(57)【要約】【課題】屋上設置式の焦線型太陽熱発電装置の発電端単価の低コスト化を実現することが課題である。【解決手段】集熱温度の大幅な高温化を図り、熱効率等の高効率化を実現し、結果として、発電端単価の低コスト化を実現する。屋上設置の為に、焦点型集熱方式は、適用不可であるが、改良焦線型集熱管にて焦点型集熱と同等の高温度を得る。この高温度を実現する為に、最終目的硝子管と近似形状で環帯状に溶融流下する硝子を、押圧整形して集熱管を得る。集熱管は内面に放物集光鏡面を、外面にはフレネルレンズ面を含むように押圧整形される。この他に、太陽熱発電装置の付帯コスト、運用コスト、構成部品、例えば一軸ユニット等の、コスト、の各諸コストの低コスト化を実現する諸手段が、集熱管に関連して発明されている。【選択図】　　　図１
2004069278.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉛直下方に環帯状に溶融流下する硝子材を押圧整形して硝子管を製造することを特徴とし、かつ当該硝子管は内面に集光面を有するように押圧整形することを特徴とし、かつ硝子管の面にフレネルレンズ面を有するように押圧整形することを特徴とし、かつ硝子管の製造過程に於いて硝子管を鉛直方向に支持する方法が硝子管の管長方向に関して平衡荷重支持であることを特徴とし、かつ当該硝子管を真空容器として兼用利用して、硝子管内面の集光面に集光用反射膜を成膜して、当該硝子管を集光作用のある集熱管とすることを特徴とし、かつ当該集熱管の内部を真空断熱することを特徴とし、かつ集熱管毎または集熱管の列毎の太陽追尾を特徴とする、屋上設置式の改良焦線型太陽熱発電装置。
【請求項２】
太陽追尾用駆動機構は安全用の反転駆動機構を兼用することを特徴とし、かつ集熱管の背面に破壊予防具を装着することを特徴とし、かつ蒸気タービンと高圧ポンプと発電機ローターの回転軸が１軸結合された非接触回転軸であることを特徴とし、かつ蒸気タービンと復水器と発電機ローターと高圧ポンプと高圧水配管が一体密閉空間を成すことを特徴とし、かつ蒸気タービンが集熱管の真空部分と連結した真空空間で真空断熱、真空遮音されたことを特徴とする、「請求項１」に記載の屋上設置式の改良焦線型太陽熱発電装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地上設置に比べて設置条件の厳しい、住宅の屋上、工場の屋上、都市ビルの屋上、公共建造物の屋上等に設置可能な焦線太陽熱発電装置に関する。関連業界等の呼称慣例は、太陽電池による太陽光エネルギー利用の発電が太陽光発電と呼ばれているのに対して、同じ太陽光エネルギー利用の発電でありながら、太陽光エネルギーを熱エネルギーに変換し更に電気エネルギーに変換する発電方式は太陽熱発電と呼称され、太陽光発電とは呼ばない。本発明の記述に於いては、この呼称慣例に従って太陽光発電とは記述せず、太陽熱発電と記述する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の技術について、項目（１・１）焦線型太陽熱発電技術、（１・２）硝子管製造技術，の順に説明する。なお項目（１・２）の技術分野については、本発明に密接な関連があり、かつ本発明の説明に必要な最低限の側面、のみ部分説明するものであって、網羅的に技術事項を説明する訳ではない。なお、フレネルレンズを太陽光の集熱に適用する出願は、特開平７−９２３０９等があるがいずれも本発明に抵触するものは無い。
【０００３】（１・１）焦線型太陽熱発電方式の従来技術について図を参照して説明する。図３３は集熱形式の概念図である。図の（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）各部分図はそれぞれ平面式、焦線式、焦点式の集熱形式を示す。なおＳＢＭは太陽光線、２は熱吸収管であり、ＲＦＬは集光鏡である。図３４は焦線型の集熱の模式図であり、太陽光線ＳＢＭが集光鏡ＲＦＬで反射されて熱吸収管２に集光される様子を示す。（Ａ）部分図が斜視図、（Ｂ）部分図が断面を示す。なお集光鏡面の形状は単一放物面形状が望ましいが製作コストなどを考慮して、多数の平面鏡による近似放物面、合成放物面、タワー型等々（但しこれらはいずれも集光効率が犠牲になる）も考案されている。
【０００４】また放物面集光鏡は、朝・昼・夕の時間経過とともに、太陽位置の変化に追随して、集光鏡設置角度を駆動機器によって変化させる、いわゆる太陽追尾が必要であるが、太陽追尾に必要な駆動機器コストおよび付帯コストを低減または削除するために、太陽追尾を省略する場合もありこの場合は太陽光集光効率が犠牲になる。太陽追尾無しの場合に於いて、静止型集光鏡の集光特性を改善する、出願（公開特許公報（Ａ）昭６０−７８２５１、等々）も提案されている。この昭６０−７８２５１の場合は集光鏡が単一放物面でなくインボリュート等の曲面である。なおこの既出願は真空断熱をも特徴としている。平１−２９１０６１のように、従来の複合集光鏡いわゆるＣＰＣの集光特性を改良する新型ＣＰＣを趣旨とする出願もある。集光鏡形状に関してはこの他に、特開２００１−２８９５１６のように集光鏡のプレス（この場合は金属板のプレス）製造方法に特徴を有する出願、超臨界火力発電のランキン蒸気サイクルの再熱・再生サイクルの概念を太陽熱発電装置の蒸気サイクルに適用して、蒸気サイクルの熱効率の向上を図る、特開平４−２１９４７０等々の出願がある。
【０００５】図３５は熱吸収管付近の拡大概念図である。図３５の（Ａ）部分図に示すように熱吸収管は太陽光を透過する透明な硝子管ＶＧＰの内部に設置される。硝子管ＶＧＰの内部は、高温の熱吸収管からの、空気の伝熱による、熱損失を防ぐために真空になっていて、真空断熱されている。なお管内は真空であるため、管の材質は硝子であり、透明プラスチックス材質は気体透過性およびガス吸着性を有するために使用されない。なお（Ｂ）部分図に於いて熱吸収管２の内部は斜線でハッチングされたように熱媒体があり、取り込まれた太陽熱エネルギーを輸送する役割を果たす。
【０００６】前述の硝子管断面は通常は円形であり、内面は波長選択透過・吸収膜が蒸着されている。図３５の（Ｃ）部分図に示すように、熱吸収管からの輻射熱線ＲＴ１、ＲＴ２は、輻射熱線ＲＴ１のように硝子管ＶＧＰの外部に散逸せず、輻射熱線ＲＴ２のように硝子管内部に反射されて閉じ込められ、熱損失を招かないようにされる。なお波長選択透過・吸収膜は図３５の（Ｂ）部分図に示すように、集光鏡で反射されて集光して来る太陽光線ＳＢＭは反射してはならず、透過して取り込まなければならないので、太陽光線の主要波長域（通常、約２．５ミクロンより短波長側）は透過し、熱吸収管からの熱輻射線の主要波長域（通常、約２．５ミクロンより長波長側）は透過せずに反射する、波長選択特性が要求される。但し波長選択透過・反射膜の蒸着コスト低減のため、太陽熱発電効率の低下と引き換えに波長吸収膜を施さない場合もある。なお、熱吸収管にも波長選択特性表面処理が施されている。この処理は、熱吸収管の熱輻射波長領域の分光輻射率を小さくし、太陽光の波長域の吸収率を大にする工夫、即ち、波長選択吸収膜処理である。
【０００７】図３６は熱媒体の代表的な循環を示す模式図である。特開平８−４６２４６のように、熱電変換素子で太陽熱エネルギーを直接電気エネルギーに変換する場合を除き、太陽熱発電装置は、通常は、熱−機械−電気の順にエネルギー変換をする。図３６に於いて、焦線型の集熱管１で集熱された太陽熱エネルギーは熱吸収管２の内部の熱媒体によって輸送される。図中のブロック矢印は熱媒体の循環する方向を示す。即ち熱吸収管２、一次側配管Ｐ２Ｐ、熱交換機ＨＥＸ、一次側ポンプＰＰＲ、一次側配管Ｐ２Ｐ、熱吸収管２の順に循環し、熱交換器ＨＥＸで二次側にエネルギー輸送される。熱交換器ＨＥＸの二次側では、蒸気タービン３１によって熱・機械エネルギー変換され、更に発電機３３によって機械・電気エネルギー変換される。なお図３６は代表的な循環方式であり、各種変形方式がある。即ち、一次側で発電し熱交換器の必要の無い方式のもの、蓄熱器のある方式のもの、等々である。
【０００８】集光鏡は多数並置されて、筺体に収納される（例えば特開２００１−２４８５３９の図１参照、等々）場合が多い。図３７は代表的な集熱部パッケージの模式図である。焦線型集光鏡は金属板をプレス加工して製造され、熱吸収管および配管と共に筐体内に収納される。筐体の前面は透明な前面窓Ｗ２Ｇで、雨水、ゴミなどが侵入しないように密閉カバーされる。図３７の（Ａ）部分図は集熱部パッケージの平面図で、（Ｂ）部分図は断面Ｂ−Ｂの矢視図である。乾燥地域である、米国モハベ砂漠（土漠）地域に設置された、地上設置の例では、集光鏡はカバー無しである。
【０００９】（１・２）次に硝子管製造技術について説明する。硝子管製造技術はダンナー法、アップドロー法、ダウンドロー法が知られている。ダンナー法は、溶融硝子リボンを、斜め下方向の回転軸を回転中心とするマンドレル（スリーブとも言う）上に流下させ、マンドレルで巻き付けて硝子管を形成し、マンドレル上の高温硝子管を斜め下方に滑らせて整形し、水平方向に管引きして連続生産する方法である。ダンナー法の部分改良の出願例は、特開平５−２９４６５１、特開平７−１７２８５２、特開平１１−９２１５７等、多数ある。ダンナー法は断面が円形の硝子管に適用され、製造可能な最大直径は１３０ｍｍ程度とされている。
【００１０】アップドロー法は図３８の（Ａ）部分図のように、溶融硝子ＭＧＬ内に圧縮空気ＡＩＲを吹き込み、かつ冷却しながら管引きローラーＧＤＲで鉛直上方に引き上げ、所定長さにて硝子切断器ＧＣＴで切断し、硝子管を製造する方法である。アップドロー法では最大直径２２０ｍｍ程度の円形硝子管が製造可能である、管断面の形状精度はダンナー法、ダウンドロー法よりも劣る。ダウンドロー法は図３８の（Ｂ）部分図のように、溶融硝子ＭＧＬを、底部に環状の開口絞りＯＦＳを有するロート状の容器（通称スパウト）ＳＰＴに導き、環状の開口絞りＯＦＳを貫通する中空の管状マンドレルＭＤＲと、開口絞りＯＦＳの隙間から溶融硝子を流下させる。マンドレルＭＤＲの上端からは圧縮空気ＡＩＲを吹き込み硝子管に内圧を与えながら、図示していない管引き器の牽引力でマンドレル先端から硝子管を引き出す。多くのダウンドロー法の提案のうちで、管形状精度の向上を特徴とするものは例えば、特許公報、昭４６−９１４７等がある。
【００１１】ダウンドロー法は図３９の部分図（Ａ）に示すように、硝子管が軟化状態であるうちに水平に曲げて、管引き器ＧＤＭの牽引力で水平方向に管引きしてガラス管を生産する水平型と、部分図（Ｂ）に示す垂直型がある。水平型は最大直径５０ｍｍ程度、垂直型は最大直径２５０ｍｍ程度がそれぞれ製造可能とされている。なお、硝子管製造に関する、従来出願に於いては、前述のダンナー、アップ、ダウンの各硝子管の製造法に於いて、硝子管製造工程中に、本発明が開示する押圧整形を含む出願事例は無いので引用しない。以上で硝子管製造技術説明の項目（１・２）を終わる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
太陽熱発電装置の問題点は発電単価の低コスト化である。本発明が解決しようとする基本課題は太陽熱発電装置、特に屋上設置可能な焦線型太陽熱発電装置の発電単価の低コスト化である。低コスト化がいかに問題点であるかは、太陽熱発電が現実的には、ごく一部の気候条件（日射条件）の良い地域、例えば、前述の米国・モハベ砂漠等に例外的に設置されているのみであることが、如実に示している。例えば、日本では全く普及していないことが、低コスト化が課題であることを端的に示している。湿潤気候の日本は全日射量の内、太陽熱発電に必要な直達日射量成分が、砂漠気候地方に比べて不足して発電コスト的に不利だからである。発電単価の低コスト化は、太陽熱発電装置の重要コストでもある、敷地コストの問題を含む。大砂漠のない、人口稠密な日本に於いては、屋上は敷地コストの問題が少ない。本発明が、主として屋上設置用途の太陽熱発電装置に関して行われた背景である。
【００１３】日本は気象的に太陽熱発電に不向きであるとの評価がなされている。太陽熱発電装置の実際稼動例では、日本では過去に、四国の仁尾町にテストプラントが設置され１９８１年に稼動したが、『サンシャインプログラムでは、（途中引用省略）・・・。当初は太陽熱発電に重点がおかれ、四国に１ＭＷクラスのシステムが建設されて実証試験がおこなわれた。しかし稼働率が５％未満と低く、日本の気象に適さないということで、大型太陽熱発電システムの研究はすでに終了している。』（かぎ括弧内は次の文献からの引用である。文献：湘南工科大学紀要第３４巻１号、２０００年３月、２８ページ）。『熱発のようにわが国の日射条件のもとで実用性に乏しいエネルギー技術は不適と評価され』，『わが国には、現在、熱発をはじめ注目すべき太陽熱利用技術の開発計画はない』（かぎ括弧内は次の文献からの引用である。雑誌：月刊エコインダストリーＶｏｌ．５Ｎｏ．１，２０００年、２１、２２ページより、なお熱発は太陽熱発電技術の省略記述である）。湿潤であり、太陽熱発電に必要な直達日射エネルギーが全天日照エネルギーの６割程度以下である日本では、発電コスト的に不向きであると評価されて以来技術開発は停滞している。なお太陽電池による太陽光発電は発電単価が商用電力（即ち、電力会社が発電する火力・原子力・水力発電の電力）の発電単価に及ばないのは公知である。日本では、現状では、地上用・屋上用を問わず商用電力網にコスト的に匹敵し得る太陽熱発電装置の普及は実質的にはゼロ％である。従って、低発電単価の太陽熱発電装置の実現効果は大きい。
【００１４】発電単価の低コスト化という基本課題に対応するために、焦線式太陽熱発電装置に関して、先ず、大口径、長尺、光学級の表面形状精度を有する硝子管の製造を可能にすることを共通課題とし、その上で次の三点を本発明が解決しようとする個別課題とする。即ち、共通課題：大口径、長尺、光学級の表面精度の各特長を有する硝子管の製造を可能にする。この硝子管は真空蒸着処理されて集熱管になる。個別課題▲１▼：太陽熱発電装置の高効率化、および、個別課題▲２▼：集熱管の低コスト化を主とする太陽熱発電装置の低コスト化、および個別課題▲３▼：硝子管の破壊対策コストの低減化である。前記▲１▼、▲２▼、▲３▼の課題を解決することは結果的に、発電端単価（以降、１キロワットアワー（ｋｗ・ｈｒ）当たりの発電コストを発電端単価と呼ぶ）の低コスト化をもたらす。なお硝子管の、大口径とは開口幅２５０ｍｍ以上級のことである。集光鏡コスト、集光効率の観点では、小口径の反射鏡を多数並置するよりは、大口径の反射鏡を少数（但し合計集光面積では両者同じ）並置するほうが良い。但し、屋上設置の制限から、あまり背の高い反射鏡は、強風下に曝される屋上に設置することは問題がある。更に、屋根強度の観点から、軽量であり、また集中荷重よりは分散荷重が望ましい。これらを考慮して開口径は２５０ｍｍ前後とする。長尺とは最長数メートル（例えば４〜５メートル級）をさす、これは後述の運搬関係のコストへの配慮である。光学級の表面形状精度とは、十分細い（直径数ミリメートル以下、代表的にはΦ２．５ミリメートルの）熱吸収管に集光できる精度（後述参照）を意味し、光学レンズ、光学精密反射鏡、光学プリズムなどの超精密光学部品の面精度ほどではないがそれに匹敵する面精度を意味する。
【００１５】前述の、本発明が解決しようとする個別課題：▲１▼、▲２▼の解決が基本的課題（発電単価の低コスト化）に直結するのは明らかである。前述の個別課題：▲３▼は屋上設置にも起因する課題である。例えば、降雹に対して、集熱管の硝子肉厚を厚くして破壊しない強度を持つように対策すれば、硝子肉厚が厚くなることに起因して、材料コスト、運搬コストなどの様々な点で、集熱管が高コストになる。降雹以外に、破壊要因は台風などの強風による石、大枝などの固形物の飛来衝突、地震などがある。前述の個別課題▲３▼の解決も結果的には発電単価の低コスト化に直結するのは明らかである。
【００１６】前述の公開特許公報（Ａ）昭６０−７８２５１、平１−２９１０６１は硝子管の具体的製造方法などが不明であり、また本発明の形状の集熱管とも形状が異なる。また特開２００１−２８９５１６は金属板のプレス成形で反射鏡を生成する技術であるが、高温軟化硝子の成形或いは整形とは根本的に別技術である。特許公報、昭４６−９１４７は、高温の硝子管が低温金属ダイスに接触して硝子管が熱収縮する熱収縮圧力とそれを引き戻そうとする真空圧力との微妙な圧力バランスで硝子管の形状を制御するものであり、精密光学品である鏡面形状は得られない。更には当該提案は硝子管外面の形状の制御であり、本発明が必要とする硝子管内面および外面同時の形状精度に関するものではない。また前述の特開平４−２１９４７０は焦《点》式太陽熱発電に関するものであって、焦《線》式太陽熱発電装置には適用できない技術である。特開平８−４６２４６は熱・電変換素子によって太陽熱エネルギーを直接電気エネルギーに変換する技術に関するものであるが、現時点に於いては、熱・電変換型は熱・電変換素子の変換効率が低くて実用にならないとされている。
【００１７】硝子管成形に関する従来の出願においては、本発明の当該記述に該当あるいは抵触する出願はない。また本発明に於ける硝子管成形部分の記述は、特許出願分野以外でも、公知ではない。硝子管に関する既出願は管断面が円形管に関するものが殆どであり、管断面が異形（即ち円形あるいは正方形ではない断面形状は一般的に異形断面と呼ばれる）の出願は殆ど無い。更には管外面形状、寸法の制御に関する出願が殆どであり、管内面形状に関する出願は見当たらない。硝子のプレス成形は公知技術であるが、大きくともブラウン管程度で１メートル弱でありかつ不連続物体であって、数メートルに達する、しかも精密光学級表面形状が必須な硝子管につては公知ではなく出願例も無い。なお太陽追尾に関しては、本発明の当該記述部分に抵触する出願例および公知例は見当たらない。ダンナー法、ダウンドロー水平法は曲げ工程部分があるため、円形断面の管以外は適用が困難である。ダウンドロー垂直式は管外面精度は別としても、管内面精度が光学級、かつ円管でない異形管には不適である。アップドロー法は管の寸法精度が悪い。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決するために、本発明は以下の二手段を採る。先ず、第一手段に於いては、▲１▼鉛直下方に環帯状に溶融流下する硝子材を押圧整形して硝子管を製造する、▲２▼当該硝子管断面は内面に集光面を有するように押圧整形する、▲３▼硝子管の面にフレネルレンズ面を有するように押圧整形することを特徴とする、▲４▼硝子管の製造過程に於いて、硝子管を鉛直方向に支持する方法が硝子管の管長方向に関して平衡荷重支持であるようにする、▲５▼当該硝子管を真空容器として兼用利用して硝子管内面の集光面に集光用反射膜を成膜して当該硝子管を集光作用のある集熱管とする、▲６▼当該集熱管の内部を真空断熱する、▲７▼集熱管毎または集熱管の列毎に太陽追尾する。以上▲１▼〜▲７▼の要件を同時に満たす屋上設置型の改良焦線式太陽熱発電装置で発電する。次に第二手段に於いては、▲１▼太陽追尾用駆動機構は安全用の反転駆動機構を兼用させる、▲２▼集熱管の背面には破壊予防具を装着する、▲３▼蒸気タービンと高圧ポンプと発電機ローターの回転軸を１軸結合し、かつその回転軸は非接触回転軸にする、▲４▼蒸気タービンと復水器と発電機ローターと高圧ポンプと高圧水配管が一体密閉空間を成すようにする、▲５▼蒸気タービンが集熱管の真空部分と連結した真空空間で真空断熱、真空遮音されるようにする。以上▲１▼〜▲５▼の要件と、前記第一手段の要件を同時に満たす屋上設置型の改良焦線式太陽熱発電装置で発電する。
【００１９】前述の第一手段、第二手段は、基本的には、以降の考えに基づくものである。先ず、発電単価の低コスト化は、太陽熱発電装置の高効率化で達成する。高効率化は高温化で達成する。高温化はＣＰＣでは達成されないので、太陽追尾型ＳＰＣで達成する。高温化は、従来の焦線型の集光では高くとも４００度Ｃ程度が高温限界であることを考慮し、改良焦線式の集光手段を発明するに至った。改良の主要点は後述のように、フレネルレンズ作用とＳＰＣの相乗効果で焦線を等価的に圧縮して高温化を達成した。原理的には、図３３（Ｃ）部分図の点集光型のように、２０００〜３０００℃の高温化が可能（後述を参照）である。但し、後述のように、熱吸収管、蒸気タービンなどの耐熱が１２５０℃前後なので、運用上は、最高でも１２５０℃前後、コスト的には１０００℃での温度条件での運転となる。ＳＰＣは、従来は硝子管では製造法が知られていない、精密な面精度を有しかつ長尺かつ大口径なものでなければならない。当該硝子管の製造技術は前述の第一手段で解決する。第二手段は集熱管の運用法の工夫による太陽熱発電装置の低コスト化、および集熱管自身の低コスト化、集熱管に接続する機器の工夫等々によって、太陽熱発電装置の低コスト化、高効率化をもたらすものに関する。ここでＳＰＣとは集光面が単一放物面の集熱管、ＣＰＣとは単一放物面でない集光面の集熱管のことである。
【００２０】なお、後述のように、高温クリープ対応に関しては、１）熱吸収管に関しては、当該温度域ではクリープ特性の無いモリブデン細線等を巻く、２）蒸気タービンに関しては、部分的にセラミックブレード、セラミック溶射，セラミックコートなどの対応、で高圧蒸気の圧力にも耐える手段も採った。
【００２１】従来技術の蒸気温度を示す。３４６℃（日本・四国・仁尾システム）、３９０℃（米国・モハベ砂漠・ＳＥＧＳのＩＸ号機）、２８５℃（スペイン・アルメリア・ＳＳＰＳ−ＤＣＳ）が地上設置型・焦線式の代表例である。なお屋上設置式は例が無い。焦点式太陽熱発電装置であるタワー方式は焦線式より高温が得られるが一例として７００℃級である。米国・ＳＥＧＳのＩＸ号機では熱サイクル効率であるランキンサイクル効率の実績値が３７．６％である。
【００２２】本発明が指向する蒸気温度は約１０００℃であり、後述のように、高温限界（即ち、高温制限要素）は熱吸収管、及び蒸気タービンの高温度・高圧領域での強度低下および破壊（即ち、クリープ特性）である。最近の自動車用ターボチャージャー（過吸器）の技術進歩によって、自動車の高温排ガスに曝される、ターボチャージャーのガスタービン部には耐熱温度９００℃以上のニッケル系超耐熱合金が広く普及（しかも自動車産業特有の低コストにて普及）している。また、コ・ジェネ発電関連のガスタービンでは１２５０℃のタービン入り口温度で運転されている。ちなみに、理想化した最高効率の熱サイクルの、熱サイクル効率は、（３９０℃＝６６３度Ｋ；米国・ＳＥＧＳのＩＸ号）＝約５２％、（１０００℃＝１２７３度Ｋ；の場合）＝約７５％であり、単純計算では、１．４４倍（＝７５％／５２％）効率が向上する。但し、排熱温度ＴＬを５０℃＝３２３度Ｋとし、（効率）＝１−（ＴＬ／ＴＨ）；ＴＨは蒸気温度Ｋ、で単純計算した。米国・ＳＥＧＳのＩＸ号の実際ランキン効率３７．６％は、理想計算効率約５２％に対して、熱機関としては良好である。本発明が発電単価の低コスト化のための解決手段として、主として、高温化による高効率化によって、結果的に大幅な低コスト化を達成することを選んだ背景は以上の如くである。更にこの事情を効率関係の図５１を参照して説明する。（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）各部分図はそれぞれ、集熱効率ηＣ、熱−機械変換の効率である熱変換効率ηＲ、発電端効率ηＺを示す。横軸はそれぞれ温度ＴＭＰ（高温が右向き方向）、熱媒体流量ＱＦＬ（大流量が左向き方向）である。（発電端効率ηＺ）＝（集熱効率ηＣ）×（熱変換効率ηＲ）×（機械−電気変換効率）であるが、通常機械−電気変換効率は９５％程度と高いので省略すれば、（Ａ）部分図と（Ｂ）部分図の積が（Ｃ）部分図になる。蒸気条件の高温化を行い、（Ｃ）部分図の最高効率温度点ＭＡＸをより高温側にして高発電端効率を実現して、発電単価の低コスト化の課題を解決する。
【００２３】
【発明の実施の形態】
図を参照して発明の実施の形態を次の順に説明する。即ち、（Ｓ・１）実施の形態の第一例、（Ｓ・２）実施の形態の第二例、（Ｓ・３）実施の形態の第三例、（Ｓ・４）実施の形態第四例、の順に説明する。ここで（Ｓ・１）第一例は、都会などの人口密集地に多い住宅の屋上に太陽熱発電装置を設置する場合で、屋上以外は設置面積が無い（即ち、蒸気タービン、高圧ポンプ等の、太陽熱発電装置の補助機器類さえも地上に置くスペースが無い）場合に対する、本発明の一実施例である。（Ｓ・２）第二例は、比較的大容量の発電量を目指し、かつ太陽熱発電装置の補助機器類を地上に設置することが許容される場合（例えば工場の屋上の場合）等に対する、本発明の一実施例である。（Ｓ・３）第三例は、第一例に貯湯タンクが組み合わされて、給湯機能が加わった場合である。（Ｓ・４）第四例は、地上設置の例である。
【００２４】なお、本発明に関する重要な部分技術の具体例であり、かつ前述の実施の形態の第一例〜第四例のいずれにも共通する以下の事項、即ち、（Ｓ・５）本発明に使用される硝子管に関して、硝子管製造の具体的な例、（Ｓ・６）集熱管に付帯する事項（即ち、ベローズ関係、熱吸収管支持具関係、真空蒸着関係）（Ｓ・７）改良焦線型集光の到達温度および運転温度、の各項目についても、項目別に順次説明する。まず（Ｓ・１）実施の形態の第一例について、（Ｓ・１・１）全般的説明、（Ｓ・１・２）一軸ユニットの説明（Ｓ・１・３）太陽追尾関連の説明、の各項目順に説明する。
【００２５】（Ｓ・１・１）実施の形態の第一例の全般的な説明を、図１，２，３，４　を参照して行う。図１の（Ａ）部分図は住宅の屋上に設置された、太陽熱発電装置である。（Ｂ）部分図は（Ａ）部分図のＢ−Ｂ断面図である。（Ｃ）部分図は発電基本単位である発電ユニット７であり、集熱管１が２台と熱吸収管（図示省略）が２台と一軸ユニット３が１台と配管類（図示省略）とが１組になったものである。２台の集熱管の接合部には図３に示すように太陽追尾用のトラッキング駆動機構５が組み込まれていて、図１（Ｃ）部分図に示すように集熱管保護カバー１４で保護される。集熱管保護カバーの上は（Ａ）部分図に示すようにメンテナンス通路ＰＳＳになっている（Ａ），（Ｂ）部分図は発電ユニットが９組（９ユニット）の場合の例である。（Ｄ）部分図は（Ｃ）部分図のＤ−Ｄ断面図であり、集熱管１の断面の模式図である。集熱管１の内部には太陽熱吸収用および熱媒体循環用の熱吸収管２が組み込まれている。（Ｅ）部分図は、（Ｄ）部分図には図示省略されている太陽光線ＳＢＭが、集光されて熱吸収管２に到達する様子を示す。熱吸収管２は集熱管１の反射面である放物面の焦線部に位置するようにするために、熱吸収管支持具２１によって位置決めされ、支持される。集熱管内部は断熱のため真空にされる。従って、集熱管には大気圧による外力が加わるが、熱吸収管支持具２１は大気圧に対抗して、集熱管１の機械的な強度を強化する機能も兼用する。
【００２６】（Ｃ）部分図に於いて、右側の集熱管１の太陽光入射面には、楕円破線で囲まれた部分の拡大図に示すように、フレネルレンズ面が押圧整形されていて集光作用がある。フレネルレンズ面は図示のように集熱管の全長にわたらず、必要部分でも良い。その詳細は図２１、５２〜５４を参照して後述する。集熱管の前面にフレネルレンズを整形することが、高温化を可能にし、改良焦線型太陽熱発電装置の主要発明項目の一つである。なお、図の解り易さのためにフレネル刻線間隔は疎らに描かれているが、実際は、例えば０．１ｍｍピッチのように目視では判別が困難なほど密である。
【００２７】図２は発電ユニットの構成および発電ユニット内の熱媒体の循環を示す概念図である。図１も同時に参照して熱媒体の循環を説明する。熱媒体は水であって、閉回路をブロック矢印で示す方向に循環する。図２に於いて、高圧ポンプ３３で高圧に加圧された水は高圧水配管４１を通りＢ−Ｂ端面側から集熱管１に入り集熱管の内部を貫通する熱吸収管２を通り、配管コネクタ４３で接続されている、隣の集熱管１内の熱吸収管２を通り、蒸気タービン３１、復水器３２、発電機３３を通り、高圧ポンプ３４に還流する。熱吸収管内部では太陽熱によって水は加熱されて高温・高圧水蒸気になり蒸気タービンを回転させ、回転軸結合している発電機３３のローターを回転させて発電する。蒸気タービンで膨張した水蒸気は復水器で凝縮されて低温・低圧水になる。なお部分図（Ｂ）は部分図（Ａ）のＢ−Ｂ矢視図である。図２部分図（Ａ）の全体（即ち、集熱管２台、熱吸収管２台、蒸気タービン、復水器、発電機、高圧ポンプ、配管類）が図１部分図（Ａ）および（Ｃ）の発電ユニット７に相当する。また図２部分図（Ａ）の蒸気タービン３１、復水器３２、発電機３３、高圧ポンプ３４の組が一軸ユニット３であり、図１の一軸ユニット３（一軸ユニットの端部は端部カバー３５で保護されている）に相当する。
【００２８】図２１、図５２〜図５５を参照して、フレネルレンズ部分の説明をする。図２１（Ａ）部分図は、集熱管の表面にフレネルレンズが押圧整形された様子を示し、多数の刻線状の微細な凹凸が施されている。この刻線状の凹凸は図５４に示されている集熱管１の、太陽光線入射面側の表面（破線で表面が示されている）に施されている。このフレネルレンズは、図中のＸＹＺ座標のＹ軸方向の集光作用があり、即ち、リニア型のフレネルレンズであり、多数の円筒レンズＣＹＬの集合と等価な作用をもつ。一方、集熱管１の放物面ＰＢＬはＸ軸方向の集光作用のみで、Ｙ軸方向の集光作用は無い。従って、集熱熱管表面にフレネルレンズ処理をしない場合は、図５２（Ｄ）部分図の上段に示すように、熱吸収管２の全長にわたって太陽光が集光する。これは従来型の焦線式集熱方式である。一方集熱管表面にフレネルレンズ処理を施すと、図５２（Ｄ）部分図の下段に示すように、熱吸収管上の離散的な部分（図のわかり易さのために黒塗り四角形で示す）のみが集光点（集熱点）になる。なお、図５２（Ｂ）部分図は（Ａ）部分図のＢ−Ｂ断面、（Ｃ）部分図は断面の集光、（Ｅ）部分図は集光の詳細を示す。（Ｄ）部分図下段の離散点が集光点になることが、本発明に懸かる改良型焦線式集熱である。この離散的な集光点の到達温度は、図３３（Ｃ）部分図の焦点型集光の場合と同温度が得られる。即ち、集熱管表面にフレネルレンズの押圧整形処理をすることによって、図３３（Ｂ）部分図の焦線型集光から、（Ｃ）部分図の焦点型集光の、多数の集合体、に変身できる。
【００２９】図５３（Ａ）（Ｂ）部分図はこの両者の差異を、集光光線の差異で示している。フレネルレンズ部分は、（Ｂ）部分図の楕円の破線で囲われた部分の拡大図である（Ｃ）（Ｄ）部分図、のような断面をしている。（Ｄ）部分図はフレネルレンズの単位繰り返し長さを示し、（Ｃ）部分図のピッチ寸法ＰＣＨ、毎に繰り返して、集熱管上に押圧整形されている。（Ｅ）部分図は円筒レンズ（図５４をも参照）群の断面が、フレネルレンズ化される公知の説明図である。フレネルレンズはレンズ肉厚を薄くして低コスト化を実現する手段として一般に用いられているが、本発明に於いても、その適用目的は、同じくレンズの薄肉化による低コスト化である。図５３（Ｄ）部分図のフレネル部の凹凸高さＨＧＴは、通常のレンズの凹凸高さＬＮＨ（部分図（Ｅ）参照）の数十分の一〜数百分の一程度に桁違いに薄肉化される。一例を挙げると、焦点距離２００ｍｍ、幅１００ｍｍの片凸円筒レンズの厚さＬＮＨ（但しコバ厚さは除いて）は計算上約１４ｍｍである。一方フレネルレンズのフレネルゾーンピッチ（部分図（Ｄ）参照）ＦＺＰが一例として０．２ｍｍの場合の凹凸高さＨＧＴは０．１２ｍｍとなって、１１６倍程度薄肉化される。なお、図２１、図５２〜図５５のフレネル形状は図のわかり易さのため、ピッチ、高さとも誇張して大きく描かれているが実物の凹凸は目視では見分けられないほど小さい。フレネルゾーンピッチを小さく設定して、凹凸高さを小さくする理由は、軟化硝子の整形時間を短くするためでもある。軟化硝子の整形時間は整形するための変形量が大きいほど、長時間、型を硝子に押し当てる。従って、０．１２ｍｍ程度の極微小の変形量では、押圧整形時間は短くできる。なお、最近の一般的な、マイクロ加工技術の進歩によって、硝子プレス型にセラミック、あるいはタングステンカーバイト（ＷＣ）などの超硬物質を用いて、型面の凹凸を硝子へプレス転写する、凹凸転写精度は、０．００００５ｍｍ程度が一般的に得られている。
【００３０】熱吸収管の大部分は集光点ではないので、熱吸収管の周囲には熱輻射防止用の熱吸収管カバーを設けても良い。図５５（Ａ）部分図は、図５２（Ａ）部分図を省略転図したものであるが、熱吸収管２の集光点（楕円の破線で囲んである）付近は、（Ｂ）（Ｃ）部分図に拡大して図示するように、集光光線を遮らないぎりぎりの部分のみ、開口幅ＷＩＤの窓が開いて（（Ｃ）部分図参照）いる。窓は熱吸収管カバー２４に開口している。熱吸収管カバー２４の内部は鏡面仕上げされていて、熱吸収管からの熱輻射線を反射して熱吸収管に戻し、輻射損失を防ぐ。集熱管上の集光点は、図２１（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）（Ｅ）部分図に示すように、太陽光の位置変動に伴って移動する。それに伴って、熱吸収管カバー２４および開口窓は、部分図（Ｆ）に示すように、熱吸収管に対してブロック矢印の方向に移動する。移動制御・駆動は一例として、集熱管の硝子を対向して挟んだ一対の移動用磁石２５を介して行われる。
【００３１】図３は発電ユニットの太陽追尾を示す概念図である。２台の集熱管１、全配管を含む配管ユニット４、を含む発電ユニット全体が回転軸ＡＸの廻り、ＲＯＴの方向に回転する。トラッキング駆動機構５は集熱管の中間に配置される。駆動機構はウォームギアとパルスモーターの組み合わせ等で代表される直交回転機構が狭いスペースに適している。発電ユニットは全長ＬＬが最長の場合１０ｍ前後に及ぶので、左右両端における回転捩れによるトラッキング精度低下が懸念される場合は、発電ユニットの両端に図示省略の補助駆動機構、捩れ検出センサ等を追加する。太陽追尾は各発電ユニット毎に、個別に行うので屋上設置型焦線式太陽熱発電装置全体の様子としては、図４部分図（Ａ）（Ｂ）のように模式的に示される。なおギアバックラッシュの排除、バランスウエイトによる回転トルクの極小化、適切な回転角度モニタ、等々の通常の配慮は当然なされる。
【００３２】（Ｓ・１・２）次に一軸ユニットの詳細を説明する。図５部分図（Ａ）は図２の一軸ユニット３部分の詳細模式図である。蒸気タービン３１、発電機３３、高圧ポンプ３４が１本の回転軸３２４（部分図（Ｂ）参照）を共有し、復水器３２も併せて一軸ユニットを構成する。回転は高速であるので回転摩擦損失、軸受け寿命を考慮して非接触軸受けが採用される。本発明に於いては、非接触軸受けの一例として、磁気浮上制御型である磁気軸受け３２３（部分図（Ａ）（Ｃ）参照）を採用している。この磁気軸受けはスラスト耐荷重が小さくて済むので低コストである。即ち、図７（Ｂ）部分図に於いて、回転軸３２４にかかるスラスト荷重ＴＨＳは、圧力ＰＲＳ１（高圧蒸気による圧力）と圧力ＰＲＳ２（高圧ポンプの送水圧力の反力）の差である。一方、図７部分図（Ａ）に示すように配管は一軸ユニット３を介して一巡する閉回路であり、かつ気密・密閉空間である。従って、部分図（Ｂ）のＰＲＳ１、ＰＲＳ２はほぼ等しく、ＰＲＳ１＝約ＰＲＳ２（熱媒体は高圧であるので熱媒体流速は低速であり、速度水頭圧力低下は比較的小さい）である。従って圧力断面積を適宜選べばスラスト荷重ＴＨＳは殆どゼロになり、結果的には、磁気軸受けの低コスト化をもたらす。
【００３３】図５（Ｃ）部分図は回転軸と一体に回転する主なもの、蒸気タービンの動翼３１１、磁気浮上軸受け制御用の磁性体３２３１、発電機のローター３３１（本実施例の場合は希土類永久磁石をローターの磁極としている）、高圧ポンプのブレード３４２を図示している。図５部分図（Ｄ）は部分図（Ａ）のＤＤ断面の模式図であり、蒸気タービンの翼形式を示している。本実施例では蒸気タービンは一例としてユングストローム型タービン採用し、その最大特徴である極小形化の特徴を重視している。多種類あるユングストローム型のうち、本実施例では、複回転による回転機構等の複雑化を避けるため、単回転型ユングストローム（単回転型はジーメンンス型とも称される）を選定した。図６にタービン翼の形状を部分拡大図示した。タービン翼は、固定の静翼３１２（図５（Ａ）部分図の静翼３１２も併せて参照）と、回転軸３２４と共に回転する動翼３１１（同部分図（Ｃ）の動翼３１１も併せて参照）の２種類より成っている。蒸気の流れは外向き半径流（ブロック矢印で流れの向きを示している）である。
【００３４】復水器では、図５部分図（Ａ）とそのＥ−Ｅ部分の断面図（Ｅ）に示すように、多数の冷却管３２１（この管内を蒸気が流れ、冷却されて凝縮し水になる）をファン３２５で空冷・熱交換（冷却空気の流れはブロック矢印で示されている）する。復水器３２の外周に気密溶接されたフランジ３２２は、集熱管１にタブレット（低融点粉末硝子を用途別形状にプレス整形したもの）封着され、真空気密の機能を果たす。この真空気密のフランジ部分が一軸ユニットと集熱管の接続点である。フランジが復水器に接続する部分は復水器が低温・低圧（即ち、蒸気タービン部のように高温かつ高圧でもなく、高圧ポンプのように高圧でもない）なので、集熱管に圧力負荷、熱負荷（粉末硝子、即ちフリットは低温で軟化する）がかからず好適な封じ点である。
【００３５】発電機は永久磁石をローターとする多極発電機である。ローターとステータコイル３３２（図５の（Ａ）部分図参照）は真空隔壁３３３（硝子などの非金属を材料とする）で隔てられて対向する。ローターはタービンと共通軸回転なので高速回転であり、従って磁石は小形軽量化が図れるので結果的に低コストである。高圧ポンプは遠心多段ポンプである。高圧ポンプもタービンと共通軸回転のため高速回転であり、小形。軽量化が図れ、結果的に低コストである。なお、熱吸収管の要求水量特性は日射量に比例、即ち吸収熱量に比例、即ちタービン回転量に比例するので、タービン回転軸と直結している高圧ポンプの供給水量特性そのものであり、複雑な給水制御が不要になり、結果的に装置の低コスト化に繋がる。
【００３６】真空空間、水密閉空間およびその利点について図８を参照して説明する。図８は模式化した真空空間（点線斜線にてハッチング）と水・水蒸気密閉空間（実線斜線にてハッチング）の概念図である。概念図であるために説明に必須ではない事項は図示省略されている。例えば集熱管は２台連結して使うことが多いが、本概念図では１台で代用図示する、また磁気浮上軸受け、冷却ファンも図示省略（ファンの代わりに通気空間ＤＲＦを図示）する。蒸気タービン３１、復水器３２、発電機のローター３３１、高圧ポンプ３４も原理的・概念的な図示である。蒸気タービンは高温、高騒音であるが、熱損失と騒音は回避される。蒸気タービンは集熱管１の真空中にあるので、真空断熱によって熱伝導による熱エネルギー損失は生じない。また集熱管１の反射鏡と選択透過・反射膜に囲まれているので輻射線は反射され、輻射線による熱エネルギー損失も生じない。熱損失がないので、結果的に熱−仕事の変換効率が高い。更に蒸気タービンの騒音は真空遮断されているので外部に洩れない。このようにして、集熱管の真空と繋がる真空空間中に蒸気タービンを配置させることによって、屋上設置型の太陽熱発電装置に必然的に要求される事項、１）限られた屋根面積であるので高効率でなければならない、２）屋上での騒音は許容されない、の２点が同時に満たされるという重要な利点が生じる。
【００３７】前述の１）２）に加えて第三の利点、３）水補給関係等のメンテナンスが生じず、結果として低コストである点につき説明する。図８の実線斜線のハッチング部分は、高圧水配管４１、熱吸収管２をも全て含み密閉（気密・水密）空間であり、設置工事或いはそれ以前に於いて、純水、望ましくは蒸留水が所定量注入され、真空排気および脱気される。従って当該空間内には純水あるいは蒸留水と水蒸気が存在するのみで、空気は極微量しか存在しない。空間の内壁材質は真空容器クラスの材質（集熱管１は硝子、熱吸収管２、蒸気タービン３１、復水器３２、発電機の側壁、高圧ポンプ３４、高圧水配管４１はそれぞれステンレス或いはクロムメッキとするのでクリーンであり、吸着ガス・脱ガスが極端に少ない、また発電機のローター・ステーター間の真空隔壁は硝子、磁気軸受け制御用磁性体は磁性ステンレスまたはクロームメッキ鋼、磁気軸受け制御用部品類は必要に応じてエポキシ樹脂モールド、発電機ローターはサマリウム・コバルト系磁石、等の対応によって吸着ガス・脱ガスが極少ない）が使用される。このように水・水蒸気と接する部分は全てガス吸着・脱ガスが少ない真空装置クラスのクリーンな材質である。もともと真空排気・脱気されているので、結局、当該密閉空間内の空気は極微量である。従って金属の錆び、即ち酸素化合（酸化）も発生（ステンレスなので元来錆びにくい）しないので水質劣化がない。更には、回転部分が非接触なので磨耗片による水質劣化がない。更には、純水または蒸留水なので不純物を含まない。また密閉空間なので水は蒸発や洩れなどによって減少しない。以上の理由によって水補給は不要、水関係のメンテナンスも不要となって、結果的には関連コストが削減される。屋上設置でのメンテナンスはその不便さのため、高コストになるが、本実施例では不要である。
【００３８】これらの３項目の利点は結局、発明の請求範囲・請求項２の帰結である。即ち１軸結合、非接触回転、密閉空間、復水器の低温側真空封じの諸特徴が硝子製集熱管の特徴と相伴って前記３項目の利点を可能にした。以上で項目（Ａ・１・２）一軸ユニット関係の説明を終わる。
【００３９】次に（Ｓ・１・３）太陽追尾に関する説明をする。本発明に於いては、太陽追尾は必須である。太陽追尾の不要な集熱管は集光効率が低くて、屋上設置型の太陽熱発電装置には不向きであることを以下に説明する。限られた設置屋上面積（集熱面積）を有効に利用するべく、屋上設置型の太陽熱発電装置は高集光効率であることが必要、との制限条件が課せられるからである。図１３の如く、効率の低い太陽熱発電装置では大面積が必要になり、屋根からはみ出してしまっては論外である。太陽追尾が不要な集熱管は図３３の部分図（Ａ）に示す平板型か、図４０（Ａ）部分図に示すＣＰＣ型である。ＣＰＣ型は単一放物面ではなく図のように複数の曲面から成っている。平板型は到達温度が低すぎて太陽熱発電装置には適用できないし、また焦線型装置でもない。なお周知のように熱サイクル効率は到達温度（熱源温度）が高いほど効率が高い。ＣＰＣ型は公開特許公報（Ａ）平１−２９１０６１ほか等々に示されているように複数回反射を利用し太陽追尾を省略しようとするものである。
【００４０】前述の平１−２９１０６１の場合を示す図４０（Ａ）部分図では２回の反射であり太陽追尾をする場合の反射回数１回（図１（Ｅ）部分図参照）に比べて１回反射回数が多い。また実用の鏡面精度は理想の鏡面精度より必ず悪い（低い）。反射回数が多いと言うことは、鏡面精度の低さが回数分累積すると言う重大な弊害もあり、更に１回程度反射回数が追加・増加する可能性もある。１回の鏡面反射の反射率は通常８５％程度である。この場合は、１回反射の反射損失エネルギーは１５％（＝１００％−８５％）になる。２回反射の場合の反射損失エネルギーは約２８％（＝１００％−８５％×８５％）になり、３回反射の場合は反射損失エネルギーは約３９％（＝１００％−８５％×８５％×８５％）になる。即ち、太陽追尾する場合に比べて最大約１．８倍（＝２８％／１５％）〜２．６倍（＝３９％／１５％）も損失が増える。なお特開平２−９３２５３等はＣＰＣ型ではないが反射回数が多いので損失が多いことには変わりはない。
【００４１】また公開特許公報（Ａ）昭６０−７８２５１のように１回反射であるが、熱吸収管部分の面積を大きくして太陽追尾を省略する方式は到達温度が低くて熱発電には適用できず、給湯など到達温度が低くても良い装置に適用される。熱吸収管部分の表面積が大きいと高い到達温度が得られないことは、図４０の（Ｂ）部分図の、反射型より類推の容易な屈折型である、レンズ集光での類推図で直感的に了解される。ここで左側が高温が得られる場合、即ち太陽追尾する場合に相当するイメージであり、右側が低温しか得られない場合、即ち太陽追尾しない場合に相当するイメージである。最高到達温度は正確には輻射則（熱吸収管部分の面積および輻射率の関係）によって決まる。図４１に於いて、小大２種類の熱吸収管を想定する。最高到達温度ｔおよびＴ、は吸収太陽エネルギーと輻射熱エネルギー損失の熱平衡であるから、熱吸収管の半径をｒおよびＲとし、表面積をｓおよびＳとし、輻射率をε、ステファン・ボルツマン定数をΣ、吸収太陽エネルギーをＪとすると、Ｊ＝ε＊Σ＊ｓ＊ｔ４＝ε＊Σ＊Ｓ＊Ｔ４であるから、ｓ＊ｔ４＝Ｓ＊Ｔ４、になる。ここで両方の熱吸収管は、直径のみ異なり他は同条件、輻射率も両者とも同一とする。半径と面積の関係を代入すると、ｒ＊ｔ４＝Ｒ＊Ｔ４、になる。以下、あり得る標準的な想定として、Ｒ＝２０＊ｒ、ｔ＝１０００℃＝１２７３度Ｋの場合は、Ｔ計算結果は、Ｔ＝約６０２度Ｋ＝３２９℃になる。（図ＧＧ８Ｂの左側が太陽追尾想定例のΦ２．５ｍｍ、中央が静止型（ＣＰＣ）想定例のΦ５０ｍｍ、右側は５０ｍｍスケールである。）なお熱伝導等は単純化のため無視した。
【００４２】前提条件の単純化のため、概略計算ではあるが、静止型集熱管では高温が得られない様子が良く伺える。ちなみに、仮に、熱源温度ＴＨを前記の計算例と仮定し、排熱温度ＴＬを５０℃すれば、理想（あり得る最高）の熱・機械エネルギー変換効率（＝１−ＴＬ／ＴＨ）は、それぞれ、太陽追尾型＝約７２％、静止（ＣＰＣ）型＝約４２％で、両者の効率差１．７倍（＝７２／４２）と大きい。実際には、熱媒体の流量は当然ゼロではないし、また諸種の損失のためこのような高効率は達成されず、例えば、再熱・再生サイクル技術等を駆使した超臨界蒸気条件（再熱温度５６６℃）の大型火力発電所に於いてさえも、発電端効率は約５０％止まりである。
【００４３】集熱管が個別に太陽追尾可能であることの利点１）〜利点３）について説明する。利点１）＝緊急反転退避が容易であり、結果的に屋上設置型の太陽熱発電装置の低コスト化に繋がる。利点２）＝発電効率が経時低下せず、結果的に発電単価の低コスト化に繋がる。利点３）＝硝子面の自動クリーニングが可能になり、メンテナンスコストの低減、高発電効率の維持による発電単価の低減が図れる。図４は本発明に於ける太陽追尾の概念図である。部分図（Ａ），（Ｂ）に示すように、太陽位置の移動に伴い、太陽光線ＳＢＭが常に集熱管１に垂直になるように、集熱管１は角度駆動される。角度駆動は個々の集熱管に対して個別に行われ、部分図（Ｃ）に示すように特定の集熱管（ブロック矢印で指示されている）のみ反転も、しようとすればできる。
【００４４】前述の利点１）の詳細について説明する。地上設置型に対して、屋上設置型の太陽熱発電装置に課せられる、屋上設置に起因する多くの制約条件の内には、Ｉ）破壊安全性、ＩＩ）軽量性、ＩＩＩ）圧力容器安全規則の法規制、等々がある。ＩＩ）の軽量性の制約については、屋根強度、据え付け工事時に於ける重量物の屋根上への荷揚げ、等々を考慮すれば明白な制約である。Ｉ）の破壊安全性の制約は次のイ）〜ハ）の考慮を含む。即ち、考慮イ）降雹による硝子製集熱管の破損、破砕硝子片の屋上からの落下。考慮ロ）強風時に於ける、小石、大枝等の固形物の飛来・衝突による硝子製集熱管の破損、破砕硝子片の落下。考慮ハ）地震時等に於ける集熱管の破損、破砕硝子片の落下。ＩＩＩ）の圧力容器安全規則関連は、特に今説明中の実施の形態（前述の、実施の形態の第一例、即ち（Ａ・１）屋上以外には蒸気タービン、高圧ポンプなどの補助機器類さえも設置スペースの無い住宅に太陽熱発電装置を設置する場合のことである）では、低コスト化の観点から、検討・考慮が避けられない性質のものである。
【００４５】次に、前述の制約条件Ｉ）〜ＩＩＩ）が本発明によって解決されることを、順次説明する。まず制約条件Ｉ）の解決について説明する。図１５は一括トラッキングおよび個別トラッキングの概念的な比較図である。部分図（Ａ）および（Ｂ）は一括トラッキング、（Ｃ）は個別トラッキングである。（Ｃ）に於いては図の解かり易さのために１台の集熱管を反転（ブロック矢印で指示）している。図から容易に次のことが類推できる。即ち回転モーメントの大小から、個別トラッキング型は短時間に集熱管を反転することが可能、一括トラッキング型は狭い屋上では、重くかつ大きい集熱管全体の一括反転は実質的には不可能である。特に反転コスト面を考慮すると無理である。
【００４６】図１６は本発明に於ける、背面に破壊予防具１２が装着された集熱管の効果を示す図である。部分図（Ａ）は破壊予防具１２の装着された集熱管の断面、部分図（Ｂ）は太陽光を受光している状態、部分図（Ｃ）は反転退避している状態を示す。破壊予防具１２は、一例として例えば金網であり、ゴム等の図示省略の緩衝材を挟んで集熱管に装着される。太陽電池による太陽光発電装置のカバー硝子に於いては、ＪＩＳで定める耐雹規格では、１メートル高さから２２７グラムの鋼球を落下させるが、本発明にもその耐雹規格を適用すると仮定した場合、規格をクリアする金網の設計が容易に可能であるのは、部分図（Ｃ）を参照すれば明白である。また降雹を検知するセンサを装備しておけば、緊急反転退避は太陽追尾駆動装置の兼用で容易である。仮に、台風等の強風時に於いて、折れた植物の大枝、瓦などの重量物が飛来して集熱管が破損しても、大きな破砕硝子片は金網に阻止されて上方に飛散せずに人身の安全は確保される。この場合は強風検知のセンサ信号によって反転退避する。また図１７に示すように、平面図には図示省略の発電ユニット群は周辺カバー１０７によって囲み、硝子破片は屋根から落下しないように出来る。また地震の初期微動等を検出して緊急に反転退避するのも、反転時間が個別トラッキングなので一括トラッキングと比べ極短時間であり、緊急退避可能になる。
【００４７】なおトラッキングは無視して仮に常時上向きの静止型を想定すると、破壊安全性の観点のみからは、次のｉ）〜ｉｖ）に示すような工夫も考えられるがいずれも結果的にコスト的な無理がある。ｉ）集熱管全体あるいは集熱管前面部のみを強化硝子製とするｉｉ）集熱管前面に透明プラスチックカバー板を設置する。ｉｉｉ）集熱管前面に強化硝子を設置する。ｉｖ）集熱管前面に安全硝子（フィルムサンドイッチ型の安全硝子）を設置する。ｖ）集熱管前面を金網等で覆う。ｉ）〜ｖ）に共通して言えることは太陽光線の透過率損失（即ち、効率低下）を来たし、結果的に太陽熱発電装置の低コスト化に反するにことになる。ｉｉｉ）とｉｖ）に共通して言えることは当該硝子コストが高いことである。ｉｉ）〜ｉｖ）に共通する問題点は光学的な汚れによる発電効率の低下である。
【００４８】これ以外の個別的な難点は、ｉ）については、長尺の集熱管を強化硝子にするのは技術的に極めて困難である。周知のように化学強化は微小な物体に適用され、網入り強化は集熱管のような光学製品には不向きであり、結局熱強化が適用しうる強化手段であるが、熱強化に要するコスト的な面を度外視しても、本発明の如き最長数メートルに達する長尺・細幅の光学物体は、熱分布の不均一性に起因する曲がり・ゆがみを抑制できない。中層ビルの壁面を覆う硝子面に反射して映る景色が、僅かにゆがんで見える光景は、強化硝子関連者は多く体験する。更には、熱強化硝子は数ミリメートル（例えば５ミリメートル）以上の厚さの硝子にしか有効的に適用できず、本発明が目指す薄肉・軽量とは相反する。なお強化カバー硝子のコスト的な困難性等は特開２００１−２６１３５４にも一部触れられている。
【００４９】ｉｉ）に関する個別的な難点は、ソーラリゼイション（紫外線に起因する劣化）による耐候性、寿命、透過率の経年低下等々の問題であり、結果的に装置の高コスト化になる。ｖ）の場合は、落ち葉、枯れ枝、その他飛来物等が金網に絡みついて集光の重大な障害になる。たとえ定期的に清掃するにしても、屋上と言う条件が清掃コストを高コストにする。無論、金網による太陽光線の透過率の低下も問題である。以上で破壊安全性に関するＩ）の説明を終わる。
【００５０】次に前述のＩＩ）軽量性について説明する。Ｉ）で説明したように雹、飛来物、台風、地震等に対する条件が、破壊予防具によって緩和されるので集熱管の薄肉化即ち軽量化が可能になる。薄肉・軽量化は結果的に太陽熱発電装置の低コスト化に繋がる。まず第一に硝子材料費が軽減される。また硝子製造、硝子管製造は鉄鋼産業等と同じく、エネルギー多消費産業であるが、硝子溶融時の投入エネルギーを始めとする投入エネルギー削減コストがコスト低減に効果的である。その他、運搬コスト、据え付け工事コスト等の低減も、薄肉・軽量化の波及効果である。以上でＩＩ）の説明を終わる。
【００５１】次に前述のＩＩＩ）圧力容器安全規則関連の説明をする。次の説明を行う、即ち、個別トラッキングが利用できることによって、結論的には、実施の形態第一例（Ａ・１）の場合は、第一種圧力容器の内の簡易容器に該当するように設計可能で、その結果、圧力容器安全規則の法規制の適用が除外され、同法規制に直接的・間接的に付帯する諸コストが省略でき、従って結果的に、法規制面に関しては、当該太陽熱発電装置の低コスト化に寄与することを説明する。
【００５２】図２の熱媒体循環図が示すように、高温・高圧蒸気を含む容器は第一種圧力容器であるが、ＰＶ＜０．０４であれば第一種圧力容器の内では同法規制の最も緩やかな（即ち、構造規格の遵守義務のみであり、直接的な法規制は無い）簡易容器扱いになる。ここでＰ＝ゲージ圧力（単位はｋｇ／平方ｃｍ＝ほぼゲージ気圧に相当する）、Ｖ＝容積（単位は立方ｍ）である。数値例をあてはめて実施の形態第一例（Ａ・１）が簡易容器の範囲内に納まることを示す。蒸気条件としてはもっとも厳しい蒸気条件である超臨界域の１０００度Ｃ、２５０気圧を適用する。容積についても最も厳しい条件として、熱吸収管の長さは１本当り５ｍ、２本で１０ｍ、高圧水配管が１０ｍの合計２０ｍ（図８参照）とする条件を課す。熱吸収管および高圧水配管の内径は直径２ｍｍ（２０ｍの合計容積は約０．００００６３立方ｍ）とする。ＰＶ＝０．００００６３×２５０＝０．０１６となり、ＰＶ＜０．０４の条件を満たす。
【００５３】ここで仮に熱媒体循環回路が、図２に示すような単一循環型ではなく、図４２に示すように並列循環型の場合を想定する。即ち、高圧水配管４１と、各集熱管１内の各熱吸収管は、全部連結され、ブロック矢印に示す方向に、蒸気タービン３１、高圧ポンプ３４を経て循環する。この場合、熱吸収管部分の容積Ｖは、相互接続配管部分を無視しても前記単一循環型の９倍、従ってＰＶ＝０．００７３６×９倍＝約０．０６６となり、熱吸収管のみのＰＶ値だけでもＰＶ＞０．０４の簡易容器規制値以上になる。なおここで図４２の集熱管数は図１、図２と同じく１８台とした（集熱管２台で１ユニットなので合計９ユニット）。なおこの図４２の場合は、熱吸収管に繋がる高圧水配管が相互に捩れるので、個別トラッキングはできない。
【００５４】なお一次熱循環媒体が水でなく、熱交換後の二次循環系で蒸気を発生させる図３６のような場合がある。この場合は一次循環系は蒸気を含まないので高圧ではなくほぼ常圧であり、一次側配管に高圧配管がないので、前述の相互捩れも許容され、並列循環にも関わらず、個別トラッキングが可能である。この場合、圧力容器法規制のＰＶ値は熱交換機ＨＥＸの二次側以降の回路に適用される。この場合、二次側では配管のＰＶ値は小さいが、１台の蒸気タービン３１が全ての太陽熱エネルギーを処理するので、通常、蒸気タービン単体でＰＶ＞０．０４となる。更に、熱媒体が熱分解あるいは熱劣化しない上限温度が水蒸気より低いので、高温化できず、熱・機械変換効率が低く、屋上設置用の太陽熱発電装置としては不適である。一次側回路に使用される熱媒体（但し、常温でも高温でも、流体であることが必要）は、極力高温でも変質・分解などの劣化を来たさない物質であることが必須であり、耐熱物質探索の努力がなされている。現在最も高温に耐え得る熱媒体の一つにジフェニレンオキサイド含有の炭化水素化合物（特開平５−９４６５等参照）があり、許容温度は約４００度Ｃである。一方、本発明が指向するのは、熱発電の効率を重視して、発電単価の低コスト化を図るために、１０００℃クラスの耐熱が必要である。従って熱媒体は実際的には水に限定される。なお水は２５００℃まで分解せず安定である。
【００５５】なお図２に於いては、蒸気タービン４は、屋上設置に起因する、小型、軽量化の絶対的なる要請、のために高速回転のマイクロタービン型になる。このタービン内容積は小さいのでＰＶ値は０．０４にくらべて小さくし得る。また蒸気タービン出口以降の復水器部分の圧力は低いのでＰＶ値は０．０４にくらべて無視し得る。なお高圧ポンプの容積Ｖは極微小である。以上でＩＩＩ）圧力容器安全規則の法規制関連の説明を終わる。なお、微小角度駆動によって焦点外しを行い、個別の熱吸収管の空焚き（何らかの異常によって空焚きが発生した場合）が緊急回避可能なことも、利点１）に含まれる。以上で利点１）関係の説明を終わる。
【００５６】次に、前述の個別太陽追尾の利点２）即ち、発電効率が経時（例えば経年）低下せず、結果的に発電単価の低コスト化をもたらすことを説明する。多数の集熱管の角度制御に於いては、図４３に示すように、集熱管１が多数であることに起因するばらつきが生じ、太陽光線ＳＢＭに正対しない集熱管が存在する。即ちトラッキングエラーが生じる。図は解かりやすさのためにトラッキングエラーを角度誇張（約１００倍誇張）して図示しているが、実際は以降に説明するように、０．２度程度の微小な角度エラーでも集熱上では重大な効率低下を来たし、結果的には発電効率が低下する。図４４に於いて、太陽光線ＳＢＭのうちで最もトラッキング角度エラーに敏感な光線は集熱管１のリム部分、即ち図に示すように辺縁部分に入射する光線である。
【００５７】熱吸収管２の外径をΦ２．５ｍｍとし、反射面を、焦点距離ＦＦ＝１２０ｍｍ、開口径（アパーチャー）ＡＰＰ＝２５０ｍｍの放物面とすると、リム部と熱吸収管の間の距離は放物線の数式から計算して、ＲＬ＝約１２０ｍｍである。熱吸収管２がリム部に対して張る角度をθＲＭ（当該放物面ではθＲＭ計算値はθＲＭ＝約１．２度）とすると、トラッキングエラー許容角度θＴＲは、太陽光線の平行角度θＳＢ（地球上ではθＳＢ＝約３２分）、放物面製造精度θＭＦ（＝０．２度とする）との関係式、θＲＭ＞（２×θＴＲ）＋（θＳＢ）＋（θＭＦ）から計算して、θＴＲ＜約０．２５度になる。なお当該関係式中の係数２は、反射光学系では、偏移角度は原理的に２倍に角度増幅（入射・出射の合計２倍）されるためである。
【００５８】このように、０．２度オーダーの微小角度精度は、長大な集熱管の角度制御に於いては、次に述べる理由によって、一括トラッキングでは達成できず、個別トラッキングによってのみ達成される。理由１、一括トラッキングの場合に、熱歪み（集熱管群は数ｍ×数メートルの広い面積になるが、この広い面積内での直射日光下の温度分布による微小熱歪み、朝・昼・夕、春夏秋冬の熱変形）による各種変形に起因する場所的なトラッキング角度分布（場所的な角度差異）の発生。理由２、経時的（経年的）には、図４３に於ける屋根ＲＦの平坦性は一定ではない。経年的、或いは年間でも微小変動することが知られている（図の二点鎖線が変動を示す。図はわかりやすさのため誇張している）。個別トラッキングはこれに充分対応できるのは明らかである。以上のように、個別トラッキングは一括トラッキングでは避けられない集熱効率の低下が無く、結果的には発電単価の低コスト化に繋がる。以上で利点２）の説明を終わる。
【００５９】次に個別トラッキングの利点３）個別トラッキングを利用して硝子面の自動クリーニングが可能になり、結果としてメンテナンスコストの低減、高い集光効率の維持の結果として発電単価の低減が実現されることを説明する。図９は集熱管のクリーニングの一例に関する説明図である。集熱管は、土埃等塵埃の付着・堆積、落ち葉の付着、藻類の発生、鳥の糞の付着、等々によって、太陽光線の透過が妨げられ、結果として発電効率が低下し、最終的な結果として発電単価が高くなる。これらの障害物はメンテナンスコストを考慮すると、放置せざるを得ず、数年に一度の清掃に止まるのが普通である。仮に清掃するにしても、清掃コストは屋上が高所・危険個所であるため地上のメンテナンスコストより高コストである。部分図（Ｄ）に於いて、集熱管１はトラッキング回転軸５１を回転軸として回転する。集熱管１の前面硝子部に清掃ロール５２が接している。清掃ロールは矢印のように自由回転し、図のようにバネ付きシャフト（矢印の方向にバネで押されている）で押し当てるのが最も簡単な機構例である。なお清掃機構・方式はこれに限定するものではない。清掃は毎朝定期的に発電開始前に、あるいは必要時に任意に、制御装置からの指令で作動させれば良い。部分図（Ａ）〜（Ｅ）までが清掃過程で、部分図（Ｆ）〜（Ｈ）が発電状態であり、（Ｆ）〜（Ｈ）の場合はカム・リンク等適切な機構で清掃ロールシャフトが退避し、集熱管背面の破壊予防具と相互干渉しないようにする。清掃動作は１回とは限らず多数回くりかえして効果をあげることも任意である。その場合は、集熱管の発電量と日射光強度をモニタしておき、制御ユニット内のマイコンで集熱管の汚れ履歴と清掃頻度、あるいは汚れと季節との相関などをメモリー保存しておくのが望ましい。当該データが、制御ユニットの電話通信回線を経由して、設置家屋から太陽熱発電装置製造業者が保守委託しているメンテナンス業者に送信されれば、より保守効率が向上し、高発電効率の維持、メンテナンスコストの低減を来たし、結果的には発電単価の低コスト化をもたらす。
【００６０】図１（Ａ）部分図の制御ユニット８は、以上に説明してきた実施の形態例に関する記述の、制御に関わる以降の機能、を全て担当する。更には今まで朱説明の、以降の機能をも含み担当する。主な機能としては、Ｉ）ソーラートラッキング関係では、各種センサからの信号受け入れとその処理（例えば電信号を検知して集熱管の反転処理）、自動清掃（クリーニング）関係の処理、トラッキング角度の制御等々、ＩＩ）発電機関係では、図４９（Ａ）部分図に示すように、個々の発電ユニット７からの出力を受け入れ、最高に電力を取り出せるように、各発電ユニットに１対１に対応する個々のＡＣ／ＤＣインバータ８１の負荷設定をする、個々の発電ユニット７毎にその出力電圧、出力電力、出力周波数はばらつくので個々のＡＣ／ＤＣインバータの制御が必要である。ＡＣ／ＤＣインバータ８１の出力ＤＣ電圧は全て一定値になるように制御される。ＤＣ／ＡＣインバータ８２は系統連繋する商用電力網からの同期周波数の引き込み、出力周波数の同調ＰＬＬ制御、自己消費電力の分配を行う。その他の制御では、停電時の制御、潮流または逆潮流の制御、系統連繋時に関して潮流・逆潮流時の異常保護リレーの作動制御、制御装置付属の小容量バッテリー電力を利用しての瞬停対応制御、冬季夜間の低温時の発電機の強制低速回転による高圧ポンプ作動による凍結防止制御（図４９（Ｂ）部分図参照。発電機のステータコイル３３２には図示のように切り替えスイッチがあり、夜間低温時などに制御ユニットからの回転磁界電力が切り替え付加されて、発電機はモータの役割も兼用する）等々、ＩＩＩ）通信制御関係では、各種履歴（発電量履歴、潮流履歴、日射量履歴、不調履歴、等々）の記録・保持・消去制御、電話回線を介しての保守センターへの通信制御、設置家屋への各種表示・アラーム制御、等々。以上で（Ａ・１）発明の実施の形態第一例の説明を終わる
【００６１】（Ｓ・２）発明の実施の第二形態例について図１０を参照して説明する。部分図（Ａ）は工場の屋上に設置された焦線式太陽熱発電装置の平面および側面の模式図である。この例の場合、屋根が５面あり、各屋根にそれぞれ３５台（＝５×７）の集熱管が併置されている。単位となる発電ユニットは５台の集熱管が連結されたものである。発電ユニットの端部には、拡大図に示すように、一軸ユニット３が配置されている。工場の側壁には制御ユニット８が設置され、発電ユニットの各種制御および工場内の電力網との系統連繋制御等を担当する。なお実施の形態第三例で詳述するように、復水器に給湯配管３２６を配管し、排熱を給湯用に活用しても良い。（Ｂ）部分図に示すように屋根の長さＬＮＧ次第で、単位となる発電ユニットを更に併置する、あるいは単位となる発電ユニットを、（Ｃ）部分図のように７台の集熱管の連結とする、等々各種の組み合わせ・変形応用が屋根寸法に応じて設定される。
【００６２】（Ｓ・３）実施の形態第三例を説明する。第三実施形態は第一実施形態に給湯機能が加わったものである。最近の省エネの普及に伴い、割安な深夜電力（通常電力の三分の一程度の低価格である）を利用して、深夜に水を加熱して、保温性の良い貯湯タンクに保温・貯蔵して、朝〜晩に使用する方式が普及している。太陽熱発電は昼間の電力料金が高い時に稼動するので、この夜間加熱貯湯と時間的に補間でき、更には既設の貯湯タンクが活用できる。また、新規に保温性の良い貯湯タンクを設置する、或いは貯湯タンクは新設せず、単に水道と接続し給湯に利用するなどの各種変形実施例が可能である。太陽熱発電装置の排熱を給湯に活用すれば、別途給湯に要していた費用が削減されるので、相対的・結果的には太陽熱発電単価の低コスト化に寄与したことになる。
【００６３】図１１（Ａ）部分図は貯湯タンク３２８と復水器を給湯配管３２６で接続した様子を示す。湯の流れ方向は矢印で示されている。（Ｂ）部分図は復水器３２とフレキシブル配管３２７の接続を示す。図５（Ａ）部分図と比べて、ファンがフレキシブル配管に置き換わっていることが解かる。復水器３２は太陽追尾とともに回転するので、捩れ可能なフレキシブルな配管であることが必要である。図１２は流路を示す図である。湯水は往き給湯配管３２６を経由して並列に復水器３２に給水され、還り給湯配管３２６を経由して貯湯タンク（図示省略）に戻り循環する。なお単に水道と接続するのみの場合は、循環せずに風呂などに直接給湯される。以上で実施の第三形態例の説明を終わる。
【００６４】（Ｓ・４）実施の形態第四例を説明する。第四実施形態は地上設置例である。本太陽熱発電装置は屋上設置用に軽量小形に構成されている。この特徴を生かして、次の、地上への適用が実現される。季節的に太陽熱発電装置を運用する。農地、或いは荒野などに、冬季を中心に設置する。利点は、１）冬季は通常農地は使用されていない場合が多い。２）冬季は空気が乾燥して、大気透明度は良く、太陽光線に垂直な面での直達日射強度は夏より強い場合がある。このように季節的に晩秋〜早春に運用し、春に取り片付け、倉庫等に保管すれば、農作業と干渉せずに良い。集熱管の構造が積み重ね保管に適していて、コンパクトな空間に保管可能である。また国外への応用例では、雨期と乾季が極端に明瞭な地域（例えば、サバンナ等）にも、乾季は当該地には農作物の適用・生産が無いので従来の生活環境に干渉せず、極めて、有効である。以上で第四実施の形態例の説明を終わる。
【００６５】（Ｓ・５）硝子管製造に関する実施の形態例を図２２〜３１を参照して説明する。なお、本硝子管製造法は従来には類例の無い方法である。また製造される硝子管も従来に類例の無いものである。図２２部分図（Ａ）に於いて、溶融硝子ＭＧＬは図示省略の硝子溶融炉から図示省略のトラフを経由してモールド槽ＭＬＤに導かれる。溶融硝子ＭＧＬはモールド槽ＭＬＤの開口部ＯＦＳから環帯状に流下する。モールド槽ＭＬＤ材質は当該溶融硝子材に対して耐食性の良い材質（例えばＡＺＳ電鋳煉瓦など）を使用し、開口部用の穴加工は精密加工（ダイヤモンド加工など）して製作される。モールド槽の開口部ＯＦＳは耐食性および寿命の更なる向上および硝子管品質の向上のために白金にてライナーＰＴＬされている。モールド槽ＭＬＤの中心部には図示のように上側シャフトＵＳＨが貫通している、また環帯状に流下する硝子内部を微高圧にするためにエアーＡＩＲが図示のように吹き込まれている。ライナーＰＴＬの内周部分の断面形状（部分図（Ｄ）参照）は目的の硝子管の断面形状（部分図（Ｅ）参照）とほぼ相似（流下中の熱収縮など計算可能な因子以外の操業上の種々の要因による偏肉などが発生するので完全相似とはならずほぼ相似）である。即ち、環帯状に流下する溶融硝子の断面形状は最終目的とする硝子管の断面形状とほぼ相似である。環帯状に流下した溶融硝子は水冷のクーラーＣＬＲによって非接触の輻射冷却を受け、温度下降、粘度上昇して軟化状態の硝子管になる。溶融硝子が軟化硝子管になった以降、押圧整形型ＰＲＳによって整形および接触冷却され更にチャックＣＨＫによって下方に管引きされ、引き続き，インライン光学式の検査機ＩＳＰによって泡、異物、光学歪等の硝子品質、肉厚、直径等の管寸法等を検査され、カッターＣＵＴによって切断され、徐冷炉ＡＮＨに入って除歪（アニール）される。
【００６６】押圧整形型ＰＲＳは部分図（Ｂ）（Ｃ）に示すように硝子管に対して、挟む（部分図（Ｂ））、離れる（部分図（Ｃ））の開閉動作の過程で押圧整形動作をする。前述のように、もともと押圧整形前と後の断面形状の差異は殆ど無く、精密光学曲面を実現するための微小寸法の整形であって、いわゆるプレス成形ではない。即ち整形であって成形ではない。フレネルレンズ部分も変形量は極微小である。硝子プレス成形は、例えば図２５のように、高温軟化硝子ゴブＧＯＢを型内にセット（部分図（Ａ）参照）して、プレス型にて製品、例えばブラウン管の前面パネルＣＲＴを成形する（部分図（Ｂ）参照）ものであって、プレス前後の形状は全く異なり、関連する技術は、本発明に関わる硝子整形技術とは、以降に説明するように全く別個・異質のものである。さらには硝子プレス成形技術は離散的な個別物体に関する成形技術であり、硝子管のような長尺のいわば連続物体に関する成形技術ではない。チャックＣＨＫも図２２部分図（Ｂ）（Ｃ）に示すように硝子管に対して、離れる・挟む、の開閉動作をする。押圧整形型ＰＲＳとチャックＣＨＫは常にどちらかが一方が硝子管を挟むか、あるいは（Ｂ）部分図状態と（Ｃ）部分図状態の切り替わり時に一時的に、押圧整形型もチャックも，両者共に同時に硝子管を挟む。硝子管は、常に下方に下降移動しているので、押圧整形型ＰＲＳは硝子を挟んでいる状態では図２３（Ｂ）から（Ｃ）部分図に示すように、硝子と共に下降（ブロック矢印で下降移動を示す。なお解かり易さのために、便宜的に図中に二点差線ＭＲＫを入れた）する。型は（Ｃ）部分図から（Ｄ）部分図の間元の高さまで上昇して戻る。即ち押圧整形型は部分図（Ａ）−（Ｂ）−（Ｃ）−（Ｄ）−（Ａ）のように循環動作を繰り返す。なお硝子管は常時下降し続ける。同じくチャックも循環動作を繰り返す。また、管内外の押圧整形型の鉛直方向の長さは図では同寸法であるが、整形の都合で内外が異なる長さでも良い。図２４に押圧整形型の内側の型の開閉動作を模式的に示す。押圧整形型の外側の型は図示省略されている。部分図（Ａ）が硝子管ＧＰＰを挟んでいる状態からはなれる瞬間、（Ｃ）部分図が離れた状態、（Ｂ）部分図が動作方向を示す。型は図示のように分割型である。押し圧整形型の外側の型、およびチャックも同じく分割型による同様の動作（図示省略）である。
【００６７】押圧整形型とチャックはそれぞれ図示省略の昇降駆動機構を内蔵し、上側シャフトＵＳＨ（図２２（Ａ）部分図参照）、および硝子管に対して下降・上昇動作をする。従って、押圧整形型とチャックは協同して管引き（ダンナー法に於ける管引きと同じ意味、）機能、即ち強制的に硝子管の下降速度を制御する機能（即ち、硝子管を下方に引っ張る機能）を果たす。硝子管の肉厚はこの下降速度を主要因とし、更に溶融硝子の供給量を制御するゲートバルブＶＡＬ（図２２部分図（Ｌ）参照）の昇降量、クーラーＣＬＲ（同部分図（Ａ）参照）の冷却量、ライナーＰＴＬの開口寸法、押圧整形型の挟みストローク、押圧整形型の押圧時間および接触抜熱量（即ち硝子管に対する接触冷却量）などが関連する。
【００６８】図２６に溶融硝子ＭＧＬが冷却されて粘度が上昇して行く温度（座標軸ＴＭＰが温度軸）履歴を示す。モールド槽ＭＬＤの開口部から流下する溶融硝子ＭＧＬは水冷のクーラーＣＬＲにて急冷され軟化点（座標軸ＰＳＦで示されている）近くの温度まで下降する。次に、押圧整形型ＰＲＳによる接触冷却によって軟化点（座標軸ＰＳＦで示されている）を超えて徐冷点（座標軸ＰＡＮで示されている）前後まで冷却（点線で示されている）される。その後、徐冷炉ＡＮＨの入り口で再加熱など温度制御され、以降その温度を保持する。なお、硝子の品種、管引き生産速度、硝子厚などによって、点線部分の温度パターン・履歴特性は変えても良いのは当然である。なお、チャックはチャック時の温度影響を与えないために、硝子温度と同温度に温度制御し、接触時も離れた時も硝子を加熱・冷却しないようにするのが望ましい。押圧整形型は図２３に示したように硝子の下降移動に伴い（Ａ）−（Ｂ）−（Ｃ）−（Ｄ）−（Ａ）のように循環移動するので、押圧整形型は、その動きに応じて、前述の図２６の温度推移パターンを実現するような、自己温度分布特性を持つ。内側の管内面の鏡面整形用の押圧整形型の自己温度分布の一例を図２７に示す。この図に於いて７本の点線は硝子管の下降方向を示す、即ち最下段の点線が最下方である。この例は、（１）押圧冷却開始、（２）下降、押圧終わり・開き、（３）２／３スパン（三分の二スパン）戻り押圧冷却開始、（４）下降の場合であり、戻りオーバーラップ量は押圧整形型の全長（即ちスパン）の１／３の場合の例である。接触冷却時間、戻り時間、戻りオーバーラップ量、熱伝導量等を考慮し、（１）〜（４）の合成の結果が、結果的に硝子管の全長にわたる温度分布が図２６の温度パターンに近似的に落ち着くように、押圧整形型内の自己温度分布（図２７）が設定される。押圧整形型内部には水冷配管およびヒーター、温度センサが組み込まれていて精密な自己温度分布設定が可能なようになっている。なお、硝子管内面は滑らかな鏡面性が望ましいので、押圧時に押圧整形型の接触面に微量の高熱水蒸気を吹き付け、ペーストモールド効果によって光沢面を得る方法を使っても良い。なお硝子管の面精度は、内面側が光学面（反射鏡面および選択反射面）になるので、内面側が整形の優先度が高い。したがって押圧は内面側の押圧整形型が先に閉、僅かなタイミング後に外面側が閉になって挟み動作をする。また硝子管の偏肉に対応するために、外面側の押圧整形型は圧力制御され一定圧以上の圧力が硝子面に負荷されないようになっている。離れ動作時には、逆に外面側の押圧整形型が先に開となり、管内面への変形の影響をなくす。
【００６９】本発明は硝子管を鉛直方向に支持する方法が硝子管の管長方向（即ち鉛直・重力方向）に関して平衡荷重支持であることを特徴としている。硝子管の重力方向の平衡荷重支持方法について図３１を参照して説明する。本発明に於ける平衡荷重支持は、１）硝子管が徐冷炉ＡＮＨに入るまで。この状態は（Ａ）〜（Ｂ）部分図に示されている。２）その後硝子管が徐冷炉ＡＮＨに入った以降。この状態は（Ｃ）部分図に示されている。の２種類の平衡荷重支持法から成っている。（Ａ）部分図に於いて、モールド槽ＭＬＤから流下・整形されている硝子管ＧＰＰの、押圧整形型ＰＲＳ以降から管支持台ＳＵＰまでの重量（下向きブロック矢印で重量を示す）と管支持台ＳＵＰの支持力（上向きのブロック矢印で支持力を示す）は釣合っていなければならない。即ち、硝子管は軟化状態であるので、力の釣合いがとれていないと管長方向に伸縮してしわを生じ、光学面が必要な集熱管としては適さなくなるからである。（Ｂ）部分図のように硝子管の生産の進行に応じて管長が長くなっても、常に管重量と支持力は自動的に平衡（支持台ＳＵＰの支持力は図示していないマイコンで管長から管重量を計算し、図示していない支持力発生機構で発生させている）するようになっている。（Ｃ）部分図に示すように、徐冷炉ＡＮＨに入った硝子管部分は長いので僅かな粘性流動でも無視できず、支持台の上向き支持力と管自重をうけて、圧縮・しわが発生する。硝子管の長さが数メートルにも達する上に精密光学面を実現しなければならないので僅かな固体流動でも無視（前述引用のブラウン管前面プレートのプレスなどの硝子プレス製造法では全寸法が小さいし、光学級精度は要求されないので徐冷中の変形は実用的には無視出来る、この点が本発明の硝子管との重要な差異である）出来ない。以降に説明の縦リブ方式でこの問題を解消する。
【００７０】図２２（Ｅ）部分図に示すように、一例として、硝子管の外周に３個所の縦リブ、内周に２箇所の内側リブ（それぞれ（Ｆ）（Ｇ）（Ｈ）（Ｋ）各部分図参照）がある。この縦リブが対応する位置に、モールド槽開口部分および部分図（Ｄ）に示すライナー部分に、当該リブ形成用スペースがある。即ち溶融硝子が流下開始する時点で当該縦リブおよび内側リブが形成されている。徐冷炉内での硝子管の支持に直接関係するのは外側３個所の縦リブである。なお硝子管内の内側リブは熱吸収管支持具の位置決め用である。図２８（Ａ）部分図は溝が整形された縦リブの概念図である。（Ｂ）（Ｃ）部分図はその縦リブに溝部を整形する工程の概念図である。（Ｂ）部分図は押圧整形型ＰＲＳが開、（Ｃ）部分図は押圧整形型が閉を示す。溝の整形は硝子管の内外表面の整形と同時に行う。溝は管長方向に等ピッチに整形する。前述の１／３オーバーラップ冷却の場合の等ピッチ整形の概念を図２９に示す。（Ａ）部分図と（Ｂ）部分図の戻りオーバーラップ量が図２７の場合と同じく１／３スパンである。図３０（Ｂ）部分図は、徐冷炉ＡＮＨ内部で循環移動するリンクベルトＬＩＮが硝子管ＧＰＰを支持する状態の模式図である。リンクベルトＬＩＮには拡大図に示す様にバネ式のヒンジ機構ＨＮＧが等ピッチに多数配置されている。ヒンジは図示の様に、不要時には折り畳まれている。多数のヒンジ部分は硝子管の縦リブの多数の溝部を同時に支える。多数のヒンジで、かつヒンジ毎のバネで支えるので硝子管の荷重のどの部分とも平衡して、かつガラス管に収縮・しわの発生を来たすことなく支持出来る。この縦リブ方式の平衡式荷重支持は管長には無関係（管長が（Ａ）部分図のように短くても無関係）に硝子管の重力と平衡しているのは明らかである。即ち、管長が増え管重量が増えると支えるヒンジ数も比例して増え、支持力も比例して増える。なおヒンジは高温硝子との長時間接触による固着が問題になる場合は、一連のヒンジを（Ｃ）部分図のように偶数番号（点線で示す）、奇数番号（実線で示す）別にグループ分けし交互に折り畳み、偶数番号のヒンジと奇数番号のヒンジが硝子に長時間接触支持しないようにして固着を防げば良い。
【００７１】硝子管の生産は、生産性の向上のため、１基の硝子溶解炉から複数台の硝子管製造ユニットに、分配トラフを経由して、溶融硝子が供給され、同時に多数の硝子管が生産される。またカッターによって硝子管が切断された後は硝子管の入った徐冷炉ごと次工程へ送り（図２２（Ａ）部分図のシャフトジョイントＪＳＦの部分で切り離せる）連続的に硝子管の生産を行う。なお硝子は常温では絶縁体であるが高温では導電体になる。高温導電を利用した電気溶融炉は最近、小規模〜中規模生産では、普及しつつあるが、そのクリーン性、コンパクト性、夜間電力の利用の場合の低コスト性、低公害性、等々の特徴から、本発明の硝子溶融炉として適している側面がある。以上で項目（Ｓ・５）硝子管製造の実施の形態例の説明を終わる。
【００７２】次に項目（Ｓ・６）集熱管に付帯する事項（即ち、ベローズ関係、熱吸収管支持具関係、真空蒸着関係）を説明する。集熱管部分の、実施の形態例を図４５を参照して説明する。（Ａ）部分図に於いて、集熱管１は真空断熱の硝子管であるが、内部に熱吸収管２および複数の熱吸収管支持具２１がある。集熱管の内面形状は２種類の放物面ＰＢＲ１、ＰＢＲ２（部分図（Ｃ）参照、本部分図は集熱管の内側曲面＝反射面のみ描かれている、図の見やすさのため硝子肉厚は図示省略されている）を含む。放物面ＰＢＲ２は熱吸収管２部分を焦線とする反射鏡面でありアルミ蒸着面などの高反射率面である。放物面ＰＢＲ１も同じく熱吸収管２部分を共通焦線とする。放物面ＰＢＲ１には波長選択透過・反射（太陽光線は殆ど透過し、熱吸収管からの熱輻射線である赤外線は殆ど反射する特性の）膜が蒸着されている。（Ｂ）部分図に於いて、太陽光線ＳＢＭは図のように放物面ＰＢＲ１を殆ど透過し、放物面ＰＢ２で反射され、熱吸収管部分に集光する。高温の熱吸収管から熱輻射された赤外線ＲＤＹ１、ＲＤＹ２は、図示のように、いずれも反射されて自分自身に戻る。従って、熱吸収管自身の表面にも波長選択膜表面処理をして熱輻射の抑制を図った場合、それに加えて更に前述の放物面ＰＢＲ１の熱輻射抑制の効果が加わり、熱輻射損失は低減される。
【００７３】熱吸収管支持具２１は集熱管１内部に適切な間隔で（Ａ）部分図に示すように複数個配置される。熱吸収管支持具は、集熱管の断面模式図である（Ｄ）部分図に示すように、柱状である。熱吸収管支持具２１は（Ａ）部分図に示すように、相互にピアノ線２３で等間隔に連結されている。なお、連結法はピアノ線に限定せず、適切な方法であれば良い。図のわかり易さのためピアノ線は２組のみ図示し他は図示省略している。熱吸収管支持具は熱吸収管の固定・支持と集熱管の真空時点の強度補強の二つの役割（（Ｄ）部分図参照）を果たす。強度補強効果の結果、真空圧縮力に対抗する役割である硝子肉厚、を薄く出来て、結果としてコスト低減をもたらす。熱吸収管支持具の構造は、前述の、固定・支持と強度補強の趣旨を満し、かつガス吸着など真空環境に有害なもの、高温クリープ性のもの等を除外し、適切なものであれば良い。一例を以下に説明する。部分図（Ｆ）に於いて熱吸収管２は熱吸収管支持具２１の断熱用のセラミックス部分の穴を貫通して位置決め・支持される。同図に於いて集熱管２の内部は集熱時点では高温水蒸気（水平点線で図示している）でありセラミックスで断熱され、斜線ハッチング部のステンレス部分に対しクリープ保護をしている。熱吸収管支持具は柱状長さが微小寸法伸縮出来るようになっている。集熱管の内側寸法のばらつきと熱伸縮を吸収するために、（Ｄ）部分図のＥＥ部分の拡大図面（Ｅ）部分図に示すようにバネ構造で伸縮可能になっている。熱吸収管支持具が硝子に接触する部分はメタルコンタクトを避けている。（Ｄ）部分図のＢＢ部分の拡大図である（Ｂ）部分図を参照して説明する。テフロンライニング２２が熱吸収管支持金具２１の先端に施されていて、従って、集熱管１とのメタルコンタクトは無い。また集熱管の内側リブ１３によって、熱吸収管支持具は、ずれないように位置決めされている。（Ｄ）部分図のＧＧ部分の拡大図面である（Ｇ）部分図に示すように熱吸収管支持具の他端も同様にメタルコンタクトは無い。集熱管の内側リブ１３は図２８に示すように、集熱管の外側のリブ、即ち縦リブと同じく溶融硝子が流下する時点で形成され押圧整形で整形される。但し外側の縦リブのような支持用溝の整形はされない。なお、前述の、メタルコンタクトを避ける方法は一例であり、適切なものであれば良い。
【００７４】集熱管に於ける硝子材と熱吸収管材の熱膨張に関して説明する。集熱管１は通常２台、図１８のように直列接続される場合が多い。通常の住宅は屋上が幅１０ｍ前後である頻度が多い。１）運搬（特に集熱管を生産工場から設置すべき住宅に運搬）上の都合、２）屋上に持ち上げるのに重く不便、の１）２）を主たる理由とし、数ｍ（例えば５ｍ）以上の長さの集熱管はコスト高に繋がる。設置すべき住宅が幹線道路から離れた密集地にあって、両側２車線・片側１車線の交差点を、１０ｍ前後長さの荷物を積んだ運搬車両が左折する場合を想定すればコスト高どころか、運搬不能の場合もあり得る。深夜、対向車線を通行止めするなどの手段を講じて、運搬可能となった場合でも、関連付帯コストは免れない。従って屋根幅１０ｍ前後では、２台の集熱管を設置工事時に連結して使用することになる。
【００７５】集熱管は硝子製で脆弱であり、無理な温度膨張差や機械歪で破壊するので、集熱管の両端には温度膨張差吸収用のベローズと、振動緩和用等および機械歪・捩れ緩和用の平板ダイアフラムがそれぞれ設けられる。図１８にその位置が示ブロック矢印で、種類がベローズが記号ＢＬＷ、平板ダイアフラムが記号ＤＰＭで示されている。ベローズ及びダイアフラムは金属製（真空でのクリーン性、材料強度、熱膨張率の面からステンレス製が望ましい）である。硝子との気密封止は、低温封着用粉末硝子（フリット）をプレス成形したタブレットで低温融着される。図１９はベローズの実施例である。ベローズ１５とベローズ接続板１５３が溶接され、ベローズ接続板１５３と集熱管１がタブレット融着され、ベローズに熱吸収管２が溶接される。熱吸収管２は細長く（たとえば直径２．５ｍｍ前後、長さ数ｍ）曲がりやすいので、テンションバネ１５１で常に張力を与え、熱膨張・収縮にかかわらず直線を保つようにする。ベローズは取り扱い中の破損を防ぐためバネ受け兼用のベローズカバー１５２が溶接されている。平板ダイアフラムについて説明する。図２０（Ａ）部分図は平板ダイアフラム１６の外観、（Ｂ）部分図は平板ダイアフラムの断面および集熱管にフリット封着するステンレス製のダイアフラム側板１６１の断面である。平板ダイアフラムは（Ｃ）部分図のようにダイアフラム側板に溶接される。平板ダイアフラムの中心に熱吸収管が貫通して溶接されている。集熱管と外界との捩れ（部分図（Ｄ）に模式的に示されている、図は誇張して角度が大きく示されている）、微振動などは平板ダイアフラムに吸収される。なお、ベローズ及びダイアフラムは集熱管への熱クッションにもなっていることを説明する。熱吸収管は最高１０００℃程度になる。ソーダ硝子の歪点は約４７０℃、フリット硝子の融点は３００℃弱程度である。従って熱吸収管の最高温度が直接に集熱管またはフリット融着部分に到達することは許容されないが、ステンレス材の特徴である熱伝導率の低さがこれを実現している。即ち、ダイアフラムおよびダイアフラム側板の半径方向の温度差が熱クッションの役割を果たしている。
【００７６】なお、特開５−１７２４０５に於いては、硝子と金属の熱膨張率との差が問題となっている。即ちパイレックス硝子の熱膨張率３２．５×１０の−７乗（〜以降×１０の−７乗部分の表記は省略して単に３２．５のように記す）は確かに鉄鋼金属の熱膨張率にくらべて小さすぎる。本発明に於いては、熱膨張率差の影響は少ない。即ち、硝子はソーダライム硝子（熱膨張率約９９〜１０１）であり、硝子に気密封止する部分のベローズ・ダイアフラム（ダイアフラム・ベローズの全体または一部分）はＳＵＳ４４０系、４２０系、４３０系、４０３系、などであり、その熱膨張率は９９〜１０４である。従って熱膨張率差は最大でも５（＝１０４−９９）であり、特開５−１７２４０５に記されている問題は生じない。なお硝子溶融の際の添加成分の調合に於いて、Ｎａ２Ｏ，Ｋ２Ｏ，Ｌｉ２Ｏの増量は熱膨張率を増加させ、Ｂ２Ｏ３の増量は耐候性を改善する、ＴｉＯ２はソラリゼーションを改善する等々なので、熱膨張率の微調整が可能である。なおパイレックス硝子は高価品種であり、ソーダライム硝子は全硝子中で最も低価格品種である。
【００７７】熱吸収管は高温域に於ける強度低下（クリープ特性）に対処するため、超耐熱合金を使用する以外に、タングステン線またはモリブデン線の部分巻き付けの新手法で対応しても良い。図４６に於いて、熱吸収管２の温度は左から右に進むにつれ高くなる。クリープが問題になるのは右側の集熱管１内の熱吸収管の右端部分のみである。図に示すように、当該部分のみにタングステン線またはモリブデン線の細線を巻き付けて強度補強する。タングステン線またはモリブデン線は熱吸収管の材質であるステンレス鋼に比べて高温までクリープを示さないので、熱吸収管は高温高圧の水蒸気（例えば超臨界条件の２５０気圧、１０００℃）にも充分耐え得る。しかもタングステン線またはモリブデン線は充分に細い線（例えばΦ０．０１ｍｍ）が実用になっていて、かつまた真空中の使用なので酸化等の劣化が無く、容易に適用し得る。なお線は密に巻きつける必要は無く、図示の如く、隙間をあけて巻き付け、線材の重量軽減を図っても良い。以上によって熱吸収管はクリープの影響を免れ、水蒸気の内圧に抗する限界肉厚まで薄肉化でき、コスト低減が図れる。
【００７８】熱吸収管の所要肉厚は管直径に比例する。熱吸収管の直径を小さく（但し、放物集光面の光学精度の許容内、太陽追尾のトラッキング精度の許容内にて）することは、次の重要な利点を生じる。１）直径が小さい程、高温が得られ高効率である、２）直径が小さい程、下記計算式に示すように、肉厚は薄くて良い、３）肉厚が簿くて良いので管内外の温度差（温度傾度）が小さくなり集光された太陽熱が熱吸収管に伝熱する効率が高くなる、４）直径が小さい程、熱吸収管の熱容量が小さくなるので、熱応答時間が短くなる。この項目２）のおよその数値的概念を計算例で示す。熱吸収管の肉厚Ｔは管内径Φ２ｍｍに対して、約０．１２５ｍｍである。即ち、外径Φ２．２５ｍｍ、余裕をみてもΦ２．５ｍｍである。（計算条件：クリープ域以下の温度域にて、管材質＝ステンレス、ステンレスの許容応力＝δ＝２０ｋｇ／平方ｍｍ、管内半径Ｒ＝１ｍｍ、管内圧力＝Ｐ＝２５０気圧〜２．５ｋｇ／平方ｍｍ、管円周応力の公式：δ＝ＰＲ／Ｔ）。熱吸収管の直径を小さくすることによって、蒸気圧が超臨界域の２５０気圧のような高圧でも、肉厚は充分に薄肉化が可能なことが解かる。
【００７９】本発明の熱吸収管部の特徴を図４７にて、対比によって説明する。（Ａ）（Ｂ）部分図が地上式の対比機、（Ｃ）（Ｄ）部分図が本発明の屋上機の一例である。集熱面積は（口径１５００ｍｍ×４ｍ長）と（口径２５０ｍｍ×４ｍ長×６台）で両者とも６平方ｍで同じ。集光面は対比機が硝子裏面鏡、本発明例が硝子表面鏡である。熱吸収管は、対比機がΦ３０ｍｍ、本発明例がΦ２．５ｍｍで、表面の波長選択吸収膜は、両者ともステンレス管に炭化ジルコニウムＺｒＣｘ系の黒化膜処理である。波長選択透過・反射膜１７は両者とも同じ酸化インジウム系の膜であり、対比機は真空硝子管の内面、本発明例では真空の集熱管の内面、に成膜されている。
【００８０】太陽光線の、硝子材による吸収損失は、対比機が硝子３枚分（反射鏡が裏面鏡なので反射鏡で往復２枚、プラス真空硝子管の１枚、の合計３枚）に対し、本発明例は硝子１枚分（集熱管入射部）のみ、かつ肉厚は対比機は大型なので分厚い。従って本発明例は硝子の吸収損失が小さい。それに付帯して硝子の表面反射損失（１面につき約５％の損失）も小さい。対比機は雨等の耐候性のために、表面劣化の激しい表面鏡は困難で裏面鏡と得ざるを得ないと言う状況がある。これを避けるために、ステンレス板を反射鏡にすることは、耐候性はやや増すが、大口径ステンレス板を精密放物面に保持するための、頑丈な支持フレームのコストが増加し、かつステンレスの反射率は低いので、砂漠地方の地上設置にのみ適用可能である。一方、発明例は真空環境なので、表面鏡の鏡面劣化は無い。以上に説明したように、本発明例は損失が少なく、熱吸収管の高温化が可能である。
【００８１】熱吸収管の全表面積は、対比機が約０．３８平方ｍ、本発明例が約０．１９平方ｍで、本発明例が狭い面積である。波長選択透過反射膜の特性は本発明例に於いて、良好である。波長選択反射膜の特性は、図４８に於いて、（Ａ）部分図が対比機、（Ｂ）部分図が本発明例である。縦軸は上方が透過率、下方が反射率、横軸は波長である。図４７（Ｂ）部分図に示すように、対比機では、熱吸収管２から輻射される熱線は、実線のように波長選択透過・反射膜に垂直に入射する場合と、破線のように大きな角度で斜入射する場合がある。波長選択透過・反射膜に限らず、光学的な波長選択膜はその特性の基本は膜の厚さ制御である。図４８（Ｃ）部分図に示すように、多層膜に直角に入射する光線（実線で示す）と斜めに入射する光線（破線で示す）では、膜を横切る長さが異なり、それに伴い、透過・反射特性も異なってくる。なお、図は多層膜を示したが、単層膜でも事情は同一である。通常の膜厚設計は直角の入射光線を前提にして設計されるが、注文者からの角度指定があれば、当該指定角度で行う。入射角度に大きなばらつきがあると、いわゆるカットオフ特性は急峻ではなくなり、図４８（Ａ）部分図のように肩がだれてくる。一方、本発明例のように角度差が少ない（図４７（Ｄ）部分図の実線、破線、一点鎖線、二点鎖線参照）とカットオフ特性は急峻になり、熱線の漏洩が押えられ損失が少ない。以上に説明したように、本発明例は熱吸収管の表面積が小さいので、また波長選択透過・反射膜のカットオフ特性が（Ｂ）部分図のように急峻なので損失が少なく、熱吸収管の高温化が可能である。更に波長選択透過・反射膜の成膜工程に於いて、直径３０ｍｍの管内での蒸着ボートの操作の自由度より、本発明例の口径２５０ｍｍ管内での蒸着ボートの操作の自由度が良好で精密な成膜が可能である。
【００８２】集熱管は、アルミニウム蒸着膜と選択透過反射膜の成膜時にはそれ自身真空容器として使用できる。従って、別途に長大な真空容器を製作する必要も無く成膜コストが低減出来る。更に多数の硝子管を大容量の真空ポンプに接続して硝子管内に成膜をして、短時間に多数の集熱管に仕上げることが出来、結果的に集熱管の低コスト化に寄与する。なお最近の真空ポンプ技術の進展によって、油拡散ポンプ時代より大容量の分子ターボポンプが低コストで利用出来るようになっている。更に分子ターボポンプは油拡散ポンプのような汚染がないので、高性能な成膜、即ち高品質の集熱管が製造出来る。図３２は多数の硝子管を１台の真空排気系に接続して、多数の集熱管を短時間に製造する一例、を示す模式図である。
【００８３】図３２に於いて、集熱管１がその両端部を、拡大図示されている真空側板ユニットＶＳＵ、で挟まれている。左側の真空側板ユニットはリーク弁と真空弁からなる真空弁ユニットＶＶＬと真空配管ＶＰＩとを経由して、ターボ分子ポンプと粗引きロータリーポンプからなる、真空ポンプユニットＴＭＰに接続されている。右側の真空側板ユニットは切り替えスイッチＸＳＷを経由してケーブルで真空蒸着電源ＡＰＳと図示省略の、蒸着と真空ポンプを制御する制御ユニットとに接続されている。真空側板ユニットは、集熱管２を、平板ドーナツ形状の真空用のゴム板、例えばバイトンゴム板ＶＴＮを介して押し当てて真空シールし、真空回転導入機と各種真空マニュピレータ（於いて、左側真空側板ユニット）、電流導入端子（於いて、右側真空側板ユニット）、などを装備している。真空蒸着は、蒸着ボートの設置等の段取りと、高真空度まで真空引きするまでの、段取りのいわゆる準備時間が長く、蒸着工程自体は殆ど瞬時である。従って１台の小容量の真空ポンプユニットと１台の小容量の真空蒸着電源を切り替えて、多数の集熱管の製造に同時に適用しても、時間的無駄が無く、多数の集熱管を同時に扱う大容量の設備（真空ポンプユニットと蒸着電源）が不要であり、成膜用設備投資は非常に低減される。このことは、前述の真空容器不要との特徴と併せて、集熱管の製造コストを充分に低減させ、結果的に発電単価の低コスト化に繋がる。
【００８４】（Ｓ・７）改良焦線型集光の場合の到達温度関係の説明を、図５６を参照して説明する。（Ａ）部分図は改良焦線型集光の温度計算モデルである。改良焦線型集光は図３３（Ｃ）部分図の焦点型集光と等価（図５４に於いて、放物面が担当するＸ軸方向のＸ集光度と、フレネルレンズが担当するＹ軸方向のＹ集光度を等しくすれば焦線型集光と等価）である。（Ａ）部分図は、詳しくは（Ｂ）部分図に示すように、集光鏡空間は前面ガラスＦＧＳに覆われ真空であるとする。集光点（直径φの球とする）が集光鏡の辺縁部に対して張る角度θＢＭ２は、太陽光の平行度（＝３１分５８秒）θＢＭに等しい（即ち、θＢＭ１＝θＢＭ２＝θ）とする。集光鏡の直径をΦとする。φ〜（Φ／２）＊ＴＡＮθ＝約０．００４３７Φとなる。直径Φ、面積Ｓ、輻射率εの黒体からの輻射量Ｊは、Ｊ＝ε＊Σ＊Ｓ＊Ｔ４である、ここでΣはステファン・ボルツマン定数で、５．６７×１０−８である。集光球の表面は波長選択吸収膜処理がされていて、太陽光の主要波長は吸収し、集光球表面からの自己輻射は低くなるようにされているとする。一般的にはその輻射率は、ε＝０．１程度である。太陽光ＳＢＭの日射量はエアマス２（ＡＭ＝２）程度の、単位面積当り８５０ジュールとする。前面ガラスの透過率〜０．９、集光鏡の反射率〜０．９とすると等価的な日射量は６８９ジュール（＝８５０＊０．９＊０．９）となる。
【００８５】部分図（Ｃ）に示す熱平衡の原理から、（Ｗｉｎ）＝（Ｗｏｕｔ）＋（ＥＭｏｕｔ）の熱平衡式が成立する。ここでＷｉｎは集熱量、Ｗｏｕｔは取り出し利用熱量、ＥＭｏｕｔは熱輻射量である。Ｗｉｎ＝（日射量）＊（集熱面積）×η＝６８９＊（πΦ２／４）＊ηである。ここでηは集光球の波長選択膜のカットオフ以短の波長の比率（部分図（Ｄ）（Ｅ）のブロック矢印の部分の全体に対する割合である、ここで（Ｄ）部分図は波長選択吸収膜の吸収特性、（Ｅ）部分図はエアマス２の分光分布）であり、２５％（η＝０．２５、即ち、全波長域のうち２５％を利用）と仮定する。Ｗｏｕｔは集熱量の５０％（即ち、Ｗｏｕｔ＝０．５＊Ｗｉｎ）と仮定する。ＥＭｏｕｔ＝ε＊Σ＊Ｓ＊Ｔ４＝ε＊Σ＊（４πφ２／４）＊Ｔ４＝ε＊Σ＊π＊φ２＊Ｔ４である。以上のＷｏｕｔ、ＥＭｏｕｔを前述の熱平衡式に代入して、０．５＊Ｗｉｎ＝ε＊Σ＊π＊（０．００４３７Φ）＊（０．００４３７Φ）＊Ｔ４、ここでＷｉｎ＝６８９＊（πΦ２／４）であるから、熱平衡式は結局Φ、πが消去され、（６８９／４）＊η＝ε＊Σ＊０．００４３７＊０．００４３７＊Ｔ４　となり、η＝０．２５、ε＝０．１、Σ＝５．６７×１０−８を代入して、到達温度Ｔ＝４３８５度Ｋを得る。なお前面ガラスＦＧＳの波長選択透過・反射膜のファクタは無視した（なお、計算結果への影響は小さい）。実際は集光鏡裏面から周囲空気の熱伝導損失等々の損失があり、３０００〜４０００℃が実用到達温度になっている。実際に、溶融温度３０００度以上の物質が、点集光型の太熱陽集熱機で溶融されている実例は非常に多数ある。なお、１０００℃程度の利用温度の場合は上記ηは０．９程度に高く設定できる。
【００８６】以上ように、改良焦線型の集光温度は３０００℃程度まで高温化が可能であるが、実際は、１０００℃前後の運転をする。前述のコ・ジェネ発電等で行われているガスタービンの運転温度は１２５０℃程度が最高であって、次のクリープ対策が工夫されている。１）タービン翼の空気膜（空気フィルム）冷却、２）タービン翼のセラミックコート、等々。これ以上の高温運転はタービン等を全面的にセラミック化しなければならないとされている。一方タービンの全面的なセラミック化は非常なコストアップを来たす。また本発明の太陽熱発電装置の蒸気タービンは小型であり、前述の空気膜冷却が寸法構造的に困難である。本発明に於いては、運転温度は１０００℃程度に止める。将来的にセラミック化の購入コストが低廉な状況になった場合は当然高温運転が出来る。なお、運転温度１０００℃用の設計に於いても、タービン等の部分的なセラミックコート、熱吸収管のタングステンまたはモリブデン線補強は必須である。以上で（Ｓ・７）到達温度の説明を終わる。
【００８７】なお以上の、発明の実施の形態で説明した内容は一例であり、本発明の趣旨が満たされる限り、例示に限定されるものではない。例えば、第一実施例を示す図１は東西型で２台の集熱管の連結を発電単位としているが、図１４（Ｂ）部分図に示すように南北型でも良いし、図１４（Ａ）部分図に示すように、２台の集熱管の連結と１台の集熱管の混合でも良いのは当然である。また配管類、熱吸収管、蒸気タービン、熱吸収管支持具等の材質はステンレスとしたが、高強度合金鋼（例えばクロムモリブデン鋼系）でも良い。この場合は無電解ニッケルメッキを施し、その上に硬質クロムメッキを施せば、クロムは錆びないのでステンレスと同効果が得られる。また集熱管、熱吸収管関連の成膜では、蒸着とは限らず、スパッタなどの成膜でも本発明の趣旨に変わりがないのは当然である。また集熱管内に非蒸発ゲッターを配置して、高真空度維持期間を延長して、長寿命化を図るなどの通常の手段も併用して良い。また一軸ユニットの回転軸は磁気浮上の非接触回転軸を例示しているが、非接触方式は磁気浮上に限定されずに、例えば、動圧型流体軸受け等でも良い。また、蒸気タービンはユングストロームタービンには限定されない、小形の軸流タービン等でも、本発明の趣旨が満たされるものでであれば良い。また集熱管の自動清掃は、清掃ロール法に限定するものではない。例えば高圧イオン発生用電線を集熱管の前面付近に配置させて、集熱管のトラッキング兼用回転と連動させ、イオンクリーニングしても良い。
【００８８】フレネルレンズ部分は集熱管の全長にわたって整形しなくても良い。図２に於いて、熱吸収管の温度２の温度はＢ−Ｂ端側から徐々に上昇する。フレネルレンズによる点集光が必要になる高温部分は、図の右側の熱吸収管の途中から蒸気タービン３１に至るまでの部分、即ち、ＣＣ部分以降である。従って、フレネルレンズ整形処理は必要個所のみで良い。また蒸気条件は２５０気圧を例示したが、これに限定されない。高圧力による熱効率の向上と耐熱合金等のコスト上昇のコストバランスを考慮して最低コストになる蒸気圧を選定する。また、溶融硝子を環帯状に流下させる方法は、硝子材質、生産速度等に応じて、図５０（Ａ）部分図のような方法でも良い。この場合、環帯状に流下する溶融硝子ＭＧＬの内面は一切の型に触れず、いわゆる火造り面となって、異物、泡などの欠点を含まず、表面品質が良い。（Ｂ）部分図に示す集熱管１は内面が鏡面性状である高品質を要求されるので、硝子材質等によっては、図２２のモールド開口部分ＯＦＳから溶融硝子を流下させる方式の代替になる。また集熱管の口径２５０ｍｍ程度は一例であり、例えばビルの屋上設置のように、設置環境、運搬環境等が住宅の屋上設置にくらべて良い場合には、口径２５０ｍｍ以上（例えば５００ｍｍ）の大口径のものが低コストである。
【００８９】
【発明の効果】
本発明は以上に記載されたように構成されているので、以降に記述する効果が生じる。先ず、溶融硝子を押圧整形し平衡荷重支持する硝子管製造方式の考案によって、精密光学形状かつ長尺かつ大口径の集熱管が製造可能になり、屋上設置型の焦線式太陽熱発電装置が実現可能になった。硝子管の前面にフレネルレンズを押圧整形して形成でき、集熱温度の大幅な高温化が可能な、改良焦線型集熱管が実現可能になった。高温化の結果高効率の太陽熱発電装置が実現され、結果として発電端単価の低コスト化が実現された。
【００９０】集熱管の、個別または列毎（以降、単位集熱管毎と略記する）の太陽追尾に於いて反転機構と破壊予防具と清掃手段の組み合わせによって、次の▲１▼〜▲７▼の効果が生じ、結果として発電単価の低コスト化が実現できる。▲１▼破壊予防具の装備によって硝子の薄肉化が可能になり、集熱管の低コスト化が実現され、結果的に発電単価の低コスト化に繋がる。▲２▼単位集熱管毎のトラッキング方式の結果、圧力容器安全規則的には簡易容器扱いとなって、付帯する諸コストの低減が実現でき、結果的に発電端単価の低コスト化に繋がる。▲３▼集熱管の自動清掃の結果、経時的（経年的）な高効率の維持が実現でき、結果的に発電端単価の低コスト化に繋がる。▲４▼集熱管の自動清掃の結果、清掃および保守コストの低減が実現でき、結果的に発電端単価の低コスト化に繋がる。▲５▼単位集熱管毎の太陽追尾の結果として、不足の事態における、単位集熱管毎の緊急処置（空焚き防止など）が実現され、装置寿命の長期化、故障の低減が事実源され、結果的に発電単価の低コスト化に繋がる。▲６▼単位集熱管毎の太陽追尾なので単位集熱管毎の最高・最適の角度制御が実現でき、最高集光効率が実現され、結果的に発電単価の低コスト化に繋がる。▲７▼単位集熱管毎の太陽追尾なので、個別の集熱管が木陰などの影響をうけても、全体の集熱管には影響が無く、影響除去関連の付帯コストを削除でき、結果的に発電単価の低コスト化に繋がる。
【００９１】蒸気タービンが集熱管の真空部分と連結した真空空間で真空熱伝達断熱および輻射光反射断熱され、かつまたタービン騒音が真空遮断され、次のＡ）Ｂ）の諸効果を生じ、結果として発電単価の低コスト化が実現できる。Ａ）有効断熱されるので熱損失が低減され、熱効率が高い。従って結果的に発電単価の低コスト化に繋がる。Ｂ）タービン騒音が低減されるので、屋上設置型の太陽熱発電装置が実現出来る。また、騒音対策コストも低減出来、結果的に発電単価の低コスト化に繋がる。
【００９２】蒸気タービンと高圧ポンプと復水器が一体密閉空間をなしているので水補給などのメンテナンスが低減され、メンテナンスコストが低減される。また純水または蒸留水の使用が、一体密閉空間に依存する真空脱気の効果と相乗して、長期間にわたる高い熱効率の維持、装置の長寿命化をもたらし、結果として発電単価の低コスト化に繋がる。
【００９３】蒸気タービンと高圧ポンプと発電機ローターの回転軸が１軸結合されかつその回転軸は非接触高速回転軸であるので次のＩ）〜Ｖ）の効果か生じ結果的に発電単価の低コスト化が実現できる。Ｉ）１軸回転であるので、蒸気タービンの回転力で高圧ポンプを回転できて、高圧ポンプ用モータが不要になり、コスト低減が図れる、その結果として発電単価の低コスト化に繋がる。ＩＩ）１軸回転であるので、集熱管の要求流量と蒸気タービン回転量、高圧ポンプ回転量が比例関係になり、高圧ポンプの回転制御が単純化され、制御系コストが低減できて、結果的に発電単価の低コスト化に繋がる。
【００９４】ＩＩＩ）回転軸が非接触軸の結果、高速回転が可能になり、蒸気タービン、発電機、高圧ポンプの半径方向の寸法的な小型化が実現できて、軽量化、低コスト化が図れ、結果的に発電単価の低コスト化に繋がる。例えば蒸気タービン翼は精密鋳造であるロストワックス製法で製造される例が多いが、ツリーに付け得る取り数は、製品の小型化によって飛躍的に増え、低コスト化に繋がる。ＩＶ）発電機が高速回転であるので、発電周波数の高周波化が実現できて永久磁石、コイルなどの電子部品の小型化に伴う低コスト化が図れ、結果的に発電単価の低コスト化に繋がる。Ｖ）回転軸が非接触回転であるので、摩擦損失が無く、高効率であるので、結果的に発電単価の低コスト化に繋がる。ＶＩ）回転軸が非接触であるため摩擦損失が無く、長寿命が実現され、結果的に発電単価の低コスト化に繋がる。
【００９５】熱吸収管支持具が集熱管の薄肉化・軽量化に寄与できるので、集熱管の低コスト化が図れ、結果的に発電単価の低コスト化に繋がる。なお以上に説明したさまざまな小型化、軽量化の結果、以上に説明した直接的なコスト削減効果以外に、運送・運搬コスト、保管コスト、据え付け工事コスト等々の間接的・付帯的なコスト削減効果もある。
【００９６】日本は土地価格の高い国である。従って地上設置型の太陽熱発電装置と異なり、敷地コストの不要な屋上設置型の太陽熱発電装置は、敷地コストの観点からは低コストである。日本では一見して、放置、無人、無利用の荒地、砂地と言えども、採草地権、各種地権、各種入会権、公園規制、保安規制など各種利害関係、各種規制等が輻輳・錯綜していることはあまねく経験されることである。低発電単価の屋上設置型太陽熱発電装置の実現は、以上の敷地コストの観点に加えて、太陽熱発電は自然・再生可能なエネルギーの利用のクリーンな発電であるから、昨今の化石燃料の濫用による地球環境破壊の観点からも効果的であり、その実現効果は単なるコスト効果以外に多岐に波及する。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態第一例、住宅の屋上に設置された太陽熱発電装置の図
【図２】同、第一例の発電ユニットの構成および熱媒体の循環を示す図
【図３】同、第一例の発電ユニットの回転を示す図
【図４】同、第一例のソーラートラッキングを示す図
【図５】同、第一例の一軸ユニットの詳細模式図
【図６】同、第一例の蒸気タービンの翼形状を示す図
【図７】同、第一例の一軸ユニットの共通回転軸の圧力バランスを示す図
【図８】同、第一例の発電ユニットの真空及び水・水蒸気密閉空間を示す図
【図９】同、第一例の集熱管のトラッキングに於ける清掃を示す図
【図１０】実施の形態第二例、工場の屋上に太陽熱発電装置を設置した図
【図１１】実施の形態第三例、第一実施の形態に給湯機能が付加された図
【図１２】同、配管図
【図１３】低効率の太陽熱発電装置が屋上に収まらないことを示す図
【図１４】実施の形態第一例の、配置変形と南北変形の各実施例を示す図
【図１５】一括と個別の各太陽追尾を示す図
【図１６】集熱管が反転して破壊予防具が作動する状況を示す図
【図１７】集熱管の囲いを示す図
【図１８】ベローズとダイアフラムの位置を示す図
【図１９】熱吸収管にテンションを与える図
【図２０】ダイアフラムの模式図
【図２１】フレネルレンズの表面外観と熱吸収管の角度特性を示す図
【図２２】硝子管製造装置の上部の模式図
【図２３】硝子管の押圧整形型の上下移動を示す図
【図２４】硝子管の押圧整形型（内側型）の開閉動作を示す図
【図２５】ゴブプレスによる硝子成形の例を示す図
【図２６】硝子管製造過程に於ける制御温度パターンを示す図
【図２７】押圧整形型の昇降と温度パターンを示す図
【図２８】縦リブの形状と整形を示す図
【図２９】縦リブを介して硝子管を支持する様子を示す図
【図３０】徐冷炉内での硝子管の平衡支持を示す模式図
【図３１】徐冷炉に硝子管が入る前後の、硝子管の平衡支持を示す図
【図３２】蒸着装置の模式図
【図３３】太陽光の集光種別を示す図
【図３４】焦線式の集光の模式図
【図３５】熱吸収管用の硝子円管と選択吸収及び選択透過の概念図
【図３６】熱媒体の循環回路及び熱交換機の熱交換を示す図
【図３７】集熱管の集合配置と筐体を示す図
【図３８】硝子管の従来製造技術であるアップドロー、ダウンドローを示す図
【図３９】同、ダウンドローの種類を示す図
【図４０】従来技術であるＣＰＣ集光概念と到達温度の概念を示す図
【図４１】熱吸収管の直径の差異で、到達温度が異なることを示す為の補助図
【図４２】熱媒体の並列循環型回路図
【図４３】屋上での太陽追尾エラーを示す概念図
【図４４】放物集光面の精度計算のための補助図
【図４５】熱吸収管支持具の配置と構造の模式図
【図４６】熱吸収管のクリープ特性を補強する方式を示す概念図
【図４７】集熱効率の対比図
【図４８】波長選択膜のカットオフ特性・角度特性を示す図
【図４９】制御ユニットの発電機制御部のブロック及び発電機スイッチの図
【図５０】溶融硝子を流下させる他の方式の図
【図５１】集熱効率、熱変換効率、発電端効率を示す図
【図５２】フレネルレンズの集光状況を示す図
【図５３】フレネルレンズの形状を示す図
【図５４】フレネルレンズの適用概念を示す模式図
【図５５】熱吸収管カバーの模式図
【図５６】改良焦線型集光の到達温度の計算のための説明図
【符号の説明】
１　集熱管
１１　接続カバー　　　１２　破壊予防具　　　１３　内側リブ
１４　集熱管接続カバー　　　　　　　　　　　１５　ベローズ
１６　平板ダイアフラム　　　　　　１７　波長選択透過・反射膜
１０７　周辺カバー　　　　１５１　テンションバネ
１５２　ベローズカバー　　１５３　ベローズ接続版
１６１　集熱管側板
２　熱吸収管
２１　熱吸収管支持具　２２　テフロンライニング
２３　ピアノ線　　　　２４　集熱管カバー　　２５　移動用磁石
３　一軸ユニット
３１蒸気タービン　　　３２　復水器　　　　　３３　発電機
３４　高圧ポンプ　　　３５　端部カバー
３１１　動翼　　　３１２　静翼　　　　　３２１　冷却管
３２２　フランジ　３２３　磁気軸受け　　３２４　回転軸
３２５　ファン　　３２６　給湯配管
３２７　フレキシブル配管　　　　　　　　３２８　貯湯タンク
３３１　ローター　３３２　ステータコイル
３３３　真空隔壁　３４１　ポンプカバー　３４２　ブレード
３２３１　磁性体
４　配管ユニット
４１　高圧水配管　　　４２　低圧水配管　　　４３　配管コネクタ
５　トラッキング駆動機構
５１　トラッキング回転軸　　　　　　　　　　５２　清掃ロール
６　発電機
７　発電ユニット
８　制御ユニット
８１　ＡＣ／ＤＣインバータ　　　８２　ＤＣ／ＡＣインバータ
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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【手続補正書】
【提出日】平成14年8月30日(2002.8.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２７】図２は発電ユニットの構成および発電ユニット内の熱媒体の循環を示す概念図である。図１も同時に参照して熱媒体の循環を説明する。熱媒体は水であって、閉回路をブロック矢印で示す方向に循環する。図２に於いて、高圧ポンプ３４で高圧に加圧された水は高圧水配管４１を通りＢ−Ｂ端面側から集熱管１に入り集熱管の内部を貫通する熱吸収管２を通り、配管コネクタ４３で接続されている、隣の集熱管１内の熱吸収管２を通り、蒸気タービン３１、復水器３２、発電機３３を通り、高圧ポンプ３４に還流する。熱吸収管内部では太陽熱によって水は加熱されて高温・高圧水蒸気になり蒸気タービンを回転させ、回転軸結合している発電機３３のローターを回転させて発電する。蒸気タービンで膨張した水蒸気は復水器で凝縮されて低温・低圧水になる。なお部分図（Ｂ）は部分図（Ａ）のＢ−Ｂ矢視図である。図２部分図（Ａ）の全体（即ち、集熱管２台、熱吸収管２台、蒸気タービン、復水器、発電機、高圧ポンプ、配管類）が図１部分図（Ａ）および（Ｃ）の発電ユニット７に相当する。また図２部分図（Ａ）の蒸気タービン３１、復水器３２、発電機３３、高圧ポンプ３４の組が一軸ユニット３であり、図１の一軸ユニット３（一軸ユニットの端部は端部カバー３５で保護されている）に相当する。


【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３８】これらの３項目の利点は結局、発明の請求範囲・請求項２の帰結である。即ち１軸結合、非接触回転、密閉空間、復水器の低温側真空封じの諸特徴が硝子製集熱管の特徴と相伴って前記３項目の利点を可能にした。以上で項目（Ｓ・１・２）一軸ユニット関係の説明を終わる。


【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４４】前述の利点１）の詳細について説明する。地上設置型に対して、屋上設置型の太陽熱発電装置に課せられる、屋上設置に起因する多くの制約条件の内には、Ｉ）破壊安全性、ＩＩ）軽量性、ＩＩＩ）圧力容器安全規則の法規制、等々がある。ＩＩ）の軽量性の制約については、屋根強度、据え付け工事時に於ける重量物の屋根上への荷揚げ、等々を考慮すれば明白な制約である。Ｉ）の破壊安全性の制約は次のイ）〜ハ）の考慮を含む。即ち、考慮イ）降雹による硝子製集熱管の破損、破砕硝子片の屋上からの落下。考慮ロ）強風時に於ける、小石、大枝等の固形物の飛来・衝突による硝子製集熱管の破損、破砕硝子片の落下。考慮ハ）地震時等に於ける集熱管の破損、破砕硝子片の落下。ＩＩＩ）の圧力容器安全規則関連は、特に今説明中の実施の形態（前述の、実施の形態の第一例、即ち（Ｓ・１）屋上以外には蒸気タービン、高圧ポンプなどの補助機器類さえも設置スペースの無い住宅に太陽熱発電装置を設置する場合のことである）では、低コスト化の観点から、検討・考慮が避けられない性質のものである。


【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５１】次に前述のＩＩＩ）圧力容器安全規則関連の説明をする。次の説明を行う、即ち、個別トラッキングが利用できることによって、結論的には、実施の形態第一例（Ｓ・１）の場合は、第一種圧力容器の内の簡易容器に該当するように設計可能で、その結果、圧力容器安全規則の法規制の適用が除外され、同法規制に直接的・間接的に付帯する諸コストが省略でき、従って結果的に、法規制面に関しては、当該太陽熱発電装置の低コスト化に寄与することを説明する。


【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５２】図２の熱媒体循環図が示すように、高温・高圧蒸気を含む容器は第一種圧力容器であるが、ＰＶ＜０．０４であれば第一種圧力容器の内では同法規制の最も緩やかな（即ち、構造規格の遵守義務のみであり、直接的な法規制は無い）簡易容器扱いになる。ここでＰ＝ゲージ圧力（単位はｋｇ／平方ｃｍ＝ほぼゲージ気圧に相当する）、Ｖ＝容積（単位は立方ｍ）である。数値例をあてはめて実施の形態第一例（Ｓ・１）が簡易容器の範囲内に納まることを示す。蒸気条件としてはもっとも厳しい蒸気条件である超臨界域の１０００度Ｃ、２５０気圧を適用する。容積についても最も厳しい条件として、熱吸収管の長さは１本当り５ｍ、２本で１０ｍ、高圧水配管が１０ｍの合計２０ｍ（図８参照）とする条件を課す。熱吸収管および高圧水配管の内径は直径２ｍｍ（２０ｍの合計容積は約０．００００６３立方ｍ）とする。ＰＶ＝０．００００６３×２５０＝０．０１６となり、ＰＶ＜０．０４の条件を満たす。


【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５５】なお図２に於いては、蒸気タービン３１は、屋上設置に起因する、小型、軽量化の絶対的なる要請、のために高速回転のマイクロタービン型になる。このタービン内容積は小さいのでＰＶ値は０．０４にくらべて小さくし得る。また蒸気タービン出口以降の復水器部分の圧力は低いのでＰＶ値は０．０４にくらべて無視し得る。なお高圧ポンプの容積Ｖは極微小である。以上でＩＩＩ）圧力容器安全規則の法規制関連の説明を終わる。なお、微小角度駆動によって焦点外しを行い、個別の熱吸収管の空焚き（何らかの異常によって空焚きが発生した場合）が緊急回避可能なことも、利点１）に含まれる。以上で利点１）関係の説明を終わる。


【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７２】次に項目（Ｓ・６）集熱管に付帯する事項（即ち、ベローズ関係、熱吸収管支持具関係、真空蒸着関係）を説明する。集熱管部分の、実施の形態例を図４５を参照して説明する。（Ａ）部分図に於いて、集熱管１は真空断熱の硝子管であるが、内部に熱吸収管２および複数の熱吸収管支持具２１がある。集熱管の内面形状は２種類の放物面ＰＢＲ１、ＰＢＲ２（部分図（Ｃ）参照、本部分図は集熱管の内側曲面＝反射面のみ描かれている、図の見やすさのため硝子肉厚は図示省略されている）を含む。放物面ＰＢＲ２は熱吸収管２部分を焦線とする反射鏡面でありアルミ蒸着面などの高反射率面である。放物面ＰＢＲ１も同じく熱吸収管２部分を共通焦線とする。放物面ＰＢＲ１には波長選択透過・反射（太陽光線は殆ど透過し、熱吸収管からの熱輻射線である赤外線は殆ど反射する特性の）膜が蒸着されている。（Ｃ）部分図に於いて、太陽光線ＳＢＭは図のように放物面ＰＢＲ１を殆ど透過し、放物面ＰＢ２で反射され、熱吸収管部分に集光する。高温の熱吸収管から熱輻射された赤外線ＲＤＹ１、ＲＤＹ２は、図示のように、いずれも反射されて自分自身に戻る。従って、熱吸収管自身の表面にも波長選択膜表面処理をして熱輻射の抑制を図った場合、それに加えて更に前述の放物面ＰＢＲ１の熱輻射抑制の効果が加わり、熱輻射損失は低減される。


【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７９】本発明の熱吸収管部の特徴を図４７にて、対比によって説明する。（Ａ）（Ｂ）部分図が地上式の対比機、（Ｃ）（Ｄ）部分図が本発明の屋上機の一例である。集熱面積は（口径１５００ｍｍ×４ｍ長）と（口径２５０ｍｍ×４ｍ長×６台）で両者とも６平方ｍで同じ。集光面は対比機が硝子裏面鏡、本発明例が硝子表面鏡である。熱吸収管は、対比機がΦ３０ｍｍ、本発明例がΦ２．５ｍｍで、表面の波長選択吸収膜は、両者ともステンレス管に炭化ジルコニウムＺｒＣｘ系の黒化膜処理である。波長選択透過・反射膜１７は両者とも同じ酸化インジウム系の膜であり、対比機は真空硝子管ＶＧＰの内面、本発明例では真空の集熱管の内面、に成膜されている。


【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８０】太陽光線の、硝子材による吸収損失は、対比機が硝子３枚分（反射鏡が裏面鏡なので反射鏡で往復２枚、プラス真空硝子管の１枚、の合計３枚）に対し、本発明例は硝子１枚分（集熱管入射部）のみ、かつ肉厚は対比機は大型なので分厚い。従って本発明例は硝子の吸収損失が小さい。それに付帯して硝子の表面反射損失（１面につき約５％の損失）も小さい。対比機は雨等の耐候性のために、表面劣化の激しい表面鏡は困難で裏面鏡とせざるを得ないと言う状況がある。これを避けるために、ステンレス板を反射鏡にすることは、耐候性はやや増すが、大口径ステンレス板を精密放物面に保持するための、頑丈な支持フレームのコストが増加し、かつステンレスの反射率は低いので、砂漠地方の地上設置にのみ適用可能である。一方、発明例は真空環境なので、表面鏡の鏡面劣化は無い。以上に説明したように、本発明例は損失が少なく、熱吸収管の高温化が可能である。


【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８３】図３２に於いて、集熱管１がその両端部を、拡大図示されている真空側板ユニットＶＳＵ、で挟まれている。左側の真空側板ユニットはリーク弁と真空弁からなる真空弁ユニットＶＶＬと真空配管ＶＰＩとを経由して、ターボ分子ポンプと粗引きロータリーポンプからなる、真空ポンプユニットＴＭＰに接続されている。右側の真空側板ユニットは切り替えスイッチＸＳＷを経由してケーブルで真空蒸着電源ＡＰＳと図示省略の、蒸着と真空ポンプを制御する制御ユニットとに接続されている。真空側板ユニットは、集熱管１を、平板ドーナツ形状の真空用のゴム板、例えばバイトンゴム板ＶＴＮを介して押し当てて真空シールし、真空回転導入機と各種真空マニュピレータ（於いて、左側真空側板ユニット）、電流導入端子（於いて、右側真空側板ユニット）、などを装備している。真空蒸着は、蒸着ボートの設置等の段取りと、高真空度まで真空引きするまでの、段取りのいわゆる準備時間が長く、蒸着工程自体は殆ど瞬時である。従って１台の小容量の真空ポンプユニットと１台の小容量の真空蒸着電源を切り替えて、多数の集熱管の製造に同時に適用しても、時間的無駄が無く、多数の集熱管を同時に扱う大容量の設備（真空ポンプユニットと蒸着電源）が不要であり、成膜用設備投資は非常に低減される。このことは、前述の真空容器不要との特徴と併せて、集熱管の製造コストを充分に低減させ、結果的に発電単価の低コスト化に繋がる。


【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８８】フレネルレンズ部分は集熱管の全長にわたって整形しなくても良い。図２に於いて、熱吸収管２の温度はＢ−Ｂ端側から徐々に上昇する。フレネルレンズによる点集光が必要になる高温部分は、図の右側の熱吸収管の途中から蒸気タービン３１に至るまでの部分、即ち、ＣＣ部分以降である。従って、フレネルレンズ整形処理は必要個所のみで良い。また蒸気条件は２５０気圧を例示したが、これに限定されない。高圧力による熱効率の向上と耐熱合金等のコスト上昇のコストバランスを考慮して最低コストになる蒸気圧を選定する。また、溶融硝子を環帯状に流下させる方法は、硝子材質、生産速度等に応じて、図５０（Ａ）部分図のような方法でも良い。この場合、環帯状に流下する溶融硝子ＭＧＬの内面は一切の型に触れず、いわゆる火造り面となって、異物、泡などの欠点を含まず、表面品質が良い。（Ｂ）部分図に示す集熱管１は内面が鏡面性状である高品質を要求されるので、硝子材質等によっては、図２２のモールド開口部分ＯＦＳから溶融硝子を流下させる方式の代替になる。また集熱管の口径２５０ｍｍ程度は一例であり、例えばビルの屋上設置のように、設置環境、運搬環境等が住宅の屋上設置にくらべて良い場合には、口径２５０ｍｍ以上（例えば５００ｍｍ）の大口径のものが低コストである。


【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９０】集熱管の、個別または列毎（以降、単位集熱管毎と略記する）の太陽追尾に於いて反転機構と破壊予防具と清掃手段の組み合わせによって、次の▲１▼〜▲７▼の効果が生じ、結果として発電単価の低コスト化が実現できる。▲１▼破壊予防具の装備によって硝子の薄肉化が可能になり、集熱管の低コスト化が実現され、結果的に発電単価の低コスト化に繋がる。▲２▼単位集熱管毎のトラッキング方式の結果、圧力容器安全規則的には簡易容器扱いとなって、付帯する諸コストの低減が実現でき、結果的に発電端単価の低コスト化に繋がる。▲３▼集熱管の自動清掃の結果、経時的（経年的）な高効率の維持が実現でき、結果的に発電端単価の低コスト化に繋がる。▲４▼集熱管の自動清掃の結果、清掃および保守コストの低減が実現でき、結果的に発電端単価の低コスト化に繋がる。▲５▼単位集熱管毎の太陽追尾の結果として、不測の事態における、単位集熱管毎の緊急処置（空焚き防止など）が実現され、装置寿命の長期化、故障の低減が事実源され、結果的に発電単価の低コスト化に繋がる。▲６▼単位集熱管毎の太陽追尾なので単位集熱管毎の最高・最適の角度制御が実現でき、最高集光効率が実現され、結果的に発電単価の低コスト化に繋がる。▲７▼単位集熱管毎の太陽追尾なので、個別の集熱管が木陰などの影響をうけても、全体の集熱管には影響が無く、影響除去関連の付帯コストを削除でき、結果的に発電単価の低コスト化に繋がる。


【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９３】蒸気タービンと高圧ポンプと発電機ローターの回転軸が１軸結合されかつその回転軸は非接触高速回転軸であるので次のＩ）〜Ｖ）の効果が生じ結果的に発電単価の低コスト化が実現できる。Ｉ）１軸回転であるので、蒸気タービンの回転力で高圧ポンプを回転できて、高圧ポンプ用モータが不要になり、コスト低減が図れる、その結果として発電単価の低コスト化に繋がる。ＩＩ）１軸回転であるので、集熱管の要求流量と蒸気タービン回転量、高圧ポンプ回転量が比例関係になり、高圧ポンプの回転制御が単純化され、制御系コストが低減できて、結果的に発電単価の低コスト化に繋がる。




【手続補正書】
【提出日】平成14年8月30日(2002.8.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2004069278.tif 000059
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１０】
2004069278.tif 000060
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３２】
2004069278.tif 000061
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図５６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図５６】
2004069278.tif 000062