JPS6213583B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は太陽集熱器のごとき蓄熱池、およびそ
れを利用する発電所に関する。

対流を抑制する表面の仕掛けを備えた水の本体
は、その水の本体の中に集積した熱の絶縁体とし
て作用する。熱が太陽輻射の吸収により生じると
きは、水の本体は太陽池と称せられる。このよう
な仕掛けを欠く場合には、水の本体の下方水準に
加わつた熱は対流によつて上の水準に運ばれここ
で四囲環境に対する移動が液体―空気界面に於け
る輻射および／又は伝導によつておこる。結果と
して、対流が抑制されていない場合には、水の本
体中の垂直温度勾配は発電所の運転の実用数値と
しては小さすぎるのである。

対流を抑制するための従来の仕掛けは水の本体
の内部の蓄熱帯域の上方にハロクライン
（halocline）を設け且つ維持することにより達成
される。該ハロクラインは濃度勾配が重力の方向
に存在する塩の濃度を含有する水の層である。該
ハロクラインは太陽の輻射が、それによつて吸収
されるときに、該ハロクラインが熱の障壁又は断
熱層として作用し、それより下の蓄熱層が、ハロ
クラインの上方の周囲環境に対して熱を伝導し損
失するのを防ぐ。結果として、黒くした底部附近
の水は加熱されるが、表面附近の水は比較的低温
にとどまる。このような場合、合計の温度差は熱
機関の運転が可能である程充分に大きく、熱機関
は吸収した太陽熱の一部を仕事に変える。

この方法に於ける基本問題は濃度勾配の時間的
不安定性である。この濃度勾配は池の幾多の水準
間に濃度の異なる溶液を循環させることによつて
のみ長い時間に渡つて維持され得るのである。さ
らに、濃度勾配をそこなわないように池から熱を
とり出すためには大きな注意がはらわれねばなら
ない。太陽池に於ける濃度勾配を安定させるため
の装備について多くの努力がはらわれているが、
先行技術の装備は長期間の信頼性の低い複雑なも
のに終り、そして太陽池の概念は太陽熱の収集に
広汎に採用されてはいない。従つて、本発明の目
的は、先行技術の太陽池の欠点が克服されている
又は実質的に減らされているような、新規なそし
て改良された蓄熱池およびそれを利用する発電所
を提供することである。

本発明によれば、蓄熱池は、周囲の媒質よりも
高温度の蓄熱液と、該液の上に浮く、断熱層で、
該断熱層はその上方の周囲媒質へ該液から有意な
熱の伝導損失がないように液を熱的に絶縁するた
めに充分厚くなつているものとから構成されてい
る。該層は非液体であり得る。そしてこのもの
は、水又は、塩の水和物であり得る蓄熱液によつ
て吸収されるところの太陽からの可視光および近
赤外線に対して透明であるゲルであるのが好まし
い。

適当な水性ゲルは橋かけ結合ポリアクリルアマ
イド（polyacrylamide）を含み、一方適当な非水
性ゲルはケロシン、パラフインオイル又はシリコ
ンオイルの如き炭化水素液から形成され得る。こ
のような炭化水素液から形成されるゲルは橋かけ
結合ポリイソブチレン（polyisobutilene）を含
む。

本発明の１実施例に於て、該ゲルの上方の周囲
媒質は、太陽輻射の可視光および近赤外線の大部
分を透過する水の層である。従つて該水の層は太
陽輻射の吸収によつて加熱される蓄熱液の温度に
比べて相対的に低温にとどまる。

水性ゲルは、該蓄熱液の上方の分離した水の層
にアクリルアマイドと、それとともに重合化剤お
よび交差結合を生ずる薬剤とを加えることにより
つくることができる。又は、非水性ゲルは橋かけ
結合を生ずる薬剤の存在下にケロシンベース中で
イソブチレンを重合させることによりつくること
ができる。この後者のゲルは水ベースゲルよりも
約50％の熱伝導度を有すると言う利点があり、こ
の結果、該蓄熱液をよりよく絶縁することにな
る。なお、該蓄熱液は土地の凹所に保持され得る
し、又はタンク内に保持され得る。又は、該蓄熱
液は、天然の又は人工の水の本体であり得る。

本発明は又、本発明による蓄熱池を利用し、該
蓄熱池から熱をとり出すための熱機関を含む太陽
発電所でもある。好適には、該熱機関は該ゲルの
上方の水の層内へ熱を捨てる。本発明の好適実施
例では、該熱機関の作業流体は該蓄熱液とは異な
る。このような場合、該熱機関は、作業流体を加
熱するために該蓄熱液と熱的に接触する第１熱交
換器と、該作業流体の熱の一部を仕事に変換する
ための加熱された作業流体の通過に応答するエネ
ルギ変換器と、該作業流体をそれが該変換器を通
過した後に凝縮させるための該ゲル上の水の層と
熱的に接触している第２熱交換器とを含んでい
る。好適には、該作業流体は有機流体であり、又
該熱機関はタービンである。

本発明の実施例は添付図面に記入されている。

図面に言及するとして、参照符号１０は本発明
による太陽集熱器の形式に於ける蓄熱池で土地の
凹所に設けられたものを示す。この池は土地１３
の凹所１２の中の第１の水の層１１を含む。層１
１は符号１５により示す太陽輻射に対して安定で
ありそして透明であるゲルの層１４によつて被わ
れている。太陽輻射の可視成分および近赤外成分
は選択的に層１１内で吸収されそれでこの層での
水の温度が上がる。該ゲルは充分に厚く層１４の
上方の周囲媒質に対して有意な熱伝導損失がない
ように第１層の水を絶縁する。凹所１２の土の側
面および底面は層１１の側面および底面の熱損失
を防ぐ。結果として、層１１はほぼ100℃に保た
れ得るし、一方層１４より上方の周囲媒質は約20
又はそれ以下である。

上述の配置は太陽熱の収集に適しており、又発
電所のための集熱器として容易に応用される。更
に図面に言及するとして、層１４の上方の周囲媒
質は好ましくは水の第２層１６であり、このもの
は可視輻射および近赤外輻射に対して透明であ
り、又空気に接近しているが為にほぼ周囲空気の
温度にとどまる。若し蒸発を計算にいれるなら
ば、層１６に於てほぼ一定温度を維持するために
風の混合を利用するように、障害物２６を省いて
も良い。結果として、かなり大きな温度差が層１
１と層１６との間に存在することになり、該温度
差はゲルの層１４の絶縁性によつて維持される。

発電所の好適の形態としては、熱源としてはた
らく第１の水の層１１から熱を取り出し、熱溜め
としてはたらく第２の水の層１６に熱を捨てるた
めの熱機関を含む。好適には、熱機関１７は閉ル
ープの、ランキンサイクル熱機関で、集熱器の水
とは異なる作業流体を利用するものである。該熱
関の第１熱交換器１８は層１１と熱的に接触し、
該熱機関の作業流体を加熱する。エネルギ変換器
１９は発電機２０を駆動するタービンの形式で示
され、このものは加熱された作業流体の通過に応
答して熱の一部を電気の形として有効仕事に変換
する。第２の水の層１６と熱的に接触する第２熱
交換器２１はタービン１９から排出された作業流
体を凝縮し、該凝縮した作業流体をポンプ２１に
供給し、ポンプは該復水を熱交換器１８に戻す。
熱機関１７は米国特許第3393519および第3409782
に示す形を採ることができ、この場合作業流体は
有機液体である。

太陽集熱器は所定時間内に蓄積される可き熱の
総量および、後述の熱的障壁１４のその場での創
造に関係する設営の技術とにみあつたいかなる横
方向寸法のものでもよい。該集熱器は土地１３を
深さ約１メートル（ただしこの寸法は重要ではな
い）の凹所１２を形成するように単に機械により
掘削することによつて造ることができる。要すれ
ば、該凹所１２の底面および側面は防水処理され
得るし、該凹部の底１２はカーボンブラツクを加
えることにより又は土地の表面に黒いプラスチツ
クシートを置くことにより黒くされる。水の層１
１は、その層の熱吸収能力を増大させるために浮
遊状態にとどまる物質を加えることにより黒くす
ることができる。又は、層１１は現にある水の本
体でその場合表面にゲル層が浮いているものであ
ることができ、或いは第２図の実施例に示すよう
に地面の上に浅いタンクを建造することもでき
る。

該集熱器が土地に凹所を形成することによりつ
くられる場合には、第１層１１は該凹所を水を以
て部分的に満すことにより形成される。好ましく
は、この層は深さが25〜30センチメートルで、ポ
リエチレンのような透明プラスチツク材料の連続
シートの形の障壁２４を以て覆われている。次い
で液、好ましくは水、が約60センチメートルの深
さの層を形成するように加えられる。そして下に
述べるように適当な化合物の重合と橋かけ結合過
程によつて、ゲルがその場でつくられる。該ゲル
がつくられた後、ゲルは障壁２５で覆われそして
深さ約25〜30センチメートルの第２の水の層が加
えられる。層１６の表面はその層からの蒸発損失
を減らすためにプラスチツクシート又はプラスチ
ツクドームのような障壁２６によつて覆われる。
出来上つた時には、該三層の集熱器は、第１の水
の層が第２の水の層からゲルの形の熱的障壁によ
つて分離されていることになる。該ゲルの層は液
に対し、結果として生じるゲルの熱伝導度が大体
液と同じであるように、小量の活性成分を加える
ことにより、その場所に於てつくられるが好まし
い。

本発明の一形式ではハイドロゲルが用いられ
る。この場合用いられる液は水であり、そして活
性成分は該層の水の重量の１％乃至10％から成つ
ている。従つて、太陽集熱器は遠隔の地に於て、
その池に単に充分な活性成分を輸送することによ
つてつくられ得る。ハイドロゲルとして、活性成
分の１例はアクリルアマイドであり、このものは
形成されたポリアクリルアマイドの橋かけ結合の
ための薬剤の存在のもとにその場所で従来の方法
で重合せしめられ得る。ポリアクリルアマイドの
重合の従来技術は以下の文献に開示されている。
Maizel，J.N.，METHOD IN VIROLOGY，Vol.
V（1971），P.179；Laemmue，U.R.，
NATURE，227（1970），P.681. 現に存在する水の本体が太陽集熱器に変換され
る可きときははじめ水の本体に対し適当な物質を
加えることによりつくることができる。重合と橋
かけ結合が生じた後に、該ゲルの下に第１の層を
つくるように水をポンプで注入することができ
る。

第２図に示す第２実施例１０Ａは地面上に置か
れたタンク３０から成り、該タンクは３２に於て
絶縁されている。タンク内にはゲル層１４Ａの下
に蓄熱層１１Ａが含まれ、これらの層は第１図に
２４で示すような障壁によつて分離されている。
若し池１０Ａが高温水のみの源泉として機能する
ならば１６Ａの水の層は利用されない。そしてゲ
ル層の頂面の障壁はゲルを清浄に保つためにほど
こされ得る。

非水性ゲルも又利用でき、そして特に、炭化水
素ゲルが用いられる。重合及び橋かけ結合は、そ
の場所でたとえばケロシンからポリイソブチレン
を形成することにより行なうことができる。水ベ
ースのゲルよりもケロシンベースのゲルを用いる
利点はケロシンの絶縁の特性が水のそれの約２倍
であることから生じている。従つて水ベースゲル
と同様の熱絶縁を達成するためには少ない量のケ
ロシンベースゲルで済むことになる。

ケロシン以外の炭化水素液、たとえばパラフイ
ン又はシリコンオイルなども、非水性ゲル形成の
ための適当なベースである。どのような炭化水素
液が用いられるとしても、出来上つたゲルは橋か
け結合ポリイソブチレンを含むであろう。なお、
別の仕方では、選択的に熱を吸収する第１層は、
熱機関の作業流体が動作する温度範囲内に融点を
有する塩の水化物であり得る。

本発明の装置によりもたらされる利点と改良さ
れた結果とは、本発明の数個の実施例についての
前の記述から明らかであると考える。幾多の変形
および改変が、特許請求の範囲に於て規定される
可く求められた本発明の精神および範囲から、離
れることなく為され得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は土地の凹所に設置された本発明による
太陽集熱器とそれを利用する発電所の断面図であ
り、第２図は本発明による独立形の太陽集熱器の
断面図である。 主要部分の符号の説明、１０…蓄熱池、１１…
第１の水の層（加熱水の層、蓄熱層）、１４…ゲ
ルの層（透明ゲルの絶縁層）、１５…太陽の輻
射、１６…第２の水の層（低温の水の層）、１７
…熱機関、１８…第１熱交換器、１９…エネルギ
変換器（タービン）、２０…発電機、２１…第２
熱交換器、２３…池の底面（黒い面）、２４，２
５，２６…障壁（プラスチツクシート）、３０…
タンク、１１Ａ…蓄熱層、１４Ａ…ゲル層、１６
Ａ…水の層。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 熱を受領し、周囲媒質の温度よりも高い温度
   へ昇温される蓄熱液と、該液の上に浮くゲル形状
   の絶縁層で蓄熱液を該絶縁層の上方の周囲媒質へ
   の著しい伝熱損失に対して熱的に絶縁するように
   充分に厚いものを有する蓄熱池、及び該蓄熱液に
   包含される熱を利用する装置と、からなることを
   特徴とする発電所。 ２ 蓄熱層は溶融塩水和物である特許請求の範囲
   第１項の発電所。 ３ 該塩水和物の融点は水の沸点に匹敵する特許
   請求の範囲第２項の発電所。 ４ 蓄熱液は水である特許請求の範囲第１項の発
   電所。 ５ 該蓄熱液は自然に形成された水域である特許
   請求の範囲第４項の発電所。 ６ 該蓄熱液は土地の凹所に包含されている特許
   請求の範囲第１項乃至第４項のいずれかの項の発
   電所。 ７ 該蓄熱液はタンク内に包含されている特許請
   求の範囲第１項乃至第４項のいずれかの項の発電
   所。 ８ 該ゲルは太陽輻射に対し透過性である特許請
   求の範囲第１項乃至第７項のいずれかの項の発電
   所。 ９ 該ゲルは水性である特許請求の範囲第１項乃
   至第８項のいずれかの項の発電所。 １０ 該ゲルは橋かけ結合ポリアクリルアマイド
   を含む特許請求の範囲第９項の発電所。 １１ 該ゲルは、該絶縁層を形成する水の中に、
   水に対して１〜10重量％のアクリルアマイドと、
   該アクリルアマイドが水に加えられる時に形成さ
   れるポリアクリルアマイドの橋かけ結合を行なう
   薬剤と、を含む特許請求の範囲第１０項の発電
   所。 １２ 該ゲルは非水性である特許請求の範囲第１
   項乃至第８項のいずれかの項の発電所。 １３ 該ゲルは炭化水素液から製造される特許請
   求の範囲第１２項の発電所。 １４ 該炭化水素液はケロシンである特許請求の
   範囲第１３項の発電所。 １５ 該炭化水素液は、ケロシン、パラフインオ
   イル及びシリコンオイルからなる一群の液から選
   択される特許請求の範囲第１３項の発電所。 １６ 該ゲルは橋かけ結合ポリイソブチレンを含
   む特許請求の範囲第１３項乃至第１５項のいずれ
   かの項の発電所。 １７ 該ゲルと該畜熱液との間に障壁を含む特許
   請求の範囲第１項乃至第１６項のいずれかの項の
   発電所。 １８ 該ゲルの上方の周囲媒質は水の層であり、
   それにより、使用にあたり、水の層に入射する太
   陽輻射は該畜熱液を該水の層に関連し比較的高い
   温度に差別的に加熱する特許請求の範囲第１項乃
   至第１７項のいずれかの項の発電所。 １９ 該ゲルと該水の層との間に水に対し本質的
   に不浸透性の障壁を含む特許請求の範囲第１８項
   の発電所。 ２０ 該水の層と周囲空気との間に水に対し本質
   的に不浸透性の障壁を含む特許請求の範囲第１９
   項の発電所。 ２１ 該熱を利用する装置は該畜熱液から熱を引
   き出し且つ該水の層へともどす熱機関である特許
   請求の範囲第１８項乃至第２０項のいずれかの項
   の発電所。 ２２ 該熱機関は、該畜熱層の流体と異る作業流
   体を利用する密閉式ランキンサイクルに対し作用
   するものであり、そして該熱機関は該作業流体加
   熱のため該畜熱液と熱的に接触する第１熱交換器
   と、加熱された作業流体の通過に応答し、該熱の
   一部を仕事に変換するエネルギ変換器と、及び該
   作業流体をそれが該変換器から出た後に凝縮させ
   るために該水の層と熱的に接触する第２熱交換器
   とを含むものである特許請求の範囲第２１項の発
   電所。 ２３ 該変換器はタービンを含み、そして該作業
   流体は有機物質である特許請求の範囲第２２項の
   発電所。 ２４ 障壁上にゲルを形成する段階と、次で畜熱
   液を形成する水の上に該ゲル／障壁が浮くように
   該障壁の下にポンプで水を入れる段階とを含むこ
   とを特徴とする畜熱池の形成方法。