JP5723376B2 - 単一軸圧縮機およびタービン配備を有する空気圧縮膨張システム - Google Patents
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Description
12 組合せモータ−発電機ユニット
14 単一駆動軸
16 圧縮機クラッチ、操作可能クラッチ
18 タービンクラッチ、フリーホイールクラッチ
20 圧縮機システム
22 タービンシステム
24 送電線
26 貯蔵デバイス
28 コントローラ
30 低圧圧縮機
32 高圧圧縮機
34 入力管路、周囲空気取入れ口
36 接続管路、圧縮機経路
38 出力管路、圧縮空気経路
40 外側縁部
42 低圧タービン
44 高圧タービン
46 入力管路、出口経路
48 接続管路
50 出力管路
52 外側縁部
54 空気圧縮膨張システム
56 圧縮機クラッチ、フリーホイールクラッチ
58 タービンクラッチ、操作可能クラッチ
60 圧縮空気エネルギー貯蔵(CAES)システム
62 圧縮空気貯蔵体積部、カバーン
64 冷却ユニット
66 加熱ユニット
68 熱エネルギー貯蔵(TES)システム
100 空気圧縮膨張システム
102 組合せモータ−発電機ユニット
104、106 駆動軸
108、110 クラッチ
112 圧縮機システム
114 タービンシステム
Claims (21)
- 圧縮モードおよび膨張モードで動作可能な空気圧縮膨張システムであって、
モータ−発電機ユニットと、
前記モータ−発電機ユニットに接続され、前記モータ−発電機ユニットにおよび前記モータ−発電機ユニットから回転動力を送出するように構成された単一駆動軸と、
前記単一駆動軸に選択的に結合することができ、前記単一駆動軸の近くに配置された圧縮機システムと、
前記単一駆動軸に選択的に結合することができ、前記単一駆動軸の近くに配置されたタービンシステムであり、前記モータ−発電機ユニットの共通の側に前記圧縮機システムとともに配置された、タービンシステムと、
前記単一駆動軸のまわりに同軸で配列され、前記圧縮機システムに取り付けられた圧縮機クラッチであり、前記圧縮機システムを前記単一駆動軸に対して選択的に結合および切り離すように構成された、圧縮機クラッチと、
前記単一駆動軸のまわりに同軸で配列され、前記タービンシステムに取り付けられたタービンクラッチであり、前記タービンシステムを前記単一駆動軸に対して選択的に結合および切り離すように構成された、タービンクラッチと
を含む、空気圧縮膨張システム。 - 前記圧縮機クラッチが、前記圧縮機システムを前記単一駆動軸に対して選択的に結合および切り離すように構成された操作可能クラッチを含み、
前記タービンクラッチが、前記タービンシステムを前記駆動軸に対して自動的に結合および切り離すように構成されたフリーホイールクラッチを含む、請求項1記載の空気圧縮膨張システム。 - 前記駆動軸が前記圧縮段階および前記膨張段階の各々の間単一の方向に回転する、請求項2記載の空気圧縮膨張システム。
- 前記フリーホイールクラッチは、膨張段階の間に前記タービンシステムの回転速度が前記駆動軸の回転速度に同期化すると同時に、前記タービンシステムを前記駆動軸に自動的に結合させるように構成される、請求項2記載の空気圧縮膨張システム。
- 前記圧縮機クラッチが、前記圧縮機システムを前記駆動軸に対して自動的に結合および切り離すように構成されたフリーホイールクラッチを含み、
前記タービンクラッチが、前記タービンシステムを前記単一駆動軸に対して選択的に結合および切り離すように構成された操作可能クラッチを含む、請求項1記載の空気圧縮膨張システム。 - 前記駆動軸が前記圧縮段階の間第1の方向に回転し、前記膨張段階の間前記第1の方向と反対の第2の方向に回転する、請求項5記載の空気圧縮膨張システム。
- 前記圧縮システムが、
低圧圧縮機と、
前記低圧圧縮機に隣接して配置された高圧圧縮機と
を含み、
前記低圧圧縮機および前記高圧圧縮機が、反対の流れ方向を有するように前記駆動軸に配列される、請求項1記載の空気圧縮膨張システム。 - 前記圧縮システムが、
前記低圧圧縮機に空気を導入するための入力管路であり、前記圧縮システムの外側縁部に配置される、入力管路と、
前記低圧圧縮機から前記高圧圧縮機に空気を移送するための接続管路と、
前記高圧圧縮機から空気を排出するための出力管路であり、前記低圧圧縮機と前記高圧圧縮機との間の前記圧縮システムの区域に配置される、出力管路と
をさらに含む、請求項7記載の空気圧縮膨張システム。 - 前記タービンシステムが、
低圧タービンと、
前記低圧タービンに隣接して配置された高圧タービンと
を含み、
前記低圧タービンおよび前記高圧タービンが、反対の流れ方向を有するように前記駆動軸に配列される、請求項1記載の空気圧縮膨張システム。 - 前記タービンシステムが、
前記高圧タービンに圧縮空気を導入するための入力管路であり、前記低圧タービンと前記高圧タービンとの間の前記タービンシステムの区域に配置される、入力管路と、
前記高圧タービンから前記低圧タービンに空気を移送するための接続管路と、
前記低圧タービンから空気を排出するための出力管路であり、前記タービンシステムの外側縁部に配置される、出力管路と
をさらに含む、請求項9記載の空気圧縮膨張システム。 - 前記圧縮システムおよび前記タービンシステムが前記駆動軸に同軸で整列される、請求項1記載の空気圧縮膨張システム。
- 前記圧縮機クラッチおよび前記タービンクラッチの一方を選択的に作動させ、前記圧縮機システムおよび前記タービンシステムの一方を前記駆動軸に対して選択的に結合および切り離すように構成されたコントローラをさらに含む、請求項1記載の空気圧縮膨張システム。
- それぞれの圧縮および膨張動作モードの間ガスを圧縮および膨張させるためのシステムを製造する方法であって、
機械動力および電力の両方を生成するように構成された組合せモータ−発電機ユニットを用意するステップと、
単一駆動軸を前記モータ−発電機ユニットに結合させるステップであり、前記単一駆動軸が、前記モータ−発電機ユニットから回転動力を受け取り、かつ前記モータ−発電機ユニットに回転動力を送出するように結合される、ステップと、
前記単一駆動軸のまわりで前記組合せモータ−発電機ユニットの共通の側にそれぞれ圧縮機システムおよびタービンシステムを配列して、圧縮および膨張動作モードの間ガスを圧縮および膨張させるステップと、
第1のクラッチ機構を前記駆動軸のまわりに同軸で配列するステップであり、前記第1のクラッチ機構が、前記圧縮および膨張動作モードの間前記圧縮機システムを前記単一駆動軸に対して選択的に結合および切り離すように構成される、ステップと、
第2のクラッチ機構を前記駆動軸のまわりに同軸で配列するステップであり、前記第2のクラッチ機構が、前記圧縮および膨張動作モードの間前記タービンシステムを前記単一駆動軸に対して選択的に結合および切り離すように構成される、ステップと
を含み、
前記圧縮機およびタービンシステムと前記第1および第2のクラッチ機構との配備により、前記圧縮動作モードと前記膨張動作モードとの間の移行の間前記単一駆動軸を一定回転させることができる、方法。 - 前記第1のクラッチ機構を用意するステップが、前記圧縮機システムを前記単一駆動軸に対して選択的に結合および切り離すように前記圧縮機システムに結合される操作可能クラッチを用意するステップを含む、請求項13記載の方法。
- 前記第2のクラッチ機構を用意するステップが、前記タービンシステムを前記駆動軸に対して自動的に結合および切り離すように前記タービンシステムに結合された自己同期クラッチを用意するステップであり、前記自己同期クラッチが、前記タービンシステムの回転速度が前記駆動軸の回転速度に同期化すると同時に、前記タービンシステムを前記駆動軸に自動的に係合させるように構成される、ステップを含む、請求項13記載の方法。
- 前記圧縮システムを用意するステップが、低圧圧縮機および高圧圧縮機を用意するステップであり、前記低圧圧縮機および前記高圧圧縮機が、反対の流れ方向を有するように前記単一駆動軸に配列される、ステップを含み、
前記タービンシステムを用意するステップが、低圧タービンおよび高圧タービンを用意するステップであり、前記低圧タービンおよび前記高圧タービンが、反対の流れ方向を有するように前記単一駆動軸に配列される、ステップを含む、請求項13記載の方法。 - ガスを圧縮および膨張させ、圧縮モードおよび膨張モードで動作可能であるシステムであって、
機械動力および電力を共に生成するように構成された組合せモータ−発電機ユニットと、
前記モータ−発電機ユニットに接続され、前記モータ−発電機ユニットにおよび前記モータ−発電機ユニットから回転動力を送出するように構成された駆動軸であり、前記圧縮動作モードおよび前記膨張動作モードの各々の間一定の方向に回転する、駆動軸と、
前記駆動軸に配置され、前記駆動軸からの回転動力によって駆動されるときガスを選択的に圧縮するように構成される圧縮機システムと、
前記駆動軸に配置され、回転動力を前記駆動軸に供給するようにガスを選択的に膨張させるように構成されたタービンシステムと、
前記圧縮機システムを前記駆動軸に対して選択的に結合および切り離すように前記圧縮機システムに取り付けられた操作可能クラッチと、
前記タービンシステムを前記駆動軸に対して自動的に結合および切り離すように前記タービンシステムに取り付けられたフリーホイールクラッチと
を含み、
前記駆動軸が、前記圧縮動作モードから前記膨張動作モードに移行する間前記一定の方向に回転し続ける、システム。 - 前記圧縮モードおよび前記膨張モードで前記システムを交互に動作させるように構成されたコントローラをさらに含む、請求項17記載のシステム。
- 前記コントローラが、前記圧縮動作モードの間モータモードで、および前記膨張動作モードの間発電機モードで前記組合せモータ−発電機ユニットを動作させ、前記圧縮動作モードの間前記操作可能クラッチを作動させ、前記圧縮機システムを前記駆動軸に結合させ、前記膨張動作モードの間前記操作可能クラッチを作動させ、前記圧縮機システムを前記駆動軸から切り離すように構成される、請求項18記載のシステム。
- 前記フリーホイールクラッチが、前記圧縮動作モードの間前記タービンシステムを前記駆動軸から切り離し、前記膨張動作モードの間前記タービンシステムを前記駆動軸に結合させるように構成される、請求項17記載のシステム。
- 前記フリーホイールクラッチは、前記タービンシステムの回転速度が前記駆動軸の回転速度に同期化すると同時に、前記タービンシステムを前記駆動軸に自動的に係合させるように構成された自己同期クラッチを含む、請求項20記載のシステム。
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