CN107709892B - 加热系统 - Google Patents

Abstract

加热系统对太阳能热收集装置（8）的热媒流路进行加热。热媒流路包括串联连接的集热管、柔软软管和配管。它们的电阻不同。加热系统具备为了对热媒流路进行加热而对热媒流路通电的通电部（67）、测定配管的温度的温度测定部（66）、以及将所测定的配管的温度与预定的针对通电时间的配管的设想温度进行比较并进行与其比较结果对应的处理的处理部（75）。

Description

加热系统

技术领域

本发明涉及对太阳能热收集装置的热媒流路进行加热的加热系统。

背景技术

已知使太阳光聚光到热媒流路对在热媒流路内流动的热媒进行加热并利用经加热的热媒来使蒸气涡轮转动由此进行发电的太阳能热发电系统。与太阳能光发电系统相比，太阳能热发电系统除了引入费用便宜之外还能够利用蓄热实现24小时的发电。在以往，提出了将油用于热媒的太阳能热发电系统（例如参照专利文献1）。

近年，熔融盐作为在太阳能热发电系统中使用的热媒而受到注目。熔融盐的沸点很高，因此，如果利用熔融盐，则能够使运转温度比较高，使高温蒸气发生，由此，提高发电效率。

熔融盐在250℃左右固化，因此，当在启动时或维护后使熔融盐流入到热媒流路时热媒流路的温度处于比较低的状态时，熔融盐被热媒流路夺走热而可能固化。因此，需要在使熔融盐流入到热媒流路前预先将热媒流路加温到规定的温度以上。

作为对热媒流路加温的一种手法，考虑在热媒流路中流动电流。当流动电流时，通过此时的焦耳热来对热媒流路加温。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2014-102013号公报。

发明内容

发明要解决的课题

热媒流路一般由多个构件构成。电阻按每个构件而不同，在流动电流时的温度上升率也按每个构件而不同。如果测定各构件的温度，则能够以全部的构件不超过品质保证温度的方式对热媒流路整体适当地加热。然而，在构件中也存在温度测定用的传感器的安装的作业性较差的构件。

本发明鉴于这样的状况而完成，其目的在于，提供能够通过测定构成热媒流路的多个构件之中的1个构件的温度来在不测定其他的构件的温度的情况下对热媒流路整体适当地加热的技术。

用于解决课题的方案

为了解决上述课题，本发明的某种方式的加热系统是一种用于对接受太阳能热的热媒所流动的热媒流路进行加热的加热系统，热媒流路由串联连接的、电阻不同的多个构件构成，该加热系统具备：通电部，其为了对热媒流路进行加热而对热媒流路通电；温度测定部，其测定多个构件之中的1个构件的温度；以及处理部，其将所测定的1个构件的温度与预定的、针对通电时间的1个构件的设想温度进行比较，并进行与其比较结果对应的处理。

根据该方式，例如，以使1个构件沿着预定的针对通电时间的设想温度而温度上升的方式通电，由此，能够使其他的构件也如设想那样温度上升，并且仅特定的构件被适度地加热，能够防止其他的构件过度地加热或者未充分地加热。因此，能够适当地加热热媒流路整体。

处理部可以根据比较结果来控制由通电部的通电。

处理部可以在所测定的1个构件的温度比设想温度高规定温度或规定比例时停止通电，在比设想温度低规定温度或规定比例时开始通电。

针对通电时间的1个构件的设想温度可以被确定为使得多个构件在不超过每一个的品质保证温度的情况下加温。

由温度测定部测定温度的1个构件可以为构成热媒流路的多个构件之中的由通电造成的温度上升率最低的构件。

热媒流路由接受被聚光的光的集热管、连接到集热管的柔软软管和连接到柔软软管的配管构成，由温度测定部测定温度的1个构件可以为配管。

再有，此外，以上的构成要素的任意的组合、在装置、方法、系统等之间变换本发明的表现的方式也作为本发明的方式而是有效的。

发明效果

根据本发明，能够通过测定构成热媒流路的多个构件之中的1个构件的温度来在不测定其他的构件的温度的情况下对热媒流路整体适当地加热。

附图说明

图1是示出实施方式的太阳能热发电系统的示意图。

图2是示出图1的太阳能热收集装置和加热系统的示意图。

图3是将加热装置所连接的热媒流路视为电路的情况下的电路图。

图4是示出加热系统的功能和结构的框图。

图5是对设想温度保持部所保持的、针对通电时间的配管的设想温度进行图形化后的图。

具体实施方式

以下，对各附图所示的同一或同等的构成要素、构件标注同一符号，适当省略重复的说明。此外，为了使理解变得容易而适当放大、缩小地示出各附图中的构件的尺寸。此外，在各附图中省略了在说明实施方式上不重要的构件的一部分来进行显示。

图1是示出实施方式的太阳能热发电系统100的示意图。太阳能热发电系统100包括集热区域121、蓄热区域122、发电区域123这3个区域。

聚光区域121主要包括太阳能热收集装置8和加热系统2。太阳能热收集装置8对太阳光进行聚光来对在热媒流路（后述）内流动的热媒进行加热。经加热的热媒被送到蓄热区域122。加热系统2在使熔融盐流入到热媒流路前事先对热媒流路进行加热，使得熔融盐不会被热媒流路夺走热而固化。

蓄热区域122包括热箱102和冷箱103。使用热箱102来储存经加热的热媒的热，由此，能够在需要时发电。例如能够实现夜间或白天的坏天气时的发电。

发电区域123包括蒸气发生器104、蒸气涡轮106和冷凝器108。蒸气发生器104使用储存在热箱102中的经加热的热媒来使蒸气发生，蒸气涡轮106利用蒸气使涡轮旋转。利用该旋转来发电。在蒸气发生器104中热交换后的比较低温的热媒被送到冷箱103。冷凝器108使蒸气回到液体。

图2是示出太阳能热收集装置8和加热系统2的示意图。

太阳能热收集装置8包括第一聚光单元10、第二聚光单元20、第三聚光单元30、第四聚光单元40和连结流路50。第一聚光单元10包括第一热媒流路11、多个第一支柱12和多个第一反射板13。

多个第一支柱12分别由钢形成，竖立设置在混凝土制的架台（不图示）上。第一支柱12沿着第一热媒流路11配置，支承第一热媒流路11。此外，第一支柱12以可旋转的方式支承第一反射板13。

第一反射板13使太阳光聚光到第一热媒流路11，对在第一热媒流路11内流动的热媒进行加热。旋转装置（不图示）连接到第一反射板13。旋转装置根据例如太阳的位置来使第一反射板13旋转。由此，高效地加热热媒。

第一热媒流路11包括多个集热管11a、多个柔软软管11b和多个配管11c。它们通过不锈钢或铝等金属材料形成。集热管11a为直线地延长的管，以其中心位于第一反射板13的抛物柱面状的反射面的焦点的方式被支承。柔软软管11b为柔软的软管，连接到集热管11a。配管11c为非柔软的硬质管，与柔软软管11b彼此连接。集热管11a、柔软软管11b和配管11c的材质分别不同，因此，电阻分别不同。作为一例，各集热管11a、各柔软软管11b、各配管11c的长度分别为100～200m、1～5m、5～30m。

在第一热媒流路11内流动作为接受太阳能热的热媒的熔融盐。熔融盐与以往在太阳能热收集装置中使用的合成油相比沸点高，因此，能够加温到更高温。由此，太阳能热发电系统100的发电效率提高。另一方面，熔融盐在250℃左右固化。熔融盐在聚光时通过太阳能热被加热因此基本上不会固化，但是，例如当在启动时或维护后使熔融盐流入到第一热媒流路11前第一热媒流路11的温度处于比较低的状态时，被第一热媒流路11夺走热而可能固化。因此，需要在使熔融盐流入到第一热媒流路11前预先将第一热媒流路11加温到规定的温度以上。

作为对第一热媒流路11加温的手法，考虑使电热线布设在第一热媒流路11中并在其处流动电流来对第一热媒流路11加温。然而，第一热媒流路11的集热管11a为了绝热而被真空玻璃管包覆，因此，不能布设电热线。于是，在本实施方式中，将加热装置4连接到第一热媒流路11来使电流在第一热媒流路11本身中流动，通过此时的焦耳热来对第一热媒流路11加温。

图3是将加热装置4被连接的第一热媒流路11视为电路的情况下的电路图。通过第一热媒流路11、加热装置4和连接布线5，形成依次绕行加热装置4、集热管11a、柔软软管11b、配管11c、连接布线5、配管11c、柔软软管11b、集热管11a的闭合回路电路。构成第一热媒流路11的集热管11a、柔软软管11b和配管11c成为串联连接的电阻，当在它们中流动电流时发生焦耳热。由此，第一热媒流路11的整体被加温。回到图2。

第二聚光单元20包括第二热媒流路21、多个第二支柱22和多个第二反射板23。

第三聚光单元30包括第三热媒流路31、多个第三支柱32和多个第三反射板33。

第四聚光单元40包括第四热媒流路41、多个第四支柱42和多个第四反射板43。

第二热媒流路21、第三热媒流路31、第四热媒流路41分别与第一热媒流路11同样地构成。

第二支柱22、第三支柱32、第四支柱42分别与第一支柱12同样地构成。

第二反射板23、第三反射板33、第四反射板43分别与第一反射板13同样地构成。

连结流路50为环状的流路，与第一热媒流路11、第二热媒流路21、第三热媒流路31和第四热媒流路41连接。此外，连结流路50也与蓄热区域122的热箱102和冷箱103连接。因此，第一热媒流路11、第二热媒流路21、第三热媒流路31和第四热媒流路41与热箱102和冷箱103经由连结流路50连结。被各热媒流路加热的热媒经由连结管路50被送到热箱102。此外，在冷箱103中储存的比较低温的热媒经由连结管路50被送到各热媒流路。

加热系统2包括对热媒流路进行加热的加热装置4和控制由加热装置4的加热的加热控制装置6。加热装置4为可移动式的，被载于车辆（不图示）的装货台面等而移动。

在使熔融盐流入到热媒流路的情况下，在热媒流路的加热之前，首先加热连结流路50。例如，可以在连结流路50中布设电热线，在其处流动电流来加热连结流路50。此外，例如，也可以通过化石燃料的燃烧热来加热连结流路50。在连结流路50加温到规定的温度（例如290℃）以上后，使熔融盐流到连结流路50。

接着，将加热装置4连接到第一热媒流路11，通过加热系统2来加热第一热媒流路11。在第一热媒流路11加温到规定的温度（例如290℃）以上后，使熔融盐流入到第一热媒流路11。在确认了熔融盐没有凝固而在第一热媒流路11内流动后，停止由加热系统2的加热。在太阳光未聚光到第一热媒流路11的情况下，当停止由加热系统2的加热时，在第一热媒流路11内流动期间熔融盐冷却，但是，如果也考虑该量而在连结流路50中加温到高温（例如330℃），则即使停止由加热系统2的加热，熔融盐也不会在第一热媒流路11内固化。接着，将加热装置4移动到第二聚光单元20而连接到第二热媒流路21，利用加热系统2来加热第二热媒流路21。这样，依次加温各热媒流路。

图4是示出加热系统2的功能和结构的框图。在此示出的各框能够在硬件上通过包括计算机的CPU的元件或机械装置实现，在软件上利用计算机程序等实现，但是，在此，描绘了利用它们的协作而实现的功能框。因此，本领域技术人员要理解的是，这些功能框能够利用硬件、软件的组合以各种形式实现。

加热装置4包括通电部67、通信处理部63和测定部64。通信处理部63是用于通过无线连接到加热控制装置6的通信接口。

通电部67对热媒流路通电。具体而言，在本实施方式中，通电部67包括发电部61和电压变换部62。发电部61当经由通信处理部63从加热控制装置6接受加热开始指示时，开始发电。发电部61例如使用化石燃料来发电。电压变换部62将发电部61的供给电压升压到规定的电压（例如400V），将经升压的电流供给到热媒流路。于是，发生焦耳热而对热媒流路进行加热。此外，发电部61当经由通信处理部63从加热控制装置6接受加热停止指示时，停止发电。于是，不向热媒流路供给电流。也就是说，不对热媒流路进行加热。

测定部64包括电流测定部65和温度测定部66。电流测定部65测定在热媒流路中流动的电流值。温度测定部66经由温度传感器（不图示）来测定构成热媒流路的集热管11a、柔软软管11b和配管11c之中的任一个的温度。在本实施方式中温度测定部66测定温度传感器的安装作业性高的配管11c的温度。特别地，电流测定部65测定最难变温的下游侧的配管的温度。测定部64经由通信处理部63将测定结果送到加热控制装置6。

加热控制装置6包括测定结果登记部71、测定结果保持部72、设想温度决定部73、设想温度保持部74、处理部75和通信处理部76。通信处理部76是用于通过无线连接到加热装置4的通信接口。测定结果登记部71经由通信处理部76从加热装置4接收测定结果，在测定结果保持部72中登记其。

设想温度决定部73决定针对加热（通电）时间的配管的设想温度（以下，仅称为“配管的设想温度”）。在此，集热管、柔软软管和配管串联联结，在它们中流动等量的电流。然而，集热管、柔软软管和配管的电阻分别不同，因此，温度上升率也不同。因此，即使在配管的温度不超过品质保证温度的情况下，也可能发生集热管或柔软软管的温度超过品质保证温度的情况。因此，特别地，设想温度决定部73以除了配管之外集热管和柔软软管也不超过品质保证温度的方式决定配管的设想温度。

例如，可以预先准备集热管和柔软软管也不超过品质保证温度通过模拟而确认的配管的设想温度即环境温度分别不同的情况下的设想温度并且配管、集热管和柔软软管的全部达到规定的温度最快的设想温度，设想温度决定部73基于环境温度来从其中选择。

设想温度保持部74保持由设想温度决定部73所决定的、配管的设想温度。图5是对设想温度保持部74所保持的配管的设想温度进行图形化后的图。在图5中，横轴示出从开始加热（通电）起的经过时间，纵轴示出配管的温度或在热媒流路中流动的电流。图形81示出配管的设想温度。图形82、83、84分别示出配管的温度如图形81那样上升的情况下的、集热管的温度、柔软软管的温度、在热媒流路中流动的电流。此外，虚线85示出配管、集热管和柔软软管的品质保证温度。

如图5所示，配管在构成热媒流路的多个构件之中由通电造成的温度上升率最低。因此，在配管的温度达到规定的温度时，其他的构件已经达到规定的温度。因此，能够通过测定配管的温度来容易地判断热媒流路的加热完成。

回到图4，处理部75参照测定结果保持部72和设想温度保持部74，将由加热装置4的温度测定部66所测定的配管的温度（以下，仅称为“实际温度”）与配管的设想温度进行比较。处理部75当配管的实际温度比设想温度高第一比例（例如5％）以上时，将加热停止指示送到加热控制装置6。此外，处理部75当配管的实际温度比设想温度低第二比例（例如5％）以上时，将加热开始指示送到加热控制装置6。即，处理部75以配管的温度沿着图5的图形81上升的方式控制加热装置4。

在此，由于配管、集热管、柔软软管为金属制，所以它们的电阻与温度上升成比例地增大。此外，占据热媒流路的大半的是集热管，因此，在将热媒流路视为电路的情况下，集热管占据其电阻的大半。因此，在热媒流路中流动的电流量大体与集热管的温度上升成反比例地减少。换言之，在热媒流路中流动的电流量大体取决于集热管的电阻。因此，即使由通电造成的温度上升率最高的柔软软管的温度上升而使其电阻增大，电流量也不太变化。当即使电阻增大而电流量也不改变时，柔软软管的温度进一步上升。由此，柔软软管的温度在加热（通电）开始稍后变为过加热状态（参照图5）。

因此，也可以在加热（通电）开始稍后更严格地控制，使得柔软软管不超过品质保证温度。例如，可以在开始加热起经过规定时间之前或者在热媒流路中流动的电流变为一定之前，当配管的实际温度比设想温度高第三比例（＜第一比例）（例如5％）以上时，将加热停止指示送到加热控制装置6，当配管的实际温度比设想温度低第四比例（＜第二比例）（例如5％）以上时，将加热开始指示送到加热控制装置6。

根据以上说明的本实施方式的加热系统2，基于配管的实际温度来控制由加热装置4造成的加热（通电）。由此，配管沿着图5的图形81所示的设想温度而温度上升。在该情况下，集热管、柔软软管分别沿着图5的图形82、83而温度上升。也就是说，配管、集热管、柔软软管在不超过品质保证温度的情况下加温到规定的温度。由于集热管被玻璃管包覆，此外，由于柔软软管活动，所以在温度传感器的安装的作业性全都很差时，根据本实施方式的加热系统2，能够通过仅测定温度传感器的安装的作业性比较高的配管的温度来适当地对热媒流路整体进行加热。

此外，根据本实施方式的加热系统2，加热装置4是可移动式的，依次加热各热媒流路。与在各热媒流路设置固定式的加热装置4的情况相比，能够减少加热装置4的数量。

以上，基于实施方式说明了本发明。本领域技术人员要理解的是，该实施方式是例示，在那些各构成要素、各处理过程的组合中能够实现各种变形例，此外，这样的变形例也处于本发明的范围中。

（变形例1）

在实施方式中，针对通过1个加热装置4来加温各热媒流路的情况进行了说明，但不限于此。加热系统2也可以包括多个加热装置4，而通过多个加热装置4来加温各热媒流路。例如可以将3个加热装置4连接到第一热媒流路11，通过3个加热装置4和第一热媒流路11形成3个闭合回路电路，利用在每一个电路中流动电流时发生的焦耳热来加温第一热媒流路11。第二热媒流路21、第三热媒流路31、第四热媒流路41也可以分别通过3个加热装置4依次加温。

（变形例2）

在实施方式中，对加热控制装置6的处理部75将配管的实际温度和设想温度进行比较并基于其比较结果将加热开始指示或加热停止指示送到加热装置4来控制由加热装置4的通电（加热）的情况进行了说明，但不限于此。处理部75也可以代替将加热开始指示或加热停止指示送到加热装置4而向用户通知实际温度背离设想温度。在该情况下，也可以通过用户的手动操作来控制由加热装置4的加热（通电）。

（变形例3）

在实施方式中，对处理部75当配管的实际温度比设想温度高第一比例（例如5％）以上时将加热停止指示送到加热控制装置6、当配管的实际温度比设想温度低第二比例（例如5％）以上时将加热开始指示送到加热控制装置6的情况进行了说明，但不限于此。处理部75也可以当配管的实际温度比设想温度高第一温度（例如5％）以上时，将加热停止指示送到加热控制装置6，当配管的实际温度比设想温度低第二温度（例如5％）以上时，将加热开始指示送到加热控制装置6。

（变形例4）

在实施方式中，对加热控制装置6的处理部75基于配管的实际温度和设想温度而将加热停止指示或加热开始指示送到加热装置4来停止或开始由加热装置4的加热（通电）由此使配管的温度依照设想温度而变化的情况进行了说明，但不限于此。在交流电源的情况下，利用可变电阻器使电流变化，在直流的情况下，利用整流器使电流变化，由此，可以使配管的温度依照设想温度而变化。

（变形例5）

在实施方式中，对测定配管的温度并以使配管的温度沿着配管的设想温度上升的方式控制由加热装置4的加热（通电）的情况进行了说明，但不限于此。例如也可以测定柔软软管的温度，以使柔软软管的温度沿着柔软软管的设想温度上升的方式控制由加热装置4的加热（通电）。在该情况下，以集热管和配管的温度不超过品质保证温度的方式决定柔软软管的设想温度即可。

（变形例6）

在实施方式中，对太阳能热收集装置8具备4个聚光单元的情况进行了说明，但不限于此。太阳能热收集装置8也可以具备1个、2个或3个以上的聚光单元。

此外，上述的实施方式和变形例的任意的组合也作为本发明的实施方式而是有用的。利用组合产生的新的实施方式兼具被组合的实施方式和变形例各自的效果。此外，本领域技术人员也要理解的是，权利要求所记载的各构成必要条件应实现的功能通过在实施方式和变形例中示出的各构成要素的单体或它们的协作来实现。

附图标记的说明

2加热系统，4加热装置，6加热控制装置，8太阳能热收集装置，11第一热媒流路，21第二热媒流路，31第三热媒流路，41第四热媒流路，66温度测定部，67通电部，73设想温度决定部，75处理部，100太阳能热发电系统。

产业上的可利用性

本发明能够利用于太阳能热收集装置的加热系统。

Claims (6)

1.一种加热系统，用于对接受太阳能热的热媒所流动的热媒流路进行加热，所述加热系统的特征在于，

所述热媒流路由串联连接的、电阻不同的多个构件构成，

该加热系统具备：

通电部，其为了对所述热媒流路进行加热而对所述热媒流路通电；

温度测定部，其测定所述多个构件之中的1个构件的温度；以及

处理部，其将所测定的所述1个构件的温度与预定的、针对通电时间的所述1个构件的设想温度进行比较，并进行与其比较结果对应的处理。

2.根据权利要求1所述的加热系统，其特征在于，所述处理部根据所述比较结果来控制由所述通电部的通电。

3.根据权利要求2所述的加热系统，其特征在于，所述处理部在所测定的所述1个构件的温度比设想温度高规定温度或规定比例时停止通电，在比设想温度低规定温度或规定比例时开始通电。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的加热系统，其特征在于，针对通电时间的所述1个构件的设想温度被确定为使得所述多个构件在不超过每一个的品质保证温度的情况下加温。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的加热系统，其特征在于，由所述温度测定部测定温度的所述1个构件是构成热媒流路的所述多个构件之中的、由通电造成的温度上升率最低的构件。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的加热系统，其特征在于，所述热媒流路由接受被聚光的光的集热管、连接到所述集热管的柔软软管和连接到柔软软管的配管构成，

由所述温度测定部测定温度的所述1个构件是配管。

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