CN104919255A - 太阳能热发电用聚光装置 - Google Patents

Abstract

太阳能热发电用聚光装置10具备：被架台所支承的轴部13；在轴部13在其长度方向上隔开间隔地固定的多个板状的臂部14；被相邻的2个臂部14所支承的对太阳光进行反射聚光的反射板15；以及被设置在相邻的2个臂部14之间的用于规定该2个臂部14的间隔的间隔物17。

Description

太阳能热发电用聚光装置

技术领域

本发明涉及太阳能热发电用的聚光装置、使用该聚光装置的太阳能热发电系统、以及对太阳光进行反射聚光的反射板用的支承体的制造方法。

背景技术

历来，已知有如下太阳能热发电方式：通过使用曲面反射镜的聚光装置来使太阳光聚光于集热管，对在集热管内流动的例如油等液体进行加热，于是，利用加热后的液体来转动蒸汽涡轮，由此，进行发电。太阳能热发电方式除了与太阳能光发电方式相比导入费用便宜之外还能够通过蓄热进行24小时的发电。太阳能热发电方式还具有由于不使用燃料所以能够降低燃料费并且能够抑制二氧化碳的排出这样的优点。

作为太阳能热发电用聚光装置，历来已知有使用管桁架（pipe-truss）构造的支承构件来支承反射镜的结构的装置（例如，参照专利文献1）。通过使用管桁架构造，从而能够构成刚性高的反射镜的支承构件。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：美国专利申请公开第2010/0043776号说明书。

发明内容

发明要解决的课题

然而，管桁架构造的支承构件在管的接合中需要许多的劳力和成本。进而，关于管桁架构造的支承构件，在输送到设置场所时由于体积大所以输送效率变低。因此，将管桁架构造用作反射镜的支承构件的太阳能热发电用聚光装置容易变为高价。

本发明是鉴于这样的情况而完成的，其目的在于提供一种确保充分的刚性并且便宜的太阳能热发电用聚光装置和太阳能热发电系统。

用于解决课题的方案

为了解决上述课题，本发明的某一方式的太阳能热发电用聚光装置具备：轴部，被架台所支承；多个臂部，在轴部在其长度方向上隔开间隔地固定；反射板，被相邻的2个臂部所支承并且对太阳光进行反射聚光；以及间隔物，被设置在相邻的2个臂部之间并且用于规定该2个臂部的间隔。

臂部也可以被形成为板状。

间隔物被形成为中空，在臂部形成有孔，还具备被插通到间隔物的内部和相邻的2个臂部的孔的用于将间隔物保持在相邻的2个臂部之间的杆也可。

杆被设置为贯通多个臂部的孔和多个间隔物的内部，杆的一端部被固定于一个最外侧的臂部，杆的另一端部被固定于另一个最外侧的臂部也可。

本发明的另一方式是太阳能热发电系统。该系统具备：上述的太阳能热发电用聚光装置；集热管，接受由太阳能热发电用聚光装置所聚光的光；蒸汽涡轮，利用使用集热管内的加热后的液体而产生的蒸气来旋转；以及发电机，通过蒸汽涡轮的旋转来发电。

本发明的又一方式是对太阳光进行反射聚光的反射板用的支承体的制造方法。该方法具备：在轴部在其长度方向上隔开间隔地固定多个臂部的步骤；以及在相邻的2个臂部之间设置用于规定该2个臂部的间隔的间隔物的步骤。

间隔物被形成为中空，在臂部形成有孔，设置间隔物的步骤具备将杆插通到间隔物的内部和相邻的2个臂部的孔并且将间隔物保持在相邻的2个臂部之间的步骤也可。

再有，将以上的结构要素的任意的组合、本发明的表现在装置、方法、系统等之间变换后的方式也还作为本发明的方式而有效。

发明效果

根据本发明，能够提供确保充分的刚性并且便宜的太阳能热发电用聚光装置和太阳能热发电系统。

附图说明

图1是本发明的实施方式的太阳能热发电用聚光装置的立体图。

图2是太阳能热发电用聚光装置的正面图。

图3是图2所示的太阳能热发电用聚光装置的A-A剖面图。

图4是用于说明反射板的剖面构造的图。

图5是图3所示的太阳能热发电用聚光装置的B-B剖面图。

图6是示出通过相邻的2个臂部来支承1个反射板的情况的图。

图7是示出从太阳能热发电用聚光装置取下反射板后的状态的图。

图8是用于说明间隔物（spacer）的固定方法的图。

图9是示出在臂部间设置间隔物的情况的图。

图10是示出在臂部间设置反射板的情况的图。

图11是用于说明本发明的另一实施方式的太阳能热发电用聚光装置的构造的图。

图12是用于说明使用本实施方式的太阳能热发电用聚光装置的太阳能热发电系统的图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式详细地进行说明。

图1是本发明的实施方式的太阳能热发电用聚光装置10的立体图。如图1所示，太阳能热发电用聚光装置10主要具备：地面上的架台11、12、由架台11、12以能旋转的方式支承的轴部13、在轴部13在其长度方向上隔开间隔地固定的多个臂部14、以及由臂部14支承的多个反射板15。反射板15的反射面被形成为在相对于轴部13垂直的剖面中为抛物线状的抛物柱面。

如图1所示，在反射板15的前方，集热管20被与轴部13平行地支承。在该集热管20内流动例如油等液体。液体通过泵（未图示）循环。

太阳能热发电用聚光装置10使用反射板15使太阳光聚光于集热管20，对在集热管20内流动的液体进行加热。由太阳能热发电用聚光装置10加热后的液体被送至热交换器。热交换器使用加热后的液体来产生蒸气，将该蒸气送至蒸气涡轮。蒸气涡轮使用该蒸气使涡轮旋转来进行发电。

太阳能热发电用聚光装置10也可以具备使反射板15绕轴部13旋转的旋转装置（未图示）。例如，通过使反射板15根据太阳的位置旋转，从而能够高效地加热液体，其结果是能够提高发电效率。

图2是太阳能热发电用聚光装置10的正面图。图3是图2所示的太阳能热发电用聚光装置10的A-A剖面图。

如图2所示，在本实施方式的太阳能热发电用聚光装置10中，在地面上竖立设置有架台11、12，利用该架台11、12来支承轴部13的两端。轴部13也可以是例如直径几百mm（例如500mm至700mm，例如600mm）左右的例如钢制管。

在轴部13在其长度方向上隔开规定的间隔地固定有多个臂部14。臂部14是厚度为几mm（例如6mm）左右的板状体，例如可以由钢等形成。如图3所示，臂部14被形成为其一个侧面为抛物线状。在轴部13形成有用于按照每一个规定的间隔将臂部14安装于轴部13的托架（bracket）部31，臂部14使用螺栓32和螺母而被固定于该托架部31。臂部14也可以例如通过焊接被固定于轴部13的托架部31。通过采用仅将平板状的臂部14固定于轴部13的单纯的构造，从而与例如如上述的专利文献1所记载那样采用管桁架构造的情况相比较，能够在管的接合中不需要许多的劳力和成本的情况下降低制造成本，此外，在输送时，能够使不会体积大，因此，能够降低输送成本。

在本实施方式中，如图2所示，从轴部13向上方向延伸设置有13个臂部14，从轴部13向下方向也延伸设置有13个臂部14。在轴部13的长度方向上在相邻的每2个臂部14间设置有1个反射板15。因此，在轴部13的上方设置有12个反射板15，在轴部13的下方也设置有12个反射板15。在轴部13的上下排列的2个反射板15以轴部13为对称轴呈线对称地配置，形成抛物柱面状的反射面。

图4是用于说明反射板15的剖面构造的图。如图4所示，反射板15具有在柔性平板40上粘合薄膜反射镜（film mirror）41的构造。柔性平板40也可以是例如厚度几mm（例如1mm至2mm）左右的金属板（例如钢板或铝板）。薄膜反射镜41具有在柔性的薄膜基材42上设置有反射层43的构造。薄膜基材42可以是现有公知的树脂制基材，也可以是例如丙烯酸类薄膜、聚酯类薄膜。反射层43也可以是在薄膜基材42上通过蒸镀形成的金属反射层（例如，银反射层）。如以上那样形成的反射板15具有柔性。

在本实施方式的太阳能热发电用聚光装置10中，在安装前使平板状的反射板15在向臂部14的安装时弯曲，由此，反射板15的反射面44被形成为适于太阳光的聚光的抛物柱状曲面。对臂部14支承反射板15的支承体的细节在后面进行叙述。

在反射板15的前方，如图3所示那样利用支承构件21、22、23来支承集热管20。集热管20以其中心位于反射板15的抛物柱状反射面的焦点的方式被支承。在抛物柱面状的反射面反射的太阳光聚光于抛物柱面的焦点，因此，像这样配置集热管20，由此，能够高效地将太阳光反射聚光于集热管20。

图5是图3所示的太阳能热发电用聚光装置10的B-B剖面图。图5是臂部14的内侧端部的放大剖面图，是用于说明用于支承反射板15的支承体的图。在本实施方式中，臂部14由具有从轴部13延伸的抛物线状的侧面的板状的臂主体部53和沿着臂主体部53的内侧端部设置的用于固定支承反射板15的反射板支承部50构成。

反射板支承部50具备插入反射板的端部的2个槽部54和用于将反射板支承部50固定于臂主体部53的固定部55。在固定部55设置有螺栓孔56，使用插通到该螺栓孔56的螺栓51和螺母52来将反射板支承部50固定于臂主体部53。再有，在本实施方式中，采用分别形成臂主体部53和反射板支承部50并且使用螺栓51和螺母52来连结两者的构造，但是，也可以是整体地形成臂主体部53和反射板支承部50的构件。

反射板支承部50的2个槽部54是剖面为コ字状的槽，由隔开规定的间隔相向的第一面57和第二面58以及底面59构成。2个槽部54被形成为使底面59介于之间向彼此相反方向开口。第一面57与第二面58相比位于抛物柱面的内侧方向即与第二面58相比位于集热管侧。

在本实施方式中，第一面57具有作为规定反射板15的反射面44的曲面形状的“反射面形成面”的作用。具体地，第一面57被形成为在相对于轴部垂直的剖面中为抛物线状的抛物柱面。在装配前，反射板15为平板状，但是，在装配时沿着第一面57使反射板15的反射面44弯曲，由此，反射面44被形成为规定的抛物柱面。

图6示出通过相邻的2个臂部14a、14b支承1个反射板15的情况。如图6所示，一个臂部14a的反射板支承部50a所具有的1个槽部54a与相邻的另一个臂部14b的反射板支承部50b所具有的1个槽部54b相向，将反射板15的两端插入到它们2个槽部54a、54b中，由此，反射板15以弯曲为曲面形状的状态被臂部14a、14b支承。

在此，在本实施方式中，为了使反射板15的反射面44的两端部可靠地紧贴于作为反射面形成面的第一面57a、57b，将剖面被形成为楔状的板状构件60a、60b压入到反射板15的背面45的两端部与第二面58a、58b之间。在本实施方式中，使第一面57a、57b与第二面58a、58b的间隔比反射板15的厚度大，以使容易将反射面44的两端部插入到槽部54a、54b中。因此，在未压入楔状的板状构件60a、60b的情况下，存在反射板15的反射面44的两端部未紧贴于作为反射面形成面的第一面57a、57b而不能将反射面44形成为期望的抛物柱面的可能性。在反射面44不为如设计的抛物柱面的情况下，存在不能达成期待的聚光效率而发电效率降低的可能性。

因此，如本实施方式那样，使用楔状的板状构件60a、60b来使反射板15的两端部紧贴于第一面57a、57b，由此，能够可靠地将反射板15的反射面44形成为期望的抛物柱面。将反射板15的反射面44形成为如设计的曲面，由此，太阳光的聚光效率变高，能够提高发电效率。楔状的板状构件可以在臂部的长度方向上被分割，也可以遍及臂部的全长而存在。此外，在将楔状的板状构件压入到反射板的背面与第二面之间后，也可以使用螺栓来将板状构件和反射板固定于反射板支承部。

代替图6所示的实施方式，也可以采用将第二面58a、58b作为反射面形成面而将楔状的板状构件60a、60b打入到第一面57a、57b与反射面44的两端部之间的结构。然而，在该情况下，由于楔状的板状构件60a、60b，反射面44的面积变小，此外，存在在打入楔状的板状构件60a、60b时损伤反射面44的可能性。因此，优选的是，采用如图6所示的实施方式那样以反射面44朝向第一面57a、57b（反射面形成面）侧并且背面45朝向第二面58a、58b侧的方式配置反射板15且将楔状的板状构件60a、60b打入到第二面58a、58b与反射板15的背面45的两端部之间的结构。

图7示出从太阳能热发电用聚光装置10取下反射板后的状态。如图7所示，在本实施方式的太阳能热发电用聚光装置10中，在轴部13的长度方向上在相邻的2个臂部14之间设置有间隔器17。间隔器17是中空的管状的构件，考虑热膨胀而用与轴部13和臂部14相同的材料（例如，钢）来形成是优选的。在本实施方式中，在一组相邻的臂部14间设置有4个间隔物17，但是，间隔物17的数量并不被特别限定，也可以根据臂部14的长度等来适当变更。如图7所示，关于设置在一组相邻的臂部14间的多个间隔物17，为了提高臂部14的刚性，优选的是，被交替设置在臂部14的内侧和外侧。

在本实施方式中，如上述那样采用了仅将板状的臂部14固定于轴部13的单纯的结构，因此，能够实现便宜的太阳能热发电用聚光装置。然而，当仅将板状的臂部14固定于轴部13时，存在未充分地确保臂部14的刚性的可能性。在臂部14的刚性不充分的情况下，也许能够在轴部13的附近将相邻的臂部14的间隔控制为期望的设计值，但是，存在随着远离轴部13而起因于臂部14的弯曲等在相邻的2个臂部14的间隔产生从设计值的偏离的可能性。在该情况下，将反射板插入到相邻的2个臂部14的反射板支承部50的槽部中变得困难。此外，在臂部14的刚性不充分的情况下，也存在例如在强风时臂部14较大地弯曲而在设置在2个相邻的臂部14间的反射板产生变形等异常的可能性。

因此，如本实施方式的太阳能热发电用聚光装置10那样，在轴部13的长度方向上在相邻的2个臂部14之间设置间隔物17，由此，能够将臂部14的间隔规定为规定的间隔，并且，确保臂部14的刚性。

图8是用于说明间隔物17的固定方法的图。在图8中，为了简化图示，仅图示了一列间隔物17。如图8所示，在轴部13在其长度方向上设置有第一臂部14（1）、第二臂部14（2）…第十三臂部14（13），在相邻的臂部间分别设置有第一间隔物17（1）、第二间隔物17（2）…第十二间隔物17（12）。各间隔物17由相邻的2个臂部夹持，设计其长度，以使臂部的间隔为规定值。在本实施方式中，关于第一间隔物17（1）、第二间隔物17（2）…第十二间隔物17（12），从一个最外侧的第一臂部14（1）到另一个最外侧的第十三臂部14（13）设置成一直线。

如上所述，各间隔物17被形成为中空的管状。此外，在各臂部14的间隔物设置位置形成有孔25。孔25的孔径比间隔物17的外径小。在本实施方式中，间隔物17由插通到该间隔物的内部和相邻的2个臂部14的孔25的杆23所保持。杆23被设计为贯通第一臂部14（1）、第二臂部14（2）…第十三臂部14（13）的孔和第一间隔物17（1）、第二间隔物17（2）…第十二间隔物17（12）的内部。该杆23从一个最外侧的第一臂部14（1）的外侧呈一直线地延伸到另一个最外侧的第十三臂部14（13）的外侧。在杆23的两端部23a、23b，被切有螺纹。使螺母19a配合于杆23的一端部23a的螺纹并旋转，由此，螺母19a被紧固于第一臂部14（1），杆23的一端部被固定于第一臂部14（1）。此外，使螺母19b配合于杆23的另一端部23b的螺纹并旋转，由此，螺母19b被紧固于第十三臂部14（13），杆23的另一端部被固定于第十三臂部14（13）。当用螺母19a、19b紧固杆23的两端部23a、23b时，利用间隔物17将臂部14的间隔规定为规定值，此外，第一臂部14（1）、第二臂部14（2）…第十三臂部14（13）的刚性提高。

图9示出在臂部14间设置间隔物17的情况。平板状的臂部14以从轴部取下的状态被输送到设置场所。在设置太阳能热发电用聚光装置10时，首先在地面上设置架台11、12（参照图1），将轴部13支承于该架台11、12。接着，将臂部14固定于轴部13。接着，如图9所示，一边将杆23交替地插通到臂部14的孔25和间隔物17的内部，一边使杆23从一个最外侧的臂部14贯通到另一个最外侧的臂部14。接着，用螺母19a、19b紧固杆23的两端部23a、23b。当安装了全部的间隔物时，为如图7所示那样的状态。

图10示出在臂部14间设置反射板15的情况。在本实施方式中，在工厂制造的反射板15以平板的状态被输送到设置场所。然后，如图10所示，将反射板15的两端从臂部14的延伸设置顶端部分插入到相邻的2个臂部14的反射板支承部50的槽部中。在反射板15的插入完成后，将楔状板状构件（未图示）打入到反射板支承部50的第二面与反射板15的背面的两端部之间。由此，反射板15的反射面的两端部紧贴于反射板支承部50的反射面形成面（第一面），能够将反射板15的反射面形成为期望的抛物柱面。

如以上说明了的那样，根据本实施方式的太阳能热发电用聚光装置10，通过使用了平板状的臂部14、间隔物17和杆23的单纯的结构来形成反射板15的支承体。在本实施方式中，与以往的管桁架构造相比，构造被简化，因此，能够便宜地形成反射板15的支承体。此外，由于使用板状的臂部14，所以不会如以往的管桁架构造那样在输送时体积大，能够提高输送效率。另一方面，在本实施方式中，通过使用间隔物17和杆23来提高臂部14的刚性。因此，根据本实施方式，能够提供确保充分的刚性并且便宜的太阳能热发电用聚光装置。

进而，根据本实施方式的太阳能热发电用聚光装置10，能够将反射板15以平板的状态输送到设置场所，所以，在输送时没有体积大的情况，能够提高输送效率。此外，能够在工厂仅制造平板状的反射板15并且在设置现场如上述那样用简单的方法形成精度高的抛物柱面状的反射面，因此，与在工厂制造抛物柱面状的玻璃制反射镜的情况相比，能够降低制造成本。

再有，在上述的实施方式中，采用了使用杆23来将间隔物17保持在2个臂部14之间的结构，但是，间隔物17的保持构造并不以此来限定。例如，也可以采用不使用杆而通过利用例如焊接、螺旋夹等将间隔物17的端部固定于臂部14而将间隔物17保持在2个臂部14之间的结构。

图11是用于说明本发明的另一实施方式的太阳能热发电用聚光装置10的构造的图。图11与图8同样地示出从太阳能热发电用聚光装置10取下反射板后的状态。在上述的实施方式中，如图8所示，多个间隔物17从一个最外侧的臂部14到另一个最外侧的第臂部14被设置成一直线，一个杆23呈一直线地贯通这些多个间隔物17。另一方面，在图11所示的实施方式中，按照相邻的2个臂部14的每个组高度不同地设置多个间隔物17。在本实施方式中，杆23仅贯通设置在相邻的2个臂部14之间的1个间隔物17。然后，用螺母19a、19b紧固杆23的两端，由此，杆23的两端被固定于相邻的2个臂部14，利用间隔物17将相邻的2个臂部14的间隔规定为规定值。在全部的相邻的2个臂部14间相同地设置间隔物17，由此，全部的臂部14的刚性提高。如图11所示的实施方式那样，在未将多个间隔物17设置成一直线而高度不同地设置各间隔物17的情况下，能够使各个杆23的长度变短，因此，存在输送变得容易这样的优点。

图12是用于说明使用了本实施方式的太阳能热发电用聚光装置10的太阳能热发电系统100的图。如图12所示，关于太阳能热发电系统100，较大地划分而由集热区域、蓄热区域和发电区域这3个区域构成。

集热区域主要由上述的太阳能热发电用聚光装置10、集热管20以及使集热管内的液体循环的泵（未图示）构成。在集热区域中，通过太阳能热发电用聚光装置10将太阳光聚光于集热管20，对在集热管20内流动的液体进行加热。加热后的液体被送至蓄热区域。

蓄热区域主要由热箱102、冷箱103和第一热交换器109构成。在存在超过需要发电量的蓄热时，通过第一热交换器109来加热冷箱103内的低温液体，使其向热箱102移动，进行蓄热。使用热箱102来储存加热后的液体的热，由此，能实现集热不足时或不会得到太阳光的夜间的发电。

发电区域主要由蒸气涡轮104、发电机106、第二热交换器111、第三热交换器112以及冷却塔113构成。第二热交换器111使用加热后的液体来产生蒸气，蒸气涡轮104利用该蒸气使涡轮旋转。发电机106通过蒸气涡轮104的旋转进行发电，经由送电线108进行送电。第三热交换器112将蒸气返回到液体，冷却塔113冷却该液体。

通过使用上述的便宜的太阳能热发电用聚光装置10，从而能够降低太阳能热发电系统100的施工成本。

以上，基于实施方式来说明了本发明。本领域技术人员理解：该实施方式是例示，在它们的各结构要素、各处理工艺的组合中各种变形例是可能的，此外，这样做的变形例也处于本发明的范围。

附图标记的说明

10 太阳能热发电用聚光装置、13 轴部、14 臂部、15 反射板、17 间隔物、20 集热管、23 杆、25 孔、31 托架部、40柔性平板、41 薄膜反射镜、42 薄膜基材、43 反射层、44 反射面、50 反射板支承部、53 臂主体部、54 槽部、57 第一面、58 第二面、100 太阳能热发电系统、104 蒸气涡轮、106 发电机。

产业上的可利用性

本发明能够在太阳能热发电方式中利用。

Claims (7)

1.一种太阳能热发电用聚光装置，其特征在于，具备：

轴部，被架台所支承；

多个臂部，在所述轴部在其长度方向上隔开间隔地固定；

反射板，被相邻的2个臂部所支承并且对太阳光进行反射聚光；以及

间隔物，被设置在相邻的2个臂部之间并且用于规定该2个臂部的间隔。

2.根据权利要求1所述的太阳能热发电用聚光装置，其特征在于，

所述臂部被形成为板状。

3.根据权利要求1或2所述的太阳能热发电用聚光装置，其特征在于，

所述间隔物被形成为中空，

在所述臂部形成有孔，

还具备被插通到所述间隔物的内部和相邻的2个臂部的孔的用于将所述间隔物保持在相邻的2个臂部之间的杆。

4.根据权利要求3所述的太阳能热发电用聚光装置，其特征在于，

所述杆被设置为贯通多个臂部的孔和多个间隔物的内部，

所述杆的一端部被固定于一个最外侧的臂部，所述杆的另一端部被固定于另一个最外侧的臂部。

5.一种太阳能热发电系统，其特征在于，具备：

根据权利要求1至4的任一项所述的太阳能热发电用聚光装置；

集热管，接受由所述太阳能热发电用聚光装置所聚光的光；

蒸汽涡轮，利用使用所述集热管内的加热后的液体而产生的蒸气来旋转；以及

发电机，通过所述蒸汽涡轮的旋转来发电。

6.一种支承体的制造方法，所述支承体是对太阳光进行反射聚光的反射板用的支承体，所述方法的特征在于，具备：

在轴部在其长度方向上隔开间隔地固定多个臂部的步骤；以及

在相邻的2个臂部之间设置用于规定该2个臂部的间隔的间隔物的步骤。

7.根据权利要求6所述的支承体的制造方法，其特征在于，

所述间隔物被形成为中空，

在所述臂部形成有孔，

设置所述间隔物的步骤具备将杆插通到所述间隔物的内部和相邻的2个臂部的孔并且将所述间隔物保持在相邻的2个臂部之间的步骤。