JP2017067360A - Steam generation device - Google Patents
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Abstract
【課題】蒸気発生装置において蒸気を発生しつつ短時間に蓄熱する。【解決手段】蒸気発生装置1では、熱媒タンク30から蒸気発生器31および太陽光集光装置2を順に経由して熱媒タンク30に戻る循環経路33に沿って熱媒が連続的に循環する。太陽光集光装置2は、集光させた太陽光により熱媒を加熱し、蒸気発生器31は、熱媒を利用して液体を加熱することにより液体の蒸気を発生させる。循環経路33における熱媒タンク30と蒸気発生器31との間の分岐位置と、蒸気発生器31と太陽光集光装置2との間の合流位置344とを接続するバイパス流路340が設けられ、蒸気発生器31を通過した熱媒が、バイパス流路340を通過した熱媒と混合されて太陽光集光装置2へと送られる。これにより、日射量が多い場合に、蒸気発生器31において蒸気を発生しつつ、熱媒タンク30内の熱媒油の温度を短時間に上昇させて蓄熱することができる。【選択図】図1Heat is stored in a short time while generating steam in a steam generator. In a steam generator 1, a heat medium continuously circulates along a circulation path 33 that returns from the heat medium tank 30 to the heat medium tank 30 through the steam generator 31 and the solar light collector 2 in order. To do. The solar concentrator 2 heats the heat medium with the concentrated sunlight, and the steam generator 31 generates liquid vapor by heating the liquid using the heat medium. A bypass channel 340 is provided that connects a branch position between the heat medium tank 30 and the steam generator 31 in the circulation path 33 and a joining position 344 between the steam generator 31 and the solar light collecting device 2. The heat medium that has passed through the steam generator 31 is mixed with the heat medium that has passed through the bypass flow path 340 and sent to the solar light collector 2. Thereby, when the amount of solar radiation is large, the temperature of the heat transfer medium oil in the heat transfer medium tank 30 can be raised in a short time while generating steam in the steam generator 31 to store heat. [Selection] Figure 1
Description
本発明は、太陽光を利用する蒸気発生装置に関する。 The present invention relates to a steam generator using sunlight.
近年、太陽光を集光して熱媒体を加熱することにより太陽熱エネルギーを回収する技術の実用化が進められている。当該技術に係る蒸気発生装置では、集光させた太陽光を利用して蒸気を発生させ、当該蒸気が様々な用途に用いられる。 In recent years, a technique for collecting solar thermal energy by concentrating sunlight and heating a heat medium has been put into practical use. In the steam generation apparatus according to the technology, steam is generated using concentrated sunlight, and the steam is used for various purposes.
一方、熱源である日射は、天候や時間帯等により変化するため、蒸気発生装置では、蓄熱器等が利用される。例えば、特許文献1では、集熱器、蓄熱器、給水加熱器、蒸発器等を有する太陽熱蒸気サイクルシステムが開示されている。当該システムでは、蓄熱器における蓄熱量が予め定めた基準よりも大きい場合に、蓄熱器から蒸発器への熱媒体の流量が蓄熱器から給水加熱器への流量よりも大きくなるように流量調整弁の開度指令値が決定される。また、蓄熱量が予め定めた基準よりも小さい場合は、蓄熱器から蒸発器への熱媒体の流量が蓄熱器から給水加熱器への流量よりも小さくなるように流量調整弁の開度指令値が決定される。
On the other hand, since solar radiation, which is a heat source, changes depending on the weather, time zone, and the like, a heat accumulator or the like is used in the steam generator. For example,
なお、非特許文献1の18頁に記載の太陽熱発電プラントでは、太陽光集光装置、高温溶融塩貯溜タンク、蒸気発生器、および、低温溶融塩貯溜タンクが設けられ、溶融塩がこれらの構成を循環する。
In the solar thermal power plant described on page 18 of Non-Patent
ところで、特許文献1の装置では、蓄熱器からの熱媒体の全てが、蒸気の発生または給水の加熱に利用されるため、蒸気を発生しつつ短時間に蓄熱することが困難である。
By the way, in the apparatus of
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、蒸気発生装置において蒸気を発生しつつ短時間に蓄熱することを目的としている。 This invention is made | formed in view of the said subject, and it aims at storing heat in a short time, generating a vapor | steam in a steam generator.
請求項1に記載の発明は、太陽光を利用する蒸気発生装置であって、集光させた太陽光により熱媒を加熱する太陽光集光装置と、前記熱媒を貯溜する熱媒タンクと、液体を貯溜し、前記熱媒を利用して前記液体を加熱することにより、前記液体の蒸気を発生させる蒸気発生器と、前記熱媒タンクから前記蒸気発生器および前記太陽光集光装置を順に経由して前記熱媒タンクに戻る循環経路に沿って前記熱媒を連続的に循環させるポンプと、前記循環経路における前記熱媒タンクと前記蒸気発生器との間の分岐位置と、前記蒸気発生器と前記太陽光集光装置との間の合流位置とを接続するバイパス流路を有し、前記蒸気発生器を通過した前記熱媒を、前記バイパス流路を通過した前記熱媒と混合して前記太陽光集光装置へと送る熱媒混合部とを備える。
Invention of
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の蒸気発生装置であって、前記熱媒混合部が、前記循環経路における前記熱媒の温度を測定する温度センサと、前記分岐位置から前記蒸気発生器に流れる前記熱媒の第1流量と、前記バイパス流路を流れる前記熱媒の第2流量とを、前記温度センサの測定値に基づいて調整する流量調整部とをさらに備える。
Invention of
請求項3に記載の発明は、請求項2に記載の蒸気発生装置であって、前記温度センサが、前記合流位置から前記太陽光集光装置に向かう前記熱媒の温度を測定し、前記流量調整部が、前記温度センサの測定値が所定の温度となるように、前記第1流量と前記第2流量とを調整する。
Invention of Claim 3 is a steam generator of
請求項4に記載の発明は、請求項1ないし3のいずれかに記載の蒸気発生装置であって、前記太陽光集光装置を通過した前記熱媒の温度が、前記熱媒タンク内の前記熱媒の温度よりも低い場合でも、前記太陽光集光装置から前記熱媒タンク内に前記熱媒が流入する。
Invention of Claim 4 is a steam generator in any one of
請求項5に記載の発明は、請求項1ないし4のいずれかに記載の蒸気発生装置であって、前記熱媒タンクが、前記循環経路における前記熱媒用の唯一のタンクである。 A fifth aspect of the present invention is the steam generator according to any one of the first to fourth aspects, wherein the heat medium tank is the only tank for the heat medium in the circulation path.
請求項6に記載の発明は、請求項1ないし5のいずれかに記載の蒸気発生装置であって、前記蒸気発生器にて発生した前記蒸気が供給される外部設備において、燃料により蒸気を発生させる補助ボイラが設けられている。
Invention of Claim 6 is a steam generator in any one of
本発明によれば、日射量が多い場合に蒸気を外部設備に供給しつつ熱媒タンクにおいて短時間に蓄熱することができ、日射量が少ない場合にもある程度の期間、蒸気を外部設備に供給することができる。 According to the present invention, heat can be stored in the heat medium tank in a short time while supplying steam to the external equipment when the amount of solar radiation is large, and steam is supplied to the external equipment for a certain period even when the amount of solar radiation is small. can do.
図1は、本発明の一の実施の形態に係る蒸気発生装置1の構成を示す図である。蒸気発生装置1は、太陽光を利用して所定の熱媒(HTF:Heat Transfer Fluids)を加熱し、当該熱媒を利用して水の蒸気を発生させる装置である。蒸気発生装置1は、例えば、海水の蒸気加熱により淡水を生成する海水淡水化プラント(造水プラント)に用いられる。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a
蒸気発生装置1は、太陽光集光装置2と、熱媒タンク30と、蒸気発生器31と、ポンプ32と、熱媒混合部34と、蒸気供給路41と、圧力調整部42とを備える。熱媒タンク30は、熱媒である熱媒油を貯溜する。好ましい熱媒タンク30では、熱媒油の酸化を抑制するために、窒素ガス等の不活性ガスが封入される。必要に応じて、熱媒タンク30内が加圧されてもよい。蒸気発生器31は、水の液体を貯溜し、熱媒油を利用して当該水を加熱することにより、水の蒸気を発生させる。熱媒タンク30および蒸気発生器31は、熱媒タンク30、蒸気発生器31および太陽光集光装置2の間で熱媒油を循環させるための循環経路33に設けられる。
The
ポンプ32は、循環経路33において熱媒タンク30と蒸気発生器31との間に設けられる。ポンプ32が、熱媒タンク30内の熱媒油を蒸気発生器31に向けておよそ一定の流量にて送液し、蒸気発生器31および太陽光集光装置2を通過した熱媒油が熱媒タンク30へと戻る。このように、ポンプ32は、熱媒タンク30から蒸気発生器31および太陽光集光装置2を順に経由して熱媒タンク30に戻る循環経路33に沿って熱媒油を連続的に循環させる。後述するように、一部の熱媒油が蒸気発生器31を通過しない場合がある。なお、熱媒油の循環が可能であるならば、ポンプ32は、循環経路33における他の位置に配置されてよい。
The
循環経路33において、熱媒タンク30と蒸気発生器31との間(図1では、ポンプ32と蒸気発生器31との間)には、熱媒混合部34の流量調整弁341が設けられる。流量調整弁341は、三方弁であり、流量調整弁341の位置が、循環経路33における分岐位置となる。循環経路33において蒸気発生器31と太陽光集光装置2との間には合流位置344が設定される。熱媒混合部34は、流量調整弁341(分岐位置)と当該合流位置344とを接続するバイパス流路340をさらに有する。流量調整弁341は、ポンプ32により送液される熱媒油が、循環経路33に沿って分岐位置から蒸気発生器31へと流れる流量(以下、「第1流量」という。)と、蒸気発生器31を避けてバイパス流路340を流れる流量(以下、「第2流量」という。)との比を調整することが可能である。熱媒混合部34により、蒸気発生器31を通過した熱媒油が、バイパス流路340を通過した熱媒油と混合されて太陽光集光装置2へと送られる。
In the
循環経路33において、流量調整弁341と蒸気発生器31との間には、温度センサ334が設けられ、蒸気発生器31と合流位置344との間には、温度センサ335が設けられ、合流位置344と太陽光集光装置2との間には温度センサ342が設けられる。温度センサ334により、蒸気発生器31に流入する直前の熱媒油の温度が測定され、温度センサ335により、蒸気発生器31からの流出直後の熱媒油の温度が測定される。温度センサ342により合流位置344から太陽光集光装置2に向かう熱媒油の温度(後述するように、太陽光集光装置2の入口における熱媒油の温度、すなわち、太陽光集光装置2により加熱される前の熱媒油の温度であり、以下、「加熱前温度」という。)が測定される。熱媒混合部34は、熱媒混合制御部343をさらに有する。熱媒混合部34では、温度センサ342により取得される熱媒油の加熱前温度(すなわち、混合後の熱媒油の温度)の測定値が熱媒混合制御部343に入力され、熱媒混合制御部343により当該測定値に応じて流量調整弁341が制御される。熱媒混合部34における流量調整弁341の制御の詳細については後述する。
In the
循環経路33において、ポンプ32と流量調整弁341との間には、圧力センサ331および弁(逆止弁)332が設けられる。圧力センサ331により、ポンプ32の送液による熱媒油の圧力が測定される。例えば、循環経路33において、ポンプ32、圧力センサ331および逆止弁332の組合せを含む部分に対して、並列に配置された他の経路が設けられ、当該経路に上記組合せと同様の組合せが設けられてもよい。この場合、一方のポンプ32のメンテナンス時等において、他方のポンプ32を利用して蒸気発生装置1を継続して稼働させることが可能である(後述のポンプ521において同様)。
In the
熱媒タンク30には、レベルセンサ301が設けられる。レベルセンサ301により、熱媒タンク30内の液面の位置が測定される。蒸気発生器31には、圧力センサ422と、レベルセンサ311とが設けられる。圧力センサ422は、圧力調整部42の一部であり、圧力センサ422により、蒸気発生器31の内部圧力(蒸気の圧力)が測定される。レベルセンサ311により、蒸気発生器31内の液面の位置が測定される。蒸気発生器31の上部には、蒸気供給路41の一端が接続される。
The
蒸気供給路41は、蒸気発生器31と外部設備9とを接続する。蒸気発生装置1が海水淡水化プラントにて用いられる場合には、外部設備9は海水の加熱器等を含み、蒸気供給路41は、当該加熱器に接続される。外部設備9は、燃料により蒸気を発生させる補助ボイラ91を有し、補助ボイラ91からの蒸気を当該加熱器に供給することが可能である。外部設備9の制御部(図示省略)には、蒸気発生装置1における各センサの測定値等の情報が入力されており、当該情報に従って補助ボイラ91等が制御される。
The
蒸気供給路41には、蒸気発生器31から外部設備9に向かって、圧力制御弁421、温度センサ411、圧力センサ412および流量センサ413が設けられる。温度センサ411、圧力センサ412および流量センサ413により、蒸気供給路41を流れる蒸気の温度、圧力および流量がそれぞれ測定される。圧力制御弁421は、圧力調整部42の一部である。圧力調整部42は、内部圧力制御部423をさらに有する。圧力センサ422により取得される蒸気発生器31の内部圧力の測定値は、内部圧力制御部423に入力される。内部圧力制御部423では、蒸気発生器31の内部圧力が所定の設定圧力(例えば1.0MPa(メガパスカル))を維持するように、当該測定値に応じて圧力制御弁421が制御される。設定圧力は、外部設備9にて蒸気を使用するために設定された圧力である。なお、蒸気供給路41に設けられる複数の構成の順序は適宜変更されてよい。
In the
蒸気発生装置1は、給水タンク51と、給水路52と、給水流量制御部53とをさらに備える。給水タンク51は、給水用の水を貯溜する。給水路52は、給水タンク51を蒸気発生器31に接続する。給水路52には、給水タンク51から蒸気発生器31に向かって順に、ポンプ521、圧力センサ522、弁(逆止弁)523、温度センサ524、流量センサ525および流量制御弁526が設けられる。圧力センサ522により、ポンプ521の送液による水の圧力が測定される。温度センサ524および流量センサ525により、給水路52を流れる水の温度および流量がそれぞれ測定される。
The
給水流量制御部53には、流量センサ413およびレベルセンサ311から、蒸気供給路41を流れる蒸気の流量の測定値、および、蒸気発生器31内の液面位置の測定値がそれぞれ入力される。給水流量制御部53では、これらの測定値に基づいて、蒸気発生器31内の液面の位置が一定となるように、流量制御弁526が制御される。
A measured value of the flow rate of steam flowing through the
図2は、太陽光集光装置2の構成を示す図である。図2では、循環経路33に設けられる熱媒タンク30およびポンプ32をブロックにて示している。太陽光集光装置2は、いわゆるフレネル型の集光装置であり、集光させた太陽光により熱媒油を加熱する。太陽光集光装置2は、多数のミラー21と、熱回収管22とを備える。熱回収管22の内部には、ポンプ32により熱媒タンク30から送液された熱媒油が流れており、多数のミラー21が太陽光を熱回収管22に集光することにより、熱回収管22内の熱媒油が加熱される。太陽光集光装置2にて加熱された熱媒油は、循環経路33を介して熱媒タンク30に戻される。太陽光集光装置2を通過した熱媒油の温度は、温度センサ336により測定される。好ましい蒸気発生装置1では、複数の太陽光集光装置2が設けられており、複数の太陽光集光装置2により熱媒油が加熱される。太陽光集光装置2は、トラフ型、タワー型またはディッシュ型等の集光装置であってもよい。
FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of the solar
図3は、蒸気発生装置1の蒸気発生処理における熱媒混合部34の動作の流れを示す図である。熱媒混合部34では、蒸気発生処理中、図1の温度センサ342により熱媒油の加熱前温度の測定値が、所定の時間間隔にて繰り返し取得され、図3の動作が常時行われる。以下、熱媒混合部34の動作に注目しつつ、蒸気発生装置1における蒸気発生処理について説明する。
FIG. 3 is a diagram showing a flow of operation of the heat
蒸気発生処理では、ポンプ32の駆動により熱媒タンク30から一定の流量にて熱媒油が連続的に送液される。また、熱媒混合部34では、熱媒油の加熱前温度(の測定値)が、設定温度未満であるか否かが所定の時間間隔にて確認される。ここで、設定温度は、蒸気発生器31において設定圧力の蒸気を発生させることが可能な最低の温度(例えば200℃)である。設定温度は、蒸気発生器31において発生する蒸気の用途等に応じて任意に決定されてよい。
In the steam generation process, the heat medium oil is continuously fed from the
例えば、日の出と同時に蒸気発生装置1の駆動が開始された直後では、熱媒油の加熱前温度が設定温度未満であり(ステップS11)、この場合、流量調整弁341により熱媒油の第1流量が0とされる(ステップS12)。すなわち、熱媒タンク30からポンプ32により送液される全ての熱媒油が、バイパス流路340を流れる。第1流量が既に0である場合には、ステップS12では、この状態が維持される。バイパス流路340を通過した熱媒油は、循環経路33に沿って太陽光集光装置2に流入する。循環経路33は主に断熱管により形成されるため、バイパス流路340を通過した熱媒油は、温度がほとんど低下することなく、太陽光集光装置2に流入する。
For example, immediately after the driving of the
このとき、蒸気発生器31に熱媒油が供給されないため、蒸気発生器31の内部圧力(の測定値)は設定圧力未満である。圧力調整部42では、内部圧力が設定圧力未満である場合には、圧力制御弁421が閉状態とされ、蒸気発生器31から外部設備9に蒸気は供給されない。外部設備9では、補助ボイラ91を利用して必要な量の蒸気が生成される。これにより、蒸気発生装置1からの蒸気の供給流量が0である間における外部設備9の稼働が可能となる。なお、蒸気供給路41には逆止弁が設けられており、補助ボイラ91からの蒸気が蒸気供給路41を逆流することはない。
At this time, since the heat transfer oil is not supplied to the
バイパス流路340を利用して太陽光集光装置2および熱媒タンク30を循環する熱媒油の温度は、太陽光集光装置2による加熱により漸次上昇する。熱媒油の加熱前温度が設定温度以上となると(ステップS11)、熱媒混合部34では、熱媒油の加熱前温度が設定温度を維持するように、流量調整弁341を調整する一定温度制御が開始される(ステップS13)。一定温度制御では、熱媒油の第1流量を0よりも大きくして蒸気発生器31への熱媒油の供給を確保しつつ、第1流量と第2流量との比を温度センサ342の測定値に基づいて変更することにより、熱媒油の加熱前温度がおよそ設定温度に保たれる。例えば、熱媒油の加熱前温度が設定温度よりもある程度高い場合には、第1流量が増大され、第2流量が低減される。また、熱媒油の加熱前温度が設定温度よりもある程度低い場合には、第2流量が増大され、第1流量が低減される。なお、一定温度制御が開始されると、熱媒油の加熱前温度が設定温度未満である状態が、予め定められた継続解除時間以上続かない限り、一定温度制御が継続される(後述の圧力調整部42による定圧制御において同様)。
The temperature of the heat transfer oil circulating through the solar
蒸気発生器31では、内部に配置された伝熱管を熱媒油が流れることにより、内部に貯溜される水が加熱され、蒸気が発生する。換言すると、熱媒油の熱が蒸気発生器31において放熱される。蒸気発生器31の内部圧力が設定圧力以上となると、圧力制御弁421がゆっくりと開かれ、内部圧力がおよそ設定圧力に保たれるように圧力制御弁421の開度が調整される。すなわち、圧力調整部42による内部圧力の定圧制御が開始される。定圧制御では、蒸気発生器31内の蒸気(飽和蒸気)が、圧力制御弁421の開度に応じた供給流量にて蒸気供給路41を流れ、外部設備9に供給される。外部設備9では、補助ボイラ91を利用して、外部設備9において不足する蒸気が補充される。
In the
日射量が多くなるに従って、太陽光集光装置2から熱媒タンク30に流入する熱媒油の温度が漸次上昇する。熱媒混合部34では、第1流量を増大し、第2流量を低減することにより、熱媒油の加熱前温度の一定温度制御が行われる。蒸気発生器31では、第1流量の増大に従って蒸気の発生量(単位時間当たりの発生量)が多くなり、圧力制御弁421の開度および外部設備9への蒸気の供給流量も漸次増大する。このとき、外部設備9において一定量の蒸気を利用する場合には、補助ボイラ91にて生成する蒸気の量が漸次低減される。
As the amount of solar radiation increases, the temperature of the heat transfer oil flowing into the heat
本実施の形態における蒸気発生器31では、熱媒タンク30に貯溜される熱媒油の温度が、想定される最高の温度(例えば、熱媒油の使用上限近傍である340℃であり、以下、「使用最高温度」という。)よりも低い温度、例えば約250℃となる際に、第2流量が0となる。すなわち、熱媒タンク30からポンプ32により送液される全ての熱媒油が、蒸気発生器31に供給される。熱媒タンク30に貯溜される熱媒油の温度が、使用最高温度まで上昇すると、蒸気発生器31における蒸気の発生量(および、給水タンク51からの給水量)が最大となる。熱媒タンク30内の熱媒油の温度が、使用最高温度となることにより、使用最高温度と設定温度との差(ここでは、140℃)に相当する量の蓄熱が実質的に完了する。
In the
例えば、太陽光が雲等により遮られ、日射量が少なくなると、太陽光集光装置2から熱媒タンク30に流入する熱媒油の温度が漸次低下し、熱媒タンク30に貯溜される熱媒油の温度も使用最高温度から低下する。熱媒油の加熱前温度が(一時的に)設定温度未満となると、一定温度制御として、第1流量が低減され、第2流量が増大される。日射量が少ない状態においても、熱媒タンク30に貯溜される高温の熱媒油により、熱媒油の加熱前温度が、暫くの間、設定温度近傍に保たれる(熱媒タンク30における放熱と捉えることができる。)。また、第1流量は0とはならず、蒸気発生器31から外部設備9への蒸気の供給は継続される。もちろん、第1流量の低減に従って蒸気発生器31の蒸気の発生量は少なくなり、圧力制御弁421の開度および外部設備9への蒸気の供給流量も漸次減少する。このとき、外部設備9において一定量の蒸気を利用する場合には、補助ボイラ91にて生成する蒸気の量が漸次増大される。
For example, when sunlight is blocked by clouds or the like and the amount of solar radiation decreases, the temperature of the heat transfer oil flowing into the heat
日射量が少ない状態が長くなると、熱媒タンク30に貯溜される熱媒油の温度は、設定温度近傍まで漸次低下する。そして、熱媒油の加熱前温度が設定温度未満である状態が継続解除時間以上続くと(ステップS11)、熱媒油の第1流量が0とされる(ステップS12)。また、圧力制御弁421が最小開度の状態でも蒸気発生器31の内部圧力が設定圧力未満となると、圧力制御弁421がゆっくりと閉じられて、閉状態となる。これにより、蒸気発生装置1から外部設備9への蒸気の供給流量が0となる。
When the state where the amount of solar radiation is small becomes long, the temperature of the heat medium oil stored in the
既述のように、蒸気発生装置1では、日射量がほとんど無い状態となっても、熱媒タンク30における蓄熱により蒸気の供給を、ある程度の時間継続することが可能である。したがって、この間に、補助ボイラ91の出力を漸次増大させることにより、蒸気の供給流量が0となる際に、外部設備9において必要な量の蒸気を確保することが可能である。蒸気発生装置1では、日没により日射量が無くなると、ポンプ32の駆動が停止され、蒸気発生処理が終了する。
As described above, in the
図4は、熱媒タンク30における蓄熱の際の熱媒油の温度変化を示す図であり、所定の演算により求めた結果を示している。図4の縦軸は熱媒タンク30内の熱媒油の温度を示し、横軸は時間を示す(後述の図5において同様)。ここでは、熱媒タンク30の容量を3000リットル、熱媒タンク30内の熱媒油の初期温度を200℃とし、340℃の熱媒油が太陽光集光装置2から毎秒2.78リットルの流量で熱媒タンク30内に流入する場合を示している。図4の例では、340℃の熱媒油の流入開始から50分で熱媒タンク30内の熱媒油の温度が約330℃となり、90分で熱媒油の温度が約340℃となる。実際には、熱媒タンク30内の熱媒油の温度上昇に伴って、蒸気発生器31における蒸気の発生量も多くなる。
FIG. 4 is a diagram showing a temperature change of the heat transfer oil during heat storage in the
図5は、熱媒タンク30における放熱の際の熱媒油の温度変化を示す図であり、図4と同様に、演算により求めた結果を示している。ここでは、熱媒タンク30の容量を3000リットル、熱媒タンク30内の熱媒油の初期温度を340℃とし、設定温度である200℃の熱媒油が太陽光集光装置2から毎秒2.78リットルの流量で熱媒タンク30内に流入する場合を示している。図5の例では、200℃の熱媒油の流入開始から40分で熱媒タンク30内の熱媒油の温度が約215℃となる。既述のように、蒸気発生器31に供給される熱媒油の温度が200℃以上である場合に、蒸気発生器31において設定圧力の蒸気を発生させることが可能である。したがって、熱媒タンク30内の熱媒油の温度が200℃以上である状態が維持されている間(少なくとも40分の間)では、蒸気発生器31における蒸気の発生が可能となる。なお、熱媒タンク30内の熱媒油の温度低下に伴って、蒸気発生器31における蒸気の発生量も少なくなる。
FIG. 5 is a diagram showing a temperature change of the heat medium oil during heat radiation in the
以上に説明したように、蒸気発生装置1では、循環経路33における熱媒タンク30と蒸気発生器31との間の分岐位置と、蒸気発生器31と太陽光集光装置2との間の合流位置344とを接続するバイパス流路340が設けられる。そして、蒸気発生器31を通過した熱媒油が、バイパス流路340を通過した熱媒油と混合されて太陽光集光装置2へと送られる。これにより、日射量が多い場合に、蒸気発生器31から蒸気を外部設備9に供給しつつ、熱媒タンク30内の熱媒油の温度を短時間に上昇させて、顕熱として蓄熱することが可能となる。また、日射量が少ない場合にも、熱媒タンク30内の高温の熱媒油を利用して、ある程度の期間、蒸気を外部設備9に継続して供給することができる。その結果、蒸気発生装置1では、簡易な構造により、日射量の変化による蒸気の供給流量の急激な変動(主として低下)を防止する、すなわち、外部設備9への蒸気の供給流量を緩やかに変化させることができる。
As described above, in the
熱媒混合部34では、流量調整部である流量調整弁341が設けられるとともに、温度センサ342により、合流位置344から太陽光集光装置2に向かう熱媒油の温度が測定される。そして、温度センサ342の測定値が設定温度となるように、分岐位置から蒸気発生器31に流れる熱媒油の第1流量と、バイパス流路340を流れる熱媒油の第2流量とが、流量調整弁341により調整される。これにより、日射量が十分にある場合に、熱媒タンク30にて継続して蓄熱しつつ、第1流量を増大して蒸気を比較的高い供給流量にて外部設備9に供給することができる。また、日射量が少ない場合に、第1流量を低減することにより(蒸気発生器31による蒸気の供給流量は低くなる。)、蒸気を外部設備9に継続して供給可能となる期間を長くすることができる。
In the heat
図6は、比較例の蒸気発生装置8の一部を示す図である。比較例の蒸気発生装置8では、熱媒油が、太陽光集光装置81、高温熱媒タンク82、蒸気発生器83、および、低温熱媒タンク84を順に循環する。また、太陽光集光装置81と高温熱媒タンク82との間には、三方弁85が設けられ、三方弁85と低温熱媒タンク84とがバイパス流路86により接続される。比較例の蒸気発生装置8では、太陽光集光装置81により340℃に加熱された熱媒油が高温熱媒タンク82において貯溜され、340℃の熱媒油が蒸気発生器83に供給される。蒸気発生器83にて放熱した熱媒油は低温熱媒タンク84に貯溜され、低温熱媒タンク84内の熱媒油が太陽光集光装置81に送られて太陽光の集光により加熱される。
FIG. 6 is a view showing a part of the
ここで、比較例の蒸気発生装置8では、日射量が少ない場合等に、太陽光集光装置81を通過した熱媒油の温度が340℃よりも低いときには、バイパス流路86を介して熱媒油が低温熱媒タンク84に戻される。これにより、高温熱媒タンク82内の熱媒油の温度が340℃近傍にて維持される。高温熱媒タンク82内の熱媒油は、一定温度かつ一定流量にて蒸気発生器83に供給される。したがって、日射量が少ない状態が長くなると、高温熱媒タンク82内の熱媒油がなくなり、蒸気発生器83において水の蒸気の発生が突然停止する(すなわち、蒸気の発生量が急激に0まで低下する。)。
Here, in the
これに対し、蒸気発生装置1では、日射量が少ない状態において、一部の熱媒油がバイパス流路340を流れて蒸気発生器31にて消費される熱量が制限されることにより、外部設備9への蒸気の供給流量を緩やかに変化させることができる。また、蒸気発生装置1では、太陽光集光装置2を通過した熱媒油の温度が、熱媒タンク30内の熱媒油の温度よりも低い場合でも、太陽光集光装置2からの全ての熱媒油が熱媒タンク30内に流入する。このように、熱媒タンク30内の熱媒油の温度の低下(変動)を許容することにより、比較例の蒸気発生装置8における低温熱媒タンク84を省略することができる。さらに、熱媒タンク30が、循環経路33における熱媒用の唯一のタンクであることにより、比較例の蒸気発生装置8に比べて、熱媒油の使用量を少なくするとともに、蒸気発生装置1の構成を簡素化することができる。
On the other hand, in the
ところで、外部設備9において、燃料により蒸気を発生させる補助ボイラ91が設けられるが、補助ボイラ91では、蒸気の発生量を急激に変化させることは困難である。しかしながら、蒸気発生装置1では、既述のように外部設備9への蒸気の供給流量を緩やかに変化させることができるため、外部設備9において、蒸気発生装置1および補助ボイラ91による一定量の蒸気を安定して利用することができる。
By the way, although the external boiler 9 is provided with an
上記蒸気発生装置1では様々な変形が可能である。
The
流量調整部は、三方弁である流量調整弁341以外により実現されてもよい。例えば、分岐位置と蒸気発生器31との間に設けられる二方弁と、バイパス流路340に設けられる二方弁との組合せが流量調整部として設けられ、第1流量と第2流量とが調整されてもよい。また、蒸気発生装置1の設計によっては、流量調整部が省略されてもよい。例えば、循環経路33における熱媒タンク30と蒸気発生器31との間の分岐位置と、蒸気発生器31と太陽光集光装置2との間の合流位置344とを接続するバイパス流路340のみが、熱媒混合部34として設けられる。この場合も、日射量が多い場合に、蒸気発生器31において蒸気を発生しつつ、熱媒タンク30内の熱媒油の温度を短時間に上昇させて蓄熱することができ、日射量が少ない場合にも、熱媒タンク30内の高温の熱媒油を利用して、ある程度の期間、蒸気を外部設備9に継続して供給することができる。
The flow rate adjusting unit may be realized by other than the flow
熱媒タンク30内の熱媒油の温度を測定する温度センサが設けられ、当該温度センサの測定値に基づいて流量調整部が制御されてもよい。また、循環経路33において、太陽光集光装置2と熱媒タンク30との間に設けられる温度センサ336の測定値に基づいて流量調整部が制御されてもよい。熱媒混合部34では、温度センサが、循環経路33におけるいずれかの位置における熱媒油の温度を測定し、当該温度センサの測定値に基づいて流量調整部を制御することにより、第1流量および第2流量を適切に調整することが可能である。
A temperature sensor for measuring the temperature of the heat medium oil in the
熱媒タンク30において貯溜される熱媒は、熱媒油以外に、溶融塩等であってもよい。上記実施の形態では、蒸気発生器31において水が貯溜されるが、例えば、アンモニア等の他の液体が蒸気発生器31において貯溜されてもよい。
The heat medium stored in the
太陽光を利用する蒸気発生装置1は、海水淡水化(造水)以外に、製塩や酒造等の様々な用途に利用することが可能である。蒸気発生装置1は、ボイラを有する様々な設備に追加することが可能であり、これにより、当該ボイラ(補助ボイラ)にて消費される燃料を削減することができる。もちろん、蒸気発生装置1が発電に利用されてもよい。
The
上記実施の形態および各変形例における構成は、相互に矛盾しない限り適宜組み合わされてよい。 The configurations in the above-described embodiments and modifications may be combined as appropriate as long as they do not contradict each other.
1 蒸気発生装置
2 太陽光集光装置
9 外部設備
30 熱媒タンク
31 蒸気発生器
32 ポンプ
33 循環経路
34 熱媒混合部
91 補助ボイラ
340 バイパス流路
341 流量調整弁
342 温度センサ
344 合流位置
DESCRIPTION OF
Claims (6)
集光させた太陽光により熱媒を加熱する太陽光集光装置と、
前記熱媒を貯溜する熱媒タンクと、
液体を貯溜し、前記熱媒を利用して前記液体を加熱することにより、前記液体の蒸気を発生させる蒸気発生器と、
前記熱媒タンクから前記蒸気発生器および前記太陽光集光装置を順に経由して前記熱媒タンクに戻る循環経路に沿って前記熱媒を連続的に循環させるポンプと、
前記循環経路における前記熱媒タンクと前記蒸気発生器との間の分岐位置と、前記蒸気発生器と前記太陽光集光装置との間の合流位置とを接続するバイパス流路を有し、前記蒸気発生器を通過した前記熱媒を、前記バイパス流路を通過した前記熱媒と混合して前記太陽光集光装置へと送る熱媒混合部と、
を備えることを特徴とする蒸気発生装置。 A steam generator using sunlight,
A solar concentrator that heats the heat medium with the concentrated sunlight;
A heat medium tank for storing the heat medium;
A vapor generator for storing a liquid and generating the vapor of the liquid by heating the liquid using the heat medium; and
A pump that continuously circulates the heat medium along a circulation path that returns from the heat medium tank to the heat medium tank via the steam generator and the solar light collecting device in order.
A bypass passage for connecting a branch position between the heating medium tank and the steam generator in the circulation path and a joining position between the steam generator and the solar light collecting device; A heating medium mixing section that mixes the heating medium that has passed through the steam generator with the heating medium that has passed through the bypass flow path and sends the mixing medium to the solar light collector;
A steam generator characterized by comprising:
前記熱媒混合部が、
前記循環経路における前記熱媒の温度を測定する温度センサと、
前記分岐位置から前記蒸気発生器に流れる前記熱媒の第1流量と、前記バイパス流路を流れる前記熱媒の第2流量とを、前記温度センサの測定値に基づいて調整する流量調整部と、
をさらに備えることを特徴とする蒸気発生装置。 The steam generator according to claim 1,
The heating medium mixing part is
A temperature sensor for measuring the temperature of the heating medium in the circulation path;
A flow rate adjusting unit for adjusting a first flow rate of the heat medium flowing from the branch position to the steam generator and a second flow rate of the heat medium flowing through the bypass flow path based on a measurement value of the temperature sensor; ,
The steam generator characterized by further comprising.
前記温度センサが、前記合流位置から前記太陽光集光装置に向かう前記熱媒の温度を測定し、
前記流量調整部が、前記温度センサの測定値が所定の温度となるように、前記第1流量と前記第2流量とを調整することを特徴とする蒸気発生装置。 The steam generator according to claim 2,
The temperature sensor measures the temperature of the heating medium from the merging position toward the solar collector,
The steam generation apparatus, wherein the flow rate adjusting unit adjusts the first flow rate and the second flow rate so that a measurement value of the temperature sensor becomes a predetermined temperature.
前記太陽光集光装置を通過した前記熱媒の温度が、前記熱媒タンク内の前記熱媒の温度よりも低い場合でも、前記太陽光集光装置から前記熱媒タンク内に前記熱媒が流入することを特徴とする蒸気発生装置。 The steam generator according to any one of claims 1 to 3,
Even when the temperature of the heat medium that has passed through the solar light collector is lower than the temperature of the heat medium in the heat medium tank, the heat medium is transferred from the solar light collector to the heat medium tank. A steam generator characterized by flowing in.
前記熱媒タンクが、前記循環経路における前記熱媒用の唯一のタンクであることを特徴とする蒸気発生装置。 The steam generator according to any one of claims 1 to 4,
The steam generator according to claim 1, wherein the heat medium tank is the only tank for the heat medium in the circulation path.
前記蒸気発生器にて発生した前記蒸気が供給される外部設備において、燃料により蒸気を発生させる補助ボイラが設けられていることを特徴とする蒸気発生装置。 The steam generator according to any one of claims 1 to 5,
A steam generator according to claim 1, wherein an auxiliary boiler for generating steam by fuel is provided in an external facility to which the steam generated by the steam generator is supplied.
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