JPS59709B2 - 太陽エネルギを集中して発電する装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は太陽エネルギを集中して発電する装置に関する
ものである。

産業用の発電所は一般に、炭素のような固体燃料のエネ
ルギ、石油のような液体燃料のエネルギ、また水力のよ
うな運動エネルギを用いるものである。

しかしながら、近い将来において生じ得る燃料供給の枯
渇、液体燃料の価格高騰、および工業化の進んだ先進諸
国において水力発電所建設に適した場所が次第に無くな
るという事実は、電気エネルギを発生するための新エネ
ルギ源の開発研究を推進させている。

そのひとつとして、太陽輻射のエネルギを電気エネルギ
に直接変換する発電装置、例えびシリコンのようなｐ
−ｎ半導体接合の光電効果を利用した太陽光発電装置が
作られている。

しかしながらこのような太陽光発電装置効率は非常に低
く、それでいながら高価格であることはその利用を特別
な場合、例えば人工衛生の電源のようなものに限定して
しまっている。

太陽エネルギを熱の形で利用して公知の型式の発電装置
を作動させるという試みが行われて来ている。

すなわち得られた熱エネルギで流体を加熱してタービン
を作動させ発電機を回転させるのである。

このためには適当な受光面を太陽にさらすのであるが、
工業的に利用し得るに充分な大きな電力を得るのには、
相当大きな寸法の受光面を設ける必要がある。

さらにこの際、受光面から発電装置へ熱エネルギを伝達
するのに問題が起る。

この伝達は現在の技術では非常に大きい損失を生じるの
である。

最後に、太陽エネルギ１枚の放物鏡に送りその焦点に集
中させる数枚の平面鏡と、前記焦点に設置され集中され
たエネルギを利用する熱動力所とを包含する発電装置は
知られている。

しかしながら、工業的需要にとって充分な電気出力を得
るためには可成り大きな直径の放物鏡が必要であるが、
このように大きな放物鏡は製作するのに非常な費用を要
する上、むずかしい技術的問題を生ずるものである。

米国特許第３７８０７２２号明細書には太陽エネルギを
集中して発電する装置が記載されている。

この装置はいくつかの導光路を有し、各導光路は一束の
光ファイバで構成された集光器を有している。

集光器の全断面は受光曲面から集光器の出口端に向って
減少せしめ、受光曲面を通って光ファイバの中に入った
太陽エネルギを空間的に集中している。

導光路は集光器の出口端の断面に等しい比較的小さい断
面にわたって延在し、負荷に向って光エネルギを伝達す
ることができるようになっている。

集光器は一群となって太陽光を受けるパネルを形成して
おり、負荷ユニットは熱電発電装置としである。

この米国特許に記載されている装置の欠点は次のとおり
である。

すなわち、太陽エネルギの集熱効率は低い。

それは一方では光ファイバが集当面上で互いに離れて設
置せざるを得ないためであり、他方では集光面の曲面を
考慮すれば集光面の僅かの部分だけが与えられた瞬間に
太陽輻射を受けるという事実によるものである。

この装置は発電装置の交流発電機を駆動する蒸気タービ
ンに必要な熱エネルギを供給するのには利用できない。

何故ならば集当パネルは周期的に手動で動かさねばなら
ないこと、およびパネル面はこれらのパネルの効率が低
いために非常に太きくしなければならないことによる。

本発明の目的は、太陽エネルギを使用する公知の発電機
の前述の欠点を克服し、高い効率を有しかつ比較的製作
が簡単な、太陽エネルギを集中して電気エネルギを発生
する装置を提供することにある。

以下本発明を添付図面に例示したその好適な実施例につ
いて説明する。

第１図において、複数のおう面鏡、なるべくは放物鏡１
，２および３等が円５に囲まれる表面４に側部を接して
配置されている。

これらの鏡はそのうちのいくつかだけが図示されている
が、実際には表面４の全部を占めるが、以下に述べる装
置６が配置されている円５の中心７を囲む面部分だけは
別である。

これらの鏡はできるだけ密接して取付けて、その反射面
の表面の合計が円５の表面のできるだけ広い面積を占め
るようにしである。

表面４は、例えば、太陽にさらされている台地上の土地
に設置するのがよい。

これらの鏡にはそれぞれ、その反射面を太陽の方へ向け
る追尾装置を設けである。

第２図において、放物鏡１には、直径方向に互いに向合
いかつ鏑の反射面の縁に密に配列された植込みボルト８
のような２つの植込みボルトを設けである。

これらの植込ボルトは鏡１の支持体９に設けた円形開口
に配置され、支持体９に対して水平軸を中心として鏡を
回転できるようにしである。

支持体９は地上に固定の枠１０の垂直軸を中心として回
転でさる。

そこで、一方では植込みボルト８により形成された水平
軸を中心として支持体８に対して鏡を回動させることに
より、他方ではその垂直軸を中心として枠１０に対して
支持体９を回動させることにより、所望の方向に鏡を向
けることが可能であることは容易に判るであろう。

このようにして鏡１の反射面１１は図示されない公知の
追尾装置により常に太陽の方に向けられている。

すなわちこの追尾装置は電動機との制御装置とを有し、
予め定められたプログラムに従って鏡を回転させ、太陽
光線１２，１３を鏡１の焦点１４に常に集中させるので
ある。

焦点１４には、導光路１５の一端が配置されている。

鏡１により集中された太陽の光エネルギはとの導光路を
通って装置６へと伝達せしめられる。

このために、導光路１５の一端を受けるスリーブ１６が
焦点１４に密接するように鏡１の縁部に腕１７．１８お
よび１９が固定されている。

導光路１５は、長手方向に、長さの大部分に亘って延び
る強固な中心部２０と、中心部に接続された２つの可撓
接続部２１とを有している。

第２図においてはスリーブ１６の中に入れられた一端を
持っ導光路１５の可撓接続部２１だけが示されている。

導光路１５の強固な中心部２０は、大きい直径を持った
単一の光ファイバだけを有する。

この光ファイバの被覆部分は例えば硼珪酸カルシウムの
ようなガラス部分によるか、またはプラスチック材料に
より構成され、まだその心部分は異なった屈折率を持つ
ガラスか、またはテトラクロロエチレンのブロモベンゼ
ンのような液体により構成されている。

強固な部分は一様な屈折率を持つガラスの円柱体により
構成してもよい。

導光路１５の可撓接続部は小さい直径を持った複数の光
ファイバにより構成するとよい。

いずれにしても、表面に配置する６鏡、第２図に示され
ている鏡１のようなものは、常時にその反射面を太陽の
方に向ける追尾装置と、焦点において集中された太陽エ
ネルギを装置６に運ぶ導光路１５に類する導光路を有す
るものとする。

第３図に示しだ装置６は太陽エネルギを使用する熱発電
装置である。

この発電装置は、長手断面で示す管２２を有し、タンク
２３から来る流体は管２４を通ってこの管２２へと流れ
る。

この流体は、例えば水である。

管２２の外壁の周りには、多数の導光路の他端の可撓接
続部２５．２６の端部が配置されている。

２５および２６のような接続部は管２２を囲む円筒状の
包囲部２７の周壁と交差している。

この交差は管２２の軸線に実質的に垂直方向において行
われ、従って導光路から現われる光線は管の外壁に垂直
に当る。

接続部の端部は管２２を中心として規則的に配置されて
いるので、光エネルギは管２２を均一に加熱する。

管２４とは反対の側では、管２２は管３０によりタービ
ン２９に接続されている。

タービン２９からの流体はタンク２３に接続された回路
３１により回収されるが、この回路３１にはポンプ３２
が設けである。

発電機をタービン２９により回転せしめる。第１図、第
２図および第３図に示された上述の電気エネルギ発生装
置は、次のように動作する。

追尾装置により常に太陽の方に向けられている表面４に
配置された鏡により、焦点に集中された光学エネルギは
符号１５で示す導光路により熱発電装置の管２２に向っ
て輸送される。

これらの導光路はその長さの大部分に亘って強固である
が、符号２１および２５で示す可撓接続部があるので鏡
の回転に際し破壊される危険はない。

導光路からの輻射作用の下に管２２は加熱され発電装置
の流体を加熱して５００°ないし１５００℃の温度にす
る。

このため管２２を出る流体は高圧蒸気となり、タービン
２９を作動させ、このタービンで発電機３３を回転させ
る。

鏡および導光路により形成される光学的組立体の各種素
子の寸法は作られるべき設備の特性の関数として選ばれ
る。

導光路の直径は鐘の直径に依存する。

直径２．５ｍの鐘に対しては、約２（：ＩｆＬの導光路
でよい。

直径１ｒｎの鏡に対しては、導光路の直径は８ｍｗであ
る。

鏡の焦点距離は、この焦点に集中される光線が導光路の
軸線に対して６０°程度の角度で導光路に入射して行く
ような長さとする。

表面４を形成する円５の直径が５ｏｒＩＬであシ、鏡の
直径が２．５ｍであれば表面上には約２００個の放物鏡
を配置することができる。

鏡によって利用される全光線エネルギはそのとき１．２
ＭＷ程度となる。

導光路における減衰は、例えば４０ｄｂ／ｋｒｒ１であ
り、光フアイバ中のエネルギ損失は１０パ一セント程度
と比較的僅かである。

発電装置の電気出力は４００ ｋｗ程度となる。

本発明装置は、昼間に動作する発電所、または商用発電
所の回路網に接続し得る補助発電所として利用し得るも
のである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による装置の実施形態の概略説明図、第
２図は第１図における装置の一部分となる反射装置の斜
視図、および第３図は第１図に示された装置の一部分の
接続図である。 Ｌ２，３・・・お５面鏡、４・・・表面、８，９゜１０
・・・追尾装置、１１・・・反射面、１４・・・焦点、
１５・・・導光路、２０・・・中心部、２２・・・管、
２１゜２５・・・可撓接続部、２５、２６・・・出力端
、２７・・・包囲部、２９・・・タービン、３０・・・
管、３３・・・発電機。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 太陽の光エネルギを集中する装置と、集中された光
   エネルギを入力端において受けこの光エネルギを出力端
   に運ぶ一束の導光路と、前記導光路の出力端から送り出
   される光エネルギを受けてこの光エネルギを連続的に熱
   エネルギに、次いで電気エネルギに変換する装置とを有
   する、太陽エネルギを集中して発電装置において、前記
   の太陽エネルギを利用して集中する装置は、側部を接し
   て表面４に配設された複数のおう面鏡１，２．３を包含
   し、これらのおう面鏡はそれぞれが受ける光エネルギを
   その焦点１４において集中せしめるものとし、またこれ
   らのおう面鏡のそれぞれの反射面１１を太陽に向ける追
   尾装置８，９．１０を包含し、前記導光路１５の入力端
   はそれぞれ前記焦点１４に接続されていることを特徴と
   し、さらに前記エネルギを連続的に熱エネルギに、次い
   で電気エネルギに変換する装置は、前記表面４の中心に
   置かれて流体がその中を通る管２２と、この管２２の外
   壁に向合いこの外壁を加熱し前記流体を高温とする前記
   導光路１５の出力端２５．２６を取付ける装置と、高温
   となった前記流体により作動させられるタービン２９と
   、このタービンで回転させられる回転型発電機３３とを
   包含することを特徴とする、太陽エネルギを集中して発
   電する装置。 ２ 各導光路１５が、長手方向に、導光路の大部分の長
   さに延びる強固な中心部２０と、この中心部２０に接続
   されている２つの可撓接続部２１゜２５とを有する、特
   許請求の範囲第１項記載の装置。 ３ 前記可撓接続部２１，２５のそれぞれが一束の光フ
   ァイバにより構成されている、特許請求の範囲第２項記
   載の装置。 ４ 前記強固な中心部２０がそれぞれ異なった屈折率を
   持つ２つのガラス部分により構成された被覆部分と心部
   分とを持つ、特許請求の範囲第２項記載の装置。 ５ 前記強固な中心部２０がガラス被覆と、液体により
   構成された核心とを持つ、特許請求の範囲第２項記載の
   装置。 ６ 前記強固な部分が液体の入っているプラスチック材
   料製の被覆を持つ、特許請求の範囲第２項記載の装置。 Ｔ 前記強固な部分が均一な屈折率を持つガラスの円筒
   体により構成されている、特許請求の範囲第２項記載の
   装置。 ８ 前記液体材料がプロ”モベンゼンである、特許請求
   の範囲第５項または第６項記載の装置。 ９ 前記お５面鏡１が放物鏡である、特許請求の範囲第
   １項記載の装置。 １０ 前記表面４がはソロ形である、特許請求の範囲第
   １項記載の装置。 １１ 前記流体が水である、特許請求の範囲第１項記載
   の装置。 １２前記管２２の外壁に向合う前記導波管１５の前記出
   力端２５，２６を取付ける装置は、前記管２２を囲む包
   囲部２７を持ち、前記導光路１５は前記包囲部２７の壁
   に交差している、特許請求の範囲第１項記載の装置。 １３ 前記導光路１５の前記出力端２５，２６は前記管
   ２２の周りに規則的に配置されて、前記出力端から出る
   光は前記管２２を均一に加熱させる、特許請求の範囲第
   １０項記載の装置。