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公開番号2025073846
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-05-13
出願番号2023184955
出願日2023-10-27
発明の名称ポンプ式蓄熱バッテリー
出願人三菱重工業株式会社
代理人個人,個人,個人,個人,個人
主分類H02J 15/00 20060101AFI20250502BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】さらに高い効率で運転することが可能なポンプ式蓄熱バッテリーを提供する。
【解決手段】ポンプ式蓄熱バッテリーは、圧縮機と、タービンと、圧縮機の吐出側とタービンの入口側とを接続する第一流路と、蓄熱槽と、タービンの排気側と圧縮機の入口側とを接続する第二流路と、蓄冷槽と、圧縮機と同軸に接続された電動機と、タービンと同軸に接続された発電機と、作動流体の流れ方向を制御する切替部と、圧縮機、及びタービンの回転数をそれぞれ独立して調節する回転数調節部と、を備え、切替部は、圧縮機から吐出される作動流体が、蓄熱槽を経てタービンの入口側に流れ、タービンを駆動した後、蓄冷槽を経て圧縮機の入口側に流れ込む充電状態と、圧縮機から吐出された作動流体が、蓄熱槽を経て高温高圧となった状態でタービン及び発電機を駆動し、蓄冷槽を経て圧縮機の入口側に流れ込む発電状態とを切り替える。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
作動流体を圧縮する圧縮機と、
該圧縮機とは独立して設けられ、前記圧縮された作動流体によって駆動するタービンと、
前記圧縮機の吐出側と前記タービンの入口側とを接続することで前記作動流体が流れる第一流路と、
該第一流路上に設けられた蓄熱槽と、
前記タービンの排気側と前記圧縮機の入口側とを接続することで前記作動流体が流れる第二流路と、
該第二流路上に設けられた蓄冷槽と、
前記圧縮機と同軸に接続された電動機と、
前記タービンと同軸に接続された発電機と、
前記作動流体の流れ方向を制御する切替部と、
前記圧縮機、及び前記タービンの回転数をそれぞれ独立して調節する回転数調節部と、
を備え、
前記切替部は、
前記電動機によって駆動された前記圧縮機から吐出される前記作動流体が、前記蓄熱槽を経て前記タービンの入口側に流れ、該タービンを駆動した後、前記蓄冷槽を経て前記圧縮機の入口側に流れ込む充電状態と、
前記圧縮機から吐出された前記作動流体が、前記蓄熱槽を経て高温高圧となった状態で前記タービン及び前記発電機を駆動し、前記蓄冷槽を経て前記圧縮機の入口側に流れ込む発電状態とを切り替えるポンプ式蓄熱バッテリー。
続きを表示（約 500 文字）【請求項２】
前記タービンの回転数は、前記充電状態よりも前記発電状態の方が大きい請求項１に記載のポンプ式蓄熱バッテリー。
【請求項３】
前記回転数調節部は、前記タービンの効率が予め定められた最適値となるタービン修正流量を実現するタービン修正回転数で前記タービンを駆動する請求項１又は２に記載のポンプ式蓄熱バッテリー。
【請求項４】
前記圧縮機の回転数は、前記充電状態よりも前記発電状態の方が小さい請求項１又は２に記載のポンプ式蓄熱バッテリー。
【請求項５】
前記回転数調節部は、前記圧縮機の効率が予め定められた最適値となる圧縮機修正流量を実現し、かつサージ限界以下となる圧縮機修正回転数で前記圧縮機を駆動する請求項１又は２に記載のポンプ式蓄熱バッテリー。
【請求項６】
前記圧縮機、及び前記タービンは、それぞれ１つずつのみ設けられている請求項１又は２に記載のポンプ式蓄熱バッテリー。
【請求項７】
前記電動機を駆動する電力は、他の発電設備の余剰電力によって賄われる請求項１又は２に記載のポンプ式蓄熱バッテリー。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、ポンプ式蓄熱バッテリーに関する。
続きを表示（約 1,900 文字）【背景技術】
【０００２】
効率的な発電プラントの一例として、下記特許文献１に記載されたものや、ポンプ式蓄熱バッテリーの実用化が期待されている。ポンプ式蓄熱バッテリーは、モータと、２つの圧縮機と、２つのタービンと、蓄熱槽と、蓄冷槽と、を主に備える。充電状態では、モータで圧縮機を駆動して高温高圧の空気を生成し、この空気の熱を蓄熱槽に貯留する。その後、蓄熱槽を通過した空気はタービンの駆動に用いられることで膨張し、低温状態となる。この低温の空気が蓄冷槽を通過することで、冷熱が当該蓄冷槽に貯留される。他方で、発電状態では、発電用の圧縮機を駆動して高圧空気を生成した後、上記の蓄熱槽を通過させることで、当該空気をさらに高温高圧状態とする。この高温高圧の空気によって発電用のタービンを駆動し、軸端に接続された発電機によって発電することが可能とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２００２－２４２６９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来のポンプ式蓄熱バッテリーでは、上記のように２つずつの圧縮機とタービンが必要となるため、建造コストやメンテナンスコストの増大を招いていた。さらに、発電状態と充電状態とを問わず、効率の良い回転数は、圧縮機とタービンとで異なる。このため、圧縮機とタービンとを同軸で接続して駆動することは、プラント全体としての効率低下の原因になってしまう。
【０００５】
本開示は上記課題を解決するためになされたものであって、さらに高い効率で運転することが可能なポンプ式蓄熱バッテリーを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本開示に係るポンプ式蓄熱バッテリーは、作動流体を圧縮する圧縮機と、該圧縮機とは独立して設けられ、前記圧縮された作動流体によって駆動するタービンと、前記圧縮機の吐出側と前記タービンの入口側とを接続することで前記作動流体が流れる第一流路と、該第一流路上に設けられた蓄熱槽と、前記タービンの排気側と前記圧縮機の入口側とを接続することで前記作動流体が流れる第二流路と、該第二流路上に設けられた蓄冷槽と、前記圧縮機と同軸に接続された電動機と、前記タービンと同軸に接続された発電機と、前記作動流体の流れ方向を制御する切替部と、前記圧縮機、及び前記タービンの回転数をそれぞれ独立して調節する回転数調節部と、を備え、前記切替部は、前記電動機によって駆動された前記圧縮機から吐出される前記作動流体が、前記蓄熱槽を経て前記タービンの入口側に流れ、該タービンを駆動した後、前記蓄冷槽を経て前記圧縮機の入口側に流れ込む充電状態と、前記圧縮機から吐出された前記作動流体が、前記蓄熱槽を経て高温高圧となった状態で前記タービン及び前記発電機を駆動し、前記蓄冷槽を経て前記圧縮機の入口側に流れ込む発電状態とを切り替える。
【発明の効果】
【０００７】
本開示によれば、さらに高い効率で運転することが可能なポンプ式蓄熱バッテリーを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
本開示の実施形態に係るポンプ式蓄熱バッテリーの構成を示す模式図である。
本開示の実施形態に係る圧縮機の修正流量と圧力比、及び効率の関係を示すグラフである。
本開示の実施形態に係るタービンの修正流量と膨張比、及び効率の関係を示すグラフである。
本開示の実施形態に係る圧縮機とタービンの充電状態と発電状態における回転数、入口温度、及び修正回転数の関係を示す表である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本開示の実施形態に係るポンプ式蓄熱バッテリー１について、図１から図４を参照して説明する。
【００１０】
（ポンプ式蓄熱バッテリーの構成）
このポンプ式蓄熱バッテリー１は、例えば風力発電設備や太陽光発電設備で生じた余剰電力を用いて発電を行う装置である。図１に示すように、ポンプ式蓄熱バッテリー１は、圧縮機１０と、タービン１１と、第一流路１２と、蓄熱槽１３と、第二流路１４と、蓄冷槽１５と、電動機１６と、発電機１７と、インバータ１８と、切替部１９と、回転数調節部２０と、を備えている。
（【００１１】以降は省略されています）

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