JP2001090509A - Cryogenic power generating system using liquid air - Google Patents

Cryogenic power generating system using liquid air

Info

Publication number
JP2001090509A
JP2001090509A JP27072699A JP27072699A JP2001090509A JP 2001090509 A JP2001090509 A JP 2001090509A JP 27072699 A JP27072699 A JP 27072699A JP 27072699 A JP27072699 A JP 27072699A JP 2001090509 A JP2001090509 A JP 2001090509A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
air
liquid air
heat exchanger
power generation
working fluid
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP27072699A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Toyoshi Sakata
豊志 坂田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to JP27072699A priority Critical patent/JP2001090509A/en
Publication of JP2001090509A publication Critical patent/JP2001090509A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To enhance power storage efficiency by effectively utilize a special character of liquid air without disusing exergy of a very low temperature of cold contained in the liquid air to improve electric power (power) reconversion or a thermodynamic cycle for recovery, when the reconversion to the electric power (power) or the recovery is carried out. SOLUTION: After pressure of the liquid air is raised using a pump 3 to be vaporized in a heat exchanger 4, a temperature of a working fluid (air) is lowered by the second expansion equipment 7 and an expansion valve 12 to generate new cold heat. The atmospheric air introduced into the thermodynamic cycle by another system is cooled in the heat exchanger 4 using the generated cold heat and the cold heat generated when the liquid air is vaporized as a low temperature heat source for the cycle, followed to be compressed at the very low temperature by the first compressor 9 so as to be brought into the working fluid, and is joined with the working fluid of the vaporized air to be supplied to an internal combustion engine 10 so as to drive a generator 11 by the engine 10.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、電気エネルギーを
液体空気の超低温エクセルギーとして貯蔵し、需要に応
じてこの液体空気の冷熱を電力(動力)へ再変換・回収
する複合式熱力学サイクルの冷熱発電システムに関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a combined thermodynamic cycle for storing electric energy as ultra-low-temperature exergy of liquid air and reconverting and recovering the cold energy of the liquid air into electric power (power) according to demand. It relates to a cold power generation system.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、実用的に用いられている電力の貯
蔵システムとして、夜間の余剰電力等を利用した揚水発
電や蓄電池を用いたシステムが知られている。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a practically used electric power storage system, a system using pumped storage power generation using a surplus electric power at night or a storage battery has been known.

【0003】しかしながら、揚水発電を用いた電力貯蔵
システムの場合は、需要地から遠く離れた山間地等の限
定された条件のもとでの立地となる。一方、蓄電池を用
いた電力貯蔵システムの場合は、需要地に近接して設置
出来るが長時間の用途になると、過大な設備投資が必要
となる。
However, in the case of an electric power storage system using pumped storage power generation, a location is located under limited conditions such as a mountainous area far from a demand area. On the other hand, in the case of a power storage system using a storage battery, it can be installed close to a demand area, but if it is used for a long time, an excessive capital investment is required.

【0004】斯かる問題を解消すべく、近年になって液
体空気を媒体にして電力を貯蔵するシステムが種々提案
されている。このシステムの場合、電力貯蔵の際、液体
空気を製造するために空気を超低温まで冷却する必要が
あり、この冷凍に大きなエネルギーを要する。一般に冷
凍機の性能を評価するための理論値として成績係数(又
は動作係数)がある。
In order to solve such a problem, various systems for storing electric power using liquid air as a medium have recently been proposed. In the case of this system, when power is stored, it is necessary to cool the air to an extremely low temperature in order to produce liquid air, and this refrigeration requires a large amount of energy. Generally, there is a coefficient of performance (or operation coefficient) as a theoretical value for evaluating the performance of a refrigerator.

【0005】この理論成績係数εrは、一般に、冷凍サ
イクルの低温側温度をT、高温側温度をTとする
と、 εr=T/(T−T) ・・・・・・・ (式1) で表される。
Generally, the theoretical coefficient of performance εr is given by εr = T 1 / (T 2 −T 1 ), where T 1 is the low temperature of the refrigeration cycle and T 2 is the high temperature of the refrigeration cycle. (Expression 1)

【0006】液体空気の温度は、大気圧下で約80K
(−193℃)である。サイクルの高温側を常温の30
0K(27℃)として前記の式1に代入すると、理論成
績係数εrは、約0.36となる。
[0006] The temperature of liquid air is about 80K under atmospheric pressure.
(-193 ° C). Set the high temperature side of the cycle to 30
Substituting 0K (27 ° C.) into Equation 1 above gives a theoretical coefficient of performance εr of about 0.36.

【0007】通常の身近な技術と比較する意味に於い
て、−15℃の冷凍庫を27℃の環境で運転した時の理
論成績係数εrは、式1を用いて同様に計算すると約
6.1である。
[0007] In the sense that it is compared with the usual familiar technology, the theoretical coefficient of performance εr when the -15 ° C freezer is operated in the environment of 27 ° C is approximately 6.1 when calculated similarly using the equation (1). It is.

【0008】上記成績係数εrは、冷媒の種類には関係
なく、値が小さい程冷凍に必要なエネルギーは大きくな
る。従って、液体空気の製造は、通常の冷凍に比較して
約17倍に近い大きなエネルギーが必要となる。
[0008] Regarding the coefficient of performance εr, regardless of the type of refrigerant, the smaller the value, the greater the energy required for refrigeration. Therefore, liquid air production requires about 17 times as much energy as ordinary refrigeration.

【0009】加えて、実用の装置では、種々の効率低下
要因が重なるため、更に成績係数が小さくなり、液体空
気を製造するためには、それに相当した電力(動力)の
消費を伴う。現在商業用に稼働している液体空気製造装
置では、液体空気を標準状態に換算して約0.5〜0.
8kwh/m3 N程度の電力(動力)消費の割合となってい
る。尚、m3 Nは、標準立方メートルであり、物理学上の
標準状態(0℃、760mmHg)におけるm3を意味
する。
[0009] In addition, in a practical device, various factors of efficiency decrease overlap, so that the coefficient of performance is further reduced, and the production of liquid air involves the consumption of power (power) corresponding thereto. In a liquid air producing apparatus currently in operation for commercial use, liquid air is converted to a standard state by about 0.5 to 0.5.
The rate of power (power) consumption is about 8 kwh / m 3 N. In addition, m 3 N is a standard cubic meter, and means m 3 in a standard state of physics (0 ° C., 760 mmHg).

【0010】従って、電力(動力)は、液体空気の冷熱
が有する超低温のエクセルギーとして貯蔵されることに
なるので、液体空気から電力(動力)を再変換・回収す
る場合には、超低温エクセルギーの損失(EL)を最小限
に抑える必要がある。
[0010] Therefore, the electric power (power) is stored as the ultra-low temperature exergy of the cold air of the liquid air. Therefore, when the electric power (power) is converted and recovered from the liquid air, the ultra-low temperature exergy is used. Loss (EL) must be minimized.

【0011】エクセルギーの損失ELは、「超伝導・低
温工学ハンドブックI.4・1・1〔3〕」(オーム
社:平成5年)によれば、環境温度(室温)Tのもと
で熱力学サイクル内に於いて温度T1からT2へ熱量q
が流れている場合、次の式が与えられる。
According to the “Superconductivity and Low Temperature Engineering Handbook I.4.1.1.1 [3]” (Ohm Co., 1993), the exergy loss EL is based on the ambient temperature (room temperature) T 0 . From the temperature T1 to T2 in the thermodynamic cycle
Is flowing, the following equation is given.

【0012】 EL=T△S=Tq(T−T)/(T・T) ・・・・(式2) 上式2より、熱量の移動前後の温度差(T−T)が
大きい程、エクセルギーの損失が大きいことになる。
EL = T 0 ΔS = T 0 q (T 1 −T 2 ) / (T 1 · T 2 ) (Equation 2) From the above Equation 2, the temperature difference (T The larger 1− T 2 ), the greater the exergy loss.

【0013】従来提案されている液体空気を利用した冷
熱発電システムでは、液体空気を海水、各種廃熱、或い
はボイラの余熱等で直接加熱して電力(動力)に変換・
回収する方式のものが多く見られるが、これらの方式で
は、液体空気と加熱源との温度差が大きいため、式2で
示す通り、エクセルギーの損失が多大になり、最終的に
電力(動力)の貯蔵効率が著しく低いものとなって経済
的に実用性のない技術となっている。
[0013] In the conventionally proposed cryogenic power generation system using liquid air, the liquid air is directly heated by seawater, various kinds of waste heat, or the residual heat of a boiler to convert the air into electric power (power).
Although there are many types of recovery systems, in these systems, since the temperature difference between the liquid air and the heating source is large, the exergy loss becomes large as shown in Expression 2, and finally the electric power (power ) Has a remarkably low storage efficiency, making the technology economically impractical.

【0014】また、液体空気の気化の際にその冷熱を蓄
冷機構に移しておき、次の液体空気を製造する段階で蓄
冷機構によって空気を冷却する方式も提案されている。
この方式の場合、確かに熱力学サイクル系外に廃棄され
るエクセルギーは抑制されるが、蓄冷材が顕熱方式であ
ると、熱の移動に伴って蓄冷材の温度が時間と共に変化
するため、大きな冷熱を蓄冷する場合には、作動流体と
の温度差を大きく取るか、膨大な量の蓄冷材を設置する
ことが必要となる。また、潜熱方式の場合は蓄冷材の温
度変化は狭い温度範囲となるが、その範囲が固定される
ために単式の蓄冷材の場合液体空気の超低温もしくは大
気の常温と蓄冷材との温度差が大きくなる。従って単式
の蓄冷材を用いた蓄冷機構では熱力学サイクル内部で作
動流体と蓄冷機構との伝熱の過程での大きな温度差に起
因するエクセルギーの損失を抑えることが出来ない。
There has also been proposed a system in which the cold energy is transferred to a cold storage mechanism when liquid air is vaporized, and the air is cooled by the cold storage mechanism at the stage of producing the next liquid air.
In the case of this method, exergy that is discarded outside the thermodynamic cycle system is suppressed, but if the regenerator material is a sensible heat system, the temperature of the regenerator material changes with time as heat moves. In the case of storing a large amount of cold heat, it is necessary to take a large temperature difference from the working fluid or to install a huge amount of cold storage material. Also, in the case of the latent heat method, the temperature change of the cold storage material is a narrow temperature range, but since the range is fixed, in the case of a single type of cold storage material, the temperature difference between the ultra-low temperature of liquid air or the normal temperature of the atmosphere and the cold storage material is growing. Therefore, in the cold storage mechanism using a single cold storage material, exergy loss due to a large temperature difference in the process of heat transfer between the working fluid and the cold storage mechanism within the thermodynamic cycle cannot be suppressed.

【0015】特開平9−250360号明細書、及び特
開平10−238367号明細書の「エネルギー貯蔵型
ガスタービン発電システム」には、蓄冷材に液体等の冷
媒を用いて多段階に分割して蓄冷する方式が開示されて
いる。これらの方式は、確かに単式の蓄冷方式に比べて
エクセルギーの損失は緩和されることになるが、各段階
の蓄冷材と作動流体の温度差が累積されることによるエ
クセルギーの損失も無視出来ない。
The "energy storage type gas turbine power generation system" disclosed in JP-A-9-250360 and JP-A-10-238367 is divided into multiple stages using a refrigerant such as a liquid as a cold storage material. A method for storing cold is disclosed. These methods certainly reduce the exergy loss compared to the simple cold storage method, but also ignore the exergy loss due to the accumulated temperature difference between the cold storage material and the working fluid at each stage. Can not.

【0016】また、特開平10−238366号明細書
には、「10Kの温度差にできるとすれば貯蔵効率が8
7%になる」(段落番号0088)と記載されている。
このケースでは,蓄冷材に固体の顕熱を利用した方式に
なっており、長時間に亘って大容量の冷熱を蓄えたり、
反対に作動流体に冷熱を移動させる操作の1サイクルに
ついて作動流体の温度差を10K以内に維持するために
は、膨大な蓄冷材が必要となる。このためか、仮定的な
前提条件を入れた表現となっており、実用性の乏しさを
示唆している。従って、多段階の蓄冷方式では、複雑な
システム構成とならざるを得ず、装置の建設費が過大に
なる上、運転操作や保守管理が複雑になるという技術的
な困難さに加えて、経済的には実用性の乏しい技術とな
っている。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-238366 describes that if a temperature difference of 10 K can be achieved, the storage efficiency is 8
7% "(paragraph number 0088).
In this case, the system uses solid sensible heat for the cold storage material, and can store a large amount of cold heat for a long time,
On the other hand, in order to maintain the temperature difference of the working fluid within 10 K for one cycle of the operation of transferring the cold heat to the working fluid, an enormous amount of cold storage material is required. For this reason, the expression is based on hypothetical assumptions, suggesting that it is not practical. Therefore, in a multi-stage regenerative storage system, the system configuration must be complicated, the construction cost of the equipment becomes excessive, and the operation and maintenance are complicated, and in addition to the technical difficulties, It is a technology with little practical use.

【0017】[0017]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来に
おける諸問題を解決するため、以下の(1)〜(6)に
列挙した課題を達成し得る、液体空気を利用した冷熱発
電システムを提供することを目的とする。 (1)液体空気として貯蔵した電力(動力)を再変換・
回収する際に熱力学サイクルの系外に冷熱を廃棄しない
方式とする。 (2)熱力学サイクル内で作動流体を操作する過程に於
いて液体空気の冷熱が有する超低温のエクセルギー損失
を最小限に抑える。 (3)熱力学サイクル内の低温熱源としての液体空気の
特徴を活用して新たな冷熱を生成し、サイクルの圧縮仕
事量を低減する。 (4)前記(1)〜(3)項の内容に内燃機関を付設す
ることによって100%以上の電力(動力)貯蔵効率を
実現する。 (5)運転操作や保守管理の容易なシステム構成とし経
済的にも優れていること。 (6)小規模から中規模までの電力貯蔵設備を多極分散
的に需要地に近接して設置することを可能にして電力負
荷の平準化に貢献出来ること。
SUMMARY OF THE INVENTION In order to solve the above-mentioned conventional problems, the present invention provides a cryogenic power generation system using liquid air which can achieve the following problems (1) to (6). The purpose is to provide. (1) Reconversion of electric power (power) stored as liquid air
When recovering, do not dispose of cold heat outside the thermodynamic cycle system. (2) Minimize the ultra-low temperature exergy loss of the cold of the liquid air in the process of operating the working fluid within the thermodynamic cycle. (3) Utilize the characteristics of liquid air as a low-temperature heat source in the thermodynamic cycle to generate new cold heat and reduce the compression work of the cycle. (4) By adding an internal combustion engine to the contents of the above items (1) to (3), power (power) storage efficiency of 100% or more is realized. (5) The system configuration should be easy for operation and maintenance, and economical. (6) To be able to install small- to medium-scale power storage facilities in a multi-polarized manner in close proximity to a demand area, thereby contributing to the leveling of power loads.

【0018】[0018]

【課題を解決するための手段】本発明の上記目的は、液
体空気のエクセルギーを利用して内燃機関を駆動し発電
する冷熱発電システムであって、液体空気を圧送するた
めのポンプと、該ポンプにより圧送された液体空気を空
気と熱交換する熱交換器と、を有し、前記熱交換器によ
り前記液体空気を気化させ、気化した空気を燃焼用空気
として前記内燃機関に導入する構成としたことを特徴と
する冷熱発電システムにより達成される。
SUMMARY OF THE INVENTION The object of the present invention is to provide a cryogenic power generating system for driving an internal combustion engine to generate electric power by utilizing the exergy of liquid air. A heat exchanger for exchanging heat with liquid air pumped by a pump, wherein the liquid air is vaporized by the heat exchanger, and the vaporized air is introduced into the internal combustion engine as combustion air. This is attained by a thermal power generation system characterized in that:

【0019】本発明によれば、夜間の余剰電力等を利用
して製造された液体空気を大気中の空気と熱交換させる
ことにより、エクセルギーの損失を最小限に抑えること
ができる。
According to the present invention, exergy loss can be minimized by exchanging liquid air produced using surplus electric power at night with air in the atmosphere.

【0020】前記熱交換器において前記液体空気と熱交
換するための空気を、前記ポンプから前記内燃機関に至
る熱力学サイクルの系統とは別系統で大気中から前記熱
力学サイクル内に導入し、前記熱交換器を通過後に第1
の圧縮機で圧縮して前記内燃機関に燃焼用空気として供
給する構成とすることが好ましい。斯かる構成により、
大気を低温で圧縮することで、圧縮動力が少なくて済
み、サイクルの熱効率を改善するとともに、冷熱を逃が
さないのでエクセルギーの損失を最小限に抑えることが
できる。
Air for exchanging heat with the liquid air in the heat exchanger is introduced into the thermodynamic cycle from the atmosphere in a different system from the thermodynamic cycle system from the pump to the internal combustion engine; After passing through the heat exchanger, the first
And the compressed air is supplied to the internal combustion engine as combustion air. With such a configuration,
By compressing the atmosphere at low temperatures, less compression power is required, the thermal efficiency of the cycle is improved, and exergy is minimized because no cold is released.

【0021】前記熱交換器において前記液体空気と熱交
換するための作動流体が、前記ポンプから前記内燃機関
に至る熱力学サイクルの系統とは別系統の閉サイクルを
循環する構成とし、該閉サイクル内に、前記熱交換器を
出た作動流体を圧縮する第2の圧縮機と、その圧縮され
た作動流体を膨張させて発電のための仕事をする第1の
膨張機とを設けても良い。このように作動流体が閉サイ
クル内を循環する構成とすることにより、脱湿・脱CO
2装置のような付属装置が不要になる。
The working fluid for heat exchange with the liquid air in the heat exchanger circulates in a closed cycle of a system different from a thermodynamic cycle system from the pump to the internal combustion engine. A second compressor that compresses the working fluid that has exited the heat exchanger and a first expander that expands the compressed working fluid and performs work for power generation. . With the configuration in which the working fluid circulates in the closed cycle, dehumidification and CO
Eliminates the need for ancillary equipment such as two devices.

【0022】前記ポンプから圧送された液体空気を前記
熱交換器によって圧力空気に気化させた後に、該圧力空
気に発電のための仕事をさせる第2の膨張機を設け、該
第2の膨張機からの排気を前記熱交換器に再度導入する
構成としても良い。この第2の膨張機によって圧力空気
のエンタルピーを仕事に変換して外部に取出す。ここで
新たな冷熱を発生させ、液体空気の冷熱に加算されるた
め、サイクルの圧縮仕事を減少させ、熱効率を改善する
ことができる。
After the liquid air pumped from the pump is vaporized into compressed air by the heat exchanger, a second expander is provided for causing the compressed air to perform work for power generation. It is good also as a structure which introduce | transduces the exhaust gas from into the said heat exchanger again. This second expander converts the enthalpy of the pressurized air into work and takes it out. Here, new cold is generated and added to the cold of the liquid air, so that the compression work of the cycle can be reduced and the thermal efficiency can be improved.

【0023】前記ポンプから圧送された液体空気を、2
73K以下の温度領域の熱交換過程において、液体空気
もしくは気体空気の状態で一部を抽出し膨張させる膨張
弁を設け、該膨張弁から出た空気を前記熱交換器の低温
側に再度導入する構成としても良い。斯かる膨張弁を設
けておけば、熱交換器から一部抽出した液体空気又は気
体空気を断熱自由膨張させて再度超低温域まで温度を降
下させ、新たな冷熱を生成するとともに、前記第2の膨
張機の入口圧力が低い場合でも、前記熱交換器の温度バ
ランスを安定化させることができる。
The liquid air pumped from the pump is
In the heat exchange process in a temperature range of 73K or less, an expansion valve for extracting and expanding a part in the state of liquid air or gaseous air is provided, and air coming out of the expansion valve is re-introduced to the low temperature side of the heat exchanger. It is good also as composition. If such an expansion valve is provided, the liquid air or gas air partially extracted from the heat exchanger is adiabatically free-expanded to lower the temperature again to the ultra-low temperature range, thereby generating new cold heat, Even when the inlet pressure of the expander is low, the temperature balance of the heat exchanger can be stabilized.

【0024】前記液体空気と熱交換するために前記熱交
換器の高温側に導入される空気を、該熱交換器に導入す
る前に予め圧縮するための第3の圧縮機を備えることと
しても良い。熱交換器に導入する空気を予め圧縮してお
くことで、前記熱交換器を小型化することができる。ま
た、脱湿・脱CO2装置を備える場合には、これを小型
化し且つ機能を向上させる。
A third compressor may be provided for pre-compressing air introduced to the high temperature side of the heat exchanger for heat exchange with the liquid air before introducing the air into the heat exchanger. good. By compressing the air introduced into the heat exchanger in advance, the heat exchanger can be downsized. When a dehumidification / de-CO 2 device is provided, the size and size of the device are improved and its function is improved.

【0025】前記熱交換器が、前記ポンプから排出され
た直後の液体空気を熱交換するように配設しても良い。
液体空気と熱交換させる作動流体を超低温まで冷却でき
るため、前記第1の圧縮機又は第2の圧縮機の圧縮仕事
を減少させることができ、従ってサイクルの熱効率を改
善することができる。
[0025] The heat exchanger may be arranged to exchange heat with the liquid air immediately after being discharged from the pump.
Since the working fluid that exchanges heat with the liquid air can be cooled to an extremely low temperature, the compression work of the first compressor or the second compressor can be reduced, and thus the thermal efficiency of the cycle can be improved.

【0026】前記内燃機関に導入する空気及び/又は前
記閉サイクル内を循環させる作動流体を、374K以上
に加熱する加熱装置を備えることが好ましい。内燃機関
に導入する作動流体の温度を上昇させることで、発生動
力を大きくし、サイクルの熱効率を改善することができ
る。
It is preferable that a heating device for heating the air introduced into the internal combustion engine and / or the working fluid circulating in the closed cycle to 374 K or more is provided. By increasing the temperature of the working fluid introduced into the internal combustion engine, the generated power can be increased and the thermal efficiency of the cycle can be improved.

【0027】[0027]

【発明の実施の形態】以下に、本発明に係る液体空気を
利用した冷熱発電システムの好ましい実施形態につき、
図面を参照して説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, a preferred embodiment of a cryogenic power generation system using liquid air according to the present invention will be described.
This will be described with reference to the drawings.

【0028】本発明に係る液体空気を利用した冷熱発電
システムの第1実施形態について、図1に示す系統図及
び図2に示すT−S線図を参照して説明する。
A first embodiment of a cryogenic power generation system using liquid air according to the present invention will be described with reference to a system diagram shown in FIG. 1 and a TS diagram shown in FIG.

【0029】この冷熱発電システムでは、夜間の余剰電
力等を利用することにより、液体空気製造装置1を駆動
させて、外部から取り込んだ空気を液化する。液化した
空気は、液体空気貯槽2に導入され、冷熱として貯えら
れる。
In this cold power generation system, the liquid air producing apparatus 1 is driven by utilizing surplus electric power at night to liquefy air taken in from the outside. The liquefied air is introduced into the liquid air storage tank 2 and stored as cold heat.

【0030】こうして貯えられた液体空気の冷熱が有す
るエクセルギーは、以下のようにして、電力に再変換さ
れて回収される。
The exergy of the cold air of the liquid air stored in this way is converted back to electric power and recovered as follows.

【0031】先ず、液体空気貯槽2に貯蔵した液体空気
(約80K)は、ポンプ3によって例えば0.1MPa
から約15MPaまで昇圧され、系統101を通じて低
温熱交換器4の低温側に導入される。
First, the liquid air (about 80K) stored in the liquid air storage tank 2 is pumped by, for example, 0.1 MPa.
To about 15 MPa, and introduced into the low-temperature side of the low-temperature heat exchanger 4 through the system 101.

【0032】低温熱交換器4の高温側には、液体空気製
造装置1に導入される液体空気とは別系統121を通じ
て、大気が導入されている。この大気は、予め脱湿/脱
CO 2装置8に導入され、発電サイクル内部での氷結/
ドライアイスの生成による系統の詰まりを防止するため
に、水分とCO2を除去することが好ましい。
The high-temperature side of the low-temperature heat exchanger 4 is made of liquid air.
Through a separate system 121 from the liquid air introduced into the
And the atmosphere has been introduced. This atmosphere is previously dehumidified / dehumidified.
CO TwoFreezing inside the power generation cycle
To prevent system clogging due to dry ice production
And moisture and COTwoIs preferably removed.

【0033】低温熱交換器4内において、液体空気と気
体空気とが熱交換するが、系統101からの作動流体
(液体空気)の一部(例えば約50%)を、熱交換の途
中の273K以下の温度領域で、系統110を介して抽
出し、膨張弁12に導くようにすることができる。系統
101からの残りの作動流体は、更に低温熱交換器4で
加熱され、気化した後、系統102を通じて第2の膨張
機7に導くことができる。第2の膨張機7によって、系
統102からの作動流体は、内燃機関10を介して、発
電機11で外部に対して仕事を行い、それにより、圧力
及びエンタルピーを減少させ、温度を約185K程度ま
で降下させることができる。
In the low-temperature heat exchanger 4, the liquid air and the gas air exchange heat. A part (for example, about 50%) of the working fluid (liquid air) from the system 101 is exchanged for 273K during the heat exchange. It can be extracted via system 110 and guided to expansion valve 12 in the following temperature range: The remaining working fluid from the system 101 can be further heated in the low-temperature heat exchanger 4 and vaporized before being guided to the second expander 7 through the system 102. By means of the second expander 7, the working fluid from the system 102 works externally at the generator 11 via the internal combustion engine 10, thereby reducing the pressure and enthalpy and reducing the temperature to about 185K. Can be lowered.

【0034】一方、膨張弁12に至った作動流体は、断
熱自由膨張によって超低温域まで温度を約120Kにま
で降下させて再び低温熱交換機4の低温側に導入され、
別系統121から導入した空気と熱交換して約180K
程度に昇温するとともに、第2の膨張機7から出た作動
流体と低温熱交換器4内で合流し、更に加熱されて加熱
装置としての低温エコノマイザー5に至る構成とするこ
とができる。
On the other hand, the working fluid that has reached the expansion valve 12 has its temperature lowered to about 120 K to the ultra-low temperature range by adiabatic free expansion, and is again introduced into the low-temperature side of the low-temperature heat exchanger 4.
Approximately 180K by heat exchange with air introduced from another system 121
The temperature can be raised to a certain degree, and the working fluid discharged from the second expander 7 can be joined in the low-temperature heat exchanger 4 and further heated to reach the low-temperature economizer 5 as a heating device.

【0035】別系統121からの空気は、ポンプ3から
出た後の液体空気及び第2の膨張機7及び膨張弁12か
ら出た低温の作動流体(空気)と熱交換して超低温域
(約100K)まで冷却された後、系統122を介して
第1の圧縮機9に至る。第1の圧縮機9は、モータMに
より駆動する。
The air from the separate system 121 exchanges heat with the liquid air that has flowed out of the pump 3 and the low-temperature working fluid (air) that has flowed out of the second expander 7 and the expansion valve 12. After being cooled to 100 K), it reaches the first compressor 9 via the system 122. The first compressor 9 is driven by a motor M.

【0036】別系統122からの冷却空気は、第1の圧
縮機9で昇圧されて低温エコノマイザー5において内燃
機関10の冷却温水等の低品位の廃熱Q3を利用して加
熱された後、系統111の作動流体と合流し、加熱装置
としての高温エコノマイザー6に至って、内燃機関10
の排気ガスQ1及び工業用廃熱Q2等で加熱され、高温
高圧(例えば、0.15〜15MPa,373〜873
K)の作動流体として内燃機関10に供給することがで
きる。このような高温高圧の作動流体を内燃機関10に
供給することにより、機関の熱効率を向上させることが
できる。また、系統123の作動流体は、約240K程
度となっているので、系統124により途中からバイパ
スさせて低温熱交換器4の高温側を冷却することができ
る。これによって、低温部への外部からの熱浸入や、低
温熱交換器4の効率に起因する冷熱損失を補償すること
ができる。
The cooling air from the separate system 122 is pressurized by the first compressor 9 and heated by the low-temperature economizer 5 using low-grade waste heat Q3 such as hot water for cooling the internal combustion engine 10, and then heated. It joins with the working fluid of the system 111 and reaches the high-temperature economizer 6 as a heating device.
And high-temperature and high-pressure (for example, 0.15 to 15 MPa, 373 to 873).
K) can be supplied to the internal combustion engine 10 as a working fluid. By supplying such a high-temperature and high-pressure working fluid to the internal combustion engine 10, the thermal efficiency of the engine can be improved. Further, since the working fluid of the system 123 is about 240K, the high-temperature side of the low-temperature heat exchanger 4 can be cooled by being bypassed from the middle by the system 124. This makes it possible to compensate for heat intrusion into the low-temperature portion from the outside and cold heat loss due to the efficiency of the low-temperature heat exchanger 4.

【0037】膨張弁12及び/又は第2の膨張機7を設
置せずに、系統101の作動流体を熱交換器4を介して
直接、低温エコノマイザー5に短絡することも可能であ
る。この場合、第2の膨張機7を備える場合に比べて電
力貯蔵効率は少し落ちるが、装置の建設費を下げること
ができる。
It is also possible to short-circuit the working fluid of the system 101 directly to the low-temperature economizer 5 via the heat exchanger 4 without installing the expansion valve 12 and / or the second expander 7. In this case, the power storage efficiency is slightly reduced as compared with the case where the second expander 7 is provided, but the construction cost of the device can be reduced.

【0038】上記構成を備える液体空気を利用した冷熱
発電システムの第1実施形態によれば、前記の操作によ
って液体空気の冷熱は熱力学サイクルの系外に廃棄され
ずに別系統で導入した作動流体(空気)に移動し、これ
を超低温域まで冷却する。従って、熱の移動は、空気と
空気との熱交換によってなされるので、比熱その他の熱
的性質が大きく異なる固体や液体と空気との間で熱交換
する蓄冷方式と比較して、熱の移動後の温度差も小さく
なり、そのため前記式2よりエクセルギーの損失も最小
限に抑えることが可能となる。
According to the first embodiment of the cryogenic power generation system using liquid air having the above-described configuration, the cooling operation of the liquid air by the above-described operation is introduced into another system without being discarded outside the thermodynamic cycle system. It moves to a fluid (air) and cools it to a very low temperature range. Therefore, since heat is transferred by heat exchange between air and air, the heat transfer is lower than that of a cold storage method in which heat is exchanged between solids and liquids and air, which have significantly different specific heat and other thermal properties. The subsequent temperature difference is also small, and therefore the exergy loss can be minimized according to the above equation (2).

【0039】熱力学サイクル内の低温熱源としては、液
体空気の気化時に発生する冷熱(第1図の系統番号10
1〜102)と、第2の膨張機7、膨張弁12で新たに
生成される冷熱(系統番号110〜111及び102〜
111)との合計となり、これ等の冷熱によって別系統
で大気から導入する空気(系統番号121〜122)を
冷却している。
The low-temperature heat source in the thermodynamic cycle includes cold generated during vaporization of liquid air (system number 10 in FIG. 1).
1 to 102) and the cold heat newly generated by the second expander 7 and the expansion valve 12 (system numbers 110 to 111 and 102 to 102).
111), and the air (system numbers 121 to 122) introduced from the atmosphere is cooled in another system by the cold heat.

【0040】系統番号101の液体空気は、低温熱交換
機4の中間部で気体の空気となって例えば約50%が抽
出されて膨張弁12を通って再び低温熱交換器4の低温
側に導かれる。また、残りの約50%の空気は低温熱交
換器4の高温側で更に加熱された後、第2の膨張機7で
温度が降下して再び低温熱交換器4の中間部に導入され
膨張弁12から来た空気と合流し低温熱交換器4の高温
部を通過して低温エコノマイザ5に至る。
The liquid air of the system number 101 becomes gaseous air at an intermediate portion of the low-temperature heat exchanger 4, for example, about 50% is extracted, and is led to the low-temperature side of the low-temperature heat exchanger 4 again through the expansion valve 12. I will Further, the remaining 50% of the air is further heated on the high temperature side of the low temperature heat exchanger 4, then its temperature is reduced by the second expander 7, and is again introduced into the intermediate portion of the low temperature heat exchanger 4 and expanded. It merges with the air coming from the valve 12, passes through the high temperature section of the low temperature heat exchanger 4, and reaches the low temperature economizer 5.

【0041】こうして、系統番号101の液体空気は、
系統番号111に至る過程で新たに生成した冷熱によっ
て、初期値の約1.5倍程度の超低温のエクセルギーを
付与されたことになる。
Thus, the liquid air of system number 101 is
This means that ultra-low temperature exergy of about 1.5 times the initial value is given by the newly generated cold heat in the process of reaching the system number 111.

【0042】従って、大気から別系統121〜122に
導入される空気量は、標準状態で比較して系統番号10
1の液体空気の1.5倍以上が必要となり、これが超低
温で圧縮された後、系統番号123に送り出される。
Therefore, the amount of air introduced into the separate systems 121 to 122 from the atmosphere is equivalent to the system number 10
More than 1.5 times as much as the liquid air of 1 is required, and after being compressed at an extremely low temperature, it is sent to the system number 123.

【0043】最終的に、内燃機関10に供給できる空気
(作動流体)は、系統番号123と系統番号111との
合計である2.5倍以上の空気量となる。
Finally, the amount of air (working fluid) that can be supplied to the internal combustion engine 10 is 2.5 times or more, which is the sum of the system numbers 123 and 111.

【0044】これは、ちょうど少量の呼び水を用いて大
量の水を汲み出す揚水ポンプの例に類似している。即
ち、液体空気の特長を利用した呼び水的な活用とも表現
出来る。液体空気の呼び水的な活用によって、熱力学サ
イクルの作動流体は、超低温の液体及び密度の高い空気
の状態で前記約2.5倍以上の容量がポンプ3及び第1
の圧縮機9により超低温から昇圧されることになるの
で、常温からの圧縮操作に比較して熱力学サイクルの圧
縮仕事が著しく軽減される。
This is similar to the example of a water pump that draws a large amount of water using just a small amount of priming water. In other words, it can be expressed as priming utilizing the characteristics of liquid air. Due to the priming use of liquid air, the working fluid of the thermodynamic cycle has a capacity of about 2.5 times or more in the state of the ultra-low temperature liquid and the dense air in the pump 3 and the first fluid.
Since the pressure is increased from an extremely low temperature by the compressor 9, the compression work of the thermodynamic cycle is significantly reduced as compared with the compression operation from room temperature.

【0045】一般に、ガスタービン等の熱力学サイクル
では、機関出力の約60%がサイクル作動流体の圧縮仕
事として消費されるためにサイクルの熱効率が低下して
いるが、上記した本発明に係る液体空気を利用した冷熱
発電システムの熱力学サイクルでは、前記したように超
低温のエクセルギーの損失を抑制出来る上に、液体空気
の呼び水的活用によってサイクルの圧縮仕事が著しく改
善され、また、膨張機の出力も加算されるので、後述で
定義する電力(動力)貯蔵効率を100%以上とするも
のである。
In general, in a thermodynamic cycle of a gas turbine or the like, about 60% of the engine output is consumed as the compression work of the cycle working fluid, so that the heat efficiency of the cycle is reduced. In the thermodynamic cycle of a cryogenic power generation system using air, as described above, in addition to being able to suppress the loss of ultra-low temperature exergy, the compression work of the cycle is significantly improved by priming use of liquid air. Since the output is also added, the power (power) storage efficiency defined later is set to 100% or more.

【0046】次に、本発明に係る液体空気を利用した冷
熱発電システムの第2実施形態について、図3を参照し
て示す。なお、上記第1実施形態と同様の構成部分につ
いては、同符号を付した。
Next, a second embodiment of a cryogenic power generation system using liquid air according to the present invention will be described with reference to FIG. The same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals.

【0047】図3に示す液体空気を利用した冷熱発電シ
ステムは、熱力学サイクル内に別系統で大気を導入する
前に、第3の圧縮機13で予備的に圧縮し、空気の容積
を縮小した後、サイクルに供給する方式であり、その他
の構成は上記の第1実施形態と同様である。斯かる方式
によれば、常温での予備的な圧縮動力が必要となるた
め、図1に示した形態に比較してサイクルの圧縮仕事が
少し増加するが、空気容積の縮小に相当して脱湿/脱C
2装置8や低温熱交換器4を小型化することができ
る。
In the thermal power generation system using liquid air shown in FIG. 3, the volume of air is reduced by preliminary compression by the third compressor 13 before introducing air into another system in the thermodynamic cycle. After that, the system is supplied to the cycle, and the other configuration is the same as that of the first embodiment. According to such a method, a preliminary compression power at room temperature is required, so that the compression work of the cycle slightly increases as compared with the embodiment shown in FIG. Wet / de-C
The O 2 device 8 and the low-temperature heat exchanger 4 can be reduced in size.

【0048】次に、本発明に係る液体空気を利用した冷
熱発電システムの第3実施形態について、図4を参照し
て説明する。本実施形態においても、図において同様の
構成部分について同符号を付した。
Next, a third embodiment of a cryogenic power generation system using liquid air according to the present invention will be described with reference to FIG. Also in the present embodiment, the same reference numerals are given to the same components in the drawings.

【0049】図4に示す液体空気を利用した冷熱発電シ
ステムは、上記第1実施形態及び第2実施形態において
別系統で大気から空気を導入する系統を、閉じた系統と
して、外部から空気を導入せずに、この閉じた系統内に
新たに第1の膨張機14を設けて、系統番号120−1
21−122−123−120の閉サイクルの系統と
し、この系統内に作動流体を循環させて第1及び第2の
実施形態と同等の作用を行わせる形式であり、その他の
構成は、上記第1、第2実施形態と同様であるので詳細
な説明を省略する。
The cryogenic power generation system using liquid air shown in FIG. 4 is different from the first and second embodiments in that a separate system for introducing air from the atmosphere is used as a closed system to introduce air from outside. Instead, a first expander 14 is newly provided in this closed system, and a system number 120-1 is provided.
21-122-123-120 is a closed cycle system in which a working fluid is circulated in this system to perform the same operation as in the first and second embodiments. 1 and 2 are the same as those of the second embodiment, and a detailed description thereof will be omitted.

【0050】斯かる第3実施形態においては、循環する
作動流体は内燃機関10に替わって第1の膨張機14に
て大部分の仕事を行い、発電機15で電力を発生させ
る。膨張機14は、発電機11に連絡しても良く、その
場合は、発電機15は不要である。
In the third embodiment, the circulating working fluid performs most of the work in the first expander 14 instead of the internal combustion engine 10, and the generator 15 generates electric power. The expander 14 may communicate with the generator 11, in which case the generator 15 is not needed.

【0051】上記第3実施形態の場合、上記第1、第2
実施形態に比較して、第1の膨張機14の設置が増える
が、脱湿/脱CO2装置が不要となり、装置全体を小型
化することができる。尚、閉サイクルを循環する作動流
体として、空気以外にも、窒素、アルゴン、フレオン等
を使用することもできる。
In the case of the third embodiment, the first and second
Although the number of the first expanders 14 to be installed increases as compared with the embodiment, the dehumidification / de-CO 2 device is not required, and the entire device can be downsized. In addition, as the working fluid circulating in the closed cycle, nitrogen, argon, freon, or the like can be used in addition to air.

【0052】本発明では、ポンプ3で昇圧した直後の8
0〜250Kの温度範囲の超低温から低温の液体空気も
しくは低温の気体空気によって作動流体を冷却すること
により、作動流体の圧縮操作に必要な圧縮仕事が著しく
軽減され、液体空気に貯蔵した電力の再変換回収率が向
上して貯蔵効率の改善と省エネルギーの達成が可能であ
る。
According to the present invention, the pressure of 8
By cooling the working fluid with very low to low temperature liquid air or low temperature gas air in the temperature range of 0 to 250 K, the compression work required for the operation of compressing the working fluid is significantly reduced, and the electric power stored in the liquid air can be re-used. The conversion recovery rate is improved, and the storage efficiency can be improved and energy saving can be achieved.

【0053】次に本発明に係る液体空気を利用した冷熱
発電システムの第4の実施形態について、図5を参照し
て説明する。本実施形態についても、図において同様の
構成部分については同符号を付して詳細な説明を省略す
る。
Next, a fourth embodiment of a cryogenic power generation system using liquid air according to the present invention will be described with reference to FIG. Also in the present embodiment, the same components are denoted by the same reference numerals in the drawings, and detailed description is omitted.

【0054】図5に示す液体空気を利用した冷熱発電シ
ステムは、上記第1、第2、及び第3実施形態におい
て、第2の膨張機7の入口圧力を15MPa以上に高く
することによって第2の膨張機7の出口の作動流体の温
度を、より低温に降下させて熱交換器4の低温側に導入
し、膨張弁12は設置しない方式としたものである。即
ち、膨張弁12を設置しな場合には、低圧時に膨張機7
の入口圧力が低いと熱交換器4の温度バランスが取り難
いが、第1の膨張機7の入口圧力を高めることで、温度
バランスを安定にすることができる。斯かる構成を採用
した場合のT−S線図を図6に示した。図6からも分か
るように、第2の膨張機7の入口圧力が高くなる分だけ
動力の回収が増加し、電力の回収効率が良くなる上に、
冷熱の発生量も増加させることができる。
The cryogenic power generation system using liquid air shown in FIG. 5 is different from the first, second, and third embodiments in that the inlet pressure of the second expander 7 is increased to 15 MPa or more. The temperature of the working fluid at the outlet of the expander 7 is lowered to a lower temperature and introduced into the lower temperature side of the heat exchanger 4, and the expansion valve 12 is not installed. That is, when the expansion valve 12 is not installed, the expander 7 is operated at a low pressure.
If the inlet pressure of the first heat exchanger 4 is low, it is difficult to balance the temperature of the heat exchanger 4. However, by increasing the inlet pressure of the first expander 7, the temperature balance can be stabilized. FIG. 6 shows a TS diagram when such a configuration is employed. As can be seen from FIG. 6, the power recovery is increased by an amount corresponding to the increase in the inlet pressure of the second expander 7, and the power recovery efficiency is improved.
The amount of cold generated can also be increased.

【0055】ここで、 電力貯蔵効率(%)=再変換回収電力量÷貯蔵時の所要電力量×100・・・(A) と定義すると、貯蔵時の所要電力量としては、液体空気
製造に要した消費電力量が該当し、深冷空気分離装置の
実用設計データより液体空気を標準状態に換算して、
0.5〜0.8kwh/m3 N 程度になっている。また、内燃
機関10にディーゼルエンジンを適用し実用データを援
用して試算した場合は、上式(A)の値として約120
%の値が得られる。
Here, if the power storage efficiency (%) = reconversion recovered power amount / required power amount during storage × 100 (A), the required power amount during storage is equivalent to the production of liquid air. The required power consumption corresponds, and the liquid air is converted to the standard state from the practical design data of the cryogenic air separation device,
It is about 0.5 to 0.8 kwh / m 3 N. In addition, when a trial calculation is performed using a diesel engine as the internal combustion engine 10 and practical data is used, the value of the above equation (A) is about 120
% Values are obtained.

【0056】この120%は、エネルギーの増加を意味
するものではなく、従来のディーゼルエンジン発電装置
に本発明の熱力学サイクルを組合せることにより、熱効
率が改善され、その改善に相当して回収された電力量が
貯蔵時に要した電力量を上回っていることを示してい
る。即ち、従来のディーゼルエンジン発電装置の発電効
率と比較して、本発明による省エネルギー改善分が寄与
する電力への変換量が貯蔵時の所要電力量の120%で
あることを示している。これによって電力貯蔵効率10
0%以上が確保される上に、さらに省エネルギーの達成
を可能とするものである。本発明によって、貯蔵電力の
効率向上と省エネルギーを同時に達成することが可能と
なる。
This 120% does not mean an increase in energy. By combining the thermodynamic cycle of the present invention with a conventional diesel engine generator, the thermal efficiency is improved, and the recovery is equivalent to the improvement. This indicates that the amount of power consumed exceeds the amount of power required for storage. In other words, as compared with the power generation efficiency of the conventional diesel engine power generation device, the amount of conversion into electric power contributed by the energy saving improvement according to the present invention is 120% of the required power amount during storage. Thereby, the power storage efficiency is 10
0% or more is ensured, and further energy saving can be achieved. According to the present invention, it is possible to simultaneously improve the efficiency of stored power and save energy.

【0057】[0057]

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
に係る液体空気を利用した冷熱発電システムによれば、
液体空気の冷熱が保有する超低温エクセルギーの損失を
最小限に抑えると共に液体空気の特長を利用した呼び水
的な活用によって新たな冷熱を生み出すことを可能とし
た。
As is clear from the above description, according to the cryogenic power generation system using liquid air according to the present invention,
It has made it possible to minimize the loss of ultra-low-temperature exergy possessed by the cryogenic heat of liquid air, and to generate new cryogenic heat by utilizing the characteristics of liquid air as a prime water.

【0058】これによって前記したように大きなエネル
ギーを消費した液体空気の冷熱を複数倍に拡大して活用
し、発電サイクルの熱効率を改善することを得る。改善
による効率アップの相当分で液体空気の製造に要した電
力(動力)の大部分を回収して相殺することによって1
00%以上の電力(動力)貯蔵効率が達成出来る。
As a result, it is possible to improve the thermal efficiency of the power generation cycle by utilizing the cold energy of the liquid air, which has consumed a large amount of energy, several times as described above. By recovering and canceling most of the power required to produce liquid air by a considerable amount of the improvement in efficiency, 1
Power (power) storage efficiency of 00% or more can be achieved.

【0059】また本発明では蓄冷機構が不要なのでシス
テムが簡単な構成となり、建設費や運転・保守に必要な
操業費も軽減される。このことによって需要地に近接し
て技術的にも経済的にも効率の高い電力貯蔵装置の建設
が容易になって、小規模から中規模の電力貯蔵装置を多
極分散的に設置して、電力需要の負荷平準化に貢献する
ことも可能となる。
Further, in the present invention, since a cool storage mechanism is not required, the system has a simple configuration, and construction costs and operating costs required for operation and maintenance are reduced. This makes it easier to construct a technically and economically efficient power storage device close to the demand area, and to install small- to medium-sized power storage devices in a multi-pole distributed manner. It is also possible to contribute to load leveling of power demand.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に係る液体空気を利用した冷熱発電シス
テムの第1実施形態を示すシステム線図である。
FIG. 1 is a system diagram showing a first embodiment of a cryogenic power generation system using liquid air according to the present invention.

【図2】図1の液体空気を利用した冷熱発電システムに
おける作動流体のT−S線図である。
FIG. 2 is a TS diagram of a working fluid in the cold electric power generation system using the liquid air of FIG.

【図3】本発明に係る液体空気を利用した冷熱発電シス
テムの第2実施形態を示すシステム線図である。
FIG. 3 is a system diagram showing a second embodiment of a cryogenic power generation system using liquid air according to the present invention.

【図4】本発明に係る液体空気を利用した冷熱発電シス
テムの第3実施形態を示すシステム線図である。
FIG. 4 is a system diagram showing a third embodiment of a cryogenic power generation system using liquid air according to the present invention.

【図5】本発明に係る液体空気を利用した冷熱発電シス
テムの第4実施形態を示すシステム線図である。
FIG. 5 is a system diagram showing a fourth embodiment of a cryogenic power generation system using liquid air according to the present invention.

【図6】図5の冷熱発電システムのT−S線図である。FIG. 6 is a TS diagram of the thermal power generation system of FIG. 5;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 液体空気製造装置 2 液体空気貯槽 3 ポンプ 4 低温熱交換器 5 加熱装置(低温エコノマイザー) 6 加熱装置(高温エコノマイザー) 7 第2の膨張機 8 脱湿・脱CO2装置 9 第1の圧縮機 9’第2の圧縮機 10 内燃機関 11 発電機 12 膨張弁 13 第3の圧縮機 14 第1の膨張機 15 発電機 M モータ1 liquid air production device 2 liquid air storage tank 3 pump 4 cold heat exchanger 5 a heating device (cold economizer) 6 heating device (high temperature economizer) 7 second expander 8 dehumidified and de CO 2 device 9 first Compressor 9 'Second compressor 10 Internal combustion engine 11 Generator 12 Expansion valve 13 Third compressor 14 First expander 15 Generator M Motor

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 液体空気のエクセルギーを利用して内燃
機関を駆動し発電する冷熱発電システムであって、液体
空気を圧送するためのポンプと、該ポンプにより圧送さ
れた液体空気を空気と熱交換する熱交換器と、を有し、 前記熱交換器により前記液体空気を気化させ、気化した
空気を燃焼用空気として前記内燃機関に導入する構成と
したことを特徴とする冷熱発電システム。
1. A cold electric power generation system for driving an internal combustion engine by utilizing the exergy of liquid air to generate electric power, comprising: a pump for pumping liquid air; A heat exchanger to be exchanged, wherein the liquid air is vaporized by the heat exchanger, and the vaporized air is introduced into the internal combustion engine as combustion air.
【請求項2】 前記熱交換器において前記液体空気と熱
交換するための空気を、前記ポンプから前記内燃機関に
至る熱力学サイクルの系統とは別系統で大気中から前記
熱力学サイクル内に導入し、前記熱交換器を通過後に第
1の圧縮機で圧縮して前記内燃機関に燃焼用空気として
供給する構成としたことを特徴とする請求項1記載の冷
熱発電システム。
2. An air for exchanging heat with the liquid air in the heat exchanger is introduced into the thermodynamic cycle from the atmosphere from a different system from a thermodynamic cycle system from the pump to the internal combustion engine. 2. The cryogenic power generation system according to claim 1, wherein after passing through the heat exchanger, the first compressor compresses and supplies the compressed air to the internal combustion engine as combustion air.
【請求項3】 前記熱交換器において前記液体空気と熱
交換するための作動流体が、前記ポンプから前記内燃機
関に至る熱力学サイクルの系統とは別系統の閉サイクル
を循環する構成とし、該閉サイクル内に、前記熱交換器
を出た作動流体を圧縮する第2の圧縮機と、その圧縮さ
れた作動流体を膨張させて発電のための仕事をする第1
の膨張機とを設けたことことを特徴とする請求項1記載
の冷熱発電システム。
3. A structure in which a working fluid for exchanging heat with the liquid air in the heat exchanger circulates in a closed cycle different from a thermodynamic cycle system from the pump to the internal combustion engine, A second compressor that compresses the working fluid exiting the heat exchanger during a closed cycle, and a first compressor that expands the compressed working fluid to perform work for power generation.
2. The thermal power generation system according to claim 1, further comprising: an expander.
【請求項4】 前記ポンプから圧送された液体空気を前
記熱交換器によって圧力空気に気化させた後に、該圧力
空気に発電のための仕事をさせる第2の膨張機を有し、
該第2の膨張機からの排気を前記熱交換器に再度導入す
る構成としたことを特徴とする請求項1〜3の何れかに
記載の冷熱発電システム。
4. A second expander for causing the liquid air pumped from the pump to evaporate into pressurized air by the heat exchanger and then causing the pressurized air to perform work for power generation,
4. The thermal power generation system according to claim 1, wherein exhaust gas from the second expander is introduced again into the heat exchanger. 5.
【請求項5】 前記ポンプから圧送された液体空気を、
273K以下の温度領域の熱交換過程において、液体空
気もしくは気体空気の状態で一部を抽出し膨張させる膨
張弁を有し、該膨張弁から出た空気を前記熱交換器の低
温側に再度導入する構成としたことを特徴とする請求項
1〜4の何れかに記載の冷熱発電システム。
5. The liquid air pumped from the pump,
In the heat exchange process in a temperature range of 273K or less, an expansion valve is provided for extracting and expanding a part of the air in a state of liquid air or gaseous air. The thermal power generation system according to any one of claims 1 to 4, wherein:
【請求項6】 前記液体空気と熱交換するために前記熱
交換器の高温側に導入される空気を、該熱交換器に導入
する前に予め圧縮するための第3の圧縮機を備えること
を特徴とする請求項1〜5の何れかに記載の冷熱発電シ
ステム。
6. A third compressor for pre-compressing air introduced to a high temperature side of the heat exchanger for heat exchange with the liquid air before introducing the air into the heat exchanger. The thermal power generation system according to any one of claims 1 to 5, wherein
【請求項7】 前記熱交換器が、前記ポンプから排出さ
れた直後の液体空気を熱交換するように配設されている
ことを特徴とする請求項1〜6の何れかに記載の冷熱発
電システム。
7. The thermoelectric generator according to claim 1, wherein the heat exchanger is arranged to exchange heat with the liquid air immediately after being discharged from the pump. system.
【請求項8】 前記内燃機関に導入する空気及び/又は
前記閉サイクル内を循環させる作動流体を、374K以
上に加熱する加熱装置を備えることを特徴とする請求項
1〜7の何れかに記載の冷熱発電システム
8. A heating device for heating the air introduced into the internal combustion engine and / or the working fluid circulating in the closed cycle to 374 K or more. Cold power generation system
【請求項9】 前記第1の圧縮機は、前記内燃機関に供
給する燃焼用空気を220K以下の温度領域で0.15
〜15MPaに昇圧し得るものであることを特徴とする請
求項2記載の冷熱発電システム。
9. The first compressor supplies combustion air supplied to the internal combustion engine to a temperature of 0.15 K in a temperature range of 220 K or less.
3. The cryogenic power generation system according to claim 2, wherein the pressure can be increased to 15 MPa.
JP27072699A 1999-09-24 1999-09-24 Cryogenic power generating system using liquid air Pending JP2001090509A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP27072699A JP2001090509A (en) 1999-09-24 1999-09-24 Cryogenic power generating system using liquid air

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP27072699A JP2001090509A (en) 1999-09-24 1999-09-24 Cryogenic power generating system using liquid air

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2001090509A true JP2001090509A (en) 2001-04-03

Family

ID=17490111

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP27072699A Pending JP2001090509A (en) 1999-09-24 1999-09-24 Cryogenic power generating system using liquid air

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2001090509A (en)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012017725A (en) * 2010-07-09 2012-01-26 Shiro Adachi Power generator reusing liquid air
JP2012520973A (en) * 2009-03-18 2012-09-10 エクスパンション エナジー, エルエルシー Systems and methods for liquid air generation, power storage and release
US8907524B2 (en) 2013-05-09 2014-12-09 Expansion Energy Llc Systems and methods of semi-centralized power storage and power production for multi-directional smart grid and other applications
CN104884886A (en) * 2012-06-28 2015-09-02 林德股份公司 Process and apparatus for generating electric energy
CN105928321A (en) * 2016-06-17 2016-09-07 全球能源互联网研究院 Supercharge type cryogenic liquefied air energy storage system
CN105937414A (en) * 2016-06-16 2016-09-14 全球能源互联网研究院 Cryogenic liquid air energy storage system recycling waste heat
CN106089336A (en) * 2016-06-17 2016-11-09 全球能源互联网研究院 A kind of cryogenic liquefying air energy storage systems utilizing recycle compressor to put forward effect
JP2020501071A (en) * 2016-11-30 2020-01-16 サイペム・ソチエタ・ペル・アツィオーニSaipem S.P.A. Closed gas cycle in cryogenic applications or cooling fluids

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012520973A (en) * 2009-03-18 2012-09-10 エクスパンション エナジー, エルエルシー Systems and methods for liquid air generation, power storage and release
JP2012017725A (en) * 2010-07-09 2012-01-26 Shiro Adachi Power generator reusing liquid air
CN104884886A (en) * 2012-06-28 2015-09-02 林德股份公司 Process and apparatus for generating electric energy
WO2014000882A3 (en) * 2012-06-28 2015-11-26 Linde Aktiengesellschaft Process and apparatus for generating electric energy
US8907524B2 (en) 2013-05-09 2014-12-09 Expansion Energy Llc Systems and methods of semi-centralized power storage and power production for multi-directional smart grid and other applications
US9260018B2 (en) 2013-05-09 2016-02-16 Expansion Energy Llc Systems and methods of semi-centralized power storage and power production for multi-directional smart grid and other applications
CN105937414A (en) * 2016-06-16 2016-09-14 全球能源互联网研究院 Cryogenic liquid air energy storage system recycling waste heat
CN105928321A (en) * 2016-06-17 2016-09-07 全球能源互联网研究院 Supercharge type cryogenic liquefied air energy storage system
CN106089336A (en) * 2016-06-17 2016-11-09 全球能源互联网研究院 A kind of cryogenic liquefying air energy storage systems utilizing recycle compressor to put forward effect
JP2020501071A (en) * 2016-11-30 2020-01-16 サイペム・ソチエタ・ペル・アツィオーニSaipem S.P.A. Closed gas cycle in cryogenic applications or cooling fluids
JP7018946B2 (en) 2016-11-30 2022-02-14 サイペム・ソチエタ・ペル・アツィオーニ Closed gas cycle in cryogenic applications or cooling fluids

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7299619B2 (en) Vaporization of liquefied natural gas for increased efficiency in power cycles
US5634340A (en) Compressed gas energy storage system with cooling capability
US7971424B2 (en) Heat cycle system and composite heat cycle electric power generation system
US5632148A (en) Power augmentation of a gas turbine by inlet air chilling
US7398642B2 (en) Gas turbine system including vaporization of liquefied natural gas
US5931021A (en) Straightforward method and once-through apparatus for gas liquefaction
US20120255312A1 (en) Method and System to Produce Electric Power
US11773754B2 (en) Cryogenic energy system for cooling and powering an indoor environment
JP2001193483A (en) Gas turbine system
JP2001090509A (en) Cryogenic power generating system using liquid air
JPH10238367A (en) Energy storage type gas turbine power generating system
CN101586482B (en) Low-temperature type engine and heat regenerating method thereof
JPH11343865A (en) Cryogenic turbine power generation system
JP4142559B2 (en) Gas liquefaction apparatus and gas liquefaction method
JPWO2008136121A1 (en) Natural gas liquefaction equipment
JPH0354327A (en) Surplus power utilizing system
JP2004150685A (en) Nitrogen producing equipment and turbine power generation equipment
JP2000146359A (en) Cogeneration system
JP3211942B2 (en) Method and apparatus for driving coal gasification combined cycle system
JP2003056312A (en) Closed-cycle gas turbine and power generation system using the gas turbine
KR100461995B1 (en) Gas heat pump driven by refrigerant steam turbine
JP2000509122A (en) Power generation system using fluid
JPH0354326A (en) Surplus power utilizing system
JPS63131960A (en) Loss operation method of cryogenic liquefying refrigerator
WO1999022189A1 (en) Temperature difference heat engine