WO2012073676A1 - 太陽熱受熱器 - Google Patents

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WO2012073676A1
WO2012073676A1 PCT/JP2011/076074 JP2011076074W WO2012073676A1 WO 2012073676 A1 WO2012073676 A1 WO 2012073676A1 JP 2011076074 W JP2011076074 W JP 2011076074W WO 2012073676 A1 WO2012073676 A1 WO 2012073676A1
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WO
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solar heat
solar
heat receiver
casing
heat
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PCT/JP2011/076074
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小林　一太
田川　雅士
長田　俊幸
青山　邦明
益田　将寛
大久保　剛
修平 佐々木
明 古谷
加藤　仁
浩己 中谷
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三菱重工業株式会社
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    • Y02E10/46—Conversion of thermal power into mechanical power, e.g. Rankine, Stirling or solar thermal engines

Definitions

  • the present invention relates to a solar heat receiver that heats and compresses a compressive working fluid by heat converted from sunlight collected by a solar heat collector (also referred to as “heliostat”).
  • a solar heat collector also referred to as “heliostat”.
  • a solar heat receiver is known that is arranged at the top of a tower (see, for example, FIG. 3 of Patent Document 1).
  • the solar heat receiver disposed at the top of the tower is mounted on four columns 102 erected on the top surface (top top surface) 101 of the tower 100 along the vertical direction. It has been.
  • the solar heat receiver 103 includes a casing 104 having an approximately cylindrical appearance and an inner surface (heat receiving surface) of the casing 104 along the vertical direction at (approximately) equal intervals (adjacent to each other). And a plurality of (for example, 500) heat transfer tubes (pipes) 105 arranged so that the distances (pitch) between the central axes along the longitudinal direction of the matching heat transfer tubes 105 are (substantially equal). .
  • a solar inlet 106 having a circular shape when viewed from below is provided at the bottom of the casing 104, and a solar heat collector (not shown) is provided via the solar inlet 106.
  • Sunlight enters the inside of the casing 104, reaches a plurality of heat transfer tubes 105 arranged on the inner peripheral surface of the casing 104 at (approximately) equal intervals, and the heat transfer tubes 105
  • the high pressure compressive working fluid passing through the inside is heated and heated.
  • symbol G in FIG. 11 has shown the ground in which the tower 100 is erected.
  • the solar heat receiver 103 in which the solar light inlet 106 having a circular shape when viewed from the vertically lower side is provided at the bottom of the casing 104, as described above, the solar heat receiver 103 is attached on the support column 102 as shown in FIG.
  • the sunlight collected by the solar heat collector may hit the support column 102 before reaching the sunlight inlet 106. Therefore, the support column 102 made of an expensive material that has heat resistance and has a strength that can be supported even if the heavy solar heat receiver 103 is thinned is required, and the manufacturing cost is increased. There was a problem.
  • This invention is made
  • pillar which supports a solar heat receiver is arrange
  • An object of the present invention is to provide a solar heat receiver capable of simplifying the support structure that supports the solar heat receiver and reducing the manufacturing cost.
  • the present invention employs the following means in order to solve the above problems.
  • the solar heat receiver according to the first aspect of the present invention is disposed at the top of a tower erected on the ground, and converts the sunlight collected by the solar concentrator disposed on the ground.
  • a solar heat receiver that heats and compresses a compressive working fluid by heat, and includes a casing having a bottom plate fixed to the top surface of the top of the tower, and a heat transfer tube that is housed in the casing and is supplied with the heat
  • the modules having the same shape and including the heat transfer tube unit are configured so as to be back-to-back with each other, and the lower end is connected to the outer peripheral end of the bottom plate to form the casing.
  • a solar light entrance having a circular shape in front view or an elliptical shape in front view is provided at the central portion of the plate-like member extending obliquely upward from the outer peripheral end.
  • the solar heat receiver since the bottom plate constituting the casing is directly fixed to the top surface of the top of the tower, conventionally, the solar heat receiver is installed on the top of the tower.
  • the struts required for the are no longer needed.
  • the sunlight inlet is formed to have a circular shape when viewed from the front or an elliptical shape when viewed from the front, the amount of heat leaking from the inside of the casing to the outside of the casing through the sunlight inlet can be minimized.
  • the inside of the casing can be maintained at a high temperature, and the compressive working fluid flowing through the heat transfer tube can be efficiently heated and heated.
  • the central portion in the width direction approaches the back side, and both ends in the width direction are mutually connected. It is preferable to be configured so as to be positioned on a line having the same curvature from the left end to the right end in the width direction.
  • the solar heat receiver According to such a solar heat receiver, the sunlight introduced from the sunlight inlet is efficiently applied to the heat transfer tube, so that the energy conversion efficiency can be improved. Moreover, according to such a solar heat receiver, since the dimension in the width direction of a heat exchanger tube unit is shrunk, the solar heat receiver can be reduced in size and weight.
  • the central portion in the width direction approaches the back side, and both ends in the width direction are mutually connected. It is preferable to be configured so as to be positioned on a hyperbola from the left end to the right end in the width direction as it approaches.
  • the solar heat receiver According to such a solar heat receiver, the sunlight introduced from the sunlight inlet is efficiently applied to the heat transfer tube, so that the energy conversion efficiency can be improved. Moreover, according to such a solar heat receiver, since the dimension in the width direction of a heat exchanger tube unit is shrunk, the solar heat receiver can be reduced in size and weight.
  • a space for accommodating a pipe for guiding the compressive working fluid flowing out from the heat transfer pipe to the turbine is formed between the back surfaces of the modules.
  • the space formed between the back surfaces of the modules functions as hot banking, and the piping that guides the compressive working fluid flowing out of the heat transfer tubes through the hot banking to the turbine Will be placed.
  • the compressive working fluid passing through the pipe can be maintained at a high temperature, or the compressive working fluid passing through the pipe can be further heated to increase the temperature, and the energy conversion efficiency can be improved.
  • the solar heat receiver according to the second aspect of the present invention is arranged at the top of a tower erected on the ground, and converts the sunlight collected by the solar heat collector disposed on the ground.
  • a solar heat receiver that heats and compresses a compressive working fluid by heat, and includes a casing having a bottom plate fixed to the top surface of the top of the tower, and a heat transfer tube that is housed in the casing and is supplied with the heat And a lower end connected to the outer peripheral end of the bottom plate to form the casing, and at the center of the plate-like member extending obliquely upward from the outer peripheral end, as viewed from the front
  • a solar light entrance having a circular shape or an elliptical shape in front view is provided.
  • the solar heat receiver since the bottom plate constituting the casing is directly fixed to the top surface of the top of the tower, conventionally, the solar heat receiver is installed on the top of the tower.
  • the struts required for the are no longer needed.
  • the sunlight inlet is formed to have a circular shape when viewed from the front or an elliptical shape when viewed from the front, the amount of heat leaking from the inside of the casing to the outside of the casing through the sunlight inlet can be minimized.
  • the inside of the casing can be maintained at a high temperature, and the compressive working fluid flowing through the heat transfer tube can be efficiently heated and heated.
  • a space is formed in the central portion of the casing along the vertical direction to accommodate a pipe for guiding the compressive working fluid flowing out from the heat transfer pipe to the turbine. It is preferable.
  • the space formed in the central portion of the casing along the vertical direction functions as hot banking, and the compressive working fluid that has flowed out of the heat transfer tube through the hot banking is discharged.
  • a pipe leading to the turbine is arranged.
  • a lid for closing the space is provided.
  • the opening formed above the space is closed by the lid.
  • the interior of the space can be maintained at a higher temperature, and the compressive working fluid that passes through the pipe accommodated in the space is maintained at a higher temperature, or the compressive working fluid that passes through the pipe is Further, the temperature can be raised by heating, and the energy conversion efficiency can be further improved.
  • the lid body is provided with a vent hole penetrating in the plate thickness direction and an open / close plate for opening and closing the vent hole.
  • the vent when the vent is opened, the heat in the space is released through the vent and the temperature in the space is reduced. Further, when the vent is closed, the opening formed above the space is completely closed, and the temperature in the space is raised. Thereby, the temperature in the space can be maintained within a predetermined temperature range.
  • a solar gas turbine according to a third aspect of the present invention comprises the solar heat receiver according to the first aspect or the second aspect of the present invention, and a solar heat collector disposed on the ground. It is what.
  • a column supporting the solar heat receiver is disposed on the path from the solar heat collector to the solar light inlet of the solar heat receiver.
  • a solar heat receiver that can simplify the support structure for supporting the solar heat receiver and reduce the manufacturing cost, simplify the support structure at the top of the tower, and reduce the installation cost. Reduction can be achieved.
  • the sunlight inlet is formed to have a circular shape when viewed from the front or an elliptical shape when viewed from the front, the amount of heat leaking from the inside of the casing to the outside of the casing through the sunlight inlet can be minimized. Because it has a solar heat receiver that can maintain the inside of the casing at a high temperature and can efficiently heat and heat the compressive working fluid that circulates in the heat transfer tube, the energy conversion efficiency can be improved. And the overall thermal efficiency can be improved.
  • the solar gas turbine power generator according to the fourth aspect of the present invention is equipped with the solar gas turbine according to the third aspect of the present invention.
  • the column supporting the solar heat receiver is disposed on the path from the solar heat collector to the solar light inlet of the solar heat receiver.
  • Simplified support structure for supporting the solar heat receiver, and a solar heat receiver that can reduce the manufacturing cost, simplifying and installing the support structure at the top of the tower Cost can be reduced.
  • the sunlight inlet is formed to have a circular shape when viewed from the front or an elliptical shape when viewed from the front, the amount of heat leaking from the inside of the casing to the outside of the casing through the sunlight inlet can be minimized.
  • the solar heat receiver that can maintain the inside of the casing at a high temperature and can efficiently heat and heat the compressive working fluid that circulates in the heat transfer tube is provided, the energy conversion efficiency can be improved. Power generation efficiency can be improved.
  • the solar heat receiver it is possible to avoid the support column supporting the solar heat receiver from being disposed on the path from the solar heat collector to the solar light inlet of the solar heat receiver. It is possible to simplify the support structure for supporting the container and to reduce the manufacturing cost.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a solar gas turbine and a solar gas turbine power generator including a solar heat receiver according to a first embodiment of the present invention. It is the figure which looked at the tower and solar heat receiver which mount the solar heat receiver which concerns on 1st Embodiment of this invention from the side, and showed a part in cross section. It is the figure which looked at the tower and solar heat receiver which mount the solar heat receiver which concerns on 1st Embodiment of this invention from upper direction, and showed a part in cross section. It is the figure which looked at the tower and solar heat receiver which mount the solar heat receiver which concerns on 1st Embodiment of this invention from the left side of FIG. 2 and FIG. 3, and showed a part in cross section.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a solar gas turbine and a solar gas turbine power generator equipped with a solar heat receiver according to this embodiment
  • FIG. 2 is a side view of a tower and solar heat receiver equipped with the solar heat receiver according to this embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram showing a part in cross-section
  • FIG. 3 is a diagram showing a tower and a solar heat receiver mounted with the solar heat receiver according to the present embodiment, and a part is shown in cross-section.
  • FIG. 5 is a partial cross-sectional view of the tower and the solar heat receiver mounted with the solar heat receiver according to the present embodiment as viewed from the left side of FIGS. 2 and 3, and FIG. 5 is equipped with the solar heat receiver according to the present embodiment. It is the figure which looked at the tower and solar heat receiver which were made from diagonally upward, and showed a part of solar heat receiver inside.
  • a solar gas turbine 11 compresses a compressive working fluid (for example, air) and pressurizes it, and heats the compressive working fluid with heat converted from sunlight to raise the temperature.
  • the solar heat receiver 13 and the turbine 14 that converts the thermal energy held by the high-temperature and high-pressure compressive working fluid into mechanical energy are the main components. That is, the solar gas turbine 11 heats the compressive working fluid by using the thermal energy of sunlight instead of a combustor that burns fuel such as natural gas to generate high-temperature and high-pressure combustion gas.
  • the solar heat receiver 13 is provided.
  • the solar thermal gas turbine power generator 10 that generates power using sunlight is obtained.
  • Reference numeral 16 in the figure denotes a high-pressure compressive operation boosted by the compressor 12 using the exhaust heat of the compressive working fluid discharged from the chimney (not shown) to the atmosphere after working in the turbine 14.
  • a reheater for preheating the fluid is obtained.
  • the solar heat receiver 13 is a device for converting sunlight into heat energy, and as shown in FIGS. 2 and 4, the top of a tower 21 standing on the ground G (for example, a tower 21 having a height of 100 m). At the tip).
  • a first pipe 22 that guides the compressive working fluid that has passed through the reheater 16 to the solar heat receiver 13 extends along the vertical direction outside the tower 21, and the solar heat receiver is located inside the tower 21.
  • a second piping 23 that guides the compressive working fluid heated and heated at 13 to the turbine 14 installed on the ground G extends (accommodates) in the vertical direction.
  • One end of the first pipe 22 is connected to the outlet of the reheater 16, and the other end (upper end) of the first pipe 22 is a single branch pipe arranged annularly along the outer peripheral surface of the tower 21. 31 is connected to the lower surface. The central portion of the bottom surface of each inlet header 32 and the upper surface of the branch pipe 31 positioned vertically below are connected via a single branch pipe 33 that stands on the upper surface of the branch pipe 31 and extends vertically upward. Yes.
  • One end of the second pipe 23 is connected to the inlet of the turbine 14, and the other end (upper end) of the second pipe 23 is connected to one end (outer end) at the center of the back surface of each outlet header 34. The other end (inner end) of the branch pipe 35 extending inward along the direction is connected.
  • the solar heat receiver 13 includes four modules 41 having the same shape when the backs of the quartered circles are back-to-back with each other when viewed from above. It is configured to be back to back with each other.
  • Each module 41 includes a casing 42 and a heat transfer tube unit 43 accommodated in the casing 42.
  • the casing 42 has a back plate 44 whose inner peripheral surface 44 a is a heat receiving surface, a top plate 45 connected to the upper end of the back plate 44, a bottom plate 46 connected to the lower end of the back plate 44, and the back plate 44.
  • a left side plate 47 connected to the left end and a right side plate 48 connected to the right end of the back plate 44 are provided.
  • the back plate 44 is a plate-like member having a rectangular shape in plan view, and the left end and the right end thereof are close to each other, and the upper end and the lower end thereof have the same curvature from the left end to the right end ( In this embodiment, it is curved (as if located on an arc drawn with the same radius).
  • the top plate 45 is curved so as to have the same curvature from the left end to the right end (in the present embodiment, located on an arc drawn with the same radius R), and the outer peripheral end (inner end) ) Is a plate-like member having a substantially semicircular shape in plan view (substantially crescent shape in plan view) connected to the upper end of the back plate 44.
  • the left side plate 47 has an outer peripheral end (inner end) connected to the left end of the back plate 44, an upper end connected to the left end of the top plate 45, and a lower end connected to the left end of the bottom plate 46.
  • a plate-like member having a home base shape.
  • the right side plate 48 has an outer peripheral end (inner end) connected to the right end of the back plate 44, an upper end connected to the right end of the top plate 45, and a lower end connected to the right end of the bottom plate 46.
  • the left side plate 47 and the right side plate 48 have a symmetrical shape, that is, a shape when the left side plate 47 is viewed from one side and a shape when the right side plate 48 is viewed from the other side. Are formed to have the same shape.
  • the bottom plate 46 is curved so as to have the same curvature from the left end to the right end (in the present embodiment, located on an arc drawn with the same radius R), and the outer peripheral end (inner end) curved.
  • An opening formed by the outer end of the top plate 45, the outer end located above the left side plate 47, and the outer end located above the right side plate 48 is a back plate 44, a top plate 45, a bottom plate 46, and a left side plate 47.
  • the casing 42 is configured (formed) together with the right side plate 48 and is hermetically sealed (closed) by an upper plate (upper cover plate) 49 having a (triangular) equilateral triangular shape in plan view.
  • An opening formed by the outer end of the bottom plate 46, the outer end located below the left side plate 47, and the outer end located below the right side plate 48 is a back plate 44, top plate 45, bottom plate 46, left side plate. 47.
  • the casing 42 is configured (formed) together with the right side plate 48, and is sealed (closed) by a lower plate (lower lid plate: plate-like member) 50 having a (triangular) equilateral triangular shape in plan view.
  • a sunlight inlet 51 having a circular shape in front view (or an elliptical shape in front view) is provided (formed) at the center of the lower plate 50.
  • a space S (see FIG. 5) formed by the four back plates 44 and accommodating the other end (upper end) of the second pipe 23 is filled with a heat insulating material (not shown) (see FIG. 5). Containment).
  • the heat transfer tube unit 43 is arranged along the inner peripheral surface 44a and the horizontal plane of the back plate 44, and along the inlet header 32 disposed below in the casing 42, and the inner peripheral surface 44a and the horizontal plane of the back plate 44.
  • the outlet header 34 disposed above the casing 42, one end (lower end) is connected to the upper surface of the inlet header 32, the other end (upper end) is connected to the lower surface of the outlet header 34, (substantially), etc.
  • a plurality of (for example, 500) heat transfer tubes (pipes) 52 arranged along the vertical direction at intervals (so that the distance between the central axes along the longitudinal direction of the adjacent heat transfer tubes 52 is (substantially) equal). And.
  • the heat transfer tubes 52 are arranged so that the gap between the adjacent heat transfer tubes 52 is (substantially) equal to the outer diameter of the heat transfer tubes 52.
  • the solar heat passes through the gap between the adjacent heat transfer tubes 52, and the back heat insulating material (not shown) disposed on the back side of the heat transfer tube 52 is heated by the solar heat that has passed through the gap.
  • the back surface side is heated by receiving radiant heat from a back surface heat insulating material (not shown) so that the temperature difference between the front surface and the back surface of the heat transfer tube 52 is reduced.
  • a mirror arrangement surface 53 having a circular shape in plan view is set on the ground G, and the mirror arrangement surface 53 is set inside the solar heat receiver 13.
  • a plurality of solar heat collectors (not shown) (not shown) that efficiently reflect sunlight are arranged on the inner peripheral surface 44a (see FIG. 5). Sunlight (not shown) collected (reflected) by these solar heat collectors is provided at the center of the lower plate 50 (see FIG. 5) constituting the solar heat receiver 13, as shown in FIG.
  • the solar heat receiver 13 enters the solar heat receiver 13 through the solar light inlet 51, reaches a plurality of heat transfer tubes 52 (see FIG. 5) arranged on the inner peripheral surface 44 a at (approximately) equal intervals, and the heat transfer tubes
  • the high-pressure compressive working fluid passing through the interior of 52 is heated to raise the temperature.
  • the solar heat receiver 13 is formed through a base (flange) 55 that is formed so that the upper surface thereof is in contact with the entire lower surface of the bottom plate 46 and extends outward along the horizontal direction.
  • the top of the tower 21 (the top of the top) is fixed.
  • the solar heat receiver 103 since the bottom plate 46 constituting the casing 42 is directly fixed to the top surface of the top of the tower 21, the solar heat receiver 103 is conventionally installed at the top of the tower 100.
  • the support structure can be simplified and the manufacturing cost can be reduced.
  • the sunlight inlet 51 is formed so as to have a circular shape when viewed from the front (or an elliptical shape when viewed from the front), the amount of heat leaking from the inside of the casing 42 to the outside of the casing 42 via the sunlight inlet 51 is minimized.
  • the inside of the casing 42 can be maintained at a high temperature, and the compressive working fluid flowing through the heat transfer tube 52 can be efficiently heated and heated.
  • the inside of the space S formed in the center part of the casing 42 along a perpendicular direction functions as hot banking, and the heat transfer tube 52 passes through this hot banking.
  • the second piping 23 that guides the compressive working fluid flowing out from the turbine 14 to the turbine 14 is arranged. Thereby, the compressive working fluid that passes through the second pipe 23 can be maintained at a high temperature, or the compressive working fluid that passes through the second pipe 23 can be further heated to increase the energy conversion efficiency. Can be improved.
  • the solar heat receiver which concerns on 2nd Embodiment of this invention is demonstrated.
  • the space S described in the first embodiment is filled (accommodated) with a heat insulating material thinner than the heat insulating material described in the first embodiment. This is different from the first embodiment. Since other components are the same as those of the first embodiment described above, description of these components is omitted here.
  • the heat insulating material thinner than the heat insulating material described in the first embodiment for example, in the first embodiment has been described.
  • the heat insulating material has a thickness of 300 mm
  • the solar heat receiver since the space S is filled with a heat insulating material thinner than the heat insulating material described in the first embodiment, the weight of the solar heat receiver is reduced. be able to. In addition, if the size of the space S is reduced in the horizontal direction as much as the heat insulating material is thinned, the solar heat receiver can be reduced in size and further reduced in weight. Further, since the temperature in the space S increases as the heat insulating material is thinned, the compressive working fluid passing through the second pipe 23 is kept at a higher temperature, or the second pipe 23 The compressive working fluid passing through can be further heated and heated, and the energy conversion efficiency can be further improved. Other functions and effects are the same as those of the above-described first embodiment, and thus description thereof is omitted here.
  • FIG. 6 is a partial cross-sectional view of the solar heat receiver according to the present embodiment as viewed from above.
  • the solar heat receiver 61 according to the present embodiment eliminates the four back plates 44 and the heat insulating material (not shown), and replaces the four top plates 45 with one top plate (see FIG. 6). (Not shown), and instead of the four bottom plates 46, a single bottom plate (not shown) is provided, and the inlet header 32 and the outlet header 34 are arranged in a cross shape when viewed from above. This is different from the above-described embodiment.
  • the solar heat receiver 61 is configured as a single module 63 including a single casing 62 and four heat transfer tube units 43 accommodated in the casing 62. Since the other constituent elements are the same as those in the above-described embodiment, description of these constituent elements is omitted here.
  • outlet header 34 is arranged so as to have a cross shape when viewed from above, one end (inner end) of the outlet header 34 is directly connected to the outer peripheral surface of the second pipe 23, and The branch pipe 35 is also eliminated. Furthermore, in this embodiment, with the elimination of the back plate 44 whose inner peripheral surface 44a serves as a heat receiving surface, there is no gap between adjacent heat transfer tubes (pipes) 52 (so as to be extremely small). Are arranged.
  • the space S formed by the four back plates 44, the four back surfaces 44, and the heat insulating material are eliminated. Miniaturization in the horizontal direction can be achieved, and further weight reduction can be achieved.
  • the bottom plate 46 constituting the casing 42 is directly fixed to the top surface of the top of the tower 21, so that conventionally, the solar heat receiver 103 is connected to the top of the tower 100.
  • the support column 102 that is required for the installation is not necessary. Thereby, it is possible to avoid the support column supporting the solar heat receiver 61 being disposed on the path from the solar heat collector to the solar light inlet 51 of the solar heat receiver 61, and to support the solar heat receiver 61.
  • the support structure can be simplified and the manufacturing cost can be reduced.
  • the sunlight inlet 51 is formed so as to have a circular shape when viewed from the front (or an elliptical shape when viewed from the front), the amount of heat leaking from the inside of the casing 62 to the outside of the casing 62 via the sunlight inlet 51 is minimized.
  • the inside of the casing 62 can be maintained at a high temperature, and the compressive working fluid flowing through the heat transfer tube 52 can be efficiently heated and heated.
  • FIG. 7 is a partial cross-sectional view of the solar heat receiver according to the present embodiment as viewed from above.
  • the solar heat receiver 65 according to the present embodiment is described above in that the upper and lower ends of the back plate 44 are curved so as to be positioned on an arc drawn by a hyperbola. Different from the embodiment. Since other components are the same as those in the above-described embodiment, description of these components is omitted here.
  • the back plate 44, the top plate 45, the bottom plate 46, the left side plate 47, the right side plate 48, the upper plate 49, and the lower plate 50 are appropriately shaped according to the shape change of the back plate 44. Changes have been made. Furthermore, the inlet header 32 and the outlet header 34 are curved along the inner peripheral surface 44 a of the back plate 44.
  • the upper end and the lower end of the back plate 44 are curved so as to be positioned on a circular arc drawn by a hyperbola, and the inlet header 32 and the outlet header 34 are Since it is curved along the inner peripheral surface 44a of the back plate 44, the solar heat receiver 65 can be downsized in the horizontal direction.
  • Other functions and effects are the same as those of the above-described first embodiment, and thus description thereof is omitted here.
  • the support column supporting the solar heat receiver is disposed on the path from the solar heat collector (not shown) to the solar light inlet 51 of the solar heat receiver.
  • the support structure for supporting the solar heat receiver can be simplified, and the solar heat receiver that can reduce the manufacturing cost is provided. Therefore, the support structure at the top of the tower 21 can be simplified.
  • the installation cost can be reduced.
  • the sunlight inlet 51 is formed so as to have a circular shape in front view or an elliptical shape in front view, the amount of heat leaking from the inside of the casing to the outside of the casing via the sunlight inlet 51 is minimized.
  • a solar heat receiver that can maintain the inside of the casing at a high temperature and can efficiently heat and heat the compressive working fluid that circulates in the heat transfer tube 52. The overall thermal efficiency can be improved.
  • the support column supporting the solar heat receiver is disposed on the path from the solar heat collector to the solar light inlet 51 of the solar heat receiver.
  • the solar heat receiver can be simplified and the support structure for supporting the solar heat receiver can be reduced, and the manufacturing cost can be reduced. Therefore, the support structure at the top of the tower 21 can be simplified and installed. Cost can be reduced.
  • the sunlight inlet 51 is formed so as to have a circular shape in front view or an elliptical shape in front view, the amount of heat leaking from the inside of the casing to the outside of the casing via the sunlight inlet 51 is minimized.
  • a solar heat receiver that can maintain the inside of the casing at a high temperature and can efficiently heat and heat the compressive working fluid that circulates in the heat transfer tube 52. The power generation efficiency can be improved.
  • a lid 71 is provided in an opening formed above the space S (see FIG. 5) in the above-described embodiment, and the opening formed above the space S is sealed (closed). You may do it.
  • the inside of the space S can be maintained at a higher temperature, and the compressive working fluid that passes through the second pipe 23 accommodated in the space S is maintained at a higher temperature, or the second pipe.
  • the compressive working fluid passing through the inside 23 can be further heated and heated, and the energy conversion efficiency can be further improved.
  • a lid 81 may be provided instead of the lid 71.
  • a plurality of (three in the present embodiment) vent holes 82 that are rectangular in plan view and penetrate in the thickness direction are provided in a central line at the center of the lid 81 in a straight line.
  • An opening / closing plate 83 that opens and closes the vent 82 by moving in the direction in which the vents 82 are arranged (left and right in FIG. 9) along the lower surface of the lid 81 is provided below the vent 82.
  • the opening / closing plate 83 has a rectangular shape in plan view and penetrates in the plate thickness direction.
  • the opening / closing plate 83 When the opening / closing plate 83 is fully opened, the opening / closing plate 83 is matched with the ventilation hole 82 and the ventilation hole 82 is fully opened.
  • a through-hole 84 is provided (formed) that closes the vent 82 in a fully closed state (closed half). That is, when the vent 82 is opened, heat in the space S is released through the vent 82, and the temperature in the space S is reduced. Further, when the vent 82 is closed, the opening formed above the space S is completely closed, and the temperature in the space S is raised. Thereby, the temperature in the space S can be maintained within a predetermined temperature range.
  • a lid 91 may be provided instead of the lid 71.
  • a plurality of (four in the present embodiment) vent holes 92 having a rectangular shape in plan view and penetrating in the thickness direction are provided side by side in the circumferential direction at the center of the lid 91.
  • the opening 92 is provided with an opening / closing plate 93 that rotates around a rotation shaft (hinge) (not shown) to open and close the vent 92. That is, when the vent 92 is opened, the heat in the space S is released through the vent 92, and the temperature in the space S is reduced. Further, when the vent 92 is closed, the opening formed above the space S is completely closed, and the temperature in the space S is raised. Thereby, the temperature in the space S can be maintained within a predetermined temperature range.
  • the controller opens and closes the open / close plates 83 and 93. You may make it output the control signal to a drive source (not shown), and control the opening degree of the opening-and-closing plate 83,93. Thereby, the temperature in the space S can be automatically maintained within a predetermined temperature range.
  • the example in which the back surfaces of the quartered circles are back-to-back as viewed from above has been described as a specific example, but the present invention is not limited to this. Rather than being divided into two, it shall be a bisection circle, a trisection circle, a polygon, a circle that is divided into five or more, and a shape in which the backs of the polygons are back to back. You can also.

Abstract

　地盤に立設されたタワー（２１）の頂部に配置され、地盤の上に配置された太陽熱集光器により集光された太陽光を変換した熱により圧縮性作動流体を加熱して昇温させる太陽熱受熱器（１３）において、タワー（２１）の頂部上面に固定される底板（４６）を備えたケーシング（４２）と、このケーシング（４２）に収容されて熱が与えられる伝熱管（５２）を備えた伝熱管ユニット（４３）とを備えた、同一の形状を呈するモジュール（４１）が、互いに背中合わせになるようにして構成され、かつ下端が底板（４６）の外周端に接続されてケーシング（４２）を形成するとともに、外周端から斜め上方に延びる板状部材（５０）の中央部に、正面視円形状または正面視楕円形状を呈する太陽光入口（５１）が設けられている。

Description

太陽熱受熱器
　本発明は、太陽熱集光器（「ヘリオスタット」ともいう。）により集光された太陽光を変換した熱により圧縮性作動流体を加熱して昇温させる太陽熱受熱器に関するものである。
　太陽熱受熱器としては、タワーの頂部に配置されたものが知られている（例えば、特許文献１の図３参照）。
特開２０１０－１４４７２５号公報
　タワーの頂部に配置される太陽熱受熱器は、例えば、図１１に示すように、鉛直方向に沿ってタワー１００の頂面（頂部上面）１０１に立設された四本の支柱１０２の上に取り付けられている。
　また、図１２に示すように、太陽熱受熱器１０３は、外観がおおよそ円筒形状を呈するケーシング１０４と、鉛直方向に沿ってケーシング１０４の内周面（受熱面）に（略）等間隔で（隣り合う伝熱管１０５の長手方向に沿う中心軸線間の距離（ピッチ）が（略）等しくなるようにして）配列された複数本（例えば、５００本）の伝熱管（配管）１０５とを備えている。
　そして、図１２に示すように、ケーシング１０４の底部には、鉛直下方から見て円形状を呈する太陽光入口１０６が設けられており、この太陽光入口１０６を介して太陽熱集光器（図示せず）により集光された太陽光がケーシング１０４の内部に進入し、ケーシング１０４の内周面に（略）等間隔で配列された複数本の伝熱管１０５に到達して、これら伝熱管１０５の内部を通過する高圧の圧縮性作動流体が加熱昇温させられるようになっている。
　なお、図１１中の符号Ｇは、タワー１００が立設されている地盤を示している。
　しかしながら、ケーシング１０４の底部に、鉛直下方から見て円形状を呈する太陽光入口１０６が設けられた太陽熱受熱器１０３では、上述したように図１１に示すような支柱１０２の上に取り付けられることになり、太陽熱集光器により集光された太陽光が、太陽光入口１０６に到達する前に支柱１０２にあたる場合がある。そのため、耐熱性を有し、かつ、重量のある太陽熱受熱器１０３を細くしても支えることのできる強度を有する高価な材料で作られた支柱１０２が必要となり、製造コストが高騰してしまうといった問題点があった。
　本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、太陽熱集光器から太陽熱受熱器の太陽光入口に至る経路上に、太陽熱受熱器を支持する支柱が配置されるのを回避することができ、太陽熱受熱器を支持する支持構造の簡素化、および製造コストの低減化を図ることができる太陽熱受熱器を提供することを目的とする。
　本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
　本発明の第一の態様に係る太陽熱受熱器は、地盤に立設されたタワーの頂部に配置されて、前記地盤の上に配置された太陽熱集光器により集光された太陽光を変換した熱により圧縮性作動流体を加熱して昇温させる太陽熱受熱器であって、前記タワーの頂部上面に固定される底板を備えたケーシングと、このケーシングに収容されて、前記熱が与えられる伝熱管を備えた伝熱管ユニットとを備えた、同一の形状を呈するモジュールが、互いに背中合わせになるようにして構成されており、かつ、下端が前記底板の外周端に接続されて前記ケーシングを形成するとともに、前記外周端から斜め上方に延びる板状部材の中央部に、正面視円形状または正面視楕円形状を呈する太陽光入口が設けられているものである。
　本発明の第一の態様に係る太陽熱受熱器によれば、ケーシングを構成する底板が、タワーの頂部上面に直接固定されることになるので、従来、太陽熱受熱器をタワーの頂部に設置するのに必要とされた支柱が不要になる。
　これにより、太陽熱集光器から太陽熱受熱器の太陽光入口に至る経路上に、太陽熱受熱器を支持する支柱が配置されるのを回避することができ、太陽熱受熱器を支持する支持構造の簡素化、および製造コストの低減化を図ることができる。
　また、太陽光入口が、正面視円形状または正面視楕円形状を呈するようにして形成されているので、太陽光入口を介してケーシング内からケーシング外に漏洩する熱量を最小限にすることができ、ケーシング内を高温に維持することができて、伝熱管内を流通する圧縮性作動流体を効率よく加熱昇温させることができる。
　本発明の第一の態様に係る太陽熱受熱器においては、前記伝熱管ユニットが、当該伝熱管ユニットを上方から見たときに、幅方向における中央部が背側に近づき、幅方向における両端が互いに近づくとともに、幅方向における左端から右端にわたって同一の曲率を有する線上に位置するようにして構成されていることが好ましい。
　このような太陽熱受熱器によれば、太陽光入口から導入された太陽光が、伝熱管に効率よく当てられることになるので、エネルギー変換効率を向上させることができる。
　また、このような太陽熱受熱器によれば、伝熱管ユニットの幅方向における寸法が縮められることになるので、当該太陽熱受熱器の小型化および軽量化を図ることができる。
　本発明の第一の態様に係る太陽熱受熱器においては、前記伝熱管ユニットが、当該伝熱管ユニットを上方から見たときに、幅方向における中央部が背側に近づき、幅方向における両端が互いに近づくとともに、幅方向における左端から右端にわたって双曲線上に位置するようにして構成されていることが好ましい。
　このような太陽熱受熱器によれば、太陽光入口から導入された太陽光が、伝熱管に効率よく当てられることになるので、エネルギー変換効率を向上させることができる。
　また、このような太陽熱受熱器によれば、伝熱管ユニットの幅方向における寸法が縮められることになるので、当該太陽熱受熱器の小型化および軽量化を図ることができる。
　本発明の第一の態様に係る太陽熱受熱器においては、前記モジュールの背面間に、前記伝熱管から流出した圧縮性作動流体をタービンに導く配管を収容する空間が形成されていることが好ましい。
　このような太陽熱受熱器によれば、モジュールの背面間に形成された空間内がホットバンキングとして機能し、このホットバンキングを通過するようにして伝熱管から流出した圧縮性作動流体をタービンに導く配管が配置されることになる。
　これにより、配管内を通過する圧縮性作動流体を高温のまま維持する、または配管内を通過する圧縮性作動流体をさらに加熱昇温させることができ、エネルギー変換効率を向上させることができる。
　本発明の第二の態様に係る太陽熱受熱器は、地盤に立設されたタワーの頂部に配置されて、前記地盤の上に配置された太陽熱集光器により集光された太陽光を変換した熱により圧縮性作動流体を加熱して昇温させる太陽熱受熱器であって、前記タワーの頂部上面に固定される底板を備えたケーシングと、このケーシングに収容されて、前記熱が与えられる伝熱管を備えた伝熱管ユニットとを備えており、かつ、下端が前記底板の外周端に接続されて前記ケーシングを形成するとともに、前記外周端から斜め上方に延びる板状部材の中央部に、正面視円形状または正面視楕円形状を呈する太陽光入口が設けられているものである。
　本発明の第二の態様に係る太陽熱受熱器によれば、ケーシングを構成する底板が、タワーの頂部上面に直接固定されることになるので、従来、太陽熱受熱器をタワーの頂部に設置するのに必要とされた支柱が不要になる。
　これにより、太陽熱集光器から太陽熱受熱器の太陽光入口に至る経路上に、太陽熱受熱器を支持する支柱が配置されるのを回避することができ、太陽熱受熱器を支持する支持構造の簡素化、および製造コストの低減化を図ることができる。
　また、太陽光入口が、正面視円形状または正面視楕円形状を呈するようにして形成されているので、太陽光入口を介してケーシング内からケーシング外に漏洩する熱量を最小限にすることができ、ケーシング内を高温に維持することができて、伝熱管内を流通する圧縮性作動流体を効率よく加熱昇温させることができる。
　本発明の第二の態様に係る太陽熱受熱器においては、鉛直方向に沿う前記ケーシングの中央部に、前記伝熱管から流出した圧縮性作動流体をタービンに導く配管を収容する空間が形成されていることが好ましい。
　このような太陽熱受熱器によれば、鉛直方向に沿うケーシングの中央部に形成された空間内がホットバンキングとして機能し、このホットバンキングを通過するようにして伝熱管から流出した圧縮性作動流体をタービンに導く配管が配置されることになる。
　これにより、配管内を通過する圧縮性作動流体を高温のまま維持する、または配管内を通過する圧縮性作動流体をさらに加熱昇温させることができ、エネルギー変換効率を向上させることができる。
　本発明の第一の態様または第二の態様に係る太陽熱受熱器においては、前記空間の上方を塞ぐ蓋体が設けられていることが好ましい。
　このような太陽熱受熱器によれば、空間の上方に形成された開口が蓋体により塞がれることになる。
　これにより、空間内をより高温に維持することができて、空間内に収容された配管内を通過する圧縮性作動流体をより高温のまま維持する、または配管内を通過する圧縮性作動流体をさらに加熱昇温させることができ、エネルギー変換効率をさらに向上させることができる。
　上記太陽熱受熱器において、前記蓋体に、板厚方向に貫通する通気口が設けられているとともに、前記通気口を開閉する開閉板が設けられているとさらに好適である。
　このような太陽熱受熱器によれば、通気口が開けられると通気口を介して空間内の熱が放出され、空間内の温度が低減させられることになる。また、通気口が閉じられると空間の上方に形成された開口が完全に塞がれ、空間内の温度が上昇させられることになる。
　これにより、空間内の温度を所定の温度範囲内に維持させることができる。
　本発明の第三の態様に係る太陽熱ガスタービンは、本発明の第一の態様または第二の態様に係る太陽熱受熱器と、地盤の上に配置された太陽熱集光器と、を具備しているものである。
　本発明の第三の態様に係る太陽熱ガスタービンによれば、太陽熱集光器から太陽熱受熱器の太陽光入口に至る経路上に、太陽熱受熱器を支持する支柱が配置されるのを回避することができ、太陽熱受熱器を支持する支持構造の簡素化、および製造コストの低減化を図ることができる太陽熱受熱器を具備しているので、タワーの頂部における支持構造の簡素化、および設置コストの低減化を図ることができる。
　また、太陽光入口が、正面視円形状または正面視楕円形状を呈するようにして形成されているので、太陽光入口を介してケーシング内からケーシング外に漏洩する熱量を最小限にすることができ、ケーシング内を高温に維持することができて、伝熱管内を流通する圧縮性作動流体を効率よく加熱昇温させることができる太陽熱受熱器を具備しているので、エネルギー変換効率を向上させることができ、全体の熱効率を向上させることができる。
　本発明の第四の態様に係る太陽熱ガスタービン発電装置は、本発明の第三の態様に係る太陽熱ガスタービンを具備しているものである。
　本発明の第四の態様に係る太陽熱ガスタービン発電装置によれば、太陽熱集光器から太陽熱受熱器の太陽光入口に至る経路上に、太陽熱受熱器を支持する支柱が配置されるのを回避することができ、太陽熱受熱器を支持する支持構造の簡素化、および製造コストの低減化を図ることができる太陽熱受熱器を具備しているので、タワーの頂部における支持構造の簡素化、および設置コストの低減化を図ることができる。
　また、太陽光入口が、正面視円形状または正面視楕円形状を呈するようにして形成されているので、太陽光入口を介してケーシング内からケーシング外に漏洩する熱量を最小限にすることができ、ケーシング内を高温に維持することができて、伝熱管内を流通する圧縮性作動流体を効率よく加熱昇温させることができる太陽熱受熱器を具備しているので、エネルギー変換効率を向上させることができ、発電効率を向上させることができる。
　本発明に係る太陽熱受熱器によれば、太陽熱集光器から太陽熱受熱器の太陽光入口に至る経路上に、太陽熱受熱器を支持する支柱が配置されるのを回避することができ、太陽熱受熱器を支持する支持構造の簡素化、および製造コストの低減化を図ることができるという効果を奏する。
本発明の第１実施形態に係る太陽熱受熱器を具備した太陽熱ガスタービンおよび太陽熱ガスタービン発電装置の概略構成図である。 本発明の第１実施形態に係る太陽熱受熱器を搭載したタワーおよび太陽熱受熱器を側方から見て、一部を断面で示した図である。 本発明の第１実施形態に係る太陽熱受熱器を搭載したタワーおよび太陽熱受熱器を上方から見て、一部を断面で示した図である。 本発明の第１実施形態に係る太陽熱受熱器を搭載したタワーおよび太陽熱受熱器を図２および図３の左側から見て、一部を断面で示した図である。 本発明の第１実施形態に係る太陽熱受熱器を搭載したタワーおよび太陽熱受熱器を斜め上方から見て、太陽熱受熱器の内部が一部見えるようにして示した図である。 本発明の第３実施形態に係る太陽熱受熱器を上方から見て、一部を断面で示した図である。 本発明の第４実施形態に係る太陽熱受熱器を上方から見て、一部を断面で示した図である。 本発明の他の実施形態に係る太陽熱受熱器を斜め上方から見た斜視図である。 本発明の別の実施形態に係る太陽熱受熱器の蓋体を斜め上方から見た斜視図である。 本発明のさらに別の実施形態に係る太陽熱受熱器の蓋体を斜め上方から見た斜視図である。 従来の太陽熱受熱器を搭載したタワーおよび太陽熱受熱器を側方から見た図である。 図１１に示す太陽熱受熱器を斜め上方から見た斜視図である。
〔第１実施形態〕
　以下、本発明の第１実施形態に係る太陽熱受熱器について、図１から図５を参照しながら説明する。
　図１は本実施形態に係る太陽熱受熱器を具備した太陽熱ガスタービンおよび太陽熱ガスタービン発電装置の概略構成図、図２は本実施形態に係る太陽熱受熱器を搭載したタワーおよび太陽熱受熱器を側方から見て、一部を断面で示した図、図３は本実施形態に係る太陽熱受熱器を搭載したタワーおよび太陽熱受熱器を上方から見て、一部を断面で示した図、図４は本実施形態に係る太陽熱受熱器を搭載したタワーおよび太陽熱受熱器を図２および図３の左側から見て、一部を断面で示した図、図５は本実施形態に係る太陽熱受熱器を搭載したタワーおよび太陽熱受熱器を斜め上方から見て、太陽熱受熱器の内部が一部見えるようにして示した図である。
　図１に示すように、太陽熱ガスタービン１１は、圧縮性作動流体（例えば、空気）を圧縮して昇圧させる圧縮機１２と、太陽光を変換した熱により圧縮性作動流体を加熱して昇温させる太陽熱受熱器１３と、高温高圧の圧縮性作動流体が保有する熱エネルギーを機械エネルギーに変換するタービン１４とを主な構成要素とする装置である。すなわち、太陽熱ガスタービン１１は、天然ガス等の燃料を燃焼させて高温高圧の燃焼ガスを生成する燃焼器に代えて、太陽光の熱エネルギーを利用して圧縮性作動流体を加熱して昇温する太陽熱受熱器１３を備えたものである。
　また、発電機１５を太陽熱ガスタービン１１と同軸に連結し、太陽熱ガスタービン１１で発電機１５を駆動するように構成すれば、太陽光を利用して発電する太陽熱ガスタービン発電装置１０となる。
　なお、図中の符号１６は、タービン１４で仕事をした後に煙突（図示せず）から大気へ排出される圧縮性作動流体の排熱を用い、圧縮機１２で昇圧された高圧の圧縮性作動流体を予熱するための再熱器である。
　太陽熱受熱器１３は、太陽光を熱エネルギーに変換するための装置であり、図２および図４に示すように、地盤Ｇに立設されたタワー２１の頂部（例えば、高さ１００ｍのタワー２１の先端部）に配置されている。
　タワー２１の外部には、再熱器１６を通過した圧縮性作動流体を太陽熱受熱器１３に導く第１の配管２２が鉛直方向に沿って延びており、タワー２１の内部には、太陽熱受熱器１３で加熱昇温された圧縮性作動流体を地盤Ｇ上に設置されたタービン１４に導く第２の配管２３が鉛直方向に沿って延びている（収容されている）。
　第１の配管２２の一端は、再熱器１６の出口に接続され、第１の配管２２の他端（上端）は、タワー２１の外周面に沿って環状に配置された一本の枝管３１の下面に接続されている。各入口ヘッダ３２の底面中央部と、その鉛直下方に位置する枝管３１の上面とは、枝管３１の上面に立設されて鉛直上方に延びる一本の枝管３３を介して接続されている。
　第２の配管２３の一端は、タービン１４の入口に接続され、第２の配管２３の他端（上端）には、一端（外端）が各出口ヘッダ３４の背面中央部に接続され、水平方向に沿って内方に延びる枝管３５の他端（内端）が接続されている。
　図３または図５に示すように、太陽熱受熱器１３は、上方から見て、四等分された円の背面が互いに背中合わせになるような形状、すなわち、同一の形状を呈する四つのモジュール４１が、互いに背中合わせになるようにして構成されている。
　各モジュール４１は、ケーシング４２と、このケーシング４２に収容される伝熱管ユニット４３とを備えている。
　ケーシング４２は、その内周面４４ａが受熱面となる背板４４と、背板４４の上端に接続された天板４５と、背板４４の下端に接続された底板４６と、背板４４の左端に接続された左側板４７と、背板４４の右端に接続された右側板４８とを備えている。
　背板４４は、平面視矩形状を呈する板状部材であり、その左端と右端とが互いに近づくようにし、かつ、その上端および下端が、その左端から右端にわたって同一の曲率を有するようにして（本実施形態では、同一の半径で描かれた円弧上に位置するようにして）湾曲させられたものである。
　天板４５は、その左端から右端にわたって同一の曲率を有するようにして（本実施形態では、同一の半径Ｒで描かれた円弧上に位置するようにして）湾曲させられた外周端（内端）が、背板４４の上端に接続された、平面視略半円形状（平面視略三日月形状）を呈する板状の部材である。
　左側板４７は、その外周端（内端）が背板４４の左端に接続され、その上端が天板４５の左端に接続されて、その下端が底板４６の左端に接続された、平面視略ホームベース形状を呈する板状の部材である。
　右側板４８は、その外周端（内端）が背板４４の右端に接続され、その上端が天板４５の右端に接続されて、その下端が底板４６の右端に接続された、平面視略ホームベース形状を呈する板状の部材である。
　なお、図５に示すように、左側板４７と右側板４８とは、左右対称の形状、すなわち、左側板４７を一側から見た形状と、右側板４８を他側から見た形状とが、同じ形状を呈するように形成されている。
　底板４６は、その左端から右端にわたって同一の曲率を有するようにして（本実施形態では、同一の半径Ｒで描かれた円弧上に位置するようにして）湾曲させられた外周端（内端）が、背板４４の下端に接続され、その左端が左側板４７の下端に接続され、その右端が右側板４８の下端に接続された、平面視略半円形状を呈する板状の部材である。
　天板４５の外端、左側板４７の上側に位置する外端、および右側板４８の上側に位置する外端により形成される開口は、背板４４、天板４５、底板４６、左側板４７、右側板４８とともにケーシング４２を構成（形成）する、平面視（略）正三角形状を呈する上板（上蓋板）４９により密閉され（塞がれ）ている。
　底板４６の外端、左側板４７の下側に位置する外端、および右側板４８の下側に位置する外端により形成される開口は、背板４４、天板４５、底板４６、左側板４７、右側板４８とともにケーシング４２を構成（形成）する、平面視（略）正三角形状を呈する下板（下蓋板：板状部材）５０により密閉され（塞がれ）ている。
　また、下板５０の中央部には、正面視円形状（または正面視楕円形状）を呈する太陽光入口５１が設けられている（形成されている）。
　さらに、四つの背板４４により形成されて、第２の配管２３の他端部（上端部）が収容される空間Ｓ（図５参照）内には、断熱材（図示せず）が充填（収容）されている。
　伝熱管ユニット４３は、背板４４の内周面４４ａおよび水平面に沿うようにして、ケーシング４２内の下方に配置された入口ヘッダ３２と、背板４４の内周面４４ａおよび水平面に沿うようにして、ケーシング４２内の上方に配置された出口ヘッダ３４と、一端（下端）が入口ヘッダ３２の上面に接続され、他端（上端）が出口ヘッダ３４の下面に接続されて、（略）等間隔で（隣り合う伝熱管５２の長手方向に沿う中心軸線間の距離が（略）等しくなるように）鉛直方向に沿って配列された複数本（例えば、５００本）の伝熱管（配管）５２とを備えている。
　なお、図面の簡略化を図るため、図５には九本の伝熱管５２だけ描いている。
　また、本実施形態に係る伝熱管５２は、隣り合う伝熱管５２同士の隙間が伝熱管５２の外径と（略）等しくなるようにして配列されている。これにより、隣り合う伝熱管５２同士の隙間を太陽熱が通過し、隙間を通過した太陽熱により、伝熱管５２の裏面側に配置された裏面断熱材（図示せず）が加熱され、伝熱管５２の裏面側が裏面断熱材（図示せず）の輻射熱を受けて加熱されて、伝熱管５２の表面と裏面との温度差が少なくなるようになっている。
　そして、地盤Ｇには、図３に示すように、例えば、平面視円形状を呈するミラー配置面５３が設定されており、このミラー配置面５３には、太陽熱受熱器１３の内部に設定された内周面４４ａ（図５参照）に、太陽光を効率よく反射させる図示しない太陽熱集光器（図示せず）が複数基（例えば、４００基）配置されている。これら太陽熱集光器で集められた（反射された）太陽光（図示せず）は、図２に示すように、太陽熱受熱器１３を構成する下板５０（図５参照）の中央部に設けられた太陽光入口５１を介して太陽熱受熱器１３の内部に進入し、内周面４４ａに（略）等間隔で配列された複数本の伝熱管５２（図５参照）に到達し、伝熱管５２の内部を通過する高圧の圧縮性作動流体を加熱して昇温させる。
　また、図４に示すように、太陽熱受熱器１３は、その上面が底板４６の下面全体と接するようにして形成され、かつ、水平方向に沿って外方に延びるベース（フランジ）５５を介して、タワー２１の頂面（頂部上面）に固定されている。
　本実施形態に係る太陽熱受熱器１３によれば、ケーシング４２を構成する底板４６が、タワー２１の頂部上面に直接固定されることになるので、従来、太陽熱受熱器１０３をタワー１００の頂部に設置するのに必要とされた支柱１０２が不要になる。
　これにより、太陽熱集光器から太陽熱受熱器１３の太陽光入口５１に至る経路上に、太陽熱受熱器１３を支持する支柱が配置されるのを回避することができ、太陽熱受熱器１３を支持する支持構造の簡素化、および製造コストの低減化を図ることができる。
　また、太陽光入口５１が、正面視円形状（または正面視楕円形状）を呈するようにして形成されているので、太陽光入口５１を介してケーシング４２内からケーシング４２外に漏洩する熱量を最小限にすることができ、ケーシング４２内を高温に維持することができて、伝熱管５２内を流通する圧縮性作動流体を効率よく加熱昇温させることができる。
　また、本実施形態に係る太陽熱受熱器１３によれば、鉛直方向に沿うケーシング４２の中央部に形成された空間Ｓ内がホットバンキングとして機能し、このホットバンキングを通過するようにして伝熱管５２から流出した圧縮性作動流体をタービン１４に導く第２の配管２３が配置されることになる。
　これにより、第２の配管２３内を通過する圧縮性作動流体を高温のまま維持する、または第２の配管２３内を通過する圧縮性作動流体をさらに加熱昇温させることができ、エネルギー変換効率を向上させることができる。
〔第２実施形態〕
　本発明の第２実施形態に係る太陽熱受熱器について説明する。
　本実施形態に係る太陽熱受熱器では、第１実施形態のところで説明した空間Ｓ内に、第１実施形態のところで説明した断熱材よりも薄い断熱材が充填（収容）されているという点で上述した第１実施形態のものと異なる。その他の構成要素については上述した第１実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。
　本実施形態では、四つの背板４４により形成された空間Ｓ（図５参照）内に、第１実施形態のところで説明した断熱材よりも薄い断熱材、例えば、第１実施形態のところで説明した断熱材が３００ｍｍの厚みを有していたとした場合、本実施形態では厚み２２０ｍｍの、第１実施形態のところで説明した断熱材よりも薄い断熱材が充填されている。
　本実施形態に係る太陽熱受熱器によれば、第１実施形態のところで説明した断熱材よりも薄い断熱材が空間Ｓ内に充填されることになるので、当該太陽熱受熱器の重量を軽量化することができる。
　また、断熱材を薄くした分、空間Ｓの寸法を水平方向に小さくすれば、当該太陽熱受熱器の小型化を図ることができ、かつ、さらなる軽量化を図ることができる。
　さらに、断熱材を薄くした分、空間Ｓ内の温度が上昇することになるので、第２の配管２３内を通過する圧縮性作動流体をより高温のまま維持する、または第２の配管２３内を通過する圧縮性作動流体をさらに加熱昇温させることができ、エネルギー変換効率をさらに向上させることができる。
　その他の作用効果は、上述した第１実施形態のものと同じであるので、ここではその説明を省略する。
〔第３実施形態〕
　本発明の第３実施形態に係る太陽熱受熱器について、図６を参照しながら説明する。図６は本実施形態に係る太陽熱受熱器を上方から見て、一部を断面で示した図である。
　図６に示すように、本実施形態に係る太陽熱受熱器６１は、四つの背板４４および断熱材（図示せず）を無くし、四枚の天板４５の代わりに一枚の天板（図示せず）を設け、四枚の底板４６の代わりに一枚の底板（図示せず）を設けて、入口ヘッダ３２および出口ヘッダ３４を上方から見て十字状を呈するようにして配置したという点で上述した実施形態のものと異なる。すなわち、本実施形態に係る太陽熱受熱器６１は、一つのケーシング６２と、このケーシング６２に収容される四つの伝熱管ユニット４３とを備えた一つのモジュール６３として構成されている。
　なお、その他の構成要素については上述した実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。
　また、出口ヘッダ３４を上方から見て十字状を呈するようにして配置したことに伴い、出口ヘッダ３４の一端（内端）を第２の配管２３の外周面に直接接続して、四本の枝管３５も無くすようにしている。
　さらに、本実施形態では、その内周面４４ａが受熱面となる背板４４を無くしたことに伴い、隣り合う伝熱管（配管）５２同士の隙間がないように（極わずかになるように）して配列されている。
　本実施形態に係る太陽熱受熱器６１によれば、四つの背板４４、これら四つの背面４４により形成された空間Ｓ、および断熱材（図示せず）を無くした分、当該太陽熱受熱器６１の水平方向への小型化を図ることができ、かつ、さらなる軽量化を図ることができる。
　また、本実施形態に係る太陽熱受熱器６１によれば、ケーシング４２を構成する底板４６が、タワー２１の頂部上面に直接固定されることになるので、従来、太陽熱受熱器１０３をタワー１００の頂部に設置するのに必要とされた支柱１０２が不要になる。
　これにより、太陽熱集光器から太陽熱受熱器６１の太陽光入口５１に至る経路上に、太陽熱受熱器６１を支持する支柱が配置されるのを回避することができ、太陽熱受熱器６１を支持する支持構造の簡素化、および製造コストの低減化を図ることができる。
　また、太陽光入口５１が、正面視円形状（または正面視楕円形状）を呈するようにして形成されているので、太陽光入口５１を介してケーシング６２内からケーシング６２外に漏洩する熱量を最小限にすることができ、ケーシング６２内を高温に維持することができて、伝熱管５２内を流通する圧縮性作動流体を効率よく加熱昇温させることができる。
〔第４実施形態〕
　本発明の第４実施形態に係る太陽熱受熱器について、図７を参照しながら説明する。図７は本実施形態に係る太陽熱受熱器を上方から見て、一部を断面で示した図である。
　図７に示すように、本実施形態に係る太陽熱受熱器６５は、背板４４の上端および下端が、双曲線で描かれた円弧上に位置するようにして湾曲させられているという点で上述した実施形態のものと異なる。その他の構成要素については上述した実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。
　また、本実施形態では、背板４４の形状変更に伴い、背板４４、天板４５、底板４６、左側板４７、右側板４８、上板４９、下板５０にも適宜必要に応じた形状変更がなされている。
　さらに、入口ヘッダ３２および出口ヘッダ３４は、背板４４の内周面４４ａに沿うように湾曲させられている。
　本実施形態に係る太陽熱受熱器６５によれば、背板４４の上端および下端が、双曲線で描かれた円弧上に位置するようにして湾曲させられ、かつ、入口ヘッダ３２および出口ヘッダ３４が、背板４４の内周面４４ａに沿うように湾曲させられているので、当該太陽熱受熱器６５の水平方向への小型化を図ることができる。
　その他の作用効果は、上述した第１実施形態のものと同じであるので、ここではその説明を省略する。
　また、本発明に係る太陽熱ガスタービン１１によれば、太陽熱集光器（図示せず）から太陽熱受熱器の太陽光入口５１に至る経路上に、太陽熱受熱器を支持する支柱が配置されるのを回避することができ、太陽熱受熱器を支持する支持構造の簡素化、および製造コストの低減化を図ることができる太陽熱受熱器を具備しているので、タワー２１の頂部における支持構造の簡素化、および設置コストの低減化を図ることができる。
　また、太陽光入口５１が、正面視円形状または正面視楕円形状を呈するようにして形成されているので、太陽光入口５１を介してケーシング内からケーシング外に漏洩する熱量を最小限にすることができ、ケーシング内を高温に維持することができて、伝熱管５２内を流通する圧縮性作動流体を効率よく加熱昇温させることができる太陽熱受熱器を具備しているので、エネルギー変換効率を向上させることができ、全体の熱効率を向上させることができる。
　さらに、本発明に係る太陽熱ガスタービン発電装置１０によれば、太陽熱集光器から太陽熱受熱器の太陽光入口５１に至る経路上に、太陽熱受熱器を支持する支柱が配置されるのを回避することができ、太陽熱受熱器を支持する支持構造の簡素化、および製造コストの低減化を図ることができる太陽熱受熱器を具備しているので、タワー２１の頂部における支持構造の簡素化、および設置コストの低減化を図ることができる。
　また、太陽光入口５１が、正面視円形状または正面視楕円形状を呈するようにして形成されているので、太陽光入口５１を介してケーシング内からケーシング外に漏洩する熱量を最小限にすることができ、ケーシング内を高温に維持することができて、伝熱管５２内を流通する圧縮性作動流体を効率よく加熱昇温させることができる太陽熱受熱器を具備しているので、エネルギー変換効率を向上させることができ、発電効率を向上させることができる。
　なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜必要に応じて変形・変更実施可能である。
　例えば、図８に示すように、上述した実施形態における空間Ｓ（図５参照）の上方に形成される開口に蓋体７１を設け、空間Ｓの上方に形成される開口を密閉する（塞ぐ）ようにしてもよい。
　これにより、空間Ｓ内をより高温に維持することができて、空間Ｓ内に収容された第２の配管２３内を通過する圧縮性作動流体をより高温のまま維持する、または第２の配管２３内を通過する圧縮性作動流体をさらに加熱昇温させることができ、エネルギー変換効率をさらに向上させることができる。
　また、図９に示すように、蓋体７１の代わりに蓋体８１を設けるようにしてもよい。
　この蓋体８１の中央部には、平面視矩形状を呈するとともに板厚方向に貫通する複数個（本実施形態では三個）の通気口８２が一直線上に並んで設けられており、これら通気口８２の下方には、蓋体８１の下面に沿って通気口８２の配列方向（図９において左右方向）に移動して通気口８２を開閉する開閉板８３が設けられている。
　なお、開閉板８３には、平面視矩形状を呈するとともに板厚方向に貫通して、全開状態で通気口８２と合致して通気口８２を全開にし、半開状態で通気口８２を半開にして（半分塞いで）、全閉状態で通気口８２を全閉にする（全部塞ぐ）貫通穴８４が設けられている（形成されている）。すなわち、通気口８２が開けられると通気口８２を介して空間Ｓ内の熱が放出され、空間Ｓ内の温度が低減させられることになる。また、通気口８２が閉じられると空間Ｓの上方に形成された開口が完全に塞がれ、空間Ｓ内の温度が上昇させられることになる。
　これにより、空間Ｓ内の温度を所定の温度範囲内に維持させることができる。
　さらに、図１０に示すように、蓋体７１の代わりに蓋体９１を設けるようにしてもよい。
　この蓋体９１の中央部には、平面視矩形状を呈するとともに板厚方向に貫通する複数個（本実施形態では四個）の通気口９２が周方向に並んで設けられており、各通気口９２には、図示しない回動軸（ヒンジ）まわりに回動して通気口９２を開閉する開閉板９３が設けられている。すなわち、通気口９２が開けられると通気口９２を介して空間Ｓ内の熱が放出され、空間Ｓ内の温度が低減させられることになる。また、通気口９２が閉じられると空間Ｓの上方に形成された開口が完全に塞がれ、空間Ｓ内の温度が上昇させられることになる。
　これにより、空間Ｓ内の温度を所定の温度範囲内に維持させることができる。
　さらにまた、空間Ｓ内の温度を測定する温度センサ（図示せず）から制御器（図示せず）に出力されたデータ（測定値）に基づいて、制御器から開閉板８３，９３を開閉する駆動源（図示せず）に制御信号を出力して、開閉板８３，９３の開度を制御するようにしてもよい。
　これにより、空間Ｓ内の温度を所定の温度範囲内に自動的に維持させることができる。
　さらにまた、上述した実施形態では、上方から見て、四等分された円の背面が互いに背中合わせになるような形状を呈するものを一具体例として挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、二等分された円、三等分された円、多角形、あるいは五以上に等分された円、多角形の背面が互いに背中合わせになるような形状を呈するものとすることもできる。
　１０　太陽熱ガスタービン発電装置
　１１　太陽熱ガスタービン
　１３　太陽熱受熱器
　１４　タービン
　２１　タワー
　２３　第２の配管
　４１　モジュール
　４２　ケーシング
　４３　伝熱管ユニット
　４６　底板
　５０　下板（板状部材）
　５１　太陽光入口
　５２　伝熱管
　６１　太陽熱受熱器
　６２　ケーシング
　６５　太陽熱受熱器
　７１　蓋体
　８１　蓋体
　８２　通気口
　８３　開閉板
　９１　蓋体
　９２　通気口
　９３　開閉板
　Ｓ　空間
　Ｇ　地盤

Claims (10)

  1. 　地盤に立設されたタワーの頂部に配置されて、前記地盤の上に配置された太陽熱集光器により集光された太陽光を変換した熱により圧縮性作動流体を加熱して昇温させる太陽熱受熱器であって、
    　前記タワーの頂部上面に固定される底板を備えたケーシングと、このケーシングに収容されて、前記熱が与えられる伝熱管を備えた伝熱管ユニットとを備えた、同一の形状を呈するモジュールが、互いに背中合わせになるようにして構成されており、かつ、下端が前記底板の外周端に接続されて前記ケーシングを形成するとともに、前記外周端から斜め上方に延びる板状部材の中央部に、正面視円形状または正面視楕円形状を呈する太陽光入口が設けられている太陽熱受熱器。
  2. 　前記伝熱管ユニットが、当該伝熱管ユニットを上方から見たときに、幅方向における中央部が背側に近づき、幅方向における両端が互いに近づくとともに、幅方向における左端から右端にわたって同一の曲率を有する線上に位置するようにして構成されている請求項１に記載の太陽熱受熱器。
  3. 　前記伝熱管ユニットが、当該伝熱管ユニットを上方から見たときに、幅方向における中央部が背側に近づき、幅方向における両端が互いに近づくとともに、幅方向における左端から右端にわたって双曲線上に位置するようにして構成されている請求項１に記載の太陽熱受熱器。
  4. 　前記モジュールの背面間に、前記伝熱管から流出した圧縮性作動流体をタービンに導く配管を収容する空間が形成されている請求項１から３のいずれか一項に記載の太陽熱受熱器。
  5. 　地盤に立設されたタワーの頂部に配置されて、前記地盤の上に配置された太陽熱集光器により集光された太陽光を変換した熱により圧縮性作動流体を加熱して昇温させる太陽熱受熱器であって、
    　前記タワーの頂部上面に固定される底板を備えたケーシングと、このケーシングに収容されて、前記熱が与えられる伝熱管を備えた伝熱管ユニットとを備えており、かつ、下端が前記底板の外周端に接続されて前記ケーシングを形成するとともに、前記外周端から斜め上方に延びる板状部材の中央部に、正面視円形状または正面視楕円形状を呈する太陽光入口が設けられている太陽熱受熱器。
  6. 　鉛直方向に沿う前記ケーシングの中央部に、前記伝熱管から流出した圧縮性作動流体をタービンに導く配管を収容する空間が形成されている請求項５に記載の太陽熱受熱器。
  7. 　前記空間の上方を塞ぐ蓋体が設けられている請求項４または６に記載の太陽熱受熱器。
  8. 　前記蓋体に、板厚方向に貫通する通気口が設けられているとともに、前記通気口を開閉する開閉板が設けられている請求項７に記載の太陽熱受熱器。
  9. 　請求項１から８のいずれか一項に記載の太陽熱受熱器と、
    　地盤の上に配置された太陽熱集光器と、を具備している太陽熱ガスタービン。
  10. 　請求項９に記載の太陽熱ガスタービンを具備してなる太陽熱ガスタービン発電装置。
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