WO2017002263A1

WO2017002263A1 - 太陽熱収集装置

Info

Publication number: WO2017002263A1
Application number: PCT/JP2015/069151
Authority: WO
Inventors: 雅也金光; 城太郎白井; 隆一甲斐田; 鈴木　靖; 靖之西島
Original assignee: 千代田化工建設株式会社
Priority date: 2015-07-02
Filing date: 2015-07-02
Publication date: 2017-01-05
Also published as: MA42286B1; CN107735623B; ES2781423T3; MA42286A; JPWO2017002263A1; EP3318818A1; EP3318818B1; EP3318818A4; JP6543711B2; CN107735623A; PT3318818T

Abstract

太陽熱収集装置は、太陽熱を受ける熱媒が流れる熱媒流路と、熱媒流路を支持する第１架台（３０）と、熱媒流路に電流を流すための第１ケーブル（３４）とを備える。第１架台（３０）は、強磁性体材料から成る第１部材（４０）を含んで構成された閉ループ（４２）を有する。第１ケーブル（３４）は、閉ループ（４２）を貫くように配索されている。閉ループ（４２）の途中に、非磁性体材料から成る第２部材（４４）が設けられる。

Description

太陽熱収集装置

　本発明は、太陽光を集光することで、熱媒流路内を流れる熱媒を加熱する太陽熱収集装置に関する。

　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を温めることができる。

特開２０１４－１０２０１３号公報

　太陽光を集光することで熱媒流路内を流れる熱媒を加熱する太陽熱収集装置において、反射鏡および熱媒流路は、架台により回転可能に支持される。この架台は、複数の柱状部材を三角形状に連結したトラス構造を有するものが多い。柱状部材としては、通常、安価な鋼鉄が用いられる。

　このような架台に対して熱媒流路に電流を流すためのケーブルを配索するとき、複数の柱状部材から成る閉ループ（例えば三角形状）を貫くようにケーブルを配索しなければならない場合がある。架台の閉ループを貫くケーブルに電流が流れると、その電流によって閉ループに誘導磁界が発生し、その影響でケーブルを流れる電流に損失が生じる可能性がある。

　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、熱媒流路に電流を流すためのケーブルが配索された架台を備える太陽熱収集装置において、ケーブルを流れる電流の損失を低減できる技術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太陽熱収集装置は、太陽熱を受ける熱媒が流れる熱媒流路と、熱媒流路を支持する架台と、熱媒流路に電流を流すためのケーブルとを備える。架台は、強磁性体材料から成る第１部材を含んで構成された閉ループを有する。ケーブルは、閉ループを貫くように配索されており、閉ループの途中に非磁性体材料から成る第２部材が設けられる。

　この態様によると、強磁性体材料から成る第１部材を含んで構成された閉ループの途中に非磁性体材料から成る第２部材を設けることにより、ケーブルに電流が流れた際に閉ループに誘導磁界が発生することを防止できる。これにより、ケーブルに流れる電流の損失を低減できる。

　閉ループは、少なくとも２つの第１部材を含んでもよい。少なくとも２つの第１部材は、第２部材を介して連結されてもよい。

　第１部材は、強磁性の鋼鉄から成ってもよい。第２部材は、非磁性のステンレス鋼から成ってもよい。

　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、熱媒流路に電流を流すためのケーブルが配索された架台を備える太陽熱収集装置において、ケーブルを流れる電流の損失を低減できる。

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太陽熱収集装置の一部を示す斜視図である。本発明の実施形態に係る架台の構造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１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２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２に示すように、太陽熱収集装置８は、複数（図１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架台（図３参照）によって支持される。また、反射板１３は、架台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３２を備える。この加熱装置３２は、電源２３と、第１ケーブル３４と、第２ケーブル３６とを備える。第１ケーブル３４は、電源２３の一方の極と熱媒流路１１の長直線部１１ａとを電気的に接続している。第２ケーブル３６は、電源２３の他方の極と熱媒流路１１の長直線部１１ｂとを電気的に接続している。また、長直線部１１ａと１１ｂとを接続する接続配線５ａおよび５ｂが設けられている。第１ケーブル３４、第２ケーブル３６、接続配線５ａおよび５ｂ、熱媒流路１１の長直線部１１ａおよび１１ｂは、電源２３からの電流を流す電流経路を形成している。この電流経路に電源２３から電流を流すと、熱媒流路１１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、熱媒流路１１を温めることができる。

　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３は、本発明の実施形態に係る太陽熱収集装置８の一部を示す斜視図である。図３に示すように、太陽熱収集装置８は、地盤上の第１架台３０および第２架台３１と、第１架台３０および第２架台３１により回転可能に支持された熱媒流路１１および反射板１３とを備える。図３に示す第１架台３０および第２架台３１は、熱媒流路１１の長直線部１１ａを支持している。

　また、太陽熱収集装置８は、熱媒流路１１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３２を備える。上述したように、加熱装置３２は、電源２３と、第１ケーブル３４と、第２ケーブル３６とを備える。

　電源２３は、単相電流を送電可能な電源であり、第１架台３０の内部に配置されている。第１ケーブル３４は、第１架台３０に配索されており、電源２３の一方の極と熱媒流路１１の長直線部１１ａとを電気的に接続している。第２ケーブル３６は、電源２３の他方の極と熱媒流路１１の長直線部１１ｂとを電気的に接続している。第２ケーブル３６は、熱媒流路１１の長直線部１１ｂを支持する架台に配索されている。

　上述したように、第１ケーブル３４および第２ケーブル３６を介して電源２３から熱媒流路１１に電流を流すと、熱媒流路１１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、熱媒流路１１を温めることができる。

　図４は、本発明の実施形態に係る架台の構造を説明するための図である。図４では、第１架台３０について説明するが、第２架台３１についても同様である。図４に示すように、第１架台３０は、複数の柱状の第１部材４０を三角形状に連結したトラス構造を有する。第１部材４０は、強磁性体材料から成る。強磁性体材料としては、強磁性の鋼鉄を例示できる。

　第１架台３０は、第１部材４０を含んで構成された複数の閉ループを有する。例えば、３つの第１部材４０ａ，４０ｂおよび４０ｃは、三角形状の閉ループ４２を構成している。図３で説明したように、本実施形態に係る太陽熱収集装置８では、第１架台３０の内部に電源２３が配置されている。そして、第１架台３０の内部から外部に第１ケーブル３４を配索するために、第１ケーブル３４は閉ループ４２を貫いている。

　ここで、本実施形態に係る太陽熱収集装置８においては、閉ループ４２を構成する３つの第１部材のうち２つの第１部材４０ａおよび４０ｂが板状の第２部材４４を介して連結されている。第１部材４０ａ，４０ｂと、第２部材４４とは、ボルト４５によって接続されている。第２部材４４は、非磁性体材料から成る。非磁性体材料としては、非磁性のステンレス鋼を例示できる。このように閉ループ４２の殆どの部分は、３つの第１部材４０ａ，４０ｂおよび４０ｃから構成されているが、閉ループ４２の途中に非磁性体材料から成る第２部材４４が設けられている。

　このように、本実施形態に係る太陽熱収集装置８においては、閉ループ４２の途中に非磁性体材料から成る第２部材４４を設けることにより、閉ループ４２は、強磁性体材料のみから成る閉ループではなくなる。強磁性体材料のみから成る閉ループの場合、閉ループを貫くケーブルに電流が流れると、その電流によって閉ループに誘導磁界が発生し、その影響でケーブルを流れる電流に損失が生じる可能性がある。一方、本実施形態においては、閉ループ４２の途中に非磁性体材料から成る第２部材４４が設けられているので、第１ケーブル３４に電流が流れても、閉ループ４２に誘導磁界は発生しない。そのため、第１ケーブル３４に流れる電流の損失を低減することができる。

　トラス構造を有する架台に対してケーブルを配索するとき、架台の外部に電源を配置して、架台の閉ループを貫かないようにケーブルを配索すれば、誘導磁界の発生は抑えられ、電流の損失を低減できる。しかしながら、この場合、架台の周囲に大きなスペースが必要となる。本実施形態に係る太陽熱収集装置８によれば、ケーブルの配索条件に縛られずに第１架台３０の内部に電源２３を配置できるため、省スペース化を実現できる。

　なお、架台における全ての第１部材４０を非磁性体材料で形成すれば、本実施形態のように閉ループ４２の途中に第２部材４４を設けずとも誘導磁界を防止でき、電流損失を低減できる。しかしながら、このように全ての第１部材４０を非磁性体材料で形成することは、コスト面から好ましくない。本実施形態に係る太陽熱収集装置８では、架台の大部分を比較的安価な強磁性体材料の第１部材４０で形成し、第１部材４０の連結部分にのみ非磁性体材料の第２部材４４を用いているので、コスト面で有利である。

　図４では、閉ループ４２を構成する３つの第１部材のうち２つの第１部材４０ａおよび４０ｂの間に第２部材４４を介在させることで、強磁性体材料および非磁性体材料から成る閉ループ４２を形成した。しかしながら、非磁性体材料から成る第２部材の形態およびそれが設けられる閉ループ上の位置は特に限定されない。例えば、強磁性体材料から成る１つの第１部材（例えば第１部材４０ａ）の途中に、非磁性体材料から成る第２部材が設けられてもよい。また、強磁性体材料から成る１つの第１部材（例えば第１部材４０ａ）に代えて、強磁性体材料から成る柱状の第２部材が配置されてもよい。

　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。

　８　太陽熱収集装置、　１０　集光ユニット、　１１　熱媒流路、　１２　集熱管、　１３　反射板、　１４　連結配管、　２３　電源、　３０　第１架台、　３１　第２架台、　３２　加熱装置、　３４　第１ケーブル、　３６　第２ケーブル、　４０、４０ａ、４０ｂ、４０ｃ　第１部材、　４２　閉ループ、　４４　第２部材。

　　本発明は、太陽熱発電システムで使用される太陽熱収集装置に利用できる。

Claims

　太陽熱を受ける熱媒が流れる熱媒流路と、
　前記熱媒流路を支持する架台と、
　前記熱媒流路に電流を流すためのケーブルと、
　を備え、
　前記架台は、強磁性体材料から成る第１部材を含んで構成された閉ループを有し、
　前記ケーブルは、前記閉ループを貫くように配索されており、
　前記閉ループの途中に非磁性体材料から成る第２部材が設けられることを特徴とする太陽熱収集装置。
　前記閉ループは、少なくとも２つの前記第１部材を含み、
　少なくとも２つの前記第１部材は、前記第２部材を介して連結されることを特徴とする請求項１に記載の太陽熱収集装置。
　前記第１部材は、強磁性の鋼鉄から成り、
　前記第２部材は、非磁性のステンレス鋼から成ることを特徴とする請求項１または２に記載の太陽熱収集装置。