先進的断熱圧縮空気エネルギー貯蔵システムの吸気冷却及び水分除去装置並びに方法
【課題】発電システムの空気を冷却するシステム及び方法を提供する。
【解決手段】このシステムは、空気を受け取って冷却し、空気から水分を除去するように構成されたエアハンドリングユニットと、エアハンドリングユニットに流体接続された第１の圧縮機であって、エアハンドリングユニットから空気を受け取り、第１の圧縮済み加熱空気流を排出するように構成された第１の圧縮機と、第１の圧縮機に接続された蒸気吸収式冷凍機であって、熱エネルギーを複数の媒体間で伝達し、第１の圧縮済み加熱空気流を冷却するように構成された蒸気吸収式冷凍機と、蒸気吸収式冷凍機に接続された第２の圧縮機であって、冷却された第１の圧縮済み加熱空気流を受け取り、第２の圧縮済み加熱空気流を排出するように構成された第２の圧縮機と、を含む。
【解決手段】このシステムは、空気を受け取って冷却し、空気から水分を除去するように構成されたエアハンドリングユニットと、エアハンドリングユニットに流体接続された第１の圧縮機であって、エアハンドリングユニットから空気を受け取り、第１の圧縮済み加熱空気流を排出するように構成された第１の圧縮機と、第１の圧縮機に接続された蒸気吸収式冷凍機であって、熱エネルギーを複数の媒体間で伝達し、第１の圧縮済み加熱空気流を冷却するように構成された蒸気吸収式冷凍機と、蒸気吸収式冷凍機に接続された第２の圧縮機であって、冷却された第１の圧縮済み加熱空気流を受け取り、第２の圧縮済み加熱空気流を排出するように構成された第２の圧縮機と、を含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示の主題の実施形態は、一般に発電システムに関し、特に先進的断熱圧縮空気エネルギー貯蔵システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
人口の増加に伴って、より多くの電力を求める要求が一般的に高まっている。こうした電力需要は通常、一日の中で変動し、午後と夕方の時間帯が一般にピーク需要時となり、夜間と早朝の時間帯が一般に最小需要時となる。しかし、発電システムは最小及び最大需要システムの両方に適合し、様々な需要水準で効率的に電力を供給する必要がある。
【０００３】
或るシステムは、オフピーク需要時に生成されたエネルギーを貯蔵してピーク需要時に使用することによって、この問題を解決しようとしている。このシステムは、先進的断熱圧縮空気エネルギー貯蔵（ＡＡ−ＣＡＥＳ）システムと呼ばれ、図１に発電システム２の一部分として示されている。ここで、発電システム２を空気流の経路に沿って大まかに説明する。最初にステップ３ａにおいて、空気が軸流圧縮機４に取り込まれて圧縮され、この圧縮中に、空気が圧力を受けて温度が上昇する。この空気は、ステップ３ｂにおいて排出され、中間冷却器６で冷却され、所望の温度に冷却され、更に圧縮される。空気流は次に、ステップ３ｃにおいて第１の遠心圧縮機８に送り込まれる。その後、空気は、第１の遠心圧縮機８により圧縮され、第１の遠心圧縮機８から流出し、ステップ３ｄにおいて第２の遠心圧縮機１０に流入して、更に圧縮される。
【０００４】
空気流は次にステップ３ｅにおいて、第２の遠心圧縮機１０からエネルギー貯蔵装置（例えば、熱エネルギー貯蔵部１２）へと進む。第２の遠心圧縮機１０からの高温の圧縮空気は次に熱エネルギー貯蔵部１２により冷却される。熱エネルギーは将来の使用に備えて熱エネルギー貯蔵部１２に貯蔵され、冷却プロセスにより生じたあらゆる水分が排出される。冷却済み圧縮空気は、その後、ステップ３ｆにおいて安全用冷却器１４に送られ更に冷却された後、ステップ３ｇにおいて貯蔵設備（例えば、洞窟１６）に送られる。この洞窟１６内における圧縮空気の貯蔵と熱エネルギー貯蔵部１２内におけるエネルギーの貯蔵とは、通常は発電システム２の非ピーク需要運転時に行われる。
【０００５】
発電システム２に対する電力需要が目標点まで増加すると、貯蔵された圧縮空気を再びシステム内に放出してエキスパンダ１８（例えばタービン）を駆動させることによりエネルギー出力を増加させることができる。例えば、洞窟１６から、貯蔵された圧縮空気の一部が、ステップ３ｈにおいて加熱用の熱エネルギー貯蔵部１２に放出される。熱エネルギーが熱エネルギー貯蔵部１２から圧縮空気に伝達され、加熱された圧縮空気が、ステップ３ｉにおいて粒子フィルタ２０へと流れる。加熱済み圧縮空気はその後、ステップ３ｊにおいてタービン１８の膨張部へと流れる。空気は、膨張時、冷却されて圧力降下する一方で、シャフト２６を駆動させる仕事を生成し、このシャフトが更に、ジェネレータ３０の一部分を回転させて電力が生成される。空気は、膨張後、ステップ３ｋにおいてタービン１８から排気口２２へと流れ、通常は大気中に放出される。発電システム２は更に、圧縮機用の軸２４とギヤボックス２８とモータ３２とを含み得る。
【０００６】
図１に示すシステムにより、エネルギーを貯蔵してピーク需要時に使用することができるものの、電力需要の増大が見込まれ、この増大する需要を満たす方法を見出すことが望ましいことが理解できよう。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、発電システムの効率を高めるシステム及び方法が望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
一実施例として、発電システムの空気を冷却するシステムがある。このシステムは、空気を受け取ってこの空気を冷却し、空気から水分を除去するように構成されたエアハンドリングユニットと、エアハンドリングユニットに流体接続された第１の圧縮機であって、エアハンドリングユニットから空気を受け取り、第１の圧縮済み加熱空気流を排出するように構成された第１の圧縮機と、第１の圧縮機に接続された蒸気吸収式冷凍機であって、熱エネルギーを複数の媒体間で伝達し、第１の圧縮済み加熱空気流を冷却するように構成された蒸気吸収式冷凍機と、蒸気吸収式冷凍機に接続された第２の圧縮機であって、冷却された第１の圧縮済み加熱空気流を受け取り、第２の圧縮済み加熱空気流を排出するように構成された第２の圧縮機と、第２の圧縮機に接続され、第２の圧縮済み加熱空気流の熱エネルギーを貯蔵するように構成されたエネルギー貯蔵装置と、エネルギー貯蔵装置に接続された貯蔵設備であって、エネルギー貯蔵装置から受け取る冷却済み圧縮空気を貯蔵し、冷却済み圧縮空気を再び発電システム内に選択的に放出するように構成された貯蔵設備とを含む。
【０００９】
別の実施例として、発電システムの空気を冷却するシステムがある。このシステムは、空気を受け取ってこの空気を冷却し、空気から水分を除去するように構成されたエアハンドリングユニットと、エアハンドリングユニットに流体接続された第１の圧縮機であって、空気をエアハンドリングユニットから受け取り、第１の圧縮済み加熱空気流を排出するように構成された第１の圧縮機と、第１の圧縮機に接続された蒸気吸収式冷凍機であって、熱エネルギーを複数の媒体間で伝達し、第１の圧縮済み加熱空気流を冷却するように構成された蒸気吸収式冷凍機と、蒸気吸収式冷凍機に接続された第２の圧縮機であって、冷却された第１の圧縮済み加熱空気流を受け取り、第２の圧縮済み加熱空気流を排出するように構成された第２の圧縮機とを含む。
【００１０】
また別の実施例として、発電システムの空気を冷却する方法がある。この方法は、空気をエアハンドリングユニットにおいて受け取るステップと、この空気をエアハンドリングユニットにおいて冷却するステップと、エアハンドリングユニットにおいて空気から水分を除去するステップと、空気を第１の圧縮機により圧縮するステップと、第１の圧縮済み加熱空気流を第１の圧縮機から排出するステップと、蒸気吸収式冷凍機において熱エネルギーを複数の媒体間で伝達するステップと、第１の圧縮済み加熱空気流を蒸気吸収式冷凍機において冷却するステップと、冷却された第１の圧縮済み加熱空気流を圧縮するステップと、第２の圧縮済み加熱空気流を排出するステップとを含む。
【００１１】
添付図面に実施例を示す。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】発電システムと先進的断熱圧縮空気エネルギー貯蔵（ＡＡ−ＣＡＥＳ）システムの図である。
【図２】発電システムと、実施例に従った効率的なＡＡ−ＣＡＥＳシステムとの図である。
【図３】図２のシステムと、実施例に従った例示的な値とを示す図である。
【図４】発電システムと、実施例に従った別の効率的なＡＡ−ＣＡＥＳシステムとの図である。
【図５】図４のシステムと、実施例に従った例示的な値をと示す図である。
【図６】実施例に従った発電システムの空気冷却システムの図である。
【図７】実施例に従ったエアハンドラと蒸気吸収式冷凍機との図である。
【図８】図６のシステムと、実施例に従った例示的な値とを示す図である。
【図９】実施例に従った発電システムの熱エネルギー捕獲方法を示す流れ図である。
【図１０】実施例に従った発電システムの熱エネルギー捕獲方法を示す流れ図である。
【図１１】実施例に従った発電システムの空気冷却方法を示す流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
下記の、実施例の詳細な説明では、添付図面を参照する。別図面における同一の参照符号は、同一又は同様の要素を示している。また、図面は必ずしも縮尺通りに描かれていない。更に、下記の詳細な説明は、本発明を限定するものではない。むしろ、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲により定義される。
【００１４】
本明細書を通じて、「一実施形態」又は「一実施例」という表現は、或る実施形態に関連して説明される個々の特徴、構造、又は特性が、開示の主題の少なくとも１つの実施形態に含まれている、ということを意味する。したがって、本明細書の様々な箇所で「一実施形態」又は「一実施例」という語句があるが、それらが必ずしも同一の実施形態を指すわけではない。また、個々の特徴、構造、又は特性を、１つ以上の実施形態に適合するように組み合わせることもできる。
【００１５】
背景技術の部分で述べたように、発電システムの効率を高めるシステム及び方法が望まれる。本明細書に記載の実施例は、発電システムの効率を高めるシステム及び方法を提供する。実施例によれば、図２に一例を示す改良型断熱式ＣＡＥＳ（ＡＡ−ＣＡＥＳ）システムにおいて、一般に圧縮空気エネルギー貯蔵（ＣＡＥＳ）システムの圧縮機間で通常は失われる熱エネルギーを回収して用いることができる。
【００１６】
実施例に従って、図２に、通常は軸流圧縮機２０４と遠心圧縮機２０６との間で失われる熱エネルギーを捕獲及び貯蔵して、ピーク負荷条件又はピーク負荷に近い条件時に用いる改良型ＡＡ−ＣＡＥＳシステムを含む発電システム２０２を示す。この熱エネルギーを捕獲することにより、図１に示すシステム２と比べた場合に、発電システム２０２の全体運転効率を約８〜１０％向上させることができる。次に、このシステムを、軸流圧縮機２０４への吸気から始まるシステム内での空気の流れに沿って大まかに説明する。まずステップ５ａにおいて、空気が軸流圧縮機２０４内に取り込まれて圧縮され、この圧縮中に空気が圧力を受けて温度が上昇する。この空気は、ステップ５ｂにおいて軸流圧縮機２０４から排出され、熱交換器（例えば中間冷却器２０８）において固有の閉ループ系内にあるオイルとの間で熱交換が行われる。この熱交換及びオイルの閉ループ系については、以下で更に詳細に説明する。冷却された空気流は次に、ステップ５ｃにおいて第１の遠心圧縮機２０６に流入する。空気は、その後、第１の遠心圧縮機２０６により圧縮され、第１の遠心圧縮機２０６から流出し、ステップ５ｄにおいて第２の遠心圧縮機２１０に流入して更に圧縮される。更に多数又は少数の遠心圧縮機を用いてもよく、例えば発電システム２０２は１つの軸流圧縮機２０４と単一の遠心圧縮機２０６とを含んでもよい。
【００１７】
空気流は次に、ステップ５ｅにおいて、第２の遠心圧縮機２１０からエネルギー貯蔵装置（例えば、熱エネルギー貯蔵部２１２）へと進む。第２の遠心圧縮機２１０からの高温の圧縮空気は、その後、熱エネルギー貯蔵部２１２により冷却される。熱エネルギーは熱エネルギー貯蔵部２１２において将来の使用に備えて貯蔵され、冷却プロセスで生じたあらゆる水分が排水される。冷却済み圧縮空気は次に、ステップ５ｆにおいて安全用冷却器２１４に送られ、空気が更に冷却された後、ステップ５ｇにおいて貯蔵設備（例えば、洞窟２１６）に送られる。この洞窟２１６内における圧縮空気の貯蔵と熱エネルギー貯蔵部２１２におけるエネルギーの貯蔵とは通常、発電システム２０２の非ピーク需要運転時に行われる。
【００１８】
発電システム２０２に対する需要が目標点まで増加すると、貯蔵された圧縮空気を再びシステム内に放出してエキスパンダ２１８、例えばタービンを駆動させることによりエネルギー出力を増加させることができる。例えば、洞窟２１６は、貯蔵された圧縮空気の一部をステップ５ｈにおいて放出し、この空気は断熱高温オイルタンク２２０内で予熱される。放出された圧縮空気は、その後、ステップ５ｉにおいて熱エネルギー貯蔵部２１２へと流れる。熱エネルギーが熱エネルギー貯蔵部２１２から圧縮空気に伝達され、加熱された圧縮空気はステップ５ｊにおいて（任意で）粒子フィルタ２２２へと流れる。加熱済み圧縮空気は、その後、ステップ５ｋにおいて、粒子フィルタ２２２からタービン２１８の膨張部へと流れる。空気は、膨張時に冷却されて圧力降下する一方で、シャフト２２４を駆動させる仕事を生成し、このシャフトが更にジェネレータ２２６の一部分を回転させて電力が生成される。膨張後に空気はステップ５ｊにおいてタービン２１８から排気口２２８へと流れて、通常は大気中に放出される。発電システム２０２は更に、圧縮機用のシャフト２３０とギヤボックス２３４と圧縮機２０４を駆動させるモータ２３２とを含んでよい。
【００１９】
次に中間冷却器２０８と閉ループオイル系とに戻って、上記の熱エネルギー伝達を支えるオイルの流れをここで説明する。実施例によると、オイルがまず、軸流圧縮機２０４からの排気により中間冷却器２０８内で加熱される。その他の種類の圧縮機を発電システム２０２内で用いてもよい。この加熱済みオイルは中間冷却器２０８から、例えば高温オイルポンプ２３６により、断熱高温オイルタンク２２０に移送される。上述したように、圧縮空気が洞窟２１６から放出されるときに、熱が高温のオイルから圧縮空気に伝達される。この冷却されたオイルは、その後、低温オイルポンプ２３８により、通常は断熱されない低温オイルタンク２４０へとポンプ送りされる。冷却済みオイルは、そこから再び中間冷却器２０８へとポンプ送りされて、このプロセスが再開される。この閉ループ熱伝達プロセスに用いられるオイルは、高い比熱を有し得る。オイルは、例えば実質２５０°Ｃで２．３ｋＪ／ｋｇ−Ｋの比熱を有するダウサム（登録商標）の流体等の任意のジアテルミー油であってよい。
【００２０】
実施例に従って、図２に示すシステムの様々な点における空気及びオイルの圧力及び温度の値と併せた一例を図３に図示する。これらの値は例示的なものであって、実施形態を制限することを意図するものではない。図３のシステムは、図２に示すシステムに関して上述したように動作するので、この説明は省略する。
【００２１】
別の実施形態では、図４に示す発電システム４０２において、将来の使用に備えて熱エネルギーを捕獲及び貯蔵することができる。発電システム４０２は、通常は軸流圧縮機４０４と遠心圧縮機４０８との間で失われる熱エネルギーを貯蔵してピーク負荷条件時又はピーク負荷に近い条件時に使用する改良型ＡＡ−ＣＡＥＳシステムを含む。この熱エネルギーを捕獲することにより、発電システム４０２の総合運転効率を約８〜１０％向上させることができる。次に、このシステムを、軸流圧縮機４０４への吸気から始まるシステム内での空気の流れに従って大まかに説明する。最初にステップ７ａにおいて、空気は軸流圧縮機４０４内に取り込まれて圧縮され、この圧縮中に空気が圧力を受けて温度が上昇する。この空気はステップ７ｂにおいて軸流圧縮機４０４から排出され、断熱高温オイルタンク４０６との間で熱交換が行われる（即ち、オイル又は別の空気流が加熱される）。冷却された空気流は、次にステップ７ｃにおいて断熱高温オイルタンク４０６を離れて第１の遠心圧縮機４０８に流入する。その後、空気は第１の遠心圧縮機４０８により圧縮され、第１の遠心圧縮機４０８から流出し、ステップ７ｄにおいて第２の遠心圧縮機４１０に流入して更に圧縮される。遠心圧縮機の個数は様々であってよく、圧縮機の種類も様々であってよい。
【００２２】
次に、空気流は、ステップ７ｅにおいて第２の遠心圧縮機４１０からエネルギー貯蔵装置（例えば熱エネルギー貯蔵部４１２）へと進む。第２の遠心圧縮機４１０からの高温の圧縮空気は、その後、熱エネルギー貯蔵部４１２により冷却される。熱エネルギーは、将来の使用に備えて熱エネルギー貯蔵部４１２に貯蔵され、冷却プロセスにより生じたあらゆる水分が排出される。冷却済み圧縮空気は、その後、ステップ７ｆにおいて安全用冷却器４１４に送られ、空気が更に冷却された後、ステップ７ｇにおいて貯蔵設備（例えば、洞窟４１６）に送られる。この洞窟４１６内における圧縮空気の貯蔵と熱エネルギー貯蔵部４１２内におけるエネルギーの貯蔵とは、通常は発電システム４０２の非ピーク需要運転時に行われる。
【００２３】
発電システム４０２に対する需要が目標点まで増加すると、貯蔵された圧縮空気を再びシステム内に放出してエキスパンダ４１８（例えばタービン）を駆動させることにより、エネルギー出力を増加させることができる。例えば、洞窟４１６は貯蔵された圧縮空気の一部をステップ７ｈにおいて放出し、この圧縮空気は断熱高温オイルタンク４０６で予熱される。放出された圧縮空気は、その後、ステップ７ｉにおいて熱エネルギー貯蔵部４１２へと流れて加熱される。熱エネルギーが熱エネルギー貯蔵部４１２から圧縮空気に伝達され、加熱された圧縮空気はステップ７ｊにおいて粒子フィルタ４２０へと流れる。加熱済み圧縮空気はその後、ステップ７ｋにおいて、粒子フィルタ４２０からタービン４１８の膨張部へと流れる。空気は、膨張時に冷却されて圧力降下する一方で、シャフト４２２を駆動させる仕事を生成し、このシャフトが更に、ジェネレータ４２４の一部分を回転させて電力が生成される。空気は、膨張後にステップ７ｌにおいてタービン４１８から排気口４２６へと流れて、通常は大気中に放出される。発電システム４０２は更に、圧縮機用のシャフト４２８とギヤボックス４３０とモータ４３２とを含み得る。
【００２４】
実施例に従って、図４に示すシステムの様々な点における空気及びオイルの圧力及び温度の値と併せた一例を、図５に図示する。これらの値は例示であって、実施形態を制限することを意図するものではない。図５のシステムは、図４に示すシステムに関して上述したように動作するので、この説明は省略する。
【００２５】
別の実施形態により、図６に示す発電システム６０２の最初の段階で、エアハンドリングユニット６０４と蒸気吸収式冷凍機６０６とを実装できる。これにより、発電システム６０２は軸流圧縮機６０８内へと進む空気を冷却し、この空気から水分を除去し（これにより熱エネルギー貯蔵部１２において下流側の空気から水分を除去する必要性が低減／解消される）、軸流圧縮機からの排気の温度を低下させることが可能になる。次に、このシステムを、第１の遠心圧縮機６１０までのシステム内での空気の流れに沿って大まかに説明し、続いてエアハンドリングユニット６０４と蒸気吸収式冷凍機６０６とにおける流体ループを説明する。まずステップ９ａにおいて、空気がエアハンドリングユニット６０４内に取り込まれて冷却され、水分が除去された後、空気が軸流圧縮機６０８内に取り込まれる。その後、空気が軸流圧縮機６０８で圧縮され、この圧縮中に空気が圧力を受けて温度が上昇する。この空気は、ステップ９ｂにおいて軸流圧縮機６０８から排出され、蒸気吸収式冷凍機６０６内において熱交換が行われる。冷却された空気流は、次にステップ９ｃにおいて蒸気吸収式冷凍機６０６を離れて第１の遠心圧縮機６１０に流入する。その後、空気は第１の遠心圧縮機６１０により圧縮され、第１の遠心圧縮機６１０から流出し、ステップ９ｄにおいて第２の遠心圧縮機１０に流入して更に圧縮される。構成要素１０〜３０は図１に示したものと同様なので、これらの説明は省略する。
【００２６】
実施例では、蒸気吸収式冷凍機６０６は熱交換器として機能し、これにより、更に軸流圧縮機６０８からの排気を所望の温度に冷却することが可能になるだけでなく、以下に図７に関して説明するように、エアハンドリングユニット６０４により空気を冷却した後に空気を軸流圧縮機６０８に流入させることが可能になる。まず、空気がエアハンドリングユニット６０４に流入し、冷却ループ７０２により冷却される。冷却ループ７０２は、冷水又はグリコール水溶液を含む。加えて、水分が空気から除去される。この冷却された空気は次に軸流圧縮機６０８へと進む。軸流圧縮機６０８からの高温の排気は蒸気吸収式冷凍機６０６に流入し、第１の遠心圧縮機６１０へと進む途中で再生段７０４において冷媒と熱交換が行われることにより冷却される。
【００２７】
実施例により、蒸気吸収式冷凍機６０６内の冷媒蒸気は、再生段７０４において気化して、凝縮器７０６へと流れる。凝縮器７０６は熱交換器７０８を含み、液体冷媒を出力し、この液体冷媒が次に熱交換器７１０に示すように冷却ループ７０２を冷却する。この冷媒は、その後、冷却ループ７１２により冷却され、ポンプ７１４により再生段７０４に送り返される。加えて、再生段７０４からの液体の形態のままの冷媒の一部分が熱交換器７１０に流入し、同様に冷却ループ７０２により冷却された後に、再生段７０４へと再びポンプ送りされる。
【００２８】
実施例に従って、図６に示すシステムの様々な点における空気及びオイルの圧力及び温度の値と併せて、一例を図８に図示する。これらの値は例示であって、実施形態を制限することを意図するものではない。図８のシステムは、上記に図６に示すシステムに関して説明したように動作するので、この説明は省略する。
【００２９】
上述した実施例では、３つの圧縮機が直列に図示されており、軸流圧縮機と遠心圧縮機との間で熱エネルギーが捕獲されるが、その他の変形例も存在する。例えば、１つの軸流圧縮機と１つの遠心圧縮機といったように、その他の個数及び種類の圧縮機を用いてもよい。加えて、将来の使用に備えて、必要に応じて熱エネルギーをその他の圧縮機の排気から捕獲することができる。
【００３０】
実施例に従った上述の例示的なシステムを用いて発電システムの熱エネルギーを捕獲する方法を、図９及び１０の流れ図に示す。この方法は、第１の圧縮済み加熱空気流を第１の圧縮機から排出するステップ９０２と、オイルを断熱貯蔵タンク内に貯蔵するステップ９０４と、断熱貯蔵タンクにおいて第１の圧縮済み加熱空気流を受け取るステップ９０６と、断熱貯蔵タンクにおいて熱エネルギーを第１の圧縮済み加熱空気流からオイルに伝達するステップ９０８と、熱エネルギーを断熱貯蔵タンクにおいて加熱後のオイルから冷却済み圧縮空気に伝達するステップ９１０と、第２の圧縮済み加熱空気流を第２の圧縮機から排出するステップ９１２と、第２の圧縮済み加熱空気流の熱エネルギーをエネルギー貯蔵装置において貯蔵するステップ９１４と、エネルギー貯蔵装置から受け取った冷却済み圧縮空気を貯蔵設備において貯蔵するステップ９１６と、冷却済み圧縮空気を貯蔵設備から選択的に放出して発電システムで用いるステップ９１８とを含む。
【００３１】
実施例による上述の例示的なシステムを用いて発電システムの空気を冷却する方法を図１１の流れ図に示す。この方法は、エアハンドリングユニットにおいて空気を受け取るステップ１１０２と、エアハンドリングユニットにおいて空気を冷却して冷却済み空気を得るステップ１１０４と、エアハンドリングユニットにおいて冷却済み空気から水分を除去して冷却済み乾燥空気を得るステップ１１０６と、第１の圧縮機により空気を圧縮するステップ１１０８と、第１の圧縮機から第１の圧縮済み加熱空気流を排出するステップ１１１０と、蒸気吸収式冷凍機において圧縮済み加熱空気を含む複数の媒体間で熱エネルギーを伝達するステップ１１１２と、蒸気吸収式冷凍機において第１の圧縮済み加熱空気流を冷却するステップ１１１４と、冷却された第１の圧縮済み加熱空気流を第２の圧縮機において圧縮するステップ１１１６と、第２の圧縮済み加熱空気流を第２の圧縮機から排出するステップ１１１８とを含む。
【００３２】
上述の実施例は、本発明を限定するものではなく、あくまでも例示的なものであることを意図している。本発明は、実施の細部において、本明細書に含まれる記述から当業者が想到可能な様々な改変が可能である。こうした改変及び修正も全て、添付の特許請求の範囲により定義される本発明の特許請求の範囲に含まれるものとみなされる。別途明記しない限り、本願の記述で用いたいずれの要素、動作、又は命令も、本発明に必須又は不可欠であると解釈されるべきではない。また、本明細書で単数名詞を用いるときは、その事項を１つ以上含むことを意図している。
【００３３】
本明細書では、開示の主題の例を用いることにより、任意の装置又はシステムの作製及び使用、並びに任意の付随する方法の実施を含め、当業者がこれを実施することを可能にしている。本発明の特許請求の範囲は、請求項により定義されるが、当業者に想到可能なその他の例も含み得る。こうしたその他の例も、本発明の特許請求の範囲に含まれることを意図している。
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示の主題の実施形態は、一般に発電システムに関し、特に先進的断熱圧縮空気エネルギー貯蔵システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
人口の増加に伴って、より多くの電力を求める要求が一般的に高まっている。こうした電力需要は通常、一日の中で変動し、午後と夕方の時間帯が一般にピーク需要時となり、夜間と早朝の時間帯が一般に最小需要時となる。しかし、発電システムは最小及び最大需要システムの両方に適合し、様々な需要水準で効率的に電力を供給する必要がある。
【０００３】
或るシステムは、オフピーク需要時に生成されたエネルギーを貯蔵してピーク需要時に使用することによって、この問題を解決しようとしている。このシステムは、先進的断熱圧縮空気エネルギー貯蔵（ＡＡ−ＣＡＥＳ）システムと呼ばれ、図１に発電システム２の一部分として示されている。ここで、発電システム２を空気流の経路に沿って大まかに説明する。最初にステップ３ａにおいて、空気が軸流圧縮機４に取り込まれて圧縮され、この圧縮中に、空気が圧力を受けて温度が上昇する。この空気は、ステップ３ｂにおいて排出され、中間冷却器６で冷却され、所望の温度に冷却され、更に圧縮される。空気流は次に、ステップ３ｃにおいて第１の遠心圧縮機８に送り込まれる。その後、空気は、第１の遠心圧縮機８により圧縮され、第１の遠心圧縮機８から流出し、ステップ３ｄにおいて第２の遠心圧縮機１０に流入して、更に圧縮される。
【０００４】
空気流は次にステップ３ｅにおいて、第２の遠心圧縮機１０からエネルギー貯蔵装置（例えば、熱エネルギー貯蔵部１２）へと進む。第２の遠心圧縮機１０からの高温の圧縮空気は次に熱エネルギー貯蔵部１２により冷却される。熱エネルギーは将来の使用に備えて熱エネルギー貯蔵部１２に貯蔵され、冷却プロセスにより生じたあらゆる水分が排出される。冷却済み圧縮空気は、その後、ステップ３ｆにおいて安全用冷却器１４に送られ更に冷却された後、ステップ３ｇにおいて貯蔵設備（例えば、洞窟１６）に送られる。この洞窟１６内における圧縮空気の貯蔵と熱エネルギー貯蔵部１２内におけるエネルギーの貯蔵とは、通常は発電システム２の非ピーク需要運転時に行われる。
【０００５】
発電システム２に対する電力需要が目標点まで増加すると、貯蔵された圧縮空気を再びシステム内に放出してエキスパンダ１８（例えばタービン）を駆動させることによりエネルギー出力を増加させることができる。例えば、洞窟１６から、貯蔵された圧縮空気の一部が、ステップ３ｈにおいて加熱用の熱エネルギー貯蔵部１２に放出される。熱エネルギーが熱エネルギー貯蔵部１２から圧縮空気に伝達され、加熱された圧縮空気が、ステップ３ｉにおいて粒子フィルタ２０へと流れる。加熱済み圧縮空気はその後、ステップ３ｊにおいてタービン１８の膨張部へと流れる。空気は、膨張時、冷却されて圧力降下する一方で、シャフト２６を駆動させる仕事を生成し、このシャフトが更に、ジェネレータ３０の一部分を回転させて電力が生成される。空気は、膨張後、ステップ３ｋにおいてタービン１８から排気口２２へと流れ、通常は大気中に放出される。発電システム２は更に、圧縮機用の軸２４とギヤボックス２８とモータ３２とを含み得る。
【０００６】
図１に示すシステムにより、エネルギーを貯蔵してピーク需要時に使用することができるものの、電力需要の増大が見込まれ、この増大する需要を満たす方法を見出すことが望ましいことが理解できよう。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、発電システムの効率を高めるシステム及び方法が望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
一実施例として、発電システムの空気を冷却するシステムがある。このシステムは、空気を受け取ってこの空気を冷却し、空気から水分を除去するように構成されたエアハンドリングユニットと、エアハンドリングユニットに流体接続された第１の圧縮機であって、エアハンドリングユニットから空気を受け取り、第１の圧縮済み加熱空気流を排出するように構成された第１の圧縮機と、第１の圧縮機に接続された蒸気吸収式冷凍機であって、熱エネルギーを複数の媒体間で伝達し、第１の圧縮済み加熱空気流を冷却するように構成された蒸気吸収式冷凍機と、蒸気吸収式冷凍機に接続された第２の圧縮機であって、冷却された第１の圧縮済み加熱空気流を受け取り、第２の圧縮済み加熱空気流を排出するように構成された第２の圧縮機と、第２の圧縮機に接続され、第２の圧縮済み加熱空気流の熱エネルギーを貯蔵するように構成されたエネルギー貯蔵装置と、エネルギー貯蔵装置に接続された貯蔵設備であって、エネルギー貯蔵装置から受け取る冷却済み圧縮空気を貯蔵し、冷却済み圧縮空気を再び発電システム内に選択的に放出するように構成された貯蔵設備とを含む。
【０００９】
別の実施例として、発電システムの空気を冷却するシステムがある。このシステムは、空気を受け取ってこの空気を冷却し、空気から水分を除去するように構成されたエアハンドリングユニットと、エアハンドリングユニットに流体接続された第１の圧縮機であって、空気をエアハンドリングユニットから受け取り、第１の圧縮済み加熱空気流を排出するように構成された第１の圧縮機と、第１の圧縮機に接続された蒸気吸収式冷凍機であって、熱エネルギーを複数の媒体間で伝達し、第１の圧縮済み加熱空気流を冷却するように構成された蒸気吸収式冷凍機と、蒸気吸収式冷凍機に接続された第２の圧縮機であって、冷却された第１の圧縮済み加熱空気流を受け取り、第２の圧縮済み加熱空気流を排出するように構成された第２の圧縮機とを含む。
【００１０】
また別の実施例として、発電システムの空気を冷却する方法がある。この方法は、空気をエアハンドリングユニットにおいて受け取るステップと、この空気をエアハンドリングユニットにおいて冷却するステップと、エアハンドリングユニットにおいて空気から水分を除去するステップと、空気を第１の圧縮機により圧縮するステップと、第１の圧縮済み加熱空気流を第１の圧縮機から排出するステップと、蒸気吸収式冷凍機において熱エネルギーを複数の媒体間で伝達するステップと、第１の圧縮済み加熱空気流を蒸気吸収式冷凍機において冷却するステップと、冷却された第１の圧縮済み加熱空気流を圧縮するステップと、第２の圧縮済み加熱空気流を排出するステップとを含む。
【００１１】
添付図面に実施例を示す。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】発電システムと先進的断熱圧縮空気エネルギー貯蔵（ＡＡ−ＣＡＥＳ）システムの図である。
【図２】発電システムと、実施例に従った効率的なＡＡ−ＣＡＥＳシステムとの図である。
【図３】図２のシステムと、実施例に従った例示的な値とを示す図である。
【図４】発電システムと、実施例に従った別の効率的なＡＡ−ＣＡＥＳシステムとの図である。
【図５】図４のシステムと、実施例に従った例示的な値をと示す図である。
【図６】実施例に従った発電システムの空気冷却システムの図である。
【図７】実施例に従ったエアハンドラと蒸気吸収式冷凍機との図である。
【図８】図６のシステムと、実施例に従った例示的な値とを示す図である。
【図９】実施例に従った発電システムの熱エネルギー捕獲方法を示す流れ図である。
【図１０】実施例に従った発電システムの熱エネルギー捕獲方法を示す流れ図である。
【図１１】実施例に従った発電システムの空気冷却方法を示す流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
下記の、実施例の詳細な説明では、添付図面を参照する。別図面における同一の参照符号は、同一又は同様の要素を示している。また、図面は必ずしも縮尺通りに描かれていない。更に、下記の詳細な説明は、本発明を限定するものではない。むしろ、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲により定義される。
【００１４】
本明細書を通じて、「一実施形態」又は「一実施例」という表現は、或る実施形態に関連して説明される個々の特徴、構造、又は特性が、開示の主題の少なくとも１つの実施形態に含まれている、ということを意味する。したがって、本明細書の様々な箇所で「一実施形態」又は「一実施例」という語句があるが、それらが必ずしも同一の実施形態を指すわけではない。また、個々の特徴、構造、又は特性を、１つ以上の実施形態に適合するように組み合わせることもできる。
【００１５】
背景技術の部分で述べたように、発電システムの効率を高めるシステム及び方法が望まれる。本明細書に記載の実施例は、発電システムの効率を高めるシステム及び方法を提供する。実施例によれば、図２に一例を示す改良型断熱式ＣＡＥＳ（ＡＡ−ＣＡＥＳ）システムにおいて、一般に圧縮空気エネルギー貯蔵（ＣＡＥＳ）システムの圧縮機間で通常は失われる熱エネルギーを回収して用いることができる。
【００１６】
実施例に従って、図２に、通常は軸流圧縮機２０４と遠心圧縮機２０６との間で失われる熱エネルギーを捕獲及び貯蔵して、ピーク負荷条件又はピーク負荷に近い条件時に用いる改良型ＡＡ−ＣＡＥＳシステムを含む発電システム２０２を示す。この熱エネルギーを捕獲することにより、図１に示すシステム２と比べた場合に、発電システム２０２の全体運転効率を約８〜１０％向上させることができる。次に、このシステムを、軸流圧縮機２０４への吸気から始まるシステム内での空気の流れに沿って大まかに説明する。まずステップ５ａにおいて、空気が軸流圧縮機２０４内に取り込まれて圧縮され、この圧縮中に空気が圧力を受けて温度が上昇する。この空気は、ステップ５ｂにおいて軸流圧縮機２０４から排出され、熱交換器（例えば中間冷却器２０８）において固有の閉ループ系内にあるオイルとの間で熱交換が行われる。この熱交換及びオイルの閉ループ系については、以下で更に詳細に説明する。冷却された空気流は次に、ステップ５ｃにおいて第１の遠心圧縮機２０６に流入する。空気は、その後、第１の遠心圧縮機２０６により圧縮され、第１の遠心圧縮機２０６から流出し、ステップ５ｄにおいて第２の遠心圧縮機２１０に流入して更に圧縮される。更に多数又は少数の遠心圧縮機を用いてもよく、例えば発電システム２０２は１つの軸流圧縮機２０４と単一の遠心圧縮機２０６とを含んでもよい。
【００１７】
空気流は次に、ステップ５ｅにおいて、第２の遠心圧縮機２１０からエネルギー貯蔵装置（例えば、熱エネルギー貯蔵部２１２）へと進む。第２の遠心圧縮機２１０からの高温の圧縮空気は、その後、熱エネルギー貯蔵部２１２により冷却される。熱エネルギーは熱エネルギー貯蔵部２１２において将来の使用に備えて貯蔵され、冷却プロセスで生じたあらゆる水分が排水される。冷却済み圧縮空気は次に、ステップ５ｆにおいて安全用冷却器２１４に送られ、空気が更に冷却された後、ステップ５ｇにおいて貯蔵設備（例えば、洞窟２１６）に送られる。この洞窟２１６内における圧縮空気の貯蔵と熱エネルギー貯蔵部２１２におけるエネルギーの貯蔵とは通常、発電システム２０２の非ピーク需要運転時に行われる。
【００１８】
発電システム２０２に対する需要が目標点まで増加すると、貯蔵された圧縮空気を再びシステム内に放出してエキスパンダ２１８、例えばタービンを駆動させることによりエネルギー出力を増加させることができる。例えば、洞窟２１６は、貯蔵された圧縮空気の一部をステップ５ｈにおいて放出し、この空気は断熱高温オイルタンク２２０内で予熱される。放出された圧縮空気は、その後、ステップ５ｉにおいて熱エネルギー貯蔵部２１２へと流れる。熱エネルギーが熱エネルギー貯蔵部２１２から圧縮空気に伝達され、加熱された圧縮空気はステップ５ｊにおいて（任意で）粒子フィルタ２２２へと流れる。加熱済み圧縮空気は、その後、ステップ５ｋにおいて、粒子フィルタ２２２からタービン２１８の膨張部へと流れる。空気は、膨張時に冷却されて圧力降下する一方で、シャフト２２４を駆動させる仕事を生成し、このシャフトが更にジェネレータ２２６の一部分を回転させて電力が生成される。膨張後に空気はステップ５ｊにおいてタービン２１８から排気口２２８へと流れて、通常は大気中に放出される。発電システム２０２は更に、圧縮機用のシャフト２３０とギヤボックス２３４と圧縮機２０４を駆動させるモータ２３２とを含んでよい。
【００１９】
次に中間冷却器２０８と閉ループオイル系とに戻って、上記の熱エネルギー伝達を支えるオイルの流れをここで説明する。実施例によると、オイルがまず、軸流圧縮機２０４からの排気により中間冷却器２０８内で加熱される。その他の種類の圧縮機を発電システム２０２内で用いてもよい。この加熱済みオイルは中間冷却器２０８から、例えば高温オイルポンプ２３６により、断熱高温オイルタンク２２０に移送される。上述したように、圧縮空気が洞窟２１６から放出されるときに、熱が高温のオイルから圧縮空気に伝達される。この冷却されたオイルは、その後、低温オイルポンプ２３８により、通常は断熱されない低温オイルタンク２４０へとポンプ送りされる。冷却済みオイルは、そこから再び中間冷却器２０８へとポンプ送りされて、このプロセスが再開される。この閉ループ熱伝達プロセスに用いられるオイルは、高い比熱を有し得る。オイルは、例えば実質２５０°Ｃで２．３ｋＪ／ｋｇ−Ｋの比熱を有するダウサム（登録商標）の流体等の任意のジアテルミー油であってよい。
【００２０】
実施例に従って、図２に示すシステムの様々な点における空気及びオイルの圧力及び温度の値と併せた一例を図３に図示する。これらの値は例示的なものであって、実施形態を制限することを意図するものではない。図３のシステムは、図２に示すシステムに関して上述したように動作するので、この説明は省略する。
【００２１】
別の実施形態では、図４に示す発電システム４０２において、将来の使用に備えて熱エネルギーを捕獲及び貯蔵することができる。発電システム４０２は、通常は軸流圧縮機４０４と遠心圧縮機４０８との間で失われる熱エネルギーを貯蔵してピーク負荷条件時又はピーク負荷に近い条件時に使用する改良型ＡＡ−ＣＡＥＳシステムを含む。この熱エネルギーを捕獲することにより、発電システム４０２の総合運転効率を約８〜１０％向上させることができる。次に、このシステムを、軸流圧縮機４０４への吸気から始まるシステム内での空気の流れに従って大まかに説明する。最初にステップ７ａにおいて、空気は軸流圧縮機４０４内に取り込まれて圧縮され、この圧縮中に空気が圧力を受けて温度が上昇する。この空気はステップ７ｂにおいて軸流圧縮機４０４から排出され、断熱高温オイルタンク４０６との間で熱交換が行われる（即ち、オイル又は別の空気流が加熱される）。冷却された空気流は、次にステップ７ｃにおいて断熱高温オイルタンク４０６を離れて第１の遠心圧縮機４０８に流入する。その後、空気は第１の遠心圧縮機４０８により圧縮され、第１の遠心圧縮機４０８から流出し、ステップ７ｄにおいて第２の遠心圧縮機４１０に流入して更に圧縮される。遠心圧縮機の個数は様々であってよく、圧縮機の種類も様々であってよい。
【００２２】
次に、空気流は、ステップ７ｅにおいて第２の遠心圧縮機４１０からエネルギー貯蔵装置（例えば熱エネルギー貯蔵部４１２）へと進む。第２の遠心圧縮機４１０からの高温の圧縮空気は、その後、熱エネルギー貯蔵部４１２により冷却される。熱エネルギーは、将来の使用に備えて熱エネルギー貯蔵部４１２に貯蔵され、冷却プロセスにより生じたあらゆる水分が排出される。冷却済み圧縮空気は、その後、ステップ７ｆにおいて安全用冷却器４１４に送られ、空気が更に冷却された後、ステップ７ｇにおいて貯蔵設備（例えば、洞窟４１６）に送られる。この洞窟４１６内における圧縮空気の貯蔵と熱エネルギー貯蔵部４１２内におけるエネルギーの貯蔵とは、通常は発電システム４０２の非ピーク需要運転時に行われる。
【００２３】
発電システム４０２に対する需要が目標点まで増加すると、貯蔵された圧縮空気を再びシステム内に放出してエキスパンダ４１８（例えばタービン）を駆動させることにより、エネルギー出力を増加させることができる。例えば、洞窟４１６は貯蔵された圧縮空気の一部をステップ７ｈにおいて放出し、この圧縮空気は断熱高温オイルタンク４０６で予熱される。放出された圧縮空気は、その後、ステップ７ｉにおいて熱エネルギー貯蔵部４１２へと流れて加熱される。熱エネルギーが熱エネルギー貯蔵部４１２から圧縮空気に伝達され、加熱された圧縮空気はステップ７ｊにおいて粒子フィルタ４２０へと流れる。加熱済み圧縮空気はその後、ステップ７ｋにおいて、粒子フィルタ４２０からタービン４１８の膨張部へと流れる。空気は、膨張時に冷却されて圧力降下する一方で、シャフト４２２を駆動させる仕事を生成し、このシャフトが更に、ジェネレータ４２４の一部分を回転させて電力が生成される。空気は、膨張後にステップ７ｌにおいてタービン４１８から排気口４２６へと流れて、通常は大気中に放出される。発電システム４０２は更に、圧縮機用のシャフト４２８とギヤボックス４３０とモータ４３２とを含み得る。
【００２４】
実施例に従って、図４に示すシステムの様々な点における空気及びオイルの圧力及び温度の値と併せた一例を、図５に図示する。これらの値は例示であって、実施形態を制限することを意図するものではない。図５のシステムは、図４に示すシステムに関して上述したように動作するので、この説明は省略する。
【００２５】
別の実施形態により、図６に示す発電システム６０２の最初の段階で、エアハンドリングユニット６０４と蒸気吸収式冷凍機６０６とを実装できる。これにより、発電システム６０２は軸流圧縮機６０８内へと進む空気を冷却し、この空気から水分を除去し（これにより熱エネルギー貯蔵部１２において下流側の空気から水分を除去する必要性が低減／解消される）、軸流圧縮機からの排気の温度を低下させることが可能になる。次に、このシステムを、第１の遠心圧縮機６１０までのシステム内での空気の流れに沿って大まかに説明し、続いてエアハンドリングユニット６０４と蒸気吸収式冷凍機６０６とにおける流体ループを説明する。まずステップ９ａにおいて、空気がエアハンドリングユニット６０４内に取り込まれて冷却され、水分が除去された後、空気が軸流圧縮機６０８内に取り込まれる。その後、空気が軸流圧縮機６０８で圧縮され、この圧縮中に空気が圧力を受けて温度が上昇する。この空気は、ステップ９ｂにおいて軸流圧縮機６０８から排出され、蒸気吸収式冷凍機６０６内において熱交換が行われる。冷却された空気流は、次にステップ９ｃにおいて蒸気吸収式冷凍機６０６を離れて第１の遠心圧縮機６１０に流入する。その後、空気は第１の遠心圧縮機６１０により圧縮され、第１の遠心圧縮機６１０から流出し、ステップ９ｄにおいて第２の遠心圧縮機１０に流入して更に圧縮される。構成要素１０〜３０は図１に示したものと同様なので、これらの説明は省略する。
【００２６】
実施例では、蒸気吸収式冷凍機６０６は熱交換器として機能し、これにより、更に軸流圧縮機６０８からの排気を所望の温度に冷却することが可能になるだけでなく、以下に図７に関して説明するように、エアハンドリングユニット６０４により空気を冷却した後に空気を軸流圧縮機６０８に流入させることが可能になる。まず、空気がエアハンドリングユニット６０４に流入し、冷却ループ７０２により冷却される。冷却ループ７０２は、冷水又はグリコール水溶液を含む。加えて、水分が空気から除去される。この冷却された空気は次に軸流圧縮機６０８へと進む。軸流圧縮機６０８からの高温の排気は蒸気吸収式冷凍機６０６に流入し、第１の遠心圧縮機６１０へと進む途中で再生段７０４において冷媒と熱交換が行われることにより冷却される。
【００２７】
実施例により、蒸気吸収式冷凍機６０６内の冷媒蒸気は、再生段７０４において気化して、凝縮器７０６へと流れる。凝縮器７０６は熱交換器７０８を含み、液体冷媒を出力し、この液体冷媒が次に熱交換器７１０に示すように冷却ループ７０２を冷却する。この冷媒は、その後、冷却ループ７１２により冷却され、ポンプ７１４により再生段７０４に送り返される。加えて、再生段７０４からの液体の形態のままの冷媒の一部分が熱交換器７１０に流入し、同様に冷却ループ７０２により冷却された後に、再生段７０４へと再びポンプ送りされる。
【００２８】
実施例に従って、図６に示すシステムの様々な点における空気及びオイルの圧力及び温度の値と併せて、一例を図８に図示する。これらの値は例示であって、実施形態を制限することを意図するものではない。図８のシステムは、上記に図６に示すシステムに関して説明したように動作するので、この説明は省略する。
【００２９】
上述した実施例では、３つの圧縮機が直列に図示されており、軸流圧縮機と遠心圧縮機との間で熱エネルギーが捕獲されるが、その他の変形例も存在する。例えば、１つの軸流圧縮機と１つの遠心圧縮機といったように、その他の個数及び種類の圧縮機を用いてもよい。加えて、将来の使用に備えて、必要に応じて熱エネルギーをその他の圧縮機の排気から捕獲することができる。
【００３０】
実施例に従った上述の例示的なシステムを用いて発電システムの熱エネルギーを捕獲する方法を、図９及び１０の流れ図に示す。この方法は、第１の圧縮済み加熱空気流を第１の圧縮機から排出するステップ９０２と、オイルを断熱貯蔵タンク内に貯蔵するステップ９０４と、断熱貯蔵タンクにおいて第１の圧縮済み加熱空気流を受け取るステップ９０６と、断熱貯蔵タンクにおいて熱エネルギーを第１の圧縮済み加熱空気流からオイルに伝達するステップ９０８と、熱エネルギーを断熱貯蔵タンクにおいて加熱後のオイルから冷却済み圧縮空気に伝達するステップ９１０と、第２の圧縮済み加熱空気流を第２の圧縮機から排出するステップ９１２と、第２の圧縮済み加熱空気流の熱エネルギーをエネルギー貯蔵装置において貯蔵するステップ９１４と、エネルギー貯蔵装置から受け取った冷却済み圧縮空気を貯蔵設備において貯蔵するステップ９１６と、冷却済み圧縮空気を貯蔵設備から選択的に放出して発電システムで用いるステップ９１８とを含む。
【００３１】
実施例による上述の例示的なシステムを用いて発電システムの空気を冷却する方法を図１１の流れ図に示す。この方法は、エアハンドリングユニットにおいて空気を受け取るステップ１１０２と、エアハンドリングユニットにおいて空気を冷却して冷却済み空気を得るステップ１１０４と、エアハンドリングユニットにおいて冷却済み空気から水分を除去して冷却済み乾燥空気を得るステップ１１０６と、第１の圧縮機により空気を圧縮するステップ１１０８と、第１の圧縮機から第１の圧縮済み加熱空気流を排出するステップ１１１０と、蒸気吸収式冷凍機において圧縮済み加熱空気を含む複数の媒体間で熱エネルギーを伝達するステップ１１１２と、蒸気吸収式冷凍機において第１の圧縮済み加熱空気流を冷却するステップ１１１４と、冷却された第１の圧縮済み加熱空気流を第２の圧縮機において圧縮するステップ１１１６と、第２の圧縮済み加熱空気流を第２の圧縮機から排出するステップ１１１８とを含む。
【００３２】
上述の実施例は、本発明を限定するものではなく、あくまでも例示的なものであることを意図している。本発明は、実施の細部において、本明細書に含まれる記述から当業者が想到可能な様々な改変が可能である。こうした改変及び修正も全て、添付の特許請求の範囲により定義される本発明の特許請求の範囲に含まれるものとみなされる。別途明記しない限り、本願の記述で用いたいずれの要素、動作、又は命令も、本発明に必須又は不可欠であると解釈されるべきではない。また、本明細書で単数名詞を用いるときは、その事項を１つ以上含むことを意図している。
【００３３】
本明細書では、開示の主題の例を用いることにより、任意の装置又はシステムの作製及び使用、並びに任意の付随する方法の実施を含め、当業者がこれを実施することを可能にしている。本発明の特許請求の範囲は、請求項により定義されるが、当業者に想到可能なその他の例も含み得る。こうしたその他の例も、本発明の特許請求の範囲に含まれることを意図している。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電システムの空気を冷却するシステムであって、
空気を受け取り、前記空気を冷却し、前記空気から水分を除去するように構成されたエアハンドリングユニットと、
前記エアハンドリングユニットに流体接続された第１の圧縮機であって、前記エアハンドリングユニットから前記空気を受け取り、第１の圧縮済み加熱空気流を排出するように構成された第１の圧縮機と、
前記第１の圧縮機に接続された蒸気吸収式冷凍機であって、熱エネルギーを複数の媒体間で伝達し、前記第１の圧縮済み加熱空気流を冷却するように構成された蒸気吸収式冷凍機と、
前記蒸気吸収式冷凍機に接続された第２の圧縮機であって、冷却された前記第１の圧縮済み加熱空気流を受け取り、第２の圧縮済み加熱空気流を排出するように構成された第２の圧縮機と、
前記第２の圧縮機に接続され、前記第２の圧縮済み加熱空気流の熱エネルギーを貯蔵するように構成されたエネルギー貯蔵装置と、
前記エネルギー貯蔵装置に接続された貯蔵設備であって、前記エネルギー貯蔵装置から受け取った冷却済み圧縮空気を貯蔵し、前記冷却済み圧縮空気を再び前記発電システム内に選択的に放出するように構成された貯蔵設備と、を含むシステム。
【請求項２】
熱エネルギーを複数の媒体間で伝達し、前記第１の圧縮済み加熱空気流を冷却するように構成された前記蒸気吸収式冷凍機が、
熱エネルギーを前記第１の圧縮済み加熱空気流から冷媒に伝達するように構成された第１の熱交換器と、
前記第１の熱交換器に流体接続された第２の熱交換器であって、前記冷媒を冷却し、凝縮させるように構成された第２の熱交換器と、
前記第２の熱交換器に流体接続され、熱エネルギーを第１の流体から前記冷媒に伝達するように構成された第３の熱交換器であって、前記第１の流体は、次に前記エアハンドリングユニットにより受けられる前記空気を冷却する第３の熱交換器と、
前記第３の熱交換器に流体接続され、熱エネルギーを前記冷媒から第２の流体に伝達するように構成された第４の熱交換器とを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記第１の流体が、水又はグリコールのいずれか一方である、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記蒸気吸収式冷凍機が、前記冷媒をポンプ送りするように構成されたポンプを更に含む、請求項２に記載のシステム。
【請求項５】
前記第１の圧縮機が軸流圧縮機であり、前記第２の圧縮機が遠心圧縮機である、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記第３の熱交換器が、前記エアハンドリングユニットと前記蒸気吸収式冷凍機との両方に接続される、請求項２に記載のシステム。
【請求項７】
前記冷却された第１の圧縮済み加熱空気流の温度が、ほぼ１８０°Ｃである、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
発電システムの空気を冷却するシステムであって、
空気を受け取って前記空気を冷却し、前記空気から水分を除去するように構成されたエアハンドリングユニットと、
前記エアハンドリングユニットに流体接続される第１の圧縮機であって、前記エアハンドリングユニットから前記空気を受け取り、第１の圧縮済み加熱空気流を排出するように構成された第１の圧縮機と、
前記第１の圧縮機に接続された蒸気吸収式冷凍機であって、熱エネルギーを複数の媒体間で伝達し、前記第１の圧縮済み加熱空気流を冷却するように構成された蒸気吸収式冷凍機と、
前記蒸気吸収式冷凍機に接続された第２の圧縮機であって、冷却された前記第１の圧縮済み加熱空気流を受け取り、第２の圧縮済み加熱空気流を排出するように構成された第２の圧縮機と、を含むシステム。
【請求項９】
熱エネルギーを複数の媒体間で伝達し、前記第１の圧縮済み加熱空気流を冷却するように構成された前記蒸気吸収式冷凍機が、
熱エネルギーを前記第１の圧縮済み加熱空気流から冷媒に伝達するように構成された第１の熱交換器と、
前記第１の熱交換器に流体接続された第２の熱交換器であって、前記冷媒を冷却し、凝縮させるように構成された第２の熱交換器と、
前記第２の熱交換器に流体接続され、熱エネルギーを第１の流体から前記冷媒に伝達するように構成された第３の熱交換器であって、前記第１の流体は、次に前記エアハンドリングユニットが受け取る前記空気を冷却する第３の熱交換器と、
前記第３の熱交換器に流体接続され、熱エネルギーを前記冷媒から第２の流体に伝達するように構成された第４の熱交換器とを含む、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記第１の流体が水又はグリコールのいずれか一方である、請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記蒸気吸収式冷凍機が、前記冷媒をポンプ送りするように構成されたポンプを更に含む、請求項９に記載のシステム。
【請求項１２】
前記第１の圧縮機が軸流圧縮機であり、前記第２の圧縮機が遠心圧縮機である、請求項８に記載のシステム。
【請求項１３】
前記第３の熱交換器が、前記エアハンドリングユニットと前記蒸気吸収式冷凍機との両方に接続された、請求項８に記載のシステム。
【請求項１４】
前記冷却された第１の圧縮済み加熱空気流の温度が、ほぼ１８０°Ｃである、請求項８に記載のシステム。
【請求項１５】
発電システムの空気を冷却する方法であって、
空気をエアハンドリングユニットにおいて受け取るステップと、
前記エアハンドリングユニットにおいて前記空気を冷却して、冷却済み空気を得るステップと、
前記エアハンドリングユニットにおいて前記冷却済み空気から水分を除去して、冷却済み乾燥空気を得るステップと、
前記冷却済み乾燥空気を第１の圧縮機により圧縮するステップと、
第１の圧縮済み加熱空気流を前記第１の圧縮機から排出するステップと、
蒸気吸収式冷凍機において前記圧縮済み加熱空気を含む複数の媒体間で熱エネルギーを伝達するステップと、
前記第１の圧縮済み加熱空気流を前記蒸気吸収式冷凍機において冷却するステップと、
冷却された前記第１の圧縮済み加熱空気流を第２の圧縮機において圧縮するステップと、
第２の圧縮済み加熱空気流を前記第２の圧縮機から排出するステップと、を含む方法。
【請求項１６】
前記蒸気吸収式冷凍機内の第１の熱交換器において熱エネルギーを前記第１の圧縮済み加熱空気流から冷媒に伝達するステップと、
前記蒸気吸収式冷凍機内の第２の熱交換器において前記冷媒を冷却するステップと、
前記蒸気吸収式冷凍機内の前記第２の熱交換器において前記冷媒を凝縮させるステップと、
前記蒸気吸収式冷凍機内の第３の熱交換器において熱エネルギーを第１の流体から前記冷媒に伝達するステップであって、前記流体で、次に前記エアハンドリングユニットが受け取る前記空気を冷却するステップと、
前記蒸気吸収式冷凍機内の第４の熱交換器において、熱エネルギーを前記冷媒から第２の流体に伝達するステップとを更に含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記第１の流体が水又はグリコールのいずれか一方である、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記冷媒をポンプにより送るステップを更に含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記第１の圧縮機が軸流圧縮機である、請求項１５に記載の方法。
【請求項２０】
前記冷却された第１の圧縮済み加熱空気流の温度が、ほぼ１８０°Ｃである、請求項１５に記載の方法。
【請求項１】
発電システムの空気を冷却するシステムであって、
空気を受け取り、前記空気を冷却し、前記空気から水分を除去するように構成されたエアハンドリングユニットと、
前記エアハンドリングユニットに流体接続された第１の圧縮機であって、前記エアハンドリングユニットから前記空気を受け取り、第１の圧縮済み加熱空気流を排出するように構成された第１の圧縮機と、
前記第１の圧縮機に接続された蒸気吸収式冷凍機であって、熱エネルギーを複数の媒体間で伝達し、前記第１の圧縮済み加熱空気流を冷却するように構成された蒸気吸収式冷凍機と、
前記蒸気吸収式冷凍機に接続された第２の圧縮機であって、冷却された前記第１の圧縮済み加熱空気流を受け取り、第２の圧縮済み加熱空気流を排出するように構成された第２の圧縮機と、
前記第２の圧縮機に接続され、前記第２の圧縮済み加熱空気流の熱エネルギーを貯蔵するように構成されたエネルギー貯蔵装置と、
前記エネルギー貯蔵装置に接続された貯蔵設備であって、前記エネルギー貯蔵装置から受け取った冷却済み圧縮空気を貯蔵し、前記冷却済み圧縮空気を再び前記発電システム内に選択的に放出するように構成された貯蔵設備と、を含むシステム。
【請求項２】
熱エネルギーを複数の媒体間で伝達し、前記第１の圧縮済み加熱空気流を冷却するように構成された前記蒸気吸収式冷凍機が、
熱エネルギーを前記第１の圧縮済み加熱空気流から冷媒に伝達するように構成された第１の熱交換器と、
前記第１の熱交換器に流体接続された第２の熱交換器であって、前記冷媒を冷却し、凝縮させるように構成された第２の熱交換器と、
前記第２の熱交換器に流体接続され、熱エネルギーを第１の流体から前記冷媒に伝達するように構成された第３の熱交換器であって、前記第１の流体は、次に前記エアハンドリングユニットにより受けられる前記空気を冷却する第３の熱交換器と、
前記第３の熱交換器に流体接続され、熱エネルギーを前記冷媒から第２の流体に伝達するように構成された第４の熱交換器とを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記第１の流体が、水又はグリコールのいずれか一方である、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記蒸気吸収式冷凍機が、前記冷媒をポンプ送りするように構成されたポンプを更に含む、請求項２に記載のシステム。
【請求項５】
前記第１の圧縮機が軸流圧縮機であり、前記第２の圧縮機が遠心圧縮機である、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記第３の熱交換器が、前記エアハンドリングユニットと前記蒸気吸収式冷凍機との両方に接続される、請求項２に記載のシステム。
【請求項７】
前記冷却された第１の圧縮済み加熱空気流の温度が、ほぼ１８０°Ｃである、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
発電システムの空気を冷却するシステムであって、
空気を受け取って前記空気を冷却し、前記空気から水分を除去するように構成されたエアハンドリングユニットと、
前記エアハンドリングユニットに流体接続される第１の圧縮機であって、前記エアハンドリングユニットから前記空気を受け取り、第１の圧縮済み加熱空気流を排出するように構成された第１の圧縮機と、
前記第１の圧縮機に接続された蒸気吸収式冷凍機であって、熱エネルギーを複数の媒体間で伝達し、前記第１の圧縮済み加熱空気流を冷却するように構成された蒸気吸収式冷凍機と、
前記蒸気吸収式冷凍機に接続された第２の圧縮機であって、冷却された前記第１の圧縮済み加熱空気流を受け取り、第２の圧縮済み加熱空気流を排出するように構成された第２の圧縮機と、を含むシステム。
【請求項９】
熱エネルギーを複数の媒体間で伝達し、前記第１の圧縮済み加熱空気流を冷却するように構成された前記蒸気吸収式冷凍機が、
熱エネルギーを前記第１の圧縮済み加熱空気流から冷媒に伝達するように構成された第１の熱交換器と、
前記第１の熱交換器に流体接続された第２の熱交換器であって、前記冷媒を冷却し、凝縮させるように構成された第２の熱交換器と、
前記第２の熱交換器に流体接続され、熱エネルギーを第１の流体から前記冷媒に伝達するように構成された第３の熱交換器であって、前記第１の流体は、次に前記エアハンドリングユニットが受け取る前記空気を冷却する第３の熱交換器と、
前記第３の熱交換器に流体接続され、熱エネルギーを前記冷媒から第２の流体に伝達するように構成された第４の熱交換器とを含む、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記第１の流体が水又はグリコールのいずれか一方である、請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記蒸気吸収式冷凍機が、前記冷媒をポンプ送りするように構成されたポンプを更に含む、請求項９に記載のシステム。
【請求項１２】
前記第１の圧縮機が軸流圧縮機であり、前記第２の圧縮機が遠心圧縮機である、請求項８に記載のシステム。
【請求項１３】
前記第３の熱交換器が、前記エアハンドリングユニットと前記蒸気吸収式冷凍機との両方に接続された、請求項８に記載のシステム。
【請求項１４】
前記冷却された第１の圧縮済み加熱空気流の温度が、ほぼ１８０°Ｃである、請求項８に記載のシステム。
【請求項１５】
発電システムの空気を冷却する方法であって、
空気をエアハンドリングユニットにおいて受け取るステップと、
前記エアハンドリングユニットにおいて前記空気を冷却して、冷却済み空気を得るステップと、
前記エアハンドリングユニットにおいて前記冷却済み空気から水分を除去して、冷却済み乾燥空気を得るステップと、
前記冷却済み乾燥空気を第１の圧縮機により圧縮するステップと、
第１の圧縮済み加熱空気流を前記第１の圧縮機から排出するステップと、
蒸気吸収式冷凍機において前記圧縮済み加熱空気を含む複数の媒体間で熱エネルギーを伝達するステップと、
前記第１の圧縮済み加熱空気流を前記蒸気吸収式冷凍機において冷却するステップと、
冷却された前記第１の圧縮済み加熱空気流を第２の圧縮機において圧縮するステップと、
第２の圧縮済み加熱空気流を前記第２の圧縮機から排出するステップと、を含む方法。
【請求項１６】
前記蒸気吸収式冷凍機内の第１の熱交換器において熱エネルギーを前記第１の圧縮済み加熱空気流から冷媒に伝達するステップと、
前記蒸気吸収式冷凍機内の第２の熱交換器において前記冷媒を冷却するステップと、
前記蒸気吸収式冷凍機内の前記第２の熱交換器において前記冷媒を凝縮させるステップと、
前記蒸気吸収式冷凍機内の第３の熱交換器において熱エネルギーを第１の流体から前記冷媒に伝達するステップであって、前記流体で、次に前記エアハンドリングユニットが受け取る前記空気を冷却するステップと、
前記蒸気吸収式冷凍機内の第４の熱交換器において、熱エネルギーを前記冷媒から第２の流体に伝達するステップとを更に含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記第１の流体が水又はグリコールのいずれか一方である、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記冷媒をポンプにより送るステップを更に含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記第１の圧縮機が軸流圧縮機である、請求項１５に記載の方法。
【請求項２０】
前記冷却された第１の圧縮済み加熱空気流の温度が、ほぼ１８０°Ｃである、請求項１５に記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−９７７３６（Ｐ２０１２−９７７３６Ａ）
【公開日】平成２４年５月２４日（２０１２．５．２４）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２０１１−２３３５５５（Ｐ２０１１−２３３５５５）
【出願日】平成２３年１０月２５日（２０１１．１０．２５）
【出願人】（５０５３４７５０３）ヌオーヴォ ピニォーネ ソシエタ ペル アチオニ (112)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月２４日（２０１２．５．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２３３５５５（Ｐ２０１１−２３３５５５）
【出願日】平成２３年１０月２５日（２０１１．１０．２５）
【出願人】（５０５３４７５０３）ヌオーヴォ ピニォーネ ソシエタ ペル アチオニ (112)
【Ｆターム（参考）】
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