JP2016205804A - スプレー式保温型蒸気供給装置及びそれを使用した発電設備 - Google Patents

スプレー式保温型蒸気供給装置及びそれを使用した発電設備 Download PDF

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Abstract

【課題】安全であり、安定したエネルギー蓄積方法及びエネルギー変換方法を提供する。
【解決手段】スプレー式保温型蒸気供給装置１００は、内チャンバ１１と内チャンバを包囲する外チャンバ１２と内チャンバ及び外チャンバを分離する分離層１３とを有する保温炉１０と、外チャンバに充填する高熱容量材料２０と、保温炉に接続され高熱容量材料を加熱して高熱容量材料の熱エネルギーを分離層を透過して内チャンバへ伝送するヒータ３０と、第１端が保温炉の内チャンバに設置される供給管４０と、供給管の第２端に接続され、供給管を経由して液体を内チャンバに供給する液体供給源５０と、内チャンバに接続され蒸気を供給する蒸気供給口６０からなり、内チャンバーに液体をスプレーして蒸気を発生差させる。
【選択図】図１

Description

本発明は蒸気供給装置及びそれを使用した発電設備に関し、特にスプレー式保温型蒸気供給装置及びそれを使用した発電設備に関する。
太陽光発電は、省エネ、二酸化炭素削減の技術である。太陽電池を介して光エネルギーを電気エネルギーに転換することができるが、しかし太陽光発電は太陽の照射時間に制限される。夜間時、太陽光発電は何ら作用することがない。太陽電池の著しい発展に伴い、各地区に設置された太陽光発電設備もまた次第に増加しており、昼間に非常に多くの電力を地域電力供給システムの全てに提供することができる。これにより、遠くない将来、昼間、太陽光発電設備が生成する電力は過剰となる可能性がある。この場合、電池により電気エネルギーを蓄えることができるが、これら電池は価格が高いのではなく、効率が低く且つ環境汚染をもたらす。
この他、従来のボイラーは火力を利用してボイラー中の水を加熱し水蒸気を発生させることにより蒸気発電機は発電を行っていた。しかし、ボイラーの監視制御をしっかりと行わなければ、ボイラーの爆発が容易に発生する恐れがある。
従って、安全であり、安定したエネルギー蓄積方法及びエネルギー変換方法を如何に提供するかが本発明が解決しようとする課題である。
従って、本発明の目的は、スプレー式保温型蒸気供給装置及びそれを使用した発電設備を提供することであり、安全かつ安定したエネルギー貯蓄方法によりエネルギーを貯蓄しエネルギーを変換してエネルギーを有効に配分する効果が達成できる。
上記目的を達成するために、本発明は、スプレー式保温型蒸気供給装置を提供し、前記蒸気供給装置は、内チャンバと内チャンバを包囲する外チャンバと内チャンバと外チャンバを分離する分離層とを有する保温炉と；外チャンバに充填される高熱容量材料と；保温炉に接続され高熱容量材料を加熱して高熱容量材料の熱エネルギーを分離層を透過して内チャンバへ伝送するヒータと；第１端が保温炉の内チャンバに設置される供給管と；供給管の第２端に接続され、供給管を経由して液体を内チャンバに供給し、液体に内チャンバの熱エネルギーを吸収させて蒸気を発生させる液体供給源と；内チャンバに接続され蒸気を供給する蒸気供給口とを含む。
前記蒸気供給装置は、内チャンバ内の圧力が非常に大きい場合、供給管の水が内チャンバに噴き出さないので、液体源を自動的に切断する効果を有し、液体が内チャンバに進入して膨張することがなければ、爆発の危険もない。従って、前記保温炉は非常に安全である。
本発明は、発電設備もまた提供し、前記発電設備は、太陽エネルギーを電気エネルギーに変換する太陽光発電装置と、ヒータが電気エネルギーを熱エネルギーに変換して高熱容量材料を加熱する前記スプレー式保温型蒸気供給装置と、蒸気供給口に接続され蒸気を受け取り発電する蒸気発電機とを含む。
前記発電設備により、日照時の太陽光発電装置が生成した電力が過剰な場合、制御装置が太陽光発電装置の電力をヒータに提供して高熱容量材料を加熱するように制御する。日照が無い時は、制御装置は液体供給源を制御して液体を内チャンバに提供して蒸気を発生させ、蒸気を利用して蒸気発電機で発電することにより電力を最適に配分することができる。
本発明第１実施例によるスプレー式保温型蒸気供給装置の概略図である。 図１の線２-２に沿った断面図である。 本発明第２実施例によるスプレー式保温型蒸気供給装置の簡略図である。 本発明の第１実施例による発電設備の概略図である。
図１は、本発明第１実施例によるスプレー式保温型蒸気供給装置の概略図である。図２は図１の線２-２に沿った断面図である。図１と図２に示されたように、本実施例のスプレー式保温型蒸気供給装置１００は、保温炉１０と、高熱容量材料２０と、ヒータ３０と、供給管４０と、液体供給源５０と、蒸気供給口６０とを含む。
保温炉１０は、内チャンバ１１と、内チャンバ１１を包囲する外チャンバ１２と、内チャンバ１１と外チャンバ１２を分離する分離層１３とを有する。保温炉１０は、断熱又は熱絶縁材料からなることが好ましく、保温炉１０内の熱エネルギーが外部環境へ発散することを減少する。熱絶縁材料は、熱流伝達を妨げることができ、例えば、ガラスファイバー、石綿、岩綿、シリケート、エアロゲル断熱ブランケット、バキュームプレートなどである。
高熱容量材料２０は、外チャンバ１２に充填され、高熱容量を有し、高温の下で安全且つ安定状態を呈する。例において、高熱容量材料２０は、硝酸塩を含み、例えば、硝酸ナトリウム、硝酸カリウム、硝酸リチウム又は亜硝酸ナトリウムである。別の例において、高熱容量材料２０は、多成分混合の硝酸塩であり、例えば、硝酸ナトリウム、硝酸カリウム、硝酸リチウム及び亜硝酸ナトリウムからなる４種混合の硝酸塩であり、試料質量配合比がNaNO３:KNO３:LiNO３:NaNO２=０.２３:０.４０７:０.１０６:０.２５７である場合、４種混合塩類の融点は、９２℃という低い温度であり、沸点が５５９．３℃の硝酸塩である。質量比及び種類（２種または３種成分）を調整することにより、異なる融点及び沸点の多成分混合硝酸塩が製造可能であり、融点範囲が８７〜９７℃の間であり、沸点範囲が５４０〜５８０℃の間である。
ヒータ３０は、保温炉１０に接続され、高熱容量材料２０を加熱し、高熱容量材料２０の熱エネルギーは、分離層１３を介して内チャンバ１１へ伝達される。本実施例において、ヒータ３９は、電気エネルギーを熱エネルギーに変換する。本実施例において、ヒータ３０は高熱容量材料２０を液態状に加熱し、且つ温度が４５０〜５８０℃の間であり、特別には、５００〜６００℃の間である。本実施例において、高熱容量材料２０を外チャンバ１２に充満させず、液状の高熱容量材料２０が膨張するための空間を残しておく。この例に制限されないが、ヒータ３０はステンレス電気加熱管であり、金属管を外ケースとし、管内中心軸に沿ってネジ巻き状電熱合金線（ニクロム、鉄クロム合金）が設けられ、その隙間に良好な絶縁熱伝導性能を有する砂状酸化マグネシウムが圧縮されて充填され、管口両端はシリコン又はセラミックにより密封される。ステンレス電気加熱管の熱効率は高く、使用上便利であり、取り付けが簡単、環境汚染がなく、各種加熱用途に広く用いられる。前記ヒータの最高作業温度は、例えば８５０℃に達する。
供給管４０の第１端４１は、保温炉１０の内チャンバ１１に設置され、保温炉１０の内チャンバ１１に穿入し、第１端４１は、ノズル型を呈することが好ましく、分離層１３に向けて霧状又は霧状に近い液体を吐出し、例えば水又は水霧を吐出し、これにより高温蒸気が形成される。
液体供給源５０は、供給管４０の第２端４２に接続されるとともに、供給管４０は、液体Ｗを内チャンバ１１に供給し、液体Ｗは内チャンバ１１からの熱エネルギーを吸収して蒸気を生成する。本実施例において、水を液体Ｗとして説明する。水は純水又は純水に近い水が好ましく、水は回収可能であり再利用できる。また液体供給源５０は、逆止弁５２を介して供給管４０に接続される。その他の例において、別の液体により加熱してもよい。逆止弁５２は、内チャンバ１１の底部に近い位置に設けることが好ましく、本実施例において、保温炉１０の底部の凹部１６に設置する。一例において、供給管４０の材質は金属である。別の例において、供給管４０は断熱材料により製作され、供給管４０中の水が供給管４０内で気化し危険が発生するのを防ぐ。
蒸気供給口６０は内チャンバ１１に接続され、蒸気が蒸気供給口６０を介して供給される。外チャンバ１２の高熱容量材料２０からの熱エネルギーは、空気伝導及び分離層１３の放射により水霧に伝達され、水霧が高温に晒されて約１７００倍、２６００倍さらには３０００倍へと膨張可能であり、これにより迅速に気化し蒸気を生成する。この時の内チャンバ１１の圧力は上昇するので、蒸気は蒸気供給口６０から排出される。特に、分離層１３は蒸気供給口６０に近い位置において斜面１３Ａを設けるように設計されてもよく、蒸気をこの斜面１３Ａと上方の保温炉１０の内弧面により形成されるノズルに類似する構造を介して蒸気供給口６０から吐出する。
この他、スプレー式保温型蒸気供給装置１００は、安全バルブ７０と、安全排気孔又は安全排気バルブ７５と、支持装置８０と、移動機構９０とを更に含む。当然、これら部材は適切に省略されてもよい。安全バルブ７０は、保温炉１０に設置されるとともに内チャンバ１１及び外部環境に連通されて内チャンバ１１の圧力が第１所定圧力よりも高い場合、外部環境に排気を行い、内チャンバ１１の圧力を低下させる。別の例において、安全バルブ７０は、さらに、内チャンバ１１の圧力が第２所定圧力よりも低い場合、外部環境から吸気を行い、内チャンバ１１の圧力を上昇させる。安全排気孔又は安全排気バルブ７５は、保温炉１０に設置されるとともに外チャンバ１２及び外部環境に連通され安全に排気を行い、外チャンバ１２内の安全を維持する。支持装置８０は、内チャンバ１１に設置されるとともに、供給管４０を内チャンバ１１内に支持して供給管４０が蒸気の揺れによるずれを回避する。移動機構９０は支持装置８０を移動することができるように支持装置８０に接続される。よって、供給管４０の出口位置を移動することができ、調整人員が調整することによって、最適位置を調整することができることに適している。
本実施例において、保温炉１０は更に、複数の支持フレーム１４を含み、分離層１３を保温炉１０の内壁１５に固定し、安定した支持を提供する。別の実施例において、保温炉１０は支持フレームを有さず、保温炉１０の分離層１３に直接固定することにより、内チャンバ１１と外チャンバ１２をしっかり分離する効果を達成する。
本発明の上記実施例において、内チャンバ内の圧力が大きすぎる場合、供給管の水が内チャンバ中に吐出できない。そのため液体源を自動的に切断する効果を有し、液体が内チャンバに侵入することがなければ、爆発の危険がない。従って、前記保温炉は非常に安全である。
図３は、本発明の第２実施例にかかるスプレー式保温型蒸気供給装置の簡略図である。図３に示すように、本実施例は第１実施例に類似し、異なる箇所は分離層１３が皺状であり外チャンバ１２と内チャンバ１１の界面面積を増加させる。
図４は、本発明の第１実施例にかかる発電設備１の概略図である。図４に示すように、本実施例の発電設備１は太陽光発電装置２００と、スプレー式保温型蒸気供給装置１００と蒸気発電機３００とを含む。太陽光発電装置２００は、太陽エネルギーを電気エネルギーに変換する。ヒータ３０は太陽光発電装置２００の電気エネルギーを熱エネルギーに変換して、高熱容量材料２０を加熱する。蒸気発電機３００は蒸気供給口６０に接続されるとともに蒸気を受け取り発電を行う。この他、発電設備１は、更に制御装置４００を含み、太陽光発電装置２００と、スプレー式保温型蒸気供給装置１００と、蒸気発電機３００とに電気的に接続され、制御装置４００は、太陽光発電装置２００が電気エネルギーの生成を停止した場合、スプレー式保温型蒸気供給装置１００を制御して蒸気を蒸気発電機３００に供給して発電を行い、発電後生成された水又は低温の水蒸気を再び液体供給源５０中に導入して回収し利用する。別の実施例において、安全バルブ７０及び安全排気孔又は安全排気バルブ７５から排出されたガス又は蒸気は液体供給源５０に供給されて中の液体を予熱し、熱損失を減少する。
上記の実施例により、日照時の太陽光発電装置が生成した電力が過剰な場合、制御装置は太陽光発電装置の電力を制御してヒータに供給することにより高熱容量材料を加熱する。日照が無い時は、制御装置は液体供給源を制御して液体を内チャンバ１１中に供給し蒸気を生成して、蒸気発電機は蒸気により発電を行い、これにより電力の最適化された配分ができる。
以上のように、実施例により本発明を説明したが、本発明の範囲をこれに限定するものではない。本発明の本質内であれば、当業者は各種変形や変更を行うことができる。
Ｗ:液体
１:発電設備
２-２:線
１０:保温炉
１１:内チャンバ
１２:外チャンバ
１３:分離層
１３A:斜面
１４:支持フレーム
１５:内壁
１６:凹部
２０:高熱容量材料
３０:ヒータ
４０:供給管
４１:第一端
４２:第二端
５０:液体供給源
５２:逆止弁
６０:蒸気供給口
７０:安全バルブ
７５:安全排気孔/安全排気バルブ
８０:支持装置
９０:移動機構
１００:スプレー式保温型蒸気供給装置
２００:太陽光発電装置
３００:蒸気発電機
４００：制御装置

Claims (10)

  1. 内チャンバと、前記内チャンバを包囲する外チャンバと、前記内チャンバ及び前記外チャンバを分離する分離層とを有する保温炉と、
    前記外チャンバに充填される高熱容量材料と、
    前記保温炉に接続されるとともに、前記高熱容量材料を加熱し、前記高熱容量材料の熱エネルギーを前記分離層を介して前記内チャンバに伝導するヒータと、
    第１端が前記保温炉の前記内チャンバに設置される供給管と、
    前記供給管の第２端に接続されるとともに、前記供給管を経由して液体を前記内チャンバに供給し、前記液体は前記内チャンバの熱エネルギーを吸収し蒸気を生成する液体供給源と、
    前記内チャンバに接続され、前記蒸気を前記蒸気供給口から供給する蒸気供給口と、
    を有することを特徴とするスプレー式保温型蒸気供給装置。
  2. 前記保温炉に設置されるとともに、前記内チャンバ及び外部環境に連通して、前記内チャンバ内の圧力が第１所定圧力よりも大きい場合、前記外部環境への排気の動作を行う安全バルブを更に含むことを特徴とする請求項１記載のスプレー式保温型蒸気供給装置。
  3. 前記安全バルブは、更に、前記内チャンバの圧力が第２所定圧力より小さい場合、前記外部環境からの吸気の動作を行うことを特徴とする請求項２記載のスプレー式保温型蒸気供給装置。
  4. 前記内チャンバに設置されるとともに、前記供給管を前記内チャンバ中に支持する支持装置をさらに含むことを特徴とする請求項１記載のスプレー式保温型蒸気供給装置。
  5. 前記支持装置に接続され、前記支持装置を移動させる移動機構を更に含むことを特徴とする請求項４記載のスプレー式保温型蒸気供給装置。
  6. 前記高熱容量材料は、硝酸塩又は多成分混合の硝酸塩を含むことを特徴とする請求項１記載のスプレー式保温型蒸気供給装置。
  7. 前記高熱容量材料は、加熱されて液体状になり、且つ温度が４５０〜５８０℃であることを特徴とする請求項１記載のスプレー式保温型蒸気供給装置。
  8. 前記保温炉は、複数の支持フレームを有し、分離層を前記保温炉の一内壁に固定することを特徴とする請求項１記載のスプレー式保温型蒸気供給装置。
  9. 太陽光エネルギーを電気エネルギーに変換する太陽光発電装置と、
    前記ヒータが前記電気エネルギーを熱エネルギーに変換して、前記高熱容量材料を加熱する、請求項１記載のスプレー式保温型蒸気供給装置と、
    前記蒸気供給口に接続されるとともに、前記蒸気を受けることにより発電を行う蒸気発電機と、
    を含むことを特徴とする発電設備。
  10. 前記太陽光発電装置と、前記スプレー式保温型蒸気供給装置と、前記蒸気発電機とに電気的に接続される制御装置を更に含み、
    前記制御装置は、前記太陽光発電装置が電気エネルギーの生成を停止した場合、前記スプレー式保温型蒸気供給装置を制御して前記蒸気を前記蒸気発電機に供給して発電を行うことを特徴とする請求項９記載の発電設備。
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