JPWO2010119945A1 - 太陽光集光システム - Google Patents

Abstract

レシーバー３の外側がハウジング５にて覆われており、レシーバー３が外気に曝されず、風との接触により熱が奪われることがないため、熱効率の向上を図ることができる。レシーバー３は外側がハウジング５で覆われていても、下側に開口４があるため、ヘリオスタット２で反射された太陽光Ｌを開口４からレシーバー３の内部に導入し、レシーバー３の内面で太陽光を確実に受光することができる。

Description

本発明は、太陽光集光システムに関するものである。

地上に立てたタワーの頂部にレシーバーを設け、タワー周辺の地上に太陽を追尾する複数のヘリオスタットを設けた太陽光集光システムが知られている。ヘリオスタットは太陽を追尾しながら、太陽光をレシーバーに向けて反射するもので、複数のヘリオスタットから反射された太陽光がレシーバーに集光するため、レシーバーは高温になる。レシーバーの内部には加熱流体（例えば溶融塩）が流れる通路があり、加熱流体はレシーバー内部を通過することにより高温になる。従って、高温になった加熱流体を熱の必要な場所（例えば蒸気発生装置）に循環させることにより、加熱流体を介してレシーバーの熱を運ぶことができる。例えば、関連する特許文献として米国特許第４２２７５１３号がある。

しかしながら、このような従来の技術にあっては、レシーバーが高い位置で外気に曝されているため、風によってレシーバーの熱が多く奪われてしまう。また、高温になったレシーバーからは輻射熱としても熱が放射されてしまう。そのため、熱効率の低下を招いていた。

本発明は、このような従来の技術に着目してなされたものであり、熱効率の向上を図ることができる太陽光集光システムを提供するものである。

課題を解決するための手段
本発明の技術的側面によれば、太陽光集光システムは、所定の高さに設置されるレシーバーと、レシーバーの周辺の地上に設置されて太陽光をレシーバーへ向けて反射させるヘリオスタットとから成る太陽光集光システムであって、前記レシーバーが下側に太陽光導入用の開口を有する逆さ容器形状で、該レシーバーの外側にレシーバーの開口以外の部分を取り囲み且つレシーバーとの間に加熱流体用の空間を形成するハウジングを設けたことを特徴とする。

本発明の第１実施形態に係る太陽光集光システムを示す全体斜視図。 太陽光集光システムを示す断面図。 レシーバーを示す断面図。 本発明の第２実施形態に係るレシーバーを示す断面図。 本発明の第３実施形態に係るレシーバーを示す断面図。

第１実施例
図１〜図３は、本発明の第１実施形態を示す図である。この実施形態に係る太陽光集光システムの中心には、所定高さ（約１０ｍ）を有する４本の支柱１が立設されている。支柱１の周囲には、太陽Ｔを追尾しながら、太陽光Ｌを一点のターゲットＰへ向けて反射するヘリオスタット２が複数設置されている。

４本の支柱１の頂部にはレシーバー３が支持されている。レシーバー３は、下側に開口４を有し所定の内部空間を画成する逆さ容器形状（逆さ壺形状）をしている。レシーバー３は全体が黒色炭素材料製で、内表面は炭化珪素膜（ＳｉＣ）にて覆われている。従って、レシーバー３の内表面の色は黒色で、太陽光Ｌの吸収率が極めて高い。レシーバー３の開口４の略中央付近に、前記ヘリオスタット２の仮想ターゲットＰが位置している。

レシーバー３の周囲には、上面を有する円筒形状のハウジング５が形成されている。ハウジング５は金属製で、内表面には塗装によりミラーコーティング６が形成されている。ハウジング５とレシーバー３は下部が接続されており、両者間には加熱流体としての空気Ａを通過させる空間Ｓが画成されている。

ハウジング５の上面中央には筒状の排煙孔７が形成されている。この排煙孔７の下端はレシーバー３の頂部を貫通し、レシーバー３の内部とハウジング５の外部空間とを連通させている。この排煙孔７の径は小さく、レシーバー３の内部に生じた煙を少しずつ外部へ排出可能だが、レシーバー３の内部の空気を大量に外部へ排出する程度のものではない。

ハウジング５の側面の下部には空気Ａの入口８が形成され、対向位置の上部には出口９が形成されている。

以上のような構造をしたレシーバー３の内部にヘリオスタット２で反射された太陽光Ｌが開口４から導入される。太陽光ＬはターゲットＰにいったん集光した後に、拡散した状態でレシーバー３の内表面に当たる。レシーバー３の内表面は黒色で太陽光Ｌの吸収率が高いため、レシーバー３は高温になる。またレシーバー３が高温になっても、レシーバー３が内表面を炭化珪素膜で被覆した固体の炭素材料製であるため、耐熱性に優れ、レシーバー３が熱により破損することはない。

レシーバー３の内表面で一部反射される太陽光Ｌもあるが、レシーバー３の開口４の径が内部空間の径よりも小さく、内表面の各入射位置から開口４を望む立体角が小さいため開口４から外部へ放出されにくい。そのため、レシーバー３の内表面で散乱された成分の多くはさらに内部空間の奥に向かい内表面に当たって吸収される。レシーバー３の内部が高温になることにより、内部に煙が生じることがあるが、排煙孔７から外部へ排出することができるため、レシーバー３の内部には、太陽光Ｌを遮る煙が存在せず、太陽光Ｌはレシーバー３の内表面へ確実に到達する。

太陽光Ｌを吸収して高温になったレシーバー３の外側には空間Ｓが存在し、そこに熱媒体としての空気Ａが流されるため、空気Ａはレシーバー３の外表面と接触して加熱された空気Ａとなり、出口９から熱が必要な場所へ循環される。

この実施形態によれば、レシーバー３の外側がハウジング５にて覆われており、レシーバー３が外気に曝されず、風との接触により熱が奪われることがないため、熱効率の向上を図ることができる。

レシーバー３は外側がハウジング５で覆われていても、下側に開口４があるため、ヘリオスタット２で反射された太陽光Ｌを開口４からレシーバー３の内部に導入し、レシーバー３の内表面で太陽光を確実に吸収することができる。

レシーバー３が下側に開口４を有する逆さ容器形状のため、レシーバー３の内部で加熱された空気Ａはレシーバー３の内部で滞留し、レシーバー３の高温を維持する働きをする。つまり、加熱された空気Ａは上昇しようとするため、上側に開口４を有する逆向きの形状にすると、レシーバー３内の加熱された空気Ａが上昇気流となって逃げ、その代わりに、冷たい空気Ａがレシーバー３内に入り込むため、レシーバー３を冷やすこととなり、熱効率の低下を招くところであるが、本実施形態では、そのようなことはない。

また、ハウジング５の内面にミラーコーティング６による反射面を形成したため、高温になったレシーバー３からの輻射熱を再度レシーバー３側へ反射して、レシーバー３からの熱の放射を防止することができる。

尚、以上の実施形態では、レシーバー３の内表面のみを炭化珪素膜（ＳｉＣ）で形成する例を示したが、レシーバー３全体を炭化珪素膜（ＳｉＣ）製にしても良い。

また、空間Ｓ内における空気Ａとの接触面積を増やすために、レシーバー３の外表面を凹凸形状にしても良い。

第２実施形態
図４は、本発明の第２実施形態を示す図である。本実施形態は、前記第１実施形態と同様の構成要素を備えている。よって、同様の構成要素については共通の符号を付すとともに、重複する説明を省略する。

この実施形態では、レシーバー１０の形状を、ハウジング５と同様に上面を有する円筒形状にしたものである。レシーバー１０が上面を有する円筒形状のため、レシーバー１０の成形が容易である。開口１１の径が先の実施形態よりも大きくなるため、反射により外部へ飛び出す太陽光Ｌの成分は若干増えるが、開口１１が大きくなった分、ヘリオスタットからの太陽光Ｌの集光精度が低下しても、開口１１内に取り込むことが可能となる。尚、レシーバー１０の円筒形状の高さを大きくすることによって内表面の入射位置から開口１１を望む立体角が小さくなるので、内表面で散乱された太陽光Ｌがさらに内部空間の奥に向かい、太陽光Ｌの吸収効率が向上する。

第３実施形態
図５は、本発明の第３実施形態を示す図である。本実施形態は、前記実施形態と同様の構成要素を備えている。よって、同様の構成要素については共通の符号を付すとともに、重複する説明を省略する。

この実施形態では、レシーバー１２をハウジング１３と一体的に形成した例を示す。ハウジング１３は、上側部材１４と下側部材１５に分割されており、互いに周辺のフランジ１４ｆ、１５ｆにて溶接されている。レシーバー１２は前記第１実施形態と同様に開口１６が狭いタイプの逆さ容器形状で、下側部材１５の底面から同じ材料により連続した状態で一体的に成形されている。排煙孔７は上側部材１４から形成され、レシーバー１２の上部に貫通した状態で溶接されている。

この実施形態では、加熱流体として水Ｗを流す。水Ｗを入口８から入れて空間Ｓ内を通過させる間に、水Ｗはレシーバー１２と接して加温され、熱水Ｗとなって出口９から取り出される。

この実施形態では、レシーバー１２をハウジング１３の一部から一体形成するため、両者間に隙間が発生せず、加熱流体として水Ｗのような液体を流す場合に好適である。

この実施形態では、加熱流体として水Ｗを例にしたがオイルなどの液体でも良い。またレシーバー１２の内表面に耐熱性を有する黒色塗装を施しても良い。

発明の効果
本発明によれば、レシーバーの外側がハウジングにて覆われており、レシーバーが外気に曝されず、風との接触により熱が奪われることがないため、熱効率の向上を図ることができる。レシーバーは外側がハウジングで覆われていても、下側に開口があるため、ヘリオスタットで反射された太陽光を開口からレシーバーの内部に導入し、レシーバーの内表面で太陽光を確実に受光することができる。レシーバーとハウジングとの間には加熱流体の空間が形成されているため、その空間に加熱流体を導入すれば、加熱流体はレシーバーの外面に接して加熱される。更に、レシーバーが下側に開口を有する逆さ容器形状のため、レシーバーの内部で加熱された空気はレシーバーの内部で滞留し、レシーバーの高温を維持する働きをする。

本発明の他の側面によれば、レシーバーの開口の径が内部の径よりも小さく立体角が小さいため、レシーバー内に導入された太陽光がレシーバーの内表面で反射されても、開口から外部へ向かう成分は少ない。

また、レシーバーが固体の炭化珪素製又は全面を炭化珪素膜で被覆した固体の炭素材料製であるため、レシーバーの内表面が炭化珪素膜の黒色となり、太陽光の吸収率が高い。また、レシーバーは少なくとも表面が炭化珪素膜で形成されているため、耐熱性にも優れる。

さらに、ハウジングの内表面にミラーコーティングを形成したため、加熱流体が空気等の透明な気体の場合は、高温になったレシーバーからの輻射熱を再度レシーバー側へ反射して、レシーバーからの熱の放射を防止することができる。

更に、レシーバーをハウジングの一部から一体形成するため、両者間に隙間が発生せず、加熱流体として液体を流す場合に好適である。

（米国指定）
本国際特許出願は米国指定に関し、２００９年４月１６日に出願された日本国特許出願第２００９−９９９８０号（２００９年４月１６日出願）について米国特許法第１１９条（ａ）に基づく優先権の利益を援用し、当該開示内容を引用する。

Claims (5)

1. 所定の高さに設置されるレシーバーと、レシーバーの周辺の地上に設置されて太陽光をレシーバーへ向けて反射させるヘリオスタットとから成る太陽光集光システムであって、
   前記レシーバーが下側に太陽光導入用の開口を有する逆さ容器形状で、
   前記レシーバーの外側にレシーバーの開口以外の部分を取り囲み且つ前記レシーバーとの間に加熱流体用の空間を画成するハウジングを設けたことを特徴とする太陽光集光システム。
2. 前記レシーバーの開口の径が内部の径よりも小さいことを特徴とする請求項１記載の太陽光集光システム。
3. 前記レシーバーが、固体の炭化珪素製又は全面を炭化珪素膜で被覆した固体の炭素材料製であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の太陽光集光システム。
4. 前記ハウジングの内面にミラーコーティングを形成したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の太陽光集光システム。
5. 前記レシーバーがハウジングからハウジングと同じ材料により連続した状態で一体形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の太陽光集光システム。

Images