(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽熱蒸気発生装置で生成された蒸気を供給先に供給する蒸気配管と前記太陽熱蒸気発生装置に前記蒸気用の水を供給する給水配管とを連通してなる伝熱管を容器に収容して形成された熱交換器と、
前記熱交換器の容器内に連通され流動性の蓄熱材を貯留する第１蓄熱槽と、
前記熱交換器の容器内に連通され前記蓄熱材を貯留する第２蓄熱槽と、
前記第１蓄熱槽と前記第２蓄熱槽との間で前記蓄熱材を前記熱交換器を介して相互に移送する蓄熱材移送ポンプとを備え、
前記熱交換器の前記伝熱管は、前記容器内に曲折して平面状に形成されて並行に配置された複数の伝熱管を備え、
前記第１蓄熱槽の前記蓄熱材が出入される前記容器内の高温域に配置される複数の前記伝熱管の間の前記蓄熱材が流通する流路に、前記蓄熱材よりも体積当たりの熱容量および熱伝導率が大きい固体蓄熱物質で形成された固体蓄熱部材を配置してなることを特徴とする太陽熱蓄熱装置。
【請求項２】
前記蓄熱材は、硝酸ナトリウム、亜硝酸ナトリウムおよび硝酸カリウムの共晶塩よりなる溶融塩を含んでなることを特徴とする請求項１に記載の太陽熱蓄熱装置。
【請求項３】
前記熱交換器の前記伝熱管は、前記給水配管に連通された側の容器内の部位から設定された長さがフィン付伝熱管で形成され、それ以外はフィン無伝熱管で形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の太陽熱蓄熱装置。
【請求項４】
前記フィン付伝熱管は、前記容器内における前記蓄熱材の温度が４５０℃以下の低温の設定領域に配置されることを特徴とする請求項３に記載の太陽熱蓄熱装置。
【請求項５】
前記太陽熱蒸気発生装置は、前記給水配管からの給水を太陽の日射により過熱して蒸気を発生して前記蒸気配管から送出するように形成されてなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の太陽熱蓄熱装置。
【請求項６】
前記蓄熱材移送ポンプは、蓄熱運転モードにおいて前記第２蓄熱槽の前記蓄熱材を前記熱交換器の前記伝熱管を介して前記第１蓄熱槽に移送し、
放熱運転モードにおいて前記第１蓄熱槽の前記蓄熱材を前記熱交換器の前記伝熱管を介して前記第２蓄熱槽に移送するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の太陽熱蓄熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽熱蓄熱装置に係り、具体的には、給水を太陽の日射により過熱して蒸気を発生させて蒸気タービンを駆動して発電する太陽熱蒸気発生装置に好適な太陽熱蓄熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
集光型太陽熱発電プラントに用いる太陽熱蒸気発生装置は、日射量の変動によって集熱量が変化し、日射の無い夜間は太陽熱で直接蒸気を発生させることができない。そのため、日射量の多いときに蓄熱し、日射量が不足するときには放熱して、蒸気の発生を補うための蓄熱装置を設置すること必要となる。
【０００３】
ところで、発電プラントは、効率の点から蒸気温度は高い方が望ましく、蓄熱装置にも高温の蒸気を生成可能な高温の蓄熱材が要求される。例えば、５００〜５５０℃の高温で用いられる蓄熱材には、特許文献１、特許文献２、特許文献３に記載されているように、蓄熱温度で液体となる硝酸ナトリウム、亜硝酸ナトリウムおよび硝酸カリウムの混合物から成る溶融塩が用いられる。これらの特許文献に開示された硝酸ナトリウム、亜硝酸ナトリウムおよび硝酸カリウムの共晶塩からなる溶融塩は、融点が１４０℃程度で、最高使用温度が６５０℃であり、作動温度域が広いことから、顕熱型の蓄熱装置には好適である。
【０００４】
一方、上述した硝酸塩系の溶融塩からなる蓄熱材は、熱伝導率が低い（０．６W／mK）ので、容器に充填して使用する場合には温度偏差が発生しやすく、伝熱管や電気ヒータの損傷、出力応答が遅いという問題がある。この点について、上記文献には、熱伝導に優れたクリンカ状のマグネシアを主成分とする固体の蓄熱材を混合し、容器内に封入して蓄熱槽を形成し、蓄熱槽内に電気ヒータまたは伝熱管を設置して温度偏差を低減することが開示されている。
【０００５】
また、特許文献１、２には、蓄熱槽内に設置する伝熱管の外周面にフィンを取り付け、管入口側から管出口側にかけて、フィン密度を増加させることが記載されている。これにより、伝熱管の出入口間に生ずる蓄熱材の温度偏差を低減して蒸気発生量を増やすことができるとしている。また、特許文献１、２には、伝熱管の入口側を二重管で形成して、熱衝撃による損傷を防止することが開示されている。
【０００６】
さらに、特許文献２には、伝熱管の管材として、クロム含有量１４wt％以上、カーボン含有量０．０３wt％以下のオーステナイト系ステンレス鋼を用いることが開示されている。また、特許文献３には、蓄熱材を充填した容器に電気ヒータおよび伝熱管を封入した蓄熱槽は、使用する際に蓄熱材の凝固・溶融に伴う体積膨張により、容器が破損するおそれがあるため、電気ヒータを被加熱流体が流れる伝熱管から十分離して設置することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許０３１５３８６７号
【特許文献２】特許０３１６５９６１号
【特許文献３】特許０２７３６５８０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、特許文献１〜３には、蓄熱槽内の溶融塩をポンプ等により流動させて、伝熱管を流通する給水を加熱または蒸気により蓄熱材を加熱することについては、配慮されていない。例えば、流動性を有する蓄熱材を流通する容器内に、給水と蒸気を流通する多数の伝熱管を収容した熱交換器を用い、容器内の蓄熱材をポンプ等により流動させることにより、特許文献１〜３に記載された問題を解決することが期待できる。しかし、発電プラント向けのように、蓄熱温度が高温で、かつ蓄熱容量が大きい蓄熱装置をコンパクト化することに課題がある。
【０００９】
本発明が解決しようとする課題は、太陽熱蒸気発生装置に適したコンパクトな太陽熱蓄熱装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明の太陽熱蓄熱装置は、太陽熱蒸気発生装置で生成された蒸気を供給先に供給する蒸気配管と前記太陽熱蒸気発生装置に前記蒸気用の水を供給する給水配管とを連通してなる伝熱管を容器に収容して形成された熱交換器と、前記熱交換器の容器内に連通され流動性の蓄熱材を貯留する第１蓄熱槽と、前記熱交換器の容器内に連通され前記蓄熱材を貯留する第２蓄熱槽と、前記第１蓄熱槽と前記第２蓄熱槽との間で前記蓄熱材を前記熱交換器を介して相互に移送する蓄熱材移送ポンプとを備え、前記熱交換器の前記伝熱管は、前記容器内に曲折して平面状に形成されて並行に配置された複数の伝熱管を備え、前記第１蓄熱槽の前記蓄熱材が出入される前記容器内の高温域に配置される複数の前記伝熱管の間の前記蓄熱材が流通する流路に、前記蓄熱材よりも体積当たりの熱容量および熱伝導率が大きい固体蓄熱物質で形成された固体蓄熱部材を配置して構成することを特徴とする。
【００１１】
本発明によれば、蓄熱槽を第１蓄熱槽（高温蓄熱槽）と第２蓄熱槽（低温蓄熱槽）に分け、蓄熱モードと放熱モードに応じて、高温蓄熱槽と低温蓄熱槽の蓄熱材を熱交換器を介して流通させ、伝熱管内を流通する給水または蒸気と蓄熱材とを熱交換させて、蒸気の熱を蓄熱材に蓄熱させ、あるいは蓄熱材の熱を給水に放熱させることができる。また、熱伝導率が低い（０．６W／mK）流動性の蓄熱材を使用しても、熱交換器内に配置された伝熱管の入口と出口間の温度偏差の発生を抑制することができ、伝熱管の損傷を防止できる。また、伝熱管の入口側から出口側にかけてフィン密度を増加させるなど対策は、必ずしも必要がない。さらに、伝熱管の入口側の熱衝撃を緩和するために二重管で形成する必要もない。
【００１２】
しかも、低温の蓄熱材が通流する熱交換器の容器内の領域を特定できるから、その低温の領域に配置される伝熱管は、腐食の問題が少ないことから安価な炭素鋼を使用できる。その結果、伝熱管の本数を増やして、伝熱面積を増大させることにより、伝熱効率を向上させて、熱交換器を安価でコンパクトにすることができる。
【００１３】
また、本発明に用いる蓄熱材は、硝酸ナトリウム、亜硝酸ナトリウムおよび硝酸カリウムの共晶塩よりなる溶融塩を含んでなることが好ましい。
【００１４】
また、熱交換器の伝熱管は、給水配管に連通された部位から設定された長さがフィン付伝熱管で形成され、それ以外はフィン無伝熱管で形成されていることが好ましい。これによれば、低温の蓄熱材が通流する容器内の領域に配置される伝熱管は、腐食が進行しにくいので、安価な炭素鋼のフィン付伝熱管を採用できることから、伝熱管の本数を増やすことなく、伝熱面積を増大させることができる。これにより、伝熱効率を向上させて、熱交換器を安価でコンパクトにすることができる。フィン付伝熱管は、容器内における蓄熱材の温度が４５０℃以下の低温の設定領域に配置することが好ましい。
【００１５】
一方、給水配管から離れた部位の伝熱管は、比較的高温の領域に配置されることから、例えば４５０〜５００℃を超えるとフィン付伝熱管のフィン本体やフィン溶接部の腐食が進行しやすい。そこで、４５０〜５００℃を超える運用温度域では、安価な炭素鋼のフィン付伝熱管を採用することは好ましくない。そこで、この領域の伝熱管は、炭素鋼のフィン無伝熱管を用いる。あるいは、クロムを含有するステンレス鋼は、表面に緻密なクロム酸化被膜を生じることから、５００℃〜６００℃の領域でも材料の腐食の進行はほとんどないので、フィン無伝熱管に用いることが好ましい。このように、本発明によれば、熱交換器の容器内の低温領域と高温領域で、フィン付伝熱管とフィン無伝熱管を使い分けることに特徴を有する。なお、ＳＵＳ３０４等のオーステナイト系ステンレス鋼のフィン付伝熱管を用いると腐食耐久性が増し、熱衝撃に強くなるが、費用が増大するという問題がある。
【００１６】
本発明において、熱交換器の伝熱管は、蒸気配管と給水配管にそれぞれ連通され、かつ容器内に曲折して平面状に形成されて並行に配置された複数の伝熱管を備え、第１蓄熱槽の蓄熱材が出入される容器内の高温域に配置される複数の伝熱管の間の蓄熱材が流通する流路に、蓄熱材よりも体積当たりの熱容量および熱伝導率が大きい固体蓄熱物質で形成された固体蓄熱部材を配置してなることが好ましい。これによれば、高温域に配置される複数の伝熱管（例えば、フィン無伝熱管群または裸伝熱管群）の周りの蓄熱材が通流する流路に、固体蓄熱物質で形成された固体蓄熱部材が配置されることから、流動性を有する蓄熱材の流れが変化して、その高温領域における熱伝達率が向上して、熱交換効率が向上する。つまり、流動性を有する蓄熱材が通流する流路は、フィン無伝熱管群の隙間であり、固体蓄熱部材を配置することによって、その流路が狭まり、縮流が生じて管群近傍の流速が増大し、フィン無伝熱管群の熱伝達率が増大する。さらに、固体蓄熱部材により蓄熱装置の蓄熱密度が増大し、熱伝導率の高い蓄熱材を用いることで伝熱による固体蓄熱部材の内部応力の発生が抑制され、固体蓄熱部材が破損しにくくなるほか、熱交換器内の蓄熱材に一様な温度成層を形成することができる。その結果、熱交換器のコンパクト化が図れるほか、低温部分の伝熱管に安価な炭素鋼のフィン付き管を使用することでコスト低減を図ることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、太陽熱蒸気発生装置に適したコンパクトな太陽熱蓄熱装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】集光型太陽熱発電プラントの太陽熱蒸気発生装置に適用した本発明の太陽熱蓄熱装置の実施例１のブロック構成図であり、蓄熱時の動作を説明する図である。
【図２】図１実施例における太陽熱蓄熱装置の放熱時の動作を説明する図である。
【図３】図１実施例における熱交換器容器内の伝熱管配置構成を示す図である。
【図４】図３における熱交換器容器内に配置した固体蓄熱材による蓄熱材の流れを説明する図である。
【図５】本発明の熱交換器の効果を説明するための比較例１の交換器容器内の伝熱管配置構成を示す図である。
【図６】本発明の熱交換器の効果を説明するための比較例２の交換器容器内の伝熱管配置構成を示す図である。
【図７】本発明の実施例２の熱交換器容器内の伝熱管配置構成を示す図である。
【図８】本発明の実施例３の熱交換器容器内の伝熱管配置構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、集光型太陽熱発電プラントの太陽熱蒸気発生装置に適用した本発明の太陽熱蓄熱装置を、実施例に基づいて説明する。
【実施例１】
【００２０】
図１に、太陽熱蒸気発生装置に適用してなる本発明の実施例１の太陽熱蓄熱装置のブロック構成図を示す。本実施例１は、集光型太陽熱発電プラントの太陽熱蒸気発生装置に適用した太陽熱蓄熱装置である。太陽熱蒸気発生装置８は、太陽１２の日射１３を図示していないミラーやレンズで集光・集熱し蒸気を発生する蒸発器１と、同様に図示していないミラーやレンズで集光・集熱し過熱蒸気を得る過熱器２と、汽水分離器３と循環ポンプ４から構成されている。過熱器２で生成された過熱蒸気は、蒸気止め弁１６を有する蒸気配管１０を介して、図示していない蒸気タービン発電系統に供給されて、蒸気タービンを駆動して発電するようになっている。蒸気タービンを駆動して復水された水を含む給水は、給水止め弁１５を有する給水配管１１を介して循環ポンプ４ａにより太陽熱蒸気発生装置８の蒸発器１に戻されるようになっている。
【００２１】
太陽熱蓄熱装置9は、流動性を有する高温の蓄熱材（溶融塩）を貯蔵する第１蓄熱槽としての高温蓄熱槽６と、流動性を有する低温の蓄熱材（溶融塩）を貯蔵する第２蓄熱槽としての低温蓄熱槽７と、多管型の熱交換器５を有して構成されている。高温蓄熱槽６は、移送配管６ａを介して熱交換器５の容器に連通されている。移送配管６ａには、蓄熱材止め弁１７ａが介装されている。低温蓄熱槽７は、移送配管７ａを介して熱交換器５の容器に連通されている。移送配管７ａには、蓄熱材移送ポンプ１４と蓄熱材止め弁１７ｂが介装されている。
【００２２】
このように構成される本実施例の蓄熱時の動作を、図１を参照して説明する。基本的に、太陽熱蒸気発生装置８に給水配管１１から給水を供給して、高温の過熱蒸気を発生させる。昼間、太陽熱蒸気発生装置８の過熱蒸気の発生量は、集光型太陽熱発電プラントの要求量を上回るように設定されている。この場合、発生された過熱蒸気の一部は、蒸気配管１０から取り出され、蓄熱装置９の熱交換器５の伝熱管２１に送られて蓄熱され、残りの過熱蒸気は図示していない蒸気タービン発電系統へ供給される。この蓄熱過程では、低温蓄熱槽７に貯蔵された蓄熱材が蓄熱材移送ポンプ１４により熱交換器５の容器内（容器サイド）に流通される。熱交換器５の伝熱管２１を流通する過熱蒸気（例えば、５００〜５５０℃）と、容器サイドを流通する蓄熱材との熱交換により蓄熱材は加熱される。これにより高温となった溶融塩（例えば、５００〜５５０℃）は高温蓄熱槽６へ送られて、貯蔵される。
【００２３】
一方、熱交換器５の伝熱管２１に送られた過熱蒸気は、伝熱管２１を流通する過程で熱交換により凝縮される。この凝縮水は、循環ポンプ４ｂにより給水配管１１を介して循環ポンプ４ａにより蒸発器1に戻される。蓄熱モードが継続して、例えば、低温蓄熱槽７が空となった場合には、蓄熱材止め弁１７ａ、１７ｂを閉じ、蓄熱材移送ポンプ１４および循環ポンプ４ｂを停止させて、蓄熱モードを終了する。
【００２４】
次に、図２を参照して、蓄熱装置９の放熱時の動作例を示す。太陽熱蒸気発生装置８では熱源である日射がなくなる夜間には、過熱蒸気の出力がなくなるため、太陽熱蒸気発生装置８を停止する。そして、蓄熱装置９から放熱して過熱蒸気を発生させて、集光型太陽熱発電プラントを駆動して発電を継続して行う。この放熱過程では、給水止め弁１５および蒸気止め弁１６を閉じて、集熱装置８へ供給される給水を停止する。そして、高温蓄熱槽７に貯蔵された高温（例えば、５００〜５５０℃）の蓄熱材を熱交換器５の容器サイドに流通させるとともに、循環ポンプ４ｂを駆動して熱交換器５の伝熱管２１に給水を流通させる。これにより、熱交換器５において、伝熱管２１を通流する給水が容器サイドを流通される高温の蓄熱材により加熱されて、熱交換により過熱蒸気（例えば、５００〜５５０℃）が発生する。発生した過熱蒸気は、蒸気配管１０に供給され、図示しない集光型太陽熱発電プラントの蒸気タービン発電系統へ供給される。その熱交換後の蓄熱材は、低温蓄熱槽７に送られて貯蔵される。高温蓄熱槽６が空となる場合には、蓄熱材止め弁１７ａ、１７ｂを閉じ、蓄熱材移送ポンプ１４を停止し、循環ポンプ４ｂも停止する。
【００２５】
図３を参照して、熱交換器５の詳細な構成および蓄熱時の動作を説明する。図３において、（ａ）は正面から見た伝熱管２１の配置を示し、（ｂ）は側面から見た伝熱管２１の配置を示している。図示のように、本実施例の熱交換器５は、給水または蒸気が通流される伝熱管２１が複数配置されている。すなわち、各伝熱管２１は、蒸気配管１０と給水配管１１にそれぞれ連通されている。また、各伝熱管２１は、蒸気配管１０と給水配管１１にそれぞれ連通され、かつ容器１９内に曲折して平面状に形成されて並行に配置されている。
【００２６】
一方、高温蓄熱槽６の蓄熱材を熱交換器５の容器１９内に移送する移送配管６ａは、容器１９の下部に配列された複数の高温蓄熱材ノズル２９に連結されている。つまり、複数の高温蓄熱材ノズル２９は、ヘッダ等の管寄せ構造で伝熱管２１の管群に結合されている。一方、熱交換器５の容器１９内から蓄熱材を低温蓄熱槽７に移送する移送配管７ａは、容器１９の上部に配列された複数の低温蓄熱材ノズル３０に連結されている。複数の低温蓄熱材ノズル３０は、ヘッダ等の管寄せ構造で伝熱管２１の管群に結合されている。つまり、熱交換器５は、伝熱管２１内を流通する蒸気（放熱時は、給水）の流れに対して、蓄熱材が向流となるように容器１９に接続されてなる多管式の熱交換器を構成している。
【００２７】
また、各伝熱管２１は、給水配管１０に連通された部位から設定された長さの部分に、フィン２０が巻き付けられたフィン付伝熱管で形成されている。このフィン付伝熱管が配置された領域は、低温蓄熱槽７との間で蓄熱材が出入される容器１９内の低温領域Ｂである。それ以外の領域、つまり高温蓄熱槽６の蓄熱材が出入される容器１９内の高温領域Ａに配置される各伝熱管２１は、フィン無伝熱管で形成されている。
【００２８】
さらに、図３に示すように、高温蓄熱槽６の蓄熱材が出入される容器１９内の高温領域Ａに配置される複数の伝熱管２１の間の蓄熱材が流通する流路に位置させて、蓄熱材よりも体積当たりの熱容量および熱伝導率が大きい固体蓄熱物質で形成された丸棒状の固体蓄熱部材２４が複数配置されている。
【００２９】
ここで、フィン付伝熱管およびフィン無伝熱管は同一の材料である必要はなく、例えば一部をＳＵＳ３０４等のオーステナイト系ステンレス鋼で構成し、他の部分をＳＴＢ３４０等の炭素鋼で構成してもよい。また、全部をオーステナイト系ステンレス鋼としてもよい。フィン２０は、伝熱管２１と同一の材料である必要はなく、例えばオーステナイト系ステンレス鋼の伝熱管にクロムを０．１１wt％以上含むフェライト鋼のフィン２０を取り付けてもよい。また、炭素鋼の伝熱管２１にクロムを０．１１ｗｔ％以上含むフェライト鋼やオーステナイト系ステンレス鋼のフィン２１を取り付けてもよい。さらに、フィン２０は、プレートを巻き付け溶接するのが好ましいが、巻き付け加工したものでなくてもよい。
【００３０】
蓄熱時は、蒸気配管１０から伝熱管２１に過熱蒸気が流入し、容器１９には低温蓄熱槽７から蓄熱材が流入する。その結果、伝熱管２１に流入した過熱蒸気は、蓄熱材に熱を奪われて凝縮して給水配管１１に流出され、高温になった蓄熱材は高温蓄熱槽６に流出される。放熱時は、給水および蓄熱材の流れが蓄熱時と逆になる。また、図３（a）に示すように、熱交換器５の幅方向に渡って複数設けられた高温蓄熱材ノズル２９と低温蓄熱材ノズル３０は、熱伝導率が低く、流れにくい特性を持つ蓄熱材を均一に流入させ、熱交換器５の幅方向に渡って温度差が発生しにくくしている。
【００３１】
さらに、実施例１では、熱伝導率の良い固体蓄熱部材２４を伝熱管２１の管群隙間に配置している。本実施例では、同列（インライン）に配置された伝熱管２１の隙間に、固体蓄熱部材２４を同列に配置している。これにより、伝熱管２１と固体蓄熱部材２４は、全体として千鳥状に配置されている。これにより、熱交換器５の幅方向に渡る温度差が発生しにくくして、熱交換効率を向上させることができる。このように、熱交換器５の容器１９内にも固体蓄熱部材２４を配置することで蓄熱装置９の蓄熱性能及び熱交換性能が向上する。固体蓄熱部材２４は、溶融塩からなる蓄熱材よりも体積当たりの蓄熱量が多く、蓄熱材よりも熱伝導率が高いという性質を満たす物質を用い、例えば丸棒状に形成することが望ましい。例えば、ボーキサイト、コランダム、菱苦土石といった鉱物の粉砕物やマグネシアクリンカやアルミナクリンカといった素材が好適である。
【００３２】
ここで、固体蓄熱部材２４を配置したときの容器１９内における蓄熱材の流れを図４（ａ）、（ｂ）を参照して説明する。同図（ｂ）は、固体蓄熱部材２４を配置しない状態のときの蓄熱材の流れ２５を示している。これに対し、同図（ａ）は本実施例の固体蓄熱部材２４を配置したときの蓄熱材の流れ２５を示している。それらの図から明らかなように、伝熱管２１の間に固体蓄熱部材２４を配置することにより、蓄熱材の流れ２５に渦流が発生する。この渦流により蓄熱材の混合が促進され、蓄熱材と伝熱管２１内の水または蒸気との熱伝達率を向上させることができる。
【００３３】
ここで、本実施例の熱交換器５の効果について、図５、図６に示した比較例１、２と対比して説明する。図５の比較例１は、蒸気条件が３００℃程度の熱交換器の例を示す。伝熱管２１の管外にフィン２０を取り付けたフィン付管を使用している。３００℃程度であれば、伝熱管２１に安価な炭素鋼を使用でき、かつフィン付管を使用できることから、伝熱面積を増大させて伝熱効率を向上し、熱交換器を安価でコンパクトにすることができる。しかし、実施例１のような硝酸塩系の溶融塩の蓄熱材は、強い酸化性を有しており、炭素鋼では５００℃以上になると腐食が激しくなる。特に、フィン付管のフィン本体やフィン管溶接部の腐食が進行しやすく、５００℃を超える運用温度では安価な炭素鋼のフィン付き管は採用できない。一方、クロムを含有するステンレス鋼では表面に緻密なクロム酸化被膜を生じることから５００℃〜６００℃でも材料の腐食の進行はほとんどない。また、ＳＵＳ３０４等のオーステナイト系ステンレス鋼のフィン付管を用いると腐食耐久性が増し、熱衝撃に強くなるが、費用が増大するという問題がある。
【００３４】
図６の比較例２は、蒸気条件が５００〜５５０℃の場合の熱交換器の例を示す。容器１９内の最も低温の流体である給水が流れる伝熱管２１の出入口から高温領域までの低温領域Ｂにはフィン付管を採用する。一方、容器１９内の最も高温の流体である蒸気が流れる伝熱管２１の出入口から低温領域までの低温領域Ａにはフィン無管（裸管）を使用した例である。比較例２によれば、フィン効果が得られないために、伝熱管２１の高温領域の管員数が大幅に増大する。そのため、蓄熱装置９の熱交換器５が大型化するという問題がある。
【００３５】
本実施例１では、熱交換器５の容器１９の内部にフィン付伝熱管とフィン無伝熱管の領域に分けて配置する例を示したが、本発明はこれに限られるものではない。すなわち、フィン付伝熱管とフィン無伝熱管の領域に合わせて、熱交換器５を分割して形成し、これらの熱交換器を直列に接続して構成してもよい。
【００３６】
また、本発明に係る熱交換器５は強制対流によるものであるから、熱交換器５の設置に関して重力に関する方向性はない。したがって、伝熱管２１に高温の流体が出入する領域にフィン無管からなる伝熱管群を配置し、伝熱管２１に低温の流体が出入する領域にフィン付管からなる伝熱管群を配置し、フィン無管群の領域に固体蓄熱部材２４を複数配置すればよい。
【実施例２】
【００３７】
図７を参照して、本発明の熱交換器の実施例２を説明する。実施例１では、複数の伝熱管２１を並列に配置した例を示したが、本実施例２では、隣り合う伝熱管２１の位置を交互にずらして千鳥状に配置した例である。また、これに合わせて固体蓄熱部材２４も千鳥状に配置する。また、固体蓄熱部材２４の形状は伝熱管２１と同じ円柱状で、長さは熱交換器５の容器幅程度が望ましく、寸法は適宜調節できる。
【実施例３】
【００３８】
図８を参照して、本発明の熱交換器の実施例３を説明する。本実施例は、実施例１の固体蓄熱部材２４に代えて、固体蓄熱材を封入した固体蓄熱材封入管２７を配置した例である。蓄熱材を管の内部に封入したことから、蓄熱材を成型する必要がなくなる。その結果、粉体状や液状の蓄熱材を用いることができる。また、実施例１のように、溶融塩からなる蓄熱材と、固体蓄熱部材２４が直接接触する場合には、固体蓄熱部材２４の近傍の蓄熱材の流速が大きくなりエロージョンの発生が懸念される。これにより、固体蓄熱部材２４が砕けて蓄熱材内に飛散して、蓄熱材移送ポンプ１４や蓄熱材止め弁１７ａ，１７ｂ等の機器の動作に影響する。この点、本実施例３のように、固体蓄熱材封入管２７を用いて、溶融塩からなる蓄熱材と、固体蓄熱材が間接的に接触させることにより、エロージョンの問題を解決できる。
【００３９】
以上、本発明を実施例に基づいて説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の主旨の範囲で変形又は変更された形態で実施することが可能であることは、当業者にあっては明白なことであり、そのような変形又は変更された形態が本願の特許請求の範囲に属することは当然のことである。
【符号の説明】
【００４０】
１  蒸発器
２  過熱器
３  汽水分離器
４ａ、４ｂ  循環ポンプ
５  熱交換器
６  高温蓄熱槽
７  低温蓄熱槽
８  太陽熱蒸気発生装置
９  蓄熱装置
１０  蒸気配管
１１  給水配管
１４  蓄熱材移送ポンプ
１９  容器
２０  フィン
２１  伝熱管
２４  固体蓄熱部材
２７  固体蓄熱材封入管
２９  高温蓄熱材ノズル
３０  低温蓄熱材ノズル
Ａ  低温領域
Ｂ  高温領域
【図１】
0006612042.tif 000002
【図２】
0006612042.tif 000003
【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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