(57)【要約】【課題】ＣＡＥＳシステムを組み合わせることにより、エネルギー効率を向上させるようにした深冷空気分離装置を提供する。【解決手段】ＣＡＥＳシステム１の岩盤空洞１２に貯蔵した高圧空気を酸素製造装置２の原料空気として用いるようにしている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＣＡＥＳシステムの高圧空気貯蔵用空間に貯蔵した高圧空気を深冷空気分離装置の原料空気として用いるようにしたことを特徴とする深冷空気分離方法。
【請求項２】
上記深冷空気分離装置により製造した高圧酸素および高圧窒素の少なくとも一方の冷熱を発電設備に利用するようにした請求項１記載の深冷空気分離方法。
【請求項３】
上記冷熱で、発電設備のガスタービンに導入する原料空気を冷却するようにした請求項２記載の深冷空気分離方法。
【請求項４】
ＣＡＥＳシステムの高圧空気貯蔵用空間に貯蔵した高圧空気を液体空気製造装置の原料空気として用いるようにしたことを特徴とする液体空気製造方法。
【請求項５】
上記液体空気製造装置により製造した液体空気の冷熱を発電設備に利用するようにした請求項４記載の液体空気製造方法。
【請求項６】
上記冷熱で、発電設備のガスタービンに導入する原料空気を冷却するようにした請求項５記載の液体空気製造方法。
【請求項７】
深冷空気分離装置の原料空気が、ＣＡＥＳシステムの高圧空気貯蔵用空間に貯蔵した高圧空気であることを特徴とする深冷空気分離装置。
【請求項８】
上記深冷空気分離装置により製造した高圧酸素および高圧窒素の少なくとも一方の冷熱を発電設備に利用するようにした請求項７記載の深冷空気分離装置。
【請求項９】
上記冷熱で、発電設備のガスタービンに導入する原料空気を冷却するようにした請求項８記載の深冷空気分離装置。
【請求項１０】
液体空気製造装置の原料空気が、ＣＡＥＳシステムの高圧空気貯蔵用空間に貯蔵した高圧空気であることを特徴とする液体空気製造装置。
【請求項１１】
上記液体空気製造装置により製造した液体空気の冷熱を発電設備に利用するようにした請求項１０記載の液体空気製造装置。
【請求項１２】
上記冷熱で、発電設備のガスタービンに導入する原料空気を冷却するようにした請求項１１記載の液体空気製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＡＥＳ（Ｃｏｍｐｒｅｓｓｅｄ　Ａｉｒ　Ｅｎｅｒｇｙ　Ｓｔｏｒａｇｅ：圧縮空気エネルギー貯蔵）システムと組み合わせることにより、エネルギー効率を向上させるようにした深冷空気分離方法および液体空気製造方法ならびにそれらに用いる装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、原料空気圧縮機で生成された圧縮空気を原料として利用し、これを冷却液化し窒素，酸素等の沸点の違いを利用して窒素，酸素等を分離発生させる深冷空気分離装置では、原料空気圧縮機を常時駆動させている。
【０００３】
上記の深冷空気分離装置の一例を、図１０に示す。この深冷空気分離装置は、原料空気圧縮機５１と、吸着塔等（図示せず）を備えた前処理装置５２と、熱交換器，精留塔等（ともに図示せず）を収容するコールドボックス５３と、窒素圧縮機５４と、酸素圧縮機５５等で構成されている。そして、原料空気圧縮機５１により原料空気を取り入れてこれを圧縮し、前処理装置５２で、圧縮した原料空気中の水分，ＣＯ２　等の不純物を吸着塔で除去する等の前処理を行い、つぎに、前処理を行った原料空気をコールドボックス５３内に導入し、熱交換器で超低温に冷却して精留塔に導入する。この精留塔では、導入した原料空気を冷却液化し窒素，酸素等の沸点の違いを利用して窒素，酸素等を分離発生させ、これら分離発生させた窒素，酸素をコールドボックス５３外に導出したのち、それぞれ窒素圧縮機５４，酸素圧縮機５５により圧縮して高圧窒素（Ｎ２　），高圧酸素（Ｏ２　）にし、製品として取り出すようにしている。
【０００４】
上記の深冷空気分離装置の他の例を、図１１に示す。この深冷空気分離装置は、製品を液体で製造するプラントにみられるものであり、コールドボックス５３から一旦窒素ガスを低圧で取り出し、循環窒素圧縮機５６で略４．５ＭＰａまで加圧後冷却し、液体を製造する。この場合に、循環窒素圧縮機５６を、夜間の安価な電力が得られる時間帯のみ駆動させる場合がある。図において、５７は液体酸素タンクで、５８は液体窒素タンクである。
【０００５】
また、上記の深冷空気分離装置には、省エネ効果を得ることを目的とした夜間電力型がある。この装置は、夜間の低価格電力を使用して液化ガスを余剰に製造し、昼間に、その余剰の液化ガスを利用して異なる液化ガスを製造するものである。例えば、液体酸素と液体窒素とを製造する装置では、夜間に液体窒素を余剰に製造しておき、昼間に、この余剰である液体窒素を利用して液体酸素を製造している。また、この深冷空気分離装置では、その深冷空気分離の過程で液体空気が製造されるため、この液体空気を夜間に余剰に製造しておき、昼間に、この余剰の液体空気を利用して液体酸素と液体窒素とを製造することもできる。また、液体空気を、原料空気圧縮機を有する専用の液体空気製造装置により、製造することもできる。
【０００６】
一方、ＣＡＥＳシステムは、夜間の安価な電力を利用して高圧空気を製造したのち地下空間等に貯蔵しておき、昼間の電力増加時に、上記貯蔵しておいた高圧空気をガスタービン等に供給して発電させるシステムである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、夜間電力型の深冷空気分離装置では、昼間は、通常に運転が行われており、原料空気は夜間と同等に必要であるため、原料空気圧縮機５１を駆動させる必要があり、電力コストの大幅な低減とはなっていない。また、夜間に液化ガス，液体空気の製造量を増大させるため、それに伴い、夜間設備，貯槽の大型化が必要となり、設備コストが増大する。また、専用の液体空気製造装置を用いる場合にも、同様の問題がある。一方、ＣＡＥＳシステムでは、夜間に高圧空気を製造する電力に比べ、昼間の発電量が少なく、設備コストに見合う経済性を見出せていない。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、ＣＡＥＳシステムを組み合わせることにより、電力コストを大幅に低減することができ、深冷空気分離装置，液体空気製造装置を大型化させる必要のない深冷空気分離方法および液体空気製造方法ならびにそれらに用いる装置の提供をその目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明は、ＣＡＥＳシステムの高圧空気貯蔵用空間に貯蔵した高圧空気を深冷空気分離装置の原料空気として用いるようにした深冷空気分離方法を第１の要旨とし、ＣＡＥＳシステムの高圧空気貯蔵用空間に貯蔵した高圧空気を液体空気製造装置の原料空気として用いるようにした液体空気製造方法を第２の要旨とし、深冷空気分離装置の原料空気が、ＣＡＥＳシステムの高圧空気貯蔵用空間に貯蔵した高圧空気である深冷空気分離装置を第３の要旨とし、液体空気製造装置の原料空気が、ＣＡＥＳシステムの高圧空気貯蔵用空間に貯蔵した高圧空気である液体空気製造装置第４の要旨とする。
【００１０】
すなわち、本発明の深冷空気分離方法は、ＣＡＥＳシステムの高圧空気貯蔵用空間に貯蔵した高圧空気を深冷空気分離装置の原料空気として用いている。このように、本発明の深冷空気分離方法では、安価な夜間電力を利用して高圧空気を製造し貯蔵するＣＡＥＳシステムと、深冷空気分離装置とを組み合わせ、昼間に深冷空気分離装置を運転する際に、ＣＡＥＳシステムで安価に製造した高圧空気を、深冷空気分離装置の原料空気として用い、深冷空気分離装置に供給するようにしている。したがって、上記昼間の運転の際に、深冷空気分離装置の原料空気圧縮機を駆動させる必要がなく、昼間の電力コストをほぼゼロにすることができ、電力コストが大幅に低減する。しかも、深冷空気分離装置にＣＡＥＳシステムを組み合わせたものであり、深冷空気分離装置を大型化させる必要がなく、深冷空気分離装置の設備コストは増大しない。このため、深冷空気分離装置で得られる製品ガスを安価に提供することができ、ＣＡＥＳシステムの設備コストに見合うだけの経済性を見出すことができる。また、本発明の深冷空気分離装置によれば、上記深冷空気分離方法を効率よく行うことができる。一方、本発明の液体空気製造方法は、ＣＡＥＳシステムの高圧空気貯蔵用空間に貯蔵した高圧空気を液体空気製造装置の原料空気として用いている。このように、本発明の液体空気製造方法では、安価な夜間電力を利用して高圧空気を製造し貯蔵するＣＡＥＳシステムと、液体空気製造装置とを組み合わせ、昼間に液体空気製造装置を運転する際に、ＣＡＥＳシステムで安価に製造した高圧空気を、液体空気製造装置の原料空気として用い、液体空気製造装置に供給するようにしている。したがって、本発明の液体空気製造方法でも、本発明の深冷空気分離方法と同様に、上記の優れた効果を奏する。
【００１１】
なお、本発明における「深冷空気分離装置」とは、大気等の原料空気を深冷空気分離して窒素ガス，酸素ガス等を製造する（副次的に、液体窒素，液体酸素等の液体状態で製造してもよい）装置であり、一般的に、原料空気圧縮手段，原料空気中の不純物を除去する不純物除去手段，原料空気を極低温に冷却する熱交換手段，精留手段等を備えている。ＣＡＥＳシステムで製造した高圧空気のみを深冷空気分離装置の原料空気として用いる（すなわち、ＣＡＥＳシステムで製造した高圧空気のみで深冷空気分離装置を運転する）場合には、原料空気圧縮手段を省くことができる。また、本発明における「液体空気製造装置」とは、大気等の原料空気を液化して液体空気を製造する装置であり、深冷空気分離装置の一部で構成されていてもよいし、専用の装置であってもよい。一般的に、原料空気圧縮手段，原料空気中の不純物を除去する不純物除去手段，原料空気を極低温に冷却する熱交換手段等を備えており、ＣＡＥＳシステムで製造した高圧空気のみを液体空気製造装置の原料空気として用いる（すなわち、ＣＡＥＳシステムで製造した高圧空気のみで液体空気製造装置を運転する）場合には、原料空気圧縮手段を省くことができる。また、本発明において、「高圧空気貯蔵用空間」とは、地下空洞等の地下空間、海底，山頂等の各種の場所に設けた圧力容器等の内部空間，パイプ等を利用して造られた高圧空気貯蔵のための空間等であり、高圧空気を貯蔵することができる空間であれば、どのような空間でもよく、また、この空間を形成する構造物の構造も問わない。
【００１２】
本発明において、上記深冷空気分離装置により製造した高圧酸素および高圧窒素の少なくとも一方の冷熱を発電設備に利用するようにした場合には、発電効率が向上する。また、上記液体空気製造装置により製造した液体空気の冷熱を発電設備に利用するようにした場合にも、同様の効果を奏する。なお、発電設備としては、自家発電設備，商業用発電設備等の各種の発電設備があげられる。
【００１３】
本発明において、上記冷熱で発電設備のガスタービンに導入する原料空気を冷却するようにした場合には、ガスタービンの空気圧縮機の動力が削減でき、その分発電量が増える。
【００１４】
【発明の実施の形態】
つぎに、本発明の実施の形態を図面にもとづいて詳しく説明する。
【００１５】
図１は本発明の深冷空気分離装置の一実施の形態を示している。図において、１はＣＡＥＳシステムで、２は酸素製造装置（深冷空気分離装置）で、３はガスタービン発電機である。上記ＣＡＥＳシステム１は、従来の岩盤空洞１２（図２参照）を設けたＣＡＥＳシステムを利用したものであり、空気を取り入れてこれを圧縮するＣＡＥＳ用圧縮機４と、このＣＡＥＳ用圧縮機４で圧縮した高圧空気（圧縮空気）を貯蔵する圧縮空気貯蔵タンク５とを備えている。
【００１６】
上記圧縮空気貯蔵タンク５は、図２に示すように、軟岩地盤中に縦方向に形成された立坑１１と、所望の深度（例えば、深度４００ｍ程度）で横方向に所望の長さ（例えば、長さ１０００ｍ程度）に形成された岩盤空洞１２（高圧空気貯蔵用空間）とを備えており、この岩盤空洞１２に、料金の安い夜間電力を利用して高圧空気を貯蔵するようにしている。
【００１７】
上記立坑１１は、公知の縦穴掘削工法を用いて軟岩地盤の地表面から鉛直下方に掘削形成された縦穴（直径６ｍ程度の円形断面を有する縦穴）からなる。この立坑１１には、これを貫通するようにして送泥管１３（直径２ｍ程度の円形断面を有する鋼管）が配設されており、この送泥管１３の上端開口部は、立坑１１に隣接する地表面に形成された（重泥水８〔図５参照〕を貯留する）重泥水貯留池１４に連通している。また、上記送泥管１３の外周面と立坑１１の内壁面との間にはグラウト材１５が充填されており、これにより、送泥管１３が立坑１１の内壁面に強固に固化されている（図３参照）。図２において、１６はコンクリート製の閉塞栓であり、立坑１１の下端部において、送泥管１３の外周面を覆った状態で固定されており（図４参照）、この閉塞栓１６によって、岩盤空洞１２に貯留された加圧状態の高圧空気や軽泥水９（図５参照）が、立坑１１の内壁面と送泥管１３の外周面との間の隙間を介して上方に漏れ出すのを防止している。
【００１８】
また、上記送泥管１３には、その内部に，直径１００ｍｍ程度のＦＲＰ（繊維強化プラスチック）製パイプからなる高圧空気流通管１７と、逆浸透膜造水管１８とが配設されている（図３参照）。上記高圧空気流通管１７の下端部は、上記送泥管１３の下端部において送泥管１３外に突出したのち閉塞栓１６内に進入してこれを貫通し、上記高圧空気流通管１７の下端開口部は閉塞栓１６の下端面から下方に向かって開口している（図４参照）。また、上記高圧空気流通管１７の上端開口部はＣＡＥＳ用圧縮機４の高圧空気出口（図示せず）に開閉弁１９ａ付き高圧空気導入管１９を介して連通しており、これにより、ＣＡＥＳ用圧縮機４で生成した高圧空気を高圧空気導入管１９，高圧空気流通管１７を介して岩盤空洞１２内に導入するようにしている。また、上記高圧空気流通管１７の上端開口部は酸素製造装置２の前処理設備６（図１参照）に開閉弁２０ａ付き高圧空気導出管２０を介して連通しており、これにより、岩盤空洞１２内の高圧空気を高圧空気流通管１７，高圧空気導出管２０を介して前処理設備６に導出するようにしている。
【００１９】
上記逆浸透膜造水管１８は、直径１ｍ程度の円形断面を有する鋼管からなる保護管２２と、この保護管２２の下部に設置された逆浸透膜モジュール２３（例えば、特開平１０−１５６３５６号公報に記載された逆浸透膜モジュール２３）とで構成されており、上記保護管２２の内部に、例えば、海水からなる塩水を投入し、上記逆浸透膜モジュール２３の淡水集水管（図示せず）を経て生産水槽に集積された淡水を、揚水ポンプ（図示せず）により揚水管２４を介して汲み上げることにより、淡水を生産するものである。この逆浸透膜造水管１８によれば、淡水集水管の内部の水を汲み上げれば、保護管２２内の塩水による逆浸透膜モジュール２３の外周への静水圧により、逆浸透膜を挟んだ淡水集水管の内圧との間に逆浸透以上の圧力差が常時自然な状態で生じていることになり、容易に逆浸透に必要な圧力差を得て、経済的かつ効率的に淡水を生産することが可能になる。なお、上記逆浸透膜造水管１８は、保護管２２の下端部が送泥管１３の下端より下方に突出して液溜まり部１２ａ（図２参照）の底部に埋設支持されており、これにより、送泥管１３に沿って安定した状態で設置されている。このようにして生産された淡水は、この実施の形態では、高炉メーカで使用されるスチームや洗浄用水等の大量の工業用水に利用される。
【００２０】
上記岩盤空洞１２は、公知の岩盤トンネル掘削工法を用いて立坑１１の下端部から左右両側に５００ｍ程度の長さで掘削形成された地下空間（直径１０〜１５ｍ程度の略円形断面の地下空間）である。この岩盤空洞１２は、立坑１１の下方に位置する部分から左右両側に向かってその直径が小さくなるように略水平に形成されており、これにより、岩盤空洞１２の天端部分２５が、この天端部分２５の左右両側から頂部２６に向かってなだらかな上り勾配に形成されている。図２において、１２ａは上記頂部２６の下方に位置する岩盤空洞１２の中央底部に凹状に拡大掘削された液溜まり部である。
【００２１】
上記岩盤空洞１２内では、高圧空気導入管１９，高圧空気流通管１７を介して導入された高圧空気が、重泥水貯留池１４から送泥管１３を介して岩盤空洞１２内に供給された重泥水８の静水圧により、下方から圧力を負荷された状態で岩盤空洞１２内に貯留されている（図５参照）。また、重泥水８の上方を覆って軽泥水９が供給配設されており、重泥水８と軽泥水９との比重差により岩盤空洞１２内の泥水は、軽泥水９による上層と重泥水８による下層との二層構造となっている。
【００２２】
上記重泥水８は、加重調整材としてのバライトやヘマタイト等の高比重微粉体を沈降しがたい安定した状態で混合させてなる懸濁液であって、１．２〜２．０程度の比重を有する比較的高価な泥水である。
【００２３】
一方、上記軽泥水９は、例えばベントナイト泥水に配合される増粘材としてのベントナイトを若干増量し、かつ、充填材として平均粒径１０〜４０μｍ程度の炭酸カルシウム粉末等を加えた比重１．０５〜１．２０の泥水である。この軽泥水９には、岩盤の空隙や割れ目を閉塞するマッドケーキが形成される際の核となる目詰め材として、例えば、逸泥防止材（ＬＣＭ）が混合されている。このような充填材と目詰め材との存在により、マッドケーキは岩盤の空隙や割れ目に確実にかつ強固に保持されることになる。
【００２４】
上記の構成において、ＣＡＥＳ用圧縮機４，圧縮空気貯蔵タンク５を稼働するのに先立って、掘削形成した岩盤空洞１２の内壁面の空隙や割れ目を閉塞して、岩盤空洞１２を気密化する作業を行う。すなわち、まず、岩盤空洞１２に水を供給して洗浄を行ったのち、重泥水８を送泥管１３から供給し、岩盤空洞１２および送泥管１３に充填する。つぎに、軽泥水９を高圧空気流通管１７（このときだけ、高圧空気流通管１７は軽泥水９の供給手段に接続される）を介して重泥水８が充填された岩盤空洞１２内に、重泥水８を押し出すようにしながら圧入供給する。このようにして、重泥水８と軽泥水９が岩盤空洞１２内に充填されることにより（図６参照）、これらの泥水成分により岩盤空洞１２の天端部分２５にはマッドケーキが形成され、岩盤の空隙や割れ目を閉塞して岩盤空洞１２を気密化する。
【００２５】
つぎに、ＣＡＥＳ用圧縮機４，圧縮空気貯蔵タンク５を稼働する場合には、例えば、料金の安い夜間電力を利用してＣＡＥＳ用圧縮機４を駆動させ、これにより高圧空気を生成し、これを高圧空気導入管１９，高圧空気流通管１７を介して岩盤空洞１２に圧送供給する。圧送された高圧空気は、その圧力によって岩盤空洞１２内の重泥水８および軽泥水９を押し下げつつ、下方から重泥水８による静水圧を負荷された状態で圧縮空気貯蔵タンク５に貯蔵される（図５参照）。また、押し下げられた重泥水８は、送泥管１３に順次流入し、この送泥管１３を介して、押し上げられるようにして重泥水貯留池１４に移動してゆく。
【００２６】
一方、例えば、多量の電力を必要とする昼間には、岩盤空洞１２内の高圧空気（４．５Ｐａ，１０℃，Ｒ．Ｈ．８０％）を高圧空気流通管１７，高圧空気導出管２０を介して酸素製造装置２の前側処理設備６に導出する。この導出により、岩盤空洞１２には、重泥水貯留池１４から移動した重泥水８が補充され、重泥水８の静水圧によって高圧空気を下方から押圧する状態を引き続き保持する。そして、高圧空気が岩盤空洞１２から全て導出された状態では、重泥水８は、岩盤空洞１２の天端部分２５に軽泥水９による上層を介在させた状態で、岩盤空洞１２に充填されることになる（図６参照）。
【００２７】
このように、ＣＡＥＳ用圧縮機４，圧縮空気貯蔵タンク５の稼働によって、高圧空気の貯蔵（導入）と取り出し（導出）とが繰り返される。なお、この実施の形態において、重泥水８に代えて、海水を用いることができる。この場合には、重泥水貯留池１４に海水を溜め、これを送泥管１３を介して岩盤空洞１２内に供給する。また、軽泥水９に代えて、気水分離膜としてシリコン油等を用いる。また、逆浸透膜造水管１８，保護管２２は不要であり、送泥管１３内に直接に逆浸透膜モジュール２３，揚水管２４等を設置すればよい。
【００２８】
上記酸素製造装置２は、上記ＣＡＥＳシステム１の岩盤空洞１２に貯蔵された高圧空気を原料空気とし、昼間に、上記高圧空気に相当する高圧酸素を製造するものであり、図７に示すように、前側処理設備６として、圧縮空気貯蔵タンク５の岩盤空洞１２（図５参照）から導出した高圧空気中の水分，炭酸ガス等の不純成分を除去する２個一対の吸着塔３１，３２を有している。また、低温部７には、熱交換器３３，３４と、膨張タービン３５，３６と、気液分離器３７と、熱交換器３８と、精留塔３９と、過冷却器４０と、液体酸素ポンプ４１等が配設されている。図において、４２は上記両吸着塔３１，３２の再生ガス（後述する排ガス）を加熱する再生ヒーターである。また、４３は液酸蒸発器（図１では、図示せず）であり、前側処理設備６を経た高圧空気の一部と、液体酸素ポンプ４１により精留塔３９の低圧塔３９ｂの底部から液体酸素取り出しパイプ４１ａを介して取り出した液体酸素とを熱交換させ、高圧空気を冷却して気液分離器３７の上部に供給するとともに、液体酸素を加温し蒸発させて製品高圧酸素ガスとして取り出す作用をする。
【００２９】
上記両熱交換器３３，３４は、前側処理設備６を経たのち気液分離器３７に導入する高圧空気と、気液分離器３７から導出する低温空気とを熱交換させ、前側処理設備６を経た高圧空気を冷却して液化する作用をする。また、第１膨張タービン３５では、前側処理設備６を経たのち第１熱交換器３３に導入する前の高圧空気の一部を導入して寒冷を発生させ、気液分離器３７の頂部から延びる低温空気導入路４４に供給する。また、第２膨張タービン３６では、第１熱交換器３３を経たのち第２熱交換器３４に導入する前の高圧低温空気の一部を導入して寒冷を発生させ、気液分離器３７の上部もしくは上記低温空気導入路４４に供給する（この実施の形態では、気液分離器３７の上部に供給している）。
【００３０】
上記気液分離器３７では、その底部に溜まる酸素リッチな液化空気（液体空気）を供給パイプ３７ａにより精留塔３９の高圧塔３９ａに供給し、その上部に溜まる低温空気を低温空気導入路４４により熱交換器３８，高圧塔３９ａの底部に導入する。また、上記熱交換器３８では、低温空気導入路４４を通る低温空気と、精留塔３９の低圧塔３９ｂの上部から排ガス取り出しパイプ３８ａおよび低圧塔３９ｂの頂部から窒素ガス取り出しパイプ３８ｂにより取り出した製品窒素ガスとを熱交換させ、低温空気を冷却して高圧塔３９ａの底部に導入するとともに、窒素ガスを昇温し製品窒素ガスとして取り出し、排ガスを再生ヒーター４２に供給する。
【００３１】
上記高圧塔３９ａでは、精留作用により、その底部に酸素リッチな液化空気を溜め、これを取り出しパイプ４０ａにより取り出して過冷却器４０に導入し、ここで過冷却して低圧塔３９ｂの上部に供給する。また、上記高圧塔３９ａの頂部に溜まる窒素ガスを、低圧塔３９ｂの底部に設けたコンデンサ３９ｃに導入し、ここで凝縮，液化し、つぎに、その一部を上記高圧塔３９ａの頂部に還流し、残りを送給パイプ４０ｂにより過冷却器４０に導入してここで過冷却したのち、その一部を低温塔３９ｂへ還流し、残りを液化窒素として取り出す。そして、取り出した液化窒素を液体ポンプ１０により所望の圧力まで上昇させ、冷却器４５に導入し、ここで、後述するガスタービン用原料空気を冷却したのち、製品高圧窒素ガスとして取り出す。一方、上記低圧塔３９ｂでも、その精留作用により、その底部に液化酸素を溜め、液酸ポンプ４１により取り出して液酸蒸発器４３に導入し、製品高圧酸素ガスとして取り出す。なお、上記低圧塔３９ｂの底部に溜めた液化酸素を、液酸ポンプ４１に導入する前に、液化酸素のままで製品として取り出してもよい。
【００３２】
一方、ガスタービン発電機３は、空気圧縮機４６により外部から取り入れたガスタービン用原料空気を圧縮して燃焼器４７に導入し、ここで燃料と燃焼させ、この燃焼器４７から噴射される燃焼ガスの推力でガスタービン４８を回転させ、この回転力により発電機４９を回転させることを行う。また、ガスタービン４８から排出される高温ガス（排ガス）は、スチーム製造等熱利用したのち、大気中に放出される。この実施の形態では、上記冷却器４５にガスタービン用原料空気を導入し、ここで高圧液化窒素と熱交換させて冷却しているため、空気圧縮機４６の動力を削減することができる。
【００３３】
例えば、６０，０００ｋＷ級のＣＡＥＳシステムを利用した場合には、２０ａｔａの高圧酸素ガスを約２５，０００ｍ３　／ｈ（０℃、１０１３２５Ｐａ時換算）、液化窒素を約１１，０００ｍ３　／ｈ（０℃、１０１３２５Ｐａ時換算）製造することができる。そして、液化窒素を１５，０００ｋＷ級のガスタービン発電機３の原料空気の冷却に利用した場合には、約２％の発電が向上する。
【００３４】
上記のように、この実施の形態では、従来の岩盤空洞１２を利用したＣＡＥＳシステム１を利用し、上記岩盤空洞１２に貯蔵した高圧空気を酸素製造装置２の原料空気として用いているため、昼間に、料金の安い夜間電力で製造した高圧空気により深冷空気分離装置を運転することができる。しかも、送泥管１３に設けた逆浸透膜造水管１８により、淡水を生産することができるため、大量の高圧酸素，窒素や上水を必要とする高炉メーカー等には、非常に経済効果が大きい。
【００３５】
図８は本発明の深冷空気分離装置の他の実施の形態を示している。この実施の形態では、上記実施の形態において、上記高圧液化窒素ガスの一部を液化窒素取り出しパイプ４０ｃにより昇温器４８ａに導入し、ここで排ガスと熱交換させて昇温させたのちガスタービン４８に導入し、ガスタービン４８に導入する原料空気量を増やすようにしている。それ以外の部分は上記実施の形態と同様であり、同様の部分には同じ符号を付している。
【００３６】
図９は本発明の深冷空気分離装置のその他の実施の形態を示している。この実施の形態では、図１〜図７に示す実施の形態において、上記低温部７外にタンク等（図示せず）に設け、上記気液分離器３７の底部に溜まる液化空気を上記底部から取り出して上記タンク等に溜めることができるようにしている。そして、夜間に、ＣＡＥＳシステム１の岩盤空洞１２に高圧空気を貯蔵し、この貯蔵した高圧空気を酸素製造装置２の原料空気として用いて酸素製造装置２を運転し、この運転により製造される液化空気を上記タンク等に溜めておく。また、昼間には、上記タンク等に溜めておいた液化空気および上記ＣＡＥＳシステム１の岩盤空洞１２に貯蔵しておいた高圧空気を用い、酸素製造装置２を運転するようにしている。それ以外の部分は上記実施の形態と同様であり、同様の部分には同じ符号を付している。
【００３７】
なお、上記各実施の形態では、高圧酸素ガスを製品として取り出しているが、これに限定するものではなく、液化酸素を製品として取り出してもよい。また、液化窒素をガスタービン用原料空気の冷却に利用しているが、そのまま（上記冷却に利用することなく）液化窒素を製品として取り出してもよい。また、図１および図８に示す深冷空気分離装置において、気液分離器３７から液体空気を取り出してもよい。さらに、ＣＡＥＳシステム１の高圧空気を深冷空気分離装置の原料としているが、液体空気のみを製品として取り出す液体空気製造装置の原料空気としてもよい。
【００３８】
また、本発明のＣＡＥＳシステム１は、上記両実施の形態に限定されるものではなく、公知の各種のＣＡＥＳシステム１を用いることができる。しかも、ＣＡＥＳシステムに大容量高圧空気圧縮機を組み合わせる等、高圧空気の生産性向上等の性能アップを図ることができる。
【００３９】
【発明の効果】
以上のように、本発明の深冷空気分離方法によれば、安価な夜間電力を利用して高圧空気を製造し貯蔵するＣＡＥＳシステムと、深冷空気分離装置とを組み合わせ、昼間に深冷空気分離装置を運転する際に、ＣＡＥＳシステムで安価に製造した高圧空気を、深冷空気分離装置の原料空気として用い、深冷空気分離装置に供給するようにしている。したがって、上記昼間の運転の際に、深冷空気分離装置の原料空気圧縮機を駆動させる必要がなく、昼間の電力コストをほぼゼロにすることができ、電力コストが大幅に低減する。しかも、深冷空気分離装置にＣＡＥＳシステムを組み合わせたものであり、深冷空気分離装置を大型化させる必要がなく、深冷空気分離装置の設備コストは増大しない。このため、深冷空気分離装置で得られる製品ガスを安価に提供することができ、ＣＡＥＳシステムの設備コストに見合うだけの経済性を見出すことができる。また、本発明の深冷空気分離装置によれば、上記深冷空気分離方法を効率よく行うことができる。一方、本発明の液体空気製造方法は、ＣＡＥＳシステムの高圧空気貯蔵用空間に貯蔵した高圧空気を液体空気製造装置の原料空気として用いている。このように、本発明の液体空気製造方法では、安価な夜間電力を利用して高圧空気を製造し貯蔵するＣＡＥＳシステムと、液体空気製造装置とを組み合わせ、昼間に液体空気製造装置を運転する際に、ＣＡＥＳシステムで安価に製造した高圧空気を、液体空気製造装置の原料空気として用い、液体空気製造装置に供給するようにしている。したがって、本発明の液体空気製造方法でも、本発明の深冷空気分離方法の同様に、上記の優れた効果を奏する。
【００４０】
本発明において、上記深冷空気分離装置により製造した高圧酸素および高圧窒素の少なくとも一方の冷熱を発電設備に利用するようにした場合には、発電効率が向上する。また、上記液体空気製造装置により製造した液体空気の冷熱を発電設備に利用するようにした場合にも、同様の効果を奏する。
【００４１】
本発明において、上記冷熱で発電設備のガスタービンに導入する原料空気を冷却するようにした場合には、ガスタービンの空気圧縮機の動力が削減でき、その分発電量が増える。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の深冷空気分離装置の一実施の形態を示す構成図である。
【図２】ＣＡＥＳシステムの説明図である。
【図３】上記ＣＡＥＳシステムの要部を示す断面図である。
【図４】上記ＣＡＥＳシステムの他の要部を示す断面図である。
【図５】上記ＣＡＥＳシステムの作用を示す断面図である。
【図６】上記ＣＡＥＳシステムの作用を示す断面図である。
【図７】酸素製造装置を示す構成図である。
【図８】本発明の深冷空気分離装置の他の実施の形態を示す構成図である。
【図９】本発明の深冷空気分離装置のさらに他の実施の形態を示す構成図である。
【図１０】従来例の一例を示す構成図である。
【図１１】従来例の他の例を示す構成図である。
【符号の説明】
１　ＣＡＥＳシステム
２　酸素製造装置
１２　岩盤空洞
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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