JP5799692B2 - 太陽熱を利用した蒸気生成方法及び装置 - Google Patents
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Description
[1]熱媒ガスgを、複数の鏡体を備えた集光装置により太陽光線が集光されるレシーバー(1)と、内部に通気性蓄熱体を備えた蓄熱炉(2)との間で循環させ、この循環中、レシーバー(1)に集光された太陽光線で熱媒ガスgを加熱するとともに、該熱媒ガスgの熱を蓄熱炉(2)に蓄熱する工程(X)と、熱媒ガスgを、前記工程(X)を経た蓄熱炉(2)と熱交換器(3)との間で循環させ、この循環中、蓄熱炉(2)に蓄えられた熱を熱媒ガスgに放熱するとともに、該熱媒ガスgを熱交換器(3)で水と熱交換させて蒸気を生成させる工程(Y)を有する蒸気生成方法であって、複数基の蓄熱炉(2)を用い、各蓄熱炉(2)で工程(X)と工程(Y)を交互に行うとともに、複数基の蓄熱炉(2)で工程(Y)を順番に行うことにより、蒸気を連続的に生成させることを特徴とする太陽熱を利用した蒸気生成方法。
[3]上記[1]又は[2]の方法で生成した蒸気で蒸気タービンと発電機を駆動し、発電を行うことを特徴とする太陽熱発電方法。
[5]上記[4]の蒸気生成装置において、熱交換器(3)で生成した蒸気をさらに加熱する加熱装置(7)を備えることを特徴とする太陽熱を利用した蒸気生成装置。
[7]上記[4]〜[6]のいずれかの蒸気生成装置と、該蒸気生成装置で生成した蒸気で駆動する蒸気タービン及び発電機を備えることを特徴とする太陽熱発電装置。
本発明の蒸気生成装置は、熱媒ガスg(例えば、空気)を循環させる循環流路4に、集光装置Sにより集光された太陽光線で熱媒ガスgを加熱するレシーバー1と、内部に通気性蓄熱体を備え、熱媒ガスgの通過により蓄熱又は放熱が行われる複数基の蓄熱炉2と、熱媒ガスgと水との熱交換で蒸気を生成させる熱交換器3が配置される。
前記集光装置Sは、複数の鏡体を備え、この鏡体に太陽光線を反射させてレシーバー1に集光させるものであり、本実施形態では、鏡体と太陽光線をレシーバー方向に導くための鏡角度制御装置とを組み合わせたヘリオスタットで構成されている。通常、このヘリオスタットは数百台〜数千台設置され、太陽の位置が変化しても、常にレシーバー1に太陽光線が集まるように鏡角度が制御される。なお、集光装置Sとしては、ヘリオスタット以外に、例えば、パラボラトラフ、リニアフレネル、パラボラディッシュなどの各方式の装置を用いてもよい。
前記循環流路4は、2基の蓄熱炉2で蓄熱工程と放熱工程を交互に行うために必要な開閉弁及び循環ファンを備えた配管機構を有する。すなわち、この配管機構は複数の開閉弁5と循環ファン6を備え、各蓄熱炉2について蓄熱工程と放熱工程の切り替えが可能であって、且つ蓄熱工程中の蓄熱炉2とレシーバー1との間で熱媒ガスgを循環させるガス循環系と、放熱工程中の蓄熱炉2と熱交換器3との間で熱媒ガスgを循環させるガス循環系を同時に形成させることが可能な配管機構である。
循環ファン6a,6bは、300℃程度の温度にも耐えられる耐熱性を有しており、図示しない制御装置により、送風量を調節できるようになっている。
この実施形態では、熱交換器3で生成した蒸気をさらに加熱することができる加熱装置7を備えている。この加熱装置7では熱源として燃料が用いられ、必要に応じて蒸気を加熱した後、下工程に送る。
下工程が蒸気タービン及び発電機による発電工程である場合には、この発電用の蒸気タービン及び発電機と上述した蒸気生成装置とにより太陽熱発電装置が構成される。
本発明の蒸気生成方法は、熱媒ガスgを、複数の鏡体を備えた集光装置により太陽光線が集光されるレシーバー1と、内部に通気性蓄熱体を備えた蓄熱炉2との間で循環させ、この循環中、レシーバー1に集光された太陽光線で熱媒ガスgを加熱するとともに、該熱媒ガスgの熱を蓄熱炉2に蓄熱する工程X(蓄熱工程)と、熱媒ガスgを、前記工程Xを経た蓄熱炉2と熱交換器3との間で循環させ、この循環中、蓄熱炉2に蓄えられた熱を熱媒ガスgに放熱するとともに、該熱媒ガスgを熱交換器3で水と熱交換させて蒸気を生成させる工程Y(放熱工程)を有する。この蒸気生成方法では、複数基の蓄熱炉2を用い、各蓄熱炉2で工程Xと工程Yを交互に行うとともに、複数基の蓄熱炉2で工程Yを順番に行うことにより、蒸気を連続的に生成させることが好ましい。また、熱交換器3で生成した蒸気をさらに加熱装置7で加熱することができる。
熱媒ガスgの種類は任意であるが、通常は空気が用いられる。
ここで、蓄熱炉2Aで蓄熱工程が、蓄熱炉2Bで放熱工程がそれぞれ行われるとした場合(第1ステップ)、図2に示すように、開閉弁5b,5c,5f,5gを閉状態、開閉弁5a,5d,5e,5hを開状態とし、空気をレシーバー1と蓄熱炉2A間で循環させる流路42→流路40→流路44A(分岐流路440を含む)→流路45A(分岐流路450を含む)からなるガス循環系(以下、「ガス循環系(i)」という)と、空気を熱交換器3と蓄熱炉2B間で循環させる流路43→流路45B(分岐流路451を含む)→流路44B(分岐流路441を含む)→流路41からなるガス循環系(以下、「ガス循環系(ii)」という)を、それぞれ形成する。
熱交換器3で生成した蒸気は、下工程の要求を満たさない場合は、加熱装置7で燃料を熱源として加熱された後、下工程に送られる。このような加熱が可能であることにより、下工程で要求する蒸気の温度条件が高温側に変化した場合でも、容易に対応することができる。
そのような時点で、蓄熱炉2Bで前記工程X(蓄熱工程)が、蓄熱炉2Aで前記工程Y(放熱工程)がそれぞれ行われる操業に切り替える(第2ステップ)。すなわち、図3に示すように、開閉弁5a,5d,5e,5hを閉状態、開閉弁5b,5c,5f,5gを開状態とし、空気をレシーバー1と蓄熱炉2B間で循環させる流路42→流路40→流路44B(分岐流路440を含む)→流路45B(分岐流路450を含む)からなるガス循環系と、空気を熱交換器3と蓄熱炉2A間で循環させる流路43→流路45A(分岐流路451を含む)→流路44A(分岐流路441を含む)→流路41からなるガス循環系を、それぞれ形成する。そして、両ガス循環系において蓄熱工程と放熱工程が行われるが、その詳細は、蓄熱炉2Aと蓄熱炉2Bが逆になるだけで、図2について述べたと同様である。
以上のようなステップを繰り返すことで、太陽光線がレシーバー1に到達している限りは、太陽光線のエネルギーを回収し、蒸気を生産し続けることができる。
図4(ア)の操業形態では、太陽からの受光が可能な時間帯のみ、蓄熱炉2Aと蓄熱炉2Bで蓄熱と放熱を交互に行い、蒸気を連続的に生成させている。一方、太陽からの受光ができない時間帯では、蓄熱炉2Aと蓄熱炉2Bともに保熱状態であり、空気の循環は行われず、蒸気は生成されない。
2,2A,2B 蓄熱炉
3 熱交換器
4 循環流路
5,5a,5b,5c,5d,5e,5f,5g,5h 開閉弁
6,6a,6b 循環ファン
7 加熱装置
8 水タンク
9 ポンプ
10 給水配管
40,41,42,43,44A,44B,45A,45B 流路
440,441,450,451 分岐流路
S 集光装置
Claims (7)
- 熱媒ガスgを、複数の鏡体を備えた集光装置により太陽光線が集光されるレシーバー(1)と、内部に通気性蓄熱体を備えた蓄熱炉(2)との間で循環させ、この循環中、レシーバー(1)に集光された太陽光線で熱媒ガスgを加熱するとともに、該熱媒ガスgの熱を蓄熱炉(2)に蓄熱する工程(X)と、
熱媒ガスgを、前記工程(X)を経た蓄熱炉(2)と熱交換器(3)との間で循環させ、この循環中、蓄熱炉(2)に蓄えられた熱を熱媒ガスgに放熱するとともに、該熱媒ガスgを熱交換器(3)で水と熱交換させて蒸気を生成させる工程(Y)を有する蒸気生成方法であって、
複数基の蓄熱炉(2)を用い、各蓄熱炉(2)で工程(X)と工程(Y)を交互に行うとともに、複数基の蓄熱炉(2)で工程(Y)を順番に行うことにより、蒸気を連続的に生成させることを特徴とする太陽熱を利用した蒸気生成方法。 - 熱交換器(3)で生成した蒸気をさらに加熱装置(7)で加熱することを特徴とする請求項1に記載の太陽熱を利用した蒸気生成方法。
- 請求項1又は2に記載の方法で生成した蒸気で蒸気タービン及び発電機を駆動し、発電を行うことを特徴とする太陽熱発電方法。
- 熱媒ガスgを循環させる循環流路(4)に、複数の鏡体を備えた集光装置により集光された太陽光線で熱媒ガスgを加熱するレシーバー(1)と、内部に通気性蓄熱体を備え、熱媒ガスgの通過により蓄熱又は放熱が行われる複数基の蓄熱炉(2)と、熱媒ガスgと水との熱交換で蒸気を生成させる熱交換器(3)が配置されるとともに、
循環流路(4)は、各蓄熱炉(2)について蓄熱工程と放熱工程の切り替えが可能であって、且つ蓄熱工程中の蓄熱炉(2)とレシーバー(1)との間で熱媒ガスgを循環させるガス循環系と、放熱工程中の蓄熱炉(2)と熱交換器(3)との間で熱媒ガスgを循環させるガス循環系を同時に形成させることが可能な、複数の開閉弁(5)及び循環ファン(6)を備えた配管機構を有することを特徴とする太陽熱を利用した蒸気生成装置。 - 熱交換器(3)で生成した蒸気をさらに加熱する加熱装置(7)を備えることを特徴とする請求項4に記載の太陽熱を利用した蒸気生成装置。
- 各蓄熱炉(2)の一端側に接続される流路(44)は2つの分岐流路(440),(441)を有し、このうち分岐流路(440)がレシーバー(1)の熱媒ガス出側の流路(40)に接続され、分岐流路(441)が熱交換器(3)の熱媒ガス入側の流路(41)に接続され、
各蓄熱炉(2)の他端側に接続される流路(45)は2つの分岐流路(450),(451)を有し、このうち分岐流路(450)がレシーバー(1)の熱媒ガス入側の流路(42)に接続され、分岐流路(451)が熱交換器(3)の熱媒ガス出側の流路(43)に接続され、
流路(42)又は(40)と流路(43)又は(41)には、それぞれ循環ファン(6)が設けられ、
各分岐流路(440),(441),(450),(451)には、それぞれ開閉弁(5)が設けられることを特徴とする請求項4又は5に記載の太陽熱を利用した蒸気生成装置。 - 請求項4〜6のいずれかに記載の蒸気生成装置と、該蒸気生成装置で生成した蒸気で駆動する蒸気タービン及び発電機を備えることを特徴とする太陽熱発電装置。
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