(57)【要約】【課題】太陽光エネルギーを効率的に収集するにあたり、構造が簡便で集熱効率の高い太陽光集熱器を提供すること。【解決手段】断熱材からなる筐体１１を構成するにあたり、筐体の底面部１４に開口部１２から入射された太陽光を受光して熱に変換するための熱媒体が通流する集熱管１５を敷設する。筐体１１は、開口部１２から入射する光が底面部１４上にのみ照射される構造となっている。開口部１２と底面部１４の間に設けられた側面部１９は傾斜しており、開口部１２から入射する光には照射されない。集熱管１５は底面部１４上全体に亘って敷設されている。開口部１２及び底面部１４は円形又は多角形状である。このように構成した太陽光集熱器において、開口部１２から入射する光を集熱管１５の表面で吸収し、吸収した光エネルギーを集熱管１５を経由して熱エネルギーとして熱媒体１６に伝達する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
反射部により反射した太陽光を集光して熱に変換するための太陽光集熱器において、
前記反射部側に太陽光が入射される開口部が形成された断熱材からなる筐体と、
この筐体の底面部に設けられ、前記開口部から入射された太陽光を受光して熱に変換するための熱媒体が通流する集熱用流路と、を備え、
前記筐体は、前記反射部から前記開口部を介して入射する太陽光の光路が底面部のみに到達するように構成されていることを特徴とする太陽光集熱器。
【請求項２】
前記筐体内の側周面は、前記開口部の縁またはその近傍から前記底面部の周縁まで傾斜していることを特徴とする請求項１記載の太陽光集熱器。
【請求項３】
前記開口部及び筐体の底面部は、円形または正多角形であることを特徴とする請求項１または２記載の太陽光集熱器。
【請求項４】
前記開口部の縁における２点間の最大距離ｒ１に対する、前記底面部の縁における２点間の最大距離ｒ２の比率ｒ２／ｒ１は、１〜２であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の太陽光集熱器。
【請求項５】
前記集熱用流路は、底面部の全体に亘って配置されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載の太陽光集熱器。
【請求項６】
前記反射部からの太陽光を反射して前記開口部内に入射させるように、前記開口部に臨む位置に補助反射部が設けられたことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項に記載の太陽光集熱器。
【請求項７】
前記筐体内における側周面には、前記集熱用流路からの放射熱を受熱する熱媒体を通流するための副集熱管が設けられたことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一項に記載の太陽光集熱器。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれか一項に記載された太陽光集熱器と、
前記太陽光集熱器により集熱された熱エネルギーにより蒸気を発生させる蒸気発生機構と、
生成された前記蒸気により駆動され発電を行う蒸気タービン機構と、を備えたことを特徴とする太陽熱発電装置。
【請求項９】
請求項１ないし７のいずれか一項に記載された太陽光集熱器と、
前記太陽光集熱器により集熱された熱エネルギーにより蒸気を発生させる蒸気発生機構と、
発生した蒸気を流通させるための流路部材と、
この流路部材からの熱により海水を蒸発させる海水蒸留部と、
蒸発した海水を冷却して淡水とする淡水化用冷却器と、を備えたことを特徴とする、海水淡水化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽光の熱エネルギーを集熱する太陽光集熱器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の化石燃料の枯渇問題、原油価格の上昇、エネルギー安全保障の見直し、地球温暖化問題などにより、太陽光、太陽熱、風力、地熱、潮力などの、いわゆる再生可能エネルギー（Renewable energy）の活用が注目されている。世界では欧州各国が先駆けとなり、原子力発電や火力発電の代替として、再生可能エネルギーの普及を国家政策として掲げている。
【０００３】
再生可能エネルギーの中でも、太陽光及び太陽熱は、年間を通じて一定量以上の太陽光の照射がある地域においては極めて有効に活用できるエネルギーである。特に、南ヨーロッパ、中東、北アフリカなど、太陽光が通年的に安定して得られる地域において、太陽熱のエネルギーとしての活用が実験・実用段階に移行してきており、既にスペインでは太陽熱発電プラントの稼働が開始されている。
【０００４】
太陽熱発電とは、太陽からのエネルギーを反射鏡等で３０〜８００倍に集光し、集光したエネルギーを熱媒体などを用いて熱エネルギーに変換し、この熱エネルギーで蒸気を発生させ、蒸気タービンで発電を行うものである。  
ここで太陽熱発電は、集光方法、具体的には集光装置の違いにより、トラフ型、フレネル型、タワー型およびビームダウン型に大別される。現在商業用用途として使用されているのはトラフ型であるが、発電効率及び初期投資の面からフレネル型、タワー型も有望視されている。日本ではタワー型を更に改良したビームダウン型太陽光集光システムの開発が進められている。ビームダウン型の利点として、集熱効率の高さ、装置構造の簡素さ、などがある。
【０００５】
これらのシステムにおいては、集光装置で集光した太陽光を熱エネルギーに変換するために、集熱器と呼ばれる装置が必要である。タワー型集光システムにおける集熱器の例は、特許文献１および特許文献２に開示された集熱器があり、特許文献１中では集熱器を構成する集熱パネルの構造、特許文献２中では複数の管状集熱体を一体化した集熱パネルの材質及び構造について記載されている。
【０００６】
ビームダウン型太陽光集光装置用の集熱器の例としては、特許文献３および特許文献４に開示された集熱器がある。耐熱容器に熱媒体として低融点の金属を保持し、その表面に黒色炭素材料（特許文献３）又は光吸収銅板（特許文献４）を浮かべ、これらによって吸収した太陽熱を熱媒体内に伝達する。熱媒体内には熱交換パイプが敷設され、パイプ内に水を通流させ、熱媒体からの熱によって蒸気を発生させる。
【０００７】
また、集熱器の別の例としては、特許文献５及び特許文献６に開示された集熱器がある。特許文献５には、つぼ型の筐体を持つ集熱器の内部一面に集熱管を敷設したことを特徴とする集熱器及び、略樽型又は略ラッパ型の筐体の内面を熱媒体が液膜流下することを特徴とする集熱器が開示されている。しかし、つぼ型集熱器は成形が困難であり、また液膜流下式集熱器には外部からの砂塵の混入が避けられないという問題がある。さらに特許文献６には、略台形状の集熱管を有したモジュールを連結させた、かご形または錐台形の集熱器が開示されている。しかし、当該発明では緊急時に集熱器内部を循環する熱媒体を速やかに回収することを目的としており、本発明の目的とは異なる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】ＷＯ２００７／０８８０３１号公報
【特許文献２】米国特許５８６２８００号公報
【特許文献３】特開２０１０−８５０７９号公報
【特許文献４】特開２０１０−８５０８０号公報
【特許文献５】ＷＯ２００６／０２５４４９号公報
【特許文献６】特開２０１１−４３１２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明はこのような事情の下になされたものであり、その目的は太陽光エネルギー利用システムに用いられる太陽光集熱器において、構造が簡素であり、高い集熱効率が得られる技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の太陽光集熱器は、
反射部により反射した太陽光を集光して熱に変換するための太陽光集熱器において、
前記反射部側に太陽光が入射される開口部が形成された断熱材からなる筐体と、
この筐体の底面部に設けられ、前記開口部から入射された太陽光を受光して熱に変換するための熱媒体が通流する集熱用流路と、を備え、
前記筐体は、前記反射部から前記開口部を介して入射する太陽光の光路が底面部のみに到達するように構成されていることを特徴とする。  
前記筐体内の側周面は、前記開口部の縁またはその近傍から前記底面部の周縁まで傾斜していてもよい。  
前記開口部及び筐体の底面部は、円形または正多角形であってもよい。  
前記開口部の縁における２点間の最大距離ｒ１に対する、前記底面部の縁における２点間の最大距離ｒ２の比率ｒ２／ｒ１は、１〜２であってもよい。  
前記集熱用流路は、底面部の全体に亘って配置されていてもよい。  
前記反射部からの太陽光を反射して前記開口部内に入射させるように、前記開口部に臨む位置に補助反射部が設けられていてもよい。  
前記筐体内における側周面には、前記集熱用流路からの放射熱を受熱する熱媒体を通流するための副集熱管が設けられていてもよい。
【００１１】
さらに本発明の太陽熱発電装置は、
既述の太陽光集熱器と、
前記太陽光集熱器により集熱された熱エネルギーにより蒸気を発生させる蒸気発生機構と、
生成された前記蒸気により駆動され発電を行う蒸気タービン機構と、を備えたことを特徴とする。
【００１２】
なおかつ本発明の海水淡水化装置は、
既述の太陽光集熱器と、
前記太陽光集熱器により集熱された熱エネルギーにより蒸気を発生させる蒸気発生機構と、
発生した蒸気を通流させるための流路部材と、
この流路部材からの熱により海水を蒸発させる海水蒸留部と、
蒸発した海水を冷却して淡水とする淡水化用冷却器と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、太陽光集熱器において、反射部により反射した太陽光を筐体の上部側の開口部を介して、当該筐体の底面部に入光させ、底面部に設けられた集熱用流路内の熱媒体を加熱するように構成すると共に、反射部から前記開口部を介して入射する太陽光の光路が底面部のみに到達するように構成している。このため太陽光のエネルギー密度が高い光束群が側周壁に接することがないので、そのエネルギーがロスすることなく底面部に到達し、太陽光から高い効率で熱媒体に集熱することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の太陽光集熱器１の第一の実施形態の外観斜視図である。
【図２】前記実施形態にかかる太陽光集熱器１の外観平面図である。
【図３】前記実施形態にかかる太陽光集熱器１の正面図である。
【図４】前記実施形態にかかる太陽光集熱器１の横断平面図である。
【図５】前記実施形態にかかる太陽光集熱器１の一部破断斜視図である。
【図６】前記実施形態にかかる太陽光集熱器１の筐体１１の底面部周辺を拡大した模式図である。
【図７】前記実施形態にかかる太陽光集熱器１の縦断側面図である。
【図８】前記実施形態にかかる太陽光集熱器１のビームダウン型太陽光集光装置への応用例を示した模式図である。
【図９】前記実施形態にかかる太陽光集熱器１のエネルギー分布を示した作用図である。
【図１０】第二の実施形態にかかる太陽光集熱器１の応用例を図示した模式図である。
【図１１】太陽熱集光器１の筐体１１の一変形例を図示した外観斜視図である。
【図１２】太陽熱集光器１の筐体１１の一変形例を図示した外観斜視図である。
【図１３】太陽熱集光器１の筐体１１の一変形例を図示した外観斜視図及び縦断側面図である。
【図１４】太陽熱集光器１における集熱管１５の配置について別の例を図示した横断平面図である。
【図１５】太陽光集熱器１のタワー型太陽光集光装置への適用例を図示した模式図である。
【図１６】太陽光集熱器１の蒸気発電システムへの適用例を図示した模式図である。
【図１７】太陽光集熱器１の海水淡水化装置への適用例を図示した模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
［第一の実施形態］
本発明の実施形態に係る太陽光集熱器は、図１に示すように、筐体１１を備えている。
筐体１１は、図２の平面図及び図３の側面図に示すように上面が円形状に開口する開口部１２として形成されると共に筐体１１内部の底面部１４が正方形に形成されている。底面部１４を形成する正方形の一辺は、開口部１２の直径よりも大きい寸法に設定されており、開口部１２の周縁（開口縁）から前記底面部１４に至るまでの側周面は傾斜した傾斜面１９として形成されている。このような筐体の形状は、開口部１２をなす円をｎ等分する等分点の各々と、底面部１４をなす正方形についてｎ等分する等分点の各々とについて、互いに対応する等分点同士を直線で結び、直線群の間を補間することにより形成することができる。ｎは自然数であり、等分点はできる限り多い方が好ましい。このようにして形成される傾斜面１９は直線群からなる曲面であり、例えば建築の分野などにおいて利用されている。  
筐体１１の内部形状（３次元の輪郭）は、外観に対応する形状となっている。筐体１１を構成する材質としては、断熱材例えばセラミックファイバーなどが用いられる。断熱材としては、熱伝導率が０．２Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下の材料が一例としてあげられる。
【００１６】
筐体１１の底面部１４には、前記開口部１２から入射された太陽光を受光して熱に変換するための熱媒体１６が通流する集熱用流路である例えば集熱管１５が全面に配置されている。集熱管１５の配管レイアウトについては、例えば図４において筐体１１の底面部１４における一辺１４ａの一端側、他端側を夫々左側、右側とすると、当該一辺の中央部に対応する側周面の部位にて外部から２本の集熱管１５ａ、１５ｂが左右に並んで貫通されると共に、一方の集熱管１５ａが前記底面部１４の左半分の領域に引き回され、他方の集熱管１５ｂが前記底面部１４の右半分の領域に引き回されている。
【００１７】
一方の集熱管１５ａの引き回しのレイアウトについて図４及び図５を参照して詳述すると、集熱管は、底面部１４に沿って前記一辺から前方に直線状に伸び、当該一辺に対向する辺（対向辺）１４ｂにおいて屈曲し、前記一辺に向かって直線状に伸び、このように折り返しパターンが繰り返されて左側に向かって引き回され、底面部１４の左半分を覆う。そして前記一辺の中央部から見て集熱管１５ａが底面部の左奥に達した後、上方側に折り返され、既に左半分を覆っている集熱管１５ａの配置領域の上方位置にて、底面部１４の左側領域における３辺に沿って引き回され、その後前記対向辺に対応する側周面から外部に引き出される。
【００１８】
上方側に折り返された後の集熱管１５ａは、例えば底面部１４の左奥から前記一辺の中央部まで正方形の辺に沿って引き回され、その後更に上方側に折り曲げられて左側領域の３辺に沿って引き回わされる。集熱管１５の配置レイアウトは左右対称であることから、他方の集熱管１５ｂについても同様に引き回される。  
集熱管１５が上方側に折り曲げられる前の配管領域、つまり底面部１４に沿って敷き詰められた配管領域は太陽光が直接照射されて熱媒体が加熱される主集熱管としての役割を有する。また集熱管１５が上方側に折り曲げられて主集熱管よりも高い位置にて底面部の辺に沿って（側周面に沿って）引き回される配管領域は、主集熱管からの放射熱により加熱される副集熱管としての役割を有する。
【００１９】
このように、平坦な面に集熱管を敷設することにより、集熱管が特許文献５のつぼ型集光器のような立体形状を形成する場合よりも、製作が容易であり、かつ製造コストも低く抑えられる。  
集熱管１５の素材としては、内部を通流する熱媒体１６との反応性が低く、かつ熱伝導率のよい素材が選ばれる。具体的にはステンレス鋼などの、熱伝導率が１６Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上である素材が一例としてあげられる。熱媒体１６としては例えば溶融塩が用いられる。集熱器１の運転時において筐体１１から流出する熱媒体の温度の範囲は、例えば１５０℃〜８００℃である。溶融塩としては、硝酸カリウム、硝酸ナトリウムなどの硝酸塩が一例としてあげられ、この場合、筐体から流出する熱媒体つまり硝酸塩の温度域は例えば１５０℃〜６００℃である。  
また、集熱管１５の下半分の周囲に、断熱材を配置することが好ましく、例えば図６のように集熱管１５の下半分が隠れるように筐体１１の底面部１４の上に断熱材１７を敷き詰めてもよいし、あるいは集熱管１５の下半分を直接断熱材である底面部１４に埋め込む構造を取ってもよい。  
一方、光が当たる部分である、集熱管１５の上半分及び断熱材１７の表面は、例えば耐熱性の黒のコーティング剤塗布するなどにより黒色に着色することにより高い集熱効率が得られる。
【００２０】
更に、筐体１１の構造に及び各部の寸法について、図６を用いて説明する。
図７のように、開口部の径をｒ１とすると、筐体１１の底面部１４の径ｒ２（対角線長）はｒ１〜２ｒ１とする。さらに筐体１１の内部の側面部１９については、後述する反射鏡のどの点にどのような角度で光を入射しても側面部１９に光が届かないように設定される。言い換えると、人間の目で反射鏡のどの部分をどの角度で覗いても筐体１１の側面部１９が見えることのないように、筐体１１の内部への光の最小入射角よりも、筐体内部の側面部と水平面との角度が小さい角度に側面部１９の傾斜角が設定される。
【００２１】
そして底面部の径の条件と、深さｈの範囲は例えば以下のように設定される。一例としては、ｆ［ｋｇ／ｈｒ］で流れる熱媒体（比熱Ｃ）をＴ１→Ｔ２［℃］に加熱するために、熱媒体が吸収すべき熱エネルギーをＱ［ＭＷ］とする。一方、焦点のある集光鏡を用いる場合、焦点部（本例では、筐体の開口部の中心部）には、例えば焦点中心から半径Ｒ、面積Ｓ０［ｍ２］の円形の領域内にＱ０［ＭＷ］の太陽光エネルギーが供給される。  
焦点部における太陽光エネルギーの密度は、焦点中心にて最も大きく、周縁部行くほど小さくなり、開口部１２の中心からの離間距離と太陽光エネルギーの密度との関係をグラフにすると、後述の図９に示すように裾が長い山型曲線を描く。そして、焦点部から光の進行方向に向けて移動する程、山型の部分がならされて、中心部のエネルギー密度が小さくなると共に、太陽光エネルギーが供給される範囲が拡がる。
【００２２】
この結果、焦点部からｈ’だけ光の進行方向に移動した位置において、Ｑ０［ＭＷ］の太陽光エネルギーが供給される面積は、Ｓ’（＞Ｓ０）［ｍ２］となる。  
従って、深さｈにおける集熱管１５の配置領域は、熱媒体を所望の温度まで昇温可能な熱エネルギーＱ［ＭＷ］よりも、開口部から入射した太陽光エネルギーＱ０［ＭＷ］の方が大きくなる（「Ｑ０＞Ｑ」となる）面積Ｓ’の照光領域（底面部において、開口部から入射した光が当たる範囲）を含む領域に設定される。  
そして、集熱管１５の耐熱性、集熱管１５のエネルギー吸収効率や熱伝導率、集熱管１５と熱媒体１６との間の熱伝達率、集熱管１５から筐体１１内の雰囲気へ向けての熱伝達ロスや放射熱ロスなどを考慮し、製作の容易性などを総合的に考慮し、集熱管の配置領域の形状、その面積（Ｓ’）と、開口部からの深さｈとが決定される。  
そして、この条件で深さｈと底面の形状（「底面部の径」）とを設計したとき、開口部から入射する光が側面部に当たらないように側面部の傾斜勾配が決定される。  
既述の太陽光エネルギーの分布から分かるように、筐体１１の横断面で見たときに周縁部に近い領域の太陽光エネルギーは中央寄りの領域よりも小さくなっているため、筐体１１の側周面に集熱管１５を設けても集熱効率が悪い。そこでこの実施の形態では、概略的な言い方をすれば、太陽光のエネルギー密度の高い光束群を、筐体１１の側周面に当ててエネルギーをロスさせずに、集熱管１５が配置されている筐体１１の底面１４まで導き、これにより高い集熱効率を得るようにしている。  
一例として、５０ＭＷのエネルギーを集熱可能な太陽光集熱器において、開口部１２の径ｒ１を１０ｍとすると、ｈは６ｍ、底面部１４の径ｒ２は１０〜２０ｍである。
【００２３】
さらに、筐体１１の内部側面については、耐熱性の黒のコーティング剤を表面に塗布するなどして、黒度を上げることが望ましい。
【００２４】
以上で太陽光集熱器１の構造について説明してきたが、実際に太陽光集光装置の一部として用いている例を図８に示すと共に、太陽光集熱器１の作用を説明する。
【００２５】
図８は、上述の太陽光集熱器１をビームダウン型太陽光集光装置の機構のひとつとして用いている図である。構造としては、複数のヘリオスタット２１（太陽光一次反射鏡）を地面に据え付け、太陽光集熱器１の真上に集光鏡２２（太陽光二次反射鏡）を設ける。ヘリオスタット２１は太陽光Ｌ１を集光鏡２２へと反射し、集光鏡２２はその太陽光Ｌ１を更に太陽光集熱器１の開口部１２内へと反射するように設置される。  
より具体的に説明すると、集光鏡２２は楕円の弧または双曲線であり（図９の例では楕円）、この楕円又は双曲線の第二焦点Ｆが、太陽光集熱器１の開口部１２の平面内、例えば中心部に位置するように調整されて設置される。一方ヘリオスタット２１は時刻、緯度などに応じて角度を変化させ、反射した光が上述した集光鏡２２の第一焦点を通過するように変位している。図８で示すとおり、第一焦点を通り、かかる集光鏡２２で反射された光Ｌ１が第二焦点Ｆを通過することは幾何学的に明らかである。
【００２６】
こうして太陽光Ｌ１は集光鏡２２の第二焦点、つまり太陽光集熱器の開口部１２付近に集光される。太陽光をこのように集中させることにより、開口部１２の面積を縮小することが可能となる。図９は実際の装置における太陽光集熱器１内のエネルギー密度の測定結果を図示したものである。この図から、第二焦点Ｆ周囲のエネルギー密度が特に高くなっていることがわかる。
【００２７】
そして、集光鏡２２により集光され、筐体内部１３に入射する太陽光は筐体１１の側面部１９には直接到達せず、底面部１４上に到達し、集熱管１５に吸収される。この例では、集熱管１５の表面を黒色でコーティングしていることにより高い効率で、光エネルギーが吸収される。また、集熱管１５の下面側を断熱していることにより、筐体１１の底面部１４への放熱ロスが抑えられる。これら筐体１１の底面部１４上の集熱管１５に吸収された光エネルギーは熱となり、集熱管１５の温度が上昇する。そして集熱管１５は内部に通流する熱媒体１６へと熱を伝達する。  
筐体１１の底面部１４上の集熱管１５（主集熱管）は、一旦吸収したエネルギーのうち一部を放射熱として筐体内部１３に放出し、集熱管１５のうち底面近傍の側面にある部分（副集熱管）が、その放射熱を回収する。こうして、筐体１１内に流入した熱媒体１６は、高い効率で太陽光エネルギーを熱に変えて筐体１１内から流出していく。副集熱管の設置範囲は、例えば側面の下側２０％の範囲である。
【００２８】
また、筐体内部１３の側面部１９が黒色にコーティングされていることにより、集熱管１５から放射された熱の反射が抑えられ、開口部１２からの放熱ロスが低減される。
【００２９】
そして集熱管１５内部の熱媒体１６の温度は、筐体内部１３を周回するうちに例えば３５０℃から５５０℃へと上昇する。こうして光エネルギーを、最終的には熱エネルギーへと変換して熱媒体１６に貯留し、その熱エネルギーを利用することが可能となる。
【００３０】
上述の実施の形態によれば、本太陽光集熱器は、反射部により反射した太陽光を筐体１１の上部側の開口部１２を介して、当該筐体１１の底面部１４に入光させ、底面部１４に設けられた集熱用流路内の熱媒体１６を加熱するように１４のみに到達するように構成している。このため太陽光のエネルギー密度が高い光束群が側周壁１９に接することがないので、そのエネルギーがロスすることなく底面部１４に到達し、太陽光から高い効率で熱媒体１６に集熱することができる。
また、筐体１１内部ではエネルギーが対流し、開口部１２付近からはエネルギーが放射されるが、側面部１９に勾配を設けることにより、側面部１９対開口部１２の形態係数Ｇｉｊ（このとき側面部１９から放射されるエネルギーのうち、開口部１２に到達するエネルギーの割合）が減少し、開口部からの放射熱の損失が低減される。
【００３１】
そして、反射部から入光する光束群の面積が最小となる第二焦点Ｆの位置に開口部１２の高さを合わせることにより、開口部１２の面積を最小にすることができる。この結果、筐体１１内で加熱された気体が外部へ流出する対流ロスや、筐体１１内の側面部１９や底面部１４上の集熱管１５等から放射されたエネルギーが開口部１２を介して外部へ放出される放射ロスを低減することができる。
【００３２】
また、太陽光集熱器の本体である筐体は簡素な構造であり、集熱管の設置についても既述のように容易であることから製作、保守及び整備の面において低コスト化を期待できる。また、底面より開口部の方が狭小な構造であるので、内部への砂塵等の混入が少なくなる、という利点も有する。
【００３３】
［第二の実施形態］
本太陽光集熱器の第二の実施形態を以下に述べる。
図１０は本太陽光集熱器の第二の実施形態であり、太陽光集熱器１において開口部１２の外部周縁に、開口部１２周辺の光を開口部１２内に反射する二次集光器２３を設けている。ここで、二次集光器２３の焦点Ｆ２は、開口部１２の中心部近傍に存在するように設定されている。二次集光器２３内において光束密度が比較的小さくなっていない領域の光を集め、開口部１２の中心部に集中させることにより、中心部の光束密度をさらに高めることが可能となり、開口部１２の面積の狭小化が図れ、従って伝面が縮小するため、筐体全体としても小型化を図ることができる。
【００３４】
［変形例］
筐体１１は、図１１に示すように、開口部１２及び底面部１４のいずれもが円形であってもよく、この場合は外観が円錐台形状となっている。また筐体１１は開口部１２及び底面部１４のいずれもが正多角形例えば図１２に示すように正六角形であってもよく、この場合は外観が角錐台形状となっている。更にまた筐体１１は、図１３（ａ）に示すように外形が円筒状であって図１３（ｂ）に示すように内部空間の形状が円錐台であってもよい。  
なお例えば外観が図１３（ａ）に示すように形成され、内部空間が図１３（ｃ）のように円柱形状である場合においても、開口部１２を介して入射する光の光路が底面部１４以外に到達しない構造であれば、筐体１１として用いてもよい。あるいは開口部１２が多角形で底面部１４が円形の筐体１１を用いてもよい。
【００３５】
集熱管１５の配置レイアウトについては、例えば図１４に示すように、円形の底面部に対して、外周側から渦巻き状に集熱管１５を引き回し、中央部から側周面まで伸ばし、筐体の外側に引き出すようにしてもよい。また、熱媒体１６を通流させる流路としては管状体に限らず、扁平なパネル体を底面部１４の形状に合わせて作成し、このパネル体を流路としてもよい。
【００３６】
集熱管１５の流路は、筐体１１の底面部１４の全体に亘って設けることが望ましい。「底面部１４の全体に亘って」とは、例えば集熱管１５を引き回すときにやむを得ず例えば周辺流路にスペースが生じる場合なども含まれ、概ね全体に配置されていると捉えられる構造も、本発明の効果が得られるので、含まれる。
また筺体１１における傾斜している側周面１９（側面）の上端は、開口部１２の周縁であることに限られないが、開口部１２の周囲に平坦な上面部が存在しているような場合（例えば外観が図１３（ａ）のような場合）であってもよい。この場合、前記側周面１９の上端は開口部１２の周縁の近傍であることが好ましいが、周縁の近傍でなくても本発明に含まれる。
【００３７】
なお、筐体１１の底面部１４は平面である必要はなく、例えば底面部に敷設された配管の中央部側を下方側へ向けて湾曲させてその下端部にドレーンラインを接続し、メンテナンス時などに熱媒体をドレーンし易い構造とすることも考えられる。
【００３８】
また、上記実施形態では、筐体１１の底面部１４上および底面近傍の側面に主集熱管を設け光を吸収し、側面近傍かつ底面から離れた部分に副集熱管を設け主集熱管からの放射熱を吸収させるとしているが、実施の態様によっては副集熱管が吸収可能な放射熱よりも、主集熱管１５から放熱されるエネルギーの方が大きいことも考えられる。このような場合、副集熱管は必ずしも設けなくてもよい。また、底面部に配置される主集熱管であっても、例えば上述の照光領域の外側に設けられた側面近傍の配管は、太陽光エネルギーの吸熱よりも側壁へ向けての放熱の方が大きくなる場合もあり得る。このような場合には、主集熱管は側壁の近傍には設けなくてもよい。
【００３９】
これらとは別に、将来の素材分野における技術の進化によっては、太陽光集熱器１の開口部１２に高耐熱性の透明素材で膜又は薄板を配置し、開口部からの対流熱の損失を防ぐことが考えられる。開口部１２を塞ぐと、筐体内部１３が５００℃以上になるため、現存する素材では難しいが、今後の素材の進歩により実現可能と思われる。  
さらに、現在既に、可視光およびその周辺の波長の光を選択的に吸収し、放射熱を放出しにくい、選択吸収膜と呼ばれる素材が開発されている。この素材については、現在は大気中の使用における耐熱温度が３００℃程度である。しかし将来、耐熱温度が上昇した改良素材が開発されれば、この膜を集熱管１５の表面に蒸着することにより、太陽光をより効率的に吸収できる一方、放射熱による放熱を低減することが出来、全体としての効率向上に寄与するものと推測される。
【００４０】
［本太陽光集熱器の適用例］
上述した太陽光集熱器の適用例を図１５、図１６及び図１７に示す。
図１５は本太陽光集熱器のタワー型太陽光集光装置への適用例を示している。太陽光集熱器１を開口部１２が下側になるように、支持装置２４を用いて空中に保持する。太陽光は地面に敷設されたヘリオスタット２１で反射され、反射光は直接太陽光集熱器１の開口部１２内へと入射する。  
太陽光集熱器１の地面からの高さ、およびヘリオスタット２１の設定は、上記実施形態と同様、筐体１１の底面部１４に敷設された集熱管１５のみがヘリオスタット２１により反射された太陽光を受光し、筐体内部１３の壁面部には光が照射されないように決定される。  
この例では、図８で示したビームダウン型太陽光集光装置への適用例と比べ、反射鏡２２が省略できるため、突風が発生することのある地域など、反射鏡２２の設置が難しい場合において有効な適用例である。
【００４１】
図１６は太陽光集熱器１の蒸気発電装置への応用例を図示した模式図である。この図に沿って装置の動作を説明すると、先ず太陽光集熱器１において熱エネルギーを貯留した熱媒体は、熱媒体用配管３１により太陽光集熱器１から蒸気発生器３２へと通流する。蒸気発生器３２内には水を内蔵した配管が通過しており、蒸気発生器３２内で熱媒体と水との間で熱交換が行われる。そして水は水蒸気となり、蒸気用配管３５を通じて蒸気タービン３６へと到達し、蒸気タービン３６を駆動させることによって、蒸気タービン３６と連結した発電機４による発電が行われる。蒸気タービン３６から排出された蒸気は冷却器３７で冷却とされ、復水となり、復水は復水用配管３８を通り、バルブ３９を経由して蒸気発生器３２へと入る。そして再び蒸気となり、タービンを駆動させ、冷却され復水となることを繰り返す。  
一方蒸気発生器３２で熱交換を行った熱媒体は熱交換により温度が下がる。そして配管３３を通り、バルブ３４を経由して再び太陽光集熱器１内に入る。そして再び高温の熱媒体となり、蒸気発生器３２で熱交換を行い冷却され、太陽光集熱器１に戻ることを繰り返す。  
本蒸気発電装置は、火力発電や原子力発電の代替となる有力な手段となり得る。
【００４２】
図１７は太陽光集熱器１の海水淡水化装置への応用例を図示した模式図である。  
この図に沿って装置の動作を説明すると、先ず太陽光集熱器１において熱エネルギーを貯留した熱媒体は、熱媒体用配管３１により太陽光集熱器１から蒸気発生器３２へと通流する。蒸気発生器３２内には水が通流する配管が通過しており、蒸気発生器３２内で熱媒体と水との間で熱交換が行われる。そして水は水蒸気となり、蒸気用配管５１を通じて海水を貯留した海水貯留タンク５２内に入る。蒸気用配管５１は海水貯留タンク５２内を周回するように敷設されており、蒸気の熱によって海水の温度は上昇する。海水貯留タンク５２外に延伸された蒸気用配管５１は、バルブ５８を経由し、熱交換器５３に入る。熱交換器５３には海水が通流した海水用配管５５が通過しており、蒸気用配管５１中の蒸気と海水用配管５５中の海水との間で熱交換が行われる。この熱交換により、蒸気用配管５１内の蒸気は冷却され復水となり、復水用配管５４を通じて蒸気発生器３２へと戻る。一方、海水用配管５５内の海水は先ほどより高温となった状態で海水貯留タンク５２内に導入される。  
このように海水貯留タンク５２内の海水は２つの方法で熱せられ、結果海水は蒸発し、発生した水蒸気は水蒸気用配管５９へと通流する。水蒸気用配管５９は冷却器５６へと導入され、内部の水蒸気が冷却器５６で冷却されることで、淡水を得ることが出来る。海水貯留タンク５２内の海水は一定量を超えると配管５７を通じて排出され、冷却器５６で冷却されて常温の海水となる。  
本海水淡水化装置は、降水量が少なくかつ日照量の高い沿岸地域で特に有益であるものと期待される。また本海水淡水化装置は、上述した太陽熱発電装置との組み合わせも可能である。
【００４３】
また、上述した太陽光集熱器は冷凍装置への適用も考えられる。具体的には、冷凍装置におけるいわゆる蒸発器において、上述の太陽光の熱エネルギーを熱媒から冷凍装置の冷媒へ熱伝達し、冷媒を気化させる仕組みである。
【符号の説明】
【００４４】
Ｓ            太陽
１            太陽光集熱器
１１            筐体
１２            開口部
１５、１５ａ、１５ｂ    集熱管
１６            熱媒体
２１            ヘリオスタット
２２            反射鏡
２３            二次集光器
３２            蒸気発生器
３６            蒸気タービン
３７            冷却器
４            発電機
５２            海水貯留タンク
５３            熱交換器
５６            冷却器
Ｌ１            太陽光
Ｆ            第二焦点
【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】
2013155993.tif 000014
【図１３】
2013155993.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【手続補正書】
【提出日】平成24年2月7日(2012.2.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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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