(57)【要約】【課題】  簡単なシステム構成にすると共に、効率よく蓄電蓄熱を実施できるようにする。【解決手段】  電気供給系Ｃからの電気を充電して電気需要系Ｄに放電する電解液循環タイプの蓄電池Ａを、電気供給系Ｃと電気需要系Ｄとの間に設けておき、電解液Ａを、その貯留槽２と電池セル４とにわたって循環させて充放電し、電解液１に熱を供給して蓄熱する蓄電蓄熱方法において、貯留槽２を、充放電の時には蓄電槽として専用に使用する一方、蓄熱時には蓄熱槽として専用に使用する。【選択図】        図１
2006024525.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気供給系からの電気を充電して電気需要系に放電する電解液循環タイプの蓄電池を、前記電気供給系と電気需要系との間に設けておき、前記電解液を、その貯留槽と電池セルとにわたって循環させて充放電し、前記電解液に熱を供給して蓄熱する蓄電蓄熱方法であって、
前記貯留槽を、充放電の時には蓄電槽として専用に使用する一方、蓄熱時には蓄熱槽として専用に使用する蓄電蓄熱方法。
【請求項２】
前記貯留槽を複数設けておき、蓄熱時には、複数の貯留槽を連通接続して電解液を各貯留槽にわたって循環させる請求項１に記載の蓄電蓄熱方法。
【請求項３】
前記複数の貯留槽は、直列に連通接続させるものである請求項２に記載の蓄電蓄熱方法。
【請求項４】
電気供給系からの電気を充電して電気需要系に放電する蓄電池が、前記電気供給系と電気需要系との間に設けられ、前記蓄電池の電解液に熱を供給自在な蓄熱手段と、前記電解液から熱を吸熱自在な放熱手段とが設けられている蓄電蓄熱システムであって、
前記電解液を貯留自在に複数の貯留槽が設けられ、複数の貯留槽を連通接続自在な連通管が設けられて、前記複数の貯留槽にわたって設けられた前記連通管を連通状態に切り替えて前記電解液を各貯留槽にわたって流通させる蓄熱状態と、前記連通管を非連通状態に切り替えて前記電解液を電池セルに流通させる充放電状態とに切替自在な状態切替手段が設けられている蓄電蓄熱システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気供給系からの電気を充電して電気需要系に放電する電解液循環タイプの蓄電池を、前記電気供給系と電気需要系との間に設けておき、前記電解液を、その貯留槽と電池セルとにわたって循環させて充放電し、前記電解液に熱を供給して蓄熱する蓄電蓄熱方法、及び、その方法の実施に使用する蓄電蓄熱システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の蓄電蓄熱技術としては、蓄電池で生じる熱を、貯留槽の電解液から吸熱して、例えば、暖房等に利用できるようにするものがあった（例えば、特許文献１、２参照）。
そして、これらの技術で使用するシステムは、蓄電池による充電や放電ができる状態にシステムを保ったまま、並行して蓄熱や放熱を行うように構成してあった。
具体例として、バナジウム電解液を使用するレドックスフロー電池を挙げて説明すると、図４に示すように、各電池毎に、電池セル４と、４価バナジウムと５価バナジウムとを収容する正極貯留槽２ａと、２価バナジウムと３価バナジウムとを収容する負極貯留槽２ｂと、これら両貯留槽２と電池セル４とにわたってそれぞれのバナジウム電解液１を循環自在に連通接続する循環機構３０とを設けて構成してある。また、各貯留槽２には、電解液１の熱を利用するための放熱手段（熱交換設備）Ｔと、電解液１を加熱自在な蓄熱手段（熱交換設備）Ｐとが各別に連通接続してある。
【０００３】
【特許文献１】特公平７−７６７５号公報（図１）
【特許文献２】特開２００３−３１４８６２号公報（段落番号００２０、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した従来の蓄電蓄熱技術によれば、蓄電（又は充電）としての使用と、蓄熱（又は放熱）としての使用とを並行して行えるものの、現実的には、それらは、電解液を媒体として実施される以上、電解液の循環の設定は、それぞれの効率に大きな影響を与えることになる。即ち、好ましい蓄電（又は充電）効率を確保するための電解液の循環速度と、好ましい蓄熱（又は放熱）効率を確保するための電解液の循環速度とは、必ずしも一致するものではなく、両方の要求を満たすのは困難で、蓄電（又は充電）と蓄熱（又は充電）との何れもが高効率を発揮できなくなり易い問題点がある。
また、電解液としてバナジウム電解液を使用するような場合には、特に５価バナジウムは、５０℃を超えると析出して再生しなくなり、結果的には設備不良の原因となるから、蓄熱温度設定を低くせざるを得ず、大熱容量の確保が困難になり易い問題点がある。
更には、各貯留槽毎に、放熱手段と蓄熱手段とを設けてあり、それぞれを結ぶ配管系が非常に複雑になり、設備コストや維持管理コストが掛かりやすい問題点もある。
【０００５】
従って、本発明の目的は、上記問題点を解消し、簡単なシステム構成にすると共に、効率よく蓄電蓄熱を実施できるようにする蓄電蓄熱技術を提供するところにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の特徴構成は、電気供給系からの電気を充電して電気需要系に放電する電解液循環タイプの蓄電池を、前記電気供給系と電気需要系との間に設けておき、前記電解液を、その貯留槽と電池セルとにわたって循環させて充放電し、前記電解液に熱を供給して蓄熱する蓄電蓄熱方法において、前記貯留槽を、充放電の時には蓄電槽として専用に使用する一方、蓄熱時には蓄熱槽として専用に使用するところにある。
【０００７】
本発明の第１の特徴構成によれば、充放電の時には、前記貯留槽を蓄電槽として専用に使用できると共に、蓄熱時には、前記貯留槽を蓄熱槽として専用に使用することが可能となる。従って、充放電、蓄熱それぞれに適したシステム運転を各別に設定して実行することができる。その結果、簡単な制御システムによってコントロールすることが可能となり、システムの簡素化を図ることができる。また、従来の問題点であった、中途半端な運転設定になり易い事や、蓄電蓄熱効率が低くなると言う事を解消でき、充放電、蓄熱、夫々に相応しい運転設定でシステムを稼働させることができ、効率の良い蓄電蓄熱を叶えることが可能となる。
また、充放電専用運転と蓄熱専用運転との使い分けに関しては、自由に設定することができるが、例えば、冷房運転の集中によって生じるピーク電力の軽減を図る必要がある時期に、充放電専用運転とし、その他の時期に蓄熱専用運転とすることが考えられ、この種の蓄電蓄熱システムに関しては、充放電と蓄熱とを並行させて稼動させるより、それぞれの運転を効率よく実施できるようにすることの方が、エネルギー資源の節約に繋がる可能性が高い。
【０００８】
本発明の第２の特徴構成は、前記貯留槽を複数設けておき、蓄熱時には、複数の貯留槽を連通接続して電解液を各貯留槽にわたって循環させるところにある。
【０００９】
本発明の第２の特徴構成によれば、本発明の第１の特徴構成による上述の作用効果を叶えることができるのに加えて、複数の貯留槽を連通接続させることによって、蓄熱容量の向上を図ることが可能となる。また、連通接続された各貯留槽群を一つの蓄熱槽として扱うことができるようになるから、従来なら夫々の貯留槽毎に設けていた放熱手段や蓄熱手段の数を減少させることができ、設備の簡素化によって、設備コストや維持管理コストの低減化を図ることが可能となる。
【００１０】
本発明の第３の特徴構成は、前記複数の貯留槽は、直列に連通接続させるものであるところにある。
【００１１】
本発明の第３の特徴構成によれば、本発明の第２の特徴構成による上述の作用効果を叶えることができるのに加えて、直列に接続された一連の貯留槽の集合全体を、一つの蓄熱槽とすることができ、上述の各作用効果を、より好ましい状態で叶えることができる。そして、小容量の貯留槽が個別の蓄熱槽として機能するように設けるのに比べて、高温部と低温部との間に生じる混合域の箇所を一つに減少させることができ、それに伴って熱エネルギーの蓄熱ロス領域を減少させることができる。即ち、多数個の蓄熱槽を備えた場合は、それぞれの蓄熱槽に混合域が生じ、システム全体とした熱エネルギーの蓄熱ロスが激しいのに対して、各貯留槽を直列に連通接続して一つの蓄熱槽とすることによって、接続中間部の一箇所にのみ混合域が生じるようにすることができエネルギー損失を最小限にすることが可能となる。
【００１２】
本発明の第４の特徴構成は、電気供給系からの電気を充電して電気需要系に放電する蓄電池が、前記電気供給系と電気需要系との間に設けられ、前記蓄電池の電解液に熱を供給自在な蓄熱手段と、前記電解液から熱を吸熱自在な放熱手段とが設けられている蓄電蓄熱システムにおいて、前記電解液を貯留自在に複数の貯留槽が設けられ、複数の貯留槽を連通接続自在な連通管が設けられて、前記複数の貯留槽にわたって設けられた前記連通管を連通状態に切り替えて前記電解液を各貯留槽にわたって流通させる蓄熱状態と、前記連通管を非連通状態に切り替えて前記電解液を電池セルに流通させる充放電状態とに切替自在な状態切替手段が設けられているところにある。
【００１３】
本発明の第４の特徴構成によれば、状態切替手段が設けられていることによって、前記複数の貯留槽にわたって設けられた前記連通管を連通状態に切り替えて前記電解液を各貯留槽にわたって流通させる蓄熱状態と、前記連通管を非連通状態に切り替えて前記電解液を電池セルに流通させる充放電状態とに切り替えてシステムを稼働させることが可能となる。従って、充放電の時、及び、蓄熱の時、それぞれに当該システムを専用に使用することができ、充放電、蓄熱それぞれに適したシステム運転を各別に設定して効率の良い蓄電蓄熱を叶えることが可能となる。そして、充放電と蓄熱とを並行して行う場合に比べて、より簡単な制御システムによってコントロールすることが可能となり、システムの簡素化を図ることができる。
また、蓄熱運転の際には、前記状態切替手段の切替によって、複数の貯留槽どうしが連通管で連通接続されるようにすることができ、複数の貯留槽を連通接続させることによってそれら貯留槽群を一つの蓄熱槽として扱うことができ、全体とした蓄熱容量を向上させることが可能となる。更には、各貯留槽毎に個別の放熱手段や蓄熱手段を設ける必要が無くなり、設備の簡素化によって、設備コストや維持管理コストの低減化を図ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。尚、図面において従来例と同一の符号で表示した部分は、同一又は相当の部分を示している。
【００１５】
図１〜３は、本発明の蓄電蓄熱技術を採用した蓄電蓄熱システムの一実施形態を示すもので、このシステムＳは、例えば、ビルやマンションの地下などに設置して、昼と夜との電力需要の差や季節による電力需要の差などを平準化したり、安価な電力で蓄熱した熱を暖房の熱源に使用できるように構成されている。
具体構成としては、図外の電気供給系Ｃ（例えば、電力会社からの供給電力）からの電気を充電して電気需要系Ｄ（例えば、各種の電気機器類）に放電する電解液循環タイプの蓄電池Ａが、電気供給系Ｃと電気需要系Ｄとの間に複数設けられ、前記蓄電池Ａの電解液１に熱を供給自在な蓄熱手段Ｐと、前記電解液１から熱を吸熱自在な放熱手段Ｔとが設けられて構成されている。尚、蓄電池Ａは、多数設けられているものであるが、以後の説明においては、便宜上、２つ設けてあるものを例に挙げている。
そして、前記電解液１を貯留自在な複数のタンク（貯留槽に相当）２が設けられ、複数のタンク２にわたってそれぞれを連通接続自在な連通管３が設けられて、その連通管３を連通状態に切り替えて前記電解液１を各タンク２にわたって流通させる蓄熱状態（又は放熱状態）と、前記連通管３を非連通状態に切り替えて前記電解液１を電池セル４に流通させる充放電状態とに切替自在な状態切替手段５が設けられている。
【００１６】
蓄電池Ａは、上述のように、充電と放電を行う電池セル４や、電解液１を貯蔵する正極・負極のタンク２などを備えたレドックスフロー電池であって、充電に伴って、正極用のタンク（正極貯留槽）２ａには、電解液１としてのＶ5+（５価バナジウム）およびＶ4+（４価バナジウム）硫酸水溶液が貯蔵され、負極用のタンク（負極貯留槽）２ｂには、電解液１としてのＶ2+およびＶ3+硫酸水溶液が貯蔵される。
電池セル４は、電子の通過を許容し他のイオンの通過を阻止するイオン交換膜からなる隔膜によって正極セルと負極セルに区画され、正極セルには正極が、負極セルには負極が配置されて、正極と負極が、交流電気を直流電気に変換したり、逆に、直流電気を交流電気に変換する交直変換装置６を介して、電気供給系Ｃと電気需要系Ｄとにそれぞれ接続されている。
【００１７】
正極セルと正極用のタンク２ａは、配管で構成される往路７ａと復路８ａにより接続され、往路７ａには蓄電用循環ポンプ９ａが介装され、復路８ａには冷却用熱交換器１０ａが介装されて、蓄電用循環ポンプ９ａにより電解液１が正極セルと正極用のタンク２ａ間で循環されるように構成されている。
同様に、負極セルと負極用のタンク２ｂも、配管で構成される往路７ｂと復路８ｂにより接続され、往路７ｂには蓄電用循環ポンプ９ｂが介装され、復路８ｂには冷却用熱交換器１０ｂが介装されて、蓄電用循環ポンプ９ｂにより電解液１が負極セル４ｂと負極用の常用タンク２ｂ間で循環されるように構成されている。
【００１８】
前記蓄熱手段Ｐは、各タンク２、及び、各タンク２を直列に連通接続自在に設けられた第一連通管３ａ、及び、直列の両端部のタンク２どうしを連通接続自在に設けられた第二連通管３ｂとからなる蓄熱循環路１１と、蓄熱循環路１１の内の第二連通管３ｂ部分に設けられた加熱用循環ポンプ１２と、加熱用熱交換器１３と、その加熱用熱交換器１３に熱供給自在に設けられたヒートポンプ１４とを備えて構成してある。
前記加熱用循環ポンプ１２を稼動させて電解液１を蓄熱循環路１１内に循環させながら、ヒートポンプ１４からの熱を前記加熱用熱交換器１３から電解液１に加えることで、電解液１が加熱される。そして、加熱された電解液１は、直列に連結された各タンク２における循環方向での上手側が、下手側より高温となるような温度勾配を示し、加熱循環が進むにつれて、高温域が下手側にも広がって行く。また、高温域と低温域との間のタンク２内に、混合域が存在する。このように、加熱循環することによって電解液１に蓄熱することができる。通常は、安価に電気が調達される時にこの蓄熱手段Ｐを使用した蓄熱サイクルが実施される。
尚、前記第一連通管３ａのぞれぞれには、第一開閉弁２０ａが、第二連通管３ｂには、第二開閉弁２０ｂがそれぞれ設けてあり、蓄熱運転時には、これら各開閉弁は開き、後で説明する放熱運転時には、通常は第二開閉弁２０ｂを閉じるように制御される。また、蓄電池Ａの運転時には、第一・第二開閉弁の何れも閉じるように制御される。
【００１９】
前記放熱手段Ｔは、各タンク２、及び、前記第一連通管３ａ、及び、直列の両端部のタンク２どうしを連通接続自在に設けられた第三連通管３ｃとからなる放熱循環路１５と、放熱循環路１５の内の第三連通管３ｃ部分に設けられた放熱用循環ポンプ１６と、放熱用熱交換器１７とを備えて構成してある。
前記放熱時の電解液１の循環方向は、先の蓄熱時とは逆方向となり、放熱用循環ポンプ１６を稼動させて電解液１を放熱循環路１５内に循環させることで、電解液１に蓄熱された熱を、放熱用熱交換器１７から暖房負荷へ放熱することが可能となる。
【００２０】
次に、蓄放電状態、蓄熱状態、放熱状態のそれぞれについて、設備の制御状態を説明する。
図１は、蓄放電状態を示している。第一開閉弁２０ａ、第二開閉弁２０ｂは共に閉じてあり、加熱用循環ポンプ１２、放熱用循環ポンプ１６は共に停止させ、蓄電用循環ポンプ９ａ、９ｂを駆動させている。また、ヒートポンプ１４の冷熱によって冷却用熱交換器１０ａ、１０ｂから余熱を吸熱する。
図２は、蓄熱状態を示している。循環ポンプ９ａ、９ｂを停止させ、ヒートポンプ１４を加熱状態に切り替えて稼動させると共に、第一開閉弁２０ａ、第二開閉弁２０ｂを開き、加熱用循環ポンプ１２を稼動させている。
図３は、放熱状態を示している。ヒートポンプ１４を停止させ、第二開閉弁２０ｂを閉じ、加熱用循環ポンプ１２を停止さ、放熱用循環ポンプ１６を稼動させている。但し、蓄熱した熱量が不足するような場合には、ヒートポンプ１４を加熱状態で稼動させると共に、第二開閉弁２０ｂを開けて加熱用循環ポンプ１２を駆動させ、電解液１を追い加熱することも可能である。
【００２１】
このように、第一開閉弁２０ａ、第二開閉弁２０ｂの開閉操作によって蓄熱状態（又は放熱状態）と充放電状態との切り替えることが可能となり、これらによって状態切替手段５が構成されている。
【００２２】
当該システムによれば、前記各タンク２を、充放電の時には蓄電槽として専用に使用する一方、蓄熱時には蓄熱槽として専用に使用することができ、それぞれに当該システムを専用に使用することができ、充放電、蓄熱それぞれに適したシステム運転を各別に設定して効率の良い蓄電蓄熱を叶えることが可能となる。そして、蓄熱運転の際には、前記状態切替手段５の切替によって、複数のタンク２どうしが連通管３で連通接続されるようにすることができ、全体とした蓄熱容量を向上させることが可能となる。更には、循環路の配管系を簡単な構成にすることができ、設備コストや維持管理コストの低減化を図ることが可能となる。
【００２３】
〔別実施形態〕
以下に他の実施の形態を説明する。
【００２４】
〈１〉  前記蓄電池Ａは、先の実施形態で説明したバナジウムを含む電解液を使用するものを説明したが、この構成に限るものではなく、例えば、鉄、クロム、チタン等を含む電解液を使用するような電解液循環タイプの蓄電池であってもよい。
〈２〉  前記貯留槽２は、先の実施形態で説明したタンクに限るものではなく、例えば、ピット等であってもよく、要するに、電解液を貯留できるものであればよい。それらを含めて貯留槽という。
〈３〉  前記連通管３は、先の実施形態で説明したように全貯留槽２を直列に連通接続する状態に設けることに限るものではなく、例えば、複数の貯留槽ごとに連通接続して個別の循環系を複数形成するものであってもよい。その例としては、正極の電解液と負極の電解液とを混ぜ合わせることが適さないような場合、正極・負極それぞれの電解液毎の循環系を各別に形成できるように連通管３を設けることが考えられる。
【００２５】
尚、上述のように、図面との対照を便利にするために符号を記したが、該記入により本発明は添付図面の構成に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】実施形態の蓄電蓄熱システムを示す概念図
【図２】実施形態の蓄電蓄熱システムを示す概念図
【図３】実施形態の蓄電蓄熱システムを示す概念図
【図４】従来例の蓄電蓄熱システムを示す概念図
【符号の説明】
【００２７】
１      電解液
２      タンク（貯留槽に相当）
３      連通管
４      電池セル
５      状態切替手段
Ａ      蓄電池
Ｃ      電気供給系
Ｄ      電気需要系
Ｐ      蓄熱手段
Ｔ      放熱手段
【図１】
2006024525.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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