(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱源の熱を蓄熱する蓄熱槽と、前記熱源から発電装置に熱媒を循環させる熱媒回路を有する蓄熱発電装置において、
前記蓄熱発電装置が、それぞれ独立した発電用熱媒回路と蓄熱用熱媒回路を有しており、
前記発電用熱媒回路が、発電用熱媒が循環するように構成された発電用受熱部と、前記発電用熱媒の熱エネルギを電気に変換する発電装置と、を有しており、
前記蓄熱用熱媒回路が、蓄熱用熱媒が循環するように構成された蓄熱用受熱部と、前記蓄熱用熱媒を供給して充填された蓄熱材と熱の授受を行うように構成された少なくとも１つの蓄熱槽と、を有しており、
それぞれ独立した受熱部として構成された前記発電用受熱部及び前記蓄熱用受熱部が、それぞれが独立して前記熱源から熱を受ける構成を有しており、
前記蓄熱用熱媒回路が、前記蓄熱用熱媒の熱エネルギを前記発電用熱媒に移動させる熱交換器と、前記蓄熱槽及び前記熱交換器の上流側に形成されており前記蓄熱用熱媒の流れを制御する弁を有さない高温側回路と、前記蓄熱槽及び前記熱交換器の下流側に形成された低温側回路と、を有しており、
前記低温側回路が、前記蓄熱槽及び前記熱交換器の下流側にそれぞれ設置された流量制御弁を有していることを特徴とする蓄熱発電装置。
【請求項２】
前記低温側回路が、前記蓄熱槽の下流側にそれぞれ設置された三方弁を有しており、
前記三方弁が、切り替え制御により前記低温側回路を流れる前記蓄熱用熱媒を前記蓄熱槽の下流側から上流側に向けて流すように構成されたことを特徴とする請求項１に記載の蓄熱発電装置。
【請求項３】
前記蓄熱用熱媒が、空気であることを特徴とする請求項１又は２に記載の蓄熱発電装置。
【請求項４】
前記蓄熱発電装置が、制御装置を有しており、
前記制御装置が、前記蓄熱槽から前記蓄熱用熱媒及び前記熱交換器を介して、前記発電用熱媒に熱エネルギを伝達し、前記熱エネルギを利用して前記発電装置で発電する蓄熱発電制御を行う構成を有していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の
蓄熱発電装置。
【請求項５】
熱源の熱を蓄熱する蓄熱槽と、前記熱源から発電装置に熱媒を循環させる熱媒回路を有する蓄熱発電装置であり、
前記蓄熱発電装置が、それぞれ独立した発電用熱媒回路と蓄熱用熱媒回路を有しており、前記発電用熱媒回路が、発電用熱媒が循環するように構成された発電用受熱部と、前記発電用熱媒の熱エネルギを電気に変換する発電装置と、を有し、
前記蓄熱用熱媒回路が、蓄熱用熱媒が循環するように構成された蓄熱用受熱部と、前記蓄熱用熱媒を供給して充填された蓄熱材と熱の授受を行うように構成された少なくとも１つの蓄熱槽と、を有し、
それぞれ独立した受熱部として構成された前記発電用受熱部及び前記蓄熱用受熱部が、それぞれが独立して前記熱源から熱を受ける構成を有しており、
前記蓄熱用熱媒回路が、前記蓄熱用熱媒の熱エネルギを前記発電用熱媒に移動させる熱交換器と、前記蓄熱槽及び前記熱交換器の上流側に形成されており前記蓄熱用熱媒の流れを制御する弁を有さない高温側回路と、前記蓄熱槽及び前記熱交換器の下流側に形成された低温側回路と、を有しており、前記低温側回路が、前記蓄熱槽及び前記熱交換器の下流側にそれぞれ設置された流量制御弁を有する蓄熱発電装置の制御方法であって、
前記熱源から前記発電用熱媒回路を介して前記発電装置に前記発電用熱媒を供給して発電制御を行う発電ステップと、
前記熱源から前記蓄熱用熱媒回路を介して前記蓄熱槽に前記蓄熱用熱媒を供給して蓄熱制御を行う蓄熱ステップと、
前記蓄熱槽から前記蓄熱用熱媒を介して前記発電用熱媒に熱エネルギを伝達し、前記熱エネルギを利用して前記発電装置で発電する蓄熱発電制御を行う蓄熱発電ステップを有することを特徴とする制御方法。
【請求項６】
前記発電ステップを実行する際に、複数の前記蓄熱槽のうち少なくとも１つが放熱するように前記蓄熱発電ステップを同時に実行することを特徴とする請求項５に記載の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱源から発電装置に熱媒を循環させる熱媒回路を有する蓄熱発電装置及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃料電池等の熱源の排熱を蓄熱する蓄熱槽が利用されている（例えば特許文献１参照）。図７に、一般家庭で使用される燃料電池に、蓄熱槽を付加したシステムの１例を示す。この蓄熱槽を利用したシステム１Ｘは、燃料電池等の熱源２Ｘと、燃料電池等に電線で接続された電化製品等の負荷機器２１と、熱源２Ｘから熱の供給を受けるようにパイプ等で連結された蓄熱槽６Ｘと、蓄熱槽６Ｘから熱の供給を受けるように構成された家庭用温水器等の加熱器２２を有している。また、蓄熱槽６Ｘの熱源２Ｘ側及び加熱器２２側には、それぞれ熱媒の移動を制御するバルブ２３ａ、２３ｂが設置されている。
【０００３】
次に、このシステム１Ｘの作動について説明する。まず、燃料電池等により発電された電気は、電化製品等の負荷機器２１に供給される。同時に、燃料電池等の熱源２Ｘから発生した熱は、蓄熱槽６Ｘに蓄熱される。このとき、蓄熱槽６Ｘの熱源２Ｘ側のバルブ２３ａが開放され、逆側のバルブ２３ｂは閉止される（蓄熱制御）。
【０００４】
また、蓄熱槽６Ｘに蓄熱された熱は、必要に応じて、家庭用温水器等の加熱器２２に供給される。このとき、蓄熱槽６Ｘの加熱器２２側のバルブ２３ｂが開放され、逆側のバルブ２３ａは閉止されている（放熱制御）。この構成により、燃料電池等から発電の際に発生する熱を回収し、効率的に利用することが可能となる。
【０００５】
図８に、工場等の発電装置に蓄熱槽を付加したシステムの１例を示す。ここで、工場等においては、ボイラー等から発生する熱や、ボイラー及びエンジンの排気ガス等の工場排熱を熱源として利用することができる。この蓄熱槽を付加した蓄熱発電装置１Ｙは、ボイラー又はディーゼル発電機等の熱源２Ｙと、熱源２Ｙから熱の供給を受けるように連結された蓄熱槽６Ｙと、蓄熱槽６Ｙから熱の供給を受けるように構成された蒸気タービン１１Ｙを有している。
【０００６】
次に、この蓄熱発電装置１Ｙの作動について説明する。ボイラー等の熱源２Ｙから発生した熱は、蓄熱槽６Ｙに蓄熱される。このとき、蓄熱槽６Ｙの熱源２Ｙ側のバルブ２３ａが開放され、逆のバルブ２３ｂは閉止されている（蓄熱制御）。
【０００７】
また、蓄熱槽６Ｙに蓄熱された熱は、必要に応じて、蒸気タービン１１Ｙに供給される。このとき、蓄熱槽６Ｙの蒸気タービン１１Ｙ側のバルブ２３ｂが開放され、逆側のバルブ２３ａは閉止される（放熱制御）。この構成により、工場排熱を効率的に利用して蒸気タービン１１Ｙで発電を行い、工場への電力供給が可能となる。特に、蓄熱槽６Ｙに蓄積された熱を電力に変換することができるため、あらゆる工場でこの蓄熱発電装置１Ｙを利用することができる。
【０００８】
しかし、上記の蓄熱槽を有する蓄熱発電装置１Ｙは、いくつかの問題点を有している。第１に、蓄熱槽を工場等で利用する場合には、蒸気タービンをメインの独立電源として使用できないという問題を有している。これは、工場排熱が副次的なものであり、エネルギ量が安定しないからである。また、蓄熱槽が、蓄熱制御と放熱制御を同時に行えないからである。そのため、蒸気タービンが水蒸気の供給を受けられず、発電を行えない時間が発生してしまう。
【０００９】
第２に、蒸気タービンの発電効率を向上することが困難であるという問題を有している。これは、工場排熱のエネルギ量が安定せず、このエネルギ量に最適な蒸気タービンの発電容量を選定することが困難だからである。また、熱源から発生する熱の急激な変動等により、蓄熱槽の容量を超えるような余剰な熱エネルギが発生した場合は、この熱エネルギを廃棄しなければならないからである。
【００１０】
第３に、蒸気タービンの対費用効果が低いという問題を有している。これは、蒸気タービンの稼働率が低いからである。
【００１１】
以上より、従来は工場排熱等を利用したメインの独立電源を実現することは困難であった。つまり、商用電源や、ディーゼル発電機等をメインの発電装置とし、排熱利用等は付加的な位置付けとしかなりえなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００４−１５０７７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、上記の問題を鑑みてなされたものであり、その目的は、蓄熱槽を有する蓄熱発電装置において、製造コストを抑制しながら発電効率を向上し、メインの独立電源として使用することが可能な蓄熱発電装置及びその制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記の目的を達成するための本発明に係る蓄熱発電装置は、熱源の熱を蓄熱する蓄熱槽と、前記熱源から発電装置に熱媒を循環させる熱媒回路を有する蓄熱発電装置において、前記蓄熱発電装置が、それぞれ独立した発電用熱媒回路と蓄熱用熱媒回路を有しており、前記発電用熱媒回路が、発電用熱媒が循環するように構成された発電用受熱部と、前記発電用熱媒の熱エネルギを電気に変換する発電装置を有しており、前記蓄熱用熱媒回路が、蓄熱用熱媒が循環するように構成された蓄熱用受熱部と、前記蓄熱用熱媒を供給して熱の授受を行う少なくとも１つの蓄熱槽を有していることを特徴とする。
【００１５】
この構成により、蓄熱発電装置は、メインの独立電源として使用することができる。これは、十分な工場排熱等の熱エネルギを得られない場合であっても、蓄熱槽の熱エネルギを利用して安定して発電を行えるからである。
【００１６】
また、蓄熱発電装置の発電効率を向上することができる。これは、従来、余剰な熱エネルギとして廃棄されていた熱エネルギを、発電装置及び蓄熱槽にそれぞれ供給し、同時並行的に利用できるからである。
【００１７】
上記の蓄熱発電装置において、前記蓄熱用熱媒回路が、前記蓄熱用熱媒の熱エネルギを前記発電用熱媒に移動させる熱交換器と、前記蓄熱槽及び前記熱交換器の上流側に形成された高温側回路と、前記蓄熱槽及び前記熱交換器の下流側に形成された低温側回路を有しており、前記低温側回路が、前記蓄熱槽及び前記熱交換器の下流側にそれぞれ流量制御弁を有していることを特徴とする。
【００１８】
この構成により、蓄熱発電装置の製造コストを抑制することができる。これは、流量制御弁により、蓄熱槽を通過する蓄熱用熱媒の流量を制御できるからである。この流量制御弁を設置しない場合は、高温側回路に蓄熱用熱媒の流れを制御する大型且つ高コストの切
り替え弁や流量制御弁を設置しなくてはならない。この高温側の弁は、耐熱性等の要求が厳しいため高コストとなってしまう。
【００１９】
上記の蓄熱発電装置において、前記低温側回路が、前記蓄熱槽の下流側にそれぞれ設置された三方弁を有しており、前記三方弁が、切り替え制御により前記低温側回路を流れる前記蓄熱用熱媒を前記蓄熱槽の下流側から上流側に向けて流すように構成されたことを特徴とする。
【００２０】
この構成により、蓄熱発電装置の製造コストを抑制することができる。これは、三方弁により、蓄熱槽から熱エネルギを取り出し、高温側回路を介して熱交換器に熱エネルギを伝達することが容易にできるからである。また、蓄熱槽ごとに三方弁を設置する構成により、蓄熱を行う蓄熱槽と、放熱を行う蓄熱槽を任意に選択する制御を行うことができる。
【００２１】
上記の蓄熱発電装置において、前記蓄熱用熱媒が、空気であることを特徴とする。この構成により、蓄熱発電装置の製造コストを抑制することができる。これは、例えば熱媒を水蒸気とした場合と比べて、蓄熱用熱媒回路及び蓄熱槽の内部の圧力を低圧（大気圧程度）にできるからである。なお、発電装置を蒸気タービンとした場合、発電用熱媒は水蒸気とすることが望ましい。この構成により、発電用受熱部や蓄熱槽の熱で生成された水蒸気を直接発電装置に供給し、熱効率を維持できるからである。
【００２２】
上記の蓄熱発電装置において、前記蓄熱発電装置が、制御装置を有しており、前記制御装置が、前記蓄熱槽から前記蓄熱用熱媒及び前記熱交換器を介して、前記発電用熱媒に熱エネルギを伝達し、前記熱エネルギを利用して前記発電装置で発電する蓄熱発電制御を行う構成を有していることを特徴とする。
【００２３】
この構成により、蓄熱発電装置の製造コストを抑制できる。これは、蓄熱槽の熱エネルギで発電を行う際、発電用熱媒回路に連結された発電装置を利用できるからである。また、蓄熱発電装置は、十分な工場排熱等の熱エネルギを得られない場合であっても、安定して発電を行えるからである。これは、蓄熱発電制御により、蓄熱槽の熱エネルギを利用して発電を行えるからである。
【００２４】
上記の目的を達成するための本発明に係る蓄熱発電装置の制御方法は、熱源の熱を蓄熱する蓄熱槽と、前記熱源から発電装置に熱媒を循環させる熱媒回路を有する蓄熱発電装置であり、前記蓄熱発電装置が、それぞれ独立した発電用熱媒回路と蓄熱用熱媒回路を有しており、前記発電用熱媒回路が、発電用熱媒が循環するように構成された発電用受熱部と、前記発電用熱媒の熱エネルギを電気に変換する発電装置を有しており、前記蓄熱用熱媒回路が、蓄熱用熱媒が循環するように構成された蓄熱用受熱部と、前記蓄熱用熱媒を供給して熱の授受を行う少なくとも１つの蓄熱槽を有した蓄熱発電装置の制御方法であって、前記熱源から前記発電用熱媒回路を介して前記発電装置に前記発電用熱媒を供給して発電制御を行う発電ステップと、前記熱源から前記蓄熱用熱媒回路を介して前記蓄熱槽に前記蓄熱用熱媒を供給して蓄熱制御を行う蓄熱ステップと、前記蓄熱槽から前記蓄熱用熱媒を介して前記発電用熱媒に熱エネルギを伝達し、前記熱エネルギを利用して前記発電装置で発電する蓄熱発電制御を行う蓄熱発電ステップを有することを特徴とする。この構成により、前述と同様の作用効果を得ることができる。
【００２５】
上記の蓄熱発電装置の制御方法において、前記発電ステップを実行する際に、複数の前記蓄熱槽のうち少なくとも１つが放熱するように前記蓄熱発電ステップを同時に実行することを特徴とする。
【００２６】
この構成により、工場排熱等の熱源から供給される熱エネルギの量が変動したとしても
、発電量を一定に維持することができる。これは、蓄熱槽から放熱される熱エネルギが、バッファとして働き、不足する熱エネルギを補うように発電用熱媒に供給されるからである。
【発明の効果】
【００２７】
本発明による蓄熱発電装置及びその制御方法によれば、製造コストを抑制しながら発電効率を向上し、メインの独立電源として使用することが可能な蓄熱発電装置及びその制御方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明に係る実施の形態の蓄熱発電装置の概略を示した図である。
【図２】本発明に係る実施の形態の蓄熱発電装置の概略を示した図である。
【図３】蓄熱発電装置におけるエネルギの変化量と時刻の関係を示した図である。
【図４】本発明に係る実施の形態の蓄熱発電装置の異なる制御の概略を示した図である。
【図５】本発明に係る実施の形態の蓄熱発電装置の異なる制御の概略を示した図である。
【図６】蓄熱発電装置におけるエネルギの変化量と時刻の関係の異なる例を示した図である。
【図７】従来の蓄熱槽を付加したシステムの一例を示した図である。
【図８】従来の蓄熱槽を付加したシステムの異なる例を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明に係る実施の形態の蓄熱発電装置及びその制御方法について、図面を参照しながら説明する。図１に、本発明に係る実施の形態の蓄熱発電装置の概略を示す。蓄熱発電装置１は、それぞれ独立した発電用熱媒回路４Ｓと蓄熱用熱媒回路４Ａを有している。
【００３０】
発電用熱媒回路４Ｓは、熱源２から熱を受け且つ発電用熱媒（例えば水蒸気）が循環するように構成された発電用受熱部３Ｓと、発電用熱媒の熱エネルギを電気に変換する発電装置５を有している。発電用熱媒を水蒸気とした場合、この発電装置５は、蒸気タービン１１及び発電機１２で構成される。発電用熱媒回路４Ｓは、発電用受熱部３Ｓで加熱された水蒸気等の発電用熱媒を、発電装置５に循環させ、再び発電用受熱部３Ｓに戻すように構成されている。
【００３１】
蓄熱用熱媒回路４Ａは、熱源２から熱を受け且つ蓄熱用熱媒（例えば空気）が循環するように構成された蓄熱用受熱部３Ａと、蓄熱用熱媒を供給して熱の授受を行う第１蓄熱槽６ａ、第２蓄熱槽６ｂ、第３蓄熱槽６ｃ（以下、総称する場合は蓄熱槽６とする）を有している。また、蓄熱用熱媒回路４Ａは、空気等の蓄熱用熱媒の熱エネルギを発電用熱媒に移動させる熱交換器７を有している。ここで、蓄熱用熱媒を空気等の気体とした場合、この空気等を蓄熱用受熱部３Ａに送り込むためのブロア１３を設置することが望ましい。
【００３２】
蓄熱用熱媒回路４Ａは、蓄熱用受熱部３Ａで加熱された空気等の蓄熱用熱媒を、蓄熱槽６及び熱交換器７に循環させ、再び蓄熱用受熱部３Ａに戻すように構成されている。ここで、蓄熱用熱媒回路４Ａにおいて、蓄熱槽６及び熱交換器７の上流側の回路を特に高温側回路と呼び、蓄熱槽６及び熱交換器７の下流側の回路を特に低温側回路と呼ぶこととする。この低温側回路は、各蓄熱槽６及び熱交換器７の下流側にそれぞれ設置された流量制御弁１４を有している。また、低温側回路は、各蓄熱槽６の下流側にそれぞれ設置された三方弁１５を有している。更に、蓄熱発電装置１は、この流量制御弁１４や三方弁１５等を制御するための制御装置８を有している。なお、一点鎖線は信号線を示している。また、流量制御弁１４及び三方弁１５のうち、閉止しているものは、黒で塗りつぶして示している。
【００３３】
次に、蓄熱発電装置１の作動について説明する。まず、蓄熱発電装置１に、工場排熱等の熱源から熱エネルギが十分に供給されている場合の作動について説明する。発電用熱媒回路４Ｓでは、発電用熱媒（以下、水蒸気を例に説明する）が、発電用受熱部３Ｓで例えば約１００〜８５０℃に加熱され、蒸気タービン１１に送られる。蒸気タービン１１を通過した水蒸気は、再び発電用受熱部３Ｓに送られる。以上を繰り返しながら、発電用熱媒回路４Ｓは、発電を行う（発電制御、又は発電ステップ）。
【００３４】
他方、蓄熱用熱媒回路４Ａでは、蓄熱用熱媒（以下、空気を例に説明する）が、蓄熱用受熱部３Ａで例えば約１００〜８５０℃に加熱され、蓄熱槽６に送られる。蓄熱槽６で熱を奪われ約６０〜２００℃となった空気は、再び蓄熱用受熱部３Ａに送られる。このとき、熱交換器７は使用しないので、熱交換器７の低温側回路（下流側）に設置した流量制御弁１４は閉止している。以上を繰り返しながら、蓄熱用熱媒回路４Ａは、蓄熱槽６に熱エネルギを蓄積していく（蓄熱制御、又は蓄熱ステップ）。ここで、蓄熱発電装置１は、発電制御及び蓄熱制御を同時並行的に行っている。
【００３５】
次に、蓄熱発電装置１に、工場排熱等の熱源から熱エネルギが十分に供給されない場合の作動について、図２を参照しながら説明する。このとき、発電用受熱部３Ｓ及び蓄熱用受熱部３Ａは、熱源２から十分な熱エネルギを受けることができない。蓄熱用熱媒回路４Ａでは、三方弁１５の切り替えにより、空気が蓄熱槽６の下流側（図２下方）から上流側に送られる。蓄熱槽６から熱を受け約１００〜８５０℃に加熱された空気は、熱交換器７に送られる。熱交換器７で熱を奪われた空気は、再び蓄熱槽６に送られる。なお、ブロア１３と蓄熱用受熱部３Ａの間に設置した流量制御弁１４は閉止している。また、流量制御弁１４や三方弁１５は、制御装置８により開閉を制御される。
【００３６】
他方、発電用熱媒回路４Ｓでは、水蒸気が、熱交換器７で約１００〜８５０℃に加熱され、蒸気タービン１１に送られる。蒸気タービン１１を通過した水蒸気は、再び熱交換器７に送られる。以上を繰り返しながら、発電用熱媒回路４Ｓは、蓄熱槽６の熱エネルギを利用して発電装置５で発電を行う。（蓄熱発電制御、又は蓄熱発電ステップ）
【００３７】
図３に、蓄熱発電装置１におけるエネルギの変化量と時刻の関係を示す。図３のグラフにおいて、ＥＩＮは、発電用受熱部３Ｓ及び蓄熱用受熱部３Ａに受けた熱源２の熱エネルギの合計量を示している。この熱エネルギである入力エネルギＥＩＮは、例えば工場等において始業開始（８時）から熱源２であるボイラー等から排熱が開始され、昼間休み（１２時ごろ）に一旦排熱が低減し、その後終業（１７時から１９時）にかけて排熱が停止されていく様子を示している。
【００３８】
また、Ｅ０は、発電制御により、発電用受熱部３Ｓに受けた熱エネルギを、電力に変換した際の出力エネルギ量を示している。この出力エネルギ量Ｅ０は、蒸気タービン等の発電装置の定格出力により決定される。更に、Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３は、蓄熱制御により、蓄熱用受熱部３Ａに受けた熱エネルギを、蓄熱槽６に蓄熱した際のエネルギ量を示している。ここで、Ｅ１及びＥ２は、発電装置の定格出力を超える熱エネルギであり、発電装置に送っても電力に変換できない熱エネルギである。また、Ｅ３は、発電装置の定格出力に満たない熱エネルギであり、発電装置に送っても効率よく電力に変換できない熱エネルギである。加えて、Ｅ４は、蓄熱発電制御により、蓄熱槽６に溜めた熱エネルギを、電力に変換した際の出力エネルギ量を示している。
【００３９】
なお、工場等においては、複数の機器からの排熱等を組み合わせて、熱源２として利用することもできる。
【００４０】
上記の構成により、以下の作用効果を得ることができる。第１に、蓄熱発電装置１を、メインの発電プラントとして独立して使用することができる。十分な排熱（熱エネルギ）を得られない時間帯（例えば１２〜１３時、及び１７時以降）であっても、蓄熱槽６に溜めた熱エネルギを利用して安定して発電を行えるからである。なお、蓄熱槽６の容量次第では、蓄熱槽６に溜めた熱エネルギを利用して、例えばボイラー等の熱源２の稼動は停止しているが、工場等での電力消費が必要となる夜間であっても、電力を安定して供給することが可能となる。
【００４１】
第２に、蓄熱発電装置１の発電効率を飛躍的に向上することができる。これは、従来、発電に寄与しなかった熱エネルギ（Ｅ１〜Ｅ３に相当）を、蓄熱槽６に蓄熱し、発電に利用できるからである。特に、発電制御を行う発電用熱媒回路４Ｓと、蓄熱制御を行う蓄熱用熱媒回路４Ａをそれぞれ独立した回路として形成した構成により、発電制御に影響を与えることなく、余剰エネルギＥ１、Ｅ２のみを利用して蓄熱制御を実行することが可能となる。また、蓄熱槽６は、熱源２からの入力エネルギＥＩＮの小さい１７時以降であっても、エネルギＥ３を回収して溜めることができる。
【００４２】
第３に、蓄熱発電装置１の製造コストを抑制することができる。これは、流量制御弁１４を設置する構成により、蓄熱槽６を通過する空気の流量を制御できるからである。この流量制御弁１４を設置しない場合は、高温側回路に蓄熱用熱媒の流れを制御するための大型且つ高コストのダンパー等の切り替え弁や流量制御弁を設置しなくてはならないからである。具体的には、蓄熱用熱媒を気体とした場合は、温度により体積が大幅に膨張するため、高温側回路の管径は、低温側回路の管径に比べ大きくなり、必要となる弁が大きくなり、高コストとなる。
【００４３】
なお、発電用熱媒回路４Ｓと蓄熱用熱媒回路４Ａの間に熱交換器７を設置しない構成とすることもできる。この構成であっても、蒸気タービン等の発電装置の定格を超える熱エネルギや、定格に足りない熱エネルギ等、発電に寄与しなかった熱源２の入力エネルギ（Ｅ１〜Ｅ３に相当）から、電力を回収することができる。ただし、この場合は、蓄熱用熱媒回路４Ａに別途発電装置を設置する必要があり、蓄熱発電装置１の製造コストが上昇する。
【００４４】
また、蓄熱槽６は、少なくとも１つ設置されていればよい。この蓄熱槽６には、蓄熱材として水等の液体を充填してもよいが、固体の蓄熱材を利用することが望ましい。具体的には、セラミックやコンクリート等を、球状、粒子状又は塊状に形成して蓄熱槽６に充填することができる。
【００４５】
更に、蓄熱用熱媒は、既存の液体及び気体を利用することができるが、望ましくは空気とする。この構成により、蓄熱用熱媒回路４Ａ及び蓄熱槽６の内部の圧力を低圧（大気圧程度）とすることができ、蓄熱発電装置１の製造コストを抑制できるからである。
【００４６】
加えて、発電用熱媒は、既存の液体及び気体を利用することができるが、望ましくは水蒸気とする。この構成により、発電用受熱部３Ｓや熱交換器７で生成された水蒸気を直接発電装置５の蒸気タービン１１に供給し、熱効率を維持できるからである。
【００４７】
加えて、発電装置５は、発電用熱媒の性質等を考慮し、適宜選択することができる。具体的には、蒸気タービンの他、マイクロタービンや水車等を利用してもよい。
【００４８】
図４に、蓄熱発電装置１に、熱源２から熱エネルギが十分に供給される場合の異なる制御方法の概略を示す。図４に示すように、蓄熱用熱媒回路４Ａは、一部の蓄熱槽６ａ、６
ｂに蓄熱用受熱部３Ａで加熱された空気を送り、蓄熱制御を行うと同時に、一部の蓄熱槽６ｃで加熱された空気を熱交換器７に送り、この熱で発電用熱媒回路４Ｓの水蒸気を加熱し、発電を行う蓄熱発電制御を行っている（バッファ制御）。このバッファ制御を行う蓄熱発電装置１は、少なくとも２つの蓄熱槽６を有している。なお、発電用熱媒回路４Ｓは、図１に示した場合と同様に、発電装置５に、発電用受熱部３Ｓで加熱された水蒸気を送り、発電制御を行っている。
【００４９】
また、蓄熱発電装置１に、熱源２から熱エネルギが十分に供給されない場合は、図５に示すように、各流量制御弁１４及び三方弁１５を、制御装置８により制御し、蓄熱発電制御を行う。このとき、熱源２からの熱エネルギが十分に供給される場合に、熱エネルギを放出していた蓄熱槽６ｃには、蓄熱用熱媒が流れないように、流量制御弁１４を閉止することが望ましい。
【００５０】
図６に、前述のバッファ制御を利用した蓄熱発電装置１におけるエネルギの変化量と時刻の関係を示す。図６のグラフにおいて、ＥＩＮは、発電用受熱部３Ｓ及び蓄熱用受熱部３Ａに受けた熱源２の熱エネルギの合計量を示している。この入力エネルギＥＩＮは、熱源２となる複数の機器の運転状況によって、短時間で急激に変動する可能性がある。
【００５１】
この入力エネルギＥＩＮの変動により、発電用熱媒回路４Ｓを流れる水蒸気等のエネルギ量が変動し、発電装置５による出力エネルギ量Ｅ０が変動する可能性がある。しかし、前述のバッファ制御を行うことにより、発電用熱媒回路４Ｓの水蒸気等のエネルギ量が不足した場合は、蓄熱槽６から水蒸気等に熱エネルギを供給することができる。つまり、バッファ制御により、たとえ、熱源２となる機器の運転状況に変化があったとしても、発電装置５による発電量を一定に維持することが可能となる。ここで、バッファ制御により、蓄熱槽６から放出される熱エネルギは、その放出タイミング等を特に制御されておらず、蓄熱用熱媒回路４Ａに常時放出されるように構成している。この構成により、入力エネルギＥＩＮに瞬間的な変動が生じたとしても、発電装置５は、発電量を一定に維持することができる。
【００５２】
また、バッファ制御の採用により、発電装置５を選定する際に定格出力の大きいものを採用することが可能となる。これは、発電装置５に、安定した熱エネルギを供給することができるからである。
【００５３】
なお、バッファ制御を行う蓄熱発電装置１は、三方弁１５を設置する構成により、蓄熱槽６から熱エネルギを取り出し、高温側回路を介して熱交換器７に熱エネルギを伝達することが容易にできる。また、蓄熱槽６ごとに三方弁１５を設置する構成により、蓄熱を行う蓄熱槽６と、放熱を行う蓄熱槽６を任意に選択する制御を行うことができる。
【符号の説明】
【００５４】
１     蓄熱発電装置
２     熱源
３Ｓ   発電用受熱部
３Ａ   蓄熱用受熱部
４Ｓ   発電用熱媒回路
４Ａ   蓄熱用熱媒回路
５     発電装置
６、６ａ、６ｂ、６ｃ 蓄熱槽
７     熱交換器
８     制御装置
１１   蒸気タービン
１２   発電機
１４   流量制御弁
１５   三方弁
【要約】
【課題】
蓄熱槽を有する蓄熱発電装置において、製造コストを抑制しながら発電効率を向上し、メインの独立電源として使用することが可能な蓄熱発電装置及びその制御方法を提供する。
【解決手段】
蓄熱発電装置１において、蓄熱発電装置１が、それぞれ独立した発電用熱媒回路４Ｓと蓄熱用熱媒回路４Ａを有しており、発電用熱媒回路４Ｓが、発電用熱媒が循環するように構成された発電用受熱部３Ｓと、発電用熱媒の熱エネルギを電気に変換する発電装置５を有しており、蓄熱用熱媒回路４Ａが、蓄熱用熱媒が循環するように構成された蓄熱用受熱部３Ａと、蓄熱用熱媒を供給して熱の授受を行う少なくとも１つの蓄熱槽６を有している。
【選択図】図１【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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