JPS63183346A - 太陽熱利用蒸気発生システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は太陽熱集熱システムにおいて、特に太陽熱集熱
装置の設置面積の縮小化、ならびに設備費用の低減化を
図り得るようにした太陽熱利用蒸気発生システムに関す
るものである。

（従来の技術） 近年、エネルギー資源開発の点から、太陽熱集熱装置で
集熱した太陽熱エネルギーを熱媒体に与えて、発電設備
、ニーティティ等の負荷へ供給するようにした太陽熱集
熱システムの研究が進められてきている。

第２図は、この種の従来の太陽熱集熱システムの構成例
を概念的に示したものである。第２図において、１は太
陽熱エネルギーを集熱する太陽熱集熱装置であり、この
集熱した太陽熱エネルギーを、熱媒ポンプ８で昇圧し熱
媒体循環用管路を介して移送循環される水、油等の熱媒
体１５に与えるようになっている。また、この太陽熱集
熱装置１での集熱により高温となった熱媒体１５は、給
水タンク５から給水ポンプ６で昇圧して移送される給水
１６との熱交換を熱交換器２にて行ない、熱媒体１５に
より給水１６を加熱してプロセスへ供給するプロセス用
蒸気を発生させるようになっている。そして、このプロ
セス用蒸気は、例えば図示しないタービンを駆動させて
発電を行なったり、工程熱として用いられることになる
。

ところで、上述した第２図に示すような太陽熱−集熱シ
ステムにおいては、太陽熱エネルギーによる単独集熱シ
ステム構成としていることから、プロセスへ供給するプ
ロセス用蒸気を必要量だけ発°生きせるのに必要な熱エ
ネルギーを、太陽熱集熱１ｆｆｉ１によって全て賄わな
ければならない。このため、太陽熱集熱装置１の容量が
大きくなり、結果的にその設置面積がＪＩＥ常に大きく
なってシステム設置面積の大半を占めてしまうるばかり
でなく、その設備費用も大きくなってシステム全体費用
の半分以上を占めてしまうことになる。

（発明が解決しようとする問題点） 以上のように、従来の太陽熱集熱システムにおいては、
プロセスへ供給するプロセス用蒸気を必要量だけ発生さ
せるのに必要な熱エネルギーを太陽熱集熱装置のみによ
り全て賄っていることから、太陽熱集熱装置の設置面積
ならびに設備費用が大きくなり、非常に不経済でしかも
信頼性の低いシステムとなっていた。

本発明は上述のような問題を解決するために成されたも
ので、その目的は太陽熱集熱装置の設置面積の縮小化な
らびに設備費用の低減化を図ることが可能な経済的でし
かも信頼性の高い太陽熱利用蒸気発生システムを提供す
ることにある。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） 上記の目的を達成するために本発明による太陽熱利用蒸
気発生システムは、太陽熱エネルギーを集熱し、この集
熱した太陽熱エネルギーを熱媒体に与える太陽熱集熱装
置と、この太陽熱集熱装置での集熱により高温となった
熱媒体と、給水タンクから移送される給水との熱交換を
行なう第１の熱交換器と、この第１の熱交換器での熱交
換により高温となった給水と高温の作動媒体との熱交換
を行ない、当該作動媒体により給水を加熱してプロセス
用の蒸気を発生させる第２の熱交換器とを備えて構成す
るようにしたことを特徴とする。

（作用） 上述の太陽熱利用蒸気発生システムにおいては、プロセ
スへ供給するプロセス用蒸気を必要量発生させるための
熱量を、太陽熱集熱装置と第２の熱交換器とに夫々分担
させることが可能であることから、太陽熱集熱装置の容
量を低減して、太陽熱集熱装置の設備費用および設置面
積を大幅に軽減することができることになる。

（実施例） 以下、本発明の一実施例について図面を参照して説明す
る。

第１図は、本発明による太陽熱利用蒸気発生システムの
構成例を示すものであり、第２図と同一部分には同一符
号を付して示している。第１図において、１は太陽熱エ
ネルギーを集熱する太陽熱集熱装置であり、この集熱し
た太陽熱エネルギーを、熱媒ポンプ８で昇圧し熱媒体循
環用管路、調整弁ＣＶ１を介して移送循環される水、油
等の熱媒体１５に与えるようにしている。また、この太
陽熱集熱装！！１での集熱により高温となった熱媒体１
５は、給水タンク５から給水ポンプ６で昇圧し調整弁Ｃ
Ｖ２を介して移送される給水１６との熱交換を熱交換器
２にて行なうようにしており、この熱媒体１５により加
熱された給水１６は、調整弁ＣＶ３を介して熱交換器１
２へ導入するようにしている。さらに熱交換器１２は、
上述の熱交換器２での熱交換により高温となった給水１
６と、熱交換器９で廃熱源１４の熱を受けて飽和ガスと
なり、かつ圧縮機１０で圧縮して高温、高圧のエネルギ
ーとなったフロン等の作動媒体１７との熱交換を行なう
ものであり、作動媒体１７により給水１６を加熱して、
プロセスへ供給するプロセス用蒸気を発生させるように
している。

一方、３は上記調整弁ＣＶ３をバイパスするように設け
られ、熱交換器２で昇温された給水１６を貯蔵するため
の貯蔵タンクであり、この貯蔵タンク３の入口側には調
整弁ＣＶ４を、また出口側には補給水ポンプ７および調
整弁ＣＶ５を夫々設けている。さらに、４は上述の給水
タンク５から給水ポンプ６で昇圧し調整弁ＣＶ６を介し
て移送される給水１６を導入して１ｇ４定温度の給水１
６を作るための温水ボイラであり、この規定温度の給水
１６を上；ホの熱交換器１２へ導入するようにしている
。なお、図中１１は電力によって回転し。

圧縮機１０を駆動するための原動機、１３は上記作動媒
体１７の圧力を減圧して湿りガスとするための膨張機構
を夫々示すものである。

次に、かかる如く構成した太陽熱利用蒸気発生システム
の作用について説明する。

まず、第１図に示す集熱系において、熱媒ポンプ８で昇
圧し熱媒体循環用管路、ｍ整弁ＣＶ１を介して移送循環
される熱媒体１５は、太陽熱集熱装置１で集熱した太陽
熱エネルギーが与えられて規定温度まで昇温する。この
場合、熱媒体１５は現定温度に昇温するために、太陽熱
集熱装置１の出口温度を監視し、これと規定温度との偏
差信号に基づいて調整弁ＣＶ１の開度を調整してその流
量制御が行なわれる。このようにして、太陽熱集熱装！
ｆ１での集熱により規定湿度となった熱媒体１５は、給
水１６との間で熱交換器２において熱交換を行ない、熱
媒体１５によって給水１６が加熱される。

次に給水系において、まず通常日射時（システムの運転
が可能な日射口がある時）には、給水１６は給水タンク
５から給水ポンプ６で昇圧されて調整弁ＣＶ２を通過し
、熱交換器２で太陽熱集熱装Ｍ１側の熱媒体１５により
加熱されて規定温度の給水１６となる。この時、熱交換
器２の出口温度は規定温度となるように、調整弁ＣＶ２
によって給水１６の流量制御が行なわれる。なお、この
運転状態の場合には調整弁ＣＶ６は全開状態にあり、温
水ボイラ４は停止状態にある。

またこの場合、太陽熱エネルギーは大気の状態によって
２太陽熱集熱装置１に到達する日射口に差異が生じてく
る。すなわち、日射量が高い時には太陽熱集熱装置１で
集熱できる熱農が規定値よりも増加するため、熱媒体１
５の循環量が規定値以上となり、熱交換器２で熱媒体１
５により加熱された規定温度の給水１６の量も規定量よ
り増加する。従って、このような日射状態の時には調整
弁ＣＶ３の調整によって規定量を熱交換器１２へ導入さ
れ、余った高温の給水１６は調整弁ＣＶ４を通過して貯
蔵タンク３へ貯蔵される。なお、この状態の場合には調
整弁ＣＶ５は全閉状態にあり、補給水ポンプ７も停止状
態にある。

一方、上述とは逆に日ｌｌＦ１ｍが低い時には太陽熱集
熱装置１で集熱できる熱量が規定値よりも減少するため
、熱媒体１５の循環量が規定値以下となり、熱交換器２
で熱媒体１５により加熱された規定温度の給水１６の量
も規定量より減少する。従って、このような日射状態の
時には、補給水ポンプ７を起動すると共に調整弁ＣＶ５
を調整することにより、規定値以上の日射量の時に余っ
た給水１６を貯蔵していた貯蔵タンク３内の給水１６が
、補給水ポンプ７を起動すると共に調整弁ＣＶ５を調整
することによって補充され、規定量の給水１６が熱交換
器１２へ導入されることになる。なお、この状態の場合
には調整弁ＣＶ３は全開状態にあり、調整弁ＣＶ４は全
開状態にある。

次に、不照時（悪天候あるいは夜間時等のシステム運転
が不可能な日射量の時）には、給水１６は給水タンク５
から給水ポンプ６で昇圧されて調整弁ＣＶ６を通過し、
温水ボイラ４によって規定温度の給水１６が作られる。

この時、給水１６は規定流量だけ流れるように、調整弁
ＣＶ６によってその流量制御が行なわれる。なお、この
不照状態の場合には太陽熱集熱装置１は太陽光の集光を
°外した状態で待機しており、熱媒体１５を供給する熱
媒ポンプ７は停止状態にある。また、給水系の各調整弁
ＣＶ−２，ＣＶ３．ＣＶ４．ＣＶ５Ｇ；１れぞれ全閉状
態にある。

以上のような集熱作用により規定温度、規定流量となっ
た給水１６は、熱交換器９で廃熱１１ｔ１４の熱を受け
て飽和ガスとなり、かつ圧縮１１０で圧縮して高温、高
圧のエネルギーとなったフロン等の作動媒体１７との間
で、熱交換器１２において熱交換を行ない、作動媒体１
７によって給水１６が加熱される。その結果、給水１６
は一層高温、高圧の利用可能な蒸気としてプロセスへ安
定に供給され、図示しないタービンを駆動して発電およ
び工程熱として使用されることになる。なお、上記で熱
交換器１２にて熱交換された飽和液の作動媒体１７は、
膨張機構１３を通過し圧力が減圧されて湿りガスとなり
、再び熱交換器９へ供給される。

上述したように、本実施例による太陽熱利用蒸気発生シ
ステムにおいては、従来の太陽熱エネルギーによる単独
集熱システムに比較して、太陽熱集熱装置１１の設備費
用を３０％程度低減することができるばかりでなく、太
陽熱集熱＠ｗ１１の設置面積を４０％程度縮小すること
ができる。さらに、ヒートポンプサイクルと称される作
動媒体１７のサイクルによって、プロセスからの廃熱源
１４を有効的に利用することができる。すなわち、作動
媒体１７のサイクルは土場等から排出される廃熱ｉｔ！
１４を熱源として利用し、作動媒体１７を圧縮ぼ１０で
高温、高圧の利用し易いエネルギーに変換していること
から、省エネルギーでかつ経済的なシステムである。具
体的に述べると、原動機１１人力ＩＫＷに対し８熱交換
器１２で給水１６に熱伝達する出力は３Ｗととなり、３
倍程度経済的なサイクルである。以上から、本太陽熱利
用蒸気発生システムは極めて経済的で、しかも信頼性の
高いシステムとすることができる。

尚、本発明は上述した実施例に限定されるものではなく
、次のようにしても実施することができるものである。

例えば、上記実施例では作動媒体１７としてフロンを用
いたが、これに限らず水等の他の媒体を使用することも
可能であることは言うまでもない。

また上記実施例において、システムの運用形態に応じて
は上述の貯蔵タンク３．温水ボイラ４等は省略すること
ができるものである。

さらに上記実施例において、ヒートポンプサイクルの構
成についても、第１図に示したものに限定されるもので
ないことは明らかである。

その他、本発明はその要旨を変更しない範囲で、種々に
変形して実施することができるものである。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、太陽熱エネルギー
を集熱し、この−熱した太陽熱エネルギーを熱媒体に与
える太陽熱集熱装置と、この太陽熱集熱装置での集熱に
より高温となった熱媒体と、給水タンクから移送される
給水との熱交換を行なう第１の熱交換器と、この第１の
熱交換器での熱交換により高温となった給水と高温の作
動媒体との熱交換を行ない、当該作動媒体により給水を
加熱してプロセス用の蒸気を発生させる第２の熱交換器
とを備えて構成するようにしたので、太陽熱集熱装置の
設置面積の縮小化ならびに設備費用の低減化を図ること
が可能な極めて経済的でしかも信頼性の高い太陽熱利用
蒸気発生システムが提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による太陽熱利用蒸気発生システムの一
実施例を示す構成図、第２図は従来の太陽熱集熱システ
ムの一例を示す概念図である。 １・・・太陽熱集熱装置、２・・・熱交換器、３・・・
貯蔵タンク、４・・・温水ボイラ、５・・・給水タンク
、６・・・給水ポンプ、７・・・補給水ポンプ、８・・
・熱媒ポンプ、９・・・熱交換器、１０・・・圧縮機、
１１・・・原動機、１２・・・熱交換器、１３・・・膨
張機構、１４・・・廃熱源、１５・・・熱媒体、１６・
・・給水、１７・・・作動媒体、Ｃｖ１〜ＣＶ６・・・
調整弁。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）太陽熱エネルギーを集熱し、この集熱した太陽熱
   エネルギーを熱媒体に与える太陽熱集熱装置と、この太
   陽熱集熱装置での集熱により高温となった熱媒体と、給
   水タンクから移送される給水との熱交換を行なう第１の
   熱交換器と、この第１の熱交換器での熱交換により高温
   となつた給水と高温の作動媒体との熱交換を行ない、当
   該作動媒体により給水を加熱してプロセス用の蒸気を発
   生させる第２の熱交換器とを備えて構成するようにした
   ことを特徴とする太陽熱利用蒸気発生システム。
2. （２）作動媒体としてはフロンを用いるようにしたこと
   を特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載の太陽熱利
   用蒸気発生システム。
3. （３）作動媒体としては水を用いるようにしたことを特
   徴とする特許請求の範囲第（１）項記載の太陽熱利用蒸
   気発生システム。