(57)【要約】【課題】従来の太陽光発電装置に比較して温度制御が可能な太陽光発電装置を提供する。【解決手段】集光装置４で集光された太陽光の輻射熱によってボイラー室２３を加熱して水蒸気を発生させ、タービンを駆動させる。同時に隣接する気室２４を加熱して、内部の気体を膨張させ、気室２４内の圧力を上昇させる。ボイラー室２３の温度を下げる場合には、排気弁Ｖ２を開放させ、急激に気室２４の気圧を下げることにより、断熱膨張による温度低下を起こさせ、隣接するボイラー室２３の温度を低下させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽光を所定の位置に集光する集光手段と、
前記集光手段によって集光された太陽光を受光して加熱される受光部と、
前記受光部の熱により、収容している水を水蒸気に変えるボイラー室と、
ボイラー室に隣接して設けられた前記ボイラー室の熱を内部の気体に伝達する気室と、
ボイラー室で生成された蒸気によって回転させられるタービンと、
前記タービンの回転によって発電する発電機と、
前記タービンを経た蒸気を水に復元する復水器と、
前記復水器によって生成された水を貯留し、貯留している水をボイラー室へ送る貯留部と、
前記貯留部と前記気室とを連通する連結路と、
連結路に設けられた開閉弁と、
太陽の位置を検出する太陽位置検出手段と、
前記太陽位置検出手段によって検出された太陽位置に基づいて前記ボイラー室内の水量を調整する水量調整手段とを有することを特徴とする太陽光発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、太陽光を用いて発電する太陽光発電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化ガスの一種でする炭酸ガスの発生を削減する試みが各分野で図られている。その一つに発電施設がある。火力発電所は、最も炭酸ガスを発生させる発電施設であり、また原子力発電所は、各廃棄物の処理の問題や、事故が起きた場合の社会的及び環境的な付加が多大である。そのため、近年では自然エネルギーを利用する発電施設、特に太陽光発電施設が注目されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２８１２５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
太陽光の熱エネルギーにより水蒸気を発生させタービンにより発電する施設としては、例えば、特許文献1に記載されているような施設がある。しかし、自然エネルギーを利用する発電施設には、エネルギー源(太陽光発電の場合には、太陽光)から発せられるエネルギーを適宜調整できないといった欠点がある。
【０００５】
例えば、太陽光から得られる熱は、得られるエネルギーの制御が難しく、緊急時に加熱を停止するなどといった制御が難しい場合がある。
【０００６】
この発明は、従来の太陽光発電装置に比較して温度制御が可能な太陽光発電装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以上のような問題を解決する本発明は、以下のような構成を有する。
【０００８】
（１）太陽光を所定の位置に集光する集光手段と、
前記集光手段によって集光された太陽光を受光して加熱される受光部と、
前記受光部の熱により、収容している水を水蒸気に変えるボイラー室と、
ボイラー室に隣接して設けられた前記ボイラー室の熱を内部の気体に伝達する気室と、
ボイラー室で生成された蒸気によって回転させられるタービンと、
前記タービンの回転によって発電する発電機と、
前記タービンを経た蒸気を水に復元する復水器と、
前記復水器によって生成された水を貯留し、貯留している水をボイラー室へ送る貯留部と、
前記貯留部と前記気室とを連通する連結路と、
連結路に設けられた開閉弁と、
太陽の位置を検出する太陽位置検出手段と、
前記太陽位置検出手段によって検出された太陽位置に基づいて前記ボイラー室内の水量を調整する水量調整手段とを有することを特徴とする太陽光発電装置。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１に記載の発明によれば、太陽光を集光することにより熱源を得て水蒸気を得るので、電力を得るコストが安価となる。ボイラー室の熱によって気室内の気体は膨張するので気室の圧力は高まり、開閉弁を開放することによって、貯留部内の水をボイラー室へ送り込み、ボイラー室の水量を適宜調整することができる。太陽位置を検出するので、太陽の高度が低い場合には、太陽からの少ない熱量に応じて水量を調整することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】ボイラー装置の構成を示す模式図である。
【図２】発電装置全体の構成を示す模式図である。
【図３】フローチャートである。
【図４】フローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の好適実施形態について詳説する。図１は、本発明の太陽光発電装置1のボイラー装置２の構成を示す模式図であり、図２は、本発明の太陽熱発電装置１の構成を示す模式図である。本発明の太陽光発電装置１は、ボイラー装置２で発生されられた水蒸気の流れによって回転させられるタービン３１と、タービン３１から流出した水蒸気を水に戻す復水器３２と、タービン３１の回転軸にロータが接続されている発電機３３と、復水器３２から供給される水に熱を沸騰させて水蒸気とするボイラー装置２と、太陽光を集光してボイラー室２に輻射熱を供給する太陽光集光装置４とを備えている。
【００１２】
ボイラー装置２は、内側に空洞を有し略円球状に形成された本体２１と、本体２１内に設けられた本体２１の空洞をボイラー室２３と気室２４とに分割する隔壁２２とを備えている。ボイラー室２３は、鉛直下方に位置し、気室２４はボイラー室２３の上側に位置し、ボイラー室２３の温度は、隔壁２２や本体２２の外壁２５を介して気室２４に伝わる構成となっている。
【００１３】
ボイラー室２３には、ボイラー室２３内で発生した水蒸気が導出される水蒸気管５１の一端が開口し、水蒸気管５１の他端は、タービン３１を収容するタービン室の内部に開口している。水蒸気管５１は、ボイラー室２３から気室２４内を挿通して本体２１の外部に延出した構成となっており、水蒸気の熱が水蒸気管５１を介して気室２４に伝わる構成ともなっている。
【００１４】
ボイラー室２３の底部には、内側に球面状に凹んだ被加熱部２６が設けられている。被加熱部２６には、更に球面状に凹んだ凹部が２６１が形成されている。被加熱部２６は、凹状に形成されることにより、温められて膨張した空気が外側に逃げずに、被加熱部２６内に滞留することとなり、ボイラー室２３の温度低下を抑制することができる。また、気室２４は、排気路２４１を有しており、排気路２４１には弁Ｖ４が設けられている。排気路２４１の一端は、気室２４内に開口し、他端は被加熱部２６の略頂点部（凹状部分の最も深い位置の近傍）に開口している。気室２４の圧力が高い状態で弁Ｖ４を開放すると、排気路２４１を通って圧縮された気体が放出される。この際、気体は断熱膨張するので、温度が低下し、ボイラー室２２を冷やす作用を発揮する。
【００１５】
被加熱部２６に対向して、集光装置４が配置されている。集光装置４は、太陽光を被加熱部２６へ向けて集光する集光手段であるパラボラ型反射部材４１と、該反射部材４１の反射面４１０の裏側に設けられたアーム４２と、該アーム４２の基端に設けられた角度調節機構４３と、太陽の位置を検出する太陽位置検出センサを備えている。
【００１６】
反射部材４１の反射面４１０は、凹状に湾曲し、反射面に当たった太陽からの平行光は、反射面４１０で反射して、集熱部２６に集光するような曲率で構成されている。また、角度調節機構４３は、天空上での太陽の移動に追従して反射面４１０の角度を変更し、常時太陽光の反射光が、集熱部２６に集光するように、アーム４２の角度を調整する。なお、角度調節機構４３が調整可能なアームの角度は、少なくとも直行する２方向を含む方向に変更可能であることが好ましい。
【００１７】
なお、反射部材４１を複数設け、各反射部材４１１〜４１ｎに、角度調節機構４３を設けて、各反射部材４１１〜４１ｎがそれぞれ被加熱部２６に太陽光を反射する構成としてもよい。
【００１８】
ボイラー室２３内には水が収容され、その水は、貯留部６１から供給される。貯留部６１は、送水管６３を介してボイラー室２３と連通しており、貯留部６１からボイラー室２３に水が適宜供給される。また、ボイラー室２３と貯留室６１の間には、返送管６４が配置されている。返送管６４の一端は、ボイラー室２３の水中内に位置し、他端は、貯留部６１に位置している。また、返送管６４には、弁Ｖ３が設けられている。
貯留部６１には、復水器３２で生成された水が水供給管５３を介して供給される。
【００１９】
また、貯留部６１内と気室２４内は、連通管６２で連結され、連通管６２には開閉弁Ｖ１が設けられている。また、気室２４には、排気弁Ｖ２が設けられている。また、気室２４には、圧力センサ８１と、温度センサ８２が設けられ、ボイラー室２３には、内部の水の量を検出する水位センサ８３、内部の水蒸気圧を検出する圧力センサ８４、内部温度を検出する温度センサ８５が設けられ、集熱部２６には、温度センサ８６が設けられている。
【００２０】
以上のように構成された本発明の太陽光発電装置１について、図３及び図４に示されているフローチャートに基づいて説明する。
日の出とともに太陽位置検出サブルーチン(ステップＳ１０１)を開始する。太陽位置検出サブルーチン(ステップＳ１０１)は、図４に示されているように、最初に、太陽位置センサによって太陽の位置を検出する(ステップＳ２０１)。太陽位置センサは、太陽の高度と、太陽の位置する方位を検出する。この太陽位置センサによって検出された位置に基づいて、集光装置４の角度調節機構４３の駆動量と駆動方向が決定され、反射部材４１の向きが調整される(ステップＳ２０３)。この調整によって、反射部材４１からの太陽光の反射光が、集熱部２６に集光される。
【００２１】
集光装置４によって集熱部２６に太陽光が集光されると、集熱部２６が太陽光の輻射熱で加熱されるので、太陽光から供給される熱量を算出する(ステップＳ２０５)。この熱量の算出は、ボイラー室２３内の水の温度をセンサ８５で検出し、この温度の上昇率から算出することができる。或いは、直接集熱部２６の温度センサ８６で検出された温度によって算出してもよい。
【００２２】
太陽位置検出サブルーチンはリターンされ、算出された熱量は、水増量所定値以上か否か判断する(ステップＳ１０３)。水増量所定値とは、ボイラー室２３内の水の温度が上昇して水蒸気を発生させ、タービン３１を回転させて所望の発電量を得られる十分な圧力が得られる熱量である。
【００２３】
太陽は、日の出から高度を上げるに従い、地上に到達する太陽光に含まれる赤外線が強くなる。つまり、日の出直後は、多くの熱量を集熱部２６に供給できない。そこで、太陽の高度が低く、供給できる熱量が少ない状態では、ボイラー室２３内の水量を少なくして、少量の熱量で水蒸気が発生できるように水量を調整し、太陽の高度が高くなるに従って、（即ち、太陽光から供給される熱量が増加するに従って、）ボイラー室２３の水量を増加する構成となっている。即ち、発電装置の駆動開始時の水量は、最も少ない水量となっており、最初の水増量所定値は、最も小さな値となる。そして、太陽の高度が上がり、太陽から供給される熱量が増加するに従って、ボイラー室２３内の水量を増加させ、より多くの水蒸気を発生させられる構成となっている。
【００２４】
ステップＳ１０３で、熱量が水増量所定値以上であると判断した場合には(ステップＳ１０３：Ｙ)、ボイラー室２３内の水を増量する(ステップＳ１０５)。この増量方法は、弁Ｖ１を開放することにより実施される。即ち、ボイラー室２３の温度が上がると、同時に気室２４内の温度も上昇し、気室２４内の気体は熱膨張し、圧力が高くなっている。ここで、弁Ｖ１を開放することで、気室２４内の圧力によって、貯留部６１内の水がボイラー室２３へ押し出され、水量が上昇する。水位センサ８３によって、所定の水位に到達したことが検出されると、弁Ｖ１が閉じられ、水の供給が止められる。
【００２５】
次に、太陽の位置センサの取得した太陽位置から、太陽が南中を過ぎたか否か判断する(ステップＳ１０７)。南中は、最も太陽から得られる熱量が多くなる位置であるので、この位置に到達していない場合(ステップＳ１０７：Ｎ)には、さらに熱量が増加すると予測されるので、水増量設定値を前回の設定値よりも高い値に再設定し(ステップＳ１０９)、ステップＳ１０１からの処理を繰り返す。水増量設定値は、予め所定間隔で複数設定され、太陽から得られる熱量の増加に応じて、再設定が繰り返される。即ち、太陽が南中に到達するまで、ステップＳ１０１〜ステップＳ１０９が繰り返される。
【００２６】
ボイラー室２３内で発生した水蒸気は、水蒸気管５１を通ってタービン３１に達し、タービン３１を回転させて配管５２を介して復水器３２に達する。タービン３１の回転によって発電機３３のロータが回転させられ、発電がおこなわれる。  復水器３２で水蒸気は、水に戻され、さらに水供給管５３を介して貯留部６１へ戻される。
【００２７】
太陽が南中を過ぎた場合(ステップＳ１０７：Ｙ)には、図４の太陽位置検出サブルーチン(ステップＳ１１１)を実行し、ステップＳ２０５で算出された熱量が終了値以下か判断し(ステップＳ１１３)、終了値以下でない場合(ステップＳ１１３：Ｎ)には、該熱量が水減量所定値以下か判断する(ステップＳ１１５)。太陽が南中を過ぎると、太陽の高度が下がり始め、太陽から供給される熱量が減少し始めるので、それに応じてボイラー室２３内の水を減量させ、供給される熱量で所望の発電ができる水量に調整する。
【００２８】
即ち、熱量が水減量所定値以下になった場合には、水減量所定値を直前の設定値よりも小さな値に再設定し(ステップＳ１１９)、ボイラー室２３の水量を所定量減らす(ステップＳ１１７)。水量の減量は、次のように行う。供給される熱量の減少によって、気室２４の温度は下がっており、貯留部６１内の圧力よりも下がっている。そこで、弁Ｖ１を開放すると、貯留部６１の圧力が下がり、圧力の高いボイラー室２３内の水が貯留部６１に流入し、水が減量される。気室２４の気圧が十分下がっていない場合には、弁Ｖ２を開放し、十分に圧力を下げてから、上記水減量動作を行ってもよい。
【００２９】
水減量所定値は、増量所定値と同様に予め所定の間隔で設定されている。ステップＳ１１７の実行の後、ステップＳ１１１〜Ｓ１１７を繰り返し実行する。そして、最終的に熱量が終了値まで低下した場合には(ステップＳ１１３：Ｙ)、発電処理を終了する。終了時には、弁Ｖ２又は弁Ｖ３を開放し、気室２４内の気圧を大気圧に戻す。
【００３０】
ボイラー室２３内の水量の増減に当たって、本発明の場合にはポンプなどの動力を必要とする送水装置を設ける必要がない。つまり、水の移動は、圧力差によって行っており、この圧力差も温度変化による圧力差であるため、送水装置を駆動させるための動力源が不要で、エネルギー損失を抑制することが可能となる。
【００３１】
また、ボイラー室２３の温度を下げる必要が生じた場合には、排気弁Ｖ４を開放する。これにより、圧力が高まっている気室２４内の空気は、断熱膨張により温度が低下し、隣接するボイラー室２３を冷やすこととなる。
【符号の説明】
【００３２】
１  太陽光発電装置
２  ボイラー装置
４  集光装置
２４  気室
２３  ボイラー室
３１  タービン
３２  復水器
３３  発電機
６１  貯留部
Ｖ１  開閉弁
Ｖ２  排気弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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