特開 2023-82959 圧縮空気エネルギ貯蔵システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023082959

(43)【公開日】2023-06-15

(54)【発明の名称】圧縮空気エネルギ貯蔵システム

(51)【国際特許分類】

   F02C 6/16 20060101AFI20230608BHJP

   F02C 1/08 20060101ALI20230608BHJP

【ＦＩ】

F02C6/16

F02C1/08

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021197004

(22)【出願日】2021-12-03

(71)【出願人】

【識別番号】000000099

【氏名又は名称】株式会社ＩＨＩ

(74)【代理人】

【識別番号】110000936

【氏名又は名称】弁理士法人青海国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】内藤 俊之

(57)【要約】      （修正有）

【課題】圧縮工程において吸収された熱を再利用し、システムのエネルギ効率を向上することができる圧縮空気貯蔵システムを提供する。
【解決手段】システム１００は、空気タンク４０と、第１圧縮機１０Ａの下流に配置される第１熱交換器３０Ａと、第２圧縮機１０Ｂの下流に配置される第２熱交換器３０Ｂと、第１、第２熱交換器３０Ａ，３０Ｂに並列に接続される媒体源６０および媒体タンク５０と、第１熱交換器３０Ａへ流れる熱媒体の流量を調整する第１流量調整装置Ｐ１，Ｖ１と、第２熱交換器３０Ｂへ流れる熱媒体の流量を調整する第２流量調整装置Ｐ１，Ｖ２と、第１熱交換器３０Ａから流れる熱媒体の第１温度を測定する第１温度計Ｍ１と、第２熱交換器３０Ｂから流れる熱媒体の第２温度を測定する第２温度計Ｍ２と、第１温度と第２温度との差が所定の範囲内に収まるように、第１、第２流量調整装置Ｐ１，Ｖ１，Ｖ２を制御する制御装置９０と、を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１圧縮機、および、前記第１圧縮機の下流に配置される第２圧縮機を少なくとも含む複数の圧縮機と、
前記複数の圧縮機の下流に配置され、圧縮空気を貯留する空気タンクと、
前記第１圧縮機の下流に配置され、前記第１圧縮機からの圧縮空気を冷却する第１熱交換器と、
前記第２圧縮機の下流に配置され、前記第２圧縮機からの圧縮空気を冷却する第２熱交換器と、
前記第１熱交換器および前記第２熱交換器に並列に接続され、前記第１熱交換器および前記第２熱交換器の各々に熱媒体を供給する媒体源と、
前記第１熱交換器および前記第２熱交換器に並列に接続され、前記第１熱交換器および前記第２熱交換器の各々から前記熱媒体を回収する媒体タンクと、
前記媒体源から前記第１熱交換器へ流れる前記熱媒体の第１流量を調整する第１流量調整装置と、
前記媒体源から前記第２熱交換器へ流れる前記熱媒体の第２流量を調整する第２流量調整装置と、
前記第１熱交換器から前記媒体タンクへ流れる前記熱媒体の第１温度を測定する第１温度計と、
前記第２熱交換器から前記媒体タンクへ流れる前記熱媒体の第２温度を測定する第２温度計と、
前記第１温度計からの第１温度と、前記第２温度計からの第２温度との差が所定の範囲内に収まるように、前記第１流量および前記第２流量を調整するよう、前記第１流量調整装置および前記第２流量調整装置を制御する、制御装置と、
を備える、圧縮空気エネルギ貯蔵システム。

【請求項2】

前記第１流量調整装置および前記第２流量調整装置の各々は、バルブまたはポンプの少なくとも一方を含む、請求項１に記載の圧縮空気エネルギ貯蔵システム。

【請求項3】

前記空気タンクに接続される第１膨張機、および、前記第１膨張機の下流に配置される第２膨張機を少なくとも含む複数の膨張機と、
前記第１膨張機の上流に配置され、前記第１膨張機への圧縮空気を加熱する第３熱交換器であって、前記媒体タンクに接続される、第３熱交換器と、
前記第２膨張機の上流に配置され、前記第２膨張機への圧縮空気を加熱する第４熱交換器であって、前記第３熱交換器に対して並列に前記媒体タンクに接続される、第４熱交換器と、
前記媒体タンクから前記第３熱交換器へ流れる前記熱媒体の第３流量を調整する第３流量調整装置と、
前記媒体タンクから前記第４熱交換器へ流れる前記熱媒体の第４流量を調整する第４流量調整装置と、
前記第３熱交換器から流れる前記熱媒体の第３温度を測定する第３温度計と、
前記第４熱交換器から流れる前記熱媒体の第４温度を測定する第４温度計と、
をさらに備え、
前記制御装置はさらに、
前記第３温度計からの第３温度と、前記第４温度計からの第４温度との差が所定の範囲内に収まるように、前記第３流量および前記第４流量を調整するよう、前記第３流量調整装置および前記第４流量調整装置を制御する、
請求項１または２に記載の圧縮空気エネルギ貯蔵システム。

【請求項4】

前記第３流量調整装置および前記第４流量調整装置の各々は、バルブまたはポンプの少なくとも一方を含む、請求項３に記載の圧縮空気エネルギ貯蔵システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、圧縮空気エネルギ貯蔵システムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、圧縮空気エネルギ貯蔵システム（ＣＡＥＳ）が知られている。ＣＡＥＳは、例えば、売電価格が安いまたは電力が余っている時間帯に、圧縮機によって圧縮空気を生成し、圧縮空気を貯蔵する。反対に、ＣＡＥＳは、例えば、電力需要が高い時間帯に、貯蔵された圧縮空気によって膨張機を駆動し、電力を供給する。

【0003】

例えば、特許文献１から６の各々は、複数の圧縮機を備えるＣＡＥＳを開示している。各圧縮機の下流には熱交換器が配置され、圧縮空気が熱交換器によって冷却される。圧縮工程において熱を吸収した熱媒体は、膨張工程において圧縮空気を加熱するのに使用される。このような構成によれば、圧縮工程において吸収された熱を再利用することができ、システムのエネルギ効率を向上することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特表２０１３－５０９５３０号公報

【特許文献2】特開２０１７－１６０８６３号公報

【特許文献3】特開２０１８－１８２９９６号公報

【特許文献4】特開２０１９－１７３６０８号公報

【特許文献5】特開２０２０－８４９１３号公報

【特許文献6】特表２０２０－５２８５０９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

圧縮空気エネルギ貯蔵システムでは、エネルギ効率をさらに向上することが望まれている。

【0006】

本開示は、エネルギ効率を向上することができる、圧縮空気エネルギ貯蔵システム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】

【0007】

本開示の一態様に係る圧縮空気エネルギ貯蔵システムは、第１圧縮機、および、第１圧縮機の下流に配置される第２圧縮機を少なくとも含む複数の圧縮機と、複数の圧縮機の下流に配置され、圧縮空気を貯留する空気タンクと、第１圧縮機の下流に配置され、第１圧縮機からの圧縮空気を冷却する第１熱交換器と、第２圧縮機の下流に配置され、第２圧縮機からの圧縮空気を冷却する第２熱交換器と、第１熱交換器および第２熱交換器に並列に接続され、第１熱交換器および第２熱交換器の各々に熱媒体を供給する媒体源と、第１熱交換器および第２熱交換器に並列に接続され、第１熱交換器および第２熱交換器の各々から熱媒体を回収する媒体タンクと、媒体源から第１熱交換器へ流れる熱媒体の第１流量を調整する第１流量調整装置と、媒体源から第２熱交換器へ流れる熱媒体の第２流量を調整する第２流量調整装置と、第１熱交換器から媒体タンクへ流れる熱媒体の第１温度を測定する第１温度計と、第２熱交換器から媒体タンクへ流れる熱媒体の第２温度を測定する第２温度計と、第１温度計からの第１温度と、第２温度計からの第２温度との差が所定の範囲内に収まるように、第１流量および第２流量を調整するよう、第１流量調整装置および第２流量調整装置を制御する、制御装置と、を備える。

【0008】

第１および第２流量調整装置の各々は、バルブまたはポンプの少なくとも一方を含んでもよい。

【0009】

圧縮空気エネルギ貯蔵システムは、空気タンクに接続される第１膨張機、および、第１膨張機の下流に配置される第２膨張機を少なくとも含む複数の膨張機と、第１膨張機の上流に配置され、第１膨張機への圧縮空気を加熱する第３熱交換器であって、媒体タンクに接続される、第３熱交換器と、第２膨張機の上流に配置され、第２膨張機への圧縮空気を加熱する第４熱交換器であって、第３熱交換器に対して並列に媒体タンクに接続される、第４熱交換器と、媒体タンクから第３熱交換器へ流れる熱媒体の第３流量を調整する第３流量調整装置と、媒体タンクから第４熱交換器へ流れる熱媒体の第４流量を調整する第４流量調整装置と、第３熱交換器から流れる熱媒体の第３温度を測定する第３温度計と、
第４熱交換器から流れる熱媒体の第４温度を測定する第４温度計と、をさらに備えてもよく、制御装置はさらに、第３温度計からの第３温度と、第４温度計からの第４温度との差が所定の範囲内に収まるように、第３流量および第４流量を調整するよう、第３流量調整装置および第４流量調整装置を制御してもよい。

【0010】

第３および第４流量調整装置の各々は、バルブまたはポンプの少なくとも一方を含んでもよい。

【発明の効果】

【0011】

本開示によれば、エネルギ効率を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】図１は、実施形態に係る圧縮空気エネルギ貯蔵システムを示す概略図である。

【図2】図２は、コンピュータシミュレーションの条件および結果の例を示す表である。

【図3】図３は、圧縮工程における制御装置の動作を示すフローチャートである。

【図4】図４は、膨張工程における制御装置の動作を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下に添付図面を参照しながら、本開示の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具体的な寸法、材料および数値等は、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。

【0014】

図１は、実施形態に係る圧縮空気エネルギ貯蔵システム１００を示す概略図である。図１において、実線の矢印は熱媒体の流れを示し、破線の矢印は空気の流れを示す。本開示において、圧縮空気エネルギ貯蔵システム（ＣＡＥＳ）１００は、単に「システム」とも称され得る。

【0015】

システム１００は、圧縮システム１０１と、膨張システム１０２と、を備える。具体的には、システム１００は、複数の圧縮機１０と、複数の膨張機２０と、複数の熱交換器３０と、空気タンク４０と、第１媒体タンク５０と、第２媒体タンク（媒体源）６０と、制御装置９０と、を備える。システム１００は、他の構成要素をさらに備えてもよい。

【0016】

システム１００は、例えば、売電価格が安いまたは電力が余っている時間帯に、圧縮システム１０１において、圧縮機１０によって圧縮空気を生成し、圧縮空気を空気タンク４０に貯蔵する。例えば、これらは、太陽光発電における昼間の時間帯、および、火力発電等の通常の発電における夜間の時間帯を含み得る。圧縮空気を生成および貯蔵する時間帯は、これらに限定されない。

【0017】

反対に、システム１００は、例えば、電力需要が高い時間帯または非常時に、膨張システム１０２において、貯蔵された圧縮空気によって膨張機２０を駆動し、発電する。圧縮空気を用いて発電する時間帯は、これらに限定されない。このような構成によれば、余剰電力を有効に利用することができる。

【0018】

複数の圧縮機１０は、少なくとも第１圧縮機１０Ａおよび第２圧縮機１０Ｂを含む。他の実施形態では、システム１００は、３つ以上の圧縮機１０を備えてもよい。各圧縮機１０は、電力によって駆動し、吸入した空気を圧縮する。複数の圧縮機１０は、直列に接続され、空気を段階的に圧縮する。破線の矢印で示される空気の流れにおいて、第２圧縮機１０Ｂは、第１圧縮機１０Ａの下流に配置される。例えば、第１圧縮機１０Ａは、周囲環境の空気を吸入する。本実施形態では、第２圧縮機１０Ｂは、後述する第２熱交換器３０Ｂを介して、空気タンク４０に接続される。第２圧縮機１０Ｂによって圧縮された空気は、空気タンク４０に貯留される。

【0019】

複数の膨張機２０は、少なくとも第１膨張機２０Ａおよび第２膨張機２０Ｂを含む。他の実施形態では、システム１００は、３つ以上の膨張機２０を備えてもよい。各膨張機２０は、空気タンク４０からの圧縮空気によって駆動し、電力を生成する。複数の膨張機２０は、直列に接続され、空気タンク４０からの圧縮空気を段階的に膨張させる。第１膨張機２０Ａは、後述する第３熱交換器３０Ｃを介して、空気タンク４０に接続される。破線の矢印で示される空気の流れにおいて、第２膨張機２０Ｂは、第１膨張機２０Ａの下流に配置される。第２膨張機２０Ｂによって膨張された空気は、例えば、外部環境に放出されてもよい。

【0020】

本実施形態では、複数の熱交換器３０は、圧縮システム１０１の第１熱交換器３０Ａおよび第２熱交換器３０Ｂ、ならびに、膨張システム１０２の第３熱交換器３０Ｃおよび第４熱交換器３０Ｄを含む。他の実施形態では、圧縮システム１０１は、圧縮機１０の数に応じて、３つ以上の熱交換器３０を含んでもよく、膨張システム１０２は、膨張機２０の数に応じて、３つ以上の熱交換器３０を含んでもよい。熱交換器３０では、例えば、熱媒体としてオイルが使用されてもよい。

【0021】

圧縮システム１０１では、熱交換器３０は、空気の流れにおいて、各圧縮機１０の下流に配置され、各圧縮機１０によって圧縮された空気を冷却する。具体的には、第１熱交換器３０Ａは、第１圧縮機１０Ａの下流に配置され、第２熱交換器３０Ｂは、第２圧縮機１０Ｂの下流に配置される。より具体的には、第１熱交換器３０Ａは、第１圧縮機１０Ａと第２圧縮機１０Ｂとの間に配置され、第２熱交換器３０Ｂは、第２圧縮機１０Ｂと空気タンク４０との間に配置される。

【0022】

実線の矢印で示されるように、第１熱交換器３０Ａおよび第２熱交換器３０Ｂは、第２媒体タンク６０に並列に接続される。本実施形態では、第２媒体タンク６０からの配管Ｌ１が分岐され、分岐された配管Ｌ２，Ｌ３が、それぞれ第１熱交換器３０Ａおよび第２熱交換器３０Ｂに接続される。他の実施形態では、配管Ｌ１に代えて、配管Ｌ２，Ｌ３の各々が、第２媒体タンク６０から直接的に延びていてもよい。第２媒体タンク６０は、膨張システム１０２で冷却された熱媒体を、第１熱交換器３０Ａおよび第２熱交換器３０Ｂの各々に供給する。

【0023】

配管Ｌ１には、ポンプＰ１が設けられる。また、配管Ｌ２，Ｌ３には、それぞれバルブＶ１，Ｖ２が設けられる。ポンプＰ１およびバルブＶ１，Ｖ２は、制御装置９０と有線または無線で通信可能に接続されており、制御装置９０によって制御される。制御装置９０は、ポンプＰ１の出力を制御することによって、第２媒体タンク６０から配管Ｌ１に供給される熱媒体の流量を調整する。また、制御装置９０は、バルブＶ１，Ｖ２の開度を調整することによって、それぞれ配管Ｌ２，Ｌ３を流れる熱媒体の流量を調整する。

【0024】

制御装置９０は、ポンプＰ１の出力およびバルブＶ１の開度を調整することによって、第２媒体タンク６０から第１熱交換器３０Ａへ流れる熱媒体の第１流量を調整する。したがって、本実施形態では、ポンプＰ１およびバルブＶ１が、第１流量調整装置として機能する。

【0025】

制御装置９０は、ポンプＰ１の出力およびバルブＶ２の開度を調整することによって、第２媒体タンク６０から第２熱交換器３０Ｂへ流れる熱媒体の第２流量を調整する。したがって、本実施形態では、ポンプＰ１およびバルブＶ２が、第２流量調整装置として機能する。

【0026】

第１流量調整装置および第２流量調整装置は、上記の構成に限定されない。例えば、他の実施形態では、第１流量調整装置および第２流量調整装置は、追加の構成要素をさらに含んでもよい。例えば、他の実施形態では、第１流量調整装置および第２流量調整装置の各々が、別個の独立したポンプを含んでもよい。

【0027】

実線の矢印で示されるように、第１熱交換器３０Ａおよび第２熱交換器３０Ｂは、第１媒体タンク５０に並列に接続される。本実施形態では、第１熱交換器３０Ａから延びる配管Ｌ４および第２熱交換器３０Ｂから延びる配管Ｌ５が、第１媒体タンク５０に接続される配管Ｌ６へと合流する。他の実施形態では、配管Ｌ６に代えて、配管Ｌ４，Ｌ５の各々が、第１媒体タンク５０に直接的に接続されてもよい。第１媒体タンク５０は、圧縮システム１０１で加熱された熱媒体を貯留する。

【0028】

配管Ｌ４，Ｌ５には、それぞれ第１温度計Ｍ１および第２温度計Ｍ２が設けられる。第１温度計Ｍ１は、第１熱交換器３０Ａから第１媒体タンク５０へ流れる熱媒体の第１温度を測定する。第２温度計Ｍ２は、第２熱交換器３０Ｂから第１媒体タンク５０へ流れる熱媒体の第２温度を測定する。第１温度計Ｍ１および第２温度計Ｍ２は、制御装置９０と有線または無線で通信可能に接続されており、測定データを制御装置９０に送信する。

【0029】

膨張システム１０２では、熱交換器３０は、空気の流れにおいて、各膨張機２０の上流に配置され、各膨張機２０に供給される圧縮空気を加熱する。具体的には、第３熱交換器３０Ｃは、第１膨張機２０Ａの上流に配置され、第４熱交換器３０Ｄは、第２膨張機２０Ｂの上流に配置される。より具体的には、第３熱交換器３０Ｃは、空気タンク４０と第１膨張機２０Ａとの間に配置され、第２熱交換器３０Ｂは、第１膨張機２０Ａと第２膨張機２０Ｂとの間に配置される。各膨張機２０に供給される圧縮空気を加熱することによって、膨張機２０における発電効率を向上することができる。

【0030】

実線の矢印で示されるように、第３熱交換器３０Ｃおよび第４熱交換器３０Ｄは、第１媒体タンク５０に並列に接続される。本実施形態では、第１媒体タンク５０からの配管Ｌ７が分岐され、分岐された配管Ｌ８，Ｌ９が、それぞれ第３熱交換器３０Ｃおよび第４熱交換器３０Ｄに接続される。他の実施形態では、配管Ｌ７に代えて、配管Ｌ８，Ｌ９の各々が、第１媒体タンク５０から直接的に延びていてもよい。第１媒体タンク５０は、圧縮システム１０１で加熱された熱媒体を、第３熱交換器３０Ｃおよび第４熱交換器３０Ｄの各々に供給する。

【0031】

配管Ｌ７には、ポンプＰ２が設けられる。また、配管Ｌ８，Ｌ９には、それぞれバルブＶ３，Ｖ４が設けられる。ポンプＰ２およびバルブＶ３，Ｖ４は、制御装置９０と有線または無線で通信可能に接続されており、制御装置９０によって制御される。制御装置９０は、ポンプＰ２の出力を制御することによって、第１媒体タンク５０から配管Ｌ７に供給される熱媒体の流量を調整する。また、制御装置９０は、バルブＶ３，Ｖ４の開度を調整することによって、それぞれ配管Ｌ８，Ｌ９を流れる熱媒体の流量を調整する。

【0032】

制御装置９０は、ポンプＰ２の出力およびバルブＶ３の開度を調整することによって、第１媒体タンク５０から第３熱交換器３０Ｃへ流れる熱媒体の第３流量を調整する。したがって、本実施形態では、ポンプＰ２およびバルブＶ３が、第３流量調整装置として機能する。

【0033】

制御装置９０は、ポンプＰ２の出力およびバルブＶ４の開度を調整することによって、第１媒体タンク５０から第４熱交換器３０Ｄへ流れる熱媒体の第４流量を調整する。したがって、本実施形態では、ポンプＰ２およびバルブＶ４が、第４流量調整装置として機能する。

【0034】

第３流量調整装置および第４流量調整装置は、上記の構成に限定されない。例えば、他の実施形態では、第３流量調整装置および第４流量調整装置は、追加の構成要素をさらに含んでもよい。例えば、他の実施形態では、第３流量調整装置および第４流量調整装置の各々が、別個の独立したポンプを含んでもよい。

【0035】

実線の矢印で示されるように、第３熱交換器３０Ｃおよび第４熱交換器３０Ｄは、第２媒体タンク６０に並列に接続される。本実施形態では、第３熱交換器３０Ｃから延びる配管Ｌ１０および第４熱交換器３０Ｄから延びる配管Ｌ１１が、第２媒体タンク６０に接続される配管Ｌ１２へと合流する。他の実施形態では、配管Ｌ１２に代えて、配管Ｌ１０，Ｌ１１の各々が、第２媒体タンク６０に直接的に接続されてもよい。第２媒体タンク６０は、膨張システム１０２で冷却された熱媒体を貯留する。

【0036】

配管Ｌ１０，Ｌ１１には、それぞれ第３温度計Ｍ３および第４温度計Ｍ４が設けられる。第３温度計Ｍ３は、第３熱交換器３０Ｃから第２媒体タンク６０へ流れる熱媒体の第３温度を測定する。第４温度計Ｍ４は、第４熱交換器３０Ｄから第２媒体タンク６０へ流れる熱媒体の第４温度を測定する。第３温度計Ｍ３および第４温度計Ｍ４は、制御装置９０と有線または無線で通信可能に接続されており、測定データを制御装置９０に送信する。

【0037】

制御装置９０は、システム１００の全体または一部を制御する。制御装置９０は、例えば、プロセッサ９０ａ、記憶装置９０ｂおよびコネクタ９０ｃ等の構成要素を含み、これらの構成要素はバスを介して互いに接続される。例えば、プロセッサ９０ａは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等を含む。例えば、記憶装置９０ｂは、ハードディスク、プログラム等が格納されるＲＯＭ、および、ワークエリアとしてのＲＡＭ等を含む。制御装置９０は、コネクタ９０ｃを介してシステム１００の各構成要素と通信する。例えば、制御装置９０は、液晶ディスプレイまたはタッチパネル等の表示装置、および、キーボード、ボタンまたはタッチパネル等の入力装置等、他の構成要素を更に含んでもよい。例えば、以下に示される制御装置９０の動作は、記憶装置９０ｂに記憶されるプログラムをプロセッサ９０ａに実行することによって、実現されてもよい。

【0038】

本発明者は、上記のような圧縮システム１０１および膨張システム１０２の各々において、複数の熱交換器３０の出口温度が、互いに等しくまたはほぼ等しくなるように、これらの熱交換器３０に供給される熱媒体の流量を調整することによって、システム１００のエネルギ効率を向上できることを見出した。

【0039】

図２は、コンピュータシミュレーションの条件および結果の例を示す表である。具体的には、本発明者は、図２に示される条件を用いて、図１に示されるシステム１００のコンピュータシミュレーションを実施した。このシミュレーションでは、膨張システム１０２において条件を変えた。

【0040】

比較例では、第１媒体タンク５０から配管Ｌ８および配管Ｌ９に同じ割合（５０％）で熱媒体が供給されるように、ポンプＰ２およびバルブＶ３，Ｖ４を制御した。すなわち、第３熱交換器３０Ｃおよび第４熱交換器３０Ｄに対して、同じ流量で熱媒体を供給した。

【0041】

実施例では、第３熱交換器３０Ｃおよび第４熱交換器３０Ｄの出口温度が互いに等しくなるように、第１媒体タンク５０から配管Ｌ８，Ｌ９へ流れる熱媒体の割合を調整するよう、ポンプＰ２およびバルブＶ３，Ｖ４を制御した。すなわち、第３温度計Ｍ３および第４温度計Ｍ４の温度が互いに等しくなるように、第３熱交換器３０Ｃおよび第４熱交換器３０Ｄに供給される熱媒体の流量を調整した。このときに配管Ｌ８へ流れる熱媒体の割合は４５．５％であり、配管Ｌ９へ流れる熱媒体の割合は５４．５％であった。他の条件については、熱媒体の初期温度が極僅かだけ異なるものの、図２に示されない条件を含めて、比較例および実施例は概ね同じである。熱媒体の初期温度は、第１媒体タンク５０に貯留される熱媒体の温度を示す。空気の初期温度は、空気タンク４０に貯留される圧縮空気の温度を示す。空気の一段目入力温度は、第３熱交換器３０Ｃによって加熱された後に、第１膨張機２０Ａへと流れる圧縮空気の温度を示す。空気の一段目出力温度は、第１膨張機２０Ａから流れる圧縮空気の温度を示す。空気の二段目入力温度は、第４熱交換器３０Ｄによって加熱された後に、第２膨張機２０Ｂへと流れる圧縮空気の温度を示す。出力は、第１膨張機２０Ａおよび第２膨張機２０Ｂで生成された合計の電力を示す。

【0042】

比較例では、第３温度計Ｍ３および第４温度計Ｍ４の温度が、それぞれ１２２．８℃および１１９．５℃であった一方で、実施例では、これらは互いに同じであった、何故ならば、第３温度計Ｍ３および第４温度計Ｍ４の温度が互いに等しくなるように、第３熱交換器３０Ｃおよび第４熱交換器３０Ｄに供給される熱媒体の流量を調整したからである。

【0043】

図２に示されるように、実施例の出力は、比較例の出力よりも０．７％高い。したがって、第３温度計Ｍ３および第４温度計Ｍ４の温度が互いに等しくなるように、第３熱交換器３０Ｃおよび第４熱交換器３０Ｄに供給される熱媒体の流量を調整することによって、システム１００のエネルギ効率を向上することができることがわかる。空気の一段目入力温度および一段目出力温度の比較からわかるように、圧縮空気は、第１膨張機２０Ａで膨張された後に冷却される。実施例では、第３温度計Ｍ３および第４温度計Ｍ４の温度が互いに等しくなるように、第３熱交換器３０Ｃおよび第４熱交換器３０Ｄに供給される熱媒体の流量を調整することによって、第４熱交換器３０Ｄに供給される熱媒体が相対的に増加する。したがって、比較例および実施例の空気の二段目入力温度の比較からわかるように、実施例では、第１膨張機２０Ａで冷却された圧縮空気を、第４熱交換器３０Ｄにおいてより効率的に再加熱することができ、これが、エネルギ効率の向上に繋がると推測される。

【0044】

図２の実施例では、膨張システム１０２のみにおいて条件を変えた。しかしながら、理論的に、同じことが圧縮システム１０１にも当てはまる。したがって、第１温度計Ｍ１および第２温度計Ｍ２の温度が互いに等しくなるように、第１熱交換器３０Ａおよび第２熱交換器３０Ｂに供給される熱媒体の流量を調整することによって、同様に出力を０．７％増加させることができる。したがって、システム１００全体では、出力を１．４％増加させることができる。

【0045】

また、図２の実施例では、膨張システム１０２において、第３温度計Ｍ３および第４温度計Ｍ４の温度が互いに等しくなるように、第３熱交換器３０Ｃおよび第４熱交換器３０Ｄに供給される熱媒体の流量を調整した。しかしながら、第３温度計Ｍ３および第４温度計Ｍ４の温度は完全に互いに等しくなくてもよく、第３温度計Ｍ３および第４温度計Ｍ４の温度の差が所定の範囲内に収まるように、第３熱交換器３０Ｃおよび第４熱交換器３０Ｄに供給される熱媒体の流量を調整してもよい。同様に、圧縮システム１０１において、第１温度計Ｍ１および第２温度計Ｍ２の温度は完全に互いに等しくなくてもよく、第１温度計Ｍ１および第２温度計Ｍ２の温度の差が所定の範囲内に収まるように、第１熱交換器３０Ａおよび第２熱交換器３０Ｂに供給される熱媒体の流量を調整してもよい。例えば、「所定の範囲」とは、許容誤差であることができ、例えば５℃であってもよく、より大きな効果を得るためには１℃であってもよい。

【0046】

上記のような新たな知見に基づいて、制御装置９０は、圧縮システム１０１において、第１温度計Ｍ１からの第１温度と、第２温度計Ｍ２からの第２温度との差が所定の範囲内に収まるように、第１圧縮機１０Ａへの熱媒体の第１流量および第２圧縮機１０Ｂへの熱媒体の第２流量を調整するよう、ポンプＰ１の出力およびバルブＶ１，Ｖ２の開度を制御する。具体的には、制御装置９０は、第１温度計Ｍ１からの第１温度と第２温度計Ｍ２からの第２温度とが互いに等しくなるように、ポンプＰ１の出力およびバルブＶ１，Ｖ２の開度を制御する。

【0047】

同様に、制御装置９０は、膨張システム１０２において、第３温度計Ｍ３からの第３温度と、第４温度計Ｍ４からの第４温度との差が所定の範囲内に収まるように、第１膨張機２０Ａへの熱媒体の第３流量および第２膨張機２０Ｂへの熱媒体の第４流量を調整するよう、ポンプＰ２の出力およびバルブＶ３，Ｖ４の開度を制御する。具体的には、制御装置９０は、第３温度計Ｍ３からの第３温度と第４温度計Ｍ４からの第４温度とが互いに等しくなるように、ポンプＰ２の出力およびバルブＶ３，Ｖ４の開度を制御する。

【0048】

続いて、システム１００の動作について説明する。

【0049】

図３は、圧縮システム１０１における制御装置９０の動作を示すフローチャートである。例えば、図３に示される動作は、圧縮システム１０１の稼働中に、所定のインターバル、例えば、百～数百ミリ秒、一～数秒、十～数十秒、または、一～数分で繰り返されてもよい。

【0050】

プロセッサ９０ａは、第１温度計Ｍ１から、第１熱交換器３０Ａから第１媒体タンク５０へ流れる熱媒体の第１温度を取得する（ステップＳ１００）。

【0051】

続いて、プロセッサ９０ａは、第２温度計Ｍ２から、第２熱交換器３０Ｂから第１媒体タンク５０へ流れる熱媒体の第２温度を取得する（ステップＳ１０２）。

【0052】

続いて、プロセッサ９０ａは、第１温度および第２温度の差を算出する（ステップＳ１０４）。

【0053】

続いて、プロセッサ９０ａは、ステップＳ１０４で算出される差が所定の範囲内であるか否かを判定する（ステップＳ１０６）。

【0054】

ステップＳ１０６において、差が所定の範囲内である場合（ＹＥＳ）、プロセッサ９０ａは、一連の動作を終了する。

【0055】

ステップＳ１０６において、差が所定の範囲内でない場合（ＮＯ）、プロセッサ９０ａは、差が所定の範囲内に収まるように、第１熱交換器３０Ａへの熱媒体の第１流量および第２熱交換器３０Ｂへの熱媒体の第２流量を調整し（ステップＳ１０８）、一連の動作を終了する。具体的には、プロセッサ９０ａは、ポンプＰ１の出力またはバルブＶ１，Ｖ２の開度の少なくとも１つを変更する。

【0056】

図４は、膨張システム１０２における制御装置９０の動作を示すフローチャートである。例えば、図４に示される動作は、膨張システム１０２の稼働中に、所定のインターバル、例えば、百～数百ミリ秒、一～数秒、十～数十秒、または、一～数分で繰り返されてもよい。

【0057】

プロセッサ９０ａは、第３温度計Ｍ３から、第３熱交換器３０Ｃから第２媒体タンク６０へ流れる熱媒体の第３温度を取得する（ステップＳ２００）。

【0058】

続いて、プロセッサ９０ａは、第４温度計Ｍ４から、第４熱交換器３０Ｄから第２媒体タンク６０へ流れる熱媒体の第４温度を取得する（ステップＳ２０２）。

【0059】

続いて、プロセッサ９０ａは、第３温度および第４温度の差を算出する（ステップＳ２０４）。

【0060】

続いて、プロセッサ９０ａは、ステップＳ２０４で算出される差が所定の範囲内であるか否かを判定する（ステップＳ２０６）。

【0061】

ステップＳ２０６において、差が所定の範囲内である場合（ＹＥＳ）、プロセッサ９０ａは、一連の動作を終了する。

【0062】

ステップＳ２０６において、差が所定の範囲内でない場合（ＮＯ）、プロセッサ９０ａは、差が所定の範囲内に収まるように、第３熱交換器３０Ｃへの熱媒体の第３流量および第４熱交換器３０Ｄへの熱媒体の第４流量を調整し（ステップＳ２０８）、一連の動作を終了する。具体的には、プロセッサ９０ａは、ポンプＰ２の出力またはバルブＶ３，Ｖ４の開度の少なくとも１つを変更する。

【0063】

以上のようなシステム１００は、第１圧縮機１０Ａ、および、第１圧縮機１０Ａの下流に配置される第２圧縮機１０Ｂを少なくとも含む複数の圧縮機１０と、複数の圧縮機１０の下流に配置され、圧縮空気を貯留する空気タンク４０と、第１圧縮機１０Ａの下流に配置され、第１圧縮機１０Ａからの圧縮空気を冷却する第１熱交換器３０Ａと、第２圧縮機１０Ｂの下流に配置され、第２圧縮機１０Ｂからの圧縮空気を冷却する第２熱交換器３０Ｂと、第１熱交換器３０Ａおよび第２熱交換器３０Ｂに並列に接続され、第１熱交換器３０Ａおよび第２熱交換器３０Ｂの各々に熱媒体を供給する第２媒体タンク６０と、第１熱交換器３０Ａおよび第２熱交換器３０Ｂに並列に接続され、第１熱交換器３０Ａおよび第２熱交換器３０Ｂの各々から熱媒体を回収する第１媒体タンク５０と、第２媒体タンク６０から第１熱交換器３０Ａへ流れる熱媒体の第１流量を調整する第１流量調整装置Ｐ１，Ｖ１と、第２媒体タンク６０から第２熱交換器３０Ｂへ流れる熱媒体の第２流量を調整する第２流量調整装置Ｐ１，Ｖ２と、第１熱交換器３０Ａから第１媒体タンク５０へ流れる熱媒体の第１温度を測定する第１温度計Ｍ１と、第２熱交換器３０Ｂから第１媒体タンク５０へ流れる熱媒体の第２温度を測定する第２温度計Ｍ２と、第１温度計Ｍ１からの第１温度と、第２温度計Ｍ２からの第２温度との差が所定の範囲内に収まるように、第１流量および第２流量を調整するよう、第１および第２流量調整装置Ｐ１，Ｖ１，Ｖ２を制御する、制御装置９０と、を備える。上記のように、本発明者は、圧縮システム１０１および膨張システム１０２の各々において、複数の熱交換器３０の出口温度が、互いに等しくまたはほぼ等しくなるように、これらの熱交換器３０に供給される熱媒体の流量を調整することによって、システム１００のエネルギ効率を向上することができることを見出した。したがって、上記の構成によれば、第１熱交換器３０Ａおよび第２熱交換器３０Ｂの出口温度を、互いに等しくまたはほぼ等しくすることができ、システム１００のエネルギ効率を向上することができる。

【0064】

また、システム１００では、第１および第２流量調整装置は、バルブＶ１，Ｖ２およびポンプＰ１を含む。しかしながら、第１および第２流量調整装置の各々は、バルブまたはポンプの少なくとも一方を含む、さまざまな構成によって実現されてもよい。また、他の実施形態では、第１および第２流量調整装置の各々は、さらに他の構成によって実現されてもよい。

【0065】

また、システム１００は、空気タンク４０に接続される第１膨張機２０Ａ、および、第１膨張機２０Ａの下流に配置される第２膨張機２０Ｂを少なくとも含む複数の膨張機２０と、第１膨張機２０Ａの上流に配置され、第１膨張機２０Ａへの圧縮空気を加熱する第３熱交換器３０Ｃであって、第１媒体タンク５０に接続される、第３熱交換器３０Ｃと、第２膨張機２０Ｂの上流に配置され、第２膨張機２０Ｂへの圧縮空気を加熱する第４熱交換器３０Ｄであって、第３熱交換器３０Ｃに対して並列に第１媒体タンク５０に接続される、第４熱交換器３０Ｄと、第１媒体タンク５０から第３熱交換器３０Ｃへ流れる熱媒体の第３流量を調整する第３流量調整装置Ｐ２，Ｖ３と、第１媒体タンク５０から第４熱交換器３０Ｄへ流れる熱媒体の第４流量を調整する第４流量調整装置Ｐ２，Ｖ４と、第３熱交換器３０Ｃから流れる熱媒体の第３温度を測定する第３温度計Ｍ３と、第４熱交換器３０Ｄから流れる熱媒体の第４温度を測定する第４温度計Ｍ４と、をさらに備え、制御装置９０はさらに、第３温度計Ｍ３からの第３温度と、第４温度計Ｍ４からの第４温度との差が所定の範囲内に収まるように、第３流量および第４流量を調整するよう、第３および第４流量調整装置Ｐ２，Ｖ３，Ｖ４を制御する。上記のように、膨張システム１０２において、複数の熱交換器３０の出口温度が、互いに等しくまたはほぼ等しくなるように、これらの熱交換器３０に供給される熱媒体の流量を調整することによって、システム１００のエネルギ効率を向上することができる。したがって、上記の構成によれば、第３熱交換器３０Ｃおよび第４熱交換器３０Ｄの出口温度を、互いに等しくまたはほぼ等しくすることができ、システム１００のエネルギ効率を向上することができる。

【0066】

また、システム１００では、第３および第４流量調整装置は、バルブＶ３，Ｖ４およびポンプＰ２を含む。しかしながら、第３および第４流量調整装置の各々は、バルブまたはポンプの少なくとも一方を含む、さまざまな構成によって実現されてもよい。また、他の実施形態では、第３および第４流量調整装置の各々は、さらに他の構成によって実現されてもよい。

【0067】

以上、添付図面を参照しながら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。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。

【0068】

例えば、上記の実施形態では、システム１００は、圧縮機１０および膨張機２０の双方を別個に備える。他の実施形態では、例えば、システム１００は、圧縮機１０のみを備えてもよく、空気タンク４０から逆向きに圧縮空気を流し、かつ、第１媒体タンク５０から第２媒体タンク６０に向けて逆向きに熱媒体を流すことによって、圧縮システム１０１を膨張システム１０２として使用してもよい。この場合、システム１００は、膨張機２０および熱交換器３０Ｃ，３０Ｄを備えなくてもよい。同様に、例えば、システム１００は、膨張機２０のみを備えてもよく、第２膨張機２０Ｂから逆向きに空気を吸入し、かつ、第２媒体タンク６０から第１媒体タンク５０に向けて逆向きに熱媒体を流すことによって、膨張システム１０２を圧縮システム１０１として使用してもよい。この場合、システム１００は、圧縮機１０および熱交換器３０Ａ，３０Ｂを備えなくてもよい。

【0069】

本開示は、エネルギ効率を向上することができ、それによって、持続可能な開発目標（ＳＤＧｓ）の目標７「手ごろで信頼でき、持続可能かつ近代的なエネルギへのアクセスを確保する」および目標１３「気候変動とその影響に立ち向かうため、緊急対策を取る」に貢献することができる。

【符号の説明】

【0070】

１０ 圧縮機
１０Ａ 第１圧縮機
１０Ｂ 第２圧縮機
２０ 膨張機
２０Ａ 第１膨張機
２０Ｂ 第２膨張機
３０Ａ 第１熱交換器
３０Ｂ 第２熱交換器
３０Ｃ 第３熱交換器
３０Ｄ 第４熱交換器
４０ 空気タンク
５０ 第１媒体タンク（媒体タンク）
６０ 第２媒体タンク（媒体源）
９０ 制御装置
１００ 圧縮空気エネルギ貯蔵システム
Ｍ１ 第１温度計
Ｍ２ 第２温度計
Ｍ３ 第３温度計
Ｍ４ 第４温度計
Ｐ１ ポンプ（第１流量調整装置、第２流量調整装置）
Ｐ２ ポンプ（第３流量調整装置、第４流量調整装置）
Ｖ１ バルブ（第１流量調整装置）
Ｖ２ バルブ（第２流量調整装置）
Ｖ３ バルブ（第３流量調整装置）
Ｖ４ バルブ（第４流量調整装置）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】