(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内面に太陽光を受光する受光面を有する集熱体と、
前記集熱体の一端に開口された太陽光導入口と、
前記集熱体に熱媒体を導入する熱媒体導入部と、
前記太陽光によって加熱された熱媒体を導出する熱媒体導出部と、を備える太陽光集熱器であって、
前記集熱体は、前記太陽光導入口に向かって収束する湾曲状の受光面を有するように、前記熱媒体が内部を流通する熱媒体流通管を螺旋状に巻回して形成され、全体としてキャビティ型で、前記太陽光導入口の開口径をＤａ、前記集熱体の高さをＨｏ、当該高さＨｏのうち前記太陽光導入口の反対側から最大膨出部までの長さをＨｍ、前記最大膨出部の直径をＤｍａｘとしたとき、下記の式（１）および式（２）で表わされる関係を満たす
ことを特徴とする太陽光集熱器。
１＜Ｄｍａｘ／Ｄａ＜３  ・・・（１）
０＜Ｈｍ／Ｈｏ＜０．８  ・・・（２）
【請求項２】
前記集熱体は、前記太陽光導入口に断熱遮断機構を備えることを特徴とする請求項１に記載の太陽光集熱器。
【請求項３】
請求項１に記載の太陽光集熱器を備える太陽光エネルギ利用システム。
【請求項４】
複数の１次反射鏡によって集光点に向けて集光される太陽光を反射して請求項１に記載の太陽光集熱器に収束させる太陽光集光用反射装置であって、
複数の反射鏡セグメントからなる反射鏡群で構成され、各反射鏡セグメントは、前記太陽光集熱器に太陽光を収束させる反射面を有し、各反射鏡セグメントの反射面が、前記太陽光の集光点を共焦点とし、相異なる曲率半径を有する回転二次曲面に沿って配置されていることを特徴とする太陽光集光用反射装置。
【請求項５】
前記反射鏡群が、前記集光点から前記太陽光集熱器に向かう方向に沿って配置されたｎ個（ｎは２以上の整数）の反射鏡セグメントで構成され、前記集光点Ｆ１に近い側からｋ番目の反射鏡セグメントＳkの反射面が配置される回転二次曲面の曲率半径Ｒk（ｋは１＜ｋ≦ｎ−１の整数）と、ｋ＋１番目の反射鏡セグメントＳk+1の反射面が配置される回転二次曲面の曲率半径Ｒk+1とが、Ｒk＜Ｒk+1となるように構成されていることを特徴とする請求項４に記載の太陽光集光用反射装置。
【請求項６】
前記反射鏡セグメントの反射面が、前記回転二次曲面の一部または接平面である複数の反射鏡ユニットの集合体で構成されていることを特徴とする請求項４に記載の太陽光集光用反射装置。
【請求項７】
前記回転二次曲面が、回転双曲面および回転楕円面から選ばれる少なくとも１種の曲面であることを特徴とする請求項４に記載の太陽光集光用反射装置。
【請求項８】
前記複数の反射鏡セグメントが、前記複数の１次反射鏡によって前記集光点に向けて集光される太陽光およびその反射光の光路上で重複しないように配置されていることを特徴とする請求項４に記載の太陽光集光用反射装置。
【請求項９】
前記反射鏡セグメントの反射面が、前記回転二次曲面に沿って、前記太陽光の集光点と前記太陽光集熱器の集光面の中心とを結ぶ中心線を軸中心とする環状に形成されていることを特徴とする請求項４に記載の太陽光集光用反射装置。
【請求項１０】
請求項４に記載の太陽光集光用反射装置を備えることを特徴とする太陽光エネルギ利用システム。
【請求項１１】
複数のヘリオスタット群を備え、各ヘリオスタット群は、そのヘリオスタット群を構成する複数のヘリオスタットによって、それぞれ太陽光の集光点を１つ形成することで、請求項１に記載の太陽光集熱器に太陽光を集める太陽光集光システムであって、
一の集光点Ｆａに太陽光を集光させるヘリオスタット群Ａを構成する複数のヘリオスタットＡｎ（ｎは２以上の整数）の間の太陽光が照射されている場所に、他の集光点Ｆｂに太陽光を集光させるヘリオスタット群Ｂを構成する複数のヘリオスタットＢｍ（ｍは２以上の整数）を配置し、ヘリオスタットＡｎによる反射光の光路と、ヘリオスタットＢｍによる反射光の光路とが、各ヘリオスタットが属するヘリオスタット群の集光点に向けて形成されるようにヘリオスタットＡｎおよびヘリオスタットＢｍが配置されていることを特徴とする太陽光集光システム。
【請求項１２】
前記ヘリオスタットＡｎおよびヘリオスタットＢｍは、同一または異なる形状を有することを特徴とする請求項１１に記載の太陽光集光システム。
【請求項１３】
前記ヘリオスタット群Ａが複数の第１のヘリオスタットより構成され、前記ヘリオスタット群Ｂが、複数の第２のヘリオスタットより構成され、前記ヘリオスタット群Ｂによる集光点Ｆｂは、集光システムが設置される地域が北半球に位置するか、または南半球に位置するかに応じて、前記ヘリオスタット群Ａによって形成される集光点Ｆａの北側または南側に形成され、
前記第１のヘリオスタットは、反射鏡面が太陽と前記集光点Ｆａに対面する方向に配向されるように配置され、
前記第２のヘリオスタットは、反射鏡面が太陽と前記集光点Ｆｂに対面する方向に配向されるように、前記ヘリオスタット群Ａを構成する複数の第１のヘリオスタットＡｎ（ｎは２以上の整数）の間の太陽光が照射されている場所に、前記第１のヘリオスタットよりも地面に近接した位置に配置されていることを特徴とする請求項１１または請求項１２に記載の太陽光集光システム。
【請求項１４】
前記第２のヘリオスタットが、前記太陽を追尾して日中の時刻または季節に応じて、反射鏡面に最大の太陽光を受光できるように、配置位置を移動可能および反射鏡面を可動自在に構成されていることを特徴とする請求項１３に記載の太陽光集光システム。
【請求項１５】
前記ヘリオスタット群Ａと、前記ヘリオスタット群Ｂとが、南北方向に沿って交互に配列され、隣接するヘリオスタット群Ｂh1（ｈ１は１以上の整数）とヘリオスタット群Ａk1（ｋ１は２以上の整数）とが、１つの集光点を形成することを特徴とする請求項１４に記載の太陽光集光システム。
【請求項１６】
３つのヘリオスタット群からなるユニットを含み、前記ユニットを構成するヘリオスタット群によって形成される３つの集光点が、底辺が東西方向に配向された三角形の頂点上に位置するように、各ヘリオスタット群を配列したことを特徴とする請求項１１に記載の太陽光集光システム。
【請求項１７】
請求項１１に記載の太陽光集光システムにおける複数のヘリオスタット群によって形成される各集光点に前記太陽光集熱器を配置して、集光される太陽光のエネルギを回収することを特徴とする太陽光エネルギ利用システム。
【請求項１８】
請求項１に記載の太陽光集熱器と、溶融塩熱交換器、作動媒体として超臨界二酸化炭素を用いるガスタービンおよび再生熱交換器と、発電機とを備えるガスタービン発電システム。
【請求項１９】
前記溶融塩熱交換器または再生熱交換器が、ＰＣＨＥからなることを特徴とする請求項１８に記載のガスタービン発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽光集熱器、太陽光集光用反射装置、太陽光集光システムおよび太陽光エネルギ利用システムに関し、特に、太陽光エネルギの利用効率が高い太陽光集熱器および太陽光集光用反射装置、太陽光の集光効率が高い太陽光集光システムおよび集光された太陽光の熱エネルギを有効活用する太陽光エネルギ利用システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、太陽光を集光して得られる熱エネルギを、発電システム、化学反応プロセスなどの各種のシステムやプロセスの熱源として利用する装置およびシステムとして、太陽光集熱器および太陽光集光システム、ならびに集光された太陽光の熱エネルギを利用する太陽光エネルギ利用システムの開発および実用化が進められている。例えば、米国エネルギ省によるＳｏｌａｒ  IIプロジェクトでは、地上に配置された多数の反射鏡（以下、「ヘリオスタット」という）によって太陽光の反射光を高さ１００ｍ程度の一本のタワーの頂部に設置した集熱器に集光させる集光システム（タワー方式）の実証試験が行われた。この集光システムでは、集熱器における太陽光の集光位置に複数のパイプを平行に並べて配置して、パイプの中を流通する溶融塩を集光された太陽光の熱エネルギによって間接的に加熱し、加熱された溶融塩の熱で発生させた蒸気を蒸気タービンに供給して発電を行う試験が行われた（非特許文献１参照）。【０００３】
しかし、このＳｏｌａｒ  IIプロジェクトで用いられた装置では、太陽光の受光面、すなわち、パイプの外周面が外気に曝されているため、風によって受光面から多くの熱が奪われるとともに、受光面における太陽光の反射、受光面からの熱輻射が周囲に散逸する。したがって、入射した太陽光のエネルギに対して溶融塩の加熱に実際に使われる熱エネルギの割合が小さくなる。そのため、太陽光の利用効率に限界がある。【０００４】
また、非特許文献２には、図４０に示すように、地上に配置された複数のヘリオスタット６１からの反射光の集光点Ｆの手前の高所に集光用反射鏡６２を配置し、その集光用反射鏡６２によって太陽光を地上に向けて下向きに反射させ、地上付近に設けた集熱器６３に集光させる太陽光集光システム（ビームダウン方式）が開示されている。そして、この太陽光集光システムで用いる集熱器として、二重の入れ子構造の円錐台形に形成された集熱容器の隙間に形成された環状流路に溶融塩を流し、太陽光を集熱容器の内側から照射して溶融塩を間接的に加熱する装置が記載されている。【０００５】
しかし、この非特許文献２では、集熱器の装置形状を最適化することに関しては何ら検討されていない。また、この集熱器では、環状流路中の溶融塩の流速が遅く、日射量に変化がある場合に、集熱容器出口における溶融塩の温度の変動に対する温度制御の応答時間が遅れるために、流量制御による微妙な温度制御が困難である。さらに、二重の円錐台形という複雑な形状の大型の装置を製作することは、困難であるため、商業的実用化が難しい。【０００６】
さらに、図４０に示すビームダウン方式の太陽光集光システムは、太陽光の利用効率は向上するが、ヘリオスタットの設置範囲が半径百ｍの集光システムの場合、集光用反射鏡６２は半径数十ｍ以上、設置高さは１００ｍ程度になる。この場合、反射鏡は、大きな風圧を受け、風の脈動によって反射鏡の位置がずれたり反射鏡自体が変形したりして、集光精度が低下する。また、荒天時の強風に耐えるために反射鏡を支える構造を強固なものにする必要があり、建設費が高額になる。こうした問題に対処するため、反射鏡を小さなセグメントに分けて隣のセグメントを隙間を空けて設置する、一定の割合でセグメントを間引きしてそこに風を通過させる穴を設ける、といった対策が考案されてきている。しかし、これらの方法では、ヘリオスタットによって集光されて反射鏡の間の隙間の部分に到達した太陽光は利用することができず、その結果、集光効率が低下する。また、１）太陽光が反射鏡で折り返すので光路長が長くなることに起因して、受光面（焦点面）での焦点の拡がりが相対的に大きくなる結果、集熱器６３を大きくせざるを得ない。さらに、２）前記の１)に起因する集光不足で、集熱器６３において、溶融塩で熱を回収する場合には、溶融塩の十分な昇温が得られない。３）集熱器６３を地表近くに設置する場合、集光用反射鏡６２は回転双曲面になるので、受光面での入射光熱流束が焦点近傍に偏る現象が生じる。これは、改質反応炉等のように、熱流束が均一に入射される方が有利なシステムに適用する場合には好ましくない特性で、その平坦化もビームダウン集光方式で解決すべき課題である。【０００７】
次に、非特許文献１および非特許文献２に開示されている太陽光集光システムは、複数のヘリオスタットによって形成される１つの集光点に、集熱器または集光用反射鏡を設けた構成を有する。しかし、これらの太陽光集光システムは、未だ実験段階の比較的集光量が少ないシステムであり、商業規模で十分に利用可能な集光量を得ることができる大規模な集光システムを構築する場合、大型化に伴って発生する問題に対応できるものではなかった。例えば、集熱器または反射鏡の設置高さは、前記のとおり、集熱器または反射鏡が受ける風圧の影響によって、実際上は制限がある。【０００８】
また、非特許文献３には、複数のタワーを配置した集光システムが提案されている。しかし、この集光システムでは、ヘリオスタットを全数直近のタワーに帰属させて集光しているため、例えば、北半球に集光システムを設置した場合には、タワーの南側でヘリオスタットの数密度が大となり、非効率的である（同じ光量を得るに要するヘリオスタットの数が増える）。【０００９】
ところで、従来、実験または提案されている太陽光集光システムでは、タワーから離れた位置に配置される遠方のヘリオスタットでは、隣接ヘリオスタットとの間で光の遮りが発生し、それを避けるためにヘリオスタットをまばらにしか置けない。すなわち、地面に配置された多数のヘリオスタットは、光の干渉を避けるため、相互に適当なスペースを保って配置されるが、タワーから離れた位置では、隣接するヘリオスタット同士による反射光の遮り（以下、「ブロッキング」と称す）を回避するのに必要な距離が長く、反射鏡を疎に配置せざるを得ない。このため、下記の（ａ）、（ｂ）等の問題がある。
（ａ）太陽光が照射されても、その太陽光を反射するヘリオスタットが配置できない未利用の明るい地面が残り、地面に降り注ぐ太陽光の一部しか利用できない。例えば、従来の集光システムの場合、日本の緯度で春分正午の太陽光の利用効率は約４０％と試算される。そして、この利用効率は、集光量を多くするため、集光システムを大型化するに伴って、低下する。
（ｂ）ヘリオスタットから集熱器または集光用反射鏡までの反射光の光路長が長くなり、反射鏡面（焦点面）での焦点の広がりが相対的に大きくなる。その結果、下記のような問題も発生する。
（ｂ−１）集熱器または集光用反射鏡を大きくせざるを得ず、そのため、集光倍率が下がる。
（ｂ−２）集光倍率が下がるため、集光された太陽光の熱エネルギーを回収する集熱器に配置される熱媒体の温度が下がる。この影響は、図３３に示すようなビームダウン型の集光システムで顕著となる。
こうした大型化に伴って生じる集光効率、利用効率の低下等の問題は、集光システムの大型化によって広い面積にヘリオスタットを設置するほど顕著に現れ、大型集光システムを構築する際のネックになっている。
【非特許文献１】J.E. Pacheco and R. Gilbert,“Overview of Recent Results forthe Solar Two Test and Evaluations Program.” Proceedings of the 1999 ASME International Solar Energy Conference: Renewable and Advanced Energy Systems for 21st Century, Maui, Hawaii(1999).
【非特許文献２】E.Epstein, A.Segal and A.Yogev, “A molten salt system with a ground base-integrated solar receiver storage tank.”J.Phys.IV France 9,95-104(1999).
【非特許文献３】Phillipp Schramek, David R. Mills,"Multi-tower solar array",Solar Energy 75(2003) 249-260.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
そこで、本発明の第１の目的は、太陽光の熱エネルギを高効率かつ高品質で回収して、熱媒体に蓄熱する太陽光集熱器を提供することにある。【００１１】
また、本発明の第２の目的は、前記太陽光集熱器によって熱媒体に蓄熱された太陽光の熱エネルギを有効活用するシステムを提供することにある。【００１２】
本発明の第３の目的は、耐風圧設計が容易で、集熱器における受光面（焦点面）での焦点の拡がりが抑制されるとともに、受光面での入射光熱流束を制御できる太陽光集光用反射装置を提供することにある。【００１３】
また、本発明の第４の目的は、前記太陽光集光用反射装置で集光された太陽光の熱エネルギを有効活用する太陽光エネルギ利用システムを提供することにある。【００１４】
本発明の第５の目的は、太陽光を高集光効率で集光することができる太陽光集光システムを提供することにある。【００１５】
また、本発明の第６の目的は、前記太陽光集光システムによって集光された太陽光の熱エネルギを有効活用する太陽光エネルギ利用システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、前記第１の目的を達成するため、第１Ａの発明として、内面に太陽光を受光する受光面を有する集熱体と、前記集熱体の一端に開口された太陽光導入口と、前記集熱体に熱媒体を導入する熱媒体導入部と、前記太陽光導入口から導入された太陽光によって加熱された熱媒体を導出する熱媒体導出部とを備える太陽光集熱器であって、前記集熱体は、前記太陽光導入口に向かって収束する湾曲状の受光面を有するように、前記熱媒体が内部を流通する熱媒体流通管を螺旋状に巻回して形成されたことを特徴とする太陽光集熱器を提供する。【００１７】
第１Ａの発明の太陽光集熱器では、前記太陽光導入口に向かって収束する湾曲状の受光面を有するように、前記熱媒体が内部を流通する熱媒体流通管を螺旋状に巻回して形成された集熱体において、前記太陽光導入口から導入され、受光面に照射された太陽光によって熱媒体流通管の内部を流通する熱媒体が加熱されて前記熱媒体導出口から導出され、熱媒体に蓄熱される熱エネルギが利用される。このとき、集熱体が、前記太陽光導入口に向かって収束する湾曲状の受光面を有するように形成されているため、太陽光導入口から外部に散逸する反射光を少なくすることができるため、太陽光の利用率（熱に変換される割合）を高めることができる。また、高温になった受光面から発生する熱輻射についても、同様に外部への散逸を少なくすることができる。これにより、輻射による熱損失を低減し、さらに、風等の空気の流れに伴う熱損失も低減することができる。【００１８】
また、本発明は、前記第１の目的を達成するため、第１Ｂの発明として、内面に太陽光を受光する受光面を有する集熱体と、前記集熱体の一端に開口された太陽光導入口と、前記集熱体の上部に設けられた熱媒体導入部と、前記集熱体の底部に設けられ、前記太陽光導入口から導入された太陽光によって加熱された熱媒体を導出する熱媒体導出部とを備える太陽光集熱器であって、前記集熱体は、前記熱媒体導入部から前記受光面の表面に沿って熱媒体を液膜流下させて前記熱媒体導出部から熱媒体を導出させ直接的に熱媒体を照射加熱するように構成されたことを特徴とする太陽光集熱器を提供する。【００１９】
第１Ｂの発明の太陽光集熱器では、前記熱媒体導入部から前記受光面の表面に沿って熱媒体を液膜流下させて前記熱媒体導出部から熱媒体を導出させるように構成された集熱体によって、前記太陽光導入口から導入され、受光面に照射された太陽光によって受光面の表面に沿って液膜流下する熱媒体に直接太陽光が当たり加熱されて前記熱媒体導出口から導出され、熱媒体が蓄熱することにより熱エネルギが利用される。このとき、太陽光が熱媒体を直接加熱するので、集熱体の構造材は液膜を介して間接的に加熱されるので、その温度上昇を抑制でき耐熱設計に余裕が生じ、また、集熱体を小型化できる。【００２０】
また、本発明は、前記第２の目的を達成するため、第２の発明として、前記第１Ａの発明または第１Ｂの発明の太陽光集熱器を備える太陽光エネルギ利用システムを提供する。【００２１】
この太陽光エネルギ利用システムでは、前記太陽熱集熱器から導出される熱媒体の蓄熱エネルギを、発電システム、化学反応プロセスなどの各種のシステムや海水淡水化設備などのプロセスの熱源として利用することができる。このとき、第１の発明および第２の発明の太陽光集熱器を使用するため、太陽光を熱エネルギとして利用する効率が高いシステムを構成することができる。【００２２】
また、前記第３の目的を達成するため、第３の発明として、複数の１次反射鏡によって集光点に向けて集光される太陽光を反射して集熱器に収束させる太陽光集光用反射装置であって、複数の反射鏡セグメントからなる反射鏡群で構成され、各反射鏡セグメントは、前記集熱器に太陽光を収束させる反射面を有することを特徴とする太陽光集光用反射装置を提供する。【００２３】
この第３の発明の太陽光集光用反射装置は、複数の反射鏡セグメントで構成される反射鏡群によって、１次反射鏡によって集光される太陽光を効率よく、集熱器に収束させることができるとともに、各反射鏡セグメントを小さくして耐風圧設計が容易となる。【００２４】
この太陽光集光用反射装置において、前記反射鏡群を構成する各反射鏡セグメントの反射面が、前記太陽光の集光点を共焦点とし、相異なる曲率半径を有する回転二次曲面に沿って配置される。【００２５】
これによって、前記反射鏡群を構成する各反射鏡セグメントの反射面が、前記太陽光の集光点を共焦点とし、相異なる曲率半径を有する回転二次曲面に沿って配置されていることによって、光の収束性が増すので、集熱器における受光面の拡がりが抑制され、従来よりも小さな集熱器に太陽光エネルギを集光できる。【００２６】
また、この太陽光集光用反射装置において、前記反射鏡群が、前記集光点から前記集熱器に向かう方向に沿って配置されたｎ個（ｎは２以上の整数）の反射鏡セグメントで構成され、前記集光点Ｆ１に近い側からｋ番目の反射鏡セグメントＳkの反射面が配置される回転二次曲面の曲率半径Ｒk（ｋは１＜ｋ≦ｎ−１の整数）と、ｋ＋１番目の反射鏡セグメントＳk+1の反射面が配置される回転二次曲面の曲率半径Ｒk+1とが、Ｒk＜Ｒk+1となるように構成される。【００２７】
これによって、前記集光点から前記集熱器に向かう方向に沿って配置されたｎ個（ｎは２以上の整数）の反射鏡セグメントからなる反射鏡群において、集光点に近い側からｋ番目の反射鏡セグメントＳkの反射面が配置される回転二次曲面の曲率半径Ｒk（ｋは１＜ｋ≦ｎ−１の整数）と、ｋ＋１番目の反射鏡セグメントＳk+1の反射面が配置される回転二次曲面の曲率半径Ｒk+1とが、Ｒk＜Ｒk+1となるように構成されていることによって、複数の１次反射鏡によって集光点に向けて集光される太陽光を各反射鏡セグメントで反射して集熱器に収束させることができる。【００２８】
さらに、この太陽光集光用反射装置は、前記反射鏡セグメントの反射面が、前記回転二次曲面の一部で形成される。【００２９】
これによって、回転二次曲面の一部で形成される各反射鏡セグメントの反射面によって、複数の１次反射鏡によって集光点に向けて集光される太陽光を反射して集熱器に収束させることができる。【００３０】
また、太陽光集光用反射装置は、前記反射鏡セグメントの反射面が、前記回転二次曲面の接平面で形成される。
これによって、前記反射鏡セグメントの反射面が、前記回転二次曲面の接平面で形成されていることによって、集熱器の受光面での入射光熱流束を制御して、均一な熱流束によるエネルギの平坦化が可能となる。【００３１】
また、太陽光集光用反射装置は、前記反射鏡セグメントの反射面が、前記回転二次曲面の一部または接平面である複数の反射鏡ユニットの集合体で構成される。【００３２】
これによって、反射鏡セグメントが、前記回転二次曲面の一部または接平面である複数の反射鏡ユニットの集合体で構成される反射面を有することによって、複数の１次反射鏡によって集光点に向けて集光される太陽光を複数の反射鏡ユニットで構成される反射面で反射して集熱器に収束させることができ、しかも各反射鏡セグメントにおける反射面の形態を反射鏡ユニットで調整することができる。【００３３】
また、太陽光集光用反射装置は、前記回転二次曲面が、回転双曲面および回転楕円面から選ばれる少なくとも１種の曲面である。【００３４】
これによって、前記回転二次曲面が、回転双曲面および回転楕円面から選ばれる少なくとも１種の曲面であることによって、各反射鏡セグメントの反射面が、複数の１次反射鏡によって集光点に向けて集光される太陽光を反射して集熱器に収束させることができる。【００３５】
また、この太陽光集光用反射装置は、前記複数の反射鏡セグメントが、前記複数の１次反射鏡によって前記集光点に向けて集光される太陽光およびその反射光の光路上で重複しないように配置される。【００３６】
これによって、前記複数の１次反射鏡によって前記集光点に向けて集光される太陽光およびその反射光の光路上で重複しないように、前記複数の反射鏡セグメントが配置されていることによって、各反射鏡セグメントの反射面が、複数の１次反射鏡によって集光点に向けて集光される太陽光を反射して集熱器に効率的に収束させることができる。【００３７】
さらに、この太陽光集光用反射装置は、前記反射鏡セグメントの反射面が、前記回転二次曲面に沿って、前記太陽光の集光点と前記集熱器の集光面の中心とを結ぶ中心線を軸中心とする環状に形成されることが好ましい。この環は円環でも円弧でもよく、その形状は複数の一次反射鏡の配置方法に応じて最適に決められる。
これによって、前記反射鏡セグメントの反射面が、前記回転二次曲面に沿って、前記太陽光の集光点と前記集熱器の集光面の中心とを結ぶ中心線を軸中心とする環状に形成されていることによって、各反射鏡セグメントの反射面が、複数の１次反射鏡によって集光点に向けて集光される太陽光を反射して集熱器に収束させることができる。【００３８】
さらに、前記第４の目的を達成するため、第４の発明として、前記の太陽光集光用反射装置を備えることを特徴とする太陽光エネルギ利用システムが提供される。
この太陽光エネルギ利用システムでは、前記太陽光集光用反射装置によって効率よく集熱器に収束させた太陽光の熱エネルギを利用して、発電、合成燃料製造、各種化学プロセスあるいは海水淡水化設備の熱エネルギ源として使用することができる。【００３９】
また、この太陽光エネルギ利用システムは、前記集熱器が、内面に太陽光を受光する受光面を有する集熱体と、前記集熱体の一端に開口された太陽光導入口と、前記集熱体に熱媒体を導入する熱媒体導入部と、前記太陽光によって加熱された熱媒体を導出する熱媒体導出部とを備える太陽光集熱器であって、前記集熱体は、前記太陽光導入口に向かって収束する湾曲状の受光面を有するように、前記熱媒体が内部を流通する熱媒体流通管を螺旋状に巻回して形成された太陽光集熱器であると、好ましい。【００４０】
この太陽光エネルギ利用システムでは、前記太陽光集光用反射装置によって効率よく集熱器に太陽光の熱エネルギを収束させるとともに、収束された太陽光の熱エネルギを、輻射による熱損失を低減し、さらに、風等の空気の流れに伴う熱損失も低減して、熱媒体に蓄熱される熱エネルギを効率的に利用することができる。【００４１】
さらに、この太陽光エネルギ利用システムは、前記集熱器が、内面に太陽光を受光する受光面を有する集熱体と、前記集熱体の一端に開口された太陽光導入口と、前記集熱体の上部に設けられた熱媒体導入部と、前記集熱体の底部に設けられ、前記太陽光導入口から導入された太陽光によって加熱された熱媒体を導出する熱媒体導出部とを備える太陽光集熱器であって、前記集熱体は、前記熱媒体導入部から前記受光面の表面に沿って熱媒体を液膜流下させて前記熱媒体導出部から熱媒体を導出させ直接的に熱媒体を照射加熱するように構成された太陽光集熱器であることが、好ましい。【００４２】
この太陽光エネルギ利用システムでは、前記太陽光集光用反射装置によって効率よく集熱器に太陽光の熱エネルギを収束させるとともに、収束された太陽光の熱エネルギが、液膜流下する熱媒体に蓄熱され、効率的に利用することができる。このとき、太陽光が熱媒体を直接加熱するので、集熱体の構造材の温度上昇を抑制でき耐熱設計に余裕が生じ、また、集熱体を小型化できる。【００４３】
また、前記第５の目的を達成するため、第５の発明として、複数のヘリオスタット群を備え、各ヘリオスタット群は、そのヘリオスタット群を構成する複数のヘリオスタットによって、それぞれ太陽光の集光点を１つ形成する太陽光集光システムであって、一の集光点Ｆａに太陽光を集光させるヘリオスタット群Ａを構成する複数のヘリオスタットＡｎ（ｎは２以上の整数）が隣接するスペースのうち太陽光が地面に照射されている場所に、他の集光点Ｆｂに太陽光を集光させるヘリオスタット群Ｂを構成する複数のヘリオスタットＢｍ（ｍは２以上の整数）を配置し、ヘリオスタットＡｎによる反射光の光路と、ヘリオスタットＢｍによる反射光の光路とが、各ヘリオスタットが属するヘリオスタット群の集光点に向けて形成されるようにヘリオスタットＡｎおよびヘリオスタットＢｍが配置されていることを特徴とする太陽光集光システムが提供される。【００４４】
この太陽光集光システムでは、ヘリオスタット群Ａを構成する複数のヘリオスタットＡｎ（ｎは２以上の整数）の間のブロッキングによって、未利用の太陽光が照射されている場所に、他の集光点Ｆｂに太陽光を集光させるヘリオスタット群Ｂを構成する複数のヘリオスタットＢｍ（ｍは２以上の整数）を配置し、ヘリオスタットＡｎによる反射光の光路と、ヘリオスタットＢｍによる反射光の光路とが、各ヘリオスタットが属するヘリオスタット群の集光点に向けて形成されるようにヘリオスタットＡｎおよびヘリオスタットＢｍを配置することによって、ブロッキングによって地面に陽が差している領域が消失し、ヘリオスタットが設置される領域に降り注ぐ太陽光をほぼ全部、複数の集光点に集光させて、集光された太陽光のエネルギを回収できる。したがって、ヘリオスタットを設置する領域に降り注ぐ太陽光の全光量に対して、実際にヘリオスタットで集光してエネルギとして利用できる太陽光の光量の割合であるフィールド効率は１００％に近づけることができる。【００４５】
この太陽光集光システムにおいて、前記ヘリオスタットＡｎと、前記ヘリオスタットＢｍとは、同一または異なる形態を有することが好ましい。【００４６】
前記ヘリオスタットＡｎと、前記ヘリオスタットＢｍとが同一の形態を有する場合は、複数のヘリオスタットを配置してヘリオスタット群を構成して、まず、一の集光点を形成し、そして、配置したヘリオスタットの間の太陽光が照射されている場所に、他の複数のヘリオスタットを、反射鏡面を前記配置したヘリオスタットとは異なる方向に向けたヘリオスタット群を構成して、他の集光点を形成することによって、集光効率の向上を図ることができる。また、この場合、ヘリオスタットの製造、設置位置等が容易となる利点がある。一方、前記ヘリオスタットＡｎと、前記ヘリオスタットＢｍとが異なる形態を有するものである場合は、いずれか一方のヘリオスタットを複数配置して一の集光点を形成し、その配置したヘリオスタットの間の太陽光が照射されている場所に、異なる形態のヘリオスタットを配置して他の集光点を形成することによって、集光効率の向上を図ることができる。この場合には、いずれか一方のヘリオスタット群を構成するヘリオスタットを、他方のヘリオスタット群を構成するヘリオスタットの形状、形態等に対応して、その配置したヘリオスタットの間の太陽光が照射されている場所に適合した形態のものとして集光効率の向上を図ることができる利点がある。【００４７】
また、この太陽光集光システムは、北半球では前記一の集光点Ｆａの北側に、南半球では前記一の集光点Ｆａの南側に、前記他の集光点Ｆｂが形成されるように、前記ヘリオスタット群Ａと前記ヘリオスタット群Ｂとが配置されていることが好ましい。
以下、特に断らない限り、南北の記述は、北半球での事象を意味するものとする。南半球の場合には、南北を逆転、すなわち、南を北に、北を南に読み替えるものとする。【００４８】
この太陽光集光システムにおいては、北半球では前記一の集光点Ｆａの北側に、南半球では前記一の集光点Ｆａの南側に、前記他の集光点Ｆｂが形成されるように、ほぼ同じ間隔で、所要数の集光点を形成できるように、前記ヘリオスタット群Ａと前記ヘリオスタット群Ｂとを配置することによって、ヘリオスタットが設置される領域の広さに左右されず、かつ細長い土地でも、高効率で目的の集光量で太陽光を回収できる。【００４９】
また、この太陽光集光システムは、前記ヘリオスタット群Ａが複数の第１のヘリオスタットより構成され、前記ヘリオスタット群Ｂが、複数の第２のヘリオスタットより構成され、前記ヘリオスタット群Ｂによる集光点Ｆｂは、集光システムが設置される地域が北半球に位置するか、または南半球に位置するかに応じて、前記ヘリオスタット群Ａによって形成される集光点Ｆａの北側または南側に形成され、前記第１のヘリオスタットは、反射鏡面が太陽と前記集光点Ｆａに対面する方向に配向されるように配置され、前記第２のヘリオスタットは、反射鏡面が太陽と前記集光点Ｆｂに対面する方向に配向されるように、前記ヘリオスタット群Ａを構成する複数の第１のヘリオスタットＡｎ（ｎは２以上の整数）の間の太陽光が照射されている場所に、前記第１のヘリオスタットよりも地面に近接した位置に配置されていることが好ましい。【００５０】
この太陽光集光システムでは、ヘリオスタット群Ａを構成する複数の第１のヘリオスタットの間のブロッキングによって、未利用の太陽光が照射されている場所に、他の集光点Ｆｂに太陽光を集光させるヘリオスタット群Ｂを構成する複数の第２のヘリオスタットを配置し、前記第１のヘリオスタットは、反射鏡面が太陽と前記集光点Ｆａに対面する方向に配向されるように配置され、前記第２のヘリオスタットは、反射鏡面が太陽と前記集光点Ｆｂに対面する方向に配向されるように配置し、しかも、ヘリオスタット群Ａを構成する複数の第１のヘリオスタットＡｎ（ｎは２以上の整数）の間の太陽光が照射されている場所に、前記第１のヘリオスタットよりも地面に近接した位置に配置することによって、第１のヘリオスタットによる反射光の光路と、第２のヘリオスタットによる反射光の光路とが、各ヘリオスタットが属するヘリオスタット群の集光点Ｆａ，Ｆｂに向けて集光される。これによって、ブロッキングによって地面に陽が差している領域が消失し、ヘリオスタットが設置される領域に降り注ぐ太陽光をほぼ全部、複数の集光点に集光させて、集光された太陽光のエネルギを回収できる。【００５１】
また、太陽光集光システムは、前記第２のヘリオスタットが、前記太陽を追尾して日中の時刻または季節に応じて、反射鏡面に最大の太陽光を受光できるように、配置位置を移動可能および反射鏡面を可動自在に構成されていることが好ましい。【００５２】
この太陽光集光システムでは、前記第２のヘリオスタットが、前記太陽を追尾して日中の時刻または季節に応じて、反射鏡面に最大の太陽光を受光できるように、配置位置を移動可能および反射鏡面を可動自在に構成されていることによって、第２のヘリオスタットは、太陽高度の日変化および季節的変化により時々刻々変化する第１のヘリオスタットの陰を避けた位置に移動させることができる。これにより、集光効率の向上を図ることができる。【００５３】
また、この太陽光集光システムは、前記ヘリオスタット群Ａと、前記ヘリオスタット群Ｂとが、南北方向に沿って交互に配列され、隣接するヘリオスタット群Ｂh1（ｈ１は１以上の整数）とヘリオスタット群Ａk1（ｋ１は２以上の整数）とが、１つの集光点を形成することが好ましい。【００５４】
この太陽光集光システムでは、前記ヘリオスタット群Ａと、前記ヘリオスタット群Ｂとが、南北方向に沿って交互に配列され、隣接するヘリオスタット群Ｂh1（ｈ１は１以上の整数）とヘリオスタット群Ａk1（ｋ１は２以上の整数）とが、１つの集光点を形成することによって、一の集光点Ｆａの北側に、前記他の集光点Ｆｂが形成されるように、ほぼ同じ間隔で、所要数の集光点を南北方向に直列に形成でき、ヘリオスタットが設置される領域の広さに左右されず、かつ細長い土地でも、高効率で目的の集光量の太陽光を回収できる。【００５５】
また、この太陽光集光システムは、３つのヘリオスタット群からなるユニットを含み、前記ユニットを構成するヘリオスタット群によって形成される３つの集光点が、底辺が東西方向に配向された三角形の頂点上に位置するように、各ヘリオスタット群を配列したことが好ましい。【００５６】
この太陽光集光システムでは、３つのヘリオスタット群からなるユニットを含み、前記ユニットを構成するヘリオスタット群によって形成される３つの集光点が、底辺が東西方向に配向された三角形の頂点上に位置するように、各ヘリオスタット群を配列することによって、集光量が最大となる集光点を選択するように第１のヘリオスタットを配置し、ついでブロッキングが発生している領域に、第２のヘリオスタットを配置し、ヘリオスタットの北側に位置するものの内、集光量が最大になる集光点に集光することができる。これによって、第２のヘリオスタットは、太陽光の照射角の季節・日中の変化に応じて、随時最適な集光点を選択できるので、ヘリオスタットを固定設置する集光システムと比較して年間の集光量を最大化できる。【００５７】
また、この太陽光集光システムは、前記三角形が、底辺が東西方向に配向され、残る頂点が北半球では前記底辺の北側に配置され、南半球では前記底辺の南側に配置された二等辺三角形であることが好ましい。【００５８】
この太陽光集光システムでは、前記三角形を、底辺が東西方向に配向された二等辺三角形とすることによって、より集光効率の向上を図ることができる。【００５９】
まら、この太陽光集光システムは、前記ユニットを東西方向および南北方向に三角格子状に配列したことが好ましい。【００６０】
この太陽光集光システムでは、前記ユニットを東西方向および南北方向に三角格子状に配列することによって、任意形状のフィールドにおける集光を効率化できる。また、タワーの位置が列ごとに互い違いになるようにずらして配置すれば、陰の影響を低減できる。【００６１】
さらに、前記第６の目的を達成するため、第６の発明として、前記の太陽光集光システムにおける複数のヘリオスタット群によって形成される各集光点に集熱器を配置して、集光される太陽光のエネルギを回収することを特徴とする太陽光エネルギ利用システムを提供する。【００６２】
この太陽光エネルギ利用システムでは、前記の太陽光集光システムにおける複数のヘリオスタット群によって形成される各集光点に集熱器を配置して、集光される太陽光のエネルギを回収することによって、ヘリオスタットを設置する領域に降り注ぐ太陽光を高いフィールド効率で集光して、集光された太陽光の熱エネルギを高効率で利用できる。【００６３】
さらに、本発明は、太陽光集光システムにおける複数のヘリオスタット群によって形成される各集光点に、回転二次曲面状の反射面を有する反射鏡を配置して、前記反射鏡の下部に配置した集熱器に太陽光を集光させ、集光される太陽光の熱エネルギを回収することを特徴とする太陽光エネルギ利用システムを提供する。【００６４】
この太陽光エネルギ利用システムでは、前記の太陽光集光システムにおける複数のヘリオスタット群によって形成される各集光点に、回転二次曲面状の反射面を有する反射鏡を配置して、前記反射鏡の下部に配置した集熱器に太陽光を集光させ、集光される太陽光の熱エネルギを回収することによって、ヘリオスタットを設置する領域に降り注ぐ太陽光を高いフィールド効率で集光して、集光された太陽光の熱エネルギを高効率で利用できる。【００６５】
また、本発明は、前記の太陽光集光システムによって集光される太陽光の熱エネルギを、発電または産業プロセスに利用する太陽光エネルギ利用システムを提供する。【００６６】
この太陽光エネルギ利用システムでは、前記の太陽光集光システムによって高い集光効率で集光される太陽光の熱エネルギを回収して、発電または産業プロセスに利用することによって、ヘリオスタットを設置する領域に降り注ぐ太陽光を高いフィールド効率で集光して、集光された太陽光の熱エネルギを高効率で利用できる。【００６７】
また、この太陽光エネルギ利用システムにおいて、前記集熱器が、内面に太陽光を受光する受光面を有する集熱体と、前記集熱体の一端に開口された太陽光導入口と、前記集熱体に熱媒体を導入する熱媒体導入部と、前記太陽光によって加熱された熱媒体を導出する熱媒体導出部とを備える太陽光集熱器であって、前記集熱体は、前記太陽光導入口に向かって収束する湾曲状の受光面を有するように、前記熱媒体が内部を流通する熱媒体流通管を螺旋状に巻回して形成された太陽光集熱器であることが好ましい。【００６８】
この太陽光エネルギ利用システムでは、集熱器として、前記第１Ａの発明に係る太陽光集熱器を用いることによって、１次反射鏡によって集光される太陽光を効率よく、集熱器に収束させるとともに、その収束された太陽光のエネルギを高い利用効率で熱媒体に蓄熱し、その蓄熱エネルギを利用することができる。【００６９】
また、この太陽光エネルギ利用システムにおいて、前記集熱器が、内面に太陽光を受光する受光面を有する集熱体と、前記集熱体の一端に開口された太陽光導入口と、前記集熱体の上部に設けられた熱媒体導入部と、前記集熱体の底部に設けられ、前記太陽光導入口から導入された太陽光によって加熱された熱媒体を導出する熱媒体導出部とを備える太陽光集熱器であり、前記集熱体は、前記熱媒体導入部から前記受光面の表面に沿って熱媒体を液膜流下させて前記熱媒体導出部から熱媒体を導出させるように構成された太陽光集熱器であることが好ましい。【００７０】
この太陽光エネルギ利用システムでは、複数のヘリオスタット群によって太陽光を高いフィールド効率で集光して、各集光点に配置された集熱器によって、集光される太陽光のエネルギを、液膜流下する熱媒体に蓄熱して、効率的に回収することによって、太陽光の熱エネルギを高効率で利用できる。【００７１】
また、この太陽光エネルギ利用システムにおいて、前記反射鏡が、複数の１次反射鏡によって集光点に向けて集光される太陽光を反射して集熱器に収束させる太陽光集光用反射装置であって、複数の反射鏡セグメントからなる反射鏡群で構成され、各反射鏡セグメントは、前記集熱器に太陽光を収束させる反射面を有する太陽光集光用反射装置であることが好ましい。【００７２】
この太陽光エネルギ利用システムでは、複数のヘリオスタット群によって太陽光を高いフィールド効率で集光して、集光された太陽光を前記太陽光集光用反射装置によって効率よく集熱器に収束させることによって、太陽光の熱エネルギを高効率で利用できる。【００７３】
さらに、この太陽光エネルギ利用システムにおいて、前記集熱器が、内面に太陽光を受光する受光面を有する集熱体と、前記集熱体の一端に開口された太陽光導入口と、前記集熱体に熱媒体を導入する熱媒体導入部と、前記太陽光によって加熱された熱媒体を導出する熱媒体導出部とを備える太陽光集熱器であって、前記集熱体は、前記太陽光導入口に向かって収束する湾曲状の受光面を有するように、前記熱媒体が内部を流通する熱媒体流通管を螺旋状に巻回して形成された太陽光集熱器であり、前記反射鏡が、複数の１次反射鏡によって集光点に向けて集光される太陽光を反射して集熱器に収束させる太陽光集光用反射装置であって、複数の反射鏡セグメントからなる反射鏡群で構成され、各反射鏡セグメントは、前記集熱器に太陽光を収束させる反射面を有する太陽光集光用反射装置であることが好ましい。【００７４】
この太陽光エネルギ利用システムでは、複数の１次反射鏡によって集光点に向けて反射される太陽光を、前記太陽光集光用反射装置によって効率よく集熱器に集光させるとともに、集光された太陽光を、前記第１Ａの発明に係る太陽光集熱器に収束させ、その収束された太陽光のエネルギを高い利用効率で熱媒体に蓄熱し、その蓄熱エネルギを利用することができる。【００７５】
また、この太陽光エネルギ利用システムにおいて、前記集熱器が、内面に太陽光を受光する受光面を有する集熱体と、前記集熱体の一端に開口された太陽光導入口と、前記集熱体の上部に設けられた熱媒体導入部と、前記集熱体の底部に設けられ、前記太陽光導入口から導入された太陽光によって加熱された熱媒体を導出する熱媒体導出部とを備える太陽光集熱器であって、前記集熱体は、前記熱媒体導入部から前記受光面の表面に沿って熱媒体を液膜流下させて前記熱媒体導出部から熱媒体を導出させるように構成された太陽光集熱器であり、前記反射鏡が、複数の１次反射鏡によって集光点に向けて集光される太陽光を反射して集熱器に収束させる太陽光集光用反射装置であって、複数の反射鏡セグメントからなる反射鏡群で構成され、各反射鏡セグメントは、前記集熱器に太陽光を収束させる反射面を有する太陽光集光用反射装置であることが好ましい。【００７６】
この太陽光エネルギ利用システムでは、複数の１次反射鏡によって集光点に向けて反射される太陽光を、前記太陽光集光用反射装置によって効率よく集熱器に集光させるとともに、集光された太陽光を、前記第１Ｂの発明に係る太陽光集熱器に収束させ、収束された太陽光の熱エネルギを、液膜流下する熱媒体に蓄熱して、効率的に利用することができる。
【発明の効果】
【００７７】
第１Ａの発明および第１Ｂの発明の太陽光集熱器は、太陽光エネルギの利用効率が高く、熱媒体が蓄熱する熱エネルギを利用して、発電システム、化学反応プロセスなどの各種のシステムや海水淡水化設備などのプロセスにおける熱エネルギ供給源として好適である。
そして、第１Ａの発明の太陽光集熱器は、反射光および熱対流による熱損失、および高温の受光面から発生する熱輻射による熱損失が低減される。また、パイプを螺旋状に曲げて集熱体を形成するため、板状の金属を組み合わせて熱媒体の流路が構成される集熱体に比べて、熱応力が軽減され、構造強度上有利であり、さらに、製作も容易である。【００７８】
また、第１Ｂの発明の太陽光集熱器は、第１Ａの発明と同様に、反射光および熱対流による熱損失、および高温の受光面から発生する熱輻射による熱損失が低減されるとともに、太陽光によって液膜を形成する熱媒体が直接加熱されるため、集熱体の耐熱設計に余裕が生じ、集熱体を小型化できる。また、長流路が不要なので熱媒体の輸送に要するポンプ動力低減が可能となる。【００７９】
さらに、第２の発明の太陽光エネルギ利用システムは、前記太陽光集熱器によって高い利用効率で熱媒体に蓄積された蓄熱エネルギを有効活用することが可能になる。【００８０】
第３の発明の太陽光集光用反射装置は、１次反射鏡によって集光される太陽光を効率よく、集熱器に収束させることができるとともに、各反射鏡セグメントを小さくして大きな風圧を受けず、風の脈動によっても各反射鏡セグメントの位置がずれたり反射鏡セグメント自体が変形したりして、集光精度が低下することを防止することができる。また荒天時の強風に対しても、各反射鏡セグメントを小さく構成できるため、支持構造を比較的簡易にすることができ、耐風圧設計が容易となり、建設費が低減できる。また、集熱器における受光面の拡がりが抑制され、従来よりも小さな集熱器に太陽光エネルギを集光でき、さらに、受光面での入射光熱流束を制御して、均一な熱流束によるエネルギの平坦化が可能となる。
また、集熱器に太陽光をより小さく収束することができるため、集熱器の集光導入部の開口径が小さくても十分な集光効率を得ることができるため、集熱器を小型化することが可能になる。【００８１】
また、第４の発明の太陽光エネルギ利用システムは、半径数十ｍ〜数百ｍ程度の範囲に降り注ぐ太陽光を集光して、集められた太陽光の熱エネルギを、発電、合成燃料製造、各種化学プロセス、海水淡水化設備などの加熱源として使用することができる。特に、均一な熱流束によるエネルギの平坦化によって、天然ガスから水素を生成する化学反応等の改質反応炉に熱エネルギを供給するシステムとして有効である。【００８２】
この太陽光エネルギ利用システムにおいて、集熱器として、前記第１Ａの発明または第１Ｂの発明に係る太陽光集熱器を用いれば、１次反射鏡によって集光される太陽光を効率よく、集熱器に収束させるとともに、その収束された太陽光のエネルギを高い利用効率で熱媒体に蓄熱し、その蓄熱エネルギを利用することができる。【００８３】
第５の発明の太陽光集光システムによれば、半径数百ｍ〜数ｋｍ程度の大規模エリアに降り注ぐ太陽光を、効率よく集光することができる。すなわち、太陽光が照射されても、その太陽光を反射するヘリオスタットが配置できない未利用の明るい地面が残り、地面に降り注ぐ太陽光の一部しか利用できない問題を解決し、必要な太陽熱を、エクセルギーを高く保持し、かつ限られた領域から最小のヘリオスタット数で効率的に太陽光を集光することができる。そのため、下記の効果を得ることができる。【００８４】
（１）集光倍率が高く、太陽光のエネルギを高温で回収できる。従来の１つの集光点のみを形成する集光システムでは、ヘリオスタットの配置を最適化しても、エネルギーコストはせいぜい２％程度の改善に留まるが、本発明の集光システムでは、例えば、２つの集光点を形成する場合には、１３％に向上し、フィールド利用効率も向上できる。
（２）ヘリオスタットから集熱器または集光用反射鏡までの反射光の光路長が短縮され、集光規模に依らず集光倍率をほぼ一定に保持できる。【００８５】
（３）集光点を南北方向に直列に形成するように、ヘリオスタット群を配置することにより細長い土地でも、効率よく太陽光を集光できる。
（４）南北方向および東西方向に集光点が形成されるように、ヘリオスタット群を組み合わせて配置することによって、広大な土地、任意の土地形状に対応して効率よく太陽光を集光できる。【００８６】
（５）３つのヘリオスタット群によって形成される３つの集光点が、底辺が東西方向に配向された三角形の頂点上に位置するように、各ヘリオスタット群を配列することによって、第２のヘリオスタットは、太陽光の照射角の季節・日中の変化に応じて、随時最適な集光点を選択できるので、ヘリオスタットを固定設置する集光システムと比較して日量・年間の集光量を最大化できる。【００８７】
（６）第２のヘリオスタットを可動式とし、第１のヘリオスタットによる陰を随時避ければ、集光効率をさらに向上できる。また、太陽を追尾して日中の時刻または季節に応じて、反射鏡面に最大の太陽光を受光できるように、配置位置を移動可能および反射鏡面を動かすことによって、第２のヘリオスタットは、太陽高度の日変化および季節的変化により時々刻々変化する第１のヘリオスタットの陰を避けた位置に移動させることができる。これにより、集光効率の向上を図ることができる。【００８８】
また、第６の発明の太陽光エネルギ利用システムによれば、太陽光集光システムによって高集光効率で集光された太陽光を、発電、合成燃料製造、各種化学プロセスの加熱源として利用することができる。【００８９】
この太陽光エネルギ利用システムにおいて、集熱器として、前記第１Ａの発明または第１Ｂの発明に係る太陽光集熱器を用いるとともに、太陽光集光用反射鏡として、前記第３の発明に係る太陽光集光用反射装置を用いることによって、１次反射鏡によって集光される太陽光を効率よく、集熱器に収束させるとともに、その収束された太陽光のエネルギを高い利用効率で熱媒体に蓄熱し、その蓄熱エネルギを利用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００９０】
次に、本発明の実施形態および参考例について、適宜図面を参照して詳細に説明する。なお、以下において、「第３の実施形態」は「第１の参考例」と読み替え、「第４の実施形態」は「第２の参考例」と読み替えるものとする。
＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態に係る太陽光集熱器の一例を示す模式図である。
図１に概形を示す太陽光集熱器１は、集熱体３と、この集熱体３の一端に開口された太陽光導入口４と、図２（ａ）に示すように、集熱体３に熱媒体を導入する熱媒体導入部５と、熱媒体導出部６とを備えるものである。
【００９１】
集熱体３は、熱媒体が内部を流通する熱媒体流通管７を螺旋状に巻回して形成され、集熱体３の内側に露出された熱媒体流通管７の外周面によって受光面２が形成される。そして、受光面２は、集熱体３の上端に開口された太陽光導入口４に向かって収束するように湾曲状に形成される。この巻回された熱媒体流通管７によって形成される受光面２の湾曲形状は、後述のとおり、集光された太陽光ＳＢの熱フラックス分布等に応じて、最適な形状に構成される。例えば、図２（ａ）の断面模式図に示すように、全体として上部（太陽光導入口４側）が狭く下部（熱媒体導入部５側）が広い断面を有するキャビティ型の最適な形状に構成される。【００９２】
集熱体３を構成する熱媒体流通管７は、円形断面、矩形断面等のいずれの断面形状を有するパイプを用いてもよい。特に、前記形状に巻回して集熱体３を形成する場合に、流路の製作段階で溶接個所が少ないことから、円形断面のパイプが有利である。この熱媒体流通管７の材質は、熱媒体としてＮａＮＯ3とＫＮＯ3の混合溶融塩、またはＮａＮＯ3、Ｋ
ＮＯ3およびＮａＮＯ2の混合溶融塩を用いる場合には、熱媒体に対する耐食性、耐熱性、価格等の観点から、オーステナイト系ステンレス鋼が有利である。また、パイプの肉厚は、溶融塩の圧力や必要な高温強度等に応じて適宜決定される。【００９３】
そして、熱媒体流通管７の受光面２は、光吸収性耐熱処理されていることが好ましい。この光吸収性耐熱処理は、光吸収性と耐熱性に優れる塗料を受光面２に塗布する、または、光の吸収と耐熱性に優れた化学的表面処理を行なう。本発明において、「光吸収性」とは、太陽光の成分のうち、０．２〜２．５μｍの波長帯域の光成分の吸収率が８０％以上であることをいう。【００９４】
光吸収性と耐熱性に優れる塗料としては、例えば、例えば、B．J．Wolfe Enterprise
社製の商品名：Pyromark  Paint等を用いることができる。【００９５】
さらに、集熱体３の外側に断熱部（図示せず）を設けることが好ましい。これによって、集熱体３の周壁から外側への放熱を遮断して、熱媒体の熱エネルギの損失を有効に防止することができる。この断熱部は、例えば、集熱体３の外側にアルミナ、シリカ等を主成分とするセラミックファイバ断熱材で形成することができる。【００９６】
太陽光導入口４は、集熱体３の一端に開口され、この太陽光導入口４から集光した太陽光が導入される。導入された太陽光ＳＢは、受光面２に照射され、受光面２を形成する熱媒体流通管７内を流通する熱媒体を間接的に加熱する。太陽光導入口４は、集熱体３の下端に開口されていてもよい。また、熱媒体導入部５および熱媒体導出部６は、それぞれ集熱体３の上端および下端に設けてもよい。さらに、太陽光導入口４、熱媒体導入部５および熱媒体導出部６は、これらの配置に制限されず、各種の態様に配置されていてもよい。例えば、太陽光が上方から入射する場合には開口は上部に、下方から入射する場合には開口は下部に設けるのが好ましい。【００９７】
熱媒体導入部５は、図２（ｂ）に示すように、集熱体３の底部中央に設けられ、集熱体３を形成する熱媒体流通管７に連通し、ポンプ等の送出器（図示せず）によって圧送された熱媒体を熱媒体流通管７に導入するものである。この熱媒体導入部５に、バルブ等の流量調整機構を設けることによって、熱媒体流通管７内を流通する熱媒体の流量を調整することができる。【００９８】
熱媒体導出部６は、図２（ａ）に示すように、集熱体３の最上部に設けられ、集熱体３を形成する熱媒体流通管７に連通し、熱媒体流通管７を流通して太陽光によって加熱された熱媒体を導出するものである。【００９９】
なお、熱媒体導入部５と熱媒体導出部６とは、図１、図２（ａ）に示す配置に限定されず、熱媒体導入部５を集熱体３の最上部に、熱媒体導出部６を集熱体３の底面中央に配置した構成としてもよい。特に、太陽光の一次入射光が集熱体３の上部に集中する場合には、この構成が有利である。【０１００】
熱媒体は、耐熱温度が５００℃以上のものであれば、特に制限されないが、例えば、ＮａＮＯ3、ＫＮＯ3の混合溶融塩、もしくはＮａＮＯ3、ＫＮＯ3およびＮａＮＯ2の混合溶融塩を用いることができる。この溶融塩または混合溶融塩を用いることによって、燃料転換の化学反応（例えば、天然ガスの改質反応）を促進する温度とエネルギを供給する、あるいは蒸気タービン発電用の熱エネルギあるいは海水淡水化設備用の加熱源を提供することができる。【０１０１】
この太陽光集熱器１における集熱体３の形状は、太陽光導入口４の開口径、開口形状、熱媒体流通管７を巻回して形成される受光面の湾曲形状を含めて、太陽光が照射された受光面２の温度、受光面２から熱媒体への熱伝達、導入される太陽光の熱フラックス（受光面単位面積当たりの熱エネルギ）の分布等を考慮して、最適な形状に構成される。ここで、集熱体３における熱収支を、図１および図３に示すとおり、入射エネルギ、すなわち、太陽光導入口４から導入された太陽光ＳＢが有する熱エネルギを１００とし、熱媒体に伝達される正味の熱エネルギをＡ、集熱体３の内側における太陽光の反射による損失Ｂ、受光面２から熱輻射による損失Ｃ、受光面２からの対流伝熱損失Ｄ、集熱体３の外壁からの対流伝熱損失をＥとして、受光面２の表面における熱フラックス分布を、集熱体３の断面形状に応じて計算した結果を図４（ａ）〜図４（ｆ）に示す。その結果、図４（ａ）に示す断面四角形を有する集熱体３の場合には、図４（ｂ）に示すとおり、上部に集中した熱フラックス分布を示した。また、図４（ｃ）に示す断面形状を有する集熱体３の場合には、図４（ｄ）に示すとおり、集熱体３の中央にピークを有するが、ほぼ平均化した熱フラックス分布を示した。さらに、図４（ｅ）に示す形状を有する集熱体３の場合には、図４（ｆ）に示すとおり、集熱体３の高さ方向に平均化した熱フラックス分布を示した。【０１０２】
このような集熱体３における熱収支を考慮した結果、集熱体３の形状は、図５に示すとおり、全体として上部が狭く下部が広い断面を有するキャビティ型を有し、太陽光導入口４の開口径をＤａ、集熱体３の高さをＨｏ、集熱体３の開口部の反対側から計測した最大膨出部Ｍの長さをＨｍ、最大膨出部Ｍの直径をＤｍａｘとすると、下記の式（１）および式（２）で表わされる関係を満たすように集熱体３の形状を構成することが、受光面２の表面における熱フラックス分布を最適化して、太陽光集熱器１における太陽光の利用効率、すなわちＡ／１００を向上させるために有効であることが分かった。
１＜Ｄｍａｘ／Ｄａ＜３ （１）
０＜Ｈｍ／Ｈｏ＜０．８ （２）
【０１０３】
また、受光面２を形成する熱媒体流通管７（パイプ）の内径は、熱媒体の使用上限温度と、熱媒体に接する熱媒体流通管７の内面温度の上限によって決定される。また、熱媒体を送るポンプの最大吐出圧力が制約となって熱媒体流通管７における圧力損失の上限が定まる。したがって、これらの二つの制約条件を満たすよう、前記の集熱体３の全体形状と熱媒体流通管７の内径を決定することができる。ちなみに、図６に示すように、太陽光ＳＢの照射によって加熱される受光面２の熱媒体側の表面温度を６００℃、熱媒体流通管７の外側から内側へ向かう熱フラックスの大きさを３００ｋＷ／ｍ2とすると、肉厚５ｍｍ
のＳＵＳ３１６ステンレス製の熱媒体流通管７（パイプ）の内部を流通する熱媒体の温度は５５０℃程度になる。したがって、このような温度分布を考慮して、熱媒体流通管７の肉厚、材質、内径等を適宜決定することができる。【０１０４】
この太陽光集熱器１において、熱媒体導入部５から熱媒体が導入され、熱媒体流通管７内を流通して、太陽光導入口４から導入された太陽光が照射された受光面２を通じて熱媒体が加熱される。加熱された熱媒体は、熱媒体導出部６から導出され、発電システム、化学反応プロセスなどの各種のシステムやプロセスの熱源として供給される。このとき、熱媒体としてＮａＮＯ3とＫＮＯ3の混合溶融塩を用いた場合、熱媒体流通管７内を流通する混合溶融塩の温度が、混合溶融塩の融点（２２０℃）と使用温度上限（同６００℃）の二つの温度の範囲内に入るように、熱媒体の流量、流速等を制御して太陽光集熱器１が運転される。【０１０５】
この太陽光集熱器１において、受光面２に照射された太陽光は一部反射されるが、太陽光集熱器１では、反射光の大部分が受光面の他の部分に再照射され、太陽光導入口４から外部に散逸する反射光が低減され、これによって、照射された太陽光の利用効率（熱に変換される割合）の向上に有効である。また、高温になった受光面２から発生する熱輻射についても、同様に外部への散逸を少なくして、熱輻射による熱損失を低減することができる。さらに、図１に示すような上部断面が狭いキャビティ型の集熱体を形成したことで、熱対流による熱ロスが低減される。【０１０６】
また、太陽光集熱器１の大きさは、熱出力１００ＭＷの場合、直径、高さともに１０〜２０ｍ程度になるが、このような大きさの集熱体３では、パイプを螺旋状に曲げて炉を形成する方が、板状の金属を組み合わせて流路を構成する構造よりも、熱応力を軽減できるので、構造強度上有利であり、製作も容易である。【０１０７】
さらに、太陽光集熱器１は、前記太陽光導入部５に太陽光ＳＢを断熱遮断する機構を有していてもよい。この機構は、集熱体３が冷却能力を喪失するなどの緊急時に集熱体３を保護する機能を有するものである。以上説明した第１の実施形態の太陽光集熱器１は、１本の熱媒体流通管７を巻回して形成された、いわゆる１条巻きの形態で構成されているが、本発明の太陽光集熱器１は、複数本の熱媒体流通管７を巻回して形成された形態で構成されていてもよい。例えば、図７（ａ）および図７（ｂ）に示すとおり、８本の熱媒体流通管７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅ，７ｆ，７ｇ，７ｈを巻回して形成された形態であってもよい。この場合、熱媒体導入部５および熱媒体導出部６は、８本の熱媒体流通管７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅ，７ｆ，７ｇ，７ｈに分岐連通する分岐口を有するヘッダによって構成することができる。【０１０８】
＜第２の実施形態＞
次に、図８は、本発明の第１の実施形態に係る太陽光集熱器１を用いた第２の実施形態に係る太陽光エネルギ利用システムの一例を示す概念図である。
図８に示す太陽光エネルギ利用システムは、一次集光系ＦＣと、二次集光系ＳＣと、三次集光系ＣＰＣと、太陽光集熱器１と、高温熱媒タンク８１と、熱交換器８２と、低温熱媒タンク８３と、熱媒体浄化系８４とを備える。そして、太陽光集熱器１と、高温熱媒タンク８１と、熱交換器８２と、低温熱媒タンク８３と、熱媒体浄化系８４とは、それぞれ熱媒体が流通する流路で連絡され、また、各所にバルブ等が配置されている。【０１０９】
太陽光集熱器１は、前記第１の実施形態に係るものと同様のものが用いられる。
また、高温熱媒タンク８１と、熱交換器８２と、低温熱媒タンク８３と、熱媒体浄化系８４とは、特に制限されず、用いる熱媒体、容量、熱媒体の要求純度等に応じて適宜選択される。【０１１０】
この太陽光エネルギ利用システムにおいては、太陽Ｓからの太陽光ＳＢが、反射鏡等によって構成された一次集光系ＦＣ、二次集光系ＳＣによって集光され、さらに、太陽光集熱器１の上部に設けられた三次集光系ＣＰＣによって集光されて太陽光集熱器１の太陽光導入口４から導入される。導入された太陽光ＳＢは、太陽光集熱器１の受光面２に照射され、この受光面２を通じて、熱媒体導入部５から導入されて熱媒体流通管７内を流通する熱媒体が加熱加熱され、加熱されて熱エネルギを保持した熱媒体は、熱媒体導出部６から導出される（図１、図２参照）。熱媒体導出部６から導出された熱媒体は、流路を通って高温熱媒タンク８１に給送される。そして、この高温熱媒タンク８１に給送された熱媒体は、熱交換器８２に供給され、熱エネルギを、熱交換器８２に連結された、熱利用設備に供給する。この熱利用設備としては、例えば、蒸気タービン発電、炭化水素の熱分解、天然ガスや石炭からの液体燃料の製造等が挙げられる。【０１１１】
熱交換器８２によって熱エネルギの一部を熱交換されて温度が低下した熱媒体は、低温熱媒タンク８３に給送され一時貯留される。そして、低温熱媒タンク８３に一時貯留された低温の熱媒体は、熱媒体浄化系８４で清浄化され、再び、太陽光集熱器１の熱媒体導入部５に供給される。熱媒体浄化系８４は、循環する熱媒体および配管材料が腐食劣化して熱媒体流通管７等を閉塞する、あるいは熱媒体の熱容量の低下等による太陽光のエネルギの利用効率の低下を防止するために、設けられる。したがって、熱媒体浄化系８４によって熱媒体を清浄化すれば、熱媒体および配管材料の腐食生成物を除去でき、太陽光集熱器９１の長期安定運転を図ることができる。また、熱媒体の清浄化が不要な場合には、熱媒体浄化系８４に設けたバイパスによって、熱媒体浄化系８４を通さずに、そのまま熱媒体を太陽光集熱器１に供給することができる。【０１１２】
また、高温熱媒タンク８１は、熱媒体を貯留して、熱利用設備における所要熱エネルギに応じて熱媒体を熱交換器８２に供給することができる。例えば、熱利用設備が発電設備である場合には、発電量の変動に応じて熱媒体の供給を調整することができる。【０１１３】
さらに、このようにして、２４時間、一定出力で連続運転が可能なプラントを稼働できる。【０１１４】
＜第３の実施形態＞
次に、図９（ａ）は、本発明の第３の実施形態に係る太陽光集熱器９１を示す模式断面図である。
図９（ａ）に示す太陽光集熱器９１は、内面に熱媒体が液膜流下する受光面９２を有する集熱体９３と、この集熱体９３の上端に開口された太陽光導入口９４と、集熱体９３に熱媒体を導入する熱媒体導入部９５と、熱媒体導出部９６とを備えるものである。【０１１５】
集熱体９３は、薄板を組み合わせて内面に太陽光ＳＢを受光するとともに、熱媒体が液膜流下する受光面９２が形成される。そして、受光面９２は、集熱体９３の上端に開口された太陽光導入口９４に向かって収束するように湾曲状に形成される。この受光面９２の湾曲形状は、前述の第１の実施形態と同様に、集光される太陽光ＳＢの熱フラックス分布、受光面９２を液膜流下する熱媒体の粘度、流量、熱伝導率、液膜厚さ等に応じて、最適な形状に構成される。例えば、図９（ａ）の断面模式図に示すように、全体として上部（太陽光導入口９４側）が狭く途中に膨出した部分を有し、端部に焦点を有する略樽型の形状が具体例として挙げられる。【０１１６】
また、第３の実施形態の太陽光集熱器は、前記の図９（ａ）に示す断面形状に限られず、図９（ｂ）に示すとおり、受光面９２が、集熱体９３の上端に開口される太陽光導入口９４から熱媒体導出口９６に向かって先細り状に形成された略ラッパ状の形状に形成されていてもよく、また、端部近傍に焦点を有する回転双曲面の集熱体９３もその一つの候補である。さらに、集熱体３は、円筒形状に形成されていてもよい。断面形状がラッパ型の集熱体９３は、熱媒体の温度が高い領域（集熱体３の下部）での受光面９２における熱媒体の表面積が少ないので、受光面９２における熱輻射による損失を低減できる利点がある。【０１１７】
この図９（ａ）および図９（ｂ）に示す集熱体９３は、それぞれ図１０（ａ）および図１０（ｂ）に示すとおり、受光面に、図１０（ｃ）に示すような流下案内条９８が突設されていることが好ましい。この流下案内条９８によって、受光面９２上における流れの偏りを防止し熱媒体の液膜流下状態を良好にすることができる。また、集熱体３の構造強度の向上に有効である。【０１１８】
そして、集熱体９３の受光面９２は、光吸収性耐熱処理されていることが好ましい。
この光吸収性耐熱処理は、光吸収性と耐熱性に優れる塗料を受光面９２に塗布する、または、光の吸収と耐熱性に優れた化学的表面処理を行なう。光吸収性と耐熱性に優れる塗料または光の吸収と耐熱性に優れた化学的表面処理は、前記第１の実施形態と同様であるので、記載を省略する。
また、集熱体９３の外側に断熱部（図示せず）を設けることが好ましいが、この断熱部についても、前記第１の実施形態と同様であるので、記載を省略する。【０１１９】
本実施形態において、太陽光導入口９４は、集熱体９３の上端に開口され、この太陽光導入口９４から集光した太陽光が導入される。導入された太陽光ＳＢは、受光面２に照射され、受光面２を液膜流下する熱媒体を直接加熱する。太陽光導入口９４は、集熱体９３の下端に開口させることもできる。【０１２０】
熱媒体導入部９５は、図９（ａ）または図９（ｂ）に示すように、集熱体９３の頂部に設けられ、ポンプ等の送出器（図示せず）によって圧送された熱媒体を、集熱体９３の内面である受光面９２に沿って噴出するディストリビュータで構成される。この熱媒体導入部９５から噴出された熱媒体は、液膜を形成して、受光面９２上を重力流下する。この熱媒体導入部９５に、バルブ等の流量調整機構を設けることによって、受光面９２を液膜流下する熱媒体の流量を調整することができる。これにより、入射光エネルギの変動に対しても常時一定温度の熱媒体を導出することができ、高品質のエネルギを回収できる。【０１２１】
熱媒体導出部９６は、図９（ａ）または図９（ｂ）に示すように、集熱体９３の底部に設けられ、受光面９２を液膜流下して太陽光によって加熱された熱媒体を回収して導出するものである。【０１２２】
受光面９２を液膜流下する熱媒体は、受光面９２を液膜流下する程度の粘性の有する液体であれば、特に制限されないが、例えば、ＮａＮＯ3、ＫＮＯ3の混合溶融塩、もしくはＮａＮＯ3、ＫＮＯ3およびＮａＮＯ2の混合溶融塩を用いることができる。この溶融塩ま
たは混合溶融塩を用いることによって、燃料転換の化学反応プロセスを促進する温度とエネルギを供給することができる。特に、第３の実施形態の太陽光集熱器９１で用いる熱媒体は、液膜を形成するものであることから構造物（特に、集熱体９３の受光面９２）との濡れ性が良い性状のものが好ましい。また、受光面９２を熱媒体との親和性の良い形状に加工もしくは構造としてもよい。
受光面９２を液膜流下する熱媒体の液膜の厚さは、適切な流量を確保し、かつ液膜が受光面９２からはく離しないように、１〜７ｍｍ程度であることが好ましい。【０１２３】
また、この熱媒体は、太陽光ＳＢから効率的に熱エネルギの吸収率を向上させるために、熱吸収物質を含むことが好ましい。熱吸収物質としては、例えば、微量の硝酸コバルト、硝酸ニッケル等の有色金属塩等が挙げられる。例えば、Fe(NO3)３9H２OとCoCl２6H２Oを重量比で１：１混合したものをＫＮＯ３とNaNO3の混合溶融塩に５％添加して黒色にすることができる。これらを添加して、黒色にしたＫＮＯ3およびＮａＮＯ2の混合溶融塩を熱媒体として用いた場合と、ＫＮＯ3およびＮａＮＯ2の混合溶融塩からなる透明な熱媒体を用いた場合とについて、それぞれ集熱体９３の内外における温度分布をシミュレーションした結果を図１１および図１２に示す。この図１１に示すとおり、集熱体９３の受光面９２の表面を液膜落下する熱媒体が黒色の場合、熱媒体の液膜表面の温度が最も高くなり、熱場体の最高温度を６００℃とすると集熱体の温度はそれより低くなる。一方、透明な熱媒体を用いた場合（図１２）は、太陽光ＳＢは熱媒体を透過して受光面９２に達し、そこで大部分が吸収されて熱に変わる。熱媒体は受光面９２からの対流伝熱によって加熱される。このとき、熱媒体の最高温度は受光面９２の温度と等しくなる。
したがって、このような温度分布を考慮して、集熱体９３の形状、液膜の流下速度、熱媒体の流下量、液膜の厚さ等を適宜決定することができる。【０１２４】
この太陽光集熱器９１において、前記太陽光導入部９５に石英もしくはサファイアのガラス窓を設けてもよい。この窓は、空気中の塵、砂などが集熱器９１に侵入し、熱媒体に混入することを防止するためのものである。この太陽光集熱器９１において、熱媒体導入部９５から熱媒体が導入され、受光面９２を熱媒体が液膜流下して、太陽光導入口９４から導入された太陽光ＳＢによって熱媒体が加熱される。加熱された熱媒体は、熱媒体導出部９６から導出され、発電システム、化学反応プロセスなどの各種のシステムやプロセスの熱源として供給される。【０１２５】
この第３の実施形態の太陽光集熱器９１においては、集熱体９３の受光面９２に沿って上部の熱媒体導入部９５より液膜流下される熱媒体が直接加熱され、受光面９２の単位面積あたりの許容熱負荷を高くすることができるため、集熱体９３をさらに小型化できる。また、日射量に応じて熱媒体の流下量を調節することにより、常時一定温度の熱媒体を取り出せる。【０１２６】
＜第４の実施形態＞
次に、図１３は、本発明の第３の実施形態に係る太陽光集熱器９１を用いた第４の実施形態に係る太陽光エネルギ利用システムの一例を示す概念図である。
図１３に示す太陽光エネルギ利用システムは、一次集光系ＦＣと、二次集光系ＳＣと、三次集光系ＣＰＣと、太陽光集熱器９１と、高温熱媒タンク８１と、熱交換器８２と、低温熱媒タンク８３と、熱媒体浄化系８４とを備える。そして、太陽光集熱器９１と、高温熱媒タンク８１と、熱交換器８２と、低温熱媒タンク８３と、熱媒体浄化系８４とは、それぞれ熱媒体が流通する流路で連絡され、また、各所にバルブ、ポンプ等が配置されている。【０１２７】
太陽光集熱器９１は、前記第３の実施形態に係るものと同様のものが用いられる。
また、高温熱媒タンク８１と、熱交換器８２と、低温熱媒タンク８３と、熱媒体浄化系８４とは、特に制限されず、用いる熱媒体、容量、熱媒体の要求純度等に応じて適宜選択される。【０１２８】
この太陽光エネルギ利用システムにおいては、太陽Ｓからの太陽光ＳＢが、反射鏡等によって構成された一次集光系ＦＣ、二次集光系ＳＣによって集光され、さらに、太陽光集熱器９１の上部に設けられた三次集光系ＣＰＣによって集光されて太陽光集熱器９１の太陽光導入口９４から導入される。導入された太陽光ＳＢは、太陽光集熱器９１の受光面９２に照射され、熱媒体導入部９５から受光面９２の表面を液膜流下する熱媒体が加熱され、加熱されて熱エネルギを保持した熱媒体は、集熱体９３の下部に設けられた熱媒体導出部９６から導出される（図９等参照）。熱媒体導出部９６から導出された熱媒体は、流路を通って高温熱媒タンク８１に給送される。そして、この高温熱媒タンク８１に給送された熱媒体は、熱交換器８２に供給され、熱エネルギを、熱交換器８２に連結された、熱利用設備に供給する。この熱利用設備としては、例えば、蒸気タービン発電、炭化水素の熱分解、天然ガスや石炭からの液体燃料の製造等が挙げられる。【０１２９】
熱交換器８２によって熱エネルギの一部を熱交換されて温度が低下した熱媒体は、低温熱媒タンク８３に給送され一時貯留される。そして、低温熱媒タンク８３に一時貯留された低温の熱媒体は、熱媒体浄化系８４で清浄化され、再び、太陽光集熱器９１の熱媒体導入部９５に供給される。循環する熱媒体は、集熱体９３の受光面９２において外気と接触して腐食劣化される可能性があり、さらに集熱体９３も腐食劣化する可能性がある。腐食劣化した熱媒体および集熱体９３の腐食劣化は、熱媒体流通管７等を閉塞する原因となる。したがって、熱媒体浄化系８４によって熱媒体を清浄化すれば、熱媒体の腐食生成物を除去でき、太陽光集熱器９１の長期安定運転を図ることができる。また、熱媒体の清浄化が不要な場合には、熱媒体浄化系８４に設けたバイパスによって、熱媒体浄化系８４を通さずに、そのまま熱媒体を太陽光集熱器９１に供給することができる。【０１３０】
また、高温熱媒タンク８１は、熱媒体を貯留して、熱利用設備における所要熱エネルギに応じて熱媒体を熱交換器８２に供給することができる。例えば、熱利用設備が発電設備である場合には、発電量の変動に応じて熱媒体の供給を調整することができる。【０１３１】
この図１３に示す太陽光エネルギ利用システムにおいて、太陽光集熱器９１を地上に設置する場合には、まず三次集光系ＣＰＣの内面に熱媒体を供給して液膜流下させ、ついでＣＰＣの下部に設置した太陽光集熱器９１に熱媒体を導いてもよい。これによって、熱媒体による集熱効果でＣＰＣでの放熱ロス低減を、また、熱洗浄効果で塵の付着による鏡面の汚れを防げ、反射効率を向上できる。【０１３２】
また、ＣＰＣにおける熱の回収率が高い場合には、ＣＰＣ自体を太陽光集熱器として利用し、前記の太陽光集熱器９１を省略してもよい。【０１３３】
この太陽光エネルギ利用システムにおいては、高温熱媒タンク８１、低温熱媒タンク８３、熱媒体浄化系８４、さらに、各所に設けたバルブ、ポンプ等によって、太陽光集熱器９１の熱媒体導入部９５に供給する熱媒体の流量を調節して、受光面９２を液膜流下する熱媒体の流下流量を調節することができる。例えば、熱媒体導出部９６から導出される高温の熱媒体の温度、および熱媒体導入部９５に供給される低温の熱媒体の温度を測定し、その温度の測定結果に基づいて、熱媒体の供給量を調整すれば、再循環流量の調整範囲が広がり、運用性が向上する。また、熱利用設備から要求される熱エネルギ量に応じて、受光面９２を液膜流下する熱媒体の流下流量を増減することができる。さらに、日射量に応じて熱媒体の循環流量を調節して、常時一定温度の熱媒体を取り出して、熱設備に供給することが可能である。【０１３４】
＜第５の実施形態＞
次に、本発明の第５の実施形態について、適宜、図面を参照しながら詳細に説明する。図１４は、本発明の第５の実施形態に係る太陽光集光用反射装置の構成を説明する概念図である。【０１３５】
図１４は、太陽光集光用反射装置を構成する反射鏡群１１と、その反射鏡群１１に太陽光を集光させるヘリオスタット（１次反射鏡）１２と、反射鏡群１１によって収束された太陽光の集光面１３（集熱器）とを示す。なお、図１４においては、１基のヘリオスタット１２のみを代表的に示したが、ヘリオスタット１２は、図３３に示す太陽光集光システムと同様に、集熱器を中心として、集熱器を囲むように複数基が配置され、それぞれのヘリオスタットは、太陽光を反射して集光点Ｆ１に向けて太陽光を集光させるものである。【０１３６】
反射鏡群１１は、第１反射鏡セグメント２１と、第１反射鏡セグメント２１の下部に配置される５つの第２反射鏡セグメント２２、第３反射鏡セグメント２３、第４反射鏡セグメント２４、第５反射鏡セグメント２５、および第６反射鏡セグメント２６とを備える。【０１３７】
第１反射鏡セグメント２１は、複数のヘリオスタット１２によって集光される太陽光の集光点Ｆ１を焦点（上方焦点）とする第１回転二次曲面ＨＢ１の一部で構成される反射面２１ａを有するものである。【０１３８】
第１反射鏡セグメント２１の反射面２１ａは、中心線ＣＬを中心とする円板状に第１回転二次曲面ＨＢ１を切り取った形状でも、あるいは円板の一部を切り取った形状を有するものでもよい。さらに、第１反射鏡セグメント２１は、前記中心線ＣＬを含む領域が開口された環状の形状を有するものでもよい。例えば、円環状または円環の一部を切り取った円弧状の形状を有するものでもよい。【０１３９】
また、第２反射鏡セグメント２２、第３反射鏡セグメント２３、第４反射鏡セグメント２４、第５反射鏡セグメント２５、および第６反射鏡セグメント２６は、前記第１回転二次曲面ＨＢ１と同一の焦点、すなわち集光点Ｆ１を共焦点とし、相異なる曲率半径を有する回転二次曲面ＨＢ２,ＨＢ３,ＨＢ４,ＨＢ５，ＨＢ６のそれぞれに沿って配置された反射面２２ａ，２３ａ，２４ａ，２５ａ，２６ａを有するものである。【０１４０】
さらに、回転二次曲面ＨＢ１，ＨＢ２,ＨＢ３,ＨＢ４,ＨＢ５，ＨＢ６の曲率半径は、集光点Ｆ１から集光面１３に向かう方向に配置される反射鏡セグメントの曲率半径が集光面１３に近づくにしたがって大きくなるように構成される。すなわち、例えば、前記反射鏡群が、前記集光点Ｆ１から前記集光面１３（集熱器）に向かう方向に沿って配置されたｎ個（ｎは２以上の整数）の反射鏡セグメントで構成されている場合、前記集光点Ｆ１に近い側からｋ番目の反射鏡セグメントＳkの反射面が配置される回転二次曲面の曲率半径Ｒk（ｋは１＜ｋ≦ｎ−１の整数）と、ｋ＋１番目の反射鏡セグメントＳk+1の反射面が配置される回転二次曲面の曲率半径Ｒk+1とが、Ｒk＜Ｒk+1となるように構成される。【０１４１】
そして、第２反射鏡セグメント２２、第３反射鏡セグメント２３、第４反射鏡セグメント２４、第５反射鏡セグメント２５、および第６反射鏡セグメント２６は、それぞれ反射面２２ａ，２３ａ，２４ａ，２５ａ，２６ａが、集光点Ｆ１と集熱器の集光面１３の中心とを結ぶ中心線ＣＬを軸中心とする円環状に形成されていてもよいし、その円環の一部を切り取った形状を有するものでもよい。例えば、円環状または円環の一部を切り取った円弧状の形状を有するものでもよい。【０１４２】
また、前記第１反射鏡セグメント２１ないし第６反射鏡セグメント２６の各反射面２１ａ，２２ａ，２３ａ，２４ａ，２５ａ，２６ａは、それぞれ前記回転二次曲面ＨＢ１，ＨＢ２，ＨＢ３，ＨＢ４，ＨＢ５，ＨＢ６の一部で形成されていてもよいし、前記回転二次曲面ＨＢ１，ＨＢ２，ＨＢ３，ＨＢ４，ＨＢ５，ＨＢ６の接平面で形成されていてもよい。ここで、一般に、図１５に示すとおり、太陽の視差角（３０分）の存在により、集光面３に収束される太陽光は一定の拡がりを示す。そこで、特に、第１反射鏡セグメント２１以外の反射鏡セグメントの反射面（２２ａ，２３ａ，２４ａ，２５ａ，２６ａ）が、それぞれ回転二次曲面（ＨＢ２，ＨＢ３，ＨＢ４，ＨＢ５，ＨＢ６）の接平面で形成されていると、太陽の視差角（３０分）と、ヘリオスタット１２が平面で構成されていることに起因する集光面１３上の光の拡がりを小さくすることができ、集熱器の受光部を小型化することができる。さらに、第１反射鏡セグメント２１、第２反射鏡セグメント２２、第３反射鏡セグメント２３、第４反射鏡セグメント２４、第５反射鏡セグメント２５および第６反射鏡セグメント２６の各セグメントの配置を最適化することで、集光面１３上での集光熱流束の分布を平坦化できる利点がある。さらに、各反射面２１ａ，２２ａ，２３ａ，２４ａ，２５ａ，２６ａは、前記回転二次曲面ＨＢ１，ＨＢ２，ＨＢ３，ＨＢ４，ＨＢ５，ＨＢ６の接線に対して所定の角度だけ傾けた線分、または法線方向に所定の距離だけ平行移動させた線分を中心線ＣＬの周りに回転させて形成される曲面で形成されていてもよい。これにより、集光面１３での光の拡がりをさらに小さくすることができる。例えば、前記接線に対して０〜＋３０分程度（中心線ＣＬに沿って上方に０〜＋３０分程度）、好ましくは＋１５分程度傾けた線分を中心線ＣＬの周りに回転させて形成される曲面で形成することにより、集光面１３における太陽光の拡がりを小さくすることができ、例えば、後記の図２４および図２５に示す構成を有する反射鏡群によれば、集光面１３における光の拡がりを約１／２に低減可能である。【０１４３】
また、反射面２１ａ，２２ａ，２３ａ，２４ａ，２５ａ，２６ａのそれぞれは、複数の反射鏡ユニットを各回転二次曲面ＨＢ１，ＨＢ２,ＨＢ３,ＨＢ４,ＨＢ５，ＨＢ６に沿って配置され、全体として反射面２１ａ，２２ａ，２３ａ，２４ａ，２５ａ，２６ａのそれぞれを形成する反射鏡ユニットの集合体で構成されていてもよい。この反射鏡ユニットの集合体で各反射鏡セグメントを構成することによって、前記第１反射鏡セグメント２１ないし第６反射鏡セグメント２６のそれぞれの形状、形態を任意に調整することができるとともに、各反射鏡セグメント自体の耐風圧設計が容易となり、また、支持構造も簡易化が可能となる。【０１４４】
反射鏡群１１を構成する各反射鏡セグメントは、複数のヘリオスタット１２の配置位置および配置面積、集光点Ｆ１の位置、集光面１３の位置および配向方向等に応じて、適宜、第１反射鏡セグメント２１ないし第６反射鏡セグメント２６の配置位置、形態、傾き、曲率半径等を、適宜選択できる。例えば、複数のヘリオスタット１２が、集熱器を囲んで扇状に配置されている場合には、反射鏡群を構成する各反射鏡セグメントを、集光される太陽光の光路に対応した扇形に形成して、そのヘリオスタット１２によって集光される太陽光を反射して集熱器の集光面１３に収束できるように構成してもよい。また、複数のヘリオスタット１２が傾斜面に沿って配置されている場合には、前記傾斜面の傾斜角度に応じて、各ヘリオスタット１２から集光される太陽光の集光点Ｆ１が、前記傾斜面に対して所定の位置に配位するが、この集光点Ｆ１の位置と集光面１３の位置を考慮して、反射鏡群１１を構成する各反射鏡セグメントの配向、配置位置等を、適宜選択することによって、集光面１３に太陽光が収束されるようにすることができる。さらに、集熱器の設置場所、太陽光エネルギ利用システムにおける集熱器の設置状態等によって、集熱器の集光面が鉛直方向に対して一定の角度で傾いている場合には、反射鏡群を構成する各反射鏡セグメントの配向、配置位置、さらにヘリオスタット１２による太陽光の集光点Ｆ１を調整することによって、集光面１３に太陽光を収束させることができる。【０１４５】
この太陽光集光用反射装置では、ヘリオスタット１２によって反射された太陽光は、第１反射鏡セグメント２１ないし第６反射鏡セグメント２６によって、漏らさず集光面１３に収束され、高い集光効率を得ることができる。また、第１反射鏡セグメント２１と、第１反射鏡セグメント２２との間、第２反射鏡セグメント２２と第３反射鏡セグメント２３の間、第３反射鏡セグメント２３と第４反射鏡セグメント２４との間、第４反射鏡セグメント２４と第５反射鏡セグメント２５との間、ならびに第５反射鏡セグメント２５と第６反射鏡セグメント２６との間には、風が通過可能な隙間が形成されるため、各反射鏡の大きさを小さく構成できることと相俟って、各反射鏡が受ける風圧が小さくなり、耐風圧設計が容易となる。また、各反射鏡の支持構造も簡易にすることができ、反射鏡を一枚の回転双曲面で構成する場合との比較で建設費を５０％低減することが可能である。また、集熱器における受光面の拡がりが抑制され、従来よりも小さな集熱器に太陽光エネルギを集光でき、さらに、受光面での入射光熱流束を制御して、均一な熱流束によるエネルギの平坦化が可能となる。【０１４６】
前記第５の実施形態は、６つの反射鏡セグメント（第１反射鏡セグメント２１〜第６反射鏡セグメント２６）が配置されている例であるが、本発明の太陽光集光用反射装置において、第１反射鏡セグメント２１と前記集熱器の集光面１３との間に配置される反射鏡セグメントの個数は限定されず、反射鏡セグメントが複数配置されていることが好ましい。これによって、各反射鏡セグメントの大きさ、重量、集光面１３での光の拡がり等を小さくすることができ、有利である。この反射鏡セグメントの設置個数は、前記実施形態に限定されず、ヘリオスタット１２の設置基数、最も高所に配置される第１反射鏡セグメント２１の高さ、集光面１３での光の拡がりの許容値等に応じて、適宜、必要な配置個数が決定される。例えば、第１反射鏡セグメント２１が高所に位置する場合には、最外周の反射鏡セグメント（中心線ＣＬに沿って最も下部に位置する反射鏡セグメント）を形成する円環の半径が小さくなるため、反射鏡セグメントの所要個数は少なくなる。【０１４７】
また、本発明の太陽光集光用反射装置において、第１反射鏡セグメント２１と、第２反射鏡セグメント２２ないし第６反射鏡セグメント２６とは、複数のヘリオスタット（１次反射鏡）１２によって集光点Ｆ１に向けて集光される太陽光の光路上で重複しないように配置される。これは、各ヘリオスタット１２から各反射鏡セグメントの反射面に集光され、各反射鏡セグメントの外縁から反射される太陽光の光路を考慮して、その光路が他の反射鏡セグメントから反射される太陽光の光路と交差しないように、第２反射鏡セグメント２２ないし第６反射鏡セグメント２６の大きさ、形状、回転二次曲面の曲率半径、配置場所等を考慮して決定される。【０１４８】
前記第５の実施形態において、反射鏡セグメントの反射面は、回転二次曲面に沿って配置された例を示したが、本発明で用いられる反射鏡セグメントの反射面は、複数の１次反射鏡によって集光点に向けて集光される太陽光を反射して集光面に収束させることが可能な曲面であれば、いずれの曲面に沿って配置されていてもよく、特に制限されない。また、前記実施形態において、反射面を配置する曲面の具体例として例示した回転二次曲面として、回転双曲面および回転楕円面から選ばれる少なくとも１種の曲面が挙げられる。各反射鏡セグメントの反射面は、全部が回転双曲面または回転楕円面に沿って配置されていてもよいし、一部の反射面が回転双曲面に沿って配置され、他の反射面が回転楕円面に沿って配置されていてもよい。また、各反射鏡セグメントが複数の反射鏡ユニットの集合体で構成されている場合、集合体を構成する反射鏡ユニットが、回転双曲面および回転楕円面から選ばれる少なくとも１種の曲面に沿って配置されていてもよい。さらに、反射面が回転双曲面に沿って配置された反射鏡セグメントからなる反射鏡群では、各ヘリオスタットから集光点（回転双曲面の上方焦点）までの光路およびその集光点から集光面までの光路が比較的短い特長を活かして、多数のヘリオスタットが広い面積に亘って配置され、反射鏡群が高所に配置される大規模な太陽光エネルギ利用システムに好適である。また、反射面が回転楕円面に沿って配置された反射鏡セグメントからなる反射鏡群では、各ヘリオスタットから集光点（回転楕円面の上方焦点）までの光路およびその集光点から集光面（回転楕円面の下方焦点）までの光路が比較的長い特長を活かして、反射鏡群が低位に配置される小規模な太陽光エネルギ利用システムに好適である。【０１４９】
＜第６の実施形態＞
次に、図１６は、本発明の第５の実施形態に係る太陽光集光用反射装置を用いた、第６の実施形態に係る太陽光エネルギ利用システムの一例を示す概念図である。
図１６に示す太陽光エネルギ利用システムは、ヘリオスタット（一次集光系）ＦＣと、二次集光系ＳＣと、三次集光系（ＣＰＣ）５７と、太陽光集熱器５１と、高温熱媒タンク５２と、熱交換器５３と、低温熱媒タンク５４と、熱媒体浄化系５５とを備える。そして、太陽光集熱器５１と、高温熱媒タンク５２と、熱交換器５３と、低温熱媒タンク５４と、熱媒体浄化系５５とは、それぞれ熱媒体が流通する流路で連絡され、また、各所にバルブ、ポンプ等が配置されている。【０１５０】
この太陽光エネルギ利用システムにおいて、二次集光系ＳＣは、前記の複数の反射鏡セグメントからなる反射鏡群を備える本発明の太陽光集光用反射装置で構成される。【０１５１】
なお、図１６に示す太陽光エネルギ利用システムでは、太陽光集熱器５１は、その上部に、反射鏡群に向けて開口する三次集光系（ＣＰＣ）５７を備えるが、太陽光集熱器５１は、上部に三次集光系（ＣＰＣ）５７を設置しないものでもよい。【０１５２】
また、太陽光集熱器５１は、上方に開口する開口部を通って太陽光が内面の受光面に入射するものが望ましい。
この太陽光集熱器５１において、三次集光系（ＣＰＣ）５７を備える場合には、その三次集光系（ＣＰＣ）５７の開口部に、三次集光系（ＣＰＣ）５７を有しない場合には、太陽光集熱器５１の開口部に、前記ヘリオスタットＦＣによって集光され二次集光系ＳＣ（本発明の太陽光集光用反射装置）によって反射された太陽光が収束する集光面３が位置するように構成されることが望ましい。【０１５３】
また、高温熱媒タンク５２と、熱交換器５３と、低温熱媒タンク５４と、熱媒体浄化系５５とは、特に制限されず、用いる熱媒体、容量、熱媒体の要求純度等に応じて適宜選択される。【０１５４】
この太陽光エネルギ利用システムにおいては、太陽Ｓからの太陽光ＳＢが、ヘリオスタットＦＣによって、二次集光系である太陽光集光用反射装置ＳＣに集光され、さらに、太陽光集光用反射装置ＳＣによって太陽光集熱器５１に集光されて太陽光集熱器５１の太陽光導入口５６から導入される。導入された太陽光ＳＢは、太陽光集熱器５１の受光面に照射されて、受光面に配置される熱媒体が加熱される。加熱されて熱エネルギを保持した熱媒体は、太陽光集熱器５１の下部に設けられた熱媒体導出部から導出される。熱媒体導出部から導出された熱媒体は、流路を通って高温熱媒タンク５２に給送される。そして、この高温熱媒タンク５２に給送された熱媒体は、熱交換器５３に供給され、熱エネルギを、熱交換器５３に連結された、熱エネルギ利用設備に供給する。この熱エネルギ利用設備としては、例えば、蒸気タービン発電、炭化水素の熱分解、天然ガスや石炭からの液体燃料の製造等が挙げられる。【０１５５】
熱交換器５３によって熱エネルギの一部を熱交換されて温度が低下した熱媒体は、低温熱媒タンク５４に給送され一時貯留される。そして、低温熱媒タンク５４に一時貯留された低温の熱媒体は、熱媒体浄化系５５で清浄化され、再び、太陽光集熱器５１に供給される。【０１５６】
また、本発明の太陽光集光用反射装置によって得られる太陽光の熱エネルギを改質反応炉に利用する場合、例えば、メタンＣＨ4と水Ｈ2Ｏを反応させて合成ガス（ＣＯ，Ｈ2）を製造するプロセスに適用する場合、改質反応炉は、太陽光集熱器５１の代わりに、同一の位置に配置される。このとき、前記のとおり、受光面での入射光熱流束を制御して、均一な熱流束によるエネルギの平坦化を図ることができれば、前記改質反応炉に利用する熱エネルギとして有効である。【０１５７】
＜第７の実施形態＞
次に、本発明の第７の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の第７の実施形態においては、北半球に、集光点に集熱器を配置するタワー方式の集光システムを設置する場合について説明する。南半球に、太陽光集光システムを設置する場合は、以下に説明する第７の実施形態における第１のヘリオスタットおよび第２のヘリオスタットの南北方向の配置を逆にすることで構成することができる。また、ビームダウン方式の集光システムは、集光点の近傍に集光用反射鏡を配置し、その集光用反射鏡によって太陽光を地上に向けて下向きに反射させ、地上付近に設けた集熱器に集光させる以外は、以下の第７の実施形態と同じ構成を有するので、説明を省略する。【０１５８】
図１７は、本発明の第７の実施形態に係る太陽光集光システムを示す概念図である。
この太陽光集光システム３１は、ヘリオスタット群Ａとヘリオスタット群Ｂとを備える。
ヘリオスタット群Ａは、太陽光ＳＢを集光点Ｆａに集光させる複数の第１のヘリオスタット３２から構成される。また、ヘリオスタット群Ｂは、集光点Ｆａよりも北側に位置する集光点Ｆｂに太陽光ＳＢを集光させる複数の第２のヘリオスタット３３から構成される。前記ヘリオスタット群Ａを構成する複数の第１のヘリオスタット３２による反射光Ｂ２の光路と、ヘリオスタット群Ｂを構成する複数の第２のヘリオスタット３３による反射光Ｂ３の光路とが、各ヘリオスタットが属するヘリオスタット群の集光点Ｆａ、Ｆｂに向けて形成されるように、第１のヘリオスタット３２および第２のヘリオスタット３３が配置される。【０１５９】
第１のヘリオスタット３２は、図１８（ａ）に示す反射鏡面２ａが太陽と前記集光点Ｆａに対面する方向に配向されるように地面に固定的に配置される。すなわち、第１のヘリオスタット２は、反射鏡面２ａの法線を対称軸として、太陽光と、その太陽光を反射して集光点Ｆａに至る反射光とが対称の関係を有するように、反射鏡面２ａの向きが調整される。【０１６０】
この第１のヘリオスタット３２は、例えば、図１８（ａ）に示すように、反射鏡面３２ａと、片面に反射鏡面３２ａを有する枠体３２ｂと、枠体３２ｂを支持して地面に立設される支柱３２ｃとを備えるものである。反射鏡面３２ａは、例えば、ガラス、透明性プラスチック等からなる透明基板の片面に金属を蒸着して反射膜を形成してなる反射体を所要の形状および面積に敷設して形成することができる。【０１６１】
この第１のヘリオスタット３２は、太陽高度の日中変化および季節的変化に応じて、太陽を追尾して、反射鏡面３２ａが太陽と前記集光点Ｆａに対面する方向に配向されるように、例えば、枠体３２ｂを支柱３２ｃに架設する支軸３２ｄを軸方向およびその軸方向に垂直な方向に回動自在とするように構成できる。また、この第１のヘリオスタット３２は、反射鏡面３２ａに付随して太陽電池を配設して、その太陽電池によって、太陽を追尾して枠体３２ｂを回動させるための動力を得るようにすることができる。【０１６２】
第２のヘリオスタット３３は、反射鏡面３３ａが太陽と前記集光点Ｆｂに対面する方向に配向されるように配置される。すなわち、第２のヘリオスタット３３は、反射鏡面３３ａの法線を対称軸として、太陽光ＳＢと、その太陽光を反射して集光点Ｆｂに至る反射光ＲＢ３とが対称の関係を有するように、反射鏡面３３ａの向きが調整される。【０１６３】
この第２のヘリオスタット３３は、図１８（ｂ）に示すように、反射鏡面３３ａと、反射鏡面３３ａを回動自在に軸支する回動軸３３ｂと、回動軸３３ｂが横架された支持枠３３ｃと、支持枠３３ｃを軸支する回転支持台３３ｄと、回転支持台３３ｄを支持する基台３３ｅとを備える。
この第２のヘリオスタット３３において、鉛直方向に対する反射鏡面３３ａの角度βは、回動軸３３ｂを中心軸として反射鏡面３３ｄを回動させることによって調整される。また、水平方向に対する反射鏡面３３ａの角度αは、回転支持台３３ｄを回転させることによって調整される。回動軸３３ｂおよび回転支持台３３ｄは図示しない駆動モータ等によって駆動することができる。【０１６４】
この第２のヘリオスタット３３は、基台３３ｅの下部に移動用車輪等の走行駆動手段を備え、この走行駆動手段によって、第２のヘリオスタット３３自体を、所要の位置に自立移動できるように構成することができる。これによって、太陽高度の日中変化および季節的変化に応じて、第１のヘリオスタット３２による影を避ける位置に、自立移動するとともに、回動軸３３ｂおよび回転支持台３３ｄによる反射鏡面３３ａの角度αおよび角度βを調整して、太陽光を反射して集光点Ｆｂに集光させることができる。この第２のヘリオスタット３３も、前記第１のヘリオスタット３２と同様に、太陽電池を設けて、その太陽電池によって、回動軸３３ｂ、回転支持台３３ｄおよび走行駆動手段の駆動のための動力を得るようにすることができる。【０１６５】
この第２のヘリオスタット３３は、前記ヘリオスタット群Ａを構成する複数の第１のヘリオスタット３２の間の太陽光が照射されている場所、すなわち、ブロッキングを回避するため、第１のヘリオスタット３２が配置されず、太陽光が地面に照射されている場所に配置される。したがって、第２のヘリオスタット３３は、第１のヘリオスタット３２の間に配置される。これによって、ブロッキングによって地面に陽が差している領域が消失し、ヘリオスタットが設置される領域に降り注ぐ太陽光をほぼ全部、複数の集光点に集光させて、集光された太陽光のエネルギを回収できる。したがって、ヘリオスタットを設置する領域に降り注ぐ太陽光の全光量に対して、実際にヘリオスタットで集光してエネルギとして利用できる太陽光の光量の割合であるフィールド効率は１００％に近づけることができる。【０１６６】
そして、第２のヘリオスタット３３は、前記第１のヘリオスタット３２よりも地面に近接した位置に配置される。ここで、第１のヘリオスタット３２よりも地面に近接した位置とは、第１のヘリオスタット３２の反射鏡面よりも第２のヘリオスタット３３の反射鏡面３３ａの方が低い位置に設置され、より地面に近い位置に配置されることをいう。これによって、ブロッキングによって地面に陽が差している領域に第２のヘリオスタット３３を密に配置することができるため、ブロッキングによって地面に陽が差している領域が消失し、ヘリオスタットが設置される領域に降り注ぐ太陽光をほぼ全部、複数の集光点に集光させることができ、そのため、集光システム全体の集光効率の向上を図ることができる。【０１６７】
そして、この第２のヘリオスタット３３は、図１８（ｃ）に示すように、太陽光が地面に照射されている場所に、その場所を覆うように、直列および並列に複数のヘリオスタット３３が配置される。各第２のヘリオスタット３３は、前記のとおり、反射鏡面３３ａの鉛直方向および水平方向に対する角度α、βを太陽高度の変動に応じて調整可能であるとともに、第１のヘリオスタット３２および隣接する第２のヘリオスタット３３の影を避けるため、基台３３ｅの下部に設けた走行駆動手段によって移動することができる。これによって、第２のヘリオスタット３３が、前記太陽を追尾して日中の時刻または季節に応じて、反射鏡面３３ａに最大の太陽光を受光できるように、配置位置を移動可能および反射鏡面３３ａを可動自在に構成されていることによって、第２のヘリオスタット３３は、太陽高度の日変化および季節的変化により時々刻々変化する第１のヘリオスタット３２の陰を避けた位置に移動させることができる。これにより、集光効率の向上を図ることができる。この第２のヘリオスタット３３を、太陽高度の日変化および季節的変化により時々刻々変化する第１のヘリオスタット３２の陰を避けた位置に移動させる場合に、第１のヘリオスタット３２の陰の時刻変化と第２のヘリオスタット３３の動きについてシミュレーションした結果を図１９に示す。このように、第２のヘリオスタット３３を移動させることによって、第１のヘリオスタット３２による影を避けて太陽光を集光することができるため、集光効率の向上に有効である。【０１６８】
ここで、図１７に示す２つの集光点Ｆａ、Ｆｂを有する太陽光集光システム１において、第２のヘリオスタット３３の配置について検討する。
図２０は、太陽Ｓ、タワーＴ（右の三角柱）との間の入射光および反射光の関係と、第１のヘリオスタット３２による陰および反射光の遮り（ブロッキング）の概念を図示したものである。この図２０においては、各ヘリオスタットは、簡単のため一枚の鏡で構成されているものとしている。図２０において、単位ベクトルｅ１、ｅ２、ｎは、それぞれ、太陽指向ベクトル、タワー指向ベクトルならびにヘリオスタットの外向き法線ベクトルである。これらのベクトルを用いた演算とヘリオスタットの辺の長さから、陰（shadow length）、ブロッキング長さ(Blocking length)を算出できる。ここで、ブロッキング長さとは、タワーから遠い位置にある第１のヘリオスタット３２の下辺でのタワーＴに向かう反射光がタワーに近い第１のヘリオスタット３２の上辺にかかる場合の、２つのヘリオスタットの配置間隔をいう。両ヘリオスタットをこの距離以上離せば、ブロッキングによる光の干渉は生じない。【０１６９】
タワーが１本の場合について、ヘリオスタットの配置と陰長さ、ブロッキング長さ、フィールド単位面積当たりのヘリオスタットで回収可能な光量の間の関係を図２１に示す。タワーＴを原点にして南北方向に、南側を正とする座標（ｙ）をとる。簡単のために、太陽の南中を想定する。図２１では、タワー高さＨ（集光点の高さ）は１２０ｍ、太陽高度φは４５度である。
図２１から、タワーＴを挟む範囲、すなわち、下記式を満足する範囲では、陰の長さ（図中、破線で示す）がブロッキング長さ（図中、一点鎖線で示す）よりも長い。
【数１】
0005011462.tif 000002
また、それより外側の領域、すなわち、下記式を満足する範囲では、逆である。
【数２】
0005011462.tif 000003
【０１７０】
そこで、鏡面の利用効率を向上するには、ヘリオスタット間での光の干渉を避けるため、下記式で表される範囲では、南北方向に相隣るヘリオスタットを、陰長さよりも長く、それより外側の領域ではブロッキング長さよりも長く、離して配置することが必要である。
【数３】
0005011462.tif 000004
【０１７１】
さらに、下記式で表される領域では、フィールド全体の中で光の干渉距離が最小であり、一方、その外側の領域ではヘリオスタットの位置によるブロッキング長さの変化が大きい。
【数４】
0005011462.tif 000005
【０１７２】
これらの性質から、図１８（ｃ）に示されたように、一定間隔で配置された短冊形の鏡（ファゼット３３ｆ）を乗せて鏡面３３ａを構成した第２のヘリオスタット３３は、下記式で表される領域に敷き詰めて配置するのが有効であることが分かる。
【数５】
0005011462.tif 000006
【０１７３】
一方、下記式で表される領域ではブロッキング長さが長いばかりか場所による変化も大きいので、第２のヘリオスタット３３の配置には向かず、第１のヘリオスタット３２を配置するのが有利である。
【数６】
0005011462.tif 000007
【０１７４】
上記の一本のタワーを有する集光システムについての考察から、複数タワー方式での集光システムにおいては、第２のヘリオスタット３３の配置は、以下のようにすることが望ましい。すなわち、第二のタワーに対して、第２のヘリオスタット３３を、第一のタワーに集光する第１のヘリオスタット３２の間に配置する、すなわち埋め込み用として、また、陰の長さがブロッキング長さよりも長くなるタワー周辺に用いるのが有利である。【０１７５】
図１７に戻って、第一のタワーに座標（ｙ）の原点をとり、Ｌをタワーの陰の長さとすると、
【数７】
0005011462.tif 000008
の領域には、第２のヘリオスタット３３を、
【数８】
0005011462.tif 000009
の領域にはブロッキング長さだけ離してまず第１のヘリオスタット３２を、ついで第二のタワーに集光する第２のヘリオスタット３３を、光の干渉を考慮して第１のヘリオスタット３２の間に埋め込む。【０１７６】
また、
【数９】
0005011462.tif 000010
の領域には第二のタワーに集光する第２のヘリオスタット３３を配置する。第一のタワーと第二のタワーの間の間隔４Ｌと各タワーから南北端までの距離Ｌ'、すなわち、２つのタワーの座標は、ヘリオスタットの数（コスト）と集光量とを考慮して最適の値が選択される。【０１７７】
図１７に示す集光システムにおいて、第１のヘリオスタット３２の間に配置可能な第２のヘリオスタットの数は、下記式で表される。
【数１０】
0005011462.tif 000011
ここで、Ｎは単位フィールド長さにおけるヘリオスタットの数、ＢＬはブロッキング長さ、ＳＬは陰長さを示し、添字ｎは第２のヘリオスタット（第２のタワー（北側に配置）への集光）、添字ｓは第１のヘリオスタット（第１のタワーへの集光）を示す。【０１７８】
＜第８の実施形態＞
次に、図２２（ａ）および図２２（ｂ）は、本発明の第８の実施形態に係る太陽光集光システムにおけるヘリオスタット群Ａおよびヘリオスタット群Ｂの配置を説明する図である。
この集光システムでは、図２２（ａ）に示すように、複数の集光点Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３・・・ＦＮ・・・が南北方向に配列して形成されるように、ヘリオスタット群Ａと、ヘリオスタット群Ｂとを配置して形成される集光システムを、東西方向に適正間隔で複数列配置する。【０１７９】
この太陽光集光システムでは、図２２（ｂ）に示すように、隣接するヘリオスタット群Ｂh1（ｈ１は１以上の整数）とヘリオスタット群Ａk1（ｋ１は２以上の整数）とが、１つの集光点を形成することによって、一の集光点Ｆａの北側に、前記他の集光点Ｆｂが形成されるように、ほぼ同じ間隔で、所要数の集光点を南北方向に直列に形成でき、ヘリオスタットが設置される領域の広さに左右されず、かつ細長い土地でも、高効率で目的の集光量の太陽光を回収できる。
この集光システムでは、円形や方形に近い形状のフィールドの集光を効率化できる。さらに、形成される複数の集光点の位置が列ごとに互い違いになるようにずらしてヘリオスタット群を配置すれば、陰の影響を低減できる効果がある。【０１８０】
＜第９の実施形態＞
また、図２３（ａ）および図２３（ｂ）は、本発明の第９の実施形態に係る太陽光集光システムにおける集光点およびヘリオスタット群の配置を説明する図である。
図２３（ａ）に示す太陽光集光システムは、第１のヘリオスタットからなるヘリオスタット群が配置された領域（フィールド）Ａ２，Ａ３と、第１のヘリオスタットと第２のヘリオスタットとが混在する領域（フィールド）Ａ１，Ａ４とからなるユニット４１を含み、前記ユニット４１を構成するヘリオスタット群によって形成される３つの集光点Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３が、集光点Ｆ２と集光点Ｆ３を結ぶ線を底辺とし、その底辺が東西方向に配向された三角形Ｄの頂点上にＦ１が位置するように配列されている。この三角形Ｄは、底辺が東西方向に配向された二等辺三角形であることが、集光効率の等高線が南北方向に細長い楕円形に類似した形状であることから、集光効率の向上を図る上で有効である。【０１８１】
この集光システムでは、まず、集光量が最大となる集光点を選択するように第１のヘリオスタットを配置し、ついでブロッキングが発生している領域に、第２のヘリオスタットを配置して、ヘリオスタットの北側に位置するものの内、集光量が最大になる集光点に集光するようにすることができる。これによって、第２のヘリオスタットは、太陽光の照射角の季節・日中の変化に応じて、随時最適な集光点を選択できるので、ヘリオスタットを固定設置する集光システムと比較して年間の集光量を最大化できる。【０１８２】
そして、図２３（ｂ）に示すように、前記の３つの集光点Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３を形成するユニットを東西方向および南北方向に三角格子状に配列して、大規模な集光システムを構築することができる。この図２３（ｂ）に示す太陽光集光システムでは、前記ユニットを東西方向および南北方向に三角格子状に配列することによって、円形や方形に近い形状のフィールドにおける集光を効率化できる。また、タワーの位置が列ごとに互い違いになるようにずらして配置すれば、陰の影響を低減できる。また、このような構成によれば、第１のヘリオスタットおよび第２のヘリオスタット、ならびに集熱器または集光用反射鏡を設置する場所の広狭、傾斜、形態等の地理的条件に応じて、適宜、最適な配置を構成することができる自由度が高く、商業的に大規模な太陽光集光システムを構築する際に有効である。【０１８３】
以上説明した第７の実施形態、第８の実施形態および第９の実施形態は、第１のヘリオスタットと、第２のヘリオスタットとは、異なる形態のものを用いた例であるが、本発明の太陽光集光システムにおいては、第１のヘリオスタットと、第２のヘリオスタットとして、同一の形態のものを用いてもよい。例えば、第１のヘリオスタットと、第２のヘリオスタットとして、前記図１８（ａ）に示す形態のものを用いてヘリオスタット群を構成してもよい。すなわち、複数の図１８（ａ）に示す形態のヘリオスタットを配置して一のヘリオスタット群Ａを構成して、まず、一の集光点Ｆａに太陽光を集光させ、そして、配置した図１８（ａ）に示す形態のヘリオスタットの間の地面で太陽光が照射されている場所に、他の複数の図１８（ａ）に示す形態のヘリオスタットを、反射鏡面を前記配置したヘリオスタットとは異なる方向に向けた他のヘリオスタット群Ｂを構成して、他の集光点Ｆｂに太陽光を集光させて集光システムを構成することができる。さらに、同様にして、第１のヘリオスタットと、第２のヘリオスタットとして、前記図１８（ｂ）に示す形態のものを用いて複数のヘリオスタット群を構成してもよい。【０１８４】
以上説明した本発明の太陽光集光システムは、前記の太陽光集光システムにおける複数のヘリオスタット群によって形成される各集光点に集熱器または集光用反射鏡を配置して、集光される太陽光のエネルギを集熱器または集光用反射鏡の下部に設けた集熱器によって回収することによって、ヘリオスタットを設置する領域に降り注ぐ太陽光を高いフィールド効率で集光して、集光された太陽光の熱エネルギを高効率で利用できる。例えば、太陽光集光系と、太陽光集熱器と、高温熱媒タンクと、熱交換器と、低温熱媒タンクと、熱媒体浄化系とを備える太陽光エネルギ利用システムを構築することができる。そして、太陽光集光系として、前記本発明の太陽光集光システムを用いることができる。【０１８５】
この太陽光エネルギ利用システムにおいては、太陽光が、太陽光集光システムによって集光され、さらに、太陽光集熱器によって集光されて太陽光のエネルギが回収される。太陽光のエネルギは、太陽光集熱器において、熱媒体を加熱し、加熱されて熱エネルギを保持した熱媒体によって回収される。熱媒体は、熱交換器に供給され、熱エネルギを、熱交換器に連結された、熱利用設備に供給する。この熱利用設備としては、例えば、蒸気タービン発電、炭化水素の熱分解、天然ガスや石炭からの液体燃料の製造等が挙げられる。【０１８６】
本発明の太陽光エネルギ利用システムにおいては、各種の実施形態が可能である。例えば、太陽光集熱器として、前記第１の実施形態または第３の実施形態に係る太陽光集熱器を用いることができる。これによって、前記集熱器として、前記第１の実施形態または第３の実施形態の太陽光集熱器を用いて、ヘリオスタット群によって高いフィールド効率で集光された太陽光のエネルギを高い利用効率で回収して、太陽光の熱エネルギを高効率で利用できる。【０１８７】
また、この太陽光エネルギ利用システムにおいて、太陽光集光用反射鏡として、前記第５の実施形態に係る太陽光集光用反射装置を用いることができる。これによって、複数の１次反射鏡からなる複数のヘリオスタット群によって太陽光を高いフィールド効率で集光して、集光された太陽光を前記太陽光集光用反射装置によって効率よく集熱器に収束させることによって、太陽光の熱エネルギを高効率で利用できる。【０１８８】
さらに、この太陽光エネルギ利用システムにおいて、太陽光集熱器として、前記第１の実施形態または第３の実施形態に係る太陽光集熱器を用い、太陽光集光用反射鏡として、前記第５の実施形態に係る太陽光集光用反射装置を用いることができる。これによって、複数の１次反射鏡によって集光点に向けて反射される太陽光を、前記太陽光集光用反射装置によって効率よく集熱器に集光させるとともに、集光された太陽光を、前記第１Ａの発明に係る太陽光集熱器に収束させ、その収束された太陽光のエネルギを高い利用効率で熱媒体に蓄熱し、その蓄熱エネルギを利用することができる。【０１８９】
さらにまた、太陽光エネルギ利用システムにおいて、太陽光エネルギを利用して発電を行うシステムは、蒸気タービンを用いるランキンサイクル型のシステム、ガスタービンを用いる開放ブレイトンサイクル型のシステム等のいずれの形態のシステムも適用可能であり、太陽光エネルギ利用システムのシステム全体の構成、太陽光エネルギの利用目的、立地条件等の各種の条件に応じて適宜選択することができる。例えば、発電を主要な目的とするシステムの場合には、発電機を駆動するエネルギとして、太陽光集熱器によって熱媒体に蓄熱される太陽光の熱エネルギの全部を利用することができる。また、発電システムと化学プラント等の他のシステムとを組み合わせた複合システムの場合には、太陽光の熱エネルギを発電システムと他のシステムとに、両者のエネルギ利用形態、熱媒体の温度等を考慮して、太陽光のエネルギを分配して効率的に利用できるようにすることができる。【０１９０】
次に、太陽光エネルギ利用システムとして、太陽光エネルギを利用して発電を行うシステムの具体例について説明する。【０１９１】
図２４は、太陽光エネルギを、ガスタービンを備える発電プラントの熱エネルギ源として利用する開放ブレイトンサイクル型の発電システム（ソーラーガスタービンシステム）の具体例を示す（Sinai，J． et al.”Adaptation and modification of gas turbines for solar energy applications”, GT 2005-68122, proc. ASME Turbo Expo 2005, 2005）。このソーラーガスタービンシステムは、作動媒体の空気を十分高温に加熱できれば、作動媒体として蒸気タービンを用いるランキンサイクル型のシステムよりも高い発電効率を達成することができる。【０１９２】
図２４に示すソーラーガスタービンシステム７０は、外気を吸引して圧縮する圧縮機７１、膨張仕事をするタービン７２と発電機７３を備える。そして、地表に配置された複数の反射鏡（ヘリオスタット：図示せず）で太陽光を反射して、タワーの上部に設けた受光器（レシーバ）７４に集光し、圧縮機７１から受光器７４に供給された高圧空気を太陽光の集光熱で直接加熱して高温高圧の空気が生成する。生成した高温高圧空気はタービン７２に導入されて膨張仕事をし、タービン７２の軸に直結された発電機７３で発電が行われる。【０１９３】
このソーラーガスタービンシステム７０において、タービン７２における高温高圧空気の膨張仕事の３／５は、圧縮機７１の軸動力として消費されるため、発電出力は（タービンの軸動力）―（圧縮機の所要軸動力）に等しい。膨張仕事を終えたタービン排気は、もっとも単純なサイクルの場合、大気中に放散される。【０１９４】
このソーラーガスタービンシステム７０においては、タービン入口７２ａにおける高温高圧空気の温度を少なくとも１０００℃以上にするため、構成部材、例えば、受光器７４を構成する熱交換部材は、耐熱合金であることが望ましい。また、タービンの作動媒体（空気）を、太陽光の集光熱で直接加熱し、タービンで仕事をさせるため、日射のある昼間だけでなく、夜間においては、昼間の間に熱媒体に蓄熱した太陽光の熱エネルギを利用して、または、図２４に示すように、燃焼器７５における燃焼エネルギによって、作動媒体を加熱してタービンに供給することが望ましい。なお、バイパスは、緊急時にシステムを隔離して、熱の供給を停止するため、また、ガスタービンの入口７２ａにおける作動媒体の温度を制御するためのものである。【０１９５】
夜間の化石燃料消費を削除し、太陽熱エネルギーのみで２４時間発電を可能とするために、図２５に示すガスタービン発電システム１００は、太陽光集光用反射鏡によって集光された太陽光を、太陽光集熱器に収束させ、その収束された太陽光のエネルギを熱媒体に熱エネルギとして蓄熱し、その蓄熱された熱エネルギの一部を、作動媒体として超臨界状態の二酸化炭素を用いてガスタービン発電プラントに供給して発電を行うものである。【０１９６】
図２５に示すガスタービン発電システム１００は、太陽光集熱器１０１と、溶融塩熱交換器１０２と、タービン１０３と、発電機１０４とを備える。さらに、タービン１０３の出口１０３ａと溶融塩熱交換器１０２の入口１０２ａとの間に、再生熱交換器１０５と、前置冷却器１０６と、低圧圧縮機１０７と、中間冷却器１０８と、高圧圧縮機１０９とからなる再生サイクルを備える。【０１９７】
このガスタービン発電システム１００は、太陽光集熱器１０１において溶融塩に蓄熱された太陽光の熱エネルギを熱源としてガスタービンサイクルを駆動するものである。このガスタービン発電システム１００においては、前置冷却器１０６で臨界温度近傍まで冷却された二酸化炭素（作動媒体）は低圧圧縮機１０７で圧縮され、昇温した作動媒体（二酸化炭素）は、中間冷却器１０８で、再度、臨界温度近傍まで冷却された後、高圧圧縮機１０９で昇圧されて超臨界状態の二酸化炭素となる。そして、作動媒体（超臨界状態の二酸化炭素）は、再生熱交換器１０５でタービン１０３の出口１０３ａから排出される排気ガスの排熱を回収して昇温した後、溶融塩熱交換器１０２において、太陽光集熱器１０１において溶融塩に蓄熱された太陽光の熱エネルギを吸収して、さらに昇温してタービン１０３に導入され、膨張仕事を行い、降温する。このタービン１０３の出口１０３ａから排気された作動媒体は、その排気が持つ熱エネルギを、再生熱交換器１０５において、高圧圧縮機１０９の出口から排出されるガスに移行させた後、前置冷却器１０６において臨界温度近傍まで冷却されて、再び、低圧圧縮機１０７に供給される。この作動媒体（二酸化炭素）の循環サイクルを通じて、太陽光の熱エネルギによって、作動媒体の膨張仕事によって駆動されるタービンによって発電機１０４における発電が行われる。なお、本発明における「超臨界状態の二酸化炭素」とは、臨界圧力（７．３７５ＭＰａ）以上の圧力状態の二酸化炭素を言う。【０１９８】
このガスタービン発電システム１００において、中間冷却器１０８は、高圧圧縮機１０９の入口における作動媒体の温度を下げることにより、高圧圧縮機１０９における圧縮仕事を低減させる役割を有する。
また、再生熱交換器１０５は、タービン１０３からの高温の排気ガスが有する熱エネルギーをサイクル内部で回収し、投入熱量を節約することで、ガスタービンサイクルの熱効率の向上に寄与する。
このように、循環サイクル化することによって、ガスタービンサイクルの熱効率の最大値が高圧圧縮機１０９の圧力比が小さいところに存在するので、ガスタービンの耐圧設計が容易になる利点がある。【０１９９】
このガスタービン発電システム１００では、太陽光集熱器１０１に集熱した太陽光の熱エネルギを、蓄熱媒体に蓄熱するとともに、溶融塩熱交換器１０２を介して、その一部をガスタービン発電システム１００における発電に利用することによって、日射量の日量変化に依存せず、一定の出力で昼夜発電できるシステムとすることができる。このとき、作動媒体の使用可能温度範囲（中温度＜１０００℃）で動作し、しかも蒸気タービンの効率を越えるガスタービンサイクルとするためには、超臨界状態の二酸化炭素を作動媒体とする前記クローズドサイクルのガスタービンサイクルが、有効である。【０２００】
このガスタービンサイクルにおいて、作動媒体として超臨界状態の二酸化炭素を用いる理由は、下記の通りである。
一般に、気体の圧縮/膨張仕事は次式で表される。
【数１１】
0005011462.tif 000012
そして、後記のとおり、二酸化炭素の圧縮率因子ｚが臨界点近傍で急減する特性（最大で理想気体の１／５）を利用して、圧縮機の所要動力を大幅に低減できる利点がある。かつ、二酸化炭素の臨界条件（３１℃、７．４ＭＰａ）は常温近傍に存在するので、ブレイトンサイクルよりも低温度で熱効率が高いサイクルを構成できる利点がある。【０２０１】
また、ブレイトンサイクルよりも高圧であるが、再生サイクルを採用すればガスタービンサイクルの熱効率の最大値が低圧力比側にシフトするので、設計可能である。
さらに、このガスタービン発電システム１００における作動媒体の再生サイクルでは、再生熱交換器１０５の温度効率がサイクルの熱効率の値を大きく左右する。特に、温度効率が０．９５以上の高いサイクル熱効率を実現できる。そこで、再生熱交換器１０５として熱交換器の一種であるＰＣＨＥ（Printed Circuit Heat Exchanger）を利用することが望ましい。通常の熱交換器では経済的な制約から０．８５程度である温度効率を０．９５以上に高くすることが可能で、しかもコンパクトな熱交換器を実現してコスト低減に有効であり、さらに、高い耐圧性も実現することができるからである。また、中間熱交換器１０８または再生熱交換器１０５に高伝熱性能かつ圧力損失が低い特性を有するＰＣＨＥを用いれば、低コストで高効率の熱輸送が可能である。特に、再生熱交換器１０５は温度効率が高いほどサイクル熱効率は高くなり、９５％で従来のソーラーガスタービン（開放型ブレイトンサイクル）を凌ぐことができる。この再生熱交換器１０５の好ましい温度効率は９８％である。【０２０２】
圧縮機（低圧圧縮機１０７、高圧圧縮機１０９）は、軸流型と遠心型のいずれでもよいが、軸流圧縮機の断熱効率は高いが、翼に作用する力が作動媒体の密度が高いために大きく、機械強度の観点から許容できない可能性がある。一方、二酸化炭素を作動媒体とする圧縮機（低圧圧縮機１０７、高圧圧縮機１０９）の仕事は、圧縮係数が小さい領域で動作させるので小さく、その断熱効率がサイクル熱効率に及ぼす影響は小さい。このことから、圧縮機を、機械強度的にロバストな遠心型にすることが望ましい。
また、タービン１０３は、大きな仕事を発生させる軸流タイプが望ましい。【０２０３】
また、前記のガスタービンシステムの圧縮機（低圧圧縮機１０７、高圧圧縮機１０９）の駆動に要する仕事は、タービン１０３における作動媒体の膨張仕事の一部で賄われる。したがって、発電機１０４における発電出力Ｑは、タービン１０３での膨張仕事ＷＴから圧縮機（低圧圧縮機１０７、高圧圧縮機１０９）の仕事ＷＣを差し引いたもの、すなわち次式で与えられる。
【数１２】
0005011462.tif 000013
ここで、もし、作動媒体が理想気体の場合には、ＷＣはＷＴの３／５にもなる。したがって、ＷＣを小さくすることで、発電出力Ｑを大きくし、かつ熱効率の向上を得ることができる。そこで、二酸化炭酸の臨界状態近傍の物性値について検討すると、まず、図２６は二酸化炭素の圧縮率係数ｚの温度圧力依存性を示す。図２６において、三角マークが臨界点を示す。【０２０４】
この図２６から、３００Ｋの常温近傍に圧縮率係数ｚの値が小さい領域が存在し、５００Ｋ付近では理想気体の値である１に漸近することがわかる。したがって、常温近傍でのｚの圧力依存性は大、一方、高温での圧力依存性は小さい傾向がある。ちなみに、圧縮機（低圧圧縮機１０７、高圧圧縮機１０９）の入口における作動媒体の温度を３５度（３０８Ｋ）とすると、ｚの最小値を与える圧力は９〜１０ＭＰａに存在するので、圧縮機の入口における作動媒体の圧力をこの近傍に選べばよい。一方、タービン１０３での膨張仕事は大きいほうが良いので、タービン１０３の入口における作動媒体の温度を５００Ｋ以上にする。圧縮機（低圧圧縮機１０７、高圧圧縮機１０９）とタービン１０３の好ましい作動領域を図２６中に示す。式（１）と式（２）から、ガスタービンの効率向上を期待できることがわかる。このとき、タービン１０３の入口における作動媒体の圧力は、再生サイクルの最適圧力比と圧縮機（低圧圧縮機１０７、高圧圧縮機１０９）の入口における作動媒体の圧力とから逆算される値を選択する。このように、ガスタービン構成機器の入口圧力・温度条件を最適化するようにサイクルを構成することができる。【０２０５】
図２５中に、中間熱交換器１０８と再生熱交換器１０５を備えるガスタービン発電システムにおける熱バランスの試算例を示す。すなわち、溶融塩熱交換器１０２における交換熱量、低圧圧縮機１０７、高圧圧縮機１０９の入口における作動媒体の温度、タービン１０３の入口における作動媒体の温度・圧力をそれぞれ図２５に示した値に、圧縮機とタービン１０３の断熱効率をそれぞれ０．９、０．９３に、再生熱交換器１０５の温度効率は９８％に固定し、タービンの膨張比をパラメータにして熱バランスを計算した。この試算例では、溶融塩熱交換器１０２からの作動媒体への入熱が５０ＭＷのときに、２３．６ＭＷの電気出力が得られる。したがって、サイクル熱効率は４７．２％であり、図２４に示したブレイトンサイクルの効率（３３％）、さらには、従来の蒸気タービンの効率（３９％）を上回っている。【０２０６】
また、図２７は、タービン入り口の作動流体の温度が８００Ｋ（５２７℃）の条件下、図２５に示した再生熱交換器と中間熱交換器１０８とを備えるガスタービン発電システム（図２７中のＲＣ＋ＩＣサイクル）と、再生サイクルを有しないガスタービン発電システム（図２７中のＩＣサイクル）とについて、比出力―サイクル熱効率の関係を示す図である。この図２７から、再生サイクルを有しないガスタービン発電システム（図２７中のＩＣサイクル）では、タービン１０３の膨張率が２０のときに熱効率が最大（２６％）になり、比出力も大きい。しかし、このような大きい膨張率は作動媒体が二酸化炭素の場合は、システムが高圧になりすぎ、実現困難である。これに対して、再生熱交換器１０５を備えるガスタービン発電システム（図２７中のＲＣ＋ＩＣサイクル）では、サイクル熱効率が最大で４７％に向上することがわかる。このように、本再生サイクルでは、既出の図２４に示した開放型ブレイトンサイクルに比べてタービン入り口温度が低くても、高いサイクル熱効率を達成できる。既出の図２５はこの最適条件下での熱平衡線図を示したものである。【０２０７】
次に、図２８は、サイクル熱効率の膨張比依存性を示す。この図２８から、最大熱効率を与える膨張率は１．５５であり、十分製作可能なタービンである。ただし、比出力は、ＩＣサイクルの約５０％に低下するので、発電出力が小・中規模のガスタービンに向き、ソーラー応用に好適であると言える。タービン１０３の入口における作動媒体の圧力は２０ＭＰａ付近に最適値があることが分かる。【０２０８】
図２９は、再生熱交換器の温度効率がサイクル熱効率に及ぼす影響を示す図である。なお、図２９の右縦軸のＳｐｅｃｉｆｉｃ  ｈｅａｔ  ｄｕｔｙ  ｏｆ  ｒｅｃｕｐｅｒａｔｏｒおよび図中のＳｐｅｃｉｆｉｃ  Ｑｒｅｃｕｐは、再生熱交換器の比熱負荷を示す。この比熱負荷が大きいと、所要熱交換を達成するうえでの再生熱交換器は小さくてすむ。
図２９から、通常の熱交換器の温度効率８５％程度では、サイクル熱効率が２０％程度にしかならないが、温度効率が９８％では熱効率は４７％になることが分かる。特に、温度効率が９５％以上での感度が大きい。これより、再生熱交換器１０５を備えるガスタービン発電システム（図２７中のＲＣ＋ＩＣサイクル）の特徴は、高効率の再生熱交換器との組み合わせで初めて実現できることが分かる。
そして、作動流体の温度・圧力範囲を考慮すると、耐圧、耐熱性に優れたＰＣＨＥ（Printed Circuit Heat Exchanger）が最適である。図２６に示した事例では、シェルアンドチューブ型熱交換器の総容積は１２５ｍ３になるが、ＰＣＨＥでは１０ｍ３と１２分の１で済み、機器配置スペース、コストの両面で有利である。ここで、ＰＣＨＥは、エッチングによって、水力等価直径０．６ｍｍ程度の流路を刻設した厚さ１ｍｍ程度の金属板を、高温側流路と低温側流路が交互に重ね合うように、多数枚を拡散接合して構成される熱交換器である。このＰＣＨＥは耐熱性および耐圧性が高く、高温・高圧で運転される超臨界ＣＯ２ガスタービンサイクルシステムに好適である。【０２０９】
したがって、このガスタービン発電システム１００においては、太陽光集熱器１０１において溶融塩に蓄熱された太陽光の熱エネルギを、一旦、蓄熱媒体に蓄え、その一部をガスタービン発電プラントに供給することにより、２４時間の連続発電が可能となる。また、ガスタービンサイクルを、超臨界状態の二酸化炭素を作動媒体にした、中間熱交換器１０８を備える再生サイクルとすることにより、蓄熱媒体の運用温度範囲（中温度）で動作でき、しかもランキンサイクルよりも高い発電効率を確保できる。このような特徴を有するガスタービン太陽熱発電システムは、既存電源と競合可能な、二酸化炭素を発生しない発電システムを構築できる。【０２１０】
次に、図３０は、ガスタービン発電システムと化学プラントとを結合させた太陽光エネルギ複合利用システムの具体例を示す。
図３０に示す太陽光エネルギ複合利用システム１１０は、太陽の光エネルギーをヘリオスタット１１１で反射し中央反射鏡１１２で集光した太陽光を太陽光集熱器１１３で受光して、受光した太陽光の熱エネルギを溶融塩に蓄熱してガスタービン発電システムおよび化学プラントにエネルギを供給して発電および化学プロセスを行うシステムである。なお、図３０は中央反射鏡１１２を備えるシステムを示すが、これがない場合、すなわち太陽光集熱器が高所にある、タワーアップ方式であってもよい。【０２１１】
この太陽光エネルギ複合利用システム１１０において、溶融塩等の蓄熱材は、ポンプＰ３によって低温蓄熱容器１１４から太陽光集熱器１１３に供給され、太陽光集熱器１１３で受光した太陽光の熱エネルギを吸収して高温となり、ポンプＰ１によって高温蓄熱容器１１５に送給されて貯留される。そして、高温の蓄熱材は、第１蓄熱材熱交換器１１６に供給されて、再生熱交換器１１７を通って、タービン１１８からの排ガスの排熱を回収した二酸化炭素に熱エネルギを供給する。さらに、第２蓄熱材熱交換器１１９において、化学プロセス、海水淡水化などに熱を供給する化学プラントサイクルに熱エネルギーを供給して、所定の温度で低温蓄熱容器１１４に戻る。【０２１２】
第１蓄熱材熱交換器１１６で加熱された二酸化炭素は、タービン１１８で膨張仕事を行い、発電機１２０によってその一部またはほぼ全部を電気エネルギーに変換する。タービン１１８で仕事を終えた排気ガス（作動流体）は、再生熱交換器１１７でその熱エネルギーの一部を圧縮機１２１で加圧された作動媒体に与えた後、冷却器１２２で所定の温度に冷却されて、圧縮機１２１に導入される。圧縮機１２１で加圧され再生熱交換器１１７で加熱された作動媒体は第１蓄熱材熱交換器１１６に導入されて、太陽熱エネルギーで加熱され、ガスタービン発電サイクルが一巡する。この発電サイクルにおいて、比出力を向上させるため、圧縮機１２１は、図２５に示す低圧圧縮機１０７と、中間熱交換器１０８と、高圧圧縮機１０９とから構成されるインタークーリング（ＩＣ）サイクルであることが好ましい。あるいは、冷却器で冷却された作動媒体の一部を分岐し、第三の圧縮機に導いて圧縮後、再生熱交換器に導いてもよい。この太陽光エネルギ複合利用システム１１０において、高温蓄熱容器１１５から第１蓄熱材熱交換器１１６に供給する熱エネルギーを制御すれば、２４時間、第１蓄熱材熱交換器１１６に所定量の熱エネルギーを供給できるので、夜間も一定出力で発電することができる。第１蓄熱材熱交換器１１６での作動媒体（二酸化炭素）の加熱に、化石燃料を燃焼させて補助的に熱を供給することも可能である。化学プラントの具体例として、石炭ガス化プロセスのＣＭＭ（スラリー）を加熱蒸発するプラント、あるいは熱で蒸気を発生し海水淡水化の熱源として用いることができる。また、蒸気温度が高い場合にはランキンサイクルを構成し、発電するシステムとすることが可能である。【０２１３】
これらのガスタービン発電システムおよび太陽光エネルギ複合利用システムにおいて、蓄熱媒体は、６００℃以下の動作温度では、硝酸系アルカリ塩（たとえば、ＮａＮＯ３，ＫＮＯ３の等モル溶液）が好ましい。また、６００℃以上の動作温度では、蓄熱媒体として金属ナトリウムを用いることができる。金属ナトリウムは、融点が８０℃、沸点が８５０℃付近にあり広い温度範囲で液体を保てる上、熱伝導率が極めて高いので熱輸送媒体として好適である。溶融塩よりも高温で用いることができるので、ガスタービンサイクルのサイクル熱効率が硝酸系溶融塩を用いる場合に比べて高いという特徴がある。また、二酸化炭素との化学反応速度が遅いので、仮にナトリウムと二酸化炭素との直接接触が起きても、爆発や大きな発熱は生じないので安全である。
【実施例】
【０２１４】
次に、本発明の実施例を示し、本発明をより具体的に説明するが、本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。【０２１５】
（実施例１）
表１に、商用化規模の太陽光エネルギ利用のための集光システム（実用化）と、その商用化規模の太陽光エネルギ利用の実証試験を行うための集光システム（実験）とについて、その主要諸元を示す。そして、実用化される集光システムについて、図３１に回転双曲面（図中に破線で示す）と、その回転双曲面に沿って配置された反射鏡セグメントの構成例を示す。【０２１６】
【表１】
0005011462.tif 000014
【０２１７】
上方焦点高さ１４０ｍ、下方焦点高さ２５ｍという条件を満たす回転双曲面は無数に存在する。そこで、図３１に示すとおり、中心点高さ１１６ｍから１ｍの間隔で１２５ｍまで、１０個の回転双曲面についての一部（太線で示されている部分）を使って反射鏡群を構成する場合について検討した。
高さ１１６ｍの回転双曲面は一番外側（右）の部分を使用する。ここで、点Ａは、太陽の中心から発し外側から５番目（系列番号６７：図３２の横軸参照）のヘリオスタットの中心で反射した光線が、この回転双曲面上に照射される点である。【０２１８】
そして、この反射鏡群の構成において、回転双曲面の点Ａにおける接線を集光点と集光面の中心とを結ぶ中心線ＣＬの回りに回転させた曲面（形状は円錐台形）を考える。系列６３〜系列７１（図３２の横軸参照）のヘリオスタットからの光線が、この円錐台形面で反射して下方焦点面（集光面）を通過する際の半径方向座標を示したのが図３２である。【０２１９】
図３２における「へリオ外縁太陽内縁」は、ヘリオスタットの外縁で反射された太陽光を意味する。この太陽光が、中心から最も外側方向へのずれが大きい。逆に、内側方向へのずれは、「へリオ内縁太陽外縁」の光線の場合が最も大きくなる。【０２２０】
この図３２から、ヘリオスタット（１次反射鏡）によって集光される太陽光を反射して集光面に収束させる２次反射鏡を複数の反射鏡セグメントからなる反射鏡群で構成することにより、２次反射鏡を回転双曲面で構成される一枚の反射鏡で構成する場合よりも、集光面での光の拡がりが小さくなることが分かる。【０２２１】
また、図３３は、集光面における熱流束の半径方向の分布を、本発明の太陽光集光用反射装置による場合と、従来の場合とを対比して示す。この図３３から、本発明の太陽光集光用反射装置による場合は、集光面における熱流束の半径方向の分布は、中央部の集光倍率が下がり、周辺部（下方焦点面内位置の大きいところ：集光面の中心から外側に向かう部分）では上がっているのがわかる。これは、熱流束の平坦化を示し、改質反応炉等の熱エネルギとして利用するために好ましく、空間的に均一な温度分布を与える熱流束の分布特性である。【０２２２】
（実施例２）
上方焦点高さ１４０ｍ、下方焦点高さ２５ｍという条件を満たす回転楕円面で構成される反射鏡セグメントからなる反射鏡群の構成例を図３４に示す。図３４に示す反射鏡群は、中心点高さ１６４ｍから１ｍの間隔で１５５ｍまで、１０個の曲率半径が異なる回転楕円面のそれぞれの一部（太線で示されている部分）を使って反射鏡セグメントを構成した例を示す。
この反射鏡群からなる太陽光集光用反射装置では、ヘリオスタットによって回転楕円面の上方焦点に集光された太陽光は、各反射鏡セグメントで反射されて、回転楕円面の下方焦点（集光面）に、前記実施例１と同様の光の拡がり（図３２に示す光の拡がり）で収束される。【０２２３】
次に、太陽光集光システムとして、１ｋｍ四方の平地の中央に高さＨ＝１２０ｍのタワーを設け、１本のタワー周辺に配置した多数の第１のヘリオスタットからタワーの頂部に配置した集熱器に集光する場合を考える。ここで、太陽高度を４５度とすると、このエリアへの太陽からの直達エネルギーは約７００ＭＷである。【０２２４】
（実施例３）
座標原点（０，０）をタワーの位置にとり、タワーを含む南北方向の諸量の分布を求めた結果を図３５に示す。ここで、ヘリオスタットは互いに光の干渉が生じない（ブロッキンッグと陰を避けた）範囲で最も密に配置してあるものとする。【０２２５】
図３５において、横軸は、南北方向の第１のヘリオスタットの位置を示す。縦軸は、陰とブロッキング長さは第１のヘリオスタットの大きさとの比、受光量は第１のヘリオスタットが太陽に正対している場合の集光量ρmaxに対する比を表す。【０２２６】
図３５に示す結果から、第１のヘリオスタットの受光量、陰長さ、ブロッキング長さともにタワーの北側で顕著である。また、下記式で表される範囲では、陰のほうが、それ以外ではブロッキングの方が長いことが分かる。
【数１３】
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【０２２７】
第１のヘリオスタットの配置間隔は、陰の長さとブロッキング長さのいずれか長いほうで決まるため、この図３５に示す結果から、光の干渉を避けたヘリオスタットの最密配置の方法は、北側には受光量の大きい第１のヘリオスタットが疎に、南では受光量の少ない第１のヘリオスタットを密に配置することになる。ヘリオスタット１基の受光量は、北側で多く、南側で少ないので、タワーが１本の場合に最小のヘリオスタットの基数で最大の受光量を得るには、タワーの位置をフィールド中心から南側に移動させた位置にするのが有利である。
また、北側に４Ｈの位置でのブロッキング長さは、第１のヘリオスタットの４倍であり、そのうちの地面が明るい部分は２．６Ｈ（ブロッキング長さから陰長さを差し引いた差分）もあることがわかる。【０２２８】
次に、図３６は、２本のタワー（集光点）を有する太陽光集光システムに本発明を適用したときの集光密度（南北方向のフィールド単位長さ当り回収できる光量）のフィールド平均値を理論値に対する比で示した。ここで、タワー（集光点）高さＨ＝６０ｍ、南北のフィールド長さは８Ｈ＝４８０ｍ、フィールド中央は南端から、２４０ｍの位置にある。図３５に示す集光システムの１／２縮尺に相当する。図３６において、横軸は、南側のタワーの座標を示す。【０２２９】
この集光システムにおいて、北側のタワーは原点（フィールド中央）に対して南側のタワーと点対称な位置にある。【０２３０】
図３６に示すように、タワー（集光点）が一つの場合と比較すると、明らかに、本発明を適用した２つのタワーを有する集光システムの方が、フィールド利用効率が高く、南端から２Ｈ付近に最大値を与える位置があることが分かる。この位置では、一つの集光点を有する従来の集光システムの場合に比べて、約１．５倍の効率の改善が見られることが分かる。【０２３１】
幾何学的な相似の関係から、タワー高さに対する比が等しい南北の位置では同じ結果を与えることを考慮すると、この結果を敷衍して、例えば、Ｈ＝１２０ｍ、南北９６０ｍのフィールド（図３５に示す態様）では、最適地点は、２Ｈ＝２４０ｍ付近に存在することが分かる。【０２３２】
図３７は、最適タワー位置での諸量として、集光密度、南向きヘリオスタット（第１のヘリオスタット）の数密度、第１のヘリオスタットと第２のヘリオスタットの合計数密度、合計の集光密度を計算した結果を示す。第２のヘリオスタットは横軸＜−５０ｍの領域に第１のヘリオスタットと混在し、その数は、破線（南向きヘリオスタット（第１のヘリオスタット）の数密度）と、二点鎖線（第１のヘリオスタットと第２のヘリオスタットの合計数密度）との縦軸の値の差に相当する。
この図３７から、各タワーを中心とする６０ｍ以内の領域（全体の５０％）で太陽高度４５度の場合の理論集光密度＝０．７０７を達成できていることが分かる。【０２３３】
図３８は、理論集光密度を実現している領域（−２６０＜ｙ＜−１８０）において、埋め込みをせずに北側のタワー（二本目）に集光させた集光システムの場合と、本発明の集光システム（第１のヘリオスタットと第２のヘリオスタットの混在）の場合に必要なヘリオスタット数の比較を示す。明らかに、ヘリオスタットの設置個数は、本発明の場合では少ないことが分かる。言い換えると、本発明におけるヘリオスタットの埋め込み方式では、所要の集光量を得るために必要なヘリオスタットが少なくて済む効果がある。このケースでは５％低減されることが分かる。【０２３４】
ヘリオスタットの最適配置
次に、太陽とタワーが同じ方向に見える線上でのヘリオスタットの配置について考える。
まず、タワーの高さを６０ｍとし、タワーを中心とする半径４８０ｍの領域での集光を考慮して、タワーの位置を変数にして、相対的なメリットを算出した。ここで、設備費に占めるヘリオスタット関連コストをパラメータにした。図３９は太陽高度４５度の場合の計算結果を示す。メリットの基準は、領域の中央にタワーが一本配置されている場合とした。【０２３５】
図３９から、タワーが１本の場合、メリットが最大になる最適点は、建設費全体に占めるヘリオスタットの設備費の割合が０．６、０．５，０．４に対応して、それぞれ、タワーの南端から１２０ｍ、１５０ｍ、１８０ｍになることが分かる。この位置は、太陽高度が４５度の場合、タワーの高さをＨとすると、一般的に２Ｈ,２．５Ｈ，３Ｈと表現することができる。【０２３６】
これは、北半球ではタワーの北側でのヘリオスタットの集光量が大、一方、隣接するヘリオスタットとの光の干渉（陰と反射光の遮り）を避けて配置できる第２のヘリオスタットの単位面積当りの数（数密度）は南側で大きい傾向があることによる。しかし、一本のタワーを配置した集光システムでは、最適化後のメリットは、１本のタワーをフィールド中央に配置した場合と比べて、設備比０．５の場合で高々２％程度にとどまっている。また、必要な集光量を確保するためには広大な土地が必要である。このために、ヘリオスタットからタワー（集光点）までの光路長が長くなり、焦点面での光の広がり（希釈）が生じ、レシーバを大型にする必要が生じるという悪影響が生じる。【０２３７】
一方、図１７に示すとおり、２つの集光点（タワー）を有する集光システムについて、第２のヘリオスタットを埋め込んだ場合について考える。
この集光システムにおいて、タワーの北側では、Ｌ＜Ｈでは陰、Ｌ＞Ｈでは遮り（ブロッキング）が、第１のヘリオスタットの配置間隔を決定する。ブロッキングの領域には地面に陽が当たる場所があり、これがフィールド利用効率を低下させている。そこに北向きに第２のヘリオスタットを配置して、２番目のタワーに集光させる。光路が逆向きかつタワーとの距離が短いので、光の干渉は少なく、効率的に第２のヘリオスタットを配置できる。【０２３８】
また、Ｌ＝Ｈの場合は、第２のヘリオスタット同士の間隔も陰によって支配されるので、照射面は完全に消えフィールド効率は１００％になる。ここで、この配置方法を、完全被覆と呼ぶことにする（図２２参照）。南北の両端から同一距離離れた位置に２本のタワーを配置し、その距離を変数にした。パラメータは、ヘリオスタットの設備費割合である。また、タワーの設備費割合を１０％/本とした。この場合、メリットが最大になるタワーの最適位置は南北端から、Ｌ＝１００〜１１０ｍ＝１．７〜１．８Ｈ程度の地点にあり、タワー（集光点）が一本の場合より、やや端に近い。また、最適位置のヘリオ設備費割合への依存性が小さいことがわかる。基準のケースに比べて、集光量は３８％（ベネフィット増）、ヘリオスタットの数は２５％増え、また、タワーが１本増加する（コスト増）結果、全ヘリオスタットの全設備費に占める割合、すなわち、設備比が０．５の場合に、１本のタワーをフィールド中央に配置した場合と比べてメリットは１５．５％（＝３８−０．５＊２５−１０）にも向上する。最適化された１本タワーのケースと比べても１３．５％（＝１５．５−２）のエネルギ原価の低減がある。
【図面の簡単な説明】
【０２３９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る太陽光集熱器の概形を示す模式図である。
【図２】（ａ）は、図１に示す太陽光集熱器の模式断面図、（ｂ）は（ａ）に示すＡ−Ａ線断面図である。
【図３】太陽光集熱器における熱収支を説明する図である。
【図４】太陽光集熱器の断面形状と受光面における熱フラックス分布に関するシミュレーション結果を示す図である。
【図５】集熱体の形状例を示す模式図である。
【図６】第１の実施形態の太陽光集熱器の受光面における温度分布のシミュレーション結果を示す図である。
【図７】（ａ）は、集熱体を構成する熱媒体流通管を８条巻きに形成した例を示す斜視図、（ｂ）は、（ａ）におけるＢ−Ｂ線断面図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る太陽光エネルギ利用システムを示す概念図である。
【図９】（ａ）は、本発明の第３の実施形態に係る太陽光集熱器の概形を示す模式図、（ｂ）はその変形例を示す模式図、（ｃ）は、（ａ）および（ｂ）におけるＢ−Ｂ線断面およびＣ−Ｃ線断面を示す図である。
【図１０】（ａ）および（ｂ）は、それぞれ図９（ａ）および（ｂ）の好ましい形態を示す模式断面図、（ｃ）は、（ａ）および（ｂ）におけるＢ−Ｂ線断面およびＣ−Ｃ線断面を示す図である。
【図１１】黒色にした混合溶融塩を熱媒体として用いた場合の集熱体の内外における温度分布をシミュレーションした結果を示す図である。
【図１２】透明な熱媒体を用いた場合の集熱体の内外における温度分布をシミュレーションした結果を示す図である。
【図１３】本発明の第４の実施形態に係る太陽光エネルギ利用システムを示す概念図である。
【図１４】本発明の第５の実施形態に係る太陽光集光用反射鏡を説明する図である。
【図１５】太陽の視差角の存在に起因して集光面に収束される太陽光が拡がりを有することを示す概念図である。
【図１６】本発明の第６の実施形態に係る太陽光エネルギ利用システムの構成例を示す概念図である。
【図１７】本発明の第７の実施形態に係る太陽光集光システムを示す模式図である。
【図１８】（ａ）は第１のヘリオスタットを示す斜視図、（ｂ）は第２のヘリオスタットを示す模式図、（ｃ）は第２のヘリオスタットの設置例を示す図である。
【図１９】第１のヘリオスタットの陰長さと方向の時刻変化と第２のヘリオスタットの動きについてシミュレーションした結果を示す図である。
【図２０】太陽からの入射光、タワーへの反射光と、第１のヘリオスタットによる陰および反射光の遮り（ブロッキング）の関係を示す図である。
【図２１】１本のタワーがフィールド中央に立つ場合におけるヘリオスタットに関わる諸量の南北方向分布を示す図である。
【図２２】（ａ）は２つのヘリオスタット群を南北方向に直列に配置した場合の太陽光の集光状態を示す概念図、（ｂ）は複数のヘリオスタット群を南北方向に直列に配置した構成を示す概念図である。
【図２３】（ａ）は集光点を三角格子状に形成する集光システムを示す模式図、（ｂ）は（ａ）に示す集光システムを構成するユニットを示す模式図である。
【図２４】開放ブレイトンサイクル型の発電システムの具体例を示す概念図である。
【図２５】ガスタービン発電システムの具体例を示す概念図である。
【図２６】二酸化炭素の圧縮率係数ｚの温度圧力依存性を示す図である。
【図２７】図２５に示した再生熱交換器と中間熱交換器１０８とを備えるガスタービン発電システムと、再生サイクルを有しないガスタービン発電システムとについて、比出力―サイクル熱効率の関係を示す図である。
【図２８】サイクル熱効率の膨張比依存性を示す図である。
【図２９】再生熱交換器の効率がサイクル熱効率に及ぼす影響を示す図である。
【図３０】太陽光エネルギ複合利用システムの具体例を示す概念図である。
【図３１】本発明の太陽光集光用反射鏡における反射鏡群の構成例を説明する図である。
【図３２】集光面における光の拡がりを示す図である。
【図３３】複数の反射鏡セグメントで構成したことによって、集光面における熱流束分布が平坦になることを示す図である。
【図３４】各反射鏡セグメントを回転楕円面で構成した反射鏡群の例を示す図である。
【図３５】太陽光集光システムとして、１本のタワー（集光点）の周辺に配置した多数の第１のヘリオスタットからタワーの頂部に配置した集熱器に集光する場合について、南北方向の諸量の分布を求めた結果を示す図である。
【図３６】２本のタワー（集光点）を有する太陽光集光システムに本発明を適用したときの集光密度（南北方向単位長さ当り回収できる光量）のフィールド平均値をタワーの位置を変数にして示す図である。
【図３７】２つの集光点（タワー）を有する本発明の集光システムについて最適な集光点における諸量を計算した結果を示す図である。
【図３８】２つの集光点（タワー）を有する集光システムについて、本発明の集光システムでは、同一の光量を得るに必要なヘリオスタットの数が少ないことを示す図である。
【図３９】太陽高度４５度の場合のヘリオスタットの最適配置を計算した結果を示す図である。
【図４０】従来のビームダウン方式の太陽光集光システムの１例を示す模式図である。
【符号の説明】
【０２４０】
１      太陽光集熱器
２      受光面
３      集熱体
４      太陽光導入口
５      熱媒体導入部
６      熱媒体導出部
７      熱媒体流通管
１１        反射鏡群
１２      ヘリオスタット（１次反射鏡）
１３      集光面（集熱器）
２１      第１反射鏡セグメント
２２      第２反射鏡セグメント
２３      第３反射鏡セグメント
２４      第４反射鏡セグメント
２５      第５反射鏡セグメント
２６      第６反射鏡セグメント
２１ａ，２２ａ，２３ａ，２４ａ，２５ａ，２６ａ      反射面
３１      太陽光集光システム
３２      第１のヘリオスタット
３３      第２のヘリオスタット
【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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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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