JPH109680A - 太陽光集熱器およびこれを用いた熱利用設備 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 コンパクトでかつ効率的に太陽光の光エネル
ギーを集めてこの光エネルギーを熱エネルギーとして貯
えることができ、この熱エネルギーを効率的に種々のエ
ネルギーに変換し利用すること。 【解決手段】 太陽光の反射光を集中させて焦点に反射
させうる内側に湾曲した鏡面11を備えた鏡体部10と、鏡
体部10の鏡面11の焦点の位置に配設された集熱部20とか
ら構成されており、この集熱部20には熱媒を受け入れる
熱媒入口２と熱媒を送り出す熱媒出口３とを備えてお
り、この集熱部20が、内部に熱媒が流れる多重パイプ24
からなり、多重パイプ24のパイプ21、22の一端にはそれ
ぞれ流孔21h、22h が形成されており、熱媒がこの流孔2
1h 、22h を通って前記多重パイプ24の内部を長手方向
に折り返しながら流れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、太陽光集熱器およ
びこれを用いた熱利用設備に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、太陽光を一ケ所に集中させる
太陽光集熱器は開発されている。この従来の太陽光集熱
器では、集熱部として１本の透明なパイプを用いてお
り、この単パイプの内部に水などの熱媒が流れるように
構成されている。したがって、常温の熱媒を単パイプの
内部に通して、熱媒がこの単パイプを通る間に太陽光の
光エネルギーを熱エネルギーとして吸収し、熱媒の温度
が上昇する。このようにして、光エネルギーを熱エネル
ギーとして集熱している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、従来の太陽
光集熱器は大規模なものであったり、太陽光の光エネル
ギーを集めて光エネルギーを熱エネルギーに変換する効
率が低いものであるという問題がある。また、従来の太
陽光集熱器を利用して開発された発電装置や暖房装置、
給湯装置などの利用設備もまた効率的でないという問題
がある。さらに、従来の太陽光集熱器の集熱部の前記単
パイプが熱で温められた状態で、この単パイプに熱媒を
通すと、単パイプの熱媒入口が高熱であるにも拘らず熱
媒は常温なので、一瞬にして単パイプは常温近くまで冷
却される。というのは、単パイプは熱を発散し、熱媒は
その分の熱を吸収し、単パイプと熱媒との間で熱交換が
行われるからである。このため、単パイプの熱媒入口の
近傍部を再び高温にするのに時間を要する。したがっ
て、連続的に蒸気を発散させる事が出来なくなり、間欠
的にしか蒸気を発生することができなくなるという問題
がある。

【０００４】本発明はかかる事情に鑑み、コンパクトで
かつ効率的に太陽光の光エネルギーを集めて光エネルギ
ーを熱エネルギーとして貯えることができ、この熱エネ
ルギーを効率的に種々のエネルギーに変換し利用するこ
とができ、連続的に蒸気を発生させることができる太陽
光集熱器およびこれを用いた熱利用設備を提供すること
を目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１の太陽光集熱器
は、太陽光の反射光を集中させて焦点に反射させるよう
に内側に湾曲した鏡面を備えた鏡体部と、該鏡体部の前
記焦点となる位置に配設された集熱部とからなり、該集
熱部が、内部に熱媒が流れる多重パイプからなり、各パ
イプの一端に形成された流孔を通って熱媒が前記多重パ
イプの長手方向に折り返して流れるようにしたことを特
徴とする。請求項２の太陽光集熱器は、前記集熱部の多
重パイプの外側に最外側パイプが設けられ、該最外側パ
イプと前記多重パイプとの間の空間が、低真空であるこ
とを特徴とする。請求項３の熱利用設備は、請求項１ま
たは２の太陽光集熱器と、該太陽光集熱器に接続された
熱・エネルギー変換装置とからなり、該熱・エネルギー
変換装置と前記太陽光集熱器とを含む閉回路を前記熱媒
が循環することを特徴とする。本明細書において、「熱
利用設備」とは、前記太陽光集熱器によって蓄えられた
熱エネルギーを利用するあらゆる設備をいい、例えば、
熱エネルギーを電力に変換させる発電装置、室内の温度
を熱エネルギーによって上昇させる室内暖房装置、床の
温度を熱エネルギーによって上昇させる床暖房装置、水
の温度を熱エネルギーによって上昇させ、水を湯に沸き
上げる給湯装置などをいう。

【０００６】

【発明の実施の形態】つぎに、本発明の実施形態を図面
に基づき説明する。図１は本発明の太陽光集熱器の一実
施形態に係わる概略斜視図、図２は同側面断面図であ
る。図１および図２に示すように、本実施形態の太陽光
集熱器１は内側に湾曲した鏡面11を備えた鏡体部10が設
けられており、この鏡体部10の鏡面11に太陽光が当たっ
て反射する反射光が集中する焦点となる位置に集熱部20
が配設されている。図２に示すように、この鏡面11の内
側に太陽光が当たると、反射して反射光となり、この反
射光が集まって焦点となる。もちろん、この焦点には太
陽光の光エネルギーが集中する。

【０００７】鏡体部10は薄板を幅方向に湾曲させて、こ
の薄板の内側を鏡面11としている。この鏡面11は側面視
放物線状に湾曲している。そして、鏡面11の湾曲した形
状を維持するために、鏡面11の湾曲した対向する両辺を
弓形のフレーム12で保持させている。図では鏡体部10を
さらに補強するため、鏡面11の長手方向における中間部
分にフレーム12が取り付けられている。本実施形態の鏡
面11は、一例として、厚さ0.3 mmの鋼板を用いており、
この鋼板の表面に微粉を吹き付けたり、目の細かな研磨
紙で磨いたりして表面を研磨仕上げして太陽光を反射さ
せやすく加工してある。また、この鋼板は薄いので、湾
曲させやすく軽い。このため、フレーム12に装着させや
すく好適である。

【０００８】つぎに鏡面11をフレーム12に取り付ける方
法について説明する。図３は鏡体部10のフレーム12にお
ける端縁部の側面拡大図、図４は金具16の平面図であ
る。図２および図３に示すように、弓形のフレーム12の
端縁部には補強材13が固着されており、この補強材13に
は図示しないボルト孔が形成されている。16は金具、15
はボルト、14はナットである。ボルト15の首下部はナッ
ト14を介して補強材13の図示しないボルト孔に通されて
おり、このボルト15は金具16を介して鏡面11を支持して
いる。もちろん、図示していないが、フレーム12の他端
も同様の構造となっている。

【０００９】図３〜４に示すように、前記金具16は、平
面視円形の金具であって、下面に鏡面11の端縁部を嵌め
込むためのすり割16b と、上面にボルト15の足部を嵌め
込むための凹部16c とが形成されている。そして、金具
16の側部16a は平坦に形成されている。このため、ボル
ト15を螺合していくと、金具16を介して鏡面11に圧縮力
を与えることができる。しかも、前記ボルト15を螺合し
ても、側部16a が回り止めの働きをするので金具16は回
転することなく鏡面11を押して鏡面11に圧縮力を与え、
鏡面11を前記放物線の湾曲の形状を保ったまま支持する
ことができる。

【００１０】つぎに、集熱部20を説明する。再び図１お
よび図２に示すように、この集熱部20は、前記鏡体部10
の鏡面11の太陽光の反射光が集中する集点の位置に配設
されている。このため、この集熱部20には太陽光の光エ
ネルギーが集中するので、この光エネルギーが熱エネル
ギーとなり、集熱部20は加熱される。図５は集熱部20の
側面断面図である。同図に示すように、この集熱部20
は、水などの熱媒を受け入れる熱媒入口２と、この熱媒
を送り出す熱媒出口３とを備えている。熱媒は、この集
熱部20の熱媒入口２から集熱部20の内部に入れられ、集
熱部20の内部で太陽光の光エネルギーを熱エネルギーと
して吸収し、集熱部20の熱媒出口３から送り出される。

【００１１】しかも、この集熱部20は同心状に重ねられ
た多重パイプ24と、この多重パイプ24よりさらに径の大
きな真空パイプ25とから構成されている。この多重パイ
プ24は、内部を熱媒が流れるようになっており、図５で
は一例として、第１パイプ21，第２パイプ22，第３パイ
プ23が同心状に重ねて構成されており、３重パイプとな
っている。第１パイプ21の一端は熱媒入口２に連通され
ており、この第１パイプ21の他端における側周面にはい
くつかの流孔21h が形成されており、この流孔21h に熱
媒が流れるようになっている。そして、第２パイプ22に
おける前記熱媒入口２側の端部の側周面にも、いくつか
の流孔22h が形成されており、この流孔22h に熱媒が流
れるようになっている。そして、第２パイプ22と第３パ
イプ23との間の空間は、熱媒出口３に連通している。真
空パイプ25として、透明な強化ガラス（パイレックスガ
ラス）を使用している。このため、太陽の光はこの真空
パイプ25を透過するとともに、内側を低真空の状態にし
ても破損しないので、好適である。また、多重パイプ24
は複数のパイプ21、22、23から構成されているので、最
外側の第３パイプ23に与えられた熱量は熱伝導と熱媒の
対流によって、内側の第２パイプ22、さらに内側の第１
パイプ21へと順次伝えられる。このため、第１パイプ21
を通過する熱媒は、この熱によって予熱される。したが
って、熱媒が液体から蒸気へ相変態するときの急激な温
度上昇が緩和され、多重パイプ24の内側の第１パイプ21
が急冷されない。さらに、後述する流量制御弁35によっ
て熱媒の流量を調整することができるので、第１パイプ
21の急冷を一層抑えることができる。したがって、集熱
部20を多重パイプ24で構成することによって、連続的に
蒸気を発生させることができるという効果を奏する。

【００１２】上記の構成によって、熱媒は以下のように
多重パイプ24の内部を流れる。熱媒入口２から熱媒が入
ると、この熱媒は、第１パイプ21の内管部を通って（図
中左方向へ）移動し、第１パイプ21の流孔21h を経由
し、第２パイプ22と第１パイプ21との間の空間へ至る。
そして、この熱媒は第１パイプ21と第２パイプ22との間
の空間を（図中右方向へ）移動していき、第２パイプ22
の流孔22h を経由し、第３パイプ23と第２パイプ22との
間の空間へ至る。そして、この熱媒は、第２パイプ22と
第３パイプ23との間の空間を（図中左方向へ）移動し、
熱媒出口３へと至る。つまり、熱媒は、前記多重パイプ
24の内部を多重パイプ24の長手方向に折り返しながら流
れる。したがって、単パイプに比べて３倍も熱媒の経路
を長くすることができる。言い換えれば、装置をコンパ
クトにすることができるという効果を奏する。

【００１３】ところで、多重パイプ24の全てのパイプ2
1、22、23および真空パイプ25のそれぞれの端部にはパ
イプホルダ31、32が取り付けられている。パイプホルダ
31の中心部には、熱媒が通過しうる連通孔31a が形成さ
れており、この連通孔31a によって熱媒入口２と多重パ
イプ24の最も内側の第１パイプ21とは連通している。そ
して、パイプホルダ31の上部には孔31b が形成されてお
り、この孔31b は真空パイプ25と多重パイプ24の第３パ
イプ23との間の空間に連通しているが、逆止弁33が取り
付けられており、この逆止弁33によって密栓されてい
る。この逆止弁33は、外部から真空パイプ25と第３パイ
プ23との間の空間へ外気の空気が侵入しない向きに取り
付けられている。他方のパイプホルダ32は熱媒出口３側
の端部に取り付けられており、このパイプホルダ32には
いくつかの連通孔32a が形成されており、全ての連通孔
32a は、多重パイプ24の第２パイプ22と第３パイプ23と
の間の空間と熱媒出口３とを連通している。そして、こ
のパイプホルダ32によって真空パイプ25と第３パイプ23
における熱媒出口３側の端部は閉じられている。

【００１４】多重パイプ24の第１パイプ21、第２パイプ
22、第３パイプ23および真空パイプ25と、パイプホルダ
31、32との間の全ての嵌め合い部分には図示しないが、
それぞれＯリングが介装されている。Ｏリングは、運動
用であって高温用・真空用のものが使用されている。こ
のＯリングを介装しておくことによって、多重パイプ24
の各パイプ21、22、23と真空パイプ25と、パイプホルダ
31、32との材質の違いによる長手方向の相対的誤差を吸
収することができる。この相対的誤差は、材質の違いに
よる線膨脹率の相違から生じるものである。つまり、Ｏ
リングによって、熱応力の発生を防止し、かつ真空破壊
や熱媒の漏れを防止できる。この構成により、逆止弁33
に図示しないバキューム装置を取り付けて、そのバキュ
ーム装置を稼働させて、真空パイプ25と第３パイプ23と
の間の空間の空気を吸引し、真空パイプ25と第３パイプ
23との間の空間を低真空の状態にしてある。

【００１５】熱媒入口２には逆止弁34が取り付けられて
いる。この逆止弁34は、多重パイプ24の内部で熱媒が二
相流沸騰したときに、二相流沸騰した熱媒が逆流するの
を防止するものである。ポンプによって管内の流体を流
動させる場合の沸騰では、流体より発生した蒸気泡が流
体中に混在して流れる場合が多く、このときの沸騰が二
相流沸騰である。例えば、多重パイプ24のどのパイプ2
1、22、23の内部にも熱媒が流入しておらず、しかも多
重パイプ24が高温になっている状態で、熱媒を熱媒入口
２に流入させると熱媒が二相流沸騰する。そこで、熱媒
入口に逆止弁34を取り付けておき、逆止弁34によって二
相流沸騰した熱媒が逆流するのを防止する。35は流量制
御弁で熱媒の流量を調整するもので、常温の熱媒によっ
て熱媒入口２や第１パイプ21が急冷され過ぎるのを抑
え、蒸気発生量を調節するためのものである。

【００１６】上記のごとき構成によって、本実施形態の
太陽光集熱器１は以下のように熱媒を加熱する。本実施
形態の太陽光集熱器１を例えば、日当たりのよい屋根の
上などに設置しておく。日中、太陽が出ていれば太陽光
が太陽光集熱器１の鏡体部10に当たる。この太陽の光は
鏡体部10の鏡面11に当たり、反射して反射光となり、こ
の反射光が集熱部20に集まる。つまり、この集熱部20に
は太陽光の光エネルギーが集中する。一方、集熱部20に
は熱媒入口２を通って熱媒が入れられる。この熱媒は、
多重パイプ24の第１パイプ21の内管部を移動し、第１パ
イプ21の流孔21h を経由し、第２パイプ22と第１パイプ
21との間の空間へ至る。そして、この熱媒は第１パイプ
21と第２パイプ22の間の空間を移動していき、第２パイ
プ22の流孔22h を経由し、第２パイプ22と第３パイプ23
との空間へ至る。そして、この熱媒は、第２パイプ22と
第３パイプ23との間の空間を移動し、熱媒出口３へと至
る。つまり、熱媒は、前記多重パイプ24の内部を多重パ
イプ24の長手方向に折り返しながら流れる。したがっ
て、熱媒が多重パイプ24の内部を流れる間に、熱媒は太
陽光の光エネルギーを熱エネルギーとして吸収する。こ
の熱エネルギーを吸収した熱媒の温度は上昇する。熱媒
が多重パイプ24を通っている間はずっと、光エネルギー
を熱エネルギーとして吸収し続けるので熱媒の温度は、
上昇し続ける。熱媒の温度が、その熱媒の沸点に達っす
ると、熱媒は蒸発し始める。熱媒が水の場合は、その圧
力下における水の沸点で熱媒は蒸発し始め、水蒸気とな
る。蒸発した熱媒は熱媒出口３より送られる。

【００１７】しかも、熱媒が集熱部20の多重パイプ24を
通って、太陽光の光エネルギーを吸収しながら移動して
も、真空パイプ25と多重パイプ24の第３パイプ23との間
の空間に空気対流が生じないので、熱媒の熱エネルギー
が外部に発散するのを防止できるという効果を奏する。
上記のごとく、熱媒は太陽光の光エネルギーが集中する
領域内でのみ移動するので、効率的に光エネルギーを熱
エネルギーとして吸収することができる。しかも、熱媒
を太陽光の光エネルギーが集中する焦点近くの領域を折
り返し移動させることができるので、装置をコンパクト
に構成することができるという効果を奏する。

【００１８】つぎに、本実施形態の太陽光集熱器１を適
用した熱利用設備について説明する。太陽光集熱器１を
例えば、日当たりのよい屋根の上などに設置しておくと
好適である。図６は熱利用設備の一例として発電装置40
を示している。この発電装置40は、熱・エネルギー変換
装置として蒸気タービン41、発電電動機44を用いてお
り、熱を回転運動エネルギーに変換し、回転運動エネル
ギーを電力に変換するものである。この発電装置40は、
太陽光集熱器１に蒸気タービン41、復水器42およびポン
プ43を環状に接続し閉回路を形成している。そして、太
陽光集熱器１、蒸気タービン41、復水器42、ポンプ43の
閉回路を水などの熱媒が循環するように構成されてい
る。34は逆止弁で、熱媒が太陽光集熱器１からポンプ43
へ逆流するのを防止するものである。復水器42は冷却室
42a と循環室42b とから構成されている。冷却室42a の
内部には冷却パイプ42P がはり巡らされており、この冷
却パイプ42Pの上端は配管を介して蒸気タービン41に接
続されており、下端は冷却室42a の底面を貫通して循環
室42b の上部に配設されている。他方、この冷却室42a
には図示しない給水源より冷却水を上部より受水し下部
から排水している。この冷却水は前記冷却パイプ42P の
内部を流れる熱媒の熱を吸収し、熱媒の温度を下げて液
化させるためのものである。復水器42の循環室42b は、
冷却室42a で液化した熱媒を貯めておくためのもので、
底部はポンプ43に接続されている。そして、循環室42b
の側面における上部は真空ポンプ47に接続されているが
詳細は後述する。この構成により、復水器42の冷却室42
a の冷却パイプ42P に蒸発した状態の高熱の熱媒が流れ
ると、冷却室42a の冷却水によって冷却パイプ42P 内部
の熱媒は冷却される。冷却パイプ42P を通過している間
中ずっと、熱媒は冷却され続け、この熱媒は液化する。
液化した熱媒は冷却室42a の冷却パイプ42P を通り抜け
て循環室42b に貯まる。

【００１９】前記蒸気タービン41には減速機45が取り付
けられており、回転自在なカップリングで接続されてい
る。この減速機45には電磁クラッチ46を介して発電電動
機44が取り付けられている。この電磁クラッチ46には、
図示しない制御装置が取り付けられており、この制御装
置によって電磁クラッチ46は開・閉動作される。この発
電電動機44には真空ポンプ47および前記ポンプ43が取り
付けられており、それぞれ回転自在なカップリングで接
続されている。前記真空ポンプ47は逆止弁33を介して太
陽光集熱器１の真空パイプ25と多重パイプ24との間の空
間に接続されている。また、真空ポンプ47と逆止弁33と
の間で配管は分岐しており、復水器42の循環室42b の上
側部に接続されている。この真空ポンプ47に接続されて
いる配管には、熱媒ではなく空気が流れる。真空ポンプ
47を稼働させると、真空パイプ25と多重パイプ24との間
の空間を低真空の状態にすることができる。発電電動機
44は外部電源によりモータとして機能させることがで
き、外部電源の電力を断つと発電機として機能するもの
である。発電電動機44には図示しない制御装置が取り付
けられており、この制御装置によってモータと発電機と
の機能の切換えが行なわれる。また、復水器42の循環室
42b の空気を吸引するので、この循環室42b の液化熱媒
の液面に接する空間を低真空の状態にすることができ
る。循環室42b が低真空なので冷却パイプ42P および冷
却パイプ42P と蒸気タービン41との間の配管内部は低圧
になっている。したがって蒸気タービン41の熱媒入口と
熱媒出口との間の圧力差およびエントロピー差によって
蒸気タービン41を回転させることができる構造となって
いる。

【００２０】このような構成により、発電装置40は以下
のように電力を供給する。まず、電磁クラッチ46を開状
態にしておき、発電電動機44の回転が減速機45に伝わら
ないようにしておく。発電電動機44を外部電源により起
動させ、モータとして使用する。発電電動機44が回転し
始めると、ポンプ43と真空ポンプ47とがそれぞれ起動す
る。前者のポンプ43は熱媒を循環させ、後者の真空ポン
プ47は太陽光集熱器１の真空パイプ25と多重パイプ24と
の間の空間を低真空の状態にするとともに、蒸気タービ
ン41の熱媒入口と熱媒出口との間の圧力差を生じさせ
る。まず、ポンプ43によって熱媒が太陽光集熱器１の熱
媒入口２に送られる。この熱媒は、太陽光集熱器１を通
過する間に、太陽光の光エネルギーを熱エネルギーとし
て吸収する。したがって、熱媒の温度は上昇する。熱媒
の温度が上昇して、温度がその熱媒の沸点に達っすると
その熱媒は蒸発する。熱媒として水を使用しているので
その圧力下における水の沸点に達っすると、水は蒸発し
始めて水蒸気となる。

【００２１】さて、この水蒸気は、太陽光集熱器１の熱
媒出口３を通って蒸気タービン41に送られる。この水蒸
気は蒸気タービン41のタービン羽根車に当たってタービ
ン羽根車を回転させ、このタービン羽根車の回転運動エ
ネルギーによってカップリングを介して減速機45は回転
させられる。減速機の出力側の回転数は前記発電電動機
44の最高回転数近傍まで減速されるとともに、この減速
機45の出力側のトルクは発電電動機44、真空ポンプ47、
ポンプ43を同時に回転させることができる値となる。つ
いで、前記電磁クラッチ46を閉状態にして、減速機45と
発電電動機44とをつなぐ。そして、発電電動機44への外
部電源からの電力の供給を断つ。すると、発電電動機44
は駆動を止めモータとして機能しなくなるが、減速機45
の回転運動エネルギーにより、回転し続ける。もちろ
ん、発電電動機44が回転しているので、ポンプ43および
真空ポンプ47は稼働し続ける。発電電動機44はモータと
して機能しなくなると同時に、これに替って発電機とし
て機能し始める。したがって、この発電電動機44によっ
て電力が供給され始める。他方、真空ポンプ47は稼働し
続けるので、太陽光集熱器１の真空パイプ25と多重パイ
プ24との間の空間を低真空の状態で維持し続けることが
できる。また、上記タービン41の熱媒入口の出口間に圧
力差を生じさせ続けることができる。

【００２２】そして、熱媒は復水器42の冷却室42a の冷
却パイプ42P の内部に送られる。蒸発した状態の熱媒は
冷却室42a の冷却水によって冷却される。熱媒が冷却パ
イプ42P を移動していく間中ずっと熱媒は冷却され続け
液体となる。液体となった熱媒は循環室42b に貯まる。
この循環室42b の熱媒はポンプ43によって吸い上げられ
る。そして、再びポンプ43によって、熱媒は太陽光集熱
器１、蒸気タービン41、復水器42の閉回路を循環し続け
るので、発電電動機44は連続して電力を供給することが
できる。一方、復水器42の冷却水は熱交換により熱媒の
熱を吸収しているので温水になっており、この温水を給
湯に利用することもできる。太陽光が太陽光集熱器１に
当たり、熱媒が前記閉回路を循環しているときには、上
記の作用が繰り返し行なわれるので、発電電動機44が発
電し、電力を供給し続けることができる。つまり、本実
施形態の熱利用設備の発電装置40によって、太陽光集熱
器１で貯えた熱エネルギーを電気的エネルギーに変換
し、電力を連続的に供給することができるという効果を
奏する。

【００２３】図７は熱利用設備の第２例として蒸気暖房
装置50を示している。この蒸気暖房装置50は熱・エネル
ギー変換装置としてスチーム暖房器51を用いており、こ
のスチーム暖房器51から発散する熱によって室内を暖房
させるものである。この蒸気暖房装置50は、太陽光集熱
器１にスチーム暖房器51、復水器52およびポンプ53を環
状に接続し閉回路を形成している。そして、太陽光集熱
器１、スチーム暖房器51、復水器52、ポンプ53の閉回路
を水などの熱媒が循環するように構成されている。34は
逆止弁で、熱媒が太陽光集熱器１からポンプ53へ逆流す
るのを防止するものである。復水器52およびポンプ53
は、前記発電装置40の復水器42およびポンプ43にそれぞ
れ実質同様であるので詳細な説明は省略するが、それぞ
れ同様の効果を奏するものである。太陽光集熱器１を太
陽光がよく当たる場所、例えば屋根の上に設置しておく
と好適である。もちろん、スチーム暖房器51を室内に設
置しておく。

【００２４】このような構成により、蒸気暖房装置50は
以下のように、室内を温める。まず、ポンプ53を稼働さ
せると、このポンプ53によって熱媒が太陽光集熱器１の
熱媒入口２に送られる。この熱媒は、太陽光集熱器１を
通過する間に、太陽光の光エネルギーを熱エネルギーと
して吸収する。したがって、熱媒の温度は上昇する。熱
媒の温度が上昇して、温度がその熱媒の沸点に達っする
とその熱媒は蒸発する。熱媒として水を使用しているの
でその圧力下における水の沸点に達っすると、水は蒸発
し始めて水蒸気となる。さて、この蒸発した熱媒は、太
陽光集熱器１の熱媒出口３を通って室内のスチーム暖房
器51に送られる。スチーム暖房器51の内部を通っていく
間に、熱媒の熱エネルギーは発散し、室内を温める。室
内を温めた分の熱エネルギーを失った熱媒は、復水器52
に戻り、この復水器52によって液化されて再びポンプ53
に送られる。一方、復水器52の冷却水は熱交換により熱
媒の熱を吸収しているので温水になっており、この温水
を給湯に利用することもできる。太陽光が太陽光集熱器
１に当たり、ポンプ53によって熱媒をスチーム暖房器5
1、復水器52、ポンプ53の閉回路に循環させているとき
には、上記の作用が繰り返し行なわれるので、本実施形
態の熱利用設備の蒸気暖房装置50によって、室内を温め
ることができるという効果を奏する。なお、閉回路を循
環している熱媒がポンプ53に送られるときに、熱媒が熱
エネルギーを失い液化していれば、復水器52を設けなく
てもよい。

【００２５】図８は熱利用設備の第３例として、床暖房
装置60を示している。この床暖房装置60は熱・エネルギ
ー変換装置として床下配管61を用いており、床下配管61
から発散する熱によって床を暖房させるものである。こ
の床暖房装置60は、太陽光集熱器１に床下配管61、復水
器62およびポンプ63を環状に接続し閉回路を形成してい
る。そして、太陽光集熱器１、床下配管61、復水器62、
ポンプ63の閉回路を水などの熱媒が循環するように構成
されている。34は逆止弁で、熱媒が太陽光集熱器１から
ポンプ63へ逆流するのを防止するものである。復水器62
およびポンプ63は、前記蒸気暖房装置50の復水器52およ
びポンプ53にそれぞれ実質同様であるので、詳細な説明
は省略するがそれぞれ同様の効果を奏するものである。
太陽光集熱器１を太陽光がよく当たる場所、例えば屋根
の上に設置しておくと好適である。そして、床下配管61
を、暖房したい所望の部屋の床下に配設しておく。

【００２６】このような構成により、床暖房装置60は以
下のように床下を暖める。まず、ポンプ63を稼働させる
と、ポンプ63によって熱媒が太陽光熱集器１の熱媒入口
２に送られる。この熱媒は、太陽光集熱器１を通過する
間に、太陽光の光エネルギーを熱エネルギーとして吸収
する。したがって、熱媒の温度は上昇する。熱媒の温度
が上昇して、温度がその熱媒の沸点に達っするとその熱
媒は蒸発し始める。熱媒として水を使用しているのでそ
の圧力下における水の沸点に達っすると、水は蒸発し始
めて水蒸気となる。さて、この蒸発した熱媒は、太陽光
集熱器１の熱媒出口３を通って室内の床下配管61に送ら
れる。熱媒が床下配管61の内部を通っていく間に、熱媒
の熱エネルギーは発散し、床下を温める。床下を温めた
分の熱エネルギーを失った熱媒は、復水器62に戻り、こ
の復水器62によって液化され再びポンプ63に送られる。
一方、復水器62の冷却水は熱交換により熱媒の熱を吸収
しているので温水になっており、この温水を給湯に利用
することもできる。太陽光が太陽光集熱器１に当たり、
ポンプ63によって熱媒を床下配管61、復水器62、ポンプ
63の閉回路に循環させているときには、上記の作用が繰
り返し行なわれるので、本実施形態の熱利用設備の床暖
房装置60によって、床下を温めることができるという効
果を奏する。なお、閉回路を循環している熱媒がポンプ
63に送られるときに、熱媒が熱エネルギーを失い液化し
ていれば、復水器62を設けなくてもよい。

【００２７】図９は熱利用設備の第４例として、給湯装
置70を示している。この給湯装置70は熱・エネルギー変
換装置として熱交換器71を用いており、熱交換器71によ
って水を湯に沸し上げるものである。この給湯装置70
は、太陽光集熱器１に熱交換器71、復水器72およびポン
プ73を環状に接続し閉回路を形成している。そして、太
陽光集熱器１、熱交換器71、復水器72、ポンプ73の閉回
路を水などの熱媒が循環するように構成されている。34
は逆止弁で、熱媒が太陽光集熱器１からポンプ73へ逆流
するのを防止するものである。復水器72およびポンプ73
は、前記床暖房装置60の復水器62およびポンプ63にそれ
ぞれ実質同様であるので、詳細な説明は省略するがそれ
ぞれ同様の効果を奏するものである。熱交換器71は、水
または湯を貯める貯水槽71B の内部に熱パイプ71P がは
り巡らされたものである。この熱パイプ71P は前記閉回
路を構成する一要素であり、内管部を熱媒が流れる。そ
して、貯水槽71B の上部には、図示しない給水源より貯
水槽71B に水を注ぎこむ受水パイプ75が接続されてい
る。76は給水栓である。貯水槽71B の下部には給湯パイ
プ77が接続されており、この給湯パイプ77の先端にはコ
ック74が開閉自在に取り付けられている。したがって、
図示しない水源の水は熱交換器71の受水パイプ75、貯水
槽71B 、給湯パイプ77を通って、コック74へ至ることが
できる。もちろん、このコック74は風呂や台所など湯を
必要とする場所に配設しておく。

【００２８】このような構成により、給湯装置70を以下
のように動作させ、水を湯に沸し上げ給湯することがで
きる。まずポンプ73を稼働させると、ポンプ73によって
熱媒が太陽光集熱器１の熱媒入口２に送られる。この熱
媒は、太陽光集熱器１を通過する間に、太陽光の光エネ
ルギーを熱エネルギーとして吸収する。したがって、熱
媒の温度は上昇する。熱媒の温度が上昇して、温度がそ
の熱媒の沸点に達っするとその熱媒は蒸発し始める。熱
媒として水を使用しているのでその圧力下における水の
沸点に達っすると、水は蒸発し始めて水蒸気となる。さ
て、この蒸発した熱媒は、太陽光集熱器１の熱媒出口３
を通って熱交換器71の熱パイプ71P に送られる。熱媒が
熱交換器71の熱パイプ71P を通る間に、熱媒の熱エネル
ギーは熱パイプ71P を介して発散する。他方、熱交換器
71の貯水槽71B に貯められた水は、熱媒が失なった分の
熱エネルギーを吸収するので熱媒が熱パイプ71P を通っ
ている間中ずっと、温度が上昇し続け熱湯となる。した
がって、コック74を開けば、湯を風呂や台所などから出
湯させることができる。熱エネルギーを失った熱媒は復
水器72に戻り、この復水器72によって液化され、再びポ
ンプ73に送られる。太陽光が太陽光集熱器１に当たり、
ポンプ73によって熱媒を熱交換器71の熱パイプ71P 、復
水器72、ポンプ73の閉回路に循環させているときには、
貯水槽71B の水は、常に熱交換器71の熱パイプ71P を通
る熱媒の熱エネルギーを吸収する。このため、本実施形
態の熱利用設備の給湯装置70はコック74から間断なく湯
を出湯させることができるという効果を奏する。

【００２９】上記のごとく、本発明の太陽光集熱器を適
用すれば熱利用設備として、発電装置、蒸気暖房装置、
床暖房装置および給湯装置を構成することができる。こ
の熱利用設備はそれぞれ熱エネルギーを効率的に種々の
エネルギーに変換して、このエネルギーを利用すること
ができるものである。なお、熱利用設備は発電装置、蒸
気暖房装置、床暖房装置および給湯装置だけでなく、本
発明の太陽光集熱器によって蓄えられた熱エネルギーを
利用することのできる設備であれば種々の設備を採択し
うる。

【００３０】

【発明の効果】請求項１の太陽光集熱器によれば、コン
パクトでかつ効率的に太陽光を集めることができ、この
太陽光の光エネルギーを効率的に熱エネルギーに変換す
ることができる。請求項２の太陽光集熱器によれば、熱
媒が集熱部の多重パイプを通って、太陽光の光エネルギ
ーを吸収しながら移動しても、真空パイプと多重パイプ
との間の空間に空気対流が生じないので、熱媒の熱エネ
ルギーが外部に発散するのを防止できる。請求項３の熱
利用設備によれば、太陽光集熱器で得られた熱エネルギ
ーを効率的に、種々のエネルギーに変換し、発電や暖
房、給湯などの種々の設備に利用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施形態の太陽光集熱器１に係わる概略斜視
図である。

【図２】本実施形態の太陽光集熱器１に係わる断面側面
図である。

【図３】鏡面体10の側面拡大図である。

【図４】金具16の平面図である。

【図５】集熱部20の側面断面図である。

【図６】太陽光集熱器１を利用した発電装置40の概略斜
視図である。

【図７】太陽光集熱器１を利用した室内暖房装置50の概
略斜視図である。

【図８】太陽光集熱器１を利用した床暖房装置60の概略
斜視図である。

【図９】太陽光集熱器１を利用した給湯装置70の概略斜
視図である。

【符号の説明】

１ 太陽光集熱器 ２ 熱媒入口 ３ 熱媒出口 10 鏡体部 11 鏡面 20 集熱部 21h 流孔 22h 流孔 24 多重パイプ 25 真空パイプ 40 発電装置 50 蒸気暖房装置 60 床暖房装置 70 給湯装置

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】太陽光の反射光を集中させて焦点に反射さ
   せるように内側に湾曲した鏡面を備えた鏡体部と、該鏡
   体部の前記鏡面の焦点となる位置に配設された集熱部と
   からなり、該集熱部が、熱媒を受け入れる熱媒入口と熱
   媒を送り出す熱媒出口とを備え、内部に熱媒が流れる同
   心状の多重パイプからなり、該多重パイプの各パイプの
   一端に形成された流孔を通って熱媒が前記多重パイプの
   内部を長手方向に折り返しながら流れるようにしたこと
   を特徴とする太陽光集熱器。
2. 【請求項２】前記集熱部の多重パイプの外側に真空パイ
   プが重ねて設けられ、該真空パイプと前記多重パイプと
   の間の空間が低真空であることを特徴とする請求項１記
   載の太陽光集熱器。
3. 【請求項３】請求項１または２の太陽光集熱器と、該太
   陽光集熱器に接続された熱・エネルギー変換装置とから
   なり、該熱・エネルギー変換装置と前記太陽光集熱器と
   を含む閉回路を前記熱媒が循環することを特徴とする熱
   利用設備。