特開 2024-125051 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】P2024125051

(43)【公開日】2024-09-13

(54)【発明の名称】蓄熱システム

(51)【国際特許分類】

   F28D 20/00 20060101AFI20240906BHJP

【ＦＩ】

F28D20/00 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023033120

(22)【出願日】2023-03-03

(71)【出願人】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(71)【出願人】

【識別番号】317015294

【氏名又は名称】東芝エネルギーシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100120031

【弁理士】

【氏名又は名称】宮嶋 学

(74)【代理人】

【識別番号】100107582

【弁理士】

【氏名又は名称】関根 毅

(74)【代理人】

【識別番号】100124372

【弁理士】

【氏名又は名称】山ノ井 傑

(74)【代理人】

【識別番号】100217940

【弁理士】

【氏名又は名称】三並 大悟

(72)【発明者】

【氏名】後藤 功一

(57)【要約】

【課題】外界に熱を捨てず、送風機の流入空気が高温でなくすことが可能となり、または、電力当たりの蓄熱量を増加させることが可能となる。
【解決手段】一実施形態に係る蓄熱システムは、電気ヒータから熱を発生させてその発生熱を蓄熱する蓄熱槽を具備する。この蓄熱システムにおいて、蓄熱槽は、ヒートポンプにより加熱した流体から吸熱し蓄熱する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電気ヒータから熱を発生させてその発生熱を蓄熱する蓄熱槽を具備した蓄熱システムであって、
前記蓄熱槽は、ヒートポンプにより加熱した流体から吸熱し蓄熱する、蓄熱システム。

【請求項2】

ヒートポンプにより加熱した流体から吸熱した熱を蓄熱する蓄熱槽を具備する、蓄熱システム。

【請求項3】

前記流体を前記電気ヒータと前記蓄熱槽にその順番に流通させる搬送機をさらに具備し、
前記ヒートポンプは、前記蓄熱槽より下流の前記流体から吸熱し、前記電気ヒータより上流の前記流体に放熱する、請求項１に記載の蓄熱システム。

【請求項4】

前記電気ヒータは前記蓄熱槽に内蔵されており、前記流体を前記蓄熱槽に流通させる搬送機をさらに具備し、
前記ヒートポンプは、前記蓄熱槽より下流の前記流体から吸熱し、前記蓄熱槽より上流の前記流体に放熱する、請求項１に記載の蓄熱システム。

【請求項5】

前記流体を前記電気ヒータと前記蓄熱槽にその順番に流通させる搬送機をさらに具備し、
前記ヒートポンプは、１台または熱輸送的に連結した複数台であり、外界から吸熱し、前記電気ヒータより上流の前記流体に放熱する、請求項１に記載の蓄熱システム。

【請求項6】

前記電気ヒータは前記蓄熱槽に内蔵されており、前記流体を前記蓄熱槽に流通させる搬送機をさらに具備し、
前記ヒートポンプは、１台または熱輸送的に連結した複数台であり、外界から吸熱し、前記蓄熱槽より上流の前記流体に放熱する、請求項１に記載の蓄熱システム。

【請求項7】

前記流体が、大気から吸い込まれた空気であり、最終的に前記蓄熱槽から前記大気に放出される、請求項１、３、４、５または６に記載の蓄熱システム。

【請求項8】

前記電気ヒータの上流側に設けられた搬送機と、
前記搬送機と前記電気ヒータとの間に設けられ、前記ヒートポンプによって吸熱された熱で前記流体を加熱する加熱器と、をさらに備え、
前記流体の流路は、前記搬送機によって前記加熱器と前記電気ヒータと前記蓄熱槽との間を循環する循環経路である、請求項１、３、または５に記載の蓄熱システム。

【請求項9】

前記搬送機が前記蓄熱槽の上流側に設けられ、
前記搬送機と前記蓄熱槽との間に設けられ、前記ヒートポンプによって吸熱された熱で前記流体を加熱する加熱器をさらに備え、
前記流体の流路は、前記搬送機によって前記加熱器と前記蓄熱槽との間を循環する循環経路である、請求項４または６に記載の蓄熱システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、蓄熱システムに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、太陽光発電や風力発電といった自然エネルギによる発電が増加しており、季節や時間帯によっては、発電量が電力需要より大きくなる地域が発生している。また、季節や時間帯によっては電力需要が大きくなり、発電量が電力需要より小さく電力不足となる時もある。そこで、蓄熱を用いて電力調整を実施する蓄熱システムが提案されている。

【0003】

図９は、従来の蓄熱システムの概略的な構成を示す模式図である。図９に示す蓄熱システム２０１は、蓄熱槽１、電気ヒータ２、第１送風機３、第２送風機４、復水ポンプ８、ボイラ９、蒸気タービン１０、復水器１１、弁１２～弁１５、および発電機３０を備える。

【0004】

蓄熱システム２０１では、電力が余剰である時、復水ポンプ８、蒸気タービン１０、第２送風機４が停止する。また、弁１２および弁１３が開き、弁１４および弁１５が閉じる。また、余剰電力を用いて電気ヒータ２と第１送風機３が稼働する。第１送風機３は、電気ヒータ２と蓄熱槽１との間で空気５を循環させる。空気５は、電気ヒータ２で発生した熱により加熱される。加熱された空気５は、蓄熱槽１まで輸送されて、蓄熱槽１内の蓄熱物質を加熱する。これにより蓄熱が行われる。このようにして蓄熱運転が実施される。

【0005】

また、蓄熱システム２０１では、電力が余剰でない時、電気ヒータ２と第１送風機３は停止する。また、弁１２および弁１３が閉じて弁１４および弁１５が開く。また、復水ポンプ８と第２送風機４が稼働する。第２送風機４は、蓄熱槽１とボイラ９との間で空気５を循環させる。空気５は、蓄熱槽１の蓄熱物質で加熱されている。その熱は、ボイラ９まで輸送される。ボイラ９は、復水ポンプ８により搬入された水６を、空気５からの熱により加熱して蒸気７を製造する。これにより、空気５は、温度低下して流出する。このようにして放熱運転が実施される。

【0006】

蒸気７は、蒸気タービン１０内を低温低圧になりながら流通する。これにより、羽根車である蒸気タービン１０が回転駆動する。この回転駆動に伴って、蒸気タービン１０に機械的に接続された発電機３０が発電する。

【0007】

蒸気タービン１０から排出された蒸気７は、復水器１１にて冷却水、例えば海水により冷却されて水６に変化する。水６は、復水ポンプ８によって、ボイラ９と蒸気タービン１０との間を循環する。このようにして、蓄熱槽１内の蓄熱物質に蓄熱されていた熱により、蒸気７を発生して発電する。

【0008】

図１０は、図９に示す蓄熱システム２０１とは異なる従来の蓄熱システムの概略的な構成を示す模式図である。ここでは、上述した蓄熱システム２０１と同様の構成要素には同じ符号を付して、詳細な説明を省略する。

【0009】

上述した蓄熱システム２０１は、蓄熱運転時に、電気ヒータ２の上流に設けられた第１送風機３によって空気５が電気ヒータ２と蓄熱槽１との間で循環する循環経路が形成される閉サイクルを有する。一方、図１０に示す蓄熱システム２０２は、蓄熱槽１から流出した空気５を大気に放出する開サイクルを有する。

【0010】

蓄熱システム２０１および蓄熱システム２０２は、共に、電力余剰である時には電力を使い、電力余剰でない時には発電することによって、電力を調整する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0011】

【特許文献1】国際公開第２０１６／０５０３６８号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0012】

蓄熱システム２０１および蓄熱システム２０２では、蓄熱運転時に、蓄熱槽１に流入した空気５は、蓄熱物質に熱を渡して温度低下してから流出するが、蓄熱槽１からの流出温度は、第１送風機３の流入温度より充分に高い。そのため、閉サイクルを有する蓄熱システム２０１では、第１送風機３に流入する空気５の体積流量が大きくなるので、第１送風機３の負荷が高くなる。また、第１送風機３の耐熱温度を超過する場合もある。よって、蓄熱システム２０１では第１送風機３の流入空気を冷却したいという課題がある。

【0013】

一方、蓄熱システム２０２は、蓄熱槽１から流出した空気５を大気に放出する開サイクルを有するため、第１送風機３の負荷は高くならない。しかし、蓄熱システム２０１では、空気５が蓄熱槽１から大気中に排出される際に、電気ヒータ２の消費電力で加熱した熱の内、蓄熱槽１に与えなかった分などの熱が、大気中に捨てられてしまう。よって、蓄熱システム２０２では、外界である大気に捨てる熱を減らしたいという課題がある。

【0014】

また、蓄熱システム２０１、２０２ともに、消費電力あたりの蓄熱量を増やしたいという課題がある。

【0015】

本発明が解決しようする課題は、外界に熱を捨てず、送風機の流入空気が高温でなくすことが可能な蓄熱システムや、電力当たりの蓄熱量を増加させることが可能な蓄熱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】

【0016】

一実施形態に係る蓄熱システムは、電気ヒータから熱を発生させてその発生熱を蓄熱する蓄熱槽を具備する。この蓄熱システムにおいて、蓄熱槽は、ヒートポンプにより加熱した流体から吸熱し蓄熱する。

【発明の効果】

【0017】

本実施形態によれば、外界に熱を捨てず、送風機の流入空気が高温でなくす可能となり、または、電力当たりの蓄熱量を増加させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】第１実施形態に係る蓄熱システムの概略的な構成を示す模式図である。

【図2】第１実施形態の変形例に係る蓄熱システムの概略的な構成を示す模式図である。

【図3】第２実施形態に係る蓄熱システムの概略的な構成を示す模式図である。

【図4】第３施形態に係る蓄熱システムの概略的な構成を示す模式図である。

【図5】第３実施形態の変形例に係る蓄熱システムの概略的な構成を示す模式図である。

【図6】第４実施形態に係る蓄熱システムの概略的な構成を示す模式図である。

【図7】第５実施形態に係る蓄熱システムの概略的な構成を示す模式図である。

【図8】第６実施形態に係る蓄熱システムの概略的な構成を示す模式図である。

【図9】従来の蓄熱システムの概略的な構成を示す模式図である。

【図10】図９に示す蓄熱システムとは異なる従来の蓄熱システムの概略的な構成を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。下記の実施形態は、本発明を限定するものではない。

【0020】

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る蓄熱システムの概略的な構成を示す模式図である。図１では、図９に示す蓄熱システム２０１と同様の構成要素には同じ符号を付す。なお、図１には、蓄熱運転に関する構成要素のみを示し、放熱運転に関する構成要素については記載を省略する。

【0021】

図１に示すように、本実施形態に係る蓄熱システム１０１は、蓄熱システム２０２の構成要素に加えて、冷却器１７と、加熱器１８と、ヒートポンプ１９と、第１搬送機２２と、第２搬送機２３と、をさらに備える。

【0022】

冷却器１７は、蓄熱槽１と第１送風機３との間に設けられる。加熱器１８は、第１送風機３と電気ヒータ２との間に設けられる。ヒートポンプ１９は、加熱器１８と冷却器１７との間に設けられる。第１搬送機２２は、冷却器１７とヒートポンプ１９との間に設けられる。第２搬送機２３は、加熱器１８とヒートポンプ１９との間に設けられる。

【0023】

ヒートポンプ１９は、例えば、フロン等の冷媒を用いて蒸気圧縮式冷凍サイクルを原理とした熱輸送機器である。第１搬送機２２は、ヒートポンプ１９と冷却器１７との間で第１熱媒体２０を循環させる。第２搬送機２３は、ヒートポンプ１９と加熱器１８との間で第２熱媒体２１を循環させる。

【0024】

以下、上記のように構成された蓄熱システム１０１の蓄熱運転について説明する。

【0025】

蓄熱システム１０１が蓄熱運転する時、蓄熱システム１０１の運転制御装置（不図示）から入力される制御信号に応じて、弁１２および弁１３は開状態となる一方で、弁１４および弁１５は閉状態となる。また、電気ヒータ２、第１送風機３、第２送風機４、ヒートポンプ１９、第１搬送機２２、および第２搬送機２３が商用電力で稼働する。

【0026】

ヒートポンプ１９は、第１熱媒体２０を冷却する。冷却された第１熱媒体２０は、冷却器１７にて蓄熱槽１の出口空気を冷却する。また、ヒートポンプ１９は、第２熱媒体２１を加熱する。加熱された第２熱媒体２１は、加熱器１８にて電気ヒータ２の入口空気を加熱する。このようにしてヒートポンプ１９は、蓄熱槽１から流出した空気である第１流体から吸熱し、電気ヒータ２に流入する空気５である第２流体を加熱する。蓄熱運転では、ヒートポンプ１９の加熱量＝吸熱量＋電気入力の関係が成立するため、熱量の損失は発生していない。

【0027】

一方、蓄熱システム１０１が放熱運転する時には、従来の蓄熱システム２０１と同様に、蓄熱槽１から放熱した熱が、蒸気タービン１０の熱源として使用される。ただし、本実施形態では、蓄熱槽１から放熱した熱の用途は、蒸気タービン１０の熱源に限定されず、例えば、空調であってもよい。

【0028】

本実施形態によれば、ヒートポンプ１９によって、蓄熱槽１の熱を大気中に排出することなく第１送風機３の流入空気を冷却できる。これにより、第１送風機３の負荷が高くなることや、第１送風機３の流入空気が耐熱温度を超過することをなくすことが可能となる。

【0029】

なお、本実施形態に係る蓄熱システム１０１では、空気５が循環しているが、蓄熱運転時と同様に放熱運転時も閉サイクルであれば、外気である空気５とは異なる流体を循環させてもよい。

【0030】

図２は、第１実施形態の変形例に係る蓄熱システムの概略的な構成を示す模式図である。図２では、上述した第１実施形態に係る蓄熱システム１０１と同様の構成要素には同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。

【0031】

図２に示す蓄熱システム１０１ａには、電気ヒータ内蔵蓄熱槽２９が設けられている。電気ヒータ内蔵蓄熱槽２９は、蓄熱槽１に電気ヒータ２を内蔵したものである。電気ヒータ内蔵蓄熱槽２９では、蓄熱運転時に、内蔵された電気ヒータ２が発熱する。
本変形例によれば、電気ヒータ内蔵蓄熱槽２９によって、第１実施形態に係る蓄熱システム１０１に比べてシステム構成をよりコンパクトにすることが可能となる。なお、本変形例に係る電気ヒータ内蔵蓄熱槽２９は、電気ヒータ２の全部を蓄熱槽１に内蔵した構成であるが、電気ヒータ２の一部を電気ヒータ内蔵蓄熱槽２９に内蔵した構成であってもよい。

【0032】

（第２実施形態）
図３は、第２実施形態に係る蓄熱システムの概略的な構成を示す模式図である。図３では、図１に示す第１実施形態に係る蓄熱システム１０１と同様の構成要素には同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。なお、図３には、蓄熱運転に関する構成要素のみを示し、放熱運転に関する構成要素については記載を省略する。

【0033】

第１実施形態に係る蓄熱システム１０１は、図９に示す従来の蓄熱システム２０１と同様に、閉サイクルを有する。一方、本実施形態に係る蓄熱システム１０２は、図１０に示す従来の蓄熱システム２０２と同様に、開サイクルを有する。

【0034】

本実施形態に係る蓄熱システム１０２が蓄熱運転する時には、第１実施形態と同様に、ヒートポンプ１９が、蓄熱槽１の出口空気から吸熱し、電気ヒータ２の入口空気を加熱する。ただし、蓄熱槽１から流出した空気５は、大気に放出される。

【0035】

また、蓄熱システム１０２が放熱運転する時には、従来の蓄熱システム２０２と同様に、蓄熱槽１から放熱した熱が、蒸気タービン１０の熱源として使用される。ただし、本実施形態においても、蓄熱槽１から放熱した熱の用途は、蒸気タービン１０の熱源に限定されず、例えば、空調であってもよい。

【0036】

また、本実施形態に係る蓄熱システム１０２には、図２に示す第１実施形態の変形例と同様に、電気ヒータ内蔵蓄熱槽２９が設けられていてもよい。この場合、電気ヒータ内蔵蓄熱槽２９は、電気ヒータ２の全部を蓄熱槽１に内蔵した構成であってもよいし、電気ヒータ２の一部を電気ヒータ内蔵蓄熱槽２９に内蔵した構成であってもよい。

【0037】

以上説明した本実施形態によれば、第１実施形態と同様に、ヒートポンプ１９が蓄熱槽１の出口空気から吸熱する。そのため、従来の蓄熱システム２０２と比較して、大気中に排出する熱を減らすことが可能となる。また、加熱側成績係数ＣＯＰ（Coefficient of Performance）を有するヒートポンプ１９では、電気入力＝１に対して加熱量＝ＣＯＰとなる。ＣＯＰは必ず１よりも大きい。これにより、ヒートポンプ１９の加熱部分（加熱器１８）では、空気５は消費電力よりも大きく加熱される。電気ヒータ２では、電気入力＝１に対して加熱量＝１となる。そのため、従来の蓄熱システム２０２と比較して、全体電力当たりの空気加熱量が増える。したがって、全体電力当たりの蓄熱量が増加するという効果も得ることができる。

【0038】

（第３実施形態）
図４は、第３施形態に係る蓄熱システムの概略的な構成を示す模式図である。図４では、図１に示す第１実施形態に係る蓄熱システム１０１と同様の構成要素には同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。また、図４には、蓄熱運転に関する構成要素のみを示し、放熱運転に関する構成要素については記載を省略する。

【0039】

本実施形態に係る蓄熱システム１０３には、図４に示すように、冷却器１７および第１搬送機２２が設けられておらず、その代わりに大気送風機２４が設けられている。大気送風機２４は、蓄熱運転時に商用電力で稼働する。

【0040】

本実施形態に係る蓄熱システム１０３が蓄熱運転する時には、大気送風機２４によって、大気１６が、ヒートポンプ１９を流通する。また、第２搬送機２３によって、第２熱媒体２１が、ヒートポンプ１９と加熱器１８との間を循環する。

【0041】

ヒートポンプ１９は、大気１６から吸熱するとともに、第２熱媒体２１を加熱する。加熱された第２熱媒体２１は、加熱器１８にて電気ヒータ２の入口空気を加熱する。このように、蓄熱運転時には、ヒートポンプ１９が、第１流体である大気１６から吸熱して電気ヒータ２に流入する空気５である第２流体を加熱する。

【0042】

また、蓄熱システム１０３が放熱運転する時には、第１実施形態と同様に、蓄熱槽１から放熱した熱が、蒸気タービン１０の熱源として使用される。ただし、本実施形態でも、蓄熱槽１から放熱した熱の用途は、蒸気タービン１０の熱源に限定されず、例えば、空調であってもよい。また、蓄熱運転時と同様に放熱運転時も閉サイクルであれば、空気５とは異なる流体を循環させてもよい。なお、ヒートポンプ１９は大気１６から吸熱しているが、外界からであれば大気１６でなくてもよく、例えば排温水でもよい。

【0043】

本実施形態において、加熱側成績係数ＣＯＰを有するヒートポンプ１９では、電気入力＝１に対して加熱量＝ＣＯＰとなる。ＣＯＰは必ず１よりも大きい。これにより、ヒートポンプ１９の加熱部分（加熱器１８）では、空気５は消費電力よりも大きく加熱される。電気ヒータ２では、電気入力＝１に対して加熱量＝１となる。そのため、本実施形態でも、全体電力あたりの加熱量が増加する。よって全体電力当たりの蓄熱量が増加するという効果を得ることができる。

【0044】

図５は、第３実施形態の変形例に係る蓄熱システムの概略的な構成を示す模式図である。図５では、上述した第３実施形態に係る蓄熱システム１０３と同様の構成要素には同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。

【0045】

図５に示す蓄熱システム１０３ａには、第１実施形態の変形例と同様に、電気ヒータ内蔵蓄熱槽２９が設けられている。そのため、本変形例によれば、電気ヒータ内蔵蓄熱槽２９によって、第３実施形態に係る蓄熱システム１０３に比べてシステム構成をよりコンパクトにすることが可能となる。なお、本変形例に係る電気ヒータ内蔵蓄熱槽２９も、電気ヒータ２の全部を蓄熱槽１に内蔵した構成であってもよいし、電気ヒータ２の一部を電気ヒータ内蔵蓄熱槽２９に内蔵した構成であってもよい。また、ヒートポンプ１９は大気１６から吸熱しているが、外界からであれば大気１６でなくてもよく、例えば排温水でもよい。

【0046】

（第４実施形態）
図６は、第４実施形態に係る蓄熱システムの概略的な構成を示す模式図である。図６では、図４に示す第３実施形態に係る蓄熱システム１０３と同様の構成要素には同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。また、図６には、蓄熱運転に関する構成要素のみを示し、放熱運転に関する構成要素については記載を省略する。

【0047】

第３実施形態に係る蓄熱システム１０３は、第１実施形態に係る蓄熱システム１０１と同様に、閉サイクルを有する。一方、本実施形態に係る蓄熱システム１０４は、第２実施形態に係る蓄熱システム１０２と同様に、開サイクルを有する。

【0048】

本実施形態に係る蓄熱システム１０４が蓄熱運転する時には、第３実施形態と同様に、ヒートポンプ１９が、大気１６から吸熱し、電気ヒータ２の入口空気を加熱する。ただし、蓄熱槽１から流出した空気５は、大気中に排出される。

【0049】

また、蓄熱システム１０４が放熱運転する時には、第３実施形態と同様に、蓄熱槽１から放熱した熱が、蒸気タービン１０の熱源として使用される。ただし、本実施形態においても、蓄熱槽１から放熱した熱の用途は、蒸気タービン１０の熱源に限定されず、例えば、空調であってもよい。

【0050】

また、本実施形態に係る蓄熱システム１０４には、図５に示す第３実施形態の変形例と同様に、電気ヒータ内蔵蓄熱槽２９が設けられていてもよい。この場合、電気ヒータ内蔵蓄熱槽２９は、電気ヒータ２の全部を蓄熱槽１に内蔵した構成であってもよいし、電気ヒータ２の一部を電気ヒータ内蔵蓄熱槽２９に内蔵した構成であってもよい。

【0051】

以上説明した本実施形態においても、加熱側成績係数ＣＯＰを有するヒートポンプ１９では、電気入力＝１に対して加熱量＝ＣＯＰ＞１となる。これにより、ヒートポンプ１９の加熱部分（加熱器１８）では、空気５は消費電力よりも大きく加熱される。そのため、本実施形態でも、全体電力あたりの加熱量が増加する。よって全体電力当たりの蓄熱量が増加するという効果を得ることができる。なお、本実施形態では、ヒートポンプ１９は大気１６から吸熱しているが、外界からであれば大気１６でなくてもよく、例えば排温水でもよい。

【0052】

（第５実施形態）
図７は、第５実施形態に係る蓄熱システムの概略的な構成を示す模式図である。図７では、図４に示す第３実施形態に係る蓄熱システム１０３と同様の構成要素には同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。また、図７には、蓄熱運転に関する構成要素のみを示し、放熱運転に関する構成要素については記載を省略する。

【0053】

本実施形態に係る蓄熱システム１０５には、第１ヒートポンプ２６および第２ヒートポンプ２７という複数のヒートポンプが設けられ、各ヒートポンプは連結されている。また、第１ヒートポンプ２６と第２ヒートポンプ２７との間には、第３搬送機２８が設けられている。

【0054】

本実施形態に係る蓄熱システム１０５が蓄熱運転する時には、電気ヒータ２、第１送風機３、第２搬送機２３、大気送風機２４、第１ヒートポンプ２６、第２ヒートポンプ２７、および第３搬送機２８が商用電力で稼働する。

【0055】

大気送風機２４によって、大気１６が、第１ヒートポンプ２６を流通する。また、第３搬送機２８によって、第３熱媒体２５が、第１ヒートポンプ２６と第２ヒートポンプ２７との間を循環する。また、第２搬送機２３によって、第２熱媒体２１が、第１ヒートポンプ２６と加熱器１８との間を循環する。第３熱媒体２５は、例えば温水である。

【0056】

第１ヒートポンプ２６は、大気１６から吸熱して第３熱媒体２５を加熱する。第２ヒートポンプ２７は、第３熱媒体２５から吸熱して第２熱媒体２１を加熱する。第２熱媒体２１は、加熱器１８にて電気ヒータ２の入口空気を加熱する。このように、第１ヒートポンプ２６と第２ヒートポンプ２７との組合せによって、大気１６から吸熱した熱が、電気ヒータ２の入口空気を加熱する。

【0057】

また、蓄熱システム１０５が放熱運転する時には、第３実施形態と同様に、蓄熱槽１から放熱した熱が、蒸気タービン１０の熱源として使用される。ただし、本実施形態においても、蓄熱槽１から放熱した熱の用途は、蒸気タービン１０の熱源に限定されず、例えば、空調であってもよい。また、蓄熱運転時と同様に放熱運転時も閉サイクルであれば、空気５とは異なる流体を循環させてもよい。

【0058】

また、本実施形態に係る蓄熱システム１０４には、図５に示す第３実施形態の変形例と同様に、電気ヒータ内蔵蓄熱槽２９が設けられていてもよい。この場合、電気ヒータ内蔵蓄熱槽２９は、電気ヒータ２の全部を蓄熱槽１に内蔵した構成であってもよいし、電気ヒータ２の一部を電気ヒータ内蔵蓄熱槽２９に内蔵した構成であってもよい。

【0059】

本実施形態では、複数のヒートポンプを連結する構成にすることによって、第２熱媒体２１の温度をより高くすることができる。これにより、加熱器１８にて空気５をより高温に加熱することができる。

【0060】

また、本実施形態においても、加熱側成績係数ＣＯＰを有するヒートポンプ１９の加熱部分（加熱器１８）では、空気５は消費電力より大きく加熱される。また、本実施形態では、空気５をある温度まで加熱する際、ヒートポンプ１９による加熱量を増やし、電気ヒータ２による加熱量を減らすと、消費電力は減少する一方で全体電力あたりの加熱量が増加する。よって、本実施形態においても、全体電力当たりの蓄熱量が増加するという効果を得ることができる。

【0061】

なお、本実施形態では、閉サイクルとなっているが、開サイクルであってもよい。また、上述した第１実施形態に係る蓄熱システム１０１および第２実施形態に係る蓄熱システム１０２に、複数のヒートポンプを連結する構成を適用してもよい。この場合も、本実施形態と同様の効果を得ることができる。また、本実施形態では、ヒートポンプ１９は大気１６から吸熱しているが、外界からであれば大気１６でなくてもよく、例えば排温水でもよい。

【0062】

（第６実施形態）
図８は、第６実施形態に係る蓄熱システムの概略的な構成を示す模式図である。図８では、図４に示す第３実施形態に係る蓄熱システム１０３と同様の構成要素には同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。また、図８には、蓄熱運転に関する構成要素のみを示し、放熱運転に関する構成要素については記載を省略する。

【0063】

本実施形態では、熱源として求められる蓄熱槽１の蓄熱温度が、電気ヒータ２を必要とせず、ヒートポンプ１９のみで実現できることを前提とする。

【0064】

本実施形態に係る蓄熱システム１０６には、電気ヒータ２が設置されておらず、加熱器１８が弁１２を介して蓄熱槽１と接続される。この蓄熱システム１０６が蓄熱運転する時には、第１送風機３、ヒートポンプ１９、第２搬送機２３、および大気送風機２４が商用電力で稼働する。

【0065】

大気送風機２４によって、大気１６が、ヒートポンプ１９を流通する。また、第２搬送機２３によって、第２熱媒体２１が、ヒートポンプ１９と加熱器１８との間を循環する。ヒートポンプ１９は、大気１６から吸熱するとともに、第２熱媒体２１を加熱する。加熱された第２熱媒体２１は、加熱器１８にて蓄熱槽１の入口空気を加熱する。このようにして、ヒートポンプ１９は、大気１６から吸熱した熱で、蓄熱槽１の入口空気を加熱する。

【0066】

また、蓄熱システム１０６が放熱運転する時には、第３実施形態と同様に、蓄熱槽１から放熱した熱が、蒸気タービン１０の熱源として使用される。ただし、本実施形態においても、蓄熱槽１から放熱した熱の用途は、蒸気タービン１０の熱源に限定されず、例えば、空調であってもよい。また、蓄熱運転時と同様に放熱運転時も閉サイクルであれば、空気５とは異なる流体を循環させてもよい。

【0067】

本実施形態でも、第３実施形態と同様に、加熱側成績係数ＣＯＰを有するヒートポンプ１９の加熱部分（加熱器１８）では、空気５は消費電力より大きく加熱される。また、本実施形態では、電気ヒータ２のみの加熱の場合や、電気ヒータ２とヒートポンプ１９による加熱の場合と比較して、全体電力当たりの加熱量が増加する。よって、本実施形態においても、全体電力当たりの蓄熱量が増加するという効果を得ることができる。

【0068】

なお、本実施形態では、閉サイクルとなっているが、開サイクルであってもよい。また、本実施形態のように電気ヒータ２を不要とする構成は、上述した第１実施形態に係る蓄熱システム１０１、第２実施形態に係る蓄熱システム１０２、および第５実施形態に係る蓄熱システム１０５にそれぞれ適用してもよい。この場合も、本実施形態と同様の効果を得ることができる。また、本実施形態では、ヒートポンプ１９は大気１６から吸熱しているが、外界からであれば大気１６でなくてもよく、例えば排温水でもよい。

【0069】

以上、実施形態を幾つか説明したが、これらの実施形態は、例としてのみ提示したものであり、発明の範囲を限定することを意図したものではない。本明細書で説明した新規なシステムは、その他の様々な形態で実施することができる。また、本明細書で説明したシステムの形態に対し、発明の要旨を逸脱しない範囲内で、種々の省略、置換、変更を行うことができる。添付の特許請求の範囲およびこれに均等な範囲は、発明の範囲や要旨に含まれるこのような形態や変形例を含むように意図されている。

【符号の説明】

【0070】

１：蓄熱槽
２：電気ヒータ
３：第１送風機
４：第２送風機
５：空気
６：水
７：蒸気
８：復水ポンプ
９：ボイラ
１０：蒸気タービン
１１：復水器
１２～１５：弁
１６：大気
１７：冷却器
１８：加熱器
１９：ヒートポンプ
２０：第１熱媒体
２１：第２熱媒体
２２：第１搬送機
２３：第２搬送機
２４：大気送風機
２５：第３熱媒体
２６：第１ヒートポンプ
２７：第２ヒートポンプ
２８：第３搬送機
２９：電気ヒータ内蔵蓄熱槽
３０：発電機
１０１～１０６、２０１、２０２：蓄熱システム

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】