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公開番号2025070725
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-05-02
出願番号2023181235
出願日2023-10-20
発明の名称蓄熱システム及び蓄熱方法
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,個人
主分類F28D 20/00 20060101AFI20250424BHJP(熱交換一般)
要約【課題】蓄熱運転後の長時間放置後における放熱運転開始時の放熱温度が、放熱運転必要温度以下に下がらない蓄熱システム、及び蓄熱方法を提供する。
【解決手段】
本実施形態に係る蓄熱システムは、蓄熱運転時に高温熱源により加熱した熱媒体を流通させ固体顕熱蓄熱材に蓄熱し、放熱運転時に低温の前記熱媒体を蓄熱運転時と逆方向に流通させ前記固体顕熱蓄熱材から放熱させる蓄熱槽を用いた蓄熱システムであって、蓄熱運転時間を前側と後ろ側に2つに分け、前記後ろ側の時間における前記熱媒体の流量を、前記前側の時間における前記熱媒体の流量より低減する。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
蓄熱運転時に高温熱源により加熱した熱媒体を流通させ固体顕熱蓄熱材に蓄熱し、放熱運転時に低温の前記熱媒体を蓄熱運転時と逆方向に流通させ前記固体顕熱蓄熱材から放熱させる蓄熱槽を用いた蓄熱システムであって、
蓄熱運転時間を前側と後ろ側に２つに分け、前記後ろ側の時間における前記熱媒体の流量を、前記前側の時間における前記熱媒体の流量より低減する、蓄熱システム。
続きを表示（約 890 文字）【請求項２】
蓄熱運転時に高温熱源により加熱した熱媒体を流通させ固体顕熱蓄熱材に蓄熱し、放熱運転時に低温の前記熱媒体を蓄熱運転時と逆方向に流通させ前記固体顕熱蓄熱材から放熱させる蓄熱槽を用いた蓄熱システムであって、
蓄熱運転時間を前側と後ろ側に２つに分け、前記後ろ側の時間における前記熱媒体への加熱量を、前記前側の時間における前記熱媒体への加熱量より増加させる、蓄熱システム。
【請求項３】
前記熱媒体の流量を低減する行為を複数回に分けて実施する、請求項１に記載の蓄熱システム。
【請求項４】
前記熱媒体への加熱量を増加させる行為を複数回に分けて実施する、請求項２に記載の蓄熱システム。
【請求項５】
前記熱媒体の流量を低減する行為を、低減の時間変化率を徐々に変化させて実施する、請求項１に記載の蓄熱システム。
【請求項６】
前記熱媒体への加熱量を増加させる行為を、増加の時間変化率を徐々に変化させて実施する、請求項２に記載の蓄熱システム。
【請求項７】
前記蓄熱システムの放熱運転開始時の蓄熱温度分布が一定に近づくように、前記熱媒体の流量低減の時間変化率を変化させる、請求項５に記載の蓄熱システム。
【請求項８】
前記蓄熱システムの放熱運転開始時の蓄熱温度分布が一定に近づくように、前記熱媒体への加熱量増加の時間変化率を変化させる、請求項６に記載の蓄熱システム。
【請求項９】
前記蓄熱システムの放熱運転開始時の蓄熱温度分布において、前記蓄熱槽の蓄熱運転時の入口側が他の領域よりも高くなるように、前記熱媒体の流量低減の時間変化率を変化させる、請求項５に記載の蓄熱システム。
【請求項１０】
前記蓄熱システムの放熱運転開始時の蓄熱温度分布において、前記蓄熱槽の蓄熱運転時の入口側が他の領域よりも高くなるように、前記熱媒体への加熱量増加の時間変化率を変化させる、請求項６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、及び蓄熱方法に関する。
続きを表示（約 2,200 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。また、季節や時間帯によっては電力需要が大きくなり、発電量が電力需要より小さく電力不足となる時もある。そこで、蓄熱を用いて電力調整を実施する従来技術（特許文献１参照）があり、それについて図８～９を用いて説明する。
【０００３】
図８は、蓄熱システム２００を含む電力調整システム１００の構成例を示す図である。電力調整システム１００は、蓄熱システム２００に蓄熱し、蓄熱システム２００から放熱した熱を用いて発電が可能なシステムである。蓄熱システム２００は、蓄熱槽１、電気ヒータ２、第1送風機３、第２送風機４、弁１２～１５、および熱供給先であるボイラ９を備えている。電力調整システム１００は、復水ポンプ８、蒸気タービン１０、発電機１０ａ、および復水器１１と、蓄熱システム２００と、を備える。電力調整システム１００は、電力が余剰である時、復水ポンプ８、蒸気タービン１０、および発電機１０ａを停止する。そして、電力調整システム１００に含まれている蓄熱システム２００は、第２送風機４を停止し、弁１２、１３を開き、弁１４、１５を閉じて、余剰電力を用いて電気ヒータ２と第１送風機３を稼働させる。このとき、第１送風機３により空気５を電気ヒータ２と蓄熱槽１の間を循環させる。空気５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２３であり、例えば岩石である。これにより蓄熱される。蓄熱槽１は、流れ方向に長い物を水平に配置する事が多い。実線矢印は蓄熱運転時の空気流れ方向３２であり、点線矢印は放熱運転時の空気流れ方向３３である。
【０００４】
電力が余剰でない時、蓄熱システム２００を含む電力調整システム１００は、電気ヒータ２と第１送風機３を停止し、弁１２、１３を閉じて弁１４、１５を開いて、復水ポンプ８と第２送風機４を稼働させる。第２送風機４により空気５を蓄熱槽１とボイラ９の間を循環させる。空気５は、蓄熱槽１の蓄熱物質から加熱され、その熱をボイラ９まで輸送する。ボイラ９では、復水ポンプ８により搬入された水４３を、空気５からの熱により加熱し蒸気７を製造し、空気５は温度低下して流出する。このように放熱運転が実施される。蒸気７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、蒸気タービン１０に機械的に接続させた発電機１０ａが発電する。蒸気タービン１０から排出された蒸気は、復水器１１にて冷却水例えば海水により冷却され水４３に変化し、循環する。これにより蓄熱槽１内の蓄熱物質に蓄熱されていた熱により、蒸気７を発生し発電する。このように、電力余剰である時は電力を使い、電力余剰でない時は発電する事で、電力調整が実施される。
【０００５】
蓄熱運転終了時から放熱運転開始時までの間、弁１２、１３、１４、１５を閉止して蓄熱槽１は放置される。この長時間放置の間に、蓄熱槽１から熱がリークしていく。図９は、蓄熱槽１内の従来技術に係る温度分布を示す図である。
【０００６】
蓄熱運転終了時と、蓄熱運転後の長時間放置後それぞれの温度分布を図９に示す。横軸は、蓄熱槽１における位置を示しており、グラフの左端が、蓄熱運転時における蓄熱槽入口（放熱運転時における蓄熱槽出口）である。縦軸は固体顕熱蓄熱材２３の温度であり、近傍の空気５の温度はほぼ同じである。蓄熱終了時の温度は第１温度１６であり、放熱運転時にボイラ９のような熱利用先に必要な温度である放熱運転必要温度２１より幾らか高く一定温度である。長時間放置後の温度は第２温度１７であり、蓄熱運転時における入口付近は、入口側配管Ｌ４から冷却され温度低下している。放熱運転時の空気５の流れ方向は、蓄熱運転時と逆方向であり、放熱運転時における出口は、蓄熱運転時における入口であるため、放熱開始時に蓄熱槽１から流出する空気５の温度は、蓄熱運転時における入口付近の固体顕熱蓄熱材２３の温度になる。そのため、放熱運転開始時の放熱温度が、放熱運転必要温度２１未満になる事がある。
【０００７】
よって、放熱運転開始時の放熱温度が、放熱運転必要温度２１未満に下がらないようにしたい。
【０００８】
なお、従来技術に係る蓄熱システム２００では、蓄熱システム２００から放熱した熱を、蒸気タービン１０の熱源として使用している構成だが、これに限定されない。例えば、蓄熱システム２００から放熱した熱を、空調などの用途に使用してもよい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
特開２０２１－１５９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
蓄熱運転後の長時間放置後における放熱運転開始時の放熱温度が、放熱運転必要温度以下に下がらないようにするという課題がある。
（【００１１】以降は省略されています）

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