(57)【要約】      （修正有）【課題】太陽熱を利用して熱エンジン等を駆動する場合，熱エンジン等の発熱部の温度が天気に左右されることになる。即ち，熱エンジン等の発熱部の温度が天気に左右されることから，熱エンジン等の出力を調整するには，装置の発熱部を放物面鏡の焦点からずらす必要がある。【解決手段】曇天に近い場合には，太陽光を放物面鏡の焦点に集め．一方，晴天の場合には放物面鏡の光軸上で，焦点より離れた位置に集めれば良い。そのためには，放物面鏡をセグメント鏡で構成し，セグメント鏡の向きを焦点から離れるように制御し，太陽熱を利用する装置の発熱部を制御すれる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セグメント型放物面鏡において，放物面鏡を構成する各セグメントの鏡面を光軸に対して自由に傾斜させるための遠隔制御手段と，太陽光を受けて発熱する熱エンジンの各部における温度を測定するための手段とを有し，測定された各部の温度により上記セグメント型放物面鏡を構成する各セグメントの鏡面のそれぞれの傾き角を制御して熱エンジンの温度が所望の温度に保持するように構成，システム化することを特徴とする太陽光熱エンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  この発明は，太陽熱を利用する装置の受光部の温度を制御するための集光方法とシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】  太陽光をレンズ等で集光すれば焦点付近でかなりの高温が得られ，紙等を発火させることは古くから知られている。この熱を動力源に変換して発電機等を駆動するほどのエネルギーを得るためには太陽光を受光する面積を広くとらなければならないが，レンズではレンズを構成するガラス中で赤外線が吸収されるので効率が悪い。そこで，太陽光を受光する面積を広くとるためにレンズよりも容易に広い口径のとれる放物面鏡が用いられている。しかし，大口径の放物面鏡を一体構造として作成するのは難しく，実用的に用いられている放物面鏡では小さな鏡で形成されるセグメントを多数放物面上に配置して，各々のセグメントから反射する光が放物面鏡の光軸上の焦点に集まるように設計，構成されていて，これはセグメント型放物面鏡と呼ばれている。これまでに、セグメント型放物面鏡によって太陽光をその光軸上の焦点に集めて，その焦点近傍に置かれた物体を加熱し，物体の温度を４千度近くまで上げることが可能である。すでに，この熱エネルギーを利用して，タングステンの金属片を溶かす実験が報告されており，又，実用化をめざして，野外用調理器などへの応用実験が試みられている。
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】  放物面鏡によって，太陽光をその光軸上の焦点に集める場合，太陽から最高の温度の得られる焦点の位置は焦点距離（ｆ）と口径（Ｄ）の比（ｆ／Ｄ）（以下，口径比と呼ぶ）が約０．３で，しかも集束された太陽  像の直径が焦点距離ｆの１／１００のときに、最も高い温度が得られることが知られている（例えば、宍戸著「密閉式サイクル太陽熱エンジン」，太陽エネルギー，２９巻４号，２００３年，ｐ．６３参照）。実際に太陽光を放物面鏡の焦点に集めて得られる温度は，晴天であれば約３５００℃にも達するが，曇天となればこの温度はかなりの低温になり，得られる温度の変化が大きいという問題がある。例えば，この太陽熱を利用して熱エンジン等を駆動する場合，熱エンジン等の発熱部の温度が天気に作用されることになり，熱エンジン等の出力や運転状態の安定性に大きな問題を引き起こす。それには熱エンジン等の出力を調整する必要があるが，これまでそのような装置は存在していない。
【課題を解決するための手段】
【０００４】  上記の問題点を解決するために，曇天に近い場合には太陽光を放物面鏡の焦点に集め，一方，晴天の場合には放物面鏡の光軸上で焦点より離れた位置に集めればよい。すなはち，具体的には，セグメント型放物面鏡を用いて，放物面鏡を構成する各々のセグメント鏡の向きをそれぞれ焦点から離れるように制御して，太陽熱を利用する装置の発熱部の温度を制御すれば，この目的を達成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】  この発明の実施例として，ロータリーエンジンを駆動するための熱エンジンへ適用する場合について説明する。図１は放物面鏡  １  とロータリーエンジンを駆動するための熱エンジン  ２  との関係を示す説明図である。熱エンジン  ２  は球状の高圧熱球      からなり，高圧熱球      には放物面鏡で集光される太陽光から熱エネルギーを取り入れるための受光部  ３  と高圧ガス（例えば水蒸気など）が入出するパイプが連結されている。放物面鏡  １  により集光された太陽光は熱エンジン  ２  本体の受光部  ３  に注がれる。受光部  ３  から高温の熱が供給されて、熱エンジン内部のガスの圧力が上昇する。この高圧ガスがタービンに流入しローター  ４  を回転させる。【０００６】  本発明はこの放物面鏡  １  を図２に示すような構造のセグメント型放物面鏡とし，そのセグメント鏡  ５  の向きを可変にしたものである。すなはち，受光部  ３に集光される太陽光の強度と分布をセグメント型放物面鏡の各々のセグメント鏡の向きを変えて反射光の方向をそれぞれ放物面鏡の焦点に向けたり焦点から離したりして，受光面からタンク内の高圧ガスに一様な熱エネルギーを供給するように，受光面近傍に取り付けた複数の温度センサー  ６  により制御している。【０００７】  図２に示す本発明による各セグメント鏡の可変システムでは太陽光の焦点および近傍の強度と分布を任意に制御できる。以下，本発明により一様な熱エンジンの出力を得るための方法について説明する。上にも述べたように，セグメント型放物面鏡のセグメントの凹面鏡が正しい放物面に沿っていれば光軸に沿って入ってくる太陽光は当然放物面鏡の焦点に集まる。このときの温度は晴天時には平均温度よりも十分高くなるように放物面鏡を設計する。なお、当然ながら放物面鏡そのものは通常の大型天体望遠鏡に適用されている自動追尾システムと同様な機構により，太陽の方向と熱エンジンの方向との関係を一定関係に保つように自動制御用台上に設置されている。
【発明の効果】
【０００８】  本発明が，太陽熱エンジンを駆動させるためにどのように役立つかについて述べれば，例えば図２を例にすれば，図の  ａ  は放物面鏡の口径比を０．３とし、それによる焦点の太陽像の直径が焦点距離の１／１００であるとする条件においての，焦点における太陽像であり，図の  ｂ，はセグメント鏡を傾けることによっての焦点距離が倍の位置における太陽像であって，同じ輪帯（ゾーン）のセグメントによっては，点線によって示した円の中の太陽像となる。即ち，この場合，図４によれば，放物面鏡の焦点における太陽像の直径の約２倍になっていて，太陽熱の温度としては，約２４００℃になっている。このことは，太陽熱エンジンに対して何を意味するかを考えた時，その時点における天候が，極めて良くはなくとも，セグメント鏡によって十分にエンジンを駆動出来ることを示している。
次に，太陽熱エンジンによって，どれだけの出力が得られるかについて考えれば，晴天時におけるエネルギーとしては，地上に注ぐ太陽光では，１平方ｍについて約９００Ｗであり，その７０％が有効であるとする考えがあり，このことから考えれば，例えば，直径１０ｍの放物面鏡によって得られる出力は
５０ｋＷとなり，日常の使用時における台風等を避けるために，放物面鏡の上半分を使用し，台風時には，その底辺部を中心にして地上に伏させる形式とすれば，その出力は半分の２５ｋＷとなる。このように放物面鏡の上半分を使用する方法をとれば，例えば，直径２０ｍの放物面鏡を使用すれば，それによって得られる出力は約１００ｋＷとなる。
又，このようなエンジンによる発電の効率について考えれば，太陽光発電の効率が，一般には１０％から１３％と言われていることに対して，本太陽熱エンジンとしての効率は，２５％を上回り，しかも製作時における産業廃棄物や，使用時における公害等も無く，極めて有効なシステムであると評価出来るものと言えよう。
以上説明したように，本発明によれば，装置の発熱部と放物面鏡の焦点近傍に形成される太陽光の映像の位置と形状を単にセグメントの傾き角を制御することにより，太陽光による発熱部の温度を常に一定に保つことができる。この発明によって，例えば熱エンジンを太陽熱によって駆動させる際に，エンジンの運転時が晴天か曇天かの状態に関わらず，最適な熱源をエンジンに供給できるので，天候の変動を心配しなくても常に安定で良好なエンジン出力を得ることができ，極めて実用性に富んだ太陽熱エンジンを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】放物面鏡を用いてロータリーエンジンを駆動するための太陽熱エンジン
【図２】本発明によるセグメント型放物面鏡による太陽像
【図３】セグメント型放物面鏡による太陽像の例
【図４】ｆ／Ｄ＝０．３  の時の放物面鏡による到達温度
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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