本發(fā)明涉及太陽能集熱裝置。

背景技術(shù)：

利用作為再生能源的太陽光和太陽能的技術(shù)得到開發(fā)(專利文獻(xiàn)1～3，非專利文獻(xiàn)1)。

利用太陽能的技術(shù)，開發(fā)了通過集光方式的槽型太陽能發(fā)電系統(tǒng)、菲涅爾型太陽能發(fā)電系統(tǒng)、塔型太陽能發(fā)電系統(tǒng)和碟型發(fā)電系統(tǒng)等。

而且，為提高太陽能的集熱效率和太陽光的集光倍率，還導(dǎo)入了具備定日鏡的太陽跟蹤型反射鏡。所述定日鏡是反射鏡(集熱鏡)配合太陽的運(yùn)動而驅(qū)動的裝置。

太陽跟蹤型反射鏡有單軸跟蹤型和雙軸跟蹤型。

單軸跟蹤型以單軸調(diào)節(jié)太陽和反射鏡的位置關(guān)系。例如，配合一日的太陽的運(yùn)動，僅沿東西軸或者南北軸進(jìn)行反射鏡的角度的一維變更。

雙軸跟蹤型以雙軸調(diào)節(jié)太陽和反射鏡的位置關(guān)系。例如，配合一日的太陽的運(yùn)動，僅沿東西軸或者南北軸改變反射鏡的角度的同時使反射鏡旋轉(zhuǎn)，或者沿東西軸和南北軸的雙軸改變反射鏡的角度，由此二維跟蹤太陽的方向和高度。

雙軸跟蹤型反射鏡可以進(jìn)行精細(xì)的雙軸方向的角度控制。因此，一般使用具有比僅進(jìn)行單軸方向的角度控制的單軸跟蹤型反射鏡更小的表面積的反射鏡。

目前，槽型太陽能發(fā)電系統(tǒng)和菲涅爾型太陽能發(fā)電系統(tǒng)中，使用單軸跟蹤型反射鏡。另一方面，塔型太陽能發(fā)電系統(tǒng)和碟型發(fā)電系統(tǒng)中，使用雙軸跟蹤型反射鏡。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：日本專利公開公報特開2011-137620號

專利文獻(xiàn)2：美國申請公開第2009/0056703號說明書

專利文獻(xiàn)3：國際公開2012/042888號

非專利文獻(xiàn)

非專利文獻(xiàn)1：NEDO再生能源技術(shù)白皮書第二版“第5章太陽能發(fā)電、太陽能利用”

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供通過組合使用單軸太陽跟蹤型反射鏡組和雙軸太陽跟蹤型反射鏡組而具有更高集熱效率的太陽能集熱裝置。

作為本發(fā)明的解決裝置的太陽能集熱裝置，包括：單軸太陽跟蹤型反射鏡組，包含從菲涅爾式反射鏡和槽式反射鏡選擇的多個單軸太陽跟蹤型反射鏡；雙軸太陽跟蹤型反射鏡組，包含多個雙軸太陽跟蹤型反射鏡，所述雙軸太陽跟蹤型反射鏡具有一枚單軸太陽跟蹤型反射鏡的表面積的5～20％的表面積；以及集熱單元，從單軸太陽跟蹤型反射鏡組和雙軸太陽跟蹤型反射鏡組接收反射光并集熱，使熱量從自身長度方向的第一端部向第二端部移動。

本發(fā)明由單軸跟蹤型反射鏡組和雙軸跟蹤型反射鏡組組合構(gòu)成。

一枚雙軸跟蹤型反射鏡的表面積設(shè)定在一枚單軸太陽跟蹤型反射鏡的表面積的5～20％的范圍或者5～15％的范圍。

與用單軸跟蹤型進(jìn)行線集光的反射鏡相比，用雙軸跟蹤型進(jìn)行點(diǎn)集光的反射鏡一方，可以將太陽和反射鏡的位置關(guān)系調(diào)節(jié)得更精密且集光倍率更高。因此，集熱效率(反射鏡的每單位面積的集熱力)高，到達(dá)溫度也變高。

因此，如果反射鏡組整體的集熱面積相同，相比單軸跟蹤型反射鏡組單獨(dú)的情況，單軸跟蹤型反射鏡組和雙軸跟蹤型反射鏡組的組合一方，能夠?qū)崿F(xiàn)更高的““每單位面積的集熱效率”和到達(dá)溫度”。

雙軸跟蹤型反射鏡的形狀沒有特別限制?？梢允钦叫?、長方形或圓形等形狀。例如，根據(jù)太陽能集熱裝置的設(shè)置場所的狀況，可以調(diào)整形狀和大小(但是，滿足上述的表面積的數(shù)值范圍)。

集熱單元上使用集熱管、集熱器或其組合。

集熱管是一條或多條管。可以在所述管內(nèi)流通介質(zhì)(蓄熱介質(zhì))。蓄熱介質(zhì)從集熱管的長度方向的第一端側(cè)流向第二端側(cè)。因此，熱量從第一端側(cè)向第二端側(cè)移動。

蓄熱介質(zhì)可以使用公知的液體(熔融鹽、熱油和水等)和氣體(空氣、氮和二氧化碳等)等。

集熱器包含固體的蓄熱介質(zhì)(多孔質(zhì)陶瓷等)。和集熱管同樣，熱量從其長度方向的第一端側(cè)向第二端側(cè)移動。

本發(fā)明的太陽能集熱裝置，單軸太陽跟蹤型反射鏡組以多個單軸太陽跟蹤型反射鏡各自的長軸朝向相同方向的方式配置，雙軸太陽跟蹤型反射鏡組分為第一雙軸太陽跟蹤型反射鏡組和第二雙軸太陽跟蹤型反射鏡組配置，第一雙軸太陽跟蹤型反射鏡組和第二雙軸太陽跟蹤型反射鏡組在相對于多個單軸太陽跟蹤型反射鏡的長軸方向垂直的方向并列配置，單軸太陽跟蹤型反射鏡組以被第一雙軸太陽跟蹤型反射鏡組和第二雙軸太陽跟蹤型反射鏡組從兩側(cè)夾持的方式配置。

如果單軸太陽跟蹤型反射鏡組的長軸方向和南北方向一致，第一雙軸太陽跟蹤型反射鏡組和第二雙軸太陽跟蹤型反射鏡組相對于南北方向在東西方向并列配置。

通過如上配置單軸跟蹤型反射鏡組和雙軸跟蹤型反射鏡組，可以提高集熱效率和集光度。

本發(fā)明的太陽能集熱裝置，單軸太陽跟蹤型反射鏡組以多個單軸太陽跟蹤型反射鏡各自的長軸朝向相同方向的方式配置，雙軸太陽跟蹤型反射鏡組配置在多個單軸太陽跟蹤型反射鏡的長軸方向的延長方向且熱移動方向上。

集熱單元例如使用集熱管時，蓄熱介質(zhì)從第一端部側(cè)(上游側(cè))向第二端部側(cè)(下游側(cè))移動(即熱移動)。

因此，通過處于熱移動的上游側(cè)的單軸太陽跟蹤型反射鏡組的集熱，熱介質(zhì)的溫度上升。隨后，通過處于熱移動的下游側(cè)的雙軸太陽跟蹤型反射鏡組的集熱，可以提高集光度。這樣，熱介質(zhì)的溫度進(jìn)一步上升。

由于是這種二階段集熱，所以通過提高集熱效率和集光度，能進(jìn)一步實現(xiàn)高溫化。

本發(fā)明的太陽能集熱裝置，單軸太陽跟蹤型反射鏡組以多個單軸太陽跟蹤型反射鏡各自的長軸朝向相同方向的方式配置，雙軸太陽跟蹤型反射鏡組分為第一雙軸太陽跟蹤型反射鏡組、第二雙軸太陽跟蹤型反射鏡組、第三雙軸太陽跟蹤型反射鏡組配置，第一雙軸太陽跟蹤型反射鏡組和第二雙軸太陽跟蹤型反射鏡組在相對于多個單軸太陽跟蹤型反射鏡的長軸方向垂直的方向并列配置，單軸太陽跟蹤型反射鏡組以被第一雙軸太陽跟蹤型反射鏡組和第二雙軸太陽跟蹤型反射鏡組從兩側(cè)夾持的方式配置，而且，第三雙軸太陽跟蹤型反射鏡組配置在多個單軸太陽跟蹤型反射鏡的長軸方向的延長方向且熱移動方向上。

優(yōu)選以三個雙軸太陽跟蹤型反射鏡組包圍所配置的單軸太陽跟蹤型反射鏡組的三方的方式，配置雙軸太陽跟蹤型反射鏡組。這樣，通過提高集熱效率和集光度，可以實現(xiàn)高溫化。

本發(fā)明的太陽能集熱裝置利用單軸太陽跟蹤型反射鏡組和雙軸太陽跟蹤型反射鏡組的組合。

反射鏡整體的表面積相同時，相比只有單軸跟蹤型，將單軸跟蹤型和雙軸跟蹤型組合的一方，集熱效率和集光度變高。

此外，由于一枚雙軸跟蹤型反射鏡的面積較小，所以該反射鏡能夠量產(chǎn)化。因此，太陽能集熱裝置的制造成本降低。

附圖說明

圖1是使用本發(fā)明的太陽能集熱裝置的發(fā)電系統(tǒng)的立體圖。

圖2是表示圖1的太陽能集熱裝置中包含的反射鏡組的配置狀態(tài)的俯視圖(但是，反射鏡的枚數(shù)和圖1不同)。

圖3是表示圖1以外的實施方式的太陽能集熱裝置中包含的反射鏡組的配置狀態(tài)的俯視圖。

圖4是表示圖1以外的另一實施方式的太陽能集熱裝置中包含的反射鏡組的配置狀態(tài)的俯視圖。

圖5是表示僅使用雙軸太陽跟蹤型反射鏡組的太陽能集熱裝置中包含的反射鏡組的配置狀態(tài)的俯視圖。

具體實施方式

(1)圖1和圖2的太陽能集熱裝置

太陽能集熱裝置1具備單軸太陽跟蹤型反射鏡組20及雙軸太陽跟蹤型反射鏡組30和40。

單軸太陽跟蹤型反射鏡組20包含規(guī)定枚數(shù)的線性菲涅爾型的反射鏡21的組合。

線性菲涅爾型的反射鏡21以各自的長軸朝向相同方向(例如南北方向)的方式在寬度方向等間隔配置。

雙軸太陽跟蹤型反射鏡組分為第一雙軸太陽跟蹤型反射鏡組30和第二雙軸太陽跟蹤型反射鏡組40配置。反射鏡組30和反射鏡組40在和單軸太陽跟蹤型反射鏡21的長軸方向垂直的方向上并列配置。此時，單軸太陽跟蹤型反射鏡組20以被反射鏡組30和反射鏡組40從兩側(cè)夾持的方式配置。

這里，如果線性菲涅爾型的反射鏡21的各自的長軸以朝向南北方向的方式配置，則第一雙軸太陽跟蹤型反射鏡組30和第二雙軸太陽跟蹤型反射鏡組40在東西方向并列配置。

第一雙軸太陽跟蹤型反射鏡組30包含規(guī)定枚數(shù)的反射鏡31的組合。

第二雙軸太陽跟蹤型反射鏡組40包含規(guī)定枚數(shù)的反射鏡41的組合。

第一雙軸太陽跟蹤型反射鏡組30的枚數(shù)與第二雙軸太陽跟蹤型反射鏡組40的枚數(shù)可以相同，也可以不同。

第一雙軸太陽跟蹤型反射鏡組30和第二雙軸太陽跟蹤型反射鏡組40的枚數(shù)，根據(jù)目標(biāo)集熱量和設(shè)置場所的狀況等，可以適當(dāng)調(diào)整。

一枚反射鏡31的表面積和一枚反射鏡41的表面積(被太陽光照射的表側(cè)面的面積)是一枚線性菲涅爾型的反射鏡21的表面積的約10％。

例如，可以使用具有2×2m左右的面積的反射鏡31和具有相同程度的面積的反射鏡41。只要是能雙軸控制的反射鏡，其面積不限于上述例示的面積。

圖1和圖2中圖示了正方形的反射鏡31和反射鏡41?？墒?，這些反射鏡也可以呈其他的形狀。

圖1中，作為集熱單元10使用了多條集熱管11的組合。此外，也可以使用采用了如下方式的集熱單元：將由公知的集熱器或者集熱管11得到的熱量進(jìn)一步在固體(混凝土成型件等)中蓄熱。

集熱單元10在圖1和圖2中設(shè)置在單軸太陽跟蹤型反射鏡組20的正上方?？墒牵鶕?jù)太陽能集熱裝置1的設(shè)置場所的狀況，設(shè)置位置可以適當(dāng)變更。

集熱單元10通過由金屬制的柱、框或者板等構(gòu)成的支承裝置支承。

接著，利用圖1所示的發(fā)電系統(tǒng)說明本發(fā)明的實施方式的太陽能集熱裝置1的運(yùn)轉(zhuǎn)方法。另外，這里說明作為在集熱管11中流通的蓄熱介質(zhì)使用水的實施方式。

從送水線71向集熱單元10的集熱管11送水。運(yùn)轉(zhuǎn)初期由未圖示的水源進(jìn)行供水。

單軸太陽跟蹤型反射鏡組20將根據(jù)太陽的位置單軸跟蹤而接收到的太陽光反射并向集熱單元10輸送。

第一雙軸太陽跟蹤型反射鏡組30和第二雙軸太陽跟蹤型反射鏡組40，分別將根據(jù)太陽的位置雙軸跟蹤而接收到的太陽光反射并向集熱單元10輸送。

集熱單元10(集熱管11)內(nèi)的水成為水蒸氣。水蒸氣的溫度可以根據(jù)所需要的條件決定。在日本國內(nèi)，通過提高集光倍率，可以升溫到600℃以上。

隨后，水蒸氣經(jīng)由水蒸氣供給管72，向具備渦輪和發(fā)電機(jī)的發(fā)電裝置50供給。

通過供給至發(fā)電裝置50的水蒸氣使渦輪旋轉(zhuǎn)。通過把由渦輪的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的動力向發(fā)電機(jī)傳遞，進(jìn)行發(fā)電。

用于使渦輪旋轉(zhuǎn)的水蒸氣，從蒸氣返送線73送到冷凝器60。送來的水蒸氣通過冷凝處理還原為水。隨后，生成的水經(jīng)由送水線71，供給至集熱單元10。

如果是能利用太陽光的時間段，通過重復(fù)上述的循環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)，持續(xù)利用太陽能發(fā)電。

(2)圖3的太陽能集熱裝置

圖3的太陽能集熱裝置中，雙軸太陽跟蹤型反射鏡組130的配置位置與圖1的太陽能集熱裝置1不同。

雙軸太陽跟蹤型反射鏡組130配置在多個單軸太陽跟蹤型反射鏡21的長軸方向的延長方向且熱移動方向上。

在此，熱移動方向是集熱單元10(集熱管11)的蓄熱介質(zhì)(水)移動的方向，在圖3的集熱單元10中是從第一端部10a朝向第二端部10b的方向。

另外，圖3中表示了反射鏡的枚數(shù)減少了雙軸太陽跟蹤型反射鏡組的數(shù)量變少的部分的方式。可是，例如也可以將圖3所示的雙軸太陽跟蹤型反射鏡組的反射鏡的合計枚數(shù)增加至和圖2的雙軸太陽跟蹤型反射鏡組的反射鏡的合計枚數(shù)相等。

作為蓄熱介質(zhì)的水在集熱單元10內(nèi)從第一端部(上游)10a向第二端部(下游)10b方向移動時，最初在上游側(cè)利用由單軸太陽跟蹤型反射鏡組20反射的太陽光對水加熱。

隨后，進(jìn)一步在下游側(cè)利用由雙軸太陽跟蹤型反射鏡組130反射的太陽光加熱。

按照圖3所示的太陽能集熱裝置，如上所述，以二階段加熱作為蓄熱介質(zhì)的水。

(3)圖4的太陽能集熱裝置

圖4的太陽能集熱裝置組合了圖1和圖2的太陽能集熱裝置中的反射鏡組。

單軸太陽跟蹤型反射鏡組20包含規(guī)定枚數(shù)的線性菲涅爾型的反射鏡21的組合。

線性菲涅爾型的反射鏡21以各自的長軸朝向相同方向(例如南北方向)的方式等間隔配置。

雙軸太陽跟蹤型反射鏡組分為第一雙軸太陽跟蹤型反射鏡組30、第二雙軸太陽跟蹤型反射鏡組40及第三雙軸太陽跟蹤型反射鏡組130配置。

反射鏡組30和反射鏡組40在與單軸太陽跟蹤型反射鏡21的長軸方向垂直的方向上并列配置。此時，單軸太陽跟蹤型反射鏡組20以被反射鏡組30和反射鏡組40從兩側(cè)夾持的方式配置。

反射鏡組130配置在多個單軸太陽跟蹤型反射鏡21的長軸方向的延長方向且熱移動方向上。

另外，圖4中表示了反射鏡的枚數(shù)增加了雙軸太陽跟蹤型反射鏡組的數(shù)量變多的部分的方式?？墒牵缈梢詫㈦p軸太陽跟蹤型反射鏡組的三個組的反射鏡的合計枚數(shù)減少至與圖2的雙軸太陽跟蹤型反射鏡組的反射鏡的合計枚數(shù)相等。

考慮本發(fā)明的太陽能集熱裝置的設(shè)置場所的面積、形狀和日照狀況等，可以從圖2～圖4所示的雙軸太陽跟蹤型反射鏡組的配置中選擇最佳的配置。

另外，此時構(gòu)成一個雙軸太陽跟蹤型反射鏡組的反射鏡的枚數(shù)也可以適當(dāng)增減。

而且本發(fā)明的太陽能集熱裝置還適用于改善原有的太陽能集熱裝置即僅使用單軸太陽跟蹤型反射鏡的裝置的集熱效率。

(5)圖5的太陽能集熱裝置

圖5是本發(fā)明的太陽能集熱裝置的應(yīng)用例。

圖5具備兩個雙軸太陽跟蹤型反射鏡組230和330及兩個集熱單元10和110。

兩個雙軸太陽跟蹤型反射鏡組中，第一雙軸太陽跟蹤型反射鏡組230配置在熱移動的上游側(cè)，第二雙軸太陽跟蹤型反射鏡組330配置在熱移動的下游側(cè)。

第一雙軸太陽跟蹤型反射鏡組230的正上方配置有第一集熱單元10，第二雙軸太陽跟蹤型反射鏡組330的正上方配置有第二集熱單元110。

運(yùn)轉(zhuǎn)時被第一集熱單元10加熱的蓄熱介質(zhì)被第二集熱單元110進(jìn)一步加熱。

此外，本發(fā)明的實施方式的太陽能集熱裝置可以是以下的第一～四太陽能集熱裝置。

上述第一太陽能集熱裝置是具備由單軸太陽跟蹤型的反射鏡組和雙軸太陽跟蹤型的反射鏡組構(gòu)成的反射鏡組、以及用于從上述反射鏡組集光并得到熱量的集熱單元的太陽能集熱裝置，上述單軸太陽跟蹤型的反射鏡組由從菲涅爾式反射鏡和槽式反射鏡選擇的多枚反射鏡的組合構(gòu)成，上述雙軸太陽跟蹤型反射鏡組由多枚雙軸太陽跟蹤型反射鏡的組合構(gòu)成，所述雙軸太陽跟蹤型反射鏡的表面積為一枚上述單軸太陽跟蹤型的反射鏡表面積的5～20％，上述集熱單元為集熱管、集熱器或其組合，用于接收來自上述反射鏡組的反射光并集熱，并且使熱量從長度方向的第一端部向第二端部移動。

上述第二太陽能集熱裝置在上述第一太陽能集熱裝置基礎(chǔ)上，上述單軸太陽跟蹤型的反射鏡組是多個單軸太陽跟蹤型的反射鏡以各自的長軸成為相同方向的方式配置的反射鏡組，上述雙軸太陽跟蹤型反射鏡組在相對于多個單軸太陽跟蹤型的反射鏡的長軸方向垂直的方向的兩側(cè)，分開配置第一雙軸太陽跟蹤型反射鏡組和第二雙軸太陽跟蹤型反射鏡組。

上述第三太陽能集熱裝置在上述第一太陽能集熱裝置基礎(chǔ)上，上述單軸太陽跟蹤型的反射鏡組是多個單軸太陽跟蹤型的反射鏡以各自的長軸成為相同方向的方式配置的反射鏡組，上述雙軸太陽跟蹤型反射鏡組配置在多個單軸太陽跟蹤型的反射鏡的長軸方向的延長方向且熱移動方向上。

上述第四太陽能集熱裝置在上述第一太陽能集熱裝置基礎(chǔ)上，上述單軸太陽跟蹤型的反射鏡組是多個單軸太陽跟蹤型的反射鏡以各自的長軸成為相同方向的方式配置的反射鏡組，上述雙軸太陽跟蹤型反射鏡組在相對于多個單軸太陽跟蹤型的反射鏡的長軸方向垂直的方向的兩側(cè)，分開配置第一雙軸太陽跟蹤型反射鏡組和第二雙軸太陽跟蹤型反射鏡組，而且在多個單軸太陽跟蹤型的反射鏡的長軸方向的延長方向且熱移動方向上配置第三雙軸太陽跟蹤型反射鏡組。

本國際申請要求基于2014年7月29日申請的日本國專利申請2014-153498號的優(yōu)先權(quán)，并援引所述日本國專利申請2014-153498號的全部內(nèi)容。

本發(fā)明對特定的實施方式的上述說明，僅為例示目的的提示。并非是概括性的以及將本發(fā)明限定成所記載的方式。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以參照上述的內(nèi)容實施多種變形和變更。

工業(yè)實用性

本發(fā)明的太陽能集熱裝置能應(yīng)用于太陽能發(fā)電。此外，也可以作為熱水的供給系統(tǒng)、以及利用蒸氣、熱水或熱風(fēng)的供暖系統(tǒng)使用。

此外在本發(fā)明的太陽能集熱裝置的建設(shè)中，可以增加其資金和材料的當(dāng)?shù)卣{(diào)配比例。增加所述當(dāng)?shù)卣{(diào)配比例，對推進(jìn)太陽能利用的普及策略而言十分重要。

附圖標(biāo)記說明

1 太陽能集熱裝置

10 集熱單元

11 集熱管

20 單軸太陽跟蹤型反射鏡組

21 單軸太陽跟蹤型反射鏡

30、40 雙軸太陽跟蹤型反射鏡組

31、41 雙軸太陽跟蹤型反射鏡

50 發(fā)電裝置

60 冷凝器