JPWO2016194124A1 - 太陽熱収集システム - Google Patents

Abstract

熱媒流路のベントから万が一にも熱媒が流出するようなことがあっても熱媒の外部への漏出の抑止や熱媒の漏出対策が容易な太陽熱収集システムを提供する。この太陽熱収集システムは、複数の太陽熱収集装置（１）を備える。太陽熱収集装置（１）の熱媒流路（２）には、当該熱媒流路（２）内の熱媒を傾斜配管（５）に流下させるための高低差が設けられている。熱媒流路（２）の最も高い部分に熱媒を排出する際に空気を取り入れる開閉可能なベント（１５）が設けられている。各ベント（１５）は、ヘッダ（３１）に接続されている。ヘッダ（３１）の吸入口（３２）を介して各ベント（１５）から空気を熱媒流路（２）内に取り入れることにより、各熱媒流路（２）から熱媒を排出できるようになっている。

Description

本発明は、熱媒が流れる複数の熱媒流路を備える太陽熱収集システムに関する。

再生可能エネルギーを利用した効率的な電力安定供給を実現するためのシステムの一例として、太陽熱を利用した発電プラントが挙げられる（例えば特許文献１および２参照）。
この太陽熱を利用した発電プラントでは、太陽熱を太陽熱収集装置で集め、この集めた熱を、熱媒を介して熱交換器に送り、この送った熱により水を蒸気に変化させ、この蒸気によりタービンを駆動させて発電を行うようになっている。
太陽熱収集装置で集めた熱は、熱媒を介して蓄熱装置により蓄熱することができ、この蓄熱した熱を、夜間といった太陽光を収集できないない時間帯に再び熱媒を通じて熱交換器に送ることにより、発電を行うことができる。このため、電力を安定的に供給することが可能となる。

このような太陽熱発電プラントで使用される熱媒としては、一般的に合成オイルが使用されるが、近年において、熱媒を合成オイルから溶融塩に変更する試みがなされている。
熱媒を合成オイルから溶融塩に変更することで以下のような利点がある。
まず、従来型より高温のスチームを供給することができ、これによって、発電効率の上昇と発電コストの削減が期待できる。また、従来型と比べ、溶融塩を熱媒として使用したシステムでは蓄熱タンクの容量をより小さくすることができる。さらに、従来型（熱媒：合成オイル）は、蓄熱媒体として溶融塩を使用しているため、合成オイルと溶融塩の熱交換が必要であったが、全システムを溶融塩のみで動かすことにより熱交換器が不要となり、プラントをよりシンプルに構成することができるようになる。

米国特許出願公開第２０１０／４３７７６号明細書 特開２０１４−３１７８７号公報

ところで、太陽熱収集装置に熱媒を循環させる熱媒流路は、ポンプにより熱媒を循環させているが、例えば、メンテナンス時などに、熱媒流路内の熱媒を排出する場合がある。また、熱媒はポンプにより熱媒流路を循環させられているが、停電や事故等により電源断となったり、ポンプが故障したりすると熱媒の循環が停止することになる。ここで、熱媒として、溶融塩等の凝固点温度が気温よりかなり高いものを用いている場合に、熱媒流路で流れなくなった熱媒が比較的短期間で冷えて固化してしまう可能性がある。この場合に、運転再開時に熱媒流路が固化した熱媒で塞がれた状態となり、熱媒流路を加熱して熱媒を溶融させる必要が生じ、運転再開に時間とコストがかかることになる。

したがって、何等かの理由で、熱媒を循環させるためのポンプが停止する場合に、熱媒流路から熱媒を排出することが好ましい。また、排出に際しては、排出にかかる時間が短いことが好ましい。

ここで、太陽熱発電プラントに複数の太陽熱収集装置が設けられ、各太陽熱収集装置にループ状に熱媒流路が設けられ、これら熱媒流路に熱媒を供給する配管および熱媒流路から熱媒を回収する配管が接続され、これらの配管を介して熱媒流路から熱媒を排出する構造となっている場合に後述のような問題が生じる。なお、熱媒流路や上述の配管においては、熱媒を循環させるためのポンプが停止しても熱媒を排出できるように、熱媒を流下させるための高低差がある必要がある。

上述のように短時間で熱媒を排出するためには、各太陽熱収集装置で、略一斉に熱媒を排出させることが好ましい。この際に高低差で熱媒を流下させるために、熱媒流路の最も高い部分に開閉可能なベント（開閉可能な空気孔）を設けておき、熱媒排出時にベントを開放して、空気を取り入れることにより、熱媒流路の傾斜（高低差）にしたがって熱媒流路内で熱媒を流下させることが好ましい。

ここで、太陽熱収集装置を複数備える太陽熱発電プラントは、例えば、広大な土地に設けられることになる。このような広大な土地を平地に整地するにはコストが掛かるとともに、上述のようにポンプ停止時に熱媒を流出させるために熱媒を流す熱媒流路等の配管に高低差を必要なことから、発電プラントが設けられる土地を平にせずに逆に高低差を利用して熱媒を流す配管を設置することが考えられる。

しかし、この場合に、各太陽熱収集装置の熱媒流路の高さが異なる状態となる可能性が高い。この場合に、上述のように複数の熱媒流路から一斉に同じ配管に熱媒を流すと、各熱媒流路のうちの高さの低い熱媒流路にそれより高さが高い熱媒流路から熱媒が逆流する虞がある。

また、熱媒流路への熱媒の供給と排出を行う配管で、熱媒排出時に熱媒が流入する配管にも高低差がある場合に、配管の上側に接続された熱媒流路から排出される熱媒が高低差の下方側に流下し、配管の下側に接続された熱媒流路の配管の接続部に熱媒の圧がかかり、熱媒流路内の熱媒が、その排出方向に対して逆流した状態となる虞がある。

すなわち、これらの場合に熱媒流路内の熱媒に熱媒の排出方向と逆側に圧が作用することになる。これにより、開放したベントから熱媒が流出してしまう虞がある。
そこで、各熱媒流路のそれぞれのベントに熱媒の流出を防止する防止機構を設けることが好ましい。しかし、防止機構が故障や損傷するなどの問題が生じた場合に、ベントからの熱媒の流出が生じてしまう虞がある。この場合に、いずれのベントの防止機構に問題が生じるかを予測することが難しい。上述の防止機構がなければ、複数の熱媒流路のうちの高さ位置が低い熱媒流路でベントから熱媒が流出する可能性が高く、熱媒が流出するベントを予測可能である。

しかし、熱媒のベントからの流出を防止する防止機能がある場合に、熱媒のベントからの流出がほとんどなくなり、ベントに問題が生じた場合にだけ熱媒の流出が生じる虞がある。この場合には、いずれのベントから熱媒が流出するかを予測することが難しく、万が一にベントから熱媒が流出した場合に、いずれのベントから熱媒が流出するかを予測できず、熱媒流出への対策が難しくなる。
これらのことから、ベントから万が一熱媒が流出するようなことがあっても、問題が生じ難い構造が求められている。

本発明は、上記事情に鑑みて為されたもので、熱媒流路のベントから万が一にも熱媒が熱媒流路の外側に漏出するようなことがあっても熱媒の外部（熱媒を流すことを想定した設備の外側）への漏出の抑止や熱媒の漏出対策が容易な太陽熱収集システムを提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明の太陽熱収集システムは、太陽熱により熱媒を加熱するとともに、前記熱媒を流す熱媒流路を複数備え、前記熱媒流路にそれぞれ設けられたベントから前記熱媒流路に気体を取り入れることにより、複数の前記熱媒流路から同じ排出経路を介して前記熱媒を排出可能となっている太陽熱収集システムであって、
複数の前記ベントを繋ぐ配管であるヘッダを備え、前記ベントが前記ヘッダを介して前記熱媒流路内に前記気体を取り入れ可能となっていることを特徴とする。

このような構成によれば、熱媒排出時に熱媒の逆流により万が一にもベントから熱媒が流出した場合に、熱媒がヘッダ内に流入することになり、熱媒が当該熱媒を流すことを想定したヘッダを含む設備の外側となる外部に漏出するのを防止することができる。なお、以下の記載において、外部とは、基本的にヘッダおよび熱媒流路等の熱媒を流すことが想定される設備の外側のことである。

また、ベントは、基本的に弁を有するものであるが、熱媒流路に熱媒を流している使用状態では、ポンプで熱媒を流すことにより、熱媒流路内が陽圧となり、ベントの弁が故障または破損すると、ベントから熱媒が漏出する虞がある。万が一にもベントの弁が故障または破損するようなことがあっても、ベントから漏出した熱媒は、直ぐに外部に流出せずに、ヘッダ内に流入することになり、弁の故障や破損への対応の時間を稼ぐことができる。

本発明の前記構成において、前記ヘッダには、当該ヘッダおよび熱媒流路の外側（上述の外部）から空気を取り入れ可能な吸入口が設けられていることが好ましい。

このような構成によれば、吸入口から取り入れられた気体は、ヘッダから各ベントに流れることになるが、いずれかのベントから熱媒の流出が生じた場合に、流出した熱媒はヘッダ内に溜まることになるが、流出する熱媒の量が多すぎると、ヘッダの吸入口から熱媒が流出してしまうことになる。

この場合には、熱媒が流出するのは、吸入口に限定されるので、例えば、吸入口の周囲に人の立ち入りを防止する構造を設けたり、吸入口から流出した熱媒がさらに流出しないように熱媒を受けて溜める構造を設けたりする対策を各ベントではなく、ヘッダの吸入口に行うだけで、熱媒の流出への対応が可能になる。これにより、熱媒の流出対策のコストの低減を図ることができる。

また、本願発明の前記構成において、前記ヘッダには、当該ヘッダ内に圧縮気体を導入する気体導入手段が設けられていることが好ましい。

このような構成によれば、各熱媒流路から熱媒を排出する際にヘッダから各ベントに圧縮気体を導入して熱媒を排出可能となる。この場合に、各ベンドに圧縮気体を導入するためのコンプレッサやガスタンク等を設けたり、ベントにそれぞれ圧縮気体を導入する配管を設けたりする必要がなく、複数の熱媒流路に低コストで圧縮気体の導入が可能となる。

なお、ヘッダは、圧縮気体の導入だけではなく、上述のように外部の空気の取り入れにも利用可能であるし、万が一にもベントの弁が故障または破損した場合の熱媒の外部への流出の抑制を図ることができる。

また、本発明の前記構成において、前記ベントは、前記熱媒流路内の圧が外部の圧より低い場合に開放可能となっていることが好ましい。

このような構成によれば、熱媒流路の熱媒を排出する側が開放さえることで、熱媒流路内の圧が抜け、さらに、熱媒流路内の熱媒の荷重により熱媒が下方に移動しようとすることにより、熱媒流路の上部側のベント部分の圧が外部の圧より下がった状態となった際に、ベントが開放可能となっている。したがって、上述のように高い位置の熱媒流路から排出される熱媒が低い位置の熱媒流路を逆流する場合のようにベント部分の圧が陽圧となる場合はベントが開放せず、ベントからヘッダに熱媒が流出するのを防止できる。なお、ここで外部の圧とは、例えば、大気圧であり、外部の圧より低い状態は、例えば、陰圧の状態である。

なお、ヘッダ内に熱媒が流入した場合には、ヘッダ内で熱媒が固化してしまう虞があり、後処理を考慮すると、ベントからヘッダに熱媒がなるべく流出しない方が好ましい。

また、本発明の前記構成において、前記熱媒流路内の圧を計測する圧計測手段と、前記圧計測手段に計測された圧が所定圧以下となった場合に、前記ベントを開放するベント制御手段とを備えることが好ましい。

このような構成によれば、熱媒流路の熱媒がポンプにより循環している状況や、熱媒排出時に熱媒が逆流しそうな状態で、熱媒流路のベント部分が陰圧ではなく、陽圧となっている状態では、ベントが開放しないことになる。これにより、ベントからヘッダへの熱媒の流出を防止できる。

また、本発明の前記構成において、前記ベントに逆止弁が設けられていることが好ましい。

このような構成によれば、逆止弁によりベントからの熱媒の流出を防止できるので、ベントからヘッダ内への熱媒の流出を防止できる。

また、本発明の前記構成において、前記ベントに背圧弁が設けられていることが好ましい。

このような構成によれば、背圧弁の背圧によりベント部分が所定圧以下にならないと開放しない構成とすることが可能であり、ベントからヘッダへの熱媒の流出を防止できる。

本発明によれば、太陽熱を収集して熱媒で伝達する際の熱媒流路に熱媒排出時に気体を取り入れるためのベントを設けた場合に、何等かの理由によりベントから熱媒が流出しても熱媒が直接外部に流出してしまうのを防止できる。

本発明の第１の実施の形態に係る太陽熱取集システムを示す概略図である。 同、要部概略図である。 本発明の第２の実施の形態に係る太陽熱取集システムを示す要部概略図である。 本発明の第３の実施の形態に係る太陽熱取集システムを示す要部概略図である。 本発明の第４の実施の形態に係る太陽熱取集システムを示す要部概略図である。 本発明の第５の実施の形態に係る太陽熱取集システムを示す要部概略図である。

（第１の実施の形態）
以下、本発明の第１の実施の形態を説明する。
図１および図２は、第１の実施の形態の太陽熱収集システムの概略構成を示すものである。太陽熱収集システムは、複数の太陽熱収集装置１を備えている。なお、図１では太陽熱収集装置１を２つ記載しているが、実際には太陽熱収集装置１は多数（例えば１００台以上）設けられている。なお、太陽熱収集システムで収集された太陽熱は、熱媒を介して発電システムに送られて発電が行われる。これら太陽熱収集システムと発電システムとから太陽熱発電プラントが構成される。

太陽熱収集装置１は、例えば略Ｕ形の熱媒流路２を有しており、この熱媒流路２は、集光鏡（集光手段）３で集光された太陽光によって加熱され、これによって、熱媒流路２を流れる熱媒の温度が例えば５５０℃程度まで上昇するようになっている。

なお、本実施の形態では熱媒としては、硝酸ナトリウムと硝酸カリウムとの混合物からなる溶融塩が使用されている。
また、図１において、小さな直角三角形で示すものは勾配記号であり、この勾配記号にしたがって、熱媒流路２および後述する傾斜配管５が水平面に対して傾斜している。

太陽熱収集装置１の熱媒流路２は傾斜配管５に接続されている。傾斜配管５はループ状に構成されており、図１において左端部が右端部より高くなっている。つまり、傾斜配管５は水平面に対して図１において右下がりに傾斜している。また、傾斜配管５は、平行に配置された２本の傾斜配管５ａ，５ｂを有しており、一方の傾斜配管５ａと他方の傾斜配管５ｂとはその両端部においてそれぞれ配管５ｃによって接続されている。
傾斜配管５には２つのタンク６，７が接続されている。タンク６，７はそれぞれ熱媒を貯留するものであり、タンク６は太陽熱収集装置１によって加熱される前の熱媒を貯留し、タンク７は太陽熱収集装置１によって加熱された後の熱媒を貯留するようになっている。したがって、以下ではタンク６をコールド側タンク６と称し、タンク７をホット側タンク７と称する。

コールド側タンク６と傾斜配管５ａとは接続配管１０によって接続されており、コールド側タンク６に設けられた図示しないポンプによって、コールド側タンク６から傾斜配管５ａに熱媒を送り込むようになっている。傾斜配管５ａに送り込まれた熱媒は、接続配管１０と傾斜配管５ａとの接続部において分岐して、その一部が傾斜配管５ａの勾配に沿って右側に流れ、残りの一部が傾斜配管５ａの勾配に逆らって左側に流れるようになっている。

また、ホット側タンク７と傾斜配管５ｂとは接続配管１１によって接続されており、太陽熱収集装置１によって加熱された後の熱媒を前記ポンプの圧力によってホット側タンク７に送り込むようになっている。なお、接続配管１１は途中で分岐して、コールド側タンク６にも必要に応じて熱媒を送り込むことが可能となっている。例えば、太陽が出ていない夜間等は太陽熱収集装置１にて熱媒を加熱できないので、その場合、前記分岐部に設けられた切替弁によって、熱媒をコールド側タンク６にのみ送り込むようにして、加熱されていない熱媒がホット側タンク７に送り込まれるのを防止する。

また、太陽熱収集装置１の熱媒流路２の一方の端部は傾斜配管５ａに接続されており、他方の端部は傾斜配管５ｂに接続されている。したがって、通常の運転時に傾斜配管５ａを流れる熱媒は太陽熱収集装置１によって加熱される前の熱媒であり、傾斜配管５ｂを流れる熱媒は太陽熱収集装置１によって加熱された後の熱媒である。太陽熱収集装置１の熱媒流路２では、傾斜配管５ａに接続された端部から傾斜配管５ｂに接続される端部に熱媒が流れることになり、熱媒が太陽熱収集装置１を循環している状態となる。

なお、熱媒流路２および傾斜配管５ａ，５ｂから熱媒を排出する場合には、熱媒流路２および傾斜配管５ａ，５ｂの傾斜にしたがって上から下に熱媒を流すことが可能な構成になっている。熱媒を排出するために、熱媒流路２の最も高い位置にベント弁１５ａを備えるベント１５が設けられており、ベント１５のベント弁１５ａを開放することにより、熱媒を排出する場合に空気を取り入れるようになっている。

各太陽熱収集装置１の熱媒流路２には、上述のベント１５が設けられている。ベント１５は、熱媒流路２の高さ位置が略最高となる位置に上側に向かって分岐して設けられるベント用流路と、ベント用流路に設けられたベント弁１５ａとを備える。ベント用流路は、各熱媒流路２でそれぞれ最も高い部分となり、上端部からベント弁１５ａを介して熱媒流路２に空気を取り入れるようになっている。また、ベント用流路の上端部がヘッダ３１に接続されている。

なお、ベント用流路および熱媒流路２は、管体からなっている。また、ベント用流路は、熱媒流路２に対してＴ字状もしくはＹ字状等の２つに分岐する形状となるように接続されており、ベント用流路が、熱媒流路２に接続される部分で２方向に分岐した形状となっている。これにより、ベント用流路からループ状の熱媒流路２の最高位置に空気を流入させる際に、空気がベント用流路から２方向に向かって熱媒流路２に流入するようになっている。

上述のように。ベント用流路の途中にベント弁１５ａが設けられることにより、ベント弁１５ａを開放した際に熱媒流路２に空気を取り入れるためのベント１５が構成されている。ベント弁１５ａは、基本的に開閉可能であれば、どのような弁であってもよいが、基本的に常時閉であり、上述のように熱媒を排出する際にだけ開放される。

また、熱媒流路２には、ポンプにより熱媒が常時流されている状態である。このことから熱媒流路２は陽圧であり、太陽熱収集システムの通常運転時に、ベント１５からの熱媒の流出を防止するために、ベント１５のベント弁１５ａは、常時閉となっている必要がある。ベント弁１５ａは、基本的に開閉可能であればどのような弁であってもよいが耐久性が高いことが好ましい。このようなベント弁１５ａは、電磁弁でもよいし、手動で開閉可能な弁でもよいが、停電時に弁を開放させるために手動でも開閉できる構成となった電磁弁が好ましい。また、ベント弁１５ａを電磁弁で構成する場合に、バックアップ電源としての電池を設けておき、停電時でも電池からの電力でベント弁１５ａが作動可能な構成としてもよい。

ヘッダ３１は、複数の太陽熱収集装置１のそれぞれに設けられた熱媒流路２のベント１５を連通した状態に接続するものである。ヘッダ３１は、管体であり、各熱媒流路２のベント１５のベント用流路となる管体の上端部に連通した状態で接続されている。

ヘッダ３１は、基本的に１本の配管であり、複数のベント１５が上述のように接続されている。なお、ヘッダ３１とベント１５とは、後述する吸入口（吸気口）３２を除いて密閉された状態となっており、吸入口３２以外から空気等の気体や液体等が出入できない状態となっている。

前記吸入口３２は、ヘッダ３１を構成する配管の最も高い位置に設けられた吸入口用管の上端開口である。吸入口用管は、ヘッダ３１となる配管の最も高い位置から上に向かって延出して設けられるが、Ｕ字状に曲がった形状を有し、空気を取り入れる上端開口が下を向いており、雨水等の吸入口用管への進入が抑止されている。

また、吸入口３２は、基本的に１つのヘッダ３１に１つ設けられるが複数設けても良い。吸入口３２は、弁が設けられず、基本的に常時開で閉じることができないが、吸入口３２に弁を設けて開閉可能としてもよい。

複数の太陽熱収集装置１のうち最も低い位置に配置されている太陽熱収集装置１の熱媒流路２が接続された傾斜配管５の位置より低い位置にドレイン容器１６が配置されており、このドレイン容器１６は、熱媒流路２からドレイン容器１６に熱媒を排出する際の排出経路としての傾斜配管５に接続されている。具体的には、傾斜配管５の右側端部の配管５ｃにドレイン容器１６が接続されている。

配管５ｃの中央部には弁１７が設けられ、この弁１７より傾斜配管５ａ側の配管５ｃとドレイン容器１６とが配管１８ａによって接続され、弁１７より傾斜配管５ｂ側の配管５ｃとドレイン容器１６とが配管１８ｂによって接続されている。なお、この弁１７は通常は閉じた状態となっている。
また、配管１８ｂと配管５ｃとの接続部には、図示しない弁が設けられている。そして、この弁を開放することによって、傾斜配管５ｂを流れる熱媒を配管５ｃ、配管１８ｂを介してドレイン容器１６に受け入れることができるようになっている。
また、傾斜配管５ａを流れる熱媒は配管５ｃ，１８ａによって常にドレイン容器１６に送り込まれるようになっている。

また、ドレイン容器１６から熱媒をコールド側タンク６に送り出すポンプ２０を備えている。ドレイン容器１６には排出管２１が接続されており、この排出管２１の途中にポンプ２０が設けられている。
一方、傾斜配管５ａ，５ｂの間に排出管２２が傾斜配管５ａ，５ｂと平行に設けられ、この排出管２２の一方の端部はコールド側タンク６に向けて折曲され、当該コールド側タンク６に接続されている。また、排出管２２の他方の端部は排出管２１と接続されている。
したがって、ドレイン容器１６に受け入れられた熱媒は、ポンプ２０によって排出管２１，２２を介してコールド側タンク６に送り出され、当該コールド側タンク６に貯留されるようになっている。

このような構成の太陽熱収集システムでは、通常の運転時には、コールド側タンク６から図示しないポンプによって、熱媒が傾斜配管５ａに送り込まれ、この傾斜配管５ａから各太陽熱収集装置１の熱媒流路２に熱媒が送り込まれ、太陽光によって加熱された熱媒が傾斜配管５ｂから接続配管１１を通ってホット側タンク７に貯留される。このホット側タンク７に貯留された熱媒が図示しない配管によって発電システムに送り込まれ、タービンによって発電する。発電に使用されて温度が低くなった熱媒は図示しない配管によってコールド側タンク６に戻され、再びコールド側タンク６から図示しないポンプによって、熱媒が傾斜配管５ｂに送り込まれて太陽熱収集装置１で熱媒が加熱され、この加熱された熱媒がホット側タンク７に貯留される。

このような工程を行うことによって、熱媒を発電システムに安定的に供給することが可能となる。すなわち、ホット側タンク７に貯留された熱媒は、発電システムの熱交換器に送られて、水を加熱して蒸気とし、発電システムのタービンを回転させて電力を発生するようになっている。発電システムで蒸気を発生させるのに使用されて温度が低下した熱媒はコールド側タンク６に戻される。

また、傾斜配管５ａを流れる熱媒の一部は配管５ｃ、１８ａを介してドレイン容器１６に送り込まれるとともに、このドレイン容器１６からポンプ２０によって排出管２１，２２を介してコールド側タンク６に送り出され、当該コールド側タンク６に貯留される。

一方、例えばメンテナンス時や停電等によって熱媒流路２を流れる熱媒に温度低下が生じて固化する虞がある場合、熱媒流路２から熱媒を以下のようにして排出する。
各太陽熱収集装置１の熱媒流路２の最高位置に設けられたベント１５のベント弁１５ａを開放して熱媒流路２に空気を導入するとともに、配管１８ｂと配管５ｃとの接続部に設けられた弁を開放する。

すると、各太陽熱収集装置１の熱媒流路２から傾斜配管５（５ａ，５ｂ）に熱媒が重力によって流れ込み、さらにこの熱媒が重力によって傾斜配管５（５ａ，５ｂ）を流れて、配管１８ａ，１８ｂを介してドレイン容器１６に受け入れられる。
ドレイン容器１６に受け入れられた熱媒はポンプ２０によってコールド側タンク６に排出管２１，２２を介して送り出され、当該コールド側タンク６に貯留される。
したがって、複数の太陽熱収集装置１から排出される熱媒を、コールド側タンク６を太陽熱収集装置１より低い位置に設置することなく、太陽熱収集装置１から熱媒を重力によって排出できる。

ここで、各太陽熱収集装置１において熱媒流路２のベント弁１５ａを略同時に開放した場合に、各太陽熱収集装置１の熱媒流路２から略同時に傾斜配管５に熱媒が流入することになる。この場合に、各太陽熱収集装置１の熱媒流路２が同じ傾斜配管５に接続されていることから、例えば、傾斜配管５の傾斜の上側に接続された複数の熱媒流路２から流入する熱媒により、その熱媒流路２より傾斜配管５の傾斜下側に接続された熱媒流路２には、圧がかかり、熱媒が熱媒流路２の熱媒の排出方向（傾斜下側に向かう方向）に対して逆流する虞がある。

この場合に、傾斜配管５から熱媒が逆流した状態に流入した熱媒流路２では、ベント１５から熱媒が流出する虞がある
この場合に、ベント弁１５ａを開としていることから、熱媒が逆流した熱媒がベント１５から流出することになるが、ベント１５は、ヘッダ３１に接続されているので、ベント１５から流出した熱媒は、ベント１５から直接外部に流出するのではなく、ヘッダ３１に流入することになる。

したがって、上述のように熱媒が逆流するようなことがあっても、熱媒の外部への流出を抑止することができる。ここで、熱媒排出時に、一部の熱媒流路２で熱媒が逆流することがあっても、最終的には、全ての熱媒流路２で熱媒がドレイン容器１６に流出することになる。したがって、熱媒流路２の逆流が収まるまでに流出する熱媒の流出量よりヘッダ３１の容量が大きければ、熱媒はヘッダ３１内に溜まることになる。なお、この場合に、ヘッダ３１に接続されたベント１５のうちの最も低いベント１５から熱媒がヘッダ３１内に流出する可能性が高いが、ヘッダ３１内に流出した熱媒は、冷えて固まる前に、上述のように流出が収まった際に、最も低いベント１５から当該ベント１５を備える熱媒流路２に戻されてドレイン容器１６に排出されることになる。

また、ベント１５からヘッダ３１に流出する熱媒の流出量がヘッダ３１の容量より多ければ、ヘッダ３１内に流入した熱媒は、吸入口３２からヘッダ３１の外部に流出することになる。この場合に、ヘッダ３１に多くのベント１５が接続されていても、熱媒が流出するのは、例えば、１つの吸入口３２だけであり、例えば、吸入口３２の回りに、人が入り込めないような構造を設け、流出した熱媒を受けて溜めるドレイン槽（容器）を設ければ、熱媒が外部に流出しても問題が生じない。

また、溶媒の流出に対応するための構造は、各ベント１５に対応して設けるのではなく、多数のベント１５に対して、１つの吸入口３２に設ければよいので、熱媒の流出対策用のコストを大幅に低減することができる。

また、ベント１５は、上述のように熱媒排出時に開放する必要があるが、通常運転時には、熱媒流路２からポンプにより加圧された状態の熱媒が漏出しないようにする必要がある。この場合に、ベント弁１５ａが破損したり故障したりした場合に、ベント１５から熱媒が流出する虞があるが、上述のように熱媒の外部への漏出を抑止することができるとともに、万が一熱媒が吸入口３２から漏出するようなことがあっても低コストで対応可能となる。

（第２の実施の形態）
以下、本発明の第２の実施の形態を説明する。
図３は、第２の実施の形態の太陽熱収集システムの要部概略構成を示すものである。第２の実施の形態の太陽熱収集システムは、第１の実施の形態のヘッダ３１に、吸入口３２に代えて圧縮気体が溜められた加圧ガスホルダ（ガスタンク：気体導入手段）２３を接続したものである。

本実施の形態では、ヘッダ３１に加圧ガスホルダ２３が接続されており、熱媒排出時にベント１５のベント弁１５ａを開放するとともに、加圧ガスホルダ２３を開放してヘッダ３１に加圧ガスを導入することにより、熱媒流路２に加圧ガスを導入して熱媒を排出することができる。

この場合に、加圧ガスのヘッダ３１内での圧力が、上述のように熱媒が逆流する場合に、熱媒にかかる圧よりも高ければ、熱媒の逆流を防止することができる。熱媒を逆流させる圧力がヘッダ３１内に導入された加圧ガスの圧力より高ければ、熱媒の逆流を完全に防止することができないが、熱媒を外部に漏出させずに、ヘッダ３１内に留めることが可能となる。

この場合に、ヘッダ３１に吸入口３２等の外部に連通する部分がなければ、ヘッダ３１は、加圧ガスホルダ２３を含めて密閉された状態であり、外部への熱媒の流出を防止できる。また、通常運転時にベント弁１５ａが機能しない状態となっても熱媒が外部に漏出するのを抑止できる。

（第３の実施の形態）
以下、本発明の第３の実施の形態を説明する。
図４は、第３の実施の形態の太陽熱収集システムの要部概略構成を示すものである。
第３の実施の形態の太陽熱収集システムは、第１の実施の形態の太陽熱収集システムのベント１５に内部の熱媒の圧力を測定するための圧計測手段としての圧力計２５を設けるとともに、ベント１５内の圧力に基づいて、ベント弁１５ａの開閉を制御可能としたものである。

ベント弁１５ａは、例えば、電池により電源がバックアップされて停電時にも作動可能な電磁弁となっているとともに、電磁弁の開閉を制御する図示しない制御装置（ベント制御手段）を備え、圧力計２５の圧力がデータとして入力されるようになっている。

そして、ベント弁１５ａの制御装置は、ベント１５の部分で熱媒流路２内の圧力を計測する圧力計２５から入力される圧力を示す信号が所定の圧力より圧力が高い場合に、ベント弁１５ａの開放を禁止するようになっている。すなわち、ベント１５内における熱媒の圧力が所定圧以上の場合にベント弁１５ａは、例えば、ベント弁１５ａを開放する信号が入力されてもベント弁１５ａを開放しないように制御する。また、ベント１５内における熱媒の圧力が所定圧より下がってベント弁１５ａが開放した後にベント１５内の圧力が所定圧以上となる場合に、ベント弁１５ａが閉じるようにベント弁１５ａが制御される。

したがって、熱媒を排出させるために各ベント１５の電磁弁であるベント弁１５ａの熱媒の圧力が例えば所定圧としての大気圧より低い圧力とならないと開放しないことになる。ここで、熱媒流路２の熱媒の排出側で熱媒がドレイン容器１６に流入可能な状態となると、熱媒が重力でドレイン容器１６側に引き込まれた状態で、上述のように逆流を起こすベント１５を除くベント１５を含む熱媒流路２内部（ベント１５のベント用流路を含む）は、大気圧より低い陰圧となる。この状態でベント弁１５ａを開放すると、熱媒がドレイン容器１６に流れ込むことになる。しかし、上述のように、他の熱媒流路２より低い熱媒流路２では、熱媒が逆流する状態となる。この場合にベント１５内の圧が所定圧としての大気圧以上となる。この場合に、ベント弁１５ａが開放しないか、または、開放したベント弁１５ａが閉じることにより、熱媒の逆流を防止することができる。所定圧は、例えば、大気圧であるが、大気圧から大気圧より少し低い圧が好ましい。

これにより、上述のように熱媒が逆流する状況でも、ベント弁１５ａが開放しないか閉じることにより、ヘッダ３１内に熱媒が流出するのを抑止できる。これにより、ヘッダ３１内に熱媒が流出した場合に、ヘッダ３１内で熱媒が冷えて固化する虞があるが、ヘッダ３１内で熱媒が固化しないようにできる。また、万が一にベント弁１５ａの故障、損傷、制御のバグやエラー等で、ベント１５から熱媒が流出するようなことがあっても、上述のように熱媒の外部への漏出を抑止したり、熱媒の漏出対策にかかるコストの低減を図ったりすることができる。なお、熱媒の圧を計測する圧力計２５の設置位置は、熱媒流路２であるが、より詳細には、ベント１５のベント用流路のベント弁１５ａより内側（ヘッダ３１の反対側で熱媒流路２の本体側）で、ベント弁１５ａの近傍である。

（第４の実施の形態）
以下、本発明の第４の実施の形態を説明する。
図５は、第４の実施の形態の太陽熱収集システムの要部概略構成を示すものである。
第４の実施の形態の太陽熱収集システムは、第１の実施の形態の太陽熱収集システムのベント弁１５ａに代えて、背圧弁２７を設けたものである。

背圧弁２７は、弁体をバネで付勢した状態となっており、例えば、背圧弁２７の内側の熱媒の圧がバネの付勢力で決まる所定圧以下となった場合に開放可能となる。なお、例えば、熱媒の圧が所定圧以上となると開放可能となる構成の背圧弁もあるが、本実施の形態では、背圧弁２７の内側の熱媒が所定圧以下となると開放可能な構成となっている。ここでは、背圧弁２７は、上述のベント弁１５ａと同様にベント１５のベント用流路に設けられ、背圧弁２７より内側（ヘッダ３１の反対側で熱媒流路２の本体側）となるベント用流路の圧が、所定圧としての大気圧から大気圧より少し低い圧の間に設定された圧より低い圧となると、背圧弁２７が開放する構成となっている。また、所定圧は、背圧弁２７に備えられるバネの付勢力で決まるものであり、例えば、ばねは背圧弁２７の弁体を外側（ヘッダ側）から大気圧またはそれより少し低い圧で開放側（弁座の反対側）に押しており、ベント１５部分において、熱媒流路２内の圧が所定圧より高いとこの熱媒の圧により背圧弁２７の弁体がばねの付勢力に抗して弁座に押し付けられて背圧弁２７が閉となり、熱媒流路２内の圧が所定圧以下または所定圧より低くなるとばねの付勢力により押された弁体が熱媒の圧に抗して弁座から離れ、背圧弁２７が開となる。

本実施の形態では、大気圧より背圧弁２７の内側の圧が低くなると、背圧弁２７が開放可能となるとともに、背圧弁２７が開放した状態で背圧弁２７の内側の圧が大気圧より低くなると、背圧弁２７が閉じるようになっている。

背圧弁２７の動作は、基本的に第３の実施の形態の制御されたベント弁１５ａと略同様の動作となり、第３の実施の形態と略同様の作用効果を、制御装置を用いずに実現することが可能となり、コストの低減を図ることができる。

（第５の実施の形態）
以下、本発明の第５の実施の形態を説明する。
図６は、第５の実施の形態の太陽熱収集システムの要部概略構成を示すものである。
第５の実施の形態の太陽熱収集システムは、第１の実施の形態の太陽熱収集システムのベント１５にベント１５弁に加えて、逆止弁２９を設けたものである。

本実施の形態において、ベント１５は、ベント用流路と、ベント弁１５ａと、逆止弁２９とから構成されている。逆止弁２９は、上述のように逆流する熱媒のベント１５からの流出を防止する、ベント用流路おいて、ベント弁１５ａの下側（内側）、すなわち、熱媒流路２側に配置されており、逆止弁２９を超えないと、熱媒がベント弁１５ａに至らないようになっている。また、逆止弁２９は、図６において、熱媒または空気の上側（外側）から下側（内側）への流動を許可し、下側から上側への流動を阻止する。

本実施の形態においては、逆止弁２９が設けられているので、熱媒は逆止弁２９を超えてベント１５から流出することができない。また、逆流するように熱媒に掛かっていた圧力が解消すれば、ベント弁１５ａが開放した状態で、空気の流入が可能になる。

逆止弁２９により、第３および第４の実施の形態と同様に、ベント１５からヘッダ３１への熱媒の漏出を抑止することが可能になり、ヘッダ３１内で熱媒が固化するような状況となるのを抑止できる。
また、逆止弁２９およびベント弁１５ａが故障したり、損傷したりすることがあっても、熱媒の外部への流出を抑止できるとともに、熱媒の外部への流出対策にかかるコストの低減を図ることができる。

１ 太陽熱収集装置
２ 熱媒流路
５ 傾斜配管（排出経路）
１５ ベント
１５ａ ベント弁
２３ 加圧ガスホルダ（気体導入手段）
２５ 圧力計（圧計測手段）
２７ 背圧弁
２９ 逆止弁
３１ ヘッダ
３２ 吸入口

Claims (7)

1. 太陽熱により熱媒を加熱するとともに、前記熱媒を流す熱媒流路を複数備え、前記熱媒流路にそれぞれ設けられたベントから前記熱媒流路に気体を取り入れることにより、複数の前記熱媒流路から同じ排出経路を介して前記熱媒を排出可能となっている太陽熱収集システムであって、
   複数の前記ベントを繋ぐ配管であるヘッダを備え、前記ベントが前記ヘッダを介して前記熱媒流路内に前記気体を取り入れ可能となっていることを特徴とする太陽熱収集システム。
2. 前記ヘッダには、外部から空気を取り入れ可能な吸入口が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の太陽熱収集システム。
3. 前記ヘッダには、当該ヘッダ内に圧縮気体を導入する気体導入手段が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の太陽熱収集システム。
4. 前記ベントは、前記熱媒流路内の圧が外部の圧より低い場合に開放可能となっていることを特徴とする請求項１に記載の太陽熱収集システム。
5. 前記熱媒流路内の圧を計測する圧計測手段と、前記圧計測手段に計測された圧が所定圧以下となった場合に、前記ベントを開放するベント制御手段とを備えることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか1項に記載の太陽熱収集システム。
6. 前記ベントに逆止弁が設けられていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか1項に記載の太陽熱収集システム。
7. 前記ベントに背圧弁が設けられていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか1項に記載の太陽熱収集システム。

Images