WO2014013782A1

WO2014013782A1 - 太陽熱発電装置

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Publication number: WO2014013782A1
Application number: PCT/JP2013/063637
Authority: WO
Inventors: 成人守谷
Original assignee: Moriya Shigeto
Priority date: 2012-07-17
Filing date: 2013-05-16
Publication date: 2014-01-23
Also published as: JP2014023259A; CN103748779A

Abstract

　太陽熱発電装置を提供することを目的とする。　太陽光による熱を集熱する集熱部と熱電発電素子とフィンと筐体とを備える太陽熱発電装置であって，筐体は，太陽光による熱を集熱するとともに真空である正面空間とフィンを設置する背面空間とに仕切られており，背面空間に少なくとも２つの開口部を設けて空気が流れるダクト状空間を形成し，筐体の正面空間と背面空間との間に熱電発電素子を設置し，正面空間に取り付けた集熱部で加熱した熱媒体により，熱電発電素子の正面空間側の面の温度を高め，ダクト状空間とフィンとにより，熱電発電素子の背面空間側の面の温度を，熱電発電素子の正面空間側の面の温度よりも低くすることで，熱電発電素子により発電を行う，太陽熱発電装置である。

Description

太陽熱発電装置

　本発明は太陽熱発電装置に関する。

　環境に対する関心の高まりから自然エネルギーを活用した発電に関心が集まっている。その代表的なものが太陽光発電である。しかし太陽光発電の場合，夜間には発電をできないなどのデメリットがある。そこで太陽熱を利用して発電を行う太陽熱発電も近年，注目を浴びてきている。

　太陽熱発電の場合，いかに太陽熱を集め，その熱を逃がさないかが発電効率を上げるためのポイントとなる。そこで効率よく集熱し，熱を逃がさない集熱器が下記特許文献１に開示されている。

特開２００９－１６２４７３号公報

　特許文献１の太陽熱集熱器の場合，集熱板と上蓋との間を真空状態として構成することで，熱媒体を加熱するとともに，集熱した熱を逃がさない点で有益である。しかしながらこの場合であっても，熱を逃がさないだけであり，集熱の効率がまだ高いとはいえない。

　そこでより効率的な太陽熱発電装置が期待されている。

　本発明者は上記課題に鑑み，効率的に発電を行うことができる太陽熱発電装置を発明した。

　第１の発明は，太陽光による熱を集熱する集熱部と熱電発電素子とフィンと筐体とを備える太陽熱発電装置であって，前記筐体は，前記太陽光による熱を集熱するとともに真空である正面空間と前記フィンを設置する背面空間とに仕切られており，前記背面空間に少なくとも２つの開口部を設けて空気が流れるダクト状空間を形成し，前記筐体の前記正面空間と前記背面空間との間に前記熱電発電素子を設置し，前記正面空間に取り付けた前記集熱部で加熱した熱媒体により，前記熱電発電素子の前記正面空間側の面の温度を高め，前記ダクト状空間と前記フィンとにより，前記熱電発電素子の前記背面空間側の面の温度を，前記熱電発電素子の前記正面空間側の面の温度よりも低くすることで，前記熱電発電素子により発電を行う，太陽熱発電装置である。

　上述のように構成することで，筐体の正面空間で集熱した熱は放熱されにくく，一方，背面側空間は，いわゆる煙突効果により冷却されやすい。そのため，正面空間と背面空間との間に設置した熱電発電素子の両面では温度差が生じやすくなる。従って，発電効率を向上することができる。

　上述の発明において，前記集熱部は，表側の集熱部と裏側の集熱部の二層構造からなり，前記表側の集熱部と前記裏側の集熱部との間に，前記熱媒体を収納する熱媒体収納部とを挟み込み，前記表側の集熱部はカーボン糸を用いて形成し，前記裏側の集熱部はアルミ線を用いて形成する，太陽熱発電装置のように構成することもできる。

　カーボン糸は放熱速度が遅く，アルミ線は放熱速度が速い。そのため，カーボン糸を表側の集熱部に，アルミ線を裏側の集熱部に用いることで，表側の集熱部で集めた熱を熱電発電素子に速く伝達できるとともに，熱が逃げにくくなる。従って，熱電発電素子における発電効率の向上に繋がる。

　上述の発明において，前記太陽熱発電装置は，前記熱媒体を貯留することで蓄熱をする蓄熱装置を有しており，前記熱媒体を前記集熱部と前記蓄熱装置との間で循環させて，前記熱電発電素子の前記正面空間側の面の温度を高め，前記ダクト状空間と前記フィンとにより，前記熱電発電素子の前記背面空間側の面の温度を，前記熱電発電素子の前記正面空間側の面の温度よりも低くすることで，前記熱電発電素子により発電を行う，太陽熱発電装置のように構成することもできる。

　太陽熱発電装置の場合，太陽光が陰ると集熱部での集熱が十分に行えず，発電効率が減る欠点がある。そこで本発明では熱媒体を蓄熱装置に蓄熱しておくことで，集熱部で集熱が十分に行えない場合であっても，蓄熱装置による熱で，熱電発電素子の正面空間側と，背面空間側との間の温度差をつくれ，その結果，発電を行うこともできる。

　本発明の太陽熱発電装置として，以下のように構成することもできる。すなわち，太陽熱発電装置は，太陽光による熱を集熱する集熱部を備える集熱装置と，熱媒体を貯留する蓄熱装置と，前記熱媒体を内部に貯留する筐体とその筐体の外壁面付近に設置した熱電発電素子とフィンとダクト状覆いとを備える発電ユニットと，を有しており，前記集熱装置と前記蓄熱装置と前記発電ユニットとの間で前記熱媒体を循環可能に接続し，前記集熱装置の集熱部で加熱した前記熱媒体を前記蓄熱装置に送り，前記蓄熱装置に貯留した前記熱媒体を前記発電ユニットに送り，前記フィンを前記ダクト状覆いで覆うことで空気が流れるダクト状空間が形成された前記発電ユニットは，前記筐体内部に貯留した熱媒体により，前記熱電発電素子の前記筐体側の面の温度を高め，前記ダクト状空間と前記フィンとにより，前記熱電発電素子の前記筐体側の面とは反対の面の温度を，前記筐体側の面の温度よりも低くすることで，前記熱電発電素子により発電を行う，太陽熱発電装置である。

　太陽熱発電装置は，本発明のように集熱装置と発電ユニットとを分離することもできる。その場合，集熱装置内で発電を行わないので，集熱装置を薄くできる。また発電ユニットにダクト状覆いを取り付けてダクト状空間を形成することで，上述の発明と同様に煙突効果を得られるので，発電効率を高めることもできる。

　上述の発明において，前記太陽熱発電装置は，前記集熱部を備えた筐体を有する集熱装置と，前記集熱装置を支持する架台とを備えており，前記架台の正面フレームの上部および下部には受け金具を設置し，前記集熱装置の筐体の外壁面に沿って構成されたひれ状突起部を，前記上部および／または下部の受け金具とともに，少なくとも一以上のクリップで挟み込むことで，前記ひれ状突起部を前記受け金具に取り付け，前記集熱装置を前記架台に固定する，太陽熱発電装置のように構成することもできる。

　従来，太陽熱発電装置の集熱装置を取り付けるのには，極めて繁雑な作業工程を経なければならなかったが，本発明のように構成することで，集熱装置をクリップに取り付けるだけであるから，架台への取り付け作業が容易となる。

　本発明の太陽熱発電装置では，集熱装置の筐体にダクト状空間とフィンとを設けることで，冷却効果を高めている。そのため，熱電発電素子の両面の温度差が生じやすく，発電効率の向上につなげられる。また，集熱装置から発電ユニットを分離した場合にもフィンによって温度差が生じやすくなるので，発電効率の向上につなげられる。

　また本発明の太陽熱発電装置における架台によって，集熱装置を容易に架台に設置することもできる。これにより，設置に要する時間を削減することができる。

本発明の太陽熱発電装置の使用状態の一例を模式的に示す図である。実施例１の太陽熱発電装置における集熱装置の斜視図である。実施例１の太陽熱発電装置における集熱装置の背面からの斜視図である。実施例１の太陽熱発電装置における集熱装置の分解図である。実施例１の太陽熱発電装置における集熱装置の縦断面図である。図５のＡ付近の拡大断面図である。実施例１の太陽熱発電装置における集熱装置における筐体の図である。図５のα－α線の断面図である。図５のβ－β線の断面図である。図５のγ－γ線の断面図である。集熱部を示す図である。集熱部における蜂の巣部の拡大図である。熱媒体搬送用パイプを取り付けた状態を示す図である。表側の集熱部を取り付けた状態を示す図である。光透過板を設置した状態を示す図である。実施例２の太陽熱発電装置における集熱装置の分解図である。実施例２の太陽熱発電装置における集熱装置の縦断面図である。図１７のＡ付近の拡大断面図である。リニアフレネルレンズにより集光する状態を示す図である。フレネルレンズにより集光する状態を示す図である。集熱装置の一つの光軸に時間とともに変化する太陽光の様子を示す図である。太陽光がレンズへ入射する角度と集熱部に集光する位置との関係を示す図である。集熱装置を傾斜させたときの冬至の時の集光点の移動を表す図である。集熱装置を傾斜させたときの夏至の時の集光点の移動を表す図である。９時の太陽方位から１５時の太陽方位に変化した場合および集熱部の輻射熱を熱媒体搬送用パイプに伝える様子を示す図である。集熱部と熱媒体搬送用パイプとの位置関係を表す図である。実施例４の太陽熱発電装置の使用状態の一例を模式的に示す図である。実施例５の太陽熱発電装置の使用状態の一例を模式的に示す図である。発電ユニットの斜視図である。発電ユニットの縦断面図である。実施例５の太陽熱発電装置における集熱装置の縦断面図である。図３１のＡ付近の拡大断面図である。架台の斜視図である。集熱装置を架台に取り付ける状態を示す図である。

　以下に本発明の太陽熱発電装置の各実施例を図を用いて説明する。本発明における太陽熱発電装置１は，集熱装置１０，１０’で太陽光を集熱することで，グリコーゲン，グリセリン，油，水などの熱媒体を加熱し，熱電発電素子の両面の温度差を利用することによって発電を行う。

　本発明の太陽熱発電装置１は集熱装置１０，１０’の構成によって複数の実施態様があるので，以下に実施態様ごとに説明をする。なお，本発明の太陽熱発電装置１は，以下の各実施態様に限られるのではなく，その発明の技術的思想の範囲内でさまざまな変形を行うことが可能である。

　図１は，第１実施例における太陽熱発電装置１の使用状態を示す図である。図２は，第１実施例における太陽熱発電装置１における集熱装置１０の前方からの斜視図である。図３は，第１実施例における太陽熱発電装置１における集熱装置１０の背面からの斜視図である。図４は，第１実施例における太陽熱発電装置１における集熱装置１０の分解図である。図５は太陽熱発電装置１における集熱装置１０の縦断面図であり，図６は，図５におけるＡ付近の拡大断面図である。

　本実施例における太陽熱発電装置１は，太陽光を集熱する集熱装置１０を備えており，集熱装置１０は，筐体１１とフィン１２とフィン側電熱板１３と熱電発電素子１４と集熱部側電熱板１５と熱媒体搬送用パイプ１６と集熱部１７と光透過板２０と板留２１とを有する。

　図７（ａ）に筐体１１の斜視図，図７（ｂ）に筐体１１の縦断面図，図７（ｃ）に，図７（ｂ）のＡの拡大図を示す。筐体１１は，図７（ａ）の状態において，その中心付近で，ロの字状の仕切板１１１によって，太陽光を集熱する集熱側と背面側の二層１０ａ，１０ｂに仕切られる。集熱側の空間１０ａには後述する集熱部１７や熱媒体搬送用パイプ１６，光透過板２０，板留２１などが設置される。一方，背面側の空間１０ｂには，フィン１２が設置される。

　筐体１１の正面空間１０ａの一面は，太陽光の照射を受けられるように開口している。また筐体１１のうち，開口部分の外周には外側に向かって縁部１１２が形成されており，後述する光透過板２０を筐体１１に取り付ける際に板留２１によって固定する部位となる。

　筐体１１を正面空間１０ａと背面空間１１ｂに仕切る仕切板１１１はロの字状で形成されていることから，その中心付近が開口しており，当該開口部１１３には後述するフィン１２やフィン側電熱板１３，集熱部側電熱板１５などが取り付けられる。従って，開口部１１３の大きさはフィンなどを取り付けられる大きさである。

　また筐体１１の背面側の底面はその一部が開口しており外気吸入口１１８Ａが形成されている。また，筐体の背面側の上面はその一部が開口しており，熱排出口１１８Ｂが形成されている。これによって，外気吸入口１１８Ａから流れ込んだ空気が，背面空間１０ｂを通り，熱排出口１１８Ｂから排出される。

　フィン側電熱板１３および集熱部側電熱板１５は凹字状に形成され，それぞれ窪み部分が向かい合うように接合される。この際に，フィン側電熱板１３および集熱部側電熱板１５により形成される空間Ｓに，温度差により発電を行う一または複数の熱電発電素子１４を挟み込み，フィン側電熱板１３および集熱部側電熱板１５で熱電発電素子１４を挟持する。

　また，フィン側電熱板１３の背面には，筐体１１の長手方向に対して平行に，複数のフィン１２を取り付ける。これによって，図３に示すように，フィン１２が外気吸入口１１８Ａから熱排出口１１８Ｂを流れる空気の流れと平行に取り付けられ，整流板の機能も果たすこととなる。

　このようにして形成したフィン側電熱板１３，集熱部側電熱板１５，熱電発電素子１４およびフィン１２のユニットを，筐体１１の仕切り板１１１に取り付ける。好ましくは，筐体１１の背面空間１０ｂの仕切板１１１に，集熱部側電熱板１５の外周付近の背面を接合することで取り付ける（図６）。

　図８に図５のα－α線断面図，図９に図５のβ－β線断面図，図１０に図５のγ－γ線断面図を示す。

　仕切板１１１に集熱部側電熱板１５を取り付けた状態において生じる，仕切板１１１の端部と集熱部側電熱板１５との間隙を，シリコンなどの絶縁材２２で絶縁することで，その間隙を埋め，正面空間１０ａと背面空間１０ｂとを遮蔽する。

　集熱部１７は太陽熱を集熱する。集熱部１７としては太陽光エネルギー変換効率の良い集熱部１７ならばいかなる態様のものであっても良い。

　集熱部１７は，たとえば以下のような構成を採ることが出来る。集熱部１７は蜂の巣織りの二重織りの構造（表側１７ａ（太陽光が照射される側）と裏側１７ｂ（集熱部側電熱板１５と接する側））とする。表側の集熱部１７ａおよび裏側の集熱部１７ｂは，金属線および／またはカーボン糸を縦糸，横糸として，中心に凹部Ｐを有する四角錐形状の蜂の巣織りを複数配置するように構成する。図１１は集熱部１７ａ，１７ｂの一例であるが，図１１のＡ－Ａ線断面は蜂の巣織りの凹部Ｐの断面を示しており，Ｂ－Ｂ断面は蜂の巣織りの最も高い位置の断面を示している。この断面から一つの蜂の巣織り（以下，「蜂の巣部」という）は四隅が高く中心に凹部Ｐを有する四角錐（ピラミッド型）を下から見たような形状となる。この詳細を示すのが図１２である。同様に，Ｄ－Ｄ線断面は蜂の巣織りの凹部Ｐの断面を示しており，Ｃ－Ｃ線断面は蜂の巣織りの最も高い位置の断面を示している。そして，蜂の巣部を複数つなぎ合わせて一つの表側の集熱部１７ａを構成する。このように，金属線またはカーボン糸に蓄熱した熱は，各線の間に形成された空気層を暖める。また，線の織り方を中心に凹部を有する四角錐形状の蜂の巣織りとし，その形を一つの単位として複数配置する。

　そして表側の集熱部１７ａと裏側の集熱部１７ｂの間には，熱媒体搬送用パイプ１６を挟み込む。これによって，表側の集熱部１７ａで集熱することで，熱媒体搬送用パイプ１６内を流れる，水やグリコーゲンなどの熱媒体が加熱されるとともに，裏側の集熱部１７ｂにも熱が伝達するので，集熱部側電熱板１５に熱を伝達することができる。なお，熱媒体搬送用パイプ１６は，筐体１１に設けられた熱媒体搬送用接続口１１５，１１６と接続し，筐体１１から外部の膨張タンク２７に繋がっている。膨張タンク２７を設けるのは，熱媒体への加熱によって体積が増加するためである。

　集熱部１７において，表側の集熱部１７ａはカーボン糸を用い，裏側の集熱部１７ｂはアルミ線などの金属線を用いると良い。これは，カーボン糸は放熱速度が遅く，アルミなどの金属線は放熱速度が速いため，表側の集熱部１７ａで集めた熱を集熱部側電熱板１５の裏側に位置する熱電発電素子１４へ速く熱を伝達できるとともに，熱が逃げにくくなるので，熱電発電素子１４における発電効率が向上することになるからである。

　また，集熱部１７としては，特開２０１０－１２１９０８号のように，表側の集熱部１７ａを蜂の巣織り，裏側の集熱部１７ｂを平織りとし，その間に熱媒体搬送用パイプ１６を挟み込む構造とすることもできる。

　熱媒体搬送用パイプ１６を挟み込んだ集熱部１７は，筐体１１の正面空間１０ａの内壁面に設けられた集熱部固定具１１４で固定をする。

　図１３に裏側の集熱部１７ｂと熱媒体搬送用パイプ１６を取り付けた状態を示す。また図１４に表側の集熱部１７ａを取り付けた状態を示す。

　図１５に示すように，筐体１１の正面空間１０ａの開口部を覆うように光透過板２０を設置し，開口部を閉塞する。光透過板２０の辺縁部と筐体１１の縁部１１２とを，コの字状の板留２１で挟み込むように固定する。なお，光透過板２０と筐体１１の縁部１１２との密着度合いを高め，筐体１１の正面空間１０ａから空気の流出を防止するため，光透過板２０と縁部１１２との間，光透過板２０と板留２１との間を，それぞれゴムなどのパッキング１８，１９で密着させる。光透過板２０の辺縁部と筐体１１の縁部１１２とパッキング１８，１９と板留２１とで形成されるのがひれ状突起部２９である。

　以上のようにして構成された太陽熱発電装置１において，筐体１１の真空バルブ１１７に真空ポンプを取り付けることで，筐体１１の正面空間１０ａを真空とする。これによって，集熱部１７で集熱した熱が，光透過板２０などから逃げにくくなる。

　つぎに本実施例の太陽熱発電装置１を利用する場合を説明する。まず熱媒体搬送用パイプ１１６は，熱媒体搬送用接続口１１５，１１６を介して膨張タンク２７と接続される。そして，太陽熱発電装置１の集熱装置１０の光透過板２０の面を太陽に向ける。

　太陽光が光透過板２０を透過して集熱部１７に集まることで，表側集熱部１７ａは加熱される。そして表側集熱部１７ａの背面にある熱媒体搬送用パイプ１６内の熱媒体が加熱される。また，表側集熱部１７ａの熱が裏側集熱部１７ｂに伝えられ，集熱部側電熱板１５にも伝えられる。その結果，熱電発電素子１４の集熱部側電熱板１５と接している面の温度が上がる。

　一方，筐体１１の背面空間１０ｂには外気吸入口１１８Ａと熱排出口１１８Ｂとによるダクト状空間１１８が設けられているため，その空間を空気が流れることとなる。そのため筐体１１の背面空間１０ｂは流入する空気によって温度が下げられるとともに，フィン側電熱板１３も冷却される。従って，熱電発電素子１４のフィン側電熱板１３と接している面の温度は集熱部側電熱板１５と接している面よりも低くなる。その結果，温度差が生じるので熱電発電素子１４で発電を行える。ここで発電した熱は，図示しない線によって所定の装置に送電される。

　本願発明の太陽熱発電装置１では，フィン１２によって熱電発電素子１４などから伝わった熱の排熱を促すことができるとともに，ダクト状空間１１８を空気が流れることで，熱を下げる効果をもたらす。これによって，正面空間１０ａと背面空間１０ｂの温度差が生じやすくなり，熱電発電素子１４による発電効果を上げることができる。

　つぎに本発明の太陽熱発電装置１の別の実施例を説明する。実施例１では熱媒体搬送用パイプ１６を用いたが，本実施例においては，熱媒体搬送用パイプ１６の代わりに熱媒体平板タンク２３を用いる。

　図１６は，本実施例における太陽熱発電装置１における集熱装置１０の分解図である。図１７は本実施例の太陽熱発電装置１における集熱装置１０の縦断面図であり，図１８は，図１７におけるＡ付近の拡大断面図である。

　本実施例における太陽熱発電装置１およびその集熱装置１０は概略，実施例１と同様であるが，表側集熱部１７ａと裏側集熱部１７ｂとの間に，熱媒体搬送用パイプ１６のかわりに熱媒体平板タンク２３を挟み込む点が相違する。熱媒体平板タンク２３は，筐体１１の熱媒体搬送用接続口１１５，１１６と接続し，筐体１１から外部の膨張タンク２７に繋がっている。

　実施例１，実施例２では集熱装置１０には光透過板２０を用いたが，集熱効率を上げるためにレンズ２８，たとえばリニアフレネルレンズ２８１，フレネルレンズ２８２など，を用いることもできる。この場合，図１９（ａ），（ｂ）に示すように集熱部１７とレンズ２８とは対向して配置され，図１９（ａ），（ｂ）に示すようにレンズ２８と集熱部１７との間隔は，太陽光が集熱部１７上で焦点を結ぶ距離に配置する。また，レンズ２８は図１９（ａ）のように，リニアフレネルレンズ２８１ａと２８１ｂとの溝２８１ｃが互いに直交するように配置する。これにより，リニアフレネルレンズ２８１ａによる焦点Ｑは，集熱部１７に対して横方向に太陽光が当たるようになり，リニアフレネルレンズ２８１ｂによる焦点Ｑは，集熱部１７に対して縦方向に太陽光が当たるようになる。

　リニアフレネルレンズ２８１はシリンドリカルレンズを平板状にしたものと考えることができる。シリンドリカルレンズは，円柱を軸方向に２つに割った形状をしており，曲率を有する面は光を曲げるが，軸方向は曲率を有しないため，光は曲がらない性質を備えている。従って，リニアフレネルレンズ２８１に入射した太陽光は，集光して且つ軸方向に線状に広がる光となる。本実施例では，このような性質を有するリニアフレネルレンズ２８１ａ，リニアフレネルレンズ２８１の溝（軸方向）２８１ｃが互いに直交するように配置する。これにより，集熱部１７に当たる光を偏らずに集光することができる。

　図２０（ａ）は，レンズ２８としてフレネルレンズ２８２を用いた場合の，集熱部１７との位置関係を模式化して表した図であり，図２０（ｂ）は光がフレネルレンズ２８２により集熱部１７に集光している様子を示す図である。図１９ではレンズ２８としてリニアフレネルレンズ２８１を使用したが，これに限らず，図２０のようにフレネルレンズ２８２を用いることもできる。

　図２１は本発明の集熱部１７の１つの光軸に時間と共に変化する太陽光の様子を示す図である。図では８時から１６時までの太陽光の動きと集熱部１７に太陽光が移動する様子を示している。例えば，８時の太陽光はレンズ２８の右側から入射してレンズ２８により集熱部１７のａに集光する。また，１６時の太陽光はレンズ２８の左側から入射してレンズ２８により集熱部１７のｂに集光する。その結果，８時から１６時の間に太陽光は集熱部１７のａ～ｂの範囲に集光する。レンズ２８には全ての面からこのような光が集熱部１７に集光するため，全体として常に集熱部１７の全面に太陽光が集光していることになる。その結果，筐体１１，特に正面空間１０ａは，集熱部１７の輻射熱により高い温度に維持されることになる。

　図２２は太陽光がレンズ２８へ入射する角度と集熱部１７に集光する位置との関係を示す図である。図２２（ａ）は入射角が集熱部１７と直交する場合であり，集熱部１７の略中点ａに集光する。図２２（ｂ）は入射角が集熱部１７と３０°の角度をなす場合であり，集熱部１７の中点より下のｂに集光する。図２２（ｃ）は入射角が集熱部１７と６０°の角度をなす場合であり，集熱部１７の中点よりさらに下のｃに集光する。このように，レンズ２８は太陽光の移動に追従して集光点を集熱部１７の全体に移動させることがわかる。すなわち，１日の太陽の動きに対して集熱装置１０を移動させることなく，太陽光を効率よく集光することができる。

　図２３は集熱装置１０を傾斜させたときの季節ごとの集光点の移動を表す図である。図２３は冬至南中時の太陽高度の場合を表し，図２３（ａ）は集熱装置１０を３０°傾斜させた場合（屋根面等）であり，低い角度から入射する太陽光に対して，レンズ２８の集光により充分，集熱部１７に太陽光が効率よく集光していることがわかる。また，図２３（ｂ）は集熱装置１０を垂直壁面に固定させた場合であり，この場合も低い角度から入射する太陽光をレンズにより効率よく集光しているのがわかる。また，図２４は夏至南中時の太陽高度の場合を表し，図２４（ａ）は集熱部１７を３０°傾斜させた場合（屋根面等）であり，高い角度から入射する太陽光に対して，レンズ２８の集光により充分，集熱部１７に太陽光が効率よく集光していることがわかる。また，図２３（ｂ）は集熱部１７を垂直壁面に固定させた場合であり，この場合も高い角度から入射する太陽光をレンズ２８により効率よく集光しているのがわかる。このように本発明の集熱装置１０を，家屋の屋根ばかりでなく壁面に設置しても，１年を通じて太陽光を効率よく集光することができる。

　図２５は本発明の太陽熱発電装置１の集熱装置１０により輻射熱が発生する様子を説明する図である。図２５（ａ）では，９時の太陽方位から１５時の太陽方位に変化した場合を図示している。各時間帯の太陽光は前述したとおりレンズ２８により集光されて集熱部１７に集熱し，集熱部１７を加熱する。集熱部１７は，上述の各実施例で説明したように，金属線および／またはカーボン糸を織り込んだものであるので，表面に細かい凹凸がある。それにより，集光した光は表面で乱反射することにより，光（熱）がレンズ２８と集熱部の間を何回も往復して集熱部１７の表面を均一に加熱することになる。その結果，集熱部１７はレンズ２８により集光した光を効率よく熱に変換することができ，輻射熱を集熱部１７の裏面から放射することができる。

　図２６は，本発明の太陽熱発電装置１の集熱装置１０を構成する集熱部１７と熱媒体搬送用パイプ１６の位置関係を表す図である。なお，熱媒体平板タンク２３の場合でも同様である。

　図１１，図１２で説明したように，集熱部１７は蜂の巣織りにより凹部Ｐが形成されるが，真空となるため保温の効果が高くなる。また，レンズ２８の焦点は，集熱部１７の最も高い位置Ｑにあるため，点Ｑの温度が最も高くなる。そして，凹部Ｐの温度は焦点が少しずれるため温度は低くなるが，その分，光を照射する面積が増加する。本発明では，熱媒体搬送用パイプ１６を，蜂の巣織りで形成した集熱部１７ａ，１７ｂで挟み込むように構成していることにより，熱媒体搬送用パイプ１６のうち，１６ａの部分は集熱部１７に密着するが，１６ｂ，１６ｃの部分は集熱部１７とは密着しない。しかし，点Ｑの温度が最も高くなるため，大きな温度差は生じない。

　実施例１乃至実施例３の太陽熱発電装置１では，熱媒体搬送用パイプ１６または熱媒体平板タンク２３において蓄熱し，熱電発電素子１４によって発電を行っていたが，集熱部１７に太陽光が照射されない場合には集熱することが容易ではないため，熱電発電素子１４による発電効率の低下が否めない。

　そこで本実施例では，上述の各実施例の太陽熱発電装置１に，さらに蓄熱装置２４を備えた場合を説明する。なお，本実施例の以下の説明では，実施例１に蓄熱装置２４を付加した場合を説明するが，それ以外の実施例の場合でも同様に実現できる。

　この場合の太陽熱発電装置１の使用状態を示す図を図２７に示す。本実施例の太陽熱発電装置１では，さらに熱交換器２４１を備えた蓄熱装置２４，循環ポンプ２５を備える。蓄熱装置２４はその内部に熱媒体を貯留し，蓄熱した熱が逃げないように，断熱構造の筐体で構成されている。なお，本明細書においては明示がなくても熱媒体が循環するために，熱媒体が流れるための，図示しないパイプによって接続している。

　集熱装置１０における熱媒体搬送用パイプ１６は熱媒体搬送用接続口１１５と接続し，さらに膨張タンク２７と接続する。また，膨張タンク２７と蓄熱装置２４とが接続しており，蓄熱装置２４と熱媒体搬送用接続口１１６は，循環ポンプ２５を介して接続している。すなわち，熱媒体搬送パイプ１６内の熱媒体は，循環ポンプ２５によって，熱媒体搬送パイプ１６，膨張タンク２７，蓄熱装置２４の間を循環する。これによって集熱装置１０の集熱部１７によって集熱された結果，加熱された熱媒体搬送パイプ１６内の熱媒体は，循環ポンプ２５によって蓄熱装置２４まで送られる。従って蓄熱装置２４内の熱媒体も加熱されている。そして蓄熱装置２４内の熱媒体が，循環ポンプ２５によって集熱装置１０に送られる。

　これによって，蓄熱装置２４に熱を蓄えることができるので，熱電発電素子１４の集熱部側電熱板１５と接する面の温度を上げることができるので，温度差を生じさせ，発電を行うことができる。なお，蓄熱装置２４での蓄熱は，発電用途のほか，たとえば給湯用の熱源として使用することもできる。

　実施例１乃至実施例４では熱電発電素子１４を集熱部１７に挟み込む態様を示したが，熱電発電素子１４を集熱装置１０の外部に，発電ユニット３０として構成することもできる。発電ユニット３０を用いた場合の太陽熱発電装置１’の使用状態を図２８に示す。図２９に，発電ユニット３０の斜視図を示す。なお，図２９の斜視図では，わかりやすさのため，後述するダクト状覆い３６を透過して示している。

　また，図３０に発電ユニット３０の側面からの図を示す。また，図３１に，本実施例の太陽熱発電装置１’の集熱装置１０’の縦断面図を示す。図３２に，図３１のＡ付近の拡大図を示す。

　本実施例では発電ユニット３０を集熱装置１０の外部に設けることから，集熱装置１０’の筐体１１’内には熱電発電素子１４やフィン１２などを設けていない。従って，集熱装置１０’の筐体１１’は，上述の各実施例のように仕切板１１１で２つの空間に分けることなく，筐体１１’には，集熱部１７とその間に挟み込まれる熱媒体搬送用パイプ１６と光透過板２０とを備えていればよい。また，集熱した熱が逃げることを防止するため，筐体１１’の内部は真空とすることが好ましい。

　なお，集熱装置１０’については上述のような構成のほか，熱媒体を加熱することができる構成であれば，如何なる構成を採っても良く，たとえば本件出願人の特開２０１０－１２１９０８号のような構成としても良い。

　集熱装置１０’における熱媒体搬送用パイプ１６は熱媒体搬送用接続口（図示せず）と接続し，さらに膨張タンク２７と接続する。また，膨張タンク２７と蓄熱装置２４とが接続しており，蓄熱装置２４と筐体１１’の別の熱媒体搬送用接続口（図示せず）は，循環ポンプ２５を介して接続している。すなわち，実施例４と同様に，熱媒体搬送パイプ１６内の熱媒体は，循環ポンプ２５によって，熱媒体搬送パイプ１６，膨張タンク２７，蓄熱装置２４の間を循環する。

　発電ユニット３０は筐体３１と筐体側電熱板３２とフィン側電熱板３３と熱電発電素子３４とフィン３５とダクト状覆い３６と支持部３７とを有する。

　筐体３１はその内部空間３１ａに熱変換装置２４１ｃを備えるとともに，熱媒体を貯留する。筐体３１，特に内部空間３１ａ付近の壁面は熱媒体を貯留し蓄熱をすることから，断熱構造となっている。筐体側電熱板３２およびフィン側電熱板３３は凹字状に形成され，それぞれ窪み部分が向かい合うように接合される。この際に，筐体側電熱板３２およびフィン側電熱板３３により形成される空間Ｓに，温度差により発電を行う一または複数の熱電発電素子３４を挟み込み，筐体側電熱板３２およびフィン側電熱板３３で熱電発電素子３４を挟持する。

　また，フィン側電熱板３３のうち，筐体側電熱板３２とは対向しない面に複数のフィン３５を，筐体１１’の設置状態において垂直方向に取り付ける。図２９および図３０では，筐体側電熱板３２を，筐体３１の外壁面の中心付近よりも上方に取り付けた場合を示している。

　筐体３１の外側には，フィン３５が取り付けられた面を覆うように，ダクト状覆い３６を取り付け，支持部３７が筐体３１を支持する。これによって，実施例１乃至実施例４と同様に，発電ユニット３０においても煙突効果を発揮することができる。

　また発電ユニット３０は，所定の箇所に，筐体３１と蓄熱装置２４との間で熱媒体を循環させるための熱媒体搬送用接続口３０１ａ，３０１ｂが設けられる。そしてこれはダクト状覆い３６を挿通している。そしてこの熱媒体搬送用接続口３０１ａ，３０１ｂが，筐体３１と蓄熱装置２４と循環ポンプ２６を介して接続している。そのため，循環ポンプ２６によって，発電ユニットと蓄熱装置２４との間で熱媒体が循環する。

　以上のような構成によって，集熱装置１０’で加熱された熱媒体搬送用パイプ１６内の熱媒体が蓄熱装置２４に運ばれ，蓄熱装置２４内の熱媒体の温度が高温となる。そして蓄熱装置２４内の熱媒体は，発電ユニット３０にも運ばれるので，発電ユニット３０の筐体３１の熱媒体の温度も同様に高温となる。その結果，発電ユニット３０の筐体３１が加熱されることから，その熱が筐体側電熱板３２に伝わり，筐体側電熱板３２と接する熱電発電素子３４の面も高温となる。一方，ダクト状覆い３６の下方側から流入した空気が上昇し，フィン３５によって整流されるとともにフィン側電熱板３３を冷却する。そしてダクト状覆い３６の上方側から流入した空気が排出される。従って，フィン側電熱板３３と接する熱電発電素子３４の面の温度は，筐体側電熱板３２と接している面よりも低くなる。その結果，温度差が生じるので熱電発電素子３４で発電を行える。

　特に，ダクト状覆い３６が設けられることによって煙突効果を得られるので，ダクト状覆い３６がない場合よりも外気による冷却が促され温度差を生じやすくなる。そのため，熱電発電素子３４の発電効率も向上する。

　なお上述の集熱装置１０’において，熱媒体搬送用パイプ１６の代わりに熱媒体平板タンク２３，光透過板２０の代わりにレンズ２８を用いても同様の効果を得られる。

　実施例１乃至実施例５の太陽熱発電装置１における集熱装置１０，１０’は建物の屋根や壁面などのほか任意の場所に設置することができるが，架台４０に設置することもできる。本実施例では集熱装置１０，１０’を架台４０に容易に取り付けることができる実施例を説明する。

　図３３に架台４０の斜視図を示す。架台４０は両側面が直角三角形のフレーム４１，４２であって，その両側面を四角形のフレーム４３で接合されることで形成される。正面の四角形のフレーム４３の大きさは，太陽熱発電装置１，１’の集熱装置１０，１０’を支持可能な程度の大きさである。

　図３４に，集熱装置１０，１０’を架台４０に取り付ける流れを示す。

　まず，正面のフレーム４３の上辺および下辺に沿って，レール状（四角柱の一つの面の一部が長手方向に開口している形状）の受け金具４４ａ，４４ｂを，開口部が外周方向に向くように取り付ける（図３４（ａ））。すなわち，上辺に取り付けられる受け金具４４ｂの開口部は上方を向いており，下辺に取り付けられる受け金具４４ａの開口部は下方を向いている。

　次に正面フレーム４３の下辺に沿って取り付けた受け金具４４ａに，略コの字状のクリップ４５ａ，４５ｂを，その開口部を上方に向けてボルトなどで固定する（図３４（ｂ））。そして集熱装置１０，１０’の下方のひれ状突起部２９をクリップ４５ａ，４５ｂに差し込み，集熱装置１０，１０’を架台４０の正面フレーム４３に固定する（図３４（ｃ））。

　最後に上方の受け金具４４ｂに，受け金具４４ｂと集熱装置１０，１０’の上方のひれ状突起部２９とを挟み込み，略コの字状のクリップ４５ｃ，４５ｄの開口部を下方に向けて，当該クリップ４５ｃ，４５ｄをボルトなどで固定する（図３１（ｄ））。

　以上のような方法を行うことで，本発明の太陽熱発電装置１，１’で用いる集熱装置１０，１０’を，架台４０に容易に取り付けることができる。

　また本発明の太陽熱発電装置の架台を用いることで，集熱装置を容易に設置することもできる。これにより，設置に要する時間を削減することができる。

１，１’：太陽熱発電装置
１０，１０’：集熱装置
１１，１１’：筐体
１２：フィン
１３：フィン側電熱板
１４：熱電発電素子
１５：集熱部側電熱板
１６：熱媒体搬送用パイプ
１７：集熱部
１８，１９：パッキング
２０：光透過板
２１：板留
２２：絶縁材
２３：熱媒体平板タンク
２４：蓄熱装置
２５，２６：循環ポンプ
２７：膨張タンク
２８：レンズ
２９：ひれ状突起部
３０：発電ユニット
３１：筐体
３２：筐体側電熱板
３３：フィン側電熱板
３４：熱電発電素子
３５：フィン
３６：ダクト状覆い
３７：支持部
４０：架台
４１，４２：側面のフレーム
４３：正面のフレーム
４４：受け金具
４５：クリップ
１１１：仕切板
１１２：縁部
１１３：開口部
１１４：集熱部固定部
１１５，１１６：熱媒体搬送用接続口
１１７：真空バルブ
１１８：ダクト状空間
１１８Ａ：外気吸入口
１１８Ｂ：熱排出口
２４１：熱交換器
２８１：リニアフレネルレンズ
２８２：フレネルレンズ
３０１ａ，３０１ｂ：熱媒体搬送用接続口

Claims

　太陽光による熱を集熱する集熱部と熱電発電素子とフィンと筐体とを備える太陽熱発電装置であって，
　前記筐体は，前記太陽光による熱を集熱するとともに真空である正面空間と前記フィンを設置する背面空間とに仕切られており，
　前記背面空間に少なくとも２つの開口部を設けて空気が流れるダクト状空間を形成し，
　前記筐体の前記正面空間と前記背面空間との間に前記熱電発電素子を設置し，
　前記正面空間に取り付けた前記集熱部で加熱した熱媒体により，前記熱電発電素子の前記正面空間側の面の温度を高め，前記ダクト状空間と前記フィンとにより，前記熱電発電素子の前記背面空間側の面の温度を，前記熱電発電素子の前記正面空間側の面の温度よりも低くすることで，前記熱電発電素子により発電を行う，
　ことを特徴とする太陽熱発電装置。
　前記集熱部は，
　表側の集熱部と裏側の集熱部の二層構造からなり，前記表側の集熱部と前記裏側の集熱部との間に，前記熱媒体を収納する熱媒体収納部とを挟み込み，
　前記表側の集熱部はカーボン糸を用いて形成し，前記裏側の集熱部はアルミ線を用いて形成する，
　ことを特徴とする請求項１に記載の太陽熱発電装置。
　前記太陽熱発電装置は，
　前記熱媒体を貯留することで蓄熱をする蓄熱装置を有しており，
　前記熱媒体を前記集熱部と前記蓄熱装置との間で循環させて，前記熱電発電素子の前記正面空間側の面の温度を高め，前記ダクト状空間と前記フィンとにより，前記熱電発電素子の前記背面空間側の面の温度を，前記熱電発電素子の前記正面空間側の面の温度よりも低くすることで，前記熱電発電素子により発電を行う，
　ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の太陽熱発電装置。
　太陽熱発電装置は，
　太陽光による熱を集熱する集熱部を備える集熱装置と，
　熱媒体を貯留する蓄熱装置と，　
　前記熱媒体を内部に貯留する筐体とその筐体の外壁面付近に設置した熱電発電素子とフィンとダクト状覆いとを備える発電ユニットと，を有しており，
　前記集熱装置と前記蓄熱装置と前記発電ユニットとの間で前記熱媒体を循環可能に接続し，
　前記集熱装置の集熱部で加熱した前記熱媒体を前記蓄熱装置に送り，
　前記蓄熱装置に貯留した前記熱媒体を前記発電ユニットに送り，
　前記フィンを前記ダクト状覆いで覆うことで空気が流れるダクト状空間が形成された前記発電ユニットは，
　前記筐体内部に貯留した熱媒体により，前記熱電発電素子の前記筐体側の面の温度を高め，
　前記ダクト状空間と前記フィンとにより，前記熱電発電素子の前記筐体側の面とは反対の面の温度を，前記筐体側の面の温度よりも低くすることで，前記熱電発電素子により発電を行う，
　ことを特徴とする太陽熱発電装置。
　前記太陽熱発電装置は，前記集熱部を備えた筐体を有する集熱装置と，前記集熱装置を支持する架台とを備えており，
　前記架台の正面フレームの上部および下部には受け金具を設置し，
　前記集熱装置の筐体の外壁面に沿って構成されたひれ状突起部を，前記上部および／または下部の受け金具とともに，少なくとも一以上のクリップで挟み込むことで，前記ひれ状突起部を前記受け金具に取り付け，前記集熱装置を前記架台に固定する，
　ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の太陽熱発電装置。