JPS59231359A

JPS59231359A - 太陽光集光集熱装置

Info

Publication number: JPS59231359A
Application number: JP58106457A
Authority: JP
Inventors: Nagayasu Ikeda; 池田　長康; Shunichi Sasaki; 俊一佐々木; Takeshi Sakamoto; 坂元　健; Takashi Horigome; 堀米　孝
Original assignee: SHINENERUGII SOGO KAIHATSU KIKO
Current assignee: SHINENERUGII SOGO KAIHATSU KIKO
Priority date: 1983-06-14
Filing date: 1983-06-14
Publication date: 1984-12-26
Also published as: JPS6335905B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】抜権分見この発明は、太陽熱発電のように太陽の熱エネルギーを
利用するシステムにおいて、太陽光を効率良く集光して
大きな熱エネルギーを取り出すための太陽光集光集熱装
置に関する。

従米捉４太陽の熱エネルギーを利用するシステム、特に密度の高
い熱エネルギーを必要とする太陽熱発電プラントにおけ
る集光集熱装置は、「集中方式」と「分散方式」とに大
別される。

従来の集中方式は、タワー集光方式とも呼ばれ、広い平
らな敷地に多数のへりオスタット（平面鏡）を配置して
、そのへりオスグツト群の中央にタワーを設置し、その
頂部に設けた集熱器に各ヘリオスタットからの反射光を
集中させ、そこで太陽光を熱エネルギーに変換し、集熱
管内の媒体（水又は溶融塩等）を加熱して、それをパイ
プラインによって地上へ導いて、蓄熱器を介して蒸気を
タービン発電機に供給する方式である。

しかしながら、このタワー集光方式では、広い面積から
１箇所に太陽光を集めるため、各ヘリオスタットに高精
度の追尾装置を必要とし、しかも各ヘリオスタットとタ
ワーとの位置関係が僅かずつ異なっているため、各追尾
装置にそれぞれ異なった動きをさせなければならず、追
尾機構及びその制御装置が複雑で高価になり、その保守
にも多大な労力と経費を要する。

しかも、全てのへりオスタットの鏡面に略垂直に太陽光
を入射させるようにはできないので、鏡の有効利用率が
あまり良くない。

また、タワーの頂部に集熱器や蒸気ドラム等の重量物を
地震や強風にも耐えるように支持しなければならないの
で、大型で頑丈なタワー構造を必要とし、建設コストが
高くなる。しかも、風等によりタワーが揺動すると追尾
が困難になるという問題もある。

さらに、集熱器を断熱して曇天時や夜間等の保温を計る
ことが困難であり、且つ高温の蒸気を長いパイプライン
で地上へ導く間に多量の熱損失を生じるため、太陽エネ
ルギーの利用効率が低くなってしまう問題がある。

一方、分散方式は、広い敷地に多数の集光型集熱器を分
散して設置し、それぞれの集熱器で太陽光を熱エネルギ
ーに変換し、その熱を集熱媒体（油、湯又は蒸気等）に
よりパイプラインで中央に導く方式であり、集光装置と
してはパラボラ鏡やフレネルレンズ等が使用される。

この方式では、太陽の追尾精度は集中方式に比べて低く
てよく、しかも各集光装置を全て同じ姿勢で動かせばよ
いので、追尾装置が簡単で安価になるし、タワーを必要
としないので建設コストも安くて済む利点がある。

しかしながら、集光倍率が１０〜１００倍程度と低いた
め、高温が得られにくい。

そこで、前記の集中方式と分散方式の特徴を取り入れた
曲面集光方式による太陽熱発電プラントが香川県仁尾町
に建設されている。

この方式では、多数の平面反射鏡を複数のユニットにま
とめて分散設置し、各ユニット毎に焦点位置に集熱管を
設けた曲面鏡を対向配置して、各平面鏡で太陽光を各ユ
ニット毎の曲面鏡へ向けて反射させ、その曲面鏡による
反射光を集熱管に集光させる。そこで太陽光を熱エネル
ギーに変換し。

高温高圧の蒸気を発生させる。このような各ユニットの
集熱管をパイプラインによって連結して、発生させた蒸
気を溶融塩蓄熱器を介してタービン発電機へ供給する。

この方式によれば、タワー集光方式と同程度の高温高圧
の蒸気を得ることができるので、発電能力も同程度にな
り、しかも、タワーを必要としないので建設コストがそ
れだけ安くはなるが、各平面鏡の追尾は、タワー集光方
式と同様に高精度を要する。

また、この方式によっても、集熱器における保温が困難
なこと及びパイプラインにおける熱損失の問題は解決さ
れない。

特に、集熱媒体としてＮａＮＯ３、ＫＮＯ３等の溶融塩
を使用すると熱エネルギーへの変換効率が良くなるが、
温度が２００℃以下に低下すると凝固してしまうため、
上記した従来の各方式では、夜間等においても集熱器（
集熱管）及びパイプラインを常に２００℃以上に保温す
ることは困難であるため使用できなかった。

さらに、従来の集中方式や曲面集光方式では。

集熱器又は集熱管の全面に均等に太陽光を集光するのは
困難であり、集光むらにより表面の各部に大きな温度差
が生じ、熱歪により破損することがあって耐久性の点で
も問題があった。

且−煎この発明は、上述した従来の各方式による集光集熱装置
における各種の問題を解決して、集光集熱効率が良く熱
エネルギー輸送中の熱損失を極めて少なくでき、溶融塩
の使用も容易であり、熱歪の発生も防止でき、しかも建
設コストが比較的安くて済む太陽光集光集熱装置を提供
することを目的とする。

通−氏そこで、この発明による太陽光集光集熱装置は、前述し
た従来の分散方式による集光型集熱器における集光装置
と同様なそれぞれ太陽を追尾する追尾装置を備えた可動
の反射鏡又はレンズによる多数の集光器によって太陽光
を集光し、それを可撓性光ファイバによって光のまま導
出し、各集光器から導出した高密度の太陽光を、集熱器
を中心として放射状に設けた多数のチャンネル内に配置
した固定ミラーによってそれぞれ共通の集熱器に向けて
集め、そこで熱エネルギーに変換するようにしたもので
ある。

ヌー施二四以下、添付図面を参照してこの発明の詳細な説明する。

第１図において、１はパラボラ鏡１１とその焦点位置の
手前に配置した平面鏡１２を用いた集光器、２はフレネ
ルレンズ２１を用いた集光器であり、それぞれ支持枠１
”５．２３及び追尾装置１４゜２４を介して地上に設置
され、パラボラ鏡１１又はフレネルレンズ２１の光軸（
１点鎖線で示す）が略太陽に向くように追尾するが、そ
の追尾精度はそれ程高精度でなくてよい。

この集光器１及び２は、それぞれ太陽光線りの集光点に
一端面が位置するように可撓性光ファイバ乙を取付けて
あり、集光した太陽光をこの先ファイバ３によって導出
する。

このような集光器１及び２（いずれか一方のみでもよい
）を第２図に示すように複数個（図示の例では７個）ず
つブロックにして多数配設し、その全体の中央部に集熱
器４を断熱壁５で覆って地下又は半地下状態で設置する
。

そして、この集熱器４を中心として放射状に多数のチャ
ンネル６を地表面（第１図にＳで示す）下に形成し、蓋
体７で覆っている。

この各チャンネル６の蓋体７の適所に透孔７ａを設け、
１つの透孔７ａに１つのブロックを構成する複数の集光
器１又は２に一端部を接続した光ファイバ３の他端部を
まとめて挿着し、その直下のチャンネル６内に４５°の
傾斜で固定のミラー８を配設し、各光ファイバ乙の端面
から略垂方向に高密度の光を放射させ、それをこの固定
ミラー８で略水平に集熱器４に向けて反射させる。

したがって、各チャンネル６を通して集熱器４の外周に
略均等に密度の高い太陽光を集めることができ、それを
熱エネルギーに変換させて配管９ａから集熱器４に導入
した集熱媒体（水又は溶融塩）Ｗを使用し高温高圧の蒸
気■を発生させ、短かい配管９ｂによって第２図に示す
タービン発電機１０に供給して発電する。

この場合、高温高圧の蒸気を蓄熱器を介してタービン発
電機に供給するようにしてもよいが、集熱器４自体が地
下に設置され、断熱壁５によって覆われているので保温
が良く、さらに集熱器４の内部に蓄熱材を入れることも
できるので、蓄熱器の役目を兼ねることができる。

なお第１図に示す例では、チャンネル６の深さを２段に
して、２つのブロックの集光器群によって集光された太
陽光を一部共通のチャンネルを通して、集熱器の上下方
向に異なる位置を照射するようにしているが、これを３
段以上にしてもよいし、１段のみにして、全て集熱器の
円周方向の異なる位置を照射するようにしてもよい。

また、各チャンネル６は、地表から溝を堀っただけのよ
うに図示しであるが、セメント等で周壁を固ためたり、
Ｕ字溝ブロックや金属又は合成樹脂製の管材等を埋設し
て形成するとよい。

集熱器４としては、用途に応じて、細いＵ字状のパイプ
を多数篭形に配列したものや、ボイラ型のものなど適宜
なものを使用できる。

さらにまた、光ファイバの使用長をさらに短かくするた
めに、追尾装置１４．２４による集光器１．２の回動を
許容するのに必要な長さだけ光ファイバ３を使用し、そ
の先は地上にサブダクトとサブミラーを設けて、光ファ
イバ乙によって導出した太陽光をメインダクト６内のミ
ラー８に向けて照射させるようにすることもできる。

肱−策以上説明したようなこの発明による太陽光集光集熱装置
は、従来のタワー集光方式や曲面集光方式の装置に比し
て次のような多くの利点がある。

（１）各集光器の太陽追尾装置が、従来の分散型と同様
にあまり高精度を要しないので簡単で安価なもので済む
。

（２）各集光器への入射光線が反射鏡又はレンズの光軸
に略平行になるように追尾すれば、鏡又はレンズの有効
利用率がよい。

（３）光ファイバによる光エネルギーの伝達損失は極め
て小さいが、その光ファイバの使用長も短かくて済み、
大部分はチャンネルによって確保される空間光路内を通
して直接集熱器に光エネルギーを伝達し、且つ集熱器は
１ケ所で地上又は地下に設置できるので、タービン発電
機等の熱エネルギー利用装置までの配管を極めて短かく
でき、エネルギー損失を大幅に減少させることができる
。

（４）従来のタワー集光方式と同程度の集光倍率を得る
ことができ、しかもタワーを必要としないので建設コス
トを大幅に低減することができる。

（５）集熱器を断熱し、さらには蓄熱機能を持たせるこ
とにより高温を維持することが容易であり、また集熱器
表面への入力光量の均等化をＲ」ることもできるので、
集熱器が熱歪により破損することがなくなる。

（６）上記（５）に加えて、集熱器からの出力配管も極
めて短かくて済むので、夜間等においては集熱器と共に
電熱等によって保温することも容易であるから、集熱媒
体として溶融塩を使用しても凝固する恐れをなくすこと
ができる。

（７）チャンネルを地表面丁番こ形成すれば、チャンネ
ル内の温度変化を少なくすると共に、風やもや等の影響
を防ぐことが容易になり、チャンネル内での光エネルギ
ーの伝達損失をより小さくできる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す縦断面構成図、第２
図は同じくその模式的平面構成図である。１．２・・・集光器　　　３・・・可撓性光ファイバ４
・・・集熱器　　　　　５・・・断熱壁６・・・チャン
ネル　　　７・・・蓋体８・・・固定ミラー　　　９ａ
、’３ｂ・・・配管１０・・・タービン発電機

Claims

【特許請求の範囲】１　それぞれ太陽を追尾する追尾装置を備えた可動の反
射鏡又はレンズによる多数の集光器と、その各集光器に
よって集光された太陽光をそれぞれ導出する可撓性光フ
ァイバと、該光ファイバによって導出された太陽光をそ
れぞれ共通の集熱器に向けて反射させる固定ミラーと、
該各固定ミラーと前記集熱器との間の光路を確保するた
めに前記集熱器を中心として放射状に設けた多数のチャ
ンネルとからなる太陽光集光集熱装置。２　上記各チャンネルが、地表面下に設けられている特
許請求の範囲第１項記載の太陽光集光集熱装置。