特開 2024-130149 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】P2024130149

(43)【公開日】2024-09-30

(54)【発明の名称】蓄熱システム

(51)【国際特許分類】

   F28D 20/00 20060101AFI20240920BHJP

【ＦＩ】

F28D20/00 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】15

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023039699

(22)【出願日】2023-03-14

(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

(72)【発明者】

【氏名】後藤 功一

(57)【要約】

【課題】分割蓄熱槽を用いた蓄熱や放熱を好適に実施可能な蓄熱システムを提供する。例えば、蓄熱運転時及び放熱運転時の空気の圧力損失の小さい蓄熱システムを提供する。
【解決手段】一の実施形態によれば、蓄熱システムは、互いに直列に接続された第１～第Ｎ蓄熱槽（Ｎは２以上の整数）を具備する。前記システムは更に、前記第１～第Ｎ蓄熱槽に熱搬送流体を供給する流体流路であって、前記第１～第Ｎ蓄熱槽の内の１つ以上の蓄熱槽をバイパスするように前記熱搬送流体を流通させるバイパス流路を含む流体流路を具備する。前記システムは更に、前記流体流路に設けられた１つ以上の弁を具備する。前記１つ以上の弁は、前記第１～第Ｎ蓄熱槽の内の任意の第Ｋ蓄熱槽（Ｋは１～Ｎの内の任意の整数）に関し、前記第Ｋ蓄熱槽に前記熱搬送流体を供給するか、前記第Ｋ蓄熱槽をバイパスするように前記熱搬送流体を流通させるかを切替可能なように設けられている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

互いに直列に接続された第１～第Ｎ蓄熱槽（Ｎは２以上の整数）と、
前記第１～第Ｎ蓄熱槽に熱搬送流体を供給する流体流路であって、前記第１～第Ｎ蓄熱槽の内の１つ以上の蓄熱槽をバイパスするように前記熱搬送流体を流通させるバイパス流路を含む流体流路と、
前記流体流路に設けられた１つ以上の弁とを具備し、
前記１つ以上の弁は、前記第１～第Ｎ蓄熱槽の内の任意の第Ｋ蓄熱槽（Ｋは１～Ｎの内の任意の整数）に関し、前記第Ｋ蓄熱槽に前記熱搬送流体を供給するか、前記第Ｋ蓄熱槽をバイパスするように前記熱搬送流体を流通させるかを切替可能なように設けられている事を特徴とする蓄熱システム。

【請求項2】

前記１つ以上の弁の開閉を制御する制御部を更に具備する事を特徴とする、請求項1に記載の蓄熱システム。

【請求項3】

前記制御部は、前記１つ以上の弁の開閉を制御する事で、前記第Ｋ蓄熱槽に前記熱搬送流体を供給するか、前記第Ｋ蓄熱槽をバイパスするように前記熱搬送流体を流通させるかを切り替える事を特徴とする、請求項２に記載の蓄熱システム。

【請求項4】

前記１つ以上の弁は、蓄熱運転時または放熱運転時に、前記第１～第Ｎ蓄熱槽に１台ずつまたは２台ずつ順番に前記熱搬送流体を供給可能なように配置されている事を特徴とする、請求項１に記載の蓄熱システム。

【請求項5】

前記１つ以上の弁は、蓄熱運転時または放熱運転時に、前記第１～第Ｎ蓄熱槽に１台ずつ順番に前記熱搬送流体を供給可能なように配置されている事を特徴とする、請求項１に記載の蓄熱システム。

【請求項6】

前記第１～第Ｎ蓄熱槽は、前記第１～第Ｎ蓄熱槽の順で互いに直列に接続されており、
前記１つ以上の弁は、蓄熱運転時には前記第１～第Ｎ蓄熱槽に昇順により順番に前記熱搬送流体を供給可能で、放熱運転時には前記第１～第Ｎ蓄熱槽に降順により順番に前記熱搬送流体を供給可能なように配置されている、
事を特徴とする請求項１に記載の蓄熱システム。

【請求項7】

前記第１～第Ｎ蓄熱槽は、前記第１～第Ｎ蓄熱槽の順で互いに直列に接続されており、
前記１つ以上の弁は、
蓄熱運転時にて、前記第Ｋ蓄熱槽のみに前記熱搬送流体を供給した後に、前記第Ｋ蓄熱槽及び前記第Ｋ＋１蓄熱槽のみに前記熱搬送流体を供給可能で、前記第Ｋ蓄熱槽及び前記第Ｋ＋１蓄熱槽のみに前記熱搬送流体を供給した後に、前記第Ｋ＋１蓄熱槽のみに前記熱搬送流体を供給可能なように配置され、
放熱運転時にて、前記第Ｋ蓄熱槽のみに前記熱搬送流体を供給した後に、前記第Ｋ蓄熱槽及び前記第Ｋ－１蓄熱槽のみに前記熱搬送流体を供給可能で、前記第Ｋ蓄熱槽及び前記第Ｋ－１蓄熱槽のみに前記熱搬送流体を供給した後に、前記第Ｋ－１蓄熱槽のみに前記熱搬送流体を供給可能なように配置されている、
事を特徴とする請求項１に記載の蓄熱システム。

【請求項8】

前記第１～第Ｎ蓄熱槽は、前記第１～第Ｎ蓄熱槽の順で互いに直列に接続されており、
前記１つ以上の弁は、
蓄熱運転時にて、前記第Ｋ蓄熱槽のみに前記熱搬送流体を供給した後に、前記第Ｋ＋１蓄熱槽のみに前記熱搬送流体を供給可能なように配置され、
放熱運転時にて、前記第Ｋ蓄熱槽のみに前記熱搬送流体を供給した後に、前記第Ｋ－１蓄熱槽のみに前記熱搬送流体を供給可能なように配置されている、
事を特徴とする請求項１に記載の蓄熱システム。

【請求項9】

蓄熱運転時に前記第１～第Ｎ蓄熱槽に前記熱搬送流体を搬送する第１流体搬送部と、
放熱運転時に前記第１～第Ｎ蓄熱槽に前記熱搬送流体を搬送する第２流体搬送部と、
を更に具備する事を特徴とする請求項１に記載の蓄熱システム。

【請求項10】

前記流体流路は、
前記第１～第Ｎ蓄熱槽を互いに直列に接続し、前記第１～第Ｎ蓄熱槽に前記熱搬送流体の主流を供給する主流流路と、
前記第１～第Ｎ蓄熱槽の内の１つ以上の蓄熱槽をバイパスするように前記熱搬送流体の前記主流を流通させるバイパス流路と、
前記主流流路と前記第１～第Ｎ蓄熱槽との間に設けられ、前記主流流路から前記第１～第Ｎ蓄熱槽に前記熱搬送流体の傍流を流入させる傍流流入流路と、
前記第１～第Ｎ蓄熱槽と前記主流流路との間に設けられ、前記第１～第Ｎ蓄熱槽から前記主流流路に前記熱搬送流体の傍流を流出させる傍流流出流路と、
前記傍流流入流路に設けられた１つ以上の傍流流入弁と、
前記傍流流出流路に設けられた１つ以上の傍流流出弁とを具備し、
前記１つ以上の傍流流入弁及び前記１つ以上の傍流流出弁は、前記第１～第Ｎ蓄熱槽の内の任意の第Ｍ蓄熱槽（Ｍは１～Ｎの内の任意の整数）に関し、前記第Ｍ蓄熱槽に前記熱搬送流体の前記主流が供給されていない場合に、前記第Ｍ蓄熱槽に前記熱搬送流体の前記傍流を流入させるか否か、及び前記第Ｍ蓄熱槽から前記熱搬送流体の前記傍流を流出させるか否かを切替可能なように設けられている事を特徴とする、請求項１に記載の蓄熱システム。

【請求項11】

互いに直列に接続された第１組の第１～第Ｎａ蓄熱槽（Ｎａは２以上の整数）と、
互いに直列に接続された第２組の第１～第Ｎｂ蓄熱槽（Ｎｂは２以上の整数）と、
前記第1組の第１～第Ｎａ蓄熱槽及び前記第２組の第１～第Ｎｂ蓄熱槽に熱搬送流体を供給する流体流路であって、前記第１組の第１～第Ｎａ蓄熱槽の内の１つ以上の蓄熱槽をバイパスするように前記熱搬送流体を流通させる第１バイパス流路と、前記第２組の第１～第Ｎｂ蓄熱槽の内の１つ以上の蓄熱槽をバイパスするように前記熱搬送流体を流通させる第２バイパス流路とを含む流体流路と、
前記流体流路に設けられた１つ以上の弁とを具備し、
前記１つ以上の弁は、前記第１組の第１～第Ｎａ蓄熱槽の内の任意の第Ｋａ蓄熱槽（Ｋａは１～Ｎａの内の任意の整数）と、前記第２組の第１～第Ｎｂ蓄熱槽の内の任意の第Ｋｂ蓄熱槽（Ｋｂは１～Ｎｂの内の任意の整数）とに関し、前記第Ｋａ蓄熱槽に前記熱搬送流体を供給するか、前記第Ｋａ蓄熱槽をバイパスするように前記熱搬送流体を流通させるかを切替可能、且つ、前記第Ｋｂ蓄熱槽に前記熱搬送流体を供給するか、前記第Ｋｂ蓄熱槽をバイパスするように前記熱搬送流体を流通させるかを切替可能なように設けられている事を特徴とする蓄熱システム。

【請求項12】

前記第２組の第１～第Ｎｂ蓄熱槽は、前記第１組の第１～第Ｎａ蓄熱槽と並列に接続されている事を特徴とする、請求項１１に記載の蓄熱システム。

【請求項13】

前記１つ以上の弁は、
前記第Ｋａ蓄熱槽に前記熱搬送流体を供給するか、前記第Ｋａ蓄熱槽をバイパスするように前記熱搬送流体を流通させるかを切替可能なように設けられた１つ以上の第１弁と、
前記第Ｋｂ蓄熱槽に前記熱搬送流体を供給するか、前記第Ｋｂ蓄熱槽をバイパスするように前記熱搬送流体を流通させるかを切替可能なように設けられた１つ以上の第２弁と、
を含む事を特徴とする、請求項１１に記載の蓄熱システム。

【請求項14】

前記１つ以上の弁の開閉を制御する制御部を更に具備する事を特徴とする、請求項１１に記載の蓄熱システム。

【請求項15】

前記制御部は、前記１つ以上の弁の開閉を制御する事で、前記第Ｋａ蓄熱槽に前記熱搬送流体を供給するか、前記第Ｋａ蓄熱槽をバイパスするように前記熱搬送流体を流通させるかを切り替え、且つ、前記第Ｋｂ蓄熱槽に前記熱搬送流体を供給するか、前記第Ｋｂ蓄熱槽をバイパスするように前記熱搬送流体を流通させるかを切り替える事を特徴とする、請求項１４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。一方、季節や時間帯によっては、電力需要が大きくなる事で、発電量が電力需要より小さくなり、電力不足が生じる場合もある。そこで、蓄熱を用いて電力調整を実施する以下の第１従来技術が用いられる事がある。

【0003】

図１４は、第１従来技術の蓄熱システムの構成を示す模式図である。

【0004】

図１４の蓄熱システムは、蓄熱槽１と、電気ヒータ２と、送風機３と、送風機４と、空気流路５と、水流路６と、蒸気流路７と、復水ポンプ８と、ボイラ９と、蒸気タービン１０と、復水器１１と、弁１２と、弁１３と、弁１４と、弁１５とを具備する。図１４は更に、図１４の蓄熱システム内を循環する空気１０１、水１０２、及び蒸気１０３を示している。この空気１０１は、熱搬送流体である。

【0005】

電力が余剰である場合、図１４の蓄熱システムは、送風機４、復水ポンプ８、及び蒸気タービン１０を停止し、弁１２、１３を開き、弁１４、１５を閉じ、余剰電力を用いて電気ヒータ２及び送風機３を稼働させる。送風機３は、空気流路５を介して空気１０１を蓄熱槽１と電気ヒータ２との間で循環させる。空気１０１は、電気ヒータ２が発生した熱により加熱され、その熱を蓄熱槽１まで輸送し、蓄熱槽１内の蓄熱物質を加熱する。蓄熱物質は、固体顕熱蓄熱材であり、例えば岩石である。空気１０１が輸送した熱は、蓄熱物質により蓄熱される。このようにして、蓄熱運転が実施される。

【0006】

一方、電力が余剰でない場合、図１４の蓄熱システムは、電気ヒータ２及び送風機３を停止し、弁１２、１３を閉じ、弁１４、１５を開き、送風機４及び復水ポンプ８を稼働させる。送風機４は、空気流路５を介して空気１０１を蓄熱槽１とボイラ９との間で循環させる。空気１０１は、蓄熱槽１の蓄熱物質により加熱され、その熱をボイラ９まで輸送する。ボイラ９は、水流路６を介して復水ポンプ８により搬入された水１０２を、空気１０１からの熱により加熱する。その結果、ボイラ９内にて水１０２から蒸気１０３が製造され、空気１０１は温度低下してボイラ９から流出する。このようにして、放熱運転が実施される。

【0007】

放熱運転の際、蒸気１０３は、蒸気流路７を介して蒸気タービン１０に流入する。蒸気１０３は、蒸気タービン１０内を低温低圧になりながら流通する事で、羽根車である蒸気タービン１０を回転駆動させる。その結果、蒸気タービン１０に機械的に接続させた発電機（不図示）が発電する。蒸気タービン１０から排出された蒸気１０３は、蒸気流路７を介して復水器１１に流入する。復水器１１は、冷却水（例えば海水）により蒸気１０３を冷却する。その結果、復水器１１内にて蒸気１０３が水１０２に変化し、水流路６に水１０２が排出される。水１０２及び蒸気１０３は、水流路６及び蒸気流路７を介して循環する。このように、蓄熱槽１内の蓄熱物質に蓄熱されていた熱は、蒸気１０３を発生させ、蒸気１０３を用いた発電により電気エネルギに変化する。

【0008】

図１４の蓄電システムは、電力が余剰である場合は、余剰な電力を用いて蓄熱し、電力が余剰でない場合は、蓄熱された熱を用いて発電する。このようにして、電力調整が実施される。

【0009】

図１５は、第２従来技術の蓄熱システムの構成を示す模式図である。第２従来技術の説明にて、第１従来技術と同じである部分の説明は適宜省略する。

【0010】

図１５の蓄熱システムは、蓄熱槽１と、電気ヒータ２と、送風機３と、送風機４と、空気流路５と、水流路６（不図示）と、蒸気流路７と、復水ポンプ８（不図示）と、ボイラ９（不図示）と、蒸気タービン１０（不図示）と、復水器１１（不図示）と、弁１２と、弁１４と、弁１６と、弁１７と、弁１８と、三方弁１９と、三方弁２０と、三方弁２１とを具備する。図１５は更に、図１５の蓄熱システム内を循環する空気１０１及び蒸気１０３を示しており、図１５の蓄熱システム内を循環する水１０２の図示は省略している。

【0011】

図１５の蓄熱槽１は、３つの分割蓄熱槽１ａ～１ｃに分割されている。また、図１５の空気流路５は、分割蓄熱槽１ａ～１ｃの内のいずれかをバイパスして空気１０１を循環させるためのバイパス流路を含んでいる。バイパス流路には、弁１７、１８が設けられている。分割蓄熱槽１ａ～１ｃ内に描かれている線は、分割蓄熱槽１ａ～１ｃ内の温度分布を模式的に表している。例えば、分割蓄熱槽１ｂ内に描かれている横線は、分割蓄熱槽１ｂ内の温度が、空気１０１の上流側と下流側との間にて比較的低い温度で一定になっている事を表している。また、分割蓄熱槽１ａ、１ｃ内に描かれている折れ線は、分割蓄熱槽１ａ、１ｃ内に高温の部分と低温の部分とが生じている事を示している。

【0012】

図１５の蓄熱システムでは、放熱運転時に、放熱する分割蓄熱槽１ａ～１ｃを自由に選択できる。例えば、分割蓄熱槽１ａのみから放熱させたい場合は、弁１４、１７を開き、弁１２、１６、１８を閉じ、三方弁１９を分割蓄熱槽１ａとバイパス流路との間で開き、三方弁２０を閉じ、三方弁２１を蓄熱槽１と送風機４との間で開き、電気ヒータ２及び送風機３を停止し、送風機４及び復水ポンプ８を稼働させる。一方、分割蓄熱槽１ｂのみから放熱させたい場合は、弁１７、１８を開き、弁１２、１４、１６を閉じ、三方弁１９を分割蓄熱槽１ｂとバイパス流路との間で開き、三方弁２０を分割蓄熱槽１ｂとバイパス流路との間で開き、三方弁２１を蓄熱槽１と送風機４との間で開き、電気ヒータ２及び送風機３を停止し、送風機４及び復水ポンプ８を稼働させる。しかし、この場合の空気１０１は、分割蓄熱槽１ｂだけでなく、分割蓄熱槽１ｂと並行しているバイパス流路にも流通できるため、空気１０１の大部分はバイパス流路の方に流通してしまい、分割蓄熱槽１ｂから良好に放熱されない。これは、空気１０１の通風抵抗が、分割蓄熱槽１ｂにおいては大きく、バイパス流路においては小さいからである。

【0013】

また、図１５の蓄熱システムでは、２つの分割蓄熱槽１ａ、１ｂのみから放熱させる場合や、２つの分割蓄熱槽１ｂ、１ｃのみから放熱させる場合も、分割蓄熱槽１ｂから良好に放熱されない。また、図１５の蓄熱システムでは、蓄熱運転時に、分割蓄熱槽１ｂのみに蓄熱する事や、分割蓄熱槽１ｃのみに蓄熱する事や、２つの分割蓄熱槽１ｂ、１ｃのみに蓄熱する事はできない。これは、図１５の蓄熱システムが、電気ヒータ２で加熱した空気１０１が必ず分割蓄熱槽１ａを流通するよう構成されているからである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0014】

【特許文献1】国際特許出願公開ＷＯ２０１７／０５５５２５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0015】

蓄熱槽１を分割蓄熱槽１ａ～１ｃに分割する場合、分割蓄熱槽１ａ～１ｃの各々に好適に蓄熱する事や、分割蓄熱槽１ａ～１ｃの各々から好適に放熱する事が難しい事が問題となる。また、固体顕熱蓄熱材で充填されている蓄熱槽１は、蓄熱槽１内を流通する空気１０１の圧力損失が大きいという問題を有する。蓄熱槽１内を流通する空気１０１の圧力損失が大きいと、送風機３、４の負荷が高くなるため、送風機３、４の消費電力が多くなってしまう。

【0016】

そこで、本発明の実施形態は、分割蓄熱槽を用いた蓄熱や放熱を好適に実施可能な蓄熱システムを提供する事を課題とする。例えば、蓄熱運転時及び放熱運転時の空気の圧力損失の小さい蓄熱システムを提供する事を課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0017】

一の実施形態によれば、蓄熱システムは、互いに直列に接続された第１～第Ｎ蓄熱槽（Ｎは２以上の整数）を具備する。前記システムは更に、前記第１～第Ｎ蓄熱槽に熱搬送流体を供給する流体流路であって、前記第１～第Ｎ蓄熱槽の内の１つ以上の蓄熱槽をバイパスするように前記熱搬送流体を流通させるバイパス流路を含む流体流路を具備する。前記システムは更に、前記流体流路に設けられた１つ以上の弁を具備する。前記１つ以上の弁は、前記第１～第Ｎ蓄熱槽の内の任意の第Ｋ蓄熱槽（Ｋは１～Ｎの内の任意の整数）に関し、前記第Ｋ蓄熱槽に前記熱搬送流体を供給するか、前記第Ｋ蓄熱槽をバイパスするように前記熱搬送流体を流通させるかを切替可能なように設けられている。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】第１実施形態の蓄熱システムの構成を示す模式図である。

【図2】第１実施形態の蓄熱システムの蓄熱運転時の動作を示す模式図(1/2)である。

【図3】第１実施形態の蓄熱システムの蓄熱運転時の動作を示す模式図(2/2)である。

【図4】第１実施形態の蓄熱システムの放熱運転時の動作を示す模式図(1/2)である。

【図5】第１実施形態の蓄熱システムの放熱運転時の動作を示す模式図(2/2)である。

【図6】第１実施形態の変形例の蓄熱システムの構成を示す模式図である。

【図7】第２実施形態の蓄熱システムの蓄熱運転時の動作を示す模式図である。

【図8】第２実施形態の蓄熱システムの放熱運転時の動作を示す模式図である。

【図9】第３実施形態の蓄熱システムの構成を示す模式図である。

【図10】第４実施形態の蓄熱システムの構成を示す模式図である。

【図11】第５実施形態の蓄熱システムの構成を示す模式図である。

【図12】第５実施形態の蓄熱システムの蓄熱運転時の動作を示す模式図(1/2)である。

【図13】第５実施形態の蓄熱システムの蓄熱運転時の動作を示す模式図(1/2)である。

【図14】第１従来技術の蓄熱システムの構成を示す模式図である。

【図15】第２従来技術の蓄熱システムの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、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。図１～図１５において、同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

【0020】

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態の蓄熱システムの構成を示す模式図である。本実施形態の蓄熱システムの説明にて、第１または第２従来技術の蓄熱システムと同じである部分の説明は適宜省略する。

【0021】

本実施形態の蓄熱システムは、蓄熱槽１と、電気ヒータ２と、送風機３と、送風機４と、空気流路５と、水流路６と、蒸気流路７と、復水ポンプ８と、ボイラ９と、蒸気タービン１０と、復水器１１と、弁１２と、弁１３と、弁１４と、弁１５と、弁２２と、三方弁２３と、三方弁２４と、三方弁２５と、三方弁２６と、制御部３１とを具備する。図１は更に、本実施形態の蓄熱システム内を循環する空気１０１、水１０２、及び蒸気１０３を示している。送風機３、送風機４、空気流路５、及び空気１０１は、それぞれ第１流体搬送部、第２流体搬送部、流体流路、及び熱搬送流体の例である。弁２２及び三方弁２３～２６は、１つ以上の弁の例である。

【0022】

本実施形態の蓄熱槽１は、分割蓄熱槽１ａと、分割蓄熱槽１ｂと、分割蓄熱槽１ｃとを含む。分割蓄熱槽１ａ～１ｃは、第１～第Ｎ蓄熱槽（Ｎは２以上の整数）の例である。また、分割蓄熱槽１ａ～１ｃの各々は、任意の第Ｋ蓄熱槽（Ｋは１～Ｎの内の任意の整数）の例である。本実施形態の空気流路５は、バイパス流路５ａと、バイパス流路５ｂと、バイパス流路５ｃとを含む。

【0023】

本実施形態の蓄熱槽１は、空気１０１の流れ方向に２つ以上の分割蓄熱槽に分割されており、図１では３つの分割蓄熱槽１ａ～１ｃに分割されている。蓄熱槽１は、図１では３個に分割されているが、３個以外のＮ個に分割されていてもよい。分割蓄熱槽１ａ～１ｃは、空気１０１の流れに関し、互いに直列に接続されている。分割蓄熱槽１ａ～１ｃは、各々が蓄熱物質を含んでいる。本実施形態の蓄熱物質は、固体顕熱蓄熱材であり、例えば岩石である。

【0024】

空気流路５は、蓄熱槽１、電気ヒータ２、及び送風機３を含む蓄熱用回路部分と、蓄熱槽１、送風機４、及びボイラ９を含む放熱用回路部分とを含んでいる。蓄熱用回路部分では、弁１３、電気ヒータ２、送風機３、及び弁１２が直列に配置されている。放熱用回路部分では、弁１４、ボイラ９、送風機４、及び弁１５が直列に配置されている。これらの回路部分の共通部分では、三方弁２３、分割蓄熱槽１ａ、三方弁２４、分割蓄熱槽１ｂ、三方弁２５、分割蓄熱槽１ｃ、及び三方弁２６が直列に配置されている。一方、水流路６及び蒸気流路７を含む循環流路では、復水ポンプ８、ボイラ９、蒸気タービン１０、及び復水器１１が直列に配置されている。

【0025】

本実施形態の空気流路５は、分割蓄熱槽１ａ～１ｃをバイパスして空気１０１を循環させるためのバイパス流路５ａ～５ｃを含んでいる。バイパス流路５ａは、三方弁２３と三方弁２４との間に分割蓄熱槽１ａと並行して設けられており、分割蓄熱槽１ａをバイパスするために使用される。バイパス流路５ｂは、三方弁２４と三方弁２５との間に分割蓄熱槽１ｂと並行して設けられており、分割蓄熱槽１ｂをバイパスするために使用される。バイパス流路５ｃは、三方弁２５と三方弁２６との間に分割蓄熱槽１ｃと並行して設けられており、分割蓄熱槽１ｃをバイパスするために使用される。弁２２は、バイパス流路５ｂ上に配置されている。図１では、空気流路５が、バイパス流路５ａとバイパス流路５ｂが重複している流路部分と、バイパス流路５ｂとバイパス流路５ｃが重複している流路部分とを含んでいる。

【0026】

本実施形態のバイパス流路５ａ～５ｃ、弁２２、及び三方弁２３～２６は、分割蓄熱槽１ａ～１ｃの各々を空気供給対象とするかバイパス対象とするかを切替可能なように配置されている。例えば、分割蓄熱槽１ａに空気１０１を供給し、分割蓄熱槽１ｂをバイパスするように空気１０１を流通させ、分割蓄熱槽１ｃをバイパスするように空気１０１を流通させる場合は、三方弁２３を弁１２、１４と分割蓄熱槽１ａとの間で開き、三方弁２４を分割蓄熱槽１ａとバイパス流路５ｂとの間で開き、弁２２を開き、三方弁２５を閉じ、三方弁２６をバイパス流路５ｃと弁１３、１５との間で開く。これにより、分割蓄熱槽１ａのみに空気１０１を供給する事が可能となる。同様に、本実施形態によれば、弁２２及び三方弁２３～２６の開閉を制御する事で、分割蓄熱槽１ｂのみに空気１０１を供給する事や、分割蓄熱槽１ｃのみに空気１０１を供給する事が可能となる。更に、本実施形態によれば、弁２２及び三方弁２３～２６の開閉を制御する事で、分割蓄熱槽１ａ～１ｃの内の２つのみに空気１０１を供給する事が可能となる。

【0027】

制御部３１は、本実施形態の蓄熱システムの種々の動作を制御する。制御部３１は例えば、コンピュータである。制御部３１は例えば、電気ヒータ２、送風機３、４、復水ポンプ８、ボイラ９、蒸気タービン１０、及び復水器１１の動作や、弁１２～１５、２２及び三方弁２３～２６の開閉や開度を制御する。これにより、本実施形態の蓄熱システムの蓄熱運転や放熱運転を制御する事が可能となる。制御部３１は例えば、弁２２及び三方弁２３～２６の開閉を制御する事で、分割蓄熱槽１ａ～１ｃの各々を空気供給対象とするかバイパス対象とするかを切り替える。

【0028】

（１）蓄熱運転
図２及び図３は、第１実施形態の蓄熱システムの蓄熱運転時の動作を示す模式図である。

【0029】

図２(ａ)～図３(ｄ)の各々は、本実施形態の蓄熱システムにおける三方弁２３から三方弁２６までの空気流路５を示している。図２(ａ)～図３(ｄ)を参照して、蓄熱運転時に、温度躍層（クライン）１０４の通過に合わせて弁２２及び三方弁２３～２６を開閉し、空気１０１を太線ラインのみ流通させる事を説明する。温度躍層１０４は、図２(ａ)～図３(ｄ)にて上流側から下流側に移動していく。

【0030】

図２(ａ)は、蓄熱運転開始時の状態を示している。図２(ａ)では、弁２２及び三方弁２３～２６がいずれも閉止されている。ここでは、図２(ａ)は、放熱運転終了後、充分な長時間が経過し、わずかに残った残熱が外界への熱漏洩により、なくなった状態を示している。

【0031】

次に、図２(ｂ)のように、蓄熱運転時の最上流である分割蓄熱槽１ａのみ空気１０１を流通させ、分割蓄熱槽１ｂ、１ｃをバイパスする。図２(ｂ)において、空気１０１は左から右へ流れる。分割蓄熱槽１ａ内の固体顕熱蓄熱材は、上流側にて温度上昇し、流れ方向に急な温度傾斜を示す温度躍層１０４が分割蓄熱槽１ａ内に形成される。

【0032】

蓄熱が進むと、図２(ｃ)のように、温度躍層１０４が、分割蓄熱槽１ａ内を空気１０１の流れ方向に移動し、分割蓄熱槽１ａの下流側に到る。そうしたら、図２(ｄ)のように、分割蓄熱槽１ａ、１ｂに空気１０１を流通させ、分割蓄熱槽１ｃのみをバイパスする。このとき、温度躍層１０４が、分割蓄熱槽１ａから分割蓄熱槽１ｂに移動する。

【0033】

図３(ａ)では、温度躍層１０４が、分割蓄熱槽１ａを通過し、分割蓄熱槽１ｂ内のみに存在している。そうしたら、図３(ｂ)のように分割蓄熱槽１ｂのみ空気１０１を流通させ、分割蓄熱槽１ａ、１ｃをバイパスする。

【0034】

その後、温度躍層１０４が、分割蓄熱槽１ｂ内を空気１０１の流れ方向に移動し、分割蓄熱槽１ｂの下流側に到る。そうしたら、図３(ｃ)のように、分割蓄熱槽１ｂ、１ｃに空気１０１を流通させ、分割蓄熱槽１ａのみをバイパスする。このとき、温度躍層１０４が、分割蓄熱槽１ｂから分割蓄熱槽１ｃに移動する。

【0035】

その後、温度躍層１０４が、分割蓄熱槽１ｂを通過し、分割蓄熱槽１ｃ内のみに存在するようになる。そうしたら、図３(ｄ)のように分割蓄熱槽１ｃのみ空気１０１を流通させ、分割蓄熱槽１ａ、１ｂをバイパスする。

【0036】

その後、蓄熱運転を終了基準に基づき終了させる。この終了基準は例えば、分割蓄熱槽１ｃから流出する空気１０１の温度が、送風機４の耐熱温度まで上昇した事である。

【0037】

以上のように、本実施形態の蓄熱運転時には、分割蓄熱槽１ａ～１ｃに１台ずつまたは２台ずつ順番に空気１０１が供給される。図２(ｂ)、図２(ｃ)、図３(ｂ)、及び図３(ｄ)では、分割蓄熱槽１ａ～１ｃの１台に空気１０１が供給されている。図２(ｄ)、図３(ａ)、及び図３(ｃ)では、分割蓄熱槽１ａ～１ｃの２台に空気１０１が供給されている。本実施形態の蓄熱運転時には、分割蓄熱槽１ａ～１ｃに昇順（１ａ→１ｂ→１ｃ）により順番に空気１０１が供給される。このような制御は、制御部３１により行われる。

【0038】

（２）放熱運転
図４及び図５は、第１実施形態の蓄熱システムの放熱運転時の動作を示す模式図である。

【0039】

図４(ａ)～図５(ｄ)の各々は、本実施形態の蓄熱システムにおける三方弁２３から三方弁２６までの空気流路５を示している。図４(ａ)～図５(ｄ)を参照して、放熱運転時に、温度躍層（クライン）１０４の通過に合わせて弁２２及び三方弁２３～２６を開閉し、空気１０１を太線ラインのみ流通させる事を説明する。温度躍層１０４は、図４(ａ)～図５(ｄ)にて上流側から下流側に移動していく。

【0040】

図４(ａ)は、放熱運転開始時の状態を示している。図４(ａ)では、弁２２及び三方弁２３～２６がいずれも閉止されている。ここでは、図４(ａ)は、蓄熱運転終了直後の状態を示している。

【0041】

次に、図４(ｂ)のように、放熱運転時の最上流である分割蓄熱槽１ｃのみ空気１０１を流通させ、分割蓄熱槽１ｂ、１ａをバイパスする。図４(ｂ)において、空気１０１は右から左へ流れる。分割蓄熱槽１ｃ内の固体顕熱蓄熱材は、上流側にて温度低下し、流れ方向に急な温度傾斜を示す温度躍層１０４が分割蓄熱槽１ｃ内に形成される。

【0042】

放熱が進むと、温度躍層１０４が、分割蓄熱槽１ｃ内を空気１０１の流れ方向に移動し、分割蓄熱槽１ｃの下流側に到る。そうしたら、図４(ｃ)のように、分割蓄熱槽１ｃ、１ｂに空気１０１を流通させ、分割蓄熱槽１ａのみをバイパスする。このとき、温度躍層１０４が、分割蓄熱槽１ｃから分割蓄熱槽１ｂに移動する。

【0043】

その後、温度躍層１０４が、分割蓄熱槽１ｃを通過し、分割蓄熱槽１ｂ内のみに存在するようになる。そうしたら、図４(ｄ)のように分割蓄熱槽１ｂのみ空気１０１を流通させ、分割蓄熱槽１ａ、１ｃをバイパスする。

【0044】

その後、図５(ａ)のように、温度躍層１０４が、分割蓄熱槽１ｂ内を空気１０１の流れ方向に移動し、分割蓄熱槽１ｂの下流側に到る。そうしたら、図５(ｂ)のように、分割蓄熱槽１ｂ、１ａに空気１０１を流通させ、分割蓄熱槽１ｃのみをバイパスする。このとき、温度躍層１０４が、分割蓄熱槽１ｂから分割蓄熱槽１ａに移動する。

【0045】

図５(ｃ)では、温度躍層１０４が、分割蓄熱槽１ｂを通過し、分割蓄熱槽１ａ内のみに存在している。そうしたら、図５(ｄ)のように分割蓄熱槽１ａのみ空気１０１を流通させ、分割蓄熱槽１ｃ、１ｂをバイパスする。

【0046】

その後、放熱運転を終了基準に基づき終了させる。この終了基準は例えば、分割蓄熱槽１ａから流出する空気１０１の温度が、放熱された利用先の利用下限温度まで下がった事である。

【0047】

以上のように、本実施形態の放熱運転時には、分割蓄熱槽１ａ～１ｃに１台ずつまたは２台ずつ順番に空気１０１が供給される。図４(ｂ)、図４(ｄ)、図５(ｃ)、及び図５(ｄ)では、分割蓄熱槽１ａ～１ｃの１台に空気１０１が供給されている。図４(ｃ)、図５(ａ)、及び図５(ｂ)では、分割蓄熱槽１ａ～１ｃの２台に空気１０１が供給されている。本実施形態の放熱運転時には、分割蓄熱槽１ａ～１ｃに降順（１ｃ→１ｂ→１ａ）により順番に空気１０１が供給される。このような制御は、制御部３１により行われる。

【0048】

なお、蓄熱及び放熱に用いる流体は、空気１０１以外の流体でもよい。また、分割蓄熱槽１ａ～１ｃ内の蓄熱物質は、岩石以外の蓄熱物質でもよい。

【0049】

前述した第２従来技術では、蓄熱運転時に、分割蓄熱槽１ｂのみに蓄熱する事や、分割蓄熱槽１ｃのみに蓄熱する事や、２つの分割蓄熱槽１ｂ、１ｃのみに蓄熱する事ができない。一方、本実施形態では、分割蓄熱槽１ａ～１ｃの内の任意の１つに蓄熱する事や、分割蓄熱槽１ａ～１ｃの内の任意の２つに蓄熱する事が可能である。理由は、このような蓄熱が可能となるように、本実施形態のバイパス流路５ａ～５ｃ、弁２２、及び三方弁２３～２６が配置されているからである。本実施形態によれば、各時点で、蓄熱が必要な分割蓄熱槽に空気１０１を供給し、蓄熱が不要な分割蓄熱槽に対し空気１０１をバイパスさせる事が可能となる。これにより、分割蓄熱槽をバイパスした分、空気１０１の圧力損失を低減し、蓄熱運転時の送風機３の消費電力を低減する事が可能となる。

【0050】

これは、放熱運転時においても同様である。本実施形態では、分割蓄熱槽１ａ～１ｃの内の任意の１つから放熱する事や、分割蓄熱槽１ａ～１ｃの内の任意の２つから放熱する事が可能である。この際、放熱する分割蓄熱槽には空気１０１を供給し、放熱しない分割蓄熱槽に対しては空気１０１をバイパスさせる事が可能である。よって、前述した第２従来技術のように、放熱運転時に分割蓄熱槽１ｂから良好に放熱されないという問題を抑制する事が可能となる。本実施形態によれば、各時点で、放熱が必要な分割蓄熱槽に空気１０１を供給し、放熱が不要な分割蓄熱槽に対し空気１０１をバイパスさせる事が可能となる。これにより、分割蓄熱槽をバイパスした分、空気１０１の圧力損失を低減し、放熱運転時の送風機４の消費電力を低減する事が可能となる。

【0051】

なお、本実施形態の蓄熱システムは、上述のような制御が可能であれば、バイパス流路５ａ～５ｃ、弁２２、及び三方弁２３～２６と異なる態様のバイパス流路、弁、及び三方弁を具備していてもよい。また、本実施形態の蓄熱システムは、上述のような制御を、制御部３１が自動で行う代わりに、人間が手動で行ってもよい。また、本実施形態の蓄熱システムは、発電システム以外のシステム内に設けられていてもよく、例えば、放熱された熱を用いて空調を行う空調システム内に設けられていてもよい。以上は、後述する第２～第５実施形態でも同様である。

【0052】

図６は、第１実施形態の変形例の蓄熱システムの構成を示す模式図である。

【0053】

図６は、本変形例の蓄熱システムにおける三方弁２３から三方弁２６までの空気流路５を示している。本変形例の蓄熱システム（図６）は、本実施形態の蓄熱システム（図１）と同様の構成を有している。ただし、本実施形態の蓄熱システムは、図１に示す構成要素に加え、６つの温度センサ４１を具備する。これらの温度センサ４１は、分割蓄熱槽１ａの２つの出入口付近、分割蓄熱槽１ｂの２つの出入口付近、及び分割蓄熱槽１ｃの２つの出入口付近に配置されている。

【0054】

本変形例によれば、これらの温度センサ４１により、各々の分割蓄熱槽１ａ～１ｃの温度躍層１０４の状態（例えば位置）を検出する事が可能となる。制御部３１は、このような検出結果に基づいて、蓄熱運転や放熱運転を制御してもよい。また、本変形例の蓄熱システムの運用者は、これらの温度センサ４１に検出された温度に基づいて、その運転経験から、各弁や各三方弁の切り替え時間などの運転シーケンスを定めてもよい。

【0055】

（第２実施形態）
本実施形態の蓄熱システムは、第１実施形態の蓄熱システムと同様に、図１に示す構成を有する。

【0056】

（１）蓄熱運転
図７は、第２実施形態の蓄熱システムの蓄熱運転時の動作を示す模式図である。

【0057】

図７(ａ)～図７(ｄ)の各々は、本実施形態の蓄熱システムにおける三方弁２３から三方弁２６までの空気流路５を示している。図７(ａ)～図７(ｄ)を参照して、蓄熱運転時に、温度躍層１０４の通過に合わせて弁２２及び三方弁２３～２６を開閉し、空気１０１を太線ラインのみ流通させる事を説明する。

【0058】

第１実施形態では、分割蓄熱槽１ａ～１ｃの内の１つに蓄熱する場合と、分割蓄熱槽１ａ～１ｃの内の２つに蓄熱する場合とがある。しかし、分割蓄熱槽１ａ～１ｃの内の２つにしか蓄熱していなくても充分に空気１０１の圧力損失が高い場合があり、その場合には圧力損失をもっと下げる事が望ましい。そこで、本実施形態の蓄熱運転時には、常時、分割蓄熱槽１ａ～１ｃの内の１つのみに蓄熱し、分割蓄熱槽毎に蓄熱運転を終了基準に基づき終了させる。本実施形態では、この終了基準は、各分割蓄熱槽から流出する空気１０１の温度が、送風機４の耐熱温度まで上昇した事とし、その温度を終了基準温度とする。

【0059】

本実施形態では、例えば、（１）で説明する蓄熱運転と、（２）で説明する放熱運転とを交互に実施する。放熱運転の終了時点では、分割蓄熱槽１ａ～１ｃ内に温度躍層１０４が残っている。この場合、分割蓄熱槽１ａ～１ｃ内の温度分布は、長時間経過すると、空気１０１の流れ方向に温度が一定になるように変化していく。本実施形態では、放熱運転の終了直後から蓄熱運転を開始するとする。

【0060】

図７(ａ)は、蓄熱運転開始時の状態を示している。図７(ａ)では、弁２２及び三方弁２３～２６がいずれも閉止されている。図７(ａ)では、分割蓄熱槽１ａ～１ｃ内に温度躍層１０４が残っている。

【0061】

次に、図７(ｂ)のように、蓄熱運転時の最上流である分割蓄熱槽１ａのみ空気１０１を流通させ、分割蓄熱槽１ｂ、１ｃをバイパスする。図７(ｂ)において、空気１０１は左から右へ流れる。蓄熱が進むと、図７(ｂ)のように、温度躍層１０４が、分割蓄熱槽１ａ内を空気１０１の流れ方向に移動し、分割蓄熱槽１ａの下流側に到る。

【0062】

分割蓄熱槽１ａの流出空気温度が終了基準温度に達したら、図７(ｃ)のように分割蓄熱槽１ｂのみ空気１０１を流通させ、分割蓄熱槽１ａ、１ｃをバイパスする。蓄熱が進むと、図７(ｃ)のように、温度躍層１０４が、分割蓄熱槽１ｂ内を空気１０１の流れ方向に移動し、分割蓄熱槽１ｂの下流側に到る。

【0063】

分割蓄熱槽１ｂの流出空気温度が終了基準温度に達したら、図７(ｄ)のように分割蓄熱槽１ｃのみ空気１０１を流通させ、分割蓄熱槽１ａ、１ｂをバイパスする。蓄熱が進むと、図７(ｄ)のように、温度躍層１０４が、分割蓄熱槽１ｃ内を空気１０１の流れ方向に移動し、分割蓄熱槽１ｃの下流側に到る。その後、分割蓄熱槽１ｃの流出空気温度が終了基準温度に達したら、蓄熱運転を終了させる。

【0064】

以上のように、本実施形態の蓄熱運転時には、分割蓄熱槽１ａ～１ｃに１台ずつ順番に空気１０１が供給される。図７(ｂ)、図７(ｃ)、及び図７(ｄ)では、分割蓄熱槽１ａ～１ｃの１台に空気１０１が供給されている。本実施形態の蓄熱運転時には、分割蓄熱槽１ａ～１ｃに昇順により順番に空気１０１が供給される。このような制御は、制御部３１により行われる。

【0065】

（２）放熱運転
図８は、第２実施形態の蓄熱システムの放熱運転時の動作を示す模式図である。

【0066】

図８(ａ)～図８(ｄ)の各々は、本実施形態の蓄熱システムにおける三方弁２３から三方弁２６までの空気流路５を示している。図８(ａ)～図８(ｄ)を参照して、放熱運転時に、温度躍層１０４の通過に合わせて弁２２及び三方弁２３～２６を開閉し、空気１０１を太線ラインのみ流通させる事を説明する。

【0067】

第１実施形態では、分割蓄熱槽１ａ～１ｃの内の１つから放熱する場合と、分割蓄熱槽１ａ～１ｃの内の２つから放熱する場合とがある。しかし、分割蓄熱槽１ａ～１ｃの内の２つからしか放熱しなくても充分に空気１０１の圧力損失が高い場合があり、その場合には圧力損失をもっと下げる事が望ましい。そこで、本実施形態の放熱運転時には、常時、分割蓄熱槽１ａ～１ｃの内の１つのみから放熱し、分割蓄熱槽毎に放熱運転を終了基準に基づき終了させる。本実施形態では、この終了基準は、各分割蓄熱槽から流出する空気１０１の温度が、放熱された利用先の利用下限温度まで下がった事とし、その温度を終了基準温度とする。

【0068】

本実施形態では、例えば、（１）で説明した蓄熱運転と、（２）で説明する放熱運転とを交互に実施する。蓄熱運転の終了時点では、分割蓄熱槽１ａ～１ｃ内に温度躍層１０４が残っている。この場合、分割蓄熱槽１ａ～１ｃ内の温度分布は、長時間経過すると、空気１０１の流れ方向に温度が一定になるように変化していく。本実施形態では、蓄熱運転の終了直後から放熱運転を開始するとする。

【0069】

図８(ａ)は、放熱運転開始時の状態を示している。図８(ａ)では、弁２２及び三方弁２３～２６がいずれも閉止されている。図８(ａ)では、分割蓄熱槽１ａ～１ｃ内に温度躍層１０４が残っている。

【0070】

次に、図８(ｂ)のように、放熱運転時の最上流である分割蓄熱槽１ｃのみ空気１０１を流通させ、分割蓄熱槽１ｂ、１ａをバイパスする。図８(ｂ)において、空気１０１は右から左へ流れる。放熱が進むと、図８(ｂ)のように、温度躍層１０４が、分割蓄熱槽１ｃ内を空気１０１の流れ方向に移動し、分割蓄熱槽１ｃの下流側に到る。

【0071】

分割蓄熱槽１ｃの流出空気温度が終了基準温度に達したら、図８(ｃ)のように分割蓄熱槽１ｂのみ空気１０１を流通させ、分割蓄熱槽１ｃ、１ａをバイパスする。放熱が進むと、図８(ｃ)のように、温度躍層１０４が、分割蓄熱槽１ｂ内を空気１０１の流れ方向に移動し、分割蓄熱槽１ｂの下流側に到る。

【0072】

分割蓄熱槽１ｂの流出空気温度が終了基準温度に達したら、図８(ｄ)のように分割蓄熱槽１ａのみ空気１０１を流通させ、分割蓄熱槽１ｃ、１ｂをバイパスする。放熱が進むと、図８(ｄ)のように、温度躍層１０４が、分割蓄熱槽１ａ内を空気１０１の流れ方向に移動し、分割蓄熱槽１ａの下流側に到る。その後、分割蓄熱槽１ａの流出空気温度が終了基準温度に達したら、蓄熱運転を終了させる。

【0073】

以上のように、本実施形態の放熱運転時には、分割蓄熱槽１ａ～１ｃに１台ずつ順番に空気１０１が供給される。図８(ｂ)、図８(ｃ)、及び図８(ｄ)では、分割蓄熱槽１ａ～１ｃの１台に空気１０１が供給されている。本実施形態の放熱運転時には、分割蓄熱槽１ａ～１ｃに降順により順番に空気１０１が供給される。このような制御は、制御部３１により行われる。

【0074】

本実施形態によれば、分割蓄熱槽１ａ～１ｃへの空気１０１の供給を１台ずつ順番に行う事で、空気１０１の圧力損失を更に低減し、送風機３、４の消費電力を更に低減する事が可能となる。

【0075】

（第３実施形態）
図９は、第３実施形態の蓄熱システムの構成を示す模式図である。

【0076】

本実施形態の蓄熱システム（図９）は、第１実施形態の蓄熱システム（図１）と同様の構成を有している。ただし、本実施形態の蓄熱システムは、弁２２の代わりに、三方弁２７、２８を具備する。三方弁２７は、バイパス流路５ａ、バイパス流路５ｂ、及び三方弁２４の間に配置されている。三方弁２８は、バイパス流路５ｂ、バイパス流路５ｃ、及び三方弁２５の間に配置されている。本実施形態の三方弁２３～２８は、１つ以上の弁の例である。

【0077】

本実施形態のバイパス流路５ａ～５ｃ及び三方弁２３～２８は、分割蓄熱槽１ａ～１ｃの各々を空気供給対象とするかバイパス対象とするかを切替可能なように配置されている。例えば、分割蓄熱槽１ａに空気１０１を供給し、分割蓄熱槽１ｂをバイパスするように空気１０１を流通させ、分割蓄熱槽１ｃをバイパスするように空気１０１を流通させる場合は、三方弁２３を弁１２、１４と分割蓄熱槽１ａとの間で開き、三方弁２４を分割蓄熱槽１ａと三方弁２７との間で開き、三方弁２７を三方弁２４とバイパス流路５ｂとの間で開き、三方弁２８をバイパス流路５ｂとバイパス流路５ｃとの間で開き、三方弁２５を閉じ、三方弁２６をバイパス流路５ｃと弁１３、１５との間で開く。これにより、分割蓄熱槽１ａのみに空気１０１を供給する事が可能となる。同様に、本実施形態によれば、三方弁２３～２８の開閉を制御する事で、分割蓄熱槽１ｂのみに空気１０１を供給する事や、分割蓄熱槽１ｃのみに空気１０１を供給する事が可能となる。更に、本実施形態によれば、三方弁２３～２８の開閉を制御する事で、分割蓄熱槽１ａ～１ｃの内の２つのみに空気１０１を供給する事が可能となる。

【0078】

本実施形態によれば、制御部３１により三方弁２３～２８の開閉を制御する事で、第１実施形態と同様の蓄熱運転及び放熱運転を行う事が可能となる。本実施形態では、第１実施形態と同様の蓄熱運転及び放熱運転を行う代わりに、第２実施形態と同様の蓄熱運転及び放熱運転を行ってもよい。

【0079】

（第４実施形態）
図１０は、第４実施形態の蓄熱システムの構成を示す模式図である。

【0080】

本実施形態の蓄熱システム（図１０）は、第１実施形態の蓄熱システム（図１）と同様の構成を有している。ただし、本実施形態の蓄熱システムは、図１に示す構成要素に加え、弁２２’と、三方弁２３’と、三方弁２４’と、三方弁２５’と、三方弁２６’とを具備する。弁２２’及び三方弁２３’～２６’は、空気流路５上に、弁２２及び三方弁２３～２６と同様の配列で配置されている。弁２２、２２’及び三方弁２３～２６、２３’～２６’は、１つ以上の弁の例である。また、弁２２及び三方弁２３～２６は、１つ以上の第１弁の例であり、弁２２’及び三方弁２３’～２６’は、１つ以上の第２弁の例である。

【0081】

本実施形態の蓄熱システムは更に、蓄熱槽１’を具備する。蓄熱槽１’は、分割蓄熱槽１ａ’と、分割蓄熱槽１ｂ’と、分割蓄熱槽１ｃ’とを含む。分割蓄熱槽１ａ’～１ｃ’は、空気流路５上に、分割蓄熱槽１ａ～１ｃと同様の配列で配置されている。本実施形態の蓄熱システムは、分割蓄熱槽１ａ～１ｃ及び分割蓄熱槽１ａ’～１ｃ’という２組の分割蓄熱槽を具備する。分割蓄熱槽１ａ～１ｃは、第１組の第１～第Ｎａ蓄熱槽（Ｎａは２以上の整数）の例であり、分割蓄熱槽１ａ～１ｃは、第２組の第１～第Ｎｂ蓄熱槽（Ｎｂは２以上の整数）の例である。また、分割蓄熱槽１ａ～１ｃの各々は、任意の第Ｋａ蓄熱槽（Ｋａは１～Ｎａの内の任意の整数）の例であり、分割蓄熱槽１ａ’～１ｃ’の各々は、任意の第Ｋｂ蓄熱槽（Ｋｂは１～Ｎｂの内の任意の整数）の例である。

【0082】

本実施形態の蓄熱システムは更に、空気流路５内にバイパス流路５ａ’、バイパス流路５ｂ’、及びバイパス流路５ｃ’を具備する。バイパス流路５ａ’～５ｃ’は、空気流路５内に、バイパス流路５ａ～５ｃと同様のレイアウトで含まれている。バイパス流路５ａ～５ｃは、第１バイパス流路の例であり、バイパス流路５ａ’～５ｃ’は、第２バイパス流路の例である。

【0083】

本実施形態の蓄熱槽１’は、空気１０１の流れ方向に２つ以上の分割蓄熱槽に分割されており、図１０では３つの分割蓄熱槽１ａ’～１ｃ’に分割されている。蓄熱槽１’は、図１０では３個に分割されているが、３個以外のＮ個に分割されていてもよい。分割蓄熱槽１ａ’～１ｃ’は、空気１０１の流れに関し、互いに直列に接続されている。加えて、分割蓄熱槽１ａ’～１ｃ’は、空気１０１の流れに関し、分割蓄熱槽１ａ～１ｃと並列に接続されている。分割蓄熱槽１ａ’～１ｃ’は、各々が蓄熱物質を含んでいる。当該蓄熱物質は、固体顕熱蓄熱材であり、例えば岩石である。

【0084】

本実施形態の空気流路５は、分割蓄熱槽１ａ’～１ｃ’をバイパスして空気１０１を循環させるためのバイパス流路５ａ’～５ｃ’を含んでいる。バイパス流路５ａ’は、三方弁２３’と三方弁２４’との間に分割蓄熱槽１ａ’と並行して設けられており、分割蓄熱槽１ａ’をバイパスするために使用される。バイパス流路５ｂ’は、三方弁２４’と三方弁２５’との間に分割蓄熱槽１ｂ’と並行して設けられており、分割蓄熱槽１ｂ’をバイパスするために使用される。バイパス流路５ｃ’は、三方弁２５’と三方弁２６’との間に分割蓄熱槽１ｃ’と並行して設けられており、分割蓄熱槽１ｃ’をバイパスするために使用される。弁２２’は、バイパス流路５ｂ’上に配置されている。

【0085】

本実施形態のバイパス流路５ａ’～５ｃ’、弁２２’、及び三方弁２３’～２６’は、分割蓄熱槽１ａ’～１ｃ’の各々を空気供給対象とするかバイパス対象とするかを切替可能なように配置されている。本実施形態によれば、弁２２’及び三方弁２３’～２６’の開閉を制御する事で、分割蓄熱槽１ａ’～１ｃ’の内の１つのみに空気１０１を供給する事や、分割蓄熱槽１ａ～１ｃの内の２つのみに空気１０１を供給する事が可能となる。

【0086】

本実施形態によれば、制御部３１により弁２２及び三方弁２３～２６の開閉を制御する事で、分割蓄熱槽１ａ～１ｃについて、第１実施形態と同様の蓄熱運転及び放熱運転を行う事が可能となる。また、本実施形態によれば、制御部３１により弁２２’及び三方弁２３’～２６’の開閉を制御する事で、分割蓄熱槽１ａ’～１ｃ’について、第１実施形態と同様の蓄熱運転及び放熱運転を行う事が可能となる。本実施形態では、第１実施形態と同様の蓄熱運転及び放熱運転を行う代わりに、第２実施形態と同様の蓄熱運転及び放熱運転を行ってもよい。

【0087】

本実施形態の蓄熱システムは、空気１０１を蓄熱槽１用と蓄熱槽１’用とに分岐させ、蓄熱槽１用の空気１０１を分割蓄熱槽１ａ～１ｃ用に使用し、蓄熱槽１’用の空気１０１を分割蓄熱槽１ａ’～１ｃ’用に使用し、使用済みの前者の空気１０１及び後者の空気１０１を合流させる。本実施形態の蓄熱システムは、蓄熱運転時に、蓄熱槽１、１’の両方に空気１０１を供給してもよいし、蓄熱槽１、１’の一方のみに空気１０１を供給してもよい。また、本実施形態の蓄熱システムは、放熱運転時に、蓄熱槽１、１’の両方に空気１０１を供給してもよいし、蓄熱槽１、１’の一方のみに空気１０１を供給してもよい。本実施形態によれば、２組の分割蓄熱槽１ａ～１ｃ、１ａ’～１ｃ’を用いる事で、運転の自由度や柔軟性を向上させる事が可能となる。

【0088】

なお、本実施形態の蓄熱システムは、分割蓄熱槽１ａ～１ｃ及び分割蓄熱槽１ａ’～１ｃ’という２組の分割蓄熱槽を具備しているが、更に１組以上の分割蓄熱槽を具備していてもよい。この場合、更なる各組の分割蓄熱槽は、分割蓄熱槽１ａ～１ｃや分割蓄熱槽１ａ’～１ｃ’と同様に構成可能である。

【0089】

（第５実施形態）
図１１は、第５実施形態の蓄熱システムの構成を示す模式図である。

【0090】

図１１は、本実施形態の蓄熱システムにおける三方弁２３から三方弁２６までの空気流路５を示している。本実施形態の蓄熱システム（図１１）は、第１実施形態の蓄熱システム（図１）と同様の構成を有している。ただし、本実施形態の蓄熱システムは、図１に示す構成要素に加え、後述する構成要素を具備する。

【0091】

本実施形態の蓄熱システムは、放熱運転時、バイパス流路５ａ～５ｃを用いる事で、分割蓄熱槽１ａ～１ｃから選択した分割蓄熱槽のみ放熱させる事ができる。このような蓄熱システムでは、蓄熱運転終了後、放熱運転を開始するまでの長時間、蓄熱状態を保持する事が多い。この場合、分割蓄熱槽１ａ～１ｃは、その周囲を断熱材で囲まれていても、長時間放置の間に、蓄熱した熱が分割蓄熱槽１ａ～１ｃから配管や地面や大気といった外界へ少しずつ漏洩していく。

【0092】

図１１は、放熱運転時に分割蓄熱槽１ａのみ放熱していて、分割蓄熱槽１ｂ、１ｃは熱漏洩で温度低下している状態を示しており、蓄熱運転直後の温度１１１が、蓄熱運転直前の温度１１２に変化している。その後の蓄熱運転にて、どの分割蓄熱槽１ａ～１ｃも充分に蓄熱された状態まで蓄熱するのならば、分割蓄熱槽１ａへの加熱量に比べ、分割蓄熱槽１ｂ、１ｃへの加熱量は非常に小さい。

【0093】

そこで、本実施形態の蓄熱システムは、図１２(ａ)～図１３(ｃ)の各々に示すように、空気流路５内に傍流流入流路５ｄ及び傍流流出流路５ｅを具備し、傍流流入流路５ｄ上に弁５１、５３、５５を具備し、傍流流出流路５ｅ上に弁５２、５４、５６を具備する。弁５１～５６の開閉は、制御部３１により制御される。弁５１、５３、５５は、１つ以上の傍流流入弁の例である。弁５２、５４、５６は、１つ以上の傍流流出弁の例である。図１２及び図１３は、第５実施形態の蓄熱システムの蓄熱運転時の動作を示す模式図である。

【0094】

図１２(ａ)～図１３(ｃ)の各々は、各弁の流通させる側を白抜きで示し、各弁の流通させない側を黒塗りで示している。これは、各三方弁についても同様である。以下、図１２(ａ)について説明し、その後に図１２(ｂ)、図１２(ｃ)、図１３(ａ)、図１３(ｂ)、および図１３(ｃ)について説明する。

【0095】

図１２(ａ)は、傍流流入流路５ｄ上に設けられた弁５１、５３、５５と、傍流流出流路５ｅ上に設けられた弁５２、５４、５６とを示している。弁５１は、三方弁２３の上流から分割蓄熱槽１ａに空気１０１を流入させるために使用される。弁５３は、三方弁２３の上流から分割蓄熱槽１ｂに空気１０１を流入させるために使用される。弁５５は、三方弁２３の上流から分割蓄熱槽１ｃに空気１０１を流入させるために使用される。弁５２は、分割蓄熱槽１ａから三方弁２６の下流に空気１０１を流出させるために使用される。弁５４は、分割蓄熱槽１ｂから三方弁２６の下流に空気１０１を流出させるために使用される。弁５６は、分割蓄熱槽１ｃから三方弁２６の下流に空気１０１を流出させるために使用される。傍流流入流路５ｄを流れる空気１０１を、分岐空気１１３と呼ぶ。傍流流出流路５ｅを流れる空気１０１を、分岐空気１１４と呼ぶ。

【0096】

図１２(ａ)では、空気流路５が、バイパス流路５ａ～５ｃと、傍流流入流路５ｄと、傍流流出流路５ｄと、その他の部分とを含んでいる。この「その他の部分」は、分割蓄熱槽１ａ～１ｃに空気１０１の主流を供給する主流流路であり、分割蓄熱槽１ａ～１ｃを互いに直列に接続している。バイパス流路５ａ～５ｃは、分割蓄熱槽１ａ～１ｃの内の１つ以上をバイパスするように空気１０１の主流を流通させる。傍流流入流路５ｄは、主流流路と分割蓄熱槽１ａ～１ｃとの間に設けられており、主流流路から分割蓄熱槽１ａ～１ｃに空気１０１の傍流（分岐空気１１３）を流入させる。傍流流出流路５ｅは、分割蓄熱槽１ａ～１ｃと主流流路との間に設けられており、分割蓄熱槽１ａ～１ｃから主流流路に空気１０１の傍流（分岐空気１１４）を流出させる。弁５１～５６は、分割蓄熱槽１ａ～１ｃの内のある分割蓄熱槽に空気１０１の主流が供給されていない場合にて、その分割蓄熱槽に空気１０１の傍流（分岐空気１１３）を流入させ、その分割蓄熱槽から空気１０１の傍流（分岐空気１１４）を流出させるか否かを切替可能である。この分割蓄熱槽は、第１～第Ｎ蓄熱槽（Ｎは２以上の整数）の内の任意の第Ｍ蓄熱槽（Ｍは１～Ｎの内の任意の整数）の例である。

【0097】

図１２(ａ)では、分割蓄熱槽１ａに空気１０１を主流として流通させて、分割蓄熱槽１ａに通常の蓄熱を実施する。分割蓄熱槽１ａより上流位置にて空気１０１を分岐し、分岐空気１１３を傍流流入流路５ｄに流通させて分割蓄熱槽１ｂに流入させる。分割蓄熱槽１ｂは熱漏洩した熱量の分、分岐空気１１３により補充蓄熱される。分割蓄熱槽１ｂを流出した分岐空気１１４は、傍流流出流路５ｅを流通して、分割蓄熱槽１ｃより下流位置に流出する。分割蓄熱槽１ｃも同様にして、熱漏洩した熱量の分、分岐空気１１３により補充蓄熱される。分割蓄熱槽１ａを流通する空気１０１の流量に比べ、分割蓄熱槽１ｂ、１ｃを流通する分岐空気１１３、１１４の流量は充分に小さい。即ち、分割蓄熱槽１ａへは大量の空気１０１で大量蓄熱し、分割蓄熱槽１ｂ、１ｃへは小量の分岐空気１１３、１１４で小量蓄熱する。

【0098】

なお、分割蓄熱槽１ａに通常の蓄熱を実施し、分割蓄熱槽１ｂに熱漏洩分の蓄熱を実施し、分割蓄熱槽１ｃには蓄熱を実施しない場合は、図１２(ｂ)のように弁５１～５６を開閉する。

【0099】

また、分割蓄熱槽１ｂに通常の蓄熱を実施し、分割蓄熱槽１ａに熱漏洩分の蓄熱を実施し、分割蓄熱槽１ｃには蓄熱を実施しない場合は、図１２(ｃ)のように弁５１～５６を開閉する。

【0100】

また、分割蓄熱槽１ｂに通常の蓄熱を実施し、分割蓄熱槽１ａ、１ｃに熱漏洩分の蓄熱を実施する場合は、図１３(ａ)のように弁５１～５６を開閉する。

【0101】

また、分割蓄熱槽１ｃに通常の蓄熱を実施し、分割蓄熱槽１ａ、１ｂに熱漏洩分の蓄熱を実施する場合は、図１３(ｂ)のように弁５１～５６を開閉する。

【0102】

また、分割蓄熱槽１ａに通常の蓄熱を実施し、分割蓄熱槽１ｂ、１ｃには蓄熱を実施しない場合は、図１３(ｃ)のように弁５１～５６を開閉する。

【0103】

本実施形態によれば、多量に蓄熱する分割蓄熱槽における空気１０１の圧力損失を低減する事が可能となる。本実施形態によれば、熱漏洩分を補充する分割蓄熱槽には、小量の分岐空気１１３、１１４のみを流通させる事で、分岐空気１１３、１１４の圧力損失を低減する事が可能となる。これらにより、蓄熱運転時の送風機３の消費電力が低減されるという効果がある。

【0104】

なお、本実施形態の蓄熱システムは、第１実施形態の変形例（図６）で説明したような複数の温度センサ４１を具備していてもよい。この場合、これらの温度センサ４１により、各々の分割蓄熱槽１ａ～１ｃの熱漏洩や熱補充の状態を検出し、この検出結果を上記変形例のように運転に利用してもよい。

【0105】

以上、いくつかの実施形態を説明したが、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事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事ができる。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、変更を行う事ができる。添付の特許請求の範囲及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】

【0106】

１：蓄熱槽、１ａ：分割蓄熱槽、１ｂ：分割蓄熱槽、１ｃ：分割蓄熱槽、
１’：蓄熱槽、１ａ’：分割蓄熱槽、１ｂ’：分割蓄熱槽、１ｃ’：分割蓄熱槽、
２：電気ヒータ、３：送風機、４：送風機、５：空気流路、
５ａ：バイパス流路、５ｂ：バイパス流路、５ｃ：バイパス流路、
５ａ’：バイパス流路、５ｂ’：バイパス流路、５ｃ’：バイパス流路、
５ｄ：傍流流入流路、５ｅ：傍流流出流路、
６：水流路、７：蒸気流路、８：復水ポンプ、９：ボイラ、１０：蒸気タービン、
１１：復水器、１２：弁、１３：弁、１４：弁、１５：弁、
１６：弁、１７：弁、１８：弁、１９：三方弁、２０：三方弁、
２１：三方弁、２２：弁、２２’：弁、２３：三方弁、２３’：三方弁、
２４：三方弁、２４’：三方弁、２５：三方弁、２５’：三方弁、
２６：三方弁、２６’：三方弁、２７：三方弁、２８：三方弁、３１：制御部、
４１：温度センサ、５１：弁、５２：弁、５３：弁、５４：弁、５５：弁、５６：弁、
１０１：空気、１０２：水、１０３：蒸気、１０４：温度躍層、
１１１：蓄熱運転直後の温度、１１２：蓄熱運転直前の温度、
１１３：分岐空気、１１４：分岐空気

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】