WO2010100992A1 - 太陽熱受熱器および太陽熱発電設備 - Google Patents

太陽熱受熱器および太陽熱発電設備 Download PDF

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WO2010100992A1
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heat
sunlight
solar
coating layer
flow path
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PCT/JP2010/051577
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正田　淳一郎
羽田　哲
高善 飯島
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三菱重工業株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a solar heat receiver and a solar power generation facility.
  • Patent Documents 3 and 4 Since a solar heat receiver that absorbs solar heat into a fluid needs to efficiently absorb heat from sunlight into the fluid, various configurations have been proposed (see, for example, Patent Documents 3 and 4).
  • Patent Document 3 and Patent Document 4 described above in order to improve the solar heat absorption efficiency, a layer made of a highly endothermic material is disposed in a region irradiated with sunlight.
  • a solar heat receiver is also known in which porous ceramics are disposed in a quartz glass tube and air is allowed to pass through the porous ceramics.
  • the heat of sunlight is absorbed by the porous ceramics.
  • transmits porous ceramics the heat
  • the thermal shock resistance of the porous ceramics is low, so that the solar heat receiver is easily damaged and the cost is high. Furthermore, in the case of a solar heat receiver made of porous ceramics or the like, there is a problem that the manufacturing cost is increased.
  • the present invention was made in order to solve the above-mentioned problems, and while improving the power generation efficiency in solar thermal power generation and reducing the manufacturing cost, sunlight was intermittently blocked by clouds or the like.
  • An object of the present invention is to provide a solar heat receiver that enhances the resistance to thermal shock caused by the above and the like, and eliminates oxidative thinning of the heat receiver, and a solar power generation facility using the solar heat receiver.
  • a first aspect of the present invention is a solar heat receiver that heats a fluid by receiving sunlight, and at least a metallic heat receiving portion constituting a flow path through which the fluid flows, and at least the heat receiving portion in the heat receiving portion It is a solar heat receiver provided with the coating layer which is arrange
  • the coating layer by arranging the coating layer, the temperature difference between the surface irradiated with sunlight and the surface in contact with the fluid, in other words, the heat drop can be increased. . Therefore, the fluid can be efficiently heated to a high temperature.
  • the coating layer having a higher heat resistant temperature compared to other members such as metal is provided, the surface irradiated with sunlight can be heated to a higher temperature.
  • the above-described temperature difference is increased, the heat flux density from the surface irradiated with sunlight to the surface in contact with the fluid is increased, and the fluid can be efficiently heated to a high temperature.
  • a heat receiving part can be comprised using the metal with high tolerance with respect to a thermal shock compared with porous ceramics etc., for example, a heat-resistant alloy.
  • the surface of the coating layer has the highest temperature because it is irradiated with sunlight, and from there, the temperature decreases in the order of the contact surface between the coating layer and the heat receiving portion and the contact surface between the heat receiving portion and the fluid. Therefore, in the case where no coating layer is provided, the temperature of the heat receiving part can be lowered compared to when the temperature of the surface irradiated with sunlight is the same, and the heat resistance required for the members constituting the heat receiving part Sex can be suppressed.
  • M, Cr, Al, and Y metal bonds that are superior in high-temperature oxidation resistance and structure stability over the heat-resistant alloy base material mainly composed of Ni, Co, or Fe.
  • a layer (M: Ni, Co, Fe) is formed, and a thermal barrier coating (hereinafter referred to as “TBC”) or the like is formed on the metal bonding layer by a thermal spraying method or a vapor deposition method.
  • TBC thermal barrier coating
  • a coating layer having a high thermal barrier property is provided.
  • the coating layer is preferably made of ceramics sprayed on the heat receiving portion.
  • the ceramic is a ZrO 2 ceramic that is stabilized or partially stabilized by dissolving at least one of Sm 2 O 3 , MgO, CaO, and Y 2 O 3. desirable.
  • the ceramic is a ZrO 2 based ceramic in which Y 2 O 3 is solid-solved and partially stabilized.
  • the coating layer which has high heat resistance can be formed. Furthermore, compared with the coating layer formed from another material, the temperature difference between the surface irradiated with sunlight in the coating layer and the surface in contact with the fluid in the heat receiving portion can be increased.
  • the heat receiving portion according to the first aspect is a heat receiving pipe having a flow path through which the fluid flows, and the outer circumference of the heat receiving pipe is connected to the first aspect. It is desirable that the coating layer is disposed, and that the heat receiving pipe has an incident portion that guides the sunlight to the inside, and is housed in a casing that reflects the sunlight on an inner peripheral surface.
  • the pipe surface temperature directly irradiated with sunlight is about 900 ° C.
  • the surface temperature of the pipe back side is about 600 ° C. become. If this temperature difference occurs every day, cracks are likely to occur in the pipe line due to thermal fatigue. Therefore, as shown in FIG. 7, a coating layer may be provided in a portion irradiated with sunlight.
  • the heat receiving part according to the first aspect is housed therein, a transparent casing that transmits the sunlight is provided, and at least a surface of the heat receiving part that faces the transparent casing
  • the coating layer according to the first aspect is disposed, and the flow path includes a first flow path through which the fluid flows between the heat receiving portion and the transparent housing, and the first flow with respect to the heat receiving portion. It is desirable to have a second flow path through which the fluid flows on the opposite side of the path, and the fluid flows through the first flow path and the second flow path.
  • casing is irradiated to a coating layer, and heats a coating layer.
  • the fluid flowing through the first flow path adjacent to the coating layer absorbs the heat of the coating layer and is heated.
  • the heat of the coating layer is transmitted to the heat receiving part, and heats the heat receiving part.
  • the fluid flowing through the second flow path adjacent to the heat receiving part is further heated by absorbing the heat of the heat receiving part. Therefore, the fluid can be efficiently heated.
  • the fluid can be heated more efficiently than when flowing in the reverse order. That is, when the fluid flows through the first flow path, it absorbs heat from the heated coating layer and is heated quickly, and then flows further through the second flow path at a lower temperature than the coating layer. Then, heat is absorbed from the heat receiving portion that is hotter than the fluid, and further heated.
  • the fluid can be efficiently heated by heating the fluid in two stages.
  • the solar heat receiver is compressed by the compressor, receiving a reflection part that reflects sunlight, a compressor that compresses the fluid, and sunlight reflected by the reflection part.
  • the solar heat receiver of any one of the solar heat receivers of the first aspect for heating a heated fluid, a turbine section for extracting a rotational driving force from the fluid heated by the solar heat receiver, and being rotated by the turbine section And a solar power generation facility provided with a generator.
  • the solar heat receiver of the first aspect since the solar heat receiver of the first aspect is provided, the power generation efficiency in the solar thermal power generation is improved, the manufacturing cost is reduced, and the thermal shock resistance is increased. be able to.
  • the arrangement of the coating layer having the heat shielding property improves the power generation efficiency in the solar thermal power generation and is manufactured. There is an effect that the cost can be reduced and the thermal shock resistance can be increased.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating the configuration of the pipe line in FIG. 3. It is a schematic diagram explaining the structure of the heat receiver in the solar thermal power generation equipment of the 2nd Embodiment of this invention.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view for explaining another example of the heat receiver of FIG. 5.
  • FIG. 5 is a sectional view for explaining one embodiment of FIG. 4.
  • FIGS. 1-10 A culture treatment apparatus and an automatic culture apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
  • FIG. 1 is a mimetic diagram explaining the outline of the solar thermal power generation equipment concerning this embodiment.
  • the solar thermal power generation facility 1 is a facility that converts the energy of sunlight into heat (solar heat) and generates power using the heat.
  • description will be made by applying to a solar thermal power generation facility 1 of a so-called solar thermal gas turbine in which a configuration for driving a generator 5 using a gas turbine and a configuration for generating power using solar heat are combined.
  • the format of a solar thermal gas turbine may be sufficient as mentioned above, and the other format using a steam turbine etc. may be sufficient, and it does not specifically limit. .
  • the solar thermal power generation facility 1 is provided with a tower T, a reflecting mirror (reflecting part) H, and a power generating part 2.
  • the tower T is a tower extending upward from the ground G, and the sunlight reflected by the reflecting mirror H is collected.
  • a heat receiver 7 of the power generation unit 2 to be described later is disposed at a portion where sunlight is collected in the tower T, for example, at a tip portion of the tower T.
  • FIG. 1 a configuration in which all of the power generation unit 2 is arranged in the tower T is described, but the heat receiver 7 in the power generation unit 2 is arranged in at least a portion where sunlight is collected in the tower T.
  • the heat receiver 7 in the power generation unit 2 is arranged in at least a portion where sunlight is collected in the tower T.
  • the reflecting mirrors H are mirrors arranged at a plurality of locations around the tower T, and reflect the sunlight toward the tower T and concentrate the sunlight on the heat receiver 7.
  • a heliostat that controls the direction of the plane mirror in accordance with the movement of the sun and reflects sunlight toward a predetermined position can be used, and is not particularly limited.
  • FIG. 2 is a schematic diagram illustrating the configuration of the power generation unit in FIG. 1.
  • the power generation unit 2 generates power using the energy of sunlight reflected by the reflecting mirror H.
  • the power generation unit 2 is provided with a compressor 3, a turbine unit 4, a power generator 5, a heat exchanger 6, and a heat receiver (solar heat receiver) 7.
  • the compressor 3 constitutes a gas turbine together with the turbine unit 4, the heat receiver 7 and the like and is used for driving the generator 5, and compresses a fluid such as air. .
  • the compressor 3 is arrange
  • a pipe 10A and a pipe 10B through which compressed air flows are provided, respectively.
  • compressor 3 a well-known axial flow type compressor, a centrifugal compressor, etc. can be used, It does not specifically limit.
  • the turbine unit 4 receives supply of air heated by the heat receiver 7 and converts the thermal energy of the air into a rotational driving force.
  • the turbine unit 4 is arranged so that the rotational driving force is transmitted around the rotary shaft 8.
  • a pipe 10 ⁇ / b> C through which air discharged from the turbine unit 4 flows is provided between the turbine unit 4 and the heat exchanger 6.
  • a turbine part 4 a well-known thing can be used and it does not specifically limit.
  • the generator 5 is rotationally driven by a rotating shaft 8 to generate power.
  • the generator 5 a well-known thing can be used and it does not specifically limit.
  • the heat exchanger 6 further absorbs the heat of the air discharged from the turbine unit 4 into the air that has been compressed by the compressor 3 and whose temperature has increased.
  • a pipe 10 ⁇ / b> D through which compressed air heated by the heat exchanger 6 flows is provided between the heat exchanger 6 and the heat receiver 7.
  • the heat exchanger 6 a well-known thing can be used and it does not specifically limit.
  • FIG. 3 is a schematic diagram illustrating the configuration of the heat receiver in FIG. 2.
  • the heat receiver 7 is disposed at a position where sunlight in the tower T is collected, converts the energy of the irradiated sunlight into heat, and heats the air.
  • the heat receiver 7 is provided with a casing 71 and a heat receiving pipe (heat receiving portion) 72.
  • the casing 71 constitutes the outer shape of the heat receiver 7 and houses the heat receiving pipe 72 therein.
  • the casing 71 is provided with an incident portion 73 in a region where sunlight is irradiated.
  • the inner surface of the housing 71 is a mirror surface that reflects sunlight introduced from the incident portion 73.
  • a cube shape may be sufficient and another shape may be sufficient, and it does not specifically limit.
  • the incident portion 73 guides sunlight into the housing 71.
  • the incident portion 73 is a member that is disposed on a surface of the housing 71 that is irradiated with sunlight, and is formed in a substantially conical shape having a diameter that increases in the direction in which sunlight is irradiated from the housing 71.
  • the inner peripheral surface of the incident portion 73 formed in a substantially conical shape is a mirror surface that reflects sunlight.
  • connection part between the casing 71 and the incident part 73 is configured to transmit sunlight, and the sunlight irradiated to the inside of the incident part 73 is guided to the inside of the casing 71.
  • a structure of the incident part 73 a well-known structure can be used and it does not specifically limit.
  • the heat receiving pipe 72 converts the energy of sunlight into heat and heats the air.
  • the heat receiving pipes 72 are spirally arranged inside the casing 71, and the heat receiving pipes 72 arranged in a spiral are arranged at intervals.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view for explaining the configuration of the conduit of FIG.
  • the heat receiving pipe 72 includes a pipe main body (heat receiving portion) 74 in which a heat-resistant alloy is formed in a cylindrical shape, a coating layer 75 formed on the outer peripheral surface of the pipe main body 74, and the inside of the pipe main body 74. And a turbulator 76 disposed on the surface.
  • the tube main body 74 is formed by forming a heat-resistant alloy into a cylindrical shape, and air flows through the inside thereof.
  • a heat-resistant alloy for forming the tube main body 74 a known alloy can be used and is not particularly limited.
  • the coating layer 75 as shown in FIG. 4, there is provided on the outer peripheral surface of the pipe body 74, ZrO 2 (Y was partially stabilized by solid solution 20 wt% of Y 2 O 3 from 7 wt% This is a TBC formed by thermal spraying a 2 O 3 —ZrO 2 ) ceramic.
  • the ceramic forming the coating layer 75 may be a ZrO 2 based ceramic in which Y 2 O 3 is solid-solved and partially stabilized, or MgO, CaO, and Y 2 O. ZrO 2 ceramics may be stabilized by partially dissolving at least one of 3 or partially stabilized.
  • the absorption layer which absorbs the energy of sunlight can be improved, and the coating layer 75 which has high heat-shielding property can be formed. Furthermore, compared with the coating layer formed from other materials, the temperature difference between the surface of the coating layer 75 irradiated with sunlight and the surface of the tube body 74 that contacts the compressed air can be increased. Therefore, it is possible to reflect the sunlight from the reflecting mirror H to the incident portion 73 more than before, and the heat receiving portion 7 provided at the top of the tower T can be reduced in size and performance. it can.
  • the turbulator 76 is provided on the inner peripheral surface of the tube main body 74, and promotes heat exchange between the tube main body 74 and the air.
  • the turbulator 76 protrudes in the center direction from the inner peripheral surface of the tube main body 74, disturbs the air flow inside the tube main body 74, and increases the heat exchange area between the tube main body 74 and the air. It is to increase.
  • the configuration of the turbulator 76 may be a known configuration such as a configuration in which the inner peripheral surface of the tube main body 74 extends spirally, and is not particularly limited.
  • the outer surface of the tube is pressed from the outer surface of the tube. May be provided, or a spiral fin may be provided on the inner surface instead of the turbulator to increase the contact time of the fluid with the inner surface of the pipe body.
  • the solar light is incident on the reflecting mirror H disposed around the tower T, and is reflected by the reflecting mirror H toward the heat receiver 7 disposed in the tower T.
  • a well-known method can be used as a method of controlling the reflection direction of the sunlight in the reflecting mirror H and it does not specifically limit.
  • the reflected sunlight heats the air compressed in the compressor 3 in the heat receiver 7 as shown in FIG.
  • the heated air is supplied to the turbine unit 4 through the pipe 10E, and the turbine unit 4 converts the heat energy of the heated air into a rotational driving force.
  • the air discharged from the turbine section 4 flows into the heat exchanger 6 through the pipe 10C, is used for heating the air compressed by the compressor 3, and is then discharged to the outside.
  • the turbine unit 4 transmits the rotational driving force to the rotational shaft 8, and the rotational shaft 8 rotationally drives the generator 5 and the compressor 3.
  • the generator 5 generates power by being rotationally driven by the rotary shaft 8 and supplies electric power to the outside.
  • the compressor 3 driven to rotate by the rotating shaft 8 sucks air from the outside and compresses it.
  • the compressed air flows from the compressor 3 into the pipe 10A and the pipe 10B.
  • the compressed air that has flowed into the pipe 10A flows into the turbine section 4 together with the air that has flowed through the pipe 10E.
  • the compressed air that has flowed into the pipe 10 ⁇ / b> B is heated by the air discharged from the turbine unit 4 in the heat exchanger 6.
  • the heated compressed air flows into the heat receiver 7 through the pipe 10 ⁇ / b> D and is further heated in the heat receiver 7.
  • the outer peripheral surface which is the surface on which the sunlight is incident on the coating layer 75 is heated by the incident sunlight and becomes high temperature.
  • the heat on the outer peripheral surface of the coating layer 75 is transferred toward the center of the heat receiving pipe 72 according to the heat transfer coefficient of the coating layer 75 and the pipe body 74.
  • the heat transferred to the inner peripheral surface of the tube main body 74 is absorbed by the compressed air flowing inside the tube main body 74 and used for heating the compressed air. At this time, the flow of the compressed air is diffused by the turbulator 76 and the heat transfer area is expanded, so that the compressed air is heated with high efficiency as compared with the case without the turbulator 76.
  • a temperature difference that is, a so-called heat drop is formed between the outer peripheral surface of the coating layer 75 and the inner peripheral surface of the tube main body 74.
  • the coating layer 75 is made of TBC, it has a higher heat resistant temperature (for example, about 850 ° C. or more and about 1320 ° C. or less, more preferably about 1150 ° C. or more, about 1320 ° C. or lower) and has a heat shielding property, so that the heat drop becomes large.
  • the heat flux density transmitted from the outer peripheral surface of the coating layer 75 to the inner peripheral surface of the tube main body 74 is increased, and the compressed air flowing inside the tube main body 74 can be efficiently heated.
  • the coating layer 75 by arrange
  • the coating layer 75 having a higher heat resistant temperature compared to other members such as metal is provided, the surface irradiated with sunlight can be heated to a high temperature. As a result, it is possible to increase the above-mentioned temperature difference, increase the heat flux density from the surface irradiated with sunlight to the surface in contact with air, and efficiently heat the air to a high temperature.
  • the tube main body 74 can be configured using a heat-resistant alloy that has higher resistance to thermal shock than porous ceramics. As a result, compared to the case of using porous ceramics or the like, the thermal shock resistance in the heat receiver 7 of the solar thermal power generation facility 1 of the present embodiment can be increased, and the manufacturing cost can be reduced.
  • the surface of the coating layer 75 has the highest temperature because it is irradiated with sunlight. From there, the temperature of the contact surface between the coating layer 75 and the tube body 74 and the contact surface between the tube body 74 and the fluid are increased in this order. Becomes lower. Therefore, when the coating layer is not provided, the temperature of the pipe body 74 can be lowered compared to the case where the temperature of the surface irradiated with sunlight is the same, which is required for members constituting the pipe body 74. Heat resistance can be suppressed.
  • the sunlight guided to the inside of the casing 71 is reflected on the inner peripheral surface of the casing 71, the sunlight is irradiated to the heat receiving pipe 72 from all directions. Therefore, the air can be efficiently heated as compared with the case where the heat receiving pipe 72 is irradiated with sunlight only from a predetermined direction.
  • the heat receiving pipe 72 is irradiated with sunlight only from a predetermined direction.
  • generation of a temperature difference over the circumferential direction of the heat receiving pipe 72 can be suppressed, and damage to the heat receiving pipe 72 can be prevented. Can be suppressed.
  • FIG. 5 is a schematic diagram illustrating the configuration of the heat receiver in the solar thermal power generation facility of the present embodiment.
  • symbol is attached
  • the heat receiver 107 of the solar thermal power generation facility 101 is disposed at a position where sunlight in the tower T is collected, and converts the energy of the irradiated sunlight into heat. The air is heated (see FIG. 1).
  • the heat receiver 107 is provided with a transparent casing 171, an outer wall portion (heat receiving portion) 172, and an inner wall portion 173.
  • the transparent casing 171 is a cylindrical container having one end closed made of a transparent material that transmits sunlight such as quartz glass. Further, as shown in FIG. 5, the transparent casing 171 is a container that forms the outer shape of the heat receiver 107 and that houses the outer wall portion 172 and the inner wall portion 173 therein.
  • the outer wall portion 172 is a cylindrical container having one end closed and formed from a material having heat resistance such as a heat resistant alloy and resistance to thermal shock. Further, as shown in FIG. 5, the outer wall portion 172 forms a first flow path 174 with the transparent casing 171 and also forms a second flow path 175 with the inner wall section 173. It is.
  • a coating layer 75 is provided on the surface of the outer wall portion 172.
  • the coating layer 75 may be provided on the surface of the outer wall 172 facing the transparent housing 171 and the surface facing the inner wall 173, or the transparent housing It may be provided only on the surface facing 171 and is not particularly limited.
  • the first flow path 174 is a flow path through which the compressed air supplied by the pipe 10 ⁇ / b> D flows, and forms a compressed air flow path inside the heat receiver 107 together with the second flow path 175.
  • the first flow path 174 is connected to the second flow path 175 through a communication hole 176 formed in the outer wall portion 172 so that compressed air can flow.
  • the second flow path 175 is a flow path into which compressed air heated from the first flow path 174 flows, and forms a flow path of compressed air inside the heat receiver 107 together with the first flow path 174. .
  • the 2nd flow path 175 is connected so that the piping 10E and compressed air can distribute
  • the inner wall portion 173 is a cylindrical container having one end closed and made of a material having heat resistance such as a heat resistant alloy and resistance to thermal shock. Furthermore, as shown in FIG. 5, the inner wall portion 173 is disposed inside the outer wall portion 172, and forms a second flow path 175 between the inner wall portion 172 and the outer wall portion 172.
  • sunlight passes through the transparent housing 171 and is irradiated onto the coating layer 75 to heat the coating layer 75.
  • the compressed air supplied from the pipe 10 ⁇ / b> D flows into the first flow path 174 adjacent to the coating layer 75, absorbs the heat of the coating layer 75, and is heated.
  • the heat of the coating layer 75 is transferred to the outer wall 172 and heats the outer wall 172.
  • the compressed air is heated in the first flow path 174 and then flows into the second flow path 175 between the outer wall portion 172 and the inner wall portion 173. While the compressed air flows through the second flow path 175 adjacent to the outer wall portion 172, the compressed air is further heated by absorbing heat from the outer wall portion 172. The compressed air further heated in the second flow path 175 flows into the pipe 10 ⁇ / b> E and is guided to the turbine unit 4.
  • compressed air can be efficiently heated by flowing compressed air in order of the 1st flow path 174 and the 2nd flow path 175 compared with the case where it flows in the reverse order, for example. .
  • Compressed air absorbs heat from the heated coating layer 75 when flowing through the first flow path 174 and is heated quickly, and then further flows through the second flow path 175 at a temperature higher than that of the coating layer 75. However, it is further heated by absorbing heat from the outer wall 172 that is hotter than compressed air. In this way, the compressed air can be efficiently heated by heating the compressed air in two stages.
  • FIG. 6 is a sectional view for explaining another embodiment of the heat receiver of FIG.
  • the heat receiver 107 may be formed using a transparent container 171, an outer container 172, and an inner container 173 that are formed in a closed cylindrical shape.
  • the first flow path 174 and the second flow path 175 may be formed by forming the heat receiver 207 using the transparent container 271 formed in a cylindrical shape and the outer container 272. There is no particular limitation.

Abstract

太陽熱発電における発電効率の向上を図るとともに、製造コストの低減を図り、熱衝撃耐性を高めることができる太陽熱受熱器、および、太陽熱受熱器を用いた太陽熱発電設備を提供する。太陽光の照射を受けて流体を加熱する太陽熱受熱器であって、少なくとも流体が流れる流路を構成する金属性の受熱部（７２）と、少なくとも受熱部（７２）における太陽光が照射される領域の面に配置され、太陽光のエネルギを吸収するとともに耐熱性を有するコーティング層（７５）と、が設けられている。

Description

太陽熱受熱器および太陽熱発電設備
　本発明は、太陽熱受熱器および太陽熱発電設備に関する。
　従来、太陽熱を利用した種々の発電設備が提案されている。例えば、圧縮機により圧縮された流体に太陽熱を吸収させて加熱し、加熱された流体をタービン部に供給して回転駆動力を抽出し、発電機を回転駆動させる発電設備などが提案されている（例えば、特許文献１および２参照。）。
　流体に太陽熱を吸収させる太陽熱受熱器は、太陽光から熱を効率よく流体に吸収させる必要があることから、種々の構成が提案されている（例えば、特許文献３および４参照。）。
　上述の特許文献３や特許文献４では、太陽熱の吸収効率の向上を図るために、太陽光が照射される領域に吸熱性の高い材料からなる層が配置されている。
　例えば、石英ガラスのチューブ内に多孔質セラミックスを配置するとともに、多孔質セラミックスに空気を透過させる太陽熱受熱器も知られている。
　この太陽熱受熱器では、まず、太陽光の熱が多孔質セラミックスに吸収される。そして、空気が多孔質セラミックスを透過する際に、多孔質セラミックスの熱が空気に吸収され、空気が加熱されている。
国際公開第２００６／０２５４４９号パンフレット 米国特許第４２６８３１９号明細書 欧州特許出願公開第１７４６３６３号明細書 特許第３３３１５１８号公報
　ここで、太陽熱発電における発電効率の向上を図る場合には、太陽熱受熱器において流体をより効率よく高温に加熱することが必要となる。
　しかしながら、太陽熱の吸収効率の向上を図る方法のみでは、吸収効率に上限があることから、流体を加熱する効率の向上にも限界があり、さらなる発電効率の向上を図ることが難しいという問題があった。
　太陽熱受熱器を多孔質セラミックスなどから構成する場合、多孔質セラミックスの熱衝撃耐性が低いため、破損しやすくコストも高いという問題があった。
　さらに、多孔質セラミックスなどから構成された太陽熱受熱器の場合には、製造コストが高くなるという問題があった。
　本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、太陽熱発電における発電効率の向上を図るとともに、製造コストの低減を図り、雲などで太陽光が断続的に遮断されたこと等による熱衝撃の耐性を高めるとともに、受熱器の酸化減肉をなくした太陽熱受熱器、および、太陽熱受熱器を用いた太陽熱発電設備を提供することを目的とする。
　上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
　本発明の第１の態様は、太陽光の照射を受けて流体を加熱する太陽熱受熱器であって、少なくとも前記流体が流れる流路を構成する金属性の受熱部と、少なくとも該受熱部における前記太陽光が照射される領域の面に配置され、前記太陽光のエネルギを吸収するとともに耐熱性を有するコーティング層と、が設けられている太陽熱受熱器である。
　本発明の第１の態様によれば、コーティング層を配置したことにより、太陽光が照射される面と、流体が接触する面との間の温度差、言い換えると熱落差を大きくすることができる。そのため、流体を効率よく高温に加熱することができる。
　つまり、金属などの他の部材と比較して耐熱温度が高いコーティング層が設けられているため、太陽光が照射される面を高い温度まで加熱することができる。その結果、上述の温度差を大きくして、太陽光が照射される面から流体が接触する面への熱流束密度を増やし、流体を効率よく高温に加熱することができる。
　その一方で、コーティング層が設けられていない場合と比較して、受熱部を構成する部材に要求される耐熱性を抑制することができる。そのため、多孔質セラミックスなどと比較して熱衝撃に対する耐性が高い金属、例えば、耐熱合金を用いて受熱部を構成することができる。
　つまり、コーティング層の表面は、太陽光が照射されることから最も温度が高くなり、そこから、コーティング層と受熱部との接触面、受熱部と流体との接触面の順に温度が低くなる。そのため、コーティング層が設けられていない場合で、太陽光が照射される面の温度が同じときと比較して、受熱部の温度を下げることができ、受熱部を構成する部材に要求される耐熱性を抑制することができる。
　コーティング層としては、Ｎｉ，Ｃｏ又はＦｅのいずれかを主成分とする耐熱合金母材上に、当該母材よりも高温耐酸化性および組織安定性に優れたＭ，Ｃｒ，Ａｌ，Ｙ金属結合層（Ｍ：Ｎｉ，Ｃｏ，Ｆｅ）を形成し、この金属結合層の上に、溶射法や蒸着法により、例えば、サーマル・バリア・コーティング（以下、「ＴＢＣ」と表記する。）などのように、遮熱性が高いコーティング層を設けることを例示することができる。
　コーティング層として、上述のように遮熱性が付加されたＴＢＣ等を用いることにより、太陽光が照射されるコーティング層の表面と、コーティング層と受熱部との接触面との間の温度差をさらに大きくすることができ、太陽光が照射される面と、流体が接触する面との間の温度差を大きくすることができる。
　上記発明の第１の態様においては、前記コーティング層は、前記受熱部に溶射されたセラミックスからなる構成が望ましい。
　このようにすることにより、セラミックスからなるコーティング層を容易に形成することができる。
　上記構成においては、前記セラミックスは、Ｓｍ２Ｏ３，ＭｇＯ，ＣａＯ，およびＹ２Ｏ３の少なくとも一つを固溶させて安定化、または、部分安定化させたＺｒＯ２系セラミックスであることが望ましい。
　上記構成においては、前記セラミックスは、Ｙ２Ｏ３を固溶させて部分安定化させたＺｒＯ２系セラミックスであることが望ましい。
　このようにすることにより、金属と比較して、太陽光のエネルギを吸収する吸収性を高めるとともに、高い耐熱性を有するコーティング層を形成することができる。さらに、他の材料から形成されたコーティング層と比較して、コーティング層における太陽光が照射された面と、受熱部における流体と接触する面との間の温度差を大きくすることができる。
　上記第１の態様においては、上記第１の態様に係る受熱部は、内部に前記流体が流れる流路を有する受熱管路であり、該受熱管路の外周面に、上記第１の態様に係るコーティング層が配置され、前記受熱管路は、前記太陽光を内部に導く入射部を有するとともに、内周面において前記太陽光を反射する筐体の内部に収納されていることが望ましい。
　このようにすることにより、筐体の内部に導かれた太陽光は、筐体の内周面において反射されるため、受熱管路に対して全ての方向から太陽光が照射される。そのため、受熱管路に対して所定の方向からのみ太陽光を照射する場合と比較して、効率よく流体を加熱することができる。また、受熱管路の太陽光が、直接照らさない部分との温度差による線膨張伸びの差による管路のクラックや剥離も発生しない。
　その一方で、受熱管路に対して全ての方向から太陽光が照射されることから、受熱管路の周方向にわたる温度差の発生を抑制することができ、受熱管路の損傷を抑制することができる。
　また、受熱管路の設置数が多く、裏面よりの反射光が少ない場合、太陽光が直接照射される管路表面温度は、９００℃程度になり、当該管路裏面の表面温度は６００℃程度になる。この温度差が毎日発生すると熱疲労により管路にクラックが発生しやすくなるので、図７に示すように、太陽光が照射される部分にコーティング層を設けても良い。
　上記第１の態様においては、上記第１の態様に係る受熱部を内部に収納するとともに、前記太陽光を透過する透明筐体が設けられ、少なくとも前記受熱部における前記透明筐体と対向する面に上記第１の態様に係るコーティング層が配置され、前記流路が、前記受熱部および前記透明筐体の間に前記流体が流れる第１流路と、前記受熱部に対して前記第１流路と反対側に前記流体が流れる第２流路とを有し、前記流体は、前記第１流路および前記第２流路を流通することが望ましい。
　このようにすることにより、透明筐体を透過した太陽光は、コーティング層に照射されてコーティング層を加熱する。コーティング層と隣接した第１流路を流れる流体は、コーティング層の熱を吸収して加熱される。
　その一方で、コーティング層の熱は受熱部に伝達され、受熱部を加熱する。受熱部と隣接する第２流路を流れる流体は、さらに受熱部の熱を吸収して加熱される。そのため、効率よく流体を加熱することができる。
　例えば、流体を第１流路、第２流路の順に流すことにより、逆の順番に流す場合と比較して、効率よく流体を加熱することができる。
　つまり、流体は第１流路を流れる際に、加熱されたコーティング層から熱を吸収して素早く加熱され、その後、さらに第２流路を流れる際に、コーティング層と比較して温度が低いが、流体よりも高温な受熱部から熱を吸収してさらに加熱される。このように、流体を２段階で加熱することにより、流体を効率よく加熱することができる。
　本発明の第２の態様は、太陽熱受熱器は、太陽光を反射する反射部と、流体を圧縮する圧縮機と、前記反射部により反射された太陽光を受けて、前記圧縮機により圧縮された流体を加熱する上記第１の態様の太陽熱受熱器のいずれかの太陽熱受熱器と、該太陽熱受熱器により加熱された流体から回転駆動力を抽出するタービン部と、該タービン部により回転駆動される発電機と、が設けられている太陽熱発電設備である。
　本発明の第２の態様によれば、上記第１の態様の太陽熱受熱器が設けられているため、太陽熱発電における発電効率の向上を図るとともに、製造コストの低減を図り、熱衝撃耐性を高めることができる。
　本発明の第１の態様の太陽熱受熱器、および、第２の態様の太陽熱発電設備によれば、遮熱性を有するコーティング層を配置したことにより、太陽熱発電における発電効率の向上を図るとともに、製造コストの低減を図り、熱衝撃耐性を高めることができるという効果を奏する。
本発明の第１の実施形態に係る太陽熱発電設備の概略を説明する模式図である。 図１の発電部の構成を説明する模式図である。 図２の受熱器の構成を説明する模式図である。 図３の管路の構成を説明する断面視図である。 本発明の第２の実施形態の太陽熱発電設備における受熱器の構成を説明する模式図である。 図５の受熱器における別の実施例を説明する断面視図である。 図４の一実施例を説明する断面視図である。
　この発明の一実施形態に係る培養処理装置および自動培養装置について、図１～図６を参照して説明する。
〔第１の実施形態〕
　以下、本発明の第１の実施形態に係る太陽熱発電設備ついて図１から図４を参照して説明する。
　図１は、本実施形態に係る太陽熱発電設備の概略を説明する模式図である。
　太陽熱発電設備１は、図１に示すように、太陽光が有するエネルギを熱（太陽熱）に変換し、その熱を用いて発電を行う設備である。本実施形態では、ガスタービンを用いて発電機５を駆動する構成に、太陽熱を利用して発電を行う構成を組み合わせた、いわゆる太陽熱ガスタービンの太陽熱発電設備１に適用して説明する。
　なお、太陽熱発電設備１の形式としては、上述のように、太陽熱ガスタービンの形式であってもよいし、蒸気タービンなどを利用した他の形式であってもよく、特に限定しるものではない。
　太陽熱発電設備１には、図１に示すように、タワーＴと、反射鏡（反射部）Ｈと、発電部２と、が設けられている。
　タワーＴは、図１に示すように、地面Ｇから上方に延びる塔であって、反射鏡Ｈにより反射された太陽光が集光されるものである。
　タワーＴにおける太陽光が集光される部分、例えば、タワーＴの先端部分には、後述する発電部２の受熱器７が配置されている。
　図１には、タワーＴに発電部２の全てが配置されている構成が記載されているが、発電部２における受熱器７が少なくともタワーＴにおける太陽光が集光される部分に配置されていればよく、特に限定するものではない。
　反射鏡ＨはタワーＴの周囲の複数箇所に配置された鏡であり、太陽光をタワーＴに向けて反射して、受熱器７に太陽光を集光するものである。
　反射鏡Ｈとしては、平面鏡の向きを太陽の動きに合わせて制御し、太陽光を所定位置に向けて反射するヘリオスタットなどを用いることができ、特に限定するものではない。
　図２は、図１の発電部の構成を説明する模式図である。
　発電部２は、反射鏡Ｈにより反射された太陽光のエネルギを用いて発電を行うものである。
　発電部２には、図２に示すように、圧縮機３と、タービン部４と、発電機５と、熱交換器６と、受熱器（太陽熱受熱器）７と、が設けられている。
　圧縮機３は、図２に示すように、タービン部４や、受熱器７などとともにガスタービンを構成して発電機５の駆動に用いられるものであり、空気などの流体を圧縮するものである。
　圧縮機３は、タービン部４から回転駆動力が伝達される回転軸８の周囲に、回転駆動力が伝達されるように配置されている。
　さらに、圧縮機３と熱交換器６との間、および、圧縮機３とタービン部４との間には、それぞれ圧縮された空気が流れる配管１０Ａおよび配管１０Ｂが設けられている。
　なお、圧縮機３としては、公知の軸流式圧縮機や、遠心式圧縮機などを用いることができ、特に限定するものではない。
　タービン部４は、図２に示すように、受熱器７により加熱された空気の供給を受けて、空気の熱エネルギ等を回転駆動力に変換するものである。タービン部４は、回転軸８の周囲に回転駆動力が伝達されるように配置されたものである。
　さらに、タービン部４と熱交換器６との間には、タービン部４から排出された空気が流れる配管１０Ｃが設けられている。
　なお、タービン部４としては、公知のものを用いることができ、特に限定するものではない。
　発電機５は、図２に示すように、回転軸８により回転駆動され、発電を行うものである。
　なお、発電機５としては、公知のものを用いることができ、特に限定するものではない。
　熱交換器６は、図２に示すように、圧縮機３により圧縮され温度が上昇した空気に、更に、タービン部４から排出された空気の熱を吸収させるものである。
　熱交換器６と受熱器７との間には、熱交換器６により加熱された圧縮された空気が流れる配管１０Ｄが設けられている。
　なお、熱交換器６としては、公知のものを用いることができ、特に限定するものではない。
　図３は、図２の受熱器の構成を説明する模式図である。
　受熱器７は、図１に示すように、タワーＴにおける太陽光が集光される位置に配置され、照射された太陽光のエネルギを熱に変換し、空気を加熱するものである。
　受熱器７には、図２および図３に示すように、筐体７１と、受熱管路（受熱部）７２と、が設けられている。
　筐体７１は、図３に示すように、受熱器７の外形を構成するとともに、内部に受熱管路７２を収納するものである。
　筐体７１には、太陽光が照射される領域に入射部７３が設けられている。さらに、筐体７１の内面は、入射部７３から導入された太陽光を反射する鏡面とされている。
　なお、筐体７１の形状としては、図３に示すように立方体形状であってもよいし、その他の形状であってもよく、特に限定するものではない。
　入射部７３は、図３に示すように、太陽光を筐体７１の内部に導くものである。
　入射部７３は、筐体７１における太陽光が照射される面に配置され、筐体７１から太陽光が照射される方向に向かって径が広がる略円錐状に形成された部材である。略円錐状に形成された入射部７３の内周面は、太陽光を反射する鏡面とされている。
　筐体７１と入射部７３との接続部は、太陽光が透過する構成とされており、入射部７３の内側に照射された太陽光は、筐体７１の内部に導かれる。
　なお、入射部７３の構成としては、公知の構成を用いることができ、特に限定するものではない。
　受熱管路７２は、図２および図３に示すように、太陽光のエネルギを熱に変換して、空気を加熱するものである。
　受熱管路７２は、図３に示すように、筐体７１の内部に螺旋状に配置され、螺旋状に配置された受熱管路７２は、互いに間隔をあけて配置されている。
　図４は、図３の管路の構成を説明する断面視図である。
　受熱管路７２は、図４に示すように、耐熱合金を円筒状に形成した管本体（受熱部）７４と、管本体７４の外周面に形成されたコーティング層７５と、管本体７４の内部に配置されたタービュレータ７６と、が設けられている。
　管本体７４は、図４に示すように、耐熱合金を円筒状に形成したものであり、空気が内部を流れるものである。
　管本体７４を形成する耐熱合金としては、公知の合金を用いることができ、特に限定するものではない。
　コーティング層７５は、図４に示すように、管本体７４の外周面に設けられたものであって、７ｗｔ％から２０ｗｔ％のＹ２Ｏ３を固溶させて部分安定化したＺｒＯ２（Ｙ２Ｏ３－ＺｒＯ２）系のセラミックスを溶射して形成されたＴＢＣである。
　なお、コーティング層７５を形成するセラミックスとしては、上述のように、Ｙ２Ｏ３を固溶させて部分安定化したＺｒＯ２系のセラミックスであってもよいし、ＭｇＯ，ＣａＯ，およびＹ２Ｏ３の少なくとも一つを固溶させて安定化、または、部分安定化させたＺｒＯ２系セラミックスであってもよい。
　このようにすることで、金属と比較して、太陽光のエネルギを吸収する吸収性を高めるとともに、高い遮熱性を有するコーティング層７５を形成することができる。さらに、他の材料から形成されたコーティング層と比較して、コーティング層７５における太陽光が照射された面と、管本体７４における圧縮空気と接触する面との間の温度差を大きくすることができるので、入射部７３に反射鏡Ｈからの太陽光を、従来よりも多く反射させることが可能になり、タワーＴの頂部に設けられた受熱部７の小型化、高性能化を図ることができる。
　タービュレータ７６は、図４に示すように、管本体７４の内周面に設けられ、管本体７４と空気との間の熱交換を促進するものである。
　タービュレータ７６は、管本体７４の内周面から中心方向に突出するものであり、管本体７４の内部における空気の流れに乱れを生じさせるとともに、管本体７４と空気との間の熱交換面積を増やすものである。
　なお、タービュレータ７６の構成としては、管本体７４の内周面を螺旋状に延びる構成などの公知の構成を用いることができ、特に限定するものではなく、管の外表面からプレスで、外表面の凹部（内表面の凸部）を設けたり、タービュレータの代わりにスパイラル状のフィンを内面に設けたりして、流体の管本体における内表面との接触時間を長くするようにしてもよい。
　次に、上記の構成からなる太陽熱発電設備１における発電について説明する。
　まず、太陽熱発電設備１における発電の概略について説明し、その後に、本実施形態の特徴である受熱器７における作用について説明する。
　太陽の光は、図１に示すように、タワーＴの周囲に配置された反射鏡Ｈに入射し、反射鏡Ｈにより、タワーＴに配置された受熱器７に向かって反射される。
　なお、反射鏡Ｈにおける太陽光の反射方向を制御する方法としては、公知の方法を用いることができ、特に限定するものではない。
　反射された太陽光は、図２に示すように、受熱器７において圧縮機３に圧縮された空気を加熱する。加熱された空気は、配管１０Ｅを介してタービン部４に供給され、タービン部４は加熱された空気の熱エネルギ等を回転駆動力に変換する。
　タービン部４から排出された空気は、配管１０Ｃを介して熱交換器６に流入し、圧縮機３により圧縮された空気の加熱に用いられた後、外部に排出される。
　タービン部４は回転駆動力を回転軸８に伝達し、回転軸８は発電機５および圧縮機３を回転駆動する。
　発電機５は、回転軸８により回転駆動されることにより発電を行い、外部へ電力を供給する。
　その一方で、回転軸８により回転駆動された圧縮機３は、外部から空気を吸入して圧縮する。圧縮空気は、圧縮機３から配管１０Ａおよび配管１０Ｂに流入する。
　配管１０Ａに流入した圧縮空気は、配管１０Ｅを流れてきた空気とともにタービン部４に流入する。
　配管１０Ｂに流入した圧縮空気は、熱交換器６においてタービン部４から排出された空気により加熱される。加熱された圧縮空気は配管１０Ｄを介して受熱器７に流入し、受熱器７においてさらに加熱される。
　次に、本実施形態における特徴である受熱器７における圧縮空気の加熱について説明する。
　図３に示すように、太陽光は、入射部７３から筐体７１の内部に入射され、筐体７１の内周面において反射を繰り返す。筐体７１の内部に入射した太陽光、および、反射された太陽光は、図３および図４に示すように、受熱管路７２におけるコーティング層７５に入射し、太陽光のエネルギは熱に変換される。
　コーティング層７５における太陽光が入射した面である外周面は、入射した太陽光により加熱され高温になる。コーティング層７５の外周面における熱は、受熱管路７２の中心に向かって、コーティング層７５および管本体７４の熱伝達係数に従って伝達する。
　管本体７４の内周面まで伝達した熱は、管本体７４の内部を流れる圧縮空気に吸収され、圧縮空気の加熱に用いられる。
　この際、圧縮空気は、タービュレータ７６により流れが拡散されるとともに、伝熱面積が拡大されているため、タービュレータ７６が無い場合と比較して、高い効率で加熱される。
　その一方で、コーティング層７５の外周面と、管本体７４の内周面との間には温度差、いわゆる熱落差が形成されている。コーティング層７５はＴＢＣであるため、その他の材料から形成された層などと比較して、耐熱温度が高く（例えば、約８５０℃以上、約１３２０℃以下、より好ましくは、約１１５０℃以上、約１３２０℃以下）、かつ、遮熱性を有しているため、熱落差が大きくなる。
　その結果、コーティング層７５の外周面から、管本体７４の内周面に伝達される熱流束密度が高くなり、管本体７４の内部を流れる圧縮空気を効率よく加熱することができる。
　上記の構成によれば、コーティング層７５を配置したことにより、太陽光が照射される面と、空気などの流体が接触する面との間の温度差、言い換えると熱落差を大きくすることができる。そのため、空気を効率よく高温に加熱することができる。そのため、本実施形態の太陽熱発電設備１における発電効率の向上を図ることができる。
　つまり、金属などの他の部材と比較して耐熱温度が高いコーティング層７５が設けられているため、太陽光が照射される面を高い温度まで加熱することができる。その結果、上述の温度差を大きくして、太陽光が照射される面から空気が接触する面への熱流束密度を増やし、空気を効率よく高温に加熱することができる。
　その一方で、コーティング層７５が設けられていない場合と比較して、管本体７４を構成する部材に要求される耐熱性を抑制することができる。そのため、多孔質セラミックスなどと比較して熱衝撃に対する耐性が高い耐熱合金などを用いて管本体７４を構成することができる。その結果、多孔質セラミックス等を用いる場合と比較して、本実施形態の太陽熱発電設備１の受熱器７における熱衝撃耐性を高めることができ、かつ、製造コストの低減を図ることができる。
　つまり、コーティング層７５の表面は、太陽光が照射されることから最も温度が高くなり、そこから、コーティング層７５と管本体７４との接触面、管本体７４と流体との接触面の順に温度が低くなる。そのため、コーティング層が設けられていない場合で、太陽光が照射される面の温度が同じときと比較して、管本体７４の温度を下げることができ、管本体７４を構成する部材に要求される耐熱性を抑制することができる。
　筐体７１の内部に導かれた太陽光は、筐体７１の内周面において反射されるため、受熱管路７２に対して全ての方向から太陽光が照射される。そのため、受熱管路７２に対して所定の方向からのみ太陽光を照射する場合と比較して、効率よく空気を加熱することができる。
　その一方で、受熱管路７２に対して全ての方向から太陽光が照射されることから、受熱管路７２の周方向にわたる温度差の発生を抑制することができ、受熱管路７２の損傷を抑制することができる。
〔第２の実施形態〕
　次に、本発明の第２の実施形態について図５および図６を参照して説明する。
　本実施形態の太陽熱発電設備の基本構成は、第１の実施形態と同様であるが、第１の実施形態とは、受熱器の構成が異なっている。よって、本実施形態においては、図５および図６を用いて受熱器の周辺のみを説明し、その他の構成要素等の説明を省略する。
　図５は、本実施形態の太陽熱発電設備における受熱器の構成を説明する模式図である。
　なお、第１の実施形態と同一の構成要素に付いては、同一の符号を付してその説明を省略する。
　本実施形態の太陽熱発電設備１０１の受熱器１０７は、第１の実施形態と同様に、タワーＴにおける太陽光が集光される位置に配置され、照射された太陽光のエネルギを熱に変換し、空気を加熱するものである（図１参照。）。
　受熱器１０７には、図５に示すように、透明筐体１７１と、外側壁部（受熱部）１７２と、内側壁部１７３と、が設けられている。
　透明筐体１７１は、石英ガラスなどの太陽光を透過する透明材料から形成された一端が閉じられた筒状の容器である。さらに、透明筐体１７１は、図５に示すように、受熱器１０７の外形を形成するとともに、内部に外側壁部１７２および内側壁部１７３などを収納する容器でもある。
　外側壁部１７２は、耐熱合金などの耐熱性を有するとともに、熱衝撃に対する耐性を有する材料から形成された、一端が閉じられた筒状の容器である。さらに、外側壁部１７２は、図５に示すように、透明筐体１７１との間に第１流路１７４を形成するとともに、内側壁部１７３との間に第２流路１７５を形成するものである。
　外側壁部１７２の表面には、図５に示すように、コーティング層７５が設けられている。
　なお、コーティング層７５は、図５に示すように、外側壁部１７２における透明筐体１７１と対向する面、および、内側壁部１７３と対向する面に設けられていてもよいし、透明筐体１７１と対向する面のみに設けられていてもよく、特に限定するものではない。
　第１流路１７４は、配管１０Ｄにより供給された圧縮空気が流れる流路であって、第２流路１７５とともに受熱器１０７の内部における圧縮空気の流路を形成するものである。
　第１流路１７４は、外側壁部１７２に形成された連通孔１７６を介して第２流路１７５と、圧縮空気が流通可能に接続されている。
　第２流路１７５は、第１流路１７４から加熱された圧縮空気が流入する流路であって、第１流路１７４とともに受熱器１０７の内部における圧縮空気の流路を形成するものである。
　第２流路１７５は、配管１０Ｅと圧縮空気が流通可能に接続されている。
　内側壁部１７３は、耐熱合金などの耐熱性を有するとともに、熱衝撃に対する耐性を有する材料から形成された、一端が閉じられた筒状の容器である。さらに、内側壁部１７３は、図５に示すように、外側壁部１７２の内部に配置され、外側壁部１７２との間に第２流路１７５を形成するものである。
　上記の構成からなる受熱器１０７における作用について説明する。
　なお、太陽熱発電設備１０１における発電の概略については、第１の実施形態と同様であるため、その説明を省略する。
　太陽光は、図５に示すように、透明筐体１７１を透過して、コーティング層７５に照射されてコーティング層７５を加熱する。配管１０Ｄから供給された圧縮空気は、コーティング層７５と隣接した第１流路１７４に流入し、コーティング層７５の熱を吸収して加熱される。
　その一方で、コーティング層７５の熱は外側壁部１７２に伝達され、外側壁部１７２を加熱する。
　圧縮空気は第１流路１７４において加熱された後、外側壁部１７２と内側壁部１７３との間の第２流路１７５に流入する。圧縮空気は、外側壁部１７２と隣接する第２流路１７５を流れる間に、さらに外側壁部１７２の熱を吸収して加熱される。
　第２流路１７５においてさらに加熱された圧縮空気は、配管１０Ｅに流入し、タービン部４に導かれる。
　上記の構成によれば、圧縮空気を第１流路１７４、第２流路１７５の順に流すことにより、例えば、逆の順番に流す場合と比較して、効率よく圧縮空気を加熱することができる。
　圧縮空気は第１流路１７４を流れる際に、加熱されたコーティング層７５から熱を吸収して素早く加熱され、その後、さらに第２流路１７５を流れる際に、コーティング層７５と比較して温度が低いが、圧縮空気よりも高温な外側壁部１７２から熱を吸収してさらに加熱される。このように、圧縮空気を２段階で加熱することにより、圧縮空気を効率よく加熱することができる。
　図６は、図５の受熱器における別の実施例を説明する断面視図である。
　なお、上述の実施形態のように、を一方が閉じた円筒状に形成された透明容器１７１、外側容器１７２、および、内側容器１７３を用いて受熱器１０７を形成しても良いし、図６に示すように、筒状に形成された透明容器２７１、および、外側容器２７２を用いて受熱器２０７を形成することにより、第１流路１７４および第２流路１７５を形成しても良く、特に限定するものではない。
　１，１０１　太陽熱発電設備
　３　圧縮機
　４　タービン部
　５　発電機
　７，１０７，２０７　受熱器（太陽熱受熱器）
　７１　筐体
　７２　受熱管路（受熱部）
　７３　入射部
　７４　管本体（受熱部）
　７５　コーティング層
　１７１，２７１　透明筐体
　１７２，２７２　外側壁部（受熱部）
　Ｈ　反射鏡（反射部）

Claims (8)

  1. 　太陽光の照射を受けて流体を加熱する太陽熱受熱器であって、
    　少なくとも前記流体が流れる流路を構成する金属性の受熱部と、
    　少なくとも該受熱部における前記太陽光が照射される領域の面に配置され、前記太陽光のエネルギを吸収するとともに耐熱性を有するコーティング層と、
    が設けられている太陽熱受熱器。
  2. 　前記コーティング層は、前記受熱部に溶射されたセラミックスからなる請求項１記載の太陽熱受熱器。
  3. 　前記コーティング層は、太陽光が照射される受熱部分に設けられている請求項２記載の太陽熱受熱器。
  4. 　前記セラミックスは、ＭｇＯ，ＣａＯ，およびＹ２Ｏ３の少なくとも一つを固溶させて安定化、または、部分安定化させたＺｒＯ２系セラミックスである請求項２記載の太陽熱受熱器。
  5. 　前記セラミックスは、Ｙ２Ｏ３を固溶させて部分安定化させたＺｒＯ２系セラミックスである請求項２記載の太陽熱受熱器。
  6. 　請求項１に記載の受熱部は、内部に前記流体が流れる流路を有する受熱管路であり、
    　該受熱管路の外周面に、請求項１から請求項５のいずれかに記載のコーティング層が配置され、
    　前記受熱管路は、前記太陽光を内部に導く入射部を有するとともに、内周面において前記太陽光を反射する筐体の内部に収納されている太陽熱受熱器。
  7. 　請求項１に記載の受熱部を内部に収納するとともに、前記太陽光を透過する透明筐体が設けられ、
    　少なくとも前記受熱部における前記透明筐体と対向する面に請求項１から請求項５のいずれかに記載のコーティング層が配置され、
    　前記流路が、前記受熱部および前記透明筐体の間に前記流体が流れる第１流路と、前記受熱部に対して前記第１流路と反対側に前記流体が流れる第２流路とを有し、
    　前記流体は、前記第１流路および前記第２流路を流通する太陽熱受熱器。
  8. 　太陽光を反射する反射部と、
    　流体を圧縮する圧縮機と、
    　前記反射部により反射された太陽光を受けて、前記圧縮機により圧縮された流体を加熱する請求項１から請求項７のいずれかに記載の太陽熱受熱器と、
    　該太陽熱受熱器により加熱された流体から回転駆動力を抽出するタービン部と、
    　該タービン部により回転駆動される発電機と、
    が設けられている太陽熱発電設備。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013543576A (ja) * 2010-10-15 2013-12-05 マガルディ インダストリエ ソシエタ ア レスポンサビリタ リミタータ 太陽由来の熱エネルギーを蓄積および使用するための高レベルのエネルギー効率を有する装置、プラントおよび方法

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ES2345379B1 (es) * 2009-03-20 2011-09-16 Abengoa Solar New Technologies S.A. Planta solar combinada de tecnologia de aire y vapor.
US8783246B2 (en) * 2009-12-14 2014-07-22 Aerojet Rocketdyne Of De, Inc. Solar receiver and solar power system having coated conduit
ES2386051B1 (es) * 2010-12-30 2013-03-25 Abengoa Solar New Technologies S.A. Metodo de recubrimiento in situ de receptor solar de torre
AU2012340377B2 (en) * 2011-11-16 2017-05-18 The Babcock & Wilcox Company High efficiency solar receiver
RU2596709C2 (ru) * 2011-12-18 2016-09-10 РУИС Хонас ВИЙАРРУБИА Коллектор солнечного излучения с турбиной или с турбокомпрессором
MY178668A (en) * 2012-10-02 2020-10-20 Grace Coulter Solar air heating / cooling system
US10001299B2 (en) * 2016-01-26 2018-06-19 Focal Line Solar LLC Blackbody thermal receiver for solar concentrators
EP3527911A1 (en) * 2018-02-16 2019-08-21 Cockerill Maintenance & Ingenierie S.A. High perfomance thermally-sprayed absorber coating

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5296429A (en) * 1976-02-09 1977-08-13 Agency Of Ind Science & Technol Solar energy collecting member and production thereof
US4268319A (en) 1978-03-01 1981-05-19 Exxon Research & Engineering Co. High temperature solar absorber coating and method of applying same
JPH04219470A (ja) * 1990-12-19 1992-08-10 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 太陽熱発電装置
JP3331518B2 (ja) 1997-01-13 2002-10-07 株式会社日立製作所 内面フィン付き伝熱管及び熱交換器
WO2006025449A1 (ja) 2004-08-31 2006-03-09 Tokyo Institute Of Technology 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
EP1746363A2 (de) 2005-07-21 2007-01-24 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Solarstrahlungsempfänger und Verfahren zur Steuerung und/oder Regelung der Massenstromverteilung und/oder zum Temperaturausgleich an einem Solarstrahlungsempfänger

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4222373A (en) * 1977-07-26 1980-09-16 Davis Michael A Ceramic solar collector
US4135367A (en) * 1977-08-12 1979-01-23 Nasa Thermal energy transformer
US4262484A (en) * 1977-10-18 1981-04-21 Rolls-Royce Limited Gas turbine engine power plant using solar energy as a heat source
US4294230A (en) * 1979-06-25 1981-10-13 Lemelson Jerome H Solar energy collection panel and method
US6717045B2 (en) * 2001-10-23 2004-04-06 Leon L. C. Chen Photovoltaic array module design for solar electric power generation systems
US6668555B1 (en) * 2002-12-09 2003-12-30 The Boeing Company Solar receiver-based power generation system
US20050011513A1 (en) * 2003-07-17 2005-01-20 Johnson Neldon P. Solar energy collector
US8365529B2 (en) * 2006-06-30 2013-02-05 United Technologies Corporation High temperature molten salt receiver
DE202007003441U1 (de) * 2006-12-19 2008-04-30 Neumann, Tobias Röhrenkollektor mit variabler Wärmeleitfähigkeit der Koaxialrohre
US20090314284A1 (en) * 2008-06-24 2009-12-24 Schultz Forrest S Solar absorptive coating system

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5296429A (en) * 1976-02-09 1977-08-13 Agency Of Ind Science & Technol Solar energy collecting member and production thereof
US4268319A (en) 1978-03-01 1981-05-19 Exxon Research & Engineering Co. High temperature solar absorber coating and method of applying same
JPH04219470A (ja) * 1990-12-19 1992-08-10 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 太陽熱発電装置
JP3331518B2 (ja) 1997-01-13 2002-10-07 株式会社日立製作所 内面フィン付き伝熱管及び熱交換器
WO2006025449A1 (ja) 2004-08-31 2006-03-09 Tokyo Institute Of Technology 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
EP1746363A2 (de) 2005-07-21 2007-01-24 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Solarstrahlungsempfänger und Verfahren zur Steuerung und/oder Regelung der Massenstromverteilung und/oder zum Temperaturausgleich an einem Solarstrahlungsempfänger

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013543576A (ja) * 2010-10-15 2013-12-05 マガルディ インダストリエ ソシエタ ア レスポンサビリタ リミタータ 太陽由来の熱エネルギーを蓄積および使用するための高レベルのエネルギー効率を有する装置、プラントおよび方法

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Publication number Publication date
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