JPWO2017217390A1 - 溶融塩型熱媒体、溶融塩型熱媒体の使用方法および太陽熱利用システム - Google Patents

溶融塩型熱媒体、溶融塩型熱媒体の使用方法および太陽熱利用システム Download PDF

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Abstract

【課題】耐熱温度が高く、かつ、使用可能温度範囲が広い溶融塩型熱媒体、溶融塩型熱媒体の使用方法及び溶融塩型熱媒体を使用した太陽熱利用システムを供することを目的とする。
【解決手段】溶融塩型熱媒体は、１０モルパーセント以上３０モルパーセント以下の炭酸カリウムと、１３モルパーセント以上３５モルパーセント以下の炭酸ナトリウムと、２０モルパーセント以上４０モルパーセント以下の炭酸リチウムと、１．５モルパーセント以上１５モルパーセント以下の炭酸カルシウムと、５モルパーセント以上２０モルパーセント以下の炭酸バリウムと、合計で０．２モルパーセント以上３５モルパーセント以下の炭酸マグネシウム及び／又は炭酸セシウムと、を含有する炭酸塩混合物を含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、溶融塩型熱媒体、溶融塩型熱媒体の使用方法および太陽熱利用システムに関する。
近年、永続的に利用することができる再生可能エネルギーとして、太陽熱エネルギーを利用することが世界的に注目されている。太陽熱エネルギーを利用するものとしては、太陽熱発電システムなどが知られており、高温で使用可能な溶融塩型熱媒体が広く使用されている。
太陽熱発電システムは、太陽光によって約１０００℃程度の熱を発生させることが可能であると言われており、それに応じて蒸気温度を高めることで、太陽熱発電システムの発電効率を高めることが求められている。また、太陽熱を利用した水素製造システムも知られているが、水熱分解反応に６５０℃を超える高温プロセスが必要とされる場合もあり、太陽熱などで反応槽を直接加熱する方法が用いられている。しかしながら、反応槽を直接加熱する方法では、反応温度の制御が難しく、より容易かつ安定的に反応温度を制御するために、高耐熱性の熱媒体によって加熱を行うことが求められている。
従来の高耐熱性の溶融塩型熱媒体としては、例えば炭酸ナトリウム、炭酸リチウム及び炭酸カルシウムを含む炭酸塩型熱媒体が知られている。
しかしながら、昨今の熱媒体には、高い耐熱性に加えて、熱媒体の予熱過程を極力省き、かつ配管内での凝固リスクを軽減する観点で、融点の低さが求められているが、従来の炭酸塩型熱媒体では、特に融点の観点で十分とは言えない場合があった。
特許文献１には、炭酸塩を太陽光発電の蓄熱材として使用することが記載されている。また特許文献２には、炭酸塩を燃料電池用電解質として使用することが記載されている。しかしながら、特許文献１及び２のいずれにおいても、炭酸塩を熱媒体として使用することは報告されていない。そこで、本発明者は、この炭酸塩に着目し、特に融点の低さを追求して鋭意研究を行った結果、本発明に至ったものである。
国際公開第２０１２／１３０２８５号 特公平７−５４７１０号公報
従って、本発明の課題は、融点が低く、かつ比較的高い耐熱温度を有する溶融塩型熱媒体、当該溶融塩型熱媒体の使用方法、及び、当該溶融塩型熱媒体を使用した太陽熱利用システムを提供することである。
（１）本発明の一実施形態に係る溶融塩型熱媒体は、１０モルパーセント以上３０モルパーセント以下の炭酸カリウムと、１３モルパーセント以上３５モルパーセント以下の炭酸ナトリウムと、２０モルパーセント以上４０モルパーセント以下の炭酸リチウムと、１．５モルパーセント以上１５モルパーセント以下の炭酸カルシウムと、５モルパーセント以上２０モルパーセント以下の炭酸バリウムと、合計で０．２モルパーセント以上３５モルパーセント以下の炭酸マグネシウム及び／又は炭酸セシウムと、を含有する炭酸塩混合物を含むことを特徴とする。
（２）本発明の他実施形態に係る溶融塩型熱媒体の使用方法は、１０モルパーセント以上３０モルパーセント以下の炭酸カリウムと、１３モルパーセント以上３５モルパーセント以下の炭酸ナトリウムと、２０モルパーセント以上４０モルパーセント以下の炭酸リチウムと、１．５モルパーセント以上１５モルパーセント以下の炭酸カルシウムと、５モルパーセント以上２０モルパーセント以下の炭酸バリウムと、合計で０．２モルパーセント以上３５モルパーセント以下の炭酸マグネシウム及び／又は炭酸セシウムと、を含有する炭酸塩混合物を含む溶融塩型熱媒体を、加熱部において加熱すること、上記加熱部に流体連通する管路によって、上記溶融塩型熱媒体を熱使用部に給送すること、及び、上記熱使用部において、上記溶融塩型熱媒体により供される熱を使用すること、を備えることを特徴とする。
（３）本発明の他実施形態に係る太陽熱利用システムは、１０モルパーセント以上３０モルパーセント以下の炭酸カリウムと、１３モルパーセント以上３５モルパーセント以下の炭酸ナトリウムと、２０モルパーセント以上４０モルパーセント以下の炭酸リチウムと、１．５モルパーセント以上１５モルパーセント以下の炭酸カルシウムと、５モルパーセント以上２０モルパーセント以下の炭酸バリウムと、合計で０．２モルパーセント以上３５モルパーセント以下の炭酸マグネシウム及び／又は炭酸セシウムと、を含有する炭酸塩混合物を含む溶融塩型熱媒体と、上記溶融塩型熱媒体を太陽光によって加熱する太陽光加熱部と、上記溶融塩型熱媒体により供される熱を使用する熱使用部と、加熱された上記溶融塩型熱媒体を上記熱使用部に給送するために、上記太陽光加熱部と上記熱使用部とに流体連通する管路と、備えることを特徴とする。
本発明の溶融塩型熱媒体は、融点が低く、かつ耐熱温度を比較的高くすることができる。このため、本発明の溶融塩型熱媒体は、例えば、太陽熱発電システムためにおいては大掛かりな予熱過程を省くことで設備を小型化するとともに、発電効率を上げることができ、水素製造などの高温を要するプロセスにも適用することができる。
本発明の一実施形態に係る溶融塩型熱媒体を使用した太陽熱利用システムの全体概略図である。 図１の太陽熱利用システムの集光要素を拡大した部分拡大図である。 本発明の一つの実施態様による溶融塩型熱媒体の重量減少率を加熱温度に対してプロットしたグラフであって、溶融塩型熱媒体の耐熱温度Ｔｈの定義を説明するものである。
図１から図２を参照して、本発明の実施形態に係る溶融塩型熱媒体１０、溶融塩型熱媒体１０の使用方法、および、溶融塩型熱媒体１０を使用した太陽熱利用システム１を説明する。図１は、溶融塩型熱媒体１０を使用した太陽熱利用システム１の全体概略図であり、図２は、図１の太陽熱利用システム１の集光要素１１０を拡大した部分拡大図である。なお、本明細書において、溶融塩型熱媒体１０の成分の各成分比率は、モル百分率によって示される。すなわち、溶融塩型熱媒体１０の各成分比率は、溶融塩型熱媒体１０の全成分の合計モル数に対する各成分のモル数を百分率で表したものであり、（溶融塩型熱媒体１０の各成分のモル数）×１００／（溶融塩型熱媒体１０の全成分の合計モル数）［モルパーセント］で算出されるものである。また、本明細書において、流体連通するとは、同じ流体が流通できるように接続されていることをいい、直接的に接続されている場合、および、間接的に接続されている場合の両方を含む。また、本明細書は、太陽熱利用システム１を用いて説明するが、溶融塩型熱媒体１０は、それに限らず、熱源から熱を取り出す必要がある様々な用途に利用可能であり、例えば、火力発電システムなどにも利用可能である。
［溶融塩型熱媒体］
図１および図２を参照して、本発明の実施形態に係る溶融塩型熱媒体１０を説明する。本発明の実施形態に係る溶融塩型熱媒体１０は、火力発電や太陽熱発電など発電装置や水熱分解反応によって水素を製造する反応装置などを含む熱使用部３００において、対象物を加熱あるいは冷却して目的の温度にするために、溶融塩型熱媒体１０の加熱部１００と熱使用部３００との間での熱を移動させるのに使用される。例えば、発電装置においては、蒸気や燃焼ガスなどガスタービンを回転させるためのガス発生物が対象物であり、水素を製造する反応装置においては、水蒸気や金属酸化物のような反応対象物が対象物となる。
溶融塩型熱媒体１０は、少なくとも、１０モルパーセント以上３０モルパーセント以下の炭酸カリウム（Ｋ２ＣＯ３）と、１３モルパーセント以上３５モルパーセント以下の炭酸ナトリウム（Ｎａ２ＣＯ３）と、２０モルパーセント以上４０モルパーセント以下の炭酸リチウム（Ｌｉ２ＣＯ３）と、１．５モルパーセント以上１５モルパーセント以下の炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）と、５モルパーセント以上２０モルパーセント以下の炭酸バリウム（ＢａＣＯ３）と、合計で０．２モルパーセント以上３５モルパーセント以下の炭酸マグネシウム（ＭｇＣＯ３）及び／又は炭酸セシウム（Ｃｓ２ＣＯ３）と、を含有する炭酸塩混合物を含む。すなわち、溶融塩型熱媒体１０は、上述の前５成分に加えて、炭酸マグネシウム及び／又は炭酸セシウムを含有してなる、少なくとも６成分又は７成分系の熱媒体である。これによれば、溶融塩型熱媒体１０を低融点とし、かつ比較的高い耐熱性を有するものとすることができるため、溶融塩型熱媒体１０のための大掛かりな予熱要素を必要とせず、かつ溶融塩型熱媒体１０の加熱部１００と熱使用部３００との間の熱交換効率を高めることができる。また、溶融塩型熱媒体１０は、従来は熱媒体を使用できなかった高温プロセスでの熱媒体の使用を可能とし、熱使用部３００における高温プロセスの温度制御を容易にし、かつ安定化させることができる。なお、溶融塩型熱媒体１０は、物性を良好に制御する観点から、炭酸塩混合物のみから構成されてもよい。
上述したように、溶融塩型熱媒体１０は融点Ｔｍが低く、耐熱温度Ｔｈが高いため、通常使用可能な温度範囲が広い。従って、溶融塩型熱媒体１０によれば、熱媒体の大掛かりな予熱要素を必要とせず、設備の小型化、ならびに熱媒体の使用量の削減を図ることができる。この他、溶融塩型熱媒体１０は、粘度が比較的低いため、管路４１０内を円滑に流れることができる。また、金属塩化物などの金属ハロゲン化物系の溶融塩を含有しないか、または、含有量が少ないから、設備の腐食を抑制できる点において熱媒体として優れた物性を有していると言える。
なお、詳しくは後述するが、本発明における「耐熱温度」とは、溶融塩型熱媒体を加熱、溶融した後の５５０℃における試料重量から１重量％の重量減少が認められた温度を指すものとする。
また、詳しくは後述するが、本発明における「融点」とは、溶融塩型熱媒体を完全に加熱溶融し、一旦降温して固化させた後、再び一定速度で昇温させた際の、吸熱ピーク時における温度を指すものとする。
また、溶融塩型熱媒体１０は、上述の前５成分に加えて、炭酸マグネシウムと、炭酸セシウムとの両方を必須の成分として含有する炭酸塩混合物を含んでもよい。すなわち、溶融塩型熱媒体１０が炭酸マグネシウム及び炭酸セシウムを必須の成分とする、少なくとも７成分系の溶融塩型熱媒体であることで、溶融塩型熱媒体１０の融点Ｔｍを大きく低下させることができ、通常使用可能な温度範囲を広げることができる。
特に、溶融塩型熱媒体１０が上述の前５成分に加えて、炭酸マグネシウム及び炭酸セシウムの両方を必須の成分として含有する炭酸塩混合物を含む場合は、炭酸セシウムと炭酸マグネシウムのモル比（Ｃｓ：Ｍｇと記す）がＣｓ：Ｍｇ＝１：０．５〜６であることが好ましい。
また、溶融塩型熱媒体１０が上述の前５成分に加えて、炭酸マグネシウム及び炭酸セシウムを必須の成分として含有する炭酸塩混合物を含む場合は、炭酸マグネシウムを１．０モルパーセント以上２５モルパーセント以下、炭酸セシウムを０．５モルパーセント以上２０モルパーセント以下含むことが好ましい。
上述の前５成分に加えて、炭酸マグネシウム及び炭酸セシウムを上記の範囲で含むことで、溶融塩型熱媒体１０は、炭酸マグネシウム又は炭酸セシウムのいずれか一方しか含まない系と比べて、融点Ｔｍと耐熱温度Ｔｈの両方を好適なものとすることができる。
そして、溶融塩型熱媒体１０は、炭酸カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸リチウム、炭酸バリウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム及び／又は炭酸セシウム以外のその他の成分を含んでもよいことは言うまでもない。溶融塩型熱媒体１０のその他の成分としては、炭酸ストロンチウム（ＳｒＣＯ３）などの上記以外のアルカリ金属またはアルカリ土類金属の炭酸塩、アルカリ金属またはアルカリ土類金属の硝酸塩、硫酸塩、酢酸塩およびリン酸塩、アルカリ金属またはアルカリ土類金属のハロゲン化物、その他溶融塩が例示される。
このように溶融塩型熱媒体１０にその他の成分を含有する場合には、溶融塩型熱媒体１０の融点や粘度を低くするなどの観点から、その他の成分が選定されることが望ましい。この場合、溶融塩型熱媒体１０に含有されるその他の成分の含有量は、０モルパーセントより大きく２０モルパーセント以下、好ましくは、０モルパーセントより大きく１０モルパーセント以下、より好ましくは、０モルパーセントより大きく５モルパーセント以下である。
なお、その他の成分として金属ハロゲン化物を含有する場合は、設備の腐食を防止する必要性から、溶融塩型熱媒体１０に含有される金属ハロゲン化物の含有量を、溶融塩型熱媒体１０の全量１００モルパーセント中、０．１モルパーセント以下とすることが好ましく、０．０５モル％以下とすることがより好ましく、全く配合しないことがさらに好ましい。
なお、溶融塩型熱媒体１０中、溶融塩型熱媒体１０に含まれる各炭酸塩は、それぞれが分離して存在することもできるが、複数種の炭酸塩が結合して、例えば炭酸ナトリウムカリウム（ＮａＫＣＯ３）のようにナトリウムおよびカリウムなどの複数の金属イオンを含んだ炭酸塩として存在していてもよい。
上述のとおりであるから、本発明の実施形態に係る溶融塩型熱媒体は、例えば太陽熱発電システムにおいて熱媒体のための大掛かりな予熱要素を必要とせず、設備の小型化、ならびに熱媒体の使用量の削減を図ることができる。また、太陽熱発電システムの発電効率を上げ、水素製造などの高温プロセスを要する反応装置の加熱用にも適用することができる。
［太陽熱利用システム］
次に、図１および図２を参照して、本発明の実施形態に係る太陽熱利用システム１を説明する。太陽熱利用システム１は、溶融塩型熱媒体１０を使用するものであり、溶融塩型熱媒体１０と、溶融塩型熱媒体１０を太陽光によって加熱する太陽光加熱部１００と、溶融塩型熱媒体１０により供される熱を使用する熱使用部３００と、加熱された溶融塩型熱媒体１０を熱使用部３００に供給するために、太陽光加熱部１００と熱使用部３００とに流体連通する管路４１０と、を備える。
太陽光加熱部１００は、集光要素１１０を含み、集光要素１１０は、溶融塩型熱媒体１０が通過する集光管１１２と集光鏡１１４を含んでもよい。図示するように、集光要素１１０は、複数並列された集光管１１２に沿って複数の曲面状の反射鏡が配置されたトラフ型集光装置であってもよいし、図示しないタワー型、フレネル型、ディッシュ型その他公知の集光装置であってもよい。また、集光要素１１０は、必要に応じて、ヘリオスタットなどの図示しない部品を含んでもよいことは言うまでもない。
太陽熱利用システム１は、さらに、管路４１０に流体連通する熱媒容器２１０，２２０，２３０の少なくともいずれか１つを備えてもよい。すなわち、熱媒容器２１０，２２０，２３０は、一時的に溶融塩型熱媒体１０を直接貯蔵する容器である。例えば、熱媒容器２１０，２２０，２３０は、太陽光加熱部１００で加熱された高温の溶融塩型熱媒体１０を蓄積できる高温熱媒タンク２１０と、熱使用部３００で熱を供した後の低温の溶融塩型熱媒体１０を蓄積できる低温熱媒容器２２０と、溶融塩型熱媒体１０の膨張タンク２３０である。
熱媒容器２１０，２２０，２３０は、溶融塩型熱媒体１０と二酸化炭素とが充填されていることで、溶融塩型熱媒体１０を二酸化炭素でシールするものであってもよい。これによれば、溶融塩型熱媒体１０の耐熱性をより向上することができ、実用上の耐熱温度を１０００℃程度まで高めることができる。なお、熱媒容器２１０，２２０，２３０には、溶融塩型熱媒体１０を含む液体を入れ、空き領域に二酸化炭素のみを充填することができる。
熱使用部３００は、太陽熱を利用するものであれば特に限定されず、例えば、ガスタービンを含む発電装置および水熱分解反応によって水素を製造する反応装置などの熱使用要素３１０を含んでもよい。ガスタービンとしては、蒸気タービンや燃焼ガスタービンが例示される。例えば、水熱分解反応としては、鉄酸化物、酸化セリウム等の金属酸化物を用いた二段階水熱分解反応が例示される。二段階水熱分解反応は、窒素等の低酸素分圧ガス雰囲気下で６５０℃以上の高温において金属酸化物から酸素を放出させる酸素発生反応と、酸素を放出した後の金属酸化物に６５０℃以下の低温で水蒸気（Ｈ２Ｏ）を接触させ水素を発生させる水素発生反応の２つの反応を交互に繰り返すことによって行われるものである。
熱使用部３００は、熱使用要素３１０よりも後段に、後述の、溶融塩型熱媒体１０とは異なる熱媒体を冷却する冷却要素３２０をさらに含んでもよい。なお、熱使用部３００内では、管路４１０から供給される溶融塩型熱媒体１０が直接循環してもよいし、熱使用部３００は更に熱交換器３３０を備え、熱使用部３００内では、溶融塩型熱媒体１０と熱交換を行った溶融塩型熱媒体１０とは異なる別の熱媒体が循環してもよい。
管路４１０は、例えば集光管１１２などの太陽光加熱部１００の配管と熱使用部３００の配管とに流体連通して、溶融塩型熱媒体１０を太陽光加熱部１００と熱使用部３００との間に循環させる。このため、管路４１０には、１または複数のポンプ４２０、および、１または複数のバルブ４６１，４６２が設けられていてもよい。
また、日射量に応じて太陽熱利用効率は変動するので、太陽熱利用システム１の太陽熱利用効率を安定化させるために、太陽熱利用システム１は、図示しない蓄熱部を更に備えてもよい。すなわち、太陽熱利用システム１は、日中や天候が良い時などに太陽熱を蓄熱部に蓄熱し、夜間や天候が悪い時などに太陽熱を蓄熱部から取出して利用できるようにしてもよい。
上述のとおりであるから、本発明の実施形態に係る太陽光利用システムは、耐熱性が高い溶融塩型熱媒体１０を使用することで太陽光利用システムをより効率化できる。例えば、太陽光利用システムは、発電効率を上げることができ、かつ、水素製造などの高温を要するプロセスに熱媒体を使用することができることで効率化される。また、溶融塩型熱媒体１０の使用は、通常使用可能な温度範囲が広いから、設備の小型化、ならびに運用コストの削減を実現することができる。
［溶融塩型熱媒体の使用方法］
次に、図１および図２を参照して、本発明の実施形態に係る溶融塩型熱媒体１０の使用方法を説明する。溶融塩型熱媒体１０の使用方法は、例えば、溶融塩型熱媒体１０を、太陽光加熱部１００において太陽光で加熱すること、太陽光加熱部１００に流体連通する管路４１０によって、溶融塩型熱媒体１０を熱使用部３００に供給すること、及び、熱使用部３００において、溶融塩型熱媒体１０により供される熱を使用すること、を備える。
溶融塩型熱媒体１０の加熱ステップは、具体的には、太陽光加熱部１００において、集光要素１１０によって集められた太陽光が熱に変換され、溶融塩型熱媒体１０が加熱される。例えば、太陽光利用システム１の集光管１１２を通過する際に、集光鏡１１４によって集光管１１２に集められた太陽光によって、加熱が行われる。そして、溶融塩型熱媒体１０は、太陽光加熱部１００から熱使用部３００に太陽熱を移送し、熱使用部３００において、太陽熱を使用して、発電や水熱分解反応による水素製造などを行う。
溶融塩型熱媒体１０の使用方法は、さらに、溶融塩型熱媒体１０の貯蔵ステップを含んでもよい。溶融塩型熱媒体１０の貯蔵ステップは、溶融塩型熱媒体１０を熱媒容器２１０，２２０，２３０に供給して、溶融塩型熱媒体１０を熱媒容器２１０，２２０，２３０に貯蔵するものである。この場合、溶融塩型熱媒体１０の貯蔵ステップの前または後に、熱媒容器２１０，２２０，２３０に二酸化炭素を充填する二酸化炭素充填ステップを含んでもよい。これによれば、熱媒容器２１０，２２０，２３０内を二酸化炭素雰囲気とすることができるから、熱媒容器２１０，２２０，２３０内において、加熱された溶融塩型熱媒体１０の減少をおさえられる。このようにして、溶融塩型熱媒体１０の耐熱性をより向上させることができる。
溶融塩型熱媒体１０の使用方法は、さらに、溶融塩型熱媒体１０を太陽光加熱部１００に供給するステップを含み、溶融塩型熱媒体１０を太陽熱利用システム１内に循環させて使用するものであることが好ましい。この場合は、溶融塩型熱媒体１０の劣化に伴って、溶融塩型熱媒体１０を交換するなどのメンテナンスが必要となる。本発明の実施形態に係る溶融塩型熱媒体１０の使用方法は、太陽熱利用システム１を用いて説明を行ったが、これに限定されず、火力発電システムなどにおいて使用されてもよい。この場合には、太陽光加熱部１００は、図示しない熱媒ボイラなどの熱媒ヒータを含む加熱部１００ａに置換される。
次に、本実施形態に係る溶融塩型熱媒体１０を更に具現化した実施例１〜１５に係る溶融塩型熱媒体を説明する。まず、実施例および比較例にかかる溶融塩型熱媒体の調製方法および物性の測定方法などを詳細に説明する。
＜溶融塩型熱媒体の調製方法＞
（実施例１，２，３）
実施例１，２，３に係る溶融塩型熱媒体の調製方法について説明する。実施例１に係る溶融塩型熱媒体は、炭酸カリウムと炭酸リチウムと炭酸ナトリウムと炭酸カルシウムと炭酸バリウムと炭酸マグネシウムとを、表１の実施例１，２の成分欄に記載の比率で混合した炭酸塩混合物を自動乳鉢で１時間微粉化したのち乾燥機を用いて３００℃、２時間加熱し脱水を行った。表１の実施例１，２，３の成分欄に記載の比率でロッキングミルによって５分間均一に混合し実施例１，２，３に係る溶融塩型熱媒体として用いた。
（実施例４，５，６）
実施例４，５，６に係る溶融塩型熱媒体は、炭酸カリウムと炭酸リチウムと炭酸ナトリウムと炭酸カルシウムと炭酸バリウムと炭酸セシウムを、表１の実施例４，５，６の成分欄に記載の比率で混合した炭酸塩混合物を用いた以外は、実施例１，２，３に係る溶融塩型熱媒体と同様に調製した試料を、実施例４，５，６に係る溶融塩型熱媒体として用いた。
（実施例７−１５）
実施例７−１５に係る溶融塩型熱媒体は、炭酸カリウムと炭酸リチウムと炭酸ナトリウムと炭酸カルシウムと炭酸バリウムと炭酸マグネシウムと炭酸セシウムとを、表１の実施例７−１５の成分欄に記載の比率で混合した炭酸塩混合物を用いた以外は、実施例１，２，３に係る溶融塩型熱媒体と同様に調製した試料を、実施例７−１５に係る溶融塩型熱媒体として用いた。
（比較例１）
比較例１に係る溶融塩型熱媒体は、炭酸カリウムと炭酸リチウムと炭酸ナトリウムと炭酸カルシウムと炭酸バリウムとを、表１の比較例１の成分欄に記載の比率で混合した硝酸塩混合物を用いた以外は、実施例１，２，３に係る溶融塩型熱媒体と同様に調製した試料を、比較例１の溶融塩型熱媒体として用いた。
＜耐熱温度測定方法＞
実施例１〜１５および比較例１の溶融塩型熱媒体１０ｍｇを白金製試料皿に入れ、精秤した後、示差熱熱重量同時測定装置（ＴＧ／ＤＴＡ、日立ハイテクサイエンス社製）にセットした。そして、実施例１〜１５および比較例１の溶融塩型熱媒体を２３℃から１２５０℃まで１０℃／分の速度で昇温し、試料が溶融した後、５５０℃における試料重量を測定した。その後、昇温を継続し、当該５５０℃における試料重量から１重量％の重量減少が認められた温度を耐熱温度Ｔｈとした。測定された実施例１〜１５と比較例１の溶融塩型熱媒体の耐熱温度Ｔｈに基づく評価を表１に示す。なお、当該評価基準は下記のとおりである：
Ｓ：概ね８００℃以上の耐熱性を呈する
Ａ：６５０℃以上８００℃未満の耐熱性を呈し、高耐熱用途には問題ない水準
＜融点測定方法＞
実施例１〜１５および比較例１の溶融塩型熱媒体１０ｍｇを白金製試料皿に入れ、精秤した後、示差熱熱重量同時測定装置（ＴＧ／ＤＴＡ、日立ハイテクサイエンス社製）にセットした。そして、実施例１〜１５および比較例１の溶融塩型熱媒体を２３℃から５５０℃まで４０℃／分の速度で昇温し、５５０℃で１０分間保持し溶融塩型熱媒体を溶融した後、１５０℃まで４０℃／分で降温し固化させ、さらに５５０℃まで１０℃／分昇温中の各溶融塩型熱媒体の吸熱ピーク時における温度を溶融塩型熱媒体の融点Ｔｍとした。測定は二酸化炭素中で行った。測定した実施例１〜１５および比較例１の溶融塩型熱媒体の融点を表１に示す。
Figure 2017217390
表１に示すように、本発明の溶融塩型熱媒体は、比較例１の炭酸カリウムと炭酸ナトリウムと炭酸リチウムと炭酸カルシウムと炭酸バリウムからなる溶融塩型熱媒体と比較して、耐熱温度は同等であるが、融点が有意に低いものであった。
これに対して、表１及び図３に示すように、実施例１から実施例１５の溶融塩型熱媒体は、軒並み融点が３６０℃台以下であって、なおかつ６５０℃を超えても重量減少が進みにくいものであった。なお、表１及び図３に示す数値は、二酸化炭素雰囲気中での測定値である。
また、本実施例の溶融塩型熱媒体は、管路４１０などを通過するのに十分低い粘度を有するものであった。
以上、本発明を実施形態および実施例を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態および実施例に記載の範囲には限定されないことは言うまでもない。上記実施形態および実施例に、多様な変更または改良を加えることが可能であることは当業者に明らかである。また、その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
１ 太陽熱利用システム
１０ 溶融塩型熱媒体
１００ 加熱部
１１２ 集光管
１１４ 集光鏡
２１０ 高温熱媒タンク
２２０ 低温熱媒タンク
２３０ 膨張タンク
３００ 熱使用部
３１０ 熱使用要素
３２０ 冷却要素
４１０ 管路
４２０ ポンプ
４６１，４６２ バルブ
Ｔｍ 融点
Ｔｈ 耐熱温度

Claims (10)

  1. １０モルパーセント以上３０モルパーセント以下の炭酸カリウムと、１３モルパーセント以上３５モルパーセント以下の炭酸ナトリウムと、２０モルパーセント以上４０モルパーセント以下の炭酸リチウムと、１．５モルパーセント以上１５モルパーセント以下の炭酸カルシウムと、５モルパーセント以上２０モルパーセント以下の炭酸バリウムと、合計で０．２モルパーセント以上３５モルパーセント以下の炭酸マグネシウム及び／又は炭酸セシウムとを含有する炭酸塩混合物を含むことを特徴とする溶融塩型熱媒体。
  2. 請求項１記載の溶融塩型熱媒体であって、
    少なくとも炭酸マグネシウムを含有することを特徴とする溶融塩型熱媒体。
  3. 請求項１記載の溶融塩型熱媒体であって、
    少なくとも炭酸セシウムを含有することを特徴とする溶融塩型熱媒体。
  4. 請求項１記載の溶融塩型熱媒体であって、
    炭酸マグネシウム及び炭酸セシウムを含有することを特徴とする溶融塩型熱媒体。
  5. １０モルパーセント以上３０モルパーセント以下の炭酸カリウムと、１３モルパーセント以上３５モルパーセント以下の炭酸ナトリウムと、２０モルパーセント以上４０モルパーセント以下の炭酸リチウムと、１．５モルパーセント以上１５モルパーセント以下の炭酸カルシウムと、５モルパーセント以上２０モルパーセント以下の炭酸バリウムと、合計で０．２モルパーセント以上３５モルパーセント以下の炭酸マグネシウム及び／又は炭酸セシウムとを含有する炭酸塩混合物を含む溶融塩型熱媒体を、加熱部において加熱すること、
    前記加熱部に流体連通する管路によって、前記溶融塩型熱媒体を熱使用部に供給すること、及び、
    前記熱使用部において、前記溶融塩型熱媒体により供される熱を使用すること、を備えることを特徴とする溶融塩型熱媒体の使用方法。
  6. 請求項５記載の溶融塩型熱媒体の使用方法であって、
    前記管路に流体連通された熱媒容器に前記溶融塩型熱媒体を供給すること、及び、
    前記溶融塩型熱媒体を供給するステップの前または後に、前記熱媒容器に二酸化炭素を充填すること、をさらに備えることを特徴とする溶融塩型熱媒体の使用方法。
  7. １０モルパーセント以上３０モルパーセント以下の炭酸カリウムと、１３モルパーセント以上３５モルパーセント以下の炭酸ナトリウムと、２０モルパーセント以上４０モルパーセント以下の炭酸リチウムと、１．５モルパーセント以上１５モルパーセント以下の炭酸カルシウムと、５モルパーセント以上２０モルパーセント以下の炭酸バリウムと、合計で０．２モルパーセント以上３５モルパーセント以下の炭酸マグネシウム及び／又は炭酸セシウムと、を含有する炭酸塩混合物を含む溶融塩型熱媒体と、
    前記溶融塩型熱媒体を太陽光によって加熱する太陽光加熱部と、
    前記溶融塩型熱媒体により供される熱を使用する熱使用部と、
    加熱された前記溶融塩型熱媒体を前記熱使用部に供給するために、前記太陽光加熱部と前記熱使用部とに流体連通する管路と、
    を備えることを特徴とする太陽熱利用システム。
  8. 請求項７記載の太陽熱利用システムであって、
    さらに、前記管路に流体連通する熱媒容器を備え、
    前記熱媒容器には、前記溶融塩型熱媒体と二酸化炭素とが充填されていることを特徴とする太陽熱利用システム。
  9. 請求項７記載の太陽熱利用システムであって、
    前記熱使用部は、ガスタービンを含む発電装置を含むことを特徴とする太陽熱利用システム。
  10. 請求項７記載の太陽熱利用システムであって、
    前記熱使用部は、水熱分解反応によって水素を製造する反応装置であることを特徴とする太陽熱利用システム。
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