JP2010203624A

JP2010203624A - トラフ型集光装置

Info

Publication number: JP2010203624A
Application number: JP2009046358A
Authority: JP
Inventors: Katsushige Nakamura; 勝重中村
Original assignee: Mitaka Kohki Co Ltd
Current assignee: Mitaka Kohki Co Ltd
Priority date: 2009-02-27
Filing date: 2009-02-27
Publication date: 2010-09-16

Abstract

【課題】光吸収管からの輻射による熱の逃げも防止して、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。
【解決手段】透明管３の反トラフ１側の面に鏡面反射膜６を形成したため、加熱された光吸収管４から放射される輻射熱Ｅを再度光吸収管４側へ反射することができる。そのため、反射された輻射熱Ｅにより光吸収管４が加熱され、それを繰り返すことにより、光吸収管４はより加熱された状態となり、熱効率が向上する。光吸収管４を形成したことにより、光吸収管４へ直接入射する太陽光Ｌが遮断されるが、その量は小さく、加熱性能に影響はない。
【選択図】図６

Description

本発明はトラフ型集光装置に関するものである。

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）に熱を伝達するトラフ型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。

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）。

特開２００４−２３９６０３号公報

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。

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。

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受光管を、放物断面の鏡面を有するトラフの焦点に沿って配置したトラフ型集光装置において、前記透明管の反トラフ側の表面又は内面に、鏡面反射膜を形成したことを特徴とする。

本発明によれば、透明管の反トラフ側の面に鏡面反射膜を形成したため、加熱された光吸収管から放射される輻射熱を再度光吸収管側へ反射することができる。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。光吸収管を形成したことにより、光吸収管へ直接入射する太陽光が遮断されるが、その量は小さく、光吸収管へ入射する太陽光のほとんどはトラフで反射されてトラフ側より入射するため、太陽光による光吸収管の基本的な加熱性能に影響はない。基本的加熱性能が確保された上で、輻射熱の再利用による加熱性能が加わるため、全体的な加熱性能が向上する。

本発明の実施形態に係るトラフ型集光装置の断面図。トラフ型集光装置の側面図。トラフ型集光装置の入射割合を示す断面図。受光管の構造を示す斜視図。受光管の構造を示す断面図。受光管の光入射構造及び輻射熱の反射構造を示す説明図。実験装置を示す断面図。実験結果を示すグラフ。

図１〜図８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有している。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５．７ｍ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制御されている。

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の直径は約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は減圧または略真空状態で密閉化された断熱空間となっている。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。

そして、透明管３の外面のトラフ１とは反対側には、その半分に鏡面反射膜６が形成されている。鏡面反射膜６は銀めっきにより形成されており、内面側に鏡面が形成され、表面側には図示せぬ保護膜が形成されている。

鏡面反射膜６を、反トラフ側に形成したのは、光吸収管４に入射する太陽光Ｌのほとんどは、いったんトラフ１で入射されてトラフ側から入射するため、反トラフ側に鏡面反射膜６を形成しても、太陽光Ｌの入射に影響がないからである。例えば、図３の概略図に示すように、トラフ１の幅が５．７ｍで、透明管３の径が１２ｃｍの場合、透明管３に直接入射する太陽光Ｌの量は、わずか２％（１２÷５７０）である。殆ど（９８％）がいったんトラフ１で反射されてトラフ側から入射する。従って、２％の太陽光Ｌが鏡面反射膜６により遮断されても、光吸収管４からの輻射による熱散逸が抑制されれば保温作用が発揮される。

光吸収管４の加熱は主としてトラフ１を介して入射する太陽光Ｌの輻射熱と光吸収管４から外方への熱輻射や周辺部材への熱伝導による熱散逸のバランスにより評価されるため、熱散逸を抑制することは加熱に寄与することに他ならない。

なお、本実施形態では便宜上トラフ１の上半分の領域に鏡面反射膜６が形成されものとしたが、放物型トラフ１からの太陽光Ｌの直接光が導入されない光吸収管４の領域（トラフ側の反対側）を覆うように鏡面反射膜６が形成されればよい。

また、太陽光Ｌが光吸収管４または鏡面反射膜６により遮蔽されてトラフの反射面の一部領域（中央領域）に影ができる。この影部分に対応する光吸収管４のトラフ側の一部領域において鏡面反射膜を形成してもよい。このような鏡面反射膜は太陽光のトラフ１からの直接入射を妨げず、なおかつ光吸収管４からトラフ側への輻射を内部に反射することにより保温効果を発揮し熱散逸を抑制する効果がある。

トラフ１から入射する太陽光Ｌが光吸収管４に当たり光吸収管４を加熱する。光吸収管４は約４００〜５００°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Ｅを放射する。輻射熱Ｅは光吸収管４から全方向へ放射されるが、そのうちの５０％が鏡面反射膜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からは更に輻射熱Ｅが放射される。輻射熱Ｅのおよそ半分が外方に逃げず、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。

図７は、輻射熱Ｅの効果を確認する実験装置の構造である。１／５０のサイズの透明管７の中に約５００°Ｃまで温度が上昇する熱源８を置き、その近くに断熱材９で熱源８に対して輻射熱を遮断した状態で黒色金属片１０を置いた。透明管７内は真空でなく、通常の大気雰囲気である。この状況下では黒色金属片１０は熱源８の輻射熱を直接受けることができず、また熱伝導による有意な加熱効果も期待できない。そして、透明管７の半分に鏡面反射膜６を形成した場合と、形成しない場合における黒色金属片１０の温度を測定した。

結果は、図８に示すように、約３０分経過時点で、鏡面反射膜６を形成した方が、鏡面反射膜６を形成しない場合よりも、黒色金属片１０の温度が約６０Ｋ高くなった。熱源８自体の温度も、鏡面反射膜６を形成した方が若干上昇した。このことは、熱源８からの輻射熱Ｅが鏡面反射膜６により透明管７内部に反射されて、透明管７の内部に存在する物体（黒色金属片１０や熱源８自体）に吸収されてこれらを加熱していることを意味している。

本実験では透明管７内の空間を真空としていないため内部における空気対流による加熱効果は無視できないが、反射膜がある場合にもない場合にも同程度に寄与していると考えられる。すなわち反射膜がない場合での被輻射体の加熱には主として熱源８により加熱された空気の対流が寄与していると考えられる。反射膜がある場合での被輻射体の加熱ではさらに反射膜を介しての輻射熱による加熱および空気からの輻射熱の反射膜を介しての保温効果が付加されていると考えられる。したがって対比測定においては反射膜ありとなしの場合で顕著な相違があることから鏡面反射膜６による保温効果が確認された。

以上の実施形態では、鏡面反射膜６を透明管３、７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、鏡面反射膜６を透明管３、７の表面に直接形成する例を示したが、フィルム状の鏡面反射膜６を形成し、それを透明管３、７の表面に貼着するようにしても良い。

１トラフ
２受光管
３、７透明管
４光吸収管
５熱媒体
６鏡面反射膜
Ｐ空間
Ｌ太陽光
Ｅ輻射熱

Claims

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減圧され、光吸収管の内部に流体の熱媒体が流される受光管を、放物断面の鏡面を有するトラフの焦点に沿って配置したトラフ型集光装置において、
前記透明管の反トラフ側の表面又は内面に、鏡面反射膜を形成したことを特徴とするトラフ型集光装置。
鏡面反射膜を透明管の反トラフ側の半分の領域に形成したことを特徴とする請求項１記載のトラフ型集光装置。
前記透明管のトラフ側の一部の表面又は内側に鏡面反射膜が形成されることを特徴とする請求項１又は２記載のトラフ型集光装置。
鏡面反射膜がメッキで形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載のトラフ型集光装置。