WO2019097932A1 - 蓄エネルギー装置 - Google Patents

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WO2019097932A1
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志宏 劉
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株式会社Ihi
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    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/14—Thermal energy storage

Definitions

  • the present disclosure relates to an energy storage device.
  • This application claims the benefit of priority based on Japanese Patent Application No. 2017-221076 filed on Nov. 16, 2017, the contents of which are incorporated into the present application.
  • the amount of generated electric power (hereinafter referred to as “generated electric energy”) and the amount of electric power required (hereinafter referred to as “required electric energy”) do not necessarily coincide with each other. For this reason, power may be surplus (generated power-required power> 0) or power may be required (generated power-required power ⁇ 0, for example, power shortage).
  • power generation using renewable energy such as wind power generation and solar power generation has a large amount of surplus power and a shortage of power.
  • Patent Document 1 the device provided with the brick block in which the electric heater was incorporated and the flow path was formed in the inside is developed (for example, patent document 1).
  • the electric heater is driven to heat and store the brick block.
  • the technique of patent document 1 makes water flow through a flow path, and heats with the heat stored.
  • the technology of Patent Document 1 generates power by rotating a turbine with heated water (steam).
  • the present disclosure aims to provide an energy storage device capable of converting power into heat and efficiently storing heat, and efficiently using heat when it becomes necessary.
  • a gas is supplied from a gas supply port formed on a bottom surface or a lower portion, solid particles are supplied from above the gas supply port, and A first heat exchanger that exchanges heat with solid particles, a gas supply unit that supplies a gas to the first heat exchanger, a gas that is delivered from the gas supply unit and is supplied to the first heat exchanger;
  • a heater which consumes and heats one or both of the gases in the heat exchanger, and a solid-gas separator which separates solid-gas mixture discharged from the first heat exchanger;
  • a high temperature tank and a low temperature tank storing solid particles separated by a solid-gas separator, a first heat utilization device using thermal energy of a gas separated by the solid-gas separator, a solid stored in the high temperature tank
  • High temperature particles that supply particles to the first heat exchanger Comprising a feed section, and the solid particles stored in a cryostat cold particle supply section for supplying the first heat exchanger, a.
  • a control unit that controls the gas supply unit, the heater, and the low temperature particle supply unit is provided, and the control unit controls the gas supply unit to supply the gas to the first heat exchanger in a predetermined heat storage mode.
  • Driving the heater to heat the gas controlling the low temperature particle supply unit to supply solid particles from the low temperature tank to the first heat exchanger, and heating the solid particles with the gas in the first heat exchanger;
  • the solid particles separated by the solid-gas separator may be supplied to the high temperature tank.
  • control unit may adjust the amount of solid particles supplied by the low-temperature particle supply unit based on a predetermined surplus power amount.
  • the gas supply unit may supply the gas to the first heat exchanger after passing the gas through the solid particles stored in the low temperature tank.
  • a control unit that controls the gas supply unit, the heater, and the high-temperature particle supply unit is provided, and the control unit stops the heater in a predetermined heat dissipation mode and controls the gas supply unit to perform the first heat exchange.
  • Gas is supplied to the reactor and the high temperature particle supply unit is controlled to supply solid particles from the high temperature tank to the first heat exchanger, the gas is heated by the solid particles in the first heat exchanger, and the solid gas separator is used.
  • the separated solid particles may be supplied to the low temperature tank, and the gas separated by the solid-gas separator may be supplied to the first heat utilization device.
  • the gas supply unit may supply the gas to the first heat exchanger after the gas is allowed to pass through the solid particles stored in the low temperature tank in the heat release mode.
  • control unit may adjust the amount of solid particles supplied by the high-temperature particle supply unit based on the required temperature of the gas required by the first heat utilization device in the heat dissipation mode.
  • control unit may control the low temperature particle supply unit to supply the solid particles from the low temperature tank to the first heat exchanger in the heat release mode.
  • one or both of the high-temperature particle supply unit and the low-temperature particle supply unit have a plurality of pipes having different flow rates of solid particles passing therethrough, and a valve provided in each of the plurality of pipes.
  • Each of the plurality of valves may be controlled to open and close.
  • the low temperature tank may include a low temperature storage unit for storing solid particles, and a fluidizing gas supply unit for supplying a fluidizing gas from the bottom surface or the lower portion of the low temperature storage unit.
  • the heater may be provided on the wall of the first heat exchanger and / or in the first heat exchanger.
  • a second heat exchanger that exchanges heat between the solid particles separated by the solid-gas separator and the fluid, and a fluid that has been heat exchanged by the second heat exchanger, the first heat utilization device and the second heat utilization device
  • the cryogenic tank may store the solid particles heat-exchanged by the second heat exchanger.
  • the heater may consume power generated by either or both of a power generation system using renewable energy and a power generation system using a turbine generator.
  • FIG. 1 is a diagram for explaining an energy storage device.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining the processing of the control unit in the heat storage mode.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining the processing of the control unit in the heat dissipation mode.
  • FIG. 4 is a view for explaining a flow rate adjustment valve according to a first modification.
  • FIG. 5 is a view for explaining a flow rate adjustment valve according to a second modification.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining a particle supply unit according to a third modification.
  • FIG. 7A is a view for explaining a heater according to a fourth modification.
  • FIG. 7B is a view for explaining a heater according to a fourth modification.
  • FIG. 7C is a view for explaining a heater according to a fourth modification.
  • FIG. 8 is a diagram for explaining processing of the control unit in the heat storage mode according to the fifth modification.
  • FIG. 9 is a diagram for explaining the processing of the control unit in the heat dissipation mode
  • FIG. 1 is a diagram for explaining the energy storage device 100.
  • the energy storage apparatus 100 includes a gas supply unit 110, a heating chamber 120, a first heat exchanger 130, a solid-gas separator 140, a distribution unit 142, a high temperature tank 150, and a high temperature.
  • the solid arrows in FIG. 1 indicate the flow of solid particles and a solid-gas mixture.
  • the broken arrows in FIG. 1 indicate the flow of fluid.
  • the gas supply unit 110 supplies a gas (for example, air) to a heating chamber 120 described later.
  • the gas supply unit 110 includes a blower 112, pipes 114a, 114b and 114c, valves 116a, 116b and 116c, and a blower 116d.
  • the suction side of the blower 112 is connected to the gas supply source, and the discharge side is connected to the pipe 114 a.
  • the pipe 114 a connects the blower 112 and the heating chamber 120.
  • the valve 116a is provided in the pipe 114a.
  • the pipe 114 b is branched from between the blower 112 and the valve 116 a in the pipe 114 a and is connected to an air box 160 b of the low-temperature tank 160 described later.
  • the valve 116 b is provided in the pipe 114 b.
  • the pipe 114 c connects the low temperature storage portion 160 a of the low temperature tank 160 described later and the heating chamber 120.
  • the valve 116c is provided in the pipe 114c.
  • the blower 116d is provided on the upstream side of the valve 116c in the pipe 114c.
  • the heating chamber 120 includes a box 122 and a heater 124.
  • the box 122 is a hollow container.
  • the upper surface of the box body 122 is constituted by a ventilable dispersing plate.
  • the upper surface of the box body 122 also functions as the bottom surface of the first heat exchanger 130 described later.
  • Gas is supplied to the box body 122 from the gas supply unit 110 (blower 112).
  • the heater 124 consumes power to heat the gas.
  • the heater 124 is, for example, a resistive heating device (a device that uses heat generated from a conductor to which power is supplied) or an arc heating device (a device that uses the heat generated during arcing).
  • the heater 124 can consume power generated by either or both of a power generation system using renewable energy and a power generation system using a turbine generator.
  • the power generation system using renewable energy is, for example, a solar thermal power generation system, a solar power generation system, a wind power generation system, or a hydroelectric power generation system. As the heater 124 consumes the power generated by the power generation system using renewable energy, the surplus power can be efficiently converted to heat.
  • the heater 124 is disposed in the box body 122.
  • the heater 124 heats the gas supplied into the box body 122. Therefore, when the heater 124 is driven, the gas supplied from the gas supply unit 110 into the box 122 is heated by the heater 124 and then supplied to the first heat exchanger 130.
  • the first heat exchanger 130 is supplied with gas and solid particles from the bottom or the bottom, and exchanges heat between the gas and the solid particles.
  • the solid particles are made of a material having a melting point higher than the required temperature of the first heat utilization device 180 described later.
  • the solid particles are, for example, silica, alumina, barite sand (barite, barium sulfate), partially calcined clay, glass spheres, recovered petroleum catalyst and the like.
  • the solid particles are preferably silica and / or alumina.
  • silica the cost required for solid particles can be reduced.
  • desert sand or river sand as solid particles (silica)
  • the solid particles can be heated to a high temperature, and a higher energy storage density can be achieved.
  • Solid particles are particles having a particle size of 0.01 mm or more and 10 mm or less.
  • the shape of the solid particles is not limited, and may be spherical or non-spherical.
  • the first heat exchanger 130 is a hollow container.
  • a heater or a heat exchanger may be installed inside the first heat exchanger 130.
  • Solid particles are supplied to the first heat exchanger 130 from a high temperature tank 150 and a low temperature tank 160 described later.
  • the first heat exchanger 130 is supplied with gas from the gas supply unit 110 through the heating chamber 120.
  • the flow velocity of the gas supplied to the first heat exchanger 130 by the gas supply unit 110 is equal to or higher than the terminal velocity of the solid particles in the first heat exchanger 130.
  • solid particles are supplied from above from a gas supply port 130 a formed in a distribution plate (Distributor) disposed on the bottom surface of the first heat exchanger 130.
  • Distribution plate Distributor
  • a solid-gas mixture of solid particles and gas passes through the first heat exchanger 130 from the bottom to the top (bottom to top).
  • a solid-gas mixture of solid particles and gas is formed in the first heat exchanger 130 and the solid particles and the gas are strongly stirred, the solid particles and the gas are efficiently brought into contact with each other. Be replaced.
  • the solid-gas separator 140 solid-separates the solid-gas mixture discharged from the first heat exchanger 130.
  • the solid-gas separator 140 is, for example, a cyclone or a filter.
  • the distribution unit 142 distributes the solid particles solid-gas separated by the solid-gas separator 140 to the high-temperature tank 150 or the low-temperature tank 160.
  • the distribution unit 142 includes pipes 144a and 144b and valves 146a and 146b.
  • the pipe 144 a connects the solid particle discharge port of the solid-gas separator 140 and the high temperature tank 150.
  • the valve 146a is provided in the pipe 144a.
  • the pipe 144 b connects the solid particle discharge port of the solid-gas separator 140 and the low-temperature tank 160.
  • the valve 146 b is provided in the pipe 144 b.
  • the valve 146a and the valve 146b are exclusively opened and closed by a control unit 200 described later.
  • the high temperature tank 150 stores the solid particles solid-gas separated by the solid-gas separator 140.
  • the high temperature tank 150 is, for example, a hopper.
  • the high temperature particle supply unit 152 supplies the solid particles stored in the high temperature tank 150 to the first heat exchanger 130.
  • the high temperature particle supply unit 152 includes a pipe 154 and a flow control valve 156.
  • the pipe 154 connects the lower portion of the high temperature tank 150 and the lower portion of the first heat exchanger 130.
  • the flow control valve 156 is provided in the pipe 154.
  • the cryogenic tank 160 stores the solid particles separated by the solid-gas separator 140. Solid particles are supplied to the low temperature tank 160 at different timings from the high temperature tank 150.
  • the low temperature tank 160 includes a low temperature storage portion 160a, an air box 160b (fluidizing gas supply portion), an exhaust pipe 160c, and a check valve 160d.
  • the low temperature storage unit 160 a stores the solid particles supplied by the distribution unit 142.
  • the low temperature storage unit 160a is a hollow container.
  • the air box 160b is provided below the low temperature storage portion 160a.
  • the upper portion of the wind box 160b is configured of a ventilable dispersion plate. The upper portion of the air box 160b also functions as the bottom of the low temperature storage portion 160a.
  • Fluidizing gas for example, air
  • the fluidizing gas supplied to the air box 160b is supplied from the bottom surface (dispersion plate) of the low temperature storage portion 160a into the low temperature storage portion 160a.
  • the flow velocity of the fluidizing gas supplied from the gas supply unit 110 to the low temperature storage unit 160a is equal to or greater than the minimum fluidization velocity of solid particles and less than the scattering velocity.
  • the flow velocity of the fluidizing gas supplied from the solid-gas separator 140 to the low temperature storage unit 160a is equal to or greater than the minimum fluidization velocity of solid particles and less than the terminal velocity. Therefore, the solid particles supplied from the solid-gas separator 140 are fluidized by the fluidization gas, and a fluidized bed (bubble fluidized bed) is formed in the low temperature storage 160a.
  • a fluidized bed bubble fluidized bed
  • the exhaust pipe 160c connects the low temperature storage unit 160a and the pressure energy recovery unit 160e.
  • the check valve 160d is provided in the exhaust pipe 160c.
  • the check valve 160 d opens when the pressure in the low temperature storage unit 160 a becomes equal to or higher than a predetermined pressure.
  • the pressure energy recovery unit 160e is, for example, a turbine.
  • the low temperature particle supply unit 162 supplies the solid particles stored in the low temperature tank 160 to the first heat exchanger 130.
  • the low temperature particle supply unit 162 includes a pipe 164 and a flow rate adjustment valve 166.
  • the pipe 164 connects the lower portion of the low temperature storage unit 160 a and the lower portion of the first heat exchanger 130.
  • the flow control valve 166 is provided in the pipe 164.
  • the gas delivery unit 170 supplies the gas solid-gas separated by the solid-gas separator 140 to the first heat utilization device 180 or the wind box 160 b.
  • the gas delivery part 170 contains piping 172a, 172b and valve 174a, 174b.
  • the pipe 172 a connects the gas exhaust port of the solid-gas separator 140 and the first heat utilization device 180.
  • the valve 174a is provided in the pipe 172a.
  • the pipe 172 b connects the gas exhaust port of the solid-gas separator 140 and the air box 160 b.
  • the valve 174 b is provided in the pipe 172 b.
  • the first heat utilization device 180 is a device that uses the thermal energy of the gas separated by the solid-gas separator 140.
  • the first heat utilization device 180 is, for example, a gas turbine generator, a steam turbine generator (boiler), a boiler for providing steam, a furnace (furness, a kiln), and an air conditioner.
  • the second heat exchanger 190 is provided between the valve 146 b in the pipe 144 b and the low temperature storage portion 160 a.
  • the second heat exchanger 190 exchanges heat between solid particles passing through the pipe 144 b and a fluid (eg, water, water vapor, air, flue gas).
  • the second heat exchanger 190 may be configured to form a fluidized bed of solid particles, or may be configured to form a moving bed of solid particles.
  • the second heat exchanger 190 has a heat transfer pipe 190 a.
  • the heat transfer pipe 190a passes through the solid particles (in the fluidized bed or moving bed of the solid particles).
  • the fluid passes through the heat transfer piping 190a.
  • the fluid supply unit 192 passes the fluid to the second heat exchanger 190 and supplies the fluid heat-exchanged (heated) by the second heat exchanger 190 to the second heat utilization device 194.
  • the fluid supply unit 192 is, for example, a pump.
  • the second heat utilization device 194 is a device that uses the heat energy of the fluid heated by the second heat exchanger 190.
  • the second heat utilization device 194 is, for example, a gas turbine generator, a steam turbine generator (boiler), a boiler that provides steam, a furnace (furness, a kiln), and an air conditioner.
  • the control unit 200 is configured of a semiconductor integrated circuit including a CPU (central processing unit).
  • the control unit 200 reads a program, parameters, and the like for operating the CPU itself from the ROM.
  • the control unit 200 manages and controls the entire energy storage device 100 in cooperation with a RAM as a work area and other electronic circuits.
  • the control unit 200 includes the gas supply unit 110 (blower 112, valves 116a, 116b, 116c, and blower 116d), the heater 124, the distribution unit 142 (valves 146a and 146b), and the high temperature particle supply unit 152 (flow rate).
  • Control valve 156), low temperature particle supply unit 162 (flow control valve 166), gas delivery unit 170 (valves 174a and 174b), and fluid supply unit 192 are controlled.
  • the control unit 200 converts the surplus power into heat energy and stores it during a period in which the power is surplus (generated power amount-demand power amount> predetermined value (for example, 0)) (heat storage mode).
  • the control unit 200 uses the stored heat energy in the first heat utilization device 180 and the second heat utilization device 194 (heat dissipation mode).
  • the blowers 112 and 116d, the heater 124, and the fluid supply unit 192 are stopped, and the valves 116a, 116b, 116c, 146a, 146b, 174a and 174b, and the flow control valves 156 and 166 are closed.
  • the solid particles are stored in the low temperature tank 160 (low temperature storage portion 160a).
  • FIG. 2 is a diagram for explaining the processing of the control unit 200 in the heat storage mode.
  • the structure which is not utilized in thermal storage mode is abbreviate
  • the control unit 200 closes the valves 116 b, 116 c, 146 b and 174 a and the flow rate adjustment valve 156.
  • the control unit 200 stops the blower 116 d and the fluid supply unit 192. Further, as shown in FIG. 2, the control unit 200 drives the blower 112 and the heater 124.
  • the control unit 200 opens the valves 116a, 146a, and 174b.
  • the control unit 200 opens the flow rate adjustment valve 166 to adjust the opening degree.
  • the heater 124 heats the gas to a predetermined first temperature lower than the heat-resistant temperature of the solid particles and satisfying the required temperature of the first heat utilization device 180.
  • the heater 124 heats the gas such that the solid particles heated by the gas have a predetermined second temperature that meets the required temperature. If the solid particles are silica, the gas is heated to 1600 ° C. or less. The second temperature is lower than the first temperature, but the temperature difference is small (for example, about 50 ° C.).
  • the high temperature gas gas having the first temperature
  • low temperature solid particles are supplied from the low temperature storage portion 160 a to the first heat exchanger 130. Therefore, in the first heat exchanger 130, the high temperature gas and the low temperature solid particles are strongly stirred, and heat exchange is performed between the high temperature gas and the low temperature solid particles. Thereby, 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 130, the temperature of the solid particles and the temperature of the gas become substantially equal (the second temperature).
  • the solid-gas separator 140 solid-separates the solid-gas mixture discharged from the first heat exchanger 130.
  • the solid particles separated at high temperature (solid particles at the second temperature) are supplied to the high temperature tank 150 through the pipe 144a.
  • the high temperature tank 150 stores high temperature solid particles.
  • the gas of the second temperature which has been solid-gas separated is supplied to the air box 160b through the pipe 172b.
  • the gas of the second temperature supplied to the air box 160b fluidizes the solid particles contained in the low temperature storage unit 160a.
  • the solid particles contained in the low temperature storage portion 160a are heated to a fourth temperature (the fourth temperature is lower than a third temperature described later and higher than a normal temperature (for example, 25 ° C.)) by the gas of the second temperature. Be done. That is, the solid particles stored in the low temperature storage portion 160a can partially recover the heat of the gas discharged from the first heat exchanger 130.
  • the control unit 200 adjusts the opening degree of the flow rate adjustment valve 166 based on the amount of surplus power (hereinafter, referred to as “surplus power amount”). Specifically, the amount of surplus electric power is converted into thermal energy by the heater 124, and when the solid particles are heated by this thermal energy (via gas), the amount of solid particles that reaches the second temperature is It is determined. Therefore, the control unit 200 adjusts the opening degree of the flow rate adjustment valve 166 so that the determined amount of solid particles is supplied to the first heat exchanger 130.
  • surge power amount the amount of surplus electric power is converted into thermal energy by the heater 124, and when the solid particles are heated by this thermal energy (via gas), the amount of solid particles that reaches the second temperature is It is determined. Therefore, the control unit 200 adjusts the opening degree of the flow rate adjustment valve 166 so that the determined amount of solid particles is supplied to the first heat exchanger 130.
  • the temperature of the solid particles stored in the high temperature tank 150 is constantly maintained at the second temperature even when the surplus power amount fluctuates (when the surplus power amount fluctuates in time). Can. That is, it is possible to cope with fluctuations in surplus power. Therefore, in the heat release mode described later, it is possible to supply to the first heat utilization device 180 a gas of the third temperature that satisfies the required temperature without using additional energy (for example, without burning the auxiliary fuel) It becomes.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining the processing of the control unit 200 in the heat dissipation mode.
  • the structure which is not utilized in thermal radiation mode is abbreviate
  • the control unit 200 closes the valves 116 a, 146 a, 174 b and the flow rate adjustment valve 166.
  • the control unit 200 stops the heater 124. Further, as shown in FIG. 3, the control unit 200 opens the valves 116 b, 116 c, 146 b and 174 a and opens the flow rate adjustment valve 156 to adjust the opening degree.
  • the control unit 200 drives the blowers 112 and 116 d and the fluid supply unit 192.
  • the gas is supplied from the blower 112 to the first heat exchanger 130 through the low temperature tank 160 and the box body 122.
  • the blower 112 supplies the gas at the required flow rate of the first heat utilization device 180.
  • high temperature solid particles solid particles at a second temperature
  • heat exchange is performed between the low temperature gas and the high temperature solid particles.
  • the gas is heated by the solid particles, and the solid particles are cooled by the gas.
  • the temperatures of the solid particles and the gas discharged from the first heat exchanger 130 are approximately equal and are the third temperature.
  • the solid-gas separator 140 solid-separates the solid-gas mixture discharged from the first heat exchanger 130.
  • the solid gas separated high temperature gas (gas of the third temperature) is supplied to the first heat utilization device 180 through the pipe 172a.
  • the third temperature is a predetermined temperature that satisfies the required temperature of the first heat utilization device 180, and is lower than the second temperature. Thereby, in the first heat utilization device 180, the thermal energy of the gas is utilized (for example, generated).
  • the solid particles separated at the third temperature are solid-gas separated and supplied to the low temperature tank 160 (the low temperature storage portion 160a) through the pipe 144b.
  • the low temperature tank 160 stores the solid particles at the third temperature.
  • the heat dissipation mode heat exchange is performed between the high temperature solid particles and the low temperature gas, and heat is transferred to the gas. Then, when it becomes necessary (for example, a period during which the power is insufficient), the high-temperature gas (gas at the third temperature) is used (for example, generated) in the first heat utilization device 180.
  • the control unit 200 adjusts the opening degree of the flow rate adjustment valve 156 based on the required temperature and the required flow rate of the first heat utilization device 180. Specifically, when the blower 112 supplies the gas at the required flow rate of the first heat utilization device 180 and heats the gas with the solid particles of the second temperature stored in the high temperature tank 150, the gas has a third temperature The amount of solid particles to heat to is determined. Therefore, the controller 200 adjusts the opening degree of the flow rate adjusting valve 156 so that the determined amount of solid particles is supplied to the first heat exchanger 130.
  • the temperature of the gas supplied to the first heat utilization device 180 can be set to the required temperature of the first heat utilization device 180. Therefore, it is possible to stably supply the gas at the third temperature that satisfies the required temperature to the first heat utilization device 180 without using additional energy (for example, without burning the auxiliary fuel). . Even if the required temperature (for example, the required power generation amount) of the first heat utilization device 180 fluctuates in time, the amount of supply of solid particles can be adjusted and handled.
  • the fluid supply unit 192 also allows the fluid to pass through the heat transfer pipe 190 a of the second heat exchanger 190. Then, heat exchange is performed between the solid particles and the fluid passing through the pipe 144b. Thus, the fluid heated by the solid particles is supplied to the second heat utilization device 194. Then, the second heat utilization device 194 utilizes the heat of the fluid (the heat of the solid particles separated by the solid-gas separator 140). With the configuration provided with the second heat exchanger 190 and the fluid supply part 192, the heat of the solid particles after heating the gas to the third temperature can be used effectively.
  • the blower 112 does not supply the gas directly to the heating chamber 120 (the first heat exchanger 130), but allows the solid particles contained in the low temperature storage 160a to pass through (through the solid particles).
  • the heat exchanger 130 is supplied with gas.
  • the gas supplied to the first heat exchanger 130 can be preheated by the solid particles at the fourth temperature (for example, about 300 ° C. or more and about 400 ° C. or less).
  • the heat utilization efficiency can be improved by utilizing the heat of the solid particles contained in the low temperature storage portion 160a.
  • the output of the first heat utilization device 180 can be increased.
  • the first heat utilization device 180 is a steam turbine generator or a gas turbine generator, it is possible to improve the power generation efficiency.
  • the energy storage apparatus 100 converts surplus power into heat energy and holds it in solid particles.
  • energy can be stored at low cost as compared with the prior art in which the surplus power is stored in the secondary battery and the prior art in which the surplus power is converted into hydrogen.
  • the held energy can be heat energy at high speed. It can be converted to electrical energy.
  • the amount of solid particles to be stored is adjusted in the heat storage mode to store solid particles of the designated second temperature even if the surplus power fluctuates. Can.
  • the flow rate of the gas supplied by the blower 112 is set as the required flow rate of the first heat utilization device 180, and the amount of solid particles supplied to the first heat exchanger 130 is adjusted to adjust the first heat utilization device
  • the temperature of the gas supplied to 180 can be set as the required temperature of the first heat utilization device 180. Therefore, it is possible to cope with temporal load fluctuation of the first heat utilization device 180 without using the auxiliary fuel.
  • the flow control valves 156 and 166 have been described by way of example of a mechanical valve (butterfly valve) capable of adjusting the opening degree.
  • the flow control valves 156 and 166 are not limited in configuration as long as the flow rate of the solid particles to be passed can be adjusted.
  • FIG. 4 is a view for explaining the flow rate adjustment valve 310 according to the first modification.
  • the flow control valve 310 is provided instead of the flow control valve 156 will be described as an example.
  • a flow control valve 310 may be provided instead of the flow control valve 166.
  • the flow control valve 310 is an L valve type loop seal.
  • the flow control valve 310 includes a vertical pipe 312, a horizontal pipe 314, a connection pipe 316, and a flow gas supply unit 318.
  • the vertical pipe 312 is a pipe extending in the vertical direction.
  • the upper end of the vertical pipe 312 is connected to the high temperature tank 150.
  • the horizontal pipe 314 is a pipe extending in the horizontal direction.
  • the horizontal pipe 314 is continuous with the vertical pipe 312. That is, the vertical pipe 312 and the horizontal pipe 314 are L-shaped pipes.
  • the connecting pipe 316 is continuous with the horizontal pipe 314.
  • the connection pipe 316 is connected to the first heat exchanger 130.
  • the flow gas supply unit 318 supplies gas to the vertical pipe 312 or the horizontal pipe 314.
  • the fluidizing gas supply unit 318 includes a nozzle 318a and a pump 318b.
  • the nozzle 318 a has an opening facing the horizontal pipe 314.
  • the pump 318b supplies gas to the nozzle 318a.
  • solid particles fall from the high temperature tank 150 to the vertical pipe 312 and are deposited on the vertical pipe 312 and the horizontal pipe 314.
  • the deposited solid particles are fluidized by the gas and delivered to the connection pipe 316.
  • the pump 318 b is controlled by the controller 200.
  • the controller 200 can adjust the flow rate of the solid particles delivered to the connection pipe 316 by controlling the flow rate of the gas supplied by the pump 318b.
  • the flow rate adjustment valve 310 By setting the flow rate adjustment valve 310 as an L valve type loop seal (non-mechanical valve), the flow rate of the solid particles can be adjusted even if the solid particles are at a high temperature. Further, since the L valve type loop seal has a simple structure, it can be easily maintained.
  • FIG. 5 is a view for explaining the flow rate adjustment valve 320 according to the second modification.
  • a case where the flow control valve 320 is provided instead of the flow control valve 156 will be described as an example.
  • a flow control valve 320 may be provided instead of the flow control valve 166.
  • the flow control valve 320 is a J valve type loop seal. Specifically, the flow rate adjustment valve 320 includes a vertical pipe 322, a pot portion 324, a connection pipe 326, and a flow gas supply portion 328.
  • the vertical pipe 322 is a pipe extending in the vertical direction.
  • the upper end of the vertical pipe 322 is connected to the high temperature tank 150, and the lower end is connected to the inlet 324 a of the pot portion 324.
  • the pot portion 324 is a hollow container.
  • the pot portion 324 has an inlet 324 a formed in the ceiling.
  • the pot portion 324 has an outlet 324 b formed on the side.
  • a partition plate 324c extending vertically downward from the ceiling is provided in the pot portion 324.
  • the partition plate 324c divides the inside of the pot portion 324 into an area in which the inlet 324a is formed and an area in which the outlet 324b is formed. Further, the tip end of the partition plate 324c extends vertically downward from the lower end of the outlet 324b.
  • the connection pipe 326 connects the outlet 324 b of the pot portion 324 and the first heat exchanger 130.
  • the fluidizing gas supply unit 328 supplies gas from the bottom of the pot portion 324.
  • the fluidizing gas supply unit 328 includes an air box 328a and a pump 328b.
  • the wind box 328 a is provided below the pot portion 324.
  • the upper portion of the wind box 328a is configured of a ventilable distribution plate.
  • the top of the wind box 328 a also functions as the bottom of the pot portion 324.
  • a fluidizing gas (air) is supplied to the air box 328a from a pump 328b.
  • the fluidizing gas supplied to the air box 328 a is supplied from the bottom surface (dispersion plate) of the pot portion 324 into the pot portion 324.
  • the flow velocity of the fluidizing gas supplied from the fluidizing gas supply unit 328 to the pot portion 324 is equal to or greater than the minimum fluidization velocity of solid particles and less than the scattering velocity. Therefore, the solid particles dropped from the high temperature tank 150 through the vertical pipe 322 are fluidized by the fluidization gas, and a fluidized bed (bubble fluidized bed) is formed in the pot portion 324.
  • the pump 328 b is on / off controlled by the controller 200.
  • the controller 200 drives the pump 328 b to deliver the solid particles from the high temperature tank 150 to the connection pipe 326.
  • the control unit 200 stops the pump 328 b to stop the delivery of solid particles from the high temperature tank 150 to the connection pipe 326.
  • the flow control valve 320 By setting the flow control valve 320 as a J-valve loop seal (non-mechanical valve), solid particles can be supplied even if the solid particles are at high temperature.
  • FIG. 6 is a view for explaining a particle supply unit 330 according to a third modification.
  • the particle supply unit 330 is provided instead of the high temperature particle supply unit 152 will be described as an example.
  • a particle supply unit 330 may be provided instead of the low temperature particle supply unit 162.
  • the particle supply unit 330 includes a main pipe 332, a plurality of sub pipes 334 and 336, and valves 332a, 334a and 336a.
  • the main pipe 332 connects the high temperature tank 150 and the first heat exchanger 130.
  • the valve 332 a is provided in the main pipe 332.
  • the auxiliary pipe 334 connects the high temperature tank 150 and the valve 332 a in the main pipe 332 to the first heat exchanger 130.
  • the valve 334 a is provided in the auxiliary pipe 334.
  • the auxiliary pipe 336 connects the connection portion between the high temperature tank 150 and the auxiliary pipe 334 in the main pipe 332 and the first heat exchanger 130.
  • the valve 336 a is provided in the auxiliary pipe 336.
  • the flow passage cross-sectional area of the main piping 332 is larger than that of the secondary piping 334.
  • the flow passage cross-sectional area of the secondary pipe 334 is larger than that of the secondary pipe 336. If it demonstrates concretely, the flow-path cross-sectional area of the main piping 332 is 1/2 of the flow-path cross-sectional area of the piping 154 of the high temperature particle
  • the flow passage cross-sectional area of the secondary piping 334 is 1 ⁇ 4 (1 ⁇ 2 2 ) of the piping 154.
  • the flow passage cross-sectional area of the secondary piping 336 is 1/8 (1/2 3 ) of the piping 154.
  • the flow rates at which solid particles pass are different.
  • the flow rate of the main pipe 332 is 1 ⁇ 2
  • the flow rate of the sub pipe 334 is 1 ⁇ 4
  • the flow rate of the sub pipe 336 is 1 ⁇ 8. Note that two sub pipes 336 may be provided.
  • the valves 332a, 334a, 336a are on-off valves.
  • the valves 332a, 334a, 336a are, for example, the J valve type loop seals described in the second modification.
  • the valves 332 a, 334 a, 336 a are controlled by the controller 200 to open and close.
  • the control unit 200 can adjust the flow rate of the solid particles supplied from the high temperature tank 150 to the first heat exchanger 130 simply by opening and closing any one or more of the valves 332a, 334a, 336a.
  • the flow rate of the solid particles supplied from the high temperature tank 150 to the first heat exchanger 130 can be adjusted with higher accuracy.
  • FIG. 7A is a view for explaining a heater 424 according to the fourth modification.
  • FIG. 7B is a view for explaining a heater 524 according to the fourth modification.
  • FIG. 7C is a view for explaining a heater 624 according to the fourth modification.
  • the same reference numerals are given to configurations substantially equivalent to the configurations described in the above embodiment, and the description will be omitted.
  • the heater 424 is an electric heater. As shown in FIG. 7A, the heater 424 is provided on the outer wall of the first heat exchanger 130.
  • the heater 524 is an electric heater. As shown in FIG. 7B, the heater 524 is provided on the inner wall of the first heat exchanger 130.
  • the heater 624 is an electric heater. As shown in FIG. 7C, the heater 624 is provided in the first heat exchanger 130.
  • the heaters 424, 524, 624 are provided at least below the first heat exchanger 130.
  • the heating temperature of the heaters 424, 524 and 624 is lower than the heat resistance temperature of the box 122 (heat resistance temperature of the dispersion plate of the box 122).
  • the heaters 424, 524, 624 are driven and controlled by the control unit 200. Specifically, the heaters 424, 524, 624 are driven in the thermal storage mode and stopped in the thermal dissipation mode. By providing the heaters 424, 524, 624, it is possible to efficiently transfer heat to solid particles.
  • FIG. 8 is a diagram for explaining the processing of the control unit 200 in the heat storage mode according to the fifth modification.
  • the structure which is not utilized in thermal storage mode is abbreviate
  • the control unit 200 closes the valves 116 b, 146 b, 174 a, and the flow rate adjustment valve 156.
  • the control unit 200 stops the fluid supply unit 192. Further, as shown in FIG. 8, the control unit 200 drives the blowers 112 and 116 d and the heater 124. Also, the control unit 200 opens the valves 116a, 116c, 146a, and 174b. The control unit 200 opens the flow rate adjustment valve 166 to adjust the opening degree.
  • the gas exhausted from the low temperature tank 160 (the low temperature storage portion 160 a) is supplied to the heating chamber 120. That is, the gas supply unit 110 supplies the gas to the first heat exchanger 130 after passing the gas through the solid particles stored in the low temperature tank 160. Thereby, the gas preheated in the low temperature tank 160 can be supplied to the first heat exchanger 130. Therefore, the gas supply unit 110 can recover the heat of the gas discharged from the first heat exchanger 130, which could not recover the solid particles stored in the low temperature storage unit 160a.
  • the solid particles are described by way of an example in which the first heat exchanger 130 is supplied only from the high temperature tank 150.
  • solid particles may be supplied to the first heat exchanger 130 from other configurations.
  • FIG. 9 is a diagram for explaining the processing of the control unit 200 in the heat dissipation mode according to the sixth modification.
  • the structure which is not utilized in thermal radiation mode is abbreviate
  • the control unit 200 closes the valves 116a, 146a, and 174b.
  • the control unit 200 stops the heater 124.
  • the control unit 200 opens the valves 116b, 116c, 146b and 174a and opens the flow control valves 156 and 166 to adjust the degree of opening.
  • the control unit 200 drives the blowers 112 and 116 d and the fluid supply unit 192. That is, in the heat dissipation mode, the control unit 200 of the sixth modification controls the low temperature particle supply unit 162 in addition to the solid particles stored in the high temperature tank 150 so that the low temperature tank 160 to the first heat exchanger 130 Supply solid particles.
  • the control unit 200 also adjusts the opening degree of the flow rate adjustment valves 156 and 166 based on the required temperature and the required flow rate of the first heat utilization device 180. Specifically, the blower 112 supplies gas at the required flow rate of the first heat utilization device 180, and the solid particles of the second temperature stored in the high temperature tank 150 and the solid of the fourth temperature stored in the low temperature tank 160 When heating the gas with the particles, the amount of solid particles at the second temperature and the amount of solid particles at the fourth temperature for heating the gas to the third temperature are determined. Therefore, the control unit 200 adjusts the opening degree of the flow rate adjustment valve 156 so that the determined amount of solid particles of the second temperature is supplied to the first heat exchanger 130. In addition, the control unit 200 adjusts the opening degree of the flow rate adjustment valve 166 so that the determined amount of solid particles at the fourth temperature is supplied to the first heat exchanger 130.
  • the control unit 200 supplies solid particles from the high temperature tank 150 and the low temperature tank 160 to the first heat exchanger 130, compared with the case where solid particles are supplied only from the high temperature tank 150.
  • the supply time of solid particles can be extended.
  • the first heat exchanger 130 can extend the time for heat exchange between the solid particles and the gas. Therefore, the gas delivery part 170 can supply the gas of the third temperature to the first heat utilization device 180 for a long time. Thereby, the first heat utilization device 180 can be operated for a long time.
  • gas supply unit 110 may supply, for example, carbon dioxide or combustion exhaust gas.
  • the configuration of the gas supply unit 110 is not limited as long as the gas can be supplied to the first heat exchanger 130.
  • the gas supply unit 110 may be provided with a compressed gas source (for example, a compressed air source) or a pump instead of the blower 112.
  • the structure to which gas is supplied from the bottom face of the 1st heat exchanger 130 was mentioned as the example, and was demonstrated.
  • the gas (air) may be supplied from below the supply point of the solid particles in the first heat exchanger 130.
  • gas (air) may be supplied from the lower part of the first heat exchanger 130.
  • the gas supply unit 110 may supply a gas at normal pressure or may supply a pressurized gas.
  • the fluid supply unit 192 supplies the fluid heat-exchanged by the second heat exchanger 190 to the second heat utilization device 194 has been described as an example.
  • the fluid supply unit 192 may supply the fluid heat-exchanged by the second heat exchanger 190 to the first heat utilization device 180 instead of or in addition to the second heat utilization device 194.
  • the low temperature tank 160 mentioned and demonstrated as an example the structure which stores solid particles as a fluidized bed. Thereby, the gas can be efficiently preheated by the heat of the solid particles in the heat release mode.
  • the configuration of the low temperature tank 160 is not limited as long as it can store solid particles.
  • the low temperature tank 160 may be, for example, a hopper.
  • the low temperature tank 160 may store solid particles as a moving bed.
  • the high temperature tank 150 was a hopper was mentioned as the example, and was demonstrated. Thereby, the heat radiation of the high temperature solid particles can be suppressed.
  • the configuration of the high temperature tank 150 is not limited as long as it can store solid particles.
  • the high temperature tank 150 may be configured to store solid particles as a fluidized bed, for example, similarly to the low temperature tank 160.
  • a period in which the power is surplus (generated power amount-required power amount> predetermined value (for example, 0)) is set as the heat storage mode.
  • the heat storage mode may be used.
  • it became necessary it made it the heat dissipation mode.
  • it is necessary to use heat for example, when you want to use heat in a cement plant
  • the blower 116d is not an essential component.
  • the control unit 200 may not drive the blower 116 d.
  • the energy storage device 100 may include a bypass pipe connected to the pipe 114c and bypassing the blower 116d.
  • the control unit 200 sets the gas passage route as a route passing through the blower 116d.
  • the control unit 200 sets the gas passage route as a route passing through the bypass pipe.
  • the control unit 200 adjusts the opening degree of the flow rate adjustment valve 156 based on the required temperature and the required flow rate of the first heat utilization device 180 as an example.
  • the control unit 200 may adjust the opening degree of the flow rate adjustment valve 156 based on the required temperature of the first heat utilization device 180.
  • the control unit 200 may adjust the opening degree of the flow rate adjustment valves 156 and 166 based on the required temperature of the first heat utilization device 180.
  • the structure by which two subpipes are provided was mentioned as the example and demonstrated.
  • the number of secondary pipes is not limited.
  • the auxiliary pipes may have different pipe diameters.
  • the energy storage device 100 may include one or more of the heaters 124, 424, 524, 624.
  • the present disclosure can be utilized for energy storage devices.

Landscapes

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Abstract

蓄エネルギー装置１００は、気体と固体粒子とを熱交換する第１熱交換器１３０と、第１熱交換器に気体を供給する気体供給部１１０と、第１熱交換器に供給される気体または第１熱交換器内の気体を電力を消費して加熱する加熱器１２４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１４０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１５０および低温槽１６０と、固気分離器によって分離された気体が有する熱エネルギーを利用する第１熱利用機器１８０と、高温槽に貯留された固体粒子を第１熱交換器に供給する高温粒子供給部１５２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１６２とを備える。

Description

蓄エネルギー装置
　本開示は、蓄エネルギー装置に関する。本出願は、２０１７年１１月１６日に提出された日本特許出願第２０１７－２２１０７６号に基づく優先権の利益を主張するものであり、その内容は本出願に援用される。
　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（発電電力量－需要電力量　>　０）、電力が必要となったり（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。
　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駆動し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する。続いて、特許文献１の技術は、加熱された水（水蒸気）でタービンを回転させて発電する。
米国特許出願公開第２００８／０２１９６５１号明細書
　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がある。この技術において、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。
　本開示は、このような課題に鑑み、電力を熱に変換して効率よく蓄熱し、必要となった際に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。
　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、気体供給部から送出され第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、電力を消費して加熱する加熱器と、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および低温槽と、固気分離器によって分離された気体が有する熱エネルギーを利用する第１熱利用機器と、高温槽に貯留された固体粒子を第１熱交換器に供給する高温粒子供給部と、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、を備える。
　また、気体供給部、加熱器、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、所定の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、加熱器を駆動して気体を加熱し、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てもよい。
　また、制御部は、蓄熱モードにおいて、所定の余剰電力量に基づいて、低温粒子供給部が供給する固体粒子の量を調整してもよい。
　また、気体供給部は、蓄熱モードにおいて、低温槽に貯留された固体粒子に気体を通過させた後、気体を第１熱交換器に供給してもよい。
　また、気体供給部、加熱器、および、高温粒子供給部を制御する制御部を備え、制御部は、所定の放熱モードにおいて、加熱器を停止し、気体供給部を制御して第１熱交換器に気体を供給し、高温粒子供給部を制御して高温槽から第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、固気分離器によって分離された気体を第１熱利用機器に供給してもよい。
　また、気体供給部は、放熱モードにおいて、低温槽に貯留された固体粒子に気体を通過させた後、気体を第１熱交換器に供給してもよい。
　また、制御部は、放熱モードにおいて、第１熱利用機器によって要求されるガスの要求温度に基づいて、高温粒子供給部が供給する固体粒子の量を調整してもよい。
　また、制御部は、放熱モードにおいて、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もよい。
　また、高温粒子供給部および低温粒子供給部のいずれか一方または両方は、通過する固体粒子の流量が互いに異なる複数の配管と、複数の配管それぞれに設けられたバルブと、を有し、制御部は、複数のバルブそれぞれを開閉制御してもよい。
　また、低温槽は、固体粒子を収容する低温収容部と、低温収容部の底面または下部から流動化気体を供給する流動化気体供給部と、を備えてもよい。
　また、加熱器は、第１熱交換器の壁、および、第１熱交換器内のいずれか一方または両方に設けられてもよい。
　また、固気分離器によって分離された固体粒子と流体とを熱交換する第２熱交換器と、第２熱交換器によって熱交換された流体を、第１熱利用機器および第２熱利用機器のいずれか一方または両方に供給する流体供給部と、を備え、低温槽は、第２熱交換器によって熱交換された固体粒子を貯留してもよい。
　また、加熱器は、再生可能エネルギーを利用した発電システム、および、タービン発電機を利用した発電システムのいずれか一方または両方で生成された電力を消費してもよい。
　本開示によれば、電力を熱に変換して効率よく蓄熱し、必要となった際に熱を効率よく利用することが可能となる。
図１は、蓄エネルギー装置を説明する図である。 図２は、蓄熱モードにおける制御部の処理を説明する図である。 図３は、放熱モードにおける制御部の処理を説明する図である。 図４は、第１の変形例にかかる流量調整弁を説明する図である。 図５は、第２の変形例にかかる流量調整弁を説明する図である。 図６は、第３の変形例にかかる粒子供給部を説明する図である。 図７Ａは、第４の変形例にかかる加熱器を説明する図である。図７Ｂは、第４の変形例にかかる加熱器を説明する図である。図７Ｃは、第４の変形例にかかる加熱器を説明する図である。 図８は、第５の変形例にかかる蓄熱モードにおける制御部の処理を説明する図である。 図９は、第６の変形例にかかる放熱モードにおける制御部の処理を説明する図である。
　以下に添付図面を参照しながら、本開示の一実施形態について詳細に説明する。かか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し、また本開示に直接関係のない要素は図示を省略する。
［蓄エネルギー装置１００］
　図１は、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、加熱室１２０と、第１熱交換器１３０と、固気分離器１４０と、分配部１４２と、高温槽１５０と、高温粒子供給部１５２と、低温槽１６０と、低温粒子供給部１６２と、気体送出部１７０と、第１熱利用機器１８０と、第２熱交換器１９０と、流体供給部１９２と、第２熱利用機器１９４と、制御部２００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。図１中、破線の矢印は、流体の流れを示す。
　気体供給部１１０は、後述する加熱室１２０に気体（例えば、空気）を供給する。気体供給部１１０は、ブロワ１１２と、配管１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃと、バルブ１１６ａ、１１６ｂ、１１６ｃと、ブロワ１１６ｄとを含む。ブロワ１１２は、吸入側が気体供給源に接続され、吐出側が配管１１４ａに接続される。配管１１４ａは、ブロワ１１２と加熱室１２０とを接続する。バルブ１１６ａは、配管１１４ａに設けられる。配管１１４ｂは、配管１１４ａにおけるブロワ１１２とバルブ１１６ａとの間から分岐され、後述する低温槽１６０の風箱１６０ｂに接続される。バルブ１１６ｂは、配管１１４ｂに設けられる。配管１１４ｃは、後述する低温槽１６０の低温収容部１６０ａと加熱室１２０とを接続する。バルブ１１６ｃは、配管１１４ｃに設けられる。ブロワ１１６ｄは、配管１１４ｃにおけるバルブ１１６ｃの上流側に設けられる。
　加熱室１２０は、箱体１２２と、加熱器１２４とを含む。箱体１２２は中空形状の容器である。箱体１２２の上面は通気可能な分散板で構成されている。箱体１２２の上面は、後述する第１熱交換器１３０の底面としても機能する。箱体１２２には、気体供給部１１０（ブロワ１１２）から気体が供給される。加熱器１２４は、電力を消費して気体を加熱する。加熱器１２４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１２４は、再生可能エネルギーを利用した発電システム、および、タービン発電機を利用した発電システムのいずれか一方または両方で生成された電力を消費することができる。再生可能エネルギーを利用した発電システムは、例えば、太陽熱発電システム、太陽光発電システム、風力発電システム、または、水力発電システムである。加熱器１２４が再生可能エネルギーを利用した発電システムで生成された電力を消費することで、余剰することが多い電力を効率よく熱に変換することができる。
　加熱器１２４は、箱体１２２内に配される。加熱器１２４は、箱体１２２内に供給された気体を加熱する。したがって、加熱器１２４が駆動される場合、気体供給部１１０から箱体１２２内に供給された気体は、加熱器１２４によって加熱された後、第１熱交換器１３０に供給される。
　第１熱交換器１３０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、後述する第１熱利用機器１８０の要求温度より融点が高い材料で構成される。
　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。
　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。
　本実施形態において、第１熱交換器１３０は、中空形状の容器である。第１熱交換器１３０の内部には、加熱器、あるいは、熱交換器が設置されることもある。第１熱交換器１３０には、後述する高温槽１５０および低温槽１６０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１３０には、加熱室１２０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１３０に供給される気体の流速は、第１熱交換器１３０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１３０の底面に配される分散板（Distributor）に形成された気体供給口１３０ａ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１３０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１３０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。
　固気分離器１４０は、第１熱交換器１３０から排出された固気混合物を固気分離する。固気分離器１４０は、例えば、サイクロンや、フィルタである。分配部１４２は、固気分離器１４０によって固気分離された固体粒子を高温槽１５０または低温槽１６０に分配する。分配部１４２は、配管１４４ａ、１４４ｂと、バルブ１４６ａ、１４６ｂとを含む。配管１４４ａは、固気分離器１４０の固体粒子の排出口と、高温槽１５０とを接続する。バルブ１４６ａは、配管１４４ａに設けられる。配管１４４ｂは、固気分離器１４０の固体粒子の排出口と、低温槽１６０とを接続する。バルブ１４６ｂは、配管１４４ｂに設けられる。なお、バルブ１４６ａとバルブ１４６ｂとは、後述する制御部２００によって排他的に開閉される。
　高温槽１５０は、固気分離器１４０によって固気分離された固体粒子を貯留する。高温槽１５０は、例えば、ホッパである。高温粒子供給部１５２は、高温槽１５０に貯留された固体粒子を第１熱交換器１３０に供給する。高温粒子供給部１５２は、配管１５４と、流量調整弁１５６とを含む。配管１５４は、高温槽１５０の下部と第１熱交換器１３０の下部とを接続する。流量調整弁１５６は、配管１５４に設けられる。
　低温槽１６０は、固気分離器１４０によって固気分離された固体粒子を貯留する。低温槽１６０には、高温槽１５０とタイミングを異にして固体粒子が供給される。低温槽１６０は、低温収容部１６０ａと、風箱１６０ｂ（流動化気体供給部）と、排気管１６０ｃと、逆止弁１６０ｄとを含む。低温収容部１６０ａは、分配部１４２によって供給された固体粒子を収容する。低温収容部１６０ａは、中空形状の容器である。風箱１６０ｂは、低温収容部１６０ａの下方に設けられる。風箱１６０ｂの上部は、通気可能な分散板で構成される。風箱１６０ｂの上部は、低温収容部１６０ａの底面としても機能する。風箱１６０ｂには、気体供給部１１０（ブロワ１１２）または固気分離器１４０から流動化気体（例えば、空気）が供給される。風箱１６０ｂに供給された流動化気体は、低温収容部１６０ａの底面（分散板）から低温収容部１６０ａ内に供給される。
　なお、気体供給部１１０から低温収容部１６０ａに供給される流動化気体の流速は、固体粒子の最小流動化速度以上飛散速度未満である。また、固気分離器１４０から低温収容部１６０ａに供給される流動化気体の流速は、固体粒子の最小流動化速度以上終端速度（terminal velocity）未満である。したがって、固気分離器１４０から供給された固体粒子は、流動化気体によって流動化し、低温収容部１６０ａ内において流動層（気泡流動層）が形成される。また、固気分離器１４０から低温収容部１６０ａに供給される流動化気体の流速は、終端速度未満であるため、低温収容部１６０ａから固体粒子が飛散することはない。
　排気管１６０ｃは、低温収容部１６０ａと圧力エネルギー回収部１６０ｅとを接続する。逆止弁１６０ｄは、排気管１６０ｃに設けられる。逆止弁１６０ｄは、低温収容部１６０ａ内の圧力が所定圧力以上になると開弁する。低温収容部１６０ａが加圧状態である場合、排気管１６０ｃから排気される気体の圧力は大気圧以上である。この場合、圧力エネルギー回収部１６０ｅは、例えば、タービンである。
　低温粒子供給部１６２は、低温槽１６０に貯留された固体粒子を第１熱交換器１３０に供給する。低温粒子供給部１６２は、配管１６４と、流量調整弁１６６とを含む。配管１６４は、低温収容部１６０ａの下部と第１熱交換器１３０の下部とを接続する。流量調整弁１６６は、配管１６４に設けられる。
　気体送出部１７０は、固気分離器１４０によって固気分離された気体を第１熱利用機器１８０または風箱１６０ｂに供給する。気体送出部１７０は、配管１７２ａ、１７２ｂと、バルブ１７４ａ、１７４ｂとを含む。配管１７２ａは、固気分離器１４０の気体の排気口と、第１熱利用機器１８０とを接続する。バルブ１７４ａは、配管１７２ａに設けられる。配管１７２ｂは、固気分離器１４０の気体の排気口と、風箱１６０ｂとを接続する。バルブ１７４ｂは、配管１７２ｂに設けられる。
　第１熱利用機器１８０は、固気分離器１４０によって分離された気体が有する熱エネルギーを利用する機器である。第１熱利用機器１８０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。
　第２熱交換器１９０は、配管１４４ｂにおけるバルブ１４６ｂと低温収容部１６０ａとの間に設けられる。第２熱交換器１９０は、配管１４４ｂを通過する固体粒子と流体（例えば、水、水蒸気、空気、燃焼排ガス）とを熱交換する。第２熱交換器１９０は、固体粒子の流動層を形成する構成であってもよいし、固体粒子の移動層を形成する構成であってもよい。第２熱交換器１９０は、伝熱配管１９０ａを有する。伝熱配管１９０ａは、固体粒子内（固体粒子の流動層内または移動層内）を通過する。流体は、伝熱配管１９０ａを通過する。流体供給部１９２は、第２熱交換器１９０に流体を通過させ、第２熱交換器１９０によって熱交換（加熱）された流体を第２熱利用機器１９４に供給する。流体供給部１９２は、例えば、ポンプである。
　第２熱利用機器１９４は、第２熱交換器１９０によって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。第２熱利用機器１９４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。
　制御部２００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２００は、ＲＯＭからＣＰＵ自体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２００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２００は、気体供給部１１０（ブロワ１１２、バルブ１１６ａ、１１６ｂ、１１６ｃ、ブロワ１１６ｄ）、加熱器１２４、分配部１４２（バルブ１４６ａ、１４６ｂ）、高温粒子供給部１５２（流量調整弁１５６）、低温粒子供給部１６２（流量調整弁１６６）、気体送出部１７０（バルブ１７４ａ、１７４ｂ）、流体供給部１９２を制御する。
　本実施形態において、制御部２００は、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、余剰した電力を熱エネルギーに変換して蓄熱する（蓄熱モード）。一方、制御部２００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第１熱利用機器１８０、第２熱利用機器１９４で利用する（放熱モード）。なお、初期状態において、ブロワ１１２、１１６ｄ、加熱器１２４、流体供給部１９２は停止しており、バルブ１１６ａ、１１６ｂ、１１６ｃ、１４６ａ、１４６ｂ、１７４ａ、１７４ｂ、流量調整弁１５６、１６６は閉弁されている。また、初期状態において、固体粒子は、低温槽１６０（低温収容部１６０ａ）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２００の処理について説明する。
［蓄熱モード］
　図２は、蓄熱モードにおける制御部２００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２中、蓄熱モードにおいて利用されない構成を省略する。
　制御部２００は、バルブ１１６ｂ、１１６ｃ、１４６ｂ、１７４ａ、流量調整弁１５６を閉弁する。制御部２００は、ブロワ１１６ｄ、流体供給部１９２を停止する。また、図２に示すように、制御部２００は、ブロワ１１２、加熱器１２４を駆動する。また、制御部２００は、バルブ１１６ａ、１４６ａ、１７４ｂを開弁する。制御部２００は、流量調整弁１６６を開弁して開度を調整する。
　そうすると、加熱器１２４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１２０に供給された気体は、加熱器１２４によって加熱される。加熱器１２４は、固体粒子の耐熱温度未満、第１熱利用機器１８０の要求温度を満たす所定の第１温度に気体を加熱する。例えば、加熱器１２４は、気体によって加熱される固体粒子が要求温度を満たす所定の第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（例えば、５０℃程度）。
　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１３０に供給される。また、低温収容部１６０ａから第１熱交換器１３０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１３０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１３０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）。
　そして、固気分離器１４０は、第１熱交換器１３０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１４４ａを通じて高温槽１５０に供給される。高温槽１５０は、高温の固体粒子を貯留する。一方、固気分離された第２温度の気体は、配管１７２ｂを通じて、風箱１６０ｂに供給される。風箱１６０ｂに供給された第２温度の気体は、低温収容部１６０ａに収容された固体粒子を流動化させる。また、第２温度の気体によって、低温収容部１６０ａに収容された固体粒子は、第４温度（第４温度は、後述する第３温度より低く、常温（例えば、２５℃）より高い）に加熱される。つまり、低温収容部１６０ａに収容された固体粒子は、第１熱交換器１３０から排出された気体が有する熱を一部回収することができる。
　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。
　なお、制御部２００は、余剰した電力の量（以下、「余剰電力量」という）に基づいて、流量調整弁１６６の開度を調整する。具体的に説明すると、加熱器１２４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２００は、決定された量の固体粒子が、第１熱交換器１３０に供給されるように流量調整弁１６６の開度を調整する。
　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１５０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３温度の気体を第１熱利用機器１８０に供給することが可能となる。
［放熱モード］
　図３は、放熱モードにおける制御部２００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、放熱モードにおいて利用されない構成を省略する。
　制御部２００は、バルブ１１６ａ、１４６ａ、１７４ｂ、流量調整弁１６６を閉弁する。制御部２００は、加熱器１２４を停止する。また、図３に示すように、制御部２００は、バルブ１１６ｂ、１１６ｃ、１４６ｂ、１７４ａを開弁し、流量調整弁１５６を開弁して開度を調整する。制御部２００は、ブロワ１１２、１１６ｄ、流体供給部１９２を駆動する。
　そうすると、ブロワ１１２から低温槽１６０、箱体１２２を通じて第１熱交換器１３０に気体が供給される。なお、ブロワ１１２は、第１熱利用機器１８０の要求流量で気体を供給する。また、第１熱交換器１３０には、高温槽１５０から高温の固体粒子（第２温度の固体粒子）が供給される。したがって、第１熱交換器１３０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１３０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３温度である。
　そして、固気分離器１４０は、第１熱交換器１３０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３温度の気体）は、配管１７２ａを通じて第１熱利用機器１８０に供給される。なお、第３温度は、第１熱利用機器１８０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。これにより、第１熱利用機器１８０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３温度の固体粒子は、配管１４４ｂを通じて低温槽１６０（低温収容部１６０ａ）に供給される。低温槽１６０は、第３温度の固体粒子を貯留する。
　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気体とで熱交換が為され、熱が気体に伝達される。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、高温の気体（第３温度の気体）が第１熱利用機器１８０で利用される（例えば、発電される）。
　なお、制御部２００は、第１熱利用機器１８０の要求温度および要求流量に基づいて、流量調整弁１５６の開度を調整する。具体的に説明すると、ブロワ１１２が第１熱利用機器１８０の要求流量で気体を供給し、高温槽１５０に貯留された第２温度の固体粒子で気体を加熱する場合に、気体を第３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２００は、決定された量の固体粒子が、第１熱交換器１３０に供給されるように流量調整弁１５６の開度を調整する。
　これにより、第１熱利用機器１８０に供給される気体の温度を第１熱利用機器１８０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３温度の気体を第１熱利用機器１８０に供給することが可能となる。第１熱利用機器１８０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。
　また、流体供給部１９２は、流体を第２熱交換器１９０の伝熱配管１９０ａに通過させる。そうすると、配管１４４ｂを通過する固体粒子と流体とで熱交換が為される。こうして、固体粒子によって加熱された流体は、第２熱利用機器１９４に供給される。そして、第２熱利用機器１９４は、流体が有する熱（固気分離器１４０で分離された固体粒子が有する熱）を利用する。第２熱交換器１９０および流体供給部１９２を備える構成により、気体を第３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。
　さらに、ブロワ１１２が加熱室１２０（第１熱交換器１３０）に気体を直接供給するのではなく、低温収容部１６０ａに収容された固体粒子に通過させて（固体粒子を経由して）第１熱交換器１３０に気体を供給する。これにより、第１熱交換器１３０に供給される気体を、第４温度（例えば、３００℃以上４００℃以下程度）の固体粒子によって予熱することができる。このように、低温収容部１６０ａに収容された固体粒子の熱を利用することによって、熱の利用効率を向上させることが可能となる。そうすると、第１熱利用機器１８０の出力を増加させることができる。例えば、第１熱利用機器１８０が蒸気タービン発電機や、ガスタービン発電機である場合に、発電効率を向上させることが可能となる。
　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。
　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。また、放熱モードにおいて、ブロワ１１２が供給する気体の流量を第１熱利用機器１８０の要求流量とし、第１熱交換器１３０に供給する固体粒子の量を調整することによって、第１熱利用機器１８０に供給される気体の温度を第１熱利用機器１８０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、第１熱利用機器１８０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。
［第１の変形例］
　上記実施形態において、流量調整弁１５６、１６６が開度を調整できる機械式の弁（バタフライ弁）である構成を例に挙げて説明した。しかし、流量調整弁１５６、１６６は、通過させる固体粒子の流量を調整できれば構成に限定はない。
　図４は、第１の変形例にかかる流量調整弁３１０を説明する図である。なお、ここでは、流量調整弁１５６に代えて流量調整弁３１０が設けられる場合を例に挙げて説明する。しかし、流量調整弁１６６に代えて流量調整弁３１０が設けられてもよい。
　図４に示すように、流量調整弁３１０は、Ｌバルブ型ループシールである。具体的に説明すると、流量調整弁３１０は、鉛直管３１２と、水平管３１４と、接続管３１６と、流動用ガス供給部３１８とを含む。鉛直管３１２は鉛直方向に延在した管である。鉛直管３１２は、上端が高温槽１５０に接続される。水平管３１４は、水平方向に延在した管である。水平管３１４は、鉛直管３１２に連続する。つまり、鉛直管３１２、水平管３１４は、Ｌ字形状の配管である。接続管３１６は、水平管３１４に連続する。接続管３１６は、第１熱交換器１３０に接続される。
　流動用ガス供給部３１８は、鉛直管３１２または水平管３１４にガスを供給する。流動用ガス供給部３１８は、ノズル３１８ａと、ポンプ３１８ｂとを含む。ノズル３１８ａは、開口が水平管３１４に臨んで配される。ポンプ３１８ｂは、ノズル３１８ａにガスを供給する。
　流量調整弁３１０では、高温槽１５０から鉛直管３１２に固体粒子が落下して、鉛直管３１２および水平管３１４に堆積する。ここで、流動用ガス供給部３１８によってガスが供給されると、堆積した固体粒子がガスによって流動化され、接続管３１６に送出される。
　なお、ポンプ３１８ｂは、制御部２００によって制御される。制御部２００は、ポンプ３１８ｂが供給するガスの流量を制御することで、接続管３１６に送出される固体粒子の流量を調整することができる。
　流量調整弁３１０をＬバルブ型ループシール（非機械式の弁）とすることで、固体粒子が高温であっても固体粒子の流量を調整することができる。また、Ｌバルブ型ループシールは、簡単な構造であるため、容易にメンテナンスすることが可能となる。
［第２の変形例］
　図５は、第２の変形例にかかる流量調整弁３２０を説明する図である。なお、ここでは、流量調整弁１５６に代えて流量調整弁３２０が設けられる場合を例に挙げて説明する。しかし、流量調整弁１６６に代えて流量調整弁３２０が設けられてもよい。
　図５に示すように、流量調整弁３２０は、Ｊバルブ型ループシールである。具体的に説明すると、流量調整弁３２０は、鉛直管３２２と、ポット部３２４と、接続管３２６と、流動用ガス供給部３２８とを含む。
　鉛直管３２２は鉛直方向に延在した管である。鉛直管３２２は、上端が高温槽１５０に接続され、下端がポット部３２４の入口３２４ａに接続される。ポット部３２４は、中空形状の容器である。ポット部３２４は、天井に入口３２４ａが形成されている。ポット部３２４は、側面に出口３２４ｂが形成されている。ポット部３２４内には、天井から鉛直下方に延在した仕切板３２４ｃが設けられている。仕切板３２４ｃは、ポット部３２４内を、入口３２４ａが形成される領域と、出口３２４ｂが形成される領域とに区画する。また、仕切板３２４ｃの先端は、出口３２４ｂの下端より鉛直下方まで延在している。接続管３２６は、ポット部３２４の出口３２４ｂと第１熱交換器１３０とを接続する。
　流動用ガス供給部３２８は、ポット部３２４の底面からガスを供給する。具体的に説明すると、流動用ガス供給部３２８は、風箱３２８ａと、ポンプ３２８ｂとを含む。風箱３２８ａは、ポット部３２４の下方に設けられる。風箱３２８ａの上部は、通気可能な分散板で構成される。風箱３２８ａの上部は、ポット部３２４の底面としても機能する。風箱３２８ａには、ポンプ３２８ｂから流動化気体（空気）が供給される。風箱３２８ａに供給された流動化気体は、ポット部３２４の底面（分散板）からポット部３２４内に供給される。
　なお、流動用ガス供給部３２８からポット部３２４に供給される流動化気体の流速は、固体粒子の最小流動化速度以上飛散速度未満である。したがって、鉛直管３２２を通じて高温槽１５０から落下した固体粒子は、流動化気体によって流動化し、ポット部３２４内において流動層（気泡流動層）が形成される。
　そして、高温槽１５０からのさらなる固体粒子の導入に伴って、流動層の鉛直方向の位置が高くなると、固体粒子は、出口３２４ｂの下端をオーバーフローし、接続管３２６へ送出される。
　なお、ポンプ３２８ｂは、制御部２００によってオンオフ制御される。制御部２００は、ポンプ３２８ｂを駆動させることで、高温槽１５０から接続管３２６に固体粒子を送出させる。また、制御部２００がポンプ３２８ｂを停止させることで、高温槽１５０からの接続管３２６への固体粒子の送出を停止させる。
　流量調整弁３２０をＪバルブ型ループシール（非機械式の弁）とすることで、固体粒子が高温であっても固体粒子を供給することができる。
［第３の変形例］
　図６は、第３の変形例にかかる粒子供給部３３０を説明する図である。なお、ここでは、高温粒子供給部１５２に代えて粒子供給部３３０が設けられる場合を例に挙げて説明する。しかし、低温粒子供給部１６２に代えて粒子供給部３３０が設けられてもよい。
　図６に示すように、粒子供給部３３０は、主配管３３２と、複数の副配管３３４、３３６と、バルブ３３２ａ、３３４ａ、３３６ａとを含む。主配管３３２は、高温槽１５０と第１熱交換器１３０とを接続する。バルブ３３２ａは主配管３３２に設けられる。副配管３３４は、高温槽１５０と、主配管３３２におけるバルブ３３２ａと第１熱交換器１３０との間とを接続する。バルブ３３４ａは、副配管３３４に設けられる。副配管３３６は、高温槽１５０と、主配管３３２における副配管３３４との接続箇所と第１熱交換器１３０との間を接続する。バルブ３３６ａは、副配管３３６に設けられる。
　主配管３３２の流路断面積は、副配管３３４より大きい。副配管３３４の流路断面積は、副配管３３６より大きい。具体的に説明すると、主配管３３２の流路断面積は、高温粒子供給部１５２の配管１５４の流路断面積の１／２である。副配管３３４の流路断面積は、配管１５４の１／４（１／２２）である。副配管３３６の流路断面積は、配管１５４の１／８（１／２３）である。つまり、主配管３３２、副配管３３４、３３６は、それぞれ、固体粒子が通過する流量が異なる。例えば、主配管３３２の流量を１／２とすると、副配管３３４の流量は１／４であり、副配管３３６の流量は１／８である。なお、副配管３３６は２つ設けられてもよい。
　バルブ３３２ａ、３３４ａ、３３６ａは、開閉弁である。バルブ３３２ａ、３３４ａ、３３６ａは、例えば、上記第２の変形例で説明したＪバルブ型ループシールである。
　なお、バルブ３３２ａ、３３４ａ、３３６ａは、制御部２００によって開閉制御される。制御部２００は、バルブ３３２ａ、３３４ａ、３３６ａのいずれか１または複数を開閉制御するだけで、高温槽１５０から第１熱交換器１３０に供給される固体粒子の流量を調整することができる。
　なお、主配管３３２の流量を１／２とした場合、流量が１／１６、１／３２、１／６４、…１／２ｎ（１／２ｎの副配管は２つ設けられてもよい）の副配管をさらに備えてもよい。これにより、高温槽１５０から第１熱交換器１３０に供給される固体粒子の流量をより高精度に調整することができる。
［第４の変形例］
　図７Ａは、第４の変形例にかかる加熱器４２４を説明する図である。図７Ｂは、第４の変形例にかかる加熱器５２４を説明する図である。図７Ｃは、第４の変形例にかかる加熱器６２４を説明する図である。なお、第４の変形例において、上記実施形態で説明した構成と実質的に等しい構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
　加熱器４２４は、電気ヒータである。図７Ａに示すように、加熱器４２４は、第１熱交換器１３０の外壁に設けられる。
　加熱器５２４は、電気ヒータである。図７Ｂに示すように、加熱器５２４は、第１熱交換器１３０の内壁に設けられる。
　加熱器６２４は、電気ヒータである。図７Ｃに示すように、加熱器６２４は、第１熱交換器１３０内に設けられる。
　加熱器４２４、５２４、６２４は、少なくとも第１熱交換器１３０の下部に設けられる。加熱器４２４、５２４、６２４の加熱温度は、箱体１２２の耐熱温度（箱体１２２の分散板の耐熱温度）未満とする。
　加熱器４２４、５２４、６２４は、制御部２００によって駆動制御される。具体的に説明すると、加熱器４２４、５２４、６２４は、蓄熱モードにおいて駆動され、放熱モードにおいて停止される。加熱器４２４、５２４、６２４を備えることにより、固体粒子に効率よく伝熱することが可能となる。
［第５の変形例］
　上記実施形態の蓄熱モードにおいて、低温槽１６０の低温収容部１６０ａから排気された第４温度の気体が、圧力エネルギー回収部１６０ｅに供給される場合を例に挙げて説明した。しかし、蓄熱モードにおいて、低温収容部１６０ａから排気された気体は、他の構成に供給されてもよい。
　図８は、第５の変形例にかかる蓄熱モードにおける制御部２００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８中、蓄熱モードにおいて利用されない構成を省略する。
　第５の変形例の蓄熱モードにおいて、制御部２００は、バルブ１１６ｂ、１４６ｂ、１７４ａ、流量調整弁１５６を閉弁する。制御部２００は、流体供給部１９２を停止する。また、図８に示すように、制御部２００は、ブロワ１１２、１１６ｄ、加熱器１２４を駆動する。また、制御部２００は、バルブ１１６ａ、１１６ｃ、１４６ａ、１７４ｂを開弁する。制御部２００は、流量調整弁１６６を開弁して開度を調整する。
　そうすると、ブロワ１１２によって供給された気体に加えて、低温槽１６０（低温収容部１６０ａ）から排気された気体が加熱室１２０に供給される。つまり、気体供給部１１０は、低温槽１６０に貯留された固体粒子に気体を通過させた後、気体を第１熱交換器１３０に供給する。これにより、低温槽１６０で予熱された気体を第１熱交換器１３０に供給することができる。したがって、気体供給部１１０は、低温収容部１６０ａに収容された固体粒子が回収しきれなかった、第１熱交換器１３０から排出された気体が有する熱を回収することが可能となる。
［第６の変形例］
　上記実施形態の放熱モードにおいて、固体粒子は、高温槽１５０からのみ第１熱交換器１３０に供給される構成を例に挙げて説明した。しかし、第１熱交換器１３０には、他の構成から固体粒子が供給されてもよい。
　図９は、第６の変形例にかかる放熱モードにおける制御部２００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９中、放熱モードにおいて利用されない構成を省略する。
　第６の変形例の放熱モードにおいて、制御部２００は、バルブ１１６ａ、１４６ａ、１７４ｂを閉弁する。制御部２００は、加熱器１２４を停止する。また、図９に示すように、制御部２００は、バルブ１１６ｂ、１１６ｃ、１４６ｂ、１７４ａを開弁し、流量調整弁１５６、１６６を開弁して開度を調整する。制御部２００は、ブロワ１１２、１１６ｄ、流体供給部１９２を駆動する。つまり、第６の変形例の制御部２００は、放熱モードにおいて、高温槽１５０に貯留された固体粒子に加えて、低温粒子供給部１６２を制御して低温槽１６０から第１熱交換器１３０に固体粒子を供給する。
　また、制御部２００は、第１熱利用機器１８０の要求温度および要求流量に基づいて、流量調整弁１５６、１６６の開度を調整する。具体的に説明すると、ブロワ１１２が第１熱利用機器１８０の要求流量で気体を供給し、高温槽１５０に貯留された第２温度の固体粒子および低温槽１６０に貯留された第４温度の固体粒子で気体を加熱する場合に、気体を第３温度に加熱するための、第２温度の固体粒子の量、および、第４温度の固体粒子の量が決定される。したがって、制御部２００は、決定された量の第２温度の固体粒子が、第１熱交換器１３０に供給されるように流量調整弁１５６の開度を調整する。また、制御部２００は、決定された量の第４温度の固体粒子が、第１熱交換器１３０に供給されるように流量調整弁１６６の開度を調整する。
　このように、放熱モードにおいて、制御部２００が、高温槽１５０および低温槽１６０から第１熱交換器１３０に固体粒子を供給することにより、高温槽１５０からのみ固体粒子を供給する場合と比較して、固体粒子の供給時間を延長することができる。つまり。第１熱交換器１３０は、固体粒子と気体とを熱交換させる時間を延長することが可能となる。したがって、気体送出部１７０は、第１熱利用機器１８０に第３温度の気体を長時間供給することができる。これにより、第１熱利用機器１８０は、長時間運転することが可能となる。
　以上、添付図面を参照しながら一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。
　例えば、上述した実施形態において、気体供給部１１０が供給する気体として、空気を例に挙げて説明した。しかし、気体供給部１１０が供給する気体に限定はない。気体供給部１１０は、例えば、二酸化炭素や燃焼排ガスを供給してもよい。
　また、上記実施形態において、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１３０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。
　また、上記実施形態において、第１熱交換器１３０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（空気）は、第１熱交換器１３０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（空気）は、第１熱交換器１３０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。
　また、上記実施形態において、流体供給部１９２が、第２熱交換器１９０によって熱交換された流体を第２熱利用機器１９４に供給する場合を例に挙げて説明した。しかし、流体供給部１９２は、第２熱交換器１９０によって熱交換された流体を第２熱利用機器１９４に代えて、または、加えて、第１熱利用機器１８０に供給してもよい。
　また、上記実施形態において、低温槽１６０が流動層として固体粒子を貯留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気体を予熱することができる。しかし、低温槽１６０は、固体粒子を貯留できれば構成に限定はない。低温槽１６０は、例えば、ホッパであってもよい。また、低温槽１６０が移動層として固体粒子を貯留してもよい。
　また、上記実施形態において、高温槽１５０がホッパである場合を例に挙げて説明した。これにより、高温の固体粒子の放熱を抑制することができる。しかし、高温槽１５０は、固体粒子を貯留できれば構成に限定はない。高温槽１５０は、例えば、低温槽１６０と同様に、流動層として固体粒子を貯留する構成であってもよい。
　また、上記実施形態において、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。
　また、上記実施形態において、蓄エネルギー装置１００がブロワ１１６ｄを備える構成を例に挙げて説明した。しかし、ブロワ１１６ｄは、必須の構成ではない。例えば、放熱モードにおいて、制御部２００は、ブロワ１１６ｄを駆動させずともよい。また、蓄エネルギー装置１００は、配管１１４ｃに接続され、ブロワ１１６ｄを迂回するバイパス管を備えてもよい。この場合、蓄熱モードにおいて、制御部２００は、気体の通過経路を、ブロワ１１６ｄを通過する経路とする。また、放熱モードにおいて、制御部２００は、気体の通過経路を、バイパス管を通過する経路とする。
　また、上記実施形態の放熱モードにおいて、制御部２００が、第１熱利用機器１８０の要求温度および要求流量に基づいて、流量調整弁１５６の開度を調整する構成を例に挙げて説明した。しかし、制御部２００は、第１熱利用機器１８０の要求温度に基づいて、流量調整弁１５６の開度を調整してもよい。同様に、第６の変形例において、制御部２００は、第１熱利用機器１８０の要求温度に基づいて、流量調整弁１５６、１６６の開度を調整してもよい。
　また、上記第３の変形例において、副配管が２つ設けられる構成を例に挙げて説明した。しかし、副配管の数に限定はない。副配管は、互いに管径が異なればよい。
　また、蓄エネルギー装置１００は、加熱器１２４、４２４、５２４、６２４のうち、１または複数を備えればよい。
　本開示は、蓄エネルギー装置に利用することができる。
１００：蓄エネルギー装置　１１０：気体供給部　１２４、４２４、５２４、６２４：加熱器　１３０：第１熱交換器　１４０：固気分離器　１５０：高温槽　１５２：高温粒子供給部　１６０：低温槽　１６０ａ：低温収容部　１６０ｂ：風箱（流動化気体供給部）　１６２：低温粒子供給部　１８０：第１熱利用機器　１９０：第２熱交換器　１９２：流体供給部　１９４：第２熱利用機器　２００：制御部　３３２：主配管（配管）　３３２ａ、３３４ａ、３３６ａ：バルブ　３３４、３３６：副配管（配管）

Claims (13)

  1. 　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、前記気体供給口より上方から固体粒子が供給され、前記気体と前記固体粒子とを熱交換する第１熱交換器と、
    　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送出され前記第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、電力を消費して加熱する加熱器と、
    　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および低温槽と、
    　前記固気分離器によって分離された前記気体が有する熱エネルギーを利用する第１熱利用機器と、
    　前記高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高温粒子供給部と、
    　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、
    を備える蓄エネルギー装置。
  2. 　前記気体供給部、前記加熱器、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、所定の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、前記加熱器を駆動し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する請求項１に記載の蓄エネルギー装置。
  3. 　前記制御部は、前記蓄熱モードにおいて、所定の余剰電力量に基づいて、前記低温粒子供給部が供給する前記固体粒子の量を調整する請求項２に記載の蓄エネルギー装置。
  4. 　前記気体供給部は、前記蓄熱モードにおいて、前記低温槽に貯留された前記固体粒子に前記気体を通過させた後、前記気体を前記第１熱交換器に供給する請求項２または３に記載の蓄エネルギー装置。
  5. 　前記気体供給部、前記加熱器、および、前記高温粒子供給部を制御する制御部を備え、
    　前記制御部は、所定の放熱モードにおいて、前記加熱器を停止し、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、前記高温粒子供給部を制御して前記高温槽から前記第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し、前記固気分離器によって分離された前記気体を前記第１熱利用機器に供給する請求項１から４のいずれか１項に記載の蓄エネルギー装置。
  6. 　前記気体供給部は、前記放熱モードにおいて、前記低温槽に貯留された前記固体粒子に前記気体を通過させた後、前記気体を前記第１熱交換器に供給する請求項５に記載の蓄エネルギー装置。
  7. 　前記制御部は、
    　前記放熱モードにおいて、前記第１熱利用機器によって要求されるガスの要求温度に基づいて、前記高温粒子供給部が供給する前記固体粒子の量を調整する請求項５または６に記載の蓄エネルギー装置。
  8. 　前記制御部は、前記放熱モードにおいて、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する請求項５から７のいずれか１項に記載の蓄エネルギー装置。
  9. 　前記高温粒子供給部および前記低温粒子供給部のいずれか一方または両方は、
    　通過する固体粒子の流量が互いに異なる複数の配管と、
    　前記複数の配管それぞれに設けられたバルブと、
    を有し、
    　前記制御部は、前記複数のバルブそれぞれを開閉制御する請求項３または７に記載の蓄エネルギー装置。
  10. 　前記低温槽は、
    　前記固体粒子を収容する低温収容部と、
    　前記低温収容部の底面または下部から流動化気体を供給する流動化気体供給部と、
    を備える請求項１から９のいずれか１項に記載の蓄エネルギー装置。
  11. 　前記加熱器は、前記第１熱交換器の壁、および、前記第１熱交換器内のいずれか一方または両方に設けられる請求項１から１０のいずれか１項に記載の蓄エネルギー装置。
  12. 　前記固気分離器によって分離された前記固体粒子と流体とを熱交換する第２熱交換器と、
    　前記第２熱交換器によって熱交換された前記流体を、前記第１熱利用機器および第２熱利用機器のいずれか一方または両方に供給する流体供給部と、
    を備え、
    　前記低温槽は、前記第２熱交換器によって熱交換された前記固体粒子を貯留する請求項１から１１のいずれか１項に記載の蓄エネルギー装置。
  13. 　前記加熱器は、再生可能エネルギーを利用した発電システム、および、タービン発電機を利用した発電システムのいずれか一方または両方で生成された電力を消費する請求項１から１２のいずれか１項に記載の蓄エネルギー装置。
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