JP2003262403A

JP2003262403A - 集光装置及び集光システム

Info

Publication number: JP2003262403A
Application number: JP2002060846A
Authority: JP
Inventors: Takeo Shimizu; 健男清水; Hitoshi Yano; 仁司矢野
Original assignee: Exedy Corp
Current assignee: Exedy Corp
Priority date: 2002-03-06
Filing date: 2002-03-06
Publication date: 2003-09-19

Abstract

(57)【要約】【課題】放熱面積を増加させずに受光する太陽光の利
用効率を向上させる集光装置及び集光ユニットを提供す
る。【解決手段】太陽光を集光することにより集熱管３を
加熱するＣＰＣ集熱器２１であって、少なくとも１つの
開口部１１、集光反射板１２、及び集熱管３を備えたＣ
ＰＣ１を複数配置している。開口部１１は、太陽光を受
光する。集光反射板１２は、開口部１１を透過した太陽
光を集光する。集熱管３は、集光反射板１２によって加
熱される。また、複数の集熱管３は、相互に接続されて
いる。さらに、開口部１１の総開口面積が集熱管３の総
放熱面積よりも広い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、集光装置、特に太
陽光を集光する集光装置、及び集光装置を接続した集光
ユニットに関する。

【０００２】

【従来の技術】太陽光を利用した集光システム、いわゆ
るソーラーシステムとしては、図１２に示される平板式
集光システムや図１３に示される真空管式集光システム
などが挙げられる。これらの集光システムでは、集熱板
に照射される太陽光を吸収し、集熱管に流れる水などの
流体媒体を加熱することにより、集光システムに照射さ
れる太陽エネルギーを熱として利用している。

【０００３】まず、図１２に示される平板式では、集熱
管１０２と直交する方向に広がった集熱板１０３により
太陽光を吸収し、集熱板１０３の熱伝導によって集熱管
１０２に流れる水を加熱している。なお、図１２におい
ては、保護枠としてのケースが省略されている。このよ
うな構成をユニットとして、複数並べることにより、広
いパネルを構成し、パネル状に降り注ぐ太陽エネルギー
を熱エネルギーとして引き出している。

【０００４】一方、真空管式において、図１３（ａ）に
示す構成では上記の平板式と同様の構成となっており、
やはり集熱板１１３に照射される太陽光を吸収して、集
熱管１１２に流れる水を加熱している。ただし、集熱管
１１２がガラス管１１４に覆われており、ガラス管１１
４内部は真空に保たれている。これにより、平板式に対
して周囲の空気による熱伝導で逃れる熱の量を抑えるこ
とが可能となっている。また、図１３（ｂ）に示す構成
では、ガラス管１１４の内部に集熱管１１５が設けら
れ、さらにその内部に水が流れる導水管１１６が備えら
れている。この構成においては、導水管１１６を流れる
水が点線で示されるように集熱管１１５に流れ、集熱管
１１５に照射される太陽光が集熱管１１５を流れる水を
加熱している。この場合においても、集熱管１１５の周
囲が真空に保たれているため、平板式に比べて周囲に逃
れる熱の量を抑えることが可能となっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記の集光システムで
は、太陽光を吸収する部分の面積が広いほど、太陽エネ
ルギーを多く得られるように思われる。しかし、集熱板
１０３、１１３などが太陽光を吸収すると、それに伴っ
て温度が上昇する。この熱は、その全てが熱伝導を経て
集熱管１０２、１１２、１１５を流れる水に吸熱される
のではなく、集熱板１０３、１１３等それ自体から放熱
される。放熱は、集熱板１０３の周囲にある気体による
対流や熱伝導によるものと、集熱板１０３、１１３や集
熱管１１５自体の温度による熱輻射（赤外線など）とに
起因する。

【０００６】真空管式においては、集熱板１１３及び集
熱管１１５の周囲に気体が存在しないため、周囲の気体
による熱拡散を抑えることが可能である。しかし、集熱
板１１３及び集熱管１１５からの熱輻射により逃げる熱
量を抑えることができない。図１２や図１３に示される
従来方式では、太陽光を受光する集熱板１０３、１１３
及び集熱管１１５自体が放熱体となっている裏側を考慮
すると、放熱面積が受光面積の２倍となる。このため、
受光する面積を広げても放熱面積が増加するため、集熱
の効率はさほど高くないことになる。

【０００７】本発明の課題は、集熱面積と比べて放熱面
積を小さくすることにより放熱量を抑え、受光する太陽
光の利用効率を向上させる集光装置及び集光ユニットを
提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の集光装
置は、太陽光を集光して媒体を加熱するための集光装置
であって、太陽光を受光する少なくとも１つの受光部
と、受光部によって集光される太陽光により加熱される
集熱部とを備える。さらに、集熱部の放熱面積は、受光
部の受光面積よりも小さくなっている。

【０００９】集光装置は、太陽光のエネルギーを利用す
るために、集熱部に太陽光を集光し、集熱部から太陽光
のエネルギーを引き出している。ここでは、太陽光エネ
ルギーが受光部よりも小さい集熱部に与えられるため、
集光装置のエネルギー損失は、受光部からほとんど生じ
ず、集光される集熱部から生じることとなる。ここで、
集熱部の放熱面積は、受光部の受光面積よりも小さいた
め、受光面積の２倍が放熱面積となる従来の平板式及び
真空管式集光システムに比べて対流、伝導及び熱輻射に
よるエネルギー損失が抑制される。

【００１０】請求項２に記載の集光装置は、請求項１に
記載の集光装置であって、受光面積に対する放熱面積の
比率が０．４〜０．８である。集熱部のサイズが大き
く、受光面積に対する放熱面積の比率が大きいと、放熱
の効率が上昇するため、太陽光のエネルギー損失が増加
する。一方、集熱部のサイズが小さくなると、受光部に
よる集熱部への集光効率が低下するため、受光部で受光
した太陽光の利用効率が低下する。

【００１１】ここでは、受光面積に対する放熱面積の比
率が０．４〜０．８であるため、太陽光のエネルギーを
効率よく受光できると共に放熱を抑えることができる。
請求項３に記載の集光装置は、請求項１または２に記載
の集光装置であって、受光面積に対する放熱面積の比率
が０．５３〜０．７３である。ここでは、受光面積に対
する放熱面積の比率が０．５３〜０．７３であるため、
太陽光のエネルギーを効率よく受光できると共に放熱を
より抑えることができる。

【００１２】請求項４に記載の集光装置は、請求項１か
ら３のいずれかに記載の集光装置であって、集熱部は、
流体媒体が流動可能である空洞部を有する。集熱部は、
受光部が受光する太陽光が集光される。この集光された
太陽光のエネルギーを利用する手段が必要となる。ここ
では、集熱部が空洞部を有しており、さらにその内部に
流体媒体が流動可能となっている。これにより、低温の
流体媒体を集熱部に循環させて太陽光のエネルギーによ
る熱を吸熱させることにより、太陽光のエネルギーを利
用することが可能となる。

【００１３】請求項５に記載の集光装置は、請求項４に
記載の集光装置であって、集熱部は、流体媒体の供給圧
と流体媒体が加熱されたときにおける蒸気圧とを合わせ
た圧力以上の耐圧強度を有する。流体媒体には、集熱部
に循環されるための供給圧が加えられている。また、集
熱部は、受光部により高温になるため、その熱を吸熱し
た流体媒体の蒸気圧が上昇する。これに伴い、空洞部内
部の圧力が上昇する。

【００１４】ここでは、集熱部が圧力上昇に対する耐圧
を有している。これにより、集熱部に太陽光が集光され
て、空洞部の流体媒体による圧力が上昇した場合におい
て破損するおそれを抑制することができる。請求項６に
記載の集光装置は、請求項１から５のいずれかに記載の
集光装置であって、集熱部は、表面に選択吸収膜が施さ
れている。

【００１５】受光部により太陽光が集光される集熱部が
可視光など太陽光の主要な波長における光を吸収するこ
とにより、集光装置において太陽光のエネルギーを利用
することができる。他方、太陽光が集光されて高温とな
った集熱部から熱輻射により熱が逃げることとなる。こ
の際に集熱部から輻射されるのは、赤外線など主に波長
の長い光である。

【００１６】ここでは、選択吸収膜が集熱部に集光され
る太陽光を透過する一方で、集熱部から輻射される波長
の長い光を反射する。これにより、集熱部からの熱輻射
による熱の拡散が抑えられる。よって、太陽光のエネル
ギーの利用効率をさらに高めることが可能となる。請求
項７に記載の集光装置は、請求項６に記載の集光装置で
あって、選択吸収膜は、クロム、黒色クロム、銅、ステ
ンレス、酸化鉄のいずれかである。

【００１７】ここでは、上記のような選択吸収膜が集熱
部表面に施されている。これにより、選択的に光の透過
及び吸収を行うことができる。請求項８に記載の集光装
置は、請求項１から７のいずれかに記載の集光装置であ
って、受光部は、少なくとも１つの開口部と集熱部に太
陽光を集光するための集光部とにより構成されている。

【００１８】ここでは、集光部により太陽光を集熱部に
集光することができる。請求項９に記載の集光装置は、
請求項８に記載の集光装置であって、集熱部は、集光部
と隔離している。ここでは、集熱部が集光部と離れてい
ることにより、集熱部から集光部への熱伝導を避けるこ
とができる。これにより、放熱面積を小さく抑えること
ができる。

【００１９】請求項１０に記載の集光装置は、請求項８
または９に記載の集光装置であって、集光部は、少なく
とも１つの反射部材から構成されており、太陽光を集熱
部に集光させる。ここでは、集光部が反射部材で構成さ
れているため、太陽光のエネルギーを反射により集熱部
に集中することができる。よって、集熱部の放熱面積を
集光面積よりも小さくすることができる。

【００２０】請求項１１に記載の集光装置は、請求項８
から１０のいずれかに記載の集光装置であって、集光部
は、反射部材の裏面に断熱部を有する。ここでは、反射
部材の裏面が断熱部であるため、集光部が吸収する太陽
光のエネルギーを裏面から拡散することが抑えられる。
請求項１２に記載の集光装置は、請求項１１に記載の集
光装置であって、断熱部は、空洞が設けられている。

【００２１】ここでは、断熱部が空洞になっているた
め、集光部の裏面から熱伝導によって集光部に吸収され
た太陽光のエネルギーが集光部の外部へ逃れることを抑
制できる。請求項１３に記載の集光装置は、請求項１２
に記載の集光装置であって、空洞は、その内部が真空状
態である。

【００２２】ここでは、空洞部分が真空状態になってい
るため、太陽光のエネルギーの拡散をより抑えることが
できる。請求項１４に記載の集光装置は、請求項１１に
記載の集光装置であって、集光部は、断熱部である断熱
材の表面に鏡面部材が設けられる。ここでは、断熱材の
表面に鏡面部材を設けることにより集光部を構成してい
る。これにより、集光部の断熱を行うことができると共
に、集光装置の構成部品を減らすことができる。よっ
て、集光装置の重量を軽減することが可能となる。

【００２３】請求項１５に記載の集光装置は、請求項１
４に記載の集光装置であって、鏡面部材は、光沢金属で
ある。光沢金属は、光沢があるため、反射率が高い。こ
こでは、光沢金属により太陽光を集熱部に集光させてい
る。これにより、集光部による集光効率がよくなり、太
陽光エネルギーを集熱部に集中させることが可能とな
る。

【００２４】請求項１６に記載の集光装置は、請求項１
５に記載の集光装置であって、光沢金属は、アルミニウ
ムまたは銀である。光沢金属の中でも、アルミニウム及
び銀は、高反射率の物質である。ここでは、集光部の鏡
面部材としてアルミニウムまたは銀を使用しているた
め、集熱部への太陽光エネルギーをより集中することが
できる。

【００２５】請求項１７に記載の集光装置は、請求項１
０から１６のいずれかに記載の集光装置であって、集光
部は、鏡面部分を含む。ここでは、集光部の鏡面部分に
より太陽光を集熱部に集中させている。これによって、
太陽光エネルギーを効率よく集熱部に集められる。請求
項１８に記載の集光装置は、請求項１０から１７のいず
れかに記載の集光装置であって、集光部は、少なくとも
１つの曲面を有する。

【００２６】集光部が集熱部に太陽光を集光するために
は、太陽光を集中させるようにする必要がある。ここで
は、集光部が曲面からなっているため、受光部のうちの
集光部に照射される太陽光を集熱部に集光させることが
できる。なお、１つの曲面である場合には、集熱部を焦
点とする放物面であるとさらに好ましい。

【００２７】請求項１９に記載の集光装置は、請求項１
８に記載の集光装置であって、集光部は、２つ以上の曲
面を有する。ここでは、集光部が２つ以上の曲面から構
成されている。これにより、集熱部に集光するためによ
り相応しい形状の集光部とすることができる。請求項２
０に記載の集光装置は、請求項１９に記載の集光装置で
あって、集光部は、曲面同士を接続する面が少なくとも
１つの平面である。

【００２８】ここでは、集光部の２つ以上の曲面を繋ぐ
面が１つ以上の平面になっている。曲面形状を形作るの
は複雑であるため、平面で接続することにより、集光部
を簡便に形成することができる。請求項２１に記載の集
光装置は、請求項１９に記載の集光装置であって、集光
部は、曲面同士を接続する面がインボリュート曲面であ
る。

【００２９】ここでは、集光部の２つ以上の曲面を繋ぐ
面がインボリュート曲面となっている。このため、集光
部は、曲面同士を接続する部分に照射される太陽光をよ
り効率よく集熱部に集光することができる。請求項２２
に記載の集光装置は、請求項１０から１７に記載の集光
装置であって、集光部は、２つ以上の平面からなる。

【００３０】ここでは、平面で集光部を形成することに
より、集光部を簡便に形成することができる。請求項２
３に記載の集光装置は、請求項２２に記載の集光装置で
あって、集光部は、平面同士を接続する面が曲面であ
る。ここでは、集光部の２つ以上の平面を繋ぐ面が曲面
となっている。これにより、集光部は、曲面部分に照射
される太陽光を集熱部に集光することができる。

【００３１】請求項２４に記載の集光装置は、請求項８
から２３のいずれかに記載の集光装置であって、開口部
は、太陽光が透過可能である蓋部を有する。集光装置
は、太陽光を受ける位置に配置されている。このため、
開口部は風雨にさらされることとなる。このため、集光
部が風雨にさらされると、集熱部に集光できなくなるお
それがある。同様に、集熱部が風雨にさらされると、集
光された太陽光のエネルギーを利用する効率が低下する
おそれがある。

【００３２】ここでは、開口部が蓋部を有していること
により、集光装置の集熱部及び集光部を保護することが
可能となる。請求項２５に記載の集光装置は、請求項２
４に記載の集光装置であって、蓋部は、０．４μｍ〜
１．０μｍの波長範囲で透過率が８０％以上である。蓋
部が設けられていることにより、集光装置の集熱部及び
集光部を保護できる。しかし、太陽光のエネルギーを集
熱部に集光するためには、蓋部が太陽光を十分に透過可
能である必要がある。特に、太陽光のエネルギーは、主
に可視光線から近赤外線にわたっているため、これらの
波長範囲における透過率が高いことが必要とされる。

【００３３】ここでは、蓋部が上記の波長範囲において
８０％以上の透過率である。これにより、太陽光のエネ
ルギーを十分に透過することが可能である。請求項２６
に記載の集光装置は、請求項２５に記載の集光装置であ
って、蓋部は、厚さが０．５ｍｍ〜１５ｍｍである。こ
こでは、蓋部が十分に太陽光を透過すると共に、その厚
さが０．５ｍｍ〜１５ｍｍである。これにより、集光装
置の強度を維持しながら軽量化を図ることが可能とな
る。

【００３４】請求項２７に記載の集光装置は、請求項２
４から２６のいずれかに記載の集光装置であって、蓋部
に設けられる透明板は、厚さが０．５ｍｍ〜３ｍｍであ
り、０．４μｍ〜１．０μｍの波長範囲で透過率が８５
％以上である。ここでは、蓋部がさらに薄くなると共に
太陽光の透過率が大きい。このため、蓋部が太陽光のエ
ネルギーをより透過することが可能であり、集熱部によ
り集光することが可能となる。

【００３５】請求項２８に記載の集光装置は、請求項２
４から２６のいずれかに記載の集光装置であって、蓋部
に設けられる透明板は、厚さが０．５ｍｍ〜１ｍｍであ
り、０．４μｍ〜１．０μｍの波長範囲で透過率が９０
％以上である。ここでは、蓋部がさらに薄くなると共に
太陽光の透過率が大きい。このため、蓋部が太陽光のエ
ネルギーをより透過することが可能であり、集熱部によ
り集光することが可能となる。

【００３６】請求項２９に記載の集光装置は、請求項２
４から２８のいずれかに記載の集光装置であって、蓋部
に設けられる透明板は、ガラス、ポリカーボネイト、ア
クリルのいずれかを有する。ここでは、蓋部の素材が上
記のいずれかである。これにより、蓋部が太陽光のエネ
ルギーを透過することが可能であり、集熱部により集光
することが可能となる。

【００３７】請求項３０に記載の集光装置は、請求項２
４から２９のいずれかに記載の集光装置であって、蓋部
の透明板は、少なくとも２層からなる。蓋部が１層構造
の際には、蓋部を通して集光装置外に熱が逃れやすい。
ここでは、蓋部が２層以上の構造になっている。このた
め、層間における熱伝導率が低下するため、蓋部を通し
た熱の拡散を抑えることができる。

【００３８】請求項３１に記載の集光装置は、請求項３
０に記載の集光装置であって、蓋部の透明板の層間は、
低熱伝導率気体が充填される。ここでは、層間に熱伝導
率の低い気体が充填されるため、蓋部における熱伝導率
がより低下する。よって、蓋部を通した熱の拡散をより
抑えることができる。請求項３２に記載の集光装置は、
請求項３１に記載の集光装置であって、低熱伝導率気体
は、クリプトン、キセノン、アルゴンのいずれかであ
る。

【００３９】ここでは、層間に上記の気体が充填される
ため、蓋部における熱伝導率がより低下する。よって、
蓋部を通した熱の拡散をより抑えることができる。請求
項３３に記載の集光ユニットは、太陽光を集光すること
により媒体を加熱する集光ユニットであって、少なくと
も１つの開口部、集光部、及び集熱部を備えた集光装置
を複数配置している。開口部は、太陽光を受光する。集
光部は、開口部を透過した太陽光を集光する。集熱部
は、集光部によって加熱される。また、複数の集熱部
は、相互に接続されている。さらに、集熱部の総放熱面
積が開口部の総開口面積よりも小さい。

【００４０】集光ユニットは、集光装置が複数配置され
てなされるユニットである。集光装置は、太陽光のエネ
ルギーを利用するために、集熱部に太陽光を集光し、集
熱部から太陽光のエネルギーを引き出している。ここで
は、集光ユニットに設けられる集光装置の全ての集熱部
の総放熱面積が、集光ユニットに設けられる集光装置の
全ての開口部の総開口面積よりも小さい。開口部を経て
集光部で受光した太陽光は、集熱部に集光される。この
ため、太陽光エネルギーは、開口部よりも小さい集熱部
に与えられる。よって、集光装置のエネルギー損失は、
開口部及び集光部からほとんど生じず、集光される集熱
部から生じることとなる。ここで、集熱部は、受光部の
受光面積よりも面積が小さいため、放熱面積も受光面積
よりも小さくなる。これにより、開口面積の２倍が放熱
面積となる従来の平板式及び真空管式集光システムに比
べて熱輻射や対流によるエネルギー損失が抑制される。

【００４１】請求項３４に記載の集光ユニットは、請求
項３３に記載の集光ユニットであって、集熱部は、集光
部と隔離している。ここでは、集熱部が集光部と離れて
いることにより、集熱部から集光部への熱伝導を避ける
ことができる。これにより、放熱面積を小さく抑えるこ
とができる。

【００４２】請求項３５に記載の集光ユニットは、請求
項３３または３４に記載の集光ユニットであって、複数
の集光装置は、並列に及び直列に配置される。複数の集
光装置は、それぞれ独立して配置可能な装置であるた
め、集光ユニットにおいてどのように配置してもよい。
ここでは、複数の集光装置が並列に並べて配置される。
このため、集光ユニットを取扱いが容易な大きさにする
ことができる。

【００４３】請求項３６に記載の集光ユニットは、請求
項３３から３５のいずれかに記載の集光ユニットであっ
て、総開口面積に対する総放熱面積の比率が０．４〜
０．８である。集熱部のサイズが大きく、各集光装置に
おける開口面積に対する放熱面積の比率が大きいと、放
熱の効率が上昇するため、太陽光のエネルギー損失が増
加する。一方、集熱部のサイズが小さくなると、集光部
による集熱部への集光効率が低下するため、開口部を経
て集光部で受光した太陽光の利用効率が低下する。

【００４４】ここでは、総開口面積に対する総放熱面積
の比率が０．４〜０．８であるため、太陽光のエネルギ
ーを効率よく受光できると共に放熱を抑えることができ
る。請求項３７に記載の集光ユニットは、請求項３６に
記載の集光ユニットであって、総開口面積に対する総放
熱面積の比率が０．５３〜０．７３である。ここでは、
総開口面積に対する総放熱面積の比率が０．５３〜０．
７３であるため、太陽光のエネルギーを効率よく受光で
きると共に放熱をより抑えることができる。

【００４５】請求項３８に記載の集光ユニットは、請求
項３３から３７のいずれかに記載の集光ユニットであっ
て、集熱部は、それぞれ集光部と隔離している。ここで
は、集熱部が集光部と離れていることにより、集熱部か
ら集光部への熱伝導を避けることができる。これによ
り、集熱効率を高めることができる。請求項３９に記載
の集光ユニットは、請求項３３から３８のいずれかに記
載の集光ユニットであって、集光部は、それぞれ少なく
とも１つの曲面を有する。

【００４６】集光部が集熱部に太陽光を集光するために
は、太陽光を集中させるようにする必要がある。ここで
は、集光部が曲面からなっているため、受光部のうちの
集光部に照射される太陽光を集熱部に集光させることが
できる。なお、１つの曲面である場合には、集熱部を焦
点とする放物面であるとさらに好ましい。

【００４７】請求項４０に記載の集光ユニットは、請求
項３９に記載の集光ユニットであって、集光部は、それ
ぞれ２つ以上の曲面を有する。ここでは、集光部が２つ
以上の曲面から構成されている。これにより、集熱部に
集光するためにより相応しい形状の集光部とすることが
できる。請求項４１に記載の集光ユニットは、請求項４
０に記載の集光ユニットであって、集光部は、それぞれ
曲面同士を接続する面が少なくとも１つの平面である。

【００４８】ここでは、集光部の２つ以上の曲面を繋ぐ
面が１つ以上の平面になっている。曲面形状を形作るの
は複雑であるため、平面で接続することにより、集光部
を簡便に形成することができる。請求項４２に記載の集
光ユニットは、請求項４０に記載の集光ユニットであっ
て、集光部は、それぞれ曲面同士を接続する面がインボ
リュート曲面である。

【００４９】ここでは、集光部の２つ以上の曲面を繋ぐ
面がインボリュート曲面となっている。このため、集光
部は、曲面同士を接続する部分に照射される太陽光をよ
り効率よく集熱部に集光することができる。請求項４３
に記載の集光ユニットは、請求項３３から４２のいずれ
かに記載の集光ユニットであって、集熱部は、それぞれ
流体媒体が流動可能である空洞部を有している。また、
集光装置の各々の集熱部は、流体媒体が流通可能に連絡
している。

【００５０】集熱部は、受光部が受光する太陽光が集光
される。この集光された太陽光のエネルギーを利用する
手段が必要となる。ここでは、集熱部が空洞部を有して
おり、さらにその内部に流体媒体が流動可能となってい
る。これにより、低温の流体媒体を集熱部に循環させて
太陽光のエネルギーによる熱を吸熱させることにより、
太陽光のエネルギーを利用することが可能となる。さら
に、流体媒体は、各集熱部を流通可能に連絡されている
ため、流体媒体にさらに多くの熱を吸熱させることがで
きる。

【００５１】請求項４４に記載の集光ユニットは、請求
項３３から４３のいずれかに記載の集光ユニットであっ
て、開口部は、太陽光が透過可能である蓋部を有する。
集光ユニットは、太陽光を受ける位置に設置されてい
る。このため、各集光装置の開口部は風雨にさらされる
こととなる。このため、集光部が風雨にさらされると、
集熱部に集光できなくなるおそれがある。同様に、集熱
部が風雨にさらされると、集光された太陽光のエネルギ
ーを利用する効率が低下するおそれがある。

【００５２】ここでは、開口部が蓋部を有していること
により、各集光装置の集熱部及び集光部を保護すること
が可能となるため、集光ユニット全体を保護することが
できる。請求項４５に記載の集光ユニットは、請求項４
４に記載の集光装置であって、蓋部は、０．４μｍ〜
１．０μｍの波長範囲で透過率が８０％以上である。

【００５３】蓋部が設けられていることにより、各集光
装置の集熱部及び集光部を保護できる。しかし、太陽光
のエネルギーを集熱部に集光するためには、蓋部が太陽
光を十分に透過可能である必要がある。特に、太陽光の
エネルギーは、主に可視光線から近赤外線にわたってい
るため、これらの波長範囲における透過率が高いことが
必要とされる。

【００５４】ここでは、蓋部が上記の波長範囲において
８０％以上の透過率である。これにより、太陽光のエネ
ルギーを十分に透過することが可能である。請求項４６
に記載の集光ユニットは、請求項４５に記載の集光装置
であって、蓋部は、厚さが０．５ｍｍ〜１５ｍｍであ
る。ここでは、蓋部が十分に太陽光を透過すると共に、
その厚さが０．５ｍｍ〜１５ｍｍである。これにより、
集光ユニットの強度を維持しながら全体の軽量化を図る
ことが可能となる。

【００５５】請求項４７に記載の集光ユニットは、請求
項４５または４６に記載の集光装置であって、蓋部に設
けられる透明板は、厚さが０．５ｍｍ〜３ｍｍであり、
０．４μｍ〜１．０μｍの波長範囲で透過率が８５％以
上である。ここでは、蓋部がさらに薄くなると共に太陽
光の透過率が大きい。このため、蓋部が太陽光のエネル
ギーをより透過することが可能であり、集熱部により集
光することが可能となる。

【００５６】請求項４８に記載の集光ユニットは、請求
項３３から４７のいずれかに記載の集光ユニットであっ
て、総開口面積が０．３〜１．３ｍ²である。集光ユニ
ットを設置する際には、そのサイズ分の面積が必要とな
るため、場所を選ぶことになる。集光ユニットは、家屋
の屋根などに取り付けられることが多いため、屋根の面
積が集光ユニットのサイズよりも広い必要がある。ま
た、集光ユニットが大きいと、設置場所への搬送が大変
であり、さらに重量が増加することになるため、設置に
おける種々の問題が生じることとなる。また、集光ユニ
ットの製造工程においても、集光ユニットが大きいと加
工設備の大型化や製造設備の広さが必要となるため、製
造のコスト高を引き起こす。

【００５７】ここでは、集光ユニットの効率が従来の集
光システムに比べて効率が高いため、小型化が可能とな
っている。集光ユニットのサイズとほぼ等しいサイズで
ある総開口面積が０．３〜１．３ｍ²であることから、
狭い場所に集光ユニットを設置することが可能となる。
請求項４９に記載の集光ユニットは、請求項３３から４
８のいずれかに記載の集光ユニットであって、総開口面
積が０．３〜１．０ｍ²である。

【００５８】ここでは、集光ユニットの総開口面積が
０．３〜１．０ｍ²であるため、より狭い場所にも集光
ユニットを設置することが可能となる。また、特別な運
送手段を用いずに、安価な宅配便などを利用して搬送す
ることが可能となるため、コスト低減に繋がる。請求項
５０に記載の集光ユニットは、請求項３３から４９のい
ずれかに記載の集光ユニットであって、総重量が５ｋｇ
〜１５ｋｇである。

【００５９】集光ユニットを設置する際には、その重量
に耐える場所に設置することが必要となるため、場所を
選ぶことになる。集光ユニットは、家屋の屋根などに取
り付けられることが多いため、設置位置における局所的
な耐重量が集光ユニットの重量以上である必要がある。
また一方、集光ユニットの設置を行う際に、集光ユニッ
トが重いと、設置者が複数名必要であることになり、人
件費がかさむことになる。また、集光ユニットの製造工
程においても、集光ユニットが重量物であると製造設備
に重量物可搬用の設備が必要となるため、製造のコスト
高を引き起こす。

【００６０】ここでは、集光ユニットの効率が従来の集
光システムに比べて効率が高いため、小型軽量化が可能
となっている。集光ユニットの総重量が５ｋｇ〜１５ｋ
ｇと十分軽量であるため、設置場所の必要耐重量が抑え
られる。また、集光ユニットの設置作業を一人で行える
ため、人件費の低減に繋がる。請求項５１に記載の集光
ユニットは、請求項３３から５０のいずれかに記載の集
光ユニットであって、総重量が５ｋｇ〜１０ｋｇであ
る。

【００６１】ここでは、集光ユニットの総重量が５ｋｇ
〜１０ｋｇと十分軽量であるため、設置場所の必要耐重
量がさらに抑えられる。請求項５２に記載の集光ユニッ
トは、請求項３３から５１のいずれかに記載の集光ユニ
ットであって、相互に連結可能とする連結部をさらに有
する。ここでは、連結部により複数の集光ユニットを接
続することが可能となる。これにより、複数の集光ユニ
ットを密着して、自由な形状に容易に配置することが可
能となるため、例えば家屋の屋根全体を集光ユニットで
埋めることなどが可能となり、太陽光のエネルギーの有
効利用をさらに促進することができる。

【００６２】請求項５３に記載の集光ユニットは、請求
項５２に記載の集光ユニットであって、連結部は、連結
時に接する辺に２箇所以上設けられる。ここでは、複数
の集光ユニットを連結するときに集光ユニット同士が接
する辺において、連結部が２箇所以上に設けられてい
る。これにより、集光ユニット同士が頑強に連結される
ことになる。

【００６３】請求項５４に記載の集光ユニットは、請求
項５２または５３に記載の集光ユニットであって、連結
時に集熱部同士を連結可能とする集熱部継ぎ手をさらに
有する。集光ユニット同士を接続した際に、各集光ユニ
ットの集熱部から太陽光のエネルギーを導く周辺設備を
各集光ユニットに設けると、周辺設備の配置が複雑とな
る。さらに、各集光ユニットのそれぞれに周辺設備が必
要となるために、費用が必要となる。

【００６４】ここでは、隣接して連結された集光ユニッ
ト同士の各集熱部が集熱部継ぎ手により接続される。こ
れにより、周辺設備を最小限に抑えることが可能とな
る。よって、費用も最小限に抑えることができる。請求
項５５に記載の集光ユニットは、請求項３３から５４の
いずれかに記載の集光ユニットであって、持ち運び可能
とするための持ち手をさらに有する。

【００６５】ここでは、持ち手をさらに有していること
により、集光ユニットを設置する際の取扱いがさらに容
易になる。請求項５６に記載の集光ユニットは、請求項
５２から５４のいずれかに記載の集光ユニットであっ
て、持ち運び可能とするための持ち手をさらに有し、持
ち手は連結時に取り外し可能である。

【００６６】ここでは、持ち手をさらに有していること
により、集光ユニットを設置する際の取扱いがさらに容
易になる。また、持ち手を取り外すことができるため、
集光ユニットを複数連結する際に邪魔にならない。請求
項５７に記載の集光ユニットは、請求項５２から５４の
いずれかに記載の集光ユニットであって、持ち運び可能
とするための持ち手をさらに有し、持ち手は連結時に収
納可能である。

【００６７】ここでは、持ち手をさらに有していること
により、集光ユニットを設置する際の取扱いがさらに容
易になる。また、持ち手を集光ユニット内に収納するこ
とができるため、集光ユニットを複数連結する際に邪魔
にならない。

【００６８】

【発明の実施の形態】〔第１実施形態〕本発明の第１実
施形態に係る集光ユニットであるＣＰＣ集熱器を図１に
示す。ＣＰＣ（ＣｏｍｐｏｕｎｄＰａｒａｂｏｌｉｃ
Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｏｒ）集熱器は、図２に示され
るような放物面鏡を複数用いたＣＰＣ式の集光装置（以
下、ＣＰＣと略す。）をさらに複数組み合わせた集光ユ
ニットである。

【００６９】ＣＰＣは、複合放物面反射鏡と呼ばれ、上
記したように放物面鏡を組み合わせて太陽光を集光・集
熱するものである。本実施形態におけるＣＰＣは、集光
比が１．６の線集光型太陽集光器であり、太陽追尾のた
めに集光器の指向方向を移動させることなく高い効率の
集熱が行えると共に、年間を通じて高効率で集熱でき
る。また、集熱部（集熱管）が小さいため、放熱効率が
抑えられる。よって、集熱した太陽光のエネルギーを有
効に利用することができる。さらに、線集光型の集熱器
であるため、図１２に示される平板式集光器や図１３に
示される真空管式集光器に比べて高効率に集熱可能であ
る。

【００７０】ＣＰＣは、以上のような特徴を備えるた
め、従来の集光器があまり用いられていなかった北海道
などの高緯度寒冷地においても使用可能である。また、
１００℃以上の温度を得ることも可能となり、産業用の
熱源として利用することも可能となる。＜構成＞ＣＰＣ集熱器は、上記したように、ＣＰＣを複
数組み合わせたものである。まずＣＰＣについて説明す
る。

【００７１】ＣＰＣ１は、受光部２、集熱管３、及びＣ
ＰＣケース４を備えている。受光部２は、太陽から照射
される太陽光を受光するものであり、開口部１１と集光
反射板１２とを有する。開口部１１は、太陽光を取り込
むための開口である。集光反射板１２は、受光部２に受
光される太陽光を反射して集光するものであり、表面が
鏡面仕上げされているアルミニウムの薄板を曲げて形成
されている。また、集光反射板１２の曲面は、集熱管３
よりも上方において放物面に近い曲面であり、集熱管３
の周辺から下方においてインボリュート曲面に近い曲面
となっている。

【００７２】集熱管３は、受光部２（集光反射板１２）
に照射される焦点近傍に配置されている。すなわち、集
熱管３は、受光部２に囲まれた位置に隔離して配置され
ている。集熱管３は、受光部２により集光される太陽光
を受け、集光される太陽光によって熱を集積する。ま
た、集熱管３は、本体が銅製であり、その表面には、黒
色クロムによるメッキが施されている。集熱管３は、断
面が円形であり、その内部を水が流通可能となってい
る。この水により、集熱管３の熱を吸熱する。なお、集
熱管３は、加熱による水蒸気圧及び外部からの水の供給
圧を合わせた圧力以上の耐圧強度を有している。

【００７３】ＣＰＣケース４は、ＣＰＣの外部の保持部
であり、このＣＰＣケース４と集光反射板１２との間に
は、断熱材１３が充填されている。なお、開口部１１の
開口幅に対する集熱管３の外径は、約０．２１である。＜ＣＰＣ集熱器の構成＞ＣＰＣ集熱器２１は、上記のＣ
ＰＣ１を複数並列に配列したものである。図１には、Ｃ
ＰＣ１を７台並べたＣＰＣ集熱器２１が記載されてい
る。なお、ＣＰＣ集熱器２１における各ＣＰＣ１の開口
部１１の総面積が０．５ｍ²であり、総重量は１０ｋｇ
である。

【００７４】ＣＰＣ集熱器２１は、複数のＣＰＣ１、蓋
部３１、ケース３２、及び接続通路３３を備えている。
蓋部３１は、各ＣＰＣ１を保護すると共に太陽光を透過
させており、ＣＰＣ１において太陽光エネルギーを利用
可能にする。ここで、蓋部３１は、太陽光のエネルギー
の大半が含まれる０．４μｍ〜１．０μｍの波長範囲に
おいて透過率が８０％以上である。蓋部３１の構造は図
３に示されるように２層構造になっている。蓋部３１の
厚みは最大１５ｍｍである。蓋部３１は、２枚の蓋４１
（４１ａ、４１ｂ）、スペーサ４２、パッキン４３から
なっており、蓋４１ａ、４１ｂの間には層間部４４が設
けられている。蓋４１ａ、４１ｂは、それぞれガラス製
であり、その厚さは強度上０．５ｍｍ以上が好ましい。
蓋４１の周囲全体は、図３で示されるように、蓋４１ａ
及び４１ｂの間にスペーサ４２が、蓋４１ｂとケース３
２との間にパッキン４３が充填されている。スペーサ４
２は、蓋４１の間隔を維持すると共に、周囲を充填して
いる。パッキン４３は、蓋４１ｂとケース３２との間隔
を維持すると共に、周囲を充填する。層間部４４は、蓋
４１ａ、４１ｂ及びスペーサ４２により囲まれている空
間である。

【００７５】ケース３２は、ＣＰＣ１の周囲を保護す
る。また、ケース３２は、供給配管５１、排出配管５
２、及び取っ手５３を有している。供給配管５１は、Ｃ
ＰＣ集熱器２１の端部に配置されるＣＰＣ１の集熱管に
接続され、水を供給する。他方、排出配管５２は、供給
配管５１と反対側の端部に配置されるＣＰＣ１の集熱管
に接続され、水を外部へ排出する。取っ手５３は、ケー
ス３２の側面に設けられている。また取っ手５３は、図
５（ａ）に示されるように、撓めることにより取り外し
可能となっている。

【００７６】接続通路３３は、ＣＰＣ集熱器２１内部に
設けられており、各ＣＰＣ１の集熱管３を接続してい
る。そして、供給配管５１から供給される水は、接続通
路３３を介してＣＰＣ集熱器２１の全ての集熱管３を経
て加熱され、排出配管５２から排出される。＜動作＞ＣＰＣ集熱器２１の動作について以下に示す。

【００７７】まず、動作前に、ＣＰＣ集熱器２１を太陽
光が照射される位置に設置する。このとき、ＣＰＣ集熱
器２１を設置する地域の緯度により、設置最適角度が異
なるため、ＣＰＣ集熱器２１の設置はこの設置最適角度
に設置すればよい。引き続いて、供給配管５１に（水道
蛇口などの）水の供給側機構を接続し、排出配管５２に
（給湯タンクなど）水の排出側機構を接続する。

【００７８】太陽光がＣＰＣ集熱器２１に照射されてい
るときに、供給配管５１に水を供給すると、水は供給配
管５１から各ＣＰＣ１の集熱管３を経て排出配管５２か
ら排出される。この間に、水は、太陽光により加熱され
ている各集熱管３から熱が伝導して加熱され、徐々に温
水となる。この温水または温水の熱エネルギーを排出側
機構において利用する。

【００７９】＜特徴＞（１）本実施形態のＣＰＣ集熱器２１では、集熱管３が
太陽光のエネルギーのほとんどを吸収するため、集熱管
３にエネルギーが蓄えられる。このため、太陽光のエネ
ルギーを有効に利用するためには、集熱管３からの熱損
失を抑えればよい。熱損失の要因としては、集熱管３に
接している他の部材への熱伝導や、集熱管３周辺の空気
などの気体との接触による熱伝導及び対流、さらに集熱
管３自身の温度による熱輻射などが挙げられる。

【００８０】ＣＰＣ集熱器２１は、開口部１１の開口面
積に対する集熱管３の表面積（すなわち放熱面積）の比
率は、約０．６３である。この値は、図６よりＣＰＣ集
熱器２１における最適値に設定されている。すなわち、
この比率が大きくなると、放熱面積が増加するため、熱
輻射や周辺ガスとの接触による熱損失が大きくなり、放
熱の量が増加する。他方、比率が小さくなると、集熱管
３からの熱損失は小さくなるが、他方で集熱管３の径が
小さくなるために開口部１１を通過してくる太陽光を集
光する集光反射板１２からの捕捉率が低下する。このた
め、ＣＰＣ集熱器２１による太陽光のエネルギーの捕捉
率が低下する。これらの要因により、この比率が従来製
品の捕捉率５０％以上となる０．４〜０．８が、また特
に高い捕捉率を得るには０．５３〜０．７３であること
がよいとされる。本実施形態では０．６３という最適比
率にされている。

【００８１】一方、従来一般に用いられてきた平板式の
集光器（図１２参照）では、開口面積が太陽光に照射さ
れる面積であるため、集熱板の片面に相当する。しか
し、放熱は、集熱板全体から放熱されるために、放熱面
積が集熱板両面に相当する。すなわち、開口面積に対す
る放熱面積の比率が２となる。すなわち放熱面積の比率
がＣＰＣ集熱器２１に比べて大きいため、熱輻射などに
よる熱損失が大きい。

【００８２】図１３に示される真空管式の集光器でも同
様に、開口面積に対する放熱面積の比率が約２になる。
よって、真空管式であってもＣＰＣ集熱器２１に比べて
熱損失が大きくなる。これらのことを示したのが図７で
ある。この図７において、太陽光のエネルギーを熱とし
て吸収した集熱効率が一定の３０％として計算すると、
平板式及び真空管式に比べてＣＰＣ集熱器２１の集熱温
度が高くなることが分かる。図７から、ＣＰＣ集熱器２
１は従来式の集光システムに比べて太陽光のエネルギー
の利用効率が高いことが分かる。

【００８３】さらに、従来式の集光システムでは、集熱
管が集熱板などの集光部と接続していたが、本実施形態
に示す集熱管３は、集光反射板１２から隔離しており、
受光部２に太陽光のエネルギーである熱が伝導すること
が抑えられている。加えて、集熱管３の表面は、黒色ク
ロムなどの選択吸収膜で覆われているが行われている。
この選択吸収膜は、太陽光のエネルギーの収容部分とな
る波長成分（可視光線及び近赤外線）を透過し、逆に太
陽に比べて低温である集熱管３の温度の物質から輻射さ
れる遠赤外線を反射する。このため、集熱管３は、効率
よく太陽光のエネルギーを吸収すると共に、集熱管３か
らの輻射により逃げようとする熱の量を極力抑えること
ができる。これらの処理により、本実施形態のＣＰＣ集
熱器２１は、効率良く太陽光を熱エネルギーとして利用
できることが分かる。

【００８４】また、太陽光のエネルギーを利用するため
には、蓋部３１による太陽光の反射及び吸収を抑える必
要がある。本実施形態のＣＰＣ集熱器２１の蓋４１は、
厚さ０．５ｍｍのガラス製であり、図９（ａ）に示され
る透過スペクトルから分かるように、０．４μｍ〜１．
０μｍの波長範囲において、太陽光の透過率が８０％以
上となっている。なお、図９（ａ）の各透過スペクトル
は、それぞれガラスの厚さに依存したスペクトルを示し
ている。図８の太陽光スペクトル図（大気による吸収含
む）からも明らかなように、太陽光のエネルギーは、
０．４μｍ〜１．０μｍの波長範囲において約８０％が
含まれる。すなわち、この波長範囲において透過率の高
い素材を蓋部３１に用いることにより、ＣＰＣ集熱器２
１における太陽光のエネルギー利用率を高くすることが
できる。また一方、得られた太陽光の熱エネルギーを逃
さないために、波長１．０μｍ以上の赤外線での透過率
が低くなっていることにより、さらにＣＰＣ集熱器２１
における太陽光のエネルギー利用率を高めることができ
る。

【００８５】また、蓋部３１の構造は、図３に示される
ように２層構造になっている。蓋部３１の厚みは、最大
１５ｍｍであり、強度上０．５ｍｍ以上が好ましい。ま
た、蓋４１の厚さを薄くすることにより太陽光の透過率
を向上させ、さらに太陽光のエネルギー利用率を上げる
ことができる。すなわち、厚さを０．５ｍｍ〜３ｍｍに
して、０．４μｍ〜１．０μｍの波長範囲における透過
率を８５％とすることで、さらに利用率を上げることが
できる。さらに、厚さを０．５ｍｍ〜１ｍｍにして、
０．４μｍ〜１．０μｍの波長範囲における透過率を９
０％とすることにより、太陽光のエネルギー利用率がさ
らに上がるためより好ましくなる。すなわち、本実施形
態に示したＣＰＣ集熱器２１は、上記した太陽光のエネ
ルギー利用率が従来式の集光システムに比べて高いこと
を活用しており、これによってＣＰＣ集熱器２１の小型
及び軽量化を図った点に特徴がある。

【００８６】（２）本実施形態のＣＰＣ集熱器２１で
は、開口部１１の総面積が１．３ｍ²であり、総重量は
１５ｋｇである。集光ユニットを設置する際には、その
サイズ分の面積が必要となるため、場所を選ぶことにな
る。集光ユニットは、家屋の屋根などに取り付けられる
ことが多いため、屋根面積が集光ユニットのサイズより
も広く、また屋根形状が平面である必要がある。また、
集光ユニットが大きいと、設置場所への搬送が大変であ
り、さらに重量が増加することになるため、設置におけ
る種々の問題が生じることとなる。すなわち、集光ユニ
ットの設置を行う際に、集光ユニットが重いと、設置者
が複数名必要であることになり、人件費がかさむことに
なる。また、集光ユニットの製造工程においても、集光
ユニットが大きいと製造設備の大型化と広さとが必要と
なると共に、重量物であると製造設備に重量物可搬用の
設備が必要となるため、製造のコスト高を引き起こす。

【００８７】ここでは、ＣＰＣ集熱器２１の総開口面積
は、０．３〜１．３ｍ²であると、上記のサイズ的な問
題を抑えることができる。総開口面積が０．３〜１．０
ｍ²であればより好ましい。さらに総開口面積が０．３
〜０．８ｍ²であればさらに好ましい。また、ＣＰＣ集
熱器２１の重量が５ｋｇ〜１５ｋｇであれば、上記の重
量的な問題を抑えることができる。ＣＰＣ集熱器２１の
重量が５ｋｇ〜１０ｋｇであればより好ましい。

【００８８】ここでは、ＣＰＣ集熱器２１のサイズとほ
ぼ等しいサイズである総開口面積が１．３ｍ²であり、
重量が１５ｋｇであることから、少人数で狭い場所に集
光ユニットを設置することが可能となる。（３）本実施形態のＣＰＣ集熱器２１では、太陽光が集
光されることにより集熱管３が加熱される。集熱管３の
内部を流れる水がこの熱を吸熱して温水となることを利
用して、ＣＰＣ集熱器２１は、太陽光のエネルギーを利
用している。このときに、従来の集光器に比べて、ＣＰ
Ｃ集熱器２１は、集熱温度が高くなり摂氏１００度以上
になりうる（図７参照）ため、集熱管３の内部の水蒸気
圧が上昇する。よって、ＣＰＣ集熱器２１は、この水蒸
気圧上昇により集熱管３が破損するおそれを抑える必要
がある。

【００８９】以下で、集熱管３に必要な耐圧を検討す
る。集熱管３にかかる圧力は、上記の水蒸気圧に加えて
水の供給圧力がある。供給圧力Ｐ₁は、水道の供給圧と
すると通常１〜３×１０⁵Ｐａである。次に、水蒸気圧
Ｐ₂は、水の温度が摂氏１３０度まで上昇するとすれ
ば、摂氏１００度における水蒸気圧が約１０⁵Ｐａであ
るので、Ｐ₂≒Ｔ₁₃₀／Ｔ₁₀₀×１０⁵Ｐａ＝（１３０＋２７３）／（１００＋２７３）×１０⁵Ｐａ ≒１．０８×１０⁵Ｐａとなる。（Ｔ₁₀₀、Ｔ₁₃₀はそれぞれ摂氏１００度、１３
０度における絶対温度である。）従って、集熱管３の管
内には、Ｐ₁＋Ｐ₂≒２．１〜４．１×１０⁵Ｐａの圧力
がかかる。集熱管３は、直径が１８ｍｍ、肉厚が０．５
ｍｍであるので、集熱管３の管内に発生する引張応力σ
が最大 σ＝（４．１×１０⁵）×１８／（２×０．５）Ｐａ＝７．３８×１０⁶Ｐａとなる。この引張応力σは、銅の弾性変形の範囲内にあ
るため、十分な強度を有している。よって、集熱管３
は、十分な耐圧強度を有しており、破損するおそれが抑
えられている。

【００９０】＜他の実施例＞（ａ）集光反射板１２は、アルミニウムの板材により形
成されているが、断熱材１３を適切な形状に形成し、そ
の表面にアルミニウム等の光沢金属を蒸着をすることに
より太陽光の集光を行っても良い。この場合には、板材
の形成が不要となるため、複雑な曲面の反射部を比較的
容易に作成することが可能となる。

【００９１】また、集光反射板１２は、銀の薄板により
形成されても良い。この場合には、より反射率が向上す
るため、太陽光のエネルギー利用率がさらに向上する。
また、集光反射板１２の形成を容易にするために、放物
面を結ぶインボリュート曲面の代わりに、１つ以上の平
面により接続しても良い。その他、集光反射板の側面部
分を２枚の平板として、それらの平板を接続する曲面を
設けていても良い。これらの場合には、集光効率は若干
低下するが集光反射板１２の制作が容易となるため、製
造コストを安価にできる。

【００９２】（ｂ）集熱管３の表面には、黒色クロムメ
ッキが施されているが、これに限られず、クロム、銅、
ステンレス、酸化鉄系などの選択吸収被膜が施されてい
ても良い。（ｂ）集光反射板１２とＣＰＣケース４との間に断熱材
１３が設けられているが、空洞を設けて、その内部を真
空にすることにより断熱を図っても良い。

【００９３】（ｃ）蓋部３１の蓋４１ａ、４１ｂは、ガ
ラス製であるが、ポリカーボネイト製やアクリル製の板
材であってもよい。図９（ｂ）にポリカーボネイト板の
透過スペクトルを示す。これにより、さらなる薄肉軽量
化を図ることが可能となる。蓋部３１の層間部４４に
は、空気が充填されているが、稀ガスであるクリプトン
ガス、キセノンガス、及びアルゴンガスが充填されてい
ても同様に断熱性が向上する。

【００９４】（ｄ）蓋部３１は、二枚の蓋４１からなっ
ているが、構造を簡素化するために１枚の蓋４１から構
成されていても良い。この場合には、蓋部３１の製造コ
ストを安価にすることが可能となる。（ｅ）ＣＰＣ集熱器２１を１台で利用しているが、これ
を複数台接続することにより、さらに多量の太陽光のエ
ネルギーを利用するようにしても良い。

【００９５】この場合には、ＣＰＣ集熱器２１のケース
３２において、１台の供給配管５１とその他の排出配管
５２とを接続する継ぎ手配管６１をさらに設けると、各
ＣＰＣ集熱器２１に対してそれぞれに水の供給などを行
う配管が不要となる。よって、配管を単純化することが
できる。さらに、ＣＰＣ集熱器２１同士を接するように
連結する連結部６２をケース３２にさらに設けることに
より、ＣＰＣ集熱器２１を密着して配置することが可能
になる（図４参照）。連結部６２は、ケース３２の穴と
ボルトナットから構成されており、穴にボルトナットを
通すことにより２台のＣＰＣ集熱器２１同士を結合す
る。このとき、連結部６２は、ＣＰＣ集熱器２１同士が
連結されている辺の２箇所に設けられているため、ま
た、ＣＰＣ集熱器２１同士を頑強に連結することが可能
になる。このとき、取っ手５３は、図５（ａ）に示され
るように取り外しが可能であるため、邪魔になることが
ない。なお、取っ手５３は、図５（ｂ）のように、ＣＰ
Ｃ集熱器２１の内部に収納可能であっても良い。

【００９６】また、ＣＰＣ集熱器２１のサイズは、１．
３ｍ²である。ここで、ＣＰＣ集熱器２１をさらに小さ
いユニットとすることにより、このユニットを複数台連
結して大面積のＣＰＣ集熱器とするようにしてもよい。
この場合には、１台当たりの面積及び重量が小さくなる
ため、可搬性に富み、設置も容易になり、さらに宅配便
などで搬送可能となるため安価に搬送できる。

【００９７】〔第２実施形態〕本発明の第２実施形態に
係るＣＰＣ集光装置を図１０に示す。ＣＰＣ集光装置
は、第１実施形態のＣＰＣ１とほぼ同様の構成であるた
め、相違点のみ記載する。＜構成＞ＣＰＣ集光装置７０は、第１実施形態のＣＰＣ
１と同様に、受光部２、集熱管３、及びＣＰＣケース４
を備えている。集熱管３、ＣＰＣケース４は、第１実施
形態と同様であるので説明を省く。

【００９８】受光部２は、開口部１１と集光反射板１２
とを有する。集光反射板１２は、第１実施形態と同様で
ある。開口部１１は、太陽光を取り込むための開口であ
り、蓋部７１が設けられている。蓋部７１は、第１実施
形態の蓋部３１と同様に、各ＣＰＣ１を保護すると共に
太陽光を透過させており、ＣＰＣ１において太陽光エネ
ルギーを利用可能にする。ここで、蓋部３１は、太陽光
のエネルギーの大半が含まれる０．４μｍ〜１．０μｍ
の波長範囲において透過率が８０％以上である。蓋部７
１の構造は図１１に示されるように２層構造になってい
る。蓋部７１の厚みは最大１５ｍｍである。蓋部７１
は、２枚の蓋８１（８１ａ、８１ｂ）、スペーサ８２、
パッキン８３からなっており、蓋８１ａ、８１ｂの間に
は層間部８４が設けられている。蓋８１ａ、８１ｂは、
それぞれガラス製であり、その厚さは強度上０．５ｍｍ
以上が好ましい。蓋４１の周囲全体は、図１１で示され
るように、蓋８１ａ及び８１ｂの間にスペーサ８２が、
蓋８１ｂとＣＰＣケース４との間にパッキン８３が充填
されている。スペーサ８２は、蓋８１間の間隔を維持す
ると共に、蓋８１の周囲を充填している。パッキン８３
は、蓋８１ｂとＣＰＣケース４との間隔を維持すると共
に、周囲を充填する。層間部８４は、蓋８１ａ、８１ｂ
及びスペーサ８２により囲まれている空間である。層間
部８４の内部には、クリプトンガスが充填されている。

【００９９】なお、開口部１１の蓋部３１の面積に対す
る集熱管３の表面積は、約０．６３である。＜動作＞ＣＰＣ集光装置７０は、集熱管３の一方から水
が供給機構（図示せず）により供給され、他方から水が
排出機構（図示せず）により排出される構成になってい
る。

【０１００】太陽光が照射される位置にＣＰＣ集光装置
７０を設置することにより、集熱管３に太陽光が集中さ
れて、集熱管３が加熱される。集熱管３を流れる水がこ
の熱を吸熱して徐々に温熱となる。この温水または温水
の熱エネルギーを排出機構において利用する。

【０１０１】

【発明の効果】本発明に係る集光装置では、受光部の受
光面積が集熱部の放熱面積よりも広い。受光部で受光し
た太陽光は、集熱部に集光される。このため、太陽光エ
ネルギーは、受光部よりも小さい集熱部に与えられる。
よって、集光装置のエネルギー損失は、受光部からほと
んど生じず、集光される集熱部からの熱輻射により生じ
ることとなる。ここで、集熱部は、受光部の受光面積よ
りも面積が小さいため、放熱面積も受光面積よりも小さ
くなる。これにより、受光面積の２倍が放熱面積となる
従来の平板式及び真空管式の集光システムに比べて熱輻
射によるエネルギー損失が抑制される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施形態に係るＣＰＣ集熱器の模式図。

【図２】ＣＰＣの模式図。

【図３】蓋部端部の模式断面図。

【図４】連結されたＣＰＣ集熱器の模式図。

【図５】ＣＰＣ集熱器の取っ手の他の実施形態。

【図６】放熱面積／開口面積に対する集熱効率。

【図７】ＣＰＣ、平板式、真空管式の性能比較図。

【図８】太陽光のスペクトル。

【図９】蓋に用いられる板材の透過スペクトル。（ａ）
ガラス。（ｂ）ポリカーボネイト。

【図１０】ＣＰＣ集光装置の模式図。

【図１１】蓋部端部の模式断面図。

【図１２】従来の平板式の集光システムの模式図。

【図１３】従来の真空管式の集光システムの模式図。

【符号の説明】

１ＣＰＣ２受光部３集熱管４ＣＰＣケース１１開口部１２集光反射板１３断熱材２１ＣＰＣ集熱器３１蓋部３２ケース３３接続配管４１ａ、ｂ蓋４２スペーサ４３パッキン４４層間部５１供給配管５２排出配管５３取っ手６１継ぎ手配管６２連結部７０ＣＰＣ集光装置７１蓋部８１ａ、ｂ蓋８２スペーサ８３パッキン８４層間部１０２集熱管１０３集熱板１１２集熱管１１３集熱板１１４ガラス管１１５集熱管１１６導水管

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】太陽光を集光して媒体を加熱するための集
光装置であって、太陽光を受光する少なくとも１つの受光部と、前記受光部によって集光される太陽光により加熱される
集熱部と、を備え、前記集熱部の放熱面積は、前記受光部の受光面積よりも
小さい、集光装置。
【請求項２】前記受光面積に対する前記放熱面積の比率
が０．４〜０．８である、請求項１に記載の集光装置。
【請求項３】前記受光面積に対する前記放熱面積の比率
が０．５３〜０．７３である、請求項１または２に記載
の集光装置。
【請求項４】前記集熱部は、流体媒体が流動可能である
空洞部を有する、請求項１から３のいずれかに記載の集
光装置。
【請求項５】前記集熱部は、前記流体媒体の供給圧と前
記流体媒体が加熱されたときにおける蒸気圧とを合わせ
た圧力以上の耐圧強度を有する、請求項４に記載の集光
装置。
【請求項６】前記集熱部は、表面に選択吸収膜が施され
ている、請求項１から５のいずれかに記載の集光装置。
【請求項７】前記選択吸収膜は、クロム、黒色クロム、
銅、ステンレス、酸化鉄のいずれかである、請求項６に
記載の集光装置。
【請求項８】前記受光部は、少なくとも１つの開口部
と、前記集熱部に太陽光を集光するための集光部とによ
り構成されている、請求項１から７のいずれかに記載の
集光装置。
【請求項９】前記集熱部は、前記集光部と隔離してい
る、請求項８に記載の集光装置。
【請求項１０】前記集光部は、少なくとも１つの反射部
材から構成されており、太陽光を前記集熱部に集光させ
る、請求項８または９に記載の集光装置。
【請求項１１】前記集光部は、前記反射部材の裏面に断
熱部を有する、請求項８から１０のいずれかに記載の集
光装置。
【請求項１２】前記断熱部は、空洞が設けられている、
請求項１１に記載の集光装置。
【請求項１３】前記空洞は、その内部が真空状態であ
る、請求項１２に記載の集光装置。
【請求項１４】前記集光部は、前記断熱部である断熱材
の表面に鏡面部材が設けられる、請求項１１から１３の
いずれかに記載の集光装置。
【請求項１５】前記鏡面部材は、光沢金属である、請求
項１４に記載の集光装置。
【請求項１６】前記光沢金属は、アルミニウムまたは銀
である、請求項１５に記載の集光装置。
【請求項１７】前記集光部は、鏡面部分を含む、請求項
１０から１６のいずれかに記載の集光装置。
【請求項１８】前記集光部は、少なくとも１つの曲面を
有する、請求項１０から１７のいずれかに記載の集光装
置。
【請求項１９】前記集光部は、２つ以上の曲面を有す
る、請求項１８に記載の集光装置。
【請求項２０】前記集光部は、曲面同士を接続する面が
少なくとも１つの平面である、請求項１９に記載の集光
装置。
【請求項２１】前記集光部は、曲面同士を接続する面が
インボリュート曲面である、請求項１９に記載の集光装
置。
【請求項２２】前記集光部は、２つ以上の平面からな
る、請求項１０から１７に記載の集光装置。
【請求項２３】前記集光部は、平面同士を接続する面が
曲面である、請求項２２に記載の集光装置。
【請求項２４】前記開口部は、太陽光が透過可能である
蓋部を有する、請求項８から２３のいずれかに記載の集
光装置。
【請求項２５】前記蓋部は、０．４μｍ〜１．０μｍの
波長範囲で透過率が８０％以上である、請求項２４に記
載の集光装置。
【請求項２６】前記蓋部は、厚さが０．５ｍｍ〜１５ｍ
ｍである、請求項２５に記載の集光装置。
【請求項２７】前記蓋部に設けられる透明板は、厚さが
０．５ｍｍ〜３ｍｍであり、０．４μｍ〜１．０μｍの
波長範囲で透過率が８５％以上である、請求項２４から
２６のいずれかに記載の集光装置。
【請求項２８】前記蓋部に設けられる透明板は、厚さが
０．５ｍｍ〜１ｍｍであり、０．４μｍ〜１．０μｍの
波長範囲で透過率が９０％以上である、請求項２４から
２６のいずれかに記載の集光装置。
【請求項２９】前記蓋部に設けられる透明板は、ガラ
ス、ポリカーボネイト、アクリルのいずれかである、請
求項２４から２８のいずれかに記載の集光装置。
【請求項３０】前記蓋部の前記透明板は、少なくとも２
層からなる、請求項２４から２９のいずれかに記載の集
光装置。
【請求項３１】前記蓋部の前記透明板の層間は、低熱伝
導率気体が充填される、請求項３０に記載の集光装置。
【請求項３２】前記低熱伝導率気体は、クリプトン、キ
セノン、アルゴンのいずれかである、請求項３１に記載
の集光装置。
【請求項３３】太陽光を集光することにより媒体を加熱
する集光ユニットであって、太陽光を受光する、少なくとも１つの開口部と、前記開口部を透過した太陽光を集光する集光部と、前記集光部によって加熱される集熱部と、を備えた集光装置を複数配置し、複数の前記集熱部は、相互に接続されており、前記集熱部の総放熱面積は、前記開口部の総開口面積よ
りも小さい、集光ユニット。
【請求項３４】前記集熱部は、前記集光部と隔離してい
る、請求項３３に記載の集光ユニット。
【請求項３５】複数の前記集光装置は、並列または直列
に配置される、請求項３３または３４に記載の集光ユニ
ット。
【請求項３６】前記総開口面積に対する前記総放熱面積
の比率が０．４〜０．８である、請求項３３から３５の
いずれかに記載の集光ユニット。
【請求項３７】前記総開口面積に対する前記総放熱面積
の比率が０．５３〜０．７３である、請求項３６に記載
の集光ユニット。
【請求項３８】前記集熱部は、それぞれ前記集光部と隔
離している、請求項３３から３７のいずれかに記載の集
光ユニット。
【請求項３９】前記集光部は、それぞれ少なくとも１つ
の曲面を有する、請求項３３から３８のいずれかに記載
の集光ユニット。
【請求項４０】前記集光部は、それぞれ２つ以上の曲面
を有する、請求項３９に記載の集光ユニット。
【請求項４１】前記集光部は、それぞれ曲面同士を接続
する面が少なくとも１つの平面である、請求項４０に記
載の集光ユニット。
【請求項４２】前記集光部は、それぞれ曲面同士を接続
する面がインボリュート曲面である、請求項４０に記載
の集光ユニット。
【請求項４３】前記集熱部は、それぞれ流体媒体が流動
可能である空洞部を有しており、前記集光装置の各々の前記集熱部は、前記流体媒体が流
通可能に連絡している、請求項３３から４２のいずれか
に記載の集光ユニット。
【請求項４４】前記開口部は、太陽光が透過可能である
蓋部を有する、請求項３３から４３のいずれかに記載の
集光ユニット。
【請求項４５】前記蓋部は、０．４μｍ〜１．０μｍの
波長範囲で透過率が８０％以上である、請求項４４に記
載の集光装置。
【請求項４６】前記蓋部は、厚さが０．５ｍｍ〜１５ｍ
ｍである、請求項４５に記載の集光装置。
【請求項４７】前記蓋部に設けられる透明板は、厚さが
０．５ｍｍ〜３ｍｍであり、０．４μｍ〜１．０μｍの
波長範囲で透過率が８５％以上である、請求項４５また
は４６に記載の集光装置。
【請求項４８】前記総開口面積が０．３〜１．３ｍ²で
ある、請求項３３から４７のいずれかに記載の集光ユニ
ット。
【請求項４９】前記総開口面積が０．３〜１．０ｍ²で
ある、請求項３３から４８のいずれかに記載の集光ユニ
ット。
【請求項５０】総重量が５ｋｇ〜１５ｋｇである、請求
項３３から４９のいずれかに記載の集光ユニット。
【請求項５１】総重量が５ｋｇ〜１０ｋｇである、請求
項３３から５０のいずれかに記載の集光ユニット。
【請求項５２】相互に連結可能とする連結部をさらに有
する、請求項３３から５１のいずれかに記載の集光ユニ
ット。
【請求項５３】前記連結部は、連結時に接する辺に２箇
所以上設けられる、請求項５２に記載の集光ユニット。
【請求項５４】連結時に前記集熱部同士を連結可能とす
る集熱部継ぎ手をさらに有する、請求項５２または５３
に記載の集光ユニット。
【請求項５５】持ち運び可能とするための持ち手部をさ
らに有する、請求項３３から５４のいずれかに記載の集
光ユニット。
【請求項５６】持ち運び可能とするための持ち手部をさ
らに有し、前記持ち手は連結時に取り外し可能である、請求項５２
から５４のいずれかに記載の集光ユニット。
【請求項５７】持ち運び可能とするための持ち手部をさ
らに有し、前記持ち手は連結時に収納可能である、請求項５２から
５４のいずれかに記載の集光ユニット。