(57)【要約】【課題】大気温度の変化に影響されることなく、安定的に発電する。【解決手段】圧縮機４と、蓄圧部６と、膨張機８と、発電機１２と、第１熱交換器５と、第１蓄熱部１３と、第２熱交換器７と、第２蓄熱部１４と、圧縮機４に吸い込む空気の温度を検出する温度検出手段２２と、圧縮機４の吸込口の上流側に設けられ、通過する空気を温調する第３熱交換器９と、温度検出手段２２での検出温度が設定温度となるように、第３熱交換器９で通過する空気を温調する制御手段２１と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸い込んだ空気を圧縮する圧縮機と、
前記圧縮機により圧縮された圧縮空気を蓄える蓄圧部と、
前記蓄圧部から供給される圧縮空気によって駆動される膨張機と、
前記膨張機と機械的に接続された発電機と、
前記圧縮機から前記蓄圧部に供給される圧縮空気と熱媒との間で熱交換することにより、圧縮空気を冷却し、熱媒を加熱する第１熱交換器と、
前記第１熱交換器で加熱された熱媒を蓄える第１蓄熱部と、
前記蓄圧部から前記膨張機に供給される圧縮空気と、前記第１蓄熱部から供給される熱媒との間で熱交換することにより、圧縮空気を加熱し、熱媒を冷却する第２熱交換器と、
前記第２熱交換器で冷却された熱媒を蓄えて前記第１熱交換器に供給する第２蓄熱部と、
前記圧縮機に吸い込む空気の温度を検出する温度検出手段と、
前記圧縮機の吸込口の上流側に設けられ、通過する空気を温調する第３熱交換器と、
前記温度検出手段での検出温度が設定温度となるように、前記第３熱交換器で通過する空気を温調する制御手段と、
を備えている、圧縮空気貯蔵発電装置。
【請求項２】
前記設定温度として、少なくとも下限値を設定可能であり、
前記制御手段は、前記温度検出手段での検出温度が、前記設定温度の下限値よりも低い場合、前記第３熱交換器で前記圧縮機に吸い込む空気を加熱させる、請求項１に記載の圧縮空気貯蔵発電装置。
【請求項３】
前記設定温度は、上限値と下限値を有する所定の温度範囲からなり、
前記制御手段は、さらに、前記温度検出手段での検出温度が、前記設定温度の上限値よりも高い場合、前記第３熱交換器で前記圧縮機に吸い込む空気を冷却させる、請求項２に記載の圧縮空気貯蔵発電装置。
【請求項４】
前記第３熱交換器には、前記圧縮機に吸い込む空気を冷却する場合、前記第２蓄熱部に貯蔵された熱媒を使用し、前記圧縮機に吸い込む空気を加熱する場合、前記第１蓄熱部に貯蔵された熱媒を使用する、請求項１から３のいずれか１項に記載の圧縮空気貯蔵発電装置。
【請求項５】
前記第３熱交換器に吸い込む前の空気を温調する温調手段をさらに備えている、請求項１から４のいずれか１項に記載の圧縮空気貯蔵発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧縮空気貯蔵発電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
太陽光発電や太陽熱発電などの太陽エネルギーを利用した発電では、当日の日照状況に影響されて、発電出力が大きく変動する。例えば、夜間には発電できないし、雨天や曇天の日には発電出力が大きく減少する。さらに、ゴールデンウイークや盆休みの中日など、発電電力は大きいが需要が小さい日には、電力系統の問題から発電の停止を求められることもある。
【０００３】
一方、風車を用いた風力発電では、当日の風向や風力の変化によって、その発電出力が大きく変動する。複数の風車をまとめたウインドファームのような発電設備では、各風車の発電出力を加算することで、短周期の発電変動は平滑化できるものの、全体として見れば、発電出力が変動することは避けられない。さらに、台風の通過や冬の嵐など強風が吹く日には、風車を停止しなければならない場合がある。また、微風が続いて蓄電する必要がない日が続く場合もある。
【０００４】
このような再生可能エネルギーの不安定な出力を補償するために、電力貯蔵装置と組み合わせることが行われている。電力貯蔵装置としては、リチウム電池やＮＡＳ電池などの化学的二次電池が一般的であるが、圧縮空気の形で貯蔵して再発電する圧縮空気貯蔵（ＣＡＥＳ）技術も知られている。
【０００５】
特許出願人は特許文献１及び２に示すようなＣＡＥＳ技術を提案している。
特許文献１は、発電効率を向上させるために低温熱源の熱を再利用するものである。具体的には、電動機やインバータケーシング、圧縮機や膨張機の本体ケーシングから熱を回収している。
特許文献２は、寒冷地における円滑な暖気運転をおこなうために、低温で固化しやすい熱媒油を予熱するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１６−０４８０６３号公報
【特許文献２】特開２０１７−００８８８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
大気温度は、寒冷地と温暖地では大きく異なり、氷点下から４０℃を超える温度まで広く変化する。また、早朝と炎天下では一日の中で２０度近い温度差が生じることも珍しくはないし、晴天と曇天では外気温度にかなりの差が出る。
【０００８】
一般の圧縮機では、外気温度が変動して吸い込む空気の温度（吸込温度）に差が出ても、吐出温度に差が出るだけで特に大きな問題はない。しかしながら、特許出願人が提案したＣＡＥＳ技術では、吸込温度が変化して吐出温度が変化すると、充放電効率が低下したり安定的な発電ができなくなったりする。
【０００９】
具体的には、吸込温度が例えば０℃に低下した場合、吐出温度の低下を招き、吐出空気からの充分な熱回収ができない。このため、膨張機による再発電時の圧縮空気の予熱が充分にできず、発電性能の低下を招く。さらに温度低下して氷点下になった場合、機器内の配管で氷結する恐れがある。
【００１０】
一方、吸込温度が例えば４０℃に上昇した場合、吐出空気から十分に熱回収できるものの、最終的に空気タンクに導入される空気の温度が高くなる。このため、空気タンクに蓄積された圧縮空気から大量の熱エネルギーが放散され、やはり充放電効率の低下を招く。空気タンクに断熱処理を施すことも考えられるが、ＣＡＥＳ発電装置では空気タンクが大型化することもあり、実際には容易でない。
【００１１】
本発明は、外気温度の変化に影響されることなく、安定的に発電できる圧縮空気貯蔵発電装置及び方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、前記課題を解決するための手段として、
吸い込んだ空気を圧縮する圧縮機と、
前記圧縮機により圧縮された圧縮空気を蓄える蓄圧部と、
前記蓄圧部から供給される圧縮空気によって駆動される膨張機と、
前記膨張機と機械的に接続された発電機と、
前記圧縮機から前記蓄圧部に供給される圧縮空気と熱媒との間で熱交換することにより、圧縮空気を冷却し、熱媒を加熱する第１熱交換器と、
前記第１熱交換器で加熱された熱媒を蓄える第１蓄熱部と、
前記蓄圧部から前記膨張機に供給される圧縮空気と、前記第１蓄熱部から供給される熱媒との間で熱交換することにより、圧縮空気を加熱し、熱媒を冷却する第２熱交換器と、
前記第２熱交換器で冷却された熱媒を蓄えて前記第１熱交換器に供給する第２蓄熱部と、
前記圧縮機に吸い込む空気の温度を検出する温度検出手段と、
前記圧縮機の吸込口の上流側に設けられ、通過する空気を温調する第３熱交換器と、
前記温度検出手段での検出温度が設定温度となるように、前記第３熱交換器で通過する空気を温調する制御手段と、
を備えている、圧縮空気貯蔵発電装置を提供する。
【００１３】
この構成により、圧縮機に吸い込む空気を、第３熱交換器によって適切な温度に温調できる。この結果、圧縮機から吐出される空気を十分に昇温できなかったり、あるいは、高温になり過ぎて空気タンク（蓄圧部）で熱エネルギーが放散したりするといった不具合の発生を防止できる。
【００１４】
前記設定温度として、少なくとも下限値を設定可能であり、
前記制御手段は、前記温度検出手段での検出温度が、前記設定温度の下限値よりも低い場合、前記第３熱交換器で前記圧縮機に吸い込む空気を加熱させるようにすればよい。
【００１５】
前記設定温度は、上限値と下限値を有する所定の温度範囲からなり、
前記制御手段は、さらに、前記温度検出手段での検出温度が、前記設定温度の上限値よりも高い場合、前記第３熱交換器で前記圧縮機に吸い込む空気を冷却させるようすればよい。
【００１６】
これらの構成により、圧縮機から吐出される空気温度の変動を所望の範囲内に抑えることができる。
【００１７】
前記第３熱交換器には、前記圧縮機に吸い込む空気を冷却する場合、前記第２蓄熱部に貯蔵された熱媒を使用し、前記圧縮機に吸い込む空気を加熱する場合、前記第１蓄熱部に貯蔵された熱媒を使用するのが好ましい。
【００１８】
この構成により、既存の設備を有効利用して圧縮機に吸い込む空気の温度を安定させることができる。
【００１９】
前記圧縮機に吸い込む前の空気を温調する温調手段をさらに備えているのが好ましい。
【００２０】
この構成により、より一層効果的に圧縮機に吸い込む空気を温調できる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、圧縮機に吸い込む空気を温調しているので、圧縮機から吐出する空気の温度が大きく変動することを防止でき、発電時の状態を安定させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】第１実施形態に係るＣＡＥＳ発電装置の概略図である。
【図２】図１のＣＡＥＳ発電装置に採用される制御装置のブロック図である。
【図３】図２の制御装置で実行される発電処理のフローチャートである。
【図４】第２実施形態に係るＣＡＥＳ発電装置の概略図である。
【図５】第３実施形態に係るＣＡＥＳ発電装置の概略図である。
【図６】第４実施形態に係るＣＡＥＳ発電装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明に係る実施形態を添付図面に従って説明する。なお、以下の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物、あるいは、その用途を制限することを意図するものではない。また、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは相違している。
【００２４】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る圧縮空気貯蔵（ＣＡＥＳ：compressed air energy storage）発電装置の概略を示す。ＣＡＥＳ発電装置１は、再生可能エネルギーを利用して発電する発電装置の出力変動を平準化して電力系統に電力を供給すると共に、電力需要の変動に合わせた電力を電力系統に供給する。ＣＡＥＳ発電装置は、空気流路系２と、熱媒流路系３とに分けて把握できる。
【００２５】
（空気流路系）
空気流路系２には、圧縮機４、第１熱交換器５、蓄圧部の一例である蓄圧タンク６、第２熱交換器７、及び膨張機８が、空気の流動方向に向かってこの順で設けられている。また、圧縮機４の吸込口４ａの上流側には第３熱交換器９が設けられている。圧縮機４及び第１熱交換器５は、直列に接続された１組が３組並列に設けられている。第２熱交換器７及び膨張機８も、直列に接続された１組が３組並列に設けられている。空気流路系２は、空気流路１０ａ〜１０ｄを備える。図１では、空気流路１０ａ〜１０ｄを実線で図示している。
【００２６】
圧縮機４には、電動機１１が機械的に接続されている。電動機１１には、図示しない発電装置が電気的に接続されている。発電装置は、これらに限定されないが、風力、太陽光、太陽熱のような再生可能エネルギーにより発電する。電動機１１は、発電装置からの変動する入力電力によって駆動される。各圧縮機４の吸込口４ａは、空気流路１０ａの分岐した個別流路１０ａ１にそれぞれ流体的に接続されている。空気流路１０ａの分岐前の共通流路１０ａ２には第３熱交換器９が設けられている。各圧縮機４の吐出口４ｂは、空気流路１０ｂの分岐した個別流路１０ｂ１にそれぞれ接続され、合流した共通流路１０ｂ２を介して蓄圧タンク６の入口に流体的に接続されている。分岐した各個別流路１０ｂ１には、第１熱交換器５がそれぞれ設けられている。また、共通流路１０ｂ２には開閉制御可能な弁Ｖ１が設けられている。
【００２７】
本実施形態の圧縮機４は、スクリュ式である。スクリュ式の圧縮機４は、回転数制御可能であるため、不規則に変動する入力電力に応答性良く追従でき、ＣＡＥＳ発電装置の構成要素として好ましい。圧縮機４は、スクロール式、ターボ式、レシプロ式のようなスクリュ式以外のものでもよい。
【００２８】
蓄圧タンク６は、圧縮空気を蓄えてエネルギーとして蓄積できる。蓄圧タンク６の出口には、空気流路１０ｃの共通流路１０ｃ１が接続されている。共通流路１０ｃ１には弁Ｖ２が設けられている。共通流路１０ｃ１から分岐した個別流路１０ｃ２は膨張機８の給気口８ａとそれぞれ流体的に接続されている。各個別流路１０ｃ２には、第２熱交換器７がそれぞれ設けられている。
【００２９】
各膨張機８には、発電機１２がそれぞれ機械的に接続されている。各発電機１２は図示しない電力系統に電気的に接続されている。膨張機８の排気口８ｂは、排気のための空気流路１０ｄに流体的に接続されている。
【００３０】
本実施形態の膨張機８は、スクリュ式である。スクリュ式の膨張機８は、回転数制御可能である点で、ＣＡＥＳ発電装置の構成要素として好ましい。膨張機８は、スクロール式、ターボ式、レシプロ式のようなスクリュ式以外のものでもよい。
【００３１】
（熱媒流路系）
熱媒流路系３には、第１熱交換器５、第１蓄熱部の一例である第１蓄熱タンク１３、第２熱交換器７、及び、第２蓄熱部の一例である第２蓄熱タンク１４が、熱媒の流動方向に向かってこの順で設けられている。第１蓄熱タンク１３には第３熱交換器９が並列接続されている。熱媒流路系３は、熱媒流路１５ａ〜１５ｃを備える。図１では、熱媒流路１５ａ〜１５ｃを点線で図示している。熱媒流路１５ａ、１５ｂには、ポンプ１６Ａ，１６Ｂの駆動により熱媒が循環可能となっている。また、熱媒流路１５ｃには、ポンプ１６Ｃの駆動により熱媒が循環可能となっている。熱媒の種類は特に限定されないが、例えば鉱物油系またはグリコール系の熱媒を使用できる。
【００３２】
第１蓄熱タンク１３は断熱構造を有している。第１蓄熱タンク１３には、第１熱交換器５によって圧縮空気から吸熱して高温となった熱媒が蓄えられる。第１蓄熱タンク１３に蓄えられる熱媒の温度は、第１温度検出センサ１７によって検出され、後述する制御装置２１に入力される。第２蓄熱タンク１４には、第２熱交換器７によって圧縮空気に放熱して低温となった熱媒が蓄えられる。第２蓄熱タンク１４に蓄えられる熱媒の温度は、第２温度検出センサ１８によって検出され、後述する制御装置２１に入力される。
【００３３】
各第１熱交換器５は、第２蓄熱タンク１４から延びる熱媒流路１５ａの共通流路１５ａ１から分岐した個別流路１５ａ２の途中にそれぞれ設けられている。各個別流路１５ａ２には、第１熱交換器５に至るまでに開閉制御可能な弁Ｖ３と、ポンプ１６Ａとがそれぞれ設けられている。各個別流路１５ａ２は共通流路１５ａ３に合流して第１蓄熱タンク１３に流体的に接続されている。
【００３４】
各第２熱交換器７は、第１蓄熱タンク１３から延びる熱媒流路１５ｂの共通流路１５ｂ１から分岐した個別流路１５ｂ２の途中にそれぞれ設けられている。各個別流路１５ｂ２には、第２熱交換器７に至るまでに開閉制御可能な弁Ｖ４と、ポンプ１６Ｂとがそれぞれ設けられている。各個別流路１５ｂ２は共通流路１５ｂ３に合流して第２蓄熱タンク１４に流体的に接続されている。
【００３５】
第３熱交換器９は、第１蓄熱タンク１３に接続される共通流路１５ｂ１から分岐し、第１蓄熱タンク１３に還流する熱媒流路１５ｃの途中に設けられている。熱媒流路１５ｃの途中には、第１蓄熱タンク１３と第３熱交換器９との間の合流点に第２蓄熱タンク１４から延びる迂回流路１５ｄが接続されている。熱媒流路１５ｃには、第１蓄熱タンク１３と合流点との間に開閉制御可能な弁Ｖ５が設けられ、合流点と第３熱交換器９との間に開閉制御可能な弁Ｖ６及びポンプ１６Ｃが設けられている。また、迂回流路１５ｄにも開閉制御可能な弁Ｖ７が設けられている。弁Ｖ５及びＶ６を開放し、Ｖ７を閉鎖した状態であれば、第１蓄熱タンク１３内の高温の熱媒が第３熱交換器９に供給されて循環する。弁Ｖ５を閉鎖し、弁Ｖ６及びＶ７を開放した状態であれば、第２蓄熱タンク１４内の低温の熱媒が第３熱交換器９に供給されて循環する。第３熱交換器９は、圧縮機４に供給される空気を温調して所定の温度に加温又は降温する。
【００３６】
（圧縮機ユニット）
圧縮機４、電動機１１、第１熱交換器５、ポンプ１６Ａは、圧縮機ユニット１９を構成する。圧縮機ユニット１９は、複数台の多段式圧縮機４を備えている。圧縮機１台当たり、複数の第１熱交換器５を備えていてもよい。
【００３７】
（発電機ユニット）
膨張機８、発電機１２、第２熱交換器７、ポンプ１６Ｂは、発電機ユニット２０を構成する。発電機ユニット２０は、複数台の多段式膨張機８を備えている。膨張機１台当たり、複数の第２熱交換器７を備えていてもよい。
【００３８】
（制御装置）
図２は、図１のＣＡＥＳ発電装置に採用される制御装置２１のブロック図である。制御装置２１は、ＣＰＵ(Central Processing Unit)、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）のような記憶装置を含むハードウェアと、それに実装されたソフトウェアにより構築される制御手段の一例である。図２に示すように、制御装置２１は、温度検出手段の一例である、外気温度を検出する外気温度検出センサ２２、第１蓄熱タンク１３内の熱媒の温度を検出する第１温度検出センサ１７、及び、第２蓄熱タンク１４内の熱媒の温度を検出する第２温度検出センサ１８等からの入力信号に基づいて、発電機１２、ポンプ１６Ａ〜１６Ｃ、弁Ｖ１〜Ｖ７等を駆動制御する。
【００３９】
次に、前記構成からなるＣＡＥＳ発電装置１の動作を図３のフローチャートに従って説明する。ここでは、制御装置２１による制御内容を中心に、充電運転と発電運転とに分けて説明する。
【００４０】
（充電運転）
充電運転（ステップＳ１）では、発電装置からの電力により電動機１１を駆動し、各圧縮機４を作動させる（ステップＳ１−１）。弁Ｖ１，Ｖ３を開放し、弁Ｖ２，Ｖ４を閉鎖する（ステップＳ１−２）。そして、ポンプ１６Ａを作動させる（ステップＳ１−３）。なお、弁Ｖ２，Ｖ４を閉鎖している状態において、通常は、ポンプ１６Ｂを作動させる必要はない。
【００４１】
ここで、外気温度検出センサ２２で検出される外気温度ｔoを読み込む（ステップＳ１−４）。そして、読み込んだ外気温度ｔoと予め記憶させてある設定温度Ｔ（例えば、２０℃）とを比較する(ステップＳ１−５）。
【００４２】
外気温度ｔoが設定温度Ｔと合致している場合（ステップＳ１−５：ｔo＝Ｔ）、圧縮機４で吸い込んだ空気を圧縮して得られる圧縮空気を適正温度とできる。例えば、外気温度が２０℃の場合、圧縮機４から吐出される圧縮空気の温度が約１４８℃の適正温度となる。この場合、圧縮機４の駆動により、圧縮機４内が外気が吸い込まれて圧縮され、圧縮空気となって第１熱交換器５へと流動する。第１熱交換器５では、ポンプ１６Ａの作動により第２蓄熱タンク１４内の熱媒が供給され、圧縮空気と熱媒との間で熱交換される。前述の通り、圧縮空気は適正温度に昇温されているため、熱媒との間での熱交換により熱媒を十分に加熱させることができる。また、圧縮空気は、ほぼ外気温度に近い値まで降温させることができ、蓄圧タンク６に圧送されて貯蔵される。
【００４３】
外気温度ｔoが設定温度Ｔよりも低い場合（ステップＳ１−５：ｔo＜Ｔ）、圧縮機４で吸い込んだ空気を圧縮して得られる圧縮空気の温度を十分に昇温できない。例えば、外気温度が０℃の場合、圧縮機４から吐出される圧縮空気の温度が約１２０℃までしか上昇しない。このため、第１熱交換器５で圧縮空気と熱交換する熱媒を十分に加熱することが難しくなる。
【００４４】
そこで、次のようにして第３熱交換器９により熱媒を加熱する。
第１温度検出センサ１７で第１蓄熱タンク１３内の熱媒の温度である高温熱媒温度ｔｈを読み込む（ステップＳ１−６）。読み込んだ高温熱媒温度と、設定温度と外気温度との差と、第３熱交換器９を流動させる圧縮空気の単位時間当たりの流量とに基づいて、第３熱交換器９を流動させる熱媒の単位時間当たりの流量を算出する。そして、算出された流量が得られるように、ポンプ１６Ｃの駆動回転数を決定する（ステップＳ１−７）。また、弁Ｖ５及び弁Ｖ６を開放し、弁Ｖ７を閉鎖する（ステップＳ１−８）。さらに、ステップＳ１−７で決定した駆動回転数に基づいてポンプ１６Ｃの駆動を開始する（ステップＳ１−９）。これにより、第３熱交換器９を通過して圧縮機４へと供給される空気温度を所望の値へと昇温できる。この結果、圧縮機４から吐出される圧縮空気の温度を適正値として、第１熱交換器５で熱媒との熱交換により、蓄圧タンク６の貯蔵に適した温度すなわち外気温度に近い値まで降下させることができる。
【００４５】
一方、外気温度ｔoが設定温度Ｔよりも高い場合（ステップＳ１−５：ｔo＞Ｔ）、圧縮機４で吸い込んだ空気を圧縮して得られる圧縮空気の温度が高くなり過ぎてしまう。例えば、外気温度が４０℃の場合、圧縮機４から吐出される圧縮空気の温度が約１７７℃の高温状態となる。このため、第１熱交換器５で圧縮空気を冷却し切れずに蓄圧タンク６に貯蔵されることになる。例えば、圧縮空気の温度が約１７７℃になる例では、第１熱交換器５を通過しても約６０℃までしか冷却できない。したがって、蓄圧タンク６に貯蔵しても、外気温度である４０℃付近まで周囲に放熱することになり、エネルギー効率が悪い。
【００４６】
そこで、次のようにして第３熱交換器９により熱媒を冷却する。
第２温度検出センサ１８で第２蓄熱タンク１４内の熱媒の温度である低温熱媒温度ｔｌを読み込む（ステップＳ１−１０）。読み込んだ低温熱媒温度と、設定温度と外気温度との差と、第３熱交換器９を流動させる圧縮空気の単位時間当たりの流量とに基づいて、第３熱交換器９を流動させる熱媒の単位時間当たりの流量を算出する。そして、算出された流量が得られるように、ポンプ１６Ｃの駆動回転数を決定する（ステップＳ１−１１）。また、弁Ｖ５を閉鎖し、弁Ｖ６及びＶ７を開放する（ステップＳ１−１２）。さらに、ステップＳ１−１１で決定した駆動回転数に基づいてポンプ１６Ｃの駆動を開始する（ステップＳ１−１３）。これにより、第３熱交換器９を通過して圧縮機４へと供給される空気温度を所望の値へと降温でき、前記同様、圧縮空気を蓄圧タンク６の貯蔵に適した温度すなわち外気温度に近い値まで降下させることができる。
【００４７】
（発電運転）
発電運転では、弁Ｖ２，Ｖ４を開放し、弁Ｖ１，Ｖ３を閉鎖する。また、ポンプ１６Ｂを作動させる。なお、弁Ｖ１，Ｖ３を閉鎖している状態において、通常は、ポンプ１６Ａを作動させる必要はない。ポンプ１６Ｂの作動により、蓄圧タンク６から送出された圧縮空気が、空気流路１０ｃを通って膨張機８の給気口８ａに供給される。圧縮空気は、膨張機８に供給される前に、第２熱交換器７を通過して、第１蓄熱タンク１３からの熱媒と熱交換されることにより加熱される。第１蓄熱タンク１３に貯留される熱媒は、前述の充電運転で十分に加熱されている。したがって、圧縮空気を十分に加熱できる。十分に加熱された圧縮空気は、給気口８ａを介して膨張機８内に供給される。これにより、膨張機８が作動し、発電機１２が駆動する。発電機１２で発電した電力は電力系統に供給される。膨張機８で膨張された空気は、排気口８ｂから空気流路１０ｄを通って排気される。第２熱交換器７で圧縮空気に放熱することにより降温した熱媒は、第２蓄熱タンク１４に貯蔵される。
【００４８】
このように、充電運転では、圧縮機４に吸い込まれる外気温度に基づいて、圧縮機４が吐出される圧縮空気の温度が設定温度となるように、第３熱交換器９で通過する空気を温調している。したがって、外気温度が低くて第１蓄熱タンク１３に貯留する熱媒を十分に加熱できずに、発電時に膨張機８に供給する圧縮空気を所望温度まで昇温できなくなるといったことがなくなる。また逆に、外気温度が高くて蓄圧タンク６に貯蔵する圧縮空気が高温のままとなって放熱によるエネルギーロスが発生することもない。
【００４９】
なお、前記第１実施形態では、圧縮機４に吸い込む空気の温度（外気温度）が高い場合には冷却するようにしたが、外気温度が低い場合の対策が重要であるので、圧縮空気を冷却する構成は必ずしも必要なものではない。
【００５０】
また、前記第１実施形態では、圧縮機４に吸い込む空気の温度（外気温度ｔo）を設定温度Ｔとなるように温調するようにしたが、設定温度Ｔに幅を持たせ、外気温度ｔoが設定範囲内にあれば温調を行わないようにしてもよい。そして、外気温度が設定範囲の下限値を下回った場合のみ、第３熱交換器９で通過する空気を加熱し、上限値を上回った場合にのみ冷却するようにすればよい。例えば、設定範囲を１８℃〜２２℃とした場合、外気温度が１８℃よりも低くなることにより第３熱交換器９で通過する空気を加熱し、２２℃よりも高くなることにより冷却すればよい。
【００５１】
（第２実施形態）
図４は、第２実施形態に係るＣＡＥＳ発電装置１の概略図を示す。第２実施形態に係るＣＡＥＳ発電装置１では、圧縮機４及び膨張機８をそれぞれ２段式としている。なお、以下の説明では、第１実施形態で説明したＣＡＥＳ発電装置１と同様な構成については同一符号を付してその説明を省略する。
【００５２】
圧縮機ユニット１９では、第１圧縮機４Ａで圧縮した空気を第２圧縮機４Ｂでさらに圧縮するようにしている。ここでは、第１圧縮機４Ａ及び第２圧縮機４Ｂは個別の電動機１１Ａ．１１Ｂで駆動するようにしているが、同一の電動機で駆動するようにしてもよい。また、２つの第１熱交換器５Ａ，５Ｂを設け、第１圧縮機４Ａから吐出された圧縮空気と、第２圧縮機４Ｂから吐出された圧縮空気とを、それぞれ第１熱交換器５Ａ，５Ｂで熱媒に吸熱させて冷却するようにしている。そして、いずれの第１熱交換器５Ａ，５Ｂを通過した熱媒も第１蓄熱タンク１３に貯蔵するようにしている。第１熱交換器５Ａ，５Ｂに向かう熱媒流路１５ａは、個別流路１５ａ２からさらに２つに分岐し、それぞれに弁Ｖ３ａ、Ｖ３ｂが設けられている。
【００５３】
また、発電機ユニット２０では、第１膨張機８Ａで膨張させた空気を第２膨張機８Ｂでさらに膨張させるようにしている。この場合、２つの第２熱交換器７Ａ，７Ｂを設け、第１膨張機８Ａに供給する圧縮空気と、第２膨張機８Ｂに供給する第１膨張機８Ａからの圧縮空気とに対して、それぞれ第２熱交換器７Ａ，７Ｂを通過させる熱媒から放熱させて加熱するようにしている。各第２熱交換器７Ａ，７Ｂに向かう熱媒流路１５ｂは、個別流路１５ｂ２からさらに２つに分岐し、それぞれに弁Ｖ４ａ、Ｖ４ｂが設けられている。そして、いずれの第２熱交換器７Ａ，７Ｂを通過した熱媒も第２蓄熱タンク１４に貯蔵するようにしている。
【００５４】
前記第２実施形態に係るＣＡＥＳ発電装置１によれば、第１圧縮機４Ａからの圧縮空気を１つ目の第１熱交換器５Ａで吸熱した後、第２圧縮機４Ｂを通過した圧縮空気をさらに２つ目の第１熱交換器５Ｂで吸熱する２段階の冷却を行うことができる。したがって、第１蓄熱タンク１３に貯蔵可能な熱媒の温度を高めることができる。また、２つの第２熱交換器７Ｂにより２段階で圧縮空気を加熱している。したがって、第１膨張機８Ａ及び第２膨張機８Ｂでの膨張をスムーズに行わせ、発電機１２による発電を適切に行わせることが可能となる。
なお、圧縮機４及び膨張機８は３段以上で設けることも可能である。
【００５５】
（第３実施形態）
図５は、第３実施形態に係るＣＡＥＳ発電装置１の概略図を示す。第３実施形態に係るＣＡＥＳ発電装置１では、第３熱交換器９に供給する熱媒は、熱媒流路系３とは別に設けた熱媒流路１５ｄで循環させる。なお、以下の説明では、第１実施形態で説明したＣＡＥＳ発電装置１と同様な構成については同一符号を付してその説明を省略する。
【００５６】
第３熱交換器９に熱媒を供給するための熱媒流路１５ｄには、温度調整器２３、ポンプ１６Ｄ及び逆止弁２４がこの順で設けられている。温度調整器２３としては、外部電源に接続されたヒータや、隣接する系外のボイラの排熱を利用するものが挙げられる。また、温度調整器２３として加熱及び冷却能力を備えた熱媒を利用した構成とすることもできる。
【００５７】
温度調整器２３として加熱能力を備えたものを採用する場合、ポンプ１６Ｄの駆動は、外気温度検出センサ２２で検出される外気温度に基づいて制御すればよい。すなわち、外気温度が低ければ、ポンプ１６Ｄの駆動回転数を増大させ、逆に高ければ減少又は停止させるようにすればよい。この場合、熱媒流路１５ｄに、温度調整器２３で温調された熱媒の温度を検出する熱媒温度検出センサを設け、その検出温度に基づいて温度調整器２３による加熱能力を調整するようにしてもよい。これにより、外気温度の違いに拘わらず、第３熱交換器９を熱媒の温度を所定範囲内に安定させることができる。
【００５８】
前記第３実施形態に係るＣＡＥＳ発電装置１によれば、圧縮空気を冷却及び加熱する熱媒を利用することなく、温度調整器２３を設けるだけのシンプルな構成にて圧縮機４に吸い込ませる空気を温調できる。
【００５９】
（第４実施形態）
図６は、第４実施形態に係るＣＡＥＳ発電装置１の概略図を示す。第４実施形態に係るＣＡＥＳ発電装置１では、第１実施形態に係るＣＡＥＳ発電装置１の構成に加えて、第３実施形態の特徴部分である温度調整器２３を備えている。構成部品や流路は全て前述の各実施形態で説明したものと同様であり、それぞれの説明については省略する。
【００６０】
すなわち、空気流路１０の第３熱交換器９の上流側に第４熱交換器２５を設け、この第４熱交換器２５に温度調整器２３で加熱した熱媒を供給するようにしている。これにより、外気温度が低くて第３熱交換器９だけでは十分に昇温できない場合であっても、温度調整器２３で昇温した熱媒を供給する第４熱交換器２５によって加熱不足を補うことができる。
【００６１】
なお、本発明は、前記実施形態に記載された構成に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。
【００６２】
前記実施形態では、蓄熱タンクに貯蔵した熱媒を利用して熱交換器で通過する空気を加熱又は冷却したり、温度調整器２３で直接通過する空気を加熱又は冷却したりしたが、特許文献２に記載のように、潤滑油及びケーシングからの回収熱等の余剰熱を利用するようにしてもよい。
【００６３】
前記実施形態では、圧縮機と膨張機を別々に設けたものを示したが、圧縮機を逆回転させて膨張機とし、圧縮機と膨張機を兼用するようにしてもよい。この場合、電動機が発電機として機能する。
【符号の説明】
【００６４】
１…ＣＡＥＳ発電装置
２…空気流路系
３…熱媒流路系
４，４Ａ，４Ｂ…圧縮機
４ａ…吸込口
５，５Ａ，５Ｂ…第１熱交換器
６…蓄圧タンク（蓄圧部）
７，７Ａ，７Ｂ…第２熱交換器
８、８Ａ，８Ｂ…膨張機
９…第３熱交換器
１０…空気流路
１１，１１Ａ，１１Ｂ…電動機
１２，１２Ａ，１２Ｂ…発電機
１３…第１蓄熱タンク（第１蓄熱部）
１４…第２蓄熱タンク（第２蓄熱部）
１５ａ〜１５ｃ…熱媒流路
１６Ａ〜１６Ｄ…ポンプ
１７…第１温度検出センサ
１８…第２温度検出センサ
１９…圧縮機ユニット
２０…発電機ユニット
２１…制御装置（制御手段）
２２…外気温度検出センサ（温度検出手段）
２３…温度調整器
２４…逆止弁
２５…第４熱交換器
Ｖ１〜Ｖ７…弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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