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公開番号2025085874
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-06-06
出願番号2023199550
出願日2023-11-27
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 20060101AFI20250530BHJP(熱交換一般)
要約【課題】効率よく水蒸気を生成する。
【解決手段】蓄エネルギー装置100は、気体と固体粒子とを熱交換する熱交換器140と、熱交換器に気体を供給する気体供給部110と、気体供給部から熱交換器に供給される気体を、電力を消費して加熱する加熱器142と、熱交換器から排出された固気混合物を固気分離する固気分離器150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160と、高温槽に貯留された固体粒子を熱交換器に供給する高温粒子供給部162と、固気分離器によって分離され、高温槽に貯留された固体粒子よりも低温の固体粒子を貯留する低温槽200と、低温槽に貯留された固体粒子が有する熱を利用して水蒸気を生成する第1水蒸気生成部210と、第1水蒸気生成部から熱交換器へ固体粒子を供給する低温粒子供給部202と、を備える。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
底面または下部に形成された気体供給口から気体が供給され、前記気体供給口より上方から固体粒子が供給され、前記気体と前記固体粒子とを熱交換する熱交換器と、
前記熱交換器に気体を供給する気体供給部と、
前記気体供給部から前記熱交換器に供給される気体、および、前記熱交換器内の気体のうち、いずれか一方または両方を、電力を消費して加熱する加熱器と、
前記熱交換器から排出された固気混合物を固気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と、
前記高温槽に貯留された前記固体粒子を前記熱交換器に供給する高温粒子供給部と、
前記固気分離器によって分離され、前記高温槽に貯留された前記固体粒子よりも低温の前記固体粒子を貯留する低温槽と、
前記低温槽に貯留された前記固体粒子が有する熱を利用して水蒸気を生成する第１水蒸気生成部と、
前記第１水蒸気生成部から前記熱交換器へ固体粒子を供給する低温粒子供給部と、
を備える、蓄エネルギー装置。
続きを表示（約 2,300 文字）【請求項２】
前記第１水蒸気生成部は、ヒートポンプシステムを含み、
前記ヒートポンプシステムは、
電力を消費して、熱媒体を圧縮する圧縮機と、
前記圧縮機によって圧縮された前記熱媒体と、水とを熱交換させて、前記熱媒体を冷却することにより前記熱媒体を凝縮し、前記水を加熱することにより水蒸気を生成する凝縮器と、
前記凝縮器によって凝縮された前記熱媒体を減圧する減圧部と、
前記減圧部によって減圧された前記熱媒体と、前記低温槽から供給された前記固体粒子とを熱交換させて、前記熱媒体を加熱することにより前記熱媒体を気化し、前記固体粒子を冷却する蒸発器と、
を含む、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、前記固体粒子と水とを熱交換させて、前記固体粒子を冷却し、前記水を加熱することにより水蒸気を生成する第２水蒸気生成部と、
前記高温槽から前記第２水蒸気生成部に供給される前記固体粒子の流量を調整する流量調整機構と、
を備え、
前記高温粒子供給部は、前記第２水蒸気生成部によって冷却された前記固体粒子を前記熱交換器に供給する、請求項２に記載の蓄エネルギー装置。
【請求項４】
前記気体供給部、前記加熱器、前記流量調整機構、前記低温粒子供給部、および、前記圧縮機を制御する制御部を備え、
前記制御部は、
複数の運転モードのうちいずれか１の運転モードを実行し、
前記複数の運転モードは、蓄熱モードおよび放熱モードを含み、
前記蓄熱モードでは、
前記気体供給部を制御して前記熱交換器に気体を供給し、前記加熱器に電力を供給して前記気体を加熱し、前記低温粒子供給部を制御して前記第１水蒸気生成部を通じて前記低温槽から前記熱交換器に前記固体粒子を供給して、前記熱交換器において前記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、
前記圧縮機に電力を供給して、前記ヒートポンプシステムを動作させ、
前記放熱モードでは、
前記蒸発器に供給される前記固体粒子の温度と、前記凝縮器において生成される前記水蒸気の温度との差分が、所定の値以下となるように、前記流量調整機構を制御して前記高温槽から前記第２水蒸気生成部に前記固体粒子を供給し、前記高温粒子供給部を通じて前記第２水蒸気生成部から前記熱交換器に前記固体粒子を供給し、前記加熱器を停止して、前記気体供給部を制御して前記熱交換器に気体を供給し、前記熱交換器において前記固体粒子で前記気体を加熱し、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低温槽に供給する、請求項３に記載の蓄エネルギー装置。
【請求項５】
前記蒸発器は、
前記低温槽から供給された前記固体粒子を収容する収容部と、
前記収容部内に設けられ、前記減圧部によって減圧された前記熱媒体が通過する循環路と、
前記収容部の底面または下部から流動化ガスを供給することにより、前記収容部内に前記固体粒子の流動層を形成する流動化ガス供給部と、
を備える、請求項２または３に記載の蓄エネルギー装置。
【請求項６】
前記第１水蒸気生成部は、
前記低温槽から供給された前記固体粒子を収容する収容部と、
前記収容部内に設けられ、水が通過する伝熱管と、
を備える、請求項１に記載の蓄エネルギー装置。
【請求項７】
前記収容部の底面または下部から流動化ガスを供給することにより、前記収容部内に前記固体粒子の流動層を形成する流動化ガス供給部をさらに備える、請求項６に記載の蓄エネルギー装置。
【請求項８】
前記固気分離器によって分離された前記固体粒子と水とを熱交換させて、前記固体粒子を冷却し、前記水を加熱することにより水蒸気を生成する第３水蒸気生成部をさらに備え、
前記低温槽は、前記第３水蒸気生成部によって熱交換された後の前記固体粒子を貯留する、請求項６または７に記載の蓄エネルギー装置。
【請求項９】
前記気体供給部、前記加熱器、前記高温粒子供給部、および、前記低温粒子供給部を制御する制御部を備え、
前記制御部は、
複数の運転モードのうちいずれか１の運転モードを実行し、
前記複数の運転モードは、蓄熱モードおよび放熱モードを含み、
前記蓄熱モードでは、
前記気体供給部を制御して前記熱交換器に気体を供給し、前記加熱器に電力を供給して前記気体を加熱し、前記低温粒子供給部を制御して前記第１水蒸気生成部から前記熱交換器に前記固体粒子を供給して、前記熱交換器において前記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、
前記放熱モードでは、
前記高温粒子供給部を制御して前記高温槽から前記熱交換器に前記固体粒子を供給し、前記加熱器を停止して、前記気体供給部を制御して前記熱交換器に気体を供給し、前記熱交換器において前記固体粒子で前記気体を加熱し、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第３水蒸気生成部に供給し、前記第３水蒸気生成部から前記低温槽に前記固体粒子を供給する、請求項８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 2,000 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、消費される電力量（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、発電電力量が需要電力量を上回る電力余剰が生じたり、発電電力量が需要電力量を下回る電力不足が生じたりする場合がある。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、発電電力量の調整が難しいため、余剰する電力量や、不足する電力量が多い。
【０００３】
そこで、電力余剰が生じた場合に、余剰の電力を消費して固体粒子を加熱し、固体粒子に熱を蓄積しておき、電力不足が生じた場合に、固体粒子に蓄積された熱を電力に変換する技術が開発されている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
国際公開第２０１９／０９７９３２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、様々なプラントにおいて、対象物の加熱、乾燥、殺菌、清掃等に水蒸気が広く利用されている。このため、上記の特許文献１の技術において、余剰の電力を利用して、効率よく水蒸気を生成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、効率よく水蒸気を生成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、底面または下部に形成された気体供給口から気体が供給され、気体供給口より上方から固体粒子が供給され、気体と固体粒子とを熱交換する熱交換器と、熱交換器に気体を供給する気体供給部と、気体供給部から熱交換器に供給される気体、および、熱交換器内の気体のうち、いずれか一方または両方を、電力を消費して加熱する加熱器と、熱交換器から排出された固気混合物を固気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と、高温槽に貯留された固体粒子を熱交換器に供給する高温粒子供給部と、固気分離器によって分離され、高温槽に貯留された固体粒子よりも低温の固体粒子を貯留する低温槽と、低温槽に貯留された固体粒子が有する熱を利用して水蒸気を生成する第１水蒸気生成部と、第１水蒸気生成部から熱交換器へ固体粒子を供給する低温粒子供給部と、を備える。
【０００８】
また、第１水蒸気生成部は、ヒートポンプシステムを含み、ヒートポンプシステムは、電力を消費して、熱媒体を圧縮する圧縮機と、圧縮機によって圧縮された熱媒体と、水とを熱交換させて、熱媒体を冷却することにより熱媒体を凝縮し、水を加熱することにより水蒸気を生成する凝縮器と、凝縮器によって凝縮された熱媒体を減圧する減圧部と、減圧部によって減圧された熱媒体と、低温槽から供給された固体粒子とを熱交換させて、熱媒体を加熱することにより熱媒体を気化し、固体粒子を冷却する蒸発器と、を含んでもよい。
【０００９】
また、高温槽から固体粒子が供給され、固体粒子と水とを熱交換させて、固体粒子を冷却し、水を加熱することにより水蒸気を生成する第２水蒸気生成部と、高温槽から第２水蒸気生成部に供給される固体粒子の流量を調整する流量調整機構と、を備え、高温粒子供給部は、第２水蒸気生成部によって冷却された固体粒子を熱交換器に供給してもよい。
【００１０】
また、気体供給部、加熱器、流量調整機構、低温粒子供給部、および、圧縮機を制御する制御部を備え、制御部は、複数の運転モードのうちいずれか１の運転モードを実行し、複数の運転モードは、蓄熱モードおよび放熱モードを含み、蓄熱モードでは、気体供給部を制御して熱交換器に気体を供給し、加熱器に電力を供給して気体を加熱し、低温粒子供給部を制御して第１水蒸気生成部を通じて低温槽から熱交換器に固体粒子を供給して、熱交換器において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、圧縮機に電力を供給して、ヒートポンプシステムを動作させ、放熱モードでは、蒸発器に供給される固体粒子の温度と、凝縮器において生成される水蒸気の温度との差分が、所定の値以下となるように、流量調整機構を制御して高温槽から第２水蒸気生成部に固体粒子を供給し、高温粒子供給部を通じて第２水蒸気生成部から熱交換器に固体粒子を供給し、加熱器を停止して、気体供給部を制御して熱交換器に気体を供給し、熱交換器において固体粒子で気体を加熱し、固気分離器によって分離された固体粒子を低温槽に供給してもよい。
（【００１１】以降は省略されています）

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