特開 2024-113773 蓄熱システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024113773

(43)【公開日】2024-08-23

(54)【発明の名称】蓄熱システム

(51)【国際特許分類】

   F28D 21/00 20060101AFI20240816BHJP

   F01K 3/02 20060101ALI20240816BHJP

   F01K 3/12 20060101ALI20240816BHJP

   F01K 13/00 20060101ALI20240816BHJP

   F28D 20/00 20060101ALN20240816BHJP

【ＦＩ】

F28D21/00 B

F01K3/02 C

F01K3/12

F01K13/00 B

F28D20/00 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023018947

(22)【出願日】2023-02-10

(71)【出願人】

【識別番号】000005234

【氏名又は名称】富士電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110004185

【氏名又は名称】インフォート弁理士法人

(74)【代理人】

【識別番号】100121083

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 宏義

(74)【代理人】

【識別番号】100138391

【弁理士】

【氏名又は名称】天田 昌行

(74)【代理人】

【識別番号】100132067

【弁理士】

【氏名又は名称】岡田 喜雅

(74)【代理人】

【識別番号】100120444

【弁理士】

【氏名又は名称】北川 雅章

(72)【発明者】

【氏名】安嶋 賢哲

(72)【発明者】

【氏名】吉田 時空

(72)【発明者】

【氏名】武塙 浩太郎

(72)【発明者】

【氏名】横山 康弘

(72)【発明者】

【氏名】峯松 繁行

(72)【発明者】

【氏名】藤本 裕地

(57)【要約】

【課題】エネルギー効率を向上すること。
【解決手段】蓄熱システム（１０）は、蒸気を生成するボイラ（１１）と、ボイラにて生成した蒸気が供給される蒸気タービン（３１）と、蒸気タービンから排出される蒸気を復水する復水器（３２）と、復水器で蒸気から生成された復水をボイラに向かって送出するボイラ給水ポンプ（３３）と、ボイラからの蒸気と蓄熱材（ＨＳ）との間で熱交換を行う熱交換器（１２）と、熱交換器と接続されて蓄熱材を収容する高温蓄熱槽（１８）及び低温蓄熱槽（１９）とを備えている。ボイラ給水ポンプとボイラとの間にはエジェクタ（３７）が設けられる。エジェクタの駆動側には、ボイラ給水ポンプから送出される復水が供給される。エジェクタの吸引側には、熱交換器から排出される蒸気が供給される。エジェクタの吐出側には、ボイラの入口側が接続される。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

蒸気を生成する蒸気生成器と、
前記蒸気生成器にて生成した蒸気が供給される蒸気タービンと、
前記蒸気タービンから排出される蒸気を復水する復水器と、
前記復水器で蒸気から生成された復水を前記蒸気生成器に向かって送出する給水ポンプと、
前記蒸気生成器によって生成した蒸気と蓄熱材との間で熱交換を行う熱交換器と、
前記熱交換器と接続されて蓄熱材を収容する高温蓄熱槽及び低温蓄熱槽とを備え、
蓄熱運転モードにて、前記蒸気生成器で生成される蒸気が前記蒸気タービン及び前記熱交換器に分配され、該熱交換器を介して前記低温蓄熱槽から前記高温蓄熱槽に送出される蓄熱材が蒸気によって加熱され、
放熱運転モードにて、前記復水器で生成された復水が前記蒸気生成器及び前記熱交換器に分配され、該熱交換器を介して前記高温蓄熱槽から前記低温蓄熱槽に送出される蓄熱材から復水に放熱される蓄熱システムであって、
前記給水ポンプと前記蒸気生成器との間に設けられるエジェクタを更に備え、
前記エジェクタの駆動側には、前記給水ポンプから送出される復水が供給され、
前記エジェクタの吸引側には、前記熱交換器から排出される蒸気が供給され、
前記エジェクタの吐出側には、前記蒸気生成器の入口側が接続されることを特徴とする蓄熱システム。

【請求項2】

前記給水ポンプ及び前記エジェクタの駆動側の間と、前記エジェクタの吐出側及び前記蒸気生成器の入口の間とを接続するバイパス管が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の蓄熱システム。

【請求項3】

前記エジェクタの吐出側及び前記蒸気生成器の入口の間に補助熱交換器が設けられ、
前記補助熱交換器は、前記給水ポンプから送出されて前記エジェクタに供給される前の復水と、前記エジェクタから前記蒸気生成器への吐出流との間で熱交換を行うことを特徴とする請求項１に記載の蓄熱システム。

【請求項4】

前記エジェクタの吐出側及び前記蒸気生成器の入口の間に補助復水器が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の蓄熱システム。

【請求項5】

前記放熱運転モードにて、前記熱交換器にて前記復水器で生成された復水が蓄熱材で加熱されて蒸気が生成され、該蒸気が前記蒸気タービンに供給されることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の蓄熱システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、蓄熱材を用いた蓄熱システムに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１に開示されるシステムは、作業流体を熱交換器の中を通って循環させるための作業流体回路、及び蓄熱媒体を循環させるための蓄熱媒体回路を有している。蓄熱媒体回路は、熱交換器を介して接続される高温貯蔵タンク及び低温貯蔵タンクを有している。作業流体は熱交換器の中を通るときに、低温貯蔵タンクから高温貯蔵タンクに送り出される蓄熱媒体の中に熱を放出している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１３－１５２０７３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１のシステムは、熱交換器にて作業流体から蓄熱媒体の中に熱を放出するときに、蓄熱媒体の流量を低くする必要があることから、作業流体の熱エネルギーを蓄熱媒体に十分に伝達できなくなる。このため、作業流体が高温の状態で熱交換器から出るようになり、エネルギー効率が低くなる、という問題がある。

【0005】

本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、エネルギー効率を向上することができる蓄熱システムを提供することを目的の一つとする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明における一態様の蓄熱システムは、蒸気を生成する蒸気生成器と、前記蒸気生成器にて生成した蒸気が供給される蒸気タービンと、前記蒸気タービンから排出される蒸気を復水する復水器と、前記復水器で蒸気から生成された復水を前記蒸気生成器に向かって送出する給水ポンプと、前記蒸気生成器によって生成した蒸気と蓄熱材との間で熱交換を行う熱交換器と、前記熱交換器と接続されて蓄熱材を収容する高温蓄熱槽及び低温蓄熱槽とを備え、蓄熱運転モードにて、前記蒸気生成器で生成される蒸気が前記蒸気タービン及び前記熱交換器に分配され、該熱交換器を介して前記低温蓄熱槽から前記高温蓄熱槽に送出される蓄熱材が蒸気によって加熱され、放熱運転モードにて、前記復水器で生成された復水が前記蒸気生成器及び前記熱交換器に分配され、該熱交換器を介して前記高温蓄熱槽から前記低温蓄熱槽に送出される蓄熱材から復水に放熱される蓄熱システムであって、前記給水ポンプと前記蒸気生成器との間に設けられるエジェクタを更に備え、前記エジェクタの駆動側には、前記給水ポンプから送出される復水が供給され、前記エジェクタの吸引側には、前記熱交換器から排出される蒸気が供給され、前記エジェクタの吐出側には、前記蒸気生成器の入口側が接続されることを特徴とする。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、運転条件によって熱交換器から過熱蒸気や飽和蒸気が流出しても、エジェクタにて吸引してボイラに供給することができる。これにより、熱交換器から流出した過熱蒸気や飽和蒸気を廃棄せずにボイラに戻すことができ、エネルギー効率の低下を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】第１の実施の形態に係る蓄熱システムの概略構成図である。

【図2】放熱運転モードの蓄熱システムを示す図１と同様の構成図である。

【図3】熱量に対する温度変化を示すグラフである。

【図4】第２の実施の形態に係る蓄熱システムの概略構成図である。

【図5】放熱運転モードの蓄熱システムを示す図４と同様の構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本発明の一実施の形態に係る蓄熱システムについて、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、実施の形態に係る蓄熱システムの概略構成図である。図１に示すように、蓄熱システム１０は、例えば、火力発電システムに用いられる。蓄熱システム１０は、蒸気を生成するボイラ（蒸気生成器）１１と、ボイラ１１から蒸気が供給される熱交換器１２とを備えている。

【0010】

ボイラ１１は、熱源を介して水を加熱して過熱蒸気を生成する。特に限定されるものでないが、ボイラ１１の熱源は火力発電用の燃料の燃焼熱を発生するものであり、前記燃料としては、石炭・石油・天然ガス等の化石燃料、各種バイオマス燃料、水素燃料、アンモニア燃料等を使用することができる。

【0011】

ボイラ１１の出口に接続される配管１４は、下流側にて、熱交換器１２と接続する配管１５と、後述する蒸気タービン３１と接続する配管１６とに分岐して接続される。

【0012】

蓄熱システム１０は、熱交換器１２と接続されて蓄熱材ＨＳを収容する高温蓄熱槽１８及び低温蓄熱槽１９を更に備えている。

【0013】

高温蓄熱槽１８は、熱交換器１２で加熱した蓄熱材ＨＳを収容する。低温蓄熱槽１９は、熱交換器１２で放熱した蓄熱材ＨＳを収容する。よって、高温蓄熱槽１８には低温蓄熱槽１９より高温の蓄熱材ＨＳが収容される。ここで、蓄熱材ＨＳは、蒸気や水に対して液相で熱交換する顕熱式の蓄熱材であり、化学的に不活性な溶融塩等が用いられる。

【0014】

高温蓄熱槽１８は高温蓄熱槽用配管２１を介して熱交換器１２に接続される。高温蓄熱槽用配管２１は、高温蓄熱槽１８と熱交換器１２とを接続する主配管２１ａと、主配管２１ａに対して分岐及び合流する副配管２１ｂ（図１中破線で図示）とを備えている。副配管２１ｂには、蓄熱材ＨＳを高温蓄熱槽１８から熱交換器１２を経て低温蓄熱槽１９に送出するポンプ２２が設けられる。更に、副配管２１ｂには、蓄熱材ＨＳの流れを遮断及び許容する弁２３が設けられる。

【0015】

低温蓄熱槽１９は低温蓄熱槽用配管２５を介して熱交換器１２に接続される。低温蓄熱槽用配管２５は、低温蓄熱槽１９と熱交換器１２とを接続する主配管２５ａと、主配管２５ａに対して分岐及び合流する副配管２５ｂ（図１中破線で図示）とを備えている。主配管２５ａには、蓄熱材ＨＳを低温蓄熱槽１９から熱交換器１２を経て高温蓄熱槽１８に送出するポンプ２６が設けられる。更に、副配管２５ｂには、蓄熱材ＨＳの流れを遮断及び許容する弁２７が設けられる。

【0016】

なお、高温蓄熱槽１８及び低温蓄熱槽１９には、貯留した蓄熱材ＨＳを保温するためのヒータ１８ａ、１９ａが設けられている。

【0017】

熱交換器１２は、低温蓄熱槽１９から高温蓄熱槽１８に送出される間に通過する蓄熱材ＨＳと、ボイラ１１から配管１５を経て通過する蒸気との間で熱交換可能に設けられ、かかる熱交換によって蓄熱材ＨＳが蒸気によって加熱される。また、熱交換器１２は、高温蓄熱槽１８から低温蓄熱槽１９に送出される間に通過する蓄熱材ＨＳと、後述する復水との間で熱交換可能に設けられ、かかる熱交換によって蓄熱材ＨＳの放熱により復水が加熱されて蒸気が生成される。

【0018】

蓄熱システム１０は、蒸気タービン３１と、復水器３２と、ボイラ給水ポンプ（給水ポンプ）３３とを更に備えている。

【0019】

蒸気タービン３１は、配管１４、１６を介してボイラ１１にて生成した蒸気が供給される。蒸気タービン３１は、蒸気の熱エネルギーを吸収して出力軸３１ａの回転エネルギーに変換し、低温になった蒸気を排出する。蒸気タービン３１には、出力軸３１ａを介して発電機Ｇが接続され、発電機Ｇは、出力軸３１ａの回転により発電する。

【0020】

蒸気タービン３１の出口側には配管３５が接続され、かかる配管３５に復水器３２及びボイラ給水ポンプ３３が設けられる。復水器３２は、蒸気タービン３１から排出される蒸気を回収し、該蒸気を温度低下して復水する。復水器３２で生成された復水はボイラ給水ポンプ３３によってボイラ１１に向かって送出される。

【0021】

蓄熱システム１０は、ボイラ給水ポンプ３３とボイラ１１との間に設けられるエジェクタ３７を更に備えている。言い換えると、エジェクタ３７は、復水器３２及びボイラ給水ポンプ３３が設けられる配管３５の下流側に設けられる。

【0022】

エジェクタ３７は、スチームエジェクタ等により構成され、液流に蒸気を混合してその熱と運動量を渡し、吸引側入口部３７ｂより導入された流体圧より高圧の噴出流体を得る装置とされる。エジェクタ３７は、駆動側入口部３７ａ、吸引側入口部３７ｂ及び吐出側出口部３７ｃを備えている。

【0023】

駆動側入口部３７ａには配管３５の下流側が接続され、ボイラ給水ポンプ３３によって送出された復水が供給される。吸引側入口部３７ｂには、熱交換器１２に接続される配管３８が接続され、かかる配管３８を通じてボイラ１１で生成されてから熱交換器１２で放熱して排出された蒸気が吸引側入口部３７ｂに供給される。吐出側出口部３７ｃに接続される配管３９は、ボイラ１１の入口に接続される。

【0024】

エジェクタ３７では、駆動側入口部３７ａに高圧の復水が供給され、吸引側入口部３７ｂに蒸気が供給されると、エジェクタ３７内部の駆動ノズル出口で超音速となり、復水の状態は気液二相流となることで静圧が低下し、蒸気を吸引する作用が発生する。また、蒸気と復水との接触により蒸気が凝縮して復水と混合し、吸引側入口部３７ｂから供給される蒸気圧よりも圧力が上昇して吐出側出口部３７ｃから排出される。

【0025】

配管３５において、ボイラ給水ポンプ３３とエジェクタ３７との間には、ボイラ給水ポンプ３３から送出される復水の流れを遮断及び許容する弁４１が設けられる。また、配管３８において、熱交換器１２とエジェクタ３７との間には、熱交換器１２で放熱された蒸気の流れを遮断及び許容する弁４２が設けられる。

【0026】

蓄熱システム１０は、エジェクタ３７を迂回するように配管３５、３９に接続されたバイパス管４３（図１中破線で図示）を更に備えている。バイパス管４３における一端（上流端）の接続位置は、配管３５におけるボイラ給水ポンプ３３とエジェクタ３７の駆動側入口部３７ａとの間とされ、更に具体的には、配管３５におけるボイラ給水ポンプ３３と弁４１との間とされる。バイパス管４３における他端（下流端）の接続位置は、配管３９におけるエジェクタ３７の吐出側出口部３７ｃとボイラ１１の入口との間とされる。

【0027】

バイパス管４３には、ボイラ給水ポンプ３３から送出される復水の流れを遮断及び許容する弁４４が設けられる。

【0028】

蓄熱システム１０は、配管３５と配管３８とを接続して復水が流れる配管４６（図１中破線で図示）を更に備えている。配管４６の具体的な接続位置は、一端が配管３５における復水器３２とボイラ給水ポンプ３３との間とされ、他端が配管３８における熱交換器１２と弁４２との間とされる。

【0029】

配管４６には、復水器３２から配管３５に流れる復水を配管３８、熱交換器１２に送出するポンプ４７が設けられる。更に、配管４６には、復水の流れを遮断及び許容する弁４８が設けられる。

【0030】

本実施の形態の蓄熱システム１０は、蓄熱運転モードと、放熱運転モードとで選択的に運転される。蓄熱運転モードは、蓄熱材ＨＳに熱エネルギーが蓄積され、発電機Ｇでの出力が相対的に低くなるモードとされる。放熱運転モードは、蓄熱材ＨＳから熱エネルギーが放出され、発電機Ｇでの出力が相対的に高くなるモードとされる。以下、図１を参照して蓄熱運転モードについて説明し、図２を参照して放熱運転モードについて説明する。なお、図１及び図２にて、各運転モードで使用されない配管が破線で図示される。

【0031】

［蓄熱運転モード］
蓄熱運転モードでは、弁２３、２７、４４、４８が閉塞され、弁４１、４２が開放される。また、ポンプ２６及びボイラ給水ポンプ３３が作動され、ポンプ２２、４７が停止される。

【0032】

ポンプ２６の作動によって、低温蓄熱槽１９の蓄熱材ＨＳが低温蓄熱槽用配管２５の主配管２５ａを経て熱交換器１２に流入する。熱交換器１２では、蓄熱材ＨＳがボイラ１１にて生成された蒸気と熱交換して温度上昇することで加熱される。熱交換器１２で加熱された蓄熱材ＨＳは、ポンプ２６の動力により高温蓄熱槽用配管２１の主配管２１ａを経て高温蓄熱槽１８に貯留される。

【0033】

よって、高温蓄熱槽１８では高温となる蓄熱材ＨＳの貯留量が増加し、かつ、低温蓄熱槽１９では低温となる蓄熱材ＨＳの貯留量が減少する。よって、蓄熱システム１０としての蓄熱エネルギーが増加することとなる。

【0034】

蓄熱運転モードにて、ボイラ１１で生成された蒸気（過熱蒸気）は配管１４～１６にて熱交換器１２及び蒸気タービン３１に分配される。配管１５から熱交換器１２に流入した蒸気は、低温蓄熱槽１９から高温蓄熱槽１８に送出される蓄熱材ＨＳに放熱して温度低下する。熱交換器１２で放熱して排出された蒸気は、配管３８を経てエジェクタ３７に吸引されて吸引側入口部３７ｂに流入される。なお、エジェクタ３７の吸引側入口部３７ｂに流入する蒸気は、温度や圧力によっては水を含む気液二相の蒸気とされる。

【0035】

蓄熱運転モードにて、配管１５から蒸気タービン３１に流入した蒸気は、蒸気タービン３１にて熱エネルギーが吸収されて出力軸３１ａの回転エネルギーに変換され、温度低下して排出される。蒸気タービン３１から排出された蒸気は復水器３２で復水される。かかる復水は、ボイラ給水ポンプ３３により配管３５を経てエジェクタ３７に供給され、駆動側入口部３７ａに流入される。

【0036】

エジェクタ３７には、駆動側入口部３７ａからボイラ給水ポンプ３３によって送出された復水が供給され、吸引側入口部３７ｂから熱交換器１２で放熱して排出された蒸気が供給される。そして、エジェクタ３７内部にて、復水と蒸気とが接触して蒸気が凝縮して混合され、エジェクタ３７に流入する前と比べて温度上昇した復水として吐出側出口部３７ｃ及び配管３９を経てボイラ１１に供給される。

【0037】

このように、本実施の形態ではエジェクタ３７を設けたことによって、蓄熱運転モードにて、ボイラ１１→熱交換器１２→エジェクタ３７→ボイラ１１の流れで蒸気及び水（復水）が循環する循環系を構成することができる。

【0038】

［放熱運転モード］
放熱運転モードでは、弁４１、４２が閉塞され、弁２３、２７、４４、４８が開放される。また、ポンプ２２、４７及びボイラ給水ポンプ３３が作動され、ポンプ２６が停止される。

【0039】

ポンプ２２の作動によって、高温蓄熱槽１８の蓄熱材ＨＳが高温蓄熱槽用配管２１の副配管２１ｂを経て熱交換器１２に流入する。熱交換器１２では、蓄熱材ＨＳが復水器３２で生成された復水と熱交換して温度降下することで放熱される。熱交換器１２で放熱された蓄熱材ＨＳは、ポンプ２２の動力により低温蓄熱槽用配管２５の副配管２５ｂを経て低温蓄熱槽１９に貯留される。

【0040】

よって、低温蓄熱槽１９では低温となる蓄熱材ＨＳの貯留量が増加し、かつ、高温蓄熱槽１８では高温となる蓄熱材ＨＳの貯留量が減少する。よって、蓄熱システム１０としての蓄熱エネルギーが減少することとなる。

【0041】

放熱運転モードにて、ボイラ１１で生成された蒸気（過熱蒸気）の全てが配管１４、１５を介して蒸気タービン３１に供給される。蒸気タービン３１に流入した蒸気は、蒸気タービン３１にて熱エネルギーが吸収されて出力軸３１ａの回転エネルギーに変換され、温度低下して排出される。蒸気タービン３１から排出された蒸気は復水器３２で復水される。かかる復水は、ボイラ給水ポンプ３３及びポンプ４７のよって配管３５を送出され、配管３５、４６の分岐位置にて分配される。

【0042】

配管４６で分配されずに配管３５を流れる復水はバイパス管４３及び配管３９を経てボイラ１１に供給される。

【0043】

配管４６に流入する復水は、配管３８を経て熱交換器１２に供給される。熱交換器１２に流入した復水は、熱交換器１２にて高温蓄熱槽１８から低温蓄熱槽１９に送出される蓄熱材ＨＳからの放熱で加熱され、熱交換器１２にて蒸気が生成される。熱交換器１２で生成された蒸気は、配管１５を経て配管１６に流入し、ボイラ１１で生成された蒸気と合流して蒸気タービン３１に供給される。

【0044】

このように、放熱運転モードでは、ボイラ１１だけでなく蓄熱材ＨＳからも熱エネルギーが供給され、蓄熱運転モードに比べて蒸気タービン３１の出力を増大させることができる。また、エジェクタ３７を迂回するようにバイパス管４３に復水を流すことができ、蓄熱運転モードと放熱運転モードとにおいて、エジェクタ３７を選択的に使用することができる。

【0045】

ここで、第１の実施の形態に対する比較構造として、第１の実施の形態におけるエジェクタ３７を設置しない構成を検討する。比較構造の説明では、便宜上、第１の実施の形態と共通する構成に同一符号を用いる場合がある。比較構造では、蓄熱運転モードにて、蒸気が熱交換器１２で蓄熱材ＨＳを加熱して温度低下し、蒸気または凝縮水及び蒸気が混在した気液二相の状態で配管３８、３９に流れ込む。ところが、蒸気を含む状態では、ボイラ給水ポンプ３３やボイラ１１に供給できないので、それらへ供給する前段階で蒸気を復水したり廃棄する必要があり、エネルギー効率が低くなるという問題がある。

【0046】

続いて、比較構造の問題については、図３のグラフを用いて説明する。図３は、熱量に対する温度変化を示すグラフである。図３のグラフにて、蓄熱材として溶融塩を用いた場合、通常運転時にて蓄熱材が高温温度ＴＨと低温温度ＴＬとの間の範囲で温度変化して液相を維持する。よって、図３にて太い矢印線ＧＨ、ＧＬで示すように、蓄熱材は顕熱変化となり、蓄熱時の矢印線ＧＨ及び放熱時の矢印線ＧＬの両方にて、熱量の変化に応じて温度が直線的（傾きが均一）に変化する。

【0047】

図３にて破線ＧＷで示すように、水（蒸気）は、水と蒸気とが混在した気液二相の状態となる飽和蒸気にて潜熱変化となって温度が一定となる。また、破線ＧＷでは、飽和蒸気より熱量が大きくなると過熱蒸気にて顕熱変化となって熱量に応じて直線的に温度が変化し、飽和蒸気より熱量が大きくなると圧縮水にて顕熱変化となって熱量に応じて直線的に温度が変化する。

【0048】

蓄熱材を加熱する場合、蒸気と蓄熱材との間で熱交換を行えるよう、熱交換中に蒸気に比べて蓄熱材の方が温度を低く維持する必要がある。すると、低温温度ＴＬの蓄熱材を加熱する場合の温度変化を示す矢印線ＧＨは、破線ＧＷの飽和蒸気及び過熱蒸気の境界点で最接近する図示のようになる。かかる矢印線ＧＨの横軸方向の変化量が蓄熱材における蓄熱時の交換熱量Ｑ１となる。

【0049】

蓄熱材から放熱する場合、蒸気（水）と蓄熱材との間で熱交換を行えるよう、熱交換中に蒸気（水）より蓄熱材の温度を高く維持する必要がある。すると、高温温度ＴＨの蓄熱材を放熱する場合の温度変化を示す矢印線ＧＬは、破線ＧＷの飽和蒸気及び圧縮水の境界点で最接近する図示のようになる。かかる矢印線ＧＬの横軸方向の変化量が蓄熱材における放熱時の交換熱量Ｑ２となる。

【0050】

よって、蓄熱時において、交換熱量Ｑ１で表した範囲より図３中左側の範囲での蒸気（水）の熱量Ｑ３に対しては、蒸気（水）のエネルギーを蓄熱材に十分に伝えることができなくなる。これにより、従来構造は、運転条件によっては過熱蒸気の状態で熱交換器から流出して廃棄する場合もあり、エネルギー効率が低くなる、という問題がある。

【0051】

また、従来構造は、図示のように、蓄熱時の交換熱量Ｑ１と、放熱時の交換熱量Ｑ２とが大きく異なって蓄熱材へ加熱する時間が長く必要になり、蓄放熱時間にアンバランスが生じる、という問題がある。このため、従来構造では、蓄熱材の熱放出による蒸気生成と、蓄熱材によるボイラで生成された蒸気の熱回収との切り替えにより発電機の発電電力調整を行うにあたり、かかる調整の能力が低下する、という問題がある。

【0052】

この点、上記第１の実施の形態によれば、エジェクタ３７を設けることで、蓄熱運転モードにて、熱交換器１２から流出した過熱蒸気ないし飽和蒸気をエジェクタ３７で凝縮しつつボイラ１１に戻して熱エネルギーを利用することができる。これにより、ボイラ１１で生成した蒸気の熱エネルギーの廃棄を抑制し、ボイラ１１での燃焼エネルギーに対する発電機Ｇでの電気エネルギーの取得割合となるエネルギー効率を向上することができる。

【0053】

しかも、上記第１の実施の形態によれば、熱交換器１２から流出する蒸気の熱エネルギー廃棄を抑制できるので、蓄熱運転モードにて熱交換器１２から流出する蒸気流量が多い状態で運転可能となる。これにより、ボイラ給水ポンプ３３の回転数を上昇させ、ボイラ１１の蒸気生成量を増大することで熱交換器１２における蓄熱材ＨＳへの蓄熱量を増大できる。この結果、蓄熱材へ加熱する時間を短縮でき、蓄放熱時間のアンバランス解消による発電電力の調整力向上を図ることができる。

【0054】

［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、以下の説明において、第１の実施の形態と同一若しくは同等の構成部分については同一符号を用いる場合があり、説明を省略若しくは簡略にする場合がある。

【0055】

本発明の第２の実施の形態について図４及び図５を参照して説明する。図４は、第２の実施の形態に係る蓄熱システムの概略構成図であり、蓄熱運転モードを示している。図５は、放熱運転モードの蓄熱システムを示す図４と同様の構成図である。図４及び図５に示すように、第２の実施の形態では、第１の実施の形態に対し、エジェクタ３７の吐出側出口部３７ｃとボイラ１１の入口の間となる配管３９に補助熱交換器６１を設けた構成としている。

【0056】

第２の実施の形態における補助熱交換器６１は、弁４１とエジェクタ３７の駆動側入口部３７ａとの間の配管３５も接続される。よって、補助熱交換器６１では、ボイラ給水ポンプ３３から送出されてエジェクタ３７に供給される前の復水と、エジェクタ３７からボイラ１１への吐出流との間で熱交換が行われる。よって、図４に示す蓄熱運転モードにて、例えば、運転条件によってエジェクタ３７からの吐出流に蒸気が含まれる場合でも、該蒸気を補助熱交換器６１にて配管３５を流れる復水で凝縮でき、ボイラ１１にてより一層安定して蒸気生成を行うことができる。

【0057】

第２の実施の形態にて、バイパス管４３（図１中破線で図示）における他端（下流端）の接続位置は、配管３９における補助熱交換器６１の出口とボイラ１１の入口との間とされる。よって、第２の実施の形態において、エジェクタ３７及び補助熱交換器６１を迂回するようにバイパス管４３に復水を流すことができ、蓄熱運転モードと放熱運転モードとにおいて、エジェクタ３７を選択的に使用することができる。

【0058】

第２の実施の形態においても、熱交換器１２から流出した過熱蒸気や飽和蒸気を廃棄せずにエジェクタ３７にて吸引してボイラ１１に戻すことができ、エネルギー効率の低下を抑制することができる。

【0059】

本発明の実施の形態は上記の各実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の趣旨を逸脱しない範囲において様々に変更、置換、変形されてもよい。さらには、技術の進歩又は派生する別技術によって、本発明の技術的思想を別の仕方で実現することができれば、その方法を用いて実施されてもよい。したがって、特許請求の範囲は、本発明の技術的思想の範囲内に含まれ得る全ての実施態様をカバーしている。

【0060】

例えば、上記第１の実施の形態に対し、エジェクタ３７の吐出側出口部３７ｃとボイラ１１の入口の間となる配管３９に補助復水器が設けられる構成としてもよい。かかる構成によっても、第２の実施の形態と同様に、エジェクタ３７からの吐出流に蒸気が含まれていても、該蒸気を復水してボイラ１１に供給することができる。

【0061】

また、ボイラ１１は、上記各実施の形態と同様に蒸気を生成して供給可能であれば、他の蒸気生成器としてもよい。

【0062】

更に、蒸気タービン３１は、上記各実施の形態と同様に蒸気から熱エネルギーを取り出し可能であれば、他の熱利用装置としてもよい。

【符号の説明】

【0063】

１０ ：蓄熱システム
１１ ：ボイラ（蒸気生成器）
１２ ：熱交換器
１８ ：高温蓄熱槽
１９ ：低温蓄熱槽
３１ ：蒸気タービン
３２ ：復水器
３３ ：ボイラ給水ポンプ（給水ポンプ）
３７ ：エジェクタ
４３ ：バイパス管
６１ ：補助熱交換器
ＨＳ ：蓄熱材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】