(57)【要約】      （修正有）【課題】太陽熱発電装置の配管の劣化を防止することができる集熱レシーバを提供する。【解決手段】貫通孔２１を有する熱吸収体２０と、熱吸収体２０を収容するとともに接続孔３４を有するハウジング３０とからなる集熱レシーバ１０Ａは、熱吸収体２０と接続孔３４との間に、流体抵抗体５０を有する。このため、熱吸収体２０の中央部分で熱く加熱された空気が、流体抵抗体５０によって減速され、空気の流れと直交する方向に拡散される。これにより、熱く熱せられた空気が混合されて均熱化されるので、金属製のパイプ４０の劣化を抑制することができる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
貫通孔を有する熱吸収体と、前記熱吸収体を収容するとともに接続孔を有するハウジングとからなる集熱レシーバであって、
前記熱吸収体と前記接続孔との間に、流体抵抗体を有することを特徴とする集熱レシーバ。
【請求項２】
前記流体抵抗体は、連続多孔体であることを特徴とする請求項１に記載の集熱レシーバ。
【請求項３】
前記流体抵抗体は、前記接続孔の断面と交差する軸線を有する螺旋面に沿って配置されたフィンで構成されることを特徴とする請求項１に記載の集熱レシーバ。
【請求項４】
前記流体抵抗体はセラミックよりなることを特徴とする請求項１〜請求項３のうちのいずれか一項に記載の集熱レシーバ。
【請求項５】
前記ハウジングはセラミックよりなることを特徴とする請求項１〜請求項４のうちのいずれか一項に記載の集熱レシーバ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽熱発電装置に使用される集熱レシーバに関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽熱、地熱などを利用した自然エネルギーは、天然資源を枯渇させることがない上に、大気汚染、地球温暖化、廃棄物などの問題がなく、核燃料、化石燃料に替わるエネルギー源として期待されている。中でも太陽光を利用した太陽熱発電は、エネルギーの量が豊富であり、地熱エネルギーのように偏在せず、どこでも得られるのでその利用が期待されている。
太陽熱発電には、太陽の追尾機能を有するミラーを用い、太陽光をタワーに備えられた集熱レシーバに集光させるタワー型の太陽熱発電がある。タワー型の太陽熱発電では、多くのミラーからの光を１カ所に集めるので高い温度が得られ、エネルギー効率が高い特徴がある。
【０００３】
タワー型の太陽熱発電に用いられる集熱レシーバは、高い温度を得るために、材質、構造など様々な工夫がされている（特許文献１参照）。
特許文献１に記載の集熱レシーバは、熱媒体を通過させるための複数の流路が並設された１個又は複数個のハニカムユニットからなる熱吸収体と、該熱吸収体を支持するとともに、熱媒体を流通させる支持体とを有する。熱吸収体は、炭化ケイ素を含んで構成され、太陽光が照射される面には、研磨処理又はコーティング処理のいずれかの表面処理が施されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−９３００３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述したような太陽熱発電においては、熱効率を高めるために、高温で動作させることが望まれる。このため、特許文献１に記載された太陽熱発電装置では耐熱性の高い集熱レシーバを用いたり、熱媒体をオイルなどの液体ではなくガスを用いて発電している。このような太陽熱発電装置においては、熱媒体を輸送するために配管が用いられる。熱媒体の配管は、熱媒体を遠方まで輸送するために長く、また接合性などの観点から、溶接、ねじ切りのし易い金属配管が用いられる。
しかしながら、太陽熱発電における熱媒体の温度が高くなるにつれて、熱媒体の配管など、太陽熱発電装置に使用する部材の耐熱性、熱歪みの影響が出てくるようになる。このため、太陽熱発電の高温化には配管の耐熱化について配慮が必要となる。
【０００６】
本発明では、前記課題を鑑み、太陽熱発電装置の配管の劣化を防止することができる集熱レシーバ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】
【０００７】
前記課題を解決するための本発明の集熱レシーバは、貫通孔を有する熱吸収体と、前記熱吸収体を収容するとともに接続孔を有するハウジングとからなる集熱レシーバであって、前記熱吸収体と前記接続孔との間に、流体抵抗体を有する。
【０００８】
本発明の集熱レシーバによれば、熱吸収体は、中央部分の温度が高くなりやすく、熱く加熱された空気が発生する。接続孔に金属製の熱媒の配管が取り付けられている場合に、加熱された空気がそのまま配管に接触すると、劣化を速めることになる。このため、熱吸収体と接続孔との間に、流体抵抗体を設けたので、空気が流体抵抗体によって減速され、空気の流れと直交する方向に拡散される。
これにより、熱く熱せられた空気が混合されて均熱化されるので、配管の劣化を抑制することができる。
【０００９】
さらに、本発明の集熱レシーバは、以下の態様であることが望ましい。
（１）前記流体抵抗体は、連続多孔体である。
流体抵抗体が、連続多孔体であるので、気孔の大きさ、気孔率を変えることで空気抵抗を適宜コントロールでき効率良く空気を混合させることができる。
【００１０】
（２）前記流体抵抗体は、前記接続孔の断面と交差する軸線を有する螺旋面に沿って配置されたフィンで構成される。
流体抵抗体が、軸線が開口と交差する螺旋面に沿って配置されたフィンであるので、流体の流れに沿って渦流を生成させることができ、少ない抵抗で効率良く撹拌することができる。
【００１１】
（３）前記流体抵抗体はセラミックよりなる。
流体抵抗体がセラミックからなるので、耐熱性を有しており、好適に利用することができる。
【００１２】
（４）前記ハウジングはセラミックよりなる。
ハウジングはセラミックからなるので、耐熱性、耐蝕性を備え、高強度である。このため、高温環境下あるいは腐食性環境下など過酷な環境下でも使用することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、熱吸収体と接続孔との間に設けられた流体抵抗体により、熱く熱せられた空気が混合されて均熱化されるので、太陽熱発電装置の配管の劣化を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係る集熱レシーバを用いた発電装置の全体図である。
【図２】レシーバアレイの一部の正面図である。
【図３】本発明に係る第１実施形態の集熱レシーバの断面図である。
【図４】本発明に係る第２実施形態の集熱レシーバの断面図である。
【図５】本発明に係る第２実施形態の集熱レシーバを一部透視した斜視図である。
【図６】本発明に係る第２実施形態の集熱レシーバにおける空気の流れを示す説明図である。
【図７】本発明に係る第２実施形態の集熱レシーバの変形例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の集熱レシーバについて説明する。
【００１６】
本発明の集熱レシーバは、貫通孔を有する熱吸収体と、前記熱吸収体を収容するとともに接続孔を有するハウジングとからなる集熱レシーバであって、前記熱吸収体と前記接続孔との間に、流体抵抗体を有する。
【００１７】
本発明の集熱レシーバによれば、熱吸収体は、中央部分の温度が高くなりやすく、熱く加熱された空気が発生する。接続孔に金属製の熱媒の配管が取り付けられていると、加熱された空気がそのまま配管に接触すると、劣化を速めることになる。このため、熱吸収体と接続孔との間に、流体抵抗体を設けたので、空気が流体抵抗体によって減速され、空気の流れと直交する方向に拡散される。
これにより、熱く熱せられた空気が混合されて均熱化されるので、配管の劣化を抑制することができる。
【００１８】
さらに、本発明の集熱レシーバは、以下の態様であることが望ましい。
（１）前記流体抵抗体は、連続多孔体である。
流体抵抗体が、連続多孔体であるので、効率良く空気を混合させることができる。
連続多孔体とは、気孔が連続した多孔体である。
【００１９】
（２）前記流体抵抗体は、前記接続孔の断面と交差する軸線を有する螺旋面に沿って配置されたフィンで構成される。
流体抵抗体が、螺旋面の軸線が開口と交差する螺旋面に沿って配置されたフィンであるので、流体の流れに沿って渦流を生成させることができ、効率良く撹拌することができる。
【００２０】
（３）前記流体抵抗体はセラミックよりなる。
流体抵抗体がセラミックからなるので、耐熱性、耐蝕性を備え、高強度である。このため、高温環境下あるいは腐食性環境下など過酷な環境下でも使用することができる。
【００２１】
（４）前記ハウジングはセラミックよりなる。
ハウジングはセラミックからなるので、耐熱性を有しており、好適に利用することができる。
【００２２】
図１に示すように、以下に説明する各実施形態の集熱レシーバ１０は、太陽光を用いた発電装置１に用いることができる。発電装置１は、中央に中央タワー２を有する。中央タワー２の最も高い位置には、後述する集熱レシーバ１０が複数個収容されたレシーバアレイ３が配設されている。レシーバアレイ３の下には、順次、蒸気発生器４、蓄熱器５、蒸気タービン６などが配設されている。
また、中央タワー２の周囲には、多数のヘリオスタット８が配置されている。ヘリオスタット８は、反射角度や鉛直方向を軸とした回転方向を自由に制御することが可能なように設定されている。ヘリオスタット８は、時事刻々と変化する太陽光を反射して、中央タワー２のレシーバアレイ３に集めるように自動的に制御されている。
【００２３】
図２に示すように、レシーバアレイ３では、太陽光照射面が開放された箱に複数の集熱レシーバ１０が、太陽光の照射を受ける受光面を正面に向けて整列した状態で配置されている。
集熱レシーバ１０は、太陽光により昇温した高温の空気を吸引し、蒸気発生器４、蓄熱器５を経て蒸気タービン６に送られて、蒸気タービン６を駆動する。空気は、その後、外部に返送される。
【００２４】
（第１実施形態）
次に、第１実施形態の集熱レシーバについて、図を用いながら説明する。
図３に示すように、第１実施形態の集熱レシーバ１０Ａは、ヘリオスタット８から反射してきた太陽光ＳＢを吸収する熱吸収体２０と、熱吸収体２０を保持するハウジング３０とを有する。
ハウジング３０はセラミックで形成されており、耐熱性、耐蝕性を備え、高強度である。ハウジング３０には、蒸気発生器４などに連通するパイプ（配管）４０が接続されている。パイプ４０は、取付加工が容易な金属製を用いるのが一般的である。
【００２５】
熱吸収体２０は、複数の貫通孔２１を有しており、例えば全体矩形状を呈している（図２参照）。貫通孔２１は、集熱レシーバ１０Ａの前方およびハウジング３０の内部に開口しており、ハウジング３０の内部と集熱レシーバ１０Ａの前方とを連通している。
ハウジング３０は、矩形の開口を有して熱吸収体２０を収容する矩形断面の収容部３１と、収容部３１の断面を絞るテーパ部３２と、ハウジング３０をパイプ４０に接続するための接続部３３を有する。接続部３３の内部は、接続孔３４となっている。
【００２６】
接続部３３は、パイプ４０の円形断面に合わせて円形断面となっている。このため、テーパ部３２では、収容部３１側の前面が矩形断面で、パイプ４０側に円形断面の接続部３３が設けられている。接続部３３の端部には、取付用の例えば円板状のフランジ３３１が設けられている。
また、パイプ４０の先端にも取付用の例えば円板状のフランジ４１が設けられている。従って、ハウジング３０のフランジ３３１と、パイプ４０のフランジ４１とを、例えばボルト、ナットで締結することにより、ハウジング３０とパイプ４０を接続している。
【００２７】
熱吸収体２０と接続孔３４との間には、空気（流体）の流れに抵抗を付与する流体抵抗体５０が設けられている。なお、熱吸収体２０と接続孔３４との間とは、熱吸収体２０と接続孔３４との境界部分を意味するものではなく、熱吸収体２０の内側面と接続部３３のパイプ側端面との間を意味する。ここでは、接続部３３に流体抵抗体５０が設けられている。
【００２８】
流体抵抗体５０は、接続孔３４の断面全体にわたって設けられている。ここでは、流体抵抗体５０として、連続多孔体５１が接続部３３の内部に設けられている。連続多孔体５１は、空気の流れの方向に沿ってある程度の長さの多数の管状の孔を有するが、孔の断面積の合計は、接続孔３４の断面積よりも小さいので、連続多孔体５１に流入する際に、減速して、流れと交差する方向へ拡散現象によって広がり、混合される。
さらに、連続多孔体５１の孔の断面積が小さいので、空気が孔の内部を通過する際に孔との間に抵抗が発生し、流れにくくなる。
【００２９】
次に、空気の流れについて説明する。
集熱レシーバ１０Ａの前方の空気が、熱吸収体２０の貫通孔２１から吸収される。熱吸収体２０に吸収された空気は、太陽光ＳＢによって熱くなった熱吸収体２０を通過する際に昇温されて、熱い空気が発生する。特に、熱吸収体２０の中央部を通過した空気は熱くなり、熱吸収体２０の周辺部を通過した空気は、あまり熱くならない。このため、中央部分が熱い温度分布のある気流が形成される。
熱吸収体２０の中央部を通過した熱い空気と、熱吸収体２０の周辺部を通過したあまり熱くない空気で構成される温度分布のある気流は、ハウジング３０内に収容されて、パイプ４０に送られる。
【００３０】
このとき、熱い空気およびあまり熱くない空気で構成される温度分布のある気流は、ハウジング３０の接続部３３内部の接続孔３４に設けられている連続多孔体５１の孔を通過することにより減速し、流れと直交する方向に空気を拡散する。
これにより、熱い空気およびあまり熱くない空気で構成される温度分布のある気流は混ざり合って均熱化しながらパイプ４０に流入する。
【００３１】
次に、第１実施形態の集熱レシーバ１０Ａの作用、効果について説明する。
第１実施形態の集熱レシーバ１０Ａは、貫通孔２１を有する熱吸収体２０と、熱吸収体２０を収容するとともに接続孔３４を有するハウジング３０とからなる。そして、熱吸収体２０と接続孔３４との間に、流体抵抗体５０を設けた。
熱吸収体２０は、中央部分の温度が高くなりやすく、熱く加熱された空気が発生する。接続孔３４には金属製の熱媒のパイプ４０が取り付けられるのが一般的であり、加熱された空気がそのままパイプ４０に接触すると、パイプ４０の劣化を速めることになる。ここで、熱吸収体２０と接続孔３４との間に設けた流体抵抗体５０が、空気の流れを減速させ、流れと直交する方向に空気を拡散する。
これにより、熱く熱せられた空気があまり熱くない空気で構成される温度分布のある気流は混合されて均熱化されるので、パイプ４０の劣化を抑制することができる。
【００３２】
第１実施形態の集熱レシーバ１０Ａによれば、流体抵抗体５０が、連続多孔体５１であるので、効率良く空気を混合させることができる。
【００３３】
第１実施形態の集熱レシーバ１０Ａによれば、ハウジング３０はセラミックからなるので、耐熱性、耐蝕性を備え、高強度である。このため、高温環境下あるいは腐食性環境下など過酷な環境下でも使用することができる。
【００３４】
（第２実施形態）
次に、第２実施形態の集熱レシーバについて、図を用いながら説明する。
なお、前述した第１実施形態の集熱レシーバ１０Ａと共通する部位には同じ符号を付して、重複する説明を省略することとする。
図４および図５に示すように、第２実施形態の集熱レシーバ１０Ｂは、接続部３３の接続孔３４に、流体抵抗体５０として軸線が接続孔３４の断面と交差する螺旋面に沿って配置されたフィン５２を設けた。
【００３５】
フィン５２は、空気の流れる方向に向かって反時計回りに旋回する左旋回螺旋部（旋回面）５２１と時計回りに旋回する右旋回螺旋部（旋回面）５２２とを、連続して有する。左旋回螺旋部５２１は、接続孔３４の直径の幅を有する板部材を反時計方向に捻ることにより形成できる。また、右旋回螺旋部５２２は、板部材を時計方向に捻ることにより形成できる。
なお、左旋回螺旋部５２１と右旋回螺旋部５２２の順番は、任意である。また、個数も任意である。
【００３６】
次に、空気の流れについて説明する。
図６に示すように、集熱レシーバ１０Ｂの前方の空気が、熱吸収体２０の貫通孔２１から吸収される。熱吸収体２０に吸収された空気は、太陽光ＳＢによって熱くなった熱吸収体２０を通過する際に昇温されて、熱い空気が発生する。熱吸収体２０は中央部が熱くなっており、熱吸収体２０の中央部を通過した熱い空気Ａ１と、熱吸収体２０の周辺部を通過したあまり熱くない空気Ａ２で構成される温度分布のある気流は、ハウジング３０内に収容されて、パイプ４０に送られる。
【００３７】
このとき、熱い空気Ａ１およびあまり熱くない空気Ａ２は、ハウジング３０の接続部３３内部の接続孔３４に設けられているフィン５２によって螺旋状に流れ、渦流を生成して混ざり合う。
これにより、熱い空気Ａ１およびあまり熱くない空気Ａ２は混ざり合って均熱化しながらパイプ４０に流入する。
【００３８】
次に、第２実施形態の集熱レシーバ１０Ｂの作用、効果について説明する。
第２実施形態の集熱レシーバ１０Ｂによれば、流体抵抗体５０は、軸線が接続孔３４の断面と交差する螺旋面に沿って配置されたフィン５２であるので、流体の流れに沿って渦流を生成させることができ、効率良く撹拌することができる。
【００３９】
第２実施形態の集熱レシーバ１０Ｂによれば、フィン５２がセラミックからなるので、耐熱性を有しており、好適に利用することができる。
【００４０】
なお、上述したフィン５２として、接続部３３に沿って長い螺旋状のものを例示したが、図７に示すように、複数枚の送風機用の羽根５２３を用いることも可能である。
【００４１】
本発明の集熱レシーバは、前述した各実施形態に限定されるものでなく、適宜な変形、改良などが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明の集熱レシーバは、太陽熱発電装置に使用される集熱レシーバとして用いることができる。
【符号の説明】
【００４３】
１０Ａ、１０Ｂ  集熱レシーバ
２０  熱吸収体
２１  貫通孔
３０  ハウジング
３４  接続孔
５０  流体抵抗体
５１  連続多孔体
５２  フィン
５２１  左旋回螺旋部（螺旋面）
５２２  右旋回螺旋部（螺旋面）
【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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【図６】
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【図７】
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