JP2017122523A - Solar heat collecting device and solar heat collecting system - Google Patents

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JP2017122523A JP2016000998A JP2016000998A JP2017122523A JP 2017122523 A JP2017122523 A JP 2017122523A JP 2016000998 A JP2016000998 A JP 2016000998A JP 2016000998 A JP2016000998 A JP 2016000998A JP 2017122523 A JP2017122523 A JP 2017122523A
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Toshiyasu Mitsunari
俊泰 光成
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent breakage due to local radiation of solar light.SOLUTION: A solar heat collection system 2 includes a receiver 7 where a radiation film 74 is formed at an inner face of piping 71. Thus, a temperature difference generated in the piping 71 of the receiver 7 due to local radiation of solar light can be suppressed. Namely, breakage of the receiver 7 (especially, breakage of the piping 71) due to local radiation of solar light can be prevented.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、太陽熱集光装置及び太陽熱集光システムに関する。   The present invention relates to a solar heat collecting apparatus and a solar heat collecting system.

従来、地面付近に設置されたミラーで太陽光を上方へ反射し、集光部に反射光を入射させ集光させることで、集光部の内部に設けられた流路を流通する熱媒体を加熱し発電に利用する太陽熱集光システムが知られている(例えば、特許文献1参照)。   Conventionally, a heat medium that circulates in the flow path provided inside the light collecting unit is reflected by reflecting sunlight upward with a mirror installed near the ground, and then reflecting the reflected light into the light collecting unit. A solar thermal condensing system that is heated and used for power generation is known (for example, see Patent Document 1).

特開2014−020749号公報JP 2014-020749 A

しかしながら、ミラーにより太陽光を集光部の内部に入射させる場合、太陽光が照射する位置が特定の領域に集中することが考えられる。この場合、太陽光が照射する位置とそうではない位置との間での温度差が大きくなり、集光部が破損する可能性も考えられる。   However, when the sunlight is incident on the inside of the light collecting unit by the mirror, it is conceivable that the positions irradiated with the sunlight are concentrated in a specific region. In this case, there is a possibility that the temperature difference between the position where the sunlight is irradiated and the position where it is not so becomes large, and the condensing part is damaged.

本発明は上記を鑑みてなされたものであり、太陽光の局所的な照射による破損を防止した太陽熱集光装置及び太陽熱集光システムを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a solar heat concentrating device and a solar heat condensing system that prevent damage due to local irradiation of sunlight.

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る太陽熱集光装置は、集光された太陽光により流路を流れる流体を加熱する太陽熱集光装置であって、前記流路の内面に輻射膜を有することを特徴とする。   In order to achieve the above object, a solar heat collecting apparatus according to an aspect of the present invention is a solar heat collecting apparatus that heats a fluid flowing through a flow path by condensed sunlight, and radiates the inner surface of the flow path. It has a film.

上記の太陽熱集光装置によれば、流路の内面に輻射膜を有することで、太陽光の局所的な照射によって流路が局所的に加熱された場合であっても、輻射膜を介して輻射熱を伝達することができる。したがって、太陽光の局所的な照射による太陽熱集光装置の破損を防ぐことができる。   According to the solar heat concentrating device described above, by having the radiation film on the inner surface of the flow path, even when the flow path is locally heated by the local irradiation of sunlight, Can transmit radiant heat. Therefore, it is possible to prevent damage to the solar heat collecting apparatus due to local irradiation of sunlight.

ここで、前記流路が、キャビティ型である態様とすることができる。   Here, the flow path may be a cavity type.

流路がキャビティ型である場合、太陽光の局所的な照射が発生することが多いと考えられる。したがって、輻射膜を設けることによって、太陽熱集光装置の破損を効果的に防ぐことができる。   When the flow path is a cavity type, it is considered that local irradiation of sunlight often occurs. Therefore, by providing the radiation film, it is possible to effectively prevent the solar heat collecting device from being damaged.

また、前記輻射膜は、前記流路のうち前記太陽光の照射量が大きい領域に設けられる態様とすることができる。   Moreover, the said radiation film can be set as the aspect provided in the area | region where the irradiation amount of the said sunlight is large among the said flow paths.

流路のうち太陽光の照射量が大きい領域とは、高温になりやすい場所であるともいえる。したがって、その領域の内面に輻射膜を設けることで、当該領域からの輻射熱の伝達を効果的に行うことができる。   It can be said that the area where the amount of sunlight irradiated in the channel is large is a place where the temperature tends to be high. Therefore, by providing a radiation film on the inner surface of the region, it is possible to effectively transmit radiant heat from the region.

また、本発明の一形態に係る太陽熱集光システムは、太陽光を反射する反射部と、前記反射部で反射された太陽光を集光し、該集光された太陽光により流路を流れる流体を加熱する集熱部と、を備え、前記集熱部は、前記流路の内面に輻射膜を有することを特徴とする。   Moreover, the solar thermal condensing system which concerns on one form of this invention condenses the sunlight reflected by the said reflection part and the said reflection part, and flows through a flow path by this condensed sunlight. And a heat collecting part for heating the fluid, wherein the heat collecting part has a radiation film on the inner surface of the flow path.

上記の太陽熱集光システムによれば、集熱部の流路の内面に輻射膜を有することで、太陽光の局所的な照射によって集熱部の流路が局所的に加熱された場合であっても、輻射膜を介して輻射熱を伝達することができる。したがって、太陽光の局所的な照射による集熱部の破損を防ぐことができる。   According to the solar heat collecting system described above, the radiation film is provided on the inner surface of the flow path of the heat collection unit, and thus the flow path of the heat collection unit is locally heated by the local irradiation of sunlight. However, radiant heat can be transmitted through the radiation film. Accordingly, it is possible to prevent damage to the heat collecting part due to local irradiation of sunlight.

本発明によれば、太陽光の局所的な照射による破損を防止した太陽熱集光装置及び太陽熱集光システムが提供される。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the solar thermal condensing apparatus and solar thermal condensing system which prevented the damage by local irradiation of sunlight are provided.

本発明の一実施形態に係る太陽熱発電システムを示す概略図である。It is the schematic which shows the solar thermal power generation system which concerns on one Embodiment of this invention. レシーバの概略図である。It is the schematic of a receiver. レシーバの断面図の一部であり、温度変化に係るシミュレーションの測定点を説明する図である。It is a part of sectional drawing of a receiver, and is a figure explaining the measurement point of the simulation which concerns on a temperature change.

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

図1は、本発明の一実施形態に係る太陽熱集光システムを含む太陽熱発電システムを示す概略図である。図1に示すように、太陽熱発電システム1は、太陽光を反射させ集光させて流体を加熱する太陽熱集光システム2と、加熱された流体との間で熱交換を行って得た熱を利用し発電を行う発電装置3(エネルギー変換部)と、を備える。なお、ここでは特に好ましいとして流体を空気としているが、空気に限定されず、オイル、溶融塩等を用いてもよい。   FIG. 1 is a schematic diagram showing a solar power generation system including a solar thermal condensing system according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the solar thermal power generation system 1 reflects heat obtained by exchanging heat between a solar thermal condensing system 2 that reflects and condenses sunlight to heat a fluid and heats the fluid. And a power generation device 3 (energy conversion unit) that generates and uses power. Note that although the fluid is air here as being particularly preferable here, the fluid is not limited to air, and oil, molten salt, or the like may be used.

太陽熱集光システム2は、図1に示すように、供給配管4、排出配管5、及び太陽熱集光ユニット6を備えている。太陽熱集光ユニット6は、複数のレシーバ7(太陽熱集光装置、集熱部)と、複数のミラー8(反射部)と、を有している。   As shown in FIG. 1, the solar heat collecting system 2 includes a supply pipe 4, a discharge pipe 5, and a solar heat collecting unit 6. The solar heat collecting unit 6 includes a plurality of receivers 7 (solar heat collecting device, heat collecting unit) and a plurality of mirrors 8 (reflecting units).

供給配管4は、発電装置3における熱交換によって冷却されたた流体を、太陽熱集光ユニット6へ供給するためのものである。また、供給配管4は、各レシーバ7に対して接続されて流体を送る。   The supply pipe 4 is for supplying the fluid cooled by the heat exchange in the power generation device 3 to the solar heat collecting unit 6. Moreover, the supply piping 4 is connected with respect to each receiver 7, and sends a fluid.

排出配管5は、太陽熱集光ユニット6の各レシーバ7(詳しくは後述)において加熱された流体を、太陽熱集光ユニット6から取り出すためのものである。   The discharge pipe 5 is for taking out the fluid heated in each receiver 7 (details will be described later) of the solar heat collecting unit 6 from the solar heat collecting unit 6.

レシーバ7は、ミラー8で反射された太陽光を集光し、流路を流れる流体を加熱する機能を有する集熱部としての機能を有する。また、レシーバ7は、内部に流体を流通させる流路を有し、集光された太陽光からの伝熱によって、流路の内部の流体を加熱する太陽熱集光装置としての機能も有する。レシーバ7において流体を流通させる流路である配管は、例えばステンレス鋼やニッケル合金等の高温耐性を有する材料により形成されており、その一端が供給配管4の水平部4aに接続されると共に、その他端が排出配管5の水平部5aに接続される。   The receiver 7 has a function as a heat collecting unit that collects sunlight reflected by the mirror 8 and heats the fluid flowing through the flow path. Further, the receiver 7 has a flow path through which the fluid flows, and also has a function as a solar heat condensing device that heats the fluid inside the flow path by heat transfer from the collected sunlight. The pipe that is a flow path for circulating a fluid in the receiver 7 is formed of a material having high temperature resistance such as stainless steel or nickel alloy, and one end thereof is connected to the horizontal portion 4a of the supply pipe 4 and the others. The end is connected to the horizontal portion 5 a of the discharge pipe 5.

レシーバ7は、本実施形態においては、太陽熱集光ユニット6に複数設けられている。レシーバ7は、供給配管4及び排出配管5の水平部4a,5aに、配管の延在方向に沿って等間隔に設けることができる。隣り合うレシーバ7,7同士の間隔は適宜変更することができる。なお、太陽熱集光ユニット6に設けられるレシーバ7の個数は4つに限られない。   In the present embodiment, a plurality of receivers 7 are provided in the solar heat collecting unit 6. The receivers 7 can be provided at equal intervals along the extending direction of the pipes in the horizontal portions 4 a and 5 a of the supply pipe 4 and the discharge pipe 5. The interval between the adjacent receivers 7 and 7 can be appropriately changed. The number of receivers 7 provided in the solar heat collecting unit 6 is not limited to four.

また、本実施形態に係る太陽熱集光システム2では、レシーバ7が所謂キャビティ型レシーバであり、その内部にミラー8からの太陽光を入射させることで、レシーバ7内部の流路である配管を流れる流体が加熱される。このレシーバ7の構造の詳細については後述する。   Moreover, in the solar thermal condensing system 2 which concerns on this embodiment, the receiver 7 is what is called a cavity type receiver, and flows the piping which is a flow path inside the receiver 7 by making sunlight from the mirror 8 enter into the inside. The fluid is heated. Details of the structure of the receiver 7 will be described later.

ミラー8は、太陽光を反射し、レシーバ7に入射させるためのものである。各レシーバ7に対して一列に整列するように配置されている。各ミラー8は、角度を傾けるための駆動装置(不図示)を備えており、太陽の動きに合わせて自動で角度を変えることで、常に反射光がレシーバ7に入射するように制御されている。なお、図1においては、説明のために、太陽光が一部のミラー8にのみ反射し、一つのレシーバ7にのみ入射するように示しているが、実際は略全てのミラー8に太陽光が反射し、各々対応するレシーバ7に入射する。   The mirror 8 reflects sunlight and makes it enter the receiver 7. It arrange | positions so that it may align with each receiver 7 at 1 row. Each mirror 8 is provided with a drive device (not shown) for tilting the angle, and is controlled so that reflected light is always incident on the receiver 7 by automatically changing the angle according to the movement of the sun. . In FIG. 1, for the sake of explanation, it is shown that sunlight is reflected on only a part of the mirrors 8 and is incident on only one receiver 7. The light is reflected and incident on the corresponding receiver 7.

図1に示すように、発電装置3は、太陽熱集光システム2で加熱され排出配管5を経由した流体と熱交換を行い蓄熱する蓄熱部10と、蓄熱部10で蓄熱した熱を利用して発電を行う発電部11と、を有している。   As shown in FIG. 1, the power generation device 3 utilizes the heat stored in the heat storage unit 10 and the heat storage unit 10 that stores heat by exchanging heat with the fluid that is heated by the solar heat collecting system 2 and passes through the discharge pipe 5. And a power generation unit 11 that generates power.

蓄熱部10は、固体の蓄熱体を敷き詰めたものであり、排出配管5からの加熱された流体が蓄熱体の隙間を通過する過程で、蓄熱体と流体との間の熱交換を行う。ここでは、蓄熱部10は、蓄熱体を通過する前後で流体の温度を例えば約650℃から約120℃まで低下させる。蓄熱体としては、例えば石を使用することができ、この場合、コストを低減しつつ、蓄熱体に要求される十分な性能を確保できる。   The heat storage unit 10 lays a solid heat storage body, and performs heat exchange between the heat storage body and the fluid in a process in which the heated fluid from the discharge pipe 5 passes through the gap between the heat storage bodies. Here, the heat storage unit 10 reduces the temperature of the fluid from, for example, about 650 ° C. to about 120 ° C. before and after passing through the heat storage body. As the heat storage body, for example, stone can be used. In this case, sufficient performance required for the heat storage body can be secured while reducing the cost.

発電部11は、蓄熱部10が流体から得た熱によって水から蒸気を発生させる蒸気発生器13と、当該蒸気によって回転駆動される蒸気タービン14と、蒸気タービン14と連動して回転駆動され発電を行う発電機15と、蒸気タービン14を通過した蒸気を水に戻す復水器16と、主に復水器16を通過した水から空気を取り除く脱気器17と、を有している。なお、発電部11としては上記構成に限定されず、蓄熱部10が得た熱を利用して発電を行うことができれば、あらゆる構成を採用することができる。   The power generation section 11 is a steam generator 13 that generates steam from water by heat obtained from the fluid by the heat storage section 10, a steam turbine 14 that is rotationally driven by the steam, and is rotationally driven in conjunction with the steam turbine 14 to generate power. And a condenser 16 for returning the steam that has passed through the steam turbine 14 to water, and a deaerator 17 that mainly removes air from the water that has passed through the condenser 16. The power generation unit 11 is not limited to the above configuration, and any configuration can be adopted as long as the power generation can be performed using the heat obtained by the heat storage unit 10.

レシーバ7について、図2を参照しながら説明する。図2に示すレシーバ7はキャビティ型である。キャビティ型のレシーバとは、太陽光の入射口が洞穴形状(キャビティ)の入り口となっていて、入射口と比較して内側を広く確保した上で、そのキャビティの内面に日射吸収面が形成されたものである。このうち、本実施形態に係る太陽熱集光システム2では、一般的なキャビティ型レシーバのうち、キャビティの日射吸収面に流路が設けられているレシーバが用いられている。以下の実施形態では、キャビティ型のレシーバとしてコイル状に巻回された流路がキャビティの内面に形成されたタイプのレシーバ7について説明する。   The receiver 7 will be described with reference to FIG. The receiver 7 shown in FIG. 2 is a cavity type. A cavity-type receiver has a cave-shaped (cavity) entrance to the sunlight, and a large solar radiation absorption surface is formed on the inner surface of the cavity after ensuring a wider inside than the entrance. It is a thing. Among these, in the solar thermal condensing system 2 according to the present embodiment, a receiver having a flow path provided on the solar radiation absorbing surface of the cavity is used among general cavity receivers. In the following embodiments, a receiver 7 of a type in which a flow path wound in a coil shape as a cavity type receiver is formed on the inner surface of the cavity will be described.

レシーバ7は、流体の流路を形成するコイル状の配管71と、コイル状の配管71の周囲を覆うように設けられた断熱材72と、配管71の下方に設けられた2次ミラー73とを含んで構成される。なお、図3では、コイル状の配管71の一部の断面図のみを示している。   The receiver 7 includes a coiled pipe 71 that forms a fluid flow path, a heat insulating material 72 that is provided so as to cover the periphery of the coiled pipe 71, and a secondary mirror 73 that is provided below the pipe 71. It is comprised including. In FIG. 3, only a partial cross-sectional view of the coiled pipe 71 is shown.

配管71は、鉛直方向に延びる巻回軸Xを中心にして複数回巻回されていて、概略円筒状をなしている。配管71の下方側の端部71aが供給配管4の水平部4aに接続される。また、配管71の上方側の端部71bが排出配管5の水平部5aに接続される。   The pipe 71 is wound a plurality of times around a winding axis X extending in the vertical direction, and has a substantially cylindrical shape. The lower end 71 a of the pipe 71 is connected to the horizontal part 4 a of the supply pipe 4. Further, the upper end 71 b of the pipe 71 is connected to the horizontal part 5 a of the discharge pipe 5.

コイル状に巻回された配管71は、断熱材72の内部に収容される。断熱材72は配管71と外部とを断熱するために設けられている。断熱材72は、内部に配管71を収容すると共に上方側の端部は閉じていて、断熱性能が高められている。また、下方側の端部は、配管71に対して太陽光を照射するための開口72aが形成されている。開口72aの内径は、コイル状の配管71の内径よりも小さくすることができるが、ミラー8からの太陽光の光路に応じて適宜変更される。   The pipe 71 wound in a coil shape is accommodated in the heat insulating material 72. The heat insulating material 72 is provided to insulate the pipe 71 from the outside. The heat insulating material 72 accommodates the pipe 71 therein, and the upper end is closed, so that the heat insulating performance is enhanced. Moreover, the opening 72a for irradiating sunlight with respect to the piping 71 is formed in the lower end part. The inner diameter of the opening 72 a can be made smaller than the inner diameter of the coiled pipe 71, but is appropriately changed according to the optical path of sunlight from the mirror 8.

開口72aの下方には、2次ミラー73が取り付けられている。2次ミラー73は、ミラー8により反射された太陽光のレシーバ7内部への入射を促進するためのものである。2次ミラー73を備えることで、ミラー8により反射された太陽光のうち2次ミラー73に到達した光についてもレシーバ7の内部へ入射させることができる。   A secondary mirror 73 is attached below the opening 72a. The secondary mirror 73 is for promoting the incidence of sunlight reflected by the mirror 8 into the receiver 7. By providing the secondary mirror 73, the light that has reached the secondary mirror 73 out of the sunlight reflected by the mirror 8 can also be incident on the inside of the receiver 7.

上記のレシーバ7では、ミラー8又は2次ミラー73により反射することで集光された太陽光が、レシーバ7における断熱材72の開口72aから断熱材72の内部に入射し、断熱材72の内部に配置するコイル状に巻回された配管71の中央側から配管71を照射する。これにより配管71が温度上昇することによって、内部の流体が加熱される。流体は、配管71の入口である下方側の端部71aから出口である上方側の端部71bまで移動する間に、温度が約120℃から約650℃まで加熱される。   In the receiver 7, the sunlight collected by being reflected by the mirror 8 or the secondary mirror 73 enters the inside of the heat insulating material 72 from the opening 72 a of the heat insulating material 72 in the receiver 7, and the inside of the heat insulating material 72. The pipe 71 is irradiated from the center side of the pipe 71 wound in a coil shape to be disposed on the pipe 71. As a result, the temperature of the pipe 71 rises to heat the internal fluid. The fluid is heated from about 120 ° C. to about 650 ° C. while moving from the lower end 71 a that is the inlet of the pipe 71 to the upper end 71 b that is the outlet.

レシーバ7の配管71は、太陽光により照射される領域における集熱効率を高めるために、その表面に熱吸収膜等を設けた構成とすることができる。また、配管71は内面に輻射膜74(図3参照)を有する。内面とは、配管71において流体が流通する側の面のことである。本実施形態の太陽熱集光システム2のレシーバ7は、配管71の内部に輻射膜74を有することで、配管71の各位置における温度の偏りを抑制する。レシーバ7では、配管71の内面全面に輻射膜74が設けられている。   The pipe 71 of the receiver 7 can have a configuration in which a heat absorption film or the like is provided on the surface thereof in order to increase the heat collection efficiency in the region irradiated with sunlight. The pipe 71 has a radiation film 74 (see FIG. 3) on the inner surface. The inner surface is a surface on the side where the fluid flows in the pipe 71. The receiver 7 of the solar heat concentrating system 2 of the present embodiment has a radiation film 74 inside the pipe 71, thereby suppressing temperature deviation at each position of the pipe 71. In the receiver 7, a radiation film 74 is provided on the entire inner surface of the pipe 71.

輻射膜74は、配管71の内面での輻射(放射)を促進させるために設けられる。具体的には、輻射膜74は、配管71の内面に積層することができ、何も加工しない配管71の内面と比較して輻射率(放射率)を向上させる材料であれば特に限定されない。ステンレス鋼の配管71を用いる場合、内面の輻射率は概ね0.2程度である。したがって、輻射膜74の輻射率はこれよりも大きい値であることによりその効果が奏される。なお、輻射率が0.5以上程度であると、何も加工をしていない場合と比較して内面の輻射率が十分に大きくなる。   The radiation film 74 is provided to promote radiation (radiation) on the inner surface of the pipe 71. Specifically, the radiation film 74 is not particularly limited as long as it is a material that can be laminated on the inner surface of the pipe 71 and improves the emissivity (emissivity) as compared with the inner surface of the pipe 71 that does not process anything. When the stainless steel pipe 71 is used, the emissivity of the inner surface is approximately 0.2. Therefore, the effect of the radiation film 74 can be obtained when the radiation rate of the radiation film 74 is larger than this value. When the emissivity is about 0.5 or more, the emissivity on the inner surface is sufficiently large as compared with the case where nothing is processed.

また、輻射膜74は、配管71及びその内部を流れる流体の温度に対して耐熱性を有している必要がある。すなわち、耐熱温度が約650℃よりも高い材料が選択される。上記のような条件を満たす輻射膜74として、例えば耐熱性の放熱塗料を用いることができる。公知の放熱塗料を輻射膜74として用いることができるが、このような放熱塗料としては、例えば、ピロマーク(製品名;テンピル社製)が挙げられる。   Moreover, the radiation film 74 needs to have heat resistance with respect to the temperature of the fluid which flows through the piping 71 and its inside. That is, a material having a heat resistant temperature higher than about 650 ° C. is selected. As the radiation film 74 that satisfies the above conditions, for example, a heat-resistant heat radiation paint can be used. A known heat radiating paint can be used as the radiation film 74, and examples of such a heat radiating paint include Pyromark (product name; manufactured by Tempil).

上記の太陽熱発電システム1では、太陽光が集光されたレシーバ7において、太陽光が配管71を照射することで、配管71の内部を流れる流体が加熱される。レシーバ7において加熱された流体は、排出配管5を経由して蓄熱部10に至り、ファン12の吸引により蓄熱部10を通過する際に蓄熱体との間で熱交換が行われて冷却される。冷却された流体は、供給配管4に供給されて流通する。一方、発電部11では、蒸気発生器13において、蓄熱部10が流体から得た熱によって水から蒸気が発生し、当該蒸気によって蒸気タービン14及び発電機15を回転駆動させることで発電を行う。   In the solar thermal power generation system 1 described above, the sunlight flowing through the pipe 71 heats the fluid flowing in the pipe 71 in the receiver 7 where the sunlight is collected. The fluid heated in the receiver 7 reaches the heat storage unit 10 through the discharge pipe 5 and is cooled by exchanging heat with the heat storage body when passing through the heat storage unit 10 by suction of the fan 12. . The cooled fluid is supplied to the supply pipe 4 and circulates. On the other hand, in the power generation unit 11, steam is generated from water by the heat generated by the heat storage unit 10 from the fluid in the steam generator 13, and the steam turbine 14 and the generator 15 are rotationally driven by the steam to generate power.

ここで、レシーバ7には、配管71の内面に輻射膜74が形成されている。これにより、太陽光の局所的な照射により、レシーバ7の配管71に生じる温度差を抑制することができる。すなわち、太陽光の局所的な照射によるレシーバ7の破損(特に、配管71の破損)を防止することができる。   Here, a radiation film 74 is formed on the inner surface of the pipe 71 in the receiver 7. Thereby, the temperature difference which arises in the piping 71 of the receiver 7 by local irradiation of sunlight can be suppressed. That is, it is possible to prevent damage to the receiver 7 (particularly damage to the pipe 71) due to local irradiation of sunlight.

レシーバ7では、断熱材72の下方に設けられた開口72aから太陽光が入射するため、太陽光はコイル状の配管71における径方向内側の表面(巻回軸X側と対向する側の面)を照射する。逆に、径方向外側の配管71の表面(断熱材72と対向する側の面)には太陽光は照射されない。そのため、配管71の径方向内側と径方向外側との間での温度差が大きくなる。なお、配管71の径方向内側と径方向外側との間での温度差とは、径方向内側での表面と、径方向外側での表面とを比較したものを指している。ただし、配管71の径方向内側における表面と裏面(内面)との温度差、及び、配管71の径方向外側における表面と裏面(内面)との温度差は、配管71の径方向内側と径方向外側との間での温度差と比較すると十分小さく、無視できるレベルである。   In the receiver 7, since sunlight enters from an opening 72 a provided below the heat insulating material 72, the sunlight is a radially inner surface of the coiled pipe 71 (a surface facing the winding axis X side). Irradiate. On the contrary, sunlight is not irradiated to the surface (surface on the side facing the heat insulating material 72) of the pipe 71 on the radially outer side. Therefore, the temperature difference between the radially inner side and the radially outer side of the pipe 71 increases. The temperature difference between the radially inner side and the radially outer side of the pipe 71 refers to a comparison between the surface on the radially inner side and the surface on the radially outer side. However, the temperature difference between the front surface and the back surface (inner surface) on the radially inner side of the pipe 71 and the temperature difference between the front surface and the back surface (inner surface) on the radially outer side of the pipe 71 are the radially inner side and the radial direction of the pipe 71. Compared with the temperature difference with the outside, it is sufficiently small and negligible.

配管71の径方向内側と径方向外側との温度差は、配管71に負荷を与えることになる。具体的には、温度差によって配管71において応力が生じ、配管71の変形を発生させることも考えられる。また、配管71の内部の流体の温度は、配管71の周囲の温度の平均値と同じようになるように変化する。すなわち、配管71内部の流体の温度が最終的に約650℃に到達すると考えると、配管71の径方向内側と径方向外側との温度差が大きいということは、配管71の径方向内側の温度は流体の到達温度(約650℃)よりもかなり高くなると考えられる。配管71の材料がステンレス鋼である場合、700℃以上となると配管71自体の劣化が促進されてしまう可能性がある。   The temperature difference between the radially inner side and the radially outer side of the pipe 71 gives a load to the pipe 71. Specifically, it is conceivable that stress is generated in the pipe 71 due to a temperature difference, and the pipe 71 is deformed. Further, the temperature of the fluid inside the pipe 71 changes so as to be the same as the average value of the temperature around the pipe 71. That is, assuming that the temperature of the fluid inside the pipe 71 finally reaches about 650 ° C., a large temperature difference between the radially inner side and the radially outer side of the pipe 71 means that the temperature inside the pipe 71 is radially inner. Is considered to be considerably higher than the ultimate temperature of the fluid (about 650 ° C.). When the material of the pipe 71 is stainless steel, deterioration of the pipe 71 itself may be promoted when the temperature is 700 ° C. or higher.

上記の問題点について、例えば、配管71の厚みを変更して熱伝導性を高めるという対応が考えられるが、この対応は材料コストの上昇を招く可能性がある。配管71の材料として用いられるステンレス鋼やニッケル合金は、そもそも熱伝導率が高い材料でないため、厚みを増して温度の均一化を図ろうとしても、なかなかその効果が得られない可能性がある。さらに、厚くなった配管71自体が内部の流体への伝熱を遅くすることが考えられる。また、配管71に生じる温度差を小さくする他の方法として、配管71の径方向外側の表面にも太陽光が照射されるように、配管71の形状を変更することも考えられるが、形状変更による加工コストが上昇する可能性や、形状によっては内部の流体の加熱効率が低下する可能性が考えられる。   Regarding the above problem, for example, a countermeasure of increasing the thermal conductivity by changing the thickness of the pipe 71 can be considered, but this countermeasure may cause an increase in material cost. Since stainless steel and nickel alloy used as the material of the pipe 71 are not materials with high thermal conductivity in the first place, there is a possibility that the effect cannot be easily obtained even if the thickness is increased to make the temperature uniform. Furthermore, it is conceivable that the thickened pipe 71 itself slows the heat transfer to the internal fluid. Further, as another method for reducing the temperature difference generated in the pipe 71, it is conceivable to change the shape of the pipe 71 so that sunlight is also applied to the radially outer surface of the pipe 71. There is a possibility that the processing cost increases due to, and the heating efficiency of the internal fluid may decrease depending on the shape.

そこで、本実施形態の太陽熱集光システム2におけるレシーバ7(太陽熱集光装置)では、配管71の内面に輻射膜74を設けることで、太陽光が照射する配管71の径方向内側で発生した熱が配管71の径方向外側へ輻射される。これにより、配管71における径方向内側と径方向外側との温度差を小さくすることができる。すなわち、太陽光の局所的な照射によるレシーバ7の破損を防止することができる。   Therefore, in the receiver 7 (solar heat concentrating device) in the solar heat concentrating system 2 of the present embodiment, by providing the radiation film 74 on the inner surface of the pipe 71, heat generated on the radially inner side of the pipe 71 irradiated with sunlight. Is radiated outward of the pipe 71 in the radial direction. Thereby, the temperature difference between the radially inner side and the radially outer side of the pipe 71 can be reduced. That is, it is possible to prevent the receiver 7 from being damaged by the local irradiation of sunlight.

輻射膜74を設けることによる効果についてシミュレーションした結果を示す。図2に示した輻射膜74を有するレシーバ7に対して太陽光を照射した場合に、輻射膜74の有無によって温度がどう変化するかをシミュレーションした。具体的には、図3に示すように、コイル状の配管71の下方から順に1周毎に測定点P1〜P4を設定した。そして、レシーバ7と同様に下方の開口72aから太陽光を入射させて配管71に対して照射したときの、それぞれの測定点における径方向内側の1点における表面温度と、径方向外側の1点における表面温度と、を2つの条件下において、シミュレーションにより算出した。2つの条件とは、配管71の内面に輻射膜74が設けられている場合(輻射率0.82)と、輻射膜74が設けられていない場合(輻射率0.18)と、である。   The result of having simulated about the effect by providing radiation film 74 is shown. When sunlight was irradiated with respect to the receiver 7 having the radiation film 74 shown in FIG. Specifically, as shown in FIG. 3, measurement points P <b> 1 to P <b> 4 are set for each turn in order from the bottom of the coiled pipe 71. Then, similarly to the receiver 7, when sunlight is incident from the lower opening 72 a and irradiated to the pipe 71, the surface temperature at one point on the radially inner side and the one point on the radially outer side at each measurement point. The surface temperature in was calculated by simulation under two conditions. The two conditions are when the radiation film 74 is provided on the inner surface of the pipe 71 (emissivity 0.82) and when the radiation film 74 is not provided (emissivity 0.18).

なお、配管71については、ステンレス製であって、外径22mm、巻回径(巻回軸Xを挟んで対向する配管71同士の中心間の距離)160mmであるとした。また、配管71内で流量3.1g/sとなるように端部71aから120℃の空気を導入した状態で、太陽光の照射により配管71を加温した、という条件でシミュレーションを行った。その結果を表1に示す。   The pipe 71 is made of stainless steel and has an outer diameter of 22 mm and a winding diameter (a distance between the centers of the pipes 71 facing each other across the winding axis X) of 160 mm. In addition, the simulation was performed under the condition that the pipe 71 was heated by irradiation with sunlight in a state where 120 ° C. air was introduced from the end 71a so that the flow rate was 3.1 g / s in the pipe 71. The results are shown in Table 1.

Figure 2017122523
Figure 2017122523

表1に示すように、輻射率0.18の場合には、測定点P1において内側と外側の温度差が162℃であったのに対して、輻射率0.82の場合には、113℃となった。同様に、測定点P2〜P4についても、輻射率0.18の場合と比較して輻射率0.82の場合の方が内側と外側の温度差が小さくなった。表1の算出結果からも明らかなように、配管71の内面の輻射率が高くなると内側の温度が低下し、外側の温度が上昇することが確認された。これは、配管71の径方向内側から径方向外側へ向けた輻射熱の伝達によるものであると考えられる。このように、配管71における径方向内側と径方向外側との温度差を小さくすることがシミュレーション結果からも確認できた。   As shown in Table 1, when the emissivity is 0.18, the temperature difference between the inner side and the outer side is 162 ° C. at the measurement point P1, whereas when the emissivity is 0.82, 113 ° C. It became. Similarly, at the measurement points P2 to P4, the temperature difference between the inner side and the outer side is smaller when the radiation rate is 0.82 than when the radiation rate is 0.18. As is clear from the calculation results in Table 1, it was confirmed that when the emissivity of the inner surface of the pipe 71 increases, the inner temperature decreases and the outer temperature increases. This is considered to be due to the transmission of radiant heat from the radially inner side of the pipe 71 toward the radially outer side. Thus, it was confirmed from the simulation results that the temperature difference between the radially inner side and the radially outer side of the pipe 71 is reduced.

また、配管71内の流体が空気である場合、輻射膜74は近赤外(700nm〜2500nm)又は中赤外(2500nm〜4000nm)の波長領域の光に対しても高い輻射率を有していることが好ましい。配管71内の流体が空気である場合、空気は赤外線を透過するため、配管71における内側から外側への輻射熱の伝達を効率よく行うことができる。   Further, when the fluid in the pipe 71 is air, the radiation film 74 has a high emissivity for light in the near-infrared (700 nm to 2500 nm) or mid-infrared (2500 nm to 4000 nm) wavelength region. Preferably it is. When the fluid in the pipe 71 is air, since the air transmits infrared rays, it is possible to efficiently transmit radiant heat from the inside to the outside in the pipe 71.

また、配管71を含むレシーバ7がキャビティ型である場合に、輻射膜74に設けることによる効果が顕著となる。すなわち、キャビティ型のレシーバでは、太陽光の入射口が限定されているため、照射方向が限られてしまう。したがって、キャビティの内面に形成される流路のうち、入射口に対向する側の面は太陽光の照射によって加熱される一方で、入射口に対向する側の面とは逆側の面には太陽光の照射がなく、その結果両者間で温度差が生じると考えられる。このように、キャビティ型のレシーバでは、太陽光の局所的な照射による温度差が大きくなる可能性が考えられるため、輻射膜74に設けることによる温度差の低減効果が顕著となると考えられる。   In addition, when the receiver 7 including the pipe 71 is a cavity type, the effect of providing the radiation film 74 becomes remarkable. That is, in the cavity-type receiver, since the sunlight entrance is limited, the irradiation direction is limited. Therefore, in the flow path formed on the inner surface of the cavity, the surface facing the entrance is heated by the irradiation of sunlight, while the surface opposite to the surface facing the entrance is It is thought that there is no sunlight irradiation, and as a result, a temperature difference occurs between the two. As described above, in the cavity-type receiver, there is a possibility that the temperature difference due to the local irradiation of sunlight is increased. Therefore, it is considered that the effect of reducing the temperature difference by providing the radiation film 74 becomes remarkable.

また、本実施形態に係るレシーバ7のように、輻射膜74に設けることによる効果が顕著となる。開口72aの近傍に設けられた2次ミラー73を有している場合には、ミラー8のみの場合と比較して太陽光の角度分布が大きくなるため、開口72a周辺、すなわち、下方側に太陽光が集中しやすくなると考えられる。配管71を流れる流体は、下方から上方へ移動しながら加熱されるため、下方の配管71には低温の流体が流れている。そのため、上記のシミュレーションでも示したように、上方の配管71と比較して内外での温度差が大きくなりやすい。したがって、輻射膜74を設けることによる温度差の低減効果が顕著となると考えられる。   Moreover, the effect by providing in the radiation film | membrane 74 becomes remarkable like the receiver 7 which concerns on this embodiment. In the case where the secondary mirror 73 provided in the vicinity of the opening 72a is provided, the angular distribution of sunlight is larger than that in the case of using only the mirror 8, so that the sun is located around the opening 72a, that is, on the lower side. It is thought that it becomes easy to concentrate light. Since the fluid flowing through the pipe 71 is heated while moving from below to above, a low-temperature fluid flows through the lower pipe 71. Therefore, as shown in the above simulation, the temperature difference between the inside and outside tends to be larger than that of the upper pipe 71. Therefore, it is considered that the effect of reducing the temperature difference by providing the radiation film 74 becomes remarkable.

なお、輻射膜74は、配管71の内面全面に設けられていてもよいが、太陽光の照射によって高温となりやすい部分に輻射膜74を設けることで、太陽光の局所的な照射によるレシーバ7の破損を防止することができる。高温となりやすい部分とは、他の領域と比較して集光された太陽光の照射量が大きい領域である。本実施形態に係るレシーバ7の場合、集光された太陽光の照射量が大きい領域とは、配管71のうち径方向内側の領域であり、且つ、開口72aに近い下方側であると考えられる。ただし、流路の配置を含むレシーバ7の形状、及び、ミラー8の配置等によって太陽光の集光具合及び太陽光の照射位置が変化することが考えられる。つまり、どのような領域に太陽光が集中して照射されるかは、諸々の条件によって変化する。したがって、輻射膜74を設ける位置についても適宜変更することができる。   The radiation film 74 may be provided on the entire inner surface of the pipe 71. However, by providing the radiation film 74 in a portion that is likely to become high temperature due to the irradiation of sunlight, the radiation film 74 of the receiver 7 is locally irradiated with sunlight. Breakage can be prevented. The portion that tends to be high temperature is a region where the amount of irradiated sunlight is larger than other regions. In the case of the receiver 7 according to the present embodiment, the region where the amount of the collected sunlight is large is considered to be a radially inner region of the pipe 71 and a lower side close to the opening 72a. . However, it is conceivable that the sunlight condensing condition and the sunlight irradiation position change depending on the shape of the receiver 7 including the arrangement of the flow path and the arrangement of the mirror 8. In other words, in which region the sunlight is concentrated and irradiated varies depending on various conditions. Therefore, the position where the radiation film 74 is provided can be changed as appropriate.

以上、本発明に係る実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限られず、種々の変更を加えることができる。   As mentioned above, although embodiment which concerns on this invention was described, this invention is not restricted to the said embodiment, A various change can be added.

例えば、上記実施形態では、流路がキャビティ型であるレシーバ7として、配管71がコイル状に巻回されたタイプのレシーバ7について説明したが、レシーバ7の形状は適宜変更することができる。また、流路の形状についても適宜変更することができる。例えば、上記実施形態では、流路が配管71であって、レシーバ7の下方から上方に向けて配管71内を流体が移動する場合について説明したが、例えば、上記実施形態で説明した輻射膜は、スリット状の開口部を有する筒形状の部材を形成し、その内部を中空にすることで流体の流路としたレシーバにも適用することができる。このような形状のレシーバの場合、スリットがキャビティにおける太陽光の入射口となる。   For example, in the above embodiment, the receiver 7 of the type in which the pipe 71 is wound in a coil shape has been described as the receiver 7 having a cavity type flow path, but the shape of the receiver 7 can be changed as appropriate. Further, the shape of the flow path can be changed as appropriate. For example, in the above embodiment, the flow path is the pipe 71 and the fluid moves in the pipe 71 from the lower side to the upper side of the receiver 7. For example, the radiation film described in the above embodiment is The present invention can also be applied to a receiver that forms a fluid flow path by forming a cylindrical member having a slit-like opening and making the inside hollow. In the case of the receiver having such a shape, the slit serves as an entrance for sunlight in the cavity.

さらに、本発明に係る輻射膜は、キャビティ型のレシーバの流路には限定されない。流体を流れる流路を有するレシーバでは、流路の外側全面に太陽光を均等に照射することは困難であることから、太陽光の局所的な照射が発生することが考えられる。すなわち、太陽光の局所的な照射によるレシーバの破損が生じることが考えられる。これに対して、流路の内面に輻射膜を設けることによって、太陽光の局所的な照射によるレシーバの破損を防止することができる。   Furthermore, the radiation film according to the present invention is not limited to the channel of the cavity type receiver. In a receiver having a flow path through which a fluid flows, it is difficult to irradiate sunlight uniformly over the entire outer surface of the flow path. Therefore, local irradiation of sunlight may occur. That is, it is conceivable that the receiver is damaged due to local irradiation of sunlight. In contrast, by providing a radiation film on the inner surface of the flow path, it is possible to prevent damage to the receiver due to local irradiation of sunlight.

1…太陽熱発電システム、2…太陽熱集光システム、3…発電装置、4…供給配管、5…排出配管、6…太陽熱集光ユニット、7…レシーバ、8…ミラー、71…配管、72…断熱材、73…2次ミラー。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Solar thermal power generation system, 2 ... Solar thermal condensing system, 3 ... Power generation apparatus, 4 ... Supply piping, 5 ... Discharge piping, 6 ... Solar thermal condensing unit, 7 ... Receiver, 8 ... Mirror, 71 ... Piping, 72 ... Thermal insulation 73, secondary mirror.

Claims (4)

集光された太陽光により流路を流れる流体を加熱する太陽熱集光装置であって、
前記流路の内面に輻射膜を有することを特徴とする太陽熱集光装置。
A solar thermal condensing device that heats a fluid flowing through a flow path by condensed sunlight,
A solar heat concentrator having a radiation film on an inner surface of the flow path.
前記流路は、キャビティ型である請求項1に記載の太陽熱集光装置。   The solar heat collector according to claim 1, wherein the flow path is a cavity type. 前記輻射膜は、前記流路のうち前記太陽光の照射量が大きい領域に設けられる請求項1又は2に記載の太陽熱集光装置。   The solar heat concentrating device according to claim 1, wherein the radiation film is provided in a region of the flow path where the amount of sunlight irradiated is large. 太陽光を反射する反射部と、
前記反射部で反射された太陽光を集光し、該集光された太陽光により流路を流れる流体を加熱する集熱部と、を備え、
前記集熱部は、前記流路の内面に輻射膜を有することを特徴とする太陽熱集光システム。
A reflector that reflects sunlight;
A heat collecting unit that collects sunlight reflected by the reflecting unit and heats the fluid flowing through the flow path by the collected sunlight, and
The solar heat condensing system, wherein the heat collecting part has a radiation film on an inner surface of the flow path.
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