(57)【要約】【課題】太陽熱を利用して駆動するガスタービンを備えているタービン設備で、熱エネルギーをより有効利用する。【解決手段】複数の受熱管４７を有し、受熱管に太陽光が照射されて、受熱管内の空気が加熱される第一受熱管アッセンブリ４５と、第一受熱管アッセンブリで加熱された空気によって駆動する高圧ガスタービン３２と、高圧ガスタービンから排気された空気が流れる複数の受熱管５７を有し、受熱管に太陽光が照射されて、受熱管内の流体が加熱される第二受熱管アッセンブリ５５と、第二受熱管アッセンブリ５５で加熱された空気よって駆動する低圧ガスタービン３３と、を備えている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の受熱管を有し、該受熱管に太陽光が照射されて、該受熱管内の流体が加熱される第一受熱管アッセンブリと、
前記第一受熱管アッセンブリで加熱された前記流体によって駆動する第一ガスタービンと、
前記第一ガスタービンから排気された前記流体が流れる複数の受熱管を有し、該受熱管に太陽光が照射されて、該受熱管内の流体が加熱される第二受熱管アッセンブリと、
前記第二受熱管アッセンブリで加熱された前記流体よって駆動する第二ガスタービンと、
を備えていることを特徴とするタービン設備。
【請求項２】
請求項１に記載のタービン設備において、
前記第一受熱管アッセンブリ及び前記第二受熱管アッセンブリは、いずれも、
前記流体が流れ込むリング状の下部ヘッダ配管と、
前記下部ヘッダ配管の上方に配置されているリング状の上部ヘッダ配管と、
上下方向に延び、前記下部ヘッダ配管と前記上部ヘッダ配管とをつなぎ、該下部ヘッダ配管から前記流体が流れ込み、太陽光が照射されることで該流体が加熱され、加熱された該流体を前記上部ヘッダ配管に送る前記複数の受熱管と、
を有することを特徴とするタービン設備。
【請求項３】
請求項２に記載のタービン設備において、
前記第一受熱管アッセンブリの前記下部ヘッダ配管及び前記上部ヘッダ配管は、第一直径で鉛直方向に延びる仮想軸を中心としてリング状を成し、
第二受熱管アッセンブリの前記下部ヘッダ配管及び前記上部ヘッダ配管は、前記第一直径よりも大きい第二直径で前記仮想軸を中心としてリング状を成している、
ことを特徴とするタービン設備。
【請求項４】
請求項３に記載のタービン設備において、
前記第一受熱管アッセンブリを覆う第一受熱器ケーシングと、前記第二受熱管アッセンブリを覆う第二受熱器ケーシングとを備え、
前記第一受熱管アッセンブリと前記第一受熱器ケーシングとを有して第一受熱器を成し、
前記第二受熱管アッセンブリと前記第二受熱器ケーシングとを有して第二受熱器を成し、
前記第一受熱器は、前記第二受熱器より上方に配置され、
前記第一受熱器ケーシングは、下方からの太陽光が前記第一受熱器の複数の前記受熱管に照射されるよう、前記仮想軸を中心とした開口が下側に形成され、
前記第二受熱器ケーシングは、下方からの太陽光が前記第二受熱管アッセンブリの複数の前記受熱管に照射されるよう、前記仮想軸を中心とした開口が下側に形成されていると共に、該開口から入り込んだ太陽光の一部が前記第一受熱器ケーシングの前記開口から該第一受熱器ケーシング内に入り込み前記第一受熱器の複数の前記受熱管に照射させるよう、前記仮想軸を中心とした開口が上側にも形成されている、
ことを特徴とするタービン設備。
【請求項５】
請求項３に記載のタービン設備において、
前記第一受熱管アッセンブリ及び前記第二受熱管アッセンブリを覆うケーシングを備え、
前記第一受熱管アッセンブリと前記第二受熱管アッセンブリと前記ケーシングとを有して受熱器を成し、
前記第一受熱管アッセンブリは、前記第二受熱管アッセンブリの前記仮想軸側である内周側に配置され、該第一受熱管アッセンブリの複数の前記受熱管は、該第二受熱管アッセンブリの複数の前記受熱管に対して、該仮想軸を中心とする周方向の位置が異なっており、
前記ケーシングには、下方からの太陽光が前記第一受熱管アッセンブリの複数の前記受熱管及び前記第二受熱管アッセンブリの複数の前記受熱管に照射されるよう、前記仮想軸を中心とした開口が下側に形成されている、
ことを特徴とするタービン設備。
【請求項６】
請求項１から３のいずれか一項に記載のタービン設備において、
前記第一受熱管アッセンブリ及び前記第二受熱管アッセンブリを覆うケーシングを備え、
前記第一受熱管アッセンブリと前記第二受熱管アッセンブリと前記ケーシングとで受熱器を成す、
ことを特徴とするタービン設備。
【請求項７】
請求項１から６いずれか一項に記載のタービン設備において、
前記第二ガスタービンから排気された前記流体により水を加熱して蒸気を生成する蒸気発生器と、
前記蒸気発生器で発生した蒸気により駆動する蒸気タービンと、
を備えていることを特徴とするタービン設備。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか一項に記載のタービン設備と、
反射鏡を有し、該反射鏡で太陽光を反射して前記タービン設備の前記第一受熱管アッセンブリの前記受熱管に太陽光を照射する第一ヘリオスタットと、
反射鏡を有し、該反射鏡で太陽光を反射して前記タービン設備の前記第二受熱管アッセンブリの前記受熱管に太陽光を照射する第二ヘリオスタットと、
前記タービン設備の前記第一ガスタービンと前記第二ガスタービンとのうち、少なくとも一方のガスタービンの駆動で発電する発電機と、
を備えていることを特徴とする太陽光発電設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽光による熱エネルギーを機械エネルギーに変換するガスタービンを備えているタービン設備、及びこれを備えている太陽光発電設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽熱発電設備としては、例えば、以下の特許文献１に記載されているものがある。
【０００３】
この太陽熱発電設備は、太陽光が照射されて内部の空気が加熱される受熱器と、この受熱器で加熱された空気によって駆動するガスタービンと、を備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−３２９６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ガスタービンを備えている太陽熱発電設備では、自然エネルギーを効率的に用いる観点から、一般的な発電設備に比べて熱エネルギーをより有効利用することが望まれている。
【０００６】
そこで、本発明は、太陽光による熱エネルギーをより有効利用することができるタービン設備、及びこれを備えてい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タービン設備は、
複数の受熱管を有し、該受熱管に太陽光が照射されて、該受熱管内の流体が加熱される第一受熱管アッセンブリと、前記第一受熱管アッセンブリで加熱された前記流体によって駆動する第一ガスタービンと、前記第一ガスタービンから排気された前記流体が流れる複数の受熱管を有し、該受熱管に太陽光が照射されて、該受熱管内の流体が加熱される第二受熱管アッセンブリと、前記第二受熱管アッセンブリで加熱された前記流体よって駆動する第二ガスタービンと、を備えていることを特徴とする。
【０００８】
当該タービン設備では、第一受熱管アッセンブリで加熱された流体で第一ガスタービンを駆動し、この第一ガスタービンから排気された流体を直ちに排気せずに、再び、第二受熱管アッセンブリで加熱して、この流体で第二ガスタービンを駆動しているので、熱エネルギーを有効利用することができる。
【０００９】
ここで、前記タービン設備において、前記第一受熱管アッセンブリ及び前記第二受熱管アッセンブリは、いずれも、前記流体が流れ込むリング状の下部ヘッダ配管と、前記下部ヘッダ配管の上方に配置されているリング状の上部ヘッダ配管と、上下方向に延び、前記下部ヘッダ配管と前記上部ヘッダ配管とをつなぎ、該下部ヘッダ配管から前記流体が流れ込み、太陽光が照射されることで該流体が加熱され、加熱された該流体を前記上部ヘッダ配管に送る前記複数の受熱管と、を有してもよい。この場合、前記第一受熱管アッセンブリの前記下部ヘッダ配管及び前記上部ヘッダ配管は、第一直径で鉛直方向に延びる仮想軸を中心としてリング状を成し、第二受熱管アッセンブリの前記下部ヘッダ配管及び前記上部ヘッダ配管は、前記第一直径よりも大きい第二直径で前記仮想軸を中心としてリング状を成していることが好ましい。
【００１０】
当該タービン設備では、第一受熱管アッセンブリ及び第二受熱管アッセンブリに太陽光を照射するヘリオスタットを、仮想軸回りに複数の配置することで、第一受熱管アッセンブリ及び第二受熱管アッセンブリに太陽光を効率的に照射することができる。さらに、第一受熱管アッセンブリ及び第二受熱管アッセンブリが鉛直方向に延びる仮想軸上に配置されているため、各受熱管アッセンブリを支える構造物の設置面積を小さくすることができ、仮想軸回りのヘリオスタットの設置密度を高めることができる。
【００１１】
また、前記タービン設備において、前記第一受熱管アッセンブリを覆う第一受熱器ケーシングと、前記第二受熱管アッセンブリを覆う第二受熱器ケーシングとを備え、前記第一受熱管アッセンブリと前記第一受熱器ケーシングとを有して第一受熱器を成し、前記第二受熱管アッセンブリと前記第二受熱器ケーシングとを有して第二受熱器を成し、前記第一受熱器は、前記第二受熱器より上方に配置され、前記第一受熱器ケーシングは、下方からの太陽光が前記第一受熱器の複数の前記受熱管に照射されるよう、前記仮想軸を中心とした開口が下側に形成され、前記第二受熱器ケーシングは、下方からの太陽光が前記第二受熱管アッセンブリの複数の前記受熱管に照射されるよう、前記仮想軸を中心とした開口が下側に形成されていると共に、該開口から入り込んだ太陽光の一部が前記第一受熱器ケーシングの前記開口から該第一受熱器ケーシング内に入り込み前記第一受熱器の複数の前記受熱管に照射させるよう、前記仮想軸を中心とした開口が上側にも形成されていてもよい。
【００１２】
当該ガスタービン設備では、第一受熱管アッセンブリ及び第二受熱管アッセンブリが鉛直方向に延びる仮想軸上に配置されているものの、上下方向（仮想軸に沿った方向）の位置が互いに異なっているため、複数のヘリオスタットのうち、一部を第一受熱管アッセンブリのみに太陽光を照射するヘリオスタットとし、他の一部を第二受熱管アッセンブリのみに太陽光を照射するヘリオスタットとすることで、第一受熱管アッセンブリに照射する太陽光の光量及び第二受熱管アッセンブリに照射する太陽光の光量をそれぞれ個別に制御することができる。すなわち、当該ガスタービン設備では、第一ガスタービンに送る流体の熱量及び第二ガスタービンに送る流体の熱量のそれぞれを制御することができる。
【００１３】
また、前記タービン設備において、前記第一受熱管アッセンブリ及び前記第二受熱管アッセンブリを覆うケーシングを備え、前記第一受熱管アッセンブリと前記第二受熱管アッセンブリと前記ケーシングとを有して受熱器を成し、前記第一受熱管アッセンブリは、前記第二受熱管アッセンブリの前記仮想軸側である内周側に配置され、該第一受熱管アッセンブリの複数の前記受熱管は、該第二受熱管アッセンブリの複数の前記受熱管に対して、該仮想軸を中心とする周方向の位置が異なっており、前記ケーシングには、下方からの太陽光が前記第一受熱管アッセンブリの複数の前記受熱管及び前記第二受熱管アッセンブリの複数の前記受熱管に照射されるよう、前記仮想軸を中心とした開口が下側に形成されていてもよい。
【００１４】
当該タービン設備では、第一受熱管アッセンブリと第二受熱管アッセンブリを有する受熱器が小型化し、この受熱器を支える構造物を小型化することができる。
【００１５】
また、前記タービン設備において、前記第一受熱管アッセンブリ及び前記第二受熱管アッセンブリを覆うケーシングを備え、前記第一受熱管アッセンブリと前記第二受熱管アッセンブリと前記ケーシングとで受熱器を成してもよい。
【００１６】
当該タービン設備では、第一受熱管アッセンブリと第二受熱管アッセンブリを有する受熱器が小型化し、この受熱器を支える構造物を小型化することができる。
【００１７】
また、前記タービン設備において、前記第二ガスタービンから排気された前記流体により水を加熱して蒸気を生成する蒸気発生器と、前記蒸気発生器で発生した蒸気により駆動する蒸気タービンと、を備えていてもよい。
【００１８】
当該ガスタービン設備では、第二ガスタービンから排気された流体の熱を、さらに蒸気タービンの駆動に利用しているので、熱エネルギーをさらに有効利用することができる。
【００１９】
上記目的を達成するための発明に係る太陽熱発電設備は、
前記タービン設備と、反射鏡を有し、該反射鏡で太陽光を反射して前記タービン設備の前記第一受熱管アッセンブリの前記受熱管に太陽光を照射する第一ヘリオスタットと、反射鏡を有し、該反射鏡で太陽光を反射して前記タービン設備の前記第二受熱管アッセンブリの前記受熱管に太陽光を照射する第二ヘリオスタットと、前記タービン設備の前記第一ガスタービンと前記第二ガスタービンとのうち、少なくとも一方のガスタービンの駆動で発電する発電機と、を備えていることを特徴とする。
【００２０】
当該太陽光発電設備では、前記タービン設備を備えているので、熱エネルギーを有効利用でき、しいては発電効率を高めることができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、第一受熱管アッセンブリで加熱された流体で第一ガスタービンを駆動し、この第一ガスタービンから排気された流体を直ちに排気せずに、再び、第二受熱管アッセンブリで加熱して、この流体で第二ガスタービンを駆動しているので、熱エネルギーを有効利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【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側面図である。
【図２】本発明に係る第一実施形態における太陽熱発電設備の平面図である。
【図３】本発明に係る第一実施形態におけるタワー施設の構成を示す説明図である。
【図４】図３におけるＩＶ−ＩＶ線断面図である。
【図５】本発明に係る第一実施形態における第一及び第二受熱管アッセンブリの斜視図である。
【図６】本発明に係る第二実施形態におけるタワー施設の構成を示す説明図である。
【図７】図６におけるＶII−ＶII線断面図である。
【図８】本発明に係る実施形態の変形例におけるタワー施設の構成を示す説明図である。
【図９】本発明に係る実施形態の変形例に太陽熱発電設備の系統図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明に係る太陽熱発電設備の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００２４】
「第一実施形態」
まず、図１〜図５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。
【００２５】
本実施形態の太陽熱発電設備は、図１に示すように、太陽光が照射される第一受熱器４０及び第二受熱器５０を有するタワー施設２０と、反射鏡１１で太陽光を反射して各受熱器４０，５０に太陽光を照射する複数のヘリオスタット１０と、を備えている。
【００２６】
ヘリオスタット１０は、太陽光を反射する反射鏡１１と、反射鏡１１を支持する支持脚１２と、反射鏡１１を目的の方向に向ける駆動制御器１３と、を有している。このヘリオスタット１０は、図２に示すように、タワー施設２０を中心として、リング状の領域内に複数点在している。言い換えると、ヘリオスタット１０は、タワー施設２０を中心として、周方向に３６０°複数配置されていると共に、タワー施設２０を基準として遠近方向にも複数配置されている。
【００２７】
タワー施設２０は、図３に示すように、前述の第一受熱器４０と、第一受熱器４０に圧縮空気を供給する圧縮機３１と、第一受熱器４０で加熱された空気によって駆動する高圧ガスタービン（第一ガスタービン）３２と、高圧ガスタービン３２から排気された空気を加熱する前述の第二受熱器５０と、第二受熱器５０で加熱された空気によって駆動する低圧ガスタービン（第二ガスタービン）３３と、高圧ガスタービン３２及び低圧ガスタービン３３の駆動により発電する発電機３４と、圧縮機３１で圧縮された空気と低圧ガスタービン３３から排気された空気との間で熱交換を行う再生熱交換器３５と、これらが収納される収納庫２５と、これらが載るタワー２１と、を備えている。
【００２８】
タワー２１は、鉛直方向に延びる４本の支柱２２と、４本の支柱２２相互を連結する複数の梁２３とを有している。４本の支柱２２の対角線の延長線上には、図２に示すように、ヘリオスタット１０は配置されていない。これは、ヘリオスタット１０の反射鏡１１で反射されて第一受熱器４０及び第二受熱器５０に向う太陽光の光路上に、タワー２１の支柱２２が存在することを避けるためである。また、タワー２１の複数の梁２３も、ヘリオスタット１０の反射鏡１１で反射されて第一受熱器４０及び第二受熱器５０に向う太陽光の光路上に存在しないよう、配置されている。
【００２９】
収納庫２５は、内部に下部収納室２６及び上部収納室２８が形成されている。下部収納室２６の下側には、太陽光を下部収納室２６内に取り込むための円形の開口２７が形成されている。この開口２７は、各へイオスタット１０からの太陽光を下部収納室２６内に導ける大ききに形成されている。この下部収納室２６には、第一受熱器４０及び第二受熱器５０が収納されている。第一受熱器４０は、円形の開口２７の中心を通り鉛直方向に延びる仮想軸Ａ上であって、下部収納室２６内の上側に配置され、第二受熱器５０は、この仮想軸Ａ上であって、下部収納室２６内の下側に配置されている。また、上部収納室２８には、圧縮機３１と高圧ガスタービン３２と低圧ガスタービン３３と発電機３４と再生熱交換器３５とが収納されている。
【００３０】
圧縮機３１と第一受熱器４０とは、再生熱交換器３５を介して、圧縮機３１により圧縮された空気を第一受熱器４０に導く圧縮空気配管３６で接続されている。第一受熱器４０と高圧ガスタービン３２とは、第一受熱器４０で加熱された空気を高圧ガスタービン３２に送る第一加熱空気配管３７ａで接続されている。高圧ガスタービン３２と第二受熱器５０とは、高圧ガスタービン３２から排気された空気を第二受熱器５０に供給する第一排気配管３８ａで接続されている。第二受熱器５０と低圧ガスタービン３３とは、第二受熱器５０で加熱された空気を低圧ガスタービン３３に送る第二加熱空気配管３７ｂで接続されている。低圧ガスタービン３３と再生熱交換器３５とは、低圧ガスタービン３３から排気された空気を再生熱交換器３５に送る第二排気配管３８ｂで接続されている。
【００３１】
第一受熱器４０及び第二受熱器５０は、いずれも、前述の仮想軸Ａを中心として円筒形状のケーシング４１，５１と、このケーシング４１，５１内に収納されている受熱管アッセンブリ４５，５５と、有している。
【００３２】
第一受熱器ケーシング４１は、側周壁板４２と天板４３とを有しており、下側には、仮想軸Ａを中心として円形の開口４４が形成されている。また、第二受熱器ケーシング５１も、側周壁板５２と天板５３とを有しており、下側には、仮想軸Ａを中心として円形の開口５４が形成されている。さらに、第二受熱器ケーシング５１の天板５３には、第二受熱器ケーシング５１に入り込んだ太陽光の一部がこの第二受熱器ケーシング５１を通過して、第二受熱器４０よりも上側に配置されている第一受熱器４０の第一受熱管アッセンブリ４５に照射されるよう、仮想軸Ａを中心として円形の開口５４ｂが形成されている。各開口４４，５４，５４ｂは、いずれも、鉛直方向における各開口４４，５４，５４ｂの位置から上方の空間に、各ヘリオスタット１０からの太陽光を導ける大きさに形成されている。
【００３３】
第一受熱器ケーシング４１及び第二受熱器ケーシング５１の内面には、熱エネルギーの外部へ放射を抑えるために断熱材が施されている。
【００３４】
第一受熱器ケーシング４１は、収納庫２５の下部収納室２６と上部収納室２８とを仕切る仕切壁２９に固定されているフック９９ａにより、この仕切壁２９から吊下げられている。このフック９９ａの下端は、第一受熱器ケーシング４１の天板４３を貫通して、第一受熱管アッセンブリ４５に取り付けられている。すなわち、第一受熱器ケーシング４１のみならず、第一受熱管アッセンブリ４５も、このフック９９ａにより仕切壁２９から吊下げられている。また、第二受熱器ケーシング５１及び第二受熱管アッセンブリ５５も、収納庫２５の仕切壁２９に固定されているフック９９ｂにより、この仕切壁２９から吊下げられている。
【００３５】
第一受熱管アッセンブリ４５及び第二受熱管アッセンブリ５５は、図３〜図５に示すように、いずれも、リング状の下部ヘッダ配管４６ａ，５６ａと、同じくリング状の上部ヘッダ配管４６ｂ，５６ｂと、鉛直方向に延び下部ヘッダ配管４６ａ，５６ａと上部ヘッダ配管４６ｂ，５６ｂとをつなぐ複数の受熱管４７，５７と、下部ヘッダ配管４６ａに空気を送る入口配管４８，５８（図５）と、上部ヘッダ配管４６ｂからの空気をガスタービン３２，３３へ送るための出口配管４９，５９（図５）と、を有している。
【００３６】
第一受熱管アッセンブリ４５の下部ヘッダ配管４６ａ及び上部ヘッダ配管４６ｂは、いずれも、第一直径で仮想軸Ａを中心としてリング状を成し、第二受熱管アッセンブリ５５の下部ヘッダ配管５６ａ及び上部ヘッダ配管５６ｂは、いずれも、第一直径よりも大きい第二直径で仮想軸Ａを中心としてリング状を成している。
【００３７】
第一受熱管アッセンブリ４５の複数の受熱管４７は、リング状の下部ヘッダ配管４６ａ及び上部ヘッダ配管４６ｂの周方向において、所定の間隔をあけて配置されている。ヘリオスタット１０からの太陽光は、基本的に、この受熱管４７に照射され、この受熱管４７を高温にする。このように、受熱管４７は、高温になるため、自重による曲げ応力がかからないよう、前述したように、鉛直方向に延びている。
【００３８】
第一受熱器ケーシング４１は、その下部が下方に向うに連れて次第に縮径されており、下部ヘッダ配管４６ａは、この第一受熱器ケーシング４１の下部の外周側に位置し、この第一受熱器ケーシング４１内に収納されていない。この下部ヘッダ配管４６ａの外周側には、複数の入口配管４８（図５）が接続されている。この複数の入口配管４８は、圧縮機３１から延びる圧縮空気配管３６（図３）に接続されている。また、上部ヘッダ配管４６ｂの内周側には、リング状の上部ヘッダ配管４６ｂの対向部をつなぐように複数の出口配管４９が接続されている。複数の出口配管４９が相互に交差する部分には、第一受熱管アッセンブリ４５で加熱された空気を高圧ガスタービン３２に送るための第一加熱空気配管３７ａ（図３）が接続されている。
【００３９】
第二受熱管アッセンブリ５５の複数の受熱管５７は、第一受熱管アッセンブリ４５の複数の受熱管４７と同様、リング状の下部ヘッダ配管５６ａ及び上部ヘッダ配管５６ｂの周方向において、所定の間隔をあけて配置されている。ヘリオスタット１０からの太陽光は、基本的に、この受熱管５７に照射される。
【００４０】
第二受熱器ケーシング５１は、その下部が下方に向うに連れて次第に縮径されており、下部ヘッダ配管５６ａは、この第二受熱器ケーシング５１の下部の外周側に位置し、この第二受熱器ケーシング５１内に収納されていない。この下部ヘッダ配管５６ａの外周側には、複数の入口配管５８（図５）が接続されている。この複数の入口配管５８は、高圧ガスタービン３２から延びる第一排気配管３８ａ（図３）に接続されている。また、上部ヘッダ配管５６ｂの内周側には、リング状の上部ヘッダ配管５６ｂの対向部をつなぐように複数の出口配管５９が接続されている。複数の出口配管５９が相互に交差する部分には、第二受熱管アッセンブリ５５で加熱された空気を低圧ガスタービン３３に送るための第二加熱空気配管３７ｂ（図３）が接続されている。
【００４１】
第一受熱管アッセンブリ４５の第一直径は、前述したように、第二受熱管アッセンブリの第二直径よりも小さく、第一受熱管アッセンブリ４５の内部空間の容積は、第二受熱管アッセンブリ５５の内部空間の容積よりも小さい。これは、第一受熱管アッセンブリ４５の内部圧力が、この第一受熱管アッセンブリ４５の下流側に配置されている第二受熱管アッセンブリ５５の内部圧力よりも高く、第一受熱管アッセンブリ４５内の空気密度が第二受熱管アッセンブリ５５内の空気密度よりも高いからである。
【００４２】
なお、本実施形態におけるガスタービン設備は、圧縮機３１、高圧ガスタービン３２、低圧ガスタービン３３、再生熱交換器３５、第一受熱器４０及び第二受熱器５０を有して構成されている。
【００４３】
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。
【００４４】
圧縮機３１は、外部の空気を取り込み、これを圧縮して、再生熱交換器３５及び圧縮空気配管３６を介して、第一受熱管アッセンブリ４５に送る。圧縮機３１からの圧縮空気は、第一受熱管アッセンブリ４５の入口配管４８から下部ヘッダ配管４６ａを経て、複数の受熱管４７内に流れ込む。
【００４５】
第一受熱管アッセンブリ４５の複数の受熱管４７には、図１及び図２に示すように、複数のヘリオスタット１０のうち、主として、タワー施設２０に比較的近い複数のヘリオスタット１０ａからの太陽光が照射される。このため、第一受熱管アッセンブリ４５の複数の受熱管４７内を流れる空気は加熱される。複数の受熱管４７内で加熱された空気は、第一受熱管アッセンブリ４５の上部ヘッダ配管４６ｂ及び出口配管４９、さらに、第一加熱空気配管３７ａを経て、高圧ガスタービン３２に送られ、高圧ガスタービン３２を駆動させる。
【００４６】
高圧ガスタービン３２から排気された空気は、第一排気配管３８ａを経て、第二受熱管アッセンブリ５５に送られる。高圧ガスタービン３２からの空気は、第二受熱管アッセンブリ５５の入口配管５８から下部ヘッダ配管５６ａを経て、複数の受熱管５７内に流れ込む。
【００４７】
第二受熱管アッセンブリ５５の複数の受熱管５７には、図１及び図２に示すように、複数のヘリオスタット１０のうち、主として、タワー施設２０から比較的遠い複数のヘリオスタット１０ｂからの太陽光が照射される。このため、第二受熱管アッセンブリ５５の複数の受熱管５７内を流れる空気は加熱される。すなわち、本実施形態では、複数のヘリオスタット１０のうち、タワー施設２０に比較的近い複数のヘリオスタット１０ａが、第一受熱器４０に太陽光を照射する第一ヘリオスタットを成し、タワー施設２０から比較的遠い複数のヘリオスタット１０ｂが、第二受熱器５０に太陽光を照射する第二ヘリオスタットを成している。なお、複数のヘリオスタット１０のうち、タワー施設２０を基準にして遠近方向の中間部分に配置されているヘリオスタット１０は、第一ヘリオスタットと第二ヘリオスタットとのうち、一方のみを成してもよいし、第一ヘリオスタットと第二ヘリオスタットの両方を兼ねてもよい。
【００４８】
第二受熱管アッセンブリ５５の複数の受熱管５７内で加熱された空気は、第二受熱管アッセンブリ５５の上部ヘッダ配管５６ｂ及び出口配管５９、さらに、第二加熱空気配管３７ｂを経て、低圧ガスタービン３３に送られ、低圧ガスタービン３３を駆動させる。
【００４９】
発電機３４は、高圧ガスタービン３２及び低圧ガスタービン３３の駆動により発電を行う。配管
【００５０】
低圧ガスタービン３３から排気された空気は、第二排気配管３８ｂ及び再生熱交換器３５を経て、外部に排気される。低圧ガスタービンか３３ら排気された空気は、再生熱交換器３５を通過する過程で、圧縮機３１から第一受熱器４０に送られる圧縮空気と熱交換して、この圧縮空気を加熱する。
【００５１】
以上のように、本実施形態では、第一受熱管アッセンブリ４５で加熱された空気で高圧ガスタービン３２を駆動し、この高圧ガスタービン３２から排気された空気を直ちに排気せずに、再び、第二受熱管アッセンブリ５５で加熱して、この空気で低圧ガスタービン３３を駆動しているので、熱エネルギーを有効利用することができる。
【００５２】
また、本実施形態では、第一受熱器４０と第二受熱器５０とを上下方向に並べて配置しているので、タワー２１の設置面積を小さくすることができ、タワー２１回りのヘリオスタット１０」の設置密度を高めることができる。
【００５３】
さらに、本実施形態では、第一受熱器４０と第二受熱器５０とを上下方向に並べて配置しているので、複数のヘリオスタット１０のうち、一部を第一受熱管アッセンブリ４５のみに太陽光を照射するヘリオスタットとし、他の一部を第二受熱管アッセンブリ５５のみに太陽光を照射するヘリオスタットとすることで、第一受熱管アッセンブリ４５に照射する太陽光の光量及び第二受熱管アッセンブリ５５に照射する太陽光の光量をそれぞれ個別に制御することができる。言い換えると、本実施形態では、高圧ガスタービン３２に送る空気の熱量及び低圧ガスタービン３３に送る空気の熱量のそれぞれを制御することができる。
【００５４】
「第二実施形態」
まず、図６及び図７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。
【００５５】
第一実施形態の太陽熱発電設備は、受熱器として第一受熱器４０及び第二受熱器５０の二台の受熱器を有している。これに対して、本実施形態の太陽熱発電設備は、図６に示すように、受熱器として受熱器６０の一台のみを有している点で異なり、その他の構成は、基本的に第一実施形態と同じである。そこで、以下では、主として、この受熱器６０について説明する。
【００５６】
受熱器６０は、複数の受熱管４７を有する第一受熱管アッセンブリ４５と、複数の受熱管５７を有する第二受熱管アッセンブリ５５と、第一受熱管アッセンブリ４５及び第二受熱管アッセンブリ５５を覆うケーシング６１と、を備えている。
【００５７】
第一受熱管アッセンブリ４５及び第二受熱管アッセンブリ５５は、それぞれ、第一実施形態のものと同一である。
【００５８】
第一受熱管アッセンブリ４５及び第二受熱管アッセンブリ５５は、いずれも、第一実施形態と同様、共通の仮想軸Ａを中心として、この仮想軸Ａ上に配置されている。但し、本実施形態では、第一受熱管アッセンブリ４５の上下方向の位置と第二受熱管アッセンブリ５５の上下方向の位置とが一部重なっており、第一受熱管アッセンブリ４５は、第二受熱管アッセンブリ５５の内周側に配置されている。
【００５９】
第一受熱管アッセンブリ４５の複数の受熱管４７は、図７に示すように、第二受熱管アッセンブリ５５の複数の受熱管５７に対して、仮想軸Ａを中心とする周方向の位置が異なっている。
【００６０】
ケーシング６１は、図６に示すように、側周壁板６２と天板６３とを有しており、下側には、仮想軸Ａを中心として円形の開口６４が形成されている。この開口６４は、各ヘリオスタット１０からの太陽光がケーシング６１内の第一受熱管アッセンブリ４５の受熱管４７及び第二受熱管アッセンブリ５５の受熱管５７に照射され得る大きさに形成されている。このケーシング６１の下部は、下方に向うに連れて次第に縮径されており、第一受熱管アッセンブリ４５の下部ヘッダ配管４６ａ及び第二受熱管アッセンブリ５５の下部ヘッダ配管５６ａは、いずれも、ケーシング６１の下部の外周側に位置し、このケーシング６１内に収納されていない。
【００６１】
ケーシング６１の内面には、熱エネルギーの外部へ放射を抑えるために断熱材が施されている。
【００６２】
ケーシング６１、このケーシング６１内に収納されている第一受熱管アッセンブリ４５及び第二受熱管アッセンブリ５５は、収納庫２５の仕切壁２９に固定されているフック９９ｃ，９９ｄにより、この仕切壁２９から吊下げられている。
【００６３】
なお、本実施形態におけるガスタービン設備は、圧縮機３１、高圧ガスタービン３２、低圧ガスタービン３３、再生熱交換器３５、受熱器６０を有して構成されている。
【００６４】
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。
【００６５】
圧縮機３１からの圧縮空気は、第一実施形態と同様、再生熱交換器３５及び圧縮空気配管３６を介して、第一受熱管アッセンブリ４５に送られる。この圧縮空気は、第一受熱管アッセンブリ４５の入口配管４８から下部ヘッダ配管４６ａを経て、複数の受熱管４７内に流れ込む。
【００６６】
第一受熱管アッセンブリ４５の複数の受熱管４７には、複数のヘリオスタット１０からの太陽光が照射されて、複数の受熱管４７内を流れる空気が加熱される。複数の受熱管４７内で加熱された空気は、第一実施形態と同様、第一受熱管アッセンブリ４５の上部ヘッダ配管４６ｂ及び出口配管４９、さらに、第一加熱空気配管３７ａを経て、高圧ガスタービン３２に送られ、高圧ガスタービン３２を駆動させる。
【００６７】
高圧ガスタービン３２から排気された空気は、第一実施形態と同様、第一排気配管３８ａを経て、第二受熱管アッセンブリ５５に送られる。高圧ガスタービン３２からの空気は、第二受熱管アッセンブリ５５の入口配管５８から下部ヘッダ配管５６ａを経て、複数の受熱管５７内に流れ込む。
【００６８】
第二受熱管アッセンブリ５５の複数の受熱管５７には、複数のヘリオスタット１０からの太陽光が照射される。この際、複数のヘリオスタット１０からの太陽光の一部は、図７に示すように、第一受熱管アッセンブリ４５の複数の受熱管４７に照射され、他の一部は、第一受熱管アッセンブリ４５の複数の受熱管４７の間を通過して、第二受熱管アッセンブリ５５の複数の受熱管５７に照射される。このように、複数の受熱管５７に太陽光が照射されることで、複数の受熱管５７内を流れる空気が加熱される。
【００６９】
本実施形態では、第一受熱管アッセンブリ４５の複数の受熱管４７に太陽光を照射するヘリオスタット１０と、第二受熱管アッセンブリ５５の複数の受熱管５７に太陽光を照射するヘリオスタット１０とは、基本的に共通する。すなわち、本実施形態では、第一受熱管アッセンブリ４５の複数の受熱管４７に太陽光を照射する第一ヘリオスタットは、基本的に、第二受熱管アッセンブリ５５の複数の受熱管５７に太陽光を照射する第二ヘリオスタットを兼ねている。
【００７０】
第二受熱管アッセンブリ５５の複数の受熱管５７内で加熱された空気は、第一実施形態と同様、第二受熱管アッセンブリ５５の上部ヘッダ配管５６ｂ及び出口配管５９、さらに、第二加熱空気配管３７ｂを経て、低圧ガスタービン３３に送られ、低圧ガスタービン３３を駆動させる。
【００７１】
発電機３４は、高圧ガスタービン３２及び低圧ガスタービン３３の駆動により発電を行う。
【００７２】
低圧ガスタービン３３から排気された空気は、第一実施形態と同様、第二排気配管３８ｂ及び再生熱交換器３５を経て、外部に排気される。低圧ガスタービン３３から排気された空気は、再生熱交換器３５を通過する過程で、圧縮機３１から第一受熱管アッセンブリ４５に送られる圧縮空気と熱交換して、この圧縮空気を加熱する。
【００７３】
以上のように、本実施形態でも、第一受熱管アッセンブリ４５で加熱されて高圧ガスタービン３２を駆動した空気を直ちに排気せずに、再び、第二受熱管アッセンブリ５５で加熱して低圧ガスタービン３３を駆動しているので、熱エネルギーを有効利用することができる。
【００７４】
また、本実施形態では、第一受熱管アッセンブリ４５が第二受熱管アッセンブリ５５の内周側に配置されているので、タワー２１の設置面積を小さくすることができと共に、収納庫の高さ、より詳細には収納庫の下部収納室の高さを低くすることができる。
【００７５】
前述したように、本実施形態では、第一受熱管アッセンブリ４５の複数の受熱管４７に太陽光を照射するヘリオスタット１０と、第二受熱管アッセンブリ５５の複数の受熱管５７に太陽光を照射するヘリオスタット１０とは、基本的に共通する。しかしながら、第一受熱管アッセンブリ４５から高圧タービン３２に送る空気の熱量、及び第二受熱管アッセンブリ５５から低圧タービン３３に送る空気の熱量を制御できるようにするため、複数のヘリオスタット１０のうち、一部を第一受熱管アッセンブリ４５のみに太陽光を照射するヘリオスタットとし、他の一部を第二受熱管アッセンブリ５５のみに太陽光を照射するヘリオスタットにしてもよい。この場合、図６に示す状態に比べて、第一受熱管アッセンブリ４５の上下方向の位置を、第二受熱管アッセンブリ５５に対して僅かに上側に位置させ、複数のヘリオスタット１０のうち、タワー施設２０に近い複数のヘリオスタット１０ａ（図１及び図２に示す）を、第一受熱管アッセンブリ４５の受熱管４７の上部にのみ太陽光を照射するヘリオスタットとし、タワー施設２０から遠い複数のヘリオスタット１０ｂ（図１及び図２に示す）を、第二受熱管アッセンブリ５５の受熱管５７の下部にのみ太陽光を照射するヘリオスタットとするとよい。
【００７６】
「実施形態の変形例」
【００７７】
以上の各実施形態では、高圧ガスタービン３２のロータに低圧ガスタービン３３のロータが接続されているが、本発明は、これに限定されるものではなく、図８に示すように、高圧ガスタービン３２のロータが低圧ガスタービン３３のロータに接続されていなくてもよい。この場合、圧縮機３１のロータと高圧ガスタービン３２のロータとが接続され、低圧ガスタービン３３のロータと発電機３４のロータとが接続されていることが好ましい。
【００７８】
また、以上の各実施形態では、ガスタービンの駆動により発電を行うものであるが、図９に示すように、さらに、蒸気タービン７３を加え、この蒸気タービン７３でも発電を行えるようにしてもよい。この場合、例えば、再生熱交換器３５から排気された空気が通るラインに蒸気発生器７１を設け、再生熱交換器３５からの空気の熱で蒸気を発生させ、この蒸気で、発電機７４が接続されえている蒸気タービン７３を駆動する方法が考えられる。蒸気タービン７３から出た蒸気は、復水器７５で水に戻されて、蒸気発生器７１に返される。
【００７９】
このように、ガスタービン及び蒸気タービンで発電する、つまり、コンバインドサイクル発電を行うことにより、熱エネルギーをより有効利用することができる。
【符号の説明】
【００８０】
１０…ヘリオスタット、１１…反射鏡、２０…タワー施設、２１…タワー、２５…収納庫、３１…圧縮機、３２…高圧ガスタービン、３３…低圧ガスタービン、３４…発電機、４０…第一受熱器、４１…第一受熱器ケーシング、４５…第一受熱管アッセンブリ、４７…受熱管、５０…第二受熱器、５１…第二受熱器ケーシング、５５…第二受熱管アッセンブリ、５７…受熱管、６０…受熱器、６１…ケーシング、７３…蒸気タービン
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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