(57)【要約】【課題】円滑な運転と効率の高い発電を実現する蓄熱式発電装置を提供する。【解決手段】熱源からの熱エネルギーを蓄熱する蓄熱炉、蓄熱炉に備えられた循環気体の入口と出口、循環気体の入口と出口に接続して気体の閉鎖系循環路を構成する配管、気体循環路に設けられた第一のピストンモータ、ピストンモータに接続している発電機、そしてピストンモータと上記循環気体入口の間の循環路に設けられた循環気体冷却装置を含む蓄熱式発電装置であり、さらに下記の機器を含む：ピストンモータと気体冷却装置との間に設けられた減圧気体ストレージタンク；蓄熱炉の循環気体出口と上記ピストンモータとの間の配管から分岐された支管に設けられた第二のピストンモータ；そして循環気体冷却装置と蓄熱炉の循環気体入口との循環路に配置され、第二のピストンモータに接続する気体給送ポンプ。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱源から供給される熱エネルギーを蓄熱する蓄熱炉、該蓄熱炉に備えられた循環気体入口と循環気体出口、該循環気体入口と循環気体出口に接続して循環気体出口から気体循環入口への気体の閉鎖系循環路を構成する配管、該気体循環路に設けられた第一のピストンモータ、該ピストンモータに接続している発電機、そして該ピストンモータと上記循環気体入口の間の循環路に設けられた循環気体冷却装置を含む蓄熱式発電装置であって、さらに下記の機器が設けられていることを特徴とする発電装置：
上記ピストンモータと気体冷却装置との間に設けられた減圧気体ストレージタンク；
上記蓄熱炉の循環気体出口と上記ピストンモータとの間の配管から分岐された支管に設けられた第二のピストンモータ；そして
上記循環気体冷却装置と蓄熱炉の上記循環気体入口との循環路に配置され、上記第二のピストンモータに接続されている気体給送ポンプ。
【請求項２】
蓄熱炉が、断熱性容器、該容器内に設けられた集熱コンデンサ、該集熱コンデンサにて集熱された熱エネルギーを蓄熱する不燃性非水液体、そして該不燃性非水液体に接触下に配置され、上流側が前記蓄熱炉の循環気体入口に接続し、下流側が循環気体出口に接続している気体加圧コンデンサを含む請求項１に記載の発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄熱式発電装置に関する。本発明は特に、ボイラから排出される２５０℃から４５０℃程度の比較的低温の熱に含まれる熱エネルギーや太陽熱蓄熱装置から供給される熱に含まれる熱エネルギーを利用して小規模の装置としての使用でも高効率の発電を可能にする蓄熱式発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱エネルギーを高圧水蒸気に変換し、この高圧水蒸気の圧力を利用してタービンを作動させることにより発電するシステムは、従来から火力発電所などの大規模な発電施設において一般的に利用されている。
【０００３】
一方、ボイラから排出されるような２５０℃から４５０℃程度の比較的低温の熱の熱エネルギーあるいは太陽熱蓄熱装置で得られる熱の熱エネルギーを利用して小規模の装置にて効率の良い発電を可能にする蓄熱式発電装置も既に開発されている。
【０００４】
特許文献１には、本発明者が開発した蓄熱式発電装置および蓄熱式発電方法が開示されている。この特許文献１に開示された蓄熱式発電装置は、熱源から供給される熱エネルギーを蓄熱する蓄熱炉、この蓄熱炉に備えられた循環気体入口と循環気体出口、循環気体入口と循環気体出口に接続して循環気体出口から気体循環入口への気体の閉鎖系循環路を構成する配管、気体循環路に設けられた第一のピストンモータ、このピストンモータに接続している発電機、そして上記の第一のピストンモータと上記循環気体入口の間の循環路に設けられた循環気体冷却装置を含む構成とされており、この蓄熱式発電装置は、ボイラなどの比較的小規模の熱源から排出される２５０℃から４５０℃程度の温度の熱の熱エネルギーや太陽熱蓄熱装置にて得られる熱の熱エネルギーによる効率的な発電を可能にする発電システムである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−２５６８５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明者は、特許文献１に開示した蓄熱式発電装置の運転試験を続けた結果、この蓄熱式発電装置では、期待通りの安定的で効率の良い発電の達成が難しいとの問題があることを見出した。そして、その新たに見出した問題の解決のために、本発明者は、上記の蓄熱式発電装置の改良を目的として引き続き研究を行った。従って、本発明が解決しようとする課題は、特許文献１に開示された蓄熱式発電装置について本発明者により新たに見出された運転の不安定さと発電効率の不充分さとの問題を解決して、安定かつ効率の高い発電を可能にする蓄熱式発電装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者による研究の結果、特許文献１に開示の蓄熱式発電装置について見出された運転の不安定さと発電効率の不充分さの主たる原因は、その蓄熱式発電装置の装置構成では、気体循環路を循環する不燃性非水気体の円滑な循環が必ずしも円滑に行われないことにあることが判明した。
【０００８】
本発明者は、上記の新たな知見に基づき、特許文献１に開示の蓄熱式発電装置の改良を目指して研究を続け、その結果、発電機に接続したピストンモータから気体循環路を通して排出される気体（減圧気体）を一旦貯留したのち循環気体冷却装置に給送するためのストレージタンクを、ピストンモータと循環気体冷却装置との間に配置すること、そして、循環気体出口とピストンモータとの間の配管に分岐管を設け、その分岐管に第二のピストンモータを設け、かつその第二のピストンモータに、循環気体冷却装置から排出される気体を蓄熱炉の循環気体入口に圧送するための気体給送ポンプを接続し、上記の第二のピストンモータの駆動源として、蓄熱炉の循環気体出口からピストンモータに送り込まれる加圧気体（蓄熱炉での熱エネルギーによる膨張により加圧された循環気体）の一部を利用することにより、特許文献１に開示のシステムを利用する蓄熱式発電装置の安定的な運転と効率の高い発電が容易に実現することを見出し、本発明を完成させた。
【０００９】
従って、ここに提供する本発明は、熱源から供給される熱エネルギーを蓄熱する蓄熱炉、該蓄熱炉に備えられた循環気体入口と循環気体出口、該循環気体入口と循環気体出口に接続して循環気体出口から気体循環入口への気体の閉鎖系循環路を構成する配管、該気体循環路に設けられた第一のピストンモータ、該ピストンモータに接続している発電機、そして該ピストンモータと上記循環気体入口の間の循環路に設けられた循環気体冷却装置を含む蓄熱式発電装置であって、さらに下記の機器が設けられていることを特徴とする発電装置にある。：
上記ピストンモータと気体冷却装置との間に設けられた減圧気体ストレージタンク；
上記蓄熱炉の循環気体出口と上記ピストンモータとの間の配管から分岐された支管に設けられた第二のピストンモータ；そして
上記循環気体冷却装置と蓄熱炉の上記循環気体入口との循環路に配置され、上記第二のピストンモータに接続されている気体給送ポンプ。
【００１０】
本発明の蓄熱式発電装置において、蓄熱炉は、断熱性容器、該容器内に設けられた集熱コンデンサ、該集熱コンデンサにて集熱された熱エネルギーを蓄熱する不燃性非水液体、そして該不燃性非水液体に接触下に配置され、上流側が前記蓄熱炉の循環気体入口に接続し、下流側が循環気体出口に接続している気体加圧コンデンサを含む構成にあることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の蓄熱式発電装置を利用することにより、蓄熱炉で加熱されて膨張した結果、加圧気体となり発電用のピストンモータに回転エネルギーを供給する機能を果たす循環気体の当該発電装置内での循環が極めて円滑に行われるため、安定かつ効率の良い発電が実現する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の蓄熱式発電装置の構成を示すシステム図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、添付図面の図１を参照して、本発明の蓄熱式発電装置の構成を説明する。なお、前述のように、本発明は、特許文献１に開示の蓄熱式発電装置の改良であるため、本発明の蓄熱式発電装置に係る以下の説明に記載の無い部分は、特許文献１の記載を参照して理解することができる。従って、特許文献１の記載は、本発明の記載内容と矛盾する記載でない限り、本明細書の記載と理解すべきである。
【００１４】
図１にシステム図として示した蓄熱式発電装置１０は、熱源から供給される熱エネルギーを蓄熱する蓄熱炉１１、蓄熱炉１１に備えられた循環気体入口１２と循環気体出口１３、循環気体入口１２と循環気体出口１３に接続して循環気体出口１３から気体循環入口１２への気体の閉鎖系循環路１４を構成する配管、気体循環路１４に設けられた第一のピストンモータ１５、ピストンモータ１５に接続している発電機１６、そしてピストンモータ１５と循環気体入口１２の間の循環路に設けられた循環気体冷却装置１７を基本構成として含む装置である。ピストンモータは、エアモータとも呼ばれるモータであって、循環流通する加圧気体の圧力エネルギーを回転エネルギー或いは往復エネルギーに変換するモータであり、既に市販されている。
【００１５】
本発明の蓄熱式発電装置１０内にて、加熱による膨張と加圧とその後の減圧を繰り返し行いながら循環する気体は、不燃性で、かつ膨張性の高い気体であれば特に限定はないが、たとえば、アルゴンガスのような希ガスや代替フロンガスを用いることができる。
【００１６】
蓄熱炉１１は、図１に示すように、外部から熱エネルギー含有気体として供給される排熱を取り入れる排熱入口と蓄熱炉内での熱交換により温度が低下した気体を排出するための排熱出口を備えた断熱性容器１８、断熱性容器１８に設けられた集熱コンデンサ１９、集熱コンデンサ１９にて集熱された熱エネルギーを蓄熱する不燃性非水液体（例、炭化水素油のような鉱物油）２０、そして不燃性非水液体２０に接触下に配置され、上流側が蓄熱炉１１の循環気体入口１２に接続し、下流側が循環気体出口１３に接続している気体加圧コンデンサ２１を含むことが好ましい。
【００１７】
次に、本発明の蓄熱式発電装置の特徴的構成を説明する。本発明の蓄熱式発電装置では、さらに下記の機器が設けられている。
第一のピストンモータ１５と気体冷却装置１７との間に設けられた減圧気体ストレージタンク２２；
蓄熱炉１１の循環気体出口１３とピストンモータ１５との間の配管１４から分岐された支管２３に設けられた第二のピストンモータ２４；そして
循環気体冷却装置１７と蓄熱炉１１の循環気体入口１２との循環路に配置され、第二のピストンモータ２４に接続している気体給送ポンプ２５。
【００１８】
本発明の蓄熱式発電装置では、まず、第一のピストンモータ１５と気体冷却装置１７との間に設けられた減圧気体ストレージタンク２２を設けたことを特徴とする。この減圧気体ストレージタンク２２は、第一のピストンモータ１５から排出される、圧力変動が激しい減圧気体を圧力変動が少ない減圧気体として貯留し、次いで円滑に気体冷却装置１７へ供給する働きをする。この減圧気体ストレージタンク２２の設置により、気体冷却装置１７の下流側の気体の循環は、ほぼ一定の圧力で循環するようになる。
【００１９】
本発明の蓄熱式発電装置では、次に、蓄熱炉１１の循環気体出口１３とピストンモータ１５との間の配管（循環路）１４に、分岐を設け、その分岐管（支管）２３に第二のピストンモータ２４を設けたことを特徴とする。この第二のピストンモータ２４には気体給送ポンプ２５が接続される。この気体給送ポンプ２５は、気体冷却装置１７から排出された減圧気体を蓄熱炉１１の循環気体入口１２に効率良く給送するために該減圧気体の加圧を目的として設けられる。すなわち、気体冷却装置１２から排出される減圧気体は、蓄熱炉１１の循環気体出口１３から循環路１４に給送される気体の圧力よりも低くなるため、気体冷却装置１７から排出される減圧気体の循環気体入口１２からの蓄熱炉１１への円滑な挿入が実現しにくいことから、循環気体出口１３から循環路１４に給送される加圧気体の一部を支管２３を介して第二のピストンモータ２４に供給する。そして、この第二のピストンモータ２４から供給される回転エネルギーなどの駆動エネルギーを利用して気体給送ポンプ２５を作動させ、この気体給送ポンプ２５の作動により改めて気体冷却装置からの減圧気体を加圧して、蓄熱炉１１の循環気体入口１２への給送を円滑に実施することができる。
第二のピストンモータの駆動は、上記のように、蓄熱炉１１の循環気体出口１３から循環路１４に送り込まれた加圧気体のエネルギーを利用して実施するようにしている。このため、本発明の蓄熱式発電装置の運転に際しては、外部からの電気エネルギーの供給を特に必要としない。
【００２０】
なお、支管（分岐管）２３を介して第二のピストンモータ２４に給送される加圧気体の量は通常、第一のピストンモータ１５に給送される加圧気体の量の約１／２から１／１００とされる。
【符号の説明】
【００２１】
１０  本発明の蓄熱式発電装置
１１  蓄熱炉
１２  循環気体入口
１３  循環気体出口
１４  循環路（気体の閉鎖系循環路）
１５  第一のピストンモータ
１６  発電機
１７  循環気体冷却装置
１８  断熱性容器
１９  集熱コンデンサ
２０  不燃性非水液体
２１  気体加圧コンデンサ
２２  減圧気体ストレージタンク
２３  支管
２４  第二のピストンモータ
２５  気体給送ポンプ
【図１】
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