JPH11280638A - 太陽熱エアタービンコジェネレーションシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 太陽熱を利用したソーラーエアタービンで発
電を行い、併せて同ソーラーエアタービンの排熱を利用
する様にしたコジェネレーションシステムの採用によ
り、使用環境の変化により致命傷を受けることなく、太
陽エネルギーを好適かつ有益に利用できるようにしたシ
ステムを提供することを課題とする。 【解決手段】 太陽熱反射鏡により太陽熱を焦点に集め
て太陽熱受熱器を高熱とし、高温の圧縮空気でソーラー
エアタービンを回転し、かつその排気は、再生器、およ
び熱供給熱交換器により熱回収され、以て太陽エネルギ
ーを十分にかつ確実に活用すると共に、太陽エネルギー
を利用できない夜間、または天候条件が悪く同太陽エネ
ルギーが不十分の時には、ソーラーエアタービンの上流
に配置したバックアップ用加熱装置により圧縮空気を補
助的に加熱してシステムの稼働を確保し、以て実用性の
高いシステムの実現を可能とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は太陽熱を利用したソ
ーラーエアタービンで発電を行い、併せて同ソーラーエ
アタービンの排熱を利用する様にしたコジェネレーショ
ンシステムに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】太陽エネルギーを利用した技術として従
来製作実績のあるシステムとしては、太陽電池発電シス
テムと太陽熱発電システムが挙げられる。

【０００３】前者についてはエネルギー利用効率は高々
１０％で、コストが高いことから一般的な普及に至って
いない状況にある。

【０００４】また、後者の太陽熱発電システムついて
は、サンシャイン計画の一貫として１０００ＫＷ級の規
模のテスト機が作成された実績があるが、このシステム
は太陽熱で水蒸気系のランキンサイクルを動作させるシ
ステムであり、発電効率は１３％程度で高コストのため
に実用化に至っていないのが実情である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】太陽エネルギーの有効
利用は地球温暖化防止の面からも世界的に広く求められ
ているが、そのエネルギー密度が小さいこと、昼と夜の
循環または天候の良否等に左右されて利用できない時も
あること等、非常に利用率の悪いエネルギー源であると
言わざるを得ず、発電システムとして未だ主要な位置を
占めていないのが現状である。

【０００６】従ってこの様な太陽エネルギーの宿命的な
弱点を補いつつ、分量的には無尽蔵に存在する太陽エネ
ルギーの利用を高めるには、以下に列挙する様な技術的
課題について解決を図らねばならない。

【０００７】まず、自然条件に左右される利用率の悪さ
をカバーすべく、例えば補助燃料バーナーシステム等を
採用して補助燃料の利用によりシステムとして常時利用
できる様にして、システム全体の利用率の向上を図る。

【０００８】また、発電効率等で示される従来のエネル
ギー利用率の低さをカバーすべく、例えば発電と熱供給
とを併せ行うコジェネレーションシステムを採用し、新
たなシステムとして、エネルギー利用率の向上を図る。

【０００９】さらに、太陽エネルギーそのものによる発
電効率を上げるべく、例えばパラボラ反射鏡等の焦点集
熱装置により、同太陽エネルギーを１０００℃レベルの
熱ネルギーに集熱する手段を採用する。

【００１０】本発明はこの様な背景の下、あるがままの
自然が故に、使用環境を御し難く、しかし、無尽蔵に存
在する太陽エネルギーを、好適かつ有益に利用できるよ
うにした太陽熱活用システムを提供することを課題とす
るものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は前記した課題を
解決すべくなされたもので、太陽熱をとらえて焦点に集
熱する太陽熱反射鏡と、同焦点に配置されて前記集熱さ
れた太陽熱を受ける太陽熱受熱器と、大気を吸入して圧
縮空気をつくる空気圧縮機と、同空気圧縮機を出た圧縮
空気を前記太陽熱受熱器へ供給する系統に配置され同圧
縮空気に熱回収する再生器と、前記太陽熱受熱器から圧
縮空気を導入し出力を得るソーラーエアタービンと、同
ソーラーエアタービンの上流に配置されソーラーエアタ
ービンに供給される圧縮空気を補助的に加熱するバック
アップ用加熱装置と、前記ソーラーエアタービンに連結
された発電機と、前記再生器を出た排気と熱交換を行う
熱供給熱交換装置とを備えた太陽熱エアタービンコジェ
ネレーションシステムを提供するものである。

【００１２】すなわち本発明によれば、先ず太陽熱を捕
らえて焦点に集熱する例えばパラボラ型反射鏡等の太陽
熱反射鏡により太陽熱を焦点に集め、この焦点位置に配
置した太陽熱受熱器を高熱とする。

【００１３】一方、大気より空気圧縮機により加圧され
た圧縮空気は、再生器にて高温のソーラーエアタービン
排気との間で熱交換を行い、熱回収して高温空気とな
り、太陽熱受熱器に送られ高熱の太陽熱受熱器で更に加
熱され、所定の温度まで昇温された圧縮空気はソーラー
エアタービンに導入される。

【００１４】また、夜間、もしくは雨天、又は曇天等に
より、太陽熱が必要量得られない場合には、ソーラーエ
アタービンの入口上流に配置したバックアップ用加熱装
置を作動して、圧縮空気に補助的に熱エネルギーを補充
し、これをソーラーエアタービンに供給しする。

【００１５】ソーラーエアタービンに導入された高温の
圧縮空気は、断熱膨張によりタービンロータを高速回転
させ、このタービンロータに連結された発電機により電
力を取り出す。

【００１６】ソーラーエアタービンを出た排気は再生器
を通り、前述の如く空気圧縮機により送気された圧縮空
気との間で熱交換を行い、更に給湯、吸収冷凍機、暖房
等の熱供給システム用の熱供給熱交換器を通り、熱回収
を図られた後比較的低温のエアとなって大気に放出され
るか、又は直接暖房用エアとして利用される。

【００１７】かくして本発明によれば、太陽熱エアター
ビンコジェネレーションシステムとして、昼と夜との循
環、及びその他自然環境の変化があっても決定的なダメ
ージを生じることなく、安定して高い熱効率を維持し、
太陽熱の好適かつ有益な活用を図るようにしたものであ
る。

【００１８】

【発明の実施の形態】本発明の実施の一形態について図
１に基づいて説明する。

【００１９】３は空気圧縮機で、圧縮機駆動用モータ４
により駆動されて大気を吸入して圧縮し、再生器５に供
給する。

【００２０】７は太陽熱反射鏡で、パラボラ型反射鏡で
構成されており、大地に対して移動する太陽を追尾する
太陽追尾装置１１により位置決めされ、その焦点位置に
は詳細構造の図示は省略するがポーラスなセラミックよ
り構成され、かつ、透明なガラス円筒でカバーされた太
陽熱受熱器６を配置している。

【００２１】１はソーラーエアタービンで、前記再生器
５、太陽熱受熱器６を経て供給される高温の圧縮空気の
膨張により回転し、そのロータ軸に直結された発電機２
を駆動して所定の電力を発生させる。

【００２２】なお、前記太陽熱受熱器６からソーラーエ
アタービン１に至る圧縮空気の経路には、同ソーラーエ
アタービン１の入口上流位置に、太陽熱受熱器６から供
給される圧縮空気の温度が十分でない時に補助的に作動
するバックアップ用バーナ及び燃焼装置よりなるバック
アップ用加熱装置１０が配設されている。

【００２３】また、ソーラーエアタービン１の排気系統
には、前記再生器５、更にその下流に熱供給熱交換装置
８と配置され、同熱供給熱交換装置８は給湯、暖房、冷
房等の熱エネルギー消費を行う熱供給装置９と熱的に連
絡している。

【００２４】前記の様に構成された本実施の形態におい
て、大気は、圧縮機駆動用モータ４により駆動される空
気圧縮機３を経て所定の圧力まで昇圧され、再生器５を
通ってソーラーエアタービン１の排気と熱交換を行い、
熱回収して昇温され太陽熱受熱器６に導かれる。

【００２５】一方、太陽の輻射エネルギーは、太陽熱反
射鏡７によりキャッチされ、焦点に位置された太陽熱受
熱器６にエネルギーを集熱し、ここに高温を発生させる
様になっている。

【００２６】従って前記再生器５で熱回収して太陽熱受
熱器６に導かれた高温の圧縮空気は、同太陽熱受熱器６
でさらに加熱されて８００℃から最大１０００℃程度ま
で昇温され、その後ソーラーエアタービン１へ導入され
て断熱膨張し、これに連結された発電機２により電力を
発生させる。

【００２７】この際に発電機２の高速回転を系内に設け
た図示省略の整流器により一旦直流に変換したのち、図
示省略のインバータにより所定の交流サイクルに変換す
ることもできる。

【００２８】なお、夜間時、または曇りや雨の日で太陽
光が得られないか又は不十分な場合には、ソーラーエア
タービン１の上流に配置されたバックアップ用バーナ及
び燃焼装置で構成されたバックアップ用加熱装置１０に
より燃料を噴射燃焼させ、ソーラーエアタービン１の入
口空気温度を所要の温度まで昇温する。

【００２９】この様にしてソーラーエアタービン１で所
定の仕事を終わった排気は、前述の如く再生器５を通り
空気圧縮機３より送気される圧縮空気により熱回収され
たあと熱供給熱交換装置８に至り、給湯、暖房、冷房等
の熱供給装置９にとって必要な熱を同熱供給熱交換装置
８に与え、しかる後１００℃以下の比較的低温エアとな
って大気に放出される。

【００３０】なお前記したパラボラ型の太陽熱反射鏡７
は、太陽エネルギーを太陽熱受熱器６に確実に集めるた
めに、太陽追尾装置１１により太陽との最適位置（角
度）を保ちながら太陽の位置を常時追尾して自動的に回
動する様に制御される。

【００３１】この様にして本実施の形態によれば、特定
の太陽熱エアタービンコジェネレーションシステムの
下、いわゆるコジェネ効果として約８０％以上の太陽エ
ネルギーの有効利用が図れるので、化石エネルギーの使
用を大幅に削減でき、地球温暖化対策に寄与できると共
に、長期的には契約電力の使用量を効果的に削減でき、
経済メリットも大いに期待できる。

【００３２】なお、上記の効果を太陽電池発電の場合と
比較した場合、まず熱効率で見て太陽電池発電が約６〜
１５％であるのに対し、本実施の形態における太陽熱コ
ジェネでは約７０％以上（定格負荷）であり、また、発
電効率で見て前者の太陽電池発電が約６〜１５％である
のに対し、本実施の形態の太陽熱エアタービンコジェネ
レーションシステムでは約１６〜２５％となり、本実施
の形態のものは非常に有利であることが分かる。

【００３３】以上、本発明を図示の実施の形態について
説明したが、本発明はかかる実施の形態に限定されず、
本発明の範囲内でその具体的構造に種々の変更を加えて
よいことはいうまでもない。

【００３４】例えば熱供給熱交換装置８から出る比較的
低温エアは単に大気に放出するだけでなく、この排気を
直接暖房用エア等として利用してもよい。

【００３５】また、空気圧縮機３については、ソーラー
エアタービン１と軸直結させる形態に限定されるもので
はなく、同ソーラーエアタービン１と別置式とし、電動
機により駆動させる形態とすることもできるものであ
る。

【００３６】

【発明の効果】以上本発明によれば、太陽熱をとらえて
焦点に集熱する太陽熱反射鏡と、同焦点に配置されて前
記集熱された太陽熱を受ける太陽熱受熱器と、大気を吸
入して圧縮空気をつくる空気圧縮機と、同空気圧縮機を
出た圧縮空気を前記太陽熱受熱器へ供給する系統に配置
され同圧縮空気に熱回収する再生器と、前記太陽熱受熱
器から圧縮空気を導入し出力を得るソーラーエアタービ
ンと、同ソーラーエアタービンの上流に配置されソーラ
ーエアタービンに供給される圧縮空気を補助的に加熱す
るバックアップ用加熱装置と、前記ソーラーエアタービ
ンに連結された発電機と、前記再生器を出た排気と熱交
換を行う熱供給熱交換装置とを備えて太陽熱エアタービ
ンコジェネレーションシステムを構成しているので、太
陽熱反射鏡により太陽熱を焦点に集めて太陽熱受熱器を
高熱とし、高温の圧縮空気でソーラーエアタービンを回
転し、かつその排気は、再生器、並びに例えば給湯、吸
収冷凍機、及び暖房等の熱供給装置の熱供給熱交換器に
より熱回収され、以て太陽エネルギーを十分にかつ確実
に活用することができたものである。

【００３７】しかも、太陽エネルギーを利用できない夜
間、または天候条件が悪く同太陽エネルギーが不十分の
時には、ソーラーエアタービンの上流に配置したバック
アップ用加熱装置により圧縮空気を補助的に加熱するこ
とにより、システムの稼働を確保し、太陽エネルギー利
用システムの宿命的欠陥である昼夜循環、及び天候悪化
による太陽エネルギーの不足問題を解消し、安定性およ
び信頼性を兼ね備え、実用性のあるシステムの実現を可
能としたものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態に係る太陽熱エアタービ
ンコジェネレーションシステムの概要を示す説明図であ
る。

【符号の説明】

１ ソーラーエアタービン ２ 発電機 ３ 空気圧縮機 ４ 圧縮機駆動用モータ ５ 再生器 ６ 太陽熱受熱器 ７ 太陽熱反射鏡 ８ 熱供給熱交換装置 ９ 熱供給装置 １０ バックアップ用加熱装置 １１ 太陽追尾装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 太陽熱をとらえて焦点に集熱する太陽熱
   反射鏡と、同焦点に配置されて前記集熱された太陽熱を
   受ける太陽熱受熱器と、大気を吸入して圧縮空気をつく
   る空気圧縮機と、同空気圧縮機を出た圧縮空気を前記太
   陽熱受熱器へ供給する系統に配置され同圧縮空気に熱回
   収する再生器と、前記太陽熱受熱器から圧縮空気を導入
   し出力を得るソーラーエアタービンと、同ソーラーエア
   タービンの上流に配置されソーラーエアタービンに供給
   される圧縮空気を補助的に加熱するバックアップ用加熱
   装置と、前記ソーラーエアタービンに連結された発電機
   と、前記再生器を出た排気と熱交換を行う熱供給熱交換
   装置とを備えたことを特徴とする太陽熱エアタービンコ
   ジェネレーションシステム。