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公開番号2024173415
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-12-12
出願番号2023091825
出願日2023-06-02
発明の名称蓄エネルギー装置
出願人株式会社IHI
代理人弁理士法人青海国際特許事務所
主分類F28D 20/00 20060101AFI20241205BHJP(熱交換一般)
要約【課題】効率よく蓄熱し、蓄熱した熱を効率よく利用する。
【解決手段】蓄エネルギー装置100は、蓄熱モードにおいて、電気ヒータ140によって固体粒子を加熱して高温槽180に貯留し、発電モードにおいて、電気ヒータを停止し、流動層装置130に酸素含有気体を供給し、高温槽から流動層装置に固体粒子を供給し、第1蒸気発生器160において、酸素含有気体が有する熱および固体粒子が有する熱のうちのいずれか一方または両方によって水蒸気を生成させて、蒸気タービン発電機210により発電させ、高温槽から流動層装置への固体粒子の供給が終了したら、固気分離器170によって分離された固体粒子を流動層装置に供給し、サイロ150から流動層装置に乾燥汚泥を供給して、流動層装置内で乾燥汚泥を燃焼させ、第1蒸気発生器において乾燥汚泥の燃焼熱によって水蒸気を生成させて、蒸気タービン発電機により発電させる。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
酸素含有気体により不燃性の固体粒子の流動層が形成される流動層装置と、
前記流動層装置に前記酸素含有気体を供給する気体供給部と、
前記気体供給部から前記流動層装置に供給される酸素含有気体、および、前記流動層装置内の酸素含有気体のうち、いずれか一方または両方を、電力を消費して加熱する電気ヒータと、
乾燥汚泥を貯蔵するサイロと、
前記乾燥汚泥を前記流動層装置に供給する燃料供給部と、
前記流動層装置内に設けられ、前記酸素含有気体が有する熱、前記固体粒子が有する熱、および、前記乾燥汚泥の燃焼熱のうちのいずれか１または複数によって水蒸気を生成する第１蒸気発生器と、
前記流動層装置から排出された固気混合物から前記固体粒子を分離する固気分離器と、
前記固気分離器によって分離された前記固体粒子を貯留する高温槽および低温槽と、
前記高温槽に貯留された前記固体粒子を前記流動層装置に供給する高温粒子供給部と、
前記低温槽に貯留された前記固体粒子を前記流動層装置に供給する低温粒子供給部と、
前記固気分離器によって分離された前記固体粒子を、前記高温槽および前記低温槽を経由させずに、前記流動層装置に供給する固体粒子循環部と、
前記第１蒸気発生器によって生成された水蒸気により発電する蒸気タービン発電機と、
前記気体供給部、前記電気ヒータ、前記燃料供給部、前記高温粒子供給部、前記低温粒子供給部、および、前記固体粒子循環部を制御して、電気エネルギーを熱エネルギーに変換して蓄熱する蓄熱モードと、熱エネルギーを電気エネルギーに変換する発電モードとを含む複数の運転モードのうち、１の運転モードに設定する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、
前記蓄熱モードにおいて、
前記気体供給部を制御して前記流動層装置に前記酸素含有気体を供給し、
前記電気ヒータを制御して前記酸素含有気体を加熱し、
前記低温粒子供給部を制御して前記低温槽から前記流動層装置に前記固体粒子を供給して、前記流動層装置において前記酸素含有気体で前記固体粒子を加熱し、
前記固気分離器によって分離された前記固体粒子を前記高温槽に供給し、
前記発電モードにおいて、
前記電気ヒータを停止し、
前記気体供給部を制御して前記流動層装置に前記酸素含有気体を供給し、
前記高温粒子供給部を制御して前記高温槽から前記流動層装置に前記固体粒子を供給し、前記第１蒸気発生器において、前記酸素含有気体および前記固体粒子のうちのいずれか一方または両方が有する熱によって水蒸気を生成させて、前記蒸気タービン発電機により発電させ、
前記高温槽から前記流動層装置への前記固体粒子の供給が終了したら、前記固体粒子循環部を制御して、前記固気分離器によって分離された前記固体粒子を前記流動層装置に供給し、前記燃料供給部を制御して前記サイロから前記流動層装置に前記乾燥汚泥を供給して、前記流動層装置内で前記乾燥汚泥を燃焼させ、前記第１蒸気発生器において前記乾燥汚泥の燃焼熱によって水蒸気を生成させて、前記蒸気タービン発電機により発電させる、蓄エネルギー装置。
続きを表示（約 770 文字）【請求項２】
前記蒸気タービン発電機に供給された水蒸気の一部を抽気して、含水汚泥を乾燥させる乾燥装置を備え、
前記サイロは、前記乾燥装置によって乾燥された前記乾燥汚泥を貯蔵する、請求項１に記載の蓄エネルギー装置。
【請求項３】
前記高温槽から前記固体粒子が供給され、前記固体粒子が有する熱によって水蒸気を生成する第２蒸気発生器を備え、
前記蒸気タービン発電機は、前記第２蒸気発生器によって生成された水蒸気により発電し、
前記高温粒子供給部は、前記高温槽に貯留された前記固体粒子を、前記第２蒸気発生器を介して前記流動層装置に供給し、
前記制御装置は、前記発電モードにおける、前記高温槽から前記流動層装置への前記固体粒子の供給が終了する前において、前記高温粒子供給部を制御して前記高温槽から前記第２蒸気発生器を介して前記流動層装置に前記固体粒子を供給し、前記第２蒸気発生器において前記固体粒子が有する熱によって水蒸気を生成させて、前記蒸気タービン発電機により発電させる、請求項１または２に記載の蓄エネルギー装置。
【請求項４】
前記制御装置は、前記発電モードにおける、前記高温槽から前記流動層装置への前記固体粒子の供給が終了する前において、前記第１蒸気発生器から前記蒸気タービン発電機への水蒸気の供給を停止し、前記第２蒸気発生器から前記蒸気タービン発電機へ水蒸気を供給させる、請求項３に記載の蓄エネルギー装置。
【請求項５】
前記固気分離器によって分離された気体が有する熱で、前記酸素含有気体を予熱する予熱器を備え、
前記気体供給部は、前記予熱器によって予熱された前記酸素含有気体を前記流動層装置に供給する、請求項１または２に記載の蓄エネルギー装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、蓄エネルギー装置に関する。
続きを表示（約 2,400 文字）【背景技術】
【０００２】
発電された電力量（以下、「発電電力量」という）と、必要とされる電力量（以下、「需要電力量」という）とは、必ずしも一致しない。このため、電力が余剰したり（つまり、発電電力量－需要電力量 > ０）、電力が足りなくなったり（つまり、発電電力量－需要電力量 < ０、例えば、電力が不足）する場合がある。特に、風力発電や太陽光発電といった再生可能エネルギーを利用した発電では、余剰する電力量や、不足する電力量が多い。
【０００３】
そこで、電気ヒータが内蔵され、内部に流路が形成されたレンガブロックを備えた装置が開発されている（例えば、特許文献１）。特許文献１の技術は、電力が余剰した時に電気ヒータを動作させてレンガブロックを加熱し蓄熱しておく。そして、特許文献１の技術は、電力が必要となった際（例えば、電力が不足した際）に流路に水を通過させて蓄熱した熱で加熱し、加熱された水（水蒸気）でタービンを回転させて発電する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
米国特許出願公開第２００８／０２１９６５１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
例えば、電力グリッドの安定化（スマートグリッドの実現）のために、余剰した電力を熱に変換して蓄熱しておき、必要となった際に蓄熱した熱を利用する技術等の蓄熱および放熱を行う技術において、効率よく蓄熱したり、蓄熱した熱を効率よく利用したりする技術の開発が希求されている。
【０００６】
本開示は、このような課題に鑑み、効率よく蓄熱し、蓄熱した熱を効率よく利用することが可能な蓄エネルギー装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本開示の一態様に係る蓄エネルギー装置は、酸素含有気体により不燃性の固体粒子の流動層が形成される流動層装置と、流動層装置に酸素含有気体を供給する気体供給部と、気体供給部から流動層装置に供給される酸素含有気体、および、流動層装置内の酸素含有気体のうち、いずれか一方または両方を、電力を消費して加熱する電気ヒータと、乾燥汚泥を貯蔵するサイロと、乾燥汚泥を流動層装置に供給する燃料供給部と、流動層装置内に設けられ、酸素含有気体が有する熱、固体粒子が有する熱、および、乾燥汚泥の燃焼熱のうちのいずれか１または複数によって水蒸気を生成する第１蒸気発生器と、流動層装置から排出された固気混合物から固体粒子を分離する固気分離器と、固気分離器によって分離された固体粒子を貯留する高温槽および低温槽と、高温槽に貯留された固体粒子を流動層装置に供給する高温粒子供給部と、低温槽に貯留された固体粒子を流動層装置に供給する低温粒子供給部と、固気分離器によって分離された固体粒子を、高温槽および低温槽を経由させずに、流動層装置に供給する固体粒子循環部と、第１蒸気発生器によって生成された水蒸気により発電する蒸気タービン発電機と、気体供給部、電気ヒータ、燃料供給部、高温粒子供給部、低温粒子供給部、および、固体粒子循環部を制御して、電気エネルギーを熱エネルギーに変換して蓄熱する蓄熱モードと、熱エネルギーを電気エネルギーに変換する発電モードとを含む複数の運転モードのうち、１の運転モードに設定する制御装置と、を備え、制御装置は、蓄熱モードにおいて、気体供給部を制御して流動層装置に酸素含有気体を供給し、電気ヒータを制御して酸素含有気体を加熱し、低温粒子供給部を制御して低温槽から流動層装置に固体粒子を供給して、流動層装置において酸素含有気体で固体粒子を加熱し、固気分離器によって分離された固体粒子を高温槽に供給し、発電モードにおいて、電気ヒータを停止し、気体供給部を制御して流動層装置に酸素含有気体を供給し、高温粒子供給部を制御して高温槽から流動層装置に固体粒子を供給し、第１蒸気発生器において、酸素含有気体および固体粒子のうちのいずれか一方または両方が有する熱によって水蒸気を生成させて、蒸気タービン発電機により発電させ、高温槽から流動層装置への固体粒子の供給が終了したら、固体粒子循環部を制御して、固気分離器によって分離された固体粒子を流動層装置に供給し、燃料供給部を制御してサイロから流動層装置に乾燥汚泥を供給して、流動層装置内で乾燥汚泥を燃焼させ、第１蒸気発生器において乾燥汚泥の燃焼熱によって水蒸気を生成させて、蒸気タービン発電機により発電させる。
【０００８】
また、上記蓄エネルギー装置は、蒸気タービン発電機に供給された水蒸気の一部を抽気して、含水汚泥を乾燥させる乾燥装置を備え、サイロは、乾燥装置によって乾燥された乾燥汚泥を貯蔵してもよい。
【０００９】
また、上記蓄エネルギー装置は、高温槽から固体粒子が供給され、固体粒子が有する熱によって水蒸気を生成する第２蒸気発生器を備え、蒸気タービン発電機は、第２蒸気発生器によって生成された水蒸気により発電し、高温粒子供給部は、高温槽に貯留された固体粒子を、第２蒸気発生器を介して流動層装置に供給し、制御装置は、発電モードにおける、高温槽から流動層装置への固体粒子の供給が終了する前において、高温粒子供給部を制御して高温槽から第２蒸気発生器を介して流動層装置に固体粒子を供給し、第２蒸気発生器において固体粒子が有する熱によって水蒸気を生成させて、蒸気タービン発電機により発電させてもよい。
【００１０】
また、制御装置は、発電モードにおける、高温槽から流動層装置への固体粒子の供給が終了する前において、第１蒸気発生器から蒸気タービン発電機への水蒸気の供給を停止し、第２蒸気発生器から蒸気タービン発電機へ水蒸気を供給させてもよい。
（【００１１】以降は省略されています）

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