(57)【要約】  本発明は、ガスおよび液体を含む流体を貯蔵および送出するためのデバイスに関する。前記デバイスは、流体を貯蔵するための少なくとも１つの容器（１）と、ガス入口（２）およびガス出口と、液体用の入口および出口と、流体を貯蔵するための容器（１）内にガスを注入するための少なくとも１つの設備（８）と、圧縮ガスを排気するためにガス出口に対して連結された少なくとも１つの排出設部（９）と、液体放出手段と、少なくとも１つのモータ群（１５）とを備える。少なくとも１つのモータ群（１５）は、液体入口を経由して流体を貯蔵するための容器（１）内に圧縮された液体を注入するための少なくとも１つのポンプ（１７）および少なくとも１つのモータ（１８）を備える。
2014515339.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスおよび液体を含む流体を貯蔵および送出するためのデバイスであって、
ガス収容部分および液体収容部分を備える少なくとも１つの流体貯蔵容器（１）と、
前記流体貯蔵容器（１）の前記ガス収容部分に開口した、ガス源（２）に対して連結される吸入ポート（３６）および前記ガス用の排出ポート（３６）と、
前記容器の前記液体収容部分に開口した、液体吸入ポート（３５）および液体排出ポート（３５）と、
前記流体貯蔵容器（１）内に貯蔵圧力にて圧縮ガスを注入するための、ガス源に対しておよび前記ガス吸入ポート（３６）に対して連結された少なくとも１つの圧縮設備（８）と、
前記圧縮ガスを放出するための、前記ガス排出ポート（３６）に対して連結された少なくとも１つの放出設備（９）と、
前記液体を放出するための手段と、
を備えるデバイスにおいて、
液体源（２２、４０）に対しておよび前記液体吸入ポート（３５）に対して連結された少なくとも１つのモータ群（１５）であって、前記液体吸入ポート（３５）を通り前記流体貯蔵容器（１）内に圧縮液体を注入するために少なくとも１つのポンプ（１７）および少なくとも１つのモータ（１８）を備える、少なくとも１つのモータ群（１５）をさらに備えることを特徴とする、デバイス。
【請求項２】
前記流体貯蔵容器（１）内において前記ガスと前記液体との間に分離手段を備える、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記分離手段は、前記流体貯蔵容器（１）内の圧力下において変形し得る可撓性膜を含む、請求項２に記載のデバイス。
【請求項４】
前記ガスと前記液体との間の前記分離手段は、前記流体貯蔵容器（１）内において前記液体と前記ガスとの間に分離表面を画定する剛性かつ可動の隔壁（２３）を備え、
前記隔壁（２３）は、前記流体貯蔵容器（１）を圧迫する軸受表面（３０）を備え、前記軸受表面（３０）は、前記分離表面の各側へと偏心して位置する、請求項２に記載のデバイス。
【請求項５】
前記隔壁は、シール（２４）を周囲に備える、請求項４に記載のデバイス。
【請求項６】
前記隔壁（２３）の前記軸受表面（３０）は、前記流体貯蔵容器（１）内における前記隔壁（２３）の移動を容易にするためにローラ機構を備える、請求項４または５に記載のデバイス。
【請求項７】
前記軸受表面（３０）は、前記隔壁（２３）の周囲に沿って連続的なものである、請求項４から６までのいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項８】
前記軸受表面（３０）は、前記隔壁の前記周囲に沿って不連続に分布する、請求項４から６のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項９】
各軸受表面（３０）と前記容器（１）との間の単位接触面積は、前記軸受表面（３０）に応じて異なる、請求項８に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記液体収容部分は、一方においては、前記ガス収容部分内の液体を前記液体収容部分へと運ぶことが可能なポンプを備える第１の管により、および他方においては、前記液体収容部分内のガスを前記ガス収容部分へと運ぶことが可能な圧縮機を備える第２の管により、前記ガス収容部分に対して連結される、請求項１から９のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項１１】
前記圧縮設備（８）において前記ガスを圧縮する際に、および前記膨張設備（９）において前記ガスを膨張させる際に、前記ガスと熱伝達流体（８６）との間において熱を交換するためのシステムを備える、請求項１から１０のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項１２】
前記熱交換システムは、前記ガス圧縮により加熱された前記熱伝達流体（８６）を貯蔵するための蓄熱体（８４、９１）を備え、前記蓄熱体は、断熱され、前記熱伝達流体を圧縮するための手段を備える、請求項１１に記載のデバイス。
【請求項１３】
前記蓄熱体（８４）は、前記流体貯蔵容器（１）の前記ガス収容部分の内部に配置され、前記流体貯蔵容器（１）内の前記ガスおよび前記蓄熱体（８４、９１）内の前記熱伝達流体と連動するプランジャを備える、請求項１２に記載のデバイス。
【請求項１４】
前記蓄熱体（８４、９１）は、前記流体貯蔵容器（１）の外部に配置され、熱伝達流体を供給される部分と、圧縮ガスを供給される部分とを備え、前記２つの部分は、前記２つの部分の間の液密性を確保するために前記蓄熱体（８４、９１）内に配置された隔壁の各側に位置する、請求項１２に記載のデバイス。
【請求項１５】
前記熱伝達流体（８６）は水である、請求項１１から１４のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項１６】
前記液体吸入ポート（３５）は、前記液体排出ポート（３５）と組み合わされる、請求項１から１５のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項１７】
前記ガス吸入ポート（３６）は、前記ガス排出ポート（３６）と組み合わされる、請求項１から１６のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項１８】
複数の流体貯蔵容器（１ａ〜１ｅ）を備え、前記ガス吸入／排出ポート（３６）上の弁（７０）のセットおよび前記液体吸入／排出ポート（３５）上の弁（９９）のセットを備え、前記弁（７０、９９）のセットにより、前記ガスが注入される前記容器（１ａ〜１ｅ）および前記ガスが排出される前記容器（１ａ〜１ｅ）の選択が可能になる、請求項１から１７のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項１９】
前記ガスは空気であり、前記液体は水である、請求項１から１８のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項２０】
前記放出設備（９）は、少なくとも１つの減圧機（１０）と前記圧縮ガス（２）の前記膨張により電気エネルギーを生成するための発電機（１１）とを備える、膨張設備を備える、請求項１から１９のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項２１】
前記放出設備（９）は、産業プロセスにおいて前記膨張ガスを使用するために前記膨張設備に対して連結された産業設備をさらに備える、請求項２０に記載のデバイス。
【請求項２２】
前記放出設備（９）は、産業プロセスにおいて前記圧縮ガスを使用するために前記ガス排出ポート（３６）に対して連結された産業設備をさらに備える、請求項２０に記載のデバイス。
【請求項２３】
前記放出設備（９）は、前記ガスを前記産業設備により必要とされる圧力にするための手段を備える、請求項２１または２２に記載のデバイス。
【請求項２４】
前記放出手段は、前記液体排出ポートに対して連結された発電機群（１６）を備え、
前記発電機群（１６）は、タービン（１９）および発電機（２０）を備え、前記放出される液体は、前記発電機（２０）による電気エネルギーの生成のために前記タービン（１９）を通過する、請求項１から２３のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項２５】
前記モータ群（１５）を調整および制御するためのシステムと、前記発電機群（１６）を調整および制御するためのシステムとを備える、請求項２０から２３および請求項２４のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項２６】
請求項２５に記載のデバイスにおいて圧縮ガスを貯蔵および送出するための方法であって、
ガス貯蔵ステップであって、以下のサブステップ、すなわち、
前記圧縮設備（８）において前記ガスを圧縮するサブステップ、
前記ガス吸入ポート（３６）を通り前記流体貯蔵容器（１）内に前記ガスを注入するサブステップ、および
前記ガスを注入する前記サブステップと同時に、前記液体を放出するために前記発電機群（１６）を調整および制御するための前記システムを用いて、前記液体排出ポート（３５）を通り前記発電機群（１６）の方向に液体を放出することにより、前記液体貯蔵容器（１）内の圧力を一定に維持するサブステップ
を含む、ステップと、
ガス送出ステップであって、以下のサブステップ、すなわち
前記液体源（２２、４０）から前記液体吸入ポート（３５）を通して前記流体貯蔵容器（１）内に液体を注入するサブステップ、および
前記液体を注入する前記サブステップと同時に、前記液体を注入するために前記モータ群（１５）を調整および制御するための前記システムを用いて、前記放出設備（９）の方向にガスを放出することにより、前記流体貯蔵容器（１）内の圧力を一定に維持するサブステップ
を含む、ステップと、
を含む、方法。
【請求項２７】
前記ガス貯蔵ステップおよび前記ガス送出ステップは、同時に実施される、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記モータ群（１５）、前記発電機群（１６）、前記圧縮設備（８）、および前記膨張設備（９）が停止され、かつ前記流体貯蔵容器（１）が圧縮されたガス（２）および液体（３）を収容する状態から、請求項２５に記載のデバイスを始動するための方法であって、
エネルギーレベルの要求を認識するステップと、
前記流体貯蔵容器（１）から前記ガス（２）を放出することにより、前記膨張設備（９）を始動し、前記要求されたエネルギーレベルを達成するように前記膨張設備（９）の出力を上昇させるステップと、
始動および上昇させる前記ステップと同時に、前記発電機群（１６）を始動し、前記発電機群（１６）の出力を上昇させることにより、前記流体貯蔵容器（１）から液体（３）を放出することによって前記要求されたエネルギーを生成させるステップであって、前記発電機群（１６）を調整および制御するための前記システムは、前記流体貯蔵容器内の圧力降下を制御する、ステップと、
前記設備（９）の前記出力が上昇されるにつれて、前記発電機群（１６）の前記出力を漸減的に低下させるステップであって、前記発電機群（１６）は、前記膨張設備（９）が前記要求されたエネルギーを生成している場合に、停止される、ステップと、
低下させる前記ステップの後に、前記モータ群（１５）を始動させ、前記膨張設備（９）の前記出力を上昇させるのと同時に前記モータ群（１５）の出力を上昇させるステップであって、前記モータ群（１５）を調整および制御するための前記システムは、所望の圧力が達成されるまで、前記流体貯蔵容器（１）内の圧力の上昇を制御する、ステップと、
請求項２６または２７に記載の貯蔵および送出の前記方法を実施するステップと、
を含む、方法。
【請求項２９】
前記デバイスは、前記ガス送出ステップにあり、前記方法は、以下のサブステップ、すなわち、
前記膨張設備（９）により供給されているものを超過するエネルギーレベルに対する要求を認識するサブステップと、
前記膨張設備（９）の前記出力を上昇させるサブステップと、
上昇させる前記サブステップと同時に、前記モータ群（１５）の前記出力を低下させることにより前記デバイスにより多くのエネルギーを生成させるサブステップと、
前記モータ群（１５）が停止するまで、前記モータ群（１５）の前記出力が低下され、前記要求されたエネルギーレベルが前記デバイスにより達成されていない場合に、
前記発電機群（１６）をオンにし、前記要求されたレベルのエネルギーを供給するために、前記流体貯蔵容器（１）の前記液体排出ポート（３５）を通り液体を放出することによって、前記発電機群（１６）の出力を上昇させ、
前記デバイスが前記要求されたエネルギーレベルに達したときに、前記膨張設備（９）からの前記出力が上昇するにつれて、前記発電機群（１６）の前記出力を漸減的に低下させ、
前記発電機群（１６）が停止したときに、前記流体貯蔵容器（１）内の所与の圧力を回復するために、前記モータ群（１５）をオンにし、前記膨張設備（９）の前記出力を上昇させるサブステップと同時に前記モータ群（１５）の出力を上昇させるサブステップと
そうでない場合には、前記デバイスが前記要求されたエネルギーレベルに達したときに、前記流体貯蔵容器（１）内の所与の圧力を回復するために、前記膨張設備（９）の前記出力を上昇させる前記サブステップと同時に前記モータ群（１５）の前記出力を上昇させるサブステップと、
前記送出ステップの前記サブステップを再開するサブステップと、
を含む、移行ステップを含む、請求項２６に記載の方法。
【請求項３０】
前記デバイスは、前記ガス貯蔵ステップにあり、前記方法は、以下のサブステップ、すなわち、
前記圧縮設備（８）に対して供給されるエネルギーレベルの変動を認識するサブステップと、
前記変動が低下である場合に、前記発電機群（１６）からの前記出力を上昇させて、前記流体貯蔵容器（１）から液体を放出することにより前記圧縮設備（８）に必要な補償エネルギーを生成するサブステップと、
前記変動が上昇である場合に、前記モータ群（１５）からの前記出力を上昇させて、前記流体貯蔵容器（１）内に液体を注入することにより前記圧縮設備（８）によって消費されないエネルギーを消費するサブステップと、
を含む、移行ステップを含む、請求項２６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧縮ガスを貯蔵および送出するためのデバイスに、特に、圧縮され次いで膨張されるガスによる電気エネルギーを貯蔵および送出するためのデバイスに関する。
【０００２】
また、本発明は、ガスを圧縮することにより発生する熱を抽出および貯蔵し、このガスの膨張の前または最中にこのガスに対してこの熱を戻すためのデバイスを含む。
【背景技術】
【０００３】
圧縮ガス、特に圧縮空気の使用は、今日の殆どの産業にとって主要なコスト項目となっている。包括的なリストではないが、これらの産業には、航空産業、航空宇宙産業、農業関連産業、自動車産業、化学工業、冶金工業、ガラス製品工業、石油工業、およびガラス工業が含まれる。圧縮空気の生産は、単体で、産業利用される電気の１０％を消費する。
【０００４】
６バール〜１０バールの範囲に及ぶ産業で一般的に利用される圧力にて、これらのガスを高い貯蔵容量で貯蔵すると、貯蔵されるガスの密度が低く、送出時の圧力が可変的になるため、これはめったに利用されない。
【０００５】
これにより、ガスは、プロセスにおける使用と同時に圧縮されなければならず、それにより、例えば最も高額な時間内に電気が消費されることまたは圧縮ユニットの寸法が大きいことなどによって、かなりの追加コストが発生することになる。
【０００６】
圧縮ガスの用途の１つである電気エネルギーの貯蔵は、いくつかの例を挙げると、電力系統の安定性に寄与し、ピーク時の需要に応じ、風力および太陽光などの断続的なエネルギー源の統合化に関与し、電気が最も高価である高需要時に送出するために電気が最も安価である低需要時に安価なまたはクリーンなエネルギーを貯蔵することを可能にし、ピーク時の非反応性生成手段を補足することが可能である点において、極めて重要なものとなりつつある。
【０００７】
大規模貯蔵を伴う多数の技術が開発されてきたが、最も一般的なものは、揚水による水力発電力の貯蔵と、人工リザーバまたは天然リザーバに圧縮形態で貯蔵される空気を圧縮するために電気エネルギーが使用される圧縮空気エネルギーの貯蔵とである。ターボエキスパンダによるこの空気の膨張により、圧縮用に利用される電気エネルギーの一部分が送出される。
【０００８】
様々な熱力学サイクルが、この技術において利用される。最も単純なものは、電動圧縮機を使用して空気を圧縮し、中間冷却期間での多段圧縮を可能にすることにより、等温圧縮にアプローチし、空気圧縮中に可能な限りエネルギーを消費しないものである。この場合、圧縮空気は、リザーバに貯蔵される。現行の高容量リザーバは、天然のまたは人工的な地下空洞である。電力を送出すべき場合には、圧縮空気が、リザーバから抽出され、例えば燃料油、天然ガス、電気、または任意の他の熱源などを利用して外部熱エネルギーを加えることにより暖められ、発電機を駆動するタービンを通して膨張される。このサイクルは、特にタービンを通過する前の空気を暖めるために外部熱エネルギーを供給する必要性を考慮すると、空気圧縮中に発生する熱がこのサイクルで失われるため、エネルギー効率がかなり低い。
【０００９】
サイクルの全体的な効率を向上させるためにタービン出力での熱回収を伴う、多数の他の熱力学サイクルが提案されている。
【００１０】
「断熱」サイクルと呼ばれるそれらのサイクルの中の１つは、ポリトロープ圧縮機を使用して、圧縮の各段にて圧縮空気から熱を抽出し、この熱を貯蔵する。圧縮空気は、リザーバ内に貯蔵される。電気エネルギーを送出すべき場合には、圧縮空気が、リザーバから抽出され、その空気の圧縮時に貯蔵された熱によって加熱され、発電機を駆動するタービンを通して膨張される。この「断熱」サイクルは、追加的な外部熱の使用を回避させ、圧縮時に発生する熱の回収により７０％超の効率を実現する。これは、ＣＯ２を全く排出しない。
【００１１】
現行では、大容量ガス貯蔵設備は、圧縮空気を貯蔵するために、天然のもしくは人工的な地下空洞を、または製造された剛性タンクを使用する。
【００１２】
地下空洞は、液密性に関して、周囲の岩が耐え得る圧力に関して、および地震リスクに関して、ある特定の地質学的条件を必要とする。利用可能な場所に関する可能性は、限定され、例えば、エネルギーが消費もしくは生成されることとなる場所から遠いこと、または所望のエリアにおける電力系統が不十分であることなどにより、電気エネルギーを貯蔵するのに望ましいエリアに必ずしも一致するとは限らない。
【００１３】
かかる設備の主要な欠点の１つは、空気の貯蔵および送出の際に一定の圧力を維持することができない点である。
【００１４】
さらに、これにより、可変出力圧力で動作可能な圧縮設備、可変入力圧力で動作可能な膨張設備、ならびに圧縮設備および膨張設備の動作圧力範囲に対応する圧力範囲内での空気貯蔵の利用か、または、貯蔵部からの出力圧力を貯蔵用の動作範囲の最小値へと調整することかのいずれかが必要となる。これらの圧力変動は、プラントの効率および圧縮空気を貯蔵するプラントの有効容量に対して大きな影響を及ぼす。例えば、Ｈｕｎｔｏｒｆ、Ｇｅｒｍａｎｙにおける設備は、４３〜７０バールの圧力範囲内にて３１０，０００ｍ３の地下貯蔵を利用する。米国のＭａｃｉｎｔｏｓｈ設備は、４５〜８０バールの圧力範囲での３７０，０００ｍ３の地下貯蔵を利用する。地下空洞の安定性の制約を考慮すると、最大圧力は、８０バールまでに制限され、利用可能圧力範囲は、約４０バールとなることに気付かれよう。これらの２つの要因が、リザーバの単位容積当たりで貯蔵可能なエネルギーを厳しく制限する。
【００１５】
地下空洞内における貯蔵に関して特許文献１において提案されるコンセプトは、より高い高度に位置する水圧リザーバ（ｈｙｄｒａｕｌｉｃ  ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ）に空洞を連結することにより一定の圧力を得るものである。このコンセプトは、非常に特殊な地質学的条件を有することと、リザーバ内の圧力をこの水圧リザーバにより生成される静水圧へと限定することとを必要とする。
【００１６】
より近年においては、水中にガスを貯蔵するための２つのコンセプトが提案されている。一方は、特許文献２におけるような可撓性水中リザーバを利用し、他方は、特許文献３におけるような剛性水中リザーバを利用することにより、貯蔵部が設置される深さにおいて優勢となる静水圧にてガス圧を維持する。ガスの貯蔵および送出の際に一定の圧力を維持することが可能であることが、これらのコンセプトの主要な利点となる。しかし、これらは、かなりの深さに設置される水中設備であり、実装および運用が、複雑かつ高額なものとなる。
【００１７】
また、これらの両コンセプトは、貯蔵部が配置される深さにおいて優勢となる静水圧に等しい圧力においてのみ実施され得るという欠点も有する。
【００１８】
しかし、所与のタイプのリザーバについては、リザーバ構成要素に対する機械的応力および技術的に可能な最大厚さの両方に適合し得る最大圧力にてガスを貯蔵することが、経済的に有利となることが明らかである。したがって、外部環境とは無関係に貯蔵部内部の圧力を選択することが可能であることは、非常に魅力的である。
【００１９】
最後に、優れた潜在的収率を従来的なターボ圧縮機およびターボエキスパンダに結び付ける「断熱」サイクルは、大量の熱を貯蔵することを必要とする。顕熱、すなわち状態の変化を伴わない熱の貯蔵は、要求を満たす交換器のサイズ設定が困難となる、岩、コンクリート、砂、グラファイト、もしくはセラミックなどの固体か、または、その殆どが環境に対して幾分かのリスクをもたらし、貯蔵を困難にする、油もしくは塩などの液体かのいずれかを必要とする。潜熱の貯蔵は、大きな潜在性を、すなわち状態変化を伴うにもかかわらず、依然としてめったに利用されない。顕熱の高さと、熱伝導性の良好さと、熱伝達媒体および熱貯蔵媒体として利用可能であることと、コストの低さと、最後に、環境に対して危険をもたらさない点とを有する水は、高い貯蔵圧力が高温に対して必要とされる点を除いては、優れた候補となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２０】
【特許文献１】米国特許第４３５５９２３号
【特許文献２】米国特許第６８６３４７４  Ｂ２号
【特許文献３】米国特許第７７３５５０６  Ｂ２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
本発明によるデバイスは、これらの難題に対する解決策を与える。具体的には、
このデバイスは、液体により非常に高いほぼ一定の圧力にて剛性容器にガスを貯蔵および送出することが可能であり、水中貯蔵の場合の静水圧を含め、貯蔵部の周囲の環境の圧力条件とは無関係に圧力を選択することが可能となる。
このデバイスにより、使用されるエネルギーの極めて大部分を回収して、ガス送出動作の際にほぼ一定の圧力にこのガスを維持することが可能となる。
このデバイスにより、消費される圧縮エネルギーの大部分を回収して、産業プロセスにおいて利用される圧力よりもはるかに高い貯蔵圧力までガスを圧縮することが可能となると共に、エネルギーが、ガス膨張の際に生成される。
このデバイスの貯蔵部を、ある特定の地質学的もしくは地形学的な環境の必要性を伴うことなく陸上に、または水中に、設置することが可能となる。水中に設置される場合には、設備は、貯蔵部にて優勢となる静水圧から、容器の耐性ならびにポンプ圧およびタービン圧の低下の両方に関して利益を受けることが可能となる。
このデバイスは、既存の水圧リザーバを活用することが可能である。
このデバイスは、既存の設備をはるかに上回る、１ｍ３の貯蔵当たりの電気エネルギー貯蔵量を可能にする。
このデバイスは、高いエネルギー需要に対して迅速に応答することが可能である。
【００２２】
さらに、
このデバイスは、ガスと液体との間の液密性を確保することにより、実質的に一定の圧力にガスを維持することを可能にする。
有利には、このデバイスにより、垂直位置または水平位置のいずれかに、およびさらには傾斜位置にも、貯蔵部分を設置することが可能となる。
このデバイスにより、ガス／液体分離システムの液密性の障害により生じ得る貯蔵部分からの漏れの可能性の影響が限定される。
【００２３】
加えて、
このデバイスにより、断熱動作における熱の貯蔵が可能となる。
このデバイスにより、「断熱」サイクルの際に熱を貯蔵するための熱伝達流体としての水の使用が可能となる。
このデバイスにより、環境リスクをもたらす流体の使用を回避することが可能となる。
【００２４】
さらに、
このデバイスは、貯蔵圧力未満の圧力にて産業利用されることとなるガスを安価に貯蔵するために利用することが可能である。
このデバイスにより、エネルギーの貯蔵および送出の複合利用が可能となる。
有利には、このデバイスは、産業用地に直接的に設置されることにより、この用地の施設から恩恵を受け、またこの用地の施設を補うことが可能である。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
したがって、本発明の第１の態様は、ガスおよび液体を含む流体を貯蔵および送出するためのデバイスに関する。前記デバイスは、
ガス収容部分および液体収容部分を備える少なくとも１つの流体貯蔵容器と、
流体貯蔵容器のガス収容部分に開口した、ガス源に対して連結される吸入ポートおよびガス用の排出ポートと、
容器の液体収容部分に開口した、液体吸入ポートおよび液体排出ポートと、
流体貯蔵容器内に入力圧力にて圧縮ガスを注入するための、ガス源に対しておよびガス吸入ポートに対して連結された少なくとも１つの圧縮設備と、
圧縮ガスを放出するための、ガス排出ポートに対して連結された少なくとも１つの放出設備と、
液体を放出するための手段と、
液体源に対しておよび液体吸入ポートに対して連結された少なくとも１つのモータ群であって、液体吸入ポートを通り流体貯蔵容器内に圧縮液体を注入するために少なくとも１つのポンプおよび少なくとも１つのモータを備える、モータ群と、
を備える。
【００２６】
したがって、本デバイスは、所定の圧力にてガスを使用、貯蔵、および送出する多数の可能性を実現し、エネルギー分野および圧縮ガスを使用する産業プロセス分野における多数の用途を有する。
【００２７】
このガスの貯蔵および送出は、信頼性が高く、より安価に実施される。
【００２８】
好ましくは、本デバイスは、流体貯蔵容器内においてガスと液体との間に分離手段を備え、それによりガスと液体との混合を防止する。
【００２９】
一実施形態によれば、分離手段は、流体貯蔵容器内の圧力下において変形し得る可撓性膜を含み、それにより、液体収容部分およびガス収容部分の体積の変動に対応する。
【００３０】
本発明の第２の態様は、ガスと液体との間の分離手段が、流体貯蔵容器内において液体とガスとの間に分離表面を画定する剛性の可動隔壁を備え、この隔壁が、流体貯蔵容器を圧迫する軸受表面を備え、この軸受表面が、分離表面の各側へと偏心して位置することを、提案する。
【００３１】
かかる構成は、複数の流体を収容する任意の流体貯蔵容器において実装することが可能である。
【００３２】
分離表面のオフセット軸受表面により、剛性隔壁は、液体収容部分とガス収容部分との間において漏れを生じさせ得る、隔壁に対する不均一な圧力分布の影響下における傾斜を防止される。
【００３３】
好ましくは、隔壁は、シールを周囲に備え、それによりガス収容部分と液体収容部分との間に液密性を確保する。
【００３４】
さらに、隔壁の軸受表面は、流体貯蔵容器内における隔壁の移動を容易にするために、ならびに、液体収容部分およびガス収容部分の体積の変動に対応するために、ローラ機構を備えることが可能である。
【００３５】
軸受表面は、隔壁の周囲に沿って連続的なものであってもよく、隔壁の周囲に沿って不連続なものであってもよく、または軸受表面に応じて異なる容器との間の単位接触面積を有してもよい。
【００３６】
特に、液体収容部分は、一方においては、ガス収容部分内の液体を液体収容部分へと運ぶことが可能なポンプを備える第１の管により、および他方においては、液体収容部分内のガスをガス収容部分へと運ぶことが可能な圧縮機を備える第２の管により、ガス収容部分に対して連結されると、有利である。
【００３７】
この構成は、特に、容器が地面に配置され、水平に対してある角度を成す場合に、有利となる。このようにすることで、流体貯蔵容器のタイプにかかわらず、隔壁の故障によって液体がガス収容部分の方向へと漏れ、逆にガスが液体収容部分の方向へと漏れる場合には、このような漏れが回収される。
【００３８】
本発明の第３の態様は、圧縮設備におけるガスの圧縮の際におよび膨張設備におけるガスの膨張の際にガスと熱伝達流体との間において熱を交換するためのシステムを設置することにより、断熱ガス圧縮および膨張サイクルを実現することを提案する。
【００３９】
具体的には、この熱交換システムは、ガス圧縮により加熱された熱伝達流体を貯蔵するための蓄熱体を備え、前記蓄熱体は、断熱され、熱伝達流体を圧縮するための手段を備える。
【００４０】
第１の実施形態によれば、蓄熱体は、流体貯蔵容器のガス収容部分の内部に配置され、流体貯蔵容器内のガスおよび蓄熱体内の熱伝達流体と連動するプランジャを備える。
【００４１】
したがって、熱伝達流体は、追加の手段を用いずに、しかし代わりに圧縮ガスの圧力を利用して、圧縮された状態に維持されることにより、この流体が蒸発するのを防止し、これによりデバイスのサイズおよびコストが低下する。
【００４２】
第２の実施形態によれば、蓄熱体は、流体貯蔵容器の外部に配置され、熱伝達流体を供給される部分と、圧縮ガスを供給される部分とを備え、これらの２つの部分は、２つの部分の間の液密性を確保するために蓄熱体内に配置された隔壁の各側に位置する。
【００４３】
第１の実施形態に関して上述した利点に加えて、第２の実施形態は、流体貯蔵容器内のガス貯蔵容積を低下させない。
【００４４】
好ましくは、熱伝達流体は、水であり、これは、安価でありかつ広く入手可能であることに加えて、汚染物質としての環境リスクを伴わない。
【００４５】
熱交換システムのこれらの実施形態は、任意のガス貯蔵容器との組合せにおいて実装することができる。これらの実施形態により、水を熱伝達流体として使用することが可能となると共に、水を圧縮状態に維持し、水の蒸発を防止することが可能となる。
【００４６】
本デバイスは、以下の構成を、単独でまたは組合せでさらに備えてもよい。
液体吸入ポートが、液体排出ポートと組み合わされる。
ガス吸入ポートが、ガス排出ポートと組み合わされる。
デバイスが、複数の流体貯蔵容器を備え、ガス吸入／排出ポート上の弁のセットおよび液体吸入／排出ポート上の弁のセットを備え、これらの弁のセットにより、ガスが注入される容器およびガスが排出される容器の選択が可能となる。
【００４７】
有利には、本デバイスは、空気および水を使用し、これらは、広く入手可能であり、安価である。
【００４８】
本発明の第４の態様は、このデバイスにより複合利用が可能となることを提案する。この場合に、放出設備は、少なくとも１つの減圧機と、圧縮ガスの膨張により電気エネルギーを生成するための発電機とを備える、膨張設備を備える。放出設備は、産業プロセスにおいて膨張ガスを使用するために膨張設備に対して連結された、または産業プロセスにおいて圧縮ガスを使用するためにガス排出ポートに対して連結された、産業設備をさらに備えてもよい。
【００４９】
したがって、エネルギーの生成後に膨張ガスを放出する代わりにガスを貯蔵および送出するためのデバイスにかかわらず、ガスは、ある特定の圧力にておよび場合によっては膨張後に、産業プロセスにおいて使用することが可能となり、これにより、追加的な構造体が不要となる。圧縮ガスを貯蔵および送出するためのデバイスを産業用地に直接的に実装することにより、現地において設備により必要とされるエネルギーを生成することが可能となるばかりでなく、その設備に対してガスを供給することも可能となる。
【００５０】
任意には、放出設備は、ガスを産業設備により必要とされる圧力にするための手段を備えることにより、低コストにて所与の圧力でガスを送出してもよい。
【００５１】
特に有利な一実施形態においては、液体放出手段は、液体排出ポートに対して連結された発電機群を備え、この発電機群は、タービンおよび発電機を備え、放出される液体は、発電機による電気エネルギーの生成のためにタービンを通過する。
【００５２】
モータ群を調整および制御するためのシステムと、発電機群を調整および制御するためのシステムとにより、それらの各出力の制御と、流体貯蔵容器内の圧力の制御とが可能となり、それにより種々の動作モードに対応することが可能となる。
【００５３】
この場合には、本発明の第５の態様は、上述のようなデバイスにおいて圧縮ガスを貯蔵および送出するための方法を提案する。この方法は、
ガス貯蔵ステップであって、以下のサブステップ、すなわち、
圧縮設備においてガスを圧縮するサブステップ、
ガス吸入ポートを通り流体貯蔵容器内にガスを注入するサブステップ、および
ガスを注入するサブステップと同時に、液体を放出するために発電機群を調整および制御するためのシステムを用いて、液体排出ポートを通り発電機群の方向に液体を放出することにより、液体貯蔵容器内の圧力を一定に維持するサブステップ
を含む、ステップと、
ガス送出ステップであって、以下のサブステップ、すなわち
液体源から液体吸入ポートを通して流体貯蔵容器内に液体を注入するサブステップ、および
液体を注入するサブステップと同時に、液体を注入するためにモータ群を調整および制御するためのシステムを用いて、放出設備の方向にガスを放出することにより、流体貯蔵容器内の圧力を一定に維持するサブステップ
を含む、ステップと
を含む。
【００５４】
主要動作モードと呼ばれるこの動作モードにより、全てのステップにわたって実質的に一定の圧力でガスを貯蔵および送出することが可能となり、これは、エネルギーの生成だけでなく産業設備へのガスの供給にとっても特に有利である。
【００５５】
貯蔵ステップおよび送出ステップは、同時に実施することが可能である。
【００５６】
数分または数十分にわたってのみ継続する様々な移行モードを、このデバイスにより実施することが可能である。
【００５７】
移行モードは、モータ群、発電機群、圧縮設備、および膨張設備が停止され、かつ流体貯蔵容器が圧縮されたガスおよび液体を収容する状態から、デバイスを始動するための方法において適用され得る。前記方法は、
エネルギーレベルの要求を認識するステップと、
流体貯蔵容器からガスを放出することにより、膨張設備を始動し、要求されたエネルギーレベルまで膨張設備の出力を上昇させるステップと、
始動および上昇させる前述のステップと同時に、発電機群を始動し、発電機群の出力を上昇させることにより、流体貯蔵容器から液体を放出することによって要求されたエネルギーを生成させるステップであって、発電機群を調整および制御するためのシステムが、流体貯蔵容器内の圧力降下を制御する、ステップと、
設備の出力が上昇されるにつれて、発電機群の出力を漸減的に低下させるステップであって、発電機群が、膨張設備が要求されたエネルギーを生成している場合に、停止される、ステップと、
低下させる前述のステップの後に、モータ群を始動させ、膨張設備の出力を上昇させるのと同時にモータ群の出力を上昇させるステップであって、モータ群を調整および制御するためのシステムが、所望の圧力が達成されるまで、流体貯蔵容器内の圧力の上昇を制御する、ステップと、
貯蔵および送出の方法を実施するステップと
を含む。
【００５８】
したがって、エネルギーは、命じられた場合に水圧部分を利用して出力を非常に迅速に上昇させることにより、非常に迅速に生成される。また、移行動作条件は、デバイスがガス送出段階にあり、デバイスにより供給されているエネルギーレベルよりも高いエネルギーレベルが要求される場合にも、実施することが可能である。これを目的として、以下のサブステップ、すなわち、
膨張設備により供給されているものを超過するエネルギーレベルに対する要求を認識するサブステップと、
膨張設備の出力を上昇させるサブステップと、
上昇させる上記サブステップと同時に、モータ群の出力を低下させることによってデバイスにより多くのエネルギーを生成させるサブステップと、
モータ群が停止するまで、モータ群の出力が低下され、要求されたエネルギーレベルがデバイスにより達成されていない場合に、
発電機群をオンにし、要求されたレベルのエネルギーを供給するために、流体貯蔵容器の液体排出ポートを通り液体を放出することによって、発電機群の出力を上昇させ、
デバイスが要求されたエネルギーレベルに達したときに、膨張設備からの出力が上昇するにつれて、発電機群の出力を漸減的に低下させ、
発電機群が停止したときに、流体貯蔵容器内の所与の圧力を回復するために、モータ群をオンにし、膨張設備の出力を上昇させるサブステップと同時にモータ群の出力を上昇させるサブステップと
そうでない場合には、デバイスが要求されたエネルギーレベルに達したときに、流体貯蔵容器内の所与の圧力を回復するために、膨張設備の出力を上昇させるサブステップと同時にモータ群を始動させ、モータ群の出力を上昇させるサブステップと、
送出ステップのサブステップを再開するサブステップと
を含む移行ステップが、実施される。
【００５９】
やはりこの場合にも、水圧部分を一時的に利用することにより、デバイスからの出力の変化を急速に増大させることが可能となる。
【００６０】
同様に、移行動作モードは、デバイスがガス貯蔵段階にある場合にも適用することが可能である。これを目的として、以下のサブステップ、すなわち、
圧縮設備に対して供給されるエネルギーレベルの変動を認識するサブステップと、
この変動が低下である場合に、発電機群からの出力を上昇させて、流体貯蔵容器から液体を放出することにより圧縮設備に必要な補償エネルギーを生成するサブステップと、
この変動が上昇である場合に、モータ群からの出力を上昇させて、流体貯蔵容器内に液体を注入することにより圧縮設備によって消費されないエネルギーを消費するサブステップと
を含む移行ステップが、実施される。
【００６１】
このようにすることで、デバイスは、出力源からの出力の大きく急速な変動に対応することが可能となる。
【００６２】
添付の図面により、本発明が示される。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明による圧縮ガスを貯蔵および送出するためのデバイスの概略図である。
【図２】流体貯蔵容器のさらに詳細な図である。
【図３】貯蔵容器内のガス／液体分離が水平面内にない一実施形態を示す図である。
【図４】高い高度に配置された液体リザーバを有する一実施形態を示す図である。
【図５】高い高度に配置された液体リザーバを有し、外部追加部分に対してタービンを適用することが可能な、一実施形態を示す図である。
【図６】高い高度に配置された液体リザーバと多段タービンと有する一実施形態を示す図である。
【図７】流体貯蔵容器が水中にあり、水底に配置された、一実施形態を示す図である。
【図８】流体貯蔵容器が水中にあり、２つの水塊の間に位置する、一実施形態を示す図である。
【図９】複数の流体貯蔵容器を有する一実施形態を示す図である。
【図１０】電気エネルギーを平滑化するための一実施形態を示す図である。
【図１１】流体貯蔵容器の内部に熱貯蔵部を組み込んだ本発明の概略図である。
【図１２】流体貯蔵容器の外部に熱貯蔵部を有する本発明の概略図である。
【図１３】放出設備が電気エネルギーを生成する膨張設備から構成され、その後にガスの産業的応用が続く、本発明のデバイスを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００６４】
図１は、本発明の可能な構成の中の１つによる、ガスを貯蔵および送出するためのデバイスのブロック図を示す。このデバイスは、中でガス圧が液体により一定に維持される少なくとも１つの剛性流体貯蔵容器１を備える。有利には、以下においては、使用される流体は、ガスとしての空気と、液体としての水とであるが、別のガスおよび別の液体が使用されてもよいことが理解される。
【００６５】
図２においてさらに詳細に示される流体貯蔵容器１は、鋼、コンクリート、または複合材料から作製され得る。その厚さおよび設計は、保持する流体からの内圧に耐え得るものである。流体貯蔵容器１の本体は、円筒状であってもよく、貯蔵される流体からの圧力による応力に対するより良好な耐性を実現するために、従来的に半球形または半楕円形の形状である端部４および５を有してもよい。
【００６６】
流体貯蔵容器１の本体は、用途によっては、加圧ガスを移送するために使用されるものなどの鋼管から構成されてもよい。例としては、直径１．４ｍを有し１２０バールにて空気を貯蔵するようにサイズ設定されたＸ８０グレードのかかる鋼管は、約４０ｍｍの壁厚を有し、直径１．２ｍを有し８０バールにて空気を貯蔵するようにサイズ設定されたＸ５２グレードの鋼管は、約２４ｍｍの壁厚を有する。
【００６７】
流体貯蔵容器１の容量は、用途に応じて、数十ｍ３〜数万ｍ３の範囲に及ぶものが可能である。
【００６８】
容器１は、それを維持するのに必要なサポートを備える。
【００６９】
容器１は、第１の端部付近に、ガス源に対して連結され流体貯蔵容器１のガス２収容部分へと開口する少なくとも１つのガスポート３６を備える。これにより、ガスは、流体貯蔵容器１の内外へと流れることが可能となる。図１〜図８、図１１、および図１２は、ガスポート３６が流体貯蔵容器１のガス吸入ポートおよびガス排出ポートの両方となる一例を示すが、ガス排出ポートは、以下で分かるように、ガス吸入ポートと別個であることも可能であることが理解される。
【００７０】
ガスポート３６は、ガス吸入ポートとしての役割においては、ガス２の圧力に耐える管６を介して、ガスを貯蔵することを求められる場合に貯蔵すべき圧縮ガス２を送出する少なくとも１つの圧縮設備８に対して連結され、ガス排出ポートとしては、空気２を送出することが求められる場合に圧縮ガス２を使用する少なくとも１つの放出設備９に対して連結される。
【００７１】
圧縮設備８は、図１においては、少なくとも１つの電気モータ１４に対して結合された少なくとも１つの空気圧縮機１３から構成され、電気エネルギーを利用して流体貯蔵容器１に対して一定の圧力にて圧縮空気を生成および送出することが可能である。図１の矢印２５は、この設備からの出口におけるガス流の方向を表す。
【００７２】
圧縮設備８は、並列に配置された複数の圧縮機およびモータを備えることが可能であり、各圧縮機は、専用のガス吸入ポートにより流体貯蔵容器１に対して連結される。一変例としては、圧縮設備８は、直列に配置された複数の圧縮機およびモータを備え、圧縮機の圧力は、低圧ガスを供給される第１の圧縮機から、流体貯蔵容器１へのガス吸入ポート３６に対して連結された最後の圧縮機にかけて、上昇してゆくことにより、所望の圧力にて圧縮ガスが流体貯蔵容器１に供給される。
【００７３】
放出設備９は、例えば図１に図示するように、膨張設備であり、したがって、少なくとも１つの発電機１１に対して結合された少なくとも１つの減圧弁１０から構成される。有利には、燃焼チャンバ１２により、減圧弁１０に進入する空気が暖められ得る。膨張設備９は、流体貯蔵容器１により送出される一定の圧力の圧縮空気を利用して電気エネルギーを生成する。図１の矢印２６は、空気が膨張設備９への入口にて流れている方向を表す。
【００７４】
圧縮設備８と同様に、膨張設備９は、例えば並列に配置された複数の減圧弁および発電機を備えてもよく、これらの減圧弁は、単一のガス排出ポートにより圧縮ガスを供給されるか、または各減圧弁が、固有のガス排出ポートを備える。また、減圧弁は、流体貯蔵容器１から圧縮ガスを供給される第１の減圧弁から、所望の圧力にて膨張ガスを供給する最後の減圧弁へと、直列に配置されてもよい。
【００７５】
したがって、このデバイスにより、圧縮設備８によって供給される圧縮空気などの圧縮ガスとして電気エネルギーを流体貯蔵容器１内に貯蔵することが可能となり、膨張設備９におけるガスの膨張によりこの電気エネルギーを回収することが可能となる。
【００７６】
代替的には、放出設備９は、例えば産業プロセスなどにおいて圧縮ガスをそのまま利用する。圧縮ガスを利用する方法を適用する産業の例は、序章において列挙済みである。
【００７７】
流体貯蔵容器１は、第２の端部付近に、流体貯蔵容器１の液体収容部分３へと開口した液体用の少なくとも１つのポート３５を有することにより、流体貯蔵容器１の内外への液体の流れを可能にする。
【００７８】
図１〜図８、図１１、および図１２においては、液体用のポート３５は、液体吸入ポートおよび液体排出ポートの両方である。しかし、以下で分かるように、流体貯蔵容器１は、個別の液体吸入ポートおよび液体排出ポートを備えてもよい。
【００７９】
流体貯蔵容器１内において圧縮ガス２を一定の圧力に維持するために、液体吸入ポートとしての役割を果たすポート３５は、液体の圧力に耐える管７により、少なくとも１つのポンプ１７および少なくとも１つのモータ１８を備えるモータ群１５に対して連結される。管７を介して液体排出ポート３５に対して連結された放出手段により、液体は、流体貯蔵容器１から放出され得る。好ましい一実施形態においては、放出手段は、少なくとも１つの発電機２０に対して結合されたタービン１９を備える少なくとも１つの発電機群１６を備える。
【００８０】
これらの図面においては、ガスを貯蔵および送出するためのデバイスは、単一のモータ群１５および単一の発電機群１６を備えるものとして表される。しかし、デバイスは、液体ポート３５に対して連結され、例えば直列に配置された、または固有の液体吸入ポートに対してそれぞれ連結され、したがって並列に配置された、複数のモータ群１５を備えてもよい。同様に、貯蔵デバイスは、並列に取り付けられ、同一の液体排出ポートに対して連結されるか、または直列に配置され、固有の液体排出ポートに対してそれぞれが連結された、複数の発電機群１６を備えてもよい。
【００８１】
図１の矢印２７は、ポンプ１７を通る液体の流れ方向を表す。ポンプ１７は、管２１により上流の少なくとも１つの液体リザーバ２２に対して連結される。したがって、デバイスが複数のモータ群１５を備える場合には、１つの液体源が、各モータ群１５の各ポンプに対して供給を行うことが可能であり、あるいは、１つまたは複数のポンプに対して別個に供給を行う複数の液体源が存在することが可能である。
【００８２】
図１の矢印２８は、タービン１９を通る液体の流れ方向を表す。有利には、タービン１９は、管２１により下流の液体リザーバ２２に対して連結される。
【００８３】
次に、ガスが空気であり、液体が水である、貯蔵デバイスの動作を説明する。
【００８４】
空気貯蔵ステップと呼ばれるステップの際に、圧縮設備８により入力圧力にて供給される空気は、空気用のポート３６を通り流体貯蔵容器１の空気収容部分２に進入し、入力圧力に非常に近い貯蔵圧力に留まる。次いで、この空気は、直接的に、または以下において分かるように空気と水３との間の隔壁２３などの分離手段を介して、入力圧力に非常に近い貯蔵圧力を水３に対して印加する。
【００８５】
この空気圧力の影響下で、水３は、水ポート３５を通り流体貯蔵容器１の底部から放出される。
【００８６】
この好ましい実施形態においては、このように排水される水は、発電機群１６の水力タービン１９を駆動し、これにより電気エネルギーが生成される。発電機群１６を調整および制御するためのシステムにより、空気貯蔵動作の全体を通じて空気を一定の圧力に維持することが可能となる。
【００８７】
空気２送出ステップと呼ばれるステップの際に、水３は、モータ群１５の水力ポンプ１７により流体貯蔵容器１内の貯蔵圧力と実質的に均等な圧力にて揚水され、貯蔵圧力に非常に近い圧力にてポート３５を通り流体貯蔵容器１の底部に進入する。次いで、この水は、貯蔵圧力に非常に近い圧力を流体貯蔵容器１内の空気２に対して印加する。
【００８８】
水により印加される圧力の影響下で、空気は、空気ポート３６を通り流体貯蔵容器１から放出され、貯蔵圧力に非常に近い一定の圧力にて放出設備９に対して送られる。モータ群１５を調整および制御するためのシステムにより、ガス送出動作の全体を通じて一定のガス圧を維持することが可能となる。
【００８９】
図４は、流体貯蔵容器の高度よりも高い高度に配置された液体のリザーバ４０がデバイスに液体を供給するために利用される、一変例を示す。この場合に、液体のリザーバ４０は、例えば、流体貯蔵容器１よりも高い位置に配置された、天然のまたは人工的な水貯蔵ため池などの水圧リザーバなどであってもよい。この構成においては、水力ポンプ１７は、水圧リザーバ４０により管４１を介して水を送られる。この場合に、ポンプ１７は、流体貯蔵容器１内部の圧力と、水圧リザーバ４０と水力ポンプ１７との間の高度差に対応する圧力との差分だけ、水圧を上昇させることが必要となるに過ぎない。ポンプ１７に対して供給すべきエネルギーは、これに応じて低くなる。また、タービン１９は、ポンプ１７および水圧リザーバ４０を連結する同一の管４１により、水圧リザーバ４０に対して連結されるため、流体貯蔵容器１内に空気を貯蔵する場合には、空気が流体貯蔵容器１から放出されている場合にポンプ１７により引き出される水を、水圧リザーバ４０へと戻すことが可能となる。
【００９０】
図５は、液体のリザーバ４０に対して追加の外部供給水４２が送られる、前述の場合の一変例を示す。これは、例えば、水圧リザーバ４０に対して水を供給する河川などであってもよい。この場合には、水圧リザーバ４０からの追加の外部供給水４２に対してタービン１９を使用することが可能となる。この場合には、タービン１９を出る水は、屋外においてタービン１９の高さにて放出され４４、タービン１９は、ポンプ１７により直接的に供給され得るか、または、流体貯蔵容器１を通過した水３を供給され得る。
【００９１】
また、図６に示すように、２つのタービン段４５および４６を備える別個の水力タービン設備を有し、このことで、両タービン段４５、４６が流体貯蔵容器１による供給を受け、単一の下流のタービン段４６については、水圧リザーバ４０と下流のタービン段４６との間の高度の差に対応して、水圧リザーバ４０により直接的に送り込まれることも可能である。
【００９２】
水圧リザーバ４０に貯蔵される水を利用して電気エネルギーを貯蔵するための本発明のデバイスを利用することにより、図５および図６に示す構成によって、タービンは、いかなる追加の設備も必要とすることなく、追加の外部供給水４２を介して電気を生成することが可能となる。
【００９３】
図７は、流体貯蔵容器１が、例えば海洋５３内の海底５０の上に配置されるなど、水中に設置される、一変例を示す。海岸線の陸上に配置された空気圧縮設備８および放出設備９に流体貯蔵容器１を連結する管５１が、傾斜面伝いに敷設される。同様に、モータ群１５および発電機群１６に流体貯蔵容器１を連結する管５２が、この傾斜面伝いに敷設される。図７に示すように、表面付近に配置される管５１、５２の部分は、海洋のうねりから管５１、５２を保護し、海岸線に対する損傷を回避させるために、地中に位置することが可能である。水は、図示するように海洋５３から直接的に、または陸上に位置し海水もしくは淡水を供給されるリザーバから、揚水され送られ得る。
【００９４】
かかる水中構成の流体貯蔵容器１は、陸上ベース設備と同一の貯蔵圧力にて、流体貯蔵容器１に対する応力を低下させる。これは、流体貯蔵容器１が浸漬される水が、流体貯蔵容器１の水中深さＨに比例する外部逆圧を印加することによるものである。この場合には、これに応じて、流体貯蔵容器１の壁部の厚さを縮小することが可能となる。
【００９５】
図８においては、流体貯蔵容器１は、中深層に位置決めされる。流体貯蔵容器１は、底への投錨６１により下方に保持される際に上向力を印加する正の浮力によって、この位置に保持される。この容器の浮力は、その設計に組み込まれた浮力要素６０によって与えられる。圧縮設備８および空気放出設備９、ならびにモータ群１５および発電機群１６は、水に対して、浮遊構造体６２上に設置される。設備８、９は、水中電気ケーブル６３により陸上の電力系統に対して接続され得る。
【００９６】
図９は、この例では５つの流体貯蔵容器１ａ〜１ｅである複数の容器が使用される、本発明のデバイスの一応用例を示す。この変形例は、貯蔵される空気の体積を、およびしたがって貯蔵される電気エネルギーの量を増大させる。流体貯蔵容器１ａ〜１ｅのそれぞれの横寸法、例えば容器が円形断面を有する場合にはそれらの径は、内圧が高いことにより制限され、貯蔵容量を増加させることが求められる場合には、複数の容器のセットを利用することが必要となり得る。
【００９７】
図示される例においては、流体貯蔵容器１ａ〜１ｅはいずれも、同一の空気圧縮設備８に対して、同一の放出設備９に対して、同一のモータ群１５に対して、およびしたがって同一の水力ポンプ１７に対して、および同一の発電機群１６に対して、およびしたがって同一の水力タービン１９に対して連結される。当然ながら、各流体貯蔵容器１ａ〜１ｅが、それぞれ固有の圧縮設備８、放出設備９、モータ群１５、および発電機群１６に対して連結されるように構成することも可能である。
【００９８】
空気吸入／排出ポート３６に配置される空気弁７０のセットと、水吸入ポートおよび水排出ポートに配置される水弁９９のセットとにより、いくつかの連結を分離させることが可能となる。この場合には、発電機群１６を調整および制御するためのシステムにより空気が注入され圧力が一定に維持される、１つの空気貯蔵ステップに関与させられる特定の流体貯蔵容器１ａ〜１ｅを選択することが可能となり、これと同時に、他の容器は、モータ群１５を調整および制御するためのシステムによりガスが放出され圧力が一定に維持される、空気送出ステップに関与させられる。
【００９９】
圧縮設備８に対して直接的に連結された源から低質の（例えば不安定なまたは断続的な）電気エネルギーを貯蔵する場合には、この構成により、この場合には膨張設備として機能する放出設備９によって生成される好ましくは安定化された電気エネルギーを電力系統に送ることが可能となる。
【０１００】
図１０は、単一の流体貯蔵容器１を使用する本発明のデバイスの一応用例を示しており、ここでは、
圧縮設備８は、専用の管７１および専用の空気吸入ポートにより流体貯蔵容器１に対して連結され、
放出設備９は、専用の管７２および専用の空気排出ポートにより流体貯蔵容器１に対して連結され、
モータ群１５は、専用の管７３および専用のポートにより流体貯蔵容器１に対して連結され、
発電機群１６は、専用の管７４および専用のポートにより流体貯蔵容器１に対して連結される。
【０１０１】
低質のまたは変動的な品質の電気エネルギー源（例えば風力発電基地により供給される）から圧縮空気を生成および貯蔵する場合には、この構成により、圧縮空気の放出および膨張により同時に膨張設備９において安定化された電気エネルギーを生成することが可能となる。この場合には、流体貯蔵容器１は、電気エネルギー源における変動を平滑化する役割を果たす。
【０１０２】
以下において詳述するいくつかの移行動作については、同時に動作するモータ群１５および発電機群１６を有するデバイスの利用可能性を活用することも可能である。
【０１０３】
圧縮ガスの形態で電気エネルギーを貯蔵および送出するためのデバイスを使用する場合には、それぞれ異なる動作モードに、すなわち主要モードおよび移行モードに区別することが可能である。
【０１０４】
主要モードにおいては、デバイスは、同時に実施され得る以下の２つのステップにて動作する。
ガス貯蔵ステップ。これは、以下の動作を含む。
圧縮設備８においてガスを圧縮する。
ガス吸入ポート３６を通して流体貯蔵容器１に圧縮ガスを注入する。
ガスの注入と同時に、液体を放出するように発電機群１６を調整および制御するためのシステムを用いて液体排出ポート３５を通して発電機群１６の方向に液体を放出することにより、流体貯蔵容器１内を一定の圧力に維持する。
ガス送出ステップ。これは、以下の動作を含む。
モータ群１５を使用することにより液体源２２、４０から液体吸入ポート３５を通して流体貯蔵容器１内に液体を注入する。
液体の注入と同時に、液体を注入するようにモータ群１５を調整および制御するためのシステムを用いて膨張設備９の方向にガスを放出することにより、流体貯蔵容器１内の圧力を一定に維持する。
【０１０５】
この主要モードは、電気エネルギー貯蔵ステップにおいてデバイスに進入するか、または電気エネルギー送出ステップにおいてデバイスから出る電力の所望の変動が、圧縮設備８からの出力の許容変化率に、および膨張設備９からの出力の許容変化率にそれぞれ適合する場合に、利用される。
【０１０６】
そうでない場合には、モータ群１５および発電機群１６の出力を調節することにより、主要動作モードが実現されるまでにデバイスの出力が変化し得る可能な率を一時的に上昇させる、移行モードを実施することが可能である。
【０１０７】
第１の例は、あるエネルギーレベルが要求される場合の高速負荷上昇を伴う、停止後のデバイス始動に関する。
【０１０８】
停止後のデバイス始動、すなわちモータ群１５、発電機群１６、圧縮設備８、および膨張設備９がオフであり、流体貯蔵容器１がガスおよび液体を収容する状態からの開始の特定的な例においては、調整デバイスおよび制御デバイスは、初めに、この設備に適合する率で変化する出力により膨張設備９をオンにする。例えばそのエネルギーレベルが膨張設備９の変化率に適合しないタイムフレーム内で要求される場合になど、出力が十分な迅速さで上昇しない例においては、発電機群１６は、同時に動作状態に置かれることにより、追加の電力を発生させ、要求されたエネルギーレベルを達成する。発電機群１６を調整および制御するためのシステムは、ガスおよび液体の同時の放出により、流体貯蔵容器１における圧力降下を制御する。
【０１０９】
したがって、発電機群１６および膨張設備９は、一時的に同時に使用状態になる。事実上、特に使用されるガスが空気であり、液体が水である例においては、発電機群１６の応答時間は、膨張設備９の応答時間をはるかに下回り、したがって、発電機群１６は、エネルギーの緊急需要に対してより高速ではあるが一時的な応答を行う。
【０１１０】
この時、流体貯蔵容器１内の圧力は、必然的に低下する。発電機群１６は、膨張設備９の出力が上昇する一方で、停止するまでその出力が徐々に低下するようにする。
【０１１１】
発電機群１６の停止と同時に、モータ群１５は、始動され、その出力は、主要動作モードに対応する流体貯蔵容器１の圧力レベルが回復されるまで、徐々に上昇される。
【０１１２】
デバイスが既に主要動作モードで作動している場合には、２つのシナリオが可能となる。
【０１１３】
第１のシナリオにおいては、デバイスは、エネルギー送出ステップに現在あるが、膨張設備９により送出されるエネルギーレベルの上昇が、要求される。
【０１１４】
例えば、これは、電力系統に対して電気エネルギーを送出するステップの際に、膨張設備９によりデバイスに送出されるエネルギーレベルが、電力系統における周波数もしくは電圧を調整するために、または電力系統の安定性を確保する任意の他の例について、非常に迅速に上昇されなければならない場合に関係し得る。
【０１１５】
膨張設備９の出力は、膨張設備９と適合する率にて、需要に応じて徐々に上昇されるべきである。これは、その速度が、適度な時間内に需要を満たすには不十分な速度となるようなものであってもよい。この場合に、有利には、主要動作モードにおいて流体貯蔵容器１内に水を注入するモータ群１５の出力は、デバイスがより少ない出力を消費し、したがってより多くの出力を生成するように、徐々に低減されることとなる。
【０１１６】
モータ群１５からの出力が、モータ群１５が停止される点まで低下したときに、デバイスが、要求されたレベルのエネルギーを依然として生成しない場合には、発電機群１６からの出力は、要求されたレベルのエネルギーを生成するように急速に上昇されることとなる。
【０１１７】
膨張設備９からの出力が、上昇されると、この出力は、発電機群１６が停止するまで同時に低下してゆく発電機群１６からの出力に置き換わる。この時、流体貯蔵容器１内の圧力は、例えば４バールなど、数バールだけ低下している。
【０１１８】
発電機群１６が、停止されると、モータ群１５は、次いで再始動され、その出力は、膨張設備９からの出力の上昇と同時に上昇されて、主要動作モードに対応する流体貯蔵容器１内の所与の圧力値１へと戻る。
【０１１９】
第２のシナリオにおいては、デバイスが、エネルギー貯蔵ステップに現在ある場合には、同時に、圧縮設備８用のエネルギー源からの出力は、変動し得る一方で、圧縮ガス設備９は、流体貯蔵容器１内にガスを注入している。例えば、圧縮設備８が、太陽光出力により給電される場合には、これは、当然ながら、現在の気象条件と共に変動する。
【０１２０】
圧縮設備８用のエネルギー源からの出力が低下する場合には、流体貯蔵容器１から放出される液体３が通過するタービン１９によりエネルギーを生成することが可能な発電機群１６は、その出力を急速に上昇させることにより、圧縮設備８への出力を安定化させることが可能である。
【０１２１】
同様に、圧縮設備８用のエネルギー源からの出力が上昇する場合には、主要動作モードにある場合に貯蔵動作中に停止されるモータ群１５は、迅速に始動され、負荷が、上昇されて、圧縮設備８により消費されないエネルギー余剰分の一部を消費する。
【０１２２】
したがって、モータ群１５および発電機群１６からの出力は、出力の大きな変化率を許容するために、主要動作モードから変更され得る。デバイスは、主要動作モードへと徐々に戻る。
【０１２３】
好ましくは、流体貯蔵容器１内のガス２は、ガス２収容部分および液体３収容部分へと流体貯蔵容器１を分ける剛性かつ可動の隔壁２３などの液密分離手段により、液体３から分離される。この時、隔壁２３は、液体とガスとの間に分離表面を画定し、ガス貯蔵動作およびガス送出動作の際にはガスおよび液体の体積の変化と共に移動することが可能である。
【０１２４】
実際には、分離手段は、ガス貯蔵動作およびガス送出動作の際には、ガスが貯蔵から除去された場合に、ガス収容部分の体積が減少する一方で液体収容部分の体積が増加するように、対照的に、ガスが貯蔵された場合に、ガス収容部分の体積が増加する一方で液体収容部分の体積が減少するように、移動することが可能でなければならない。
【０１２５】
好ましくは、隔壁２３は、流体貯蔵容器１内における圧縮ガスと液体との間の分離を維持するために、および液体中にガスが溶解する現象または２つの流体の一方が他方を汚染する現象を回避させるために、１つまたは複数のシール２４を周囲に備える。したがって、流体貯蔵容器１内の２つの流体は、隔壁２３を介して相互に相互圧力を印加する。
【０１２６】
シール２４の性質、特にそれらの材料、形状、および液密性は、流体２、３にとって、ならびに圧力および温度などの貯蔵条件にとって、適切なものである。また、これは、シールについての十分な耐用寿命を、特にガスの貯蔵および送出の際に隔壁２３が変位することによる容器の内方表面における摩擦に対する良好な耐摩耗性を、確保するものでなければならない。シール２４は、膨張可能シールであってもよい。ガスと液体との間の液密性を上昇させるために、少なくとも２つのシール２４を使用して、連続バリアを形成することが可能である。
【０１２７】
図２に示す例においては、空気２と水３との間の分離表面は、水平面内に位置する。この場合に、空気２は、流体貯蔵容器１の上方部分を必然的に占め、水は、流体貯蔵容器１の下方部分を占める。この時、隔壁２３は、水の体積が変化するのにつれて水の表面を移動させ得るように、水の表面上に単純に浮遊することが可能である。代替的には、剛性の分離隔壁２３は、空気および水を分離させる可撓性材料の膜に置き換えられることにより、ガス収容部分の体積と水収容部分の体積とがこの膜の変形によって変動し得るようにしてもよい。
【０１２８】
空気と水との間の分離表面が、水平面内に位置しない場合には、液体を収容する側とガスを収容する側との間の圧力差に対応するように特殊設計された剛性の分離隔壁２３を使用することが必要となる。
【０１２９】
したがって、図３は、流体貯蔵容器１内のガスと液体との間の分離手段の特に有利な変形例を示す。ガスと液体との間の分離表面は、水平面内に位置しない。例えば、この分離表面は、垂直面内に、または垂直平面に対して例えば１°〜１０°など数度だけ傾斜された面内に位置する。これは、流体貯蔵容器１が水平状態にある、地上に置かれる、埋設される、またはその縦方向寸法により垂直な位置決めが不可能となることが、さらに有利となり得る場合に、当てはまり得る。この時、隔壁２３の設計は、液密シールを維持しつつ流体貯蔵容器１の本体内を摺動し得ると共に、ガス２と液体３との間の分離表面の面内において液体側とガス側との圧力分布の差による応力を吸収し得ることが、必要となる。
【０１３０】
したがって、剛性隔壁２３は、そのリム上に、流体貯蔵容器１の本体を圧迫する軸受表面３０を備える。これらの軸受表面３０は、隔壁２３の面の各側へと偏心して位置し、したがってガスと液体との間の分離表面から偏心して位置するように、大きな寸法を有し、これにより、印加される力による応力を吸収する。これらの軸受表面３０は、流体貯蔵容器１内の圧力による圧迫に耐える、および流体貯蔵容器１の本体に沿った隔壁２３の摺動を容易にすることにより隔壁の変位を可能にする、材料から作製される。
【０１３１】
軸受表面３０は、容器の周囲全体にわたり連続的なものであってもよく、容器の周囲にわたり不連続ではあるが均等に分布したものであってもよく、または、不連続であり不均一に分布したものであってもよく、例えば、隔壁２３に対して流体により印加される圧力が最も高い位置である容器の下方部および上方部の合計支持表面積が、より広い。
【０１３２】
同様に、軸受表面３０の幅は、容器の円周に沿って一定であってもよく、一定でなくてもよい。不連続な軸受表面の場合には、軸受表面と容器との間の単位接触面積は、全ての軸受表面について同一であってもよく、または、軸受表面に応じて異なってもよい。
【０１３３】
また、サポートは、隔壁の移動を容易にするためのホイールなどのローラ機構を備えてもよい。
【０１３４】
隔壁２３の面に対する軸受表面３０のオフセット、すなわち軸受表面３０上の点と隔壁２３の面との間の最大距離は、全ての軸受表面３０について同一でなくてもよい。これは、容器の下方部分に配置される軸受表面３０についてはより大きくてもよい。なぜならば、隔壁２３の下方部分に対しては、水によってより高い圧力が印加されるからである。
【０１３５】
この時、隔壁２３は、流体貯蔵容器１内において完全に中心に配置され、すなわち、その２つの側に対する圧力により傾斜されず、シール２４は、貯蔵動作および送出動作の際に隔壁が移動する最中でも面内に適切に留まる。
【０１３６】
また、軸受表面３０は、タイプによっては、ガスと液体との間の液密性に寄与し得る。
【０１３７】
このように軸受表面３０を備える隔壁２３は、第１の流体を収容する部分の体積および第２の流体を収容する体積が隔壁２３の変位によって変動するのを可能にすると共に、任意の流体貯蔵容器１内における２つの流体間の液密性を確保する。
【０１３８】
ガスと液体との間の分離表面が垂直面に対して数度だけ傾斜される場合には、底部３３がガス収容部分となる、したがって頂部３４が液体収容部分となるような流体貯蔵容器１を有することが、有利となる。この時、ガスと液体との間の隔壁２３および／またはシール２４に故障が存在する場合には、隔壁２３を通るガス２の方向への液体３の漏れは、流体貯蔵容器１の底部３３の方向に流れなければならず、この底部３３において、液体は、回収され、低出力水力ポンプ３１により隔壁２３の他方の側（液体収容部分）へと戻され得る。同様に、隔壁２３を通る液体中へのガスの漏れは、流体貯蔵容器１の頂部の方向へと液体収容部分内に流れなければならない。このガスは、低出力空気圧縮機３２により隔壁２３の他方の側（ガス収容部分）へと戻され得る。
【０１３９】
流体貯蔵容器１の底部３３および頂部３４は、これらが隔壁２３の移動を阻害することがないように、容器１の両端部に位置決めされる。
【０１４０】
図１１および図１２は、特にガスが膨張設備９により膨張されることによって電気エネルギーを生成する場合に、ガスを貯蔵し、断熱サイクルにおいてガスを送出することを可能にする、本発明の別の構成を示す。
【０１４１】
これを目的として、熱交換システムが、圧縮設備８におよび膨張設備９に関連付けられる。熱交換システムは、圧縮設備８におけるガス圧縮の際に発生する熱を抽出するための手段と、この熱を貯蔵するための手段と、膨張設備９においてガスに対してこの熱を送出するための手段とを備える。圧縮および膨張のサイクルは、環境に対するリスクを伴わずに性能の向上およびＣＯ２排出の皆無に関する利点を有する、「断熱」サイクルとなる。
【０１４２】
図１１および図１２に示す例においては、圧縮設備８は、例えば３つの圧縮段８１ａ〜８１ｃなどの少なくとも１つの段を備える。各圧縮段８１ａ〜８１ｃは、例えば各圧縮段８１ａ〜８１ｃからの出口などにおいて少なくとも１つの熱交換器８０ａ〜８０ｃに関連付けられることにより、各圧縮段８１ａ〜８１ｃにおける圧縮中または圧縮後にガスから熱が回収され、この熱が熱伝達流体８６へと伝達される。熱交換器８０ａ〜８０ｃにそれぞれ関連付けられた圧縮段８１ａ〜８１ｃは、直列にまたは並列に配置されてもよい。
【０１４３】
同様に、膨張設備９は、例えば３つのガス膨張段８８ａ〜８８ｃなどの少なくとも１つの段を備える。各膨張段８８ａ〜８８ｃは、例えば各膨張段８８ａ〜８８ｃへの入口などに配置された少なくとも１つの熱交換器８７ａ〜８７ｃに関連付けられることにより、熱伝達流体８６からの熱が回収され、各膨張段８８ａ〜８８ｃにおける膨張前または膨張中にこの熱がガスへと伝達される。熱交換器８７ａ〜８７ｃとそれぞれ関連付けられた膨張段８８ａ〜８８ｃは、直列にまたは並列に配置されてもよい。
【０１４４】
この場合に、この熱交換システムは、圧縮設備８におけるガス圧縮により加熱される熱伝達流体を貯蔵するための少なくとも１つの蓄熱体８４、９１を備える。蓄熱体８４、９１は、断熱され、熱伝達流体８６を圧縮するための手段を備える。
【０１４５】
図１１に示す第１の例においては、圧縮設備８の交換機８０ａ〜８０ｃから来る加熱された熱伝達流体８６は、断熱管８３を通過し、好ましくはやはり断熱された、隔壁２３の移動を阻害しないように流体貯蔵容器１内のガス収容部分２内に配置される蓄熱体８４を充填する。図１１に示すように、熱伝達流体を圧縮するための手段は、流体貯蔵容器１内のガスと蓄熱体８４、９１内の熱伝達流体８６との間の境界面として位置決めされる断熱プランジャ８５を備える。したがって、熱伝達流体８６は、流体貯蔵容器１内の圧縮ガス２の圧力に維持される。有利には、以下において分かるように、熱伝達流体８６は、水である。水の熱容量が高いことを考慮すると、流体貯蔵容器１内における熱伝達流体８６としての水の貯蔵体積は、空気貯蔵体積の数％を超過しない。したがって、熱損失は、非常に限定的なものに留まる。
【０１４６】
膨張設備９の各交換機８７ａ〜８７ｃは、流体貯蔵容器１内部の蓄熱体８４から熱伝達流体８６を供給され、断熱管８９により流体貯蔵容器１に対して連結される。
【０１４７】
ポンプ９０が、圧縮段８１ａ〜８１ｃの交換機８０ａ〜８０ｃへの入口において熱伝達流体８６を圧縮する。減圧弁９７により、熱伝達流体８６は、熱交換器８７ａ〜８７ｃからの出口において膨張することが可能となる。流体貯蔵容器１内に配置された蓄熱体８４内における熱伝達流体８６の貯蔵は、流体貯蔵容器１内のガス２の貯蔵と同時に行われる。調整システムにより制御されるタービン１９を備える発電機群１６は、この動作中に流体貯蔵容器１の内部における圧力を一定に維持する。
【０１４８】
流体貯蔵容器１内に配置された蓄熱体８４からの熱伝達流体８６の送出は、ガス２の送出と同時に行われる。調整システムにより制御されるポンプ１７を備えるモータ群１５は、この動作中に流体貯蔵容器１の内部の圧力を一定に維持する。
【０１４９】
図１２に図示される第２の例においては、熱伝達流体８６を貯蔵するための蓄熱体９１は、流体貯蔵容器１内部には配置されず、その外部に配置される。蓄熱体９１は、熱伝達流体８６を供給される部分と、流体貯蔵容器１から圧縮ガスを供給される部分とを備え、これらの２つの部分は、蓄熱体９１内に配置された隔壁９５の各側にそれぞれ配置されて、２つの部分の間にシールを確立する。
【０１５０】
さらに具体的には、蓄熱体９１は、熱伝達流体８６の貯蔵温度における作業圧力に耐えることが可能な剛性容器から構成され、例えば上方端部などの一方の端部に、空気などのガス用の少なくとも１つのガス吸入／排出ポートと、他方の端部つまり下方端部に、熱伝達流体８６用の少なくとも１つの吸入／排出ポートを備える。
【０１５１】
蓄熱体９１のガス吸入／排出ポートは、１つまたは複数の耐圧管９２により、圧縮ガス２を収容する流体貯蔵容器１の部分に対して連結され、これにより、流体貯蔵容器１内のガス２の圧力と均等な蓄熱体９１内の一定の圧力が維持され得る。代替的には、流体貯蔵容器１からのガスは、蓄熱体９１内に進入する前に、貯蔵温度における熱伝達流体８６の蒸気圧を大幅に上回る圧力まで膨張される。この事前膨張は、水を液体状態に維持し、蓄熱体９１内におけるこの水の貯蔵を容易化するために、特に熱伝達流体が水である場合には有利となる。
【０１５２】
熱伝達流体８６用の吸入／排出ポートは、１つまたは複数の耐圧管９３により、上述のような圧縮設備８の熱交換器８０ａ〜８０ｃからの管８３に対して、および上述のような膨張設備９の熱交換器８７ａ〜８７ｃからの管８９に対して連結される。蓄熱体９１は、断熱手段９４を備える。
【０１５３】
また、蓄熱体９１の隔壁９５は、断熱手段９６をやはり備え、例えば熱伝達流体８６の上に浮遊してもよい。この隔壁９５の機能は、空気２などの圧縮ガスを熱水などの熱伝達流体８６から分離することである。蓄熱体９１の隔壁９５は、シールを周囲に備えてもよい。蓄熱体９１の隔壁９５は、流体貯蔵容器１の隔壁２３に関して説明したものと同様の設計を有してもよい。
【０１５４】
図１１および図１２に示す例においては、熱伝達流体８６は、好ましくは圧縮された水であり、圧縮ガス２は、空気である。
【０１５５】
この時、圧縮段８１ａ〜８１ｃは、各圧縮段８１ａ〜８１ｃを出る空気の温度が、各交換機８０ａ〜８０ｃにおいて優勢となる圧力での水の気化温度を大幅に下回る温度になるように、構成される。
【０１５６】
したがって、水は、熱交換器８０ａ〜８０ｃ内においては液体状態に留まり、圧縮された熱水は、断熱管８３を経由して各交換機８０ａ〜８０ｃを出て、蓄熱体８４、９１へと流れる。
【０１５７】
したがって、この熱交換システムにより、序章において述べた利点を有しつつ、熱伝達流体８６として水を使用することが可能となる。
【０１５８】
図１３は、圧縮ガスを貯蔵するためのデバイス、特に、放出設備９が、流体貯蔵容器１内の高圧から膨張設備１０１を出る際のより低い圧力へとガス圧を低下させ得る、流体貯蔵容器１からの出口のガス膨張設備１０１と、圧縮ガスを使用する方法を実施する産業設備１０２とから構成される、本発明によるデバイスの一応用例を示す。膨張設備１０１を出る際のガスのこのより低い圧力は、ガスが産業設備１０２内において使用されるときの圧力に一致する。この膨張設備１０１は、電気エネルギーを生成することが可能な発電機に結合される。
【０１５９】
さらに具体的には、適度な圧力のガスを必要とする１つまたは複数の産業プロセスの動作圧力よりも高い圧力を貯蔵するために圧縮を行う際に必要なエネルギーの損失を回避するために、放出設備９は、以下のものから構成されることが有利となる。
貯蔵圧力からエネルギー生成のために産業プロセスにおいて使用される圧力までガスを膨張させるための膨張設備１０１。また、この膨張設備は、ガス圧縮から、または現地にて利用可能な任意の他の熱源から、特に関与する産業プロセスから生ずる、貯蔵される熱より、熱を供給され得る。これにより、ガスは、産業プロセスに適した温度にて送出される。同様に、ガスの膨張による熱損失は、有利には、ガス液化プロセスなどの産業プロセスにおいて使用することが可能であり、または、貯蔵後に圧縮設備８において空気を冷却するために使用することが可能である。
１つまたは複数の産業設備１０２。すなわち、膨張設備を出る際の圧縮ガスを利用する産業プロセスを実施する設備。
【０１６０】
したがって、膨張設備１０１における膨張動作により、電気エネルギーが発生する。この時、膨張されたガスは、大気中に放出されずに、産業設備１０２により利用されると有利である。
【０１６１】
この特定の例においては、ガスは、膨張前または膨張中に熱源により加熱されなかった。したがって、膨張設備１０１を出る際のガスの温度は、貯蔵容器１内の貯蔵温度未満となり、これにより、産業設備１０２における産業プロセスにおいて直接的に、または任意の他のプロセスにおいて、この膨張されたガスを冷媒として使用することが可能となる。
【０１６２】
一変例としては、産業設備１０２は、流体貯蔵容器１のガス排出ポート３６に対して直接的に連結され、これにより、圧縮ガスが、直接的に利用される。
【０１６３】
任意には、ガスを産業設備１０２により必要とされる圧力にするための手段が使用され得る。
【０１６４】
このデバイスは、様々な位置に位置決めされ得るものであり、流体貯蔵容器１は、陸上または水中に位置することが可能である。
【０１６５】
したがって、このデバイスは、産業プロセスに対して供給するように意図されたガスを貯蔵するために使用され得る。
【０１６６】
ガスが、貯蔵および送出の際に一定の圧力に維持されることにより、圧縮設備８および放出設備９の動作にとって非常に好ましい条件が実現される。
【０１６７】
また、貯蔵密度は、流体貯蔵容器１内で許容される圧力が高いことにより、一定の体積における貯蔵よりもはるかに高い。
【０１６８】
また、産業プロセスにおいてガスを使用するための通常の圧力は、一般的には数バールから数十バールまでと多様である点に留意されたい。これらの比較的低圧でのガス貯蔵は、低密度でのものとなるため、貯蔵コストが高くなり、多量のスペースを必要とする。
【０１６９】
高圧にてガスを貯蔵することは、はるかにより有利となる。
【０１７０】
経済的に魅力的なガス貯蔵手段の不在により、製造業者らは、産業プロセスにおける使用時に圧縮ガスを生成することを余儀なくされる。したがって、産業プロセスにより必要とされるガス圧に特定された圧縮システムを設計して、このプロセスの特定のステップの限定的な需要を満たすことが必要となる一方で、この出力は、継続的にまたは少なくとも長期間にわたり圧縮設備を作動させることにより、大幅に低下し得る。さらに、圧縮設備の停止により、産業システム全体が停止され、これにより、バックアップ圧縮設備が利用可能でなければならなくなる。
【０１７１】
したがって、本発明によるガス段のさらなる利点は、ガスが産業プロセスにおいて使用するように意図される場合に存在する。
【０１７２】
したがって、本発明のデバイスにより、高圧にておよび十分な密度にてガスを貯蔵することが可能となる。
【０１７３】
また、産業プロセスにおいて利用可能な任意の圧縮ガス源を利用することにより、部分的にであっても圧縮設備８に対して供給を行い、したがってデバイスによって消費されるエネルギーを減少させることが、有利となり得る。
【０１７４】
第１の産業プロセスに加えて、産業用地にて実施される別の産業プロセスが、貯蔵されるガスの圧力に近い高圧にて貯蔵されるガスの限定的な流れを必要とする場合には、流体貯蔵容器１のガス排出ポート３６と膨張設備９との間にバイパス回路を配置して、この他方のプロセスに対してより高い圧力を同時に供給させることが、有利となる。このバイパス回路は、プロセスにより必要とされる圧力までガスを膨張させるための手段を備えることが可能である。
【０１７５】
したがって、本発明による設備は、同時にまたは交互に、両産業プロセスに対して非常に異なる圧力にてガスを供給することが可能である。
【符号の説明】
【０１７６】
１  流体貯蔵容器
１ａ  流体貯蔵容器
１ｂ  流体貯蔵容器
１ｃ  流体貯蔵容器
１ｄ  流体貯蔵容器
１ｅ  流体貯蔵容器
２  ガス、圧縮ガス、空気、流体、空気収容部分、ガス収容部分
３  液体、水、流体、液体収容部分
４  端部
５  端部
６  管
７  管
８  圧縮設備
９  放出設備
１０  減圧弁
１１  発電機
１２  燃焼チャンバ
１３  空気圧縮機
１４  電気モータ
１５  モータ群
１６  発電機群
１７  ポンプ、水力ポンプ
１８  モータ
１９  タービン、水力タービン
２０  発電機
２１  管
２２  液体リザーバ、液体源
２３  隔壁
２４  シール
２５  矢印
２６  矢印
２７  矢印
２８  矢印
３０  軸受表面
３１  低出力水力ポンプ
３２  低出力空気圧縮機
３３  底部
３４  頂部
３５  ポート、液体ポート、液体排出ポート、液体吸入ポート、水ポート
３６  ガスポート、吸入ポート、空気ポート、空気吸入／排出ポート、ガス排出ポート、ガス吸入ポート
４０  リザーバ、水圧リザーバ
４１  管
４２  追加の外部供給水
４４  放出される
４５  タービン段
４６  タービン段
５０  海底
５１  管
５２  管
５３  海洋
６０  浮力要素
６１  投錨
６２  浮遊構造体
６３  水中電気ケーブル
７０  空気弁
７１  管
７２  管
７３  管
７４  管
８０ａ  熱交換器
８０ｂ  熱交換器
８０ｃ  熱交換器
８１ａ  圧縮段
８１ｂ  圧縮段
８１ｃ  圧縮段
８３  断熱管
８４  蓄熱体
８５  断熱プランジャ
８６  熱伝達流体
８７ａ  熱交換器
８７ｂ  熱交換器
８７ｃ  熱交換器
８８ａ  膨張段
８８ｂ  膨張段
８８ｃ  膨張段
８９  断熱管
９０  ポンプ
９１  蓄熱体
９２  耐圧管
９３  耐圧管
９４  断熱手段
９５  隔壁
９６  断熱手段
９７  減圧弁
９９  水弁
１０１  膨張設備
１０２  産業設備
【図１】
2014515339.tif 000003
【図２】
2014515339.tif 000004
【図３】
2014515339.tif 000005
【図４】
2014515339.tif 000006
【図５】
2014515339.tif 000007
【図６】
2014515339.tif 000008
【図７】
2014515339.tif 000009
【図８】
2014515339.tif 000010
【図９】
2014515339.tif 000011
【図１０】
2014515339.tif 000012
【図１１】
2014515339.tif 000013
【図１２】
2014515339.tif 000014
2014515339.tif 000015
【国際調査報告】
2014515339.tif 000016
2014515339.tif 000017
2014515339.tif 000018
2014515339.tif 000019
2014515339.tif 000020
2014515339.tif 000021