特許 6605348 圧縮空気貯蔵発電装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6605348

(24)【登録日】2019年10月25日

(45)【発行日】2019年11月13日

(54)【発明の名称】圧縮空気貯蔵発電装置

(51)【国際特許分類】

   F02C 1/05 20060101AFI20191031BHJP

   F02C 6/16 20060101ALI20191031BHJP

   F01K 27/02 20060101ALI20191031BHJP

   H02J 3/38 20060101ALI20191031BHJP

   H02J 3/28 20060101ALI20191031BHJP

   H02J 15/00 20060101ALI20191031BHJP

【ＦＩ】

   F02C1/05

   F02C6/16

   F01K27/02 A

   H02J3/38 130

   H02J3/38 160

   H02J3/38 120

   H02J3/28

   H02J15/00 E

   H02J15/00 H

【請求項の数】6

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2016-22122(P2016-22122)

(22)【出願日】2016年2月8日

(65)【公開番号】特開2017-141696(P2017-141696A)

(43)【公開日】2017年8月17日

【審査請求日】2018年12月3日

(73)【特許権者】

【識別番号】000001199

【氏名又は名称】株式会社神戸製鋼所

(74)【代理人】

【識別番号】100081422

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 光雄

(74)【代理人】

【識別番号】100101454

【弁理士】

【氏名又は名称】山田 卓二

(74)【代理人】

【識別番号】100111039

【弁理士】

【氏名又は名称】前堀 義之

(72)【発明者】

【氏名】久保 洋平

(72)【発明者】

【氏名】戸島 正剛

(72)【発明者】

【氏名】猿田 浩樹

(72)【発明者】

【氏名】松隈 正樹

(72)【発明者】

【氏名】坂本 佳直美

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 隆

【審査官】 高吉 統久

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１６／０１７６３９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１１−０１２６５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０６４３５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−１１５８５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００４／０１４８９２２（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０１Ｋ ２７／０２

Ｆ０２Ｃ １／０５

Ｆ０２Ｃ ６／１６

Ｈ０２Ｊ ３／２８

Ｈ０２Ｊ ３／３８

Ｈ０２Ｊ １５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

再生可能エネルギーを用いて発電した電力により駆動される電動機と、
前記電動機により駆動される油冷式圧縮機と、
前記油冷式圧縮機により圧縮された圧縮空気を蓄える蓄圧部と、
前記蓄圧部から供給される圧縮空気によって駆動される膨張機と、
前記膨張機により駆動される発電機と、
前記油冷式圧縮機で発生した熱を潤滑油と熱媒とに回収する圧縮側熱交換部と、
前記圧縮側熱交換部で熱を回収した前記潤滑油と前記熱媒とを蓄える蓄熱部と、
前記蓄熱部で蓄えられた前記潤滑油と前記熱媒とにより前記膨張機に供給される前記圧縮空気を加熱する膨張側熱交換部と
を備える、圧縮空気貯蔵発電装置。

【請求項2】

前記圧縮側熱交換部は、前記油冷式圧縮機で発生した熱を前記潤滑油に回収する潤滑油熱回収部を備え、
前記膨張側熱交換部は、前記蓄圧部から前記膨張機に供給される前記圧縮空気と前記蓄熱部から前記油冷式圧縮機に供給される前記潤滑油とで熱交換する膨張側第１熱交換器を備える、請求項１に記載の圧縮空気貯蔵発電装置。

【請求項3】

前記圧縮側熱交換部は、前記油冷式圧縮機から前記蓄圧部に供給される前記圧縮空気と前記膨張側熱交換部から前記蓄熱部に供給される前記熱媒とで熱交換する圧縮側熱交換器と、
前記膨張側熱交換部は、前記蓄圧部から前記膨張機に供給される前記圧縮空気と前記蓄熱部から前記圧縮側熱交換部に供給される前記熱媒とで熱交換する膨張側第２熱交換器を備える、請求項２に記載の圧縮空気貯蔵発電装置。

【請求項4】

前記膨張側第１熱交換器および前記膨張側第２熱交換器のうち、前記膨張側第１熱交換器が前記蓄圧部から前記膨張機に向かう前記圧縮空気の流れにおいて上流側に設けられ、前記膨張側第２熱交換器が前記蓄圧部から前記膨張機に向かう前記圧縮空気の流れにおいて下流側に設けられている、請求項３に記載の圧縮空気貯蔵発電装置。

【請求項5】

前記潤滑油および前記熱媒は同じ流体であり、前記膨張側第１熱交換器および前記膨張側第２熱交換器は同じ一つの熱交換器である、請求項３または請求項４に記載の圧縮空気貯蔵発電装置。

【請求項6】

前記膨張機の排気口の下流に加熱部を備える、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の圧縮空気貯蔵発電装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、圧縮空気貯蔵発電装置に関する。

【背景技術】

【0002】

風力発電や太陽光発電などの再生可能エネルギーを利用した発電は、気象条件に依存するため、出力が変動し安定しないことがある。このような出力変動に対し、出力を平準化するシステムとして圧縮空気貯蔵（Compressed Air Energy Storage：ＣＡＥＳ）システムが知られている。

【0003】

このＣＡＥＳシステムを利用した圧縮空気貯蔵（ＣＡＥＳ）発電装置は、電力プラントのオフピーク時間中に電気エネルギーを圧縮空気として蓄圧タンクに蓄え、高電力需要時間中に圧縮空気により膨張機を駆動して発電機を動作させて電気エネルギーを生成して出力を平準化する。また、発電効率を向上させるために、圧縮熱を蓄熱媒体に回収し、蓄熱タンク等に貯蔵し、回収した圧縮熱を用いて膨張前の圧縮空気を加熱するシステムが知られている。これにより、圧縮時の動力増加を防止し、膨張時の回収動力を増加させると同時に、蓄圧タンク貯蔵時の熱放出を防止するものがある。

【0004】

このようなＣＡＥＳ発電装置として、例えば特許文献１には、熱エネルギー貯蔵システムを利用したものが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特表２０１３−５０９５３０号公報

【0006】

空気圧縮機には潤滑油が混入したままで空気を圧縮する油冷式と呼ばれるものと、潤滑油を用いないタイプのオイルフリー式と呼ばれるものがある。特許文献１には圧縮機の種類についての記載がないものの、ＣＡＥＳシステムには、圧縮空気の取り扱い易さの面からオイルフリー式圧縮機が用いられることが多い。油冷式圧縮機ないし油冷式膨張機を用いた場合、運転には潤滑油を要するが、特許文献１は、潤滑油を利用したＣＡＥＳ発電装置の充放電効率向上について特段の示唆を含んでいない。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明は、油冷式圧縮機を使用した圧縮空気貯蔵発電装置における充放電効率の向上を課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明は、再生可能エネルギーを用いて発電した電力により駆動される電動機と、前記電動機により駆動される油冷式圧縮機と、前記油冷式圧縮機により圧縮された圧縮空気を蓄える蓄圧部と、前記蓄圧部から供給される圧縮空気によって駆動される膨張機と、前記膨張機により駆動される発電機と、前記油冷式圧縮機で発生した熱を潤滑油と熱媒とに回収する圧縮側熱交換部と、前記圧縮側熱交換部で熱を回収した前記潤滑油と前記熱媒とを蓄える蓄熱部と、前記蓄熱部で蓄えられた前記潤滑油と前記熱媒とにより前記膨張機に供給される前記圧縮空気を加熱する膨張側熱交換部とを備える、圧縮空気貯蔵発電装置を提供する。

【0009】

この構成によれば、油冷式圧縮機における圧縮熱や摩擦熱などを圧縮側熱交換部により蓄熱部に回収し、膨張側熱交換部により膨張前の圧縮空気を加熱することで充放電効率を向上できる。具体的には、圧縮側熱交換部において蓄圧部への圧縮空気の貯蔵前に熱媒で圧縮熱を回収することで、貯蔵する圧縮空気の温度が低下して密度が増加するため、蓄圧部内の圧縮空気量が増加し、充電効率（圧縮効率）が向上している。さらに、圧縮熱を回収した熱媒および摩擦熱を回収した潤滑油を膨張側熱交換部において膨張前の圧縮空気の加熱に使用することで発電効率（膨張効率）が向上している。

【0010】

前記圧縮側熱交換部は、前記油冷式圧縮機で発生した熱を潤滑油に回収する潤滑油熱回収部を備え、前記膨張側熱交換部は、前記蓄圧部から前記膨張機に供給される圧縮空気と前記蓄熱部から前記油冷式圧縮機に供給される潤滑油とで熱交換する膨張側第１熱交換器を備えることが好ましい。

【0011】

この構成によれば、潤滑油を媒体として、潤滑油熱回収部において油冷式圧縮機で発生した熱を回収し、回収した熱を膨張側第１熱交換器において膨張前の圧縮空気の加熱に利用できるため、充放電効率を向上できる。

【0012】

前記圧縮側熱交換部は、前記油冷式圧縮機から前記蓄圧部に供給される前記圧縮空気と前記膨張側熱交換部から前記蓄熱部に供給される前記熱媒とで熱交換する圧縮側熱交換器を備え、前記膨張側熱交換部は、前記蓄圧部から前記膨張機に供給される前記圧縮空気と前記蓄熱部から前記圧縮側熱交換部に供給される前記熱媒とで熱交換する膨張側第２熱交換器を備えることが好ましい。

【0013】

この構成によれば、熱媒を媒体として、圧縮側熱交換器において油冷式圧縮機で発生した熱を回収し、回収した熱を膨張側第２熱交換器において膨張前の圧縮空気の加熱に利用できるため、充放電効率を向上できる。

【0014】

前記膨張側第１熱交換器および前記膨張側第２熱交換器のうち、前記膨張側第１熱交換器が前記蓄圧部から前記膨張機に向かう前記圧縮空気の流れにおいて上流側に設けられ、前記膨張側第２熱交換器が前記蓄圧部から前記膨張機に向かう前記圧縮空気の流れにおいて下流側に設けられていることが好ましい。

【0015】

この構成によれば、膨張側熱交換部において熱媒と潤滑油とを用いて膨張前の圧縮空気を加熱する際、先に潤滑油の熱交換を行うことで潤滑油温度をより低下させている。従って、油冷式圧縮機での効率的な潤滑油の再利用が可能となる。特に、潤滑油と熱媒とでは、潤滑油の方が油冷式圧縮機の機能に直接作用するため、潤滑油の温度を低下させることが好ましいためである。

【0016】

潤滑油および熱媒は同じ流体であり、前記膨張側第１熱交換器および前記膨張側第２熱交換器は同じ一つの熱交換器であることが好ましい。

【0017】

この構成によれば、潤滑油と熱媒が同じ流体であることから潤滑油と熱媒を混合して使用できる。そのため、膨張側熱交換部を一つの熱交換器から構成でき、膨張側熱交換部の構成を簡易化できる。

【0018】

前記膨張機の排気口の下流に加熱部を備えることが好ましい。

【0019】

油冷式圧縮機は、オイルフリー式圧縮機に比べて吐出する圧縮空気の温度が低い。そのため、油冷式圧縮機では圧縮側熱交換部を通じて圧縮熱を高温で熱媒に回収できないため、蓄熱部における蓄熱温度がオイルフリー式圧縮機に比べて低下する。蓄熱温度が低いため、膨張側熱交換部を通じて膨張前の圧縮空気を高温に加熱することができない。そのため、膨張後の空気は、膨張吸熱によりゼロ度以下の低温となる場合があり、膨張機の排気口で空気中の水分が氷結し、排気口を閉塞する場合がある。従って、加熱部で排気口を加熱することで除霜し、閉塞を防止する。

【発明の効果】

【0020】

本発明によれば、油冷式圧縮機における圧縮熱や摩擦熱などを圧縮側熱交換部により蓄熱部に回収し、膨張側熱交換部により膨張前の圧縮空気を加熱することで、油冷式圧縮機を使用した圧縮空気貯蔵発電装置において充放電効率を向上できる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】本発明の第１実施形態に係る圧縮空気貯蔵発電装置の概略構成図。

【図2】本発明の第２実施形態に係る圧縮空気貯蔵発電装置の概略構成図。

【図3】図２の変形例の圧縮空気貯蔵発電装置の概略構成図。

【図4】図２の他の変形例の圧縮空気貯蔵発電装置の概略構成図。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。

【0023】

（第１実施形態）
圧縮空気貯蔵（ＣＡＥＳ：compressed air energy storage）発電装置２は、再生可能エネルギーを利用する発電装置４の出力変動を平準化して電力系統６に電力を供給するとともに、電力系統６における電力需要の変動に合わせた電力を供給する。

【0024】

図１を参照して、ＣＡＥＳ発電装置２の構成を説明する。本実施形態のＣＡＥＳ発電装置２は、空気流路８ａ〜８ｄ（破線で示す）と熱媒流路１０ａ〜１０ｄ（実線で示す）と潤滑油流路１２ａ〜１２ｅ（一点鎖線で示す）とを有する。

【0025】

空気流路８ａ〜８ｄについて説明する。

【0026】

空気流路８ａ〜８ｄには、モータ（電動機）１４で駆動される油冷式圧縮機（以降、単に圧縮機という場合がある）１６、油分離器１８ａ，１８ｂ、蓄圧タンク（蓄圧部）２０、発電機２４を駆動する膨張機２２、圧縮側熱交換部２６、および膨張側熱交換部２８が設けられている。

【0027】

再生可能エネルギーを利用する発電装置４はモータ１４と電気的に接続されており（二点鎖線で示す）、発電装置４により発電された電力はモータ１４に供給され、モータ１４が駆動される。モータ１４は、圧縮機１６に機械的に接続されており、圧縮機１６を駆動する。

【0028】

圧縮機１６は、油冷式であり、潤滑油の供給により冷却および潤滑される。圧縮機１６は、モータ１４によって駆動されると、空気流路８ａを介して吸気口１６ａより空気を吸気し、内部で圧縮して吐出口１６ｂより圧縮空気を吐出する。圧縮機１６の吐出口１６ｂは空気流路８ｂを通じて蓄圧タンク２０と流体的に接続されており、吐出口１６ｂから吐出された圧縮空気は、空気流路８ｂを通じて蓄圧タンク２０に圧送される。空気流路８ｂにはバルブ３０ａが設けられており、バルブ３０ａの開閉により圧縮機１６から蓄圧タンク２０への圧縮空気の供給を許容又は遮断できる。なお、圧縮機１６の種類は油冷式であれば特に限定されず、例えば、スクリュ式、スクロール式、ターボ式、およびレシプロ式などであってもよい。

【0029】

圧縮機１６の吐出口１６ｂから蓄圧タンク２０に延びる空気流路８ｂには、油分離器１８ａが介設されている。油冷式圧縮機１６を使用すると、吐出口１６ｂから油分を含む圧縮空気が吐出される。油分離器１８ａは、吐出された圧縮空気から油分を分離する。

【0030】

また、油分離器１８ａは、空気流路８ｂ内を流れる圧縮空気から分離した油分の蓄積部である油溜まり（図示せず）を備え、この油溜まりは後述の潤滑油流路１２ａに流体的に接続されている。油分離器１８ａで圧縮空気から分離された油は潤滑油として潤滑油流路１２ａに供給される。

【0031】

圧縮機１６の吐出口１６ｂから蓄圧タンク２０に延びる空気流路８ｂには冷却器として圧縮側熱交換器２６ａが介設されている。圧縮側熱交換器２６ａは本発明の圧縮側熱交換部２６に含まれる。圧縮側熱交換器２６ａに供給される圧縮空気は圧縮の際に生じる圧縮熱により高温となる。圧縮側熱交換器２６ａでは、熱媒と圧縮空気の間の熱交換により圧縮空気を冷却し、熱媒を加熱している。

【0032】

蓄圧タンク２０は、圧縮空気を蓄えてエネルギーとして蓄積できる。蓄圧タンク２０には、上述のように油分離器１８ａにより油分が分離された圧縮空気が供給される。蓄圧タンク２０は、空気流路８ｃを通じて膨張機２２と流体的に接続されており、蓄圧タンク２０から送出された圧縮空気は空気流路８ｃを通じて膨張機２２に供給される。空気流路８ｃにはバルブ３０ｂが設けられており、バルブ３０ｂの開閉により蓄圧タンク２０から膨張機２２への圧縮空気の供給を許容又は遮断できる。

【0033】

また、蓄圧タンク２０から膨張機２２の給気口２２ａに延びる空気流路８ｃには、膨張側第１熱交換器２８ａおよび膨張側第２熱交換器２８ｂが介設されている。膨張側第１熱交換器２８ａおよび膨張側第２熱交換器２８ｂは、本発明の膨張側熱交換部２８を構成する。膨張側第１熱交換器２８ａでは、潤滑油と圧縮空気の間の熱交換により、圧縮空気が加熱され潤滑油が冷却されている。膨張側第２熱交換器２８ｂでは、熱媒と圧縮空気の間の熱交換により圧縮空気が加熱され熱媒が冷却されている。

【0034】

膨張機２２は、油冷式であり、潤滑油の供給により冷却および潤滑される。膨張機２２は、発電機２４と機械的に接続されており、給気口２２ａから圧縮空気を給気された膨張機２２は、給気された圧縮空気により作動し、発電機２４を駆動する。発電機２４は電力系統６に電気的に接続されており（二点鎖線で示す）、発電機２４で発電した電力は電力系統６に供給される。また、膨張機２２で膨張された空気は、排気口２２ｂから空気流路８ｄを通じて排気される。空気流路８ｄには油分離器１８ｂが設けられており、排気口２２ｂから排出された空気は油分離器１８ｂによって油分が除去される。膨張機２２の種類は、例えば、スクリュ式、スクロール式、ターボ式、およびレシプロ式などであってもよい。さらに言えば、膨張機２２は油冷式に限定されず、オイルフリー式であってもよい。

【0035】

空気流路８ｄには、除霜用のヒータ（加熱部）３２が設けられている。ヒータ３２は、本実施形態では電力を供給されて発熱する電気式であるが、熱媒流路１０ａ〜１０ｄ中の熱媒および潤滑油流路１２ａ〜１２ｅ中の潤滑油のような高温の熱源と熱交換する熱交換式であってもよい。

【0036】

ＣＡＥＳ発電装置２の圧縮機１６をオイルフリー式ではなく本実施形態のように油冷式とした場合、圧縮機１６内に注油される潤滑油が圧縮時の熱を奪うため、吐出口１６ｂから吐出される圧縮空気はオイルフリー式の場合と比べて温度が低い。潤滑油の温度は吐出される圧縮空気と概ね同程度となることから、オイルフリー式のような高温の熱回収ができない。そのため、高温の熱媒が得られず膨張前の空気を高温に加熱できないため、膨張機２２で膨張された空気は大気放出される段階では氷点下となることがある。従って膨張機２２の排気口２２ｂで空気中の水分が氷結し、排気口２２ｂを閉塞する場合がある。これを解決するために、本実施形態では除霜用のヒータ３２が設けられている。

【0037】

熱媒流路１０ａ〜１０ｄについて説明する。

【0038】

熱媒流路１０ａ〜１０ｄには、圧縮側熱交換器２６ａ、高温熱媒タンク（蓄熱部）３４、膨張側第２熱交換器２８ｂ、および低温熱媒タンク３６が順に設けられている。熱媒はこれらの間で循環して流動している。熱媒の種類は特に限定されておらず、例えばグリコール系の熱媒を使用してもよい。

【0039】

圧縮側熱交換器２６ａでは、油冷式圧縮機１６から蓄圧タンク２０に延びる空気流路８ｂ内の圧縮空気と、低温熱媒タンク３６から高温熱媒タンク３４に延びる熱媒流路１０ｄ，１０ａ内の熱媒とで熱交換している。具体的には、空気流路８ｂ内を流れる圧縮空気は、圧縮機１６での圧縮の際に生じる圧縮熱により高温となっており、圧縮側熱交換器２６ａでの熱交換により、圧縮空気を冷却している。即ち、圧縮側熱交換器２６ａでは圧縮空気の温度は低下し、熱媒の温度は上昇する。圧縮側熱交換器２６ａは熱媒流路１０ａを通じて高温熱媒タンク３４と流体的に接続されており、温度上昇した熱媒は高温熱媒タンク３４に供給され蓄えられる。

【0040】

高温熱媒タンク３４は、圧縮側熱交換器２６ａから供給された高温の熱媒を保温して蓄える。そのため、高温熱媒タンク３４は断熱されていることが好ましい。高温熱媒タンク３４は、熱媒流路１０ｂを通じて膨張側第２熱交換器２８ｂに流体的に接続されており、高温熱媒タンク３４で蓄えられた熱媒は熱媒流路１０ｂを通じて膨張側第２熱交換器２８ｂに供給される。

【0041】

膨張側第２熱交換器２８ｂでは、蓄圧タンク２０から膨張機２２に延びる空気流路８ｃ内の圧縮空気と、高温熱媒タンク３４から低温熱媒タンク３６に延びる熱媒流路１０ｂ，１０ｃ内の熱媒とで熱交換している。具体的には、高温熱媒タンク３４内の高温の熱媒を利用して膨張機２２による膨張の前に圧縮空気の温度を上昇させて膨張効率を向上させている。即ち、膨張側第２熱交換器２８ｂでは、圧縮空気の温度は上昇し、熱媒の温度は低下する。膨張側第２熱交換器２８ｂは熱媒流路１０ｃを通じて低温熱媒タンク３６に流体的に接続されており、温度低下した熱媒は熱媒流路１０ｃを通じて低温熱媒タンク３６に供給され蓄えられる。

【0042】

低温熱媒タンク３６は、膨張側第２熱交換器２８ｂから供給された低温の熱媒を蓄える。低温熱媒タンク３６は熱媒流路１０ｄを通じて圧縮側熱交換器２６ａに流体的に接続されており、低温熱媒タンク３６で蓄えられた熱媒は熱媒流路１０ｄを通じて圧縮側熱交換器２６ａに供給される。

【0043】

このように熱媒流路１０ａ〜１０ｄでは、熱媒が循環している。熱媒の循環は、熱媒流路１０ｄに介設されたポンプ３８ａによりなされている。本実施形態では、ポンプ３８ａは低温熱媒タンク３６の下流に設けられているが、その位置は特に限定されない。

【0044】

潤滑油流路１２ａ〜１２ｅについて説明する。

【0045】

潤滑油流路１２ａ〜１２ｅには、圧縮機１６、高温潤滑油タンク（蓄熱部）４０、膨張側第１熱交換器２８ａ、および低温潤滑油タンク４２が順に設けられている。潤滑油はこれらの間で循環して流動している。潤滑油の種類は特に限定されておらず、例えば鉱物油系の潤滑油を使用してもよい。

【0046】

膨張側第１熱交換器２８ａでは、蓄圧タンク２０から膨張機２２に延びる空気流路８ｃ内の圧縮空気と、高温潤滑油タンク４０から低温潤滑油タンク４２に延びる潤滑油流路１２ｂ，１２ｃ内の潤滑油とで熱交換している。具体的には、空気流路８ｃ内を流れる圧縮空気は、潤滑油との熱交換により加熱されている。即ち、膨張側第１熱交換器２８ａでは圧縮空気の温度は上昇し、潤滑油の温度は低下する。膨張側第１熱交換器２８ａは潤滑油流路１２ｃを通じて低温潤滑油タンク４２と流体的に接続されており、温度低下した熱媒は低温潤滑油タンク４２に供給され蓄えられる。

【0047】

低温潤滑油タンク４２は、膨張側第１熱交換器２８ａから供給された低温の潤滑油を蓄える。低温潤滑油タンク４２は、潤滑油流路１２ｄを通じて膨張機２２に流体的に接続されており、低温潤滑油タンク４２で蓄えられた熱媒は潤滑油流路１２ｄを通じて膨張機２２に供給される。

【0048】

膨張機２２では、潤滑油流路１２ｄを通じて供給された低温の潤滑油によって内部の膨張要素が潤滑および冷却される。本実施形態ではスクリュ式の膨張機２２を使用しているため、例えば内部の膨張要素はスクリュロータ（図示せず）である。ここで、潤滑及び加熱に使用された潤滑油は、膨張要素における冷熱等を受けて温度が低下する。膨張機２２で使用された潤滑油は、潤滑油流路１２ｄを通じて再び低温潤滑油タンク４２に戻される。なお、膨張機２２が油冷式でない場合、膨張機２２と低温潤滑油タンク４２とを流体的に接続する潤滑油流路１２ｄは省略される。

【0049】

また、低温潤滑油タンク４２は、潤滑油流路１２ｅを通じて圧縮機１６に流体的に接続されており、低温潤滑油タンク４２で蓄えられた熱媒は潤滑油流路１２ｅを通じて圧縮機１６に供給される。

【0050】

圧縮機１６では、潤滑油流路１２ｅを通じて供給された低温の潤滑油によって内部の圧縮要素が潤滑および冷却される。本実施形態ではスクリュ式の圧縮機１６を使用しているため、例えば内部の圧縮要素はスクリュロータ（図示せず）である。ここで、潤滑及び冷却に使用された潤滑油は、圧縮要素における暖熱等を受けて温度が上昇する。このように、本実施形態では、圧縮機１６は圧縮側熱交換部２６に含まれる本発明の潤滑油熱回収部を構成する。圧縮機１６は潤滑油流路１２ａを通じて高温潤滑油タンク４０に流体的に接続されており、圧縮機１６で温度上昇した潤滑油は潤滑油流路１２ａを通じて高温潤滑油タンク４０に供給される。

【0051】

高温潤滑油タンク４０は、圧縮機１６から供給された高温の潤滑油を保温して蓄える。そのため、高温潤滑油タンク４０は断熱されていることが好ましい。高温潤滑油タンク４０は、潤滑油流路１２ｂを通じて膨張側第１熱交換器２８ａに流体的に接続されており、高温潤滑油タンク４０で蓄えられた熱媒は潤滑油流路１２ｂを通じて膨張側第１熱交換器２８ａに供給される。

【0052】

このように潤滑油流路１２ａ〜１２ｅでは、潤滑油が循環している。潤滑油の循環は、潤滑油流路１２ｄ，１２ｅに介設されたポンプ３８ｂ，３８ｃによりなされている。本実施形態では、ポンプ３８ｂ，３８ｃは低温潤滑油タンク４２の下流に設けられているが、その位置は特に限定されない。

【0053】

本実施形態のＣＡＥＳ発電装置２の構成によれば、油冷式圧縮機１６における圧縮熱や摩擦熱などを圧縮側熱交換部２６により高温熱媒タンク３４および高温潤滑油タンク４０に回収し、膨張側熱交換部２８により膨張前の圧縮空気を加熱することで充放電効率を向上できる。具体的には、圧縮側熱交換部２６において蓄圧タンク２０への圧縮空気の貯蔵前に熱媒で圧縮熱を回収することで、貯蔵する圧縮空気の温度が低下して密度が増加するため、蓄圧タンク２０内の圧縮空気量が増加し、充電効率（圧縮効率）が向上している。さらに、圧縮熱を回収した熱媒および摩擦熱を回収した潤滑油を膨張側熱交換部２８において膨張前の圧縮空気の加熱に使用することで発電効率（膨張効率）が向上している。

【0054】

また、潤滑油を媒体として、潤滑油熱回収部において油冷式圧縮機１６で発生した熱を回収し、回収した熱を膨張側第１熱交換器２８ａにおいて膨張前の圧縮空気の加熱に利用できるため、充放電効率を向上できる。

【0055】

また、熱媒を媒体として、圧縮側熱交換器２６ａにおいて油冷式圧縮機１６で発生した熱を回収し、回収した熱を膨張側第２熱交換器２８ｂにおいて膨張前の圧縮空気の加熱に利用できるため、充放電効率を向上できる。

【0056】

特に、空気流路８ｃにおける膨張側第１熱交換器２８ａおよび膨張側第２熱交換器２８ｂの配置については、潤滑油用の膨張側第１熱交換器２８ａが上流に設置され、熱媒用の膨張側第２熱交換器２８ｂが下流に設置されている。

【0057】

この構成によれば、膨張側熱交換部２８において熱媒および潤滑油を用いて膨張前の圧縮空気を加熱する際、先に潤滑油の熱交換を行うことで潤滑油温度をより低下させている。特に、潤滑油と熱媒では、潤滑油の方が油冷式圧縮機１６の機能に直接作用するため、潤滑油の温度を低下させることが好ましいためである。

【0058】

（第２実施形態）
図２に示す第２実施形態のＣＡＥＳ発電装置２では、熱媒と潤滑油とに同じ流体が使用されている。本実施形態は、この点を除いて図１の第１実施形態と実質的に同様である。従って、図１に示した構成と同様の部分については同様の符号を付して説明を省略する。以降、熱媒と潤滑油の両方の記載を使用するが本実施形態では熱媒と潤滑油は区別されないものとする。

【0059】

本実施形態のＣＡＥＳ発電装置２は、高温熱媒タンク３４および高温潤滑油タンク４０が一体となった高温蓄熱タンク（蓄熱部）４６を備える。即ち、高温蓄熱タンク４６中では、熱媒と潤滑油が混合されて蓄えられている。上述のように、本実施形態では、熱媒と潤滑油とは同じ流体であるため両流体を混合して使用できるためである。

【0060】

高温蓄熱タンク４６は、第１実施形態における熱媒流路１０ｂ（図１参照）と潤滑油流路１２ｂ（図１参照）が一体となった合流流路１１ａを通じて三方弁４４ａと流体的に接続されている。三方弁４４ａは、潤滑油流路１２ｆを通じて膨張側第１熱交換器２８ａと流体的に接続され、熱媒流路１０ｅを通じて膨張側第２熱交換器２８ｂと流体的に接続されている。従って、三方弁４４ａにより高温蓄熱タンク４６から膨張側第１熱交換器２８ａまたは膨張側第２熱交換器２８ｂのいずれに熱媒（潤滑油）を供給するかを切り替え可能である。

【0061】

この構成によれば、潤滑油と熱媒が同じ流体であることから潤滑油と熱媒が混合されて使用されても問題がない。そのため、膨張側熱交換部２８を１つの膨張側第３熱交換器２８ｃから構成でき、膨張側熱交換部２８の構成を簡易化できる。

【0062】

図３は、図２に示す第２実施形態のＣＡＥＳ発電装置２の変形例を示している。本変形例では、図２に示す第２実施形態のＣＡＥＳ発電装置２の膨張側第１熱交換器２８ａ（図２参照）と膨張側第２熱交換器２８ｂ（図２参照）とが一体となった膨張側第３熱交換器（膨張側熱交換部）２８ｃが設けられている。これに伴い、三方弁４４ｂの配置も図２に示す第２実施形態のＣＡＥＳ発電装置２の三方弁４４ａの配置と異なっている。

【0063】

具体的には、高温蓄熱タンク４６は、合流流路１１ａを通じて膨張側第３熱交換器２８ｃと流体的に接続されている。さらに、膨張側第３熱交換器２８ｃは、合流流路１１ｂを通じて三方弁４４ｂと流体的に接続されている。三方弁４４ｂは、潤滑油流路１２ｇを通じて低温潤滑油タンク４２と流体的に接続され、熱媒流路１０ｆを通じて低温熱媒タンク３６と流体的に接続されている。

【0064】

このように、熱媒と潤滑油とが同じ流体の場合、膨張側熱交換部２８を一つの膨張側第３熱交換器２８ｃで構成することもできる。

【0065】

図４は、図２に示す第２実施形態のＣＡＥＳ発電装置２の他の変形例を示している。本変形例では、図３に示すＣＡＥＳ発電装置２と同様に膨張側第３熱交換器２８ｃが設けられている。さらに、本変形例では、低温熱媒タンク３６（図２参照）と低温潤滑油タンク４２（図２参照）とが一体となった低温蓄熱タンク４８が設けられている。これに伴い、三方弁４４ｃの配置も図２および図３に示す第２実施形態のＣＡＥＳ発電装置２と異なっている。

【0066】

具体的には、膨張側第３熱交換器２８ｃは、合流流路１１ｂを通じて低温蓄熱タンク４８と流体的に接続されている。低温蓄熱タンク４８は、合流流路１１ｃを通じて三方弁４４ｃと流体的に接続されている。三方弁４４ｃは、潤滑油流路１２ｈを通じて圧縮機１６と流体的に接続され、熱媒流路１０ｇを通じて圧縮側熱交換器２６ａと流体的に接続されている。

【0067】

このように、熱媒と潤滑油とが同じ流体の場合、低温熱媒タンク３６（図２参照）と低温潤滑油タンク４２（図２参照）とを一つの低温蓄熱タンク４８で構成することもできる。

【0068】

以上より、本発明の具体的な実施形態やその変形例について説明したが、本発明は上記形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施することができる。例えば、個々の実施形態の内容を適宜組み合わせたものを、この発明の一実施形態としてもよい。

【0069】

また、発電に利用できる再生可能エネルギーは、例えば、風力、太陽光、太陽熱、波力又は潮力、流水又は潮汐、及び地熱等、自然の力で定常的（もしくは反復的）に補充されるエネルギーの全てを含む。

【符号の説明】

【0070】

２ 圧縮空気貯蔵発電装置（ＣＡＥＳ発電装置）
４ 再生可能エネルギーを利用する発電装置
６ 電力系統
８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ 空気流路
１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅ，１０ｆ，１０ｇ 熱媒流路
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ 合流流路
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，１２ｅ，１２ｆ，１２ｇ，１２ｈ 潤滑油流路
１４ モータ（電動機）
１６ 油冷式圧縮機（圧縮機）（潤滑油熱回収部）（圧縮側熱交換部）
１６ａ 吸気口
１６ｂ 吐出口
１８ａ，１８ｂ 油分離器
２０ 蓄圧タンク（蓄圧部）
２２ 膨張機
２２ａ 給気口
２２ｂ 排気口
２４ 発電機
２６ 圧縮側熱交換部
２６ａ 圧縮側熱交換器（圧縮側熱交換部）
２８ 膨張側熱交換部
２８ａ 膨張側第１熱交換器（膨張側熱交換部）
２８ｂ 膨張側第２熱交換器（膨張側熱交換部）
２８ｃ 膨張側第３熱交換器（膨張側熱交換部）
３０ａ，３０ｂ バルブ
３２ ヒータ（加熱部）
３４ 高温熱媒タンク（蓄熱部）
３６ 低温熱媒タンク
３８ａ，３８ｂ，３８ｃ ポンプ
４０ 高温潤滑油タンク（蓄熱部）
４２ 低温潤滑油タンク
４４ａ，４４ｂ，４４ｃ 三方弁
４６ 高温蓄熱タンク（蓄熱部）
４８ 低温蓄熱タンク

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】