(57)【要約】【課題】ビームダウン式太陽集光装置を利用して空気を確実に加熱することができる太陽熱式空気加熱装置を提供する。【解決手段】ビームダウン式太陽集光装置により下向きに反射された太陽光Ｌを、熱交換部材９で受け止めるため、熱交換部材９を確実に加熱させることができる。そして、その加熱した熱交換部材９に空気ａを通過させるため、空気ａは確実に加熱され、加熱空気ｂとして熱を必要なところは搬送することができる。ハウジング８の上面を透明窓１３により形成するため、熱交換部材９に砂埃などが付着するのを防止することができる。【選択図】          図３
2012002494.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングの内部に該ハウジングの断面を塞ぐ状態で複数の上下貫通孔を有する耐熱性の熱交換部材を設け、
該熱交換部材の上面にビームダウン式太陽集光装置で反射した下向きの太陽光を当てて該熱交換部材を加熱し、加熱された熱交換部材の上下貫通孔に空気を通して空気を加熱することを特徴とする太陽熱式空気加熱装置。
【請求項２】
ハウジングの上面を耐熱性を有する透明窓により形成し、太陽光を該透明窓を介して熱交換部材に当てると共に、熱交換部材の上部空間に空気取入部を形成し、熱交換部材の下部空間に空気排出部を設け、空気排出部側に空気の吸引部を設けたことを特徴とする請求項１記載の太陽熱式空気加熱装置。
【請求項３】
ハウジングの上面に開放部を形成し、太陽光を該開放部を介して熱交換部材に当てると共に、熱交換部材の上部空間に空気取入部を形成し、熱交換部材の下部空間に空気排出部を設け、空気排出部側に空気の吸引部を設けたことを特徴とする請求項１記載の太陽熱式空気加熱装置。
【請求項４】
ハウジングの上面を耐熱性を有する透明窓により形成し、太陽光を該透明窓を介して熱交換部材に当てると共に、熱交換部材の上部空間に空気取入部を形成し、熱交換部材の下部空間に空気排出部を設け、空気取入部側に空気の送出部を設けたことを特徴とする請求項１記載の太陽熱式空気加熱装置。
【請求項５】
空気排出部を蓄熱材が内蔵された蓄熱装置内に貫通させた状態で設置し、蓄熱装置を通過した空気を空気排出部から排出することを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の太陽熱式空気加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は太陽熱式空気加熱装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
太陽光線をヘリオスタットと称される複数の一次ミラーで、高いタワーの頂部に支持された二次ミラーへ向けて反射し、二次ミラーから更に下向きに反射して、太陽光線を地上の一点に集めるビームダウン式の太陽集光装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この種のビームダウン構造の場合、下向きに反射された太陽光線を受光板に当てることで、受光板を１０００度以上の高温にできることが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−１１９１０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このように、太陽光線で受光板を直接加熱することにより、受光板が非常に高温になるため、その熱を熱交換により取り出せれば、非常に有用である。しかし、受光板があまりにも高温になるため、受光板と、熱交換用の流体（水やオイルなど）とを直接接触させることができず、有用な熱交換構造が今まで提案されずにいた。特に太陽熱で加熱しても燃焼したり急膨張しない空気を熱媒として利用できる太陽熱式空気加熱装置の提案が望まれていた。
【０００６】
本発明は、このような従来の技術に着目してなされたものであり、ビームダウン式太陽集光装置を利用して空気を確実に加熱することができる太陽熱式空気加熱装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１記載の発明は、ハウジングの内部に該ハウジングの断面を塞ぐ状態で複数の上下貫通孔を有する耐熱性の熱交換部材を設け、該熱交換部材の上面にビームダウン式太陽集光装置で反射した下向きの太陽光を当てて該熱交換部材を加熱し、加熱された熱交換部材の上下貫通孔に空気を通して空気を加熱することを特徴とする。
【０００８】
請求項２記載の発明は、ハウジングの上面を耐熱性を有する透明窓により形成し、太陽光を該透明窓を介して熱交換部材に当てると共に、熱交換部材の上部空間に空気取入部を形成し、熱交換部材の下部空間に空気排出部を設け、空気排出部側に空気の吸引部を設けたことを特徴とする。
【０００９】
請求項３記載の発明は、ハウジングの上面に開放部を形成し、太陽光を該開放部を介して熱交換部材に当てると共に、熱交換部材の上部空間に空気取入部を形成し、熱交換部材の下部空間に空気排出部を設け、空気排出部側に空気の吸引部を設けたことを特徴とする。
【００１０】
請求項４記載の発明は、ハウジングの上面を耐熱性を有する透明窓により形成し、太陽光を該透明窓を介して熱交換部材に当てると共に、熱交換部材の上部空間に空気取入部を形成し、熱交換部材の下部空間に空気排出部を設け、空気取入部側に空気の送出部を設けたことを特徴とする。
【００１１】
請求項５記載の発明は、空気排出部を蓄熱材が内蔵された蓄熱装置内に貫通させた状態で設置し、蓄熱装置を通過した空気排出部から空気を排出することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１記載の発明によれば、ビームダウン式太陽集光装置により下向きに反射された太陽光を、熱交換部材で受け止めるため、熱交換部材を確実に加熱させることができる。そして、その加熱した熱交換部材に空気を通過させるため、空気は確実に加熱され、加熱空気として熱を必要なところは搬送することができる。
【００１３】
請求項２記載の発明によれば、ハウジングの上面を透明窓により形成するため、熱交換部材に砂挨などが付着するのを防止することができる。
【００１４】
請求項３記載の発明によれば、ハウジングの上面を開放部として、そこから空気を取り入れるようにしたため、大量の空気を取り入れることができる。
【００１５】
請求項４記載の発明によれば、空気の送出部により熱交換部材の上部空間から空気を導入して熱交換部材を通過させるため、送出部を通過する空気は加熱前であり、送出部を耐熱構造にする必要がない。
【００１６】
請求項５記載の発明によれば、蓄熱装置を介して空気を排出するため、蓄熱装置内の蓄熱材を加熱した状態にしておけば、太陽光が一時的に雲などにより遮られていても、熱熱材に蓄えられた熱により空気を加熱して排出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１実施形態に係るビームダウン式太陽集光装置を示す概略断面図。
【図２】ビームダウン式太陽集光装置を示す概略平面図。
【図３】太陽熱式空気加熱装置の内部構造を示す断面図。
【図４】筒型集光鏡を示す平面図。
【図５】熱交換部材を示す平面図。
【図６】熱交換部材を示す斜視図。
【図７】第２実施形態に係る太陽熱式空気加熱装置の内部構造を示す断面図。
【図８】第３実施形態に係る太陽熱式空気加熱装置の内部構造を示す断面図。
【図９】第４実施形態に係る太陽熱式空気加熱装置の内部構造を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
（第１実施形態）
図１〜図６は、本発明の第１実施形態を示す図である。まず、太陽熱を得るためのビームダウン式太陽集光装置の説明をする。この実施形態では日本のような北半球の中緯度の地域の場合を例にして説明する。
【００１９】
ビームダウン式太陽集光装置の中心にはセンターミラー１が図示せぬ３本のタワーにより支持されている。センターミラー１は、日中に太陽が存在する方角とは反対側が切欠かれた部分回転楕円形状をしている。センターミラー１は図１に示すように、断面が楕円に合致した湾曲面を有し、下方に共焦点として第１焦点Ａと第２焦点Ｂが存在する。
【００２０】
センターミラー１は図２に示すように、平面視で、半円よりも東側及び西側に所定の角度範囲だけ張り出した状態になっている。センターミラー１の北側及び東西両側には複数のヘリオスタット２がセンターミラー１を中心に放射状に設置されている。
【００２１】
ヘリオスタット２は図示せぬセンサーにより太陽の動きに連動して向きを変化させる構造となっており、常に太陽光Ｌを第１焦点Ａへ向けて反射するように制御される。第１焦点Ａを通過した太陽光Ｌはセンターミラー１で反射され第２焦点Ｂに集光する。
【００２２】
第２焦点Ｂには筒型集光鏡３が設置されている。筒型集光鏡３は上部開口よりも下部開口が狭い概略テーパー筒形状で、内面はマルチミラー式の複数のセグメントにより構成された鏡面になっている。ヘリオスタット２の反射光は、センターミラー１で反射された後に、すべてこの筒型集光鏡３内に導入される。筒型集光鏡３の下側には空気加熱装置４が設けられ、そこで空気ａを１０００℃程度の加熱空気ｂにすることができる。
【００２３】
次に、図３〜図６に基づいて、加熱空気の製造について説明する。
【００２４】
筒型集光鏡３は周囲が角型のハウジング５により覆われていて、筒型集光鏡３とハウジング５との間には中空部６が存在する。ハウジング５の上部には中空部６への空気取入口７が形成されている。
【００２５】
筒型集光鏡３の下側の空気加熱装置４は下部が細くなったロート状のハウジング８を有し、多数の熱交換部材９がハウジング８の断面を塞ぐように設けられている。すなわち、複数の熱交換部材９により、ハウジング８は上部空間１０と下部空間１１に区画されている。上部空間１０と、筒型集光鏡３の中空部６とは、通気路１２を介して連結されている。
【００２６】
したがって、熱交換部材９はヘリオスタット２の反射光が導入されかつ通気路１２、ハウジング８、空気排出部１５等により規定される熱媒体の流路の断面を横断するように配置される。反射光が通過する上部空間１０を熱媒体としての空気が通過するが、空気は太陽光を散乱しないため太陽光の光路と空気流の流路の共存が可能である。
【００２７】
筒型集光鏡３の下部開口に臨むハウジング８の上面には透明窓１３が形成されている。この透明窓１３は耐熱性を有する石英硝子等の硝子で形成されている。
【００２８】
熱交換部材９は黒色で炭化珪素膜（ＳｉＣ）製の多貫通孔構造で１０００℃以上の耐熱性を有している。貫通孔の主軸は上下方向を向き、導入される反射光の主軸に略一致するとともに空気流の流路の主軸とも略一致する。そのため反射光の吸収効率が高く、通過空気との熱交換の効率も高い。
【００２９】
この熱交換部材９は通過空気を均一化するためのロート状のカバー１４（図６）内に収納されている。この熱交換部材９をカバー１４と共に複数並べて設置することで、空気加熱部４の上部空間１０と下部空間１１を区画している。またカバー１４は通過空気の流れをガイドして整える作用があり空気抵抗を低減している。なお、熱交換部材９の材質は熱吸収性が良く、上記の耐熱性を有するものであれば炭化珪素に限られない。
【００３０】
ハウジング８の下部は空気排出部１５となっており、そこにはファン等の流路に沿って圧力勾配を生成し上流側の空気を吸引して下流側に流動させる吸引部１６が設けられている。吸引部１６の下流側は上流側よりも圧力が高くなり空気が下流側（大気圧等の低圧側）に排出される。
【００３１】
次に加熱空気ｂが製造される過程を説明する。
【００３２】
センターミラー１で反射された太陽光Ｌは全て筒型集光鏡３内に導入され、その内面で反射されて集光されるが、反射の際に筒型集光鏡３自体も加熱するため筒型集光鏡３自体が大変に高温になる。そのため、空気取入口７から取り入れられた空気ａは中空部６内で筒型集光鏡３の裏面と接して予備的に加熱される。
【００３３】
ある程度加熱された空気ａは通気路１２を介して空気加熱部４の上部空間１０に導入される。上部空間１０に導入された空気ａは熱交換部材９を通過して下部空間１１に至る。
【００３４】
この際、熱交換部材９には筒型集光鏡３の下部開口から透明窓１３を経て高エネルギーの太陽光が集光された状態で照射され、熱交換部材９がきわめて高い効率で太陽熱を吸収するので大変な高温になっているため、空気ａがその流路に配置された熱交換部材９を通過することにより加熱空気ｂとなる。加熱空気ｂは吸引部１６により引かれて必要なところへ送ることができる。
【００３５】
この実施形態によれば、ビームダウン式太陽集光装置により下向きに反射された太陽光Ｌを、熱交換部材９で受け止めるため、熱交換部材９を確実に加熱させることができる。
【００３６】
そして、その加熱した熱交換部材９に空気ａを通過させるため、空気ａは確実に加熱され、加熱空気ｂとして熱を必要なところは搬送することができる。したがって、熱交換部材９は太陽光Ｌの吸収と同時に熱媒体との熱交換を行うためエネルギー効率が高い。
【００３７】
また、ハウジング８の上面が透明窓１３により塞がれているため、熱交換部材９の砂境などが付着せず、メンテナンスが容易である。
【００３８】
（第２実施形態）
図７は、本発明の第２実施形態を示す図である。本実施形態は、前記第１実施形態と同様の構成要素を備えている。よって、それら同様の構成要素については共通の符号を付すとともに、重複する説明を省略する。
【００３９】
この実施形態では、ハウジング１７の上面の透明窓を省略して開放部１８としたものである。開放部１８とすることにより、大量の空気ａを周囲から導入して熱交換部材９に通過させることができ、温度は多少低くても、大容量の加熱空気ｂが必要な場合に好適である。
【００４０】
（第３実施形態）
図８は、本発明の第３実施形態を示す図である。本実施形態も、前記第１実施形態と同様の構成要素を備え、同様の構成要素については共通の符号を付すとともに、重複する説明を省略する。
【００４１】
この実施形態では、空気取入口１９を筒型集光鏡３のハウジング２０を介さずに、熱交換部材９のハウジング２１の上部空間１０に直接形成した。そして、空気取入口１９に空気ａの送出部２２を設けた。
【００４２】
この実施形態によれば、送出部２２から空気ａを上部空間１０内に送り込み、その空気ａが熱交換部材９を通過する間に加熱されて空気排出部２３より取り出すことができる。
【００４３】
送出部２２を通過する空気ａはまだ加熱前であるため温度が低く、送出部２２を耐熱性にする必要がなく、送出部２２の構造を簡略化することができる。
【００４４】
（第４実施形態）
図９は、本発明の第４実施形態を示す図である。本実施形態も、第１実施形態と同様の構成要素を備え、同様の構成要素については共通の符号を付すとともに、重複する説明を省略する。
【００４５】
この実施例では、空気排出部１５の吸引部１６よりも先の部分に延長部２４を形成した。延長部２４は蛇行した状態で蓄熱装置２５を貫通する。蓄熱装置２５内には溶融塩（硝酸カリウムと硝酸ナトリウムの混合物）による蓄熱材２６が内蔵され、その中を延長部２４が貫通している。
【００４６】
蓄熱材２６は通常時に延長部２４を通過する高温の空気ｂにより加熱され、その熱を内部に蓄えることができる。蓄熱材２６である溶融塩は常温では固体だが加熱されると溶融するため、延長部２４の表面との密着面積は大きくなり高効率の熱交換が行える。
【００４７】
太陽が南中位置に近い昼間は太陽光Ｌのエネルギーが大きいため、そのエネルギーにより十分に高温となった空気ｂにより、蓄熱材２６は加熱されて内部に熱を蓄えることができる。そのため、仮に、太陽が雲に遮られて、本来空気ａを加熱する熱交換部材９に太陽光Ｌによりが当たらない状態が一時的に生じても、空気排出部１５から導かれた空気ａは、延長部２４を介して蓄熱材２６を通過する際に、蓄熱材２６との熱交換により加熱される。従って、延長部２４を通過する間にことで空気ａは加熱された空気ｂとなって排出される。
【００４８】
このような蓄熱装置２５を備えているため、太陽光Ｌが一時的に遮られるような状況が生じても、常に加熱された空気ｂを連続して排出することができる。
【００４９】
以上の各実施形態においては、熱交換部材９を水平状態で並べる例を示したが、中央を低くした湾曲状に並べても良い。ビームダウン式太陽集光装置のセンターミラー１は楕円形状に限定されず、その他の形状のものであっても良い。
【符号の説明】
【００５０】
７、１９  空気取入部
８、１７、２１  ハウジング
９  熱交換部材
１０  上部空間
１１  下部空間
１３  透明窓
１５、２３  空気排出部
１６  吸引部
２２  送出部
２４  延長部
２５  蓄熱装置
２６  蓄熱材
Ｌ  太陽光
【図１】
2012002494.tif 000003
【図２】
2012002494.tif 000004
【図３】
2012002494.tif 000005
【図４】
2012002494.tif 000006
【図５】
2012002494.tif 000007
【図６】
2012002494.tif 000008
【図７】
2012002494.tif 000009
【図８】
2012002494.tif 000010
【図９】
2012002494.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成23年6月27日(2011.6.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
第２焦点Ｂには筒型集光鏡３が設置されている。筒型集光鏡３は上部開口よりも下部開口が狭い概略テーパー筒形状で、内面はマルチミラー式の複数のセグメントにより構成された鏡面になっている。ヘリオスタット２の反射光は、センターミラー１で反射された後に、すべてこの筒型集光鏡３内に導入される。筒型集光鏡３の下側には空気加熱部４が設けられ、そこで空気ａを１０００℃程度の加熱空気ｂにすることができる。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
筒型集光鏡３の下側の空気加熱部４は下部が細くなったロート状のハウジング８を有し、多数の熱交換部材９がハウジング８の断面を塞ぐように設けられている。すなわち、複数の熱交換部材９により、ハウジング８は上部空間１０と下部空間１１に区画されている。上部空間１０と、筒型集光鏡３の中空部６とは、通気路１２を介して連結されている。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３７】
また、ハウジング８の上面が透明窓１３により塞がれているため、熱交換部材９の砂埃などが付着せず、メンテナンスが容易である。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４７】
太陽が南中位置に近い昼間は太陽光Ｌのエネルギーが大きいため、そのエネルギーにより十分に高温となった空気ｂにより、蓄熱材２６は加熱されて内部に熱を蓄えることができる。そのため、仮に、太陽が雲に遮られて、本来空気ａを加熱する熱交換部材９に太陽光Ｌが当たらない状態が一時的に生じても、空気排出部１５から導かれた空気ａは、延長部２４を介して蓄熱材２６を通過する際に、蓄熱材２６との熱交換により加熱される。従って、延長部２４を通過する間にことで空気ａは加熱された空気ｂとなって排出される。