JPH01291060A - 軌道上発電用流体加熱器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は宇宙基地等に搭載される軌道と発電用流体加熱
器に関する。

（従来の技術） 宇宙基地等軌道とにある設備に電力を供給する発電装置
として、太陽熱で流体を加熱しタービン等の熱機関を駆
動させ発電を行う熱発電方式がある。この熱発電方式で
は、集光した太陽光の熱により発電サイクルの作動流体
を加熱する流体加熱器が必要である。一方、地上に近い
低い軌道上では、太陽が地球の陰に入り太陽熱が得られ
ない蝕時間があり、低軌道上で連続発電を行う場合には
、上記の流体加熱器には蓄熱装置が必要である。

このような軌道上発電用流体加熱器の従来例が第４［ｉ
ＵＫ示しである。この従来例では、胴体１の内壁に複数
の伝熱管２が配置されている。これらの伝熱管の両端は
２つのマニホールド３及び４に連結されている。入口マ
ニホールド３は流体流入管５に、出口マニホールド４は
流体流出管６に連結している。また、胴体１には小穴７
が設けられており、集光された太陽光はこの小穴７から
流体加熱器の内部にはいり、伝熱管２の表面に入射し伝
熱管内の流体８を加熱する。流体８は低温で流体流入管
５からマニホールド３にはいり、各伝熱管２に分配され
、伝熱管２中で加熱され高温となり、マニホールド４か
ら流体流出管６を通って流出し熱機関へ送られる。

ところで、軌道上発電用流体加熱器は蓄熱装置を備えて
いる必要があるので、伝熱管２は容器に入った蓄熱材と
一体になっている場合が多い。第５図には、このような
蓄熱材付きの伝熱管の一例が示しである。ここでは伝熱
管壁２１の外周面上に容器２２が取付けられ、その中に
蓄熱材２３が収納されている。この蓄熱材は日射時に太
陽熱の一部を蓄え、その熱を蝕時に伝熱管内の流体に与
えることにより、日射、蝕の区別なく流体を加熱する役
割を持っている。

（発明が解決しようとする課題） ところが、実際には日射時に蓄熱量が増すにつれて蓄熱
材の温度が上昇し、蓄熱材と流体との熱交換量も増大す
る。逆Ｋｍ時には時間と共に蓄熱材の温度が低下し、熱
交換量も減少していく。

このように日射と蝕からなる１サイクル中で熱交換量が
変化するために１流体の出口温度も変動することとなり
、この流体を利用する熱機関の効率低下や軸出力変動と
いった問題点を生じる。

第６＃には従来の軌道上発電用流体加熱器によって加熱
された流体（ガス）の出口温度を数値解析によって求め
た結果が示しである。この図から明らかなように流体の
出口温度は、日射終了時にも最も高く日射開始時に最も
低くなっており、１サイクル中での温度変動幅は１５０
°Ｃにも及んでいる０ 〔発明の構成〕 （課題を解決するための手段） 本発明は、軌道上発電用流体加熱器の流体流入管と流体
流出配管を直結するバイパス管を設け、流体流入配管に
流量計測装置を設け、前記の流量計測装置の出力信号を
入力とする流量制御装置をバイパス管に設けたことを特
徴とするう（作用） 本発明では、伝熱管内を流れる流体流量を調節すること
Ｋより流体と蓄熱材の熱交換量は概そ一定となり、また
伝熱管内を流れる流体とバイパス管を流れる流体を混合
することにより熱機関に供給される流体温度も日射、蝕
の区別なくおおよそ一定となる。

（実施例） 第１図に本発明の一実施例を示す。本実施例で従来例と
同一の要素には同一の番号を符し、その説明を省略する
。本発明が従来の軌道上発電用流体加熱器と異なるとこ
ろは、本発明では軌道上発電用流体加熱器の流体流入管
５と流体流出管６を直結するバイパス管１０が設けられ
、流体流入配管５に流量計側袋＠１１が設けられ、流量
計測１１の出力信号を入力とする流量制御装Ｗ１２がバ
イパス’１１１０に設けられている点である。流量制御
装！１２はバイパス管１０を流れる流体８２の流量を直
接制御するが、この流量制御装置１２には流量計測装置
１１の出力信号が入力されているので、流体流入配管５
．入口マニホールド３を経て伝熱管２を流れる流体８１
の流量も同時に制御することができる。管内の熱伝達率
は流体流量の０．８乗に比例するので、流体８１の流量
を制御することＫより蓄熱材と流体８】との熱交換量を
調節することができる。

従来の軌道上発電用流体加熱器では日射終了前後での熱
交換量が多く、日射開始時前後での熱交換量が少なくな
り、流体の出口温度の変動を生じていた。本実施例では
バイパス管１０を流れる流体８２の流電を時間と共に変
化するように制御することにより、伝熱管２を流れる流
体８１の流量を日射開始時前後で多く日射終了前後で少
なくすることかでき、その結果として伝熱管２管内の熱
伝達率を日射開始時前後で大きく、日射終了前後で小さ
くすることができる。このバイパス流量の変化率を適当
な値に設定することにより、蓄熱材温度と管内熱伝達率
によって定まる流体と蓄熱材の間の熱交換量を蓄熱材温
度の高低に拘らず概そ一定にすることができる。このよ
うにして流体８１に与えられる熱エネルギー量を日射−
触からなる１サイクル中でおおよそ一定にでき、またバ
イパス管を流れる流体８２には熱エネルギーが加えられ
ないので、流体流出管６において流体８１と流体８２が
混合した後の流体温度も１サイクル中で概そ一定にでき
る。この結果、熱機関へ供給される流体の温度が概そ一
定となり、熱機関の効率向上や軸出力の安定といった性
能向上をもたらす。

第２図には、本実施例における流体出口温度を数値解析
によって求めた結果を示しである。ここでは、バイパス
比（バイパス管流量／総流ｊｌｌ）を日射開始時ＫＯ，
日射終了時に０．５とし、その間は時間に比例した変化
をするように設定しである。

伝熱管２を流れる流体８２は流量が時間と共に変化する
ので伝熱管出口での温度も時間と共に変化している（点
線）が、バイパス管を流れる流体８１と混合した後の温
度の時間変化は極めて小さくなっている（実線）。この
混合後温度の変動幅は３０’Ｃであり、従来例の１５０
°Ｃと比べると大幅に改善されていることがわかる。

第３図には本発明の他の実施例が示しである。

この実施例では流量制御袋＠１２が、流体流入管５とバ
イパス’ｌ］０の連結点に取付けである。この場合の流
量制御装置は三方弁の形式であり、入力信号は流体流入
管５に取付けられた流量測定装置１ｉ１１による流量測
定値である。また、流Ｍ測定装置１１をバイパス管ｌＯ
に取付けることも可能である。なお、この実施例では流
体８１と流体８２との均一な混合を促進するためにバイ
パス管１０と流体流出管６の連結地点に混合器１３が設
けられているが、混合器１３はこの実施例に限らずその
他の実施例にも応用できる。

〔発明の効果〕

本発明によると軌道上発電用流体加熱器の流体出口温度
の時間変化を小さくすることができ、その結果熱機関へ
供給される流体の温度が概そ一定となり、熱機関の効率
向上や軸出力の安定といった効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による軌道上発電用流体加熱器の一実施
例を示す概略図、第２図は本発明の実施例の流体出口温
度を数値解析により求めた特性図、第３図は本発明によ
る軌道上発電用流体加熱器の他の実施例を示す概略図、
第４図は軌道上発電用流体加熱器の従来例を示す概略図
、第５図は軌道上発電用流体加熱器に用いる蓄熱材付伝
熱管の一例を示す概略図、第６図は従来例の軌道上発電
用流体加熱器の流体出口温度を数値解析により求めた特
性図である。 １・・・胴体、　　　　　　２・・・伝熱管、３・・・
入口マニホールド１ ４・・・出口マニホールド〜 ５・・・流体流入管、 ６・・・流体流出管、　　７・・・小穴、８・・・流体
、１０・・・バイパス管、１１・・・流量測定装置、　
１２・・・流量制御装置、１３・・・混合器、　　　　
２１・・・伝熱管壁、２２・・・蓄熱材容器、　　２３
・・・蓄熱材、８１・・・伝熱管を流れる流体、 ８２・・・バイパス管を流れる流体。 代理人　弁理士　則　近　憲　佑 同　　　　　　松　　山　　光　　之 第３図 第４図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）胴体内に複数の伝熱管を有し、前記伝熱管に連結
   した２つ以上のマニホールドを有し、前記マニホールド
   に連結した流体流入配管と流体流出配管を有し、かつ前
   記胴体に小穴を有する軌道上発電用流体加熱器において
   、前記流体流入配管と前記流体流出配管を直結するバイ
   パス管を設け、前記流体流入配管に流量計測装置を設け
   、前記流量計測装置の出力信号を入力とする流量制御装
   置を前記バイパス管に設けたことを特徴とする軌道上発
   電用流体加熱器。
2. （２）前記流量制御装置が三方弁であり、前記バイパス
   管と前記流体流入配管との連結地点に設けられているこ
   とを特徴とする請求項１記載の軌道上発電用流体加熱器
   。
3. （３）前記流量計測装置が前記バイパス管に設けられて
   いることを特徴とする請求項１記載の軌道上発電用流体
   加熱器。
4. （４）前記バイパス管と前記流体流出配管との連結地点
   に流体混合器を設けたことを特徴とする請求項１乃至３
   項記載の軌道上発電用流体加熱器。