(57)【要約】【課題】ＤＳＧ方式を採用し、水の使用量を抑え、さらに昼夜間を通じて効率良く発電が可能な太陽熱発電システムを提供すること。【解決手段】水加熱用太陽熱集熱装置２２と、蒸気タービン３１と、発電機３２と、復水器５１と、水タンク５２と、給水ポンプ５３と、空気加熱用太陽熱集熱装置２３と、空気からなる蓄熱用熱媒体との熱交換を行って蓄熱及び放熱を行う蓄熱装置４と、水からなる発電用熱媒体と蓄熱用熱媒体の熱交換を行う第１熱交換器６１と、外部からの空気を蓄熱用熱媒体として給気する給気装置７を有する。加熱蒸気による蒸気タービン３１の運転と、加熱空気による蓄熱装置４の蓄熱を行う昼運転モードと、蓄熱装置４の放熱を受けて加熱されてなる加熱空気と発電用熱媒体の第１熱交換器６１における熱交換により生成された加熱蒸気により、蒸気タービン３１の運転を行う夜運転モードを切り替え可能である。【選択図】図１
2020090944.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
集熱した太陽熱により水からなる発電用熱媒体を直接加熱して加熱蒸気を生成する水加熱用太陽熱集熱装置と、
加熱蒸気により駆動する蒸気タービンと、
該蒸気タービンの動力により発電を行う発電機と、
前記蒸気タービンから排出される蒸気を復水する復水器と、
復水された水を貯留する水タンクと、
該水タンクから水を圧送する給水ポンプと、
集熱した太陽熱により空気からなる蓄熱用熱媒体を直接加熱して加熱空気を生成する空気加熱用太陽熱集熱装置と、
前記蓄熱用熱媒体との熱交換を行って蓄熱及び放熱を行う蓄熱装置と、
前記発電用熱媒体と前記蓄熱用熱媒体の熱交換を行う第１熱交換器と、
外部からの空気を前記蓄熱用熱媒体として給気する給気装置と、を有し、
前記水加熱用太陽熱集熱装置から供給された加熱蒸気による前記蒸気タービンの運転と、前記空気加熱用太陽熱集熱装置から供給された加熱空気による前記蓄熱装置の蓄熱と、を行う昼運転モードと、
前記蓄熱用熱媒体が前記蓄熱装置の放熱を受けて加熱されてなる加熱空気と前記発電用熱媒体との前記第１熱交換器における熱交換により生成された加熱蒸気により、前記蒸気タービンの運転を行う夜運転モードと、を切り替え可能に構成されており、
前記蓄熱装置は、化学反応により蓄熱及び放熱が可能な化学蓄熱材を内蔵している、太陽熱発電システム。
【請求項２】
前記太陽熱発電システムは、前記化学蓄熱材の化学反応に伴って利用される反応物質を貯蔵する反応物質貯蔵器を備えており、前記反応物質を、前記反応物質貯蔵器から前記蓄熱装置へ供給可能に構成されている、請求項１に記載の太陽熱発電システム。
【請求項３】
前記化学蓄熱材の化学反応に伴って利用される前記反応物質が水であり、前記反応物質として前記発電用熱媒体を利用するよう構成されている、請求項１又は２に記載の太陽熱発電システム。
【請求項４】
前記太陽熱発電システムは、複数の前記空気加熱用太陽熱集熱装置と、複数の前記蓄熱装置と、を備えており、
前記昼運転モードにおいては、前記蓄熱用熱媒体が、少なくとも、第１の前記空気加熱用太陽熱集熱装置、第１の前記蓄熱装置、第２の前記空気加熱用太陽熱集熱装置、及び第２の前記蓄熱装置を順次通過し、
前記夜運転モードにおいては、前記蓄熱用熱媒体の流路が分岐して第１及び第２の前記蓄熱装置にそれぞれ供給され、該蓄熱装置によって加熱された前記蓄熱用熱媒体の流路が合流して前記第１熱交換器に供給されることで、該第１熱交換器において前記発電用熱媒体と熱交換を行うように構成されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の太陽熱発電システム。
【請求項５】
前記太陽熱発電システムは、複数の前記空気加熱用太陽熱集熱装置を備えており、
前記昼運転モードにおいて、前記蓄熱装置を通過した前記蓄熱用熱媒体の流路が分岐して第１分流と第２分流とを形成し、第１分流の前記蓄熱用熱媒体は蓄熱用熱媒体流路の出口に向かうとともに、第２分流の前記蓄熱用熱媒体は第２の前記空気加熱用太陽熱集熱装置と前記蓄熱装置を順次通過した後、再び第２の前記空気加熱用太陽熱集熱装置及び前記蓄熱装置を順次通過する繰り返し循環を続けるように構成されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の太陽熱発電システム。
【請求項６】
前記太陽熱発電システムは、前記昼運転モードにおいて前記発電用熱媒体の一部を備蓄するアキュームレータをさらに備えており、
前記夜運転モードにおいて、前記蓄熱装置は前記アキュームレータから導出される前記発電用熱媒体を前記化学蓄熱材の化学反応に伴って利用される水として用いて放熱するよう構成されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の太陽熱発電システム。
【請求項７】
前記太陽熱発電システムは、前記蓄熱用熱媒体流路の入口付近の流路と、前記蓄熱用熱媒体流路の出口付近の流路を流れる前記蓄熱用熱媒体間の熱交換を行う第２熱交換器をさらに備えており、
前記昼運転モードにおいては、前記第２熱交換器は、前記蓄熱用熱媒体流路の入口から前記空気加熱用太陽熱集熱装置へと向かう前記蓄熱用熱媒体と、前記蓄熱装置から前記蓄熱用熱媒体流路の出口へと向かう前記蓄熱用熱媒体との熱交換を行い、
前記夜運転モードにおいては、前記蓄熱用熱媒体流路の入口から前記蓄熱装置へと向かう前記蓄熱用熱媒体と、前記第１熱交換器から前記蓄熱用熱媒体流路の出口へと向かう前記蓄熱用熱媒体との熱交換を行うよう構成されている、請求項１〜６のいずれか１項に記載の太陽熱発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽熱発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
自然エネルギーを利用した発電システムの一つとして、太陽から発せられる熱エネルギーを利用して発電を行う太陽熱発電システムがある。太陽熱発電システムは、日照量の多い昼間においては、太陽熱を集熱して直接又は熱媒体を介して間接的に水（水又は蒸気）を加熱して過熱蒸気又は飽和蒸気（以下、これらを総称して、「加熱蒸気」という。）を生成し、当該蒸気により蒸気タービンを回し、蒸気タービンに接続された発電機により発電を行うよう構成されている。そして、昼間に太陽熱の一部を蓄熱装置に蓄熱しておき、日照のない夜間においては、当該蓄熱装置からの放熱により加熱蒸気を生成して前記と同様に発電を行うよう構成されることが多い。
【０００３】
このような太陽熱発電システムにおいて、太陽熱を伝受する熱媒体として油や溶融塩等の水以外の熱媒体を用い、熱媒体と水との熱交換を行って加熱蒸気を生成する方式と、水を熱媒体として用い、直接的に加熱蒸気を生成する方式とがある。現在は、前者の水以外の熱媒体を利用する方式が主流となっている。
【０００４】
太陽熱発電システムを有効活用するには、夜間発電をこれまで以上に効率よく行う必要がある。夜間発電を行うには、昼間に蓄熱し、夜間に放熱して直接又は熱媒体を介して間接的に水を加熱できる蓄熱装置の利用が不可欠である。熱媒体として油や溶融塩等を用いて熱媒体と水との熱交換を行って加熱蒸気を生成する方式では、熱媒体そのものを貯蔵して蓄熱装置とすることができる。一方、熱媒体として水を用いるＤＳＧ（Ｄｉｒｅｃｔ  Ｓｔｅａｍ  Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）方式を利用したシステムでは加熱蒸気等の熱媒体を貯蔵する蓄熱装置が利用される場合がある。それらは長時間貯蔵・利用には不向きであるにも関わらず、巨大な装置が必要になる。
【０００５】
一方で、設備コスト、伝授した太陽熱からの発電効率、環境面及びシステム構成のシンプル化等の観点では、熱媒体として水を用いるＤＳＧ方式を利用したシステムが有利であると考えられており、優れた蓄熱装置の開発が望まれている。
【０００６】
太陽熱発電システムとしては、例えば、特許文献１〜２に記載のものが考えられているが、これらのシステムにおいては改善すべき点がある。
【０００７】
特許文献１の技術は、ＤＳＧ方式を採用したものであって、蓄熱装置として、水の状態、つまり、過熱蒸気、飽和蒸気、及び飽和水の状態にそれぞれ対応する３種類の蓄熱タンクを備えるものである。太陽熱発電は、広大かつ日照条件の良い立地で行うことが好ましいところ、このような地域には砂漠地域が多く、資源としての水が貴重となる。しかし、特許文献１の技術のように、水を熱媒体とした３種類もの蓄熱装置を備えることは、多量の水を使用することとなり、水資源が少ない地域には好ましくなく、また、水の加熱には多量の熱量が必要となるため、蓄熱におけるエネルギー効率が低くなる。
【０００８】
特許文献２の技術は、集熱及び蓄熱のための一次熱媒体として溶融塩を使用したものであって、その一次熱媒体と、二次熱媒体である圧縮空気との間で熱交換を行い、加熱された二次媒体をタービンに導入することで昼夜間を通して発電可能としている。しかし、溶融塩は低温で凝固してしまうことから、凝固を防ぐため所定の温度以上に維持する必要があり、加熱装置をさらに設置する等の対策が必要となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１４−０９２０８６号公報
【特許文献２】特開２０１６−１１３９１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記のように、太陽熱発電システムとしてＤＳＧ方式を採用した技術は従来より種々提案されているものの、太陽熱発電を行う上で好ましい広大かつ日照条件の良い立地に適しており、かつエネルギー効率を高めた発電をできる状態にはない。
【００１１】
本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、ＤＳＧ方式を採用し、水の使用量を抑え、さらに昼夜間を通じて効率良く発電が可能な太陽熱発電システムを提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の一態様は、集熱した太陽熱により水からなる発電用熱媒体を直接加熱して加熱蒸気を生成する水加熱用太陽熱集熱装置と、
加熱蒸気により駆動する蒸気タービンと、
該蒸気タービンの動力により発電を行う発電機と、
前記蒸気タービンから排出される蒸気を復水する復水器と、
復水された水を貯留する水タンクと、
該水タンクから水を圧送する給水ポンプと、
集熱した太陽熱により空気からなる蓄熱用熱媒体を直接加熱して加熱空気を生成する空気加熱用太陽熱集熱装置と、
前記蓄熱用熱媒体との熱交換を行って蓄熱及び放熱を行う蓄熱装置と、
前記発電用熱媒体と前記蓄熱用熱媒体の熱交換を行う第１熱交換器と、
外部からの空気を前記蓄熱用熱媒体として給気する給気装置と、を有し、
前記水加熱用太陽熱集熱装置から供給された加熱蒸気による前記蒸気タービンの運転と、前記空気加熱用太陽熱集熱装置から供給された加熱空気による前記蓄熱装置の蓄熱と、を行う昼運転モードと、
前記蓄熱用熱媒体が前記蓄熱装置の放熱を受けて加熱されてなる加熱空気と前記発電用熱媒体との前記第１熱交換器における熱交換により生成された加熱蒸気により、前記蒸気タービンの運転を行う夜運転モードと、を切り替え可能に構成されており、
前記蓄熱装置は、化学反応により蓄熱及び放熱が可能な化学蓄熱材を内蔵している、太陽熱発電システムにある。
なお、上記夜運転モードとは夜間に限らず、昼間で曇天等の日照が不十分な場合も含む。
【発明の効果】
【００１３】
前記太陽熱発電システムにおいては、上記のごとく、発電を行う系として、熱媒体に水（水、蒸気、水と蒸気の混合状態を含む。以下、同様。）を用いるＤＳＧ方式を採用し、蓄放熱を行う系として、熱媒体に空気を用い、前記蓄熱装置に太陽熱を蓄熱する。蓄熱を行う熱媒体を水とした場合、液体の水から気体の水蒸気に変わるときの相変化に伴う潜熱分を余分に供給しないと高温にできないが、空気の場合は気体のまま相変化を伴うことなく高温にできるため、熱媒体を高温にするために必要な熱量を抑えることが可能であり、空気を熱媒体とすることで効率よく蓄熱することができる。そして、夜間に前記蓄熱装置から放熱される熱を利用することで、昼夜間を通じて効率よく発電することが可能となる。
【００１４】
また、空気を蓄熱の熱媒体とすることで、水の使用量を抑えることができる。また、空気は溶融塩のように温度が下がっても凝固しないため、凝固を防ぐために加熱装置をさらに設置する等の対策が必要なく、効率よく蓄熱できる。
【００１５】
以上のごとく、上記態様によれば、ＤＳＧ方式を採用し、水の使用量を抑え、さらに昼夜間を通じて効率良く発電が可能な太陽熱発電システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施例１における、太陽熱発電システムの構成を示す説明図。
【図２】実施例２における、太陽熱発電システムの構成を示す説明図。
【図３】実施例３における、太陽熱発電システムの構成を示す説明図。
【図４】実施例４における、太陽熱発電システムの構成を示す説明図。
【図５】実施例５における、太陽熱発電システムの構成を示す説明図。
【図６】実施例６における、太陽熱発電システムの構成を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
前記太陽熱発電システムにおいて、前記水加熱用太陽熱集熱装置及び前記空気加熱用太陽熱集熱装置としては、トラフ型、フレネル型、タワー型等の種々の形式を採用することができる。その他、蒸気タービン、発電機、復水器、給水ポンプ、熱交換器、給気装置、配管構成その他の構成物についても、公知の種々のものを採用することができる。
【００１８】
また、前記蓄熱装置としては、上記のごとく、化学反応により蓄熱及び放熱を行う化学蓄熱材を内蔵したものを採用する。この種の化学蓄熱材としては、例えば、酸化カルシウム(ＣａＯ)や、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化バリウム（ＢａＯ）などのアルカリ土類金属の酸化物が挙げられる。
【００１９】
前記化学蓄熱材は、水（Ｈ２Ｏ）を取り込む水和反応、又は二酸化炭素（ＣＯ２）を取り込む炭酸化反応に伴って放熱し、熱媒体からの伝熱を受けて水を放出する脱水反応、又は二酸化炭素を放出する脱炭酸反応によって蓄熱し、酸化物へと再生される。
そして、その可逆反応を利用して繰り返し蓄熱・放熱が可能であるとともに、蓄熱エネルギー密度も高く、長時間の安定した放熱利用が可能である。
【００２０】
前記太陽熱発電システムにおける前記蓄熱装置に内蔵される前記化学蓄熱材の化学反応に伴って利用される反応物質は、水、又は二酸化炭素のうち、いずれか一種である。
【００２１】
また、前記太陽熱発電システムは、前記化学蓄熱材の化学反応に伴って利用される反応物質を貯蔵する反応物質貯蔵器を備えており、前記反応物質を、前記反応物質貯蔵器から前記蓄熱装置へ供給可能に構成されていてもよい。このとき、前記反応物質は、前記反応物質貯蔵器と前記蓄熱装置とで授受できるようにしてもよい。
【００２２】
この構成を採用することで、前記化学蓄熱材と前記反応物質の選択可能な幅が広がり、前記太陽熱発電システムが設けられる立地や利用条件等に合わせた発電が可能となる。また、前記化学蓄熱材と前記反応物質の違いによって蓄熱に必要な温度及び放熱される温度が異なるため、好適な温度に調整された熱媒体を利用した発電が可能となる。
【００２３】
また、前記反応物質貯蔵器は任意の位置に設置可能なため、前記反応物質の輸送経路の短縮化や簡素化ができ、それに伴って、前記反応物質の輸送に必要なエネルギーの低減が可能となる。
【００２４】
また、前記反応物質貯蔵器は前記蓄熱装置に反応物質を供給可能としている他は、前記太陽熱発電システムの経路と干渉しないため、制御が容易となる。さらに、前記蓄熱装置に使用される反応物質は水に限定されないため、水の使用量の低減にもつながる。
【００２５】
また、前記化学蓄熱材の化学反応に伴って利用される前記反応物質が水であり、前記反応物質として前記発電用熱媒体を利用するよう構成されていてもよい。つまり、前記発電用熱媒体として用いる水を、前記蓄熱装置における前記化学蓄熱材の反応物質（水）にも流用できる。この構成を採用することによって、前記太陽熱発電システムにおける発電用熱媒体と前記化学蓄熱材の反応物質（水）を共有化でき、前記化学蓄熱材に利用される反応物質（水）の供給設備を新たに設ける必要がないため、エネルギー効率が向上し、かつ設備コストの低減につながる。
【００２６】
また、前記太陽熱発電システムは、複数の前記空気加熱用太陽熱集熱装置と、複数の前記蓄熱装置と、を備えており、前記昼運転モードにおいては、前記蓄熱用熱媒体が、少なくとも、第１の前記空気加熱用太陽熱集熱装置、第１の前記蓄熱装置、第２の前記空気加熱用太陽熱集熱装置、及び第２の前記蓄熱装置を順次通過し、前記夜運転モードにおいては、前記蓄熱用熱媒体の流路が分岐して第１及び第２の前記蓄熱装置にそれぞれ供給され、該蓄熱装置によって加熱された前記蓄熱用熱媒体の流路が合流して前記第１熱交換器に供給されることで、該第１熱交換器において前記発電用熱媒体と熱交換を行うように構成されていてもよい。
【００２７】
この場合には、複数の空気加熱用太陽熱集熱装置と複数の蓄熱装置とを組み合わせることにより、個々の蓄熱装置の能力が高くなくても、複数あることで蓄熱量を増やすことが可能となる。また、蓄熱装置の小型化及び低能力化を図ることができることで、大型の蓄熱装置を備える場合よりも、設備コストを低減させることができる。また、夜の発電量のバランスを最適化することが可能となり、タービン規模に合わせた蒸気供給が可能となるため、エネルギー効率を向上させることができる。
【００２８】
また、個々の空気加熱用太陽熱集熱装置の能力が高くなくても、蓄熱装置の能力に合わせて、蓄熱装置が１回の熱交換によって蓄熱する熱量分だけ集熱すればよいため、空気加熱用太陽熱集熱装置を小型化及び低能力化することができ、大型の太陽熱集熱装置を備える場合よりも、設備コストの低減を図ることができるとともに、蓄熱におけるエネルギー効率を向上させることができる。
【００２９】
なお、前記空気加熱用太陽熱集熱装置と前記蓄熱装置の数は同じである必要はなく、また、さらに能力の異なるものを直列又は並列に組み合わせるなど、具体的な装置の個数や配列は適宜調整してもよい。以下、同様である。
【００３０】
また、前記太陽熱発電システムは、複数の前記空気加熱用太陽熱集熱装置を備えており、前記昼運転モードにおいて、前記蓄熱装置を通過した前記蓄熱用熱媒体の流路が分岐して第１分流と第２分流とを形成し、第１分流の前記蓄熱用熱媒体は蓄熱用熱媒体流路の出口に向かうとともに、第２分流の前記蓄熱用熱媒体は第２の前記空気加熱用太陽熱集熱装置と前記蓄熱装置を順次通過した後、再び第２の前記空気加熱用太陽熱集熱装置及び前記蓄熱装置を順次通過する繰り返し循環を続けるように構成されていてもよい。
【００３１】
この場合には、蓄熱用熱媒体の流路として循環経路を形成し、その循環経路内に空気加熱用太陽熱集熱装置と蓄熱装置とを配置することとなる。これにより、夜の発電量のバランスを最適化することが可能となり、タービン規模に合わせた蒸気供給が可能となるため、エネルギー効率を向上させることができる。また、蓄熱装置を通過した後の、残存した熱を蓄えた蓄熱用熱媒体を外部に排出することなく、再び第２の空気加熱用太陽熱集熱装置で加熱し、その加熱された蓄熱用熱媒体によって蓄熱装置に蓄熱することを繰り返し行えるため、蓄熱装置通過後の蓄熱用熱媒体に残存する熱を有効活用できる。
【００３２】
また、循環経路内の空気加熱用太陽熱集熱装置は、蓄熱装置通過後の高温の蓄熱用熱媒体に対して集熱すればよいため、小型化及び低能力化することができ、設備コストの低減を図ることができる。
【００３３】
また、前記太陽熱発電システムは、前記昼運転モードにおいて前記発電用熱媒体の一部を備蓄するアキュームレータをさらに備えており、前記夜運転モードにおいて、前記蓄熱装置は前記アキュームレータから導出される前記発電用熱媒体を前記化学蓄熱材の化学反応に伴って利用される水として用いて放熱するよう構成されていてもよい。
【００３４】
この場合には、高温かつ高圧の蒸気を蓄熱装置における反応物質（水）として供給量を安定させて供給できるため、安定して発電出力を得ることができる。また、高温かつ高圧の蒸気を前記反応物質（水）とすることで、蓄熱装置の放熱温度が上昇し、それに伴って蓄熱用熱媒体をより高温にすることができる。より高温となった蓄熱用熱媒体と発電用熱媒体との間で第１熱交換器を介して熱交換されるため、高温の蒸気が得られ、蒸気タービンによる発電の効率を上昇させることが可能となる。
【００３５】
また、前記太陽熱発電システムは、前記蓄熱用熱媒体流路の入口付近の流路と、前記蓄熱用熱媒体流路の出口付近の流路を流れる前記蓄熱用熱媒体間の熱交換を行う第２熱交換器をさらに備えており、前記昼運転モードにおいては、前記第２熱交換器は、前記蓄熱用熱媒体流路の入口から前記空気加熱用太陽熱集熱装置へと向かう前記蓄熱用熱媒体と、前記蓄熱装置から前記蓄熱用熱媒体流路の出口へと向かう前記蓄熱用熱媒体との熱交換を行い、前記夜運転モードにおいては、前記蓄熱用熱媒体流路の入口から前記蓄熱装置へと向かう前記蓄熱用熱媒体と、前記第１熱交換器から前記蓄熱用熱媒体流路の出口へと向かう前記蓄熱用熱媒体との熱交換を行うよう構成されていてもよい。
【００３６】
この場合には、昼運転モードと夜運転モードにおいて排気される蓄熱用熱媒体が蓄えている熱を、第２熱交換器を介して、前記太陽熱発電システムに供給される蓄熱用熱媒体に回収できるため、効率よく熱を利用でき、蓄熱のエネルギー効率を上昇させることが可能となる。
【００３７】
また、昼運転モードにおいて、高温の蓄熱用熱媒体を空気加熱用太陽熱集熱装置へ供給できるため、空気加熱用太陽熱集熱装置を小型化でき、設備コストの低減が可能となる。
【実施例】
【００３８】
（実施例１）
本願の太陽熱発電システム１０１に係る実施例につき、図１を用いて説明する。
本実施例の太陽熱発電システム１０１は、図１に示すごとく、集熱した太陽熱により水からなる発電用熱媒体を直接加熱して加熱蒸気を生成する水加熱用太陽熱集熱装置２２と、加熱蒸気により駆動する蒸気タービン３１と、蒸気タービン３１の動力により発電を行う発電機３２と、蒸気タービン３１から排出される蒸気を復水する復水器５１と、復水された水を貯留する水タンク５２と、水タンク５２から水を圧送する給水ポンプ５３とを有する。さらに、太陽熱発電システム１０１は、集熱した太陽熱により空気からなる蓄熱用熱媒体を直接加熱して加熱空気を生成する空気加熱用太陽熱集熱装置２３と、蓄熱用熱媒体との熱交換を行って蓄熱及び放熱を行う蓄熱装置４と、発電用熱媒体と蓄熱用熱媒体の熱交換を行う第１熱交換器６１と、外部からの空気を蓄熱用熱媒体として給気する給気装置７とを有する。そして、水加熱用太陽熱集熱装置２２から供給された加熱蒸気による蒸気タービン３１の運転と、空気加熱用太陽熱集熱装置２３から供給された加熱空気による蓄熱装置４の蓄熱と、を行う昼運転モードと、蓄熱用熱媒体が蓄熱装置４の放熱を受けて加熱されてなる加熱空気と発電用熱媒体との第１熱交換器６１における熱交換により生成された加熱蒸気により、蒸気タービン３１の運転を行う夜運転モードと、を切り替え可能に構成されている。蓄熱装置４は、化学反応により蓄熱及び放熱が可能な化学蓄熱材を内蔵している。また、化学蓄熱材の化学反応に伴って利用される反応物質を貯蔵する反応物質貯蔵器５４を備えており、反応物質を、反応物質貯蔵器５４から蓄熱装置４へ供給可能に構成されている。
以下、さらに詳説する。
【００３９】
本実施例のシステム１０１は、上記のごとく、太陽熱集熱装置として水加熱用太陽熱集熱装置２２と空気加熱用太陽熱集熱装置２３とを別々に備え、さらに、蓄熱装置４、反応物質貯蔵器５４、及び第１熱交換器６１を備えた構成のものである。そして、発電を行う系では、水加熱用太陽熱集熱装置２２と、第１熱交換器６１、蒸気タービン３１、復水器５１、水タンク５２、給水ポンプ５３をつなぐように、水からなる発電用熱媒体を流通させる配管８１が複数の開閉弁８１２、８２２を介在しながら配設されている。
【００４０】
また、蓄放熱を行う系では、空気加熱用太陽熱集熱装置２３、蓄熱装置４、第１熱交換器６１をつなぐように、空気からなる蓄熱用熱媒体を流通させる配管８３が多数の開閉弁８１６、８２６、８３６、８４６を介在しながら配設されている。なお、第１熱交換器６１は、発電及び蓄放熱を行う系に共通の装置である。
【００４１】
本実施例の蓄熱装置４は、化学蓄熱材としてＣａＯ／Ｃａ（ＯＨ）２、ＣａＯ／ＣａＣＯ３、ＭｇＯ／Ｍｇ（ＯＨ）２、ＭｇＯ／ＭｇＣＯ３等を内蔵する。ＣａＯとＣａ（ＯＨ）２、ＣａＯとＣａＣＯ３、ＭｇＯとＭｇ（ＯＨ）２、ＭｇＯとＭｇＣＯ３は、それぞれ可逆的に変化可能な特性を有している。具体例を示すと、ＣａＯとＣａ（ＯＨ）２は、蓄熱時には式１の脱水反応を起こし、放熱時には式２の水和反応を起こす。また、ＣａＯとＣａＣＯ３は、蓄熱時には式３の二酸化炭素を放出する反応を起こし、放熱時には式４のようにＣａＯと二酸化炭素とが反応し、ＣａＣＯ３となる反応を起こす。また、ＭｇＯとＭｇ（ＯＨ）２、ＭｇＯとＭｇＣＯ３も同様の反応を起こす。
式１：Ｃａ（ＯＨ）２＋熱  →  ＣａＯ＋水（水又は水蒸気）
式２：ＣａＯ＋水（水又は水蒸気）  →  Ｃａ（ＯＨ）２＋熱
式３：ＣａＣＯ３＋熱  →  ＣａＯ＋ＣＯ２（二酸化炭素）
式４：ＣａＯ＋ＣＯ２（二酸化炭素）  →  ＣａＣＯ３＋熱
【００４２】
そして、この蓄熱装置４は、化学蓄熱材との熱交換を行う蓄熱用熱媒体を内部において流通させる蓄熱用熱媒体流路４３と、化学蓄熱材が化学反応を行う際に反応物質を放出及び導入する反応物質流路４４とを備えており、反応物質流路４４は、反応物質貯蔵器５４につながっている。
【００４３】
本実施例の構成における発電用及び蓄熱用熱媒体の流路の詳細については、太陽熱発電システム１０１の昼運転モードと夜運転モードにわけて、以下に説明する。また、本実施例１及び以降の他の実施例において、図を用いてシステムの構成を示し、以下の説明文においては、わかりやすくするために、熱媒体の温度も記載するが、これは例示であって、実際には、各機器の能力の設定等によって変更されうることは言うまでもない。
【００４４】
太陽熱発電システム１０１における昼運転モードのうち、発電を行う系では、図１に示すごとく、まず、水タンク５２内の発電用熱媒体が給水ポンプ５３により圧送され矢印ＷＤの方向に沿って水加熱用太陽熱集熱装置２２に供給され、集熱した太陽熱により、３０℃の発電用熱媒体が加熱され、５００℃の加熱蒸気となる。５００℃となった加熱蒸気は蒸気タービン３１に供給され、蒸気タービン３１が駆動することでその動力により発電機３２が発電を行う。蒸気タービン３１から排出された加熱蒸気は、復水器５１により復水されて水タンク５２に戻され貯留される。
【００４５】
次に、昼運転モードにおける蓄放熱を行う系では、図１に示すごとく、空気である蓄熱用熱媒体を給気する給気装置７によって、蓄熱用熱媒体流路入口８４から矢印ＡＤの方向に沿って３０℃の蓄熱用熱媒体が空気加熱用太陽熱集熱装置２３に供給される。空気加熱用太陽熱集熱装置２３においては、集熱した太陽熱により、３０℃の蓄熱用熱媒体が加熱され、６００℃の加熱空気となる。６００℃まで加熱された空気は蓄熱装置４の蓄熱用熱媒体流路４３に送られ、前記で例示した式１及び式３などの化学反応によって蓄熱される。空気加熱用太陽熱集熱装置２３よって６００℃にまで加熱された蓄熱用熱媒体は、蓄熱用熱媒体流路４３を通過して２００℃分の蓄熱がなされて４００℃になり、その後、矢印ＡＤの方向に沿って流れ、蓄熱用熱媒体流路出口８５から外部に排出される。
【００４６】
次に、夜運転モードにおける発電を行う系では、水加熱用太陽熱集熱装置２２につながる配管８１の流路は開閉弁８１２の閉鎖によって止められる。一方、第１熱交換器６１につながる配管８１の開閉弁８２２は開放される。そして、水タンク５２の発電用熱媒体が給水ポンプ５３により圧送され、矢印ＷＮの方向に沿って第１熱交換器６１の発電用熱媒体流路６３Ｗに供給され、後述のように、蓄熱装置４の放熱によって加熱された蓄熱用熱媒体と熱交換を行う。第１熱交換器６１で５００℃まで加熱された発電用熱媒体は、加熱蒸気となって蒸気タービン３１へ供給され、蒸気タービン３１が駆動することでその動力により発電機３２が発電を行う。蒸気タービン３１から排出された加熱蒸気は、復水器５１により復水されて水タンク５２に戻され貯留される。
【００４７】
次に、夜運転モードにおける蓄放熱を行う系では、空気加熱用太陽熱集熱装置２３につながる配管８３の流路、及び蓄熱装置４から矢印ＡＤの方向に沿って蓄熱用熱媒体流路出口８５へとつながる配管８３の流路は、開閉弁８１６、８２６の閉鎖によって止められる。一方、蓄熱用熱媒体流路入口８４から矢印ＡＮの方向に沿って蓄熱装置４につながる配管８３の開閉弁８３６、蓄熱装置４から矢印ＡＮの方向に沿って第１熱交換器６１につながる配管８３の開閉弁８４６は開放される。
【００４８】
そして、給気装置７によって供給された３０℃の蓄熱用熱媒体は蓄熱用熱媒体流路入口８４から矢印ＡＮの方向に沿って蓄熱装置４の蓄熱用熱媒体流路４３へと送られ、化学蓄熱材との熱交換によって６００℃まで加熱される。６００℃まで加熱された蓄熱用熱媒体は、矢印ＡＮの方向に沿って第１熱交換器６１の蓄熱用熱媒体流路６３Ａに供給され、前述のように、第１熱交換器６１の発電用熱媒体流路６３Ｗに供給された３０℃の発電用熱媒体との間で熱交換される。熱交換によって４００℃まで温度が下がった蓄熱用熱媒体は、蓄熱用熱媒体流路出口８５へと向かう。
【００４９】
次に、本実施例における反応物質の流路について説明する。昼運転モードでは、蓄熱装置４から放出された反応物質は、図１に示すごとく、蓄熱装置４から矢印ａ１の方向に沿って反応物質貯蔵器５４へと送ることができる。一方、夜運転モードでは、蓄熱装置４で利用される反応物質は、反応物質貯蔵器５４から矢印ａ２の方向に沿って蓄熱装置４へと送られる。
【００５０】
以上のような昼運転モードと夜運転モードにおいて、発電用熱媒体及び蓄熱用熱媒体が通過した配管８１、８３における開閉弁は開となり、それ以外の開閉弁は閉となる。
【００５１】
本実施例における太陽熱発電システム１０１は、昼運転モードにおける蓄熱によって夜間や日照が不十分な昼間での熱源が確保されるため、昼夜間を通じて効率よく発電することが可能となる。
【００５２】
また、蓄放熱を行う系において、蓄熱装置４において熱の授受を行う熱媒体を空気からなる熱媒体としたことで、高温の熱媒体を使った蓄熱が容易となる。つまり、蓄熱装置４に内蔵される化学蓄熱材に蓄熱するには熱媒体を所定の温度以上にする必要があるところ、例えば熱媒体が水である場合、液体から気体への相変化に伴う潜熱分を余分に供給しないと高温にできないが、空気の場合は相変化を伴うことなく高温にできるため、熱媒体を高温にするために必要な熱量を減らすことができ、効率よく蓄熱できる。
【００５３】
また、蓄放熱を行う系において熱媒体として使用する空気は温度が下がっても凝固しないため、溶融塩を用いた場合のように、凝固を防ぐために加熱装置をさらに設置する等の対策が必要なく、効率よく蓄熱できる。
【００５４】
また、太陽熱発電は、広大かつ日照条件の良い立地で行うことが好ましいところ、このような地域には砂漠地域が多く、資源としての水が貴重となる。本実施例では、蓄放熱を行う系に用いる熱媒体が空気であるため、水の使用量を抑えることができる。
【００５５】
また、例えば水（蒸気）は高温になると系の配管内部等の圧力を上昇させるため、発電システムに使用される配管等を高圧仕様とする必要があるが、空気の場合は、高温でも水と比較し圧力の上昇幅は少ないため、配管等の設備の負荷を低減できる。
【００５６】
また、本実施例の太陽熱発電システム１０１は、発電を行う系として、水を発電用熱媒体としてＤＳＧ方式を採用し、蓄放熱を行う系として、空気を蓄熱用熱媒体として蓄熱装置４に蓄熱を行う。そして、蓄熱装置４の化学蓄熱材に利用される反応物質を供給可能にする反応物質貯蔵器５４を積極的に採用している。この構成を採用することで、化学蓄熱材に利用される反応物質を独立した経路として供給できるため、蓄熱装置４における化学蓄熱材と反応物質の選択可能な幅が広がることで、太陽熱発電システム１０１が設けられる立地や利用条件等に合わせた発電が可能となる。また、化学蓄熱材と反応物質の種類の違いによって蓄熱に必要な温度及び放熱される温度が異なるため、好適な温度に調整された熱媒体を利用した発電が可能となる。
【００５７】
また、所望の位置に反応物質貯蔵器５４を設置することで、反応物質の輸送経路の短縮化や簡素化ができ、反応物質の輸送に必要なエネルギーの低減を図ることができる。また、反応物質貯蔵器５４は蓄熱装置４に反応物質を供給可能としている他は、太陽熱発電システム１０１の経路と干渉しないため、制御が容易となる。さらに、蓄熱装置４に使用される反応物質は水に限定されないため、水の使用量の低減にもつながる。
【００５８】
（実施例２）
本実施例の太陽熱発電システム１０２は、実施例１の構成を基本として、蓄熱装置４に内蔵された化学蓄熱材の化学反応に伴って利用される反応物質が水であり、その反応物質として発電用熱媒体を利用するよう構成されている。すなわち、図２に示すごとく、本実施例の蓄熱装置４は、化学蓄熱材の化学反応時の反応物質である水を放出及び導入する反応物質流路４４が、発電用熱媒体の配管８１と連結される構成となっている。なお、説明の都合上、実施例１と同様の機能を有する構成要素については、実施例１と同じ符号を用いて説明する。以下、実施例３以降も同様とする。
【００５９】
本実施例における昼運転モードのうち、発電を行う系では、図２に示すごとく、まず、水タンク５２内の発電用熱媒体が給水ポンプ５３により圧送され矢印ＷＤの方向に沿って水加熱用太陽熱集熱装置２２に供給され、集熱した太陽熱により、３０℃の発電用熱媒体が加熱され、５００℃の加熱蒸気となる。５００℃となった加熱蒸気は蒸気タービン３１に供給され、蒸気タービン３１が駆動することでその動力により発電機３２が発電を行う。蒸気タービン３１から排出された加熱蒸気は、復水器５１により復水されて水タンク５２に戻され貯留される。ここまでは、実施例１と同様である。
【００６０】
次に、蓄熱装置４における化学蓄熱材の蓄熱に伴い、上記で例示した式１などの脱水反応を起こして発生した水は、蓄熱装置４から矢印ａ１の方向に沿って反応物質流路４４と配管８１を通って、復水器５１の上流側の発電用熱媒体に合流して発電用熱媒体の一部となる。
【００６１】
夜運転モードにおける発電を行う系では、図２に示すごとく、水加熱用太陽熱集熱装置２２につながる配管８１の流路、及び蓄熱装置４から復水器５１の上流側につながる配管８１の流路は開閉弁８１２、８３２の閉鎖によって止められる。一方、第１熱交換器６１につながる配管８１の開閉弁８２２、蓄熱装置４につながる配管８１の開閉弁８４２は開放される。
【００６２】
そして、水タンク５２内の発電用熱媒体が給水ポンプ５３により圧送され、２つに分岐した流路に向かう。２つに分岐した流路は、それぞれ矢印ＷＮ1に沿った夜本流と矢印ＷＮ２に沿った夜分流となる。矢印ＷＮ1に沿った夜本流の発電用熱媒体は、第１熱交換器６１の発電用熱媒体流路６３Ｗに供給され、蓄熱装置４の放熱によって加熱された蓄熱用熱媒体と熱交換を行う。第１熱交換器６１で５００℃まで加熱された発電用熱媒体は、加熱蒸気となって蒸気タービン３１へ供給され、蒸気タービン３１が駆動することでその動力により発電機３２が発電を行う。蒸気タービン３１から排出された加熱蒸気は、復水器５１により復水されて水タンク５２に戻され貯留される。
【００６３】
一方、矢印ＷＮ２に沿って蓄熱装置４へと向かった夜分流の発電用熱媒体は、反応物質流路４４を通って反応物質（水）として化学蓄熱材に供給される。蓄熱装置４においては、この反応物質（水）と化学蓄熱材とが上記で例示した式２などの水和反応を起こして、その反応によって生じた熱で蓄熱用熱媒体が加熱される。その他の構成は、実施例１と同様である。
【００６４】
本実施例の場合には、水からなる発電用熱媒体を、蓄熱装置４における化学蓄熱材の反応物質（水）にも流用している。この構成を採用することによって、前記太陽熱発電システム１０２における発電用熱媒体と化学蓄熱材の反応物質（水）を共有化でき、前記化学蓄熱材に利用される反応物質（水）の供給設備を新たに設ける必要がないため、エネルギー効率が向上し、かつ設備コストの低減につながる。その他、昼夜を通じて効率のよい発電ができる点、蓄熱のための熱媒体を高温にするために必要な熱量を減らすことができる点、熱媒体に溶融塩を用いた場合のように凝固を防ぐために加熱装置をさらに設置する等の対策が必要なく、効率よく蓄熱できる点、空気を蓄熱のための熱媒体としたことにより水の使用量を抑えることができる点、及び配管等の設備の負荷を低減できる点は、実施例１に示した作用効果と同様である。
【００６５】
（実施例３）
本実施例の太陽熱発電システム１０３は、実施例２の構成を基本として、空気加熱用太陽熱集熱装置及び蓄熱装置を増やした例である。すなわち、図３に示すごとく、第１の空気加熱用太陽熱集熱装置２１３の下流側に第１の蓄熱装置４１を設け、その下流側に第２の空気加熱用太陽熱集熱装置２２３を設け、さらに、その下流側に第２の蓄熱装置４２を設ける。
【００６６】
次に、昼運転モードにおける発電を行う系では、図３に示すごとく、蓄熱装置４１、４２における化学蓄熱材の蓄熱に伴い、上記で例示した式１などの脱水反応を起こして発生した水は、蓄熱装置４１、４２からそれぞれ矢印ａ１の方向に沿って反応物質流路４１４、４２４と配管８１を通って合流し、さらに復水器５１の上流側の発電用熱媒体に合流して発電用熱媒体の一部となる。
【００６７】
次に、昼運転モードにおける蓄放熱を行う系では、図３に示すごとく、空気である蓄熱用熱媒体を給気する給気装置７によって、蓄熱用熱媒体流路入口８４から矢印ＡＤの方向に沿って３０℃の蓄熱用熱媒体が第１の空気加熱用太陽熱集熱装置２１３に供給される。第１の空気加熱用太陽熱集熱装置２１３においては、集熱した太陽熱により、３０℃の蓄熱用熱媒体が加熱され、６００℃の加熱空気となる。６００℃まで加熱された空気は第１の蓄熱装置４１の蓄熱用熱媒体流路４１３に送られ、化学蓄熱材に蓄熱される。第１の空気加熱用太陽熱集熱装置２１３よって６００℃にまで加熱された蓄熱用熱媒体は、第１の蓄熱装置４の蓄熱用熱媒体流路４１３を通過して２００℃分の蓄熱がなされて４００℃になり、その後、矢印ＡＤの方向に沿って第２の集熱装置２２３に供給される。
【００６８】
第２の空気加熱用太陽熱集熱装置２２３においては、集熱した太陽熱により、４００℃の蓄熱用熱媒体が加熱され、６００℃の加熱空気となる。６００℃にまで加熱された蓄熱用熱媒体は矢印ＡＤの方向に沿って第２の蓄熱装置４２の蓄熱用熱媒体流路４２３に供給される。第２の空気加熱用太陽熱集熱装置２２３によって６００℃まで加熱された蓄熱用熱媒体は、第２の蓄熱装置４２の蓄熱用熱媒体流路４２３を通過して２００℃分の蓄熱がなされて４００℃となり、その後、矢印ＡＤの方向に沿って蓄熱用熱媒体流路出口８５へと向かう。
【００６９】
次に、夜運転モードにおける発電を行う系では、図３に示すごとく、水加熱用太陽熱集熱装置２２につながる配管８１の流路、第１及び第２の蓄熱装置４１、４２から復水器５１の上流側につながる配管８１の流路は開閉弁８１２、８３２の閉鎖によって止められる。一方、第１熱交換器６１につながる配管８１の開閉弁８２２、給水ポンプ５３から矢印ＷＮ２の方向に沿って蓄熱装置４１、４２につながる配管８１の開閉弁８４２は開放される。
【００７０】
そして、水タンク５２内の発電用熱媒体が給水ポンプ５３により圧送され、２つに分岐した流路に向かう。２つに分岐した流路は、それぞれ矢印ＷＮ1に沿った夜本流と矢印ＷＮ２に沿った夜分流となる。矢印ＷＮ１に沿った夜本流の発電用熱媒体は、第１熱交換器６１の発電用熱媒体流路６３Ｗに供給され、後述のように、蓄熱装置４１、４２の放熱によって加熱された蓄熱用熱媒体と熱交換を行う。第１熱交換器６１で５００℃まで加熱された発電用熱媒体は、加熱蒸気となって蒸気タービン３１へ供給され、蒸気タービン３１が駆動することでその動力により発電機３２が発電を行う。蒸気タービン３１から排出された加熱蒸気は、復水器５１により復水されて水タンク５２に戻され貯留される。
【００７１】
一方、矢印ＷＮ２に沿ってそれぞれの蓄熱装置４１、４２へと向かった夜分流の発電用熱媒体は、それぞれの反応物質流路４１４、４２４を通って反応物質（水）として化学蓄熱材に供給される。蓄熱装置４１、４２においては、この反応物質（水）と化学蓄熱材とが、上記で例示した式２などの水和反応を起こして生じた熱で蓄熱用熱媒体が加熱される。
【００７２】
次に、夜運転モードにおける蓄放熱を行う系では、図３に示すごとく、第１及び第２の空気加熱用太陽熱集熱装置２１３、２２３につながる配管８３の流路、第２の蓄熱装置４２から矢印ＡＤの方向に沿って蓄熱用熱媒体流路出口８５へとつながる配管８３の流路は、開閉弁８１６、８５６、８２６の閉鎖によって止められる。一方、蓄熱用熱媒体流路入口８４から矢印ＡＮ１の方向に沿って第１及び第２の蓄熱装置４１、４２につながる配管８３の開閉弁８３６、８６６、第１及び第２の蓄熱装置４１、４２から矢印ＡＮ１の方向に沿って第１熱交換器６１につながる配管８３の開閉弁８７６、８４６は開放される。
【００７３】
そして、給気装置７によって蓄熱用熱媒体流路入口８４から供給された３０℃の蓄熱用熱媒体の流路は分岐して、矢印ＡＮ１の方向に沿ってそれぞれ第１及び第２の蓄熱装置４１、４２の蓄熱用熱媒体流路４１３、４２３へ供給され、化学蓄熱材の放熱によって６００℃まで加熱される。その後、加熱された蓄熱用熱媒体は、それぞれ矢印ＡＮ１の方向に流れて合流し、第１熱交換器６１に供給される。前述のように、第１熱交換器６１において、６００℃まで加熱された蓄熱用熱媒体と３０℃の発電用熱媒体との間で熱交換され、熱交換によって４００℃まで温度が下がった蓄熱用熱媒体は、蓄熱用熱媒体流路出口８５へと向かう。その他は実施例２と同様である。
【００７４】
本実施例を採用することで、実施例２に示した作用効果に加え、個々の蓄熱装置の能力が高くなくても複数あることで蓄熱量を増やすことが可能となり、また、蓄熱装置の小型化及び低能力化を図ることができ、大型の蓄熱装置を備える場合よりも設備コストを低減させることができる。また、複数の蓄熱装置を活用することで夜の発電量のバランスを最適化することが可能となり、タービン規模に合わせた蒸気供給が可能となるため、エネルギー効率を向上させることができる。
【００７５】
また、個々の空気加熱用太陽熱集熱装置の能力が高くなくても、蓄熱装置が１回の熱交換によって蓄熱する熱量分だけ集熱すればよいため、空気加熱用太陽熱集熱装置を小型化及び低能力化することができ、大型の太陽熱集熱装置を備える場合よりも、設備コストの低減を図ることができるとともに、蓄熱におけるエネルギー効率を向上させることができる。
【００７６】
（実施例４）
本実施例の太陽熱発電システム１０４は、実施例２の構成を基本として、さらに、昼運転モードにおいて、蓄熱装置と空気加熱用太陽熱集熱装置を順次通過した後、再び蓄熱装置と空気加熱用太陽熱集熱装置とを順次通過する繰り返し循環流動を可能としたものである。すなわち、図４に示すごとく、蓄熱装置４と第２の空気加熱用太陽熱集熱装置２２３とが循環路８３（ｂ）により連結されている。
【００７７】
昼運転モードにおける蓄放熱を行う系では、図４に示すごとく、空気である蓄熱用熱媒体を給気する給気装置７によって、蓄熱用熱媒体流路入口８４から矢印ＡＤの方向に沿って３０℃の蓄熱用熱媒体が第１の空気加熱用太陽熱集熱装置２１３に供給される。第１の空気加熱用太陽熱集熱装置２１３においては、集熱した太陽熱により、３０℃の蓄熱用熱媒体が加熱され、６００℃の加熱空気となる。６００℃まで加熱された空気は、後述する第２の空気加熱用太陽熱集熱装置２２３から送られた６００℃まで加熱された蓄熱用熱媒体と合流し蓄熱装置４の蓄熱用熱媒体流路４３に送られ、化学蓄熱材が脱水反応を起こして蓄熱される。第１及び第２の空気加熱用太陽熱集熱装置２１３、２１４よって６００℃にまで加熱された蓄熱用熱媒体は、蓄熱用熱媒体流路４３を通過して２００℃分の蓄熱がなされて４００℃となる。
【００７８】
次に、蓄熱用熱媒体流路４３を通過して４００℃となった蓄熱用熱媒体の流路は、矢印ＡＤ１の方向に沿って流れる第１分流と、矢印ＡＤ２の方向に沿って流れる第２分流とに分岐し、第１分流の蓄熱用熱媒体は蓄熱用熱媒体流路出口８５へと向かい、外部へ排出される。第２分流の蓄熱用熱媒体は、次に第２の空気加熱用太陽熱集熱装置２２３に送られる。第２の空気加熱用太陽熱集熱装置２２３においては、集熱した太陽熱により４００℃の蓄熱用熱媒体が加熱され６００℃の加熱空気となる。６００℃まで加熱された蓄熱用熱媒体は、前述のように第１の空気加熱用太陽熱集熱装置２１３から送られる蓄熱用熱媒体と合流し、蓄熱装置４の蓄熱用熱媒体流路４３に供給され、２００℃分の蓄熱がなされて４００℃となる。そして蓄熱用熱媒体流路４３を通過した蓄熱用熱媒体の流路が第１分流と第２分流に分岐して、それぞれ蓄熱用熱媒体流路出口８５及び第２の空気加熱用太陽熱集熱装置２２３に送られ、というように、蓄熱用熱媒体の一部が循環路８３（ｂ）を通って蓄熱装置４と第２の空気加熱用太陽熱集熱装置２２３とを順次通過する繰り返し循環を続け、蓄熱装置４に集熱される。
【００７９】
次に、夜運転モードにおける蓄放熱を行う系では、第１及び第２の空気加熱用太陽熱集熱装置２１３、２２３につながる配管８３の流路、及び蓄熱装置４から矢印ＡＤ１の方向に沿って蓄熱用熱媒体流路出口８５へとつながる配管８３の流路は、開閉弁８１６、８８６、８２６の閉鎖によって止められる。一方、蓄熱用熱媒体流路入口８４から矢印ＡＮの方向に沿って蓄熱装置４につながる配管８３の開閉弁８３６、蓄熱装置４から矢印ＡＮの方向に沿って第１熱交換器６１につながる配管８３の開閉弁８４６は開放される。
【００８０】
そして、給気装置７によって蓄熱用熱媒体流路入口８４から供給された３０℃の蓄熱用熱媒体は矢印ＡＮの方向に沿って蓄熱装置４の蓄熱用熱媒体流路４３へと送られ、化学蓄熱材との熱交換によって６００℃まで加熱される。６００℃まで加熱された蓄熱用熱媒体は、矢印ＡＮの方向に沿って第１熱交換器６１の蓄熱用熱媒体流路６３Ａに供給され、第１熱交換器６１の発電用熱媒体流路６３Ｗに供給された３０℃の発電用熱媒体との間で熱交換される。熱交換によって４００℃まで温度が下がった蓄熱用熱媒体は、蓄熱用熱媒体流路出口８５へと向かう。
【００８１】
以上のように、本実施例の場合には、昼運転モードにおいて、蓄熱装置４と第２の空気加熱用太陽熱集熱装置２２３とを順次通過した後、再び蓄熱装置４及び第２の空気加熱用太陽熱集熱装置２２３を順次通過する繰り返し循環流動を可能としている。これにより、夜の発電量のバランスを最適化することが可能となり、タービン規模に合わせた蒸気供給が可能となるため、エネルギー効率を向上させることができる。
【００８２】
また、蓄熱装置４を通過した後の、残存した熱を蓄えた蓄熱用熱媒体を外部に放出することなく、再び第２の空気加熱用太陽熱集熱装置で加熱し、その加熱された蓄熱用熱媒体によって蓄熱装置４に蓄熱することを繰り返し行えるため、蓄熱装置４通過後の蓄熱用熱媒体に残存する熱を有効活用でき、蓄熱におけるエネルギー効率を向上させることができる。
【００８３】
また、第２の空気加熱用太陽熱集熱装置２２３は、蓄熱装置４通過後の高温の蓄熱用熱媒体に対して集熱すればよいため、第２の空気加熱用太陽熱集熱装置２２３を小型化及び低能力化することができ、設備コストの低減を図ることができる。その他、実施例２と同様の作用効果を有する。
【００８４】
（実施例５）
本実施例の太陽熱発電システム１０５は、実施例２の構成を基本として、図５に示すごとく、昼運転モードにおいて発電用熱媒体の一部を備蓄するアキュームレータ９を備えた例である。夜運転モードにおいて、蓄熱装置４は、アキュームレータ９から導出される発電用熱媒体を反応物質（水）として用いて放熱するよう構成されている。
【００８５】
昼運転モードにおける発電を行う系では、図５に示すごとく、まず、水タンク５２内の発電用熱媒体が給水ポンプ５３により圧送され矢印ＷＤの方向に沿って水加熱用太陽熱集熱装置２２に供給され、集熱した太陽熱により、３０℃の発電用熱媒体が加熱され、５００℃の加熱蒸気となる。次に、水加熱用太陽熱集熱装置２２によって５００℃となった加熱蒸気は配管８１を進み、流路が２つに分岐して、それぞれ矢印ＷＤ1に沿った昼本流と矢印ＷＤ２に沿った昼分流となる。矢印ＷＤ1に沿った昼本流の発電用熱媒体は蒸気タービン３１に供給され、蒸気タービン３１が駆動することでその動力により発電機３２が発電を行う。蒸気タービン３１から排出された加熱蒸気は、復水器５１により復水されて水タンク５２に戻され貯留される。一方、矢印ＷＤ２に沿った昼分流の発電用熱媒体はアキュームレータ９に送られ、発電用熱媒体の一部を備蓄する。
【００８６】
次に、蓄熱装置４の化学蓄熱材が蓄熱に伴い、脱水反応を起こして発生した水は、実施例２と同様、蓄熱装置４から矢印ａ１の方向に沿って反応物質流路４４と配管８１を通って、復水器５１の上流側の発電用熱媒体に合流して発電用熱媒体の一部となる。
【００８７】
次に、夜運転モードにおける発電を行う系では、図５に示すごとく、水加熱用太陽熱集熱装置２２につながる配管８１の流路、蓄熱装置４から復水器５１の上流側につながる配管８１の流路、及び水加熱用太陽熱集熱装置２２から矢印ＷＤ２の方向に沿ってアキュームレータ９につながる配管８１の流路は、開閉弁８１２、８３２、８５２の閉鎖によって止められる。一方、第１熱交換器６１につながる配管８１の開閉弁８２２、及びアキュームレータ９から矢印Ｂの方向に沿って蓄熱装置４につながる配管８１の開閉弁８６２は開放される。
【００８８】
そして、水タンク５２内の３０℃の発電用熱媒体が給水ポンプ５３により圧送され、矢印ＷＮの方向に沿って第１熱交換器６１の発電用熱媒体流路６３Ｗに供給され、蓄熱装置４の放熱によって加熱された蓄熱用熱媒体と熱交換を行う。第１熱交換器６１で５００℃まで加熱された発電用熱媒体は、加熱蒸気となって蒸気タービン３１へ供給され、蒸気タービン３１が駆動することでその動力により発電機３２が発電を行う。蒸気タービン３１から排出された加熱蒸気は、復水器５１により復水されて水タンク５２に戻され貯留される。
【００８９】
また、アキュームレータ９から矢印Ｂの方向に沿って反応物質流路４４を通って蓄熱装置４へと発電用熱媒体が供給され、蓄熱装置４に内蔵される化学蓄熱材の放熱に必要な反応物質（水）として利用される。なお、本実施例においては、図５に示すごとく、水タンク５２内の発電用熱媒体が給水ポンプ５３により圧送され、配管８１を通って蓄熱装置４へと向かう流路はない。その他は実施例２と同様である。
【００９０】
本実施例を採用することで、高温かつ高圧の蒸気を反応物質（水）とするため、蓄熱装置４からの放熱温度が上昇し、それに伴って蓄熱用熱媒体をより高温にすることができる。より高温となった蓄熱用熱媒体と発電用熱媒体との間で第１熱交換器６１を介して熱交換されるため、高温の蒸気が得られ、タービン効率の向上が可能となる。また、高温かつ高圧の蒸気を蓄熱装置４に利用される反応物質（水）として供給量を安定させて供給できるため、夜運転モードにおいて、安定して高い発電出力を得ることができる。
【００９１】
その他、昼夜を通じて効率のよい発電ができる点、蓄熱のための熱媒体を高温にするために必要な熱量を減らすことができる点、熱媒体に溶融塩を用いた場合のように凝固を防ぐために加熱装置をさらに設置する等の対策が必要なく、効率よく蓄熱できる点、空気を蓄熱のための熱媒体としたことにより水の使用量を抑えることができる点、及び配管等の設備の負荷を低減できる点は、実施例２に示した作用効果と同様である。
【００９２】
（実施例６）
本実施例の太陽熱発電システム１０６は、実施例２の構成を基本として、図６に示すごとく、蓄熱用熱媒体流路入口８４付近の流路と、蓄熱用熱媒体流路出口８５付近の流路を流れる蓄熱用熱媒体間の熱交換を行う第２熱交換器６２をさらに備えている。
【００９３】
昼運転モードにおける蓄放熱を行う系では、図６に示すごとく、まず、空気である蓄熱用熱媒体を給気する給気装置７によって、蓄熱用熱媒体流路入口８４より外部から取り込んだ３０℃の空気からなる蓄熱用熱媒体は、第２熱交換器６２の給気側蓄熱用熱媒体流路６１３Ａを通過することで、後述する蓄熱装置４から第２熱交換器６２の排気側蓄熱用熱媒体流路６２３Ａに供給される４００℃の蓄熱用熱媒体と熱交換を行い、４００℃となって矢印ＡＤの方向に沿って空気加熱用太陽熱集熱装置２３へと供給される。空気加熱用太陽熱集熱装置２３によって加熱された蓄熱用熱媒体は６００℃となって蓄熱装置４に供給される。蓄熱装置４を通過して２００℃分の蓄熱がなされて４００℃となった蓄熱用熱媒体は、矢印ＡＤの方向に沿って向かい、第２熱交換器６２の排気側蓄熱用熱媒体流路６２３Ａに供給され、前述のとおり、外部から取り込んだ空気からなる蓄熱用熱媒体と熱交換を行う。その後、排気側蓄熱用熱媒体流路６２３Ａを通過した蓄熱用熱媒体は蓄熱用熱媒体流路出口８５から外部に排出される。
【００９４】
次に、夜運転モードにおける蓄放熱を行う系では、図６に示すごとく、蓄熱用熱媒体流路入口８４より外部から取り込んだ３０℃の空気からなる蓄熱用熱媒体は、第２熱交換器６２の給気側蓄熱用熱媒体流路６１３Ａを通過することで、後述のように、第１熱交換器６１から第２熱交換器６２に供給される４００℃の蓄熱用熱媒体と熱交換を行い、４００℃となって矢印ＡＮの方向に沿って蓄熱装置４へと供給される。蓄熱装置４の放熱によって加熱された蓄熱用熱媒体は６００℃となって矢印ＡＮの方向に沿って第１熱交換器６１に供給される。第１熱交換器６１において３０℃の発電用熱媒体と熱交換を行い４００℃となった蓄熱用熱媒体は、第２熱交換器６２の排気側蓄熱用熱媒体流路６２３Ａに供給され、前述のとおり、第２熱交換器６２において外部から取り込んだ空気からなる蓄熱用熱媒体と熱交換を行う。その後、排気側蓄熱用熱媒体流路６２３Ａを通過した蓄熱用熱媒体は蓄熱用熱媒体流路出口８５から外部に排出される。その他は実施例２と同様である。
【００９５】
本実施例を採用することで、実施例２に示した作用効果に加え、昼運転モードと夜運転モードにおいて排気される蓄熱用熱媒体が蓄えている熱を、第２熱交換器６２を介して、昼運転モードにおける空気加熱用太陽熱集熱装置２３に供給される蓄熱用熱媒体と、夜運転モードにおける蓄熱装置４に供給される蓄熱用熱媒体とに回収できるため、効率よく熱を利用でき、蓄熱のエネルギー効率を上昇させることが可能となる。
【００９６】
また、昼運転モードにおいて、高温の蓄熱用熱媒体を空気加熱用太陽熱集熱装置２３へ供給できるため、空気加熱用太陽熱集熱装置２３を小型化でき、設備コストの低減が可能となる。
【００９７】
以上のごとく、本実施例によれば、ＤＳＧ方式を採用し、水の使用量を抑え、さらに昼夜間を通じて効率良く発電が可能な太陽熱発電システムを提供することができる。
【符号の説明】
【００９８】
１０１〜１０６  太陽熱発電システム（実施例１〜６）
２２  水加熱用太陽熱集熱装置
２３  空気加熱用太陽熱集熱装置
２１３  第１の空気加熱用太陽熱集熱装置
２２３  第２の空気加熱用太陽熱集熱装置
３１  蒸気タービン
３２  発電機
４  蓄熱装置
４１  第１の蓄熱装置
４２  第２の蓄熱装置
４３  蓄熱用熱媒体流路（蓄熱装置）
４１３  蓄熱用熱媒体流路（第１の蓄熱装置）
４２３  蓄熱用熱媒体流路（第２の蓄熱装置）
４４  反応物質流路（蓄熱装置）
４１４  反応物質流路（第１の蓄熱装置）
４２４  反応物質流路（第２の蓄熱装置）
５１  復水器
５２  水タンク
５３  給水ポンプ
５４  反応物質貯蔵器
６１  第１熱交換器
６３Ｗ  発電用熱媒体流路（第１熱交換器）
６３Ａ  蓄熱用熱媒体流路（第１熱交換器）
６２  第２熱交換器
６１３Ａ  給気側蓄熱用熱媒体流路（第２熱交換器）
６２３Ａ  排気側蓄熱用熱媒体流路（第２熱交換器）
７  給気装置
８１  配管（発電用熱媒体）
８１２〜８６２  開閉弁
８３  配管（蓄熱用熱媒体）
８３（ｂ）  循環路
８４  蓄熱用熱媒体流路入口
８５  蓄熱用熱媒体流路出口
８１６〜８８６  開閉弁
９  アキュームレータ
【図１】
2020090944.tif 000003
【図２】
2020090944.tif 000004
【図３】
2020090944.tif 000005
【図４】
2020090944.tif 000006
【図５】
2020090944.tif 000007
【図６】
2020090944.tif 000008