(57)【要約】  本発明は、集光型太陽熱発電プラントからの過熱作動流体を製造するための方法及び装置を開示する。より詳細には、その方法及び装置は過熱スチームを製造しうる。その装置は過熱作動流体を製造するために１種より多くの伝熱媒体を使用することができるように設計される。
2013545064.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の伝熱媒体を加熱するための第一のリニアソーラコレクタシステム、
第二の伝熱媒体を加熱するための第二のリニアソーラコレクタシステム、ここで、第一のリニアコレクタシステム及び第二のリニアコレクタシステムは同一のコレクタタイプである、
水を予熱及び蒸発させ、そしてスチームを過熱するために前記第一の伝熱媒体からの熱を使用する第一の熱交換器システム、及び、
前記第一の熱交換器システムにより発生した過熱スチームの温度を増加させるために前記第二の伝熱媒体からの熱を使用する第二の熱交換器システム、
を含む装置。
【請求項２】
前記第一の伝熱媒体は有機伝熱流体又はシリコーン系伝熱流体である、請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記第二の伝熱媒体は溶融塩である、請求項１又は２記載の装置。
【請求項４】
前記第一の伝熱媒体は約３５０℃〜約４２５℃の温度に加熱される、請求項１〜３のいずれか１項記載の装置。
【請求項５】
前記第二の伝熱媒体は約４５０℃〜約６００℃の温度に加熱される、請求項１〜４のいずれか１項記載の装置。
【請求項６】
前記第二の伝熱媒体のための１つ以上の貯蔵容器をさらに含み、前記第二の伝熱媒体は前記第一の伝熱媒体を加熱するために使用される、請求項１〜５のいずれか１項記載の装置。
【請求項７】
前記第一の伝熱媒体は前記第二の伝熱媒体を加熱するために使用される、請求項１〜６のいずれか１記載の装置。
【請求項８】
前記第一のリニアソーラコレクタシステム及び前記第二のリニアソーラコレクタシステムは放物面トラフソーラコレクタシステム及びリニアフレネルソーラコレクタシステムからなる群より選ばれる、請求項１〜７のいずれか１記載の装置。
【請求項９】
第一のリニアソーラコレクタシステム中で第一の伝熱媒体を加熱すること、
第二のリニアソーラコレクタシステム中で第二の伝熱媒体を加熱すること、ここで、第一のリニアソーラコレクタシステム及び第二のリニアコレクタシステムは同一のコレクタタイプである、
予熱、蒸発及び過熱のために少なくとも第一の熱交換器システム及びさらなる過熱のために少なくとも第二の熱交換器システムを含む、熱交換システムに作動流体を供給すること、
前記第一の伝熱媒体を前記第一の熱交換器システムに供給すること、及び、
前記作動流体を過熱するために前記第二の熱交換器システムに第二の伝熱媒体を供給すること、
を含む、方法。
【請求項１０】
前記第一の伝熱媒体は有機伝熱流体又はシリコーン系伝熱流体である、請求項９記載の方法。
【請求項１１】
前記第二の伝熱媒体は溶融塩である、請求項９又は１０記載の方法。
【請求項１２】
前記第二の伝熱媒体により前記第一の伝熱媒体を加熱することをさらに含み、前記第二の伝熱媒体は１つ以上の貯蔵容器中に貯蔵される、請求項９〜１１のいずれか１記載の方法。
【請求項１３】
前記第一の伝熱媒体により前記第二の伝熱媒体を加熱することをさらに含む、請求項９〜１２のいずれか１記載の方法。
【請求項１４】
前記作動流体は水であり、前記熱交換システムは過熱スチームを製造する、請求項９〜１３のいずれか１記載の方法。
【請求項１５】
前記第一のリニアソーラコレクタシステム及び前記第二のリニアソーラコレクタシステムは放物面トラフソーラコレクタシステム及びリニアフレネルソーラコレクタシステムからなる群より選ばれる、請求項９〜１４のいずれか１記載の方法。
【請求項１６】
第一の伝熱媒体を加熱するための第一のリニアソーラコレクタシステム、
第二の伝熱媒体を加熱するための第二のリニアソーラコレクタシステム、ここで、第一のリニアコレクタシステム及び第二のリニアコレクタシステムは同一のコレクタタイプである、
前記第一の伝熱媒体からの熱を使用して水を予熱して予熱水を製造するようになっているプレヒータ、
前記第一の伝熱媒体からの熱を使用して前記予熱水を蒸発させて第一の温度でスチームを製造するようになっているエバポレータ、
前記第一の伝熱媒体からの熱を使用して前記スチームを第二の温度に過熱して過熱スチームを製造するようになっている第一のスーパーヒータ、ここで、前記第二の温度は前記第一の温度よりも高い、及び、
前記第二の伝熱媒体からの熱を使用して前記過熱スチームを第三の温度にさらに過熱するようになっている第二のスーパーヒータ、ここで、前記第三の温度は前記第二の温度よりも高い、
を含む装置。
【請求項１７】
前記第三の温度は約３７０℃〜約５７０℃である、請求項１６項記載の装置。
【請求項１８】
少なくとも部分的に前記過熱スチームにより駆動される発電機をさらに含む、請求項１６又は１７記載の装置。
【請求項１９】
前記第一の伝熱媒体は有機伝熱流体又はシリコーン系伝熱流体であり、前記第二の伝熱媒体は溶融塩である、請求項１６〜１８のいずれか１記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本願は２０１０年９月３０日に出願された米国仮特許出願第６１／３８８，０３８号の優先権を主張し、その全体を参照により本明細書中に取り込む。
【０００２】
分野
本発明は、集光型ソーラープラントから過熱スチームを製造するための方法に関する。さらに詳細には、本発明は有機伝熱流体などの第一の伝熱媒体及び溶融塩などの第二の伝熱媒体を使用して過熱スチームを製造するための方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
背景
集光型太陽熱発電プラントは伝熱媒体を加熱し、その伝熱媒体を使用してスチームを製造し、その後、そのスチームをランキンサイクル中で作動流体として使用することにより電気を製造する。現在、最も一般的なタイプの集光型太陽熱発電プラントは放物面トラフソーラコレクタ又はリニアフレネルソーラコレクタなどのリニアソーラコレクタを使用して、有機伝熱流体を約４００℃の温度に加熱する。その後、有機伝熱流体を直列の３基の熱交換器を通過させ、ここで、第一の熱交換器で水を沸点まで予熱し、第二の熱交換器で沸騰させ、第三の熱交換器で過熱させる。その後、得られた過熱スチームはタービンを横切って膨張し、それが発電機を駆動して電気を発生する。
【０００４】
このランキンサイクルの効率は過熱スチームの温度に高く依存する。上記のような方法では、過熱スチームは約３９３℃であり、ランキンサイクル効率は約３７．６％となる。過熱スチームの温度を約４５０〜５００℃に上げると、ランキンサイクル効率は約４０％に上がり、投資資金１ドル当たりに発生される電気がより多くなる。しかしながら、伝熱媒体はこの高温を達成するのに制限要因になる。一般的に使用されている伝熱媒体は最大使用温度が低すぎるか、又は、凝固点又は蒸気圧が高すぎるために使用するのが困難である。それゆえ、より高温で過熱スチームを製造することができる方法及び装置の必要性が存在する。
【発明の概要】
【０００５】
簡単な要旨
１つの態様において、例示の実施形態は、第一の伝熱媒体を加熱するための第一のリニアソーラコレクタシステム及び第二の伝熱媒体を加熱するための第二のリニアソーラコレクタシステムを含む装置であって、ここで、第一のリニアコレクタシステム及び第二のリニアコレクタシステムは同一のコレクタタイプである装置を提供する。その装置は、水を予熱及び蒸発させ、そしてスチームを過熱するために第一の伝熱媒体からの熱を使用する第一の熱交換器システム、及び、第一の熱交換器システムにより発生した過熱スチームの温度を増加させるために第二の伝熱媒体からの熱を使用する第二の熱交換器システムを含む。
【０００６】
別の態様において、例示の実施形態は、第一のリニアソーラコレクタシステム中で第一の伝熱媒体を加熱すること、及び、第二のリニアソーラコレクタシステム中で第二の伝熱媒体を加熱することを含む方法であって、ここで、第一のリニアソーラコレクタシステム及び第二のリニアコレクタシステムは同一のコレクタタイプである、方法を提供する。その方法は、予熱、蒸発及び過熱のために少なくとも第一の熱交換器システム及びさらなる過熱のために少なくとも第二の熱交換器システムを含む、熱交換システムに作動流体を供給すること、第一の伝熱媒体を第一の熱交換器システムに供給すること、及び、作動流体を過熱するために第二の熱交換器システムに第二の伝熱媒体を供給することをさらに含む。
【０００７】
なお別の態様において、例示の実施形態は、第一の伝熱媒体を加熱するための第一のリニアソーラコレクタシステム、及び、第二の伝熱媒体を加熱するための第二のリニアソーラコレクタシステムを含む装置であって、ここで、第一のリニアコレクタシステム及び第二のリニアコレクタシステムは同一のコレクタタイプである装置を提供する。その装置は、第一の伝熱媒体からの熱を使用して水を予熱して予熱水を製造するようになっているプレヒータ、第一の伝熱媒体からの熱を使用して、その予熱水を蒸発させて第一の温度でスチームを製造するようになっているエバポレータ、第一の伝熱媒体からの熱を使用して、そのスチームを第二の温度に過熱して過熱スチームを製造するようになっている第一のスーパーヒータ（ここで、第二の温度は第一の温度よりも高い）、第二の伝熱媒体からの熱を使用して、その過熱スチームを第三の温度にさらに過熱するようになっている第二のスーパーヒータ（ここで、第三の温度は第二の温度よりも高い）を含む。
【０００８】
上記の要旨は例示のみであり、そしていかなる形でも限定することを意図しない。上記の例示の態様、実施形態及び特徴に加えて、さらなる態様、実施形態及び特徴は図面及び以下の詳細な説明を参照することにより明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
図面の簡単な説明
【図１】図１は、例示の実施形態による、過熱作動流体を製造するための装置の模式図である。
【図２】図２は、例示の実施形態による、１つの放物面トラフソーラコレクタシステム及び有機伝熱流体を使用した、過熱スチームを製造するための装置の模式図である。
【図３】図３は、例示の実施形態による、２つの放物面トラフソーラコレクタシステム、有機伝熱流体及び溶融塩を使用した、過熱スチームを製造するための装置の模式図である。
【図４】図４は、例示の実施形態による、２つの放物面トラフソーラコレクタシステム、有機伝熱流体、溶融塩及び４つの熱エネルギー貯蔵容器を使用した、過熱スチームを製造するための装置の模式図である。
【図５】図５は、例示の実施形態による、２つの放物面トラフソーラコレクタシステム、有機伝熱流体、溶融塩及び３つの熱エネルギー貯蔵容器を使用した、過熱スチームを製造するための装置の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
詳細な説明
１つの態様において、第一の伝熱媒体を加熱する第一のソーラエネルギー収集システム及び第二の伝熱媒体を加熱する第二のソーラエネルギー収集システムを使用し、それらの２つの伝熱媒体を使用して作動流体を加熱する、作動流体を加熱するための装置は提供される。作動流体は水であることができる。ソーラエネルギー収集システムは放物面トラフソーラコレクタシステム又はリニアフレネルソーラコレクタシステムなどのリニアソーラエネルギーコレクタシステムであることができる。
【００１１】
図１は第一の伝熱媒体のための第一サイクル１０１、第二の伝熱媒体のための第二サイクル１０２及び作動流体のための第三のサイクル１０３を含む。
【００１２】
第一のサイクル１０１中の第一の伝熱媒体は有機伝熱流体、例えば、ジフェニルオキシド及びビフェニルからなる市販の流体、例えば、DOWTHERM（商標）Aを含むことができる。又は、第一の伝熱媒体はシリコーン系伝熱流体、例えば、SYLTHERM（登録商標）800流体を含むか、又は、その他の有機伝熱流体を含むことができる。第二の伝熱媒体は溶融塩、例えば、ＮＯ３及びＮＯ２のアルカリ金属塩の混合物、例えば、ナトリウム、リチウム、セシウム、カリウム塩の混合物を含むことができる。溶融塩は、また、カルシウム塩などの非アルカリ金属塩を含むこともできる。
【００１３】
第一のサイクル１０１は第一のソーラエネルギー収集システム１０４を含むことができる。第一のソーラエネルギー収集システム１０４は、例えば、少なくとも第一のリニアソーラエネルギーコレクタシステムを含むことができる。第一のリニアソーラエネルギーコレクタシステムは第一の伝熱媒体を約３５０〜４２５℃、より好ましくは約３８０〜４２５℃、最も好ましくは約４００〜４２５℃の温度に加熱することができる。
【００１４】
第二のサイクル１０２は第二のソーラエネルギー収集システム１０５を含むことができる。第二のソーラエネルギー収集システム１０５は、例えば、少なくとも第二のリニアソーラエネルギーコレクタシステムを含むことができる。第二のリニアソーラエネルギーコレクタシステムは第二の伝熱媒体を約４５０〜６００℃、より好ましくは約５００〜６００℃、最も好ましくは約５５０〜６００℃の温度に加熱することができる。
【００１５】
第一の伝熱媒体及び第二の伝熱媒体は第三のサイクル１０３に伝熱させる。第三のサイクル１０３中の作動流体はランキンサイクルにおいて使用されうる。このように、第三のサイクル１０３は熱交換システム１０６、タービンシステム１０７、凝縮器１０８及びポンプ装置１０９を含むことができる。作動流体は水であることができる。又は、作動流体は、また、有機流体又はシリコーン系流体であることができる。熱交換システム１０６は複数の熱交換器、例えば、プレヒータ１１０、エバポレータ１１１、第一のスーパーヒータ１１２及び第二のスーパーヒータ１１３を含むことができる。プレヒータ１１０、エバポレータ１１１及び第一のスーパーヒータ１１２は第一の熱交換器システム１１４を構成することができる。第二のスーパーヒータ１１３は第二の熱交換器システム１１５を構成することができる。さらに、第三のサイクル１０３は追加の熱交換器、例えば、プレリヒータ（任意要素）及びリヒータ（図示せず）を含むことができる。熱交換器は、例えば、シェルアンドチューブ型熱交換器であることができる。第三のサイクル１０３は、また、抽気、凝縮物予熱及び脱気を含むことができる。
【００１６】
第一のサイクル１０１において、第一の伝熱媒体は第一のスーパヒータ１１２、エバポレータ１１１及びプレヒータ１１０を通過して流れ、その後、第一のソーラエネルギー収集システム１０４に戻ってくることができる。場合により、第一のサイクル１０１からの第一の伝熱媒体の部分流はプレリヒータを通して流れることができる。プレリヒータが使用されるときには、プレリヒータへの部分流は第一のスーパーヒータ１１２への部分流よりも少量である。第二のサイクル１０２において、第二の伝熱媒体は第二のスーパーヒータ１１３を通過して流れ、その後、第二のソーラエネルギー収集システム１０５に戻ってくることができる。サイクル１０２からの第二の伝熱媒体の部分流又は全体流はリヒータを通して流れることができる。
【００１７】
プレヒータ１１０は第一の伝熱媒体からの熱を使用して作動流体を約沸点まで加熱することができる。エバポレータ１１１は第一の伝熱媒体からの熱を使用して、予熱された作動流体を蒸発させることができ、それにより、蒸発された作動流体は第一の温度となる。蒸発された作動流体は第一のスーパーヒータ１１２に入り、その後、第二のスーパーヒータ１１３に入ることができ、ここで、第二の伝熱媒体からの熱を使用して第二の温度に過熱される。作動流体として水を使用するときには、第一の温度は約３００〜３７４℃、より好ましくは約３００〜３５０℃、そして最も好ましくは約３００〜３１５℃であることができる。第二の温度は約３７０〜５７０℃、より好ましくは約４３０〜５５０℃、そして最も好ましくは約５００〜５５０℃であることができる。
【００１８】
過熱された作動流体はタービンシステム１０７を横切って膨張し、機械エネルギーを生じることができ、その機械エネルギーは発電機により電気に変換されうる。タービンシステム１０７は１つ以上のタービンを含むことができる。タービンは低圧、中圧又は高圧タービンであることができる。その後、作動流体は凝縮器１０８において凝縮し、ポンプ装置１０９により熱交換システム１０６にポンプで戻されることができる。
【００１９】
この実施形態において、第一のサイクル１０１中の第一の伝熱媒体の質量流量は第二のサイクル１０２中の第二の伝熱媒体の質量流量よりも大きくすることができる。例えば、第一の伝熱媒体の質量流量／第二の伝熱媒体の質量流量の比は約６０：４０、より好ましくは約８０：２０、そして最も好ましくは約９５：５であることができる。溶融塩の高い凝固点で作動させることの技術的挑戦の理由から、有機伝熱流体を加熱する第一のサイクル１０１よりもずっと少量の溶融塩を第二のサイクル１０２が加熱することが有利であろう。
【００２０】
なおも別の実施形態において、第三のサイクル１０３は作動流体を加熱することができる２つ以上の熱交換システムを含むことができる。
【００２１】
さらなる実施形態において、タービンシステム１０７は３つのタービン：高圧タービン、中圧タービン及び低圧タービンを含むことができる。この実施形態において、２つの再加熱システムを使用することができる。各再加熱システムは１又は２つのリヒータを含むことができる。第一の再加熱システムは伝熱流体を再加熱することができ、その後、それが低圧タービンを横切って膨張する。第二の再加熱システムは伝熱流体を再加熱することができ、その後、それが中圧タービンを横切って膨張する。
【００２２】
別の実施形態において、２つよりも多くのソーラエネルギー収集システムが存在することができる。例えば、第一のソーラエネルギー収集システムは第一の伝熱流体を加熱することができる。第二のソーラエネルギー収集システムは第二の伝熱流体、例えば、有機伝熱流体、例えば、DOWTHERM(商標)Aを加熱することができる。第三のソーラエネルギー収集システムは第三の伝熱流体、例えば、溶融塩を加熱することができる。それらの３つの伝熱媒体は水を加熱して、ランキンサイクルにおいて過熱スチームを生じるように使用されうる。
【００２３】
さらに別の実施形態において、燃料燃焼型伝熱流体ヒータ及び燃料燃焼型溶融塩ヒータは、スタートアップ時に又は低温期間に、それぞれ、第一の伝熱流体及び第二の伝熱流体を加熱することができ、それにより、システムの凍結を防止する。さらに、スタートアップ時又は低温期間に、第一の伝熱媒体は第二の伝熱媒体を加熱することができ、別の溶融塩などの第三の伝熱媒体は第一の伝熱流体を加熱することができる。第三の伝熱媒体は溶融塩を含むことができ、その溶融塩は第二の伝熱媒体の溶融塩と同一であっても又は異なっていてもよい。
【００２４】
さらなる実施形態において、スタートアップ時又は低温期間に、第一の伝熱媒体は第二の伝熱媒体を加熱することができ、溶融塩などの第二の伝熱媒体は第一の伝熱流体を加熱することができる。この実施形態は３つの移送ポンプ付き溶融塩貯蔵容器を含み、１つは低温溶融塩貯蔵用であり、１つは中温溶融塩（例えば、作動流体を加熱するために使用された溶融塩）貯蔵用であり、１つは高温溶融塩（例えば、第二のソーラエネルギー収集システムにより加熱された溶融塩）貯蔵用である。中温溶融塩は第一の伝熱媒体を加熱することができる。この実施形態はエネルギーを節約することができる。というのは、すべての溶融塩が非常に高い温度に貯蔵されるわけではなく、熱損失を最少限にすることができるからである。
【実施例】
【００２５】
本発明の種々の例を、コンピュータシミュレーションを用いて示す。
例１
１つの放物面トラフソーラコレクタシステム及び有機伝熱流体を用いた過熱スチームの製造
放物面トラフソーラコレクタシステム又はリニアフレネルソーラコレクタシステムなどの１つのソーラエネルギー収集システムと、DOWTHERM(商標)Aなどの１つの伝熱流体を用いて過熱スチームを製造する。図２は過熱スチームを製造しそして電気を生産するためにその過熱スチームを使用するための装置２００を示している。装置２００は第一のサイクル２０１を含み、その第一のサイクル２０１は複数の放物面トラフソーラコレクタ２０３を含むソーラエネルギー収集システム２０２を含む。同一の結果はリニアフレネルソーラコレクタシステムを使用して得られる。DOWTHERM(商標)Aなどの伝熱流体をソーラエネルギー収集システム２０２中に導入する。ソーラエネルギー収集システム２０２は伝熱流体を約３９３℃の温度に加熱する（ポイントａ）。任意要素である燃料燃焼型伝熱流体ヒータ２０４及び任意要素である溶融塩熱交換器システム２０５も、システムの凍結を防止するためにスタートアップ時又は低温期間に伝熱流体を加熱するのを援助することができる。伝熱流体循環ポンプ２０６の前及び／又は後に、伝熱流体は第一のバルブ２０７及び第二のバルブ２０８に入ることができる。第二のバルブ２０８において、伝熱流体は燃料燃焼型伝熱流体ヒータ２０４又は溶融塩熱交換器システム２０５のいずれかを通して流れることができ、ここで、伝熱流体は加熱されうる。もし太陽がタービンを駆動するために十分なエネルギーを提供しないならば、溶融塩貯蔵システムは使用されうる。溶融塩循環ポンプを含む高温溶融塩貯蔵容器２０９は高温溶融塩を溶融塩熱交換器システム２０５に供給し、ここで、伝熱流体は加熱される。伝熱流体を加熱した後に、冷却された溶融塩は、溶融塩循環ポンプを含む低温溶融塩貯蔵容器２１０に戻される。高放射太陽の時間には、ソーラエネルギー収集システム２０２からの部分流は第三のバルブ２１１、第四のバルブ２１２及び第五のバルブ２１３を通してランキンサイクル２１４に通過しうる。流れの他の部分は溶融塩熱交換器システム２０５に入ることができ、ここで、低温溶融塩貯蔵容器２１０からの溶融塩は加熱されて、高温溶融塩貯蔵容器２０９にポンプ送りされる。溶融塩熱交換器システム２０５を通過する流れは第二のバルブ２０８及び第一のバルブ２０７を通過し、その後、加熱のためにソーラエネルギー収集システム２０２にポンプ送りして戻される。燃料燃焼型伝熱流体ヒータ２０４及び溶融塩熱交換器システム２０５を使用する場合に、燃料燃焼型伝熱流体ヒータ２０４により加熱された伝熱流体は第三のバルブ２１１に入ることができ、そして溶融塩熱交換器システム２０５により加熱された伝熱流体は第四のバルブ２１２に入ることができ、ここで、それは第五のバルブ２１３に流れることができる。
【００２６】
加熱された後に、伝熱流体はランキンサイクル２１４中で作動流体を加熱するために使用される。ランキンサイクルは種々のシェルアンドチューブ型熱交換器：プレヒータ２１５、エバポレータ２１６、スーパーヒータ２１７及びリヒータ２１８を含む。第五のバルブ２１３では、伝熱流体の一部はリヒータ２１８を通して流れ、そして伝熱流体の一部はスーパーヒータ２１７，エバポレータ２１６及びプレヒータ２１５に流れる。熱交換器を通過した後に、伝熱流体は約２５５℃の温度であり（ポイントｂ）、そして伝熱流体循環ポンプ２０６によりソーラエネルギー収集システム２０２にポンプ送りされ、再び加熱される。スタートアップ及び通気操作の間に、伝熱流体は伝熱流体膨張容器２１９を通過する。
【００２７】
ランキンサイクル２１４において、水などの作動流体を過熱しそして電気の発生に使用する。水はプレヒータ２１５を通過し、ここで、それを約沸点まで加熱する。その後、エバポレータ２１６を通して流れ、それを沸騰まで持って行く。それは、次に、スーパーヒータ２１７を通して流れ、ここで、それを約１×１０７パスカル（１００バール）の圧力で約３８０℃に過熱する（ポイントｃ）。過熱スチームは高圧タービン２２０を横切って膨張し、約２１２℃に冷却され、そして圧力は約２×１０６パスカル（２０バール）に低減される（ポイントｄ）。その後、スチームの一部は、リヒータ２１８を通して流れ、ここで、それを再び、約２×１０６パスカル（２０バール）の圧力で約３８０℃に加熱する（ポイントｅ）。次に、再加熱された低圧スチームは低圧タービン２２１を超えて膨張する。
【００２８】
高圧タービン２２０及び低圧タービン２２１は約２７．５メガワットの電力及びランキンサイクル効率約３４．９％で発電機２２２に動力供給する（ポイントｇ）。
【００２９】
低圧タービン２２１を超えて膨張した後に、スチームは約４６℃の温度及び１×１０４パスカル（０．１バール）の圧力である（ポイントｆ）。その後、スチームは凝縮器２２３に入る。冷却水ループは冷却水ポンプ２２５を介して冷却水タワー２２４からの冷却水を凝縮器２２３に循環し、それにより、スチームを凝縮して、低圧タービン２２１を出てくる。代わりの実施形態において、冷却は空気冷却又は乾燥冷却により行うことができる。低圧スチームの少量部分はフィード水／脱気容器２２６に入り、フィード水を脱気する。スチームは複数の出口を通してタービンを出てくることができる。複数の出口の各々を出てくるスチームの各部分は異なる温度及び圧力を有することができる。例えば、フィード水／脱気容器２２６に入る少量部分のスチームは凝縮器２２３に入るスチームの部分よりも高い圧力及び温度である。凝縮器２２３からの凝縮物を低圧フィード水ポンプ２２７を介してフィード水／脱気容器２２６にポンプ送りし、次に、高圧フィード水ポンプ２２８を介して低圧から高圧にポンプ送りし、プレヒータ２１５に戻す。任意要素である低圧フィード水熱交換器２２９及び高圧フィード水熱交換器２３０は本例については考慮していない。
【００３０】
装置２００のパラメータを下記の表１に示す。
【００３１】
【表１】
2013545064.tif 000003
【００３２】
例２
２つの放物面トラフソーラコレクタシステム、有機伝熱流体及び溶融塩を用いた（抽気、中間スチーム圧を用いない）過熱スチームの製造
放物面トラフソーラコレクタシステム又はリニアフレネルソーラコレクタシステムなどの２つのソーラエネルギー収集システム、DOWTHERM(商標)Aなどの１つの伝熱流体及び溶融塩を用いて過熱スチームを製造する。図３は過熱スチームを製造しそして電気を生産するためにその過熱スチームを使用するための装置３００を示している。装置３００は第一のサイクル３０１を含み、その第一のサイクル３０１は第一の複数の放物面トラフソーラコレクタ３０３を含む第一のソーラエネルギー収集システム３０２を含み、また、第二のサイクル３０４を含み、その第二のサイクル３０４は第二の複数の放物面トラフソーラコレクタ３０６を含む第二のソーラエネルギー収集システム３０５を含む。同一の結果はリニアフレネルソーラコレクタシステムを使用して得られる。DOWTHERM(商標)Aなどの伝熱流体を第一のソーラエネルギー収集システム３０２中に導入する。第一のソーラエネルギー収集システム３０２は伝熱流体を約３９３℃の温度に加熱する（ポイントａ）。任意要素である燃料燃焼型伝熱流体ヒータ３０７も、システムの凍結を防止するためにスタートアップ時又は低温期間に伝熱流体を加熱するのを援助することができる。伝熱流体循環ポンプ３０８の前及び／又は後に、伝熱流体は第一のバルブ３０９に入り、そして、その後、燃料燃焼型伝熱流体ヒータ３０７を通過することができ、ここで、伝熱流体は加熱されうる。その後、伝熱流体は第二のバルブ３１０に入ることができる。
【００３３】
第二のサイクル３０４において、溶融塩を第二のソーラエネルギー収集システム３０５中に導入する。第二のソーラエネルギー収集システム３０５は溶融塩を約５６５℃の温度に加熱する（ポイントｈ）。任意要素である燃料燃焼型溶融塩ヒータ３１１は、また、例えば、スタートアップ時又は低温期間に、システムの凍結を防止するために、伝熱流体を加熱するのを援助することができる。溶融塩は第三のバルブ３１２に入ることができ、その後、燃料燃焼型溶融塩ヒータ３１１を通過して流れることができ、ここで、溶融塩は加熱されうる。さらに、任意要素である熱交換器システム３１３は第一のサイクル３０１からの伝熱流体を使用して溶融塩を加熱することができる。伝熱流体は第四のバルブ３１４に入ることができ、その後、熱交換器システム３１３を通して通過することができ、その後、第一のサイクル３０１に戻る。第二のバルブ３１０及び第四のバルブ３１４からの伝熱流体は第五のバルブ３１５に流れることができる。溶融塩は第六のバルブ３１６に入ることができ、その後、熱交換器システム３１３を通して通過することができ、それは伝熱流体により加熱される。
【００３４】
加熱された後に、伝熱流体及び溶融塩はランキンサイクル３１７中で作動流体を加熱するために使用される。ランキンサイクルは種々のシェルアンドチューブ型熱交換器：プレヒータ３１８、エバポレータ３１９、第一のスーパーヒータ３２０、第二のスーパーヒータ３２１、プレリヒータ３２２及びリヒータ３２３を含む。別の実施形態において、プレリヒータ３２２は任意要素であることができる。第五のバルブ３１５では、伝熱流体の一部はプレリヒータ３２２を通して流れ、そして伝熱流体の一部は第一のスーパーヒータ３２０、エバポレータ３１９及びプレヒータ３１８を通して流れる。溶融塩は第六のバルブ３３７に入り、そこから、部分流は第二のスーパーヒータ３２１を通過しそして他の部分はリヒータ３２３に進む。別の実施形態において、溶融塩は、まず、第二のスーパーヒータ３２１を通して、次いで、リヒータ３２３を通して流れることができる。熱交換器を通過した後に、伝熱流体は約２８８℃の温度である（ポイントｂ）。その後、伝熱流体は伝熱流体循環ポンプ３０８により第一のソーラエネルギー収集システム３０２にポンプ送りされ、再び加熱される。スタートアップ及び通気操作の間に、伝熱流体は伝熱流体膨張容器３２４を通過する。通常操作の間に、伝熱流体は伝熱流体膨張容器３２４をバイパスする。溶融塩が熱交換器を通過した後に、それは溶融塩貯蔵容器３２５に入り、その後、第二のソーラエネルギー収集システム３０５に戻り、再び加熱される。
【００３５】
ランキンサイクル３１７において、水などの作動流体を過熱しそして電気の発生に使用する。水はプレヒータ３１８を通過し、ここで、それを約沸点まで加熱する。その後、エバポレータ３１９を通して流れ、それを沸騰まで持って行く。それは、次に、第一のスーパーヒータ３２０及び第二のスーパーヒータ３２１を通して流れ、ここで、それを約１×１０７パスカル（１００バール）の圧力で約５３０℃に過熱する（ポイントｃ）。過熱スチームは高圧タービン３２６を横切って膨張し、約３０７℃に冷却され、そして圧力は約２×１０６パスカル（２０バール）に低減される（ポイントｄ）。その後、スチームを、プレリヒータ３２２及びリヒータ３２３を通過させ、ここで、それを再び、約２×１０６パスカル（２０バール）の圧力で約５３０℃に加熱する（ポイントｅ）。次に、スチームは低圧タービン３２７を超えて膨張する。
【００３６】
高圧タービン３２６及び低圧タービン３２７は約２７．５メガワットの電力及びランキンサイクル効率約３８．１％で発電機３２８に動力供給する（ポイントｇ）。例１と比較して、本例は過熱スチームの温度がより高いので、ランキン効率がより高くなっている。
【００３７】
低圧タービン３２７を超えて膨張した後に、スチームは約４６℃の温度及び１×１０４パスカル（０．１バール）の圧力である（ポイントｆ）。その後、スチームの一部は凝縮器３２９に入り、スチームの一部はフィード水／脱気容器３３０に入り、フィード水を脱気する。スチームは複数の出口を通してタービンを出てくることができる。複数の出口の各々を出てくるスチームの各部分は異なる温度及び圧力を有することができる。例えば、フィード水／脱気容器３３０に入る少量部分のスチームは凝縮器３２９に入るスチームの部分よりも高い圧力及び温度である。冷却水ループは冷却水ポンプ３３２を介して冷却水タワー３３１からの冷却水を凝縮器３２９に循環し、それにより、スチームを凝縮して、低圧タービン３２７を出てくる。代わりの実施形態において、冷却は空気冷却又は乾燥冷却により行うことができる。凝縮器３２９からの凝縮物を低圧フィード水ポンプ３３３を介してフィード水／脱気容器３３０にポンプ送りし、次に、高圧フィード水ポンプ３３４を介して低圧から高圧にポンプ送りし、プレヒータ３１８に戻す。任意要素である低圧フィード水熱交換器３３５、高圧フィード水熱交換器３３６及びフィード水／脱気容器へのスチームは本例については考慮していない。
【００３８】
例２のパラメータを下記の表２に示す。
【００３９】
【表２】
2013545064.tif 000004
【００４０】
例３
２つの放物面トラフソーラコレクタシステム、有機伝熱流体及び溶融塩を用いた過熱スチームの製造（抽気、中間スチーム圧）
本例は例２と同一の装置３００を使用するが、高圧タービン３２６で抽気し、高圧フィード水熱交換器３３６でフィード水を予熱する。例２と比較して、凝縮器３２９からの凝縮物は高圧フィード水熱交換器３３６を介して高圧フィード水ポンプ３３４からポンプ送りされ、ここで、それを高圧タービン３２６からの抽気により予熱し、プレヒータ３１８に戻す。任意要素である低圧フィード水熱交換器３３５及びフィード水／脱気容器へのスチームは本例については考慮していない。
【００４１】
この抽気により、ランキンサイクル効率を例２の約３８．１％から約３９．６％に上げることが可能である。例３のパラメータを下記の表３に示す。
【００４２】
【表３】
2013545064.tif 000005
【００４３】
例４
２つの放物面トラフソーラコレクタシステム、有機伝熱流体及び溶融塩を用いた過熱スチームの製造（抽気、低めの中間スチーム圧）
本例は例２及び３と同一の装置３００を使用するが、高圧タービン３２６で抽気する。さらに、高圧タービン後のスチーム圧は例１、２及び３よりも低い（１．２×１０６パスカルｖｓ２×１０６パスカル）。抽気及びより低い中間スチーム圧により、例２の３８．１％及び例３の３９．６％から約３９．８％にランキンサイクル効率を上げることが可能である。例４のパラメータを下記の表４に示す。
【００４４】
【表４】
2013545064.tif 000006
【００４５】
例５及び６は例２、３及び３において議論した２サイクル装置の代わりの設計を提供する。例５の装置パラメータは例２、３又は４と同一である。例６は例３に示すものと同一の装置パラメータで操作する。
【００４６】
例５
過熱スチームの製造（４容器設計）
放物面トラフソーラコレクタシステム又はリニアフレネルソーラコレクタシステムなどの２つのソーラエネルギー収集システム、DOWTHERM(商標)Aなどの１つの伝熱流体及び少なくとも１つの溶融塩を用いて過熱スチームを製造する。図４は過熱スチームを製造しそして電気を生産するためにその過熱スチームを使用するための装置４００を示している。装置４００は第一のサイクル４０１を含み、その第一のサイクル４０１は第一の複数の放物面トラフソーラコレクタ４０３を含む第一のソーラエネルギー収集システム４０２を含み、また、第二のサイクル４０４を含み、その第二のサイクル４０４は第二の複数の放物面トラフソーラコレクタ４０６を含む第二のソーラエネルギー収集システム４０５を含む。同一の結果はリニアフレネルソーラコレクタシステムを使用して得られる。DOWTHERM(商標)Aなどの伝熱流体を第一のソーラエネルギー収集システム４０２中に導入する。第一のソーラエネルギー収集システム４０２は伝熱流体を約３９３℃の温度に加熱する（ポイントａ）。任意要素である燃料燃焼型伝熱流体ヒータ４０７も、システムの凍結を防止するためにスタートアップ時又は低温期間に伝熱流体を加熱するのを援助することができる。伝熱流体循環ポンプ４０８の前及び／又は後に、伝熱流体は第一のバルブ４０９及び第二のバルブ４１０に入ることができる。伝熱流体は、その後、燃料燃焼型伝熱流体ヒータ４０７を通過することができ、ここで、伝熱流体は加熱されうる。その後、伝熱流体は第三のバルブ４１１に入ることができる。
【００４７】
第二のサイクル４０４において、溶融塩を第二のソーラエネルギー収集システム４０５中に導入する。第二のソーラエネルギー収集システム４０５は溶融塩を約５６５℃の温度に加熱する（ポイントｈ）。任意要素である燃料燃焼型溶融塩ヒータ４１２は、また、例えば、システムの凍結を防止するためにスタートアップ時又は低温期間に伝熱流体を加熱するのを援助することができる。さらに、任意要素である第一の熱交換器システム４１３は第一のサイクル４０１からの伝熱流体を使用して溶融塩を加熱することができ、又は、第二のサイクル４０４からの溶融塩は第一の熱交換器システム４１３を介して第一のサイクル４０１からの伝熱流体を加熱することができる。溶融塩は第四のバルブ４１４に入ることができ、その後、燃料燃焼型溶融塩ヒータ４１２を通して流れることができ、ここで、溶融塩は再び加熱される。もし第一のサイクル４０１で貯蔵された熱が十分にあるならば、第一のサイクル４０１からの伝熱流体は第五のバルブ４１５に入れることができ、その後、熱交換器システム４１３を通して流れることができ、その後、第一のサイクル４０１に戻る。溶融塩は第六のバルブ４１６に入り、その後、伝熱流体熱交換器４１３を通して流れ、それは伝熱流体により加熱される。第二のソーラエネルギー収集システム４０５、燃料燃焼型溶融塩ヒータ４１２及び／又は伝熱流体熱交換器４１３により加熱された後に、溶融塩は第一の高温溶融塩貯蔵容器４１７に入る。
【００４８】
第一のソーラエネルギー収集システム４０２及び第二のソーラエネルギー収集システム４０５は、日中の時間には過剰のエネルギーを発生するように設計されており、そのエネルギーは第一の高温溶融塩貯蔵容器４１７及び第二の高温溶融塩貯蔵容器４１８に貯蔵される。高放射日照時間の間には、第一のソーラエネルギー収集システム４０３からの一部の流れは第三のバルブ４１１、第五のバルブ４１５、第七のバルブ４１９及び第八のバルブ４２０を通してランキンサイクル４２１に行き、その他の部分は第七のバルブ４１９を介して第二の熱交換器システム４２２に入り、ここで、第一の低温溶融塩貯蔵容器４２３からの溶融塩は加熱され、そして第二の高温溶融塩貯蔵容器４１８にポンプ送りされる。第二の熱交換器システム４２２を通過する流れは、また、第二のバルブ４１０及び第一のバルブ４０９を通して通過し、その後、さらなる加熱のために伝熱流体循環ポンプ４０８によりソーラエネルギー収集システム４０３にポンプ送りして戻される。第二のサイクル４０４において、第二の低温溶融塩貯蔵容器４２４からの溶融塩を第六のバルブ４１６及び第四のバルブ４１４を介して第二のソーラエネルギー収集システム４０５にポンプ送りし、加熱する。第二のソーラエネルギー収集システム４０６からの高温溶融塩は、その後、第一の高温溶融塩貯蔵容器４１７中に貯蔵される。第一のサイクル４０１で使用される溶融塩は第二のサイクル４０４で使用される溶融塩よりも低い温度に加熱されるので、第一のサイクル４０１は第二のサイクル４０４での溶融塩よりも安価な溶融塩を使用することができる。
【００４９】
日照が伝熱流体及び溶融塩を加熱するのに十分でないときには、装置４００は凍結保護モードに切り替え、ランキンサイクル４２１を、第一の高温溶融塩貯蔵容器４１７及び第二の高温溶融塩貯蔵容器４１８からの貯蔵されたエネルギーにより加熱される。伝熱流体は伝熱流体循環ポンプ４０８により第一のバルブ４０９及び第二のバルブ４１０を通してポンプ送りされうる。その後、伝熱流体は燃料燃焼型伝熱流体ヒータ４０７（任意要素）又は第二の熱交換器システム４２２のいずれかを通して流れることができ、ここで、伝熱流体は加熱され、その後、第三のバルブ４１１又は第七のバルブ４１９に入り、その後、第八のバルブ４２０を介してランキンサイクル４２１に入ることができる。第一のサイクル４０１で第二の高温溶融塩貯蔵容器４１８からの溶融塩は第二の熱交換器システム４２２を通して第一の低温溶融塩貯蔵容器４２３にポンプ送りされ、その間に、第二の熱交換器システム４２２を通過する伝熱流体は加熱される。第二のサイクル４０４において、溶融塩は第一の高温溶融塩貯蔵容器４１７からランキンサイクル４２１に、その後、第二の低温溶融塩貯蔵容器４２４にポンプ送りされうる。第一の高温溶融塩貯蔵容器４１７、第二の高温溶融塩貯蔵容器４１８、第一の低温溶融塩貯蔵容器４２３及び第二の低温溶融塩貯蔵容器４２４は移送ポンプを含む。
【００５０】
加熱された後に、伝熱流体及び溶融塩はランキンサイクル４２１中で作動流体を加熱するために使用される。ランキンサイクルは種々のシェルアンドチューブ型熱交換器：プレヒータ４２５、エバポレータ４２６、第一のスーパーヒータ４２７、第二のスーパーヒータ４２８、プレリヒータ４２９及びリヒータ４３０を含む。別の実施形態において、プレリヒータ４２９は任意要素であることができる。第八のバルブ４２０では、伝熱流体の一部はプレリヒータ４２９を通して流れ、そして伝熱流体の一部は第一のスーパーヒータ４２７、エバポレータ４２６及びプレヒータ４２５を通して流れる。溶融塩は第九のバルブ４４３に入り、そこから、部分流は第二のスーパーヒータ４２８に行きそして他の部分はリヒータ４３０に進む。別の実施形態において、溶融塩はまず第二のスーパーヒータ４２８を通して、次いで、リヒータ４３０を通して流れることができる。熱交換器を通過した後に、伝熱流体は約２８８℃の温度である（ポイントｂ）。その後、伝熱流体は伝熱流体循環ポンプ４０８により第一のソーラエネルギー収集システム４０２にポンプ送りされ、再び加熱される。スタートアップ及び通気操作の間に、伝熱流体は伝熱流体膨張容器４３１を通過する。通常操作の間に、伝熱流体は伝熱流体膨張容器４３１をバイパスする。
【００５１】
ランキンサイクル４２１は例２、３又は４のランキンサイクルと同様に操作しうる。ランキンサイクル４２１において、水などの作動流体を過熱しそして電気の発生に使用する。水はプレヒータ４２５を通して流れ、ここで、それを約沸点まで加熱する。その後、エバポレータ４２６を通して流れ、それを沸騰まで持って行く。それは、次に、第一のスーパーヒータ４２７及び第二のスーパーヒータ４２８を通して流れ、ここで、それを約１×１０７パスカル（１００バール）の圧力で約５３０℃に過熱する（ポイントｃ）。過熱スチームは高圧タービン４３２を横切って膨張し、約３０７℃に冷却され、そして圧力は約２０バール）に低減される（ポイントｄ）。その後、スチームの一部を、プレリヒータ４２９及びリヒータ４３０を通して流し、ここで、それを再び、約２×１０６パスカル（２０バール）の圧力で約５３０℃に加熱する（ポイントｅ）。次に、再加熱されたスチームは低圧タービン４３３を超えて膨張する。
【００５２】
高圧タービン４３２及び低圧タービン４３３は約２７．５メガワットの電力及びランキンサイクル効率約３９．６％で発電機４３４に動力供給する（ポイントｇ）。例１と比較して、本例は過熱スチームの温度がより高いので、ランキン効率がより高くなっている。
【００５３】
低圧タービン４３３を超えて膨張した後に、水は約４６℃の温度及び１×１０４パスカル（０．１バール）の圧力である（ポイントｆ）。その後、スチームの一部は凝縮器４３５に入り、スチームの一部はフィード水／脱気容器４３６に入り、フィード水を脱気する。スチームは複数の出口を通してタービンを出てくることができる。複数の出口の各々を出てくるスチームの各部分は異なる温度及び圧力を有することができる。例えば、フィード水／脱気容器４３６に入るスチームの少量部分は凝縮器４３５に入るスチームの部分よりも高い圧力及び温度である。冷却水ループは冷却水ポンプ４３８を介して冷却水タワー４３７からの冷却水を凝縮器４３５に循環し、それにより、スチームを凝縮して、低圧タービン４３３を出てくる。凝縮器４３５からの凝縮物を低圧フィード水ポンプ４３９を介して任意要素である低圧フィード水熱交換器４４０にポンプ送りし、ここで、低圧タービン４３３からの抽気により予熱しうる。予熱した水はフィード水／脱気容器４３６に約１００℃の温度で入り、そして次に、高圧フィード水ポンプ４４１からポンプ送りされ、任意要素である高圧フィード水熱交換器４４２を介してプレヒータ４２５に戻す。高圧フィード水熱交換器４４２は高圧タービン４３２からの抽気により水を加熱する。
【００５４】
例６
過熱スチームの製造（３容器設計）
放物面トラフソーラコレクタシステム又はリニアフレネルソーラコレクタシステムなどの２つのソーラエネルギー収集システム、DOWTHERM(商標)Aなどの１つの伝熱流体及び溶融塩を用いて過熱スチームを製造する。図５は過熱スチームを製造しそして電気を生産するためにその過熱スチームを使用するための装置５００を示している。装置５００は第一のサイクル５０１を含み、その第一のサイクル５０１は第一の複数の放物面トラフソーラコレクタ５０３を含むソーラエネルギー収集システム５０２を含み、また、第二のサイクル５０４を含み、その第二のサイクル５０４は第二の複数の放物面トラフソーラコレクタ５０６を含むソーラエネルギー収集システム５０５を含む。同一の結果はリニアフレネルソーラコレクタシステムを使用して得られる。DOWTHERM(商標)Aなどの伝熱流体をソーラエネルギー収集システム５０２中に導入する。ソーラエネルギー収集システム５０２は伝熱流体を約３９３℃の温度に加熱する（ポイントａ）。任意要素である燃料燃焼型伝熱流体ヒータ５０７も、システムの凍結を防止するためにスタートアップ時又は低温期間に伝熱流体を加熱するのを援助することができる。伝熱流体循環ポンプ５０８の前及び／又は後に、伝熱流体は第一のバルブ５０９及び第二のバルブ５１０に入ることができる。伝熱流体は、その後、燃料燃焼型伝熱流体ヒータ５０７を通して流れることができ、ここで、伝熱流体は加熱されうる。その後、伝熱流体は第三のバルブ５１１に入ることができる。
【００５５】
第二のサイクル５０４において、溶融塩をソーラエネルギー収集システム５０５中に導入する。ソーラエネルギー収集システム５０５は溶融塩を約５６５℃の温度に加熱する（ポイントｈ）。任意要素である燃料燃焼型溶融塩ヒータ５１２は、また、例えば、システムの凍結を防止するためにスタートアップ時又は低温期間に伝熱流体を加熱するのを援助することができる。さらに、任意要素である第一の熱交換器システム５１３は第一のサイクル５０１からの伝熱流体を使用して溶融塩を加熱することができ、又は、第二のサイクル５０４からの溶融塩は第一の熱交換器システム５１３を介して第一のサイクル５０１からの伝熱流体を加熱することができる。溶融塩は第四のバルブ５１４に入ることができ、その後、燃料燃焼型溶融塩ヒータ５１２を通して流れることができ、ここで、溶融塩は加熱されうる。もし第一のサイクル５０１で貯蔵された熱が十分にあるならば、第一のサイクル５０１からの伝熱流体は第五のバルブ５１５に入ることができ、その後、伝熱流体熱交換器５１３を通して流れることができ、その後、第一のサイクル５０１に戻る。溶融塩は第六のバルブ５１６に入り、その後、伝熱流体熱交換器５１３を通して流れ、それは伝熱流体により加熱される。第二のソーラエネルギー収集システム５０５、燃料燃焼型溶融塩ヒータ５１２及び／又は伝熱流体熱交換器５１３により加熱された後に、溶融塩は高温溶融塩貯蔵容器５１７に入る。
【００５６】
第一のソーラエネルギー収集システム５０２及び第二のソーラエネルギー収集システム５０５は、日中の時間には過剰のエネルギーを提供するように設計されており、そのエネルギーは高温溶融塩貯蔵容器５１７及び中温溶融塩貯蔵容器５１８に貯蔵される。高放射日照時間の間には、第一のソーラエネルギー収集システム５０２からの一部の流れは第三のバルブ５１１、第五のバルブ５１５、第七のバルブ５１９及び第八のバルブ５２０を通してランキンサイクル５２１に行き、その他の部分は第七のバルブ５１９を介して第二の熱交換器システム５２２に入り、ここで、低温溶融塩貯蔵容器５２３からの溶融塩は加熱され、そして中温溶融塩貯蔵容器５１８にポンプ送りされる。第二の熱交換器システム５２２を通過する伝熱流体は、また、第二のバルブ５１０及び第一のバルブ５０９を通して通過し、その後、さらなる加熱のために伝熱流体循環ポンプ５０８によりソーラエネルギー収集システム５０２にポンプ送りして戻される。第二のサイクル５０４において、中温溶融塩貯蔵容器５１８からの溶融塩を第六のバルブ５１６及び第四のバルブ５１４を介して第二のソーラエネルギー収集システム５０５にポンプ送りし、加熱する。第二のソーラエネルギー収集システム５０５からの高温溶融塩は、その後、高温溶融塩貯蔵容器５１７中に貯蔵される。高温溶融塩貯蔵容器５１７、中温溶融塩貯蔵容器５１８及び低温溶融塩貯蔵容器５２３は移送ポンプを含む。
【００５７】
日照が伝熱流体及び溶融塩を加熱するのに十分でないときには、装置５００は凍結保護モードに切り替え、ランキンサイクル５２１を、高温溶融塩貯蔵容器５１７及び中温溶融塩貯蔵容器５１８からの貯蔵されたエネルギーにより加熱される。伝熱流体は伝熱流体循環ポンプ５０８により第一のバルブ５０９及び第二のバルブ５１０を通してポンプ送りされうる。その後、伝熱流体は燃料燃焼型伝熱流体ヒータ５０７（任意要素）又は第二の熱交換器システム５２２のいずれかを通して流れることができ、ここで、伝熱流体は加熱され、その後、第三のバルブ５１１又は第七のバルブ５１９に入り、その後、第八のバルブ５２０を介してランキンサイクル５２１に入ることができる。中温溶融塩貯蔵容器５１８からの溶融塩は第九のバルブ５２４及び第二の熱交換器システム５２２を通して低温溶融塩貯蔵容器５２３にポンプ送りされ、その間に、第二の熱交換器システム５２２を通過する伝熱流体は加熱される。第二のサイクル５０４において、溶融塩は高温溶融塩貯蔵容器５１７からランキンサイクル５２１に、その後、中温溶融塩貯蔵容器５１８にポンプ送りされうる。
【００５８】
加熱された後に、伝熱流体及び溶融塩はランキンサイクル５２１中で作動流体を加熱するために使用される。ランキンサイクルは種々のシェルアンドチューブ型熱交換器：プレヒータ５２５、エバポレータ５２６、第一のスーパーヒータ５２７、第二のスーパーヒータ５２８、プレリヒータ５２９及びリヒータ５３０を含む。別の実施形態において、プレリヒータ５２９は任意要素であることができる。第八のバルブ５２０では、伝熱流体の一部はプレリヒータ５２９を通して流れ、そして伝熱流体の一部は第一のスーパーヒータ５２７、エバポレータ５２６及びプレヒータ５２５を通して流れる。溶融塩は第十のバルブ５４３に入り、そこから、部分流は第二のスーパーヒータ５２８を通過しそして他の部分はリヒータ５３０に進む。別の実施形態において、溶融塩はまず第二のスーパーヒータ５２８を通して、次いで、リヒータ５３０を通して流れることができる。熱交換器を通過した後に、伝熱流体は約２８８℃の温度である（ポイントｂ）。その後、伝熱流体は伝熱流体循環ポンプ５０８により第一のソーラエネルギー収集システム５０２にポンプ送りされ、再び加熱される。スタートアップ及び通気操作の間に、伝熱流体は伝熱流体膨張容器５３１を通過する。通常操作の間に、伝熱流体は伝熱流体膨張容器５３１をバイパスする。
【００５９】
溶融塩が熱交換器を通過した後に、それは中温溶融塩貯蔵容器５１８に入り、その後、第九のバルブ５２４に入り、第２のソーラエネルギー収集システム５０５に入って再び加熱されるか、又は、第二の熱交換器システム４２２に入って伝熱流体を加熱するかのいずれかである。
【００６０】
ランキンサイクル５２１は例３にて説明したのと同様に操作しうる。ランキンサイクル５２１において、水などの作動流体を過熱しそして電気の発生に使用する。水はプレヒータ５２５を通して流れ、ここで、それをおよそ水の沸点まで加熱する。その後、エバポレータ５２６を通して流れ、それを沸騰まで持って行く。それは、次に、第一のスーパーヒータ５２７及び第二のスーパーヒータ５２８を通して流れ、ここで、それを約１×１０７パスカル（１００バール）の圧力で約５３０℃に過熱する（ポイントｃ）。過熱スチームは高圧タービン５３２を横切って膨張し、約３０７℃に冷却され、そして圧力は約２×１０６パスカル（２０バール）になる（ポイントｄ）。その後、スチームの一部を、プレリヒータ５２９及びリヒータ５３０を通過させ、ここで、それを再び、約２×１０６パスカル（２０バール）の圧力で約５３０℃に加熱する（ポイントｅ）。次に、低圧スチームは低圧タービン５３３を超えて膨張する。
【００６１】
高圧タービン５３２及び低圧タービン５３３は約２７．５メガワットの電力及びランキンサイクル効率約３９．６％で発電機５３４に動力供給する（ポイントｇ）。例１と比較して、本例は過熱スチームの温度がより高いので、ランキン効率がより高くなっている。
【００６２】
低圧タービン５３３を超えて膨張した後に、スチームは約４６℃の温度及び１×１０４パスカル（０．１バール）の圧力である（ポイントｆ）。その後、スチームの一部は凝縮器５３５に入り、スチームの一部はフィード水／脱気容器５３６に入り、フィード水を脱気する。スチームは複数の出口を通してタービンを出てくることができる。複数の出口の各々を出てくるスチームの各部分は異なる温度及び圧力を有することができる。例えば、フィード水／脱気容器５３６に入るスチームの少量部分は凝縮器５３５に入るスチームの部分よりも高い圧力及び温度である。冷却水ループは冷却水ポンプ５３８を介して冷却水タワー５３７からの冷却水を凝縮器５３５に循環し、それにより、スチームを凝縮して、低圧タービン５３３を出てくる。代わりの実施形態において、冷却は空冷又は乾燥冷却により行うことができる。
【００６３】
凝縮器５３５からの凝縮物を、その後、低圧フィード水ポンプ５３９を介して任意要素である低圧フィード水熱交換器５４０にポンプ送りし、ここで、低圧タービン５３３からの抽気により予熱しうる。予熱した水はフィード水／脱気容器５３６に約１００℃の温度で入り、そして次に、高圧フィード水ポンプ５４１からポンプ送りされ、任意要素である高圧フィード水熱交換器５４２を介してプレヒータ５２５に戻す。高圧フィード水熱交換器５４２は高圧タービン５３２からの抽気により水を加熱する。
【００６４】
本発明をその好ましい実施形態により上記に説明してきたが、本開示の精神及び範囲内で変更することができる。本願は、それゆえ、本明細書中に開示された一般原理を用いた本発明のいかなる変更、使用又は改作を網羅することが意図される。さらに、本願は本発明の属する技術において既知又は慣用の実務の範囲内に当たりそして以下の特許請求の範囲の限定の範囲内に当たるときには、本開示からのそのような逸脱を網羅することが意図される。
【図１】
2013545064.tif 000007
【図２】
2013545064.tif 000008
【図３】
2013545064.tif 000009
【図４】
2013545064.tif 000010
【図５】
2013545064.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成25年4月3日(2013.4.3)
【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】
第一の伝熱媒体を加熱するための第一のリニアソーラコレクタシステム、
第二の伝熱媒体を加熱するための第二のリニアソーラコレクタシステム、ここで、第一のリニアコレクタシステム及び第二のリニアコレクタシステムは同一のコレクタタイプである、
水を予熱及び蒸発させ、そしてスチームを過熱するために前記第一の伝熱媒体からの熱を使用する第一の熱交換器システム、
前記第一の熱交換器システムにより発生した過熱スチームの温度を増加させるために前記第二の伝熱媒体からの熱を使用する第二の熱交換器システム、及び
前記第二の伝熱媒体のための１つ以上の貯蔵容器
を含む装置。
【請求項２】
前記第一の伝熱媒体は有機伝熱流体又はシリコーン系伝熱流体であり、前記第二の伝熱媒体は溶融塩である、請求項１記載の装置。
【請求項３】
第一のリニアソーラコレクタシステム中で第一の伝熱媒体を加熱すること、
第二のリニアソーラコレクタシステム中で第二の伝熱媒体を加熱すること、ここで、第一のリニアソーラコレクタシステム及び第二のリニアコレクタシステムは同一のコレクタタイプである、
予熱、蒸発及び過熱のために少なくとも第一の熱交換器システム及びさらなる過熱のために少なくとも第二の熱交換器システムを含む熱交換システムに、作動流体を供給すること、
前記第一の伝熱媒体を前記第一の熱交換器システムに供給すること、
前記作動流体を過熱するために前記第二の熱交換器システムに第二の伝熱媒体を供給すること、
前記第二の伝熱媒体を１つ以上の貯蔵容器に貯蔵すること、及び
前記貯蔵された第二の伝熱媒体で前記第一の伝熱媒体を加熱すること
を含む、方法。
【請求項４】
前記第一の伝熱媒体を加熱した後に前記貯蔵された第二の伝熱媒体を前記１つ以上の貯蔵容器に戻すことをさらに含む、請求項３記載の方法。
【請求項５】
第一の伝熱媒体を加熱するための第一のリニアソーラコレクタシステム、
第二の伝熱媒体を加熱するための第二のリニアソーラコレクタシステム、ここで、第一のリニアコレクタシステム及び第二のリニアコレクタシステムは同一のコレクタタイプである、
前記第一の伝熱媒体からの熱を使用して水を予熱して予熱水を製造するようになっているプレヒータ、
前記第一の伝熱媒体からの熱を使用して前記予熱水を蒸発させて第一の温度でスチームを製造するようになっているエバポレータ、
前記第一の伝熱媒体からの熱を使用して前記スチームを第二の温度に過熱して過熱スチームを製造するようになっている第一のスーパーヒータ、ここで、前記第二の温度は前記第一の温度よりも高い、
前記第二の伝熱媒体からの熱を使用して前記過熱スチームを第三の温度にさらに過熱するようになっている第二のスーパーヒータ、ここで、前記第三の温度は前記第二の温度よりも高い、及び
前記第二の伝熱媒体のための１つ以上の貯蔵容器
を含む装置。
【国際調査報告】
2013545064.tif 000012
2013545064.tif 000013
2013545064.tif 000014