(57)【要約】【課題】脱水反応により吸熱し、水和反応により発熱する化学蓄熱材から効率良く熱出力すること。【解決手段】熱源装置１０からの排ガスｇ０の熱により水蒸気ｖ１を生成して排ガスｇ２を排出し、排ガスｇ２により蓄熱槽３０の固体化学蓄熱材を予熱し、水容器４０内の水と、少なくとも排ガスｇ２とを熱交換し、蓄熱槽３０の固体化学蓄熱材からの熱出力により水蒸気ｖ２を生成する。【選択図】図１
2014105926.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱源装置からの第一の排ガスの熱により第一の水蒸気を生成し、第二の排ガスを排出する第一水蒸気生成工程と、
脱水反応により吸熱し、水和反応により発熱する固体化学蓄熱材と、第二の排ガスとを熱交換することにより、該固体化学蓄熱材を予熱する予熱工程と、
該固体化学蓄熱材が格納された蓄熱槽に連通された水容器内の水と、少なくとも第二の排ガスとを熱交換することにより、該水を加熱する第一加熱工程と、
該固体化学蓄熱材からの熱出力により第二の水蒸気を生成する第二水蒸気生成工程と、を包含していることを特徴とする熱出力方法。
【請求項２】
第一加熱工程において上記水容器内の上記水と熱交換する第二の排ガスの流量を調節することにより、第二の水蒸気の生成を制御する第一制御工程をさらに包含することを特徴とする請求項１に記載の熱出力方法。
【請求項３】
第一の排ガスの熱を上記固体化学蓄熱材に蓄熱し、第三の排ガスを排出する第一蓄熱工程と、
第三の排ガスの熱を二次蓄熱材に蓄熱する第二蓄熱工程と、をさらに包含し、
第一加熱工程では、さらに該二次蓄熱材からの熱出力により、上記水容器内の上記水を加熱することを特徴とする請求項１または２に記載の熱出力方法。
【請求項４】
上記熱源装置を熱源装置冷却用熱媒体によって冷却する冷却工程をさらに包含し、
第一加熱工程では、さらに上記水容器内の上記水と該熱源装置冷却用熱媒体とを熱交換することを特徴とする請求項３に記載の熱出力方法。
【請求項５】
第一加熱工程では、第二の排ガスの熱、上記二次蓄熱材からの熱出力、および上記熱源装置冷却用熱媒体の熱を選択的に上記水容器内の上記水に与えることにより、第二水蒸気生成工程における第二の水蒸気の生成を制御することを特徴とする請求項４に記載の熱出力方法。
【請求項６】
熱源装置からの第一の排ガスの熱により第一の水蒸気を生成し、第二の排ガスを排出する第一水蒸気生成工程と、
脱水反応により吸熱し、水和反応により発熱する固体化学蓄熱材と、第二の排ガスとを熱交換することにより、該固体化学蓄熱材を予熱する予熱工程と、
第一の排ガスの熱を該固体化学蓄熱材に蓄熱し、第三の排ガスを排出する第一蓄熱工程と、
第三の排ガスの熱を二次蓄熱材に蓄熱する第二蓄熱工程と、
該二次蓄熱材からの熱出力により、該固体化学蓄熱材が格納された蓄熱槽に連通された水容器内の水を加熱する第一加熱工程と、
該固体化学蓄熱材からの熱出力により第二の水蒸気を生成する第二水蒸気生成工程と、を包含していることを特徴とする熱出力方法。
【請求項７】
上記熱源装置を熱源装置冷却用熱媒体によって冷却する冷却工程をさらに包含し、
第一加熱工程では、さらに上記水容器内の上記水と該熱源装置冷却用熱媒体とを熱交換することを特徴とする請求項１、２または６に記載の熱出力方法。
【請求項８】
第一加熱工程において上記水容器内の上記水から生成した第三の水蒸気と、少なくとも第二の排ガスとを熱交換することにより、第三の水蒸気を加熱する第二加熱工程をさらに包含することを特徴とする請求項１〜７の何れか一項に記載の熱出力方法。
【請求項９】
上記予熱工程では、蓄熱槽内に挿通されている熱交換用管内に、第二の排ガスを流すことを特徴とする請求項１〜８の何れか一項に記載の熱出力方法。
【請求項１０】
上記熱交換用管が、Ｕ字形状を有していることを特徴とする請求項９に記載の熱出力方法。
【請求項１１】
上記蓄熱槽が、並列に配置された複数の分槽からなり、各分槽にそれぞれ上記熱交換用管が挿通されていることを特徴とする請求項９または１０に記載の熱出力方法。
【請求項１２】
上記熱交換用管内に第一の排ガスを流すことにより、上記固体化学蓄熱材に蓄熱する第一蓄熱工程を包含していることを特徴とする請求項９〜１１の何れか一項に記載の熱出力方法。
【請求項１３】
熱源装置と、
該熱源装置からの第一の排ガスの熱により第一の水蒸気を生成し、第二の排ガスを排出する水蒸気生成手段と、
脱水反応により吸熱し、水和反応により発熱する固体化学蓄熱材と、
該固体化学蓄熱材と、第二の排ガスとを熱交換することにより、該固体化学蓄熱材を予熱する予熱手段と、
該固体化学蓄熱材が格納され、該固体化学蓄熱材からの熱出力により第二の水蒸気を生成する蓄熱槽と、
該蓄熱槽に連通され、水を溜める水容器と、
該水容器内の該水と、少なくとも第二の排ガスとを熱交換することにより、該水を加熱する加熱手段と、を備えていることを特徴とする熱出力システム。
【請求項１４】
熱源装置と、
該熱源装置からの第一の排ガスの熱により第一の水蒸気を生成し、第二の排ガスを排出する水蒸気生成手段と、
脱水反応により吸熱し、水和反応により発熱する固体化学蓄熱材と、
該固体化学蓄熱材と、第二の排ガスとを熱交換することにより、該固体化学蓄熱材を予熱する予熱手段と、
該固体化学蓄熱材が格納され、該固体化学蓄熱材からの熱出力により第二の水蒸気を生成する蓄熱槽と、
該蓄熱槽に連通され、水を溜める水容器と、
該固体化学蓄熱材に蓄熱する際の余熱によって蓄熱される二次蓄熱材と、
該二次蓄熱材からの熱出力により、該水容器内の該水を加熱する加熱手段と、を備えていることを特徴とする熱出力システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明には、熱出力技術に関するものであり、特に、化学蓄熱材を利用する熱出力技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
発電と同時に熱も供給するコージェネレーションシステムは、総合効率が高いシステムである。しかし、夜間などは熱需要が少なく、負荷バランスが良好でないことがある。そこで、熱需要が少ないときの排熱を有効活用するため、蓄熱材を用いた技術が開発されている。
【０００３】
特許文献１〜４および非特許文献１には、蓄熱材を用いたコージェネレーションシステムおよび関連技術が記載されている。特に、非特許文献１には、蓄熱材として酸化マグネシウムを用い、ガスエンジンの排熱を用いて蓄熱材に蓄熱し、ガスエンジンのジャケット冷却水の熱を用いて蓄熱材から熱出力させる、効率の良いコージェネレーションシステムが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２１４４４９号公報（２００５年８月１１日公開）
【特許文献２】特開平３−９９１４２号公報（１９９１年４月２４日公開）
【特許文献３】特開２０１１−２３７１０６号公報（２０１１年１１月２４日公開）
【特許文献４】特開平１１−１１７７１３号公報（１９９９年４月２７日公開）
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Yukitaka Kato, Akihiko Watanabe, Yoshio Yoshizawa; “A Chemical Heat Pump for Performance Enhancement of a Cogeneration System” TERRASTOCK2000, vol. 1, pp. 397-402, Stuttgart, Germany (1 September, 2000)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
但し、非特許文献１には、蓄熱材からの熱出力方法の詳細については記載されていない。非特許文献１に記載の技術のような、脱水反応により吸熱し、水和反応により発熱する化学蓄熱材を利用する熱出力技術において、当該化学蓄熱材から効率良く熱出力するための技術を提供することは非常に有用である。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、脱水反応により吸熱し、水和反応により発熱する化学蓄熱材を利用する熱出力技術において、当該化学蓄熱材から効率良く熱出力するための技術を提供することを主たる課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る熱出力方法は、上記課題を解決するために、熱源装置からの第一の排ガスの熱により第一の水蒸気を生成し、第二の排ガスを排出する第一水蒸気生成工程と、脱水反応により吸熱し、水和反応により発熱する固体化学蓄熱材と、第二の排ガスとを熱交換することにより、該固体化学蓄熱材を予熱する予熱工程と、該固体化学蓄熱材が格納された蓄熱槽に連通された水容器内の水と、少なくとも第二の排ガスとを熱交換することにより、該水を加熱する第一加熱工程と、該固体化学蓄熱材からの熱出力により第二の水蒸気を生成する第二水蒸気生成工程と、を包含していることを特徴としている。
【０００９】
上記の構成によれば、第一の水蒸気を生成したときに排出される第二排ガスの熱を用いて、固体化学蓄熱材を予熱すると共に、固体化学蓄熱材に供給する水蒸気を得るための水を加熱することにより、外部からエネルギーを加えることなく、固体化学蓄熱材から効率良く熱出力することができる。また、上記の構成によれば、固体化学蓄熱材を格納する蓄熱槽において、直接水蒸気を生成することができる。
【００１０】
本発明に係る熱出力方法は、第一加熱工程において上記水容器内の上記水と熱交換する第二の排ガスの流量を調節することにより、第二の水蒸気の生成を制御する第一制御工程をさらに包含することが好ましい。
【００１１】
上記の構成によれば、固体化学蓄熱材に供給される水蒸気の圧力は、水容器内の水の飽和水蒸気圧となる。ここで、第一加熱工程において水容器内の水と熱交換する第二の排ガスの流量を調節することにより、当該水の温度を調整し、当該水の飽和水蒸気圧を調整することができる。そして、固体化学蓄熱材に供給される水蒸気の圧力が高くなると、固体化学蓄熱材において水和反応が促進されるため、固体化学蓄熱材に供給される水蒸気の圧力を調整することにより、固体化学蓄熱材からの熱出力を調整して、固体化学蓄熱材からの熱出力による第二の水蒸気の生成を制御すること（例えば、第二の水蒸気の温度制御）ができる。
【００１２】
本発明に係る熱出力方法は、第一の排ガスの熱を上記固体化学蓄熱材に蓄熱し、第三の排ガスを排出する第一蓄熱工程と、第三の排ガスの熱を二次蓄熱材に蓄熱する第二蓄熱工程と、をさらに包含し、第一加熱工程では、さらに該二次蓄熱材からの熱出力により、上記水容器内の上記水を加熱するものであってもよい。
【００１３】
上記の構成によれば、二次蓄熱材からの熱出力をさらに用いて、水容器内の水を加熱することができる。これにより、外部からエネルギーを加えることなく、第二の水蒸気をより効率良く生成することができる。
【００１４】
本発明に係る熱出力方法は、上記熱源装置を熱源装置冷却用熱媒体によって冷却する冷却工程をさらに包含し、第一加熱工程では、さらに上記水容器内の上記水と該熱源装置冷却用熱媒体とを熱交換するものであってもよい。
【００１５】
上記の構成によれば、熱源装置を冷却し、熱源装置から熱を受け取った熱媒体の熱をさらに用いて、水容器内の水を加熱することができる。これにより、外部からエネルギーを加えることなく、第二の水蒸気をより効率良く生成することができる。
【００１６】
本発明に係る熱出力方法において、第一加熱工程では、第二の排ガスの熱、上記二次蓄熱材からの熱出力、および上記熱源装置冷却用熱媒体の熱を選択的に上記水容器内の上記水に与えることにより、第二水蒸気生成工程における第二の水蒸気の生成を制御するものであってもよい。
【００１７】
上記の構成によれば、第二の排ガスの熱、二次蓄熱材からの熱出力、および熱媒体の熱を選択的に水容器内の水に与えることにより、当該水の温度を調整し、当該水の飽和水蒸気圧を調整することができる。これにより、固体化学蓄熱材に供給される水蒸気の圧力を調整し、固体化学蓄熱材からの熱出力を調整して、固体化学蓄熱材からの熱出力による第二の水蒸気の生成を制御すること（例えば、第二の水蒸気の温度制御）ができる。
【００１８】
本発明に係る熱出力方法は、熱源装置からの第一の排ガスの熱により第一の水蒸気を生成し、第二の排ガスを排出する第一水蒸気生成工程と、脱水反応により吸熱し、水和反応により発熱する固体化学蓄熱材と、第二の排ガスとを熱交換することにより、該固体化学蓄熱材を予熱する予熱工程と、第一の排ガスの熱を該固体化学蓄熱材に蓄熱し、第三の排ガスを排出する第一蓄熱工程と、第三の排ガスの熱を二次蓄熱材に蓄熱する第二蓄熱工程と、該二次蓄熱材からの熱出力により、該固体化学蓄熱材が格納された蓄熱槽に連通された水容器内の水を加熱する第一加熱工程と、該固体化学蓄熱材からの熱出力により第二の水蒸気を生成する第二水蒸気生成工程と、を包含しているものであってもよい。当該熱出力方法は、上記熱源装置を熱源装置冷却用熱媒体によって冷却する冷却工程をさらに包含し、第一加熱工程では、さらに上記水容器内の上記水と該熱源装置冷却用熱媒体とを熱交換するものであってもよい。
【００１９】
本発明に係る熱出力方法は、第一加熱工程において上記水容器内の上記水から生成した第三の水蒸気と、少なくとも第二の排ガスとを熱交換することにより、第三の水蒸気を加熱する第二加熱工程をさらに包含するものであってもよい。
【００２０】
上記の構成によれば、蓄熱槽に導入される第三の水蒸気を加熱しておくことにより蓄熱槽を保温して、蓄熱槽内の固体化学蓄熱材における水和反応の効率が低下することを防ぎ、第二の水蒸気の生成効率を向上させることができる。
【００２１】
本発明に係る熱出力方法は、上記予熱工程では、蓄熱槽内に挿通されている熱交換用管内に、第二の排ガスを流すことが好ましい。
【００２２】
上記の構成によれば、熱交換用管内に第二の排ガスを流すことにより、第二の排ガスと固体化学蓄熱材との間で熱交換して、固体化学蓄熱材を好適に予熱することができる。
【００２３】
本発明に係る熱出力方法では、上記熱交換用管が、Ｕ字形状を有していることが好ましい。
【００２４】
上記の構成によれば、熱交換用管がＵ字形状を有しているため、Ｕ字の底部は蓄熱槽内において遊動可能である。そのため、熱交換用管が熱膨張により変形したとしても、熱交換用管の破損を避けることができる。なお、熱交換用管には、フィンが付加されていてもよい。
【００２５】
本発明に係る熱出力方法では、上記蓄熱槽が、並列に配置された複数の分槽からなり、各分槽にそれぞれ上記熱交換用管が挿通されていることが好ましい。
【００２６】
上記の構成によれば、蓄熱槽を複数の分槽から構成し、各々に熱交換用管を挿通して加熱することにより、流路抵抗を低減することができると共に、蓄熱槽内の位置によって、最も近い熱交換用管からの距離が大きく違うような状態を避け、蓄熱槽内の固体化学蓄熱材をより均一に予熱することができる。
【００２７】
本発明に係る熱出力方法は、上記熱交換用管内に第一の排ガスを流すことにより、上記固体化学蓄熱材に蓄熱する第一蓄熱工程を包含しているものであってもよい。
【００２８】
上記の構成によれば、予熱工程と、第一蓄熱工程とで、固体化学蓄熱材との熱交換に用いる熱交換用管を共用することができる。これにより、より簡易な構成で、熱出力を行うことができる。
【００２９】
本発明に係る熱出力システムは、熱源装置と、該熱源装置からの第一の排ガスの熱により第一の水蒸気を生成し、第二の排ガスを排出する水蒸気生成手段と、脱水反応により吸熱し、水和反応により発熱する固体化学蓄熱材と、該固体化学蓄熱材と、第二の排ガスとを熱交換することにより、該固体化学蓄熱材を予熱する予熱手段と、該固体化学蓄熱材が格納され、該固体化学蓄熱材からの熱出力により第二の水蒸気を生成する蓄熱槽と、該蓄熱槽に連通され、水を溜める水容器と、該水容器内の該水と、少なくとも第二の排ガスとを熱交換することにより、該水を加熱する加熱手段と、を備えていることを特徴としている。
【００３０】
本発明に係る熱出力システムは、熱源装置と、該熱源装置からの第一の排ガスの熱により第一の水蒸気を生成し、第二の排ガスを排出する水蒸気生成手段と、脱水反応により吸熱し、水和反応により熱出力する固体化学蓄熱材と、該固体化学蓄熱材と、第二の排ガスとを熱交換することにより、該固体化学蓄熱材を予熱する予熱手段と、該固体化学蓄熱材が格納され、該固体化学蓄熱材からの熱出力により第二の水蒸気を生成する蓄熱槽と、該蓄熱槽に連通され、水を溜める水容器と、該固体化学蓄熱材に蓄熱する際の余熱によって蓄熱される二次蓄熱材と、該二次蓄熱材からの熱出力により、該水容器内の該水を加熱する加熱手段と、を備えているものであってもよい。
【００３１】
上記の構成によれば、本発明に係る熱出力方法と同等の効果を奏する。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、脱水反応により吸熱し、水和反応により発熱する固体化学蓄熱材から効率良く熱出力を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の一実施形態に係る熱出力システムの概略構成を示すブロック図であり、（ａ）は、蓄熱モード時の状態を示し、（ｂ）は、熱出力モード時の状態を示す。
【図２】（ａ）は、本発明の一実施形態に係る熱出力システムにおける蓄熱槽の詳細を示す模式図であり、（ｂ）は、そのバリエーションを示す模式図である。
【図３】（ａ）は、本発明の一実施形態に係る熱出力システムにおける蓄熱槽の詳細を示す模式図であり、（ｂ）は、そのバリエーションを示す模式図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る熱出力システムにおける熱交換用管の温度変化の一例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
〔実施形態１〕
（熱出力システム）
図１は、本発明の一実施形態（実施形態１）に係る熱出力システム１の概略構成を示すブロック図であり、（ａ）は、蓄熱モード時の状態を示し、（ｂ）は、熱出力モード時の状態を示す。図１に示すように、熱出力システム１は、ガスエンジン（熱源装置）１０、蓄熱装置２０、ボイラ（水蒸気生成手段）５０、二次蓄熱材６０および調整部（制御手段）７０を備えている。蓄熱装置２０は、蓄熱槽３０および水容器４０を備えている。
【００３５】
ガスエンジン１０は、電力および熱を発生させる発電装置である。これにより、システム１は、電力および熱の両方を提供するコージェネレーションシステムとして機能する。発電装置として、ガスエンジン１０の他、例えば、ガスタービン、ディーゼルエンジン、燃料電池セル等の公知の発電装置を用いることができる。発電装置の熱電比も特に限定されない。
【００３６】
ただし、本実施形態に係る熱出力システム１は、発電装置を備えたコージェネレーションシステムに限定されない。すなわち、熱出力システム１は、排熱を含んだ排ガスを排出し、当該排ガスを介して蓄熱装置２０に熱を与える熱源装置を備えていればよい。そのような熱源装置としては、発電装置以外に、これらに限定されないが、例えば、加熱炉等が挙げられる。また、熱源装置は単一の装置に限定されず、排熱を伴う複数の装置から構成されていてもよい。
【００３７】
蓄熱槽３０には、脱水反応により吸熱し、水和反応により発熱する固体化学蓄熱材３１が格納されている。本明細書において、「固体化学蓄熱材」とは、化学的な反応により吸熱および発熱する固形物を指し、脱水反応により吸熱し、水和反応により熱出力するものである。固体化学蓄熱材の具体例としては、これらに限定するものではないが、金属酸化物と水との組合せであるＮｉＯ／Ｈ２Ｏ、ＣａＳＯ４／Ｈ２Ｏ、ＣｏＯ／Ｈ２Ｏ、ＣｕＯ／Ｈ２Ｏ、ＭｇＣｌ２／Ｈ２Ｏ、ＣａＣｌ２／Ｈ２Ｏ、ＭｇＯ／Ｈ２Ｏ、ＣａＯ／Ｈ２Ｏ等が挙げられる。
【００３８】
これらの固体化学蓄熱材は、作動温度以上で吸熱反応、すなわち蓄熱を行う。系内１気圧付近時の各固体化学蓄熱材における作動温度は、表１に示すとおりである。また、これらの固体化学蓄熱材は、水和反応開始温度以上で発熱、すなわち熱出力を行う。
【００３９】
【表１】
2014105926.tif 000003
【００４０】
蓄熱装置２０において利用する固体化学蓄熱材３１は、ガスエンジン１０からの排ガスの温度が、当該固体化学蓄熱材の作動温度を超えるように選択すればよい。また、固体化学蓄熱材の形状は特に限定されず、例えば、ペレット状、紛状等であり得る。
【００４１】
水容器４０は、蓄熱槽３０に連通し、凝縮器兼蒸発器として機能する、水を溜める容器である。蓄熱槽３０および水容器４０は、互いに内部が連通しているとともに、外部から密閉されている。これにより、蓄熱装置２０では、蓄熱時には、生成した水を水容器４０に溜め、熱出力時には、水容器４０中の水から水蒸気を生成して蓄熱槽３０内の固体化学蓄熱材３１に供給することができる。
【００４２】
ボイラ５０は、熱源装置の排熱を利用して水蒸気を生成する装置であり、公知の排熱回収ボイラ等を用いることができる。
【００４３】
二次蓄熱材６０は、蓄熱時に、蓄熱槽３０から排出された排ガスの熱をカスケード利用するための蓄熱材であり、公知の顕熱蓄熱材、潜熱蓄熱材、固体化学蓄熱材等によって構成することができる。
【００４４】
調整部７０は、ボイラ５０からの排ガスの流路、二次蓄熱材からの熱の輸送のための流路、およびガスエンジン１０を冷却するためのジャケット冷却水の流路に設けられ、当該流路における流量の調整、流れの遮断等を行うものであり、例えば、調整弁、操作弁等から構成され得る。
【００４５】
熱出力システム１は、その他、排ガス、熱媒体等の流路や、当該流路に設けられたブロア、ポンプおよび各種弁、各部を冷却するための冷却手段、各部を保温するための断熱材、各部を支持するための支持体および筐体などを適宜備えていてもよい。
【００４６】
熱出力システム１は、熱需要が少ないときは、蓄熱槽３０に蓄熱する蓄熱モードで、熱需要が増大したときには、蓄熱槽３０およびボイラ５０において水蒸気を生成する熱出力モードで動作する。これにより、熱需要に変化がある場合であっても、熱を有効利用することができる。
【００４７】
なお、熱出力モードにおいて生成する水蒸気は、特に限定されないが、例えば、吸収式冷温水機の熱源として利用してもよいし、工場等において、加熱、乾燥、消毒等に使用するプロセス蒸気として利用してもよい。
【００４８】
以下蓄熱モードおよび熱出力モード時の動作について詳細に説明する。なお、以下では、説明の便宜上、一試算例に基づく各部の温度を示しているが、本発明はこれに何ら限定されるものではない。
【００４９】
（蓄熱モード）
図１（ａ）は、熱出力システム１の蓄熱モードにおける状態を示す図である。図１（ａ）に示すように、蓄熱モード時において、ガスエンジン１０には燃料ｆが供給されるとともに、ジャケット冷却水ｃ０が循環されている。そして、ガスエンジン１０からは排ガス（第一の排ガス）ｇ０が排出される。排ガスｇ０は、例えば、４００℃であり、その温度は発電負荷に対してほぼ一定である。
【００５０】
排ガスｇ０は、蓄熱槽３０に供給され、蓄熱槽３０内の固体化学蓄熱材３１との間で熱交換を行い、排ガス（第三の排ガス）ｇ１として排出される。排ガスｇ０の熱を受け取った蓄熱槽３０内の固体化学蓄熱材３１は、蓄熱を行うと共に、水蒸気ｖ０を生成する（第一蓄熱工程）。なお、固体化学蓄熱材３１は、当該固体化学蓄熱材の作動温度よりも、排ガスｇ０の温度の方が高くなるように選択されており、本実施形態では、例えば、ＭｇＯ／Ｈ２Ｏである。水蒸気ｖ０は、水容器４０（または蓄熱槽３０と水容器４０との間の流路）に設けられた熱交換器における冷却水ｃ１との熱交換によって、凝縮して水となり、水容器４０に溜められる。
【００５１】
さらに、排ガスｇ１は、二次蓄熱材６０と熱交換され、二次蓄熱材６０は排ガスｇ１の熱を受け取って蓄熱する（第二蓄熱工程）。
【００５２】
（熱出力モード）
図１（ｂ）は、熱出力システム１の熱出力モードにおける状態を示す図である。図１（ｂ）に示すように、熱出力モード時においても、蓄熱モード時と同様に、ガスエンジン１０には燃料ｆが供給されるとともに、ジャケット冷却水ｃ０が循環されている（冷却工程）。そして、ガスエンジン１０からは排ガス（第一の排ガス）ｇ０が排出される。排ガスｇ０は、例えば、４００℃であり、ガスエンジン１０に導入されるジャケット冷却水ｃ０は８３℃であり、ガスエンジン１０から排出されるジャケット冷却水ｃ０は８８℃であるとする。
【００５３】
排ガスｇ０は、ボイラ５０に供給され、ボイラ５０に供給される水ｗ１との間で熱交換を行い、排ガス（第二の排ガス）ｇ２として排出される。排ガスｇ０の熱を受け取った水ｗ１は、蒸発して水蒸気（第一の水蒸気）ｖ１となり、熱出力システム１から出力される（第一水蒸気生成工程）。水蒸気ｖ１の温度は、例えば、１７０℃であり、排ガスｇ２の温度は、例えば、１５０℃となる。
【００５４】
（予熱工程）
そして、排ガスｇ２と固体化学蓄熱材とを熱交換することにより、蓄熱槽３０内の固体化学蓄熱材を、予熱する（予熱工程）。予熱工程では、固体化学蓄熱材を、当該固体化学蓄熱材の水和反応開始温度まで予熱することが好ましいが、第一蓄熱工程において、排ガスｇ０の熱で直接、固体化学蓄熱材を水和反応開始温度まで加熱することもできるため、予熱工程において、固体化学蓄熱材を水和反応開始温度まで予熱することは必須の条件ではない。具体的には、図２（ａ）に示すように、蓄熱槽３０に熱交換用管（予熱手段）３２を挿通し、熱交換用管３２内に排ガスｇ２を流すことによって、排ガスｇ２と固体化学蓄熱材とを熱交換することができる。排ガスｇ２の温度は、例えば１５０℃であるので、これにより、固体化学蓄熱材３１の温度を水和反応開始温度まで容易に予熱することができる。なお、当該熱交換によって、排ガスｇ２の温度は、僅か数度低下するだけであり、腐食の問題は特に発生しない。
【００５５】
予熱条件の制御は、例えば、固体化学蓄熱材３１を測温し、目的の温度以上になるように制御してもよいし、予め実験的に求めた目的の温度以上にするための条件で制御してもよい。なお、熱交換用管３２の出口（図中、３２ａまたは３２ｃ）における排ガスｇ２の温度を測温することによって、制御してもよい。
【００５６】
以上のように、蓄熱槽３０内の固体化学蓄熱材３１を予熱しておくことにより、後述する熱出力を円滑に行うことができる上、蓄熱槽３０内に水蒸気が結露することを首尾よく避けることができる。
【００５７】
熱交換用管３２は、例えば、図２（ａ）に示すようにＵ字形状を有している。このとき、Ｕ字の底部は蓄熱槽３０内において遊動可能である。そのため、熱交換用管３２が熱膨張により変形したとしても、蓄熱槽３０内で熱交換用管３２の位置がずれるだけであり、熱交換用管３２の破損を避けることができる。
【００５８】
また、蓄熱槽３０を複数の分槽３０ａから構成し、各々に熱交換用管３２を挿通して加熱することにより、流路抵抗を低減することができると共に、蓄熱槽３０内の位置によって、最も近い熱交換用管３２からの距離が大きく違うような状態を避け、特に、複数の熱交換用管３２内に並行して気体を流すことにより、蓄熱槽３０内の固体化学蓄熱材３１をより均一に予熱することができる。
【００５９】
なお、熱交換用管３２は、図２（ｂ）に示すように、直線上の形状であってもよい。
また、蓄熱槽３０は、複数の分槽３０ａから構成されている必要はなく、単層であってもよい。
【００６０】
また、熱交換用管３２は、蓄熱モード時の第一蓄熱工程において、固体化学蓄熱材３１と、排ガスｇ０とを熱交換するための流路として共用してもよい。すなわち、第一蓄熱工程では、熱交換用管３２内に排ガスｇ０を流すことにより、固体化学蓄熱材３１に蓄熱するものであってもよい。これにより、システム全体の構成をより簡易にすることができる。
【００６１】
（加熱工程）
また、ガスエンジン１０からの熱を受け取ったジャケット冷却水（熱源装置冷却用熱媒体）ｃ０、二次蓄熱材６０からの熱出力を受け取った熱媒体ｈ、および排ガスｇ２が、水容器４０内を通過し、水容器４０内の水と熱交換を行う（第一加熱工程）。すなわち、水容器４０には、ジャケット冷却水ｃ０、熱媒体ｈおよび排ガスｇ２を、水容器４０内の水と熱交換するための熱交換器（図示しない加熱手段）を備えている。ジャケット冷却水ｃ０、熱媒体ｈおよび排ガスｇ２からの熱を受け取った水は、飽和蒸気圧に従って水蒸気（第三の水蒸気）ｖ３となる。
【００６２】
そして、水蒸気ｖ３は、水容器４０と蓄熱槽３０との間の蒸気配管内において、排ガスｇ２と熱交換された（第二加熱工程）後に、蓄熱槽３０内に供給される。
【００６３】
そして、水蒸気ｖ３が供給された蓄熱槽３０内の固体化学蓄熱材３１は、熱出力を行い、蓄熱槽３０に供給される水ｗ２との間で熱交換を行う。固体化学蓄熱材３１からの熱出力を受け取った水ｗ２は、蒸発して水蒸気（第二の水蒸気）ｖ２となり、熱出力システム１から出力される（第二水蒸気生成工程）。
【００６４】
これにより、外部からエネルギーを加えることなく、固体化学蓄熱材３１から効率良く熱出力することができる。また、固体化学蓄熱材３１を格納する蓄熱槽３０において、直接水蒸気ｖ２を生成することができる。
【００６５】
なお、ジャケット冷却水ｃ０、熱媒体ｈおよび排ガスｇ２の全てを、水容器４０内の水と熱交換するため用いる必要はなく、一実施形態において、これらから選択された何れかまたは組合せを用いて、水容器４０内の水を加熱するようにしてもよい。また、一実施形態において、後述するように、ジャケット冷却水ｃ０、熱媒体ｈおよび排ガスｇ２を選択的に用いて水容器４０内の水を加熱するようにしてもよい。
【００６６】
（制御工程）
本実施形態ではまた、調整部７０によって、第一加熱工程において水容器４０内の水と熱交換する排ガスｇ０の流量を調節する（第一制御工程）。これにより、水蒸気ｖ２の生成（例えば、水蒸気ｖ２の温度）を制御することができる。
【００６７】
すなわち、固体化学蓄熱材３１に供給される水蒸気ｖ３の圧力は、水容器４０内の水の飽和水蒸気圧となる。ここで、調整部７０によって、第一加熱工程において水容器４０内の水と熱交換する排ガスｇ２の流量を調節することにより、当該水の温度を調整し、もって当該水の飽和水蒸気圧を調整することができる。
【００６８】
そして、固体化学蓄熱材３１に供給される水蒸気ｖ３の圧力が高くなると、固体化学蓄熱材３１において水和反応が促進されるため、固体化学蓄熱材３１に供給される水蒸気ｖ３の圧力を調整することにより、固体化学蓄熱材３１からの熱出力を調整して、固体化学蓄熱材３１からの熱出力による水蒸気ｖ２の生成を制御することができる。例えば、固体化学蓄熱材３１において水和反応が促進されると、固体化学蓄熱材３１の温度が上昇するため、より高い温度の水蒸気ｖ２を生成することができる。これにより、第一制御工程において、水蒸気ｖ２の温度を制御することができる。
【００６９】
また、一実施形態において、調整部７０は、排ガスｇ２の熱、二次蓄熱材６０からの熱を輸送する熱媒体ｈ、およびジャケット冷却水ｃ０の熱を選択的に水容器４０内の水に与えるようになっていてもよい。すなわち、調整部７０は、排ガスｇ２、熱媒体ｈ、およびジャケット冷却水ｃ０を選択的に水容器４０内に導入するようになっていてもよい。
【００７０】
排ガスｇ２、熱媒体ｈ、およびジャケット冷却水ｃ０の温度はそれぞれ異なっているため、これらを選択的に水容器４０内に導入し、水容器４０内の水と熱交換させることにより、当該水の温度を調整することができる（第一加熱工程の変形例）。これにより、上述したように、当該水の飽和水蒸気圧を調整して、最終的に、水蒸気ｖ２の生成を制御すること（例えば、水蒸気ｖ２の温度の制御）ができる。
【００７１】
〔実施形態２〕
続いて、本発明の他の実施形態（実施形態２）について説明する。本実施形態は、蓄熱槽３０の構成および蓄熱モードにおける動作以外は、実施形態１と同様であり、同様の部材には同じ部材番号を付して説明を省略する。
【００７２】
図３（ａ）は、本実施形態における蓄熱槽３０の構成を示す模式図である。図３（ａ）に示すように、本実施形態において、蓄熱槽３０は、並列に配置され、それぞれが固体化学蓄熱材３１を格納する複数の分槽３０ａと、各分槽３０ａに挿入され、排ガスｇ０を流すための熱交換用管３２と、熱交換用管３２内に流す排ガスｇ０の制御を行う切替部（気体流通手段、切替手段）３３とを備えている。ここで、熱交換用管３２における蓄熱槽３０内での排ガスｇ０の入口と出口とに相当する部位を部位３２ａおよび３２ｃと称し、それらの中間地点を部位３２ｂと称する。また、部位３２ａ、３２ｂおよび３２ｃに隣接する固体化学蓄熱材３１の部位をそれぞれ部位３１ａ、３１ｂおよび３１ｃと称する。なお、部位３１ｂは、少なくとも部位３２ａおよび３２ｃよりも部位３２ｂに近い。
【００７３】
切替部３３が、熱交換用管３２内に、排ガスｇ０（固体化学蓄熱材３１の作動温度以上の気体）を流すことにより、排ガスｇ０と、固体化学蓄熱材３１との間で熱交換を行い、固体化学蓄熱材３１を加熱して蓄熱することができる。
【００７４】
ここで、排ガスｇ０が熱交換用管３２内を流れるにつれ排ガスｇ０の熱が徐々に固体化学蓄熱材３１に奪われるため、出口に隣接する部位では、排ガスｇ０の温度が低くなり、出口に隣接する部位の固体化学蓄熱材３１に対してあまり熱を与えることができない。
【００７５】
しかし、切替部３３は、所定のタイミングで、熱交換用管３２の蓄熱槽３０内での排ガスｇ０の入口と出口とを逆転させる切替工程を実行する。すなわち、切替部３３は、排ガスｇ０の流れを制御することにより、例えば、部位３２ａが入口となり、部位３２ｃが出口となり、排ガスｇ０が部位３２ａから３２ｂを介して３２ｃまで流れている状態から、部位３２ｃが入口となり、部位３２ａが出口となり、排ガスｇ０が部位３２ｃから３２ｂを介して３２ａまで流れている状態に切り替えること、およびその逆の操作を行うことができる。
【００７６】
これにより、熱交換用管３２における元々の出口に隣接する部位にあり、あまり熱が与えられなかった固体化学蓄熱材３１に対しても十分な熱を与えることができるようになる。これにより、固体化学蓄熱材３１に対する加熱を均一化して、有効に蓄熱し得る固体化学蓄熱材３１の量を増加させ、蓄熱効率を高めることができる。
【００７７】
熱交換用管３２は、例えば、図３（ａ）に示すようにＵ字形状を有している。このとき、Ｕ字の底部（部位３２ｂ）は蓄熱槽３０内において遊動可能である。そのため、熱交換用管３２が熱膨張により変形したとしても、蓄熱槽３０内で熱交換用管３２の位置がずれるだけであり、熱交換用管３２の破損を避けることができる。また、熱交換用管３２の入口および出口を蓄熱槽３０の片側に配置することができるため、切替部３３を熱交換用管３２の入口および出口に近い位置に配置することができ、切替用の配管、操作弁等の構成を簡易に構成することができる。
【００７８】
なお、熱交換用管３２には、適宜フィンが付加されていてもよい。このとき、熱交換用管３２は、フィンを除いた部分の形状が、全体としてＵ字形状であることが好ましい。
【００７９】
また、蓄熱槽３０を複数の分槽３０ａから構成し、各々に熱交換用管３２を挿通して加熱することにより、流路抵抗を低減することができると共に、蓄熱槽３０内の位置によって、最も近い熱交換用管３２からの距離が大きく違うような状態を避け、特に、複数の熱交換用管３２内に並行して気体を流すことにより、蓄熱槽３０内の固体化学蓄熱材３１をより均一に加熱することができる。
【００８０】
続いて、図４を参照して、切替部３３による切替工程の実行のタイミングの例について説明する。図４では、切替工程を、熱交換用管３２の入口と出口の中間地点に隣接する部位における固体化学蓄熱材３１の温度に基づいて行う場合について説明する。本明細書において「熱交換用管３２の入口と出口の中間地点」とは、熱交換用管３２における入口と出口との間を三等分したときの中央（二番目）の領域内の地点を指す。特に好ましくは、中間地点は、熱交換用管３２における入口と出口との間を二等分する位置である。本実施形態では、当該中間地点に隣接する固体化学蓄熱材３１の部位３１ｂに図示しない温度計（測温手段）が設けられており、熱交換用管３２の蓄熱槽３０での入口と出口の中間地点に隣接する部位における固体化学蓄熱材３１の温度の測定（測温工程）を行うことができるようになっている。
【００８１】
図４は、熱交換用管３２に隣接する固体化学蓄熱材３１の各部位の温度変化の一例を示すグラフである。図中、ａは部位３１ａにおける固体化学蓄熱材３１の温度を、ｂは部位３１ｂにおける固体化学蓄熱材３１の温度を、ｃは部位３１ｃにおける固体化学蓄熱材３１の温度をそれぞれ示す。また、切替工程Ｄ２を図中に示している。期間ｒ１では、部位３２ａが入口であり、部位３２ｃが出口であり、期間ｒ２ではその逆となる。また、Ｄ３は、固体化学蓄熱材３１の作動温度を示す。
【００８２】
図４に示すように、実行される切替工程Ｄ２は、熱交換用管３２の入口と出口の中間地点に隣接する部位３１ｂ（中間地点近傍の部位）における固体化学蓄熱材３１の温度が、予め定められた温度Ｄ１以上となったときに実行される。これにより、気体流通工程を開始してからの運転（期間ｒ１）では、熱交換用管３２の入口に隣接する部位から中間地点に隣接する部位にある固体化学蓄熱材３１（部位３１ａ〜３１ｂ）が逐次加熱され、脱水反応が完了する。
【００８３】
そして、切替工程Ｄ２以降の運転（期間ｒ２）は、熱交換用管３２の入口と出口の中間地点に隣接する固体化学蓄熱材３１の部位３１ｂの温度が、再度、予め定められた温度Ｄ１以上となるまで続けられる。これにより、切替工程Ｄ２以降の運転（期間ｒ２）では、熱交換用管３２の入口に隣接する部位（切替工程Ｄ２前の出口に隣接する部位）から中間地点に隣接する部位にある固体化学蓄熱材３１（部位３１ｃ〜３１ｂ）が逐次加熱され、脱水反応が完了する。以上により、固体化学蓄熱材の全体に亘って十分に蓄熱を行うことができる。
【００８４】
すなわち、熱交換用管３２の入口に隣接する部位から中間地点に隣接する部位までの固体化学蓄熱材３１（部位３１ａ〜３１ｂ）に蓄熱された時点を見極め、熱交換用管３２の入口と出口を切り替えることで、既に脱水反応により吸熱し終えた入口に隣接する部位から中間地点に隣接する部位までの固体化学蓄熱材３１（部位３１ａ〜３１ｂ）に気体の顕熱を奪われることなく、効率的に切替工程前の出口に隣接する部位（切替工程後の入口に隣接する部位）から中間地点に隣接する部位までの固体化学蓄熱材３１（部位３１ｃ〜３１ｂ）を加熱して、固体化学蓄熱材３の全体を効率よく加熱することができる。
【００８５】
なお、熱交換用管３２の蓄熱槽３０での中間地点に隣接する固体化学蓄熱材３１の部位３１ｂの温度は、蓄熱槽３０全体にどれだけの熱を与えられたかの好適な指標となるため、当該中間地点に隣接する固体化学蓄熱材３１の部位３１ｂの温度に応じて切替工程を実行することにより、好適なタイミングで切替工程を実行することができる。
【００８６】
但し、切替工程のタイミングは、上述したものに限定されない。例えば、タイマーを用いて予め定められた時間毎に行うようにしてもよい。
【００８７】
なお、蓄熱槽３０は、図３（ｂ）に示すように構成してもよい。すなわち、蓄熱槽３０は、複数の分槽３０ａから構成されている必要はなく、単層であってもよい。蓄熱槽３０を、複数の分槽３０ａから構成するか否かは、例えば、蓄熱槽３０の規模に応じて選択すればよい。また、熱交換用管３２は、Ｕ字形状を有している必要はなく、他の形状、例えば、図３（ｂ）に示すような直線上の形状であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００８８】
本発明は、固体化学蓄熱材を利用し、熱の有効利用を行う技術分野において好適に利用可能である。
【符号の説明】
【００８９】
１      熱出力システム
１０    ガスエンジン（熱源装置）
３０    蓄熱槽
３０ａ  分槽
３１    固体化学蓄熱材
３２    熱交換用管（予熱手段）
３３    切替部
４０    水容器
５０    ボイラ（水蒸気生成手段）
６０    二次蓄熱材
７０    調整部（制御手段）
ｇ０    排ガス（第一の排ガス）
ｇ１    排ガス（第三の排ガス）
ｇ２    排ガス（第二の排ガス）
ｃ０    ジャケット冷却水（熱源装置冷却用熱媒体）
ｖ１    水蒸気（第一の水蒸気）
ｖ２    水蒸気（第二の水蒸気）
ｖ３    水蒸気（第三の水蒸気）
【図１】
2014105926.tif 000004
【図２】
2014105926.tif 000005
【図３】
2014105926.tif 000006
【図４】
2014105926.tif 000007