JP2002039694A - 蓄熱・蓄冷槽 - Google Patents
蓄熱・蓄冷槽Info
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Y02E60/14—Thermal energy storage
Abstract
(57)【要約】
【課題】蓄熱・蓄冷槽システムに関し、加熱／冷却運転
中のシステム効率を設備上および運転制御上の工夫によ
り向上させる。 【解決手段】蓄熱・蓄冷槽を少なくとも２つ以上のユニ
ットに分割し、常温側のユニットと低温流体側のユニッ
トに少なくとも１つ以上のバイパス管を設けるととも
に、流体温度を計測する温度センサーと蓄熱・蓄冷材の
温度を計測する温度センサーを設置する。流体温度と蓄
熱・蓄冷材温度を監視して、バイパス管の開閉を制御す
ることで、流体を供給する蓄熱・蓄冷槽ユニットを順次
切り替え、空気温度および蓄熱・蓄冷材温度を一定範囲
に保つ。
中のシステム効率を設備上および運転制御上の工夫によ
り向上させる。 【解決手段】蓄熱・蓄冷槽を少なくとも２つ以上のユニ
ットに分割し、常温側のユニットと低温流体側のユニッ
トに少なくとも１つ以上のバイパス管を設けるととも
に、流体温度を計測する温度センサーと蓄熱・蓄冷材の
温度を計測する温度センサーを設置する。流体温度と蓄
熱・蓄冷材温度を監視して、バイパス管の開閉を制御す
ることで、流体を供給する蓄熱・蓄冷槽ユニットを順次
切り替え、空気温度および蓄熱・蓄冷材温度を一定範囲
に保つ。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は蓄熱・蓄冷槽の配管
構造、及び蓄熱・蓄冷槽の運転制御方法に関する。
構造、及び蓄熱・蓄冷槽の運転制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】蓄熱・蓄冷槽を用いたエネルギー貯蔵シ
ステムとして、蓄冷槽に貯蔵した冷熱を用いて、エネル
ギーを液体空気の形で貯蔵するシステム(液体空気エネ
ルギー貯蔵システム、またはエネルギー貯蔵型ガスター
ビン発電システム等)が特開平9−250360号の公報などで
提案されている。本システムは、以下のような仕組みで
電力貯蔵を行う。まず、夜間電力で圧縮機を駆動し、圧
縮した空気を蓄熱・蓄冷槽を通して冷却し、膨張させる
ことで液体空気を製造する。昼間の発電時に必要となる
圧縮空気は夜間に貯蔵しておいた液体空気を加圧して、
蓄熱・蓄冷槽を通すことで加熱，気化して供給する。昼
間の運転時に液体空気の冷熱は蓄熱・蓄冷槽で回収さ
れ、次の夜間運転時に液体空気を製造するための冷熱源
として利用される。
ステムとして、蓄冷槽に貯蔵した冷熱を用いて、エネル
ギーを液体空気の形で貯蔵するシステム(液体空気エネ
ルギー貯蔵システム、またはエネルギー貯蔵型ガスター
ビン発電システム等)が特開平9−250360号の公報などで
提案されている。本システムは、以下のような仕組みで
電力貯蔵を行う。まず、夜間電力で圧縮機を駆動し、圧
縮した空気を蓄熱・蓄冷槽を通して冷却し、膨張させる
ことで液体空気を製造する。昼間の発電時に必要となる
圧縮空気は夜間に貯蔵しておいた液体空気を加圧して、
蓄熱・蓄冷槽を通すことで加熱，気化して供給する。昼
間の運転時に液体空気の冷熱は蓄熱・蓄冷槽で回収さ
れ、次の夜間運転時に液体空気を製造するための冷熱源
として利用される。
【０００３】このシステムが成立するためには、常温か
ら氷点下２００℃近い極低温まで使用可能で、安価で熱
取り出し性能の高い大型の蓄熱・蓄冷槽が必要である。
これらの特徴を満たす蓄熱・蓄冷槽としてコンクリート
などの固体を蓄熱・蓄冷材に用いる案が特開平10−2274
86号の公報や特開平10−238366号の公報で提案されてい
る。
ら氷点下２００℃近い極低温まで使用可能で、安価で熱
取り出し性能の高い大型の蓄熱・蓄冷槽が必要である。
これらの特徴を満たす蓄熱・蓄冷槽としてコンクリート
などの固体を蓄熱・蓄冷材に用いる案が特開平10−2274
86号の公報や特開平10−238366号の公報で提案されてい
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ここでは液体空気エネ
ルギー貯蔵システムを例に取り説明する。実際には液体
空気エネルギー貯蔵システムでも液体空気以外の冷熱源
となる低温流体を使用することがあり、また本蓄熱・蓄
冷槽は液体空気エネルギー貯蔵システム以外にも適用可
能である。よって、伝熱管内を流れる流体は空気とは限
らないが、説明の簡便さを考え、ここでは伝熱管内に空
気が流れる場合のみを説明する。
ルギー貯蔵システムを例に取り説明する。実際には液体
空気エネルギー貯蔵システムでも液体空気以外の冷熱源
となる低温流体を使用することがあり、また本蓄熱・蓄
冷槽は液体空気エネルギー貯蔵システム以外にも適用可
能である。よって、伝熱管内を流れる流体は空気とは限
らないが、説明の簡便さを考え、ここでは伝熱管内に空
気が流れる場合のみを説明する。
【０００５】液体空気エネルギー貯蔵システムでは、夜
間運転時にいかに効率良く液体空気を製造し、昼間の発
電時に液体空気の冷熱を効率良く回収できるかがシステ
ム全体の効率に大きく影響する。液体空気の製造効率を
高めるためには空気をなるべく低い温度まで冷却すれば
良いが、過剰に冷却すると液体空気製造効率の上昇割合
が頭打ちになり、蓄熱・蓄冷槽の冷熱を過剰に奪うこと
になるため、トータルでの液体空気製造量は減少する。
また、液体空気の冷熱を回収するときにも、蓄熱・蓄冷
材温度を過剰に冷やしすぎると、夜間運転時に空気を過
剰に冷やしすぎる可能性が増し、蓄熱・蓄冷材の冷熱を
有効に回収できない可能性があり、蓄熱・蓄冷槽の容積
が増大し、設備コストの上昇を招く。
間運転時にいかに効率良く液体空気を製造し、昼間の発
電時に液体空気の冷熱を効率良く回収できるかがシステ
ム全体の効率に大きく影響する。液体空気の製造効率を
高めるためには空気をなるべく低い温度まで冷却すれば
良いが、過剰に冷却すると液体空気製造効率の上昇割合
が頭打ちになり、蓄熱・蓄冷槽の冷熱を過剰に奪うこと
になるため、トータルでの液体空気製造量は減少する。
また、液体空気の冷熱を回収するときにも、蓄熱・蓄冷
材温度を過剰に冷やしすぎると、夜間運転時に空気を過
剰に冷やしすぎる可能性が増し、蓄熱・蓄冷材の冷熱を
有効に回収できない可能性があり、蓄熱・蓄冷槽の容積
が増大し、設備コストの上昇を招く。
【０００６】よって、夜間の液体空気製造時は空気を過
剰に冷やしすぎず、昼間の液体空気加熱時は蓄熱・蓄冷
材を過剰に冷やしすぎないような設備上または運転制御
上の工夫が必要となる。
剰に冷やしすぎず、昼間の液体空気加熱時は蓄熱・蓄冷
材を過剰に冷やしすぎないような設備上または運転制御
上の工夫が必要となる。
【０００７】本発明の目的は、上記の課題に鑑み、効率
的に蓄熱及び蓄冷することができる蓄熱・蓄冷槽、及び
その運転制御方法を提案することにある。
的に蓄熱及び蓄冷することができる蓄熱・蓄冷槽、及び
その運転制御方法を提案することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の蓄熱・蓄冷槽は、少なくとも１本以上の伝
熱管と伝熱管外部に配された蓄熱・蓄冷材から構成され
る蓄熱・蓄冷槽ユニットが、少なくとも２つ以上直列に
接続して構成される蓄熱・蓄冷槽において、少なくとも
１つ以上の蓄熱・蓄冷槽ユニットに、伝熱管内を流れる
加熱される流体のユニット入口から他のユニット入口に
前記過熱流体をバイパスさせるバイパス設備を設けたこ
とを特徴とする。
に、本発明の蓄熱・蓄冷槽は、少なくとも１本以上の伝
熱管と伝熱管外部に配された蓄熱・蓄冷材から構成され
る蓄熱・蓄冷槽ユニットが、少なくとも２つ以上直列に
接続して構成される蓄熱・蓄冷槽において、少なくとも
１つ以上の蓄熱・蓄冷槽ユニットに、伝熱管内を流れる
加熱される流体のユニット入口から他のユニット入口に
前記過熱流体をバイパスさせるバイパス設備を設けたこ
とを特徴とする。
【０００９】また、上記目的を達成するために、本発明
の蓄熱・蓄冷槽の運転制御方法は、少なくとも１本以上
の伝熱管と伝熱管外部に配された蓄熱・蓄冷材から構成
される蓄熱・蓄冷槽ユニットが、少なくとも２つ以上直
列に接続して構成される蓄熱・蓄冷槽の運転制御方法に
おいて、伝熱管内の流体温度あるいは伝熱管外側の蓄熱
・蓄冷材温度を計測し、流体温度あるいは蓄熱・蓄冷材
温度が設定温度以下まで下がった時、または流体温度あ
るいは蓄熱・蓄冷材温度が設定温度以下に下がっている
間、および流体温度あるいは蓄熱・蓄冷材温度が設定温
度以上まで上昇した時、または流体温度あるいは蓄熱・
蓄冷材温度が設定温度以上に上昇している間、加熱ある
いは冷却用流体を当該蓄熱・蓄冷槽ユニットをバイパス
して、他の蓄熱・蓄冷槽ユニットに供給することを特徴
とする。
の蓄熱・蓄冷槽の運転制御方法は、少なくとも１本以上
の伝熱管と伝熱管外部に配された蓄熱・蓄冷材から構成
される蓄熱・蓄冷槽ユニットが、少なくとも２つ以上直
列に接続して構成される蓄熱・蓄冷槽の運転制御方法に
おいて、伝熱管内の流体温度あるいは伝熱管外側の蓄熱
・蓄冷材温度を計測し、流体温度あるいは蓄熱・蓄冷材
温度が設定温度以下まで下がった時、または流体温度あ
るいは蓄熱・蓄冷材温度が設定温度以下に下がっている
間、および流体温度あるいは蓄熱・蓄冷材温度が設定温
度以上まで上昇した時、または流体温度あるいは蓄熱・
蓄冷材温度が設定温度以上に上昇している間、加熱ある
いは冷却用流体を当該蓄熱・蓄冷槽ユニットをバイパス
して、他の蓄熱・蓄冷槽ユニットに供給することを特徴
とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】次に本発明の実施形態を図面を引
用してさらに詳しく説明する。
用してさらに詳しく説明する。
【００１１】まず、図１に示す蓄熱・蓄冷槽の実施形態
について述べる。図１に示した蓄熱・蓄冷システムは、
本蓄熱・蓄冷槽を液体空気エネルギー貯蔵システムに用
いた場合の系統図ある。使用例である液体空気エネルギ
ー貯蔵システムは、特開平９−250360号公報で提案され
ている負荷平準化を目的とした発電システムである。以
下、説明は全て蓄熱・蓄冷槽を液体空気エネルギー貯蔵
システムに用いた場合の例を説明する。
について述べる。図１に示した蓄熱・蓄冷システムは、
本蓄熱・蓄冷槽を液体空気エネルギー貯蔵システムに用
いた場合の系統図ある。使用例である液体空気エネルギ
ー貯蔵システムは、特開平９−250360号公報で提案され
ている負荷平準化を目的とした発電システムである。以
下、説明は全て蓄熱・蓄冷槽を液体空気エネルギー貯蔵
システムに用いた場合の例を説明する。
【００１２】図２に液体空気エネルギー貯蔵システムの
装置配置図を示す。液体空気エネルギー貯蔵システム
は、蓄熱・蓄冷槽１３〜２０，液体空気貯蔵タンク２
２、および圧縮機１，モータ兼発電機２，ガスタービン
３，燃焼器４を備えたガスタービン発電システムより構
成される。図２では、蓄熱・蓄冷槽１３〜２０は８つの
大きなユニットにより構成されているが、全体をいくつ
のユニットに分割するかは運転方法などにより設計者が
任意に設定できる。また、図２で示したようにユニット
をさらに小さなユニットの集合として形成することも可
能である。
装置配置図を示す。液体空気エネルギー貯蔵システム
は、蓄熱・蓄冷槽１３〜２０，液体空気貯蔵タンク２
２、および圧縮機１，モータ兼発電機２，ガスタービン
３，燃焼器４を備えたガスタービン発電システムより構
成される。図２では、蓄熱・蓄冷槽１３〜２０は８つの
大きなユニットにより構成されているが、全体をいくつ
のユニットに分割するかは運転方法などにより設計者が
任意に設定できる。また、図２で示したようにユニット
をさらに小さなユニットの集合として形成することも可
能である。
【００１３】本システムでは、夜間電力を用いて圧縮機
１を駆動し、蓄熱・蓄冷槽の常温側配管５から常温で高
圧の空気を供給し、冷却された空気を低温側配管１２か
ら抜き取り膨張弁２１で膨張させることで液体空気を製
造する。夜間運転により、圧縮機１のエネルギーを液体
空気の形で液体空気貯蔵タンク２２に貯蔵する。その
後、昼間の電力需要ピーク時に液体空気をポンプ２３で
加圧し、蓄熱・蓄冷槽の低温側配管１２から供給し、加
熱，気化させて蓄熱・蓄冷槽の常温側配管５から抜き取
り、燃焼器に供給することで発電を行う。昼間の発電時
に夜間運転時に貯蔵した圧縮機のエネルギーを回収し、
電力負荷平準化を行うシステムである。図２中では便宜
的に、常温側の蓄熱・蓄冷槽１３から低温側の蓄熱・蓄
冷槽２０まで順番に第１から第８まで番号付けしてあ
る。図１中では、蓄熱・蓄冷槽の左側が常温側、右側が
低温側である。
１を駆動し、蓄熱・蓄冷槽の常温側配管５から常温で高
圧の空気を供給し、冷却された空気を低温側配管１２か
ら抜き取り膨張弁２１で膨張させることで液体空気を製
造する。夜間運転により、圧縮機１のエネルギーを液体
空気の形で液体空気貯蔵タンク２２に貯蔵する。その
後、昼間の電力需要ピーク時に液体空気をポンプ２３で
加圧し、蓄熱・蓄冷槽の低温側配管１２から供給し、加
熱，気化させて蓄熱・蓄冷槽の常温側配管５から抜き取
り、燃焼器に供給することで発電を行う。昼間の発電時
に夜間運転時に貯蔵した圧縮機のエネルギーを回収し、
電力負荷平準化を行うシステムである。図２中では便宜
的に、常温側の蓄熱・蓄冷槽１３から低温側の蓄熱・蓄
冷槽２０まで順番に第１から第８まで番号付けしてあ
る。図１中では、蓄熱・蓄冷槽の左側が常温側、右側が
低温側である。
【００１４】夜間運転開始時は高圧空気を常温側配管５
より供給し、十分に冷却した空気を膨張させることで液
体空気を製造する。空気を効率良く液化するには、圧力
５.０ＭＰａ であれば１００Ｋ程度まで冷却すれば十分
であり、これ以上冷却しても液化率の向上は余り大きく
なく、空気に過剰に冷熱を与えることになるため、液体
空気エネルギー貯蔵システム全体のエネルギー貯蔵効率
は低下することになる。よって、空気が液体空気を効率
良く製造できる温度以下まで下がったところでバイパス
管から抜き出して膨張弁２１へと送る。図１中では、運
転開始時は第４バイパス管９より抜き出すことを想定し
ている。流体の温度計測センサーは、各蓄熱・蓄冷槽ユ
ニットのヘッダ部や、ユニット間を繋ぐ配管に設置すれ
ば良い。運転時間が経過するとともに、蓄熱・蓄冷槽の
温度が上昇してくるため、第４バイパス管９出口空気温
度も上昇する。第４バイパス管出口空気温度が液体空気
を効率良く製造できる温度以上まで上昇した時点で、空
気を抜き出すバイパス管を第５バイパス管１０に変更す
る。以後、これを繰り返し、運転終了時には低温側配管
１２から空気を膨張弁２１へと送るように制御する。
より供給し、十分に冷却した空気を膨張させることで液
体空気を製造する。空気を効率良く液化するには、圧力
５.０ＭＰａ であれば１００Ｋ程度まで冷却すれば十分
であり、これ以上冷却しても液化率の向上は余り大きく
なく、空気に過剰に冷熱を与えることになるため、液体
空気エネルギー貯蔵システム全体のエネルギー貯蔵効率
は低下することになる。よって、空気が液体空気を効率
良く製造できる温度以下まで下がったところでバイパス
管から抜き出して膨張弁２１へと送る。図１中では、運
転開始時は第４バイパス管９より抜き出すことを想定し
ている。流体の温度計測センサーは、各蓄熱・蓄冷槽ユ
ニットのヘッダ部や、ユニット間を繋ぐ配管に設置すれ
ば良い。運転時間が経過するとともに、蓄熱・蓄冷槽の
温度が上昇してくるため、第４バイパス管９出口空気温
度も上昇する。第４バイパス管出口空気温度が液体空気
を効率良く製造できる温度以上まで上昇した時点で、空
気を抜き出すバイパス管を第５バイパス管１０に変更す
る。以後、これを繰り返し、運転終了時には低温側配管
１２から空気を膨張弁２１へと送るように制御する。
【００１５】バイパス管は蓄熱・蓄冷槽の各ユニットを
繋ぐ配管上に設置しても良いし、各ユニットのヘッダ部
に設置しても良い。
繋ぐ配管上に設置しても良いし、各ユニットのヘッダ部
に設置しても良い。
【００１６】上記のように、出口側のバイパス管だけで
なく、入口側にもバイパス管を設けても良い。夜間運転
の運転時間が経過すると、入口側の蓄熱・蓄冷材温度が
上昇してくる。蓄熱・蓄冷材温度がある程度まで上昇す
ると、空気を冷却するという観点ではほとんど機能しな
い。よって、蓄熱・蓄冷材温度がある一定温度以上に上
昇した時点で、空気を供給する場所を第１バイパス管
６，第２バイパス管７の順で順次切り替える。蓄熱・蓄
冷材の温度計測センサーは、蓄熱・蓄冷材中に埋め込ん
でおく。空気の冷却効率が悪い蓄熱・蓄冷槽を、空気供
給口を順次切り替えてバイパスすることで、空気が通る
伝熱管総延長が短縮し、圧力損失も減少させることがで
きる。
なく、入口側にもバイパス管を設けても良い。夜間運転
の運転時間が経過すると、入口側の蓄熱・蓄冷材温度が
上昇してくる。蓄熱・蓄冷材温度がある程度まで上昇す
ると、空気を冷却するという観点ではほとんど機能しな
い。よって、蓄熱・蓄冷材温度がある一定温度以上に上
昇した時点で、空気を供給する場所を第１バイパス管
６，第２バイパス管７の順で順次切り替える。蓄熱・蓄
冷材の温度計測センサーは、蓄熱・蓄冷材中に埋め込ん
でおく。空気の冷却効率が悪い蓄熱・蓄冷槽を、空気供
給口を順次切り替えてバイパスすることで、空気が通る
伝熱管総延長が短縮し、圧力損失も減少させることがで
きる。
【００１７】昼間運転時は逆に、運転開始時は液体空気
ポンプ２３により加圧された液体空気を低温側配管１２
より供給し、蓄熱・蓄冷材１３〜２０を冷却し、常温側
配管５より加熱，気化された高圧空気を取り出す。昼間
運転により、蓄熱・蓄冷槽は低温側配管１２に近いとこ
ろから常温側は配管５へ順に冷却されていく。昼間運転
時も夜間運転時と同様に、蓄熱・蓄冷材を過剰に冷却す
るとシステム全体の効率が低下するため、蓄熱・蓄冷材
温度がある一定温度以下まで下がった時点で、液体空気
を供給する場所を第６バイパス管１１，第５バイパス管
１０と順次変更していく。昼間運転時も、入口側だけで
なく、出口側にもバイパス管を設けても良い。
ポンプ２３により加圧された液体空気を低温側配管１２
より供給し、蓄熱・蓄冷材１３〜２０を冷却し、常温側
配管５より加熱，気化された高圧空気を取り出す。昼間
運転により、蓄熱・蓄冷槽は低温側配管１２に近いとこ
ろから常温側は配管５へ順に冷却されていく。昼間運転
時も夜間運転時と同様に、蓄熱・蓄冷材を過剰に冷却す
るとシステム全体の効率が低下するため、蓄熱・蓄冷材
温度がある一定温度以下まで下がった時点で、液体空気
を供給する場所を第６バイパス管１１，第５バイパス管
１０と順次変更していく。昼間運転時も、入口側だけで
なく、出口側にもバイパス管を設けても良い。
【００１８】夜間運転および昼間運転時に精度良く制御
するためには、流体温度とともに蓄熱・蓄冷材温度も計
測するのが良い。しかし、定常運転時には流体温度から
蓄熱・蓄冷材温度を評価できるため、流体温度のみで制
御することも可能である。
するためには、流体温度とともに蓄熱・蓄冷材温度も計
測するのが良い。しかし、定常運転時には流体温度から
蓄熱・蓄冷材温度を評価できるため、流体温度のみで制
御することも可能である。
【００１９】図３に出口側に本実施例でのバイパス設備
を用いた運転制御方法採用時の蓄熱・蓄冷材温度２５，
２７，２９（図中の実線）と空気温度２６，２８，３０
（図中破線）の経時変化を、図４にバイパス設備を用い
ない通常の運転制御方法の蓄熱・蓄冷材温度２５，２
７，２９（図中実線）と空気温度２６，２８，３０（図
中破線）の経時変化を示す。図３と図４はともに、夜間
の液体空気製造時の経時変化であり、運転時間は８時間
として計算している。また、横軸の伝熱管総延長距離
は、蓄熱・蓄冷槽の１ユニットあたりの伝熱管長さを基
に規格化している。
を用いた運転制御方法採用時の蓄熱・蓄冷材温度２５，
２７，２９（図中の実線）と空気温度２６，２８，３０
（図中破線）の経時変化を、図４にバイパス設備を用い
ない通常の運転制御方法の蓄熱・蓄冷材温度２５，２
７，２９（図中実線）と空気温度２６，２８，３０（図
中破線）の経時変化を示す。図３と図４はともに、夜間
の液体空気製造時の経時変化であり、運転時間は８時間
として計算している。また、横軸の伝熱管総延長距離
は、蓄熱・蓄冷槽の１ユニットあたりの伝熱管長さを基
に規格化している。
【００２０】図３と図４の比較より、本実施例でのバイ
パス設備を用いた運転制御方法を採用することにより、
蓄熱・蓄冷槽ユニット数を削減できることがわかる。蓄
熱・蓄冷槽ユニットの削減は、単に蓄熱・蓄冷槽の物量
を削減できるだけでなく、蓄熱・蓄冷槽に蓄える余剰な
冷熱量が減少することを意味し、液体空気エネルギー貯
蔵システム全体の効率向上にも寄与する。
パス設備を用いた運転制御方法を採用することにより、
蓄熱・蓄冷槽ユニット数を削減できることがわかる。蓄
熱・蓄冷槽ユニットの削減は、単に蓄熱・蓄冷槽の物量
を削減できるだけでなく、蓄熱・蓄冷槽に蓄える余剰な
冷熱量が減少することを意味し、液体空気エネルギー貯
蔵システム全体の効率向上にも寄与する。
【００２１】図１中では、システムの特徴を簡潔に図示
するために、一部の蓄熱・蓄冷槽ユニットのみにバイパ
ス管を設けたが、全ての蓄熱・蓄冷槽ユニットにバイパ
ス管を設ければ、より効率的な運転制御が可能となる。
するために、一部の蓄熱・蓄冷槽ユニットのみにバイパ
ス管を設けたが、全ての蓄熱・蓄冷槽ユニットにバイパ
ス管を設ければ、より効率的な運転制御が可能となる。
【００２２】図５および図６に各蓄熱・蓄冷槽ユニット
の断面図の一例を示す。蓄熱・蓄冷槽ユニットは、流体
が流れる伝熱管３３のまわりに蓄熱・蓄冷材３４を配
し、そのまわりを外壁３５で覆った構造である。伝熱管
３３はヘッダ部３２でまとめられ、他のユニットと配管
で結合される。外壁３５は図５に示したように、伝熱管
３３と蓄熱・蓄冷材３４を密封する形式にしても良い
し、図６に示したように上部を開放しておいても良い。
の断面図の一例を示す。蓄熱・蓄冷槽ユニットは、流体
が流れる伝熱管３３のまわりに蓄熱・蓄冷材３４を配
し、そのまわりを外壁３５で覆った構造である。伝熱管
３３はヘッダ部３２でまとめられ、他のユニットと配管
で結合される。外壁３５は図５に示したように、伝熱管
３３と蓄熱・蓄冷材３４を密封する形式にしても良い
し、図６に示したように上部を開放しておいても良い。
【００２３】蓄熱・蓄冷槽内を流れる流体が空気のみの
場合は、運転中の異常検知は必ずしも必要ではなく、発
電システムの定期点検時に蓄熱・蓄冷槽ユニットの気密
試験などを行えば良い可能性もある。しかし、液化天然
ガス等の可燃性流体やアンモニア等の毒性の流体を流す
場合には何らかの異常検出手段が必須となる。
場合は、運転中の異常検知は必ずしも必要ではなく、発
電システムの定期点検時に蓄熱・蓄冷槽ユニットの気密
試験などを行えば良い可能性もある。しかし、液化天然
ガス等の可燃性流体やアンモニア等の毒性の流体を流す
場合には何らかの異常検出手段が必須となる。
【００２４】図５のように蓄熱・蓄冷槽を密封した形式
にすれば、伝熱管やユニット管を繋ぐ配管の破損時に外
壁内部の圧力が上昇するため、外壁内側に圧力センサー
３６を設置しておくことで、伝熱管や配管の破損などの
異常を検知することができる。しかし、外壁内部が高圧
になる可能性があるため、各ユニットに安全弁を設置す
るなど、安全上の処置も必要となる。
にすれば、伝熱管やユニット管を繋ぐ配管の破損時に外
壁内部の圧力が上昇するため、外壁内側に圧力センサー
３６を設置しておくことで、伝熱管や配管の破損などの
異常を検知することができる。しかし、外壁内部が高圧
になる可能性があるため、各ユニットに安全弁を設置す
るなど、安全上の処置も必要となる。
【００２５】一方図６のように上部を開放しておけば、
安全弁は必要なくなるが、外壁内圧力測定による異常検
知はできない。この場合は、ヘッダ部や伝熱管に温度セ
ンサー３７を設置し、定常運転時との温度履歴の差、ま
たは他のユニットや伝熱管との温度差を計測することで
異常を検知する。
安全弁は必要なくなるが、外壁内圧力測定による異常検
知はできない。この場合は、ヘッダ部や伝熱管に温度セ
ンサー３７を設置し、定常運転時との温度履歴の差、ま
たは他のユニットや伝熱管との温度差を計測することで
異常を検知する。
【００２６】また、あらかじめ伝熱管や配管が破損しに
くいような構造または製作方法をとることも重要であ
る。特に、各蓄熱・蓄冷槽ユニット間で温度差が大きい
場合には、伝熱管の熱膨張・収縮により、各ユニット間
でヘッダの高さにずれが生じる可能性がある。このとき
ユニット間を繋ぐ配管には大きな応力がかかる可能性が
ある。
くいような構造または製作方法をとることも重要であ
る。特に、各蓄熱・蓄冷槽ユニット間で温度差が大きい
場合には、伝熱管の熱膨張・収縮により、各ユニット間
でヘッダの高さにずれが生じる可能性がある。このとき
ユニット間を繋ぐ配管には大きな応力がかかる可能性が
ある。
【００２７】配管にかかる応力を緩和するには、蓄熱・
蓄冷槽ユニット間のヘッダ高さにずれが生じると応力が
軽減するように、あらかじめユニット間を繋ぐ配管に応
力をかけた状態でヘッダに結合する。または、配管の材
料をヘッダ部や伝熱管とは異なる、低温での延性が高い
銅などの材料で製作すると良い。
蓄冷槽ユニット間のヘッダ高さにずれが生じると応力が
軽減するように、あらかじめユニット間を繋ぐ配管に応
力をかけた状態でヘッダに結合する。または、配管の材
料をヘッダ部や伝熱管とは異なる、低温での延性が高い
銅などの材料で製作すると良い。
【００２８】また、図７に示すような配管形状４０を取
り、伝熱管３３と平行な方向でユニットの外側に向かっ
て配管を伸ばし、円状に結合するユニットまで伸ばすと
良い。さらに、ユニットの温度変化による配管結合部の
変位分の曲がりしろをあらかじめ確保しておく構造とす
るとさらに健全性が増す。配管を伝熱管と直角の方向に
伸ばすと、配管の付け根部分に配管の径方向の曲げ応力
がかかる。一方、配管を伝熱管と平行方向に伸ばすと、
配管にかかる応力は軸方向の引き張りまたは圧縮応力と
なり、一般的に曲げ応力よりも強い構造とすることがで
きる。
り、伝熱管３３と平行な方向でユニットの外側に向かっ
て配管を伸ばし、円状に結合するユニットまで伸ばすと
良い。さらに、ユニットの温度変化による配管結合部の
変位分の曲がりしろをあらかじめ確保しておく構造とす
るとさらに健全性が増す。配管を伝熱管と直角の方向に
伸ばすと、配管の付け根部分に配管の径方向の曲げ応力
がかかる。一方、配管を伝熱管と平行方向に伸ばすと、
配管にかかる応力は軸方向の引き張りまたは圧縮応力と
なり、一般的に曲げ応力よりも強い構造とすることがで
きる。
【００２９】次に、図８に液体空気エネルギー貯蔵シス
テムの運転サイクルと蓄熱・蓄冷槽の平均温度の経時変
化の一例を示す。本システムでは、夜間の液体空気製造
は約８時間運転する。夜間運転では、空気は冷却され、
逆に蓄熱・蓄冷槽は加熱されることになる。その後、昼
間の運転開始までの５時間は蓄熱・蓄冷槽の温度を維持
する。次に、昼間の電力需要ピーク時に５時間発電す
る。昼間の運転時は、液体空気を加熱し、空気を気化す
るとともに蓄熱・蓄冷槽を冷却する。昼間の運転時に蓄
熱・蓄冷槽に蓄えた冷熱は、次の夜間運転時に用いるた
め、６時間蓄熱・蓄冷槽の温度を維持する。
テムの運転サイクルと蓄熱・蓄冷槽の平均温度の経時変
化の一例を示す。本システムでは、夜間の液体空気製造
は約８時間運転する。夜間運転では、空気は冷却され、
逆に蓄熱・蓄冷槽は加熱されることになる。その後、昼
間の運転開始までの５時間は蓄熱・蓄冷槽の温度を維持
する。次に、昼間の電力需要ピーク時に５時間発電す
る。昼間の運転時は、液体空気を加熱し、空気を気化す
るとともに蓄熱・蓄冷槽を冷却する。昼間の運転時に蓄
熱・蓄冷槽に蓄えた冷熱は、次の夜間運転時に用いるた
め、６時間蓄熱・蓄冷槽の温度を維持する。
【００３０】上述のように、夜間運転時に液体空気を効
率良く製造するためには、空気をある一定温度以下まで
冷却することが必要である。そのためには、昼間の運転
終了時から夜間運転開始時までの間、蓄熱・蓄冷槽の最
低温度をそれよりも低く維持しておくことが必要とな
る。しかし、この間の蓄熱・蓄冷槽温度は９０Ｋ程度の
極低温であり、冷熱の漏洩を完全に防ぐことは難しい。
この問題を解決するため、昼間の運転終了時に、液体空
気貯蔵タンク内に少量の液体空気を残しておき、昼間の
運転終了時から夜間運転開始時までの間、蓄熱・蓄冷槽
に少量の液体空気供給する。本運転制御方法をとること
により、夜間運転時の空気の液化効率を下げることな
く、蓄熱・蓄冷槽の断熱構造の簡素化が可能となる。
率良く製造するためには、空気をある一定温度以下まで
冷却することが必要である。そのためには、昼間の運転
終了時から夜間運転開始時までの間、蓄熱・蓄冷槽の最
低温度をそれよりも低く維持しておくことが必要とな
る。しかし、この間の蓄熱・蓄冷槽温度は９０Ｋ程度の
極低温であり、冷熱の漏洩を完全に防ぐことは難しい。
この問題を解決するため、昼間の運転終了時に、液体空
気貯蔵タンク内に少量の液体空気を残しておき、昼間の
運転終了時から夜間運転開始時までの間、蓄熱・蓄冷槽
に少量の液体空気供給する。本運転制御方法をとること
により、夜間運転時の空気の液化効率を下げることな
く、蓄熱・蓄冷槽の断熱構造の簡素化が可能となる。
【００３１】
【発明の効果】本発明によれば、効率的に蓄熱及び蓄冷
することができる蓄熱・蓄冷槽、及びその運転制御方法
を提案できるという効果を奏する。
することができる蓄熱・蓄冷槽、及びその運転制御方法
を提案できるという効果を奏する。
【図１】本実施例の蓄熱・蓄冷槽システム系統図。
【図２】エネルギー貯蔵型ガスタービン発電システムの
系統図。
系統図。
【図３】本実施例のバイパス管を用いた蓄熱・蓄冷槽運
転制御時の蓄熱・蓄冷材温度と空気温度の経時変化。
転制御時の蓄熱・蓄冷材温度と空気温度の経時変化。
【図４】バイパス管を用いない蓄熱・蓄冷槽運転制御時
の蓄熱・蓄冷材温度と空気温度の経時変化。
の蓄熱・蓄冷材温度と空気温度の経時変化。
【図５】本実施例の蓄熱・蓄冷槽例１の断面図。
【図６】本実施例の蓄熱・蓄冷槽例２の断面図。
【図７】本実施例のユニット間結合配管の断面図
【図８】エネルギー貯蔵型ガスタービン発電システムの
運転サイクルと蓄熱・蓄冷槽温度の関係。
運転サイクルと蓄熱・蓄冷槽温度の関係。
１…圧縮機、２…モーター兼発電機、３…ガスタービ
ン、４…燃焼器、５…常温側配管、６…第１バイパス
管、７…第２バイパス管、１１…第６バイパス管、１２
…低温側配管、１３…第１蓄熱・蓄冷槽ユニット、１４
…第２蓄熱・蓄冷槽ユニット、２０…第８蓄熱・蓄冷槽
ユニット、２１…膨張弁、２２…液体空気貯蔵タンク、
２３…液体空気ポンプ、２４…制御建屋、２５…夜間運
転開始時の蓄熱・蓄冷材温度、２６…夜間運転開始時の
空気温度、２７…４時間運転後の蓄熱・蓄冷材温度、２
８…４時間運転後の空気温度、２９…夜間運転終了時の
蓄熱・蓄冷材温度、３０…夜間運転終了時の空気温度、
３１…液体空気製造に必要な温度、３２…ヘッダ、３３
…伝熱管、３４…蓄熱・蓄冷材、３５…外壁、３６…圧
力センサー、３７…温度センサー、３８…出口側ヘッ
ダ、３９…入口側ヘッダ、４０…ユニット間配管。
ン、４…燃焼器、５…常温側配管、６…第１バイパス
管、７…第２バイパス管、１１…第６バイパス管、１２
…低温側配管、１３…第１蓄熱・蓄冷槽ユニット、１４
…第２蓄熱・蓄冷槽ユニット、２０…第８蓄熱・蓄冷槽
ユニット、２１…膨張弁、２２…液体空気貯蔵タンク、
２３…液体空気ポンプ、２４…制御建屋、２５…夜間運
転開始時の蓄熱・蓄冷材温度、２６…夜間運転開始時の
空気温度、２７…４時間運転後の蓄熱・蓄冷材温度、２
８…４時間運転後の空気温度、２９…夜間運転終了時の
蓄熱・蓄冷材温度、３０…夜間運転終了時の空気温度、
３１…液体空気製造に必要な温度、３２…ヘッダ、３３
…伝熱管、３４…蓄熱・蓄冷材、３５…外壁、３６…圧
力センサー、３７…温度センサー、３８…出口側ヘッ
ダ、３９…入口側ヘッダ、４０…ユニット間配管。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 千野 耕一 茨城県日立市大みか町七丁目２番１号 株 式会社日立製作所電力・電機開発研究所内 (72)発明者 中原 貢 茨城県日立市大みか町七丁目２番１号 株 式会社日立製作所電力・電機開発研究所内 (72)発明者 荒木 秀文 茨城県日立市大みか町七丁目２番１号 株 式会社日立製作所電力・電機開発研究所内
Claims (9)
- 【請求項１】少なくとも１本以上の伝熱管と伝熱管外部
に配された蓄熱・蓄冷材から構成される蓄熱・蓄冷槽ユ
ニットが、少なくとも２つ以上直列に接続して構成され
る蓄熱・蓄冷槽において、少なくとも１つ以上の蓄熱・
蓄冷槽ユニットに、伝熱管内を流れる加熱される流体の
ユニット入口から他のユニット入口に前記過熱流体をバ
イパスさせるバイパス設備を設けたことを特徴とする蓄
熱・蓄冷槽。 - 【請求項２】少なくとも１本以上の伝熱管と伝熱管外部
に配された蓄熱・蓄冷材から構成される蓄熱・蓄冷槽ユ
ニットが、少なくとも２つ以上直列に接続して構成され
る蓄熱・蓄冷槽において、少なくとも１つ以上の蓄熱・
蓄冷槽ユニットに、伝熱管内を流れる冷却される流体の
ユニット入口から他のユニット入口に前記冷却流体をバ
イパスさせるバイパス設備を設けることを特徴とする蓄
熱・蓄冷槽。 - 【請求項３】請求項１または請求項２に記載の蓄熱・蓄
冷槽において、前記流体のバイパス設備を蓄熱・蓄冷槽
ユニット間を接続する配管上、または各蓄熱・蓄冷槽ユ
ニットのヘッダ部の少なくとも１つ以上に配したことを
特徴とする蓄熱・蓄冷槽。 - 【請求項４】少なくとも１本以上の伝熱管と伝熱管外部
に配された蓄熱・蓄冷材から構成される蓄熱・蓄冷槽ユ
ニットが、少なくとも２つ以上直列に接続して構成され
る蓄熱・蓄冷槽の運転制御方法において、 伝熱管内の流体温度あるいは伝熱管外側の蓄熱・蓄冷材
温度を計測し、流体温度あるいは蓄熱・蓄冷材温度が設
定温度以下まで下がった時、または流体温度あるいは蓄
熱・蓄冷材温度が設定温度以下に下がっている間、およ
び流体温度あるいは蓄熱・蓄冷材温度が設定温度以上ま
で上昇した時、または流体温度あるいは蓄熱・蓄冷材温
度が設定温度以上に上昇している間、加熱あるいは冷却
用流体を当該蓄熱・蓄冷槽ユニットをバイパスして、他
の蓄熱・蓄冷槽ユニットに供給することを特徴とする蓄
熱・蓄冷槽の運転制御方法。 - 【請求項５】請求項１または請求項２に記載の蓄熱・蓄
冷槽において、少なくとも１本以上の伝熱管と伝熱管外
部に配された蓄熱・蓄冷材から構成される蓄熱・蓄冷槽
において、伝熱管やヘッダ部の破損による伝熱管内を流
れる流体の漏洩を検出する手段を設けたことを特徴とす
る蓄熱・蓄冷槽。 - 【請求項６】請求項５に記載の蓄熱・蓄冷槽において、
前記の伝熱管内を流れる流体の漏洩を検出する手段とし
て、蓄熱・蓄冷槽周りを外壁で覆うことで密封し伝熱管
の外側に圧力センサーを設置する、あるいは伝熱管内部
またはヘッダ部に温度センサーを設置することを特徴と
する蓄熱・蓄冷槽。 - 【請求項７】少なくとも１本以上の伝熱管と伝熱管外部
に配された蓄熱・蓄冷材から構成される蓄熱・蓄冷槽ユ
ニットが、少なくとも２つ以上直列に接続して構成され
る蓄熱・蓄冷槽において、前記蓄熱・蓄冷槽ユニットの
温度変化により、蓄熱・蓄冷槽ユニット間の接続配管で
変位が生じた際に、ユニット間の接続配管または配管結
合部にかかる応力を緩和する手段を備えたことを特徴と
する蓄熱・蓄冷槽。 - 【請求項８】請求項７に記載の蓄熱・蓄冷槽において、
前記の蓄熱・蓄冷槽ユニット間の接続配管または配管結
合部にかかる応力を緩和する手段として、各蓄熱・蓄冷
槽ユニット間を繋ぐ配管をあらかじめ応力をかけた状態
で蓄熱・蓄冷槽ユニット内の伝熱管又はヘッダに結合す
ること、あるいは各蓄熱・蓄冷槽ユニット間を繋ぐ配管
を蓄熱・蓄冷槽ユニット内の伝熱管やヘッダとは異な
る、低温での延性が大きな材料で製作すること、あるい
は各蓄熱・蓄冷槽ユニット間を繋ぐ配管を蓄熱・蓄冷槽
ユニット内の伝熱管と平行に、蓄熱・蓄冷槽ユニット外
側に向けて設置することを特徴とする蓄熱・蓄冷槽。 - 【請求項９】少なくとも１本以上の伝熱管と伝熱管外部
に配された蓄熱・蓄冷材から構成される蓄熱・蓄冷槽ユ
ニットが、少なくとも２つ以上直列に接続して構成され
る蓄熱・蓄冷槽と、該蓄熱・蓄冷槽で冷却された低温液
体を貯蔵する低温液体タンクとを備えた蓄熱・蓄冷槽の
運転制御方法において、 前記蓄熱・蓄冷槽は、所定の時間，蓄熱・蓄冷槽を低温
に保持する運転周期を有するように運転されるものであ
って、蓄熱・蓄冷槽の低温保持時に前記低温液体タンク
にある低温流体を蓄熱・蓄冷槽に供給することにより、
蓄熱・蓄冷槽の最低温度を一定温度以下に保持する事を
特徴とする蓄熱・蓄冷槽の運転制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000231397A JP3646630B2 (ja) | 2000-07-27 | 2000-07-27 | 蓄熱・蓄冷槽 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000231397A JP3646630B2 (ja) | 2000-07-27 | 2000-07-27 | 蓄熱・蓄冷槽 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002039694A true JP2002039694A (ja) | 2002-02-06 |
| JP3646630B2 JP3646630B2 (ja) | 2005-05-11 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000231397A Expired - Fee Related JP3646630B2 (ja) | 2000-07-27 | 2000-07-27 | 蓄熱・蓄冷槽 |
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Cited By (14)
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|---|---|---|---|---|
| KR100967154B1 (ko) * | 2008-07-24 | 2010-07-05 | 한국전력공사 | 빙축열 시스템의 분할형 빙축열조 |
| WO2011066039A1 (en) * | 2009-11-30 | 2011-06-03 | General Electric Company | Thermal energy storage apparatus for an adiabatic compressed air energy storage system and corresponding method of forming this system |
| CN102686851A (zh) * | 2009-10-28 | 2012-09-19 | 通用电气公司 | 具有多级热能存储的绝热压缩空气能量存储系统 |
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| CN105910390A (zh) * | 2016-06-14 | 2016-08-31 | 全球能源互联网研究院 | 一种多段储热装置和使用多段储热技术的深冷液化空气储能系统 |
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-
2000
- 2000-07-27 JP JP2000231397A patent/JP3646630B2/ja not_active Expired - Fee Related
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