JP2014159892A - 太陽熱集熱装置、および、太陽熱発電システム - Google Patents

Abstract

【課題】熱媒体の温度の変動を十分に抑制することができる、太陽熱集熱装置等を提供する。
【解決手段】本実施形態の太陽熱集熱装置は、集光ミラーと集熱配管と蓄熱部と有する。集光ミラーは、入射する太陽光を反射して集光する。集熱配管は、集光ミラーが反射して集光した太陽光を吸収し、内部を流れる熱媒体が加熱される。蓄熱部は、集熱配管に設けられている。ここでは、蓄熱部は、集熱配管において集光ミラーが設置された側とは反対側の部分に形成されている。
【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、太陽熱集熱装置、および、太陽熱発電システムに関する。

再生可能エネルギーを利用した発電システムとして、太陽熱発電システムが知られている。

太陽熱発電システムでは、太陽光を集光し、その集光した太陽光の熱によってオイルなどの熱媒体を加熱する。その後、作動媒体である水が、その加熱された熱媒体との熱交換によって加熱されて、高温高圧の蒸気になる。そして、その蒸気の作動媒体によって蒸気タービンが駆動し、発電が行なわれる。

太陽熱発電システムは、たとえば、トラフ式の集光集熱系（太陽熱集熱装置、レシーバ）を有し、パラボリック・トラフ（Ｐａｒａｂｏｌｉｃ ｔｒｏｕｇｈ）型である曲面鏡の焦点に、集熱配管が位置している。集光集熱系では、入射した太陽光を曲面鏡が焦点に集光し、集熱配管の内部を流れる熱媒体を加熱する。

太陽熱発電システムは、日照量の変動に応じて熱媒体の流量を調整することによって、集光集熱系で加熱された熱媒体の温度の変動を抑制している。たとえば、日照量が半分になったときには、熱媒体の流量を半分にすることにより、集光集熱系から出る熱媒体の温度が一定になるように制御している。しかし、日照量を測定し、その測定結果に基づいて流量の調整を行うまでには、時間を要する。このため、集光集熱系から出る熱媒体の温度が一時的に低下して、熱交換器において発生する蒸気の温度が変動する場合があるので、発電出力が不安定になる場合がある。

このような不具合を解消するために、熱媒体が熱交換器に流入する前に、加熱装置（ヒータ）が燃料や電力を用いて熱媒体を加熱することが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。

特開２００８−３９３６７号公報

しかしながら、上記の太陽熱発電システムにおいては、燃料や電力などのように再生可能エネルギー以外の枯渇性エネルギーを用いて熱媒体の加熱を行うので、地球温暖化の対策を十分に実現することが困難である。

また、熱媒体の温度変化を抑制するために、集熱配管の肉厚を厚くする場合には、定常運転時において、集熱配管の熱抵抗が増加するので発電効率等の性能が低下する場合がある。

このような事情により、上記の太陽熱発電システムにおいては、地球温暖化の対策を十分に実現した上で、熱媒体の温度の変動を抑制することが容易でない。その結果、発電出力の安定化を実現することが困難な場合がある。

したがって、本発明が解決しようとする課題は、熱媒体の温度の変動を十分に抑制することができる、太陽熱集熱装置、および、太陽熱発電システムを提供することである。

本実施形態の太陽熱集熱装置は、集光ミラーと集熱配管と蓄熱部と有する。集光ミラーは、入射する太陽光を反射して集光する。集熱配管は、集光ミラーが反射して集光した太陽光によって、内部を流れる熱媒体が加熱される。蓄熱部は、集熱配管に設けられている。ここでは、蓄熱部は、集熱配管において集光ミラーが設置された側とは反対側の部分に形成されている。

図１は、第１実施形態に係る太陽熱発電システムを示す図である。 図２は、第１実施形態に係る太陽熱発電システムにおいて、集光集熱系の要部を示す断面図である。 図３は、第１実施形態に係る太陽熱発電システムにおいて、集光集熱系の要部を示す断面図である。 図４は、第２実施形態に係る太陽熱発電システムにおいて、集光集熱系の要部を示す断面図である。 図５は、第３実施形態に係る太陽熱発電システムにおいて、集光集熱系の要部を示す断面図である。 図６は、第３実施形態に係る太陽熱発電システムにおいて、集光ミラーが回転されたときに集熱配管に太陽光が集光される様子を示す図である。 図７は、第４実施形態に係る太陽熱発電システムにおいて、集光集熱系の要部を示す断面図である。

実施形態について、図面を参照して説明する。

＜第１実施形態＞
［Ａ］構成等
図１は、第１実施形態に係る太陽熱発電システムを示す図である。

太陽熱発電システムは、図１に示すように、集光集熱系１０（太陽熱集熱装置）と、蓄熱系２０と、発電系３０とを含む。太陽熱発電システムを構成する各部について、順次、説明する。

［Ａ−１］集光集熱系１０
太陽熱発電システムのうち、集光集熱系１０は、図１に示すように、集光ミラー１１と、集熱配管１２とを備えており、太陽光を集光し、その集光した太陽光の熱によって熱媒体Ｍ（実線の矢印）を加熱する。

集光集熱系１０において、集光ミラー１１は、複数が列方向と行方向とに配列されている。

集光集熱系１０において、集熱配管１２は、集光ミラー１１の上方に設置されており、列方向に沿って延在している。集熱配管１２は、集光ミラー１１の焦点に位置するように支持されている。集熱配管１２は、複数であって、複数の集熱配管１２のそれぞれが、行方向に並んで配置されている。複数の集熱配管１２のそれぞれは、一端（下端）が配管Ｍ１に連結されており、他端が他の配管Ｍ２に連結されている。

集光集熱系１０では、複数の集光ミラー１１のそれぞれが、上方から入射した太陽光を反射して集光する。この一方で、集光集熱系１０では、配管Ｍ１を流れる熱媒体Ｍが、複数の集熱配管１２のそれぞれにおいて、一端（下端）から流入する。たとえば、オイルが、熱媒体Ｍとして流入する。そして、複数の集熱配管１２のそれぞれにおいて、その熱媒体Ｍが、他端（上端）から配管Ｍ２に流出する。このとき、集光集熱系１０では、集熱配管１２において一端（下端）から他端（上端）へ流れる熱媒体Ｍが、集光ミラー１１によって集光された太陽光の熱によって加熱される。たとえば、４００℃程度の温度に、熱媒体Ｍが加熱される。

集光集熱系１０の詳細な構成については、後述する。

［Ａ−２］蓄熱系２０
太陽熱発電システムのうち、蓄熱系２０は、図１に示すように、熱交換部２１と高温槽部２２と低温槽部２３とを備えており、集光集熱系１０において加熱された熱媒体Ｍ（実線の矢印）の熱を、溶融塩Ｓ（一点鎖線の矢印）を用いて蓄熱する。

蓄熱系２０において、熱交換部２１は、容器２１１と伝熱管２１２とを含み、容器２１１が伝熱管２１２を内部に収容している。容器２１１は、高温槽部２２との間に配管Ｍ２２が設けられていると共に、低温槽部２３との間に配管Ｍ２３が設けられている。伝熱管２１２は、一端（下端）に配管Ｍ２１ａが連結されていると共に、他端（上端）に配管Ｍ２１ｂが連結されている。

蓄熱系２０において、高温槽部２２は、容器２２１とポンプ２２２とを含む。容器２２１は、２つの配管２２ａ，２２ｂが内部に挿入されている。ポンプ２２２は、２つの配管２２ａ，２２ｂのうちの一方の配管２２ａに設置されている。

蓄熱系２０において、低温槽部２３は、容器２３１とポンプ２３２とを含む。容器２３１は、２つの配管２３ａ，２３ｂが内部に挿入されている。ポンプ２３２は、２つの配管２３ａ，２３ｂのうちの一方の配管２３ａに設置されている。

上記の蓄熱系２０は、たとえば、昼間のように日照量が多いときに、集光集熱系１０において加熱された熱媒体Ｍの熱を蓄熱する。

具体的には、蓄熱系２０では、ポンプ２４により配管Ｍ１を流れる熱媒体Ｍが、バルブ（図示省略）の操作により、配管Ｍ２１ｂへ分岐して流れた後に、熱交換部２１の伝熱管２１２に流入する。この一方で、低温槽部２３の容器２３１に貯蔵された低温の溶融塩Ｓが、ポンプ２３２によって配管Ｍ２３ａに汲み上げられた後に、その配管Ｍ２３ａに連結された配管Ｍ２３を介して、熱交換部２１の容器２１１の内部に流入する。そして、熱交換部２１において、熱媒体Ｍと、その熱媒体Ｍよりも低温の溶融塩Ｓの間で熱交換が行われる。この熱交換により、熱媒体Ｍは、冷却され、熱交換部２１の伝熱管２１２から配管Ｍ２１ｃに流出する。また、溶融塩Ｓは、加熱され、熱交換部２１の容器２１１の内部から配管Ｍ２２に流出した後に、その配管Ｍ２２に連結された配管Ｍ２２ｂを介して、高温槽部２２の容器２２１の内部に流入して貯蔵される。

上記の他に、蓄熱系２０は、蓄熱した熱を用いて、たとえば、曇天時や夜間のように日照量が少ないときに、熱交換部２１において熱媒体Ｍを加熱する。

具体的には、蓄熱系２０では、ポンプ２４により配管Ｍ１を流れる熱媒体Ｍが、配管Ｍ２１ａへ分岐して流れた後に、熱交換部２１の伝熱管２１２に流入する。この一方で、高温槽部２２の容器２２１に貯蔵された高温の溶融塩Ｓが、ポンプ２２２によって配管Ｍ２２ａに汲み上げられた後に、その配管Ｍ２２ａに連結された配管Ｍ２２を介して、熱交換部２１の容器２１１の内部に流入する。そして、熱交換部２１において、熱媒体Ｍと、その熱媒体Ｍよりも高温の溶融塩Ｓの間で熱交換が行われる。この熱交換により、熱媒体Ｍは、加熱され、熱交換部２１の伝熱管２１２から配管Ｍ２１ｂに流出する。また、溶融塩Ｓは、冷却され、熱交換部２１の容器２１１の内部から配管Ｍ２３に流出した後に、その配管Ｍ２３に連結された配管Ｍ２３ｂを介して、低温槽部２３の容器２３１の内部に流入して貯蔵される。

なお、蓄熱系２０に設けられたポンプ２４は、制御部（図示省略）から出力された制御信号に基づいて動作が制御される。たとえば、ポンプ２４は、集光集熱系１０から排出される熱媒体Ｍの出口温度の測定データに応じて開度が制御され、熱媒体Ｍの流量を調整する。

［Ａ−３］発電系３０
太陽熱発電システムのうち、発電系３０は、図１に示すように、熱交換器３１と蒸気タービン３２と発電機３３と凝縮器３４とを備えている。

発電系３０において、熱交換器３１は、蒸気発生器３１ａと過熱器３１ｂとを含み、集光集熱系１０で加熱された熱媒体Ｍ（実線の矢印）を用いて、作動媒体Ｆ（破線の矢印）を加熱する。

熱交換器３１のうち、蒸気発生器３１ａは、容器３１１ａと伝熱管３１２ａとを含み、容器３１１ａが伝熱管３１２ａを内部に収容している。容器３１１ａは、一方の端部（上端）に配管Ｍ３が連結されていると共に、他方の端部（下端）に配管Ｍ１が連結されている。伝熱管３１２ａは、ポンプ３７が設置された配管Ｆ３４が、一端（下端）に連結されていると共に、他端（上端）に配管Ｆ３１ａが連結されている。

蒸気発生器３１ａでは、集光集熱系１０で加熱された熱媒体Ｍが、過熱器３１ｂから配管Ｍ３を介して容器３１１ａの内部に流入すると共に、凝縮器３４で凝縮されて液化した作動媒体Ｆが、配管Ｆ３４を介して伝熱管３１２ａの内部に流入する。そして、蒸気発生器３１ａでは、その熱媒体Ｍと、その作動媒体Ｆとの間において熱交換が行われる。この熱交換により、熱媒体Ｍは、冷却されて配管Ｍ１に流出し、作動媒体Ｆは、加熱され、蒸気として配管Ｆ３１ａに流出する。

熱交換器３１のうち、過熱器３１ｂは、容器３１１ｂと伝熱管３１２ｂとを含み、容器３１１ｂが伝熱管３１２ｂを内部に収容している。容器３１１ｂは、一方の端部（上端）に配管Ｍ２が連結されていると共に、他方の端部（下端）に配管Ｍ３が連結されている。伝熱管３１２ｂは、ポンプ３６が設置された配管Ｆ３２１が、一端（下端）に連結されていると共に、他端（上端）に配管Ｆ３１ｂが連結されている。

過熱器３１ｂでは、集光集熱系１０で加熱された熱媒体Ｍが、配管Ｍ２を介して容器３１１ｂの内部に流入すると共に、作動媒体Ｆが蒸気タービン３２から配管Ｆ３２１を介して伝熱管３１２ｂの内部に流入する。そして、過熱器３１ｂでは、その熱媒体Ｍとその作動媒体Ｆとの間において熱交換が行われる。この熱交換により、熱媒体Ｍは、冷却されて配管Ｍ３に流出し、作動媒体Ｆは、加熱され、過熱状態の蒸気として配管Ｆ３１ｂに流出する。

発電系３０において、蒸気タービン３２は、第１タービン部３２１と第２タービン部３２２とを含み、熱交換器３１での加熱によって蒸気になった作動媒体Ｆにより駆動する。

蒸気タービン３２のうち、第１タービン部３２１は、配管Ｆ３１ａが供給口に連結されていると共に、ポンプ３６が設置された配管Ｆ３２１が排出口に連結されている。第２タービン部３２２は、配管Ｆ３１ｂが供給口に連結されていると共に、配管Ｆ３２２が排出口に連結されている。第１タービン部３２１と第２タービン部３２２とのそれぞれは、ケーシング（図示省略）の内部にロータ（図示省略）が収容されており、両者の間においては、ロータが互いに連結されている。

第１タービン部３２１においては、蒸気発生器３１ａでの加熱により蒸気になった作動媒体Ｆが、配管Ｆ３１ａを介して、ケーシングの内部に供給され、ロータを回転させる。その後、その作動媒体Ｆは、第１タービン部３２１から配管Ｆ３２１に排気され、ポンプ３６によって過熱器３１ｂに移送される。

この一方で、第２タービン部３２２においては、過熱器３１ｂでの加熱により過熱状態の蒸気になった作動媒体Ｆが、配管Ｆ３１ｂを介して、ケーシングの内部に供給され、ロータを回転させる。その後、その作動媒体Ｆは、第２タービン部３２２から配管Ｆ３２２に排気され、凝縮器３４に流入する。

発電系３０において、発電機３３は、蒸気タービン３２のロータに回転軸が連結されており、そのロータの回転によって発電機３３が駆動して、発電が行なわれる。

発電系３０において、凝縮器３４は、蒸気タービン３２から蒸気の作動媒体Ｆが、配管Ｆ３２２を介して流入する。また、凝縮器３４は、冷却塔３５から冷却水が配管ｆ３５を介して流入する。そして、凝縮器３４では、蒸気の作動媒体Ｆと冷却水との間において熱交換が行われて、蒸気の作動媒体Ｆが冷却され凝縮される。

上記のように、発電系３０では、凝縮器３４で凝縮された液体の作動媒体Ｆが、蒸気発生器３１ａにおいて加熱される。そして、その蒸気発生器３１ａでの加熱によって蒸気になった作動媒体Ｆが、第１タービン部３２１に流入した後に、第１タービン部３２１から流出する。そして、その第１タービン部３２１から流出した作動媒体Ｆが、ポンプ３６によって過熱器３１ｂに移送され、過熱器３１ｂにおいて加熱される。そして、その過熱器３１ｂでの加熱によって過熱状態の蒸気になった作動媒体Ｆが、第２タービン部３２２に流入した後に、第２タービン部３２２から流出する。そして、第２タービン部３２２から流出した作動媒体Ｆが、凝縮器３４において凝縮され液化する。その後、その凝縮器３４で凝縮された作動媒体Ｆが、ポンプ３７によって蒸気発生器３１ａに移送される。発電系３０では、第１タービン部３２１と第２タービン部３２２とのそれぞれに流入した作動媒体Ｆによって、両者が駆動し、発電機３３において発電が行われる。

［Ａ−４］集光集熱系１０の詳細構成等
図２，図３は、第１実施形態に係る太陽熱発電システムにおいて、集光集熱系１０の要部を示す断面図である。

図２、図３では、図１において集光集熱系１０を流れる熱媒体Ｍの流れ方向に対して垂直な面であって、集光ミラー１１の光軸ＬＡが鉛直方向に沿っている場合を示している。また、図３は、集光集熱系１０の一部断面を拡大して示している。

集光集熱系１０は、図１に示したように、集光ミラー１１と集熱配管１２とを備える他に、図２、図３に示すように、断熱管１３、蓄熱部１４が設けられている。

集光ミラー１１は、図２に示すように、断面がパラボリック・トラフ形状（雨樋形状）の凹面鏡である。集光ミラー１１は、上方から入射する太陽光Ｌ１を反射面で反射して焦点ＦＰに集光させる。集光ミラー１１においては、反射面の中心と焦点ＦＰとを結ぶ光軸ＬＡに対して太陽光Ｌ１が平行に入射する。そして、その入射した太陽光Ｌ１が反射面で反射し、その反射面で反射した太陽光Ｌ２が焦点ＦＰに向かって集光する。

集熱配管１２は、図２，図３に示すように、断面がリング形状の管状体である。集熱配管１２は、図２に示すように、そのリング形状の断面の中心が、集光ミラー１１によって反射した太陽光Ｌ２が集光される焦点ＦＰに一致するように設置されている。また、集熱配管１２は、厚みが一定であり、たとえば、金属材料を用いて形成されている。集光ミラー１１で反射された太陽光Ｌ２が集熱配管１２の表面で吸収されることによって、集熱配管１２が加熱され、この熱が集熱配管１２の内部を流れる熱媒体Ｍに伝達して、熱媒体Ｍが加熱される。

断熱管１３は、図２に示すように、断面がリング形状の管状体であって、厚みが一定である。断熱管１３は、内径が、集熱配管１２の外径よりも大きく、内部に集熱配管１２が同心状に配置されている。つまり、断熱管１３は、内周面が、一定の幅の空間ＳＰを介して、集熱配管１２の外周面を囲うと共に、リング形状の断面の中心が焦点ＦＰに一致するように設置されている。断熱管１３は、たとえば、ガラス材料によって形成されており、断熱管１３と集熱配管１２との間に設けられた空間ＳＰは、真空状態である。

蓄熱部１４は、図２，図３に示すように、集熱配管１２において、集光ミラー１１が設置された側とは反対側の部分に設けられている。具体的には、蓄熱部１４は、光軸ＬＡに直交すると共に焦点ＦＰに交差する面ＰＬで集熱配管１２を区画したときに、集熱配管１２において集光ミラー１１が位置する側の部分とは反対側の部分に、蓄熱部１４が設置されている。

本実施形態では、蓄熱部１４は、図３に示すように、集熱配管１２の外周面において、集光ミラー１１が設置された下側の面Ｓ１１とは反対側に位置する上側の面Ｓ１２を被覆するように形成されている。また、蓄熱部１４は、断面が三日月形状であって光軸ＬＡに対して対称であり、集光ミラー１１から離れるに伴って、厚みが厚くなるように形成されている。なお、蓄熱部１４の断面は、三日月形状に限らず、種々の形状になるように形成してもよい。

蓄熱部１４は、蓄熱材料を用いて形成されており、伝達された熱を蓄える。たとえば、蓄熱部１４は、熱媒体Ｍが蓄熱部１４よりも高温の場合には、その熱媒体Ｍの熱が伝達され、その伝達された熱を蓄える。逆に、熱媒体Ｍが蓄熱部１４よりも低温の場合には、蓄熱部１４は、集熱配管１２の内部を流れる熱媒体Ｍに対して、集熱配管１２を介して、その蓄熱した熱を伝達させて加熱する。たとえば、日照量が低下して、集光ミラー１１で反射された太陽光Ｌ２によって熱媒体Ｍが加熱されずに蓄熱部１４よりも温度が低下したときには、蓄熱部１４で蓄熱された熱が熱媒体Ｍに伝達して、熱媒体Ｍが加熱される。

蓄熱部１４を形成する蓄熱材料としては、集熱配管１２よりも単位体積当りの比熱が大きい材料を用いると、蓄熱部１４の蓄熱量を大きくすることができ、好適である。たとえば、集熱配管１２としては、耐食性のためにステンレスが用いられるときにはこれよりも比熱が大きい蓄熱材料として、純鉄、鋳鉄、低炭素鋼を用いて蓄熱部１４を形成することが好ましい。

また、蓄熱部１４を形成する蓄熱材料としては、集熱配管１２よりも熱伝導率が大きい材料を用いることが好適である。この場合には、蓄熱部１４において蓄熱された熱が、熱媒体Ｍに効果的に伝達され、熱媒体Ｍが加熱される。たとえば、上述した純鉄、鋳鉄、低炭素鋼は、集熱配管１２に用いられるステンレスよりも熱伝導率が大きく、好ましい。

なお、図示を省略しているが、集光集熱系１０において、集光ミラー１１と集熱配管１２と断熱管１３とのそれぞれは、基台（図示省略）に支持されている。ここでは、それぞれは、熱媒体Ｍの流れ方向を中心軸とした回転方向Ｒに回転するように支持されている。

また、集光集熱系１０においては、回転駆動機構（図示省略）が設置されている。回転駆動機構は、集光ミラー１１の長手方向に沿うと共に焦点ＦＰに交差する軸を回転軸として、集光ミラー１１を回転させる。ここでは、回転駆動機構は、制御装置（図示省略）から出力された制御信号（図示省略）に応じて、集光ミラー１１を回転方向Ｒに回転させることによって、集光ミラー１１の光軸ＬＡと太陽との間の相対角度を変更する。たとえば、太陽の向きの測定データに基づいて算出された制御信号に応じて、集光ミラー１１の光軸ＬＡが鉛直方向に沿った状態であって反射面が上方へ向いた状態から、その光軸ＬＡが鉛直方向に対して傾斜するように、集光ミラー１１が回転方向Ｒに回転移動する。すなわち、太陽の位置に追尾するように、集光ミラー１１の光軸ＬＡの傾きを調整する。この他に、回転駆動機構は、集光ミラー１１の反射面が下方に向くように、集光ミラー１１を集熱配管１２の上方に回転移動させる。

本実施形態においては、集光ミラー１１に集熱配管１２が固定されており、回転駆動機構（図示省略）が集光ミラー１１を回転させると、その回転に連動して集熱配管１２が回転方向Ｒに回転する。

具体的には、回転駆動機構によって集光ミラー１１が回転して光軸ＬＡが傾斜した場合には、その回転角度と同じ回転角度分、集熱配管１２が回転方向Ｒに回転する。換言すると、回転駆動機構によって集光ミラー１１が回転したときであっても、集光ミラー１１と蓄熱部１４との相対的な位置の関係は同じであり、蓄熱部１４は、図２に示すように、集熱配管１２において、集光ミラー１１が設置された側とは反対側の部分に位置した状態を保持する。

［Ｂ］まとめ
以上のように、本実施形態の集光集熱系１０においては、集光ミラー１１が、入射する太陽光Ｌ１を反射して集光する。そして、その集光ミラーが反射して集光した太陽光Ｌ２によって、集熱配管１２の内部を流れる熱媒体Ｍが加熱される。この他に、本実施形態の集光集熱系１０においては、蓄熱部１４が、集熱配管１２に設けられている。このため、本実施形態では、日照量が低下して、集光ミラー１１で反射された太陽光Ｌ２によって熱媒体Ｍが十分に加熱されない状態になった場合であっても、蓄熱部１４において蓄熱された熱によって熱媒体Ｍが加熱される。

本実施形態では、集光ミラー１１は、太陽光Ｌ１の入射方向に対する光軸ＬＡの角度を変えて回転するように構成されている。また、集熱配管１２は、集光ミラー１１に固定されており、集光ミラー１１の回転に連動して回転する。本実施形態では、蓄熱部１４は、集熱配管１２に設けられており、集熱配管１２が集光ミラー１１に連動して回転したときであっても、その集熱配管１２において、集光ミラー１１が設置された側とは反対側の部分に位置する。このため、集光ミラー１１によって集光された太陽光による熱が、蓄熱部１４によって妨げられずに、集熱配管１２から内部の熱媒体Ｍに伝熱し、熱媒体Ｍが加熱される。

上述したように、太陽熱発電システムでは、日照量を測定し、その測定結果に基づいて熱媒体Ｍの流量の調整を行うまでに時間を要する場合があるが、本実施形態においては、地球温暖化の対策を十分に実現した上で、集光集熱系１０から発電系３０の熱交換器３１へ流入する熱媒体Ｍの温度の変動を抑制することができる。

したがって、本実施形態の太陽熱発電システムにおいては、発電出力の安定化を容易に実現することができる。

＜第２実施形態＞
［Ａ］構成等
図４は、第２実施形態に係る太陽熱発電システムにおいて、集光集熱系１０の要部を示す断面図である。図４は、図３と同様に、集光集熱系１０の一部断面を拡大して示している。

本実施形態は、図４に示すように、蓄熱部１４ｂが、第１実施形態の場合と異なる（図３参照）。本実施形態は、この点、及び、関連する点を除き、上記の実施形態の場合と同様である。このため、本実施形態において、上記の実施形態と重複する個所については、適宜、記載を省略する。

蓄熱部１４ｂは、図４に示すように、集熱配管１２において、集光ミラー１１（図２参照）で反射された太陽光Ｌ２を受光する側の部分に対して反対側の部分に設けられている。つまり、上記の実施形態と同様に、蓄熱部１４ｂは、集熱配管１２において、集光ミラー１１が設置された側とは反対側の部分に設けられている。

本実施形態では、蓄熱部１４ｂは、集熱配管１２の内周面において、集光ミラー１１が設置された下側の面Ｓ２１とは反対側に位置する上側の面Ｓ２２を被覆するように形成されている。また、蓄熱部１４ｂは、断面が半円形状になるように形成されている。

［Ｂ］まとめ
以上のように、本実施形態の太陽熱発電システムでは、蓄熱部１４ｂが設けられているので、上記の実施形態の場合と同様に、集熱配管１２の内部を流れる熱媒体Ｍが、蓄熱部１４ｂで蓄熱された熱によって加熱される。

また、上記の実施形態の場合と異なり、蓄熱部１４ｂは、集熱配管１２の内周面の一部に形成されている。このため、蓄熱部１４ｂは、集熱配管１２の内部において熱媒体Ｍに接触するので、蓄熱部１４ｂと熱媒体Ｍとの間の伝熱が効率的に行われる。

したがって、本実施形態においては、地球温暖化の対策を十分に実現した上で、熱媒体Ｍの温度の変動を抑制することが可能である。その結果、本実施形態の太陽熱発電システムにおいては、発電出力の安定化を容易に実現することができる。

＜第３実施形態＞
［Ａ］構成等
図５は、第３実施形態に係る太陽熱発電システムにおいて、集光集熱系１０の要部を示す断面図である。図５は、図３と同様に、集光集熱系１０の一部断面を拡大して示している。

本実施形態は、図５に示すように、蓄熱部１４ｃが、第１実施形態の場合と異なる（図３参照）。本実施形態は、この点、及び、関連する点を除き、上記の実施形態の場合と同様である。このため、本実施形態において、上記の実施形態と重複する個所については、適宜、記載を省略する。

蓄熱部１４ｃは、図５に示すように、集熱配管１２において、集光ミラー１１（図２参照）で反射された太陽光Ｌ２を受光する側の部分に対して反対側の部分に設けられている。つまり、蓄熱部１４ｃは、集熱配管１２において、集光ミラー１１が設置された側とは反対側の部分に設けられている。また、蓄熱部１４ｃは、集熱配管１２の内周面において下側の面Ｓ２１とは反対側に位置する上側の面Ｓ２２を被覆するように形成されている。

本実施形態では、蓄熱部１４ｃは、断面が扇形状になるように形成されている。たとえば、扇形の中心角が１２０°以下であって鉛直方向に対して対称になるように、蓄熱部１４ｃが形成されている。

なお、本実施形態において、回転駆動機構（図示省略）は、上記の実施形態と同様に、制御装置（図示省略）から出力された制御信号（図示省略）に応じて、集光ミラー１１を回転させる。

しかし、本実施形態においては、上記の実施形態と異なり、集熱配管１２が集光ミラー１１（図２参照）に固定されておらず、集光ミラー１１から独立して固定されている。このため、本実施形態では、回転駆動機構（図示省略）が集光ミラー１１を回転させたときに、その回転に連動して集熱配管１２が回転しない。集光ミラー１１は、固定された集熱配管１２の外周面の周囲を回転するので、集光ミラー１１と集熱配管１２との間の相対的な関係が変化する。

その結果、集熱配管１２においては、回転する集光ミラー１１の位置に応じて、集光ミラー１１から反射された太陽光Ｌ２の受光領域が変動する。

図６は、第３実施形態に係る太陽熱発電システムにおいて、集光ミラー１１が回転されたときに集熱配管１２に太陽光Ｌ２が集光される様子を示す図である。図６では、図５と同様に、断面を拡大して示しており、図６（ａ）および図６（ｂ）では、集光ミラー１１の光軸ＬＡが、鉛直方向（上下方向）に対して傾斜するように回転された場合を示している。

図６（ａ），（ｂ）に示すように、集光ミラー１１の光軸ＬＡが鉛直方向に対して傾斜したときには、集光ミラー１１で反射された太陽光Ｌ２を、集熱配管１２が受光する位置が変動する（図５参照）。

たとえば、図６（ａ）に示すように、集光ミラー１１の光軸ＬＡが鉛直方向に対して一方の側に傾斜したときには、集光ミラー１１で反射された太陽光Ｌ２を、集熱配管１２が外周面において左斜め下の部分で受光する。

また、図６（ｂ）に示すように、集光ミラー１１の光軸ＬＡが鉛直方向に対して他方の側に傾斜したときには、集光ミラー１１で反射された太陽光Ｌ２を、集熱配管１２が外周面において右斜め下の部分で受光する。

そして、集熱配管１２の外周面で受光した太陽光Ｌ２による熱が、集熱配管１２の内部を流れる熱媒体Ｍに伝わって、熱媒体Ｍが加熱される。

本実施形態では、蓄熱部１４ｃは、図６（ａ），（ｂ）に示すように、集熱配管１２において、集光ミラー１１によって反射された太陽光Ｌ２を受光する部分に形成されておらず、この部分以外の部分の内周面に形成されている。

［Ｂ］まとめ
以上のように、本実施形態の太陽熱発電システムでは、蓄熱部１４ｃが設けられているので、上記の実施形態の場合と同様に、集熱配管１２の内部を流れる熱媒体Ｍが、蓄熱部１４ｃで蓄熱された熱によって加熱される。

また、蓄熱部１４ｃは、集光ミラー１１から独立して固定された集熱配管１２において、太陽に近い上側部分に設けられ、下側部分には設けられていない。さらに、蓄熱部１４ｃは、断面が扇形状になるように形成されている。つまり、蓄熱部１４ｃは、集光ミラー１１で反射された太陽光Ｌ２を集熱配管１２が受光する集熱部分を避けるように、集熱配管１２に設けられている。このため、集光ミラー１１によって反射された太陽光Ｌ２による熱が、蓄熱部１４ｃによって妨げられずに、集熱配管１２から内部の熱媒体Ｍに伝熱し、熱媒体Ｍが加熱される。

したがって、本実施形態においては、地球温暖化の対策を十分に実現した上で、熱媒体Ｍの温度の変動を抑制することが可能である。その結果、本実施形態の太陽熱発電システムにおいては、発電出力の安定化を容易に実現することができる。

＜第４実施形態＞
［Ａ］構成等
図７は、第４実施形態に係る太陽熱発電システムにおいて、集光集熱系１０の要部を示す断面図である。図７は、図５と同様に、集光集熱系１０の一部断面を拡大して示している。

本実施形態は、図７に示すように、蓄熱部１４ｄが、第３実施形態の場合と異なる（図５参照）。本実施形態は、この点、及び、関連する点を除き、上記の実施形態の場合と同様である。このため、本実施形態において、上記の実施形態と重複する個所については、適宜、記載を省略する。

蓄熱部１４ｄは、図７に示すように、集熱配管１２において、集光ミラー１１（図２参照）で反射された太陽光Ｌ２を受光する側の部分に対して反対側の部分に設けられている。また、蓄熱部１４ｄは、集熱配管１２の内周面において、下側の面Ｓ２１とは反対側に位置する上側の面Ｓ２２を被覆するように形成されている。

本実施形態では、蓄熱部１４ｄは、集熱配管１２の内部において熱媒体Ｍに接触する面が凹凸状になるように、複数のスリットＳＬが形成されている。スリットＳＬは、熱媒体Ｍの流れ方向（紙面に垂直な方向）に沿って延在するように蓄熱部１４ｃに形成されている。

［Ｂ］まとめ
以上のように、本実施形態の太陽熱発電システムでは、蓄熱部１４ｄが設けられているので、上記の実施形態の場合と同様に、集熱配管１２の内部を流れる熱媒体Ｍが、蓄熱部１４ｄで蓄熱された熱によって加熱される。

また、蓄熱部１４ｄは、集熱配管１２の内部において熱媒体Ｍに接触する面が凹凸状になるように、複数のスリットＳＬが形成されている。このため、本実施形態では、蓄熱部１４ｄに熱媒体Ｍが接触する面の接触面積が大きく、蓄熱部１４ｄと熱媒体Ｍとの間の伝熱が効率的に行われる。

したがって、本実施形態においては、地球温暖化の対策を十分に実現した上で、熱媒体Ｍの温度の変動を抑制することが可能である。その結果、本実施形態の太陽熱発電システムにおいては、発電出力の安定化を容易に実現することができる。

［Ｃ］変形例
上記のように、本実施形態では、蓄熱部１４ｄのうち、集熱配管１２の内部において熱媒体Ｍに接触する面にスリットＳＬを設けることで、熱媒体Ｍに接触する面の接触面積を大きくする場合について示したが、これに限らない。蓄熱部１４ｄを多孔質構造にすることによって、熱媒体Ｍに接触する面の接触面積を大きくするように構成してもよい。この場合には、たとえば、微小に球状または針状の蓄熱材料を焼結することで、多孔質構造の蓄熱部１４ｄを形成する。

＜その他＞
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０…集光集熱系、１１…集光ミラー、１２…集熱配管、１３…断熱管、１４，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ…蓄熱部、２０…蓄熱系、２１…熱交換部、２２…高温槽部、２３…低温槽部、２４…ポンプ、３０…発電系、３１…熱交換器、３１ａ…蒸気発生器、３１ｂ…過熱器、３２…蒸気タービン、３３…発電機、３４…凝縮器、３５…冷却塔、３６…ポンプ、３７…ポンプ

Claims (10)

1. 入射する太陽光を反射して集光する、集光ミラーと、
   前記集光ミラーが反射して集光した太陽光によって、内部を流れる熱媒体が加熱される、集熱配管と
   前記集熱配管に設けられている、蓄熱部と
   を有し、
   前記蓄熱部は、前記集熱配管において前記集光ミラーが設置された側とは反対側の部分に形成されていることを特徴とする、
   太陽熱集熱装置。
2. 前記集光ミラーは、太陽光の入射方向に対する光軸の角度を変えて回転するように構成されており、
   前記集熱配管は、前記集光ミラーに固定されており、前記集光ミラーの回転に連動して回転することを特徴とする、
   請求項１に記載の太陽熱集熱装置。
3. 前記蓄熱部は、前記集熱配管の外周面の一部を被覆していることを特徴とする、
   請求項１または２に記載の太陽熱集熱装置。
4. 前記蓄熱部は、前記集熱配管の内周面の一部を被覆していることを特徴とする、
   請求項１または２に記載の太陽熱集熱装置。
5. 太陽光を反射して焦点に集光する、集光ミラーと、
   前記集光ミラーが反射して集光した太陽光によって、内部を流れる熱媒体が加熱される、集熱配管と
   前記集熱配管に設けられている、蓄熱部と
   を有し、
   前記集光ミラーは、太陽光の入射方向に対する光軸の角度を変えて回転するように構成されており、
   前記集熱配管は、前記集光ミラーから独立して固定されており、
   前記蓄熱部は、断面が鉛直方向に対して対称な扇形状であって、前記集熱配管の内周面において上側部分に設けられていることを特徴とする、
   太陽熱集熱装置。
6. 前記蓄熱部は、前記集熱配管の内部において前記熱媒体に接触する面が凹凸状に形成されていることを特徴とする、
   請求項４または５に記載の太陽熱集熱装置。
7. 前記蓄熱部は、前記集熱配管よりも比熱が大きい材料で形成されていることを特徴とする、
   請求項１から６のいずれかに記載の太陽熱集熱装置。
8. 前記蓄熱部は、前記集熱配管よりも熱伝導率が大きい材料で形成されていることを特徴とする、
   請求項１から７のいずれかに記載の太陽熱集熱装置。
9. 前記蓄熱部は、多孔質構造であることを特徴とする、
   請求項１から８のいずれかに記載の太陽熱集熱装置。
10. 請求項１から８のいずれかに記載の太陽熱集熱装置と、
    前記太陽熱集熱装置で加熱された熱媒体によって作動媒体を加熱し、当該加熱した作動媒体によって蒸気タービンを駆動させることで発電を行う発電系と
    を有することを特徴とする、
    太陽熱発電システム。

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