JP2008184998A - 太陽熱利用システム - Google Patents

Abstract

【課題】搬送手段の低揚程化を図った太陽熱利用システムを提供することを目的とする。
【解決手段】液体の動作流体を貯める容器１と、動作流体を搬送する搬送手段３と、太陽熱により動作流体を気化させる集光型の集熱器４と、気体の動作流体を減圧させて出力を取り出す膨張機５と、気体動作流体を冷却し、液化したものを貯める液化手段６と、動作流体が流れる回路９と、集熱器４の下流側の回路９と容器１とを連通する連通管１０とからなり、搬送手段３が容器１から動作流体を集熱器４に送り、集熱器４が太陽熱を集熱して動作流体を加熱し気化させる。その際に、動作流体は気化することにより圧力上昇するが、連通管１０を通じて容器１の内圧も高まるので、搬送手段３は回路９の通路抵抗や高低差分等をカバーする吐出圧力があれば搬送可能であり、低揚程の搬送手段３が採用でき、低コスト化が図れる。
【選択図】図１

Description

本発明は太陽熱を集熱して膨張機から出力を得る太陽熱利用システムに関するものである。

従来、この種の太陽熱利用システムは太陽熱を利用して電力や回転出力を得るものである。図５はこの特許文献１に記載された従来の太陽熱利用システムを示すものである。

この太陽熱利用システムは、太陽光を数倍から十数倍集光して集熱した太陽熱により動作流体を気化させる集光型集熱器１０１と、気体の動作流体を減圧させて回転出力を取り出す膨張機１０２と、水を流す冷却用熱交換器１０３と冷却用ファン１０４とにより気体の動作流体の顕熱と潜熱を奪い、液化した動作流体貯める液化手段１０５と、集光型集熱器１０１、膨張機１０２、液化手段１０５が連結され、動作流体が流れる回路１０６と、集光型集熱器１０１と液化手段１０５とを連結する回路１０６に設けた動作流体を搬送する搬送手段１０７からなる。発電機１０８は膨張機１０２に連結している。

以上のように構成された太陽熱利用システムの動作を説明する。

上記太陽熱利用システムは、搬送手段１０７が動作流体を集光型集熱器１０１に送り、集光型集熱器１０１が太陽熱を集光し集熱して動作流体を気化させる。次に、気体の動作流体が膨張機１０２に流入し、膨張（減圧）しながら回転出力を発電機１０８に伝え、発電機１０８が発電する。

続いて、減圧した気体の動作流体が冷却ファン１０４に流入し、冷却用熱交換器１０３により水冷され顕熱を奪われ、さらに冷却用ファン１０４により空冷され潜熱を奪われ液化する。この液化した動作流体が搬送手段１０７により再び集光型集熱器１０１に送られるサイクルを構成する（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−２２７３１５号公報

しかしながら、上記従来の構成では、集光型集熱器１が動作流体を気化させるので、集光型集熱器１０１下流側の回路１０６の内部圧力が急激に上昇する（例えば、１０気圧４０℃→５０気圧１８０℃）。この結果、搬送手段１０７は高揚程仕様が必要になるという課題を有していた。

すなわち、高揚程仕様の搬送手段１０７は高コストであり、大型になる。また、曇り、雨や夜間には発電できないという課題を有していた。

本発明は上記課題を解決するもので、搬送手段の低揚程化と集熱した熱を必要な時に利用可能にした太陽熱利用システムを提供することを目的とするものである。

上記従来の課題を解決するために、液体の動作流体を蓄えた容器と、動作流体を搬送する搬送手段と、集熱した太陽熱により動作流体を気化させる集熱器と、気体の動作流体を減圧させて出力を取り出す膨張機と、気体の動作流体を冷却し、液化した動作流体を貯める液化手段と、前記容器、前記搬送手段、前記集熱器、前記膨張機、前記液化手段が順に
連結され、動作流体が流れる回路と、前記集熱器の下流側の前記回路と前記容器とを連通する連通管とからなるものである。

搬送手段が容器から動作流体を集熱器に送り、集熱器が太陽熱を集熱して動作流体を気化させる。その際に、動作流体は気化することにより圧力上昇するが、連通管を通じて容器の内圧も高まるので、搬送手段は回路の通路抵抗や高低差分等の吐出圧力があれば搬送可能である。次に、気体の動作流体が膨張機に流入し、膨張（減圧）しながら出力を取り出す。続いて、減圧した気体の動作流体が液化手段に流入し、冷却され液化して貯まる。

以上のように、本発明によれば、搬送手段の低揚程化と集熱した熱を必要な時に利用可能にできるものである。

第１の発明は、液体の動作流体を蓄えた容器と、動作流体を搬送する搬送手段と、集熱した太陽熱により動作流体を気化させる集熱器と、気体の動作流体を減圧させて出力を取り出す膨張機と、気体の動作流体を冷却し、液化した動作流体を貯める液化手段と、前記容器、前記搬送手段、前記集熱器、前記膨張機、前記液化手段が順に連結され、動作流体が流れる回路と、前記集熱器の下流側の前記回路と前記容器とを連通する連通管とからなるものである。

これによって、搬送手段が容器から動作流体を集熱器に送り、集熱器が太陽熱を集熱して動作流体を加熱し気化させる。その際に、動作流体は気化することにより圧力上昇するが、連通管を通じて容器の内圧も高まるので、搬送手段は回路の通路抵抗や高低差分等の吐出圧力があれば搬送可能である。すなわち、低揚程の搬送手段が採用でき、低コスト化が図れる。次に、気体の動作流体が膨張機に流入し、膨張（減圧）しながら出力を取り出す。続いて、減圧した気体の動作流体が液化手段に流入し、冷却され液化して貯まる。

第２の発明は、集熱動作流体を蓄えた集熱容器と、集熱動作流体を搬送する集熱搬送手段と、集熱した太陽熱により集熱動作流体を加熱する集熱器と、前記集熱容器、前記集熱搬送手段、前記集熱器を順に、かつ循環するように連結し集熱動作流体が流れる循環回路と、液体の動作流体を蓄えた容器と、動作流体を搬送する搬送手段と、前記集熱容器に設けた動作流体を気化させる加熱用熱交換器と、気体の動作流体を減圧させて出力を取り出す膨張機と、気体の動作流体を冷却し、液化した動作流体を貯める液化手段と、前記容器、前記搬送手段と、前記加熱用熱交換器、前記膨張機、前記液化手段が順に連結され、動作流体が流れる回路と、前記加熱用熱交換器の下流側の前記回路と前記容器とを連通する連通管とからなるものである。

これによって、集熱搬送手段が集熱動作流体を集熱容器から集熱器へ搬送する。そして、集熱器が太陽熱を集熱して集熱動作流体を加熱し、高温になった集熱動作流体は集熱容器に貯まる。すなわち、循環回路は集熱器が集熱した熱を集熱容器に蓄える作用がある。

他方、搬送手段が容器から動作流体を加熱用熱交換器に送り、加熱用熱交換器が集熱動作流体の熱により動作流体を気化させる。その際に、動作流体は気化することにより圧力上昇するが、連通管を通じて容器の内圧も高まるので、搬送手段は回路の通路抵抗や高低差分等の吐出圧力があれば搬送可能である。

すなわち、低揚程の搬送手段が採用でき、低コスト化が図れる。次に、気体の動作流体が膨張機に流入し、膨張（減圧）しながら出力を取り出す。続いて、減圧した気体の動作流体が液化手段に流入し、冷却され液化して貯まる。このように、太陽熱を集熱容器に蓄
えるので、いつでも搬送手段を駆動して膨張機から出力が得られる。

第３の発明は、動作流体を搬送する搬送手段と、集熱した太陽熱により動作流体を気化させる集熱器と、気体の動作流体を減圧させて出力を取り出す膨張機と、前記搬送手段、前記集熱器、前記膨張機を順に連結し動作流体が流れる回路と、気体の動作流体を冷却し、液化した動作流体を貯める主液化手段及び副液化手段と、前記主液化手段及び前記副液化手段を夫々前記搬送手段または前記膨張機のどちらか一方に連結する切換手段と、前記集熱器の下流側の回路に連通する連通管と、前記切換手段に応じて前記主液化手段及び前記副液化手段のどちらか一方を前記連通管に連通する連通管切換手段とを備え、前記切換手段が前記主液化手段と前記搬送手段を連結し、他方前記膨張機と前記副液化手段を連結した場合、前記連通管切換手段は前記連通管を前記主液化手段に連通するものである。

これによって、搬送手段が主液化手段から動作流体を集熱器に送り、集熱器が太陽熱を集熱して動作流体を気化させる。

その際に、動作流体は気化することにより圧力上昇するが、連通管を通じて主液化手段の内圧も高めるので、搬送手段は回路の通路抵抗や高低差分等の吐出圧力があれば搬送可能である。すなわち、低揚程の搬送手段が採用でき、低コスト化が図れる。次に、気体の動作流体が膨張機に流入し、膨張（減圧）しながら出力を取り出す。続いて、減圧した気体の動作流体が副液化手段に流入し、冷却され液化して貯まる。

次に、切換手段が副液化手段と搬送手段を連結し、他方膨張機と主液化手段を連結し、連通管切換手段は連通管を副液化手段に連通する。そして、搬送手段が副液化手段から動作流体を集熱器に送り、膨張機から出力を得た後動作流体が主液化手段に流入し、冷却され液化して貯まる。

以降、切換手段と連通管切換手段の動作により、略連続して膨張機から出力が得られる。

第４の発明は、動作流体を搬送する集熱搬送手段と、集熱した太陽熱により集熱動作流体を加熱する集熱器と、集熱動作流体を貯める集熱容器と、前記搬送手段、前記集熱器、前記集熱容器を順に、かつ循環するように連結し動作流体が流れる循環回路と、動作流体を搬送する搬送手段と、前記集熱容器に設けた動作流体を気化させる加熱用熱交換器と、気体の動作流体を減圧させて出力を取り出す膨張機と、前記搬送手段、前記加熱用熱交換器、前記膨張機を順に連結し動作流体が流れる回路と、気体の動作流体を冷却し、液化した動作流体を貯める主液化手段及び副液化手段と、前記主液化手段及び前記副液化手段を夫々前記搬送手段または前記膨張機のどちらか一方に連結する切換手段と、前記加熱用熱交換器の下流側の回路に連通する連通管と、前記切換手段に応じて前記主液化手段及び前記副液化手段のどちらか一方を前記連通管に連通する連通管切換手段とを備え、前記切換手段が前記主液化手段と前記搬送手段を連結し、他方前記膨張機と前記副液化手段を連結した場合、前記連通管切換手段は前記連通管を前記主液化手段に連通するものである。

これによって、集熱搬送手段が集熱動作流体を集熱容器から集熱器へ搬送する。そして、集熱器が太陽熱を集熱して集熱動作流体を加熱し、高温になった集熱動作流体は集熱容器に貯まる。すなわち、循環回路は集熱器が集熱した熱を集熱容器に蓄える作用がある。

他方、搬送手段が主液化手段から動作流体を熱交換器に送り、熱交換器が集熱動作流体の熱により動作流体を気化させる。その際に、動作流体は気化することにより圧力上昇するが、連通管を通じて主液化手段の内圧も高めるので、搬送手段は回路の通路抵抗や高低差分等の吐出圧力があれば搬送可能である。

すなわち、低揚程の搬送手段が採用でき、低コスト化が図れる。次に、気体の動作流体が膨張機に流入し、膨張（減圧）しながら出力を取り出す。続いて、減圧した気体の動作流体が液化手段に流入し、冷却され液化して貯まる。

次に、切換手段が副液化手段と搬送手段を連結し、他方膨張機と主液化手段を連結し、連通管切換手段は連通管を副液化手段に連通する。そして、搬送手段が副液化手段から動作流体を集熱器に送り、膨張機から出力を得た後動作流体が副液化手段に流入し、冷却され液化して貯まる。

このように、太陽熱を集熱容器に蓄えるので、いつでも膨張機から出力が得られる。さらに、切換手段と連通管切換手段の動作により、略連続して膨張機から出力が得られる。

第５の発明は、特に、第１〜４の発明の動作流体の量を検知する量検知手段を設け、前記量検知手段が動作流体の量を少量と検知した場合、搬送手段を停止することにより、搬送手段の空運転防止が図れる。

第６の発明は、特に、第３と４の発明の膨張機の上流側と下流側の夫々回路の圧力差を検知する圧力差検知手段を設け、搬送手段が停止後に前記圧力差検知手段が圧力差を小さいと検知した場合、切換手段及び連通管切換手段が連結を反対にした後に前記搬送手段を再駆動することにより、自動的に略連続して膨張機から出力が得られる。

第７の発明は、特に、第３と４の発明の膨張機の上流側の回路の圧力を検知する圧力検知手段を設け、搬送手段が停止後に前記圧力検知手段が液体の動作流体の飽和圧力に近づいた場合、切換手段及び連通管切換手段が連結を反対にした後に前記搬送手段を再駆動することにより、自動的に略連続して膨張機から出力が得られる。

第８の発明は、特に、第３と４の発明の膨張機の下流側の回路は、気体の動作流体の顕熱を奪う冷却手段を設けたことにより、主液化手段及び副液化手段は主に潜熱を奪えばよいので、主液化手段及び副液化手段のコンパクト化が図れる。

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りこの発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１において、１は液体の動作流体（ＨＦＣ１３４ａ冷媒）を蓄え中空の容器であり、この容器１には動作流体の量を検知する、例えば浮き子式や光検知式の量検知手段２を設けている。

３は容器１内の動作流体を搬送するポンプなどの搬送手段、４は太陽光を十数倍集光、集熱して動作流体を気化する、例えば、パネル面積３０ｍ^２の集光型集熱器であり、動作流体が通過する銅製で外径８ｍｍ、内径６ｍｍの集熱管（図示せず）に太陽光を集光する略放物面等からなる反射面（図示せず）を内蔵している。

５は気体の動作流体を減圧させて回転出力を取り出すタービンのような膨張機、６は冷却水を流す冷却用熱交換器７と冷却用ファン８とにより気体の動作流体の顕熱と潜熱を奪い、液化した動作流体を貯める液化手段であり、昇温した冷却水は貯湯タンク（図示せず）に貯められ、お風呂等に使われる。

９は前記容器１、搬送手段３、集光型の集熱器４、膨張機５、液化手段６を順に連結し
た回路で、動作流体が流れる。１０は集光型の集熱器４の下流側の回路９と容器１の上部とを連通する連通管、１１は膨張機５に連結している発電機、１２は集光型の集熱器４の下流側の回路９内に設けた温度検知部、１３は太陽を検知する光センサである。

図示しない制御部により搬送手段３、膨張機５、冷却用熱交換器７、冷却用ファン８が制御される。

以上のように構成された太陽熱利用システムにおいて、その動作を説明する。

先ずは、光センサ１３が太陽光を検知し、出力が第１の所定値（２００ｗ／ｍ^２）を超え、かつ量検知手段２が容器１の動作流体を検知した場合、制御部は搬送手段３を駆動して容器１の液体の動作流体（例えば４０℃、１０気圧、２００ｍｌ／分）を回路９を通して集光型の集熱器４、膨張機５、液化手段６へ順に搬送し、冷却用熱交換器７に冷却水を送水し、かつ冷却用ファン８を駆動する。

集光型の集熱器４では、太陽光が反射面により集熱管に集光して、動作流体が集熱した集熱管により加熱されて気化する（例えば１８０℃、５０気圧）。

その際に、動作流体は気化することにより集光型の集熱器４の下流側の回路９の内部圧力急激に上昇するが、連通管１０を通じて容器１の内圧も高まるので、搬送手段３は回路９の通路抵抗や高低差分、例えば、屋根設けた集熱器４と庭に設けた容器１の高低差などをカバーできる吐出圧力があれば搬送可能である。すなわち、低揚程の搬送手段３が採用でき、低コスト化が図れる。

次に、膨張機５では、気体の動作流体が流入し、膨張（減圧）しながら回転出力を発電機１１へ取り出す（例えば１１０℃、７気圧）。ここで発電機１１は発電を開始する。

続いて、液化手段６では、減圧した気体の動作流体が流入し、水冷の冷却用熱交換器７に顕熱を奪われ、続いて空冷の冷却用ファン８に顕熱と潜熱を奪われ、液化して貯まる（例えば４０℃、１０気圧）。

その後、量検知手段２が容器１の動作流体を少量と検知した場合、制御部は、搬送手段３の運転を直ちに停止する。また、制御部は、冷却用ファン８の運転と冷却用熱交換器７へ冷却水の送水を所定時間後（例えば１０分後）に停止して、気体の動作流体を全て液化して液化手段６に貯めて太陽熱利用システムの運転を停止する。

他方、制御部は、温度検知部２が第２の所定値（例えば１５０℃）を、例えば３０分の間所定期間下まわったり、または光センサ１３の出力が第３の所定値（例えば１００ｗ／ｍ^２）を下まわった場合、気象条件は曇り、黄砂、夜間と判断する。

ここで制御部は、搬送手段３の運転を直ちに停止する。また、制御部は、冷却用ファン８の運転と冷却用熱交換器７へ冷却水の送水を所定時間後に停止する。すなわち、動作流体の温度が低くて膨張機５での回転出力が十分に得られず、発電機１１による発電量が搬送手段３や冷却用ファン８の電力を下回り事態を防止する。

（実施の形態２）
図２は本発明の実施の形態２を示し、図１と同作用をおこなう構成については同一符号を付し、その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、集熱動作流体（例えば、機械油）を貯める集熱容器１
４と、集熱動作流体を搬送する集熱搬送手段１５と、前記集熱容器１４、集熱搬送手段１５、集光型の集熱器４が順に、かつ循環するように連結され、集熱動作流体が流れる循環回路１６と、集熱容器１４に設けた動作流体を気化させる加熱用熱交換器１７と、容器１、搬送手段３、加熱用熱交換器１７、膨張機５、液化手段６を順に連結して動作流体（ＨＦＣ１３４ａ冷媒）を流すようにした回路１９と、加熱用熱交換器１７の下流側の回路９と容器１の上部とを連通する連通管１０とで構成した点である。

また、集熱容器１４には温度検知部１８を設け、加熱用熱交換器１７の下流側の回路９内に温度検知部１９を設けている。

先ずは、光センサ１３が太陽光を検知し、出力が第１の所定値を超えた場合、制御部は集熱搬送手段１５を駆動して集熱容器１４の集熱動作流体を循環回路１６を通して集光型の集熱器４、集熱容器１４へ順に循環する。

その際に、集光型の集熱器４では太陽光が反射面により集熱管に集光して、集熱動作流体が集熱した集熱管に加熱され、高温になり集熱容器１４に貯まる。すなわち、循環回路１６は集光型の集熱器４が集熱した熱を集熱容器１４に蓄える作用がある。

他方、温度検知部１８が集熱容器１４内の集熱動作流体を第２の所定値（例えば、動作流体を気化するのに必要な温度１８０℃）を超えたと検知し、かつ温度検知部１９が加熱用熱交換器１７により加熱された動作流体を第３の所定値（例えば、動作流体が気化している温度１５０℃）を超えたと検知した場合、制御部は搬送手段３を駆動して容器１の液体の動作流体（例えば４０℃、１０気圧、２００ml/分）を回路１９を通して加熱用熱交換器１７、膨張機５、液化手段６へ順に搬送し、冷却用熱交換器７に冷却水を流し、かつ冷却用ファン８を駆動する。

その際に、加熱用熱交換器１７では、集熱容器１４内の集熱動作流体の熱により動作流体は気化することにより圧力上昇するが、連通管１０を通じて容器の内圧も高まるので、搬送手段３は回路９の通路抵抗や高低差分等をカバーできる吐出圧力があれば搬送可能である。

すなわち、低揚程の搬送手段２３が採用でき、低コスト化が図れる。次に、気体の動作流体が膨張機５に流入し、膨張（減圧）しながら出力を取り出す。続いて、減圧した気体の動作流体が液化手段６に流入し、冷却され液化して貯まる。

このように、太陽熱を集熱容器１４に蓄えるので、いつでも搬送手段３を駆動して膨張機５から出力が得られる。

その後、量検知手段２が容器１の動作流体を少量と検知した場合、制御部は太陽熱利用システム（搬送手段３、冷却用ファン８、冷却水の送水）の運転を停止する。

（実施の形態３）
図３は本発明の実施の形態３を示し、図１と同作用をおこなう構成については同一符号を付し、その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、膨張機５の下流側の回路９に設けられ、冷却水を流す冷却用熱交換器７により気体の動作流体の顕熱を奪う冷却手段２０と、冷却手段２０の下流側の回路９に並列に設けられ、冷却用ファン８により気体の動作流体の顕熱と潜熱を奪い、液化した動作流体を貯める主液化手段２１及び副液化手段２２と、分岐点に設けた三方弁からなる上流切換手段２３と、合流点に設けた三方弁からなる下流切換手段２４とを
設けた点である。

上流切換手段２３と下流切換手段２４は主液化手段２１及び副液化手段２２を夫々搬送手段３または冷却手段２０のどちらか一方に連結するものである。

また、三方弁からなる連通管切換手段２５は集光型の集熱器４の下流側の回路９に連通する連通管１０を上流切換手段２３と下流切換手段２４に応じて主液化手段２１の上部及び副液化手段２２の上部のどちらか一方を連通管１０に連通するものである。

さらに、動作流体の量を検知する主量検知手段２６と副量検知手段２７は夫々主液化手段２１及び副液化手段２２に設けている。さらにまた、膨張機５の上流側と下流側の夫々回路９の圧力差を検知する圧力差検知手段２８を設けている。

搬送手段３が停止後に圧力差検知手段２８が圧力差を小さいと検知した場合、上流切換手段２３と下流切換手段２４及び連通管切換手段４５が連結を反対にした後に、搬送手段３が再駆動するものである。

先ずは、主液化手段２１には動作流体が蓄えられ、逆に副液化手段２２は空の場合、下流切換手段２４が主液化手段２１と搬送手段３を連結し、他方上流切換手段２３が冷却手段２０と副液化手段２２を連結する。

また、上流切換手段２３と下流切換手段２４に対応して連通管切換手段２５は連通管１０を主液化手段２１に連通する。

そして、光センサ１３が太陽光を検知し、出力が第１の所定値を超え、かつ主量検知手段１６が主液化手段１１の動作流体を検知した場合、制御部は搬送手段３を駆動して主液化手段２１の液体の動作流体を回路９を通して集光型の集熱器４、膨張機５、冷却手段２０、副液化手段２２へ順に搬送し、冷却用熱交換器７に冷却水を送水し、かつ冷却用ファン８を駆動する。

集光型の集熱器４では、太陽光が反射面により集熱管に集光して、動作流体が集熱した集熱管により加熱され気化する。その際に、動作流体は気化することにより圧力上昇するが、連通管１０を通じて主液化手段２１の内圧も高まるので、搬送手段３は回路９の通路抵抗や高低差分等をカバーできる吐出圧力があれば搬送可能である。すなわち、低揚程の搬送手段３が採用でき、低コスト化が図れる。

次に、膨張機５では気体の動作流体が流入し、膨張（減圧）しながら回転出力を発電機１１へ取り出す。続いて、冷却手段２０では、減圧した気体の動作流体が流入し、水冷の冷却用熱交換器７に顕熱を奪われ、副液化手段２２では温度低下した気体の動作流体が空冷の冷却用ファン８に顕熱と潜熱を奪われ、液化して貯まる。

その際、主量検知手段２６が主液化手段２１の動作流体を少量と検知した場合、制御部は太陽熱利用システム（搬送手段３、冷却用ファン８、冷却水の送水）の運転を停止する。

その後、回路９の圧力が均一化に向かい、ついに圧力差検知手段４８が圧力差を小さいと検知した場合、下流切換手段２４が副液化手段２２と搬送手段３を連結し、他方上流切換手段２３が冷却手段２０と主液化手段２１を連結し、連通管切換手段２５は連通管１０を副液化手段２２に連通する。

すなわち、液体の動作流体が回路９を逆流することを防止できる。そして、再駆動した搬送手段３が副液化手段２２から動作流体を集光型の集熱器４に送り、膨張機５から出力を得た後動作流体が主液化手段２１に流入し、液化して貯まる。

以降、搬送手段３が停止後に圧力差検知手段２８が圧力差を小さいと検知し、上流切換手段２３と下流切換手段２４と連通管切換手段２５が連結を反対したことにより、自動的に略連続して膨張機５から出力が得られる。

また、上流切換手段２３と下流切換手段２４の動作によらず、常に気体の動作流体の顕熱を奪う冷却手段２０を設けたことにより、主液化手段２１及び副液化手段２２は主に潜熱を奪えばよいので、主液化手段２１及び副液化手段２２のコンパクト化が図れる。

（実施の形態４）
図４は本発明の実施の形態４を示し、図２，３と同作用をおこなう構成については同一符号を付し、その具体的な説明は実施の形態２，３のものを援用する。

実施の形態２及び実施の形態３と異なるところは、主連通管２９と副連通管３０は集光型の集熱器４の下流側の回路９と夫々主液化手段２１の上部及び副液化手段２２の上部に連通するもので、主連通管２９と副連通管３０には夫々主連通管切換手段３１と副連通管切換手段３２とを設けた点である。さらに、圧力検知手段３３は膨張機５の上流側回路９の圧力を検知するものである。

先ずは、主液化手段２１には動作流体が蓄えられ、逆に副液化手段２２は空の場合、下流切換手段２４が主液化手段２１と搬送手段３を連結し、他方上流切換手段２３が冷却手段２０と副液化手段２２を連結する。

また、上流切換手段２３と下流切換手段２４に対応して、主連通管切換手段３１は主連通管２９を主液化手段２１に連通し、副連通管切換手段３２は副連通管３０と副液化手段２２とを遮断する。そして、光センサ１３が太陽光を検知し、出力が第１の所定値を超えた場合、制御部は集熱搬送手段１５を駆動して集熱容器１４の液体の集熱動作流体を循環回路１６を通して集光型の集熱器４、集熱容器１４へ順に循環する。

その際に、集光型の集熱器４では、太陽光が反射面により集熱管に集光して、集熱動作流体が集熱した集熱管に加熱され、高温になり集熱容器１４に貯まる。

他方、温度検知部１８が集熱容器１４の集熱動作流体を第２の所定値を超えたと検知し、かつ温度検知部１９が集光型の集熱器４により加熱された動作流体を第３の所定値を超えたと検知した場合、制御部は搬送手段３を駆動して主液化手段２１の液体の動作流体を、回路９を通して加熱用熱交換器１７、膨張機２５、冷却手段２０、副液化手段２２へ順に搬送し、冷却用熱交換器７に冷却水を送水し、かつ冷却用ファン８を駆動する。

集光型の集熱器４では、動作流体を加熱し気化させる。その際に、動作流体は気化することにより圧力上昇するが、主連通管２９を通じて主液化手段２１の内圧も高まるので、搬送手段３は回路９の通路抵抗や高低差分をカバーできる吐出圧力があれば搬送可能である。すなわち、低揚程の搬送手段３が採用でき、低コスト化が図れる。

次に、膨張機５では、気体の動作流体が流入し、膨張（減圧）しながら回転出力を発電機１１へ取り出す。

続いて、冷却手段２０では減圧した気体の動作流体が流入し、水冷の冷却用熱交換器７
に顕熱を奪われ、副液化手段２２では温度低下した気体の動作流体が空冷の冷却用ファン８に顕熱と潜熱を奪われ、液化して貯まる。

その後、主量検知手段２６が主液化手段２１の動作流体を少量と検知した場合、制御部は、搬送手段３の運転を直ちに停止する。また、制御部は、冷却用ファン８の運転と冷却用熱交換器７へ冷却水の送水を所定時間後（例えば１０分後）に停止して、気体の動作流体を全て液化して副液化手段４２に貯めて太陽熱利用システムの運転を停止する。

その後、回路９の圧力が均一化に向かい、ついに圧力検知手段３３が液体の動作流体の飽和圧力（例えば１０気圧）に近づいた場合、下流切換手段２４が副液化手段２２と搬送手段３を連結し、他方上流切換手段２３が冷却手段２０と主液化手段２１を連結し、主連通管切換手段３１は主連通管２９と主液化手段２１とを遮断し、副連通管切換手段３２は副連通管３０を副液化手段２２に連通する。

すなわち、液体の動作流体が回路９を逆流することを防止できる。そして、搬送手段３が副液化手段２２から動作流体を集光型の集熱器４に送り、膨張機５から出力を得た後動作流体が主液化手段２１に流入し、液化して貯まる。

以降、圧力検知手段３３が液体の動作流体の飽和圧力に近づいた検知し、上流切換手段２３と下流切換手段２４、主連通管切換手段３１と副連通管切換手段３２が連結を反対したことにより、自動的に略連続して膨張機５から出力が得られる。

また、太陽熱を集熱容器１４に蓄えるので、いつでも搬送手段３を駆動して膨張機５から出力が得られる。

なお、実施の形態３、４では、液化手段を二個使用しているが、三個以上使用した方がスムーズに膨張機５から出力が得られる。

以上のように、本発明にかかる太陽熱利用システムは、搬送手段の低揚程化とともに、必要な時に集熱した熱を利用できるもので、種々な形で太陽熱の利用が可能である。

本発明の実施の形態１における太陽熱利用システムの構成図 本発明の実施の形態２における太陽熱利用システムの構成図 本発明の実施の形態３における太陽熱利用システムの構成図 本発明の実施の形態４における太陽熱利用システムの構成図 従来の太陽熱利用システムの構成図

符号の説明

１ 容器
２ 量検知手段
３ 搬送手段
４ 集光型集熱器
５ 膨張機
６ 液化手段
９ 回路
１０ 連通管
１４ 集熱容器
１５ 集熱搬送手段
１６ 循環回路
２０ 冷却手段
２１ 主液化手段
２２ 副液化手段
２３ 上流切換手段
２４ 下流切換手段
２５ 連通管切換手段
２６ 主量検知手段
２７ 副量検知手段
２８ 圧力差検知手段
２９ 主連通管
３０ 副連通管
３１ 主連通管切換手段
３２ 副連通管切換手段
３３ 圧力検知手段

Claims (8)

1. 液体の動作流体を蓄えた容器と、動作流体を搬送する搬送手段と、集熱した太陽熱により動作流体を気化させる集熱器と、気体の動作流体を減圧させて出力を取り出す膨張機と、気体の動作流体を冷却し、液化した動作流体を貯める液化手段と、前記容器、前記搬送手段、前記集熱器、前記膨張機、前記液化手段が順に連結され、動作流体が流れる回路と、前記集熱器の下流側の前記回路と前記容器とを連通する連通管とからなる太陽熱利用システム。
2. 集熱動作流体を蓄えた集熱容器と、集熱動作流体を搬送する集熱搬送手段と、集熱した太陽熱により集熱動作流体を加熱する集熱器と、前記集熱容器、前記集熱搬送手段、前記集熱器を順に、かつ循環するように連結し集熱動作流体が流れる循環回路と、液体の動作流体を蓄えた容器と、動作流体を搬送する搬送手段と、前記集熱容器に設けた動作流体を気化させる加熱用熱交換器と、気体の動作流体を減圧させて出力を取り出す膨張機と、気体の動作流体を冷却し、液化した動作流体を貯める液化手段と、前記容器、前記搬送手段、前記加熱用熱交換器、前記膨張機、前記液化手段が順に連結され、動作流体が流れる回路と、前記加熱用熱交換器の下流側の前記回路と前記容器とを連通する連通管とからなる太陽熱利用システム。
3. 動作流体を搬送する搬送手段と、集熱した太陽熱により動作流体を気化させる集熱器と、気体の動作流体を減圧させて出力を取り出す膨張機と、前記搬送手段、前記集熱器、前記膨張機を順に連結し動作流体が流れる回路と、気体の動作流体を冷却し、液化した動作流体を貯める主液化手段及び副液化手段と、前記主液化手段及び前記副液化手段を夫々前記搬送手段または前記膨張機のどちらか一方に連結する切換手段と、前記集熱器の下流側の回路に連通する連通管と、前記切換手段に応じて前記主液化手段及び前記副液化手段のどちらか一方を前記連通管に連通する連通管切換手段とを備え、前記切換手段が前記主液化手段と前記搬送手段を連結し、他方前記膨張機と前記副液化手段を連結した場合、前記連通管切換手段は前記連通管を前記主液化手段に連通する太陽熱利用システム。
4. 動作流体を搬送する集熱搬送手段と、集熱した太陽熱により集熱動作流体を加熱する集熱器と、集熱動作流体を貯める集熱容器と、前記搬送手段、前記集熱器、前記集熱容器を順に、かつ循環するように連結し動作流体が流れる循環回路と、動作流体を搬送する搬送手段と、前記集熱容器に設けた動作流体を気化させる加熱用熱交換器と、気体の動作流体を減圧させて出力を取り出す膨張機と、前記搬送手段、前記加熱用熱交換器、前記膨張機を順に連結し動作流体が流れる回路と、気体の動作流体を冷却し、液化した動作流体を貯める主液化手段及び副液化手段と、前記主液化手段及び前記副液化手段を夫々前記搬送手段または前記膨張機のどちらか一方に連結する切換手段と、前記加熱用熱交換器の下流側の回路に連通する連通管と、前記切換手段に応じて前記主液化手段及び前記副液化手段のどちらか一方を前記連通管に連通する連通管切換手段とを備え、前記切換手段が前記主液化手段と前記搬送手段を連結し、他方前記膨張機と前記副液化手段を連結した場合、前記連通管切換手段は前記連通管を前記主液化手段に連通する太陽熱利用システム。
5. 動作流体の量を検知する量検知手段を設け、前記量検知手段が動作流体の量を少量と検知した場合、搬送手段を停止する請求項１〜４いずれか１項記載の太陽熱利用システム。
6. 膨張機の上流側と下流側の夫々回路の圧力差を検知する圧力差検知手段を設け、搬送手段が停止後に前記圧力差検知手段が圧力差を小さいと検知した場合、切換手段及び連通管切換手段が連結を反対にした後に前記搬送手段を再駆動する請求項３または４記載の太陽熱利用システム。
7. 膨張機の上流側の回路の圧力を検知する圧力検知手段を設け、搬送手段が停止後に前記圧力検知手段が液体の動作流体の飽和圧力に近づいた場合、切換手段及び連通管切換手段が連結を反対にした後に前記搬送手段を再駆動する請求項３または４記載の太陽熱利用システム。
8. 膨張機の下流側の回路は、気体の動作流体の顕熱を奪う冷却手段を設けた請求項３または４に記載の太陽熱利用システム。

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