(57)【要約】太陽熱発電における発電効率の向上を図るとともに、製造コストの低減を図り、熱衝撃耐性を高めることができる太陽熱受熱器、および、太陽熱受熱器を用いた太陽熱発電設備を提供する。太陽光の照射を受けて流体を加熱する太陽熱受熱器であって、少なくとも流体が流れる流路を構成する金属性の受熱部（７２）と、少なくとも受熱部（７２）における太陽光が照射される領域の面に配置され、太陽光のエネルギを吸収するとともに耐熱性を有するコーティング層（７５）と、が設けられている。
2010100992.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽光の照射を受けて流体を加熱する太陽熱受熱器であって、
少なくとも前記流体が流れる流路を構成する金属性の受熱部と、
少なくとも該受熱部における前記太陽光が照射される領域の面に配置され、前記太陽光のエネルギを吸収するとともに耐熱性を有するコーティング層と、
が設けられている太陽熱受熱器。
【請求項２】
前記コーティング層は、前記受熱部に溶射されたセラミックスからなる請求項１記載の太陽熱受熱器。
【請求項３】
前記コーティング層は、太陽光が照射される受熱部分に設けられている請求項２記載の太陽熱受熱器。
【請求項４】
前記セラミックスは、ＭｇＯ，ＣａＯ，およびＹ２Ｏ３の少なくとも一つを固溶させて安定化、または、部分安定化させたＺｒＯ２系セラミックスである請求項２記載の太陽熱受熱器。
【請求項５】
前記セラミックスは、Ｙ２Ｏ３を固溶させて部分安定化させたＺｒＯ２系セラミックスである請求項２記載の太陽熱受熱器。
【請求項６】
請求項１に記載の受熱部は、内部に前記流体が流れる流路を有する受熱管路であり、
該受熱管路の外周面に、請求項１から請求項５のいずれかに記載のコーティング層が配置され、
前記受熱管路は、前記太陽光を内部に導く入射部を有するとともに、内周面において前記太陽光を反射する筐体の内部に収納されている太陽熱受熱器。
【請求項７】
請求項１に記載の受熱部を内部に収納するとともに、前記太陽光を透過する透明筐体が設けられ、
少なくとも前記受熱部における前記透明筐体と対向する面に請求項１から請求項５のいずれかに記載のコーティング層が配置され、
前記流路が、前記受熱部および前記透明筐体の間に前記流体が流れる第１流路と、前記受熱部に対して前記第１流路と反対側に前記流体が流れる第２流路とを有し、
前記流体は、前記第１流路および前記第２流路を流通する太陽熱受熱器。
【請求項８】
太陽光を反射する反射部と、
流体を圧縮する圧縮機と、
前記反射部により反射された太陽光を受けて、前記圧縮機により圧縮された流体を加熱する請求項１から請求項７のいずれかに記載の太陽熱受熱器と、
該太陽熱受熱器により加熱された流体から回転駆動力を抽出するタービン部と、
該タービン部により回転駆動される発電機と、
が設けられている太陽熱発電設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽熱受熱器および太陽熱発電設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、太陽熱を利用した種々の発電設備が提案されている。例えば、圧縮機により圧縮された流体に太陽熱を吸収させて加熱し、加熱された流体をタービン部に供給して回転駆動力を抽出し、発電機を回転駆動させる発電設備などが提案されている（例えば、特許文献１および２参照。）。【０００３】
流体に太陽熱を吸収させる太陽熱受熱器は、太陽光から熱を効率よく流体に吸収させる必要があることから、種々の構成が提案されている（例えば、特許文献３および４参照。）。
上述の特許文献３や特許文献４では、太陽熱の吸収効率の向上を図るために、太陽光が照射される領域に吸熱性の高い材料からなる層が配置されている。【０００４】
例えば、石英ガラスのチューブ内に多孔質セラミックスを配置するとともに、多孔質セラミックスに空気を透過させる太陽熱受熱器も知られている。
この太陽熱受熱器では、まず、太陽光の熱が多孔質セラミックスに吸収される。そして、空気が多孔質セラミックスを透過する際に、多孔質セラミックスの熱が空気に吸収され、空気が加熱されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２００６／０２５４４９号パンフレット
【特許文献２】米国特許第４２６８３１９号明細書
【特許文献３】欧州特許出願公開第１７４６３６３号明細書
【特許文献４】特許第３３３１５１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、太陽熱発電における発電効率の向上を図る場合には、太陽熱受熱器において流体をより効率よく高温に加熱することが必要となる。
しかしながら、太陽熱の吸収効率の向上を図る方法のみでは、吸収効率に上限があることから、流体を加熱する効率の向上にも限界があり、さらなる発電効率の向上を図ることが難しいという問題があった。【０００７】
太陽熱受熱器を多孔質セラミックスなどから構成する場合、多孔質セラミックスの熱衝撃耐性が低いため、破損しやすくコストも高いという問題があった。
さらに、多孔質セラミックスなどから構成された太陽熱受熱器の場合には、製造コストが高くなるという問題があった。【０００８】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、太陽熱発電における発電効率の向上を図るとともに、製造コストの低減を図り、雲などで太陽光が断続的に遮断されたこと等による熱衝撃の耐性を高めるとともに、受熱器の酸化減肉をなくした太陽熱受熱器、および、太陽熱受熱器を用いた太陽熱発電設備を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明の第１の態様は、太陽光の照射を受けて流体を加熱する太陽熱受熱器であって、少なくとも前記流体が流れる流路を構成する金属性の受熱部と、少なくとも該受熱部における前記太陽光が照射される領域の面に配置され、前記太陽光のエネルギを吸収するとともに耐熱性を有するコーティング層と、が設けられている太陽熱受熱器である。【００１０】
本発明の第１の態様によれば、コーティング層を配置したことにより、太陽光が照射される面と、流体が接触する面との間の温度差、言い換えると熱落差を大きくすることができる。そのため、流体を効率よく高温に加熱することができる。【００１１】
つまり、金属などの他の部材と比較して耐熱温度が高いコーティング層が設けられているため、太陽光が照射される面を高い温度まで加熱することができる。その結果、上述の温度差を大きくして、太陽光が照射される面から流体が接触する面への熱流束密度を増やし、流体を効率よく高温に加熱することができる。【００１２】
その一方で、コーティング層が設けられていない場合と比較して、受熱部を構成する部材に要求される耐熱性を抑制することができる。そのため、多孔質セラミックスなどと比較して熱衝撃に対する耐性が高い金属、例えば、耐熱合金を用いて受熱部を構成することができる。【００１３】
つまり、コーティング層の表面は、太陽光が照射されることから最も温度が高くなり、そこから、コーティング層と受熱部との接触面、受熱部と流体との接触面の順に温度が低くなる。そのため、コーティング層が設けられていない場合で、太陽光が照射される面の温度が同じときと比較して、受熱部の温度を下げることができ、受熱部を構成する部材に要求される耐熱性を抑制することができる。【００１４】
コーティング層としては、Ｎｉ，Ｃｏ又はＦｅのいずれかを主成分とする耐熱合金母材上に、当該母材よりも高温耐酸化性および組織安定性に優れたＭ，Ｃｒ，Ａｌ，Ｙ金属結合層（Ｍ：Ｎｉ，Ｃｏ，Ｆｅ）を形成し、この金属結合層の上に、溶射法や蒸着法により、例えば、サーマル・バリア・コーティング（以下、「ＴＢＣ」と表記する。）などのように、遮熱性が高いコーティング層を設けることを例示することができる。
コーティング層として、上述のように遮熱性が付加されたＴＢＣ等を用いることにより、太陽光が照射されるコーティング層の表面と、コーティング層と受熱部との接触面との間の温度差をさらに大きくすることができ、太陽光が照射される面と、流体が接触する面との間の温度差を大きくすることができる。【００１５】
上記発明の第１の態様においては、前記コーティング層は、前記受熱部に溶射されたセラミックスからなる構成が望ましい。
このようにすることにより、セラミックスからなるコーティング層を容易に形成することができる。【００１６】
上記構成においては、前記セラミックスは、Ｓｍ２Ｏ３，ＭｇＯ，ＣａＯ，およびＹ２Ｏ３の少なくとも一つを固溶させて安定化、または、部分安定化させたＺｒＯ２系セラミックスであることが望ましい。
上記構成においては、前記セラミックスは、Ｙ２Ｏ３を固溶させて部分安定化させたＺｒＯ２系セラミックスであることが望ましい。【００１７】
このようにすることにより、金属と比較して、太陽光のエネルギを吸収する吸収性を高めるとともに、高い耐熱性を有するコーティング層を形成することができる。さらに、他の材料から形成されたコーティング層と比較して、コーティング層における太陽光が照射された面と、受熱部における流体と接触する面との間の温度差を大きくすることができる。【００１８】
上記第１の態様においては、上記第１の態様に係る受熱部は、内部に前記流体が流れる流路を有する受熱管路であり、該受熱管路の外周面に、上記第１の態様に係るコーティング層が配置され、前記受熱管路は、前記太陽光を内部に導く入射部を有するとともに、内周面において前記太陽光を反射する筐体の内部に収納されていることが望ましい。【００１９】
このようにすることにより、筐体の内部に導かれた太陽光は、筐体の内周面において反射されるため、受熱管路に対して全ての方向から太陽光が照射される。そのため、受熱管路に対して所定の方向からのみ太陽光を照射する場合と比較して、効率よく流体を加熱することができる。また、受熱管路の太陽光が、直接照らさない部分との温度差による線膨張伸びの差による管路のクラックや剥離も発生しない。
その一方で、受熱管路に対して全ての方向から太陽光が照射されることから、受熱管路の周方向にわたる温度差の発生を抑制することができ、受熱管路の損傷を抑制することができる。【００２０】
また、受熱管路の設置数が多く、裏面よりの反射光が少ない場合、太陽光が直接照射される管路表面温度は、９００℃程度になり、当該管路裏面の表面温度は６００℃程度になる。この温度差が毎日発生すると熱疲労により管路にクラックが発生しやすくなるので、図７に示すように、太陽光が照射される部分にコーティング層を設けても良い。【００２１】
上記第１の態様においては、上記第１の態様に係る受熱部を内部に収納するとともに、前記太陽光を透過する透明筐体が設けられ、少なくとも前記受熱部における前記透明筐体と対向する面に上記第１の態様に係るコーティング層が配置され、前記流路が、前記受熱部および前記透明筐体の間に前記流体が流れる第１流路と、前記受熱部に対して前記第１流路と反対側に前記流体が流れる第２流路とを有し、前記流体は、前記第１流路および前記第２流路を流通することが望ましい。【００２２】
このようにすることにより、透明筐体を透過した太陽光は、コーティング層に照射されてコーティング層を加熱する。コーティング層と隣接した第１流路を流れる流体は、コーティング層の熱を吸収して加熱される。
その一方で、コーティング層の熱は受熱部に伝達され、受熱部を加熱する。受熱部と隣接する第２流路を流れる流体は、さらに受熱部の熱を吸収して加熱される。そのため、効率よく流体を加熱することができる。【００２３】
例えば、流体を第１流路、第２流路の順に流すことにより、逆の順番に流す場合と比較して、効率よく流体を加熱することができる。
つまり、流体は第１流路を流れる際に、加熱されたコーティング層から熱を吸収して素早く加熱され、その後、さらに第２流路を流れる際に、コーティング層と比較して温度が低いが、流体よりも高温な受熱部から熱を吸収してさらに加熱される。このように、流体を２段階で加熱することにより、流体を効率よく加熱することができる。【００２４】
本発明の第２の態様は、太陽熱受熱器は、太陽光を反射する反射部と、流体を圧縮する圧縮機と、前記反射部により反射された太陽光を受けて、前記圧縮機により圧縮された流体を加熱する上記第１の態様の太陽熱受熱器のいずれかの太陽熱受熱器と、該太陽熱受熱器により加熱された流体から回転駆動力を抽出するタービン部と、該タービン部により回転駆動される発電機と、が設けられている太陽熱発電設備である。【００２５】
本発明の第２の態様によれば、上記第１の態様の太陽熱受熱器が設けられているため、太陽熱発電における発電効率の向上を図るとともに、製造コストの低減を図り、熱衝撃耐性を高めることができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の第１の態様の太陽熱受熱器、および、第２の態様の太陽熱発電設備によれば、遮熱性を有するコーティング層を配置したことにより、太陽熱発電における発電効率の向上を図るとともに、製造コストの低減を図り、熱衝撃耐性を高めることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る太陽熱発電設備の概略を説明する模式図である。
【図２】図１の発電部の構成を説明する模式図である。
【図３】図２の受熱器の構成を説明する模式図である。
【図４】図３の管路の構成を説明する断面視図である。
【図５】本発明の第２の実施形態の太陽熱発電設備における受熱器の構成を説明する模式図である。
【図６】図５の受熱器における別の実施例を説明する断面視図である。
【図７】図４の一実施例を説明する断面視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
この発明の一実施形態に係る培養処理装置および自動培養装置について、図１〜図６を参照して説明する。
【００２９】
〔第１の実施形態〕
以下、本発明の第１の実施形態に係る太陽熱発電設備ついて図１から図４を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係る太陽熱発電設備の概略を説明する模式図である。
太陽熱発電設備１は、図１に示すように、太陽光が有するエネルギを熱（太陽熱）に変換し、その熱を用いて発電を行う設備である。本実施形態では、ガスタービンを用いて発電機５を駆動する構成に、太陽熱を利用して発電を行う構成を組み合わせた、いわゆる太陽熱ガスタービンの太陽熱発電設備１に適用して説明する。
【００３０】
なお、太陽熱発電設備１の形式としては、上述のように、太陽熱ガスタービンの形式であってもよいし、蒸気タービンなどを利用した他の形式であってもよく、特に限定しるものではない。
【００３１】
太陽熱発電設備１には、図１に示すように、タワーＴと、反射鏡（反射部）Ｈと、発電部２と、が設けられている。
【００３２】
タワーＴは、図１に示すように、地面Ｇから上方に延びる塔であって、反射鏡Ｈにより反射された太陽光が集光されるものである。
タワーＴにおける太陽光が集光される部分、例えば、タワーＴの先端部分には、後述する発電部２の受熱器７が配置されている。
【００３３】
図１には、タワーＴに発電部２の全てが配置されている構成が記載されているが、発電部２における受熱器７が少なくともタワーＴにおける太陽光が集光される部分に配置されていればよく、特に限定するものではない。
【００３４】
反射鏡ＨはタワーＴの周囲の複数箇所に配置された鏡であり、太陽光をタワーＴに向けて反射して、受熱器７に太陽光を集光するものである。
反射鏡Ｈとしては、平面鏡の向きを太陽の動きに合わせて制御し、太陽光を所定位置に向けて反射するヘリオスタットなどを用いることができ、特に限定するものではない。
【００３５】
図２は、図１の発電部の構成を説明する模式図である。
発電部２は、反射鏡Ｈにより反射された太陽光のエネルギを用いて発電を行うものである。
発電部２には、図２に示すように、圧縮機３と、タービン部４と、発電機５と、熱交換器６と、受熱器（太陽熱受熱器）７と、が設けられている。
【００３６】
圧縮機３は、図２に示すように、タービン部４や、受熱器７などとともにガスタービンを構成して発電機５の駆動に用いられるものであり、空気などの流体を圧縮するものである。
圧縮機３は、タービン部４から回転駆動力が伝達される回転軸８の周囲に、回転駆動力が伝達されるように配置されている。
【００３７】
さらに、圧縮機３と熱交換器６との間、および、圧縮機３とタービン部４との間には、それぞれ圧縮された空気が流れる配管１０Ａおよび配管１０Ｂが設けられている。
【００３８】
なお、圧縮機３としては、公知の軸流式圧縮機や、遠心式圧縮機などを用いることができ、特に限定するものではない。
【００３９】
タービン部４は、図２に示すように、受熱器７により加熱された空気の供給を受けて、空気の熱エネルギ等を回転駆動力に変換するものである。タービン部４は、回転軸８の周囲に回転駆動力が伝達されるように配置されたものである。
【００４０】
さらに、タービン部４と熱交換器６との間には、タービン部４から排出された空気が流れる配管１０Ｃが設けられている。
なお、タービン部４としては、公知のものを用いることができ、特に限定するものではない。
【００４１】
発電機５は、図２に示すように、回転軸８により回転駆動され、発電を行うものである。
なお、発電機５としては、公知のものを用いることができ、特に限定するものではない。
【００４２】
熱交換器６は、図２に示すように、圧縮機３により圧縮され温度が上昇した空気に、更に、タービン部４から排出された空気の熱を吸収させるものである。
熱交換器６と受熱器７との間には、熱交換器６により加熱された圧縮された空気が流れる配管１０Ｄが設けられている。
なお、熱交換器６としては、公知のものを用いることができ、特に限定するものではない。
【００４３】
図３は、図２の受熱器の構成を説明する模式図である。
受熱器７は、図１に示すように、タワーＴにおける太陽光が集光される位置に配置され、照射された太陽光のエネルギを熱に変換し、空気を加熱するものである。
受熱器７には、図２および図３に示すように、筐体７１と、受熱管路（受熱部）７２と、が設けられている。
【００４４】
筐体７１は、図３に示すように、受熱器７の外形を構成するとともに、内部に受熱管路７２を収納するものである。
筐体７１には、太陽光が照射される領域に入射部７３が設けられている。さらに、筐体７１の内面は、入射部７３から導入された太陽光を反射する鏡面とされている。
なお、筐体７１の形状としては、図３に示すように立方体形状であってもよいし、その他の形状であってもよく、特に限定するものではない。
【００４５】
入射部７３は、図３に示すように、太陽光を筐体７１の内部に導くものである。
入射部７３は、筐体７１における太陽光が照射される面に配置され、筐体７１から太陽光が照射される方向に向かって径が広がる略円錐状に形成された部材である。略円錐状に形成された入射部７３の内周面は、太陽光を反射する鏡面とされている。
【００４６】
筐体７１と入射部７３との接続部は、太陽光が透過する構成とされており、入射部７３の内側に照射された太陽光は、筐体７１の内部に導かれる。
なお、入射部７３の構成としては、公知の構成を用いることができ、特に限定するものではない。
【００４７】
受熱管路７２は、図２および図３に示すように、太陽光のエネルギを熱に変換して、空気を加熱するものである。
受熱管路７２は、図３に示すように、筐体７１の内部に螺旋状に配置され、螺旋状に配置された受熱管路７２は、互いに間隔をあけて配置されている。
【００４８】
図４は、図３の管路の構成を説明する断面視図である。
受熱管路７２は、図４に示すように、耐熱合金を円筒状に形成した管本体（受熱部）７４と、管本体７４の外周面に形成されたコーティング層７５と、管本体７４の内部に配置されたタービュレータ７６と、が設けられている。
【００４９】
管本体７４は、図４に示すように、耐熱合金を円筒状に形成したものであり、空気が内部を流れるものである。
管本体７４を形成する耐熱合金としては、公知の合金を用いることができ、特に限定するものではない。
【００５０】
コーティング層７５は、図４に示すように、管本体７４の外周面に設けられたものであって、７ｗｔ％から２０ｗｔ％のＹ２Ｏ３を固溶させて部分安定化したＺｒＯ２（Ｙ２Ｏ３−ＺｒＯ２）系のセラミックスを溶射して形成されたＴＢＣである。
【００５１】
なお、コーティング層７５を形成するセラミックスとしては、上述のように、Ｙ２Ｏ３を固溶させて部分安定化したＺｒＯ２系のセラミックスであってもよいし、ＭｇＯ，ＣａＯ，およびＹ２Ｏ３の少なくとも一つを固溶させて安定化、または、部分安定化させたＺｒＯ２系セラミックスであってもよい。
【００５２】
このようにすることで、金属と比較して、太陽光のエネルギを吸収する吸収性を高めるとともに、高い遮熱性を有するコーティング層７５を形成することができる。さらに、他の材料から形成されたコーティング層と比較して、コーティング層７５における太陽光が照射された面と、管本体７４における圧縮空気と接触する面との間の温度差を大きくすることができるので、入射部７３に反射鏡Ｈからの太陽光を、従来よりも多く反射させることが可能になり、タワーＴの頂部に設けられた受熱部７の小型化、高性能化を図ることができる。
【００５３】
タービュレータ７６は、図４に示すように、管本体７４の内周面に設けられ、管本体７４と空気との間の熱交換を促進するものである。
タービュレータ７６は、管本体７４の内周面から中心方向に突出するものであり、管本体７４の内部における空気の流れに乱れを生じさせるとともに、管本体７４と空気との間の熱交換面積を増やすものである。
【００５４】
なお、タービュレータ７６の構成としては、管本体７４の内周面を螺旋状に延びる構成などの公知の構成を用いることができ、特に限定するものではなく、管の外表面からプレスで、外表面の凹部（内表面の凸部）を設けたり、タービュレータの代わりにスパイラル状のフィンを内面に設けたりして、流体の管本体における内表面との接触時間を長くするようにしてもよい。
【００５５】
次に、上記の構成からなる太陽熱発電設備１における発電について説明する。
まず、太陽熱発電設備１における発電の概略について説明し、その後に、本実施形態の特徴である受熱器７における作用について説明する。
【００５６】
太陽の光は、図１に示すように、タワーＴの周囲に配置された反射鏡Ｈに入射し、反射鏡Ｈにより、タワーＴに配置された受熱器７に向かって反射される。
なお、反射鏡Ｈにおける太陽光の反射方向を制御する方法としては、公知の方法を用いることができ、特に限定するものではない。
【００５７】
反射された太陽光は、図２に示すように、受熱器７において圧縮機３に圧縮された空気を加熱する。加熱された空気は、配管１０Ｅを介してタービン部４に供給され、タービン部４は加熱された空気の熱エネルギ等を回転駆動力に変換する。
タービン部４から排出された空気は、配管１０Ｃを介して熱交換器６に流入し、圧縮機３により圧縮された空気の加熱に用いられた後、外部に排出される。
【００５８】
タービン部４は回転駆動力を回転軸８に伝達し、回転軸８は発電機５および圧縮機３を回転駆動する。
発電機５は、回転軸８により回転駆動されることにより発電を行い、外部へ電力を供給する。
【００５９】
その一方で、回転軸８により回転駆動された圧縮機３は、外部から空気を吸入して圧縮する。圧縮空気は、圧縮機３から配管１０Ａおよび配管１０Ｂに流入する。
配管１０Ａに流入した圧縮空気は、配管１０Ｅを流れてきた空気とともにタービン部４に流入する。
【００６０】
配管１０Ｂに流入した圧縮空気は、熱交換器６においてタービン部４から排出された空気により加熱される。加熱された圧縮空気は配管１０Ｄを介して受熱器７に流入し、受熱器７においてさらに加熱される。
【００６１】
次に、本実施形態における特徴である受熱器７における圧縮空気の加熱について説明する。
【００６２】
図３に示すように、太陽光は、入射部７３から筐体７１の内部に入射され、筐体７１の内周面において反射を繰り返す。筐体７１の内部に入射した太陽光、および、反射された太陽光は、図３および図４に示すように、受熱管路７２におけるコーティング層７５に入射し、太陽光のエネルギは熱に変換される。
【００６３】
コーティング層７５における太陽光が入射した面である外周面は、入射した太陽光により加熱され高温になる。コーティング層７５の外周面における熱は、受熱管路７２の中心に向かって、コーティング層７５および管本体７４の熱伝達係数に従って伝達する。
【００６４】
管本体７４の内周面まで伝達した熱は、管本体７４の内部を流れる圧縮空気に吸収され、圧縮空気の加熱に用いられる。
この際、圧縮空気は、タービュレータ７６により流れが拡散されるとともに、伝熱面積が拡大されているため、タービュレータ７６が無い場合と比較して、高い効率で加熱される。
【００６５】
その一方で、コーティング層７５の外周面と、管本体７４の内周面との間には温度差、いわゆる熱落差が形成されている。コーティング層７５はＴＢＣであるため、その他の材料から形成された層などと比較して、耐熱温度が高く（例えば、約８５０℃以上、約１３２０℃以下、より好ましくは、約１１５０℃以上、約１３２０℃以下）、かつ、遮熱性を有しているため、熱落差が大きくなる。
その結果、コーティング層７５の外周面から、管本体７４の内周面に伝達される熱流束密度が高くなり、管本体７４の内部を流れる圧縮空気を効率よく加熱することができる。
【００６６】
上記の構成によれば、コーティング層７５を配置したことにより、太陽光が照射される面と、空気などの流体が接触する面との間の温度差、言い換えると熱落差を大きくすることができる。そのため、空気を効率よく高温に加熱することができる。そのため、本実施形態の太陽熱発電設備１における発電効率の向上を図ることができる。
【００６７】
つまり、金属などの他の部材と比較して耐熱温度が高いコーティング層７５が設けられているため、太陽光が照射される面を高い温度まで加熱することができる。その結果、上述の温度差を大きくして、太陽光が照射される面から空気が接触する面への熱流束密度を増やし、空気を効率よく高温に加熱することができる。
【００６８】
その一方で、コーティング層７５が設けられていない場合と比較して、管本体７４を構成する部材に要求される耐熱性を抑制することができる。そのため、多孔質セラミックスなどと比較して熱衝撃に対する耐性が高い耐熱合金などを用いて管本体７４を構成することができる。その結果、多孔質セラミックス等を用いる場合と比較して、本実施形態の太陽熱発電設備１の受熱器７における熱衝撃耐性を高めることができ、かつ、製造コストの低減を図ることができる。
【００６９】
つまり、コーティング層７５の表面は、太陽光が照射されることから最も温度が高くなり、そこから、コーティング層７５と管本体７４との接触面、管本体７４と流体との接触面の順に温度が低くなる。そのため、コーティング層が設けられていない場合で、太陽光が照射される面の温度が同じときと比較して、管本体７４の温度を下げることができ、管本体７４を構成する部材に要求される耐熱性を抑制することができる。
【００７０】
筐体７１の内部に導かれた太陽光は、筐体７１の内周面において反射されるため、受熱管路７２に対して全ての方向から太陽光が照射される。そのため、受熱管路７２に対して所定の方向からのみ太陽光を照射する場合と比較して、効率よく空気を加熱することができる。
その一方で、受熱管路７２に対して全ての方向から太陽光が照射されることから、受熱管路７２の周方向にわたる温度差の発生を抑制することができ、受熱管路７２の損傷を抑制することができる。
【００７１】
〔第２の実施形態〕
次に、本発明の第２の実施形態について図５および図６を参照して説明する。
本実施形態の太陽熱発電設備の基本構成は、第１の実施形態と同様であるが、第１の実施形態とは、受熱器の構成が異なっている。よって、本実施形態においては、図５および図６を用いて受熱器の周辺のみを説明し、その他の構成要素等の説明を省略する。
図５は、本実施形態の太陽熱発電設備における受熱器の構成を説明する模式図である。
なお、第１の実施形態と同一の構成要素に付いては、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００７２】
本実施形態の太陽熱発電設備１０１の受熱器１０７は、第１の実施形態と同様に、タワーＴにおける太陽光が集光される位置に配置され、照射された太陽光のエネルギを熱に変換し、空気を加熱するものである（図１参照。）。
受熱器１０７には、図５に示すように、透明筐体１７１と、外側壁部（受熱部）１７２と、内側壁部１７３と、が設けられている。
【００７３】
透明筐体１７１は、石英ガラスなどの太陽光を透過する透明材料から形成された一端が閉じられた筒状の容器である。さらに、透明筐体１７１は、図５に示すように、受熱器１０７の外形を形成するとともに、内部に外側壁部１７２および内側壁部１７３などを収納する容器でもある。
【００７４】
外側壁部１７２は、耐熱合金などの耐熱性を有するとともに、熱衝撃に対する耐性を有する材料から形成された、一端が閉じられた筒状の容器である。さらに、外側壁部１７２は、図５に示すように、透明筐体１７１との間に第１流路１７４を形成するとともに、内側壁部１７３との間に第２流路１７５を形成するものである。
【００７５】
外側壁部１７２の表面には、図５に示すように、コーティング層７５が設けられている。
なお、コーティング層７５は、図５に示すように、外側壁部１７２における透明筐体１７１と対向する面、および、内側壁部１７３と対向する面に設けられていてもよいし、透明筐体１７１と対向する面のみに設けられていてもよく、特に限定するものではない。
【００７６】
第１流路１７４は、配管１０Ｄにより供給された圧縮空気が流れる流路であって、第２流路１７５とともに受熱器１０７の内部における圧縮空気の流路を形成するものである。
第１流路１７４は、外側壁部１７２に形成された連通孔１７６を介して第２流路１７５と、圧縮空気が流通可能に接続されている。
【００７７】
第２流路１７５は、第１流路１７４から加熱された圧縮空気が流入する流路であって、第１流路１７４とともに受熱器１０７の内部における圧縮空気の流路を形成するものである。
第２流路１７５は、配管１０Ｅと圧縮空気が流通可能に接続されている。
【００７８】
内側壁部１７３は、耐熱合金などの耐熱性を有するとともに、熱衝撃に対する耐性を有する材料から形成された、一端が閉じられた筒状の容器である。さらに、内側壁部１７３は、図５に示すように、外側壁部１７２の内部に配置され、外側壁部１７２との間に第２流路１７５を形成するものである。
【００７９】
上記の構成からなる受熱器１０７における作用について説明する。
なお、太陽熱発電設備１０１における発電の概略については、第１の実施形態と同様であるため、その説明を省略する。
【００８０】
太陽光は、図５に示すように、透明筐体１７１を透過して、コーティング層７５に照射されてコーティング層７５を加熱する。配管１０Ｄから供給された圧縮空気は、コーティング層７５と隣接した第１流路１７４に流入し、コーティング層７５の熱を吸収して加熱される。
その一方で、コーティング層７５の熱は外側壁部１７２に伝達され、外側壁部１７２を加熱する。
【００８１】
圧縮空気は第１流路１７４において加熱された後、外側壁部１７２と内側壁部１７３との間の第２流路１７５に流入する。圧縮空気は、外側壁部１７２と隣接する第２流路１７５を流れる間に、さらに外側壁部１７２の熱を吸収して加熱される。
第２流路１７５においてさらに加熱された圧縮空気は、配管１０Ｅに流入し、タービン部４に導かれる。
【００８２】
上記の構成によれば、圧縮空気を第１流路１７４、第２流路１７５の順に流すことにより、例えば、逆の順番に流す場合と比較して、効率よく圧縮空気を加熱することができる。
圧縮空気は第１流路１７４を流れる際に、加熱されたコーティング層７５から熱を吸収して素早く加熱され、その後、さらに第２流路１７５を流れる際に、コーティング層７５と比較して温度が低いが、圧縮空気よりも高温な外側壁部１７２から熱を吸収してさらに加熱される。このように、圧縮空気を２段階で加熱することにより、圧縮空気を効率よく加熱することができる。
【００８３】
図６は、図５の受熱器における別の実施例を説明する断面視図である。
なお、上述の実施形態のように、を一方が閉じた円筒状に形成された透明容器１７１、外側容器１７２、および、内側容器１７３を用いて受熱器１０７を形成しても良いし、図６に示すように、筒状に形成された透明容器２７１、および、外側容器２７２を用いて受熱器２０７を形成することにより、第１流路１７４および第２流路１７５を形成しても良く、特に限定するものではない。
【符号の説明】
【００８４】
１，１０１  太陽熱発電設備
３  圧縮機
４  タービン部
５  発電機
７，１０７，２０７  受熱器（太陽熱受熱器）
７１  筐体
７２  受熱管路（受熱部）
７３  入射部
７４  管本体（受熱部）
７５  コーティング層
１７１，２７１  透明筐体
１７２，２７２  外側壁部（受熱部）
Ｈ  反射鏡（反射部）
【図１】
2010100992.tif 000003
【図２】
2010100992.tif 000004
【図３】
2010100992.tif 000005
【図４】
2010100992.tif 000006
【図５】
2010100992.tif 000007
【図６】
2010100992.tif 000008
【図７】
2010100992.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成23年5月13日(2011.5.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽熱受熱器および太陽熱発電設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、太陽熱を利用した種々の発電設備が提案されている。例えば、圧縮機により圧縮された流体に太陽熱を吸収させて加熱し、加熱された流体をタービン部に供給して回転駆動力を抽出し、発電機を回転駆動させる発電設備などが提案されている（例えば、特許文献１および２参照。）。
【０００３】
流体に太陽熱を吸収させる太陽熱受熱器は、太陽光から熱を効率よく流体に吸収させる必要があることから、種々の構成が提案されている（例えば、特許文献３および４参照。）。
上述の特許文献３や特許文献４では、太陽熱の吸収効率の向上を図るために、太陽光が照射される領域に吸熱性の高い材料からなる層が配置されている。
【０００４】
例えば、石英ガラスのチューブ内に多孔質セラミックスを配置するとともに、多孔質セラミックスに空気を透過させる太陽熱受熱器も知られている。
この太陽熱受熱器では、まず、太陽光の熱が多孔質セラミックスに吸収される。そして、空気が多孔質セラミックスを透過する際に、多孔質セラミックスの熱が空気に吸収され、空気が加熱されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２００６／０２５４４９号パンフレット
【特許文献２】米国特許第４２６８３１９号明細書
【特許文献３】欧州特許出願公開第１７４６３６３号明細書
【特許文献４】特許第３３３１５１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、太陽熱発電における発電効率の向上を図る場合には、太陽熱受熱器において流体をより効率よく高温に加熱することが必要となる。
しかしながら、太陽熱の吸収効率の向上を図る方法のみでは、吸収効率に上限があることから、流体を加熱する効率の向上にも限界があり、さらなる発電効率の向上を図ることが難しいという問題があった。
【０００７】
太陽熱受熱器を多孔質セラミックスなどから構成する場合、多孔質セラミックスの熱衝撃耐性が低いため、破損しやすくコストも高いという問題があった。
さらに、多孔質セラミックスなどから構成された太陽熱受熱器の場合には、製造コストが高くなるという問題があった。
【０００８】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、太陽熱発電における発電効率の向上を図るとともに、製造コストの低減を図り、雲などで太陽光が断続的に遮断されたこと等による熱衝撃の耐性を高めるとともに、受熱器の酸化減肉をなくした太陽熱受熱器、および、太陽熱受熱器を用いた太陽熱発電設備を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明の第１の態様は、太陽光の照射を受けて流体を加熱する太陽熱受熱器であって、少なくとも前記流体が流れる流路を構成する金属性の受熱部と、少なくとも該受熱部における前記太陽光が照射される領域の面に配置され、前記太陽光のエネルギを吸収するとともに耐熱性を有するコーティング層と、が設けられている太陽熱受熱器である。
【００１０】
本発明の第１の態様によれば、コーティング層を配置したことにより、太陽光が照射される面と、流体が接触する面との間の温度差、言い換えると熱落差を大きくすることができる。そのため、流体を効率よく高温に加熱することができる。
【００１１】
つまり、金属などの他の部材と比較して耐熱温度が高いコーティング層が設けられているため、太陽光が照射される面を高い温度まで加熱することができる。その結果、上述の温度差を大きくして、太陽光が照射される面から流体が接触する面への熱流束密度を増やし、流体を効率よく高温に加熱することができる。
【００１２】
その一方で、コーティング層が設けられていない場合と比較して、受熱部を構成する部材に要求される耐熱性を抑制することができる。そのため、多孔質セラミックスなどと比較して熱衝撃に対する耐性が高い金属、例えば、耐熱合金を用いて受熱部を構成することができる。
【００１３】
つまり、コーティング層の表面は、太陽光が照射されることから最も温度が高くなり、そこから、コーティング層と受熱部との接触面、受熱部と流体との接触面の順に温度が低くなる。そのため、コーティング層が設けられていない場合で、太陽光が照射される面の温度が同じときと比較して、受熱部の温度を下げることができ、受熱部を構成する部材に要求される耐熱性を抑制することができる。
【００１４】
コーティング層としては、Ｎｉ，Ｃｏ又はＦｅのいずれかを主成分とする耐熱合金母材上に、当該母材よりも高温耐酸化性および組織安定性に優れたＭ，Ｃｒ，Ａｌ，Ｙ金属結合層（Ｍ：Ｎｉ，Ｃｏ，Ｆｅ）を形成し、この金属結合層の上に、溶射法や蒸着法により、例えば、サーマル・バリア・コーティング（以下、「ＴＢＣ」と表記する。）などのように、遮熱性が高いコーティング層を設けることを例示することができる。
コーティング層として、上述のように遮熱性が付加されたＴＢＣ等を用いることにより、太陽光が照射されるコーティング層の表面と、コーティング層と受熱部との接触面との間の温度差をさらに大きくすることができ、太陽光が照射される面と、流体が接触する面との間の温度差を大きくすることができる。
【００１５】
上記発明の第１の態様においては、前記コーティング層は、前記受熱部に溶射されたセラミックスからなる構成が望ましい。
このようにすることにより、セラミックスからなるコーティング層を容易に形成することができる。
【００１６】
上記構成においては、前記セラミックスは、Ｓｍ２Ｏ３，ＭｇＯ，ＣａＯ，およびＹ２Ｏ３の少なくとも一つを固溶させて安定化、または、部分安定化させたＺｒＯ２系セラミックスであることが望ましい。
上記構成においては、前記セラミックスは、Ｙ２Ｏ３を固溶させて部分安定化させたＺｒＯ２系セラミックスであることが望ましい。
【００１７】
このようにすることにより、金属と比較して、太陽光のエネルギを吸収する吸収性を高めるとともに、高い耐熱性を有するコーティング層を形成することができる。さらに、他の材料から形成されたコーティング層と比較して、コーティング層における太陽光が照射された面と、受熱部における流体と接触する面との間の温度差を大きくすることができる。
【００１８】
上記第１の態様においては、上記第１の態様に係る受熱部は、内部に前記流体が流れる流路を有する受熱管路であり、該受熱管路の外周面に、上記第１の態様に係るコーティング層が配置され、前記受熱管路は、前記太陽光を内部に導く入射部を有するとともに、内周面において前記太陽光を反射する筐体の内部に収納されていることが望ましい。
【００１９】
このようにすることにより、筐体の内部に導かれた太陽光は、筐体の内周面において反射されるため、受熱管路に対して全ての方向から太陽光が照射される。そのため、受熱管路に対して所定の方向からのみ太陽光を照射する場合と比較して、効率よく流体を加熱することができる。また、受熱管路の太陽光が、直接照らさない部分との温度差による線膨張伸びの差による管路のクラックや剥離も発生しない。
その一方で、受熱管路に対して全ての方向から太陽光が照射されることから、受熱管路の周方向にわたる温度差の発生を抑制することができ、受熱管路の損傷を抑制することができる。
【００２０】
また、受熱管路の設置数が多く、裏面よりの反射光が少ない場合、太陽光が直接照射される管路表面温度は、９００℃程度になり、当該管路裏面の表面温度は６００℃程度になる。この温度差が毎日発生すると熱疲労により管路にクラックが発生しやすくなるので、図７に示すように、太陽光が照射される部分にコーティング層を設けても良い。
【００２１】
上記第１の態様においては、上記第１の態様に係る受熱部を内部に収納するとともに、前記太陽光を透過する透明筐体が設けられ、少なくとも前記受熱部における前記透明筐体と対向する面に上記第１の態様に係るコーティング層が配置され、前記流路が、前記受熱部および前記透明筐体の間に前記流体が流れる第１流路と、前記受熱部に対して前記第１流路と反対側に前記流体が流れる第２流路とを有し、前記流体は、前記第１流路および前記第２流路を流通することが望ましい。
【００２２】
このようにすることにより、透明筐体を透過した太陽光は、コーティング層に照射されてコーティング層を加熱する。コーティング層と隣接した第１流路を流れる流体は、コーティング層の熱を吸収して加熱される。
その一方で、コーティング層の熱は受熱部に伝達され、受熱部を加熱する。受熱部と隣接する第２流路を流れる流体は、さらに受熱部の熱を吸収して加熱される。そのため、効率よく流体を加熱することができる。
【００２３】
例えば、流体を第１流路、第２流路の順に流すことにより、逆の順番に流す場合と比較して、効率よく流体を加熱することができる。
つまり、流体は第１流路を流れる際に、加熱されたコーティング層から熱を吸収して素早く加熱され、その後、さらに第２流路を流れる際に、コーティング層と比較して温度が低いが、流体よりも高温な受熱部から熱を吸収してさらに加熱される。このように、流体を２段階で加熱することにより、流体を効率よく加熱することができる。
【００２４】
本発明の第２の態様は、太陽熱受熱器は、太陽光を反射する反射部と、流体を圧縮する圧縮機と、前記反射部により反射された太陽光を受けて、前記圧縮機により圧縮された流体を加熱する上記第１の態様の太陽熱受熱器のいずれかの太陽熱受熱器と、該太陽熱受熱器により加熱された流体から回転駆動力を抽出するタービン部と、該タービン部により回転駆動される発電機と、が設けられている太陽熱発電設備である。
【００２５】
本発明の第２の態様によれば、上記第１の態様の太陽熱受熱器が設けられているため、太陽熱発電における発電効率の向上を図るとともに、製造コストの低減を図り、熱衝撃耐性を高めることができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の第１の態様の太陽熱受熱器、および、第２の態様の太陽熱発電設備によれば、遮熱性を有するコーティング層を配置したことにより、太陽熱発電における発電効率の向上を図るとともに、製造コストの低減を図り、熱衝撃耐性を高めることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る太陽熱発電設備の概略を説明する模式図である。
【図２】図１の発電部の構成を説明する模式図である。
【図３】図２の受熱器の構成を説明する模式図である。
【図４】図３の管路の構成を説明する断面視図である。
【図５】本発明の第２の実施形態の太陽熱発電設備における受熱器の構成を説明する模式図である。
【図６】図５の受熱器における別の実施例を説明する断面視図である。
【図７】図４の一実施例を説明する断面視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
〔第１の実施形態〕
以下、本発明の第１の実施形態に係る太陽熱発電設備ついて図１から図４を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係る太陽熱発電設備の概略を説明する模式図である。
太陽熱発電設備１は、図１に示すように、太陽光が有するエネルギを熱（太陽熱）に変換し、その熱を用いて発電を行う設備である。本実施形態では、ガスタービンを用いて発電機５を駆動する構成に、太陽熱を利用して発電を行う構成を組み合わせた、いわゆる太陽熱ガスタービンの太陽熱発電設備１に適用して説明する。
【００２９】
なお、太陽熱発電設備１の形式としては、上述のように、太陽熱ガスタービンの形式であってもよいし、蒸気タービンなどを利用した他の形式であってもよく、特に限定しるものではない。
【００３０】
太陽熱発電設備１には、図１に示すように、タワーＴと、反射鏡（反射部）Ｈと、発電部２と、が設けられている。
【００３１】
タワーＴは、図１に示すように、地面Ｇから上方に延びる塔であって、反射鏡Ｈにより反射された太陽光が集光されるものである。
タワーＴにおける太陽光が集光される部分、例えば、タワーＴの先端部分には、後述する発電部２の受熱器７が配置されている。
【００３２】
図１には、タワーＴに発電部２の全てが配置されている構成が記載されているが、発電部２における受熱器７が少なくともタワーＴにおける太陽光が集光される部分に配置されていればよく、特に限定するものではない。
【００３３】
反射鏡ＨはタワーＴの周囲の複数箇所に配置された鏡であり、太陽光をタワーＴに向けて反射して、受熱器７に太陽光を集光するものである。
反射鏡Ｈとしては、平面鏡の向きを太陽の動きに合わせて制御し、太陽光を所定位置に向けて反射するヘリオスタットなどを用いることができ、特に限定するものではない。
【００３４】
図２は、図１の発電部の構成を説明する模式図である。
発電部２は、反射鏡Ｈにより反射された太陽光のエネルギを用いて発電を行うものである。
発電部２には、図２に示すように、圧縮機３と、タービン部４と、発電機５と、熱交換器６と、受熱器（太陽熱受熱器）７と、が設けられている。
【００３５】
圧縮機３は、図２に示すように、タービン部４や、受熱器７などとともにガスタービンを構成して発電機５の駆動に用いられるものであり、空気などの流体を圧縮するものである。
圧縮機３は、タービン部４から回転駆動力が伝達される回転軸８の周囲に、回転駆動力が伝達されるように配置されている。
【００３６】
さらに、圧縮機３と熱交換器６との間、および、圧縮機３とタービン部４との間には、それぞれ圧縮された空気が流れる配管１０Ａおよび配管１０Ｂが設けられている。
【００３７】
なお、圧縮機３としては、公知の軸流式圧縮機や、遠心式圧縮機などを用いることができ、特に限定するものではない。
【００３８】
タービン部４は、図２に示すように、受熱器７により加熱された空気の供給を受けて、空気の熱エネルギ等を回転駆動力に変換するものである。タービン部４は、回転軸８の周囲に回転駆動力が伝達されるように配置されたものである。
【００３９】
さらに、タービン部４と熱交換器６との間には、タービン部４から排出された空気が流れる配管１０Ｃが設けられている。
なお、タービン部４としては、公知のものを用いることができ、特に限定するものではない。
【００４０】
発電機５は、図２に示すように、回転軸８により回転駆動され、発電を行うものである。
なお、発電機５としては、公知のものを用いることができ、特に限定するものではない。
【００４１】
熱交換器６は、図２に示すように、圧縮機３により圧縮され温度が上昇した空気に、更に、タービン部４から排出された空気の熱を吸収させるものである。
熱交換器６と受熱器７との間には、熱交換器６により加熱された圧縮された空気が流れる配管１０Ｄが設けられている。
なお、熱交換器６としては、公知のものを用いることができ、特に限定するものではない。
【００４２】
図３は、図２の受熱器の構成を説明する模式図である。
受熱器７は、図１に示すように、タワーＴにおける太陽光が集光される位置に配置され、照射された太陽光のエネルギを熱に変換し、空気を加熱するものである。
受熱器７には、図３に示すように、筐体７１と、受熱管路（受熱部）７２と、が設けられている。
【００４３】
筐体７１は、図３に示すように、受熱器７の外形を構成するとともに、内部に受熱管路７２を収納するものである。
筐体７１には、太陽光が照射される領域に入射部７３が設けられている。さらに、筐体７１の内面は、入射部７３から導入された太陽光を反射する鏡面とされている。
なお、筐体７１の形状としては、図３に示すように立方体形状であってもよいし、その他の形状であってもよく、特に限定するものではない。
【００４４】
入射部７３は、図３に示すように、太陽光を筐体７１の内部に導くものである。
入射部７３は、筐体７１における太陽光が照射される面に配置され、筐体７１から太陽光が照射される方向に向かって径が広がる略円錐状に形成された部材である。略円錐状に形成された入射部７３の内周面は、太陽光を反射する鏡面とされている。
【００４５】
筐体７１と入射部７３との接続部は、太陽光が透過する構成とされており、入射部７３の内側に照射された太陽光は、筐体７１の内部に導かれる。
なお、入射部７３の構成としては、公知の構成を用いることができ、特に限定するものではない。
【００４６】
受熱管路７２は、図３に示すように、太陽光のエネルギを熱に変換して、空気を加熱するものである。
受熱管路７２は、図３に示すように、筐体７１の内部に螺旋状に配置され、螺旋状に配置された受熱管路７２は、互いに間隔をあけて配置されている。
【００４７】
図４は、図３の管路の構成を説明する断面視図である。
受熱管路７２は、図４に示すように、耐熱合金を円筒状に形成した管本体（受熱部）７４と、管本体７４の外周面に形成されたコーティング層７５と、管本体７４の内部に配置されたタービュレータ７６と、が設けられている。
【００４８】
管本体７４は、図４に示すように、耐熱合金を円筒状に形成したものであり、空気が内部を流れるものである。
管本体７４を形成する耐熱合金としては、公知の合金を用いることができ、特に限定するものではない。
【００４９】
コーティング層７５は、図４に示すように、管本体７４の外周面に設けられたものであって、７ｗｔ％から２０ｗｔ％のＹ２Ｏ３を固溶させて部分安定化したＺｒＯ２（Ｙ２Ｏ３−ＺｒＯ２）系のセラミックスを溶射して形成されたＴＢＣである。
【００５０】
なお、コーティング層７５を形成するセラミックスとしては、上述のように、Ｙ２Ｏ３を固溶させて部分安定化したＺｒＯ２系のセラミックスであってもよいし、ＭｇＯ，ＣａＯ，およびＹ２Ｏ３の少なくとも一つを固溶させて安定化、または、部分安定化させたＺｒＯ２系セラミックスであってもよい。
【００５１】
このようにすることで、金属と比較して、太陽光のエネルギを吸収する吸収性を高めるとともに、高い遮熱性を有するコーティング層７５を形成することができる。さらに、他の材料から形成されたコーティング層と比較して、コーティング層７５における太陽光が照射された面と、管本体７４における圧縮空気と接触する面との間の温度差を大きくすることができるので、入射部７３に反射鏡Ｈからの太陽光を、従来よりも多く反射させることが可能になり、タワーＴの頂部に設けられた受熱部７の小型化、高性能化を図ることができる。
【００５２】
タービュレータ７６は、図４に示すように、管本体７４の内周面に設けられ、管本体７４と空気との間の熱交換を促進するものである。
タービュレータ７６は、管本体７４の内周面から中心方向に突出するものであり、管本体７４の内部における空気の流れに乱れを生じさせるとともに、管本体７４と空気との間の熱交換面積を増やすものである。
【００５３】
なお、タービュレータ７６の構成としては、管本体７４の内周面を螺旋状に延びる構成などの公知の構成を用いることができ、特に限定するものではなく、管の外表面からプレスで、外表面の凹部（内表面の凸部）を設けたり、タービュレータの代わりにスパイラル状のフィンを内面に設けたりして、流体の管本体における内表面との接触時間を長くするようにしてもよい。
【００５４】
次に、上記の構成からなる太陽熱発電設備１における発電について説明する。
まず、太陽熱発電設備１における発電の概略について説明し、その後に、本実施形態の特徴である受熱器７における作用について説明する。
【００５５】
太陽の光は、図１に示すように、タワーＴの周囲に配置された反射鏡Ｈに入射し、反射鏡Ｈにより、タワーＴに配置された受熱器７に向かって反射される。
なお、反射鏡Ｈにおける太陽光の反射方向を制御する方法としては、公知の方法を用いることができ、特に限定するものではない。
【００５６】
反射された太陽光は、図２に示すように、受熱器７において圧縮機３に圧縮された空気を加熱する。加熱された空気は、配管１０Ｅを介してタービン部４に供給され、タービン部４は加熱された空気の熱エネルギ等を回転駆動力に変換する。
タービン部４から排出された空気は、配管１０Ｃを介して熱交換器６に流入し、圧縮機３により圧縮された空気の加熱に用いられた後、外部に排出される。
【００５７】
タービン部４は回転駆動力を回転軸８に伝達し、回転軸８は発電機５および圧縮機３を回転駆動する。
発電機５は、回転軸８により回転駆動されることにより発電を行い、外部へ電力を供給する。
【００５８】
その一方で、回転軸８により回転駆動された圧縮機３は、外部から空気を吸入して圧縮する。圧縮空気は、圧縮機３から配管１０Ａおよび配管１０Ｂに流入する。
配管１０Ｂに流入した圧縮空気は、配管１０Ｅを流れてきた空気とともにタービン部４に流入する。
【００５９】
配管１０Ａに流入した圧縮空気は、熱交換器６においてタービン部４から排出された空気により加熱される。加熱された圧縮空気は配管１０Ｄを介して受熱器７に流入し、受熱器７においてさらに加熱される。
【００６０】
次に、本実施形態における特徴である受熱器７における圧縮空気の加熱について説明する。
【００６１】
図３に示すように、太陽光は、入射部７３から筐体７１の内部に入射され、筐体７１の内周面において反射を繰り返す。筐体７１の内部に入射した太陽光、および、反射された太陽光は、図３および図４に示すように、受熱管路７２におけるコーティング層７５に入射し、太陽光のエネルギは熱に変換される。
【００６２】
コーティング層７５における太陽光が入射した面である外周面は、入射した太陽光により加熱され高温になる。コーティング層７５の外周面における熱は、受熱管路７２の中心に向かって、コーティング層７５および管本体７４の熱伝達係数に従って伝達する。
【００６３】
管本体７４の内周面まで伝達した熱は、管本体７４の内部を流れる圧縮空気に吸収され、圧縮空気の加熱に用いられる。
この際、圧縮空気は、タービュレータ７６により流れが拡散されるとともに、伝熱面積が拡大されているため、タービュレータ７６が無い場合と比較して、高い効率で加熱される。
【００６４】
その一方で、コーティング層７５の外周面と、管本体７４の内周面との間には温度差、いわゆる熱落差が形成されている。コーティング層７５はＴＢＣであるため、その他の材料から形成された層などと比較して、耐熱温度が高く（例えば、約８５０℃以上、約１３２０℃以下、より好ましくは、約１１５０℃以上、約１３２０℃以下）、かつ、遮熱性を有しているため、熱落差が大きくなる。
その結果、コーティング層７５の外周面から、管本体７４の内周面に伝達される熱流束密度が高くなり、管本体７４の内部を流れる圧縮空気を効率よく加熱することができる。
【００６５】
上記の構成によれば、コーティング層７５を配置したことにより、太陽光が照射される面と、空気などの流体が接触する面との間の温度差、言い換えると熱落差を大きくすることができる。そのため、空気を効率よく高温に加熱することができる。そのため、本実施形態の太陽熱発電設備１における発電効率の向上を図ることができる。
【００６６】
つまり、金属などの他の部材と比較して耐熱温度が高いコーティング層７５が設けられているため、太陽光が照射される面を高い温度まで加熱することができる。その結果、上述の温度差を大きくして、太陽光が照射される面から空気が接触する面への熱流束密度を増やし、空気を効率よく高温に加熱することができる。
【００６７】
その一方で、コーティング層７５が設けられていない場合と比較して、管本体７４を構成する部材に要求される耐熱性を抑制することができる。そのため、多孔質セラミックスなどと比較して熱衝撃に対する耐性が高い耐熱合金などを用いて管本体７４を構成することができる。その結果、多孔質セラミックス等を用いる場合と比較して、本実施形態の太陽熱発電設備１の受熱器７における熱衝撃耐性を高めることができ、かつ、製造コストの低減を図ることができる。
【００６８】
つまり、コーティング層７５の表面は、太陽光が照射されることから最も温度が高くなり、そこから、コーティング層７５と管本体７４との接触面、管本体７４と流体との接触面の順に温度が低くなる。そのため、コーティング層が設けられていない場合で、太陽光が照射される面の温度が同じときと比較して、管本体７４の温度を下げることができ、管本体７４を構成する部材に要求される耐熱性を抑制することができる。
【００６９】
筐体７１の内部に導かれた太陽光は、筐体７１の内周面において反射されるため、受熱管路７２に対して全ての方向から太陽光が照射される。そのため、受熱管路７２に対して所定の方向からのみ太陽光を照射する場合と比較して、効率よく空気を加熱することができる。
その一方で、受熱管路７２に対して全ての方向から太陽光が照射されることから、受熱管路７２の周方向にわたる温度差の発生を抑制することができ、受熱管路７２の損傷を抑制することができる。
【００７０】
〔第２の実施形態〕
次に、本発明の第２の実施形態について図５および図６を参照して説明する。
本実施形態の太陽熱発電設備の基本構成は、第１の実施形態と同様であるが、第１の実施形態とは、受熱器の構成が異なっている。よって、本実施形態においては、図５および図６を用いて受熱器の周辺のみを説明し、その他の構成要素等の説明を省略する。
図５は、本実施形態の太陽熱発電設備における受熱器の構成を説明する模式図である。
なお、第１の実施形態と同一の構成要素に付いては、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００７１】
本実施形態の太陽熱発電設備１０１の受熱器１０７は、第１の実施形態と同様に、タワーＴにおける太陽光が集光される位置に配置され、照射された太陽光のエネルギを熱に変換し、空気を加熱するものである（図１参照。）。
受熱器１０７には、図５に示すように、透明筐体１７１と、外側壁部（受熱部）１７２と、内側壁部１７３と、が設けられている。
【００７２】
透明筐体１７１は、石英ガラスなどの太陽光を透過する透明材料から形成された一端が閉じられた筒状の容器である。さらに、透明筐体１７１は、図５に示すように、受熱器１０７の外形を形成するとともに、内部に外側壁部１７２および内側壁部１７３などを収納する容器でもある。
【００７３】
外側壁部１７２は、耐熱合金などの耐熱性を有するとともに、熱衝撃に対する耐性を有する材料から形成された、一端が閉じられた筒状の容器である。さらに、外側壁部１７２は、図５に示すように、透明筐体１７１との間に第１流路１７４を形成するとともに、内側壁部１７３との間に第２流路１７５を形成するものである。
【００７４】
外側壁部１７２の表面には、図５に示すように、コーティング層７５が設けられている。
なお、コーティング層７５は、図５に示すように、外側壁部１７２における透明筐体１７１と対向する面、および、内側壁部１７３と対向する面に設けられていてもよいし、透明筐体１７１と対向する面のみに設けられていてもよく、特に限定するものではない。
【００７５】
第１流路１７４は、配管１０Ｄにより供給された圧縮空気が流れる流路であって、第２流路１７５とともに受熱器１０７の内部における圧縮空気の流路を形成するものである。
第１流路１７４は、外側壁部１７２に形成された連通孔１７６を介して第２流路１７５と、圧縮空気が流通可能に接続されている。
【００７６】
第２流路１７５は、第１流路１７４から加熱された圧縮空気が流入する流路であって、第１流路１７４とともに受熱器１０７の内部における圧縮空気の流路を形成するものである。
第２流路１７５は、配管１０Ｅと圧縮空気が流通可能に接続されている。
【００７７】
内側壁部１７３は、耐熱合金などの耐熱性を有するとともに、熱衝撃に対する耐性を有する材料から形成された、一端が閉じられた筒状の容器である。さらに、内側壁部１７３は、図５に示すように、外側壁部１７２の内部に配置され、外側壁部１７２との間に第２流路１７５を形成するものである。
【００７８】
上記の構成からなる受熱器１０７における作用について説明する。
なお、太陽熱発電設備１０１における発電の概略については、第１の実施形態と同様であるため、その説明を省略する。
【００７９】
太陽光は、図５に示すように、透明筐体１７１を透過して、コーティング層７５に照射されてコーティング層７５を加熱する。配管１０Ｄから供給された圧縮空気は、コーティング層７５と隣接した第１流路１７４に流入し、コーティング層７５の熱を吸収して加熱される。
その一方で、コーティング層７５の熱は外側壁部１７２に伝達され、外側壁部１７２を加熱する。
【００８０】
圧縮空気は第１流路１７４において加熱された後、外側壁部１７２と内側壁部１７３との間の第２流路１７５に流入する。圧縮空気は、外側壁部１７２と隣接する第２流路１７５を流れる間に、さらに外側壁部１７２の熱を吸収して加熱される。
第２流路１７５においてさらに加熱された圧縮空気は、配管１０Ｅに流入し、タービン部４に導かれる。
【００８１】
上記の構成によれば、圧縮空気を第１流路１７４、第２流路１７５の順に流すことにより、例えば、逆の順番に流す場合と比較して、効率よく圧縮空気を加熱することができる。
圧縮空気は第１流路１７４を流れる際に、加熱されたコーティング層７５から熱を吸収して素早く加熱され、その後、さらに第２流路１７５を流れる際に、コーティング層７５と比較して温度が低いが、圧縮空気よりも高温な外側壁部１７２から熱を吸収してさらに加熱される。このように、圧縮空気を２段階で加熱することにより、圧縮空気を効率よく加熱することができる。
【００８２】
図６は、図５の受熱器における別の実施例を説明する断面視図である。
なお、上述の実施形態のように、を一方が閉じた円筒状に形成された透明筐体１７１、外側壁部１７２、および、内側壁部１７３を用いて受熱器１０７を形成しても良いし、図６に示すように、筒状に形成された透明筐体２７１、および、外側壁部２７２を用いて受熱器２０７を形成することにより、第１流路１７４および第２流路１７５を形成しても良く、特に限定するものではない。
【符号の説明】
【００８３】
１，１０１  太陽熱発電設備
３  圧縮機
４  タービン部
５  発電機
７，１０７，２０７  受熱器（太陽熱受熱器）
７１  筐体
７２  受熱管路（受熱部）
７３  入射部
７４  管本体（受熱部）
７５  コーティング層
１７１，２７１  透明筐体
１７２，２７２  外側壁部（受熱部）
Ｈ  反射鏡（反射部）
【国際調査報告】
2010100992.tif 000010
2010100992.tif 000011