太陽熱受熱器
【課題】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し、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。
【解決手段】地盤に立設されたタワー２１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１３であって、前記タワー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、前記熱が与えられる伝熱管５２を備えた伝熱管ユニット４３とを備えており、かつ、下端が前記底板４６の外周端に接続されて前記ケーシング４２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。
【解決手段】地盤に立設されたタワー２１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１３であって、前記タワー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、前記熱が与えられる伝熱管５２を備えた伝熱管ユニット４３とを備えており、かつ、下端が前記底板４６の外周端に接続されて前記ケーシング４２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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１４４７２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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。
【０００９】
本発明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。
【００１０】
上記太陽熱受熱器において、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とさらに好適である。
【００１１】
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。
【００１２】
上記太陽熱受熱器において、前記空間の上方を塞ぐ蓋体が設けられているとさらに好適である。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
本発明に係る太陽熱ガスタービンは、上記いずれかの太陽熱受熱器と、地盤の上に配置された太陽熱集光器と、を具備している。
【００１７】
本発明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。
【００１８】
本発明に係る太陽熱ガスタービン発電装置は、上記太陽熱ガスタービンを具備している。
【００１９】
本発明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。
【発明の効果】
【００２０】
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。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】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。
【図２】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。
【図３】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。
【図４】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。
【図５】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。
【図６】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。
【図７】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。
【図８】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。
【図９】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。
【図１０】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。
【図１１】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１２】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。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
〔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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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）。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
〔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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
〔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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
〔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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【符号の説明】
【００５４】
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
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
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１４４７２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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。
【０００９】
本発明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。
【００１０】
上記太陽熱受熱器において、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とさらに好適である。
【００１１】
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。
【００１２】
上記太陽熱受熱器において、前記空間の上方を塞ぐ蓋体が設けられているとさらに好適である。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
本発明に係る太陽熱ガスタービンは、上記いずれかの太陽熱受熱器と、地盤の上に配置された太陽熱集光器と、を具備している。
【００１７】
本発明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。
【００１８】
本発明に係る太陽熱ガスタービン発電装置は、上記太陽熱ガスタービンを具備している。
【００１９】
本発明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。
【発明の効果】
【００２０】
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。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】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。
【図２】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。
【図３】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。
【図４】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。
【図５】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。
【図６】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。
【図７】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。
【図８】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。
【図９】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。
【図１０】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。
【図１１】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１２】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。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
〔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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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）。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
〔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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
〔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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
〔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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【符号の説明】
【００５４】
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
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
【特許請求の範囲】
【請求項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ことを特徴とする太陽熱受熱器。
【請求項２】
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を特徴とする請求項１に記載の太陽熱受熱器。
【請求項３】
前記空間の上方を塞ぐ蓋体が設けられていることを特徴とする請求項２に記載の太陽熱受熱器。
【請求項４】
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ことを特徴とする請求項３に記載の太陽熱受熱器。
【請求項５】
請求項１から４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、を具備していることを特徴とする太陽熱ガスタービン。
【請求項６】
請求項５に記載の太陽熱ガスタービンを具備してなることを特徴とする太陽熱ガスタービン発電装置。
【請求項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ことを特徴とする太陽熱受熱器。
【請求項２】
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を特徴とする請求項１に記載の太陽熱受熱器。
【請求項３】
前記空間の上方を塞ぐ蓋体が設けられていることを特徴とする請求項２に記載の太陽熱受熱器。
【請求項４】
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ことを特徴とする請求項３に記載の太陽熱受熱器。
【請求項５】
請求項１から４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、を具備していることを特徴とする太陽熱ガスタービン。
【請求項６】
請求項５に記載の太陽熱ガスタービンを具備してなることを特徴とする太陽熱ガスタービン発電装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−１１７３９６（Ｐ２０１２−１１７３９６Ａ）
【公開日】平成２４年６月２１日（２０１２．６．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２６５６７９（Ｐ２０１０−２６５６７９）
【出願日】平成２２年１１月２９日（２０１０．１１．２９）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月２１日（２０１２．６．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月２９日（２０１０．１１．２９）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
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