断熱圧縮空気エネルギー貯蔵システムのための補強された熱エネルギー貯蔵圧力容器
第１の圧力に耐えるように構成された圧力容器を備える熱エネルギー貯蔵システムであり、前記圧力容器は、その内部空間を取り囲む外面と内面を備える壁を有する。圧力容器の内部空間は、１つまたは複数の圧縮機および１つまたは複数のタービンと流体連通する第１の端部と、少なくとも１つの圧縮空気貯蔵要素と流体連通する第２の端部とを有する。内部空間には蓄熱媒体が配置されており、少なくとも１つの補強構造が、第１の圧力より大きな第２の圧力に耐えるように壁を補強するように構成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は一般に、圧縮空気エネルギー貯蔵（ＣＡＥＳ）システムに関し、より詳細には断熱ＣＡＥＳシステムの熱エネルギー貯蔵（ＴＥＳ）圧力容器に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＡＥＳシステムは、莫大な量の天然資源を実質的に排出および／または消費せずに電気を生成することを可能にする。ＣＡＥＳシステムは、一般に１つまたは複数の圧縮機を有する圧縮トレインを含む。この１つまたは複数の圧縮機は、圧縮段で吸気を圧縮して、地下の空洞、多孔質岩石地層、枯渇した天然ガス／石油地帯または他の圧縮空気貯蔵要素に貯蔵する。その後この圧縮空気を利用してタービンを駆動することでエネルギー生成段において電気エネルギーを生成し、これを電力系統に供給することができる。大抵の場合、公共エネルギーを使用して圧縮段階中に圧縮トレインを駆動する場合、圧縮トレインは公益設備のオフピーク時に作動する。ＣＡＥＳのエネルギー生成段は、一般にエネルギー需要が高い時間帯に作動する。あるいは風車や太陽電池パネルアレイからのエネルギーなど再生可能エネルギー源より生じるエネルギーを利用して圧縮段階中に圧縮トレインを駆動し、空気を圧縮し圧縮空気貯蔵場所（例えば地下の空洞）に送ることもできる。この方法では圧縮トレインをオフピーク時以外の時間に作動させることもでき、既存の公共エネルギーを使わずに済む。
【０００３】
ある種のＣＡＥＳシステムは、非断熱ＣＡＥＳシステムとして知られている。非断熱ＣＡＥＳシステムでは、圧縮トレインによって生成された熱が、通常、周辺環境に奪われる。すなわち圧縮の熱は、地下の空洞や他の圧縮空気貯蔵要素に入るとき大部分がそのままであり得るが、圧縮空気が地下の空洞の空気と混ざり、さらに貯蔵される間に周辺空気まで冷却されるためそのエネルギー値と有効性は低下する。したがって地下の空洞または圧縮空気貯蔵要素内に貯蔵された圧縮空気を利用して１つまたは複数のタービンを駆動し、電気エネルギーを生成する場合、圧縮空気は、通常、タービンに入る前に再加熱される。この再加熱工程は、通常、圧縮空気貯蔵要素と１つまたは複数のタービンとの間に配置された天然ガス燃料のレキュペレータを使用して行なわれる。この再加熱工程により非断熱ＣＡＥＳシステム全体の効率が低下し、天然ガスをレキュペレータの燃料に使用することにより、炭素が放出され、天然ガスが消費されることになる。
【０００４】
断熱ＣＡＥＳ、すなわちＡＣＡＥＳシステムは、圧縮の熱を後で利用するために取り込んで貯蔵することによってシステムの効率を上げることが可能である。このようなシステムでは、圧縮機と地下の空洞の間に１つまたは複数の熱エネルギー貯蔵（ＴＥＳ）ユニットが配置される。一般に、ＴＥＳユニットは、例えばコンクリート、石、流体（例えば石油）、融解塩または相変化物質など、蓄熱するための媒体を中に含む。圧縮段より生じた高温の空気がＴＥＳユニットを通り抜けることで、その圧縮の熱をこの工程において媒体に移動させる。したがって非断熱ＣＡＥＳシステムとは違ってＡＣＡＥＳシステムは圧縮トレインによって生成された熱のすべてを必ずしも失わず、１つまたは複数のＴＥＳユニット内に一部の蓄熱する。圧縮空気はその後周辺温度でまたはそれに近い温度で地下の空洞に入る。
【０００５】
地下の空洞または他の圧縮空気貯蔵要素に貯蔵された圧縮空気を取り出して１つまたは複数のタービンを駆動し電気エネルギーを生成する際、圧縮空気がＴＥＳユニットを通過するように戻ることによって１つまたは複数のタービン内に入る前に圧縮空気が再加熱される。この方法では、ＡＣＡＥＳシステムは地下の空洞または他の圧縮空気貯蔵要素を出た圧縮空気を再加熱するために天然ガス燃料のレキュペレータを追加する必要がない。したがってＡＣＡＥＳシステムによって非断熱ＣＡＥＳシステムより効率を改善させることができ、炭素の放出が（あったとしても）かなり少なく天然資源をほとんど消費しない。
【０００６】
圧縮トレインの圧縮サイクルにおいて生成された熱を効果的に貯蔵するために構築されたＴＥＳユニットは、ＡＣＡＥＳシステムに関連する激しい熱変動と高圧に耐えるように構成されている。例えば圧縮トレインを出た圧縮空気の温度は２５０℃から７５０℃まで変動する可能性があり、一方、地下の空洞からＴＥＳユニットに入る圧縮空気の温度は、周辺温度またはそれに近い温度である。同様にＴＥＳユニットは６５から８５バールの圧力に耐えるように設計される。このような高温と高圧に耐えるために、ＴＥＳユニットに関する現在の計画は、蓄熱する媒体が充填される大きなコンクリート製のシリンダを建造する必要がある。このようなＴＥＳユニットはその直径が大きいため、プレストレスが与えられ鋼により補強されたコンクリートの厚い壁を有するように形成され、これによりＴＥＳユニットは内部の圧力によって生じる壁内の高い引張力に耐えることができる。しかしながらこのような厚いコンクリート壁を建設することは技術的にかなり難しくコストが高くなるため、これより効率の低い非断熱ＣＡＥＳシステムではなくＡＣＡＥＳシステムを実装する実現可能性が低下する。さらに作動温度が高く温度サイクルが激しいことによりコンクリートの壁にダメージを与える熱ストレスが誘発され、このようなストレスはコンクリート壁が厚くなるにつれて増幅される。
【０００７】
したがってＴＥＳユニットの建設に関する上記の欠点を克服する装置と方法を設計することが望ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】独国特許第２４５８３９号公報
【発明の概要】
【０００９】
本発明の態様は、高圧と高温の両方に耐えることができるようにＴＥＳユニットに少なくとも１つの補強構造が固定された、ＴＥＳユニットのためのシステムおよび方法を提供する。この少なくとも１つの補強構造によって、ＴＥＳユニットの壁の厚さを最小限にすることができる。
【００１０】
本発明の一態様によれば、第１の圧力に耐えるように構成された圧力容器を備える熱エネルギー貯蔵システムが開示され、この圧力容器は、外面、および圧力容器の内部空間を取り囲む内面を備えた壁を有する。圧力容器の内部空間は１つまたは複数の圧縮機および１つまたは複数のタービンと流体連通する第１の端部と、少なくとも１つの圧縮空気貯蔵要素と流体連通する第２の端部とを有する。この内部空間に蓄熱媒体が配置され、少なくとも１つの補強構造が壁の外面に固定されており、この少なくとも１つの補強構造は、第１の圧力より大きな第２の圧力に耐えるように壁を補強するように構成されている。
【００１１】
本発明の別の態様によれば、熱エネルギー貯蔵圧力容器を形成する方法が記載されている。方法は、所定の高さと厚さを有する壁を形成するステップを含み、壁の内面が内部空間の境界を画する。方法はさらに、第１の位置で壁の表面に補強構造を固定するステップと、少なくとも１つの追加の補強構造を壁の高さに沿って別の位置で壁の表面に固定するステップと、内部空間に多孔質の蓄熱媒体を配置するステップとを含む。
【００１２】
本発明のさらに別の態様によれば、熱エネルギー貯蔵圧力容器が開示されており、この熱エネルギー貯蔵圧力容器は、内部空間の境界を画するコンクリートの円筒形の壁であって、その内部空間が空気が通り抜けることができるように構成される壁と、このコンクリートの円筒形の壁の外面に固定される少なくとも１つの補強構造とを備える。熱エネルギー貯蔵圧力容器はさらに、コンクリートの円筒形の壁の内部空間に配置される多孔質の熱マトリクス材を備えており、この多孔質の熱マトリクス材は、空気が通り抜けることができるように構成されている。
【００１３】
様々な他の特徴および利点は以下の詳細な記載と図面から明らかになるであろう。
【００１４】
これらの図面は、本発明を実施するために目下企図される好ましい実施形態を例示している。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態によるＡＣＡＥＳシステムの概略的な配置図である。
【図２】本発明の一実施形態によるＴＥＳユニットの側面図である。
【図３】本発明の一実施形態による図２のＴＥＳユニットの断面図である。
【図４】本発明の別の実施形態によるＴＥＳユニットの側面図である。
【図５】本発明の別の実施形態による図４のＴＥＳユニットの断面図である。
【図６】本発明のさらに別の実施形態によるＴＥＳユニットの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の実施形態により、高圧と激しい温度変動に耐えることができるように少なくとも１つの補強構造が固定されたＴＥＳユニットを備えたシステムが提供される。
【００１７】
先ず図１を参照すると、従来式のＡＣＡＥＳシステムの主要な要素の概略的な配置が示されている。ＡＣＡＥＳシステム１００は、低圧圧縮機１０４に結合された電気モータ１０２を備える。電気モータ１０２は公益のオフピーク時に従来の手段、すなわち電力系統を介して電気により駆動することができる。あるいは風車、太陽電池または他の再生可能エネルギー源によって電気モータ１０２を駆動することもできる。電気モータ１０２が低圧圧縮機１０４を駆動することによって、低圧圧縮機１０４が吸気１０６を加圧する。低圧圧縮機１０４からの加圧された空気１０８はその後、高圧圧縮機１１２に供給され空気をさらに圧縮することができる。低圧圧縮機１０４と同様に高圧圧縮機１１２も、電気モータ１１０によって駆動される。電気モータ１１０もまた、電力系統によって、あるいは風車や太陽電池アレイなどの再生可能エネルギー源によって駆動される。ＡＣＡＥＳシステム１００は２つの圧縮機を「圧縮トレイン」の中で使用することを示しているが、より多くのまたはより少ない圧縮機を使用することもできることを理解されたい。
【００１８】
空気が低圧圧縮機１０４と高圧圧縮機１１２をそれぞれ通過する際、空気は６５〜８５バールのレベルまで加圧され、その後６５０℃の温度まで加熱される。この加圧され加熱された空気１１４はこの後、熱エネルギー貯蔵（ＴＥＳ）ユニット１１６に入る。ＴＥＳユニット１１６には、一般に多孔質の蓄熱媒体が配置されており、この多孔質の蓄熱媒体は、空気１１４がＴＥＳユニット１１６を通過する際、この空気１１４によって放出される熱のうちのかなりの量を保持することが可能である。多孔質の蓄熱媒体は、様々な固体物質であってよく、例えば天然石、セラミック、コンクリート、鋳鉄またはセラミックと塩を組み合わせたものであってよい。あるいは多孔質の蓄熱媒体は、硝酸塩と鉱油を組み合わせたものなどの液体物質でもよい。
【００１９】
加熱された空気１１４がＴＥＳユニット１１６を通過した後、圧縮空気１１８が温度が下がった状態でＴＥＳユニット１１６を出ることにより、圧縮空気１１８を地下の空洞１２２または他の圧縮空気貯蔵要素に貯蔵することが可能になる。とはいえ圧縮空気１１８が、例えばおよそ５０℃の最大温度で地下の空洞１２２に入るように、地下の空洞１２２に入る前に圧縮空気１１８を任意のインタークーラ１２０によってさらに冷却する必要がある場合もある。この地下の空洞１２２によって、およそ６０〜８０バールのレベルまで加圧された空気を圧縮を有意に損なわずに長期間にわたって貯蔵することができる。
【００２０】
引き続き図１を参照すると、貯蔵された空気の使用が電気を生成するのに要求される場合、地下の空洞１２２から圧縮空気１２４を解放することができる。圧縮空気１２４は地下の空洞１２２を出て、およそ２０〜５０℃の温度でＴＥＳユニット１１６に再び入る。圧縮空気がＴＥＳユニット１１６の多孔質の蓄熱媒体を通過する際、それは６００℃の温度、すなわちこれより前に高圧圧縮機１１２から放出された加熱された空気１１４の温度に近い温度まで再加熱される。この再加熱された圧縮空気１２６は、この段階ではおよそ５５〜７５バールのレベルまで加圧されており、その後蒸気タービン１２８に入り、このタービンは、再加熱された圧縮空気１２６によって駆動される。非断熱ＣＡＥＳシステムとは異なり、圧縮空気１２６は、ＴＥＳユニット１１６の内部で再加熱されており、よって圧縮空気を再加熱するのに蒸気タービンでは熱の回復やガスの点火のための設備を追加する必要がない。蒸気タービン１２８が作動する際、そこから排気１３０が排出され、蒸気タービン１２８が電気生成器１３２を駆動する。生成器１３２によって生成された電気はその後、電力系統に供給されて消費することができる。容易に理解することができるようにＡＣＡＥＳシステム１００は、電気エネルギーの生成において、例えなくすことはできなくても天然資源の消費および／または炭素の放出をかなり抑えることができるような電気の生成方法を意味している。
【００２１】
図１に関して上記で考察したように、ＴＥＳユニット１１６は、ＡＣＡＥＳシステム１００が作動する間かなりの圧力（６５〜８５バール）と温度（６５０℃まで）を受ける可能性がある。結果としてＴＥＳユニット１１６は、高圧と高い温度レベルに耐えるように構築される。図２および図３を参照すると、本発明の一実施形態によるＴＥＳユニット１１６が示されている。図２はＴＥＳユニット１１６の側面図を示している。ＴＥＳユニット１１６は所定の長さと厚さの壁２０２を有する円筒形の圧力容器として示されている。しかしながらＴＥＳユニット１１６は、円筒形状に限定されるのではなく、任意の好適な形状であってよい。壁２０２は一般にコンクリートで形成されるが、例えば鋼など好適な強度と剛性のいずれかの材料を利用して構築することもできる。ＴＥＳユニット１１６の断面２０４はさらに、複数の補強構造２０６がＴＥＳユニット１１６の長さに沿って壁２０２の外面２１８に固定されているのを示している。複数の補強構造２０６が示されているが、本発明の実施形態は、示される補強構造２０６の数および配置に限定されないことを理解されたい。
【００２２】
図２はさらにＴＥＳユニット１１６の切欠き断面２０８を示している。切欠き断面２０８によって見ることができるように、各々の補強構造２０６は、少なくとも１本のロッド２１０を備えており、これは内部空間２１２と壁２０２を完全に貫通している。内部空間２１２は、例えば天然石やセラミック物質など多孔質の蓄熱媒体を中に含んでおり、これは上記に記載したようにＴＥＳユニット１１６を通過する圧縮空気から熱を吸収しこの熱を保持するように設計される。各々のロッド２１０が壁２０２の外面に固定されることにより、ＴＥＳユニット１１６の内部を構造上補強することができる。
【００２３】
次に図３を参照すると、本発明の一実施形態よるＴＥＳユニット１１６の断面図が示されている。図３に見ることができるように、複数のロッド２１０は、壁２０２と内部空間２１２の両方を貫通するように構成されており、内部空間２１２の中にスポーク形状のフレーム構造を形成している。ロッド２１０は好ましくは鋼でできているが、高圧と高温に耐えることができるいずれかの好適な材料で作製することもできる。ロッド２１０はアンカ２１４によって壁２０２の外面２１８に固定式に固定されている。アンカ２１４は、任意の適切な手段、例えばボルト締めや溶接によって壁２０２の外面２１８に固定することができる。ロッド２１０はまた、内部空間２１２の中に配置された共通の中心点ハブ２１６で結合されている。好ましくはロッド２１０は、その両側で壁２０２を完全に貫通し、内部空間２１２と中心点ハブ２１６を貫通して２つの対向するアンカ２１４に固定するのに十分な長さである。例えば図３に示されるように、補強構造２０６は、中心点ハブ２１６によって相互に接続された４本のロッド２１０を有する。各々のロッド２１０は、壁２０２の両側に取り付けられた一対の各々のアンカ２１４を介して壁２０２の外面２１８に取り付けられている。
【００２４】
別の実施形態によると、ロッド２１０が、１本のロッドとして壁２０２と内部空間２１２を完全に貫通して延在するのではなく、壁２０２を貫通し、中心点ハブ２１６に向かって延在するように構成される場合もある。この方法では各々のロッド２１０の一端は各々のアンカ２１４によって保持されており、他端は中心点ハブ２１６によって保持されるか、またはそれに結合されている。
【００２５】
図３に示される構成は単なる例示であり４本または８本のロッド２１０が上記に記載されるように示されているが、本発明の実施形態は、各々の補強構造２０６においてより多くのまたはより少ないロッド２１０とアンカ２１４を利用することも含めることを理解されたい。
【００２６】
図２および図３に示される様式のＴＥＳユニット１１６を補強することによって、壁２０２の内部の高い空気圧によって生じる壁のストレスをかなり緩和させることができる。結果として、補強構造２０６が、それ以前は壁の厚さを厚くすることによって対処していた壁２０２に対するストレスを緩和させるように働くため、壁２０２を全体の厚さを薄くして構築することができる。このように壁の厚さを薄くした場合、ＴＥＳユニット１１６は、厚い壁を有する圧力容器内で生じる多大な熱ストレスも受けずに済むことになる。さらにＴＥＳユニット１１６は、従来のＴＥＳユニットより建設および搬送が容易であり、コストがあまりかからない。したがって本発明の実施形態によって、電気エネルギーを生成するための実現可能な代替案としてＡＣＡＥＳシステムを構築し採用することが可能になる。
【００２７】
次に図４および図５を参照すると、本発明の別の実施形態が示されている。図４は、所定の長さと厚さを有する壁４０２を備えたＴＥＳユニット４１６の側面図を示している。ＴＥＳユニット４１６は円筒形であるように示されているが、これはそのように限定されるものではなく、任意の好適な形状であってよい。壁４０２は一般にコンクリートで形成されるが、例えば鋼などの好適な強度と剛性のいずれかの材料を利用して構築することもできる。ＴＥＳユニット４１６の断面４０４はさらに、複数の補強構造４０６がＴＥＳユニット４１６の長さに沿って壁４０２の外面の周りに固定されているのを示している。図４は、ＴＥＳユニット４１６に沿って固定された複数の補強構造４０６を示しているが、本発明の実施形態によると１つまたは複数の補強構造４０６を壁４０２に固定することが可能であるため、補強構造４０６の数と配置は示されるものに限定されない。
【００２８】
図４はさらにＴＥＳユニット４１６の切欠き断面４０８を示している。図２に関して上記に記載した補強構造２０６とは異なり、補強構造４０６は、ＴＥＳユニット４１６の内部空間４１２を貫通しない。代わりに補強構造４０６は、壁４０２の外側の面４２２に沿って固定されたトラスフレーム構造４１０を備える。したがって各々のトラスフレーム構造４１０によって、ＴＥＳユニット４１６の壁４０２の外側の面４２２に沿って構造を補強することができる。内部空間４１２は、図２および図３に関して上記に記載した内部空間２１２と同様に中に多孔質の蓄熱媒体を含んでおり、これはＴＥＳユニット４１６を通過する圧縮空気からの熱を保持するように設計される。
【００２９】
図５は、ＴＥＳユニット４１６の断面図を示している。図５に見ることができるように、トラスフレーム構造４１０は、複数のアンカ４１８に固定された複数のロッド４１４を備えており、この複数のロッド４１４はさらにリム４２０に固定され、これによって範囲が決められている。アンカ４１８は任意の既知の手段、例えばボルトや溶接によって壁４０２に固定することができる。ロッド４１４およびリム４２０は鋼で作製することができるが、そのように限定されるものではなく、任意の好適な材料で作製することもできる。ロッド４１４がアンカ４１８とリム４２０の間に配置されることで、壁４０２の外側の面の周りにトラスフレーム構造を形成する。使用されるロッド４１４とアンカ４１８の正確な数は本発明に必ずしも必要ではないが、利用されるロッド４１４とアンカ４１８の数は、トラスフレーム構造が壁４０２を加圧することができるように十分な数でなければならない。
【００３０】
図４および図５に示される実施形態に関して上記に記載したようにトラスフレーム構造４１０を使用した場合、壁４０２の内部で高い空気圧によって生じる壁のストレスをかなり緩和させることができるため、壁４０２の厚さを従来のＴＥＳユニットよりもかなり薄くすることができる。薄くなった壁の厚さは、圧力容器内に生じる熱ストレスを大いに軽減するように作用し、熱ストレスは壁が厚くなればなるほど広がることになる。その他の利点としてＴＥＳユニット４１６は、従来のＴＥＳユニットより建設し搬送するのが容易であり、コストがあまりかからないものとなり得る。
【００３１】
次に図６は、本発明のさらに別の実施形態を示している。図６は、ＴＥＳユニット５１６の断面図であり、これは図２、図３に示されるＴＥＳユニット１１６のスポーク状の補強構造の概念を図４、図５に示されるＴＥＳユニット４１６の外側にあるトラスフレーム構造と組み合わせたものである。具体的にはＴＥＳユニット５１６は、壁５０２と内部空間５１２を共に貫通するように構成された複数のロッド５１０を備えており、内部空間５１２内にスポーク状のフレーム構造を形成している。ロッド５１０は、アンカ５１８によって壁５０２の外面に固定式に取り付けられており、内部空間５１２内に配置された共通の中心点ハブ５２２で結合されている。ＴＥＳユニット５１６はさらに、壁５０２の外部の面の周りに配置されたトラスフレーム構造５２４を含む。トラスフレーム構造５２４は、アンカ５１８に固定された複数のロッド５１４を備えており、この複数のロッド５１４はさらにリム５２０に固定されこれにより範囲が決められている。ロッド５１４がアンカ５１８とリム５２０の間に配置されることで、壁５０２の外部の面の周りにトラスフレーム構造を形成する。
【００３２】
容易に理解することができるようにスポーク状の補強構造と、図６に示される外側にあるトラスフレーム構造を組み合わせることによって、従来のＴＥＳユニットの壁よりも薄い壁を使用して圧力に関連するストレスから大幅に壁５０２を保護することができる。したがって上記に記載したＴＥＳユニット１１６およびＴＥＳユニット４１６と同様に、ＴＥＳユニット５１６が、従来のＴＥＳユニットよりも薄い壁を有するように建造されることにより、ＴＥＳユニットのコストが削減され容易に建造することが可能になり、さらにＡＣＡＥＳシステムの通常の作動を通して熱ストレスを被る可能性も低くなる。
【００３３】
したがって本発明の一実施形態により、第１の圧力に耐えるように構成された圧力容器を備え、この圧力容器がその内部空間を取り囲む外面と内面を備える壁を有する熱エネルギー貯蔵システムが開示される。圧力容器の内部空間は、１つまたは複数の圧縮機および１つまたは複数のタービンと流体連通する第１の端部と、少なくとも１つの圧縮空気貯蔵要素と流体連通する第２の端部とを有する。この内部空間に蓄熱媒体が配置され、少なくとも１つの補強構造が壁の外面に固定されており、少なくとも１つの補強構造は、第１の圧力より大きな第２の圧力に耐えるように壁を補強するように構成されている。
【００３４】
本発明の別の態様によれば、熱エネルギー貯蔵圧力容器を形成する方法が記載されている。方法は、所定の高さと厚さを有する壁を形成するステップを含み、壁の内面が内部空間の境界を画する。方法はさらに、第１の位置で壁の表面に補強構造を固定するステップと、少なくとも１つの追加の補強構造を壁の高さに沿って別の位置で壁の表面に固定するステップと、内部空間内に多孔質の蓄熱媒体を配置するステップとを含む。
【００３５】
本発明のさらに別の態様によれば、熱エネルギー貯蔵圧力容器が開示されており、この熱エネルギー貯蔵圧力容器は、内部空間の境界を画するコンクリートの円筒形の壁であって、その内部空間が空気が通り抜けることができるように構成される壁と、このコンクリートの円筒形の壁の外面に固定される少なくとも１つの補強構造とを備える。熱エネルギー貯蔵圧力容器はさらに、コンクリートの円筒形の壁の内部空間に配置される多孔質の熱マトリクス材を備えており、この多孔質の熱マトリクス材は、空気が通り抜けることができるように構成されている。
【００３６】
本書は、例を使用して、最良の形態を含めて本発明を開示し、また任意の装置またはシステムの製造および使用ならびに組み込まれた方法の実施を含めて、当業者が本発明を実施することができるようにしている。本発明の特許性のある範囲は、特許請求の範囲によって規定され、当業者が思い付く他の例を含むことができる。このような他の例は、それらが請求項の文字通りの言い回しと相違のない構造上の要素を有する場合、あるいはそれらが請求項の文字通りの言い回しとはごくわずかに異なるにすぎない等価な構造上の要素を含む場合、この特許請求の範囲内にあるものとする。
【符号の説明】
【００３７】
１００ ＡＣＡＥＳシステム
１０２ 電気モータ
１０４ 低圧圧縮機
１０６ 吸気
１０８ 加圧された空気
１１０ 電気モータ
１１２ 高圧圧縮機
１１４ 加圧され加熱された空気
１１６、４１６、５１６ ＴＥＳユニット
１１８ 圧縮空気
１２０ インタークーラ
１２２ 地下の空洞
１２４ 圧縮空気
１２６ 再加熱された空気
１２８ 蒸気タービン
１３０ 排気
１３２ 電気生成器
２０２、４０２、５０２ 壁
２０４、４０４ 断面
２０６、４０６ 補強構造
２０８、４０８ 切欠き断面
２１０、４１４、５１０、５１４ ロッド
２１２、４１２、５１２ 内部空間
２１４、４１８、５１８ アンカ
２１６、５２２ 中心点ハブ
２１８ 壁の外面
４１０、５２４ トラスフレーム構造
４２０、５２０ リム
４２２ 外側の面
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は一般に、圧縮空気エネルギー貯蔵（ＣＡＥＳ）システムに関し、より詳細には断熱ＣＡＥＳシステムの熱エネルギー貯蔵（ＴＥＳ）圧力容器に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＡＥＳシステムは、莫大な量の天然資源を実質的に排出および／または消費せずに電気を生成することを可能にする。ＣＡＥＳシステムは、一般に１つまたは複数の圧縮機を有する圧縮トレインを含む。この１つまたは複数の圧縮機は、圧縮段で吸気を圧縮して、地下の空洞、多孔質岩石地層、枯渇した天然ガス／石油地帯または他の圧縮空気貯蔵要素に貯蔵する。その後この圧縮空気を利用してタービンを駆動することでエネルギー生成段において電気エネルギーを生成し、これを電力系統に供給することができる。大抵の場合、公共エネルギーを使用して圧縮段階中に圧縮トレインを駆動する場合、圧縮トレインは公益設備のオフピーク時に作動する。ＣＡＥＳのエネルギー生成段は、一般にエネルギー需要が高い時間帯に作動する。あるいは風車や太陽電池パネルアレイからのエネルギーなど再生可能エネルギー源より生じるエネルギーを利用して圧縮段階中に圧縮トレインを駆動し、空気を圧縮し圧縮空気貯蔵場所（例えば地下の空洞）に送ることもできる。この方法では圧縮トレインをオフピーク時以外の時間に作動させることもでき、既存の公共エネルギーを使わずに済む。
【０００３】
ある種のＣＡＥＳシステムは、非断熱ＣＡＥＳシステムとして知られている。非断熱ＣＡＥＳシステムでは、圧縮トレインによって生成された熱が、通常、周辺環境に奪われる。すなわち圧縮の熱は、地下の空洞や他の圧縮空気貯蔵要素に入るとき大部分がそのままであり得るが、圧縮空気が地下の空洞の空気と混ざり、さらに貯蔵される間に周辺空気まで冷却されるためそのエネルギー値と有効性は低下する。したがって地下の空洞または圧縮空気貯蔵要素内に貯蔵された圧縮空気を利用して１つまたは複数のタービンを駆動し、電気エネルギーを生成する場合、圧縮空気は、通常、タービンに入る前に再加熱される。この再加熱工程は、通常、圧縮空気貯蔵要素と１つまたは複数のタービンとの間に配置された天然ガス燃料のレキュペレータを使用して行なわれる。この再加熱工程により非断熱ＣＡＥＳシステム全体の効率が低下し、天然ガスをレキュペレータの燃料に使用することにより、炭素が放出され、天然ガスが消費されることになる。
【０００４】
断熱ＣＡＥＳ、すなわちＡＣＡＥＳシステムは、圧縮の熱を後で利用するために取り込んで貯蔵することによってシステムの効率を上げることが可能である。このようなシステムでは、圧縮機と地下の空洞の間に１つまたは複数の熱エネルギー貯蔵（ＴＥＳ）ユニットが配置される。一般に、ＴＥＳユニットは、例えばコンクリート、石、流体（例えば石油）、融解塩または相変化物質など、蓄熱するための媒体を中に含む。圧縮段より生じた高温の空気がＴＥＳユニットを通り抜けることで、その圧縮の熱をこの工程において媒体に移動させる。したがって非断熱ＣＡＥＳシステムとは違ってＡＣＡＥＳシステムは圧縮トレインによって生成された熱のすべてを必ずしも失わず、１つまたは複数のＴＥＳユニット内に一部の蓄熱する。圧縮空気はその後周辺温度でまたはそれに近い温度で地下の空洞に入る。
【０００５】
地下の空洞または他の圧縮空気貯蔵要素に貯蔵された圧縮空気を取り出して１つまたは複数のタービンを駆動し電気エネルギーを生成する際、圧縮空気がＴＥＳユニットを通過するように戻ることによって１つまたは複数のタービン内に入る前に圧縮空気が再加熱される。この方法では、ＡＣＡＥＳシステムは地下の空洞または他の圧縮空気貯蔵要素を出た圧縮空気を再加熱するために天然ガス燃料のレキュペレータを追加する必要がない。したがってＡＣＡＥＳシステムによって非断熱ＣＡＥＳシステムより効率を改善させることができ、炭素の放出が（あったとしても）かなり少なく天然資源をほとんど消費しない。
【０００６】
圧縮トレインの圧縮サイクルにおいて生成された熱を効果的に貯蔵するために構築されたＴＥＳユニットは、ＡＣＡＥＳシステムに関連する激しい熱変動と高圧に耐えるように構成されている。例えば圧縮トレインを出た圧縮空気の温度は２５０℃から７５０℃まで変動する可能性があり、一方、地下の空洞からＴＥＳユニットに入る圧縮空気の温度は、周辺温度またはそれに近い温度である。同様にＴＥＳユニットは６５から８５バールの圧力に耐えるように設計される。このような高温と高圧に耐えるために、ＴＥＳユニットに関する現在の計画は、蓄熱する媒体が充填される大きなコンクリート製のシリンダを建造する必要がある。このようなＴＥＳユニットはその直径が大きいため、プレストレスが与えられ鋼により補強されたコンクリートの厚い壁を有するように形成され、これによりＴＥＳユニットは内部の圧力によって生じる壁内の高い引張力に耐えることができる。しかしながらこのような厚いコンクリート壁を建設することは技術的にかなり難しくコストが高くなるため、これより効率の低い非断熱ＣＡＥＳシステムではなくＡＣＡＥＳシステムを実装する実現可能性が低下する。さらに作動温度が高く温度サイクルが激しいことによりコンクリートの壁にダメージを与える熱ストレスが誘発され、このようなストレスはコンクリート壁が厚くなるにつれて増幅される。
【０００７】
したがってＴＥＳユニットの建設に関する上記の欠点を克服する装置と方法を設計することが望ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】独国特許第２４５８３９号公報
【発明の概要】
【０００９】
本発明の態様は、高圧と高温の両方に耐えることができるようにＴＥＳユニットに少なくとも１つの補強構造が固定された、ＴＥＳユニットのためのシステムおよび方法を提供する。この少なくとも１つの補強構造によって、ＴＥＳユニットの壁の厚さを最小限にすることができる。
【００１０】
本発明の一態様によれば、第１の圧力に耐えるように構成された圧力容器を備える熱エネルギー貯蔵システムが開示され、この圧力容器は、外面、および圧力容器の内部空間を取り囲む内面を備えた壁を有する。圧力容器の内部空間は１つまたは複数の圧縮機および１つまたは複数のタービンと流体連通する第１の端部と、少なくとも１つの圧縮空気貯蔵要素と流体連通する第２の端部とを有する。この内部空間に蓄熱媒体が配置され、少なくとも１つの補強構造が壁の外面に固定されており、この少なくとも１つの補強構造は、第１の圧力より大きな第２の圧力に耐えるように壁を補強するように構成されている。
【００１１】
本発明の別の態様によれば、熱エネルギー貯蔵圧力容器を形成する方法が記載されている。方法は、所定の高さと厚さを有する壁を形成するステップを含み、壁の内面が内部空間の境界を画する。方法はさらに、第１の位置で壁の表面に補強構造を固定するステップと、少なくとも１つの追加の補強構造を壁の高さに沿って別の位置で壁の表面に固定するステップと、内部空間に多孔質の蓄熱媒体を配置するステップとを含む。
【００１２】
本発明のさらに別の態様によれば、熱エネルギー貯蔵圧力容器が開示されており、この熱エネルギー貯蔵圧力容器は、内部空間の境界を画するコンクリートの円筒形の壁であって、その内部空間が空気が通り抜けることができるように構成される壁と、このコンクリートの円筒形の壁の外面に固定される少なくとも１つの補強構造とを備える。熱エネルギー貯蔵圧力容器はさらに、コンクリートの円筒形の壁の内部空間に配置される多孔質の熱マトリクス材を備えており、この多孔質の熱マトリクス材は、空気が通り抜けることができるように構成されている。
【００１３】
様々な他の特徴および利点は以下の詳細な記載と図面から明らかになるであろう。
【００１４】
これらの図面は、本発明を実施するために目下企図される好ましい実施形態を例示している。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態によるＡＣＡＥＳシステムの概略的な配置図である。
【図２】本発明の一実施形態によるＴＥＳユニットの側面図である。
【図３】本発明の一実施形態による図２のＴＥＳユニットの断面図である。
【図４】本発明の別の実施形態によるＴＥＳユニットの側面図である。
【図５】本発明の別の実施形態による図４のＴＥＳユニットの断面図である。
【図６】本発明のさらに別の実施形態によるＴＥＳユニットの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の実施形態により、高圧と激しい温度変動に耐えることができるように少なくとも１つの補強構造が固定されたＴＥＳユニットを備えたシステムが提供される。
【００１７】
先ず図１を参照すると、従来式のＡＣＡＥＳシステムの主要な要素の概略的な配置が示されている。ＡＣＡＥＳシステム１００は、低圧圧縮機１０４に結合された電気モータ１０２を備える。電気モータ１０２は公益のオフピーク時に従来の手段、すなわち電力系統を介して電気により駆動することができる。あるいは風車、太陽電池または他の再生可能エネルギー源によって電気モータ１０２を駆動することもできる。電気モータ１０２が低圧圧縮機１０４を駆動することによって、低圧圧縮機１０４が吸気１０６を加圧する。低圧圧縮機１０４からの加圧された空気１０８はその後、高圧圧縮機１１２に供給され空気をさらに圧縮することができる。低圧圧縮機１０４と同様に高圧圧縮機１１２も、電気モータ１１０によって駆動される。電気モータ１１０もまた、電力系統によって、あるいは風車や太陽電池アレイなどの再生可能エネルギー源によって駆動される。ＡＣＡＥＳシステム１００は２つの圧縮機を「圧縮トレイン」の中で使用することを示しているが、より多くのまたはより少ない圧縮機を使用することもできることを理解されたい。
【００１８】
空気が低圧圧縮機１０４と高圧圧縮機１１２をそれぞれ通過する際、空気は６５〜８５バールのレベルまで加圧され、その後６５０℃の温度まで加熱される。この加圧され加熱された空気１１４はこの後、熱エネルギー貯蔵（ＴＥＳ）ユニット１１６に入る。ＴＥＳユニット１１６には、一般に多孔質の蓄熱媒体が配置されており、この多孔質の蓄熱媒体は、空気１１４がＴＥＳユニット１１６を通過する際、この空気１１４によって放出される熱のうちのかなりの量を保持することが可能である。多孔質の蓄熱媒体は、様々な固体物質であってよく、例えば天然石、セラミック、コンクリート、鋳鉄またはセラミックと塩を組み合わせたものであってよい。あるいは多孔質の蓄熱媒体は、硝酸塩と鉱油を組み合わせたものなどの液体物質でもよい。
【００１９】
加熱された空気１１４がＴＥＳユニット１１６を通過した後、圧縮空気１１８が温度が下がった状態でＴＥＳユニット１１６を出ることにより、圧縮空気１１８を地下の空洞１２２または他の圧縮空気貯蔵要素に貯蔵することが可能になる。とはいえ圧縮空気１１８が、例えばおよそ５０℃の最大温度で地下の空洞１２２に入るように、地下の空洞１２２に入る前に圧縮空気１１８を任意のインタークーラ１２０によってさらに冷却する必要がある場合もある。この地下の空洞１２２によって、およそ６０〜８０バールのレベルまで加圧された空気を圧縮を有意に損なわずに長期間にわたって貯蔵することができる。
【００２０】
引き続き図１を参照すると、貯蔵された空気の使用が電気を生成するのに要求される場合、地下の空洞１２２から圧縮空気１２４を解放することができる。圧縮空気１２４は地下の空洞１２２を出て、およそ２０〜５０℃の温度でＴＥＳユニット１１６に再び入る。圧縮空気がＴＥＳユニット１１６の多孔質の蓄熱媒体を通過する際、それは６００℃の温度、すなわちこれより前に高圧圧縮機１１２から放出された加熱された空気１１４の温度に近い温度まで再加熱される。この再加熱された圧縮空気１２６は、この段階ではおよそ５５〜７５バールのレベルまで加圧されており、その後蒸気タービン１２８に入り、このタービンは、再加熱された圧縮空気１２６によって駆動される。非断熱ＣＡＥＳシステムとは異なり、圧縮空気１２６は、ＴＥＳユニット１１６の内部で再加熱されており、よって圧縮空気を再加熱するのに蒸気タービンでは熱の回復やガスの点火のための設備を追加する必要がない。蒸気タービン１２８が作動する際、そこから排気１３０が排出され、蒸気タービン１２８が電気生成器１３２を駆動する。生成器１３２によって生成された電気はその後、電力系統に供給されて消費することができる。容易に理解することができるようにＡＣＡＥＳシステム１００は、電気エネルギーの生成において、例えなくすことはできなくても天然資源の消費および／または炭素の放出をかなり抑えることができるような電気の生成方法を意味している。
【００２１】
図１に関して上記で考察したように、ＴＥＳユニット１１６は、ＡＣＡＥＳシステム１００が作動する間かなりの圧力（６５〜８５バール）と温度（６５０℃まで）を受ける可能性がある。結果としてＴＥＳユニット１１６は、高圧と高い温度レベルに耐えるように構築される。図２および図３を参照すると、本発明の一実施形態によるＴＥＳユニット１１６が示されている。図２はＴＥＳユニット１１６の側面図を示している。ＴＥＳユニット１１６は所定の長さと厚さの壁２０２を有する円筒形の圧力容器として示されている。しかしながらＴＥＳユニット１１６は、円筒形状に限定されるのではなく、任意の好適な形状であってよい。壁２０２は一般にコンクリートで形成されるが、例えば鋼など好適な強度と剛性のいずれかの材料を利用して構築することもできる。ＴＥＳユニット１１６の断面２０４はさらに、複数の補強構造２０６がＴＥＳユニット１１６の長さに沿って壁２０２の外面２１８に固定されているのを示している。複数の補強構造２０６が示されているが、本発明の実施形態は、示される補強構造２０６の数および配置に限定されないことを理解されたい。
【００２２】
図２はさらにＴＥＳユニット１１６の切欠き断面２０８を示している。切欠き断面２０８によって見ることができるように、各々の補強構造２０６は、少なくとも１本のロッド２１０を備えており、これは内部空間２１２と壁２０２を完全に貫通している。内部空間２１２は、例えば天然石やセラミック物質など多孔質の蓄熱媒体を中に含んでおり、これは上記に記載したようにＴＥＳユニット１１６を通過する圧縮空気から熱を吸収しこの熱を保持するように設計される。各々のロッド２１０が壁２０２の外面に固定されることにより、ＴＥＳユニット１１６の内部を構造上補強することができる。
【００２３】
次に図３を参照すると、本発明の一実施形態よるＴＥＳユニット１１６の断面図が示されている。図３に見ることができるように、複数のロッド２１０は、壁２０２と内部空間２１２の両方を貫通するように構成されており、内部空間２１２の中にスポーク形状のフレーム構造を形成している。ロッド２１０は好ましくは鋼でできているが、高圧と高温に耐えることができるいずれかの好適な材料で作製することもできる。ロッド２１０はアンカ２１４によって壁２０２の外面２１８に固定式に固定されている。アンカ２１４は、任意の適切な手段、例えばボルト締めや溶接によって壁２０２の外面２１８に固定することができる。ロッド２１０はまた、内部空間２１２の中に配置された共通の中心点ハブ２１６で結合されている。好ましくはロッド２１０は、その両側で壁２０２を完全に貫通し、内部空間２１２と中心点ハブ２１６を貫通して２つの対向するアンカ２１４に固定するのに十分な長さである。例えば図３に示されるように、補強構造２０６は、中心点ハブ２１６によって相互に接続された４本のロッド２１０を有する。各々のロッド２１０は、壁２０２の両側に取り付けられた一対の各々のアンカ２１４を介して壁２０２の外面２１８に取り付けられている。
【００２４】
別の実施形態によると、ロッド２１０が、１本のロッドとして壁２０２と内部空間２１２を完全に貫通して延在するのではなく、壁２０２を貫通し、中心点ハブ２１６に向かって延在するように構成される場合もある。この方法では各々のロッド２１０の一端は各々のアンカ２１４によって保持されており、他端は中心点ハブ２１６によって保持されるか、またはそれに結合されている。
【００２５】
図３に示される構成は単なる例示であり４本または８本のロッド２１０が上記に記載されるように示されているが、本発明の実施形態は、各々の補強構造２０６においてより多くのまたはより少ないロッド２１０とアンカ２１４を利用することも含めることを理解されたい。
【００２６】
図２および図３に示される様式のＴＥＳユニット１１６を補強することによって、壁２０２の内部の高い空気圧によって生じる壁のストレスをかなり緩和させることができる。結果として、補強構造２０６が、それ以前は壁の厚さを厚くすることによって対処していた壁２０２に対するストレスを緩和させるように働くため、壁２０２を全体の厚さを薄くして構築することができる。このように壁の厚さを薄くした場合、ＴＥＳユニット１１６は、厚い壁を有する圧力容器内で生じる多大な熱ストレスも受けずに済むことになる。さらにＴＥＳユニット１１６は、従来のＴＥＳユニットより建設および搬送が容易であり、コストがあまりかからない。したがって本発明の実施形態によって、電気エネルギーを生成するための実現可能な代替案としてＡＣＡＥＳシステムを構築し採用することが可能になる。
【００２７】
次に図４および図５を参照すると、本発明の別の実施形態が示されている。図４は、所定の長さと厚さを有する壁４０２を備えたＴＥＳユニット４１６の側面図を示している。ＴＥＳユニット４１６は円筒形であるように示されているが、これはそのように限定されるものではなく、任意の好適な形状であってよい。壁４０２は一般にコンクリートで形成されるが、例えば鋼などの好適な強度と剛性のいずれかの材料を利用して構築することもできる。ＴＥＳユニット４１６の断面４０４はさらに、複数の補強構造４０６がＴＥＳユニット４１６の長さに沿って壁４０２の外面の周りに固定されているのを示している。図４は、ＴＥＳユニット４１６に沿って固定された複数の補強構造４０６を示しているが、本発明の実施形態によると１つまたは複数の補強構造４０６を壁４０２に固定することが可能であるため、補強構造４０６の数と配置は示されるものに限定されない。
【００２８】
図４はさらにＴＥＳユニット４１６の切欠き断面４０８を示している。図２に関して上記に記載した補強構造２０６とは異なり、補強構造４０６は、ＴＥＳユニット４１６の内部空間４１２を貫通しない。代わりに補強構造４０６は、壁４０２の外側の面４２２に沿って固定されたトラスフレーム構造４１０を備える。したがって各々のトラスフレーム構造４１０によって、ＴＥＳユニット４１６の壁４０２の外側の面４２２に沿って構造を補強することができる。内部空間４１２は、図２および図３に関して上記に記載した内部空間２１２と同様に中に多孔質の蓄熱媒体を含んでおり、これはＴＥＳユニット４１６を通過する圧縮空気からの熱を保持するように設計される。
【００２９】
図５は、ＴＥＳユニット４１６の断面図を示している。図５に見ることができるように、トラスフレーム構造４１０は、複数のアンカ４１８に固定された複数のロッド４１４を備えており、この複数のロッド４１４はさらにリム４２０に固定され、これによって範囲が決められている。アンカ４１８は任意の既知の手段、例えばボルトや溶接によって壁４０２に固定することができる。ロッド４１４およびリム４２０は鋼で作製することができるが、そのように限定されるものではなく、任意の好適な材料で作製することもできる。ロッド４１４がアンカ４１８とリム４２０の間に配置されることで、壁４０２の外側の面の周りにトラスフレーム構造を形成する。使用されるロッド４１４とアンカ４１８の正確な数は本発明に必ずしも必要ではないが、利用されるロッド４１４とアンカ４１８の数は、トラスフレーム構造が壁４０２を加圧することができるように十分な数でなければならない。
【００３０】
図４および図５に示される実施形態に関して上記に記載したようにトラスフレーム構造４１０を使用した場合、壁４０２の内部で高い空気圧によって生じる壁のストレスをかなり緩和させることができるため、壁４０２の厚さを従来のＴＥＳユニットよりもかなり薄くすることができる。薄くなった壁の厚さは、圧力容器内に生じる熱ストレスを大いに軽減するように作用し、熱ストレスは壁が厚くなればなるほど広がることになる。その他の利点としてＴＥＳユニット４１６は、従来のＴＥＳユニットより建設し搬送するのが容易であり、コストがあまりかからないものとなり得る。
【００３１】
次に図６は、本発明のさらに別の実施形態を示している。図６は、ＴＥＳユニット５１６の断面図であり、これは図２、図３に示されるＴＥＳユニット１１６のスポーク状の補強構造の概念を図４、図５に示されるＴＥＳユニット４１６の外側にあるトラスフレーム構造と組み合わせたものである。具体的にはＴＥＳユニット５１６は、壁５０２と内部空間５１２を共に貫通するように構成された複数のロッド５１０を備えており、内部空間５１２内にスポーク状のフレーム構造を形成している。ロッド５１０は、アンカ５１８によって壁５０２の外面に固定式に取り付けられており、内部空間５１２内に配置された共通の中心点ハブ５２２で結合されている。ＴＥＳユニット５１６はさらに、壁５０２の外部の面の周りに配置されたトラスフレーム構造５２４を含む。トラスフレーム構造５２４は、アンカ５１８に固定された複数のロッド５１４を備えており、この複数のロッド５１４はさらにリム５２０に固定されこれにより範囲が決められている。ロッド５１４がアンカ５１８とリム５２０の間に配置されることで、壁５０２の外部の面の周りにトラスフレーム構造を形成する。
【００３２】
容易に理解することができるようにスポーク状の補強構造と、図６に示される外側にあるトラスフレーム構造を組み合わせることによって、従来のＴＥＳユニットの壁よりも薄い壁を使用して圧力に関連するストレスから大幅に壁５０２を保護することができる。したがって上記に記載したＴＥＳユニット１１６およびＴＥＳユニット４１６と同様に、ＴＥＳユニット５１６が、従来のＴＥＳユニットよりも薄い壁を有するように建造されることにより、ＴＥＳユニットのコストが削減され容易に建造することが可能になり、さらにＡＣＡＥＳシステムの通常の作動を通して熱ストレスを被る可能性も低くなる。
【００３３】
したがって本発明の一実施形態により、第１の圧力に耐えるように構成された圧力容器を備え、この圧力容器がその内部空間を取り囲む外面と内面を備える壁を有する熱エネルギー貯蔵システムが開示される。圧力容器の内部空間は、１つまたは複数の圧縮機および１つまたは複数のタービンと流体連通する第１の端部と、少なくとも１つの圧縮空気貯蔵要素と流体連通する第２の端部とを有する。この内部空間に蓄熱媒体が配置され、少なくとも１つの補強構造が壁の外面に固定されており、少なくとも１つの補強構造は、第１の圧力より大きな第２の圧力に耐えるように壁を補強するように構成されている。
【００３４】
本発明の別の態様によれば、熱エネルギー貯蔵圧力容器を形成する方法が記載されている。方法は、所定の高さと厚さを有する壁を形成するステップを含み、壁の内面が内部空間の境界を画する。方法はさらに、第１の位置で壁の表面に補強構造を固定するステップと、少なくとも１つの追加の補強構造を壁の高さに沿って別の位置で壁の表面に固定するステップと、内部空間内に多孔質の蓄熱媒体を配置するステップとを含む。
【００３５】
本発明のさらに別の態様によれば、熱エネルギー貯蔵圧力容器が開示されており、この熱エネルギー貯蔵圧力容器は、内部空間の境界を画するコンクリートの円筒形の壁であって、その内部空間が空気が通り抜けることができるように構成される壁と、このコンクリートの円筒形の壁の外面に固定される少なくとも１つの補強構造とを備える。熱エネルギー貯蔵圧力容器はさらに、コンクリートの円筒形の壁の内部空間に配置される多孔質の熱マトリクス材を備えており、この多孔質の熱マトリクス材は、空気が通り抜けることができるように構成されている。
【００３６】
本書は、例を使用して、最良の形態を含めて本発明を開示し、また任意の装置またはシステムの製造および使用ならびに組み込まれた方法の実施を含めて、当業者が本発明を実施することができるようにしている。本発明の特許性のある範囲は、特許請求の範囲によって規定され、当業者が思い付く他の例を含むことができる。このような他の例は、それらが請求項の文字通りの言い回しと相違のない構造上の要素を有する場合、あるいはそれらが請求項の文字通りの言い回しとはごくわずかに異なるにすぎない等価な構造上の要素を含む場合、この特許請求の範囲内にあるものとする。
【符号の説明】
【００３７】
１００ ＡＣＡＥＳシステム
１０２ 電気モータ
１０４ 低圧圧縮機
１０６ 吸気
１０８ 加圧された空気
１１０ 電気モータ
１１２ 高圧圧縮機
１１４ 加圧され加熱された空気
１１６、４１６、５１６ ＴＥＳユニット
１１８ 圧縮空気
１２０ インタークーラ
１２２ 地下の空洞
１２４ 圧縮空気
１２６ 再加熱された空気
１２８ 蒸気タービン
１３０ 排気
１３２ 電気生成器
２０２、４０２、５０２ 壁
２０４、４０４ 断面
２０６、４０６ 補強構造
２０８、４０８ 切欠き断面
２１０、４１４、５１０、５１４ ロッド
２１２、４１２、５１２ 内部空間
２１４、４１８、５１８ アンカ
２１６、５２２ 中心点ハブ
２１８ 壁の外面
４１０、５２４ トラスフレーム構造
４２０、５２０ リム
４２２ 外側の面
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の圧力に耐えるように構成された圧力容器であって、外面、および圧力容器の内部空間を取り囲む内面を備えた壁を有し、前記内部空間が、
１つまたは複数の圧縮機および１つまたは複数のタービンと流体連通する第１の端部、および
少なくとも１つの圧縮空気貯蔵要素と流体連通する第２の端部を有する、圧力容器と、
前記内部空間に配置された蓄熱媒体と、
前記壁の前記外面に固定された少なくとも１つの補強構造であって、前記第１の圧力より大きな第２の圧力に耐えるように前記壁を補強するように構成された少なくとも１つの補強構造とを備える熱エネルギー貯蔵システム。
【請求項２】
前記少なくとも１つの補強構造が、前記壁の前記外面の周りにトラスフレーム構造を形成するように相互に接続された複数の鋼のロッドを備える、請求項１記載の熱エネルギー貯蔵システム。
【請求項３】
前記トラスフレーム構造の外周の周りに配置された鋼のリムをさらに備える、請求項２記載の熱エネルギー貯蔵システム。
【請求項４】
前記少なくとも１つの補強構造が前記圧力容器の前記内部空間内に延在する、請求項１記載の熱エネルギー貯蔵システム。
【請求項５】
前記少なくとも１つの補強構造が、前記圧力容器の前記内部空間内にスポーク状のフレーム構造を形成する複数の鋼のロッドを備える、請求項４記載の熱エネルギー貯蔵システム。
【請求項６】
前記少なくとも１つの補強構造が、
壁に設置された複数のアンカと周辺リムの間で相互に接続され、前記壁の前記外面の周りにトラスフレーム構造を形成する複数の第１のロッドと、
前記圧力容器の前記内部空間内にスポーク状のフレーム構造を形成する複数の第２のロッドとを備える、請求項１記載の熱エネルギー貯蔵システム。
【請求項７】
前記少なくとも１つの補強構造が、前記圧力容器の長さに沿って配置された複数の補強構造である、請求項１記載の熱エネルギー貯蔵システム。
【請求項８】
前記圧力容器の前記壁がコンクリートで形成される、請求項１記載の熱エネルギー貯蔵システム。
【請求項９】
前記蓄熱媒体が、前記圧力容器の前記内部空間内に配置された多孔質の蓄熱媒体である、請求項１記載の熱エネルギー貯蔵システム。
【請求項１０】
前記多孔質の蓄熱媒体が、天然石、セラミック、コンクリート、鋳鉄、硝酸塩および鉱油のうちの少なくとも１つである、請求項９記載の熱エネルギー貯蔵システム。
【請求項１１】
前記圧力容器が円筒形形状である、請求項１記載の熱エネルギー貯蔵システム。
【請求項１２】
熱エネルギー貯蔵圧力容器を形成する方法であって、
所定の高さと厚さを有する壁を形成するステップであり、前記壁の内面が内部空間の境界を画する、ステップと、
第１の位置で前記壁の表面に補強構造を固定するステップと、
少なくとも１つの追加の補強構造を前記壁の高さに沿って別の位置で前記壁の表面に固定するステップと、
前記内部空間内に多孔質の蓄熱媒体を配置するステップとを含む方法。
【請求項１３】
前記壁の表面に補強構造を固定するステップが、
前記壁の外部の面に複数のアンカを固定するステップと、
前記ロッドの第１の端部において前記アンカに複数のロッドを取り付けるステップと、
前記ロッドの第２の端部において前記複数のロッドをリムに取り付け、それにより前記複数のアンカと、前記複数のロッドと、前記リムとが前記壁の外部の面の周りにトラスフレーム構造を形成するステップとを含む、請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
前記壁の表面に前記補強構造を固定するステップが、
前記壁の外部の面に複数のアンカを固定するステップと、
前記複数のアンカに複数のロッドを固定するステップであって、前記複数のロッドが前記壁を貫通し、前記壁の前記内部空間内でスポーク状のフレーム構造を形成するステップとを含む、請求項１２記載の方法。
【請求項１５】
前記壁の表面に前記補強構造を固定するステップが、
前記壁の外部の面に複数のアンカを固定するステップと、
前記第１のロッドの第１の端部において前記アンカに複数の第１のロッドを取り付けるステップと、
前記第１のロッドの第２の端部において前記複数の第１のロッドをリムに取り付け、それにより前記複数のアンカと、前記複数の第１のロッドと、前記リムとが前記壁の外部の面の周りにトラスフレーム構造を形成するステップと、
前記複数のアンカに複数の第２のロッドを固定するステップであって、前記複数の第２のロッドが前記壁を貫通し、前記壁の前記内部空間内にスポーク状のフレーム構造を形成するステップとを含む、請求項１２記載の方法。
【請求項１６】
空気が通過することができるように構成された内部空間の境界を画するコンクリート製の円筒形の壁と、
前記コンクリートの円筒形の壁の外面に固定された少なくとも１つの補強構造と、
前記コンクリートの円筒形の壁の前記内部空間内に配置され、空気が通過することができるように構成された多孔質の熱マトリクス材とを備える熱エネルギー貯蔵圧力容器。
【請求項１７】
前記少なくとも１つの補強構造が、相互に接続された１つの鋼のリングと複数のトラスを備え、前記コンクリートの円筒形の壁の前記外面の周りにフレーム構造を形成する、請求項１６記載の熱エネルギー貯蔵圧力容器。
【請求項１８】
前記少なくとも１つの補強構造が、前記コンクリートの円筒形の壁の前記内部空間内に延在する、請求項１６記載の熱エネルギー貯蔵圧力容器。
【請求項１９】
前記少なくとも１つの補強構造が、前記コンクリートの円筒形の壁の前記内部空間内で共通の中心点で固定された相互に接続された複数の鋼のロッドを備える、請求項１８記載の熱エネルギー貯蔵圧力容器。
【請求項２０】
前記少なくとも１つの補強構造が、複数のアンカによって前記コンクリートの円筒形の壁の前記外面に固定される、請求項１６記載の熱エネルギー貯蔵圧力容器。
【請求項１】
第１の圧力に耐えるように構成された圧力容器であって、外面、および圧力容器の内部空間を取り囲む内面を備えた壁を有し、前記内部空間が、
１つまたは複数の圧縮機および１つまたは複数のタービンと流体連通する第１の端部、および
少なくとも１つの圧縮空気貯蔵要素と流体連通する第２の端部を有する、圧力容器と、
前記内部空間に配置された蓄熱媒体と、
前記壁の前記外面に固定された少なくとも１つの補強構造であって、前記第１の圧力より大きな第２の圧力に耐えるように前記壁を補強するように構成された少なくとも１つの補強構造とを備える熱エネルギー貯蔵システム。
【請求項２】
前記少なくとも１つの補強構造が、前記壁の前記外面の周りにトラスフレーム構造を形成するように相互に接続された複数の鋼のロッドを備える、請求項１記載の熱エネルギー貯蔵システム。
【請求項３】
前記トラスフレーム構造の外周の周りに配置された鋼のリムをさらに備える、請求項２記載の熱エネルギー貯蔵システム。
【請求項４】
前記少なくとも１つの補強構造が前記圧力容器の前記内部空間内に延在する、請求項１記載の熱エネルギー貯蔵システム。
【請求項５】
前記少なくとも１つの補強構造が、前記圧力容器の前記内部空間内にスポーク状のフレーム構造を形成する複数の鋼のロッドを備える、請求項４記載の熱エネルギー貯蔵システム。
【請求項６】
前記少なくとも１つの補強構造が、
壁に設置された複数のアンカと周辺リムの間で相互に接続され、前記壁の前記外面の周りにトラスフレーム構造を形成する複数の第１のロッドと、
前記圧力容器の前記内部空間内にスポーク状のフレーム構造を形成する複数の第２のロッドとを備える、請求項１記載の熱エネルギー貯蔵システム。
【請求項７】
前記少なくとも１つの補強構造が、前記圧力容器の長さに沿って配置された複数の補強構造である、請求項１記載の熱エネルギー貯蔵システム。
【請求項８】
前記圧力容器の前記壁がコンクリートで形成される、請求項１記載の熱エネルギー貯蔵システム。
【請求項９】
前記蓄熱媒体が、前記圧力容器の前記内部空間内に配置された多孔質の蓄熱媒体である、請求項１記載の熱エネルギー貯蔵システム。
【請求項１０】
前記多孔質の蓄熱媒体が、天然石、セラミック、コンクリート、鋳鉄、硝酸塩および鉱油のうちの少なくとも１つである、請求項９記載の熱エネルギー貯蔵システム。
【請求項１１】
前記圧力容器が円筒形形状である、請求項１記載の熱エネルギー貯蔵システム。
【請求項１２】
熱エネルギー貯蔵圧力容器を形成する方法であって、
所定の高さと厚さを有する壁を形成するステップであり、前記壁の内面が内部空間の境界を画する、ステップと、
第１の位置で前記壁の表面に補強構造を固定するステップと、
少なくとも１つの追加の補強構造を前記壁の高さに沿って別の位置で前記壁の表面に固定するステップと、
前記内部空間内に多孔質の蓄熱媒体を配置するステップとを含む方法。
【請求項１３】
前記壁の表面に補強構造を固定するステップが、
前記壁の外部の面に複数のアンカを固定するステップと、
前記ロッドの第１の端部において前記アンカに複数のロッドを取り付けるステップと、
前記ロッドの第２の端部において前記複数のロッドをリムに取り付け、それにより前記複数のアンカと、前記複数のロッドと、前記リムとが前記壁の外部の面の周りにトラスフレーム構造を形成するステップとを含む、請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
前記壁の表面に前記補強構造を固定するステップが、
前記壁の外部の面に複数のアンカを固定するステップと、
前記複数のアンカに複数のロッドを固定するステップであって、前記複数のロッドが前記壁を貫通し、前記壁の前記内部空間内でスポーク状のフレーム構造を形成するステップとを含む、請求項１２記載の方法。
【請求項１５】
前記壁の表面に前記補強構造を固定するステップが、
前記壁の外部の面に複数のアンカを固定するステップと、
前記第１のロッドの第１の端部において前記アンカに複数の第１のロッドを取り付けるステップと、
前記第１のロッドの第２の端部において前記複数の第１のロッドをリムに取り付け、それにより前記複数のアンカと、前記複数の第１のロッドと、前記リムとが前記壁の外部の面の周りにトラスフレーム構造を形成するステップと、
前記複数のアンカに複数の第２のロッドを固定するステップであって、前記複数の第２のロッドが前記壁を貫通し、前記壁の前記内部空間内にスポーク状のフレーム構造を形成するステップとを含む、請求項１２記載の方法。
【請求項１６】
空気が通過することができるように構成された内部空間の境界を画するコンクリート製の円筒形の壁と、
前記コンクリートの円筒形の壁の外面に固定された少なくとも１つの補強構造と、
前記コンクリートの円筒形の壁の前記内部空間内に配置され、空気が通過することができるように構成された多孔質の熱マトリクス材とを備える熱エネルギー貯蔵圧力容器。
【請求項１７】
前記少なくとも１つの補強構造が、相互に接続された１つの鋼のリングと複数のトラスを備え、前記コンクリートの円筒形の壁の前記外面の周りにフレーム構造を形成する、請求項１６記載の熱エネルギー貯蔵圧力容器。
【請求項１８】
前記少なくとも１つの補強構造が、前記コンクリートの円筒形の壁の前記内部空間内に延在する、請求項１６記載の熱エネルギー貯蔵圧力容器。
【請求項１９】
前記少なくとも１つの補強構造が、前記コンクリートの円筒形の壁の前記内部空間内で共通の中心点で固定された相互に接続された複数の鋼のロッドを備える、請求項１８記載の熱エネルギー貯蔵圧力容器。
【請求項２０】
前記少なくとも１つの補強構造が、複数のアンカによって前記コンクリートの円筒形の壁の前記外面に固定される、請求項１６記載の熱エネルギー貯蔵圧力容器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公表番号】特表２０１３−５０９５２７（Ｐ２０１３−５０９５２７Ａ）
【公表日】平成２５年３月１４日（２０１３．３．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５３６８０５（Ｐ２０１２−５３６８０５）
【出願日】平成２２年８月３０日（２０１０．８．３０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０４７０７６
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０５３４０２
【国際公開日】平成２３年５月５日（２０１１．５．５）
【出願人】（３９００４１５４２）ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ (6,332)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２５年３月１４日（２０１３．３．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月３０日（２０１０．８．３０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０４７０７６
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０５３４０２
【国際公開日】平成２３年５月５日（２０１１．５．５）
【出願人】（３９００４１５４２）ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ (6,332)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]