JP2012112604A - Reflecting device and solar heat power generation system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、太陽熱をエネルギーとして利用する太陽熱発電システム及び、該太陽熱発電システムに用いられる太陽光集光用の反射装置に関するものである。 The present invention relates to a solar thermal power generation system that uses solar heat as energy, and a solar light collecting reflector used in the solar thermal power generation system.
従来の化石燃料を燃やして発電する火力発電は、設備コストが比較的低く、世界中で広く用いられている。一方、地球環境保護の観点からCO2(二酸化炭素)の削減が求められており、環境に負荷を与えないクリーンなエネルギーとして、太陽光エネルギーが注目されている。 Conventional thermal power generation by burning fossil fuel has a relatively low equipment cost and is widely used all over the world. On the other hand, reduction of CO 2 (carbon dioxide) is required from the viewpoint of protecting the global environment, and solar energy has attracted attention as clean energy that does not give a load to the environment.
この、太陽光エネルギーを利用して発電するものとして、タワー式太陽熱発電と呼ばれ、タワーの周囲に配置した多数の反射鏡(ヘリオスタット)により反射された太陽光を、タワー上に設けた集熱レシーバーに集光させ、加熱し得られた熱エネルギーを用いて発電するものが知られている(例えば、特許文献1参照)。 This type of power generation using solar energy is called tower-type solar power generation, and sunlight reflected by a number of reflectors (heliostats) placed around the tower is collected on the tower. One that generates power using heat energy obtained by condensing and heating a heat receiver is known (see, for example, Patent Document 1).
また、曲面鏡を用い、該曲面鏡の前に設置されたパイプに太陽光を集中させ、パイプ内を流れる液体(オイル等)を加熱し、その熱で発電するトラフ式太陽熱発電も知られている(例えば、特許文献2参照)。 Also known is trough solar power generation, which uses a curved mirror, concentrates sunlight on a pipe installed in front of the curved mirror, heats the liquid (oil, etc.) flowing in the pipe, and generates electricity with that heat. (For example, refer to Patent Document 2).
上述のような、太陽熱発電システムは、広大な受光面積を得るため大型の設備とされ、十分な熱量を得るために日照時間の長い土地に大規模に設置される。これに適する場所としては、機材の搬送等に有利な海岸線に近い砂漠地帯等が考えられている。 The solar thermal power generation system as described above is a large facility for obtaining a large light receiving area, and is installed on a large scale in a land having a long sunshine time in order to obtain a sufficient amount of heat. A suitable place for this is considered to be a desert area close to the coastline, which is advantageous for transporting equipment.
ところが、太陽熱発電システムの実用化にあたって多数の鏡を設置する場合、上述のように、太陽熱発電システムが設置される土地は、比較的平坦な場所とされるため、周囲には遮蔽物がなく、且つ各反射鏡の反射面面積が大きいため強風(特に突風)に対する耐力が要求されることが明らかとなった。 However, when installing a large number of mirrors in the practical application of the solar thermal power generation system, as described above, the land where the solar thermal power generation system is installed is a relatively flat place, so there is no shielding around it, In addition, since the reflecting surface area of each reflecting mirror is large, it has been clarified that resistance to strong winds (particularly gusts) is required.
特にトラフ式太陽熱発電の場合、曲面鏡を用いるため風を受け流すことができず、空気が曲面鏡に沿って中央部に集まるため、よりこの問題は顕著なものとなる。 In particular, in the case of trough solar power generation, since a curved mirror is used, wind cannot be passed, and air gathers at the center along the curved mirror, so this problem becomes more prominent.
このような問題に対し、上記特許文献1及び2に記載のものでは、強風(特に突風)に対する考慮がなされておらず駆動機構の故障や倒壊が発生する恐れもある。
With respect to such a problem, the devices described in
本発明は上記問題に鑑み、風、特に突風による予期せぬ破壊や駆動機構の故障の危険性を低減できる太陽熱発電システム及び、該太陽熱発電システム用の反射装置を提供することを目的とするものである。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a solar thermal power generation system capable of reducing the risk of unexpected damage due to wind, particularly gusts, and failure of a drive mechanism, and a reflector for the solar thermal power generation system. It is.
上記の目的は、下記の構成により達成される。 The above object is achieved by the following configuration.
(1)太陽光を利用する太陽熱発電システムに用いられる反射装置であって、前記反射装置は、分割された複数の反射ミラーを有し、複数の前記反射ミラーのうち少なくとも1つを、可撓性を有する弾性部材で揺動自在に支持したことを特徴とする反射装置。 (1) A reflection device used in a solar thermal power generation system using sunlight, wherein the reflection device has a plurality of divided reflection mirrors, and at least one of the plurality of reflection mirrors is flexible. A reflection device characterized in that it is supported by a flexible elastic member in a swingable manner.
(2)前記反射装置は、複数の前記反射ミラーでトラフ状を形成していることを特徴とする前記(1)に記載の反射装置。 (2) The reflection device according to (1), wherein the reflection device forms a trough shape with a plurality of the reflection mirrors.
(3)前記反射装置は、複数の前記反射ミラーで平面状、球面状、放物面状のいずれかを形成していることを特徴とする前記(1)に記載の反射装置。 (3) The reflection device according to (1), wherein the reflection device is formed by a plurality of the reflection mirrors in a planar shape, a spherical shape, or a parabolic shape.
(4)太陽光を利用する太陽熱発電システムに用いられる反射装置であって、前記反射装置は、フィルム状の反射ミラーと、自由状態ではカールした状態となる前記反射ミラーを支持する裏打ち部材と、該裏打ち部材を支持する支持体と、前記裏打ち部材をカールに抗して所望の形状とした状態で前記支持体に固定する固定部材とを有し、前記反射ミラーもしくは前記裏打ち部材に所定の風圧が働いたとき、前記固定部材の固定が解除されるよう構成したことを特徴とする反射装置。 (4) A reflection device used in a solar thermal power generation system using sunlight, wherein the reflection device includes a film-like reflection mirror and a backing member that supports the reflection mirror that is curled in a free state; A support member for supporting the backing member; and a fixing member for fixing the backing member to the support member in a desired shape against curling. A predetermined wind pressure is applied to the reflecting mirror or the backing member. The reflector is configured to release the fixing of the fixing member when the is operated.
(5)前記(1)から(4)までのいずれかに記載の反射装置を有することを特徴とする太陽熱発電システム。 (5) A solar thermal power generation system comprising the reflection device according to any one of (1) to (4).
本発明によれば、風による倒壊や駆動機構の故障の危険性を低減できる太陽熱発電システム及び、該太陽熱発電システム用の反射装置を提供することが可能となる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to provide the solar thermal power generation system which can reduce the danger of the collapse by a wind, and the failure of a drive mechanism, and the reflecting device for this solar thermal power generation system.
以下、実施の形態により本発明を詳しく説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to embodiments, but the present invention is not limited thereto.
(第1の実施の形態)
図1は、第1の実施の形態に係るトラフ式太陽熱発電システムの集光用の反射装置の概要を示す斜視図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a perspective view illustrating an outline of a condensing reflection device of the trough solar power generation system according to the first embodiment.
同図に示すトラフ式太陽熱発電システムの集光用の反射装置は、主要な構成として、複数枚の反射ミラー10(本図では4枚であるが、これに限るものでない)、支持体18、架台20、集熱管30、モータ50等からなっている。
The concentrating reflecting device of the trough solar thermal power generation system shown in the figure has, as main components, a plurality of reflecting mirrors 10 (four in this figure, but not limited to this), a
複数の反射ミラー10は、その包絡面が、回動軸21(集熱管30の略中心)に直交する断面の線が曲率の変化する曲面状(本例では放物線)に形成され、回動軸に平行な断面が直線状に形成されたトラフ形状となっている。個々の反射ミラー10は、フィルム状の表面鏡又は裏面鏡であり、それぞれが不図示の裏打ち板に支持され、該裏打ち板は支持体18に支持されている。集熱管30は、内部をオイル等の受熱流体が流れるよう中空に形成されており、反射ミラー10の放物線の焦点位置近傍に配置されている。
The plurality of
支持体18の両端部外面には、集熱管30が貫通する中空の管状枠35が形成されており、架台20に支持されている。管状枠35には大径の歯車40が固着されており、歯車40には減速器付きのモータ50の出力軸歯車が歯合している。
A hollow
これにより、モータ50を駆動することにより歯車40、管状枠35及び支持体18が回動させられ、裏打ち板及び反射ミラー10を太陽の動きに対応して方向を変位させることができるようになっている。
Thus, by driving the
図2は、図1に示す反射装置をG−G線で切断した断面を示す模式図である。 FIG. 2 is a schematic diagram showing a cross section of the reflecting device shown in FIG. 1 cut along a line GG.
同図に示すように、複数の反射ミラー10は、それぞれ裏打ち板11に支持されている。この裏打ち板11は、可撓性を有する弾性部材(本図ではゴム部材)12を介して支持体18に支持されている。
As shown in the figure, each of the plurality of reflecting
晴天時には同図(a)に示すように、太陽光は反射ミラー10により焦点位置近傍に配置された集熱管30に集光されるように設定されている。
In clear weather, as shown in FIG. 6A, the sunlight is set to be collected by the reflecting
一方、強風又は突風を受けたときは、同図(b)に示すように、反射ミラー10は、風圧により反射ミラー10及び裏打ち板11が押圧されるが、この押圧力により図示のごとく弾性部材12が撓み、反射ミラー10及び裏打ち板11の向きを変化させて空気(風)を受け流すようになっている。
On the other hand, when a strong wind or gust is received, the reflecting
このように、反射ミラー10を、可撓性を有する弾性部材12で揺動自在に支持することにより、強風又は突風を受けたときの反射ミラー10及び裏打ち板11の受ける力を低減でき、倒壊や駆動機構の故障の危険性を低減させることができる。なお、図2では、分割した反射ミラー10の全てを、それぞれ弾性部材12で揺動自在に支持した例を示しているが、より風圧を受けやすい中央部の反射ミラー10のみを選択的に揺動自在に支持してもよい。
In this way, by supporting the reflecting
図3は、反射ミラー10及び裏打ち板11を支持する弾性部材12のその他の例を示す図である。図3も図1に示すG−G線で切断した断面を示している。
FIG. 3 is a diagram illustrating another example of the
同図(a)は弾性部材12としてコイルバネを用いたものである。また同図(b)は弾性部材12として薄板を用いたものである。同図(a)、(b)に示すような構成でも、強風又は突風を受けたときは、図2(b)に示すように、風圧により反射ミラー10及び裏打ち板11が押圧されるが、この押圧力により弾性部材12が撓み、反射ミラー10及び裏打ち板11の向きを変化させて空気(風)を受け流すことができる。
FIG. 2A shows a case where a coil spring is used as the
なお、本例では反射ミラーを裏打ち板で支持したものの例で説明したが、これに限るものでなく、剛体であるガラス製又は金属製の反射ミラーを支持体18で支持したものであってもよい。
In this example, the example in which the reflecting mirror is supported by the backing plate has been described. However, the present invention is not limited to this, and a reflecting mirror made of glass or metal that is a rigid body may be supported by the
図4は、第1の実施の形態に係るタワー式太陽熱発電システムに用いられる反射装置の一例を示す斜視図である。 FIG. 4 is a perspective view showing an example of a reflection device used in the tower solar power generation system according to the first embodiment.
同図に示す反射装置は、複数枚の平面状の反射ミラー110(本図では4枚であるが、これに限るものでない)が、支持体118に支持されている。支持体118は、反射ミラー110の短手方向に回動軸131が形成されており、フォーク135に形成された穴部を嵌合貫通している。
In the reflecting device shown in the figure, a plurality of planar reflecting mirrors 110 (four in this figure, but not limited to this) are supported by a
回動軸131には、ウォームホイール132が固着されている。ウォームホイール132には、フォーク135に固定されたモータ134により回転させられるウォームギア133が歯合している。これにより、モータ134を駆動することで、支持体118を図示F軸回りに回動させ、反射ミラー110のF軸回りの方向(反射ミラー110の傾斜)を変更できるようになっている。
A
フォーク135の中央部に形成された回動軸141には、同様に、ウォームホイール142が固着されている。ウォームホイール142には、基台145に固定されたモータ144により回転させられるウォームギア143が歯合している。これにより、モータ144を駆動することで、回動軸141を図示V軸回りに回転させ、反射ミラー110のV軸回りの方向を変更できるようになっている。図5ではウォームホイール及びウォームギア等を露呈した状態で示しているが防塵カバー等で覆われていることが好ましい。
Similarly, a
また、不図示であるが、F軸回りにおける支持体118の傾斜角及び、V軸回りにおけるフォーク135の方向を検知するセンサが設けられている。
Although not shown, sensors for detecting the inclination angle of the
このような経緯台式の傾斜角可変機構においては、中央反射鏡及び反射装置の配置位置と、太陽の位置に対応して、反射ミラー110の向きをモータ134及び144により常時駆動制御し、太陽光を中央反射鏡へ向けて反射させる。
In such a graticule-type tilt angle variable mechanism, the direction of the reflecting
なお、図4では傾斜角可変機構を経緯台式のもので説明したが、フォーク135を極軸回りに回転させる赤道儀式のものであってもよい。
In FIG. 4, the variable tilt angle mechanism is described as a gratitude base type, but an equatorial ritual type in which the
図5は、図4に示す反射装置をF−F線で切断した断面を示す模式図である。 FIG. 5 is a schematic diagram showing a cross section of the reflecting device shown in FIG. 4 cut along line FF.
同図(a)に示すように、複数の反射ミラー110は、それぞれ可撓性を有する弾性部材(本図ではコイルバネ)12を介して支持体118に支持されている。
As shown in FIG. 2A, the plurality of reflecting
一方、強風又は突風を受けたときは、同図(b)又は(c)に示すように、反射ミラー110は、風圧により反射ミラー110が押圧されるが、この押圧力により図示のごとく弾性部材12が撓み、反射ミラー110の向きを変化させて空気(風)を受け流すようになっている。これにより、強風又は突風を受けたときの反射ミラー110の受ける力を低減でき、倒壊や駆動機構の故障の危険性を低減させることができる。
On the other hand, when a strong wind or gust is received, the reflecting
なお、図5では弾性部材としてコイルバネを用いた例で説明したが、ゴム部材等の可撓部材で反射ミラー110を支持してもよいのはもちろんである。
In addition, although FIG. 5 demonstrated the example which used the coil spring as an elastic member, of course, you may support the
また、図4、図5では、平面状の反射ミラー110で説明したが、球面あるいは放物面等を有する反射ミラーにも適用可能であるのは言うまでもない。
4 and 5, the
(第2の実施の形態)
図6は、第2の実施の形態に係るトラフ式太陽熱発電システムの集光用の反射装置の概要を示す斜視図である。
(Second Embodiment)
FIG. 6 is a perspective view showing an outline of a condensing reflection device of the trough solar thermal power generation system according to the second embodiment.
同図に示す反射装置の図1に示した反射装置と異なるところは、反射ミラー10が不図示の裏打ち板に支持され、該裏打ち板が支持体18に支持されているが、この裏打ち板が自由状態では小さく丸まった(以下、カールと称す)状態となるよう形成されており、この裏打ち部材をカールに抗して断面が放物線状となした状態で、不図示の固定部材により支持体18に固定されていることである。
The reflector shown in FIG. 1 differs from the reflector shown in FIG. 1 in that the reflecting
図7は、図6に示す反射装置をH−H線で切断した断面を示す模式図である。 FIG. 7 is a schematic view showing a cross section of the reflecting device shown in FIG. 6 cut along the line HH.
同図に示すように、自由状態ではカールした状態となる裏打ち板11を、カールに抗して断面を放物線状にして、固定部材15により支持体18に固定されている。16はネジである。晴天時には同図に示すように、太陽光は反射ミラー10により焦点位置近傍に配置された集熱管30に集光される。
As shown in the figure, a
図8は、図7に示す反射装置の反射ミラー及び裏打ち板が強風又は突風を受けたときの状態を示す図である。 FIG. 8 is a diagram illustrating a state when the reflection mirror and the backing plate of the reflection device illustrated in FIG. 7 are subjected to strong wind or gust.
反射ミラー10及び裏打ち板11が強風又は突風を受けたときは、同図に示すように、風圧により固定部材15が図示15aと15bに分断されて固定が解除され、反射ミラー10及び裏打ち板11はカールした状態となる。なお、裏打ち板11は薄い金属板又は弾性部材で形成されていることが好ましい。また、カールしたとき及びカール状態に変形する際に、集熱管には接触しないようにカールが形成されていることが好ましい。
When the reflecting
このように、自由状態ではカールした状態となる裏打ち部材をカールに抗して所望の形状とした状態で支持体に固定しておき、反射ミラー及び裏打ち部材に所定の風圧が働くと、固定が解除されてカールするよう構成することにより、破壊や駆動機構の故障の危険性を低減させることができる。 In this way, the backing member that is curled in the free state is fixed to the support in a desired shape against the curl, and when a predetermined wind pressure is applied to the reflecting mirror and the backing member, the fixing is performed. By being configured to be released and curled, the risk of destruction or failure of the drive mechanism can be reduced.
なお、図8では、裏打ち板を一枚構成とし、集熱管30の両側でカールする例を示したが、これに限るものでなく、裏打ち板を分割してそれぞれがカールするような構成であってもよい。
Although FIG. 8 shows an example in which the backing plate is configured as a single sheet and curled on both sides of the
図9は、板状の固定部材の例を示す図である。 FIG. 9 is a diagram illustrating an example of a plate-like fixing member.
同図(a)、(b)に示すように、固定部材15は2箇所にネジが挿入される丸穴が形成されており、一方の丸穴を用いて支持体18に固定され、他方の丸穴を用いて裏打ち板11に固定される。強風又は突風を受けたときは、強度的に最も弱いくびれ部15kが破断して分断され、裏打ち板11は図8に示すような状態となる。
As shown in FIGS. 2A and 2B, the fixing
同図(c)に示す固定部材15は、2箇所に形成される丸穴のうち少なくとも一方の丸穴の一部を欠損させておき、強風又は突風を受けたときは、この欠損部が広がることにより外れて固定を解除し、裏打ち板11が図8に示すような状態となるものである。
The fixing
なお、図9(a)、(b)に示す固定部材のくびれは、所定の風圧を受けたときに他の部材より先に破断するよう形成されている。また、図9(c)に示す固定部材の場合には所定の風圧を受けたときに他の部材が破壊される前に欠損部が広がり固定を解除するよう形成されている。 Note that the constriction of the fixing member shown in FIGS. 9A and 9B is formed so as to be broken before other members when a predetermined wind pressure is applied. Further, in the case of the fixing member shown in FIG. 9C, the defect portion is formed so as to release the fixation before the other members are destroyed when a predetermined wind pressure is applied.
図10は、裏打ち板11と支持体18のその他の固定法を示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing another method for fixing the
同図(a)に示す固定部材15は、くびれ部15kが形成されたネジで構成したものである。この場合は、強風又は突風を受けたときは、強度的に最も弱いくびれ部15kが破断して分断されるようになっている。
The fixing
同図(b)は、裏打ち板11に突起部11tを形成すると共に、支持体18に二股部18fを形成し、二股部18fに突起部11tを挿入してネジである固定部材15の締め付けによる摩擦力により固定したものである。この場合には、摩擦力を越える強風又は突風を受けたとき突起部11tが外れて固定が解除される。
In FIG. 5B, the
同図(c)は、裏打ち板11に球形部11qを形成すると共に、支持体18に球形部11qの直径より小さい穴形の穴部19hが形成された弾性体の部材19を固定し、弾性体の部材19の穴部19hに球形部11qを圧入したものである。この場合には、弾性体の部材19による保持力を越える強風又は突風を受けたとき球形部11qが外れて固定が解除される。
In FIG. 5C, a
なお、図10(a)に示す固定法においても、所定の風圧を受けたときに他の部材より先にくびれ部15kが破断するよう形成されている。また、図11(b)、(c)に示す固定法においては、所定の風圧を受けたときに突起部11t、球形部11qが外れるよう形成されている。
In the fixing method shown in FIG. 10 (a), the
なお、第2の実施の形態においては、トラフ式太陽熱発電システムの集光用の反射装置を例に取って説明したが、図4に示すようなタワー式太陽熱発電システムに用いられる反射装置にも適用可能であるのは言うまでもない。 In the second embodiment, the reflector for concentrating the trough solar power generation system has been described as an example, but the reflector used in the tower solar power generation system as shown in FIG. 4 is also used. Needless to say, it is applicable.
10、110 反射ミラー
11 裏打ち板
12 弾性部材
15 固定部材
18、118 支持体
20 架台
21 回動軸
30 集熱管
35 管状枠
40 歯車
50 モータ
131、141 回動軸
132、142 ウォームホイール
133、143 ウォームギア
134、144 モータ
135 フォーク
145 基台
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10,110
Claims (5)
前記反射装置は、分割された複数の反射ミラーを有し、
複数の前記反射ミラーのうち少なくとも1つを、可撓性を有する弾性部材で揺動自在に支持したことを特徴とする反射装置。 A reflector used in a solar thermal power generation system using sunlight,
The reflection device has a plurality of divided reflection mirrors,
A reflecting device, wherein at least one of the plurality of reflecting mirrors is swingably supported by a flexible elastic member.
前記反射装置は、フィルム状の反射ミラーと、自由状態ではカールした状態となる前記反射ミラーを支持する裏打ち部材と、該裏打ち部材を支持する支持体と、前記裏打ち部材をカールに抗して所望の形状とした状態で前記支持体に固定する固定部材とを有し、
前記反射ミラーもしくは前記裏打ち部材に所定の風圧が働いたとき、前記固定部材の固定が解除されるよう構成したことを特徴とする反射装置。 A reflector used in a solar thermal power generation system using sunlight,
The reflecting device includes a film-like reflecting mirror, a backing member that supports the reflecting mirror that is curled in a free state, a support that supports the backing member, and the backing member that resists curling as desired. A fixing member that is fixed to the support in a state of
A reflection device configured to release the fixing of the fixing member when a predetermined wind pressure is applied to the reflection mirror or the backing member.
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