(57)【要約】【課題】本発明は、発電するために消費されるエネルギーを抑制することができる発電装置を提供することを目的とするものである。【解決手段】加熱される熱媒体が収納された蓄熱部１０と、この蓄熱部１０に隣接して設けられ、蓄熱部１０からの熱で循環する水を蒸気に変えるボイラー４と、このボイラー４から発生する蒸気で駆動されるタービン５と、このタービン５に直結された主発電機６とを備える。【選択図】図２
2014145321.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱される熱媒体が収納された蓄熱部と、
該蓄熱部に隣接して設けられ、同蓄熱部からの熱で循環する水を蒸気に変えるボイラーと、
該ボイラーから発生する蒸気で駆動されるタービンと、
該タービンに直結された発電機とを備える
発電装置。
【請求項２】
前記熱媒体は、溶融塩である
請求項１に記載の発電装置。
【請求項３】
太陽光および風力のうち少なくとも１つの自然エネルギーを利用して前記熱媒体を加熱する熱媒体加熱部を備える
請求項１または請求項２に記載の発電装置。
【請求項４】
前記熱媒体加熱部は、前記自然エネルギーを利用して発電された電力、および前記発電機により発電された電力のうち少なくとも１つの電力より生起された電磁波を利用して加熱する
請求項３に記載に発電装置。
【請求項５】
前記ボイラーに供給される水を、太陽光および風力のうち少なくとも１つの自然エネルギーを利用して加熱する給水加熱部を備える
請求項１、請求項２または請求項３に記載の発電装置。
【請求項６】
前記給水加熱部は、前記自然エネルギーを利用して発電された電力、および前記発電機により発電された電力のうち少なくとも１つの電力より生起された電磁波を利用して加熱する
請求項５に記載の発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電装置に関する。詳しくは、例えば、石油、あるいは石炭の化石燃料を主原料とする発電装置に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の発電装置として、例えば特許文献１に記載されたものがある。具体的には、ガス、重油、石炭などを燃料とするバーナーを使って循環する水を蒸気に変えるボイラー設備と、このボイラー設備から発生される蒸気により駆動されるタービン設備と、このタービン設備に直結された発電機設備と、蒸気を再度水に戻す復水設備とから構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−３４１７９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前記特許文献１に記載された火力発電装置では、ガス、重油、石炭などの発電に必要なエネルギーが継続して消費されることになる。従って、発電に必要なエネルギーの消費量が増大する。
【０００５】
本発明は、以上の点に鑑みて創案されたものであって、発電するために消費されるエネルギーを抑制することができる発電装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するために、本発明に係る発電装置は、加熱される熱媒体が収納された蓄熱部と、該蓄熱部に隣接して設けられ、同蓄熱部からの熱で循環する水を蒸気に変えるボイラーと、該ボイラーから発生する蒸気で駆動されるタービンと、該タービンに直結された発電機とを備える。
【０００７】
ここで、加熱される熱媒体が収納された蓄熱部と、蓄熱部に隣接して設けられ、蓄熱部からの熱で循環する水を蒸気に変えるボイラーによって、熱媒体が設定温度に加熱された後、熱媒体に蓄熱された熱でボイラーに循環する水を蒸気に変換することが可能となる。
【０００８】
また、本発明の発電装置において、熱媒体が、溶融塩である場合には、長時間の高温蓄熱が可能となる。
【０００９】
また、本発明の発電装置において、太陽光および風力のうち少なくとも１つの自然エネルギーを利用して熱媒体を加熱する熱媒体加熱部を備える場合には、太陽光では日照の間、風力では一定以上の風量がある間において、熱媒体を加熱することが可能となる。これにより、高温蓄熱を持続することが可能となる。
【００１０】
また、本発明の発電装置において、ボイラーに供給される水を、太陽光および風力のうち少なくとも１つの自然エネルギーを利用して加熱する給水加熱部を備える場合には、太陽光では日照の間、風力では一定以上の風量がある間において、ボイラーに供給される水を加熱することでエコノマイザーとして効率の良い熱エネルギーでの蒸気への変換が可能となる。
【００１１】
また、本発明の発電装置において、熱媒体加熱部、あるいは給水加熱部が、自然エネルギーを利用して発電された電力、および発電機により発電された電力のうち少なくとも１つの電力より生起された電磁波を利用して加熱する場合には、熱媒体（溶融塩）、あるいはボイラーに供給される水を短時間で加熱することが可能であり、加熱制御も容易である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の発電装置によれば、発電するために消費されるエネルギーを抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明を適用した発電装置を使用した火力発電所設備の一例の概要を説明するための模式図である。
【図２】本発明を適用した発電装置の一例を説明するための側面模式図である。
【図３】本発明を適用した発電装置の一例を説明するための平面模式図である。
【図４】本発明を適用した発電装置における発電形態の一例を説明するための模式図である。
【図５】本発明を適用した発電装置における１日の工程の一例を説明する模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を図面を参酌しながら詳述する。
【００１５】
図１は本発明を適用した発電装置を使用した火力発電所設備の一例の概要を説明するための模式図、図２は本発明を適用した発電装置の一例を説明するための側面模式図、図３は本発明を適用した発電装置の一例を説明するための平面模式図である。
【００１６】
ここで示す火力発電所設備１は、例えば、重油を燃料とする場合には、重油タンカーＡから重油を回収して貯留するための重油タンクＢが海岸に設置されている。この重油タンクＢからポンプＣで発電装置２に重油が搬送される。
【００１７】
また、発電装置２で発電された電力は、変圧器Ｄで高電圧に変換されて屋外開閉所Ｅから送電線Ｆよって市街地へと送電される。
【００１８】
更に、発電装置２から排出される排ガスは、排煙脱硝装置Ｇ、電気集塵装置Ｈおよび排煙脱硫装置Ｉで有害物質が取り除かれた状態で集合煙突Ｊから大気に放出される。
【００１９】
また、発電装置２は、重油を燃料とする火炉３と、ボイラー４と、タービン５と、このタービン５に直結された主発電機６と、タービン５とボイラー４間に水を循環させる復水器１９から構成されている。
【００２０】
ここで、図２および図３に示すように、火炉３は、蓄熱部１０と、この蓄熱部１０の下部に設けられたバーナー１１とから構成されている。この蓄熱部１０は、断面が六角形状の筒体７の内側に所定間隔を設けて加熱壁面８が形成され、この筒体７の内側面と加熱壁面８との間に、熱媒体である溶融塩９が収納された構成とされている。
【００２１】
更に、バーナー１１からの火炎によって蓄熱部１０の底面１８および加熱壁面８が加熱可能な構成とされている。
【００２２】
また、蓄熱部１０には溶融塩供給用タンク１２が連通状に設けられ、この溶融塩供給用タンク１２で蓄熱部１０が溶融塩９で満たされた構成とされている。
この溶融塩９はイオン結合なので、蓄熱性が高く、かつ高温（約３０００℃）でも分子が熱分解することがなく性能を維持することが可能な硝酸塩、あるいはフッ素、リチウム、ベリリウムの混合体とされる。
【００２３】
また、蓄熱部１０の上部には、ボイラー４が配置されている。このボイラー４に、水供給用タンク１３、タービン５、復水器１９が連環状に連結されている。
【００２４】
更に、タービン５には、主発電機６が直結され、タービン５の駆動回転により主発電機６の回転子（図示せず。）が回転することで発電が行われる構成とされている。
【００２５】
ここで、図４に示すように、蓄熱部１０の筒体７の各面に複数の補助ボイラー（１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃ、１６Ｄ、１６Ｅ、１６Ｆ）および補助タービン（１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃ、１７Ｄ、１７Ｅ、１７Ｆ）が配置されている。更に、補助タービン（１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃ、１７Ｄ、１７Ｅ、１７Ｆ）に補助発電機（１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃ、１５Ｄ、１５Ｅ、１５Ｆ）が直結されている。
【００２６】
また、補助タービン（１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃ、１７Ｄ、１７Ｅ、１７Ｆ）は、水供給用タンク１３、低温加熱器２０および復水器１９と連環状に連結されている。
【００２７】
更に、低温加熱器２０内には、第２流体ボイラー２１が配置され、この第２流体ボイラー２１に第２流体タービン２２、第２流体タンク２３および第２流体復水器２４が連環状に連結されている。
【００２８】
また、第２流体タービン２２にＩＨ用発電機２５が直結され、このＩＨ用発電機２５で発電される電気エネルギーにより作動する給水加熱部２６が給水パイプ２７に配置されている。
この給水加熱部２６は、ＩＨ用発電機２５で発電される電気エネルギーで電磁波を生起させて加熱するＩＨヒーティングから構成されている。
更に、水供給用タンク１３には、太陽光がレンズで集光されて発熱を行うソーラーヒーティング２８が配置されている。
【００２９】
また、蓄熱部１０の溶融塩供給用タンク１２には、電気エネルギーで電磁波を生起させて加熱するＩＨヒーティングから構成される熱媒体加熱部１４が配置されている。この熱媒体加熱部１４は、蓄熱部１０の熱エネルギーを利用して起動する補助タービン１７Ｆおよび補助発電機１５Ｆで発電された電気エネルギーによって作動する構成とされている。
なお、熱媒体加熱部１４を作動する電気ネルギーとして、例えば、太陽光発電装置、あるいは風力発電装置のように自然エネルギーを利用した発電装置（図示せず。）で発生させた電気エネルギーが挙げられる。
【００３０】
更に、蓄熱部１０の溶融塩供給用タンク１２には、太陽光がレンズで集光されて発熱を行うソーラーヒーティング２８が配置されている。
【００３１】
また、前記図３に示すように、蓄熱部１０の筒体７には複数の電気エネルギーで電磁波を生起させて加熱するＩＨヒーティングから構成される熱媒体加熱部１４（図２において溶融塩供給用タンク１２の設置個所に設けられる熱媒体加熱部１４は省略する。）が配置されている。
この熱媒体加熱部１４は、図４に示すように、補助発電機（１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃ、１５Ｄ、１５Ｅ、１５Ｆ）によって発電された電気エネルギーの一部によって作動する構成とされている。
【００３２】
以上の構成よりなる本発明の発電装置では、前記図２に示すように、バーナー１１からの火炎によって蓄熱部１０の底面１８および加熱壁面８が加熱されながら蓄熱部１０の上部に高温状態の熱風が吹き出すことになる。
【００３３】
ここで、蓄熱部１０の軸心の上方に配置されたボイラー４が熱せられることで水が高圧の蒸気に変換されてタービン５を駆動回転させ、このタービン５と直結された主発電機６によって主発電を行う。
【００３４】
また、前記図４で詳述したように、蓄熱部１０内の溶融塩は４００℃以上の高温で蓄熱されることで蓄熱部１０の筒体７の各面に配置される補助ボイラー（１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃ、１６Ｄ、１６Ｅ、１６Ｆ）に供給される水が高圧の蒸気に変換される。
【００３５】
この蒸気で補助タービン（１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃ、１７Ｄ、１７Ｅ、１７Ｆ）を駆動回転させ、これらの補助タービン（１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃ、１７Ｄ、１７Ｅ、１７Ｆ）に直結される補助発電機（１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃ、１５Ｄ、１５Ｅ、１５Ｆ）によって補助発電を行う。
【００３６】
また、第２流体タンク２３内に収納される第２流体を、例えば沸点が１００℃以下であるアンモニア水とする。これによりタービン５、あるいは補助タービン（１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃ、１７Ｄ、１７Ｅ、１７Ｆ）で使用した蒸気が回収される低温加熱器２０内で配置された第２流体ボイラー２１にてアンモニア水を高圧の蒸気に変換することが可能となる。
【００３７】
このアンモニア水による蒸気で第２流体タービン２２を駆動回転させ、ＩＨ用発電機２５によって発電を行う。この発電による電気エネルギーで電磁波を生起させて加熱するＩＨヒーティングから構成される給水加熱部２６によりタービン５、あるいは補助タービン（１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃ、１７Ｄ、１７Ｅ、１７Ｆ）に供給される水の加熱を行う。
【００３８】
このようにして、ボイラー４および補助ボイラー（１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃ、１６Ｄ、１６Ｅ、１６Ｆ）に供給される水を加熱することで蒸気に変換するための熱量を抑えることが可能となる。
【００３９】
また、水供給用タンク１３内の水は、太陽光が照射する間にレンズで集光することで発熱するソーラーヒーティング２８で加熱される。
【００４０】
これにより、水供給用タンク１３内の水は、昼間の間はソーラーヒーティング２８および熱媒体加熱部１４で加熱され、夜間の間は熱媒体加熱部１４のみで加熱されることで継続して水の加熱を行うことが可能となる。
【００４１】
また、蓄熱部１０の熱エネルギーを利用して補助タービン１７Ｆおよび補助発電機１５Ｆによる電気エネルギーで電磁波を生起させて加熱するＩＨヒーティングから構成される熱媒体加熱部１４とソーラーヒーティング２８とで蓄熱部１０の溶融塩供給用タンク１２が加熱される。
【００４２】
更に、前記図３に示すように、補助発電機（図示せず。）で発電された電気エネルギーの一部により電磁波を生起させて加熱するＩＨヒーティングから構成される複数の熱媒体加熱部１４で蓄熱部１０の筒体７が加熱される。
【００４３】
このようにして、蓄熱部１０および溶融塩供給用タンク１２を加熱することで熱媒体である溶融塩を４００℃以上で維持することが可能となる。
【００４４】
次に、図５は本発明を適用した発電装置における１日の工程を説明する模式図である。
ここで、例えば、開始から４時間までは総出力によるバーナーから火炎で蓄熱部の底面および加熱壁面を加熱する。この間に熱媒体である溶融塩が４００℃以上に熱せられた状態で蓄熱される。
【００４５】
これにより、蓄熱部の上方に配置されるボイラーおよび蓄熱部の周囲に配置される複数の補助ボイラーが熱せられ、水が蒸気に変換されて主発電機および補助発電機での発電が行われる。
【００４６】
続いて、４時間後から２４時間までは、蓄熱部の上部に配置されるボイラーのみの加熱に必要な火炎が加熱バーナーから噴出される。また、蓄熱部の周囲に配置される補助発電機は、蓄熱部の溶融塩で蓄熱された熱エネルギーで補助発電が行われる。
【００４７】
また、２４時間中のうち、風車を回転させる風力がある間は風力による風力発電装置による発電が行われ、日照時間中では太陽光発電装置による発電、あるいはソーラーヒーティングによる発熱が行われる。
【００４８】
これらの自然エネルギーを利用した発電で電磁波を生起させて加熱するＩＨヒーティングから構成される熱媒体加熱部を作動させて溶融塩を加熱する、あるいはソーラーヒーティングによる熱エネルギーで溶融塩を加熱することで蓄熱温度の低下をできるだけ抑えながら蓄熱を維持することができる。
【００４９】
また、これらの自然エネルギーを利用した発電で給水加熱部を作動させて供給する水を加熱する、あるいはソーラーヒーティングによる発熱で供給する水を加熱することで蒸気に変換するための熱量を低く抑えることができ効率的な発電を行うことができる。
【００５０】
また、蒸気が回収される低温加熱器内での温度を利用して１００℃以下の沸点であるアンモニア水などの第２流体での発電を行う。
【００５１】
この第２流体による発電で電磁波を生起させて加熱するＩＨヒーティングから構成される熱媒体加熱部を作動させて溶融塩を加熱する、あるいは給水加熱部を作動させて供給する水を加熱する。
【００５２】
このようにして、溶融塩の温度の低下を出来る限り低く抑えながら蓄熱を持続させることで発電のために消費されるエネルギーを５０％〜８０％に減少させることが可能となる。
【００５３】
なお、本実施の形態では、熱媒体を溶融塩とするものであるが、必ずしも熱媒体を溶融塩とする必要性はない。
【００５４】
例えば、高温で分解せずに蓄熱性の高いものであればいかなる材質の熱媒体であっても構わない。しかし、蓄熱性が高く、かつ高温（約３０００℃）でも分子が分解することがない溶融塩を用いることが望ましい。
【００５５】
また、本実施の形態では、太陽光および風力のうち少なくとも１つの自然エネルギーを利用して熱媒体を加熱する熱媒体加熱部を備えるものであるが、必ずしも太陽光、あるいは風力を利用する必要性はない。
【００５６】
例えば、太陽光、あるいは風力以外の自然エネルギーを利用した熱媒体加熱部であっても構わない。
【００５７】
また、本実施の形態では、ボイラーに供給される水を、太陽光および風力のうち少なくとも１つの自然エネルギーを利用して加熱する給水加熱部を備えるものであるが、必ずしも太陽光、あるいは風力を利用する必要性はない。
【００５８】
例えば、太陽光、あるいは風力以外の自然エネルギーを利用した給水加熱部であっても構わない。
【００５９】
また、本実施の形態では、熱媒体加熱部、あるいは給水加熱部は、電磁波を利用して加熱するものであるが、必ずしも電磁波を利用して加熱する必要性はない。
【００６０】
例えば、ニクロム線などによる電熱体であっても構わないが、短時間、かつ高温での加熱が行える電磁波を利用して加熱するＩＨヒーティングを使用することが望ましい。
【００６１】
また、本実施の形態では、発電装置として火力発電装置について説明を行ってきたが、必ずしも火力発電装置である必要性はない。
【００６２】
本発明の発電装置によれば、蓄熱部からの熱を利用して発電を行うために、発電のために消費されるエネルギーを抑えることが可能となる。
【００６３】
また、蓄熱部を太陽光、あるいは風力による自然エネルギーを利用して加熱することで温度の低下を抑えながら蓄熱を維持することが可能となる。
【００６４】
また、ボイラーに供給する水を太陽光、あるいは風力による自然エネルギーを利用して加熱することで蒸気に変換する熱量を抑えることができ、これにより蓄熱エネルギーの低下を抑えることが可能となる。
【００６５】
また、蒸気が回収された低温加熱器内での温度を利用して１００℃以下の沸点であるアンモニア水などで発電を行うことで、蓄熱部、あるいはボイラーに供給する水を継続して加熱することが可能となる。
【００６６】
また、如何なる化石燃料をしようしても本発明のシステムでは５０％以上の二酸化炭素の排出を抑制することが可能となる。
【符号の説明】
【００６７】
１            火力発電所設備
２            発電装置
３            火炉
４            ボイラー
５            タービン
６            主発電機
７            筒体
８            加熱壁面
９            溶融塩
１０          蓄熱部
１１          バーナー
１２          溶融塩供給用タンク
１３          水供給用タンク
１４          熱媒体加熱部
１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃ、１５Ｄ、１５Ｅ、１５Ｆ      補助発電機
１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃ、１６Ｄ、１６Ｅ、１６Ｆ      補助ボイラー
１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃ、１７Ｄ、１７Ｅ、１７Ｆ      補助タービン
１８          底面
１９          復水器
２０          低温加熱器
２１          第２流体ボイラー
２２          第２流体タービン
２３          第２流体タンク
２４          第２流体復水器
２５          ＩＨ用発電機
２６          給水加熱部
２７          給水パイプ
２８          ソーラーヒーティング
【図１】
2014145321.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2014145321.tif 000007