(57)【要約】  装置を大型化することなく、蓄熱量の増大を図った蓄熱装置を提供すること。  １００℃を超える所定温度まで加熱された熱媒体油の熱を蓄熱する蓄熱装置４であって、熱媒体油を溜める蓄熱槽４１と、この蓄熱槽４１内に設けられ熱媒体油よりも単位体積あたりの熱容量ＣρＶの高い蓄熱体４０とを備えた。
2010070704.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１００℃を超える所定温度まで加熱された熱媒体の熱を蓄熱する蓄熱装置であって、
前記熱媒体を溜める蓄熱槽と、この蓄熱槽内に設けられ前記熱媒体よりも単位体積あたりの熱容量の高い金属体とを備えたことを特徴とする蓄熱装置。
【請求項２】
前記金属体によって、前記蓄熱槽の入口から出口に向かう熱媒体の流路が構成され、該流路は熱媒体との接触面積を増大した形態にされたことを特徴とする請求項１に記載の蓄熱装置。
【請求項３】
前記金属体は、前記蓄熱槽内に所定間隔をあけて配置され、蛇行状の熱媒体の流路を形成する複数の整流板と、これら整流板間に配置される複数の蓄熱棒とを備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の蓄熱装置。
【請求項４】
前記各整流板には、前記蓄熱棒が貫通する貫通孔が形成され、当該貫通孔は前記蓄熱槽の入口側に位置する整流板に形成された孔ほど大径に形成されていることを特徴とする請求項３に記載の蓄熱装置。
【請求項５】
前記金属体は、比熱の異なる複数の金属種を接合して形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の蓄熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、太陽光、地熱、風力、潮汐力等の自然エネルギ（いわゆる再生可能エネルギ）を、電力等のエネルギに変換する手法が研究され、具体的な装置やシステムが数多く提案されている。具体的には、太陽光の熱エネルギを熱電素子により電気エネルギに変換する太陽光発電装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。また、太陽光から得た熱エネルギにより空気と水蒸気を加温して気流を発生させ、この気流により風力発電を行う装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００１−００７４１２号公報
【特許文献２】特開２００４−１００４９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述した自然エネルギを利用する装置やシステムの多くは、自然エネルギをその場で電力等の他のエネルギに変換するので、需要に応じて適量のエネルギを取り出す量を調整することは困難であった。
これを解消するために、自然エネルギを利用して、１００℃を超える所定温度まで加熱された熱媒体の熱を蓄熱する蓄熱装置を備え、この蓄熱装置に蓄熱された熱を取り出して水を加熱し、発生させた蒸気で動力源を駆動させる動力発生装置の開発が模索されている。この種の動力発生装置では、自然エネルギから熱媒体の熱として取り出したエネルギを蓄熱装置に蓄えるため、この熱エネルギを必要量だけ速やかに取り出して利用することができる。
一方で、この種の蓄熱装置では、蓄熱量を増大することが望まれている。しかし、蓄熱量を増大するためには、熱媒体を溜める蓄熱槽の大型化を要し、装置が大型化するといった問題があった。【０００４】
そこで、本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、装置を大型化することなく、蓄熱量の増大を図った蓄熱装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、１００℃を超える所定温度まで加熱された熱媒体の熱を蓄熱する蓄熱装置であって、前記熱媒体を溜める蓄熱槽と、この蓄熱槽内に設けられ前記熱媒体よりも単位体積あたりの熱容量の高い金属体とを備えたことを特徴とする。【０００６】
この構成によれば、熱媒体を蓄熱槽に貯留可能とした上で、この蓄熱槽内に設けられた当該熱媒体よりも単位体積あたりの熱容量の高い金属体に熱を蓄えるので、蓄熱槽を大型化することなく、より大きな熱エネルギを蓄えることが可能である。また、熱媒体は、蓄熱槽に対し、流入もしくは流出させることが自在であるため、この熱媒体を介して、蓄熱槽に蓄えた熱量を簡単に取り出すことができる。【０００７】
この構成において、前記金属体によって、前記蓄熱槽の入口から出口に向かう熱媒体の流路が構成され、該流路は熱媒体との接触面積を増大した形態にされた構成としても良い。この構成によれば、金属体が熱媒体の熱を蓄える機能と熱媒体の流路を構成する機能とを有するため、蓄熱槽内の構成が簡素化する。また、金属体が熱媒体の流路を構成し、この流路が金属体と熱媒体との接触面積を増大した形態であるため、流路を流れる熱媒体の熱エネルギが確実に金属体に伝わるので、効率よく熱エネルギを蓄えることができる。【０００８】
また、前記金属体は、前記蓄熱槽内に所定間隔をあけて配置され、蛇行状の熱媒体の流路を形成する複数の整流板と、これら整流板間に配置される複数の蓄熱棒とを備えた構成としても良い。
この構成によれば、各整流板及び蓄熱棒と熱媒体油との接触面積が広く、かつ、蓄熱槽の上下左右のサイズに比べて非常に長い蛇行状の熱媒体油の流路を形成することができ、熱媒体油と蓄熱体との接触時間を長くして、熱交換効率を高めることができる。これにより、蓄熱運転時及び熱利用運転時のいずれも、効率よく、蓄熱体と熱媒体油との間で熱交換させることができる。【０００９】
また、この構成において、前記各整流板には、前記蓄熱棒が貫通する貫通孔が形成され、当該貫通孔は前記蓄熱槽の入口側に位置する整流板に形成された孔ほど大径に形成されている構成としても良い。
この構成によれば、蓄熱棒が貫通する貫通孔は蓄熱槽の入口側に位置する整流板に形成された孔ほど大径に形成されているため、蓄熱運転時に、蓄熱槽の入口を通じて流入する高温の熱媒体により、整流板及び蓄熱棒が熱膨張した場合にも、これら貫通孔と蓄熱棒とに過度の応力が働くことが防止される。【００１０】
また、前記金属体は、比熱の異なる複数の金属種を接合して形成した構成としても良い。この構成によれば、例えば、比熱の小さな金属種を蓄熱槽の入口側に配置することにより、熱利用運転時に、金属体が蓄えた熱量を即座に蓄熱槽に流入した低温の熱媒体に供給することができ、応答性に優れた蓄熱装置を構成することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、１００℃を超える所定温度まで加熱された熱媒体の熱を蓄熱する蓄熱装置であって、前記熱媒体を溜める蓄熱槽と、この蓄熱槽内に設けられ前記熱媒体よりも単位体積あたりの熱容量の高い金属体とを備えたため、熱媒体を蓄熱槽に貯留可能とした上で、この蓄熱槽内に設けられた金属体に熱を蓄えるので、より大きな熱エネルギを蓄えることが可能となる。また、熱媒体は、蓄熱槽に対し、流入もしくは流出させることが自在であるため、この熱媒体を介して、蓄熱槽に蓄えた熱量を簡単に取り出すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態としての動力発生システムの構成を示す図である。
【図２】蓄熱装置の構成を示す断面図である。
【図３】蓄熱体の各部の構成を示す図であり、図３Ａは図２におけるＡ−Ａ断面図であり、図３Ｂは図２におけるＢ−Ｂ断面図であり、図３Ｃは図２におけるＣ−Ｃ断面図である。
【図４】図３Ｂの部分拡大図である。
【図５】本実施形態の変形例にかかる蓄熱装置の構成を示す断面図である。
【図６】別の実施形態にかかる蓄熱装置を示す断面図であり、図６Ａは、蓄熱槽内に金属塊の蓄熱体を配置した図であり、図６Ｂは、表面に凹凸形状を施した蓄熱体を有する蓄熱装置の断面図であり、図６Ｃは、表面に溝を施した蓄熱体を有する蓄熱装置の断面図であり、図６Ｄは、表面に線材を巻いた蓄熱体を有する蓄熱装置の断面図である。
【図７】別の実施形態にかかる蓄熱装置を示す断面図であり、図７Ａは、下方部分を縮径した蓄熱体を有する蓄熱装置を示す断面図であり、図７Ｂは、上方部分が縮径した蓄熱体を有する蓄熱装置を示す断面図であり、図７Ｃは、中央部分が縮径した蓄熱体を有する蓄熱装置を示す断面図である。
【図８】別の実施形態にかかる蓄熱装置を示す断面図であり、図８Ａは、比熱の異なる複数の金属を上下に配置した蓄熱体を有する蓄熱装置を示す断面図であり、図８Ｂは、比熱の異なる金属を内包した蓄熱体を有する蓄熱装置を示す断面図である。
【符号の説明】
【００１３】
１  動力発生装置
２  吸熱装置（加熱部）
３  補助熱源
４、２０４、３０４、４０４  蓄熱装置
５  蒸気発生装置（蒸気発生部）
６  蒸気エンジン（動力発生部）
７  発電機
８  復水装置
９  地中配管部
４０、２０５、２０６、２０７、２０８、３０５、３０６、３０７、４０５、４１０  蓄熱体（金属体）
４１  蓄熱槽
４２  流入口
４３  流出口
４４  取出口
４５  底部整流板（整流板）
４５Ａ  熱媒体通過孔
４６  中央部整流板（整流板）
４６Ｂ  貫通孔
４６Ｃ  切欠部
４７  上部整流板（整流板）
４７Ａ  熱媒体通過孔
４７Ｂ  貫通孔
４８  蓄熱棒
２００  流路
ｈ  所定間隔
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
次に本発明の好適な実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施形態として、自然エネルギを利用した動力発生装置１の構成を示す図である。動力発生装置１は、太陽熱を集熱して熱媒体としての熱媒体油を加熱する吸熱装置２（加熱部）と、吸熱装置２で集めた熱を蓄える蓄熱装置４と、蓄熱装置４に蓄えられた熱を利用して水蒸気を発生する蒸気発生装置５（蒸気発生部）と、蒸気発生装置５で発生した水蒸気により駆動される蒸気エンジン６（動力発生部）と、蒸気エンジン６において利用後の水蒸気を復水する復水装置８（復水部）と、地中の熱または冷熱を回収する地中配管部９とを備え、吸熱装置２を用いて太陽熱から得た熱エネルギを、蒸気エンジン６を駆動することで動力エネルギに変換して出力するシステムである。実施形態の動力発生装置１は、蒸気エンジン６の出力軸に発電機７を連結し、電気エネルギを得ることができる。
ここで、自然エネルギとは、新エネルギとして知られている太陽熱、バイオマス熱、雪氷熱エネルギ、廃棄物熱（工場排熱、ゴミ焼却熱、温泉熱）と、これらの新エネルギに地熱を含む再生可能エネルギ群を指し、このエネルギ群から選択された一以上のエネルギを、本発明において利用できる。本実施形態では、具体例として、太陽熱を熱源として利用する場合について説明する。【００１５】
動力発生装置１は、吸熱装置２と蓄熱装置４との間で熱媒体としての熱媒体油を循環させる循環路１０１を有し、循環路１０１には熱媒体油を循環させる循環ポンプ１１１が配置されている。動力発生装置１の熱媒体油は広い温度範囲で高い流動性を保つものであればよく、本実施形態では、熱媒体油として、例えば、鉱物油やシリコーンオイル等の油脂類が用いられている。吸熱装置２において熱媒体油は例えば２３０℃程度に加熱され、冬期の夜間は０℃以下になる可能性があるので、沸点が２３０℃超、凝固点が０℃未満の材料が好適である。
循環路１０１には、吸熱装置２から蓄熱装置４へ向かって熱媒体油が流れる輸送管に並列に、補助熱源３が設けられている。補助熱源３は電気ヒータ等で熱媒体油を所定温度まで加熱する装置であり、吸熱装置２で加熱された熱媒体油の温度が予定の温度に達しない場合等に、熱媒体油を加熱する。【００１６】
動力発生装置１は、蓄熱装置４と蒸気発生装置５との間で熱媒体油を循環させる循環路１０２を有し、循環路１０２には循環ポンプ１１２が設けられている。蒸気発生装置５は、循環路１０２を介して流入する熱媒体油と、復水装置８から供給される水とを熱交換させることにより、高温高圧の水蒸気を発生する。
動力発生装置１は、吸熱装置２及び補助熱源３によって熱媒体油を加熱し、この熱を蓄熱装置４に貯める蓄熱運転と、蓄熱装置４に貯めた熱を取り出して蒸気発生装置５によって水蒸気を発生する熱利用運転と、を実行可能である。【００１７】
蓄熱運転中は、吸熱装置２及び補助熱源３によって加熱された熱媒体油が循環路１０１を通って蓄熱装置４に流れ、蓄熱装置４が備える蓄熱体（金属体）４０に熱が蓄えられる。蓄熱体４０に熱を与えた熱媒体油は再び循環路１０１を循環して吸熱装置２に戻り、加熱される。
これに対し、熱利用運転中は、蓄熱体４０からの高温の熱媒体油を、循環路１０２を介して蒸気発生装置５に供給し、この熱媒体油の熱を利用して水蒸気を生成する。水蒸気に熱を与えた後の熱媒体油は循環路１０２を通って蓄熱装置４に戻り、蓄熱体４０の熱を得て再び高温になり、蒸気発生装置５へ供給される。【００１８】
蓄熱運転は、循環ポンプ１１１によって循環路１０１に熱媒体油を循環させることで行われ、熱利用運転は循環ポンプ１１２によって循環路１０２に熱媒体油を循環させることで行われる。このため、循環ポンプ１１１、１１２の動作を制御することで、蓄熱運転と熱利用運転とを、各々切り替えて実行することができ、並列して実行することもできる。
本実施形態では、循環路１０１、１０２を流れる熱媒体油は分離されないが、循環路１０１、１０２を流れる熱媒体油が完全に分離された構成としてもよい。【００１９】
蒸気発生装置５において生成した水蒸気は水循環路１０３を介して蒸気エンジン６に流入する。蒸気エンジン６は、高温高圧の水蒸気の蒸気圧によって駆動される蒸気機関であり、その出力軸に連結された発電機７を駆動して発電させる。
また、水循環路１０３には復水装置８が接続され、蒸気エンジン６において使用された後の水蒸気は水循環路１０３を通って復水装置８に吸引される。復水装置８は、水槽８０（復水槽）と、水槽８０の水を送出する循環ポンプ８１と、循環ポンプ８１により送出された水が高速で噴射されるエゼクタ８３を備えている。エゼクタ８３は、循環ポンプ８１により送出された水を空気と混ざった状態で高速で噴射することで負圧を発生する。この負圧は水循環路１０３を介して蒸気エンジン６の排気側に及び、蒸気エンジン６から使用後の水蒸気がエゼクタ８３に吸い込まれる。復水装置８に吸い込まれた水蒸気はエゼクタ８３において水と混合されて冷却され、水蒸気から液体の水に戻り、水槽８０に貯留される。【００２０】
また、動力発生装置１は、水槽８０の水を冷却するための循環路１０４を備えている。循環路１０４は、地中に埋設された地中配管部９と、地中配管部９を通った熱媒体油を循環させる循環ポンプ１１４とを、水槽８０に設けられた冷却器８８に接続する。循環路１０４では、循環ポンプ１１４によって、地中配管部９において地中の冷熱を吸収した熱媒体油が冷却器８８に供給され、水槽８０の水を冷却する。つまり、蒸気エンジン６で使用された水蒸気を、地中の冷熱を利用して冷却することで、復水装置８において効率よく復水する。【００２１】
次に、蓄熱装置４について説明する。
図２は、蓄熱装置４の断面図である。
図２に示すように、蓄熱装置４は、円筒形状の中空の蓄熱槽４１に循環路１０１及び循環路１０２（図１）に接続される流入口（入口）４２、流出口（出口）４３及び取出口４４を備えて構成される。本構成では、図１に示すように、流入口４２には、循環路１０１の吸熱装置２出口側の輸送管１０１Ａと、循環路１０２の蒸気発生装置５出口側の輸送管１０２Ａとが接続され、流出口４３には、循環路１０１の吸熱装置２入口側の輸送管１０１Ｂと、循環路１０２の蒸気発生装置５入口側の輸送管１０２Ｂとが接続され、取出口４４には、輸送管１０２Ｂから分岐した分岐管１０２Ｃが接続されている。この分岐管１０２Ｃには、開閉弁１０２Ｄが設けられ、この開閉弁１０２Ｄの開閉動作により、蒸気発生装置５には、流出口４３または取出口４４から流出した熱媒体油が供給される。
蓄熱槽４１の外壁は、断熱材を含む複数層に構成されて、上面、側面及び底面が断熱されている。流入口４２は蓄熱槽４１の底部の側面に設けられ、流出口４３は上部の側面に設けられ、取出口４４は高さ方向中央部の側面に設けられている。蓄熱槽４１には、下部の流入口４２から熱媒体油が流入し、上部の流出口４３から流出するので、熱媒体油が蓄熱装置４の内外に流通する間は、蓄熱槽４１の内部の空間は熱媒体油でほぼ満たされる。【００２２】
蓄熱槽４１の内部には、熱媒体油よりも単位体積あたりの熱容量が大きい材料、例えば金属で構成される蓄熱体４０が配置されている。本実施形態では、蓄熱槽４１についても、この蓄熱体４０と同一材料の金属で形成されている。これによれば、熱媒体油の有する熱エネルギを蓄熱槽４１及び蓄熱体４０に蓄えることができ、蓄熱装置４に蓄熱可能な熱エネルギ量の増加を図ることができる。蓄熱体４０は、熱媒体油の流路２００を形成する中央部整流板４６及び上部整流板４７と、これらを貫通する棒状の蓄熱棒４８と、この蓄熱棒４８を支持する底部整流板４５とを備え、本実施形態では、これら中央部整流板４６、上部整流板４７、蓄熱体及び底部整流板４５は、例えば、銅系金属（銅及び銅合金を含む）で形成されている。【００２３】
この蓄熱体４０は、いわゆる顕熱蓄熱型のユニットであり、蓄熱体４０を構成する物質（銅系金属）の温度変化に伴って熱を蓄える。この顕熱蓄熱型のユニットでは、低温ＴLの物質に熱エネルギーが流入し、温度ＴHに加熱された時、その物質の蓄熱量ＱSは、その物質の比熱をＣ、密度をρ、体積をＶとすると、次式で表される。
ＱS＝ＣρＶ（ＴH−ＴL）
すなわち、物質の温度を上昇させる過程が蓄熱であり、温度を下げる過程が放熱である。蓄熱量ＱSは温度差（ＴH−ＴL）および物質の熱容量ＣρＶに比例して変化するので、大きな温度差をつけるか、もしくは大きな熱容量の蓄熱材料を使用すれば蓄えられる熱量は増加する。
金属は、一般的に他の物質に比べて比熱Ｃが小さいものの、密度ρが大きいため、単位体積あたりの熱容量ＣρＶを大きく確保することができる。例えば、銅は、金属材料の中では、比熱Ｃ（０．０９２（Ｃａｌ／ｇ・℃））と、密度ρ（８．９６（ｇ／ｃｍ3））が比較的大きく、単位体積あたりの熱容量ＣρＶは、他の金属（例えば、金、銀、アルミニウム）よりも大きいため蓄熱量を増加できる。更に、銅は、熱伝導率（０．９４（Ｃａｌ／ｃｍ・℃・ｓｅｃ））も金属材料の中では大きいため、この銅を含む銅系金属は蓄熱体４０を構成する点で有効な材料となる。
また、金属の融点は、吸熱装置２によって加熱された熱媒体油の温度（例えば、２３０℃超）よりも遥かに高く、蓄熱運転時の温度差（ＴH−ＴL）を大きくとることができるため、熱媒体油の温度が高くなるほど利点が生じる。
また、金属は、展性や延性を有する材料であるため、蓄熱体４０の各部を形成する加工が容易となる。【００２４】
底部整流板４５は蓄熱槽４１の下部において流入口４２よりも上の位置に取り付けられ、蓄熱体４０の底面を構成し、上部整流板４７は蓄熱槽４１の上部において、流出口４３よりも下側に位置する。底部整流板４５と上部整流板４７との間には複数枚の中央部整流板４６が所定間隔ｈを開けて配置され、底部整流板４５、中央部整流板４６及び上部整流板４７は略平行になるよう蓄熱槽４１の内面に固定されている。本構成では、底部整流板４５、複数の中央部整流板４６及び上部整流板４７の間がそれぞれ熱媒体油の流路２００となる。上記した所定間隔ｈは、流路２００を通じて、吸熱装置２及び蒸気発生装置５に対して必要な量の熱媒体油を供給でき、かつ、この必要量の熱媒体油を流路２００に流した際に、この熱媒体油が各中央部整流板４６、４６間を乱流として流れるような高さに調整されている。
これによれば、各中央部整流板４６、４６の間隔ｈを狭めて、蓄熱槽４１内に配置できるため、蓄熱槽４１内に収容される金属量を増やすことができ、単位体積あたりの熱容量ＣρＶの増加を図ることができる。また、熱媒体油の流れが乱れることにより、この熱媒体油と中央部整流板４６の表面との接触時間が増加するため、熱媒体油と蓄熱体４０との熱交換が実行され、蓄熱体４０に多くの熱エネルギを蓄熱することができる。【００２５】
図３は、蓄熱体４０の各部の構成を示す図であり、図３Ａは図２におけるＡ−Ａ断面図であり、上部整流板４７の構成を示す。図３Ｂは図２におけるＢ−Ｂ断面図であり、中央部整流板４６の構成を示す。図３Ｃは図２におけるＣ−Ｃ断面図であり、底部整流板４５の構成を示す。図４は、図３Ｂの部分拡大図であり、中央部整流板４６の構成を示す。
図３Ａに示すように、上部整流板４７は、円筒形の蓄熱槽４１の断面形状及びサイズに合わせた円板状部材であり、熱媒体油を通過させるための多数の熱媒体通過孔４７Ａが穿設されている。また、上部整流板４７には、蓄熱棒４８が貫通する貫通孔４７Ｂが穿設されている。貫通孔４７Ｂの径は蓄熱棒４８の外径より大きく、蓄熱槽４１内の温度上昇に伴って蓄熱棒４８および上部整流板４７が熱膨張した場合にも、貫通孔４７Ｂと蓄熱棒４８とに過度の応力が働かないようになっており、蓄熱運転時に、貫通孔４７Ｂは蓄熱棒４８によってほぼ閉塞される。【００２６】
また、図３Ｂに示すように、中央部整流板４６は、上部整流板４７と同様の円板形状とされ、蓄熱棒４８を貫通させるための多数の貫通孔４６Ｂが穿設されている。この貫通孔４６Ｂの直径Ｄ１は、図４に示すように、上部整流板４７の貫通孔４７Ｂと同様、蓄熱棒４８の外径Ｄ２よりも大きく形成されている。
ここで、蓄熱槽４１には、この蓄熱槽４１の下方に流入口４２が形成され、蓄熱運転時には、この流入口４２を通じて、吸熱装置２で加熱された熱媒体油が流入するため、当該流入口４２に近い側、すなわち蓄熱槽４１の下方側がより高温となりやすい状態にある。このため、中央部整流板４６に穿設された貫通孔４６Ｂが、蓄熱槽４１の下方側に配置される中央部整流板４６の貫通孔４６Ｂほど大径に形成されることにより、高温の熱媒体油により熱膨張した場合にも、貫通孔４６Ｂと蓄熱棒４８とに過度の応力が働かないようになっており、蓄熱運転時に、貫通孔４６Ｂは蓄熱棒４８によってほぼ閉塞される。【００２７】
また、図３Ｂに示すように、円板形状の中央部整流板４６の弧の一部は切り欠かれ、この切欠部４６Ｃは熱媒体油を通過させる流路２００の一部を形成する。中央部整流板４６は、図２に示すように、切欠部４６Ｃが約１８０度ずれた位置で互い違いとなるように配置され、蓄熱槽４１内に蛇行状の熱媒体油の流路２００が形成される。これにより、熱媒体油は、ショートカットすることなく蛇行しながら流路２００を流れるため、この流路２００で蓄熱体４０と熱交換することにより、蓄熱運転時には当該蓄熱体４０に蓄熱することができ、熱利用運転時には、蓄熱体４０から熱を受けて熱媒体油を加温することができる。
底部整流板４５は、図３Ｃに示すように、上部整流板４７と同様の円板形状とされ、上記した蓄熱棒４８の下端部をそれぞれ支持する。また、底部整流板４５には、熱媒体油を通過させるための多数の熱媒体通過孔４５Ａが穿設されている。
蓄熱棒４８は、図４に示すように、円柱状に形成されて蓄熱槽４１内に千鳥状に配置されている。蓄熱棒４８、４８間の距離Ｌは、上記した中央部整流板４６、４６の間隔ｈと略同一の長さに規定されている。これにより、蓄熱槽４１内に多くの蓄熱棒４８を配置させることができるため、蓄熱槽４１内に収容される金属量を増やすことができ、単位体積あたりの熱容量ＣρＶの増加を図ることができる。また、流路２００を流れる熱媒体油が蓄熱棒４８に当たることにより、この熱媒体油の流れが乱れ、この熱媒体油と中央部整流板４６の表面との接触時間が増加するため、熱媒体油と蓄熱体４０との熱交換が実行され、蓄熱体４０に多くの熱エネルギを蓄熱することができる。
本実施形態では、蓄熱棒４８を円柱状に形成しているが、これに限るものではなく、例えば、熱媒体油の流れに対して上流側を円柱状とし、下流側を角柱状とすることもできる。この構成によれば、流路抵抗を大きく増やすことなく、蓄熱棒の断面積（すなわち体積）を増やすことができるため、蓄熱棒に蓄えられる熱量の増加を図ることができる。【００２８】
図２に示すように、蓄熱槽４１の下部の流入口４２から熱媒体油が流入すると、この熱媒体油は蓄熱槽４１の下部を満たし、底部整流板４５の熱媒体通過孔４５Ａを通って上昇する。ここで、底部整流板４５よりも下の空間は、流入口４２から流入した熱媒体油の流入圧力を緩和する圧力調整室として作用する。熱媒体通過孔４５Ａを通った熱媒体油は、底部整流板４５と中央部整流板４６との間に溜まる。
中央部整流板４６には熱媒体油が流動可能な孔が無いので、熱媒体油は中央部整流板４６の下を水平に移動し、切欠部４６Ｃと蓄熱槽４１の内壁との間を通って上昇する。本実施形態の蓄熱体４０は２１枚の中央部整流板４６を備え、これら２１枚の中央部整流板４６は、互いの切欠部４６Ｃが平面視で重なり合わないように、約１８０度ずれた位置に設けられている。このため、切欠部４６Ｃによって蛇行状の熱媒体油の流路２００が形成され、熱媒体油は蛇行しながら蓄熱槽４１内部を上昇する。最も上の中央部整流板４６より上に出た熱媒体油は、上部整流板４７に形成された熱媒体通過孔４７Ａを通って蓄熱槽４１の最上部に達し、流出口４３から流出される。【００２９】
このように、蓄熱槽４１には、複数枚の中央部整流板４６によって、熱媒体油を水平方向にも移動させる蛇行状の流路２００が形成され、この長い流路２００を流れる間に熱媒体油が蓄熱棒４８及び中央部整流板４６に長時間接触する。さらに、棒状の蓄熱棒４８を多数備えているので、蓄熱棒４８は熱媒体油との接触面積が大きい。また、中央部整流板４６には熱媒体油を流通させる貫通孔が形成されておらず、ほぼ全量の熱媒体油が間隔ｈをあけて配置される２枚の中央部整流板４６の間を流れるので、この熱媒体油は蓄熱棒４８に衝突して乱流を生じ、熱媒体油と蓄熱棒４８との間の熱交換が効率よく行われる。このように、蓄熱体４０は、各整流板及び蓄熱棒４８と熱媒体油との接触面積が広く、かつ、蓄熱槽４１の上下左右のサイズに比べて非常に長い蛇行状の熱媒体油の流路を形成することにより、熱媒体油と蓄熱体４０との接触時間を長くして、熱交換効率を高めている。これにより、蓄熱運転時及び熱利用運転時のいずれも、効率よく、蓄熱体４０と熱媒体油との間で熱交換させることができる。【００３０】
なお、蓄熱装置４の熱容量を大きくするため、蓄熱槽４１内で蓄熱体４０が占める体積を大きくする構成としてもよい。具体例としては、中央部整流板４６の数を増やす、底部整流板４５、中央部整流板４６および上部整流板４７の板厚を厚くする、蓄熱棒４８をより太いものにする、蓄熱棒４８の数を増やす、等の態様があげられる。また、蓄熱棒４８が中央部整流板４６および上部整流板４７を貫通する構成に限定されず、例えば、底部整流板４５、中央部整流板４６および上部整流板４７の間に、多数の蓄熱棒４８が配置された構成とすることも可能である。【００３１】
蓄熱槽４１の高さ方向略中央に設けられた取出口４４は、熱利用運転時に、中温の熱媒体油を取り出す供給する目的で利用できる。すなわち、熱利用運転時には、流入口４２から低温の熱媒体油が流入し、この熱媒体油が高温の蓄熱体４０の熱を奪って高温になり、流出口４３から蒸気発生装置５（図１）へ供給される。ここで、取出口４４の高さ位置では、熱媒体油は低温から高温になる過程の途中であるから、その温度は、流出口４３近傍より低温く、流入口４２近傍よりも高い。従って、取出口４４からは、いわば中温（例えば、１００℃〜１５０℃程度）の熱媒体油を取り出すことができる。【００３２】
以上、説明したように、本実施形態によれば、１００℃を超える所定温度まで加熱された熱媒体油の熱を蓄熱する蓄熱装置４であって、熱媒体油を溜める蓄熱槽４１と、この蓄熱槽４１内に設けられ熱媒体油よりも単位体積あたりの熱容量ＣρＶの高い蓄熱体４０とを備えたため、熱媒体油を蓄熱槽４１に貯留可能とした上で、この蓄熱槽４１内に設けられた蓄熱体４０に熱を蓄えることができるので、蓄熱槽４１を大型化することなく、より大きな熱エネルギを蓄えることが可能となる。【００３３】
また、本実施形態によれば、蓄熱体４０によって、蓄熱槽４１の流入口４２から流出口４３に向かう熱媒体油の流路２００が構成され、該流路２００は熱媒体油との接触面積を増大した形態にされたため、流路２００を流れる熱媒体油の熱エネルギが確実に蓄熱体４０に伝わるので、効率よく熱エネルギを蓄えることができる。【００３４】
また、本実施形態によれば、蓄熱体４０は、蓄熱槽４１内に所定間隔ｈをあけて配置され、蛇行状の熱媒体油の流路２００を形成する複数の上部整流板４７、中央部整流板４６及び底部整流板４５と、これら上部整流板４７、中央部整流板４６及び底部整流板４５間に配置される複数の蓄熱棒４８とを備えたため、各整流板及び蓄熱棒４８と熱媒体油との接触面積が広く、かつ、蓄熱槽４１の上下左右のサイズに比べて非常に長い蛇行状の熱媒体油の流路２００を形成することができ、熱媒体油と蓄熱体４０との接触時間を長くして、熱交換効率を高めることができる。これにより、蓄熱運転時及び熱利用運転時のいずれも、効率よく、蓄熱体４０と熱媒体油との間で熱交換させることができる。【００３５】
また、本実施形態によれば、中央部整流板４６には、蓄熱棒４８が貫通する貫通孔４６Ｂが形成され、当該貫通孔４６Ｂは蓄熱槽４１の流入口４２側に位置する中央部整流板４６に形成された貫通孔４６Ｂほど大径に形成されているため、蓄熱運転時に、流入口４２を通じて流入する高温の熱媒体油により、中央部整流板４６及び蓄熱棒４８が熱膨張した場合にも、これら貫通孔４６Ｂと蓄熱棒４８とに過度の応力が働くことが防止される。【００３６】
次に、本実施形態の変形例について説明する。この変形例にかかる蓄熱装置４は、図５に示すように、蓄熱槽４１の下方であって、底部整流板４５よりも下の空間４１Ａに加熱装置（加熱部）として、例えば、電気式のヒータユニット５０を備える。このヒータユニット５０は、夜間電力等を利用して熱媒体油を加熱するものであり、上記した吸熱装置２と協働して、もしくは単独で蓄熱槽４１内の熱媒体油を加熱することにより、この熱媒体油の熱エネルギを蓄熱体４０に蓄えることができる。
この構成では、ヒータユニット５０によって上記した空間４１Ａ内の熱媒体油が加熱され、この熱が蓄熱体４０を介して、中央部整流板４６間及び上部整流板４７の上の空間内に存する熱媒体油に伝わるため、循環させるための機構（例えば循環ポンプ）を用いることなく、蓄熱槽４１内の熱媒体油を略均一の温度に加温することができ、その分だけ消費エネルギの低減化を図ることができる。
なお、この構成では、加熱装置として、電気式のヒータユニット５０を採用した構成について説明したが、蓄熱槽４１内に配置できるものであれば、他の加熱装置を用いることもできる。また、この構成では、設置するスペースの関係上、ヒータユニット５０を底部整流板４５よりも下の空間４１Ａに配置したが、これに限るものではない。【００３７】
次に、別の実施形態にかかる蓄熱装置について説明する。
図６は、蓄熱装置２０４を示す断面図であり、図６Ａは、蓄熱槽４１内に金属塊の蓄熱体２０５を配置した図であり、図６Ｂ〜図６Ｄは、表面に凹凸形状を施した蓄熱体２０６〜２０８を蓄熱槽４１内に配置した図である。この別の実施形態において、上記実施形態と同一の構成のものには同一の符号を付して説明を省略する。
上述のように、蓄熱体への蓄熱量ＱSは、温度差（ＴH−ＴL）および熱容量ＣρＶに比例して変化する。ここで、温度差（ＴH−ＴL）は、蓄熱槽４１内に流入する熱媒体油の温度が規定されているため、大きく変化することはない。このため、この実施形態にかかる蓄熱装置２０４は、熱容量ＣρＶを増大させるために、蓄熱体を金属塊で構成したものである。【００３８】
蓄熱体２０５は、図６Ａに示すように、蓄熱槽４１内に隙間を設けて配置される円柱形状の蓄熱体本体２０５Ａと、この蓄熱体本体２０５Ａを蓄熱槽４１の底面に支持するための脚部２１０とを備える。蓄熱体本体２０５Ａは、蓄熱槽４１内に配置できる形状であれば、直方体など円柱形状でなくともよい。蓄熱体本体２０５Ａの上部は、流出口４３の下方において、蓄熱槽４１の内壁から延びる複数の支持腕２０９によって支持されている。これら支持腕２０９及び脚部２１０により、蓄熱体本体２０５Ａを、蓄熱槽４１内に隙間をあけた状態で保持することができる。この構成では、蓄熱体本体２０５Ａと蓄熱槽４１の内壁との間の隙間に熱媒体油が溜められるとともに、この隙間が熱媒体油の流路２００として機能する。【００３９】
この実施形態の蓄熱装置２０４では、上記した蓄熱装置４よりも、蓄熱体２０５が有する金属量が多いため、この蓄熱体２０５により大きな熱エネルギを蓄えることができる。
一方、この構成では、蓄熱体２０５は、この蓄熱体２０５が有する金属量が増大するものの、当該蓄熱体２０５と熱媒体油との接触面積が上記蓄熱装置４よりも小さくなるため、蓄熱体２０５に効率良く熱エネルギを蓄えることが難しいという点で改善の余地がある。【００４０】
図６Ｂは、表面に凹凸形状を施した蓄熱体２０６を有する蓄熱装置２０４の断面図である。この蓄熱体２０６は、図６Ｂに示すように、蓄熱体本体２０６Ａの表面に複数の突状部２１１が設けられている。この突状部２１１は、例えば、円柱状、角柱状もしくは円錐状に形成されて、蓄熱体本体２０６Ａの表面に千鳥状に配置されている。この突状部２１１は、蓄熱体２０６の表面積を増大させるものであるため、より小さいものが望ましい。また、この構成では、突状部２１１は、蓄熱体本体２０６Ａに一体に形成されているが、別体としても良いことは勿論である。
この構成によれば、蓄熱体２０６は、蓄熱体本体２０６Ａと、この蓄熱体本体の表面に一様に配置された突状部２１１とを備えるため、蓄熱体２０６と熱媒体油との接触面積を増大させることができ、蓄熱体２０６に効率良く熱エネルギを蓄えることができる。【００４１】
図６Ｃは、表面に溝を施した蓄熱体２０７を有する蓄熱装置２０４の断面図である。この蓄熱体２０７は、図６Ｃに示すように、蓄熱体本体２０７Ａの表面に溝２１２を設けることにより、表面積を増大させている。
この図６Ｃでは、説明の便宜上、溝２１２の幅を大きく記載しているが、この溝幅は、より小さく形成して表面積を増大することが望ましい。また、この溝２１２は、蓄熱体本体２０７Ａの下方から上方へ向かって螺旋状に形成されている。これによれば、流入口４２から流入した熱媒体油の一部が溝２１２に沿って蓄熱槽４１の上方に流れるため、蓄熱体２０７と熱媒体油との接触時間を長く確保することができ、蓄熱体２０６に効率良く熱エネルギを蓄えることができる。【００４２】
図６Ｄは、表面に線材を巻いた蓄熱体２０８を有する蓄熱装置２０４の断面図である。この蓄熱体２０８は、蓄熱体本体２０８Ａと、この蓄熱体本体２０８Ａの外周面に巻き回された線材２１３とを備える。この線材２１３は、蓄熱体本体２０８Ａの下方から上方へ向かって螺旋状に巻き回されており、図６Ｃに示す蓄熱体２０７よりも容易に形成することができる。また、本構成では、線材２１３は、蓄熱体本体２０８Ａと同一の金属としているが別の金属としても良いことは勿論である。【００４３】
次に、別の実施形態にかかる蓄熱装置について説明する。
図７は、蓄熱装置３０４を示す断面図である。上述のように、蓄熱槽４１内に金属塊で形成された蓄熱体を配置することにより、蓄熱体により大きな熱エネルギを蓄えることができる。一方、蓄熱体を金属塊で形成した場合には、蓄熱体の重量が増加するため、蓄熱体を支持する構造が煩雑化するとともに、当該蓄熱体を製造するコストが増大する。
図７Ａは、下方部分を縮径した蓄熱体３０５を有する蓄熱装置３０４を示す断面図である。蓄熱体３０５は、図７Ａに示すように、略円錐台形を逆さまとした形状に形成された蓄熱体本体３０５Ａと、この蓄熱体本体３０５Ａの縮径した下面を蓄熱槽４１の底面に支持するための脚部２１０とを備える。また、蓄熱体本体３０５Ａの拡径した上部は、流出口４３の下方において、蓄熱槽４１の内壁から延びる複数の支持腕２０９によって支持されている。これら支持腕２０９及び脚部２１０により、蓄熱体本体３０５Ａを、蓄熱槽４１内に隙間をあけた状態で保持することができる。この構成では、蓄熱体本体３０５Ａと蓄熱槽４１の内壁との間の隙間に熱媒体油が溜められるとともに、この隙間が熱媒体油の流路２００として機能する。【００４４】
この構成では、蓄熱体３０５は、下方部分が縮径した蓄熱体本体３０５Ａを備えるため、蓄熱体３０５の重量を軽減することができ、製造コストの低減を図ることができる。また、この構成では、上方部分が拡径していることにより、蓄熱体３０５は、この上方部分に多くの熱量を蓄えることができる。このため、例えば、熱利用運転時には、流出口４３に近い蓄熱槽４１の上方領域で熱媒体油に熱エネルギを供給できるため、この流出口４３から安定した温度の熱媒体油を蒸気発生装置５に供給することができる。【００４５】
図７Ｂは、上方部分が縮径した蓄熱体３０６を有する蓄熱装置３０４を示す断面図である。蓄熱体３０６は、上記した蓄熱体３０５とは反対に上方部分が縮径した略円錐形状の蓄熱体本体３０６Ａを備える。この構成では、蓄熱体本体３０６Ａは、下方部分が拡径していることにより、この下方部分に多くの熱量を蓄えることができる。このため、例えば、熱利用運転時には、流入口４２に近い蓄熱槽４１の下方領域で熱媒体油に熱エネルギを供給できるため、流入口４２から流入する低温の熱媒体油を即座に加温することができ、応答性に優れた蓄熱装置３０４を構成することができる。【００４６】
図７Ｃは、中央部分が縮径した蓄熱体３０７を有する蓄熱装置３０４を示す断面図である。この蓄熱体３０７は、図７Ｃに示すように、上方部分が拡径した逆円錐台形状に形成された上部本体３０７Ａと、下方部分が拡径した円錐台形状に形成された下部本体３０７Ｂとを備えて構成されている。このため、この構成では、流出口４３から安定した温度の熱媒体油を蒸気発生装置５に供給できるとともに、流入口４２から流入する低温の熱媒体油を即座に加温することができ、応答性に優れた蓄熱装置３０４を構成することができるという利点がある。
この実施形態は、上記したものに限るものではなく、下方部分もしくは上方部分が縮径した構成であれば別の形状（例えば多角錐形状）としても良い。更に、この構成に上記した表面積を増大させる構成を適宜組み合わせてもよい。【００４７】
次に、別の実施形態にかかる蓄熱装置について説明する。
上記した実施形態では、蓄熱体を単一の金属で形成した構成について説明したが、この別の実施形態では、比熱の異なる複数の金属を接合して蓄熱体を形成している。
図８Ａは、比熱の異なる複数の金属を上下に配置した蓄熱体４０５を有する蓄熱装置４０４を示す断面図である。この蓄熱体４０５は、図８Ａに示すように、比熱の小さな金属４０６（例えば銅系金属）と比熱の大きな金属４０７（例えばアルミニウム系金属：アルミニウム及びアルミニウム合金を含む）とを上下に配置して構成され、この蓄熱体４０５は、下面の両側部に配置された脚部４０３により、蓄熱槽４１の底面に支持されている。この実施形態では、比熱の小さな金属４０６である銅系金属が下方に配置されている。
この構成によれば、例えば、比熱の小さな金属４０６である銅を蓄熱槽４１の流入口４２側に配置することにより、熱利用運転時に、この銅が蓄えた熱量を即座に蓄熱槽４１に流入した低温の熱媒体油を即座に加温することができ、応答性に優れた蓄熱装置４０４を構成することができるという利点がある。
また、図８Ｂは、比熱の異なる金属４０８を内包した蓄熱体４００を有する蓄熱装置４０４を示す断面図である。この蓄熱体４００は、図８Ｂに示すように、比熱の大きな金属４０８（例えばアルミニウム系金属）が、比熱の小さな金属４０９（例えば銅系金属）に内包されている。この構成によれば、比熱の大きな金属４０８が蓄えた熱エネルギを徐々に放出するため、熱利用運転時における放熱時間を長く保持することができる。
この実施形態は、上記したものに限るものではなく、複数の金属種を接合するものであれば、いかなる配置構成としても良い。更に、この構成に上記した表面積を増大させる構成及び下方部分もしくは上方部分が縮径した構成を適宜組み合わせてもよい。【００４８】
なお、上述した実施形態はあくまで本発明を適用した一具体例であって、本発明はこの形態に限定されない。例えば、蓄熱体と熱媒体油との接触面積を増大させるために、蓄熱体をハニカム構造としても良い。
また、上記した実施形態では、蓄熱槽４１は円筒形状に形成したものについて説明したが、これに限るものではなく、蓄熱体を収容できる形状であれば多角形の筒状に形成しても良い。さらに、蓄熱体の形状についても蓄熱槽４１の形状に応じて任意に変更することが可能である。
また、上記した実施形態では、熱媒体として熱媒体油を採用した構成について説明したが、これに限るものではなく、例えば、溶融炭酸塩や液体ナトリウムを用いても良い。
また、上記した実施形態では、自然エネルギを利用して加熱された熱媒体の熱を蓄熱する蓄熱装置について説明したが、これに限るものではなく、例えば、蓄熱装置内もしくは、この蓄熱装置に接続される循環路上に電気式のヒータユニットを設ける構成としても良い。この構成によれば、夜間電力を用いてヒータユニットを作動させることにより、熱媒体油を加熱することができ、この加熱された熱媒体油の熱エネルギを蓄熱することができる。
その他、動力発生装置１を構成する各部の構成は、本発明の趣旨を損なわない範囲において任意に変更可能である。
【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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【国際調査報告】
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