(57)【要約】【課題】ヘリオスタット入替時の受熱器の部分的な高温化を防止して、ケーシングが焼損するおそれも無くし、品質の向上を図ることができる太陽熱集熱装置における運転方法及び太陽熱集熱装置を提供する。【解決手段】太陽熱集熱装置１０の運転方法及び太陽熱集熱装置１０は、ヘリオスタット１５の反射光が開口部１２に集光する集光位置とケーシング１１外に逃げる退避位置とに切替えて配置するようにヘリオスタット１５を駆動制御する駆動制御部１６と、ケーシング１１の耐熱強度と、ヘリオスタット１５を駆動する際に要する消費電力と、に基づき、切替時にヘリオスタット１５の反射光の辿る経路が複数方向に分散されるようにヘリオスタット１５を駆動制御する制御部１７と、を備える。【選択図】図１
2013096626.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入光用の開口部を備え内部に受熱器を収容したケーシングと、
前記ケーシングを上部に配置するタワーと、
前記タワーの周囲に配置され太陽光を反射させる複数のヘリオスタットと、
前記ヘリオスタットの反射光が開口内に集光される集光位置とケーシング外に逃げる退避位置とに切替えて配置されるようにヘリオスタットを駆動制御する駆動制御部と、を備えた太陽熱集熱装置における運転方法において、
前記ケーシングの耐熱強度と、前記ヘリオスタットを駆動する際に要する消費電力と、に基づき、前記切替時に前記ヘリオスタットの反射光の辿る経路が複数方向に分散されるように前記ヘリオスタットを駆動制御する太陽熱集熱装置における運転方法。
【請求項２】
請求項１に記載の太陽熱集熱装置における運転方法において、
前記各ヘリオスタットを駆動制御する時の姿勢変化速度が一定の下、前記ケーシング上をその長手方向に沿う経路を辿る反射光については、前記ケーシングから遠距離となる前記ヘリオスタットを用い、前記ケーシング上をその短手方向に沿う経路を辿る反射光については、前記ケーシングから近距離となる前記ヘリオスタットを用いる太陽熱集熱装置における運転方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の太陽熱集熱装置における運転方法において、
前記ヘリオスタットの反射光の辿る経路が上下左右の２軸である太陽熱集熱装置における運転方法。
【請求項４】
入光用の開口部を備え内部に受熱器を収容したケーシングと、
前記ケーシングを上部に配置するタワーと、
前記タワーの周囲に配置され太陽光を反射させる複数のヘリオスタットと、
前記ヘリオスタットの反射光が開口内に集光される集光位置とケーシング外に逃げる退避位置とに切替えて配置されるようにヘリオスタットを駆動制御する駆動制御部と、
前記ケーシングの耐熱強度と、前記ヘリオスタットを駆動する際に要する消費電力と、に基づき、前記切替時に前記ヘリオスタットの反射光の辿る経路が複数方向に分散されるように前記ヘリオスタットを駆動制御する制御部と、を備える太陽熱集熱装置。
【請求項５】
請求項４に記載の太陽熱集熱装置において、
前記制御部は、前記各ヘリオスタットを駆動制御する時の姿勢変化速度が一定の下、前記ケーシング上をその長手方向に沿う経路を辿る反射光については、前記ケーシングから遠距離となる前記ヘリオスタットを用い、前記ケーシング上をその短手方向に沿う経路を辿る反射光については、前記ケーシングから近距離となる前記ヘリオスタットを用いる太陽熱集熱装置。
【請求項６】
請求項４または請求項５に記載の太陽熱集熱装置において、
前記ヘリオスタットの反射光の辿る経路が上下左右の２軸である太陽熱集熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽熱発電プラントや化学プラントに適用されて太陽熱エネルギーを集熱して利用する太陽熱集熱装置における運転方法及び太陽熱集熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ヘリオスタットで反射される太陽光が入射する開口部を有するケーシングと、ケーシング内にケーシング周方向に配列するとともに内部に熱媒体が流通する複数の受熱管とを備える太陽熱集熱装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の太陽熱集熱装置は、ケーシング内部の温度を監視する温度監視手段と、温度監視手段で取得した温度データとその位置を関連付けた温度分布を作成し、温度異常部を抽出する解析を行う温度処理手段と、を備える。特許文献１に記載の太陽熱集熱装置は、温度処理手段で得られた温度異常部に基づいて任意のヘリオスタットの角度を補正するヘリオスタット制御手段を備える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１６３５９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１は、受熱管に使用する配管材料の使用限界（例えば９２０℃以上）となる部分や異常低温部などの温度異常が抽出されてヘリオスタット制御装置へ出力する。特許文献１は、異常ヘリオスタットを割り出し、その異常ヘリオスタットの向きを調整したり、ヘリオスタットの使用数を変更したりするといった機差の補正を行う。ところで、熱利用プロセスにおいて、受熱器の想定外の温度や圧力等、状態量の変動を検出した場合に、安定化や安全のためヘリオスタットを退避させる太陽熱集熱装置がある。図４に示すように、このような太陽熱集熱装置５０は、不図示の受熱器を収容したケーシング５１に受熱用開口部５２を設けており、複数の不図示のヘリオスタットからの光が受熱用開口部５２から入射されて発電に用いられる。太陽熱集熱装置５０は、定期的なヘリオスタット入替時に、複数のヘリオスタットが受熱用開口部５２内に集光される集光位置から退避位置まで退避移動することにより、反射光Ｒが照射スポットＡ５１に移動する。このとき、複数のヘリオスタットが集光位置から退避位置に退避移動する際に辿る軌跡が受熱用開口部５２に対する一対の横方向の方向Ｘ５１のみである。そのため、太陽熱集熱装置５０は、ヘリオスタット入替時に、受熱器を構成する内部エレメントが部分的に高温化してしまうことがある。従って、太陽熱集熱装置５０は、受熱器の温度制御が不安定になりうる。また、ケーシングが焼損するおそれもある。
【０００５】
本発明は、前述した課題を解決するためになされたものであり、その目的は、ヘリオスタット入替時の受熱器の部分的な高温化を防止して、ケーシングが焼損するおそれも無くし、品質の向上を図ることができる太陽熱集熱装置における運転方法及び太陽熱集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】
【０００６】
本発明に係る太陽熱集熱装置における運転方法は、入光用の開口部を備え内部に受熱器を収容したケーシングと、前記ケーシングを上部に配置するタワーと、前記タワーの周囲に配置され太陽光を反射させる複数のヘリオスタットと、前記ヘリオスタットの反射光が開口内に集光される集光位置とケーシング外に逃げる退避位置とに切替えて配置されるようにヘリオスタットを駆動制御する駆動制御部と、を備えた太陽熱集熱装置における運転方法において、前記ケーシングの耐熱強度と、前記ヘリオスタットを駆動する際に要する消費電力と、に基づき、前記切替時に前記ヘリオスタットの反射光の辿る経路が複数方向に分散されるように前記ヘリオスタットを駆動制御する。
【０００７】
本発明に係る太陽熱集熱装置における運転方法は、前記各ヘリオスタットを駆動制御する時の姿勢変化速度が一定の下、前記ケーシング上をその長手方向に沿う経路を辿る反射光については、前記ケーシングから遠距離となる前記ヘリオスタットを用い、前記ケーシング上をその短手方向に沿う経路を辿る反射光については、前記ケーシングから近距離となる前記ヘリオスタットを用いる。
【０００８】
本発明に係る太陽熱集熱装置における運転方法は、前記ヘリオスタットの反射光の辿る経路が上下左右の２軸である。
【０００９】
本発明に係る太陽熱集熱装置は、入光用の開口部を備え内部に受熱器を収容したケーシングと、前記ケーシングを上部に配置するタワーと、前記タワーの周囲に配置され太陽光を反射させる複数のヘリオスタットと、前記ヘリオスタットの反射光が開口内に集光される集光位置とケーシング外に逃げる退避位置とに切替えて配置されるようにヘリオスタットを駆動制御する駆動制御部と、前記ケーシングの耐熱強度と、前記ヘリオスタットを駆動する際に要する消費電力と、に基づき、前記切替時に前記ヘリオスタットの反射光の辿る経路が複数方向に分散されるように前記ヘリオスタットを駆動制御する制御部と、を備える。
【００１０】
本発明に係る太陽熱集熱装置は、前記制御部は、前記各ヘリオスタットを駆動制御する時の姿勢変化速度が一定の下、前記ケーシング上をその長手方向に沿う経路を辿る反射光については、前記ケーシングから遠距離となる前記ヘリオスタットを用い、前記ケーシング上をその短手方向に沿う経路を辿る反射光については、前記ケーシングから近距離となる前記ヘリオスタットを用いる。
【００１１】
本発明に係る太陽熱集熱装置は、前記ヘリオスタットの反射光の辿る経路が上下左右の２軸である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る太陽熱集熱装置における運転方法及び太陽熱集熱装置によれば、ヘリオスタット入替時の受熱器の部分的な高温化を防止して、ケーシングが焼損するおそれも無くし、品質の向上を図ることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る第１実施形態の太陽熱集熱装置の概略構成図である。
【図２】本発明に係る第１実施形態の太陽熱集熱装置における運転方法を説明するケーシング周りの正面図である。
【図３】本発明に係る第２実施形態の太陽熱集熱装置における運転方法を説明するケーシング周りの正面図である。
【図４】太陽熱集熱装置における従来の運転方法を説明するケーシング周りの正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明に係る複数の実施形態の太陽熱集熱装置における運転方法及び太陽熱集熱装置について図面を参照して説明する。なお、本発明に係る各実施形態の太陽熱集熱装置は、受熱器と、受熱器により加熱された作動流体を用いて発電を行うガスタービンユニットと、を一体的に備える太陽熱集熱装置を例にして説明する。
【００１５】
図１に示すように、本発明に係る第１実施形態の太陽熱集熱装置１０は、入光用の開口部１２を備えて内部に受熱器１３を収容したケーシング１１と、ケーシング１１を上部に配置したタワー部（タワー）１４と、を備える。また、太陽熱集熱装置１０は、タワー部１４の周囲に配置して太陽光（太陽日射）を反射する複数のヘリオスタット１５と、ヘリオスタット１５を駆動制御する駆動制御部１６と、を備える。そして、太陽熱集熱装置１０は、駆動制御部１６へ駆動信号を与える制御部１７を備える。
【００１６】
太陽熱集熱装置１０は、地球上で立地に適する場所が、太陽からの直達日射が強く良好な回帰線に近い亜熱帯高圧帯の乾燥地域である。そこで、太陽熱集熱装置１０は、特に亜熱帯高圧帯の中における高緯度地域に配置される片側配置方式の発電装置について説明する。なお、本実施形態は、北半球地域での実施例である。
【００１７】
太陽熱集熱装置１０は、グランドＧに設けられたヘリオスタットフィールドＨＦに照射される太陽光をヘリオスタット１５によりケーシング１１に向けて反射集光して受熱器１３により受熱する。タワー部１４は、ヘリオスタットフィールドＨＦの一端側（南北方向における南側端部）に配置されている。タワー部１４の上部には、ガスタービンユニット（ＧＴ）２０が設けられている。これに対して、ヘリオスタット１５は、ヘリオスタットフィールドＨＦにおける他端側（北側）であって、タワー部１４を中心にして所定の角度範囲の領域において扇形状に設定されている。ここで、複数のヘリオスタット１５は、ケーシング１１から遠距離となる複数のヘリオスタット２２と、ケーシング１１から近距離となる複数のヘリオスタット２３と、を含む。なお、南半球地域では、タワー部１４とヘリオスタット１５の配置方位が逆になる。
【００１８】
太陽熱集熱装置１０は、受熱器１３で受熱した熱により加熱された作動流体（例えば、空気）は、ガスタービンユニット２０に送給されて発電に用いる。ガスタービンユニット２０は、受熱器１３で加熱した作動流体を圧縮する不図示の圧縮機と、圧縮機で圧縮された作動流体を受ける不図示のタービンと、圧縮機とタービンとを同軸で連結する不図示のロータと、ロータに接続した不図示の発電機とを備える。そして、太陽熱集熱装置１０は、タービンが受けた作動流体によりロータが回転することにより、発電機を回転駆動して発電する。
【００１９】
駆動制御部１６は、定期的なヘリオスタット入替時に、ヘリオスタット２２，２３を移動させる。具体的に、駆動制御部１６は、ヘリオスタット２２，２３からの反射光が開口部１２内に集光する集光位置Ｂ１とヘリオスタット２２，２３からの反射光がケーシング１１外に逃げる退避位置Ｂ２とに切替えて配置するようにヘリオスタット２２，２３を駆動する。制御部１７は、ケーシング１１の耐熱強度と、ヘリオスタット２２，２３を駆動する際に要する消費電力と、に基づき、切替時にヘリオスタット２２，２３の反射光の辿る経路が複数方向に分散されるようにヘリオスタット２２，２３を駆動制御する。ケーシング１１の耐熱強度およびヘリオスタット２２，２３を駆動する際に要する消費電力は、あらかじめ定められており、制御部１７に格納されている。制御の具体手法としては、例えば、逃げる反射光からケーシングが浴びる熱が、耐熱強度上限を超えないように、ヘリオスタットの速度や移動方向を決める等が考えられる。尚且つそのときの駆動電力が少なくて済むものを選択するのが好ましい。
【００２０】
次に、定期的なヘリオスタット入替時の太陽熱集熱装置１０における運転方法について説明する。図２に示すように、制御部１７は、各ヘリオスタット２２，２３を駆動制御する時の姿勢変化速度が一定の下において各ヘリオスタット２２，２３を制御する。すなわち、ケーシング１１上をその長手方向に沿う経路Ｘ１１を辿る反射光Ｒ１１については、ケーシング１１から遠距離となるヘリオスタット２２を用いる。そのため、ケーシング１１から遠距離となるヘリオスタット２２からの反射光Ｒ１１により照射スポットＡ１１を創生する。ケーシングの長手方向に沿って反射光がケーシング上を移動しているきは、ケーシングはたくさん反射光を浴びる（絶対量として）ことになるので、ケーシングの耐熱性の観点からすると、好ましくない。したがって、速やかに退避させている。
【００２１】
また、ケーシング１１上をその短手方向に沿う経路Ｘ１２を辿る反射光Ｒ１２については、ケーシング１１から近距離となるヘリオスタット２３を用いる。そのため、ケーシング１１から近距離となるヘリオスタット２３からの反射光Ｒ１２により照射スポットＡ１２を創生する。ケーシングの短手方向に沿って反射光がケーシング上を移動しているときは、ケーシングは少ししか反射光を浴びない（絶対量として）ことになるので、ケーシングの耐熱性の観点からは、それほど大きな問題はない。したがって、あえて必要以上に速やかに退避させなくてもよい。
【００２２】
そして、ケーシング１１上をその長手方向と短手方向との間に沿う経路Ｘ１３を辿る反射光Ｒ１３については、ケーシング１１から遠距離となるヘリオスタット２２またはケーシング１１から近距離となるヘリオスタット２３を用いる。そのため、ケーシング１１から遠距離となるヘリオスタット２２またはケーシング１１から近距離となるヘリオスタット２３からの反射光Ｒ１３により照射スポットＡ１３を創生する。
【００２３】
このとき、スポット移動速度は、ヘリオスタット２２から開口部１２までの距離にヘリオスタット２２の角速度を乗じた値であり、ヘリオスタット２３から開口部１２までの距離にヘリオスタット２３の角速度を乗じた値である。そのため、開口部１２、すなわち、受熱器１３から遠距離のヘリオスタット２２の方が、開口部１２から近距離のヘリオスタット２３よりも、入射、退避速度が速くなる。これにより、ヘリオスタット２２，２３の入射、退避経路が全周に分散する。従って、ヘリオスタット入替時に受熱器１３の内部エレメントおよびケーシング１１の部分的高温化を防止できる。
【００２４】
以上、説明したように、第１実施形態の太陽熱集熱装置１０における運転方法によれば、ケーシング１１の耐熱強度と、ヘリオスタット２２，２３を駆動する際に要する消費電力と、に基づき、切替時にヘリオスタット２２，２３の反射光の辿る経路が複数方向に分散されるようにヘリオスタット２２，２３を駆動制御する。従って、太陽熱集熱装置１０における運転方法によれば、ヘリオスタット入替時の受熱器１３の部分的な高温化を防止して品質の向上を図ることができる。
【００２５】
また、太陽熱集熱装置１０における運転方法によれば、ケーシング１１上をその長手方向に沿う経路Ｘ１１を辿る反射光Ｒ１１については、ケーシング１１から遠距離となるヘリオスタット２２を用いる。そして、太陽熱集熱装置１０における運転方法によれば、ケーシング１１上をその短手方向に沿う経路Ｘ１２を辿る反射光Ｒ１２については、ケーシング１１から近距離となるヘリオスタット２３を用いる。従って、太陽熱集熱装置１０における運転方法によれば、ヘリオスタット入替時の受熱器１３の部分的な高温化を防止して品質の向上を図ることができる。
【００２６】
そして、太陽熱集熱装置１０によれば、ケーシング１１の耐熱強度と、ヘリオスタット２２，２３を駆動する際に要する消費電力と、に基づき、切替時にヘリオスタット２２，２３の反射光の辿る経路が複数方向に分散されるようにヘリオスタット２２，２３を駆動制御する。従って、太陽熱集熱装置１０によれば、ヘリオスタット入替時の受熱器１３の部分的な高温化を防止して品質の向上を図ることができる。
【００２７】
さらに、太陽熱集熱装置１０によれば、ケーシング１１上をその長手方向に沿う経路Ｘ１１を辿る反射光Ｒ１１については、ケーシング１１から遠距離となるヘリオスタット２２を用いる。そして、太陽熱集熱装置１０によれば、ケーシング１１上をその短手方向に沿う経路Ｘ１２を辿る反射光Ｒ１２については、ケーシング１１から近距離となるヘリオスタット２３を用いる。従って、太陽熱集熱装置１０によれば、ヘリオスタット入替時の受熱器１３の部分的な高温化を防止して、ケーシングが焼損するおそれも無くし、品質の向上を図ることができる。
【００２８】
次に、本発明に係る第２実施形態の太陽熱集熱装置における運転方法及び太陽熱集熱装置について説明する。なお、以下の第２実施形態において、前述した第１実施形態と重複する構成要素や機能的に同様な構成要素については、図中に同一符号あるいは相当符号を付することによって説明を簡略化あるいは省略する。
【００２９】
図３に示すように、本発明に係る第２実施形態の太陽熱集熱装置３０における運転方法は、定期的なヘリオスタット入替時において、制御部１７は、ヘリオスタット２２，２３の反射光Ｒ１４，１５の辿る経路Ｘ１４，Ｘ１５を上下左右の２軸に設定している。
【００３０】
太陽熱集熱装置３０は、ケーシング１１上をその長手方向に沿う経路Ｘ１４を辿る反射光Ｒ１４については、ケーシング１１から遠距離となるヘリオスタット２２を用いる。
そのため、ケーシング１１から遠距離となるヘリオスタット２２からの反射光Ｒ１４により照射スポットＡ１４を創生する。
【００３１】
また、太陽熱集熱装置３０は、ケーシング１１上をその短手方向に沿う経路Ｘ１５を辿る反射光Ｒ１５については、ケーシング１１から近距離となるヘリオスタット２３を用いる。そのため、ケーシング１１から近距離となるヘリオスタット２３からの反射光Ｒ１５により照射スポットＡ１５を創生する。
【００３２】
第２実施形態の太陽熱集熱装置３０における運転方法によれば、制御部１７が、ヘリオスタット２２，２３の反射光Ｒ１４，１５の辿る経路Ｘ１４，Ｘ１５を上下左右の２軸に設定している。従って、太陽熱集熱装置３０における運転方法によれば、各ヘリオスタット２２，２３の使用電力を抑制できる。
【００３３】
また、太陽熱集熱装置３０によれば、制御部１７が、ヘリオスタット２２，２３の反射光Ｒ１４，１５の辿る経路Ｘ１４，Ｘ１５を上下左右の２軸に設定している。従って、太陽熱集熱装置３０によれば、各ヘリオスタット２２，２３の使用電力を抑制できる。
【００３４】
なお、本発明の太陽熱集熱装置における運転方法及び太陽熱集熱装置は、前述した各実施形態に限定するものでなく、適宜な変形や改良等が可能である。
【００３５】
以上述べたように、本発明の太陽熱集熱装置における運転方法及び太陽熱集熱装置によれば、ヘリオスタット入替時の受熱器の部分的な高温化を防止して、ケーシングが焼損するおそれも無くし、品質の向上を図ることができる。以上の結果として、地球温暖化の防止、化石燃料の使用抑制の観点を考慮して自然エネルギーを利用した有益な発電を提供でき、本発明の産業上の利用可能性は大といえる。
【符号の説明】
【００３６】
１０  太陽熱集熱装置
１１  ケーシング
１２  開口部
１３  受熱器
１４  タワー部（タワー）
１５  ヘリオスタット
１６  駆動制御部
１７  制御部
２２  ヘリオスタット
２３  ヘリオスタット
３０  太陽熱集熱装置
【図１】
2013096626.tif 000003
【図２】
2013096626.tif 000004
【図３】
2013096626.tif 000005
【図４】
2013096626.tif 000006