JP2008025871A - 集熱器 - Google Patents

Abstract

【課題】集熱器をコンパクトに構成して、住宅の屋根材として設置できるようにして、太陽光から熱媒体の加熱のために必要な熱量を効率良く回収することを目的とする。
【解決手段】太陽光を集光する複数個の反射鏡１と、反射鏡１の夫々に設けた集熱部３を回転の中心として固定し、その周囲を反射鏡１が回転できるように支持した回転支持部１４と、複数個の反射鏡１を一体に作動し、夫々の集熱部３に沿って同一方向に回転するようにした作動部５と、この作動部５に連結する駆動部４と、この駆動部４をコントロールする制御部１８とこれらの複数個の反射鏡１と集熱部３と作動部５と駆動部４を収納した外装２０とで構成したので、外装２０の薄型化が促進でき、また、放熱が低減し集熱効率を向上することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽熱を利用した集熱器に関するものである。

従来、この種の集熱器は、トラフ状の長形パラボラ反射鏡の焦点を連ねた焦点軸上に受熱流体が流れる集熱管を固定して配置し、パラボラ反射鏡を焦点軸と一致する回転軸の回りに回動自在に軸支し、パラボラ反射鏡に太陽追尾装置を共軸に連結していた（例えば、特許文献１参照）。
特開２００１−２０１１８７号公報

しかしながら、前記従来技術では、単体のユニットのため、受熱流体の温度を上昇させるためには、大きなパラボラ反射鏡が必要となり、太陽電池パネルのように薄型の構成ができないので、住宅の屋根材として設置が困難で美観を損ねるという課題があった。

また、集熱管は、集熱部分は真空にした透明二重壁で構成しているが、他の経路は特別な断熱構成を設けていないので、集熱器の集熱効率を向上できないという課題もあった。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、太陽追尾装置を持つ集熱器をコンパクトに構成して、住宅の屋根材として美観を損ねないようにして設置できるようにすることを目的とする。

また、集熱器からの放熱を防止して、熱媒体の蒸気を形成するために必要な熱量を効率良く回収することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の集熱器は、太陽光を集光する複数個の反射鏡と、この複数個の反射鏡の夫々に設けた集熱部と、この集熱部を回転の中心として固定し、その周囲を前記反射鏡が回転できるように支持した回転支持部と、前記複数個の反射鏡を一体に作動し、夫々の集熱部に沿って同一方向に回転するようにした作動部と、この作動部に連結する駆動部と、この駆動部をコントロールする制御部と、これらの複数個の反射鏡、集熱部、作動部おおび駆動部を収納した外装とで構成したものである。

これよって、複数個に分割された反射鏡と集熱部により、反射鏡自体も小さくなり回転範囲も少なくなるので、外装の高さ方向も低くなり薄く構成でき、屋根材として設置が容易になるものである。

また、高温の熱媒体の蒸気を得るために外装内に複数個の反射鏡と集熱部と作動部と駆動部を収納して、集熱部からの放熱を低減し集熱効率を向上するものである。

本発明の集熱器は、太陽追尾装置を持ちながらコンパクト、薄型に構成し、屋根材として美観を損ねない設置を可能とするものである。

また、集熱部からの放熱を防止し、高温の熱媒体の蒸気を形成するための熱量を効率良く回収するものである。

第１の発明は、太陽光を集光する複数個の反射鏡と、この複数個の反射鏡の夫々に設けた集熱部と、この集熱部を回転の中心として固定し、その周囲を前記反射鏡が回転できるように支持した回転支持部と、前記複数個の反射鏡を一体に作動し、夫々の集熱部に沿って同一方向に回転するようにした作動部と、この作動部に連結する駆動部と、この駆動部をコントロールする制御部とこれらの複数個の反射鏡と集熱部と作動部と駆動部を収納した外装とで構成したことにより、反射鏡自体も小さくなり回転範囲も少なくなるので、外装の高さ方向も低くなり薄く構成でき、屋根材として設置が容易にすることができる。

また、外装内に複数個の反射鏡と集熱部と作動部と駆動部を収納したので、放熱が低減し集熱効率を向上することができる。

第２の発明は、特に、第１の発明の集熱部は、内部に熱媒体を流通させるために一体の集熱管を複数個の反射鏡内に連通させて配置したことにより、熱媒体がそれぞれの反射鏡を通過しながら集中する太陽光で加熱されので、熱媒体の温度を高温に維持しながら所定の熱量を得ることができる。

第３の発明は、特に、第１または第２の発明の集熱部は、表面に赤外線を吸収する選択吸収膜を装着したことにより、集熱部からの赤外線放射を防止して集熱部の温度を高温に維持して、熱媒体にその熱を効率良く伝えることができる。

第４の発明は、特に、第１〜３のいずれか１つの発明の外装は、内部に熱伝導率の小さいガスを注入し、密封したことにより、外装内の空気の対流による放熱を防止して、反射鏡や作動部や駆動部の動きの範囲が大きいことによる断熱構成の不備な部分をカバーするので、外装からの放熱を低減させ集熱効率を向上することができる。

第５の発明は、特に、第１〜４のいずれか１つの発明の制御部は、太陽の季節と１日の高度にあわせて反射鏡を回転させるように駆動部をコントロールするようにしたことにより、各季節の日時の太陽高度に合わせて反射鏡を回転するので、反射鏡で反射した太陽光を集熱部に集中でき、年間で熱媒体を加熱するために必要な熱量と温度を得ることができる。

第６の発明は、特に、第１〜５のいずれか１つの発明の制御部は、入力部から集熱器を設置した台の傾斜角度と設置した地点の経度と緯度の入力を行うことにより、自動的に低に制御部に記憶しているベースデータと比較し、台の傾斜角度と設置した地点からみた太陽の動きにあわせたプログラムを作動するようにしているので、設置地点の年間の最良の太陽光を受けることができ、熱媒体の加熱に必要な熱量と温度を得ることができる。

第７の発明は、特に、第１〜６のいずれか１つの発明の集熱器は、内部に位置検知部を設けたことにより、設置台の傾斜角度と設置地点の経度・緯度を自動計測し、制御部では、位置検知部からのデータと記憶しているベースデータと比較し、設置台の傾斜角度や設置地点からみた太陽の動きにあわせたプログラムを自動的に作動するようにして、設置地点の年間の最良の太陽光を受けることができ、熱媒体の加熱に必要な熱量と温度を得ることができる。

第８の発明は、特に、第１〜７のいずれか１つの発明の集熱器を熱媒体の加熱に使用した太陽熱コージェネレーションシステムに搭載することにより、太陽熱を用いて発電と給湯・暖房を行うシステムを実現することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１、図２、図３、図４において、１は太陽光を集光する反射鏡で、その形状は、太陽光を集束させるために放物面で形成され、その方物面を断面とする樋型に構成している。この樋型の反射鏡１を方位方向（東西方向）に伸ばして一つの反射鏡１のユニットを構成している。そして、反射鏡１は南北方向に平行に複数個設けている。

反射鏡１の反射面２は、太陽光の反射率を向上させるために鏡面に仕上げている。鏡面仕上げは、反射鏡１を構成する材料によりめっき、蒸着、研磨、塗装等の方法がある。

反射鏡１の加工は、耐熱の樹脂（例えば、フェノール樹脂、フッ素樹脂、ポリイミド樹脂等）を成型、ステンレスをプレス加工、アルミダイカスト成型等の方法がある。また、アルミの鏡面仕上げ板を折り曲げる方法もある。

例えば、反射鏡１を耐熱樹脂で成型した時は、鏡面をアルミめっき（蒸着）や塗装で仕上げ、反射面２を形成する。特に、鏡面をアルミめっきする時は、ポリイミド樹脂やポリフェニレンサルファイド樹脂またはポリステル樹脂、ポリアミド樹脂等を使用する。

ステンレスをプレス加工したときは、アルミ電解研磨やバフ研磨等で鏡面を形成することもある。

アルミダイカストの成型でもめっき等により鏡面仕上げを行い、アルミダイカスト材料の研磨後の酸化皮膜による反射率の低下を防止することもある。

各反射鏡１の放物面の焦点に配置された集熱部３は、銅、ステンレス、黄銅、アルミ等の管で構成されている。そして、東西方向に伸ばして構成した複数個の樋型の反射鏡１の夫々の焦点に沿って配置されている。

放物面の反射鏡１は、一方向の太陽光しか焦点を結ばないので、集熱部３に太陽光を集中させるためには、樋型の反射鏡１に対して垂直の太陽光を当てるかまたは樋型の方位方向に平行の適当な角度の太陽光を当てて反射面２に反射させ、反対側の集熱部３に同一の角度で跳ね返り集光する必要がある。

この放物面の反射鏡１の特性に合わせるために、反射鏡１を固定した集熱部３の周囲に回転させるための駆動部４と、この駆動部４により複数個の反射鏡１を同一の角度に一体で回転させる作動部５を設けている。

前記駆動部４は、モーターとギアやカムを組み合わせてものであって、軸に装着した駆動部作動板６を回転し、この駆動部作動板６に一部に前記棒状の作動部５を取り付けている。

また、駆動部４はステッピングモーターを使用して、自在の角度に設定することも可能である。

作動部５は駆動部作動板６にピン７で軸支して自在に回転できるようにしてあり、駆動部作動板６の回転により押したり引いたりする動作を行うようにしている。

反射鏡１の端部に設けた駆動部作動板６と同等の形状の反射鏡作動板８に作動部５の一
方の端部をピン９で軸支して、駆動部作動板６と同じように自在に回転できるようにしてあり、駆動部作動板６の回転により押したり引いたりする動作に連動して反射鏡作動板８が押されたり引かれたりして集熱部３を軸として反射鏡１が回転するように構成してある。

複数個の反射鏡１にそれぞれ反射鏡作動板８が設けられ、それが一つの作動部５により一体で同等の回転を行うようにしている。

反射鏡作動板８は反射鏡１の両端部に装着した端面１０のどちらか一方（両端の端面１０でも可能である）に固定されている。

端面１０は反射鏡１と同等の材料と表面処理を行うようにしている。この端面１０に開口１１を設け、集熱部３が挿入されている。端面１０の開口１１を集熱部３に接触しないように延長して筒状の軸受け部１２を設け、その周囲に回転軸受け１３を設けている。

回転軸受け１３はベアリング軸受けまたは非接触の流体軸受けを使用している。回転軸受け１３の一方は回転支持部１４に固定され、これにより反射鏡１は集熱部３と接触しないように独立した構成に設けられている。

集熱部３の熱が軸受け部１２を介して回転軸受け１３に伝わらないように軸受け部１２の内側にセラミック材料（シリカ、アルミナ等）で形成する断熱筒１５を装着している。集熱部３と断熱筒１５の間に間隙１６を設け、反射鏡１の回転が自在に行えるようにしている。

更に、断熱筒１５の内側に反射材料１７を装着し、集熱部３からの赤外線を反射し、断熱筒１５の断熱性能を強化している。

反射材料１７は赤外線反射成分の金属粉体（例えば、銀、アルミニウム等）や炭化物粉体（例えば、チッ化珪素、炭化珪素等）や金属酸化物（酸化チタン、酸化スズ、アンチモンドーブスズ酸化物、スズドーブインジウム酸化物等）で構成され、フッ素系樹脂を用いて断熱筒１５の表面に塗膜を形成している。

また、反射材料１７は断熱筒１５に沿ってアルミ鏡面板等の研磨した金属板を装着する場合もある。

集熱部３の表面には選択吸収膜を形成している（図示なし）。この選択吸収膜は集熱部３の表面に黒色の黒クロムまたは無電解ニッケルのめっき処理を行うようにしている。

また、めっきの替わりにマンガン系の黒色塗料を塗布することもある。

１８は駆動部４の動作をコントロールする制御部で、マイコン等に記憶した太陽の年間の動きをベースに、季節や１日の太陽高度に合わせて駆動部４を作動し、作動部５を動かして複数個の反射鏡１を回転させて、その日のその時間の太陽の日射が最大になる高度に合わせるように支持している。

それにより反射鏡１に反射した太陽光が集熱部３を焦点にして集中し、集熱部３の温度を高温に上昇させるようにしている。

１９は集熱部３の内部に供給される熱媒体で、代替フロン（ＨＦＣ：Ｈｙｄｒｏｇｅｎｅｒａｔｅｄ Ｆｌｕｏｒｏ Ｃａｒｂｏｎ）の１３４Ａや二酸化炭素（ＣＯ２）を使用
している。

この熱媒体１９の流通が抵抗にならないように集熱部３の管外径を小さく構成して、太陽光が集熱部３に多く集中できるようにしている。管外径が小さいほど集光比（太陽光の入射面積で焦点面積を除したもの、樋型では、反射鏡の開口幅で焦点の管外径を除した値）が高くなり、集熱部３を高温にするようにしている。

２０は複数個の反射鏡１と集熱部３と作動部５と駆動部４を収納した外装で、上部に透過体２１の開口を設けた箱状に構成している。

外装２０は腐食の少ないステンレスや耐候性のある樹脂材料（例えば、ポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂等）で構成している。外装２０の内部は複数個の反射鏡１や集熱部３の周囲を外装断熱材２２で覆うようにして外装の内壁に沿って充填している。

外装断熱材２２は耐熱性のロックウール、グラスウール等で構成している。外装断熱材２２の表面は硬化させて、それだけで壁面を構成するかまたは板で内面を補強して構成するようにしている。

外装２０の中では、集熱部３を複数個の反射鏡１の焦点に配置し、この外装２０外から設けた集熱入口部２３から一体の連通する管として反射鏡１の内部では平行に配置し、反射鏡１の外部で曲げて連結し、全体として蛇行させた構成で外装２０外の集熱出口部２４に連結している。

透過体２１は複数個の反射鏡１の上部に設けられ、太陽光を取り込み反射鏡１の内部に雨やホコリが侵入するのを防止している。透過体２１は太陽光を通過させるために透過率の大きな透明ガラスを使用している（このような透明ガラスの日射透過率は、約９０％である）。

この透過体２１に向かって外装断熱材２２を傾斜させて上方に広がるように構成して、太陽の高度に合わせて反射鏡で太陽光を多く受けられるようにしている。

２５は複数個の反射鏡１と集熱部３を外装断熱材２２で囲み、収納するとともに反射鏡１の上部を透過体２１で開口した外装２０で構成した集熱器を示す。

２６は熱媒体１９の循環ポンプ、２７は熱媒体１９が流れる回路、２８は熱媒体１９からの高温の熱を蓄える蓄熱槽である。

以上のように構成された集熱器について、以下その動作、作用を説明する。

まず、制御部１８は循環ポンプ２６を作動し、熱媒体１９を回路２７内に循環させ、集熱器２５に送る。

集熱器２５では制御部１８のマイコン等に記憶するその日の太陽高度データに合わせて、駆動部４を回転させ、作動部５を動かし、集熱部３の周囲で反射鏡１を回転させ、太陽光が反射鏡１に垂直に当たるような位置に向ける。

例えば、太陽が南中にあれば、太陽光は、高度、方位に関して反射鏡１の反射面２にどの方向からも直角に当たり、集熱部３に太陽光を集中させて、集熱部３の温度を上昇させる。

図２の（ａ）、（ｂ）のように異なる太陽高度により、太陽光の入射方向が異なっても反射鏡１の回転により、反射鏡１に太陽光を垂直に当てるようにしている。

集熱部３の表面に装着した選択吸収膜により太陽光の約９０％が集熱部３に吸収され、集熱部３の温度が上昇する。

この集熱部３に送られた熱媒体１９は高温の液体または蒸気（または液体や蒸気と液体が混ざったもの等）を形成して蓄熱槽２８に送られる。

蓄熱槽２８ではこの液体または蒸気を受けて２００℃程度の熱量を蓄積するようにしている。

熱媒体１９の液体または蒸気は蓄熱槽２８で凝縮して液体となり、循環ポンプ２６により再度、集熱器２５に送られ、加熱されるようにしている。

この動作を太陽熱の供給が可能な間、繰り返すことにより、必要な熱量を蓄熱槽２８に維持するようにしている。

この時、制御器１８は、太陽の高度の動きに合わせて反射鏡１を随時動かし、太陽が南中から方位が変化していても太陽光が常に反射鏡１に対して、集熱部３に焦点を結ぶように追尾するように駆動部４をコントロールしていく。

以上のように、本実施の形態においては、太陽光を集光する複数個の反射鏡１と、反射鏡１の夫々に設けた集熱部３と、集熱部３を回転の中心として固定し、周囲を反射鏡１が回転できるように支持した回転支持部１４と、複数個の反射鏡１を一体に作動し、夫々の集熱部３に沿って同一方向に回転するようにした作動部５と、この作動部５に連結する駆動部４と、この駆動部４をコントロールする制御部１８とこれらの反射鏡１と集熱部３と作動部５と駆動部４を収納した外装２０とで構成したので、反射鏡１自体も小さくなり回転範囲も少なくなるので、外装２０の高さ方向も低くなり薄く構成でき、屋根材として設置が容易にすることができる。

その他に次のような特徴を発揮するものである。

（１）外装２０内に複数個の反射鏡１と集熱部３と作動部５と駆動部４を収納したので、放熱が低減し集熱効率を向上することができる。

（２）集熱部３は内部に熱媒体１９を流通させるために一体の集熱管を複数個の反射鏡１内に連通させて配置したことにより、熱媒体１９がそれぞれの反射鏡１を通過しながら集中する太陽光で加熱されので、熱媒体１９の温度を高温に維持しながら所定の熱量を得ることができる。

（３）集熱部３は表面に赤外線を吸収する選択吸収膜を装着したことにより、集熱部３からの赤外線放射を防止して集熱部３の温度を高温に維持して、熱媒体１９にその熱を効率良く伝えることができる。

（４）制御部１８は太陽の年間の動きをベースに季節や１日の太陽高度に合わせて、駆動部４を作動し、作動部５を動かして複数個の反射鏡１を回転させて、その日のその時間の太陽の日射が最大になる高度に合わせるように支持しているので、それにより反射鏡１に反射した太陽光が集熱部３を焦点にして集中し、集熱部３の温度を高温に上昇させることができ、熱媒体１９に高温の熱を年間の長い期間、１日の多くの時間帯を使って伝える
ことができる。

（５）反射鏡１は方物面鏡で構成したので、太陽光を方物面鏡の焦点に集中でき、エネルギ密度の低い太陽光から必要な熱量と温度を得ることができる。

（６）集熱部３は方物面鏡で構成した反射鏡１の焦点に配置したことにより、集熱部３の温度を高温に上昇させ、熱媒体１９にその熱を効率良く伝えることができる。

（７）外装２０は複数個の反射鏡１が開口された側に透過体２１を装着したことにより、外装２０内に雨水やホコリが堆積しないので、長期間にわたって集熱効率を良好に維持することができる。

（８）軸受け部１２の内側にセラミック材料（シリカ、アルミナ等）で形成する断熱筒１５を装着しているので、集熱部３の高温が回転軸受け１３に伝わらず、回転軸受け１３の温度上昇を防止して、回転軸受け１３の高温劣化を防止することができる。また、集熱部３から回転軸受け１３に伝わる放熱ロスを防止することができる。

（９）断熱筒１５の内側に反射材料１７を装着しているので、集熱部３からの赤外線を反射し、断熱筒１５の断熱性能を強化することができる。

（１０）透過体２１は選択透過性能を有する耐熱性、耐候性の優れた樹脂材料（例えば、ポリカーボネート等）で構成することにより、集熱器２５の軽量化と低コスト化を行うことができる。

（１１）反射鏡１は複合放物面集光器（ＣＰＣ：Ｃｏｍｐｏｕｎｄ Ｐａｒａｂｏｌｉｃ Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｏｒ）の反射鏡を用いることにより、太陽光の所定の傾斜角度（例えば、太陽光の入射可能な角度が天頂より３０°程度なら約３倍の集光比、入射可能な角度が２０°程度に狭くすると、集光比は約７倍に拡大する。集光比が、大きくなれば太陽光がより集束するので、集熱開口３で照射する熱量は増加し、温度を上昇するようになる。しかし、集光比を拡大すると太陽光の入射可能な角度は、天頂を基準に狭くなるので、集光部での集光時間、設置場所等の制約が多くなり、考慮する必要がある。）に対して、集熱部３に集中することができるので、太陽の高度に対して、反射鏡１を回転させる範囲を小さくするか、または回転をする必要が無いように構成し、構成部品や制御の簡略化によりコストダウンを図ることができる。

（１２）外装２０は内部に熱伝導率の小さいガス（例えば、クリプトンガス）を注入し、密封することにより、外装２０内で反射鏡１の可動部分のための空間の空気の対流による放熱を防止するので、外装２０からの放熱を低減させ集熱効率を向上することができる。また、不活性ガスを充填することで、高温の集熱部３を覆い安全性を高め、外装断熱材２２の劣化を防止して、長期間の使用に耐えるようにしている。

（１３）集熱器２５は太陽の高度方向を固定（複数個の反射鏡１の並びを南北方向に合わせ、例えば、設置台の傾斜角度は、春分や秋分時の南中に太陽光が垂直に反射鏡１に当たるような角度に設置する）して、太陽の方位の動きに対して複数個の反射鏡１を回転することにより、１日の太陽の動きからより多くの太陽光を集熱部３に集中することも可能である。

（１４）集熱部３は外装２０の中で、集熱部３を複数個の反射鏡１の焦点に配置し、外装２０外から設ける集熱入口部２３から外装２０内にヘッダーを設けて複数個の集熱部３を連通し、夫々の集熱部３を反射鏡１の内部では平行に配置し、反射鏡１の外部でヘッダ
ーに連結し、全体として熱媒体１９を均一に分流する構成で外装２０外の集熱出口部２４に連結することにより、集熱器２５として均一な温度分布を形成するので、断熱構成を容易にして断熱性能を向上することできる。

（実施の形態２）
図５は実施の形態２を示し、実施の形態１と同様の作用動作を行う構成については同一符号を付し、具体的な説明は実施の形態１のものを援用する。

実施の形態１と異なるところは、制御部１８に指示を与える入力部２９を設けたところである。

この入力部２９から台の傾斜角度（または屋根の傾斜角度）や集熱器２５の設置した地点の経度と緯度の入力を行う。制御部１８は記憶しているベースデータと比較し、台の傾斜角度や設置した地点からみた太陽の動きにあわせたプログラムを作動するようにしている。

以上の構成において、集熱器２５を設置する時に、最も太陽光を有効に回収するために、集熱器２５の設置台の傾斜（屋根の傾斜を考慮して、設置地点の春分（あるいは秋分）時の太陽の南中高度に合わせて集熱器２５を臨ませる）を決める。

入力部２９により集熱器２５の設置地点の経度と緯度を入力し、また屋根の傾斜や屋根の傾斜を考慮した所定の傾斜角度（春分や秋分時の太陽高度を基準にした角度）を入力すると、制御部１８が自動的に判断して複数個の反射鏡１の回転をコントロールして、設置地点のその季節のその日の太陽光の方向に反射鏡１を向けて、集熱部３に太陽光が常に集束するようにして熱媒体１９の加熱を行うようにしている。

したがって、全国のどの地点に集熱器２５を設置しても、その地点の最良の太陽光を受けることができる。

また、本実施の形態においては、制御部１８により自動的に反射鏡１をコントロールするので、集熱器２５を垂直の壁や水平の台に設置しても太陽光に対する追尾が可能で、その地点の最良の太陽光を受けることができる。

さらに、本実施例の入力部２９からは太陽の動きの気象上の修正や北半球、南半球での設置場所の変更に対する入力も可能とすることにより、世界中のどこでも容易に集熱器２５を設置できる。

（実施の形態３）
図６は実施の形態３を示し、実施の形態１と同様の作用動作を行う構成については同一符号を付し、具体的な説明は実施の形態１のものを援用する。

実施の形態１と異なるところは、集熱器２５の内部に位置検知部３０を設けたところである。

この位置検知部３０は傾斜センサ（内部の液面の傾きにて傾斜を測定）と、ＧＰＳ（全地球測位システム）機能部で構成している。制御部１８は位置検知部３０からのデータと記憶しているベースデータと比較し、台の傾斜角度や設置した地点からみた太陽の動きにあわせたプログラムを自動的に作動するようにしている。

以上の構成において、集熱器２５を設置する時は、位置検知部３０の傾斜センサにより
、集熱器２５の設置台の傾斜や設置した屋根の傾斜を自動的に計測し、そのデータを受けて、制御部１８では所定の傾斜角度（春分や秋分時の太陽高度を基準にした角度）との差を評価して複数個の反射鏡１の回転をコントロールしている。

また、位置検知部３０のＧＰＳ機能部により設置地点の経度と緯度を計測し、そのデータを受けて、制御部１８ではその設置地点の年間の太陽の動き（特に太陽高度）を評価して、設置地点のその季節のその日の太陽光の方向に反射鏡１を向けて、集熱部３に太陽光が常に集束するようにして熱媒体１９の加熱を行うようにしている。

（実施の形態４）
図７は本発明の実施の形態４を示す集熱器と太陽熱ランキンシステムの構成を示す。

２５は太陽熱を受けて回収する集熱器で、この集熱器２５の熱を蓄熱槽２８に伝えるために、循環ポンプ２６を途中に設けた回路２７（閉回路）を設けている。

回路２５内を循環する熱媒体１９は、フロンや水のような液体で構成している。なお、熱媒体１９は、超臨界状態のＣＯ２や液体空気を用いる場合もある。

熱媒体１９は集熱器２５で加熱されて蒸気になり蓄熱槽２８に送られ、そこで熱交換することで凝縮し液体となる。この熱媒体１９を循環ポンプ２６で再度集熱器２５に送るようにしている。この動作を繰り返すことで、蓄熱槽２８に熱を貯めるようにしている。

蓄熱槽２８は融点の高い溶融塩の相変化を利用した潜熱型や溶融塩や油等を用いた顕熱型や蒸気を圧力水の形で蓄える蒸気アキュムレイタ等を用いることで１００℃以上の高温の熱を貯めるようにしている。

３１は蓄熱槽２８の熱を利用して形成した熱媒体３２の蒸気を蒸気タービン３３に供給する供給ポンプで、蒸気タービン３３から排出された熱媒体３２を再度蓄熱槽２８に送る回路３４（閉回路）の途中に設けている。

この回路３４内を循環する熱媒体３２は、フロンや水のような液体とその蒸気で構成している。なお、熱媒体３２は超臨界状態のＣＯ2や液体空気を用いる場合もある。

また、回路３４の蒸気タービン３３と供給ポンプ３１の途中に貯湯タンク３５を設けて、蒸気タービン３３に運動エネルギを与えた後の高温蒸気の熱を利用して、貯湯タンク３５に湯を貯める。

熱媒体３２はこの貯湯タンク３５に熱を伝えるときに凝縮して液体となり、再度蓄熱槽２８に送られて加熱され熱媒体３２の蒸気を形成するようにしている。この動作を繰り返すことで、蒸気タービン３３に設けた発電機３６により発電しながら貯湯タンク３５にお湯を貯めるようにしている。

貯湯タンク３５に貯められたお湯は、給水ポンプ３７により給湯用や暖房用に供給されるようにしている。

このように、集熱器２５で回収した熱を利用して蒸気タービン３３を回転させる太陽熱ランキンシステム３８を構成し、それを搭載し、給湯や暖房を行うための回路を組み合わせてコージェネレーションシステム３９を構成するようにいている。

以上のように構成された太陽熱ランキンシステムを搭載したコージェネレーションシス
テムについて、まず、蒸気タービン３３に供給する熱媒体３２の蒸気を形成するためには、循環ポンプ２６を作動し、熱媒体１９を回路２７内に循環させ、太陽の熱を受けた集熱器２５で加熱し、高温の蒸気（または液体や蒸気と液体が混ざったもの等）を形成して蓄熱槽２８に送る。

蓄熱槽２８ではこの蒸気を受けて２００℃程度の熱量を蓄積するようにしている。熱媒体１９の蒸気は、蓄熱槽２８で凝縮して液体となり、循環ポンプ２６により再度、集熱器２５に送られ、加熱されるようにしている。

この動作を太陽熱の供給が可能な間、繰り返すことにより、必要な熱量を蓄熱槽２８に維持するようにしている。

蓄熱槽２８に所定の熱量が蓄積されると、回路３４に設けた供給ポンプ３１で熱媒体３２を循環させ蓄熱槽２８で２００℃程度の熱媒体３２の蒸気を形成し、蒸気タービン３３に供給する。この蒸気の運動エネルギにより、発電機３６を回転させて、発電を行うようにしている。

蒸気タービン３３から排出した熱媒体３２の蒸気は、貯湯タンク３５に送られ、水と熱交換を行い、その熱は貯湯タンク３５内にお湯として貯められる。熱媒体３２の蒸気は貯湯タンク３５内で凝縮し、液体となって供給ポンプ３１により蓄熱槽２８に送られ、再度加熱され蒸気を形成するようにしている。

この動作を繰り返すことにより、蒸気タービン３３で発電しながら貯湯タンク３５にお湯を貯め、給湯や暖房の必要なときに給水ポンプ３７を作動し、お湯を使用することでコージェネレーションシステム３９を構成するようにしている。

以上のように、本実施の形態においては、集熱器２５を太陽光を集光する複数個の反射鏡１と、反射鏡１の夫々に設けた集熱部３と、集熱部３を回転の中心として固定し、周囲を反射鏡１が回転できるように支持した回転支持部１４と、複数個の反射鏡１を一体に作動し、夫々の集熱部３に沿って同一方向に回転するようにした作動部５と、この作動部５に連結する駆動部４と、この駆動部４をコントロールする制御部１８とこれらの反射鏡１と集熱部３と作動部５と駆動部４を収納した外装２０とで構成したので、反射鏡１自体も小さくなり回転範囲も少なくなるので、外装２０の高さ方向も低くなり薄く構成でき、屋根材として設置が容易になるコージェネレーションシステム３９を提供することができるもので、この他にも以下の特徴を有する。

（１）外装２０内に複数個の反射鏡１と集熱部３と作動部５と駆動部４を収納したので、放熱が低減し集熱効率を向上し、コージェネレーションシステム３９に必要な熱媒体１９の加熱を向上することができる。

（２）独立した集熱用の回路２７を構成して、集熱器２５で得られた太陽熱を蒸気タービン３３の動作に関係なく、常時蓄熱槽２８に蓄えて維持できるので、発電の必要なときに蒸気タービン３３で必要な熱媒体３２の蒸気を随時取り出すことができる。

（３）集熱器２５で得られた太陽熱を蒸気タービン３３の動作に関係なく、常時蓄熱槽２８に蓄えて維持できるので、１年間の日射が強い時（例えば、夏至の頃）の集熱温度の上昇時に発電をしないかまたは発電を小さく抑えた時に、熱媒体１９の蒸気の持つ過剰な熱量を蓄熱槽２８で吸収するので、集熱器２５の異常な温度上昇を防止することができる。

（４）回路３４の途中に貯湯タンク３５を設けたので、発電に関係なく蓄熱槽２８の熱をお湯として貯湯タンク３５に貯めることが可能なので、給湯や暖房に必要なお湯を随時取り出せることができる。

（５）太陽熱を利用して熱媒体３２の蒸気を形成し、蒸気タービン３３を回転させて発電するので、発電と給湯・暖房のコージェネレーションシステム３９を実現することがで、太陽熱という自然エネルギを活用し省エネ促進とＣＯ2削減の有効な手段を得ることができる。

（実施例５）
図８は本発明の実施の形態５を示す集熱器と太陽熱ランキンシステムの構成を示す。

集熱器２５で形成した熱媒体１９の蒸気を循環ポンプ２６より回路２７（閉回路）で直接蒸気タービン３３に送り、蒸気タービン３３を回転させて発電機３６により発電を行い、また、回路２７の蒸気タービン３３と循環ポンプ２６の途中に貯湯タンク３５を設けて、蒸気タービン３３に運動エネルギを与えた後の高温蒸気の熱を利用して貯湯タンク３５に湯を貯めるようにしている。

以上の構成において、熱媒体１９は、この貯湯タンク３５に熱を伝えるときに凝縮して液体となり、再度集熱器２５に送られて加熱され蒸気を形成するようにしている。この動作を繰り返すことで蒸気タービン３３に設けた発電機３６により発電しながら貯湯タンク３５にお湯を貯めるようにしている。貯湯タンク３５に貯められたお湯は、給水ポンプ３７により給湯用に供給されるようにしている。

以上のように、本実施の形態においては、コージェネレーションシステムを簡素化するので、システムの低コスト化を図ることができる。

また、集熱器２５で得られた太陽熱を蒸気タービン３３の動作に関係なく、常時貯湯タンク３５にお湯として蓄えるので、１年間の日射が強い時（例えば、夏至の頃）の集熱温度の上昇時に発電をしないかまたは発電を小さく抑えた時に、熱媒体１９の蒸気の持つ過剰な熱量を貯湯タンク３６で吸収するので、集熱器２５の異常な温度上昇を防止することができる。

（実施例６）
図９は本発明の実施の形態６を示す集熱器と太陽熱ランキンシステムの構成を示す。

集熱器２５で形成した熱媒体１９の蒸気を循環ポンプ２６より回路２７（閉回路）で直接蒸気タービン３３に送り、蒸気タービン３３を回転させて発電機３６により発電だけを行うようにしている。発電した電気は、バッテリー４０に充電するようにしている。バッテリー４０は、鉛電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池、キャパシタ等で構成している。

以上の構成において、熱媒体１９の蒸気は、蒸気タービン３３に運動エネルギを伝えた後に凝縮して液体となり、再度集熱器２５に送られて加熱され蒸気を形成するようにしている。この動作を繰り返すことで、蒸気タービン３３に設けた発電機３６により発電を行うようにしている。発電機３５により発電した電気は、バッテリー４０に充電し、天候により集熱器２５の集熱温度が変動しても安定した出力が得られるようにしている。

以上のように本実施の形態においては、集熱器２５と循環ポンプ２６と蒸気タービン３３の簡素化されたシステムを構成するので、設置が容易となり、低コスト化も実現するこ
とができる。

また、発電した電気をバッテリー４０に蓄えるので、１年間の日射が強い時（例えば、夏至の頃）に発電量が増加しても、バッテリー４０で吸収し、集熱器２５と蒸気タービン３３の運転を持続させて使い勝手を向上することができる。

以上のように、本発明にかかる集熱器は、外装からの放熱を防止し、エネルギ密度の低い太陽光から熱を回収して効率よい熱交換を行って熱媒体を加熱できるので、住宅の給湯や発電のための加熱装置に適用することができる。

本発明の実施の形態１における集熱器の正断面図 本発明の実施の形態１における集熱器の駆動部近傍の側断面図 本発明の実施の形態１における集熱器の反射鏡の側断面図 本発明の実施の形態１における集熱器の横断面図 本発明の実施の形態２における他の集熱器の側断面図 本発明の実施の形態３における他の集熱器の側断面図 本発明の実施の形態４における太陽熱ランキンシステムを搭載したコージェネレーションシステムの構成図 本発明の実施の形態５における他の太陽熱ランキンシステムを搭載したコージェネレーションシステムの構成図 本発明の実施の形態６における他の太陽熱ランキンシステムの構成図

符号の説明

１ 反射鏡
３ 集熱部
４ 駆動部
５ 作動部
１４ 回転支持部
１９ 熱媒体
２０ 外装
２１ 透過体
２５ 集熱器

Claims (8)

1. 太陽光を集光する複数個の反射鏡と、この複数個の反射鏡の夫々に設けた集熱部と、この集熱部を回転の中心として固定し、その周囲を前記反射鏡が回転できるように支持した回転支持部と、前記複数個の反射鏡を一体に作動し、夫々の集熱部に沿って同一方向に回転するようにした作動部と、この作動部に連結する駆動部と、この駆動部をコントロールする制御部と、これらの複数個の反射鏡、集熱部、および作動部、駆動部を収納した外装とで構成した集熱器。
2. 集熱部は、内部に熱媒体を流通させるために一体の集熱管を複数個の反射鏡内に連通させて配置した請求項１記載の集熱器。
3. 集熱部は、表面に赤外線を吸収する選択吸収膜を装着した請求項１または２記載の集熱器。
4. 外装は、内部に熱伝導率の小さいガスを注入して密封した請求項１記載の集熱器。
5. 制御部は、太陽の季節と１日の高度にあわせて反射鏡を回転させるように駆動部をコントロールするようにした請求項１記載の集熱器。
6. 制御部は、入力部から集熱器を設置した時の傾斜角度と設置地点の経度と緯度の入力を行うようにした請求項１記載の集熱器。
7. 集熱器は、内部に位置検知部を設け、設置した時の傾斜角度と設置地点の経度と緯度を自動計測するようにした請求項１記載の集熱器。
8. 請求項１〜７いずれか１項記載の集熱器を熱媒体の加熱に使用した太陽熱コージェネレーションシステム。
   

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