JP2010181045A

JP2010181045A - 太陽集光装置用の受光管

Info

Publication number: JP2010181045A
Application number: JP2009022430A
Authority: JP
Inventors: Katsushige Nakamura; 勝重中村
Original assignee: Mitaka Kohki Co Ltd
Current assignee: Mitaka Kohki Co Ltd
Priority date: 2009-02-03
Filing date: 2009-02-03
Publication date: 2010-08-19

Abstract

【課題】光吸収管からの輻射による熱の逃げも防止して、熱効率の向上を図ることができる太陽集光装置用の受光管を提供する。
【解決手段】透明管３の外面に光学層６を形成したため、太陽光Ｌの大部分を占める可視光等Ａ（可視光付近及びそれより紫外側の光）は光学層６を透過し、光吸収管４に当たる。赤外線Ｂは反射される。光吸収管４は透過した可視光等Ａにより加熱され、表面から輻射熱を放射する。輻射熱は殆どが可視光等Ａよりも大きい波長の赤外線Ｂであるため、光学層６を透過することができず、光学層６により再度光吸収管４側へ反射される。そのため、反射された輻射熱により光吸収管４が加熱され、それを繰り返すことにより、光吸収管４はより加熱された状態となり、熱効率が向上する。
【選択図】図９

Description

本発明は太陽集光装置用の受光管に関するものである。

放物面を有するトラフの焦点位置に受光管を設置し、トラフに入光した太陽光を受光管に集光させ、受光管を加熱して内部を流れる熱媒体（オイル等）に熱を伝達する太陽集光装置が知られている。受光管は太陽光を効率良く熱に変換するため、熱のロスを少なくする構造が採用されている。

例えば、受光管は、外側の透明管と、内側の光吸収管から成る二重管構造になっている。光吸収管は太陽光を吸収しやすいように黒色塗装が施されている。透明管と光吸収管の間の空間は略真空状態とされ、光吸収管からの熱が伝熱により外部へ逃げないようにされている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４−２３９６０３号公報

しかしながら、このような従来の技術にあっては、透明管を取り囲む空間を真空化することにより、伝熱による熱の逃げは防止できるものの、光吸収管からの輻射による熱の逃げは防止することができなかった。そのため、受光管の熱効率の向上を図るうえである程度の限界があった。

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、光吸収管からの輻射による熱の散逸も防止して、熱効率の向上を図ることができる太陽集光装置用の受光管を提供するものある。

本発明は、外側の透明管と、内側の光吸収管から成る二重管構造で、透明管と光吸収管の間の空間が略真空状態とされ、光吸収管の内部に流体の熱媒体が流される太陽集光装置用の受光管において、前記透明管の内面又は外面に、可視光範囲よりも大きい波長範囲に設定された閾値以下の小さい波長の光を透過し且つ閾値より大きい波長の光を反射する光学層を形成したことを特徴とする。

閾値としては、８００〜１２００ｎｍの範囲内（より好ましくは１０００ｎｍ）が好適である。

本発明によれば、透明管の内面又は外面に、可視光範囲よりも大きい波長範囲に設定された閾値以下の小さい波長の光を透過し且つ閾値より大きい波長の光を反射する光学層を形成したため、太陽光の大部分を占める可視光付近及びそれより紫外側の光は、光学層を透過し、光吸収管に当たる。光吸収管はその可視光等により加熱される。加熱された光吸収管は、その表面から輻射熱を放射する。加熱された光吸収管から放射される輻射熱は殆どが可視光よりも大きい波長の赤外線である。その赤外線である輻射光は、光学層を透過することができず、光学層により再度光吸収管側へ反射される。そのため、反射された輻射熱により光吸収管が加熱され、それを繰り返すことにより、光吸収管はより加熱された状態となり、熱効率が向上する。

本発明の実施形態に係るトラフ式太陽集光装置の断面図。トラフ式太陽集光装置の側面図。受光管の構造を示す斜視図。受光管の断面図。太陽光の波長分布を示すグラフ。光学層の閾値の性能を示すグラフ。可視光等だけが透過する状態を示す受光管の断面図。光吸収管から放射された赤外線が光学層で反射される状態を示す受光管の断面図。光吸収管から放射された赤外線が光学層内に滞留した状態を示す部分拡大断面図。

図１〜図９は、本発明の好適な実施形態を示す図である。トラフ１は長手方向に沿って放物面の断面を有する形状をしている。トラフ１の内面は鏡面になっており、その焦点位置には受光管２が長手方向に沿って支持されている。トラフ１の幅は約５ｍで、長さは約１００ｍである。トラフ１は長手方向に多数連結され、更に連結されたものが幅方向に多数並べられて設置されて使用される。トラフ１及び受光管２は、太陽を追尾した状態で回転し、トラフ１の光軸が常に太陽光Ｌと平行になるようになっている。

受光管２は、外側の透明管３と、内側の光吸収管４から成る二重管構造をしている。透明管３の直径や約１２ｃｍで、光吸収管４の直径は約７ｃｍである。透明管３は透明な耐熱ガラス製で、光吸収管４は外面が黒色の金属製パイプ製である。透明管３は両端部が閉塞しており、透明管３と光吸収管４の間の空間Ｐは略真空状態で密閉化されている。光吸収管４の内部には熱媒体５としてのオイルが流れるようになっている。

そして、透明管３の外面には光学層６が形成されている。光学層６は、透明管３の外面に、スパッタリング法を用いて酸化チタン（ＴｉＯ_２）と酸化ケイ素（ＰｉＯ_２）を交互に形成した積層構造をしている。この光学層６は波長１０００ｎｍの閾値をもち、閾値以下の波長の光は透過するが、閾値より大きい波長の光は反射する特性を有している。図６に光学層６の光透過性能を示す。

太陽光Ｌは、図５に示すように、可視光（波長３８０〜７８０ｎｍ）及び紫外線（〜３８０ｎｍ）が殆どであり、赤外線（７８０ｎｍ〜）は少ない。閾値Ｓを１０００ｎｍに設定すれば、それよりも大きい赤外線は更に少ない。

従って、トラフ１で集光した太陽光Ｌを受光管２に当てると、太陽光Ｌのうち、波長が１０００ｎｍ以下の紫外線、可視光、赤外線の一部（以下、可視光等Ａという）は透過し、１０００ｎｍより長い赤外線Ｂは反射される。

太陽光Ｌ中の赤外線Ｂの成分は少ないため、反射されても受光管２の加熱性能に与える影響は少ない。太陽光Ｌの大部分を占める可視光等Ａは光学層６を透過して、光吸収管４に当たり、光吸収管４を加熱する。

光吸収管４は約４００°Ｃ程度まで加熱される。加熱されて高温になった光吸収管４は、自ら輻射熱を放射する。輻射熱は殆ど全てが赤外線であり、例えば約４００°Ｃの黒体から放射される輻射熱は殆ど全てが１０００ｎｍ以上の波長の赤外線Ｂであることが知られている。

従って、光吸収管４から放射された輻射熱である赤外線Ｂは光学層６を透過することができず、光学層６で反射されて再び光吸収管４に当たり、光吸収管４を加熱する。加熱された光吸収管４からは更に赤外線Ｂが放射される。赤外線Ｂが外部に逃げず、透明管３の内部に滞留するため、光吸収管４の温度が上昇し、熱効率が高まる。そのため、光吸収管４の熱効率が向上し、光吸収管４内を流れる熱媒体５を確実に加温することができる。

以上の実施形態では、光学層６を透明管３の外面に形成する例を示したが、内面に形成しても良い。また、光学層６を透明管３の表面に直接形成する例を示したが、光学層６をいったん樹脂フィルムに形成し、その樹脂フィルムを透明管３の表面に貼着するようにしても良い。また、受光管２はトラフ１でなく、フレネル式、その他の太陽集光装置に用いることもできる。

１トラフ
２受光管
３透明管
４光吸収管
５熱媒体
６光学層
Ａ可視光等
Ｂ赤外線
Ｌ太陽光
Ｐ空間
Ｓ閾値

Claims

外側の透明管と、内側の光吸収管から成る二重管構造で、透明管と光吸収管の間の空間が略真空状態とされ、光吸収管の内部に流体の熱媒体が流される太陽集光装置用の受光管において、
前記透明管の内面又は外面に、可視光領域よりも大きい波長範囲で設定された閾値以下の小さい波長の光を透過し且つ閾値より大きい波長の光を反射する光学層を形成したことを特徴とする太陽集光装置用の受光管。
閾値が８００〜１２００ｎｍの範囲内（好ましくは１０００ｎｍ）にあることを特徴とする請求項１記載の太陽集光装置用の受光管。