JP2012117771A

JP2012117771A - 太陽光集熱装置

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Publication number: JP2012117771A
Application number: JP2010269191A
Authority: JP
Inventors: Kenji Nakamura; 健児中邑; Shinichiro Kawane; 慎一郎川根
Original assignee: Hitachi Plant Technologies Ltd; Hitachi Plant Mechanics Co Ltd
Current assignee: Hitachi Plant Technologies Ltd; Hitachi Plant Mechanics Co Ltd
Priority date: 2010-12-02
Filing date: 2010-12-02
Publication date: 2012-06-21
Anticipated expiration: 2030-12-02
Also published as: JP5611791B2

Abstract

【課題】隣接する集熱管同士を連結する場合の内管の熱膨張（線膨張）を吸収しながら、集熱管を支持することができるようにした太陽光集熱装置を提供する。
【解決手段】集光機構１によって集光された太陽光を受光し、内部を流通する熱媒体にエネルギを伝達する金属製の内管と、この内管の外周を断熱空間を形成して覆うガラス製の外管とからなり、内管の両端部に、内管の接続部を突出させた状態で、外管の両端部を固着するようにした集熱管を備えた太陽光集熱装置において、隣接する集熱管同士を、これらの集熱管の内管の接続部にねじを形成し、両端にねじを形成した接続部材２３によって非伸縮状態に接続することにより連結するとともに、この連結した箇所の近傍の内管の表面から水平方向に突設した支軸２４を、集熱管支持部材３ａ１〜３ａ４、３ｂ１〜３ｂ３に形成した水平方向の長孔３１に摺動可能に嵌挿する。
【選択図】図２

Description

本発明は、太陽光集熱装置に関し、特に、集光機構によって集光された太陽光を受光し、内部を流通する熱媒体にエネルギを伝達する内管と、該内管の外周を断熱空間を形成して覆う外管とからなる集熱管を備えた太陽光集熱装置に関するものである。

従来、集光機構としての断面が放物線形状をなすトラフ型の反射鏡によって太陽光を集熱管に向けて集光し、集熱管の内部を流通する熱媒体にエネルギを伝達するようにした太陽光集熱装置が提案されており（例えば、特許文献１参照。）、また、これに集熱管についても、集光された太陽光を受光し、内部を流通する熱媒体にエネルギを伝達する内管と、該内管の外周を断熱空間を形成して覆う外管とからなるものが提案されている（例えば、特許文献２及び３参照。）。

このように、従来、太陽光集熱装置については、太陽光の集光効率を上げるために、また、集熱管自体について、種々の提案がなされており、特に、特許文献３には、集熱管について、内部を流通する熱媒体にエネルギを伝達する金属製の内管と、該内管の外周を断熱空間を形成して覆うガラス製の外管とからなり、前記内管の両端部に、内管の接続部を突出させた状態で、前記外管の両端部を、内管と外管の熱膨張（線膨張）の差を吸収する膨張差吸収機構を介して固着するようにしたものが開示されている。

国際公開第９６／２９７４５号特開２００４−２３９６０３号公報特開２００４−２５１６１２号公報

しかしながら、従来の太陽光集熱装置において、隣接する集熱管同士を連結する場合の内管の熱膨張（線膨張）を吸収する方法については、例えば、フレキシブル管を用いる程度で、特段の技術的な配慮はなされていなかった。

また、内管は集光により高温となるため、内管に固着するようにした外管の端部の温度を可能な限り常温に保ち、ガラス製の外管への伝導伝熱を小さくするために、外管の端部を周辺の空気の自然対流で冷却させる必要があった。

本発明は、上記従来の太陽光集熱装置の実情に鑑み、隣接する集熱管同士を連結する場合の内管の熱膨張（線膨張）を吸収しながら、集熱管を支持することができるようにした太陽光集熱装置を提供することを第１の目的とする。

また、本発明は、ガラス製の外管への伝導伝熱を小さくできるようにした太陽光集熱装置を提供することを第２の目的とする。

上記第１の目的を達成するため、本発明の太陽光集熱装置は、集光機構によって集光された太陽光を受光し、内部を流通する熱媒体にエネルギを伝達する金属製の内管と、該内管の外周を断熱空間を形成して覆うガラス製の外管とからなり、前記内管の両端部に、内管の接続部を突出させた状態で、前記外管の両端部を固着するようにした集熱管を備えた太陽光集熱装置において、隣接する集熱管同士を、該集熱管の内管の接続部にねじを形成し、両端にねじを形成した接続部材によって非伸縮状態に接続することにより連結するとともに、該連結した箇所の近傍の内管の表面から水平方向に突設した支軸を、集熱管支持部材に形成した水平方向の長孔に摺動可能に嵌挿してなることを特徴とする。

さらに、上記第２の目的を達成するため、本発明の太陽光集熱装置は、集熱管支持部材が、内管に固着するようにした外管の端部に集光機構から照射される太陽光を遮断するとともに、通気可能な空間を備えた溝状構造からなることを特徴とする。

この場合において、前記集光機構が、断面が放物線形状をなすトラフ型の反射鏡からなり、該反射鏡に前記集熱管支持部材を固設し、反射鏡及び集熱管を共通の揺動軸を介して基台に揺動可能に設けることができる。

本発明の太陽光集熱装置によれば、集光機構によって集光された太陽光を受光し、内部を流通する熱媒体にエネルギを伝達する金属製の内管と、該内管の外周を断熱空間を形成して覆うガラス製の外管とからなり、前記内管の両端部に、内管の接続部を突出させた状態で、前記外管の両端部を固着するようにした集熱管を備えた太陽光集熱装置において、隣接する集熱管同士を、該集熱管の内管の接続部にねじを形成し、両端にねじを形成した接続部材によって非伸縮状態に接続することにより連結するとともに、該連結した箇所の近傍の内管の表面から水平方向に突設した支軸を、集熱管支持部材に形成した水平方向の長孔に摺動可能に嵌挿してなるようにすることにより、隣接する集熱管同士を、集熱管の内管同士を接続部材によって非伸縮状態にねじ接続することによって、簡易かつ強固に連結するとともに、連結した箇所の近傍を、集熱管支持部材によって、内管の熱膨張（線膨張）を吸収しながら、支持することができる。

また、集熱管支持部材を、内管に固着するようにした外管の端部に集光機構から照射される太陽光を遮断するとともに、通気可能な空間を備えた溝状構造とすることにより、ガラス製の外管への伝導伝熱を小さくすることができる。

また、前記集光機構が、断面が放物線形状をなすトラフ型の反射鏡からなり、該反射鏡に前記集熱管支持部材を固設し、反射鏡及び集熱管を共通の揺動軸を介して基台に揺動可能に設けることにより、反射鏡及び集熱管を一体構造の揺動体として構成することができる。

本発明の太陽光集熱装置の一実施例を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。同太陽光集熱装置の集熱管の連結、支持構造を示す説明図である。同太陽光集熱装置の集熱管の説明図で、（ａ）は正面断面図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ端面図、（ｃ）は（ａ）のＹ−Ｙ及びＺ−Ｚ端面図である。

以下、本発明の太陽光集熱装置の実施の形態を、図面に基づいて説明する。

図１〜図３に、太陽光集熱装置の一実施例を示す。
この太陽光集熱装置は、集光機構としての断面が放物線形状をなすトラフ型の反射鏡１によって集光された太陽光を受光し、内部を流通する熱媒体にエネルギを伝達する金属製の内管２１と、この内管２１の外周を断熱空間を形成して覆うガラス製の外管２２とからなり、内管２１の両端部に、内管２１の接続部２１ａを突出させた状態で、外管２２の両端部を固着するようにした集熱管２を備えるようにしている。

この場合において、反射鏡１及び集熱管２は、基台４に、反射鏡１及び集熱管２の中心軸Ｌ１が南北軸に沿うように、かつ、集熱管２及び反射鏡１を共通の揺動軸５を介して揺動可能に設置するようにする。
そして、反射鏡１及び集熱管２の二等分線Ｌ２を含む面の延長方向が常に太陽の方向を指向するように、太陽の動きに従って揺動軸５を回動させる太陽追尾機構６を設けるようにする。

これにより、太陽光Ｓｂが、常に反射鏡１の二等分線Ｌ２を含む面と平行に反射鏡１に入射し、反射光が、反射鏡１の焦点の位置に架設された集熱管２の中心軸Ｌ１に集光されるようにする。

なお、本実施例においては、反射鏡１を、支持材となるアルミニウム製の板材と鏡となる高反射率のアルミニウム製の板材とを重ね合わせたものを、アルミニウム製の押出成形材からなる枠部材に嵌め込んで構成するようにしたが、湾曲可能な薄板からなるガラス製の鏡を用いることもできる。

また、本実施例において、集光機構として、断面が放物線形状をなすトラフ型の反射鏡１を用いるようにしたが、複数の長尺の平面分割鏡からなるフレネルミラー型の反射鏡のほか、リニアフレネルレンズ等の公知の集光機構を用いることができる。

また、集熱管２は、図３に示すように、集光機構としての反射鏡１によって集光された太陽光を受光し、内部を流通する熱媒体にエネルギを伝達する内管２１と、この内管２１の外周を断熱空間を形成して覆う外管２２とからなるものを用いるようにしている。

より具体的には、内管２１の表面に太陽光熱吸収膜として、酸化クロムメッキ層２１ｂを施すようにしている。
太陽光熱吸収膜としての酸化クロムメッキ層２１ｂは、酸洗いした鋼管からなる内管２１の表面に酸化クロムメッキ処理を施すことにより、比較的低コストで形成することができる。
なお、太陽光熱吸収膜１１ａの材質や形成方法は、これに限定されず、材質としては、酸化クロムのほか、ニッケル系等の材料を用いたり、形成方法としては、メッキ処理のほか、溶射処理、物理蒸着（ＰＶＤ）、塗装等によって太陽光熱の吸収を高めるために表面を黒色に着色したり、適宜の選択吸収膜を施すようにする等、従来、公知のものを採用することができる。

なお、内管２１には、鋼管の外、ステンレススチール管等の金属管を、また、外管２２は、コバールガラス管等の硼珪酸ガラス管を用いることができる。

また、断熱空間は、通常、内管２１と外管２２の間を真空にすることにより、断熱を行うようにする。

また、内管２１の内部を流通する熱媒体には、数百℃、例えば、４００℃程度の温度まで加熱されて熱媒体として機能を発揮する水、熱媒油、溶融塩等の熱媒体を用いることができる。

そして、外管２２の両端部を、外管２２の端部に接合した金属リング２５ａ及びベローズ２５ｂからなる内管２１と外管２２の熱膨張（線膨張）の差を吸収する膨張差吸収機構２５を介して固着するようにしている。

そして、このように構成した隣接する集熱管２同士を、これらの集熱管２の内管２１の接続部２１ａにねじを形成し、両端にねじを形成した接続部材２３によって非伸縮状態に接続することにより連結するとともに、この連結した箇所の近傍の内管２１の表面から水平方向に突設した支軸２４を、集熱管支持部材３ａ１〜３ａ４、３ｂ１〜３ｂ３に形成した水平方向の長孔３１に摺動可能に嵌挿するようにしている。
この場合、長孔３１の一端側又は一端側の近傍に、上方に開口する切欠部３２を連続して形成することにより、支軸２４の長孔３１への嵌挿を、切欠部３２を介して円滑に行うことができる。

これにより、隣接する集熱管２同士を、集熱管２の内管２１同士を接続部材２３によって非伸縮状態にねじ接続することによって、簡易かつ強固に連結するとともに、連結した箇所の近傍を、集熱管支持部材３ａ１〜３ａ４、３ｂ１〜３ｂ３によって、内管２１の熱膨張（線膨張）を吸収しながら、支持することができる。

なお、このようにして連結した集熱管２の集熱管２と連結しない端部は、自由端として構成し、例えば、集熱管２の内管２１にフレキシブル管２６を接続することにより、内管２１の熱膨張（線膨張）を吸収することができる。

また、本実施例においては、集光機構としての断面が放物線形状をなすトラフ型の反射鏡１に集熱管支持部材３ａ１〜３ａ４、３ｂ１〜３ｂ３を固設し、反射鏡１及び集熱管２を共通の揺動軸５を介して基台４に揺動可能に設けることにより、反射鏡１及び集熱管２を一体構造の揺動体として構成するようにしている。

そして、集熱管支持部材３ａ１〜３ａ４、３ｂ１〜３ｂ３は、集熱管２、具体的には、内管２１の熱膨張（線膨張）を吸収しながら、支持する機能に加え、内管２１に固着するようにした外管２２の端部、具体的には、外管２２の端部に接合した金属リング２５ａ及びベローズ２５ｂからなる膨張差吸収機構２５に集光機構としての反射鏡１から照射される太陽光を遮断するとともに、外気対流による放熱を可能にするための通気可能な空間を備える上向きに開口した溝状構造とするようにしている。
これにより、外管２２の端部に接合した金属リング２５ａ及びベローズ２５ｂからなる膨張差吸収機構２５を介しての外管２２への伝導伝熱を小さくすることができる。

以上、本発明の太陽光集熱装置について、その実施例に基づいて説明したが、本発明は上記実施例に記載した構成に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができるものである。

本発明の太陽光集熱装置は、隣接する集熱管同士を連結する場合の内管の熱膨張（線膨張）を吸収しながら、集熱管を支持することができる特性を有していることから、特に、集熱管を流通する熱媒体が高温になり、集熱管の内管の熱膨張（線膨張）が大きくなる太陽光集熱装置の用途に好適に用いることができる。
また、ガラス製の外管への伝導伝熱を小さくできることから、集光機構を備えた太陽光集熱装置太陽光集熱装置の用途に好適に用いることができる。

１反射鏡（集光機構）
２集熱管
２１内管
２１ａ接続部
２２外管
２３接続部材
２４支軸
２５膨張差吸収機構
２５ａ金属リング
２５ｂベローズ
３ａ１〜３ａ４、３ｂ１〜３ｂ３集熱管支持部材
３１長孔
３２切欠部
Ｓｂ太陽光

Claims

集光機構によって集光された太陽光を受光し、内部を流通する熱媒体にエネルギを伝達する金属製の内管と、該内管の外周を断熱空間を形成して覆うガラス製の外管とからなり、前記内管の両端部に、内管の接続部を突出させた状態で、前記外管の両端部を固着するようにした集熱管を備えた太陽光集熱装置において、隣接する集熱管同士を、該集熱管の内管の接続部にねじを形成し、両端にねじを形成した接続部材によって非伸縮状態に接続することにより連結するとともに、該連結した箇所の近傍の内管の表面から水平方向に突設した支軸を、集熱管支持部材に形成した水平方向の長孔に摺動可能に嵌挿してなることを特徴とする太陽光集熱装置。
集熱管支持部材が、内管に固着するようにした外管の端部に集光機構から照射される太陽光を遮断するとともに、通気可能な空間を備えた溝状構造からなることを特徴とする請求項１記載の太陽光集熱装置。
前記集光機構が、断面が放物線形状をなすトラフ型の反射鏡からなり、該反射鏡に前記集熱管支持部材を固設し、反射鏡及び集熱管を共通の揺動軸を介して基台に揺動可能に設けたことを特徴とする請求項１又は２記載の太陽光集熱装置。