(57)【要約】【課題】イニシャルコストを高騰させずに、複数種類のエネルギー源からエネルギーを並行して取り込んで蓄積することが可能となる複合エネルギー利用システムの提供。【解決手段】風力熱発生装置11、太陽光熱源装置12及び燃焼炉装置13で発生する熱をそれぞれ鉱油Ａ、低温溶融塩Ｂ及び高温溶融塩Ｃで取り出して温度差緩和装置50に取り込む。そして、温度差緩和装置50の内部において低温溶融塩Ｂ及び高温溶融塩Ｃで鉱油Ａを加熱し、加熱した鉱油Ａを蓄熱装置20に蓄えるようにする。これにより、複数種類のエネルギー源からエネルギーを並行して取り込んで蓄積することが可能となる。また、高価な二次電池が不要なうえ、熱媒体として安価な鉱油Ａが採用でき、これにより、イニシャルコストの高騰を未然に防止することができる。【選択図】    図１
2011058367.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱を発生する複数種類の熱源装置と、これら複数種類の熱源装置で発生した熱を蓄積する蓄熱装置と、この蓄熱装置に蓄積された熱を電力に変換して供給する電力変換装置と、前記蓄熱装置に蓄積された熱を利用して所定の機能を発揮する熱利用装置とを備え、前記熱源装置が発生する熱を、前記蓄熱装置に蓄積してから前記電力変換装置及び前記熱利用装置で利用する複合エネルギー利用システムであって、
前記複数種類の熱源装置として、風力で熱を発生させ、発生させた熱で熱媒体を加熱する風力熱発生装置、太陽が照射する光で熱媒体を加熱する太陽光熱源装置、地熱で熱媒体を加熱する地熱装置、及び、燃焼で発生する熱で熱媒体を加熱する燃焼炉装置のうち、少なくとも２種類以上を備え、
これら複数種類の熱源装置と前記蓄熱装置との間に、前記複数種類の熱源装置のそれぞれで加熱された熱媒体を受け入れるとともに、前記複数種類の熱源装置のうち、発生する熱の温度範囲が最も低い熱源装置の熱媒体である低温熱媒体を前記蓄熱装置へ搬送することで前記蓄熱装置への熱エネルギー供給を行うように形成された温度差緩和装置が介装されていることを特徴とする複合エネルギー利用システム。
【請求項２】
前記複数種類の熱源装置のそれぞれは、加熱すべき熱媒体の温度が異なる温度範囲に設定されたものであり、
前記温度差緩和装置は、前記複数種類の熱源装置のそれぞれから送られてくる温度の異なる熱媒体を受け入れるとともに、その内部で温度の高い熱媒体が温度の低い熱媒体を加熱できるように形成されたものであることを特徴とする請求項１記載の複合エネルギー利用システム。
【請求項３】
前記温度差緩和装置の内部には、前記複数種類の熱源装置から送られてくる温度の異なる熱媒体をそれぞれ収める複数の熱媒体室が設けられ、且つ、一の熱媒体室に収められる熱媒体に設定されている温度と、この熱媒体室に隣接する熱媒体室に収められる熱媒体に設定されている温度との差が最も小さくなるように、前記複数の熱媒体室の位置が設定され、前記複数の熱媒体室における熱の伝達方向が一方向となるように形成されたものであることを特徴とする請求項２記載の複合エネルギー利用システム。
【請求項４】
前記蓄熱装置には、発生する熱の温度範囲が最も低い熱源装置の熱媒体である低温熱媒体によって供給された熱エネルギーを蓄える複数の蓄熱槽を備えていることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれかに記載の複合エネルギー利用システム。
【請求項５】
前記蓄熱装置に蓄積された熱が前記電力変換装置に優先的に供給され、前記電力変換装置で電力に変換されなかった残りの熱が前記熱利用装置に利用されるように、低温熱媒体の流通を制御する熱媒体流通制御装置が設けられていることを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれかに記載の複合エネルギー利用システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数種類の熱源装置が発生する熱を、蓄熱装置に蓄積してから電力変換装置及び前記熱利用装置で利用する複合エネルギー利用システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、陸地から離れた小さな離島では、空間的にも経済的にも大規模な発電所を設置することができず、また、遠隔地から電力供給を受けるために、送電ケーブルを敷設することが極めて困難な場合も多く、このような場合、専らディーゼルエンジンを原動機とする自家用発電機を設置し、この自家用発電機で島内の電力供給を行っている。
ここで、ディーゼルエンジンは、内燃機関であるので、運転によって温暖化ガスである二酸化炭素を発する。そこで、大気中の炭酸ガスを取り込んで成長する植物のうち、食料と競合しないもの、例えば、牧草やトウモロコシの茎等でバイオマス燃料を生成し、このバイオマス燃料でディーゼルエンジンを運転することで、大気中に含まれる二酸化炭素量の増大の抑制を図ろうとしている。
【０００３】
また、バイオマス燃料は、近い将来、枯渇してしまう化石燃料に代わる燃料として期待されるものであり、各国で研究がなされ、その実施を推進しようとしている。
しかしながら、小さな離島では、バイオマス燃料を自給自足することが困難な場合もあり、得られるバイオマス燃料による発電量を補うために、風力発電装置や太陽光発電装置を利用することが考えられる。
風力発電装置は、風力を受けて回転する風車と、この風車の回転軸が入力軸に連結された発電機とを備え、風力で発電機を駆動して電力を発生するものである。
このような風力発電装置によれば、自然界に存在する無尽蔵ともいえる風力を動力源として採用するので、化石燃料のように枯渇するおそれがまったくない。そのうえ、発電の際に燃料を燃焼させる必要がないので、二酸化炭素がまったく発生しない。
【０００４】
また、太陽光発電装置は、太陽光を電力に変化する太陽電池を有し、太陽電池で太陽の光を電力に変換するものである。
このような太陽光発電装置でも、無尽蔵ともいえる太陽の光で発電するので、エネルギー源が半永久的に枯渇することがないうえ、光エネルギーを直接電気エネルギーに変換するので、発電の際に二酸化炭素もまったく発生しない。
このため、上述のような風力発電装置や太陽光発電装置を適切に利用することができれば、地球温暖化の原因となる二酸化炭素の発生量を増大させることなく、離島の電力を充分に確保できるようになる。
【０００５】
ところで、風力発電装置には、風が凪いでしまうと、充分な発電量が確保できない、という欠点がある。
また、太陽光発電装置は、太陽電池が高価なため、イニシャルコストが高騰する、という欠点があるうえ、太陽が沈んでしまう日没後には、発電を行うことができないので、二次電池に充電する必要があり、この二次電池が高価なため、さらに、イニシャルコストが高騰する、という欠点がある。
このような欠点を解消するために、沸点の低い熱媒体、換言すると、常温で蒸気及び液体の相変化があるハイドロ・フルオロ・カーボンを利用し、日中、太陽熱で熱媒体を加熱し、この熱した熱媒体の一部でタービン発電機を駆動して発電を行うとともに、残りを蓄熱器に蓄熱し、蓄熱器に蓄熱し熱媒体で夜間も発電が行えるようにした太陽熱利用発電機装置が提案されている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−３４００９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前述のような、太陽熱利用発電機装置では、雨天や曇りの日が続くと、日中に太陽熱を充分に蓄積できないので、夜間の発電が充分行えないおそれがあるうえ、蓄積した熱をすべて発電に利用するので、給湯や暖房用の熱として利用する場合は、再度、電力を熱に変換するため、エネルギーの利用効率が低下する、という問題がある。
しかも、この太陽熱利用発電機装置の熱媒体として採用されるハイドロ・フルオロ・カーボンは、二酸化炭素の数百〜一万倍もの温室効果があり、地球温暖化への影響の懸念から、今後、規制されつつあるので、将来的に利用できないおそれがある。
ここで、前述の風力エネルギー、太陽エネルギー、及び、バイオマス燃料の燃焼エネルギーを並行して取り込んで蓄積することができれば、互いに他を補完することができ、それぞれを単独で利用した場合の欠点を解消することもできるが、風力エネルギーは運動エネルギーであり、太陽エネルギーが電磁波エネルギーであり、燃焼エネルギーは熱エネルギーであるので、エネルギーの形態が互いに異なっていることから、蓄積するにあたり、エネルギーの形態を統一する必要があるが、例えば、電気エネルギーに変換すると、高価な二次電池が必要となり、イニシャルコストが高騰する、という問題が発生する。
【０００８】
なお、電気エネルギーに変換して蓄積すると、前述したように、熱として利用する際に、エネルギーの利用効率が低下する、という問題もある。
そこで、各請求項にそれぞれ記載された各発明は、上記した従来の技術の有する問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、イニシャルコストを高騰させることなく、複数種類のエネルギー源からエネルギーを並行して取り込んで蓄積することが可能となる複合エネルギー利用システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
各請求項にそれぞれ記載された各発明は、前述の目的を達成するためになされたものである。以下に、各発明の特徴点を、図面に示した発明の実施の形態を用いて説明する。
なお、符号は、発明の実施の形態において用いた符号を示し、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
（請求項１）
（特徴点）
請求項１記載の発明は、次の点を特徴とする。
すなわち、請求項１に記載の発明は、熱を発生する複数種類の熱源装置(11〜13)と、これら複数種類の熱源装置(11〜13)で発生した熱を蓄積する蓄熱装置(20,20A)と、この蓄熱装置(20,20A)に蓄積された熱を電力に変換して供給する電力変換装置(30,30A)と、前記蓄熱装置(20,20A)に蓄積された熱を利用して所定の機能を発揮する熱利用装置(41〜43)とを備え、前記熱源装置(11〜13)が発生する熱を、前記蓄熱装置(20,20A)に蓄積してから前記電力変換装置(30,30A)及び前記熱利用装置(41〜43)で利用する複合エネルギー利用システム(１)であって、前記複数種類の熱源装置(11〜13)として、風力で熱を発生させ、発生させた熱で熱媒体を加熱する風力熱発生装置(11)、太陽が照射する光で熱媒体を加熱する太陽光熱源装置(12)、地熱で熱媒体を加熱する地熱装置、及び、燃焼で発生する熱で熱媒体を加熱する燃焼炉装置(13)のうち、少なくとも２種類以上を備え、これら複数種類の熱源装置(11〜13)と前記蓄熱装置(20,20A)との間に、前記複数種類の熱源装置(11〜13)のそれぞれで加熱された熱媒体を受け入れるとともに、前記複数種類の熱源装置(11〜13)のうち、発生する熱の温度範囲が最も低い熱源装置(11〜13)の熱媒体である低温熱媒体を前記蓄熱装置(20,20A)へ搬送することで前記蓄熱装置(20,20A)への熱エネルギー供給を行うよう吸収式冷凍機42、及び、蒸気の熱で調理を行う蒸気調理装置43
に形成された温度差緩和装置(50)が介装されていることを特徴とする。
【００１０】
（請求項２）
（特徴点）
請求項２記載の発明は、前述した請求項１に記載の発明において、次の特徴点を備えているものである。
すなわち、請求項２記載の発明は、前記複数種類の熱源装置(11〜13)のそれぞれにおいて、加熱すべき熱媒体の温度が異なる温度範囲に設定され、前記温度差緩和装置(50)は、前記複数種類の熱源装置(11〜13)のそれぞれから送られてくる温度の異なる熱媒体を受け入れるとともに、その内部で温度の高い熱媒体が温度の低い熱媒体を加熱できるように形成されたものであることを特徴とするものである。
【００１１】
（請求項３）
（特徴点）
請求項３記載の発明は、前述した請求項２に記載の発明において、次の特徴点を備えているものである。
すなわち、請求項３記載の発明は、前記温度差緩和装置(50)の内部に、前記複数種類の熱源装置(11〜13)から送られてくる温度の異なる熱媒体をそれぞれ収める複数の熱媒体室(53〜55)が設けられ、且つ、一の熱媒体室(53〜55)に収められる熱媒体に設定されている温度と、この熱媒体室(53〜55)に隣接する熱媒体室(53〜55)に収められる熱媒体に設定されている温度との差が最も小さくなるように、前記複数の熱媒体室(53〜55)の位置が設定され、前記複数の熱媒体室(53〜55)における熱の伝達方向が一方向となるように形成されたものであることを特徴とする。
【００１２】
（請求項４）
（特徴点）
請求項４記載の発明は、前述した請求項１から請求項３までのいずれかに記載の発明において、次の特徴点を備えているものである。
すなわち、請求項４記載の発明は、前記蓄熱装置(20,20A)に、発生する熱の温度範囲が最も低い熱源装置(11〜13)の熱媒体である低温熱媒体によって供給された熱エネルギーを蓄える複数の蓄熱槽(21, 26)を備えていることを特徴とする。
（請求項５）
（特徴点）
請求項５記載の発明は、前述した請求項１から請求項４までのいずれかに記載の発明において、次の特徴点を備えているものである。
【００１３】
すなわち、請求項５記載の発明は、前記蓄熱装置(20,20A)に蓄積された熱が前記電力変換装置(30,30A)に優先的に供給され、前記電力変換装置(30,30A)で電力に変換されなかった残りの熱が前記熱利用装置(41〜43)に利用されるように、低温熱媒体の流通を制御する熱媒体流通制御装置(60)が設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
（請求項１の効果）
以上のように構成されている本発明は、以下に記載されるような効果を奏する。
すなわち、請求項１記載の発明によれば、複数種類の熱源装置と、熱を蓄積する蓄熱装置との間に、複数種類の熱源装置のそれぞれで加熱した熱媒体を受け入れる温度差緩和装置を設け、且つ、温度差緩和装置から蓄熱装置へ熱を搬送する熱媒体として、温度範囲が最も低い熱源装置の熱媒体である低温熱媒体を採用したので、複数種類の熱源装置のそれぞれから熱を取り出すために利用される熱媒体の温度範囲が熱源装置毎に相違していても、複数種類の熱源装置で発生した熱は、温度の高低にかかわらず、いずれも低温熱媒体によって蓄熱装置へ確実に搬送されるようになる。
【００１５】
しかも、複数種類の熱源装置として採用されている風力熱発生装置及び太陽光熱源装置は、自然界に無尽蔵に存在する自然エネルギーである、風力エネルギー及び太陽エネルギーをそれぞれ利用するものである。また、風力エネルギー及び太陽エネルギーは、一方が運動エネルギーであり、他方は、電磁波エネルギーであり、互いに形態の異なるエネルギーである。
これら形態の異なるエネルギーを利用するにあたり、変換効率の良い熱エネルギーへの変換を行い、且つ、変換した熱エネルギーを蓄熱装置に蓄積するようにしたので、複数種類のエネルギー源からそれぞれエネルギーを取り込むにあたり、変換時の損失を最低限に抑制することができ、エネルギーを取り出すべきエネルギー源が複数種類あっても、これらのエネルギー源からエネルギーを並行して取り込む際に何ら問題が発生することがなく、従って、複数種類のエネルギー源からエネルギーを並行して取り込んで蓄積することができる。
【００１６】
ここで、加熱した低温熱媒体を蓄熱装置に蓄えることでエネルギーを蓄積するようにしたので、高価な二次電池が不要となるうえ、蓄熱される低温熱媒体として安価な鉱油が採用でき、コストを高騰させる要因が何らなくなり、イニシャルコストの高騰を未然に防止することができる。
そのうえ、自然界に無尽蔵に存在する自然エネルギーを利用するようにしたので、ランニングコストが軽減でき、また、自然エネルギーの利用により、化石燃料の燃焼量が低減されて、大気中に含まれる二酸化炭素量を抑制でき、地球温暖化防止に貢献できるうえ、化石燃料の代替を推進することができる。
【００１７】
（請求項２の効果）
請求項２記載の発明によれば、上記した請求項１記載の発明の効果に加え、次のような効果を奏する。
すなわち、請求項２記載の発明によれば、加熱すべき熱媒体の温度が異なる温度範囲に設定された複数種類の熱源装置が採用され、これら複数種類の熱源装置に対応して、複数種類の熱源装置のそれぞれから送られてくる温度の異なる熱媒体を受け入れるとともに、その内部で温度の高い熱媒体が温度の低い熱媒体を加熱できるように形成された温度差緩和装置を採用し、複数種類の熱源装置から取り出されてきた熱媒体が温度差緩和装置の内部に取り込まれると、温度差緩和装置の内部で高温の熱媒体が低温の低温熱媒体を加熱するようにしたので、複数種類の熱源装置のそれぞれで加熱された熱媒体の温度範囲が熱源装置毎に相違していても、複数種類の熱源装置から取り出されたすべての熱で低温熱媒体を加熱することができるようになり、これにより、複数種類の熱源装置で発生した熱エネルギーを確実且つ有効利用可能に蓄熱装置に蓄積することができ、ひいては、複数種類の熱源装置で発生した熱エネルギーを有効に利用することができる。
【００１８】
（請求項３の効果）
請求項３記載の発明によれば、上記した請求項２記載の発明の効果に加え、次のような効果を奏する。
すなわち、請求項３記載の発明によれば、温度差緩和装置として、複数種類の熱源装置から送られてくる熱媒体をそれぞれ収める複数の熱媒体室(53〜55)が内部に設けられたものを採用したので、複数種類の熱源装置から送られてくる温度の異なる熱媒体が温度差緩和装置の内部で混ざってしまうことがなく、定格温度が低温の熱媒体がより高温に加熱する熱源装置に送り込まれることが未然に防止され、これにより、熱媒体の熱破壊が防止され、熱媒体の耐久性を十分に確保することができる。
【００１９】
しかも、この温度差緩和装置の内部に設けられる複数の熱媒体室の位置を設定するにあたり、一の熱媒体室に収められる熱媒体に設定されている温度と、この熱媒体室に隣接する熱媒体室に収められる熱媒体に設定されている温度との差が最も小さくなるように複数の熱媒体室の位置を設定し、これにより、温度差緩和装置の内部において、複数の熱媒体室における熱の伝達方向が一方向となるように形成したので、温度勾配において局部的に温度が極小となる谷がなくなり、換言すると、両側の熱媒体室の温度よりも中間の熱媒体室の温度が低くなって、温度勾配が部分的に逆転することがなく、従って、この温度勾配の谷による温度伝達の遅れもなくすことができ、ひいては、温度伝達の遅れによる損失の発生も未然に防止することができる。
【００２０】
（請求項４の効果）
請求項４記載の発明によれば、上記した請求項１から請求項３までのいずれかに記載の発明の効果に加え、次のような効果を奏する。
すなわち、請求項４記載の発明によれば、発生する熱の温度範囲が最も低い熱源装置の熱媒体である低温熱媒体によって供給された熱エネルギーを蓄える複数の蓄熱槽を蓄熱装置に備えさせるようにしたので、蓄熱装置の蓄熱量は、蓄熱槽の数を変えることで容易に増減することができ、これによって、熱源装置から得られる熱エネルギー量の変動、及び、熱エネルギーを利用する負荷側の需要率に応じた最適の蓄熱量を蓄熱装置に容易に確保することができる。
【００２１】
（請求項５の効果）
請求項５記載の発明によれば、上記した請求項１から請求項４までのいずれかに記載の発明の効果に加え、次のような効果を奏する。
すなわち、請求項５記載の発明によれば、蓄熱装置に蓄積された熱が電力変換装置に優先的に供給され、電力変換装置で電力に変換されなかった残りの熱が熱利用装置に利用されるように、低温熱媒体の流通を制御する熱媒体流通制御装置を設けたので、熱利用装置よりも優先して電力変換装置が蓄熱装置の熱エネルギーを利用可能となる。
これにより、低温熱媒体でスターリングエンジンやスクリュー式エキスパンダーを駆動することができ、スターリングエンジンやスクリューエキスパンダーを原動機とする発電機を電力変換装置として採用できる。
【００２２】
ここで、熱利用装置としては、暖房用のボイラ、冷房用の吸収式冷凍機、給湯用ボイラ、蒸気調理装置、及び、多段フラッシュ式の海水淡水化装置が採用でき、これらの熱利用装置は、発電機を駆動した後の温度がある程度低下した状態の低温熱媒体で駆動することができる。
従って、熱利用装置よりも優先して電力変換装置に蓄熱装置の熱エネルギーを利用させ、熱利用装置は、発電で余った熱エネルギーを利用するようになるので、蓄熱装置に蓄積した熱エネルギーを利用するにあたり、熱エネルギーの無駄が少なくなり、熱エネルギーをより一層有効に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１実施形態の概略構成を示す模式図である。
【図２】本発明の第２実施形態の概略構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下に、本発明を実施するための形態である実施形態について、図面に基づいて説明する。
［第１実施形態］
図１には、本発明の第１実施形態が示されている。本第１実施形態に係る複合エネルギー利用システム１は、熱を発生する複数の熱源装置11〜13から熱エネルギーを取り出して利用できるようにするものである。
すなわち、複合エネルギー利用システム１には、図１に示すように、複数種類の熱源装置11〜13を有する熱源装置群10に加えて、熱源装置群10が発生した熱を蓄積するための蓄熱装置20と、蓄熱装置20に蓄積された熱を電力に変換する電力変換装置30と、蓄熱装置20の熱を利用して所定の機能を発揮する複数種類の熱利用装置群40と、熱源装置群10及び蓄熱装置20の間に介装された温度差緩和装置50とが設けられている。
【００２５】
以上において、複合エネルギー利用システム１は、熱源装置群10が発生する熱を、蓄熱装置20に蓄積してから電力変換装置30及び熱利用装置群40で利用するように形成されたものとなっている。
熱源装置群10は、複数種類の熱源装置として、風力で熱を発生させ、発生させた熱で熱媒体を加熱する風力熱発生装置11、太陽が照射する光で熱媒体を加熱する太陽光熱源装置12、及び、バイオマス燃料を燃焼させ、これにより発生する熱で熱媒体を加熱する燃焼炉装置13を備えたものである。
風力熱発生装置11は、風力で回転する風車11A と、この風車11A の回転速度を減速する図示しない減速装置とを有し、風車11A の回転速度を減速する際に減速装置で熱を発生すさせ、発生した熱で熱媒体を３００〜３５０℃の温度範囲まで加熱するものである。
【００２６】
風力熱発生装置11の熱媒体は、後述する低温熱媒体であり、３００〜３５０℃の温度範囲まで加熱可能な鉱油Ａが採用されている。この鉱油Ａは、風力熱発生装置11で加熱されると、温度差緩和装置50へ送られるようになっている。
ここで、減速装置としては、鉱油Ａを３００〜３５０℃の温度範囲まで加熱できるものが採用できる。例えば、貨物自動車等で採用されている流体式リターダ装置や永久磁石式リターダ装置等が採用できる。
太陽光熱源装置12は、フレネルレンズ12A 又は凹面鏡等の集光手段で太陽光を焦点に集め、焦点部分を通過する熱媒体を、５００〜８００℃の温度範囲まで加熱する加熱装置である。このような太陽光熱源装置12で加熱された熱媒体は、温度差緩和装置50へ送られるようになっている。
【００２７】
燃焼炉装置13は、牧草やトウモロコシの茎の固形バイオマス燃料を燃焼し、発生する燃焼熱で熱媒体を、８００℃以上の温度範囲まで加熱する燃焼装置である。このような燃焼炉装置13で加熱された熱媒体は、温度差緩和装置50へ送られるようになっている。
ここで、太陽光熱源装置12側の熱媒体は、３００℃未満の温度で溶融するとともに、５００〜８００℃の温度範囲において化学的に安定した流体となる溶融塩（以下、「低温溶融塩Ｂ」という」が採用されている。
また、燃焼炉装置13側の熱媒体は、３００℃未満の温度で溶融するとともに、８００℃以上の温度でも化学的に安定した流体となる溶融塩（以下、「高温溶融塩Ｃ」という」が採用されている。
【００２８】
温度差緩和装置50は、風力熱発生装置11、太陽光熱源装置12及び燃焼炉装置13のそれぞれから送られてくる温度の異なる鉱油Ａ、低温溶融塩Ｂ及び高温溶融塩Ｃを受け入れるとともに、その内部で温度の高い低温溶融塩Ｂ及び高温溶融塩Ｃが温度の低い鉱油Ａを加熱できるように形成されたものである。
すなわち、温度差緩和装置50は、中空二重構造のデュワー壁51で外殻部分が形成された槽状のものである。温度差緩和装置50の内部は、複数の仕切り壁52で仕切られており、これにより、温度差緩和装置50の内部には、熱源装置11〜13に応じた数、具体的には、三つの熱媒体室53〜55が形成されている。なお、デュワー壁51としては、中空部分が真空となったもの、及び、中空部分に不活性ガスが充填されたもののいずれを採用してもよい。
【００２９】
熱媒体室53〜55のそれぞれは、風力熱発生装置11、太陽光熱源装置12及び燃焼炉装置13のそれぞれから送られてくる温度の異なる鉱油Ａ、低温溶融塩Ｂ及び高温溶融塩Ｃをそれぞれ収める空間となっている。
具体的には、熱媒体室53は、風力熱発生装置11からの低温熱媒体である鉱油Ａを収める部屋とされ、熱媒体室54は、太陽光熱源装置12からの熱媒体である低温溶融塩Ｂを収める部屋とされ、熱媒体室55は、燃焼炉装置13からの熱媒体である高温溶融塩Ｃを収める部屋となっている。
これらの熱媒体室53〜55は、一の熱媒体室に収められる熱媒体に設定されている温度と、この熱媒体室に隣接する熱媒体室に収められる熱媒体に設定されている温度との差が最も小さくなるように、その位置が設定されている。
【００３０】
換言すると、最も温度の高い高温溶融塩Ｃを収める熱媒体室55は、温度差緩和装置50の図１中下方の端部に配置されている。そして、熱媒体室55の隣には、高温溶融塩Ｃの次に温度の高い低温溶融塩Ｂを収める熱媒体室54が配置され、この熱媒体室54の隣には、低温溶融塩Ｂの次に温度の高い、すなわち、熱媒体の中で最も温度の低い鉱油Ａを収める熱媒体室53が配置されている。なお、鉱油Ａが最も温度の低い熱媒体であるので、熱媒体室53は、温度差緩和装置50の図１中上方の端部に配置されている。
これにより、温度差緩和装置50は、複数の熱媒体室53〜55における熱の伝達方向が一方向（図１中矢印α参照）となるように形成されている。
【００３１】
温度差緩和装置50の熱媒体室53は、サプライ管56及びレターン管57を介して蓄熱装置20に接続されている。換言すると、熱媒体室53及び蓄熱装置20は、サプライ管56及びレターン管57を通じて相互に連通したものとなっている。
そして、サプライ管56の途中部分には、熱媒体室53に収められた鉱油Ａを蓄熱装置20側へ圧送するポンプ58が設けられている。
以上において、温度差緩和装置50は、風力熱発生装置11、太陽光熱源装置12及び燃焼炉装置13のうち、発生する熱の温度範囲が最も低い風力熱発生装置11の熱媒体である低温熱媒体、すなわち、鉱油Ａを蓄熱装置20へ搬送することで蓄熱装置20への熱エネルギー供給を行うように形成されている。
【００３２】
なお、温度差緩和装置50には、図示しない配管を介して図示しない過熱防止用の冷却搭が接続されている。
これにより、温度差緩和装置50は、熱媒体室53に収められた鉱油Ａの温度が過度に上昇すると、鉱油Ａが図示しない冷却搭へ圧送されて冷却され、過熱が未然に防止されるようになっている。
蓄熱装置20は、発生する熱の温度範囲が最も低い風力熱発生装置11の低温熱媒体である鉱油Ａによって供給された熱エネルギーを蓄える複数の蓄熱槽21を備えている。
蓄熱槽21の各々は、図示しない中空二重構造のデュワー壁で外殻部分が形成されたデュワー瓶（魔法瓶）状の容器である。これらの蓄熱槽21は、隣接するもの同士を連通する連通管22によって直列に接続されている。
【００３３】
そして、直列に接続された複数の蓄熱槽21のうち、図１中上方の端部に配置されている蓄熱槽21A には、温度差緩和装置50から鉱油Ａを導くサプライ管56が接続され、図１中下方の端部に配置されている蓄熱槽21C には、温度差緩和装置50へ鉱油Ａを導くレターン管57が接続されている。
これにより、蓄熱装置20は、蓄熱槽21A から蓄熱槽21C へ向かって温度が次第に低下する温度勾配が形成され、蓄熱槽21A 側が高温側となる一方、蓄熱槽21C 側が低温側となっている。
このような蓄熱装置20は、高温側の蓄熱槽21A がサプライ管23を介して電力変換装置30に接続されている。換言すると、蓄熱槽21A 及び電力変換装置30は、サプライ管23を通じて相互に連通したものとなっている。
【００３４】
そして、サプライ管23の途中部分には、蓄熱槽21A に収められた鉱油Ａを電力変換装置30側へ圧送するポンプ24が設けられている。
また、蓄熱装置20は、低温側の蓄熱槽21C がレターン管25を介して熱利用装置群40に接続されている。換言すると、蓄熱槽21C 及び熱利用装置群40は、レターン管25を通じて相互に連通したものとなっている。
なお、蓄熱装置20の容量は、風力や太陽日照の変動率や負荷側の需要率等に応じて設定され、通常は、温度差緩和装置50の容量よりも大幅に大きい値が設定されている。
電力変換装置30は、複数のスターリングエンジン31と、これらのスターリングエンジン31の各々に駆動される複数の発電機32と、スターリングエンジン31を加熱するための鉱油Ａを収めた加熱槽33と、加熱槽33に収められた鉱油Ａに熱を与える熱交換器34とを有するものとなっている。
【００３５】
このような電力変換装置30には、需要側の電力量に応じてスターリングエンジン31の運転台数を選択する図示しない容量制御装置が設けられている。
そして、熱交換器34で交換される熱量は、需要側の電力量、換言すると、電力変換装置30の運転状態に応じて変動するようになっている。また、出口管35の内部を流れる鉱油Ａの温度も、需要側の電力量、換言すると、電力変換装置30の運転状態に応じて変動するようになっている。
ここで、電力変換装置30と熱利用装置群40との間には、鉱油Ａの流通を制御する熱媒体流通制御装置60が設けられている。
【００３６】
すなわち、電力変換装置30には、熱交換器34の出口から延びる前述の出口管35と、熱交換器34をバイパスするためのバイパス管36と、電力変換装置30から熱利用装置群40側へ鉱油Ａを導く接続管37とが設けられている。
そして、熱媒体流通制御装置60は、バイパス管36及び出口管35から流入した鉱油Ａを接続管37へ流出させる混合三方電動弁61と、この混合三方電動弁61を制御するための温度調節器62とを備えたものとなっている。
このうち、温度調節器62は、出口管35の内部を流れる鉱油Ａの温度が低くなると、混合三方電動弁61の開度を調節して、バイパス管36の内部を流れる鉱油Ａの流量を減らし、出口管35の内部を流れる鉱油Ａの流量を増やし、これにより、出口管35の内部を流れる鉱油Ａの温度下降を抑制するようになっている。
【００３７】
換言すると、温度調節器62は、電力変換装置30の供給電力量の増大を、出口管35の内部を流れる鉱油Ａの温度下降によって検知し、さらに、温度下降の程度に応じて混合三方電動弁61の開度を調節して、出口管35の内部を流れる鉱油Ａの流量を増やし、これにより、電力変換装置30の供給電力量の増大に対応するものとなっている。
逆に、温度調節器62は、出口管35の内部を流れる鉱油Ａの温度が高くなると、混合三方電動弁61の開度を調節して、バイパス管36の内部を流れる鉱油Ａの流量を増やし、出口管35の内部を流れる鉱油Ａの流量を増やし、これにより、出口管35の内部を流れる鉱油Ａの温度上昇を抑制するようになっている。
【００３８】
換言すると、温度調節器62は、電力変換装置30の供給電力量の減少を、出口管35の内部を流れる鉱油Ａの温度降下によって検知し、さらに、温度降下の程度に応じて混合三方電動弁61の開度を調節して、バイパス管36の内部を流れる鉱油Ａの流量を増やし、これにより、電力変換装置30の供給電力量の減少に対応するものとなっている。
以上において、熱媒体流通制御装置60は、電力変換装置30が供給する電力量の増減に応じて、熱交換器34に流れる鉱油Ａの流量を増減させ、これにより、蓄熱装置20に蓄積された熱が電力変換装置30に優先的に供給されるようにするとともに、電力変換装置30で電力に変換されなかった残りの熱が熱利用装置群40で利用されるように、鉱油Ａの流通を制御するようものとなっている。
【００３９】
熱利用装置群40は、暖房用の温水を作るためのボイラ41、冷房用の冷水を作るための吸収式冷凍機42、及び、蒸気の熱で調理を行う蒸気調理装置43を有するものである。
ボイラ41は、接続管37を通じて供給される鉱油Ａによって水を加熱して暖房用の温水を作り出すものである。
吸収式冷凍機42は、接続管37を通じて供給される鉱油Ａを熱源として、水を冷やし、これによって、冷房用の冷水を作り出すものである。
蒸気調理装置43は、接続管37を通じて供給される鉱油Ａで水を加熱して水蒸気を作り出し、この水蒸気の熱で食材を焼く、煮る又は炒める等の調理を行うものである。
【００４０】
このような複合エネルギー利用システム１では、鉱油Ａ、低温溶融塩Ｂ及び高温溶融塩Ｃのそれぞれを媒介として、風力熱発生装置11、太陽光熱源装置12及び燃焼炉装置13のそれぞれで発生した熱を温度差緩和装置50まで搬送する。温度差緩和装置50では、温度差緩和装置50で低温溶融塩Ｂ及び高温溶融塩Ｃの熱を鉱油Ａへ伝達することで、鉱油Ａ、低温溶融塩Ｂ及び高温溶融塩Ｃの温度差を緩和する。そして、鉱油Ａを媒介として、風力熱発生装置11、太陽光熱源装置12及び燃焼炉装置13によって得た熱を、温度差緩和装置50から蓄熱装置20まで搬送するとともに、当該蓄熱装置20に蓄積し、蓄熱装置20に蓄積した熱を電力変換装置30及び熱利用装置群40で利用する。
【００４１】
ここれ、蓄熱装置20に熱を蓄積してから電力変換装置30及び熱利用装置群40で利用するので、風力や日照の変動によって風力熱発生装置11及び太陽光熱源装置12から取り出される熱エネルギーの量が変動したり、負荷側の需要量の変動によって電力変換装置30及び熱利用装置群40における熱の利用量が変動しても、電力変換装置30及び熱利用装置群40に対して安定した熱エネルギーを供給できるようになる。
前述のような本実施形態によれば、次のような効果が得られる。
すなわち、風力熱発生装置11、太陽光熱源装置12及び燃焼炉装置13を有する熱源装置群10と、熱を蓄積する蓄熱装置20との間に、風力熱発生装置11、太陽光熱源装置12及び燃焼炉装置13のそれぞれで加熱した鉱油Ａ、低温溶融塩Ｂ及び高温溶融塩Ｃを受け入れる温度差緩和装置50を設け、且つ、温度差緩和装置50から蓄熱装置20へ熱を搬送する熱媒体として、温度範囲が最も低い熱源装置である風力熱発生装置11の低温熱媒体である鉱油Ａを採用したので、風力熱発生装置11、太陽光熱源装置12及び燃焼炉装置13のそれぞれから熱を取り出すために利用される鉱油Ａ、低温溶融塩Ｂ及び高温溶融塩Ｃの温度範囲が、風力熱発生装置11、太陽光熱源装置12及び燃焼炉装置13の各出口で相違していても、風力熱発生装置11、太陽光熱源装置12及び燃焼炉装置13で発生した熱は、温度の高低にかかわらず、いずれも鉱油Ａで受けとめられて蓄熱装置20へ確実に搬送されるようになる。
【００４２】
ここで、風力熱発生装置11及び太陽光熱源装置12は、自然界に無尽蔵に存在する自然エネルギーである、風力エネルギー及び太陽エネルギーをそれぞれ利用するものであり、また、風力エネルギー及び太陽エネルギーは、一方が運動エネルギーであり、他方は、電磁波エネルギーであり、互いに形態の異なるエネルギーである。
そして、これら形態の異なるエネルギーを利用するにあたり、電力へ変換するよりも変換効率の良い熱エネルギーへの変換を行い、且つ、変換した熱エネルギーを蓄熱装置20で蓄積するようにしたので、複数種類のエネルギー源からそれぞれエネルギーを取り込むにあたり、変換時の損失を最低限に抑制することができ、エネルギーを取り出すべきエネルギー源が複数種類あっても、これらのエネルギー源からエネルギーを並行して取り込む際に何ら問題が発生することがなく、従って、複数種類のエネルギー源からエネルギーを並行して取り込んで効率よく蓄積することができる。
【００４３】
この際、加熱した低温熱媒体を蓄熱装置20に蓄えることでエネルギーを蓄積するようにしたので、高価な二次電池が不要となるうえ、蓄熱される低温熱媒体として安価な鉱油Ａが採用でき、コストを高騰させる要因が何らなくなり、イニシャルコストの高騰を未然に防止することができる。
そのうえ、自然界に無尽蔵に存在する自然エネルギーを利用するようにしたので、ランニングコストが軽減でき、また、自然エネルギーの利用により、化石燃料の燃焼量が低減されて、大気中に含まれる二酸化炭素量を抑制でき、地球温暖化防止に貢献できるうえ、化石燃料の代替を推進することができる。
【００４４】
また、加熱すべき熱媒体としての鉱油Ａ、低温溶融塩Ｂ及び高温溶融塩Ｃが用いられ、それぞれの熱媒体の加熱すべき温度が異なる温度範囲に設定された風力熱発生装置11、太陽光熱源装置12及び燃焼炉装置13に対して、風力熱発生装置11、太陽光熱源装置12及び燃焼炉装置13のそれぞれから送られてくる温度の異なる鉱油Ａ、低温溶融塩Ｂ及び高温溶融塩Ｃを受け入れるとともに、その内部で低温溶融塩Ｂ及び高温溶融塩Ｃが鉱油Ａを加熱できるように形成された温度差緩和装置50を設け、鉱油Ａ、低温溶融塩Ｂ及び高温溶融塩Ｃが温度差緩和装置50の内部に取り込まれると、温度差緩和装置50の内部で低温溶融塩Ｂ及び高温溶融塩Ｃが鉱油Ａを加熱するようにしたので、風力熱発生装置11、太陽光熱源装置12及び燃焼炉装置13のそれぞれで加熱された鉱油Ａ、低温溶融塩Ｂ及び高温溶融塩Ｃの温度範囲が、風力熱発生装置11、太陽光熱源装置12及び燃焼炉装置13のそれぞれでに相違していても、風力熱発生装置11、太陽光熱源装置12及び燃焼炉装置13のそれぞれのから取り出されたすべての熱で鉱油Ａを加熱することができ、これにより、蓄熱装置20に蓄えられる熱媒体の統一及び管理すべき温度の一元化が実現でき、風力熱発生装置11、太陽光熱源装置12及び燃焼炉装置13で発生した熱エネルギーを確実且つ有効利用可能に蓄熱装置20に蓄積することができ、ひいては、風力熱発生装置11、太陽光熱源装置12及び燃焼炉装置13で発生した熱エネルギーを有効に利用することができる。
【００４５】
さらに、温度差緩和装置50として、風力熱発生装置11、太陽光熱源装置12及び燃焼炉装置13の各々から送られてくる鉱油Ａ、低温溶融塩Ｂ及び高温溶融塩Ｃをそれぞれ収める熱媒体室53〜55が内部に設けられたものを採用したので、風力熱発生装置11、太陽光熱源装置12及び燃焼炉装置13から送られてくる温度の異なる鉱油Ａ、低温溶融塩Ｂ及び高温溶融塩Ｃが温度差緩和装置50の内部で混ざってしまうことがなく、また、鉱油Ａ及び低温溶融塩Ｂが燃焼炉装置13に送り込まれたり、或いは、鉱油Ａが太陽光熱源装置12に送り込まれたりすることが未然に防止され、これにより、鉱油Ａ及び低温溶融塩Ｂの熱破壊が防止され、鉱油Ａ及び低温溶融塩Ｂの耐久性を十分に確保することができる。
【００４６】
しかも、温度差緩和装置50の内部に設けられる熱媒体室53〜55の位置を設定するにあたり、一の熱媒体室に収められる熱媒体に設定されている温度と、この熱媒体室に隣接する熱媒体室に収められる熱媒体に設定されている温度との差が最も小さくなるように、熱媒体室53〜55の位置を設定し、これにより、温度差緩和装置50の内部において、熱媒体室53〜55における熱の伝達方向が一方向となるように形成したので、温度勾配において局部的に温度が極小となる谷がなくなり、換言すると、両側に配置されている熱媒体室53, 55のいずれの温度よりも中間の熱媒体室54の温度が低くなることがなく、また、温度勾配が部分的に逆転することもなくなり、この温度勾配の谷による温度伝達の遅れもなくすことができ、ひいては、温度伝達の遅れによる損失の発生も未然に防止することができる。
【００４７】
さらに、発生する熱の温度範囲が最も低い風力熱発生装置11の低温熱媒体である鉱油Ａによって供給された熱エネルギーを蓄える複数の蓄熱槽21を蓄熱装置20に備えさせるようにしたので、蓄熱装置20の蓄熱量は、蓄熱槽21の数を変えることで容易に増減することができ、これによって、熱源装置群10から得られる熱エネルギー量の変動、及び、熱エネルギーを利用する負荷側の需要率に応じた最適の蓄熱量を蓄熱装置20に容易に確保することができる。
また、蓄熱装置20に蓄積された熱が電力変換装置30に優先的に供給され、電力変換装置30で電力に変換されなかった残りの熱が熱利用装置群40に利用されるように、鉱油Ａの流通を制御する熱媒体流通制御装置60を設けたので、熱利用装置群40よりも優先して電力変換装置30が蓄熱装置20の熱エネルギーを利用可能となる。
【００４８】
これにより、低温熱媒体である鉱油Ａでスターリングエンジン31を駆動するので、発電機32で効率よく電力を発生させることができる。
そして、暖房用の温水を作るためのボイラ41、冷房用の冷水を作るための吸収式冷凍機42、及び、蒸気の熱で調理を行う蒸気調理装置43は、電力変換装置30の発電機32を駆動した後の温度がある程度低下した状態の鉱油Ａでも充分に駆動することができるので、熱利用装置群40よりも優先して電力変換装置30に蓄熱装置20の熱エネルギーを利用させ、熱利用装置群40は、発電で余った熱エネルギーで駆動することで、蓄熱装置20に蓄積した熱エネルギーを余すことなく利用し、これにより、熱エネルギーの無駄が少なくなり、熱エネルギーをより一層有効に利用することができる。
【００４９】
［第２実施形態］
図２には、本発明の第２実施形態が示されている。本第２実施形態は、前記第１実施形態における蓄熱装置20の熱源側及び上流側負荷側のそれぞれの部位に鉱油Ａが循環するように形成された二系統の循環系を、温度差緩和装置50よりも負荷側となる部位全体に鉱油Ａが循環するように形成された一系統の循環系としたものである。
すなわち、本第２実施形態では、電力変換装置として、鉱油Ａで水を加熱して発生させた水蒸気を駆動源とするスクリューエキスパンダを原動機とし、このスクリューエキスパンダで発電機を駆動する電力変換装置30A が採用されている。
【００５０】
また、本第２実施形態に係る蓄熱装置20A は、窒化ホウ素等の蓄熱材が内部に収められているとともに、この蓄熱材を加熱するために、内部を鉱油Ａが流通する熱交換器26A が設けられている複数の蓄熱槽26を備えている。
換言すると、蓄熱装置20A は、鉱油Ａによって内部に搬入された熱を、蓄熱槽26内の蓄熱材に蓄積させ、必要に応じて、蓄熱材に蓄積させた熱を鉱油Ａで外部へ搬出できるように形成されたものである。
これらの蓄熱槽26は、温度差緩和装置50側が上流連通管27で相互に接続されるとともに、熱利用装置群40側が下流連通管28で相互に接続され、これにより、温度差緩和装置50及び熱利用装置群40の間に並列に接続されている。
【００５１】
そして、上流連通管27は、端部が温度差緩和装置50から延びてくるサプライ管56に接続されたものとなっている。
下流連通管28は、一端が電力変換装置30A へ鉱油Ａを導くサプライ管23に接続されたものとなっている。また、下流連通管28は、他端に電力変換装置30A 及び熱利用装置群40をバイパスするバイパス管29が接続されている。
このバイパス管29は、熱利用装置群40から延びてくるレターン管25と、温度差緩和装置50へ延びていくレターン管57との連結部分まで延びて当該連結部分に接続されている。
ここで、レターン管25とレターン管57との連結部分には、電力変換装置30A 及び熱利用装置群40への鉱油Ａの流通を制御する蓄熱量制御装置70が設けられている。
【００５２】
すなわち、蓄熱量制御装置70は、バイパス管29及びレターン管25から流入した鉱油Ａをレターン管57へ流出させる混合三方電動弁71と、この混合三方電動弁71を制御するための温度調節器72とを備えたものとなっている。
このうち、温度調節器72は、レターン管25の内部を流れる鉱油Ａの温度が低くなると、混合三方電動弁71の開度を調節して、バイパス管29の内部を流れる鉱油Ａの流量を減らす一方、レターン管25の内部を流れる鉱油Ａの流量を増やし、これにより、レターン管25の内部を流れる鉱油Ａの温度下降を抑制するようになっている。
換言すると、温度調節器72は、電力変換装置30A 及び熱利用装置群40における熱の使用量増大を、レターン管25の内部を流れる鉱油Ａの温度下降によって検知し、さらに、温度下降の程度に応じて混合三方電動弁71の開度を調節して、これにより、電力変換装置30A 及び熱利用装置群40への鉱油Ａの流通を増やし、その熱の使用量増大に対応するものとなっている。
【００５３】
逆に、温度調節器72は、レターン管25の内部を流れる鉱油Ａの温度が高くなると、混合三方電動弁71の開度を調節して、バイパス管29の内部を流れる鉱油Ａの流量を増やす一方、レターン管25の内部を流れる鉱油Ａの流量を減らし、これにより、レターン管25の内部を流れる鉱油Ａの温度上昇を抑制するようになっている。
換言すると、温度調節器72は、電力変換装置30A 及び熱利用装置群40における熱の使用量減少を、レターン管25の内部を流れる鉱油Ａの温度上昇によって検知し、さらに、温度上昇の程度に応じて混合三方電動弁71の開度を調節して、これにより、蓄熱装置20A への鉱油Ａの流通を増やし、蓄熱装置20A への熱の蓄熱を推進させるものとなっている。
【００５４】
このような本第２実施形態によっても、前記第１実施形態と同様の作用・効果を奏することができる。
なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲における変形及び改良などをも含むものである。
すなわち、熱媒体流通制御装置としては、電力変換装置から流出する熱媒体の温度に基づいて、電力変換装置の負荷を検知して電力変換装置への熱媒体の流量を調節する熱媒体流通制御装置60に限らず、電力変換装置の出力電流、出力電圧及び力率等から電力変換装置から出力される電力値を検出し、この電力値に基づいて電力変換装置への熱媒体の流量を調節する熱媒体流通制御装置を採用してもよい。
【００５５】
また、電力変換装置としては、スターリングエンジン31、或いは、スクリューエキスパンダを原動機とする発電機に限らず、蒸気で駆動する軸流式タービンを原動機とする発電機でもよい。
さらに、電力変換装置としては、原動機で発電機を駆動するものに限らず、熱を直接電気に変化するペルチェ素子等の素子を利用したものでもよい。
また、熱源装置としては、前述の風力熱発生装置11、太陽光熱源装置12及び燃焼炉装置13に限らず、地熱で熱媒体を加熱する地熱装置や、ゴミ焼却場の排熱回収装置を採用してもよい。
【符号の説明】
【００５６】
１      複合エネルギー利用システム
11      発生する熱の温度範囲が最も低い熱源装置としての風力熱発生装置
12      熱源装置としての太陽光熱源装置
13      熱源装置としての燃焼炉装置
20, 20A     蓄熱装置
30, 30A     電力変換装置
41      熱利用装置としてのボイラ
42      熱利用装置としての吸収式冷凍機
43      熱利用装置としての蒸気調理装置
50      温度差緩和装置
53〜55      熱媒体室
21, 26      蓄熱槽
60      熱媒体流通制御装置
【図１】
2011058367.tif 000003
【図２】
2011058367.tif 000004