JP6302694B2 - Solar power generator - Google Patents
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Description
この発明は、太陽熱発電装置に関する。 The present invention relates to a solar thermal power generation apparatus.
近年、化石燃料の枯渇問題、原油価格の上昇、エネルギー安全保障の見直し、地球温暖化問題などにより、太陽光、太陽熱、風力、地熱、潮力などの、いわゆる再生可能エネルギーに対する意識が高まってきている。再生可能エネルギーのひとつとして太陽光を集光して得られる太陽熱を利用した太陽熱発電がある。 In recent years, awareness of renewable energy such as sunlight, solar heat, wind power, geothermal heat, and tidal power has increased due to fossil fuel depletion problems, rising crude oil prices, energy security reviews, global warming problems, etc. Yes. One type of renewable energy is solar power generation using solar heat obtained by concentrating sunlight.
太陽熱発電とは、太陽熱エネルギーを反射鏡等で集光して、この太陽熱エネルギーを用いて発電を行うものである。このような太陽熱発電システムのひとつとしてタワー式太陽熱発電がある(例えば、特許文献1参照。)。 With solar thermal power generation, solar thermal energy is collected by a reflecting mirror or the like, and electric power is generated using this solar thermal energy. One such solar thermal power generation system is a tower type solar thermal power generation (see, for example, Patent Document 1).
しかしながら、太陽熱発電は太陽熱エネルギーを利用するため、天候や日照時間などに左右されて太陽熱エネルギーがない場合には、安定した電力供給ができないという問題があった。 However, since solar thermal power generation uses solar thermal energy, there is a problem in that stable power supply cannot be achieved when there is no solar thermal energy depending on the weather and sunshine hours.
また、太陽熱エネルギーを集熱した集熱管等は長距離・広範囲に配置されるため、熱損失が大きく、設備費が掛かるという問題があった。 In addition, since the heat collecting tubes that collect solar thermal energy are arranged over a long distance and in a wide range, there is a problem that heat loss is large and equipment costs are increased.
本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであって、熱損失の少なく簡単な構成で安定した電力供給可能な太陽熱発電装置を提供する。 This invention is made | formed in view of such a situation, Comprising: The solar thermal power generator which can supply the electric power stably with a simple structure with few heat losses is provided.
この発明は、壁体が人工鉱石よりなり、液体を収容するように構成したタンクと、太陽熱エネルギーを用いてタンクを加熱する太陽光加熱装置と、タンク内の液体の加熱により発生した蒸気を取出して発電するスチーム発電装置と、太陽熱エネルギーのない場合には、スチーム発電装置により蓄電した電気エネルギーを用いてタンクを補助加熱するように構成した補助加熱装置と、よりなる太陽熱発電装置を提供するものである。 The present invention includes a tank whose wall is made of artificial ore and configured to contain a liquid, a solar heating apparatus that heats the tank using solar thermal energy, and a vapor generated by heating the liquid in the tank. Providing a solar power generation device comprising: a steam power generation device that generates electricity, an auxiliary heating device configured to auxiliary heat the tank using electric energy stored by the steam power generation device in the absence of solar thermal energy, and It is.
また、人工鉱石は珪素又は珪素化合物に金属及びカルシウムを添加して溶融、冷却を繰り返して製造したことにも特徴を有する。 The artificial ore is also characterized in that it is manufactured by adding metal and calcium to silicon or a silicon compound, and melting and cooling repeatedly.
また、タンクの壁体は、人工鉱石及び炭化珪素より構成したことにも特徴を有する。 In addition, the tank wall is also characterized by being made of artificial ore and silicon carbide.
また、太陽光加熱装置は、反射板を用いてタンクを加熱するように構成したことにも特徴を有する。 The solar heating device is also characterized in that the tank is heated using a reflector.
また、反射板は太陽熱エネルギーをタンク方向へ常時照射可能に太陽の移動に対応して揺動自在としたことにも特徴を有する。 The reflector is also characterized in that it can be swung in response to the movement of the sun so that solar thermal energy can always be irradiated in the tank direction.
タンクから取出した蒸気は調圧装置により調圧してタービンを駆動することにより発電するように構成したことにも特徴を有する。 The steam extracted from the tank is also characterized in that it is configured to generate electric power by adjusting the pressure by a pressure adjusting device and driving the turbine.
タンクを補助加熱するためにマイクロ波照射装置を設け、マイクロ波照射装置はスチーム発電装置により蓄電した電気エネルギーで作動するように構成したことにも特徴を有する。 A microwave irradiation device is provided for auxiliary heating of the tank, and the microwave irradiation device is also characterized in that it is configured to operate with electric energy stored by the steam power generation device.
この発明によれば、壁体が人工鉱石よりなり、液体を収容するように構成したタンクと、太陽熱エネルギーを用いてタンクを加熱する太陽光加熱装置と、タンク内の液体の加熱により発生した蒸気を取出して発電するスチーム発電装置と、太陽熱エネルギーのない場合には、スチーム発電装置により蓄電した電気エネルギーを用いてタンクを補助加熱するように構成した補助加熱装置と、より構成し、特に人工鉱石は珪素化合物に金属及びカルシウムを添加して溶融、冷却を繰り返して製造し、固化剤はガラス等を主成分としたことにより、タンク本体の蓄熱性を高めることができ熱損失が少なく、タンク内の熱流体を高温に保つことができるため、発電効率を向上できる効果がある。 According to this invention, the wall body is made of artificial ore , the tank is configured to contain the liquid, the solar heating device that heats the tank using solar thermal energy, and the steam generated by heating the liquid in the tank. A steam power generation device for taking out and generating electricity, and an auxiliary heating device configured to auxiliary heat the tank using the electric energy stored by the steam power generation device in the absence of solar thermal energy, especially artificial ore Is manufactured by adding metal and calcium to a silicon compound and repeatedly melting and cooling, and the solidifying agent is mainly composed of glass or the like, so that the heat storage property of the tank body can be improved and heat loss is reduced, and the inside of the tank This heat fluid can be kept at a high temperature, so that the power generation efficiency can be improved.
また、集熱管等を広範囲に設置することもないため、安価に設けることができる効果がある。 In addition, since the heat collecting tubes and the like are not installed in a wide range, there is an effect that they can be provided at a low cost.
更に、太陽熱エネルギーがない場合であっても、マイクロ波を照射してタンクを加熱することができるため、天候や日照時間などに左右されることなく簡潔に発電することができる効果がある。 Further, even when there is no solar thermal energy, the tank can be heated by irradiating microwaves, so that there is an effect that power can be generated simply without being influenced by the weather or the daylight hours.
この発明を図面に基づき詳説すれば、図1は本発明の太陽熱発電装置の説明図である。 If this invention is explained in full detail based on drawing, FIG. 1 is explanatory drawing of the solar thermal power generation apparatus of this invention.
本発明の太陽熱発電装置は、図1に示すように、壁体が人工鉱石よりなり、液体を収容するように構成したタンクと、太陽熱エネルギーを用いてタンクを加熱する太陽光加熱装置と、タンク内の液体の加熱により発生した蒸気を取出して発電するスチーム発電装置と、より構成されるものである。また、太陽熱エネルギーのない場合には、スチーム発電装置により蓄電した電気エネルギーを用いてタンクを補助加熱するように構成した補助加熱装置により発電させ、安定した電力を供給することができるように構成されている。 As shown in FIG. 1, the solar thermal power generation apparatus of the present invention includes a tank whose wall is made of artificial ore and configured to contain a liquid, a solar heating apparatus that heats the tank using solar thermal energy, and a tank. And a steam power generation device that generates electricity by taking out the steam generated by heating the liquid inside. In addition, when there is no solar thermal energy, it is configured such that power can be generated by an auxiliary heating device configured to auxiliaryly heat the tank using electric energy stored by the steam power generation device, and stable power can be supplied. ing.
本発明のタンク3は、図1に示すように、内壁はステンレス製の略円筒体を縦置きにして構成し、タンク3の外壁は人工鉱石1及び炭化珪素を成形した耐火ブロック1aで被覆して形成される。
As shown in FIG. 1, the tank 3 of the present invention has an inner wall made of a substantially cylindrical cylindrical body, and the outer wall of the tank 3 is covered with a
上記した人工鉱石1は、珪素又は珪素化合物に金属及びカルシウムを添加して溶融、冷却を繰り返すことにより製造される。
The
具体的には、はじめに、略真空状態下で1650℃〜1680℃に加熱した真空溶融炉に約80重量%の粉末状の珪素又は珪素化合物を投入し、その後、約5重量%の粉末状の鉄と約5重量%の粉末状のアルミニウムと約5重量%のカルシウムとを3〜5分間隔で順に投入しながら撹拌混合し、その後、真空溶融炉から溶融物を取出し、常温中で自然冷却することによって鉱石塊を生成する。このように、本発明に用いる人工鉱石1は上記した原材料を溶融後に冷却して製造されることに特徴を有するものである。なお、その他の製法として、上記した原材料を溶融後に冷却し、さらに高温で溶融するといったように、徐々に高温下で溶融を繰り返し行って人工鉱石1を製造してもよい。
Specifically, first, about 80% by weight of powdered silicon or silicon compound is charged into a vacuum melting furnace heated to 1650 ° C. to 1680 ° C. under a substantially vacuum state, and then about 5% by weight of powdered silicon Iron, about 5% by weight of powdered aluminum, and about 5% by weight of calcium are stirred and mixed in order at intervals of 3 to 5 minutes, and then the melt is taken out from the vacuum melting furnace and naturally cooled at room temperature. To produce an ore mass. As described above, the
耐火ブロック1aは、上記人工鉱石1を粉砕したものに、粉末等にした炭化珪素を混ぜ合わせて、焼結させることにより、板状等に加工可能にしたものである。更に、この加工した耐火ブロック1aを複数枚組み合わせて、図1に示すように、タンク3の内壁であるステンレス製の円筒体を被覆可能なように成形加工したものがタンク3の外壁である耐火ブロック1aである。
The
このように、人工鉱石1と炭化珪素とにより生成された耐火ブロックは、板状などに加工しても強度を保ち、耐熱性、耐摩耗性が向上し、更に人工鉱石1が有する熱の蓄熱性及び拡散性をも向上させることができる。
Thus, the refractory block generated from the
また、耐火ブロック1aは、3600度以上の熱に耐え得ることができる。また、太陽熱をタンク全体に万遍なく拡散し、長時間蓄熱することができる。更に、耐火ブロック1aは経年劣化がないため、長期利用ができる。
The
上記タンク3内に、水などの液体を収容して、タンク3を加熱してスチームを発生させる。 A liquid such as water is accommodated in the tank 3 and the tank 3 is heated to generate steam.
タンク3を加熱する手段としては、太陽光エネルギーを利用した太陽光加熱装置5を用いる。本実施形態に係る太陽光加熱装置5としては、タンク3の周囲を反射板11で囲み、太陽光を反射させた反射光をタンク3に照射させて加熱するように構成される。
As a means for heating the tank 3, a
反射板11は、鏡面加工したアルミニウム材に樹脂皮膜を塗布したものなどを用いると反射率及び耐久性が良好である。
When the
また、反射板11は、季節、天候、時間帯などによる太陽の移動に対応して揺動自在に追尾可能なものを用いると、タンク3に太陽光を効率よく照射でき安定した電力供給が可能となる。すなわち、反射板11にはいわゆるヘリオスタットを用いるのが好ましい。
In addition, when the
上記反射板11によって太陽光をタンク3へ照射することにより、外壁である人工鉱石1からなる耐火ブロック1aが暖められる。この耐火ブロック1aは蓄熱性、拡散性が優れており、タンク3内部に収容した水を高温に加熱し、スチームを発生させる。このようにして発生した水蒸気は、タンク3の天井壁3´より取出しスチーム発電装置7へと送られる。
By irradiating the tank 3 with sunlight by the
スチーム発電装置7は、タンク3で発生したスチーム調整するための調圧装置13と、調圧装置13により調整したスチームによって回転するタービン15と、タービン15に接続された発電機17とより構成される。
The steam generator 7 includes a
調圧装置13は、本実施形態においてタービン15へ送るスチームを調整する調速器、いわゆるガバナである。すなわち、タービン軸の速度を検出して蒸気量を調節するように構成されている。
The
タービン15は、本実施形態においてタンク3で発生したスチームにより、タービン15の羽根車を回すものであり、いわゆる蒸気タービンである。このタービン15を回転させることにより、タービン軸で連結された発電機17を回転させることで電気エネルギーを発生させる。
The
また、タービン15を回す際に使用したスチームはタンク3内に海水などによる冷却装置21で冷却して液体にして戻して再利用する。
Further, the steam used when the
こうして、得られた電気エネルギーである電力は太陽熱エネルギーがある限り安定して発生できる。しかし、太陽熱エネルギーは常に安定して得ることができず、季節、天候及び時間によって左右される。そのため、本発明太陽熱発電装置には、補助加熱装置9が設けられている。
Thus, the electric power that is the obtained electric energy can be generated stably as long as there is solar thermal energy. However, solar thermal energy cannot always be obtained stably and depends on the season, weather and time. Therefore, the
本実施形態における補助加熱装置9は、マイクロ波照射装置9aである。このマイクロ波照射装置9aは、発電機17から制御装置19を介して接続されており、図1に示すように、発電機で発生した電力を用いて作動する。なお、外部より電力供給を行って作動させてもよい。
The
ここで、制御装置19は、太陽光が照射している間に発生した電力を蓄電する蓄電装置、太陽光の照射を例えば照度計などで測定し判定する太陽光判定装置や判定結果を基にマイクロ波照射装置9aに蓄電した電力を送る信号出す装置及びマイクロ波をタンク3にどのタイミングで照射するかを判定し照射する信号を出す装置などである。
Here, the
マイクロ波照射装置9aは、1つでも耐火ブロック1aの熱の拡散性によりタンク3全体に熱エネルギーを行き渡らせることが可能であるが、複数個のマイクロ波照射装置9aを使用してもよく、タンク3全体に満遍なく照射できる個数を配置すると短時間かつ少ない電力で照射できる。
One
上記タンク3の外壁である耐火ブロック1aは、マイクロ波を照射すると、熱エネルギーに変換する性質を有する。すなわち、マイクロ波を耐火ブロック1aに照射すると、耐火ブロック1a内の誘電体がマイクロ波による電場により激しく振動・加熱し、その摩擦熱により誘電体自身が発熱する性質である。
The
マイクロ波を照射された耐火ブロック1aは、タンク3内の水を加熱、蒸発させスチームを発生させることができる。
The
このように、補助加熱装置9としてマイクロ波照射装置9aを用いたため、タンク3をヒーター等で加熱するよりも電気の変換効率が良く、タンク3内の水を加熱することができる。
As described above, since the
すなわち、マイクロ波を用いた加熱は、マイクロ波電力を耐火ブロック1a内の誘電体に吸収させて誘電体内部より自己発熱させる方法であるため、熱伝導や輻射による従来の加熱方式に比べて、熱効率が高く短時間で加熱処理が行える。また、電力消費も少なくコストも安くできる。
That is, the heating using the microwave is a method in which the microwave power is absorbed by the dielectric in the
また、太陽熱エネルギーが得ることができない場合、例えば夜間であったとしても、所定の電気エネルギーを供給することができる。 Moreover, when solar thermal energy cannot be obtained, for example, even at night, predetermined electrical energy can be supplied.
なお、上記したマイクロ波照射装置9aの代わりに、他の実施例としてニクロム線ヒーター、遠赤外線ヒーター、又はレーダーを用いることも可能である。ニクロム線ヒーター、遠赤外線ヒーター又はレーダーは、外壁である人工鉱石1及び炭化珪素からなる耐火ブロック1aを太陽光で加熱して得たスチームによるスチーム発電装置7から電気エネルギーを得て発熱する。
In addition, it is also possible to use a nichrome wire heater, a far-infrared heater, or a radar as another embodiment instead of the above-described
具体的には、ニクロム線ヒーター、遠赤外線ヒーター、又はレーダーを耐火ブロック1aのタンク3の外周壁に直接又は一定の間隙を保持して囲繞することにより、太陽熱が有効に用いることができない場合に補助加熱装置9として用いる。
Specifically, when solar heat cannot be used effectively by surrounding a nichrome wire heater, far-infrared heater, or radar directly or holding a certain gap on the outer peripheral wall of the tank 3 of the
本発明は上記のように構成されるため、天候、季節、時間を問わず常に安定した電力供給を実現できる。 Since this invention is comprised as mentioned above, it can always implement | achieve the stable electric power supply regardless of a weather, a season, and time.
なお、本発明は上述した実施形態等に限られず、上述した実施形態等の中で開示した各構成を相互に置換したり組み合わせを変更したりした構成、公知技術並びに上述した実施形態等の中で開示した各構成を相互に置換したり組み合わせを変更したりした構成、等も含まれる。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment and the like. Among the configurations disclosed in the above-described embodiments and the like, the configurations that are mutually replaced or the combination is changed, known techniques, and the above-described embodiments. Also included are configurations in which the configurations disclosed in 1 are replaced with each other or combinations are changed.
1 人工鉱石
1a 耐火ブロック
3 タンク
3´ 天井壁
5 太陽光加熱装置
7 スチーム発電装置
9 補助加熱装置
9a マイクロ波照射装置
11 反射板
13 調圧装置
15 タービン
17 発電機
19 制御装置
21 冷却装置
DESCRIPTION OF
Claims (7)
太陽熱エネルギーを用いてタンクを加熱する太陽光加熱装置と、
タンク内の液体の加熱により発生した蒸気を取出して発電するスチーム発電装置と、
太陽熱エネルギーのない場合には、スチーム発電装置により蓄電した電気エネルギーを用いてタンクを補助加熱するように構成した補助加熱装置と、よりなることを特徴とする太陽熱発電装置。 A tank wall is made of artificial ore was constructed to contain a liquid,
A solar heating device that heats the tank using solar thermal energy;
A steam power generation device that generates electricity by removing steam generated by heating the liquid in the tank;
A solar thermal power generation device comprising: an auxiliary heating device configured to supplementally heat a tank using electric energy stored by a steam power generation device in the absence of solar thermal energy.
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