JPH03149322A

JPH03149322A - エネルギー蓄積装置

Info

Publication number: JPH03149322A
Application number: JP28721989A
Authority: JP
Inventors: Kunihiko Nishijima; 西島　邦彦
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 1989-11-02
Filing date: 1989-11-02
Publication date: 1991-06-25

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、ヘリウムガスの密閉サイクルを構成して、ヘ
リウムガスを圧力エネルギーとして蓄え、この蓄えたエ
ネルギーを時を違えて消費できるエネルギー蓄積装置に
関する。

（従来の技術）従来、ヘリウムガスの密閉サイクルを構成したものには
、特開昭５３−１３９０３９号公報に開示され、かつ、
第３図に示すように、タービン（Ｔ）、圧縮機（Ｘ）及
び発電機（０）をシャフト（Ｓ）で同軸上に結合し、燃
焼ガス炉（Ｚ）で加熱したヘリウムガスでタービン（Ｔ
）を駆動スると共に、その排ガスを再生熱交換器（Ｙ）
及び冷却器（Ｆ）を介して圧縮機（Ｘ）に導入し、吐出
ガスを再び再生熱交換器（Ｙ）を介して燃焼ガス炉（Ｚ
）に流入させ、発電機（０）で発電を行うようにしてい
る。

尚、（Ｕ）は補助圧縮機、（Ｖ）は排ガス一部を燃焼ガ
ス炉（Ｚ）に導くエゼクタである。

（発明が解決しようとする課題）以上の構成によれば、ヘリウムを循環媒体としているた
め小型で高い効率の発電が行えるが、基本的に、このシ
ステムは、タービン（Ｔ）と圧縮機（Ｘ）と発電機（０
）とを直結し、燃焼により連続的にエネルギーを取出す
ものであり、燃焼ガス炉（Ｂ）を作動する時と、発電機
（Ｇ）を作動する時とは同時であるため、エネルギーの
蓄積は全く行えない。

又、発電機（０）を駆動してエネルギーを取出す時に、
常時燃焼ガス炉（Ｚ）で燃焼を伴うものであるから、潜
水艦等でクリーンな環境下での使用には適さない問題も
ある。

本発明の目的は、ヘリウム密閉サイクルにより高効率の
エネルギー蓄積を実現してエネルギー生成とそれを消費
する時とを別にでき、深夜電力利用による節電やクリー
ンな環境下での動力取出し等を可能にし、又、エネルギ
ーの取出しにタービン発電機を用いて高い電力取出しを
可能にし、更に、その発電機を安定的に駆動でき、その
上、取出しエネルギーを更に高め得るエネルギー蓄積装
置を提供することにある。

（課題を解決するための手段）そこでエネルギー蓄積のため、駆動源（１）で駆動され
るヘリウム圧縮機（２）を備え、該圧縮機（２）の吐出
側に、高圧ヘリウムガスを蓄える蓄圧タンク（３）を接
続すると共に、該蓄圧タンク（３）の出口側に、弁手段
（４）を介して前記蓄圧タンク（３）に蓄えられた圧力
エネルギーを取出す取出手段（５）を接続する一方、と
の取出手段（５）の出口側を、開放タンク（６）を介し
て前記圧縮機（２）の吸入側に接続することにした。

又、上記構成において、電力取出しを可能にするため、
取出手段（５）に、発電機（７）を駆動するタービン（
８）を用いることにした。

更に、発電機（７）の駆動安定化のため、弁手段（４）
に、タービン（８）の出入口圧力比を一定とする開度調
節弁を用いることにした。

その上、上記各構成において、取出しエネルギーを高め
るため、蓄圧タンク（３）と取出手段（５）との間に、
加熱手段（９）を設けることにした。

（作用）ヘリウムガスを圧力エネルギーとして蓄圧タンク（３）
に蓄える時と、弁手段（４）を開けて取出手段（５）で
その蓄積エネルギーを消費する時とを別にでき、駆動源
（１）を深夜電力を利用して稼働でき、電力需要の平均
化による節電が図れる。又、エネルギー取出時に燃焼を
伴わないから、クリーンな環境下での動力手段に適する
。この場合、ヘリウムガスを高圧にして圧力エネルギー
として蓄えるから、その取出しエネルギーは十分に高い
ものとなる。

又、取出手段（５）に発電機（７）を駆動するタービン
（８）を用いる場合、蓄積エネルギーを電力として効率
よく取出せる。

更に、弁手段（４）に開度調節弁を用いタービン（８）
の出入口圧力比を一定とする場合、タービン（８）ひい
ては発電機（７）を安定的に駆動できる。

その上、加熱手段（９）を設ける場合、取出手段（５）
での取出エネルギーを増加できる。

（実施例）第１図に示すものは、駆動源（１）として第１及び第２
電動機（１１）（１２）を用い、該各駆動源でそれぞれ
駆動する低圧側圧縮機（２１）と高圧側圧縮機（２２）
とから成るヘリウム圧縮機（２）を備え、該圧縮機（２
）の吐出側に、高圧ヘリウムガスを蓄える蓄圧タンク（
３）を接続すると共に、該蓄圧タンク（３）の出口側に
、弁手段（４）を介して前記蓄圧タンク（３）に蓄えら
れた圧力エネルギーを取出す取出手段（５）を接続する
一方、この取出手段（５）の出口側を開放タンク（６）
を介して前記圧縮機（２）の吸入側に接続し、ヘリウム
ガスの密閉サイクルを形成したものである。

前記第１及び第２圧縮機（２１）（２２）は吸入管（１
６）及び吐出管（１３）に対し並列に接続され、起動時
当初、開閉弁（Ａ）を開けると共に開閉弁（Ｂ）を開け
、低圧側圧縮機（２１）のみを駆動する。このとき高圧
側圧縮機（２２）への吐出ガスの逆流は、逆止弁（Ｗ）
で阻止される。そして、前記蓄圧タンク（３）と開放タ
ンク（６）との圧力比が例えば１０：１等の所定値以上
に高められると、低圧側圧縮機（２１）を停止すると共
に開閉弁（Ｂ）を閉じ、かわって高圧側圧縮機（２２）
を駆動する。こうして、更に、前記圧力比が例えば３０
：１等の到達値に達するまで、高圧ヘリウムガスを前記
蓄圧タンク（３）に蓄えるようにしている。このように
、低圧側圧縮機（２１）と高圧側圧縮機（２２）とを併
用する場合、各圧縮機を有利な差動点で運転でき、圧縮
機効率を高めることができる。

尚、吐出管（１３）には温水取出熱交換器（１４）と、
蓄圧タンク（３）側からの逆流を阻止する逆止弁（Ｃ）
を介装している。

前記取出手段（５）は、発電機（７）を駆動するタービ
ン（８）を用いるのであり、該タービン（８）の駆動は
、弁手段（４）を開放して蓄圧タンク（３）から高圧ヘ
リウムガスを供給することにより行われる。尚、蓄圧タ
ンク（３）の出口には、出口弁（Ｄ）を介装すると共に
、この出口弁（Ｄ）と弁手段（４）との間には、方向制
御弁（Ｅ）を介装して、窒素ガス高圧タンク（３４）、
減圧弁（Ｍ）及び供給元弁（Ｎ）を直列に接続した窒素
ガス供給ラインを接続し、緊急時等に、ヘリウムガスの
供給を遮断して窒素ガスによるタービン駆動をも行える
ようにしている。

以上のように、高圧ヘリウムガスを一旦蓄圧タンク（３
）に圧力エネルギーとして蓄え弁手段（４）を開けるこ
とにより取出手段（５）でその蓄えたエネルギーを取出
すようにしているため、圧縮機（２）を駆動する電動機
（１１）（１２）を深夜電力を利用して稼働し、昼間等
にエネルギー消責するという具合に電力需要の平均化に
よる、節電が図れる。

ここで、圧縮機（２）の駆動源（１）としては、電動機
（１１）（１２）に換えて各々内燃機関を用いることも
可能であり、この場合には、エネルギー蓄積時には燃焼
を伴っても、その消費時には燃焼を伴わないから、エネ
ルギー蓄積時とその消費時との環境を変えることにより
、潜水艦内等のクリーンな環境が要求される場所での動
力手段として好適なものを得ることができる。

そして、取出手段（５）に発電機（７）を駆動するター
ビン（８）を用いる場合は、蓄積エネルギーを電力とし
て取出すことができると共に、タービン（８）でヘリウ
ムが断熱膨張する際、出入口間に大きな断熱熱落差を得
ることができて、高い運転エネルギーを取出すことがで
き、高効率のエネルギー取出しが行える。すなわち、理
論断熱熱落差をΔｈ　（ｋＪ／ｋｇ）　、定圧比熱をＣ
ｐ（ヘリウムでは５．１９ｋＪ／ｋｇ）、タービン入口
温度をＴｉ（Ｋ）、出口温度をＴｏ（Ｋ）とすると、但し、ＰＩはタービン入口圧力、Ｐｏは出口圧力、Ｋは
断熱指数でヘリウムでは１．６７でアル。

上式■■１す・　　　　　　　　　　　　　　　〜ＬＡ
ｈ＝ＣｐＴｉ　（１−（Ｐｏ／Ｐ１）　　）・・■圧力
比（Ｐｏ／ＰＩ）を１７５、入口温度（Ｔ１）を６００
に程度にとると、断熱熱落差（Δｈ）はおおむね１５０
０ｋＪ／ｋｇとなり、この値は、過熱蒸気と比べると、
同一圧力比で、約４倍程度の高い値となっており、高い
運動エネルギーの取出しが可能となる。

又、以上の構成で、前記弁手段（４）はタービン（８）
の出入口圧力比を一定とする開度調節弁で構成する。即
ち、第２図に示すように、高圧側作用室（４１）に臨む
小さな受圧面積（Ａ１）をもち、弁ステム（４０）を押
下げて弁開度を閉側に調節するピストン（４２）と、低
圧側作用室（４３）に臨む大きな受圧面積（Ａ２）をも
ち、弁ステム（４０）を引上げて弁開度を開側に調節す
るピストン（４４）とを対抗状に配置し、前記高圧側作
用室（４１）に運転時オンする電磁弁（８Ａ）（ＳＢ）
を介してタービン（８）の入口圧力（Ｐｉ）を、又、前
記低圧側作用室（４３）に前記電磁弁（ＳＡ）並びに運
転時オンする（ＳＤ）及びシャトル弁（４８）を介して
タービン（８）の出口圧力（Ｐｏ）を各々導入し、前記
各ピストンに対抗状に作用する力（ＡＩＸＰｉ）（Ａ２
ＸＰｏ）がバランスする位置に前記ステム（４０）を位
置させ、タービン（８）の出入口圧力比（Ｐｉ　／　Ｐ
　ｏ　）が前記面積比（Ａ２／Ａ１）に等しくなるよう
に、開度調節するようにしている。尚、ピストン間の中
間室（４５）は、各絞り（４ａ）（４ｂ）と逆止弁（４
ｃ）　　（４ｄ）との並列回路を介して、漏れガス回収
タンク（４ｅ）に接続し、タンク内圧力が所定以上にな
ると、圧カスイッチ（４ｆ）の作動で漏れガスを大気に
開放するようにしている。又、シャトル弁（４８）の他
方側には、電磁弁（ＳＥ）並びに、一次側に絞り（３１
）を二次側に圧力変換器（３２）を各々配したダイヤフ
ラム作動形の切換弁（３３）を介して蓄圧タンク（３）
の圧力を導入し、タービン（８）の起動当初、電磁弁（
ＳＥ）をオンにして、低圧側作用室（４３）に圧力を導
入し、弁手段（４）の開度を全開にして、タービン（８
）の立上がり特性を改善するようにしている。

このように、弁手段（４）を開度調節弁で構成し、ター
ビン（８）の出入口圧力比を一定とする場合には、上式
■で、断熱熱落差（Δｈ）を一定にすることが可能とな
り、タービン（８）の出力を安定化できて、発電機（７
）を安定的に駆動できる。

更に、蓄圧タンク（３）と取出手段（５）を構成するタ
ービン（８）との間には、工場排気から熱回収する第１
加熱器（９１）と、太陽熱から熱回収する第２加熱器（
９２）及びこれらをバイパスするバイパス路（９３）と
を、各直列開閉弁（Ｇ）（Ｈ）（Ｉ）を介して並列に接
続した加熱手段（９）を設け、タービン（８）に供給す
る高圧ヘリウムガスの入口温度（Ｔｉ）を高めるように
している。

この場合には、上式■において、断熱熱落差（Δｈ）を
増大でき、更に高いエネルギー取出しが可能になる。

尚、第１図において、タービン（８）の出口と開放タン
ク（６）とを結ぶ回収ライン（８６）には、冷熱取出熱
交換器（８７）を介装して、タービン（８）で温度低下
したヘリウムガスから冷熱を取出すようにしている。又
、（Ｊ）は窒素ガスによるタービン駆動時、排出窒素ガ
スを大気に放出する方向制御弁であり、（６１）は漏れ
ヘリウムガスを補充する補充タンク、（Ｌ）は逆止弁、
（Ｋ）は開閉弁である。更に取出手段（５）としてター
ビン（８）を用いる他、工作機械の動力源等を得るため
、二次側に、空気タンク（５２）と開閉弁（Ｑ）とを直
列に介した供給源ラインと、開閉弁（Ｒ）を介した供給
ラインとを接続した圧力変換器（５０）をもつ取出手段
（５”）を用い、−次側操作正室（５１）に、弁手段（
４′）を介して蓄圧タンク（３）を接続すると共に、操
作圧の回収側を開閉弁（Ｐ）を介して開放タンク（６）
に接続するようにしている。

又、第２図において、（ＳＣ）は窒素ガスによるタービ
ン駆動時オフする電磁弁であり、この弁（ＳＣ）の一次
側に、減圧弁（３５）と逆止弁（３６）との並列回路と
、一次側に絞り（３７）を二次側に圧力変換器（３８）
を配したダイヤフラム作動形の切換弁（３９）とを介し
て前記高圧タンク（３４）を接続し、窒素ガスによるタ
ービン駆動時、電磁弁（ＳＣ）をオフにして自動的に前
記方向制御弁（Ｅ）を高圧タンク（３４）側に、又、前
記方向制御弁（Ｊ）を大気開放側に各々切換えると共に
、供給元弁（Ｎ）を開くようにしている。

（発明の効果）以上本発明によれば、高いエネルギーの蓄積及び取出が
時を違えて行え、深夜電力利用による節電やクリーンな
環境下での動力取出等が可能になる。

更に、弁手段（４）に開度調節弁を用いタービン（８）
の出入口圧力比を一定とする場合、発電機（７）を安定
的に駆動できる。

その上、加熱手段（９）を設ける場合、取出エネルギー
を更に増加できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の配管系統図、第２図はその二点鎖
線部分を抽出した制御系システム図、第３図は従来例の
回路図である。（１）・−・・・駆動源（２）・・・・ヘリウム圧縮機（３）・・・・蓄圧タンク（４，４”）・・・・弁手段（５，５”）・・・・取出手段（６）・・・・開放タンク（７）・・・・発電機（８）・・・・タービン（９）・・・・加熱手段

Claims

【特許請求の範囲】１）駆動源（１）で駆動されるヘリウム圧縮機（２）を
備え、該圧縮機（２）の吐出側に、高圧ヘリウムガスを
蓄える蓄圧タンク（３）を接続すると共に、該蓄圧タン
ク（３）の出口側に、弁手段（４）を介して前記蓄圧タ
ンク（３）に蓄えられた圧力エネルギーを取出す取出手
段（５）を接続する一方、この取出手段（５）の出口側
を、開放タンク（６）を介して前記圧縮機（２）の吸入
側に接続したことを特徴とするエネルギー蓄積装置。２）取出手段（５）が、発電機（７）を駆動するタービ
ン（８）である請求項１記載のエネルギー蓄積装置。３）弁手段（４）が、タービン（８）の出入口圧力比を
一定とする開度調節弁である請求項２記載のエネルギー
蓄積装置。４）蓄圧タンク（３）と取出手段（５）との間に、加熱
手段（９）を備える請求項１若しくは請求項２又は請求
項３記載のエネルギー蓄積装置。