JP2012145288A - Solar heat collector - Google Patents
Solar heat collector Download PDFInfo
- Publication number
- JP2012145288A JP2012145288A JP2011004862A JP2011004862A JP2012145288A JP 2012145288 A JP2012145288 A JP 2012145288A JP 2011004862 A JP2011004862 A JP 2011004862A JP 2011004862 A JP2011004862 A JP 2011004862A JP 2012145288 A JP2012145288 A JP 2012145288A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- casing
- heat medium
- pipe
- temperature
- side end
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
- F24S20/00—Solar heat collectors specially adapted for particular uses or environments
- F24S20/20—Solar heat collectors for receiving concentrated solar energy, e.g. receivers for solar power plants
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
- F24S80/00—Details, accessories or component parts of solar heat collectors not provided for in groups F24S10/00-F24S70/00
- F24S80/30—Arrangements for connecting the fluid circuits of solar collectors with each other or with other components, e.g. pipe connections; Fluid distributing means, e.g. headers
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
Abstract
Description
本発明は、太陽熱コレクターの構造に関する。 The present invention relates to the structure of a solar thermal collector.
太陽熱を収集し、その熱によって熱媒体を加熱してエネルギーを取り出して利用しようとすることが進められている。太陽熱を収集して高温の熱媒体とするための装置としては、高い塔の上に集熱器を置き、1000枚程度の平面鏡を用いて太陽光を集光して熱媒体を高温に加熱するタワー方式や、円筒放物面鏡の焦点位置に集熱管を並べ、集熱管を流れる熱媒体を加熱する方法などがあった。しかしこれらの方法は全体のシステムが大掛かりとなったり、特殊な鏡が必要となったりするという問題があった。 It is underway to collect solar heat and use the heat to heat the heating medium and extract the energy. As a device for collecting solar heat into a high-temperature heat medium, a heat collector is placed on a high tower and the heat medium is heated to a high temperature by collecting sunlight using about 1000 plane mirrors. There were a tower method and a method in which a heat collecting tube was arranged at the focal position of a cylindrical parabolic mirror and a heat medium flowing through the heat collecting tube was heated. However, these methods have a problem that the whole system becomes large and a special mirror is required.
このため、内部を真空としたケーシングの中に可視光を中心とした波長帯のエネルギーを吸収する波長選択性のある選択吸収膜が表面に取り付けられた集熱器を配置して、空気による外部への熱伝導による損失と遠赤外線領域の放射損失とを低減した太陽熱収集装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1に記載された太陽熱収集装置では、熱収集器に熱媒体である水を流し、水を加熱して外部に熱エネルギーを取り出している。そして、真空のケーシングの壁面を貫通するように水の入口と出口とが設けられ、入口からケーシングの内部の集熱器の中に流入した常温の水は、120℃程度から300℃程度まで加熱されて出口から出てくるように構成されている。 For this reason, a heat collector with a selective absorption film with wavelength selectivity that absorbs energy in the wavelength band centered on visible light is placed in a casing whose inside is vacuumed, and the outside is exposed by air. There has been proposed a solar heat collecting apparatus in which loss due to heat conduction to the light and radiation loss in the far infrared region are reduced (see, for example, Patent Document 1). In the solar heat collecting apparatus described in Patent Document 1, water as a heat medium is passed through a heat collector, and the water is heated to extract heat energy to the outside. Water inlets and outlets are provided so as to penetrate the wall surface of the vacuum casing, and normal temperature water flowing from the inlet into the heat collector inside the casing is heated from about 120 ° C. to about 300 ° C. Being configured to come out from the exit.
太陽熱コレクターは、昼間は太陽光を集熱して集熱器出口の熱媒体の温度を120℃から300℃まで上昇させるが、夜間になって太陽が沈むと集熱器出口の熱媒体の温度が常温に戻ってしまう。このため、集熱器の熱媒体出口の配管の温度は昼と夜とで大きく変化し、この温度変化によって配管の外径が変化し、ケーシングとの間には大きな繰り返し応力が掛かることとなる。この繰り返し応力によって、ケーシングと熱媒体出口の配管との間あるいはケーシングの壁に破損が生じると、ケーシング内部の真空が破壊され、入り込んだ空気による外部への熱伝導によって熱損失が大きくなり、太陽熱コレクターの集熱効率が低下してしまうという問題があった。 The solar collector collects sunlight during the daytime and raises the temperature of the heat collector outlet heat medium from 120 ° C to 300 ° C, but when the sun goes down at night, the temperature of the heat collector outlet heat medium increases. It will return to room temperature. For this reason, the temperature of the piping at the outlet of the heat medium of the heat collector changes greatly between day and night, and this temperature change changes the outer diameter of the piping, and a large repetitive stress is applied to the casing. . If this repeated stress causes damage between the casing and the piping at the outlet of the heat medium or on the casing wall, the vacuum inside the casing is broken, heat loss increases due to heat conduction to the outside by the air that enters, and solar heat There was a problem that the heat collection efficiency of the collector was lowered.
本発明は、太陽熱コレクターのケーシングと熱媒体を流す配管との間の熱応力を低減することを目的とする。 An object of this invention is to reduce the thermal stress between the casing of a solar-heat collector and piping which flows a heat carrier.
本発明の太陽熱コレクターは、ケーシングと、ケーシングの中に取り付けられ、太陽光からの熱で内部を流れる熱媒体を加熱する加熱器と、ケーシングの壁を貫通して取り付けられ、加熱器で加熱される前の低温熱媒体と加熱器で加熱された後の高温熱媒体とをケーシングの内部と外部との間で流通させる接続装置と、を備える太陽熱コレクターであって、接続装置は、高温熱媒体が流れる内管と、その外面がケーシングの壁に接続され、内管の外面との間を低温熱媒体が流れる外管と、を含み、外管は、ケーシング内部側端とケーシング外部側端でそれぞれ内管の外面に接続され、ケーシングの内部側と外部側の外面にそれぞれ低温媒体が流通するノズルを有すること、を特徴とする。 The solar collector of the present invention is attached to the casing, the heater that heats the heat medium that flows inside by the heat from sunlight, and the casing that penetrates the wall of the casing and is heated by the heater. A solar heat collector comprising a low temperature heat medium before heating and a high temperature heat medium heated by a heater between the inside and the outside of the casing, wherein the connection apparatus is a high temperature heat medium And an outer pipe whose outer surface is connected to the wall of the casing and a low-temperature heat medium flows between the outer surface of the inner pipe and the outer pipe at the casing inner side end and the casing outer side end. Each of the nozzles is connected to the outer surface of the inner tube, and has a nozzle through which a low-temperature medium circulates on the inner surface and the outer surface of the casing.
本発明の太陽熱コレクターにおいて、外管は、ケーシング内部側端とケーシング外部側端に向ってその外径がしだいに小さくなり、外管のケーシング内部側端と外管のケーシング外部側端とは、外管の内面が内管の外面に重ね合わせられるようにして接続されていること、としても好適である。 In the solar collector of the present invention, the outer tube gradually decreases in outer diameter toward the casing inner side end and the casing outer side end, and the casing inner side end of the outer tube and the casing outer side end of the outer tube are: It is also preferable that the inner surface of the outer tube is connected so as to overlap the outer surface of the inner tube.
また、本発明の太陽熱コレクターにおいて、外管は、ケーシングの壁とケーシング内部側端との間またはケーシングの壁とケーシング外部側端との間のいずれか一方または両方に、その長手方向に伸縮可能な伸縮部分を含むこと、としても好適である。 Further, in the solar collector of the present invention, the outer tube can extend or contract in the longitudinal direction between the casing wall and the casing inner side end or between the casing wall and the casing outer side end or both. It is also suitable as including an elastic part.
本発明は、太陽熱コレクターのケーシングと熱媒体を流す配管との間の熱応力を低減することができるという効果を奏する。 The present invention has an effect of reducing the thermal stress between the casing of the solar heat collector and the piping through which the heat medium flows.
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。最初に図1を参照しながら本発明の太陽熱コレクターを組み込んだ太陽熱収集システムについて説明する。図1に示すように、この太陽熱収集システム100は、太陽熱コレクター10と、反射鏡41とを備えている。太陽熱コレクター10は、内部を真空に保持するケーシング11と、ケーシング11の下面に設けられた窓ガラス14と、ケーシング11の内部に設けられた集熱器13と、集熱器13の裏面に密着した加熱器12と、加熱器12に常温の低温熱媒体を供給する熱媒体供給管33と、加熱器12で加熱された高温熱媒体を取り出す熱媒体出口管34とを備えている。熱媒体供給管33と熱媒体出口管34はケーシング11を貫通して低温熱媒体と高温熱媒体をケーシング11の内部と外部との間で流通させる接続装置20に接続されている。反射鏡41は、支持部材42に取り付けられ、支持部材42はアーム43によって回転軸44に取り付けられている。回転軸44は、位置調整機50に接続されている。太陽は、季節、時間によってその角度が変化するので、太陽の位置の変化に合わせて位置調整機50によって回転軸44を回転させて、反射鏡41の位置を変化させて効率良く太陽光の熱エネルギーを収集することができるように構成されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. First, a solar heat collecting system incorporating the solar heat collector of the present invention will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 1, the solar
ケーシング11は窓ガラス14と同様の熱膨張率をもつ例えば鉄などの金属材料で構成されている。また、接続装置20はケーシング11と同じ、例えば鉄などの金属材料で構成されている。太陽熱コレクターの集熱器13の表面には、太陽光18の可視領域の光エネルギーを効率よく吸収し、温度が上昇した表面からの遠赤外線の放射率が低くその放射損失を抑えることができる選択吸収膜が取り付けられている。また、加熱器12は熱媒体が流れる細いチューブが集熱器13の裏面に密着するように取り付けられたものである。
The
図2は本実施形態の接続装置20近傍と太陽熱コレクター10のケーシング11の内部構造を示す図である。図2ではケーシング内部の構造は模式的に記載してある。図2に示すように、金属製の接続装置20は、高温熱媒体が流れる円筒状の直管の内管21と、その外面が金属製のケーシング11の壁11aに接続され、内管21の外面との間を低温熱媒体が流れる外管22と、を含む二重管となっている。外管22は、ケーシング11の壁11aに接続される中央部22aは円筒状の直管で、この中央部22aのケーシング11の外部側の外面には熱媒体供給管33に接続される低温熱媒体入口ノズル26が設けられ、ケーシング内部側の外面には加熱器12に低温熱媒体を供給する加熱器入口管15に接続される低温熱媒体出口ノズル25が設けられている。また、外管22は、中央部22aからケーシング内部側端23に向ってその外径がしだいに小さくなるようなテーパー部27と、その内面が内管21の外面に嵌合するようなストレート部29とを含んでいる。同様に、外管22は、中央部22aからケーシング外部側端24に向ってその外径がしだいに小さくなるようなテーパー部28と、その内面が内管21の外面に嵌合するようなストレート部30とを含んでいる。外管22はこの2つのストレート部29,30で内管21の外面に固定されている。内管21のケーシング11の内部のケーシング内部側端31には加熱器12からの高温熱媒体が流れる加熱器出口管16が接続され、ケーシング11の外部のケーシング外部側端32には熱媒体出口管34が接続されている。
FIG. 2 is a view showing the internal structure of the
以上のように構成された太陽熱コレクター10の動作について説明する。太陽光18は図1に示す反射鏡41の表面で反射し、図2に示すように、太陽熱コレクター10の下面の窓ガラス14を通して内部に入り集熱器13に当たる。集熱器13は表面の選択吸収膜により太陽光18の熱を効率よく集熱して温度が上昇する。そして、この熱は集熱器13の裏面に密着した加熱器12の温度を上昇させる。一方、熱媒体供給管33から供給された常温の低温熱媒体は、矢印Aのようにケーシング11の外部にある接続装置20の低温熱媒体入口ノズル26から外管22の中央部22aと内管21との間の環状の流路に流入する。そして、低温熱媒体は環状の流路をケーシング11の外部から内部に向って流れ、矢印Aのようにケーシング11の内部にある低温熱媒体出口ノズル25から加熱器入口管15に流出する。加熱器入口管15によって低温熱媒体は加熱器12に導入され、温度が上昇している加熱器12でその温度が上昇し、例えば、120℃程度の高温熱媒体となって加熱器12から加熱器出口管16に流出する。高温熱媒体は加熱器出口管16から接続装置20の内管21のケーシング内部側端31から矢印Bに示すようにケーシング11の外部に流出し、ケーシング外部側端32に接続されている熱媒体出口管34に流出する。熱媒体出口管34に流出した高温熱媒体は図示しない熱交換機などの外部機器に熱を伝達することによって太陽熱のエネルギーを外部機器に供給する。
Operation | movement of the solar-
本実施形態の接続装置20は高温熱媒体が内管21の中を流れ、低温熱媒体が内管21の外面と外管22の内面との環状流路を流れるので、ケーシング11の壁11aに取り付けられている外管22の中央部22aの外径は高温熱媒体の温度にほとんど関係せず、略一定となっている。このため、外管22とケーシング11の壁11aとの間にはほとんど熱応力が発生しない。このため、ケーシング11の損傷が抑制され、ケーシング11内部の真空状態も良好に保持される。
In the
一方、高温熱媒体が流れる内管21の温度は外管22の温度よりも高くなるが、外面を低温熱媒体が流れているので、金属製の内管21の金属部分の平均温度は高温熱媒体の温度よりも低い温度となるが、低温熱媒体が流れている外管22の金属部分の平均温度よりも高い温度となる。このため、内管21の長手方向の熱膨張量は外管22の長手方向の熱膨張量よりも多くなる。この結果、内管21と外管22との間に長手方向の熱応力が発生する。温度が高くなる内管21には圧縮応力が掛かり、温度が低い外管22には長手方向に引っ張り応力が掛かる。しかし、外管22はその両端23,24近傍のストレート部29,30の内面が内管21の外面に重なるように嵌合して固定されており、ストレート部29,30と中央部22aとの間には外径が長手方向にしだいに変化するテーパー部27,28が設けられていることから、発生した熱応力が内管21と外管22との接続部分に集中することがないように構成されている。従って、実施形態では、低温熱媒体の温度が例えば20℃程度の常温で、高温熱媒体の温度が例えば120℃程度である場合でも、内管21と外管22との接続部分に熱応力が集中せず、内管21の金属部分の平均温度と外管22の金属部分の平均温度の温度差は低温熱媒体と高温熱媒体との温度差よりも小さくなるので、最大熱応力を小さく抑えることができる。このため、高温熱媒体の温度が20℃程度の常温と120℃程度の高温の間で変化してもその繰り返しによる疲労によって接続装置20の内管21や外管22が損傷を受けることが抑制される。
On the other hand, the temperature of the
図3を参照しながら本発明の他の実施形態について説明する。先に図1、図2を参照して説明した実施形態と同様の部分には同様の符号を付けて説明は省略する。本実施形態は、接続装置20の外管22の中央部22aと各テーパー部27,28との間にそれぞれ接続装置20の長手方向に対して伸縮できるような一山の蛇腹部35,36を設けたものである。図3の点線で示すように、内管21が外管22よりも大きく長手方向に伸びた場合には、この蛇腹部35,36は山が低くなるように変形して外管22の中央部22aと各端23,24との間の距離が長くなるので、内管21と外管22との間の熱応力はより緩和される。本実施形態は、高温熱媒体の温度が先に説明した120℃程度よりもより高温になった場合に内管21と外管22との間の熱応力を緩和するのに有効である。本実施形態では、蛇腹部35,36は一山であることとして説明したが、山数は二山以上の複数でもよく、また、蛇腹部35,36を薄い金属材料あるいは非金属材料で構成してより大きな熱膨張差を吸収できるように構成してもよい。
Another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Parts similar to those of the embodiment described above with reference to FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. In the present embodiment, a plurality of
10 太陽熱コレクター、11 ケーシング、11a 壁、12 加熱器、13 集熱器、14 窓ガラス、15 加熱器入口管、16 加熱器出口管、18 太陽光、20 接続装置、21 内管、22 外管、22a 中央部、23,31 ケーシング内部側端、24,32 ケーシング外部側端、25 低温熱媒体出口ノズル、26 低温熱媒体入口ノズル、27,28 テーパー部、29,30 ストレート部、33 熱媒体供給管、34 熱媒体出口管、35,36 蛇腹部、41 反射鏡、42 支持部材、43 アーム、44 回転軸、50 位置調整機、100 太陽熱収集システム。
DESCRIPTION OF
Claims (3)
ケーシングの中に取り付けられ、太陽光からの熱で内部を流れる熱媒体を加熱する加熱器と、
ケーシングの壁を貫通して取り付けられ、加熱器で加熱される前の低温熱媒体と加熱器で加熱された後の高温熱媒体とをケーシングの内部と外部との間で流通させる接続装置と、を備える太陽熱コレクターであって、
接続装置は、
高温熱媒体が流れる内管と、
その外面がケーシングの壁に接続され、内管の外面との間を低温熱媒体が流れる外管と、を含み、
外管は、ケーシング内部側端とケーシング外部側端でそれぞれ内管の外面に接続され、ケーシングの内部側と外部側の外面にそれぞれ低温媒体が流通するノズルを有すること、
を特徴とする太陽熱コレクター。 A casing,
A heater that is mounted in a casing and heats a heat medium flowing in the interior by heat from sunlight;
A connection device that is attached through the wall of the casing and distributes the low-temperature heat medium before being heated by the heater and the high-temperature heat medium after being heated by the heater between the inside and the outside of the casing; A solar collector comprising:
The connecting device is
An inner pipe through which a high-temperature heat medium flows;
An outer pipe whose outer surface is connected to the wall of the casing, and a low-temperature heat medium flows between the outer face of the inner pipe,
The outer pipe is connected to the outer surface of the inner pipe at the casing inner side end and the casing outer side end, respectively, and has a nozzle through which a low-temperature medium circulates on the inner side and the outer side of the casing,
Features a solar collector.
外管は、ケーシング内部側端と外管のケーシング外部側端に向ってその外径がしだいに小さくなり、
外管のケーシング内部側端と外管のケーシング外部側端とは、外管の内面が内管の外面に重ね合わせられるようにして接続されていること、
を特徴とする太陽熱コレクター。 A solar collector according to claim 1,
The outer diameter of the outer pipe gradually decreases toward the casing inner end and the outer casing end of the outer pipe,
The casing inner side end of the outer pipe and the casing outer side end of the outer pipe are connected so that the inner surface of the outer pipe is superimposed on the outer surface of the inner pipe,
Features a solar collector.
外管は、ケーシングの壁とケーシング内部側端との間またはケーシングの壁とケーシング外部側端との間のいずれか一方または両方に、その長手方向に伸縮可能な伸縮部分を含むこと、
を特徴とする太陽熱コレクター。 A solar collector according to claim 1 or 2,
The outer tube includes an expansion / contraction portion that can be expanded and contracted in the longitudinal direction, either or both between the casing wall and the casing inner side end or between the casing wall and the casing outer side end,
Features a solar collector.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011004862A JP2012145288A (en) | 2011-01-13 | 2011-01-13 | Solar heat collector |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011004862A JP2012145288A (en) | 2011-01-13 | 2011-01-13 | Solar heat collector |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2012145288A true JP2012145288A (en) | 2012-08-02 |
Family
ID=46789019
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2011004862A Withdrawn JP2012145288A (en) | 2011-01-13 | 2011-01-13 | Solar heat collector |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2012145288A (en) |
-
2011
- 2011-01-13 JP JP2011004862A patent/JP2012145288A/en not_active Withdrawn
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
AU2013270295B2 (en) | Solar photo-thermal receiving device | |
JP6421997B2 (en) | Solar energy collector and solar energy collection system | |
KR20140020827A (en) | Absorber tube for a trough collector | |
CA2762389A1 (en) | Solar collector | |
JP2012117411A (en) | Solar thermal power generation device and operating method thereof | |
JP2014052153A (en) | Solar heat collection device | |
Ali et al. | Design and experimental analysis of a static 3-D elliptical hyperboloid concentrator for process heat applications | |
JP4983157B2 (en) | Solar heat collector and solar heat utilization apparatus using the same | |
JP2012127536A (en) | Solar heat collector | |
US20160319804A1 (en) | Microchannel solar absorber | |
JP2012145288A (en) | Solar heat collector | |
JP6548925B2 (en) | Solar heat collection system | |
WO2010004545A1 (en) | Apparatus and system for collecting concentrated solar radiation | |
WO2013168074A1 (en) | Concentration solar thermodynamic plant | |
JP2007205646A (en) | Solar heat collector and solar heat utilization device having the same | |
WO2018210330A1 (en) | Double-line focusing solar energy collection apparatus | |
Sousa et al. | Experimental evaluation of heat loss from a LFC’s multi-tube trapezoidal cavity absorber considering strategic painting of the tubes | |
WO2012107104A1 (en) | Solar collection system | |
AU2021105192A4 (en) | A thermal solar energy concentrator system | |
US20210254861A1 (en) | Solar thermal receivers with multi-scale light trapping geometry and features | |
US20210088253A1 (en) | System for Amplifying Solar Heat for Concentrated Solar-Thermal Power Systems | |
US20210310599A1 (en) | Method for insulating a process unit and process unit having an insulating region | |
JP2017122523A (en) | Solar heat collecting device and solar heat collecting system | |
JP5890067B2 (en) | Absorbing structure for trough concentrator | |
JP2014214660A (en) | Solar gas turbine |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20140401 |