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公開番号2025089947
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-06-16
出願番号2023204941
出願日2023-12-04
発明の名称蓄熱槽
出願人東芝エネルギーシステムズ株式会社,中部電力株式会社
代理人個人,個人,個人,個人
主分類F28D 20/00 20060101AFI20250609BHJP(熱交換一般)
要約【課題】蓄熱量や放熱量を増やす事ができ、また放熱運転時間を延ばす事ができる蓄熱槽を提供する。
【解決手段】一つの実施形態によれば、蓄熱槽は、蓄熱運転時に流体の保有熱を第1～n固体顕熱蓄熱材(nは2以上の整数)に吸熱させて蓄熱し、放熱運転時に前記第1～n固体顕熱蓄熱材の保有熱を前記流体に吸熱させて放熱する蓄熱槽である。さらに、前記第1固体顕熱蓄熱材は、蓄熱運転時の前記流体の出口に最も近い第1領域に内蔵される。さらに、前記第1固体顕熱蓄熱材は、前記第n固体顕熱蓄熱材よりも比熱が大きい。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
蓄熱運転時に流体の保有熱を第１～ｎ固体顕熱蓄熱材（ｎは２以上の整数）に吸熱させて蓄熱し、放熱運転時に前記第１～ｎ固体顕熱蓄熱材の保有熱を前記流体に吸熱させて放熱する蓄熱槽であり、
前記第１固体顕熱蓄熱材は、
蓄熱運転時の前記流体の出口に最も近い第１領域に内蔵され、
前記第ｎ固体顕熱蓄熱材よりも比熱が大きい、
蓄熱槽。
続きを表示（約 1,400 文字）【請求項２】
蓄熱運転時に流体の保有熱を第１～ｎ固体顕熱蓄熱材（ｎは２以上の整数）に吸熱させて蓄熱し、放熱運転時に前記第１～ｎ固体顕熱蓄熱材の保有熱を前記流体に吸熱させて放熱する蓄熱槽であり、
前記第１固体顕熱蓄熱材は、
蓄熱運転時の前記流体の出口に最も近い第１領域に内蔵され、
前記第ｎ固体顕熱蓄熱材よりも材料密度が大きい、
蓄熱槽。
【請求項３】
蓄熱運転時に流体の保有熱を第１～ｎ固体顕熱蓄熱材（ｎは２以上の整数）に吸熱させて蓄熱し、放熱運転時に前記第１～ｎ固体顕熱蓄熱材の保有熱を前記流体に吸熱させて放熱する蓄熱槽であり、
前記第１固体顕熱蓄熱材は、
蓄熱運転時の前記流体の出口に最も近い第１領域に内蔵され、
前記第ｎ固体顕熱蓄熱材よりも比熱と材料密度との積が大きい、
蓄熱槽。
【請求項４】
蓄熱運転時に流体の保有熱を第１～ｎ固体顕熱蓄熱材（ｎは２以上の整数）に吸熱させて蓄熱し、放熱運転時に前記第１～ｎ固体顕熱蓄熱材の保有熱を前記流体に吸熱させて放熱する蓄熱槽であり、
前記第１固体顕熱蓄熱材は、
放熱運転時の前記流体の出口に最も近い第１領域に内蔵され、
前記第ｎ固体顕熱蓄熱材よりも比熱が大きい、
蓄熱槽。
【請求項５】
蓄熱運転時に流体の保有熱を第１～ｎ固体顕熱蓄熱材（ｎは２以上の整数）に吸熱させて蓄熱し、放熱運転時に前記第１～ｎ固体顕熱蓄熱材の保有熱を前記流体に吸熱させて放熱する蓄熱槽であり、
前記第１固体顕熱蓄熱材は、
放熱運転時の前記流体の出口に最も近い第１領域に内蔵され、
前記第ｎ固体顕熱蓄熱材よりも材料密度が大きい、
蓄熱槽。
【請求項６】
蓄熱運転時に流体の保有熱を第１～ｎ固体顕熱蓄熱材（ｎは２以上の整数）に吸熱させて蓄熱し、放熱運転時に前記第１～ｎ固体顕熱蓄熱材の保有熱を前記流体に吸熱させて放熱する蓄熱槽であり、
前記第１固体顕熱蓄熱材は、
放熱運転時の前記流体の出口に最も近い第１領域に内蔵され、
前記第ｎ固体顕熱蓄熱材よりも比熱と材料密度との積が大きい、
蓄熱槽。
【請求項７】
前記第１固体顕熱蓄熱材の内蔵量は、前記蓄熱槽の内部に生じる温度躍層が、蓄熱運転終了時に前記第１領域にのみ存在するよう定められる、請求項１乃至３のうちいずれか一項に記載の蓄熱槽。
【請求項８】
前記第１固体顕熱蓄熱材の内蔵量は、前記蓄熱槽の内部に生じる温度躍層が、放熱運転終了時に前記第１領域にのみ存在するよう定められる、請求項４乃至６のうちいずれか一項に記載の蓄熱槽。
【請求項９】
前記第１固体顕熱蓄熱材の内蔵量は、前記蓄熱槽の内部に生じる温度躍層ではない温度領域が、蓄熱運転終了時に前記第１領域に存在しないよう定められる、請求項１乃至３のうちいずれか一項に記載の蓄熱槽。
【請求項１０】
前記第１固体顕熱蓄熱材の内蔵量は、前記蓄熱槽の内部に生じる温度躍層ではない温度領域が、放熱運転終了時に前記第１領域に存在しないよう定められる、請求項４乃至６のうちいずれか一項に記載の蓄熱槽。
（【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、蓄熱槽に関する。
続きを表示（約 1,900 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、発電量が電力需要を満たさず、電力不足となる場合もある。蓄熱を用いて電力調整を実施する従来技術があり、それについて図１１～１３を用いて説明する。
【０００３】
図１１は、従来技術における蓄熱システムを含む電力調整システムの全体構成図である。
【０００４】
従来技術における蓄熱システム２００を含む電力調整システム１００は、蓄熱槽１、電気ヒータ２、第１送風機３、第２送風機４、復水ポンプ８、ボイラ９、蒸気タービン１０、復水器１１及び複数の弁１２～１５を備える。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、及び熱供給先であるボイラ９を備える。図１１はさらに、蓄熱システム２００を含む電力調整システム１００内を循環する空気５、水６及び蒸気７を示す。
【０００５】
電力が余剰である時、蓄熱システム２００を含む電力調整システム１００は、復水ポンプ８、蒸気タービン１０、第２送風機４を停止し、弁１２及び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。また、蓄熱システム２００は、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。固体顕熱蓄熱材２３は、空気５の全部あるいは一部の保有熱を吸熱し、これにより蓄熱槽１に蓄熱される。
【０００６】
図１２は、従来技術における蓄熱槽の模式図及び蓄熱運転時の温度分布を示す図である。
【０００７】
図１２の上段は、従来技術における蓄熱運転時の蓄熱槽１の模式図を示している。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。蓄熱槽１内の実線矢印は蓄熱運転時の空気流れ方向３２である。
【０００８】
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及び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とを稼働させる。また、蓄熱システム２００を含む電力調整システム１００は、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。固体顕熱蓄熱材２３は、保有熱を空気５に吸熱させて放熱する。ボイラ９では、復水ポンプ８により搬入された水を、空気５からの熱により加熱し蒸気を製造し、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(図示していない)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、蒸気を発生し発電する。これにより、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。
【０００９】
蓄熱運転時、蓄熱槽１は、流れ方向に急な温度傾斜を示す第１温度躍層２６を形成し、それが蓄熱運転時における上流側から下流側へ移動していき、蓄熱槽１から流出する空気５の温度が、蓄熱運転時許容温度２８まで上昇した時に、蓄熱運転は終了する。
【００１０】
図１２の下段は従来技術における蓄熱槽１の蓄熱運転時の温度分布図を示している。横軸は、蓄熱槽１における位置を示しており、縦軸は固体顕熱蓄熱材温度２４であり、近傍の空気５の温度はほぼ同じである。第１温度躍層２６は時間経過とともに移動し、第２温度躍層２７となる。蓄熱槽１の出口における空気である出口空気の温度は上昇していき、第２温度躍層２７の時に蓄熱システム２００の蓄熱運転時許容温度２８に達して、蓄熱運転を終了する。蓄熱運転時許容温度２８は、例えば、蓄熱槽1の下流に設置されている弁（図１１では弁１３）や、送風機（図１１では第１送風機３）の耐熱温度である。この蓄熱槽１において蓄熱量を増やしたい。
（【００１１】以降は省略されています）

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