CN113785112B - 压缩空气储存发电装置 - Google Patents
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Abstract
本发明具备容积型的压缩膨胀兼用机（11）、电动发电兼用机（14）、蓄压部（13），前述容积型的压缩膨胀兼用机（11）具有作为将空气压缩的压缩机的功能及作为使压缩空气膨胀的膨胀机的功能，前述电动发电兼用机（14）与压缩膨胀兼用机（11）机械连接，具有作为驱动压缩膨胀兼用机（11）的电动机的功能及作为被压缩膨胀兼用机（11）驱动的发电机的功能，前述蓄压部（13）与压缩膨胀兼用机（11）流体连接，储存由压缩膨胀兼用机（11）生成的压缩空气。
Description
技术领域
本发明涉及压缩空气储存发电装置。
背景技术
作为用于使变动的不稳定的发电输出平滑化或均衡化的技术之一，已知压缩空气储存(CAES：compressed air energy storage)。在应用该技术的压缩空气储存发电装置中，由发电机发电的电力有剩余的情况下，向电动机供给剩余的电力。并且，用电动机驱动压缩机来生成压缩空气。生成的压缩空气被暂时储存。并且，必要时借助被储存的压缩空气使膨胀机(涡轮)工作来驱动发电机，再转换成电气。
专利文献1中，记载了如下隔热压缩空气储存(ACAES：Adiabatic Compressed AirEnergy Storage)发电装置：储存压缩空气前从压缩空气回收热，将被储存的压缩空气供给至涡轮时再加热。ACAES发电装置将压缩热回收来在发电时使用，所以与通常的CAES发电装置相比发电效率高。之后，不区别ACAES发电装置与CAES发电装置，均简称作CAES发电装置。
专利文献1：日本特表2013-509530号公报。
专利文献1的CAES发电装置的压缩机和膨胀机被各别地构成，所以装置整体大型化，成本高。
发明内容
本发明的目的在于，通过使压缩机和膨胀机一体化来使CAES发电装置小型化且低成本化。
本发明的第1方案提供一种压缩空气储存发电装置，其特征在于，具备容积型的压缩膨胀兼用机、电动发电兼用机、蓄压部，前述容积型的压缩膨胀兼用机具有作为压缩空气的压缩机的功能及作为使压缩空气膨胀的膨胀机的功能，前述电动发电兼用机与前述压缩膨胀兼用机机械连接，具有作为驱动前述压缩膨胀兼用机的电动机的功能及作为被前述压缩膨胀兼用机驱动的发电机的功能，前述蓄压部与前述压缩膨胀兼用机流体连接，储存由前述压缩膨胀兼用机生成的压缩空气。
根据该方案，在压缩空气储存发电装置中，使用将压缩机和膨胀机一体化的压缩膨胀兼用机，所以能够使装置整体小型化。此外，能够减少进行维护的设备，所以能够减少维护成本，能够减少包括配管施工的各种各样的建设工事费，能够减少设置空间。因此，能够低成本化。
也可以是，前述压缩膨胀兼用机具备第1壳、第1旋转轴部件、第1密封部，前述第1壳划定压缩室，设置有第1贯通孔，前述第1旋转轴部件被插通于前述第1贯通孔，前述第1密封部在前述第1贯通孔将前述第1旋转轴部件和前述第1壳的间隙密封，前述第1密封部具备润滑油迷宫密封，前述润滑油迷宫密封以不依赖前述第1旋转轴部件的旋转方向的方式具有旋转轴对称的形状。
根据该方案，在压缩膨胀兼用机中能够抑制存在于压缩室外的润滑油等的空气以外的流体浸入压缩室。在压缩膨胀兼用机中，第1旋转轴部件并非单向旋转而是双向旋转。即，压缩膨胀兼用机作为压缩机发挥功能时第1旋转轴部件旋转的方向和压缩膨胀兼用机作为膨胀机发挥功能时第1旋转轴部件旋转的方向不同，这些功能的切换时第1旋转轴部件反转。因此，压缩膨胀兼用机的轴密封构造需要不依赖旋转方向的设计。若设置依赖旋转方向的螺纹槽式(即螺旋型)的第1密封部，则在第1贯通孔有由于旋转方向而产生从压缩室外朝向压缩室的气流的情况。上述结构中，采用润滑油迷宫密封作为第1密封部，前述润滑油迷宫密封以不依赖第1旋转轴部件的旋转方向的方式具有旋转轴对称的形状，所以能够抑制该气流的产生。
也可以是，前述第1密封部还具备在前述第1旋转轴部件的延伸方向上比前述润滑油迷宫密封靠前述压缩室侧配置的两个以上的气环密封，前述压缩膨胀兼用机还具备第1导入口和第1空气源，前述第1导入口被设置于前述第1壳，将压缩空气导入前述润滑油迷宫密封，前述第1空气源与前述第1导入口流体连接，将压缩空气从前述压缩室侧经由前述第1导入口供给至前述润滑油迷宫密封。
根据该方案，借助利用从第1空气源经由第1导入口供给的压缩空气的润滑油迷宫密封，能够抑制润滑油向压缩室浸入，所以能够在不依赖第1旋转轴部件的旋转方向的情况下提高密封性。此外，能够借助两个以上的气环密封，抑制从第1空气源经由第1导入口导入的压缩空气向压缩室内浸入，所以能够进一步提高密封性。
也可以是，前述电动发电兼用机具备第2壳、第2旋转轴部件、第2密封部，前述第2壳划定绕组室，设置有第2贯通孔，前述第2旋转轴部件被插通于前述第2贯通孔，前述第2密封部在前述第2贯通孔将前述第2旋转轴部件和前述第2壳的间隙密封，前述第2密封部以不依赖前述第2旋转轴部件的旋转方向的方式具有旋转轴对称的形状。
根据该方案，在电动发电兼用机，能够抑制存在于绕组室外的润滑油等的空气以外的流体浸入绕组室。电动发电兼用机中，第2旋转轴部件并非单向旋转而是双向旋转。即，电动发电兼用机作为电动机发挥功能时第2旋转轴部件旋转的方向与电动发电兼用机作为发电机发挥功能时第2旋转轴部件旋转的方向不同，这些功能的切换时第2旋转轴部件反转。因此，电动发电兼用机的轴密封构造需要不依赖旋转方向的设计。若设置依赖旋转方向的螺纹槽式(即螺旋型)的第2密封部，则在第2贯通孔，有由于旋转方向而产生从绕组室外朝向绕组室的气流的情况。上述结构中，以不依赖第2旋转轴部件的旋转方向的方式采用旋转轴对称的形状作为第2密封部，所以能够抑制该气流的产生。
也可以是，前述电动发电兼用机还具备第2导入口和第2空气源，前述第2导入口被相对于前述第2壳设置，将压缩空气导入前述绕组室，前述第2空气源与前述第2导入口流体连接，将压缩空气从前述第2导入口供给至前述绕组室内。
根据该方案，通过将压缩空气从第2空气源经由第2导入口供给至绕组室，能够提高绕组室的压力。绕组室变得比周围压力高，由此，能够抑制润滑油等的空气以外的流体浸入绕组室。
也可以是，还具备流入路和排出路，前述流入路具有被配置成仅在朝向前述压缩膨胀兼用机的流入方向上允许空气的流动的止回阀，前述排出路具有被配置成仅在来自前述压缩膨胀兼用机的排出方向上允许空气的流动的止回阀。
根据该方案，能够在不进行电磁控制的情况下机械地切换空气的流动方向。压缩膨胀兼用机作为压缩机动作时和作为膨胀机动作时，空气的流动方向相反。若使用三通电磁阀等的能够切换流动方向的电磁性的控制零件，则虽然通过电磁控制能够切换流动方向，但构造、伴随其的控制变得复杂。与此相对，上述结构中，通过一同设置流入方向被规定的两个路径(流入路、流出路)，实现无需电磁控制的机械上简易的空气的流动方向的切换。
也可以是，还具备热交换部、高温蓄热部、低温蓄热部、均压部，前述热交换部被配置于前述压缩膨胀兼用机的高压侧，具有借助由前述压缩膨胀兼用机生成的前述压缩空气和热媒热交换来使前述热媒升温且使前述压缩空气降温的功能、和借助被供给至前述压缩膨胀兼用机的前述压缩空气和前述热媒热交换来使前述热媒降温且使前述压缩空气升温的功能，前述高温蓄热部与前述热交换部流体连接，储存在前述热交换部处已升温的前述热媒，前述低温蓄热部与前述热交换部流体连接，储存在前述热交换部处已降温的前述热媒，前述均压部使前述高温蓄热部和前述低温蓄热部的压力均压化。
根据该方案，能够在热交换部借助热媒从由于压缩时的压缩热而升温的压缩空气热回收来作为热能储存于高温蓄热部。储存于高温蓄热部的高温的热媒通过膨胀时供给至热交换部，相对于膨胀前的压缩空气从热媒施加热，能够提高膨胀效率。
也可以是，前述热媒是水，前述均压部具备流路和非活性气体源，前述流路将前述高温蓄热部和前述低温蓄热部流体连接，前述非活性气体源与前述高温蓄热部和前述低温蓄热部流体连接，相对于前述高温蓄热部和前述低温蓄热部供给既定压力的非活性气体。
根据该方案，通过使高温蓄热部和低温蓄热部的热媒的压力均等，能够使热媒的流动稳定。特别地，使用水作为热媒，所以能够以低成本制造环境性优异的压缩空气储存发电装置。但是，热媒为水的情况下在大气压下100度以上沸腾，所以从非活性气体源供给既定压力的非活性气体，抑制水沸腾。即，这里的既定压力表示能够抑制水的沸腾的程度的压力。
也可以是，前述压缩膨胀兼用机还具备小齿轮和防松螺母，前述小齿轮用于与前述电动发电兼用机的旋转驱动力的传递，前述防松螺母保持成不使前述小齿轮变松。
根据该方案，能够借助防松螺母抑制小齿轮变松。防松螺母具有第1旋转轴部件由于楔形效果即使正转及反转也不变松的功能。
也可以是，前述压缩膨胀兼用机还具备小齿轮、多个螺栓、压盖、防松螺母，前述小齿轮用于与前述电动发电兼用机的旋转驱动力的传递，前述多个螺栓保持前述小齿轮，前述压盖推压前述多个螺栓，前述防松螺母将前述压盖固定。
根据该方案，借助防松螺母将推压螺栓的压盖固定，所以能够抑制压盖变松，能够抑制螺栓的变松。因此，能够抑制小齿轮变松。
发明效果
根据本发明，在压缩空气储存发电装置中，使用使压缩机与膨胀机一体化的压缩膨胀兼用机，所以能够使装置整体小型化，能够低成本化。
附图说明
图1是本发明的第1实施方式的压缩空气储存发电装置的概略结构图。
图2是压缩膨胀兼用机的主视图。
图3是沿图2的III-III线的轴承附近的部分剖视图。
图4是沿图2的IV-IV线的轴承附近的部分剖视图。
图5是表示电动发电兼用机的轴密封构造的剖视图。
图6是第2实施方式的压缩空气储存发电装置的压缩膨胀兼用机的主视图。
图7是沿图6的VII-VII线剖视图。
图8是图7的小齿轮部分的立体图。
图9是图7的小齿轮部分的分解立体图。
图10是图7的六角带孔螺栓部分的放大图。
具体实施方式
以下，参照附图，对本发明的实施方式进行说明。
(第1实施方式)
参照图1，压缩空气储存(CAES：compressed air energy storage)发电装置1使利用可再生能量发电的发电设备2的输出变动均衡化来向电力系统3供电，并且将配合电力需要的变动的电力供给至电力系统3。
在本实施方式中，作为利用可再生能量发电的发电设备2例示了风力发电设备。但是可再生能量的种类不限于此，可以将被太阳光、太阳热、波浪力、潮力、流水、或潮汐等自然的力固定或反复补充而利用不规则地变动的能量的发电全部作为对象。进一步地讲，除了可再生能量以外也可以将具有不规则地工作的发电设备的工厂等那样地发电量变动的事物作为对象。
本实施方式的CAES发电装置1具备空气流路系统10、热媒流路系统20及非活性气体流路系统30。
(空气流路系统)
在空气流路系统10设置有压缩膨胀兼用机11、热交换器(热交换部)12及蓄压罐(蓄压部)13。空气流路系统10具备空气流路10a~10g。
电动发电兼用机14与压缩膨胀兼用机11机械连接。电动发电兼用机14具有作为驱动压缩膨胀兼用机11的电动机的功能及作为被压缩膨胀兼用机11驱动的发电机的功能。发电设备2被与电动发电兼用机14电气连接。电动发电兼用机14被来自发电设备2的变动的输入电力驱动。此外，电动发电兼用机14与电力系统3电气连接。被电动发电兼用机14发出的电力能够向电力系统3送电。关于电动发电兼用机14的构造上的详细情况在后说明。
空气流路10a与压缩膨胀兼用机11的低压口11a流体连接。空气流路10a分岔成用于吸气的空气流路(流入路)10b和用于排气的空气流路(流出路)10c。空气流路10b，10c的末端向大气开放。在空气流路10b设置有使吸气声减少的消声器15、仅允许空气向吸气方向(向压缩膨胀兼用机11的低压口11a的流入方向)的流动而在相反方向上切断的止回阀16a。在空气流路10c，设置有仅允许空气向排气方向(来自压缩膨胀兼用机11的低压口11a的排出方向)流动而在相反方向上切断的止回阀16b。
空气流路10d与压缩膨胀兼用机11的高压口11b流体连接。空气流路10d分岔成用于从蓄压罐13供给压缩空气的空气流路(流入路)10e、用于向蓄压罐13供给压缩空气的空气流路(流出路)10f，在空气流路10g合流。空气流路10g与蓄压罐13流体连接。在空气流路10e，设置有仅允许空气向压缩膨胀兼用机11的供气方向(向压缩膨胀兼用机11的高压口11b的流入方向)的流动而在相反方向上切断的止回阀16c。在空气流路10f，设置有仅允许向蓄压罐13的压送方向(来自压缩膨胀兼用机11的高压口11b的排出方向)的流动而在相反方向上切断的止回阀16d。
本实施方式的压缩膨胀兼用机11是螺杆式的。螺杆式的压缩膨胀兼用机11能够控制转速，所以能够相对于来自发电设备2的不规则地变动的输入电力应答性良好地追随，作为CAES发电装置1的结构要素而优选。但是，压缩膨胀兼用机11只要是容积型即可，除了螺杆式以外例如也可以是卷轴式的或往复式的。此外，压缩膨胀兼用机11可以是单级型的也可以是多级型的。关于压缩膨胀兼用机11的构造的详细情况在后说明。
蓄压罐13能够储存压缩空气来作为能量蓄积。蓄压罐13例如可以是钢铁制的罐。蓄压罐13的数量没有特别限定，也可以设置多个。此外，蓄压罐13也可以并非是罐的方式。可代替地，只要是像地下空洞那样能够储存压缩空气方式的装置即可。
在与压缩膨胀兼用机11的高压口11b流体连接的空气流路10d夹设有热交换器12。关于热交换器12处的热交换的详细情况在后说明。
(热媒流路系统)
在热媒流路系统20设置有热交换器12、高温热媒罐(高温蓄热部)21及低温热媒罐(低温蓄热部)22。热媒流路系统20具备热媒流路20a，20b。在热媒流路20a配置有泵23a，泵23a使热媒在热交换器12和高温热媒罐21之间流动。同样地，在热媒流路20b配置有泵23b，泵23b使热媒在热交换器12和低温热媒罐22之间流动。在本实施方式中，使用水作为热媒。热媒的种类没有特别限定，例如也可以使用矿物油系、乙二醇系、或合成油系的热媒。
高温热媒罐21的内部有储存有热媒的部分(液相部21a)和不储存热媒而填充有氮气(非活性气体)的气相部21b。同样地，在低温热媒罐22的内部有储存有热媒的液相部22a和填充有氮气的气相部22b。
在热交换器12，由压缩膨胀兼用机11生成的压缩空气与来自低温热媒罐22的热媒热交换，热媒升温且压缩空气降温。此外，在热交换器12，被供给至压缩膨胀兼用机11的压缩空气和来自高温热媒罐21的热媒热交换，热媒降温且压缩空气升温。
高温热媒罐21例如是钢制的罐，优选为被从外部隔热。在高温热媒罐21储存有在热交换器12升温的热媒。因此，高温热媒罐21及热媒流路20a内的热媒在热媒流路系统20中为高温。在高温热媒罐21设置用于测定内部的液相部21a的温度的温度传感器21c、用于测定内部的气相部21b的压力的压力传感器21d。
低温热媒罐22例如是钢制的罐。在低温热媒罐22储存有已在热交换器12降温的热媒。因此，低温热媒罐22及热媒流路20b内的热媒在热媒流路系统20中为低温。在低温热媒罐22，设置有用于测定内部的液相部22a的温度的温度传感器22c。另外，如后所述，低温热媒罐22的气相部22b的压力与高温热媒罐21的气相部21b的压力一致。
(非活性气体流路系统)
非活性气体流路系统30具备高温热媒罐21的气相部21b、低温热媒罐22的气相部22b及氮气瓶(非活性气体源)31。非活性气体流路系统30具备非活性气体流路30a，30b。
非活性气体流路30a是将高温热媒罐21的气相部21b、低温热媒罐22的气相部22b以均压化的方式流体连接的流路。向氮气瓶31延伸的非活性气体流路30b与非活性气体流路30a流体连接。被氮气瓶31供给的氮气被填充至非活性气体流路系统30。另外，在本实施方式中，将氮气作为非活性气体使用，但非活性气体的种类不限于此，例如也可以使用氩气。
在本实施方式中，由非活性气体流路30a，30b和氮气瓶31构成本发明的均压部。借助该均压部，高温热媒罐21和低温热媒罐22的压力被均压化。
被从氮气瓶31供给的氮气的压力能够被夹设于非活性气体流路30b的压力调整阀32调整。压力调整阀32的开度被控制装置40控制。
控制装置40能够由包括中央处理器(CPU，Central Processing Unit)、随机存储器(RAM，Random Access Memory)、只读存储器(ROM，Read Only Memory)这样的储存装置的硬件和安装于它们的软件构成。
控制装置40基于由压力传感器21d测定的压力值、由温度传感器21c，22c测定的温度值，以高温热媒罐21及低温热媒罐22内的热媒不气化的方式，即在本实施方式中，以水不沸腾的方式控制压力调整阀32，调整压力。
(压缩膨胀兼用机的构造)
参照图2~4，压缩膨胀兼用机11具有划定压缩室R1而设置有贯通孔(第1贯通孔)11c的壳(第1壳)11d。压缩室R1处配置有雌雄一对螺杆转子11e。螺杆转子11e被支承于旋转轴部件(第1旋转轴部件)11f。旋转轴部件11f穿过贯通孔11c遍及壳11d的内外地延伸。在贯通孔11c处配置有将旋转轴部件11f和壳11d的间隙密封的4个气环密封11g1(第1密封部)、1个润滑油迷宫密封(第1密封部)11g2。
气环密封11g1在旋转轴部件11f的延伸方向上被比润滑油迷宫密封11g2靠压缩室R1侧地配置。4个气环密封11g1是，在与旋转轴部件11f之间保持极小的间隙且借助较弱的波形弹簧11n1被向旋转轴部件11f的延伸方向施力，被向固定部推压而将位置保持的悬浮密封。气环密封11g1被推压的固定部是壳11d、或被配置成填充壳11d与气环密封11g1的间隙的多个间隔件11n2。气环密封11g1是通过保持与旋转轴部件11f的极小的间隙来发挥密封功能的零件。
润滑油迷宫密封11g2以不依赖旋转轴部件11f的旋转方向的方式具有旋转轴对称的形状。换言之，不采用依赖旋转轴部件11f的旋转方向的螺旋槽式的螺纹密封作为润滑油迷宫密封11g2。润滑油迷宫密封11g2例如也可以如图3所示具有直槽。另外，图3中仅表示低压口11a(参照图1)侧的构造，但高压口11b(参照图1)侧的构造也实质相同。
参照图3、4，在旋转轴部件11f的延伸方向上，在与润滑油迷宫密封11g2相邻的位置(与压缩室R1相反的一侧)配置有轴承11h。轴承11h将旋转轴部件11f能够旋转地支承。在与轴承11h相邻的位置(与压缩室R1相反的一侧)配置有小齿轮11i。小齿轮11i借助防松螺母11j被能够旋转地保持，使得不会从支承雄侧的螺杆转子11e的旋转轴部件11f变松。防松螺母11j是通过楔形效果抑制变松的螺母，能够使用公知的部件。另外，在本实施方式中，关于支承雌侧的螺杆转子11e的旋转轴部件11f也采用除了有无小齿轮11i以外实质相同的构造。
在壳11d设置有与气环密封11g1的(从压缩室R1侧数)第3个和第4个之间的空间流体连接的通气口11k1、将压缩空气导入气环密封11g1及润滑油迷宫密封11g2的导入口(第1导入口)11k2。通气口11k1被大气开放。导入口11k2与气环密封11g1和润滑油迷宫密封11g2之间的空间流体连接。空气源(第1空气源)11l与导入口11k2流体连接，从压缩室R1经由导入口11k2供给润滑油迷宫密封11g2压缩空气。空气源11l供给例如10KPaG左右的压缩空气。
气环密封11g1的空气的流动可以与压缩膨胀兼用机11的动作对应地改变。气环密封11g1的空气的流动的详细情况如下所述。
压缩膨胀兼用机11作为压缩机动作，进行通常的负荷运转时，低压口11a(参照图1)稍微呈负压或正压。因此，空气在气环密封11g1向压缩室R1向轴承11h的方向(图3中为右方)流动。通气口11k1大气开放，所以欲从压缩室R1向轴承11h的方向流动的空气通过3个气环密封11g1，被从通气口11k1向大气排出。通过气环密封11g1时，空气在气环密封11g1和旋转轴部件11f的极小的间隙处流动。被从导入口11k2导入的压缩空气的一部分从导入口11k2向轴承11h的方向流动，一部分被穿过第4个气环密封11g1从通气口11k1排出。这样，生成从压缩室R1朝向轴承11h的空气的流动，所以防止将轴承11h等润滑的润滑油越过润滑油迷宫密封11g2及气环密封11g1流入压缩室R1。
压缩膨胀兼用机11作为压缩机动作，进行无负荷运转时，低压口11a(参照图1)为负压。因此，气环密封11g1处空气欲从轴承11h向压缩室R1的方向(图3中为左方)流动。通气口11k1大气开放，所以空气从通气口11k1流入，穿过气环密封11g1的第3个和第4个之间的空间流入压缩室R1。此外，被从导入口11k2导入的压缩空气的一部分欲流向轴承11h，一部分欲流向通气口11k1。因此，在通气口11k1，与低压口11a的压力和被从导入口11k2导入的压缩空气的压力对应，空气流入或被排出。哪个情况下被从导入口11k2导入的压缩空气都是一部分流向轴承11h，所以防止将轴承11h等润滑的润滑油越过润滑油迷宫密封11g2及4个气环密封11g1流入压缩室R1。
压缩膨胀兼用机11作为膨胀机动作时不为负压。因此，压缩膨胀兼用机11作为膨胀机动作时的空气的流动，与压缩膨胀兼用机11作为压缩机动作而进行通常的负荷运转时的空气的流动相同。
另外，高压口11b(参照图1)在压缩膨胀兼用机11进行上述任何动作的情况下均不为负压。因此，图中未示出的高压口11b侧的空气的流动为与压缩膨胀兼用机11作为压缩机动作而进行通常的负荷运转时的低压口11a侧的空气的流动相同的流动。
在壳11d设置有能够将润滑油供给至轴承11h的喷射喷嘴11m。被从喷射喷嘴11m喷射至轴承11h的润滑油被润滑油迷宫密封11g2及上述气环密封切断向压缩室R1的流入，被从图中未示出的回流孔排出，返回图中未示出的润滑油罐。
冷却水流路11o(参照图4)被埋设于壳11d。低温的水流向冷却水流路11o，由此，能够将压缩室R1冷却。在冷却水流路11o流动的水的流量被控制装置40控制，被控制成，压缩动作(充电动作)时必要量的冷水通过，膨胀动作(发电动作)时通水停止或进行极少量的通水。
(电动发电兼用机的构造)
参照图5，电动发电兼用机14具有划定绕组室R2而设置有贯通孔(第2贯通孔)14a，14b的壳(第2壳)14c。另外，在图5中，虚线圆部被放大表示。在绕组室R2配置有固定件14d及旋转件14e。固定件14d被固定于壳14c的内表面。旋转件14e被配置于固定件14d的内侧。旋转件14e被旋转轴部件(第2旋转轴部件)14f支承。旋转轴部件14f穿过贯通孔14a，14b遍及壳14c内外地延伸。在贯通孔14a，14b配置有将旋转轴部件14f和壳14c的间隙密封的唇密封(第2密封部)14g，14h。
唇密封14g，14h以不依赖旋转轴部件14f的旋转方向的方式具有旋转轴对称的形状。换言之，作为唇密封14g，14h，不采用依赖旋转轴部件14f的旋转方向的螺旋槽式的带内表面螺纹槽的接触式密封、非接触螺纹密封。唇密封14g，14h例如也可以是不依赖旋转轴部件14f的旋转方向的内表面无槽的接触式密封。代替地，也可以采用不依赖旋转轴部件14f的旋转方向的非接触型的具有直槽迷宫密封。
在与唇密封14g，14h相邻的位置，分别配置有轴承14i，14j。轴承14i，14j隔着固定件14d及旋转件14e在两侧将旋转轴部件14f能够旋转地支承。在电动发电兼用机14的旋转轴部件14f安装有齿轮(未图示)。该齿轮与被在压缩膨胀兼用机11的旋转轴部件14f安装的小齿轮11i啮合。因此，能够在电动发电兼用机14和压缩膨胀兼用机11之间传递旋转驱动力。
在壳14c设置有将压缩空气导入绕组室R2的导入口(第2导入口)14k、从绕组室R2导出压缩空气的导出口14l。将压缩空气从导入口14k供给至绕组室R2的空气源(第2空气源)14m与导入口14k流体连接。空气源14m供给能够将绕组室R2维持成比周围压力高的程度的压力的空气。由此，能够抑制润滑油等流入绕组室R2内。因此，在本实施方式中，对于电动发电兼用机14也采用空气密封。
用于向轴承14i，14j供给润滑油的润滑油流路14n被埋设于壳14c。润滑油流路14n被在壳14c内螺旋状地从入口14o围绕至出口14p。由此，通过使低温的润滑油流向润滑油，能够冷却绕组室R2。这样的冷却机构能够不依赖电动发电兼用机14的旋转驱动方向、转速地发挥恒定的冷却性能，所以相对于电动发电兼用机14特别有效。此外，在润滑油流路14n的途中配置有轴承14i，14j，能够将轴承14i，14j润滑。
(作用效果)
参照图1，CAES发电装置1进行充电运转时，电动发电兼用机14借助从发电设备2输入的变动的电力被作为电动机(马达)驱动，压缩膨胀兼用机11被电动发电兼用机14作为压缩机驱动。压缩膨胀兼用机11经由空气流路10a，10b将被供给的空气从低压口11a抽吸来压缩，生成压缩空气。被从压缩膨胀兼用机11的高压口11b喷出的压缩空气穿过空气流路10d，10f，10g被压送至蓄压罐13而被储存。即，蓄压罐13储存压缩空气来作为能量蓄积。压缩空气被压送至蓄压罐13前通过热交换器12。
上述充电运转时，借助泵23b，储存于低温热媒罐22的低温的热媒穿过热媒流路20b被送向热交换器12。在热交换器12热交换后的高温的热媒被泵23a穿过热媒流路20a送至高温热媒罐21。
被从压缩膨胀兼用机11的高压口11b喷出的压缩空气由于压缩时产生的压缩热而变为高温。热交换器12中，由于热媒和压缩空气之间的热交换，压缩空气被冷却，热媒被加热。因此，由于热交换器12处的热交换而降温的压缩空气储存于蓄压罐13。此时，压缩空气优选地被降温至常温程度。此外，热交换器12处的热交换后的升温的热媒被储存于高温热媒罐21。
CAES发电装置1进行充电运转时，被从蓄压罐13送出的压缩空气穿过空气流路10g，10e，10d被供给至压缩膨胀兼用机11的高压口11b。压缩空气在被供给至压缩膨胀兼用机11前通过热交换器12。压缩膨胀兼用机11借助被供给至高压口11b的压缩空气而作为膨胀机工作，电动发电兼用机14被作为发电机驱动。电动发电兼用机14处发出的电力被供给至电力系统3。压缩膨胀兼用机11处膨胀的空气被从低压口11a穿过空气流路10a，10c排出。
上述发电运转时，借助泵23a，储存于高温热媒罐21的高温的热媒被穿过热媒流路20a送向热交换器12。在热交换器12处热交换后的低温的热媒借助泵23b穿过热媒流路20b被送向低温热媒罐22。
压缩膨胀兼用机11中，由于膨胀时的吸热而空气的温度下降。因此，被向压缩膨胀兼用机11供给的压缩空气优选为高温。在热交换器12，通过热媒与压缩空气之间的热交换，压缩空气被加热，热媒被冷却。因此，由于热交换器12的热交换而升温的压缩空气被供给至压缩膨胀兼用机11。此外，热交换器12处的热交换后的降温的热媒被储存于低温热媒罐22。
根据本实施方式的CAES发电装置1，在CAES发电装置1中，使用将压缩机和膨胀机一体化的压缩膨胀兼用机11，所以能够使装置整体小型化。此外，能够减少进行维护的机器，所以能够减少维护成本，能够减少包括配管施工的各种各样的建设工事费，能够减少设置空间。因此，能够低成本化。
此外，在压缩膨胀兼用机11中，采用如上所述地适合的形状的润滑油迷宫密封11g2，所以能够抑制存在于压缩室R1外的润滑油等的空气以外的流体浸入压缩室R1。在压缩膨胀兼用机11中，旋转轴部件11f并非单向旋转而是双向旋转。即，压缩膨胀兼用机11作为压缩机发挥功能时旋转轴部件11f旋转的方向和压缩膨胀兼用机11作为膨胀机发挥功能时旋转轴部件11f旋转的方向不同，这些功能的切换时旋转轴部件11f反转。因此，压缩膨胀兼用机11的轴密封构造需要不依赖旋转方向的设计。若设置依赖旋转方向的螺纹槽式(即螺旋型)的粘性密封，则在贯通孔11c有由于旋转方向而产生从压缩室R1外朝向压缩室R1的气流的情况。本实施方式的结构中，采用润滑油迷宫密封11g2，前述润滑油迷宫密封11g2以不依赖第1旋转轴部件11f的旋转方向的方式具有旋转轴对称的形状，所以能够抑制该气流的产生。
此外，借助利用从空气源11l经由导入口11k2供给至压缩室R1的压缩空气的润滑油迷宫密封11g2，能够抑制润滑油向压缩室R2浸入，所以能够在不依赖旋转轴部件11f的旋转方向的情况下提高密封性。此外，能够借助两个以上的气环密封11g1，抑制从空气源11l经由导入口11k2导入的压缩空气向压缩室R1内浸入，所以能够进一步提高密封性。
此外，在电动发电兼用机14中，采用如上所述地适合的形状的唇密封14g，14h，所以能够抑制存在于绕组室R2外的润滑油等的空气以外的流体浸如绕组室。在电动发电兼用机14中，旋转轴部件14f并非单向旋转而是双向旋转。即，电动发电兼用机14作为电动机发挥功能时旋转轴部件14f旋转的方向和电动发电兼用机14作为发电机发挥功能时旋转轴部件14f旋转的方向不同，这些功能的切换时旋转轴部件14f反转。因此，电动发电兼用机14的轴密封构造需要不依赖旋转方向的设计。若设置依赖旋转方向的螺纹槽式(即螺旋型)的唇密封，则在贯通孔14a，14b，有由于旋转方向而产生从绕组室R2外朝向绕组室R2的气流的情况。本实施方式的结构中，采用以不依赖旋转轴部件14f的旋转方向的方式具有旋转轴对称的形状的唇密封14g，14h，所以能够抑制该气流的产生。
此外，通过将压缩空气从空气源14m经由导入口14k供给至绕组室R2，能够提高绕组室R2的压力。绕组室R2变得比周围压力高，由此，能够抑制润滑油等的空气以外的流体浸入绕组室R2。
此外，设置有分别具有止回阀16a~16d的空气流路10b，10c，10e，10f，所以能够在不进行电磁控制的情况下机械地切换空气的流动方向。压缩膨胀兼用机11作为压缩机发挥动作时和作为膨胀机发挥动作时，空气的流动方向相反。若使用三通电磁阀等的能够切换流动方向的电磁性的控制零件，则虽然通过电磁控制能够切换流动方向，但构造、伴随其的控制变得复杂。与此相对，本实施方式的结构中，通过一同设置流入方向被规定的两个路径(空气流路10b，10c或空气流路10e，10f)，实现无需电磁控制的机械上简易的空气的流动方向的切换。
此外，由于设置有热媒流路系统20，所以根据该方案，能够在热交换器12借助热媒从由于压缩时的压缩热而升温的压缩空气热回收来作为热能储存于高温热媒罐21。储存于高温热媒罐21的高温的热媒通过膨胀时供给至热交换部，相对于膨胀前的压缩空气从热媒施加热，能够提高膨胀效率。
此外，使高温热媒罐21和低温热媒罐22的热媒的压力均等，所以能够使热媒的流动稳定。特别地，使用水作为热媒，所以能够以低成本制造环境性优异的CAES发电装置1。但是，热媒为水的情况下在大气压下100度以上沸腾，所以从氮气瓶31供给既定压力的氮气，能够抑制水沸腾。
此外，能够借助防松螺母11j抑制小齿轮11i变松。防松螺母11j具有旋转轴部件11由于楔形效果即使正转及反转也不变松的功能。
(第2实施方式)
图6~10表示的本实施方式的CAES发电装置1的基于防松螺母11j的固定方法与第1实施方式不同。除了关于此的结构以外与第1实施方式的CAES发电装置1的结构实质相同。因此，关于与第1实施方式中表示的结构相同的部分标注相同的附图标记而省略说明。
参照图6~10，在本实施方式中，小齿轮11i经由卡子11r被3个六角带孔螺栓(螺栓)11p能够旋转地保持。六角带孔螺栓11p被压盖11q从外侧推压。压盖11q被防松螺母11j固定。另外，图6表示将压盖11q及防松螺母11j卸下的状态。
根据本实施方式，借助防松螺母11j将推压六角带孔螺栓11p的压盖11q固定，所以能够抑制压盖11q的变松，能够抑制六角带孔螺栓11p变松。因此，能够抑制小齿轮11i变松。
以上对本发明的具体的实施方式进行了说明，但本发明不限于上述方式，能够在该发明的范围内进行各种改变来实施。此外，附图为示意性的，有与实际的部件尺寸、细节形状不同的情况。
附图标记说明
1压缩空气储存(CAES)发电装置
2发电设备
3电力系统
10空气流路系统
10a，10d，10g空气流路
10b，10e空气流路(流入路)
10c，10f空气流路(流出路)
11压缩膨胀兼用机
11a低压口
11b高压口
11c贯通孔(第1贯通孔)
11d壳(第1壳)
11e螺杆转子
11f旋转轴部件(第1旋转轴部件)
11g1气环密封(第1密封部)
11g2润滑油迷宫密封(第1密封部)
11h轴承
11i小齿轮
11j防松螺母
11k1通气口
11k2导入口(第1导入口)
11l空气源(第1空气源)
11m喷射喷嘴
11n1波形弹簧
11n2间隔件
11o冷却水流路
11p六角带孔螺栓
11q压盖
11r卡子
12热交换器(热交换部)
13蓄压罐(蓄压部)
14电动发电兼用机
14a，14b贯通孔(第2贯通孔)
14c壳(第2壳)
14d固定件
14e旋转件
14f旋转轴部件(第2旋转轴部件)
14g，14h唇密封(第2密封部)
14i，14j轴承
14k导入口(第2导入口)
14l导出口
14m空气源(第2空气源)
14n润滑油流路
14o入口
14p出口
15消声器
16a~16d止回阀
20热媒流路系统
20a，20b热媒流路
21高温热媒罐(高温蓄热部)
21a液相部
21b气相部
21c温度传感器
21d压力传感器
22低温热媒罐(低温蓄热部)
22a液相部
22b气相部
22c温度传感器
23a，23b泵
30非活性气体流路系统
30a，30b非活性气体流路
31氮气瓶(非活性气体源)
32压力调整阀
40控制装置
R1压缩室
R2绕组室。
Claims (8)
1.一种压缩空气储存发电装置，其特征在于，
具备容积型的压缩膨胀兼用机、电动发电兼用机、蓄压部，
前述容积型的压缩膨胀兼用机具有作为将空气压缩的压缩机的功能及作为使压缩空气膨胀的膨胀机的功能，
前述电动发电兼用机与前述压缩膨胀兼用机机械连接，具有作为驱动前述压缩膨胀兼用机的电动机的功能及作为被前述压缩膨胀兼用机驱动的发电机的功能，
前述蓄压部与前述压缩膨胀兼用机流体连接，储存由前述压缩膨胀兼用机生成的压缩空气，前述压缩膨胀兼用机具备第1壳、第1旋转轴部件、第1密封部，
前述第1壳划定压缩室，设置有第1贯通孔，
前述第1旋转轴部件被插通于前述第1贯通孔，
前述第1密封部在前述第1贯通孔将前述第1旋转轴部件和前述第1壳的间隙密封，
前述第1密封部具备润滑油迷宫密封，前述润滑油迷宫密封以不依赖前述第1旋转轴部件的旋转方向的方式具有旋转轴对称的形状，
前述第1密封部还具备在前述第1旋转轴部件的延伸方向上比前述润滑油迷宫密封靠前述压缩室侧配置的两个以上的气环密封，
前述压缩膨胀兼用机还具备第1导入口和第1空气源，
前述第1导入口被设置于前述第1壳，将压缩空气导入前述润滑油迷宫密封，
前述第1空气源与前述第1导入口流体连接，将压缩空气从前述压缩室侧经由前述第1导入口供给至前述润滑油迷宫密封。
2.如权利要求1所述的压缩空气储存发电装置，其特征在于，
前述电动发电兼用机具备第2壳、第2旋转轴部件、第2密封部，
前述第2壳划定绕组室，设置有第2贯通孔，
前述第2旋转轴部件被插通于前述第2贯通孔，
前述第2密封部在前述第2贯通孔将前述第2旋转轴部件和前述第2壳的间隙密封，
前述第2密封部以不依赖前述第2旋转轴部件的旋转方向的方式具有旋转轴对称的形状。
3.如权利要求2所述的压缩空气储存发电装置，其特征在于，
前述电动发电兼用机还具备第2导入口和第2空气源，
前述第2导入口被相对于前述第2壳设置，将压缩空气导入前述绕组室，
前述第2空气源与前述第2导入口流体连接，将压缩空气从前述第2导入口供给至前述绕组室内。
4.如权利要求1至3中任一项所述的压缩空气储存发电装置，其特征在于，
还具备流入路和排出路，
前述流入路具有被配置成仅在朝向前述压缩膨胀兼用机的流入方向上允许空气的流动的止回阀，
前述排出路具有被配置成仅在来自前述压缩膨胀兼用机的排出方向上允许空气的流动的止回阀。
5.如权利要求1至3中任一项所述的压缩空气储存发电装置，其特征在于，
还具备热交换部、高温蓄热部、低温蓄热部、均压部，
前述热交换部被配置于前述压缩膨胀兼用机的高压侧，具有借助由前述压缩膨胀兼用机生成的前述压缩空气和热媒热交换来使前述热媒升温且使前述压缩空气降温的功能、和借助被供给至前述压缩膨胀兼用机的前述压缩空气和前述热媒热交换来使前述热媒降温且使前述压缩空气升温的功能，
前述高温蓄热部与前述热交换部流体连接，储存在前述热交换部处已升温的前述热媒，
前述低温蓄热部与前述热交换部流体连接，储存在前述热交换部处已降温的前述热媒，
前述均压部使前述高温蓄热部和前述低温蓄热部的压力均压化。
6.如权利要求5所述的压缩空气储存发电装置，其特征在于，
前述热媒是水，
前述均压部具备流路和非活性气体源，
前述流路将前述高温蓄热部和前述低温蓄热部流体连接，
前述非活性气体源与前述高温蓄热部和前述低温蓄热部流体连接，相对于前述高温蓄热部和前述低温蓄热部供给既定压力的非活性气体。
7.如权利要求1至3中任一项所述的压缩空气储存发电装置，其特征在于，
前述压缩膨胀兼用机还具备小齿轮和防松螺母，
前述小齿轮用于与前述电动发电兼用机的旋转驱动力的传递，
前述防松螺母保持成不使前述小齿轮变松。
8.如权利要求1至3中任一项所述的压缩空气储存发电装置，其特征在于，
前述压缩膨胀兼用机还具备小齿轮、多个螺栓、压盖、防松螺母，
前述小齿轮用于与前述电动发电兼用机的旋转驱动力的传递，
前述多个螺栓保持前述小齿轮，
前述压盖推压前述多个螺栓，
前述防松螺母将前述压盖固定。
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