太陽集光蒸気発電装置
【課題】太陽光により蒸気を効率的に発生させて発電することができる太陽集光蒸気発電装置を提供することを目的としている。
【解決手段】蒸気ボイラー２の底面を加熱面３として、そこを太陽光Ｌにより加熱するため、内部の水Ａ全体に熱が対流により伝わりやすく、太陽エネルギーにより効率的に大量の蒸気量を発生させることができる。大量の蒸気が発生すれば、その発生蒸気を利用して効果的な発電をすることができる。蒸気ボイラー２の加熱面３が内側に凹の湾曲面であるため、加熱面３と太陽光Ｌとのなす角度が大きくなり、加熱面３よる太陽光Ｌの吸収性能が向上する。また、熱気が加熱面３内に滞留するため、熱効率が向上する。
【解決手段】蒸気ボイラー２の底面を加熱面３として、そこを太陽光Ｌにより加熱するため、内部の水Ａ全体に熱が対流により伝わりやすく、太陽エネルギーにより効率的に大量の蒸気量を発生させることができる。大量の蒸気が発生すれば、その発生蒸気を利用して効果的な発電をすることができる。蒸気ボイラー２の加熱面３が内側に凹の湾曲面であるため、加熱面３と太陽光Ｌとのなす角度が大きくなり、加熱面３よる太陽光Ｌの吸収性能が向上する。また、熱気が加熱面３内に滞留するため、熱効率が向上する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽光により蒸気を効率的に発生させて発電することができる太陽集光蒸気発電装置を提供する。
【背景技術】
【０００２】
地上に立てたタワーの頂部にレシーバを設け、タワー周辺の地上に太陽を追尾しながら太陽光をレシーバーに向けて反射する複数のヘリオスタットを設けた太陽光集光システムが知られている。複数のヘリオスタットにて反射された太陽光がレシーバーの側面に集光するため、レシーバーは高温になる。従って、レシーバを蒸気ボイラーにすれば、発生した蒸気により、タービンを回して発電することが可能となる（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２００５／０９８３２７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、このような従来の技術にあっては、蒸気ボイラーの側面に太陽光を当たる構造のため、蒸気ボイラーの内部の水を下から加温するような対流が発生せず、蒸気の効率的な発生が期待できない。また、加熱面である側面から熱が上方へ逃げやすく、熱効率の低下も招いていた。
【０００５】
本発明は、このような従来の技術に着目してなされたものであり、太陽光により蒸気を効率的に発生させて発電することができる太陽集光蒸気発電装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１記載の発明は、所定の高さに設置され且つ底面に加熱面を有する蒸気ボイラーと、蒸気ボイラーの周辺の地上に設置されて太陽光を蒸気ボイラーの加熱面に向けて反射させる複数のヘリオスタットと、蒸気ボイラーからの蒸気により発電する発電機と、から成ることを特徴とする。
【０００７】
請求項２記載の発明は、蒸気ボイラーの加熱面が内側に凹の湾曲面であることを特徴とする。
【０００８】
請求項３記載の発明は、蒸気ボイラーと発電機との間に、蒸気ボイラーから発電機に蒸気を供給する供給パイプと、発電機から蒸気ボイラーに蒸気を戻す戻しパイプとを設け、且つ戻しパイプの途中に蒸気を復水するコンデンサを設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１記載の発明によれば、蒸気ボイラーの底面を加熱面として、そこを太陽光により加熱するため、内部の水全体に熱が対流により伝わりやすく、太陽エネルギーにより効率的に大量の蒸気量を発生させることができる。大量の蒸気が発生すれば、その発生蒸気を利用して効果的な発電をすることができる。
【００１０】
請求項２記載の発明によれば、蒸気ボイラーの加熱面が内側に凹の湾曲面であるため、加熱面と太陽光とのなす角度が大きくなり、加熱面による太陽光の吸収性能が向上する。また、熱気が凹型の加熱面内に滞留するため、側面を加熱面とする場合に比べて、加熱面からの放熱が減少し、熱効率が向上する。
【００１１】
請求項３記載の発明によれば、発電機に利用した蒸気を復水して蒸気ボイラーに戻すため、水を繰り返し利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態に係る太陽集光蒸気発電装置を示す概略図。
【図２】太陽集光蒸気発電装置を示す平面図。
【図３】ヘリオスタットを示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１〜図３は、本発明の好適な実施形態を示す図である。この実施形態に係る太陽集光蒸気発電装置の中心には、地表から所定高さ（約１０ｍ）を有する４本のタワー１が立設されている。そのタワー１の上部には、金属製の蒸気ボイラー２が設置されている。
【００１４】
蒸気ボイラー２は上部が圧力に耐えるようにドーム型になっており、底面は加熱面３として内側へ凸の湾曲面になっている。加熱面３には耐熱性の黒色塗装が施されている。
【００１５】
蒸気ボイラー２の周囲の地上には、太陽Ｓを追尾しながら、太陽光Ｌを常に蒸気ボイラー２の加熱面３に向けて反射するヘリオスタット４が複数設置されている。ヘリオスタット４は、図２に示すように、蒸気ボイラー２の南側を除き、蒸気ボイラー２を中心にした放射状に複数設置されている。
【００１６】
個々のヘリオスタット４は、図３に示すように、ベース部５に立設された支柱６の頂部に反射ミラー７を備えた構造になっている。反射ミラー７は多数の小ミラーから構成され、全体として凹面形状になっている。従って、ほぼ平行光である太陽光Ｌは反射ミラー７で反射されることにより、ターゲット（加熱面３）に向けて集光する太陽光Ｌとなる。反射ミラー７は支柱６の頂部に対して高度方向及び方位方向で回転自在になっている。反射ミラー７は、太陽Ｓを追尾して、太陽光Ｌの移動角度の概ね１／２ずつ回転して、常に太陽光Ｌを同じ方向へ反射し続ける。このような反射ミラー７の制御は、センサー方式で行っても良いし、コンピュータ方式で行っても良い。
【００１７】
蒸気ボイラー２の内部には図示せぬセンサーにより一定の水Ａが保持されている。蒸気ボイラー２の上部には空間が設けられており、そこに蒸気Ｂが溜まるようになっている。
【００１８】
蒸気ボイラー２の近くの地上位置には、タービン８と発電機９が設置されている。蒸気ボイラー２の頂部からは供給パイプ１０が延びており、タービン８に接続されている。また、タービン８からは戻しパイプ１１が延びており、蒸気ボイラー２の下部に接続されている。
【００１９】
戻しパイプ１１の途中にはコンデンサ１２とポンプ１３が設けられている。コンデンサ１２は冷水循環機１４に接続されている。冷水循環機１４は、内部に冷凍機を備え、コンデンサ１２に冷水Ｃを循環することができる。冷水循環機１４に代えてクーリングタワーを用いても良い。
【００２０】
発電機９には電流制御部１５が設けられ、一部の電力を冷水循環機１４やポンプ１３で自己使用することができると共に、残りの電気を他に供給することができる。
【００２１】
次に、この実施形態の作用を説明する。
【００２２】
太陽光Ｌは複数のヘリオスタット４により、地表から所定の高さに位置づけられた蒸気ボイラー２の底面の加熱面３に集光される。各ヘリオスタット４で反射された太陽光Ｌは、湾曲状（一種のドーム形）となった加熱面３の中央部より遠い方の面に当てる。そうすると、太陽光Ｌと加熱面３とのなす角度が大きくなり、太陽光Ｌは加熱面３の表面で反射されることなく確実に吸収され、熱効率が高まる。
【００２３】
また、ヘリオスタット４からの太陽光Ｌを、それぞれ加熱面３の遠い方の面に当てることにより、太陽光Ｌは加熱面３に対して分散された状態で当たることになる。加熱面３の一部のみが部分的に高温にならず、加熱面３の全体が高温になるため、この点も熱効率向上の面で良い。
【００２４】
更に、加熱面３が湾曲状で、熱気が加熱面３内に滞留するため、側面を加熱面とする場合に比べて、加熱面３からの放熱が減少し、熱効率が向上する。
【００２５】
加熱面３に黒色塗装を施していることも、太陽光Ｌの吸収を良くしている。このように、太陽光Ｌは蒸気ボイラー２の加熱面３において効率良く熱に変換される。
【００２６】
蒸気ボイラー２の底面である加熱面３が太陽光Ｌにより加熱されるため、内部の水Ａの全体に対流により熱が伝わりやすく、水Ａが効果的に沸騰して、大量の蒸気Ｂを発生させることができる。
【００２７】
蒸気ボイラー２で発生した蒸気Ｂは、供給パイプ１０を介してタービン８に送られ、タービン８を回転させる。タービン８が回転すると、一体的に連結された発電機９も回転して電気を発生させる。発電機９で発生した電気は、電流制御部１５を介して、太陽集光蒸気発電装置自身で自己使用されると共に、外部に供給される。
【００２８】
タービン８に供給されて、仕事が終了した蒸気Ｂは、戻しパイプ１１を介して蒸気ボイラー２に戻されるが、その途中にコンデンサ１２が設けられているため、そこで冷却されて蒸気Ｂから水Ａにされ、水Ａの状態で元の蒸気ボイラー２に戻される。以上の工程を繰り返すことにより、発電機９から電気を発生し続けることができる。
【００２９】
以上の実施形態では、コンデンサ１２に循環する冷水Ｃを冷水循環機１４から循環させるようにしたが、太陽集光蒸気発電装置を海の近くに設置して、海水を冷水Ｃの代わりに循環させるようにしても良い。
【符号の説明】
【００３０】
２ 蒸気ボイラー
３ 加熱面
４ ヘリオスタット
９ 発電機
１２ コンデンサ
Ａ 水
Ｂ 蒸気
Ｃ 冷水
Ｌ 太陽光
Ｓ 太陽
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽光により蒸気を効率的に発生させて発電することができる太陽集光蒸気発電装置を提供する。
【背景技術】
【０００２】
地上に立てたタワーの頂部にレシーバを設け、タワー周辺の地上に太陽を追尾しながら太陽光をレシーバーに向けて反射する複数のヘリオスタットを設けた太陽光集光システムが知られている。複数のヘリオスタットにて反射された太陽光がレシーバーの側面に集光するため、レシーバーは高温になる。従って、レシーバを蒸気ボイラーにすれば、発生した蒸気により、タービンを回して発電することが可能となる（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２００５／０９８３２７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、このような従来の技術にあっては、蒸気ボイラーの側面に太陽光を当たる構造のため、蒸気ボイラーの内部の水を下から加温するような対流が発生せず、蒸気の効率的な発生が期待できない。また、加熱面である側面から熱が上方へ逃げやすく、熱効率の低下も招いていた。
【０００５】
本発明は、このような従来の技術に着目してなされたものであり、太陽光により蒸気を効率的に発生させて発電することができる太陽集光蒸気発電装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１記載の発明は、所定の高さに設置され且つ底面に加熱面を有する蒸気ボイラーと、蒸気ボイラーの周辺の地上に設置されて太陽光を蒸気ボイラーの加熱面に向けて反射させる複数のヘリオスタットと、蒸気ボイラーからの蒸気により発電する発電機と、から成ることを特徴とする。
【０００７】
請求項２記載の発明は、蒸気ボイラーの加熱面が内側に凹の湾曲面であることを特徴とする。
【０００８】
請求項３記載の発明は、蒸気ボイラーと発電機との間に、蒸気ボイラーから発電機に蒸気を供給する供給パイプと、発電機から蒸気ボイラーに蒸気を戻す戻しパイプとを設け、且つ戻しパイプの途中に蒸気を復水するコンデンサを設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１記載の発明によれば、蒸気ボイラーの底面を加熱面として、そこを太陽光により加熱するため、内部の水全体に熱が対流により伝わりやすく、太陽エネルギーにより効率的に大量の蒸気量を発生させることができる。大量の蒸気が発生すれば、その発生蒸気を利用して効果的な発電をすることができる。
【００１０】
請求項２記載の発明によれば、蒸気ボイラーの加熱面が内側に凹の湾曲面であるため、加熱面と太陽光とのなす角度が大きくなり、加熱面による太陽光の吸収性能が向上する。また、熱気が凹型の加熱面内に滞留するため、側面を加熱面とする場合に比べて、加熱面からの放熱が減少し、熱効率が向上する。
【００１１】
請求項３記載の発明によれば、発電機に利用した蒸気を復水して蒸気ボイラーに戻すため、水を繰り返し利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態に係る太陽集光蒸気発電装置を示す概略図。
【図２】太陽集光蒸気発電装置を示す平面図。
【図３】ヘリオスタットを示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１〜図３は、本発明の好適な実施形態を示す図である。この実施形態に係る太陽集光蒸気発電装置の中心には、地表から所定高さ（約１０ｍ）を有する４本のタワー１が立設されている。そのタワー１の上部には、金属製の蒸気ボイラー２が設置されている。
【００１４】
蒸気ボイラー２は上部が圧力に耐えるようにドーム型になっており、底面は加熱面３として内側へ凸の湾曲面になっている。加熱面３には耐熱性の黒色塗装が施されている。
【００１５】
蒸気ボイラー２の周囲の地上には、太陽Ｓを追尾しながら、太陽光Ｌを常に蒸気ボイラー２の加熱面３に向けて反射するヘリオスタット４が複数設置されている。ヘリオスタット４は、図２に示すように、蒸気ボイラー２の南側を除き、蒸気ボイラー２を中心にした放射状に複数設置されている。
【００１６】
個々のヘリオスタット４は、図３に示すように、ベース部５に立設された支柱６の頂部に反射ミラー７を備えた構造になっている。反射ミラー７は多数の小ミラーから構成され、全体として凹面形状になっている。従って、ほぼ平行光である太陽光Ｌは反射ミラー７で反射されることにより、ターゲット（加熱面３）に向けて集光する太陽光Ｌとなる。反射ミラー７は支柱６の頂部に対して高度方向及び方位方向で回転自在になっている。反射ミラー７は、太陽Ｓを追尾して、太陽光Ｌの移動角度の概ね１／２ずつ回転して、常に太陽光Ｌを同じ方向へ反射し続ける。このような反射ミラー７の制御は、センサー方式で行っても良いし、コンピュータ方式で行っても良い。
【００１７】
蒸気ボイラー２の内部には図示せぬセンサーにより一定の水Ａが保持されている。蒸気ボイラー２の上部には空間が設けられており、そこに蒸気Ｂが溜まるようになっている。
【００１８】
蒸気ボイラー２の近くの地上位置には、タービン８と発電機９が設置されている。蒸気ボイラー２の頂部からは供給パイプ１０が延びており、タービン８に接続されている。また、タービン８からは戻しパイプ１１が延びており、蒸気ボイラー２の下部に接続されている。
【００１９】
戻しパイプ１１の途中にはコンデンサ１２とポンプ１３が設けられている。コンデンサ１２は冷水循環機１４に接続されている。冷水循環機１４は、内部に冷凍機を備え、コンデンサ１２に冷水Ｃを循環することができる。冷水循環機１４に代えてクーリングタワーを用いても良い。
【００２０】
発電機９には電流制御部１５が設けられ、一部の電力を冷水循環機１４やポンプ１３で自己使用することができると共に、残りの電気を他に供給することができる。
【００２１】
次に、この実施形態の作用を説明する。
【００２２】
太陽光Ｌは複数のヘリオスタット４により、地表から所定の高さに位置づけられた蒸気ボイラー２の底面の加熱面３に集光される。各ヘリオスタット４で反射された太陽光Ｌは、湾曲状（一種のドーム形）となった加熱面３の中央部より遠い方の面に当てる。そうすると、太陽光Ｌと加熱面３とのなす角度が大きくなり、太陽光Ｌは加熱面３の表面で反射されることなく確実に吸収され、熱効率が高まる。
【００２３】
また、ヘリオスタット４からの太陽光Ｌを、それぞれ加熱面３の遠い方の面に当てることにより、太陽光Ｌは加熱面３に対して分散された状態で当たることになる。加熱面３の一部のみが部分的に高温にならず、加熱面３の全体が高温になるため、この点も熱効率向上の面で良い。
【００２４】
更に、加熱面３が湾曲状で、熱気が加熱面３内に滞留するため、側面を加熱面とする場合に比べて、加熱面３からの放熱が減少し、熱効率が向上する。
【００２５】
加熱面３に黒色塗装を施していることも、太陽光Ｌの吸収を良くしている。このように、太陽光Ｌは蒸気ボイラー２の加熱面３において効率良く熱に変換される。
【００２６】
蒸気ボイラー２の底面である加熱面３が太陽光Ｌにより加熱されるため、内部の水Ａの全体に対流により熱が伝わりやすく、水Ａが効果的に沸騰して、大量の蒸気Ｂを発生させることができる。
【００２７】
蒸気ボイラー２で発生した蒸気Ｂは、供給パイプ１０を介してタービン８に送られ、タービン８を回転させる。タービン８が回転すると、一体的に連結された発電機９も回転して電気を発生させる。発電機９で発生した電気は、電流制御部１５を介して、太陽集光蒸気発電装置自身で自己使用されると共に、外部に供給される。
【００２８】
タービン８に供給されて、仕事が終了した蒸気Ｂは、戻しパイプ１１を介して蒸気ボイラー２に戻されるが、その途中にコンデンサ１２が設けられているため、そこで冷却されて蒸気Ｂから水Ａにされ、水Ａの状態で元の蒸気ボイラー２に戻される。以上の工程を繰り返すことにより、発電機９から電気を発生し続けることができる。
【００２９】
以上の実施形態では、コンデンサ１２に循環する冷水Ｃを冷水循環機１４から循環させるようにしたが、太陽集光蒸気発電装置を海の近くに設置して、海水を冷水Ｃの代わりに循環させるようにしても良い。
【符号の説明】
【００３０】
２ 蒸気ボイラー
３ 加熱面
４ ヘリオスタット
９ 発電機
１２ コンデンサ
Ａ 水
Ｂ 蒸気
Ｃ 冷水
Ｌ 太陽光
Ｓ 太陽
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の高さに設置され且つ底面に加熱面を有する蒸気ボイラーと、蒸気ボイラーの周辺の地上に設置されて太陽光を蒸気ボイラーの加熱面に向けて反射させる複数のヘリオスタットと、蒸気ボイラーからの蒸気により発電する発電機と、から成ることを特徴とする太陽集光蒸気発電装置。
【請求項２】
蒸気ボイラーの加熱面が内側に凹の湾曲面であることを特徴とする請求項１記載の太陽集光蒸気発電装置。
【請求項３】
蒸気ボイラーと発電機との間に、蒸気ボイラーから発電機に蒸気を供給する供給パイプと、発電機から蒸気ボイラーに蒸気を戻す戻しパイプとを設け、且つ戻しパイプの途中に蒸気を復水するコンデンサを設けたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の太陽集光蒸気発電装置。
【請求項１】
所定の高さに設置され且つ底面に加熱面を有する蒸気ボイラーと、蒸気ボイラーの周辺の地上に設置されて太陽光を蒸気ボイラーの加熱面に向けて反射させる複数のヘリオスタットと、蒸気ボイラーからの蒸気により発電する発電機と、から成ることを特徴とする太陽集光蒸気発電装置。
【請求項２】
蒸気ボイラーの加熱面が内側に凹の湾曲面であることを特徴とする請求項１記載の太陽集光蒸気発電装置。
【請求項３】
蒸気ボイラーと発電機との間に、蒸気ボイラーから発電機に蒸気を供給する供給パイプと、発電機から蒸気ボイラーに蒸気を戻す戻しパイプとを設け、且つ戻しパイプの途中に蒸気を復水するコンデンサを設けたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の太陽集光蒸気発電装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１０−２８１２５１（Ｐ２０１０−２８１２５１Ａ）
【公開日】平成２２年１２月１６日（２０１０．１２．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１３４７７９（Ｐ２００９−１３４７７９）
【出願日】平成２１年６月４日（２００９．６．４）
【出願人】（３９００１３０３３）三鷹光器株式会社 (114)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１２月１６日（２０１０．１２．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月４日（２００９．６．４）
【出願人】（３９００１３０３３）三鷹光器株式会社 (114)
【Ｆターム（参考）】
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