JP2013130372A - 太陽熱受熱器、その組立方法、および太陽熱受熱器を備えた太陽熱発電システム - Google Patents

Abstract

【課題】太陽熱受熱器を構成する複数の受熱管を、熱膨張による影響を受けることなく等間隔で保持可能にし、受熱性能の低下を防ぐとともに長寿命化を図る。
【解決手段】平行且つ面状に配列されて太陽熱受熱器１０を構成する複数の受熱管１６の長手方向の中間部を等間隔に保持する受熱管サポート部材３０を設けた。この受熱管サポート部材３０は、受熱管１６の長手方向に交わる方向に延在し、受熱管１６の長手方向には自然移動せず、受熱管１６の長手方向に沿って所定の力が加わった時には受熱管１６との間が滑る程度の摩擦力によって位置を保たれる。また、受熱管サポート部材３０は、１基の太陽熱受熱器１０あたり複数設けられ、これら複数の受熱管サポート部材３０により、受熱管１６が複数のグループに分けられて拘束され、これら複数のグループの、各々の受熱管サポート部材３０の端部が、互いに隣接するグループの端部に位置する受熱管１６を保持している。
【選択図】図３

Description

本発明は、集光された太陽光の熱エネルギーによって熱媒を加熱する太陽熱受熱器と、その組立方法、および太陽熱受熱器を備えた太陽熱発電システムに関するものである。

太陽光を利用したクリーンな発電システムの１つとして、特許文献１に開示されているように、太陽光を地上に設置された複数のヘリオスタット（反射鏡）に反射させて太陽熱受熱器に集光させ、この太陽熱受熱器の内部を流れる空気、水、オイル、溶融塩等の流体を熱媒体として加熱し、この加熱された熱媒体の熱エネルギーを利用してタービン等を駆動し、発電を行う太陽熱発電システムが知られている。

このような太陽熱発電システムにおいて用いられている太陽熱受熱器は熱交換器状に構成されている。即ち、鉛直方向に延びる多数の受熱管が平行且つ面状に配列され、これらの受熱管の上端部が集合する上方ヘッダーと、受熱管の下端部が集合する下方ヘッダーとを備えて構成されており、正面視において略四角形をなしている。

この太陽熱受熱器の内部で熱媒体は下方ヘッダーから受熱管を通って上方ヘッダーに流れるが、受熱管を通る際に、集光された太陽光により加熱され、上方ヘッダーから受熱管の外部に取り出されて発電用エネルギーとして使用される。

なお、受熱管同士の間に所定のピッチ間隔を設けるとともに、太陽熱受熱器の背面側（太陽光の入射側と反対側）に背面反射鏡を設置し、受熱管の間の隙間を通り抜けた太陽光を背面反射鏡により反射させて各受熱管を背面側から加熱するようにすれば、受熱性能を高めることができる。

特開２０１１−４３１２７号公報

上記のように構成された太陽熱受熱器は、鉛直方向に延びる多数の受熱管が上方ヘッダーと下方ヘッダーとの間に固定されており、これらの受熱管が１０００度近い高温に加熱されるため、受熱管が長いものでは熱膨張により受熱管が湾曲変形し、相互の位置関係を正しく保つことが難しくなる。このような受熱管の湾曲変形が著しくなると、受熱管同士が接触して無用な応力負荷が発生し、受熱管の耐用寿命が低下するばかりか、太陽光の入射方向視で受熱管が互いに重なり合って影を作り、受熱性能が低下してしまう懸念がある。しかし、これらの受熱管を、位置決め部材等を用いて強引に位置決めすると、受熱管が熱膨張と収縮を繰り返すことにより、受熱管および位置決め部材に金属疲労が蓄積し、破損する懸念がある。

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、簡素な構造により、太陽熱受熱器を構成する複数の受熱管を、熱膨張による影響を受けることなく等間隔で保持可能にし、受熱性能の低下を防ぐとともに、長寿命化を図ることのできる太陽熱受熱器、その組立方法、および太陽熱受熱器を備えた太陽熱発電システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
即ち、本発明に係る太陽熱受熱器の第１の態様は、集光された太陽光が入射する開口部を有する集光ケーシングの内部に設置され、前記太陽光の熱で熱媒体を加熱する太陽熱受熱器であって、平行且つ面状に配列された複数の受熱管と、前記複数の受熱管の一端部が集合する一方のヘッダーと、前記複数の受熱管の他端部が集合する他方のヘッダーと、前記複数の受熱管の長手方向の中間部を等間隔に保持する受熱管サポート部材と、を有し、前記受熱管サポート部材は、前記複数の受熱管の長手方向に交わる方向に延在し、各受熱管を等間隔で拘束するように保持するとともに、前記受熱管の長手方向には自然移動せず、前記受熱管の長手方向に沿って所定以上の力が加わった時には前記受熱管との間が滑る程度の摩擦力によって位置を保たれていることを特徴とする。

上記構成によれば、複数の受熱管の中間部に設けられた受熱管サポート部材によって各受熱管が等間隔で保持されるため、受熱管が熱膨張によって湾曲変形することを防止し、受熱管同士が接触して応力負荷を発生させたり、互いに重なり合って影を作ることにより受熱性能を低下させたりすることを防止することができる。

受熱管サポート部材は、受熱管の長手方向には自然移動せず、受熱管の長手方向に沿って所定の力が加わった時には受熱管との間が滑る程度の摩擦力によって位置を保たれているため、例えば受熱管が熱膨張により伸縮した場合には、受熱管と受熱管サポート部材との間が滑って両部材が相対移動することができる。このため、受熱管が熱膨張と収縮を繰り返しても、受熱管および受熱管サポート部材に金属疲労が蓄積するといった懸念がなく、太陽熱受熱器の長寿命化を図ることができる。

受熱管サポート部材は受熱管の長手方向の中間部に設置されており、この位置は受熱管の変形量が最も大きくなる場所であるため、受熱管サポート部材と受熱管との間に発生する摩擦力が大きくなる。このため、受熱管サポート部材を定位置に固定しておくことができる。

また、本発明に係る太陽熱受熱器の第２の態様は、前記第１の態様において、前記受熱管サポート部材の材質は、前記受熱管の材質と同一であることを特徴とする。

上記構成によれば、同一の材質からなる受熱管と受熱管サポート部材の熱膨張係数が同じになり、熱膨張量もほぼ等しくなるため、両部材の間において熱膨張による相対移動量が少なくなり、熱膨張に起因する受熱管の変形をより効果的に抑制することができる。

また、本発明に係る太陽熱受熱器の第３の態様は、前記第１または第２の態様において、前記受熱管サポート部材は、１基の太陽熱受熱器あたり複数設けられ、これら複数の受熱管サポート部材により、前記受熱管が複数のグループに分けられて拘束され、これら複数のグループの、各々の前記受熱管サポート部材の端部が、互いに隣接するグループの端部に位置する前記受熱管を保持していることを特徴とする。

上記構成によれば、全ての受熱管を１本の受熱管サポート部材で連続的に保持した場合に比べて、受熱管サポート部材１つあたりに保持される受熱管の本数が少なくなる。このため、各受熱管が熱膨張により変形したとしても、この変形が累積されることによる受熱管サポート部材に加わる応力の度合が小さくなる。したがって、受熱管サポート部材の破損を防止し、太陽熱受熱器の長寿命化を図ることができる。しかも、各々の前記受熱管サポート部材の端部が、互いに隣接する受熱管グループの端部に位置する受熱管を保持しているため、各受熱管グループの間の間隔も適正に保つことができる。

また、本発明に係る太陽熱受熱器の第４の態様は、前記第１から第３のいずれかの態様において、前記受熱管サポート部材は、前記受熱管の長手方向に沿う視線で山部と谷部とが交互に連続する波形帯板と、この波形帯板の前記谷部に接するように接合される平帯板とを具備して構成され、前記波形帯板の前記山部と前記平帯板との間に前記受熱管が保持され、前記波形帯板が前記太陽光の入射側に配置されていることを特徴とする。

上記構成によれば、簡素な構成によって受熱管を相対移動可能に保持することができる。また、太陽熱受熱器を設置する場所（外部）で受熱管サポート部材を受熱管に取り付ける場合における作業性を良くすることができる。さらに、複数の受熱管を、例えば太陽光の入射側に向かって凹となる円弧状をなすように配列するような場合には、受熱管サポート部材の反力が低下するので、円弧の曲率に沿って受熱管を正確に配列し、サポートすることができる。

また、本発明に係る太陽熱受熱器の組立方法は、前記受熱管が鉛直方向に延び、且つ平面視で前記太陽光の入射側に向かって凹となる円弧状をなすように配列されており、これらの受熱管の中間部を前記第４の態様に係る前記受熱管サポート部材によって保持する場合の組立方法であって、仮固定治具を用いて前記受熱管を円弧状に配列して仮固定し、次に、太陽光の入射側から前記波形帯板を前記各受熱管に被装し、次に太陽光の反入射側から前記平帯板を前記波形帯板の前記谷部にあてがい、次に前記谷部と前記平帯板とを接合し、次に前記仮固定治具を撤去することを特徴とする。

上記の太陽熱受熱器の組立方法によれば、複数の受熱管が仮固定治具によって円弧状に配列された状態で、各受熱管に波形帯板と平帯板が取着され、これらの板部材がスポット溶接により接合されて受熱管サポート部材が完成するため、仮固定治具が取り外された後でも受熱管サポート部材が湾曲した配列形状を保つことができる。このため、受熱管サポート部材が加熱された時に異形状に歪む確率を低下させて、受熱管および受熱管サポート部材に熱応力や金属疲労が及ぶことを防止し、太陽熱受熱器の長寿命化を図ることができる。なお、波形帯板の谷部と平帯板との接合には、スポット溶接やリベット止め等、高所や空中でも行える簡易な接合手段を用いることができる。

また、本発明に係る太陽熱発電システムは、前記第１から第４のいずれかの態様に係る太陽熱受熱器と、太陽光を集光して前記太陽熱受熱器に導くヘリオスタットと、前記太陽熱受熱器から導出された高温の熱媒体により回転駆動されるタービン装置と、前記タービン装置により回転駆動される発電機と、を備えることを特徴とする。

上記構成の太陽熱発電システムによれば、太陽熱受熱器を構成する複数の受熱管が、受熱管サポート部材に保持されることによって熱膨張による影響を受けることなく等間隔で保持されて受熱性能の低下が防がれるとともに、長寿命化が図られるため、タービン装置に安定的に熱媒体を供給して発電を継続することができ、太陽熱発電システム全体の信頼性を向上させることができる。

以上のように、本発明に係る太陽熱受熱器、その組立方法、および太陽熱受熱器を備えた太陽熱発電システムによれば、簡素な構造により、太陽熱受熱器を構成する複数の受熱管を、熱膨張による影響を受けることなく等間隔で保持可能にし、受熱性能の低下を防ぐとともに、長寿命化を図ることができる。

本発明の一実施形態に係る太陽熱発電システムの概略構成を示した図である。 太陽熱受熱器の正面図である。 受熱管と受熱管サポート部材を示す斜視図である。 図３のIV-IV線に沿う横断面図である。 受熱管と組み立て前の仮固定治具を示す平面図である。 組み立てられた仮固定治具により受熱管が仮固定された状態を示す平面図である。 図６の状態から受熱管に受熱管サポート部材が組み付けられた状態を示す平面図である。

以下に、本発明の複数の一実施形態について、図１〜図７を参照しながら説明する。

図１は、本発明の一実施形態にかかる太陽熱発電システムの概略構成を示した図である。この太陽熱発電システム１は、例えば空気を熱媒体として使用しており、太陽Ｓの熱を集光して空気を９００℃〜１０００℃程度に加熱して熱膨張させ、この熱膨張した空気の熱エネルギーによってタービン装置２を回転させ、タービン装置２に付設された発電機３を駆動して発電を行うシステムである。

この太陽熱発電システム１は、タワー状の太陽熱受熱装置５を備えており、その周囲を取り巻くようにして多数のヘリオスタット６（反射鏡）が配置されている。太陽熱受熱装置５は、地上に立設されたタワー８の高所位置に４つの集光ケーシング９がそれぞれ四方を向くように固設され、これらの集光ケーシング９の内部に、本発明に係る太陽熱受熱器１０が内蔵された構成である。各集光ケーシング９にはヘリオスタット６側に向かって開口する円形もしくは楕円形等の開口部１２が形成されており、複数のヘリオスタット６によって集光された太陽光が開口部１２から集光ケーシング９の内部に入射して太陽熱受熱器１０に導かれるようになっている。

各集光ケーシング９の開口部１２と反対側に位置する背面板１４は、平面視で開口部１２側に向かって凹となるように円筒面状に湾曲しており、その内面が鏡面となっている。また、集光ケーシング９を構成する他の全ての壁面の内面も鏡面となっている。４基の太陽熱受熱器１０は、図２にも示すように、鉛直方向に延びる多数の受熱管１６と、これらの受熱管１６の上端部が集合する上部ヘッダー１７（一方のヘッダー）と、受熱管１６の下端部が集合する下部ヘッダー１８（他方のヘッダー）とを有する熱交換器状に形成されている。

タワー８の内部には熱媒体上昇管２１と、熱媒体下降管２２とが配設されており、熱媒体上昇管２１は分散管２３を介して各太陽熱受熱器１０の下部ヘッダー１８に繋がり、熱媒体下降管２２は集合管２４を介して各太陽熱受熱器１０の上部ヘッダー１７に繋がっている。熱媒体下降管２２の他端はタービン装置２の駆動タービン２ａに接続され、熱媒体上昇管２１の他端はタービン装置２の圧縮タービン２ｂに接続されている。駆動タービン２ａと圧縮タービン２ｂは同軸上に設けられて一体回転する。また、タービン装置２の近傍には空気過熱器２６が設置されており、駆動タービン２ａから排出された空気が空気過熱器２６を通過するようになっている。タービン装置２の圧縮タービン２ｂには空気を取り入れる吸気管２７が接続されており、この吸気管２７は空気過熱器２６の内部を通過している。

複数のヘリオスタット６は、太陽Ｓの動きに応じて角度や向きが変わるように図示しない制御装置により自動制御され、日照時間中は常に大多数のヘリオスタット６が太陽Ｓの光を集光し、この集光された太陽光が開口部１２から集光ケーシング９の内部の太陽熱受熱器１０に導かれる。これによって太陽熱受熱器１０が加熱され、太陽熱受熱器１０の受熱管１６の内部の空気はその温度が９００℃〜１０００℃程度まで上昇して熱膨張する。この熱膨張した高温な空気は、太陽熱受熱器１０の上部ヘッダー１７から集合管２４を経て導出され、熱媒体下降管２２に流れてタービン装置２の駆動タービン２ａに供給され、駆動タービン２ａを回転させた後、空気過熱器２６を通過する。駆動タービン２ａを通過した空気の温度は４００℃程度に降下するものの、まだ空気過熱器２６を加熱することができる。

上記のように、加熱された空気によって駆動タービン２ａが回転駆動されると、駆動タービン２ａと同軸上、もしくはギアを介して別軸上に設けられた発電機３が駆動されて発電が行われる。また、駆動タービン２ａと同軸上に設けられた圧縮タービン２ｂも回転し、吸気管２７から外気が吸入される。この外気は空気過熱器２６を通過する際に駆動タービン２ａを通過した後の４００℃程度の空気と熱交換して加熱された後、圧縮タービン２ｂで圧縮され、熱媒体上昇管２１と分散管２３を経て各太陽熱受熱器１０の下部ヘッダー１８に供給される。この空気が下部ヘッダー１８から受熱管１６を通って上部ヘッダー１７に流れる間に太陽熱により加熱され、前述のようにタービン装置２の駆動タービン２ａに供給されて発電機３と圧縮タービン２ｂを駆動する。

次に、本発明の要部の構成について説明する。
図２〜図４に示すように、太陽熱受熱器１０の上部ヘッダー１７と下部ヘッダー１８との間を結んで鉛直方向に延びる受熱管１６は、互いに平行であり、且つ面状に配列されている。図１に示すように、上部ヘッダー１７と下部ヘッダー１８は、平面視で太陽光の入射側（集光ケーシング９の開口部１２側）に向かって凹となるように湾曲しており、これに倣って各受熱管１６も平面視で太陽光の入射側に向かって凹となる円弧状をなすように配列されている（図４参照）。そして、これらの受熱管１６の長手方向の中間部が、受熱管サポート部材３０によって等間隔に保持されている。なお、図２では受熱管１６が５０本配列されているが、この本数は一例であり、５０本より多くても少なくてもよい。

図２に示すように、受熱管サポート部材３０は、受熱管１６の長手方向に交わる方向、即ちここでは水平方向に延在するように形成された略帯状の部材であり、各受熱管１６を等間隔で拘束するように保持している。受熱管サポート部材３０は、１基の太陽熱受熱器１０あたり複数、例えば６本設けられており、これら６本の受熱管サポート部材３０によって、５０本の受熱管１６が６つのグループに分けられて拘束されている。ここでは、例えば１つの受熱管サポート部材３０が１０本の受熱管１６を保持している。

また、図３にも示すように、受熱管１６の６つのグループの、各々の受熱管サポート部材３０の端部が、互いに隣接するグループの端部に位置する受熱管１６を２本ずつ保持している。したがって、各受熱管サポート部材３０は正面視（図２参照）上下に千鳥状に配置されている。なお、これらの受熱管サポート部材３０が設置される位置（高さ）は、受熱管１６の長さ方向の中央部から、上方および下方に向って受熱管１６の全長の１５パーセント程度の範囲までとされる。

図３および図４に示すように、受熱管サポート部材３０は、受熱管１６の長手方向に沿う視線で山部３１ａと谷部３１ｂとが交互に連続する波形帯板３１と、この波形帯板３１の谷部３１ｂに接するように接合される平帯板３２とを具備して構成され、波形帯板３１の山部３１ａと平帯板３２との間に受熱管１６が保持され、波形帯板３１の谷部３１ｂと平帯板３２との接点Ｗ（図３参照）が、例えばスポット溶接やリベット止め、ボルト止め等により固着されるように構成されている。波形帯板３１は太陽光の入射側、即ち太陽熱受熱器１０の前面側に配置され、平帯板３２は太陽熱受熱器１０の後面側に配置される。受熱管サポート部材３０の材質は、受熱管１６の材質と同一であり、例えば耐熱性に優れたＳＵＳ３０４材や、ハステロイ（米国ヘインズ社製造のニッケル系合金の登録商標）を例示することができる。

受熱管サポート部材３０は受熱管１６に対して特定の固定具を用いて固定されることはなく、１０本の受熱管１６のうちの一部の摩擦力のみによってその位置を保たれている。この摩擦力の程度は、受熱管サポート部材３０がその自重や多少の振動等によって自然に移動してずり落ちることがなく、且つ、受熱管１６の長手方向に沿って所定以上の力が加わった時には受熱管１６との間が滑る程度の摩擦力に設定されている。一例としては、中央部の２本の受熱管１６のみの摩擦力で保持され、残りの左右合計８本の受熱管１６は遊び許容部としての空間を持つ程度に緩合拘束保持されている。また、保持方法として、摩擦力で保持されるには左右両端の２本であってもよい。

以上のように構成された太陽熱受熱器１０によれば、多数の受熱管１６の中間部に複数の受熱管サポート部材３０が設けられ、これらの受熱管サポート部材３０によって各受熱管１６が等間隔に保持されるため、太陽熱を受けて受熱管１６が熱膨張しても、受熱管１６が湾曲変形することが防止される。このため、受熱管１６同士が接触して応力負荷を発生させたり、互いに重なり合って影を作ることにより受熱性能を低下させたりすることを防止することができる。
また、受熱管１６は遊び許容部としての空間を持つ程度に緩合拘束保持されているので、長期の稼働においても、熱により受熱管サポート部材３０と受熱管１６の固着を防ぐことができる。

受熱管サポート部材３０は、受熱管１６の長手方向には自然移動せず、受熱管１６の長手方向に沿って所定以上の力が加わった時には受熱管１６との間が滑る程度の摩擦力によって位置を保たれているため、例えば受熱管１６が熱膨張により伸縮した場合には、受熱管１６と受熱管サポート部材３０との間が滑って両部材１６，３０が相対移動することができる。このため、受熱管１６が熱膨張と収縮を繰り返しても、受熱管１６および受熱管サポート部材３０に金属疲労が蓄積するといった懸念がなく、太陽熱受熱器１０の長寿命化を図ることができる。

なお、受熱管サポート部材３０は受熱管１６の長手方向の中間部に設置されており、この位置は受熱管１６の変形量が最も大きくなる場所であるため、受熱管サポート部材３０と受熱管１６との間に発生する摩擦力が自ずと大きくなる。このため、受熱管サポート部材３０を定位置に固定しておくことができる。

また、受熱管サポート部材３０の材質が受熱管１６の材質と同一であるため、受熱管サポート部材３０と受熱管１６との熱膨張係数が同じになり、熱膨張量もほぼ等しくなる。このため、両部材１６，３０の間において熱膨張による相対移動量が少なくなり、熱膨張に起因する受熱管１６の変形をより効果的に抑制することができる。しかも、互いに接触する受熱管１６と受熱管サポート部材３０の材質が同一であることから電位差が生じにくく、電食が発生する懸念もない。

しかも、受熱管サポート部材３０は、１基の太陽熱受熱器１０あたり６本設けられ、これら６本の受熱管サポート部材３０により、５０本の受熱管１６が６つのグループに分けられて拘束されているため、例えば５０本の受熱管１６を１本の受熱管サポート部材で連続的に保持した場合に比べて、１つの受熱管サポート部材３０あたりに保持される受熱管１６の本数が１０本と少なくなる。このため、各受熱管１６が熱膨張により変形したとしても、この変形が累積されることによる受熱管サポート部材３０に加わる応力の度合が小さくなる。したがって、受熱管サポート部材３０の破損を防止して太陽熱受熱器１０の長寿命化を図ることができる。

さらに、６本の受熱管サポート部材３０によって保持されている６つの受熱管１６のグループの、各々の受熱管サポート部材３０の端部が、互いに隣接するグループの端部に位置する受熱管１６を２本ずつ保持しているため、各受熱管１６グループの間の間隔も適正に保つことができる。
しかも、受熱管サポート部材３０による横方向の伸びに対しても、受熱管サポート部材３０は、受熱管１６を１０本程度しか緩合拘束保持していないので、受熱管１６が受熱管サポート部材３０により必要以上に横方向に広げられることもない。

また、受熱管サポート部材３０は、受熱管１６の長手方向に沿う視線で、山部３１ａと谷部３１ｂとが交互に連続する波形帯板３１と、この波形帯板３１の谷部３１ｂに接するように接合される平帯板３２とを具備して構成され、波形帯板３１の山部３１ａと平帯板３２との間に受熱管１６が保持される構成であるため、簡素な構成によって受熱管１６を相対移動可能に保持することができる。また、太陽熱受熱器１０が設置される場所（野外）で受熱管サポート部材３０を受熱管１６に取り付けるような場合においても、波形帯板３１と平帯板３２とを作業性良く接合して受熱管サポート部材３０を組み立てることができる。

さらに、受熱管サポート部材３０を構成する波形帯板３１が太陽熱受熱器１０に対して太陽光の入射側に配置され、平帯板３２が太陽熱受熱器１０の背面板１４側に配置されているため、本実施形態のように、各受熱管１６が太陽光の入射側に向かって凹となる円弧状をなすように配列されている場合には、受熱管サポート部材３０の反力（直線に戻ろうとする力）を低下させて、円弧の曲率に沿って受熱管１６を正確に配列し、サポートすることができる。しかも、太陽熱受熱器１０と、その背後に設置されている背面板１４との間の狭いスペースに薄い平帯板３２を挿入し易いため、受熱管サポート部材３０の組み立てを容易にすることができる。

次に、図５〜図７に基づき、受熱管１６に受熱管サポート部材３０を組み付ける時の組立方法について説明する。受熱管サポート部材３０の組み付けは、専用の仮固定治具３５を用いて行われる。仮固定治具３５は、太陽熱受熱器１０の前面側から取り付けられる、平面視で弓状に湾曲した前側固定具３６と、太陽熱受熱器１０の後面側から取り付けられて、各受熱管１６を挟んで前側固定具３６に４本のボルト３７で結合される後側固定具３８とを具備して構成されている。前側固定具３６には各受熱管１６が密に嵌合される１０箇所の切欠部３６ａが等間隔で形成されるとともに、ボルト３７が通されるボルト挿通孔３６ｂが形成されている。また、後側固定具３８には、ボルト３７が螺合される雌ネジ孔３８ａと、後述する溶接時に用いる凹部３８ｂが形成されている。

まず、図５と図６に示すように、受熱管１６に仮固定治具３５を取り付け、この仮固定治具３５を用いて受熱管１６を円弧状に配列して仮固定する。仮固定治具３５の前側固定具３６に後側固定具３８が４本のボルト３７で結合されると、仮固定治具３５全体が受熱管１６に対して軽い摩擦力で位置決めされるようになっている。この仮固定治具３５が取り付けられることにより、１０本の受熱管１６が上部ヘッダー１７と下部ヘッダー１８の湾曲形状に沿う円弧状に配列されて固定される。

次に、図７に示すように、受熱管サポート部材３０の波形帯板３１を、太陽熱受熱器１０の前面側から各受熱管１６に被装する。この時には、波形帯板３１を前側固定具３６の上面に置くようにして、波形帯板３１の山部３１ａに受熱管１６を嵌め込む。次に、太陽熱受熱器１０の後面側から平帯板３２を波形帯板３１の谷部３１ｂにあてがい、次に谷部３１ｂと平帯板３２とをスポット溶接等によって接合する。この溶接時には後側固定具３８の凹部３８ｂにスポット溶接機の先端を差し込んで溶接が行われる。接合が完了したら、仮固定治具３５を受熱管１６から撤去する。これにより、図４に示すように、円弧状に配列された受熱管１６に受熱管サポート部材３０が取り付けられる。

上記の組立方法によれば、複数の受熱管１６が仮固定治具３５によって円弧状に配列された状態で、受熱管１６に波形帯板３１と平帯板３２が取着され、これらの板部材３１，３２がスポット溶接等により接合されて受熱管サポート部材３０が完成するため、仮固定治具３５が取り外された後でも受熱管サポート部材３０が湾曲した配列形状を保つことができる。このため、受熱管サポート部材３０が加熱された時に異形状に歪む確率を低下させ、受熱管１６および受熱管サポート部材３０に熱応力や金属疲労が及ぶことを防止し、太陽熱受熱器１０の長寿命化を図ることができる。なお、波形帯板３１の谷部３１ｂと平帯板３２との接合には、スポット溶接やリベット止め等、高所や空中でも行える簡易な接合手段を用いることができるため、太陽熱発電システム１の設置現場、即ちタワー８の上の高所でも容易に接合作業を行うことができる。

そして、上記のように構成された太陽熱受熱器１０を備えた太陽熱発電システム１によれば、太陽熱受熱器１０を構成する複数の受熱管１６が受熱管サポート部材３０に保持されることによって熱膨張による影響を受けることなく等間隔で保持されるため、太陽熱受熱器１０の受熱性能の低下が防がれるとともに、長寿命化が図られる。したがって、タービン装置２に安定的に熱媒体を供給して発電を継続することができ、太陽熱発電システム１全体の信頼性を向上させることができる。

なお、本発明は上記実施形態の構成のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更や改良を加えることができ、このように変更や改良を加えた実施形態も本発明の権利範囲に含まれるものとする。

例えば、上記実施形態では、タワー８の上に設置された集光ケーシング９の内部に太陽熱受熱器１０が収容され、タワー８の周囲に配置された多数のヘリオスタット６が太陽光を集光して集光ケーシング９に投光するタワー型の太陽熱受熱装置５が例示されているが、このようなタワー型に限らず、例えば太陽光をヘリオスタットによりシステム中央部の上方に反射し、この反射光をセンターリフレクターと呼ばれる大型反射鏡で下方に設置されたレシーバー（受熱部）に集光するビームダウン式の太陽熱受熱装置にも適用することができる。

また、太陽熱受熱器１０に供給される熱媒体としては、空気に限らず、水、オイル、溶融塩等、多種のものが考えられる。

１ 太陽熱発電システム
２ タービン装置
３ 発電機
５ 太陽熱受熱装置
６ ヘリオスタット
８ タワー
９ 集光ケーシング
１０ 太陽熱受熱器
１２ 開口部
１６ 受熱管
１７ 上部ヘッダー（一方のヘッダー）
１８ 下部ヘッダー（他方のヘッダー）
３０ 受熱管サポート部材
３１ 波形帯板
３１ａ 山部
３１ｂ 谷部
３２ 平帯板
３５ 仮固定治具

Claims (6)

1. 集光された太陽光が入射する開口部を有する集光ケーシングの内部に設置され、前記太陽光の熱で熱媒体を加熱する太陽熱受熱器であって、
   平行且つ面状に配列された複数の受熱管と、
   前記複数の受熱管の一端部が集合する一方のヘッダーと、
   前記複数の受熱管の他端部が集合する他方のヘッダーと、
   前記複数の受熱管の長手方向の中間部を等間隔に保持する受熱管サポート部材と、を有し、
   前記受熱管サポート部材は、前記複数の受熱管の長手方向に交わる方向に延在し、各受熱管を等間隔で拘束するように保持するとともに、前記受熱管の長手方向には自然移動せず、前記受熱管の長手方向に沿って所定以上の力が加わった時には前記受熱管との間が滑る程度の摩擦力によって位置を保たれていることを特徴とする太陽熱受熱器。
2. 前記受熱管サポート部材の材質は、前記受熱管の材質と同一であることを特徴とする請求項１に記載の太陽熱受熱器。
3. 前記受熱管サポート部材は、１基の太陽熱受熱器あたり複数設けられ、これら複数の受熱管サポート部材により、前記受熱管が複数のグループに分けられて拘束され、これら複数のグループの、各々の前記受熱管サポート部材の端部が、互いに隣接するグループの端部に位置する前記受熱管を保持していることを特徴とする請求項１または２に記載の太陽熱受熱器。
4. 前記受熱管サポート部材は、前記受熱管の長手方向に沿う視線で山部と谷部とが交互に連続する波形帯板と、この波形帯板の前記谷部に接するように接合される平帯板とを具備して構成され、前記波形帯板の前記山部と前記平帯板との間に前記受熱管が保持され、前記波形帯板が前記太陽光の入射側に配置されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の太陽熱受熱器。
5. 前記受熱管は鉛直方向に延び、且つ平面視で前記太陽光の入射側に向かって凹となる円弧状をなすように配列されており、これらの受熱管の中間部を請求項４に記載の前記受熱管サポート部材によって保持する場合の組立方法であって、
   仮固定治具を用いて前記受熱管を円弧状に配列して仮固定し、
   次に、太陽光の入射側から前記波形帯板を前記各受熱管に被装し、
   次に太陽光の反入射側から前記平帯板を前記波形帯板の前記谷部にあてがい、
   次に前記谷部と前記平帯板とを接合し、
   次に前記仮固定治具を撤去することを特徴とする太陽熱受熱器の組立方法。
6. 請求項１から４のいずれかに記載の太陽熱受熱器と、
   太陽光を集光して前記太陽熱受熱器に導くヘリオスタットと、
   前記太陽熱受熱器から導出された高温の熱媒体により回転駆動されるタービン装置と、
   前記タービン装置により回転駆動される発電機と、
   を備えることを特徴とする太陽熱発電システム。

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