JP7848613B2 - Energy storage device - Google Patents
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- JP7848613B2 JP7848613B2 JP2022103654A JP2022103654A JP7848613B2 JP 7848613 B2 JP7848613 B2 JP 7848613B2 JP 2022103654 A JP2022103654 A JP 2022103654A JP 2022103654 A JP2022103654 A JP 2022103654A JP 7848613 B2 JP7848613 B2 JP 7848613B2
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Description
本開示は、蓄エネルギー装置に関する。 This disclosure relates to an energy storage device.
発電された電力量(以下、「発電電力量」という)と需要される電力量(以下、「需要電力量」という)とは、必ずしも一致しない。このため、電力が余剰したり(つまり、発電電力量-需要電力量 > 0)、電力が足りなくなったり(つまり、発電電力量-需要電力量 < 0、例えば、電力が不足)する場合がある。特に、風力発電や太陽光発電といった再生可能エネルギーを利用した発電では、余剰する電力量や、不足する電力量が多い。 The amount of electricity generated (hereinafter referred to as "generated electricity") and the amount of electricity demanded (hereinafter referred to as "demanded electricity") do not necessarily match. Therefore, there may be a surplus of electricity (i.e., generated electricity - demanded electricity > 0) or a shortage of electricity (i.e., generated electricity - demanded electricity < 0, for example, a power shortage). In particular, power generation using renewable energy sources such as wind power and solar power often results in large surpluses or shortages of electricity.
そこで、電気ヒータが内蔵され、内部に流路が形成されたレンガブロックを備えた装置が開発されている(例えば、特許文献1)。特許文献1の技術は、電力が余剰した時に電気ヒータを動作させてレンガブロックを加熱し蓄熱しておく。そして、特許文献1の技術は、電力が必要となった際(例えば、電力が不足した際)に流路に水を通過させて蓄熱した熱で加熱し、加熱された水(水蒸気)でタービンを回転させて発電する。 Therefore, a device has been developed that incorporates an electric heater and a brick block with a flow channel formed inside (for example, Patent Document 1). The technology described in Patent Document 1 involves operating the electric heater when there is a surplus of electricity to heat and store the heat in the brick block. Then, when electricity is needed (for example, when there is a power shortage), the technology in Patent Document 1 uses water to pass through the flow channel, heating the brick block with the stored heat, and using the heated water (steam) to rotate a turbine and generate electricity.
例えば、電力グリッドの安定化(スマートグリッドの実現)のために、余剰した電力を熱に変換して蓄熱しておき、必要となった際に蓄熱した熱を利用する技術等の蓄熱および放熱を行う技術において、効率よく蓄熱したり、蓄熱した熱を効率よく利用したりする技術の開発が希求されている。 For example, in order to stabilize the power grid (realize a smart grid), there is a strong demand for technologies that efficiently store and utilize heat, such as technologies that convert surplus electricity into heat and store it, and then use the stored heat when needed.
本開示は、このような課題に鑑み、効率よく蓄熱し、蓄熱した熱を効率よく利用することが可能な蓄エネルギー装置を提供することを目的としている。 In light of these challenges, this disclosure aims to provide an energy storage device that can efficiently store heat and efficiently utilize the stored heat.
上記課題を解決するために、本開示の一態様に係る蓄エネルギー装置は、底面または下部に形成された気体供給口から気体が供給され、気体供給口より上方から固体粒子が供給され、気体と固体粒子とを熱交換する第1熱交換器と、第1熱交換器に気体を供給する気体供給部と、気体供給部から第1熱交換器に供給される気体、および、第1熱交換器内の気体のうち、いずれか一方または両方を加熱する加熱器と、第1熱交換器から排出された固気混合物を固気分離する固気分離器と、固気分離器によって分離された固体粒子を貯留する高温槽と、高温槽から固体粒子が供給され、固体粒子と流体とを熱交換させる第2熱交換器と、高温槽から第2熱交換器に供給される固体粒子の流量を調整する流量調整機構と、第2熱交換器から固体粒子を排出する排出部と、排出部によって排出された固体粒子を貯留する低温槽と、低温槽に貯留された固体粒子を第1熱交換器に供給する低温粒子供給部と、第2熱交換器によって熱交換された流体が有する熱エネルギーを利用する熱利用機器と、を備え、排出部は、第1熱交換器に固体粒子を排出し、低温槽には、排出部によって排出され、第1熱交換器において気体と熱交換され、固気分離器によって固気分離された固体粒子が供給される。 To solve the above problems, an energy storage device according to one aspect of the present disclosure includes: a first heat exchanger in which gas is supplied from a gas supply port formed on the bottom or lower surface, and solid particles are supplied from above the gas supply port, and heat is exchanged between the gas and the solid particles; a gas supply unit that supplies gas to the first heat exchanger; a heater that heats either or both of the gas supplied from the gas supply unit to the first heat exchanger and the gas in the first heat exchanger; a solid-gas separator that separates the solid-gas mixture discharged from the first heat exchanger; a high-temperature tank that stores the solid particles separated by the solid-gas separator; and a device in which solid particles are supplied from the high-temperature tank, and the solid particles and The system comprises a second heat exchanger for heat exchange with a fluid, a flow rate adjustment mechanism for adjusting the flow rate of solid particles supplied from a high-temperature tank to the second heat exchanger, a discharge section for discharging solid particles from the second heat exchanger, a low-temperature tank for storing the solid particles discharged by the discharge section, a low-temperature particle supply section for supplying the solid particles stored in the low-temperature tank to the first heat exchanger, and a heat utilization device that utilizes the thermal energy of the fluid whose heat exchange was performed by the second heat exchanger . The discharge section discharges solid particles to the first heat exchanger, and the low-temperature tank is supplied with solid particles that have been discharged by the discharge section, have undergone heat exchange with a gas in the first heat exchanger, and have been separated into solid and gas particles by a solid-gas separator .
また、上記蓄エネルギー装置は、固気分離器によって分離された高温の気体が有する熱で、気体を予熱する予熱器を備え、気体供給部は、予熱器によって予熱された気体を第1熱交換器に供給してもよい。 Furthermore, the energy storage device may include a preheater that preheats the gas using the heat contained in the high-temperature gas separated by the solid-gas separator, and the gas supply unit may supply the gas preheated by the preheater to the first heat exchanger.
また、上記蓄エネルギー装置は、固気分離器によって分離された固体粒子の供給先を、高温槽または低温槽に切り換える切換部を備えてもよい。 Furthermore, the above-mentioned energy storage device may include a switching unit for switching the supply destination of the solid particles separated by the solid-gas separator to a high-temperature tank or a low-temperature tank.
また、加熱器は、電力を消費して、気体を加熱し、上記蓄エネルギー装置は、気体供給部、加熱器、流量調整機構、および、低温粒子供給部を制御する制御部を備え、制御部は、蓄熱モードおよび放熱モードを含む複数のモードのうち、蓄熱モードにおいて、気体供給部を制御して第1熱交換器に気体を供給し、加熱器を動作させて気体を加熱し、低温粒子供給部を制御して低温槽から第1熱交換器に固体粒子を供給して、第1熱交換器において気体で固体粒子を加熱し、固気分離器によって分離された固体粒子を高温槽に供給し、放熱モードにおいて、流量調整機構を制御して高温槽から第2熱交換器に固体粒子を供給し、第2熱交換器において固体粒子で流体を加熱させ、加熱された流体を熱利用機器において利用させ、排出部を通じて第2熱交換器から第1熱交換器に固体粒子を供給し、加熱器を停止して、気体供給部を制御して第1熱交換器に気体を供給し、第1熱交換器において固体粒子で気体を加熱し、固気分離器によって分離された固体粒子を低温槽に供給してもよい。 Furthermore, the heater consumes electricity to heat the gas, and the energy storage device comprises a control unit that controls the gas supply unit, the heater, the flow rate adjustment mechanism, and the low-temperature particle supply unit. The control unit controls the gas supply unit to supply gas to the first heat exchanger, operates the heater to heat the gas, controls the low-temperature particle supply unit to supply solid particles from the low-temperature tank to the first heat exchanger, heats the solid particles with the gas in the first heat exchanger, and then uses a solid-gas separator to... The separated solid particles may be supplied to a high-temperature tank, and in the heat dissipation mode, the flow rate adjustment mechanism may be controlled to supply solid particles from the high-temperature tank to the second heat exchanger. In the second heat exchanger, the fluid may be heated by the solid particles, the heated fluid may be used in heat utilization equipment, the solid particles may be supplied from the second heat exchanger to the first heat exchanger through the discharge section, the heater may be stopped, the gas supply section may be controlled to supply gas to the first heat exchanger, the gas may be heated by the solid particles in the first heat exchanger, and the solid particles separated by the solid-gas separator may be supplied to a low-temperature tank.
また、加熱器は、電力を消費して、気体を加熱し、上記蓄エネルギー装置は、気体供給部、加熱器、流量調整機構、および、低温粒子供給部を制御する制御部を備え、制御部は、蓄熱モードおよび放熱モードを含む複数のモードのうち、蓄熱モードにおいて、気体供給部を制御して第1熱交換器に気体を供給し、加熱器を動作させて気体を加熱し、低温粒子供給部を制御して低温槽から第1熱交換器に固体粒子を供給して、第1熱交換器において気体で固体粒子を加熱し、固気分離器によって分離された固体粒子を高温槽に供給し、固気分離器によって分離された気体を予熱器に供給し、放熱モードにおいて、流量調整機構を制御して高温槽から第2熱交換器に固体粒子を供給し、第2熱交換器において固体粒子で流体を加熱させ、加熱された流体を熱利用機器において利用させ、排出部を通じて第2熱交換器から第1熱交換器に固体粒子を供給し、加熱器を停止して、気体供給部を制御して第1熱交換器に気体を供給し、第1熱交換器において固体粒子で気体を加熱し、固気分離器によって分離された固体粒子を低温槽に供給してもよい。 Furthermore, the heater consumes electricity to heat the gas, and the energy storage device comprises a control unit that controls the gas supply unit, the heater, the flow rate adjustment mechanism, and the low-temperature particle supply unit. The control unit controls the gas supply unit to supply gas to the first heat exchanger, operates the heater to heat the gas, controls the low-temperature particle supply unit to supply solid particles from the low-temperature tank to the first heat exchanger, heats the solid particles with gas in the first heat exchanger, and separates the solid particles by the solid-gas separator into a high-temperature tank. The system may supply gas to the first heat exchanger, supply the gas separated by the solid-gas separator to the preheater, and in the heat dissipation mode, control the flow rate adjustment mechanism to supply solid particles from the high-temperature tank to the second heat exchanger, heat the fluid with the solid particles in the second heat exchanger, utilize the heated fluid in a heat utilization device, supply solid particles from the second heat exchanger to the first heat exchanger through the discharge section, stop the heater, control the gas supply section to supply gas to the first heat exchanger, heat the gas with the solid particles in the first heat exchanger, and supply the solid particles separated by the solid-gas separator to the low-temperature tank.
また、加熱器は、太陽光によって気体を加熱してもよい。 Furthermore, the heater may heat the gas using sunlight.
本開示によれば、効率よく蓄熱し、蓄熱した熱を効率よく利用することが可能となる。 According to this disclosure, it becomes possible to efficiently store heat and efficiently utilize the stored heat.
以下に添付図面を参照しながら、本開示の実施形態について詳細に説明する。実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本開示を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。また本開示に直接関係のない要素は図示を省略する。 The embodiments of this disclosure will be described in detail below with reference to the attached drawings. The dimensions, materials, and other specific numerical values shown in the embodiments are merely illustrative examples for ease of understanding and, unless otherwise specified, do not limit this disclosure. In this specification and the drawings, elements having substantially the same function or configuration are denoted by the same reference numerals to avoid redundant explanations. Elements not directly related to this disclosure are omitted from the illustrations.
[第1の実施形態:蓄エネルギー装置100]
図1は、第1の実施形態に係る蓄エネルギー装置100を説明する図である。図1に示すように、蓄エネルギー装置100は、気体供給部110と、予熱器120と、加熱室130と、第1熱交換器140と、固気分離器150と、切換部152と、高温槽160と、高温粒子供給部162と、第2熱交換器170と、流体供給部180と、熱利用機器182と、排出部190と、低温槽200と、低温粒子供給部210と、気体送出部220と、熱利用機器230と、制御部240とを含む。なお、図1中、実線の矢印は、固体粒子および固気混合物の流れを示す。また、破線の矢印は、気体および流体の流れを示す。
[First Embodiment: Energy Storage Device 100]
Figure 1 is a diagram illustrating an energy storage device 100 according to the first embodiment. As shown in Figure 1, the energy storage device 100 includes a gas supply unit 110, a preheater 120, a heating chamber 130, a first heat exchanger 140, a solid-gas separator 150, a switching unit 152, a high-temperature tank 160, a high-temperature particle supply unit 162, a second heat exchanger 170, a fluid supply unit 180, a heat utilization device 182, a discharge unit 190, a low-temperature tank 200, a low-temperature particle supply unit 210, a gas delivery unit 220, a heat utilization device 230, and a control unit 240. In Figure 1, solid arrows indicate the flow of solid particles and solid-gas mixtures. Dashed arrows indicate the flow of gas and fluid.
気体供給部110は、後述する加熱室130に気体を供給する。気体供給部110によって供給される気体は、例えば、空気、二酸化炭素、燃焼排ガスである。気体供給部110は、ブロワ112と、気体供給路114とを含む。 The gas supply unit 110 supplies gas to the heating chamber 130, which will be described later. The gas supplied by the gas supply unit 110 is, for example, air, carbon dioxide, or combustion exhaust gas. The gas supply unit 110 includes a blower 112 and a gas supply passage 114.
ブロワ112は、気体を吸引して加熱室130に吐出する。ブロワ112の吸入側は、気体の供給源に接続される。ブロワ112の吐出側は、気体供給路114に接続される。 The blower 112 draws in gas and discharges it into the heating chamber 130. The suction side of the blower 112 is connected to the gas supply source. The discharge side of the blower 112 is connected to the gas supply passage 114.
気体供給路114は、ブロワ112の吐出側と、加熱室130とを接続する流路である。 The gas supply passage 114 is a flow path connecting the discharge side of the blower 112 and the heating chamber 130.
予熱器120は、気体供給路114を通過する気体を予熱する。本実施形態において、予熱器120は、後述する固気分離器150によって分離された高温の気体と、気体供給路114を通過する気体とを熱交換させる熱交換器である。つまり、予熱器120は、固気分離器150によって分離された高温の気体が有する熱で、気体を予熱する。 The preheater 120 preheats the gas passing through the gas supply passage 114. In this embodiment, the preheater 120 is a heat exchanger that exchanges heat between the high-temperature gas separated by the solid-gas separator 150 (described later) and the gas passing through the gas supply passage 114. In other words, the preheater 120 preheats the gas using the heat contained in the high-temperature gas separated by the solid-gas separator 150.
加熱室130は、箱体132と、加熱器134とを含む。箱体132は中空形状の容器である。箱体132の上面は通気可能な分散板で構成されている。箱体132の上面は、後述する第1熱交換器140の底面としても機能する。箱体132には、気体供給部110(ブロワ112)から気体が供給される。 The heating chamber 130 includes a box 132 and a heater 134. The box 132 is a hollow container. The top surface of the box 132 is made of a breathable dispersion plate. The top surface of the box 132 also functions as the bottom surface of the first heat exchanger 140, which will be described later. Gas is supplied to the box 132 from the gas supply unit 110 (blower 112).
本実施形態において、加熱器134は、電力を消費して気体を加熱する。加熱器134は、例えば、抵抗加熱装置(電力が供給された導体から生じる熱を利用する装置)やアーク加熱装置(アーク放電の際に生じる熱を利用する装置)である。加熱器134は、箱体132内に配される。加熱器134は、箱体132内に供給された気体を加熱する。したがって、加熱器134が動作する際、気体供給部110から箱体132内に供給された気体は、加熱器134によって加熱された後、第1熱交換器140に供給される。 In this embodiment, the heater 134 consumes electricity to heat the gas. The heater 134 is, for example, a resistance heater (a device that utilizes heat generated from a conductor to which electricity is supplied) or an arc heater (a device that utilizes heat generated during arc discharge). The heater 134 is placed inside the enclosure 132. The heater 134 heats the gas supplied into the enclosure 132. Therefore, when the heater 134 is operating, the gas supplied from the gas supply unit 110 into the enclosure 132 is heated by the heater 134 before being supplied to the first heat exchanger 140.
第1熱交換器140は、底面または下部から気体および固体粒子が供給され、気体と固体粒子とを熱交換する。固体粒子は、後述する熱利用機器182の要求温度より融点が高い材料で構成される。 The first heat exchanger 140 receives gas and solid particles from its bottom or lower surface, and exchanges heat between the gas and solid particles. The solid particles are composed of materials with a melting point higher than the required temperature of the heat utilization equipment 182, which will be described later.
固体粒子は、例えば、シリカ、アルミナ、バライト砂(重晶石、硫酸バリウム)、部分仮焼した粘土、ガラス球、回収石油触媒等である。固体粒子は、好ましくは、シリカ、および、アルミナのうちいずれか一方または両方である。固体粒子をシリカとする場合、固体粒子に要するコストを低減することができる。また、固体粒子(シリカ)として、砂漠の砂や、川砂を用いることにより、低コストかつ容易に入手することが可能となる。また、固体粒子を相対的に融点が高いアルミナとすることで、固体粒子を高温にすることができ、より高い蓄エネルギー密度とすることが可能となる。 The solid particles include, for example, silica, alumina, barite sand (barite, barium sulfate), partially calcined clay, glass spheres, and recovered petroleum catalysts. Preferably, the solid particles are silica and/or alumina. Using silica as the solid particle reduces the cost required for the solid particle. Furthermore, using desert sand or river sand as the solid particle (silica) allows for low-cost and easy acquisition. Additionally, using alumina, which has a relatively high melting point, allows for higher temperatures of the solid particle, resulting in a higher energy storage density.
固体粒子は、粒径が0.01mm以上10mm以下の粒子である。固体粒子の形状に限定はなく、球形状であってもよいし、球形状でなくてもよい。 Solid particles are particles with a diameter of 0.01 mm or more and 10 mm or less. There are no limitations on the shape of the solid particles; they may be spherical or non-spherical.
本実施形態において、第1熱交換器140は、中空形状の容器である。第1熱交換器140には、後述する高温槽160および低温槽200から固体粒子が供給される。また、上記したように、第1熱交換器140には、加熱室130を通じて気体供給部110から気体が供給される。気体供給部110によって第1熱交換器140に供給される気体の流速は、第1熱交換器140内の固体粒子の終端速度(terminal velocity)以上である。また、固体粒子は、第1熱交換器140の底面に配される分散板(ディストリビュータ)に形成された気体供給口140aより上方から供給される。したがって、固体粒子および気体の固気混合物は、第1熱交換器140内を下部から上部(底面から上面)に向かって通過する。また、第1熱交換器140内において、固体粒子および気体の固気混合物が形成され、また、固体粒子と気体とが強く攪拌されることから、固体粒子と気体とが効率よく接触して熱交換される。 In this embodiment, the first heat exchanger 140 is a hollow container. Solid particles are supplied to the first heat exchanger 140 from a high-temperature tank 160 and a low-temperature tank 200, which will be described later. As described above, gas is supplied to the first heat exchanger 140 from a gas supply unit 110 through a heating chamber 130. The flow velocity of the gas supplied to the first heat exchanger 140 by the gas supply unit 110 is greater than or equal to the terminal velocity of the solid particles in the first heat exchanger 140. The solid particles are supplied from above through a gas supply port 140a formed in a distribution plate (distributor) located at the bottom surface of the first heat exchanger 140. Therefore, the solid-gas mixture of solid particles and gas passes through the first heat exchanger 140 from bottom to top (bottom surface to top surface). Furthermore, within the first heat exchanger 140, a solid-gas mixture of solid particles and gas is formed, and the solid particles and gas are vigorously agitated, allowing for efficient contact and heat exchange between them.
固気分離器150は、第1熱交換器140から排出された固気混合物を固気分離する。固気分離器150は、例えば、サイクロンや、フィルタである。 The solid-gas separator 150 separates the solid-gas mixture discharged from the first heat exchanger 140. The solid-gas separator 150 is, for example, a cyclone or a filter.
切換部152は、固気分離器150によって固気分離された固体粒子の供給先を高温槽160または低温槽200に切り換える。切換部152は、配管154a、154bと、バルブ156a、156bとを含む。配管154aは、固気分離器150の固体粒子の排出口と、高温槽160とを接続する。バルブ156aは、配管154aに設けられる。配管154bは、固気分離器150の固体粒子の排出口と、低温槽200とを接続する。バルブ156bは、配管154bに設けられる。なお、バルブ156aとバルブ156bとは、後述する制御部240によって排他的に開閉される。 The switching unit 152 switches the supply destination of the solid particles separated by the solid-gas separator 150 to either the high-temperature tank 160 or the low-temperature tank 200. The switching unit 152 includes piping 154a and 154b, and valves 156a and 156b. Piping 154a connects the solid particle discharge port of the solid-gas separator 150 to the high-temperature tank 160. Valve 156a is provided on piping 154a. Piping 154b connects the solid particle discharge port of the solid-gas separator 150 to the low-temperature tank 200. Valve 156b is provided on piping 154b. Valves 156a and 156b are exclusively opened and closed by the control unit 240, which will be described later.
高温槽160は、固気分離器150によって固気分離された固体粒子を貯留する。高温槽160は、例えば、ホッパである。 The high-temperature tank 160 stores the solid particles separated by the solid-gas separator 150. The high-temperature tank 160 is, for example, a hopper.
高温粒子供給部162は、高温槽160に貯留された固体粒子を、後述する第2熱交換器170に供給する。高温粒子供給部162は、配管164と、流量調整機構166とを含む。配管164は、高温槽160の下部と第2熱交換器170とを接続する。 The high-temperature particle supply unit 162 supplies solid particles stored in the high-temperature tank 160 to the second heat exchanger 170, which will be described later. The high-temperature particle supply unit 162 includes piping 164 and a flow rate adjustment mechanism 166. Piping 164 connects the lower part of the high-temperature tank 160 to the second heat exchanger 170.
流量調整機構166は、配管164に設けられる。流量調整機構166は、高温槽160から第2熱交換器170に供給される固体粒子の流量を調整する。流量調整機構166は、例えば、Jバルブ型ループシール、Lバルブ型ループシールである。 The flow rate adjustment mechanism 166 is installed in the piping 164. The flow rate adjustment mechanism 166 adjusts the flow rate of solid particles supplied from the high-temperature tank 160 to the second heat exchanger 170. The flow rate adjustment mechanism 166 is, for example, a J-valve type loop seal or an L-valve type loop seal.
第2熱交換器170は、高温槽160から固体粒子が供給され、固体粒子と流体とを熱交換させる。流体は、例えば、水、水蒸気、空気、燃焼排ガスである。 The second heat exchanger 170 receives solid particles from the high-temperature tank 160 and exchanges heat between the solid particles and a fluid. The fluid can be, for example, water, steam, air, or combustion exhaust gas.
排出部190は、第2熱交換器170から第1熱交換器140に固体粒子を排出する。 The discharge section 190 discharges solid particles from the second heat exchanger 170 to the first heat exchanger 140.
図2は、本実施形態に係る第2熱交換器170および排出部190の一例を示す図である。図2に示すように、第2熱交換器170は、容器172と、分散板174aと、排気管174bと、流動化ガス供給部176と、伝熱管178とを含む。 Figure 2 shows an example of the second heat exchanger 170 and discharge section 190 according to this embodiment. As shown in Figure 2, the second heat exchanger 170 includes a container 172, a dispersion plate 174a, an exhaust pipe 174b, a fluidizing gas supply section 176, and heat transfer tubes 178.
容器172は、例えば、角筒形状である。分散板174aは、容器172内に設けられる。分散板174aは、水平方向に延在して、容器172内を、収容室172aと、風箱室172bとに分割する。分散板174aには、複数の孔が形成される。複数の孔の大きさは、固体粒子が通過不可能、または、通過困難となる大きさである。収容室172aは、容器172の上部に形成される。風箱室172bは、容器172内における収容室172aの下方に形成される。分散板174aは、収容室172aの底面として機能する。 The container 172 is, for example, rectangular in shape. The dispersion plate 174a is provided inside the container 172. The dispersion plate 174a extends horizontally, dividing the inside of the container 172 into a containment chamber 172a and a wind chamber 172b. Multiple holes are formed in the dispersion plate 174a. The size of these holes is such that solid particles cannot pass through, or pass through with difficulty. The containment chamber 172a is formed at the top of the container 172. The wind chamber 172b is formed below the containment chamber 172a within the container 172. The dispersion plate 174a functions as the bottom surface of the containment chamber 172a.
本実施形態において、高温粒子供給部162の配管164は、容器172の上面を貫通する。配管164の上端は、高温槽160の下部に接続される。また、配管164の下端は、収容室172a内に配される。配管164の下端は、後述する排出管192の上端より下方に位置する。本実施形態において、配管164の下端は、分散板174aの近傍に位置する。 In this embodiment, the piping 164 of the high-temperature particle supply unit 162 penetrates the upper surface of the container 172. The upper end of the piping 164 is connected to the lower part of the high-temperature tank 160. The lower end of the piping 164 is located within the containment chamber 172a. The lower end of the piping 164 is located below the upper end of the discharge pipe 192, which will be described later. In this embodiment, the lower end of the piping 164 is located near the dispersion plate 174a.
高温槽160に貯留された固体粒子は、配管164を通じて、収容室172aに供給される。したがって、収容室172aには、固体粒子が収容される。 The solid particles stored in the high-temperature tank 160 are supplied to the containment chamber 172a through the piping 164. Therefore, the containment chamber 172a is filled with solid particles.
流動化ガス供給部176は、例えば、ポンプ、ブロワ等である。流動化ガス供給部176の吸入側は、流動化ガスの供給源に接続される。流動化ガス供給部176の吐出側は、風箱室172bに接続される。流動化ガスは、例えば、水蒸気、空気、二酸化炭素、燃焼排ガスである。流動化ガス供給部176は、分散板174aを通じて収容室172a内に供給される流動化ガスの空塔速度が、最小流動化速度Umf以上、終端速度未満となるように、流動化ガスを風箱室172b内に供給する。これにより、高温槽160から供給された固体粒子は、流動化ガスによって流動化し、収容室172a内において流動層(気泡流動層)が形成される。また、流動化ガス供給部176によって供給される流動化ガスの空塔速度は、終端速度未満であるため、収容室172aから固体粒子が飛散することはない。 The fluidizing gas supply unit 176 is, for example, a pump, blower, etc. The suction side of the fluidizing gas supply unit 176 is connected to the fluidizing gas supply source. The discharge side of the fluidizing gas supply unit 176 is connected to the wind chamber 172b. The fluidizing gas is, for example, water vapor, air, carbon dioxide, or combustion exhaust gas. The fluidizing gas supply unit 176 supplies the fluidizing gas into the wind chamber 172b via the dispersion plate 174a such that the empty velocity of the fluidizing gas supplied into the containment chamber 172a is greater than or equal to the minimum fluidization velocity Umf and less than the terminal velocity. As a result, solid particles supplied from the high-temperature tank 160 are fluidized by the fluidizing gas, and a fluidized bed (bubble fluidized bed) is formed in the containment chamber 172a. Furthermore, since the empty velocity of the fluidizing gas supplied by the fluidizing gas supply unit 176 is less than the terminal velocity, solid particles do not scatter from the containment chamber 172a.
伝熱管178の一部は、収容室172a内に臨む。伝熱管178の入口には、流体供給部180が接続される。伝熱管178の出口には、熱利用機器182が接続される。 A portion of the heat transfer tube 178 faces into the containment chamber 172a. A fluid supply unit 180 is connected to the inlet of the heat transfer tube 178. A heat utilization device 182 is connected to the outlet of the heat transfer tube 178.
また、容器172の上面には、排気管174bが接続される。排気管174bは、後述する熱利用機器230に流動化ガスを供給する。 Furthermore, an exhaust pipe 174b is connected to the top surface of the container 172. The exhaust pipe 174b supplies fluidized gas to the heat utilization equipment 230, which will be described later.
流体供給部180は、伝熱管178に流体を供給する。流体供給部180は、例えば、ポンプである。流体供給部180によって伝熱管178に供給された流体は、伝熱管178の出口を通じて熱利用機器182に供給される。流体は、伝熱管178の通過過程において、収容室172a内に形成された固体粒子の流動層と熱交換され、加熱される。このため、熱利用機器182には、加熱された流体が供給される。 The fluid supply unit 180 supplies fluid to the heat transfer tubes 178. The fluid supply unit 180 is, for example, a pump. The fluid supplied to the heat transfer tubes 178 by the fluid supply unit 180 is then supplied to the heat utilization equipment 182 through the outlet of the heat transfer tubes 178. During its passage through the heat transfer tubes 178, the fluid exchanges heat with the fluidized bed of solid particles formed in the containment chamber 172a, and is heated. Therefore, the heat utilization equipment 182 is supplied with heated fluid.
熱利用機器182は、第2熱交換器170によって熱交換(加熱)された流体が有する熱エネルギーを利用する機器である。熱利用機器182は、例えば、ガスタービン発電機、蒸気タービン発電機(ボイラ)、蒸気を提供するボイラ、炉(ファーネス、キルン)、空調機器である。 The heat utilization equipment 182 is equipment that utilizes the thermal energy of the fluid that has been heat-exchanged (heated) by the second heat exchanger 170. Examples of heat utilization equipment 182 include gas turbine generators, steam turbine generators (boilers), steam-supplying boilers, furnaces (kilns), and air conditioning equipment.
本実施形態において、排出部190は、排出管192を含む。排出管192は、収容室172aと第1熱交換器140の下部とを接続する配管である。排出管192の上端は、容器172の側面のうち、収容室172aにおける流動層の上面近傍に接続される。排出管192の下端は、第1熱交換器140における気体供給口140aの上方に接続される。 In this embodiment, the discharge section 190 includes a discharge pipe 192. The discharge pipe 192 is a pipe connecting the containment chamber 172a and the lower part of the first heat exchanger 140. The upper end of the discharge pipe 192 is connected to the side surface of the container 172, near the upper surface of the fluidized bed in the containment chamber 172a. The lower end of the discharge pipe 192 is connected above the gas supply port 140a in the first heat exchanger 140.
上記したように、収容室172a内には、固体粒子の流動層が形成される。このため、配管164を通じて、高温槽160から固体粒子が供給されると、供給された分の固体粒子が排出管192に押し出される(オーバーフローする)。そして、押し出された固体粒子は、排出管192を通じて、第1熱交換器140に供給される。 As described above, a fluidized bed of solid particles is formed in the containment chamber 172a. Therefore, when solid particles are supplied from the high-temperature tank 160 through the piping 164, the supplied solid particles are pushed out (overflow) into the discharge pipe 192. These pushed-out solid particles are then supplied to the first heat exchanger 140 through the discharge pipe 192.
図1に戻って説明すると、低温槽200は、固気分離器150によって固気分離された固体粒子を貯留する。低温槽200には、高温槽160とタイミングを異にして固体粒子が供給される。低温槽200は、例えば、ホッパである。 Returning to Figure 1, the low-temperature tank 200 stores the solid particles separated by the solid-gas separator 150. Solid particles are supplied to the low-temperature tank 200 at a different timing than the high-temperature tank 160. The low-temperature tank 200 is, for example, a hopper.
低温粒子供給部210は、低温槽200に貯留された固体粒子を第1熱交換器140に供給する。低温粒子供給部210は、配管212と、流量調整機構214とを含む。配管212は、低温槽200の下部と第1熱交換器140の下部とを接続する。本実施形態において、配管212の上端は、低温槽200の下部に接続される。配管212の下端は、第1熱交換器140における気体供給口140aの上方に接続される。 The low-temperature particle supply unit 210 supplies solid particles stored in the low-temperature tank 200 to the first heat exchanger 140. The low-temperature particle supply unit 210 includes piping 212 and a flow rate adjustment mechanism 214. Piping 212 connects the lower part of the low-temperature tank 200 to the lower part of the first heat exchanger 140. In this embodiment, the upper end of piping 212 is connected to the lower part of the low-temperature tank 200. The lower end of piping 212 is connected above the gas supply port 140a in the first heat exchanger 140.
流量調整機構214は、配管212に設けられる。流量調整機構214は、低温槽200から第1熱交換器140に供給される固体粒子の流量を調整する。 The flow rate adjustment mechanism 214 is installed in the piping 212. The flow rate adjustment mechanism 214 adjusts the flow rate of solid particles supplied from the low-temperature tank 200 to the first heat exchanger 140.
気体送出部220は、固気分離器150によって固気分離された気体を熱利用機器230または予熱器120に供給する。気体送出部220は、配管222a、222bと、バルブ224a、224bとを含む。配管222aは、固気分離器150の気体の排気口と、熱利用機器230とを接続する。バルブ224aは、配管222aに設けられる。配管222bは、固気分離器150の気体の排気口と、予熱器120とを接続する。バルブ224bは、配管222bに設けられる。なお、本実施形態において、バルブ224aとバルブ224bとは、制御部240によって排他的に開閉される。 The gas delivery unit 220 supplies the gas separated into solid and gas phases by the solid-gas separator 150 to the heat utilization equipment 230 or the preheater 120. The gas delivery unit 220 includes piping 222a and 222b, and valves 224a and 224b. Piping 222a connects the gas exhaust port of the solid-gas separator 150 to the heat utilization equipment 230. Valve 224a is provided on piping 222a. Piping 222b connects the gas exhaust port of the solid-gas separator 150 to the preheater 120. Valve 224b is provided on piping 222b. In this embodiment, valves 224a and 224b are exclusively opened and closed by the control unit 240.
熱利用機器230は、固気分離器150によって分離された気体、または、第2熱交換器170から排気された流動化ガスが有する熱エネルギーを利用する機器である。熱利用機器230は、例えば、ガスタービン発電機、蒸気タービン発電機(ボイラ)、蒸気を提供するボイラ、炉(ファーネス、キルン)、空調機器である。 The heat utilization equipment 230 is equipment that utilizes the thermal energy contained in the gas separated by the solid-gas separator 150, or the fluidized gas exhausted from the second heat exchanger 170. Examples of heat utilization equipment 230 include gas turbine generators, steam turbine generators (boilers), steam-supplying boilers, furnaces (kilns), and air conditioning equipment.
制御部240は、CPU(中央処理装置)を含む半導体集積回路で構成される。制御部240は、ROMからCPUを動作させるためのプログラムやパラメータ等を読み出す。制御部240は、ワークエリアとしてのRAMや他の電子回路と協働して、蓄エネルギー装置100全体を管理および制御する。本実施形態において、制御部240は、気体供給部110(ブロワ112)、加熱器134、切換部152(バルブ156a、156b)、流量調整機構166、流動化ガス供給部176、流体供給部180、流量調整機構214、気体送出部220(バルブ224a、224b)を制御する。 The control unit 240 is composed of a semiconductor integrated circuit including a CPU (Central Processing Unit). The control unit 240 reads programs and parameters for operating the CPU from the ROM. The control unit 240 works in cooperation with the RAM (which acts as a work area) and other electronic circuits to manage and control the entire energy storage device 100. In this embodiment, the control unit 240 controls the gas supply unit 110 (blower 112), heater 134, switching unit 152 (valves 156a, 156b), flow rate adjustment mechanism 166, fluidization gas supply unit 176, fluid supply unit 180, flow rate adjustment mechanism 214, and gas delivery unit 220 (valves 224a, 224b).
本実施形態において、制御部240は、電力が余剰(つまり、発電電力量-需要電力量 > 所定値(例えば0))する期間、余剰した電力を熱エネルギーに変換して蓄熱する。以下、電力を熱エネルギーに変換して蓄熱する運転モードを、蓄熱モードという。一方、制御部240は、熱あるいは電力が必要なとき、蓄熱した熱エネルギーを熱利用機器182、230で利用する。以下、蓄熱した熱エネルギーを熱利用機器182、230で利用する運転モードを、放熱モードという。なお、初期状態において、ブロワ112、加熱器134、流体供給部180は停止しており、バルブ156a、156b、224a、224b、流量調整機構166、214は閉じられている。また、初期状態において、固体粒子は、低温槽200に貯留されている。以下、蓄熱モードおよび放熱モードそれぞれにおける制御部240の処理について説明する。 In this embodiment, the control unit 240 converts surplus power into thermal energy and stores it during periods when there is a power surplus (i.e., generated power - demanded power > predetermined value (e.g., 0)). Hereinafter, the operating mode in which power is converted into thermal energy and stored will be referred to as the heat storage mode. On the other hand, when heat or power is needed, the control unit 240 utilizes the stored thermal energy in the heat utilization equipment 182 and 230. Hereinafter, the operating mode in which the stored thermal energy is utilized in the heat utilization equipment 182 and 230 will be referred to as the heat release mode. In the initial state, the blower 112, heater 134, and fluid supply unit 180 are stopped, and the valves 156a, 156b, 224a, 224b, and flow rate adjustment mechanisms 166 and 214 are closed. Also, in the initial state, solid particles are stored in the low-temperature tank 200. The processing of the control unit 240 in the heat storage mode and heat release mode will be described below.
[蓄熱モード]
図3は、蓄熱モードにおける制御部240の処理を説明する図である。なお、理解を容易にするために、図3中、蓄熱モードにおいて利用されない構成を省略する。
[Heat storage mode]
Figure 3 illustrates the processing of the control unit 240 in the heat storage mode. For ease of understanding, components not used in the heat storage mode are omitted in Figure 3.
制御部240は、バルブ156b、224aおよび、流量調整機構166を閉じる。制御部240は、流動化ガス供給部176、流体供給部180を停止する。また、図3に示すように、制御部240は、ブロワ112、および、加熱器134を動作させる。また、制御部240は、バルブ156a、224bを開弁する。制御部240は、流量調整機構214を開いて開度を調整する。 The control unit 240 closes valves 156b and 224a and the flow rate adjustment mechanism 166. The control unit 240 stops the fluidizing gas supply unit 176 and the fluid supply unit 180. Furthermore, as shown in Figure 3, the control unit 240 operates the blower 112 and the heater 134. The control unit 240 also opens valves 156a and 224b. The control unit 240 opens the flow rate adjustment mechanism 214 to adjust the opening degree.
そうすると、加熱器134によって余剰の電力が消費される。ブロワ112によって加熱室130に供給された気体は、加熱器134によって加熱される。加熱器134は、固体粒子の耐熱温度未満、熱利用機器182の要求温度を満たす第1温度に気体を加熱する。例えば、加熱器134は、気体によって加熱される固体粒子が上記要求温度を満たす第2温度になるように、気体を加熱する。固体粒子がシリカである場合には、気体を1600℃以下に加熱する。また、第2温度は、第1温度より低いが、温度差は小さい。第2温度と、第1温度との温度差は、例えば、50℃程度である。 As a result, the excess power is consumed by the heater 134. The gas supplied to the heating chamber 130 by the blower 112 is heated by the heater 134. The heater 134 heats the gas to a first temperature that is below the heat resistance temperature of the solid particles and satisfies the temperature requirement of the heat utilization device 182. For example, the heater 134 heats the gas so that the solid particles heated by the gas reach a second temperature that satisfies the above-mentioned temperature requirement. If the solid particles are silica, the gas is heated to 1600°C or below. Also, the second temperature is lower than the first temperature, but the temperature difference is small. The temperature difference between the second temperature and the first temperature is, for example, about 50°C.
こうして加熱された高温の気体(第1温度の気体)は、第1熱交換器140に供給される。また、低温槽200から第1熱交換器140に低温の固体粒子が供給される。したがって、第1熱交換器140において、高温の気体と低温の固体粒子とが強く攪拌され、高温の気体と低温の固体粒子とで熱交換が為される。これにより、気体によって固体粒子が加熱され、固体粒子によって気体が冷却される。なお、第1熱交換器140の出口において、固体粒子の温度と気体の温度とはほぼ等しくなる(第2温度となる)。 The heated high-temperature gas (gas at the first temperature) is supplied to the first heat exchanger 140. Low-temperature solid particles are also supplied from the low-temperature tank 200 to the first heat exchanger 140. Therefore, in the first heat exchanger 140, the high-temperature gas and low-temperature solid particles are vigorously agitated, and heat exchange occurs between them. As a result, the solid particles are heated by the gas, and the gas is cooled by the solid particles. At the outlet of the first heat exchanger 140, the temperature of the solid particles and the temperature of the gas become approximately equal (the second temperature).
そして、固気分離器150は、第1熱交換器140から排出された固気混合物を固気分離する。固気分離された高温の固体粒子(第2温度の固体粒子)は、配管154aを通じて高温槽160に供給される。高温槽160は、高温の固体粒子を貯留する。 The solid-gas separator 150 then separates the solid-gas mixture discharged from the first heat exchanger 140. The separated high-temperature solid particles (solid particles at the second temperature) are supplied to the high-temperature tank 160 via piping 154a. The high-temperature tank 160 stores the high-temperature solid particles.
一方、固気分離された第2温度の気体は、配管222bを通じて、予熱器120に供給される。予熱器120は、配管222bを通じて固気分離器150から供給された第2温度の気体と、ブロワ112によって加熱室130に供給される気体とを熱交換する。したがって、ブロワ112によって加熱室130に供給される気体は、第2温度の気体によって、第3温度に加熱される。第3温度は、常温(例えば、25℃)より高い温度である。つまり、予熱器120は、第1熱交換器140から排出された気体が有する熱で、加熱室130に供給される前の気体を予熱することができる。 Meanwhile, the gas at the second temperature, separated from the solid-gas state, is supplied to the preheater 120 through piping 222b. The preheater 120 exchanges heat between the gas at the second temperature supplied from the solid-gas separator 150 via piping 222b and the gas supplied to the heating chamber 130 by the blower 112. Therefore, the gas supplied to the heating chamber 130 by the blower 112 is heated to a third temperature by the gas at the second temperature. This third temperature is higher than room temperature (e.g., 25°C). In other words, the preheater 120 can preheat the gas before it is supplied to the heating chamber 130 using the heat contained in the gas discharged from the first heat exchanger 140.
このように、蓄熱モードにおいて、余剰の電力が熱に変換されて、まず、気体に伝熱される。そして、高温の気体と低温の固体粒子とで熱交換が為され、熱が固体粒子に伝達される。こうして、余剰の電力が熱エネルギーに変換されて固体粒子に保持(蓄熱)される。なお、固体粒子の熱容量は気体(空気)より大きいので、固体粒子の蓄熱密度(J/m3)は気体より高い。 Thus, in the heat storage mode, excess electricity is converted into heat and first transferred to the gas. Then, heat exchange takes place between the high-temperature gas and the low-temperature solid particles, and the heat is transferred to the solid particles. In this way, excess electricity is converted into thermal energy and retained (stored) in the solid particles. Since the heat capacity of solid particles is greater than that of gas (air), the heat storage density of solid particles (J/ m³ ) is higher than that of gas.
なお、制御部240は、余剰した電力の量(以下、「余剰電力量」という)に基づいて、流量調整機構214の開度を調整する。具体的に説明すると、加熱器134によって余剰電力量の電力が熱エネルギーに変換され、この熱エネルギーで(気体を介して)固体粒子を加熱した場合に、第2温度となる固体粒子の量が決定される。したがって、制御部240は、決定された量の固体粒子が、第1熱交換器140に供給されるように流量調整機構214の開度を調整する。 The control unit 240 adjusts the opening of the flow rate adjustment mechanism 214 based on the amount of surplus power (hereinafter referred to as "surplus power"). Specifically, the surplus power is converted into thermal energy by the heater 134, and when solid particles are heated (via gas) with this thermal energy, the amount of solid particles that reach the second temperature is determined. Therefore, the control unit 240 adjusts the opening of the flow rate adjustment mechanism 214 so that the determined amount of solid particles is supplied to the first heat exchanger 140.
これにより、余剰電力量が変動した場合(余剰電力量が時間的に変動した場合)であっても、高温槽160に貯留される固体粒子の温度を、定常的に第2温度に維持することができる。つまり、余剰電力量の変動に対応することができる。したがって、後述する放熱モードにおいて、追加のエネルギーを使用せずとも(例えば、補助燃料を燃焼させずとも)、要求温度を満たす第4温度の流体を熱利用機器182に供給することが可能となる。 This allows the temperature of the solid particles stored in the high-temperature chamber 160 to be steadily maintained at the second temperature, even when the amount of surplus power fluctuates (when the amount of surplus power fluctuates over time). In other words, it can adapt to fluctuations in the amount of surplus power. Therefore, in the heat dissipation mode described later, it becomes possible to supply a fluid at the fourth temperature that meets the required temperature to the heat utilization equipment 182 without using additional energy (for example, without burning auxiliary fuel).
[放熱モード]
図4は、放熱モードにおける制御部240の処理を説明する図である。なお、理解を容易にするために、図4中、放熱モードにおいて利用されない構成を省略する。
[Heat dissipation mode]
Figure 4 illustrates the processing of the control unit 240 in heat dissipation mode. For ease of understanding, components not used in heat dissipation mode are omitted from Figure 4.
制御部240は、バルブ156a、224b、流量調整機構214を閉じる。制御部240は、加熱器134を停止する。また、図4に示すように、制御部240は、バルブ156b、224aを開弁し、流量調整機構166を開いて開度を調整する。制御部240は、ブロワ112、流動化ガス供給部176、流体供給部180を動作させる。 The control unit 240 closes valves 156a and 224b and the flow rate adjustment mechanism 214. The control unit 240 stops the heater 134. Furthermore, as shown in Figure 4, the control unit 240 opens valves 156b and 224a, opens the flow rate adjustment mechanism 166, and adjusts the opening degree. The control unit 240 operates the blower 112, the fluidizing gas supply unit 176, and the fluid supply unit 180.
そうすると、第2熱交換器170には、高温槽160から高温の固体粒子(第2温度の固体粒子)が供給される。また、流動化ガス供給部176によって、収容室172a内に流動化ガスが供給される。これにより、第2熱交換器170において、高温の固体粒子の流動層が形成される。また、流体供給部180から伝熱管178に流体が供給される。したがって、第2熱交換器170において、低温の流体と高温の固体粒子とで熱交換が為される。これにより、固体粒子によって流体が加熱され、流体によって固体粒子が冷却される。こうして、第2熱交換器170において、加熱された流体は、熱利用機器182に供給される。なお、熱利用機器182に供給される流体、および、第2熱交換器170から排出される固体粒子の温度は、概ね等しく、第4温度である。第4温度は、熱利用機器230の要求温度を満たす所定の温度であり、第2温度より低い。 As a result, high-temperature solid particles (solid particles at the second temperature) are supplied to the second heat exchanger 170 from the high-temperature tank 160. Furthermore, fluidizing gas is supplied to the containment chamber 172a by the fluidizing gas supply unit 176. This creates a fluidized bed of high-temperature solid particles in the second heat exchanger 170. Additionally, fluid is supplied to the heat transfer tubes 178 from the fluid supply unit 180. Therefore, heat exchange occurs between the low-temperature fluid and the high-temperature solid particles in the second heat exchanger 170. This results in the fluid being heated by the solid particles and the solid particles being cooled by the fluid. Thus, the heated fluid in the second heat exchanger 170 is supplied to the heat utilization equipment 182. The temperature of the fluid supplied to the heat utilization equipment 182 and the temperature of the solid particles discharged from the second heat exchanger 170 are approximately equal, representing the fourth temperature. The fourth temperature is a predetermined temperature that satisfies the required temperature of the heat utilization equipment 230 and is lower than the second temperature.
そして、第2熱交換器170において、流体と熱交換されることで第2温度から冷却された、第4温度の固体粒子は、排出部190(排出管192)を通じて、第1熱交換器140に供給される。また、ブロワ112から、箱体132を通じて第1熱交換器140に気体が供給される。したがって、第1熱交換器140において、低温の気体と高温の固体粒子とで熱交換が為される。これにより、固体粒子によって気体が加熱され、気体によって固体粒子が冷却される。なお、第1熱交換器140から排出される固体粒子および気体の温度は、概ね等しく、第5温度である。 Then, in the second heat exchanger 170, the solid particles, cooled from the second temperature by heat exchange with the fluid, are supplied to the first heat exchanger 140 through the discharge section 190 (discharge pipe 192). Gas is also supplied to the first heat exchanger 140 from the blower 112 through the enclosure 132. Therefore, heat exchange occurs between the low-temperature gas and the high-temperature solid particles in the first heat exchanger 140. As a result, the gas is heated by the solid particles, and the solid particles are cooled by the gas. The temperatures of the solid particles and gas discharged from the first heat exchanger 140 are approximately equal, at the fifth temperature.
そして、固気分離器150は、第1熱交換器140から排出された固気混合物を固気分離する。固気分離された高温の気体(第5温度の気体)は、配管222aを通じて熱利用機器230に供給される。なお、第5温度は、熱利用機器230の要求温度を満たす所定の温度であり、第4温度より低い。また、第2熱交換器170において、第4温度に加熱された流動化ガスは、排気管174bを通じて、熱利用機器230に供給される。これにより、熱利用機器230において、気体が有する熱エネルギーが利用される(例えば、発電される)。一方、固気分離された第5温度の固体粒子は、配管154bを通じて低温槽200に供給される。低温槽200は、第5温度の固体粒子を貯留する。 The solid-gas separator 150 then separates the solid-gas mixture discharged from the first heat exchanger 140. The separated high-temperature gas (gas at the fifth temperature) is supplied to the heat utilization equipment 230 through piping 222a. The fifth temperature is a predetermined temperature that meets the required temperature of the heat utilization equipment 230 and is lower than the fourth temperature. Furthermore, the fluidized gas heated to the fourth temperature in the second heat exchanger 170 is supplied to the heat utilization equipment 230 through exhaust pipe 174b. This allows the heat energy contained in the gas to be utilized in the heat utilization equipment 230 (for example, for generating electricity). Meanwhile, the solid particles at the fifth temperature, separated from the solid-gas mixture, are supplied to the low-temperature tank 200 through piping 154b. The low-temperature tank 200 stores the solid particles at the fifth temperature.
このように、放熱モードにおいて、高温の固体粒子と低温の流体とで熱交換が為され、熱が流体に伝達される。そして、必要となった際(例えば、電力が不足している期間)において、高温の流体(第4温度の流体)が熱利用機器182で利用される(例えば、発電される)。 In this way, in the heat dissipation mode, heat exchange occurs between high-temperature solid particles and low-temperature fluid, and heat is transferred to the fluid. Then, when needed (for example, during periods of power shortage), the high-temperature fluid (fluid at the fourth temperature) is utilized by the heat utilization device 182 (for example, for generating electricity).
なお、制御部240は、熱利用機器182の要求温度および要求流量に基づいて、流量調整機構166の開度を調整する。具体的に説明すると、流体供給部180が熱利用機器182の要求流量で、第2熱交換器170の伝熱管178に流体を供給し、高温槽160に貯留された第2温度の固体粒子で流体を加熱する場合に、流体を第4温度に加熱するための固体粒子の量が決定される。したがって、制御部240は、決定された量の固体粒子が、第2熱交換器170に供給されるように流量調整機構166の開度を調整する。 The control unit 240 adjusts the opening of the flow rate adjustment mechanism 166 based on the required temperature and flow rate of the heat utilization equipment 182. Specifically, when the fluid supply unit 180 supplies fluid to the heat transfer tubes 178 of the second heat exchanger 170 at the required flow rate of the heat utilization equipment 182, and the fluid is heated by solid particles at a second temperature stored in the high-temperature tank 160, the amount of solid particles needed to heat the fluid to a fourth temperature is determined. Therefore, the control unit 240 adjusts the opening of the flow rate adjustment mechanism 166 so that the determined amount of solid particles is supplied to the second heat exchanger 170.
これにより、熱利用機器182に供給される流体の温度を熱利用機器182の要求温度にすることができる。したがって、追加のエネルギーを使用せずとも(例えば、補助燃料を燃焼させずとも)、安定的に、要求温度を満たす第4温度の流体を熱利用機器182に供給することが可能となる。熱利用機器182の要求温度(例えば、要求される発電量)が時間的に変動しても、固体粒子の供給量を調整して対応できる。 This allows the temperature of the fluid supplied to the heat utilization device 182 to be brought to the required temperature of the heat utilization device 182. Therefore, it becomes possible to stably supply the heat utilization device 182 with fluid at a fourth temperature that meets the required temperature, without using additional energy (for example, without burning auxiliary fuel). Even if the required temperature of the heat utilization device 182 (for example, the required amount of power generation) fluctuates over time, this can be addressed by adjusting the supply amount of solid particles.
また、第1熱交換器140において、第2熱交換器170から排出された固体粒子と気体とで熱交換が為される。こうして、固体粒子の熱を回収した気体は、固気分離器150、配管222aを通じて、熱利用機器230に供給される。熱利用機器230は、気体が有する熱を利用する。気体供給部110および第1熱交換器140を備える構成により、流体を第4温度に加熱した後の固体粒子の熱を有効利用することができる。 Furthermore, in the first heat exchanger 140, heat exchange takes place between the solid particles discharged from the second heat exchanger 170 and the gas. The gas, from which the heat of the solid particles has been recovered, is supplied to the heat utilization device 230 through the solid-gas separator 150 and piping 222a. The heat utilization device 230 utilizes the heat contained in the gas. The configuration, comprising the gas supply unit 110 and the first heat exchanger 140, allows for the effective utilization of the heat of the solid particles after the fluid has been heated to the fourth temperature.
以上説明したように、本実施形態にかかる蓄エネルギー装置100は、余剰の電力を熱エネルギーに変換して固体粒子に保持させておく。これにより、余剰の電力を二次電池に蓄電する従来技術や余剰の電力を水素に転換する従来技術と比較して低コストでエネルギーを保持することが可能となる。また、余剰の電力を水素に転換して保持しておく従来技術と比較して、必要となった際(例えば、電力が不足している場合)に、保持させたエネルギーを高速で熱エネルギーや電気エネルギーに変換することができる。 As described above, the energy storage device 100 according to this embodiment converts surplus electricity into thermal energy and stores it in solid particles. This makes it possible to store energy at a lower cost compared to conventional technologies that store surplus electricity in secondary batteries or convert surplus electricity into hydrogen. Furthermore, compared to conventional technologies that convert surplus electricity into hydrogen and store it, the stored energy can be rapidly converted into thermal or electrical energy when needed (for example, when there is a power shortage).
さらに、レンガブロックで蓄熱する従来技術と比較して、蓄熱モードにおいて、蓄熱させる固体粒子の量を調整することで、余剰電力が変動しても、指定する第2温度の固体粒子を貯留することができる。 Furthermore, compared to conventional heat storage technologies using brick blocks, this technology allows for the storage of solid particles at a specified second temperature even when surplus power fluctuates, by adjusting the amount of solid particles stored in the heat storage mode.
また、放熱モードにおいて、流体供給部180が供給する流体の流量を熱利用機器182の要求流量とし、第2熱交換器170に供給される固体粒子の量を調整することによって、熱利用機器182に供給される流体の温度を熱利用機器182の要求温度とすることができる。したがって、補助燃料を要さずとも、熱利用機器182の時間的な負荷変動に対しても対応することが可能となる。 Furthermore, in the heat dissipation mode, by setting the flow rate of the fluid supplied by the fluid supply unit 180 to the flow rate required by the heat utilization equipment 182, and adjusting the amount of solid particles supplied to the second heat exchanger 170, the temperature of the fluid supplied to the heat utilization equipment 182 can be set to the temperature required by the heat utilization equipment 182. Therefore, it is possible to respond to temporal load fluctuations of the heat utilization equipment 182 without requiring auxiliary fuel.
また、上記したように、第2熱交換器170は、高温槽160に貯留された第2温度の固体粒子と、熱利用機器182によって利用される流体とを熱交換させる。したがって、第2熱交換器170は、固体粒子が有する熱を直接流体に伝達することができる。つまり、第2熱交換器170は、他の熱媒体を介さずに、固体粒子が有する熱を流体に伝達することが可能となる。このため、第2熱交換器170は、効率よく流体を加熱することができる。これにより、熱利用機器182は、固体粒子によって蓄熱された熱を効率よく利用することが可能となる。 Furthermore, as described above, the second heat exchanger 170 exchanges heat between the solid particles at the second temperature stored in the high-temperature tank 160 and the fluid used by the heat utilization device 182. Therefore, the second heat exchanger 170 can directly transfer the heat from the solid particles to the fluid. In other words, the second heat exchanger 170 can transfer the heat from the solid particles to the fluid without the need for other heat transfer media. As a result, the second heat exchanger 170 can efficiently heat the fluid. This allows the heat utilization device 182 to efficiently utilize the heat stored by the solid particles.
また、上記したように、蓄エネルギー装置100は、予熱器120を備える。予熱器120は、蓄熱モードにおいて、固気分離器150によって分離された高温の気体で、加熱器134に供給される前の気体を予熱する。これにより、蓄熱モードにおいて、加熱器134によって発生させた熱を効率よく固体粒子に蓄熱させることができる。 Furthermore, as described above, the energy storage device 100 includes a preheater 120. In the heat storage mode, the preheater 120 preheats the gas separated by the solid-gas separator 150 before supplying it to the heater 134. This allows the heat generated by the heater 134 to be efficiently stored in the solid particles during the heat storage mode.
[第1の変形例:蓄エネルギー装置300]
上記第1の実施形態において、蓄エネルギー装置100が熱利用機器230を備える場合を例に挙げた。しかし、蓄エネルギー装置300は、熱利用機器230を備えなくてもよい。
[First modified example: Energy storage device 300]
In the first embodiment described above, an example was given in which the energy storage device 100 is equipped with a heat utilization device 230. However, the energy storage device 300 does not necessarily have to be equipped with a heat utilization device 230.
図5は、第1の変形例に係る蓄エネルギー装置300を説明する図である。図5に示すように、蓄エネルギー装置300は、気体供給部110と、予熱器120と、加熱室130と、第1熱交換器140と、固気分離器150と、切換部152と、高温槽160と、高温粒子供給部162と、第2熱交換器170と、流体供給部180と、熱利用機器182と、排出部190と、低温槽200と、低温粒子供給部210と、気体送出部320と、制御部240とを含む。なお、図5中、実線の矢印は、固体粒子および固気混合物の流れを示す。また、破線の矢印は、気体および流体の流れを示す。また、上記蓄エネルギー装置100と実質的に等しい構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。 Figure 5 illustrates an energy storage device 300 according to the first modified example. As shown in Figure 5, the energy storage device 300 includes a gas supply unit 110, a preheater 120, a heating chamber 130, a first heat exchanger 140, a solid-gas separator 150, a switching unit 152, a high-temperature tank 160, a high-temperature particle supply unit 162, a second heat exchanger 170, a fluid supply unit 180, a heat utilization device 182, a discharge unit 190, a low-temperature tank 200, a low-temperature particle supply unit 210, a gas delivery unit 320, and a control unit 240. In Figure 5, solid arrows indicate the flow of solid particles and solid-gas mixtures. Dashed arrows indicate the flow of gas and fluid. Components substantially equivalent to those of the energy storage device 100 are denoted by the same reference numerals and their descriptions are omitted.
第1の変形例において、気体送出部320は、固気分離器150によって固気分離された気体をブロワ112または予熱器120に供給する。気体送出部320は、配管322a、322bと、流量調整機構324a、324bとを含む。配管322aは、固気分離器150の気体の排気口と、予熱器120とを接続する。流量調整機構324aは、配管322aに設けられる。配管322bは、固気分離器150の気体の排気口と、ブロワ112の吸入側とを接続する。流量調整機構324bは、配管322bに設けられる。 In the first modified example, the gas delivery unit 320 supplies the gas separated into solid and gas phases by the solid-gas separator 150 to the blower 112 or preheater 120. The gas delivery unit 320 includes piping 322a, 322b, and flow rate adjustment mechanisms 324a, 324b. Piping 322a connects the gas exhaust port of the solid-gas separator 150 to the preheater 120. Flow rate adjustment mechanism 324a is provided on piping 322a. Piping 322b connects the gas exhaust port of the solid-gas separator 150 to the suction side of the blower 112. Flow rate adjustment mechanism 324b is provided on piping 322b.
第1の変形例において、制御部240は、蓄熱モードにおいて、流量調整機構324aを開き、流量調整機構324bを閉じる。これにより、蓄熱モードにおいて、予熱器120に高温の気体を供給することにより、低温槽200に貯留される固体粒子の温度を高くすることができる。なお、蓄熱モードにおいて、ブロワ112は、大気(空気)を吸入する。また、制御部240は、放熱モードにおいて、流量調整機構324bを開き、流量調整機構324aを閉じる。これにより、放熱モードにおいて、ブロワ112を介して、高温の気体を再循環させることができる。 In the first modified configuration, the control unit 240 opens the flow rate adjustment mechanism 324a and closes the flow rate adjustment mechanism 324b in the heat storage mode. This allows the temperature of the solid particles stored in the low-temperature tank 200 to be increased by supplying high-temperature gas to the preheater 120 in the heat storage mode. In the heat storage mode, the blower 112 draws in atmospheric air. Furthermore, in the heat dissipation mode, the control unit 240 opens the flow rate adjustment mechanism 324b and closes the flow rate adjustment mechanism 324a. This allows the high-temperature gas to be recirculated via the blower 112 in the heat dissipation mode.
第1の変形例において、気体送出部320が、放熱モードにおいて、ブロワ112に高温の気体を供給することにより、低温槽200に貯留される固体粒子の温度を高くすることができる。したがって、次回の蓄熱モードにおいて、加熱器134に供給される電力が少なくても、高温槽160が貯留する第2温度の固体粒子の量を増加させることが可能となる。 In the first modified example, the gas delivery unit 320 can supply high-temperature gas to the blower 112 in the heat dissipation mode, thereby increasing the temperature of the solid particles stored in the low-temperature chamber 200. Therefore, in the next heat storage mode, even with less power supplied to the heater 134, it becomes possible to increase the amount of solid particles at the second temperature stored in the high-temperature chamber 160.
[第2の変形例]
上記第1の変形例において、予熱器120と、第2熱交換器170とが別体である構成を例に挙げた。しかし、予熱器120と第2熱交換器170とは、一体形成されてもよい。
[Second variation]
In the first modified example described above, a configuration in which the preheater 120 and the second heat exchanger 170 are separate components was given as an example. However, the preheater 120 and the second heat exchanger 170 may be integrally formed.
図6は、第2の変形例に係る熱交換装置400を説明する図である。図7は、図6におけるVI-VI線の断面を上から見た図である。図8は、風箱室WRの水平断面図である。なお、図7中、理解を容易にするために、伝熱管178、伝熱管480、サイクロン490、および、固体粒子の記載を省略する。 Figure 6 illustrates a heat exchanger 400 according to a second modified example. Figure 7 is a top view of the cross-section along line VI-VI in Figure 6. Figure 8 is a horizontal cross-sectional view of the wind chamber WR. Note that, for ease of understanding, the heat transfer tubes 178, 480, cyclone 490, and solid particles are omitted in Figure 7.
図6に示すように、熱交換装置400は、容器410と、分散板420と、仕切板430と、第1区画板432と、第2区画板434と、第1分割板440と、第2分割板442と、第3分割板444と、流動化ガス供給装置450と、伝熱管178と、伝熱管480と、サイクロン490とを含む。なお、図6中、実線の矢印は、流体の流れを示す。また、上記蓄エネルギー装置100と実質的に等しい構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。 As shown in Figure 6, the heat exchanger 400 includes a container 410, a dispersion plate 420, a partition plate 430, a first compartment plate 432, a second compartment plate 434, a first dividing plate 440, a second dividing plate 442, a third dividing plate 444, a fluidizing gas supply device 450, a heat transfer tube 178, a heat transfer tube 480, and a cyclone 490. In Figure 6, solid arrows indicate fluid flow. Components substantially equivalent to those of the energy storage device 100 are given the same reference numerals and their descriptions are omitted.
容器410は、例えば、角筒形状である。第2の変形例において、容器410の上面TSには、排気口412が形成される。 The container 410 is, for example, rectangular in shape. In the second modification, an exhaust port 412 is formed on the upper surface TS of the container 410.
分散板420は、容器410内に設けられる。分散板420は、水平方向に延在して、容器410内を、収容室ARと、風箱室WRとに分割する。分散板420には、複数の孔が形成される。複数の孔の大きさは、後述する固体粒子が通過不可能、または、通過困難となる大きさである。 The dispersion plate 420 is installed inside the container 410. The dispersion plate 420 extends horizontally, dividing the container 410 into a containment chamber AR and a wind chamber WR. Multiple holes are formed in the dispersion plate 420. The size of these holes is such that solid particles, described later, cannot or have difficulty passing through them.
収容室ARは、容器410の上部に形成される。収容室ARには、固体粒子が収容される。分散板420は、収容室ARの底面として機能する。 The containment chamber AR is formed at the top of the container 410. Solid particles are contained within the containment chamber AR. The dispersion plate 420 functions as the bottom surface of the containment chamber AR.
風箱室WRは、容器410内における収容室ARの下方に形成される。 The wind chamber WR is formed below the containment chamber AR within the container 410.
仕切板430は、収容室AR内に設けられる。仕切板430は、鉛直方向に延在する板である。仕切板430の上端は、収容室ARの上面(容器410の上面TS)から離隔する。仕切板430の下端は、分散板420(収容室ARの底面)から離隔する。 The partition plate 430 is installed within the containment chamber AR. The partition plate 430 is a plate extending vertically. The upper end of the partition plate 430 is separated from the upper surface of the containment chamber AR (the upper surface TS of the container 410). The lower end of the partition plate 430 is separated from the distribution plate 420 (the bottom surface of the containment chamber AR).
図7に示すように、仕切板430における水平方向(前後方向、左右方向)の両端は、容器410の側面SSに接続される。仕切板430は、収容室AR内を第1室FRと第2室SRとに区画する。 As shown in Figure 7, both ends of the partition plate 430 in the horizontal direction (front-to-back and left-to-right directions) are connected to the side surface SS of the container 410. The partition plate 430 divides the storage chamber AR into a first chamber FR and a second chamber SR.
なお、図示は省略するが、第2の変形例において、高温粒子供給部162の配管164は、容器410の上面TSの上面を貫通する。配管164の下端は、第1室FR内に配される。配管164の下端は、排出管192の上端より下方に位置する。第2の変形例において、配管164の下端は、第1室FRにおける分散板174aの近傍に位置する。また、排出管192の上端は、容器410の側面のうち、第1室FRにおける流動層の上面近傍に接続される。 Although not shown in the diagram, in the second modified example, the piping 164 of the high-temperature particle supply unit 162 penetrates the upper surface TS of the container 410. The lower end of the piping 164 is located within the first chamber FR. The lower end of the piping 164 is located below the upper end of the discharge pipe 192. In the second modified example, the lower end of the piping 164 is located near the dispersion plate 174a in the first chamber FR. The upper end of the discharge pipe 192 is connected to the side surface of the container 410, near the upper surface of the fluidized bed in the first chamber FR.
図6に戻って説明すると、第1区画板432は、収容室ARにおける第1室FRの底面(分散板420のうちの第1室FRに位置する箇所)から上方に立設する板である。第1区画板432の上端(先端)は、仕切板430の下端よりも上方に位置する。 Returning to Figure 6, the first partition plate 432 is a plate erected upward from the bottom surface of the first chamber FR in the containment chamber AR (the portion of the distribution plate 420 located in the first chamber FR). The upper end (tip) of the first partition plate 432 is located above the lower end of the partition plate 430.
第2区画板434は、収容室ARにおける第2室SRの底面(分散板420のうちの第2室SRに位置する箇所)から上方に立設する板である。第2区画板434の上端(先端)は、仕切板430の下端よりも上方に位置する。 The second partition plate 434 is a plate erected above the bottom surface of the second chamber SR in the containment chamber AR (the portion of the distribution plate 420 located in the second chamber SR). The upper end (tip) of the second partition plate 434 is located above the lower end of the partition plate 430.
図7に示すように、第1区画板432における水平方向の両端は、容器410の側面SSに接続される。同様に、第2区画板434における水平方向の両端は、容器410の側面SSに接続される。 As shown in Figure 7, both horizontal ends of the first compartment plate 432 are connected to the side surface SS of the container 410. Similarly, both horizontal ends of the second compartment plate 434 are connected to the side surface SS of the container 410.
図6に戻って説明すると、第1分割板440、第2分割板442、および、第3分割板444は、風箱室WR内に設けられる。第1分割板440、第2分割板442、および、第3分割板444によって、風箱室WR内の空間が4分割される。 Returning to Figure 6, the first dividing plate 440, the second dividing plate 442, and the third dividing plate 444 are installed within the wind chamber WR. The first dividing plate 440, the second dividing plate 442, and the third dividing plate 444 divide the space within the wind chamber WR into four sections.
第1分割板440は、風箱室WR内における第1区画板432に対応する位置に設けられる。第1分割板440は、鉛直方向に延在する板である。第1分割板440の上端は、風箱室WRの上面(分散板420)に接続される。第1分割板440の下端は、風箱室WRの底面(容器410の底面)に接続される。 The first dividing plate 440 is positioned within the wind chamber WR at a location corresponding to the first compartment plate 432. The first dividing plate 440 is a plate extending vertically. The upper end of the first dividing plate 440 is connected to the upper surface (dispersion plate 420) of the wind chamber WR. The lower end of the first dividing plate 440 is connected to the bottom surface of the wind chamber WR (bottom surface of the container 410).
第2分割板442は、風箱室WR内における第2区画板434に対応する位置に設けられる。第2分割板442は、鉛直方向に延在する板である。第2分割板442の上端は、風箱室WRの上面に接続される。第2分割板442の下端は、風箱室WRの底面に接続される。 The second dividing plate 442 is provided in a position corresponding to the second compartment plate 434 within the wind chamber WR. The second dividing plate 442 is a plate extending vertically. The upper end of the second dividing plate 442 is connected to the upper surface of the wind chamber WR. The lower end of the second dividing plate 442 is connected to the bottom surface of the wind chamber WR.
第3分割板444は、風箱室WR内における第1分割板440と第2分割板442との間に設けられる。第2の変形例において、第3分割板444は、風箱室WR内における仕切板430に対応する位置に設けられる。第3分割板444は、鉛直方向に延在する板である。第3分割板444の上端は、風箱室WRの上面に接続される。第3分割板444の下端は、風箱室WRの底面に接続される。 The third dividing plate 444 is provided between the first dividing plate 440 and the second dividing plate 442 within the wind chamber WR. In the second modified example, the third dividing plate 444 is provided at a position corresponding to the partition plate 430 within the wind chamber WR. The third dividing plate 444 is a plate extending vertically. The upper end of the third dividing plate 444 is connected to the upper surface of the wind chamber WR. The lower end of the third dividing plate 444 is connected to the bottom surface of the wind chamber WR.
図8に示すように、第1分割板440における水平方向の両端は、容器410の側面SSに接続される。同様に、第2分割板442における水平方向の両端は、容器410の側面SSに接続される。また、第3分割板444における水平方向の両端は、容器410の側面SSに接続される。 As shown in Figure 8, both horizontal ends of the first dividing plate 440 are connected to the side surface SS of the container 410. Similarly, both horizontal ends of the second dividing plate 442 are connected to the side surface SS of the container 410. Furthermore, both horizontal ends of the third dividing plate 444 are connected to the side surface SS of the container 410.
したがって、分散板420と、容器410の側面SSおよび底面と、第1分割板440とによって、第1分割空間P(第1空間)が形成される。また、分散板420と、容器410の側面SSおよび底面と、第2分割板442とによって、第2分割空間S(第2空間)が形成される。分散板420と、容器410の底面と、第1分割板440と、第3分割板444とによって、第3分割空間Q(第5空間)が形成される。また、分散板420と、容器410の底面と、第2分割板442と、第3分割板444とによって、第4分割空間R(第4空間)が形成される。 Therefore, the first divided space P (first space) is formed by the dispersion plate 420, the side surface SS and bottom surface of the container 410, and the first divided plate 440. Furthermore, the second divided space S (second space) is formed by the dispersion plate 420, the side surface SS and bottom surface of the container 410, and the second divided plate 442. The third divided space Q (fifth space) is formed by the dispersion plate 420, the bottom surface of the container 410, the first divided plate 440, and the third divided plate 444. Finally, the fourth divided space R (fourth space) is formed by the dispersion plate 420, the bottom surface of the container 410, the second divided plate 442, and the third divided plate 444.
図6に戻って説明すると、流動化ガス供給装置450は、風箱室WRに流動化ガスを供給する。第2の変形例において、流動化ガスは、固気分離器150によって固気分離された高温の気体である。流動化ガス供給装置450は、配管322aと、第1分岐管460と、第1流量調整弁V1と、第2分岐管462と、第2流量調整弁V2と、第3分岐管464と、第3流量調整弁V3と、第4分岐管466と、第4流量調整弁V4とを含む。 Returning to Figure 6, the fluidizing gas supply device 450 supplies fluidizing gas to the wind chamber WR. In the second modified example, the fluidizing gas is a high-temperature gas separated into solid and gas phases by the solid-gas separator 150. The fluidizing gas supply device 450 includes piping 322a, a first branch pipe 460, a first flow control valve V1, a second branch pipe 462, a second flow control valve V2, a third branch pipe 464, a third flow control valve V3, a fourth branch pipe 466, and a fourth flow control valve V4.
第1分岐管460は、配管322aと第1分割空間Pとを接続する。第1流量調整弁V1は、第1分岐管460に設けられる。第1流量調整弁V1は、第1分岐管460に形成される流路断面積を変更する。 The first branch pipe 460 connects the piping 322a and the first divided space P. The first flow control valve V1 is installed in the first branch pipe 460. The first flow control valve V1 changes the flow path cross-sectional area formed in the first branch pipe 460.
第2分岐管462は、配管322aと第2分割空間Sとを接続する。第2流量調整弁V2は、第2分岐管462に設けられる。第2流量調整弁V2は、第2分岐管462に形成される流路断面積を変更する。 The second branch pipe 462 connects the piping 322a and the second divided space S. The second flow control valve V2 is installed in the second branch pipe 462. The second flow control valve V2 changes the flow path cross-sectional area formed in the second branch pipe 462.
第3分岐管464は、配管322aと第3分割空間Qとを接続する。第3流量調整弁V3は、第3分岐管464に設けられる。第3流量調整弁V3は、第3分岐管464に形成される流路断面積を変更する。 The third branch pipe 464 connects the piping 322a and the third divided space Q. The third flow control valve V3 is installed in the third branch pipe 464. The third flow control valve V3 changes the flow path cross-sectional area formed in the third branch pipe 464.
第4分岐管466は、配管322aと第4分割空間Rとを接続する。第4流量調整弁V4は、第4分岐管466に設けられる。第4流量調整弁V4は、第4分岐管466に形成される流路断面積を変更する。 The fourth branch pipe 466 connects piping 322a to the fourth divided space R. The fourth flow control valve V4 is installed in the fourth branch pipe 466. The fourth flow control valve V4 changes the flow path cross-sectional area formed in the fourth branch pipe 466.
伝熱管178は、一部が第1室FR内に臨む。 A portion of the heat transfer tube 178 faces into the first chamber FR.
伝熱管480は、一部が第2室SR内に臨む。伝熱管480の入口には、ブロワ112の吐出側が接続される。また、伝熱管480の出口には、気体供給路114が接続される。 A portion of the heat transfer tube 480 faces into the second chamber SR. The discharge side of the blower 112 is connected to the inlet of the heat transfer tube 480. The gas supply passage 114 is connected to the outlet of the heat transfer tube 480.
サイクロン490は、容器410の排気口412から排気された固気混合物を固気分離する。固気混合物は、固体粒子と流動化ガスとを含む。サイクロン490によって分離された流動化ガスは、外部に排気される。また、サイクロン490によって分離された固体粒子は、収容室AR内に返送される。 Cyclone 490 separates the solid-gas mixture exhausted from the exhaust port 412 of container 410. The solid-gas mixture contains solid particles and fluidizing gas. The fluidizing gas separated by cyclone 490 is exhausted to the outside. The solid particles separated by cyclone 490 are returned to the containment chamber AR.
第2の変形例において、制御部240は、第1流量調整弁V1、第2流量調整弁V2、第3流量調整弁V3、第4流量調整弁V4の開度を調整する。第2の変形例に係る制御部240は、蓄熱モードにおいて、予熱運転処理を行う。以下、予熱運転処理について説明する。 In the second modified configuration, the control unit 240 adjusts the opening degrees of the first flow control valve V1, the second flow control valve V2, the third flow control valve V3, and the fourth flow control valve V4. In the second modified configuration, the control unit 240 performs a preheating operation in the heat storage mode. The preheating operation will be described below.
[予熱運転処理]
予熱運転処理は、伝熱管480を通過する気体と固体粒子とを熱交換させ、伝熱管178を通過する流体と固体粒子との熱交換を停止する処理である。
[Preheating process]
The preheating operation process involves exchanging heat between the gas passing through the heat transfer tube 480 and the solid particles, and stopping the heat exchange between the fluid passing through the heat transfer tube 178 and the solid particles.
予熱運転処理において、制御部240は、第2流量調整弁V2の開度を調整する。第2の変形例において、制御部240は、第2分割空間S、および、分散板420を通じて第2室SR内に供給される流動化ガスの空塔速度Vbが、最小流動化速度Umf超の所定の速度VBより大きくなるように、第2流量調整弁V2の開度を調整する。速度VBは、下記式(1)で表される。
VB = Umf×(第2分割空間Sの水平断面積+第4分割空間Rの水平断面積)/(第2分割空間Sの水平断面積) 式(1)
In the preheating operation process, the control unit 240 adjusts the opening degree of the second flow control valve V2. In the second modified example, the control unit 240 adjusts the opening degree of the second flow control valve V2 so that the empty column velocity Vb of the fluidizing gas supplied into the second chamber SR through the second divided space S and the dispersion plate 420 is greater than a predetermined velocity VB that is greater than the minimum fluidizing velocity Umf. The velocity VB is expressed by the following formula (1).
VB = Umf × (Horizontal cross-sectional area of the second divided space S + Horizontal cross-sectional area of the fourth divided space R) / (Horizontal cross-sectional area of the second divided space S) Equation (1)
また、予熱運転処理において、制御部240は、第1流量調整弁V1、第3流量調整弁V3および第4流量調整弁V4を閉じる。 Furthermore, during the preheating operation, the control unit 240 closes the first flow control valve V1, the third flow control valve V3, and the fourth flow control valve V4.
予熱運転処理が実行されると、第2室SR内の固体粒子が流動化する。また、流動化ガスが有する熱で、第2室SR内の固体粒子が加熱される。これにより、流動化された固体粒子と、伝熱管480内を通過する気体との間で熱交換が行われる。また、第1室FRへの流動化ガスの供給が停止されるため、第1室FR内の固体粒子は、流動化しない。つまり、第1室FR内の固体粒子は、ほとんど動かない。また、第1室FR内の固体粒子は、流動化ガスによって加熱されない。 When the preheating process is executed, the solid particles in the second chamber (SR) become fluid. Furthermore, the heat from the fluidizing gas heats the solid particles in the second chamber (SR). This results in heat exchange between the fluidized solid particles and the gas passing through the heat transfer tubes (480). Additionally, since the supply of fluidizing gas to the first chamber (FR) is stopped, the solid particles in the first chamber (FR) do not become fluid. In other words, the solid particles in the first chamber (FR) hardly move. Also, the solid particles in the first chamber (FR) are not heated by the fluidizing gas.
つまり、予熱運転処理において、第2室SRおよび伝熱管480は、気体供給路114を通過する気体を予熱する予熱器として機能する。 In other words, during the preheating process, the second chamber SR and the heat transfer tube 480 function as preheaters that preheat the gas passing through the gas supply passage 114.
また、第2の変形例に係る制御部240は、放熱モードにおいて、第1運転処理、第2運転処理、または、第3運転処理を行う。以下、各運転処理について説明する。 Furthermore, the control unit 240 in the second modified example performs the first operation process, the second operation process, or the third operation process in the heat dissipation mode. Each operation process will be described below.
[第1運転処理]
第1運転処理は、伝熱管178を通過する流体と固体粒子とを熱交換させ、伝熱管480を通過する気体と固体粒子との熱交換を停止する処理である。
[First Operation Process]
The first operating process involves exchanging heat between the fluid passing through the heat transfer tube 178 and the solid particles, and stopping the heat exchange between the gas passing through the heat transfer tube 480 and the solid particles.
第1運転処理において、制御部240は、第1流量調整弁V1の開度を調整する。第2の変形例において、制御部240は、第1分割空間P、および、分散板420を通じて第1室FR内に供給される流動化ガスの空塔速度Vaが、最小流動化速度Umf超の所定の速度VAより大きくなるように、第1流量調整弁V1の開度を調整する。速度VAは、下記式(2)で表される。
VA = Umf×(第1分割空間Pの水平断面積+第3分割空間Qの水平断面積)/(第1分割空間Pの水平断面積) 式(2)
In the first operation process, the control unit 240 adjusts the opening degree of the first flow control valve V1. In the second modified example, the control unit 240 adjusts the opening degree of the first flow control valve V1 so that the empty tower velocity Va of the fluidizing gas supplied into the first chamber FR through the first divided space P and the dispersion plate 420 is greater than a predetermined velocity VA that is greater than the minimum fluidization velocity Umf. The velocity VA is expressed by the following equation (2).
VA = Umf × (Horizontal cross-sectional area of the first divided space P + Horizontal cross-sectional area of the third divided space Q) / (Horizontal cross-sectional area of the first divided space P) Equation (2)
また、第1運転処理において、制御部240は、第2流量調整弁V2、第3流量調整弁V3および第4流量調整弁V4を閉じる。 Furthermore, during the first operation process, the control unit 240 closes the second flow control valve V2, the third flow control valve V3, and the fourth flow control valve V4.
第1運転処理が実行されると、第1室FR内の固体粒子が流動化する。また、流動化ガスが有する熱で、第1室FR内の固体粒子が加熱される。これにより、流動化された固体粒子と、伝熱管178内を通過する流体との間で熱交換が行われる。また、第2室SRへの流動化ガスの供給が停止されるため、第2室SR内の固体粒子は、流動化しない。つまり、第2室SR内の固体粒子は、ほとんど動かない。また、第2室SR内の固体粒子は、流動化ガスによって加熱されない。このため、伝熱管480内を通過する気体に対する熱交換は行われない。 When the first operation process is executed, the solid particles in the first chamber FR become fluid. Furthermore, the heat from the fluidizing gas heats the solid particles in the first chamber FR. This results in heat exchange between the fluidized solid particles and the fluid passing through the heat transfer tube 178. However, since the supply of fluidizing gas to the second chamber SR is stopped, the solid particles in the second chamber SR do not become fluid. In other words, the solid particles in the second chamber SR hardly move. Also, the solid particles in the second chamber SR are not heated by the fluidizing gas. Therefore, no heat exchange occurs with the gas passing through the heat transfer tube 480.
つまり、第1運転処理において、第1室FRおよび伝熱管178は、高温槽160から固体粒子が供給され、固体粒子と流体とを熱交換させる第2熱交換器として機能する。 In other words, during the first operating process, the first chamber FR and the heat transfer tube 178 function as a second heat exchanger, receiving solid particles from the high-temperature bath 160 and exchanging heat between the solid particles and the fluid.
[第2運転処理]
第2運転処理は、伝熱管178を通過する流体と固体粒子とを熱交換させ、伝熱管480を通過する気体と固体粒子とを熱交換させ、流体および気体の温度を実質的に等しくする処理である。
[Second Operation Process]
The second operating process involves exchanging heat between the fluid passing through the heat transfer tube 178 and the solid particles, and exchanging heat between the gas passing through the heat transfer tube 480 and the solid particles, thereby making the temperatures of the fluid and the gas substantially equal.
第2運転処理において、制御部240は、第1流量調整弁V1、第2流量調整弁V2、第3流量調整弁V3、および、第4流量調整弁V4の開度を調整する。第2の変形例において、制御部240は、第1分割空間P、第3分割空間Q、および、分散板420を通じて第1室FR内に供給される流動化ガスの空塔速度、ならびに、第2分割空間S、第4分割空間R、および、分散板420を通じて第2室SR内に供給される流動化ガスの空塔速度が最小流動化速度Umfより大きい所定の速度となるように、第1流量調整弁V1、第2流量調整弁V2、第3流量調整弁V3、および、第4流量調整弁V4の開度を調整する。 In the second operation process, the control unit 240 adjusts the opening degrees of the first flow control valve V1, the second flow control valve V2, the third flow control valve V3, and the fourth flow control valve V4. In the second modified example, the control unit 240 adjusts the opening degrees of the first flow control valve V1, the second flow control valve V2, the third flow control valve V3, and the fourth flow control valve V4 so that the empty column velocity of the fluidizing gas supplied to the first chamber FR through the first divided space P, the third divided space Q, and the dispersion plate 420, and the empty column velocity of the fluidizing gas supplied to the second chamber SR through the second divided space S, the fourth divided space R, and the dispersion plate 420, are at a predetermined velocity greater than the minimum fluidization velocity Umf.
第2運転処理が実行されると、第1室FR内の固体粒子および第2室SR内の固体粒子が流動化する。また、流動化ガスが有する熱で、第1室FR内の固体粒子および第2室SR内の固体粒子が加熱される。これにより、第1室FRにおいて、流動化された固体粒子と、伝熱管178内を通過する流体との間で熱交換が行われ、第2室SR内において、流動化された固体粒子と、伝熱管480内を通過する気体との間で熱交換が行われる。 When the second operating process is executed, the solid particles in the first chamber FR and the solid particles in the second chamber SR become fluid. Furthermore, the heat from the fluidizing gas heats the solid particles in the first chamber FR and the solid particles in the second chamber SR. As a result, heat exchange occurs between the fluidized solid particles and the fluid passing through the heat transfer tube 178 in the first chamber FR, and between the fluidized solid particles and the gas passing through the heat transfer tube 480 in the second chamber SR.
また、制御部240は、第1室FR内に供給される流動化ガスの空塔速度と、第2室SR内に供給される流動化ガスの空塔速度とを実質的に等しくする。これにより、第1室FR内の固体粒子および第2室SR内の固体粒子を実質的に等しく加熱させることができる。また、第1室FR内の固体粒子および第2室SR内の固体粒子を実質的に等しく流動化させることができる。このため、第2運転処理が実行されることにより、流体および気体の温度を実質的に等しくすることができる。 Furthermore, the control unit 240 makes the empty velocity of the fluidizing gas supplied to the first chamber FR substantially equal to the empty velocity of the fluidizing gas supplied to the second chamber SR. This allows the solid particles in the first chamber FR and the solid particles in the second chamber SR to be heated substantially equally. It also allows the solid particles in the first chamber FR and the solid particles in the second chamber SR to be fluidized substantially equally. Therefore, by executing the second operation process, the temperatures of the fluid and gas can be made substantially equal.
つまり、第2運転処理において、第1室FRおよび伝熱管178は、高温槽160から固体粒子が供給され、固体粒子と流体とを熱交換させる第2熱交換器として機能する。また、第2運転処理において、第2室SRおよび伝熱管480は、気体供給路114を通過する気体を予熱する予熱器として機能する。 In other words, during the second operating process, the first chamber FR and heat transfer tube 178 function as a second heat exchanger, receiving solid particles supplied from the high-temperature bath 160 and exchanging heat between the solid particles and the fluid. Furthermore, during the second operating process, the second chamber SR and heat transfer tube 480 function as a preheater, preheating the gas passing through the gas supply passage 114.
[第3運転処理]
第3運転処理は、伝熱管178を通過する流体と固体粒子とを熱交換させ、伝熱管480を通過する気体と固体粒子とを熱交換させ、気体の温度を流体の温度よりも高くする処理である。
[Third Operation Process]
The third operating process involves exchanging heat between the fluid passing through the heat transfer tube 178 and the solid particles, and exchanging heat between the gas passing through the heat transfer tube 480 and the solid particles, thereby raising the temperature of the gas above the temperature of the fluid.
第3運転処理において、制御部240は、第1流量調整弁V1、第2流量調整弁V2、第3流量調整弁V3、および、第4流量調整弁V4の開度を調整する。第2の変形例において、制御部240は、第1分割空間P、第3分割空間Q、および、分散板420を通じて第1室FR内に供給される流動化ガスの空塔速度が最小流動化速度Umfとなるように、第1流量調整弁V1および第3流量調整弁V3の開度を調整する。また、制御部240は、第2分割空間S、第4分割空間R、および、分散板420を通じて第2室SR内に供給される流動化ガスの空塔速度が最小流動化速度Umfより大きい所定の速度となるように、第2流量調整弁V2、および、第4流量調整弁V4の開度を調整する。 In the third operation process, the control unit 240 adjusts the opening degrees of the first flow control valve V1, the second flow control valve V2, the third flow control valve V3, and the fourth flow control valve V4. In the second modified example, the control unit 240 adjusts the opening degrees of the first flow control valve V1 and the third flow control valve V3 so that the empty column velocity of the fluidizing gas supplied to the first chamber FR through the first divided space P, the third divided space Q, and the dispersion plate 420 becomes the minimum fluidization velocity Umf. Furthermore, the control unit 240 adjusts the opening degrees of the second flow control valve V2 and the fourth flow control valve V4 so that the empty column velocity of the fluidizing gas supplied to the second chamber SR through the second divided space S, the fourth divided space R, and the dispersion plate 420 becomes a predetermined velocity greater than the minimum fluidization velocity Umf.
図9は、第3運転処理における固体粒子の流れを説明する図である。なお、図9中、白抜き矢印は、流動化ガスの流れを示す。また、図9中、黒い塗りつぶしの矢印は、固体粒子の流れを示す。 Figure 9 illustrates the flow of solid particles during the third operating process. In Figure 9, the white arrows indicate the flow of the fluidizing gas, while the black arrows indicate the flow of solid particles.
第3運転処理が実行されると、第1室FR内の固体粒子および第2室SR内の固体粒子が流動化する。また、流動化ガスが有する熱で、第1室FR内の固体粒子および第2室SR内の固体粒子が加熱される。これにより、第1室FRにおいて、流動化された固体粒子と、伝熱管178内を通過する流体との間で熱交換が行われ、第2室SR内において、流動化された固体粒子と、伝熱管480内を通過する気体との間で熱交換が行われる。 When the third operating process is executed, the solid particles in the first chamber FR and the solid particles in the second chamber SR become fluid. Furthermore, the heat from the fluidizing gas heats the solid particles in the first chamber FR and the solid particles in the second chamber SR. As a result, heat exchange occurs between the fluidized solid particles and the fluid passing through the heat transfer tube 178 in the first chamber FR, and between the fluidized solid particles and the gas passing through the heat transfer tube 480 in the second chamber SR.
また、上記したように、第2室SR内に供給される流動化ガスの空塔速度は、第1室FR内に供給される流動化ガスの空塔速度よりも大きい。このため、図9に示すように、第2室SR内の固体粒子は、第2室SR内を上昇し、仕切板430を超えて、第1室FRに移動する。また、上記したように、第1室FR内に供給される流動化ガスの空塔速度は、最小流動化速度Umfである。したがって、第2室SRから第1室FRに供給された固体粒子の分、仕切板430と分散板420との間を通じて、第1室FRから第2室SRへ固体粒子が移動する。こうして、固体粒子は、第2室SRと第1室FRとを循環することになる。 Furthermore, as described above, the empty velocity of the fluidizing gas supplied to the second chamber SR is greater than the empty velocity of the fluidizing gas supplied to the first chamber FR. Therefore, as shown in Figure 9, the solid particles in the second chamber SR rise within the second chamber SR, pass over the partition plate 430, and move to the first chamber FR. Also, as described above, the empty velocity of the fluidizing gas supplied to the first chamber FR is the minimum fluidization velocity Umf. Therefore, the amount of solid particles supplied from the second chamber SR to the first chamber FR is equal to the amount of solid particles that move from the first chamber FR to the second chamber SR through the space between the partition plate 430 and the dispersion plate 420. In this way, the solid particles circulate between the second chamber SR and the first chamber FR.
また、上記したように、第4分割空間Rから第2室SR内に供給される流動化ガスの空塔速度は、最小流動化速度Umfより大きい。このため、第1室FRから第2室SRへの固体粒子の移動を促進させることができる。 Furthermore, as described above, the empty velocity of the fluidizing gas supplied from the fourth divided space R into the second chamber SR is greater than the minimum fluidization velocity Umf. Therefore, the movement of solid particles from the first chamber FR to the second chamber SR can be promoted.
また、上記したように、第3分割空間Qから第1室FR内に供給される流動化ガスの空塔速度は、第4分割空間Rから第2室SR内に供給される流動化ガスの空塔速度よりも小さい。このため、第2室SRから第1室FRへの固体粒子の逆流を防止することができる。 Furthermore, as described above, the empty velocity of the fluidizing gas supplied from the third divided space Q into the first chamber FR is smaller than the empty velocity of the fluidizing gas supplied from the fourth divided space R into the second chamber SR. Therefore, backflow of solid particles from the second chamber SR to the first chamber FR can be prevented.
また、上記したように、第2室SR内に供給される流動化ガスの空塔速度は、第1室FR内に供給される流動化ガスの空塔速度よりも大きい。したがって、第2室SR内の固体粒子の方が、第1室FR内の固体粒子よりも、流動化ガスによって加熱される。 Furthermore, as described above, the empty velocity of the fluidizing gas supplied to the second chamber (SR) is greater than the empty velocity of the fluidizing gas supplied to the first chamber (FR). Therefore, the solid particles in the second chamber (SR) are heated more by the fluidizing gas than the solid particles in the first chamber (FR).
このため、第3運転処理が実行されることにより、気体の温度を流体よりも高くすることができる。 Therefore, by executing the third operational process, the temperature of the gas can be made higher than that of the fluid.
つまり、第3運転処理において、第1室FRおよび伝熱管178は、高温槽160から固体粒子が供給され、固体粒子と流体とを熱交換させる第2熱交換器として機能する、また、第3運転処理において、第2室SRおよび伝熱管480は、気体供給路114を通過する気体を予熱する予熱器として機能する。 In other words, in the third operating process, the first chamber FR and heat transfer tube 178 function as a second heat exchanger, receiving solid particles supplied from the high-temperature bath 160 and exchanging heat between the solid particles and the fluid. Furthermore, in the third operating process, the second chamber SR and heat transfer tube 480 function as a preheater, preheating the gas passing through the gas supply passage 114.
[第4運転処理]
第4運転処理は、伝熱管178を通過する流体と固体粒子とを熱交換させ、伝熱管480を通過する気体と固体粒子とを熱交換させ、流体の温度を気体の温度よりも高くする処理である。
[Fourth Operation Process]
The fourth operating process involves exchanging heat between the fluid passing through the heat transfer tube 178 and the solid particles, and exchanging heat between the gas passing through the heat transfer tube 480 and the solid particles, thereby raising the temperature of the fluid above the temperature of the gas.
第4運転処理において、制御部240は、第1流量調整弁V1、第2流量調整弁V2、第3流量調整弁V3、および、第4流量調整弁V4の開度を調整する。第2の変形例において、制御部240は、第1分割空間P、第3分割空間Q、および、分散板420を通じて第1室FR内に供給される流動化ガスの空塔速度が最小流動化速度Umfより大きい所定の速度となるように、第1流量調整弁V1、および、第3流量調整弁V3の開度を調整する。また、制御部240は、第2分割空間S、第4分割空間R、および、分散板420を通じて第2室SR内に供給される流動化ガスの空塔速度が最小流動化速度Umfとなるように、第2流量調整弁V2および第4流量調整弁V4の開度を調整する。 In the fourth operation process, the control unit 240 adjusts the opening degrees of the first flow control valve V1, the second flow control valve V2, the third flow control valve V3, and the fourth flow control valve V4. In the second modified example, the control unit 240 adjusts the opening degrees of the first flow control valve V1 and the third flow control valve V3 so that the empty column velocity of the fluidizing gas supplied to the first chamber FR through the first divided space P, the third divided space Q, and the dispersion plate 420 becomes a predetermined velocity greater than the minimum fluidization velocity Umf. Furthermore, the control unit 240 adjusts the opening degrees of the second flow control valve V2 and the fourth flow control valve V4 so that the empty column velocity of the fluidizing gas supplied to the second chamber SR through the second divided space S, the fourth divided space R, and the dispersion plate 420 becomes the minimum fluidization velocity Umf.
図10は、第4運転処理における固体粒子の流れを説明する図である。なお、図10中、白抜き矢印は、流動化ガスの流れを示す。また、図10中、黒い塗りつぶしの矢印は、固体粒子の流れを示す。 Figure 10 illustrates the flow of solid particles during the fourth operating process. In Figure 10, the white arrows indicate the flow of the fluidizing gas, while the black arrows indicate the flow of solid particles.
第4運転処理が実行されると、第1室FR内の固体粒子および第2室SR内の固体粒子が流動化する。また、流動化ガスが有する熱で、第1室FR内の固体粒子および第2室SR内の固体粒子が加熱される。これにより、第1室FRにおいて、流動化された固体粒子と、伝熱管178内を通過する流体との間で熱交換が行われ、第2室SR内において、流動化された固体粒子と、伝熱管480内を通過する気体との間で熱交換が行われる。 When the fourth operating process is executed, the solid particles in the first chamber FR and the solid particles in the second chamber SR become fluid. Furthermore, the heat from the fluidizing gas heats the solid particles in the first chamber FR and the solid particles in the second chamber SR. As a result, heat exchange occurs between the fluidized solid particles and the fluid passing through the heat transfer tube 178 in the first chamber FR, and between the fluidized solid particles and the gas passing through the heat transfer tube 480 in the second chamber SR.
また、上記したように、第1室FR内に供給される流動化ガスの空塔速度は、第2室SR内に供給される流動化ガスの空塔速度よりも大きい。このため、図10に示すように、第1室FR内の固体粒子は、第1室FR内を上昇し、仕切板430を超えて、第2室SRに移動する。また、上記したように、第2室SR内に供給される流動化ガスの空塔速度は、最小流動化速度Umfである。したがって、第1室FRから第2室SRに供給された固体粒子の分、仕切板430と分散板420との間を通じて、第2室SRから第1室FRへ固体粒子が移動する。こうして、固体粒子は、第1室FRと第2室SRとを循環することになる。 Furthermore, as described above, the empty velocity of the fluidizing gas supplied to the first chamber FR is greater than the empty velocity of the fluidizing gas supplied to the second chamber SR. Therefore, as shown in Figure 10, the solid particles in the first chamber FR rise within the chamber FR, pass over the partition plate 430, and move to the second chamber SR. Also, as described above, the empty velocity of the fluidizing gas supplied to the second chamber SR is the minimum fluidization velocity Umf. Therefore, the amount of solid particles supplied from the first chamber FR to the second chamber SR is equivalent to the amount of solid particles that move from the second chamber SR to the first chamber FR through the space between the partition plate 430 and the dispersion plate 420. In this way, the solid particles circulate between the first chamber FR and the second chamber SR.
また、上記したように、第3分割空間Qから第1室FR内に供給される流動化ガスの空塔速度は、最小流動化速度Umfより大きい。このため、第2室SRから第1室FRへの固体粒子の移動を促進させることができる。 Furthermore, as described above, the empty velocity of the fluidizing gas supplied from the third divided space Q into the first chamber FR is greater than the minimum fluidization velocity Umf. Therefore, the movement of solid particles from the second chamber SR to the first chamber FR can be promoted.
また、上記したように、第4分割空間Rから第2室SR内に供給される流動化ガスの空塔速度は、第3分割空間Qから第1室FR内に供給される流動化ガスの空塔速度よりも小さい。このため、第1室FRから第2室SRへの固体粒子の逆流を防止することができる。 Furthermore, as described above, the empty velocity of the fluidizing gas supplied from the fourth divided space R into the second chamber SR is smaller than the empty velocity of the fluidizing gas supplied from the third divided space Q into the first chamber FR. Therefore, backflow of solid particles from the first chamber FR to the second chamber SR can be prevented.
また、上記したように、第1室FR内に供給される流動化ガスの空塔速度は、第2室SR内に供給される流動化ガスの空塔速度よりも大きい。したがって、第1室FR内の固体粒子の方が、第2室SR内の固体粒子よりも、流動化ガスによって加熱される。 Furthermore, as described above, the empty velocity of the fluidizing gas supplied to the first chamber (FR) is greater than the empty velocity of the fluidizing gas supplied to the second chamber (SR). Therefore, the solid particles in the first chamber (FR) are heated more by the fluidizing gas than the solid particles in the second chamber (SR).
このため、第4運転処理が実行されることにより、流体の温度を気体よりも高くすることができる。 Therefore, by executing the fourth operating process, the fluid temperature can be made higher than that of the gas.
つまり、第4運転処理において、第1室FRおよび伝熱管178は、高温槽160から固体粒子が供給され、固体粒子と流体とを熱交換させる第2熱交換器として機能する。また、第4運転処理において、第2室SRおよび伝熱管480は、気体供給路114を通過する気体を予熱する予熱器として機能する。 In other words, in the fourth operating process, the first chamber FR and heat transfer tube 178 function as a second heat exchanger, receiving solid particles supplied from the high-temperature bath 160 and exchanging heat between the solid particles and the fluid. Furthermore, in the fourth operating process, the second chamber SR and heat transfer tube 480 function as a preheater, preheating the gas passing through the gas supply passage 114.
以上説明したように、第2の変形例に係る熱交換装置400は、1つの収容室AR内に伝熱管178、および、伝熱管480を備え、伝熱管178が設けられる第1室FRと、伝熱管480が設けられる第2室SRとにおいて、固体粒子の流動状態を異ならせることができる。これにより、熱交換装置400は、流体と、気体とを異なる温度に熱交換しつつ、小型化することが可能となる。 As described above, the heat exchanger 400 according to the second modification comprises heat transfer tubes 178 and 480 within a single containment chamber AR, allowing for different flow states of solid particles in the first chamber FR where the heat transfer tube 178 is located and the second chamber SR where the heat transfer tube 480 is located. This makes it possible to miniaturize the heat exchanger 400 while exchanging heat between a fluid and a gas at different temperatures.
[第3の変形例]
上記第2の変形例では、熱交換装置400が第3分割板444を備える場合を例に挙げた。しかし、熱交換装置400は、第3分割板444を備えないとしてもよい。
[Third variation]
In the second modification described above, the case in which the heat exchanger 400 is equipped with a third dividing plate 444 was given as an example. However, the heat exchanger 400 may be provided without a third dividing plate 444.
図11は、第3の変形例に係る熱交換装置500を説明する図である。図11に示すように、熱交換装置500は、容器410と、分散板420と、仕切板430と、第1区画板432と、第2区画板434と、第1分割板440と、第2分割板442と、流動化ガス供給装置550と、伝熱管178と、伝熱管480と、サイクロン490とを含む。なお、図11中、実線の矢印は、流体の流れを示す。また、上記熱交換装置400と実質的に等しい構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。 Figure 11 illustrates a heat exchanger 500 according to a third modified example. As shown in Figure 11, the heat exchanger 500 includes a container 410, a dispersion plate 420, a partition plate 430, a first compartment plate 432, a second compartment plate 434, a first dividing plate 440, a second dividing plate 442, a fluidizing gas supply device 550, a heat transfer tube 178, a heat transfer tube 480, and a cyclone 490. In Figure 11, solid arrows indicate fluid flow. Components substantially equivalent to those of the heat exchanger 400 are denoted by the same reference numerals, and their descriptions are omitted.
熱交換装置500は、熱交換装置400とは異なり、第3分割板444を備えない。このため、熱交換装置500において、分散板420と、容器410の側面SSおよび底面と、第1分割板440とによって、第1分割空間P(第1空間)が形成される。また、分散板420と、容器410の側面SSおよび底面と、第2分割板442とによって、第2分割空間S(第2空間)が形成される。分散板420と、容器410の底面と、第1分割板440と、第2分割板442とによって、分割空間T(第3空間)が形成される。 Unlike the heat exchanger 400, the heat exchanger 500 does not have a third dividing plate 444. Therefore, in the heat exchanger 500, a first divided space P (first space) is formed by the dispersion plate 420, the side surface SS and bottom surface of the container 410, and the first dividing plate 440. Furthermore, a second divided space S (second space) is formed by the dispersion plate 420, the side surface SS and bottom surface of the container 410, and the second dividing plate 442. A divided space T (third space) is formed by the dispersion plate 420, the bottom surface of the container 410, the first dividing plate 440, and the second dividing plate 442.
流動化ガス供給装置550は、配管322aと、第1分岐管460と、第1流量調整弁V1と、第2分岐管462と、第2流量調整弁V2と、第3分岐管464と、第3流量調整弁V3とを含む。 The fluidized gas supply device 550 includes piping 322a, a first branch pipe 460, a first flow control valve V1, a second branch pipe 462, a second flow control valve V2, a third branch pipe 464, and a third flow control valve V3.
第3分岐管464は、配管322aと分割空間Tとを接続する。第3流量調整弁V3は、第3分岐管464に設けられる。第3流量調整弁V3は、第3分岐管464に形成される流路断面積を変更する。 The third branch pipe 464 connects the piping 322a and the divided space T. The third flow control valve V3 is installed in the third branch pipe 464. The third flow control valve V3 changes the flow path cross-sectional area formed in the third branch pipe 464.
第3の変形例において、制御部240は、第2流量調整弁V2の開度を調整して、予熱運転処理を実行する。予熱運転処理において、制御部240は、第2分割空間S、および、分散板420を通じて第2室SR内に供給される流動化ガスの空塔速度Vbが、上記速度VBより大きくなるように、第2流量調整弁V2の開度を調整する。また、予熱運転処理において、制御部240は、第1流量調整弁V1および第3流量調整弁V3を閉じる。 In the third modified example, the control unit 240 adjusts the opening of the second flow control valve V2 to perform a preheating operation. During the preheating operation, the control unit 240 adjusts the opening of the second flow control valve V2 so that the empty velocity Vb of the fluidizing gas supplied to the second chamber SR through the second divided space S and the dispersion plate 420 is greater than the velocity VB. Furthermore, during the preheating operation, the control unit 240 closes the first flow control valve V1 and the third flow control valve V3.
第3の変形例において、制御部240は、第1流量調整弁V1の開度を調整して、第1運転処理を実行する。第1運転処理において、制御部240は、第1分割空間P、および、分散板420を通じて第1室FR内に供給される流動化ガスの空塔速度Vaが、上記速度VAより大きくなるように、第1流量調整弁V1の開度を調整する。また、第1運転処理において、制御部240は、第2流量調整弁V2および第3流量調整弁V3を閉じる。 In the third modified example, the control unit 240 adjusts the opening degree of the first flow control valve V1 to execute the first operation process. During the first operation process, the control unit 240 adjusts the opening degree of the first flow control valve V1 so that the empty column velocity Va of the fluidizing gas supplied to the first chamber FR through the first divided space P and the dispersion plate 420 is greater than the velocity VA. Also during the first operation process, the control unit 240 closes the second flow control valve V2 and the third flow control valve V3.
第3の変形例において、制御部240は、第1流量調整弁V1、第2流量調整弁V2、および、第3流量調整弁V3の開度を調整して、第2運転処理を実行する。第2運転処理において、制御部240は、第1分割空間P、分割空間T、および、分散板420を通じて第1室FR内に供給される流動化ガスの空塔速度、ならびに、第2分割空間S、分割空間T、および、分散板420を通じて第2室SR内に供給される流動化ガスの空塔速度が最小流動化速度Umfより大きい所定の速度となるように、第1流量調整弁V1、第2流量調整弁V2、および、第3流量調整弁V3の開度を調整する。 In the third modified example, the control unit 240 adjusts the opening degrees of the first flow control valve V1, the second flow control valve V2, and the third flow control valve V3 to perform the second operation process. In the second operation process, the control unit 240 adjusts the opening degrees of the first flow control valve V1, the second flow control valve V2, and the third flow control valve V3 so that the empty velocity of the fluidizing gas supplied to the first chamber FR through the first divided space P, the divided space T, and the dispersion plate 420, and the empty velocity of the fluidizing gas supplied to the second chamber SR through the second divided space S, the divided space T, and the dispersion plate 420, are at predetermined velocities greater than the minimum fluidization velocity Umf.
第3の変形例において、制御部240は、第1流量調整弁V1、第2流量調整弁V2、および、第3流量調整弁V3の開度を調整して、第3運転処理を実行する。第3運転処理において、制御部240は、第1分割空間P、分割空間T、および、分散板420を通じて第1室FR内に供給される流動化ガスの空塔速度が最小流動化速度Umfとなるように、第1流量調整弁V1および第3流量調整弁V3の開度を調整する。また、制御部240は、第2分割空間S、および、分散板420を通じて第2室SR内に供給される流動化ガスの空塔速度が最小流動化速度Umfより大きい所定の速度となるように、第2流量調整弁V2の開度を調整する。 In the third modified example, the control unit 240 adjusts the opening degrees of the first flow control valve V1, the second flow control valve V2, and the third flow control valve V3 to execute the third operation process. In the third operation process, the control unit 240 adjusts the opening degrees of the first flow control valve V1 and the third flow control valve V3 so that the empty column velocity of the fluidizing gas supplied to the first chamber FR through the first divided space P, the divided space T, and the dispersion plate 420 becomes the minimum fluidization velocity Umf. Furthermore, the control unit 240 adjusts the opening degree of the second flow control valve V2 so that the empty column velocity of the fluidizing gas supplied to the second chamber SR through the second divided space S and the dispersion plate 420 becomes a predetermined velocity greater than the minimum fluidization velocity Umf.
第3の変形例において、制御部240は、第1流量調整弁V1、第2流量調整弁V2、および、第3流量調整弁V3の開度を調整して、第4運転処理を実行する。第4運転処理において、制御部240は、第2分割空間S、分割空間T、および、分散板420を通じて第2室SR内に供給される流動化ガスの空塔速度が最小流動化速度Umfとなるように、第2流量調整弁V2および第3流量調整弁V3の開度を調整する。また、制御部240は、第1分割空間P、および、分散板420を通じて第1室FR内に供給される流動化ガスの空塔速度が最小流動化速度Umfより大きい所定の速度となるように、第1流量調整弁V1の開度を調整する。 In the third modified example, the control unit 240 adjusts the opening degrees of the first flow control valve V1, the second flow control valve V2, and the third flow control valve V3 to execute the fourth operation process. In the fourth operation process, the control unit 240 adjusts the opening degrees of the second flow control valve V2 and the third flow control valve V3 so that the empty column velocity of the fluidizing gas supplied to the second chamber SR through the second divided space S, the divided space T, and the dispersion plate 420 becomes the minimum fluidization velocity Umf. Furthermore, the control unit 240 adjusts the opening degree of the first flow control valve V1 so that the empty column velocity of the fluidizing gas supplied to the first chamber FR through the first divided space P and the dispersion plate 420 becomes a predetermined velocity greater than the minimum fluidization velocity Umf.
第3の変形例に係る熱交換装置500においても、1つの収容室AR内に伝熱管178、および、伝熱管480を備え、伝熱管178が設けられる第1室FRと、伝熱管480が設けられる第2室SRとにおいて、固体粒子の流動状態を異ならせることができる。これにより、熱交換装置500は、流体と、気体とを異なる温度に熱交換しつつ、小型化することが可能となる。 In the third modified heat exchange device 500, a heat transfer tube 178 and a heat transfer tube 480 are provided within a single containment chamber AR. The flow state of solid particles can be made different in the first chamber FR where the heat transfer tube 178 is located and the second chamber SR where the heat transfer tube 480 is located. This allows the heat exchange device 500 to be miniaturized while exchanging heat between a fluid and a gas at different temperatures.
[第2の実施形態:蓄エネルギー装置600]
図12は、第2の実施形態に係る蓄エネルギー装置600を説明する図である。図12に示すように、蓄エネルギー装置600は、気体供給部110と、予熱器120と、加熱室610と、第1熱交換器140と、固気分離器150と、固体粒子供給管620と、高温槽160と、高温粒子供給部162と、第2熱交換器170と、流体供給部180と、熱利用機器182と、排出部630と、低温槽200と、低温粒子供給部210と、気体送出部640と、制御部650とを含む。なお、図12中、実線の矢印は、固体粒子および固気混合物の流れを示す。また、破線の矢印は、流体および気体の流れを示す。一点鎖線の矢印は、集光された太陽光を示す。また、上記蓄エネルギー装置100、300と実質的に等しい構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
[Second Embodiment: Energy Storage Device 600]
Figure 12 is a diagram illustrating an energy storage device 600 according to a second embodiment. As shown in Figure 12, the energy storage device 600 includes a gas supply unit 110, a preheater 120, a heating chamber 610, a first heat exchanger 140, a solid-gas separator 150, a solid particle supply pipe 620, a high-temperature tank 160, a high-temperature particle supply unit 162, a second heat exchanger 170, a fluid supply unit 180, a heat utilization device 182, a discharge unit 630, a low-temperature tank 200, a low-temperature particle supply unit 210, a gas delivery unit 640, and a control unit 650. In Figure 12, solid arrows indicate the flow of solid particles and solid-gas mixtures. Dashed arrows indicate the flow of fluids and gases. Dotted arrows indicate focused sunlight. Components that are substantially the same as those in the energy storage devices 100 and 300 are given the same reference numerals and their descriptions are omitted.
第2の実施形態において、加熱室610は、箱体132と、加熱器612とを含む。本実施形態において、加熱器612は、太陽光を集光して、気体を加熱する。加熱器612は、例えば、集光装置である。加熱器612は、箱体132内に供給された気体に、太陽光を集光する。これにより、箱体132内の空気が加熱される。 In the second embodiment, the heating chamber 610 includes a box 132 and a heater 612. In this embodiment, the heater 612 heats the gas by concentrating sunlight. The heater 612 is, for example, a light concentrator. The heater 612 concentrates sunlight onto the gas supplied into the box 132. As a result, the air inside the box 132 is heated.
固体粒子供給管620は、固気分離器150によって固気分離された固体粒子を高温槽160に供給する。固体粒子供給管620の上端は、固気分離器150に接続される。固体粒子供給管620の下端は、高温槽160に接続される。 The solid particle supply pipe 620 supplies the solid particles separated into solid and gaseous states by the solid-gas separator 150 to the high-temperature tank 160. The upper end of the solid particle supply pipe 620 is connected to the solid-gas separator 150. The lower end of the solid particle supply pipe 620 is connected to the high-temperature tank 160.
排出部630は、第2熱交換器170から低温槽200に固体粒子を排出する。本実施形態において、排出部630は、排出管632を含む。排出管632は、収容室172aと低温槽200とを接続する配管である。排出管632の上端は、容器172の側面のうち、収容室172aにおける流動層の上面近傍に接続される。排出管632の下端は、低温槽200の上面に接続される。 The discharge section 630 discharges solid particles from the second heat exchanger 170 to the low-temperature tank 200. In this embodiment, the discharge section 630 includes a discharge pipe 632. The discharge pipe 632 is a pipe connecting the containment chamber 172a and the low-temperature tank 200. The upper end of the discharge pipe 632 is connected to the side surface of the container 172, near the upper surface of the fluidized bed in the containment chamber 172a. The lower end of the discharge pipe 632 is connected to the upper surface of the low-temperature tank 200.
気体送出部640は、配管322aおよび流量調整機構324aを備える。 The gas delivery unit 640 includes piping 322a and a flow rate adjustment mechanism 324a.
制御部650は、CPU(中央処理装置)を含む半導体集積回路で構成される。制御部650は、ROMからCPUを動作させるためのプログラムやパラメータ等を読み出す。制御部650は、ワークエリアとしてのRAMや他の電子回路と協働して、蓄エネルギー装置600全体を管理および制御する。本実施形態において、制御部650は、気体供給部110(ブロワ112)、加熱器612、流量調整機構166、流動化ガス供給部176、流体供給部180、流量調整機構214、気体送出部640(流量調整機構324a)を制御する。 The control unit 650 is composed of a semiconductor integrated circuit including a CPU (Central Processing Unit). The control unit 650 reads programs and parameters for operating the CPU from the ROM. The control unit 650 works in cooperation with the RAM (which acts as a work area) and other electronic circuits to manage and control the entire energy storage device 600. In this embodiment, the control unit 650 controls the gas supply unit 110 (blower 112), heater 612, flow rate adjustment mechanism 166, fluidization gas supply unit 176, fluid supply unit 180, flow rate adjustment mechanism 214, and gas delivery unit 640 (flow rate adjustment mechanism 324a).
[蓄熱モード]
制御部650は、流量調整機構166を閉じる。制御部650は、流動化ガス供給部176、流体供給部180を停止する。また、制御部650は、ブロワ112、および、加熱器612を動作させる。また、制御部650は、流量調整機構324aを開いて開度を調整する。制御部650は、流量調整機構214を開いて開度を調整する。
[Heat storage mode]
The control unit 650 closes the flow rate adjustment mechanism 166. The control unit 650 stops the fluidizing gas supply unit 176 and the fluid supply unit 180. The control unit 650 also operates the blower 112 and the heater 612. The control unit 650 also opens the flow rate adjustment mechanism 324a and adjusts the opening degree. The control unit 650 opens the flow rate adjustment mechanism 214 and adjusts the opening degree.
そうすると、加熱器612によって太陽光が集光され、気体供給部110から箱体132に供給された気体が加熱される。加熱器612は、第1温度に気体を加熱する。 As a result, sunlight is concentrated by the heater 612, and the gas supplied from the gas supply unit 110 to the box 132 is heated. The heater 612 heats the gas to the first temperature.
こうして加熱された高温の気体(第1温度の気体)は、第1熱交換器140に供給される。また、低温槽200から第1熱交換器140に低温の固体粒子が供給される。したがって、第1熱交換器140において、高温の気体と低温の固体粒子とが強く攪拌され、高温の気体と低温の固体粒子とで熱交換が為される。これにより、気体によって固体粒子が加熱され、固体粒子によって気体が冷却される。なお、第1熱交換器140の出口において、固体粒子の温度と気体の温度とはほぼ等しくなる(第2温度となる)。 The heated high-temperature gas (gas at the first temperature) is supplied to the first heat exchanger 140. Low-temperature solid particles are also supplied from the low-temperature tank 200 to the first heat exchanger 140. Therefore, in the first heat exchanger 140, the high-temperature gas and low-temperature solid particles are vigorously agitated, and heat exchange occurs between them. As a result, the solid particles are heated by the gas, and the gas is cooled by the solid particles. At the outlet of the first heat exchanger 140, the temperature of the solid particles and the temperature of the gas become approximately equal (the second temperature).
そして、固気分離器150は、第1熱交換器140から排出された固気混合物を固気分離する。固気分離された高温の固体粒子(第2温度の固体粒子)は、固体粒子供給管620を通じて高温槽160に供給される。高温槽160は、高温の固体粒子を貯留する。 The solid-gas separator 150 then separates the solid-gas mixture discharged from the first heat exchanger 140. The separated high-temperature solid particles (solid particles at the second temperature) are supplied to the high-temperature tank 160 through the solid particle supply pipe 620. The high-temperature tank 160 stores the high-temperature solid particles.
一方、固気分離された第2温度の気体は、配管322aを通じて、予熱器120に供給される。予熱器120は、配管322aを通じて固気分離器150から供給された第2温度の気体と、ブロワ112によって加熱室610に供給される気体とを熱交換する。したがって、ブロワ112によって加熱室610に供給される気体は、第2温度の気体によって、第3温度に加熱される。 Meanwhile, the gas at the second temperature, separated from the solid-gas state, is supplied to the preheater 120 through piping 322a. The preheater 120 exchanges heat between the gas at the second temperature supplied from the solid-gas separator 150 via piping 322a and the gas supplied to the heating chamber 610 by the blower 112. Therefore, the gas supplied to the heating chamber 610 by the blower 112 is heated to the third temperature by the gas at the second temperature.
このように、蓄熱モードにおいて、太陽光が熱に変換されて、まず、気体に伝熱される。そして、高温の気体と低温の固体粒子とで熱交換が為され、熱が固体粒子に伝達される。こうして、太陽光が熱エネルギーに変換されて固体粒子に保持(蓄熱)される。なお、固体粒子の熱容量は気体(空気)より大きいので、固体粒子の蓄熱密度は気体より高い。 In this way, in the heat storage mode, sunlight is converted into heat and first transferred to the gas. Then, heat exchange takes place between the high-temperature gas and the low-temperature solid particles, and the heat is transferred to the solid particles. In this way, sunlight is converted into thermal energy and retained (stored) in the solid particles. Since the heat capacity of solid particles is greater than that of gas (air), the heat storage density of solid particles is higher than that of gas.
なお、制御部650は、集光された太陽光が有するエネルギーに基づいて、流量調整機構214の開度を調整する。具体的に説明すると、加熱器612によって集光された太陽光のエネルギーが熱エネルギーに変換され、この熱エネルギーで(気体を介して)固体粒子を加熱した場合に、第2温度となる固体粒子の量が決定される。したがって、制御部650は、決定された量の固体粒子が、第1熱交換器140に供給されるように流量調整機構214の開度を調整する。 The control unit 650 adjusts the opening of the flow rate adjustment mechanism 214 based on the energy of the concentrated sunlight. Specifically, the energy of the sunlight concentrated by the heater 612 is converted into thermal energy, and when solid particles are heated (via gas) with this thermal energy, the amount of solid particles that reach the second temperature is determined. Therefore, the control unit 650 adjusts the opening of the flow rate adjustment mechanism 214 so that the determined amount of solid particles is supplied to the first heat exchanger 140.
これにより、太陽光の光量が変動した場合(太陽光の光量が時間的に変動した場合)であっても、高温槽160に貯留される固体粒子の温度を、定常的に第2温度に維持することができる。つまり、太陽光の光量の変動に対応することができる。したがって、後述する放熱モードにおいて、追加のエネルギーを使用せずとも(例えば、補助燃料を燃焼させずとも)、要求温度を満たす第4温度の流体を熱利用機器182に供給することが可能となる。 This allows the temperature of the solid particles stored in the high-temperature chamber 160 to be steadily maintained at the second temperature, even when the amount of sunlight fluctuates (when the amount of sunlight fluctuates over time). In other words, it can adapt to fluctuations in the amount of sunlight. Therefore, in the heat dissipation mode described later, it becomes possible to supply a fluid at the fourth temperature, which satisfies the required temperature, to the heat utilization equipment 182 without using additional energy (for example, without burning auxiliary fuel).
[放熱モード]
制御部650は、流量調整機構324a、流量調整機構214を閉じる。制御部650は、ブロワ112、加熱器612を停止する。また、制御部650は、流量調整機構166を開いて開度を調整する。制御部650は、流体供給部180を動作させる。
[Heat dissipation mode]
The control unit 650 closes the flow rate adjustment mechanism 324a and the flow rate adjustment mechanism 214. The control unit 650 stops the blower 112 and the heater 612. The control unit 650 also opens the flow rate adjustment mechanism 166 and adjusts the opening degree. The control unit 650 operates the fluid supply unit 180.
そうすると、第2熱交換器170には、高温槽160から高温の固体粒子(第2温度の固体粒子)が供給される。また、流体供給部180から伝熱管178に流体が供給される。したがって、第2熱交換器170において、低温の流体と高温の固体粒子とで熱交換が為される。これにより、固体粒子によって流体が加熱され、流体によって固体粒子が冷却される。こうして、第2熱交換器170において、加熱された流体は、熱利用機器182に供給される。なお、熱利用機器182に供給される流体、および、第2熱交換器170から排出される固体粒子の温度は、概ね等しく、第4温度である。 As a result, high-temperature solid particles (solid particles at the second temperature) are supplied to the second heat exchanger 170 from the high-temperature tank 160. Fluid is also supplied to the heat transfer tubes 178 from the fluid supply unit 180. Therefore, heat exchange occurs between the low-temperature fluid and the high-temperature solid particles in the second heat exchanger 170. This heats the fluid, and the fluid cools the solid particles. In this way, the heated fluid in the second heat exchanger 170 is supplied to the heat utilization equipment 182. The temperature of the fluid supplied to the heat utilization equipment 182 and the temperature of the solid particles discharged from the second heat exchanger 170 are approximately equal, at the fourth temperature.
そして、第2熱交換器170において、流体と熱交換されることで第2温度から冷却された、第4温度の固体粒子は、排出部630(排出管632)を通じて、低温槽200に供給される。低温槽200は、第4温度の固体粒子を貯留する。 Then, in the second heat exchanger 170, the solid particles cooled from the second temperature through heat exchange with the fluid are supplied to the low-temperature tank 200 through the discharge section 630 (discharge pipe 632). The low-temperature tank 200 stores the solid particles at the fourth temperature.
このように、放熱モードにおいて、高温の固体粒子と低温の流体とで熱交換が為され、熱が流体に伝達される。そして、必要となった際(例えば、電力が不足している期間)において、高温の流体(第4温度の流体)が熱利用機器182で利用される(例えば、発電される)。 In this way, in the heat dissipation mode, heat exchange occurs between high-temperature solid particles and low-temperature fluid, and heat is transferred to the fluid. Then, when needed (for example, during periods of power shortage), the high-temperature fluid (fluid at the fourth temperature) is utilized by the heat utilization device 182 (for example, for generating electricity).
なお、制御部650は、熱利用機器182の要求温度および要求流量に基づいて、流量調整機構166の開度を調整する。具体的に説明すると、流体供給部180が熱利用機器182の要求流量で、第2熱交換器170の伝熱管178に流体を供給し、高温槽160に貯留された第2温度の固体粒子で流体を加熱する場合に、流体を第4温度に加熱するための固体粒子の量が決定される。したがって、制御部650は、決定された量の固体粒子が、第2熱交換器170に供給されるように流量調整機構166の開度を調整する。 The control unit 650 adjusts the opening of the flow rate adjustment mechanism 166 based on the required temperature and flow rate of the heat utilization equipment 182. Specifically, when the fluid supply unit 180 supplies fluid to the heat transfer tubes 178 of the second heat exchanger 170 at the required flow rate of the heat utilization equipment 182, and the fluid is heated by solid particles at a second temperature stored in the high-temperature tank 160, the amount of solid particles needed to heat the fluid to a fourth temperature is determined. Therefore, the control unit 650 adjusts the opening of the flow rate adjustment mechanism 166 so that the determined amount of solid particles is supplied to the second heat exchanger 170.
これにより、熱利用機器182に供給される流体の温度を熱利用機器182の要求温度にすることができる。したがって、追加のエネルギーを使用せずとも(例えば、補助燃料を燃焼させずとも)、安定的に、要求温度を満たす第4温度の流体を熱利用機器182に供給することが可能となる。熱利用機器182の要求温度(例えば、要求される発電量)が時間的に変動しても、固体粒子の供給量を調整して対応できる。 This allows the temperature of the fluid supplied to the heat utilization device 182 to be brought to the required temperature of the heat utilization device 182. Therefore, it becomes possible to stably supply the heat utilization device 182 with fluid at a fourth temperature that meets the required temperature, without using additional energy (for example, without burning auxiliary fuel). Even if the required temperature of the heat utilization device 182 (for example, the required amount of power generation) fluctuates over time, this can be addressed by adjusting the supply amount of solid particles.
以上、添付図面を参照しながら実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。 While embodiments have been described above with reference to the attached drawings, it goes without saying that this disclosure is not limited to the embodiments described above. It will be obvious to those skilled in the art that various modifications or alterations can be conceived within the scope of the claims, and these will naturally fall within the technical scope of this disclosure.
例えば、上述した実施形態および変形例において、気体供給部110が、ブロワ112を備える構成を例に挙げて説明した。しかし、気体供給部110は、気体を第1熱交換器140に供給できれば構成に限定はない。例えば、気体供給部110は、ブロワ112に代えて、圧縮気体源(例えば、圧縮空気源)やポンプを備えてもよい。 For example, in the embodiments and modifications described above, the gas supply unit 110 was described using a configuration that includes a blower 112 as an example. However, the gas supply unit 110 is not limited in its configuration as long as it can supply gas to the first heat exchanger 140. For example, the gas supply unit 110 may be equipped with a compressed gas source (e.g., a compressed air source) or a pump instead of the blower 112.
また、上記実施形態および変形例において、第1熱交換器140の底面から気体が供給される構成を例に挙げて説明した。しかし、気体は、第1熱交換器140における固体粒子の供給箇所より下方から供給されればよい。例えば、気体は、第1熱交換器140の下部から供給されてもよい。また、気体供給部110は、常圧の気体を供給してもよいし、加圧した気体を供給してもよい。 Furthermore, in the above embodiments and modifications, a configuration in which gas is supplied from the bottom of the first heat exchanger 140 was described as an example. However, the gas may be supplied from below the solid particle supply point in the first heat exchanger 140. For example, the gas may be supplied from the lower part of the first heat exchanger 140. Also, the gas supply unit 110 may supply gas at atmospheric pressure or pressurized gas.
また、上記実施形態および変形例において、第2熱交換器170が固体粒子の流動層を形成する構成を例に挙げて説明した。これにより、放熱モードにおいて固体粒子の熱で効率よく流体を予熱することができる。しかし、第2熱交換器170は、固体粒子と流体とを熱交換させることができれば構成に限定はない。例えば、第2熱交換器170は、固体 Furthermore, in the above embodiments and modifications, a configuration in which the second heat exchanger 170 forms a fluidized bed of solid particles was described as an example. This allows for efficient preheating of the fluid using the heat of the solid particles in the heat dissipation mode. However, the configuration of the second heat exchanger 170 is not limited as long as it can exchange heat between solid particles and the fluid. For example, the second heat exchanger 170 may be composed of solid particles.
また、上記第1の実施形態において、電力が余剰(発電電力量-需要電力量 > 所定値(例えば0))する期間を蓄熱モードとした。しかし、電力を他のエネルギーに転換する必要があるとき(例えば、電力グリッドを安定させるために電力を消費する必要があるとき)に、蓄熱モードとしてもよい。また、必要となった際に放熱モードとした。しかし、熱を利用する必要があるとき(例えば、セメント工場で熱を利用したい場合)に放熱モードとしてもよい。 Furthermore, in the first embodiment described above, the period during which there is a surplus of electricity (generated electricity - demanded electricity > predetermined value (e.g., 0)) was designated as the heat storage mode. However, the heat storage mode may also be used when it is necessary to convert electricity into other energy (for example, when it is necessary to consume electricity to stabilize the power grid). Also, the heat release mode was used when necessary. However, the heat release mode may also be used when it is necessary to utilize the heat (for example, when it is necessary to utilize the heat in a cement factory).
また、上記第2の変形例および第3の変形例において、制御部240が、予熱運転処理、第1運転処理、第2運転処理、第3運転処理、および、第4運転処理を実行する場合を例に挙げた。しかし、制御部240は、予熱運転処理、および、第1~第4運転処理のうちのいずれか1の運転処理を実行すればよい。 Furthermore, in the second and third modified examples described above, the control unit 240 was given as an example in which it performs the preheating operation, the first operation, the second operation, the third operation, and the fourth operation. However, the control unit 240 only needs to perform the preheating operation and one of the first to fourth operation processes.
また、上記第1の変形例において、気体送出部320が流量調整機構324aを備える構成を例に挙げた。しかし、気体送出部320は、流量調整機構324aを備えなくてもよい。 Furthermore, in the first modified example described above, a configuration in which the gas delivery unit 320 is equipped with a flow rate adjustment mechanism 324a was given as an example. However, the gas delivery unit 320 does not necessarily need to be equipped with a flow rate adjustment mechanism 324a.
また、上記第2の実施形態において、蓄エネルギー装置600が気体送出部640を備える構成を例に挙げた。しかし、蓄エネルギー装置600は、気体送出部640に代えて、気体送出部320を備えていてもよい。つまり、蓄エネルギー装置600は、配管322a、322bと、流量調整機構324a、324bとを含む気体送出部320を
備えていてもよい。
Furthermore, in the second embodiment described above, an example was given in which the energy storage device 600 is equipped with a gas delivery unit 640. However, the energy storage device 600 may be equipped with a gas delivery unit 320 instead of the gas delivery unit 640. In other words, the energy storage device 600 may be equipped with a gas delivery unit 320 that includes piping 322a, 322b and flow rate adjustment mechanisms 324a, 324b.
また、第1熱交換器140の内部に、加熱器、あるいは、熱交換器が設置されてもよい。 Furthermore, a heater or another heat exchanger may be installed inside the first heat exchanger 140.
本開示は、例えば、持続可能な開発目標(SDGs)の目標7「手ごろで信頼でき、持続可能かつ近代的なエネルギーへのアクセスを確保する」に貢献することができる。 This disclosure can, for example, contribute to Sustainable Development Goal (SDG) 7, "Ensure access to affordable, reliable, sustainable and modern energy."
100 蓄エネルギー装置
110 気体供給部
120 予熱器
134 加熱器
140 第1熱交換器
140a 気体供給口
150 固気分離器
152 切換部
160 高温槽
166 流量調整機構
170 第2熱交換器
182 熱利用機器
190 排出部
200 低温槽
210 低温粒子供給部
240 制御部
300 蓄エネルギー装置
600 蓄エネルギー装置
612 加熱器
630 排出部
100 Energy storage device 110 Gas supply unit 120 Preheater 134 Heater 140 First heat exchanger 140a Gas supply port 150 Solid-gas separator 152 Switching unit 160 High-temperature tank 166 Flow rate adjustment mechanism 170 Second heat exchanger 182 Heat utilization equipment 190 Discharge unit 200 Low-temperature tank 210 Low-temperature particle supply unit 240 Control unit 300 Energy storage device 600 Energy storage device 612 Heater 630 Discharge unit
Claims (6)
前記第1熱交換器に気体を供給する気体供給部と、
前記気体供給部から前記第1熱交換器に供給される気体、および、前記第1熱交換器内の気体のうち、いずれか一方または両方を加熱する加熱器と、
前記第1熱交換器から排出された固気混合物を固気分離する固気分離器と、
前記固気分離器によって分離された前記固体粒子を貯留する高温槽と、
前記高温槽から前記固体粒子が供給され、前記固体粒子と流体とを熱交換させる第2熱交換器と、
前記高温槽から前記第2熱交換器に供給される前記固体粒子の流量を調整する流量調整機構と、
前記第2熱交換器から前記固体粒子を排出する排出部と、
前記排出部によって排出された前記固体粒子を貯留する低温槽と、
前記低温槽に貯留された前記固体粒子を前記第1熱交換器に供給する低温粒子供給部と、
前記第2熱交換器によって熱交換された前記流体が有する熱エネルギーを利用する熱利用機器と、
を備え、
前記排出部は、前記第1熱交換器に前記固体粒子を排出し、
前記低温槽には、前記排出部によって排出され、前記第1熱交換器において前記気体と熱交換され、前記固気分離器によって固気分離された前記固体粒子が供給される蓄エネルギー装置。 A first heat exchanger is provided, in which gas is supplied from a gas supply port formed on the bottom or lower surface, and solid particles are supplied from above the gas supply port, and heat is exchanged between the gas and the solid particles.
A gas supply unit that supplies gas to the first heat exchanger,
A heater that heats either or both of the gas supplied from the gas supply unit to the first heat exchanger, and the gas in the first heat exchanger.
A solid-gas separator for separating the solid-gas mixture discharged from the first heat exchanger,
A high-temperature tank for storing the solid particles separated by the solid-gas separator,
The solid particles are supplied from the high-temperature bath, and a second heat exchanger is used to exchange heat between the solid particles and the fluid.
A flow rate adjustment mechanism for adjusting the flow rate of the solid particles supplied from the high-temperature bath to the second heat exchanger,
A discharge section for discharging the solid particles from the second heat exchanger,
A low-temperature tank for storing the solid particles discharged by the discharge unit,
A low-temperature particle supply unit that supplies the solid particles stored in the low-temperature tank to the first heat exchanger,
A heat utilization device that utilizes the thermal energy of the fluid whose heat has been exchanged by the second heat exchanger,
Equipped with ,
The discharge unit discharges the solid particles to the first heat exchanger.
The low-temperature tank is supplied with the solid particles that have been discharged by the discharge section, have undergone heat exchange with the gas in the first heat exchanger, and have been separated into solid and gaseous forms by the solid-gas separator .
前記気体供給部は、前記予熱器によって予熱された前記気体を前記第1熱交換器に供給する、請求項1に記載の蓄エネルギー装置。 The system includes a preheater that preheats the gas using the heat contained in the high-temperature gas separated by the solid-gas separator,
The energy storage device according to claim 1 , wherein the gas supply unit supplies the gas preheated by the preheater to the first heat exchanger.
前記気体供給部、前記加熱器、前記流量調整機構、および、前記低温粒子供給部を制御する制御部を備え、
前記制御部は、
蓄熱モードおよび放熱モードを含む複数のモードのうち、
前記蓄熱モードにおいて、前記気体供給部を制御して前記第1熱交換器に気体を供給し、前記加熱器を動作させて前記気体を加熱し、前記低温粒子供給部を制御して前記低温槽から前記第1熱交換器に前記固体粒子を供給して、前記第1熱交換器において前記気体で前記固体粒子を加熱し、前記固気分離器によって分離された前記固体粒子を前記高温槽に供給し、
前記放熱モードにおいて、前記流量調整機構を制御して前記高温槽から前記第2熱交換器に前記固体粒子を供給し、前記第2熱交換器において前記固体粒子で流体を加熱させ、加熱された前記流体を前記熱利用機器において利用させ、前記排出部を通じて前記第2熱交換器から前記第1熱交換器に前記固体粒子を供給し、前記加熱器を停止して、前記気体供給部を制御して前記第1熱交換器に気体を供給し、前記第1熱交換器において前記固体粒子で前記気体を加熱し、前記固気分離器によって分離された前記固体粒子を前記低温槽に供給する、請求項1に記載の蓄エネルギー装置。 The heater consumes electricity to heat the gas,
The system comprises the gas supply unit, the heater, the flow rate adjustment mechanism, and the control unit for controlling the low-temperature particle supply unit.
The control unit,
Among several modes, including heat storage mode and heat dissipation mode,
In the heat storage mode, the gas supply unit is controlled to supply gas to the first heat exchanger, the heater is operated to heat the gas, the low-temperature particle supply unit is controlled to supply the solid particles from the low-temperature tank to the first heat exchanger, the solid particles are heated by the gas in the first heat exchanger, and the solid particles separated by the solid-gas separator are supplied to the high-temperature tank.
The energy storage device according to claim 1, wherein in the heat dissipation mode, the flow rate adjustment mechanism is controlled to supply the solid particles from the high-temperature tank to the second heat exchanger, the fluid is heated by the solid particles in the second heat exchanger, the heated fluid is used in the heat utilization equipment, the solid particles are supplied from the second heat exchanger to the first heat exchanger through the discharge section, the heater is stopped, the gas supply section is controlled to supply gas to the first heat exchanger, the gas is heated by the solid particles in the first heat exchanger, and the solid particles separated by the solid-gas separator are supplied to the low -temperature tank.
前記気体供給部、前記加熱器、前記流量調整機構、および、前記低温粒子供給部を制御する制御部を備え、
前記制御部は、
蓄熱モードおよび放熱モードを含む複数のモードのうち、
前記蓄熱モードにおいて、前記気体供給部を制御して前記第1熱交換器に気体を供給し、前記加熱器を動作させて前記気体を加熱し、前記低温粒子供給部を制御して前記低温槽から前記第1熱交換器に前記固体粒子を供給して、前記第1熱交換器において前記気体で前記固体粒子を加熱し、前記固気分離器によって分離された前記固体粒子を前記高温槽に供給し、前記固気分離器によって分離された前記気体を前記予熱器に供給し、
前記放熱モードにおいて、前記流量調整機構を制御して前記高温槽から前記第2熱交換器に前記固体粒子を供給し、前記第2熱交換器において前記固体粒子で流体を加熱させ、加熱された前記流体を前記熱利用機器において利用させ、前記排出部を通じて前記第2熱交換器から前記第1熱交換器に前記固体粒子を供給し、前記加熱器を停止して、前記気体供給部を制御して前記第1熱交換器に気体を供給し、前記第1熱交換器において前記固体粒子で前記気体を加熱し、前記固気分離器によって分離された前記固体粒子を前記低温槽に供給する、請求項2に記載の蓄エネルギー装置。 The heater consumes electricity to heat the gas,
The system comprises the gas supply unit, the heater, the flow rate adjustment mechanism, and the control unit for controlling the low-temperature particle supply unit.
The control unit,
Among several modes, including heat storage mode and heat dissipation mode,
In the heat storage mode, the gas supply unit is controlled to supply gas to the first heat exchanger, the heater is operated to heat the gas, the low-temperature particle supply unit is controlled to supply the solid particles from the low-temperature tank to the first heat exchanger, the solid particles are heated with the gas in the first heat exchanger, the solid particles separated by the solid-gas separator are supplied to the high-temperature tank, and the gas separated by the solid-gas separator is supplied to the preheater.
The energy storage device according to claim 2, wherein in the heat dissipation mode, the flow rate adjustment mechanism is controlled to supply the solid particles from the high-temperature tank to the second heat exchanger, the fluid is heated by the solid particles in the second heat exchanger, the heated fluid is used in the heat utilization equipment, the solid particles are supplied from the second heat exchanger to the first heat exchanger through the discharge section, the heater is stopped, the gas supply section is controlled to supply gas to the first heat exchanger, the gas is heated by the solid particles in the first heat exchanger, and the solid particles separated by the solid-gas separator are supplied to the low-temperature tank .
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