JP2010181045A - Light receiving pipe for solar light collecting device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は太陽集光装置用の受光管に関するものである。 The present invention relates to a light receiving tube for a solar concentrator.
放物面を有するトラフの焦点位置に受光管を設置し、トラフに入光した太陽光を受光管に集光させ、受光管を加熱して内部を流れる熱媒体(オイル等)に熱を伝達する太陽集光装置が知られている。受光管は太陽光を効率良く熱に変換するため、熱のロスを少なくする構造が採用されている。 A light receiving tube is installed at the focal point of the trough with a paraboloid, the sunlight incident on the trough is condensed on the light receiving tube, and the heat is transferred to the heat medium (oil, etc.) flowing inside the light receiving tube. A solar concentrator is known. The light receiving tube employs a structure that reduces heat loss in order to efficiently convert sunlight into heat.
例えば、受光管は、外側の透明管と、内側の光吸収管から成る二重管構造になっている。光吸収管は太陽光を吸収しやすいように黒色塗装が施されている。透明管と光吸収管の間の空間は略真空状態とされ、光吸収管からの熱が伝熱により外部へ逃げないようにされている(例えば、特許文献1参照)。 For example, the light receiving tube has a double tube structure including an outer transparent tube and an inner light absorbing tube. The light absorption tube is painted black so that it can easily absorb sunlight. The space between the transparent tube and the light absorption tube is in a substantially vacuum state so that heat from the light absorption tube does not escape to the outside due to heat transfer (see, for example, Patent Document 1).
しかしながら、このような従来の技術にあっては、透明管を取り囲む空間を真空化することにより、伝熱による熱の逃げは防止できるものの、光吸収管からの輻射による熱の逃げは防止することができなかった。そのため、受光管の熱効率の向上を図るうえである程度の限界があった。 However, in such a conventional technique, by evacuating the space surrounding the transparent tube, heat escape due to heat transfer can be prevented, but heat escape due to radiation from the light absorption tube can be prevented. I could not. Therefore, there has been a certain limit in improving the thermal efficiency of the light receiving tube.
本発明は、このような従来の技術に着目してなされたものであり、光吸収管からの輻射による熱の散逸も防止して、熱効率の向上を図ることができる太陽集光装置用の受光管を提供するものある。 The present invention has been made by paying attention to such a conventional technique, and it is possible to prevent heat dissipation due to radiation from the light absorption tube and to improve thermal efficiency. Some offer tubes.
本発明は、外側の透明管と、内側の光吸収管から成る二重管構造で、透明管と光吸収管の間の空間が略真空状態とされ、光吸収管の内部に流体の熱媒体が流される太陽集光装置用の受光管において、前記透明管の内面又は外面に、可視光範囲よりも大きい波長範囲に設定された閾値以下の小さい波長の光を透過し且つ閾値より大きい波長の光を反射する光学層を形成したことを特徴とする。 The present invention has a double tube structure comprising an outer transparent tube and an inner light absorption tube, the space between the transparent tube and the light absorption tube is in a substantially vacuum state, and a heat medium for fluid inside the light absorption tube In a light receiving tube for a solar concentrator, in which light is transmitted, light having a wavelength smaller than a threshold value set to a wavelength range larger than the visible light range is transmitted to the inner surface or the outer surface of the transparent tube, and the wavelength is larger than the threshold value. An optical layer that reflects light is formed.
閾値としては、800〜1200nmの範囲内(より好ましくは1000nm)が好適である。 The threshold is preferably in the range of 800 to 1200 nm (more preferably 1000 nm).
本発明によれば、透明管の内面又は外面に、可視光範囲よりも大きい波長範囲に設定された閾値以下の小さい波長の光を透過し且つ閾値より大きい波長の光を反射する光学層を形成したため、太陽光の大部分を占める可視光付近及びそれより紫外側の光は、光学層を透過し、光吸収管に当たる。光吸収管はその可視光等により加熱される。加熱された光吸収管は、その表面から輻射熱を放射する。加熱された光吸収管から放射される輻射熱は殆どが可視光よりも大きい波長の赤外線である。その赤外線である輻射光は、光学層を透過することができず、光学層により再度光吸収管側へ反射される。そのため、反射された輻射熱により光吸収管が加熱され、それを繰り返すことにより、光吸収管はより加熱された状態となり、熱効率が向上する。 According to the present invention, an optical layer is formed on the inner or outer surface of the transparent tube, which transmits light having a wavelength smaller than a threshold value set in a wavelength range larger than the visible light range and reflects light having a wavelength larger than the threshold value. Therefore, the light in the vicinity of the visible light that occupies most of the sunlight and the ultraviolet light from the light passes through the optical layer and hits the light absorption tube. The light absorption tube is heated by the visible light or the like. The heated light absorption tube radiates radiant heat from its surface. Most of the radiant heat radiated from the heated light absorption tube is infrared light having a wavelength larger than that of visible light. The infrared radiation light cannot pass through the optical layer and is reflected again by the optical layer toward the light absorption tube. Therefore, the light absorption tube is heated by the reflected radiant heat, and by repeating this, the light absorption tube becomes more heated and the thermal efficiency is improved.
図1〜図9は、本発明の好適な実施形態を示す図である。トラフ1は長手方向に沿って放物面の断面を有する形状をしている。トラフ1の内面は鏡面になっており、その焦点位置には受光管2が長手方向に沿って支持されている。トラフ1の幅は約5mで、長さは約100mである。トラフ1は長手方向に多数連結され、更に連結されたものが幅方向に多数並べられて設置されて使用される。トラフ1及び受光管2は、太陽を追尾した状態で回転し、トラフ1の光軸が常に太陽光Lと平行になるようになっている。
1 to 9 are diagrams showing a preferred embodiment of the present invention. The
受光管2は、外側の透明管3と、内側の光吸収管4から成る二重管構造をしている。透明管3の直径や約12cmで、光吸収管4の直径は約7cmである。透明管3は透明な耐熱ガラス製で、光吸収管4は外面が黒色の金属製パイプ製である。透明管3は両端部が閉塞しており、透明管3と光吸収管4の間の空間Pは略真空状態で密閉化されている。光吸収管4の内部には熱媒体5としてのオイルが流れるようになっている。
The
そして、透明管3の外面には光学層6が形成されている。光学層6は、透明管3の外面に、スパッタリング法を用いて酸化チタン(TiO2)と酸化ケイ素(PiO2)を交互に形成した積層構造をしている。この光学層6は波長1000nmの閾値をもち、閾値以下の波長の光は透過するが、閾値より大きい波長の光は反射する特性を有している。図6に光学層6の光透過性能を示す。
An
太陽光Lは、図5に示すように、可視光(波長380〜780nm)及び紫外線(〜380nm)が殆どであり、赤外線(780nm〜)は少ない。閾値Sを1000nmに設定すれば、それよりも大きい赤外線は更に少ない。 As shown in FIG. 5, the sunlight L is mostly visible light (wavelength 380 to 780 nm) and ultraviolet light (up to 380 nm), and has little infrared light (780 nm or more). If the threshold value S is set to 1000 nm, there will be fewer infrared rays larger than that.
従って、トラフ1で集光した太陽光Lを受光管2に当てると、太陽光Lのうち、波長が1000nm以下の紫外線、可視光、赤外線の一部(以下、可視光等Aという)は透過し、1000nmより長い赤外線Bは反射される。
Therefore, when the sunlight L collected by the
太陽光L中の赤外線Bの成分は少ないため、反射されても受光管2の加熱性能に与える影響は少ない。太陽光Lの大部分を占める可視光等Aは光学層6を透過して、光吸収管4に当たり、光吸収管4を加熱する。
Since the component of the infrared ray B in the sunlight L is small, the influence on the heating performance of the
光吸収管4は約400°C程度まで加熱される。加熱されて高温になった光吸収管4は、自ら輻射熱を放射する。輻射熱は殆ど全てが赤外線であり、例えば約400°Cの黒体から放射される輻射熱は殆ど全てが1000nm以上の波長の赤外線Bであることが知られている。
The
従って、光吸収管4から放射された輻射熱である赤外線Bは光学層6を透過することができず、光学層6で反射されて再び光吸収管4に当たり、光吸収管4を加熱する。加熱された光吸収管4からは更に赤外線Bが放射される。赤外線Bが外部に逃げず、透明管3の内部に滞留するため、光吸収管4の温度が上昇し、熱効率が高まる。そのため、光吸収管4の熱効率が向上し、光吸収管4内を流れる熱媒体5を確実に加温することができる。
Therefore, the infrared ray B, which is radiant heat radiated from the
以上の実施形態では、光学層6を透明管3の外面に形成する例を示したが、内面に形成しても良い。また、光学層6を透明管3の表面に直接形成する例を示したが、光学層6をいったん樹脂フィルムに形成し、その樹脂フィルムを透明管3の表面に貼着するようにしても良い。また、受光管2はトラフ1でなく、フレネル式、その他の太陽集光装置に用いることもできる。
In the above embodiment, the example in which the
1 トラフ
2 受光管
3 透明管
4 光吸収管
5 熱媒体
6 光学層
A 可視光等
B 赤外線
L 太陽光
P 空間
S 閾値
1
Claims (2)
前記透明管の内面又は外面に、可視光領域よりも大きい波長範囲で設定された閾値以下の小さい波長の光を透過し且つ閾値より大きい波長の光を反射する光学層を形成したことを特徴とする太陽集光装置用の受光管。 A sun with a double tube structure consisting of an outer transparent tube and an inner light absorption tube, the space between the transparent tube and the light absorption tube is in a substantially vacuum state, and a fluid heat medium flows inside the light absorption tube In the light receiving tube for the condenser,
An optical layer is formed on the inner or outer surface of the transparent tube, which transmits light having a wavelength smaller than a threshold set in a wavelength range larger than the visible light region and reflects light having a wavelength larger than the threshold. Receiver tube for solar concentrator.
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