JP2014081184A - 太陽熱集熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】効率良く太陽熱を集熱することができる太陽熱集熱装置を提供する。
【解決手段】太陽熱集熱装置であって、南北方向に複数枚の反射鏡が設置され、上方にキャビティ型レシーバが設置され、該キャビティ型レシーバの長箱体は上壁と側壁とで受熱管を囲っており、長手側の側壁部が内側に向かって傾斜していることにより下面に向かって窄まっており、下面に開口部が形成されたもので、長手方向が東西方向と平行になるように長箱体が設置されており、反射鏡からの太陽光の反射光が開口部から長箱体内に導入されて受熱管に照射されて太陽熱が集熱されるものである太陽熱集熱装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、反射鏡によってレシーバに向けて太陽光を反射させて集熱する太陽熱集熱装置に関する。

従来より石油など化石燃料からエネルギーを得てきたが、近年では、これらの化石燃料の枯渇や、該化石燃料の使用により排出される二酸化炭素等の温室効果ガス、さらには化石燃料の購入のためのコスト（燃料費）が問題となっている。
そこで、再生可能であり、燃料費が不要の太陽光が、新たなエネルギー源の１つとして注目されている。

この太陽光をエネルギー源として利用する太陽熱集熱装置としては、太陽光の集光方式の違いから数種挙げられる（特許文献１等参照）。これらの中には、例えばトラフ型や線形フレネル型と呼ばれるタイプの集熱装置がある。

ここで、トラフ型の集熱装置は、桶状の放物面鏡を用いて太陽光を反射し、該反射光をレシーバに集光して太陽熱を集熱するものである。
また、線形フレネル型の集熱装置は、南北方向に並列に設定した複数の反射ライン上に複数枚の反射鏡を設置するとともに、これらの反射鏡の上方に南北方向に設定した受光ライン上にレシーバを設置し、反射鏡により太陽光を反射してレシーバに集光して太陽熱を集熱するものである。

特開２０１２−６３０８６号公報

ここで、前述した線形フレネル型の集熱装置におけるレシーバの断面構造の一例を図９に示す。レシーバはカバーを有し、該カバー下方には受熱管が配設されている。カバーの側壁は、下面に向かい、外側に向かって傾斜している。このため、下方に向かって拡がった形状となっている。そして受熱管には、下方から太陽光の反射光が照射され、それによって集熱する仕組みになっている。

一方、トラフ型の集熱装置におけるレシーバの断面構造は図１０に示すようになっている。トラフ型ではレシーバと放物面鏡との距離が比較的近いため、図９のようなレシーバを採用すると、レシーバ自体が邪魔になり、放物面鏡への太陽光を遮ってしまう。そこで、図１０に示すようにレシーバは筒体を有しており、該筒体内に受熱管が配設されている。筒体内は真空となっている。筒体を通して太陽光の反射光が照射されて受熱管に集熱することができる。

このように太陽熱集熱装置においては種々の集光方式が用いられており、該方式によって適切なレシーバの構造も異なってくる。しかしながら、図９、１０のような方式ではエネルギー源である太陽光から十分に集熱できているとは言えず、より一層、効率良く集熱することが可能な太陽光集熱装置が求められている。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、効率良く太陽熱を集熱することができる太陽熱集熱装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、複数本の反射ラインと、１本以上の受光ラインとを有する太陽熱集熱装置であって、前記複数本の反射ラインは、南北方向に並列に設定されたものであり、各列の反射ライン上には太陽光を反射する複数枚の反射鏡が設置されており、該複数枚の反射鏡は太陽の動きに追従させて反射面の角度を調整するヘリオスタット機構を備えており、前記１本以上の受光ラインは、前記複数本の反射ラインに直交して上方の定位置に設定されたものであり、各受光ライン上には１基のキャビティ型レシーバが設置されており、該キャビティ型レシーバは、中空の長箱体と、該長箱体内に配設された１本以上の受熱管とを備えており、前記長箱体は、上壁と、該上壁とつながり下方に延びる側壁とで前記１本以上の受熱管を囲っているものであり、かつ、前記側壁のうち長手側の側壁部が内側に向かって傾斜していることにより前記長箱体は下面に向かって窄まっており、該窄まった下面に開口部が形成されたものであり、前記長箱体の長手方向が東西方向と平行になるように長箱体が設置されており、前記複数枚の反射鏡からの太陽光の反射光が前記開口部から前記長箱体内に導入されて前記受熱管に照射されて太陽熱が集熱されるものであることを特徴とする太陽熱集熱装置を提供する。

このようなものであれば、まず、反射ラインと受光ラインとが上記関係であるクロスリニア型の太陽熱集熱装置であり、例えば従来の線形フレネル型のものに比べ、低コストで、より効率良く太陽熱を集熱することが可能である。
さらには、上記のようなキャビティ型レシーバであり、窄まった下面に開口部が形成されているため（すなわち、窄まった開口部を有しているため）、一旦開口部から長箱体内へ導入された太陽光の反射光が、長箱体の内壁でさらに反射して開口部から長箱体の外部へ放散するのを抑制することができる。したがって、太陽光の熱が長箱体の外部へ逃げるのを抑制することができ、内部に配設された受熱管に効率良く集熱することが可能である。

このとき、前記各受光ライン上に設置されたキャビティ型レシーバの長箱体は、前記開口部が複数形成されており、該複数の開口部は、各々、前記各列の反射ラインに対応するように形成されており、前記複数の開口部同士の間は閉じられているものであり、前記各開口部から、対応する反射ライン上に設置された前記複数枚の反射鏡からの太陽光の反射光が導入されるものとすることができる。

このようなものであれば、複数の開口部から太陽光の反射光を導入できるとともに、反射光が照射されない領域、すなわち開口部同士の間は閉じられているので、より一層、太陽光の熱が長箱体の外部へ逃げるのを防ぐことができる。

また、前記長手方向が東西方向と平行になるように設置された長箱体は、前記長手側の側壁部のうち、南側の側壁部と前記上壁とのなす角度が、北側の側壁部と前記上壁とのなす角度よりも小さいものであり、該長箱体を備えた前記キャビティ型レシーバは、前記複数枚の反射鏡に対して南寄りに設置されたものとすることができる。

このように複数枚の反射鏡に対して南寄りにレシーバが設置されているものとすることで、北半球において、より効率良く太陽光を集光することができる。
そしてこの場合、長箱体には北側から反射光が照射され、南側から照射されることはなくなるため、上壁に対して北側や南側の長手側の側壁部を上記のように設けることで、その北側からの反射光を導入するとともに、長箱体内から熱が逃げないようにするのに、より適した開口部が形成されたものとなる。

また、前記１本以上の受熱管は、太陽光吸収のための表面加工処理およびコーティング処理のうち１つ以上の処理が施されているものとすることができる。
このようなものであれば、受熱管に効率良く太陽熱を集熱することができる。

また、前記長箱体は、前記上壁の内面側に太陽光吸収面を有するものとすることができる。
このようなものであれば、反射鏡からの反射光が上壁の内面側でさらに反射されて開口部から逃げるのを低減することができる。

また、前記長箱体の長手側の側壁部は、内面側に赤外線反射面を有するものとすることができる。
開口部が窄まっているため、長手側の側壁部の内面側には反射鏡からの反射光は照射されにくいものの、例えば上壁の内面側などに反射光が照射されると赤外線が放射される。該赤外線が長手側の側壁部の内面側に向かって放射された場合でも、上記の赤外線反射面を有するものであれば、赤外線を長箱体内の受熱管へ反射し、それによって集熱することができる。

前記長箱体内または前記開口部に、セラミックハニカムが配置されているものとすることができる。
このようなものであれば、反射鏡からの反射光の一部がセラミックハニカムに照射され、光エネルギーが熱エネルギーに変換されることで長箱体内に太陽光の熱を溜めることができる。また、長箱体内の熱が外部へ逃げるのを抑制することができる。

また、前記長箱体は、外面側が断熱材により覆われているものとすることができる。
このようなものであれば、上壁や側壁を介して太陽光の熱が逃げるのを抑制することができる。

また、前記長箱体の長手側の側壁部は、外面側に媒体を流通させる管が配設されているものとすることができる。
このようなものであれば、例えば、管内の媒体を介して長箱体を予熱することができ、受熱管をより高温に温めやすくすることができる。また、その一方で側壁部の温度が上がりすぎて劣化するのを抑制することができる。

以上のように、本発明によれば、クロスリニア型であるため低コストで効率良く集熱することができる。その上、長箱体内に一旦導入された太陽光の反射光が、開口部から長箱体の外部へ放散してしまうのを防ぎ、太陽光の熱が長箱体内から逃げるのを低減することができる。そのため、さらに効率良く受熱管に集熱することができる。

本発明の太陽熱集熱装置の一例を示す概略図である。 キャビティ型レシーバの一例を示す概略図である。 長箱体の横断面図である。（Ａ）上壁と南側の側壁部とのなす角度が、上壁と北側の側壁部とのなす角度と等しい形態である。（Ｂ）上壁と南側の側壁部とのなす角度が、上壁と北側の側壁部とのなす角度よりも小さい形態である。 複数の反射鏡と長箱体の位置関係の例を示す説明図である。（Ａ）複数枚の反射鏡の列の中央上方に受光ラインが設定されて長箱体が設置される場合である。（Ｂ）複数枚の反射鏡に対して南寄りに設置される場合である。（Ｃ）複数枚の反射鏡に対して南寄りに設置される他の場合である。 長箱体の各部の一例を示す概略図である。 複数の開口部が形成されている態様の長箱体の一例を示す下面図である。 複数の反射ラインと長箱体の複数の開口部の位置関係の一例を示す説明図である。 受熱管の一例を示す概略図である。（Ａ）表面加工処理が施されたものである。（Ｂ）コーティング処理が施されたものである。 従来の線形フレネル型の太陽熱集熱装置のレシーバの構造の一例を示す断面図である。 従来のトラフ型の太陽熱集熱装置のレシーバの断面構造の一例を示す断面図である。

以下では、本発明の実施の形態について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
図１に本発明の太陽熱集熱装置の一例を示す。
まず、太陽熱集熱装置１の全体的な仕組みについて説明する。複数本の反射ライン２と１本以上の受光ライン３とが設定されている。各々の反射ライン２上には複数枚の反射鏡４が設置されており、各々の受光ライン３上にはキャビティ型のレシーバ５が設置されている。太陽光が反射鏡４に照射して反射され、該反射光をレシーバ５へ集光することで、太陽熱を集熱するものである。
太陽熱を集熱して温められたレシーバ内の媒体は不図示の蒸気タービンやガスタービン等へ送られて発電が行われる。

以下、各部について詳述する。
複数本の反射ライン２は、南北方向に沿って互いに並列に設定されている。図１には４本の反射ライン２Ａ〜２Ｄが設定されている例を示したが、反射ライン２の本数は複数本であればよく、特に限定されない。

また、１本以上の受光ライン３は、各々が、反射ライン２の上方の定位置に設定されている。さらには反射ライン２に直交するように（すなわち東西方向に沿うように）設定されている。
図１には１本の受光ライン３Ａが設定されている例を示したが、２本以上とすることもでき、適宜決定することができる。例えば、図１に示す反射鏡４やレシーバ５等を１ユニットとし、このユニットを複数用意して南北方向に並列配置することができる。
また、受光ライン３と反射ライン２との垂直方向の距離も特に限定されず、例えば太陽光を集光し易いように各種条件に合わせて適宜決定することができる。

このように反射ラインおよび受光ラインの関係から分かるように、太陽熱集熱装置１はクロスリニア型のものであり、低コストで、効率良く太陽熱を集熱することが可能である。

次に、複数枚の反射鏡４について説明する。反射鏡４は太陽光を反射できる反射面６を有しているものであれば良く、反射鏡４の形状等は特に限定されない。例えば、太陽光の反射面６が平らなものとすることもできるし、凹面状のものとすることもできる。大きさも限定されず、例えば反射面６が３ｍ×１．５ｍ程度の面積を有するものとすることができる。
反射鏡４は反射ライン２Ａ〜２Ｄの各列上に複数枚ずつ設置されている。図１には各列あたり５枚ずつ設置されている例を示したが、この枚数に限定されない。例えば設置箇所の広さに応じて決めることができる。

また、反射鏡４にはヘリオスタット機構７が備えられている。該ヘリオスタット機構７は太陽の動きに追従させて反射面６の角度を調整するものである。コンピュータ８や不図示の角度調整手段を有している。
コンピュータ８では、太陽の動きや、該太陽の動きに合わせて太陽光をレシーバ５に向けて適切に反射できるような反射面６の角度が計算される。計算方法自体は特に限定されず、従来と同様のプログラムを用いることができる。
また、不図示の角度調整手段は、コンピュータ８の計算結果に応じて反射鏡４の反射面６の角度を物理的に調整するものである。角度調整手段自体は特に限定されず、反射面６を任意の方向に向けることができるものであれば良く、例えば従来と同様のものとすることができる。

また、キャビティ型レシーバ５について図２を参照して説明する。図２はレシーバ５の一例であり、長箱体９と１本以上の受熱管１０とを備えている。長箱体９は中空であり、上壁１１と、側壁１２（長手側の側壁部１２Ａ、短手側の側壁部１２Ｂ）を有している。側壁１２は上壁１１の端部とつながっており、下方に向かって延びるように設けられている。また長箱体９の下面には開口部１３が形成されている。一方、受熱管１０は上壁１１と側壁１２で囲まれた長箱体９の内部に配設されている。
この長箱体９は長手方向が東西方向と平行になるように設置され、反射鏡により反射された太陽光の反射光が、開口部１３から長箱体９の内部に導入され、受熱管１０に照射されて受熱管１０に集熱される仕組みになっている。

ここで長箱体９についてさらに詳述する。図３に長箱体の横断面図を示す。図３から上壁１１と、２つの長手側の側壁部１２Ａの関係が分かる。すなわち、２つの長手側の側壁部１２Ａが、互いに長箱体９の内側に向かって傾斜するように設けられている。このため、長箱体９は下面に向かって窄まった形状となっている。そして該窄まった下面に開口部１３が形成されている。
このように長箱体９の上方（上壁１１側）に比べて開口部１３は窄まっているため、長箱体９の内部に太陽光の反射光が一旦導入されると、たとえ長箱体９の内壁でさらに反射したとしても、該反射光は長箱体９の外部へ放散しにくい。内壁からの反射光が外部に逃げにくくなるので、太陽熱を効率良く長箱体９内、さらには受熱管１０に集熱することが可能である。

また、前述したように長箱体９は長手方向が東西方向に沿って設置されるため、２つの長手側の側壁部１２Ａは、一方は南側に面し（側壁部１２Ａ_１）、他方は北側に面することになる（側壁部１２Ａ_２）。上壁１１と側壁部１２Ａ_１とのなす角度をαとし、上壁１１と側壁部１２Ａ_２とのなす角度をβとした場合、図３（Ａ）に示すようにαとβが等しくなるように側壁部１２Ａ_１、１２Ａ_２が設けられたものを用いることができる。
また、例えば図３（Ｂ）に示すようにαのほうがβよりも小さくなるように側壁部１２Ａ_１、１２Ａ_２が設けられたものを用いても良い。
各種条件に応じて、太陽光をより効率的に集光できる形態を選ぶことができる。

ここで、図３に示す長箱体９の使用に関して、複数の反射鏡４と長箱体９との位置関係を示す図４を参照してさらに説明する。
図４（Ａ）に示すように複数枚の反射鏡４の列の中央上方に受光ラインが設定されて長箱体９が設置される場合、例えば図３（Ａ）の形態のものを使用するのが好ましい。長箱体９に対して北側および南側に設置された反射鏡４からの反射光を集めるからである。

一方、複数枚の反射鏡４に対して長箱体９が南寄りに設置される場合について図４（Ｂ）、４（Ｃ）に示す。特に北半球においては、反射鏡４に対して長箱体９を南寄りに設置することで効率良く太陽光を反射して集熱することができる。
図４（Ｂ）、４（Ｃ）の位置関係の場合、長箱体９に対して複数枚の反射鏡４は北側に設置されることになる。すなわち、図４（Ｂ）、４（Ｃ）の最南端の反射鏡の位置は、図４（Ａ）の最南端の反射鏡の位置よりも北側に位置することになる。

したがって、図４（Ｂ）のように、図３（Ａ）の形態のものを使用する場合、長箱体９への反射光に関して、南側では開口部１３のうち反射光が導入されない余分な領域が生じることになる。つまり、開口部１３において最南端の反射鏡からの反射光が導入される位置と南側の長手側の側壁部の端部との間に隙間１４が生じてしまう。
これに対して、図４（Ｃ）のように、図３（Ｂ）の形態のものを使用する場合、上記のような隙間１４も生じることもない。長箱体９内から熱が逃げるのを防いで効果的に集熱するにあたっては、当然、開口部１３が小さい方がより好ましく、余分な隙間１４はない方が良い。
なお、この他、図４（Ｃ）のように長箱体９を傾けて配置することで反射光の導入に関して調整をすることもできる。

また、長箱体９の各部について図５を参照して説明する。なお、図５には受熱管１０も併せて図示する。
図５に示すように、まず、上壁１１の内面側に太陽光吸収面１５を有している。該太陽光吸収面１５は、開口部１３から見て受熱管１０よりも奥側に位置している。
長箱体９内に導入されて受熱管１０に直接照射されなかった太陽光の反射光は、その奥の上壁１１の内面側に照射される。このとき、開口部１３が窄まっているとはいえ、上壁１１の内面側で反射し、該反射光が開口部１３から長箱体９の外部へ逃げてしまうことがある。しかしながら、図５のような太陽光吸収面１５が存在することで、受熱管１０に直接照射されなかった反射光を吸収することができ、反射して開口部１３から逃げるのを低減することが可能である。

太陽光吸収面１５を形成するものとしては特に限定されず、太陽光を効率良く吸収できるものであればよく（例えば吸収効率が０．６〜０．７程度以上）、黒色セラミック等を用いることができる。
なお、太陽光吸収面１５にて吸収した熱が上壁１１を介して外部へ逃げないように、太陽光吸収面１５を形成するものと上壁１１との間に、断熱材１６Ａを配置しても良い。断熱材１６Ａとしては、アルミナブランケット、アルミナウール、ガラスウールなどが挙げられる。軽さや耐熱性の高さを考慮して、適宜決定することができる。

また、長手側の側壁部１２Ａの内面側に赤外線反射面１７を有するものとすることができる。
長箱体９内に反射鏡からの反射光が導入されるものの、開口部１３が窄まっているため、該反射光は長手側の側壁部１２Ａの内面側には直接照射されにくい。しかしながら、前述したように導入された反射光の一部は上壁１１の内面側の太陽光吸収面１５に照射される。そして該太陽光吸収面１５からは赤外放射（熱エネルギーの放射）が生じる。この再放射は温度が上がるほど強く、高い熱エネルギーが放射されることになる。
そこで、上記のような赤外線反射面１７を有することで、太陽光吸収面１５から再放射された赤外線を受熱管１０へ向けて反射させることができる。これにより、受熱管１０をさらに温めることができ、より一層効率良く集熱させることができる。

赤外線反射面１７を形成するものとしては例えば鏡面化したステンレスや白色セラミックを用いることができるが、これらに限定されない。赤外線を効率良く反射することができれば良く、耐熱性等を考慮して適宜決定することができる。

また、長箱体９内や開口部１３にセラミックハニカム１８を配置することもできる。図５には開口部１３の位置に配置した例を示したが、長箱体９内に配置する場合は、開口部１３と受熱管１０の間に位置するよう配置する。
ハニカム状で貫通孔が形成されており、反射鏡からの反射光は貫通孔を通して受熱管１０へと照射される。その一方で反射光の一部はセラミックハニカム１８に照射される。セラミックハニカム１８により反射光を吸収し、長箱体９内や受熱管１０へ向けて赤外線を放射することができ、それらを温めることができる。

また、このセラミックハニカム１８は、反射光の全てが受熱管１０に照射されて必要以上に受熱管１０が温められ、受熱管１０が熱劣化するのを防ぐことができる。
さらには、長箱体９内の熱が外部へ逃げるのを低減することができる。
セラミックハニカム１８の設置は、受熱管１０の材質との兼ね合いを考慮したり、受熱管１０の温度、長箱体９内の温度が所望の温度となるように、必要に応じて適宜決定することができる。

また、長箱体９の外面側は断熱材１６Ｂで覆われている。断熱材１６Ｂで覆うことにより、上壁１１や側壁１２を介して長箱体９内の熱が外部へ逃げるのを抑制することができる。
断熱材１６Ｂとしては、アルミナブランケット、アルミナウール、ガラスウールなどが挙げられる。軽さや耐熱性の高さを考慮して、適宜決定することができる。

また、長手側の側壁部１２Ａには、外面側に媒体を流通させる管１９が配設されていても良い。このような管１９に高温の媒体（空気など）を流通させることで、長箱体９内を予熱することができる。予熱をしておくことによって、受熱管１０をより効率的に温めることが可能である。予熱により長箱体９内や受熱管１０の温度を底上げすることができ、該底上げされた長箱体９内に太陽光の反射光を導入することで、予熱なしの場合に比べて受熱管１０をより高温に温めることが可能になる。

また一方で、この管１９により長手側の側壁部１２Ａの内面側の赤外線反射面１７の温度が必要以上に高温化するのを防ぐことができる。例えば、管１９により長箱体９を予熱し、反射光を導入して長箱体９内をより高温化させることができたものの、そのような高温下においては赤外線反射面１７を形成する材質が腐食・劣化してしまう場合が考えられる。しかしながら、管１９に媒体を流通させ続けることで、逆に、必要以上に高温となった赤外線反射面１７の熱を、管１９を通して外部へ逃がすことができる。これによって長手側の側壁部１２Ａ近傍において高温化するのを抑制し、赤外線反射面１７の劣化を防ぐことができる。

次に、長箱体９の下面の開口部１３について説明する。
開口部１３は１つ以上形成されていれば良く、その数は特に限定されない。また大きさも特に限定されない。反射鏡からの反射光を長箱体９内に効率良く導入できるよう、適切な数、大きさに設定することができる。長箱体９の長手方向の開口部１３の幅は反射ラインの本数等により決定することができ、また、短手方向の開口部１３の幅は例えば２０ｃｍ〜１ｍ程度にすることができる。

例えば側壁１２Ａの下端を縁として構成される１つの開口部とすることができる。
また、開口部が複数形成されている長箱体としては、例えば図６のような形態が挙げられる。図６は長箱体の下面図である。
図６に示すように、長箱体９の下面には複数の開口部１３が形成されている。ここでは開口部の数は４つ（１３Ａ〜１３Ｄ）だが、これに限定されず、適宜決定することができる。そして、開口部同士の間には蓋２０があって閉じられている。すなわち、図６の場合、開口部１３Ａ、１３Ｂの間に蓋２０Ａ、開口部１３Ｂ、１３Ｃの間に蓋２０Ｂ、開口部１３Ｃ、１３Ｄの間に蓋２０Ｃが存在する。

ここで、図７に、複数の反射ラインと長箱体の複数の開口部の位置関係を示す。
受光ライン３Ａ上には長箱体９が設置されており、反射ライン２Ａ〜２Ｄ上には複数の反射鏡４が設置されている。上記のような複数（ここでは４つ）の開口部１３Ａ〜１３Ｄは、各々が各列（２Ａ〜２Ｄ）の反射ラインに対応するように形成されている。したがって、例えば反射ライン２Ａ上の反射鏡からの反射光は集光されて、反射ライン２Ａ上の反射鏡に対応する開口部１３Ａを通して長箱体９の内部に導入される。

一方で、例えば反射ライン２Ａ上の反射鏡と反射ライン２Ｂ上の反射鏡は間隔を開けて設置されており、そのために長箱体９の下面には反射光が照射されない領域が存在する。この領域が開口部１３Ａ、１３Ｂの間の蓋２０Ａに該当する。

より具体的に説明すると、反射ライン上に設置された反射鏡の東西方向の幅が３ｍであり、反射ライン同士の間隔、つまりは東西方向の反射鏡同士の間隔が１ｍであるとき、長箱体の長手方向において、開口部の幅を３ｍとし、蓋の幅を１ｍとすることができる。

このような複数の開口部１３および蓋２０を有する長箱体９であれば、反射光が照射されない領域が開放されていないので、該領域から長箱体９内の熱が逃げるのを防ぐため、さらに効率良く長箱体９内の受熱管を温めることができる。また反射光は開口部１３からしか導入されないものの、長箱体９内は中空であり長手方向に熱が行き来可能であるため、蓋２０の位置に対応していて反射光が直接照射されない部分の受熱管も温めることができる。
このように複数の開口部および開口部同士間の蓋を有する形態とすることで、反射光を長箱体内に取り入れるとともに、長箱体内から熱が不必要に逃げるのを防ぐことができるため、より効率良く太陽熱を集熱することができる。

次に、上記のような長箱体９内に配設された受熱管１０について説明する。
受熱管１０の本数は特に限定されず、１本以上配設されていれば良い。長箱体９内の容量、開口部１３の大きさおよび反射光の照射範囲等に応じて適宜決定することができる。また太さも特に限定されず、例えば直径（外径）３ｃｍ程度のものとすることができる。受熱管１０同士の間隔も特に限定されず、例えば１ｃｍ程度とすることができる。

そして、太陽光を効率良く吸収できるように図８のように工夫が施されているものが好ましい。
図８（Ａ）は、表面に加工処理が施されている受熱管の一例である。例えば、ハニカム状の表面あるいは複数の溝、窪みが形成された表面に加工することができる。
あるいは、図８（Ｂ）に示すように、表面にコーティング処理を施したものとすることができる。太陽光吸収のための特殊塗料（例えば、Ｐｙｒｏｍａｒｋ ２５００ ｐａｉｎｔ）を塗ることができる。
なお、これら両方の処理を施したものとすることもできる。
これらの処理が施されていることで、特には吸収効率が０．４以上、さらには０．６〜０．８以上のものを用意することができる。

また、受熱管１０内には媒体が流通されている。内部の媒体としては、例えば空気、二酸化炭素が挙げられる。受熱管１０に反射光が照射されて太陽熱が集熱され、内部の媒体が温められ、該温められた媒体は不図示の蒸気タービン等に送られる。

以上のような本発明の太陽熱集熱装置１であれば、従来のフレネル型等よりも大幅に効率良く集熱することが可能である。例えば、フレネル型等では受熱管内の媒体を５００℃程度までしか温められなかったものの、本発明であれば７００℃以上に温めることができる。

以下、実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
（実施例）
図１に示すような本発明のクロスリニア型の太陽熱集熱装置を用いて太陽光を集光して受熱管内の媒体を温めるシミュレーションを行った。シミュレーションの条件を以下のように設定した。
１本の受光ラインを設定してキャビティ型レシーバを設置し、４本の反射ライン上に、一列あたり５０枚の反射鏡（大きさは１ｍ×１ｍ）を設置し、平均集光度３５ｋＷ／ｍ^２でレシーバに照射した。なお反射鏡に対してレシーバを南寄りに設置した。
またレシーバの長箱体としては、短手側の幅が２５ｃｍで、反射ラインの本数に応じた数の開口部を有するものを用意した。受熱管は１本とし、外径３５ｍｍ、内径３１ｍｍのものを用い、受熱管内には媒体として空気を流した。

一定の熱量を集光ビーム照射によって与えて、受熱管の入口（流入口）および出口（流出口）での平均温度を求め、熱吸収効率を求めた。媒体に関してのシミュレーション結果を下記の表１に示す。

（比較例）
従来のクロスリニア型の太陽熱集熱装置を用いて太陽光を集光して受熱管内の媒体を温めるシミュレーションを行った。シミュレーションの条件を以下のように設定した。
レシーバとしては、本発明のように開口部が窄まっているものではなく、図９のようなフレネル型でも用いられている形態のものを用いた。
また、レシーバの位置は複数枚の反射鏡の中央上方に配置した。
それ以外の条件は（反射ラインの本数等）は実施例と同様にして集熱し、実施例と同様にして熱吸収効率等を求めた。シミュレーション結果を下記の表１に示す。

表１に示すように、実施例、比較例ともに与えた熱量、流入口の媒体の温度は同じであるものの、流出口の媒体の温度に違いが生じていることがわかる。実施例では流出口の温度は６．９８×１０^２（Ｋ）であるのに対し、比較例では６．６９×１０^２（Ｋ）であった。そして熱吸収効率を計算すると、実施例では６．１９×１０^−１であるのに対し、比較例では０．４７７７７１３であった。すなわち、本発明の太陽熱集熱装置を用いた実施例の方が効率良く集熱して高温に媒体を温めることができることがわかる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

１…本発明の太陽熱集熱装置、 ２、２Ａ〜２Ｄ…反射ライン、
３、３Ａ…受光ライン、 ４…反射鏡、 ５…キャビティ型レシーバ、
６…反射面、 ７…ヘリオスタット機構、 ８…コンピュータ、
９…長箱体、 １０…受熱管、 １１…上壁、 １２…側壁、
１２Ａ、１２Ａ_１、１２Ａ_２…長手側の側壁部、 １２Ｂ…短手側の側壁部、
１３、１３Ａ〜１３Ｄ…開口部、 １４…隙間、 １５…太陽光吸収面、
１６Ａ、１６Ｂ…断熱材、 １７…赤外線反射面、 １８…セラミックハニカム、
１９…管、 ２０、２０Ａ〜２０Ｃ…蓋。

Claims (9)

1. 複数本の反射ラインと、１本以上の受光ラインとを有する太陽熱集熱装置であって、
   前記複数本の反射ラインは、南北方向に並列に設定されたものであり、各列の反射ライン上には太陽光を反射する複数枚の反射鏡が設置されており、該複数枚の反射鏡は太陽の動きに追従させて反射面の角度を調整するヘリオスタット機構を備えており、
   前記１本以上の受光ラインは、前記複数本の反射ラインに直交して上方の定位置に設定されたものであり、各受光ライン上には１基のキャビティ型レシーバが設置されており、
   該キャビティ型レシーバは、中空の長箱体と、該長箱体内に配設された１本以上の受熱管とを備えており、
   前記長箱体は、上壁と、該上壁とつながり下方に延びる側壁とで前記１本以上の受熱管を囲っているものであり、かつ、前記側壁のうち長手側の側壁部が内側に向かって傾斜していることにより前記長箱体は下面に向かって窄まっており、該窄まった下面に開口部が形成されたものであり、
   前記長箱体の長手方向が東西方向と平行になるように長箱体が設置されており、
   前記複数枚の反射鏡からの太陽光の反射光が前記開口部から前記長箱体内に導入されて前記受熱管に照射されて太陽熱が集熱されるものであることを特徴とする太陽熱集熱装置。
2. 前記各受光ライン上に設置されたキャビティ型レシーバの長箱体は、前記開口部が複数形成されており、該複数の開口部は、各々、前記各列の反射ラインに対応するように形成されており、前記複数の開口部同士の間は閉じられているものであり、
   前記各開口部から、対応する反射ライン上に設置された前記複数枚の反射鏡からの太陽光の反射光が導入されるものであることを特徴とする請求項１に記載の太陽熱集熱装置。
3. 前記長手方向が東西方向と平行になるように設置された長箱体は、前記長手側の側壁部のうち、南側の側壁部と前記上壁とのなす角度が、北側の側壁部と前記上壁とのなす角度よりも小さいものであり、
   該長箱体を備えた前記キャビティ型レシーバは、前記複数枚の反射鏡に対して南寄りに設置されたものであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の太陽熱集熱装置。
4. 前記１本以上の受熱管は、太陽光吸収のための表面加工処理およびコーティング処理のうち１つ以上の処理が施されているものであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の太陽熱集熱装置。
5. 前記長箱体は、前記上壁の内面側に太陽光吸収面を有するものであることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の太陽熱集熱装置。
6. 前記長箱体の長手側の側壁部は、内面側に赤外線反射面を有するものであることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の太陽熱集熱装置。
7. 前記長箱体内または前記開口部に、セラミックハニカムが配置されているものであることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の太陽熱集熱装置。
8. 前記長箱体は、外面側が断熱材により覆われているものであることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の太陽熱集熱装置。
9. 前記長箱体の長手側の側壁部は、外面側に媒体を流通させる管が配設されているものであることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の太陽熱集熱装置。

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