JP5657576B2 - 太陽熱集熱器及び当該太陽熱集熱器を含む電気エネルギー生成設備 - Google Patents
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Description
−一方の端が閉鎖されている円筒形断面の外管と、
−太陽放射線を吸収するための、外管の内側に配設されている吸収層と、
−外管の内側に敷設されている高温部、外管の外側に配設されている冷温部、及びヒートパイプ流体を収容していて高温部と冷温部に亘って延びる溜め、を含むヒートパイプと、を備え、
前記外管は、他方の端が、ヒートパイプを囲んで密封閉鎖されていて、前記外管の内側に真空が形成されている、型式の太陽熱集熱器に関する。
−伝熱流体を太陽エネルギーで加熱するのに適した複数の太陽熱集熱器と、
−伝熱流体を太陽熱集熱器と温水分流器の間で輸送するための回路と、を備えているシステムに関する。
−温水発生システムと、
−熱シンクと、
−前記システム及び熱シンクによって発生させる温水を使用している発電用熱動力機械と、を備えている設備に関する。
−一方の端が閉鎖されている円筒形断面の外管と、
−太陽放射線を吸収するための、外管の内側に配設されている吸収層と、
−外管の内側に敷設されている高温部、外管の外側に配設されている冷温部、ヒートパイプ流体を収容していて高温部と冷温部に亘って延びる溜め、を含むヒートパイプと、を備えている。
ヒートパイプの高温部を支援して、溜めは少なくとも局所的に吸収層に寄せて宛がわれている。
−太陽熱集熱器は、追加的に、外管の内側に配設されている円形断面の内管を備え、それぞれの管は一方の端が閉鎖され、管同士は他方の端が互いにシールされており、管同士は真空によって分離されている、
−内管は、外管に向けて配置されている外面と、内面と、を含んでおり、吸収層は前記外面に寄せて配設されており、ヒートパイプの高温部を支援して、溜めは少なくとも局所的に前記内面に寄せて宛がわれている、
−集熱器は、吸収層とヒートパイプの高温部の間に配設されている熱伝導性界面を含んでいる、
−ヒートパイプの高温部は、半円筒の形状をしている、
−高温部の断面は、180°から220°の間の角度の円弧の形状をしている、
−ヒートパイプの冷温部は、円筒形の管に接触して配設するのに適しており、冷温部は、少なくとも1つの半円筒の形状をしている、
−高温部の半円筒の軸は、冷温部の半円筒の軸と異なっており、ヒートパイプは、高温部と冷温部の間の周方向及び/又は長手方向の広がりが、高温部及び冷温部の正形部分の広がりに対して狭くなっている部分を含んでおり、狭くなっている部分は高温部と冷温部の間の接続継手を形成している、
−溜めは、ヒートパイプ流体を循環させるための、概ね並列に延びている少なくとも3つの流路を含んでいる、
−当該又はそれぞれの流路は、高温部の半円筒の軸に実質的に従う向きに配置されている、
−ヒートパイプは、アルミニウムから作製されている、
−ヒートパイプは、溜めを形成する区域の外側の2枚の一体に結合されている金属シートによって形成されており、溜めは当該2枚のシートの間の隙間によって形成されている、
−ヒートパイプは、ねじれた面を有するシート構造を呈しており、シートは、溜めを形成する流路の網目を含んでおり、流路はウェブ部分によって連係されている、
という特徴の1つ又はそれ以上の、単独か又は技術的に実施可能な任意の組合せとして採用されている特徴を備えている。
別の実施形態によれば、温水発生システムは、以下の特徴、即ち、
−輸送回路は、伝熱流体用の輸送管を備えており、システムは、それぞれの太陽熱集熱器につき、集熱器を管に締結するための部品を備え、前記締結部品は、熱伝導性であり、管に接触して配設されている、という特徴を備えている。
本発明及びその利点は、純粋に一例として与えられている以下の説明を読み、添付図面を参照することでより明解になるであろう。
温水発生システム2は、太陽エネルギーによって第1伝熱流体10を加熱するための手段8と、熱エネルギーを貯蔵するための手段12と、第1伝熱流体10を輸送するための第1閉回路14と、を備えている。第1回路14は、加熱手段8と貯蔵手段12と発電用熱動力機械6を連係している。
温水発生システム2は、混合器20と第1ポンプ22とを含んでいるフィードバックループ18を備えている。設備は、ループ18を遠隔制御するための手段24を含んでいる。
第1伝熱流体10は、例えば、150℃の最大温度、6バールの最大圧力下に使用される水である。
熱シンク4は、第2伝熱流体34を輸送するための第2回路32を備えている。循環はポンプ36によってもたらされている。第2流体34は、例えば、水である。
ポンプ46は、作動流体40を第3回路38の中で循環させている。作動流体40は、例えば、ブタン又はプロパンの様な有機流体であり、好適にはブタンである。作動流体40の沸点は、かなり低く、9.6バールの圧力では80℃近くである。
絶縁手段54は、吸収層52を実質的に密封式に取り囲んでいて、太陽放射線RSを通すのに適している。絶縁手段54は、吸収層52とヒートパイプの高温部58を太陽熱集熱器26の外部の気象条件に対して熱的に絶縁するのに適している。
太陽熱集熱器26は、図4及び図5で確認できる様に、ヒートパイプの高温部58と絶縁手段54の間に敷設されている熱伝導性界面69を含んでいる。より具体的には、内管66の内面とヒートパイプの高温部58の間に、伝導性界面69が配設されている。
ヒートパイプの高温部58、特に高温部58に含まれている溜め62の部分は、内管66の内面66Bに寄せて宛がわれている。
ヒートパイプの冷温部60は、図2に示されている様に、管48と絶縁シース50の間に、管48に巻き付けられた状態で敷設されている、軸Xの半円筒の形状をしている。
軸Iは、水平面Hに対して傾斜し、水平面Hとの間に第1傾斜角度B1を形成している。第1傾斜角度B1の値は、5°より大きく、好適には30°より大きい。
ヒートパイプ56は、高温部58と冷温部60の間に、周方向の広がりが、高温部58と冷温部60の正形部分の広がりに対して狭くなっている部分71を含んでいる。図3及び図6に確認できる、狭くなっている部分71は、高温部58と冷温部60の間の接続継手を形成している。
電気エネルギー生成設備の作動、特に太陽熱集熱器の作動を、これより説明してゆく。
本電気エネルギー生成設備は、温水発生システムの最大温度が150℃に等しく、これは、高温の溜めの中を循環する伝熱流体の温度が400℃を超える円筒形−パラボラ集熱器発電設備、太陽塔発電設備、パラボラ集熱器発電設備の様な他の太陽熱発電設備で使用されている温度より著しく低いという点から見て、低温度設備と呼ばれている。
より具体的には、太陽放射線RSは、それぞれの太陽熱集熱器の吸収層52によって吸収されており、絶縁手段54は太陽放射線RSを通過させる。太陽放射線RSの吸収に付随する熱エネルギーは、次に、内管66と熱伝導性界面69を介してヒートパイプ56に伝達される。太陽熱集熱器26の外部への熱エネルギーの散逸は、熱絶縁手段54のおかげで、真空67が熱絶縁と温室効果を提供していることによって制限される。
温水発生システム2によってもたらされる熱のおかげで、作動流体40は、ボイラー42の中で液体状態から気体状態へ変化する。作動流体40は、こうして、気体状態でタービン43の入口に到達する。気体状態の作動流体は、次に、タービン43の中で膨張し、機械的エネルギーを供給して、タービンの回転子を回転駆動する。この機械的エネルギーは、電気を発生させるために発電機44に伝達される。タービン43の出口では、作動流体40はなお気体状態にあり、著しく低い圧力下にある。
この第2の実施形態によれば、絶縁手段54は、内管66の開放端の絶縁ストッパを含んでいない。内管66の開放端の絶縁は、管48の周りに配設されている絶縁シース50によって提供されており、管64、66の互いにシールされている端は、絶縁シース50に接触して配設されている。
ヒートパイプ56は、58の高温部の上部と管48の下部の間に第2傾斜角度B2を呈している。ヒートパイプの高温部58の軸と水平面Hの間の第1傾斜角度B1を変化させると、第2傾斜角度B2に影響する。液体状態のヒートパイプ流体63を冷温部60から高温部58への重力落下を相対的に速くするためには、第2傾斜角度B2を、例えば、5°より大きくする。
図8は、別の実施形態を示しており、先に説明された実施形態と同様の品目は、同一の符号を使って標示されている。
以上より、本発明による太陽熱集熱器は、吸収層とヒートパイプの高温部の溜めとの間の熱伝導を向上させ、それによって、熱損失を制限する効果を発揮することが理解される。
4 熱シンク
6 発電用熱動力機械
8 第1伝熱流体加熱手段
10 第1伝熱流体
12 熱エネルギー貯蔵手段
14 第1伝熱流体輸送用の第1閉回路
16 貯蔵槽
18 フィードバックループ
20 混合器
22 第1ポンプ
24 遠隔制御手段
26 太陽熱集熱器
28 弁
30 第2ポンプ
32 第2伝熱流体輸送用の第2回路
34 第2伝熱流体
36 ポンプ
38 作動流体輸送用の第3回路
40 作動流体
42 ボイラー
43 タービン
44 発電機
45 凝縮器
46 ポンプ
48 第1伝熱流体輸送用の管
50 熱絶縁シース
52 吸収層
54 熱絶縁手段
56 ヒートパイプ
58 高温部
60 冷温部
62 溜め
63 ヒートパイプ流体
64 外管
66 内管
66A 内管の外面
66B 内管の内面
67 真空
68 絶縁ストッパ
69 熱伝導性界面
69 締結部品
69A 締結部品の第1部分
69B 締結部品の第2部分
69C L型曲り
69D 第1締結手段
69E 第2締結手段
70 循環流路
70A 流路の平行直線区間
70B 接続管
70C 流路の直線区間
70D 収束後分岐区間
71 狭くなっている部分
72A、72B シート
80 温水分流器
82 交換器
A 円弧の角度
B1 軸Iと水平面Hの間の第1傾斜角度
B2 高温部の上部と管48の下部の間の第2傾斜角度
H 水平面
I 高温部の半円筒の軸
L1、L2 高温部及び冷温部のヒートパイプの延びる方向に直交する幅
RS 太陽放射線
X 冷温部の半円筒の軸
Claims (14)
- 太陽熱集熱器において、
一方の端が閉鎖されている円筒形断面の外管と、
太陽放射線を吸収するための、前記外管の内側に配設されている吸収層と、
前記外管の内側に敷設されている高温部と、前記外管の外側に配設されている冷温部と、ヒートパイプ流体を収容していて、前記高温部と前記冷温部に亘って延びる溜めと、を含むヒートパイプと、を備え、
前記外管は、他方の端が前記ヒートパイプを囲んで密封閉鎖されていて、前記外管の内側に真空が形成されており、
前記溜めは少なくとも局所的に前記吸収層に寄せて宛がわれており、
前記ヒートパイプの前記高温部は、半円筒の形状をしており、
前記ヒートパイプは、ねじれた面を有するシート構造を呈しており、前記シートは、前記溜めを形成する流路の網目を含んでおり、これらの流路はウェブ部分によって連係されている型式の太陽熱集熱器。 - 前記太陽熱集熱器は、追加的に、前記外管の内側に配設されている円形断面の内管を備え、それぞれの管は一方の端が閉鎖され、前記管同士は他方の端が互いにシールされており、前記管同士は真空によって分離されている、請求項1に記載の太陽熱集熱器。
- 前記内管は、前記外管に向けて配置されている外面と、内面と、を含んでおり、前記吸収層は前記外面に寄せて配設されており、前記溜めは少なくとも局所的に前記内面に寄せて宛がわれている、請求項2に記載の太陽熱集熱器。
- 前記集熱器は、前記吸収層と前記ヒートパイプの前記高温部の間に敷設されている熱伝導性界面を含んでいる、請求項1に記載の太陽熱集熱器。
- 前記高温部の断面は、180°から220°の間の角度の円弧の形状をしている、請求項1に記載の太陽熱集熱器。
- 前記ヒートパイプの冷温部は、円筒形の管に接触して配設するのに適しており、前記冷温部は、少なくとも1つの半円筒の形状をしている、請求項1に記載の太陽熱集熱器。
- 前記高温部の前記半円筒の軸は、前記冷温部の前記半円筒の軸と異なっており、
前記ヒートパイプは、前記高温部と前記冷温部との間に狭くなっている部分を含み、前記高温部及び前記冷温部が、前記ヒートパイプの延びている方向に直交して同一の第1幅を呈し、前記狭くなっている部分が、前記ヒートパイプの延びている方向に直交して、前記第1幅より小さい値を有する第2幅を呈し、
前記狭くなっている部分は前記高温部と前記冷温部の間の接続継手を形成している、請求項6に記載の太陽熱集熱器。 - 前記溜めは、前記ヒートパイプを循環させるための、概ね並列に延びている少なくとも3つの流路を含んでいる、請求項1に記載の太陽熱集熱器。
- 前記流路は、前記高温部の前記半円筒の軸に実質的に整列する向きに配置されている、請求項8に記載の太陽熱集熱器。
- 前記ヒートパイプは、アルミニウムから作製されている、請求項1に記載の太陽熱集熱器。
- 前記ヒートパイプは、前記溜めを形成する区域の外側の2枚の一体に結合されている金属シートによって形成されており、前記溜めは前記2枚のシートの間の隙間によって形成されている、請求項1に記載の太陽熱集熱器。
- 太陽エネルギーから温水を発生させるためのシステムにおいて、
伝熱流体を太陽エネルギーで加熱するのに適した複数の太陽熱集熱器と、
前記伝熱流体を前記太陽熱集熱器と温水分流器の間で輸送するための回路と、を備え、
前記太陽熱集熱器(26)は請求項1に準拠している、システム。 - 前記輸送回路(14)は、前記伝熱流体(10)用の輸送管(48)を備えており、前記システムは、それぞれの太陽熱集熱器(26)につき、前記集熱器(26)を前記管(48)に締結するための部品(69)を備え、前記締結部品(69)は、熱伝導性であり、前記管(48)に接触して配設されている、請求項12に記載のシステム。
- 太陽エネルギーから電気エネルギーを生成するための設備において、
温水発生システム(2)と、
熱シンク(4)と、
前記システム(2)及び前記熱シンク(4)によって発生させる温水を使用している発電用熱動力機械(6)と、を備え、
前記温水発生システム(2)は、請求項12に準拠している、設備。
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