JP2004138043A

JP2004138043A - Electric-power storage system

Info

Publication number: JP2004138043A
Application number: JP2003074616A
Authority: JP
Inventors: Kenji Hosoyama; 細山　謙二; Kiyoshi Yamano; 山野　清; Hideo Abe; 安倍　日出夫
Original assignee: SFC KK
Current assignee: SFC KK
Priority date: 2002-08-22
Filing date: 2003-02-12
Publication date: 2004-05-13

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electric-power storage system for efficiently storing dump power as thermal energy by using a heat-reservoir made of a metal. <P>SOLUTION: A heat reservoir 1 made of iron is heated by a heating means to high temperature by application of dump power generated at midnight, or on holidays. The heated heat-reservoir 1 is held in a thermal-storage tank 10. The power is taken out as thermal energy by using a medium 4 passing through a channel formed in the reservoir 1 at times when the power consumption reaches a peak in the daytime. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、商用電力において、夜間電力と昼間電力との平準化を図るため、夜間や休日などの電力を熱エネルギーに変換して貯蔵しておき、昼間のピーク電力発生時などに熱エネルギーを使用する電力の貯蔵システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の電力の貯蔵システムとして最も代表的なものとしては、揚水発電所がある。この揚水発電所は、夜間にダムへ水をポンプで汲み上げ、日中の電力消費量の多い時間帯にダムの水で水車発電機を運転して発電を行うものである。
【０００３】
また、理論的に最も効率の良い電力の貯蔵システムは、超伝導マグネットを使用したシステムである。このシステムは、電気抵抗ゼロの超伝導コイルで作ったマグネットに電流を流して磁気エネルギーとして貯蔵しておき、必要に応じて負荷を接続して電力として取り出すものである。
【０００４】
さらに、最も一般的で安価であり、一般の家庭にも普及している形態は、図７に示すように、余剰の深夜電力を利用する電気ヒータ式の給温水装置よりお湯を沸かして温水とし、この温水を専用の保温槽に貯蔵し、風呂や洗濯、家事などの温水として使用される深夜電力利用電気温水器である。このシステムは、水は比熱が大きく、流体であるためその取扱いが簡単であること、保温の温度が低いために外気との温度差が小さく、発砲スチロールなどの簡易な断熱方法で外部に失われる熱損失を小さく押さえることが可能であり、コスト安価で手軽に採用することができるものである。また、このシステムに使用される給温水装置１５０は、構造を簡略化するために、保温槽１５１の周囲に電気ヒータ１５２を取り付け、所定の温度まで加温して保温するようになっている。そして、温水を使用する場合には、保温槽の上部の取り出し口１５３より取り出して使用する。また、給水は保温槽の下部の給水口１５４より水道からの冷水が供給されるようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の電力の貯蔵システムとしての揚水発電所においては、山間部にダムを築いて行われるので、規模が大きく、立地条件に制限があり、建設期間長く建設費用も莫大になるので、簡単に実現できるものではなかった。
【０００６】
また、超伝導コイルを使用したシステムは、変換効率が９０％以上と、確かに理論的に優れたシステムであるが、実際にこのシステムを作る場合には、超伝導コイルの製作やこの超伝導コイルを絶対零度（−２７３°Ｃ）近くまで冷却するためのヘリウム冷凍機を必要とし、技術的に困難であるとともにその設備には膨大な費用がかかり、簡単には実現できないという問題があった。
【０００７】
さらに、給温水装置においては、保温槽の下部の給水口より水道からの自動的に冷水が供給されるようになっているので、保温槽の内部には温水と冷水が共存し、温水の温度が低下するという問題があった。さらに、この給温水装置を使用する場合において、最初は保温槽から蛇口まで間に溜まっていた冷水が出てしまうという問題もあった。そこで、この問題を解決する手段として、保温の温度を水の沸点（１００°Ｃ）近くに設定する方法もあったが、本質的に改善されるものではなかった。
【０００８】
すなわち、熱エネルギーを貯蔵する場合には、熱力学のカルノーサイクルの原理より、その熱エネルギーを貯蔵する媒体の温度が高ければ高いほどその効率が高くなる。従って、質の良い熱エネルギーとして貯蔵するためには保温槽の温度を高温に設定することが重要となる。保温槽の熱エネルギーＱでカルノーサイクルを運転して仕事のエネルギーＷを取り出すことを考えると、熱力学的に仕事として取り出される割合（回収効率η）は保温槽の温度と外気の温度で決定される。各温度での回収効率ηを下記に示す。

【０００９】
ところが、水を媒体とするシステムは、上限温度が水の沸点温度１００°Ｃに押さえられるので、極めて効率の悪いシステムということになる。そこで、媒体の温度を高くするためには、水以外の物質が考えられる。水と比較的入手可能な物質として、鉄、銅、鉛を比較したものが下記データである。

【００１０】
水の場合は１００°Ｃで沸騰するため、温度を１００°Ｃ以上にすることは非常に困難であるが、金属の場合は融点まで熱エネルギーを貯蔵することが可能となり、比熱が小さくとも効率的に熱にエネルギーを貯蔵することができる。
このデータによれば、鉄の比熱は水に比べて１／１０と小さいが、密度が大きいので単位体積当たりの熱量は水に比べてほぼ８０％となる。ところが、この鉄を使用して３００°Ｃで保温した場合は、１００°Ｃで保温した場合より２，４倍効率良く貯蔵できるため、ほぼ水の２倍の熱にエネルギーを貯蔵することができることになる。
【００１１】
本発明は上述した従来の問題点に鑑みなされたもので、鉄を使用して、極めて効率良く電力を熱エネルギーとして貯蔵できる電力の貯蔵システムを提供するものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の電力の貯蔵システムは、蓄熱体を電力使用した加熱手段で高温に加熱し、加熱した前記蓄熱体を蓄熱槽内に保持し、必要に応じて媒体を使用し前記蓄熱体より熱エネルギーとして取り出すことを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明の蓄熱体は、金属材料の鉄で球状に形成され、内部に前記媒体の流路が設けられるとともに多重構造を持ち、中心部の蓄熱体が最も温度が高く保温されることを特徴としている。
【００１４】
また、本発明の加熱手段は電熱ヒータとし、前記中心部の蓄熱体に取り付けられていることを特徴とし、前記媒体は不活性ガスまたは水であることを特徴とするものである。
【００１５】
また、本発明の電力の貯蔵システムは、外殻と内殻により真空層と大気で二重に断熱された蓄熱槽内に鉄製の蓄熱体が配置され、前記鉄製の蓄熱体を電力により加熱手段を使用して高温に加熱し、加熱した蓄熱体を蓄熱槽内に保持し、必要に応じて前記蓄熱体に形成された流路を通過する媒体を使用して熱エネルギーとして取り出すことを特徴とするものである。
【００１６】
また、本発明の電力の貯蔵システムにおける鉄製の蓄熱体は、円盤状に形成されたコアに媒体の流路孔と電熱ヒータの貫通孔が設けられ、複数段積層される構成としている。
【００１７】
また、本発明の電力の貯蔵システムは、鉄製の蓄熱体を深夜または休日の電力を使用して高温に加熱し、加熱した蓄熱体を蓄熱槽内に保持し、昼間の電力消費量のピーク時に前記蓄熱体に形成された流路を通過する媒体を使用して熱エネルギーとして取り出す構成としてもよい。
【００１８】
また、本発明の電力の貯蔵システムは、鉄製の蓄熱体を深夜または休日の電力を使用して高温に加熱し、加熱した蓄熱体を蓄熱槽内に保持し、昼間の電力消費量のピーク時に前記蓄熱体に形成された流路を通過する水を使用して蒸気として取り出し、前記蒸気でタービンを回して発電することもできる。
【００１９】
また、本発明の電力の貯蔵システムは、鉄製の蓄熱体を深夜または休日の電力を使用して高温に加熱し、加熱した蓄熱体を蓄熱槽内に保持し、昼間の電力消費量のピーク時に前記蓄熱体に形成された流路を通過する不活性ガスを使用して熱エネルギーとして取り出し、前記不活性ガスを熱交換器を使用して水を蒸気に変換し、前記蒸気でタービンを回して発電することを特徴としている。
【００２０】
さらに、本発明の電力の貯蔵システムは、鉄製の蓄熱体を深夜または休日の電力を使用して高温に加熱し、加熱した蓄熱体を蓄熱槽内に保持し、必要に応じて前記蓄熱体に形成された流路を通過する水を使用して蒸気として取り出し、前記蒸気は混合器に送られて冷水と混合され、所定の温水がつくられることを特徴とするものである。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明に係る電力の貯蔵システムの実施の形態を図に基づいて説明する。図１は本発明に係る電力の貯蔵システムの第１の実施の形態を示すブロック構成図、図２は本発明に係る電力の貯蔵システムの第２の実施の形態を示すブロック構成図、図３は本発明に係る電力の貯蔵システムの第３の実施の形態を示すブロック構成図、図４は本発明に係る電力の貯蔵システムの第４の実施の形態を示すブロック構成図である。
【００２２】
本発明の第１の実施の形態を示す電力の貯蔵システムＡは、図１に示すように、鉄製の蓄熱体１，２，３を深夜または休日の電力により加熱手段４を使用して高温に加熱し、加熱した蓄熱体１，２，３を蓄熱槽１０内に保持し、昼間の電力消費量のピーク時に前記蓄熱体１，２，３に形成された流路１ａ，２ａ，３ａを通過する媒体４である水を使用して蒸気として取り出し、前記蒸気でタービン５を回して、タービン５に直結した発電機６を回し発電する構成としたものである。また、この電力の貯蔵システムＡは、タービン５を回した蒸気を回収するための復水器７が備えられ、復水器７により蒸気から冷水にされた水は循環ポンプ８にて循環される。
【００２３】
この電力の貯蔵システムＡに使用される蓄熱体は、図１に示すように、蓄熱体１，２，３からなる多重構造の蓄熱体であり、蓄熱体１，２，３のそれぞれその間には耐火レンガなどからなる公知の断熱層１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，が設けられており、全体で蓄熱槽１０を構成している。また、それぞれの蓄熱体１，２，３には、内部に媒体４である水の通る流路１ａ，２ａ，３ａが形成されている。
【００２４】
中心部の蓄熱体１はほぼ球体に形成され、この蓄熱体１の内部に加熱用の電熱ヒータ９が埋め込まれている。蓄熱体２，３は球形の外殻構造を形成しており、蓄熱体１と蓄熱体２の間、蓄熱体２と蓄熱体３の間および蓄熱体３と外側ケース１０ｄの間は断熱層が形成されている。そのため、蓄熱体１，２，３および外側ケース１０ｄの間には、機械的に支持するために断熱部材の耐火レンガなどが配置されている。
【００２５】
また、この電力の貯蔵システムＡは、媒体４として水の代わりにヘリウム、窒素などの不活性ガスを使用することもできる。この不活性ガスを使用する場合は装置としての復水器７が不要となる。
【００２６】
このように構成された電力の貯蔵システムＡにおける蓄熱槽１０は、多層構造であり、中心に最も温度の高い蓄熱体１を配置し、この蓄熱体１を取り囲んで外殻構造の蓄熱体２，３を順次配置する。中心の蓄熱体１には電気ヒータ９が取り付けられて電力が供給され、加熱されて昇温し高温になる。すると、熱輻射や伝導により断熱層を通して外部に流出する熱流は、蓄熱体１の外側に配置された蓄熱体２，３により順次吸収され、平衡な温度分布となり落ち着くものである。これらの蓄熱体１，２，３に貯蔵された熱エネルギーは、循環ポンプ８により供給される冷水を順次加熱して高温高圧の水蒸気に変えるものである。このように、蓄熱体を多重構造にすることにより、高い温度の電力の貯蔵システムが可能となる。
【００２７】
従って、この電力の貯蔵システムＡに使用される蓄熱槽１０は、超伝導に用いられるクライオスタットのような高度の多層真空断熱構造は必要なく、一般的な耐火レンガやセラミックを使用した断熱構造でもよい。それも、中心側の断熱層に使用すればよく、外側の断熱層においては、それほど高い耐熱温度が要求されないので、一般的な耐熱性の断熱材が使用できるものである。よって、蓄熱槽１０は、非常にコストが廉価にできるので、システム全体もコストが安価となる。
【００２８】
この蓄熱体を保温温度を７００°Ｃとすると、鉄１ｍ^３当たり貯蔵される熱エネルギーＱは次式で示される。
Ｑ＝３４６０ｋＪ／Ｋ×６００Ｋ＝２０７６ＭＪ・・・（１）式
但し温度差７００−１００＝６００（Ｋ）
この熱エネルギーＱは電力に換算すると５７７ｋＷｈｒとなり、４８ｋＷの出力で１２時間分に相当するものである。
【００２９】
また、上述した電力の貯蔵システムを使用して、例えば代表的な電力の貯蔵システムである揚水発電の揚水に使用した場合を想定する。
１ｍ^３の水を３０ｍの高さに揚水する場合のエネルギーは次式で示される。
１０００×９．８×３０Ｊ＝０．２９４ＭＪ　・・・（２）式
従って、
（１）式／（２）式＝２０７６／０．２９４＝７０６０（ｍ^３）
となる。
この水量を１２時間使用する１分当たりの揚水量に計算すると、
７０６０ｍ^３／１２ｈｒ／６０ｍｉｍ＝９．８ｍ^３／ｍｉｎ
となる。
【００３０】
また、図２に示す電力の貯蔵システムＢは、上述した電力の貯蔵システムＡの一次媒体４に不活性ガスを使用するとともに熱交換器１１を使用して二次媒体１２の水を加熱するものである。この電力の貯蔵システムＢは、上述した電力の貯蔵システムＡより大規模で高性能なシステムにする場合に使用されるもので、蓄熱体１，２，３を７００°以上の高温に加熱する場合に使用するもので、その場合には一次媒体４に水を使用すると急激に膨張して水蒸気爆発を起こす心配があるので一次媒体４に不活性ガスを使用するものである。
【００３１】
次に、図３に示す電力の貯蔵システムＣは、小型で家庭でも使用できるようにしたもので、鉄製の蓄熱体２１の周囲を断熱真空層２２が設けられた蓄熱槽２０を備え、深夜または休日の電力により加熱手段の電気ヒータ２３を使用して蓄熱体２１を高温に加熱し、加熱した蓄熱体２１を蓄熱槽２０に保持し、必要に応じてこの蓄熱体２１に形成された流路２１ａを通過する媒体２４の水を使用して蒸気として取り出し、この蒸気は混合器２５に送られて冷水と混合され、所定の温水２６がつくられるようにしたものである。
【００３２】
このように構成された電力の貯蔵システムＣは、鉄の蓄熱体の保温温度を３００°Ｃに設定すると、水を媒体とする蓄熱体（最高温度１００°Ｃ）に比較すると、質の良いエネルギーとして貯蔵できるものである。ちなみに、計算を単純化するために、０，５ｍ×０，５ｍ×２ｍ＝０，５ｍ^３の鉄の蓄熱体を考えると、この重量は４３００Ｋｇとなり、単位温度あたりの熱容量は１７３０ｋＪ（キロジュール）／Ｋとなる。この蓄熱体を１００°Ｃから３００°Ｃに加熱するには、温度差ΔＴ＝２００Ｋであるから、必要なエネルギーは２４６ＭＪ（メガジュール）となり、電力に換算すると９６ｋＷｈｒ（キロワットアワー）となる。これは、１２ｋＷｋヒータで８時間連続で加熱した熱量に相当する。
【００３３】
また、参考のため、容量が約２５０Ｌの風呂を沸かす（１５°Ｃから４５°Ｃ）ための必要エネネギーを計算すると、２１ＭＪとなり、必要な電力は５，８ｋＷとなる。これは２ｋＷのヒータで約３時間の加熱に相当する。さらに、追い炊きする場合を考えると、５°Ｃの昇温に必要な熱量は５，３ＭＪ（１，５ｋＷｈｒ）となり、これは１辺が２０ｃｍの鉄の立方体（重量約６４ｋｇ）で３００°Ｃから１００°Ｃの温度差の熱量に相当する。すなわち、この程度の蓄熱体を風呂に内蔵することにより追い炊きが可能となるものである。
【００３４】
上述のように構成された電力の貯蔵システムＣは、小型の電力の貯蔵システムとすることが可能となり、従来の深夜電力利用の電気温水器よりも効率良く電力の貯蔵ができるものである。そして、鉄の蓄熱体の温度は、最高３００°Ｃであるため、使用する蓄熱槽は高価な断熱材を使用する必要がないので、コストを安価にできるものである。
【００３５】
さらに、図４に示す電力の貯蔵システムＤは、セントラルヒーティングシステムなど用いられるもので、中央の温水槽３０などから長い温水配管３１で温水が送られる洗面所などに設置されるものである。この電力の貯蔵システムＤは、前述した電力の貯蔵システムＣと同様の小型の蓄熱槽３２を備えたものである。温水配管３１の入り口には流量調節弁３３が設けられて、温水は蓄熱槽３２と混合器３４に分岐される。混合器３４の先には蛇口３５が取り付けられている。
【００３６】
上述のように構成された電力の貯蔵システムＤを洗面所などで使用する場合は、まず流量調節弁３４を開いて長い温水配管３１に停留した冷水を蓄熱槽３２に流し、所定の温度に加温して使用するものである。そして、蓄熱槽３２を使用しているうちに、中央の温水槽３０からの温水が洗面所に到達するので、その時点で流量調節弁３３を調整して蓄熱槽３２へ流れる水を止め、中央の温水槽３０からの温水をそのまま使用するものである。
【００３７】
このように構成された電力の貯蔵システムＤは、従来においては、洗面所などで使用する場合には、その使用が断続的であるため、中央の温水槽３０から送られる温水は長い温水配管３１に長時間停留し、蛇口３５を開き始めに出てくる冷水のかなりの量を流して捨ていたものを、蓄熱槽３２で加温して温水にすることができるので、捨てる必要がなくなり、貴重な水資源の有効活用に役立つものである。
【００３８】
また、図５に示す電力の貯蔵システムＥは、上述した電力の貯蔵システムＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄにおける蓄熱槽を蓄熱槽１００に変更したものである。この蓄熱槽１００は外殻１０１と内殻１０２の間に断熱真空層１０３を有しており、内殻１０２の内部に大気層１０４を介して蓄熱体１１０を配設したものである。
また、蓄熱体１１０には貫通して流路１０６が設けられており、加熱用の電熱ヒータ１０５が配設されている。この蓄熱体１１０は４本スタットボルト１０６により内殻１０２に固定されている。
【００３９】
外殻１０１はステンレス材料より形成されたもので、上下方向が丸みを帯びた円筒形に加工されている。下部には後述する支柱１０６をガイドする脚部１０８が形成され、台座１０９に取り付けられる。この外殻１０１の内壁は鏡面に仕上げられており、蓄熱体１１０をから漏れてくる輻射熱を反射して断熱効果をたかめている。内殻１０２もステンレス材料から形成されたもので、蓄熱体１１０を収納固定するため円筒形に加工されている。この内殻１０２は、内部に密閉された大気層１０４が加熱されて膨張しても、空気漏れなど発生しないような厚さ、強度を持つものである。
【００４０】
この内殻１０２を支持する支柱１０８は、ステンレス材料から形成されたもので、蓄熱体１１０と内殻１０２を支持し、蓄熱体１１０と内殻１０２からの熱が外部に漏れないように、十分な長さを持ち、しかも接合部には断熱材が取り付けられている。
【００４１】
また、蓄熱体１１０は、図６に示すように、円盤状に形成されたコア１１１に媒体の流路孔１１ａと電熱ヒータ１０５の貫通孔１１１ｂが設けられており、さらに、このコア１１１を複数段積層するためにスタットボルト１０７用の孔１１１ｃが４箇所形成されている。
【００４２】
このように構成された電力の貯蔵システムＥは、上述した電力の貯蔵システムＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄと同様に小型の電力の貯蔵システムとすることが可能となり、従来の深夜電力利用の電気温水器よりも効率良く電力の貯蔵ができるものである。そして、鉄の蓄熱体の温度を３００°Ｃにすれば、使用する蓄熱槽は高価な断熱材を使用する必要がないので、コストを安価にできるものであり、鉄の蓄熱体の温度を７００°Ｃにすれば、非常に効率の高い電力の貯蔵システムとすることができる。
【００４３】
【発明の効果】
以上のように、本発明の電力の貯蔵システムは、鉄製の蓄熱体を深夜または休日の電力により加熱手段を使用して高温に加熱し、加熱した蓄熱体を蓄熱槽内に保持し、昼間の電力消費量のピーク時に前記蓄熱体に形成された流路を通過する媒体を使用して熱エネルギーとして取り出す構成としたことにより、極めて効率良く電力を熱エネルギーとして貯蔵できるので、大規模なものはピーク発電所の代替えにも使用することができ、小規模なものは家庭用の電気温水器の代わりに使用できるので、極めて優れた電力の貯蔵システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電力の貯蔵システムの第１の実施の形態を示すブロック構成図である。
【図２】本発明に係る電力の貯蔵システムの第２の実施の形態を示すブロック構成図である。
【図３】本発明に係る電力の貯蔵システムの第３の実施の形態を示すブロック構成図である。
【図４】本発明に係る電力の貯蔵システムの第４の実施の形態を示すブロック構成図である。
【図５】本発明に係る電力の貯蔵システムの第５の実施の形態を示すブロック構成図である。
【図６】図５の電力の貯蔵システムに使用する蓄熱体を示す斜視図である。
【図７】従来の電力の貯蔵システムの給温水装置を示す正面図である。
【符号の説明】
Ａ　　　電力の貯蔵システム
Ｂ　　　電力の貯蔵システム
Ｃ　　　電力の貯蔵システム
Ｄ　　　電力の貯蔵システム
１　　　蓄熱体
２　　　蓄熱体
３　　　蓄熱体
４　　　媒体
５　　　タービン
６　　　発電機
７　　　復水器
８　　　循環ポンプ
９　　　電気ヒータ
１０　　　蓄熱槽
１１　　　熱交換器
２０　　　蓄熱槽
２１　　　蓄熱体
２２　　　断熱真空層
２３　　　電気ヒータ
２４　　　媒体
２５　　　混合器
２６　　　温水
３０　　　温水槽
３１　　　温水排水管
３２　　　蓄熱槽
３３　　　流量調節弁
３４　　　混合器
３５　　　蛇口
１００　　　蓄熱槽
１０１　　　外殻
１０２　　　内殻
１０３　　　断熱真空層
１０４　　　大気層
１０５　　　電熱ヒータ
１０６　　　流路
１０７　　　スタッドボルト
１０８　　　支柱
１０９　　　台座
１１０　　　蓄熱体
１１１　　　コア[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
In the present invention, in commercial power, in order to equalize nighttime power and daytime power, power at night or on holidays is converted into heat energy and stored, and the heat energy is used at the time of peak power generation during daytime. It relates to a power storage system to be used.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a pumping power plant is the most typical type of power storage system of this type. The pumped-storage power plant pumps water to the dam at night and generates electricity by operating a water turbine generator using the water from the dam during the daytime when power consumption is high.
[0003]
The theoretically most efficient power storage system is a system using a superconducting magnet. In this system, a current is supplied to a magnet made of a superconducting coil having zero electrical resistance and stored as magnetic energy, and if necessary, a load is connected to take out the power.
[0004]
In addition, the most common and inexpensive form, which is widely used in ordinary households, is to generate hot water by boiling hot water from an electric heater-type hot water supply device using surplus late-night power, as shown in FIG. This is an electric water heater using late-night power, which stores this hot water in a dedicated heat storage tank and is used as hot water for bathing, washing, housework and the like. In this system, water has a large specific heat and is easy to handle because it is a fluid.The temperature difference between the air and the outside air is small because the heat retention temperature is low, and it is lost to the outside by a simple heat insulation method such as styrene foam. The heat loss can be suppressed to a small value, and it can be easily adopted at a low cost. In order to simplify the structure, the hot water supply device 150 used in this system is provided with an electric heater 152 around a heat retaining tank 151 and is heated to a predetermined temperature to keep the temperature. When using hot water, the hot water is taken out from the outlet 153 at the top of the heat retaining tank and used. In addition, cold water is supplied from a water supply through a water supply port 154 at a lower portion of the heat retaining tank.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, the above-mentioned pumped storage power plant as a conventional power storage system is constructed by constructing a dam in the mountainous area, so the scale is large, the location is limited, the construction period is long, and the construction cost is enormous. It wasn't easy to achieve.
[0006]
Also, a system using a superconducting coil is certainly a theoretically superior system with a conversion efficiency of 90% or more. However, when actually making this system, it is necessary to manufacture a superconducting coil or use this superconducting coil. It requires a helium refrigerator to cool the coil to near zero (−273 ° C.), which is technically difficult, requires enormous cost for the equipment, and cannot be easily realized. .
[0007]
Furthermore, in the hot water supply device, cold water is automatically supplied from the tap water from the water supply port at the lower part of the heat retention tank, so that hot water and cold water coexist inside the heat retention tank, and the temperature of the hot water However, there was a problem that was reduced. Further, when using this hot water supply device, there is a problem that cold water accumulated between the heat retaining tank and the faucet is discharged at first. In order to solve this problem, there has been a method of setting the temperature for keeping the temperature close to the boiling point of water (100 ° C.), but it has not been essentially improved.
[0008]
That is, in the case of storing thermal energy, the higher the temperature of the medium storing the thermal energy is, the higher the efficiency is based on the principle of the Carnot cycle of thermodynamics. Therefore, it is important to set the temperature of the heat retaining tank to a high temperature in order to store the thermal energy as good quality. Considering that the Carnot cycle is operated with the thermal energy Q of the heat retaining tank to extract the energy W of the work, the ratio of thermodynamically extracted work (recovery efficiency η) is determined by the temperature of the heat retaining tank and the temperature of the outside air. You. The recovery efficiency η at each temperature is shown below.

[0009]
However, a system using water as a medium is an extremely inefficient system because the upper limit temperature is kept at 100 ° C. of the boiling point of water. Therefore, in order to increase the temperature of the medium, substances other than water are conceivable. The data below compares water, iron, copper, and lead as relatively available substances.

[0010]
Since water boils at 100 ° C, it is very difficult to raise the temperature to 100 ° C or higher. However, in the case of metal, thermal energy can be stored up to the melting point, and even if the specific heat is small, the efficiency is low. Energy can be stored in heat.
According to this data, the specific heat of iron is as small as 1/10 of that of water, but the heat per unit volume is almost 80% of that of water because of its high density. However, when this iron is used to keep the temperature at 300 ° C, it can be stored two to four times more efficiently than the case where the temperature is kept at 100 ° C, so that the energy can be stored in almost twice the heat of water. become.
[0011]
The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and has as its object to provide a power storage system capable of storing power as heat energy extremely efficiently using iron.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The electric power storage system of the present invention heats a heat storage body to a high temperature by heating means using electric power, holds the heated heat storage body in a heat storage tank, and uses a medium as necessary to generate heat energy from the heat storage body. It is featured to be taken out as.
[0013]
In addition, the heat storage element of the present invention is formed in a spherical shape with iron of a metal material, and has a multi-layered structure in which a flow path of the medium is provided inside, and that the heat storage element at the center is kept at the highest temperature. Features.
[0014]
Further, the heating means of the present invention is an electric heater, which is attached to the heat storage body at the central portion, and wherein the medium is an inert gas or water.
[0015]
Further, in the power storage system of the present invention, an iron heat storage element is disposed in a heat storage tank insulated by a vacuum layer and the atmosphere by an outer shell and an inner shell, and the iron heat storage element is heated by electric power. Heated to a high temperature using, holding the heated regenerator in the regenerator, and extracting it as thermal energy using a medium passing through a flow path formed in the regenerator as needed Is what you do.
[0016]
Further, the iron heat storage element in the power storage system of the present invention is configured such that a disc-shaped core is provided with a medium passage hole and a through hole of an electric heater, and is laminated in a plurality of stages.
[0017]
Further, the electric power storage system of the present invention heats an iron heat storage body to a high temperature using electric power at midnight or on holidays, holds the heated heat storage body in a heat storage tank, and stores the power consumption during daytime during peak hours. A configuration may be adopted in which a medium passing through a flow path formed in the heat storage body is used to extract heat energy.
[0018]
Further, the electric power storage system of the present invention heats an iron heat storage body to a high temperature using electric power at midnight or on holidays, holds the heated heat storage body in a heat storage tank, and stores the power consumption during daytime during peak hours. It is also possible to use water passing through a flow path formed in the heat storage body to take out as steam, and use the steam to turn a turbine to generate power.
[0019]
Further, the electric power storage system of the present invention heats an iron heat storage body to a high temperature using electric power at midnight or on holidays, holds the heated heat storage body in a heat storage tank, and stores the power consumption during daytime during peak hours. Using an inert gas passing through the flow path formed in the heat storage body to take out as thermal energy, converting the inert gas to water using a heat exchanger to steam, and turning a turbine with the steam It is characterized by generating electricity.
[0020]
Further, the electric power storage system of the present invention heats the iron heat storage element to a high temperature using electric power at midnight or holiday, holds the heated heat storage element in the heat storage tank, and stores the heat storage element in the heat storage element as necessary. It is characterized in that water passing through the formed flow path is taken out as steam using the steam, and the steam is sent to a mixer and mixed with cold water to produce predetermined hot water.
[0021]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
An embodiment of a power storage system according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of a power storage system according to the present invention. FIG. 2 is a block diagram showing a second embodiment of a power storage system according to the present invention. Is a block diagram showing a third embodiment of the power storage system according to the present invention, and FIG. 4 is a block diagram showing a fourth embodiment of the power storage system according to the present invention.
[0022]
As shown in FIG. 1, an electric power storage system A according to a first embodiment of the present invention uses

iron heating units

1, 2, and 3 at a high temperature using electric power at midnight or on holidays using a heating unit 4. The heated

heat storage bodies

1, 2, and 3 are held in the heat storage tank 10, and pass through the

flow paths

1a, 2a, and 3a formed in the

heat storage bodies

1, 2, and 3 at the peak of power consumption during daytime. In this configuration, water is used as the medium 4 to be taken out as steam, and the steam is used to turn the turbine 5, and the generator 6 directly connected to the turbine 5 is turned to generate power. Further, the electric power storage system A is provided with a condenser 7 for recovering the steam that has turned the turbine 5, and the water converted from the steam into cold water by the condenser 7 is circulated by the circulation pump 8. .
[0023]
As shown in FIG. 1, the heat storage element used in the electric power storage system A is a heat storage element having a multi-layered structure including

heat storage elements

1, 2, and 3, and each of the

heat storage elements

1, 2, and 3 has Known heat-insulating

layers

10a, 10b, and 10c made of refractory bricks or the like are provided, and constitute the heat storage tank 10 as a whole. In addition,

flow paths

1a, 2a, 3a through which water as the medium 4 passes are formed in the

heat storage bodies

1, 2, 3, respectively.
[0024]
The heat storage body 1 at the center is formed in a substantially spherical shape, and an electric heater 9 for heating is embedded in the heat storage body 1. The

heat storage bodies

2 and 3 form a spherical outer shell structure, and a heat insulating layer is provided between the heat storage body 1 and the heat storage body 2, between the heat storage body 2 and the heat storage body 3, and between the heat storage body 3 and the outer case 10d. Is formed. Therefore, between the

heat storage bodies

1, 2, 3 and the outer case 10d, a refractory brick or the like as a heat insulating member is arranged for mechanical support.
[0025]
Further, in the electric power storage system A, an inert gas such as helium or nitrogen can be used as the medium 4 instead of water. When this inert gas is used, the condenser 7 as a device becomes unnecessary.
[0026]
The heat storage tank 10 in the power storage system A configured as described above has a multilayer structure, in which a heat storage body 1 having the highest temperature is disposed at the center, and the heat storage body 2 having an outer shell structure is surrounded by the heat storage body 1. 3 are sequentially arranged. An electric heater 9 is attached to the central heat storage body 1 and electric power is supplied thereto. The electric power is heated and the temperature rises to a high temperature. Then, the heat flow that flows out through the heat insulating layer due to heat radiation or conduction is successively absorbed by the

heat storage units

2 and 3 disposed outside the heat storage unit 1, and the temperature distribution becomes calm with an equilibrium temperature distribution. The thermal energy stored in these

heat storage bodies

1, 2, and 3 is for sequentially heating cold water supplied by the circulation pump 8 to change it into high-temperature and high-pressure steam. As described above, by forming the heat storage body into a multiplex structure, a high-temperature power storage system can be realized.
[0027]
Therefore, the heat storage tank 10 used in the electric power storage system A does not require a high-level multilayer vacuum heat insulation structure such as a cryostat used for superconductivity, and may be a heat insulation structure using a general refractory brick or ceramic. . The heat insulating layer on the center side may be used, and the heat insulating layer on the outer side does not require a high heat resistance. Therefore, a general heat resistant heat insulating material can be used. Therefore, since the cost of the heat storage tank 10 can be extremely low, the cost of the entire system is also low.
[0028]
Assuming that the heat storage temperature of the heat storage body is 700 ° C., the thermal energy Q stored per m ^{3 of} iron is expressed by the following equation.
Q = 3460 kJ / K × 600 K = 2076 MJ Equation (1) where temperature difference 700−100 = 600 (K)
This thermal energy Q is 577 kWhr when converted to electric power, which is equivalent to 12 hours at an output of 48 kW.
[0029]
Further, it is assumed that the above-described power storage system is used, for example, for pumping of pumped storage power generation, which is a typical power storage system.
Energy in the case of pumping water 1 m ³ to a height of 30m is expressed by the following equation.
1000 × 9.8 × 30J = 0.294MJ (2)
Formula (1) / Formula (2) = 2076 / 0.294 = 7060 (m ³ )
It becomes.
Calculating this amount of water per minute for 12 hours,
7060m ^³ /12hr/60mim=9.8m ³ / min
It becomes.
[0030]
The power storage system B shown in FIG. 2 uses an inert gas as the primary medium 4 of the above-described power storage system A and heats the water of the secondary medium 12 using the heat exchanger 11. It is. This electric power storage system B is used when a large-scale and high-performance system is used as compared with the electric power storage system A described above, and when the

heat storage bodies

1, 2, and 3 are heated to a high temperature of 700 ° or more. In this case, when water is used as the primary medium 4, there is a concern that the water will expand rapidly and a steam explosion will occur, so an inert gas is used as the primary medium 4.
[0031]
Next, an electric power storage system C shown in FIG. 3 is small and can be used at home, and includes a heat storage tank 20 provided with an adiabatic vacuum layer 22 around a heat storage body 21 made of iron. The heat storage element 21 is heated to a high temperature by using the electric heater 23 of the heating means by electric power on a holiday, the heated heat storage element 21 is held in the heat storage tank 20, and the flow path formed in the heat storage element 21 as necessary. The water of the medium 24 passing through 21a is taken out as steam by using the water, and the steam is sent to a mixer 25 and mixed with cold water so that predetermined hot water 26 is produced.
[0032]
When the heat storage temperature of the iron heat storage unit is set to 300 ° C., the electric power storage system C configured as described above has better energy than the heat storage unit using water as a medium (maximum temperature: 100 ° C.). It can be stored as By the way, in order to simplify the calculation, when a heat storage material of 0.5 m × 0.5 m × 2 m = 0,5 m ³ is considered, the weight becomes 4300 Kg, and the heat capacity per unit temperature is 1,730 kJ (kilojoules). / K. In order to heat this regenerator from 100 ° C. to 300 ° C., the temperature difference ΔT = 200 K, so the required energy is 246 MJ (megajoules), which is 96 kWhr (kilowatt hour) in terms of electric power. This is equivalent to the amount of heat that was continuously heated for 8 hours with a 12 kWk heater.
[0033]
Also, for reference, if the required energy for boiling a bath having a capacity of about 250 L (from 15 ° C. to 45 ° C.) is calculated to be 21 MJ, the required power is 5.8 kW. This corresponds to about 3 hours of heating with a 2 kW heater. Considering the case of additional cooking, the amount of heat required to raise the temperature to 5 ° C is 5,3 MJ (1,5 kWhr), which is a cube of iron having a side of 20 cm (weight: about 64 kg) and 300 ° C. From 100 ° C. That is, by incorporating such a heat storage body in the bath, additional cooking can be performed.
[0034]
The electric power storage system C configured as described above can be a small electric power storage system, and can store electric power more efficiently than a conventional electric water heater that uses midnight electric power. Since the temperature of the iron heat storage body is 300 ° C. at the maximum, the heat storage tank to be used does not need to use an expensive heat insulating material, so that the cost can be reduced.
[0035]
Further, an electric power storage system D shown in FIG. 4 is used in a central heating system or the like, and is installed in a washroom where hot water is sent from a central hot water tank 30 or the like via a long hot water pipe 31. The electric power storage system D includes a small heat storage tank 32 similar to the electric power storage system C described above. A flow control valve 33 is provided at an inlet of the hot water pipe 31, and the hot water is branched into a heat storage tank 32 and a mixer 34. A faucet 35 is attached to the end of the mixer 34.
[0036]
When the electric power storage system D configured as described above is used in a washroom or the like, first, the flow rate control valve 34 is opened, and the cold water retained in the long hot water pipe 31 is allowed to flow into the heat storage tank 32 to increase the temperature to a predetermined temperature. Use it warm. Then, while the heat storage tank 32 is used, the hot water from the central hot water tank 30 reaches the washroom. At that time, the flow control valve 33 is adjusted to stop the water flowing to the heat storage tank 32, The hot water from the hot water tank 30 is used as it is.
[0037]
Conventionally, when the power storage system D configured as described above is used in a washroom or the like, its use is intermittent, so that the hot water sent from the central hot water tank 30 is a long hot water pipe 31. After a long time, the faucet 35 is opened and a considerable amount of cold water that flows out is thrown away and discarded. The hot water can be heated in the heat storage tank 32 to make hot water. It is useful for effective use of natural water resources.
[0038]
Further, a power storage system E shown in FIG. 5 is obtained by changing the heat storage tank in the above-described power storage systems A, B, C, and D to a heat storage tank 100. The heat storage tank 100 has an adiabatic vacuum layer 103 between an outer shell 101 and an inner shell 102, and a heat storage body 110 is disposed inside the inner shell 102 via an atmosphere layer 104.
Further, a flow passage 106 is provided through the heat storage body 110, and an electric heater 105 for heating is provided. This heat storage body 110 is fixed to the inner shell 102 by four stat bolts 106.
[0039]
The outer shell 101 is formed of a stainless material, and is processed into a cylindrical shape with a rounded vertical direction. At the lower part, a leg 108 for guiding a support 106 to be described later is formed, and attached to a pedestal 109. The inner wall of the outer shell 101 is mirror-finished and reflects radiant heat leaking from the heat storage body 110 to enhance the heat insulating effect. The inner shell 102 is also formed of a stainless steel material, and is processed into a cylindrical shape for storing and fixing the heat storage body 110. The inner shell 102 has such a thickness and strength that air leakage does not occur even if the air layer 104 sealed inside is heated and expanded.
[0040]
The support 108 for supporting the inner shell 102 is formed of a stainless steel material. The support 108 supports the heat storage body 110 and the inner shell 102, and is sufficiently formed so that heat from the heat storage body 110 and the inner shell 102 does not leak outside. In addition, the joints are fitted with heat insulating material.
[0041]
As shown in FIG. 6, the heat storage body 110 has a disk-shaped core 111 provided with a medium passage hole 11a and a through hole 111b for the electric heater 105. Holes 111c for the stat bolts 107 are formed at four places for step stacking.
[0042]
The electric power storage system E configured as described above can be a small electric power storage system similarly to the electric power storage systems A, B, C, and D described above. It can store electric power more efficiently than a vessel. If the temperature of the iron heat storage is set to 300 ° C., the cost of the heat storage tank used can be reduced because it is not necessary to use an expensive heat insulating material. When the temperature is set to ° C, a very efficient power storage system can be obtained.
[0043]
【The invention's effect】
As described above, the electric power storage system of the present invention heats an iron heat storage body to a high temperature using electric power at midnight or on holidays using a heating means, holds the heated heat storage body in the heat storage tank, By using a medium that passes through the flow path formed in the heat storage body at the peak of power consumption and extracting it as heat energy, power can be stored as heat energy very efficiently, so large-scale It can also be used to replace peak power plants, and smaller ones can be used in place of domestic electric water heaters, thus providing a very good power storage system.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of a power storage system according to the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing a second embodiment of the power storage system according to the present invention.
FIG. 3 is a block diagram showing a third embodiment of the power storage system according to the present invention.
FIG. 4 is a block diagram showing a fourth embodiment of the power storage system according to the present invention.
FIG. 5 is a block diagram showing a fifth embodiment of the power storage system according to the present invention.
6 is a perspective view showing a heat storage body used in the power storage system of FIG.
FIG. 7 is a front view showing a conventional hot water supply device of a power storage system.
[Explanation of symbols]
A power storage system B power storage system C power storage system D power storage system 1 heat storage 2 heat storage 3 heat storage 4 medium 5 turbine 6 generator 7 condenser 8 circulation pump 9 electric heater 10 heat storage tank 11 Heat exchanger 20 Heat storage tank 21 Heat storage body 22 Insulated vacuum layer 23 Electric heater 24 Medium 25 Mixer 26 Hot water 30 Hot water tank 31 Hot water drainage pipe 32 Heat storage tank 33 Flow control valve 34 Mixer 35 Faucet 100 Heat storage tank 101 Outer shell 102 Shell 103 Insulated vacuum layer 104 Atmosphere 105 Electric heater 106 Channel 107 Stud bolt 108 Post 109 Pedestal 110 Thermal storage 111 Core

Claims

The heat storage element is heated to a high temperature by heating means using electric power, the heated heat storage element is held in a heat storage tank, and a medium is used as needed to extract power from the heat storage element as heat energy. Storage system.

The power storage system according to claim 1, wherein the heat storage body is formed of a metal material, and has a flow path for the medium provided therein.

2. The electric power storage system according to claim 1, wherein the metal material is iron, is processed into a spherical multi-layer structure, and a heat storage body at a central portion has the highest temperature and is kept warm. 3.

The electric power storage system according to claim 1, wherein the heating unit is an electric heater, and is attached to the heat storage body at the center.

The power storage system according to claim 1, wherein the medium is an inert gas.

The power storage system according to claim 1, wherein the medium is water.

An iron heat storage element is disposed in a heat storage tank insulated by a vacuum layer and the atmosphere by an outer shell and an inner shell, and the iron heat storage element is heated to a high temperature using electric power by heating means and heated. A power storage system, wherein a heat storage body is held in a heat storage tank, and is taken out as heat energy using a medium passing through a flow path formed in the heat storage body as needed.

8. The electric power storage device according to claim 7, wherein the iron heat storage body is provided with a medium-flow passage hole and a through hole of an electric heater in a core formed in a disk shape, and is stacked in a plurality of stages. system.

The heat storage element made of iron is heated to a high temperature using electric power at midnight or on holidays using a heating means, and the heated heat storage element is held in the heat storage tank. An electric power storage system, wherein heat is extracted as heat energy using a medium passing through a road.

The heat storage element made of iron is heated to a high temperature using electric power at midnight or on holidays using a heating means, and the heated heat storage element is held in the heat storage tank. An electric power storage system, wherein water is extracted as steam using water passing through a road, and the steam is used to turn a turbine to generate power.

The heat storage element made of iron is heated to a high temperature using electric power at midnight or on holidays using a heating means, and the heated heat storage element is held in the heat storage tank. An electric power storage system, wherein an inert gas passing through a road is used to extract heat energy, and the inert gas is used to rotate a gas turbine to generate power.

The heat storage element made of iron is heated to a high temperature using electric power at midnight or on holidays using a heating means, and the heated heat storage element is held in the heat storage tank. Using an inert gas passing through the path as heat energy, converting the inert gas into water using a heat exchanger, converting the water into steam, and turning the turbine with the steam to generate power. Storage system.

The heat storage element made of iron is heated to a high temperature using electric power at midnight or on holidays, and the heated heat storage element is held in the heat storage tank and, if necessary, passes through a flow path formed in the heat storage element. An electric power storage system, wherein water is taken out as high-temperature water, and the high-temperature water is sent to a mixer and mixed with cold water to produce hot water of a predetermined temperature.