(57)【要約】  太陽熱発電設備は、風車（１）と、圧縮機（１１）と、太陽光（Ｒ）を受けて圧縮機（１１）から圧縮媒体を加熱する受熱器（４６）と、受熱器（４６）で加熱された圧縮媒体で駆動するタービン（１５）と、タービン（１５）の駆動で発電する発電機（２１）と、風車（１）の回転を発電機（２１）に伝える伝達機構（１００）と、これらを支持するタワー（６５）と、を備える。風車（１）、圧縮機（１１）、タービン（１５）及び発電機（２１）は、それぞれ、配列機器を成す。複数の配列機器は、鉛直方向に並んでいる。
2019058716.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
風を受けて回転する風車と、
作動媒体を圧縮して圧縮媒体を生成する圧縮機と、
太陽光を受けて前記圧縮媒体を加熱する受熱器と、
前記受熱器で加熱された前記圧縮媒体で駆動するタービンと、
前記タービンの駆動で発電する発電機と、
前記風車の回転を前記発電機に伝える伝達機構と、
前記風車、前記圧縮機、前記受熱器、前記タービン及び前記発電機を支持するタワーと、
を備え、
前記圧縮機は、鉛直方向に延びる圧縮機軸線を中心として回転する圧縮機ロータと、前記圧縮機ロータを覆う圧縮機ケーシングと、を有し、
前記タービンは、鉛直方向に延びるタービン軸線を中心として回転するタービンロータと、前記タービンロータを覆うタービンケーシングと、を有し、
前記圧縮機ロータと前記タービンロータとは、機械的に接続されてガスタービンロータを構成し、
前記発電機は、前記ガスタービンロータと機械的に接続され、鉛直方向に延びる発電機軸線を中心として回転する発電機ロータと、前記発電機ロータを覆う発電機ケーシングと、を有し、
前記風車、前記圧縮機、前記タービン及び前記発電機は、それぞれ、配列機器を成し、
複数の前記配列機器は、鉛直方向に並んでいる、
太陽熱発電設備。
【請求項２】
請求項１に記載の太陽熱発電設備において、
前記風車は、鉛直方向に延びる風車軸線を中心として回転する風車軸と、前記風車軸に固定され、風を受けて風車軸線を中心として前記風車軸を回転させる翼と、を有する、
太陽熱発電設備。
【請求項３】
請求項２に記載の太陽熱発電設備において、
前記風車は、前記受熱器よりも下方の位置に配置され、
前記風車は、前記風車軸線から前記翼中で最も離れている位置までの距離である風車半径を変更する風車半径変更機構を有する、
太陽熱発電設備。
【請求項４】
請求項３に記載の太陽熱発電設備において、
前記タワーの設置位置における日射量に応じて、前記風車半径変更機構に対して前記風車半径を変更するよう指示する制御装置を備える、
太陽熱発電設備。
【請求項５】
請求項４に記載の太陽熱発電設備において、
前記制御装置は、前記タワーの設置位置における日射量、及び前記タワーの設置位置における風速に応じて、前記風車半径変更機構に対して前記風車半径を変更するよう指示する、
太陽熱発電設備。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一項に記載の太陽熱発電設備において、
前記ガスタービンロータと前記発電機ロータとの間で、動力伝達可能な伝達状態と動力伝達が行われない非伝達状態とに、前記ガスタービンロータと前記発電機ロータとの接続状態を切り替えるクラッチを備える、
太陽熱発電設備。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一項に記載の太陽熱発電設備において、
前記伝達機構は、
前記風車の回転を油の圧力に変換する油圧ポンプと、
出力軸を有し、前記油圧ポンプで圧力がかけられた油を受けて前記出力軸を回転させる油圧モータと、
前記油圧ポンプと前記油圧モータとの間で前記油が行き来するように、前記油圧ポンプと前記油圧モータとを接続する連結油圧ラインと、
を有し、
前記油圧モータの前記出力軸は、前記発電機ロータに機械的に接続されている、
太陽熱発電設備。
【請求項８】
請求項７に記載の太陽熱発電設備において、
前記伝達機構は、前記出力軸の回転数を目的の回転数にする回転数調節機構を有する、
太陽熱発電設備。
【請求項９】
請求項７又は８に記載の太陽熱発電設備において、
前記油圧モータの前記出力軸と前記発電機ロータとの間で、動力伝達可能な伝達状態と動力伝達が行われない非伝達状態とに、前記出力軸と前記発電機ロータとの接続状態を切り替えるクラッチを備える、
太陽熱発電設備。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか一項に記載の太陽熱発電設備において、
前記タービンから排気された前記作動媒体である排気媒体で水を加熱して、前記水を蒸気にする排熱回収ボイラを備える、
太陽熱発電設備。
【請求項１１】
請求項１０に記載の太陽熱発電設備において、
前記排熱回収ボイラは、配列機器を成し、
前記排熱回収ボイラを含む複数の前記配列機器は、鉛直方向に並んでいる、
太陽熱発電設備。
【請求項１２】
請求項１０又は１１に記載の太陽熱発電設備において、
前記排熱回収ボイラからの蒸気で駆動する蒸気タービンと、
前記蒸気タービンから排気された蒸気を水に戻す復水器と、
前記復水器内の水を前記排熱回収ボイラに導く給水ラインと、
を備える、
太陽熱発電設備。
【請求項１３】
請求項１２に記載の太陽熱発電設備において、
前記蒸気タービンは、鉛直方向に延びる蒸気タービン軸線を中心として回転する蒸気タービンロータと、前記蒸気タービンロータを覆う蒸気タービンケーシングと、を有し、
前記蒸気タービンは、配列機器を成し、
前記蒸気タービンを含む複数の前記配列機器は、鉛直方向に並んでいる、
太陽熱発電設備。
【請求項１４】
請求項１３に記載の太陽熱発電設備において、
前記圧縮機及び前記タービンは、前記発電機を基準にして、鉛直方向上側と鉛直方向下側とのうちの一方側に配置され、
前記蒸気タービンは、前記発電機を基準にして、鉛直方向上側と鉛直方向下側とのうちの他方側に配置され、
前記蒸気タービンロータは、前記発電機ロータに機械的に接続され、
前記蒸気タービンロータと前記発電機ロータとの間で、動力伝達可能な伝達状態と動力伝達が行われない非伝達状態とに、前記蒸気タービンロータと前記発電機ロータとの接続状態を切り替えるクラッチを備える、
太陽熱発電設備。
【請求項１５】
請求項１２から１４のいずれか一項に記載の太陽熱発電設備において、
前記復水器は、前記蒸気タービンから排気された蒸気が水に戻った後に、前記水が貯えられる貯水部を有し、
前記貯水部は、配列機器を成し、
前記貯水部を含む複数の前記配列機器は、鉛直方向に並んでいる、
太陽熱発電設備。
【請求項１６】
請求項１０から１５のいずれか一項に記載の太陽熱発電設備において、
前記タービンは、前記圧縮機よりも上方に配置され、
前記排熱回収ボイラは、前記タービンより上方に配置されている、
太陽熱発電設備。
【請求項１７】
請求項１０から１６のいずれか一項に記載の太陽熱発電設備において、
前記排気媒体の熱を蓄える蓄熱体を備える、
太陽熱発電設備。
【請求項１８】
請求項１２から１５のいずれか一項に記載の太陽熱発電設備において、
前記排気媒体の熱を蓄える蓄熱体と、
前記給水ラインから分岐している補助給水ラインと、
前記補助給水ラインに接続され、前記蓄熱体に接して前記補助給水ラインからの水と前記蓄熱体との間で熱交換させる伝熱管を有し、前記蓄熱体で前記水を加熱して、前記水を蒸気にする蒸気発生器と、
前記蒸気発生器で発生した蒸気を前記蒸気タービンに導く補助蒸気ラインと、
を備える、
太陽熱発電設備。
【請求項１９】
請求項１から１８のいずれか一項に記載の太陽熱発電設備において、
太陽光を反射する反射鏡と、前記反射鏡で反射した太陽光が前記受熱器に向うよう前記反射鏡の向きを変える鏡駆動機と、を有するヘリオスタットを備える、
太陽熱発電設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽光から得られる熱エネルギーで発電を行う太陽熱発電設備に関する。
本願は、２０１７年９月２２日に、日本国に出願された特願２０１７−１８２３３１号に基づき優先権を主張し、この内容をここに援用する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境にやさしいクリーンなエネルギーとして、太陽光を集光して得られる熱エネルギーを利用した設備が盛んに開発されている。【０００３】
このような設備の一例として、例えば、以下の特許文献１に記載されている太陽熱発電設備がある。この太陽熱発電設備は、作動媒体としての空気を圧縮して圧縮空気を生成する圧縮機と、太陽光を受けて水を加熱する受熱器と、受熱器に太陽光を照射するヘリオスタットと、風を受けて回転する風車と、風車の回転で発熱して水を加熱する発熱器と、水の加熱で得られた蒸気で駆動するタービンと、タービンの駆動で発電する発電機とを備えている。この太陽熱発電設備では、風車、発熱器及び受熱器がタワーに設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−０４７０８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
太陽熱発電設備では、ヘリオスタットの設置領域を十分に確保する理由等から、この設備を構成する複数の機器のうち、ヘリオスタットを除く複数の機器の総占有面積を小さくして、設備の設置領域の有効利用を図ることが望まれている。【０００６】
そこで、本発明は、設置領域の有効利用を図ることができる太陽熱発電設備を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するための発明に係る太陽熱発電設備の一態様は、
風を受けて回転する風車と、作動媒体を圧縮して圧縮媒体を生成する圧縮機と、太陽光を受けて前記圧縮媒体を加熱する受熱器と、前記受熱器で加熱された前記圧縮媒体で駆動するタービンと、前記タービンの駆動で発電する発電機と、前記風車の回転を前記発電機に伝える伝達機構と、前記風車、前記圧縮機、前記受熱器、前記タービン及び前記発電機を支持するタワーと、を備える。前記圧縮機は、鉛直方向に延びる圧縮機軸線を中心として回転する圧縮機ロータと、前記圧縮機ロータを覆う圧縮機ケーシングと、を有する。前記タービンは、鉛直方向に延びるタービン軸線を中心として回転するタービンロータと、前記タービンロータを覆うタービンケーシングと、を有する。前記圧縮機ロータと前記タービンロータとは、機械的に接続されてガスタービンロータを構成する。前記発電機は、前記ガスタービンロータと機械的に接続され、鉛直方向に延びる発電機軸線を中心として回転する発電機ロータと、前記発電機ロータを覆う発電機ケーシングと、を有する。前記風車、前記圧縮機、前記タービン及び前記発電機は、それぞれ、配列機器を成す。複数の前記配列機器は、鉛直方向に並んでいる。【０００８】
本態様では、複数の配列機器が鉛直方向に並んで配置されている。このため、本態様では、複数の配列機器の占有面積が鉛直方向で重なり合い、複数の配列機器の総占有面積を小さくすることができる。【０００９】
また、本態様では、風車とガスタービンとで一の発電機を共有しているので、風車の回転で発電する発電機と、ガスタービンの駆動で発電する発電機とを別々に設ける場合よりも、設備コストを抑えることができる。【００１０】
ここで、前記太陽熱発電設備において、前記風車は、鉛直方向に延びる風車軸線を中心として回転する風車軸と、前記風車軸に固定され、風を受けて風車軸線を中心として前記風車軸を回転させる翼と、を有してもよい。【００１１】
本態様の風車は、垂直軸型風車である。風車には、この垂直軸型風車の他に、水平軸型風車がある。水平軸型風車の場合、風が流れる方向と風車軸が延びる方向とをほぼ一致させる必要があるため、構造が複雑になり、風車のコストが嵩む。さらに、風車軸が延びる方向に風からの荷重がかかり、結果として、タワーの上部に横荷重がかかる。このため、曲げモーメントに強いタワーを構成する必要があり、タワーのコストが嵩む。一方、垂直軸型風車では、風が流れる方向と風車軸が延びる方向とを一致させる必要がないため、水平軸型風車よりも構造が簡単になり、風車のコストを抑えることができる。さらに、垂直軸型風車では、翼が風を受けても、鉛直方向の延びる風車軸にかかる水平方向の力を、水平軸型風車の風車軸にかかる水平方向の力よりも小さくすることができる。このため、垂直軸型風車では、タワーの上部にかかる横荷重を水平軸型風車よりも小さくすることができ、タワーのコストを抑えることができる。【００１２】
前記風車軸と前記翼とを有する前記風車を備える前記太陽熱発電設備において、前記風車は、前記受熱器よりも下方の位置に配置されてもよい。この場合、前記風車は、前記風車軸線から前記翼中で最も離れている位置までの距離である風車半径を変更する風車半径変更機構を有してもよい。【００１３】
本態様では、風車半径変更機構により風車半径を変更することにより、風によって風車が回転することによる発電量、及び太陽光によってタービンが駆動することによる発電量を調節することができる。【００１４】
前記風車半径変更機構を有する前記太陽熱発電設備において、前記タワーの設置位置における日射量に応じて、前記風車半径変更機構に対して前記風車半径を変更するよう指示する制御装置を備えてもよい。【００１５】
本態様では、日射量に応じて、風によって風車が回転することによる発電量、及び太陽光によってタービンが駆動することによる発電量を調節することができる。【００１６】
前記制御装置を有する前記太陽熱発電設備において、前記制御装置は、前記タワーの設置位置における日射量、及び前記タワーの設置位置における風速に応じて、前記風車半径変更機構に対して前記風車半径を変更するよう指示してもよい。【００１７】
本態様では、日射量及び風速に応じて、風によって風車が回転することによる発電量、及び太陽光によってタービンが駆動することによる発電量を調節することができる。【００１８】
以上のいずれかの前記太陽熱発電設備において、前記ガスタービンロータと前記発電機ロータとの間で、動力伝達可能な伝達状態と動力伝達が行われない非伝達状態とに、前記ガスタービンロータと前記発電機ロータとの接続状態を切り替えるクラッチを備えてもよい。【００１９】
本態様では、クラッチを伝達状態にすることで、ガスタービンの駆動により、発電機で発電させることができる。また、本態様では、クラッチを非伝達状態にすることで、ガスタービンロータを回転させずに、風車の回転で、発電機で発電させることができる。【００２０】
以上のいずれかの前記太陽熱発電設備において、前記伝達機構は、前記風車の回転を油の圧力に変換する油圧ポンプと、出力軸を有し、前記油圧ポンプで圧力がかけられた油を受けて前記出力軸を回転させる油圧モータと、前記油圧ポンプと前記油圧モータとの間で前記油が行き来するように、前記油圧ポンプと前記油圧モータとを接続する連結油圧ラインと、を有してもよい。この場合、前記油圧モータの前記出力軸は、前記発電機ロータに機械的に接続されていてもよい。【００２１】
本態様では、風車と発電機との間に、他の機器を配置する場合、他の機器を基準にして風車側に油圧ポンプを配置し、他の機器を基準にして発電機側に油圧モータを配置する。そして、油圧ポンプと油圧モータとを接続する連結油圧ラインを他の機器に対して迂回させる。このため、本態様では、風車と発電機との間に、他の機器を配置する場合、簡単な構造で、風車の回転を発電機ロータに伝えることができる。【００２２】
前記油圧ポンプ及び前記油圧モータを有する前記太陽熱発電設備において、前記伝達機構は、前記出力軸の回転数を目的の回転数にする回転数調節機構を有してもよい。【００２３】
本態様では、風車の回転数が不安定でも、出力軸の回転数を目的の回転数に安定させることができる。【００２４】
前記油圧ポンプ及び前記油圧モータを有する、以上のいずれかの前記太陽熱発電設備において、前記油圧モータの前記出力軸と前記発電機ロータとの間で、動力伝達可能な伝達状態と動力伝達が行われない非伝達状態とに、前記出力軸と前記発電機ロータとの接続状態を切り替えるクラッチを備えてもよい。【００２５】
本態様では、クラッチを伝達状態にすることで、風車の回転により、発電機で発電させることができる。また、本態様では、クラッチを非伝達状態にすることで、風車が回転していないときでも、ガスタービンの駆動で、発電機で発電させることができる。【００２６】
以上のいずれかの前記太陽熱発電設備において、前記タービンから排気された前記作動媒体である排気媒体で水を加熱して、前記水を蒸気にする排熱回収ボイラを備えてもよい。【００２７】
本態様では、タービンから排気された排気媒体の熱を有効利用することができる。【００２８】
前記排熱回収ボイラを備える前記太陽熱発電設備において、前記排熱回収ボイラは、配列機器を成し、前記排熱回収ボイラを含む複数の前記配列機器は、鉛直方向に並んでいてもよい。【００２９】
本態様では、排熱回収ボイラを追加しても、排熱回収ボイラを含む複数の配列機器が鉛直方向に並んでいるので、複数の配列機器の占有面積が鉛直方向で重なり合い、複数の配列機器の総占有面積を小さくすることができる。【００３０】
前記排熱回収ボイラを備える前記太陽熱発電設備において、前記排熱回収ボイラからの蒸気で駆動する蒸気タービンと、前記蒸気タービンから排気された蒸気を水に戻す復水器と、前記復水器内の水を前記排熱回収ボイラに導く給水ラインと、を備えてもよい。【００３１】
本態様では、蒸気タービンも駆動させることができる。【００３２】
前記蒸気タービンを備える前記太陽熱発電設備において、前記蒸気タービンは、鉛直方向に延びる蒸気タービン軸線を中心として回転する蒸気タービンロータと、前記蒸気タービンロータを覆う蒸気タービンケーシングと、を有する。前記蒸気タービンは、配列機器を成し、前記蒸気タービンを含む複数の前記配列機器は、鉛直方向に並んでいてもよい。【００３３】
本態様では、蒸気タービンを追加しても、蒸気タービンを含む複数の配列機器が鉛直方向に並んでいるので、複数の配列機器の占有面積が鉛直方向で重なり合い、複数の配列機器の総占有面積を小さくすることができる。【００３４】
前記蒸気タービンが配列機器を成す前記太陽熱発電設備において、前記圧縮機及び前記タービンは、前記発電機を基準にして、鉛直方向上側と鉛直方向下側とのうちの一方側に配置され、前記蒸気タービンは、前記発電機を基準にして、鉛直方向上側と鉛直方向下側とのうちの他方側に配置されてもよい。この場合、前記蒸気タービンロータは、前記発電機ロータに機械的に接続されてもよい。さらに、本態様では、前記蒸気タービンロータと前記発電機ロータとの間で、動力伝達可能な伝達状態と動力伝達が行われない非伝達状態とに、前記蒸気タービンロータと前記発電機ロータとの接続状態を切り替えるクラッチを備えてもよい。【００３５】
本態様では、クラッチを伝達状態にすることで、蒸気タービンの駆動により、発電機で発電させることができる。また、本態様では、クラッチを非伝達状態にすることで、蒸気タービンが回転していないときでも、ガスタービンの駆動又は風車の回転により、発電機で発電させることができる。【００３６】
前記復水器を備える前記太陽熱発電設備において、前記復水器は、前記蒸気タービンから排気された蒸気が水に戻った後に、前記水が貯えられる貯水部を有してもよい。この場合、前記貯水部は、配列機器を成し、前記貯水部を含む複数の前記配列機器は、鉛直方向に並んでいてもよい。【００３７】
本態様では、復水器を追加しても、復水器の貯水部を含む複数の配列機器が鉛直方向に並んでいるので、複数の配列機器の占有面積が鉛直方向で重なり合い、複数の配列機器の総占有面積を小さくすることができる。【００３８】
前記排熱回収ボイラを備える、以上のいずれかの前記太陽熱発電設備において、前記タービンは、前記圧縮機よりも上方に配置され、前記排熱回収ボイラは、前記タービンより上方に配置されていてもよい。【００３９】
タービン、圧縮機、排熱回収ボイラのうちで、排熱回収ボイラが最も軽い。このため、本態様では、これらの機器のうちで排熱回収ボイラを最も上に配置することにより、タワーを構成する構造材に求められる強度の増加を抑えることができる。また、タービンから排気される排気媒体は、高温であるため、自然対流で上方する。このため、タービンの上方に排熱回収ボイラを配置することにより、効率的に排気媒体を排熱回収ボイラに導くことができる。【００４０】
前記排熱回収ボイラを備える、以上のいずれかの前記太陽熱発電設備において、前記排気媒体の熱を蓄える蓄熱体を備えてもよい。【００４１】
本態様では、排気媒体の熱を有効利用することができる。【００４２】
前記蒸気タービンを備える、以上のいずれかの前記太陽熱発電設備において、前記排気媒体の熱を蓄える蓄熱体と、前記給水ラインから分岐している補助給水ラインと、前記補助給水ラインに接続され、前記蓄熱体に接して前記補助給水ラインからの水と前記蓄熱体との間で熱交換させる伝熱管を有し、前記蓄熱体で前記水を加熱して、前記水を蒸気にする蒸気発生器と、前記蒸気発生器で発生した蒸気を前記蒸気タービンに導く補助蒸気ラインと、を備えてもよい。【００４３】
本態様では、蓄熱体に蓄えられた熱で蒸気を発生させることができるので、太陽が照っていないときでも、蒸気タービンに蒸気を供給することができる。【００４４】
以上のいずれかの前記太陽熱発電設備において、
太陽光を反射する反射鏡と、前記反射鏡で反射した太陽光が前記受熱器に向うよう前記反射鏡の向きを変える鏡駆動機と、を有するヘリオスタットを備えてもよい。
【発明の効果】
【００４５】
本発明の一態様では、複数の配列機器の占有面積が鉛直方向で重なり合い、複数の配列機器の総占有面積を小さくすることができる。よって、本発明の一態様によれば、設備の設置領域の有効利用を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明に係る第一実施形態における太陽熱発電設備の構成を示す説明図である。
【図２】本発明に係る第一実施形態における風車の斜視図である。
【図３】本発明に係る第一実施形態における伝達機構の構成を示す説明図である。
【図４】本発明に係る第二実施形態における太陽熱発電設備の構成を示す説明図である。
【図５】本発明に係る第三実施形態における太陽熱発電設備の構成を示す説明図である。
【図６】本発明に係る第三実施形態における伝達機構の構成を示す説明図である。
【図７】本発明に係る第四実施形態における太陽熱発電設備の構成を示す説明図である。
【図８】本発明に係る第四実施形態における伝達機構、風車、及び風車変形変更機構の構成を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００４７】
以下、本発明に係る太陽熱発電設備の各種実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００４８】
「第一実施形態」
図１〜図３を参照して、太陽熱発電設備の第一実施形態について説明する。
【００４９】
本実施形態の太陽熱発電設備は、図１に示すように、風車１と、圧縮機１１と、受熱器４６と、タービン１５と、発電機２１と、伝達機構１００、第一クラッチ６１と、第二クラッチ６２と、タワー６５と、太陽光Ｒを目的の方向に反射する複数のヘリオスタット７５と、を備える。
【００５０】
圧縮機１１は、作動媒体としての空気を圧縮して圧縮媒体である圧縮空気を生成する。この圧縮機１１は、鉛直方向に延びる圧縮機軸線Ａｃを中心として回転する圧縮機ロータ１２と、この圧縮機ロータ１２を覆う圧縮機ケーシング１３と、圧縮機ケーシング１３内に外気を導く吸気ケーシング１４と、を有する。
【００５１】
受熱器４６は、ヘリオスタット７５からの太陽光Ｒを受けて圧縮空気を加熱する。この受熱器４６は、伝熱管４７と、この伝熱管４７を覆う受熱器ケーシング４８と、を有する。受熱器ケーシング４８の下方は開口している。伝熱管４７は、圧縮空気ライン（圧縮媒体ライン）８２により、圧縮機１１の吐出口と接続されている。
【００５２】
タービン１５は、受熱器４６で加熱された圧縮空気で駆動する。このタービン１５は、鉛直方向に延びるタービン軸線Ａｔを中心として回転するタービンロータ１６と、このタービンロータ１６を覆うタービンケーシング１７と、を有する。タービンケーシング１７の媒体入口は、加熱空気ライン（加熱媒体ライン）８３により、受熱器４６の伝熱管４７と接続されている。
【００５３】
ガスタービン１０は、以上で説明した圧縮機１１と、受熱器４６と、タービン１５と、を有して構成される。タービンロータ１６と圧縮機ロータ１２とは、機械的に直結され一体回転し、ガスタービンロータ１９を構成する。
【００５４】
発電機２１は、タービン１５の駆動及び風車１の回転で発電する。発電機２１は、鉛直方向に延びる発電機軸線Ａｇを中心として回転する発電機ロータ２２と、この発電機ロータ２２を覆う発電機ケーシング２３と、を有する。
【００５５】
複数のロータ１９,２２のうち、少なくとも一のロータは、この一のロータのスラスト方向（鉛直方向）の移動を許容しつつ、この一のロータのラジアル方向の移動を規制するラジアル軸受６４で支持されている。このラジアル軸受６４は、タワー６５に設けられている。
【００５６】
風車１は、図２に示すように、ジャイロミル型風車、言い換えると、直線翼垂直軸型風車である。風車１は、複数の翼２と、鉛直方向に延びる風車軸線Ａｗを中心として回転する風車軸３と、を有する。風車軸３は、鉛直方向に長い。複数の翼２は、鉛直方向に長い直線翼である。複数の翼２は、風車軸３を中心として、風車軸線Ａｗに対する周方向に等間隔で配置されている。複数の翼２は、翼支持アーム４を介して風車軸３に固定されている。
【００５７】
伝達機構１００は、風車１の回転を発電機ロータ２２に伝える。この伝達機構１００は、図３に示すように、油圧トランスミッションで、油圧ポンプ１１０と、油圧モータ１２０と、連結油圧ライン１０５と、回転角度センサ１０２と、回転数センサ１０３、コントローラ１０１と、を有する。
【００５８】
油圧ポンプ１１０は、風車１の回転を油の圧力に変換する。この油圧ポンプ１１０は、波形円筒カム１１１と、複数の往復動アクチュエータ１１３と、複数の往復動アクチュエータ１１３毎に設けられている分岐高圧管１１６ｈ及び分岐低圧管１１６ｌと、複数の往復動アクチュエータ１１３毎に設けられている分岐高圧管１１６ｈを相互に接続する環状高圧管１１８ｈと、複数の往復動アクチュエータ１１３毎に設けられている分岐低圧管１１６ｌを相互に接続する環状低圧管１１８ｌと、分岐高圧管１１６ｈに設けられている高圧弁１１７ｈと、分岐低圧管１１６ｌに設けられている低圧弁１１７ｌと、を有する。
【００５９】
波形円筒カム１１１は、風車軸線Ａｗを中心として円筒状を成し、外周面がカム面１１１ｃｓを形成している。カム面１１１ｃｓは、風車軸線Ａｗに対する周方向に凹凸を繰り返す波形を成している。この波形円筒カム１１１は、円筒状の風車軸３の下端部であってこの風車軸３の外周面に固定されている。
【００６０】
往復動アクチュエータ１１３は、ピストン１１５と、このピストン１１５を往復移動可能に収納するシリンダ１１４と、を有する。ピストン１１５は、シリンダ１１４内で往復動するピストン本体１１５ａと、ピストン本体１１５ａの第一端に回転可能に取り付けられているローラ１１５ｂと、を有する。このローラ１１５ｂ及びピストン本体１１５ａの第一端は、シリンダ１１４から突出している。シリンダ１１４内面とピストン本体１１５ａの第二端とで囲まれた空間は、油が流入する油圧室１１４ａを形成する。この往復動アクチュエータ１１３は、ピストン１１５の往復移動方向が風車軸線Ａｗに対する径方向になるよう配置されている。ローラ１１５ｂは、波形円筒カム１１１のカム面１１１ｃｓに接触する。複数の往復動アクチュエータ１１３は、風車軸線Ａｗに対する周方向に等間隔に並んで配置されている。
【００６１】
分岐高圧管１１６ｈの第一端及び分岐低圧管１１６ｌの第一端は、いずれも、シリンダ１１４に接続されている。環状高圧管１１８ｈ及び環状低圧管１１８ｌは、いずれも、風車軸線Ａｗを中心として実質的に環状に形成されている。分岐高圧管１１６ｈの第二端は、環状高圧管１１８ｈに接続されている。分岐低圧管１１６ｌの第二端は、環状低圧管１１８ｌに接続されている。
【００６２】
油圧モータ１２０は、円柱状の出力軸１２２と、出力軸１２２に固定されている偏芯カム１２１と、複数の往復動アクチュエータ１２３と、複数の往復動アクチュエータ１２３毎に設けられている分岐高圧管１２６ｈ及び分岐低圧管１２６ｌと、複数の往復動アクチュエータ１２３毎に設けられている分岐高圧管１２６ｈを相互に接続する環状高圧管１２８ｈと、複数の往復動アクチュエータ１２３毎に設けられている分岐低圧管１２６ｌを相互に接続する環状低圧管１２８ｌと、分岐高圧管１２６ｈに設けられている高圧弁１２７ｈと、分岐低圧管１２６ｌに設けられている低圧弁１２７ｌと、を有する。
【００６３】
偏芯カム１２１は、円筒状である。この円筒状の偏芯カム１２１の外周面がカム面１２１ａを形成している。この円筒状の偏芯カム１２１の中心軸線は、円筒状の出力軸１２２の中心軸線Ａｏに平行で、且つこの出力軸１２２の中心軸線Ａｏから離れている。この偏芯カム１２１は、出力軸１２２の中心軸線Ａｏを中心として回転する。
【００６４】
往復動アクチュエータ１２３は、ピストン１２５と、このピストン１２５を往復移動可能に収納するシリンダ１２４と、を有する。ピストン１２５の第一端は、シリンダ１２４から突出している。シリンダ１２４内面とピストン１２５の第二端とで囲まれた空間は、油が流入する油圧室１２４ａを形成する。この往復動アクチュエータ１２３は、ピストン１２５の往復移動方向が偏芯カム１２１の中心軸線に対する径方向になるよう配置されている。ピストン１２５の第一端は、偏芯カム１２１のカム面１２１ａに接触する。複数の往復動アクチュエータ１２３は、偏芯カム１２１の中心軸線に対する周方向に等間隔に並んで配置されている。
【００６５】
連結油圧ライン１０５は、連結高圧管１０６と、連結低圧管１０７と、アキュムレータ１０８と、を有する。連結高圧管１０６の第一端は、油圧ポンプ１１０の環状高圧管１１８ｈに接続され、連結高圧管１０６の第二端は、油圧モータ１２０の環状高圧管１２８ｈに接続されている。連結低圧管１０７の第一端は、油圧ポンプ１１０の環状低圧管１１８ｌに接続され、連結低圧管１０７の第二端は、油圧モータ１２０の環状低圧管１２８ｌに接続されている。アキュムレータ１０８は、連結高圧管１０６に接続されている。このアキュムレータ１０８は、連結高圧管１０６を流れる油の圧力を均一化する。
【００６６】
回転角度センサ１０２は、風車軸３又は波形円筒カム１１１の回転角度を検知する。回転数センサ１０３は、出力軸１２２の回転数を検知する。
【００６７】
コントローラ１０１は、油圧ポンプ１１０における複数の高圧弁１１７ｈ及び複数の低圧弁１１７ｌの動作を制御する。コントローラ１０１は、ローラ１１５ｂが波形円筒カム１１１のカム面１１１ｃｓのうち波底から波頭までの部分に接触して、油圧室１１４ａの容積が減少しているときに、高圧弁１１７ｈを開け、低圧弁１１７ｌを閉じる。この結果、油圧室１１４ａ内の油は、分岐高圧管１１６ｈ及び環状高圧管１１８ｈを介して、連結高圧管１０６に流出する。コントローラ１０１は、ローラ１１５ｂが波形円筒カム１１１のカム面１１１ｃｓのうち波頭から波底までの部分に接触して、油圧室１１４ａの容積が増加しているときに、高圧弁１１７ｈを閉じ、低圧弁１１７ｌを開ける。この結果、連結低圧管１０７内の油が、環状低圧管１１８ｌ及び分岐低圧管１１６ｌを介して、油圧室１１４ａ内に流入する。コントローラ１０１は、回転角度センサ１０２が検知した風車軸３又は波形円筒カム１１１の回転角度に基づき、波形円筒カム１１１のカム面１１１ｃｓのうちのどの部分に各往復動アクチュエータ１１３のローラ１１５ｂが接触しているかを認識して、各往復動アクチュエータ１１３の高圧弁１１７ｈ及び低圧弁１１７ｌを前述したように動作させる。
【００６８】
コントローラ１０１は、油圧モータ１２０における複数の高圧弁１２７ｈ及び複数の低圧弁１２７ｌの動作を制御する。コントローラ１０１は、ピストン１２５が偏芯カム１２１を押して出力軸１２２に回転力を加えるときに、高圧弁１２７ｈを開け、低圧弁１２７ｌを閉じる。この結果、連結高圧管１０６からの油が、環状高圧管１２８ｈ及び分岐高圧管１２６ｈを介して、油圧室１２４ａに流入し、ピストン１２５が偏芯カム１２１を押す。コントローラ１０１は、ピストン１２５が偏芯カム１２１により押されるときに、高圧弁１２７ｈを閉じ、低圧弁１２７ｌを開ける。この結果、油圧室１２４ａ内の油が、分岐低圧管１２６ｌ及び環状低圧管１２８ｌを介して、連結低圧管１０７に流出する。コントローラ１０１は、回転数センサ１０３が検知した出力軸１２２の回転数が目的の回転数になるよう、各往復動アクチュエータ１２３の高圧弁１２７ｈ及び低圧弁１２７ｌを前述したように動作させる。よって、本実施形態では、油圧モータ１２０における複数の高圧弁１２７ｈ及び低圧弁１２７ｌと、回転数センサ１０３と、この回転数センサ１０３が検知した出力軸１２２の回転数に基づいて複数の高圧弁１２７ｈ及び低圧弁１２７ｌの動作を制御するコントローラ１０１とで、回転数調節機構を構成することができる。
【００６９】
以上で説明した伝達機構１００、つまり、油圧トランスミッションは、公知技術であり、例えば、特表２０１２−５２２１８５号公報等に詳細に記載されている。
【００７０】
第一クラッチ６１は、油圧モータ１２０の出力軸１２２と発電機ロータ２２との間に配置され、出力軸１２２と発電機ロータ２２とを機械的に接続する。この第一クラッチ６１は、出力軸１２２と発電機ロータ２２との間で動力伝達可能な伝達状態と、出力軸１２２と発電機ロータ２２との間で動力伝達が行われない非伝達状態とに、出力軸１２２と発電機ロータ２２との間の接続状態を切り替える。
【００７１】
第二クラッチ６２は、ガスタービンロータ１９と発電機ロータ２２との間に配置され、ガスタービンロータ１９と発電機ロータ２２とを機械的に接続する。この第二クラッチ６２は、ガスタービンロータ１９と発電機ロータ２２との間で動力伝達可能な伝達状態と、ガスタービンロータ１９と発電機ロータ２２との間で動力伝達が行われない非伝達状態とに、ガスタービンロータ１９と発電機ロータ２２との間の接続状態を切り替える。
【００７２】
ヘリオスタット７５は、太陽光Ｒを反射する反射鏡７６と、反射鏡７６を支持する支持脚７７と、反射鏡７６を目的の方向に向ける鏡駆動機７８と、を有している。複数のヘリオスタット７５は、タワー６５の周りに設置されている。
【００７３】
タワー６５は、風車１、伝達機構１００の油圧ポンプ１１０及び油圧モータ１２０、第一クラッチ６１、発電機２１、第二クラッチ６２、タービン１５、受熱器４６、圧縮機１１を支持する。タワー６５は、鉛直方向に延びる複数の柱６６と、複数の柱６６を相互に接続する梁６７と、を有する。柱６６及び梁６７は、例えば、鋼材で形成されている。
【００７４】
本実施形態では、風車１、伝達機構１００の油圧ポンプ１１０及び油圧モータ１２０、第一クラッチ６１、発電機２１、第二クラッチ６２、タービン１５、圧縮機１１が、それぞれ配列機器を成す。複数の配列機器は、鉛直方向に並んでいる。具体的に、本実施形態では、上から下に向って、風車１、油圧ポンプ１１０、油圧モータ１２０、第一クラッチ６１、発電機２１、第二クラッチ６２、タービン１５、圧縮機１１の順で並んでいる。これらの複数の配列機器は、いずれも、タワー６５を構成する複数の柱６６で囲まれた領域内に配置されている。すなわち、配列機器は、タワー６５内で、鉛直方向に並んでいる機器である。なお、これらの配列機器は、その一部がタワー６５からはみだしてもよい。
【００７５】
本実施形態の太陽熱発電設備は、さらに、複数の吊り下げワイヤ７０と、複数のワイヤ支持機７１と、複数の巻き取り機７２と、を備える。吊り下げワイヤ７０は、第一端７０ａと第二端７０ｂとを有する。吊り下げワイヤ７０の第一端７０ａは、発電機ケーシング２３に接続されている。ワイヤ支持機７１は、支持ローラ７１ａと、この支持ローラ７１ａを回転可能に支持するローラ支持機７１ｂと、を有する。ローラ支持機７１ｂは、柱６６の頂部に設けられている。巻き取り機７２は、巻き取りドラム７２ａと、この巻き取りドラム７２ａを回転可能に維持するドラム支持機７２ｂと、を有する。吊り下げワイヤ７０の第二端７０ｂは、巻き取りドラム７２ａに接続されている。支持ローラ７１ａは、吊り下げワイヤ７０の第一端７０ａと第二端７０ｂとの間を支持する。吊り下げワイヤ７０の第二端７０ｂ側は、巻き取りドラム７２ａに巻き付いている。この巻き取りドラム７２ａに対する吊り下げワイヤ７０の巻き付き量を変えることにより、ワイヤ支持機７１から吊り下げワイヤ７０の第一端７０ａまでの距離を変えることができる。つまり、本実施形態では、吊り下げワイヤ７０の巻き付き量を変えることで、発電機ケーシング２３の鉛直方向の位置を変えることができる。
【００７６】
発電機ロータ２２には、第一クラッチ６１及び第二クラッチ６２が機械的に接続されている。第一クラッチ６１には、伝達機構１００の油圧モータ１２０が機械的に接続されている。第二クラッチ６２には、タービンロータ１６が接続されている。このタービンロータ１６には、圧縮機ロータ１２が機械的に接続されている。このため、伝達機構１００の油圧モータ１２０、第一クラッチ６１、発電機２１、第二クラッチ６２、タービン１５、圧縮機１１は、吊り下げワイヤ７０により、ワイヤ支持機７１から吊り下げられている。従って、伝達機構１００の油圧モータ１２０、第一クラッチ６１、発電機２１、第二クラッチ６２、タービン１５、圧縮機１１は、吊り下げワイヤ７０及びワイヤ支持機７１を介して、タワー６５に支持されている。
【００７７】
伝達機構１００の油圧ポンプ１１０は、タワー６５の梁６７に固定されている。よって、この油圧ポンプ１１０、この油圧ポンプ１１０と機械的に接続されている風車１は、タワー６５に支持されている。なお、風車１の風車軸３は、ラジアル軸受６４によって回転可能に支持されている。
【００７８】
受熱器４６は、鉛直方向で圧縮機１１が配置されている領域からタービン１５が配置されている領域までの範囲内に配置されている。受熱器４６の受熱器ケーシング４８は、タワー６５に固定されているブラケット４９から吊り下げられている。
【００７９】
次に、以上で説明した太陽熱発電設備の動作について説明する。
【００８０】
圧縮機１１は、空気（作動媒体）を吸い込み、この空気を圧縮して圧縮空気（圧縮媒体）を生成する。この圧縮空気は、圧縮空気ライン８２を介して受熱器４６の伝熱管４７に流入する。複数のヘリオスタット７５のうちのいずれかのヘリオスタット７５の鏡駆動機７８は、反射鏡７６で反射した太陽光Ｒが受熱器４６に向うよう、反射鏡７６の向きを調節する。この結果、ヘリオスタット７５の反射鏡７６で反射された太陽光Ｒは、受熱器４６の受熱器ケーシング４８における開口を介して、受熱器４６の伝熱管４７に照射される。伝熱管４７内を流れる圧縮空気は、伝熱管４７が受けた太陽光Ｒの熱により加熱される。
【００８１】
受熱器４６で加熱された圧縮空気は、加熱空気ライン８３を経て、タービンケーシング１７内に流入する。タービンロータ１６は、この圧縮空気により回転する。圧縮機ロータ１２は、タービンロータ１６に直結されているため、このタービンロータ１６の回転と一体回転する。
【００８２】
タービンロータ１６が回転している間、第二クラッチ６２は、伝達状態になっている。このため、タービンロータ１６の回転に伴って、発電機ロータ２２が回転する。この結果、発電機２１は、発電する。
【００８３】
風車１の翼２が風を受けて、風車軸３が風車軸線Ａｗを中心として回転すると、油圧ポンプ１１０の複数の油圧室１１４ａ内の油が風車軸３の回転に伴って順次加圧される。この油は、油圧室１１４ａから、油圧ポンプ１１０の分岐高圧管１１６ｈ及び環状高圧管１１８ｈ、連結高圧管１０６、油圧モータ１２０の環状高圧管１２８ｈ及び分岐高圧管１２６ｈを介して、油圧モータ１２０の複数の往復動アクチュエータ１２３のうち一部の往復動アクチュエータ１２３の油圧室１２４ａに流入する。一部の往復動アクチュエータ１２３の油圧室１２４ａに油が流入することで、一部の往復動アクチュエータ１２３のピストン１２５が偏芯カム１２１を押す。この結果、出力軸１２２に回転力が加えられて、出力軸１２２が回転する。一方、油圧モータ１２０の複数の往復動アクチュエータ１２３のうち他の一部の往復動アクチュエータ１２３のピストン１２５は、偏芯カム１２１に押される。このため、他の一部の往復動アクチュエータ１２３の油圧室１２４ａから、分岐低圧管１２６ｌ、環状低圧管１２８ｌ、連結低圧管１０７を介して、油圧ポンプ１１０の一部の油圧室１１４ａ内に油が戻る。
【００８４】
図示されていない風速計で検知された風速が所定の範囲内の場合、第一クラッチ６１は、伝達状態になる。このため、風車１の回転に伴って、発電機ロータ２２が回転する。この結果、発電機２１は、発電する。前述したように、コントローラ１０１が、油圧モータ１２０における複数の往復動アクチュエータ１２３毎の高圧弁１２７ｈ及び低圧弁１２７ｌの動作を制御することで、出力軸１２２の回転数を目的の回転するにすることができる。例えば、発電機２１に定格回転数（例えば、３６００ｒｐｍ）が定まっている場合、コントローラ１０１は、出力軸１２２の回転数を発電機２１の定格回転数にする。
【００８５】
仮に、タービンロータ１６が回転しており、且つ第二クラッチ６２が伝達状態になっているときに、風速計で検知された風速が所定の範囲内で第一クラッチ６１が伝達状態になっていれば、発電機２１は、ガスタービン１０の駆動と風車１の回転とで発電することになる。
【００８６】
また、仮に、タービンロータ１６が回転しており、且つ第二クラッチ６２が伝達状態になっているときに、風速計で検知された風速が所定の範囲外で第一クラッチ６１が非伝達状態になっていれば、発電機２１は、ガスタービン１０の駆動のみで発電することになる。
【００８７】
ガスタービン１０の駆動で発電が行われる期間は、太陽が照っている期間のみである。言い換えると、太陽が照っていない期間では、ガスタービン１０の駆動で発電を行うことはできない。ガスタービン１０が駆動していない、つまりタービンロータ１６が回転していないとき、第二クラッチ６２は、非伝達状態である。このとき、仮に、風速計で検知された風速が所定の範囲内で第一クラッチ６１が伝達状態になっていれば、発電機２１は、風車１の回転のみで発電することになる。
【００８８】
以上のように、本実施形態では、ガスタービン１０の駆動のみでも、風車１の回転のみでも、さらに、ガスタービン１０の駆動及び風車１の回転でも、発電することが可能である。よって、本実施形態では、発電設備での天候が急激に変化した場合や、外部からの発電量の要求が大きく変化した場合でも、外部からの発電量の要求に対応することができる。
【００８９】
本実施形態では、太陽熱発電設備を構成する複数の配列機器が、タワー６５を構成する複数の柱６６で囲まれた領域内に、鉛直方向に並んで配置されている。このため、複数の配列機器の占有面積が鉛直方向で重なり合い、複数の配列機器の総占有面積を小さくすることができる。よって、本実施形態では、設備の設置領域の有効利用を図ることができる。
【００９０】
また、本実施形態では、風車１とガスタービン１０とで一の発電機２１を共有しているので、風車１の回転で発電する発電機と、ガスタービン１０の駆動で発電する発電機２１とを別々に設ける場合よりも、設備コストを抑えることができる。
【００９１】
本実施形態では、受熱器４６が、鉛直方向で圧縮機１１が配置されている領域からタービン１５が配置されている領域までの範囲内に配置されている。このため、本実施形態では、受熱器４６とタービン１５とを接続する加熱空気ライン８３の長さを短くすることができ、加熱空気ライン８３からの熱放出を抑えることができる。
【００９２】
また、本実施形態では、伝達機構１００の油圧モータ１２０、第一クラッチ６１、発電機２１、第二クラッチ６２、タービン１５、及び圧縮機１１が、吊り下げワイヤ７０により、ワイヤ支持機７１から吊り下げられている。このため、これらの機器を点検又は修理する際、巻き取りドラム７２ａに巻き付いている吊り下げワイヤ７０の巻き付き量を徐々に少なくして、各機器を下方に下げて、順次、機器を外すことで、比較的容易に各機器を点検又は修理することができる。
【００９３】
「第二実施形態」
図４を参照して、太陽熱発電設備の第二実施形態について説明する。
【００９４】
本実施形態の太陽熱発電設備は、図４に示すように、第一実施形態の太陽熱発電設備と同様、風車１と、圧縮機１１と、受熱器４６と、タービン１５と、発電機２１と、伝達機構１００、第一クラッチ６１と、第二クラッチ６２と、タワー６５と、太陽光Ｒを目的の方向に反射する複数のヘリオスタット７５と、を備える。本実施形態の太陽熱発電設備は、さらに、排熱回収ボイラ３０と、蒸気タービン２５と、復水器４０と、給水ポンプ４５と、蓄熱器５０と、蒸気発生器５５と、第三クラッチ６３と、を備える。
【００９５】
排熱回収ボイラ３０は、タービン１５から排気された高温の作動媒体である排気空気（排気媒体）で水を加熱し、この水を蒸気にする。排熱回収ボイラ３０は、タービン１５からの排気空気が内部を流れるボイラケーシング３１と、このボイラケーシング３１内に配置されている節炭器３２及び過熱器３４と、ボイラケーシング３１内に一部が配置されている蒸発器３３と、を有する。
【００９６】
蒸気タービン２５は、排熱回収ボイラ３０からの蒸気で駆動する。この蒸気タービン２５は、鉛直方向に延びる蒸気タービン軸線Ａｓを中心として回転する蒸気タービンロータ２６と、この蒸気タービンロータ２６を覆う蒸気タービンケーシング２７と、蒸気タービンケーシング２７からの蒸気を復水器４０に導く排気ケーシング２８と、を有する。排熱回収ボイラ３０の過熱器３４と蒸気タービンケーシング２７の蒸気入口とは、主蒸気ライン８４で接続されている。この主蒸気ライン８４には、主蒸気調節弁８５が設けられている。
【００９７】
復水器４０は、蒸気タービン２５から排気された蒸気を水に戻す。この復水器４０は、空冷式復水器である。この復水器４０は、放熱部４１と、貯水部４４とを有する。放熱部４１は、フィン付き伝熱管４２と、ファン４３と、を有する。フィン付き伝熱管４２は、蒸気タービン２５の排気ケーシング２８に接続されている。
【００９８】
復水器４０の貯水部４４と排熱回収ボイラ３０の節炭器３２とは、給水ライン８０で接続されている。この給水ライン８０に給水ポンプ４５が設けられている。
【００９９】
蓄熱器５０は、蓄熱体５１と、伝熱媒体が内部を流れる媒体伝熱管５２と、蓄熱体５１及び媒体伝熱管５２の一部を覆う蓄熱ケーシング５３と、を有する。この媒体伝熱管５２の一部は、蓄熱体熱交換部５２ａを成す。媒体伝熱管５２の他の一部は、ボイラケーシング３１内に配置されている。この媒体伝熱管５２の他の一部は、排気空気熱交換部５２ｂを成す。この媒体伝熱管５２には、媒体循環ポンプ５４が設けられている。媒体伝熱管５２内の伝熱媒体は、この媒体循環ポンプ５４が駆動することで、媒体伝熱管５２内を循環する。媒体伝熱管５２の排気空気熱交換部５２ｂでは、ボイラケーシング３１内を流れる高温の排気空気と排気空気熱交換部５２ｂ内の伝熱媒体とが熱交換され、伝熱媒体が加熱される。媒体伝熱管５２の蓄熱体熱交換部５２ａでは、蓄熱ケーシング５３内の蓄熱体５１と蓄熱体熱交換部５２ａ内の伝熱媒体とが熱交換され、蓄熱体５１が加熱される。
【０１００】
本実施形態の蓄熱体５１は、例えば、硝酸ナトリウム、亜硝酸ナトリウム、硝酸カリウムの混合物から成る溶融塩である。この溶融塩の融点は、１３０〜１７０℃程度ある。このため、本実施形態の蓄熱体５１は、排気空気により加熱された伝熱媒体との熱交換により加熱されると、流動性を示すようになる。なお、蓄熱体５１は、上記溶融塩に限定されない。また、ここでは、蓄熱ケーシング５３内とボイラケーシング３１内との間で伝熱媒体を循環させているが、蓄熱体５１が流動性を有すれば、蓄熱ケーシング５３内とボイラケーシング３１内との間で蓄熱体５１を循環させてもよい。
【０１０１】
蒸気発生器５５は、水又は蒸気が内部を流れる蓄熱体伝熱管５６と、蒸気と液体の水とを分離するための蒸気ドラム５７と、を有する。蓄熱体伝熱管５６の一部は、蓄熱ケーシング５３内に配置されている。このため、蓄熱体伝熱管５６内を流れる水又は蒸気は、蓄熱ケーシング５３内の蓄熱体５１と熱交換されて、加熱される。水は、蓄熱体５１で加熱されて蒸気となる。蒸気は、蓄熱体５１でさらに加熱されて過熱蒸気になる。蓄熱体伝熱管５６の第一端には、給水ライン８０から分岐した補助給水ライン８６が接続されている。蓄熱体伝熱管５６の第二端には、補助蒸気ライン８８の第一端が接続されている。この補助蒸気ライン８８の第二端は、主蒸気ライン８４に接続されている。補助給水ライン８６には、補助給水調節弁８７が設けられている。給水ライン８０中で、補助給水ライン８６の分岐位置よりも排熱回収ボイラ３０側（給水の流れの下流側）には、給水調節弁８１が設けられている。
【０１０２】
なお、蒸気発生器５５は、蓄熱ケーシング５３からの蓄熱体５１が内部を流れる蓄熱体伝熱管と、水を滞留させ且つ蓄熱体伝熱管を覆う蒸気発生ケーシングとを有して、構成してもよい。
【０１０３】
本実施形態では、風車１、伝達機構１００の油圧ポンプ１１０、蓄熱器５０、排熱回収ボイラ３０、タービン１５、圧縮機１１、第二クラッチ６２、発電機２１、第一クラッチ６１、伝達機構１００の油圧ポンプ１１０、第三クラッチ６３、蒸気タービン２５、復水器４０の貯水部４４は、それぞれ配列機器を成す。複数の配列機器は、鉛直方向に並んでいる。具体的に、本実施形態では、上から下に向って、風車１、伝達機構１００の油圧ポンプ１１０、蓄熱器５０、排熱回収ボイラ３０、タービン１５、圧縮機１１、第二クラッチ６２、発電機２１、第一クラッチ６１、伝達機構１００の油圧ポンプ１１０、第三クラッチ６３、蒸気タービン２５、復水器４０の貯水部４４の順で並んでいる。これらの複数の配列機器は、いずれも、タワー６５を構成する複数の柱６６で囲まれた領域内に配置されている。なお、これらの配列機器は、その一部がタワー６５からはみだしてもよい。
【０１０４】
第一クラッチ６１は、油圧モータ１２０の出力軸１２２と発電機ロータ２２との間に配置され、出力軸１２２と発電機ロータ２２とを機械的に接続する。この出力軸１２２の第一端は第一クラッチ６１に接続されている。この第一クラッチ６１は、出力軸１２２と発電機ロータ２２との間で動力伝達可能な伝達状態と、出力軸１２２と発電機ロータ２２との間で動力伝達が行われない非伝達状態とに、出力軸１２２と発電機ロータ２２との間の接続状態を切り替える。
【０１０５】
第二クラッチ６２は、ガスタービンロータ１９と発電機ロータ２２との間に配置され、ガスタービンロータ１９と発電機ロータ２２とを機械的に接続する。この第二クラッチ６２は、ガスタービンロータ１９と発電機ロータ２２との間で動力伝達可能な伝達状態と、ガスタービンロータ１９と発電機ロータ２２との間で動力伝達が行われない非伝達状態とに、ガスタービンロータ１９と発電機ロータ２２との間の接続状態を切り替える。なお、本実施形態では、第一実施形態と異なり、発電機２１がガスタービン１０の下方に配置されている関係で、鉛直方向における第一クラッチ６１と第二クラッチ６２との位置関係が第一実施形態と逆である。
【０１０６】
第三クラッチ６３は、油圧モータ１２０の出力軸１２２と蒸気タービンロータ２６との間に配置され、出力軸１２２と蒸気タービンロータ２６とを機械的に接続する。この出力軸１２２の第二端は第三クラッチ６３に接続されている。この第三クラッチ６３は、出力軸１２２と蒸気タービンロータ２６との間で動力伝達可能な伝達状態と、出力軸１２２と蒸気タービンロータ２６との間で動力伝達が行われない非伝達状態とに、出力軸１２２と蒸気タービンロータ２６との間の接続状態を切り替える。なお、油圧モータ１２０の出力軸１２２の第一端は、第一クラッチ６１に接続されている。
【０１０７】
本実施形態の太陽熱発電設備も、第一実施形態の太陽熱発電設備と同様、さらに、複数の吊り下げワイヤ７０と、複数のワイヤ支持機７１と、複数の巻き取り機７２と、を備える。本実施形態では、吊り下げワイヤ７０の第一端７０ａが、発電機ケーシング２３に接続されている。
【０１０８】
タービン１５の排気口は、上向き開口している。このタービン１５のタービンケーシング１７には、排熱回収ボイラ３０が機械的に接続されている。蓄熱器５０は、排熱回収ボイラ３０の上側に配置され、脚３９を介して排熱回収ボイラ３０に支持されている。また、タービンロータ１６には、圧縮機ロータ１２、第二クラッチ６２、発電機ロータ２２、第一クラッチ６１、油圧モータ１２０、第三クラッチ６３、及び蒸気タービンロータ２６が機械的に接続されている。このため、蓄熱器５０、排熱回収ボイラ３０、タービン１５、圧縮機１１、第二クラッチ６２、発電機２１、第一クラッチ６１、油圧モータ１２０、第三クラッチ６３、及び蒸気タービン２５は、吊り下げワイヤ７０により、ワイヤ支持機７１から吊り下げられている。従って、蓄熱器５０、排熱回収ボイラ３０、タービン１５、圧縮機１１、第一クラッチ６１、発電機２１、第二クラッチ６２、油圧モータ１２０、第三クラッチ６３、及び蒸気タービン２５は、吊り下げワイヤ７０及びワイヤ支持機７１を介して、タワー６５に支持されている。油圧ポンプ１１０は、第一実施形態の太陽熱発電設備と同様、タワー６５の梁６７に固定されている。このため、油圧ポンプ１１０、この油圧ポンプ１１０に接続されている風車１は、タワー６５に支持されている。復水器４０及び給水ポンプ４５は、タワー６５の設置面に設置されている。媒体循環ポンプ５４は、タワー６５の柱６６等に固定されている。受熱器４６は、第一実施形態と同様、タワー６５に固定されているブラケット４９に取り付けられている。
【０１０９】
次に、以上で説明した本実施形態の太陽熱発電設備の動作について説明する。
【０１１０】
本実施形態の圧縮機１１も、第一実施形態の圧縮機１１と同様、空気（作動媒体）を吸い込み、この空気を圧縮して圧縮空気（圧縮媒体）を生成する。この圧縮空気は、圧縮空気ライン８２を介して、受熱器４６の伝熱管４７内に流入し、ヘリオスタット７５からの太陽光Ｒの熱より加熱される。
【０１１１】
受熱器４６で加熱された圧縮空気は、加熱空気ライン８３を経て、タービンケーシング１７内に流入する。タービンロータ１６は、この圧縮空気により回転する。圧縮機ロータ１２は、タービンロータ１６に直結されているため、このタービンロータ１６と一体回転する。
【０１１２】
本実施形態でも、第一実施形態と同様、タービンロータ１６が回転している間、第二クラッチ６２が、伝達状態になっている。このため、タービンロータ１６の回転に伴って、発電機ロータ２２が回転する。この結果、発電機２１は、発電する。第二クラッチ６２は、第一実施形態と同様、タービンロータ１６が回転していない間、非伝達状態になる。
【０１１３】
タービンケーシング１７から排気された高温の空気は、排気空気としてボイラケーシング３１内に流入する。また、排熱回収ボイラ３０の節炭器３２には、給水ライン８０から水が供給される。節炭器３２では、排気空気と水とが熱交換され、水が加熱される。節炭器３２で加熱された水は、排熱回収ボイラ３０の蒸発器３３に流入する。蒸発器３３では、節炭器３２からの水と排気空気とが熱交換され、水が加熱されて蒸気になる。この蒸気は、排熱回収ボイラ３０の過熱器３４に流入する。過熱器３４では、この蒸気と排気空気とが熱交換され、蒸気が過熱される。
【０１１４】
排熱回収ボイラ３０からの蒸気は、主蒸気ライン８４を経て、蒸気タービンケーシング２７内に流入する。蒸気タービンロータ２６は、この蒸気により回転する。蒸気タービン２５から排気された蒸気は、復水器４０のフィン付き伝熱管４２内に流入する。ファン４３は、フィン付き伝熱管４２の外部からこのフィン付き伝熱管４２に冷却用空気を送る。蒸気タービン２５からの蒸気は、フィン付き伝熱管４２内を流れる過程で、冷却用空気と熱交換されて、冷却され水になる。この水は、貯水部４４に溜まる。貯水部４４に溜まった水は、給水ポンプ４５により昇圧されて、給水ライン８０を介して、排熱回収ボイラ３０の節炭器３２に送られる。
【０１１５】
ボイラケーシング３１内を流れる高温の排気空気は、蓄熱器５０における排気空気熱交換部５２ｂ内の伝熱媒体と熱交換し、この伝熱媒体を加熱する。蓄熱器５０における蓄熱体熱交換部５２ａでは、蓄熱ケーシング５３内の蓄熱体５１と蓄熱体熱交換部５２ａ内の伝熱媒体とが熱交換され、蓄熱体５１が加熱される。よって、ボイラケーシング３１内に排気空気が流れ始めると、蓄熱体５１には、排気空気の熱が蓄えられる。
【０１１６】
タービンロータ１６が回転し始め、ボイラケーシング３１内に高温の排気空気が流れ始めてから、蒸気タービン２５の駆動に必要な流量の蒸気が発生するまでに、一定の時間を要する。このため、ガスタービン１０の起動時、第三クラッチ６３は、非伝達状態になり、蒸気タービンロータ２６及び発電機ロータ２２との間で動力伝達が行われない。排熱回収ボイラ３０で、蒸気タービン２５の駆動に必要な流量の蒸気が発生し始めると、主蒸気調節弁８５が開き、排熱回収ボイラ３０からの蒸気が蒸気タービンケーシング２７に流入する。蒸気タービンロータ２６は、この蒸気により回転し始める。さらに、排熱回収ボイラ３０で、蒸気タービン２５の駆動に必要な流量の蒸気が発生し始めると、第三クラッチ６３が伝達状態になる。このとき、第一クラッチ６１は、非伝達状態であれば伝達状態に変わり、伝達状態であれば伝達状態を維持する。このため、蒸気タービンロータ２６の回転は、第三クラッチ６３及び第一クラッチ６１を介して、発電機ロータ２２に伝わる。この結果、発電機２１は、ガスタービン１０の駆動及び蒸気タービン２５の駆動で発電するようになる。
【０１１７】
ガスタービン１０の駆動及び蒸気タービン２５の駆動で発電が継続的に行われた後、太陽が照らなくなると、第二クラッチ６２が非伝達状態になり、発電機ロータ２２は、ガスタービンロータ１９の回転及び停止に関わらず、回転できる状態になる。太陽が照らなくなると、さらに、給水調節弁８１が全閉状態になり、補助給水調節弁８７が全開状態になる。この結果、復水器４０内の水が蒸気発生器５５内に流入する。この水は、蓄熱されて高温になった蓄熱体５１との熱交換で加熱されて蒸気になる。この蒸気は、補助蒸気ライン８８を介して、蒸気タービンケーシング２７内に供給される。蒸気タービンロータ２６は、この蒸気により回転する。この結果、発電機２１は、ガスタービン１０が駆動していなくても、蒸気タービン２５の駆動で発電する。このとき、前述したように、第二クラッチ６２が非伝達状態になっているため、蒸気タービンロータ２６の回転でガスタービンロータ１９を回転させる必要がなく、蒸気タービン２５による発電効率を高めることができる。
【０１１８】
蒸気発生器５５での蓄熱体５１と水との熱交換により、蓄熱体５１に蓄えられていた熱の量は、次第に少なくなる。このため、蒸気発生器５５から蒸気タービン２５へ蒸気を供給し始めてから所定時間経過すると、蒸気タービン２５の駆動に十分な蒸気を蒸気発生器５５から蒸気タービン２５へ送ることができなくなる。よって、蒸気タービン２５の駆動に十分な蒸気を排熱回収ボイラ３０からも蒸気発生器５５からも蒸気タービン２５へ送ることができなくなると、主蒸気調節弁８５が閉じ、蒸気タービン２５の駆動は停止する。
【０１１９】
蒸気タービン２５の駆動に必要な流量の蒸気が蒸気タービンケーシング２７内に流入している間、蒸気タービンロータ２６の回転を発電機ロータ２２に伝えるために、第一クラッチ６１は、伝達状態になる。さらに、この第一クラッチ６１は、第一実施形態と同様に、風速計で検知された風速が所定の範囲内になっている間も、伝達状態になる。このため、風速計で検知された風速が所定の範囲内になっている間、風車１の回転で発電機ロータ２２が回転する。
【０１２０】
仮に、太陽が照っておらず、タービンロータ１６が回転していないときで、且つ蒸気タービン２５の駆動に必要な流量の蒸気が蒸気タービンケーシング２７内に流入していないとき、風速計で検知された風速が所定の範囲内になっていれば、第二クラッチ６２及び第三クラッチ６３が非伝達状態で、第一クラッチ６１のみが伝達状態になる。よって、このとき、風車１の回転のみで、発電機２１は発電することになる。
【０１２１】
仮に、タービンロータ１６が回転しているときで、且つ蒸気タービン２５の駆動に必要な流量の蒸気が蒸気タービンケーシング２７内に流入していないとき、風速計で検知された風速が所定の範囲内になっていれば、第三クラッチ６３が非伝達状態で、第一クラッチ６１及び第二クラッチ６２が伝達状態になる。よって、このとき、タービンロータ１６の回転及び風車１の回転で、発電機２１は発電することになる。
【０１２２】
仮に、タービンロータ１６及び蒸気タービンロータ２６が回転しているとき、風速計で検知された風速が所定の範囲内になっていれば、第一クラッチ６１、第二クラッチ６２及び第三クラッチ６３が伝達状態になる。よって、このとき、タービンロータ１６、蒸気タービンロータ２６及び風車１の回転で、発電機２１は発電することになる。
【０１２３】
蒸気タービンロータ２６が回転しているとき、風速計で検知された風速が所定の範囲内であるか否かに関わらず、第一クラッチ６１及び第三クラッチ６３は、伝達状態になる。仮に、このとき、風速計で検知された風速が所定の範囲内であれば、風車１の回転力が油圧モータ１２０の出力軸１２２に伝わることになる。すなわち、このとき、油圧モータ１２０の出力軸１２２には、蒸気タービン２５の回転力及び風車１の回転力が伝わることになり、蒸気タービンロータ２６及び風車１の回転で、発電機２１は発電することになる。また、このとき、風速計で検知された風速が所定の範囲外であれば、コントローラ１０１による制御で、油圧ポンプ１１０の全ての高圧弁１１７ｈ及び低圧弁１１７ｌ、さらに油圧モータ１２０の全ての高圧弁１２７ｈ及び低圧弁１２７ｌが開状態になる。このため、油圧モータ１２０の出力軸１２２は、油の抵抗をほとんど受けることなく、自由に回転できることになる。よって、このとき、油圧モータ１２０の出力軸１２２には、蒸気タービン２５の回転力のみが伝わることになり、蒸気タービンロータ２６の回転で、発電機２１は発電することになる。
【０１２４】
なお、蒸気タービンロータ２６が回転しているとき、風速計で検知された風速が所定の範囲外の場合を考慮して、環状高圧管１２８ｈと環状低圧管１２８ｌとを直結するバイパス油圧ラインを設けると共に、このバイパス油圧ラインにバイパス弁を設けてもよい。蒸気タービンロータ２６が回転しているとき、風速計で検知された風速が所定の範囲外の場合の場合、コントローラ１０１は、バイパス弁を開状態にする。この結果、環状高圧管１２８ｈを流れている油は、油圧モータ１２０の全ての高圧弁１２７ｈ及び低圧弁１２７ｌを経ずに、バイパス油圧ラインを介して、環状低圧管１２８ｌに流入する。
【０１２５】
以上のように、本実施形態では、以下のａ〜ｇの７形態で発電を行うことができる。
ａ．風車１のみで発電
ｂ．風車１とガスタービン１０とで発電
ｃ．風車１と蒸気タービン２５で発電
ｄ．風車１とガスタービン１０と蒸気タービン２５とで発電
ｅ．ガスタービン１０のみで発電
ｆ．ガスタービン１０と蒸気タービン２５とで発電
ｇ．蒸気タービン２５のみで発電
【０１２６】
よって、本実施形態では、外部からの発電量の要求に対する対応性を、第一実施形態よりも高めることができる。
【０１２７】
また、本実施形態でも、太陽熱発電設備を構成する複数の配列機器が、タワー６５を構成する複数の柱６６で囲まれた領域内に、鉛直方向に並んで配置されているため、第一実施形態と同様、設備の設置領域の有効利用を図ることができる。
【０１２８】
本実施形態では、風車１とガスタービン１０と蒸気タービン２５で一の発電機２１を共有している。このため、本実施形態では、風車１の回転で発電する発電機と、ガスタービン１０の駆動で発電する発電機と、蒸気タービン２５の駆動で発電する発電機とを別々に設ける場合よりも、設備コストを抑えることができる。
【０１２９】
本実施形態では、太陽熱発電設備を構成する複数の機器が、吊り下げワイヤ７０により、ワイヤ支持機７１から吊り下げられている。このため、本実施形態でも、これらの機器を点検又は修理する際、巻き取りドラム７２ａに巻き付いている吊り下げワイヤ７０の巻き付き量を徐々に少なくして、各機器を下方に下げて、順次、機器を外すことで、比較的容易に各機器を点検又は修理することができる。
【０１３０】
「第三実施形態」
図５及び図６を参照して、太陽熱発電設備の第三実施形態について説明する。
【０１３１】
本実施形態の太陽熱発電設備は、図５に示すように、第二実施形態の太陽熱発電設備と同様、風車１ａ、伝達機構１００ａ、蓄熱器５０、媒体循環ポンプ５４、蒸気発生器５５、排熱回収ボイラ３０、タービン１５、圧縮機１１、第二クラッチ６２、発電機２１、第一クラッチ６１、第三クラッチ６３、蒸気タービン２５、復水器４０、給水ポンプ４５、受熱器４６、複数のヘリオスタット７５を備える。但し、本実施形態の風車１ａ及び伝達機構１００ａの配置が第二実施形態の風車１及び伝達機構１００と異なる。
【０１３２】
本実施形態では、風車１ａの位置と、伝達機構１００ａの油圧ポンプ１１０ａの位置と、伝達機構１００ａの油圧モータ１２０の位置とが、鉛直方向で重なり合っている。風車１ａ、油圧ポンプ１１０ａ及び油圧モータ１２０は、鉛直方向で、第一クラッチ６１と第三クラッチ６３との間に配置されている。
【０１３３】
本実施形態では、風車１ａの位置と、伝達機構１００ａの油圧ポンプ１１０ａの位置と、伝達機構１００ａの油圧モータ１２０の位置とを、鉛直方向で重なり合せるため、図６に示すように、円筒状の風車軸３ａの内周側に油圧ポンプ１１０ａが配置され、この油圧ポンプ１１０ａよりもさらに内周側に油圧モータ１２０が配置されている。図５に示すように、この風車軸３ａの外周側には翼２が固定されている。また、風車軸３ａは、図示されていないが、スラスト軸受により、軸方向の移動が拘束されている。
【０１３４】
第一実施形態及び第二実施形態では、図３を用いて説明したように、油圧ポンプ１１０の波形円筒カム１１１が円筒状の風車軸３ａの外周面に固定され、この波形円筒カム１１１の外周側に複数の往復動アクチュエータ１１３が環状に配置されている。本実施形態では、油圧ポンプ１１０ａの波形円筒カム１１１ａが円筒状の風車軸３ａの内周面に固定されている。この波形円筒カム１１１ａの内周面が、波形のカム面１１１ｃｓを形成している。この波形円筒カム１１１ａの内周側には、油圧ポンプ１１０ａの複数の往復動アクチュエータ１１３ａが環状に配置されている。環状に配置されている複数の往復動アクチュエータ１１３ａの内周側には、油圧モータ１２０が配置されている。
【０１３５】
本実施形態では、タワー６５を構成する複数の柱６６で囲まれた領域の外周側に、円筒状の風車軸３ａ及び油圧ポンプ１１０ａの波形円筒カム１１１ａが配置されている。よって、本実施形態の風車１ａは、タワー６５を構成する複数の柱６６で囲まれた領域の外周側で回転する。一方、油圧モータ１２０は、タワー６５を構成する複数の柱６６で囲まれた領域内に配置されている。
【０１３６】
第二実施形態と同様、本実施形態の油圧モータ１２０の出力軸１２２の第一端には第一クラッチ６１が接続され、この出力軸１２２の第二端には第三クラッチ６３が接続されている。
【０１３７】
以上、本実施形態の太陽熱発電設備は、第二実施形態と同じ機器を備えているので、第二実施形態と同様の効果を得ることができる。
【０１３８】
さらに、本実施形態では、風車１ａの位置と、伝達機構１００ａの油圧ポンプ１１０ａの位置と、伝達機構１００ａの油圧モータ１２０の位置とが、鉛直方向で重なり合っているため、設備高さとタワー高さの双方を低くすることができる。このため、設備コストを抑えることができる。
【０１３９】
なお、本実施形態は、第二実施形態の変形例であるが、第一実施形態においても、本実施形態と同様、風車１の位置と、油圧ポンプ１１０の位置と、油圧モータ１２０の位置とを、鉛直方向で重なり合せてもよい。
【０１４０】
「第四実施形態」
図７及び図８を参照して、太陽熱発電設備の第四実施形態について説明する。
【０１４１】
本実施形態の太陽熱発電設備は、第三実施形態の太陽熱発電設備の変形例である。本実施形態の太陽熱発電設備も、図７に示すように、第三実施形態の太陽熱発電設備と同様、風車１ｂ、伝達機構１００ａ、蓄熱器５０、媒体循環ポンプ５４、蒸気発生器５５、排熱回収ボイラ３０、タービン１５、圧縮機１１、第二クラッチ６２、発電機２１、第一クラッチ６１、第三クラッチ６３、蒸気タービン２５、復水器４０、給水ポンプ４５、受熱器４６、複数のヘリオスタット７５、コントローラ１０１ｂ（図８参照）を備える。但し、本実施形態では、風車１ｂ及びコントローラ１０１ｂの構成が第三実施形態の風車１ａ及びコントローラ１０１と異なる。さらに、本実施形態の太陽熱発電設備は、日照計１３５と、風速計１３６と、を備える。
【０１４２】
本実施形態の風車１ｂも、第三実施形態の風車１ａと同様、複数の翼２と、鉛直方向に延びる風車軸線Ａｗを中心として回転する円筒状の風車軸３ａと、を有する。さらに、本実施形態の風車１ｂは、風車半径変更機構１３０を有する。この風車半径変更機構１３０は、図８に示すように、風車軸線Ａｗから翼２中で最も離れている位置２ｒまでの距離である風車半径Ｗｒを変更する。この風車半径変更機構１３０は、複数の翼２毎に設けられている油圧シリンダ１３１と、翼接続板１３４と、を有する。油圧シリンダ１３１は、動作ロッド１３２と、シリンダケーシング１３３と、を有する。シリンダケーシング１３３は、動作ロッド１３２が移動可能に、この動作ロッド１３２の第一端を収納する。シリンダケーシング１３３は、動作ロッド１３２の移動方向が風車軸線Ａｗに対する半径方向を向くよう、風車軸３ａに固定されている。翼接続板１３４は、動作ロッド１３２の第一端とは反対側の端である第二端に固定されている。翼２は、この翼接続板１３４に固定されている。
【０１４３】
コントローラ（制御装置）１０１ｂは、第三実施形態のコントローラ１０１と同様、伝達機構１００ａにおける油圧ポンプ１１０ａ及び油圧モータ１２０を制御する。さらに、本実施形態のコントローラ１０１ｂは、風車半径変更機構１３０を制御する。このコントローラ１０１ｂは、日照計１３５で検知されたタワー６５の設置位置における日射量、及び風速計１３６で検知されたタワー６５に設けられた風車１ｂの設置位置における風速に応じて、風車半径変更機構１３０に対して風車半径Ｗｒを変更するよう指示する。
【０１４４】
本実施形態のように、受熱器４６よりも下側に風車１ｂが配置されている場合、複数のヘリオスタット７５から受熱器４６に向かう太陽光Ｒの一部が、翼２により遮られて、受熱器４６に到達しない場合がある。また、太陽光Ｒがヘリオスタット７５に到達しない場合には、太陽光Ｒによる発電量が０になる。なお、太陽光Ｒがヘリオスタット７５に到達しない場合としては、夜間の他に、昼間、太陽が雲に覆われている場合がある。
【０１４５】
コントローラ１０１ｂは、以上のような場合を考慮して、風車半径Ｗｒを変更する。具体的に、コントローラ１０１ｂは、太陽光Ｒによってタービン１５が駆動することによる現時点の発電量と、風によって風車１ｂが回転することによる現時点の発電量と、を演算する。そして、コントローラ１０１ｂは、両発電量の大小関係を比較し、風による発電量が太陽光Ｒによる発電量より大きい場合、風車半径Ｗｒを大きくし、太陽光Ｒによる発電量が風による発電量より大きい場合、風車半径Ｗｒを小さくする。
【０１４６】
コントローラ１０１ｂは、例えば、日射量を関数Ｆに代入して、太陽光Ｒによる発電量を求める。関数Ｆに代入する日射量は、日照計１３５で検知された日射量に複数のヘリオスタット７５の受光面積等を掛けた値から、複数のヘリオスタット７５から受熱器４６に向かう太陽光Ｒのうちで翼２により遮られる太陽光Ｒの日射量を減算した値である。コントローラ１０１ｂは、例えば、現時点の翼２の位置データ及び現時刻を関数Ｇに代入することで、翼２により遮られる太陽光Ｒの日射量を求める。なお、現時点の翼２の位置データ及び現時刻は、風車半径変更機構１３０を制御するコントローラ１０１ｂにより、把握されている。関数Ｇは、タワー６５の設置位置と現時刻とから現時点の太陽の位置を特定し、この位置の太陽から複数のヘリオスタット７５を介して受熱器に向かう太陽光Ｒのうち、翼２により遮られる太陽光Ｒの日射量を求める関数である。また、コントローラ１０１ｂは、風速計１３６で検知された現時点の風力を関数Ｈに代入して、風による発電量を求める。
【０１４７】
本実施形態では、風による発電量が太陽光Ｒによる発電量より大きい場合、風車半径Ｗｒが大きくなるため、風車１ｂを回転させるトルクが大きくなり、風による発電量を大きくすることができる。また、本実施形態では、太陽光Ｒによる発電量が風による発電量より大きい場合、風車半径Ｗｒが小さくなるため、翼２により遮られる太陽光Ｒの日射量が少なくなり、太陽光Ｒによる発電量を大きくすることができる。よって、本実施形態の太陽熱発電設備では、第三実施形態の太陽熱発電設備よりも発電量を高めることができる。
【０１４８】
なお、本実施形態の風車半径変更機構１３０は、複数の翼２毎に設けられている油圧シリンダ１３１により風車軸線Ａｗに対する半径方向に翼２を移動させる機構である。しかしながら、風車半径変更機構１３０は、例えば、特開２００６−０３７７５３号に記載されているように、風車軸線Ａｗが延びている方向に移動可能な移動部材と、この移動部材を風車軸線Ａｗが延びている方向に移動させる一の駆動源と、移動部材と翼２とを機械的に接続し、移動部材の移動に伴って翼２を半径方向に移動させる機構と、を備えるものでもよい。また、風車半径変更機構１３０は、風車軸線Ａｗと垂直に交わる仮想線に対する翼２のキャンバーラインの角度を変えることで、風車半径Ｗｒを変更する機構であってもよい。このような機構は、例えば、リンク機構を採用することで実現することができる。
【０１４９】
なお、本実施形態は、第三実施形態の変形例である。しかしながら、第三実施形態の太陽光発電設備に限らず、受熱器よりも下側に風車が配置されている太陽光発電設備であれば、本実施形態と同様に、風車半径変更機構１３０を設け、この風車半径Ｗｒを日射量及び風速に応じて変更してもよい。
【０１５０】
また、本実施形態では、日射量及び風速に応じて風車半径Ｗｒを変更するが、日射量のみで風車半径Ｗｒを変更してもよい。例えば、夜間や、昼間でも太陽が雲に遮られている場合等、日照計１３５で検知される日射量が０の場合に、風車半径Ｗｒを最大にする。また、日照計１３５を設けず、日の出時刻から日の入り時刻までの昼間の時間帯を管理するカレンダーを準備しておき、このカレンダーが示す昼間の時間帯に風車半径Ｗｒを最小にし、このカレンダーが示す夜間の時間帯に風車半径Ｗｒを最大にしてもよい。また、日照計１３５を設ける場合、タワー６５に設けてもよいが、ヘリオスタット７５に設けてもよい。
【０１５１】
「変形例」
第二実施形態の複数の配列機器の並び順と、第二実施形態の変形例である第三実施形態の複数の配列機器の並び順と異なっている。すなわち、複数の配列機器の並び順は、以上の各実施形態で例示した並び順に限定されない。
【０１５２】
但し、太陽熱発電設備が第二実施形態、第三実施形態及び第四実施形態のように、排熱回収ボイラ３０、蒸気タービン２５、復水器４０を備えている場合、以下のように配置することが好ましい。
【０１５３】
復水器４０の貯水部４４を複数の配列機器のうちで最も下方に配置することが好ましい。これは、太陽熱発電設備を構成する複数の機器のうちで、復水器４０の貯水部４４が運転時に最重量物となるからである。
【０１５４】
以上のように、復水器４０の貯水部４４を最も下方に配置することが好ましい関係上、基本的に、復水器４０に蒸気を排出する蒸気タービン２５をガスタービン１０より復水器４０に近い側、つまりガスタービン１０より下方に配置することが好ましい。
【０１５５】
ガスタービン１０からの排気空気で蒸気を発生させる排熱回収ボイラ３０は、ガスタービン１０を構成する圧縮機１１やタービン１５よりも軽い。このため、ガスタービン１０を構成する圧縮機１１やタービン１５よりも排熱回収ボイラ３０を上に配置することが好ましい。さらに、ガスタービン１０のうちで排気空気を排熱回収ボイラ３０に送るのは、タービン１５である。このタービン１５から排気される排気空気（排気媒体）は、高温であるため自然対流により上昇する。よって、圧縮機１１よりもタービン１５を上に配置し、その上に排熱回収ボイラ３０を配置することが好ましい。
【０１５６】
以上の実施形態のタワー６５６５は、鋼材で形成されている。しかしながら、タワー６５６５は、例えばコンクリートで形成されている第一構造体と、この第一構造体の外周を囲む鋼板等で形成されている第二構造体と、を有して構成してもよい。この場合、鋼板等の第二構造体は、第一構造体を形成するコンクリートの枠として機能する。コンクリートは、蓄熱性が高い。このため、タワー６５６５の一部を構成するコンクリートを蓄熱体として用いるとよい。この場合、伝熱媒体が流れる配管の一部をボイラケーシング３１内に配置し、この配管の他の一部をコンクリート内に通し、排気空気の熱をコンクリートに蓄熱するとよい。また、蒸気が流れる配管をコンクリート内に通し、蒸気の熱をコンクリートに蓄熱してもよい。さらに、給水が流れる配管の一部をコンクリート内に通し、コンクリートに蓄えられた熱で給水を加熱して、この水を蒸気にしてもよい。
【０１５７】
風車には、以上の各実施形態の垂直軸型風車の他に、水平軸型風車がある。本発明では、本実施形態の垂直軸型風車の替りに、水平軸型風車を採用してもよい。但し、水平軸型風車の場合、風が流れる方向と風車軸が延びる方向とをほぼ一致させる必要があるため、構造が複雑になり、風車のコストが嵩む。さらに、風車軸が延びる方向に風からの荷重がかかり、結果として、タワー６５６５の上部に横荷重がかかる。このため、曲げモーメントに強いタワー６５を構成する必要があり、タワー６５のコストが嵩む。特に、本発明のように、複数の配列機器を鉛直方向に並べて配置する場合、タワー６５６５の高さが高くなるため、タワー６５６５にかかる曲げモーメントが大きくなる。一方、垂直軸型風車では、風が流れる方向と風車軸３が延びる方向とを一致させる必要がないため、水平軸型風車よりも構造が簡単になり、風車１のコストを抑えることができる。さらに、垂直軸型風車では、翼２が風を受けても、鉛直方向の延びる風車軸３にかかる水平方向の力を、水平軸型風車の風車軸にかかる水平方向の力よりも小さくすることができる。このため、垂直軸型風車では、タワー６５６５の上部にかかる横荷重を水平軸型風車よりも小さくすることができ、タワー６５６５のコストを抑えることができる。
【０１５８】
よって、本発明では、風車として、水平軸型風車を採用するよりも、垂直軸型風車を採用することが好ましい。なお、垂直軸型風車としては、以上の実施形態におけるジャイロミル型風車の他、ダリウス型風車、サボニウス型風車、クロスフロー型風車等がある。本発明では、これらの垂直軸型風車のいずれを採用してもよい。
【０１５９】
以上の各実施形態の伝達機構１００，１００ａは、油圧ラインを含んでいる。しかしながら、伝達機構は、ギヤ等の機械要素のみで構成してもよい。この場合、風車１の回転変化に対応するため、伝達機構は、無段変速機を含むことが好ましい。
【０１６０】
以上の各実施形態では、風車軸線Ａｗとタービン軸線Ａｔと蒸気タービン軸線Ａｓと発電機軸線Ａｇとが同一直線上に位置する。しかしながら、例えば、ガスタービンロータ１９と発電機ロータ２２との間にクラッチ又は変速機を設けた場合や、蒸気タービン２５と発電機ロータ２２との間にクラッチ又は変速機を設けた場合には、各軸線は互いに平行であるものの、同一直線上に位置しなくなることがある。このため、各軸線は、それぞれが鉛直方向に延び、互いに平行であれば、同一直線上に位置しなくてもよい。
【０１６１】
以上の各実施形態では、吊り下げワイヤ７０を用いて、ガスタービン１０等をタワー６５６５から吊り下げ支持している。しかしながら、吊り下げワイヤ７０を用いるのは、主として、点検又は修理を考慮したためであるため、ガスタービン１０等をタワー６５６５で支持できれば、他の方法でガスタービン１０等を支持してもよい。例えば、タワー６５６５にブラケットを固定し、このブラケットにガスタービン１０を取り付けてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１６２】
本発明の一態様によれば、複数の配列機器の占有面積が鉛直方向で重なり合い、複数の配列機器の総占有面積を小さくすることができる。よって、本発明の一態様によれば、設備の設置領域の有効利用を図ることができる。
【符号の説明】
【０１６３】
１，１ａ，１ｂ：風車
２：翼
３，３ａ：風車軸
４：翼支持アーム
１０：ガスタービン
１１：圧縮機
１２：圧縮機ロータ
１３：圧縮機ケーシング
１４：吸気ケーシング
１５：タービン
１６：タービンロータ
１７：タービンケーシング
１９：ガスタービンロータ
２１：発電機
２２：発電機ロータ
２３：発電機ケーシング
２５：蒸気タービン
２６：蒸気タービンロータ
２７：蒸気タービンケーシング
２８：排気ケーシング
３０：排熱回収ボイラ
３１：ボイラケーシング
３２：節炭器
３３：蒸発器
３４：過熱器
３９：脚
４０：復水器
４１：放熱部
４２：フィン付き伝熱管
４３：ファン
４４：貯水部
４５：給水ポンプ
４６：受熱器
４７：伝熱管
４８：受熱器ケーシング
４９：ブラケット
５０：蓄熱器
５１：蓄熱体
５２：媒体伝熱管
５２ａ：蓄熱体熱交換部
５２ｂ：排気空気熱交換部
５３：蓄熱ケーシング
５４：媒体循環ポンプ
５５：蒸気発生器
５６：蓄熱体伝熱管
５７：蒸気ドラム
６１：第一クラッチ
６２：第二クラッチ
６３：第三クラッチ
６４：ラジアル軸受
６５：タワー
６６：柱
６７：梁
７０：吊り下げワイヤ
７０ａ：第一端
７０ｂ：第二端
７１：ワイヤ支持機
７１ａ：支持ローラ
７１ｂ：ローラ支持機
７２：巻き取り機
７２ａ：巻き取りドラム
７２ｂ：ドラム支持機
７５：ヘリオスタット
７６：反射鏡
７７：支持脚
７８：鏡駆動機
８０：給水ライン
８１：給水調節弁
８２：圧縮空気ライン
８３：加熱空気ライン
８４：主蒸気ライン
８５：主蒸気調節弁
８６：補助給水ライン
８７：補助給水調節弁
８８：補助蒸気ライン
１００，１００ａ：伝達機構
１０１，１０１ｂ：コントローラ（制御装置）
１０２：回転角度センサ
１０３：回転数センサ
１０５：連結油圧ライン
１０６：連結高圧管
１０７：連結低圧管
１０８：アキュムレータ
１１０，１１０ａ：油圧ポンプ
１１１，１１１ａ：波形円筒カム
１１１ｃｓ：カム面
１１３，１１３ａ：往復動アクチュエータ
１１４：シリンダ
１１４ａ：油圧室
１１５：ピストン
１１５ａ：ピストン本体
１１５ｂ：ローラ
１１６ｈ：分岐高圧管
１１６ｌ：分岐低圧管
１１７ｈ：高圧弁
１１７ｌ：低圧弁
１１８ｈ：環状高圧管
１１８ｌ：環状低圧管
１２０：油圧モータ
１２１：偏芯カム
１２１ａ：カム面
１２２：出力軸
１２３：往復動アクチュエータ
１２４：シリンダ
１２４ａ：油圧室
１２５：ピストン
１２６ｈ：分岐高圧管
１２６ｌ：分岐低圧管
１２７ｈ：高圧弁
１２７ｌ：低圧弁
１２８ｈ：環状高圧管
１２８ｌ：環状低圧管
１３０：風車半径変更機構
１３１：油圧シリンダ
１３２：動作ロッド
１３３：シリンダケーシング
１３４：翼接続板
１３５：日照計
１３６：風速計
Ｒ：太陽光
Ａｃ：圧縮機軸線
Ａｔ：タービン軸線
Ａｇ：発電機軸線
Ａｏ：中心軸線
Ａｓ：蒸気タービン軸線
Ａｗ：風車軸線
Ｗｒ：風車半径
【図１】
2019058716.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【手続補正書】
【提出日】令和2年3月19日(2020.3.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
風を受けて回転する風車と、
作動媒体を圧縮して圧縮媒体を生成する圧縮機と、
太陽光を受けて前記圧縮媒体を加熱する受熱器と、
前記受熱器で加熱された前記圧縮媒体で駆動するタービンと、
前記タービンの駆動で発電する発電機と、
前記風車の回転を前記発電機に伝える伝達機構と、
前記風車、前記圧縮機、前記受熱器、前記タービン及び前記発電機を支持するタワーと、
を備え、
前記圧縮機は、鉛直方向に延びる圧縮機軸線を中心として回転する圧縮機ロータと、前記圧縮機ロータを覆う圧縮機ケーシングと、を有し、
前記タービンは、鉛直方向に延びるタービン軸線を中心として回転するタービンロータと、前記タービンロータを覆うタービンケーシングと、を有し、
前記圧縮機ロータと前記タービンロータとは、機械的に接続されてガスタービンロータを構成し、
前記発電機は、前記ガスタービンロータと機械的に接続され、鉛直方向に延びる発電機軸線を中心として回転する発電機ロータと、前記発電機ロータを覆う発電機ケーシングと、を有し、
前記風車、前記圧縮機、前記タービン及び前記発電機は、それぞれ、配列機器を成し、
複数の前記配列機器は、鉛直方向に並び、
前記風車は、前記受熱器よりも下方の位置に配置され、
前記風車は、前記風車軸線から前記翼中で最も離れている位置までの距離である風車半径を変更する風車半径変更機構を有する、
太陽熱発電設備。
【請求項２】
請求項１に記載の太陽熱発電設備において、
前記タワーの設置位置における日射量に応じて、前記風車半径変更機構に対して前記風車半径を変更するよう指示する制御装置を備える、
太陽熱発電設備。
【請求項３】
請求項２に記載の太陽熱発電設備において、
前記制御装置は、前記タワーの設置位置における日射量、及び前記タワーの設置位置における風速に応じて、前記風車半径変更機構に対して前記風車半径を変更するよう指示する、
太陽熱発電設備。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載の太陽熱発電設備において、
前記風車は、鉛直方向に延びる風車軸線を中心として回転する風車軸と、前記風車軸に固定され、風を受けて風車軸線を中心として前記風車軸を回転させる翼と、を有する、
太陽熱発電設備。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項に記載の太陽熱発電設備において、
前記ガスタービンロータと前記発電機ロータとの間で、動力伝達可能な伝達状態と動力伝達が行われない非伝達状態とに、前記ガスタービンロータと前記発電機ロータとの接続状態を切り替えるクラッチを備える、
太陽熱発電設備。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一項に記載の太陽熱発電設備において、
前記伝達機構は、
前記風車の回転を油の圧力に変換する油圧ポンプと、
出力軸を有し、前記油圧ポンプで圧力がかけられた油を受けて前記出力軸を回転させる油圧モータと、
前記油圧ポンプと前記油圧モータとの間で前記油が行き来するように、前記油圧ポンプと前記油圧モータとを接続する連結油圧ラインと、
を有し、
前記油圧モータの前記出力軸は、前記発電機ロータに機械的に接続されている、
太陽熱発電設備。
【請求項７】
請求項６に記載の太陽熱発電設備において、
前記伝達機構は、前記出力軸の回転数を目的の回転数にする回転数調節機構を有する、
太陽熱発電設備。
【請求項８】
請求項６又は７に記載の太陽熱発電設備において、
前記油圧モータの前記出力軸と前記発電機ロータとの間で、動力伝達可能な伝達状態と動力伝達が行われない非伝達状態とに、前記出力軸と前記発電機ロータとの接続状態を切り替えるクラッチを備える、
太陽熱発電設備。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか一項に記載の太陽熱発電設備において、
前記タービンから排気された前記作動媒体である排気媒体で水を加熱して、前記水を蒸気にする排熱回収ボイラを備える、
太陽熱発電設備。
【請求項１０】
請求項９に記載の太陽熱発電設備において、
前記排熱回収ボイラは、配列機器を成し、
前記排熱回収ボイラを含む複数の前記配列機器は、鉛直方向に並んでいる、
太陽熱発電設備。
【請求項１１】
請求項９又は１０に記載の太陽熱発電設備において、
前記排熱回収ボイラからの蒸気で駆動する蒸気タービンと、
前記蒸気タービンから排気された蒸気を水に戻す復水器と、
前記復水器内の水を前記排熱回収ボイラに導く給水ラインと、
を備える、
太陽熱発電設備。
【請求項１２】
請求項１１に記載の太陽熱発電設備において、
前記蒸気タービンは、鉛直方向に延びる蒸気タービン軸線を中心として回転する蒸気タービンロータと、前記蒸気タービンロータを覆う蒸気タービンケーシングと、を有し、
前記蒸気タービンは、配列機器を成し、
前記蒸気タービンを含む複数の前記配列機器は、鉛直方向に並んでいる、
太陽熱発電設備。
【請求項１３】
請求項１２に記載の太陽熱発電設備において、
前記圧縮機及び前記タービンは、前記発電機を基準にして、鉛直方向上側と鉛直方向下側とのうちの一方側に配置され、
前記蒸気タービンは、前記発電機を基準にして、鉛直方向上側と鉛直方向下側とのうちの他方側に配置され、
前記蒸気タービンロータは、前記発電機ロータに機械的に接続され、
前記蒸気タービンロータと前記発電機ロータとの間で、動力伝達可能な伝達状態と動力伝達が行われない非伝達状態とに、前記蒸気タービンロータと前記発電機ロータとの接続状態を切り替えるクラッチを備える、
太陽熱発電設備。
【請求項１４】
請求項１１から１３のいずれか一項に記載の太陽熱発電設備において、
前記復水器は、前記蒸気タービンから排気された蒸気が水に戻った後に、前記水が貯えられる貯水部を有し、
前記貯水部は、配列機器を成し、
前記貯水部を含む複数の前記配列機器は、鉛直方向に並んでいる、
太陽熱発電設備。
【請求項１５】
請求項９から１４のいずれか一項に記載の太陽熱発電設備において、
前記タービンは、前記圧縮機よりも上方に配置され、
前記排熱回収ボイラは、前記タービンより上方に配置されている、
太陽熱発電設備。
【請求項１６】
請求項９から１５のいずれか一項に記載の太陽熱発電設備において、
前記排気媒体の熱を蓄える蓄熱体を備える、
太陽熱発電設備。
【請求項１７】
請求項１１から１４のいずれか一項に記載の太陽熱発電設備において、
前記排気媒体の熱を蓄える蓄熱体と、
前記給水ラインから分岐している補助給水ラインと、
前記補助給水ラインに接続され、前記蓄熱体に接して前記補助給水ラインからの水と前記蓄熱体との間で熱交換させる伝熱管を有し、前記蓄熱体で前記水を加熱して、前記水を蒸気にする蒸気発生器と、
前記蒸気発生器で発生した蒸気を前記蒸気タービンに導く補助蒸気ラインと、
を備える、
太陽熱発電設備。
【請求項１８】
請求項１から１７のいずれか一項に記載の太陽熱発電設備において、
太陽光を反射する反射鏡と、前記反射鏡で反射した太陽光が前記受熱器に向うよう前記反射鏡の向きを変える鏡駆動機と、を有するヘリオスタットを備える、
太陽熱発電設備。
【国際調査報告】
2019058716.tif 000011
2019058716.tif 000012
2019058716.tif 000013
2019058716.tif 000014