JP2013509532A - 圧縮空気エネルギー貯蔵システム内の水分を減少させるシステムおよび方法 - Google Patents
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Abstract
圧縮空気エネルギー貯蔵システムを含み、圧縮空気エネルギー貯蔵システムが、圧縮空気貯蔵空間内に貯蔵するためのある量の周囲空気を吸気するように構成された周囲空気吸気口と、圧縮システムによって圧縮された空気を輸送するように構成された圧縮経路を含む圧縮システムと、周囲空気を圧縮システムに輸送するように構成された第１の経路と、圧縮システムから圧縮空気貯蔵空間に続き、圧縮空気貯蔵空間に圧縮空気を輸送するように構成された第２の経路と、除湿システムとを含む、方法、システムおよび装置。除湿システムは、周囲空気吸気口から圧縮システムに続く第１の経路、圧縮経路および第２の経路のうちの少なくとも１つに結合可能である。除湿システムが、周囲空気および／または圧縮空気から水分を除去するように構成された除湿部品を含む。
【選択図】図１
【選択図】図１
Description
本発明の実施形態は、一般には圧縮空気エネルギー貯蔵（ＣＡＥＳ）システムに関し、より詳細にはＣＡＥＳシステム内の水分を除去することに関する。
ＣＡＥＳシステムは、一般に、吸気を圧縮し圧縮された空気を空洞または他の圧縮空気貯蔵空間に供給する複数の圧縮機を有する圧縮トレーンを含む。圧縮された空気は、その後、電気エネルギーなどエネルギーを生産するタービンを駆動するために使用される。しばしば、公共エネルギーを使用して圧縮トレーンに給電する場合、圧縮トレーンをユーティリティプラントのオフピーク時間中に動作させ、一方ＣＡＥＳシステムのエネルギー生産または発生段を、一般に高エネルギー需要時間中に動作させる。しかしながら、すべての場合でこのようにする必要はない。例えば、圧縮空気をエネルギー貯蔵空洞等に送りながら、風車から発生されるエネルギーを使用して圧縮トレーンに給電してもよい。いずれにしても、ＣＡＥＳシステムのエネルギー消費対ＣＡＥＳシステムのエネルギー生産の経済性は、一般に、圧縮段および生産段をいつ動作させるのかを決定する要因である。
ＣＡＥＳシステムの圧縮段の動作中、圧縮空気は、一般に、貯蔵される前に空洞または圧縮空気貯蔵空間の温度近くに圧縮段階内で冷却される。さらに、冷却中、しばしば水分が圧縮空気流の外に凝結する。しかしながら、しばしば冷却後に圧縮空気流内に水分が残り、これは上述した凝結と同様に、ＣＡＥＳシステムの部品に損害を与えることがある。
したがって、ＣＡＥＳシステムから水分を除去する方法、装置およびシステムを有することは有益であろう。
本発明の実施形態は、ＣＡＥＳシステム内の水分を除去する方法、システムおよび装置を対象とする。
本発明の一態様によれば、圧縮空気エネルギー貯蔵（ＣＡＥＳ）システムは、圧縮空気貯蔵空間内に貯蔵するためにある量の周囲空気を吸気するように構成された周囲空気吸気口と、周囲空気吸気口に結合された圧縮システムと、周囲空気吸気口から圧縮システムに続く第１の経路と、圧縮システムから圧縮空気貯蔵空間に続く第２の経路と、除湿システムとを含む。圧縮システムは、ある量の周囲空気をある量の圧縮空気に圧縮するように構成されており、圧縮システムを通してある量の圧縮空気を輸送するように構成された圧縮経路を含む。第１の経路は、ある量の周囲空気を圧縮システムに輸送するように構成されており、第２の経路は、ある量の圧縮空気を圧縮空気貯蔵空間に輸送するように構成されている。除湿システムは、第１の経路、圧縮経路および第２の経路のうちの少なくとも１つに結合可能であり、ある量の周囲空気およびある量の圧縮空気のうちの１つからある量の水分を除去するように構成された除湿部品を含む。
本発明の他の態様によれば、ＣＡＥＳシステムは、ある量の周囲空気を第１の量の圧縮空気に圧縮するように構成された第１の圧縮機と、第１の量の圧縮空気を第２の量の圧縮空気に圧縮するように構成された第２の圧縮機とを有する圧縮トレーンを含む。ＣＡＥＳシステムは、また、圧縮空気貯蔵空間と、圧縮トレーンおよび圧縮空気貯蔵空間に結合された第１の圧縮空気輸送経路と、発電システムと、発電システムおよび圧縮空気貯蔵空間に結合された圧縮空気排気経路と、除湿部品とを含む。圧縮空気貯蔵空間は、第２の量の圧縮空気を貯蔵するように構成されている。第１の圧縮空気輸送経路は、第２の量の圧縮空気を圧縮空気貯蔵空間に輸送するように構成されている。発電システムは、第３の量の圧縮空気から発電するように構成されている。圧縮空気排気経路は、第３の量の圧縮空気を圧縮空気貯蔵空間から発電システムに輸送するように構成されている。除湿部品は、ある量の圧縮空気をエネルギー貯蔵空間内に貯蔵する前に、周囲空気および圧縮空気のうちの１つからある量の水分を除去するように構成されている。
本発明のさらなる他の態様によれば、ＣＡＥＳシステムから水分を除去する方法は、圧縮システムを通してある量の空気を輸送するステップを含み、圧縮システムは、ある量の空気を圧縮システム内に吸気するように構成された吸気口と、ある量の空気を吸気後に圧縮するように構成された少なくとも２つの圧縮機と、圧縮されたある量の空気が圧縮システムから出るための経路を与えるように構成された圧縮空気排気口とを有する。方法は、また、圧縮空気排気口から出たある量の空気を圧縮空気貯蔵空間に移動させるステップと、ある量の空気を除湿システムに通過させ、ある量の空気を圧縮空気貯蔵空間内に貯蔵する前にある量の空気から水分を除去するステップとを含む。圧縮空気貯蔵空間は、後のエネルギー生産のためにある量の空気を貯蔵するように構成されている。
種々の他の特徴および利点は、以下の詳細な説明および図面から明らかになるであろう。
図面は、本発明を実行するために現在企図されている１つまたは複数の実施形態を示している。
本発明の実施形態は、断熱式および非断熱式ＣＡＥＳシステムに関する。
図１を参照すると、本発明の一実施形態による例示的なＣＡＥＳシステム１００のブロック図が示される。ＣＡＥＳシステム１００は、モータ１０２と、駆動シャフト１０４と、圧縮トレーン１０６と、圧縮空気貯蔵空間または空洞１０８と、膨張システム１１０と、発電機１１２とを含む。
本発明の一実施形態によれば、モータ１０２は、駆動シャフト１０４を駆動する。次いで駆動シャフト１０４は、圧縮トレーン１０６を駆動する。圧縮トレーン１０６は、周囲空気吸気口１１４と、第１の圧縮機１１６と、第２の圧縮機１１８とを含む。圧縮トレーン１０６の動作中、周囲空気１２０は、周囲空気吸気口１１４に入り、圧縮トレーン１０６によって圧縮される。圧縮トレーン１０６は、圧縮機経路１２２を介して第２の圧縮機１１８に結合された第１の圧縮機１１６を含む。本実施形態によれば、第１の圧縮機１１６は周囲空気を圧縮する。圧縮された周囲空気は、次に圧縮機経路１２２に沿って第２の圧縮機１１８に進み、ここで第２の圧縮機１１８は、圧縮空気を圧縮空気経路１２４に沿って空洞１０８に供給する前に、周囲空気をさらに圧縮する。
本実施形態では２つの圧縮機１１６、１１８のみが図示されているが、圧縮トレーン１０６が、圧縮機経路１２２を介して互いに結合された３つ以上の圧縮機を含むことができることが企図されている。加えて、２つ以上の圧縮機（例えば、圧縮機１１６、１１８）は、別個の部品である必要はない。それどころか、２つ以上の圧縮機を１つの圧縮連鎖ケーシング（図示せず）内に組み込むことができる。
本実施形態によれば、圧縮空気を空洞１０８内に貯蔵する前に、圧縮空気を冷却ユニット１２６に通過させ、冷却ユニット１２６は、空洞１０８内に貯蔵する前に圧縮空気から熱を除去する。貯蔵する前に圧縮空気から熱を除去することによって、空洞１０８の完全性は保護される。中間冷却器（図示せず）など他の冷却器を圧縮機経路１２２に沿って利用し、空気が圧縮トレーン１０６を通って移動するときにこの空気を冷却することができることが企図されている。しかしながら、本発明の実施形態は、冷却ユニット１２６および／または中間冷却器を含む必要はないことも企図されている。
圧縮空気が空洞１０８内に貯蔵された後は、この圧縮空気は排気経路１２８に沿って移ることができ、そこでこの圧縮空気は加熱ユニット１３０を介して再加熱される。再加熱された圧縮空気は、排気経路１２８を通って膨張システム１１０に進む。膨張システム１１０が第１のタービン１３２を含むことが企図されている。膨張システム１１０の構成により、圧縮空気はそこを通過するとき膨張することができ、したがって第１のタービン１３２の回転が生じる。膨張システム１１０が、発電を円滑にするために、追加のタービン（図示せず）を含むことができることが企図されている。本実施形態を参照すると、第１のタービン１３２の回転は、発電機シャフト１３４を回転させる。次いで、発電機シャフト１３４は発電機１１２を駆動することにより、発電機１１２が電気を生産する。
本発明の一実施形態によれば、ＣＡＥＳシステム１００は、空気流が圧縮トレーン１０６を通過するときこの空気流から水分を除去する除湿システム１３６を含む。したがって、下流の部品の腐蝕および劣化は最小限に抑えられる。例えば、ターボ機械（例えば、第１のタービン１３２）、熱変換器（図示せず）、配管（図示せず）および器具（図示せず）の水分に起因する腐蝕および／または劣化は最小限に抑えられる。ＣＡＥＳシステム（例えば、１００）の動作中に遭遇する作業温度（例えば、摂氏５５０から７００度）および高圧（例えば、４０から１００バール）は、湿り空気の有害作用を悪化させるおそれがあることに留意されたい。したがって、除湿システム１３６は、湿り空気に関係する有害作用を最小限に抑える。
除湿システム１３６は、ＣＡＥＳシステム１００の作業空気流から水分を除去することができる乾燥剤型除湿部品、グリコール系除湿部品、凝結型または他の好適な除湿部品（１つまたは複数）を含むことができることが企図されている。
代替の実施形態では、ＣＡＥＳシステム１００は、蓄熱（ＴＥＳ）システム１３８（破線で示す）を含む断熱システムである。このような実施形態では、圧縮空気経路１２４に沿って空洞１０８に進む圧縮空気は、圧縮空気から熱を除去するＴＥＳシステム１３８を通過する。この熱は、ＴＥＳシステム１３８によって貯蔵され、後に、圧縮空気が排気経路１２８に沿って遡ってＴＥＳシステム１３８を通過するとき、圧縮空気に伝達され戻される。このような実施形態では、ＣＡＥＳシステム１００が冷却ユニット１２６および加熱ユニット１３０をそれぞれ含む必要がなくなるように、冷却ユニット１２６および加熱ユニット１３０の必要性をなくすことができる。
ＴＥＳシステム１３８を含む実施形態では、ＣＡＥＳシステム１００が、ＴＥＳシステム１３８を通して空洞１０８に続く圧縮空気経路１２４の部分１４２に沿って除湿システム１４０（破線で示す）を含むことが企図されている。したがって、ＴＥＳシステム１３８を用いる実施形態によれば、２つの除湿システム１３６、１４０を用いてもよい。代替として、除湿システム１３６、１４０の１つのみを用いてもよい。圧縮トレーン１０６に入る前に周囲空気１２０を除湿する実施形態を含む、３つ以上の除湿システム（図示せず）を用いる実施形態も企図されている。
ＴＥＳ１３８から上流で１つまたは複数の除湿システム（例えば、除湿システム１３６）を用いる実施形態は、ＴＥＳ１３８、および、蓄熱インベントリ（図示せず）、断熱材（図示せず）および／または圧力容器材（図示せず）などＴＥＳ１３８の部品の、水分に起因する腐蝕および／または劣化を効果的に最小限に抑えることに留意されたい。
したがって、本発明の実施形態は、圧縮空気を空洞１０８内に貯蔵する前に圧縮空気から水分を除去する。この水分除去は、圧縮空気の冷却中に生じるなんらかの水分除去とは別である。
ここで図２を参照すると、本発明の代替の実施形態によるＣＡＥＳシステム１４４が示される。ＣＡＥＳシステム１４４は、モータ／発電機１４６と、第１のクラッチ１５０を介して圧縮トレーン１５２に結合された駆動シャフト１４８とを含む圧縮段を含む。圧縮トレーン１５２は、第１の圧縮機１５４と、圧縮機経路１５６と、圧縮機経路１５６に沿った中間冷却器１５８と、第２の圧縮機１６０と、ギヤボックス１６４を有する圧縮機駆動シャフトシステム１６２とを含む。ＣＡＥＳシステムの圧縮段は、また、後部冷却器１６６と、圧縮空気経路１７２に沿った第１のバルブ１６８および第２のバルブ１７０と、貯蔵空間１７４とを含む。
ＣＡＥＳシステム１４４のエネルギー生産段に沿って、圧縮空気排気経路１７８に沿った第３のバルブ１７６と、第１の加熱ユニット１８０と、第２の加熱ユニット１８２と、第１の膨張機１８４および第２の膨張機１８６と、膨張機駆動シャフトシステム１８８と、膨張機駆動シャフトシステム１８８に沿った第２のクラッチ１９０とがある。本発明の実施形態は、第１の除湿システム１９２、第２の除湿システム１９４（破線で示す）、第３の除湿システム１９６（破線で示す）または第４の除湿システム１９８（破線で示す）のうちの１つまたは複数など、１つまたは複数の除湿システムを含む。
圧縮段中、第２のクラッチ１９０は解放され、第１のクラッチ１５０は係合する。次にモータ／発電機１４６は、駆動シャフト１４８および圧縮機駆動シャフトシステム１６２を介して圧縮トレーン１５２を駆動する。圧縮トレーン１５２は、周囲空気吸気口２００と、第１の圧縮機１５４および第２の圧縮機１６０とを含む。圧縮トレーン１５２の動作中、周囲空気２０２は、周囲空気吸気口２００を通して第１の空気圧縮機１５４に引き込まれる。したがって第１の圧縮機１５４は、そこを流れる空気を圧縮する。一般には、空気の温度は圧縮中上昇する。したがって、圧縮機経路１５６に沿って第１の圧縮機１５４から出てくる空気を、圧縮空気が第２の圧縮機１６０によってさらに圧縮される前に、中間冷却器１５８によって冷却する。ここでも、圧縮は空気温度を上昇させる傾向がある。したがって、圧縮空気経路１７２に沿った後部冷却器１６６を用いて、第２の圧縮機１６０から出てくる圧縮空気を冷却する。本発明の実施形態は追加の圧縮機（図示せず）を含むことが企図されている。
圧縮段中、圧縮空気が貯蔵空間１７４に流れるように第１のバルブ１６８および第２のバルブ１７０を操作し、圧縮空気が第１の膨張機１８４および第２の膨張機１８６に流れないように第３のバルブ１７６を操作する。
一実施形態では、第１の除湿システム１９２は、圧縮機経路１５６に結合されており、圧縮空気が中間冷却器１５８を通り過ぎるか中間冷却器１５８に入る前に、圧縮機経路１５６を通って移動する圧縮空気から水分を除去するように構成されている。しかしながら、代替の実施形態によれば、第２の除湿システム１９４（破線で示す）が圧縮機経路１５６に沿って配置され、中間冷却器１５８を去る圧縮空気がそこを通過するようになる。このような実施形態では、第１の除湿システム１９２を使用または設置する必要はない。いずれの実施形態でも、水分は圧縮空気から除去され、したがって、ＣＡＥＳシステム１４４の下流の部品は保護される。
さらに他の実施形態では、第３の除湿システム１９６（破線で示す）が圧縮空気経路１７２に沿って配置され、圧縮トレーン１５２から出る空気がそこを通過し、したがって除湿されるようになる。さらなる他の実施形態では、第４の除湿システム１９８（破線で示す）が圧縮空気経路１７２に沿って配置され、後部冷却器１６６を出る空気がそこを通過するようになる。各々の除湿システム１９２〜１９８は、独立して用いられてもよく、または２つ以上の除湿システム１９２〜１９８が互いに一体となって使用されてもよい。各々の除湿システム１９２〜１９８は、空洞または貯蔵空間１７４内に圧縮空気を貯蔵する前に、圧縮空気から水分を除去するように機能する。したがって、空洞１７４の完全性は保護される。さらに、圧縮空気から水分を除去することによって、各々の除湿システム１９２〜１９８は、いずれの下流の部品の摩耗も最小限に抑えることになる。またさらに、システム内の湿気または水分によって生じる生産段（例えば、第１の加熱ユニット１８０および第２の加熱ユニット１８２と第１の膨張機１８４および第２の膨張機１８６との動作中）の部品の摩耗も最小限に抑えられることになる。
中間冷却器１５８および後部冷却器１６６は、圧縮空気から貯蔵前に熱を除去するように用いられるため、加熱ユニット１８０、１８２は、空気を再加熱し、エネルギー生産の効率を最大化するように用いられる。加熱ユニット１８０、１８２は、また、第１の膨張機１８４および第２の膨張機１８６を保護するように機能することに留意されたい。例えば、圧縮空気排気経路１７８を介して第１の膨張機１８４および／または第２の膨張機１８６中に入る圧縮空気が適切に温められていない場合、膨張中に達する低温により、第１の膨張機１８４および／または第２の膨張機１８６が「凍結」することがある。したがって、第１の加熱ユニットまたはバーナ１８０は、第１の膨張機１８４中に入る圧縮空気を温め、第２の加熱ユニットまたはバーナ１８２は、第２の膨張機１８６に入る部分的に膨張した空気を温める。したがって、「凍結」状態は回避される。しかしながら、実施形態は、加熱ユニット（例えば、加熱ユニット１８０、１８２）を用いずに、冷却または凍結目的に使用できる冷たい空気流を生成するような構成を含むことが企図されている。
代替の実施形態では、第１の加熱ユニット１８０および第２の加熱ユニット１８２を用いるのではなく、第１の膨張機１８４および／または第２の膨張機１８６からの排気は、排気経路２０４（破線で示す）を通過し熱変換器２０６（破線で示す）を通り過ぎる。したがって、排気からの熱は、圧縮空気排気経路１７８に沿って進行する圧縮空気に移動し、したがって、圧縮空気を温めて膨張させる。
ここで図３を参照すると、本発明の一実施形態による断熱式ＣＡＥＳシステム２０８が示される。図２と図３との間で同様の部品は、共通の参照番号で図示される。図２のモータ／発電機１４６など単一のモータ／発電機ユニットを含むのではなく、図３の実施形態は、圧縮用の電力を発生させるモータ２１０と、エネルギー生産用の別個の発電機２１２とを含む。さらに、図２に示す実施形態と対照的に、断熱式ＣＡＥＳシステム２０８は、蓄熱（ＴＥＳ）システム２１４を含む。ＴＥＳシステム２１４は、圧縮空気を貯蔵空間１７４内に貯蔵する前に、圧縮空気経路１７２に沿って進む圧縮空気から熱を除去し、貯蔵するように構成されている。圧縮空気が圧縮空気排気経路１７８に続くとき、圧縮空気が第１の膨張機１８４および第２の膨張機１８６に入る前に、ＴＥＳシステム２１４は、圧縮空気に熱を移動させ戻す。したがって、図２のバーナ１８０、１８２も熱変換器２０６も、用いる必要はない。
本発明の一実施形態によれば、断熱式ＣＡＥＳシステム２０８は、圧縮空気経路１７２の部分２１８に結合された除湿システム２１６を含み、圧縮空気経路１７２の部分２１８は、また、エネルギー生産段中、圧縮空気排気経路１７８として機能する。このような実施形態では、貯蔵空間１７４内に貯蔵する前に圧縮空気から水分が除去され、圧縮空気が圧縮空気排気経路１７８を通じて第１の膨張機１８４および第２の膨張機１８６に続くとき、もう一度除湿される。
代替として、ＴＥＳシステム２１４と貯蔵空間１７４との間に除湿システム２１６を配置するのではなく、除湿システム２２０（破線で示す）を圧縮空気経路１７２に沿って配置し、圧縮空気がＴＥＳシステム２１４を通過する前に、圧縮空気から水分が除去されるようにしてもよい。このような場合では、ＴＥＳシステム２１４は、水分がその部品に及ぼし得る有害作用から保護されるかまたは少なくとも部分的に保護される。例えば、水分によって生じ得る腐蝕および逆の化学反応は回避されるかまたは少なくとも最小限に抑えられる。
第１の膨張機１８４および／もしくは第２の膨張機１８６からの排気熱２２２（破線で示す）、ならびに／または、ＴＥＳシステム２１４からのある量の熱２２４（破線で示す）を使用して、除湿システム２２０を再充填してもよいことが企図されている。すなわち、熱２２２および／または熱２２４を使用して、除湿システム２２０に蓄積される水分があればそれをも除去またはパージしてもよい。図示はしないが、同様にして、ＴＥＳシステム２１４からの熱２２４、ならびに／または、第１の膨張機１８４および／もしくは第２の膨張機１８６からの排気熱２２２を使用して、除湿システム２１６を再充填してもよい。１つまたは複数の電気的に駆動される熱源など他の熱源（図示せず）を追加でまたは代替として使用し、除湿システム２１６、２２０を再充填してもよいことに留意されたい。
除湿システム２１６および／または除湿システム２２０を有する断熱式ＣＡＥＳシステム２０８ではなく、またはこれに加えて、断熱式ＣＡＥＳシステム２０８は、中間冷却器１５８より上流で圧縮機経路１５６に結合された除湿システム２２６（破線で示す）、および／または、中間冷却器１５８より下流で圧縮機経路１５６に結合された除湿システム２２８（破線で示す）を含むことができる。上述した再充填と同様に、第１の膨張機１８４および／もしくは第２の膨張機１８６からの排気熱、ＴＥＳシステム２１４からの熱、ならびに／または、他の熱源からの熱を使用し、除湿システム２２６、２２８のうちの１つまたは複数を再充填してもよい。
断熱式システム２０８は、図示した除湿システム２１６、２２０、２２６、２２８のうちの１つまたは複数を含むことができることに留意されたい。
ここで図４を参照すると、本明細書で論じる本発明の実施形態の除湿システムに使用できる本発明の一実施形態による例示的な除湿システム２３０が示される。除湿ユニットまたはシステム２３０は、除湿部品２３２と、圧縮空気吸気口２３４と、圧縮空気排気口２３６と、ドライバ２３８と、水分排出口２４２を有する再生器２４０と、加熱ユニット２４４と、ポンプ２４６とを含む。
除湿システム１９２〜１９８、２１６、２２０、２２６、２２８を個々のＣＡＥＳシステム１４４、２０８内で配置または結合するのと同様に、圧縮空気が圧縮空気吸気口２３４を介して除湿部品中に入り、圧縮空気中の水分が除湿部品２３２の溶液によって除去されるように、除湿システム２３０をＣＡＥＳシステム（断熱式または非断熱式）内で配置可能である。除湿部品２３２内の溶液は、例えば、湿り空気から水分を除去するグリコール系溶液を含むことができる。乾燥しているかまたは少なくとも部分的に乾燥した圧縮空気は、圧縮空気排気口２３６を介して除湿部品２３２から脱出し、上述したようにＣＡＥＳシステム（例えば、図１のＣＡＥＳシステム１００、図２のＣＡＥＳシステム１４４および図３のＣＡＥＳシステム２０８）を通して続く。図４の除湿部品２３２に蓄積される水分は、ドライバ２３８の助けにより再生器２４０に進むことができる。すなわち、ドライバ２３８は、水分を含む溶液を再生器２４０に追いやる。加熱ユニット２４４を介して再生器２４０に熱が加えられ、再生器２４０に移動した溶液から水分を蒸発させるまたはパージし、そうして、水分排出口２４２を介して水分を大気中に追い出す。加熱ユニット２４４は、熱変換器（例えば、図２の熱変換器２０６）または、燃焼もしくは電気的に駆動するバーナ等を備えてもよいことが企図されている。図４のポンプ２４６は、ここでは水分が少なくとも実質的に除去されている再生された溶液を、除湿部品２３２に送り戻す。
再生器２４０の加熱ユニット２４４に供給される熱を、図３に示したのと同様にして、膨張排気またはＴＥＳシステムから供給してもよいことが企図されている。さらに、他の熱源を使用し、図４の再生器２４０に熱を供給してもよいことも企図されている。
ここで図５を参照すると、本明細書で論じる本発明の実施形態の除湿システムに使用できる本発明の他の実施形態による除湿システム２４８が示される。除湿システム２４８は、乾燥剤型の除湿システムであり、除湿部品２５０と、圧縮空気吸気口２５２と、乾燥剤２５４と、乾燥剤２５４を支持する支持グリッド２５６と、圧縮空気排気口２５８と、ドレンバルブ２６０とを含む。
動作中、水分を含む圧縮空気は、圧縮空気吸気口２５２を通して入り、支持グリッド２５６および乾燥剤２５４を通過し、圧縮空気排気口２５８を通して出てＣＡＥＳシステムの圧縮空気経路（例えば、図１のＣＡＥＳシステム１００の圧縮空気経路１２４、図２のＣＡＥＳシステム１４４の圧縮空気経路１７２、または図３のＣＡＥＳシステム２０８の圧縮空気経路１７２）中に戻る。図４の乾燥剤２５４は、湿った圧縮空気から水分を吸収するように構成されている。したがって、圧縮空気排気口２５８から出てくる圧縮空気は、一般に、圧縮空気吸気口２５２を通して入る圧縮空気と比較して含水率が低下している。
乾燥剤２５４が飽和状態になったかまたは飽和状態に近づくと、ドレンバルブ２６０が開いて、除湿部品２５０によって取り込まれた水分をそこから排出することができる。
除湿部品２５０が、暖かい空気が除湿部品２５０中に移りそのドレンバルブ２６０から出て行くことを可能にする再充填空気吸気口２６２（破線で示す）を含むことが企図されている。このような実施形態では、除湿部品２５０を通過する温かい空気が、乾燥剤２５４から水分を引き出す。したがって、湿り空気は、ドレンバルブ２６０を通して出るまたは追い出され、除湿部品２５０を再充填する。
ＣＡＥＳシステムの１つまたは複数の膨張機を去る排気を、再充填のために、再充填空気吸気口２６２を介して除湿部品２５０を通して導いてもよいことが企図されている。例えば、図３の排気経路２０４を、再充填目的のために、除湿部品２５０を通して導いてもよい。代替として、ＴＥＳシステム（例えば、図３のＴＥＳシステム２１４）からの熱を、再充填目的のために、図５の除湿部品２５０を通して導いてもよい。しかしながら、排気またはＴＥＳシステム以外の、またはこれに加えて、燃焼または電気的に駆動する熱源など他の熱源を使用し、除湿システム２４８を再充填することができることに留意されたい。
本発明の一実施形態によれば、ＣＡＥＳシステムは、圧縮空気貯蔵空間内に貯蔵するためにある量の周囲空気を吸気するように構成された周囲空気吸気口と、周囲空気吸気口に結合された圧縮システムと、周囲空気吸気口から圧縮システムに続く第１の経路と、圧縮システムから圧縮空気貯蔵空間に続く第２の経路と、除湿システムとを含む。圧縮システムは、ある量の周囲空気をある量の圧縮空気に圧縮するように構成されており、圧縮システムを通してある量の圧縮空気を輸送するように構成された圧縮経路を含む。第１の経路は、ある量の周囲空気を圧縮システムに輸送するように構成されており、第２の経路は、ある量の圧縮空気を圧縮空気貯蔵空間に輸送するように構成されている。除湿システムは、第１の経路、圧縮経路および第２の経路のうちの少なくとも１つに結合可能であり、ある量の周囲空気およびある量の圧縮空気のうちの１つからある量の水分を除去するように構成された除湿部品を含む。
本発明の他の実施形態によれば、ＣＡＥＳシステムは、ある量の周囲空気を第１の量の圧縮空気に圧縮するように構成された第１の圧縮機と、第１の量の圧縮空気を第２の量の圧縮空気に圧縮するように構成された第２の圧縮機とを有する圧縮トレーンを含む。ＣＡＥＳシステムは、また、圧縮空気貯蔵空間と、圧縮トレーンおよび圧縮空気貯蔵空間に結合された第１の圧縮空気輸送経路と、発電システムと、発電システムおよび圧縮空気貯蔵空間に結合された圧縮空気排気経路と、除湿部品とを含む。圧縮空気貯蔵空間は、第２の量の圧縮空気を貯蔵するように構成されている。第１の圧縮空気輸送経路は、第２の量の圧縮空気を圧縮空気貯蔵空間に輸送するように構成されている。発電システムは、第３の量の圧縮空気から発電するように構成されている。圧縮空気排気経路は、圧縮空気貯蔵空間から発電システムに第３の量の圧縮空気を輸送するように構成されている。除湿部品は、ある量の圧縮空気をエネルギー貯蔵空間内に貯蔵する前に、周囲空気および圧縮空気のうちの１つからある量の水分を除去するように構成されている。
本発明のさらに他の実施形態によれば、ＣＡＥＳシステムから水分を除去する方法は、圧縮システムを通してある量の空気を輸送するステップを含み、圧縮システムは、ある量の空気を圧縮システム内に吸気するように構成された吸気口と、ある量の空気を吸気後に圧縮するように構成された少なくとも２つの圧縮機と、圧縮されたある量の空気が圧縮システムから出るための経路を与えるように構成された圧縮空気排気口とを有する。方法は、また、圧縮空気排気口から出たある量の空気を圧縮空気貯蔵空間に輸送するステップと、ある量の空気を圧縮空気貯蔵空間内に貯蔵する前に、ある量の空気を除湿システムに通過させ、ある量の空気から水分を除去するステップとを含む。圧縮空気貯蔵空間は、後のエネルギー生産のため、ある量の空気を貯蔵するように構成される。
本書は、最良の形態を含む本発明を開示するために、またどのような当業者でも、任意の装置またはシステムを作製および使用すること、ならびに任意の組み込まれている方法を実行することを含めて、本発明を実施することができるように例を用いている。本発明の特許性のある範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が思いつく他の例を含むことができる。このような他の例は、特許請求の文字言語と異ならない構造要素を含む場合、または、特許請求の範囲の文字言語と実質的に異ならない等価の構造要素を含む場合は、特許請求の範囲内であるものとする。
１００、１４４ ＣＡＥＳシステム
１０２ モータ
１０４、１４８ 駆動シャフト
１０６、１５２ 圧縮トレーン
１０８ 圧縮空気貯蔵空間または空洞
１１０ 膨張システム
１１２ 発電機
１１４、２００ 周囲空気吸気口
１１６、１５４ 第１の圧縮機
１１８、１６０ 第２の圧縮機
１２０、２０２ 周囲空気
１２２、１５６ 圧縮機経路
１２４、１７２ 圧縮空気経路
１２６ 冷却ユニット
１２８ 排気経路
１３０ 加熱ユニット
１３２ 第１のタービン
１３４ 発電機シャフト
１３６、１４０、２１６、２２０、２２６、２２８、２３０、２４８ 除湿システム
１３８、２１４ ＴＥＳシステム
１４２ 圧縮空気経路の部分
１４６ モータ／発電機
１５０ 第１のクラッチ
１５８ 中間冷却器
１６２ 圧縮機駆動シャフトシステム
１６４ ギヤボックス
１６６ 後部冷却器
１６８ 第１のバルブ
１７０ 第２のバルブ
１７４ 貯蔵空間
１７６ 第３のバルブ１７６
１７８ 圧縮空気排気経路
１８０ 第１の加熱ユニット
１８２ 第２の加熱ユニット
１８４ 第１の膨張機
１８６ 第２の膨張機
１８８ 膨張機駆動シャフトシステム
１９０ 第２のクラッチ
１９２ 第１の除湿システム
１９４ 第２の除湿システム
１９６ 第３の除湿システム
１９８ 第４の除湿システム
２０４ 排気経路
２０６ 熱変換器
２０８ 断熱式ＣＡＥＳシステム
２１０ モータ
２１２ 発電機
２１８ 圧縮空気経路の部分
２２２ 排気熱
２２４ 熱
２３２、２５０ 除湿部品
２３４、２５２ 圧縮空気吸気口
２３６、２５８ 圧縮空気排気口
２３８ ドライバ
２４０ 再生器
２４２ 水分排出口
２４４ 加熱ユニット
２４６ ポンプ
２５４ 乾燥剤
２５６ 支持グリッド
２６０ ドレンバルブ
２６２ 再充填空気吸気口
１０２ モータ
１０４、１４８ 駆動シャフト
１０６、１５２ 圧縮トレーン
１０８ 圧縮空気貯蔵空間または空洞
１１０ 膨張システム
１１２ 発電機
１１４、２００ 周囲空気吸気口
１１６、１５４ 第１の圧縮機
１１８、１６０ 第２の圧縮機
１２０、２０２ 周囲空気
１２２、１５６ 圧縮機経路
１２４、１７２ 圧縮空気経路
１２６ 冷却ユニット
１２８ 排気経路
１３０ 加熱ユニット
１３２ 第１のタービン
１３４ 発電機シャフト
１３６、１４０、２１６、２２０、２２６、２２８、２３０、２４８ 除湿システム
１３８、２１４ ＴＥＳシステム
１４２ 圧縮空気経路の部分
１４６ モータ／発電機
１５０ 第１のクラッチ
１５８ 中間冷却器
１６２ 圧縮機駆動シャフトシステム
１６４ ギヤボックス
１６６ 後部冷却器
１６８ 第１のバルブ
１７０ 第２のバルブ
１７４ 貯蔵空間
１７６ 第３のバルブ１７６
１７８ 圧縮空気排気経路
１８０ 第１の加熱ユニット
１８２ 第２の加熱ユニット
１８４ 第１の膨張機
１８６ 第２の膨張機
１８８ 膨張機駆動シャフトシステム
１９０ 第２のクラッチ
１９２ 第１の除湿システム
１９４ 第２の除湿システム
１９６ 第３の除湿システム
１９８ 第４の除湿システム
２０４ 排気経路
２０６ 熱変換器
２０８ 断熱式ＣＡＥＳシステム
２１０ モータ
２１２ 発電機
２１８ 圧縮空気経路の部分
２２２ 排気熱
２２４ 熱
２３２、２５０ 除湿部品
２３４、２５２ 圧縮空気吸気口
２３６、２５８ 圧縮空気排気口
２３８ ドライバ
２４０ 再生器
２４２ 水分排出口
２４４ 加熱ユニット
２４６ ポンプ
２５４ 乾燥剤
２５６ 支持グリッド
２６０ ドレンバルブ
２６２ 再充填空気吸気口
Claims (20)
- 圧縮空気貯蔵空間内に貯蔵するためにある量の周囲空気を吸気するように構成された周囲空気吸気口と、
前記周囲空気吸気口に結合されており、前記ある量の周囲空気をある量の圧縮空気に圧縮するように構成された圧縮システムであって、圧縮システムを通して前記ある量の圧縮空気を輸送するように構成された圧縮経路を含む、圧縮システムと、
前記周囲空気吸気口から前記圧縮システムに続き、前記ある量の周囲空気を前記圧縮システムに輸送するように構成された第１の経路と、
前記圧縮システムから前記圧縮空気貯蔵空間に続き、前記ある量の圧縮空気を前記圧縮空気貯蔵空間に輸送するように構成された第２の経路と、
前記ある量の周囲空気および前記ある量の圧縮空気のうちの１つからある量の水分を除去するように構成された除湿部品を備える、前記第１の経路、前記圧縮経路および前記第２の経路のうちの少なくとも１つに結合可能な除湿システムと
を備える、圧縮空気エネルギー貯蔵（ＣＡＥＳ）システム。 - 前記ＣＡＥＳシステムが断熱式ＣＡＥＳシステムであり、前記圧縮システムと前記圧縮空気貯蔵空間との間の前記第２の経路に沿って蓄熱（ＴＥＳ）システムをさらに備え、前記蓄熱システムが、前記ある量の圧縮空気からある量の熱を除去し、貯蔵するように構成されており、前記除湿システムが、前記ある量の圧縮空気が前記ＴＥＳシステムに達する前に、前記ある量の圧縮空気から前記ある量の水分を除去する、請求項１記載のＣＡＥＳシステム。
- 前記除湿部品が乾燥剤系除湿部品を備える、請求項１記載のＣＡＥＳシステム。
- 前記除湿部品がグリコール系除湿部品を備える、請求項１記載のＣＡＥＳシステム。
- 前記除湿システムが、前記除湿部品から水分を除去するように構成された加熱システムをさらに備える、請求項１記載のＣＡＥＳシステム。
- 前記加熱システムが、前記ＣＡＥＳシステムからのタービン排気から前記除湿部品に熱を伝達して、前記水分を除去するように構成されている、請求項５記載のＣＡＥＳシステム。
- 前記加熱システムが、燃焼熱発生部品および電気熱発生部品のうちの少なくとも１つを備える、請求項５記載のＣＡＥＳシステム。
- 前記圧縮システムが、
前記ある量の周囲空気を圧縮するように構成された第１の圧縮機と、
前記ある量の周囲空気をさらに圧縮するように構成された第２の圧縮機
とを備え、前記除湿システムの少なくとも部分が、前記第１の圧縮機と前記第２の圧縮機との間の前記圧縮経路に結合可能である、請求項１記載のＣＡＥＳシステム。 - ある量の周囲空気を第１の量の圧縮空気に圧縮するように構成された第１の圧縮機、および
前記第１の量の圧縮空気を第２の量の圧縮空気に圧縮するように構成された第２の圧縮機
を備える圧縮トレーンと、
前記第２の量の圧縮空気を貯蔵するように構成された圧縮空気貯蔵空間と、
前記圧縮トレーンおよび前記圧縮空気貯蔵空間に結合されており、前記第２の量の圧縮空気を前記圧縮空気貯蔵空間に輸送するように構成された第１の圧縮空気輸送経路と、
第３の量の圧縮空気から発電するように構成された発電システムと、
前記発電システムおよび前記圧縮空気貯蔵空間に結合されており、前記第３の量の圧縮空気を前記圧縮空気貯蔵空間から前記発電システムに輸送するように構成された圧縮空気排気経路と、
前記ある量の圧縮空気を前記圧縮空気貯蔵空間内に貯蔵する前に、前記周囲空気および前記圧縮空気のうちの１つからある量の水分を除去するように構成された除湿部品と
を備える、圧縮空気エネルギー貯蔵（ＣＡＥＳ）システム。 - ＣＡＥＳシステムが、前記圧縮空気輸送経路に結合されており、前記ある量の圧縮空気を前記圧縮空気貯蔵空間内に貯蔵する前に前記ある量の圧縮空気からある量の熱を除去するように構成された蓄熱（ＴＥＳ）部品をさらに備える断熱式ＣＡＥＳであり、前記除湿部品が、前記ＴＥＳ部品への水分移動を最小限に抑えるように構成されている、請求項９記載のＣＡＥＳシステム。
- 前記除湿部品が複数の乾燥剤を備える、請求項９記載のＣＡＥＳシステム。
- 前記除湿部品がグリコール系材料を備える、請求項９記載のＣＡＥＳシステム。
- 前記除湿部品に結合されており、前記除湿部品に熱を伝達して前記除湿部品から水分を除去するように構成された再充填システムをさらに備える、請求項９記載のＣＡＥＳシステム。
- 前記再充填システムが、前記除湿部品に伝達すべき前記熱を生成する加熱ユニットを備え、前記加熱ユニットが、燃焼力および電力のうちの１つを介して前記熱を生成する、請求項１３記載のＣＡＥＳシステム。
- 前記発電システムが、前記圧縮空気から電気エネルギーを生産するように構成されたタービンを備え、前記除湿部品に伝達される前記熱は、前記タービンの排気から伝達される、請求項１３記載のＣＡＥＳシステム。
- 前記圧縮トレーンが、前記第１および第２の圧縮機に結合された圧縮経路を備え、前記除湿部品が、前記第１の圧縮機と前記第２の圧縮機との間の前記圧縮経路に結合されている、請求項９記載のＣＡＥＳシステム。
- 圧縮空気エネルギー貯蔵（ＣＡＥＳ）システムから水分を除去する方法であって、
圧縮システムを通してある量の空気を輸送するステップであって、前記圧縮システムが、
前記ある量の空気を前記圧縮システム内に吸気するように構成された吸気口と、
前記ある量の空気を吸気後に圧縮するように構成された少なくとも２つの圧縮機と、
圧縮された前記ある量の空気が前記圧縮システムから出るための経路を与えるように構成された圧縮空気排気口と
を備える、ステップと、
前記圧縮空気排気口から出た前記ある量の空気を圧縮空気貯蔵空間に移動させるステップであって、前記圧縮空気貯蔵空間が、後のエネルギー生産のために前記ある量の空気を貯蔵するように構成されている、ステップと、
前記ある量の空気を前記圧縮空気貯蔵空間内に貯蔵する前に、前記ある量の空気を除湿システムに通過させ、前記ある量の空気から水分を除去するステップと
を備える、方法。 - 前記除湿システムが、前記第１の圧縮機と前記第２の圧縮機との間で前記圧縮システムに結合されている、請求項１７記載の方法。
- 前記除湿システムが、グリコール系除湿部品および乾燥剤系除湿部品のうちの少なくとも１つを備える、請求項１７記載の方法。
- 前記除湿システムに熱を伝達して、前記除湿システムから水分を除去するステップをさらに備える、請求項１７記載の方法。
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