(57)【要約】【課題】配管及び支持部の影による集光効率の低下を抑制すると共に、配管に対する強風の影響を抑制する。【解決手段】レシーバ８に接続される副配管及び当該副配管に接続される主配管が、流体をレシーバ８へ供給する側の副供給配管６及び主供給配管３であっても、流体をレシーバ８から排出する側の副排出配管７及び主排出配管４であっても、複数の副配管が主配管に合流する構成とすることにより、副配管を主配管より細く軽くし、また、これにより、副配管を支持する支持部も細くする。更に、主配管を、ミラー９及びレシーバ８への太陽光の入射を妨げない位置に配置する。以上により、主配管及び副配管、並びに支持部の影による集光効率の低下を抑制すると共に、副配管の軽量化により配管に対する強風の影響を抑制する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽光を反射する反射部と、
前記反射部で反射された太陽光を集光し、流体を加熱する集光部と、
前記集光部に接続される副配管と、
前記副配管が複数合流する主配管と、を備え、
前記主配管は、前記反射部及び前記集光部への太陽光の入射を妨げない位置に配置されていることを特徴とする太陽熱集光装置。
【請求項２】
前記主配管は、前記集光部へ前記流体を供給する側の主供給配管かつ／または前記集光部から前記流体を排出する側の主排出配管を有し、
前記副配管は、前記集光部へ前記流体を供給する側の副供給配管かつ／または前記集光部から前記流体を排出する側の副排出配管を有することを特徴とする請求項１記載の太陽熱集光装置。
【請求項３】
前記主供給配管かつ／または前記主排出配管は、前記反射部の下方に設けられていることを特徴とする請求項２記載の太陽熱集光装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項記載の太陽熱集光装置と、
前記太陽熱集光装置で発生した熱をエネルギーとして利用するエネルギー変換部と、を備えた太陽熱集光システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽熱集光装置及び太陽熱集光システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、地面付近に設置されたミラーで太陽光を上方へ反射し、レシーバに反射光を入射させ集光させることで、管状のレシーバ内部を流通する熱媒体を加熱し発電に利用する太陽熱集光システムが知られている（例えば、特許文献１参照）。この太陽熱集光システムで用いられる太陽熱集光装置では、レシーバは、熱媒体（流体）が流通するための配管を有すると共に、反射光を入射すべく支持台（支持部）により高所に支持されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−０２０７４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、太陽熱集光装置では、レシーバの配管を太くすることで、流通する流体の熱輸送量を増大させている。しかしながら、地上のミラーの上方に太い配管が配置されると、ミラーに対する配管の影が大きくなるため、集光効率が低下する。また、高所に配置された太く重い配管は強風の影響を受けて揺動するおそれがある。このため、強風による配管の揺動を抑制するために支持部を太くして剛性を高める必要があり、この場合も、ミラーに対する支持部の影が大きくなり、更に集光効率が低下することになる。
【０００５】
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、配管及び支持部の影による集光効率の低下を抑制できると共に、配管に対する強風の影響を抑制できる太陽熱集光装置及び太陽熱集光システム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】
【０００６】
本発明に係る太陽熱集光装置は、太陽光を反射する反射部と、反射部で反射された太陽光を集光し、流体を加熱する集光部と、集光部に接続される副配管と、副配管が複数合流する主配管と、を備え、主配管は、反射部及び集光部への太陽光の入射を妨げない位置に配置されている。
【０００７】
この太陽熱集光装置によれば、集光部に接続される副配管及び当該副配管に接続される主配管が、流体を集光部へ供給する側であっても、かつ／または、集光部に接続される副配管及び当該副配管に接続される主配管が、流体を集光部から排出する側であっても、複数の副配管が主配管に合流する構成のため、副配管を主配管より細く軽くすることができ、また、これにより、副配管を支持する支持部も細くすることができる。更に、主配管は、反射部及び集光部への太陽光の入射を妨げない位置に配置される。以上により、主配管及び副配管、並びに支持部の影による集光効率の低下を抑制できると共に、副配管の軽量化により配管に対する強風の影響を抑制できる。
【０００８】
ここで、上記作用を好適に奏する構成としては、具体的には、主配管は、集光部へ流体を供給する側の主供給配管かつ／または集光部から流体を排出する側の主排出配管を有し、副配管は、集光部へ流体を供給する側の副供給配管かつ／または集光部から流体を排出する側の副排出配管を有する構成が挙げられる。
【０００９】
また、主供給配管かつ／または主排出配管は、反射部の下方に設けられていてもよい。この場合、太い主供給配管かつ／または太い主排出配管を反射部の下方に配置できるため、敷地を有効に活用できる。
【００１０】
また、本発明に係る太陽熱集光システムは、上記太陽熱集光装置と、上記太陽熱集光装置で発生した熱をエネルギーとして利用するエネルギー変換部と、を備えている。この太陽熱集光システムによれば、上記作用効果を好適に実現することができると共に、好適にエネルギーとして利用できる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、配管及び支持部の影による集光効率の低下を抑制できると共に、配管に対する強風の影響を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１実施形態に係る太陽熱集光システムを示す概略図である。
【図２】図１中の太陽熱集光装置を示す概略側面図である。
【図３】第２実施形態に係る太陽熱集光装置を示す概略図である。
【図４】第３実施形態に係る太陽熱集光装置を示す概略図である。
【図５】第４実施形態に係る太陽熱集光装置を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
［第１実施形態］
以下、本発明の好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、第１実施形態に係る太陽熱集光システムを示す概略図、図２は、図１中の太陽熱集光装置を示す概略側面図である。図１に示すように、太陽熱集光システム３０は、太陽光を反射させ集光させて流体を加熱する太陽熱集光装置１と、加熱された流体との間で熱交換を行って得た熱を利用し発電を行う発電装置（エネルギー変換部）２と、を備える。なお、ここでは特に好ましいとして流体を空気としているが、空気に限定されず、オイル、溶融塩等を用いてもよい。
【００１４】
太陽熱集光装置１は、図１及び図２に示すように、主供給配管（主配管）３、主排出配管（主配管）４、及び複数の太陽熱集光ユニット５を備えている。太陽熱集光ユニット５は、それぞれ、副供給配管（副配管）６、副排出配管（副配管）７、複数のレシーバ（集光部）８、及び複数のミラー（反射部）９を有している。
【００１５】
主供給配管３は、発電装置２における熱交換によって冷却され配管１８を経由した流体を、各太陽熱集光ユニット５へ供給するためのものである。主供給配管３は、例えば内径約０．４ｍの太いステンレス鋼鋼管に断熱材（不図示）を被覆して形成されており、ミラー９（詳しくは後述）の下方に配置されている。また、主供給配管３は、ミラー９下において約２００ｍに亘って直線状に延在する直線部を有している。
【００１６】
各太陽熱集光ユニット５を構成するそれぞれの副供給配管６は、主供給配管３を流通する流体を分流させ、当該各太陽熱集光ユニット５の各レシーバ８へ送るためのものである。副供給配管６は、例えば内径約０．１ｍの細いステンレス鋼鋼管に断熱材（不図示）を被覆して形成されている。副供給配管６は、主供給配管３から分岐し上方に向かって略垂直に立設された垂直部６ａと、垂直部６ａの上端部に接続され、主供給配管３の延在方向に沿って略水平方向に横設され端部が閉止された水平部６ｂと、を有している。そして、各太陽熱集光ユニット５の各副供給配管６が主供給配管３にそれぞれ接続され、これらの複数の副供給配管６が主供給配管３に合流する構成となっている。
【００１７】
主排出配管４は、太陽熱集光ユニット５のレシーバ８（詳しくは後述）において加熱された流体を、太陽熱集光ユニット５から取り出すためのものである。主排出配管４は、例えば内径約０．５ｍの太いステンレス鋼鋼管に断熱材（不図示）を被覆して形成されており、主供給配管３と同様に、ミラー９の下方に配置されている。また、主排出配管４は、ミラー９下において約２００ｍに亘って直線状に延在する直線部を、主供給配管３と同様に有している。なお、主排出配管４の直線部は、主供給配管３の直線部と並設されている。
【００１８】
各太陽熱集光ユニット５を構成するそれぞれの副排出配管７は、当該各太陽熱集光ユニット５の各レシーバ８からの加熱された流体を取り出して主排出配管４へ送り、主排出配管４で合流させるためのものである。副排出配管７は、例えば内径約０．１ｍの細いステンレス鋼鋼管に断熱材（不図示）を被覆して形成されている。副排出配管７は、主排出配管４から分岐し上方に向かって略垂直に立設された垂直部７ａと、垂直部７ａの上端部に接続され、主排出配管４の延在方向に沿って略水平方向に横設され端部が閉止された水平部７ｂと、を有している。そして、各太陽熱集光ユニット５の各副排出配管７が主排出配管４にそれぞれ接続され、これらの複数の副排出配管７が主排出配管４に合流する構成となっている。
【００１９】
副供給配管６及び副排出配管７について、各々の垂直部６ａ，７ａは、各太陽熱集光ユニット５における両端付近に互いに離間して立設されている。また、各々の水平部６ｂ，７ｂは、それぞれ垂直部６ａ，７ａの上端部から他方の垂直部７ａ，６ａの上端部付近に向かって、互いに近接し並ぶように延びている。なお、本実施形態では、副供給配管６の水平部６ｂの方が、副排出配管７の水平部７ｂより上方に配置されているが、水平部６ｂ，７ｂの上下関係は特に限定されるものではない。また、副供給配管６及び副排出配管７は、支持部（不図示）によって支持されている。
【００２０】
レシーバ８は、太陽光を集光すると共に、内部に流体を流通させることで、伝熱によって流体を加熱するものである。レシーバ８は、例えばステンレス鋼鋼管を用いて形成されており、その一端が副供給配管６の水平部６ｂに接続されると共に、その他端が副排出配管７の水平部７ｂに接続されている。
【００２１】
レシーバ８は、本実施形態においては、各太陽熱集光ユニット５に４つずつ設けられている。レシーバ８は、副供給配管６及び副排出配管７の水平部６ｂ，７ｂに、配管の延在方向に沿って等間隔に設けられ、隣り合うレシーバ８，８同士の間隔は約３．３ｍとなるように構成されている。また、太陽熱集光ユニット５の配管の延在方向の長さは約１３ｍであり、太陽熱集光ユニット５は、主供給配管３及び主排出配管４の直線部に１６ユニットが並んでいる（図１では、３ユニットのみ図示）。なお、上記レシーバ８，８同士の間隔、太陽熱集光ユニット５の配管の長さ、及びユニット数等は、好適な実施形態の一例であって、特に限定されるものではない。
【００２２】
なお、各太陽熱集光ユニット５に設けられるレシーバ８の個数は４つに限られない。例えば、レシーバ８を、より少ない個数ずつ設けることとすれば、副供給配管６及び副排出配管７をより細く軽くすることができるため、配管の影による集光効率の低下をより抑制できると共に、副供給配管６及び副排出配管７の軽量化により配管に対する強風の影響をより抑制できる。また、レシーバ８を、より多い個数ずつ設けることとすれば、副供給配管６及び副排出配管７の垂直部６ａ，７ａの数を減らすことができるため、配管及び支持部の影による集光効率の低下をより抑制できる。
【００２３】
ミラー９は、太陽光を反射し、レシーバ８に入射させるためのものである。図示する例では、ミラー９は、各レシーバ８に対して１５枚ずつ、主供給配管３及び主排出配管４と直交し且つ略水平方向に、一列に整列するように配置されている。各ミラー９は、角度を傾けるための駆動装置（不図示）を備えており、太陽の動きに合わせて自動で角度を変えることで、常に反射光がレシーバ８に入射するように制御されている。なお、図１においては、説明のために、太陽光が一部のミラー９にのみ反射し、一つのレシーバ８にのみ入射するように示しているが、実際は略全てのミラー９に太陽光が反射し、各々対応するレシーバ８に入射する。
【００２４】
図１に示すように、発電装置２は、太陽熱集光装置１で加熱され配管１９を経由した流体と熱交換を行い蓄熱する蓄熱部１０と、蓄熱部１０で蓄熱した熱を利用して発電を行う発電部１１と、を有している。
【００２５】
蓄熱部１０は、固体の蓄熱体を敷き詰めたものであり、配管１９からの加熱された流体が蓄熱体の隙間を通過する過程で、蓄熱体と流体との間の熱交換を行う。ここでは、蓄熱部１０は、蓄熱体を通過する前後で流体の温度を例えば約６５０℃から約１２０℃まで低下させる。蓄熱体としては、例えば石を使用することができ、この場合、コストを低減しつつ、蓄熱体に要求される十分な性能を確保できる。
【００２６】
発電部１１は、蓄熱部１０が流体から得た熱によって水から蒸気を発生させる蒸気発生器１３と、当該蒸気によって回転駆動される蒸気タービン１４と、蒸気タービン１４と連動して回転駆動され発電を行う発電機１５と、蒸気タービン１４を通過した蒸気を水に戻す復水器１６と、主に復水器１６を通過した水から空気を取り除く脱気器１７と、を有している。なお、発電部１１としては上記構成に限定されず、蓄熱部１０が得た熱を利用して発電を行うことができれば、あらゆる構成を採用することができる。
【００２７】
続いて、太陽熱集光装置１及び太陽熱集光システム３０の作用・効果について説明する。
【００２８】
太陽熱集光システム３０において、ファン１２の吸引により蓄熱部１０を通過して冷却された流体は、配管１８を経由し主供給配管３を流通する。主供給配管３は、流体の全量が流通できるように太く形成されている。
【００２９】
流体は、主供給配管３から、各太陽熱集光ユニット５の副供給配管６に分流される。太陽熱集光ユニット５は、本実施形態においては、１６ユニットから構成され、各々の副供給配管６における流体の流量は主供給配管３における流量の約１６分の１となる。このため、副供給配管６は主供給配管３と比較して細く形成されている。
【００３０】
副供給配管６は、ミラー９の上方に配置されているが、細いためミラー９に対する配管の影が小さく、集光効率の低下が抑制される。また、副供給配管６は、高所に配置されているが、細く軽量であるため強風の影響による揺動が抑制される。更に、副供給配管６は、強風の影響による揺動を抑制するために支持部を太くして剛性を高める必要がないことからも、ミラー９に対する支持部の影が大きくならず、集光効率の低下が抑制される。
【００３１】
そして、副供給配管６を流通する流体は、対応する太陽熱集光ユニット５の各レシーバ８を介して、副排出配管７へ移動する。このとき、流体は、太陽光が集光されたレシーバ８を通過することで、温度が約１２０℃から約６５０℃まで加熱される。
【００３２】
副排出配管７における流体の流量は、副供給配管６における流量と同様に、主供給配管３における流量の約１６分の１となる。このため、副排出配管７は主供給配管３と比較して細く形成されている。副排出配管７は、ミラー９の上方に配置されているが、細いためミラー９に対する配管の影が小さく、集光効率の低下が抑制される。また、副排出配管７は、高所に配置されているが、細く軽量であるため強風の影響による揺動が抑制される。更に、副排出配管７は、強風の影響による揺動を抑制するために支持部を太くして剛性を高める必要がないことからも、ミラー９に対する支持部の影が大きくならず、集光効率の低下が抑制される。
【００３３】
そして、各太陽熱集光ユニット５の副排出配管７を流通する流体は、主排出配管４に合流される。主排出配管４は、１６ユニットある太陽熱集光ユニット５からの流体が合流されるため、主供給配管３における流量と同量の流量となる。このため、主排出配管４は、流体の全量が流通できるように太く形成されている。
【００３４】
主排出配管４を流通する加熱された流体は、配管１９を経由して蓄熱部１０に至り、蓄熱部１０を通過する際に蓄熱体との間で熱交換が行われて冷却され、冷却された流体は、配管１８を経由して再び主供給配管に供給され、主供給配管３を流通する。一方、発電部１１では、蒸気発生器１３において、蓄熱部１０が流体から得た熱によって水から蒸気が発生し、当該蒸気によって蒸気タービン１４及び発電機１５を回転駆動させることで発電を行う。
【００３５】
以上説明したように、本実施形態に係る太陽熱集光装置１によれば、レシーバ８に接続される副配管及び当該副配管に接続される主配管が、流体をレシーバ８へ供給する側の副供給配管６及び主供給配管３であっても、流体をレシーバ８から排出する側の副排出配管７及び主排出配管４であっても、複数の副配管が主配管に合流する構成のため、副配管を主配管より細く軽くすることができ、また、これにより、副配管を支持する支持部も細くすることができる。更に、主配管は、ミラー９及びレシーバ８への太陽光の入射を妨げない位置、すなわち、ミラー９の下方に配置される。以上により、主配管及び副配管、並びに支持部の影による集光効率の低下を抑制できると共に、副配管の軽量化により配管に対する強風の影響を抑制できる。
【００３６】
また、このように、主排出配管４及び主供給配管３は、ミラー９の下方に設けられているため、太い主排出配管４及び太い主供給配管３をミラー９の下方に配置でき、敷地を有効に活用できる。
【００３７】
また、本実施形態に係る太陽熱集光システム３０は、上記太陽熱集光装置１と、上記太陽熱集光装置１で発生した熱をエネルギーとして利用する発電装置２と、を備えているため、上記作用効果を好適に実現することができると共に、好適にエネルギーとして利用できる。
【００３８】
なお、本実施形態においては、主供給配管３及び主排出配管４の両方が、ミラー９及びレシーバ８への太陽光の入射を妨げない位置に配置されているが、主供給配管３又は主排出配管４の何れか一方が、ミラー９及びレシーバ８への太陽光の入射を妨げない位置に配置されていてもよい。この場合、ミラー９及びレシーバ８への太陽光の入射を妨げない主供給配管３又は主排出配管４の何れか一方が、ミラー９の下方に設けられていることが好ましい。
【００３９】
また、主供給配管３及び主排出配管４は、地中に埋設してもよい。この場合、主供給配管３及び主排出配管４を断熱材で被覆する必要がなくなると共に、敷地を有効に活用できる。
【００４０】
また、上記実施形態において、エネルギー変換部は、発電装置２によって構成されているが、給湯装置、空調装置等であってもよい。
【００４１】
［第２実施形態］
図３は、第２実施形態に係る太陽熱集光装置を示す概略図である。この第２実施形態の太陽熱集光装置２０では、流体が、主供給配管３及び主排出配管４の直線部を互いに反対方向に向かうように流通している。具体的には、主供給配管３の直線部を流通する流体は、各太陽熱集光ユニット５において加熱されて折り返し、主排出配管４の直線部を流通し、主供給配管３と配管１８とが接続されている側へ向かう。このため、加熱された流体が流れる配管を、第１実施形態における配管１９のように遠回りさせる必要がない。
【００４２】
また、この太陽熱集光装置２０では、水平部に２つのレシーバ８が設けられている。このため、水平部に４つのレシーバ８が設けられている第１実施形態の場合と比較して各水平部６ｂ、７ｂの長さが短くなり、流体が水平部６ｂ、７ｂを流通する際の圧損がより減ることになって、圧損を低減できる。
【００４３】
［第３実施形態］
図４は、第３実施形態に係る太陽熱集光装置を示す概略図である。この第３実施形態の太陽熱集光装置２１では、副供給配管６及び副排出配管７がＴ字状をなしている。具体的には、副供給配管６及び副排出配管７は、垂直部６ａ，７ａが互いに隣接して設けられると共に、垂直部６ａ，７ａの上端から両方の水平方向へ延びるように水平部６ｂ，７ｂがそれぞれ設けられており、水平部の各片側にはそれぞれ２つのレシーバ８が設けられている。このため、第１実施形態の場合と比較して、流体が水平部６ｂ、７ｂを流通する際の圧損がより減ることになり、圧損を低減できる。
【００４４】
なお、太陽熱集光装置２１では、第２実施形態の場合と同様に、主供給配管３の直線部を流通する流体は、各太陽熱集光ユニット５において加熱されて折り返し、主排出配管４の直線部を流通し、主供給配管３と配管１８とが接続されている側へ向かうため、加熱された流体が流れる配管を、第１実施形態における配管１９のように遠回りさせる必要がない。
【００４５】
［第４実施形態］
図５は、第４実施形態に係る太陽熱集光装置を示す概略図である。この第４実施形態の太陽熱集光装置２２では、副供給配管６及び副排出配管７の水平部６ｂ，７ｂの各片側に、それぞれ１つのレシーバ８が設けられている点で、第３実施形態の太陽熱集光装置２１と主に相違する。
【００４６】
このような第４実施形態の太陽熱集光装置２２によれば、第３実施形態の場合と比較して、流体が水平部６ｂ、７ｂを流通する際の圧損がより減ることになり、より圧損を低減できる。
【００４７】
なお、太陽熱集光装置２２においても、第２実施形態及び第３実施形態の場合と同様に、主供給配管３の直線部を流通する流体が各太陽熱集光ユニット５において加熱されて折り返し、主排出配管４の直線部を流通し、主供給配管３と配管１８とが接続されている側へ向かう構成としてもよく、この場合、加熱された流体が流れる配管を、第１実施形態における配管１９のように遠回りさせる必要がなくなる。
【符号の説明】
【００４８】
１，２０，２１，２２…太陽熱集光装置、３…主供給配管（主配管）、４…主排出配管（主配管）、６…副供給配管（副配管）、７…副排出配管（副配管）、８…レシーバ（集光部）、９…ミラー（反射部）、３０…太陽熱集光システム。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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