒸気を形成するための熱量を効率良く回収するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
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、前記集熱部と熱交換器を収納する外装と、この外装内に外装壁と前記集熱部と熱交換器を仕切るように設けた断熱壁とを具備し、この断熱壁と外装壁で構成する収納室に真空断熱材を装着したことにより、高温の熱媒体の蒸気を得るために外装内の温度が上昇しても収納室に置かれた真空断熱材の温度上昇を断熱壁で防止するので、真空断熱材の劣化を防止し、長期間わたって外装からの放熱を低減することができる。
【０００９】
第２の発明は、特に、第１の発明の断熱壁は、集熱部と熱交換器に向かって赤外線を反射する反射材料を装着したことにより、集熱部で集合した熱を受けた熱交換器が温度上昇すると発生する赤外線を断熱壁の反射材料で反射し、熱交換器の再加熱に使用するので、断熱壁の温度上昇を防止して、収納室に置かれた真空断熱材の高温劣化を防止することが
できる。
【００１０】
第３の発明は、特に、第１の発明の断熱壁は、集熱部と熱交換器との間に空間を設けたことにより、集熱部と熱交換器からの赤外線が直接に断熱壁の反射材料に到達し、反射性能が向上するので、真空断熱材の温度上昇を防止して、真空断熱材の高温劣化を防止することができる。
【００１１】
第４の発明は、特に、第１の発明の断熱壁は、熱交換器に向かって赤外線を反射する反射材料を装着し、熱交換器は、断熱壁に面した側壁の表面に赤外線を吸収する選択吸収膜を装着したことにより、熱交換器から発生した赤外線を断熱壁の反射材料で反射して選択吸収膜で吸収し、その熱を熱交換器の再加熱に使用するので、真空断熱材の温度上昇を防止して、真空断熱材の高温劣化を防止することができる。
【００１２】
第５の発明は、特に、第１の発明の断熱壁は、真空断熱材に面した側壁の表面に赤外線を吸収する選択吸収膜を装着し、真空断熱材の表面に赤外線を反射させる反射材料を装着したことにより、真空断熱材の反射材料で反射した赤外線を選択吸収膜で吸収し、その熱を熱交換器側に戻すので、真空断熱材の温度上昇を防止して、真空断熱材の高温劣化を防止することができる。
【００１３】
第６の発明は、特に、第１の発明の断熱壁は、真空断熱材に面した側壁の表面に装着した選択吸収膜と真空断熱材の表面に装着した反射材料との間に空間を設けたことにより、断熱壁からの赤外線が直接に真空断熱材の反射材料に到達し、反射性能が向上して、選択吸収膜で熱を吸収し、真空断熱材の温度上昇を防止して、真空断熱材の高温劣化を防止することができる。
【００１４】
第７の発明は、特に、第１の発明の断熱壁は、集熱部と熱交換器との空間に熱伝導率の小さいガスを注入したことにより、集熱部と熱交換器から断熱壁への熱伝導を防止するので、真空断熱材の温度上昇を防止して、真空断熱材の高温劣化を防止することができる。
【００１５】
第８の発明は、特に、第１〜７のいずれか１つの発明の断熱壁は、真空断熱材の反射材料との間に設けた空間に熱伝導率の小さいガスを注入したことにより、断熱壁から真空断熱材への熱伝導を防止するので、真空断熱材の温度上昇を防止して、真空断熱材の高温劣化を防止することができる。
【００１６】
第９の発明は、特に、第１〜８のいずれか１つの発明の集熱器を熱媒体の加熱に使用した太陽熱コージェネレーションシステムに搭載することにより、太陽熱を用いて発電と給湯・暖房を行うシステムを実現することができる。
【００１７】
（実施の形態１）
図１、図２、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とで構成している。
【００１８】
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。
【００１９】
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倍の集熱比、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。
【００２０】
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。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。
【００２１】
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。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。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。
【００２２】
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。またアルミの鏡面仕上げ板を折り曲げる方法もある。
【００２３】
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。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。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。
【００２４】
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。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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
熱媒体９は、代替フロン（ＨＦＣ：Ｈｙｄｒｏｇｅｎｅｒａｔｅｄ  Ｆｌｕｏｒｏ  Ｃ
ａｒｂｏｎ）の１３４Ａや二酸化炭素（ＣＯ２）を使用している。受熱プレート７の集熱開口３から太陽熱の照射を受ける側の表面に太陽光を吸収し、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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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の表面に太陽光を照射するようにしている。
【００３４】
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。透過体１５は、太陽熱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）。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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、箱状の外装である。
【００３８】
この外装１７は、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。外装１７の内部は、複数個の集熱部１や熱交換器６の周囲を外装断熱材１８で覆うようにして、外装１７内に充填している。
【００３９】
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。
【００４０】
１９は、外装１７内で集熱部１や熱交換器６と外装壁を仕切るように設けた断熱壁で、この断熱壁１９により、外装１７の内側に独立した部屋として収納室２０を設けている。
【００４１】
断熱壁１９は、耐熱性のセラミック材料（シリカ、アルミナ等）、樹脂材料（フェノール樹脂、フッ素系樹脂等）や熱伝導率の小さい金属（例えば、ステンレス等）で構成している。
【００４２】
２１は、真空断熱材で、収納室２０内に複数個を隙間無く挿入している。真空断熱材２１は、芯材としてシリカ粉体やグラスウールで構成し、断熱性を向上している。
【００４３】
また、真空断熱材２１の外被材は、プラスチック−金属のラミネートフィルムで構成している。
【００４４】
また、真空断熱材２１は２枚の外被材を向かい合わせて芯材を覆い、内部を真空まで減圧して周囲を熱溶着により封止するようにしている。この外被材のラミネート構造は、内側から熱溶着用の層（例えば、２００℃以上で溶着できるポリエチレンナフタレートやフッ素系樹脂フィルムで構成）、ガスバリア用の層（例えば、熱溶着用の層で使用したフィルムよりも融点が高い金属箔や金属蒸着または無機酸化物蒸着を施したフィルムで構成、金属箔は、アルミニウム、ニッケル、スズステンレス等、蒸着を施す樹脂フィルムは、ポリエチレンナフタレート、ポリイミドフィルム等で構成）、保護用の層（例えば、熱溶着用の層で使用したフィルムよりも融点が高いフィルムで構成、ポリエチレンナフタレート、４フッ化エチレン−エチレン共重合体、４フッ化エチレン−パーフロロアルコキシエチレン共重合体等で構成）の多重層からなり、長期間真空状態が持続できるように耐久性を向上している。
【００４５】
２２は、反射材料で、断熱壁１９の内側の集熱部１や熱交換器６に向かって断熱壁１９に沿い、隙間無く装着している。
【００４６】
反射材料２２は、集熱部１や熱交換器６からの赤外線を反射して熱交換器６に戻し、再加熱するようにしている。この反射材料２２は、赤外線反射成分の金属粉体（例えば、銀、アルミニウム等）や炭化物粉体（例えば、チッ化珪素、炭化珪素等）や金属酸化物（酸化チタン、酸化スズ、アンチモンドーブスズ酸化物、スズドーブインジウム酸化物等）で構成され、フッ素系樹脂を用いて断熱壁１９の表面に塗膜を形成している。
【００４７】
また、反射材料２２は、断熱壁１９に沿ってアルミ鏡面板等の研磨した金属板を装着する場合もある。
【００４８】
２３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。
【００４９】
２４は、熱媒体９の循環ポンプ、２５は、熱媒体９が流れる回路、２６は、熱媒体９からの高温の熱を蓄える蓄熱槽である。
【００５０】
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。
【００５１】
まず、循環ポンプ２４を作動し、熱媒体９を回路２５内に循環させ、集熱器２３に送る。集熱器２３では、太陽光を集熱部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。
【００５２】
受熱プレート７の表面に装着した選択吸収膜１３により、太陽光の約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。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２６に送られる。
【００５３】
蓄熱槽２６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２６で凝縮して液体となり、循環ポンプ２４により再度、集熱器２３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２６に維持するようにしている。
【００５４】
この時、集熱部１や熱交換器６の温度が上昇すると、そこから赤外線として熱線が放射される。熱線は、外装断熱材１８に遮断されるが、外装断熱材１８を加熱するので、時間とともに外装断熱材１８の温度も上昇していく。集熱部１と熱交換６からは、熱伝導や対流によっても熱が外装断熱材１８伝わる。
【００５５】
熱交換器６は、熱媒体９の２００℃程度の蒸気を生成するので、外装断熱材１８の細かい空気層による断熱によっても熱は外方向に広がり、断熱壁１９に到達する。この断熱壁１９により、外装１７内を仕切るので、断熱壁１９の内側の空間に熱をこもらせ、熱交換器６の放熱を防止して、熱媒体９との熱交換を促進するようにしている。
【００５６】
断熱壁１９の外側に設けた収納室２０は、断熱壁１９に熱を遮断され、収納室２０内の温度上昇を防止している。この収納室２０内に真空断熱材２１を挿入して真空断熱材２１の温度上昇を防止している。
【００５７】
真空断熱材２１は、使用温度温度範囲内（一般的に冷蔵庫等に使用される真空断熱材は、使用温度範囲が−４０℃〜１００℃程度である）に温度を保たれ長期間、断熱性能を維持するようにしている。
【００５８】
真空断熱材２１により、集熱器２３の外装１７外への放熱を防止し熱交換器６の温度低下を防止して、熱媒体９への熱交換を効率良く行うようにしている。
【００５９】
また、断熱壁１９の内側の集光部１や熱交換器６に向けて装着した反射材料により、集熱部１や熱交換器６および外装断熱材１８から放射される赤外線を反射し、熱交換器６や外装断熱材１８側に戻すので、断熱壁１９の温度上昇を防止して、収納室２０内の温度上昇を更に軽減するようにしている。
【００６０】
以上のように、本実施の形態においては、集熱部１と熱交換器６を収納する外装１７と、この外装１７内に外装壁と集熱部１と熱交換器６を仕切るように設けた断熱壁１９と、この断熱壁１９と外装壁で構成する収納室２０に真空断熱材２１を装着したので、高温の熱媒体９の蒸気を得るために外装１７内の温度が上昇しても収納室２０に置かれた真空断熱材２１の温度上昇を断熱壁１９で防止して、真空断熱材２１の劣化を防止し長期間わたって外装１７からの放熱を低減することができる。
【００６１】
また、本実施の形態では、真空断熱材２１により、集熱器２３の外装１７外への放熱を防止するので、熱交換器６の温度低下を防止して、熱媒体９への熱交換を効率良く行うようにして集熱器２３の熱効率を向上できる。
【００６２】
また、本実施の形態では、断熱壁１９により熱交換器６からの熱を遮断して、収容室２０内の温度を低下させるので、使用温度の低い一般的な（冷蔵庫等に使用している真空断熱材）真空断熱材２１を使用して、コストダウンを図ることができる。
【００６３】
また、本実施の形態では、断熱壁１９は、集光部１と熱交換器６に向かって赤外線を反射する反射材料２２を装着したので、集光部１で集合した熱を受けた熱交換器６が温度上昇すると発生する赤外線を断熱壁１９の反射材料２２で反射し熱交換器６の再加熱に使用して、断熱壁１９の温度上昇を防止して、収納室２０に置かれた真空断熱材１９の高温劣化を防止することができる。
【００６４】
また、本実施の形態では、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２３の熱効率を向上することができる。
【００６５】
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２３を小型化（薄型に構成）することができる。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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、集光開口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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。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。
【００７１】
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２３の熱効率を向上することができる。
【００７２】
また、本実施の形態では、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。
【００７３】
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。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。
【００７４】
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光器（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。
【００７５】
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、より太陽光を捕集できるので、集熱器２３の熱効率を向上できる。
【００７６】
また、本実施の形態の透過体１５の集熱部１側の内面に太陽光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、また集熱部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２３の熱効率を向上することができる。
【００７７】
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。
【００７８】
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２３の軽量化と低コスト化を行うことができる。
【００７９】
（実施の形態２）
図４において、断熱壁１９は、集熱部１や熱交換器６（あるいは熱交換器６を覆う外装断熱材１８と）との間に空間２７を設け、集熱部１や熱交換器６（あるいは熱交換器６を覆う外装断熱材１８）から放射される赤外線を直接、断熱壁１９の内面に装着している反射材料２２で反射して反射性能を向上するようにしている。
【００８０】
また、熱交換器６は、断熱壁１９側の表面に選択吸収膜２８を装着している。選択吸収膜２８は、熱交換器６の材料（例えば、銅、アルミニウム、ステンレス等）に赤外線を吸収する塗料（例えば、マンガン系の塗料やカーボンブラック系の塗料等）を塗布するか黒色のめっき処理（例えば、黒クロムめっき、無電解ニッケルめっき等）を行って、赤外線を吸収した後に放射を抑制して、熱交換器６に熱をとどめるようにしている。
【００８１】
また、空間２７は、内部に空気よりも熱伝導率の小さな不活性ガス（例えば、クリプトンガス等）を充填し、集熱部１や熱交換器６（あるいは熱交換器６を覆う外装断熱材１８）から熱伝導や対流で放熱する熱を低減して熱交換器６の温度低下を防止するようにしている。
【００８２】
また、不活性ガスを充填することで、高温の熱交換器６を覆い安全性を高め、断熱壁１９や真空断熱材２１の劣化を防止して、長期間の使用に耐えるようにしている。
【００８３】
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。
【００８４】
集熱部１や熱交換器６（あるいは熱交換器６を覆う外装断熱材１８）の温度が上昇すると赤外線が放射される。赤外線は、外装断熱材１８の内部で反射したり外装断熱材１８や細かな空気層に吸収されて、外装断熱材１８の温度を上昇させ、新たな赤外線を放射させる。
【００８５】
この時、空間２７を介して放射される赤外線は、色々な方向に飛んでいるが直線的に反射材料２２に到達し、その反射も直線的に行われ反射量を増加させて放射熱を遮断することにより、断熱壁１９の温度上昇を防止するようにしている。
【００８６】
また、反射材料２２で反射した赤外線は、色々な方向に反射を繰り返しながら熱交換器６の選択吸収膜２８に到達する。選択吸収膜２８では、赤外線を吸収し熱交換器６の温度を上昇させる。熱交換器６の温度が高温になっても選択吸収膜２８の放射熱を低減させる
効果により、熱交換器６に熱を留めるようにして、熱交換器６を高温に維持するようにしている。
【００８７】
また、空間２７に空気よりも熱伝導率の小さな不活性ガスを充填しているので、集光部１や熱交換器６（あるいは熱交換器６を覆う外装断熱材１８）からの熱伝導や対流による放熱を防止して、熱交換器６側に熱を留めるようにして、熱交換器６を高温に維持するようにしている。
【００８８】
以上のように、本実施の形態においては、空間２７を介して集熱部１や熱交換器６（あるいは熱交換器６を覆う外装断熱材１８）からの赤外線が直接に断熱壁１９の反射材料２２に到達し、反射性能が向上するので、真空断熱材２１の温度上昇を防止して、真空断熱材２１の高温劣化を防止することができる。
【００８９】
また、本実施の形態においては、熱交換器６は、断熱壁１９の反射材料２２で反射した赤外線を選択吸収膜２８で吸収し、その熱を熱交換器６の再加熱に使用するので、真空断熱材２１の温度上昇を防止して、真空断熱材２１の高温劣化を防止することができる。
【００９０】
また、本実施の形態においては、断熱壁１９は、集熱部１と熱交換器６側の空間２７に空気よりも熱伝導率の小さいガスを注入したことにより、集熱部１と熱交換器６から断熱壁への熱伝導を防止するので、真空断熱材２１の温度上昇を防止して、真空断熱材２１の高温劣化を防止することができる。
【００９１】
また、本実施の形態においては、断熱壁１９の熱交換器６側には、反射材料２２を装着して、断熱壁１９に吸収される赤外線を減少させて、真空断熱材２１の温度低下に効果を得ることもできる。
【００９２】
また、本実施の形態の空間２７は、外装１７や断熱壁１９の構成を強化し、密閉構造にして真空に保ち、集熱部１や熱交換器６（あるいは熱交換器６を覆う外装断熱材１８）からの熱伝導を完全に遮断することも可能である。
【００９３】
（実施の形態３）
図５において、断熱壁１９は、真空断熱材２１に面した側壁の表面に赤外線を吸収する選択吸収膜２９を装着し、真空断熱材２１の表面には赤外線を反射させる反射材料３０を装着している。
【００９４】
選択吸収膜２９は、断熱壁１９の材料（例えば、耐熱性のセラミック材料（シリカ、アルミナ等）、樹脂材料（フェノール樹脂、フッ素系樹脂等）や熱伝導率の小さい金属（例えば、ステンレス等））に赤外線を吸収する塗料（例えば、マンガン系の塗料やカーボンブラック系の塗料等）を塗布するか黒色のめっき処理（例えば、黒クロムめっき、無電解ニッケルめっき等）を行って、赤外線を吸収した後に放射を抑制して、熱交換器６に熱をとどめるようにしている。
【００９５】
反射材料３０は、赤外線反射成分の金属粉体（例えば、銀、アルミニウム等）や炭化物粉体（例えば、チッ化珪素、炭化珪素等）や金属酸化物（酸化チタン、酸化スズ、アンチモンドーブスズ酸化物、スズドーブインジウム酸化物等）で構成され、フッ素系樹脂を用いて真空断熱材２１の表面に塗膜を形成している。
【００９６】
また、反射材料２２は、真空断熱材２１に沿ってアルミ鏡面板等の研磨した金属板を装着する場合もある。
【００９７】
また、断熱壁１９は、真空断熱材２１に面した側壁の表面に装着した選択吸収膜２９と真空断熱材２１の表面に装着した反射材料３０との間に空間３１を設けている。
【００９８】
この空間３１により、断熱壁１９からの赤外線が直接、真空断熱材２１の反射材料３０に到達し、反射性能を向上して真空断熱材２１の温度上昇を防止するようにしている。また、空間２９は、内部に空気よりも熱伝導率の小さな不活性ガス（例えば、クリプトンガス等）を充填し、断熱壁１９から熱伝導や対流で放熱する熱を低減して、真空断熱材２１の温度上昇を防止するようにしている。
【００９９】
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。
【０１００】
集熱部１や熱交換器６（あるいは熱交換器６を覆う外装断熱材１８）の温度が上昇すると赤外線が放射される。赤外線は、外装断熱材１８の内部で反射したり外装断熱材１８や細かな空気層に吸収されて、外装断熱材１８の温度を上昇させ、新たな赤外線を放射させる。
【０１０１】
それが断熱壁１９に到達すると、断熱壁１９の温度が上昇しそこから赤外線が真空断熱材２１に向かって放射される。この赤外線を反射材料３０で反射し、断熱壁１９側に戻して選択吸収膜２９で吸収し、真空断熱材２１に再度放射する赤外線を防止して、真空断熱材２１の温度を使用範囲に維持するようにしている。
【０１０２】
また、空間３１を介して断熱壁１９から放射される赤外線は、直線的に反射材料３０に到達し、その反射も直線的に行われ反射量を増加させて放射熱を遮断することにより、真空断熱材２１の温度上昇を防止するようにしている。
【０１０３】
また、空間３１に空気よりも熱伝導率の小さな不活性ガスを充填しているので、断熱壁１９からの熱伝導や対流による放熱を防止して、断熱壁１９側に熱を留めるようにして、熱交換器６を高温に維持するようにしている。
【０１０４】
また、不活性ガスを充填することで、高温の熱交換器６を覆い安全性を高め、断熱壁１９や真空断熱材２１の劣化を防止して、長期間の使用に耐えるようにしている。
【０１０５】
以上のように、本実施の形態においては、断熱壁１９の表面に赤外線を吸収する選択吸収膜２９を装着し、真空断熱材２１の表面に赤外線を反射させる反射材料３０を装着したので、反射材料３０で反射した赤外線を選択吸収膜２９で吸収し、その熱を断熱壁１９側に戻すので、真空断熱材２１の温度上昇を防止して、真空断熱材２１の高温劣化を防止することができる。
【０１０６】
また、本実施の形態においては、断熱壁１９の表面に装着した選択吸収膜２９と真空断熱材２１の表面に装着した反射材料３０との間に空間３１を設けたので、断熱壁１９からの赤外線が直接に真空断熱材２１の反射材料３０に到達して反射性能が向上し、選択吸収膜２９で熱を吸収し、その熱を断熱壁１９に留まらせ、真空断熱材の温度上昇を防止して、真空断熱材の高温劣化を防止することができる。
【０１０７】
また、本実施の形態においては、断熱壁１９は、真空断熱材２１との間に設けた空間３１に熱伝導率の小さいガス（例えば、クリプトンガス）を注入したことにより、断熱壁１９から真空断熱材２１への熱伝導を防止するので、真空断熱材２１の温度上昇を防止して、真空断熱材２１の高温劣化を防止することができる。
【０１０８】
また、本実施の形態においては、断熱壁１９の熱交換器６側には、反射材料２２を装着
して、断熱壁１９に吸収される赤外線を減少させて、真空断熱材２１の温度低下に効果を得ることもできる。
【０１０９】
また、本実施の形態の空間３１は、外装１７や断熱壁１９の構成を強化し、密閉構造にして真空に保ち、断熱壁１９からの熱伝導を完全に遮断することも可能である。
【０１１０】
（実施の形態４）
図６において、２３は、太陽熱を受けて回収する集熱器で、この集熱器２３の熱を蓄熱槽２６に伝えるために、循環ポンプ２４を途中に設けた回路２５（閉回路）を設けている。
【０１１１】
回路２５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）。熱媒体９は、集熱器２３で加熱されて蒸気になり蓄熱槽２６に送られ、そこで熱交換することで凝縮し液体となる。
【０１１２】
この熱媒体９を循環ポンプ２４で再度集熱器２３に送るようにしている。この動作を繰り返すことで、蓄熱槽２６に熱を貯めるようにしている。蓄熱槽２６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。
【０１１３】
３２は、蓄熱槽２６の熱を利用して形成した熱媒体３３の蒸気を蒸気タービン３４に供給する供給ポンプで、蒸気タービン３４から排出された熱媒体３３を再度蓄熱槽２６に送る回路３５（閉回路）の途中に設けている。
【０１１４】
この回路３５内を循環する熱媒体３３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３３は、超臨界状態のＣＯ２や液体空気を用いる場合もある）。また、回路３５の蒸気タービン３４と供給ポンプ３２の途中に貯湯タンク３６を設けて、蒸気タービン３４に運動エネルギを与えた後の高温蒸気の熱を利用して、貯湯タンク３６に湯を貯める。
【０１１５】
熱媒体３３は、この貯湯タンク３６に熱を伝えるときに凝縮して液体となり、再度蓄熱槽２６に送られて加熱され熱媒体３３の蒸気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３４に設けた発電機３７により発電しながら貯湯タンク３６にお湯を貯めるようにしている。貯湯タンク３６に貯められたお湯は、給水ポンプ３８により給湯用や暖房用に供給されるようにしている。
【０１１６】
このように、集熱器２３で回収した熱を利用して蒸気タービン３４を回転させる太陽熱ランキンシステム３９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４０を構成するようにいている。
【０１１７】
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。
【０１１８】
まず、蒸気タービン３４に供給する熱媒体３３の蒸気を形成するためには、循環ポンプ２４を作動し、熱媒体９を回路２５内に循環させ、太陽の熱を受けた集熱器２３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２６に送る。
【０１１９】
蓄熱槽２６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２６で凝縮して液体となり、循環ポンプ２４により再度、集熱器
２３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２６に維持するようにしている。
【０１２０】
蓄熱槽２６に所定の熱量が蓄積されると、回路３５に設けた供給ポンプ３２で、熱媒体３３を循環させ蓄熱槽２６で２００℃程度の熱媒体３３の蒸気を形成し、蒸気タービン３４に供給する。この蒸気の運動エネルギにより、発電機３７を回転させて、発電を行うようにしている。
【０１２１】
蒸気タービン３４から排出した熱媒体３３の蒸気は、貯湯タンク３６に送られ、水と熱交換を行い、その熱は貯湯タンク３６内にお湯として貯められる。熱媒体３３の蒸気は、貯湯タンク３６内で凝縮し、液体となって供給ポンプ３２により蓄熱槽２６に送られ、再度加熱され蒸気を形成するようにしている。
【０１２２】
この動作を繰り返すことにより、蒸気タービン３４で発電しながら貯湯タンク３６にお湯を貯め、給湯や暖房の必要なときに給水ポンプ３８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４０を構成するようにしている。
【０１２３】
以上のように、本実施の形態においては、外装１７内に外装壁と集光部１と熱交換器６を仕切るように設けた断熱壁１９と外装壁で構成する収納室２０に真空断熱材２１を装着したので、真空断熱材２１の温度上昇を断熱壁１９で防止して、真空断熱材２１の劣化を防止し長期間わたって外装１７からの放熱を低減することができ、コージェネレーションシステム４１の熱効率を向上することができる。
【０１２４】
また、断熱壁１９により熱交換器６からの熱を遮断して、収容室２０内の温度を低下させるので、使用温度の低い一般的な（冷蔵庫等に使用している真空断熱材）真空断熱材２１を使用して、コージェネレーションシステム４０のコストダウンを図ることができる。
【０１２５】
また、集熱器２３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２３の熱効率を向上するので、蒸気タービン３４の回転に必要な熱媒体３３の蒸気の形成に必要な高温の熱を蓄熱槽２６に供給することができる。
【０１２６】
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２３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。
【０１２７】
また、独立した集熱用の回路２１を構成して、集熱器２３で得られた太陽熱を蒸気タービン３４の動作に関係なく、常時蓄熱槽２６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３４で必要な熱媒体３３の蒸気を随時取り出すことができる。
【０１２８】
また、集熱器２３で得られた太陽熱を蒸気タービン３４の動作に関係なく、常時蓄熱槽２６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、熱媒体９の蒸気の持つ過剰な熱量を蓄熱槽２６で吸収するので、集熱器２３の異常な温度上昇を防止することができる。
【０１２９】
また、回路３５の途中に貯湯タンク３６を設けたので、発電に関係なく蓄熱槽２６の熱をお湯として貯湯タンク３６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。
【０１３０】
また、太陽熱を利用して熱媒体３３の蒸気を形成し、蒸気タービン３４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４０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。
【０１３１】
（実施の形態５）
図７において、集熱器２３で形成した熱媒体９の蒸気を循環ポンプ２４より、回路２５（閉回路）で直接蒸気タービン３４に送り、蒸気タービン３４を回転させて発電機３７により発電を行い、また、回路２５の蒸気タービン３５と循環ポンプ２４の途中に貯湯タンク３６を設けて、蒸気タービン３４に運動エネルギを与えた後の高温蒸気の熱を利用して、貯湯タンク３６に湯を貯めるようにしている。
【０１３２】
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。
【０１３３】
熱媒体９は、この貯湯タンク３６に熱を伝えるときに凝縮して液体となり、再度集熱器２３に送られて加熱され蒸気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３４に設けた発電機３７により発電しながら貯湯タンク３６にお湯を貯めるようにしている。貯湯タンク３６に貯められたお湯は、給水ポンプ３８により給湯用に供給されるようにしている。
【０１３４】
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４０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。
【０１３５】
また、集熱器２３で得られた太陽熱を蒸気タービン３４の動作に関係なく、常時貯湯タンク３６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、熱媒体９の蒸気の持つ過剰な熱量を貯湯タンク３７で吸収するので、集熱器２３の異常な温度上昇を防止することができる。
【０１３６】
（実施の形態６）
図８において、集熱器２３で形成した熱媒体９の蒸気を循環ポンプ２４より回路２５（閉回路）で直接蒸気タービン３４に送り、蒸気タービン３４を回転させて発電機３７により発電だけを行うようにしている。発電した電気は、バッテリー４１に充電するようにしている。バッテリー４１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。
【０１３７】
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。
【０１３８】
熱媒体９の蒸気は、蒸気タービン３４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２３に送られて加熱され蒸気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３４に設けた発電機３７により発電を行うようにしている。
【０１３９】
発電機３７により発電した電気は、バッテリー４１に充電し、天候により集熱器２３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。
【０１４０】
以上のように、本実施の形態においては、集熱器２３と循環ポンプ２４と蒸気タービン３５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。
【０１４１】
また、発電した電気をバッテリー４１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４１で吸収し、集熱器２３と蒸気タービン３４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】
【０１４２】
以上のように、本発明にかかる集熱器は、外装からの放熱を防止し、エネルギ密度の低い太陽光から熱を回収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】
【０１４３】
【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】同集熱器の側断面図
【図３】同集熱器の横断面図
【図４】本発明の実施の形態２における集熱器の正断面図
【図５】本発明の実施の形態３における集熱器の正断面図
【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における太陽熱ランキンシステムの構成図
【符号の説明】
【０１４４】
１  集熱部
２  反射部
３  集熱開口
６  熱交換器
９  熱媒体
１０  熱媒体通路
１５  透過体
１７  外装
１９  断熱壁
２０  収納室
２１  真空断熱材
２２  反射材料
２３  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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