JPWO2006025449A1 - 太陽光集熱器、太陽光集光用反射装置、太陽光集光システムおよび太陽光エネルギ利用システム - Google Patents
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Abstract
Description
(a)太陽光が照射されても、その太陽光を反射するヘリオスタットが配置できない未利用の明るい地面が残り、地面に降り注ぐ太陽光の一部しか利用できない。例えば、従来の集光システムの場合、日本の緯度で春分正午の太陽光の利用効率は約40%と試算される。そして、この利用効率は、集光量を多くするため、集光システムを大型化するに伴って、低下する。
(b)ヘリオスタットから集熱器または集光用反射鏡までの反射光の光路長が長くなり、反射鏡面(焦点面)での焦点の広がりが相対的に大きくなる。その結果、下記のような問題も発生する。
(b−1)集熱器または集光用反射鏡を大きくせざるを得ず、そのため、集光倍率が下がる。
(b−2)集光倍率が下がるため、集光された太陽光の熱エネルギーを回収する集熱器に配置される熱媒体の温度が下がる。この影響は、図33に示すようなビームダウン型の集光システムで顕著となる。
こうした大型化に伴って生じる集光効率、利用効率の低下等の問題は、集光システムの大型化によって広い面積にヘリオスタットを設置するほど顕著に現れ、大型集光システムを構築する際のネックになっている。
J.E. Pacheco and R. Gilbert,"Overview of Recent Results forthe Solar Two Test and Evaluations Program." Proceedings of the 1999 ASME International Solar Energy Conference: Renewable and Advanced Energy Systems for 21st Century, Maui, Hawaii(1999). E.Epstein, A.Segal and A.Yogev, "A molten salt system with a ground base-integrated solar receiver storage tank."J.Phys.IV France 9,95-104(1999). Phillipp Schramek, David R. Mills,"Multi-tower solar array",Solar Energy 75(2003) 249-260.
これによって、前記反射鏡セグメントの反射面が、前記回転二次曲面の接平面で形成されていることによって、集熱器の受光面での入射光熱流束を制御して、均一な熱流束によるエネルギの平坦化が可能となる。
これによって、前記反射鏡セグメントの反射面が、前記回転二次曲面に沿って、前記太陽光の集光点と前記集熱器の集光面の中心とを結ぶ中心線を軸中心とする環状に形成されていることによって、各反射鏡セグメントの反射面が、複数の1次反射鏡によって集光点に向けて集光される太陽光を反射して集熱器に収束させることができる。
この太陽光エネルギ利用システムでは、前記太陽光集光用反射装置によって効率よく集熱器に収束させた太陽光の熱エネルギを利用して、発電、合成燃料製造、各種化学プロセスあるいは海水淡水化設備の熱エネルギ源として使用することができる。
以下、特に断らない限り、南北の記述は、北半球での事象を意味するものとする。南半球の場合には、南北を逆転、すなわち、南を北に、北を南に読み替えるものとする。
そして、第1Aの発明の太陽光集熱器は、反射光および熱対流による熱損失、および高温の受光面から発生する熱輻射による熱損失が低減される。また、パイプを螺旋状に曲げて集熱体を形成するため、板状の金属を組み合わせて熱媒体の流路が構成される集熱体に比べて、熱応力が軽減され、構造強度上有利であり、さらに、製作も容易である。
また、集熱器に太陽光をより小さく収束することができるため、集熱器の集光導入部の開口径が小さくても十分な集光効率を得ることができるため、集熱器を小型化することが可能になる。
(2)ヘリオスタットから集熱器または集光用反射鏡までの反射光の光路長が短縮され、集光規模に依らず集光倍率をほぼ一定に保持できる。
(4)南北方向および東西方向に集光点が形成されるように、ヘリオスタット群を組み合わせて配置することによって、広大な土地、任意の土地形状に対応して効率よく太陽光を集光できる。
<第1の実施形態>
図1は、本発明の第1の実施形態に係る太陽光集熱器の一例を示す模式図である。
図1に概形を示す太陽光集熱器1は、集熱体3と、この集熱体3の一端に開口された太陽光導入口4と、図2(a)に示すように、集熱体3に熱媒体を導入する熱媒体導入部5と、熱媒体導出部6とを備えるものである。
NO3およびNaNO2の混合溶融塩を用いる場合には、熱媒体に対する耐食性、耐熱性、価格等の観点から、オーステナイト系ステンレス鋼が有利である。また、パイプの肉厚は、溶融塩の圧力や必要な高温強度等に応じて適宜決定される。
社製の商品名:Pyromark Paint等を用いることができる。
1≦Dmax/Da<3 (1)
0<Hm/Ho<0.8 (2)
のSUS316ステンレス製の熱媒体流通管7(パイプ)の内部を流通する熱媒体の温度は550℃程度になる。したがって、このような温度分布を考慮して、熱媒体流通管7の肉厚、材質、内径等を適宜決定することができる。
次に、図8は、本発明の第1の実施形態に係る太陽光集熱器1を用いた第2の実施形態に係る太陽光エネルギ利用システムの一例を示す概念図である。
図8に示す太陽光エネルギ利用システムは、一次集光系FCと、二次集光系SCと、三次集光系CPCと、太陽光集熱器1と、高温熱媒タンク81と、熱交換器82と、低温熱媒タンク83と、熱媒体浄化系84とを備える。そして、太陽光集熱器1と、高温熱媒タンク81と、熱交換器82と、低温熱媒タンク83と、熱媒体浄化系84とは、それぞれ熱媒体が流通する流路で連絡され、また、各所にバルブ等が配置されている。
また、高温熱媒タンク81と、熱交換器82と、低温熱媒タンク83と、熱媒体浄化系84とは、特に制限されず、用いる熱媒体、容量、熱媒体の要求純度等に応じて適宜選択される。
次に、図9(a)は、本発明の第3の実施形態に係る太陽光集熱器91を示す模式断面図である。
図9(a)に示す太陽光集熱器91は、内面に熱媒体が液膜流下する受光面92を有する集熱体93と、この集熱体93の上端に開口された太陽光導入口94と、集熱体93に熱媒体を導入する熱媒体導入部95と、熱媒体導出部96とを備えるものである。
この光吸収性耐熱処理は、光吸収性と耐熱性に優れる塗料を受光面92に塗布する、または、光の吸収と耐熱性に優れた化学的表面処理を行なう。光吸収性と耐熱性に優れる塗料または光の吸収と耐熱性に優れた化学的表面処理は、前記第1の実施形態と同様であるので、記載を省略する。
また、集熱体93の外側に断熱部(図示せず)を設けることが好ましいが、この断熱部についても、前記第1の実施形態と同様であるので、記載を省略する。
たは混合溶融塩を用いることによって、燃料転換の化学反応プロセスを促進する温度とエネルギを供給することができる。特に、第3の実施形態の太陽光集熱器91で用いる熱媒体は、液膜を形成するものであることから構造物(特に、集熱体93の受光面92)との濡れ性が良い性状のものが好ましい。また、受光面92を熱媒体との親和性の良い形状に加工もしくは構造としてもよい。
受光面92を液膜流下する熱媒体の液膜の厚さは、適切な流量を確保し、かつ液膜が受光面92からはく離しないように、1〜7mm程度であることが好ましい。
したがって、このような温度分布を考慮して、集熱体93の形状、液膜の流下速度、熱媒体の流下量、液膜の厚さ等を適宜決定することができる。
次に、図13は、本発明の第3の実施形態に係る太陽光集熱器91を用いた第4の実施形態に係る太陽光エネルギ利用システムの一例を示す概念図である。
図13に示す太陽光エネルギ利用システムは、一次集光系FCと、二次集光系SCと、三次集光系CPCと、太陽光集熱器91と、高温熱媒タンク81と、熱交換器82と、低温熱媒タンク83と、熱媒体浄化系84とを備える。そして、太陽光集熱器91と、高温熱媒タンク81と、熱交換器82と、低温熱媒タンク83と、熱媒体浄化系84とは、それぞれ熱媒体が流通する流路で連絡され、また、各所にバルブ、ポンプ等が配置されている。
また、高温熱媒タンク81と、熱交換器82と、低温熱媒タンク83と、熱媒体浄化系84とは、特に制限されず、用いる熱媒体、容量、熱媒体の要求純度等に応じて適宜選択される。
次に、本発明の第5の実施形態について、適宜、図面を参照しながら詳細に説明する。図14は、本発明の第5の実施形態に係る太陽光集光用反射装置の構成を説明する概念図である。
次に、図16は、本発明の第5の実施形態に係る太陽光集光用反射装置を用いた、第6の実施形態に係る太陽光エネルギ利用システムの一例を示す概念図である。
図16に示す太陽光エネルギ利用システムは、ヘリオスタット(一次集光系)FCと、二次集光系SCと、三次集光系(CPC)57と、太陽光集熱器51と、高温熱媒タンク52と、熱交換器53と、低温熱媒タンク54と、熱媒体浄化系55とを備える。そして、太陽光集熱器51と、高温熱媒タンク52と、熱交換器53と、低温熱媒タンク54と、熱媒体浄化系55とは、それぞれ熱媒体が流通する流路で連絡され、また、各所にバルブ、ポンプ等が配置されている。
この太陽光集熱器51において、三次集光系(CPC)57を備える場合には、その三次集光系(CPC)57の開口部に、三次集光系(CPC)57を有しない場合には、太陽光集熱器51の開口部に、前記ヘリオスタットFCによって集光され二次集光系SC(本発明の太陽光集光用反射装置)によって反射された太陽光が収束する集光面3が位置するように構成されることが望ましい。
次に、本発明の第7の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の第7の実施形態においては、北半球に、集光点に集熱器を配置するタワー方式の集光システムを設置する場合について説明する。南半球に、太陽光集光システムを設置する場合は、以下に説明する第7の実施形態における第1のヘリオスタットおよび第2のヘリオスタットの南北方向の配置を逆にすることで構成することができる。また、ビームダウン方式の集光システムは、集光点の近傍に集光用反射鏡を配置し、その集光用反射鏡によって太陽光を地上に向けて下向きに反射させ、地上付近に設けた集熱器に集光させる以外は、以下の第7の実施形態と同じ構成を有するので、説明を省略する。
この太陽光集光システム31は、ヘリオスタット群Aとヘリオスタット群Bとを備える。
ヘリオスタット群Aは、太陽光SBを集光点Faに集光させる複数の第1のヘリオスタット32から構成される。また、ヘリオスタット群Bは、集光点Faよりも北側に位置する集光点Fbに太陽光SBを集光させる複数の第2のヘリオスタット33から構成される。前記ヘリオスタット群Aを構成する複数の第1のヘリオスタット32による反射光B2の光路と、ヘリオスタット群Bを構成する複数の第2のヘリオスタット33による反射光B3の光路とが、各ヘリオスタットが属するヘリオスタット群の集光点Fa、Fbに向けて形成されるように、第1のヘリオスタット32および第2のヘリオスタット33が配置される。
この第2のヘリオスタット33において、鉛直方向に対する反射鏡面33aの角度βは、回動軸33bを中心軸として反射鏡面33dを回動させることによって調整される。また、水平方向に対する反射鏡面33aの角度αは、回転支持台33dを回転させることによって調整される。回動軸33bおよび回転支持台33dは図示しない駆動モータ等によって駆動することができる。
図20は、太陽S、タワーT(右の三角柱)との間の入射光および反射光の関係と、第1のヘリオスタット32による陰および反射光の遮り(ブロッキング)の概念を図示したものである。この図20においては、各ヘリオスタットは、簡単のため一枚の鏡で構成されているものとしている。図20において、単位ベクトルe1、e2、nは、それぞれ、太陽指向ベクトル、タワー指向ベクトルならびにヘリオスタットの外向き法線ベクトルである。これらのベクトルを用いた演算とヘリオスタットの辺の長さから、陰(shadow length)、ブロッキング長さ(Blocking length)を算出できる。ここで、ブロッキング長さとは、タワーから遠い位置にある第1のヘリオスタット32の下辺でのタワーTに向かう反射光がタワーに近い第1のヘリオスタット32の上辺にかかる場合の、2つのヘリオスタットの配置間隔をいう。両ヘリオスタットをこの距離以上離せば、ブロッキングによる光の干渉は生じない。
図21から、タワーTを挟む範囲、すなわち、下記式を満足する範囲では、陰の長さ(図中、破線で示す)がブロッキング長さ(図中、一点鎖線で示す)よりも長い。
次に、図22(a)および図22(b)は、本発明の第8の実施形態に係る太陽光集光システムにおけるヘリオスタット群Aおよびヘリオスタット群Bの配置を説明する図である。
この集光システムでは、図22(a)に示すように、複数の集光点F1,F2,F3・・・FN・・・が南北方向に配列して形成されるように、ヘリオスタット群Aと、ヘリオスタット群Bとを配置して形成される集光システムを、東西方向に適正間隔で複数列配置する。
この集光システムでは、円形や方形に近い形状のフィールドの集光を効率化できる。さらに、形成される複数の集光点の位置が列ごとに互い違いになるようにずらしてヘリオスタット群を配置すれば、陰の影響を低減できる効果がある。
また、図23(a)および図23(b)は、本発明の第9の実施形態に係る太陽光集光システムにおける集光点およびヘリオスタット群の配置を説明する図である。
図23(a)に示す太陽光集光システムは、第1のヘリオスタットからなるヘリオスタット群が配置された領域(フィールド)A2,A3と、第1のヘリオスタットと第2のヘリオスタットとが混在する領域(フィールド)A1,A4とからなるユニット41を含み、前記ユニット41を構成するヘリオスタット群によって形成される3つの集光点F1,F2,F3が、集光点F2と集光点F3を結ぶ線を底辺とし、その底辺が東西方向に配向された三角形Dの頂点上にF1が位置するように配列されている。この三角形Dは、底辺が東西方向に配向された二等辺三角形であることが、集光効率の等高線が南北方向に細長い楕円形に類似した形状であることから、集光効率の向上を図る上で有効である。
また、再生熱交換器105は、タービン103からの高温の排気ガスが有する熱エネルギーをサイクル内部で回収し、投入熱量を節約することで、ガスタービンサイクルの熱効率の向上に寄与する。
このように、循環サイクル化することによって、ガスタービンサイクルの熱効率の最大値が高圧圧縮機109の圧力比が小さいところに存在するので、ガスタービンの耐圧設計が容易になる利点がある。
一般に、気体の圧縮/膨張仕事は次式で表される。
さらに、このガスタービン発電システム100における作動媒体の再生サイクルでは、再生熱交換器105の温度効率がサイクルの熱効率の値を大きく左右する。特に、温度効率が0.95以上の高いサイクル熱効率を実現できる。そこで、再生熱交換器105として熱交換器の一種であるPCHE(Printed Circuit Heat Exchanger)を利用することが望ましい。通常の熱交換器では経済的な制約から0.85程度である温度効率を0.95以上に高くすることが可能で、しかもコンパクトな熱交換器を実現してコスト低減に有効であり、さらに、高い耐圧性も実現することができるからである。また、中間熱交換器108または再生熱交換器105に高伝熱性能かつ圧力損失が低い特性を有するPCHEを用いれば、低コストで高効率の熱輸送が可能である。特に、再生熱交換器105は温度効率が高いほどサイクル熱効率は高くなり、95%で従来のソーラーガスタービン(開放型ブレイトンサイクル)を凌ぐことができる。この再生熱交換器105の好ましい温度効率は98%である。
また、タービン103は、大きな仕事を発生させる軸流タイプが望ましい。
図29から、通常の熱交換器の温度効率85%程度では、サイクル熱効率が20%程度にしかならないが、温度効率が98%では熱効率は47%になることが分かる。特に、温度効率が95%以上での感度が大きい。これより、再生熱交換器105を備えるガスタービン発電システム(図27中のRC+ICサイクル)の特徴は、高効率の再生熱交換器との組み合わせで初めて実現できることが分かる。
そして、作動流体の温度・圧力範囲を考慮すると、耐圧、耐熱性に優れたPCHE(Printed Circuit Heat Exchanger)が最適である。図26に示した事例では、シェルアンドチューブ型熱交換器の総容積は125m3になるが、PCHEでは10m3と12分の1で済み、機器配置スペース、コストの両面で有利である。ここで、PCHEは、エッチングによって、水力等価直径0.6mm程度の流路を刻設した厚さ1mm程度の金属板を、高温側流路と低温側流路が交互に重ね合うように、多数枚を拡散接合して構成される熱交換器である。このPCHEは耐熱性および耐圧性が高く、高温・高圧で運転される超臨界CO2ガスタービンサイクルシステムに好適である。
図30に示す太陽光エネルギ複合利用システム110は、太陽の光エネルギーをヘリオスタット111で反射し中央反射鏡112で集光した太陽光を太陽光集熱器113で受光して、受光した太陽光の熱エネルギを溶融塩に蓄熱してガスタービン発電システムおよび化学プラントにエネルギを供給して発電および化学プロセスを行うシステムである。なお、図30は中央反射鏡112を備えるシステムを示すが、これがない場合、すなわち太陽光集熱器が高所にある、タワーアップ方式であってもよい。
表1に、商用化規模の太陽光エネルギ利用のための集光システム(実用化)と、その商用化規模の太陽光エネルギ利用の実証試験を行うための集光システム(実験)とについて、その主要諸元を示す。そして、実用化される集光システムについて、図31に回転双曲面(図中に破線で示す)と、その回転双曲面に沿って配置された反射鏡セグメントの構成例を示す。
高さ116mの回転双曲面は一番外側(右)の部分を使用する。ここで、点Aは、太陽の中心から発し外側から5番目(系列番号67:図32の横軸参照)のヘリオスタットの中心で反射した光線が、この回転双曲面上に照射される点である。
上方焦点高さ140m、下方焦点高さ25mという条件を満たす回転楕円面で構成される反射鏡セグメントからなる反射鏡群の構成例を図34に示す。図34に示す反射鏡群は、中心点高さ164mから1mの間隔で155mまで、10個の曲率半径が異なる回転楕円面のそれぞれの一部(太線で示されている部分)を使って反射鏡セグメントを構成した例を示す。
この反射鏡群からなる太陽光集光用反射装置では、ヘリオスタットによって回転楕円面の上方焦点に集光された太陽光は、各反射鏡セグメントで反射されて、回転楕円面の下方焦点(集光面)に、前記実施例1と同様の光の拡がり(図32に示す光の拡がり)で収束される。
座標原点(0,0)をタワーの位置にとり、タワーを含む南北方向の諸量の分布を求めた結果を図35に示す。ここで、ヘリオスタットは互いに光の干渉が生じない(ブロッキンッグと陰を避けた)範囲で最も密に配置してあるものとする。
また、北側に4Hの位置でのブロッキング長さは、第1のヘリオスタットの4倍であり、そのうちの地面が明るい部分は2.6H(ブロッキング長さから陰長さを差し引いた差分)もあることがわかる。
この図37から、各タワーを中心とする60m以内の領域(全体の50%)で太陽高度45度の場合の理論集光密度=0.707を達成できていることが分かる。
次に、太陽とタワーが同じ方向に見える線上でのヘリオスタットの配置について考える。
まず、タワーの高さを60mとし、タワーを中心とする半径480mの領域での集光を考慮して、タワーの位置を変数にして、相対的なメリットを算出した。ここで、設備費に占めるヘリオスタット関連コストをパラメータにした。図39は太陽高度45度の場合の計算結果を示す。メリットの基準は、領域の中央にタワーが一本配置されている場合とした。
この集光システムにおいて、タワーの北側では、L<Hでは陰、L>Hでは遮り(ブロッキング)が、第1のヘリオスタットの配置間隔を決定する。ブロッキングの領域には地面に陽が当たる場所があり、これがフィールド利用効率を低下させている。そこに北向きに第2のヘリオスタットを配置して、2番目のタワーに集光させる。光路が逆向きかつタワーとの距離が短いので、光の干渉は少なく、効率的に第2のヘリオスタットを配置できる。
2 受光面
3 集熱体
4 太陽光導入口
5 熱媒体導入部
6 熱媒体導出部
7 熱媒体流通管
11 反射鏡群
12 ヘリオスタット(1次反射鏡)
13 集光面(集熱器)
21 第1反射鏡セグメント
22 第2反射鏡セグメント
23 第3反射鏡セグメント
24 第4反射鏡セグメント
25 第5反射鏡セグメント
26 第6反射鏡セグメント
21a,22a,23a,24a,25a,26a 反射面
31 太陽光集光システム
32 第1のヘリオスタット
33 第2のヘリオスタット
Claims (39)
- 内面に太陽光を受光する受光面を有する集熱体と、
前記集熱体の一端に開口された太陽光導入口と、
前記集熱体に熱媒体を導入する熱媒体導入部と、
前記太陽光によって加熱された熱媒体を導出する熱媒体導出部とを備える太陽光集熱器であって、
前記集熱体は、前記太陽光導入口に向かって収束する湾曲状の受光面を有するように、前記熱媒体が内部を流通する熱媒体流通管を螺旋状に巻回して形成されたことを特徴とする太陽光集熱器。 - 前記受光面が、光吸収性耐熱処理されていることを特徴とする請求項1に記載の太陽光集熱器。
- 内面に太陽光を受光する受光面を有する集熱体と、
前記集熱体の一端に開口された太陽光導入口と、
前記集熱体の上部に設けられた熱媒体導入部と、
前記集熱体の底部に設けられ、前記太陽光導入口から導入された太陽光によって加熱された熱媒体を導出する熱媒体導出部とを備える太陽光集熱器であって、
前記集熱体は、前記熱媒体導入部から前記受光面の表面に沿って熱媒体を液膜流下させて前記熱媒体導出部から熱媒体を導出させるように構成されたことを特徴とする太陽光集熱器。 - 前記熱媒体は、光吸収物質を含むことを特徴とする請求項3に記載の太陽光集熱器。
- 前記受光面に設けられた前記熱媒体の流下案内条および/または前記太陽光導入口に設けられた石英ガラス窓を備えることを特徴とする請求項3または請求項4に記載の太陽光集熱器。
- 前記集熱体は、外側に断熱部を備えることを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載の太陽光集熱器。
- 前記集熱体は、前記太陽光導入口に断熱遮断機構を備えることを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載の太陽光集熱器。
- 請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載の太陽光集熱器を備える太陽光エネルギ利用システム。
- 請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載の太陽光集熱器から導出される熱媒体が有する熱を利用して発電または産業プロセスの加熱を行なう太陽光エネルギ利用システム。
- 請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載の太陽光集熱器から導出される熱媒体の温度が日射量の変化によって変動せずに所定値を保持するように、前記熱媒体導入部からの熱媒体の導入量を調節する機構を備える太陽光集熱器。
- 複数の1次反射鏡によって集光点に向けて集光される太陽光を反射して集熱器に収束させる太陽光集光用反射装置であって、
複数の反射鏡セグメントからなる反射鏡群で構成され、各反射鏡セグメントは、前記集熱器に太陽光を収束させる反射面を有することを特徴とする太陽光集光用反射装置。 - 前記反射鏡群を構成する各反射鏡セグメントの反射面が、前記太陽光の集光点を共焦点とし、相異なる曲率半径を有する回転二次曲面に沿って配置されていることを特徴とする請求項11に記載の太陽光集光用反射装置。
- 前記反射鏡群が、前記集光点から前記集熱器に向かう方向に沿って配置されたn個(nは2以上の整数)の反射鏡セグメントで構成され、前記集光点F1に近い側からk番目の反射鏡セグメントSkの反射面が配置される回転二次曲面の曲率半径Rk(kは1<k≦n−1の整数)と、k+1番目の反射鏡セグメントSk+1の反射面が配置される回転二次曲面の曲率半径Rk+1とが、Rk<Rk+1となるように構成されていることを特徴とする請求項12に記載の太陽光集光用反射装置。
- 前記反射鏡セグメントの反射面が、前記回転二次曲面の一部で形成されていることを特徴とする請求項12または請求項13に記載の太陽光集光用反射装置。
- 前記反射鏡セグメントの反射面が、前記回転二次曲面の接平面で形成されていることを特徴とする請求項12または請求項13に記載の太陽光集光用反射装置。
- 前記反射鏡セグメントの反射面が、前記回転二次曲面の一部または接平面である複数の反射鏡ユニットの集合体で構成されていることを特徴とする請求項12または請求項13に記載の太陽光集光用反射装置。
- 前記回転二次曲面が、回転双曲面および回転楕円面から選ばれる少なくとも1種の曲面であることを特徴とする請求項14〜請求項16のいずれか1項に記載の太陽光集光用反射装置。
- 前記複数の反射鏡セグメントが、前記複数の1次反射鏡によって前記集光点に向けて集光される太陽光およびその反射光の光路上で重複しないように配置されていることを特徴とする請求項11〜請求項17のいずれか1項に記載の太陽光集光用反射装置。
- 前記反射鏡セグメントの反射面が、前記回転二次曲面に沿って、前記太陽光の集光点と前記集熱器の集光面の中心とを結ぶ中心線を軸中心とする環状に形成されていることを特徴とする請求項11〜請求項18のいずれか1項に記載の太陽光集光用反射装置。
- 請求項11〜請求項19のいずれか1項に記載の太陽光集光用反射装置を備えることを特徴とする太陽光エネルギ利用システム。
- 前記集熱器が、内面に太陽光を受光する受光面を有する集熱体と、
前記集熱体の一端に開口された太陽光導入口と、
前記集熱体に熱媒体を導入する熱媒体導入部と、
前記太陽光によって加熱された熱媒体を導出する熱媒体導出部とを備える太陽光集熱器であって、
前記集熱体は、前記太陽光導入口に向かって収束する湾曲状の受光面を有するように、前記熱媒体が内部を流通する熱媒体流通管を螺旋状に巻回して形成された太陽光集熱器であることを特徴とする請求項20に記載の太陽光エネルギ利用システム。 - 前記集熱器が、内面に太陽光を受光する受光面を有する集熱体と、
前記集熱体の一端に開口された太陽光導入口と、
前記集熱体の上部に設けられた熱媒体導入部と、
前記集熱体の底部に設けられ、前記太陽光導入口から導入された太陽光によって加熱された熱媒体を導出する熱媒体導出部とを備える太陽光集熱器であって、
前記集熱体は、前記熱媒体導入部から前記受光面の表面に沿って熱媒体を液膜流下させて前記熱媒体導出部から熱媒体を導出させるように構成された太陽光集熱器であることを特徴とする請求項20に記載の太陽光エネルギ利用システム。 - 複数のヘリオスタット群を備え、各ヘリオスタット群は、そのヘリオスタット群を構成する複数のヘリオスタットによって、それぞれ太陽光の集光点を1つ形成する太陽光集光システムであって、
一の集光点Faに太陽光を集光させるヘリオスタット群Aを構成する複数のヘリオスタットAn(nは2以上の整数)の間の太陽光が照射されている場所に、他の集光点Fbに太陽光を集光させるヘリオスタット群Bを構成する複数のヘリオスタットBm(mは2以上の整数)を配置し、ヘリオスタットAnによる反射光の光路と、ヘリオスタットBmによる反射光の光路とが、各ヘリオスタットが属するヘリオスタット群の集光点に向けて形成されるようにヘリオスタットAnおよびヘリオスタットBmが配置されていることを特徴とする太陽光集光システム。 - 前記ヘリオスタットAnと、前記ヘリオスタットBmとが、同一または異なる形態を有することを特徴とする請求項23に記載の太陽光集光システム。
- 北半球では前記一の集光点Faの北側に、南半球では前記一の集光点Faの南側に、前記他の集光点Fbが形成されるように、前記ヘリオスタット群Aと前記ヘリオスタット群Bとが配置されていることを特徴とする請求項23または請求項24に記載の太陽光集光システム。
- 前記ヘリオスタット群Aが複数の第1のヘリオスタットより構成され、前記ヘリオスタット群Bが、複数の第2のヘリオスタットより構成され、前記ヘリオスタット群Bによる集光点Fbは、集光システムが設置される地域が北半球に位置するか、または南半球に位置するかに応じて、前記ヘリオスタット群Aによって形成される集光点Faの北側または南側に形成され、
前記第1のヘリオスタットは、反射鏡面が太陽と前記集光点Faに対面する方向に配向されるように配置され、
前記第2のヘリオスタットは、反射鏡面が太陽と前記集光点Fbに対面する方向に配向されるように、前記ヘリオスタット群Aを構成する複数の第1のヘリオスタットAn(nは2以上の整数)の間の太陽光が照射されている場所に、前記第1のヘリオスタットよりも地面に近接した位置に配置されていることを特徴とする請求項23〜請求項25のいずれか1項に記載の太陽光集光システム。 - 前記第2のヘリオスタットが、前記太陽を追尾して日中の時刻または季節に応じて、反射鏡面に最大の太陽光を受光できるように、配置位置を移動可能および反射鏡面を可動自在に構成されていることを特徴とする請求項26に記載の太陽光集光システム。
- 前記ヘリオスタット群Aと、前記ヘリオスタット群Bとが、南北方向に沿って交互に配列され、隣接するヘリオスタット群Bh1(h1は1以上の整数)とヘリオスタット群Ak1(k1は2以上の整数)とが、1つの集光点を形成することを特徴とする請求項27に記載の太陽光集光システム。
- 3つのヘリオスタット群からなるユニットを含み、前記ユニットを構成するヘリオスタット群によって形成される3つの集光点が、底辺が東西方向に配向された三角形の頂点上に位置するように、各ヘリオスタット群を配列したことを特徴とする請求項23〜請求項27のいずれか1項に記載の太陽光集光システム。
- 前記三角形が、底辺が東西方向に配向され、残る頂点が北半球では前記底辺の北側に配置され、南半球では前記底辺の南側に配置された二等辺三角形であることを特徴とする請求項29に記載の太陽光集光システム。
- 前記ユニットを東西方向および南北方向に三角格子状に配列したことを特徴とする請求項7または請求項30に記載の太陽光集光システム。
- 請求項23〜請求項31のいずれか1項に記載の太陽光集光システムにおける複数のヘリオスタット群によって形成される各集光点に集熱器を配置して、集光される太陽光のエネルギを回収することを特徴とする太陽光エネルギ利用システム。
- 請求項23〜請求項31のいずれか1項に記載の太陽光集光システムにおける複数のヘリオスタット群によって形成される各集光点に、回転二次曲面状の反射面を有する反射鏡を配置して、前記反射鏡の下部に配置した集熱器に太陽光を集光させ、集光される太陽光の熱エネルギを回収することを特徴とする太陽光エネルギ利用システム。
- 請求項23〜請求項31のいずれか1項に記載の太陽光集光システムによって集光される太陽光の熱エネルギーを、発電または産業プロセスに利用する太陽光エネルギ利用システム。
- 前記集熱器が、内面に太陽光を受光する受光面を有する集熱体と、
前記集熱体の一端に開口された太陽光導入口と、
前記集熱体に熱媒体を導入する熱媒体導入部と、
前記太陽光によって加熱された熱媒体を導出する熱媒体導出部とを備える太陽光集熱器であり、
前記集熱体は、前記太陽光導入口に向かって収束する湾曲状の受光面を有するように、前記熱媒体が内部を流通する熱媒体流通管を螺旋状に巻回して形成された太陽光集熱器であることを特徴とする請求項31〜請求項33のいずれか1項に記載の太陽光エネルギ利用システム。 - 前記集熱器が、内面に太陽光を受光する受光面を有する集熱体と、
前記集熱体の一端に開口された太陽光導入口と、
前記集熱体の上部に設けられた熱媒体導入部と、
前記集熱体の底部に設けられ、前記太陽光導入口から導入された太陽光によって加熱された熱媒体を導出する熱媒体導出部とを備える太陽光集熱器であり、
前記集熱体は、前記熱媒体導入部から前記受光面の表面に沿って熱媒体を液膜流下させて前記熱媒体導出部から熱媒体を導出させるように構成された太陽光集熱器であることを特徴とする請求項31〜請求項33のいずれか1項に記載の太陽光エネルギ利用システム。 - 前記反射鏡が、複数の1次反射鏡によって集光点に向けて集光される太陽光を反射して集熱器に収束させる太陽光集光用反射装置であって、
複数の反射鏡セグメントからなる反射鏡群で構成され、各反射鏡セグメントは、前記集熱器に太陽光を収束させる反射面を有する太陽光集光用反射装置であることを特徴とする請求項31〜請求項32のいずれか1項に記載の太陽光エネルギ利用システム。 - 前記集熱器が、内面に太陽光を受光する受光面を有する集熱体と、
前記集熱体の一端に開口された太陽光導入口と、
前記集熱体に熱媒体を導入する熱媒体導入部と、
前記太陽光によって加熱された熱媒体を導出する熱媒体導出部とを備える太陽光集熱器であって、
前記集熱体は、前記太陽光導入口に向かって収束する湾曲状の受光面を有するように、前記熱媒体が内部を流通する熱媒体流通管を螺旋状に巻回して形成された太陽光集熱器であり、
前記反射鏡が、複数の1次反射鏡によって集光点に向けて集光される太陽光を反射して集熱器に収束させる太陽光集光用反射装置であって、
複数の反射鏡セグメントからなる反射鏡群で構成され、各反射鏡セグメントは、前記集熱器に太陽光を収束させる反射面を有する太陽光集光用反射装置であることを特徴とする請求項31〜請求項33のいずれか1項に記載の太陽光エネルギ利用システム。 - 前記集熱器が、内面に太陽光を受光する受光面を有する集熱体と、
前記集熱体の一端に開口された太陽光導入口と、
前記集熱体の上部に設けられた熱媒体導入部と、
前記集熱体の底部に設けられ、前記太陽光導入口から導入された太陽光によって加熱された熱媒体を導出する熱媒体導出部とを備える太陽光集熱器であって、
前記集熱体は、前記熱媒体導入部から前記受光面の表面に沿って熱媒体を液膜流下させて前記熱媒体導出部から熱媒体を導出させるように構成された太陽光集熱器であり、
前記反射鏡が、複数の1次反射鏡によって集光点に向けて集光される太陽光を反射して集熱器に収束させる太陽光集光用反射装置であって、
複数の反射鏡セグメントからなる反射鏡群で構成され、各反射鏡セグメントは、前記集熱器に太陽光を収束させる反射面を有する太陽光集光用反射装置であることを特徴とする請求項31〜請求項33のいずれか1項に記載の太陽光エネルギ利用システム。
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