JP2014006018A - Metal pipe for sunlight heat collection pipe, vacuum pipe type sunlight heat collection pipe, and solar heat power generator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、太陽光集熱管用金属管、真空管式太陽光集熱管およびこれを用いた太陽熱発電装置に関する。 The present invention relates to a metal tube for a solar heat collecting tube, a vacuum tube type solar heat collecting tube, and a solar thermal power generation apparatus using the same.
太陽熱発電(CSP:Concentrating Solar Power)は、例えば、鏡等からなる太陽光反射板により太陽光を集光して熱を発生させ、この熱によりオイル等の液体を加熱し、この熱を蒸気に変換し、蒸気タービンを回転させて発電を行う発電方式である。発電の原理は、伝統的な火力発電と基本的に同様であるが、熱の発生に燃料の燃焼ではなく、太陽熱を利用する点で環境に優しい発電方式である。 Solar thermal power generation (CSP: Concentrating Solar Power), for example, condenses sunlight with a solar reflector made of a mirror or the like to generate heat, heats a liquid such as oil with this heat, and converts this heat into steam It is a power generation system that converts and rotates the steam turbine to generate power. The principle of power generation is basically the same as that of traditional thermal power generation, but it is an environmentally friendly power generation system that uses solar heat instead of fuel combustion for heat generation.
太陽熱発電には、パラボリックトラフ式、リニアフレネル式、ディッシュ式、タワー式等の方式がある。例えば、パラボリックトラフ式は、太陽光反射板となる雨樋形状の曲面鏡と、この曲面鏡の焦点付近に沿って設置されたパイプ状の太陽光集熱管とを有し、太陽光を曲面鏡によって太陽光集熱管に集光し、この太陽光集熱管内を流れるオイル等の液体を加熱し、これにより発電する発電方式である。タワー式太陽熱発電と比較すると、太陽光反射板の配置が容易なことから大規模な施設の建設が容易である点で優れる。 Solar thermal power generation includes parabolic trough, linear Fresnel, dish, and tower systems. For example, the parabolic trough type has a raindrop-shaped curved mirror serving as a solar reflector, and a pipe-shaped solar heat collecting tube installed near the focal point of the curved mirror. This is a power generation system that collects light on a solar heat collecting tube, heats a liquid such as oil flowing in the solar heat collecting tube, and thereby generates electric power. Compared with a tower type solar thermal power generation, it is excellent in that it is easy to construct a large-scale facility because the solar reflector is easily arranged.
太陽光集熱管は、例えば、内部に熱媒体が流動する金属管と、この金属管の外側を覆うように所定の間隔を設けてガラス管を有する。そして、これら金属管とガラス管との間には、気密に封止された封止領域が形成される。封止領域は、対流および伝導による熱損失を低減するために真空状態とされている。この封止領域は、金属管とガラス管との両端部に固定金具等からなる封止部を設け、コバール金属などからなるガラスと金属を接合する部品を介して固定されている。 The solar heat collecting tube has, for example, a metal tube in which a heat medium flows and a glass tube with a predetermined interval so as to cover the outside of the metal tube. An airtightly sealed region is formed between the metal tube and the glass tube. The sealed area is evacuated to reduce heat loss due to convection and conduction. The sealing region is provided with sealing portions made of fixing metal fittings or the like at both ends of the metal tube and the glass tube, and is fixed through a part for joining the glass made of Kovar metal or the like to the metal.
通常、金属管を流れる熱媒体の温度は約400℃に達する。このような高温状態に長時間されると、熱媒体の分解が起こる場合がある。特に、熱媒体が水素を含有する化合物の場合には、分解により水素が発生する。通常、水素は金属管を透過するため、発生した水素が金属管とガラス管との間の封止領域に侵入すると、封止領域の真空度を低下させ、その結果、熱損失が増加する。 Usually, the temperature of the heat medium flowing through the metal tube reaches about 400 ° C. When such a high temperature state is applied for a long time, decomposition of the heat medium may occur. In particular, when the heat medium is a compound containing hydrogen, hydrogen is generated by decomposition. Usually, since hydrogen permeates through the metal tube, when the generated hydrogen enters the sealed region between the metal tube and the glass tube, the degree of vacuum in the sealed region is lowered, and as a result, heat loss increases.
封止領域への水素の侵入による真空度の低下と、これよる熱損失の増加を抑制するために、従来、種々の方法が検討されてきた。具体的には、封止領域に侵入した水素を取り除く方法や、封止領域への水素の侵入を抑制する方法が検討されている。水素を取り除く方法としては、封止領域にゲッタ物質を配置する方法、または封止領域に水素汲み出し用ポンプを設ける方法が知られている(例えば、特許文献1参照)。また、金属管の水素の透過を抑制する方法として、金属管を熱処理することにより、金属管の内面にクロム酸化物の被覆を形成する方法が知られている(例えば、特許文献2参照)。 Conventionally, various methods have been studied in order to suppress a decrease in the degree of vacuum due to the penetration of hydrogen into the sealing region and an increase in heat loss due to this. Specifically, a method for removing hydrogen that has entered the sealing region and a method for suppressing hydrogen from entering the sealing region have been studied. As a method of removing hydrogen, a method of arranging a getter substance in a sealing region or a method of providing a hydrogen pumping pump in the sealing region is known (for example, see Patent Document 1). Further, as a method for suppressing the permeation of hydrogen through a metal tube, a method of forming a chromium oxide coating on the inner surface of the metal tube by heat-treating the metal tube is known (for example, see Patent Document 2).
また、金属管の外側に封止領域を形成しないことで、熱損失の増加を回避することも知られている。例えば、金属管の外面にガラス粉末を焼き付けてセラミックス粒子を含有するガラスライニング層を設けることで、ガラス管の使用を省略するものがある(特許文献3参照)。 It is also known to avoid an increase in heat loss by not forming a sealing region outside the metal tube. For example, there is one that omits the use of a glass tube by baking a glass powder on the outer surface of a metal tube to provide a glass lining layer containing ceramic particles (see Patent Document 3).
前記したゲッタ物質を配置する方法のみでは、長期間使用において水素の取り出しが困難になる。また、水素汲み出し用ポンプを設ける方法では、水素汲み出し用ポンプを構成する薄膜を固定するためのソケット等をガラス管に設ける必要があり、ガラス管の設計変更等が必要となるとともに、水素の汲み出しのために薄膜の加熱が必要となる。 With only the above-described method of arranging the getter material, it is difficult to extract hydrogen after long-term use. In addition, in the method of providing a hydrogen pump, it is necessary to provide a socket for fixing the thin film constituting the hydrogen pump on the glass tube, which requires a design change of the glass tube and the pumping of hydrogen. For this reason, heating of the thin film is required.
また、金属管の内面にクロム酸化物の被覆を設ける方法では、必ずしも均一な厚みのクロム酸化物の被覆を形成が容易でなく、ピンホール等の微細な孔部が発生しやすい。微細な孔部が発生した場合、水素の透過を十分に抑制できないおそれがある。また、クロム酸化物の被覆は金属管を熱処理して行われるが、金属管の長さは数m程度であることから、熱処理には大型の設備が必要となる。 Further, in the method of providing a chromium oxide coating on the inner surface of a metal tube, it is not always easy to form a chromium oxide coating with a uniform thickness, and fine holes such as pinholes are likely to occur. When fine pores are generated, hydrogen permeation may not be sufficiently suppressed. The chromium oxide coating is performed by heat-treating the metal tube. Since the length of the metal tube is about several meters, a large facility is required for the heat treatment.
ガラス粉末を焼き付けてセラミックス粒子を含有するガラスライニング層を設ける方法では、ガラス管を設けないことから封止領域への水素の侵入による問題は発生しない。しかし、例えば、ガラス管を有するものにおいて、金属管の外面にガラス粉末を焼き付けてガラスライニング層を設ける場合、均一な厚みのガラスライニング層を形成が容易でなく、ピンホール等の微細な孔部が発生しやすい。また、稼働時には室温から約400℃の温度サイクルを日々繰り返して受けるためクラック、剥離が発生しやすい。微細な孔部やクラック、剥離が発生した場合、水素の透過を十分に抑制できないおそれがある。 In the method of baking the glass powder and providing the glass lining layer containing ceramic particles, no glass tube is provided, so that a problem due to hydrogen intrusion into the sealing region does not occur. However, for example, when a glass lining layer is provided by baking glass powder on the outer surface of a metal tube in a case having a glass tube, it is not easy to form a glass lining layer having a uniform thickness, and fine holes such as pinholes are formed. Is likely to occur. In addition, cracking and peeling are likely to occur because the temperature cycle from room temperature to about 400 ° C. is repeated every day during operation. When fine holes, cracks, or peeling occurs, hydrogen permeation may not be sufficiently suppressed.
本発明は、上記課題を解決し、太陽光集熱管における封止領域への水素の侵入を抑制した太陽光集熱管用金属管の提供を目的とする。また、本発明の太陽光集熱管用金属管を覆うように所定の間隔を設けてガラス管が設けられた真空管式太陽光集熱管の提供も目的とする。さらに、本発明の真空管式太陽光集熱管を用いた太陽熱発電装置の提供も目的とする。 This invention solves the said subject and aims at provision of the metal tube for solar heat collecting tubes which suppressed the penetration | invasion of the hydrogen to the sealing area | region in a solar heat collecting tube. Another object of the present invention is to provide a vacuum tube type solar heat collecting tube provided with a glass tube at a predetermined interval so as to cover the metal tube for the solar heat collecting tube of the present invention. It is another object of the present invention to provide a solar power generation apparatus using the vacuum tube type solar heat collecting tube of the present invention.
本発明の太陽光集熱管用金属管は、内部に熱媒を流通させる金属管と、前記金属管の外表面に設けられた400〜900nmの光を吸収する光選択吸収膜と、前記金属管の内表面に設けられたガラスライニング層とを有することを特徴とする。 The metal tube for solar heat collecting tubes of the present invention includes a metal tube for circulating a heat medium therein, a light selective absorption film for absorbing light of 400 to 900 nm provided on the outer surface of the metal tube, and the metal tube. And a glass lining layer provided on the inner surface.
本発明の真空管式太陽光集熱管は、太陽光集熱管用金属管と、前記太陽光集熱管用金属管の外側を囲むように設けられたガラス管と、前記太陽光集熱管用金属管と前記ガラス管との間を気密に封止する封止部とを有し、前記太陽光集熱管用金属管が上記した本発明の太陽光集熱管用金属管であることを特徴とする。また、本発明の太陽熱発電装置は、真空管式太陽光集熱管と、太陽光を集光する集光手段とを備える集熱器を有しており、前記真空管式太陽光集熱管が上記した本発明の真空管式太陽光集熱管であることを特徴とする。 The vacuum tube type solar heat collecting tube of the present invention includes a metal tube for a solar heat collecting tube, a glass tube provided so as to surround the outside of the metal tube for the solar heat collecting tube, and the metal tube for the solar heat collecting tube. And a sealing portion that hermetically seals between the glass tube and the metal tube for solar heat collecting tube is the above-described metal tube for solar heat collecting tube of the present invention. Further, the solar thermal power generation apparatus of the present invention has a heat collector including a vacuum tube type solar heat collecting tube and a light collecting means for collecting sunlight, and the vacuum tube type solar heat collecting tube is the book described above. It is a vacuum tube type solar heat collecting tube of the invention.
本発明の太陽光集熱管用金属管は、金属管の内表面にガラスライニング層が設けられているため、金属管からの水素の透過を抑制できる。これにより、本発明の太陽光集熱管用金属管を真空管式太陽光集熱管に使用した場合に、長期間に渡って金属管とガラス管との間の封止領域の真空状態を維持でき、熱損失の発生を抑制できる。 Since the metal lining for solar heat collecting tubes of the present invention is provided with a glass lining layer on the inner surface of the metal tube, hydrogen permeation from the metal tube can be suppressed. Thereby, when the metal tube for solar heat collecting tube of the present invention is used in a vacuum tube type solar heat collecting tube, the vacuum state of the sealed region between the metal tube and the glass tube can be maintained over a long period of time, Generation of heat loss can be suppressed.
以下、本発明の実施の形態について説明する。
(太陽光集熱管用金属管)
図1は、太陽光集熱管用金属管の一実施形態を示す断面図である。
太陽光集熱管用金属管10は、内部に熱媒を流通させる金属管11と、金属管11の外表面に設けられた400〜900nmの光を吸収する光選択吸収膜12と、金属管11の内表面に設けられたガラスライニング層13とを有する。ガラスライニング層13は、全体として金属管11の内面に密着していればよく、一部が金属管11の内面に密着していなくてもよい。また、ガラスライニング層13は、密着性を向上させるために、端部など一部が接合されていることが好ましい。
Embodiments of the present invention will be described below.
(Metal tubes for solar heat collecting tubes)
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an embodiment of a metal tube for a solar heat collecting tube.
The
ガラスライニング層13は、例えば、両端部が封止された筒状ガラス部材を加熱によって軟化させるとともに、内部に充填された膨張剤等により膨張させて、金属管11の内面に密着させることにより好適に形成される。このような方法によれば、ピンホール等の発生が抑制されたガラスライニング層13を形成しやすく、ピンホール等からの水素の透過を抑制できる。
The
ガラスライニング層13は、ソーダライムガラス、硼珪酸ガラス等のガラスを使用でき、なかでもソーダライムガラスの使用が好ましい。ソーダライムガラスとしては、例えば、酸化物換算の質量百分率表示で、SiO2 71%、Al2O3 3%、Na2O 16%、K2O 2%、CaO 6%、およびMgO 2%を含有するものが好ましいものとして挙げられる。
The
ガラスライニング層13の厚みは、必ずしも制限されないが、0.1mm以上が好ましい。厚みが0.1mm以上であれば、水素の透過を効果的に抑制でき、またピンホール等の発生も抑制でき、ピンホール等を介した水素の透過を抑制できる。厚みは、0.3mm以上がより好ましく、0.5mm以上がさらに好ましい。また、厚みは、2mm以下が好ましい。厚みが2mm以下であれば、以下で説明するガラスライニング層13の形成を容易にできる。また、厚みは、1.5mm以下がより好ましく、1mm以下がさらに好ましい。
The thickness of the
金属管11としては、金属材料からなるものであれば必ずしも制限されない。金属管11とガラスライニング層13との熱膨張差によるガラスライニング層13の損傷を抑制する観点から、ガラスライニング層13を構成するガラス材料との熱膨張差が小さい金属材料が好ましい。ここで、ガラスライニング層13に好適に用いられるソーダライムガラスの熱膨張係数(α)は、例えば、94〜105×10−7/℃である。そのため、金属材料としては、熱膨張係数が175×10−7/℃以下の金属材料がより好ましい。このような熱膨張係数を有する金属材料としては、具体的には、炭素鋼(α=110〜120×10−7/℃)、フェライト系ステンレス鋼(α=110〜120×10−7/℃)、オーステナイトステンレス鋼(α=173×10−7/℃程度)等が挙げられる。
The
光選択吸収膜12は、日射エネルギーを効率よく吸収し、すなわち400〜900nmの光を吸収する一方で、外部への熱放射を低減できるものが好ましく、公知の光選択吸収膜を使用できる。光選択吸収膜としては、例えば、誘電体層と、クロム、窒化クロム、および酸窒化クロムからなる群から選択された1種以上のクロム系層とを有するものが挙げられる。または、チタンシリコン合金層、酸化チタン層、および酸化ケイ素層を有するものや、モリブデンと酸化ケイ素のサーメット層を有するものが挙げられる。
The light
(太陽光集熱管用金属管の製造方法)
次に、太陽光集熱管用金属管10の製造方法について説明する。
図2は、太陽光集熱管用金属管10の製造方法を示す工程図であり、特にガラスライニング層13の形成方法を示す工程図である。
(Method of manufacturing metal pipe for solar heat collecting pipe)
Next, the manufacturing method of the
FIG. 2 is a process diagram showing a method for manufacturing the
まず、金属管11の内径よりも若干小さい外径を有し、肉厚が1〜2mmであって、長さが金属管11よりも若干長くなるように切断した筒状のガラス部材を用意する。筒状ガラス部材は、例えば、組成が酸化物換算の質量百分率表示でSiO2 71%、Al2O3 3%、Na2O 16%、K2O 2%,CaO 6%、MgO 2%であり、熱膨張係数が95×10−7/℃のソーダライムガラスからなる。筒状ガラス部材は、例えば、ダンナー法、ベロー法などの管径に応じた適正な周知の方法によって製造される。
First, a cylindrical glass member having an outer diameter slightly smaller than the inner diameter of the
図2(a)に示すように、筒状ガラス部材13は、一端を加熱軟化させて封止するとともに、内部に加熱により熱分解する膨張剤21、例えば、KClO3、NaClO4、KNO3、NHClO4、NaNO3、NH4NO3等から選ばれる1種を選択して充填した後、他端を加熱軟化させて封止する。
As shown in FIG. 2 (a), the
その後、図2(b)に示すように、筒状ガラス部材13の端部を覆うような略半球状の内面を有する金属蓋部22を金属管11の一端部に固定して、金属管11の一端部を閉塞させる。金属管11への金属蓋部22の固定方法は、特に限定されない。例えば、図示しないが、金属管11の端部に後述するようなフランジ部が設けられている場合、金属蓋部22にも同様なフランジ部を設けておき、これらに設けられた取り付け孔等を利用してボルトおよびナットにより固定してもよいし、他の固定方法を採用できる。
Thereafter, as shown in FIG. 2B, a
一端部の閉塞後、金属管11に両端を封止した筒状ガラス部材13を挿入する。挿入後、金属管11の他端部に他の金属蓋部22を固定して、金属管11の他端部を閉塞させる。このようにして両端部に金属蓋部22が固定された金属管11は、図示しない焼成炉に入れる。
After the one end is closed, the
そして、所定の昇温速度で、600〜700℃に加熱し、この温度状態を所定の時間保持する。全体が加熱されることにより、筒状ガラス部材13が軟化するとともに膨張剤21が熱分解し、発生した気体によって筒状ガラス部材13の内圧が高まり、筒状ガラス部材13が膨張する。これにより、図2(c)に示すように、金属管11の内面に筒状ガラス部材13が圧着および融着して、ガラスライニング層13が形成される。
And it heats to 600-700 degreeC with a predetermined | prescribed temperature increase rate, and this temperature state is hold | maintained for the predetermined time. When the whole is heated, the
所定の保持時間が経過した後、焼成炉内に金属管11を入れたまま所定の降温速度で徐冷する。常温まで温度が降下したら、金属管11を焼成炉内から取り出し、両端部に固定した金属蓋部22を取り外す。その後、金属管11の両端部からはみ出した筒状ガラス部材13を切除し、必要に応じて図示しない砂磨回転研磨板等の平面研磨機を用いて筒状ガラス部材13の切断面を、平坦に研磨する。ガラスライニング層13の形成後、金属管11の外面に光選択吸収膜12を設けることで、太陽光集熱管用金属管10が得られる。
After a predetermined holding time elapses, the
(真空管式太陽光集熱管)
図3〜6は、本発明の真空管式太陽光集熱管30(以下、集熱管30と略す)の端部の一例を示す一部断面図である。一部断面図の右側を金属管11の軸方向における中央部側(以下、軸中央部側という)とし、金属管11の左側を軸方向における端部側(以下、軸端部側という)として説明する。なお、本明細書では金属管11の一方の端部について説明するが、他方の端部についても同様なものとできる。
(Vacuum tube type solar collector tube)
3 to 6 are partial cross-sectional views showing an example of an end portion of the vacuum tube type solar heat collecting tube 30 (hereinafter, abbreviated as the heat collecting tube 30) of the present invention. The right side of the partial cross-sectional view is the central part side in the axial direction of the metal tube 11 (hereinafter referred to as the axial center part side), and the left side of the
集熱管30は、太陽光集熱管用金属管10と、太陽光集熱管用金属管10の外側を囲むように設けられたガラス管31と、太陽光集熱管用金属管10とガラス管31との間を気密に封止する封止部32とを有する。封止部32は、例えば、金属管11の端部近傍の外面に設けられた封止用突出部14と、この封止用突出部14の外周部分とガラス管31の端部とを接続するベローズ34とを有する。
The
封止用突出部14は、通常、金属管11の外面において周方向に1周するように設けられ、円盤状を有するものである。封止用突出部14は、金属管11と一体的に形成されたものでもよく、金属管11に溶接等により接合されたものでもよい。
The sealing
ベローズ34は、金属管11とガラス管31との軸方向の熱膨張差を緩和して、金属管11とガラス管31との間の封止領域33を気密に封止するために設けられている。これにより、太陽光発電に使用中に金属管11が膨張しても、金属管11とガラス管31との間の封止領域を気密に保持できる。ベローズ34は、金属管11を囲むように設けられており、例えば、一端が封止用突出部14の外周部に溶接等により接合され、他端がガラス管31の端部に接合されている。この他端のガラス管31の端部への接合は、例えば、コバール金属等からなるガラス・金属接合部35によって行われている。
The bellows 34 is provided to relieve a difference in axial thermal expansion between the
図3に示す集熱管30は、例えば、他の集熱管30と溶接により好適に連結されるものであって、後述するような金属管11とガラスライニング層13とを接合する接合部や、他の集熱管30との連結に用いられる溶接用突出部またはフランジ部を有しないものである。
The
このようなものについては、ガラスライニング層13の端部の位置PGは、封止用突出部14の軸中央部側の端部の位置P1と同位置か、これよりも軸端部側が好ましい。位置PGが位置P1よりも軸中央部側の場合、封止用突出部14とガラスライニング層13との隙間部分から水素が透過しやすく、金属管11とガラス管31との間の封止領域33の真空状態が低下するおそれがある。少なくとも位置PGを位置P1と同位置とすることで、水素の透過を抑制して封止領域33の真空状態の低下を抑制できる。位置PGは、水素の透過をより効果的に抑制して封止領域33の真空状態の低下を抑制する観点から、封止用突出部14の軸端部側の端部の位置P2と同位置か、これよりも軸端部側がより好ましい。
Such things, the position P G of the end of the
また、位置PGは、金属管11の端部の位置P0よりも軸中央部側が好ましい。集熱管30が他の集熱管30と溶接により連結される場合、位置PGが位置P0と同位置であると、溶接時の温度によりガラスライニング層13が損傷するおそれがある。本発明者は、溶接試験を行い、ガラスライニング層の熱割れが、溶接部から10mmまで延びることを確認した。そのため、ガラスライニング層13の損傷を抑制する観点から、位置PGは位置P0から軸中央部側に10mm以上離れていることが好ましい。一方、位置PGと位置P0との間隔は、40mm以下が好ましい。40mm以下とすることで、位置PGと位置P1または位置P2との関係も良好にできる。
Further, the position P G is preferably closer to the center of the shaft than the position P 0 at the end of the
ガラスライニング層13の位置PGの調整は、例えば、上述したような太陽光集熱管用金属管10の製造時、特に金属管11の内面へのガラスライニング層13(筒状ガラス部材13)の形成時、予め金属管11の端部の位置P0からガラスライニング層13の位置PGまでの金属管11の内面に、筒状ガラス部材13の融着を防止するような融着防止剤を塗布しておき、その後に筒状ガラス部材13を挿入して加熱処理および徐冷処理を行ってから、融着されていない部分を切り離して除去することにより行うことができる。
Adjustment of the position P G of the
図4は、金属管11とガラスライニング層13とを接合する接合部15を有する集熱管30の端部の一例を示す一部断面図である。この集熱管30についても、後述するような他の集熱管30との連結に用いられる溶接用突出部またはフランジ部を有しないものである。
FIG. 4 is a partial cross-sectional view showing an example of an end portion of the
ガラスライニング層13は、金属管11に密着していればよく、必ずしも金属管11に接合されている必要はない。接合部15によって接合されていることが好ましく、特に端部が接合部15によって接合されていることが好ましい。接合部15は、例えば、金属管11の内面を周方向に1周するように設けられる。このような接合部15を設けることで、例えば、ガラスライニング層13の端部から金属管11とガラスライニング層13との間の僅かな隙間への水素の侵入を抑制でき、これにより金属管11の水素の透過を抑制できる。
The
接合部15の軸端部側の端部の位置P4は、位置P1と同位置か、これよりも軸端部側が好ましい。位置P4が位置P1よりも軸中央部側の場合、封止用突出部14と接合部15との隙間部分から水素が透過しやすく、金属管11とガラス管31との間の封止領域33の真空状態が低下するおそれがある。少なくとも位置P4を位置P1と同位置とすることで、水素の透過を抑制して封止領域33の真空状態の低下を抑制できる。位置P4は、水素の透過をより効果的に抑制して封止領域33の真空状態の低下を抑制する観点から、位置P2と同位置か、これよりも軸端部側が好ましい。なお、接合部15の軸中央部側の端部の位置P3は、特に制限されない。
Position P 4 of the end portion of the shaft end side of the
なお、接合部15を設ける場合、ガラスライニング層13の端部の位置PGは必ずしも位置P1と同位置かこれよりも軸端部側である必要はなく、接合部15によって接合されている限りにおいて位置P1よりも軸中央部側であってもよい。好ましくは位置P1と同位置かこれよりも軸端部側であり、より好ましくは位置P2と同位置か、これよりも軸端部側である。この場合、接合部15の位置は、位置PGに合わせて適宜変更することが好ましい。
In the case of providing a joint 15, the position P G of the end of the
接合部15におけるガラスライニング層13と実際に接合されている部分である接合部分の長さ(金属管11の軸方向における長さ)は、1mm以上が好ましい。接合部分の長さを1mm以上とすることで、ガラスライニング層13と金属管11との間の僅かな隙間への水素の侵入を効果的に抑制でき、封止領域33への水素の侵入を抑制できる。接合部分の長さは3mm以上がより好ましい。また、接合部分の長さは、水素の侵入を抑制するためには30mmもあれば十分であり、これ以下とすることで集熱管30の生産性を良好にできる。
The length of the bonded portion (the length in the axial direction of the metal tube 11) that is the portion actually bonded to the
位置P4は、位置P0よりも軸中央部側が好ましい。集熱管30が他の集熱管30と溶接により連結される場合、位置P4が位置P0と同位置であると、溶接時の温度により接合部15が損傷するおそれがある。前述と同様に接合部15の損傷を抑制する観点から、位置P4は位置P0から軸中央部側に10mm以上離れていることが好ましい。一方、位置P4と位置P0との間隔は40mm以下が好ましい。40mm以下とすることで、位置P4と位置P1または位置P2との関係も良好にできる。
Position P 4, the shaft center side is preferable than the position P 0. If
接合部15の構成材料は、金属管11とガラスライニング層13とを有効に接合できるものであれば必ずしも制限されない。例えば、低融点ガラス材料が好ましく、軟化温度が450〜650℃以下の低融点ガラス材料がより好ましい。
The constituent material of the joining
このような接合部15は、例えば、上述したような太陽光集熱管用金属管10の製造時、特に金属管11の内面へのガラスライニング層13の形成時に形成できる。例えば、あらかじめ金属管11の内面における接合部15が設けられる部分に低融点ガラス材料を塗布し、その後にガラスライニング層13を挿入し、加熱処理することにより形成できる。
Such a joint 15 can be formed, for example, at the time of manufacturing the
図5は、他の集熱管30と溶接により連結するための溶接用突出部16を設けた集熱管30の端部の一例を示す一部断面図である。
FIG. 5 is a partial cross-sectional view showing an example of an end portion of the
他の集熱管30と溶接により連結する場合、金属管11の端部の外面に突出するように溶接用突出部16を設けることが好ましい。溶接用突出部16は、例えば、金属管11の端部の外面において周方向に1周するように設けられ、円盤状を有するものである。このような溶接用突出部16を設けることで、溶接部分とガラスライニング層13の端部との実質的な距離を延ばすことができ、溶接による影響を効果的に抑制できる。なお、溶接は、例えば、溶接用突出部16と他の集熱管30の溶接用突出部16とを突き合わせた状態で、これら一対の溶接用突出部16の外周部付近に対して行われる。
When connecting with the other heat collection pipe |
溶接用突出部16の高さ、すなわち金属管11の外面から溶接用突出部16の外周部までの高さは、20mm以上が好ましい。このような高さとすることで、溶接部分とガラスライニング層13の端部との距離を効果的に確保して溶接による影響を抑制できる。高さは、溶接による影響を抑制するためには50mmもあれば十分であり、これ以下とすることで放熱面積の増加による放熱損失を抑制できる。
The height of the
溶接用突出部16の厚み、すなわち金属管11の軸方向における長さは、5mm以上が好ましい。このような厚みとすることで、溶接による影響をより効果的に抑制できるとともに、溶接部の機械的強度等も良好にできる。厚みは、溶接による影響を抑制するためには10mmもあれば十分であり、これ以下とすることで放熱面積の増加による放熱損失を抑制できる。
As for the thickness of the
溶接用突出部16を設けることで、ガラスライニング層13への溶接の影響を抑制できる。そのため、位置PGは必ずしも位置P0よりも軸中央部側とする必要はなく、位置P0と同位置にもできる。なお、溶接用突出部16を設けても、封止用突出部14の位置P1や位置P2に対するガラスライニング層13の位置PGの位置関係は、溶接用突出部16を設けない場合と同様とすることが好ましい。
By providing the
また、図示しないが、接合部15を設けてもよい。この場合、溶接用突出部16によって接合部15への溶接の影響を抑制できるため、位置P4は必ずしも位置P0よりも軸中央部側とする必要はなく、位置P0と同位置にもできる。なお、位置P1や位置P2に対する位置P4の位置関係が、溶接用突出部16を設けない場合と同様とすることが好ましい。
Moreover, although not shown in figure, the
図6は、他の集熱管30と溶接によらずに連結するためのフランジ部17を有する集熱管30の端部の一例を示す一部拡大断面図である。
FIG. 6 is a partially enlarged cross-sectional view showing an example of an end portion of the
他の集熱管30と溶接によらずに連結する場合、金属管11の端部の外面に突出するように、溶接によらずに固定を行うことのできるフランジ部17を設けることが好ましい。フランジ部17は、例えば、金属管11の端部の外面において周方向に1周するように設けられ、円盤状を有するものである。また、フランジ部17は、例えば、ボルトやナットにより他の集熱管30のフランジ部17と取り付けるための取り付け孔171を有するものである。フランジ部17による連結は、例えば、フランジ部17と他の集熱管30のフランジ部17とをガスケットを介して突き合わせて、両者の取り付け孔171を利用してボルトやナットにより固定することにより行われる。このようなフランジ部17によれば、溶接を行う必要がないことから、ガラスライニング層13の端部の損傷を抑制できる。
When connecting to another
なお、フランジ部17を設ける場合、溶接を行う必要がないことから、位置PGは必ずしも位置P0よりも軸中央部側とする必要はなく、位置P0と同位置とすることもできる。
In the case of providing a
また、図示しないが、接合部15を設けてもよい。この場合にも、溶接を行う必要がないことから、位置P4は必ずしも位置P0よりも軸中央部側とする必要はなく、位置P0と同位置にできる。なお、フランジ部17を設ける場合でも、封止用突出部14の位置P1や位置P2に対するガラスライニング層13の位置PGや接合部15の位置P4の関係は、フランジ部17を設けない場合と同様が好ましい。
Moreover, although not shown in figure, the
(太陽熱発電装置)
図7は、太陽熱発電装置における集熱器の一実施形態としてのパラボリックトラフ型集熱器の外観図である。
(Solar thermal power generator)
FIG. 7 is an external view of a parabolic trough heat collector as an embodiment of the heat collector in the solar thermal power generation apparatus.
パラボリックトラフ型集熱器40は、集光手段としての放物面反射鏡であるパラボリック反射鏡41を有する。パラボリック反射鏡41は、反射鏡用支持体42によって支持されている。パラボリック反射鏡41の焦点部分には、該焦点部分に沿って延びるように実施形態の集熱管30が設けられている。集熱管30は、集熱管用支持体43によってパラボリック反射鏡41や反射鏡用支持体42に固定されている。
The parabolic
このようなパラボリックトラフ型集熱器40では、パラボリック反射鏡41によって太陽光が集熱管30に集光され、この集光された太陽光によって集熱管30が加熱される。集熱管30の内部にはオイル等の熱媒体が流動しており、集熱管30の加熱によって内部の熱媒体が加熱される。図示しないが、パラボリックトラフ型集熱器40は蒸気タービンに接続されており、熱媒体の熱を利用して蒸気タービンを回転させることにより発電が行われる。
In such a parabolic
図8は、集熱管30の一実施形態を示す平面図である。また、図9は、図8に示す集熱管30のAA線断面図である。
FIG. 8 is a plan view showing an embodiment of the
集熱管30は、内部に熱媒体が流動される金属管からなる金属管11を有し、その外面に光選択吸収膜12が設けられ、内面にガラスライニング層13が設けられている。また、金属管11の外側には、金属管11を覆うように所定の間隔を設けてガラス管31が設けられている。金属管11とガラス管31とは、これらの間に気密に封止された封止領域33が形成されるように、両端部に封止部32が設けられて固定されている。封止領域33は、通常、真空状態とされており、例えば1×10−3Pa以下とされている。
The
10…太陽光集熱管用金属管、11…金属管、12…光選択吸収膜、13…ガラスライニング層、14…封止用突出部、15…接合部、16…溶接用突出部、17…フランジ部、171…取り付け孔、21…膨張剤、22…金属蓋部、30…真空管式太陽光集熱管、31…ガラス管、32…封止部、33…封止領域、34…ベローズ、40…パラボリックトラフ型集熱器、41…パラボリック反射鏡、42…反射鏡用支持体、43…集熱管用支持体、P0…金属管の端部の位置、P1…封止用突出部の軸中央部側の端部の位置、P2…封止用突出部の軸端部側の端部の位置、P3…接合部の軸中央部側の端部の位置、P4…接合部の軸端部側の端部の位置、PG…ガラスライニング層の端部の位置
DESCRIPTION OF
Claims (12)
前記金属管の外表面に設けられた400〜900nmの光を吸収する光選択吸収膜と、
前記金属管の内表面に設けられたガラスライニング層と
を有することを特徴とする太陽光集熱管用金属管。 A metal tube that circulates the heat medium inside,
A light selective absorption film that absorbs light of 400 to 900 nm provided on the outer surface of the metal tube;
A metal tube for a solar heat collecting tube, comprising: a glass lining layer provided on an inner surface of the metal tube.
前記太陽光集熱管用金属管の外側を囲むように設けられたガラス管と、
前記太陽光集熱管用金属管と前記ガラス管とを気密に封止する封止部と
を有する真空管式太陽光集熱管。 The metal tube for solar heat collecting tubes according to any one of claims 1 to 3,
A glass tube provided so as to surround the outside of the metal tube for solar heat collecting tube;
A vacuum tube type solar heat collecting tube having a sealing part for hermetically sealing the metal tube for the solar heat collecting tube and the glass tube.
前記ガラスライニング層の端部は、
前記封止用突出部の軸中央部側の端部と同位置か、これよりも軸端部側にあり、
前記金属管の端部よりも軸中央部側にある
請求項5記載の真空管式太陽光集熱管。 When the central portion side in the axial direction of the metal tube is the axial central portion side, and the end portion side in the axial direction of the metal tube is the axial end portion side,
The end of the glass lining layer is
The end of the sealing projecting portion on the side of the central portion of the shaft is placed on the same side, more on the side of the shaft end than this,
The vacuum tube type solar heat collecting tube according to claim 5, wherein the vacuum tube type solar heat collecting tube is located closer to the shaft center than the end of the metal tube.
前記封止用突出部の軸中央部側の端部と同位置か、これよりも軸端部側にあり、
前記金属管の端部よりも軸中央部側にある
請求項7記載の真空管式太陽光集熱管。 The end on the shaft end side of the joint is
The end of the sealing projecting portion on the side of the central portion of the shaft is placed on the same side, more on the side of the shaft end than this,
The vacuum tube type solar heat collecting tube according to claim 7, wherein the vacuum tube type solar heat collecting tube is located closer to an axial center portion than an end portion of the metal tube.
前記真空管式太陽光集熱管は、請求項4〜11のいずれか1項記載の真空管式太陽光集熱管であることを特徴とする太陽熱発電装置。 A solar thermal power generation apparatus having a heat collector comprising a vacuum tube type solar heat collecting tube and a light collecting means for collecting sunlight on the vacuum tube type solar heat collecting tube,
The said solar tube type solar heat collecting tube is a vacuum tube type solar heat collecting tube of any one of Claims 4-11, The solar thermal power generation apparatus characterized by the above-mentioned.
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