(57)【要約】【課題】  発電するための燃料を不要とし、二酸化炭素（ＣＯ2 ）を発生させず、また、太陽光熱を利用した発電衛星の場合と比べて大幅にコストを削減させること。【解決手段】  太陽光熱を集光熱するフレネルレンズ１と、フレネルレンズ１で集光熱した約６００℃から約２０００℃の熱源を導く光導ファイバー３と、この光導ファイバー３からの熱源により駆動されるスターリングエンジン４と、このスターリングエンジン４にて駆動される発電機５とで発電装置６を形成する。さらに、発電装置６で発電された電力をマイクロ波帯の電力に変換するマイクロ波発生器１１と、このマイクロ波発生器１１からのマイクロ波を送信する送電アンテナ１２をＡ地域側に設ける。遠隔地であるＢ地域では、前記送電アンテナ１２からのマイクロ波を受電する受電アンテナ１３と、この受電アンテナ１３で受電したマイクロ波を電力に変換する変換器１４とを設けている。【選択図】        図１
2005337193.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽光熱を集光熱するフレネルレンズ（１）と、このフレネルレンズ（１）にて集光熱した約６００℃から約２０００℃の熱源を所定の場所に導く石英ガラス製の光導ファイバー（３）と、この光導ファイバー（３）からの熱源にて駆動されるスターリングエンジン（４）と、このスターリングエンジン（４）により駆動される発電機（５）とで構成される発電装置（６）と、
前記発電装置（６）で発電された電力をマイクロ波帯の電力に変換するマイクロ波発生器（１１）と、
前記マイクロ波発生器（１１）からのマイクロ波を送信する送電アンテナ（１２）と、
前記送電アンテナ（１２）とは遠隔地に対向して配置されていて該送電アンテナ（１２）からのマイクロ波を受電する受電アンテナ（１３）と、
前記受電アンテナ（１３）で受電したマイクロ波を電力に変換する変換器（１４）と
で構成されていてこれらの各部材が地球上に配置されていることを特徴とする太陽光熱利用スターリングエンジンを用いたマイクロ波による電力伝送システム。
【請求項２】
太陽光熱を集光熱するフレネルレンズ（１）と、このフレネルレンズ（１）にて集光熱した約６００℃から約２０００℃の熱源を所定の場所に導く石英ガラス製の光導ファイバー（３）と、この光導ファイバー（３）からの熱源にて駆動されるスターリングエンジン（４）と、このスターリングエンジン（４）により駆動される発電機（５）とで構成される発電装置（６）と、
前記発電装置（６）で発電された電力を蓄電する蓄電装置（１５）と、
前記蓄電装置（１５）からの電力をマイクロ波帯の電力に変換するマイクロ波発生器（１１）と、
前記マイクロ波発生器（１１）からのマイクロ波を送信する送電アンテナ（１２）と、
前記送電アンテナ（１２）とは遠隔地に対向して配置されていて該送電アンテナ（１２）からのマイクロ波を受電する受電アンテナ（１３）と、
前記受電アンテナ（１３）で受電したマイクロ波を電力に変換する変換器（１４）と
で構成されていてこれらの各部材が地球上に配置されていることを特徴とする太陽光熱利用スターリングエンジンを用いたマイクロ波による電力伝送システム。
【請求項３】
前記変換器（１４）の次に、該変換器（１４）にて変換された電力を蓄電する蓄電装置（１６）を設けていることを特徴とする請求項２に記載の太陽光熱利用スターリングエンジンを用いたマイクロ波による電力伝送システム。
【請求項４】
地球上に配置されていてマイクロ波による１つの電力伝送システムが、
太陽光熱を集光熱するフレネルレンズ（１）と、このフレネルレンズ（１）にて集光熱した約６００℃から約２０００℃の熱源を所定の場所に導く石英ガラス製の光導ファイバー（３）と、この光導ファイバー（３）からの熱源にて駆動されるスターリングエンジン（４）と、このスターリングエンジン（４）により駆動される発電機（５）とで構成される発電装置（６）と、
前記発電装置（６）で発電された電力を蓄電する蓄電装置（１５）と、
前記蓄電装置（１５）からの電力をマイクロ波帯の電力に変換するマイクロ波発生器（１１）と、
前記マイクロ波発生器（１１）からのマイクロ波を送信する送電アンテナ（１２）と、
前記送電アンテナ（１２）とは遠隔地に対向して配置されていて該送電アンテナ（１２）からのマイクロ波を受電する受電アンテナ（１３）と、
前記受電アンテナ（１３）で受電したマイクロ波を電力に変換する変換器（１４）とで構成されており、
一方の地域には、前記発電装置（６ａ）と、蓄電装置（１５ａ）と、マイクロ波発生器（１１ａ）と、送電アンテナ（１２ａ）と、他方の地域に設置されている送電アンテナ（１２ｂ）からのマイクロ波を受電する受電アンテナ（１３ａ）と、この受電アンテナ（１３ａ）からのマイクロ波を電力に変換して前記蓄電装置（１５ａ）に電力を供給する変換器（１４ａ）と、前記蓄電装置（１５ａ）からの電力を該地域側に供給する電力端（１０ａ）とが配置されており、
他方の地域には、前記発電装置（６ｂ）と、蓄電装置（１５ｂ）と、マイクロ波発生器（１１ｂ）と、送電アンテナ（１２ｂ）と、前記一方の地域に設置されている送電アンテナ（１２ａ）からのマイクロ波を受電する受電アンテナ（１３ｂ）と、この受電アンテナ（１３ｂ）からのマイクロ波を電力に変換して前記蓄電装置（１５ｂ）に電力を供給する変換器（１４ｂ）と、前記蓄電装置（１５ｂ）からの電力を該地域側に供給する電力端（１０ｂ）とが配置されていることを特徴とする太陽光熱利用スターリングエンジンを用いたマイクロ波による電力伝送システム。
【請求項５】
地球上に配置されていてマイクロ波による１つの電力伝送システムが、
太陽光熱を集光熱するフレネルレンズ（１）と、このフレネルレンズ（１）にて集光熱した約６００℃から約２０００℃の熱源を所定の場所に導く石英ガラス製の光導ファイバー（３）と、この光導ファイバー（３）からの熱源にて駆動されるスターリングエンジン（４）と、このスターリングエンジン（４）により駆動される発電機（５）とで構成される発電装置（６）と、
前記発電装置（６）で発電された電力をマイクロ波帯の電力に変換するマイクロ波発生器（１１）と、
前記マイクロ波発生器（１１）からのマイクロ波を送信する送電アンテナ（１２）と、
前記送電アンテナ（１２）とは遠隔地に対向して配置されていて該送電アンテナ（１２）からのマイクロ波を受電する受電アンテナ（１３）と、
前記受電アンテナ（１３）で受電したマイクロ波を電力に変換する変換器（１４）とで構成されており、
一方の地域には、前記発電装置（６ａ）と、マイクロ波発生器（１１ａ）と、送電アンテナ（１２ａ）と、他方の地域に設置されている送電アンテナ（１２ｂ）からのマイクロ波を受電する受電アンテナ（１３ａ）と、この受電アンテナ（１３ａ）からのマイクロ波を電力に変換する変換器（１４ａ）と、この変換器（１４ａ）からの電力を該地域側に供給する電力端（１０ａ）とが配置されており、
他方の地域には、前記発電装置（６ｂ）と、マイクロ波発生器（１１ｂ）と、送電アンテナ（１２ｂ）と、前記一方の地域に設置されている送電アンテナ（１２ａ）からのマイクロ波を受電する受電アンテナ（１３ｂ）と、この受電アンテナ（１３ｂ）からのマイクロ波を電力に変換する変換器（１４ｂ）と、この変換器（１４ｂ）からの電力を該地域側に供給する電力端（１０ｂ）とが配置されていることを特徴とする太陽光熱利用スターリングエンジンを用いたマイクロ波による電力伝送システム。
【請求項６】
太陽光熱を追尾する追尾装置（２）を備えていることを特徴とする請求項１〜請求項５にいずれか記載の太陽光熱利用スターリングエンジンを用いたマイクロ波による電力伝送システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料が不要な太陽光を用いてレンズとスターリングエンジンとを用いて発電を行ない、さらにこの発電した電力をマイクロ波により遠方に伝送するようにした太陽光熱利用スターリングエンジンを用いたマイクロ波による電力伝送システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より種々な発電装置が提供されてきており、一般的には燃料をガソリンとした内燃機関の発電装置がある。また、この内燃機関とは異なり点火ノイズが無く運転が静かなスターリングエンジンも研究開発されている。
このスターリングエンジンの基本原理は、シリンダに封入した作動流体（作動ガス）を加熱したり、冷却することにより、圧力変動を起こさせてピストンを上下動させ、このピストンの上下運動を回転運動に変換して発電させるものである。
【０００３】
上記スターリングエンジンを加熱する場合、燃料をバーナーで燃やし、その熱を加熱部に与えるのであるが、ガソリンなどの燃料を燃やすと二酸化炭素（ＣＯ2 ）を発生させることになる。
そこで、スターリングエンジンの加熱部に供給する熱エネルギーとして太陽光熱が考えられる。この場合、一面に太陽光を反射させる反射面を形成した円板状の反射板を多数配設して全体を碗状に形成し、その放物面上に配置した多数（例えば、３２枚）の反射板（鏡）の焦点にスターリングエンジンを配置している。
【０００４】
多数の反射板に反射された光が集光し、その熱エネルギーがスターリングエンジンの加熱部に供給されることで、該スターリングエンジンの加熱部を加熱していた。
【０００５】
しかしながら、多数の反射板を配置して、その反射光を１点に集光させるには反射板の設置が難しく、思うように集光させることができず、また、装置全体が大掛かりとなり、非常にコストが高いという問題があった。
また、太陽光を反射板にて一旦反射させて集光させるために、反射効率も悪くなり、スターリングエンジンの加熱部の温度も約７５０℃であり、それ以上の温度を上げることができないという問題もあった。そのため、発電機出力も約７．５ｋＷという低出力の発電しか出来なかった。
【０００６】
さらに、スターリングエンジンの発電出力を上げるために、該スターリングエンジンの加熱部の温度を例えば、１０００℃まで上げようとした場合、反射板の数をさらに増加させる必要がある。そのため、反射板の設置上の困難さと共に、莫大なコストがかかり、ランニングコストが増大し、デメリットばかりの発電装置となる。
【０００７】
また、エネルギー源を太陽光として二酸化炭素の排出を劇的に減らせる発電としては、例えば、下記の非特許文献１及び特許文献１がある。
【非特許文献１】宇宙太陽発電所（京都大学宇宙電波化学センター発行、２００２年９月）
【特許文献１】特開２００２−９５１８８号公報
【０００８】
上記非特許文献１、特許文献１では、発電衛星を宇宙空間の静止軌道上に配置し、この発電衛星に設けた太陽電池にて太陽光を電力に変換し、得られた電力をマイクロ波に変換して送電アンテナより地球へ伝送する。地上では受電アンテナにて上記送電アンテナからのマイクロ波を受電し、この受電したマイクロ波を電力に変換するというものである。
【０００９】
しかしながら、これらの宇宙発電所の構成においては、宇宙空間に１個または複数個の発電衛星を打ち上げる必要があり、そのため、何千億円単位の膨大な費用がかかり、１ｋＷｈ当たりの発電コストも非常に高いという問題を有している。
【００１０】
このように従来の技術では、地球環境汚染や地球温暖化ガスの排出の問題があり、また、発電衛星を用いた場合には莫大な費用と労力がかかり、大きな問題となっていた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は上述の問題点に鑑みて提供したものであって、少なくとも以下の目的を備えた太陽光熱利用スターリングエンジンを用いたマイクロ波による電力伝送システムを提供するものである。
（１）発電するための燃料を不要とすること。
（２）物を燃焼させずに発電させることで、二酸化炭素（ＣＯ2 ）を発生させないこと。
（３）発電と同時に温水供給も可能にすること。
（４）従来の太陽光熱を利用した発電衛星の場合と比べて大幅にコストを削減させること。
（５）太陽光熱を利用して発電した電力の伝送をマイクロ波により行なうことで、日照に恵まれない場合の電力不足に所に電力のやりとりをスムーズに行な得ること。
（６）太陽光熱を熱源としてスターリングエンジンを利用して発電を行なうことと、発電した電力をマイクロ波により伝送することで、地球上の遠隔地間の電力の伝送を行なう場合にもシステム全体として低コスト化を図ること。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
そこで、本発明の請求項１記載の太陽光熱利用スターリングエンジンを用いたマイクロ波による電力伝送システムでは、太陽光熱を集光熱するフレネルレンズ１と、このフレネルレンズ１にて集光熱した約６００℃から約２０００℃の熱源を所定の場所に導く石英ガラス製の光導ファイバー３と、この光導ファイバー３からの熱源にて駆動されるスターリングエンジン４と、このスターリングエンジン４により駆動される発電機５とで構成される発電装置６と、
前記発電装置６で発電された電力をマイクロ波帯の電力に変換するマイクロ波発生器１１と、
前記マイクロ波発生器１１からのマイクロ波を送信する送電アンテナ１２と、
前記送電アンテナ１２とは遠隔地に対向して配置されていて該送電アンテナ１２からのマイクロ波を受電する受電アンテナ１３と、
前記受電アンテナ１３で受電したマイクロ波を電力に変換する変換器１４と
で構成されていてこれらの各部材が地球上に配置されていることを特徴としている。
【００１３】
請求項２に記載の太陽光熱利用スターリングエンジンを用いたマイクロ波による電力伝送システムでは、太陽光熱を集光熱するフレネルレンズ１と、このフレネルレンズ１にて集光熱した約６００℃から約２０００℃の熱源を所定の場所に導く石英ガラス製の光導ファイバー３と、この光導ファイバー３からの熱源にて駆動されるスターリングエンジン４と、このスターリングエンジン４により駆動される発電機５とで構成される発電装置６と、
前記発電装置６で発電された電力を蓄電する蓄電装置１５と、
前記蓄電装置１５からの電力をマイクロ波帯の電力に変換するマイクロ波発生器１１と、
前記マイクロ波発生器１１からのマイクロ波を送信する送電アンテナ１２と、
前記送電アンテナ１２とは遠隔地に対向して配置されていて該送電アンテナ１２からのマイクロ波を受電する受電アンテナ１３と、
前記受電アンテナ１３で受電したマイクロ波を電力に変換する変換器１４と
で構成されていてこれらの各部材が地球上に配置されていることを特徴としている。
【００１４】
請求項３に記載の太陽光熱利用スターリングエンジンを用いたマイクロ波による電力伝送システムでは、前記変換器１４の次に、該変換器１４にて変換された電力を蓄電する蓄電装置１６を設けていることを特徴としている。
【００１５】
請求項４に記載の太陽光熱利用スターリングエンジンを用いたマイクロ波による電力伝送システムでは、
地球上に配置されていてマイクロ波による１つの電力伝送システムが、
太陽光熱を集光熱するフレネルレンズ１と、このフレネルレンズ１にて集光熱した約６００℃から約２０００℃の熱源を所定の場所に導く石英ガラス製の光導ファイバー３と、この光導ファイバー３からの熱源にて駆動されるスターリングエンジン４と、このスターリングエンジン４により駆動される発電機５とで構成される発電装置６と、
前記発電装置６で発電された電力を蓄電する蓄電装置１５と、
前記蓄電装置１５からの電力をマイクロ波帯の電力に変換するマイクロ波発生器１１と、
前記マイクロ波発生器１１からのマイクロ波を送信する送電アンテナ１２と、
前記送電アンテナ１２とは遠隔地に対向して配置されていて該送電アンテナ１２からのマイクロ波を受電する受電アンテナ１３と、
前記受電アンテナ１３で受電したマイクロ波を電力に変換する変換器１４とで構成されており、
一方の地域には、前記発電装置６ａと、蓄電装置１５ａと、マイクロ波発生器１１ａと、送電アンテナ１２ａと、他方の地域に設置されている送電アンテナ１２ｂからのマイクロ波を受電する受電アンテナ１３ａと、この受電アンテナ１３ａからのマイクロ波を電力に変換して前記蓄電装置１５ａに電力を供給する変換器１４ａと、前記蓄電装置１５ａからの電力を該地域側に供給する電力端１０ａとが配置されており、
他方の地域には、前記発電装置６ｂと、蓄電装置１５ｂと、マイクロ波発生器１１ｂと、送電アンテナ１２ｂと、前記一方の地域に設置されている送電アンテナ１２ａからのマイクロ波を受電する受電アンテナ１３ｂと、この受電アンテナ１３ｂからのマイクロ波を電力に変換して前記蓄電装置１５ｂに電力を供給する変換器１４ｂと、前記蓄電装置１５ｂからの電力を該地域側に供給する電力端１０ｂとが配置されていることを特徴としている。
【００１６】
請求項５に記載の太陽光熱利用スターリングエンジンを用いたマイクロ波による電力伝送システムでは、
地球上に配置されていてマイクロ波による１つの電力伝送システムが、
太陽光熱を集光熱するフレネルレンズ１と、このフレネルレンズ１にて集光熱した約６００℃から約２０００℃の熱源を所定の場所に導く石英ガラス製の光導ファイバー３と、この光導ファイバー３からの熱源にて駆動されるスターリングエンジン４と、このスターリングエンジン４により駆動される発電機５とで構成される発電装置６と、
前記発電装置６で発電された電力をマイクロ波帯の電力に変換するマイクロ波発生器１１と、
前記マイクロ波発生器１１からのマイクロ波を送信する送電アンテナ１２と、
前記送電アンテナ１２とは遠隔地に対向して配置されていて該送電アンテナ１２からのマイクロ波を受電する受電アンテナ１３と、
前記受電アンテナ１３で受電したマイクロ波を電力に変換する変換器１４とで構成されており、
一方の地域には、前記発電装置６ａと、マイクロ波発生器１１ａと、送電アンテナ１２ａと、他方の地域に設置されている送電アンテナ１２ｂからのマイクロ波を受電する受電アンテナ１３ａと、この受電アンテナ１３ａからのマイクロ波を電力に変換する変換器１４ａと、この変換器１４ａからの電力を該地域側に供給する電力端１０ａとが配置されており、
他方の地域には、前記発電装置６ｂと、マイクロ波発生器１１ｂと、送電アンテナ１２ｂと、前記一方の地域に設置されている送電アンテナ１２ａからのマイクロ波を受電する受電アンテナ１３ｂと、この受電アンテナ１３ｂからのマイクロ波を電力に変換する変換器１４ｂと、この変換器１４ｂからの電力を該地域側に供給する電力端１０ｂとが配置されていることを特徴としている。
【００１７】
請求項６に記載の太陽光熱利用スターリングエンジンを用いたマイクロ波による電力伝送システムでは、太陽光熱を追尾する追尾装置２を備えていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の請求項１に記載の太陽光熱利用スターリングエンジンを用いたマイクロ波による電力伝送システムによれば、発電機５にて発電するための燃料は太陽光としているので、燃料は不要であり、しかも、従来のように物を燃焼させるのではないため、二酸化炭素（ＣＯ2 ）を発生させることもない。そのため、理想的な環境保全型の発電装置を提供することができる。また、燃焼自体はコストが全く不要なため、ランニングコストが非常に低く、従来の発電装置よりも低コストな発電装置を提供することができる。さらに、本装置のスターリングエンジン４の稼働中は、給水パイプ４４からの冷却部４２にて冷却した水は高温水となって排出パイプ４５から排出されるので、発電と同時に温水供給も可能となる。
さらに、地上で太陽光熱を利用して発電を行ない、この発電した電力をマイクロ波により遠隔地へ伝送しているので、従来の太陽光熱を利用した発電衛星の場合と比べて、設備費用や１ｋＷｈ当たりの発電コストを大幅に削減することができる。また、太陽光熱を熱源としてスターリングエンジンを利用して発電を行なうことと、発電した電力をマイクロ波により伝送することで、地球上の遠隔地間の電力の伝送を行なう場合にもシステム全体として低コスト化を図ることができる。
【００１９】
請求項２に記載の太陽光熱利用スターリングエンジンを用いたマイクロ波による電力伝送システムによれば、請求項１の効果に加えて、発電機５で発電した電力を蓄電装置１５で蓄電するようにしているので、天候の良い日や昼間に蓄電しておき、雨などの天候の悪い日や夜間に蓄電装置１５から電力をマイクロ波発生器１１と送電アンテナ１２を介して遠隔地へ電力を伝送することができる。
これは、太陽光熱を利用したフレネルレンズ１とスターリングエンジン４とを用いて発電機５にて発電しているので、発電がしにくい雨などの天候が悪い昼間や、発電が出来ない夜間に特に有効である。
【００２０】
請求項３に記載の太陽光熱利用スターリングエンジンを用いたマイクロ波による電力伝送システムによれば、蓄電装置１６を設けているので、天候の悪い日や夜間に蓄電装置１６にて蓄電しておいた電力を施設等に供給することができ、蓄電した電力を有効に利用することができる。
【００２１】
請求項４に記載の太陽光熱利用スターリングエンジンを用いたマイクロ波による電力伝送システムによれば、請求項１及び請求項２の効果に加えて、他方の地域で日照などの関係で効率良く発電できない場合には、互いに電力のやりとりを有効に行なうことができる。
このように、太陽光熱を利用して発電した電力の伝送をマイクロ波により行なうことで、日照に恵まれない場合の電力不足に所に電力のやりとりをスムーズに行なうことができる。
【００２２】
請求項５に記載の太陽光熱利用スターリングエンジンを用いたマイクロ波による電力伝送システムによれば、蓄電装置による電力の蓄電を行なっていないので、天候の悪い昼間や夜間では遠隔地間の電力の融通が出来ないものの、いずれか一方の地域で天候が良い昼間は電力のやりとりを行なうことができるものであり、蓄電を行なう以外は、請求項１及び請求項３と同様な効果を奏するものである。
【００２３】
請求項６に記載の太陽光熱利用スターリングエンジンを用いたマイクロ波による電力伝送システムによれば、追尾装置２により太陽光熱を有効に、且つ確実に集光熱することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
（第１の実施の形態）
以下、本発明の第１の実施の形態を図面（図１〜図３）を参照して詳細に説明する。本発明は、先ず発電側において、地球環境汚染や地球温暖化ガスの排出を解決すべく、地球環境にやさしいクリーンな太陽光熱を熱源に利用して、スターリングエンジンに熱を与え、スターリングエンジンの出力により駆動する発電機で発電するようにしている。
そして、発電機で発電した電力は、マイクロ波に変換して地球上の遠隔地へ伝送するようにしている。図１ではＡ地域で発電した電力を該Ａ地域からＢ地域へ伝送するようにしている。なお、本発明のシステムは発電衛星のように宇宙空間ではなく全て地球上に設置されるものである。
【００２５】
図１は本発明のシステム構成図を示し、太陽光熱を集光熱した熱源を利用するために、アクリル製のフレネルレンズ１で集光熱し、フレネルレンズ１による集光部分からその集光方向に沿って６００℃から２０００℃の任意の温度を得るようにしている。
また、３は石英ガラス製の光導ファイバーであり、この光導ファイバー３により上記フレネルレンズ１にて集光熱した熱源を確実に、安全に、ロス無く、目的の場所に導くようにしている。
【００２６】
前記フレネルレンズ１及び光導ファイバー３により発生する熱源によってスターリングエンジン４を駆動し、このスターリングエンジン４の出力によって発電機５を発電駆動するようになっている。
【００２７】
また、太陽光熱を有効に、且つ確実に集光熱するために追尾装置２が設けられており、昼間の時刻と共に太陽の位置が変化するのを図外のセンサにて検出し、太陽の位置変化に応じてフレネルレンズ１の方位角と仰角を制御している。これにより、フレネルレンズ１の集光面を太陽に向けて太陽光熱を有効且つ確実に集光熱している。ここで、上記フレネルレンズ１、追尾装置２、光導ファイバー３、スターリングエンジン４及び発電機５で発電装置６を構成している。
なお、追尾装置２は、フレネルレンズ１だけでなく、光導ファイバー３、スターリングエンジン４、発電機５を一体に動かして制御している。この追尾装置２を備えていることで、太陽光熱を有効に、且つ確実に利用することができるものである。
【００２８】
ここで、上記フレネルレンズ１、追尾装置２、光導ファイバー３、スターリングエンジン４及び発電機５からなる太陽光熱利用スターリングエンジン発電装置６の構成は、既に本出願人により特許出願（日本での出願番号：特願２００３−１３２５０９、アメリカでの出願番号：１０／６９７，１８８）されたものであり、特にアメリカでは現出願時点において特許査定の通知を受けているものである。
【００２９】
次に、太陽光熱利用スターリングエンジン発電装置６の構成について説明する。本装置のスターリングエンジン４自体は公知なので詳細な説明は省略するが、基本原理は密閉容器内に一定量の気体が封入されており、この気体を作動流体と呼んでおり、水素、ヘリウム、空気などが用いられる。
図１に示すように、スターリングエンジン４内は、加熱部４１と冷却部４２に大別され、作動流体を加熱部４１（高温側）と冷却部４２（低温側）の間を交互に移動させる。これによってピストン４３を動かすことができ、動力を取り出すことができる。このピストン４３の一端側の上下動の動きを他端側で回転運動に変換し、このピストン４３の回転運動で発電機５を駆動する。これにより発電機５が駆動されて電気出力を得ている。なお、図１では図示していないが、スターリングエンジン４の加熱部４１と冷却部４２の間に、再生熱交換器が設けられていて熱効率を上げている。
【００３０】
スターリングエンジン４の冷却部４２には、該冷却部４２を冷却させるための冷却水を冷却部４２内に入れるために給水パイプ４４が接続配管されており、また、冷却部４２を冷却した冷却水を排出させるための排出パイプ４５が冷却部４２に接続配管されている。
給水パイプ４４から冷却部４２内に流入した冷却水は冷却部４２を冷却することで高温水となり、この冷却後の高温水は排出パイプ４５から外部へ排出される。
【００３１】
そして、スターリングエンジン４のシリンダ内に一定量のガス（例えば、ヘリウムガス）を密封し、等容加熱→等温膨張→等容冷却→等温収縮を繰り返す基本熱サイクルのスターリングエンジン４を活用しているため、熱交換器の給水を加熱して高温水を得ることができる。このスターリングエンジン４にて得られた高温水を施設内等で種々利用することができる。
【００３２】
フレネルレンズ１は直径が約１ｍ（メートル）から約２０ｍ（メートル）までの任意の直径のものを用いるようにしているが、本実施形態では、直径は約２０ｍのフレネルレンズ１を用いている。これは、スターリングエンジン４の出力を約５５ｋＷのものを用いているからであり、スターリングエンジン４の加熱部４１を加熱する温度が約１０００℃ほど必要であるからである。
【００３３】
また、図２に示すように、フレネルレンズ１で集光され、該集光熱した熱源を導く略円柱状の光導ファイバー３の受光部３１は略円錐状に形成されており、この受光部３１は先端に至るほど径を大きくしている。そして、受光部３１の先端面の受光面３２は平坦面となっている。
この光導ファイバー３の受光面３２から流入した熱源は該フレネルレンズ１を介して放出部３３まで導かれる。放出部３３の先端の面は略平坦面となっていて、放出部３３の先端面はスターリングエンジン４の加熱部４１の熱供給部に接触ないし近接して配置されている。
【００３４】
ここで、光導ファイバー３の受光部３１の形状を略円錐状に形成しているのは以下の理由による。すなわち、直径が約２０ｍのフレネルレンズ１では焦点付近では約２０００℃の温度を得ることができ、また、スターリングエンジン４の出力に応じて約６００℃から約２０００℃までの任意の温度が必要な場合が生じる。
【００３５】
そこで、図２に示すように、光導ファイバー３をフレネルレンズ１の集光方向と同方向に移動可能にしておき、例えば、光導ファイバー３の受光面３２の位置が図２のＡに示す位置では集光温度が約６００℃、Ｂに示す位置では集光温度が約１０００℃、Ｃに示す位置では集光温度が約２０００℃となるようにしておくことで、スターリングエンジン４の出力に応じて光導ファイバー３の集光温度を任意に設定することが可能となる。
図３（ａ）〜（ｃ）は、図２のＡ，Ｂ，Ｃの位置に対応した集光面積３４を示しており、この集光面積３４が小さいほど集光温度は高い。また、温度が高いほど集光面積３４が光導ファイバー３の受光面３２の面積に対して小さくなるので、集光した熱源が光導ファイバー３の周囲に漏れることがないので、安全性を向上させている。
【００３６】
これにより、光導ファイバー３の受光部３１をフレネルレンズ１の集光方向と同方向に移動させることで、光導ファイバー３の受光部３１の受光面３２での集光面積を変えることができて、例えば、約６００〜約２０００℃の所望の温度の熱源を容易に得ることができる。そのため、スターリングエンジン４の出力に応じて光導ファイバー３を移動させることで、種々の出力のスターリングエンジン４に対応することができる。
【００３７】
そして、図１に示すように、フレネルレンズ１にて太陽光熱を集光熱した熱源は光導ファイバー３を介してスターリングエンジン４の加熱部４１へ供給され、スターリングエンジン４の加熱部４１と冷却部４２との間で作動流体が交互に移動してピストン４３を駆動し、発電機５を駆動する。この発電機５が駆動されることで、所望の電気出力（電力）が得られる。
なお、光導ファイバー３は上述したように石英ガラスを用いているので、集光熱の損失はほとんどなくスターリングエンジン４の加熱部４１へ供給することができる。
【００３８】
また、図１に示すように、本発電装置６のスターリングエンジン４の稼働中は、給水パイプ４４からの冷却部４２にて冷却した水は高温水となって排出パイプ４５から排出されるので、発電と同時に温水供給も可能となる。また、この排出パイプ４５から排出される高温水を施設の熱源として活用することができる。
また、発電機５にて発電するための燃料は太陽光としているので、燃料は不要であり、しかも、従来のように物を燃焼させるのではないため、二酸化炭素（ＣＯ2 ）を発生させることもない。そのため、理想的な環境保全型の発電装置を提供することができる。また、燃焼自体はコストが全く不要なため、ランニングコストが非常に低く、従来の発電装置よりも低コストな発電装置を提供することができる。
【００３９】
次に、発電機５以降の構成について説明する。上記発電機５の出力側は電力端１０に接続されており、この電力端１０から出力される電力を施設の電源として使用する。また、電力端１０を介して電力はマイクロ波発生器１１にも供給されるようになっており、このマイクロ波発生器１１により電力をマイクロ波帯の電力に変換し、この変換したマイクロ波をレクテナと呼ばれる送電アンテナ１２から遠隔地に設置されている受電アンテナ１３へ送信するようになっている。なお、このマイクロ波発生器１１は、発電装置６からの電力を、マグネトロン発振器や半導体発振器の電源として用いることによってマイクロ波帯の電力に変換するものである。
【００４０】
ここで、発電機５の電力を電力端１０を介して施設に全電力を供給しても良く、また、電力端１０より電力を分けて施設とマイクロ波発生器１１とに同時に供給するようにしても良い。さらに、電力端１０で施設へは電力を供給せずに、全電力をマイクロ波発生器１１へ送るようにしても良い。
【００４１】
受電アンテナ１３では送電アンテナ１２より受信ないし受電したマイクロ波を変換器１４へ送り、この変換器１４でマイクロ波を電力に変換する。この変換器１４からの電力をＢ地域の施設へ供給する。
上記発電機５にて発電した電力や、変換器１４から供給される電力を変電所あるいは配電所に送って、送電線により各施設や家庭に送電するようにしても良い。
【００４２】
このように本実施形態では、地上で太陽光熱を利用して発電を行ない、この発電した電力をマイクロ波により遠隔地へ伝送しているので、従来の太陽光熱を利用した発電衛星の場合と比べて、設備費用や１ｋＷｈ当たりの発電コストを大幅に削減することができる。
また、太陽光熱を熱源としてスターリングエンジンを利用して発電を行なうことと、発電した電力をマイクロ波により伝送することで、地球上の遠隔地間の電力の伝送を行なう場合にもシステム全体として低コスト化を図ることができる。
【００４３】
（第２の実施の形態）
図４に第２の実施形態を示す。この実施形態では、先の実施形態の構成に蓄電装置を付加したものである。すなわち、発電機５で発電した電力を、二次電池やコンデンサなどからなる蓄電装置１５にて蓄電するようにし、また、電力を受ける側にも蓄電装置１６を設け、変換器１４から出力される電力を該蓄電装置１６にて蓄電するようにしたものである。
【００４４】
この実施形態では、発電機５からの電力を蓄電装置１５にて蓄電し、あるいは蓄電しながら電力をマイクロ波発生器１１へ送り、マイクロ波発生器１１によってマイクロ波を発生させて送電アンテナ１２より受電アンテナ１３に向けて送電する。
受電アンテナ１３で受けたマイクロ波を変換器１４にて電力に変換し、この変換された電力を蓄電装置１６にて蓄電する。また、蓄電装置１６にて蓄電しながら施設へ電力を供給する。なお、上記蓄電装置１６は特に設けなくても良く、変換器１４から施設に直接電力を供給するようにしても良い。
【００４５】
このように本実施形態では、先の第１の実施の形態の効果に加えて、発電機５で発電した電力を蓄電装置１５で蓄電するようにしているので、天候の良い日や昼間に蓄電しておき、雨などの天候の悪い日や夜間に蓄電装置１５から電力をマイクロ波発生器１１と送電アンテナ１２を介して遠隔地へ電力を伝送することができる。
これは、太陽光熱を利用したフレネルレンズ１とスターリングエンジン４とを用いて発電機５にて発電しているので、発電がしにくい雨などの天候が悪い昼間や、発電が出来ない夜間に特に有効である。
【００４６】
また、Ｂ地域側に蓄電装置１６を設けている場合には、Ａ地域側から伝送されてきた電力を蓄電装置１６にて蓄電しておき、天候の悪い日や夜間に蓄電装置１６にて蓄電しておいた電力を施設等に供給することができ、蓄電した電力を有効に利用することができる。
【００４７】
（第３の実施の形態）
次に、第３の実施の形態を図５により説明する。遠く離れているお互いの場所に図４に示すシステムを２対配置したものである。Ａ地域側では番号に「ａ」を添え、Ｂ地域側では番号に「ｂ」を添えて示している。
したがって、Ａ地域ではフレネルレンズ１ａ、光導ファイバー３ａ、スターリングエンジン４ａ及び発電機５ａで構成される発電装置６ａで太陽光熱を熱源として発電を行ない、Ｂ地域では、フレネルレンズ１ｂ、光導ファイバー３ｂ、スターリングエンジン４ｂ及び発電機５ｂで構成される発電装置６ｂで太陽光熱を熱源として発電を行なっている。
【００４８】
発電装置６ａで発電した電力は、電力端１０ａから施設の電源として使用され、また、電力端１０ａからの電力を蓄電装置１５ａにて蓄電し、この蓄電装置１５ａからの電力をマイクロ波発生器１１ａによりマイクロ波を発生させる。そして、マイクロ波発生器１１ａにて発生させたマイクロ波を送電アンテナ１２ａよりＢ地域の受電アンテナ１３ｂに向けて伝送する。
受電アンテナ１３ｂで受けたマイクロ波を変換器１４ｂにて電力に変換し、この変換した電力を蓄電装置１６ｂにて蓄電する。この蓄電装置１６ｂにて蓄電した電力を電力端１０ｂから施設の電源として供給する。
【００４９】
また、Ｂ地域における発電装置６ｂにて発電した電力を電力端１０ｂから施設の電源として供給し、また、蓄電装置１６ｂにて電力を蓄電する。蓄電装置１６ｂからの電力をマイクロ波発生器１１ｂにてマイクロ波に変換し、この変換したマイクロ波を送電アンテナ１２ｂよりＡ地域の受電アンテナ１３ａに向けて伝送させる。
受電アンテナ１３ａで受けたマイクロ波を変換器１４ａにて電力に変換し、この変換した電力を蓄電装置１５ａに蓄電する。蓄電装置１５ａにて蓄電した電力を電力端１０ａからＡ地域の施設の電源として供給する。
【００５０】
ここで、Ａ地域側では、発電装置６ａにてあるいはＢ地域側から伝送されてきた電力を蓄電装置１５ａに蓄電しておき、Ａ地域の施設等に蓄電装置１５ａから電力端１０ａを介して電力を供給するようにしている。
また、Ｂ地域側では、発電装置６ｂにてあるいはＡ地域側から伝送されてきた電力を蓄電装置１５ｂに蓄電しておき、Ｂ地域の施設等に蓄電装置１５ｂから電力端１０ｂを介して電力を供給するようにしている。
【００５１】
このように、本実施形態では太陽光熱を熱源として発電を行なう発電装置６ａ、６ｂと、発電装置６ａ、６ｂで発電した電力をマイクロ波を発生させて他方の遠隔地へ送電するマイクロ波発生器１１ａ、１１ｂ及び送電アンテナ１２ａ、１２ｂと、送電アンテナ１２ａ、１２ｂからのマイクロ波を受電して電力に変換する受電アンテナ１３ａ、１３ｂ及び変換器１４ａ、１４ｂを、遠く離れたＡ地域とＢ地域にそれぞれ配置しているので、先の各実施形態の効果に加えて、他方の地域で日照などの関係で効率良く発電できない場合には、互いに電力のやりとりを有効に行なうことができる。
このように、太陽光熱を利用して発電した電力の伝送をマイクロ波により行なうことで、日照に恵まれない場合の電力不足に所に電力のやりとりをスムーズに行なうことができる。
【００５２】
（第４の実施の形態）
図６に第４の実施形態を示す。この実施形態では、図５に示す構成から蓄電装置１５ａ及び１５ｂを削除したものであり、発電装置６ａ、６ｂで発電した電力や、他方の遠隔地から受電した電力を蓄電せずに、発電した電力あるいは受電した電力を直接施設の電源として供給するようにしている。
【００５３】
この実施形態では、蓄電装置による電力の蓄電を行なっていないので、天候の悪い昼間や夜間では遠隔地間の電力の融通が出来ないものの、いずれか一方の地域で天候が良い昼間は電力のやりとりを行なうことができるものであり、蓄電を行なう以外は、先の実施形態と同様な効果を奏するものである。
【００５４】
このように本発明では、地球にやさしいクリーンな太陽光熱を集光熱した熱源を有効に、確実に、且つ安全に利用して発電を行なうことができるものである。また、発電した電力をマイクロ波を発生させて遠隔地に無線で送電でき、そのため、地球上の電力を有効にやりとりすることができる。このように地球上の遠隔地間の送電、受電をマイクロ波を活用して安全に出来るものである。
特に、発電衛星を用いずに太陽光熱を利用して発電をしているので、発電衛星を用いて発電しているのと比べて発電コストを非常に安価にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の第１の実施の形態における太陽光熱を利用した発電と電力の伝送を行なうようにしたシステムのブロック構成図である。
【図２】本発明の実施の形態における光導ファイバーの受光面における集光面積の説明図である。
【図３】本発明の実施の形態における光導ファイバーの受光面における集光面積の説明図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態における太陽光熱を利用した発電と電力の伝送を行なうようにしたシステムのブロック構成図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態における太陽光熱を利用した発電と電力の伝送を行なうようにしたシステムのブロック構成図である。
【図６】本発明の第４の実施の形態における太陽光熱を利用した発電と電力の伝送を行なうようにしたシステムのブロック構成図である。
【符号の説明】
【００５６】
１  フレネルレンズ
２  追尾装置
３  光導ファイバー
４  スターリングエンジン
５  発電機
６  発電装置
６ａ、６ｂ  発電装置
１０ａ、１０ｂ  電力端
１１  マイクロ波発生器
１１ａ、１１ｂ  マイクロ波発生器
１２  送電アンテナ
１２ａ、１２ｂ  送電アンテナ
１３  受電アンテナ
１３ａ、１３ｂ  受電アンテナ
１４  変換器
１４ａ、１４ｂ  変換器
１５  蓄電装置
１５ａ、１５ｂ  蓄電装置
１６  蓄電装置
【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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