JP2006329491A - Solar heat collecting system - Google Patents
Solar heat collecting system Download PDFInfo
- Publication number
- JP2006329491A JP2006329491A JP2005151837A JP2005151837A JP2006329491A JP 2006329491 A JP2006329491 A JP 2006329491A JP 2005151837 A JP2005151837 A JP 2005151837A JP 2005151837 A JP2005151837 A JP 2005151837A JP 2006329491 A JP2006329491 A JP 2006329491A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- heat
- tank
- solar
- circulation path
- heat collector
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
- F24S23/00—Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors
- F24S23/30—Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors with lenses
- F24S23/31—Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors with lenses having discontinuous faces, e.g. Fresnel lenses
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
- F24S60/00—Arrangements for storing heat collected by solar heat collectors
- F24S60/10—Arrangements for storing heat collected by solar heat collectors using latent heat
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
- F24S60/00—Arrangements for storing heat collected by solar heat collectors
- F24S60/30—Arrangements for storing heat collected by solar heat collectors storing heat in liquids
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
- F24S90/00—Solar heat systems not otherwise provided for
- F24S90/10—Solar heat systems not otherwise provided for using thermosiphonic circulation
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
- Y02B10/00—Integration of renewable energy sources in buildings
- Y02B10/20—Solar thermal
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
Description
本発明は、太陽光を熱エネルギとして集めるための太陽熱集熱装置に関する。 The present invention relates to a solar heat collecting apparatus for collecting sunlight as heat energy.
従来から太陽光を集めて熱エネルギとして取出すための太陽熱収熱装置が特許文献1に知られている。この特許文献1は、光収束装置から太陽光を焦点に集めて、その焦点で集めた太陽光を光ファイバーを経由して吸光発熱板に導き、この吸光発熱板を熱源として、例えば貯湯槽内の水を加温するものである。 Conventionally, a solar heat collecting apparatus for collecting sunlight and taking it out as heat energy is known in Patent Document 1. This Patent Document 1 collects sunlight from a light converging device at a focal point, guides the sunlight collected at the focal point to an absorption heating plate via an optical fiber, and uses the absorption heating plate as a heat source, for example, in a hot water tank. It warms water.
光ファイバーを使用するものでは、1個の光収束装置毎に1本の光ファイバーを必要とするため、コストが高くなるという欠点がある。光ファイバーのコストが高いことから、光ファイバーに代えて熱媒が内部を通過して熱を伝達する収熱器が使用されている。従来既知の収熱器では、特に、150℃を越える高温域での集熱量や、集熱効率(集熱量/入射エネルギ)が低いという欠点があった。この欠点の原因は、太陽光がもともと希薄なエネルギ密度(晴天時で1平方メートルあたり最大約1kW)しかないことと、技術的な問題とがあった。技術的な問題としては、太陽を吸収するための広い平面を有する容器状の集熱器を用いた場合に、吸収できるエネルギ密度が低く、せっかく吸収した熱も、広い平面を有する集熱器からそのまま赤外線や対流熱伝達等によってその熱の多くが失われてしまうという欠点があった。特に、高温になるほど熱損失率が増加し、熱効率が低くなるという欠点があった。 In the case of using an optical fiber, since one optical fiber is required for each light converging device, there is a disadvantage that the cost is increased. Since the cost of the optical fiber is high, a heat collector in which a heat medium passes through the inside and transfers heat is used instead of the optical fiber. Conventionally known heat collectors have the disadvantage that the amount of heat collected in a high temperature region exceeding 150 ° C. and the heat collection efficiency (the amount of heat collected / incident energy) are low. The cause of this drawback was that the sun had originally only a low energy density (up to about 1 kW per square meter in sunny weather) and a technical problem. As a technical problem, when a container-shaped collector having a wide plane for absorbing the sun is used, the energy density that can be absorbed is low, and the absorbed heat is also absorbed from the collector having a wide plane. There is a drawback that much of the heat is lost as it is by infrared rays or convective heat transfer. In particular, the higher the temperature, the higher the heat loss rate and the lower the thermal efficiency.
従来の集熱器の欠点である150℃を越える高温域での集熱量や集熱効率の低さの対策として、反射鏡やレンズ等の集光器を利用して、エネルギ密度を上昇させることが一般に知られている。しかし、この反射鏡やレンズ等の集光器を発電等に利用する場合、高温の熱媒(例えば、加圧水)のタンクを集熱器と分離して配置し、ポンプを使って熱媒の圧送を行っている。高温の熱媒ほど周囲との温度差が大きくなるため、長い強制循環経路での熱損失が大きく、しかも使用するポンプも耐熱性の高価なものとなり、ポンプ駆動のランニングコストも増加するため、日本国内では太陽熱利用の発電は経済的に成り立たないと一般に考えられるに至っている。 Increasing the energy density by using a collector such as a reflector or lens as a countermeasure for the low heat collection efficiency and low heat collection efficiency in the high temperature range exceeding 150 ° C, which is a disadvantage of the conventional heat collector. Generally known. However, when using a collector such as a reflector or lens for power generation, place a tank of high-temperature heat medium (for example, pressurized water) separately from the heat collector, and pump the heat medium using a pump. It is carried out. The higher the temperature of the heat medium, the greater the temperature difference from the surroundings, and the greater the heat loss in the long forced circulation path, the more expensive the heat pump used, and the higher the running cost of the pump drive. In Japan, it is generally considered that solar power generation is not economically viable.
日本以外でも、太陽熱発電は、大規模な施設で、太陽追尾制御システムが完備した高級なシステムで、小型、安価を目的とした家庭用のシステムが存在しなかった。 Outside of Japan, solar thermal power generation is a large-scale facility with a high-end system complete with a solar tracking control system, and there was no home system for small size and low cost.
本発明は上記の点について鑑みてなされたものであり、家庭用も含めた発電に利用可能高温の集熱を可能とする太陽熱集熱装置を提供することを目的とするものである。 The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a solar heat collecting apparatus capable of collecting high-temperature heat that can be used for power generation including home use.
本発明の太陽熱集熱装置は、太陽光を一箇所に集中させるための光収束手段と、その光収束手段によって集められた太陽光の光を受光するための集熱器と、タンクと、前記集熱器と前記タンクとを連結する連結パイプと、前記集熱器と前記タンクと前記パイプとの内部を熱媒が循環移動する循環経路と、前記循環経路内を移動する熱媒の各位置での温度差によって熱媒が前記循環経路内を自然循環移動するようにしたものである。 The solar heat collecting apparatus of the present invention is a light converging means for concentrating sunlight in one place, a heat collector for receiving sunlight light collected by the light converging means, a tank, A connection pipe that connects the heat collector and the tank, a circulation path through which the heat medium circulates inside the heat collector, the tank, and the pipe, and each position of the heat medium that moves through the circulation path The heat medium naturally circulates and moves in the circulation path due to the temperature difference.
本発明は、前記集熱器を複数個とし、前記循環経路内の熱媒が前記複数の集熱器と前記タンクとを順に循環するようにしたものである。本発明は、前記光収束手段をフレネルレンズとしたものである。本発明は、光収束手段の周囲と前記集熱器の周囲とを筒状に連絡する反射部材で覆い、その反射部材の反射面を筒状の内側に配置するようにしたものである。本発明は、前記反射部材を4枚の板状のものから形成するようにしたものである。本発明は、前記集熱器の前記光収束手段と反対側に反射面を前記集熱器側に対面させた赤外線反射部材を備えるようにしたものである。本発明は、前記連結パイプの少なくとも一部をフレキシブル管としたものである。本発明は、前記熱交換器を前記タンク内に備えるようにしたものである。本発明は、前記タンクを内部空間と外部空間の二重構造とし、内部空間に前記熱媒を通過させ、外部空間を真空空間としたものである。本発明は、前記集熱器と前記タンクと前記連結パイプと前記反射部材とを内部に収容するためのケースを備えるようにしたものである。本発明は、前記反射部材の反射面の裏面側であって前記ケースの内部側に前記タンクと前記連結パイプとを配置し、かつ前記反射部材の反射面の裏面側であって前記ケースの内部側に断熱材を充填するようにしたものである。本発明は、前記ケースを太陽追尾駆動装置に取付け、前記光収束手段に垂直に太陽光を照射させるように前記太陽追尾駆動装置で前記ケースを移動させるようにしたものである。本発明は、前記タンク内の熱媒循環経路において、前記太陽追尾駆動装置による変位によっても常に上位となる箇所に外部と連絡するガス抜きパイプを連絡したものである。本発明は、前記タンク内の循環経路において、前記太陽追尾駆動装置による変位によっても常に下位となる箇所に、前記集熱器と連絡する連結パイプを連絡したものである。本発明は、前記タンクの循環経路内に150℃を越える温度を融点とすると共に固体と液体との間の変化時に大きな潜熱を有する熱保持材を真空封入した保護容器を備えるようにしたものである。 In the present invention, a plurality of the heat collectors are provided, and a heat medium in the circulation path circulates in order through the plurality of heat collectors and the tank. In the present invention, the light converging means is a Fresnel lens. In the present invention, the periphery of the light converging means and the periphery of the heat collector are covered with a reflecting member that communicates in a cylindrical shape, and the reflecting surface of the reflecting member is disposed inside the cylindrical shape. In the present invention, the reflecting member is formed from four plate-shaped members. In the present invention, an infrared reflecting member having a reflecting surface facing the heat collector side is provided on the side opposite to the light converging means of the heat collector. In the present invention, at least a part of the connecting pipe is a flexible pipe. In the present invention, the heat exchanger is provided in the tank. In the present invention, the tank has a double structure of an internal space and an external space, the heat medium is passed through the internal space, and the external space is a vacuum space. The present invention includes a case for housing the heat collector, the tank, the connecting pipe, and the reflecting member therein. In the present invention, the tank and the connecting pipe are disposed on the back surface side of the reflecting surface of the reflecting member and on the inner side of the case, and on the back surface side of the reflecting surface of the reflecting member and inside the case. The side is filled with a heat insulating material. In the present invention, the case is attached to a sun tracking drive device, and the case is moved by the sun tracking drive device so that the light converging means irradiates sunlight vertically. According to the present invention, in the heat medium circulation path in the tank, a degassing pipe that communicates with the outside is always connected to a location that is always higher even by displacement by the solar tracking drive device. According to the present invention, a connecting pipe that communicates with the heat collector is always connected to a lower position in the circulation path in the tank even when the displacement is caused by the solar tracking drive device. The present invention is provided with a protective container in which a heat retaining material having a large latent heat at the time of change between a solid and a liquid is vacuum-sealed in the circulation path of the tank with a melting point of a temperature exceeding 150 ° C. is there.
本発明によれば、光収束手段によって集光比を大きく取ることが可能になり、集熱器を小さくすることができる。また、小さい集熱器とタンクとを連絡する循環経路を小さくできるので、放熱を小さくして集熱器で得た熱を効率良く利用することができる。特に、集熱温度150℃での高い集熱効率を長時間確保することができる。本発明では更に、循環経路における集熱器には太陽熱が照射されるが、それ以外の循環経路の箇所には太陽熱が照射されないので、傾斜状態にある循環経路内の熱媒に温度差が発生し、その温度差によって循環経路内の熱媒が循環移動し、動力なしに熱媒を移動させることができる。 According to the present invention, it is possible to increase the light collection ratio by the light converging means, and the heat collector can be made small. Moreover, since the circulation path which connects a small heat collector and a tank can be made small, heat radiation can be made small and the heat obtained by the heat collector can be used efficiently. In particular, high heat collection efficiency at a heat collection temperature of 150 ° C. can be secured for a long time. In the present invention, the heat collector in the circulation path is irradiated with solar heat, but the solar heat is not irradiated on the other circulation path, so that a temperature difference occurs in the heat medium in the circulation path in the inclined state. However, the heat medium in the circulation path circulates and moves due to the temperature difference, and the heat medium can be moved without power.
本発明では、集熱器を複数個とすることにより、集光効果を更に高めて循環経路内の熱媒の温度差を更に高め、集熱効率を高めることができる。本発明では、光収束手段をフレネルレンズとすることで、集光効率が高く、軽量でコンパクトで安価とすることができる。光収束手段の周囲と集熱器の周囲とを筒状に連絡する反射部材で覆うことで、集熱器への集光効率を高めることができる。反射部材を4枚の板状のものから構成することで、集熱器の周囲への反射部材の取付けが容易であり、平面全域を反射部材で覆うことが容易となる。タンクを内部空間と外部空間の二重構造とし、内部空間に熱媒を通過させ、外部空間を真空空間とすることで、熱媒からの放熱を抑えることができる。集熱器とタンクと連結パイプとをケース内に入れて反射部材で覆い、ケースの内部で反射部材の裏側に断熱材を充填することで、循環経路を流れる熱媒からの放熱を抑えることができる。ケースを太陽追尾駆動装置に取付けて光収束手段に太陽光を直角方向に照射させることで集光効率を高めることができる。タンクの常に上位となる箇所に外部と連絡するガス抜きパイプを連絡することで、高温の熱媒にガスが発生した場合に、熱媒から発生したガスを外部に排出することができる。タンク内常に下位となる箇所に、集熱器と連絡する連結パイプを連絡することで、タンク内の一番低い温度の熱媒を集熱器に向けて移動させることができる。タンクの循環経路内に150℃を越える温度で溶融する熱保持材を真空封入した容器を備えることで、その熱保持材によってタンク内の熱媒の温度を所定の温度以上に保持して、熱交換器に安定的に熱量を与えることができる。 In the present invention, by using a plurality of heat collectors, the light collecting effect can be further enhanced, the temperature difference of the heat medium in the circulation path can be further increased, and the heat collection efficiency can be increased. In the present invention, the light converging means is a Fresnel lens, so that the light collection efficiency is high, and it is lightweight, compact and inexpensive. By covering the periphery of the light converging means and the periphery of the heat collector with a reflecting member that communicates in a cylindrical shape, the light collection efficiency to the heat collector can be increased. By configuring the reflecting member from four plate-shaped members, it is easy to attach the reflecting member around the heat collector, and it is easy to cover the entire plane with the reflecting member. By making the tank a double structure of the internal space and the external space, allowing the heat medium to pass through the internal space, and making the external space a vacuum space, heat dissipation from the heat medium can be suppressed. The heat collector, tank, and connecting pipe are put in the case, covered with a reflective member, and the back side of the reflective member is filled with heat insulation inside the case, thereby suppressing heat dissipation from the heat medium flowing through the circulation path. it can. Condensing efficiency can be improved by attaching the case to the sun tracking drive device and irradiating the light converging means with sunlight in a perpendicular direction. By connecting a degassing pipe that communicates with the outside to a location that is always higher in the tank, when gas is generated in the high-temperature heat medium, the gas generated from the heat medium can be discharged to the outside. By connecting a connecting pipe that communicates with the heat collector to a location that is always lower in the tank, the heat medium having the lowest temperature in the tank can be moved toward the heat collector. By providing a container in which a heat retaining material that melts at a temperature exceeding 150 ° C. is vacuum-sealed in the circulation path of the tank, the heat retaining material keeps the temperature of the heat medium in the tank at a predetermined temperature or higher. Heat can be stably given to the exchanger.
次に、本発明を図面に基づいて説明する。図1は本発明に係る太陽熱集熱装置の一実施例を示す断面図、図2は図1の太陽熱集熱装置が傾斜状態にあるA−A線断面図、図3は図1の太陽熱集熱装置の上部に備えた光収束手段を除去した状態の図1の平面図、図4は本発明の要部構成部品の連結状態を示す構成図である。本発明の太陽熱集熱装置は、上部を開口したケース10の内部に蓄熱槽としての1個のタンク12と、受光手段としての複数個の容器状の集熱器14とを備えている。複数個の集熱器14は、図1に示すように、ケース10の底部16に近い位置に配置されている。ケース10の上部開口部には、そこに照射される太陽光を集熱器14に向けて集中照射させる光収束手段としてのフレネルレンズ18が備えられており、そのフレネルレンズ18によってケース10の内部が閉鎖される。それぞれの集熱器14に対応して、それぞれのフレネルレンズ18が用いられる。光収束手段は集熱器14に太陽光を集中させるものであれば、フレネルレンズに限るものではない。しかし、フレネルレンズ18は、例えば100平方センチメートルの面積のフレネルレンズに照射した太陽光を1平方センチメートルの面積の集熱器14に照射させることができるもので、集光効率が高くかつ軽量でコンパクトで安価なことから、光収束手段にフレネルレンズを使用することが望ましい。
Next, the present invention will be described with reference to the drawings. 1 is a cross-sectional view showing an embodiment of the solar heat collecting apparatus according to the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA in which the solar heat collecting apparatus of FIG. 1 is in an inclined state, and FIG. The top view of FIG. 1 of the state which removed the light converging means with which the upper part of the heat apparatus was removed, FIG. 4 is a block diagram which shows the connection state of the principal part component of this invention. The solar heat collecting apparatus of the present invention includes one
図3に示すように、この実施例では6個の集熱器14を備えており、それら6個の集熱器14を複数個の集熱器14,14b,14c,14d,14e,14fとする。図4に示すように、タンク12と3個の集熱器14a,14b,14cとを4個の連結パイプ20で連絡して第一循環経路22を形成し、タンク12と3個の集熱器14d,14e,14fとを4個の連結パイプ20で連絡して第二循環経路24を形成する。即ち、タンク12と集熱器14aとを連結パイプ20pで連絡し、集熱器14aと集熱器14bとを連結パイプ20aで連絡し、集熱器14bと集熱器14cとを連結パイプ20bで連絡し、集熱器14cとタンク12とを連結パイプ20Cで連絡することで、第一循環経路22を形成する。この第一循環経路22内には、油等の熱媒が循環流通するよう収容されている。タンク12と集熱器14dとを連結パイプ20qで連絡し、集熱器14dと集熱器14eとを連結パイプ20dで連絡し、集熱器14eと集熱器14fとを連結パイプ20fで連絡し、集熱器14fとタンク12とを連結パイプ20fで連絡することで、第二循環経路24を形する。この第二循環経路24内には、油等の熱媒が循環流通するよう設定される。第一循環経路22内と第二循環経路24内には熱媒はそれ自体の温度差によって自動的に移動する。即ち、温度が高い熱媒は第一循環経路22内と第二循環経路24内の高位置へ移動し、温度が低い熱媒は第一循環経路22内と第二循環経路24内の低位置へ移動する。
As shown in FIG. 3, in this embodiment, six
この実施例においては、第一循環経路22と第二循環経路24は、3個の集熱器14を経由するように設定してあるが、集熱器14の数は3個に限るものではない。また、第一循環経路22と第二循環経路24との2個の循環経路を備えたものとなっているが、循環経路24の数は1個または3個以上であってもよい。タンク12と集熱器14とを連結したり集熱器14同士を連結したりする連結パイプ20(20p,20q,20a,20b,20c,20d,20e,20f)は、氷点から200℃超にもなる熱媒の温度変化を勘案して、それらの一部または全部を蛇腹等のフレキシブルなパイプとするのが望ましい。連結パイプ20をフレキシブルなパイプとすることで、熱応力の集中による連結パイプ20のタンク12や集熱器14との接続部の破損を防止することができる。
In this embodiment, the
集熱器14とフレネルレンズ18との間を、集熱器14の周辺とフレネルレンズ18の周辺とを、例えばアルミ箔や反射鏡等から成る反射部材26で連絡するように筒状に覆うようにする(図1及び図3)。集熱器14とフレネルレンズ18と反射部材26とで空間28が形成され、反射部材26の反射面は空間28に向けて配置される。集熱器14とフレネルレンズ18とを平面から見て四角形とすることで、反射部材26を4枚の板状とすることができ、反射部材26を安価に作ることができる。また、図3に示すように、平面から見て集熱器14以外の箇所を反射部材26で容易に敷き詰めることができる。この反射部材26は、フレネルレンズ18から集熱器14への照射する太陽光の方向が集熱器14から外れた場合に、照射方向の外れた太陽光を集熱器14へ向かわせる働きをするものである。反射部材26の下側(空間28とは反対側)に、前記タンク12が配置される。
Covering between the
図1に示すように、集熱器14の下面より下側(ケース10の底部16に近い側)には、間隔(空間)30を開けて例えばアルミ箔や反射鏡等の赤外線用反射部材32を備える。この赤外線用反射部材32は、集熱器14の下側に出る赤外線を上方に反射して赤外線を集熱器14に戻し、集熱器14への集熱効率を高めるようにするためのものである。なお、集熱器14の下側と赤外線用反射部材32との間には間隔30を設けると説明したが、間隔30を設けなくても良い。
As shown in FIG. 1, an infrared reflecting
集熱器14(14a)の水平断面を図5に示し、図5のB−B線断面図を図6に示す。集熱器14は、例えばSUS等を素材とする薄板を用い、縦横の比がほぼ上部レンズの縦横の比に近く、高さの低い直方体の容器形状とするのが望ましい。集熱器14の内部は、例えば2つの区画壁34によって3つの通路36が形成されている。集熱器14aは入口に連結パイプ20pから熱媒が入り、その後、熱媒が3箇所の通路36をほぼ均等に通過して出口から連結パイプ20a至るものである。集熱器14においては、その集熱器14を通過する熱媒が、フレネルレンズ18によって集中させられた太陽光によって加熱されるものである。集熱器14における太陽光が当たる上面37には、太陽光スペクトルの吸収率は100%に近く、赤外線スペクトルの輻射率がゼロに近い選択吸収処理が施されている。
FIG. 5 shows a horizontal cross section of the heat collector 14 (14a), and FIG. 6 shows a cross section taken along the line BB of FIG. It is desirable that the
集熱器14は太陽光からの熱を吸収する役割を果たすものであるのに対し、タンク12は蓄熱槽として役割を果たすものである。図1及び図2に示すように、タンク12は、空間38を有する両端閉鎖筒状の内側槽40と、その内側槽40の殆どを覆う筒状の外側槽42との二重の槽から成る。内側槽40の空間38は循環経路22,24の一部であり、その空間38には大量の熱媒が収容されている。内側槽40と外側槽42の間の空間44は真空となって、内側槽40の空間38に収容さる熱媒の断熱効果の役割を果たしている。なお、図4においては、内側槽40の両端は外側槽42に覆われていない構造に示してあるが、内側槽40の全部を外側槽42で覆うようにしても良い。
The
タンク12の内側槽40の空間38の内部には、熱媒からの熱を受け取って発電機(図示せず)等に熱を供給するための熱交換器46が備えられている。内側槽40の空間38の内部には更に、錫鉛共晶半田等の熱保持材48を内部に真空封入した石英ガラス等の保護容器(容器)50を備えるのが望ましい。熱保持材48は、例えば150℃を越える温度を融点として液体と固体との間で相を変えるもので、相を変える際に大きな潜熱(大量の熱を放出したり吸収したりする)を有するものである。熱保持材48としての錫鉛共晶半田は、約183℃で相を変えるものである。熱保持材48は、相変化温度が180℃〜200℃程度が望ましいが、その温度に限るものではない。なお、保護容器50の素材を石英ガラスとしたのは、錫鉛共晶半田と石英とが高温で反応しないからである。但し、石英ガラスは衝撃に弱く破損し易いため、その外部を強固なカバー等で保護することが望ましい。
A
熱保持材48としては、錫鉛共晶半田以外に、例えば鉛フリーの錫鉛共晶半田や三元系の半田も利用できる。また、硫化水素ナトリウム等の塩や、ショウノウ等の有機物等であって、相変化温度が180℃〜200℃程度のものを使用しても良い。この場合には、保護容器50の素材をSUSにする。半田は金属のため熱伝導性が良いが、塩や有機物を材料とする場合には熱伝導性が悪いため、その熱伝導性の悪さを補うように、それらの材料の表面積を増すために材料を多数本の筒に分けて収納する。
As the
タンク12の斜視図を図7に示す。タンク12の内側槽40の一端側には、本発明の太陽熱集熱装置の使用時に常に内側槽40の空間38の最下位に位置するような下方伸張部52が形成される。この下方伸張部52に、第一循環経路22の連結パイプ20pと第二循環経路24の連結パイプ20qとが接続される。即ち、タンク12の空間38の最下位に位置する熱媒が、第一循環経路22の連結パイプ20pと第二循環経路24の連結パイプ20qに向けて流出するように設定されている。また、タンク12の内側槽40の他端側には、本発明の太陽熱集熱装置の使用時に常に内側槽40の空間38の最上位に位置する箇所と連絡するガス抜きパイプ54が接続されている。第一循環経路22と第二循環経路24を循環する熱媒は、高温になると200℃を越えることもあり、その熱媒からは高温時に溶存ガスが発生することもある。熱媒から発生したガスをガス抜きパイプ54を介して、タンク12から大気に排出する。
A perspective view of the
図1や図2に示すように、反射部材26の裏面(空間28に対面している反対側の面)とケース10の内部との間に、ロックウールやグラスウール等の断熱材56を充填する。断熱材56は、タンク12と、連結パイプ20と、集熱器14の下側と赤外線用反射部材24との間の間隔30(間隔を開ける場合)を除いて、反射部材26の裏面とケース10の内部との間の空間の全域を埋めつくすのが望ましい。この断熱材56によって第一循環経路22と第二循環経路24は覆われるので、第一循環経路22と第二循環経路24を流れる熱媒は断熱材56によって熱損失が防止される。ケース10の内部と大気との間を連絡するエア抜きホース58が、ケース10に取り付けられる。このエア抜きホース58によって、ケース10内の温度上昇等によるケース10の膨張変形を防止し、フレネルレンズ18と集熱器14との位置関係のズレを防止する。
As shown in FIGS. 1 and 2, a
ケース10は、太陽追尾装置60(図1,図2)に取り付けられる。太陽追尾装置60は、ケース10の底部16と固定する支持部材62と、その支持部材62を図1でC−C方向に揺動可能とすると共に図2で傾斜角度θを変化可能とする駆動手段64とから成る。即ち、駆動手段64は、太陽光がフレネルレンズ18(集熱器14の上面37)に対して直角に照射するように、ケース10を移動させるためのものである。太陽追尾装置60はフレネルレンズ18に対して太陽光を直角に照射するためにケース10を移動させるが、ケース10の移動はコンピュータ制御で行っても手動で行ってもどちらでも良い。
次に、本発明の太陽熱集熱装置の動作について説明する。太陽は季節と時刻によって地上への入射角が異なる。このため、太陽追尾装置60の駆動手段64は季節と時刻に応じて図2におけるケース10の仰角θ(図2におけるH−H線は水平線と平行とする)を調整すると共に、図1のC−C方向に回転移動させる。フレネルレンズ18(集熱器14の上面37)に対して直角に太陽光が照射するように、ケース10を時間の経過と共に移動させる。太陽追尾装置60の作動時間は太陽が出ている時間帯とし、例えば東京では全ての季節を通して例えば午前8時から午後4時までを基本作動時間とし、夏至に近いほど作動時間を延長する。
Next, the operation of the solar heat collecting apparatus of the present invention will be described. The angle of incidence on the sun varies depending on the season and time. Therefore, the driving means 64 of the
ここで、図1及び図2において太陽光が、フレネルレンズ18及び集熱器14に対して直角に照射するものと仮定して説明する。図2の状態における第一循環経路22の傾斜状態を図8に示す。図8におけるH−H線も水平線と平行とする。赤道付近以外では、フレネルレンズ18に太陽光が直角に照射する場合に、必ず仰角θ(θ>0度)が発生する。なお、赤道付近では、θ=0度となる場合があるが、この場合には、θ=5〜10度程度とし、仰角θが0度にならないようにする。この場合には、フレネルレンズ18に太陽光が直角に照射しなくても良いものとする。
Here, in FIG. 1 and FIG. 2, description will be made on the assumption that sunlight irradiates the
太陽光がフレネルレンズ18を照射すると、フレネルレンズ18を通過した太陽光は、図8に示す第一循環経路22における3個の集熱器14a,14b,14cに集中し、3個の集熱器14a,14b,14c内の熱媒が熱せられる。3個の集熱器14において、集熱器14aが相対的な最下位に位置し、集熱器14bが相対的な中位に位置し、集熱器14aが相対的な最上位に位置する。熱媒は熱せられると上方に向けて移動する。最下位の集熱器14aに位置する熱媒はそこで熱せられることにより、連結パイプ20a内を上昇して集熱器14bに至り、集熱器14bで更に熱せられて、連結パイプ20b内を上昇して集熱器14cに至り、集熱器14cで更に熱せられて、連結パイプ20c内を上昇してタンク12内に至る。即ち、熱媒は低い位置の集熱器14aから中位の集熱器14bを経由して高い位置の集熱器14cに向けて順に熱せられて移動して、タンク12内に入る。
When sunlight irradiates the
タンク12内に入った熱媒は、熱交換器46(図1,図2)や熱保持体48(図1,図2)との接触によって熱を奪われる。その結果、タンク12内の熱媒の温度が低下し、温度が低下した熱媒はタンク12内を高位から低位に向けて移動し下方伸張部52に至る。下方伸張部52に至った熱媒は、連結パイプ20pを経由して集熱器14aに至る。このように、第一循環経路22内の熱媒は、低位の集熱器14aから中位の集熱器14bと高い位置の集熱器14cを順に経由してタンク12に至り、その後タンク12から再び低位の集熱器14aに至る流れとなる。第二循環経路24内の熱媒の流れも第一循環経路22の流れと同様に、低位の集熱器14dから中位の集熱器14eと高い位置の集熱器14fを順に経由してタンク12に至り、その後タンク12から再び低位の集熱器14dに至る流れとなる。第一循環経路22内の熱媒も第二循環経路24内の熱媒も、それぞれの途中位置で加熱されて温度差を生じるため、その温度差によって第一循環経路22内や第二循環経路24内を自動的に循環流通するものである。
The heat medium entering the
タンク12内には、融点が183℃の錫鉛共晶半田の熱保持材48を内部に真空封入した保護容器50を備えているので、タンク12内に導入される熱媒の温度が183℃に到達すると、半田はその温度を保ったまま融け始める。熱媒の温度は半田が溶け終わるまで、この融点温度を原則として越えることは無い。この反対に、タンク12内に導入される熱媒の温度が183℃以下に下降すると半田の凝固が始まり、半田が全て凝固するまでは、タンク12内の熱媒は183℃に保たれ、その温度が熱交換器46に与えられる。
The
半田が全部凝固すると、タンク12内の熱媒の温度も半田の温度も低下してゆく。第一循環経路22並びに第二循環経路24内の全ての箇所での熱媒の温度が等しくなって熱媒の循環が停止する。夕方や夜になって熱媒の循環が停止すると、太陽追尾装置60が作動してケース10を回転させ、午前8時ごろに太陽光がフレネルレンズ18に直角方向に照射する位置に向きを変える。
When the solder is completely solidified, both the temperature of the heat medium in the
太陽追尾装置60が作動しているどの間においても、タンク12とガス抜きパイプ54との連絡箇所はタンク12の最上位となるように設定してあるので、高熱になった熱媒から空気が発生しても、その空気を外部に排出することができる。なお、このガス抜きパイプ54から雨水や虫等がタンク12内に入り込まないような形状や構造とする。また、ケース10の内部が高温になった場合に、エア抜きホース58によってケース10内の高温空気を外部に排出して、ケース10の膨張変形を防止し、フレネルレンズ18と集熱器14との位置関係のズレを防止する。
While the
以上のように、従来の太陽熱集熱装置では、気温25℃の環境で集熱温度150℃での集熱効率は50%に達することが困難であったが、本発明では集熱温度150℃での集熱効率60%超を1日5時間以上維持することができた。 As described above, in the conventional solar heat collector, the heat collection efficiency at the heat collection temperature of 150 ° C. in the environment of the air temperature of 25 ° C. was difficult to reach 50%, but in the present invention, the heat collection temperature is 150 ° C. The heat collection efficiency of more than 60% could be maintained for 5 hours or more per day.
10 ケース
12 タンク
14 集熱器
18 フレネルレンズ
20 連結パイプ
22 第一循環経路
24 第二循環経路
26 反射部材
32 赤外線反射部材
46 熱交換器
48 熱保持部材
50 保護容器
54 ガス抜きパイプ
56 断熱材
58 エア抜きホース
60 太陽追尾装置
DESCRIPTION OF
Claims (15)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005151837A JP2006329491A (en) | 2005-05-25 | 2005-05-25 | Solar heat collecting system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005151837A JP2006329491A (en) | 2005-05-25 | 2005-05-25 | Solar heat collecting system |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2006329491A true JP2006329491A (en) | 2006-12-07 |
Family
ID=37551360
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2005151837A Pending JP2006329491A (en) | 2005-05-25 | 2005-05-25 | Solar heat collecting system |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2006329491A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
ITMI20092051A1 (en) * | 2009-11-23 | 2011-05-24 | Air Control S R L | PERFECTED SOLAR COLLECTOR AND PERFECTED THERMAL SOLAR SYSTEM |
JP2017505416A (en) * | 2014-01-24 | 2017-02-16 | ビーエーエスエフ ソシエタス・ヨーロピアBasf Se | Piping system for solar power plant |
-
2005
- 2005-05-25 JP JP2005151837A patent/JP2006329491A/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
ITMI20092051A1 (en) * | 2009-11-23 | 2011-05-24 | Air Control S R L | PERFECTED SOLAR COLLECTOR AND PERFECTED THERMAL SOLAR SYSTEM |
JP2017505416A (en) * | 2014-01-24 | 2017-02-16 | ビーエーエスエフ ソシエタス・ヨーロピアBasf Se | Piping system for solar power plant |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7856974B2 (en) | Solar chimney with internal solar collector | |
US4505260A (en) | Radiant energy device | |
US9989278B1 (en) | Solar energy collector and/or concentrator, and thermal energy storage and retrieval system including the same | |
US20100031991A1 (en) | Concentrating photovoltaic generation system | |
WO2010074141A1 (en) | Solar ray heat conversion device | |
JP2014511472A (en) | Energy conversion / heat collection system | |
US7854224B2 (en) | Solar chimney with internal and external solar collectors | |
AU2008200916B2 (en) | Solar chimney | |
WO2012120016A1 (en) | Receiver for a beam down power plant, system with the receiver and use of the system | |
US20080156317A1 (en) | Solar chimney for daytime and nighttime use | |
JP2006329491A (en) | Solar heat collecting system | |
WO2008012390A1 (en) | Solar-powered boiler | |
JP5417091B2 (en) | Solar heat converter | |
BRPI0719235A2 (en) | SOLAR THERMAL POWER INSTALLATION. | |
JP2017200457A (en) | Solar heating facility | |
US8960186B2 (en) | Solar chimney with external solar collector | |
CN104236127B (en) | The heat storage system of Dish solar thermal power system | |
ES2966702T3 (en) | Heat receiver for urban concentrated solar energy | |
EP2058604B1 (en) | Improved solar collector | |
KR101407079B1 (en) | solar heat collecting system using cone shape reflector | |
RU2730188C1 (en) | Solar power plant | |
RU2199704C2 (en) | Heliopower plant | |
JP5011330B2 (en) | Cooling device for concentrating power generation system | |
JPH03256580A (en) | Solar generating system | |
US20210018223A1 (en) | Method for collecting solar radiation and transforming it into heat energy |