WO2017002261A1 - 加熱装置 - Google Patents

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WO2017002261A1
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heat
heat collecting
collecting tube
wiring
power supply
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雅也 金光
城太郎 白井
隆一 甲斐田
鈴木　靖
靖之 西島
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千代田化工建設株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a heating device for heating a heat medium flow path of a solar thermal power generation system.
  • a solar thermal power generation system that generates power is known.
  • the solar thermal power generation system has a lower introduction cost than the solar power generation system and can generate power for 24 hours by heat storage.
  • a solar thermal power generation system using oil as a heat medium has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
  • molten salt has attracted attention as a heat medium used in solar thermal power generation systems. Since the molten salt has a high boiling point, the operating temperature can be made relatively high according to the molten salt, and power generation efficiency is improved by generating high temperature steam.
  • the molten salt solidifies at about 250 ° C., when the molten salt is poured into the heat medium flow path after start-up or maintenance, if the temperature of the heat medium flow path is relatively low, the heat medium flow is deprived of heat.
  • the molten salt can be solidified. Therefore, it is necessary to warm the heat medium flow path to a predetermined temperature or higher before pouring the molten salt into the heat medium flow path.
  • FIG. 1 is a diagram for explaining an example of a heating device for heating a heat medium flow path.
  • the heat medium flow path 200 shown in FIG. 1 is a part of the heat medium flow path used in the condensing area of the solar thermal power generation system. Molten salt is caused to flow through the heat medium passage 200.
  • the heat medium flow path 200 includes a first heat collecting tube 208 that receives sunlight collected by the first reflector 204, a second heat collecting tube 210 that receives sunlight collected by the second reflector 206, and A connecting pipe 212 that connects one end 208 a of the first heat collecting pipe 208 and one end 210 a of the second heat collecting pipe 210 is provided.
  • the heating device 202 includes a connection wiring 213 that electrically connects the other end portion 208 b of the first heat collecting tube 208 and the other end portion 210 b of the second heat collecting tube 210, and a power source for flowing a current through the heat medium passage 200.
  • the first power supply wiring 216 connecting the one pole 214a of the power source 214 and the center point 208c of the first heat collecting tube 208, the other pole 214b of the power source 214 and the center point 210c of the second heat collecting tube 210.
  • a second power supply wiring 218 to be connected.
  • the first power supply wiring 216 the portion from the center point 208c of the first heat collecting tube 208 to the one end portion 208a, the connecting pipe 212, the portion from the one end portion 210a of the second heat collecting tube 210 to the center point 210c.
  • the second power supply wiring 218 forms a first current path through which a current from the power supply 214 flows.
  • the first power supply wiring 216, the portion from the center point 208c of the first heat collecting tube 208 to the other end 208b, the connection wiring 213, the portion from the other end portion 210b of the second heat collecting tube 210 to the center point 210c, and the second The power supply wiring 218 forms a second current path through which a current from the power supply 214 flows.
  • the first heat collection pipe 208, the second heat collection pipe 210, and the connection pipe 212 can be heated by Joule heat.
  • the resistance value of the connection pipe 212 is usually higher than the resistance value of the connection wiring 213.
  • the connection wiring 213 is usually formed of a material having a very low resistance value (for example, copper), but the connection pipe 212 needs to be formed of a material that can withstand a high-temperature molten salt (for example, stainless steel). This is because a material having a low resistance value similar to that of the connection wiring 213 cannot be selected. Therefore, even if the total lengths of the first current path and the second current path are the same, the combined resistance of the entire first current path is larger than the combined resistance of the entire second current path, and the current flowing through the first current path is the second It becomes smaller than the current flowing through the current path.
  • the Joule heat generated differs depending on the position of the heat medium flow path, so that the entire heat medium flow path cannot be appropriately heated.
  • the generated Joule heat may be different between the one end 208a and the other end 208b of the first heat collecting tube 208. If separate power supplies are prepared for the first current path and the second current path, the current flowing through the first current path and the current flowing through the second current path can be made the same, but in this case, the cost increases.
  • the present invention has been made in view of such a situation, and an object thereof is to provide a heating device capable of appropriately heating a heat medium flow path in a solar thermal power generation system.
  • a heating device for heating a heat medium passage through which a heat medium that receives solar heat flows.
  • the heat medium flow path includes a first heat collecting tube and a second heat collecting tube that receive the collected sunlight, and a connecting pipe that connects one end of the first heat collecting tube and one end of the second heat collecting tube.
  • the heating device includes a connection wiring that electrically connects the other end of the first heat collecting tube and the other end of the second heat collecting tube, a power source for flowing a current through the heat medium passage, and one pole of the power source. And a first power supply wiring connecting the middle of the first heat collection tube, a second power supply wiring connecting the other pole of the power supply and the middle of the second heat collection tube, and a connecting pipe electrically connected in parallel And bypass wiring.
  • the first power supply wiring, the portion from the middle to the one end of the first heat collecting tube, the connection piping, the bypass wiring, the portion from the one end to the middle of the second heat collecting tube, and the first The two power supply lines form a first current circuit.
  • the first power supply wiring, the portion from the middle of the first heat collecting tube to the other end, the connection wiring, the portion from the other end of the second heat collecting tube to the middle, and the second power supply wiring form a second current path.
  • the heat medium flow path may be formed by connecting the first heat collecting pipe, the connecting pipe, and the second heat collecting pipe in a U shape.
  • the first heat collection tube and the second heat collection tube may be parallel to each other.
  • the first power supply wiring may be connected from one pole to the center point of the first heat collecting tube, and the second power supply wiring may be connected from the other pole to the center point of the second heat collecting tube.
  • the resistance value of the bypass wiring may be set to be larger than the resistance value of the connection wiring and smaller than the resistance value of the connection pipe.
  • the difference in the second combined resistance value of the first power supply wiring, the portion from the middle to the other end of the first heat collecting tube, the connection wiring, the portion from the other end of the second heat collecting tube to the middle, and the second power wiring 2 It may be within 10% of the combined resistance value.
  • connection position variable means for changing the connection position between the connecting pipe and the bypass wiring may be further provided.
  • the present invention it is possible to provide a heating device capable of appropriately heating the heat medium flow path of the solar thermal power generation system.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining the solar thermal power generation system 100 according to the embodiment of the present invention.
  • the solar thermal power generation system 100 includes three areas: a light collection area 121, a heat storage area 122, and a power generation area 123.
  • the condensing area 121 mainly includes the solar heat collecting device 8.
  • the solar heat collecting device 8 includes a heat medium flow path 11 for flowing a heat medium, and a plurality of reflectors 13 that collect sunlight in the heat medium flow path and heat the heat medium.
  • the heated heat medium is sent to the heat storage area 122.
  • the heat storage area 122 includes a hot tank 102 and a cold tank 103.
  • power can be generated when necessary. For example, it is possible to generate power during bad weather at night or during the day.
  • the power generation area 123 includes a steam generator 104, a steam turbine generator 106, and a condenser 108.
  • the steam generator 104 generates steam by heat exchange between the cooling water and the heated heat medium, and the steam turbine generator 106 rotates the turbine by the steam. Power is generated by this rotation.
  • the condenser 108 returns the steam to the cooling water.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining the solar heat collecting apparatus 8 according to the embodiment of the present invention.
  • the solar heat collecting device 8 includes a plurality (four in FIG. 2) of light collecting units 10 and a connection channel 50.
  • Each condensing unit 10 includes a heat medium passage 11 and a plurality of reflecting plates 13.
  • the heat medium flow path 11 is supported by a plurality of struts (not shown) arranged along the heat medium flow path 11.
  • the reflecting plate 13 is rotatably supported by the support column.
  • the reflector 13 condenses sunlight in the heat medium flow path 11 and heats the heat medium flowing in the heat medium flow path 11.
  • a rotating device (not shown) is connected to the reflecting plate 13. The rotating device rotates the reflector 13 according to the position of the sun, for example. Thereby, the heating medium is intermittently heated.
  • Each heat medium flow path 11 is formed in a U-shape, and includes a long straight line portion 11a and 11b that are parallel to each other and a short straight line portion 11c that connects one ends of the long straight line portions 11a and 11b.
  • Each of the long straight portions 11a and 11b includes a plurality of heat collecting tubes 12 arranged in a straight line.
  • a flexible hose (not shown) is connected to each end of two adjacent heat collecting tubes 12. These two flexible hoses are connected by piping (not shown).
  • the short straight part 11 c is composed of a connecting pipe 14.
  • the length A of the long straight portions 11a and 11b may be about 500 to 600 m
  • the length of each heat collecting tube 12 may be about 100 to 200 m
  • the long straight portion 11a may include 2 to 3 heat collecting tubes 12. It may consist of Further, the length B of the short straight line portion 11c may be 20 to 30 m.
  • the heat collecting tube 12 is a tube extending linearly, and is supported so that the center thereof is located at the focal point of the parabolic columnar reflecting surface of the reflecting plate 13.
  • the connecting pipe 14 communicates the heat collecting pipes 12 positioned at the ends of the long straight part 11a and the long straight part 11b.
  • the heat collecting pipe 12 and the connecting pipe 14 may be formed of different metal materials or may be formed of the same metal material.
  • the heat collecting tube 12 may be covered with a vacuum glass tube for heat insulation.
  • molten salt as a heat medium that receives solar heat flows.
  • Molten salt is warmed to a higher temperature because it has a higher boiling point than the synthetic oil conventionally used in solar collectors. Thereby, the power generation efficiency of the solar thermal power generation system 100 is improved.
  • the molten salt solidifies at about 250 ° C.
  • the molten salt is basically solidified because it is heated by solar heat during operation, for example, when the molten salt is poured into the heating medium channel 11 at start-up or after maintenance, the temperature of the heating medium channel 11 is If it is in a relatively low state, heat can be removed from the heat medium passage 11 and solidify. Therefore, it is necessary to warm the heat medium flow path 11 to a predetermined temperature or higher before pouring the molten salt into the heat medium flow path 11.
  • the light collecting unit 10 includes a heating device (described later) that supplies a current to the heat medium flow path 11 itself and warms the heat medium flow path 11 with Joule heat generated at that time.
  • connection channel 50 is an annular channel and is connected to each heat medium channel 11.
  • the connection channel 50 is also connected to the hot tank 102 and the cold tank 103 in the heat storage area 122. Therefore, each heat medium flow path 11 is connected to the hot tank 102 and the cold tank 103 via the connection flow path 50.
  • a heat medium flows from the cold tank 103 into the connection channel 50.
  • the heat medium flowing through the connection flow path 50 is poured into the long straight portion 11 a of each heat medium flow path 11.
  • the heat medium heated through the heat collecting pipe 12 of the long straight portion 11a flows through the connecting pipe 14 to the long straight portion 11b.
  • the heat medium heated through the heat collecting pipe 12 of the long straight portion 11 b returns to the connection flow path 50 and flows into the hot tank 102.
  • FIG. 4 is a view for explaining the heating device 40 according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 shows the end of the U-shaped heat medium flow path 11.
  • the heat medium passage 11 includes a first heat collecting tube 12a that receives sunlight collected by the first reflecting plate 13a, a second heat collecting tube 12b that receives sunlight collected by the second reflecting plate 13b,
  • a connecting pipe 14 is provided to connect one end 20a of the first heat collecting tube 12a and one end 21a of the second heat collecting tube 12b.
  • the 1st heat collecting pipe 12a, the connection piping 14, and the 2nd heat collecting pipe 12b are connected in U shape.
  • the first heat collection tube 12a and the second heat collection tube 12b have the same length and are arranged in parallel to each other.
  • the heating device 40 heats the first heat collecting pipe 12a, the connecting pipe 14, and the second heat collecting pipe 12b through which the molten salt flows.
  • the heating device 40 includes a connection wiring 22 that electrically connects the other end portion 20b of the first heat collecting tube 12a and the other end portion 21b of the second heat collecting tube 12b, and a power source for flowing a current through the heat medium passage 11. 23, the first power supply wiring 24 that connects one pole 23a of the power source 23 and the center point 20c of the first heat collecting tube 12a, and the other pole 23b of the power source 23 and the center point 21c of the second heat collecting tube 12b. And a second power supply wiring 25 to be connected.
  • the connection pipe 14 and the connection wiring 22 have the same length and are arranged in parallel to each other.
  • the heating device 40 further includes a bypass wiring 30 that is electrically connected in parallel with the connecting pipe 14.
  • One end of the bypass wiring 30 is connected to one end 20a of the first heat collecting pipe 12a, and the other end of the bypass wiring 30 is connected to one end 21a of the second heat collecting pipe 12b.
  • the bypass wiring 30 is provided in parallel with the connecting pipe 14, the resistance value between the one end 20 a of the first heat collecting pipe 12 a and the one end 21 a of the second heat collecting pipe 12 b is a combination of the connecting pipe 14 and the bypass wiring 30. Resistance value.
  • the portion up to 21 c and the second power supply wiring 25 form a first current path 26 through which a current from the power supply 23 flows.
  • the first power supply wiring 24, the portion from the center point 20c of the first heat collecting tube 12a to the other end portion 20b, the connection wiring 22, the portion from the other end portion 21b of the second heat collecting tube 12b to the center point 21c, and the second The power supply wiring 25 forms a second current path 27 through which a current from the power supply 23 flows.
  • the first current path 26 and the second current path 27 constitute a closed loop circuit.
  • Joule heat is generated by the electrical resistance of the first heat collection pipe 12a, the second heat collection pipe 12b, and the connection pipe 14.
  • the 1st heat collecting pipe 12a, the 2nd heat collecting pipe 12b, and the connection piping 14 can be warmed.
  • the first power supply wiring 24 is connected to the center point 20c of the first heat collecting tube 12a
  • the second power supply wiring 25 is connected to the center point 21c of the second heat collecting tube 12b.
  • first combined resistance value the combined resistance value of the entire first current path 26
  • second combined resistance value the combined resistance value of the entire second current path 27
  • the resistance value of the bypass wiring 30 is set so that the combined resistance value of the bypass wiring 30 and the connection pipe 14 approximates the resistance value of the connection wiring 22.
  • the resistance value of the bypass wiring 30 can be changed by changing the material, thickness, length, and the like of the bypass wiring 30. For example, the thicker the bypass wiring 30 is, the smaller the resistance value of the bypass wiring 30 is. Further, as the length of the bypass wiring 30 is increased, the resistance value of the bypass wiring 30 is increased.
  • the first combined resistance value of the first current path 26 is reduced (compared to the case where the bypass wiring 30 is not provided) by providing the bypass wiring 30 in parallel with the connecting pipe 14.
  • the second combined resistance value of the second current path 27 can be approached.
  • the difference between the current flowing through the first current path 26 and the current flowing through the second current path 27 is reduced, and the difference in Joule heat depending on the position of the heating medium path is reduced. It can be heated appropriately.
  • the Joule heat generated at one end 20a and the other end 20b of the first heat collecting tube 12a is also approximated.
  • the resistance value of the bypass wiring 30 When the resistance value of the bypass wiring 30 is set to a very low resistance value similar to that of the connection wiring 22, most of the current flowing through the first current path 26 flows through the bypass wiring 30 and the current flowing through the connection pipe 14 is reduced. There is a possibility that Joule heat generated in the connecting pipe 14 is reduced, and the connecting pipe 14 cannot be effectively heated. Further, when the resistance value of the bypass wiring 30 is larger than the resistance value of the connection pipe 14, it becomes difficult to bring the combined resistance of the first current path 26 close to the combined resistance of the second current path 27. Therefore, it is desirable that the resistance value of the bypass wiring 30 is set to be larger than the resistance value of the connection wiring 22 and smaller than the resistance value of the connection pipe 14. In this case, the connecting pipe 14 can be effectively heated while bringing the combined resistance of the first current path 26 close to the combined resistance of the second current path 27.
  • the first power supply wiring 24 is connected to the center point 20c of the first heat collection tube 12a
  • the second power supply wiring 25 is connected to the center point 21c of the second heat collection tube 12b.
  • the connection destination of the first power supply wiring 24 and the second power supply wiring 25 is not limited to the center point of the first heat collection pipe 12a and the second heat collection pipe 12b, and is intermediate between the first heat collection pipe 12a and the second heat collection pipe 12b. (That is, any position between both ends of the heat collecting tube) may be used.
  • the resistance value of the bypass wiring 30 is set so that the first combined resistance value approximates the second combined resistance value.
  • the difference between the first combined resistance value and the second combined resistance value is preferably, for example, within 10% of the second combined resistance value.
  • FIG. 5 is a view for explaining a modification of the heating device according to the embodiment of the present invention.
  • the heating device 60 according to this modification further includes a connection position variable unit 62 for changing the connection position between the connecting pipe 14 and the bypass wiring 30.
  • the connection position variable portion 62 is a conductive member provided on the surface of the connection pipe 14, and an attachment portion for attaching the bypass wiring 30 is formed. As shown in FIG. 5, a plurality of connection position variable portions 62 are provided on the surface of the connecting pipe 14 at a predetermined interval.
  • One end of the bypass wiring 30 is connected to one end 20a of the first heat collecting tube 12a. Further, the other end portion of the bypass wiring 30 is connected to the attachment portion of the connection position variable portion 62.
  • the resistance value between the one end portion 20a of the first heat collecting tube 12a and the one end portion 21a of the second heat collecting tube 12b is a combination of the bypass wiring 30 and a part of the connecting pipe 14 connected in parallel. It is the sum of the resistance value and the resistance value of the remaining portion of the connecting pipe 14.
  • the resistance value between the one end portion 20a of the first heat collecting tube 12a and the one end portion 21a of the second heat collecting tube 12b is changed by changing the connection position variable portion 62 that connects the other end portion of the bypass wiring 30. Can be changed.
  • the operator selects the connection destination of the bypass wiring 30 from the plurality of connection position variable units 62 at the installation location of the solar thermal power generation system, so that the first current path 26
  • the first combined resistance value can be changed.
  • the present invention can be used for a heating device used for heating a heat medium passage in a solar thermal power generation system.

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  • Instantaneous Water Boilers, Portable Hot-Water Supply Apparatuses, And Control Of Portable Hot-Water Supply Apparatuses (AREA)

Abstract

加熱装置（４０）は、太陽熱を受ける熱媒が流れる熱媒流路（１１）を加熱する。熱媒流路（１１）は、集光された太陽光を受ける第１集熱管（１２ａ）および第２集熱管（１２ｂ）と、第１集熱管（１２ａ）の一端部（２０ａ）と第２集熱管（１２ｂ）の一端部（２１ａ）とを接続する連結配管（１４）とを備える。加熱装置（４０）は、第１集熱管（１２ａ）の他端部（２０ｂ）と第２集熱管（１２ｂ）の他端部（２１ｂ）とを電気的に接続する接続配線（２２）と、熱媒流路（１１）に電流を流すための電源（２３）と、電源（２３）の一方の極（２３ａ）と第１集熱管（１２ａ）の中心点（２０ｃ）とを接続する第１電源配線（２４）と、電源（２３）の他方の極（２３ｂ）と第２集熱管（１２ｂ）の中心点（２１ｃ）とを接続する第２電源配線（２５）と、連結配管（１４）と電気的に並列に接続されたバイパス配線（３０）とを備える。

Description

加熱装置
　本発明は、太陽熱発電システムの熱媒流路を加熱するための加熱装置に関する。
　反射鏡を用いて太陽光を熱媒流路に集光させて熱媒流路内を流れる熱媒を加熱し、加熱された熱媒を利用して蒸気を発生させ、蒸気タービンを回すことにより発電を行う太陽熱発電システムが知られている。太陽熱発電システムは、太陽光発電システムよりも導入費用が安い他に蓄熱により２４時間の発電が可能である。従来では、熱媒にオイルを用いた太陽熱発電システムが提案されている（例えば特許文献１参照）。
　近年、太陽熱発電システムに用いる熱媒として溶融塩が注目されている。溶融塩は沸点が高いため、溶融塩によれば運転温度を比較的高くでき高温蒸気を発生させることにより発電効率が向上する。
　溶融塩は２５０℃程度で固化してしまうため、スタートアップやメンテナンス後に熱媒流路に溶融塩を流し込むとき、熱媒流路の温度が比較的低い状態にあると熱媒流路に熱を奪われて溶融塩が固化しうる。そのため、熱媒流路に溶融塩を流し込む前に熱媒流路を所定の温度以上に温めておく必要がある。
　熱媒流路を温めるひとつの手法として、熱媒流路に電流を流すことが考えられる。電流を流すと、そのときのジュール熱で熱媒流路が温まる。
　図１は、熱媒流路を加熱するための加熱装置の一例を説明するための図である。図１に示す熱媒流路２００は、太陽熱発電システムの集光エリアで用いられる熱媒流路の一部である。熱媒流路２００には溶融塩が流される。熱媒流路２００は、第１反射板２０４によって集光された太陽光を受ける第１集熱管２０８と、第２反射板２０６によって集光された太陽光を受ける第２集熱管２１０と、第１集熱管２０８の一端部２０８ａと第２集熱管２１０の一端部２１０ａとを接続する連結配管２１２とを備える。
　加熱装置２０２は、第１集熱管２０８の他端部２０８ｂと第２集熱管２１０の他端部２１０ｂとを電気的に接続する接続配線２１３と、熱媒流路２００に電流を流すための電源２１４と、電源２１４の一方の極２１４ａと第１集熱管２０８の中心点２０８ｃとを接続する第１電源配線２１６と、電源２１４の他方の極２１４ｂと第２集熱管２１０の中心点２１０ｃとを接続する第２電源配線２１８とを備える。
　図１に示す構成において、第１電源配線２１６、第１集熱管２０８の中心点２０８ｃから一端部２０８ａまでの部分、連結配管２１２、第２集熱管２１０の一端部２１０ａから中心点２１０ｃまでの部分および第２電源配線２１８は、電源２１４からの電流を流す第１電流経路を形成している。また、第１電源配線２１６、第１集熱管２０８の中心点２０８ｃから他端部２０８ｂまでの部分、接続配線２１３、第２集熱管２１０の他端部２１０ｂから中心点２１０ｃまでの部分および第２電源配線２１８は、電源２１４からの電流を流す第２電流経路を形成している。第１電流経路および第２電流経路に電源２１４から電流を流すと、ジュール熱により第１集熱管２０８、第２集熱管２１０および連結配管２１２を温めることができる。
特開２０１４－１０２０１３号公報
　図１に示すような構成においては、通常、連結配管２１２の抵抗値は、接続配線２１３の抵抗値よりも高い。その理由として接続配線２１３は通常、抵抗値の非常に低い材質（例えば銅）で形成されるが、連結配管２１２は、高温の溶融塩に耐えうる材質（例えばステンレス鋼）で形成される必要があり、接続配線２１３と同様の低い抵抗値の材質は選択できないためである。そのため、第１電流経路と第２電流経路の全長が同じ場合でも、第１電流経路全体の合成抵抗は第２電流経路全体の合成抵抗よりも大きくなり、第１電流経路を流れる電流は第２電流経路を流れる電流よりも小さくなる。このように第１電流経路を流れる電流と第２電流経路を流れる電流が異なると、熱媒流路の位置によって発生するジュール熱が異なることとなるため、熱媒流路全体を適切に加熱できない可能性がある。例えば、第１集熱管２０８の一端部２０８ａと他端部２０８ｂでは、発生するジュール熱が異なる可能性がある。第１電流経路と第２電流経路に別々の電源を用意すれば第１電流経路を流れる電流と第２電流経路を流れる電流を同じにできるが、この場合は費用が増大する。
　本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、太陽熱発電システムにおいて熱媒流路を適切に加熱できる加熱装置を提供することにある。
　上記課題を解決するために、本発明のある態様の加熱装置は、太陽熱を受ける熱媒が流れる熱媒流路を加熱するための加熱装置である。熱媒流路は、集光された太陽光を受ける第１集熱管および第２集熱管と、第１集熱管の一端部と第２集熱管の一端部とを接続する連結配管とを備える。加熱装置は、第１集熱管の他端部と第２集熱管の他端部とを電気的に接続する接続配線と、熱媒流路に電流を流すための電源と、電源の一方の極と第１集熱管の中間とを接続する第１電源配線と、電源の他方の極と第２集熱管の中間とを接続する第２電源配線と、連結配管と電気的に並列に接続されたバイパス配線とを備える。
　上記のように構成された加熱装置においては、第１電源配線、第１集熱管の中間から一端部までの部分、連結配管、バイパス配線、第２集熱管の一端部から中間までの部分および第２電源配線は、第１電流回路を形成する。また、第１電源配線、第１集熱管の中間から他端部までの部分、接続配線、第２集熱管の他端部から中間までの部分および第２電源配線は、第２電流経路を形成する。この加熱装置によれば、連結配管と並列にバイパス配線を設けることにより、第１電流経路全体の合成抵抗を下げて、第２電流経路全体の合成抵抗に近づけることができる。これにより、第１電流経路を流れる電流と第２電流経路を流れる電流との差分が小さくなり、熱媒流路の位置によるジュール熱の差異が小さくなるため、熱媒流路を適切に加熱することができる。
　熱媒流路は、第１集熱管、連結配管および第２集熱管をＵ字状に接続することにより形成されてもよい。第１集熱管と第２集熱管は、互いに平行であってもよい。第１電源配線は、一方の極から第１集熱管の中心点に接続され、第２電源配線は、他方の極から第２集熱管の中心点に接続されてもよい。
　バイパス配線の抵抗値は、接続配線の抵抗値よりも大きく、且つ連結配管の抵抗値よりも小さくなるよう設定されてもよい。
　第１電源配線、第１集熱管の中間から一端部までの部分、連結配管、バイパス配線、第２集熱管の一端部から中間までの部分および第２電源配線の第１合成抵抗値と、第１電源配線、第１集熱管の中間から他端部までの部分、接続配線、第２集熱管の他端部から中間までの部分および第２電源配線の第２合成抵抗値の差は、第２合成抵抗値の１０％以内であってもよい。
　連結配管とバイパス配線との接続位置を変えるための接続位置可変手段をさらに備えてもよい。
　なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を装置、方法、システムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
　本発明によれば、太陽熱発電システムの熱媒流路を適切に加熱できる加熱装置を提供できる。
熱媒流路を加熱するための加熱装置の一例を説明するための図である。 本発明の実施形態に係る太陽熱発電システムを説明するための図である。 本発明の実施形態に係る太陽熱収集装置を説明するための図である。 本発明の実施形態に係る加熱装置を説明するための図である。 本発明の実施形態に係る加熱装置の変形例を説明するための図である。
　以下、各図面に示される同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、各図面における部材の寸法は、理解を容易にするために適宜拡大、縮小して示される。また、各図面において実施の形態を説明する上で重要ではない部材の一部は省略して表示する。
　図２は、本発明の実施形態に係る太陽熱発電システム１００を説明するための図である。太陽熱発電システム１００は、集光エリア１２１、蓄熱エリア１２２、発電エリア１２３の３つのエリアを含む。
　集光エリア１２１は、主に太陽熱収集装置８を含む。太陽熱収集装置８は、熱媒を流すための熱媒流路１１と、太陽光を熱媒流路に集光して熱媒を加熱する複数の反射板１３とを備える。加熱された熱媒は、蓄熱エリア１２２に送られる。
　蓄熱エリア１２２は、ホットタンク１０２と、コールドタンク１０３と、を含む。加熱された熱媒の熱をホットタンク１０２に蓄えておくことにより、必要なときに発電できる。例えば夜間や日中の悪天候時の発電が可能となる。
　発電エリア１２３は、蒸気発生器１０４と、蒸気タービン発電機１０６と、復水器１０８と、を含む。蒸気発生器１０４は、冷却水と加熱された熱媒との熱交換により蒸気を発生させ、蒸気タービン発電機１０６は蒸気によりタービンを回転させる。この回転により発電する。復水器１０８は蒸気を冷却水に戻す。
　図３は、本発明の実施形態に係る太陽熱収集装置８を説明するための図である。図３に示すように、太陽熱収集装置８は、複数（図２では４つ）の集光ユニット１０と、連結流路５０とを含む。各集光ユニット１０は、熱媒流路１１と、複数の反射板１３と、を含む。熱媒流路１１は、熱媒流路１１に沿って配置された複数の支柱（図示せず）によって支持される。また、反射板１３は、支柱によって回転可能に支持される。
　反射板１３は、熱媒流路１１に太陽光を集光させ、熱媒流路１１内を流れる熱媒を加熱する。反射板１３には、回転装置（図示せず）が接続されている。回転装置は、例えば太陽の位置に応じて反射板１３を回転させる。これにより、熱媒は断続的に加熱される。
　各熱媒流路１１は、Ｕ字状に形成され、互いに平行な長直線部１１ａおよび１１ｂと、長直線部１１ａおよび１１ｂの一端部同士をつなぐ短直線部１１ｃとから成る。長直線部１１ａおよび１１ｂは、それぞれ、直線状に配置された複数の集熱管１２から成る。隣接する２つの集熱管１２のそれぞれの端部には、フレキシブルホース（図示せず）が接続される。これら２つのフレキシブルホースは、配管（図示せず）により接続される。短直線部１１ｃは、連結配管１４から成る。長直線部１１ａ、１１ｂの長さＡは約５００～６００ｍであってよく、各集熱管１２の長さは約１００～２００ｍであってよく、長直線部１１ａは２～３本の集熱管１２から構成されてよい。また、短直線部１１ｃの長さＢは２０～３０ｍであってよい。
　集熱管１２は、直線的に延びる管であり、その中心が反射板１３の放物柱面状の反射面の焦点に位置するように支持される。連結配管１４は、長直線部１１ａと長直線部１１ｂの端に位置する集熱管１２同士を連通している。集熱管１２および連結配管１４は、異なる金属材料から形成されてもよいし、同じ金属材料から形成されてもよい。また、集熱管１２は、断熱のために真空ガラス管で覆われてもよい。
　熱媒流路１１内には、太陽熱を受ける熱媒としての溶融塩が流れる。溶融塩は、太陽熱収集装置において従来使用されてきた合成オイルよりも沸点が高いため、より高温に温められる。これにより、太陽熱発電システム１００の発電効率が向上する。一方で、溶融塩は、２５０℃程度で固化してしまう。溶融塩は、運転時は太陽熱で加熱されているため基本的に固化することはないが、例えばスタートアップ時やメンテナンス後に熱媒流路１１に溶融塩を流し込むとき、熱媒流路１１の温度が比較的低い状態にあると熱媒流路１１に熱を奪われて固化しうる。そのため、熱媒流路１１に溶融塩を流し込む前に、熱媒流路１１を所定の温度以上に温めておく必要がある。
　熱媒流路１１を温める手法としては、熱媒流路１１に電熱線を這わせ、そこに電流を流して熱媒流路１１を温めることが考えられる。しかしながら、熱媒流路１１の集熱管１２は、断熱のために真空ガラス管で覆われている場合には、電熱線を這わせることができない。そこで、本実施形態の集光ユニット１０は、熱媒流路１１自体に電流を流し、そのときに発生するジュール熱で熱媒流路１１を温める加熱装置（後述）を備える。
　連結流路５０は、環状の流路であり、各熱媒流路１１と接続される。また連結流路５０は、蓄熱エリア１２２のホットタンク１０２およびコールドタンク１０３とも接続される。したがって、連結流路５０を介して、各熱媒流路１１と、ホットタンク１０２およびコールドタンク１０３とが連結される。連結流路５０にはコールドタンク１０３から熱媒が流れこむ。連結流路５０を流れる熱媒は、各熱媒流路１１の長直線部１１ａに流し込まれる。長直線部１１ａの集熱管１２を通って加熱された熱媒は、連結配管１４を通って長直線部１１ｂに流れる。長直線部１１ｂの集熱管１２を通って加熱された熱媒は、連結流路５０に戻り、ホットタンク１０２に流れ込む。
　図４は、本発明の実施形態に係る加熱装置４０を説明するための図である。図４は、Ｕ字状の熱媒流路１１の端部を示す。熱媒流路１１は、第１反射板１３ａによって集光された太陽光を受ける第１集熱管１２ａと、第２反射板１３ｂによって集光された太陽光を受ける第２集熱管１２ｂと、第１集熱管１２ａの一端部２０ａと第２集熱管１２ｂの一端部２１ａとを接続する連結配管１４とを備える。図４に示すように、第１集熱管１２ａ、連結配管１４および第２集熱管１２ｂは、Ｕ字状に接続される。第１集熱管１２ａと第２集熱管１２ｂは等しい長さを有し、互いに平行に配置される。
　加熱装置４０は、溶融塩が流れる第１集熱管１２ａ、連結配管１４および第２集熱管１２ｂを加熱する。加熱装置４０は、第１集熱管１２ａの他端部２０ｂと第２集熱管１２ｂの他端部２１ｂとを電気的に接続する接続配線２２と、熱媒流路１１に電流を流すための電源２３と、電源２３の一方の極２３ａと第１集熱管１２ａの中心点２０ｃとを接続する第１電源配線２４と、電源２３の他方の極２３ｂと第２集熱管１２ｂの中心点２１ｃとを接続する第２電源配線２５とを備える。連結配管１４と接続配線２２は等しい長さを有し、互いに平行に配置される。
　本実施形態に係る加熱装置４０は、さらに、連結配管１４と電気的に並列に接続されたバイパス配線３０を備える。このバイパス配線３０の一端部は第１集熱管１２ａの一端部２０ａに接続され、バイパス配線３０の他端部は第２集熱管１２ｂの一端部２１ａに接続される。連結配管１４と並列にバイパス配線３０を設けた場合、第１集熱管１２ａの一端部２０ａと第２集熱管１２ｂの一端部２１ａとの間の抵抗値は、連結配管１４とバイパス配線３０の合成抵抗値となる。
　図４に示す構成において、第１電源配線２４、第１集熱管１２ａの中心点２０ｃから一端部２０ａまでの部分、連結配管１４、バイパス配線３０、第２集熱管１２ｂの一端部２１ａから中心点２１ｃまでの部分および第２電源配線２５は、電源２３からの電流を流す第１電流経路２６を形成している。また、第１電源配線２４、第１集熱管１２ａの中心点２０ｃから他端部２０ｂまでの部分、接続配線２２、第２集熱管１２ｂの他端部２１ｂから中心点２１ｃまでの部分および第２電源配線２５は、電源２３からの電流を流す第２電流経路２７を形成している。第１電流経路２６と第２電流経路２７は、閉ループ回路を構成している。第１電流経路２６および第２電流経路２７に電源２３から電流を流すと、第１集熱管１２ａ、第２集熱管１２ｂおよび連結配管１４が有する電気抵抗によりジュール熱が発生する。これにより、第１集熱管１２ａ、第２集熱管１２ｂおよび連結配管１４を温めることができる。
　本実施形態では、第１電源配線２４は第１集熱管１２ａの中心点２０ｃに接続され、第２電源配線２５は第２集熱管１２ｂの中心点２１ｃに接続されている。第１電流経路２６における第１電源配線２４、第１集熱管１２ａの中心点２０ｃから一端部２０ａまでの部分、第２集熱管１２ｂの一端部２１ａから中心点２１ｃまでの部分および第２電源配線２５の合成抵抗と、第２電流経路２７における第１電源配線２４、第１集熱管１２ａの中心点２０ｃから他端部２０ｂまでの部分、第２集熱管１２ｂの他端部２１ｂから中心点２１ｃまでの部分および第２電源配線２５の合成抵抗は、同じである。従って、第１電流経路２６全体の合成抵抗値（以下「第１合成抵抗値」と呼ぶ）と、第２電流経路２７全体の合成抵抗値（以下「第２合成抵抗値」と呼ぶ）との差は、連結配管１４とバイパス配線３０の合成抵抗値と、接続配線２２の抵抗値とに依存する。
　本実施形態に係る加熱装置４０において、バイパス配線３０の抵抗値は、バイパス配線３０と連結配管１４の合成抵抗値が接続配線２２の抵抗値に近似するように設定される。バイパス配線３０の抵抗値は、バイパス配線３０の材質、太さ、長さ等を変えることにより変化させることができる。例えば、バイパス配線３０を太くするほど、バイパス配線３０の抵抗値は小さくなる。また、バイパス配線３０の長さを長くするほど、バイパス配線３０の抵抗値は大きくなる。
　本実施形態に係る加熱装置４０においては、連結配管１４と並列にバイパス配線３０を設けることにより、第１電流経路２６の第１合成抵抗値を（バイパス配線３０を設けない場合と比べて）下げて、第２電流経路２７の第２合成抵抗値に近づけることができる。これにより、第１電流経路２６を流れる電流と第２電流経路２７を流れる電流との差分が小さくなり、熱媒流路の位置によるジュール熱の差異が小さくなるため、熱媒流路１１全体を適切に加熱することができる。例えば、第１電流経路２６を流れる電流と第２電流経路２７を流れる電流とが近似している場合、第１集熱管１２ａの一端部２０ａと他端部２０ｂで発生するジュール熱も近似する。
　バイパス配線３０の抵抗値を接続配線２２と同様の非常に低い抵抗値とした場合、第１電流経路２６を流れる電流の多くがバイパス配線３０を流れ、連結配管１４を流れる電流が少なくなるため、連結配管１４で発生するジュール熱が少なくなり、連結配管１４を効果的に加熱することができないおそれがある。また、バイパス配線３０の抵抗値を連結配管１４の抵抗値よりも大きくした場合、第１電流経路２６の合成抵抗を第２電流経路２７の合成抵抗に近づけることが難しくなる。そこで、バイパス配線３０の抵抗値は、接続配線２２の抵抗値よりも大きく、且つ連結配管１４の抵抗値よりも小さくなるよう設定されることが望ましい。この場合、第１電流経路２６の合成抵抗を第２電流経路２７の合成抵抗に近づけつつ、連結配管１４を効果的に加熱することができる。
　上述の実施形態では、第１電源配線２４を第１集熱管１２ａの中心点２０ｃに接続し、第２電源配線２５を第２集熱管１２ｂの中心点２１ｃに接続した。しかしながら、第１電源配線２４、第２電源配線２５の接続先は、第１集熱管１２ａ、第２集熱管１２ｂの中心点に限定されず、第１集熱管１２ａ、第２集熱管１２ｂの中間（すなわち、集熱管の両端部間の任意の位置）であればよい。この場合、バイパス配線３０の抵抗値は、第１合成抵抗値が第２合成抵抗値に近似するように設定される。第１合成抵抗値と第２合成抵抗値の差は、例えば第２合成抵抗値の１０％以内とすることが好ましい。
　図５は、本発明の実施形態に係る加熱装置の変形例を説明するための図である。本変形例に係る加熱装置６０は、連結配管１４とバイパス配線３０との接続位置を変えるための接続位置可変部６２をさらに備える。この接続位置可変部６２は、連結配管１４の表面上に設けられた導電性部材であり、バイパス配線３０を取り付けるための取付部が形成されている。図５に示すように、連結配管１４の表面上には所定の間隔をおいて複数の接続位置可変部６２が設けられている。
　バイパス配線３０の一端部は、第１集熱管１２ａの一端部２０ａに接続される。また、バイパス配線３０の他端部は、接続位置可変部６２の取付部に接続される。本変形例において、第１集熱管１２ａの一端部２０ａと第２集熱管１２ｂの一端部２１ａとの間の抵抗値は、並列に接続されたバイパス配線３０と連結配管１４の一部との合成抵抗値と、連結配管１４の残りの部分の抵抗値の和となる。本変形例では、バイパス配線３０の他端部を接続する接続位置可変部６２を変えることにより、第１集熱管１２ａの一端部２０ａと第２集熱管１２ｂの一端部２１ａとの間の抵抗値を変えることができる。
　本変形例に係る加熱装置６０によれば、太陽熱発電システムの設置場所において作業者がバイパス配線３０の接続先を複数の接続位置可変部６２の中から選択することで、第１電流経路２６の第１合成抵抗値を変えることができる。これにより、第１合成抵抗値を第２合成抵抗値に好適に近づけることができるため、熱媒流路１１をより適切に加熱することができる。
　以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
　１０　集光ユニット、　１１　熱媒流路、　１２　集熱管、　１２ａ　第１集熱管、　１２ｂ　第２集熱管、　１３　反射板、　１４　連結配管、　２２　接続配線、　２３　電源、　２６　第１電流経路、　２７　第２電流経路、　３０　バイパス配線、　４０、６０　加熱装置、　６２　接続位置可変部。
　本発明は、太陽熱発電システムで熱媒流路を加熱するために使用される加熱装置に利用できる。

Claims (5)

  1. 　太陽熱を受ける熱媒が流れる熱媒流路を加熱するための加熱装置であって、
    　前記熱媒流路は、集光された太陽光を受ける第１集熱管および第２集熱管と、前記第１集熱管の一端部と前記第２集熱管の一端部とを接続する連結配管と、を備え、
    　前記第１集熱管の他端部と前記第２集熱管の他端部とを電気的に接続する接続配線と、
    　前記熱媒流路に電流を流すための電源と、
    　前記電源の一方の極と前記第１集熱管の中間とを接続する第１電源配線と、
    　前記電源の他方の極と前記第２集熱管の中間とを接続する第２電源配線と、
    　前記連結配管と電気的に並列に接続されたバイパス配線と、
    　を備えることを特徴とする加熱装置。
  2. 　前記熱媒流路は、前記第１集熱管、前記連結配管および前記第２集熱管をＵ字状に接続することにより形成され、
    　前記第１集熱管と前記第２集熱管は、互いに平行であり、
    　前記第１電源配線は、前記一方の極と前記第１集熱管の中心点とを接続し、
    　前記第２電源配線は、前記他方の極と前記第２集熱管の中心点とを接続することを特徴とする請求項１に記載の加熱装置。
  3. 　前記バイパス配線の抵抗値は、前記接続配線の抵抗値よりも大きく、且つ前記連結配管の抵抗値よりも小さくなるよう設定されることを特徴とする請求項１または２に記載の加熱装置。
  4. 　前記第１電源配線、前記第１集熱管の中間から一端部までの部分、前記連結配管、前記バイパス配線、前記第２集熱管の一端部から中間までの部分および前記第２電源配線の第１合成抵抗値と、前記第１電源配線、前記第１集熱管の中間から他端部までの部分、前記接続配線、前記第２集熱管の他端部から中間までの部分および前記第２電源配線の第２合成抵抗値の差は、前記第２合成抵抗値の１０％以内であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の加熱装置。
  5. 　前記連結配管と前記バイパス配線との接続位置を変えるための接続位置可変手段をさらに備えることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の加熱装置。
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