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公開番号2025103319
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-07-09
出願番号2023220643
出願日2023-12-27
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 19/02 20060101AFI20250702BHJP(熱交換一般)
要約【課題】被加熱物の加熱温度の範囲を拡大する。
【解決手段】蓄エネルギー装置100は、固体粒子を貯留する高温槽160と、高温槽160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170と、高温槽160から供給された固体粒子、および、低温槽170から供給された固体粒子を混合する混合器230と、混合器230によって混合された固体粒子と、被加熱物とを熱交換させることにより、被加熱物を加熱する第2熱交換器250と、高温槽160から混合器230へ供給される固体粒子の流量を調整する高温流量調整機構164と、低温槽170から混合器230へ供給される固体粒子の流量を調整する第1低温流量調整機構222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させる第１熱交換器と、
前記第１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第１熱交換器に供給される気体、および、前記第１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第１加熱器と、
前記第１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、
前記高温槽から供給された前記固体粒子、および、前記低温槽から供給された前記固体粒子を混合する混合器と、
前記混合器によって混合された前記固体粒子と、被加熱物とを熱交換させることにより、前記被加熱物を加熱する第２熱交換器と、
前記高温槽の出口と前記混合器とを連通する高温粒子供給管と、
前記高温粒子供給管に設けられ、前記高温槽から前記混合器へ供給される前記固体粒子の流量を調整する高温流量調整機構と、
前記低温槽の出口と前記混合器とを連通する第１低温粒子供給管と、
前記第１低温粒子供給管に設けられ、前記低温槽から前記混合器へ供給される前記固体粒子の流量を調整する第１低温流量調整機構と、
前記低温槽の出口と前記第１熱交換器とを連通する第２低温粒子供給管と、
前記第２低温粒子供給管に設けられ、前記低温槽から前記第１熱交換器へ供給される前記固体粒子の流量を調整する第２低温流量調整機構と、
前記第２熱交換器の出口と前記第１熱交換器とを連通する混合粒子供給管と、
を備える、蓄エネルギー装置。
続きを表示（約 1,800 文字）【請求項２】
前記低温槽内の前記固体粒子を、電力を消費して加熱する第２加熱器を備える、請求項１に記載の蓄エネルギー装置。
【請求項３】
前記第２加熱器は、前記低温槽の前記出口近傍の前記固体粒子を加熱する、請求項２に記載の蓄エネルギー装置。
【請求項４】
前記第２加熱器は、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、前記低温槽内の前記固体粒子とを熱交換させて、前記熱媒体を冷却することにより前記熱媒体を凝縮し、前記固体粒子を加熱する凝縮器と、
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、外部の冷却流体とを熱交換させて、前記熱媒体を加熱することにより前記熱媒体を気化し、前記冷却流体を冷却する蒸発器と、
を含む、請求項２または３に記載の蓄エネルギー装置。
【請求項５】
前記低温槽の容積は、前記高温槽の容積よりも大きい、請求項１または２に記載の蓄エネルギー装置。
【請求項６】
前記気体供給部、前記第１加熱器、前記混合器、前記高温流量調整機構、前記第１低温流量調整機構、前記第２低温流量調整機構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、第１蓄熱モードおよび放熱モードを含み、
前記第１蓄熱モードでは、
前記気体供給部を制御して前記第１熱交換器に気体を供給し、前記第１加熱器に電力を供給して前記気体を加熱し、前記第２低温流量調整機構を制御して前記低温槽から前記第１熱交換器に前記固体粒子を供給して、前記第１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、
前記第２熱交換器によって加熱される前記被加熱物の温度が要求温度となるように、前記高温流量調整機構および前記第１低温流量調整機構を制御して、前記高温槽および前記低温槽から前記混合器に固体粒子を供給し、前記混合器を動作させて前記固体粒子を混合し、前記混合器において混合された前記固体粒子を前記第２熱交換器に供給し、前記第２熱交換器から前記第１熱交換器に固体粒子を供給し、前記第１加熱器による加熱を停止して、前記気体供給部を制御して前記第１熱交換器に気体を供給し、前記第１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１に記載の蓄エネルギー装置。
【請求項７】
前記低温槽内の前記固体粒子を、電力を消費して加熱する第２加熱器を備え、
前記制御部は、前記気体供給部、前記第１加熱器、前記混合器、前記高温流量調整機構、前記第１低温流量調整機構、前記第２低温流量調整機構に加えて、前記第２加熱器を制御し、
前記制御部は、前記第１蓄熱モードでは、前記第２加熱器に電力を供給して、前記低温槽に貯留された前記固体粒子を加熱する、請求項６に記載の蓄エネルギー装置。
【請求項８】
前記複数の運転モードは、さらに、第２蓄熱モードを含み、
前記制御部は、前記第２蓄熱モードでは、前記第１加熱器による加熱を停止し、前記第２加熱器に電力を供給して、前記低温槽に貯留された前記固体粒子を加熱する、請求項７に記載の蓄エネルギー装置。
【請求項９】
前記複数の運転モードは、さらに、第３蓄熱モードを含み、
前記制御部は、前記第３蓄熱モードでは、前記第２熱交換器によって加熱される前記被加熱物の温度が要求温度となるように、前記高温流量調整機構および前記第１低温流量調整機構を制御して、前記高温槽および前記低温槽から前記混合器に固体粒子を供給し、前記混合器を動作させて前記固体粒子を混合し、前記混合器において混合された前記固体粒子を前記第２熱交換器に供給し、前記第２熱交換器から前記第１熱交換器に固体粒子を供給する、請求項６または７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 1,700 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、「消費電力量」という。）とは、必ずしも一致しない。このため、発電電力量が消費電力量を上回る電力余剰が生じたり、発電電力量が消費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、被加熱物の加熱、乾燥、殺菌、清掃等に熱利用機器が広く利用されている。しかし、加熱、乾燥、殺菌、清掃等の目的ごとに、被加熱物の好ましい加熱温度は異なる。このため、余剰の電力を利用した熱利用機器による被加熱物の加熱温度の範囲を拡大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、被加熱物の加熱温度の範囲を拡大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させる第１熱交換器と、第１熱交換器に気体を供給する気体供給部と、気体供給部から第１熱交換器に供給される気体、および、第１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第１加熱器と、第１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、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、高温槽から供給された固体粒子、および、低温槽から供給された固体粒子を混合する混合器と、混合器によって混合された固体粒子と、被加熱物とを熱交換させることにより、被加熱物を加熱する第２熱交換器と、高温槽の出口と混合器とを連通する高温粒子供給管と、高温粒子供給管に設けられ、高温槽から混合器へ供給される固体粒子の流量を調整する高温流量調整機構と、低温槽の出口と混合器とを連通する第１低温粒子供給管と、第１低温粒子供給管に設けられ、低温槽から混合器へ供給される固体粒子の流量を調整する第１低温流量調整機構と、低温槽の出口と第１熱交換器とを連通する第２低温粒子供給管と、第２低温粒子供給管に設けられ、低温槽から第１熱交換器へ供給される固体粒子の流量を調整する第２低温流量調整機構と、第２熱交換器の出口と第１熱交換器とを連通する混合粒子供給管と、を備える。
【０００８】
また、上記蓄エネルギー装置は、低温槽内の固体粒子を、電力を消費して加熱する第２加熱器を備えてもよい。
【０００９】
また、第２加熱器は、低温槽の出口近傍の固体粒子を加熱してもよい。
【００１０】
また、第２加熱器は、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、低温槽内の固体粒子とを熱交換させて、熱媒体を冷却することにより熱媒体を凝縮し、固体粒子を加熱する凝縮器と、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、外部の冷却流体とを熱交換させて、熱媒体を加熱することにより熱媒体を気化し、冷却流体を冷却する蒸発器と、を含んでもよい。
（【００１１】以降は省略されています）

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