(57)【要約】【課題】スターリングエンジンが、反射鏡の動きに影響されず、常に鉛直方向に維持するとともに、スターリングエンジンの高温部と反射鏡との位置関係が変化しても、反射鏡で集光した太陽光を効率良くスターリングエンジンの受光部に照射して、発電効率の低下を抑制することができるディッシュ型太陽熱発電装置を提供する。【解決手段】円面形状または放物面形状を有するディッシュ型の反射鏡と、反射鏡によって集光された太陽光によって発電を行う太陽熱発電器とを備えるディッシュ型太陽熱発電装置であって、太陽熱発電器は、低温部と高温部との温度差によって動作するスターリングエンジンと、スターリングエンジンの動作によって発電を行うオルタネーターと、スターリングエンジンの高温部と接するように設けられた受光部と、太陽熱発電器を鉛直方向に維持するための鉛直維持機構とを備え、反射鏡の集光位置に受光部が配置されるように、反射鏡に設けられた太陽熱発電器用架台に回動自在に取り付ける。【選択図】図１
2016102407.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放物面形状を有するディッシュ型の反射鏡と、
前記反射鏡によって集光された太陽光によって発電を行う太陽熱発電器と、を備えるディッシュ型太陽熱発電装置であって、
前記太陽熱発電器は、
低温部と高温部との温度差によって動作するスターリングエンジンと、
前記スターリングエンジンの動作によって発電を行うオルタネーターと、
前記スターリングエンジンの高温部と接するように設けられた受光部と、
前記太陽熱発電器を鉛直方向に維持するための鉛直維持機構と、を備え、
前記反射鏡の集光位置に前記受光部が配置されるように、前記反射鏡に設けられた太陽熱発電器用架台に回動自在に取り付けられていることを特徴とするディッシュ型太陽熱発電装置。
【請求項２】
前記受光部の形状が、略円筒形状であって、前記高温部と接する面とは反対の面が、略半球状となっていることを特徴とする請求項１に記載のディッシュ型太陽熱発電装置。
【請求項３】
前記受光部の縦断面積が、前記高温部の受光面の面積の１〜３倍であることを特徴とする請求項１または２に記載のディッシュ型太陽熱発電装置。
【請求項４】
前記受光部が、グラファイト、フラーレン、カーボンナノチューブのいずれかで形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のディッシュ型太陽熱発電装置。
【請求項５】
前記受光部の耐熱温度が、６００℃以上であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のディッシュ型太陽熱発電装置。
【請求項６】
前記受光部が、セラミック溶射、セラミック含浸、セラミックコーティングのいずれかによって表面処理がなされていることを特徴とする請求項５に記載のディッシュ型太陽熱発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放物面鏡を用いて太陽光を効率良く集光して、放物面鏡の焦点位置に設置された太陽熱発電器を効率良く加熱して発電するための、ディッシュ型太陽熱発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、世界的なエネルギー消費量増大に伴う二酸化炭素の空気中への放出量の増大などを抑止するため、二酸化炭素の放出を伴わない太陽エネルギーを利用した発電装置への期待が高まっている。
【０００３】
従来から、反射鏡を用いて太陽光を集めて熱媒体を加熱し、その熱を電気エネルギーに変えて利用可能にした装置は、日本国内はもとより、世界的にも多くの方式が提案され、世界各地に実証装置、実験装置などが設けられ、一部では商業的利用も開始されている。
【０００４】
太陽光を利用して電気エネルギーを得ようとする方式には、結晶シリコンやアモルファスシリコン、ＩｎＧａＡｓ（インジウムガリウムヒ化物）やＧａＡｓ（ヒ化ガリウム）などの無機化合物、有機色素や導電性ポリマーなどの有機化合物などからなる太陽電池（ソーラーパネル）に太陽光を照射して、太陽光エネルギーを直接、電気エネルギーに変換する太陽光発電方式と、太陽光を効率良く集めて、例えば、水、溶解塩、オイルなどの熱媒体を高温に加熱し、その熱エネルギーによって水蒸気を発生させ蒸気タービンを回して電気エネルギーを得る太陽熱発電方式がある。
【０００５】
太陽光発電方式では、太陽光を効率良く電気エネルギーに変換できる高性能な太陽電池（ソーラーパネル）が必要となり、水力発電や火力発電などの他の発電方式と比べて、設置面積あたりの発電量が少なく、発電コストも割高となっている。このため、太陽光発電方式の導入には、各種の公的助成を必要としているのが現状である。
【０００６】
また、太陽熱発電方式についても、従来から様々な検討が行われており、その集光方式として、平面もしくは曲面鏡を用いて太陽光を地上数十メートルの高さに設けられた集光部に集め、熱媒体を加熱する、いわゆるタワー方式、放物線の断面を有する雨樋型（トラフ型）の反射鏡を用いて、反射鏡の集光位置にレシーバーと呼ばれる管に流れる熱媒体を加熱するトラフ方式、放物面鏡を用いて放物面鏡の焦点位置に設置された、例えば、スターリングエンジンなどの太陽熱発電器を加熱するいわゆるディッシュ方式（スターリング方式とも呼ぶ）がある。
【０００７】
図３に示すようなディッシュ型の太陽熱発電装置１００では、厚さ数ミリメートルの高光透過性ガラス板を所定の放物面に曲げ加工し、ガラス板の裏面に太陽光反射膜を成膜した反射鏡１１０を大型架台１３０に取り付けて用いられている。
【０００８】
反射鏡１１０の焦点位置には、例えば、スターリングエンジンなどを用いて発電する太陽熱発電器１２０が設置されている。スターリングエンジンを用いた太陽熱発電器１２０は、高温部１２２と低温部１２４とから構成され、高温部１２２の受光面を反射鏡１１０によって集光された太陽光によって加熱することによって、スターリングエンジンのフライホイールを回転させ、発電することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、このようなディッシュ型太陽熱発電装置の場合、太陽光を有効に利用するために、反射鏡は常に日周運動を行っている太陽に直面するように制御することが望ましい。一方で、反射鏡で集光した太陽光を用いて発電するスターリングエンジンは、その構造上、常に鉛直方向に維持されることが望ましい。
【００１０】
しかしながら、従来のディッシュ型太陽熱発電装置では、反射鏡を太陽に直面するように制御すると、反射鏡の焦点位置に設けられたスターリングエンジンも、反射鏡と一緒に動いてしまい、スターリングエンジンが斜めになった状態で動作することがあった。
【００１１】
また、反射鏡とスターリングエンジンとを独立させ、スターリングエンジンが、反射鏡の動きに影響されないように構成した場合、スターリングエンジンの高温部と反射鏡との位置関係が変化して、効率良く受光部に太陽光を照射できなくなり、発電効率が低下してしまっていた。
【００１２】
本発明では、このような現状に鑑み、スターリングエンジンが、反射鏡の動きに影響されず、常に鉛直方向に維持するとともに、スターリングエンジンの高温部と反射鏡との位置関係が変化しても、反射鏡で集光した太陽光を効率良くスターリングエンジンの受光部に照射して、発電効率の低下を抑制することができるディッシュ型太陽熱発電装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、前述したような従来技術における課題及び目的を達成するために発明されたものであって、本発明のディッシュ型太陽熱発電装置は、円面形状または放物面形状を有するディッシュ型の反射鏡と、
前記反射鏡によって集光された太陽光によって発電を行う太陽熱発電器と、を備えるディッシュ型太陽熱発電装置であって、
前記太陽熱発電器は、
低温部と高温部との温度差によって動作するスターリングエンジンと、
前記スターリングエンジンの動作によって発電を行うオルタネーターと、
前記スターリングエンジンの高温部と接するように設けられた受光部と、
前記太陽熱発電器を鉛直方向に維持するための鉛直維持機構と、を備え、
前記反射鏡の集光位置に前記受光部が配置されるように、前記反射鏡に設けられた太陽熱発電器用架台に回動自在に取り付けられていることを特徴とする。
【００１４】
このように構成することによって、スターリングエンジンが、反射鏡の動きに影響されず、常に鉛直方向に維持するとともに、スターリングエンジンの高温部と反射鏡との位置関係が変化しても、反射鏡で集光した太陽光を効率良くスターリングエンジンの受光部に照射して、発電効率の低下を抑制することができる。
【００１５】
なお、前記受光部の形状が、略円筒形状であって、前記高温部と接する面とは反対の面が、略半球状となっていることが好ましい。
このような形状とすることによって、受光部に対してどのような角度から太陽光が照射されたとしても、効率良く、スターリングエンジンの高温部に熱を伝導することができる。
【００１６】
また、前記受光部の縦断面積が、前記高温部の受光面の面積の１〜３倍であることが好ましい。
また、前記受光部が、グラファイト、フラーレン、カーボンナノチューブのいずれかで形成されていることが好ましい。
【００１７】
このように構成することによって、熱伝導性能が向上して、スターリングエンジンの高温部に効率良く熱を伝導することができる。
【００１８】
また、前記受光部の耐熱温度が、６００℃以上であることが好ましい。
この場合、前記受光部が、セラミック溶射、セラミック含浸、セラミックコーティングのいずれかによって表面処理することによって耐熱温度を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係るディッシュ型太陽熱発電装置によれば、反射鏡を太陽に直面するように制御したとしても、スターリングエンジンは常に鉛直方向に維持されるため、
【００２０】
また、スターリングエンジンの高温部と反射鏡との位置関係が変化しても、スターリングエンジンに設けられた受光部に、反射鏡で集光された太陽光が照射されるように構成されているため、太陽熱発電器の発電効率が低下することを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、本発明の一実施例におけるディッシュ型太陽熱発電装置の構造を説明するための概略構成図である。
【図２】図２は、太陽熱発電器の構造を説明するための概略構成図である。
【図３】図３は、従来のディッシュ型太陽光集光装置を用いた太陽熱発電装置の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態（実施例）を図面に基づいて、より詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施例におけるディッシュ型太陽熱発電装置の構造を説明するための概略構成図、図２は、太陽熱発電器の構造を説明するための概略構成図である。
【００２３】
図１に示すように、本実施例のディッシュ型太陽熱発電装置１０は、太陽光を所定の集光位置に集光するための反射鏡１２と、反射鏡１２を支持するための基台１４と、例えば、スターリングエンジンなどからなる太陽熱発電器１６と、反射鏡１２に太陽光が略垂直に入射するように反射鏡１２の角度を最適位置に保つための太陽追尾機構１８とを備えている。
【００２４】
反射鏡１２は、太陽光を所定の集光位置に集光できるものであれば、特に限定されるものではなく、既知の凹面鏡や放物面鏡を用いることができ、一般的な鏡で構成されたものであっても、金属板を凹面や放物面に加工したものであっても構わない。
【００２５】
また、本実施例の太陽熱発電器１６は、図２に示すように、スターリングエンジン２０と、スターリングエンジン２０の動作によって発電を行うオルタネーター２２と、スターリングエンジン２０の高温部２０ａと接するように設けられた受光部２４とを備えている。
【００２６】
また、太陽熱発電器１６は、スターリングエンジン２０を鉛直方向に維持するための鉛直維持機構２６を備えている。本実施例において、鉛直維持機構２６は、太陽熱発電器１６から鉛直に吊された錘２６ａによって構成されている。
【００２７】
なお、鉛直維持機構２６としては、本実施例の構成には限定されるものではなく、例えば、太陽追尾機構１８の動作に同期して、太陽熱発電器１６が鉛直を維持するように、太陽熱発電器１６を回転させる機構などであっても構わない。
【００２８】
このように構成することによって、太陽追尾機構１８によって反射鏡１２の角度が変化したとしても、太陽熱発電器１６は常に鉛直方向に維持されることになる。
また、太陽熱発電器１６に備えられた受光部２４は、スターリングエンジン２０の高温部２０ａと接しており、反射鏡１２によって集光された太陽光が受光部２４に照射されることによって、受光部２４から高温部２０ａに熱を伝えるように構成されている。
【００２９】
受光部２４の形状は、特に限定されるものではないが、図２に示すように、略円筒形状であって、高温部２０ａと接する面とは反対の面が、略半球状となっていることが望ましい。
【００３０】
また、受光部２４の縦断面積は、高温部２０ａの受光面の面積の１〜３倍程度とすることが望ましく、具体的には、受光部２４の高さＨを２０〜５０ｃｍ程度とすることが望ましい。
【００３１】
また、受光部２４の材質は、熱伝導性の高いものであれば、特に限定されるものではないが、例えば、グラファイト、フラーレン、カーボンナノチューブなどを用いることができる。また、受光部２４の耐熱温度は高い方が望ましく、特に、６００℃以上とすることが望ましい。
【００３２】
なお、受光部２４をグラファイトで形成した場合、通常のグラファイトでは耐熱温度が５００℃程度であるため、例えば、セラミック溶射、セラミック含浸、セラミックコーティングなどの耐熱性を向上させる表面処理を行えばよい。
【００３３】
また、太陽熱発電器１６は、受光部２４が反射鏡１２の集光位置（反射鏡１２の焦点）に配置されるように、反射鏡１２に設けられた太陽熱発電器用架台２８に回動自在に取り付けられている。
【００３４】
このため、太陽追尾機構１８によって反射鏡１２の角度が変化させられたとしても、太陽熱発電器１６に備えられた鉛直維持機構２６（本実施例においては、太陽熱発電器１６から鉛直に吊された錘）によって、太陽熱発電器１６は鉛直方向に維持されることになる。
【００３５】
以上、本発明の好ましい実施例を説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、上記実施例では、太陽追尾機構１８によって自動的に太陽追尾を行うように構成しているが、反射鏡の角度を手動で調整するなどしてもよく、本発明の目的を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【００３６】
１０      ディッシュ型太陽熱発電装置
１２      反射鏡
１４      基台
１６      太陽熱発電器
１８      太陽追尾機構
２０      スターリングエンジン
２０ａ    高温部
２２      オルタネーター
２４      受光部
２６      鉛直維持機構
２８      太陽熱発電器用架台
１００    太陽熱発電装置
１１０    反射鏡
１２０    太陽熱発電器
１２２    高温部
１２４    低温部
１３０    大型架台
【図１】
2016102407.tif 000003
【図２】
2016102407.tif 000004
【図３】
2016102407.tif 000005