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公開番号2024130149
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-09-30
出願番号2023039699
出願日2023-03-14
発明の名称蓄熱システム
出願人株式会社東芝,東芝エネルギーシステムズ株式会社
代理人個人,個人,個人
主分類F28D 20/00 20060101AFI20240920BHJP(熱交換一般)
要約【課題】分割蓄熱槽を用いた蓄熱や放熱を好適に実施可能な蓄熱システムを提供する。例えば、蓄熱運転時及び放熱運転時の空気の圧力損失の小さい蓄熱システムを提供する。
【解決手段】一の実施形態によれば、蓄熱システムは、互いに直列に接続された第1～第N蓄熱槽(Nは2以上の整数)を具備する。前記システムは更に、前記第1～第N蓄熱槽に熱搬送流体を供給する流体流路であって、前記第1～第N蓄熱槽の内の1つ以上の蓄熱槽をバイパスするように前記熱搬送流体を流通させるバイパス流路を含む流体流路を具備する。前記システムは更に、前記流体流路に設けられた1つ以上の弁を具備する。前記1つ以上の弁は、前記第1～第N蓄熱槽の内の任意の第K蓄熱槽(Kは1～Nの内の任意の整数)に関し、前記第K蓄熱槽に前記熱搬送流体を供給するか、前記第K蓄熱槽をバイパスするように前記熱搬送流体を流通させるかを切替可能なように設けられている。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
互いに直列に接続された第１～第Ｎ蓄熱槽（Ｎは２以上の整数）と、
前記第１～第Ｎ蓄熱槽に熱搬送流体を供給する流体流路であって、前記第１～第Ｎ蓄熱槽の内の１つ以上の蓄熱槽をバイパスするように前記熱搬送流体を流通させるバイパス流路を含む流体流路と、
前記流体流路に設けられた１つ以上の弁とを具備し、
前記１つ以上の弁は、前記第１～第Ｎ蓄熱槽の内の任意の第Ｋ蓄熱槽（Ｋは１～Ｎの内の任意の整数）に関し、前記第Ｋ蓄熱槽に前記熱搬送流体を供給するか、前記第Ｋ蓄熱槽をバイパスするように前記熱搬送流体を流通させるかを切替可能なように設けられている事を特徴とする蓄熱システム。
続きを表示（約 1,900 文字）【請求項２】
前記１つ以上の弁の開閉を制御する制御部を更に具備する事を特徴とする、請求項1に記載の蓄熱システム。
【請求項３】
前記制御部は、前記１つ以上の弁の開閉を制御する事で、前記第Ｋ蓄熱槽に前記熱搬送流体を供給するか、前記第Ｋ蓄熱槽をバイパスするように前記熱搬送流体を流通させるかを切り替える事を特徴とする、請求項２に記載の蓄熱システム。
【請求項４】
前記１つ以上の弁は、蓄熱運転時または放熱運転時に、前記第１～第Ｎ蓄熱槽に１台ずつまたは２台ずつ順番に前記熱搬送流体を供給可能なように配置されている事を特徴とする、請求項１に記載の蓄熱システム。
【請求項５】
前記１つ以上の弁は、蓄熱運転時または放熱運転時に、前記第１～第Ｎ蓄熱槽に１台ずつ順番に前記熱搬送流体を供給可能なように配置されている事を特徴とする、請求項１に記載の蓄熱システム。
【請求項６】
前記第１～第Ｎ蓄熱槽は、前記第１～第Ｎ蓄熱槽の順で互いに直列に接続されており、
前記１つ以上の弁は、蓄熱運転時には前記第１～第Ｎ蓄熱槽に昇順により順番に前記熱搬送流体を供給可能で、放熱運転時には前記第１～第Ｎ蓄熱槽に降順により順番に前記熱搬送流体を供給可能なように配置されている、
事を特徴とする請求項１に記載の蓄熱システム。
【請求項７】
前記第１～第Ｎ蓄熱槽は、前記第１～第Ｎ蓄熱槽の順で互いに直列に接続されており、
前記１つ以上の弁は、
蓄熱運転時にて、前記第Ｋ蓄熱槽のみに前記熱搬送流体を供給した後に、前記第Ｋ蓄熱槽及び前記第Ｋ＋１蓄熱槽のみに前記熱搬送流体を供給可能で、前記第Ｋ蓄熱槽及び前記第Ｋ＋１蓄熱槽のみに前記熱搬送流体を供給した後に、前記第Ｋ＋１蓄熱槽のみに前記熱搬送流体を供給可能なように配置され、
放熱運転時にて、前記第Ｋ蓄熱槽のみに前記熱搬送流体を供給した後に、前記第Ｋ蓄熱槽及び前記第Ｋ－１蓄熱槽のみに前記熱搬送流体を供給可能で、前記第Ｋ蓄熱槽及び前記第Ｋ－１蓄熱槽のみに前記熱搬送流体を供給した後に、前記第Ｋ－１蓄熱槽のみに前記熱搬送流体を供給可能なように配置されている、
事を特徴とする請求項１に記載の蓄熱システム。
【請求項８】
前記第１～第Ｎ蓄熱槽は、前記第１～第Ｎ蓄熱槽の順で互いに直列に接続されており、
前記１つ以上の弁は、
蓄熱運転時にて、前記第Ｋ蓄熱槽のみに前記熱搬送流体を供給した後に、前記第Ｋ＋１蓄熱槽のみに前記熱搬送流体を供給可能なように配置され、
放熱運転時にて、前記第Ｋ蓄熱槽のみに前記熱搬送流体を供給した後に、前記第Ｋ－１蓄熱槽のみに前記熱搬送流体を供給可能なように配置されている、
事を特徴とする請求項１に記載の蓄熱システム。
【請求項９】
蓄熱運転時に前記第１～第Ｎ蓄熱槽に前記熱搬送流体を搬送する第１流体搬送部と、
放熱運転時に前記第１～第Ｎ蓄熱槽に前記熱搬送流体を搬送する第２流体搬送部と、
を更に具備する事を特徴とする請求項１に記載の蓄熱システム。
【請求項１０】
前記流体流路は、
前記第１～第Ｎ蓄熱槽を互いに直列に接続し、前記第１～第Ｎ蓄熱槽に前記熱搬送流体の主流を供給する主流流路と、
前記第１～第Ｎ蓄熱槽の内の１つ以上の蓄熱槽をバイパスするように前記熱搬送流体の前記主流を流通させるバイパス流路と、
前記主流流路と前記第１～第Ｎ蓄熱槽との間に設けられ、前記主流流路から前記第１～第Ｎ蓄熱槽に前記熱搬送流体の傍流を流入させる傍流流入流路と、
前記第１～第Ｎ蓄熱槽と前記主流流路との間に設けられ、前記第１～第Ｎ蓄熱槽から前記主流流路に前記熱搬送流体の傍流を流出させる傍流流出流路と、
前記傍流流入流路に設けられた１つ以上の傍流流入弁と、
前記傍流流出流路に設けられた１つ以上の傍流流出弁とを具備し、
前記１つ以上の傍流流入弁及び前記１つ以上の傍流流出弁は、前記第１～第Ｎ蓄熱槽の内の任意の第Ｍ蓄熱槽（Ｍは１～Ｎの内の任意の整数）に関し、前記第Ｍ蓄熱槽に前記熱搬送流体の前記主流が供給されていない場合に、前記第Ｍ蓄熱槽に前記熱搬送流体の前記傍流を流入させるか否か、及び前記第Ｍ蓄熱槽から前記熱搬送流体の前記傍流を流出させるか否かを切替可能なように設けられている事を特徴とする、請求項１に記載の蓄熱システム。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、蓄熱システムに関する。
続きを表示（約 1,800 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、太陽光発電や風力発電といった自然エネルギによる発電が増加しており、季節や時間帯によっては、発電量が電力需要より大きくなる地域が発生している。一方、季節や時間帯によっては、電力需要が大きくなる事で、発電量が電力需要より小さくなり、電力不足が生じる場合もある。そこで、蓄熱を用いて電力調整を実施する以下の第１従来技術が用いられる事がある。
【０００３】
図１４は、第１従来技術の蓄熱システムの構成を示す模式図である。
【０００４】
図１４の蓄熱システムは、蓄熱槽１と、電気ヒータ２と、送風機３と、送風機４と、空気流路５と、水流路６と、蒸気流路７と、復水ポンプ８と、ボイラ９と、蒸気タービン１０と、復水器１１と、弁１２と、弁１３と、弁１４と、弁１５とを具備する。図１４は更に、図１４の蓄熱システム内を循環する空気１０１、水１０２、及び蒸気１０３を示している。この空気１０１は、熱搬送流体である。
【０００５】
電力が余剰である場合、図１４の蓄熱システムは、送風機４、復水ポンプ８、及び蒸気タービン１０を停止し、弁１２、１３を開き、弁１４、１５を閉じ、余剰電力を用いて電気ヒータ２及び送風機３を稼働させる。送風機３は、空気流路５を介して空気１０１を蓄熱槽１と電気ヒータ２との間で循環させる。空気１０１は、電気ヒータ２が発生した熱により加熱され、その熱を蓄熱槽１まで輸送し、蓄熱槽１内の蓄熱物質を加熱する。蓄熱物質は、固体顕熱蓄熱材であり、例えば岩石である。空気１０１が輸送した熱は、蓄熱物質により蓄熱される。このようにして、蓄熱運転が実施される。
【０００６】
一方、電力が余剰でない場合、図１４の蓄熱システムは、電気ヒータ２及び送風機３を停止し、弁１２、１３を閉じ、弁１４、１５を開き、送風機４及び復水ポンプ８を稼働させる。送風機４は、空気流路５を介して空気１０１を蓄熱槽１とボイラ９との間で循環させる。空気１０１は、蓄熱槽１の蓄熱物質により加熱され、その熱をボイラ９まで輸送する。ボイラ９は、水流路６を介して復水ポンプ８により搬入された水１０２を、空気１０１からの熱により加熱する。その結果、ボイラ９内にて水１０２から蒸気１０３が製造され、空気１０１は温度低下してボイラ９から流出する。このようにして、放熱運転が実施される。
【０００７】
放熱運転の際、蒸気１０３は、蒸気流路７を介して蒸気タービン１０に流入する。蒸気１０３は、蒸気タービン１０内を低温低圧になりながら流通する事で、羽根車である蒸気タービン１０を回転駆動させる。その結果、蒸気タービン１０に機械的に接続させた発電機（不図示）が発電する。蒸気タービン１０から排出された蒸気１０３は、蒸気流路７を介して復水器１１に流入する。復水器１１は、冷却水（例えば海水）により蒸気１０３を冷却する。その結果、復水器１１内にて蒸気１０３が水１０２に変化し、水流路６に水１０２が排出される。水１０２及び蒸気１０３は、水流路６及び蒸気流路７を介して循環する。このように、蓄熱槽１内の蓄熱物質に蓄熱されていた熱は、蒸気１０３を発生させ、蒸気１０３を用いた発電により電気エネルギに変化する。
【０００８】
図１４の蓄電システムは、電力が余剰である場合は、余剰な電力を用いて蓄熱し、電力が余剰でない場合は、蓄熱された熱を用いて発電する。このようにして、電力調整が実施される。
【０００９】
図１５は、第２従来技術の蓄熱システムの構成を示す模式図である。第２従来技術の説明にて、第１従来技術と同じである部分の説明は適宜省略する。
【００１０】
図１５の蓄熱システムは、蓄熱槽１と、電気ヒータ２と、送風機３と、送風機４と、空気流路５と、水流路６（不図示）と、蒸気流路７と、復水ポンプ８（不図示）と、ボイラ９（不図示）と、蒸気タービン１０（不図示）と、復水器１１（不図示）と、弁１２と、弁１４と、弁１６と、弁１７と、弁１８と、三方弁１９と、三方弁２０と、三方弁２１とを具備する。図１５は更に、図１５の蓄熱システム内を循環する空気１０１及び蒸気１０３を示しており、図１５の蓄熱システム内を循環する水１０２の図示は省略している。
（【００１１】以降は省略されています）

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