特許 7476702 ＣＡＥＳシステム

(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】

(24)【登録日】2024-04-22

(45)【発行日】2024-05-01

(54)【発明の名称】ＣＡＥＳシステム

(51)【国際特許分類】

   F02C 6/16 20060101AFI20240423BHJP

   F02C 1/05 20060101ALI20240423BHJP

   F02C 7/143 20060101ALI20240423BHJP

【ＦＩ】

F02C6/16

F02C1/05

F02C7/143

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2020124951

(22)【出願日】2020-07-22

(65)【公開番号】P2022021415

(43)【公開日】2022-02-03

【審査請求日】2023-06-09

(73)【特許権者】

【識別番号】000000099

【氏名又は名称】株式会社ＩＨＩ

(74)【代理人】

【識別番号】100083806

【弁理士】

【氏名又は名称】三好 秀和

(74)【代理人】

【識別番号】100101247

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 俊一

(74)【代理人】

【識別番号】100095500

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 正和

(74)【代理人】

【識別番号】100098327

【弁理士】

【氏名又は名称】高松 俊雄

(72)【発明者】

【氏名】内藤 俊之

【審査官】松浦 久夫

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１５－０９５９７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０７－２２４６７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１７３６０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１８２９９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】独国特許出願公開第１０２０１００５０４２８（ＤＥ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０２０／００３２８０２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特表２０１３－５０９５３１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０２Ｃ ６／１６

Ｆ０２Ｃ １／０５

Ｆ０２Ｃ ７／１４３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

圧縮装置と、
前記圧縮装置で圧縮された空気を貯蔵する貯蔵装置と、
前記貯蔵装置から放出された空気によって回転するタービンを含み、前記タービンの回転によって発電する発電装置と、
前記タービンの回転を前記圧縮装置に伝達するクラッチと、
を備え、
前記圧縮装置から前記貯蔵装置に向かって流れる空気の熱を、前記貯蔵装置から前記タービンに向かって流れる空気の熱と交換する、ＣＡＥＳシステム。

【請求項2】

前記圧縮装置は前記貯蔵装置に向かって流れる圧縮された空気を冷却する第１熱交換器を含み、
前記発電装置は前記貯蔵装置から前記タービンに向かって流れる膨張された空気を加熱する第２熱交換器を含み、
前記第１熱交換器と前記第２熱交換器との間を熱交換媒体が循環する、請求項１に記載のＣＡＥＳシステム。

【請求項3】

前記圧縮装置から前記貯蔵装置に向かって流れる空気の熱を、前記タービンを通過して膨張した空気の熱と交換する、請求項１又は２に記載のＣＡＥＳシステム。

【請求項4】

前記圧縮装置は前記貯蔵装置に向かって流れる圧縮された空気を冷却する第１熱交換器を含み、
前記発電装置は第３熱交換器を含み、
前記第１熱交換器と前記第３熱交換器との間を熱交換媒体が循環し
前記第３熱交換器は前記タービンを通過して膨張された空気の熱と前記熱交換媒体の熱とを交換する、請求項１～３のいずれか一項に記載のＣＡＥＳシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、ＣＡＥＳシステムに関する。

【背景技術】

【0002】

二酸化炭素排出量を低減させるため、太陽光及び風力のような再生可能エネルギーを利用した発電が注目されている。しかしながら、これらの発電による発電量は、天候及び季節によって変動するために安定しておらず、需要と供給のバランスが崩れた場合には、停電が発生するおそれもある。そこで、これらの再生可能エネルギーを利用した場合であっても、安定した発電量を供給するための蓄エネルギーシステムが求められている。

【0003】

蓄エネルギーシステムの一種として、ＣＡＥＳ（圧縮空気エネルギー貯蔵）システムが知られている。ＣＡＥＳシステムは、電力の供給が過剰な場合には、余剰電力でタンクに空気を圧縮して貯蔵しておき、需要が供給を上回って電力が不足している場合には、圧縮して貯蔵した空気を放出してタービンを回転させることで発電することができる。そのため、ＣＡＥＳシステムによれば、電力の需要と供給のバランスを保ちながらエネルギーを貯蔵することができる。

【0004】

ＣＡＥＳシステムとして、特許文献１は、圧縮空気貯蔵発電装置を開示している。圧縮空気貯蔵発電装置は、モーターと機械的に接続され、空気を圧縮する圧縮機と、圧縮機により圧縮された空気を貯蔵する蓄圧タンクと、蓄圧タンクから供給される圧縮空気によって駆動される膨張機と、膨張機と機械的に接続された発電機を備える。また、圧縮空気貯蔵発電装置は、膨張機のケーシングを加熱する加熱手段を備える。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１６－２１１４３６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

上記圧縮空気貯蔵発電装置は、加熱手段を備えるため、膨張機における放熱に起因する充放電効率の低下を抑制することができる。しかしながら、特許文献１のようなＣＡＥＳシステムであっても、タービンの動力は有効に利用されていないため改善の余地がある。

【0007】

そこで、本開示は、必要に応じてタービンの動力を有効利用可能なＣＡＥＳ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】

【0008】

本開示に係るＣＡＥＳシステムは、圧縮装置と、圧縮装置で圧縮された空気を貯蔵する貯蔵装置とを備える。さらに、ＣＡＥＳシステムは、貯蔵装置から放出された空気によって回転するタービンを含み、タービンの回転によって発電する発電装置と、タービンの回転を圧縮装置に伝達するクラッチとを備える。

【0009】

ＣＡＥＳシステムは、圧縮装置から貯蔵装置に向かって流れる空気の熱を、貯蔵装置からタービンに向かって流れる空気の熱と交換してもよい。圧縮装置は貯蔵装置に向かって流れる圧縮された空気を冷却する第１熱交換器を含み、発電装置は貯蔵装置からタービンに向かって流れる膨張された空気を加熱する第２熱交換器を含み、第１熱交換器と第２熱交換器との間を熱交換媒体が循環してもよい。ＣＡＥＳシステムは圧縮装置から貯蔵装置に向かって流れる空気の熱を、タービンを通過して膨張した空気の熱と交換してもよい。圧縮装置は貯蔵装置に向かって流れる圧縮された空気を冷却する第１熱交換器を含み、発電装置は第３熱交換器を含み、第１熱交換器と第３熱交換器との間を熱交換媒体が循環し、第３熱交換器はタービンを通過して膨張された空気の熱と熱交換媒体の熱とを交換してもよい。

【発明の効果】

【0010】

本開示によれば、必要に応じてタービンの動力を有効利用可能なＣＡＥＳシステムを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】一実施形態に係るＣＡＥＳシステムを示す概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、いくつかの例示的な実施形態について、図面を参照して説明する。なお、図面の寸法比率は説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。

【0013】

図１に示すように、ＣＡＥＳシステム１は、圧縮装置１０と、貯蔵装置２０と、発電装置３０と、クラッチ４０とを備える。なお、図１において空気の流れを点線で示し、熱交換媒体の流れを実線で示している。

【0014】

圧縮装置１０は、大気中の空気を圧縮し、貯蔵装置２０に圧縮された空気を供給する。圧縮装置１０は、電動機１１と、圧縮機１２と、第１熱交換器１３とを含んでいる。

【0015】

電動機１１は圧縮機１２を駆動させることができる。電動機１１はインバーターを含んでおり、インバーターは回転軸１６の回転速度を調節することができる。そのため、電動機１１は、圧縮装置１０による圧縮する空気の量を調節することができる。

【0016】

圧縮機１２は空気を圧縮することができる。圧縮機１２は、回転軸１６を介して電動機１１と接続されており、電動機１１は圧縮機１２と連動して駆動する。圧縮機１２は、第１圧縮機１２ａと、第２圧縮機１２ｂとを含んでいる。第１圧縮機１２ａは、第２圧縮機１２ｂと回転軸１６を介して機械的に接続されており、第２圧縮機１２ｂは、第１圧縮機１２ａと連動して駆動する。そのため、電動機１１は、第１圧縮機１２ａ及び第２圧縮機１２ｂと連動して駆動する。

【0017】

第１圧縮機１２ａと第２圧縮機１２ｂとは、配管１４を介して接続されている。また、圧縮機１２と貯蔵装置２０とは、配管１５を介して接続されている。具体的には、第２圧縮機１２ｂと貯蔵装置２０とは、配管１５を介して接続されている。第１圧縮機１２ａの吸入口から吸引された空気は、第１圧縮機１２ａの吐出口から圧縮されて押し出される。第１圧縮機１２ａから押し出された空気は、配管１４を通じて第２圧縮機１２ｂに吸引される。第２圧縮機１２ｂの吸入口から吸引された空気は、第２圧縮機１２ｂの吐出口から圧縮されて押し出される。第２圧縮機１２ｂの吐出口から押し出され、圧縮された空気は、貯蔵装置２０に供給される。このようにして、圧縮装置１０で圧縮された空気は、配管１５を介して貯蔵装置２０に供給される。

【0018】

なお、電動機１１は、第１圧縮機１２ａと接続される第１電動機と、第２圧縮機１２ｂと接続される第２電動機とを含み、第１電動機が第１圧縮機１２ａを駆動させ、第２電動機が第２圧縮機１２ｂを駆動させてもよい。圧縮機１２は、空気を圧縮して貯蔵装置２０に供給することができれば特に限定されず、ターボ圧縮機及びスクリュー圧縮機のような公知の圧縮機を用いることができる。

【0019】

第１熱交換器１３は、圧縮機１２で圧縮した空気の熱と、熱交換媒体の熱とを交換する。第１熱交換器１３により、圧縮機１２で圧縮され、加熱された空気の熱と、後述する熱交換媒体の熱とが交換され、圧縮機１２で圧縮された空気が冷却される。したがって、第１熱交換器１３は、貯蔵装置２０に向かって流れる圧縮された空気を冷却することができる。第１熱交換器１３は、インタークーラー１３ａと、アウタークーラー１３ｂとを含んでいる。

【0020】

インタークーラー１３ａは、第１圧縮機１２ａと第２圧縮機１２ｂとを接続する配管１４に設けられている。また、インタークーラー１３ａは、熱交換媒体が流れる配管６１に設けられている。インタークーラー１３ａは、配管１４内を流れる空気の熱と、配管６１内を流れる熱交換媒体の熱とを交換する。そのため、インタークーラー１３ａは、第１圧縮機１２ａで圧縮され、加熱された空気を冷却することができる。

【0021】

アウタークーラー１３ｂは、第２圧縮機１２ｂと貯蔵装置２０とを接続する配管１５に設けられている。また、アウタークーラー１３ｂは、熱交換媒体が流れる配管５３に設けられている。アウタークーラー１３ｂは、配管１５内を流れる空気の熱と、配管５３内を流れる熱交換媒体の熱とを交換する。そのため、アウタークーラー１３ｂは、第２圧縮機１２ｂで圧縮され、加熱された空気を冷却することができる。

【0022】

なお、本実施形態では、圧縮装置１０が２台の圧縮機１２を含む例について説明している。しかしながら、圧縮装置１０は、単一の圧縮機１２のみを含んでもよく、３台以上の複数の圧縮機１２を含んでいてもよい。圧縮効率を高くする場合には、複数の圧縮機１２が設けられることが好ましい。

【0023】

貯蔵装置２０は、圧縮装置１０によって圧縮された空気を貯蔵する。貯蔵装置２０は、圧縮装置１０と発電装置３０との間に配置される。貯蔵装置２０は、配管１５を介して圧縮装置１０に接続され、配管２５を介して発電装置３０に接続される。

【0024】

貯蔵装置２０は、貯蔵タンク２１を含む。貯蔵タンク２１は、圧縮装置１０で圧縮された空気を貯蔵する。本実施形態に係る貯蔵装置２０は、１台の貯蔵タンク２１を含んでいるが、複数の貯蔵タンク２１を含んでいてもよい。貯蔵タンク２１は、圧縮された空気を貯蔵することができれば特に限定されず、耐圧タンクのような公知のタンクを用いることができる。

【0025】

流量調節器２２は、配管１５に設けられ、圧縮装置１０から貯蔵装置２０へ流れる空気の流路を開閉する。流量調節器２３は、配管２５に設けられ、貯蔵装置２０から発電装置３０へ向かって流れる空気の流路を開閉する。流量調節器２２と流量調節器２３との開度を調節することによって、貯蔵装置２０が貯蔵する空気の量を調節することができる。

【0026】

貯蔵タンク２１には、圧力計２４が設けられており、圧力計２４によって貯蔵タンク２１内の圧力が計測される。圧力計２４で得られた貯蔵タンク２１内の圧力に関する信号に基づいて流量調節器２２及び流量調節器２３の開度が調節されてもよい。

【0027】

発電装置３０は、貯蔵装置２０から放出された空気によって発電する。発電装置３０は、第２熱交換器３１と、タービン３２と、発電機３３と、第３熱交換器３４とを含む。タービン３２と、発電機３３とは、回転軸３５を介して機械的に接続されている。また、回転軸３５には、減速機３６も設けられている。

【0028】

第２熱交換器３１は、貯蔵装置２０とタービン３２とを接続する配管２５に設けられている。また、第２熱交換器３１は、熱交換媒体が流れる配管５４に設けられている。第２熱交換器３１は、配管２５内を流れる空気の熱と、配管５４内を流れる熱交換媒体の熱とを交換する。そのため、貯蔵装置２０から放出された空気を加熱することができる。

【0029】

タービン３２は、貯蔵装置２０から放出された空気によって回転する。貯蔵装置２０から放出された空気は、配管２５を介してタービン３２に供給される。タービン３２に供給された空気は、タービン３２を通過し、タービン３２を回転させる。タービン３２を通過した空気は、大気中に放出される。タービン３２は、単一のタービンであってもよく、複数のタービンであってもよい。

【0030】

発電機３３は、回転軸３５を介してタービン３２と機械的に接続されており、タービン３２の回転と連動している。したがって、発電装置３０は、タービン３２の回転によって発電する。

【0031】

第３熱交換器３４は、タービン３２を通過し、膨張した空気を排出する配管３７に設けられている。また、第３熱交換器３４は、熱交換媒体が流れる配管６３に設けられている。第３熱交換器３４は、配管３７内を流れる空気の熱と、配管６３内を流れる熱交換媒体の熱とを交換する。

【0032】

減速機３６は、回転軸３５を介してタービン３２と機械的に接続されており、タービン３２の回転軸３５から得られる動力を、ギアの回転速度を減じて出力することで、減速比に比例したトルクを生成することができる。減速機３６によって生成されたトルクは、回転軸１６を介して圧縮装置１０に伝達される。減速機３６を使用することで、クラッチ４０をできるだけ切断せずに、できるだけ長い間接続した状態で運転することが容易となるため、タービン３２の回転エネルギーの多くを圧縮装置１０に伝達することができる。

【0033】

クラッチ４０は、タービン３２の回転を圧縮装置１０に伝達することができる。クラッチ４０は、回転軸１６及び回転軸３５に機械的にそれぞれ接続されている。クラッチ４０は、回転軸１６と回転軸３５とを、機械的に接続又は切断可能なように設けられている。クラッチ４０は、接続された場合にはタービン３２の回転が圧縮装置１０に伝達され、完全に切断された場合にはタービン３２の回転が圧縮装置１０に伝達されないように構成されている。すなわち、クラッチ４０が接続された場合には、回転軸１６と回転軸３５とが連動して回転するため、タービン３２の回転が圧縮装置１０に伝達される。クラッチ４０が完全に切断された場合には、回転軸１６と回転軸３５とが連動して回転しないため、タービン３２の回転が圧縮装置１０に伝達されない。

【0034】

クラッチ４０を接続した場合には、タービン３２の回転を圧縮装置１０に伝達することができる。そのため、圧縮装置１０で空気を圧縮させるために必要なエネルギーを、タービン３２の回転によって補うことができ、圧縮装置１０の駆動の負荷を低減することができる。例えば、圧縮装置１０の立ち上がり始めなどには、クラッチ４０を接続し、タービン３２の回転を圧縮装置１０に伝達することで、圧縮装置１０の駆動の負荷を低減することができる。一方、圧縮装置１０の駆動が十分であり、タービン３２の回転速度が小さい場合には、クラッチ４０を切断し、圧縮装置１０がタービン３２の機械的抵抗を受けてエネルギーが消費されることを抑制することができる。

【0035】

以上の説明の通り、電力の供給が過剰な場合には、圧縮装置１０で空気が圧縮され、圧縮装置１０で圧縮された空気は貯蔵装置２０に貯蔵される。需要が供給を上回って電力が不足している場合には、貯蔵装置２０に貯蔵された空気を放出し、放出された空気によってタービン３２が回転し、タービン３２の回転によって発電される。

【0036】

次に、熱交換媒体の流れについて説明する。ＣＡＥＳシステム１は、熱交換媒体循環装置５０を備えている。熱交換媒体循環装置５０は、低温タンク５１と、高温タンク５２とを含んでいる。低温タンク５１及び高温タンク５２には熱交換媒体が貯蔵されている。高温タンク５２には、低温タンク５１よりも高い温度で熱交換媒体が貯蔵されている。低温タンク５１は例えば５０℃で保温され、高温タンク５２は例えば２００℃で保温される。配管５３は、低温タンク５１と高温タンク５２とを接続し、低温タンク５１から高温タンク５２へ熱交換媒体が流れるように導く。配管５４は、高温タンク５２と低温タンク５１とを接続し、高温タンク５２から低温タンク５１へ流れる熱交換媒体を導く。

【0037】

配管５３には、ポンプ５５が設けられており、低温タンク５１に貯蔵された熱交換媒体を高温タンク５２に移送することができる。配管５４には、ポンプ５６が設けられており、高温タンク５２に貯蔵された熱交換媒体を低温タンク５１に移送することができる。

【0038】

低温タンク５１には、液面計６６が設けられており、液面計６６によって低温タンク５１内の熱交換媒体の液量が計測され、低温タンク５１内の液量が必要に応じて調節される。低温タンク５１へ供給される熱交換媒体の供給量は、配管５４に設けられた流量調節器５７及び配管６３に設けられた流量調節器６４によって調節されてもよい。低温タンク５１から排出される熱交換媒体の排出量は、配管５３に設けられた流量調節器５８及び配管６１に設けられた流量調節器６２によって調節されてもよい。液面計６６で得られた低温タンク５１内の熱交換媒体の液量に関する信号に基づいて流量調節器５７、流量調節器６４、流量調節器５８及び流量調節器６２の開度が調節されてもよい。

【0039】

高温タンク５２には、液面計６５が設けられており、液面計６５によって高温タンク５２内の熱交換媒体の液量が計測され、高温タンク５２内の液量が必要に応じて調節される。高温タンク５２へ供給される熱交換媒体の供給量は、配管５３に設けられた入口側の流量調節器５９によって調節されてもよい。高温タンク５２から排出される熱交換媒体の排出量は、配管５４に設けられた出口側の流量調節器６０によって調節されてもよい。液面計６５で得られた高温タンク５２内の熱交換媒体の液量に関する信号に基づいて流量調節器５９及び流量調節器６０の開度が調節されてもよい。

【0040】

配管５３には、上述したようにアウタークーラー１３ｂが設けられている。アウタークーラー１３ｂは、配管１５及び配管５３に接続されており、配管１５内を流れる空気の熱と、配管５３内を流れる熱交換媒体の熱とを交換する。配管１５内を流れる空気は、圧縮装置１０によって空気が圧縮されて温度が上昇する。そのため、アウタークーラー１３ｂは、配管５３内を流れる熱交換媒体を加熱し、配管１５内を流れる空気を冷却する。

【0041】

配管５４には、第２熱交換器３１が設けられている。第２熱交換器３１は、配管２５及び配管５４に接続されており、配管２５内を流れる空気の熱と、配管５４内を流れる熱交換媒体の熱とを交換する。貯蔵装置２０から放出される空気は、膨張するため、温度が低下する。そのため、第２熱交換器３１は、配管５４内を流れる熱交換媒体を冷却し、配管２５内を流れる空気を加熱する。すなわち、第２熱交換器３１は、貯蔵装置２０からタービン３２に向かって流れる膨張された空気を加熱する。これにより、膨張された空気がタービン３２を通過するため、タービン３２の回転を促進することができる。また、タービン３２に温められた空気が供給されることから、タービン３２が凍結することを防止することもできる。

【0042】

以上のように、圧縮装置１０によって圧縮された空気は、アウタークーラー１３ｂで冷却され、貯蔵装置２０に貯蔵される。貯蔵装置２０から放出された空気は、第２熱交換器３１で加熱されてタービン３２を通過する。一方、低温タンク５１から排出された熱交換媒体は、アウタークーラー１３ｂで加熱され、高温タンク５２に供給される。高温タンク５２から排出された熱交換媒体は、第２熱交換器３１で冷却され、低温タンク５１に供給される。すなわち、第１熱交換器１３と第２熱交換器３１との間を熱交換媒体が循環する。そのため、ＣＡＥＳシステム１は、圧縮装置１０から貯蔵装置２０に向かって流れる空気の熱を、貯蔵装置２０からタービン３２に向かって流れる空気の熱と交換することができる。

【0043】

熱交換媒体循環装置５０は、配管５４と並列に配置され、第３熱交換器３４が設けられる配管６３を含んでいてもよい。配管６３は、一端が第２熱交換器３１及び流量調節器５７に対して上流側の配管５４に接続されており、もう一端が第２熱交換器３１及び流量調節器５７に対して下流側の配管５４に接続されている。すなわち、第３熱交換器３４は、熱交換媒体の流路において、第２熱交換器３１と並列に設けられている。

【0044】

第３熱交換器３４は、配管３７及び配管６３に接続されており、配管３７内を流れる空気の熱と、配管６３内を流れる熱交換媒体の熱とを交換する。配管３７内を流れる空気は、タービン３２によって空気が膨張されて温度が低下する。そのため、第３熱交換器３４は、配管６３内を流れる熱交換媒体を冷却し、配管３７内を流れる空気を加熱する。タービン３２から放出された空気は、大気中に放出される。

【0045】

一方、高温タンク５２から排出された熱交換媒体は、第３熱交換器３４で冷却され、低温タンク５１に供給される。低温タンク５１から排出された熱交換媒体は、第１熱交換器１３で加熱され、高温タンク５２に供給される。すなわち、第１熱交換器１３と第３熱交換器３４との間を熱交換媒体が循環する。そのため、第３熱交換器３４は、タービン３２を通過して膨張された空気の熱と熱交換媒体の熱とを交換することができる。したがって、ＣＡＥＳシステム１は、圧縮装置１０から貯蔵装置２０に向かって流れる空気の熱を、タービン３２を通過して膨張した空気の熱と交換する。

【0046】

高温タンク５２から第２熱交換器３１に供給される熱交換媒体の供給量は、配管５４に設けられた流量調節器５７の開閉によって調節されてもよい。高温タンク５２から第３熱交換器３４に供給される熱交換媒体の供給量は、配管６３に設けられた流量調節器６４の開閉によって調節されてもよい。流量調節器５７及び流量調節器６４は三方弁であってもよく、三方弁によって第２熱交換器３１及び第３熱交換器３４に供給される熱交換媒体の供給量が調節されてもよい。高温タンク５２から配管６３内を流れる熱交換媒体は、第３熱交換器３４によって冷却され、配管５４内で第２熱交換器３１によって冷却された熱交換媒体と合流し、低温タンク５１に供給される。なお、第２熱交換器３１及び第３熱交換器３４は必須の構成要素ではなく、ＣＡＥＳシステム１は、第２熱交換器３１及び第３熱交換器３４の少なくともいずれか一方を含んでいてもよい。

【0047】

熱交換媒体循環装置５０は、配管５３と並列に配置され、インタークーラー１３ａが設けられる配管６１を含んでいてもよい。配管６１は、一端がアウタークーラー１３ｂ及び流量調節器５８に対して上流側の配管５３と接続されており、もう一端がアウタークーラー１３ｂ及び流量調節器５８に対して下流側の配管５３と接続されている。すなわち、インタークーラー１３ａは、熱交換媒体の流路において、アウタークーラー１３ｂと並列に設けられている。インタークーラー１３ａは、上述したように配管１４及び配管６１に接続されており、配管１４内を流れる空気の熱と、配管６１内を流れる熱交換媒体の熱とを交換する。配管１４内を流れる空気は、第１圧縮機１２ａによって空気が圧縮されて温度が上昇する。そのため、インタークーラー１３ａは、配管６１内を流れる熱交換媒体を加熱し、配管１４内を流れる空気を冷却する。

【0048】

低温タンク５１からアウタークーラー１３ｂに供給される熱交換媒体の供給量は、配管５３に設けられた流量調節器５８の開閉によって調節される。低温タンク５１からインタークーラー１３ａに供給される熱交換媒体の供給量は、配管６１に設けられた流量調節器６２の開閉によって調節される。流量調節器５８及び流量調節器６２は三方弁であってもよく、三方弁によってアウタークーラー１３ｂ及びインタークーラー１３ａに供給される熱交換媒体の供給量が調節されてもよい。低温タンク５１から配管６１内を流れる熱交換媒体は、インタークーラー１３ａによって加熱され、配管５３内でアウタークーラー１３ｂによって加熱された熱交換媒体と合流し、高温タンク５２に供給される。なお、インタークーラー１３ａ及びアウタークーラー１３ｂは必須の構成要素ではなく、ＣＡＥＳシステム１は、インタークーラー１３ａ及びアウタークーラー１３ｂの少なくともいずれか一方を含んでいてもよい。

【0049】

熱交換媒体は、例えばオイルなどのような液体の媒体を使用することができる。熱交換媒体として液体を使用することにより、高い効率で空気と熱交換することができる。なお、熱交換媒体は、１０～２５０℃の範囲内で液体であることが好ましい。このような熱交換媒体であれば、高温又は低温の空気と熱交換した場合であっても、熱交換媒体が気化又は固化するのを抑制することができる。

【0050】

以上の通り、本実施形態に係るＣＡＥＳシステム１は、圧縮装置１０と、圧縮装置１０で圧縮された空気を貯蔵する貯蔵装置２０とを備える。さらに、ＣＡＥＳシステム１は、貯蔵装置２０から放出された空気によって回転するタービン３２を含み、タービン３２の回転によって発電する発電装置３０と、タービン３２の回転を圧縮装置１０に伝達するクラッチ４０とを備える。

【0051】

本実施形態に係るＣＡＥＳシステム１では、クラッチ４０がタービン３２の回転を圧縮装置１０に伝達する。そのため、例えば、クラッチ４０を接続した場合には、圧縮装置１０で空気を圧縮させるために必要なエネルギーを、タービン３２の回転によって補うことができ、圧縮装置１０の駆動の負荷を低減することができる。また、圧縮装置１０が十分に駆動しており、タービン３２の機械的抵抗を受けてエネルギーが消費されることを抑制したい場合には、クラッチ４０を切断し、圧縮装置１０と発電装置３０とを独立して駆動させ、それぞれ異なる駆動速度で運転することができる。したがって、クラッチ４０を利用することにより、必要に応じてタービン３２の動力を有効利用することができる。

【0052】

また、ＣＡＥＳシステム１は、圧縮装置１０から貯蔵装置２０に向かって流れる空気の熱を、貯蔵装置２０からタービン３２に向かって流れる空気の熱と交換してもよい。これにより、貯蔵装置２０に供給される空気を冷却し、貯蔵装置２０により多くの空気を貯蔵することができる。また、タービン３２に供給される空気を加熱することで空気の体積を大きくすることができることから、タービン３２の回転を促進し、効率よく発電することができる。さらに、タービン３２に温められた空気が供給されることから、タービン３２が凍結することを防止することもできる。

【0053】

また、圧縮装置１０は、貯蔵装置２０に向かって流れる圧縮された空気を冷却する第１熱交換器１３を含み、発電装置３０は貯蔵装置２０からタービン３２に向かって流れる膨張された空気を加熱する第２熱交換器３１を含んでもよい。第１熱交換器１３と第２熱交換器３１との間を熱交換媒体が循環してもよい。これにより、貯蔵装置２０に供給される空気をより確実に冷却し、貯蔵装置２０により多くの空気を貯蔵することができる。また、タービン３２に供給される空気をより確実に加熱し、空気の体積を大きくすることができることから、タービン３２の回転を促進し、効率よく発電することができる。

【0054】

また、ＣＡＥＳシステム１は、圧縮装置１０から貯蔵装置２０に向かって流れる空気の熱を、タービン３２を通過して膨張した空気の熱と交換してもよい。これにより、貯蔵装置２０に供給される空気を冷却し、貯蔵装置２０により多くの空気を貯蔵することができる。

【0055】

また、圧縮装置１０は、貯蔵装置２０に向かって流れる圧縮された空気を冷却する第１熱交換器１３を含んでもよい。発電装置３０は第３熱交換器３４を含み、第１熱交換器１３と第３熱交換器３４との間を熱交換媒体が循環してもよい。第３熱交換器３４はタービン３２を通過して膨張された空気の熱と熱交換媒体の熱とを交換してもよい。これにより、貯蔵装置２０に供給される空気をより確実に冷却し、貯蔵装置２０により多くの空気を貯蔵することができる。

【0056】

いくつかの実施形態を説明したが、上記開示内容に基づいて実施形態の修正または変形をすることが可能である。上記実施形態のすべての構成要素、及び請求の範囲に記載されたすべての特徴は、それらが互いに矛盾しない限り、個々に抜き出して組み合わせてもよい。

【符号の説明】

【0057】

１ ＣＡＥＳシステム
１０ 圧縮装置
１３ 第１熱交換器
２０ 貯蔵装置
３０ 発電装置
３１ 第２熱交換器
３２ タービン
３４ 第３熱交換器
４０ クラッチ

【図1】