WO2007074570A1 - 太陽熱発電設備および熱媒体供給設備 - Google Patents

Abstract

　熱媒体が継時的に温度変動を生じたとしても、この変動を平準化することにより、熱交換器においてその熱を回収する時点では十分に変動抑制することができる熱媒体の熱媒体供給設備であって、太陽光によって液状熱媒体を加熱する集熱装置（４）と、この集熱装置（４）から供給された熱媒体によって給水を加熱する熱交換器（７）と、前記集熱装置（４）から熱交換器（７）に熱媒体を供給する熱媒体供給配管（６）と、熱媒体供給配管（６）に配設された、熱媒体を加熱するための熱媒体加熱装置（１０）および熱媒体の温度を計測する温度計測装置（２９）とを備えている。

Description

明 細 書

太陽熱発電設備および熱媒体供給設備

技術分野

[0001] 本発明は太陽熱複合発電を含んだ太陽熱発電設備、および、熱媒体供給設備に 関する。さら〖こ詳しくは、太陽熱によって加熱した熱媒体により蒸気を発生させ、この 蒸気によって蒸気タービンを駆動して発電する太陽熱発電設備、および、この太陽 熱発電設備に供給すべき蒸気を発生させる等の種々の目的で用いられる熱媒体供 給設備に関する。

背景技術

[0002] 図 15に示す従来の太陽熱発電設備 101においては、太陽光を集光式集熱装置（ 以下、単に集熱装置と呼ぶ） 102で集めてこれを熱エネルギとして熱媒体に吸収させ 、この熱媒体を熱交換器 103に導き、熱媒体の熱によって蒸気を発生させる。熱交 翻 103で発生した飽和蒸気は過熱器 (スーパーヒータ） 104によって過熱される。 そして、この過熱蒸気によって蒸気タービン 105を駆動して発電している。図中の符 号 106は発電機であり、符号 107は復水器である。

[0003] 太陽光の集光方式は大別して集中式と分散式とがあるが、主として分散式が採用 されて 、る。分散式集熱装置 102としてはパラボリックトラフ (放物線断面の樋)型の 反射板 102aが多用されている。この反射板 102aは X— Y平面上の放物線で示され る断面を有する樋型に形成され、入射してくる太陽光を反射してその焦点に集める。 一方、この焦点位置を通って Z軸に沿って延びる熱吸収パイプ 108内に熱媒体を流 して太陽熱を集熱回収する。この熱媒体は、熱吸収パイプ 108およびこれに接続さ れた熱媒体供給配管 109を通して熱交換器と集熱装置とに循環させる。熱媒体とし ては特殊な作動油が用いられることが多い。熱媒体は、たとえば、太陽熱を吸収して 高温状態 (400° C程度）となり、熱交翻103において熱を放出して蒸気を発生する ことにより低温状態（300° C程度）となり、再び集熱装置 102に向かう。

[0004] し力しながら、図 16に示される一日の太陽エネルギ密度の変化力もも理解できるよ うに、この太陽熱発電設備は日の出から日の入りまでの時間帯においてのみ稼働が 可能であり、夜間は運転が停止され、翌朝に再起動される。図 16は北部アフリカのあ る地点における一日の太陽エネルギ密度の変化を示している。代表的に 7月の平均 エネルギ密度と 12月の平均エネルギ密度とを示している力 他の月の平均エネルギ 密度の変化を示す曲線はほぼこの二本の曲線間に入るであろう。

[0005] このように、集熱装置 102に到達する太陽エネルギの強度は一日のうちでゼロレべ ルカも最大レベルまで変化する。したがって、発電設備 101の容量として、通常は平 均強度レベルでの発電ができるように計画される。そして、太陽エネルギの平均レべ ル以上の過剰エネルギは、大が力りで高価な熱貯蔵設備 110に熱エネルギとして貯 蔵し、 日没が近づくとこの熱を放出して蒸気を発生し、発電を継続できるように計画さ れることが多い。しかしながら、現実的には設備コストや運転コストの制限から、熱貯 蔵能力は、発電継続時間に換算して約 4〜6時間程度に限られているので、発電を 一日中 «I続することはできない。

[0006] この問題を解消するために、たとえば欧州特許出願公開公報第 0750730号およ び欧州特許出願公開公報第 0526816号には、前記太陽熱による蒸気タービン発電 にガスタービン発電を組み合わせた太陽熱複合発電方式が提案されて ヽる。これら の複合発電設備は、太陽熱を利用することができない夜間や曇天の日であっても、 ガスタービンによる発電と、排熱回収ボイラの蒸気を利用した蒸気タービンによる発 電とを行おうというものである。こうすることによって昼夜発電の継続が期待できる。ま た、太陽熱発電を最大限利用することによって燃料消費を減らして二酸ィ匕炭素の排 出量を削減することも期待できる。

[0007] しかし、この複合発電設備の集熱装置にお!、ては、特別な熱媒体や熱交翻を用 Vヽずに直接水から飽和蒸気を発生させて蒸気タービンに供給して!/ヽる。前記公開公 報第 0750730号に開示された発電設備では、飽和蒸気は、これを過熱するために 高圧タービン力 排出される蒸気と混合して力 蒸気タービンに送って 、る。一方、 前記公開公報第 0526816号に開示された発電設備では、飽和蒸気は、高圧タービ ン力 排出される蒸気と混合した後に排熱回収ボイラの再熱器によって過熱してから 蒸気タービンに送っている。

[0008] ところが、太陽熱発電設備か太陽熱複合発電設備かに拘わらず、避けがたい問題 がある。それは、日中の地表における日照状態の継時的 (経時的）な変動である。集 熱装置における太陽から蒸気やその他の熱媒体への熱伝達はほとんど輻射によるも のである。したがって、自然現象として地表における日照状態が変動すると、その変 動に的確に応答するように、太陽熱を吸収する蒸気やその他の熱媒体の温度も変動 する。この変動の態様は自然発生的であり、発生する時点も発生の程度も正確に予 測することは困難である。その結果、蒸気タービンに供給される蒸気の条件 (温度、 圧力、湿り度、乾き度等)も変動し、発電量も変動する。また、激しい蒸気状態の変動 力 Sあると排熱回収ボイラゃ蒸気タービンが損傷する虡もある。

[0009] たとえば前述した公開公報第 0750730号および公開公報第 0526816号に開示 された設備では、集熱装置の熱吸収パイプ内で発生する蒸気の条件 (温度、圧力、 乾き度)が変動し、また、集熱装置から蒸気タービンへ送られる間に蒸気の熱ロスが 生じる。その結果、前記公開公報第 0750730号の設備では、高圧タービン力も排出 される蒸気と混合した後の蒸気条件が変動する。また、公開公報第 0526816号の設 備では、再熱器の入り口側での蒸気条件が変動して排熱回収ボイラにその影響を及 ぼしてしまう。すなわち、 日照条件の変動が大き力つたり頻繁であると、集熱装置にお ける発生蒸気の条件も同じように変動して太陽熱複合発電設備全体の安全運転の 継続が困難になる。

[0010] 日照状態の変動、たとえば雲や砂嵐等が原因となって集熱量が急減する。さらに、 風によって前記反射板が橈んだときには前記熱吸収パイプに対して十分な太陽光を 集中させることができない。このことも熱媒体等の温度低下の原因となる。前記温度 低下は短い周期で生じることがあるため、前記熱貯蔵設備力も適時に必要な熱を短 時間で取り出して利用することができず、熱媒体等の温度変動を抑制することができ ないのが現状である。

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0011] 本発明はカゝかる課題を解決するためになされたものであり、たとえば太陽熱発電設 備等において供給される熱媒体が継時的に温度変動を生じたとしても、この変動を 平準化することにより、蒸気発生のために給熱する時点では十分に変動抑制された 熱媒体を供給することができる熱媒体供給設備を提供することをも目的とする。さらに 、熱媒体を介して太陽熱によって発生した蒸気を安定した過熱状態で蒸気タービン に供給することができる太陽熱発電設備を提供することをも目的とする。

課題を解決するための手段

[0012] 前記目的のために本発明の熱媒体供給設備は、

太陽光によって液状熱媒体を加熱する加熱設備と、

この加熱設備から供給された熱媒体によって給水を加熱する熱交換器と、 前記加熱設備から熱交換器に熱媒体を供給する熱媒体供給通路と、

この熱媒体供給通路に配設された、熱媒体を加熱するための加熱装置および熱媒 体の温度を計測する温度計測装置とを備えて 、る。

[0013] かかる構成によれば、加熱設備から供給されてくる熱媒体が温度変動している場合 であっても、その温度が低下して!/、るときの熱媒体を前記加熱装置によって加熱して 熱交^^に供給することができるので、熱交^^に至ったときには熱媒体の温度変 動が緩和されている。

[0014] 前記温度計測装置によって計測される熱媒体の温度が予め定められた所定温度 を下回らないように前記加熱装置を作動させることができる。

[0015] 前記熱媒体供給通路に、熱媒体の温度変動を抑制するための温度変動抑制装置 を備え、

この温度変動抑制装置に、熱媒体が通過するための複数の熱媒体通路と、熱媒体 用の入口および出口とを備え、

熱媒体供給通路から前記入口に流入してくる熱媒体が、複数の熱媒体通路をそれ ぞれ時間差をもって通過したあと合流して前記出口から熱媒体供給通路に流出する ことがでさるよう〖こ構成することがでさる。

[0016] 熱媒体供給通路を通して時々刻々供給されてくる液状の熱媒体が温度変動抑制 装置内に流入し、複数の熱媒体通路それぞれから出てきて合流したときに時間差混 合される。したがって、この熱媒体の温度が変動している場合であっても、時間差混 合されることにより、その温度変動の幅が減少され、且つ、温度変動速度が低下させ られる。その結果、たとえばこの熱媒体の熱によって発生する蒸気の条件が時間的 に均一となる。なお、前記時間差混合とは、連続的に時間遅れで温度変動抑制装置 内へ流入してくる熱媒体が既に流入して滞留している熱媒体と混合することである。

[0017] 前記加熱装置を、熱媒体が通過するための複数の熱媒体通路と、熱媒体用の入 口および出口と、前記複数の熱媒体通路内を流通する熱媒体を加熱するための加 熱手段とから構成し、熱媒体供給通路から前記入口に流入してくる熱媒体が、前記 複数の熱媒体通路をそれぞれ時間差をもって通過したあと合流して前記出口力 熱 媒体供給通路に流出することができるように構成することもできる。この熱媒体加熱装 置によれば、熱媒体を加熱するとともに時間差混合をも同時に行うことができるので 好ましい。

[0018] 本発明の太陽熱発電設備は、

蒸気タービンと、

この蒸気タービンに供給される蒸気を発生させるための熱交 を有し、この熱交 換器において水を加熱するための熱媒体を供給する熱媒体供給設備と、

前記熱交換器から蒸気タービンに蒸気を供給する蒸気供給通路とを備えており、 この熱媒体供給設備が、前述したうちの ヽずれか一の熱媒体供給設備である。

[0019] この太陽熱発電設備によれば、熱媒体供給設備において温度変動が抑制されて 連続的に安定した温度の熱媒体が供給されるので、熱交換器において蒸気状態 (温 度、圧力、湿り度）が安定した飽和蒸気を得ることができる。

[0020] この太陽熱発電設備に、ガスタービンと、このガスタービンの排熱を利用して蒸気を 発生させ、この蒸気を蒸気タービンに供給する排熱回収ボイラとをさらに備え、前記 排熱回収ボイラに、蒸気ドラムを有する蒸発部と、過熱部とを備え、この排熱回収ボイ ラに供給された水が加熱されることによって発生した蒸気が前記蒸気タービンに供給 されるように構成することができる。このように構成したものカ^ヽゎゆる太陽熱複合発 電設備である。この発電設備では、前述した熱媒体供給設備の熱交換器において 発生した安定状態の蒸気と、排熱回収ボイラにおいて発生した安定状態の蒸気とを 蒸気タービンに供給することができる。

[0021] 前記蒸気供給通路を、熱媒体供給設備の熱交換器から前記蒸気ドラムに接続し、 この蒸気ドラムにおいて、熱交換器からの蒸気と排熱回収ボイラで発生した蒸気とが 混合された上で前記過熱部を経由して蒸気タービンに供給されるように構成すること ができる。このように構成すれば、熱交^^からの飽和蒸気を、排熱回収ボイラで発 生した蒸気とともに排熱回収ボイラの過熱部において過熱状態にすることができる。

[0022] 前記蒸発部から過熱部に至る蒸気通路に蒸気混合装置を配設し、

前記蒸気供給通路を、熱媒体供給設備の熱交換器から前記蒸気混合装置に接続 し、この蒸気混合装置において、熱交 力ゝらの蒸気と排熱回収ボイラで発生した 蒸気とが混合された上で前記過熱部を経由して蒸気タービンに供給されるように構 成することができる。このように構成することによつても、熱交^^からの飽和蒸気を、 排熱回収ボイラで発生した蒸気とともに排熱回収ボイラの過熱部において過熱状態 にすることができる。

[0023] 前記排熱回収ボイラの過熱部に、蒸気を加熱するためのパーナを配設することが できる。この構成によれば、排熱回収ボイラの過熱部に送られてきた飽和蒸気の状態 が変動している場合であっても、その湿り度が高いときの蒸気を前記パーナによって 加熱することにより、蒸気の湿り度の変動を緩和することや乾き蒸気にすることができ る。

[0024] 前記蒸気供給通路を第一蒸気通路と第二蒸気通路とに分岐し、第一蒸気通路を 排熱回収ボイラに接続し、第二蒸気通路を排熱回収ボイラを経由させずに蒸気ター ビンに接続し、第二蒸気通路に、蒸気を過熱するための過熱装置を配設することが できる。かかる構成によれば、熱媒体供給設備の熱交換器からの飽和蒸気を、排熱 回収ボイラによって過熱状態にすることができるとともに、別に設けた前記過熱装置 によっても過熱状態にすることができる。したがって、ガスタービンゃ排熱回収ボイラ が運転を停止した場合においても、太陽熱を収集することが出来る限り、発電を維持 することができる。

[0025] 本発明の太陽熱複合発電設備は、

蒸気タービンと、

ガスタービンと、

ガスタービンの排熱を利用して蒸気を発生させ、この蒸気を蒸気タービンに供給す る排熱回収ボイラと、 この蒸気タービンに供給する蒸気を発生させるための熱交 を有し、この熱交換 器において水を加熱するための熱媒体を供給する熱媒体供給設備と、

前記熱交換器から蒸気タービンに蒸気を供給する蒸気供給通路と、

この蒸気供給通路に配設された、蒸気の状態変動を抑制するための蒸気変動抑 制装置とを備えており、

この蒸気変動抑制装置が、蒸気が通過するための複数の蒸気通路と、蒸気用の入 口および出口とを有しており、蒸気供給通路力 前記入口に流入してくる蒸気が、複 数の蒸気通路をそれぞれ時間差をもって通過したあと合流して前記出口力 蒸気供 給通路に流出することができるように構成されており、

この熱媒体供給設備が、太陽光によって液状熱媒体を加熱する加熱設備と、この 加熱設備から熱交換器に熱媒体を供給する熱媒体供給通路とをさらに有している。

[0026] この太陽熱複合発電設備において、前記熱媒体供給設備を、前述したうちのいず れか一の熱媒体供給設備から構成することができる。

[0027] 前記排熱回収ボイラに、蒸気ドラムを有する蒸発部と、過熱部とを備え、

前記蒸気供給通路を、熱媒体供給設備の熱交換器から前記蒸気ドラムに接続し、 この蒸気ドラムにおいて、熱交換器からの蒸気と排熱回収ボイラで発生した蒸気とが 混合された上で前記蒸気タービンに供給されるように構成することができる。

[0028] 前記排熱回収ボイラに、蒸気ドラムを有する蒸発部と、過熱部とを備え、

前記蒸発部力 過熱部に至る蒸気通路に蒸気混合装置を配設し、

前記蒸気供給通路を、熱媒体供給設備の熱交換器から前記蒸気混合装置に接続 し、この蒸気混合装置において、熱交 力ゝらの蒸気と排熱回収ボイラで発生した 蒸気とが混合された上で前記蒸気タービンに供給されるように構成することができる。

[0029] 前記排熱回収ボイラの過熱部に、蒸気を加熱するためのパーナを配設することが できる。

[0030] 前記蒸気供給通路を第一蒸気通路と第二蒸気通路とに分岐し、第一蒸気通路を 排熱回収ボイラに接続し、第二蒸気通路を排熱回収ボイラを経由させずに蒸気ター ビンに接続し、

第二蒸気通路に、蒸気を過熱するための過熱装置を配設することができる。 発明の効果

[0031]

本発明によれば、太陽熱発電設備におけるような温度変動しつつ熱交換器へ供給 される熱媒体に対し、その温度変動を抑制、緩和することができる。また、蒸気タービ ンに供給される蒸気状態の変動をも効果的に抑制することができる。

図面の簡単な説明

[0032] [図 1]図 1は、本発明の一実施形態である太陽熱複合発電設備の概略を示す配管図 である。

[図 2]図 2は、図 1の太陽熱複合発電設備において設置されうる熱媒体加熱装置の一 例を示す断面図である。

[図 3]図 3は、図 1の太陽熱複合発電設備において設置されうる熱媒体加熱装置の他 の例を示す断面図である。

[図 4]図 4は、図 1の太陽熱複合発電設備において設置されうる熱媒体加熱装置のさ らに他の例を示す断面図である。

[図 5A]図 5Aは図 1の太陽熱複合発電設備において設置されうる熱媒体加熱装置の さらに他の例を示す一部切り欠き正面図である。

[図 5B]図 5Bは図 5Aの V— V線断面図である。

[図 6]図 6は、本発明の他の実施形態である太陽熱複合発電設備の概略を示す配管 図である。

[図 7]図 7は、本発明のさらに他の実施形態である太陽熱複合発電設備の概略を示 す配管図である。

[図 8]図 8は、本発明のさらに他の実施形態である太陽熱複合発電設備の概略を示 す配管図である。

[図 9A]図 9Aは図 8の太陽熱複合発電設備において設置されうる蒸気変動抑制装置 の一例を示す、当該装置の中心軸に沿った面によって切った縦断面である。

[図 9B]図 9Bは図 9Aの IX— IX線断面図である。

[図 10]図 10は、図 8の太陽熱複合発電設備において設置されうる蒸気変動抑制装 置のさらに他の例を示す縦断面図である。 [図 11]図 11は、図 8の太陽熱複合発電設備にお ヽて設置されうる蒸気変動抑制装 置のさらに他の例を示す縦断面図である。

[図 12A]図 12Aは図 7の太陽熱複合発電設備において設置されうる蒸気変動抑制装 置のさらに他の例を示す正面図である。

[図 12B]図 12Bは図 12Aの XII— ΧΠ線断面図である。

[図 13]図 13は、本発明のさらに他の実施形態である太陽熱複合発電設備の概略を 示す配管図である。

[図 14]図 14は、本発明のさらに他の実施形態である太陽熱複合発電設備の概略を 示す配管図である。

[図 15]図 15は、従来の太陽熱発電設備の一例を概略的に示す配管図である。

[図 16]図 16は、一日の太陽エネルギ密度の時間的変化の一例を示すグラフである。 発明を実施するための最良の形態

[0033] 添付の図面を参照しながら本発明の太陽熱発電設備および熱媒体供給設備の実 施形態を説明する。

[0034] 図 1には、太陽熱を利用して発生させた蒸気を一部利用して蒸気タービン 2を駆動 して発電する蒸気タービン発電と、天然ガス等の種々のガス体燃料や液体燃料を燃 焼させてガスタービン 3を駆動することにより発電するガスタービン発電とを組み合わ せた太陽熱複合発電設備 1が示されている。この発電設備 1では、蒸気発生用の熱 を収集するための集熱装置 4として、ノラボリックトラフ型の反射板 4aを用いて 、る。 この反射板 4aは X— Y平面上の放物線で示される断面を有する樋型に形成され、入 射してくる太陽光を反射してその焦点に集めるように操作される。

[0035] この反射板 4aの焦点位置を通って Z軸に沿って熱吸収パイプ 5を延設し、この熱吸 収パイプ 5内に液状の熱媒体を流す。熱吸収パイプ 5に接続された熱媒体供給配管 6は熱媒体を熱交換器 7と集熱装置 4とに循環させる。この熱交換器 7は蒸発器として の作用を奏する。熱媒体は集熱装置 4において太陽熱を吸収し、熱交換器 7におい て蒸気を発生させるために水に熱供給し、再び集熱装置 4に向かう。前記集熱装置 4 および熱吸収パイプ 5が熱媒体の加熱設備を構成する。

[0036] この発電設備 1では、集熱装置 4が設置された複数の集熱ゾーン 8a、 8b、 8c、 8d が形成されている。これは、広大な集熱装置の設置区域 (たとえば発電量 30MW級 の設備では、通常、約 1400m X 700m程度の広さがある。）の全面積が一様に平坦 にされていなくても、同区域を分割して集熱装置を効果的に配置するためである。ま たは、熱媒体の供給配管のループ長が長すぎて配管の圧損が過大にならないように 分割するためである。さらには、熱吸収パイプ 5や集熱装置 4が正常に作動しなくなつ た場合でも、その装置を点検修理するために熱媒体の供給を全面停止させる必要が ないようにするためである。

[0037] 複数の集熱ゾーン 8a、 8b、 8c、 8dそれぞれから延設された熱媒体供給配管 6a、 6 b、 6c、 6dは統合されて熱交 7に続される。この統合された後の熱媒体供給配管 6には後述する熱媒体加熱装置 10が設置されている。熱交翻7の出口力も各集熱 ゾーンに戻し管 9が接続されて 、る。この戻し管 9も含めて熱媒体供給配管 6と呼ぶ。 熱媒体供給配管 6には熱媒体を循環させるための循環ポンプ 9pが設置されている。 図 1では一台のポンプ 9pが示されているが、熱媒体供給配管 6が長大である場合に は配管の圧損を分担するために必要に応じて複数台のポンプを用いる場合がある。 これらのポンプによる循環流量を制御することにより、熱交^^ 7への入熱を制御して この熱交 7における蒸気発生量を調整することができる。以上の集熱装置 4、熱 媒体供給配管 6、熱交換器 7、熱媒体加熱装置 10が熱媒体供給設備 12を構成して いる。

[0038] 一方、発電は前述のとおり蒸気タービン 2およびガスタービン 3によって行われる。

両者 2、 3にはそれぞれ発電機 Gが連結されている。また、この発電設備 1には排熱 回収ボイラ 13が設置されている。ガスタービン 3の駆動に使用された燃焼ガス (排ガ ス）は、排ガス配管 14を通って排熱回収ボイラ 13に供給され、給水を加熱して蒸気 を発生させた後、排ガス配管 14を通って煙突 15から大気放散される。蒸気タービン 2は、熱交換器 7および排熱回収ボイラ 13において発生した蒸気によって駆動される

[0039] 蒸気タービン 2を駆動した蒸気は復水器 16において復水した後、給水ポンプ 17に よって給水管 18内を圧送される。すなわち、まず給水加熱器 19によって加熱され、 続いて脱気器 20によって脱気される。その後分岐して、ポンプ 21a、 21bによって排 熱回収ボイラ 13および熱交 7に送られる。熱交 7および排熱回収ボイラ 13 それぞれにおいて発生した蒸気は合流されて統合蒸気供給管 22を通して蒸気ター ビン 2に送られる。後述するように、この統合蒸気供給管 22は排熱回収ボイラ 13の過 熱器 25を通る。排熱回収ボイラ 13への給水と熱交 7への給水との流量配分は、 設備の建設計画時に決められた発生蒸気量に基づき、実際の要求発電量と太陽熱 の回収量とに従って調整される。

[0040] 前記排熱回収ボイラ 13は、基本構成の一例としてェコノマイザ (予熱器) 23、蒸気 ドラム 26を備えたエバポレータ (蒸発器） 24およびスーパーヒータ (過熱器） 25を備え ている。前記熱交 7において発生した蒸気は飽和状態である。したがって、この 飽和蒸気を蒸気タービン 2に供給する前に排熱回収ボイラ 13のスーパーヒータ 25を 利用して過熱蒸気にしておく。この目的のために、熱交換器 7の蒸気出口から、スー パーヒータ 25の上流側に位置する蒸気ドラム 26に対して蒸気供給管 27が接続され ている。この蒸気供給管 27を通して蒸気ドラム 26に供給された熱交翻7からの飽 和蒸気は、この蒸気ドラム 26において、排熱回収ボイラ 13のエバポレータ 24で発生 した蒸気と混合される。混合された蒸気はスーパーヒータ 25へ送られて過熱蒸気に なる。スーパーヒータ 25は、熱交^^ 7からの飽和蒸気とエバポレータ 24からの飽和 蒸気とを合わせた全量を所定の過熱温度まで加熱することができる性能 (伝熱面積） を有するように設計製造されているので、排熱回収ボイラ 13は安定した性状の過熱 蒸気を蒸気タービン 2に供給することができる。

[0041] 前述した蒸気供給管 27には流量調整弁 28を設置しておくのが好ましい。この流量 調整弁 28は、日中の雲によって遮光されることによる集熱量の急減、砂嵐の風圧に よって集熱装置 4が橈むことによる集熱効率の急低下、および、日没による太陽熱回 収の急減によっても、排熱回収ボイラ 13への蒸気供給量が急変しないように制御さ れる。また、この流量調整弁 28は、日の出とともに増加し始める発生蒸気量が排熱回 収ボイラ 13の運転に支障を与えることのないように制御される。さらに、とくに日没後 には蒸気供給管 27内の蒸気がなくなるので蒸気供給管 27を閉じるように制御される

[0042] 太陽熱複合発電設備では、日照状態等の気象条件の変化により、前記集熱ゾーン 8から供給される熱媒体は継時的にその温度が変動するものである。そこで、この太 陽熱複合発電設備 1では、たとえ前記集熱装置 4において熱媒体の温度低下が生じ たとしても、熱媒体が熱交 7に至ったときにはその温度が十分に回復されている ように、熱媒体供給配管 6には熱媒体を加熱するための前記熱媒体加熱装置 10が 設置されている。また、この熱媒体の温度変動をさらに抑制するために、図 1に示す ように熱媒体供給配管 6に熱媒体混合装置 11を設置するのが好ま ヽ。熱媒体混合 装置 11につ ヽては後述する。

[0043] 図 2には前記熱媒体加熱装置 10の詳細が示されている。この熱媒体加熱装置 10 は、熱媒体供給管 6を螺旋状に湾曲し、その螺旋状部分をフード 36で覆ったもので ある。この螺旋状部分の下方に、螺旋状部分を加熱するためのパーナ等の加熱手段 37が設置されている。フードの上端にはパーナ等力 の燃焼ガスを放出したり、熱媒 体供給管 6を挿通するための開口 36aが形成されて 、る。熱媒体供給管 6を螺旋状 に形成する場合、図示のごとき形状に限定されず、たとえば二重以上に重ねて螺旋 状に巻いた形状であってもよい。また、熱媒体供給管 6を螺旋状に湾曲することに代 えて、葛折り状 (連続的に繰り返し折れ曲がつている状態)等に集約してもよい。さら に、これら形状の熱媒体供給管 6に伝熱フィンを形成してもよい。

[0044] 熱媒体加熱装置の構成としては、他の種々のものが採用されうる。たとえば、図 3に 示す熱媒体加熱装置 38は、熱媒体供給管 6の一部を二重管形状とし、内管 38aの 内側にパーナ等の加熱手段 37を装備し、内管 38aと外管 38bとの間に熱媒体を流 す方式のものである。

[0045] 図 4に示す熱媒体加熱装置 39は、熱媒体供給管 6の外周面に電気式ヒータ等の 加熱手段 40を巻き付け、その外周面に断熱材 40aを施したものである。この構成に 限らず、他の好適ないかなる加熱手段をも適用することができる。たとえば、電気式ヒ ータに代えて高温の蒸気を加熱熱源として採用してもよい。具体的には、熱媒体供 給管 6の外周面に管を巻き付け、この管内に排熱回収ボイラ 13において発生した高 温蒸気を供給することが可能である。

[0046] 熱媒体加熱装置 10の上流側および下流側の熱媒体供給管 6には、熱媒体の温度 を連続して計測する温度計測装置 29が設置されて 、る。上流側の温度計測装置 29 によって熱媒体の異常な温度低下を検出したときに熱媒体加熱装置 10を作動させ る。そして、下流側の温度計測装置 29の計測結果によって熱媒体加熱装置 10をフィ ードバック制御する。たとえば、熱交 7の入口における熱媒体の温度が最高 395 。 C程度の一定値に維持されるようにフィードバック制御する。別途設置された制御装 置 70 (図 1)により、熱媒体が予め定められた許容最低温度を下回らないように熱媒 体加熱装置 10を制御してもよい。また、たとえば気象衛星によって集熱地域近隣の 気象状況を探査することにより、雲の発生等による遮光が観測されて、熱媒体の温度 が大幅に低下する（たとえば、約 40° C以上）と予測されるときに熱媒体加熱装置 10 を作動させるようにしてもょ 、。

[0047] この熱媒体加熱装置 10は、熱媒体の日中の温度変動を抑制する効果を奏するが 、 日没後に温度低下した熱媒体を循環させながら加熱することにより、日の出後の熱 媒体供給設備 12の迅速な立上りを可能にする。

[0048] 図 1に示すように、熱媒体供給配管 6に、熱媒体の温度変動を抑制する前記熱媒 体混合装置 11を設置するのが好ましい。この熱媒体混合装置 11には、熱媒体供給 配管 6の上流側と接続する熱媒体用の入口 11aと、この入口 11aとは別に、熱媒体供 給配管 6の下流側と接続する熱媒体用の出口 libとがそれぞれ形成されている。ま た、熱媒体混合装置 11には複数の熱媒体通路が形成されている。この熱媒体混合 装置 11は本願出願人の出願による国際特許出願 (PCTZJP2006Z312162)に 詳しい。本実施形態では熱媒体加熱装置 10の下流側に熱媒体混合装置 11を設置 しているが、熱媒体加熱装置 10の上流側に熱媒体混合装置 11を設置してもよい。

[0049] この熱媒体混合装置 11に時々刻々と温度変動しつつ流入してくる熱媒体がその 内部で時間差混合される。すなわち、同時に熱媒体混合装置 11に流入した熱媒体 は、複数の異なる熱媒体通路を通って比較的早く出口 libから流出する部分力 遅 くまで熱媒体混合装置 11の通路内に滞留する部分まで分布している。一方、入口 1 laからは連続して新たな熱媒体が流入してくるので、過去に流入した熱媒体と新た に流入した熱媒体とが絶えず混合されるので、熱媒体の継時的な温度の不均一、す なわち温度変動が均一化される。ここではこのことを時間差混合と呼ぶ。熱媒体が時 間差混合されることにより、その温度変動幅は縮小され、変動速度が低下させられる 。この時間差混合という作用を発揮することによって熱媒体混合装置が熱媒体の温 度変動抑制装置として機能する。

[0050] この熱媒体混合装置 11の上流側および下流側の熱媒体供給配管 6それぞれに、 連続して熱媒体の温度を計測する温度計測装置 29を設置するのが好ま 、。この 温度計測装置 29により、上流側および下流側の熱媒体供給配管 6における温度変 動を検出することができる。そして、制御装置 70には、温度計測装置 29から上流側 および下流側それぞれの熱媒体の温度変動を示す信号が入力されるので、これらを 対比することによって熱媒体混合装置 11による温度変動の抑制効果の程度を監視 することができる。

[0051] 以上説明した熱媒体加熱装置 10および熱媒体混合装置 11は、図 1に示す位置に 代えて、各集熱ゾーン 8a、 8b、 8c、 8dにおける熱媒体供給酉己管 6a、 6b、 6c、 6dそ れぞれに、相互に独立して設置してもよい。また、以下に例示するように、この熱媒体 加熱装置 10および熱媒体混合装置 11を合体した構造を採用してもよい。

[0052] 図 5Aおよび図 5Bに示す熱媒体加熱装置 41は、熱媒体を加熱する機能とともに混 合する機能をも備えたものである。図 5Aは、この熱媒体加熱装置 41の下記フード 43 を一部切り欠いた状態を示す正面図であり、図 5Bは図 5Aの V— V線断面図である。 この熱媒体加熱装置 41の熱媒体を混合する機能は、前述の熱媒体混合装置 11と 同様に複数の熱媒体通路によって発揮される。

[0053] この熱媒体加熱装置 41の各熱媒体通路は独立した容器 42から構成されている。

容器 42はいずれもほぼ同一の容積を有している。各容器 42には入口孔 42aおよび 出口孔 42bが形成されている。各入口孔 42aには上流側の熱媒体供給管 6が複数 本の枝管に分岐して接続されている。この分岐管にはそれぞれ流量調整弁 54が設 置されている。この流量調整弁 54の開度を調節することによって各容器 42に流入す る熱媒体流量を相違させている。各出口孔 42bには下流側の熱媒体供給管 6が複 数本の枝管に分岐して接続されている。そして、時間差をもって容器 42から流出した 熱媒体は統合した下流側の熱媒体供給管 6の部分にぉ 、て混合し始める。すなわち 、熱媒体が時間差混合されてその温度変動幅は縮小され、変動速度が低下させられ る。 [0054] そして、この熱媒体加熱装置 41は、前記複数の容器 42がフード 43で覆われてい る。このフード 43内の全容器 42の下方に、容器 42を加熱するためのパーナ等の加 熱手段 44が設置されて 、る。フード 43の上端にはパーナ等力もの燃焼ガスを放出 するための開口 43aが形成されている。前記加熱手段 44により、各容器 42内を流れ る熱媒体が加熱される。

[0055] 前記各容器の容積を相互に相違させ、各容器に流入させる熱媒体流量をほぼ同 一としてもよい。その場合は入口側に流量調整弁を設置することは特に必要ではな い。かかる熱媒体変動抑制装置であっても、流入した熱媒体の効果的な時間差混合 がなされ、当該熱媒体の温度変動が抑制される。

[0056] この太陽熱複合発電設備 1では、熱媒体の温度変動による蒸気状態の変動を抑制 するための装置が蒸気タービン 2への蒸気供給ラインにも設けられている。具体的に は、蒸気状態が変動している場合であっても、蒸気タービン 2の入側の蒸気を安定し た過熱状態とするために、排熱回収ボイラ 13のスーパーヒータ 25に加熱用の補助バ ーナ 30を設置している。蒸気状態の変動は、この補助パーナ 30を設置しなくても前 述した熱媒体加熱装置 10による熱媒体の温度低下の解消によって抑制することが できるが、この補助パーナ 30の設置は、蒸気状態の変動を抑制して安定した過熱状 態とする効果を一層向上させうるので好まし 、。

[0057] 熱交翻7から蒸気ドラム 26に供給される飽和蒸気の状態が変動している結果、ス 一パーヒータ 25に送られる蒸気の状態も変動する。この変動の一部として湿り度が上 昇した蒸気に対し、前記補助パーナ 30によって追い焚きすることにより、スーパーヒ ータ 25の能力を増大させることができる。 日中は太陽エネルギが最大の状態にある ため、ガスタービン 3の負荷を絞って部分負荷運転を行うことによって経済運転をして いる場合が多い。このとき、突然、熱媒体の温度が大幅に低下した場合にも、前記補 助パーナ 30の作動により、過熱蒸気の変動を緩和して一定状態に維持することが可 能となる。

[0058] 図 6に示すように、熱交換器 7で発生した飽和蒸気を供給する蒸気供給管 27を、蒸 気ドラム 26ではなぐ別途配設した蒸気混合装置 31に接続してもよい。かかる構成 により、熱交換器 7で発生した飽和蒸気を、排熱回収ボイラ 13のエバポレータ 24で 発生した飽和蒸気と、この蒸気混合装置 31で混合することができる。この蒸気混合 装置 31は、比較的大きい容積のタンクであってもよぐまた、タンク内圧に応じて内容 積が変動しうる形式のタンクであってもよい。この蒸気混合装置 31は、前述した蒸気 ドラム 26に比較して大容量のタンクである。

[0059] この蒸気混合装置 31は、排熱回収ボイラ 13で発生する蒸気量が、熱交換器 7から 送られてくる蒸気量と同等力若しくはより多量に計画されている場合、または、ガスタ 一ビン 3が常に定格状態で運転されていることによって十分な量の排ガスが確保でき る場合に効果がある。蒸気混合装置 31を付設し、熱交換器 7からの飽和蒸気を蒸気 ドラム 26ではなくこの蒸気混合装置 31に送り込むようにしたこと以外は、図 1に示す 発電設備 1と異なるところはない。したがって、蒸気混合装置 31以外の構成要素に ついては、図 1におけると同じ符号を付記してその説明を省略する。

[0060] 蒸気混合装置 31は、蒸気の混合効果を向上させるために、多数の貫通孔を備え た穿孔板を蒸気流路を遮るような配置で配設するのが好ましい。力かる構成によれ ば、流体流れの抵抗となる穿孔板の上流側において、合流した排熱回収ボイラ 13で 発生する蒸気と熱交換器 7から送られてくる蒸気とが混合され、貫通孔を通過した直 後においてもさらに混合され、混合が促進される。それによつて混合の均一化が促進 される。

[0061] また、蒸気混合装置 31内に、互いに重なり合って接する相対変位可能な複数枚の 穿孔板を蒸気流路を遮るような配置で配設し、各穿孔板には複数個の貫通孔を形成 し、この複数枚の穿孔板が重なり合った状態で互いの面方向に相対変位させること により、各穿孔板の貫通孔の重なり程度が変化して全貫通孔の開口率が変化するよ うに構成してもよい。

[0062] 図 7には、熱交換器 7で発生した飽和蒸気を排熱回収ボイラ 13から独立して配設さ れた過熱装置 32によって過熱蒸気にする発電設備が示されている。この過熱装置 3 2は、たとえば天然ガス等の種々のガス体燃料や液体燃料を燃焼させて飽和蒸気を 加熱するものである。この発電設備では、熱交換器 7の出口に接続された蒸気供給 管 27が、流量調整弁 28の下流側で分岐されている。一方の分岐管 (第一蒸気供給 管という） 33は図 1におけると同様に排熱回収ボイラ 13の蒸気ドラム 26に接続されて いる。他方の分岐管 (第二蒸気供給管という） 34は、排熱回収ボイラ 13から蒸気ター ビンへ過熱蒸気を供給する統合蒸気供給管 22に集合されたうえで蒸気タービン 2に 接続されている。この第二蒸気供給管 34に前記加熱装置 32が設置されている。

[0063] この太陽熱発電設備は、第二蒸気供給管 34および前記加熱装置 32が設置されて いることを除いては、図 1に示す発電設備 1と異なるところはない。したがって、第二 蒸気供給管 34および前記加熱装置 32以外の構成要素については、図 1におけると 同じ符号を付記してその説明を省略する。

[0064] 第一蒸気供給管 33における蒸気ドラム 26の上流側、および、統合蒸気供給管 22 における第二蒸気供給管 34との集合点より上流側には、それぞれ止め弁 35が配設 されている。また、第二蒸気供給管 34における過熱装置 32の上流側および下流側 にも、それぞれ止め弁 35が配設されている。これらの止め弁 35を操作することにより 、熱交換器 7で発生した飽和蒸気を排熱回収ボイラ 13および過熱装置 32に選択的 に供給することができる。すなわち、熱交 7で発生した飽和蒸気を、排熱回収ボ イラ 13および過熱装置 32のうちのいずれか一方で過熱蒸気とすることができ、また は、両方で過熱蒸気とすることもできる。

[0065] したがって、ガスタービン 3ゃ排熱回収ボイラ 13が運転停止してしまった場合であつ ても、太陽熱を回収することが出来る限り、前記過熱装置 32を用いて過熱蒸気を蒸 気タービン 2に供給して発電を継続することができる。

[0066] 図 8に示される発電設備は、図 1の発電設備 1に対して、熱交換器 7からの飽和蒸 気を混合してその蒸気状態の変動を抑制するための蒸気変動抑制装置 45が配設さ れたものである。この発電設備は、蒸気供給管 27に蒸気変動抑制装置 45を配設し たこと以外は、図 1に示す発電設備 1と異なるところはない。したがって、蒸気変動抑 制装置 45以外の構成要素については、図 1におけると同じ符号を付記してその説明 を省略する。

[0067] この蒸気変動抑制装置 45も、前述した補助パーナ 30とともに、熱媒体の温度変動 に起因する蒸気状態の変動を抑制するための工夫である。し力しながら、前述した補 助パーナ 30は、飽和蒸気の湿り度の上昇に対応して作動することにより供給蒸気の 安定した過熱度を維持するものであるのに対し、この蒸気変動抑制装置 45は、湿り 度が変動しつつ供給されてくる飽和蒸気を前述した時間差混合によってほぼ安定し た湿り度の飽和蒸気とするためのものであり、飽和蒸気を過熱蒸気の状態にまでカロ 熱する機能は下流側のスーパーヒータ 25、補助パーナ 30または過熱装置 32 (図 14 )に依存している。

[0068] この蒸気変動抑制装置 45を通過した飽和蒸気は、その湿り度の変動が抑制されて 安定した状態で蒸気ドラム 26に供給されてくる。この湿り度が安定した飽和蒸気が、 蒸気ドラム 26において、湿り度の安定した排熱回収ボイラ 13で発生した飽和蒸気と 混合される。したがって、その下流側に位置する蒸気過熱のための前記各装置 25、 30、 32も、その運転状態が安定することになる。したがって、この蒸気変動抑制装置 45は、熱媒体供給設備 12に備えた前述の熱媒体加熱装置 10や熱媒体混合装置 1 1に代えて使用しても蒸気変動抑制効果が期待でき、もちろん、これら 10、 11ととも に使用してもよい。

[0069] 図 9A〜図 12Bにはそれぞれ異なる形式の蒸気変動抑制装置 45、 46、 47、 48が 示されている。これらの蒸気変動抑制装置はいずれも、蒸気供給管 27の上流側と接 続する蒸気用の入口（たとえば入口孔 52)と、この入口とは別に、蒸気供給管 27の 下流側と接続する蒸気用の出口（たとえば出口孔 53)とがそれぞれ形成されている。 そして、その内部で十分に飽和蒸気の時間差混合がなされるように種々の工夫が施 されている。すなわち、蒸気変動抑制装置は、そこに流入した飽和蒸気の一部が内 部に長時間滞留し、引き続き流入してくる飽和蒸気と十分に混合されることにより、効 果的な時間差混合がなされるように構成されている。概説すれば、蒸気変動抑制装 置は、その内部に流入した飽和蒸気が、そこに形成された複数の蒸気通路をそれぞ れ異なる時間をかけて通過し、各蒸気通路を通過した飽和蒸気が混合されることによ り、時間差混合が達成されるように構成されている。

[0070] 図 9Aおよび図 9Bに示された蒸気変動抑制装置 45では、複数の異なる蒸気通路 を構成する蒸気通路構成部材として、内部に複数の蒸気通路としての隔室 49が形 成されたタンク 50を採用している。この実施形態では、円筒状のタンク 50内の床面 上に上端が開放された複数個の円筒状隔壁 51が間隔をおいて同心状に配設され ており、タンク周壁と円筒状隔壁 51との間の空間、および、円筒状隔壁 51同士の間 の空間がそれぞれ蒸気通路 49を構成している。円筒状隔壁 51の上端の高さはタン ク 50の天井の高さより低くされており、タンク 50の天井と各円筒状隔壁 51の上端との 間の空間によって各隔室 (蒸気通路) 49が連通されている。タンク 50の底部における 各隔室 49に対応する位置にはそれぞれ蒸気の入口孔 52が形成されており、タンク 5 0の天井には、下流側の蒸気供給管 27と接続される一つの蒸気出口孔 53が形成さ れている。各蒸気通路 49に分かれて通って来る蒸気は、この出口孔 53において合 流し、ここで混合される。図 9Aの蒸気通路構成部材は四つの蒸気通路 49a、 49b、 4 9c、 49dを有している力 この個数には限定されず、二個以上であればよいが、蒸気 の効果的な時間差混合を実現すると 、う観点力 は多 、ほどよ 、。

[0071] 各入口孔 52には、上流側の蒸気供給管 27が分岐して接続されており、各分岐管 には流入する蒸気の流量を調節する流量調整弁 54が設置されている。そして、本実 施形態では、全ての隔室 49の容積をほぼ同一にしている。そのうえで、前記流量調 整弁 54の開度を調整して、各隔室 49に流入する蒸気流量を相違させている。その 結果、各隔室 49に同時に流入した蒸気が出口孔 53に至るまでの時間が隔室 49a、 49b、 49c、 49dによって異なることになる。その結果、各隔室カも流出して合流した 蒸気は時間差混合がなされて湿り度の変動が抑制される。以下、このことについて説 明する

たとえば、入口孔 52を通る総蒸気流量を Vとし、同一容積 Wを有する第一から第 n までの n個の蒸気通路へ流入する蒸気流量の比が 1： 2 : 3 : · · ·ηとなるように流量弁 を調節すると、ある時刻に第一の蒸気通路に流入した蒸気量 νΖ{η· (η+1)Ζ2}は 時間 tl =W-n- (n+ l) Z2Vが経過した後に第一蒸気通路力 流出する。第一蒸 気通路と同時刻に第二蒸気通路に流入した蒸気量 2VZ{n' (n+ l)Z2}は時間 t2

=W-n- (n+ l) /4V= l/2 X tl が経過した後に第二蒸気通路から流出する。 第 n蒸気通路に同時刻に流入した蒸気量 η·νΖ{η· (η+1)Ζ2}は lZn X tl 後に 第 n蒸気通路から流出する。

[0072] このように同時に全蒸気通路に流入した蒸気、すなわちほぼ同一の湿り度である蒸 気が異なる時間後に各蒸気通路力も流出し、出口孔 53において合流することによつ て混合される。その結果、蒸気変動抑制装置 45に流入した蒸気は効果的に時間差 混合がなされ、当該蒸気の湿り度変動が抑制される。各蒸気通路力 時間差をもつ て流出した蒸気を、合流後に一層混合するために、出口孔 53に混合器や撹拌装置 を設置してもよい。撹拌装置としてはスクリュープロペラ等の回転体や強制噴流装置 等が採用されうる。回転体を駆動する電動モータ等はタンクや蒸気通路の外部に設 置しておくのが好ましい。また、前記回転体等に代えて、蒸気の流れの態様を変化さ せるような構造部材を固設してもよい。たとえば、流路の内壁面に固定翼を取り付け る等してちょい。

[0073] 前記実施形態では各蒸気通路に流入する蒸気流量を整数比としているが、かかる 構成に限定されることはなぐ任意の流量比を選択することができる。また、必要に応 じて一部の複数の蒸気通路に同一流量の蒸気を流入させてもよい。

[0074] 図 9Aの蒸気変動抑制装置 45では複数の蒸気通路が同一容積を有し、各蒸気通 路に流入する蒸気流量を相違させているが、以下に説明するように、複数の蒸気通 路の容積を相違させ、流入蒸気流量を同一としてもよい。

[0075] 図示しないが、図 9の蒸気変動抑制装置 45と同様にタンク内に複数個の円筒状隔 壁を間隔をおいて同心状に配設し、タンクの周壁と円筒状隔壁との間の空間、およ び、円筒状隔壁同士の間の空間をそれぞれ蒸気通路とする。しかしながら、円筒状 隔壁同士の間隔が図 9Aのものとは異なり、蒸気通路（隔室)の容積比がたとえば内 側から 1 : 2: 3 :4となるように構成する。そして、上流側の蒸気供給管 27を分岐させて タンクの各入口孔に接続するが、前記流量調整弁 54は備えない。そして、全ての蒸 気通路（隔室）に対してほぼ同一流量の蒸気が流入し、合流して出口孔から下流側 の蒸気供給管 27へ流出するように構成される。この蒸気混合装置においても、そこ 力 流出する蒸気は時間差混合がなされて湿り度変動が抑制される。以下、このこと を説明する。

[0076] たとえば、蒸気供給管 27を通してこの蒸気変動抑制装置に流入する総蒸気流量を Vとし、第一から第 nまでの n個の蒸気通路の容積比が 1 : 2: 3 : · · ·ηであるとする。あ る時刻に容積 Wを有する第一の蒸気通路に流入した蒸気量 v=VZnは、時間 tl = lWZvが経過した後に第一蒸気通路から流出する。第一蒸気通路と同時刻に容 積 2Wを有する第二蒸気通路に流入した同一蒸気量 v=VZnは時間 t2 =2W/v = 2tl が経過した後に第二蒸気通路力 流出する。容積 nWを有する第 n蒸気通路 に同時刻に流入した蒸気量 v=VZnは ntl 後に第 n蒸気通路から流出する。

[0077] このように同時に全蒸気通路に流入した蒸気、すなわちほぼ同一湿り度を有する蒸 気、が異なる時間後に各蒸気通路力 流出し、出口孔において合流して混合される 。その結果、蒸気変動抑制装置に流入した蒸気は効果的に時間差混合がなされ、 当該蒸気の湿り度変動が抑制される。この実施形態では蒸気通路の容積比を整数 比としているが、力かる構成に限定されず、任意の容積比を選択することができる。ま た、必要に応じて一部の複数の蒸気通路を同一の容積としてもょ 、。

[0078] 以上説明したした蒸気変動抑制装置のタンク 50は円筒形状に限定されることはな い。円筒状の他に多角筒状や球状等、種々の形状のものを採用することができる。ま た、タンク 50内に隔室を形成する円筒状隔壁 51は同心状に配置されているが、かか る構成に限定されず、偏心配置してもよい。さらに、各蒸気通路の断面形状は蒸気 の流れ方向に沿って一様である必要はない。拡大した縮小していてもよぐ通路が湾 曲したり蛇行していてもよい。図 9Aに示す蒸気変動抑制装置 45に限定されず、蒸 気変動抑制装置として他の様々な好適な構成を採用することもできる。

[0079] たとえば、図 10に示す蒸気変動抑制装置 46は、タンク 55の内部を上下に間隔を おいた複数枚の水平隔壁 56で仕切ることによって複数の蒸気通路（隔室） 57が形成 されたものである。水平隔壁 56同士は等間隔に配置され、全ての隔室 57はほぼ同 一容積となる。各隔室 57の一端には入口孔 52が形成され、他端には出口孔 58が形 成されて!/、る。入口孔 52と出口孔 58とは対向しておらず、入口孔 52の中心軸から外 れた位置に出口孔 58が形成されている。これは、入口孔 52から隔室 57に流入した 蒸気の一部がきわめて短時間に出口孔力 流出することを阻止して、隔室 57内に蒸 気をできるだけ長時間滞留させるためである。図示していないが、出口孔 58を入口 孔 52の中心軸力も外れた位置に形成することは、図 10の蒸気変動抑制装置 46に 限定されず、他の図面に示す隔室ゃタンクにも適用することができる。

[0080] 隔室 57は水平隔壁 56によって区画されている力 力かる構成に限定されず、たと えば鉛直方向に延びる隔壁によって区画してもよぐ上下左右に碁盤の目状や蜂の 巣状に区画されていてもよい。また、柑橘類の実の断面のごとく放射状に区画されて いてもよい。

[0081] この蒸気変動抑制装置 46と上流側の蒸気供給管 27との接続は図 9Aに示すものと 同じであり、上流側の蒸気供給管 27から分岐して複数の入口孔 52それぞれに接続 される分岐管、および、この分岐管に設置された流量調整弁 54を備えている。この流 量調整弁 54の開度を調節することによって各隔室 57に流入する蒸気流量を相違さ せている。また、図示のごとく、下流側の蒸気供給管 27は分岐して複数の出口孔 58 に接続されている。時間差をもって隔室 57から流出した蒸気は統合された蒸気供給 管 27の部分において混合し始める。したがって、蒸気の混合を促進するために、こ の統合した配管部分に混合器または撹拌装置を設置してもよ!/、。この蒸気変動抑制 装置 46においても、図 9Aの蒸気変動抑制装置 45について説明したと同様に、流入 した蒸気が効果的に時間差混合がなされ、当該蒸気の湿り度変動が抑制される。

[0082] 図 10に示すような、上下に複数段の隔室を備えた形状の蒸気変動抑制装置 46で あっても、たとえば隔室の容積を相互に相違させ、各隔室に流入させる蒸気流量を ほぼ同一としてもよい。この場合は入口に流量調整弁を設置することは特に必要で はない。かかる蒸気変動抑制装置であっても、流入した蒸気が効果的に時間差混合 がなされ、当該蒸気の湿り度変動が抑制される。

[0083] また、蒸気変動抑制装置は、図 9Aおよび図 10に示すような一つのタンクの内部に 複数個の隔室が形成されたものに限定されず、独立した複数個の容器から構成され たものでもよい。

[0084] 図 11には、このように独立した複数個の容器 59から構成された蒸気変動抑制装置 47が示されている。各容器 59が隔室 (蒸気通路）を構成しており、いずれもほぼ同一 の容積を有している。各容器 59の下端 (上端でも側面でもよい）には入口孔 52が形 成されており、上端（下端でも側面でもよい）には蒸気の出口孔 58が形成されている

[0085] 入口孔 52は図 9Aや図 10に示すものと同じであり、上流側の蒸気供給管 27が分岐 して複数の前記入口孔 52それぞれに接続されている。この分岐管にはそれぞれ流 量調整弁 54が設置されている。この流量調整弁 54の開度を調節することによって各 隔室 59に流入する蒸気流量を相違させている。出口孔 58は図 10に示すものと同じ であり、下流側の蒸気供給管 27が分岐してこれら複数の出口孔 58に接続されてい る。そして、時間差をもって隔室 59から流出した蒸気は統合した下流側の蒸気供給 管 27の部分において混合し始める。したがって、蒸気の混合を促進するために、こ の統合した蒸気供給管 27の部分に混合器または撹拌装置を設置してもよ ヽ。この蒸 気変動抑制装置 47においても、流入した蒸気が効果的に時間差混合がなされ、当 該蒸気の湿り度変動が抑制される。また、各蒸気通路を独立した一つの容器から構 成するため、隔室を仕切る隔壁の設置作業等を省略することができるので製造が容 易となる。

[0086] 図 11に示すような、独立した複数の容器 59を蒸気通路として有する蒸気変動抑制 装置であっても、たとえば各容器の容積を相互に相違させ、各容器に流入させる蒸 気流量をほぼ同一としてもよい。その場合は入口側に流量調整弁を設置することは 特に必要ではない。かかる蒸気変動抑制装置であっても、流入した蒸気の効果的な 時間差混合がなされ、当該蒸気の湿り度変動が抑制される。前述した容器 59の形状 には限定されない、円筒状、多角筒状、球状等、種々の形状のものを採用することが できる。各蒸気通路を独立した一つの容器力も構成するため、容易に容器の容積を 相違させることができる。各容器を、たとえば異なる直径のパイプ状部材ゃ長さの異 なるパイプ状部材等カも形成することができる。

[0087] 図 12Aおよび図 12Bに示す蒸気変動抑制装置 48は、図示のごとく容器 59を一体 に結束することにより構成されたものである。複数の容器 59がコンパクトに結束されて V、ることを除 、ては図 11に示す蒸気変動抑制装置 47とほぼ同一の構成であるので 、図 11と同一部材には同一符号を付記して詳細な説明を省略する。この蒸気変動 抑制装置 48は、設置スペースを節約することができる。

[0088] 図 13に示される発電設備は、図 6の発電設備に対して、前述の蒸気変動抑制装置 45 (46、 47、 48)が配設されたものである。この発電設備は、蒸気供給管 27に蒸気 変動抑制装置 45を配設したこと以外は、図 6に示す発電設備と異なるところはない。 したがって、蒸気変動抑制装置 45以外の構成要素については、図 6におけると同じ 符号を付記してその説明を省略する。

[0089] この発電設備では、熱交翻7から蒸気変動抑制装置 45を経由することによって その湿り度変動が抑制された飽和蒸気が、下流の蒸気混合装置 31において、排熱 回収ボイラ 13で発生した湿り度の安定した飽和蒸気と混合される。したがって、その 下流側に位置する蒸気過熱のためのスーパーヒータ 25や補助パーナ 30も、その運 転状態が安定することになる。

[0090] 図 14に示される発電設備は、図 7の発電設備に対して、前述の蒸気変動抑制装置 45 (46、 47、 48)が配設されたものである。この発電設備は、第一蒸気供給管 33と 第二蒸気供給管 34との分岐点より上流側であり且つ流量調整弁 28より下流側の蒸 気供給管 27に蒸気変動抑制装置 45が配設されている。蒸気変動抑制装置 45を配 設したこと以外は、図 7に示す発電設備と異なるところはない。したがって、蒸気変動 抑制装置 45以外の構成要素については、図 7におけると同じ符号を付記してその説 明を省略する。

[0091] この発電設備では、蒸気変動抑制装置 45を通過することによってその湿り度変動 が抑制された飽和蒸気が、第一蒸気管 33の下流の蒸気ドラム 26において、排熱回 収ボイラ 13で発生した湿り度の安定した飽和蒸気と混合される。したがって、その下 流側に位置する蒸気過熱のためのスーパーヒータ 25や補助パーナ 30も、その運転 状態が安定することになる。また、第二蒸気供給管 34の下流の加熱装置 32は、蒸気 変動抑制装置 45によって湿り度変動が抑制された飽和蒸気を過熱蒸気にするため 、その運転状態が安定することになる。

[0092] 図 1、図 6〜図 8、図 13、図 14に示すように、以上説明した発電設備の全てに熱媒 体混合装置 11および排熱回収ボイラの 13の補助パーナ 30が設置されている力 必 ずしもこれらを設置する必要はない。しかし、熱媒体加熱装置 10に加えて熱媒体混 合装置 11を設置することにより熱媒体の温度変動抑制効果が一層向上し、または、 蒸気変動抑制装置 45に加えて補助パーナ 30を設置することにより蒸気状態の変動 抑制効果が向上する。したがって、熱媒体混合装置 11または補助パーナ 30を補助 的に設置することは好ましい。

[0093] 前述した各種の熱媒体加熱装置 10、 38、 39、 41 (図 2〜図 5B)は、それぞれ単一 で設置することはもとより、これらのうち同種または異種のもの複数基を直列または並 列に並べて設置してもよい。また、前述した各種の蒸気変動抑制装置 45〜48 (図 9 A〜図 12Bも、それぞれ単一で設置することはもとより、これらのうち同種または異種 のもの複数基を直列または並列に並べて設置してもよい。

[0094] 以上説明した実施形態では、ガスタービンおよび蒸気タービンを用いた複合発電 設備を例にとっているが、熱媒体供給設備 12については、とくにガスタービンを併用 した複合発電設備に限定されることはなぐガスタービンを併用しない蒸気タービン 発電にも適用することができる。さらには、これらの発電設備以外でも、熱媒体の温度 変動を避けることができない設備に対しても適用することができる。

[0095] また、集熱装置としては、前述したパラボリックトラフ型の反射板 4aを用いたものを 例示したが、その構成に限らず、ノ ボリックトラフ型以外の形状の反射板を用いた 集熱装置や、いわゆるタワー形集中式の集熱装置も採用可能である。

[0096] 前述した実施形態は一例を示しており、本発明の要旨を損なわない範囲での種々 の変更は可能であり、本発明は前述した実施形態に限定されるものではない。

[0097] 前述した内容に基いて、当業者にとっては、種々の変形や実施の形態が明白とな るであろう。したがって、上記説明は図面に沿って述べているものと理解すべきであり 、上記説明は、当業者にとって本発明が実施可能となるように説明することを目的と しているものである。以上に説明した構成や機能の内容に関しては、本発明の精神 に反しない限りにおいて、実質上種々変形して実施することが可能であり、これらは 本発明の範囲に属するものであると理解されたい。

産業上の利用可能性

[0098] 本発明によれば、太陽熱発電設備におけるような温度変動しつつ熱交換器へ供給 される液状の熱媒体に対し、簡単な構成によってその温度変動を抑制、緩和すること ができる。したがって、その温度変動を避け得ない熱媒体を使用して発電等を行う設 備にとつて有用である。

Claims

請求の範囲

[1] 太陽光によって液状熱媒体を加熱する加熱設備と、

該加熱設備から供給された熱媒体によって給水を加熱する熱交換器と、 前記加熱設備から熱交換器に熱媒体を供給する熱媒体供給通路と、

該熱媒体供給通路に配設された、熱媒体を加熱するための加熱装置および熱媒 体の温度を計測する温度計測装置と、を備えてなる熱媒体供給設備。

[2] 前記加熱装置が、温度計測装置によって計測される熱媒体の温度が予め定められ た所定温度を下回らな ヽように作動する請求項 1記載の熱媒体供給設備。

[3] 前記熱媒体供給通路に、熱媒体の温度変動を抑制するための温度変動抑制装置 を備えており、

該温度変動抑制装置が、熱媒体が通過するための複数の熱媒体通路と、熱媒体 用の入口および出口とを有しており、熱媒体供給通路から前記入口に流入してくる 熱媒体が、前記複数の熱媒体通路をそれぞれ時間差をもって通過したあと合流して 前記出口力 熱媒体供給通路に流出することができるように構成されてなる請求項 1 記載の熱媒体供給設備。

[4] 前記加熱装置が、熱媒体が通過するための複数の熱媒体通路と、熱媒体用の入 口および出口と、前記複数の熱媒体通路内を流通する熱媒体を加熱するための加 熱手段とを有しており、熱媒体供給通路力 前記入口に流入してくる熱媒体が、前記 複数の熱媒体通路をそれぞれ時間差をもって通過したあと合流して前記出口力 熱 媒体供給通路に流出することができるように構成されてなる請求項 1記載の熱媒体供 給設備。

[5] 蒸気タービンと、

該蒸気タービンに供給される蒸気を発生させるための熱交換器を有し、該熱交換 器において水を加熱するための熱媒体を供給する熱媒体供給設備と、

前記熱交換器から蒸気タービンに蒸気を供給する蒸気供給通路とを備えており、 該熱媒体供給設備が、請求項 1〜4のうちのいずれか一の項に記載の熱媒体供給 設備である太陽熱発電設備。

[6] ガスタービンと、該ガスタービンの排熱を利用して蒸気を発生させ、該蒸気を蒸気タ 一ビンに供給する排熱回収ボイラとをさらに備えており、

前記排熱回収ボイラが、蒸気ドラムを有する蒸発部と、過熱部とを備えており、 該排熱回収ボイラに供給された水が加熱されることによって発生した蒸気が前記蒸 気タービンに供給されるように構成されてなる請求項 5記載の太陽熱発電設備。

[7] 前記蒸気供給通路が、熱媒体供給設備の熱交換器から前記蒸気ドラムに接続され ており、該蒸気ドラムにおいて、熱交換器力もの蒸気と排熱回収ボイラで発生した蒸 気とが混合された上で前記過熱部を経由して蒸気タービンに供給されるように構成さ れてなる請求項 6記載の太陽熱発電設備。

[8] 前記蒸発部から過熱部に至る蒸気通路に蒸気混合装置が配設されており、

前記蒸気供給通路が、熱媒体供給設備の熱交換器から前記蒸気混合装置に接続 されており、該蒸気混合装置において、熱交換器からの蒸気と排熱回収ボイラで発 生した蒸気とが混合された上で前記過熱部を経由して蒸気タービンに供給されるよう に構成されてなる請求項 6記載の太陽熱発電設備。

[9] 前記過熱部に、蒸気を加熱するためのパーナが配設されてなる請求項 7または 8記 載の太陽熱発電設備。

[10] 前記蒸気供給通路が第一蒸気通路と第二蒸気通路とに分岐されており、第一蒸気 通路が排熱回収ボイラに接続され、第二蒸気通路が排熱回収ボイラを経由せずに 蒸気タービンに接続されており、

第二蒸気通路に、蒸気を過熱するための過熱装置が配設されてなる請求項 7〜9 のうちのいずれか一の項に記載の太陽熱発電設備。

[11] 蒸気タービンと、

ガスタービンと、

ガスタービンの排熱を利用して蒸気を発生させ、該蒸気を蒸気タービンに供給する 熱回収ボイラと、

該蒸気タービンに供給する蒸気を発生させるための熱交換器を有し、該熱交換器 において水を加熱するための熱媒体を供給する熱媒体供給設備と、

前記熱交換器から蒸気タービンに蒸気を供給する蒸気供給通路と、

該蒸気供給通路に配設された、蒸気の状態変動を抑制するための蒸気変動抑制 装置とを備えており、

該蒸気変動抑制装置が、蒸気が通過するための複数の蒸気通路と、蒸気用の入 口および出口とを有しており、蒸気供給通路力 前記入口に流入してくる蒸気が、複 数の蒸気通路をそれぞれ時間差をもって通過したあと合流して前記出口力 蒸気供 給通路に流出することができるように構成されており、

該熱媒体供給設備が、太陽光によって液状熱媒体を加熱する加熱設備と、該加熱 設備から熱交換器に熱媒体を供給する熱媒体供給通路とをさらに有してなる太陽熱 複合発電設備。

[12] 前記熱媒体供給設備が、請求項 1〜4のうちのいずれか一の項に記載の熱媒体供 給設備である太陽熱複合発電設備。

[13] 前記排熱回収ボイラが、蒸気ドラムを有する蒸発部と、過熱部とを備えており、 前記蒸気供給通路が、熱媒体供給設備の熱交換器から前記蒸気ドラムに接続され ており、該蒸気ドラムにおいて、熱交換器力もの蒸気と排熱回収ボイラで発生した蒸 気とが混合された上で前記蒸気タービンに供給されるように構成されてなる請求項 1

2記載の太陽熱発電設備。

[14] 前記排熱回収ボイラが、蒸気ドラムを有する蒸発部と、過熱部とを備えており、 前記蒸発部力 過熱部に至る蒸気通路に蒸気混合装置が配設されており、 前記蒸気供給通路が、熱媒体供給設備の熱交換器から前記蒸気混合装置に接続 されており、該蒸気混合装置において、熱交換器からの蒸気と排熱回収ボイラで発 生した蒸気とが混合された上で前記蒸気タービンに供給されるように構成されてなる 請求項 12記載の太陽熱発電設備。

[15] 前記過熱部に、蒸気を加熱するためのパーナが配設されてなる請求項 13または 1

4記載の太陽熱発電設備。

[16] 前記蒸気供給通路が第一蒸気通路と第二蒸気通路とに分岐されており、第一蒸気 通路が排熱回収ボイラに接続され、第二蒸気通路が排熱回収ボイラを経由せずに 蒸気タービンに接続されており、

第二蒸気通路に、蒸気を過熱するための過熱装置が配設されてなる請求項 13〜1

5のうちのいずれか一の項に記載の太陽熱発電設備。