JP2004324629A - ソーラーガスタービンコジェネレーションシステム - Google Patents

Abstract

【課題】夜間、雨天時等にも対応可能で、コンパクトで高効率な分散型コジェネレーションが構成され、かつ、太陽光エネルギーを、従来の太陽光利用機器より効率良く回収利用でき、地球温暖化防止に効果的なコジェネ発電装置を提供する。
【解決手段】太陽光を反射鏡７で、焦点に集め、焦点にガスタービンの高圧空気が通過する受熱器１を配置し、太陽エネルギーを捕らえる。さらに反射鏡の中心軸上に、受熱器から順次、発電機２、空気圧縮機１７、燃焼器２０、タービンローター１９、再生器４、コジェネ熱交換器５を一列に配置し、反射鏡とガスタービンコジェネシステムを一体化し、機器全体は、水平軸、垂直軸に任意に稼動できる機構を持ち、且つ、太陽光を追尾する機能を持った回転支持台に、設置されている。燃焼器には、燃料バーナーを設置する。
【選択図】図２

Description

【０００１】
「発明の属する技術分野」
本発明は、太陽光エネルギーを利用して発電および熱供給を行うシステムおよび構造に関するものである。
【０００２】
「従来の技術」
従来、太陽エネルギーを利用して発電を行うシステムとして太陽電池システムが最も普及していると判断され、又、同時に熱回収も行うソーラーコジェネレーションシステム等も実用化されている。
【０００３】
「発明が解決しようとする課題」
上記、太陽電池システム等の弱点は、（１）発電効率の低さ（１０−１５％）、（２）雨天時、夜間等太陽エネルギーが得られない時は、利用できないため、人の生活環境においては、必ず別の電源又はバックアップが必要となる。（３）設備設置のための広い空間を必要とする。（４）設備コストが高価である。
【０００４】
「課題を解決するための手段」
発電効率の比較的高い再生式小型ガスタービンの熱源の一部として、反射鏡又は集光レンズを利用して、太陽エネルギーを一点に集光し、ガスタービンに導入される高圧空気を加熱し、必要な燃料消費量を削減することで、効率向上が図れ、上記（１）−（４）の弱点を克服できる。
【０００５】
「発明の実施の形態」
以下、本発明の実施の形態について図面に基づいて具体的に説明する。図１は本発明の「ソーラーガスタービンコジェネレーションシステム構造概念図」、図２は「受熱器およびガスタービンコジェネ本体構造図」である。各符号の説明については、（０００８）を参照方。
【０００６】
太陽光は、８回転支持台により必要な姿勢に制御された７反射鏡により、その焦点に集光され、焦点に設置された１受熱器を加熱し、１受熱器の温度が上昇していく。一方、空気は、１４大気吸引口より吸引され、１５発電機（起動用モーター兼用）本体を冷却しながら１６冷却空気通路を通り、１７空気圧縮機に至る。さらに１７空気圧縮機により高圧に加圧され、２１空気圧縮機出口配管を経て、２６再生器入り口空気口に至り、２３再生器空気通路を通り、高温排ガスと熱交換を行いながら、２８再生器空気出口を経て、１２高温高圧空気配管を通り、１０受熱器管に至る。最初の起動時は、２発電機（起動用モーター兼用）は、起動用モーターとして、外部からの電源により、作動し、同軸上に設置された１７空気圧縮機を、駆動させる。高温に加熱された１受熱器に配置された１０受熱器管の内部を流れる高温高圧空気は、１受熱器から熱を受け、更なる高温となり、１３受熱器出口高温空気配管を通り、２０燃焼室に至る。１０受熱器管は、太陽光の集光輻射エネルギーによる急激な部分加熱を避け、且つ、管全体を加熱できる様、１１キャスタブル耐火材で、充填カバーされ、管材料は、高温、高圧に耐えるため、ステンレス材または、特殊合金鋼が、使用される。２０燃焼室に至った高温空気は、そこに設置された２５燃料バーナーの燃焼用空気として、一部利用され、燃焼室出口ガス温度が、規定の温度になる様、燃料が２４燃料系統配管を通り、投入される。規定の温度まで、上昇した高温高圧ガスは、１９タービンローターを、駆動させ、出力を出し、１９タービンローターと同軸で、連結された１７空気圧縮機および２発電機を、駆動させる。１９タービンローターの出力と１７空気圧縮機の消費動力の差が、発電出力として、取り出される。
１９タービンローターを出た高温排ガスは、２７再生器排ガス入り口より、４再生器に導かれ、２２再生器高温ガス通路を通り、高圧空気と熱交換を行いながら、２９再生器ガス出口に至り、後流に設置された５コジェネ熱交換器にて、さらに、熱交換を行い、６排気口より、大気に放出される。５コジェネ熱交換器においては、温水または、その他、熱媒体により、熱回収される。８回転支持台は、１時間に１５度の角度で動く水平動作と、太陽の照射角度を、自動的に追尾制御できる垂直動作の組み合わせで、適正な姿勢を、基本的に、制御されるが、その他、予めプログラムされた情報に基づいて、作動する場合もありうる。
【０００７】
「発明の効果」
１．太陽エネルギーを比較的シンプルなシステムでガスタービン入熱として利用できるため、有効な自然エネルギー利用方式であり、通常のガスタービンより大幅な効率上昇が、期待できる。
２．太陽エネルギーが利用できない夜間、雨天時も燃料の投入で、ガスタービンの通常運用方法で、対応可能であり、特別のバックアップシステムを必要としない全天候型のシステムであり、他の太陽光発電システム等の弱点を、クリアするものである。
３．コジェネレーション（熱電併給）システムであり、人間の住環境によく適合できる。
４．一体型であり、太陽追尾制御等が比較的容易である。
【０００８】
【図面の簡単な説明】
【図１】は「ソーラーガスタービンコジェネレーションシステム構造概念図」を示す。
【図２】受熱器およびガスタービンコジェネ本体構造図を示します。
【符号の説明】
１ 受熱器
２ 発電機（起動用モーター兼用）
３ ガスタービン本体
４ 再生器
５ コジェネ熱交換器
６ 排気口
７ 太陽光反射鏡
８ 回転支持台
９ 支持フレーム
１０ 受熱器管
１１ キャスタブル耐火材
１２ 高温高圧空気配管
１３ 受熱器出口高温空気配管
１４ 大気吸引口
１５ 発電機本体
１６ 冷却空気通路
１７ 空気圧縮機
１８ 軸受け（ベアリング）
１９ タービンローター
２０ 燃焼室
２１ 圧縮機出口空気配管
２２ 再生器高温ガス通路
２３ 再生器空気通路
２４ 燃料系統配管
２５ 燃料バーナー
２６ 再生器入り口空気口
２７ 再生器ガス入り口
２８ 再生器出口空気口
２９ 再生器ガス出口

Claims (3)

1. 太陽エネルギーを反射鏡を利用して一点に集中させ、その熱をガスタービン駆動用のエネルギーとして利用するソーラーガスタービンコジェネレーションシステムにおいて、以下の特長を有する方式を特許請求するものである。
   １）反射鏡とガスタービンコジェネ本体を、一体型として構成し、反射鏡の焦点に受熱器、その中心軸上に、順次、発電機、空気圧縮機、燃焼器、タービンローター、再生器、コジェネ用熱交換器を、一列に配置する。
   ２）タービンローター、空気圧縮機、発電機は一軸で連結した回転体とする。
   ３）発電機は起動用モーターの機能も合わせ持った構成とする。
   ４）反射鏡の中心軸の底面に、上記ガスタービンコジェネ本体を、貫通アクセスできる中心軸を中心とした円形のスペース（空間）を確保する。
   ５）受熱器と燃焼器、空気圧縮機出口と再生器空気入り口、再生器出口空気口と受熱器を夫々、配管で連結する。
   ６）ガスタービンローター排気口と再生器ガス入り口および再生器ガス出口とコジェネ用熱交換器入り口ダクトは、直接またはエキスパンジョン等を介して連結する。
   ７）大気は発電機を冷却しながら、空気圧縮機に入る様、発電機モジュールの一端より吸引され、発電機を包み込む様流れる構造とする。
   ８）各構成機器は、いずれも必要な耐熱保温を施工し、熱損失の低減と人体への安全を確保する。
   ９）反射鏡とガスタービンコジェネ本体とは、反射鏡の内外面に取り付けた支持棒（ロッド）等で、固定される。
   １０）一体となった上記システムは、水平軸および垂直軸に各々自由に回転できる機構を持った回転支持台に固定する。
   １１）上記回転支持台は、反射鏡の太陽光集熱点が計画された焦点に合致する様、制御される。
   １２）回転支持台の制御器は、太陽の照射方向を、センサー等で判断し、自動的に太陽追尾を行う機能を持つ。
2. 上記システムの反射鏡の代わりに、集光レンズを使用し、同様な一体型システムを構成する。
3. 上記システムにおいて、太陽エネルギーを、集光して捕らえる受熱器につき以下の特徴を有する受熱器を特許請求する。
   １）高温高圧空気を受け入れる伝熱管は、ステンレス等の耐熱耐圧管で構成し、予想される太陽光集光エネルギーに対し、適切な空気重量速度と伝熱面積を確保する様、細管を螺旋上に巻き、最上部で反転し螺旋の中心軸上を貫通し、戻る。伝熱管の入り口は、高圧空気配管と、伝熱管の出口は、燃焼室への連絡配管と連結する。
   ２）螺旋管の構造全体を耐熱性のキャスタブル耐火剤等で充填カバーする。
   ３）耐火材表面は、必要な場合、上塗り剤等で表面処理を、行い輻射率の低減を図る。

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