(57)【要約】【課題】発電サイクルの高効率化を図り、発電コストを低減したガスタービンプラントを提供する。【解決手段】本発明のガスタービンプラント１は、太陽からの熱を受ける受熱器１０と、圧縮機３１及び圧縮機３１で圧縮されるとともに受熱器１０によって加熱された流体を作動流体として作動するタービン３２を有するガスタービン３０と、太陽からの熱を検知する温度センサー２０と、温度センサー２０が検知した熱の温度に基づいて駆動し、ガスタービン３０を始動させる補助駆動装置３４と、タービン３２の回転により生じる運動エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機３６と、を有することを特徴とする。【選択図】図１
2011007149.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽からの熱を受ける受熱器と、
圧縮機及び該圧縮機で圧縮されるとともに前記受熱器によって加熱された流体を作動流体として作動するタービンを有するガスタービンと、
太陽からの熱を検知する温度センサーと、
前記温度センサーが検知した熱の温度に基づいて駆動し、前記ガスタービンを始動させる補助駆動装置と、
前記タービンの回転により生じる運動エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機と、を有することを特徴とするガスタービンプラント。
【請求項２】
前記圧縮機及び前記タービンは互いに同軸の回転軸で直結され、前記回転軸は前記補助駆動装置の駆動により回転されることを特徴とする請求項１に記載のガスタービンプラント。
【請求項３】
前記作動流体が前記受熱器で加熱される前に該作動流体と前記タービンの排気との熱交換を行う再生熱交換器を備えることを特徴とする請求項１または２に記載のガスタービンプラント。
【請求項４】
前記圧縮器と前記受熱器とが直結されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のガスタービンプラント。
【請求項５】
前記作動流体を補助燃焼して前記タービンに流入させる補助燃焼器を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のガスタービンプラント。
【請求項６】
前記受熱器が上部に配置されたタワーと、前記タワーの周囲に配置され太陽からの光を集光して前記受熱器に反射するヘリオスタットと、を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のガスタービンプラント。
【請求項７】
前記タワーには複数の補強部材が前記タワーの長手方向に交差して間隔を空けて設けられ、前記間隔は前記ヘリオスタットから前記受熱器に太陽からの光を入光させる光路となる範囲でタワー上部に近づくにつれて大きく設定されていることを特徴とする請求項６に記載のガスタービンプラント。
【請求項８】
前記タワー上部には、前記温度センサーと、前記補助駆動装置と、前記ガスタービンと、前記発電機とが配置されていることを特徴とする請求項６または７に記載のガスタービンプラント。
【請求項９】
前記タワー上部には、前記発電機の振動を打ち消す消振機が設けられていることを特徴とする請求項８に記載のガスタービンプラント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービンプラントに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化の防止、化石燃料の使用抑制の観点から、二酸化炭素や窒素酸化物などの有害物質の排出が少ない自然エネルギー、資源を再利用するリサイクルエネルギーなどのクリーンエネルギーを利用した発電が注目されている。クリーンエネルギーは、全世界で必要とされる電力エネルギーを上回る量がある。しかしながら、クリーンエネルギーのエネルギー分布は広範囲にわたり、有効エネルギー（外部に取り出して利用可能なエネルギー）が低い。これに起因して、クリーンエネルギーを利用した発電は、電力への変換効率が低く発電コストが高くなるため、十分に普及していない。発電方式としては、ガスタービン、蒸気タービン及びカスタービンコンバインドサイクル（ＧＴＣＣ）などの発電技術を利用した太陽熱エネルギーによる発電が期待されている。
【０００３】
従来技術としては、太陽熱を集熱して熱媒体（例えば合成油や溶融塩）を加熱し、熱媒体の熱を熱交換して蒸気を生成することで蒸気タービンによる発電を行うものが主流である。蒸気タービン発電には、例えばトラフ式（二次元集光）がある。トラフ式は、半円筒型のミラー（トラフ）によって太陽光を反射させ、円筒の中心を通るパイプに集光・集熱し、パイプ内を通る熱媒体の温度を上昇させるものである。
【０００４】
一方、特許文献としては以下のような技術が開示されている。特許文献１に示される太陽熱発電システムは、太陽熱を受ける受熱器と、圧縮流体をつくる圧縮機と、圧縮機を出た圧縮流体を受熱器へ供給する系統に配置され圧縮流体に熱回収する再生器と、受熱器から圧縮流体を導入し出力を得るタービンと、タービンに供給される圧縮流体を補助的に加熱するバックアップ用加熱装置と、タービンに連結された発電機と、を具備して構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−２８０６３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の蒸気タービン発電では、ガスタービン発電に比べて低出力であり発電サイクルの高効率化を図ることは困難である。また、トラフ式の場合、ミラーは太陽光を追尾するよう向きを変えるものの一軸制御であるため、熱媒体の高い温度上昇を期待することはできない。また、蒸気タービン発電では、発電サイクルにおける蒸気生成のために大量の水（冷却水）が必要とされる。また、蒸気発生器や復水器などの付帯設備の数が多いため、設備設置面積が大きくなり設備設置コストやメンテナンスコストが高くなる。また、付帯設備の数が多いと全体として動力の消費が多くなるため、発電コストが高くなる。
【０００７】
一方、特許文献１では、受熱器に太陽熱が必要量得られない場合、受熱器からタービンに供給される圧縮流体の温度が低くなりタービンを効率よく駆動できないため、補助的に作動するバックアップ用加熱装置の負担が大きくなり発電コストが高くなる。また、圧縮機とタービンとが直結されていないため、圧縮機の駆動動力が大きくなり、圧縮機駆動用モーターやトルクコンバータの容量を大きくする必要がある。
【０００８】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、発電サイクルの高効率化を図り、発電コストを低減したガスタービンプラント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】
【０００９】
上記の課題を解決するため、本発明のガスタービンプラントは、太陽からの熱を受ける受熱器と、圧縮機及び該圧縮機で圧縮されるとともに前記受熱器によって加熱された流体を作動流体として作動するタービンを有するガスタービンと、太陽からの熱を検知する温度センサーと、前記温度センサーが検知した熱の温度に基づいて駆動し、前記ガスタービンを始動させる補助駆動装置と、前記タービンの回転により生じる運動エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機と、を有することを特徴とする。
【００１０】
この構成によれば、蒸気タービンに替えて燃焼器なしのガスタービン（圧縮機及びタービン）を用いているので、蒸気タービンに比べて発電サイクルの高効率化を図ることが可能となる。具体的には、燃焼器に替えて受熱器を用いているので、圧縮機から出た圧縮流体を太陽からの熱により温度上昇させてタービンに供給することができる。また、本発明では、蒸気タービンのように発電サイクル内で水を必要としない。また、蒸気発生器や復水器などの付帯設備を設ける必要がないため、設備設置面積を縮小でき設備設置コストやメンテナンスコストを低減することができる。また、付帯設備の数が少ないので全体として動力の消費が小さくなり、発電コストが低くなる。また、本発明では、温度センサーが検知した熱の温度に基づいて補助駆動装置が駆動するので、受熱器に太陽熱が必要量得られない場合は圧縮機及びタービンが始動しない。つまり、受熱器からタービンに供給される作動流体の温度が低くタービンを効率よく駆動できない場合に、圧縮機及びタービンの駆動エネルギーが抑えられるので発電コストを低減できる。したがって、発電サイクルの高効率化を図り、発電コストを低減したガスタービンプラントが提供できる。
【００１１】
また、上記ガスタービンプラントにおいては、前記圧縮機及び前記タービンは互いに同軸の回転軸で直結され、前記回転軸は前記補助駆動装置の駆動により回転されていてもよい。
【００１２】
この構成によれば、圧縮機とタービンとが互いに同軸の回転軸で直結されているため、圧縮機の駆動動力をタービンの回転による動力で補うことができる。このため、補助駆動装置やトルクコンバータの容量を小さくすることができる。したがって、発電サイクルの高効率化を確実に図り、発電コストを格段に低減したガスタービンプラントが提供できる。
【００１３】
また、上記ガスタービンプラントにおいては、前記作動流体が前記受熱器で加熱される前に該作動流体と前記タービンの排気との熱交換を行う再生熱交換器を備えていてもよい。
【００１４】
この構成によれば、作動流体が受熱器で加熱される前にタービンの排気により昇温されるので、受熱器によって加熱される作動流体の温度を予め上昇させることができる。したがって、発電サイクルの高効率化を確実に図り、発電コストを格段に低減したガスタービンプラントが提供できる。
【００１５】
また、上記ガスタービンプラントにおいては、前記圧縮機と前記受熱器とが直結されていてもよい。
【００１６】
この構成によれば、圧縮機と受熱器とが直結されるので設備設置面積を縮小でき設備設置コストを低減することができる。また、圧縮機から出た圧縮流体が圧力損失することなく高圧のまま受熱器に供給されて加熱される。したがって、発電サイクルの安定性及び信頼性を図ったガスタービンプラントが提供できる。
【００１７】
また、上記ガスタービンプラントにおいては、前記作動流体を補助燃焼して前記タービンに流入させる補助燃焼器を備えていてもよい。
【００１８】
この構成によれば、太陽エネルギーを利用できない夜間や天候条件が悪く太陽エネルギーが不十分な場合、受熱器で加熱された作動流体を補助的に加熱して温度上昇させてタービンに供給することができる。したがって、発電サイクルの安定性及び信頼性を図ったガスタービンプラントが提供できる。
【００１９】
また、上記ガスタービンプラントにおいては、前記受熱器が上部に配置されたタワーと、前記タワーの周囲に配置され太陽からの光を集光して前記受熱器に反射するヘリオスタットと、を有していてもよい。
【００２０】
この構成によれば、ヘリオスタットによりタワー上部の受熱器に太陽光が集光されるので、高温の熱エネルギーに変換される。したがって、発電サイクルの高効率化を格段に図ったガスタービンプラントが提供できる。
【００２１】
また、上記ガスタービンプラントにおいては、前記タワーには複数の補強部材が前記タワーの長手方向に交差して間隔を空けて設けられ、前記間隔は前記ヘリオスタットから前記受熱器に太陽からの光を入光させる光路となる範囲でタワー上部に近づくにつれて大きく設定されていてもよい。
【００２２】
この構成によれば、ヘリオスタットによりタワー上部の受熱器に太陽光が確実に集光されるので、高温の熱エネルギーに変換される。つまり、ヘリオスタットにより反射された光が補強部材に遮られることなくタワー上部の受熱器に集光される。したがって、発電サイクルの高効率化を格段に図ったガスタービンプラントが提供できる。
【００２３】
また、上記ガスタービンプラントにおいては、前記タワー上部には、前記温度センサーと、前記補助駆動装置と、前記ガスタービンと、前記発電機とが配置されていてもよい。
【００２４】
この構成によれば、タワー上部に装置が集約されるので設備設置面積を縮小でき設備設置コストを低減することができる。
【００２５】
また、上記ガスタービンプラントにおいては、前記タワー上部には、前記発電機の振動を打ち消す消振機が設けられていてもよい。
【００２６】
この構成によれば、消振機により発電機の振動が打ち消され、タワー共振を防止することができる。したがって、発電サイクルの安定性及び信頼性を図ったガスタービンプラントが提供できる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明のガスタービンプラントは、太陽からの熱を受ける受熱器と、圧縮機及び該圧縮機で圧縮されるとともに受熱器によって加熱された流体を作動流体として作動するタービンを有するガスタービンと、太陽からの熱を検知する温度センサーと、温度センサーが検知した熱の温度に基づいて駆動し、ガスタービンを始動させる補助駆動装置と、タービンの回転により生じる運動エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機と、を有し、蒸気タービンに替えて燃焼器なしのガスタービンを用いているので、蒸気タービンに比べて発電サイクルの高効率化を図ることが可能となる。具体的には、燃焼器に替えて受熱器を用いているので、圧縮機から出た圧縮流体を太陽からの熱により温度上昇させてタービンに供給することができる。また、本発明では、蒸気タービンのように発電サイクル内で水を必要としない。また、蒸気発生器や復水器などの付帯設備を設ける必要がないため、設備設置面積を縮小でき設備設置コストやメンテナンスコストを低減することができる。また、付帯設備の数が少ないので全体として動力の消費が小さくなり、発電コストが低くなる。また、本発明では、温度センサーが検知した熱の温度に基づいて補助駆動装置が駆動するので、受熱器に太陽熱が必要量得られない場合は圧縮機及びタービンが始動しない。つまり、受熱器からタービンに供給される作動流体の温度が低くタービンを効率よく駆動できない場合に、圧縮機及びタービンの駆動エネルギーが抑えられるので発電コストを低減できる。したがって、発電サイクルの高効率化を図り、発電コストを低減したガスタービンプラントが提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明のガスタービンプラントの発電サイクルを示す図である。
【図２】ヘリオスタットとタワー上部の受熱器の位置関係を示す説明図である。
【図３】タワー周辺のヘリオスタットの配置構成を示す平面図である。
【図４】タワー上部の概略構成を示す模式図である。
【図５】受熱器の概略構成を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。かかる実施の形態は、本発明の一態様を示すものであり、この発明を限定するものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。また、以下の図面においては、各構成をわかりやすくするために、実際の構造と各構造における縮尺や数等が異なっている。
【００３０】
図１は本発明のガスタービンプラントの発電サイクルを示す図である。図１に示すように、ガスタービンプラント１は、受熱器１０と、温度センサー２０と、補助駆動装置３４と、回転軸３３と、ガスタービン３０と、補助燃焼器２１と、再生熱交換器３５と、発電機３６と、を具備して構成されている。
【００３１】
受熱器１０は、太陽光が照射する位置に配置されており、太陽からの熱を受ける機能を有する。受熱器１０としては、例えば受熱管をケーシングの内部に置いたキャビティ型のものを用いることができる。なお、受熱器１０の詳細構造については後述する（図４及び図５参照）。
【００３２】
温度センサー２０は、受熱器１０の近傍に配置されており、受熱器１０が受けた熱を検知する機能を有する。温度センサー２０としては、例えば熱電対を用いることができる。また、熱電対としては、測定範囲や測定精度の面から白金ロジウム合金と白金とを接合したものを用いるのが好ましい。
【００３３】
補助駆動装置３４は、回転軸３３の一端に接続されており、温度センサー２０が検知した熱の温度に基づいて駆動する。補助駆動装置３４としては、例えば電動モーターを用いることができる。電動モーター３４は、温度センサー２０が検知した熱の温度が許容温度以上になると、制御装置（図示略）の制御信号に基づいて回転軸３３を回転させる。つまり、受熱器１０に太陽熱が必要量得られない場合、回転軸３３は回転しない。
【００３４】
ガスタービン３０は、圧縮機３１と、タービン３２とを有し、電動モーター３４の駆動により始動する。圧縮機３１は、熱媒体となる流体（例えば大気）を吸入して圧縮し、圧縮流体を生成する。タービン３２は、再生熱交換器３５、受熱器１０を経て供給される作動流体（高温圧縮流体）のエネルギーにより回転する。このように、本実施形態では蒸気タービンに替えて燃焼器なしのガスタービン３０を用いているので、蒸気タービンに比べて効率よく発電サイクルを行うことができる。また、蒸気タービンのように発電サイクル内で水を必要としない。また、蒸気発生器や復水器などの付帯設備を設ける必要がないため、設備設置面積を縮小できる。また、付帯設備の数が少ないので全体として動力の消費が小さくなる。
【００３５】
圧縮機３１及びタービン３２は互いに同軸の回転軸３３で直結されている。回転軸３３は電動モーター３４の駆動により回転される。これにより、圧縮機３１の駆動動力をタービン３２の回転による動力で補うことができる。このため、電動モーター３４やトルクコンバータ（図示略）の容量を小さくすることができる。
【００３６】
補助燃焼器２１は、受熱器１０とタービン３２との間に設けられている。補助燃焼器２１は、タービン３２に供給される作動流体の補助燃焼を行うものである。補助燃焼器２１は、タービン３２に供給される作動流体の温度が十分でないときに、制御装置（図示略）の制御信号に基づいて作動するようになっている。これにより、太陽エネルギーを利用できない夜間や天候条件が悪く太陽エネルギーが不十分の場合、圧縮機３１から出て受熱器１０で加熱された作動流体を補助的に加熱して温度上昇させてタービン３２に供給することができる。
【００３７】
再生熱交換器３５は、ガスタービン３０の近傍に配置されており、圧縮機３１から供給された圧縮流体（低温流体）とタービン３２からの排気（高温流体）とを熱交換させる機能を有する。再生熱交換器３５としては、例えばヘリカルコイル型熱交換器やプレートフィン型熱交換器を用いることができる。
【００３８】
発電機３６は、回転軸３４の他端に接続されており、タービン３２の回転により生じる運動エネルギーを電気エネルギーに変換する機能を有する。
【００３９】
次に、上述した構成のガスタービンプラント１の発電サイクルについて説明する。温度センサー２０が検知した太陽からの熱の温度が許容温度以上になると、電動モーター３４が駆動する。電動モーター３４が駆動すると、圧縮機３１及びタービン３２が始動する。すると、圧縮機３１は流体（例えば大気）を吸入して圧縮し圧縮流体を生成する。圧縮機３１により生成された圧縮流体は、再生熱交換器３５を通ってタービン３２の排気と熱交換される。再生熱交換器３５における熱交換（熱回収）により昇温された圧縮流体は、受熱器１０に供給され、太陽からの熱によりさらに加熱される。受熱器１０においてさらに昇温された高温圧縮流体は、作動流体としてタービン３２に供給される。すると、タービン３２は供給された高温圧縮流体のエネルギーにより回転する。そして、タービン３２の回転により生じる運動エネルギーが発電機３６によって電気エネルギーに変換され、電力として取り出される。
【００４０】
このように、本実施形態では燃焼器に替えて受熱器１０を用いているので、圧縮機３１から出た圧縮流体を太陽からの熱により高効率で温度上昇させてタービン３２に供給することができる。
【００４１】
なお、夜間時、または曇りや雨の日で太陽の光が十分に得られない場合には、受熱器１０とタービン３２との間に配置された補助燃焼器２１により燃料を噴射燃焼させ、タービン３２に供給される作動流体を所定の温度まで昇温させる。
【００４２】
また、タービン３２で仕事をした排気は、前述のように再生熱交換器３５を通り圧縮機３１より供給される圧縮流体により熱回収された後、排出される。
【００４３】
次に、本発明のガスタービンプラント１の一実施例としてタワー式（三次元集光）を挙げて説明する。タワー式は、受熱器を高いタワーの上に置き、周囲の地上にヘリオスタットと呼ばれる集光用の反射光制御鏡を多数台置き、タワー上部の受熱器に集光させるものである。
【００４４】
図２は、ヘリオスタットとタワー上部の受熱器の位置関係を示す説明図である。図３は、タワー周辺のヘリオスタットの配置構成を示す平面図である。
【００４５】
図２に示すように、グランドＧ上にはヘリオスタットフィールド１０１が設けられている。このヘリオスタットフィールド１０１上には、太陽光線を反射するための複数のヘリオスタット１０２が配置されている。また、ヘリスタットフィールド１０１の中央部には、ヘリオスタット１０１で導かれた太陽光線を受けるタワー型太陽光集光受熱器１００が設けられている。図３に示すように、ヘリオスタット１０２はタワー型太陽光集光受熱器１００の３６０度全周に配置されている。
【００４６】
タワー型太陽光集光受熱器１００は、グランドＧに立設されたタワー１１０と、タワー１１０上部の収容室１２０内に設置された受熱器１０とから構成されている。
【００４７】
タワー１１０には、複数の補強部材１１１が設けられている。補強部材１１１は、タワー１１０の長手方向に交差して間隔（隣り合う補強部材間の距離）Ｐを空けて設けられている。間隔Ｐは、ヘリオスタット１０２から受熱器１０に太陽からの光を入光させる光路となる範囲でタワー１１０上部（受熱器１０の設置された側）に近づくにつれて大きくなっている。これにより、ヘリオスタット１０２により反射された光が補強部材１１１に遮られることなくタワー１１０上部の受熱器１０に集光される。なお、補強部材１１１の配置構造としては、剛性確保の面から例えばトラス構造とするのがよい。
【００４８】
図４は、タワー上部の概略構成を示す模式図である。図４（ａ）は、タワー上部の概略構成を示す平面図である。図４（ｂ）は、タワー上部の概略構成を示す断面図である。図５は、受熱器の概略構成を示す斜視図である。
【００４９】
図４（ａ）に示すように、タワー１１０上部の収容室１２０は平面視円形状になっている。受熱器１０は、円筒形状のケーシング１１と、受熱管１２と、から構成されている。
【００５０】
図４（ｂ）に示すように、収容室１２０は、上部収容室１２１及び下部収容室１２２の２つの収容室を有する構造となっている。下部収容室１２２の下面側には、太陽光線を取り込むための開口部１２２ｃが設けられている。開口部１２２ｃは太陽光線のスポット径に応じて円形状となっている。
【００５１】
受熱器１０は下部収容室１２２内に設けられている。具体的には、受熱器１０は下部収容室１２２の上壁１２２ａに吊り具１２３を介して固定され、下部収容室１２２内において上壁１２２ａから吊り下げられる構造となっている。つまり、受熱器１０は下部収容室１２２の内壁と接触しないように、下部収容室１２２の内壁と離間して配置されている。吊り具１２３は上壁１２２ａの周方向に複数設けられており、可撓性を有する構造となっている。また、吊り具１２３はケーシング１１を貫通して後述する吊り具１２４と一体になっている。これにより、受熱器１０内部で熱交換が行われ高温（例えば９００℃以上）となった場合、ケーシング１１の熱膨張による変形を許容できるようになっている。また、ケーシング１１の下面側には、太陽光線を取り込むための開口部１１ｂが設けられている。開口部１１ｂは、前述の開口部１２２ｃと同様に、太陽光線のスポット径に応じて円形状となっている。
【００５２】
一方、上部収容室１２１内には、温度センサー２０と、電動モーター３４と、回転軸３３と、ガスタービン３０と、補助燃焼器２１と、再生熱交換器３５と、発電機３６と、消振器３７と、が配置されている。つまり、上部収容室１２１内には、上述したガスタービンプラント１を構成する装置のうち受熱器１０を除いた装置が配置され、加えて消振器３７が配置されている。このように、タワー１１０上部に装置が集約されることで、設備設置面積が縮小されている。
【００５３】
また、上部収容室１２１の側面には、圧縮機３１に供給される流体（大気）を取り込むための開口部１２１ｂが設けられている。なお、開口部１２１ｂは必要に応じてタービン３２からの排気を外部に放出するために用いられる。
【００５４】
消振器３７は、発電機３６の近傍に配置されている。具体的には、消振器３７は上部収容室１２１の下壁１２１ａと発電機３６との間に配置されている。消振器３７としては、例えば、天然ゴム系積層ゴム（薄い天然ゴムと鉄板とを積層したもの）、弾性すべり支承（積層ゴムとすべり材との構成体）、鉛プラグ入り積層ゴム、オイルダンパーを用いることができる。このような構成により、発電機３６の振動が打ち消され、タワー共振を防止することができる。
【００５５】
受熱管１２は、上部ヘッダー管１２ａと、受熱管本体１２ｂと、下部ヘッダー管１２ｃと、から構成されている。上部ヘッダー管１２ａは環形状となっておりケーシング１１上部に配置されている。具体的には、上部ヘッダー管１２ａはケーシング１１の上壁１１ａに吊り具１２４を介して吊り具１２３と一体に固定され、上壁１２２ａから吊り下げられる構造となっている。吊り具１２４は吊り具１２３と一体に上壁１２２ａの周方向に複数設けられており、可動構造となっている。これにより、受熱器１０内部で熱交換が行われ高温（例えば９００℃以上）となった場合、受熱管１２の熱膨張による変形を許容できるようになっている。
【００５６】
受熱管本体１２ｂは、上部ヘッダー管１２ａと下部ヘッダー管１２ｃとの間に複数設けられており、一端が上部ヘッダー管１２ａに接続され、他端が下部ヘッダー管１２ｃに接続されている。また、受熱管本体１２ｂは、上部ヘッダー管１２ａ（下部ヘッダー管１２ｃ）の周方向に所定の間隔（隙間）を空けて設けられている。受熱管本体１２ｂの他端はケーシング１１の外側に露出している。受熱管本体１２ｂはケーシング１１の長手方向に沿った直線形状となっており、自重による曲げ応力がかからないようになっている。また、受熱管本体１２ｂ内を流れる作動流体の流動方向が一方向になるようになっている。
【００５７】
下部ヘッダー管１２ｃは、環形状あるいは多角形屈折管となっておりケーシング１１下部に配置されている。具体的には、下部ヘッダー管１２ｃはケーシング１１の外側に露出され、下部収容室１２２内の下壁１２２ｂ近傍に配置されている。以上の構成により、受熱管１２は、上部ヘッダー管１２ａが下部収容室１２２内の上壁１２２ａに吊り具１２４を介して固定され、全体として上壁１２２ａから吊り下げられる構造となっている。
【００５８】
また、下部ヘッダー管１２ｃにはＬ字状の入口配管１５が設けられている。この入口配管１５と圧縮機３１との間には接続配管１９が設けられている。接続配管１９は、ケーシング１１の外側に露出され、下部収容室１２２の内壁に沿って配置されている。圧縮機３１により生成された圧縮流体は、接続配管１９及び入口配管１５を経由して下部ヘッダー管１２ｃに供給されるようになっている。下部ヘッダー管１２ｃに供給された圧縮流体は、複数の受熱管本体１２ｂ及び上部ヘッダー管１２ａを経由する間、開口部１１ｂから入射した太陽光線の熱エネルギーにより加熱される。
【００５９】
図５に示すように、ケーシング１１の内壁面には、太陽熱を吸収する断熱材１６が設けられている。断熱材１６で吸収した熱により断熱材１６内面は温度上昇し、受熱管本体１２ｂの背面（太陽光線が直接入射しない側の面）に熱放射し受熱管１２の周方向全体が加熱される。また、断熱材１６は、受熱管本体１２ｂから発せられる輻射熱を受熱管本体１２ｂの背面に戻し、受熱管本体１２ｂを安定して加熱させている。また、断熱材１６は、受熱管本体１２ｂ及び上部ヘッダー管１２ａから外部に向かう発熱量を低減させている。
【００６０】
なお、断熱材１６内面（ケーシング１１と断熱材１６の間）に反射鏡を設け、熱放射の代わりに光を反射させてもよい。この反射鏡は、ケーシング１１内の受熱管本体１２ｂの配置される部分に設けるのがよい。これにより、受熱管本体１２ｂの隙間を通じて入射された太陽光線の反射光を、受熱管本体１２ｂの背面（断熱材１６の側の面）に照射して、熱エネルギーに変換させることができる。
【００６１】
一方、上部ヘッダー管１２ａには複数の接続配管１３を介して出口配管１４が接続されている。複数の接続配管１３は、一端が上部ヘッダー管１２ａに接続され、他端が出口配管１４に接続され、平面視Ｘ字状になっている。出口配管１４は上部収容室１２１内において屈曲して断面視Ｌ字状になっており、出口配管１４の複数の接続配管１３に接続された側と反対の側の端部はタービン３２に接続されている。受熱管本体１２ｂ及び上部ヘッダー管１２ａを通って加熱された圧縮流体は、複数の接続配管１３を経由してさらに出口配管１４を経由した後、高温高圧の作動流体となりタービン３２に供給される。
【００６２】
本実施形態のガスタービンプラント１によれば、太陽からの熱を受ける受熱器１０と、圧縮機３１及び該圧縮機３１で圧縮されるとともに受熱器１０によって加熱された流体を作動流体として作動するタービン３２を有するガスタービン３０と、太陽からの熱を検知する温度センサー２０と、温度センサー２０が検知した熱の温度に基づいて駆動し、ガスタービン３０を始動させる電動モーター３４と、タービン３２の回転により生じる運動エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機３６と、を有し、蒸気タービンに替えて燃焼器なしのガスタービン３０を用いているので、蒸気タービンに比べて発電サイクルの高効率化を図ることが可能となる。具体的には、燃焼器に替えて受熱器１０を用いているので、圧縮機３１から出た圧縮流体を太陽からの熱により温度上昇させてタービン３２に供給することができる。また、本発明では、蒸気タービンのように発電サイクル内で水を必要としない。また、蒸気発生器や復水器などの付帯設備を設ける必要がないため、設備設置面積を縮小でき設備設置コストやメンテナンスコストを低減することができる。また、付帯設備の数が少ないので全体として動力の消費が小さくなり、発電コストが低くなる。また、本発明では、温度センサー２０が検知した熱の温度に基づいて電動モーター３４が駆動するので、受熱器に太陽熱が必要量得られない場合は圧縮機３１及びタービン３２が始動しない。つまり、受熱器１０からタービン３２に供給される作動流体の温度が低くタービン３２を効率よく駆動できない場合に、圧縮機３１及びタービン３２の駆動エネルギーが抑えられるので発電コストを低減できる。したがって、発電サイクルの高効率化を図り、発電コストを低減したガスタービンプラント１が提供できる。
【００６３】
また、この構成によれば、圧縮機３１とタービン３２とが互いに同軸の回転軸３３で直結されているため、圧縮機３１の駆動動力をタービン３２の回転による動力で補うことができる。このため、電動モーター３４やトルクコンバータの容量を小さくすることができる。したがって、発電サイクルの高効率化を確実に図り、発電コストを格段に低減したガスタービンプラント１が提供できる。
【００６４】
また、この構成によれば、圧縮機３１と受熱器１０との間に圧縮機３１から出た圧縮流体とタービン３２の排気との熱交換を行う再生熱交換器３５が設けられているので、作動流体が受熱器１０で加熱される前にタービン３２の排気により昇温される。このため、受熱器１０によって加熱される作動流体の温度を予め上昇させることができる。したがって、発電サイクルの高効率化を確実に図り、発電コストを格段に低減したガスタービンプラント１が提供できる。
【００６５】
また、この構成によれば、受熱器１０とタービン３２との間にタービン３２に供給される圧縮流体の補助燃焼を行う補助燃焼器２１が設けられているので、太陽エネルギーを利用できない夜間や天候条件が悪く太陽エネルギーが不十分な場合、受熱器１０で加熱された作動流体を補助的に加熱して温度上昇させてタービン３２に供給することができる。したがって、発電サイクルの安定性及び信頼性を図ったガスタービンプラント１が提供できる。
【００６６】
また、この構成によれば、タワー式を採用しているので、ヘリオスタット１０２によりタワー１１０上部の受熱器１０に太陽光が集光されて、高温の熱エネルギーに変換される。したがって、発電サイクルの高効率化を格段に図ったガスタービンプラント１が提供できる。
【００６７】
また、この構成によれば、タワー１１０に複数の補強部材１１１がタワーの長手方向に交差して間隔Ｐを空けて設けられ、間隔Ｐがヘリオスタット１０２から受熱器１０に太陽からの光を入光させる光路となる範囲でタワー１１０上部に近づくにつれて大きくなっているので、ヘリオスタット１０２によりタワー１１０上部の受熱器１０に太陽光が確実に集光される。つまり、ヘリオスタット１０２により反射された光が補強部材１１１に遮られることなくタワー１１０上部の受熱器１０に集光される。したがって、発電サイクルの高効率化を格段に図ったガスタービンプラント１が提供できる。
【００６８】
また、この構成によれば、タワー１１０上部に、温度センサー２０、電動モーター３４、ガスタービン３０、発電機３６などの各種装置が配置されているので、タワー１１０上部に装置が集約され、設備設置面積を縮小できる。したがって、設備設置コストを低減することができる。
【００６９】
また、この構成によれば、タワー１１０上部に、発電機３６の振動を打ち消す消振機３７が設けられているので、発電機３６の振動が打ち消され、タワー共振を防止することができる。したがって、発電サイクルの安定性及び信頼性を図ったガスタービンプラント１が提供できる。
【００７０】
なお、本実施形態では、圧縮機３１と受熱器１０との間に再生熱交換器３５が設けられているが、これに限らない。例えば、圧縮機３１と受熱器１０が直結された構造であってもよい。これにより、設備設置面積を縮小でき設備設置コストを低減することができる。また、圧縮機３１から出た圧縮流体が圧力損失することなく高圧のまま受熱器１０に供給され加熱される。したがって、発電サイクルの安定性及び信頼性を図ったガスタービンプラント１が提供できる。
【００７１】
また、本実施形態では、温度センサー２０が受熱器１０の近傍に設けられているが、これに限らない。例えば、温度センサー２０がヘリオスタット１０２の近傍に設けられていてもよい。すなわち、温度センサー２０は太陽からの熱を検知できる位置に配置されていればよい。
【００７２】
また、本実施形態では、電動モーター３４が回転軸３３の一端に設けられ、発電機３６が回転軸３３の他端に設けられているが、これに限らない。例えば、電動モーター３４及び発電機３６が回転軸３３の一端に設けられていてもよい。また、発電機３６が電動モーター３４の機能を兼ね、回転軸３３の一端に設けられていてもよい。すなわち、電動モーター３４及び発電機３６が回転軸３３と同軸上に設けられていればよい。
【００７３】
また、本実施形態では、再生熱交換器３５がガスタービン３０の近傍に配置されているが、これに限らない。例えば、再生熱交換器３５が受熱器１０の近傍に配置されていてもよい。すなわち、再生熱交換器３５は作動流体が受熱器１０で加熱される前に作動流体とタービン３２の排気との熱交換を行える位置に配置されていればよい。
【００７４】
また、本実施形態では、ヘリオスタット１０２がタワー１１０の３６０度全周に配置されているが、これに限らない。例えば、ヘリオスタット１０２がタワー１１０の片側（平面視で１８０度以下の角度範囲）に配置されていてもよい。すなわち、ヘリオスタット１０２の配置構成は、実際の太陽の高度変化に対応して、ヘリオスタット１０２の入反射角度の大小による鏡の有効面積が大きく取れる側に配置されていればよい。
【符号の説明】
【００７５】
１  ガスタービンプラント
１０  受熱器
２０  温度センサー
２１  補助燃焼器
３０  ガスタービン
３１  圧縮機
３２  タービン
３３  回転軸
３４  電動モーター（補助駆動装置）
３５  再生熱交換器
３６  発電機
３７  消振機
１０２  ヘリオスタット
１１０  タワー
１１１  補強部材
Ｐ  間隔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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