(57)【要約】【課題】    従来のボイラーは化石燃料を消費して天然資源の消耗と排煙排熱騒音等を併発している。【解決手段】  この発明は太陽光をレンズで集光熱してボイラーを加熱する方法である。レンズは太陽運行の時系列追跡とレンズの自動焦点調節とを従来の自動追跡技術等の応用で調節することにより昼間太陽出現時は常時加熱が可能である。夜間或いは雨天時等太陽が見えない時はこのボイラーに併設してある従来の燃焼罐で重油等を燃焼する。風雨雪塵埃等からの汚染防止と保温のため施設全体を透明な資材製のドーム状建屋で覆う。これにより資源の消耗と排ガス等の低減に若干なりとも寄与可能である。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レンズを使用して太陽光を集光集熱しボイラーを加熱する方法
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は燃料の代わりにレンズで太陽光を集光集熱してボイラーを加熱するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のボイラー（以下ボイラー）は石油等化石燃料等を燃料にしている。
【特許文献１】特開平７一２１８００２号公報
【特許文献２】特開平７一３５４１８号公報
【特許文献３】特開２００４一９６８２１公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ボイラーは化石燃料等の資源を減少させ炭酸ガス等を排出させているが、本発明は太陽光熱を熱源にする低公害省資源型のボイラーを提供して資源減少と環境汚染の逓減に資する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
ボイラーを加熱する手段として太陽光熱を利用する。太陽光熱を集光集熱する方法
はレンズ（光学レンズ等）を使用する。ボイラー外板に受光熱帯を装着し太陽光熱線をレンズによってこの受光熱帯に焦点照射しボイラー内部の水を加熱する。このボイラーには従来の燃焼機関罐等の設備も併設する。さらにレンズボイラー施設全体を風雪雨塵埃等の汚染防止と保温のためにプラスティック製等の透明なドーム状建屋で覆う。夜間や太陽光熱線が期待できない場合並びにレンズ照射を開始してから水蒸気を発生するに至るまでの間はこの併設の燃焼機関部系統を稼動させ、レンズによる照射加熱と相互連携して蒸気発生を不断継続する。
【発明の効果】
【０００５】
このレンズボイラーは夜間や太陽が見えない時には併設の従来燃焼機関罐で化石燃料等を燃焼させるが、昼間太陽が照射している時は燃焼を止めてレンズ照射でボイラーを加熱するので省資源と環境汚染逓減ができる。気象庁の記録によると東京地域における１９７５年から２００５年の３０年間の年間日照時間の年平均は２，０００時間で１年間８，７６０時間《２４時間/１日×３６５日＝８,７６０時間》の２２．８％に相当し、この内レンズ照射を開始してから水蒸気を発生させる温度に受光熱帯を加温し維持できる時間帯の割合（有効日照時間比）を５０％とすると《１日当り２時間４４分》、例えば当地域の石油ボイラーの年間石油燃焼消費量の１１．４％《２２．８％×５０％≒１１．４％》が節約可能。気象庁データから高温で日照時間が多い南大東島や父島や
南鳥島等でこのレンズボイラー併用のボイラーで発電し本土等に送電することや、世界の晴天高温率の高い地域で活用することが良い。
【０００６】
このレンズボイラーは従来の火力発電所や工場や大型船舶等の発電機用ボイラーに併設可能である。他に熱帯地方や砂漠海上山岳地帯寒冷地方等殆どの場所における火力発電機用ボイラーに併設可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
レンズボイラーの原理はボイラー本体外板に受光熱帯（重油等の燃焼炎を直接受けるボイラー罐の役割をする部分）を溶接やリベット等で装着し、レンズによってその受光熱帯に太陽光を集光集熱焦点照射して受光熱帯を加熱し、ボイラー内部の水を加温沸騰させ蒸気を発生させるものである。レンズ照射は早朝から開始し有効日照時間比の増加を目指す。
【０００８】
レンズは光学レンズ（凸レンズや凹レンズやフルネルレンズや水レンズ等）を使用する。水レンズは大型化が可能なため大型ボイラーにも使用できる。
【０００９】
レンズボイラーはボイラー１とレンズ２と常時太陽の年間軌跡や日時軌跡を追跡する自動太陽追跡集光装置３（従来技術を利用）と３に接続して太陽光線光軸が複数の各レンズ２の中心部を通り受光熱帯４に焦点照射するための光軸自動調節装置５と５に連動する自動焦点調節装置６（カメラ等に使用の従来技術を応用）を装着した陽光分配ダクト７と、陽光不足や日陰となる受光熱帯４の部分に充分に陽光を照射するためと７による陽光分配を補足するため受光熱帯４の部分に太陽光熱を転照射するための自動太陽追跡集光装置３と連動する凹レンズ８と反射鏡９と３，５，６，７，８,９を統括制御するコンピューターによる自動制御装置等１３で構成する。自動制御装置は既存技術の組合せで実現可能である。
【００１０】
陽光分配ダクト７は内部に耐熱性の熱反射率が良い材質の光熱線反射鏡を内包して３で集受光した光熱線を通過させダクト端末の５と６を経て各レンズや反射鏡や凹レンズに光熱線を配布する。８５℃の耐熱性がある従来の光ファイバーケーブルでも長さが１０メートル以内であれば熱の損失が少ないので使用できる。９月上旬の仙台市域における午前１１時頃の風速１メートル程の屋外無蓋状態での太陽光熱約３０分間の直射温度は４８℃でそれ以上は上がらなかったことから光ファイバーケーブル内部を太陽光熱が通過しても８５℃以上にはならない。また風速１メートル程の屋外無蓋状態での直径１０ｃｍの凸レンズの焦点温度は約１分４０秒で２５３℃になったが風と雲が出てきたので計測を中止。レンズを風防耐寒性透明容器内に収容すれば集光熱した場合はさらに高温になると思料する。またレンズを大きく厚くしたりフルネルレンズや放物面反射鏡等で集熱性能を高めて受光熱帯４への熱量を高温にすることもできる。
【００１１】
ボイラー本体の受光熱帯４はボイラー内部の水を直接加熱するものであるから銅製板等熱吸収率が良い材料を使用する。受光熱帯４の内側には伝熱棒１５を装着する。また受光熱帯４の形状はボイラーの大小形状に応じて矩形を４面や６面や８面等とする角柱形或いは円柱形に形成し、できる限り陽光を受ける面積を増やすため可能な限りボイラー本体外側全体を受光熱帯で覆う。
【００１２】
０００９のレンズ２と自動太陽追跡集光装置３と光軸自動調節装置５と自動焦点調節装置６と陽光分配ダクト７と凹レンズ８と反射鏡９各１個を組合せたものを１レンズユニットとする。
【００１３】
ボイラー１基について受光熱帯４の全域に熱線焦点を照射するために複数のレンズユニットを装備する。複数のレンズユニットを含めたレンズボイラー全体を総合的にコントロールするために総合制御装置を別途設置する。
【００１４】
夜間や雨天等太陽が見えない場合並びにレンズ照射により受光熱帯が蒸気発生可能温度に達するまでの間（未達日照時間）はこのボイラーに併設してある従来の燃焼機関部（ボイラー罐（バーナー））１４と伝熱管１５と外部接続管１６と排気管等１７をもって重油等を燃焼させる。
【００１５】
ボイラー外板のうち受光熱帯を除く部分は保温材等で養生する。また風雨雪塵埃等の汚染防止と保温のためボイラーやレンズや付属設備等の施設全体をガラス或いはプラスティック製等の透明なドーム状の建屋で覆う。建屋の屋根等の汚染を掃除して採光を良好な状態に維持するために屋根外部自動清掃機（ワイパー様等）を設置する。  
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】既設の燃焼機関系１４、１５、１６、１７を装着している従来ボイラー１にレンズ２と自動太陽追跡集光装置３と受光熱帯４と光軸自動調節装置５と、自動焦点調節装置６と陽光分配ダクト７凹レンズ８と反射鏡９と自動制御装置等１３と架台基礎１２と伝熱棒１８と発電機１１とタービン１０を組立てた状態の本発明の概念図
【図２】レンズボイラーにおける複数ユニットの取り付け事例（正面から見た図と横から見た図）
【符号の説明】
【００１７】
１ボイラー              燃焼系統熱伝系統等を装着したままの従来ボイラー
２レンズ                光学レンズ（凸レンズ等）
３自動太陽追跡集光装置  従来の太陽観測望遠鏡用追跡装置と同様の装置
４受光熱帯              ボイラー本体外板の一部に設置する  銅等熱伝導率の良い材質の金属材等を使用
５光軸自動調節装置      凸レンズ凹レンズ反射鏡の陽光光軸角度調節用
６自動焦点調節装置      カメラ等の自動焦点技術を利用する
７陽光分配ダクト        ３の陽光を複数の凸レンズ反射鏡凹レンズに分配する
８凹レンズ              日陰や光線不足場所にも陽光を焦点照射する
９反射鏡                日陰部分のレンズに太陽光を転光する
１０タービン              発電機用（１１共ボイラー本体への取付位置は適宜）
１１発電機            
１２架台基礎              レンズボイラーの据付架台基礎
１３自動制御装置等        ３と５と６と７と８のコントロール装置等
１４ボイラー罐（釜）      併設のボイラーのバーナー
１５伝熱管                １４による熱風（熱ガス）の導管
１６外部接続管            重油空気等の補給用管
１７排気管等              １４の排気ガス１５の温度逓減ガス循環管等用
１８伝熱棒                受光熱帯内部に固着  図１では２本目以下略記  本数や形状は設計時に決める
【図１】
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【図２】
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