WO2015146700A1 - 熱媒排出装置 - Google Patents

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    • F24S40/60—Arrangements for draining the working fluid
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S80/00—Details, accessories or component parts of solar heat collectors not provided for in groups F24S10/00-F24S70/00
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S90/00—Solar heat systems not otherwise provided for
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers

Definitions

  • the present invention relates to a heat medium discharge device for discharging a heat medium from the heat medium flow path of a solar heat collecting apparatus including a heat medium flow path through which the heat medium circulates.
  • a power plant using solar heat As an example of a system for realizing efficient stable power supply using renewable energy, there is a power plant using solar heat (see, for example, Patent Documents 1 and 2).
  • solar heat is collected by a solar heat collecting device, and the collected heat is sent to a heat exchanger via a heat medium, and water is converted into steam by the sent heat. Is driven to generate electricity.
  • the heat collected by the solar heat collecting device can be stored by the heat storage device via the heat medium, and this stored heat is sent again to the heat exchanger through the heat medium during the time when sunlight cannot be collected such as at night. Thus, power generation can be performed. For this reason, it becomes possible to supply electric power stably.
  • Synthetic oil is generally used as a heat medium used in such a power plant.
  • attempts have been made to change the heat medium from synthetic oil to molten salt.
  • Changing the heat medium from synthetic oil to molten salt has the following advantages.
  • the capacity of the heat storage tank can be further reduced as compared with the conventional type.
  • the conventional type heat medium: synthetic oil
  • uses molten salt as a heat storage medium heat exchange between synthetic oil and molten salt was necessary. A heat exchanger becomes unnecessary, and the plant can be configured more simply.
  • the heat medium flow path for circulating the heat medium to the solar heat collecting apparatus circulates the heat medium by a pump.
  • the heat medium in the heat medium flow path may be discharged during maintenance.
  • the heat medium is circulated through the heat medium flow path by a pump.
  • the circulation of the heat medium is stopped.
  • a heat medium when a temperature that becomes a freezing point such as molten salt is considerably higher than the air temperature, the heat medium that has stopped flowing in the heat medium flow path is cooled and solidified in a relatively short period of time. there is a possibility. In this case, when the operation is resumed, the heat medium flow path is blocked with the solidified heat medium, and it is necessary to heat the heat medium flow path to melt the heat medium, and it takes time and cost to resume the operation. become.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and can quickly discharge the heat medium from the heat medium flow path in the case of stopping or maintenance of a pump that circulates the heat medium in the heat medium flow path of the solar heat collecting device.
  • Another object of the present invention is to provide a heat medium discharge device that can reduce the residual amount of the heat medium during discharge.
  • the heat medium discharge device of the present invention is a heat medium discharge device that discharges the heat medium from a heat medium flow path through which the heat medium flows to a solar heat collection device that heats the heat medium by solar heat. And
  • the discharged portion of the heat medium that is provided at the connection end of the heat medium flow path connected to the discharged portion of the heat medium flow path that is the discharge destination of the heat medium
  • With a gas backflow prevention part that directs the flow direction toward The heat medium flow path is provided with a height difference for allowing the heat medium to flow down from the highest position of the heat medium flow path to the highest position in the gas backflow prevention unit.
  • a vent part for taking in air from the outside of the heat medium flow path is provided at a high part.
  • the gas (air) in the discharged part is connected to the heat medium flow path at the connection part (the connection end of the heat medium flow path) of the container, storage tank, pipe, etc., which is the discharged part, and the heat medium flow path. After entering the end portion, it is possible to prevent back flow in the heat medium flow path ahead. In other words, when air flows into the part that falls after the connection end of the heat medium flow path, that is, the part where the height reaches a peak, air that is lighter than the heat medium can fall below that part. Therefore, it is possible to prevent the gas from flowing back through the heat medium flow path.
  • the flow of the heat medium in the heat medium flow path is hindered by the backflowed gas, and it is possible to prevent the discharge time of the heat medium from becoming long. Further, when air enters, the flow of the heat medium in the heat medium flow path is blocked, and the heat medium can be prevented from remaining in the heat medium flow path.
  • the heat medium discharge time can be shortened, and the amount of the heat medium remaining in the heat medium flow path at the time of discharge is reduced. Can do.
  • the heat medium having a high freezing point temperature is solidified in the heat medium flow path when the pump stops, and it takes cost and time to melt the heat medium when the solar heat collecting device is restarted. Can be prevented.
  • a heating medium having a relatively low boiling point temperature such as synthetic oil from overheating the boiling point.
  • the plurality of heat medium flow paths are connected to the discharged part, even when the discharged medium is normally filled with the heat medium, The air enters the discharged portion from the heat medium flow path where the discharge of the heat medium is completed before the other heat medium flow paths among the plurality of heat medium flow paths connected to the discharged portion, There is a possibility that air flows back into the heat medium flow path where the discharge is not completed. Also in this case, the backflow of air can be prevented by the gas backflow prevention unit.
  • the present invention it is possible to smoothly discharge the heat medium from the heat medium flow path for circulating the heat medium in the solar heat collecting apparatus, and it is possible to shorten the time for discharging the heat medium.
  • the residual amount of the heat medium in the heat medium flow path can be reduced.
  • FIG. 1 shows a schematic configuration of a solar heat collecting system including the heat medium discharging device 30 of the present embodiment.
  • the solar heat collection system shown in FIG. 1 includes a plurality of solar heat collection devices 1.
  • two solar heat collection devices 1 are illustrated, but actually, a large number (for example, 100 or more) of solar heat collection devices 1 are provided.
  • the solar heat collected by the solar heat collection system is sent to the power generation system via a heat medium to generate power.
  • These solar heat collection system and power generation system constitute a solar power generation plant.
  • the solar heat collecting apparatus 1 has a substantially U-shaped heat medium flow path 2, and the heat medium flow path 2 is heated by sunlight condensed by a condenser mirror 3, and thereby the heat medium flow
  • the temperature of the heat medium flowing through the passage 2 is increased to about 550 ° C., for example.
  • a molten salt made of a mixture of sodium nitrate and potassium nitrate is used as the heating medium.
  • FIG. 1 what is indicated by a small right triangle is a gradient symbol, and in accordance with this gradient symbol, the heat medium flow path 2 and an inclined pipe 5 described later are inclined with respect to the horizontal plane.
  • the heat medium flow path 2 of the solar heat collecting apparatus 1 is connected to the inclined pipe 5.
  • the inclined pipe 5 is configured in a loop shape, and the left end portion in FIG. 1 is higher than the right end portion. That is, the inclined pipe 5 is inclined to the lower right in FIG. 1 with respect to the horizontal plane.
  • the inclined pipe 5 has two inclined pipes 5a and 5b arranged in parallel, and one inclined pipe 5a and the other inclined pipe 5b are connected to each other at both ends by pipes 5c. Yes.
  • Two tanks 6 and 7 are connected to the inclined pipe 5. Each of the tanks 6 and 7 stores a heat medium.
  • the tank 6 stores a heat medium before being heated by the solar heat collecting apparatus 1, and the tank 7 is a heat medium after being heated by the solar heat collecting apparatus 1. It comes to store. Therefore, hereinafter, the tank 6 is referred to as a cold side tank 6 and the tank 7 is referred to as a hot side tank 7.
  • the cold side tank 6 and the inclined pipe 5a are connected by a connection pipe 10, and a heat medium is sent from the cold side tank 6 to the inclined pipe 5a by a pump (not shown) provided in the cold side tank 6. .
  • the heat medium sent to the inclined pipe 5a branches at the connection portion between the connecting pipe 10 and the inclined pipe 5a, part of which flows to the right along the gradient of the inclined pipe 5a, and the remaining part of the inclined pipe 5a. It flows to the left against the gradient of 5a.
  • the hot side tank 7 and the inclined pipe 5b are connected by a connection pipe 11, and the heat medium heated by the solar heat collecting device 1 is sent to the hot side tank 7 by the pressure of the pump. .
  • the connection pipe 11 branches off in the middle, and a heat medium can be fed into the cold side tank 6 as necessary. For example, since the heat medium cannot be heated by the solar heat collecting device 1 at night when the sun does not come out, in that case, the heat medium is sent only to the cold side tank 6 by the switching valve provided in the branch part. The heating medium that is not heated is prevented from being fed into the hot side tank 7.
  • one end of the heat medium flow path 2 of the solar heat collecting apparatus 1 is connected to the inclined pipe 5a, and the other end is connected to the inclined pipe 5b. Therefore, the heat medium flowing through the inclined pipe 5a during normal operation is a heat medium before being heated by the solar heat collecting apparatus 1, and the heat medium flowing through the inclined pipe 5b is a heat medium after being heated by the solar heat collecting apparatus 1. is there.
  • the heat medium flow path 2 of the solar heat collecting apparatus 1 the heat medium flows from the connection end 2a connected to the inclined pipe 5a to the connection end 2a connected to the inclined pipe 5b, and the heat medium is the solar heat collecting apparatus. 1 is being circulated.
  • vent part 15 which introduce
  • the vent portion 15 is constituted by, for example, a valve or the like, and air is introduced into the heat medium flow path 2 by opening the valve when the heat medium is discharged.
  • This valve may be an electromagnetic valve or a valve that can be manually opened and closed, but an electromagnetic valve that can be opened and closed manually to open the valve in the event of a power failure is preferred.
  • the drain container 16 is arrange
  • This drain container 16 Is connected to the inclined pipe 5.
  • the drain container 16 is connected to the pipe 5 c at the right end of the inclined pipe 5.
  • a valve 17 is provided at the center of the pipe 5c.
  • the pipe 5c on the side of the inclined pipe 5a and the drain container 16 are connected to the valve 17 by a pipe 18a.
  • the pipe 5c and the drain container 16 on the side of the inclined pipe 5b from the valve 17 are connected.
  • the valve 17 is normally closed.
  • a valve (not shown) is provided at a connection portion between the pipe 18b and the pipe 5c. By opening this valve, the heat medium flowing through the inclined pipe 5b can be received in the drain container 16 via the pipe 5c and the pipe 18b.
  • the heat medium flowing through the inclined pipe 5a is always sent to the drain container 16 through the pipes 5c and 18a.
  • a pump 20 is provided for sending the heat medium from the drain container 16 to the cold side tank 6.
  • a drain pipe 21 is connected to the drain container 16, and a pump 20 is provided in the middle of the drain pipe 21.
  • a discharge pipe 22 is provided between the inclined pipes 5a and 5b in parallel with the inclined pipes 5a and 5b, and one end of the discharge pipe 22 is bent toward the cold side tank 6, and the cold side tank 6 is connected. The other end of the discharge pipe 22 is connected to the discharge pipe 21. Therefore, the heat medium received in the drain container 16 is sent to the cold side tank 6 by the pump 20 via the discharge pipes 21 and 22 and stored in the cold side tank 6.
  • a heat medium discharge device (gas backflow prevention device) 30 is provided at a pair of connection end portions 2a connected to the inclined pipe 5a and the inclined pipe 5b of the heat medium flow path 2, respectively.
  • the heat medium discharge device 30 includes a gas backflow prevention unit 31 provided at the connection end 2 a of the heat medium flow path 2.
  • the gas backflow prevention unit 31 is formed by bending a tubular body serving as the heat medium flow path 2 into a substantially inverted U shape, and heat toward the inclined pipe 5 serving as a discharge destination for discharging the heat medium from the heat medium flow path 2.
  • the structure is such that the flow direction of the medium is directed upward and then directed downward. That is, the gas backflow prevention unit 31 has a structure having a maximum height.
  • the heat medium discharge device 30 is provided on the upstream side in the flow direction of the gas backflow prevention unit 31 bent in a substantially inverted U shape, and as a part of the heat medium flow path 2, A long descending portion 32 having a steep slope with a large difference in height along the flow direction is provided.
  • the long descending portion 32 may be substantially along the vertical direction.
  • the height difference in the long descending portion 32 is larger than the height difference in the gas backflow prevention portion 31. Further, the height of the upper end portion of the long descending portion 32 is higher than the highest position of the gas backflow prevention portion 31.
  • the heat medium flow path 2 on the upstream side of the long drop part 32 is provided at the upper end of the long descending portion 32. Is basically inclined downward from the vent portion 15 toward the long descending portion 32.
  • the heat medium is disposed on the inclined pipe 5 side. Is flowable.
  • a maximum portion 34 where the height value is maximum at the connection end 2a on the inclined pipe 5 side, and the opposite side of the inclined portion 5 of the maximum portion 34.
  • a minimum portion 35 having a minimum height value.
  • a descending part 36 that goes down to the inclined pipe 5 side is provided between the maximum part 34 and the inclined pipe 5
  • a rising part 37 that goes up to the inclined pipe 5 side is provided between the maximum part 34 and the minimum part 35.
  • the long descending portion 32 described above is provided on the opposite side to the inclined pipe 5 of the minimal portion 35.
  • a drain valve 41 is provided in the minimal portion 35, and a drain receiver 42 that prevents the drain from flowing out is provided below the drain port of the drain valve 41.
  • the drain valve 41 may cause the heat medium to remain in the local minimum portion 35 of the heat medium flow path 2 and the vicinity thereof, and to discharge the remaining heat medium. belongs to.
  • the drain valve 41 is normally closed during normal operation.
  • the maximum part 34 is provided with a separation valve 43.
  • the separation valve 43 is a valve that separates the inclined pipe 5 that supplies the heat medium to each solar heat collecting apparatus 1 and collects the heat medium from the heat medium flow path 2 of the solar heat collecting apparatus 1. Closed at the time of failure, breakage or maintenance, the inclined pipe 5 and the heat medium passage 2 are shut off, and the heat medium is prevented from flowing into the heat medium passage 2 from the inclined pipe 5.
  • the separation valve 43 is normally open during normal operation.
  • the height of the maximum portion 34 is higher than the connection position of the heat medium flow path 2 of the inclined pipe 5 and the minimum portion 35 and lower than the upper end of the long descending portion 32.
  • the minimum portion 35 is higher than the connection position of the heat medium flow path 2 of the inclined pipe 5 and lower than the maximum portion 34.
  • fall part 32 is made the same.
  • the heat medium is sent from the cold side tank 6 to the inclined pipe 5a by the pump (not shown), and each of the inclined pipes 5a
  • the heat medium is fed into the heat medium flow path 2 of the solar heat collecting apparatus 1, and the heat medium heated by sunlight is stored in the hot side tank 7 from the inclined pipe 5 b through the connection pipe 11.
  • the heat medium stored in the hot-side tank 7 is sent to the power generation system through a pipe (not shown) and is generated by the turbine.
  • the heat medium used for power generation and having a low temperature is returned to the cold side tank 6 by a pipe (not shown), and the heat medium is again sent from the cold side tank 6 to the inclined pipe 5b by a pump (not shown).
  • the heating medium is heated by the solar heat collecting apparatus 1, and the heated heating medium is stored in the hot side tank 7.
  • the heat medium can be stably supplied to the power generation system. That is, the heat medium stored in the hot side tank 7 is sent to the heat exchanger of the power generation system to heat the water into steam and rotate the turbine of the power generation system to generate electric power. .
  • the heat medium which has been used to generate steam in the power generation system and whose temperature has dropped, is returned to the cold side tank 6.
  • a part of the heat medium flowing through the inclined pipe 5a is sent to the drain container 16 through the pipes 5c and 18a, and sent from the drain container 16 to the cold side tank 6 through the discharge pipes 21 and 22 by the pump 20. And stored in the cold tank 6.
  • the heat medium is discharged from the heat medium flow path 2 as follows. First, the vent portion 15 provided at the highest position of the heat medium flow path 2 of each solar heat collecting device 1 is opened to introduce air into the heat medium flow path 2 and provided at the connection portion between the pipe 18b and the pipe 5c. Open the specified valve.
  • the heat medium flows into the inclined pipes 5 (5a, 5b) from the heat medium flow path 2 of each solar heat collecting apparatus 1 by gravity, and further, this heat medium flows through the inclined pipes 5 (5a, 5b) by gravity, so that the pipes It is received in the drain vessel 16 via 18a and 18b.
  • the heat medium received in the drain container 16 is sent out to the cold side tank 6 through the discharge pipes 21 and 22 by the pump 20 and stored in the cold side tank 6. Therefore, the heat medium discharged from the plurality of solar heat collecting apparatuses 1 can be discharged from the solar heat collecting apparatus 1 by gravity without installing the cold side tank 6 at a position lower than the solar heat collecting apparatus 1.
  • the heat medium flowing through the inclined pipe 5 and the heat medium flow path 2 is maintained at a temperature at which it does not solidify, and the drain container 16 has a temperature at which the heat medium received in the drain container 16 does not solidify. It is kept warm. That is, the flow rate is determined so that the heat medium does not solidify in consideration of the amount of heat released from the inclined pipe 5 and the heat medium flow path 2, and the cold side tank 6, the hot side tank 7, and the drain container 16 are kept warm. Is done. Therefore, the heat medium can be received by the drain container 16 by gravity from the heat medium flow path 2 of the solar heat collecting apparatus 1 without solidifying the heat medium, and the heat medium is sent from the drain container 16 to the cold side tank 6. Thus, the cold side tank 6 can be stored without being solidified.
  • the plurality of solar heat collecting devices 1 are connected to the inclined pipe 5 as described above.
  • the discharge of the heat medium is ended by each solar heat collecting device 1. Will be different times. That is, the timing of the end of the heat medium discharge of each solar heat collection device 1 depends on factors such as the position of the heat medium flow channel 2, the length of the heat medium flow channel 2, and the angle of the gradient depending on each solar heat collection device 1. Will be different.
  • the portion of the inclined pipe 5 to which the heat medium flow path 2 is connected is in a state where the heat medium is filled during normal operation, and the inclined pipe is connected from the connection end 2a on the inclined pipe 5a side of the heat medium flow path 2 by a pump.
  • the heat medium is made to flow through the connection end 2a on the 5b side. Therefore, in normal times, air does not flow into the heat medium flow path 2 side, but when the heat medium is discharged as described above, the inclined pipe is provided from the heat medium flow path 2 of the solar heat collecting apparatus 1 that has previously discharged the heat medium. There is a risk that air will flow into 5.
  • air may flow from the inclined pipe 5 side into the heat medium flow path 2 of the solar heat collecting apparatus 1 where the discharge of the heat medium has not yet been completed.
  • the entire heat medium flow path 2 is inclined downward from the position of the vent portion 15 of the heat medium flow path 2 to each of the pair of connection end portions 2a, when air flows backward to the heat medium flow path 2,
  • the flow rate of the heat medium when the heat medium is discharged becomes slow, and it may take time to discharge the heat medium.
  • the gas backflow prevention unit 31 is provided at the connection end 2a connected to the inclined pipe 5 of the heat medium flow path 2, and the backflow of air is prevented.
  • the gas backflow prevention part 31 has a part that slopes downward after inclining toward the discharge direction of the heat medium, and a part where the upward and downward are converted is the maximum part 34.
  • the air that flows backward from the inclined pipe 5 to the heat medium flow path 2 reaches the maximum portion 34 and does not flow back to the upstream side of the heat medium flow path 2 unless it moves downward. Cannot move to the upstream side from the vicinity of the maximum portion 34.
  • the heat medium can be discharged smoothly and the heat medium can be prevented from remaining in the heat medium flow path 2. it can.
  • a long descending portion 32 is provided on the upstream side of the gas backflow prevention portion 31, and the long descending portion 32 has a height difference larger than the height difference of the heat medium flow path 2 in the gas backflow prevention portion 31.
  • the heat medium may be another molten salt, other liquid metal, an aqueous solution, or the like. It may also be oil or oil.

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Abstract

太陽熱収集装置の熱媒流路に熱媒を循環させるポンプの停止やメンテナンスなどの場合に熱媒を速やかに熱媒流路から排出できるとともに排出時の熱媒の残留量を低減できる熱媒排出装置を提供する。熱媒排出装置は、太陽熱収集装置（１）に熱媒を流す熱媒流路（２）の熱媒の排出先となる傾斜配管（５）に接続され接続端部（２ａ）に設けられている。熱媒排出時の熱媒の傾斜配管（５）に向かう流動方向を上方に向かわせた後に下方に向かわせる気体逆流防止部（３１）を備えている。気体逆流防止部（３１）は、熱媒排出時に傾斜配管（５）から気体が熱媒流路（２）内を上述の流動方向に対して逆流するのを防止する。

Description

熱媒排出装置
　本発明は、熱媒が循環する熱媒流路を備える太陽熱収集装置の当該熱媒流路から熱媒を排出させるための熱媒排出装置に関する。
　再生可能エネルギーを利用した効率的な電力安定供給を実現するためのシステムの一例として、太陽熱を利用した発電プラントが挙げられる（例えば特許文献１および２参照）。
　この太陽熱を利用した発電プラントでは、太陽熱を太陽熱収集装置で集め、この集めた熱を、熱媒を介して熱交換器に送り、この送った熱により水を蒸気に変化させ、この蒸気によりタービンを駆動させて発電を行うようになっている。
　太陽熱収集装置で集めた熱は、熱媒を介して蓄熱装置により蓄熱することができ、この蓄熱した熱を、夜間といった太陽光を収集できないない時間帯に再び熱媒を通じて熱交換器に送ることにより、発電を行うことができる。このため、電力を安定的に供給することが可能となる。
　このような発電プラントで使用される熱媒としては、一般的に合成オイルが使用されるが、近年において、熱媒を合成オイルから溶融塩に変更する試みがなされている。
　熱媒を合成オイルから溶融塩に変更することで以下のような利点がある。
　まず、従来型より高温のスチームを供給することができ、これによって、発電効率の上昇と発電コストの削減が期待できる。また、従来型と比べ、溶融塩を熱媒として使用したシステムでは蓄熱タンクの容量をより小さくすることができる。さらに、従来型（熱媒：合成オイル）は、蓄熱媒体として溶融塩を使用しているため、合成オイルと溶融塩の熱交換が必要であったが、全システムを溶融塩のみで動かすことにより熱交換器が不要となり、プラントをよりシンプルに構成することができるようになる。
米国特許出願公開第２０１０／４３７７６号明細書 特開２０１４－３１７８７号公報
　ところで、太陽熱収集装置に熱媒を循環させる熱媒流路は、ポンプにより熱媒を循環させているが、例えば、メンテナンス時などに、熱媒流路内の熱媒を排出する場合がある。また、熱媒はポンプにより熱媒流路を循環させられているが、停電や事故等により電源断となったり、ポンプが故障したりすると熱媒の循環が停止することになる。ここで、熱媒として、溶融塩等の凝固点となる温度が気温よりかなり高いものを用いている場合に、熱媒流路で流れなくなった熱媒が比較的短期間で冷えて固化してしまう可能性がある。この場合に、運転再開時に熱媒流路が固化した熱媒で塞がれた状態となり、熱媒流路を加熱して熱媒を溶融させる必要が生じ、運転再開に時間とコストがかかることになる。
　また、例えば、沸点の低い熱媒等において、昼間の晴天時に熱媒の循環が停止すると、太陽熱収集装置内にある熱媒が流れない状態で加熱されることになり、熱媒の温度がその沸点を越えて高くなり過ぎる虞がある。
　したがって、何等かの理由で、熱媒を循環させるためのポンプが停止するとともにポンプを再稼働できない場合に、熱媒流路から熱媒を排出することが好ましい。また、排出に際しては、排出にかかる時間が短いことが好ましい。また、熱媒流路内に残留してしまう熱媒が少ないことが好ましい。
　本発明は、上記事情に鑑みて為されたもので、太陽熱収集装置の熱媒流路に熱媒を循環させるポンプの停止やメンテナンスなどの場合に熱媒を速やかに熱媒流路から排出できるとともに排出時の熱媒の残留量を低減できる熱媒排出装置を提供することを目的とする。
　前記課題を解決するために、本発明の熱媒排出装置は、太陽熱により熱媒を加熱する太陽熱収集装置に前記熱媒を流す熱媒流路から前記熱媒を排出させる熱媒排出装置であって、
　前記熱媒流路の前記熱媒の排出先となる被排出部に接続される前記熱媒流路の接続端部に設けられ、かつ、前記熱媒排出時の前記熱媒の前記被排出部に向かう流動方向を上方に向かわせた後に下方に向かわせる気体逆流防止部を備え、
　前記熱媒流路には、当該熱媒流路の最も高い位置から前記気体逆流防止部で最も高い位置まで、前記熱媒を流下させるための高低差が設けられ、前記熱媒流路の最も高い部分に前記熱媒流路の外部から空気を取り入れるためのベント部が設けられていることを特徴とする。
　このような構成によれば、熱媒流路の最も高い位置から熱媒流路接続部の気体逆流防止部の最も高い位置まで、熱媒を流下させるための高低差があるので、気体逆流防止部の高い部分に空気が溜まっても、熱媒は、この高低差に基づいて、被排出部に流下することになる。
　例えば、被排出部である容器、貯槽、配管等と熱媒流路との接続部分（熱媒流路の接続端部）において、被排出部内にある気体（空気）が熱媒流路の接続端部に入り込んだ後に、その先の熱媒流路内を逆流するのを防止することができる。すなわち、熱媒流路の接続端部の上った後に下る部分、すなわち高さがピークとなる部分に空気が流入した場合に、熱媒より軽い空気がその部分より下に下降することができず、気体が熱媒流路を逆流するのを防止できる。したがって、逆流した気体により、熱媒流路内の熱媒の流れが妨げられ、熱媒の排出時間が長くなるのを防止できる。また、空気が入り込むことにより、熱媒流路内の熱媒の流れが阻止され、熱媒流路内に熱媒が残留するのを抑止できる。
　このような熱媒流路において、熱媒流路の前記高低差の範囲内に、熱媒排出時の熱媒の流動方向に熱媒が上昇する経路、例えば、上り勾配があっても、気体が入り込まなければ円滑に熱媒を被排出部側に流出させることができる。
　したがって、熱媒流路から熱媒を排出させる際に、円滑に熱媒が排出され、熱媒の排出時間を短くできるとともに、排出時に熱媒流路に残留する熱媒の量を減少させることができる。これにより、凝固点温度が高い熱媒が、ポンプが止まった際に、熱媒流路内で固化し、太陽熱収集装置の再始動の際に、熱媒を溶融するのにコストと時間がかかるのを防止できる。また、合成オイル等の比較的沸点温度の低い熱媒が沸点を越えて過熱されるのを防止できる。
　本発明の上記構成において、前記被排出部には、複数の前記太陽熱収集装置が接続されていることが好ましい。
　このような構成によれば、被排出部に複数の熱媒流路が接続されているので、通常時は、被排出部に熱媒が満たされている状況であっても、熱媒排出時、被排出部に接続された複数の熱媒流路のうちの他の熱媒流路より先に熱媒の排出が終了した熱媒流路から被排出部に空気が入り込み、未だ熱媒の排出が終了していない熱媒流路に空気が逆流する虞がある。この場合も、気体逆流防止部により空気の逆流を防止することができる。
　本発明によれば、太陽熱収集装置に熱媒を循環させる熱媒流路から、円滑に熱媒を排出することが可能になり、熱媒の排出時間の短縮を図ることが可能である。また、熱媒流路からの熱媒の排出時に、熱媒流路内の熱媒の残留量の低減を図ることができる。
本発明の実施の形態に係る熱媒排出装置を備える太陽熱取集システムを示す概略図である。 同、熱媒排出装置を示す概略図である。
　以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
　図１は、本実施の形態の熱媒排出装置３０を備える太陽熱収集システムの概略構成を示すものである。図１に示す太陽熱収集システムは、複数の太陽熱収集装置１を備えている。なお、図１では太陽熱収集装置１を２つ記載しているが、実際には太陽熱収集装置１は多数（例えば１００台以上）設けられている。なお、太陽熱収集システムで収集された太陽熱は、熱媒を介して発電システムに送られて発電が行われる。これら太陽熱収集システムと発電システムとから太陽熱発電プラントが構成される。
　太陽熱収集装置１は、略Ｕ形の熱媒流路２を有しており、この熱媒流路２は、集光鏡３で集光された太陽光によって加熱され、これによって、熱媒流路２を流れる熱媒の温度が例えば５５０℃程度まで上昇するようになっている。
　なお、本実施の形態では熱媒としては、硝酸ナトリウムと硝酸カリウムとの混合物からなる溶融塩が使用されている。
　また、図１において、小さな直角三角形で示すものは勾配記号であり、この勾配記号にしたがって、熱媒流路２および後述する傾斜配管５が水平面に対して傾斜している。
　太陽熱収集装置１の熱媒流路２は傾斜配管５に接続されている。傾斜配管５はループ状に構成されており、図１において左端部が右端部より高くなっている。つまり、傾斜配管５は水平面に対して図１において右下がりに傾斜している。また、傾斜配管５は、平行に配置された２本の傾斜配管５ａ，５ｂを有しており、一方の傾斜配管５ａと他方の傾斜配管５ｂとはその両端部においてそれぞれ配管５ｃよって接続されている。
　傾斜配管５には２つのタンク６，７が接続されている。タンク６，７はそれぞれ熱媒を貯留するものであり、タンク６は太陽熱収集装置１によって加熱される前の熱媒を貯留し、タンク７は太陽熱収集装置１によって加熱された後の熱媒を貯留するようになっている。したがって、以下ではタンク６をコールド側タンク６と称し、タンク７をホット側タンク７と称する。
　コールド側タンク６と傾斜配管５ａとは接続配管１０によって接続されており、コールド側タンク６に設けられた図示しないポンプによって、コールド側タンク６から傾斜配管５ａに熱媒を送り込むようになっている。傾斜配管５ａに送り込まれた熱媒は、接続配管１０と傾斜配管５ａとの接続部において分岐して、その一部が傾斜配管５ａの勾配に沿って右側に流れ、残りの一部が傾斜配管５ａの勾配に逆らって左側に流れるようになっている。
　また、ホット側タンク７と傾斜配管５ｂとは接続配管１１によって接続されており、太陽熱収集装置１によって加熱された後の熱媒を前記ポンプの圧力によってホット側タンク７に送り込むようになっている。なお、接続配管１１は途中で分岐して、コールド側タンク６にも必要に応じて熱媒を送り込むことが可能となっている。例えば、太陽が出ていない夜間等は太陽熱収集装置１にて熱媒を加熱できないので、その場合、前記分岐部に設けられた切替弁によって、熱媒をコールド側タンク６にのみ送り込むようにして、加熱されていない熱媒がホット側タンク７に送り込まれるのを防止する。
　また、太陽熱収集装置１の熱媒流路２の一方の端部は傾斜配管５ａに接続されており、他方の端部は傾斜配管５ｂに接続されている。したがって、通常の運転時に傾斜配管５ａを流れる熱媒は太陽熱収集装置１によって加熱される前の熱媒であり、傾斜配管５ｂを流れる熱媒は太陽熱収集装置１によって加熱された後の熱媒である。太陽熱収集装置１の熱媒流路２では、傾斜配管５ａに接続された接続端部２ａから傾斜配管５ｂに接続される接続端部２ａに熱媒が流れることになり、熱媒が太陽熱収集装置１を循環している状態となる。
　また、各太陽熱収集装置１の熱媒流路２の最高位置（高さ方向の最高位置）には、熱媒の排出時に熱媒流路２に空気を導入するベント部１５が設けられている。このベント部１５は例えば弁等によって構成されており、熱媒の排出時に弁を開放することによって、熱媒流路２に空気を導入するようになっている。なお、この弁は電磁弁でもよいし、手動で開閉可能な弁でもよいが、停電時に弁を開放させるために手動でも開閉できるような電磁弁が好ましい。
　また、複数の太陽熱収集装置１のうち最も低い位置に配置されている太陽熱収集装置１の熱媒流路２が接続された位置より低い位置にドレイン容器１６が配置されており、このドレイン容器１６は傾斜配管５に接続されている。具体的には、傾斜配管５の右側端部の配管５ｃにドレイン容器１６が接続されている。
　配管５ｃの中央部には弁１７が設けられ、この弁１７より傾斜配管５ａ側の配管５ｃとドレイン容器１６とが配管１８ａによって接続され、弁１７より傾斜配管５ｂ側の配管５ｃとドレイン容器１６とが配管１８ｂによって接続されている。なお、この弁１７は通常は閉じた状態となっている。
　また、配管１８ｂと配管５ｃとの接続部には、図示しない弁が設けられている。そして、この弁を開放することによって、傾斜配管５ｂを流れる熱媒を配管５ｃ、配管１８ｂを介してドレイン容器１６に受け入れることができるようになっている。
　また、傾斜配管５ａを流れる熱媒は配管５ｃ，１８ａによって常にドレイン容器１６に送り込まれるようになっている。
　また、ドレイン容器１６から熱媒をコールド側タンク６に送り出すポンプ２０を備えている。ドレイン容器１６には排出管２１が接続されており、この排出管２１の途中にポンプ２０が設けられている。
　一方、傾斜配管５ａ，５ｂの間に排出管２２が傾斜配管５ａ，５ｂと平行に設けられ、この排出管２２の一方の端部はコールド側タンク６に向けて折曲され、当該コールド側タンク６に接続されている。また、排出管２２の他方の端部は排出管２１と接続されている。
　したがって、ドレイン容器１６に受け入れられた熱媒は、ポンプ２０によって排出管２１，２２を介してコールド側タンク６に送り出され、当該コールド側タンク６に貯留されるようになっている。
　前記熱媒流路２の傾斜配管５ａおよび傾斜配管５ｂにそれぞれ接続される一対の接続端部２ａには、熱媒排出装置（気体逆流防止装置）３０が設けられている。図２に示すように、熱媒排出装置３０は、熱媒流路２の接続端部２ａに設けられる気体逆流防止部３１を備えるものである。
　気体逆流防止部３１は、熱媒流路２となる管体を略逆Ｕ字状に曲げたものであり、熱媒流路２から熱媒を排出する排出先となる傾斜配管５に向かう熱媒の流動方向を上方に向かわせた後に下方に向かわせる構造となっている。すなわち、気体逆流防止部３１は、極大となる高さを有する構造となっている。また、熱媒排出装置３０は、略逆Ｕ字状に曲がった気体逆流防止部３１の上述の流動方向の上流側に設けられるとともに、熱媒流路２の一部として、熱媒排出時の流動方向に沿って下りの高低差の大きな急勾配となった長下降部３２が設けられている。長下降部３２は、略鉛直方向に沿うものであってもよい。
　この長下降部３２における高低差は、気体逆流防止部３１における高低差よりも大きくなっている。また、長下降部３２の上端部の高さは、気体逆流防止部３１の最も高い位置より高くなっている。また、長下降部３２の上端部には、熱媒流路２が熱媒排出時の熱媒の流動方向の上流側に続いているが、長下降部３２より上流側の熱媒流路２は、基本的にベント部１５から長下降部３２に向かって下り傾斜した状態となっている。なお、長下降部３２より上流側の熱媒流路２の一部に、熱媒排出時の熱媒の流動方向に対して上り勾配となる部分があっても、熱媒を傾斜配管５側に流動可能である。
　また、気体逆流防止部３１の形状をより詳細に説明すると、傾斜配管５側に接続端部２ａで高さの値が極大となる極大部３４と、この極大部３４の傾斜配管５の反対側で高さの値が極小となる極小部３５とを備えている。また、極大部３４と傾斜配管５との間に傾斜配管５側に下る下降部３６が設けられ、極大部３４と極小部３５との間に、傾斜配管５側に上る上昇部３７が設けられている。また、極小部３５の傾斜配管５の反対側に上述の長下降部３２が設けられている。
　熱媒流路２に被排出先となる傾斜配管５から空気（気体）が流入した場合に、傾斜配管５から極大部３４まで空気が流入するが、熱媒流路２内に熱媒がある状態で、熱媒より軽い空気は、熱媒の中を通って極小部３５側に下降することができず、極大部３４とその近傍に空気がトラップされた状態となる。
　また、極小部３５には、ドレイン弁４１が設けられ、ドレイン弁４１のドレイン口の下に、ドレインの流出を防止するドレイン受け４２が設けられている。ドレイン弁４１は、例えば、後述のように熱媒を排出した場合に、熱媒流路２の極小部３５とその近傍に熱媒が残留する虞があり、この残留した熱媒を排出するためのものである。ドレイン弁４１は、通常運転時には、常時閉となっている。
　極大部３４には、分離弁４３が設けられている。分離弁４３は、各太陽熱収集装置１に熱媒を供給するとともに熱媒を回収する傾斜配管５と、太陽熱収集装置１の熱媒流路２とを分離する弁であり、太陽熱収集装置１の故障時や破損時やメンテナンス時に、閉められて、傾斜配管５と熱媒流路２とを遮断し、傾斜配管５から熱媒が熱媒流路２に流入するのを阻止する。分離弁４３は、通常運転時に常時開となっている。
　極大部３４の高さは、傾斜配管５の熱媒流路２の接続位置と、極小部３５より高く、長下降部３２の上端より低くされている。極小部３５は、傾斜配管５の熱媒流路２の接続位置より高く、極大部３４より低くされている。また、極小部３５と、長下降部３２の下端の高さ位置が同じにされている。
　このような構成の熱媒排出装置３０を備えた太陽熱収集システムでは、通常の運転時には、コールド側タンク６から前記図示しないポンプによって、熱媒が傾斜配管５ａに送り込まれ、この傾斜配管５ａから各太陽熱収集装置１の熱媒流路２に熱媒が送り込まれ、太陽光によって加熱された熱媒が傾斜配管５ｂから接続配管１１を通ってホット側タンク７に貯留される。このホット側タンク７に貯留された熱媒が図示しない配管によって発電システムに送り込まれ、タービンによって発電する。発電に使用されて温度が低くなった熱媒は図示しない配管によってコールド側タンク６に戻され、再びコールド側タンク６から図示しないポンプによって、熱媒が傾斜配管５ｂに送り込まれて、前記と同様にして太陽熱収集装置１で熱媒が加熱され、この加熱された熱媒がホット側タンク７に貯留される。
　このような工程を行うことによって、熱媒を発電システムに安定的に供給することが可能となる。すなわち、ホット側タンク７に貯留された熱媒は、発電システムの熱交換器に送られて、水を加熱して蒸気とし、発電システムのタービンを回転させて電力を発生するようになっている。発電システムで蒸気を発生させるのに使用されて温度が低下した熱媒はコールド側タンク６に戻される。
　また、傾斜配管５ａを流れる熱媒の一部は配管５ｃ、１８ａを介してドレイン容器１６に送り込まれるとともに、このドレイン容器１６からポンプ２０によって排出管２１，２２を介してコールド側タンク６に送り出され、当該コールド側タンク６に貯留される。
　一方、例えばメンテナンス時や停電等によって熱媒流路２を流れる熱媒に温度低下が生じて固化する虞がある場合、熱媒流路２から熱媒を以下のようにして排出する。
　まず、各太陽熱収集装置１の熱媒流路２の最高位置に設けられたベント部１５を開放して熱媒流路２に空気を導入するとともに、配管１８ｂと配管５ｃとの接続部に設けられた弁を開放する。
　すると、各太陽熱収集装置１の熱媒流路２から傾斜配管５（５ａ，５ｂ）に熱媒が重力によって流れ込み、さらにこの熱媒が重力によって傾斜配管５（５ａ，５ｂ）を流れて、配管１８ａ，１８ｂを介してドレイン容器１６に受け入れられる。
　ドレイン容器１６に受け入れられた熱媒はポンプ２０によってコールド側タンク６に排出管２１，２２を介して送り出され、当該コールド側タンク６に貯留される。
　したがって、複数の太陽熱収集装置１から排出される熱媒を、コールド側タンク６を太陽熱収集装置１より低い位置に設置することなく、太陽熱収集装置１から熱媒を重力によって排出できる。
　また、傾斜配管５および熱媒流路２を流れる熱媒は、それが固化しないような温度に保持されるとともに、ドレイン容器１６内は、当該ドレイン容器１６内に受け入れた熱媒が固化しない温度に保温されている。つまり、傾斜配管５および熱媒流路２からの放熱量を考慮して熱媒が固化しないように、その流量が決定されるとともに、コールド側タンク６、ホット側タンク７およびドレイン容器１６が保温される。
　したがって、熱媒を固化させることなく、太陽熱収集装置１の熱媒流路２から熱媒を重力によってドレイン容器１６に受け入れることができるとともに、当該ドレイン容器１６からコールド側タンク６に熱媒を送り出して、当該コールド側タンク６で固化されることなく貯留できる。
　ここで、傾斜配管５には、上述のように複数の太陽熱収集装置１が接続されており、上述のように、熱媒を排出する場合に、各太陽熱収集装置１によって、熱媒の排出終了となる時間が異なることになる。すなわち、各太陽熱収集装置１によって、熱媒流路２の位置や、熱媒流路２の長さや、勾配の角度が異なるなどの要因により、各太陽熱収集装置１の熱媒排出終了のタイミングが異なることになる。傾斜配管５の熱媒流路２が接続される部分は、通常運転時には熱媒が満たされた状態であるとともに、ポンプにより熱媒流路２の傾斜配管５ａ側の接続端部２ａから傾斜配管５ｂ側の接続端部２ａに熱媒が流された状態となっている。したがって、通常時には、空気が熱媒流路２側に流入することはないが、上述のように熱媒排出時に、先に熱媒を排出した太陽熱収集装置１の熱媒流路２から傾斜配管５に空気が流入してしまう虞がある。
　この場合に、未だ、熱媒の排出が終了していない太陽熱収集装置１の熱媒流路２に傾斜配管５側から空気が流入する虞がある。熱媒流路２のベント部１５の位置から一対の接続端部２ａのそれぞれに対して、熱媒流路２全体が下り傾斜した状態では、熱媒流路２に空気が逆流した場合に、熱媒排出時の熱媒の流速が遅くなり、熱媒の排出に時間がかかる虞がある。また、熱媒流路２のベント部１５から各接続端部２ａまでの経路の一部に熱媒の排出方向に上り傾斜している部分があると、その部分に空気が流入した際に、その部分で熱媒の流れが止まり、それより熱媒の排出時の上流側に熱媒が残留する虞がある。
　本実施の形態では、熱媒流路２の傾斜配管５に接続される接続端部２ａに、気体逆流防止部３１があり、空気の逆流が防止される。すなわち、気体逆流防止部３１には、熱媒の排出方向に向かって、上り傾斜した後に下り傾斜する部分があり、上りと下りが変換する部分が極大部３４となっている。傾斜配管５から熱媒流路２に逆流する空気は、極大部３４に至った後に、下方に移動しないと熱媒流路２の上流側に逆流できないが、空気は、熱媒より軽いため下方に移動できず、極大部３４近傍より上流側に移動できない。
　したがって、熱媒流路２の気体逆流防止部３１を超えて空気が逆流しないことにより、熱媒の排出を円滑にできるとともに、熱媒が熱媒流路２に残留するのを防止することができる。
　また、気体逆流防止部３１の上流側に長下降部３２が設けられており、この長下降部３２は、気体逆流防止部３１における熱媒流路２の高低差より大きな高低差を有し、この大きな高低差部分に熱媒を流下させることにより、気体逆流防止部３１を超えるように熱媒の排出を促すことができる。
　なお、上述の実施の形態では、熱媒として硝酸ナトリウムと硝酸カリウムとの混合物からなる溶融塩を使用した場合を例にとって説明したが、熱媒は他の溶融塩やその他の液体金属や水溶液等であってもよいし、さらにオイル等であってもよい。
１　　太陽熱収集装置
２　　熱媒流路
２ａ　接続端部
５　　傾斜配管（被排出部）
１５　ベント部
３０　熱媒排出装置
３１　気体逆流防止部

Claims (2)

  1. 　太陽熱により熱媒を加熱する太陽熱収集装置に前記熱媒を流す熱媒流路から前記熱媒を排出させる熱媒排出装置であって、
    　前記熱媒流路の前記熱媒の排出先となる被排出部に接続される前記熱媒流路の接続端部に設けられ、かつ、前記熱媒排出時の前記熱媒の前記被排出部に向かう流動方向を上方に向かわせた後に下方に向かわせる気体逆流防止部を備え、
    　前記熱媒流路には、当該熱媒流路の最も高い位置から前記気体逆流防止部で最も高い位置まで、前記熱媒を流下させるための高低差が設けられ、前記熱媒流路の最も高い部分に前記熱媒流路の外部から空気を取り入れるためのベント部が設けられていることを特徴とする熱媒排出装置。
  2. 　前記被排出部には、複数の前記太陽熱収集装置が接続されていること特徴とする請求項１に記載の熱媒排出装置。
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