(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
化学蓄熱器（２）の動作方法であって、
前記化学蓄熱器（２）の入熱（１００）によって第１の水蒸気（４０）が生成され、熱交換器（４）に供給され、
前記第１の水蒸気（４０）は、前記熱交換器（４）によって、自身の熱エネルギーを少なくとも部分的に放出して、少なくとも部分的に水（４１）に凝縮され、
次に、当該水（４１）に圧力が加えられる、方法において、
圧力が加えられた前記水（４１）は、前記熱交換器（４）に戻され、事前に放出された前記熱エネルギーを少なくとも部分的に受け取り、少なくとも部分的に第２の水蒸気（４２）に気化され、
前記第２の水蒸気（４２）は、少なくとも部分的に、蒸気アキュムレータ（８，９）内に蓄積される、
ことを特徴とする、化学蓄熱器（２）の動作方法。
【請求項２】
前記第２の水蒸気（４２）は、前記化学蓄熱器（２）の出熱（１０１）時に、前記化学蓄熱器（２）に供給される、請求項１記載の方法。
【請求項３】
Ｒｕｔｈｓ−蒸気アキュムレータ（９）が蒸気アキュムレータ（８，９）として使用される、請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
前記水（４１）に、少なくとも０．５ＭＰａの圧力が加えられる、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
【請求項５】
前記圧力が加えられた水（４１）は、前記熱交換器（４）へ戻る前に、加熱される、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
【請求項６】
前記圧力が加えられた水（４１）に、前記熱交換器（４）へ戻る前に、新たな水（４３）が供給される、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
前記第２の水蒸気（４２）の少なくとも一部は、新たな水（４３）を生成するために使用される、請求項６記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化学蓄熱器の動作方法、特に、入熱および出熱の方法に関する。
【０００２】
本発明の基になった研究は、欧州連合の第７次フレームワーク・プログラム［ＦＰ７／２００７−２０１３］によって、助成協定第２８２８８９号の下で助成されたものである。
【０００３】
太陽熱発電所では、例えば、パラボラ・トラフ型レシーバーまたはタワー型レシーバーによって、太陽放射から熱エネルギーが得られる。ここでは、この熱エネルギーが、蒸気循環路と熱的に結合されている流体に移される。従って、この蒸気循環路によって、熱エネルギー、すなわち高温の熱が電気エネルギーに変換され得る。
【０００４】
しかし、電気エネルギーの生成は、直接的に、太陽放射と結び付いている。電気エネルギーの生成を太陽放射と切り離すために、従来技術では、熱による蓄熱器が、太陽熱発電所の蒸気循環路に組み込まれる。熱による蓄熱器は、種類および大きさに応じて、太陽放射の短期間の休止（雲）および／または中期間の休止（夜間）を補償することができる。従来技術では、例えば、コンクリート蓄熱器、塩類蓄熱器または高圧水蓄熱器が、熱による蓄熱器として設けられている。
【０００５】
本発明の課題は、化学蓄熱器による熱エネルギーの効率的な蓄積を可能にすることである。
【０００６】
上述の課題は、独立請求項１の特徴部分に記載された構成を有する方法によって解決される。従属請求項には、本発明の有利な構成および発展形態が記載されている。
【０００７】
化学蓄熱器の本発明の動作方法では、第１のステップにおいて、化学蓄熱器の入熱によって第１の水蒸気が生成される。第２のステップにおいて、第１の水蒸気が熱交換器に供給される。第３のステップにおいて、第１の水蒸気が、熱交換器によって、自身の熱エネルギーを少なくとも部分的に放出して、少なくとも部分的に水に凝縮される。これに続く第４のステップにおいて、水に圧力が加えられる。換言すれば、第４のステップにおいて、水の圧力が上げられる。さらに、本発明では、第５のステップにおいて、圧力が加えられた水が、熱交換器に戻される。第６のステップにおいて、圧力が加えられた水が、第３のステップにおいて事前に放出された熱エネルギーを少なくとも部分的に受け取り、少なくとも部分的に第２の水蒸気に気化される。第７のステップにおいて、この第２の水蒸気が、少なくとも部分的に、蒸気アキュムレータ内に蓄積される。
【０００８】
従って、入熱時に生じる水蒸気（第１の水蒸気）の、回生のための冷却が行われる。次に、これによって少なくとも部分的に液化した第１の水蒸気に圧力が加えられ、すなわち、第１の水蒸気の圧力が上げられ、さらに、この第１の水蒸気は、回生のための冷却時に放出された熱エネルギーを少なくとも部分的に受け取り、回生のために再び加熱または過熱される。これによって、本発明では、第１の水蒸気と比べて高い圧力レベルにある水蒸気（第２の水蒸気）が生成される。
【０００９】
本発明では、第１の水蒸気の蓄積が、第１の水蒸気よりも高い圧力を有している第２の水蒸気の形態で行われる。これによって有利には、第１の水蒸気の直接的な蓄積と比べて、蒸気アキュムレータの蓄積器容積が低減される。第２の水蒸気の圧力が高ければ高いほど、蒸気アキュムレータの、必要となる蓄積器容積は低減される。
【００１０】
本発明では、凝縮された第１の水蒸気（水）に圧力を加える（圧力を上昇させる）前に、第１の水蒸気の熱エネルギーの一部が熱交換器によって奪回され、第２の水蒸気の生成のために、圧力が加えられた水に移される。これによって、この方法のエネルギー効率が改善される。さらに、有利には、水の圧力の上昇に必要なエネルギーが低減され、第２の水蒸気の形態での、第１の水蒸気の、蓄積器容積を省いた蓄積が可能になる。
【００１１】
特に、本発明の方法は、例えば太陽熱発電所の高温の熱の蓄積に適している。
【００１２】
本発明の特に有利な発展形態では、第２の水蒸気が、化学蓄熱器の出熱時に、化学蓄熱器に再び供給される。
【００１３】
これによって、有利には、化学蓄熱器の出熱のために必要な水蒸気が、第２の水蒸気によって提供される。典型的に、出熱時に、化学蓄熱器に供給される水蒸気（第２の水蒸気）は、入熱時に生成された水蒸気（第１の水蒸気）よりも高い圧力を有していなければならない。有利には、より高い圧力が、水の圧力を高めることによって、ひいては、第２の水蒸気によって得られる。これによって、有利には、入熱時に生成された水蒸気（第１の水蒸気）の蓄積が、出熱時の水蒸気（第２の水蒸気）の圧力への要求と、相乗的に組み合わせられる。
【００１４】
本発明の有利な発展形態では、Ｒｕｔｈｓ−蒸気アキュムレータが蒸気アキュムレータとして使用される。
【００１５】
Ｒｕｔｈｓ−蒸気アキュムレータの有利な使用時には、第２の水蒸気は、飽和状態で蓄積される。これによって、有利には、特にコンパクトな蒸気アキュムレータが提供される。
【００１６】
有利には、水に、少なくとも０．５ＭＰａ（メガパスカル）の圧力が加えられる。
【００１７】
従って、有利には、０．５ＭＰａへの圧力上昇が行われる。特に、少なくとも０．５ＭＰａ、最大で２．０ＭＰａ、特に最大で１．６ＭＰａへの水の圧力上昇が有利である。Ｒｕｔｈｓ−蒸気アキュムレータの使用時には、少なくとも１．５ＭＰａへの水の圧力上昇が設定される。これによって、既知の蒸気アキュムレータが使用可能になるので、上記の圧力領域は有利である。しかし一般的には、水の圧力は、使用されている蒸気アキュムレータに整合可能である。
【００１８】
本発明の有利な構成では、圧力が加えられた水は、熱交換器へ戻る前に、加熱される。
【００１９】
これによって、有利には、第２の水蒸気への水の気化がサポートされる。例えば、圧力が加えられた水のこの加熱を、回生のために、別の熱交換器によって行うことができる。
【００２０】
本発明の有利な発展形態では、圧力が加えられた水に、熱交換器へ戻る前に、新たな水が供給される。
【００２１】
有利には、これによって、第２の水蒸気の蓄積がサポートおよび改善される。特に、入熱の開始時、すなわち、第１の水蒸気の最初の生成および／または僅かな生成のときには、これによって、第１の水蒸気の、回生のための冷却および第２の水蒸気の生成が保証される。この場合には、供給される新たな水の事前の加熱を、例えば回生のために設定することができる。
【００２２】
本発明の有利な構成では、蒸気アキュムレータ内に蓄積されている第２の水蒸気を、新たな水を生成するために使用することができる。
【００２３】
特に、これによって生成された新たな水は、貯水器内に蓄積され、圧力が加えられた水に、例えば時間をずらして供給されてよい。新たな水を生成するための、第２の水蒸気の、回生のための冷却を設定することができる。
【００２４】
本発明の別の利点、特徴および詳細は、以降に記載されている実施例から、並びに、図面に基づいて明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】化学蓄熱器の入熱または出熱に対する概略的な回路図であり、ここでは、入熱時に生成された水蒸気は、圧力レベルが上げられて、蒸気アキュムレータ内に蓄積される。
【図２】化学蓄熱器の入熱または出熱に対する別の概略的な回路図であり、ここでは、入熱時に生成された水蒸気が、圧力レベルが上げられて、Ｒｕｔｈｓ−蒸気アキュムレータ内に蓄積される。
【００２６】
図面において、同種の要素または等しい要素には、同一の参照番号が付与されていてよい。
【００２７】
図１は、本発明に相応する、化学蓄熱器２の入熱１００または出熱１０１に対する概略的な回路図を示している。ここで、化学蓄熱器２は、ＣａＯおよびＣａ（ＯＨ）２をベースにしている。
【００２８】
化学蓄熱器２の入熱１００時には、第１の水蒸気４０が生成される。ここで第１の水蒸気４０は４２０℃の温度を有しており、かつ、０．０１ＭＰａの圧力を有している。次に第１の水蒸気４０は熱交換器４に、回生のための冷却のために供給される。これによって、第１の水蒸気４０は凝縮し、少なくとも部分的に水４１になる。この水４１は、ここでは、４６℃の温度および０．０１ＭＰａの圧力を有している。凝縮された水蒸気４０の圧力と比べて、水４１の圧力を高くするために、ポンプ６が設けられている。このポンプ６は、水４１に、０．０１ＭＰａと比べて高い、０．５ＭＰａの圧力を加える。水４１の温度は、ポンプ６によるこの圧力上昇時に、ほぼ一定に保たれる。
【００２９】
圧力が加えられた水４１は、再び、熱交換器４に戻される。熱交換器４では、第１の水蒸気４０の熱エネルギーが、圧力が加えられた水４１に移される。これによって、圧力が加えられた水４１の加熱または過熱が行われ、従って、圧力が加えられた水４１が気化し、第２の水蒸気４２になる。第２の水蒸気４２は、ほぼ４２０℃の温度を有しており、かつ、０．５ＭＰａの圧力を有している。従って、第２の水蒸気４２の圧力は、第１の水蒸気４０の圧力と比べて高い。第２の水蒸気４２の温度は、第１の水蒸気４０の温度に、ほぼ相当する。ここでは、熱交換器４の端末温度差によって、温度差が生じることがある。
【００３０】
第２の水蒸気４２は、蒸気アキュムレータ８内に蓄積される。第１の水蒸気４１と比べて圧力が高いので、第２の水蒸気４２の蓄積に必要な蓄積器容積は低減される。例えば、約２・１０６ｍ３の蒸気アキュムレータ８の蓄積器容積が設定されている。これによって、第２の水蒸気４２は、約１００ｋｇ／ｓの質量流量で、８時間をかけて蓄積され得る。
【００３１】
化学蓄熱器２の出熱１０１時には、蒸気アキュムレータ８を用いて蓄積された第２の水蒸気４２が、化学蓄熱器に再び供給される。しかし、第２の水蒸気４２のこの供給は、第１の水蒸気４０の圧力と比べて高い圧力の下で行われる。例えば、化学蓄熱器２には、４２０℃の温度および０．５ＭＰａの圧力を有する第２の水蒸気４２が供給される。第２の水蒸気４２の質量流量は、ここでは、例えば１６時間にわたって、約５０ｋｇ／ｓであってよい。
【００３２】
蓄積された第２の水蒸気４２の少なくとも一部分は、別のポンプ１４によって、別の熱交換器１２を介して、貯水器１０に供給され得る。ここでは、第２の水蒸気４２の、回生のための冷却は、この別の熱交換器１２内で行われる。これによって、第２の水蒸気４２の少なくとも部分的な凝縮が行われる。凝縮された第２の水蒸気４２は、貯水器１０内に蓄積され、液体の集合体状態において、圧力が加えられた水４１に、再び供給され得る。
【００３３】
図２には、図１に示された概略的な回路図の有利な構成が示されている。ここで図２は、上述した図１と実質的に同一の要素を示している。
【００３４】
図２では、第２の水蒸気４２は、Ｒｕｔｈｓ−蒸気アキュムレータ９内に蓄積される。さらに、図１よりも高い、水４１の圧力上昇が行われる。ここでは、水４１に、１．５５ＭＰａの圧力が加えられる。
【００３５】
ここでは、圧力が加えられた水４１は、４６℃の温度を有している。
【００３６】
さらに、化学蓄熱器２の出熱時には、蓄積されている第２の水蒸気４２が、膨張弁１６を通って誘導される。換言すれば、蓄積されている第２の水蒸気４２の圧力は、膨張弁１６によって、例えば１．５５ＭＰａから０．５ＭＰａへと下げられる。膨張弁１６の後、第２の水蒸気４２は、１５０℃から２００℃の領域の温度を有する。
【００３７】
さらに、Ｒｕｔｈｓ−蒸気アキュムレータ９が使用されているので、新たな水４３を生成するための、第２の水蒸気４２の、回生のための冷却は不要であり、従って、図１に示されている別の熱交換器１２を省くことができる。
【００３８】
本発明の細部を、有利な実施例によって詳細に図解し、説明したが、本発明は、開示された例に制限されない、または、当業者は別の形態を、本発明の保護範囲から逸脱することなく、本願から導出することができる。
【図１】
0006362785.tif 000002
【図２】
0006362785.tif 000003