特開 2024-175585 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】P2024175585

(43)【公開日】2024-12-18

(54)【発明の名称】蓄熱システム

(51)【国際特許分類】

   F28D 20/00 20060101AFI20241211BHJP

   F22B 1/16 20060101ALI20241211BHJP

   F22G 1/00 20060101ALI20241211BHJP

   F22B 1/06 20060101ALI20241211BHJP

   F01K 3/02 20060101ALI20241211BHJP

【ＦＩ】

F28D20/00 Z

F22B1/16 Z

F22G1/00

F22B1/06 Z

F01K3/02 C

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023093483

(22)【出願日】2023-06-06

(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】村上 幸平

(57)【要約】

【課題】溶融塩を用いた蓄熱材を高温で利用可能としつつ、溶融塩の分解を抑制できるようにすること。
【解決手段】蓄熱システム（１０）は、作動流体となる水・蒸気（ＳＴ）を加熱するボイラ（１１）と、水・蒸気から動力を発生する蒸気タービン（１２）と、溶融塩を用いた液相の蓄熱材（ＨＳ）を収容する高温タンク（３３）及び低温タンク（３４）と、水・蒸気と蓄熱材との間での熱交換を行う熱交換器（３１）と、高温タンクにて、収容した溶融塩の分解を抑制する抑制部（４０）とを備えている。抑制部は、溶融塩の分解によって発生するガスの濃度を測定するガス分析部（４２）と、ガスに応じた充填ガスを供給するガス供給部（４３）とを備えている。制御部（５０）は、ガス分析部の測定結果に基づき、ガス供給部による充填ガスの供給を制御する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

作動流体を加熱する加熱装置と、
前記作動流体から動力を発生する動力発生装置と、
溶融塩を用いた液相の蓄熱材を収容する複数のタンクと、
前記作動流体と前記蓄熱材との間での熱交換を行う熱交換器と、
前記複数のタンクの少なくとも１基にて、収容した前記溶融塩の分解を抑制する抑制部とを備えていることを特徴とする蓄熱システム。

【請求項2】

前記抑制部は、前記溶融塩の分解によって発生するガスの濃度を測定するガス分析部と、
前記ガスに応じた充填ガスを供給するガス供給部とを備え、
前記ガス分析部の測定結果に基づき、前記ガス供給部による前記充填ガスの供給を制御する制御部を更に備え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】

前記タンク内の前記ガスを放出するガス放出弁を更に備えていることを特徴とする請求項２に記載の蓄熱システム。

【請求項4】

前記抑制部は、前記蓄熱材の液面を覆う位置に設けられる遮蔽部材を備え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】

前記抑制部は、前記遮蔽部材を上下方向に駆動する駆動部を更に備えていることを特徴とする請求項４に記載の蓄熱システム。

【請求項6】

前記抑制部は、前記タンクから前記蓄熱材を送出するポンプと、
前記ポンプによって送出される前記蓄熱材の流量を測定する流量測定部とを備え、
前記流量測定部の測定結果に基づき、前記駆動部による前記遮蔽部材の駆動を制御する制御部を更に備えていることを特徴とする請求項５に記載の蓄熱システム。

【請求項7】

前記複数のタンクは、前記蓄熱材を収容する高温タンクと、
前記高温タンクに収容される前記蓄熱材に比べて相対的に低温となる前記蓄熱材を収容する低温タンクとを備え、
前記熱交換器は、前記加熱装置にて加熱された前記作動流体と、前記低温タンクから前記高温タンクに供給される前記蓄熱材との間で熱交換を行い、且つ、前記動力発生装置にて動力発生に用いられた作業流体と、前記高温タンクから前記低温タンクに供給される前記蓄熱材との間で熱交換を行い、
前記高温タンクに前記抑制部が設けられることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項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、溶融塩を加熱する溶融塩加熱部と、溶融塩加熱部によって加熱された溶融塩の熱によって蒸気を発生する蒸気発生部とを備えている。また、特許文献１のシステムは、溶融塩加熱部によって加熱された高温溶融塩を貯留する高温溶融塩タンクと、蒸気発生部で蒸気発生に利用された溶融塩を貯留する低温溶融塩タンクとを備えている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１７－１８０８４３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上述した構成にて、高温溶融塩タンクに貯留される高温溶融塩においては、温度が高くなる程、蒸気発生部で発生される蒸気の温度を上げることができ、蒸気タービンで得られる動力を増大できるメリットがある。しかしながら、溶融塩は所定温度以上で分解、気化が生じるため、溶融塩が減少したり、気化した溶融塩が配管に析出したりする、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、溶融塩を用いた蓄熱材を高温で利用可能としつつ、溶融塩の分解を抑制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、作動流体を加熱する加熱装置と、前記作動流体から動力を発生する動力発生装置と、溶融塩を用いた液相の蓄熱材を収容する複数のタンクと、前記作動流体と前記蓄熱材との間での熱交換を行う熱交換器と、前記複数のタンクの少なくとも１基にて、収容した前記溶融塩の分解を抑制する抑制部とを備えていることを特徴とする。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、抑制部によってタンクに収容した溶融塩の分解を抑制することができる。これにより、溶融塩の分解による溶融塩の減少や、気化した溶融塩の析出を抑制でき、且つ、溶融塩の温度を上げてタンクに蓄えられる蓄熱エネルギー量を増大することができる。

【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】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3】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。

【発明を実施するための形態】

【0009】

［第１の実施の形態］
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及び図２は、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１は蓄熱運転中、図２は放熱運転中の状態を示している。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、作動流体としてＨ_２Ｏを用い、以下において、相変化に関わらず作動流体を水・蒸気ＳＴと称する。水・蒸気ＳＴは、液相の状態では水、気液相の状態では湿り飽和蒸気、気相の状態では過熱蒸気や蒸気となる。

【0010】

蓄熱システム１０は、過熱蒸気を生成するボイラ（加熱装置）１１と、過熱蒸気から動力を発生する蒸気タービン（動力発生装置）１２と、過熱蒸気を凝縮して復水とする復水器（凝縮装置）１３とを備えている。

【0011】

ボイラ１１は、熱源１５により水を加熱して過熱蒸気を生成（液相から気相と）する。特に限定されるものでないが、ボイラ１１の熱源１５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。なお、熱源１５は、燃焼熱に限られず、火力発電システム以外のシステムにおいて太陽光等の自然エネルギーを利用してもよい。

【0012】

ボイラ１１の筐体１６には、熱源１５により加熱される伝熱管１７が収容されている。伝熱管１７は、熱源１５の燃焼熱を受けて下端部の低温部ライン２０から流入する低温の水・蒸気ＳＴを加熱し、高温の水・蒸気ＳＴに変換して上端部の高温部ライン２１から流出させる。高温部ライン２１を介して高温の水・蒸気ＳＴは蒸気タービン１２に流入する。

【0013】

蒸気タービン１２は、高温部ライン２１を介しボイラ１１にて加熱された高圧・高温の水・蒸気ＳＴが供給される。蒸気タービン１２は、水・蒸気ＳＴの熱エネルギーを吸収して出力軸１２ａを回転する動力を発生し、低温になった水・蒸気ＳＴを排出する。蒸気タービン１２には、出力軸１２ａを介して発電機Ｇが接続され、発電機Ｇは、出力軸１２ａの回転により発電する。

【0014】

蒸気タービン１２の下方には、熱エネルギーを吸収されて低温になった水・蒸気ＳＴを回収する復水器１３が設けられている。復水器１３内の低温の水・蒸気ＳＴは、循環ポンプ２５の駆動により、低温部ライン２０を介してボイラ１１内の伝熱管１７に流入する。なお、図示されていないが、低温部ライン２０の経路内にドレン設備や熱交換器等を設けてもよい。

【0015】

蓄熱システム１０は、低温部ライン２０の中間部に分岐して接続される低温接続ライン２７と、高温部ライン２１の中間部に分岐して接続される高温接続ライン２８と、各接続ライン２７、２８に接続される蓄放熱系３０とを更に備えている。

【0016】

図２にも示すように、低温部ライン２０と低温接続ライン２７との間で低温の水・蒸気ＳＴが流入出し、高温部ライン２１と高温接続ライン２８との間で高温の水・蒸気ＳＴが流入出するようになる。

【0017】

蓄放熱系３０は、熱交換器３１と、複数のタンクとなる高温タンク３３及び低温タンク３４とを備えている。高温タンク３３及び低温タンク３４は、液相の蓄熱材ＨＳを貯留（収容）している。

【0018】

蓄熱材ＨＳは、水・蒸気ＳＴに対して液相で熱交換する顕熱式の蓄熱材であり、化学的に不活性な硝酸塩系の溶融塩が用いられる。本実施の形態では、硝酸塩系の溶融塩として、ＮａＮＯ_３、ＫＮＯ_３の混合塩が用いられる。高温タンク３３に貯留する蓄熱材ＨＳより低温タンク３４に貯留する蓄熱材ＨＳの方が相対的に低温とされ、例えば、高温タンク３３に貯留する蓄熱材ＨＳが約５００［℃］、低温タンク３４に貯留する蓄熱材ＨＳが約３００［℃］とされる。

【0019】

熱交換器３１は、熱交換に適した形状（例えばコイル状）をなす伝熱管３６と、伝熱管３６及び蓄熱材ＨＳを収容する容器３７とを備えた構成が例示できる。伝熱管３６には、水・蒸気ＳＴが流れる。伝熱管３６の一端（下端）には、低温接続ライン２７が接続され、伝熱管３６の他端（上端）には、高温接続ライン２８が接続される。熱交換器３１は、伝熱管３６に流れる水・蒸気ＳＴと、容器３７内の蓄熱材ＨＳとの間での熱交換を行う。

【0020】

高温タンク３３は、周壁３３ａと、周壁３３ａを覆うように設置される屋根３３ｂとを備え、高温タンク３３の内部を密閉する構成としている。高温タンク３３は、底側にて蓄熱材ＨＳを貯留している。ここで、高温タンク３３において、収容している蓄熱材ＨＳの液面より上方で周壁３３ａ及び屋根３３ｂにより閉塞される空間について「気相部３３ｃ」と称する。高温タンク３３は、高温タンク用ライン３８によって、熱交換器３１の容器３７と接続される。高温タンク用ライン３８と熱交換器３１との接続位置は、容器３７の上部とされる。

【0021】

高温タンク用ライン３８は、供給管３８ａ及び回収管３８ｂに分岐され、高温タンク３３への接続箇所が２箇所となるよう設置する。供給管３８ａは、蓄熱材ＨＳを熱交換器３１の容器３７に供給する際に利用され、回収管３８ｂは、蓄熱材ＨＳを熱交換器３１の容器３７から回収する際に利用される。供給管３８ａには、蓄熱材ＨＳを高温タンク３３から熱交換器３１側に送出するポンプ３８ｃが設けられる。回収管３８ｂには、蓄熱材ＨＳの流れを遮断及び許容する弁３８ｄが設けられる。

【0022】

低温タンク３４は、周壁３４ａと、周壁３４ａを覆うように設置される屋根３４ｂとを備え、低温タンク３４の内部を密閉する構成としている。低温タンク３４は、低温タンク用ライン３９によって、熱交換器３１の容器３７と接続される。低温タンク用ライン３９と熱交換器３１との接続位置は、容器３７の下部とされる。

【0023】

低温タンク用ライン３９は、供給管３９ａ及び回収管３９ｂに分岐され、低温タンク３４への接続箇所が２箇所となるよう設置する。供給管３９ａは、蓄熱材ＨＳを熱交換器３１の容器３７に供給する際に利用され、回収管３９ｂは、蓄熱材ＨＳを熱交換器３１の容器３７から回収する際に利用される。供給管３９ａには、蓄熱材ＨＳを低温タンク３４から熱交換器３１側に送出するポンプ３９ｃが設けられる。回収管３９ｂには、蓄熱材ＨＳの流れを遮断及び許容する弁３９ｄが設けられる。

【0024】

蓄熱システム１０にあっては、高温タンク３３に設けられる抑制部４０を更に備えている。抑制部４０は、ガス分析部４２及びガス供給部４３を備えている。

【0025】

ガス分析部４２は、例えば、赤外線方式のガス分析装置により構成される。ガス分析部４２は、高温タンク３３の気相部３３ｃにおけるガス分析を行い、高温となる硝酸塩系の溶融塩の分解によって発生するＮＯｘガス（気相の窒素酸化物）の濃度（ＮＯｘガス濃度）を測定する。溶融塩の分解については後述する。

【0026】

ガス供給部４３は、蓄熱材ＨＳにおける溶融塩の分解によって発生するＮＯｘガスに応じ、充填ガスとしてＮＯｘガスを高温タンク３３に供給する。ガス供給部４３は、ＮＯｘガスの生成装置や、ＮＯｘガスを貯留するボンベ、タンクを備えた構成が例示できる。ガス供給部４３は、所定のＮＯｘガス濃度になるよう、ＮＯｘガスと大気とを所定割合にて混合した混合ガスを調整し、ポンプ等を介して高温タンク３３に供給可能に設けられる。

【0027】

蓄熱システム１０は、高温タンク３３及び低温タンク３４それぞれに設けられるガス放出管４４及びガス放出弁４５を更に備えている。ガス放出管４４は、各タンク３３、３４の屋根３３ｂ、３４ｂや周壁３３ａ、３４ａの上部に設けられ、各タンク３３の内外に連通している。

【0028】

ガス放出弁４５は、ガス放出管４４に設けられている。ガス放出弁４５は、ガス放出管４４を開閉する逆止弁により構成することが例示でき、常時は閉弁しつつ、各タンク３３、３４内の圧力が大気圧以上になった際に開弁し、各タンク３３、３４内のガスを放出可能に設けられる。ガス放出弁４５を設けることで、各タンク３３、３４内が高圧となって負荷が加わることを防止することができる。

【0029】

上述した各ポンプ２５、３８ｃ、３９ｃ、各弁３８ｄ、３９ｄ、ガス分析部４２及びガス供給部４３は、制御部５０によって動作が制御される。制御部５０は、記憶部及び通信部を有する装置として、プログラマブルコントローラ（ＰＬＣ）やパーソナルコンピュータ（ＰＣ）を例示することができる。制御部５０は、中央処理装置（ＣＰＵ）等を含み、蓄熱システム１０の各部の制御を介して全体を制御する。

【0030】

次に、本実施の形態の蓄熱システム１０における運転及び出力調整について説明する。

【0031】

ここでは、ボイラ１１は、定格運転として熱出力が一定となる条件とし、発電機Ｇにおける要求出力（発電量）が変化する場合を想定する。また、制御部５０によって循環ポンプ２５を駆動させ、蒸気タービン１２及び復水器１３から低温部ライン２０を経てボイラ１１に流入する水・蒸気ＳＴの量を所定量に制御する。

【0032】

発電機Ｇの要求出力が少ない時間帯は、発電機Ｇの出力を減らしつつ蓄放熱系３０に熱エネルギーを蓄熱する蓄熱運転を行う。かかる蓄熱運転では、図１に示すように、高温部ライン２１から高温接続ライン２８を経て熱交換器３１の伝熱管３６にボイラ１１で加熱された高温の水・蒸気ＳＴが通過し、容器３７内を流れる蓄熱材ＨＳと熱交換する。このとき、制御部５０によって各ポンプ３８ｃ、３９ｃの駆動及び各弁３８ｄ、３９ｄの開閉が以下のように制御される。

【0033】

蓄熱運転にて、制御部５０による制御は、低温タンク用ライン３９のポンプ３９ｃを駆動し、低温タンク３４から供給管３９ａを経て熱交換器３１の容器３７に蓄熱材ＨＳを送出する。更に、高温タンク用ライン３８の弁３８ｄを開放し、容器３７内の蓄熱材ＨＳが回収管３８ｂを経て高温タンク３３に流入することを許容する。なお、低温タンク用ライン３９の弁３９ｄは閉塞し、高温タンク用ライン３８のポンプ３８ｃは駆動を停止するよう制御する。

【0034】

上記の制御によって、熱交換器３１の容器３７を通じて低温タンク３４から高温タンク３３に蓄熱材ＨＳが供給される。これにより、高温タンク３３では高温となる蓄熱材ＨＳの貯蔵量が次第に増加し、かつ、低温タンク３４では低温となる蓄熱材ＨＳの貯蔵量が次第に減少する。

【0035】

よって、蓄放熱系３０での蓄熱エネルギーが増加し、ボイラ１１の出力が一定の場合、後述する放熱運転と比べると、発電機Ｇの出力が減少する。熱交換器３１にて熱エネルギーが吸収された水・蒸気ＳＴは、低温接続ライン２７を経て低温部ライン２０に流入する。

【0036】

一方、発電機Ｇの要求出力が大きい時間帯は、蓄放熱系３０に蓄熱した熱エネルギーを放出して発電機Ｇの出力を増加させる放熱運転を行う。かかる放熱運転では、図２に示すように、低温部ライン２０から低温接続ライン２７を経て熱交換器３１の伝熱管３６に蒸気タービン１２で動力発生に用いられた低温の水・蒸気ＳＴが通過し、容器３７内を流れる蓄熱材ＨＳと熱交換する。このとき、制御部５０によって各ポンプ３８ｃ、３９ｃの駆動及び各弁３８ｄ、３９ｄの開閉が以下のように制御される。

【0037】

放熱運転にて、制御部５０による制御は、高温タンク用ライン３８のポンプ３８ｃを駆動し、高温タンク３３から供給管３８ａを経て熱交換器３１の容器３７に蓄熱材ＨＳを送出する。更に、低温タンク用ライン３９の弁３９ｄを開放し、容器３７内の蓄熱材ＨＳが回収管３９ｂを経て低温タンク３４に流入することを許容する。なお、高温タンク用ライン３８の弁３８ｄは閉塞し、低温タンク用ライン３９のポンプ３９ｃは駆動を停止するよう制御する。

【0038】

上記の制御によって、熱交換器３１の容器３７を通じて高温タンク３３から低温タンク３４に蓄熱材ＨＳが供給される。これにより、高温タンク３３では高温となる蓄熱材ＨＳの貯蔵量が次第に減少し、かつ、低温タンク３４では低温となる蓄熱材ＨＳの貯蔵量が次第に増加する。

【0039】

また、熱交換器３１にて熱エネルギーを吸収した水・蒸気ＳＴは、高温接続ライン２８を経て高温部ライン２１に流入し、蒸気タービン１２にてエネルギーを放出する。よって、蓄熱システム１０においては、蓄放熱系３０での蓄熱エネルギーが減少し、ボイラ１１の出力が一定の場合、蓄熱運転と比べると発電機Ｇの出力が増大する。

【0040】

ところで、上述の蓄熱システム１０の運転の実施前に、高温タンク３３の気相部３３ｃには、蓄熱材ＨＳにおける硝酸塩系の溶融塩の分解を抑制すべく、ＮＯｘガス（気相の窒素酸化物）が充填される。その理由について、以下に説明する。

【0041】

本実施の形態における溶融塩は、ＮａＮＯ_３、ＫＮＯ_３の混合塩であり、高温タンク３３にて溶融しているときはイオン（Ｎａ^＋、ＮＯ_３ ^－等）の状態で存在している。高温時に分解が生じるのはＮＯ_３ ^－であり、以下の反応式（１）－（３）により分解が進むと想定される。反応式（１）はＮＯ_３ ^－のＮＯ_２ ^－への熱分解、反応式（２）はＮＯ_２ ^－のＮＯ_ｘへの分解反応、反応式（３）は硝酸塩（ＮａＮＯ_３、ＫＮＯ_３）の気化を示している。

【化1】

【0042】

高温タンク３３の気相部３３ｃ中にて、溶融塩は、最終的には反応式（２）のようにＮＯｘガスとなって放出されるため、気相部３３ｃ中のＮＯｘガス濃度を一定とすることで、溶融塩の分解が抑制されると想定される。

【0043】

一方、上記第１の実施の形態では、蓄放熱系３０での蓄熱エネルギーの増減に応じ、高温タンク３３内に貯留される蓄熱材ＨＳの貯蔵量が増減する。高温タンク３３内の蓄熱材ＨＳが減少する場合、蓄熱材ＨＳの液面が下降するので、高温タンク３３内の気相部３３ｃの体積が増加し、気相部３３ｃの圧力は負圧となる。高温タンク３３に負荷が加わることを防止するため、かかる負圧から大気圧に近付けるにあたり、高温タンク３３の外部から内部へガスを供給する必要がある。

【0044】

このとき、仮に、高温タンク３３内に大気を供給すると、高温タンク３３の気相部３３ｃにおけるＮＯｘガス濃度が低下し、溶融塩の分解が促進されるおそれがある。そこで、高温タンク３３の気相部３３ｃ中における溶融塩の分解を抑制すべく、制御部５０によって抑制部４０が制御される。かかる抑制部４０の制御について、以下に説明する。

【0045】

蓄熱システム１０の運転中、制御部５０の制御によって、ガス分析部４２にて高温タンク３３の気相部３３ｃにおけるＮＯｘガス濃度の測定が行われ、測定結果が制御部５０に出力される。制御部５０では、ガス分析部４２の測定結果に基づき、ガス供給部４３による高温タンク３３へのＮＯｘガスの供給が制御される。

【0046】

かかる制御の例を挙げると、制御部５０に対し、高温タンク３３の気相部３３ｃにおけるＮＯｘガス濃度の理想値を予め記憶しておく。そして、かかる理想値とガス分析部４２の測定結果との差分を制御部５０にて求める。制御部５０は、該差分に応じて高温タンク３３の気相部３３ｃが所定のＮＯｘガス濃度になるよう、ガス供給部４３から供給する混合ガスのＮＯｘガスと大気との混合割合を制御する。また、制御部５０は、ガス供給部４３から高温タンク３３への混合ガスの供給量を制御する。これにより、高温タンク３３の気相部３３ｃが負圧になることを防止しつつ、気相部３３ｃ中のＮＯｘガス濃度が所定範囲内に制御され、抑制部４０を介して高温タンク３３に収容された溶融塩の分解を抑制することができる。

【0047】

従って、第１の実施の形態では、蓄熱材ＨＳの温度を高く設定しても、溶融塩にて分解が生じることを抑制でき、溶融塩の経時的な減少を回避してランニングコストを抑えることができる。言い換えると、ランニングコストを抑えつつ、高温の蓄熱材ＨＳの温度を高く設定して蓄放熱系３０にて蓄えられる蓄熱エネルギーを増大でき、蓄熱システム１０の最大出力を高めたり、調整電力としての利用促進を図ったりすることができる。

【0048】

［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。

【0049】

本発明の第２の実施の形態について図３を参照して説明する。図３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る。図３に示すように、第２の実施の形態では、第１の実施の形態の抑制部４０とは異なる抑制部６０を設けて構成される。第２の実施の形態の抑制部６０は、遮蔽部材６１、駆動部６２、高温側流量測定部６３、及び、低温側流量測定部６４に加え、ポンプ３８ｃ、３９ｃを備えて構成される。

【0050】

第２の実施の形態にて、遮蔽部材６１は、高温タンク３３の収容された蓄熱材ＨＳの液面を覆う位置に設けられる。よって、遮蔽部材６１は、高温タンク３３の気相部３３ｃに対して蓄熱材ＨＳを遮蔽し、高温となる蓄熱材ＨＳの溶融塩が分解、気化することを抑制している。

【0051】

遮蔽部材６１は、高温の蓄熱材ＨＳに対する耐食性を有するステンレス等の金属材料によって形成される。遮蔽部材６１は、駆動部６２を介して高温タンク３３の内面側に支持される。

【0052】

駆動部６２は、遮蔽部材６１を上下方向に駆動する機構が採用され、簡略化して図示したがシリンダや直動モータ、リニアモータ、コンベア、移動ステージ、スライダ、送りねじ構造等を用いた移動機構とすることができる。

【0053】

高温側流量測定部６３及び低温側流量測定部６４は、例えば、蓄熱材ＨＳの流量を連続測定する電磁流量計や超音波流量計により構成される。高温側流量測定部６３は、高温タンク用ライン３８の供給管３８ａに設けられ、ポンプ３８ｃによって高温タンク３３から熱交換器３１に送出される蓄熱材ＨＳの流量を測定する。低温側流量測定部６４は、低温タンク用ライン３９の供給管３９ａに設けられ、ポンプ３９ｃによって低温タンク３４から熱交換器３１に送出される蓄熱材ＨＳの流量を測定する。

【0054】

第２の実施の形態にて、高温タンク３３及び低温タンク３４それぞれにガス流通管７１が設けられ、ガス流通管７１には該ガス流通管７１を開閉する開閉弁７２が設けられる。開閉弁７２は、常時は閉弁しつつ、各タンク３３、３４内の圧力が負圧になったり大気圧以上になったりした際に開弁する。開閉弁７２が開弁したときに、ガス流通管７１を通じて各タンク３３、３４内に大気を導入したり、各タンク３３、３４内のガスを放出することが可能となる。よって、開閉弁７２は各タンク３３、３４内のガスを放出するガス放出弁としても機能する。

【0055】

第２の実施の形態においては、蓄熱システム１０の運転の実施中、制御部５０の制御によって、各流量測定部６３、６４にて各タンク３３、３４から熱交換器３１に送出される蓄熱材ＨＳの流量が測定され、測定結果が制御部５０に出力される。制御部５０では、各流量測定部６３、６４の測定結果に基づき、駆動部６２による遮蔽部材６１の駆動を制御する。

【0056】

かかる制御は、制御部５０にて、各流量測定部６３、６４の測定結果に対し、予め記憶したテーブルや演算式から駆動部６２の駆動量が求められ、該駆動量に応じて駆動部６２が遮蔽部材６１を上下方向に移動する。これにより、高温タンク３３内に貯留される蓄熱材ＨＳの貯蔵量が増減することによる液面の高さ変化に応じて遮蔽部材６１を上下動することができる。この上下動によって、遮蔽部材６１が蓄熱材ＨＳの液面に接触、または、それらの間に大きな空間が生じない状態が維持でき、高温タンク３３に収容された溶融塩の気化を抑制することができる。

【0057】

また、溶融塩の気化を抑制できるので、気化した溶融塩が高温タンク３３に接続される各種配管に析出することを防止でき、該析出によって配管が閉塞したり、配管の内径が析出量に応じて小さくなることを回避することができる。これにより、析出に起因して高温タンク３３の圧力調整が行い難くなる等の不都合を解消することができる。

【0058】

本発明の実施の形態は上記の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。

【0059】

上記各実施の形態では、複数のタンクとして高温タンク３３及び低温タンク３４を１基ずつとしたが、これに限られるものでない。例えば、複数のタンクにおいて、高温タンク３３及び低温タンク３４の少なくとも一方を複数としたり、収容される蓄熱材ＨＳの温度が高温タンク３３及び低温タンク３４の蓄熱材ＨＳの中間の温度となる中温タンクを増設してもよい。

【0060】

また、上記第１の実施の形態にて抑制部４０を高温タンク３３だけに設けたが、低温タンク３４にも同様の抑制部４０を設けることを妨げるものでない。更に、上記第２の実施の形態にて、抑制部６０の遮蔽部材６１及び駆動部６２を高温タンク３３だけに設けたが、これらを低温タンク３４にも同様に設けることを妨げるものでない。収容された蓄熱材ＨＳにおける溶融塩の分解を抑制部４０、６０によって抑制するタンクは、複数のタンクの何れとしてもよいが、高温の蓄熱材ＨＳを収容するタンクでは溶融塩が分解し易くなるので、抑制部４０、６０による効果をより良く得ることができる。

【0061】

また、第２の実施の形態の抑制部６０にて、各流量測定部６３、６４に代えて、高温タンク３３における蓄熱材ＨＳの液面高さを検出するセンサを有する構成としてもよい。該センサによる検出結果に応じて駆動部６２を駆動するよう制御部５０にて制御することで、高温タンク３３における蓄熱材ＨＳが増減して液面高さが変化しても、該変化に応じて遮蔽部材６１を上下方向に移動することができる。

【0062】

また、第２の実施の形態にて、遮蔽部材６１が蓄熱材ＨＳの液面上に浮いている構成としてもよく、該構成によれば、駆動部６２を省略することができる。

【0063】

また、第１の実施の形態にて、ガス放出弁４５は、逆止弁に代えて、制御部５０によって開閉動作が制御される開閉弁としてもよい。

【0064】

また、上記各実施の形態では、水・蒸気ＳＴを作業流体としたが、該作業流体として、蒸気以外のヘリウムガス等のガスを用いてもよい。

【0065】

また、熱交換器３１の構成は、上記各実施の形態と同様に熱交換を行える限りにおいて、伝熱管３６を用いた構成とは異なる構成としてもよい。

【0066】

また、動力発生装置は、蒸気タービン１２を用いた構成に限られず、ボイラ１１等の加熱装置より供給される作業流体から熱エネルギーを取り出し可能な他の熱利用装置としてもよい。

【0067】

また、循環ポンプ２５の駆動による水・蒸気ＳＴの送出量は一定としても適宜変化させてもよいが、一定とした方が制御を簡略化できる点で有利となる。

【0068】

また、蓄熱材ＨＳに用いられる溶融塩は、作動流体に対して液相で熱交換して化学的に不活性であれば、硝酸塩系の溶融塩に限定されずに他の溶融塩に変更してもよい。溶融塩の変更に応じ、抑制部４０のガス分析部４２では、濃度を測定するガスの種類が変更され、ガス供給部４３では、供給するガスの種類が変更される。

【符号の説明】

【0069】

１０ ：蓄熱システム
１１ ：ボイラ（加熱装置）
１２ ：蒸気タービン（動力発生装置）
３１ ：熱交換器
３３ ：高温タンク（タンク）
３４ ：低温タンク（タンク）
３８ｃ ：ポンプ
３９ｃ ：ポンプ
４０ ：抑制部
４２ ：ガス分析部
４３ ：ガス供給部
４４ ：ガス放出管
４５ ：ガス放出弁
５０ ：制御部
６０ ：抑制部
６１ ：遮蔽部材
６２ ：駆動部
６３ ：高温側流量測定部（流量測定部）
６４ ：低温側流量測定部（流量測定部）
７２ ：開閉弁（ガス放出弁）
ＨＳ ：蓄熱材
ＳＴ ：水・蒸気（作動流体）

【図1】

【図2】

【図3】