JPH0230988A - 宇宙軌道上発電プラント - Google Patents

宇宙軌道上発電プラント

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JPH0230988A
JPH0230988A JP17921388A JP17921388A JPH0230988A JP H0230988 A JPH0230988 A JP H0230988A JP 17921388 A JP17921388 A JP 17921388A JP 17921388 A JP17921388 A JP 17921388A JP H0230988 A JPH0230988 A JP H0230988A
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JP
Japan
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heat
heat storage
storage material
heat exchanger
receiver
Prior art date
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Pending
Application number
JP17921388A
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English (en)
Inventor
Yoshio Mochida
芳雄 餅田
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Publication of JPH0230988A publication Critical patent/JPH0230988A/ja
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    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
    • Y02E10/46—Conversion of thermal power into mechanical power, e.g. Rankine, Stirling or solar thermal engines

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  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的〕 (産業上の利用分野) 本発明は宇宙基地等に搭載される宇宙軌道上発電プラン
トに関する。
(従来の技術) 宇宙基地等軌道上にある設備に電力を供給するための発
電方式として太陽光による熱輻射により流体を加熱し、
ガスタービン等の熱機関を駆動して発電を行なうものが
ある。この発電方式が特に低軌道上の宇宙基地等に適用
されるケースでは太陽が地球の陰に隠れてしまう時、つ
まり日蝕時には太陽光から熱輻射を得ることができなく
なり、発電が一時的に停止してしまう。このため、必要
な熱を予め蓄熱材に蓄えておき、太陽光の入射がない時
に放熱して流体が加熱されるように構成した熱交換器、
すなわち、受蓄熱器が使用される。
第4図はこのような受蓄熱器を組込んだ宇宙軌道上発電
プラントの一例を示すもので、例えば、ヘリウム、キセ
ノン混合ガスからなる作動流体は、受蓄熱器1において
リフレクタ2によって集光された太陽光による熱輻射に
より加熱され、タービン3に導かれて膨張を遂げる。こ
のためタービン3が駆動されてこれに直結されている圧
縮機4および発電機5が回される。タービン3内で仕事
を終えた作動流体は、再生器6に導入され、ここで圧縮
機4から導かれる作動流体を予熱して温度降下]7、さ
らにラジェータ7を通って宇宙空間に熱を放出してより
低温となり、圧縮機4に導入されて加圧されて後、再生
器6に送られる。再生器6には上述したタービン3の排
気が流ねており、ここで低温の作動流体は高温の作動流
体によって予熱され、その後置蓄熱器1に供給される。
第5図はかかる発電プラントに用いられる受蓄熱器1の
一例を示している。すなわち、図において、受蓄熱器コ
の胴11の一端に設置jられた作動流体人口]2から胴
11内に導かれた作動流体は、環状の人口マニホールド
13に流れてそこから各蓄熱材付伝熱管14に分配され
る。この蓄熱材付伝熱管14は全体形状がU字状に形成
され、作動流体は初めに蓄熱材付伝熱管〕4内を入口側
から胴11の他端に置かれるU7端部に向かって流れ、
その後反転して蓄熱材付伝熱管14の出口側に流れ、こ
の間に胴]1の他端に設けられた開口部15を経て胴1
1内に導かれる太陽光から熱輻射を吸収して温度が上昇
する。
一方、蓄熱材付伝熱管]、4の出口側には環状の出口マ
ニホールド]6が接続されており、各蓄熱材付伝熱管1
4内を流れた作動流体は、この出口マニホールド16に
集められて作動流体出口17を介して外部に送気される
。なお、図中符号]8は蓄熱材付伝熱管14を支持する
支持リングを、また、符号1つは断熱材をそれぞれ示し
ている。
また、第6図は上述した蓄熱材付伝熱管14の配列状態
を改めて示すもので、蓄熱材付伝熱管14は胴11の内
壁面に沿って置かれる断熱材19と接17、かつ円周方
向に等間隔に配置されている。
さらに、第7図に示されるように蓄熱材付伝熱管14は
伝熱管2〕と、この伝熱管21の外側を覆う蓄熱材容器
22とから構成される。蓄熱材容器22内には蓄熱材2
3が11人されており、この蓄熱材23は固液の相変化
の潜熱を利用し、て蓄熱を行なう相変化蓄熱材である。
太陽光は蓄熱材容器22の外表面24から入射し、その
一部は蓄熱材23に蓄えられ、残りは伝熱管21の内表
面25から内部を入口26から出口27に向かって流れ
る作動流体に伝達されるようになっている。
(発明が解決しようとする課題) ところで、このような受蓄熱器1に用いられている蓄熱
材付伝熱管14では大腸からの熱輻射を蓄熱材23に蓄
える時に太陽光の入射方向に向いている側、つまり正射
面側と、その反対側つまり反対面側との間で入熱の不均
一が生じている。
すなわち、開口部]5を経て胴11内に入射した太陽光
は入射方向に面した蓄熱材付伝熱管14の正射面側には
大量に投射されるが、反射面側には直接投射される太陽
光はなく、僅かに反射光のみが投射されるだけであり、
円周方向に入熱の著しい偏りが生じる。この入熱の偏り
に起因して蓄熱材23がどのような影響を受けるかを調
べた結果か第8図に示されている。ここで、第8図(a
)は太陽光入射開始時(蓄熱開始)における固液の分布
状態を、同(b)は太陽光入射終了時(蓄熱終了)にお
ける同じ分布状態をそれぞれ示している。図から明らか
なように正射面側の蓄熱材23は蓄熱開始と終了との間
で多くの部分が固相Xから液相yへと変化し、相変化蓄
熱材として有効に機能しているのに対し、反射面側の蓄
熱材23は同様な時間が経過しても固相Xのままであり
、有効に働くまでに至らない。このように蓄熱材23の
相変化が全周にわたらず局部に限られると、蓄熱材と接
している伝熱管21と蓄熱材容器23には周期的に大き
な熱応力が発生する。すなわち、第9図には蓄熱材23
の第8図に示される正射面側の頂部Aから反射面側の頂
部Bにかけての平均温度の分布を調べた結果が示されて
いる。図に示されるように蓄熱開始時には円周方向に約
290℃、蓄熱終了時には約1.30℃の温度勾配が発
生し、これらが円周的に繰り返される。この円周方向の
温度勾配により蓄熱材容器22には繰り返し大きな熱応
力が発生し、これが疲労となって蓄積され、短時間の内
に破損が生じて受蓄熱器1の働きが停止してしまう危険
性がある。
したがって、本発明の目的は受蓄熱器の伝熱管、蓄熱材
容器が周期的に受ける円周方向の温度勾配を小さくして
伝熱管、蓄熱材容器の疲労寿命の低下を防止するように
17た宇宙軌道上発電プラントを提供することにある。
[発明の構成] (課題を解決するための手段) 本発明は上記した目的を達成するために閉じた経路内に
順次設けられた受蓄熱用熱交換器、タービン、放熱用熱
交換器および圧縮機を備え、作動流体がこの経路内を流
れてそれぞれの装置内で受熱、膨張、放熱および圧縮を
繰り返し行なうようになっている宇宙軌道上発電プラン
トにおいて、受蓄熱用熱交換器を受熱機能を担う装置と
、熱交換機能を担う装置とに各々独立せしめて構成し、
かつ受熱機能を担う装置を熱交換器を担う装置の上流側
に配置するようにしたことを特徴としている。
(作用) 受蓄熱用熱交換器を受熱機能を担う装置と熱交換機能を
担う装置とに各々独立せしめて構成し、かつ受熱機能を
担う装置を熱交換機能を担う装置の上流側に配置するな
らば、受熱機能を担う装置、例えば受熱器は伝熱管の周
囲に蓄熱材を保持していないので、日射、日蝕時におい
ても円周方向の温度勾配はほとんど発生しない。また、
日射時に受熱器で作動流体が受けた太陽エネルギーの一
部は、後流に位置する熱交換機能を担う装置、例えば潜
熱形蓄熱装置内の蓄熱材に吸収され、このエネルギーに
より日蝕時の作動流体の加熱を行うことが可能になる。
(実施例) 以下、本発明の一実施例を第1図ないし第3図を参照し
て説明する。なお、第1図中、第4図に示される構成と
同一のものには同一の符号を付しており、これらについ
ては説明を省略する。
第1図において、本実施例の宇宙軌道上発電プラントは
従来受蓄熱器1から占めていたタービン3に対する高温
側熱源を次に述べる潜熱形蓄熱装置30により構成し、
受熱器31から独立した装置としている。
第2図はこの潜熱形蓄熱装置30の実施例を示している
。すなわち、両端を鏡板32a、32bにより閉じられ
円筒状の胴33内には鏡板32a、32bと対峙して管
板34a、34bが設けられ、人口および出口プレナム
35.56とそれらの間に位置する熱交換部37が形成
されている。
これらの入口および出口プレナム35.36は鏡板32
a、32bを貫いて設けられる作動流体人口38および
出口39によって外部と連絡させ、さらに熱交換部37
には入口および出口ブレナム35.36を連通している
複数の伝熱管40が設けられている。そして、これらの
伝熱管40の周囲には蓄熱材41が充填されている。
一方、受熱器31は次の構成を備えている。すなわち、
第3図に示されるように胴11内には周方向に一定の間
隔を保持して蓄熱材容器を持たない伝熱管42が配置さ
れており、それ以外の点では第5図に示される手段をす
べて備えたものとして(R成される。
次に、上記構成によるところの作用を説明する。
受熱器31は伝熱管42の周囲に蓄熱材を保持していな
いので、日射時に開口部15から入射した太陽光は直接
伝熱管42内を流れる作動流体に伝達され、作動流体の
温度は上昇するが、蓄熱材を保持していないので、伝熱
管円周方向に生じる温度勾配は比較的小さい。受熱器3
1で温度上昇した作動流体は、後流に位置する潜熱形蓄
熱装置30に導かれ、作動流体人口38を通って入口ブ
レナム34に流入し、さらに伝熱管40内を流動して出
口ブレナム35に達する。この間に作動流体の保有する
熱エネルギーの一部は蓄熱材41に伝えられ、伝熱管4
0の周囲の蓄熱材41を固相から液相へと相変化させる
。このさい、作動流体は伝熱管40の周囲の蓄熱材41
を均一に加熱するので、円周方向に温度勾配は生じない
。この後、作動流体は出口ブレナム35から作動流体出
口39を経てタービン3に導かれる。
一方、日蝕時には受熱器31に太陽光は入射しないので
、受熱器31では作動流体は加熱されない。受熱器31
を出た作動流体は潜熱形蓄熱装置30に導かれ、作動流
体人口44を通って入口ブレナム34に流入し、さらに
伝熱管40内を流動して出口プレナム35に達する。こ
の間に周囲の蓄熱材41から熱を吸収して蓄熱材41を
液相から同相へと相変化させる。・この際、作動流体は
伝熱管40の周囲の蓄熱材41を均一に冷却するので、
円周方向に温度勾配は生じない。この後、蓄熱材41と
熱交換して温度上昇した作動流体は、出口プレナム35
から作動流体出口39を経てタービン3に導かれる。
かくして、従来の受蓄熱器1の蓄熱材付伝熱管14では
不可避であった蓄熱材容器22および伝熱管21の円周
方向の温度勾配がすべて解消される。
〔発明の効果] 以上説明したように本発明においては受蓄熱用熱交換器
を受熱機能を担う装置と、熱交換機能を担う装置とに各
々独立せしめて構成し、かつ受熱機能を担う装置を熱交
換機能を担う装置の上流側に配置するようにしているか
ら、受熱器用伝熱管の円周方向の温度勾配を解消できる
。したがって、本発明によれば、円周方向の温度勾配に
よる伝熱管の疲労寿命の低下がなく、また、熱交換器用
伝熱管を介して蓄熱材との熱のやり取りを行なうように
してので、相変化する蓄熱材の割合いが増加し、蓄熱材
効率の向上といった優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による宇宙軌道上発電プラントの一実施
例を示す構成図、第2図は本発明による潜熱形蓄熱装置
の一実施例を示す断面図、第3図は本発明による受熱器
の要部を示す断面図、第4図は宇宙軌道上発電プラント
の概略系統図、第5図は従来の受蓄熱器の一例を示す斜
視図、第6図は従来の受蓄熱器の要部を示す断面図、第
7図は従来の蓄熱材付伝熱管の一例を示す断面図、第8
図は従来技術による蓄熱材の相変化状態を示す説明図、
第9図は同蓄熱材の温度分布を示す線図である。 1・・・・・・・・・受蓄熱器 14・・・・・・・・・蓄熱材付伝熱管21.40.4
2・・・伝熱管 22・・・・・・・・・蓄熱材容器 3.41・・・蓄熱材 0・・・・・・・・・潜熱形蓄熱装置 1・・・・・・・・・受熱器 3・・・・・・・・・胴口 5・・・・・・・・・人口ブレナム 6・・・・・・・・・出口ブレナム 7・・・・・・・・・熱交換部 代理人 弁理士 則 近 憲 佑 同    第子丸  健 第1図 第2図 第4図 第3図 第8図 八 (頂@P) 第 図 (1部) 円古 明  細  書

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 閉じた経路内に順次設けられた受蓄熱用熱交換器、ター
    ビン、放熱用熱交換器および圧縮機を備え、作動流体が
    この経路内を流れてそれぞれの装置内で受熱、膨張、放
    熱および圧縮を繰り返し行なうようになっている宇宙軌
    道上発電プラントにおいて、前記受熱用熱交換器を受熱
    機能を担う装置と、熱交換機能を担う装置とに各々独立
    せしめて構成し、かつ受熱機能を担う装置を熱交換機能
    を担う装置の上流側に配置するようにしたことを特徴と
    する宇宙軌道上発電プラント。
JP17921388A 1988-07-20 1988-07-20 宇宙軌道上発電プラント Pending JPH0230988A (ja)

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