JP6812552B2 - 太陽熱発電設備 - Google Patents

Description

本発明は、太陽光から得られる熱エネルギーで発電を行う太陽熱発電設備に関する。
本願は、２０１７年７月１２日に、日本国に出願された特願２０１７−１３６１９１号に基づき優先権を主張し、この内容をここに援用する。

近年、環境にやさしいクリーンなエネルギーとして、太陽光を集光して得られる熱エネルギーを利用した設備が盛んに開発されている。

このような設備の一例として、例えば、以下の特許文献１に記載されている太陽熱発電設備がある。この太陽熱発電設備は、作動媒体としての空気を圧縮して圧縮空気を生成する圧縮機と、太陽光を受けて圧縮空気を加熱する受熱器と、受熱器に太陽光を照射するヘリオスタットと、受熱器で加熱された圧縮空気で駆動するタービンと、タービンの駆動で発電する発電機とを備えている。圧縮機、受熱器、タービン及び発電機は、いずれもタワーに設けられている。圧縮機、タービン及び発電機は、タワー中で、受熱器が設けられている位置よりも上の最上段に設けられている。圧縮機、タービン及び発電機の各ロータは、水平方向に延びている。圧縮機、タービン及び発電機は、タワーの最上段で、水平方向に並んで配置されている。

特開２０１２−２０２３９０号公報

上記特許文献１に記載の太陽熱発電設備では、圧縮機、タービン及び発電機が、タワーの最上段で水平方向に並んで配置されているため、タワーの二次元的な広がりが大きくなり、タワーの占有面積が大きくなる、という問題点がある。さらに、上記特許文献１に記載の技術では、重量物である圧縮機、タービン及び発電機がタワーの最上段に配置され、且つこれらの回転軸が水平方向に延びるよう配置されているため、タワーを構成する構造材の強度を高める必要があり、タワーの設備コストが嵩むという問題点もある。

そこで、本発明は、タワーの占有面積を小さくでき、且つタワーの設備コストを抑えることができる太陽熱発電設備を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための発明に係る太陽熱発電設備の一態様は、
作動媒体を圧縮して圧縮媒体を生成する圧縮機と、太陽光を受けて前記圧縮媒体を加熱する受熱器である媒体加熱用受熱器と、前記媒体加熱用受熱器で加熱された前記圧縮媒体で駆動するタービンと、前記タービンの駆動で発電する発電機と、前記タービンから排気された作動媒体である排気媒体で水を加熱して、前記水を蒸気にする排熱回収ボイラと、前記排熱回収ボイラからの蒸気で駆動する蒸気タービンと、前記蒸気タービンから排気された蒸気を水に戻す復水器と、前記復水器内の水を前記排熱回収ボイラに導く給水ラインと、前記排熱回収ボイラからの蒸気の熱を蓄える蓄熱体と、前記給水ラインから分岐している補助給水ラインと、前記補助給水ラインに接続され、前記蓄熱体に接して前記補助給水ラインからの水と前記蓄熱体との間で熱交換させる伝熱管を有し、前記蓄熱体で前記水を加熱して、前記水を蒸気にする蒸気発生器と、前記蒸気発生器で発生した蒸気を前記蒸気タービンに導く補助蒸気ラインと、前記圧縮機、前記媒体加熱用受熱器、前記タービン及び前記発電機を支持するタワーと、を備える。前記圧縮機は、鉛直方向に延びる圧縮機軸線を中心として回転する圧縮機ロータと、前記圧縮機ロータを覆う圧縮機ケーシングと、を有する。前記タービンは、鉛直方向に延びるタービン軸線を中心として回転するタービンロータと、前記タービンロータを覆うタービンケーシングと、を有する。前記圧縮機ロータと前記タービンロータとは、機械的に接続されてガスタービンロータを構成する。前記発電機は、前記ガスタービンロータと機械的に接続され、鉛直方向に延びる発電機軸線を中心として回転する発電機ロータと、前記発電機ロータを覆う発電機ケーシングと、を有する。前記圧縮機、前記タービン及び前記発電機は、それぞれ、配列機器を成す。複数の前記配列機器は、鉛直方向に並んでいる。

上記目的を達成するための発明に係る太陽熱発電設備の他の態様は、作動媒体を圧縮して圧縮媒体を生成する圧縮機と、太陽光を受けて前記圧縮媒体を加熱する受熱器である媒体加熱用受熱器と、前記媒体加熱用受熱器で加熱された前記圧縮媒体で駆動するタービンと、前記タービンの駆動で発電する発電機と、前記タービンから排気された作動媒体である排気媒体で水を加熱して、前記水を蒸気にする排熱回収ボイラと、前記排熱回収ボイラからの蒸気で駆動する蒸気タービンと、前記蒸気タービンから排気された蒸気を水に戻す復水器と、前記復水器内の水を前記排熱回収ボイラに導く給水ラインと、前記排熱回収ボイラからの蒸気の熱を蓄え、流動性を有する蓄熱体を有する蓄熱器と、前記給水ラインから分岐している補助給水ラインと、前記補助給水ラインに接続され、前記補助給水ラインからの水を加熱して、前記水を蒸気にする蒸気発生器と、前記蒸気発生器で発生した蒸気を前記蒸気タービンに導く補助蒸気ラインと、前記蓄熱器と前記蒸気発生器とを接続し、前記蓄熱器からの前記蓄熱体が流れる蓄熱体供給ラインと、前記圧縮機、前記媒体加熱用受熱器、前記タービン及び前記発電機を支持するタワーと、を備える。前記蓄熱器は、前記排熱回収ボイラからの蒸気が流れる蒸気伝熱管と、前記蓄熱体及び前記蒸気伝熱管を収納する蓄熱ケーシングと、を有する。前記蒸気発生器は、前記蓄熱体供給ラインに接続され、前記蓄熱体供給ラインからの前記蓄熱体が流れる蓄熱体伝熱管と、前記補助給水ラインに接続され、前記補助給水ラインからの水を滞留させ且つ前記蓄熱体伝熱管を覆う蒸気発生ケーシングと、を有する。前記圧縮機は、鉛直方向に延びる圧縮機軸線を中心として回転する圧縮機ロータと、前記圧縮機ロータを覆う圧縮機ケーシングと、を有する。前記タービンは、鉛直方向に延びるタービン軸線を中心として回転するタービンロータと、前記タービンロータを覆うタービンケーシングと、を有する。前記圧縮機ロータと前記タービンロータとは、機械的に接続されてガスタービンロータを構成する。前記発電機は、前記ガスタービンロータと機械的に接続され、鉛直方向に延びる発電機軸線を中心として回転する発電機ロータと、前記発電機ロータを覆う発電機ケーシングと、を有する。前記圧縮機、前記タービン及び前記発電機は、それぞれ、配列機器を成す。複数の前記配列機器は、鉛直方向に並んでいる。
以上の各態様では、複数の配列機器が鉛直方向に並んで配置されている。このため、本態様では、タワーの占有面積を小さくすることができると共に、タワーを構成する構造材に求められる強度を低くすることができ、タワーの設備コストを抑えることができる。
また、当該態様では、排熱回収ボイラを備えているので、タービンから排気された排気媒体の熱を有効利用することができる。
さらに、当該態様では、蓄熱体に蓄えられた熱で蒸気を発生させることができるので、太陽が照っていないときでも、蒸気タービンに蒸気を供給することができる。

ここで、前記態様の太陽熱発電設備において、前記媒体加熱用受熱器は、鉛直方向で前記圧縮機が配置されている領域から前記タービンが配置されている領域までの範囲内に配置されていてもよい。

本態様では、媒体加熱用受熱器で加熱された媒体をタービンケーシング内に導く配管系統（以下、ラインとする）の長さを短くすることができ、このラインからの熱放出を抑えることができる。

また、以上のいずれかの態様の太陽熱発電設備において、第一端と第二端とを有する吊り下げワイヤと、前記吊り下げワイヤにかかる荷重を支えるワイヤ支持機と、前記吊り下げワイヤの前記第二端が接続され、前記吊り下げワイヤを巻き取る巻き取り機と、を備え、前記吊り下げワイヤの前記第一端は、前記圧縮機ケーシング、前記タービンケーシング及び前記発電機ケーシングのうち、いずれの一のケーシングに接続され、前記ワイヤ支持機は、前記一のケーシングよりも上の位置で前記タワーに支持され、前記ワイヤ支持機は、前記吊り下げワイヤの前記第一端と前記第二端との間の部分を受けてもよい。

本態様では、タービン、排熱回収ボイラ、圧縮機、蒸気タービン、及び発電機を点検又は修理する際、巻き取り機に巻き付いていている吊り下げワイヤの巻き付き量を徐々に少なくして、各機器を下方に下げて、順次、機器を外すことで、比較的容易に各機器を点検又は修理することができる。

前記排熱回収ボイラを備える、前記態様の太陽熱発電設備において、前記圧縮機ケーシングは、前記作動媒体が流入する入口を有し、前記排熱回収ボイラは、前記排気媒体である前記作動媒体を排出する排出口を有してもよい。この場合、前記排熱回収ボイラの前記排出口から排出された前記作動媒体を、前記圧縮機ケーシングの前記入口から前記圧縮機ケーシング内に導く循環ラインを備えてもよい。

本態様では、圧縮機が排熱回収ボイラから排気された作動媒体を吸い込むので、圧縮機が吸い込む作動媒体の温度は、圧縮機が作動媒体として外気を吸い込む場合よりも高くなる。さらに、本態様では、圧縮機が排熱回収ボイラから排気された作動媒体を吸い込むので、圧縮機が吸い込む作動媒体の圧力を、圧縮機が作動媒体として外気を吸い込む場合よりも高くすることができる。

よって、本態様では、圧縮機が外気を吸い込む場合よりも、高温且つ高圧の作動媒体をタービンに供給することができる。このため、本態様では、圧縮機が外気を吸い込む場合よりもガスタービン出力を高めることができる。また、本態様では、排熱回収ボイラから排気された高温の作動媒体を圧縮機が吸い込むことにより、排熱回収ボイラから排気された高温の作動媒体の大気放出を抑えることができる。このため、本態様では、例えば、現在問題になっているビル空調用室外機からの排熱等に起因したヒートアイランド現象を抑制することができる。

前記循環ラインを備える、以上のいずれかの前記態様の太陽熱発電設備において、前記循環ラインに設けられ、前記循環ライン内の圧力を調節する圧力調節機構を備えてもよい。

本態様では、圧縮機に流入する作動媒体の圧力を調節することができる。このため、本態様では、例えば、作動媒体の圧力を調節することで、作動媒体の相が気相になっている温度領域を広くすることができる。

前記排熱回収ボイラを備える、以上のいずれかの前記態様の太陽熱発電設備において、前記排熱回収ボイラは、配列機器を成し、前記排熱回収ボイラを含む複数の前記配列機器は、鉛直方向に並んでいてもよい。

当該態様では、排熱回収ボイラを追加しても、排熱回収ボイラを含む複数の配列機器が鉛直方向に並んでいるので、タワーの占有面積の増加を抑えることができる。

前記排熱回収ボイラを備える、以上のいずれかの前記態様の太陽熱発電設備において、前記排熱回収ボイラは、前記圧縮機からの前記圧縮媒体を前記排気媒体と熱交換させて、前記圧縮媒体を加熱する媒体予熱器を有してもよい。

本態様では、圧縮機からの圧縮媒体が排気媒体の熱で加熱される。このため、圧縮媒体を媒体加熱用受熱器のみで加熱する場合よりも、この圧縮媒体を高温にすることができる。

前記蒸気タービンを備える前記態様の太陽熱発電設備において、前記蒸気タービンは、鉛直方向に延びる蒸気タービン軸線を中心として回転する蒸気タービンロータと、前記蒸気タービンロータを覆う蒸気タービンケーシングと、を有し、前記蒸気タービンは、配列機器を成し、前記蒸気タービンを含む複数の前記配列機器は、鉛直方向に並んでいてもよい。

本態様では、蒸気タービンを追加しても、蒸気タービンを含む複数の配列機器が鉛直方向に並んでいるので、タワーの占有面積の増加を抑えることができる。

前記蒸気タービンが前記配列機器を成す、前記態様の太陽熱発電設備において、前記蒸気タービンロータは、前記発電機ロータに機械的に接続され、前記ガスタービンロータと前記発電機ロータとの間で、動力伝達可能な伝達状態と動力伝達が行われない非伝達状態とに、前記ガスタービンロータと前記発電機ロータとの接続状態を切り替えるクラッチを備えてもよい。

本態様では、蒸気タービンの駆動で、発電機で発電させることができる。また、本態様では、ガスタービンロータを回転させずに、蒸気タービンロータを回転させることができる。

前記クラッチを備えている前記態様の太陽熱発電設備において、前記圧縮機及び前記タービンは、前記発電機を基準にして、鉛直方向上側と鉛直方向下側とのちの一方側に配置され、前記蒸気タービンは、前記発電機を基準にして、鉛直方向上側と鉛直方向下側とのうちの他方側に配置され、前記蒸気タービンロータと前記発電機ロータとの間で、動力伝達可能な伝達状態と動力伝達が行われない非伝達状態とに、前記蒸気タービンロータと前記発電機ロータとの接続状態を切り替えるクラッチを備えてもよい。

本態様では、蒸気タービンを回転させずに、ガスタービンロータを回転させると共に発電機ロータを回転させることができる。さらに、本態様では、ガスタービンロータを回転させずに、蒸気タービンロータを回転させると共に発電機ロータを回転させることができる。

前記蒸気タービンを備える、以上のいずれかの前記態様の太陽熱発電設備において、前記復水器は、前記蒸気タービンから排気された蒸気が水に戻った後に、前記水が貯えられる貯水部を有し、前記貯水部は、配列機器を成し、前記貯水部を含む複数の前記配列機器は、鉛直方向に並んでいる。

本態様では、復水器を追加しても、復水器の貯水部を含む複数の配列機器が鉛直方向に並んでいるので、タワーの占有面積の増加を抑えることができる。

前記貯水部が前記配列機器を成す前記態様の太陽熱発電設備において、複数の前記配列機器のうち、前記貯水部は最も下方に配置されていてもよい。

本態様では、太陽熱発電設備を構成する複数の機器のうちで、運転時に最重量物になり得る復水器の貯水部が最も下方に配置されているので、タワーを構成する構造材に求められる強度の増加を抑えることができる。

前記貯水部が最も下方に配置されている前記態様の太陽熱発電設備において、前記蒸気タービンは、前記圧縮機及び前記タービンよりも下方に配置されていてもよい。

本態様では、太陽熱発電設備を構成する複数の機器のうちで、貯水部が最も下方に配置されている復水器と蒸気タービンとの距離を、圧縮機やタービンと復水器との距離よりも短くすることができる。

前記蒸気タービンを備える、以上のいずれかの前記態様の太陽熱発電設備において、前記タービンは、前記圧縮機よりも上方に配置され、前記排熱回収ボイラは、前記タービンより上方に配置されていてもよい。

タービン、圧縮機、排熱回収ボイラのうちで、排熱回収ボイラが最も軽い。このため、本態様では、排熱回収ボイラを最も上に配置することにより、タワーを構成する構造材に求められる強度の増加を抑えることができる。また、タービンから排気される排気媒体は、高温であるため、自然対流で上方する。このため、タービンの上方に排熱回収ボイラを配置することにより、効率的に排気媒体を排熱回収ボイラに導くことができる。

前記蒸気タービンを備える、以上のいずれかの前記態様の太陽熱発電設備において、太陽光を受けて、前記排熱回収ボイラから前記蒸気タービンに送られる蒸気を過熱する受熱器である蒸気過熱用受熱器を備え、前記蒸気過熱用受熱器は、前記タワーに支持されていてもよい。

本態様では、排熱回収ボイラから蒸気タービンに送られる蒸気を蒸気過熱用受熱器で過熱することができるので、蒸気タービンに供給する蒸気の温度を高めることができる。

前記蒸気タービンを備える、以上のいずれかの前記態様の太陽熱発電設備において、太陽光を受けて、前記給水ラインを流れる水を加熱する受熱器である給水予熱用受熱器を備え、前記給水予熱用受熱器は、前記タワーに支持されていてもよい。

本態様では、給水ラインを流れる水を給水予熱用受熱器で加熱することができるので、排熱回ボイラに供給する水の温度を高めることができる。

前記蒸気タービンを備える、以上のいずれかの前記態様の太陽熱発電設備において、前記排熱回収ボイラからの蒸気の熱を蓄える蓄熱体を備えてもよい。

天候が変動して、排熱回収ボイラからの蒸気の温度が変動しても、排熱回収ボイラからの蒸気と蓄熱体との間での熱の流れにより、蒸気タービンに流入する蒸気の温度を安定化させることができる。

前記蓄熱体を備える態様の太陽熱発電設備において、前記給水ラインの一部は、前記蓄熱体に接していてもよい。

本態様では、給水ラインを流れる水を蓄熱体が蓄えている熱で加熱することできる。

前記蓄熱体を備える、以上のいずれかの態様の太陽熱発電設備において、前記蓄熱体は、流動性を有し、蓄熱器を備え、前記蓄熱器は、熱媒体が流れる伝熱管と、前記蓄熱体及び前記伝熱管を収納する蓄熱ケーシングと、を有してもよい。

前記蓄熱器を備える、以上のいずれかの態様の太陽熱発電設備において、前記蓄熱器は、配列機器を成し、前記蓄熱器を含む複数の前記配列機器は、鉛直方向に並んでいてもよい。

本態様では、蓄熱器を追加しても、蓄熱器を含む複数の配列機器が鉛直方向に並んでいるので、タワーの占有面積の増加を抑えることができる。

前記蓄熱器が前記配列機器を成す態様の太陽熱発電設備において、前記蓄熱器である高温蓄熱器の他に、低温蓄熱器を備える。この場合、前記低温蓄熱器は、前記蒸気タービンから排気された蒸気の一部が流れる蒸気伝熱管と、蓄熱体及び前記低温蓄熱器の前記蒸気伝熱管を収納する蓄熱ケーシングと、を有し、前記低温蓄熱器の前記蒸気伝熱管は、前記復水器に接続されている。前記高温蓄熱器及び前記低温蓄熱器は、鉛直方向に並んでいてもよい。

前記蓄熱体を備える、以上のいずれかの態様の太陽熱発電設備において、前記タワーは、前記配列機器を支えるための複数の構造体を有し、複数の前記構造体のうち、一の構造体は、前記蓄熱体で形成されていてもよい。

本態様では、タワーの構成要素の一部が蓄熱体を成すので、蓄熱体を有する蓄熱器を別途設ける場合よりも、設備の小型化及び設備コストの低減を図ることができる。

前記タワーの一構造体が蓄熱体で形成されている態様の太陽熱発電設備において、前記蓄熱体は、コンクリートを含んでもよい。

以上のいずれかの態様の太陽熱発電設備において、太陽光を反射する反射鏡と、前記反射鏡で反射した太陽光が前記受熱器に向うよう前記反射鏡の向きを変える鏡駆動機と、を有するヘリオスタットを備えてもよい。

本発明の一態様によれば、タワーの占有面積を小さくでき、且つタワーの設備コストを抑えることができる。

本発明に係る第一実施形態における太陽熱発電設備の構成を示す説明図である。 本発明に係る第二実施形態における太陽熱発電設備の構成を示す説明図である。 本発明に係る第三実施形態における太陽熱発電設備の構成を示す説明図である。 図３におけるIV−IV線断面図である。 本発明に係る第四実施形態における太陽熱発電設備の構成を示す説明図である。 本発明に係る第五実施形態における太陽熱発電設備の構成を示す説明図である。 本発明に係る第五実施形態の変形例における太陽熱発電設備の構成を示す説明図である。

以下、本発明に係る太陽熱発電設備の各種実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

「第一実施形態」
図１を参照して、太陽熱発電設備の第一実施形態について説明する。

本実施形態の太陽熱発電設備は、図１に示すように、圧縮機１１と、媒体加熱用受熱器４６ａと、タービン１５と、排熱回収ボイラ３０と、蒸気過熱用受熱器４６ｂと、蒸気タービン２５と、復水器４０と、給水ポンプ４５と、発電機２１と、クラッチ６０と、タワー６４と、太陽光Ｒを目的の方向に反射する複数のヘリオスタット７５と、を備える。

圧縮機１１は、作動媒体としての空気を圧縮して圧縮媒体である圧縮空気を生成する。この圧縮機１１は、鉛直方向に延びる圧縮機軸線Ａｃを中心として回転する圧縮機ロータ１２と、この圧縮機ロータ１２を覆う圧縮機ケーシング１３と、圧縮機ケーシング１３内に外気を導く吸気ケーシング１４と、を有する。

媒体加熱用受熱器４６ａは、ヘリオスタット７５からの太陽光Ｒを受けて圧縮空気を加熱する。この媒体加熱用受熱器４６ａは、伝熱管４７ａと、この伝熱管４７ａを覆う受熱器ケーシング４８ａと、を有する。受熱器ケーシング４８ａの下方は開口している。伝熱管４７ａは、圧縮空気ライン（圧縮媒体ライン）８２により、圧縮機１１の吐出口と接続されている。

タービン１５は、媒体加熱用受熱器４６ａで加熱された圧縮空気で駆動する。このタービン１５は、鉛直方向に延びるタービン軸線Ａｔを中心として回転するタービンロータ１６と、このタービンロータ１６を覆うタービンケーシング１７と、を有する。タービンケーシング１７の媒体入口は、加熱空気ライン（加熱媒体ライン）８３により、媒体加熱用受熱器４６ａの伝熱管４７ａと接続されている。

ガスタービン１０は、以上で説明した圧縮機１１と、媒体加熱用受熱器４６ａと、タービン１５と、を有して構成される。タービンロータ１６と圧縮機ロータ１２とは、機械的に直結され一体回転し、ガスタービンロータ１９を構成する。また、タービンケーシング１７と圧縮機ケーシング１３とは、ガスタービンケーシングを構成する。

排熱回収ボイラ３０は、タービン１５から排気された高温の作動媒体である排気空気（排気媒体）で水を加熱し、この水を蒸気にする。排熱回収ボイラ３０は、タービン１５からの排気空気が内部を流れるボイラケーシング３１と、このボイラケーシング３１内に配置されている節炭器３２及び過熱器３４と、ボイラケーシング３１内に一部が配置されている蒸発器３３と、を有する。

蒸気過熱用受熱器４６ｂは、ヘリオスタット７５からの太陽光Ｒを受けて排熱回収ボイラ３０からの蒸気を過熱する。この蒸気過熱用受熱器４６ｂは、伝熱管４７ｂと、この伝熱管４７ｂを覆う受熱器ケーシング４８ｂと、を有する。受熱器ケーシング４８ｂの下方は開口している。伝熱管４７ｂは、第一主蒸気ライン８４により、排熱回収ボイラ３０の過熱器３４と接続されている。

蒸気タービン２５は、排熱回収ボイラ３０から蒸気過熱用受熱器４６ｂを経てきた蒸気で駆動する。この蒸気タービン２５は、鉛直方向に延びる蒸気タービン軸線Ａｓを中心として回転する蒸気タービンロータ２６と、この蒸気タービンロータ２６を覆う蒸気タービンケーシング２７と、蒸気タービンケーシング２７からの蒸気を復水器４０に導く排気ケーシング２８と、を有する。蒸気タービンロータ２６は、ガスタービンロータ１９と機械的に接続されている。蒸気過熱用受熱器４６ｂの伝熱管４７ｂと蒸気タービンケーシング２７とは、第二主蒸気ライン８６で接続されている。この第二主蒸気ライン８６には、ここを流れる蒸気の流量を調節する主蒸気調節弁８７が設けられている。第一主蒸気ライン８４と第二主蒸気ライン８６とは、受熱器バイパスライン９８で接続されている。この受熱器バイパスライン９８には、受熱器バイパス弁９８ｖが設けられている。

復水器４０は、蒸気タービン２５から排気された蒸気を水に戻す。この復水器４０は、空冷式復水器である。この復水器４０は、放熱部４１と、貯水部４４とを有する。放熱部４１は、フィン付き伝熱管４２と、ファン４３と、を有する。フィン付き伝熱管４２は、蒸気タービン２５の排気ケーシング２８に接続されている。第二主蒸気ライン８６と、蒸気タービン２５の排気ケーシング２８又はフィン付き伝熱管４２とは、蒸気タービンバイパスライン９９で接続されている。この蒸気タービンバイパスライン９９には、蒸気タービンバイパス弁９９ｖが設けられている。

復水器４０の貯水部４４と排熱回収ボイラ３０の節炭器３２とは、給水ライン８０で接続されている。この給水ライン８０に給水ポンプ４５が設けられている。

発電機２１は、タービン１５及び蒸気タービン２５の駆動で発電する。発電機２１は、鉛直方向に延びる発電機軸線Ａｇを中心として回転する発電機ロータ２２と、この発電機ロータ２２を覆う発電機ケーシング２３と、を有する。発電機ロータ２２は、蒸気タービンロータ２６と直結されている。

複数のロータ１９,２２,２６のうち、少なくとも一のロータは、この一のロータのスラスト方向（鉛直方向）の移動を許容しつつ、この一のロータのラジアル方向の移動を規制するラジアル軸受６３で支持されている。このラジアル軸受６３は、タワー６４に設けられている。

クラッチ６０は、ガスタービンロータ１９と蒸気タービンロータ２６との間に配置され、両ロータ１９,２６を機械的に接続する。このクラッチ６０は、ガスタービンロータ１９と蒸気タービンロータ２６との間で動力伝達可能な伝達状態と、ガスタービンロータ１９と蒸気タービンロータ２６との間で動力伝達が行われない非伝達状態とに、ガスタービンロータ１９と蒸気タービンロータ２６との間の接続状態を切り替える。

前述したように、発電機ロータ２２は蒸気タービンロータ２６と直結されている。よって、このクラッチ６０は、ガスタービンロータ１９と発電機ロータ２２との間で、動力伝達可能な伝達状態と動力伝達が行われない非伝達状態とに、ガスタービンロータ１９と発電機ロータ２２との接続状態を切り替えるクラッチである、とも言える。

ヘリオスタット７５は、太陽光Ｒを反射する反射鏡７６と、反射鏡７６を支持する支持脚７７と、反射鏡７６を目的の方向に向ける鏡駆動機７８と、を有している。複数のヘリオスタット７５は、タワー６４の周りに設置されている。

タワー６４は、圧縮機１１、媒体加熱用受熱器４６ａ、タービン１５、排熱回収ボイラ３０、蒸気過熱用受熱器４６ｂ、蒸気タービン２５、クラッチ６０、及び発電機２１を支持する。タワー６４は、鉛直方向に延びる複数の柱６５と、複数の柱６５を相互に接続する梁６６と、を有する。柱６５及び梁６６は、例えば、鋼材で形成されている。

本実施形態では、圧縮機１１、タービン１５、排熱回収ボイラ３０、蒸気タービン２５、発電機２１、復水器４０の貯水部４４は、それぞれ配列機器を成す。複数の配列機器は、鉛直方向に並んでいる。具体的に、本実施形態では、上から下に向って、排熱回収ボイラ３０、タービン１５、圧縮機１１、蒸気タービン２５、発電機２１、復水器４０の貯水部４４の順で並んでいる。これらの複数の配列機器は、いずれも、タワー６４を構成する複数の柱６５で囲まれた領域内に配置されている。すなわち、配列機器は、タワー６４内で、鉛直方向に並んでいる機器である。なお、配列機器は、その一部がタワー６４からはみだしてもよい。

本実施形態の太陽熱発電設備は、さらに、複数の吊り下げワイヤ７０と、複数のワイヤ支持機７１と、複数の巻き取り機７２と、を備える。吊り下げワイヤ７０は、第一端７０ａと第二端７０ｂとを有する。吊り下げワイヤ７０の第一端７０ａは、タービンケーシング１７に接続されている。ワイヤ支持機７１は、支持ローラ７１ａと、この支持ローラ７１ａを回転可能に支持するローラ支持機７１ｂと、を有する。ローラ支持機７１ｂは、柱６５の頂部に設けられている。巻き取り機７２は、巻き取りドラム７２ａと、この巻き取りドラム７２ａを回転可能に維持するドラム支持機７２ｂと、を有する。吊り下げワイヤ７０の第二端７０ｂは、巻き取りドラム７２ａに接続されている。支持ローラ７１ａは、吊り下げワイヤ７０の第一端７０ａと第二端７０ｂとの間を支持する。吊り下げワイヤ７０の第二端７０ｂ側は、巻き取りドラム７２ａに巻き付いている。この巻き取りドラム７２ａに対する吊り下げワイヤ７０の巻き付き量を変えることにより、ワイヤ支持機７１から吊り下げワイヤ７０の第一端７０ａまでの距離を変えることができる。つまり、本実施形態では、吊り下げワイヤ７０の巻き付き量を変えることで、タービンケーシング１７の鉛直方向の位置を変えることができる。

タービン１５の排気口は、上向き開口している。このタービン１５のタービンケーシング１７には、排熱回収ボイラ３０が機械的に接続されている。また、タービンロータ１６には、圧縮機ロータ１２、蒸気タービンロータ２６及び発電機ロータ２２が機械的に接続されている。このため、タービン１５、排熱回収ボイラ３０、圧縮機１１、蒸気タービン２５、及び発電機２１は、吊り下げワイヤ７０により、ワイヤ支持機７１から吊り下げられている。従って、タービン１５、排熱回収ボイラ３０、圧縮機１１、蒸気タービン２５、及び発電機２１は、吊り下げワイヤ７０及びワイヤ支持機７１を介して、タワー６４に支持されている。復水器４０は、タワー６４の設置面に設置されている。

媒体加熱用受熱器４６ａは、鉛直方向で圧縮機１１が配置されている領域からタービン１５が配置されている領域までの範囲内に配置されている。また、蒸気過熱用受熱器４６ｂは、鉛直方向で排熱回収ボイラ３０が配置されている領域から蒸気タービン２５が配置されている領域までの範囲内に配置されている。媒体加熱用受熱器４６ａの受熱器ケーシング４８ａ及び蒸気過熱用受熱器４６ｂの受熱器ケーシング４８ｂは、タワー６４に固定されているブラケット４９から吊り下げられている。

次に、以上で説明した太陽熱発電設備の動作について説明する。

圧縮機１１は、空気（作動媒体）を吸い込み、この空気を圧縮して圧縮空気（圧縮媒体）を生成する。この圧縮空気は、媒体加熱用受熱器４６ａの伝熱管４７ａに流入する。複数のヘリオスタット７５のうちのいずれかのヘリオスタット７５の鏡駆動機７８は、反射鏡７６で反射した太陽光Ｒが媒体加熱用受熱器４６ａに向うよう、反射鏡７６の向きを調節する。この結果、ヘリオスタット７５の反射鏡７６で反射された太陽光Ｒは、媒体加熱用受熱器４６ａの受熱器ケーシング４８ａにおける開口を介して、媒体加熱用受熱器４６ａの伝熱管４７ａに照射される。伝熱管４７ａ内を流れる圧縮空気は、伝熱管４７ａが受けた太陽光Ｒの熱により加熱される。

媒体加熱用受熱器４６ａで加熱された圧縮空気は、加熱空気ライン８３を経て、タービンケーシング１７内に流入する。タービンロータ１６は、この圧縮空気により回転する。圧縮機ロータ１２は、タービンロータ１６に直結されているため、このタービンロータ１６の回転と一体回転する。

タービンケーシング１７から排気された高温の空気は、排気空気（排気媒体）として排熱回収ボイラ３０のボイラケーシング３１内に流入する。また、排熱回収ボイラ３０の節炭器３２には、給水ライン８０から水が供給される。節炭器３２では、排気空気と水とが熱交換され、水が加熱される。節炭器３２で加熱された水は、排熱回収ボイラ３０の蒸発器３３に流入する。蒸発器３３では、節炭器３２からの水と排気空気とが熱交換され、水が加熱されて蒸気になる。この蒸気は、排熱回収ボイラ３０の過熱器３４に流入する。過熱器３４では、この蒸気と排気空気とが熱交換され、蒸気が過熱される。

蒸気過熱用受熱器４６ｂの伝熱管４７ｂには、第一主蒸気ライン８４を介して、排熱回収ボイラ３０からの蒸気が流入する。複数のヘリオスタット７５のうちのいずれかのヘリオスタット７５の鏡駆動機７８は、反射鏡７６で反射した太陽光Ｒが蒸気過熱用受熱器４６ｂに向うよう、反射鏡７６の向きを調節する。この結果、ヘリオスタット７５の反射鏡７６で反射された太陽光Ｒは、蒸気過熱用受熱器４６ｂの受熱器ケーシング４８ｂにおける開口を介して、蒸気過熱用受熱器４６ｂの伝熱管４７ｂに照射される。伝熱管４７ｂ内を流れる蒸気は、伝熱管４７ｂが受けた太陽光Ｒの熱により過熱される。

蒸気過熱用受熱器４６ｂで過熱された蒸気は、第二主蒸気ライン８６を経て、蒸気タービンケーシング２７内に流入する。蒸気タービンロータ２６は、この蒸気により回転する。

タービンロータ１６が回転し始め、排熱回収ボイラ３０のボイラケーシング３１内に高温の排気空気が流れ始めてから、蒸気タービン２５の駆動に必要な流量の蒸気が発生するまでに、一定の時間を要する。このため、ガスタービン１０の起動時、クラッチ６０は、非伝達状態になり、ガスタービンロータ１９と蒸気タービンロータ２６及び発電機ロータ２２との間で動力伝達が行われない。つまり、ガスタービン１０の起動時、ガスタービンロータ１９と蒸気タービンロータ２６と発電機ロータ２２とのうち、ガスタービンロータ１９のみが単独で回転する。排熱回収ボイラ３０で、蒸気タービン２５の駆動に必要な流量の蒸気が発生し始めると、第二主蒸気ライン８６に設けられている主蒸気調節弁８７が開き、排熱回収ボイラ３０からの蒸気が蒸気タービンケーシング２７に流入する。さらに、排熱回収ボイラ３０で、蒸気タービン２５の駆動に必要な流量の蒸気が発生し始めると、クラッチ６０が伝達状態になり、ガスタービンロータ１９と蒸気タービンロータ２６及び発電機ロータ２２との間で動力伝達が行われる。つまり、ガスタービンロータ１９と蒸気タービンロータ２６と発電機ロータ２２とが一体回転する。この結果、発電機２１で発電が開始される。

以上のように、本実施形態の太陽熱発電設備は、クラッチ６０を備えているため、ガスタービン１０の起動時等において、ガスタービン１０を単独で運転することができる。

蒸気タービン２５から排気された蒸気は、復水器４０のフィン付き伝熱管４２内に、蒸気タービン２５からの蒸気が流入する。ファン４３は、フィン付き伝熱管４２の外部からこのフィン付き伝熱管４２に冷却用空気を送る。蒸気タービン２５からの蒸気は、フィン付き伝熱管４２内を流れる過程で、冷却用空気と熱交換されて、冷却され水になる。この水は、貯水部４４に溜まる。貯水部４４に溜まった水は、給水ポンプ４５により昇圧されて、給水ライン８０を介して、排熱回収ボイラ３０の節炭器３２に送られる。

本実施形態では、太陽熱発電設備を構成する複数の配列機器が、タワー６４を構成する複数の柱６５で囲まれた領域内に、鉛直方向に並んで配置されている。このため、本実施形態では、タワー６４の二次元的な広がりを小さくすることができ、タワー６４の占有面積を小さくすることができる。さらに、本実施形態では、太陽熱発電設備を構成する複数の機器をタワー６４の最上段に配置する場合よりも、タワー６４を構成する構造材に求められる強度を低くすることができる。しかも、本実施形態では、太陽熱発電設備を構成する複数の機器のうちで、運転時に最重量物となる復水器４０の貯水部４４を、複数の配列機器のうちで最も低い位置に配置し、この貯水部４４をタワー６４の設置面に設置している。このため、本実施形態では、タワー６４を構成する構造材に求められる強度をより低くすることができる。よって、本実施形態では、タワー６４の設備コストを抑えることができる。

本実施形態では、媒体加熱用受熱器４６ａが、鉛直方向で圧縮機１１が配置されている領域からタービン１５が配置されている領域までの範囲内に配置されている。このため、本実施形態では、媒体加熱用受熱器４６ａとタービン１５とを接続する加熱空気ライン８３の長さを短くすることができ、加熱空気ライン８３からの熱放出を抑えることができる。また、本実施形態では、蒸気過熱用受熱器４６ｂが、鉛直方向で排熱回収ボイラ３０が配置されている領域から蒸気タービン２５が配置されている領域までの範囲内に配置されている。このため、本実施形態では、排熱回収ボイラ３０の過熱器３４と蒸気過熱用受熱器４６ｂとを接続する第一主蒸気ライン８４の長さ、及び蒸気過熱用受熱器４６ｂと蒸気タービン２５とを接続する第二主蒸気ライン８６の長さを短くすることができ、これらのラインからの熱放出を抑えることができる。

また、本実施形態では、タービン１５、排熱回収ボイラ３０、圧縮機１１、蒸気タービン２５、及び発電機２１が、吊り下げワイヤ７０により、ワイヤ支持機７１から吊り下げられている。このため、これらの機器を点検又は修理する際、巻き取りドラム７２ａに巻き付いている吊り下げワイヤ７０の巻き付き量を徐々に少なくして、各機器を下方に下げて、順次、機器を外すことで、比較的容易に各機器を点検又は修理することができる。

「第二実施形態」
図２を参照して、太陽熱発電設備の第二実施形態について説明する。

本実施形態の太陽熱発電設備は、図２に示すように、第一実施形態の太陽熱発電設備と同様、圧縮機１１と、媒体加熱用受熱器４６ａと、タービン１５と、排熱回収ボイラ３０ａと、蒸気過熱用受熱器４６ｂと、蒸気タービン２５と、復水器４０と、給水ポンプ４５と、発電機２１と、太陽光Ｒを目的の方向に反射する複数のヘリオスタット７５と、タワー６４と、を備える。本実施形態の太陽熱発電設備は、さらに、第一クラッチ６１と、第二クラッチ６２と、給水予熱用受熱器４６ｃと、高温蓄熱器５０ａと、低温蓄熱器５０ｂと、を備える。

本実施形態の圧縮機１１、媒体加熱用受熱器４６ａ、タービン１５、蒸気過熱用受熱器４６ｂ、蒸気タービン２５、復水器４０、給水ポンプ４５、発電機２１、ヘリオスタット７５は、第一実施形態の圧縮機１１、媒体加熱用受熱器４６ａ、タービン１５、蒸気過熱用受熱器４６ｂ、蒸気タービン２５、復水器４０、給水ポンプ４５、発電機２１、ヘリオスタット７５と同一構成である。

本実施形態の排熱回収ボイラ３０ａは、第一実施形態の排熱回収ボイラ３０と同様、ボイラケーシング３１と節炭器３２と蒸発器３３と過熱器３４とを有する。本実施形態の排熱回収ボイラ３０ａは、さらに、媒体予熱器３５を有する。媒体予熱器３５は、圧縮空気ライン８２中に設けられ、且つボイラケーシング３１内に配置されている。

給水予熱用受熱器４６ｃは、ヘリオスタット７５からの太陽光Ｒを受けて給水ライン８０を流れる水を加熱する。この給水予熱用受熱器４６ｃは、伝熱管４７ｃと、この伝熱管４７ｃを覆う受熱器ケーシング４８ｃと、を有する。受熱器ケーシング４８ｃの下方は開口している。伝熱管４７ｃは、給水ライン８０中に設けられている。

高温蓄熱器５０ａは、蒸気が内部を流れる蒸気伝熱管５１ａと、蓄熱体５２及び蒸気伝熱管５１ａを覆う高温蓄熱ケーシング５３ａと、を有する。

本実施形態の蓄熱体５２は、例えば、硝酸ナトリウム、亜硝酸ナトリウム、硝酸カリウムの混合物から成る溶融塩である。この溶融塩の融点は、１３０〜１７０℃程度ある。この溶融塩の融点は、本実施形態の太陽熱発電設備内を流れる蒸気の温度よりも低い温度である。このため、本実施形態の蓄熱体５２は、蒸気等との熱交換により加熱されると、流動性を示すようになる。なお、蓄熱体５２は、上記溶融塩に限定されず、例えば、１５０℃程度以上で流動性を示す物であれば、基本的に如何なるものでもよい。

高温蓄熱器５０ａの蒸気伝熱管５１ａは、第二主蒸気ライン８６から分岐している高温蒸気ライン９２ａに接続されている。高温蒸気ライン９２ａには、この高温蒸気ライン９２ａを流れる蒸気の流量を調節する高温蒸気調節弁９３が設けられている。また、第二主蒸気ライン８６で、高温蒸気ライン９２ａの分岐位置よりも蒸気流れの下流側で且つ第一主蒸気調節弁８７よりも蒸気流れの上流側の位置には、この第二主蒸気ライン８６を流れる蒸気の流量を調節する第二主蒸気調節弁８５が設けられている。また、高温蓄熱器５０ａの蒸気伝熱管５１ａは、高温蒸気排気ライン９４ａにも接続されている。この高温蒸気排気ライン９４ａは、復水器４０のフィン付き伝熱管４２又は蒸気タービン２５の排気ケーシング２８に接続されている。また、本実施形態でも、第一主蒸気ライン８４と第二主蒸気ライン８６とは、受熱器バイパスライン９８で接続されている。この受熱器バイパスライン９８には、受熱器バイパス弁９８ｖが設けられている。なお、ここでは、受熱器バイパスライン９８の第一端を第一主蒸気ライン８４に接続し、受熱器バイパスライン９８の第二端を第二主蒸気ライン８６に接続している。しかしながら、受熱器バイパスライン９８の第一端を第一主蒸気ライン８４に接続し、受熱器バイパスライン９８の第二端を高温蒸気ライン９２ａに接続してもよい。

低温蓄熱器５０ｂは、蒸気が内部を流れる蒸気伝熱管５１ｂと、蓄熱体５２及び蒸気伝熱管５１ｂを覆う低温蓄熱ケーシング５３ｂと、を有する。蒸気伝熱管５１ｂは、復水器４０のフィン付き伝熱管４２又は蒸気タービン２５の排気ケーシング２８から分岐している低温蒸気ライン９２ｂに接続されている。低温蒸気ライン９２ｂには、この低温蒸気ライン９２ｂを流れる蒸気の流量を調節する低温蒸気調節弁９３ｂが設けられている。蒸気伝熱管５１ｂは、低温蒸気排気ライン９４ｂにも接続されている。この低温蒸気排気ライン９４ｂは、復水器４０のフィン付き伝熱管４２又は貯水部４４に接続されている。

蒸気発生器５５は、蓄熱体５２が内部を流れる蓄熱体伝熱管５６と、水を滞留させ且つ蓄熱体伝熱管５６を覆う蒸気発生ケーシング５７と、を有する。蓄熱体伝熱管５６は、高温蓄熱体供給ライン９５に接続されている。高温蓄熱体供給ライン９５は、高温蓄熱ケーシング５３ａに接続されている。この高温蓄熱体供給ライン９５には、高温蓄熱ケーシング５３ａからの蓄熱体５２を昇圧する高温蓄熱体ポンプ５４ａが設けられている。蒸気発生ケーシング５７は、給水ライン８０から分岐している補助給水ライン８８に接続されている。補助給水ライン８８には、この補助給水ライン８８を流れる水の流量を調節する補助給水調節弁８９が設けられている。また、給水ライン８０中で、補助給水ライン８８の分岐位置よりも給水流れの下流側で給水予熱用受熱器４６ｃよりも給水流れの下流側の位置には、この給水ライン８０を流れる水の流量を調節する給水調節弁８１が設けられている。蒸気発生ケーシング５７には、補助蒸気ライン９１が接続されている。この補助蒸気ライン９１は、第二主蒸気ライン８６中で、第二主蒸気調節弁８５よりも蒸気流れの下流側で且つ第一主蒸気調節弁８７よりも蒸気流れの上流側の位置に接続されている。

蒸気発生器５５の蓄熱体伝熱管５６は、高温蓄熱体排出ライン９６に接続されている。この高温蓄熱体排出ライン９６は、低温蓄熱ケーシング５３ｂに接続されている。低温蓄熱ケーシング５３ｂには、低温蓄熱体供給ライン９７が接続されている。低温蓄熱体供給ライン９７は、高温蓄熱ケーシング５３ａに接続されている。この低温蓄熱体供給ライン９７には、低温蓄熱ケーシング５３ｂからの蓄熱体５２を昇圧する低温蓄熱体ポンプ５４ｂが設けられている。

本実施形態でも、圧縮機１１、タービン１５、排熱回収ボイラ３０ａ、蒸気タービン２５、発電機２１、復水器４０の貯水部４４が、それぞれ配列機器を成す。本実施形態では、さらに、高温蓄熱器５０ａ及び低温蓄熱器５０ｂも、配列機器を成す。複数の配列機器は、鉛直方向に並んでいる。具体的に、本実施形態では、上から下に向って、高温蓄熱器５０ａ、排熱回収ボイラ３０ａ、タービン１５、圧縮機１１、発電機２１、蒸気タービン２５、低温蓄熱器５０ｂ、復水器４０の貯水部４４の順で並んでいる。これらの複数の配列機器は、いずれも、タワー６４を構成する複数の柱６５で囲まれた領域内に配置されている。なお、配列機器は、この領域から部分的にはみだしてもよい。

本実施形態では、高温蓄熱器５０ａ、排熱回収ボイラ３０ａ、タービン１５、圧縮機１１、発電機２１、及び蒸気タービン２５が、吊り下げワイヤ７０により、ワイヤ支持機７１から吊り下げられている。従って、高温蓄熱器５０ａ、排熱回収ボイラ３０ａ、タービン１５、圧縮機１１、発電機２１、及び蒸気タービン２５は、吊り下げワイヤ７０及びワイヤ支持機７１を介して、タワー６４に支持されている。復水器４０は、第一実施形態と同様にタワー６４の設置面に設置されている。また、低温蓄熱器５０ｂは、復水器４０の貯水部４４に支持されている。また、蒸気発生器５５は、本実施形態では、タワー６４の外部に配置された図示されていない台により支持されている。なお、蒸気発生器５５は、タワー６４に支持されてもよい。

第一クラッチ６１は、ガスタービンロータ１９と発電機ロータ２２との間に配置され、両ロータ１９，２２を機械的に接続する。この第一クラッチ６１は、ガスタービンロータ１９と発電機ロータ２２との間で、動力伝達可能な伝達状態と動力伝達が行われない非伝達状態とに、ガスタービンロータ１９と発電機ロータ２２との間の接続状態を切り替える。

第二クラッチ６２は、蒸気タービンロータ２６と発電機ロータ２２との間に配置され、両ロータ２６,２２を機械的に接続する。この第二クラッチ６２は、蒸気タービンロータ２６と発電機ロータ２２との間で、動力伝達可能な伝達状態と動力伝達が行われない非伝達状態とに、蒸気タービンロータ２６と発電機ロータ２２との間の接続状態を切り替える。

媒体加熱用受熱器４６ａは、本実施形態では、鉛直方向で圧縮機１１が配置されている領域から排熱回収ボイラ３０ａの媒体予熱器３５が配置されている領域までの範囲内に配置されている。なお、媒体加熱用受熱器４６ａは、鉛直方向で圧縮機１１が配置されている領域からタービン１５が配置されている領域までの範囲内に配置されていることが好ましい。また、蒸気過熱用受熱器４６ｂは、鉛直方向で排熱回収ボイラ３０ａが配置されている領域から蒸気タービン２５が配置されている領域までの範囲内に配置されている。また、給水予熱用受熱器４６ｃは、鉛直方向で復水器４０の貯水部４４が配置されている領域から排熱回収ボイラ３０ａが配置されている領域までの範囲内に配置されている。媒体加熱用受熱器４６ａの受熱器ケーシング４８ａ、蒸気過熱用受熱器４６ｂの受熱器ケーシング４８ｂ及び給水予熱用受熱器４６ｃの受熱器ケーシング４８ｃは、タワー６４に固定されているブラケット４９から吊り下げられている。

次に、以上で説明した本実施形態の太陽熱発電設備の動作について説明する。

本実施形態の圧縮機１１も、第一実施形態の圧縮機１１と同様、空気（作動媒体）を吸い込み、この空気を圧縮して圧縮空気（圧縮媒体）を生成する。この圧縮空気は、圧縮空気ライン８２を介して、排熱回収ボイラ３０ａの媒体予熱器３５内に流入する。媒体予熱器３５は、タービン１５からの排気空気と圧縮空気とを熱交換させ、圧縮空気を加熱する。媒体予熱器３５で予熱された圧縮空気は、媒体加熱用受熱器４６ａの伝熱管４７ａ内に流入し、ヘリオスタット７５からの太陽光Ｒの熱より加熱される。

媒体加熱用受熱器４６ａで加熱された圧縮空気は、加熱空気ライン８３を経て、タービンケーシング１７内に流入する。タービンロータ１６は、この圧縮空気により回転する。圧縮機ロータ１２は、タービンロータ１６に直結されているため、このタービンロータ１６と一体回転する。

タービンケーシング１７から排気された高温の空気は、排気空気として排熱回収ボイラ３０ａのボイラケーシング３１内に流入する。また、排熱回収ボイラ３０ａでは、第一実施形態と同様に、復水器４０から給水ライン８０を介して供給された水が加熱されて蒸気になる。但し、本実施形態では、水が給水ライン８０を流れる過程で、給水予熱用受熱器４６ｃに水が流入し、ここで水が加熱される。この蒸気は、第一主蒸気ライン８４を介して、蒸気過熱用受熱器４６ｂの伝熱管４７ｂ内に流入する。この伝熱管４７ｂ内の蒸気は、ヘリオスタット７５からの太陽光Ｒの熱により過熱される。

蒸気過熱用受熱器４６ｂで過熱された蒸気は、第二主蒸気ライン８６を経て、蒸気タービンケーシング２７内に流入する。蒸気タービンロータ２６は、この蒸気により回転する。

本実施形態では、ガスタービン１０の起動時、第一クラッチ６１が伝達状態になっており、ガスタービンロータ１９と発電機ロータ２２との間で動力伝達が行われる。一方、ガスタービン１０の起動時、第二クラッチ６２が非伝達状態になっており、蒸気タービンロータ２６と発電機ロータ２２との間で動力伝達が行われない。よって、ガスタービン１０の起動当初、発電機２１は、ガスタービンロータ１９の回転のみで発電する。排熱回収ボイラ３０ａで、蒸気タービン２５の駆動に必要な流量の蒸気が発生し始めると、第二主蒸気ライン８６に設けられている第一主蒸気調節弁８７が開き、排熱回収ボイラ３０ａからの蒸気が蒸気タービンケーシング２７に流れる。さらに、排熱回収ボイラ３０ａで、蒸気タービン２５の駆動に必要な流量の蒸気が発生し始めると、第二クラッチ６２が伝達状態になり、蒸気タービンロータ２６及び発電機ロータ２２との間で動力伝達が行われる。つまり、ガスタービンロータ１９と蒸気タービンロータ２６と発電機ロータ２２とが一体回転する。この結果、発電機２１は、ガスタービンロータ１９及び蒸気タービンロータ２６の回転で発電する。

蒸気タービン２５から排気された蒸気（排気蒸気）の一部は、第一実施形態と同様に、復水器４０に送られ、この復水器４０で水になる。また、蒸気タービン２５から排気された蒸気の他の一部は、低温蒸気ライン９２ｂを介して、低温蓄熱器５０ｂの蒸気伝熱管５１ｂに流入する。

なお、太陽熱発電設備が以上の状態の際、高温蒸気ライン９２ａに設けられている高温蒸気調節弁９３及び補助給水ライン８８に設けられている補助給水調節弁８９は全閉状態である。また、第二主蒸気ライン８６に設けられている第二主蒸気調節弁８５は全開状態である。さらに、給水ライン８０に設けられている給水調節弁８１は全開状態である。

排熱回収ボイラ３０ａから蒸気タービン２５の駆動に十分な蒸気を蒸気タービン２５に送っても、蒸気が余る場合には、高温蒸気ライン９２ａに設けられている高温蒸気調節弁９３を開状態にする。この結果、排熱回収ボイラ３０ａからの蒸気のうちで、蒸気タービン２５の駆動に十分な蒸気を除く余剰蒸気が高温蒸気ライン９２ａを介して、高温蓄熱器５０ａの蒸気伝熱管５１ａに流入する。蒸気伝熱管５１ａは、この蒸気伝熱管５１ａ内の蒸気と蒸気伝熱管５１ａ外の蓄熱体５２とを熱交換させ、高温蓄熱ケーシング５３ａ内の蓄熱体５２を加熱する。この結果、蓄熱体５２には余剰蒸気の熱が蓄えられる。蒸気伝熱管５１ａ内の余剰蒸気は、高温蒸気排気ライン９４ａを介して、復水器４０のフィン付き伝熱管４２又は蒸気タービン２５の排気ケーシング２８に流入する。フィン付き伝熱管４２又は蒸気タービン２５の排気ケーシング２８に流入した余剰蒸気は、フィン付き伝熱管４２を通る過程で冷却されて水になってから、貯水部４４に流入する。

高温蓄熱ケーシング５３ａ内の蓄熱体５２が加熱され始めると、必要に応じて、この蓄熱体５２は、高温蓄熱体供給ライン９５、蒸気発生器５５、及び高温蓄熱体排出ライン９６を介して、低温蓄熱ケーシング５３ｂ内に送られる。また、低温蓄熱ケーシング５３ｂ内の蒸気伝熱管５１ｂには、蒸気タービン２５から排気された蒸気が流入する。蒸気伝熱管５１ｂ内の蒸気は、低温蓄熱ケーシング５３ｂ内の蓄熱体５２と熱交換し、蓄熱体５２を加熱する。この蒸気は、低温蒸気排気ライン９４ｂを介して、復水器４０の貯水部４４内に流入する。低温蓄熱ケーシング５３ｂ内の蓄熱体５２は、低温蓄熱体供給ライン９７を介して、低温蓄熱体ポンプ５４ｂにより、高温蓄熱ケーシング５３ａ内に送られる。すなわち、蓄熱体５２は、高温蓄熱ケーシング５３ａ内と低温蓄熱ケーシング５３ｂ内との間で循環する。

ガスタービン１０の駆動で発電が行われる期間は、太陽が照っている期間のみである。言い換えると、太陽が照っていない期間では、ガスタービン１０の駆動で発電を行うことはできない。

本実施形態では、太陽が照っていない期間でも、発電を行えるようにするため、蓄熱体５２を備える。

太陽が照らなくなると、給水ライン８０に設けられている給水調節弁８１を全閉状態にし、補助給水ライン８８に設けられている補助給水調節弁８９を全開状態にする。さらに、第二主蒸気ライン８６に設けられている第二主蒸気調節弁８５を全閉状態にする。さらに、高温蓄熱体ポンプ５４ａ及び低温蓄熱体ポンプ５４ｂを駆動し、蒸気で加熱された蓄熱体５２を高温蓄熱ケーシング５３ａ内と低温蓄熱ケーシング５３ｂ内との間で循環させる。この結果、蒸気発生器５５の蓄熱体伝熱管５６内には、高温蓄熱ケーシング５３ａ内で加熱された蓄熱体５２が高温蓄熱体供給ライン９５を介して流入する。また、蒸気発生ケーシング５７内には、復水器４０の貯水部４４に貯められた水が給水ライン８０及び補助給水ライン８８を介して流入する。蓄熱体伝熱管５６は、この蓄熱体伝熱管５６内の蓄熱体５２と蓄熱体伝熱管５６外の水とを熱交換させ、水を加熱し、この水を蒸気にする。この蒸気は、補助蒸気ライン９１を介して、蒸気タービンケーシング２７内に供給される。蒸気タービンロータ２６は、この蒸気により回転する。この結果、発電機２１は、蒸気タービン２５の駆動のみで発電する。なお、この蒸気タービン２５のみで発電する際、第一クラッチ６１は非伝達状態になっており、ガスタービンロータ１９と発電機ロータ２２との間で動力伝達は行われない。一方、第二クラッチ６２は伝達状態になっており、蒸気タービンロータ２６と発電機ロータ２２との間で動力伝達が行われる。よって、蒸気タービン２５のみの駆動で発電する際には、ガスタービンロータ１９を回転させる必要がなく、蒸気タービン２５による発電効率を高めることができる。

蒸気発生器５５での蓄熱体５２と水との熱交換により、蓄熱体５２に蓄えられていた熱の量は、次第に少なくなる。このため、蒸気発生器５５から蒸気タービン２５へ蒸気を供給し始めてから所定時間経過すると、蒸気タービン２５の駆動に十分な蒸気を蒸気発生器５５から蒸気タービン２５へ送ることができなくなる。よって、蒸気タービン２５の駆動に十分な蒸気を排熱回収ボイラ３０ａからも蒸気発生器５５からも蒸気タービン２５へ送ることができなくなると、第一主蒸気調節弁８７が閉じ、蒸気タービン２５の駆動は停止する。

太陽が照っている期間、ガスタービン１０及び蒸気タービン２５が駆動する。しかしながら、太陽が照っている期間、発電機２１での発電量に対する外部からの要求が少ない場合がある。この場合、本実施形態では、蒸気タービン２５を駆動させず、ガスタービン１０のみを駆動させて、このガスタービン１０のみの駆動で発電する。

この場合、給水調節弁８１及び補助給水調節弁８９を全閉状態にして、排熱回収ボイラ３０ａや蒸気発生器５５に水が供給されないようにする。さらに、第一クラッチ６１を伝達状態にして、ガスタービンロータ１９と発電機ロータ２２との間で動力伝達が行われるようにする。一方、第二クラッチ６２を非伝達状態にして、蒸気タービンロータ２６と発電機ロータ２２との間で動力伝達が行われないようにする。よって、ガスタービン１０のみの駆動で発電する際には、蒸気タービンロータ２６を回転させる必要がなく、ガスタービン１０による発電効率を高めることができる。

なお、ガスタービン１０の駆動のみで発電する場合、給水調節弁８１を開けて、排熱回収ボイラ３０ａに水が供給されるようにしてもよい。この場合、第二主蒸気調節弁８５を全閉状態にして、高温蒸気調節弁９３を全開状態にする。排熱回収ボイラ３０ａに供給された水は、この排熱回収ボイラ３０ａでタービン１５から排気された排気空気により加熱されて蒸気になる。この蒸気は、高温蒸気ライン９２ａを介して、高温蓄熱器５０ａの蒸気伝熱管５１ａに流入する。蒸気伝熱管５１ａは、この蒸気伝熱管５１ａ内の蒸気と蒸気伝熱管５１ａ外の蓄熱体５２とを熱交換させ、高温蓄熱ケーシング５３ａ内の蓄熱体５２を加熱する。この結果、蓄熱体５２には蒸気の熱が蓄えられる。また、高温蓄熱器５０ａの蒸気伝熱管５１ａ内の蒸気は、高温蒸気排気ライン９４ａ、フィン付き伝熱管４２又は排気ケーシング２８、及び低温蒸気ライン９２ｂを介して、低温蓄熱器５０ｂの蒸気伝熱管５１ｂに流入する。蒸気伝熱管５１ｂは、この蒸気伝熱管５１ｂ内の蒸気と蒸気伝熱管５１ｂ外の蓄熱体５２とを熱交換させ、低温蓄熱ケーシング５３ｂ内の蓄熱体５２を加熱する。この結果、蓄熱体５２にも蒸気の熱が蓄えられる。すなわち、ガスタービン１０の駆動のみで発電する場合も、蓄熱体５２に対する蓄熱動作を実行してもよい。

以上のように、本実施形態では、太陽が照っていない期間でも、発電を行える。さらに、本実施形態では、ガスタービン１０のみ駆動でも、蒸気タービン２５のみの駆動でも、ガスタービン１０及び蒸気タービン２５の両者の駆動でも、発電することが可能である。よって、本実施形態では、外部からの発電量の要求が大きく変化した場合でも、この発電量の要求に対応することができる。

また、本実施形態でも、第一実施形態と同様に、太陽熱発電設備を構成する複数の配列機器が、タワー６４を構成する複数の柱６５で囲まれた領域内で、鉛直方向に並んで配置されている。このため、本実施形態でも、タワー６４の占有面積を小さくすることができると共に、タワー６４を構成する構造材に求められる強度を低くすることができ、タワー６４の設備コストを抑えることができる。

なお、本実施形態で、給水ライン８０の一部を低温蓄熱ケーシング５３ｂと高温蓄熱ケーシング５３ａとのうち、少なくとも一方の蓄熱ケーシングに通してもよい。この場合、給水ライン８０の一部を蓄熱ケーシングに通して、この蓄熱ケーシング内の蓄熱体５２と接触させることで、給水ライン８０を通る水を蓄熱体５２の熱で予熱することができる。

また、本実施形態では、複数の配列機器が、上から下に向って、高温蓄熱器５０ａ、排熱回収ボイラ３０ａ、タービン１５、圧縮機１１、発電機２１、蒸気タービン２５、低温蓄熱器５０ｂ、復水器４０の貯水部４４の順で並んでいる。しかしながら、複数の配列機器の並び順は以上の通りでなくてもよい。

具体的には、複数の配列機器は、例えば、上から下に向って、以下の（１）〜（７）のいずれかの順で並んでいてもよい。
（１）高温蓄熱器５０ａ→蒸気タービン２５→発電機２１→排熱回収ボイラ３０ａ→タービン１５→圧縮機１１→低温蓄熱器５０ｂ→貯水部４４
（２）排熱回収ボイラ３０ａ→タービン１５→圧縮機１１→蒸気タービン２５→発電機２１→高温蓄熱器５０ａ→低温蓄熱器５０ｂ→貯水部４４
（３）排熱回収ボイラ３０ａ→タービン１５→圧縮機１１→高温蓄熱器５０ａ→低温蓄熱器５０ｂ→発電機２１→蒸気タービン２５→貯水部４４
（４）圧縮機１１→タービン１５→排熱回収ボイラ３０ａ→発電機２１→高温蓄熱器５０ａ→低温蓄熱器５０ｂ→蒸気タービン２５→貯水部４４
（５）高温蓄熱器５０ａ→低温蓄熱器５０ｂ→発電機２１→排熱回収ボイラ３０ａ→タービン１５→圧縮機１１→蒸気タービン２５→貯水部４４
（６）排熱回収ボイラ３０ａ→タービン１５→圧縮機１１→発電機２１→蒸気タービン２５→高温蓄熱器５０ａ→低温蓄熱器５０ｂ→貯水部４４
（７）高温蓄熱器５０ａ→低温蓄熱器５０ｂ→排熱回収ボイラ３０ａ→タービン１５→圧縮機１１→発電機２１→蒸気タービン２５→貯水部４４

本実施形態における複数の配列機器の配列順、及び、以上で例示した複数の配列機器の配列順で共通する点は、貯水部４４が複数の配列機器のうちで最も下方に配置されている点である。これは、第一実施形態の説明で説明したように、太陽熱発電設備を構成する複数の機器のうちで、復水器４０の貯水部４４が運転時に最重量物となるからである。

以上のように、復水器４０の貯水部４４を最も下方に配置することが好ましい関係上、基本的に、復水器４０に蒸気を排出する蒸気タービン２５をガスタービン１０より復水器４０に近い側、つまりガスタービン１０より下方に配置することが好ましい。

ガスタービン１０からの排気空気で蒸気を発生させる排熱回収ボイラ３０ａは、ガスタービン１０を構成する圧縮機１１やタービン１５よりも軽い。このため、ガスタービン１０を構成する圧縮機１１やタービン１５よりも排熱回収ボイラ３０ａを上に配置することが好ましい。さらに、ガスタービン１０のうちで排気空気を排熱回収ボイラ３０ａに送るのは、タービン１５である。このタービン１５から排気される排気空気（排気媒体）は、高温であるため自然対流により上昇する。よって、圧縮機１１よりもタービン１５を上に配置し、その上に排熱回収ボイラ３０ａを配置することが好ましい。

また、発電形態の多様性を図るために、第一クラッチ６１及び第二クラッチ６２を設ける場合には、本実施形態の配列順や以上の（１）（３）（４）（６）（７）の例示配列順のように、発電機２１を基準にして、圧縮機１１及びタービン１５を鉛直方向上側と鉛直方向下側とのうちの一方側に配置し、蒸気タービン２５を鉛直方向上側と鉛直方向下側とのうちの他方側に配置することが好ましい。

また、先に説明した第一実施形態や後述する第三及び第四実施形態の太陽熱発電設備での複数の配列機器の配列順を、本実施形態における複数の配列機器の配列順、及び、以上で例示した複数の配列機器の配列順のいずれかにしてもよい。但し、第一実施形態や後述する第三及び第四実施形態の太陽熱発電設備は、高温蓄熱器５０ａ及び低温蓄熱器５０ｂがない。このため、第一実施形態や後述する第三及び第四実施形態の太陽熱発電設備での複数の配列機器の配列順として、本実施形態における複数の配列機器の配列順、及び、以上で例示した複数の配列機器の配列順のいずれかを採用する場合、高温蓄熱器５０ａ及び低温蓄熱器５０ｂを省いた配列順にする。

「第三実施形態」
図３及び図４を参照して、太陽熱発電設備の第三実施形態について説明する。

本実施形態の太陽熱発電設備は、第一実施形態の太陽熱発電設備の変形例である。本実施形態の太陽熱発電設備は、図３に示すように、第一実施形態の太陽熱発電設備と同様、排熱回収ボイラ３０と、タービン１５と、圧縮機１１と、クラッチ６０と、蒸気タービン２５と、発電機２１と、復水器４０と、媒体加熱用受熱器４６ａと、蒸気過熱用受熱器４６ｂと、給水ポンプ４５と、複数のヘリオスタット７５と、タワー６４ａと、を備える。但し、本実施形態のタワー６４ａは、第一実施形態のタワー６４と異なる。

本実施形態のタワー６４ａは、鉛直方向に延びる仮想軸Ａｖを中心として円筒状を成している。このタワー６４ａは、図４に示すように、例えばコンクリートで形成されている第一構造体６７と、この第一構造体６７の外周を囲む鋼板等で形成されている第二構造体６８と、第二構造体６８の外周の一部を覆う断熱材６９と、を備える。第一構造体６７は、タワー６４ａの形状と同様に、前述の仮想軸Ａｖを中心として円筒状を成している。第二構造体６８は、円筒状の第一構造体６７の内周面及び外周面に接するように配置されている。すなわち、鋼板等の第二構造体６８は、第一構造体６７を形成するコンクリートの枠として機能している。断熱材６９は、少なくとも、外周側の第二構造体６８の外周面に接するよう配置されている。なお、断熱材６９は、さらに、内周側の第二構造体６８の内周面に接するよう配置されてもよい。

コンクリートは、蓄熱性が高い。このため、コンクリートを蓄熱体として用いる。よって、本実施形態のタワー６４ａの第一構造体６７は、蓄熱体で形成されている。

本実施形態でも、第一実施形態と同様、排熱回収ボイラ３０、タービン１５、圧縮機１１、蒸気タービン２５、発電機２１、復水器４０の貯水部４４のそれぞれは、配列機器を成す。これら配列機器は、円筒状のタワー６４ａ内で鉛直方向に並んで配置されている。

排熱回収ボイラ３０の過熱器３４と蒸気過熱用受熱器４６ｂとを接続する第一主蒸気ライン８４の一部、蒸気過熱用受熱器４６ｂと蒸気タービン２５とを接続する第二主蒸気ライン８６の一部、圧縮機１１と媒体加熱用受熱器４６ａとを接続する圧縮空気ライン８２の一部、媒体加熱用受熱器４６ａとタービン１５とを接続する加熱空気ライン８３の一部、給水ライン８０の一部は、いずれも、タワー６４ａの第一構造体６７内を通り、この第一構造体６７に接している。

本実施形態では、第一主蒸気ライン８４を流れる蒸気の温度が蓄熱体である第一構造体６７の温度より高い場合、蒸気の熱が第一構造体６７に蓄えられる。逆に、第一主蒸気ライン８４を流れる蒸気の温度が第一構造体６７の温度より低い場合、第一構造体６７に蓄えられた熱により蒸気が過熱される。同様に、第二主蒸気ライン８６を流れる蒸気の温度が第一構造体６７の温度より高い場合、蒸気の熱が第一構造体６７に蓄えられる。逆に、第二主蒸気ライン８６を流れる蒸気の温度が第一構造体６７の温度より低い場合、第一構造体６７に蓄えられた熱により蒸気が過熱される。このため、天候の変動等で、排熱回収ボイラ３０からの蒸気の温度が変動しても、さらに、蒸気過熱用受熱器４６ｂからの蒸気の温度が変動しても、蒸気と蓄熱体である第一構造体６７との間での熱の流れにより、蒸気タービン２５に供給される蒸気の温度の急激な変動を抑え、予め定められた蒸気条件を保持することができる。このため、本実施形態では、天候の変動等があっても、蒸気タービン２５の出力を安定化させることができる。

本実施形態において、圧縮空気ライン８２を流れる空気の温度が蓄熱体である第一構造体６７の温度より高い場合、空気の熱が第一構造体６７に蓄えられる。逆に、圧縮空気ライン８２を流れる空気の温度が第一構造体６７の温度より低い場合、第一構造体６７に蓄えられた熱により空気が加熱される。また、加熱空気ライン８３を流れる空気の温度は、基本的に第一構造体６７の温度より高い。このため、この加熱空気ライン８３を流れる空気の熱の一部が、第一構造体６７に蓄えられる。以上のように、第一構造体６７に蓄えられた熱は、主として、第一主蒸気ライン８４及び第二主蒸気ライン８６を流れる蒸気の過熱に利用される。本実施形態では、天候の変動等で、媒体加熱用受熱器４６ａからの空気の温度が変動しても、この空気と第一構造体６７との間での熱の流れにより、タービン１５に流入する空気の急激な温度変動を抑えることができる。この結果、本実施形態では、ガスタービン１０の出力を安定化させることができる。

給水ライン８０を流れる水の温度は、蓄熱体である第一構造体６７の温度より低い。このため、給水ライン８０を流れる水は、第一構造体６７に蓄えらえた熱により予熱されてから、排熱回収ボイラ３０内に流入する。このため、本実施形態では、排熱回収ボイラ３０で効率的に蒸気を発生させることができる。

以上のように、本実施形態では、天候の変動等があっても、ガスタービン１０や蒸気タービン２５を安定運転することができる。また、本実施形態では、排熱回収ボイラ３０で効率的に蒸気を発生させることができる。

さらに、本実施形態でも、第一実施形態と同様に、太陽熱発電設備を構成する複数の配列機器が、タワー６４ａ内で、鉛直方向に並んで配置されている。このため、本実施形態でも、タワー６４ａの占有面積を小さくすることができると共に、タワー６４ａを構成する構造材に求められる強度を低くすることができ、タワー６４ａの設備コストを抑えることができる。

「第四実施形態」
図５を参照して、太陽熱発電設備の第四実施形態について説明する。

本実施形態の太陽熱発電設備は、第三実施形態の太陽熱発電設備の変形例である。本実施形態の太陽熱発電設備は、図５に示すように、第三実施形態の太陽熱発電設備に、蒸気発生器５５ａを追加したものである。

本実施形態の蒸気発生器５５ａは、水が流れる第一伝熱管５８ａと、第一伝熱管５８ａからの水が流入する蒸気ドラム５９と、蒸気ドラム５９内で発生した蒸気が流れる第二伝熱管５８ｂと、蓄熱体である第一構造体６７の一部とを有する。第一伝熱管５８ａ及び第二伝熱管５８ｂは、いずれも、第一構造体６７内を通り、この第一構造体６７に接している。

第一伝熱管５８ａは、給水ライン８０から分岐している補助給水ライン８８に接続されている。このため、第一伝熱管５８ａ内には、復水器４０の貯水部４４に貯められた水が給水ライン８０及び補助給水ライン８８を介して流入する。補助給水ライン８８には、この補助給水ライン８８を流れる水の流量を調節する補助給水調節弁８９が設けられている。また、給水ライン８０中で、補助給水ライン８８の分岐位置よりも給水流れの下流側で且つ排熱回収ボイラ３０よりも給水流れの下流側の位置には、この給水ライン８０を流れる水の流量を調節する給水調節弁８１が設けられている。第二伝熱管５８ｂには、補助蒸気ライン９１が接続されている。この補助蒸気ライン９１は、第二主蒸気ライン８６中で、主蒸気調節弁８７よりも蒸気流れの上流側の位置に接続されている。

本実施形態でも、第三実施形態と同様に、排熱回収ボイラ３０の過熱器３４と蒸気過熱用受熱器４６ｂとを接続する第一主蒸気ライン８４の一部、蒸気過熱用受熱器４６ｂと蒸気タービン２５とを接続する第二主蒸気ライン８６の一部、圧縮機１１と媒体加熱用受熱器４６ａとを接続する圧縮空気ライン８２の一部、媒体加熱用受熱器４６ａとタービン１５とを接続する加熱空気ライン８３の一部、給水ライン８０の一部は、いずれも、タワー６４ａの第一構造体６７内を通り、この第一構造体６７に接している。このため、蓄熱体である第一構造体６７は、第一主蒸気ライン８４及び第二主蒸気ライン８６を流れる蒸気により蓄熱される場合がある。また、第一構造体６７は、圧縮空気ライン８２及び加熱空気ライン８３を流れる空気により蓄熱される場合もある。

本実施形態でも、蒸気タービン２５のみの駆動で発電を行うことができる。蒸気タービン２５のみの駆動で発電を行う場合、クラッチ６０を非伝達状態にして、ガスタービンロータ１９と蒸気タービンロータ２６及び発電機ロータ２２との間で動力伝達が行われないようにする。なお、クラッチ６０が非接続状態でも、蒸気タービンロータ２６と発電機ロータ２２とは機械的に直結されているため、蒸気タービンロータ２６の回転で発電機ロータ２２は回転する。蒸気タービン２５のみの駆動で発電を行う場合、さらに、給水調節弁８１を全閉状態にする一方で、補助給水調節弁８９を全開状態にする。

蒸気発生器５５ａの一部を構成する第一伝熱管５８ａには、給水ライン８０及び補助給水ライン８８を介して、復水器４０の貯水部４４からの水が流入する。第一伝熱管５８ａは、第一伝熱管５８ａ内を流れる水と第一伝熱管５８ａ外の蓄熱体である第一構造体６７とを熱交換させ、水を加熱して、この水を蒸気にする。この蒸気は、蒸気発生器５５ａの一部を構成する第二伝熱管５８ｂ内に流入する。第二伝熱管５８ｂは、第二伝熱管５８ｂ内を流れる蒸気と第二伝熱管５８ｂ外の蓄熱体である第一構造体６７とを熱交換させ、蒸気を過熱する。第二伝熱管５８ｂ内で過熱された蒸気は、補助蒸気ライン９１及び第二主蒸気ライン８６を介して、蒸気タービンケーシング２７内に流入する。蒸気タービンロータ２６は、この蒸気により回転する。この結果、発電機２１は、蒸気タービンロータ２６の回転に伴う発電機ロータ２２の回転で発電する。

以上のように、蓄熱体である第一構造体６７を蒸気発生器５５ａの構成要素にしても、第一構造体６７に蓄熱された熱で蒸気を発生させ、この蒸気で蒸気タービン２５を駆動させることができる。

なお、本実施形態でも、第二実施形態のように、蒸気タービン２５から排気された蒸気の熱も蓄熱体である第一構造体６７に蓄熱させてもよい。

また、本実施形態及び第三実施形態のタワー６４ａは、鉛直方向に延びる仮想軸Ａｖを中心として円筒状を成している。しかしながら、タワーは、複数の柱で構成しても、複数の壁で構成してもよい。タワーを複数の柱で構成する場合、各柱を第一構造体６７と第二構造体６８と断熱材６９とで形成する。また、タワーを複数の壁で構成する場合、各壁を第一構造体６７と第二構造体６８と断熱材６９とで形成する。

また、本実施形態でも、第二実施形態の説明で説明したように、発電機２１を基準にして、圧縮機１１及びタービン１５を鉛直方向上側と鉛直方向下側とのちの一方側に配置し、蒸気タービン２５を鉛直方向上側と鉛直方向下側とのうちの他方側に配置してもよい。この場合、ガスタービンロータ１９と発電機ロータ２２との間に第二実施形態で説明した第一クラッチ６１を配置し、発電機ロータ２２と蒸気タービンロータ２６との間に第二実施形態で説明した第二クラッチ６２を配置する。このように、第一クラッチ６１及び第二クラッチ６２を配置することで、本実施形態でも、第二実施形態と同様に、ガスタービン１０のみ駆動でも、蒸気タービン２５のみの駆動でも、ガスタービン１０及び蒸気タービン２５の両者の駆動でも、発電機２１で発電させることが可能になる。

「第五実施形態」
図６を参照して、太陽熱発電設備の第五実施形態について説明する。

本実施形態の太陽熱発電設備は、第一実施形態の太陽熱発電設備の変形例である。本実施形態の太陽熱発電設備は、図６に示すように、第一実施形態の太陽熱発電設備と同様、排熱回収ボイラ３０と、タービン１５と、圧縮機１１と、クラッチ６０と、蒸気タービン２５と、発電機２１と、復水器４０と、媒体加熱用受熱器４６ａと、蒸気過熱用受熱器４６ｂと、給水ポンプ４５と、複数のヘリオスタット７５と、タワー６４と、を備える。本実施形態の太陽熱発電設備は、さらに、循環ライン３６と、圧力調節機構３６ａと、媒体補給ライン３８と、媒体補給弁３９と、を備える。

圧縮機ケーシング１３は、作動媒体が流入する本体入口１３ｉを有する。圧縮機１１の吸気ケーシング１４は、この本体入口１３ｉに接続されている。この吸気ケーシング１４は、作動媒体が流入する吸気入口１４ｉを有する。タービンケーシング１７は、作動媒体を排気するタービン出口１７ｏを有する。ボイラケーシング３１は、タービン１５からの作動媒体が流入するボイラ入口３１ｉと、この作動媒体を排気するボイラ排出口３１ｏと、を有する。タービン出口１７ｏとボイラ入口３１ｉとは接続されている。

循環ライン３６は、排熱回収ボイラ３０のボイラ排出口３１ｏと圧縮機１１の吸気入口１４ｉとを接続する。この循環ライン３６は、排熱回収ボイラ３０のボイラ排出口３１ｏから排出された作動媒体を、吸気ケーシング１４を介して圧縮機ケーシング１３内に導く。よって、ガスタービンケーシング、ボイラケーシング３１及び循環ライン３６等を有して、作動媒体の循環系統が形成される。

圧力調節機構３６ａは、循環ライン３６に設けられている。この圧力調節機構３６ａは、循環ライン３６内の圧力を調節する。この圧力調節機構３６ａは、例えば、ダンパである。

媒体補給ライン３８は、循環ライン３６に接続されている。媒体補給弁３９は、この媒体補給ライン３８に設けられている。前述の循環系統内の作動媒体の量が少なくなると、媒体補給弁３９を開けて、媒体補給ライン３８から循環系統内に作動媒体を補給する。

第一から第四実施形態における作動媒体は、空気である。本実施形態の作動媒体は、この空気よりも蒸発温度が低い低沸点媒体である。低沸点媒体としては、例えば、ＣＯ_２や有機ランキンサイクルに使用される媒体等がある。有機ランキンサイクルに使用される媒体としては、例えば、以下の物質がある。
・トリクロロエチレン、テトラクロロエチレン、モノクロロベンゼン、ジクロロベンゼン、パーフルオロデカリン等の有機ハロゲン化合物
・ブタン、プロパン、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、デカン等のアルカン
・シクロペンタン、シクロヘキサン等の環状アルカン
・チオフェン、ケトン、芳香族化合物
・Ｒ１３４ａ、Ｒ２４５ｆａ等の冷媒、
・以上を組み合わせたもの

本実施形態では、圧縮機１１が排熱回収ボイラ３０から排気された作動媒体を吸い込むので、圧縮機１１が吸い込む作動媒体の温度は、以上の実施形態のように圧縮機１１が作動媒体として外気を吸い込む場合よりも高くなる。さらに、本実施形態では、圧縮機１１が排熱回収ボイラ３０から排気された作動媒体を吸い込むので、圧縮機１１が吸い込む作動媒体の圧力を、以上の実施形態のように圧縮機１１が作動媒体として外気を吸い込む場合よりも高くすることができる。

よって、本実施形態では、以上の実施形態よりも、高温且つ高圧の作動媒体をタービン１５に供給することができる。このため、本実施形態では、以上の実施形態よりもガスタービン出力を高めることができる。

また、本実施形態では、作動媒体として、空気よりも蒸発温度が低い低沸点媒体を用いている。このため、作動媒体のタービン出口温度が作動媒体として空気を用いている場合と同じでも、圧力調節機構３６ａで循環ライン３６内の圧力を調節することで、作動媒体の相が気相になっている温度域を広くすることができる。よって、気相の作動媒体からエネルギーを得るにあたり、本実施形態では、作動媒体として空気を用いる場合よりも、エネルギー落差を大きくすることができる。このため、本実施形態では、この観点からも、以上の実施形態よりもガスタービン出力を高めることができる。

なお、本実施形態において、吸気ケーシング１４が循環ラインの一部であるとすると、この循環ラインは、圧縮機ケーシング１３の本体入口１３ｉに直接接続されていることになる。また、本実施形態において、ボイラケーシング３１が循環ラインの一部であるとすると、この循環ラインは、タービン出口１７ｏに直接接続されていことになる。また、本実施形態において、排熱回収ボイラ３０は、無くてもよい。この場合、タービン出口１７ｏと、吸気ケーシング１４の吸気入口１４ｉ又は圧縮機ケーシング１３の本体入口１３ｉとが、循環ラインにより直接接続されることになる。

また、本実施形態の作動媒体は、低沸点媒体でなく空気であってもよい。但し、本実施形態において、作動媒体として空気を用いた場合、作動媒体として低沸点媒体を用いることによるメリットを得ることができなくなる。但し、本実施形態では、タービン１５から排気された高温の作動媒体を圧縮機１１が吸い込むことにより、タービン１５から排気された高温の作動媒体の大気放出を抑えることができる。このため、本実施形態で、作動媒体として空気を用いた場合、例えば、現在問題になっているビル空調用室外機からの排熱等に起因したヒートアイランド現象を抑制することができる。

また、本実施形態の変形例として、図７に示すように、本実施形態の太陽熱発電設備に給水予熱器３７を追加してもよい。この給水予熱器３７は、給水ライン８０を流れる水と循環ライン３６を流れる作動媒体とを熱交換させ、給水ライン８０から排熱回収ボイラ３０の節炭器３２に流入する水を加熱させる。

また、本実施形態では、第一実施形態の変形例であるが、第二〜第四実施形態も、本実施形態と同様に、循環ラインを追加すると共に、作動媒体を低沸点媒体にしてもよい。

「変形例」
以上の各実施形態の太陽熱発電設備は、いずいれも、蒸気過熱用受熱器４６ｂを備えている。しかしながら、この蒸気過熱用受熱器４６ｂは省略されてもよい。また、第二実施形態の太陽熱発電設備は、給水予熱用受熱器４６ｃを備えている。しかしながら、この給水予熱用受熱器４６ｃは、省略されてもよい。

以上の各実施形態の復水器４０は、いずれも空冷式である。しかしながら、復水器は水冷式であってもよい。

第一実施形態、第三実施形態、第四実施形態、及び第五実施形態の排熱回収ボイラ３０は、第二実施形態の排熱回収ボイラ３０と同様に、媒体予熱器３５を有してもよい。

以上の各実施形態では、ガスタービン軸線Ａｔと蒸気タービン軸線Ａｓと発電機軸線Ａｇとが同一直線上に位置する。しかしながら、例えば、ガスタービンロータ１９と発電機ロータ２２との間にクラッチ又は変速機を設けた場合や、蒸気タービン２５と発電機ロータ２２との間にクラッチ又は変速機を設けた場合には、各軸線は互いに平行であるものの、同一直線上に位置しなくなることがある。このため、各軸線は、それぞれが鉛直方向に延び、互いに平行であれば、同一直線上に位置しなくてもよい。

以上の各実施形態では、タービンケーシング１７に吊り下げワイヤ７０の第一端７０ａを接続している。しかしながら、機器の配列によっては、圧縮機ケーシング１３、蒸気タービンケーシング２７、発電機ケーシング２３のうちのいずれか一のケーシングに吊り下げワイヤ７０の第一端７０ａを接続してもよい。また、タービンケーシング１７、圧縮機ケーシング１３、蒸気タービンケーシング２７、発電機ケーシング２３のうちのいずれか一のケーシングに複数の第一吊り下げワイヤ７０の第一端７０ａのそれぞれを接続し、他の一のケーシングに複数の第二吊り下げワイヤの第一端のそれぞれを接続して、複数の第一吊り下げワイヤ７０と複数の第二吊り下げワイヤが共同して、タービン１５や蒸気タービン２５等を吊り下げてもよい。また、以上の各実施形態では、吊り下げワイヤ７０を用いて、ガスタービン１０等をタワー６４，６４ａから吊り下げ支持している。しかしながら、吊り下げワイヤ７０を用いるのは、主として、点検又は修理を考慮したためであるため、ガスタービン１０等をタワー６４，６４ａで支持できれば、他の方法でガスタービン１０等を支持してもよい。例えば、タワー６４，６４ａにブラケットを固定し、このブラケットにガスタービン１０を取り付けてもよい。

本発明の一態様によれば、タワーの占有面積を小さくでき、且つタワーの設備コストを抑えることができる。

１０：ガスタービン
１１：圧縮機
１２：圧縮機ロータ
１３：圧縮機ケーシング
１３ｉ：本体入口
１４：吸気ケーシング
１４ｉ：吸気入口
１５：タービン
１６：タービンロータ
１７：タービンケーシング
１７ｏ：タービン出口
１９：ガスタービンロータ
２１：発電機
２２：発電機ロータ
２３：発電機ケーシング
２５：蒸気タービン
２６：蒸気タービンロータ
２７：蒸気タービンケーシング
２８：排気ケーシング
３０，３０ａ：排熱回収ボイラ
３１：ボイラケーシング
３１ｉ：ボイラ入口
３１ｏ：ボイラ排出口
３２：節炭器
３３：蒸発器
３４：過熱器
３５：媒体予熱器
３６：循環ライン
３６ａ：圧力調節機構
３７：給水予熱器
３８：媒体補給ライン
３９：媒体補給弁
４０：復水器
４１：放熱部
４２：フィン付き伝熱管
４３：ファン
４４：貯水部
４５：給水ポンプ
４６ａ：媒体加熱用受熱器
４７ａ：伝熱管
４８ａ：受熱器ケーシング
４９：ブラケット
４６ｂ：蒸気過熱用受熱器
４７ｂ：伝熱管
４８ｂ：受熱器ケーシング
４６ｃ：給水予熱用受熱器
４７ｃ：伝熱管
４８ｃ：受熱器ケーシング
５０ａ：高温蓄熱器
５１ａ：蒸気伝熱管
５２：蓄熱体
５３ａ：高温蓄熱ケーシング
５４ａ：高温蓄熱体ポンプ
５０ｂ：低温蓄熱器
５１ｂ：蒸気伝熱管
５３ｂ：低温蓄熱ケーシング
５４ｂ：低温蓄熱体ポンプ
５５，５５ａ：蒸気発生器
５６：蓄熱体伝熱管
５７：蒸気発生ケーシング
５８ａ：第一伝熱管
５８ｂ：第二伝熱管
５９：蒸気ドラム
６０：クラッチ
６１：第一クラッチ
６２：第二クラッチ
６３：ラジアル軸受
６４，６４ａ：タワー
６５：柱
６６：梁
６７：第一構造体
６８：第二構造体
６９：断熱材
７０：吊り下げワイヤ
７０ａ：第一端
７０ｂ：第二端
７１：ワイヤ支持機
７１ａ：支持ローラ
７１ｂ：ローラ支持機
７２：巻き取り機
７２ａ：巻き取りドラム
７２ｂ：ドラム支持機
７５：ヘリオスタット
７６：反射鏡
７７：支持脚
７８：鏡駆動機
８０：給水ライン
８１：給水調節弁
８２：圧縮空気ライン
８３：加熱空気ライン
８４：第一主蒸気ライン
８５：第二主蒸気調節弁
８６：第二主蒸気ライン
８７：主蒸気調節弁（第一主蒸気調節弁）
８８：補助給水ライン
８９：補助給水調節弁
９１：補助蒸気ライン
９２ａ：高温蒸気ライン
９２ｂ：低温蒸気ライン
９３：高温蒸気調節弁
９３ｂ：低温蒸気調節弁
９４ａ：高温蒸気排気ライン
９４ｂ：低温蒸気排気ライン
９５：高温蓄熱体供給ライン
９６：高温蓄熱体排出ライン
９７：低温蓄熱体供給ライン
９８：受熱器バイパスライン
９８ｖ：受熱器バイパス弁
９９：蒸気タービンバイパスライン
９９ｖ：蒸気タービンバイパス弁
Ｒ：太陽光
Ａｃ：圧縮機軸線
Ａｔ：タービン軸線
Ａｇ：発電機軸線
Ａｓ：蒸気タービン軸線
Ａｖ：仮想軸

Claims (14)

1. 作動媒体を圧縮して圧縮媒体を生成する圧縮機と、
   太陽光を受けて前記圧縮媒体を加熱する受熱器である媒体加熱用受熱器と、
   前記媒体加熱用受熱器で加熱された前記圧縮媒体で駆動するタービンと、
   前記タービンの駆動で発電する発電機と、
   前記タービンから排気された作動媒体である排気媒体で水を加熱して、前記水を蒸気にする排熱回収ボイラと、
   前記排熱回収ボイラからの蒸気で駆動する蒸気タービンと、
   前記蒸気タービンから排気された蒸気を水に戻す復水器と、
   前記復水器内の水を前記排熱回収ボイラに導く給水ラインと、
   前記排熱回収ボイラからの蒸気の熱を蓄える蓄熱体と、
   前記給水ラインから分岐している補助給水ラインと、
   前記補助給水ラインに接続され、前記蓄熱体に接して前記補助給水ラインからの水と前記蓄熱体との間で熱交換させる伝熱管を有し、前記蓄熱体で前記水を加熱して、前記水を蒸気にする蒸気発生器と、
   前記蒸気発生器で発生した蒸気を前記蒸気タービンに導く補助蒸気ラインと、
   前記圧縮機、前記媒体加熱用受熱器、前記タービン及び前記発電機を支持するタワーと、
   を備え、
   前記圧縮機は、鉛直方向に延びる圧縮機軸線を中心として回転する圧縮機ロータと、前記圧縮機ロータを覆う圧縮機ケーシングと、を有し、
   前記タービンは、鉛直方向に延びるタービン軸線を中心として回転するタービンロータと、前記タービンロータを覆うタービンケーシングと、を有し、
   前記圧縮機ロータと前記タービンロータとは、機械的に接続されてガスタービンロータを構成し、
   前記発電機は、前記ガスタービンロータと機械的に接続され、鉛直方向に延びる発電機軸線を中心として回転する発電機ロータと、前記発電機ロータを覆う発電機ケーシングと、を有し、
   前記圧縮機、前記タービン及び前記発電機は、それぞれ、配列機器を成し、
   複数の前記配列機器は、鉛直方向に並んでいる、
   太陽熱発電設備。
2. 作動媒体を圧縮して圧縮媒体を生成する圧縮機と、
   太陽光を受けて前記圧縮媒体を加熱する受熱器である媒体加熱用受熱器と、
   前記媒体加熱用受熱器で加熱された前記圧縮媒体で駆動するタービンと、
   前記タービンの駆動で発電する発電機と、
   前記タービンから排気された作動媒体である排気媒体で水を加熱して、前記水を蒸気にする排熱回収ボイラと、
   前記排熱回収ボイラからの蒸気で駆動する蒸気タービンと、
   前記蒸気タービンから排気された蒸気を水に戻す復水器と、
   前記復水器内の水を前記排熱回収ボイラに導く給水ラインと、
   前記排熱回収ボイラからの蒸気の熱を蓄え、流動性を有する蓄熱体を有する蓄熱器と、
   前記給水ラインから分岐している補助給水ラインと、
   前記補助給水ラインに接続され、前記補助給水ラインからの水を加熱して、前記水を蒸気にする蒸気発生器と、
   前記蒸気発生器で発生した蒸気を前記蒸気タービンに導く補助蒸気ラインと、
   前記蓄熱器と前記蒸気発生器とを接続し、前記蓄熱器からの前記蓄熱体が流れる蓄熱体供給ラインと、
   前記圧縮機、前記媒体加熱用受熱器、前記タービン及び前記発電機を支持するタワーと、
   を備え、
   前記蓄熱器は、前記排熱回収ボイラからの蒸気が流れる蒸気伝熱管と、前記蓄熱体及び前記蒸気伝熱管を収納する蓄熱ケーシングと、を有し、
   前記蒸気発生器は、前記蓄熱体供給ラインに接続され、前記蓄熱体供給ラインからの前記蓄熱体が流れる蓄熱体伝熱管と、前記補助給水ラインに接続され、前記補助給水ラインからの水を滞留させ且つ前記蓄熱体伝熱管を覆う蒸気発生ケーシングと、を有し、
   前記圧縮機は、鉛直方向に延びる圧縮機軸線を中心として回転する圧縮機ロータと、前記圧縮機ロータを覆う圧縮機ケーシングと、を有し、
   前記タービンは、鉛直方向に延びるタービン軸線を中心として回転するタービンロータと、前記タービンロータを覆うタービンケーシングと、を有し、
   前記圧縮機ロータと前記タービンロータとは、機械的に接続されてガスタービンロータを構成し、
   前記発電機は、前記ガスタービンロータと機械的に接続され、鉛直方向に延びる発電機軸線を中心として回転する発電機ロータと、前記発電機ロータを覆う発電機ケーシングと、を有し、
   前記圧縮機、前記タービン及び前記発電機は、それぞれ、配列機器を成し、
   複数の前記配列機器は、鉛直方向に並んでいる、
   太陽熱発電設備。
3. 請求項２に記載の太陽熱発電設備において、
   前記蓄熱器は、配列機器を成し、
   前記蓄熱器を含む複数の前記配列機器は、鉛直方向に並んでいる、
   太陽熱発電設備。
4. 請求項３に記載の太陽熱発電設備において、
   前記蓄熱器である高温蓄熱器の他に、低温蓄熱器を備え、
   前記低温蓄熱器は、前記蒸気タービンから排気された蒸気の一部が流れる蒸気伝熱管と、蓄熱体及び前記低温蓄熱器の前記蒸気伝熱管を収納する蓄熱ケーシングと、を有し、
   前記低温蓄熱器の前記蒸気伝熱管は、前記復水器に接続され、
   前記高温蓄熱器及び前記低温蓄熱器は、鉛直方向に並んでいる、
   太陽熱発電設備。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載の太陽熱発電設備において、
   前記圧縮機ケーシングは、前記作動媒体が流入する入口を有し、前記排熱回収ボイラは、前記排気媒体である前記作動媒体を排出する排出口を有し、
   前記排熱回収ボイラの前記排出口から排出された前記作動媒体を、前記圧縮機ケーシングの前記入口から前記圧縮機ケーシング内に導く循環ラインを備える、
   太陽熱発電設備。
6. 請求項５に記載の太陽熱発電設備において、
   前記循環ラインに設けられ、前記循環ライン内の圧力を調節する圧力調節機構を備える、
   太陽熱発電設備。
7. 請求項１から６のいずれか一項に記載の太陽熱発電設備において、
   前記排熱回収ボイラは、配列機器を成し、
   前記排熱回収ボイラを含む複数の前記配列機器は、鉛直方向に並んでいる、
   太陽熱発電設備。
8. 請求項１から７のいずれか一項に記載の太陽熱発電設備において、
   前記蒸気タービンは、鉛直方向に延びる蒸気タービン軸線を中心として回転する蒸気タービンロータと、前記蒸気タービンロータを覆う蒸気タービンケーシングと、を有し、
   前記蒸気タービンは、配列機器を成し、
   前記蒸気タービンを含む複数の前記配列機器は、鉛直方向に並んでいる、
   太陽熱発電設備。
9. 請求項８に記載の太陽熱発電設備において、
   前記蒸気タービンロータは、前記発電機ロータに機械的に接続され、
   前記ガスタービンロータと前記発電機ロータとの間で、動力伝達可能な伝達状態と動力伝達が行われない非伝達状態とに、前記ガスタービンロータと前記発電機ロータとの接続状態を切り替えるクラッチを備える、
   太陽熱発電設備。
10. 請求項９に記載の太陽熱発電設備において、
    前記圧縮機及び前記タービンは、前記発電機を基準にして、鉛直方向上側と鉛直方向下側とのちの一方側に配置され、
    前記蒸気タービンは、前記発電機を基準にして、鉛直方向上側と鉛直方向下側とのうちの他方側に配置され、
    前記蒸気タービンロータと前記発電機ロータとの間で、動力伝達可能な伝達状態と動力伝達が行われない非伝達状態とに、前記蒸気タービンロータと前記発電機ロータとの接続状態を切り替えるクラッチを備える、
    太陽熱発電設備。
11. 請求項１から１０のいずれか一項に記載の太陽熱発電設備において、
    前記復水器は、前記蒸気タービンから排気された蒸気が水に戻った後に、前記水が貯えられる貯水部を有し、
    前記貯水部は、配列機器を成し、
    前記貯水部を含む複数の前記配列機器は、鉛直方向に並んでいる、
    太陽熱発電設備。
12. 請求項１から１１のいずれか一項に記載の太陽熱発電設備において、
    前記タービンは、前記圧縮機よりも上方に配置され、
    前記排熱回収ボイラは、前記タービンより上方に配置されている、
    太陽熱発電設備。
13. 請求項１に記載の太陽熱発電設備において、
    前記タワーは、前記配列機器を支えるための複数の構造体を有し、
    複数の前記構造体のうち、一の構造体は、前記蓄熱体で形成されている、
    太陽熱発電設備。
14. 請求項１から１３のいずれか一項に記載の太陽熱発電設備において、
    太陽光を反射する反射鏡と、前記反射鏡で反射した太陽光が前記受熱器に向うよう前記反射鏡の向きを変える鏡駆動機と、を有するヘリオスタットを備える、
    太陽熱発電設備。

Images