JP2010236699A

JP2010236699A - 太陽光集光受熱器

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Publication number: JP2010236699A
Application number: JP2009081823A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Kawashima; 裕河島
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2009-03-30
Filing date: 2009-03-30
Publication date: 2010-10-21
Anticipated expiration: 2029-03-30
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Abstract

【課題】受熱管が局部的に熱せられて、耐用温度を越えるという問題発生を防止し、該受熱管からの輻射熱損や対流熱損による部分的な該受熱管の高温化を防止して、効率的な太陽光からの熱エネルギー伝達を行うことができる太陽光集光受熱器を提供する。
【解決手段】ヘリオスタットにより集光された太陽光線を受光し、熱媒体へ伝達する熱交換受熱管１２を備えた太陽光集光受熱器であって、該熱交換受熱管１２は、入射方向（矢印Ｓ方向）上流側に配置された往路受熱管１６と、この該往路受熱管１６にＵ字管１７を介して接続されて入射方向（矢印Ｓ方向）下流側の復路受熱管１８とから構成され、往路受熱管１６と復路受熱管１８は、太陽光線の入射方向（矢印Ｓ方向）から見て、位置をずらして配置されたことを特徴とする。
【選択図】図６

Description

本発明は、太陽熱発電装置、太陽熱利用化学プラントなどに利用されて、太陽光を集光して高温の熱エネルギーに変換し、該熱エネルギーを熱伝導により熱媒体に伝える太陽光集光受熱器の基本構造に関する。

高温の太陽熱利用においては、通常、鏡により集光・集熱を実施するが、集光装置と受熱器の組合せに関して、集光装置と受熱装置が機械的に組合せ一体化されて地表に近い場所に置かれるトラフ集光に代表される方式と、受熱器を高いタワーの上に置き、周囲の地上にヘリオスタットと呼ばれる集光用の反射光制御鏡を多数台置き、タワー上部の受熱器上に集光させるタワー集光、という２種類の方式がある。
そして、今回、発明の対象となるタワー集光方式では、太陽光集光受熱器にて熱交換に使用される熱媒体について、発電プラント用の場合、発電サイクルの高効率化のために、従来よりも高温化に対応した開発が行われている。
高温化を実施した場合には、熱媒体の高温化により、受熱器の受熱管材料の使用温度が許容温度に極めて近づくことに加え、受熱器において局所的な温度の相違が発生して、安定した集熱に関して問題があった。

従来のタワー型受熱器の概要について、図１０〜図１６を参照して説明する。
図１０に示すようにヘリオスタット５０がタワー５１の３６０度全周に配置されることに対応して、図１１に示すような、全周から集光集熱を行うタワー型の受熱器５２が開発されたが、受熱管５３が外部へ露出する構造であるために、対流や輻射熱損が多いという問題があった。このため、図１２に示すような、該受熱管５３をケーシング５４の内部に置いたキャビティ型の受熱器５５が開発された。

ヘリオスタットのタワー全周への配置構成は、直達日射の良好な亜熱帯高圧帯における実際の設備の立地条件に対しては、ヘリオスタットの入反射角度の大小による鏡の有効面積がタワーの南北で大きく異なり、片側で悪くなるという現象が発生する。
このため、近年、図１３に示すような、実際の太陽の高度変化に対応して、鏡の有効面積が大きく取れる側にヘリオスタット６０を集中配置する、片側配置方式と呼称される受熱器６１が建設されている。この受熱器６１は、図１４に示すように、上面より見て半周の１８０度以下の角度範囲に、受熱管６２を配置した曲面又は曲面を多面体に近似させた構造となっている。この受熱器６１は、受熱管の長手方向が水平方向に配置されており、実際の受光分布は受熱器本体の高さ方向について中央部が高いことより、一部の受熱管６２の熱負荷が高くなる傾向にあり、更に図１５に示すように受熱管６２の前面が日射入光を受けることができるように外に向けて開口露出している（開口部を符号６３で示す）。

一方、特許文献においては以下のような技術が知られている。特許文献１に示される太陽光集熱器７０は、図１６に示されるように、熱媒体導入部７１及び熱媒体導出部７２を通じて内部に熱媒体が流通される熱媒体流通管７３（熱交換受熱管）が、螺旋状に巻回されることで形成されてなる集熱体７４を有するものであって、該集熱体の受光面７５は、集熱体の内部に露出された該熱媒体流通管７３の外周面によって形成される。
また、熱媒体導入部７１は熱媒体流通管７３の中央部、熱媒体導出部７２は該熱媒体流通管７３の外周部にあり、これによって該熱媒体流通管７３内の熱媒体は、螺旋の中央から外周に向けて流通する。また、前記集熱体７４の受光面７５は、太陽光導入口に向って収束する湾曲状に形成されている。

国際公開番号ＷＯ２００６／０２５４４９号公報

そして、以上のように構成された従来技術及び特許文献１では、図１６に代表するように、熱媒体導入部７１から熱媒体流通管７３内に導入された熱媒体が、螺旋の中央から外周に向けて流通するようになっているので、熱媒体導出部７１付近では熱媒体流通管７３が高温になり、耐用温度に近づく又は越えるという問題が発生していた。
このため、熱媒体流通管７３である受熱管の温度を材料の耐熱限界以内に抑えるために、高精度の受光位置制御を行うことにより、局所的な熱負荷の過負荷により発生する熱応力歪や材料強度低下による受熱器の破損防止を図る必要がある。また、受熱管からの輻射熱損や対流熱損が多く、部分的な受熱管の高温化により益々顕在化すると考えられる。更に、集熱体７４となる受熱器の外側の太陽光が当たらない側の受熱管壁面と、該受熱器の内側の太陽光が当たる側の受熱管壁面との温度差が大きくなるという問題も含有している。

この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、受熱管が局部的に熱せられて、耐用温度を越えるという問題発生を防止し、該受熱管からの輻射熱損や対流熱損による太陽光の入射エネルギーに対する受熱器の出力熱エネルギーへの変換効率の低下を防止して、効率的な太陽光からの熱エネルギー伝達を行うことができる太陽光集光受熱器の提供を目的とするものである。

上記課題を解決するために、この発明では、ヘリオスタットにより集光された太陽光線を受光して、熱媒体へ伝達する熱交換受熱管を備えた太陽光集光受熱器であって、該熱交換受熱管は、入射方向上流側に配置された往路受熱管と、この該往路受熱管にＵ字管を介して接続されて入射方向下流側の復路受熱管とから構成され、往路受熱管と復路受熱管は、太陽光線の入射方向から見て、位置をずらして配置されたことを特徴とする。

そして、このような構成の太陽光集光受熱器では、太陽光線のエネルギーを内部の熱媒体に伝達する熱交換受熱管を、入射方向上流側に配置された往路受熱管と、この該往路受熱管にＵ字管を介して接続されて入射方向下流側の復路受熱管とから構成し、かつこれら往路受熱管と復路受熱管を、太陽光線の入射方向から見て位置をずらして配置したので、例えば、太陽光の入射位置にてこれら往路受熱管と復路受熱管とを交互に配置することができ、これによって往路受熱管及び復路受熱管を循環する熱媒体の温度を安定して上昇させることができる。その結果、往路受熱管と復路受熱管とからなる熱交換受熱管の全体を均等に温度上昇させ、更に、熱媒体の温度が高くなる入射方向下流の復路受熱管を、往路受熱管の蔭になることでその受光熱量を確実に低減させることができ、該受熱管表面の温度上昇を抑制することができ、従来方式での受熱管が局部的に熱せられて、耐用温度を越えるという問題発生を防止することができ、効率的な太陽光からの熱エネルギー伝達を行うことができる。

また、本発明の太陽光集光受熱器では、前記復路受熱管の下流側に反射鏡を設けたことを特徴とする。
そして、このような構成の太陽光集光受熱器では、復路受熱管の（太陽光線）入射方向下流側に反射鏡を設けたので、太陽光線の入射方向から見て位置をずらして配置された往路受熱管と復路受熱管との隙間を通じて入った太陽光線を、該反射鏡で反射することができ、さらに該反射鏡の反射光を、前述した往路受熱管と復路受熱管の背面に照射することができ、これら往路受熱管と復路受熱管を背面から加熱することができる。すなわち、太陽光線により、往路受熱管と復路受熱管を、前側面と背面の両方から加熱することができ、この点においても、往路受熱管と復路受熱管とからなる熱交換受熱管の全体を均等に温度上昇させることができ、従来のような、受熱管が局部的に熱せられて、耐用温度を越えるという問題発生を防止することが可能となる。

また、本発明の太陽光集光受熱器では、前記熱交換受熱管は、太陽光線の入射方向から見て、往路受熱管、復路受熱管を高さ方向と直交する方向にそれぞれ位置をずらして複数設けたことを特徴とする。

そして、このような構成の太陽光集光受熱器では、熱交換受熱管を、太陽光線の入射方向から見て、往路受熱管、復路受熱管を高さ方向と直交する方向にそれぞれ位置をずらして複数設けることで、太陽光の入射位置にて、複数の往路受熱管及び復路受熱管を循環する熱媒体の温度を安定して上昇させることができる。その結果、複数の往路受熱管と復路受熱管との組み合わせからなる熱交換受熱管の全体を均等に温度上昇させることができる。

また、本発明の太陽光集光受熱器では、反射鏡の光路には、熱交換受熱管の間隙を通過する太陽光線の方向を変換する反射体が設けられたことを特徴とする。

そして、このような構成の太陽光集光受熱器では、反射鏡の光路に、熱交換受熱管の間隙を通過する太陽光線の方向を変換する反射体を設けたので、該反射体によって、反射体の反射光が入射方向の上流側に戻ることを防止することができ、該反射光によって熱交換受熱管の背面を照射し、熱エネルギーに変換して受熱器のエネルギー出力に加算することができる。

本発明の太陽光集光受熱器では、太陽光線のエネルギーを内部の熱媒体に伝達する熱交換受熱管を、入射方向上流側に配置された往路受熱管と、この該往路受熱管にＵ字管を介して接続されて入射方向下流側の復路受熱管とから構成し、かつこれら往路受熱管と復路受熱管を、太陽光線の入射方向から見て位置をずらして配置したので、例えば、太陽光の入射位置にてこれら往路受熱管と復路受熱管とを交互に配置することができ、これによって往路受熱管及び復路受熱管を循環する熱媒体の温度を安定して上昇させることができる。その結果、往路受熱管と復路受熱管とからなる熱交換受熱管の全体を均等に温度上昇させ、更に、熱媒体の温度が高くなる入射方向下流の復路受熱管を、往路受熱管の蔭になることでその受光熱量を確実に低減させることができ、該受熱管表面の温度上昇を抑制することができ、かつ特に受熱管出口付近での温度上昇を抑えることができ、従来方式での受熱管が局部的に熱せられて、耐用温度を越えるという問題発生を防止することができ、効率的な太陽光からの熱エネルギー伝達を行うことができる。

ヘリオスタットと、タワー上の太陽光集光受熱器との位置関係を示す説明図である。太陽光集光受熱器の全体構成を示す図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は側断面図、（ｃ）は横断面図である。受熱管の位置と、太陽光の日射程度、温度、形態係数、熱流速との関係をまとめた表である。受熱管の位置と、温度、熱流速との関係を示すグラフである。受熱器本体と受熱管との位置関係を示す平面図である。受熱器本体と、熱交換受熱管を構成する往路受熱管、Ｕ字管、復路受熱管との位置関係の一例を示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は入口ヘッダ、出口ヘッダを示す図である。受熱器本体の内壁面と往路受熱管、復路受熱管と位置関係を示す平面図である。山型突起を設けた反射鏡の太陽光線を説明する説明図１である。山型突起を設けた反射鏡の太陽光線を説明する説明図２である。３６０度全周ヘリオスタットの配置例を示す平面図である。３６０度全周集熱受熱器を示す斜視図である。３６０度全周集熱キャビディ型受熱器を示す斜視図である。片側へリオスタットの配置例を示す平面図である。片側へリオスタット配置用受熱器の横断面図である。図１４の受熱器設置のタワーの外観を示す図である。（ａ）は太陽光集光受熱器の模式断面図、（ｂ）は（ａ）のＸＶＩ−ＸＶＩ線に沿う断面図である。

[実施例１]
本発明の一実施例を図１〜図９を参照して説明する。符号１で示すものは、グランドＧに設けられたヘリオスタットフィールドである。このヘリオスタットフィールド１上には、太陽光線を反射するための複数のヘリオスタット２が配置され、また、ヘリオスタットフィールド１の南端には、ヘリオスタット２で導かれた太陽光線を受けるタワー状の太陽光集光受熱器１００が設けられている。
なお、地球上で太陽熱発電の立地に適する場所は、太陽からの直速日射が強く良好な回帰線に近い亜熱帯高圧帯の乾燥地域であり、日中の太陽高度が高く発電に適する時間帯は太陽の位置が年間を通じ北半球では南側にあることより、ヘリオスタット２のＣＯＳ効率がより良好な場所に配置を考慮の結果、ソーラーフィールド１の南端にタワー型太陽光集光受熱器１００を建て、ヘリオスタット２を北側に展開する配置を選択することが好ましいとされる。

タワー型太陽光集光受熱器１００は、グランドＧに立設されたタワー部３と、該タワー部３上に設置された集光受熱器１０とから構成される。
集光受熱器１０は、図２に示されるように、ケーシングとなる受熱器本体１１と、該受熱器本体１１内の太陽光線入射方向（矢印Ｓ方向）の下流側に設けられた熱交換受熱管１２と、から構成されるものであって、該熱交換受熱管１２が設けられる受熱器本体１１の内壁面１３は、多角形状に形成されている。
なお、多角形状に形成された受熱器本体１１の内壁面１３において、符号１４Ａは、北西方向の開口に向くように設置された受熱管設置部、符号１４Ｂは、北々西方向の開口に向くように設置された受熱管設置部、符号１４Ｃは、北々東方向の開口に向くように設置された受熱管設置部、符号１４Ｄは、北東方向の開口に向くように設置された受熱管設置部を示している。

また、前記受熱器本体１１の前面側には、太陽光線を該受熱器本体１１内に取り込むための開口部１１Ａが設けられ、該開口部１１Ａにはシャッター１５が設けられている。シャッター１５は、太陽熱利用システム異常時のエネルギー供給停止、システム異常による受熱器の熱媒体量減少に対する受熱管焼損防止保護のために、トリップ指令に基づき開口部１１Ａの全体を急ぎ閉塞遮光するように動作する。また、開口部１１Ａの形状は横長とし、かつ両端部は、太陽光線のスポット径に応じて円形としている。

また、集光受熱器１０内に配置される熱交換受熱管１２は、図２に示すように、太陽光線の入射方向（矢印Ｓ方向）上流側に位置する往路受熱管１６と、この往路受熱管１６にＵ字管１７を介して接続されていて入射方向（矢印Ｓ方向）下流側に配置された復路受熱管１８とからなる２パス構造としている。また、これら熱交換受熱管１２は、受熱器本体１１に下部が支持されることで略直立するように受熱管設置部１４Ａ〜１４Ｄ内に複数設置されている。
前記熱交換受熱管１２の各往路受熱管１６は、熱媒体が供給される受熱管入口ヘッダ２０が接続され、また、該熱交換受熱管１２の各復路受熱管１８は、加熱された熱媒体を排出する受熱管出口ヘッダ２１が接続されている。そして、受熱管出口ヘッダ２１から排出された熱媒体は、直接又は図示しない熱交換器に供給され、該熱交換器で発生した二次の熱媒によって原動機タービンが駆動され、発電等が行われるようになっている。

また、ソーラーフィールド１上のヘリオスタット２と、集光受熱器１０の熱交換受熱管１２を構成する往路受熱管１６及び復路受熱管１８とは、次のような位置関係にある。
すなわち、図１及び図２（ｂ）に示すように、集光受熱器１０に近い最も近い最近点に位置するヘリオスタット２からの太陽光線（符号Ｈ１で示す）が熱交換受熱管１２の上部を照射し、また、集光受熱器１０から中間点（最近点と最遠点との中間）に位置するヘリオスタット２からの太陽光線（符号Ｈ２で示す）が熱交換受熱管１２の中間部を照射し、また、集光受熱器１０に近い最も遠い最遠点に位置するヘリオスタット２からの太陽光線（符号Ｈ３で示す）が熱交換受熱管１２の下部を照射するように、受熱器本体１１の設置角度である俯角（図１にαで示す）が設定されている。

そして、このような位置設定によって、日射強度が「強」となる最近点の太陽光線（符号Ｈ１で示す）が熱交換受熱管１２の上部を照射し、日射強度が「中」となる中間点の太陽光線（符号Ｈ２で示す）が熱交換受熱管１２の中間部を照射し、日射強度が「弱」となる最遠点の太陽光線（符号Ｈ３で示す）が熱交換受熱管１２の下部を照射する。また、日射強度が「強」となる太陽光線（符号Ｈ１で示す）が熱交換受熱管１２の上部は、高温となるため、受熱器本体１１の開口部１１Ａとの距離を大きく取っており、これによって輻射熱損原因となる形態係数を小さくしている。

そして、以上のように位置関係にあるソーラーフィールド１上のヘリオスタット２と、集光受熱器１０の熱交換受熱管１２を構成する往路受熱管１６及び復路受熱管１８とは、図３及び図４に示すような受熱分布を表す。
具体的には、このようなヘリオスタット２と熱交換受熱管１２との位置関係によって、図３及び図４に示すように、前側の熱交換受熱管１２（往路受熱管１６）に比べて後側の熱交換受熱管１２（復路受熱管１８）は、輻射熱損原因となる「形態係数」が小さくなり、かつ熱交換受熱管１２内の熱媒体の流れ方向に対し中央部付近（Ｕ字管１７付近）の「熱流速」が高くなり、これによって熱媒体温度が最高温度に近づく受熱管出口ヘッダ２１付近の「熱流速」を抑えて、熱交換受熱管１２を構成する材料の許容温度超過を回避可能とする。

そして、以上のようなヘリオスタット２と熱交換受熱管１２との位置関係によって、
（１）熱交換受熱管１２内の熱媒体の流れ方向に対し中央部付近の熱流速が高くなって、熱媒体温度が最高温度に近づく受熱管出口ヘッダ２１付近の熱流速を最小となることにより、熱交換受熱管１２を構成する材料の許容温度超過を確実に回避する。
（２）熱交換受熱管１２の表面からの輻射及び対流放熱損を最小とするために、キヤビティ構造を採用し、熱交換受熱管１２の高温部が外部に曝露する面積を最小とし、更に熱損失となる太陽光線が入射される開口部１１Ａからの輻射や対流損失を最小とするために、熱交換受熱管１２が高温となる上部箇所と、開口部１１Ａの距離が大きく取れるようにし、更に高温の復路受熱管１８の開口部１１Ａ側に低温の往路受熱管１６を配することにより、輻射熱損原因となる高温部配管の形態係数を小さくする。

次に、往路受熱管１６、Ｕ字管１７、復路受熱管１８とから構成される熱交換受熱管１２の配置の一例について図５〜図７を参照して説明する。
これら熱交換受熱管１２は３本で組をなすことで、１つの受熱配管体３０が構成されている（このような３本を一組とする熱交換受熱管１２を以下、受熱配管体３０と表現する）。受熱配管体３０では、３本の熱交換受熱管１２の内、２本が互いに平行となるように配置され（符号１２Ａ・１２Ｂで示す）、該平行配置された２本の熱交換受熱管１２を上側から跨ぐように１本の熱交換受熱管１２が配置されている（符号１２Ｃで示す）。
また、受熱配管体３０の各熱交換受熱管１２においては、入射方向（矢印Ｓ方向）の上流側にて内壁面１３に沿うように往路受熱管１６が一定間隔で配置され、かつ入射方向（矢印Ｓ方向）の下流側にて内壁面１３に沿うように復路受熱管１８が一定間隔で配置されている。すなわち、熱負荷が高い前側を熱媒体が供給される往路受熱管１６とし、熱負荷が低い後側を復路受熱管１８としている。
そして、このような往路受熱管１６と復路受熱管１８とがＵ字管１７で接続された２パス構造の熱交換受熱管１２では、Ｕ字管１７と、往路受熱管１６と復路受熱管１８との下部を受熱器本体１１にて支持することで、上部側が開放され、これによって熱による寸法変形を容易に吸収し、熱応力が発生し難い構造としている。また、隣接する受熱配管体３０の間に隙間が確保されることにより、受熱器本体１１の内壁面１３側から該受熱配管体３０の支持が容易となる。

また、受熱配管体３０の各熱交換受熱管１２では、これら往路受熱管１６と復路受熱管１８とが、太陽光線の入射方向（矢印Ｓ方向）から見て、千鳥状となるように高さ方向と直交する横方向に位置をずらして配置されている。これによって往路受熱管１６と復路受熱管１８のいずれの前面に、太陽光線が照射可能となっている。
また、このような受熱配管体３０は、図７に示すように多角形を形成する内壁面１３の各部において、往路受熱管１６同士の間隔４０、復路受熱管１８同士の間隔４０、受熱管１６と受熱管１８との間隔４０、及び後述する反射鏡３４と受熱管１６・１８との間隔４０が、ほぼ等しくなるように複数配置されている。

ここで、太陽光線の入射方向（矢印Ｓ方向）から見た往路受熱管１６と復路受熱管１８の配置を図６に示す。そして、図６（ｂ）を参照して分るように、太陽光の入射位置にてこれら往路受熱管１６と復路受熱管１８とが交互に配置され、これによって矢印（イ）、（ロ）に示すように、往路受熱管１６及び復路受熱管１８内を循環する熱媒体の温度を安定して上昇させることができる。その結果、熱交換受熱管１２の温度が全体に局在化せず、全体として均等に温度上昇させ、更に熱媒体の温度が高くなる入射方向（矢印Ｓ方向）下流の復路受熱管１８を、往路受熱管１６の蔭になることでその受光熱量を確実に低減させることができ、該復路受熱管１８の表面の温度上昇を抑制することができ、かつ特に受熱管出口付近での温度上昇を抑えることができる。
また、各熱交換受熱管１２のＵ字管１７の頂上部には、温度センサ３１が設けられており、熱交換受熱管１２内を流通する熱媒体が許容温度以上となるか否かを監視している。

また、図５及び図６に示すように、熱交換受熱管１２の入射方向（矢印Ｓ方向）下流側となる受熱器本体１１の内壁面１３には、断熱材３２及び冷却空気通路３３を介して、太陽光線の反射面３４Ａとなる反射鏡３４が設けられている。この反射鏡３４は、熱交換受熱管１２の下部、すなわち、Ｕ字管１７を除く往路受熱管１６及び復路受熱管１８が配置される部分に設けられており、該往路受熱管１６及び復路受熱管１８の隙間４０を通じて入射された太陽光線の反射光を、該往路受熱管１６及び復路受熱管１８の背面に照射して、熱エネルギーに変換させる。また、この反射鏡３４は、熱交換受熱管１２から発せられる輻射熱を、熱交換受熱管１２の背面へ戻し該熱交換受熱管１２の安定加熱に有効使用するとともに、集光受熱器１０から外部に向かう発熱量を低減し、受熱器本体１１の断熱冷却構造を簡略化する。

また、図６及び図７に示すように、反射鏡３４の反射面３４Ａ上には、複数の山型突起３５が設けられている。これら山型突起３５は、反射鏡３４の反射面３４Ａ上に所定の間隔を持って配置されたものであって、往路受熱管１６及び復路受熱管１８の隙間４０を通じて入射された太陽光線の入射角度に対する反射角度を不連続に異ならせ、これによって該隙間４０を通じて入射された太陽光線の反射光を、該隙間４０を通じて入射方向（矢印Ｓ方向）の上流側に戻らないようにする。

ここで、図８及び図９を参照して山型突起３５を設けた反射鏡３４で反射する太陽光線の作用について説明する。
これらの図において、山型突起３５が無い反射鏡３４では、符号Ｍ、ｍに示されるように、隙間４０を通じて入射された太陽光線が、別の隙間４０を通じて入射方向（矢印Ｓ方向）の上流側に戻る場合がある。
しかし、本実施例のように、山型突起３５を設けた反射鏡３４では、符号Ａ〜Ｅ、ａ〜ｅで示されるように、往路受熱管１６及び復路受熱管１８の隙間４０を通じて入射された太陽光線の入射角度に対する反射角度を不連続に異ならせ、これによって該太陽光線の反射光を、該隙間４０を通じて入射方向（矢印Ｓ方向）の上流側に戻らないようにし、かつこれら往路受熱管１６及び復路受熱管１８の背面側に照射させて、受熱管１６・１８上で熱に変えて有効に利用することができる。また、符号Ｅ、ｅに示される太陽光線は、山型突起３５が無い反射鏡３４にて、隙間４０を通じて入射された太陽光線が、別の隙間４０を通じて上流側に戻らない例を示している。

これによって、隙間４０を通じて入射された太陽光線の反射光を、熱交換受熱管１２の加熱に直接変換でかつ有効に使用されるようにし、更に受熱器本体１１の内壁面１３を反射鏡３４による反射面３４Ａとすることで、受熱器本体１１の熱変換や輻射加熱高温化による熱負荷の上昇を抑えることとし、該受熱器本体１１の断熱構造の大幅な簡略化が可能となる。

以上詳細に説明したように本実施例に示すタワー型太陽光集光受熱器１００では、太陽光線のエネルギーを内部の熱媒体に伝達する熱交換受熱管１２を、入射方向（矢印Ｓ方向）上流側に配置された往路受熱管１６と、この該往路受熱管１６にＵ字管１７を介して接続されて入射方向（矢印Ｓ方向）下流側の復路受熱管１８とから構成し、かつこれら往路受熱管１６と復路受熱管１８を、太陽光線の入射方向（矢印Ｓ方向）から見て位置をずらして千鳥状に配置したので、例えば、太陽光の入射位置にてこれら往路受熱管１６と復路受熱管１８とを交互に配置することができ、これによって往路受熱管１６及び復路受熱管１８を循環する熱媒体の温度を安定して上昇させることができる。その結果、往路受熱管１６と復路受熱管１８とからなる熱交換受熱管１２の全体を均等に温度上昇させ、更に、熱媒体の温度が高くなる入射方向（矢印Ｓ方向）下流の復路受熱管１８を、往路受熱管１６の蔭になることでその受光熱量を確実に低減させることができ、該復路受熱管１８の表面の温度上昇を抑制することができ、従来方式での受熱管が局部的に熱せられて、耐用温度を越えるという問題発生を防止することができ、効率的な太陽光からの熱エネルギー伝達を行うことができる。

また、本実施例に示すタワー型の太陽光集光受熱器１００では、復路受熱管１８の太陽光線入射方向（矢印Ｓ方向）下流側に反射鏡３４を設けたので、太陽光線の入射方向（矢印Ｓ方向）から見て位置をずらして配置された往路受熱管１６と復路受熱管１８との隙間４０を通じて入った太陽光線を、該反射鏡３４で反射することができ、さらに該反射鏡３４の反射光を、前述した往路受熱管１６と復路受熱管１８の背面に照射して熱に変換して有効利用することができ、これら往路受熱管１６と復路受熱管１８を背面から加熱することができる。すなわち、太陽光線により、往路受熱管１６と復路受熱管１８を、前側面と背面の両方から加熱することができ、この点においても、往路受熱管１６と復路受熱管１８とからなる熱交換受熱管１２の全体を均等に温度上昇させることができ、従来のような、受熱管が局部的に熱せられて、耐用温度を越えるという問題発生を防止することが可能となる。

また、本実施例に示すタワー型太陽光集光受熱器１００では、熱交換受熱管１２を、太陽光線の入射方向（矢印Ｓ方向）から見て、往路受熱管１６、復路受熱管１８を高さ方向と直交する方向にそれぞれ位置をずらして複数設けることで、太陽光の入射位置にて、複数の往路受熱管１６及び復路受熱管１８を循環する熱媒体の温度を安定して上昇させることができる。その結果、複数の往路受熱管１６と復路受熱管１８との組み合わせからなる熱交換受熱管１２の全体を均等に温度上昇させることができる。

また、本実施例に示すタワー型太陽光集光受熱器１００では、反射鏡３４の光路に、熱交換受熱管１２の間を通過する太陽光線の方向を変換する山型突起３５を設けたので、該山型突起３５によって、往路受熱管１６及び復路受熱管１８の隙間４０を通じて入射された太陽光線の入射角度に対する反射角度を異ならせて、反射鏡３４の反射光が入射方向（矢印Ｓ方向）の上流側に戻ることを防止し、該反射光によって熱交換受熱管１２の背面を照射し、熱エネルギーに変換して受熱器１００のエネルギー出力に加算することができる。

なお、上記実施例において、千鳥状に配置されている往路受熱管１６、復路受熱管１８は、太陽光がこれら受熱管１６・１８に十分に熱を伝達できるか、また、反射鏡３４にどの程度、太陽光が反射されるかを考慮して、それぞれの間隔４０が決定されるものであって、例えば、各受熱管設置部１４Ａ〜１４Ｄでの太陽光照射状況に応じて、同一の間隔４０とせずに適宜、間隔４０を変えても良い。また、反射体となる突起３５の形状も、山型に限定されず、適宜、台形、半球等の形状を採用しても良い。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

本発明は、太陽熱発電装置、太陽熱利用化学プラントなどに利用されて、太陽光を集光して高温の熱エネルギーに変換し、該熱エネルギーを熱伝導により効率良く熱媒体に伝える太陽光集光受熱器に関する。

２ヘリオスタット
１０集光受熱器
１２熱交換受熱管
１６往路受熱管
１７Ｕ字管
１８復路受熱管
３４反射鏡
３５山型突起（反射体）
４０間隔
１００タワー型太陽光集光受熱器

Claims

ヘリオスタットにより集光された太陽光線を受光して、熱媒体へ伝達する熱交換受熱管を備えた太陽光集光受熱器であって、
該熱交換受熱管は、入射方向上流側に配置された往路受熱管と、この該往路受熱管にＵ字管を介して接続されて入射方向下流側の復路受熱管とから構成され、
往路受熱管と復路受熱管は、太陽光線の入射方向から見て、位置をずらして配置されたことを特徴とする太陽光集光受熱器。
前記復路受熱管の下流側に反射鏡を設けたことを特徴とする請求項１に記載の太陽光集光受熱器。
前記熱交換受熱管は、太陽光線の入射方向から見て、往路受熱管、復路受熱管を高さ方向と直交する方向にそれぞれ位置をずらして複数設けたことを特徴とする請求項１又は２のいずれか１項に記載の太陽光集光受熱器。
反射鏡の光路には、熱交換受熱管の間隙を通過する太陽光線の方向を変換する反射体が設けられたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の太陽光集光受熱器。