(57)【要約】  【課題】  年間降雨量が極端に少ない地域でも太陽熱を利用して発電できる装置を提供する。  【解決手段】  太陽光を集光し、それを熱源として加熱板に転送し、加熱貯水槽内の水を加熱、蒸発させ、タービン室に導いて蒸気タービンを回し、蒸気タービンの軸と連動した発電機を回して発電する。蒸気タービンを回した後の水蒸気を地下に埋め込まれた熱伝導パイプを通して低温である地中との温度差を利用して冷却し、凝結させて水に戻す。戻された水は送水ポンプで加熱貯水槽に戻す。水は密閉系を循環するのでロスもなく、冷却水を使うこともないので、乾燥地域でも優位に発電できる装置となる。  【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽光を集光し、集熱した熱源として加熱板表面に照射し、水を沸騰、蒸発させ、該水蒸気により蒸気タービンを回し、連動する発電機を回転させて発電する装置において、タービンを回した後の水蒸気を水に戻すため、地下に埋め込んだ熱伝導性パイプを通し低温である地中との温度差を利用することにより冷却することを特徴とする蒸気発電装置。
【請求項２】
加熱板に密着し、渦巻状もしくは蛇腹状の形状をした導水管に水を流し、加熱することを特徴とする請求項１記載の蒸気発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽熱と地中の温度差を利用した蒸気発電装置に関し、さらに詳しくは蒸気タービンを回転させた水蒸気を水に戻す際に、低温である地中との温度差を利用する蒸気発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、エネルギー源として太陽光を利用しようとする動きが活発である。その最もポピュラーなものは、半導体を使ったソーラーパネルで、太陽エネルギーを電気エネルギーに変換して利用しようとするものである。また、太陽光を集光し、それを熱源として水を蒸発させ、水蒸気に変え、水蒸気タービンを回して連動する発電機により発電しようとする動きもある。
【特許文献１】特開平８−４６２４６公報
【特許文献２】特開２００１−７４１２公報
【特許文献３】特開２００４−８４５９５公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、蒸気タービンを回して発電しようとする技術は火力発電や原子力発電で行われている方法であるが、回転運動に使用された水蒸気を回収する必要がある。そのため、多量の冷却水を使って水蒸気を冷却し、復水として加熱蒸発槽に戻すという方法が採られている。このため、火力発電所や原子力発電所は多量の冷却水が得られる海の傍に建設されるのが立地条件として適しているのである。
【０００４】
水が豊富に得られる地域においては、上記方法でも大きな問題にはならないが、水資源に乏しい地域、例えば砂漠地帯や年間降雨量が極端に少ない乾燥地帯においては、水は非常に貴重な資源であるため、水資源を有効に利用しなければならず、現在の太陽熱利用発電では水資源の浪費につながり、実用化に問題が生じることが考えられる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者らはこのような現状に鑑み、砂漠地帯でも乾燥地帯でも有効に作動できる発電システムを模索した結果、太陽の輻射熱で発生させた水蒸気で蒸気タービンを回した後に、水蒸気を低温である地中との温度差により冷却し、水に戻すことで水を循環利用できることを見出し、本発明を完成した。
【０００６】
すなわち、本発明の第１の要旨は、太陽光を集光し、集熱した熱源として加熱板表面に照射し、水を沸騰、蒸発させ、該水蒸気により蒸気タービンを回し、連動する発電機を回転させて発電する装置において、タービンを回した後の水蒸気を水に戻すため、地下に埋め込んだ熱伝導性パイプを通し低温である地中との温度差を利用することにより冷却することを特徴とする蒸気発電装置にある。また、本発明の第２の要旨は、前記装置において、加熱板に密着し、渦巻状もしくは蛇腹状の形状をした導水管に水を流し、加熱することを特徴とする蒸気発電装置にある。
【発明の効果】
【０００７】
本発明は、太陽光を集光し、それを熱源として水を蒸発させ、蒸発させられた水蒸気で蒸気タービンを回して発電する装置にある。なによりの利点は、蒸気タービンを回した後の水蒸気を水に戻す際に水蒸気を地下に埋没する熱伝導性パイプを通し低温である地中との温度差を利用することにより、水資源に乏しい地域において特に有用な発電装置を提供することにある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下に本発明を図面を交えて詳細に説明する。本発明は太陽の放射光を集め、それを水を入れた容器もしくは水の流れるパイプを収容した加熱容器に照射、加熱して水を蒸発させ、発生した水蒸気で蒸気タービンを回し、タービンと連動する発電機を回転させて発電する装置である。また本発明の特徴は水蒸気の回収方法にあり、水蒸気を水に戻すのに低温である地中との温度差を利用することにより冷却することである。
【０００９】
本発明の装置の実施態様の概略を図１に示す。まず、太陽光を反射鏡１に受け、集光し、それを熱源として加熱板２に放射する。加熱板は内部に水４の入った加熱貯水槽３と一体となっており、中の水を加熱蒸発させる。蒸発した水蒸気は導管５を通ってタービン室６に導かれ、蒸気タービン７を回転させる動力源となる。蒸気タービンは回転軸でつながった発電機８を回転させ発電させる。余分の水蒸気はバイパス径路を通して水蒸気導管に戻される。蒸気タービンを回転させた水蒸気は、冷却パイプ９に接触し、冷却されて水に戻る。水は送水ポンプ１０により加熱貯水槽に戻される。送水ポンプを運転するには、最初は蓄電池を使い、以降は本システムで発電した電力の一部を使用する。この径路には逆流防止弁１１がある。
【００１０】
本装置で発生した水蒸気は蒸気タービンを回すことにも使用できるが、この水蒸気でピストンを動かし、カムを使って発電機を回し、発電することも可能である。
【００１１】
太陽の集光熱により加熱される水は、上記の加熱貯水槽方式だけではなく、図２に示すように加熱板２２に密着するように設けた導水管２１内に水を通すことにより水を加熱し、蒸気にすることもできる。導水管は長さを確保するため渦巻状もしくは蛇腹状の形状にすることが好ましい。さらに平面または凹面状の反射鏡に集光し、焦点部を先端とする管の中に導水管を設けて水を流し、加熱、水蒸気化することもできる。
【００１２】
本発明の加熱板や加熱貯水槽、導水管には熱伝導性の良好な金属製のものが好ましく用いられる。例えば、銅、真鍮、ステンレスなどである。なかでも防サビやコストの面から、ステンレス製のものが好ましく用いられる。
【００１３】
水蒸気を水に戻すのに、本発明では低温である地中との温度差を利用することが特徴である。すなわち、水蒸気を凝結させ水に戻すのに冷却しなければならないのであるが、通常は冷却水が使われる。本発明においては、地中に埋め込んだ二重構造の熱伝導パイプ１２の外管と内間の間に水蒸気と凝結済みの水を流し、低温である地中との温度差を利用して混合物を冷却し水とする。水は冷却パイプを通して送水ポンプで汲み上げられて、水蒸気を冷やしながら加熱貯水槽に戻すのである。
【００１４】
本発明で使用する熱伝導パイプは二重構造になっている。外管１３と内管１４の間をタービンを回した後の水蒸気と凝結済みの水を通すようになっている。この管の空隙を流れる間に低温である地中との温度差のため水蒸気は熱を奪われて水に戻る。熱伝導パイプの底に溜まった水は、内管の中を通して汲み上げられ、タービン室内の冷却パイプに導かれて水蒸気を冷却する。この際、水蒸気から熱を奪って水は加熱されて加熱貯水槽に戻る。
【００１５】
このような冷却システムを採用しているため、冷却水を必要とせず、また、蒸発させる水、凝結された水（復水）は密閉系の系内を循環しているので、系内の水量の減少はほとんど無いといってよい。このような発電システムであるため、本発明は年間降雨量の少ないか極端に少ない乾燥地帯、砂漠地帯での発電システムとして特に有用である。また、若干量の水のロスの補給もしくはメンテナンス時の水の取り換えのために、径路のどこかに水の注水口１５を設けておくことが好ましい。
【００１６】
地下に埋め込む熱伝導パイプの材質は、熱伝導性良好の金属から成るものが良く、銅、真鍮、アルミニウム、ステンレス製のものが好ましく、なかでも防サビやコストの面からステンレス製のものが好ましく用いられる。
【００１７】
また、本発明の発電機を設置する場所が、乾燥し、気温の高い地域である場合、地表の近い部分は地表面温度の影響を受けている。従って、冷却効果を得るには、熱伝導性パイプを相当深い部分まで到達させる必要がある。熱伝導パイプの地上に露出している部分および地表面の温度の影響を受けている部分では、熱伝導パイプに高温が伝わらないようにするため断熱材を巻き付けることが好ましい。
【００１８】
このようにして起電された電気はそのままエネルギー源として利用されるか、一度蓄電池（図示していない）に貯えられ、夜間や発電出来ない時のエネルギー源として利用することができる。また、大量の発電容量を必要とする場合は、反射鏡を複数個設け、そこから特定の加熱板に照射するとか、本装置を複数組設置することにより発電容量を増大させることも可能である。
【実施例１】
【００１９】
太陽光を集光し、これを熱源として反射鏡で加熱板表面に照射した。加熱板表面は約３５０℃になっていた。加熱貯水槽の内部の水は沸騰し、蒸発した蒸気はタービン室に送られ、蒸気タービンおよび連動した発電機を回転させることができた。タービンを回した後の水蒸気はすでに凝結されていた水と一緒の混合物となって地中に埋め込まれた二重構造の熱伝導パイプの外管と内管の間に通した。外管の表面温度は約１３℃であった。混合物は水になっていた。この水を送水ポンプを使って冷却パイプを通しながらタービン室の中に通し、水蒸気を冷却させながら、加熱貯水槽に戻した。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の装置の実施態様の一例を示す概略図。
【図２】本発明の加熱装置の一例を示す概略図。
【符号の説明】
【００２１】
１  ……  反射鏡
２  ……  加熱板
３  ……  加熱貯水槽
４  ……  水
５  ……  水蒸気導管
６  ……  タービン室
７  ……  蒸気タービン
８  ……  発電機
９  ……  冷却パイプ
１０  ……  送水ポンプ
１１  ……  逆流防止弁
１２  ……  熱伝導性パイプ
１３  ……  外管
１４  ……  内管
１５  ……  注水口
２１  ……  導水管
２２  ……  加熱板
【図１】
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【図２】
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