混合太阳热发电装置 技术领域 本发明涉及利用太阳热的发电装置， 涉及增加来自定日镜的反射光的聚光效率、 使发电效率提高的太阳热发电装置。
背景技术 近年来， 对燃烧化石燃料的排气气体导致的地球暖化、 化石燃料的枯竭等的地球 环境的关心不断提高， 代替上述化石燃料的替代能源受到瞩目。 作为这样的替代能源， 风力 发电、 太阳光发电正在不断普及。
特别是以聚光太阳光而产生的热来加热热介质， 通过该热介质的热使水蒸气产 生， 利用该水蒸气驱动蒸气透平机进行发电的聚光型太阳热发电装置能够以与现有的火力 发电同样的发电设备进行运转， 能够获得高输出， 因此受到瞩目。
作为这样的聚光型太阳热发电装置， 提出有以下方式 ： 槽型太阳热发电装置， 其 在一个面形成了反射面的剖面半圆形状的反射板的轴方向上设置有被导入热介质的管道 ( 例如， 专利文献 1) ； 碟型太阳热发电装置， 设置有 ： 在一个面形成了反射面的碗型的反射 板、 和反射板附近的热介质加热部 ( 例如， 专利文献 2) ； 以及塔型太阳热发电装置， 在周围 设置许多定日镜 (heliostat)， 将在顶部设置有热介质加热部的塔配置在中央 ( 例如， 专利 文献 3)。
此外， 提出有在周围设置许多定日镜， 在下部设置热介质加热部， 在该热介质加热 部的上方设置弯曲的反射镜 ( 中央反射器 ) 的光束下射方式 (beam down) 的太阳热发电装 置 ( 例如， 非专利文献 1)。
专利文献 1 ： WO2005/017421
专利文献 2 ： 日本特开 2004-169059 号公报
专利文献 3 ： 日本特开 2005-106432 号公报
非 专 利 文 献 1： Solar Energy， Volume 62， Number 2， February 1998， pp.121-129(9)
发明内容
发明要解决的课题
( 槽型 )
上述槽型太阳热发电装置在反射板的宽度方向上相当大型化， 进而纵横地设置了 许多个而进行使用， 所以存在反射板的设置面积变得相当大规模的问题。
( 碟型 )
在上述碟型中， 按每一个反射板进行聚光并对热介质进行加热， 因此比较紧凑， 但 是反射板的大小有极限， 存在不适合于大规模发电的问题。
( 塔型 )
塔型太阳热发电装置如图 9 所示， 从配设在塔 100 的远方的定日镜 102 照射到接收器 105 的受光面 105a 的反射光 R109， 因为向受光面 105a 的入射角 θ1 接近于直角、 且 照射面积狭窄， 所以每单位面积的光量变多、 照度变强， 因此集热量高， 但从配设在附近的 定日镜 101 照射的反射光 R108 对受光面 105a 的入射角度 θ2 变为锐角， 照射到该受光面 105a 的反射光 R108 的照射面积扩展， 每单位面积的光量减少、 照度变弱， 因此存在集热量 变小的问题。
当以 sinθ( 入射角 ) 表示受热效率时， 在配设在远方的定日镜 102 为大约 100％， 在配设在附近的定日镜 101 变为 50％左右。
( 光束下射方式 )
光束下射方式太阳热发电装置如图 10 所示， 来自配设在中央反射器 116 的远方的 定日镜 112 的反射光 R119 对于中央反射器 116 的反射面 116a 的入射角成为锐角， 因此反 射光 R119 在相当倾斜的状态下入射到中央反射器 116。结果， 从配设在远方的中央反射器 112 照射到中央反射器 116 的反射光 R119 的照射面积扩展， 存在集热效率降低的问题。
进而， 即使定日镜的设置半径是数百米左右， 中央反射器的直径也变为 100m 左 右， 其重量也成为数百吨， 因此也存在支撑结构物的强度的问题。
( 本发明 ) 本发明鉴于上述现有技术的问题， 其目的在于提供一种太阳热发电装置， 使从配 设在接收器附近的定日镜照射到接收器的反射光、 和从配设在远方的定日镜照射到接收器 的反射光， 向接收器的照射面积变窄， 使照度增加。
用于解决课题的方案
本发明的混合方式太阳热发电装置以如下方式构成。
1) 其特征在于， 具有 ： 支柱， 其具备接收太阳光的接收器 ； 以及多个定日镜， 在该 支柱的周围同心圆状地配置， 将太阳光朝向上述接收器反射， 上述支柱在上下方向具备至 少 2 台接收器， 上方的接收器对来自配设在远方的定日镜的反射光进行接收， 下方的接收 器对来自配设在附近的定日镜的反射光进行接收。
2) 其特征在于， 在将接收器接收的反射光的入射角为直角时的光度设为 100％的 情况下， 以接收器对来自设置在该光度为 60％以上的位置的定日镜的反射光进行接收。
3) 其特征在于， 将从配设在上述支柱的远方的定日镜向设置在该支柱的上方的接 收器反射的反射光的入射角设为 75°至 105°， 将从配设在上述支柱的附近的定日镜向设 置在该支柱的下方的接收器反射的反射光的入射角设为 75°至 105°
4) 其特征在于， 具有 ： 支柱， 其具备接收太阳光的接收器 ； 以及多个定日镜， 在该 支柱的周围同心圆状地配置， 将太阳光朝向上述接收器反射， 在支柱的上部设置对来自配 设在上述支柱的远方的定日镜的反射光进行接收的接收器， 在支柱的下部设置对来自配设 在上述支撑体的附近的定日镜的反射光进行接收中央反射器， 进而， 在该中央反射器的下 方， 设置有对通过中央反射器反射的太阳光进行接收的接收器。
5) 其特征在于， 将至少 3 根支柱组装成角锥状， 设置从该支柱的上端侧向上方延 长的柱体， 将中央反射器固定于上述组装成角锥状的支柱， 进而， 分别在上述中央反射器的 下方、 和柱体设置接收器， 使设置在柱体的接收器对来自配设在上述支柱的远方的定日镜 的反射光进行接收， 使设置在支柱的接收器经由中央反射器对来自配设在支柱的附近的定 日镜的反射光进行接收。
6) 其特征在于， 在如下太阳热发电装置中， 即具有 ： 支柱， 其具备中央反射器 ； 以 及多个定日镜， 在该支柱的周围同心圆状地配设的太阳热发电装置中， 具备 ： 框架， 沿着剖 面半圆弧形状的中央反射器的壁面形成为拱形状， 一端侧被上述支柱支撑 ； 清扫机器人， 沿 着该框架移动自由地安装 ； 以及移动单元， 使安装有该清扫机器人的框架在中央反射器的 圆周方向上移动， 上述清扫机器人具有对中央反射器的壁面喷吹洗净水的喷射装置。
7) 其特征在于， 在设置在上述中央反射器的下方的接收器中， 设置有圆锥形状的 受光部， 在该受光部的太阳光入射的入射口， 设置有透过太阳光并防止沙子等的尘埃的侵 入的防尘单元。
8) 其特征在于， 在支柱的上部设置对来自在该支柱的周围同心圆状地配设的多个 定日镜的反射光进行接收的接收器， 将上述接收器的受光面形成为弯曲形状， 使得来自上 述定日镜的反射光的入射角正交于上述受光面或成为与其接近的角度。
发明的效果
1) 以在支柱的上部设置的接收器对来自配设在远方的定日镜的反射光进行接收， 以在支柱的下部设置的接收器对来自配设在附近的定日镜的反射光进行接收， 进而， 以对 来自各个接收器的反射光正交或成为与其接近的角度的方式， 在接收器的受光板设置俯 角， 因此， 来自从支柱的附近到远方配设的定日镜的反射光以正交于接收器的受光板或与 其接近的角度入射。因此， 入射到接收器的反射光的照射面积变窄， 照度变强， 因此接收器 的受热量提高， 与熔融盐的热交换效率也提高， 能够使发热量增加。
2) 因为能够高效地利用来自从附近到远方配设的定日镜的反射光， 所以能够实现 根据大规模化的发电量的增大。
3) 因为通过清扫机器人对附着在中央反射器的表面的沙子、 尘埃等进行除去， 所 以能够防止从中央反射器向接收器的反射效率的降低。
4) 通过防尘单元， 能防止沙子等的尘埃侵入接收器的受光部， 使内壁的表面模糊， 使与熔融盐的热交换效率降低。
5) 因为将受光板形成为如下形状， 即， 使来自从附近到远方配设的定日镜的反射 光照射到接收器的受光板时的入射角成为正交或与其接近的角度， 所以接收器的集热量提 高， 发电量增加。此外， 因为来自配设在远方的定日镜的集热效率也提高， 所以能够实现大 规模化， 能够使发电量增大。 附图说明
图 1 是本发明的太阳热发电装置的概略图。 图 2 是本发明的太阳热发电装置的接收器的概略剖面图。 图 3 是表示照射到接收器的太阳热的入射角与照射面积的图。 图 4 是表示照射到接收器的太阳热的入射角与发电量的图。 图 5 是表示本发明的太阳热发电装置的第二实施方式的图。 图 6 是清扫装置的概略图。 图 7 是表示本发明的太阳热发电装置的第三实施方式的图。 图 8 是表示本发明的太阳热发电装置的第三实施方式的接收器的概略图。 图 9 是现有的塔型太阳热发电装置的概略图。图 10 是现有的光束下射方式太阳热发电装置的概略图。 图 11 是表示定日镜的设置半径和发电量的图。 附图标记说明 A1、 A2、 A3 太阳热发电装置 L 太阳光 L1、 L2、 L3、 L11、 L12、 L21、 L22 反射光 c1 近距离区间 c2 中距离区间 c3 远距离区间 1a、 1b、 1c、 11a、 12、 21a、 22 接收器 4、 14、 24 支柱 6a、 6b、 6c、 16a、 26a、 26b 定日镜 13、 23 中央反射器 22a 开口部 22b 聚光部具体实施方式 以下， 针对本发明的太阳热发电装置， 图示并进行说明。
实施例 1
图 1 是本发明的太阳热发电装置 A1 的概略结构图。在该太阳热发电装置 A1 中， 作为对太阳热进行吸热并向热介质传导的热交换器的接收器 1a、 1b、 1c 从支柱 4 的上部到 下部设置有多个。此外， 在具备接收器 1a、 1b、 1c 的支柱 4 的周围， 同心圆状地配置许多定 日镜 6(6a、 6b、 6c)， 该定日镜 6 具备由对太阳光、 即太阳热进行反射的多个小镜板构成的反 射镜 m。
上述接收器 1 如图 2 所示那样， 具备 ： 受热板 1a， 连结许多板状的吸热体而形成为 圆锥形状 ； 和热介质管路 9， 沿着该受热板 1a 的内周而卷绕多次。上述定日镜 6 具备 ： 太阳 光 S 的跟踪装置、 和对反射镜 m 上下左右地进行驱动的驱动装置， 以将太阳光 S 朝向接收器 1 反射的方式进行控制。
如图 1 所示， 配置在支柱 4 的上层的接收器 1a， 对来自远方的定日镜 6a 的反射光 R1 进行接收。设置在支柱 4 的中层的接收器 1b 对来自配设在中间位置的定日镜 6b 的反射 光 R2 进行接收， 设置在支柱 4 的下层的接收器 1c 对来自配设在支柱 4 附近的定日镜 6c 的 反射光 R3 进行接收。
此外， 以入射到各个接收器 1a、 1b、 1c 的反射光 R1、 R2、 R3 的入射角成为反射光的 强度是 60％以上的方式， 调整接收器 1a、 1b、 1c 的受光板 1a 的角度。
具体地， 上述反射光 R1、 R2、 R3 的入射角如图 2 所示那样， 成为低入射角 β 为 75°～高入射角 γ 为 105°的范围。即， 照射到受光板 1a 的太阳光的照射效率如图 3 所 示， 在向受光板 1a 的太阳光的入射角为 90° ( 垂直 ) 时成为最大， 当比 90°变小或变大时 指数函数地急速下降， 因此成为反射光的强度为 60％以上的 75°～ 105°的范围。
进而， 受光板 1a 相对于支柱 4 的轴方向以倾斜 α 而安装， 该倾斜 α 以来自各定
日镜 1a、 1b、 1c 的反射光 R1、 R2、 R3 的入射角成为 75°～ 105°的方式而被调整。
即， 当将在入射角 90°时朝向受光板 1a 反射的太阳光的面积设为 100 时， 在入射 角为 75°～ 105°的范围内， 太阳光对受光板 1a 倾斜地照射， 因此其面积成为 104 以内。 因 此， 即使是不对受光板 1a 垂直地照射太阳光的定日镜， 其照射效率也成为 60％以上。
进而， 通过将照射到受光板 1a 的反射光的入射角设为 75°～ 105°， 如图 4 所示 那样， 即使是照射到受光板 1a 的太阳光的入射角最偏离 90°的定日镜， 也具有 60％以上的 发电效率。
上述入射角如图 4( 入射角和发电效率 ) 所示那样， 以发电效率成为 60％以上的方 式在 75°～ 105°的范围中调整， 所以如上述图 4 所示那样， 当入射角脱离上述范围时， 发 电量指数函数地减少， 因此在将入射角 90°时的发电量作为 100 的情况下， 即使是照射到 受光板 1a 的太阳光的入射角最偏离 90°的定日镜， 其发电量也能够维持在 60 以上。
定日镜群 6 如图 1 所示， 以向各接收器 1a、 1b、 1c 的各自的反射光 R1、 R2、 R3 的入 射角成为上述的范围的方式进行区分、 调整。即， 从支柱 4 的附近起依次设置有近距离区域 C1、 中距离区域 C2、 远距离区域 C3， 以配设在各区域 C1、 C2、 C3 内的各个的定日镜 6a、 6b、 6c 对规定的接收器 1a、 1b、 1c 照射太阳光的方式进行调整， 并且以照射到接收器 1a、 1b、 1c 的 反射光 R1、 R1、 R3 的入射角成为上述的范围 (75°～ 105° ) 的方式进行调整。 具体地， 在本实施例中， 各接收器 1a、 1b、 1c 的设置高度是， 远距离用接收器 1a 为 大约 105m( 高度 h3)， 中距离用接收器 1b 为大约 60m( 高度 h2)， 近距离用接收器 1c 为大约 30m( 高度 h1)， 上述各区域为， 远距离区域 C3 为大约 100 ～ 400m， 中距离用区域 C2 为大约 50 ～ 200m， 近距离区域 C1 为大约 15 ～ 60m， 照射到各接收器 1a、 1b、 1c 的反射光 R1、 R2、 R3 的入射角为 75°～ 105°的范围。
这样构成的太阳热发电装置 A1 以规定的接收器 1a、 1b、 1c 对从定日镜群 6 照射的 反射光 R1、 R2、 R3 进行接收， 将供给到各接收器 1a、 1b、 1c 的热介质 ( 例如， 亚硝酸钠 40％、 硝酸钠 7％、 硝酸钾 53％等的熔融盐 ) 加热到 500℃左右。接着， 将该高温的熔融盐导入到 一并设置在支柱 4 的热交换器并使水蒸气产生， 进而通过该水蒸气驱动透平发电机进行发 电。
熔融盐在接收器被加热并存积在高温用熔融盐槽， 之后被送至上述热交换器而被 利用于发电， 存积在低温用熔融盐槽。 在上述高温用熔融盐槽内， 以在不能获得太阳热的夜 间等也能够进行发电的方式， 蓄积有能够蓄热对发电是充分的热量的量的熔融盐。 结果， 能 够昼夜连续地进行发电。
通过本实施例， 以从定日镜照射到接收器的反射光的入射角成为正交或与其接近 的角度的方式在支柱设置多个接收器， 被照射来自定日镜的反射光的接收器的受光面积变 小， 照度变强， 结果， 太阳热的集热量提高， 赋予到熔融盐的热量增加。结果， 能够增加发电 量。
此外， 大规模化导致集热量比现有技术大幅提高， 因此能够实现大规模发电。
实施例 2
本实施例如图 5 所示， 在支柱 14 的上部设置接收器 11a， 在下部设置有中央反射器 13 和接收器 12。上述中央反射器 13 通过许多小镜板状的反射镜 13a 形成为剖面半圆弧状 的弯曲形状， 从支柱 14 通过多个缆索或棒状的悬吊单元 13c 而固定。
在上述设置在下部的接收器 12 中， 在上表面设置有接受来自中央反射器 13 的反 射光的集热凹部， 在该凹部的周围设置有许多的热介质管路， 对热介质赋予太阳热。
如图 5 所示， 在支柱 14 的周围同心圆状地配设许多定日镜群 16， 区分为配设在支 柱 14 的附近的定日镜 16b、 和配设在远方的定日镜 16a。支柱 14 附近的定日镜 16b 将太阳 光 S 的反射光 R11 向中央反射器 13 照射， 远方的定日镜 16a 将反射光 R12 照射到上部的接 收器 11a。进而， 照射到上述中央反射器 13 的反射光 R12， 被聚光到下部的接收器 12。
配设在附近的定日镜 16b 和配设在远方的定日镜 16a、 和上述接收器 11a 和中央反 射器 13， 以该接收器 11a 和中央反射器 13 的受光面积变小、 照度变强的方式调整。 即， 以受 光面积变小的方式， 入射光的入射角度成为正交或与其接近的角度。 具体地， 与上述第一实 施例同样地， 入射角成为 75°～ 105°。
在上述中央反射器 13， 设置有对该中央反射器 13 的壁面 ( 反射镜面 ) 进行清扫的 清扫单元 G。该清扫单元 G 如图 6 所示， 具备 ： 框架 f， 沿着中央反射器 13 的壁面 13c 形成 为拱形状， 下端侧被上述支柱 14 支撑 ； 清扫机器人 GR， 沿着该框架 f 移动自由地安装 ； 以及 驱动装置 m2， 使安装有该清扫机器人 GR 的框架 f 在中央反射器 13 的圆周方向移动。
上述框架 f 为了减轻对朝向中央反射器 13 照射的反射光阻挡， 形成为细宽度。此 外， 以能够承受从定日镜群 6 照射的反射光导致的高热的方式， 以耐热合金制作， 此外， 使 用重量轻的合金。作为合金， 例如能够使用因科镍合金、 哈斯特镍合金等的高镍铁合金等。 框架 f 的上端侧连结于设置在中央反射器 13 的圆环状周缘部的驱动装置 m1， 与框 架 f 的下端侧的驱动装置 m2 一起使该框架 f 移动。再有， 框架 f 也能够使用以支柱 14 侧 的驱动装置 m2 支撑的单臂式的。
清扫机器人 GR 具有对中央反射器 13 的壁面 13c 喷吹洗净水的洗净装置 n。该洗 净装置 n 具备对附着在壁面 13c 的尘埃等进行水洗的喷射喷嘴等。此外， 在洗净装置 n 的 周围， 设置有防止水洗水漏出到外部的合成树脂制的被覆。 此外， 在洗净水被回收并在过滤 装置被过滤之后， 从喷嘴喷射， 能够对水进行循环再利用。此外， 也能够从喷嘴喷射利用了 发电用的热介质 ( 熔融盐 ) 的热的温水、 水蒸气。
清扫单元 G 在反射光 R11、 R12 不入射到中央反射器 13 的夜间等进行工作， 使用计 算机在夜间自动运转。
再有， 在从定日镜群 6 照射太阳热时， 清扫机器人 GR 移动到框架 f 的上端侧或下 端侧， 不受太阳热的影响。此外， 太阳光在北半球侧对配设在中央反射器 13 的北侧的定日 镜较强地照射， 因此使框架 f 移动到中央反射器 13 的南侧， 减轻太阳热的影响和阻挡。
通过本实施例， 将来自配设在具备接收器 11a、 12 和中央反射器 13 的支柱 14 附近 的定日镜 16b 的反射光 R12 朝向中央反射器 13 照射， 将来自配设在支柱 14 的远方的定日 镜 16a 的反射光朝向接收器 11a 照射， 因此能够用接收器 11a、 12 对来自从支柱 14 的附近 到远方配设的定日镜的反射光高效率地进行接收。
结果， 即使是与现有技术相同规模的定日镜的设置面积 ( 设置半径 )， 如图 11 所示 那样， 发电量增加， 进而通过大规模化能够显著地使发电量增加。
实施例 3
本实施例如图 7 所示， 在支柱 25 的上部设置接收器 21a， 在下部分脚而成为角锥 状的支柱 24 的空间设置有中央反射器 23。进而， 在该中央反射器 23 的下部设置有接收器
22。 在上述接收器 22 中， 在其上部形成有对从中央反射器 23 反射的太阳热进行集热 的坩埚形状的聚光部 22b， 在下部设置有在外周被热介质管路 22f 卷绕的热交换部 22c。上 述聚光部 22b 内壁成为镜面， 将太阳热在其内部一边反射一边导入热交换部 22c。
进而， 在中央反射器 23 的下方设置的接收器 22 的聚光部 22b 的开口部 22a， 设置 有防尘单元 g。该防尘单元 g 使太阳光 ( 太阳热 ) 透过， 并且不使沙子等的尘埃透过。作为 防尘单元 g， 例如能够使用通过硼硅酸玻璃等制作的盖板等。
通过设置防尘单元， 防止沙子等的尘埃通过接收器 22 的聚光部 22b 的开口部 22a 侵入该聚光部 22b 的内侧， 污染镜面、 热交换部 22f， 导致聚光效率、 热交换效率降低。 此外， 接收器 22 的高度是 5m 左右， 不容易清扫其内部， 因此通过设置防尘单元 g 能够省去维护等 的麻烦。
通过本实施例， 以上部的接收器对来自配设在远方的定日镜的反射光进行接收， 使设置在地上的接收器经由下部的中央反射器接收来自配设在附近的定日镜的反射光， 因 此由从远方到附近配设的定日镜照射的太阳光的入射角接近于垂直。结果， 照射到接收器 的受光面的光的强度变强， 能够获得高温的熔融盐， 使大量的水蒸气产生， 发电量增加。
因为中央反射器通过角锥形状的支柱支撑， 所以支撑结构成为高强度， 耐震性、 耐 风性提高。
此外， 通过在设置于中央反射器的下方的接收器的入射口设置防尘单元， 能够防 止沙子等的尘埃使聚光部 22b 的内侧的镜面模糊， 导致熔融盐和反射光的热交换效率降 低。
此外， 在设置在中央反射器的下方的接收器中， 其受光部是坩埚形状， 成为难以将 入射光的热放出到外部的形状， 因此热效率提高。