JP2013119969A - 太陽熱受熱器、および、太陽熱発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】温度差を緩和することで、受熱管の負担を軽減することができる太陽熱受熱器、および、タービンの運転を安定的に行うことが可能な太陽熱発電装置を提供する。
【解決手段】太陽光線を導入する開口部４４を有する受熱器本体４１と、複数に分割された断熱材６０により受熱器本体４１の内周面を覆う断熱層４７と、隣り合う断熱材６０の間に亘って断熱層４７の内周面を覆う被覆層６５と、被覆層６５の内周側に離間して設けられ、熱媒体が内部に流通される受熱管５１と、を備えることを特徴とする。
【選択図】図６

Description

この発明は、太陽光線が入射され受熱する太陽熱受熱器、および、当該太陽熱受熱器を備える太陽熱発電装置に関する。

太陽熱利用にあっては、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、集光装置と受熱器と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、例えば、特許文献１に示されるように、太陽熱受熱器を高いタワーの上に置くとともに、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種類の方式が知られている。
上記タワー集光方式の場合、太陽熱受熱器は、ケーシング内に断熱層が形成され、この断熱層の内側には、断熱層の内周面から離間されて受熱管が延在されている。そして、太陽熱受熱器に入射される太陽光線は、受熱管に直接入射されるものと、受熱管の隙間から断熱層の内周面に入射されるものとに分けられる。断熱層の内周面に入射される太陽光線によって断熱層の内周面が加熱され、その放射熱が、断熱層の近傍に配置された受熱管に伝達される。

特開２０１１−００７４５９号公報

ところで、上記太陽熱受熱器は、施工容易性などの理由から、ブロック状に分割して形成された断熱材を積み上げて、金属製のフレームにボルト止めして断熱層を形成する場合が多い。このようにブロック状に形成された断熱材を用いていることで、隣り合う断熱材同士の間に微小な隙間が生じてしまい、当該隙間によって隣り合う断熱材同士の間の熱抵抗が大きくなってしまう。

例えば、ヘリオスタットの光軸ずれなどが生じて、断熱層の内周面が局所的に過熱されてしまう、いわゆるヒートスポットが出現した場合、上記断熱材同士の間の熱抵抗が大きいことに起因してヒートスポットの周囲への熱伝導が阻害され、その放射熱が近傍の受熱管の表面温度を異常上昇させてしまう虞がある。

受熱管の表面温度が局所的に異常上昇されると、その周囲との間に想定外の温度差を生じさせてしまい、受熱管の変形や、受熱管の局所への応力集中が生じたりして、受熱管に対する負担が増加してしまう。

また、受熱管の負担が増加しないように、太陽光集光受熱管の周方向や高さ方向で所定以上の温度差が検知された場合には、所定のヘリオスタットを退避させて入射される太陽光線の光量を低減させる制御が行われるようになっているが、この制御により、太陽熱受熱器の出口における熱媒体の温度が変動して、タービンの運転が不安定になり発電量が安定しなくなる場合がある。

この発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、温度差を緩和することで、受熱管の負担を軽減することができる太陽熱受熱器、および、タービンの運転を安定的に行うことが可能な太陽熱発電装置を提供するものである。

上記の課題を解決するために以下の構成を採用する。
この発明に係る太陽熱受熱器は、太陽光線を導入する開口部を有するケーシングと、複数に分割された断熱材により前記ケーシングの内周面を覆う断熱層と、隣り合う前記断熱材の間に亘って前記断熱層の内周面を覆う被覆層と、該被覆層の内周側に離間して設けられ、熱媒体が内部に流通される受熱管と、を備えることを特徴とする。
このように構成することで、断熱層の断熱材が分割され隣り合う断熱材の間に隙間が生じている場合であっても、これら隣り合う断熱材の間の熱伝導が被覆層を介して円滑に行われるため、断熱層の内周面が部分的に過熱された場合に、その温度差を速やかに緩和することができる。したがって、断熱層の放射熱による受熱管の変形や、受熱管における応力集中を防止して受熱管の負担を軽減することが可能になる。

さらに、この発明に係る太陽熱受熱器は、上記太陽熱受熱器において、前記被覆層は、入熱する熱流束のピーク位置が含まれる前記断熱層の内周面の所定範囲に部分的に設けられていてもよい。
このように構成することで、断熱層の内周面のうち、高温になり易い範囲に被覆層を部分的に設けることで、高温になり易い部分における断熱層の熱抵抗を選択的に低減させることができるため、断熱層の内周面の全域に被覆層を設ける場合と比較して効率よくヒートスポットの出現を抑制してコストの増加を抑制することができる。

さらに、この発明に係る太陽熱受熱器は、上記太陽熱受熱器において、前記被覆層は、断熱材料によって形成されるようにしてもよい。
このように構成することで、断熱層のみで断熱する場合よりも、被覆層による断熱機能の分だけ全体の断熱性能を向上することができるため、受熱器の外部へ熱が放射されるのを防止して受熱効率を高めることができる。

さらに、この発明に係る太陽熱受熱器は、上記太陽熱受熱器において、前記被覆層は、耐火煉瓦またはキャスタブルによって形成されるようにしてもよい。
このように構成することで、被覆層として断熱材を用いる場合よりも、断熱層における断熱材間の熱抵抗を低減させつつ、被覆層の耐高温性能を確保することができる。

さらに、この発明に係る太陽熱受熱器は、上記太陽熱受熱器において、前記被覆層は、金属材料によって形成されていてもよい。
このように構成することで、被覆層として耐火煉瓦やキャスタブルを用いる場合よりも熱伝導率を高めることができるため、断熱材間の熱伝導を円滑に行い、更なる熱抵抗の低減を図ることができる。

この発明に係る太陽熱発電装置は、上記太陽熱受熱器を備えることを特徴としている。
このように構成することで、受熱管の周方向および高さ方向で所定以上の温度差が生じるのを抑制することができるため、従来のようにヘリオスタットが退避する制御により、太陽熱受熱器の出口空気温度が変動してタービンの運転が不安定になり発電量が不安定になるのを防止することができる。

この発明に係る太陽熱受熱器によれば、断熱層の断熱材が分割され隣り合う断熱材の間に隙間が生じている場合であっても、これら隣り合う断熱材の間の熱伝導が被覆層を介して円滑に行われるため、断熱層の内周面が部分的に過熱された場合に、その温度差を速やかに緩和することができる。したがって、断熱層の放射熱による受熱管の変形や、受熱管における応力集中を防止して受熱管の負担を軽減することが可能になる。
さらに、この発明に係る太陽熱発電装置によれば、受熱管の周方向および高さ方向で所定以上の温度差が生じるのを抑制することができるため、従来のようにヘリオスタットが退避する制御により太陽熱受熱器の出口における熱媒体の温度が変動してタービンの運転が不安定になり発電量が不安定になるのを防止することができる。

この発明の実施形態における全周配置方式の発電装置の側面図である。 上記全周配置方式の発電装置の上面図である。 上記発電装置の全体構成を示す図であって、（ａ）は受熱器を上面から見た断面図、（ｂ）は発電装置を側面から見た断面図である。 この発明の実施形態における受熱器の一部を破断して示す斜視図である。 上記受熱器の受熱部を示す斜視図である。 図３（ｂ）のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 この発明の第二実施形態における被覆層が設けられる範囲を示すグラフである。

次に、本発明の第一実施形態を図面に基づいて説明する。以下の説明では、本発明の太陽熱受熱器と、太陽熱受熱器により加熱された熱媒体を用いて発電を行うガスタービンユニットとが一体的に構成された太陽熱発電装置（以下、発電装置という）を例にして説明する。
図１、図２は、ヘリオスタット２と、タワー部３上の受熱器１０等との位置関係を示す説明図であり、図１は側面図、図２は平面図を示している。なお、地球上で発電装置の立地に適する場所は、太陽からの直達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る。
図１において、符号１は、グランドＧに設けられたヘリオスタットフィールドを示している。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が配置されている。ヘリオスタットフィールド１の中央部には、ヘリオスタット２で導かれた太陽光線（図１中Ｈ１，Ｈ２）を受ける受熱部１０がタワー部３上に設けられている。すなわち、タワー部３の約３６０度全周を囲むようにヘリオスタット２が配置されている（図２参照）。

発電装置１００は、グランドＧに立設されたタワー部３と、タワー部３上に設置されたハウジング１２と、ハウジング１２内に収納された受熱器（太陽熱受熱器）１０及びガスタービンユニット１１とを備えている。
ハウジング１２は、上部が閉塞された有底筒状に形成され、その軸線方向が鉛直方向を向いた状態で配置されている。ハウジング１２の下部には、径方向中央部に、グランドＧに向けて開口する開口部１５が形成されている。また、ハウジング１２内には、軸線方向における上部空間と下部空間とを仕切る仕切壁１６が設けられている。仕切壁１６で仕切られた上部空間は、ガスタービンユニット１１が設置されるタービン室１７とされ、下部空間は、受熱器１０が配置される集光室１８とされている。

タワー部３は、グランドＧからハウジング１２の下面に向かって立設された複数（例えば、４本）の支柱２１を備えている。これら支柱２１は、ハウジング１２の下面における外周側に、ハウジング１２の周方向に等間隔で配置され連結されている。ここで、図２に示すように、各支柱２１の対角線の延長線上には、ヘリオスタット２が配列されない。これは、ヘリオスタット２で反射された太陽光線の光路上に支柱２１が配置されると、太陽光線が各支柱２１で遮られ、太陽光線を受熱器１０内に取り込むことが難しくなるからである。

タワー部３の各支柱２１間には、梁部２２が架け渡されて連結されている。これら梁部２２は、ヘリオスタット２で反射されて受熱器１０に入射される太陽光線の光路上に配置されないように、支柱２１の下部同士の間に架け渡されている。

図３の（ａ）は受熱器１０を上面から見た断面図、（ｂ）は発電装置１００を側面から見た断面図である。
図３（ａ），（ｂ）に示すように、ガスタービンユニット１１は、タービン室１７内に収納されており、ガスタービン２５と、吸気フィルター２６と、再生熱交換器２７と、発電機２８とを主に備えている。

ガスタービン２５は、ロータ軸３０を共有する圧縮機２３及びタービン２４を備えている。ロータ軸３０には、減速機３１を介して発電機２８が連結されている。圧縮機２３には、圧縮機２３で圧縮された圧縮空気を受熱器１０の上流端に向けて流通する受熱器供給路３２が接続されている（図４中矢印Ｆ１参照）。タービン２４には、タービン供給路３３が接続され、このタービン供給路３３を介して受熱器１０から作動流体が供給される（図４中矢印Ｆ２参照）。

圧縮機２３は、ハウジング１２の外部に設けられた供給源（図示せず）から空気供給路３５を流通して供給される空気を、ハウジング１２の空気取込口２９から取り込んで圧縮空気を生成する。この圧縮機２３により生成された圧縮空気は、受熱器供給路３２を介して受熱器１０に供給される。

タービン２４は、タービン供給路３３から供給される圧縮空気の熱エネルギーを回転エネルギーに変換してロータ軸３０を回転駆動する。タービン２４内を流通した圧縮空気は、排出ガスとなって空気排出路３４を通ってタービン２４から排気される。
発電機２８は、ロータ軸３０の回転エネルギーを電気エネルギーに変換して出力する。

吸気フィルター２６は、空気供給路３５上における供給源と圧縮機２３との間に配置されている。吸気フィルター２６は、供給源から供給される空気中に含まれる塵埃等を圧縮機２３に供給される前段で除去する。

再生熱交換器２７は、受熱器供給路３２および空気排出路３４に接続されている。この再生熱交換器２７は、受熱器供給路３２内を流通する圧縮空気と、空気排出路３４内を流通する排出ガスとの間で熱交換を行い、受熱器供給路３２内を流通する圧縮空気を、受熱器１０に供給される前段で予備加熱する。

図４は、受熱器１０の一部を破断して示す斜視図である。
図３（ａ），（ｂ）、図４に示すように、ハウジング１２の集光室１８には、受熱器１０が収納されている。受熱器１０は、ケーシングとなる受熱器本体４１と、圧縮機２３から送り込まれる圧縮空気が流通される受熱部４２とを備えている。

受熱器本体４１は、上部が天板部４３により閉塞されると共に、下部がグランドＧに向けて開口する開口部４４を備えた略中空円筒状に形成されている。
受熱器本体４１は、複数のフック部材４５により仕切壁１６から吊り下げられた状態で集光室１８内に収納されている。フック部材４５の下端部は、天板部４３を貫通して受熱部４２の高温側ヘッダ５３に連結されている。つまり、同一のフック部材４５によって受熱器本体４１と受熱部４２との両方が吊設されている。

開口部４４が形成された受熱器本体４１の下面は、鉛直方向においてハウジング１２の下面と略同位置に配置されている。また、受熱器本体４１の下部には、開口部４４（下方）に向かって漸次縮径されるテーパ部４６が形成されている。ヘリオスタット２で反射された太陽光線は、上記開口部４４から受熱器本体４１内に取り込まれる。

図５は、受熱部４２の斜視図である。
図３〜図５に示すように、受熱部４２は、複数の受熱管５１と、低温側ヘッダ５２と、高温側ヘッダ５３とを備えている。

低温側ヘッダ５２は、環状に形成され、受熱器本体４１のテーパ部４６を囲むように配置されている（図３（ｂ）参照）。この低温側ヘッダ５２の外周面には、圧縮機２３と受熱部４２との間における圧縮空気の流路を形成する複数の受熱器供給路３２が接続されている。受熱器供給路３２は、低温側ヘッダ５２の周方向に等間隔で配置されている。そして、受熱器供給路３２から低温側ヘッダ５２内に圧縮空気が流れ込むようになっている。

高温側ヘッダ５３は、環状に形成され、受熱器本体４１内において天板部４３の外周縁に沿って配置されている。高温側ヘッダ５３の外周面と、受熱器本体４１の内壁面に形成された断熱層４７の内面との間には、高温側ヘッダ５３と断熱層４７とが接触しないように隙間が確保されている。高温側ヘッダ５３には、その内周面から径方向中央部に向かって延びる複数（例えば、４本）の流出管５５が分岐接続されている。なお、これら流出管５５は、高温側ヘッダ５３の周方向において等間隔となる位置からそれぞれ分岐されている。

流出管５５は、高温側ヘッダ５３の径方向中央部でタービン供給路３３に合流接続されている。タービン供給路３３は、天板部４３及び仕切壁１６を貫通してタービン室１７内のタービン２４に接続されている。

図４を参照し、受熱器本体４１の内壁面には、受熱器本体４１内に入熱される太陽光線による熱エネルギーが受熱器本体４１の壁面を伝わり外部に向けて放射されるのを抑制するために、全域に亘って断熱層４７が取り付けられている。

図６は、図３（ｂ）のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
図６に示すように、断熱層４７は、複数に分割された断熱材６０により受熱器本体４１の内周全面を覆っている。複数に分割された断熱材６０は、それぞれ直方体のブロック状に形成されている。これらブロック状に形成された断熱材６０を略円環状に積み上げることで断熱層４７が形成されている。

断熱材６０は、その上下面が長方形状をなし、これら上下面の長手方向が、受熱器本体４１の軸線６１を中心とする放射方向を向いて配置されている。また、断熱材６０は、縦辺が、受熱器本体４１の軸線方向すなわち、鉛直方向を向いて配置されている。断熱層４７は、周方向で隣り合う断熱材６０の内周面６１ａの縦辺同士が互いに当接する一方、その外周面６１ｂの縦辺同士が離間されている。つまり、隣り合う断熱材６０の間には、上面視略三角形状の空間ｋが形成されている。上記断熱材６０は、受熱器本体４１の外周側において、それぞれ個別にスタッドボルト等を介して受熱器本体４１の周壁に固定されている。

断熱層４７の内周面には、１層のブランケット状の断熱材からなる被覆層６５が取り付けられている。この被覆層６５は、受熱器本体４１の周方向および軸線方向に配列して設けられた複数の断熱材６０の内周面６１ａに亘って取り付けられている。この被覆層６５は、セラミックファイバー製等の断熱材料からなり、断熱材６０の内周面６１ａにそれぞれ密着している。

各受熱管５１の下端部（上流端）は、テーパ部４６を貫通して低温側ヘッダ５２の上部にそれぞれ接続されている。各受熱管５１の上端部（下流端）は受熱器本体４１内で高温側ヘッダ５３の下部にそれぞれ接続されている。これにより、低温側ヘッダ５２を流通する圧縮空気は各受熱管５１内に分流され、各受熱管５１内で加熱された後、再び高温側ヘッダ５３で合流される。

各受熱管５１は、受熱器本体４１の周方向において隣接する受熱管５１同士の間に隙間を設けた所定の管ピッチで、互いに平行に配列されている。ここで、管ピッチとは、隣接する受熱管５１の中心軸間の距離である。受熱管５１の外周面の周方向において、受熱器本体４１の径方向内側を向いた約１８０度の領域（太陽光線Ｈ１，Ｈ２の入射方向上流側）は、開口部４４から集光された太陽光線の入射方向に対向して太陽光線を直接受光する受光面５１ａを構成している。一方、受熱管５１の径方向外側を向いた約１８０度の領域は、太陽光線が直接受光されない非受光面５１ｂを構成している。

受熱管５１の非受光面５１ｂは、被覆層６５に接触しておらず所定距離を空けた状態で配置されている。各受熱管５１は、それぞれの中心軸が被覆層６５の内面からの等距離の周上に配置されるように平面視（軸方向から見て）で環状に配列されている。

次に、上述した発電装置１００の動作について説明する。
まず、図３（ｂ）に示すように、発電機２８が作動し、減速機３１を介してロータ軸３０が回転し始めると、供給源に貯留された空気が空気取込口２９から空気供給路３５内を流入し、吸気フィルター２６を通って圧縮機２３内に流入する。圧縮機２３に流入した空気は圧縮機２３内で圧縮された後、圧縮空気となって受熱器供給路３２に流出し、受熱器供給路３２から受熱部４２の低温側ヘッダ５２内に供給される（図４中矢印Ｆ１参照）。

図４に示すように、低温側ヘッダ５２内に供給された圧縮空気は、低温側ヘッダ５２内を周方向全域に行き渡った後、低温側ヘッダ５２の周方向全周に亘って接続された各受熱管５１内に流入する。

一方、ヘリオスタット２に入射した太陽光線は、ヘリオスタット２で反射された後、受熱器本体４１の開口部４４から受熱器本体４１内に入射する。受熱器本体４１に入射した太陽光線のうち、受熱管５１の受光面５１ａで受光される太陽光線は熱エネルギーとなって受熱管５１を直接加熱する。具体的には、図１に示すように、受熱器１０に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）は、受熱管５１の上部（下流側）に入射され、また、受熱器１０から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Ｈ２で示す）は、受熱管５１の下部（上流側）に入射される。

受熱器本体４１に入射した太陽光線のうち、各受熱管５１の間を通過した太陽光線は、被覆層６５の内面に照射されて受熱器本体４１内で熱エネルギーとなる。この場合、受熱器本体４１の内面は、被覆層６５と断熱層４７とによって断熱されているので、受熱器本体４１内で発生した熱エネルギーは受熱器本体４１の壁面まで伝達されることはなく、受熱器本体４１内に放射される。そして、受熱管５１は、被覆層６５の内面との間に、所定距離を空けた状態で配置されているので、被覆層６５の内面から受熱器本体４１内に放射される熱エネルギーは受熱管５１における非受光面５１ｂに伝達され、受熱管５１を加熱する。

また、被覆層６５の熱エネルギーは、断熱層４７の各断熱材６０に伝達される。この際、被覆層６５により各断熱材６０が繋がっているため、断熱材６０間の温度差が顕著な場合、被覆層６５を介して、相対的に高温の断熱材６０から相対的に低温の断熱材６０へと熱エネルギーが移動する。

次いで、加熱された受熱管５１と受熱管５１内を流通する圧縮空気との間で熱交換が行われ、圧縮空気が、受熱管５１内を流通する間に高温となる。なお、受熱管５１が得た熱エネルギーは、受熱管５１の内部に放射される一方、受熱管５１の外部（受熱器本体４１内）にも放射される。この場合も、受熱器本体４１の内壁面には被覆層６５と断熱材４７とが設けられているため、受熱器本体４１内で熱エネルギーが滞留する。そして、この滞留した熱エネルギーは、受熱管５１に対して放射される。これにより、受熱管５１を周方向全域に亘って均一に加熱することができるので、太陽光線からの熱エネルギーを圧縮空気に対して効率的に伝達することができる。

受熱管５１の下流端まで到達した圧縮空気は、高温の圧縮空気となって高温側ヘッダ５３内に流入する。そして、高温側ヘッダ５３で合流された高温の圧縮空気は、流出管５５を通ってタービン供給路３３内に流入する。

タービン供給路３３内に流入した高温の圧縮空気は、タービン供給路３３内をタービン室１７側に向かって流通し（図４中矢印Ｆ２参照）、タービン室１７内のタービン２４に流入して当該タービン２４を駆動させる。つまり、タービン供給路３３から供給される圧縮空気の熱エネルギーがロータ軸３０の回転エネルギーに変換される。そして、この回転エネルギーがロータ軸３０に連結された発電機２８に出力され、発電が行われる。

タービン２４内を流通した圧縮空気は排出ガスとなり、空気排出路３４を通ってタービン２４から排気される。この際、空気排出路３４を流通する排出ガスは、再生熱交換器２７内に供給され、上述した圧縮機２３から受熱部４２に向かって流通する圧縮空気との間で熱交換を行う。このように、再生熱交換器２７において、圧縮機２３から受熱部４２に向かって流通する圧縮空気を受熱部４２に供給する前段で予備加熱しておくことで、タービン２４に供給される圧縮空気の温度をより高温に設定することができ、その結果、発電装置１００の発電効率の更なる向上を図ることができる。

このように、本実施形態の受熱器１０では、太陽光線を導入する開口部４４を有する受熱器本体４１と、複数に分割された断熱材６０により受熱器本体４１の内周面を覆う断熱層４７と、隣り合う断熱材６０の間に亘って断熱層４７の内周面を覆う被覆層６５と、この被覆層６５の内周側に離間して設けられ、熱媒体である圧縮空気が内部に流通される受熱管５１とを備える構成とした。
この構成によれば、断熱層４７の断熱材６０が分割され、隣り合う断熱材６０の間に隙間が生じている場合であっても、これら隣り合う断熱材６０の間の熱伝導が被覆層６５を介して円滑に行われるため、断熱層４７の内周面が部分的に過熱される、いわゆるヒートスポットを緩和することができ、その結果、断熱層４７の放射熱による受熱管５１の変形や、受熱管５１における応力集中を防止できるため、受熱管５１の負担を軽減することが可能になる。

また、本実施形態の受熱器１０では、被覆層６５としてブランケット状の断熱材を用いる構成とした。
この構成によれば、断熱層４７のみで断熱する場合よりも、被覆層６５による断熱機能の分だけ全体の断熱性能を向上することができるため、受熱器１０の外部へ熱エネルギーが放射されるのを防止して受熱効率を高めることができる。

ところで、上述した受熱器１０では、被覆層６５としてブランケット状の断熱材を用いていたが、ブランケット状の断熱材に代えて、耐火煉瓦またはキャスタブルにより１層の被覆層６５を形成する構成も考えられる。耐火煉瓦またはキャスタブルとしては、セラミックスファイバー製の断熱材よりも熱伝導率のよいものを用いるのが好ましい。
この構成によれば、被覆層６５として断熱材を用いる場合よりも、断熱層４７における断熱材６０間の熱抵抗を低減させつつ、被覆層６５の耐高温性能を確保することができる。

また、被覆層６５を金属材料によって形成する構成も考えられる。被覆層６５は、長期間に亘って高温に晒されるため、金属材料に耐蝕性を向上するコーティングなどを施すのが望ましい。
この構成によれば、被覆層６５における熱伝導率を高めることができるため、断熱材６０間の熱抵抗を上述したブランケット状の断熱材、耐火煉瓦、および、キャスタブルよりも低減させることができる。

このように本実施形態の発電装置１００は、上記受熱器１０を備える構成とした。
この構成によれば、受熱管５１の周方向および高さ方向で所定以上の温度差が生じるのを抑制することができるため、従来のようにヘリオスタット２が退避する制御を行うことで、受熱器１０の出口であるタービン供給路３３における圧縮空気温度が変動してタービン２４の運転が不安定になり、その結果、発電機２８による発電量が不安定になるのを防止することができる。

次に、本発明の第二実施形態の受熱器を図面に基づいて説明する。なお、この第二実施形態の受熱器は、上述した第一実施形態の受熱器１０の被覆層６５を断熱層４７の内周面に部分的に設けたものであるので、図１、図２を援用すると共に、同一部分には同一符号を付して説明する。

まず、図１、図２を参照し、受熱器１０に集光するヘリオスタット２は、受熱器１０を中心にして、略扇形の領域に配置され、受熱器１０から遠方に配置されるヘリオスタット２ほど、焦点位置に対して反射角が寝るため、周囲のヘリオスタット２の影になりやすい。そのため、受熱器１０から遠方に配置されたヘリオスタット（以下、単に遠方のヘリオスタットと称す）ほど、ヘリオスタット２間の距離が大きくなるように配置されている。

一方、遠方のヘリオスタット２の場合、周方向には配置スペースが十分にあるため、受熱器１０の近くに配列されるヘリオスタット２よりも、多数配列されている。そして、遠方のヘリオスタット２から太陽光線が入射される高さ位置は、受熱器１０の近くに配列されるヘリオスタット２からの太陽光線よりも低い位置となる。

図７は、受熱管５１の高さ位置に対する、入熱される熱流束（一点鎖線で示す）の変化と、受熱管温度（実線で示す）の変化とを示すグラフである。
この図７のグラフに示すように、遠方のヘリオスタット２により入熱される熱流束は、受熱器１０の近くに配置されるヘリオスタット２より入熱される熱流束よりも、ヘリオスタット２の台数が多い分だけ高くなっている。そのため、受熱器１０に入熱される熱流束のピーク位置は、受熱管５１の高さ方向中央よりも低い位置、すなわち遠方のヘリオスタット２より入熱される位置に出現する。

受熱管５１の温度は、通常、その内部を流れる圧縮空気によって、熱流束のピーク位置よりも下流側（すなわち、受熱管５１の高さが高い方向）にピーク位置がややずれる状態となるが、この受熱管５１の温度のピーク位置を含む範囲は、遠方のヘリオスタット２より入熱される範囲と重なるため、入熱される熱流束が高く、ヘリオスタット２の光軸ずれ等によって、受熱管５１の温度が耐熱温度を上回るヒートスポット（図７中、二点差線で示す）が出現し易くなってしまう。

そのため、この実施形態においては、受熱管５１の温度が耐熱温度を超えないように、断熱層４７の内周面に対して、受熱管５１の温度のピーク位置を中心とした所定の高さ範囲（図７中、範囲ｈ）を部分的に覆う被覆層６５を設けている。このように被覆層６５を取り付けることで、受熱管５１の温度（図７中、実線で示す）が均されて、受熱管５１の材料の耐熱温度を下回った状態で維持されるようになる。

したがって、上述した第二実施形態の受熱器１０によれば、断熱層４７の内周面のうち、高温になり易い高さ範囲に被覆層６５を部分的に設けることで、高温になり易い部分における断熱層４７の熱抵抗を選択的に低減させることができるため、断熱層４７の内周面の全域に被覆層６５を設ける場合と比較して効率よくヒートスポットの出現を抑制してコストの増加を抑制することができる。

なお、本発明の技術範囲は上述した実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、実施形態で挙げた具体的な構造や形状などはほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。
例えば、上述した実施形態では、受熱器１０で加熱した圧縮空気を作動流体としてタービン２４に供給する場合について説明したが、これに限らず、タービン２４には別途作動流体（例えば、燃焼ガス）を供給し、受熱部４２で加熱された圧縮空気を作動流体の熱交換に用いる構成にしても構わない。

また、受熱器１０とガスタービンユニットとの位置関係は適宜設計変更が可能である。すなわち、ガスタービンユニットの配置位置は、受熱器１０の上方に限られることはない。

さらに、上述した実施形態では、発電機２８がロータ軸３０を駆動させるとともに、タービン２４が回転することによって発電を行うオルタネータとしての機能を有している場合について説明したが、これに限らず発電機２８とは別体でロータ軸３０を回転させる駆動モータを採用しても構わない。

また、再生熱交換器２７を除いた発電装置としても構わない。
さらに、上述した実施形態では、タワー部３を全周に亘って取り囲むようにヘリオスタットフィールド１が形成されるいわゆる全周配置方式の発電装置１００の受熱器１０を一例に説明したが、主に高緯度地域においてタワー部３の南側や北側にヘリオスタットフィールド１が形成される片側配置方式の発電装置の受熱器にも適用可能である。

そして、上述した第二実施形態の受熱器１０のように、受熱管５１の高さ方向における範囲ｈに被覆層６５を設ける一例について説明したが、この被覆層６５を設ける範囲は、受熱器１０の機種ごとに異なるため、適用する機種における熱流束のピーク位置に応じて設定すればよい。また、受熱管５１の高さ方向において、複数の範囲に分割して被覆層６５を設けるようにしてもよい。
また、被覆層６５は、受熱器１０の周方向全周に設ける場合に限られず、高温に成り易い箇所に設ければよく、受熱器１０の周方向の一部範囲に設けるようにしてもよい。

１０ 受熱器（太陽熱受熱器）
１５ 開口部
４１ 受熱器本体（ケーシング）
４７ 断熱層
５１ 受熱管
６０ 断熱材
６５ 被覆層
１００ 発電装置（太陽熱発電装置）

Claims (6)

1. 太陽光線を導入する開口部を有するケーシングと、
   複数に分割された断熱材により前記ケーシングの内周面を覆う断熱層と、
   隣り合う前記断熱材の間に亘って前記断熱層の内周面を覆う被覆層と、
   該被覆層の内周側に離間して設けられ、熱媒体が内部に流通される受熱管と、
   を備えることを特徴とする太陽熱受熱器。
2. 前記被覆層は、入熱する熱流束のピーク位置が含まれる前記断熱層の内周面の所定範囲に部分的に設けられている請求項１に記載の太陽熱受熱器。
3. 前記被覆層は、断熱材料によって形成される請求項１に記載の太陽熱受熱器。
4. 前記被覆層は、耐火煉瓦またはキャスタブルによって形成される請求項１に記載の太陽熱受熱器。
5. 前記被覆層は、金属材料によって形成される請求項１に記載の太陽熱受熱器。
6. 請求項１から５の何れか一項に記載の太陽熱受熱器を備える太陽熱発電装置。

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