(57)【要約】  本発明は、溶融塩が通流する少なくとも１本のパイプライン（５）と、少なくとも１つの供給部と、少なくとも１つの排出部と、を備える、溶融塩を圧送するパイプラインシステムに関し、このパイプランシステムでは、溶融塩が通流するパイプライン（５）は、水平に対して傾斜した少なくとも１つの勾配を有し、それぞれ最も低い位置でドレン弁（２５）を介してドレンライン（２７）に結合されていて、最も高い位置で通気弁（２３）に結合されている。更に本発明は、パイプラインをドレンする方法に関する。
2014531552.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融塩が通流する少なくとも１本のパイプライン（５）と、
少なくとも１つの供給部と、
少なくとも１つの排出部と、
を備える、溶融塩を圧送するパイプラインシステムであって、
溶融塩が通流する前記パイプライン（５）は、水平に対して傾斜した少なくとも１つの勾配を有し、それぞれ最も低い位置でドレン弁（２５）を介してドレンライン（２７）に結合されていて、最も高い位置で通気弁（２３）に結合されていることを特徴とする、パイプラインシステム。
【請求項２】
前記各ドレン弁（２５）及び前記各通気弁（２３）は、ドレンを要する状況が発生する場合に開く、フェールセーフ機能を有する弁である、請求項１記載のパイプラインシステム。
【請求項３】
前記パイプライン（５）は、Ｕ字形のループとして構成されており、前記供給部及び前記排出部は、それぞれＵ字形のループの枝端部に配置されている、請求項１又は２記載のパイプラインシステム。
【請求項４】
前記通気弁（２３）は、前記パイプライン（５）の前記供給部と前記排出部との間の中央部分に配置されている、請求項３記載のパイプラインシステム。
【請求項５】
前記通気弁（２３）は、圧縮ガスラインに結合されている、請求項１から４までのいずれか１項記載のパイプラインシステム。
【請求項６】
少なくとも２本の前記パイプライン（５）が設けられており、該パイプラインは、それぞれ水平に対して傾斜した勾配を有し、それぞれ最も低い位置でドレン弁（２５）を介してドレンライン（２７）に結合されていて、最も高い位置で通気弁（２３）に結合されている、請求項１から５までのいずれか１項記載のパイプラインシステム。
【請求項７】
前記ドレンライン（２７）は、ドレン容器（１７）に通じている、請求項１から６までのいずれか１項記載のパイプラインシステム。
【請求項８】
前記ドレン容器（１７）は、前記各ドレンライン（２７）を介して前記ドレン容器（１７）に通じる全ての前記パイプライン（５）の容積に少なくとも相当する容積を有する、請求項１から７までのいずれか１項記載のパイプラインシステム。
【請求項９】
前記ドレン容器（１７）は、排気されている、請求項７又は８記載のパイプラインシステム。
【請求項１０】
当該パイプラインシステムは、太陽熱発電プラントのソーラフィールドに用いられるものである、請求項１から９までのいずれか１項記載のパイプラインシステム。
【請求項１１】
当該パイプラインシステムは、区分化されており、各区分（４９）は、少なくとも２本の前記パイプライン（５）を備え、各区分（４９）に対応して１つのドレン容器が配置されている、請求項１から１０までのいずれか１項記載のパイプラインシステム。
【請求項１２】
前記パイプライン（５）は、該パイプライン（５）の運動を可能にする少なくとも１つの柔軟な部分（４５）を備え、前記柔軟な部分（４５）は、前記パイプライン（５）が前記柔軟な部分（４５）の領域でも前記通気弁（２３）から前記ドレン弁（２５）に向けた勾配を有するように、構成されている、請求項１から１１までのいずれか１項記載のパイプラインシステム。
【請求項１３】
溶融塩は、ナトリウム、カリウム、カルシウムの少なくとも１つの亜硝酸塩もしくは少なくとも１つの硝酸塩、又はこれらの塩の任意の混合物を含有する、請求項１から１２までのいずれか１項記載のパイプラインシステム。
【請求項１４】
請求項１から１３までのいずれか１項記載の、溶融塩を圧送するパイプラインシステムをドレンする方法であって、
ドレンのために、ドレン弁（２５）及び通気弁（２３）を開いて、溶融塩がドレンライン（２７）を通りパイプライン（５）から流出できるようにすることを特徴とする、パイプラインシステムをドレンする方法。
【請求項１５】
パイプラインを通る溶融塩の圧力、温度及び／又は体積流量が所定の許容差を超えて所定の目標値からずれる場合、又は、パイプラインの手動のドレンもしくは運転に起因する自動のドレンが行われるべきである場合、パイプラインをドレンする、請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
ドレン時に、前記通気弁（２３）を通して、圧力下にあるガスを、前記パイプライン（５）に導入する、請求項１４又は１５記載の方法。
【請求項１７】
前記圧力下にあるガスは、窒素、合成空気、ＣＯ2が除かれた空気又は空気である、請求項１６記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶融塩が通流する少なくとも１本のパイプラインと、少なくとも１つの供給部と、少なくとも１つの排出部と、を備える、溶融塩を圧送するパイプラインシステムに関する。更に本発明は、溶融塩を圧送するパイプラインシステムをドレンする方法に関する。
【０００２】
溶融塩を圧送するパイプラインシステムは、例えば太陽熱発電プラント、特にパラボラ・トラフ型の太陽熱発電プラント又はフレネル型（集光型）の発電プラントに使用される。この場合、パイプラインシステムは、一般的に、網目状に張りめぐらして構成されており、太陽熱発電プラントにおいてソーラエネルギを捕集するのに用いられる。このような太陽熱発電プラントでは、太陽の放射エネルギは、放物面鏡（放物線形状曲面の反射鏡）を用いてレシーバに集められる。放物面鏡とレシーバとの組み合わせは、コレクタと云われる。コレクタ列は直列に接続され、いわゆるソーラループが形成される。このために、レシーバは、それぞれパイプラインシステムに結合されている、もしくはパイプラインシステムの一部を形成している。パイプラインシステムを熱媒体流体が通流し、熱媒体流体に、レシーバにより捕集された放射エネルギが伝達される。
【０００３】
現在、熱媒体流体として、特にビフェニル／ジフェニルエーテル−混合物が使用される。但しこの混合物は、約４００℃の分解温度により、その最大運転温度が制限されている。より高い効率を可能にするより高い運転温度を保つためには、別の熱媒体流体が必要である。このために、特に溶融塩、例えばいわゆるソーラソルト、つまり６０：４０の比の硝酸ナトリウムと硝酸カリウムとから成る混合物が使用される。
【０００４】
しかし、溶融塩の欠点は、これが高融点を有することにある。硝酸ナトリウム／硝酸カリウム−混合物は、例えば共晶で、つまり４４：５６の混合比の場合、２１８℃の温度で溶融する。太陽熱発電プラントで生じるような長いパイプラインシステムでは、高い融点を有する溶融塩は、確実に運転するのは困難である。溶融塩の凍結は、パイプラインシステムにおいて多大な経済的な損害をもたしてしまう可能性がある。損害の原因は、例えば溶融時の塩の大きな体積膨張にある。アーマチュア及びパイプラインシステムが押圧され、大きく破損される恐れがある。
【０００５】
溶融塩が凍結すると（溶融塩の凍結は、原則として太陽熱発電プラントの運転時間外、つまり太陽の照射時間外又は天候に起因して太陽が照射しない場合に生じ得る）、体積収縮が生じる。体積収縮により、パイプラインシステム及び運転状態に応じて、様々な凝固状態がもたらされ得る。一般的に、通気されずに排気された気泡がパイプライン内に生じ、気泡が集まり大小のより大きな構成単位が形成されることが予想される。再び溶融すると、体積が膨張する溶融箇所と排気された領域との間の場合によっては大きな空間的な距離により、生じる圧力を解消するのに十分な体積補償を行うことができない。
【０００６】
パイプラインシステムにおける溶融塩の凍結を阻止するために、より長い停止時間をかけてパイプラインシステムをドレン（排流）することが一般的である。しかし、溶融塩用の貯蔵容器を備える現在のパイプラインシステムでは、ドレンが長時間を要し、特に短時間の故障、例えば給電不能時には、ドレンは確実には保証されず、その結果、特にそのような場合、障害がパイプラインシステムに生じる可能性がある。
【０００７】
現在、ドレンのために、ドレン容器が設けられている。ドレン容器は、低位置（窪み）に設置され、容器槽の故障に対して防護されている。パイプラインシステムから形成される個々のソーラループは、約０．３％の僅かな勾配を有するので、パイプライン内に含まれる流体は、勾配に基づいて、ドレン時に、ドレン容器に運ばれる。
【０００８】
単一のドレン容器を有する今日のシステムでは、設けられる僅かな勾配は、一般的に、トラフ型の太陽熱発電プラント又はフレネル型の発電プラントに使用され、大抵は１００ｋｍの総パイプライン長さを有することがあるような、特に長いパイプラインを有するパイプラインシステムを十分な程度に素早くかつ完全にドレンするには不適である。その一方で、通常、確実な位置を有しない弁及びコックが使用される。そこでは、エネルギ供給不能の場合、弁は、ソーラループを例えばドレンされた確実な状態にもたらすことができない。この場合、熱媒体として使用される塩の凍結が予想される。補助電力供給により電気エネルギ供給を補助する構成手段は、設備内のあらゆる機能障害に対して十分な程度に確実なものであるとは云えない。更に、中央のドレン容器へのドレン時に、熱媒体塩が排出中に凝固するリスクを伴う長い排出距離及び排出時間が生じる。その一方で、ソーラループにおける障害は、別のあらゆるソーラループの故障を招いてしまうことがある。
【０００９】
更に、現在使用されるパイプラインシステムでは、一般的に、コレクタ台が、柔軟なチューブ又は玉継手結合部を介して熱伝達媒体用の分配器に接続されている。しかし、コレクタ台は、連続的に下降するように設計されていない。従って、ドレン時に、残留塩が柔軟な接続部に留まり、そこで凝固する恐れがある。
【００１０】
現在、溶融塩により生じる問題を最小化するために、パイプラインに、一般的に、より低い融点を有する塩が使用される。但し、この種の溶融塩は、重大な欠点を有する。より低い融点温度を有する公知の熱媒体塩は、例えばナトリウム及びカリウムの硝酸塩及び亜硝酸塩から成る混合物、並びに硝酸カリウム、硝酸ナトリウム及び硝酸カルシウムから成る混合物である。
【００１１】
しかし、この種の混合物は、通常使用される、硝酸カルシウム及び硝酸ナトリウムから成るソーラソルトよりも小さな熱的安定性を有し、これにより、利用範囲が５００℃を下回る温度に制限される。その結果、発電プラントのより低い効率を甘受しなければならない。更に、塩は閉じたシステム内に維持しなければならず、これにより、ソーラフィールドの領域に追加的な手間が生じてしまう。というのも不活性化システム、ガス浄化システム、ガス置換システムをソーラフィールドに敷設しなければならないからである。不活性化は必要である。というのも亜硝酸を含む塩では、空中酸素が亜硝酸を硝酸に酸化することがあり、塩の融点はこれによりコントロールされずに高まる恐れがある一方、カルシウムを含むシステムでは、二酸化炭素がカルシウムイオンと反応して不溶性の炭酸カルシウムが生成されるからである。
【００１２】
択一的な別の塩は、広い範囲で、高価で少量しか入手可能でない元素を含み、この種の元素は、低いホールドアップを有するシステムに対する経済的な使用を制限する。この種の塩における高価な成分は、例えばリチウム、ルビジウム及びセシウムである。
【００１３】
塩とは異なる熱媒体システムは、一般的に、高い蒸気圧を有する、又は、長いパイプラインシステムの防食のための多大な手間をもたらす。
【００１４】
化学産業において、塩浴反応器を加熱するために、最深箇所に、窒素が貯蔵されたドレンタンクが設けられたシステムが公知である。このシステムにおいて、全ての調節機器は、確実な位置にあるので、不所望の運転状態で、溶融した熱媒体塩（通常亜硝酸ナトリウム及び硝酸カリウムから成る二成分混合物）は、ドレン容器に流れる。このために、全てのパイプラインは、ドレン容器に向けて下降して配置されている。この場合、パイプラインは、別の通気部が設けられていない場合でも、ラインが空運転するような大きな直径を有する。例えば調節機器及び下降ラインの上側の、排出不能な領域は、独自のドレンラインを備え、ドレンラインを介して、弁の遮断の場合でも、ドレンすることができる。溶融した熱媒体塩は、ドレン容器から、浸漬ポンプを用いて、化学設備に搬送される。
【００１５】
しかし、この種の塩浴反応器の典型的な構成は、ソーラフィールドにおいては、その大きな面積に基づいて、適用不能でありかつ不十分である。従って、例えば、太陽熱発電プラント用のドレン容器を使用することは不適である。というのもドレンプロセスは、凍結を確実に防止するには、掛かる時間が長すぎるからである。更に、塩浴反応器は、通常、連続的に運転される、つまり、反応器の始動後に、設備は、次の修正まで連続的に作動する。この設備は、そのときまで常時高温であり、全ての設備部分は通流が行われたままである。これにより、塩の凝固による閉塞の発生を回避する試みが成されるが、閉塞は、仮に成されたとしても、その解消が極めて面倒である。しかも、太陽熱発電プラントは、常時オンオフサイクルに曝されている。ゆえに、例えばソーライールドには、夜間、放射エネルギが供給されない。全ての設備部分にわたる連続的な高温の運転は、ソーラフィールドにおいて高い放射損失を招いてしまう。従って、高い放射損失を回避するために、太陽熱発電プラントを非連続式に運転することが有意義であり、これにより、特に夜間のエネルギ損失が小さく維持される。
【００１６】
更に、塩浴反応器と、太陽熱発電プラントにおけるパイプラインシステムとは、その大きさにおいて異なっている。塩浴反応器は、通常、最大で数１００ｍのパイプライン長さを有するのに対して、パラボラ・トラフ型の太陽熱発電プラントにおけるパイプラインの長さは、１００ｋｍを超えてよい。このことは、因数約１０００程より大きな塩量となる。従ってその大きさだけでも、太陽熱発電プラントにおけるパイプラインシステムは、例えば塩浴反応器におけるパイプラインシステムと同一に運転することはできない。
【００１７】
従って本発明の課題は、太陽熱発電プラントに使用することができ、背景技術における欠点を有しない、溶融塩を圧送するパイプラインシステム並びに溶融塩を圧送するパイプラインシステムをドレンする方法を提供することにある。
【００１８】
この課題は、溶融塩が通流する少なくとも１本のパイプラインと、少なくとも１つの供給部と、少なくとも１つの排出部と、を備える、溶融塩を圧送するパイプラインシステムであって、溶融塩が通流するパイプラインは、水平に対して傾斜した少なくとも１つの勾配を有し、それぞれ最も低い位置でドレン弁を介してドレンラインに結合されていて、最も高い位置で通気弁に結合されている、パイプラインシステムにより解決される。
【００１９】
更にこの課題は、溶融塩を圧送するパイプラインシステムをドレンする方法であって、ドレンのために、ドレン弁及び通気弁を開いて、溶融塩がドレンラインを通りパイプラインから流出できるようにする、パイプラインシステムをドレンする方法により解決される。
【００２０】
通気弁を設けることは好適であり、ドレン時に、ガスをパイプラインシステムに補充することができ、そうすると、ガス補充のないドレンに対して素早くドレンを行うことができる。更に、パイプラインの直径は、より小さく維持することができ、この場合、ドレン時にパイプライン内で溶融塩が堰塞されることはない。
【００２１】
ゆえに、例えば相応の通気弁を有しない閉じたシステムでは、逆向きに流れる空気により塩の流出が妨げられる。特に細いパイプライン及び極めて小さな勾配では、塩は、全く排出することができない。
【００２２】
通気弁を通してパイプラインシステムに供給されるガスとして、酸素があるところで酸化されない塩が使用される場合、例えば空気が適している。ゆえに、特にソーラソルト、つまり好適には４０：６０の比で硝酸カリウム及び硝酸ナトリウムから成る混合物の使用時に、空気による通気が可能であり、この場合、空気は、水蒸気及び／又は二酸化炭素から解放することができる。
【００２３】
パイプラインシステム内に、空気中酸素があるところで化学反応する塩、例えばカルシウムイオンを含む塩又は亜硝酸の塩が使用される場合、通気弁を介して、使用される塩に対して不活性のガス、例えば窒素が供給される。
【００２４】
必要に応じてパイプラインシステムの完全なドレンを可能にするために、パイプラインシステムの全ての構成要素が勾配を有して構成されていると、好適である。例えばパラボラ・トラフ型の太陽熱発電プラントにおけるレシーバ台は、放物面鏡が太陽の放射エネルギを常時理想的に捕集できるように可動に配置されている。レシーバ台を可動にするために、レシーバ台を通して延在するパイプラインは、可動に構成して、例えば柔軟なラインにより、集合器、分解器及びドレンラインのような位置固定に設置された接続部に結合することができる。個々のレシーバ台が結合された柔軟なラインも、確実なドレンを可能にするために、通気弁からドレン弁に向けて常に下降するように設置されている。この場合、背景技術に基づいて現在使用されており、上向きに延在する運動カーブは、回避することができる。可動のレシーバ台では、溶融塩の排出が可能である少なくとも１つの位置を設けることができる。この位置は、フェールセーフ（fail-safe）に構成することができるので、レシーバ台は、エネルギ供給不能時でも、溶融塩の排出が可能である位置に移動する。この移動は、例えばばね駆動式又は圧縮空気駆動式に実現することができる。溶融塩の排出が可能である位置に圧縮空気駆動式に到達しようとする場合、好適には圧縮空気貯蔵器が使用される。
【００２５】
好適な１つの態様では、ラインシステムに設けられた各ドレン弁及び各通気弁は、ドレンを要する状況が発生する場合に開く、フェールセーフ機能を有する弁である。ドレンを要するこのような状況は、例えばソーラループにおける上昇した温度又は低下した温度の発生、ソーラループにおける正圧又は負圧の発生、ソーラループを通る通流量の偏りや給電不能である。更に、ドレンは、例えば自動制御、例えば連続運転時の夜間のドレンや太陽の入射が太陽熱発電プラントを確実に運転するには十分でない場合のドレンにおいて生じる。更に、ドレンは、手動の介入時にも可能であるべきである。
【００２６】
ソーラループにおける上昇した温度又は低下した温度の発生や断熱障害は、例えば赤外線光学系のスキャンシステムを用いてソーラフィールド全体にわたって素早く突き止めることができる。そのようなスキャンシステムは、基準値からずれた値が測定される場合、例えばパイプラインシステムのドレンを作動させてもよい。
【００２７】
フェールセーフ機能を有する弁として使用されるドレン弁及び通気弁は、太陽熱発電プラントの通常運転時には閉じられている。ドレンが行われる場合、弁は、自動的に開かれる。この開放は、通気弁では、弁の開放を意味し、ドレン弁では、ドレンラインへのパイプラインの開放を意味するので、溶融塩は、パイプラインシステムからドレン容器に流出することができる。
【００２８】
太陽熱発電プラントでは、パイプラインシステムの個々のパイプラインは、通常、Ｕ字形のループとして構成されており、この場合、供給部及び排出部は、それぞれＵ字形のループの枝端部に配置されている。この場合、枝端部は、通常、それぞれ集合ラインに結合されており、この場合、集合ラインを介して、連続運転時には、溶融塩がパイプラインに供給され、別の集合ラインを介して、加熱された溶融塩は、パイプラインから導出されて、蒸発器に導かれる。蒸発器において、溶融塩により水が蒸発させられて、加熱され、そうして生成された蒸気により、発電のためのタービンが駆動される。蒸発器において、溶融塩は冷却され、集合ラインを介して、再びパイプラインシステムのパイプラインに導入され、そこで、溶融塩は、レシーバにおいて再び加熱される。
【００２９】
本発明の好適な態様では、パイプラインシステムに設けられたドレン弁は、開放時に、パイプライン並びに供給部もしくは排出部が集合ラインにドレンされるように、配置されている。この場合、パイプラインシステムの素早いドレンを可能にするために、好適には、個々のソーラループは、それぞれドレン弁を介してドレンラインにドレンすることができる。
【００３０】
溶融塩がドレンのために移動しなければならない各距離を最小化するために、通気弁をＵ字形のパイプラインのドレン弁の間の中央部分に位置決めすると、更に好適である。こうすると、各パイプラインにおいて通気弁からドレン弁までの最長距離が常に同一の長さとなる。
【００３１】
パイプラインのドレンを更に素早くするために、通気弁が圧縮ガスラインに結合されていると、更に好適である。使用される塩に応じて、溶融塩に空気の成分と化学反応する元素が含まれていない場合、圧縮ガスとして例えば圧縮空気を使用することができる。択一的に、圧縮ガスとして、例えば不活性ガス、例えば窒素や合成空気またはＣＯ2が除かれた空気を使用することもできる。圧縮ガスの使用により、通気弁の開放時に、ガスが圧力下でパイプラインに導入され、そうして溶融塩がパイプラインから押し出される。これによりドレンが時間短縮される。フェールセーフな圧縮ガス供給を実現するために、圧縮ガスラインを介して通気弁に接続された圧縮ガス貯蔵器に圧縮ガスが準備されると、特に好適である。この場合、圧縮ガス貯蔵器は、分散して設置してもよい。
【００３２】
本発明の１つの態様では、パイプラインシステムは、少なくとも２本の好適にはＵ字形に構成されたパイプラインを備え、パイプラインは、それぞれ水平に対して傾斜した勾配を有し、それぞれ最も低い位置でドレン弁を介してドレンラインに結合されていて、最も高い位置で通気弁に結合されている。少なくとも２本、特に３本以上のパイプラインの使用により、個々のパイプラインの全長は、それぞれ低減することができる。更に、ドレン弁との個々のパイプラインの結合は、個々の各パイプラインを別個にドレンすることができ、全てのパイプラインを共通の集合ラインを介してドレンしなくてよいことに役立つ。このことは、集合ラインを介して共通のドレン容器に行われるドレンよりも素早いドレンを可能にする。
【００３３】
パイプラインから取り出された溶融塩を捕集するために、ドレンラインをそれぞれドレン容器に結合すると、好適である。この場合、ドレン容器が各パイプラインの傍に位置決められており、これにより、パイプラインからパイプライン容器への長い距離ひいては長いドレンラインが回避されると、更に好適である。
【００３４】
塩をパイプラインから完全に取り出すために、ドレン容器が、少なくとも、各ドレンラインを介してドレン容器に通じる全てのパイプラインの容積に相当する容積をそれぞれ有すると、更に好適である。
【００３５】
ドレン容器の数を低減するために、パイプラインシステムを区分化することが更に可能であり、この場合、各区分は、少なくとも２本のパイプラインを有し、各区分に対応して１つのドレン容器が配置されている。この場合、区分は、ドレン容器において十分に素早いドレンが可能であり、特にドレンラインのパイプライン全長が依然として十分に短く維持できるように、選択される。そのような区分では、例えば、パイプラインシステムの個々のパイプラインを先ずドレン弁を介してそれぞれドレンラインにドレンして、ドレンラインを共通の集合ラインにまとめて、ドレン容器に開口できるようにすることができる。この場合、ドレン時に例えば１本のパイプラインに問題が生じたとしても、せいぜいこのパイプラインを含む区分に破損が発生し得る、もしくはこの区分が問題なく再始動できなくなるだけである。しかも、残りの区分は、引き続き問題なく運転することができる。
【００３６】
通気弁を介してパイプラインに圧縮ガスを供給することに対して択一的又は追加的に、ドレン容器をそれぞれ排気することもできる。この場合、空気圧は、通気弁の開放時に、ドレン容器へのパイプラインの素早いドレンをもたらす。ドレン容器の排気は、例えば給電不能に基づいて十分な圧縮ガスが提供されない場合でも素早く確実なドレンが可能であるという更なる利点を有する。この場合、圧力駆動式の素早いドレンは、周囲に対する通気弁の開放時に周囲圧に対して可能である。
【００３７】
更に択一的又は追加的に、パイプラインは、該パイプラインがドレン容器の傍で高い静圧的なポテンシャル差を有する大きな勾配を有するように、案内される。このために、例えばドレン容器を、例えば２〜５ｍの深さを有する窪みに配置することができる。この場合、ソーラループ内の溶融塩に高い駆動静水圧が及ぼされる。流れ方向及びドレン方向とは逆向きのドレン容器のガス貯蔵部分からのガスの侵入及び上昇は、浸漬パイプを通してドレン容器に溶融塩が深い位置に導入されることにより阻止することができる。流動中に液柱が分裂しないようにするために、液柱のあらゆる箇所に、溶融塩の蒸気圧よりも高い絶対圧が作用するようにする必要がある。溶融塩の圧力は、例えばドレン容器の傍又はドレン容器への浸漬パイプにおける高い流れ抵抗により調節することができる。このために、例えば浸漬パイプの端部に、衝突板又は変向システムを設置することができる。衝突板又は変向システムは、容器壁における侵食（腐食）が低減されるという利点を追加的に有する。
【００３８】
太陽熱発電プラントのソーラフィールド、特にパラボラ・トラフ型の太陽熱発電プラント又はフレネル型の発電プラントのソーラフィールドにパイプラインシステムを使用する場合、溶融塩は、好適には、アルカリ金属又はアルカリ土類金属の少なくとも１つの亜硝酸塩又は少なくとも１つの硝酸塩を含有する。ナトリウム、カリウム又はカルシウムの亜硝酸塩もしくは硝酸塩、又はこれらの塩の任意の混合物が好適である。特に好適には、６０：４０の比の硝酸ナトリウム及び硝酸カリウムから成る混合物が使用される。更に、任意の混合のカリウム及びナトリウムの亜硝酸塩及び硝酸塩から成る混合物が特に好適である。いわゆるソーラソルトの他に、任意の別の、熱媒体として適切な高融点の塩を使用してもよい。本発明の範疇では、高融点とは、少なくとも１００℃の融点温度と介される。更に、塩が４７０℃を上回っても熱的に安定していると、好適である。
【００３９】
本発明の実施の態様を図示し、以下に詳説する。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】背景技術によるドレン容器を備えるパラボラ・トラフ型の太陽熱発電プラントのソーラフィールドを示す図である。
【図２】本発明によるドレン装置を備える太陽熱発電プラントのソーラループを示す図である。
【図３】ソーラループの始端区分及び終端区分を示す図である。
【図４】区分化されたパイプラインシステムを有するパラボラ・トラフ型の太陽熱発電プラントのソーラフィールドを示す図である。
【００４１】
図１には、背景技術によるドレン容器を備えるパラボラ・トラフ型の太陽熱発電プラントのソーラフィールドが示されている。
【００４２】
パラボラ・トラフ型の太陽熱発電プラントのソーラフィールド１は、複数のソーラループ３を有する。ソーラループ３は、熱媒体が通流するそれぞれ１本のパイプライン（管路）から形成されている。熱媒体として、本発明では、溶融塩、好適にはソーラソルト、つまり４０：６０の比の、もしくは共晶として４４：５６の混合比を有する硝酸カリウムと硝酸ナトリウムとから成る混合物、又は亜硝酸塩が用いられる。
【００４３】
ソーラループ３内で、熱媒体は、入射する太陽エネルギにより加熱される。このために、パイプライン５は、区分ごとに個別にガラスパイプ７により包囲されている。パイプライン５とガラスパイプ７との間の空間は排気される。ガラスパイプ７の下側に更に放物面鏡が設けられている。放物面鏡において、入射する太陽光が反射されて、ガラスパイプ７に向けられる。ガラスパイプ７に入射する放射線により、熱が、パイプライン５を通流する熱媒体に導かれ、これにより熱媒体が加熱される。
【００４４】
ソーラループ３のパイプライン５を通流する熱媒体は、集合器９に流れ、集合器９から引き続き熱媒体流出部１１に流れる。熱媒体流出部１１を通して流れる熱媒体は、通常、熱交換器に導かれ、熱交換器において、この熱は、蒸気循環路に放出される。蒸気循環路において、例えば発電のためにタービンが運転される。熱交換器から流出した冷却された熱媒体は、熱媒体供給部１３を介して分配器１５に導かれ、分配器１５からソーラループ３のパイプラインに導かれる。
【００４５】
停止状態で太陽熱発電プラントのパイプラインをドレンするために、ドレン容器１７が設けられている。この場合、ドレン容器１７は、分配器１５及び集合器９に結合されている。集合器９及び分配器１５を介して、溶融塩は、ドレン容器１７に流れる。
【００４６】
ドレン容器１７の損傷の場合に、溶融塩が流出して、制御されずに周囲に拡散することを阻止するために、ドレン容器１７は、好適には槽１９により包囲されている。この場合、槽１９の貯蔵能力は、ドレン容器１７の容積に相当する。
【００４７】
図２には、本発明に基づいて構成されたパイプラインシステムを備えるソーラループが例示されている。
【００４８】
ソーラループ３は、パイプライン５を備え、パイプライン５は、略Ｕ字形に構成されていて、第１の枝部で集合器９に、第２の枝部で分配器１５に結合されている。集合器９もしくは分配器１５に対するパイプライン５の結合は、結合パイプ２１を介して行われる。
【００４９】
本発明によれば、パイプライン５は、水平面に対して傾斜した勾配を有する。この場合、勾配は、好適には０〜１％の範囲にある。１つの態様では、勾配は、好適には０．１〜０．５％の範囲にあり、特に好適には０．２〜０．４％の範囲にある。択一的な態様では、勾配は、０〜０．３％の範囲にあり、好適には０．０１〜０．２％の範囲にある。この場合、パイプライン５の勾配は、それぞれ通気弁２３からドレン弁２５に向けて延在している。図示の態様では、Ｕ字形のパイプライン５の各枝部は、ドレン弁２５に結合されている。ドレン弁２５は、ドレンライン２７と、パイプライン５及び結合パイプ２１との結合部を開閉する。通常運転では、ドレン弁２５は閉じられている。ドレンライン２７は、ドレン容器１７に通じている。ドレン容器１７は、パイプライン５内に含まれる全ての溶融塩を収容できるような大きさに構成されている。
【００５０】
ドレン容器１７は、排気弁２９を備えて構成されている。排気弁２９は、パイプライン５がドレンされるときに開放される。これによりドレン容器１７内の圧力上昇が回避される。必要な場合にドレン容器１７をドレンするために、ドレン容器１７は、更に出口弁３１を備える。
【００５１】
使用される弁、つまり通気弁２３、ドレン弁２５、排気弁２９及び出口弁３１は、あらゆる任意の態様を有してよい。ゆえに、例えば回転スライド弁、スライド弁、フラップ及びコックを用いてよい。更に本発明の範疇では、弁とは、単に開放位置と閉鎖位置との間で切り換えることができるスライダ及びフラップとも解される。但し好適には、流量を制御することもできる、つまり開閉位置の他に任意の選択的なあらゆる開口断面を実現することもできる弁が使用される。
【００５２】
太陽熱発電プラントの通常運転では、通気弁２３は、例えばソーラ溶融物から不活性ガスを導出するために、排気弁として用いてもよい。このために、好適には、通気弁２３に対して追加的に相分離器（気液分離器）３３が設けられている。相分離器３３では、ガスは、溶融塩から分離されて、その後で、ガスは、弁２３を介して導出することができる。
【００５３】
通常運転では、通気弁２３及びドレン弁２５は閉じられている。溶融塩は、分配器１５からパイプライン５に通流し、ガラスループ７と放物面鏡とにより形成されたレシーバにおいて加熱される。この場合、そのように加熱された溶融塩又はソーラ溶融物は、第２の結合パイプ２１及び集合器９を介して熱交換器に流れ、そこで、熱は、接続された蒸気循環路に放出される。
【００５４】
設備の機能障害、又は例えば給電不能（停電）によるエネルギ損失の場合や所望のドレンの場合に、通気弁２３は開かれる。同時に、集合弁３５及び分配弁３７は閉じられるので、溶融塩はもはや集合器９もしくは分配器１５から結合パイプ２１を介してパイプライン５に至ることはない。更に、パイプライン５からドレンライン２７への結合部が開かれるように、ドレン弁２５が切り換えられる。パイプライン５の勾配により、重力により運ばれて、溶融塩は、パイプライン５から浸漬パイプ４１を通してドレン容器１７にドレンされる。ドレン過程を補助するために、通気弁２３に圧縮ガスを供給し、これにより、形成された圧力により溶融塩はパイプライン５からドレン容器に押し出される。追加的または択一的に、ドレン容器１７を排気して、ドレンプロセスを更に時間短縮することもできる。
【００５５】
ドレン容器１７が排気されていない場合、ドレン容器１７内に含まれるガスがドレン過程中に流出できるように、排気弁２９が開かれ、これにより、ドレン容器１７内に圧力が形成されない。
【００５６】
ドレン後にソーラループを再始動するために、先ず、排気弁２９が閉じられる。続いて、ドレン弁２５が、溶融塩がドレン容器１７からパイプライン５に還流できるように、切り換えられる。続いて、通気弁３９を介して圧縮ガスがドレン容器１７に供給される。この場合、圧縮ガスは、使用される塩に応じて、例えば圧縮空気、合成空気、ＣＯ2が除かれた空気又は不活性ガス、例えば窒素である。圧縮空気は、空気の成分と塩の成分とが化学反応を行わない場合にのみ使用することができる。
【００５７】
通気弁３９を通して圧縮ガスがドレン容器１７に供給されることにより、ドレン容器１７内に圧力が形成される。形成される圧力は、容器１７内に含まれる熱媒体を、上昇管として働く浸漬パイプ４１を通してドレンライン２７に、そこからドレン弁２５を通してパイプライン５に運び戻す。この場合、ドレン弁２５は、充填過程の開始時にゆっくりと開かれる。充填過程の予想される終了時に、弁２５は、再びゆっくりと閉じられる。充填過程の実際の終了は、通流が最も僅かな状態で場合によっては脈動運転において見い出される。充填停止は、進入パイプ４１の端部に設けられた相検出器４３を介して惹起される。充填過程の終了と共に、通気弁２３は閉じられる。更に、ドレン弁２５も閉じられるので、流れは、今やパイプライン５から結合パイプ２１を介して集合器９及び分配器１５に向かって行われる。この場合、運転を開始するために、集合弁３５及び分配弁３７も開かれる。パイプライン内にあるガスは、溶融塩と共に搬送され、相分離器３３及び通気弁２３により実現される不活性ガス分離により、導出される。
【００５８】
ドレン容器１７にある塩が多すぎる場合、通気弁３９を介する圧縮ガスの供給と、ドレン弁２５の開放（同時に開いた集合弁３５又は分配弁３７及び閉じた通気弁２３）とにより、余剰量が塩循環路に排出される。
【００５９】
溶融塩がパイプライン９，１５，２１，５を通して流れる速度は、各弁３５，３７の開放度により制御することができる。
【００６０】
圧縮空気の供給によるドレン容器１７からの溶融塩の供給に対して択一的に、浸漬ポンプを使用してもよい。浸漬ポンプは、圧縮空気の供給に対して追加的に使用してもよい。
【００６１】
ドレン弁２５及び通気弁２３は、好適には、フェールセーフ機能を有する弁として構成されていて、機能障害時にそれぞれ開くように切り換えられるので、パイプライン５内に含まれる溶融塩は、ドレン容器１７に流出することができる。ドレン容器１７における各ソーラループ３の充填及びドレンは、ソーラループ３の素早い充填及びドレンを可能にするので、高い機能確実性をもって、ラインシステムの夕方のドレン及び朝方の充填を行うことができる。
【００６２】
機能確実性の向上は、適切な加熱システムがパイプラインに設けられることにより得られる。加熱のために、例えばパイプラインの内側に加熱体を案内することができる。この場合、パイプライン内の塩は、先ず、加熱体の付近で溶融し、通路を形成し、この通路を通して、溶融した塩を搬出することができる。これにより、溶融塩の体積膨張に基づいて過度に高い圧力がパイプライン５に及ぼされることが回避される。しかも、加熱体に沿った均等な温度分布により、塩が加熱体の周りでパイプライン５の全長にわたり同時に溶融して、そうして通路（この通路を通して溶融塩が通流可能である）も形成され、そうして圧力を調整することができる。
【００６３】
パイプライン内の溶融塩の過熱は、コレクタの安全水準にある非集束装置が使用されることにより阻止される。
【００６４】
図３において、ソーラループの供給側の端部と、通気弁を備える端部とが概略的に示されている。
【００６５】
太陽熱発電プラントを常時最適に運転するために、個々のレシーバは、好適には、可動に配置されているので、放物面鏡は、太陽の放射エネルギを最適に捕集することができる。このために、個々のレシーバのパイプラインを回動（変位もしくは揺動）可能にしなければならない。この回動を可能にするために、レシーバの可動のパイプラインと、集合器、分配器及びドレンライン２７のような位置固定に設置された接続部との間に、柔軟なライン４５が設置されている。この場合、柔軟なライン４５は、該柔軟なライン４５が通気弁２３からドレンライン２７に向けて勾配を有し、これにより溶融塩が流出できるように、構成されている。
【００６６】
図３には、パイプラインの第２の位置は破線で示されている。
【００６７】
通気弁２３及びドレンライン２７は、図３に示された態様では、位置固定であり、ドレンライン２７と通気弁２３との間に位置するパイプラインが回動可能に構成されている。回動は、矢印４７により図示されている。
【００６８】
パイプラインが区分化されたソーラフィールドが、図４に示されている。
【００６９】
図４に示された態様では、それぞれ５つのソーラループ３が、１つの区分４９にまとめられている。この場合、各区分４９に対応して１つのドレン容器１７が配置されており、ドレン容器１７には、各ソーラループ３のドレンライン２７が通じている。この場合、１つのソーラループ３の複数のドレンライン２７が１本の集合ライン５１にまとめられ、その後で、集合ライン５１は、ドレン容器１７に通じている。この場合、ドレン容器１７の大きさは、１つの区分４９の全てのソーラループ３から到来する溶融塩がドレン容器１７により収容できるように、選択される。この場合、１つのドレン容器１７に対応して配置されたソーラループ３の数は、全てのソーラフィールドのドレンが所定の時間で実施できるように、選択される。その際、容器１７にドレンしなければならないソーラループ３の数が大きいほど、ドレン時間がより長くなることを配慮しなければならない。
【符号の説明】
【００７０】
１  ソーラフィールド
３  ソーラループ
５  パイプライン
７  ガラスパイプ
９  集合器
１１  熱媒体流出部
１３  熱媒体供給部
１５  分配器
１７  ドレン容器
１９  槽
２１  結合パイプ
２３  通気弁
２５  ドレン弁
２７  ドレンライン
２９  排気弁
３１  出口弁
３３  相分離器
３５  集合弁
３７  分配弁
３９  通気弁
４１  浸漬パイプ
４３  相検出器
４５  柔軟なライン
４７  回動領域
４９  区分
５１  集合ライン
【図１】
2014531552.tif 000003
【図２】
2014531552.tif 000004
【図３】
2014531552.tif 000005
【図４】
2014531552.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成25年6月26日(2013.6.26)
【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】
溶融塩が通流する少なくとも１本のパイプライン（５）と、
少なくとも１つの供給部と、
少なくとも１つの排出部と、
を備える、パラボラ・トラフ型の太陽熱発電プラント又はフレネル型の発電プラントにおいて溶融塩を圧送するパイプラインシステムであって、
溶融塩が通流する前記パイプライン（５）は、水平に対して傾斜した少なくとも１つの勾配を有し、それぞれ最も低い位置でドレン弁（２５）を介してドレンライン（２７）に結合されていて、最も高い位置で通気弁（２３）に結合されていることを特徴とする、パイプラインシステム。
【請求項２】
前記各ドレン弁（２５）及び前記各通気弁（２３）は、ドレンを要する状況が発生する場合に開く、フェールセーフ機能を有する弁である、請求項１記載のパイプラインシステム。
【請求項３】
前記パイプライン（５）は、Ｕ字形のループとして構成されており、前記供給部及び前記排出部は、それぞれＵ字形のループの枝端部に配置されている、請求項１又は２記載のパイプラインシステム。
【請求項４】
前記通気弁（２３）は、前記パイプライン（５）の前記供給部と前記排出部との間の中央部分に配置されている、請求項３記載のパイプラインシステム。
【請求項５】
前記通気弁（２３）は、圧縮ガスラインに結合されている、請求項１から４までのいずれか１項記載のパイプラインシステム。
【請求項６】
少なくとも２本の前記パイプライン（５）が設けられており、該パイプラインは、それぞれ水平に対して傾斜した勾配を有し、それぞれ最も低い位置でドレン弁（２５）を介してドレンライン（２７）に結合されていて、最も高い位置で通気弁（２３）に結合されている、請求項１から５までのいずれか１項記載のパイプラインシステム。
【請求項７】
前記ドレンライン（２７）は、ドレン容器（１７）に通じている、請求項１から６までのいずれか１項記載のパイプラインシステム。
【請求項８】
前記ドレン容器（１７）は、前記各ドレンライン（２７）を介して前記ドレン容器（１７）に通じる全ての前記パイプライン（５）の容積に少なくとも相当する容積を有する、請求項１から７までのいずれか１項記載のパイプラインシステム。
【請求項９】
前記ドレン容器（１７）は、排気されている、請求項７又は８記載のパイプラインシステム。
【請求項１０】
前記ドレン容器（１７）は、浸漬パイプ（４１）を備え、該浸漬パイプ（４１）を通して溶融塩は、前記パイプライン（５）から前記ドレン容器（１７）にドレンされる、請求項７から９までのいずれか１項記載のパイプラインシステム。
【請求項１１】
前記浸漬パイプ（４１）の端部に相検出器（４３）が配置されている、請求項１０記載のパイプラインシステム。
【請求項１２】
当該パイプラインシステムは、区分化されており、各区分（４９）は、少なくとも２本の前記パイプライン（５）を備え、各区分（４９）に対応して１つのドレン容器が配置されている、請求項１から１１までのいずれか１項記載のパイプラインシステム。
【請求項１３】
前記パイプライン（５）は、該パイプライン（５）の運動を可能にする少なくとも１つの柔軟な部分（４５）を備え、前記柔軟な部分（４５）は、前記パイプライン（５）が前記柔軟な部分（４５）の領域でも前記通気弁（２３）から前記ドレン弁（２５）に向けた勾配を有するように、構成されている、請求項１から１２までのいずれか１項記載のパイプラインシステム。
【請求項１４】
溶融塩は、ナトリウム、カリウム、カルシウムの少なくとも１つの亜硝酸塩もしくは少なくとも１つの硝酸塩、又はこれらの塩の任意の混合物を含有する、請求項１から１３までのいずれか１項記載のパイプラインシステム。
【請求項１５】
請求項１から１４までのいずれか１項記載の、パラボラ・トラフ型の太陽熱発電プラント又はフレネル型の発電プラントにおいて溶融塩を圧送するパイプラインシステムをドレンする方法であって、
ドレンのために、ドレン弁（２５）及び通気弁（２３）を開いて、溶融塩がドレンライン（２７）を通りパイプライン（５）から流出できるようにすることを特徴とする、パイプラインシステムをドレンする方法。
【請求項１６】
パイプラインを通る溶融塩の圧力、温度及び／又は体積流量が所定の許容差を超えて所定の目標値からずれる場合、又は、パイプラインの手動のドレンもしくは運転に起因する自動のドレンが行われるべきである場合、パイプラインをドレンする、請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
ドレン時に、前記通気弁（２３）を通して、圧力下にあるガスを、前記パイプライン（５）に導入する、請求項１５又は１６記載の方法。
【請求項１８】
前記圧力下にあるガスは、窒素、合成空気、ＣＯ2が除かれた空気又は空気である、請求項１７記載の方法。
【国際調査報告】
2014531552.tif 000007
2014531552.tif 000008
2014531552.tif 000009
2014531552.tif 000010
2014531552.tif 000011
2014531552.tif 000012