專利名稱：太陽光聚光系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及將從多個定日鏡(反射鏡)反射的太陽光聚光到接收器(受熱部)，并且在上述接收器中熱介質(zhì)進行循環(huán)的太陽光聚光系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
近年來，憂慮于石油資源的枯竭及其價格的高漲，正在研究從作為地球溫暖化原因之一的石油資源向新的能量資源的轉(zhuǎn)移。作為新能源之一，有將太陽光聚光并作為能量來使用的太陽能發(fā)電。在太陽光聚光系統(tǒng)中，已知有利用作為反射鏡的定日鏡將太陽光向系統(tǒng)中央部的上方反射，并以被稱為中心反射鏡的大型反射鏡將該反射光聚光到設(shè)置于下方的接收器 (受熱部)的聚光式(Beam-Down)太陽光聚光系統(tǒng)(例如，參照專利文獻I)。該接收器有時由熱介質(zhì)(例如，熔鹽等)在內(nèi)部進行循環(huán)的管等構(gòu)成。此時，利用接收器從太陽光取得了熱能的熱介質(zhì)被送入到發(fā)電部。發(fā)電部例如由利用熱介質(zhì)的熱產(chǎn)生水蒸汽，并將該水蒸汽供給水蒸汽渦輪機來進行發(fā)電的發(fā)電裝置等構(gòu)成。作為提高利用該太陽光聚光系統(tǒng)的發(fā)電的效率的方法，公開了將聚熱接收器構(gòu)成為壺形(空腔形狀)的發(fā)明(參照專利文獻2)。該專利文獻2所記載的發(fā)明的構(gòu)成為，使侵入到壺的內(nèi)部的太陽光反射多次，將熱高效地傳遞給熱介質(zhì)，使太陽光不至于逃逸到外部。 根據(jù)該結(jié)構(gòu)，太陽光發(fā)電的效率變得非常高。但是，由于對比文獻2中記載的壺形接收器為將一根管成形為壺形的構(gòu)造，所以制造非常困難，且具有制造成本上升的問題。而且，由于接收器的尺寸變得巨大，所以一體型的接收器不容易被搬運，另外，在現(xiàn)場建造的情況下也變?yōu)槔щy的工作。另外，在管的破損等接收器故障時，需要更換接收器整體。在此，例如在建造 400 500m見方的聚光式太陽光聚光系統(tǒng)的情況下,壺形的接收器的直徑約為8 IOm,變得非常巨大。另外，在接收器內(nèi)太陽光照到的部位不均勻，因溫度分布的不均勻而使構(gòu)成接收器的管的熱膨脹量變得不均勻。為此，具有在接收器中產(chǎn)生間隙、或在狹窄的地方膨脹，根據(jù)情況不同產(chǎn)生管破裂等故障的問題。進而，在因管破損等而接收器發(fā)生了故障的情況下，由于接收器由一根管構(gòu)成，所以需要更換整體，更換作業(yè)就變得大規(guī)模。進一步，具有用于準(zhǔn)備新的接收器的成本增大的問題。進而，在太陽光聚光系統(tǒng)中，大多使用熱介質(zhì)在150 500°C變?yōu)橐合嗟南跛徕c等熔鹽。在使用該熔鹽時，需要在陰天或夜間從接收器取出熔鹽且將其移動到保溫槽內(nèi)。這是因為熔鹽在變冷時固化，在接收器管內(nèi)引起堵塞。在回收該熔鹽時，在對比文獻2中記載的由螺旋狀管構(gòu)成的接收器中，取出熔鹽需要花費時間。特別是，存在緊急時不能與需要迅速回收熔鹽的情況相對應(yīng)的問題。專利文獻I :專利2951297號公報專利文獻2 :國際公開第2006 / 025449號。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述狀況而創(chuàng)造的，其目的在于，提供一種太陽光聚光系統(tǒng)，其通過能將制造成本、搬運成本及建造成本抑制地很低，并且發(fā)生故障時的恢復(fù)作業(yè)很容易，而且緊急時能迅速回收在內(nèi)部循環(huán)的熱介質(zhì)的接收器，實現(xiàn)了發(fā)電成本的抑制。為了達(dá)成上述目的的本發(fā)明所涉及的太陽光聚光系統(tǒng)，其將太陽光從多個定日鏡反射到使熱介質(zhì)循環(huán)的受熱部，并且從所述熱介質(zhì)取出能量，其特征在于，通過多個模塊的立體組合構(gòu)成所述受熱部，并且所述模塊的至少一部分為梯形狀模塊，所述梯形狀模塊具有上方集管、比所述上方集管短的下方集管、以及連結(jié)所述兩個集管的多個受熱管，所述受熱管以在正視中成為從上方朝向下方變細(xì)的楔形，在側(cè)視中成為從上方朝向下方變粗的楔形的方式逐漸變更截面形狀而構(gòu)成，進而以所述熱介質(zhì)在所述模塊內(nèi)循環(huán)的方式構(gòu)成。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，由于可將由受熱管和集管構(gòu)成的單純模塊立體地組合并連結(jié)，并能作為接收器(受熱部)，所以制造變得容易。另外，由于能將模塊在零散的狀態(tài)下進行搬運， 所以搬運也變得容易，也能抑制搬運成本。另外，在現(xiàn)場進行建造時，可容易地進行組裝。進而，在因管等破損而接收器發(fā)生故障時，不是接收器整體，而僅通過更換作為其對象的模塊即可完成修理，因此，修理作業(yè)變得容易，且能削減更換品的成本。進而，將多個模塊不連結(jié)成一個而分為多個系統(tǒng)進行連結(jié)，能抑制太陽光帶來的加熱不均勻。即，通過進行增加溫度上升的模塊的熱介質(zhì)的流量，相反地減少溫度不太高的模塊的熱介質(zhì)的流量的控制，能抑制接收器中溫度的不均勻。另外，通過利用正視時為大致梯形的梯形狀模塊的結(jié)構(gòu)，在形成接收器時的立體的形狀的自由度增加。即，例如，在組裝將上方擴開且將下方縮小的角錐梯形狀的接收器的情況下，通過梯形狀模塊能以模塊間沒有間隙的方式進行組裝。為此，可以不使入射到接收器的太陽光逃逸而高效地取出能量。進而，通過將受熱管的截面積設(shè)為相同的同時來變更形狀，能不改變在受熱管內(nèi)循環(huán)的熱介質(zhì)的流速而變更模塊的形狀。例如，當(dāng)將受熱管的上方集管一側(cè)設(shè)為圓形，將下方集管一側(cè)設(shè)為橢圓形時，能將受熱管在橢圓形的短軸方向密集。此處，當(dāng)將受熱管的截面積設(shè)為相同時，例如，在制作梯形狀模塊的情況下，相比上方集管一側(cè)將下方集管一側(cè)的受熱管的截面積形成得更小時，流路變得狹窄，熱介質(zhì)的流速上升，能解決從太陽光充分接收到熱之前熱介質(zhì)過量流過的問題。相反地，能解決在流速慢的管內(nèi)發(fā)生熱介質(zhì)的溫度急劇上升的問題。進而，通過將梯形狀模塊連結(jié)，構(gòu)成上方擴開的錐臺形狀的接收器，能高效地接受太陽光。另外，由于熱介質(zhì)的流動方向變?yōu)殂U直方向，所以能在緊急時熱介質(zhì)通過自重從接收器內(nèi)迅速地回收。在上述太陽光聚光系統(tǒng)中，其特征在于，構(gòu)成所述受熱部的所述多個模塊的至少一部分為彎曲狀模塊，所述彎曲狀模塊具有以構(gòu)成圓弧的一部分的方式彎曲的上方集管、 和以構(gòu)成圓弧的一部分的方式彎曲的下方集管。根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，能得到與上述梯形狀模塊相同的作用效果。進而，能通過彎曲狀模塊，使接收器構(gòu)成為圓錐梯形狀。
在上述太陽光聚光系統(tǒng)中，其特征在于，將所述模塊組合而立體構(gòu)成的所述受熱部為在上部具有開口部的筐型。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能通過開口部寬廣地接住來自中心反射鏡的反射光(太陽光)，并且能將從開口部入射的反射光在成為筐型的接收器內(nèi)進行再反射。為此，可通過在接收器內(nèi)循環(huán)的熱介質(zhì)高效地回收太陽能。在上述太陽光聚光系統(tǒng)中，其特征在于，將多個所述梯形狀模塊的所述上方集管連結(jié)成周狀，同樣，將所述下方集管連結(jié)成周狀，構(gòu)成角錐臺型的受熱部。或者，其特征在于，將多個所述彎曲狀模塊的所述上方集管連結(jié)成周狀，同樣，將所述下方集管連結(jié)成周狀，構(gòu)成圓錐臺型的受熱部。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，可提供一種接收器，其實現(xiàn)制造成本及搬運成本等的抑制，并且具有與現(xiàn)有的接收器同等或其以上的太陽能回收效率。發(fā)明效果
根據(jù)本發(fā)明的太陽光聚光系統(tǒng)，本發(fā)明能提供一種太陽光聚光系統(tǒng)，其通過能將制造成本抑制地很低，并且發(fā)生故障時的恢復(fù)作業(yè)很容易，而且緊急時能迅速回收在內(nèi)部循環(huán)的熱介質(zhì)的接收器，實現(xiàn)了發(fā)電成本的抑制。


圖I是表示本發(fā)明的實施方式的太陽光聚光系統(tǒng)的概要的圖2是表示本發(fā)明的實施方式的平板狀模塊的概要的圖3是表示本發(fā)明的實施方式的梯形狀模塊的概要的圖4是表示本發(fā)明的不同實施方式的角錐臺型接收器的概要圖5表示本發(fā)明的不同實施方式的圓錐臺型接收器的概要圖6是表示本發(fā)明的不同實施方式的復(fù)合接收器的概要圖。
具體實施例方式下面，一邊參照附圖一邊對本發(fā)明的實施方式的太陽光聚光系統(tǒng)中的接收器(受熱部)及其制造方法進行說明。圖I表示本發(fā)明的實施方式的聚光式太陽光聚光系統(tǒng)I的結(jié)構(gòu)。此外，下面雖然對聚光式太陽光聚光系統(tǒng)進行說明，但本發(fā)明除此之外也能適用于在塔型建筑物的上部設(shè)置接收器的塔式太陽光聚光系統(tǒng)。首先，對太陽光聚光系統(tǒng)I的概要進行說明。太陽光聚光系統(tǒng)I中，將從太陽5照射的太陽光S由定日鏡(反射鏡)4反射(反射光Rl),進而由中心反射鏡(大型反射鏡)3進行再反射(反射光R2)，聚光到接收器(受熱部)2。在該接收器2的內(nèi)部，太陽光重復(fù)進行反射(反射光R3)。構(gòu)成為由接收器2中循環(huán)的熱介質(zhì)吸收該太陽光所具有的熱能。從熱介質(zhì)用罐6經(jīng)由泵7及熱介質(zhì)管線11向接收器2供給該熱介質(zhì)。另外，構(gòu)成為由接收器2吸收了太陽光的能量的熱介質(zhì)經(jīng)由熱交換器9返回到熱介質(zhì)用罐6。該熱交換器9中，使熱介質(zhì)所具有的熱能在水蒸汽管線12中循環(huán)的水中移動。構(gòu)成為將該水(水蒸汽)供給具有水蒸汽渦輪機等的水蒸汽發(fā)電裝置10進行發(fā)電。另外，例如，在以由硝酸鈉等構(gòu)成的熔鹽為熱介質(zhì)的情況下，有時以在日落后將所有的熔鹽回收到熱介質(zhì)用罐6中的方式進行控制。這是為了避免如下問題，即在日落后接收器2的溫度下降，熔鹽在接收器2內(nèi)固化，引起堵塞的問題。另外，在因天氣的驟變(陰天時)或接收器2破損等而需要緊急回收熱介質(zhì)的情況下，可使用緊急管線8將熱介質(zhì)回收至熱介質(zhì)用罐6中。在此，熱介質(zhì)用罐6優(yōu)選設(shè)置在比接收器2低的位置，且優(yōu)選為能將熱介質(zhì)通過重力回收至熱介質(zhì)用罐6的位置關(guān)系。其次，在聚光式太陽光聚光系統(tǒng)I中，為提高發(fā)電効率，且實現(xiàn)系統(tǒng)的搬運、設(shè)置、 及維修成本的削減，對本發(fā)明所采用的接收器2的構(gòu)造進行說明。此外，本發(fā)明中，將接收器2作為多個模塊20的組合而構(gòu)成。圖2中，作為構(gòu)成接收器2的模塊20之一例，示出了平板狀模塊20A，并示出了正面X及側(cè)面Y的概要。該平板狀模塊20A構(gòu)成為，使從連結(jié)管24接受的熱介質(zhì)h從上方集管21A經(jīng)由受熱管23流向下方集管22A，且從連結(jié)管24向下一模塊供給。此外，箭頭表示熱介質(zhì)h的流向。此處，雖然在集管21、22的一側(cè)圖示出連結(jié)管24，但其也能通過模塊20A的連結(jié)方向變更為上方或下方。另外，為便于說明，雖然將受熱管23彼此隔開間隙進行圖示，但該間隙盡可能窄時，從太陽光回收熱的效率就提高。但是，在聚光式太陽光聚光系統(tǒng)I中，由于接收器2的溫度有時也高達(dá)600 700°C，所以需要隔開不會因受熱管23膨脹而被破壞的程度的間隙。圖3中，作為構(gòu)成接收器2的模塊的不同例，示出了梯形狀模塊20B，并示出正面 X、側(cè)面Y、及受熱管23的截面的概要。該梯形狀模塊20B具有上方集管21B、比上方集管 21B短的下方集管22B、連結(jié)兩個集管21B、22B的多個受熱管23，模塊整體的形狀在正視X 中大致呈梯形。該受熱管23以在正視X中為從上方集管21B側(cè)朝向下方集管22B側(cè)變細(xì)的楔形，且在側(cè)視Y中為從上方朝向下方變粗的楔形的方式逐漸變更截面形狀而構(gòu)成。即，如圖3所示，當(dāng)將受熱管23的上部截面18設(shè)為圓形，將下部截面19設(shè)為橢圓形(在圖3的正視X的左右方向短且在進深方向長的橢圓形)時，能在使受熱管23的截面積固定的狀態(tài)下，將模塊的形狀變形為梯形等。通過將該受熱管23的截面積設(shè)為固定，在內(nèi)部流動的熱介質(zhì)h的流速在受熱管23 內(nèi)變?yōu)楣潭ǎ柟鈱峤橘|(zhì)h的加熱變得高效。另外，防止給用于熱介質(zhì)h循環(huán)的泵7施加多余的負(fù)荷。另外，在熱介質(zhì)循環(huán)用泵7的故障或天氣驟變(氣溫降低)等的緊急時，需要使熱介質(zhì)h從接收器2通過自重落下，經(jīng)由緊急管線8回收到熱介質(zhì)用罐6內(nèi)。此時，在受熱管 23的管徑從中途變細(xì)的情況下，熱介質(zhì)h的流動中產(chǎn)生阻力，但如果截面積固定，則沒有該問題，能迅速地回收熱介質(zhì)h。另外，梯形狀模塊20B因與上述的平板狀模塊20A相同的理由而空開受熱管23彼此的間隙進行圖示。圖4示出利用了梯形狀模塊20B的角錐臺型接收器2B，僅用網(wǎng)格線省略示出一部分的梯形狀模塊20B。該角錐臺型接收器2B通過組合六個梯形狀模塊20B而構(gòu)成，將上方集管21B連結(jié)成周狀(六角形狀)，同樣，將下方集管22B連結(jié)成周狀(六角形狀)而構(gòu)成。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，從上部的開口部25入射的太陽光在接收器2B內(nèi)重復(fù)進行反射，因此，熱介質(zhì)h能高效地吸收太陽光。另外，當(dāng)將熱介質(zhì)h的流動方向設(shè)為大致鉛直方向時， 能容易且迅速地進行緊急時的熱介質(zhì)h的回收。此處，熱介質(zhì)h的流路也可以將所有的模塊20B連結(jié)而作為I個系統(tǒng)，且也可以作
6為多個系統(tǒng)。通過增加系統(tǒng)數(shù)量，能進行使接收器2B中的熱分布均勻化的控制。另外，通過減少系統(tǒng)數(shù)量，能減少用于輸送熱介質(zhì)h的泵等的數(shù)量，使太陽光聚光系統(tǒng)I自身簡化。此外，連結(jié)的梯形狀模塊20B的數(shù)量不必限定為六個，能根據(jù)梯形狀模塊的形狀任意組合而作為接收器2。圖5示出利用了彎曲狀模塊20C的圓錐臺型接收器2C，僅用網(wǎng)格線省略示出一部分的彎曲狀模塊20C。該圓錐臺型接收器2C組合六個彎曲狀模塊20C而構(gòu)成，將上方集管 21C連結(jié)成周狀，且同樣將下方集管22C連結(jié)成周狀而構(gòu)成。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，與專利文獻2所記載的壺形的接收器相同，能高效地回收太陽熱，并且能作為大幅抑制了所有的制造成本、搬運成本、設(shè)置成本、修理成本的圓錐臺型接收器2C 被提供。此外，雖然彎曲狀模塊20C的集管21C、22C作為將圓四等分而構(gòu)成，但可以根據(jù)接收器的大小增加該分割數(shù)，且減小彎曲模塊20C的大小，由此能提高其搬運性。另外，也可以做成使彎曲狀模塊20C的上方集管21C及下方集管22C的長度相等的、成為好像將圓筒分割成多個的形狀的模塊。圖6示出了將平板狀模塊20A和梯形狀模塊20B組合而構(gòu)成的多個接收器2D的概要。如圖6所示，能將平板狀模塊20A、梯形狀模塊20B、或彎曲狀模塊20C任意組合而構(gòu)成接收器2。此外，也可以在構(gòu)成接收器的模塊20A、20B的背面(太陽光的受光面的相反側(cè))設(shè)置隔熱材料。利用該隔熱材料能防止模塊內(nèi)循環(huán)的熱介質(zhì)h的散熱。另外，也可以做成在模塊20的背面設(shè)置反射鏡的結(jié)構(gòu)。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能將透過受熱管23的間隙等的太陽光向受熱管23再反射，因此，能提高太陽能的回收效率。此外，當(dāng)作為具有在受熱管23上具備焦點的拋物面的反射鏡時，能進一步提高回收效率。符號說明
1聚光式太陽光聚光系統(tǒng)
2接收器(受熱部)
2B角錐臺型接收器 2C圓錐臺型接收器 2D複合接收器
3中心反射鏡
4定日鏡 20模塊
20A平板狀模塊 20B梯形狀模塊 20C彎曲狀模塊 21A、21B、21C上方集管 22A、22B、22C下方集管
23受熱管
24連結(jié)管 h 熱介質(zhì)S太陽光
Rl反射光
R2再反射光
R3接收器內(nèi)反射光
權(quán)利要求
1.一種太陽光聚光系統(tǒng)，其將太陽光從多個定日鏡反射到使熱介質(zhì)循環(huán)的受熱部，并且從所述熱介質(zhì)取出能量，其特征在于，通過多個模塊的立體組合構(gòu)成所述受熱部，并且所述模塊的至少一部分為梯形狀模塊，所述梯形狀模塊具有上方集管、比所述上方集管短的下方集管、以及連結(jié)所述兩個集管的多個受熱管，所述受熱管以在正視中成為從上方朝向下方變細(xì)的楔形，在側(cè)視中成為從上方朝向下方變粗的楔形的方式逐漸變更截面形狀而構(gòu)成，進而以所述熱介質(zhì)在所述模塊內(nèi)循環(huán)的方式構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的太陽光聚光系統(tǒng)，其特征在于，構(gòu)成所述受熱部的所述多個模塊的至少一部分為彎曲狀模塊，所述彎曲狀模塊具有以構(gòu)成圓弧的一部分的方式彎曲的上方集管、和以構(gòu)成圓弧的一部分的方式彎曲的下方集管。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的太陽光聚光系統(tǒng)，其特征在于，將所述模塊組合而立體構(gòu)成的所述受熱部為在上部具有開口部的筐型。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的太陽光聚光系統(tǒng)，其特征在于，將多個所述梯形狀模塊的側(cè)部彼此連結(jié)，構(gòu)成角錐臺型的受熱部。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的太陽光聚光系統(tǒng)，其特征在于，將多個所述彎曲狀模塊的側(cè)部彼此連結(jié)，構(gòu)成圓錐臺型的受熱部。
全文摘要
本發(fā)明提供一種太陽光聚光系統(tǒng)，其通過能將制造成本抑制地很低，并且發(fā)生故障時的恢復(fù)作業(yè)很容易，而且緊急時能迅速回收在內(nèi)部循環(huán)的熱介質(zhì)的接收器(2)，實現(xiàn)了發(fā)電成本的抑制。通過多個模塊(20)的立體組合構(gòu)成受熱部(2)，并且模塊的至少一部分為梯形狀模塊(20B)，梯形狀模塊具有上方集管(21B)、比上方集管短的下方集管(22B)、以及連結(jié)兩個集管的多個受熱管(23)，受熱管以在正視X中成為從上方朝向下方變細(xì)的楔形，在側(cè)視Y中成為從上方朝向下方變粗的楔形的方式，逐漸變更截面形狀而構(gòu)成。
文檔編號F03G6/00GK102597511SQ20108003748
公開日2012年7月18日 申請日期2010年8月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月24日
發(fā)明者玉浦裕, 蓮池宏 申請人:國立大學(xué)法人東京工業(yè)大學(xué)