(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの圧力容器（１０）と、気体（１）を圧縮できるようにする複数の気体圧縮機（３、８、９）と、直列に接続された複数の圧縮段であって、何れの場合も前記圧縮機（３、８、９）のうちの１つ及び当該圧縮機の下流に接続された気体流れ経路（１１、１２、１３）を含み、当該圧縮段の最後の直列に接続された段の下流に、前記圧縮機（３、８、９）によって圧縮された前記気体（１）を貯蔵できる前記圧力容器（１０）が接続されている、複数の圧縮段と、前記気体（１）の圧縮によって生成される圧縮熱を貯蔵できるようにする複数の蓄熱機（４、５、６）を備える蓄熱機配列（７）と、を有する気体及び熱の一時貯蔵のための装置において、前記蓄熱機配列（７）が、各圧縮段の前記気体流れ経路（１１、１２、１３）内に接続され、前記蓄熱機（４、５、６）へは蓄熱機シーケンスが割り当てられており、各圧縮段の前記気体流れ経路（１１、１２、１３）は前記蓄熱機（４、５、６）を前記蓄熱機シーケンスで連続に通っており、各蓄熱機（４、５、６）には既定の最低温度が関連付けられており、前記蓄熱機配列（７）は、各蓄熱機（４、５、６）をそれへ割り当てられている前記最低温度へ加温できるようにする少なくとも１つの加温装置（１８、１９、２０）を備えており、前記蓄熱機（４、５、６）へ割り当てられている前記最低温度は前記蓄熱機シーケンスで低下している、ということを特徴とする装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置において、前記蓄熱機（４、５、６）の温度は前記蓄熱機シーケンスで低下している、ということを特徴とする装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の装置において、一連の前記蓄熱機（４、５、６）が各圧縮段の前記気体流れ流路（１１、１２、１３）に接続され、これらの前記気体流れ流路（１１、１２、１３）のそれぞれにおいて前記蓄熱機（４、５、６）は同じシーケンスで連続して接続されている、ということを特徴とする装置。
【請求項４】
請求項１から３の何れか一項に記載の装置において、各蓄熱機（４、５、６）は前記熱圧縮の一部を貯蔵できる流体の熱貯蔵媒体（２２、２３、２４）を備えている、ということを特徴とする装置。
【請求項５】
請求項４に記載の装置において、先頭の直列に接続された前記蓄熱機（４）の前記既定の最低温度は少なくとも１００℃であり、その熱貯蔵媒体（２２）はグリセリンである、ということを特徴とする装置。
【請求項６】
請求項５に記載の装置において、先頭の直列に接続された前記蓄熱機（４）の下流に接続されている前記又は各蓄熱機（５、６）の前記既定の最低温度は１００℃未満であり、それの熱貯蔵媒体（２３、２４）は水である、ということを特徴とする装置。
【請求項７】
請求項１から６の何れか一項に記載の装置において、前記気体（１）は空気である、ということを特徴とする装置。
【請求項８】
請求項１から７の何れか一項に記載の装置であって、前記気体を膨張できるようにする複数の膨張装置（１４、１５）と、前記膨張装置（１４、１５）のうちの１つ及び当該膨張装置の上流に接続された気体流れ経路（１６、１７）をそれぞれ備えている直列に接続された複数の膨張段と、によって特徴付けられる装置において、前記圧力容器（１０）は前記膨張段の最初の直列に接続された段の上流に接続され、前記蓄熱機配列（７）は各膨張段の前記気体流れ経路（１６、１７）内に接続され、各膨張段の前記気体流れ経路（１６、１７）は前記蓄熱機（４、５、６）を逆の蓄熱機シーケンスで連続に通っている、装置。
【請求項９】
請求項８に記載の装置において、低温貯留装置（２１）が最後の直列に接続された前記圧縮段の前記気体流れ経路（１３）内の前記蓄熱機配列（７）と前記圧力容器（１０）の間に接続されており、当該低温貯留装置は、更に、前記膨張装置（１４、１５）の各々の下流に接続されていて、膨張された前記気体（１）の低温によって冷却されることになるので、前記圧力容器（１０）へ給送される前記気体を前記低温貯留装置（２１）によって冷却することができる、ということを特徴とする装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の装置において、前記低温貯留装置（２１）は、加えて、最初の直列に接続された前記膨張段の前記気体流れ経路（１６）内の前記蓄熱機配列（７）の手前に接続されているので、前記膨張段へ給送される前記気体を前記低温貯留装置（２１）によって予加温することができる、ということを特徴とする装置。
【請求項１１】
気体及び熱の一時貯蔵のための方法であって、気体（１）は複数の圧縮段で連続的に圧縮され次いで少なくとも１つの圧力容器（１０）に貯蔵され、前記気体（１）の前記圧縮によって生成される圧縮熱は各圧縮後に複数の蓄熱機（４、５、６）に貯蔵される、方法において、前記蓄熱機（４、５、６）には蓄熱機シーケンスが関連付けられており、各圧縮後の前記気体（１）は前記蓄熱機（４、５、６）を前記蓄熱機シーケンスで連続に通って流れ、前記圧縮熱が前記蓄熱機（４、５、６）へ放出されるようにしており、各蓄熱機（４、５、６）には既定の最低温度が関連付けられており、少なくとも１つの加温装置によって、各蓄熱機（４、５、６）は、少なくとも、それへ割り当てられている前記最低温度には保持されており、前記蓄熱機へ割り当てられている前記最低温度は前記蓄熱機シーケンスで低下している、ということを特徴とする方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の方法において、前記蓄熱機（４、５、６）の温度は前記蓄熱機シーケンスで低下している、ということを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項１１又は請求項１２に記載の方法において、前記圧力容器（１０）に貯蔵された前記気体（１）は複数の膨張段で連続的に膨張され、各膨張前の前記気体（１）は前記蓄熱機（４、５、６）を逆の蓄熱機シーケンスで連続に通って流れ、それにより加温される、ということを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気体及び熱の一時貯蔵のための装置において、少なくとも１つの圧力容器と、気体を圧縮できるようにする複数の気体圧縮機と、直列に接続された複数の圧縮段であって、各段が前記圧縮機のうちの１つ及び当該圧縮機の下流に接続された気体流れ経路を含み、当該直列に接続された圧縮段の最後の段の下流に圧縮機によって圧縮された気体を貯蔵できる圧力容器が接続されている、複数の圧縮段と、気体の圧縮によって生成される圧縮熱を貯蔵できるようにする複数の蓄熱機を備える蓄熱機配列と、を有する装置に関する。本発明は、更に、気体及び熱の一時貯蔵のための方法において、気体が複数の圧縮段で連続的に圧縮され次いで少なくとも１つの圧力容器に貯蔵され、気体の圧縮によって生成される圧縮熱が各圧縮後に複数の蓄熱機に貯蔵される、方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ドイツ特許第１０２０１００５０４２８Ａ１号は、エネルギーを蓄圧器内の圧縮可能な媒体中の圧力エネルギーの形態と熱エネルギーの形態で一時的に貯蔵するための圧縮段−熱貯蔵パワープラントであって、少なくとも１つの圧縮装置と少なくとも１つの熱交換装置を直列に接続して備えている少なくとも１つの注入圧力段と、少なくとも１つの熱交換装置と少なくとも１つの膨張装置を直列に接続して備えている少なくとも１つの取出し圧力段と、を有しており、注入圧力段の数が取出し圧力段の数に等しくない、圧縮段−熱貯蔵パワープラント、を開示している。
【０００３】
多くの技術用途では、放散させなくてはならないプロセス熱が発生する。プロセス熱の活用事例は、熱併給発電プラントや地域暖房である。多くの場合、熱を回収することはエネルギーの面からも好都合であろう。直接的な熱の回収は、例えば並流及び向流方式の熱交換器を用いて実現することができ、すると往々にして高いエネルギー節約を成し遂げることが可能になる。
【０００４】
機械的なエネルギー蓄積装置の場合、受容され得る全体効率にとって熱回収は欠くことのできない前提条件である。但しこの場合、並流又は向流法の様な動的方法は必ずしも得策ではなく、というのもエネルギー蓄積装置の装填と吐出は時系列にできる限り互いから切り離されていなくてはならないからである。他方、市場で入手可能な熱交換機は、それらの継続的同時的平行又は反平行流れによって特徴付けられる。貯蔵媒体の流れは、循環のための追加のエネルギー支出を余儀なくし、それも節減の余地がある。
【０００５】
エネルギーが圧縮された空気の形態で貯蔵されるなら、圧縮で熱が必然的に発生する（熱力学第１法則）。
【０００６】
理想的な等温圧縮機の例について熱を計算するのが最も分かり易い。これは、理論上は、費やされた圧縮の仕事の約１／３である。実際には、熱は殆どが周囲環境へ放出され、熱損失は殆どの事例では遥かに高く例えば費やされた圧縮の仕事の２／３になることすらある。それ故、当該発明は、特に、断熱的圧縮空気エネルギー貯蔵プラント（ＡＣＡＥＳプラント：adiabatic compressed air energy storage plant）を目指している。これに関連して、ここでは断熱的という形容詞は、厳格に熱力学の意味で（周囲環境への熱交換が皆無との意味で）理解されてはならず、むしろ、圧縮で生成される熱ができる限り回収されるべきである、という意味にすぎない。
【０００７】
理想的な気体の熱方程式ｐＶ＝ｎＲＴ（より現実的なファン・デル・ワールスの状態方程式は単純に約１０％の補正を導入している）に基づき、且つ２原子気体についての状態のカロリー方程式Ｕ＝５／２ｎＲＴ（空気は９９％が２原子気体）に基づくと、既定体積Ｖ中の作動気体について、圧力ｐの増加は温度Ｔの上昇又は物質ｎの量又はその両方によって発生することが明らかである。何れの場合も、これは気体の内部エネルギーＵ又はエンタルピーＨ＝Ｕ＋ｐＶの増加に相当する。Ｒは普遍気体定数を表す。
【０００８】
熱を供給することによるエネルギーの増加又はシステムのエンタルピーの増加について、その様な圧力の上昇が、圧力容器内の分子数の増加によって発生するのか又は温度の上昇即ち粒子運動の増加によって発生するのかは事実上重要ではない。
【０００９】
その様な疑似断熱的システムでは、圧縮熱を加えること及び回収することにより、理論的には従来式の圧縮機又はタービンを遥かに上回る全体効率が実施可能となる。
【００１０】
実際には、巨大な高圧力容器の断熱絶縁を達成するのは恐らく無理である。現実はこうである、即ち、熱的絶縁が圧力容器の外部に設置されたら収容器の壁は温まるはずである。圧力容器の膨大な熱容量を勘案すると、圧縮熱は収容器壁の温度に僅かな上昇を引き起こすだけであり、この低い温度では、実践可能な直接的熱回収にとって殆どが失われてしまうことになる。他方、高圧力容器内部に熱的絶縁が設置されたなら、それは多大な圧力変動及び温度変動（数百バール、ケルビン温度で数百度）に曝されることになり、時間を経て破壊されてしまう。それ故、高圧力容器はその周囲環境の温度にあるのがよい。
【００１１】
これには、欠かせない圧縮熱の中間貯蔵部が必要になる。ここで別の根本的な問題が持ち上がる、つまり、熱は高い温度差にて効率的に移動させることができ、その様な温度差は原則的に熱機関では有利（カルノー効率を参照）でもあるのだが、また一方、対流、伝導、及び特に放射に因る損失も相応に（シュテファンボルツマンの法則によれば温度の４乗に比例して）増加する。
【００１２】
高温蓄熱機は、従って原則的には長い期間向けには適していないということになるが、とはいえエネルギー貯蔵の点では基本的に好ましい。既知の高温蓄積装置は、特に、論じられている高い温度差及び高い圧力差が機械的に貯蔵部材料（例えば石）を劣化させ、結果として生じる粒子が膨張中にタービンブレードに吹き付けかねない、という現実にも苦しめられる。
【００１３】
実践上で起こる温度差については、相変化材料（ＰＣＭ）は不向きであり、又は依然として実験段階である。現状の科学的知見によれば、それらは経時的に劣化し、従って十分に効率的というわけではないらしい。既知の産業用吸着貯蔵材料のシリカゲルやゼオライトも同じく適さない、というのも圧縮熱の大部分は吐出温度より下であるし、熱移動は継続的であって個別のプロセスではないからである。従ってこれらの材料の場合、それらの吐出温度より上の、比較低少量の熱しか回収されないのではないだろうか。より低い温度にある圧倒的な量の熱は失われてしまうだろう。
【００１４】
多段低温蓄熱機なら実施可能な解となるかもしれない。このやり方で構築された断熱的又は疑似断熱的圧縮空気貯蔵パワープラントなら、断熱絶縁された圧力容器内に圧縮機を配列することによる思考実験で実現され得るカルノー効率につながるかというとそうではない。それなら、その廃熱を作動気体へ移動させるしかなく、そうすれば理論上は圧縮機のエネルギーを完全に使用できるのではないだろうか。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】ドイツ特許第１０２０１００５０４２８Ａ１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
従って、本発明の目的は、圧縮熱のできる限り多くを蓄熱機配列内に貯蔵できるように、冒頭に言及されている型式の装置及び方法を開発することである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本目的は、特許請求の範囲の請求項１に記載の装置と請求項１２に記載の方法とによって実現される。本発明の好適な発展型は下位請求項及び次の説明に開示されている。
【００１８】
本発明による、気体及び熱の一時貯蔵のための装置は、圧力容器又は少なくとも１つの圧力容器と、気体を圧縮できるようにする複数の圧縮機と、直列に接続された複数の圧縮段であって、各段が前記圧縮機のうちの１つ及び当該圧縮機の下流に接続された気体流れ経路を含み、当該直列に接続された圧縮段の最後の段の下流に圧縮機によって圧縮された気体を貯蔵できる前記圧力容器が接続されている、複数の圧縮段と、気体の圧縮によって生成される圧縮熱を貯蔵できるようにする複数の蓄熱機を備える蓄熱機配列と、を備えており、蓄熱機配列は、各圧縮段の気体流れ経路内に接続され、蓄熱機には蓄熱機シーケンスが関連付けられており、各圧縮段の気体流れ経路は、具体的にはそれぞれの気体流れ方向に関して、蓄熱機シーケンスで蓄熱機を通っている。而して、望ましいことに、各圧縮段の圧縮熱を具合的には段階的に蓄熱機へ放出させることができる。
【００１９】
本発明によれば、蓄熱機は各圧縮段の気体流れ経路内に直列に接続されており、蓄熱機はこれらの気体流れ経路の各径路内で同じシーケンスで縦に並んで接続されている。蓄熱機配列は、而して、各圧縮機の下流に接続された段違い型蓄熱部を形成しており、それの複数段が蓄熱機によって形成されている。蓄熱機の温度は蓄熱機シーケンスで低下しているのが望ましい。本発明による装置のおかげで、従来式の解よりも、圧縮熱の遥かに大きな割合を蓄熱機配列に貯蔵することができる。特に、蓄熱機配列は複数の低い温度で作動でき、また望ましくは或る低い温度で作動できる。
【００２０】
圧縮段の数は、望ましくは、２つ、少なくとも２つ、３つ、又は少なくとも３つである。具体的には圧縮機の数は圧縮段の数に対応する。各圧縮段はそれら圧縮機のうちの厳密に１つを含んでいるのが望ましい。圧縮段のうちの厳密に１段が各圧縮機へ割り当てられている及び／又は各圧縮機内に提供されているのが望ましい。蓄熱機配列及び／又は蓄熱機は具体的には圧縮機を含まない。
【００２１】
各圧縮機は、例えば、圧縮機械と呼称されることもある。例えば、各圧縮機は、ターボ圧縮機、スクリュー圧縮機、又はピストン圧縮機である。
【００２２】
圧力容器は周囲環境に対して熱的に絶縁されているのが望ましい。圧力容器内に貯蔵される気体は雰囲気温度又は大凡雰囲気温度であるのが望ましい。圧力容器は、更に、例えば縦に並んで接続されている複数の圧力収容器を含むことができ及び／又は複数の圧力収容器で構成されている。
【００２３】
蓄熱機は、互いから及び／又は周囲環境に対して、熱的に絶縁されているのが望ましい。而して蓄熱機同士の間の熱的平衡を防止することができる。
【００２４】
蓄熱機の各々へは既定の最低温度が割り当てられているのが望ましい。具体的には、各蓄熱機は、少なくとも、それと関連付けられる最低温度を有している。蓄熱機と関連付けられている最低温度は蓄熱機シーケンスで低下しているのが好都合である。
【００２５】
本発明の或る発展型によれば、蓄熱機配列は、１つ、少なくとも１つ、又は複数の加温装置を備えている。蓄熱機は当該単数又は複数の加温装置によって加温できるのが望ましい。具体的には、各蓄熱機は、当該単数又は複数の加温装置によって、それへ割り当てられている最低温度へ加温でき、及び／又は少なくともこの最低温度に維持できる。このやり方では、確実に、各蓄熱機が少なくともそれへ割り当てられている最低温度を持てるようになる。各蓄熱機は或る加温装置又は前記加温装置のうちの１つを備えているのが望ましい。具体的には、各蓄熱機は、それの加温装置によって、それへ割り当てられている最低温度へ加温でき、及び／又は少なくともこの最低温度に維持できる。而して、温度差及び／又は蓄熱機間の温度差を強化することができる。具体的には、蓄熱機への圧縮熱の移動が所望の最低温度で又は所望の最低温度の領域内で起こることを加温装置が確約する。蓄熱機の温度及び／又は最低温度は蓄熱機シーケンスで勾配を呈しているのが好都合である。当該加温装置又は複数の加温装置の各々は、具体的には、電気的加温装置として形成されている。
【００２６】
各蓄熱機は、特に圧縮熱の一部を貯蔵できる熱貯蔵媒体を備えているのが望ましい。熱貯蔵媒体の各々は流体であるのが望ましい。蓄熱機は受動的であるのが好都合である。これは具体的には、各蓄熱機の熱貯蔵媒体は循環されない及び／又は巡回的に汲み上げられない、ということを意味するものと理解している。熱貯蔵媒体への圧縮熱の移動は、特に、排他的又は原則的に対流により起こるのが望ましい。
【００２７】
１つの配列によれば、直列に接続された先頭の蓄熱機の既定最低温度は、１００℃、大凡１００℃、少なくとも１００℃、及び／又は１００℃超、である。特に、先頭の直列に接続された蓄熱機の熱貯蔵媒体はグリセリン（グリセロールとも呼ばれる）である。グリセリンは先頭の直列に接続された蓄熱機の熱貯蔵媒体として排他的に使用されているのが望ましい。グリセリン（分子式：Ｃ３Ｈ８Ｏ３）は、例えば生物燃料の生産で廃棄産物として生じるので比較的安価に手に入る。
【００２８】
基本方程式Ｑ＝ｍｃｐΔＴ＝ρｃｐＶΔＴに基づく、熱貯蔵媒体としての適合度についての決定因子は、積ｃｐρ、即ち熱容量×密度、であり、それはグリセリン（３．０６×１０６Ｊ／ｍ３Ｋ）についてはシリコンオイル（１．５０×１０６Ｊ／ｍ３Ｋ）の２倍以上に高く、水の極めて高い値（４．４０×１０６Ｊ／ｍ３Ｋ）の約７０％である。ここに、Ｑは熱貯蔵媒体へ加えられる又は熱貯蔵媒体から取り出される熱の量を表し、ｍは熱貯蔵媒体の質量を表し、ｃｐは熱貯蔵媒体の熱容量であり、ρは熱貯蔵媒体の密度であり、ΔＴは熱貯蔵媒体の初期温度と最終温度の差である。グリセリンの熱伝導率（０．２８６Ｗ／ｍＫ）もシリコンオイルの約２倍高い。比較的環境にやさしい化合物であるグリセリンは、従って、相対的には十分適した熱貯蔵媒体である。
【００２９】
直列に接続されている先頭の蓄熱機の及び／又は直列に接続されている先頭の蓄熱機の熱貯蔵媒体の最高温度は厳密には２００℃より下である。一方で、この最高温度はグリセリンの沸点より下であり（グリセリンの沸点＝２９０℃）、他方で、２００℃の温度より下ではグリセリンの毒性化合物アクロレイン（アクリルアルデヒドとも呼称される、分子式Ｃ２Ｈ４Ｏ）への転化は起こらない。
【００３０】
本発明の或る発展型によれば、蓄熱機は各々が蓄熱機容器を備えており、蓄熱機容器の中にはそれぞれの熱貯蔵媒体が貯蔵されている。それら蓄熱機容器の各々は開放された状態に形成されていてもよいし、又は閉鎖された状態に形成されていてもよい。
【００３１】
直列に接続されている先頭の蓄熱機の蓄熱機容器、又は少なくとも、直列に接続されている先頭の蓄熱機の蓄熱機容器は、閉鎖された状態に形成されているのが望ましい。こうすれば、約１５０℃を始点に起こるグリセリンの煙霧又は蒸気の発達は抑えられる。加温装置を用いることにより、及び／又は直列に接続されている先頭の蓄熱機の最低温度を維持することにより、特に、稼働中に温度がグリセリンの比較的高い融点（グリセリンの融点＝１８℃）より下に降下しないことが更に確実になる。
【００３２】
各蓄熱機及び／又は蓄熱機容器は、圧縮段１段につき、１つ、少なくとも１つ、又は厳密に１つの気体配管を備えているのが望ましい。気体配管は、それぞれの蓄熱機及び／又は蓄熱機容器を通って走っていて、而して具体的にはそれぞれの熱貯蔵媒体に取り囲まれているのが望ましい。例えば、気体配管は、それぞれの蓄熱機及び／又は蓄熱機容器の中を、何れの場合も、蛇行様式、螺旋様式、又はねじ形状の様式に、或いは直線状に、走っている。具体的には、各圧縮段の気体配管は直列に、望ましくは蓄熱機シーケンスで、接続されている。各圧縮段の気体配管からの直列接続は、それぞれの圧縮段の気体流れ経路内に接続されているのが望ましい。各蓄熱機及び／又は蓄熱機容器の気体配管は、具体的には、それぞれの熱貯蔵媒体内に配列されている。各蓄熱機及び／又は各蓄熱機容器の気体配管を通して、特に、気体とそれぞれの熱貯蔵媒体の間で熱をやり取りさせることができる。
【００３３】
蓄熱機配列は、２つ、少なくとも２つ、３つ、又は少なくとも３つの蓄熱機を備えているのが望ましい。当該蓄熱機の、又は先頭の直列に接続された蓄熱機の下流に接続されている各蓄熱機の、既定最低温度は１００℃未満であるのが望ましい。具体的には、当該蓄熱機の、又は先頭の直列に接続された蓄熱機の下流に接続されている各蓄熱機の、熱貯蔵媒体は水又はグリセリンである。
【００３４】
蓄熱機は具体的には非加圧である。これは、蓄熱機及び／又は熱貯蔵媒体が具体的には雰囲気圧にあること（「周囲環境に対して「過剰な圧力無しに」という意味での「非加圧」）を意味するものと理解している。
【００３５】
各蓄熱機は、その熱容量についていえば、例えば各熱貯蔵媒体の量及び／又は充填状態を通じて所望の範囲へ調節できる。具体的には、各蓄熱機の熱容量は、それぞれの熱貯蔵媒体を足すこと及び／又は除去することによって増加及び／又は減少させることができる。例えば、それぞれの蓄熱機の作動温度をこうして必要に応じ引き下げる及び／又は引き上げることができる。
【００３６】
本発明の或る修正型によれば、気体は空気である。空気は一般に世界中何処でも入手可能である。従って圧縮気体を圧縮空気と呼称することもできる。また、圧縮機を圧縮空気圧縮機と呼称し、及び／又は圧力容器を圧縮空気容器と呼称することもできる。
【００３７】
各圧縮機は出力側を具体的にはそれぞれの圧縮段の気体流れ経路へ接続されている。最後の直列に接続された圧縮段の気体流れ経路は出力側を圧力容器へ及び／又は圧力容器の入力へ接続されているのが望ましい。圧縮段のうち最初の直列に接続された段の圧縮機は、入力側が、望ましくは空気溜め又は気体溜めへ接続されているか、又は周囲環境へ開放されている。但し、最初の直列に接続された圧縮段の上流には、少なくとも１つの気体又は空気供給装置が例えば気体又は空気フィルタ及び／又は除湿機を含んで接続されているのが望ましい。
【００３８】
１つの配列によれば、最後の直列に接続された圧縮段の気体流れ経路内には蓄熱機配列と圧力容器の間に低温貯留装置が接続されている。低温貯留装置によって、望ましくも圧力容器へ給送される気体を具体的には雰囲気温度より下へ冷却することができる。圧力容器へ給送される気体を冷却することによって、それから湿分を除去することができ、及び／又はそれから湿分を凝縮させることができる。これは、結果的にできる限り少ない湿分が圧力容器へ供給されることになるため好都合である。低温貯留装置は、圧力容器へ給送される気体から熱を抽出できるようにする冷媒を含んでいるのが望ましい。また、低温貯留装置は、特に冷媒を循環できるようにする循環ポンプを含んでいるのが望ましい。
【００３９】
気体が圧縮機を通って具体的には蓄熱機配列及び／又は蓄熱機を介在させながら圧力容器まで辿ってゆく経路は、及び／又は気体が圧縮機を通って具体的には蓄熱機配列及び／又は蓄熱機を介在させながら圧力容器まで辿り得る経路は、望ましくは、圧縮経路とも呼称される。
【００４０】
１つの配列によれば、当該圧縮機、又は当該圧縮機のうちの幾つか、又は当該圧縮機のうちの少なくとも１つは、特に、気体を膨張できるようにする膨張装置を形成している、又は何れの場合も更に膨張装置を形成している。当該又は各圧縮段でそれの圧縮機が膨張装置を兼ねて形成されている圧縮段は、更に膨張段を形成しているのが望ましい。膨張装置を兼ねて形成されている圧縮機は、例えば、複合型圧縮膨張機械と呼称される。複合型圧縮膨張機械は、例えば、シリンダヘッド内に転換型２ストロークディーゼルエンジンを含んでおり、それが貯蔵及び／又は圧縮については電気モーターにより駆動される圧縮機として作動し、圧縮空気を生成する。回収及び／又は膨張時には、それは圧縮空気モーターとして作動し、電気モーターは具体的には発電機となる。これは単純でコンパクトなシステムを可能にさせる。更に、タービン圧縮機を実現させることができる。
【００４１】
或る発展型によれば、本発明による装置は、気体を膨張できるようにする当該の又は少なくとも１つの膨張装置と、膨張装置及び膨張装置の上流に接続された気体流れ経路を含んでいる当該の又は少なくとも１つの膨張段と、を備えており、圧力容器は膨張段の上流に接続され、蓄熱機配列は膨張段の気体流れ経路内に接続されており、膨張段の気体流れ経路は、具体的には気体流れ方向に関し、逆の蓄熱機シーケンスで連続に蓄熱機を通って流れる又は流れてゆく。望ましくも、膨張装置へ加えられる気体は、而して、蓄熱機によって具体的には段階式に温められる。
【００４２】
好都合にも、本発明による装置は、また一方では、気体を膨張できるようにする当該の又は複数の膨張装置と、膨張装置のうちの１つ及び当該膨張装置の上流に接続された気体流れ経路をそれぞれ収容している当該の又は複数の膨張段と、を備えており、圧力容器は膨張段の最初の直列に接続された段の上流に接続され、蓄熱機配列は各膨張段の気体流れ経路内に接続され、各膨張段の気体流れ経路は、具体的にはそれぞれの気体流れ方向に関し、逆の蓄熱機シーケンスで連続に蓄熱機を通って流れる又は流れてゆく。望ましくも、各膨張装置へ加えられる気体は、而して、蓄熱機によって具体的には段階式に温められる。
【００４３】
第１の変形型によれば、当該圧縮機、又は当該圧縮機の幾つか、又は当該圧縮機のうちの少なくとも１つは、特に、当該膨張装置を更に形成しており、又はそれぞれに当該膨張装置の１つを更に形成している（以上に論述済み）。このやり方では材料の節減を成し遂げることができる。第２の変形型によれば、圧縮機及び単数又は複数の膨張装置は、具体的には、互いから分離している及び／又は異なる装置及び／又は機械を形成している。そうすると、それぞれの装置及び／又は機械を各自のタスクに合わせて最適に設計できるようになる。
【００４４】
気体が圧力容器から具体的には蓄熱機配列及び／又は蓄熱機を介在させながら単数又は複数の膨張装置を通って辿ってゆく経路は、及び／又は気体が圧力容器から具体的には蓄熱機配列及び／又は蓄熱機を介在させながら単数又は複数の膨張装置を通って辿り得る経路は、望ましくは、膨張経路と呼称される。
【００４５】
第１の代替型によれば、特に圧縮機のうち少なくとも１つが膨張装置として形成されている場合、膨張経路は全体的に又は部分的に又は少なくとも一部が圧縮経路と一致している。第２の代替型によれば、特に圧縮機及び単数又は複数の膨張装置が互いから分離している及び／又は異なる装置及び／又は機械を形成している場合、膨張経路は圧縮経路から分離している。
【００４６】
気体は膨張すると冷えるので、単数又は複数の膨張装置は凍てつく可能性がある。当該膨張装置又は各膨張装置の上流に接続された蓄熱機配列によって、気体は前以て温められるので、凍てつきは抑えられる。
【００４７】
膨張段の数は、１つ、少なくとも１つ、２つ、又は少なくとも２つであるのが望ましい。具体的には、膨張段の数は膨張装置の数に対応している。各膨張段は膨張装置のうちの厳密に１つを含んでいるのが望ましい。各膨張装置が膨張段の厳密に１つの段へ割り当てられている及び／又は厳密に１つの段内に提供されているのが望ましい。蓄熱機配列及び／又は蓄熱機は具体的には膨張装置を含まない。膨張段の数は圧縮段の数以下であるのが望ましい。
【００４８】
第１の代替型によれば、各蓄熱機及び／又は蓄熱機容器は、望ましくは１つ、少なくとも１つ、又は厳密に１つの気体戻り配管を含んでいる。具体的には、気体戻り配管は直列に望ましくは逆の蓄熱機シーケンスで接続されている。気体戻り配管からの直列接続は膨張段の気体流れ経路へ接続されているのが望ましい。
【００４９】
第２の代替型によれば、各蓄熱機及び／又は蓄熱機容器は、膨張段１段につき、望ましくは１つ、少なくとも１つ、又は厳密に１つの気体戻り配管を含んでいる。具体的には、各膨張段の気体戻り配管は直列に望ましくは逆の蓄熱機シーケンスで接続されている。各膨張段の気体戻り配管からの直列接続はそれぞれの膨張段の気体流れ経路へ接続されているのが望ましい。
【００５０】
第１の変形型によれば、気体戻り配管は、具体的には、全体的に又は部分的に又は少なくとも一部が、気体配管と同一である。第２の変形型によれば、気体戻り配管は、具体的には、気体配管から分離している配管である。
【００５１】
気体戻り配管は、望ましくは、それぞれの蓄熱機及び／又は蓄熱機容器を通って走り、この事例では、具体的にはそれぞれの熱貯蔵媒体に取り囲まれている。例えば、気体戻り配管はそれぞれの蓄熱機及び／又は蓄熱機容器の中を、蛇行様式、螺旋様式、又はねじ形状の様式に、或いは直線状に、それぞれ走っている。各蓄熱機及び／又は蓄熱機容器の単数又は複数の気体戻り配管は、具体的には、それぞれの熱貯蔵媒体の中に配列されていて、及び／又はこれに取り囲まれている。各蓄熱機及び／又は蓄熱機容器の単数又は複数の気体戻り配管によって、特に、気体とそれぞれの熱貯蔵媒体の間で熱をやり取りさせることができる。
【００５２】
当該膨張装置又は各膨張装置は膨張機械であるのが望ましい。例えば、当該膨張装置又は各膨張装置は、タービン、スクリュー膨張機、又はピストン機械である。
【００５３】
各膨張装置は入口側がそれぞれの膨張段の気体流れ経路へ接続されている。最初の直列に接続された膨張段の気体流れ経路は、入力側が、具体的には、圧力容器へ及び／又は圧力容器の出力へ接続されているのが望ましい。膨張段の最後の直列に接続された段の膨張装置は、出力側が、望ましくは空気又は気体溜めへ接続されているか又は周囲環境へ開放されている。
【００５４】
圧力容器の入力と出力は具体的には異なっている。或る代替型によれば、特に圧縮機の少なくとも１つが膨張装置を兼ねて形成されている場合、圧力容器の入力は例えば圧力容器の出力と同一である。
【００５５】
単数又は複数の膨張装置は少なくとも１つの機械へ、具体的には機械式に、連結されているのが望ましい。当該少なくとも１つの機械は、単数又は複数の膨張装置によって駆動させることができるのが望ましい。膨張装置の各々は、特にそれぞれの膨張装置によって駆動させることのできる機械へ、具体的には機械式に、連結されているのが好都合である。当該の少なくとも１つの機械又は複数機械は、具体的には少なくとも１つ又は複数の発電機であるか又は発電機を含んでいる。少なくとも１つ又は幾つかの発電機によって、特に電気エネルギー及び／又は電流を発生させることができる。
【００５６】
単数又は複数の電気的加温装置は単数又は複数の発電機へ例えば電気的に接続されていてもよい。具体的には、単数又は複数の電気的加温装置は、単数又は複数の発電機によって電気エネルギーを供給されるようになっていてもよい。単数又は複数の電気的加温装置は単数又は複数の発電機のための単数又は複数の負荷抵抗として働くのが望ましい。
【００５７】
本発明による装置内に圧縮気体と熱の形態で貯蔵されるエネルギーは、而して、仕事を行うのに及び／又は電気エネルギーを生成するのに使用できるようになる。本発明による装置は、特にそれが単数又は複数の膨張装置を備えている場合には、圧縮空気貯蔵パワープラント又は同パワープラントの一部であるか、又は圧縮空気貯蔵パワープラント又は同パワープラントの一部を形成しているのが望ましい。
【００５８】
圧力容器は圧縮機及び／又は圧縮段によって気体を充填できるのが望ましい。特に、望ましくは第１のプロセス段にて、圧力容器は圧縮段によって気体を充填される。また、圧力容器は、望ましくは単数又は複数の膨張段を介して、空にされる。特に、望ましくは、第２のプロセス段にて、圧力容器は単数又は複数の膨張段によって空にされる。１つの配列によれば、圧力容器は第１のプロセス段にて圧縮気体を充填された末にようやく、第２のプロセス段にて圧力容器に貯蔵された圧縮気体が膨張される。具体的には、それらプロセス段は同時には進行せず連続的に進行する。例えば、それらプロセス段同士の間には数時間というくらいの長い期間があってもよい。
【００５９】
それら圧縮段は単数又は複数の膨張段と同時ではなく、連続に作動するのが望ましい。
【００６０】
第１のプロセス段にて、圧力容器の充填に際し蓄熱機配列によって熱が奪われることによる気体の圧力の減少は、特に、圧力容器内の気体の圧力を減少させ、ひいては圧縮機が働き掛けなくてはならない抵抗を軽減する。第２のプロセス段にて、膨張時に蓄熱機を空にする際に蓄熱機配列によって生じる熱の追加は有効圧力を増加させ、それにより圧力容器をとりわけよりゆっくりと空にすることができ、貯蔵された気体ストックはより長く存続する。
【００６１】
遮断弁又は第１の遮断弁が最後の直列に接続された圧縮段と圧力容器の間に接続されていて、当該弁によって圧力容器を圧縮段に対して遮断できるようになっているのが望ましい。遮断弁又は第２の遮断弁が圧力容器と膨張段又は最初の直列に接続された膨張段の間に接続されていて、当該弁によって圧力容器を単数又は複数の膨張段に対して遮断できるようになっているのが望ましい。一方向弁又は第１の一方向弁が最後の直列に接続された圧縮段と圧力容器の間に接続されていて、当該弁によって圧力容器から圧縮段への気体の逆流を防止できるようになっているのが望ましい。一方向弁又は第２の一方向弁が圧力容器と膨張段又は最初の直列に接続された膨張段の間に接続されていて、当該弁によって圧力容器から単数又は複数の膨張段への気体の流出が可能になっているか又は可能にできるのが望ましい。圧力容器の出力が圧力容器の入力と同一である場合は、望ましくは第１の一方向弁は直列に第１の遮断弁と接続され、第２の一方向弁は望ましくは直列に第２の遮断弁と接続され、これら２つの直列接続は具体的には互いに平行に接続される。この接続では、それら一方向弁は互いに正反対に及び／又は逆に接続され及び／又は整列されるのが望ましい。
【００６２】
本発明の或る発展型によれば、低温貯留装置は更に、膨張装置の各々の下流に接続され、膨張気体の低温によって冷却されるようになっているのが望ましい。低温貯留装置の冷却のおかげで、例えば圧力容器へ給送される気体を低温貯留装置により冷却できるようになる。具体的には、膨張気体によって冷媒から熱が抽出される。低温貯留装置は、加えて、最初の直列に接続された膨張段の気体流れ経路内で蓄熱機配列の手前に接続されているのが望ましく、そうすれば、膨張段へ給送される気体を低温貯留装置によって予加温できるようになる。具体的には、膨張段へ給送される気体へ冷媒を通して熱を加えることができる。これは、例えば、低温貯留装置及び／又はその冷媒が圧力容器へ給送される気体を冷却することによって温まったら実施可能になる。而して、圧力容器へ給送される気体から奪われた熱を、膨張段へ給送される気体を予加温するのに利用できるようになるわけである。低温貯留装置は、例えば、スターリングエンジンを含んでおり、当該スターリングエンジンによって低温貯留装置の循環ポンプを駆動できるようにすれば、特に、循環ポンプを動かすのに追加のエネルギーを供給しなくてもよくなる。低温貯留装置は、例えば、ハイポクーラーとも呼称される。
【００６３】
望ましくは、低温貯留装置は、特に低温度の蓄熱機として、膨張装置の背後の膨張気体の低温を利用して、何よりもまず第１に冷媒の温度を下げる。これは次に蓄熱機配列の背後の圧縮気体から熱（特に残留熱）を抽出し、こうして圧縮気体を具体的には雰囲気温度より下に冷やす。このやり方では、圧縮気体は、加えて、圧力容器に至る前に除湿もされる。逆に言えば、膨張時の及び／又は低温貯留装置でのエネルギー回収時の圧縮気体は、蓄熱機配列を通過し膨張装置に至る前に、望ましくは２段階で、既に予加温されているわけである。望ましいことに、低温貯留装置の冷媒は、更に、少なくとも１つ又は複数の発電機の下流に具体的には電気的に接続されていて例えば少なくとも１つ又は幾つかの電流変換器を含んでいる少なくとも１つの又は複数の電気エネルギー回収ユニットを、冷却するのに使用できる。低温貯留装置の使用は、具体的に単数又は複数の膨張装置の無駄になる低温を利用できるようになることから特に好ましい。
【００６４】
気体流れ経路という用語は、具体的には、それを通して気体を導くことのできるもの又はその様なものの配列及び／又はそれにより気体伝導性の接続を確立できるもの又はその様なものの配列、を意味するものと理解している。例えば、気体流れ経路の各々は気体配管又は気体配管の直列接続であるか又はその様な配管又は配管の直列接続を含んでいる。
【００６５】
１つの配列によれば、膨張装置及び／又は膨張装置のうちの少なくとも１つが更に圧縮機の１つを形成すること、及び／又は当該膨張段及び／又は膨張段の少なくとも１つの段が更に圧縮段の１つを形成すること、が実施可能である。また、各膨張装置が更に圧縮機の１つを形成すること、及び／又は各膨張段が圧縮段の１つを形成することも実施可能である。
【００６６】
本発明は、更に、気体及び熱の一時貯蔵のための方法であって、気体は幾つかの圧縮段で連続的に圧縮され次いで或る又は少なくとも１つの圧力容器に貯蔵され、気体の圧縮によって生成される圧縮熱は各圧縮後に複数の蓄熱機に貯蔵される、方法に関しており、当該方法では、蓄熱機には蓄熱機シーケンスが割り当てられ又は割り当てられることになっており、各圧縮後の気体は蓄熱機を蓄熱機シーケンスで連続に通ってゆくので、圧縮熱が具体的には段階的に蓄熱機へ放出される。
【００６７】
本発明による方法は、本発明による装置と共に実施されるのが望ましい。本発明による装置は、本発明による方法を実施するのに使用されるのが望ましい。本発明による方法は、具体的には、本発明による装置に関連付けて論じられている全ての配列に従って発展させることができる。また、本発明による装置は、本発明による方法に関連付けて論じられている全ての配列に従って発展させることができる。
【００６８】
蓄熱機のそれぞれへは当該又は或る既定の最低温度が割り当てられているのが望ましい。具体的には、各蓄熱機は、少なくとも、それへ割り当てられた最低温度を有している。蓄熱機へ割り当てられている最低温度は蓄熱機シーケンスで低下しているのが望ましい。各蓄熱機はそれへ割り当てられている最低温度へ加温され及び／又は少なくともこの最低温度に維持されるのが望ましい。
【００６９】
各圧縮段は圧縮機を含んでいるのが望ましい。例えば、各圧縮機は、ターボ圧縮機、スクリュー圧縮機、又はピストン圧縮機である。各圧縮機は、具体的にはそれぞれの圧縮段にて気体を圧縮する。
【００７０】
１つの配列によれば、圧力容器に貯蔵された気体は少なくとも１つの膨張段で膨張されており、膨張前に、気体は蓄熱機を逆の蓄熱機シーケンスで連続に通ってゆき、それにより具体的には段階式に温められる。望ましくは、圧力容器に貯蔵された気体は複数の膨張段で連続して膨張され、気体は、各膨張前に蓄熱機を逆の蓄熱機シーケンスで次々と通ってゆき、それにより具体的には段階式に温められる。
【００７１】
当該又は各膨張段は膨張装置を含んでいるのが望ましい。当該又は各膨張装置は例えば膨張機械であり、例えばタービン又はピストン機械である。当該又は各膨張機械は、具体的には、当該の又はそれぞれの膨張段で膨張する気体によって駆動される。
【００７２】
第１の変形型によれば、当該圧縮段又は当該圧縮段の幾つか又は当該圧縮段の少なくとも１つは、具体的には、膨張段を更に形成している／各段が膨張段の１つを更に形成している。第２の変形型によれば、圧縮段は、具体的には、単数又は複数の膨張段から分離している及び／又は異なっている。
【００７３】
少なくとも１つの又は幾つかの機械は、具体的には機械式に、膨張する気体によって及び／又は単数又は複数の膨張装置によって駆動されているのが望ましい。当該少なくとも１つの又は複数の機械は、具体的には、幾つかの発電機の少なくとも１つであるか又はその様な発電機を含んでいる。当該少なくとも１つの又は複数の発電機は、具体的には、電気エネルギー及び／又は電流を生成する。
【００７４】
好都合には、当該又は第１のプロセス段で圧力容器は圧縮段によって気体を充填されるのが望ましい。また、当該又は第２のプロセス段で圧力容器は単数又は複数の膨張段によって空にされるのが望ましい。具体的には、第１のプロセス段で圧力容器が圧縮気体を充填された末にようやく、圧力容器内の圧縮気体は第２のプロセス段で膨張される。望ましくは、プロセス段は同時に進行せず、順繰りに進行する。第２のプロセス段は第１のプロセス段の後に進行するのが好都合である。
【００７５】
或る配列によれば、圧力容器へ給送される気体は、それの最後の蓄熱機通過後に冷媒によって冷やされ、具体的には雰囲気温度より下に冷やされる。この様にして、圧力容器へ給送される気体から湿分を除去することができ、及び／又は気体から湿分を凝縮させることができる。
【００７６】
或る発展型によれば、各膨張後に冷媒は膨張気体の低温によって冷却される。冷媒の冷却に因り、圧力容器へ給送される気体を例えば冷媒によって冷却することができるようになる。望ましいことに、加えて、当該又は最初の膨張段へ加えられる気体は、当該又は最初の蓄熱機通過前に冷媒によって予加温されるのが望ましい。これは、例えば、圧力容器へ給送される気体を冷却することによって冷媒が温められた後に実施可能になる。従って、圧力容器へ給送される気体から奪われた熱を、単数又は複数の膨張段へ給送される気体を温めるのに使用できるようになる。
【００７７】
以下には、本発明が、好適な実施形態の助けを借り図面を参照しながらより詳細に説明されている。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明の或る実施形態による装置の略図である。
【発明を実施するための形態】
【００７９】
図１は、本発明の或る実施形態による装置の略図を示しており、当該装置では、周囲環境２からの空気１が第１圧縮機３によって圧縮され、次いで蓄熱機配列７の複数の蓄熱機４、５、及び６を連続に通ってゆく。この後、空気１は追加的に第２圧縮機８により圧縮され、次いで蓄熱機４、５、及び６を連続に通ってゆく。圧縮空気は、その後、第３圧縮機９により更に圧縮され、次に蓄熱機４、５、及び６を連続に通ってゆく。空気１は次いで圧力容器１０に貯蔵される。空気１のそれぞれの流れ方向は矢印で表されている。それら圧縮機３と８と９をまとめて圧縮機と呼称することもある。
【００８０】
各圧縮機の下流に気体流れ経路が接続されており、それぞれの圧縮機と一体に圧縮段を形成している。而して、気体流れ経路１１が圧縮機３の下流に接続され、気体流れ経路１２が圧縮機８の下流に接続され、気体流れ経路１３が圧縮機９の下流に接続されている。気体流れ経路１１は圧縮機３の出力を圧縮機８の入力へ接続し、気体流れ経路１２は圧縮機８の出力を圧縮機９の入力へ接続し、気体流れ経路１３は圧縮機９の出力を圧力容器１０の入力「ｉｎ」へ接続している。圧縮機３の入力は周囲環境へ開放されている。蓄熱機配列７はこれらの気体流れ経路の各径路内に接続されており、気体流れ経路１１、１２、及び１３の各径路内で蓄熱機４、５、及び６は空気１の流れ方向に同じシーケンスを有している。
【００８１】
圧力容器１０が十分に満たされれば、それの中に加圧下に貯蔵されている空気１はタービン１４及び１５の形態をしている１つ又はそれ以上の膨張装置を駆動するのに使用できる。このため、圧力容器１０に貯蔵された空気は蓄熱機６、５、及び４を連続に通って流れ、第１タービン１４へ給送される。これに続いて、圧縮空気は蓄熱機６、５、及び４を再び連続に通って流れ、第２タービン１５を通過してゆく。第２タービン１５の後、空気１は周囲環境２へ排出される。
【００８２】
各タービンの上流に気体流れ経路が接続されていて、それぞれのタービンと一体に膨張段を形成している。この接続では、タービン１４が気体流れ経路１６の上流に接続され、タービン１５が気体流れ経路１７の上流に接続されている。気体流れ経路１６は圧力容器１０の出力「ｏｕｔ」をタービン１４の入力へ接続し、気体流れ経路１７はタービン１４の出力をタービン１５の入力へ接続している。タービン１５の出力は周囲環境２へ開放されている。蓄熱機配列７はこれらの気体流れ経路の各径路内に接続されており、気体流れ経路１６及び１７の各径路内で蓄熱機６、５、及び４は空気の流れ方向に同じシーケンスを有している。但し、空気１は膨張段では圧縮段の場合とは逆のシーケンスで蓄熱機を通って流れる。
【００８３】
論じられているプロセスは２つの段で起こる。第１のプロセス段では、圧力容器１０が空気を充填される。続く第２のプロセス段では、圧力容器１０が空にされ、その中に貯蔵されていた空気はタービン１４及び１５を駆動するのに使用される。圧力容器１０内の空気が使い果たされる又は圧力容器１０内の空気の圧力が限界値より下に降下すれば、プロセスは第１のプロセス段へ戻るなりすることができる。２つのプロセス段は而して連続に進行し、同時には進行しない。
【００８４】
蓄熱機４、５、及び６は、何れの場合も、加温装置１８、１９、及び２０を有しているので、蓄熱機４、５、及び６は加温装置８、１９、及び２０により最低温度には維持されることが可能であり、当該最低温度は蓄熱機のシーケンス４、５、６の順に低下している。それら蓄熱機は而して４、５、６の順に低下している温度を有している。従って、蓄熱機４の温度は蓄熱機５の温度より高く、そして蓄熱機５の温度は蓄熱機６の温度より高いというわけである。加温装置が無ければ、蓄熱機４、５、及び６の温度は、例えば周囲温度と平衡してしまうかもしれない。また、蓄熱機４、５、及び６は、熱貯蔵媒体２２、２３、及び２４をそれぞれ充填されている。第１蓄熱機４の温度は少なくとも１００℃であるため、第１蓄熱機４の熱貯蔵媒体２２は具体的にはグリセリンである。他の蓄熱機５及び６は１００℃より下の温度を有しており、熱貯蔵媒体２３及び２４として水を充填されている。
【００８５】
圧縮機１、８、及び９により圧縮された空気は圧縮（圧縮熱）により温められている。圧力容器１０を充填するための空気が各圧縮後に蓄熱機４、５、及び６を連続に通って流れるようにするために、圧縮熱は少なくとも部分的に蓄熱機へ放出され、蓄熱機に段階的に貯蔵される。
【００８６】
圧力容器１０内に貯蔵された空気がタービン１４へ給送される前に、空気１は蓄熱機６、５、及び４を連続に通って流れ、それにより段階的に温められる。圧縮空気はその後タービン１５へ給送されるが、但しその前に再び蓄熱機６、５、及び４を連続に通って流れ、それにより段階的に温められる。タービンが凍てつかないようにするうえでタービンに進入する前の空気を温めるのは好ましい。
【００８７】
最後尾の蓄熱機６と圧力容器１０の間には冷媒２５を収容する低温貯留装置２１が接続されている。圧力容器１０の空気充填中、冷媒２５は最後の圧縮後に蓄熱機６を出てゆく空気を雰囲気温度より下に冷却するので、水が空気から凝縮することになり、圧力容器１０中に集まることはない。低温貯留装置２１は更に各タービン１４及び１５の下流に接続されているので、タービン１４及び１５の稼働中、タービンから流れ出る冷たい空気が冷媒２５を冷やす。冷やされた冷媒２５は、而して、圧力容器１０の次の充填時に圧力容器１０へ給送される空気を冷やすために再度使用できるようになる。また一方、冷媒２５のこの冷却のおかげで、タービンから流れ出る空気へ熱が加わり、タービン１４から流れ出る空気の予加温を生じさせる。低温貯留装置２１は更に気体流れ経路１６内に接続されており、この接続では蓄熱機配列７の上流に接続されている。従って、冷媒２５は圧力容器１０を出てゆく空気を予加温するのにも使用できる。
【００８８】
本装置の狙い及び目的は、例えば風力タービンの様な従来式パワープラントによって生成される余分な電気エネルギー（即ち、その生成時点では必要とされていないエネルギー）を圧縮気体（ここでは圧縮空気）と熱の形態で一時的に貯蔵することである。後刻、より多くのエネルギーの需要があれば、貯蔵されたエネルギーを再び放出させ、タービン１４及び１５を駆動するのに使用することができる。そして今度はタービン１４及び１５が電気エネルギーを生成するために発電機を駆動することになる。
【００８９】
実施可能な温度及び圧力の一例が以下に与えられている。第１蓄熱機４の最低温度は１００℃である。第１蓄熱機４の実際の温度は１００℃から１２０℃の間である。第２蓄熱機５の最低温度は６５℃である。第２蓄熱機６の実際の温度は６５℃から９０℃の間である。第３蓄熱機６の最低温度は３０℃である。第３蓄熱機４の実際の温度は３０℃から６０℃の間である。
【００９０】
第１のプロセス段
第１圧縮機３が周囲環境からの空気１を３．４バールへ圧縮する。圧縮空気はこのとき圧縮熱を勘案すると１５０℃の温度を有している。空気は次いで蓄熱機４、５、及び６を連続に通ってゆく。圧縮空気の温度は蓄熱機に進入する前は蓄熱機の温度より上であるので、空気は熱を蓄熱機へ放出する。蓄熱機を出てゆく際は空気の温度は雰囲気温度Ｔｕより約１５℃上になっている。
【００９１】
第２圧縮機８が空気を更に１１．６バールへ圧縮し、当該空気はこのとき１２０℃の温度を有する。これに続いて、空気は蓄熱機４、５、及び６を連続に通って流れ、熱を蓄熱機へ放出する。蓄熱機を出てゆく際は空気の温度は雰囲気温度Ｔｕより約１５℃上になっている。
【００９２】
第３圧縮機９が空気を更に４０バールへ圧縮し、当該空気はこのとき１５０℃の温度を有する。これに続いて、空気は蓄熱機４、５、及び６を連続に通って流れ、熱を蓄熱機へ放出する。空気は、蓄熱機を出た後、低温貯留装置２１を通ってゆき、この中で雰囲気温度より下へ冷やされる。次いで空気は４０バールの圧力で圧力容器１０の中に貯蔵される。圧力容器１０は周囲環境に対し熱的に絶縁されていないので、圧力容器１０内に貯蔵されている空気の温度は雰囲気温度Ｔｕと平衡する。
【００９３】
圧力容器１０が充たされたとき、蓄熱機４は１２０℃の最終温度を有し、蓄熱機５は９０℃の最終温度を有し、蓄熱機６は６０℃の最終温度を有している。
【００９４】
第２のプロセス段
タービン１４及び１５を稼働させるため、空気は、圧力容器１０を出て、低温貯留装置２１で予加温され、次いで蓄熱機６、５、及び４を連続に通ってゆく。空気はそれにより１００℃へ加温され、タービン１４へ給送される。タービン１４の後、空気は低温貯蔵装置２１内で予加温され、次いで蓄熱機６、５、及び４を連続に通ってゆく。空気はそれにより１００℃へ加温され、タービン１５へ給送される。次いで空気は周囲環境へ排出される。
【符号の説明】
【００９５】
１  空気
２  周囲環境
３  圧縮機
４  蓄熱機
５  蓄熱機
６  蓄熱機
７  蓄熱機配列
８  圧縮機
９  圧縮機
１０  圧力容器
１１  気体流れ経路
１２  気体流れ経路
１３  気体流れ経路
１４  膨張装置／タービン
１５  膨張装置／タービン
１６  気体流れ経路
１７  気体流れ経路
１８  加温装置
１９  加温装置
２０  加温装置
２１  低温貯留装置
２２  熱貯蔵媒体（グリセリン）
２３  熱貯蔵媒体（水）
２４  熱貯蔵媒体（水）
２５  冷媒
ｉｎ  圧力容器の入力
ｏｕｔ  圧力容器の出力
Ｔｕ  雰囲気温度
【図１】
0006710700.tif 000002