JPWO2017002252A1 - 太陽熱収集装置 - Google Patents
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Abstract
Description
この太陽熱を利用した発電プラントでは、太陽熱を太陽熱収集装置で集め、この集めた熱を、熱媒を介して熱交換器に送り、この送った熱により水を蒸気に変化させ、この蒸気によりタービンを駆動させて発電を行うようになっている。太陽熱収集装置は、例えば、断面が凹状で水平方向に同形状で延在する集光(集熱)用の反射鏡(集光鏡)と、この反射鏡による集光位置に配置されて内部に熱媒が流れる(循環する)集熱管(受熱管:レシーバチューブ)とを有する集熱ユニットを備えるとともに、複数の集熱管を繋ぐための配管が設けられている。また、集熱管は、太陽の高度(仰角)の経時変化に対応して反射鏡とともに移動する。また、集熱管は、日中と夜間や、作動時とメンテナンス時の温度差により比較的大きく伸縮する。したがって、熱媒流路の固定された配管と、集熱管との間をフレキシブル管で接続することが考えられる。
熱媒を合成オイルから溶融塩に変更することで以下のような利点がある。
まず、従来型より高温のスチームを供給することができ、これによって、発電効率の上昇と発電コストの削減が期待できる。また、従来型と比べ、溶融塩を熱媒として使用したシステムでは蓄熱装置のタンクの容量をより小さくすることができる。さらに、合成オイルを熱媒に用いた従来型は、蓄熱媒体として溶融塩を使用しているため、合成オイルと溶融塩の熱交換が必要であったが、全システムを溶融塩のみで動かすことにより熱交換器が不要となり、プラントをよりシンプルに構成することができるようになる。
しかし、太陽熱収集装置において、熱媒流路の多くの部分を占める集熱管は、外周部に真空断熱部を備えるので電熱線を配置することが困難である。また、電熱線が集光された太陽光の受光の邪魔になる虞がある。さらに、集熱管が上述のように移動するので、電熱線に電力を供給する構造が煩雑になる虞がある。また、フレキシブル管は、上述のように太陽の高度の変化に対応する移動や温度変化による集熱管の長さの変化に応じて変形するので、電熱線を取り付けることが難しい。したがって、太陽熱収集装置の熱媒流路を加熱することが難しく、熱媒流路を加熱するために大きなコストがかかる虞がある。
前記熱媒流路は、前記集光手段の集光位置に配置される集熱管を含む複数種の導電性の管が直列に接続されることにより構成され、
直列に接続された複数種の前記管に前記熱媒流路に沿って直列に電気を流すことにより、前記熱媒流路の前記管を発熱させる加熱手段が設けられ、
かつ、複数種の前記管のうちの少なくとも1つの前記管に当該管に対して電流が並列に流れるバイパス電路が設けられていることを特徴とする。
2つの前記所定部分のそれぞれに前記集熱管が配置されるとともに、一方の前記所定部分の前記集熱管と、他方の前記所定部分の前記集熱管とが互いに略平行に隣り合って配置され、
前記熱媒流路の2つの前記所定部分を配線で繋ぐことにより、互いに略平行に配置される2つの前記集熱管を含む回路が構成され、前記加熱手段は前記回路に電流を流すことが好ましい。
図1は、本実施の形態の太陽熱収集装置1を備える太陽熱収集システムの概略構成を示すものである。図1に示す太陽熱収集システムは、複数の太陽熱収集装置1を備えている。なお、図1では太陽熱収集装置1を2つ記載しているが、実際には太陽熱収集装置1は多数(例えば100台以上)設けられている。なお、太陽熱収集システムで収集された太陽熱は、熱媒を介して発電システムに送られて発電が行われる。これら太陽熱収集システムと発電システムとから太陽熱発電プラントが構成される。
また、図1において、小さな直角三角形で示すものは勾配記号であり、この勾配記号にしたがって、熱媒流路2および後述する傾斜配管5が水平面に対して傾斜している。
傾斜配管5には2つのタンク6,7が接続されている。タンク6,7はそれぞれ熱媒を貯留するものであり、タンク6は太陽熱収集装置1によって加熱される前の熱媒を貯留し、タンク7は太陽熱収集装置1によって加熱された後の熱媒を貯留するようになっている。したがって、以下ではタンク6をコールド側タンク6と称し、タンク7をホット側タンク7と称する。
図2および図3に示すように、集熱ユニット3aは、太陽光を集熱管2aに集光する集光鏡3と、集光された太陽光を受光することにより内部を流れる熱媒を加熱する当該集熱管2aと、集光鏡3を補強する補強部材3bと、前記補強部材3bに接続されて集光鏡3の集光位置に集熱管2aを支持する管支持部材3cと、集光鏡3を支持する脚部材3dと、脚部材3dに回転自在に支持されるとともに、補強部材3bに固定される回転筒3eとを備える。
また、回路図で直列に並んだ各抵抗(集熱管2a、配管2b、フレキシブル管2e、閉回路用ケーブル2g、電源接続ケーブル2h)には、同じ電流が流れることになるので、各抵抗としての集熱管2a、配管2b、フレキシブル管2e、閉回路用ケーブル2g、電源接続ケーブル2hは、それぞれの抵抗値に比例した発熱量となる。図4に示すように、それぞれの抵抗の抵抗値は、集熱管2aがRt、配管2bがRp、フレキシブル管2eがRfp、電源接続ケーブル2hがRcとなり、これに電流値の2乗と時間を乗算することで発熱量が算出される。したがって、熱媒流路2を構成する各部材の実際の抵抗値が分かれば、発熱量が分かることになるが、各部材の温度は、発熱量と放熱量とに基づいて決まるので、例えば、実験またはシミュレーションにより、各部材の発熱量や放熱量を求めたり、電流を流した場合の各部材の温度を求めたりする必要がある。
2 熱媒流路
2a 集熱管
2b 配管
2c フレキシブル管
2d フレキシブル管
2e フレキシブル管
2f バイパスケーブル(バイパス電路)
3 集光鏡(集光手段)
30 電源(加熱手段)
Claims (7)
- 太陽熱を集光する集光手段の集光位置に熱媒を流す熱媒流路を備える太陽熱収集装置であって、
前記熱媒流路は、前記集光手段の集光位置に配置される集熱管を含む複数種の導電性の管が直列に接続されることにより構成され、
直列に接続された複数種の前記管に前記熱媒流路に沿って直列に電気を流すことにより、前記熱媒流路の前記管を発熱させる加熱手段が設けられ、
かつ、複数種の前記管のうちの少なくとも1つの前記管に当該管に対して電流が並列に流れるバイパス電路が設けられていることを特徴とする太陽熱収集装置。 - 前記熱媒が溶融塩であることを特徴とする請求項1に記載の太陽熱収集装置。
- 前記管には、太陽高度に対応して移動する前記集熱管と、固定の配管と、前記集熱管と前記配管とを繋ぐフレキシブル管とが含まれることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の太陽熱収集装置。
- 前記配管に前記バイパス電路が設けられていることを特徴とする請求項3に記載の太陽熱収集装置。
- 前記バイパス電路において電流が流れる導電体の材質と、断面積と、長さとのうちの少なくとも1つを調整することにより、前記バイパス電路の抵抗値が調整されていることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の太陽熱収集装置。
- 前記熱媒流路に熱媒を導入する場合および前記熱媒流路から熱媒を排出する場合に、前記加熱手段は、前記管に電流を流して、前記熱媒流路を加熱することを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の太陽熱収集装置。
- 前記熱媒流路は、2つの所定部分が互いに略平行に配置され、
2つの前記所定部分のそれぞれに前記集熱管が配置されるとともに、一方の前記所定部分の前記集熱管と、他方の前記所定部分の前記集熱管とが互いに略平行に隣り合って配置され、
前記熱媒流路の2つの前記所定部分を配線で繋ぐことにより、互いに略平行に配置される2つの前記集熱管を含む回路が構成され、前記加熱手段は前記回路に電流を流すことを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の太陽熱収集装置。
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