JP2003502614A - Safety system that accumulates high-temperature heat - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】 本発明の安全障壁システムは、高温において連続的に熱を発生する熱源、および熱源によって発生した熱を消費する熱消費ユニットを具備し、熱源によって発生する熱の量が最大期間Ｔの間に熱消費ユニットによって消費される熱の量を実質的に越えることができる高温熱エネルギー設備で使用することを意図している。安全障壁は、熱源によって発生し熱消費ユニットによって消費されなかった熱を吸収すると相変化を起こし、それによって該熱を潜熱として蓄積し、該安全障壁が期間Ｔよりも短くない全期間の間に該熱を蓄積できるようにする少なくとも一つの蓄熱ユニットを備えている。 (57) Abstract The safety barrier system of the present invention includes a heat source that continuously generates heat at a high temperature, and a heat consuming unit that consumes heat generated by the heat source, and the amount of heat generated by the heat source is maximum. It is intended for use in high temperature thermal energy installations that can substantially exceed the amount of heat consumed by the heat consuming unit during period T. The safety barrier undergoes a phase change upon absorbing heat generated by the heat source and not consumed by the heat consuming unit, thereby accumulating the heat as latent heat and during the entire period when the safety barrier is not shorter than the period T. At least one heat storage unit for storing the heat is provided.
Description
【０００１】 （本発明の分野） 本発明は高温の熱源からの熱消費システムへの熱伝達に関する。[0001] (Field of the Invention) The present invention relates to heat transfer from a high temperature heat source to a heat consuming system.
【０００２】
（本発明の背景）
本発明は特に核反応または高温熱反応器（ＨＴＴＲ）のような熱源からの化学
設備または動力変換設備のような熱消費システムへの熱伝達に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to heat transfer, especially from heat sources such as nuclear reactions or high temperature thermal reactors (HTTRs) to heat consuming systems such as chemical or power conversion equipment.
【０００３】
化学設備では種々の技術的な問題を抱えているため本来間欠的に操作が行なわ
れる。化学設備において熱消費が中断した時、反応器によって発生する熱を捕捉
する手段が備えられていない場合、それぞれの場合におけるこのような技術的な
問題のために反応器を停止させる必要がある。反応器の再操作には１週間程度の
時間がかかるから、このことは時間と経費が非常にかかる過程である。Since chemical equipment has various technical problems, it is inherently operated intermittently. If there is no provision for trapping the heat generated by the reactor when the heat consumption is interrupted in the chemical installation, it is necessary to shut down the reactor due to such technical problems in each case. This is a very time consuming and expensive process as the re-operation of the reactor takes as long as a week.
【０００４】
１９９４年１１月の日本原子力研究所によって開催された第１回研究協調会議
において、ＨＴＴＲから一次ループを通って化学設備へ伝達される熱の消費が中
断した場合に作動する二次ループの形をした安全障壁をもつＨＴＴＲをつくるこ
とが示唆された。この二次ループは熱を水蒸気発生器へ運び、これによって水蒸
気が大気中に放出される。しかし、例えば大気中に放出された大量の水蒸気、お
よびこのような放出によって生じる騒音に関連した環境的な問題も示唆されてい
る。またこの方法では大量の熱が廃棄される。At the 1st Research Collaboration Meeting held by the Japan Atomic Energy Research Institute in November 1994, the secondary loop that operates when the heat consumption transferred from the HTTR to the chemical equipment through the primary loop is interrupted It has been suggested to create an HTTR with a safety barrier in the form of. This secondary loop carries the heat to the steam generator, which releases the steam to the atmosphere. However, environmental problems associated with, for example, large amounts of water vapor released into the atmosphere and the noise produced by such emissions have also been suggested. Also, this method wastes a large amount of heat.
【０００５】
従って、熱の消費が中断した場合、熱源によって生じる熱を一時的に蓄積し得
る安全障壁を備えた上記種類の高温の熱源を提供することは極めて望ましいこと
である。Therefore, it would be highly desirable to provide a high temperature heat source of the type described above with a safety barrier that could temporarily store the heat generated by the heat source if the heat consumption were interrupted.
【０００６】
米国特許５，６８５，２８９号では熱を捕捉して伝達する相変化媒体を使用し
ている。米国特許５，６８５，２８９号に記載されたシステムは、一つの層が熱
源から熱を吸収し潜熱としてこれを蓄積するのに使用する相変化材料からつくら
れ、他の層は該相変化層から熱を抽出しこれを熱消費システムへ伝達するのに使
用される二つの層から成っている。US Pat. No. 5,685,289 uses a phase change medium that traps and transfers heat. The system described in US Pat. No. 5,685,289 is one in which one layer is made of a phase change material that is used to absorb heat from a heat source and store it as latent heat, while the other layer is made from the phase change material. It consists of two layers that are used to extract heat from and transfer it to the heat consuming system.
【０００７】
しかし米国特許５，６８５，２８９号の熱源は安全障壁を必要とするような種
類のものではなく、むしろ太陽光を直接相変化媒質へ送る光学的な濃縮システム
である。また、核反応器または高温熱反応器のような熱源と共に米国特許５，６
８５，２８９号のシステムを使用し、通常これから熱交換器によって熱を抽出す
る場合、この熱交換器を相変化媒質の中に挿入しなければならない。この場合、
熱交換器の近傍において相変化材料が晶出する過程によって熱伝達の効率が減少
する恐れがある。However, the heat source in US Pat. No. 5,685,289 is not of the kind requiring a safety barrier, but rather is an optical concentrating system that directs sunlight directly to the phase change medium. Also, with a heat source such as a nuclear reactor or a high temperature thermal reactor, US Pat.
When using the system of 85,289 and usually extracting heat from it by means of a heat exchanger, this heat exchanger must be inserted into the phase change medium. in this case,
The process of crystallizing the phase change material in the vicinity of the heat exchanger may reduce the efficiency of heat transfer.
【０００８】
本発明の目的は、高温の熱源と共に安全障壁として使用するのに特に有利な熱
の蓄積および／または伝達を行なう新規システムを提供することである。It is an object of the present invention to provide a new system for heat storage and / or transfer that is particularly advantageous for use as a safety barrier with high temperature heat sources.
【０００９】
（本発明の概要）
本発明の一態様に従えば、高温において連続的に熱を発生する熱源、および熱
源によって発生した熱を消費する熱消費ユニットを具備し、熱源によって発生す
る熱の量が最大期間Ｔの間に熱消費ユニットによって消費される熱の量を実質的
に越えることができる高温熱エネルギー設備で使用する安全障壁システムにおい
て、該安全障壁は、熱源によって発生し熱消費ユニットによって消費されなかっ
た熱を吸収すると相変化を起こし、それによって該熱を潜熱として蓄積し、該安
全障壁が期間Ｔよりも短くない全期間の間に該熱を蓄積できるようにすることが
できる相変化材料をもった少なくとも一つの蓄熱ユニットを備えていることを特
徴とする安全障壁システムが提供される。SUMMARY OF THE INVENTION According to one aspect of the present invention, a heat source that continuously generates heat at a high temperature and a heat consuming unit that consumes the heat generated by the heat source are provided, and the heat generated by the heat source is provided. In a safety barrier system for use in high temperature thermal energy installations, the amount of which can substantially exceed the amount of heat consumed by the heat consuming unit during the maximum period T, the safety barrier generating heat by the heat source. Absorbing heat not consumed by the unit causes a phase change, thereby accumulating the heat as latent heat, allowing the safety barrier to accumulate the heat during the entire period not less than the period T. A safety barrier system is provided which comprises at least one heat storage unit with a possible phase change material.
【００１０】
本発明の安全障壁は、例えば化学反応器のような間欠的な熱消費ユニットと共
に使用する場合、ＨＴＴＲ、核反応器等のような熱源と一緒に用いることが特に
有利である。The safety barrier of the present invention is particularly advantageous for use with heat sources such as HTTRs, nuclear reactors, etc. when used with intermittent heat consuming units such as chemical reactors.
【００１１】
本発明の他の態様に従えば、高温において連続的に熱を発生する熱源、および
熱源によって発生した熱を消費する熱消費ユニットを具備し、該設備の中では熱
源によって発生する熱の量が最大期間Ｔの間に熱消費ユニットによって消費され
る熱の量を実質的に越えることができる高温熱エネルギー設備において、該エネ
ルギー設備はさらに、熱源によって発生し熱消費ユニットによって消費されなか
った熱を吸収すると相変化を起こし、それによって該熱を潜熱として蓄積し、期
間Ｔよりも短くない全期間の間に該熱を蓄積できる相変化材料をもった少なくと
も一つの蓄熱ユニットを備えた安全障壁を具備していることを特徴とする高温熱
エネルギー設備が提供される。According to another aspect of the present invention, a heat source for continuously generating heat at a high temperature and a heat consuming unit for consuming heat generated by the heat source are provided, and in the equipment, the heat generated by the heat source is provided. In a high temperature thermal energy installation, the quantity of which can substantially exceed the quantity of heat consumed by the heat consuming unit during the maximum period T, the energy equipment further being generated by the heat source and not consumed by the heat consuming unit. At least one heat storage unit having a phase change material capable of accumulating the heat as latent heat and thereby accumulating the heat during the whole period not shorter than the period T. Provided is a high temperature thermal energy facility characterized by having a safety barrier.
【００１２】
好ましくは該蓄熱ユニットは該熱源から熱を受け取り得る熱交換層、および該
熱交換層から熱を吸収し得る蓄熱層を備え、該蓄熱層は熱交換層から吸収された
熱を潜熱として蓄積し得る相変化材料を含んでいる。別法として、該蓄熱ユニッ
トは熱交換層を含まず、その代わり該熱源から該蓄熱層へ熱を伝達する異なった
配置をもっていることができる。Preferably, the heat storage unit comprises a heat exchange layer capable of receiving heat from the heat source, and a heat storage layer capable of absorbing heat from the heat exchange layer, the heat storage layer latent heat of heat absorbed from the heat exchange layer. It contains a phase change material that can accumulate as Alternatively, the heat storage unit may not include a heat exchange layer, but instead have a different arrangement for transferring heat from the heat source to the heat storage layer.
【００１３】
熱源が熱交換器である場合、該熱交換層は該熱交換器と熱的に接触し、それか
ら熱を受け取ってこれを蓄熱層へ伝達することが好ましい。When the heat source is a heat exchanger, it is preferred that the heat exchange layer is in thermal contact with the heat exchanger and receives heat from it and transfers it to the heat storage layer.
【００１４】
該相変化材料は熱源によって熱が生じる温度に近い温度またはそれよりも低い
温度において固体から液体へと相を変化することができる。或いはまた相変化材
料は或る範囲内の温度において相を変化し得る相変化材料の混合物であることが
できる。この場合には熔融の過程により該混合物の組成が変化し、それによって
その融点も変化するので最高数百度に亙る広い温度範囲で熱を蓄積し得る単一の
蓄熱ユニットをつくることができる。本発明の一好適具体化例に従えば、熱交換
層および蓄熱層は膜で分離されていることができる。この膜は蓄熱層の中に突き
出して二つの層の間で熱接触表面を増加させる区域を含んでいる。熱交換層が揮
発性の金属の形をし熱交換層の蒸気が蓄熱層を一層効率的に加熱する場合には、
このような膜を使用することは特に好適である。The phase change material is capable of changing phase from a solid to a liquid at or near a temperature at which heat is generated by a heat source. Alternatively, the phase change material can be a mixture of phase change materials capable of changing phase at a temperature within a range. In this case, the composition of the mixture changes due to the melting process, and the melting point also changes accordingly, so that a single heat storage unit capable of storing heat in a wide temperature range up to several hundreds of degrees can be produced. According to one preferred embodiment of the invention, the heat exchange layer and the heat storage layer can be separated by a membrane. The film includes areas that project into the heat storage layer to increase the thermal contact surface between the two layers. If the heat exchange layer is in the form of a volatile metal and the vapor of the heat exchange layer heats the heat storage layer more efficiently,
The use of such membranes is particularly suitable.
【００１５】
本発明の他の好適な具体化例に従えば、熱交換層と蓄熱層との分離は密度の異
なった混合しない材料によって行なわれる。例えばこのような蓄熱層は、相変化
材料が固体状態にある場合および液体状態にある場合の両方において、熱交換層
相よりも密度の小さい材料からつくることができる。この具体化例においては蓄
熱層は熱交換層の上に浮かんでいる。この反対の配置が可能なことも明らかであ
る。According to another preferred embodiment of the invention, the separation of the heat exchange layer and the heat storage layer is effected by immiscible materials of different densities. For example, such a heat storage layer can be made of a material that is less dense than the heat exchange layer phase, both when the phase change material is in the solid state and when it is in the liquid state. In this embodiment, the heat storage layer floats above the heat exchange layer. It is also clear that this opposite arrangement is possible.
【００１６】
本発明の安全障壁によって蓄積された熱はそこから引き出して熱消費ユニット
へ伝達することができる。この目的に対しては、該熱交換層または該蓄熱層は熱
抽出特性をもっていることができる。例えばこれらの層はそれぞれ熱交換器また
は層変化材料から熱を抽出し、この熱を熱消費ユニットへ伝達し得る材料を含ん
でいることができる。別法として、蓄熱ユニットは熱抽出材料からつくられた他
の余分の層を含んでいることができる。The heat stored by the safety barrier of the present invention can be extracted therefrom and transferred to the heat consuming unit. For this purpose, the heat exchange layer or the heat storage layer can have heat extraction properties. For example, each of these layers may comprise a material capable of extracting heat from a heat exchanger or layer change material and transferring this heat to a heat consuming unit. Alternatively, the heat storage unit may include other extra layers made of heat extraction material.
【００１７】
本発明の高温熱エネルギー設備は一般に、熱源によって発生するすべての熱が
熱消費ユニットによって消費される操作モード、および熱源によって発生する一
部または全部の熱が熱消費ユニットによって消費されない非操作モードの二つの
モードで機能することができる。非操作モードは意図しない緊急の理由、例えば
熱消費ユニットにおける熱消費過程が突然中断したことによって起こることがで
き、或いは計画通りの方法でまたはスケジュールに従って起こされることもある
。The high temperature thermal energy installation of the present invention generally has a mode of operation in which all heat generated by the heat source is consumed by the heat consuming unit, and some or all heat generated by the heat source is not consumed by the heat consuming unit. It can function in two modes of operation. The non-operational mode can occur for unintended urgent reasons, for example due to a sudden interruption of the heat consumption process in the heat consumption unit, or it can occur in a planned manner or according to a schedule.
【００１８】
本発明の熱エネルギー設備の一具体化例に従えば、該安全障壁は、高温熱エネ
ルギー設備が操作モードにある場合には熱伝達を、また該設備が非操作モードに
ある時には蓄熱を行なうように、熱源および熱消費ユニットに連結されている。
この具体化例においては、設備が操作モードで機能している場合、二つの状態に
おける蓄熱層の相変化材料の量は予め定められた値をもち、これは設備が非操作
モードで機能する場合には変化する。According to one embodiment of the thermal energy installation of the invention, the safety barrier provides heat transfer when the high temperature thermal energy installation is in operating mode and heat storage when the installation is in non-operating mode. Is connected to the heat source and the heat consuming unit.
In this embodiment, when the equipment is operating in the operating mode, the amount of phase change material in the heat storage layer in the two states has a predetermined value, which means that the equipment is operating in the non-operating mode. Changes to.
【００１９】
本発明の熱エネルギー設備の他の具体化例に従えば、安全障壁は非操作モード
においてだけ熱を受け取るように熱源に連結され、他方安全障壁が操作モードに
ある時には熱源は熱消費ユニットに連絡し、発生した熱をそこへ伝達する。According to another embodiment of the thermal energy installation of the invention, the safety barrier is connected to the heat source so as to receive heat only in the non-operating mode, while the heat source consumes heat when the safety barrier is in the operating mode. Contact the unit and transfer the heat generated to it.
【００２０】
本発明を理解し、本発明がどのように実施されるかを見るために、次に添付図
面を参照して本発明を限定しない実施例を用いて好適な具体化例を説明する。In order to understand the present invention and to see how the present invention is carried out, preferred embodiments will now be described with reference to the accompanying drawings by way of non-limiting examples of the present invention. .
【００２１】
（好適な具体化例の詳細な説明）
図１ａおよび１ｂは本発明の高温熱設備（１）の二つの代替し得る具体化例を
模式的に示す。これらの図の異なったブロックを連結する線は設備（１）の対応
する部分の間の直接的または間接的な熱的連絡経路を示す。Detailed Description of the Preferred Embodiments FIGS. 1a and 1b schematically show two alternative embodiments of the high temperature thermal installation (1) of the present invention. The lines connecting the different blocks in these figures indicate the direct or indirect thermal communication paths between the corresponding parts of the installation (1).
【００２２】
上記の両方の具体化例による設備（１）は熱源（１０）、蓄熱システム（２０
）および熱消費ユニット（３０）から成っている。The equipment (1) according to both of the above-described embodiments includes a heat source (10) and a heat storage system (20).
) And a heat consuming unit (30).
【００２３】
熱源（１０）は高温において熱を連続的に発生することができ、典型的には核
反応器またはＨＴＴＲである。熱源によって発生した熱の温度は本発明を制限し
ない例において約６００〜１０００℃である。熱源から熱を引き出すことができ
るためには、熱源（１０）には図２、３および５に示すような熱交換用の流体を
充たした中空の熱交換器（１１）が備えられ、この流体は熱源（１０）から熱交
換システム（２０）へと流され、また熱を蓄熱システムに伝達して冷却された後
再び熱源へと戻される。The heat source (10) is capable of continuously producing heat at elevated temperatures and is typically a nuclear reactor or HTTR. The temperature of the heat generated by the heat source is about 600-1000 ° C. in a non-limiting example. In order to be able to extract heat from the heat source, the heat source (10) is equipped with a hollow heat exchanger (11) filled with a heat exchange fluid as shown in FIGS. 2, 3 and 5. Is allowed to flow from the heat source (10) to the heat exchange system (20), transfers heat to the heat storage system, is cooled, and is then returned to the heat source.
【００２４】
熱消費ユニット（３０）は企画されたまたはされない方法で間欠的に行なわれ
る過程、例えば熱の消費を中断させる種々の問題を抱えた化学過程を含む任意の
種類のものであることができる。The heat consuming unit (30) may be of any type, including processes that are carried out intermittently in a planned or unscheduled manner, for example chemical processes with various problems that interrupt the consumption of heat. it can.
【００２５】
間欠的なタイプの熱消費ユニット（３０）を用いる際、設備（１）は二つのモ
ードで機能することができる。即ち熱源（１０）により発生したすべての熱を熱
消費ユニット（３０）によって消費する操作モード、および熱源によって発生し
た熱の熱消費ユニットによる消費を中断する（または実質的に減少させる）非操
作モードの二つである。本発明を説明する目的に対しては、設備の非操作モード
の最大持続時間をＴで示す。When using an intermittent type heat dissipation unit (30), the installation (1) can function in two modes. An operating mode in which all the heat generated by the heat source (10) is consumed by the heat consuming unit (30) and a non-operating mode in which the consumption of the heat generated by the heat source by the heat consuming unit is interrupted (or substantially reduced) There are two. For the purposes of explaining the invention, the maximum duration of the non-operating mode of the installation is denoted by T.
【００２６】
下記に詳細に説明するように、蓄熱システム（２０）は熱源（１０）によって
発生した熱を受け取って蓄積することができ、またこの熱を図１ａおよび１ｂに
示す熱消費ユニット（３０）または図１ｂの別の蓄熱システム（２０）のいずれ
かへ伝達することができるように設計されている。As will be described in detail below, the heat storage system (20) is capable of receiving and storing the heat generated by the heat source (10) and also this heat consuming unit (30 shown in FIGS. 1a and 1b. ) Or another heat storage system (20) of FIG. 1b.
【００２７】
図２、３および５に示されているように、蓄熱システム（２０）は少なくとも
一つの本発明による蓄熱ユニット（４０）を具備し、これは熱源（１０）の熱交
換器（１１）を収納し熱を伝達し得る熱交換層（４１）、および熱交換層（４１
）から熱を伝達し得る蓄熱層（４２）を具備している。As shown in FIGS. 2, 3 and 5, the heat storage system (20) comprises at least one heat storage unit (40) according to the invention, which comprises a heat exchanger (11) of the heat source (10). And a heat exchange layer (41) capable of storing heat, and a heat exchange layer (41)
), A heat storage layer (42) capable of transferring heat from
【００２８】
熱交換層（４１）および蓄熱層（４２）は分離され、熱交換器（１１）の上に
相変化材料が晶出するのを防ぐことが好ましい。図２に示した蓄熱ユニット（４
０）においてはこれらの層は重力によって分離され、この目的のために熱交換材
料が固体または液体の状態にある場合、熱交換層（４１）は蓄熱層よりも大きな
密度をもつ材料からつくられている。この具体化例においては、蓄熱層（４２）
の材料は熱交換層（４１）の上に浮かび、これによって相変化材料が熱交換層の
中へ浸透したり熱交換器（１１）の上に沈澱するのを防いでいる。The heat exchange layer (41) and the heat storage layer (42) are preferably separated to prevent crystallization of the phase change material on the heat exchanger (11). The heat storage unit (4
In 0) these layers are separated by gravity and when the heat exchange material is in the solid or liquid state for this purpose, the heat exchange layer (41) is made of a material with a greater density than the heat storage layer. ing. In this embodiment, the heat storage layer (42)
Material floats on the heat exchange layer (41), thereby preventing the phase change material from penetrating into the heat exchange layer or settling on the heat exchanger (11).
【００２９】
図３は図２と反対の場合の配置を示し、ここでは熱交換材料が固体または液体
の状態にある場合、熱交換層（４１）は蓄熱層よりも小さい密度をもつ材料から
つくられている。このような配置においては固体状態における相変化材料の密度
は液体状態における密度よりも小さいことが重要である。この具体化例において
は、熱交換層（４１）は蓄熱層（４２）の上に浮かび、これによって相変化材料
が熱交換層の中へ浸透したり熱交換器（１１）の上に沈澱するのが自然に防がれ
る。FIG. 3 shows the arrangement opposite to that of FIG. 2, in which the heat exchange layer (41) is made of a material with a smaller density than the heat storage layer when the heat exchange material is in the solid or liquid state. Has been. In such an arrangement, it is important that the density of the phase change material in the solid state is lower than that in the liquid state. In this embodiment, the heat exchange layer (41) floats on the heat storage layer (42), which causes the phase change material to penetrate into the heat exchange layer and settle on the heat exchanger (11). Can be naturally prevented.
【００３０】
図４に示すように、熱交換層（４１）および蓄熱層（４２）は分離用の膜で分
離されていることもできる。このような膜は蓄熱層（４２）の中に突き出して二
つの層（４１）と（４２）との間で熱接触表面を増加させる区域（４５）を含ん
でいる。このことは、熱交換層（４１）が揮発性の金属の形をし、その蒸気（４
１Ａ）が蓄熱層（４２）を一層効率的に加熱する場合に特に好適である。このよ
うな場合、熱交換層の材料（４１Ａ）は熱交換層（４１）を蓄熱層（４２）から
分離する膜の上に凝縮し、液滴となって沈澱して熱交換層の中に戻される。As shown in FIG. 4, the heat exchange layer (41) and the heat storage layer (42) may be separated by a separation membrane. Such a membrane comprises an area (45) protruding into the heat storage layer (42) to increase the thermal contact surface between the two layers (41) and (42). This means that the heat exchange layer (41) is in the form of a volatile metal and its vapor (4
1A) is particularly suitable for heating the heat storage layer (42) more efficiently. In such a case, the material (41A) of the heat exchange layer condenses on the membrane separating the heat exchange layer (41) from the heat storage layer (42) and precipitates as droplets in the heat exchange layer. Will be returned.
【００３１】
蓄熱ユニット（４０）はその中に蓄積された熱を図１ａまたは１ｂの熱消費ユ
ニット（３０）または図１ｂの別の熱消費ユニット（３５）へ伝達できることが
好ましい。この目的のためには、蓄熱ユニット（４０）には図５に示すような熱
抽出区域（４３）が備えられ、この区域はその中に熱消費ユニット（３０、３５
）の熱交換要素（３１）が収納され、熱交換層（４１）または蓄熱層（４２）に
は熱抽出区域（４３）の中に配置された熱交換要素（３１）に熱を伝えることが
できる熱抽出特性を備えていることができる。The heat storage unit (40) is preferably capable of transferring the heat stored therein to the heat consuming unit (30) of FIG. 1a or 1b or another heat consuming unit (35) of FIG. 1b. For this purpose, the heat storage unit (40) is provided with a heat extraction section (43) as shown in FIG. 5, which section has therein a heat consuming unit (30, 35).
), The heat exchange element (31) of (1) is accommodated, and the heat exchange layer (41) or the heat storage layer (42) can transfer heat to the heat exchange element (31) arranged in the heat extraction zone (43). It can have heat extraction properties.
【００３２】
熱交換層（４１）に熱抽出特性を備えている場合には、熱交換層は熱交換器（
１１）で加熱すると沸騰してその蒸気が蓄熱層（４２）に浸透し、熱抽出区域（
４３）を含む蓄熱ユニット（４０）の全容積を充たし、その熱を熱交換要素（３
１）に伝達し、この要素の上に熱交換材料の蒸気が凝縮し、次いで液滴として蓄
熱層（４２）の中に沈澱することができる揮発性の熱交換用液体材料を含んでい
る。蓄熱層（４２）の中で相変化材料によって加熱されるとこれらの液滴は再び
蒸発するであろう。換言すると、熱交換層（４１）が熱抽出特性を備えている場
合、その材料は熱消費ユニット（３０、３５）の熱交換要素（３１）と蓄熱層（
４２）との間で還流することができる。熱交換材料を蒸発させるための蓄熱層（
４２）の相変化材料による熱損失は相変化材料の晶出を誘起し、その結晶は蓄熱
層（４２）の底に沈み、熱交換層（４１）の上に浮かぶであろう。When the heat exchange layer (41) has a heat extraction property, the heat exchange layer is a heat exchanger (
When heated in (11), it boils and the vapor permeates the heat storage layer (42) and the heat extraction area (
43) to fill the entire volume of the heat storage unit (40) and to transfer the heat to the heat exchange element (3).
1), the vapor of the heat exchange material is condensed on this element and then contains a volatile heat exchange liquid material which can be deposited as droplets in the heat storage layer (42). These droplets will evaporate again when heated by the phase change material in the heat storage layer (42). In other words, if the heat exchange layer (41) has heat extraction properties, its material is the heat exchange element (31) and the heat storage layer (31) of the heat consuming unit (30, 35).
Reflux with 42) is possible. Heat storage layer for evaporating heat exchange material (
The heat loss due to the phase change material of 42) will induce crystallization of the phase change material, which crystals will sink to the bottom of the heat storage layer (42) and float above the heat exchange layer (41).
【００３３】
蓄熱層（４２）が熱抽出特性ををもっている場合、蓄熱層は熱抽出材料を熱抽
出用の下位層の形、或いは図２におけるように蓄熱層（４２）の相変化材料と混
合した形で含んでいることができる。If the heat storage layer (42) has heat extraction properties, the heat storage layer mixes the heat extraction material with the lower layer for heat extraction or with the phase change material of the heat storage layer (42) as in FIG. It can be included in any form.
【００３４】
図５の熱抽出区域によって構成されていることができる熱抽出用の下位層の場
合には、その熱抽出材料は熱を対流によって蓄熱層（４２）から伝達し、また例
えば米国特許５，６８５，２８９号に記載されているような方法によりこの熱を
熱消費ユニット（３０、３５）へ伝達することができる。このような熱交換材料
は例えば密度が蓄熱層（４２）の密度よりも小さくその上に浮かぶような揮発性
の液体金属、或いは密度が蓄熱層（４２）の密度より大きく蓄熱層がその上に浮
かぶ液体の金属であることができる。In the case of a heat extraction sublayer, which may be constituted by the heat extraction zone of FIG. 5, the heat extraction material transfers heat from the heat storage layer (42) by convection and is also described in, for example, US Pat. This heat can be transferred to the heat consuming unit (30, 35) by methods such as those described in 5,685,289. Such a heat exchange material has, for example, a volatile liquid metal whose density is lower than that of the heat storage layer (42) and floats on it, or a density of which is higher than that of the heat storage layer (42) and which has a heat storage layer thereon. It can be a floating liquid metal.
【００３５】
熱抽出材料が蓄熱層（４２）の相変化材料と混合している場合には、熱抽出材
料は相変化材料によって加熱された場合沸騰する揮発性の液体または溶質である
ことができる。When the heat extraction material is mixed with the phase change material of the heat storage layer (42), the heat extraction material can be a volatile liquid or solute that boils when heated by the phase change material. .
【００３６】
相変化材料の中に熱抽出材料が混合した混合物は、相変化材料の塩の中に溶解
した揮発性の液体の塩の混合物であるか、或いは相変化材料の金属の中に溶解し
た揮発性に液体の金属の混合物であることができる。The mixture of the heat extraction material in the phase change material is a mixture of volatile liquid salts dissolved in the salt of the phase change material or dissolved in the metal of the phase change material. It can be a mixture of volatile liquid metals.
【００３７】
別法として、蓄熱層（４２）の中の相変化材料と混合した熱抽出材料は、加熱
した場合赤外線を放射できる種類のものであることができる。この場合、赤外線
は蓄熱層（４２）の上面から放射され、熱消費ユニットにはこの赤外線を集めこ
れを熱として使用する手段が備えられていなければならない。赤外線が放射され
ると、相変化材料の小さい結晶が蓄熱層（４２）の上面に生じ、放射による熱伝
達を中断することなくこの層の底に沈澱する。蓄熱層（４２）の放射能力はこれ
に炭素粒子、酸化珪素、種々の金属酸化物等のような添加物を添加することによ
って強化される。Alternatively, the heat extraction material mixed with the phase change material in the heat storage layer (42) can be of a type that can emit infrared radiation when heated. In this case, the infrared rays are radiated from the upper surface of the heat storage layer (42), and the heat consuming unit must be provided with means for collecting the infrared rays and using it as heat. When infrared radiation is emitted, small crystals of phase change material form on the top surface of the heat storage layer (42) and settle on the bottom of this layer without interrupting the heat transfer by radiation. The radiative capacity of the heat storage layer (42) is enhanced by adding thereto additives such as carbon particles, silicon oxide, various metal oxides and the like.
【００３８】
可能な蓄熱材料には金属、合金、塩、塩の混合物、および塩含有セラミックス
、好ましくは液体金属に浸漬したものが含まれる。この特定の蓄熱材料はその融
点、潜熱および密度に従って選ばれなければならない。使用可能な蓄熱材料の蒸
気圧およびそれと接触すると思われる他の材料に対する化学的安定性も考慮しな
ければならない。Possible heat storage materials include metals, alloys, salts, mixtures of salts, and salt-containing ceramics, preferably immersed in liquid metal. This particular heat storage material must be chosen according to its melting point, latent heat and density. The vapor pressure of the heat storage material that can be used and its chemical stability with respect to other materials that may come into contact with it must also be considered.
【００３９】
図７は蓄熱層（４２）に使用できる相変化蓄熱材料の例を示す。図７に示され
ているように、このような材料は約６００〜約１２６０℃の温度範囲において熱
を蓄積できるアルカリおよびアルカリ土類金属のハロゲン化物であることができ
る。蓄熱温度の細かい調整はこのような金属または塩の蓄熱材料の混合物、好ま
しくは共融混合物を用いることによって行なうことができる。FIG. 7 shows an example of a phase change heat storage material that can be used for the heat storage layer (42). As shown in FIG. 7, such materials can be alkali and alkaline earth metal halides capable of storing heat in the temperature range of about 600 to about 1260 ° C. Fine adjustment of the heat storage temperature can be carried out by using a mixture of such metal or salt heat storage materials, preferably a eutectic mixture.
【００４０】
また蓄熱層（４２）は相変化蓄熱材料として金属、例えばアルカリ金属または
アルカリ土類金属のような揮発性の軽金属、亜鉛およびカドミウムのような揮発
性重金属、およびアルミニウム、錫および鉛のような不揮発性の金属、並びに亜
鉛−銅合金のような金属合金を用いることができ、これらはすべて良い蓄熱材料
としての役割を果たすことができる。The heat storage layer (42) is also composed of a metal such as a volatile light metal such as an alkali metal or an alkaline earth metal, a volatile heavy metal such as zinc and cadmium, and aluminum, tin and lead as a phase change heat storage material. Such non-volatile metals can be used, as well as metal alloys such as zinc-copper alloys, all of which can serve as good heat storage materials.
【００４１】
大量の塩を吸収することができ、同時にその元の機械的構造を保持しているセ
ラミックス材料も蓄熱材料として使用することができる。このようなセラミック
スは、砕いて小さな粒子にし、これを液体の金属、特に揮発性の液体金属の中に
浸漬した場合、蓄熱材料として特に有用である。A ceramic material that can absorb a large amount of salt and at the same time retain its original mechanical structure can also be used as a heat storage material. Such ceramics are particularly useful as heat storage materials when crushed into small particles which are immersed in a liquid metal, especially a volatile liquid metal.
【００４２】
次に図１ａおよび１ｂに戻り、熱源（１０）によって発生する熱を蓄積するた
めの本発明の安全障壁の蓄熱システム（２０）を、随時熱消費ユニット（３０、
３５）への熱伝達を用いて説明する。1a and 1b, the safety barrier heat storage system (20) of the present invention for storing the heat generated by the heat source (10) is optionally replaced by a heat consuming unit (30, 30).
35) will be described.
【００４３】
図１ａにおいては、熱源（１０）、蓄熱システム（２０）および熱消費ユニッ
ト（３０）はすべて直列に連結されている。このような配置においては、設備（
１）が操作モードで機能している場合、蓄熱システム（２０）は連続的に熱を熱
源（１０）から熱消費ユニット（３０）へと伝達する。他方、設備（１）が非操
作モードで機能している場合、蓄熱システム（２０）は安全障壁として作用し、
熱源（１０）で発生し熱消費ユニットによって消費されなかった熱を蓄積する。
前者の場合には、相変化材料は固体と液体との間の平衡状態で存在することが好
ましい。後者の場合には上記の平衡は液相の方へ移動している。In FIG. 1a, the heat source (10), the heat storage system (20) and the heat consuming unit (30) are all connected in series. In such an arrangement, equipment (
When 1) is operating in the operating mode, the heat storage system (20) continuously transfers heat from the heat source (10) to the heat consuming unit (30). On the other hand, when the equipment (1) is functioning in the non-operating mode, the heat storage system (20) acts as a safety barrier,
The heat generated by the heat source (10) and not consumed by the heat consuming unit is accumulated.
In the former case, the phase change material is preferably present in equilibrium between the solid and the liquid. In the latter case, the above equilibrium is moving towards the liquid phase.
【００４４】
図１ｂにおいては、熱源（１０）は二つの平行な熱的連結が行なわれている。
その一つは熱消費ユニット（３０）への連結であり、他の一つは蓄熱ユニット（
２０）への連結である。蓄熱ユニット（２０）は熱消費ユニット（３０）または
それとは別の熱消費ユニット（３５）へ熱的に連結されている。このような配置
においては、設備（１）が操作モードで機能している場合、蓄熱システム（２０
）は熱源（１０）から熱的に分離され、相変化材料はすべて固体状態にある。設
備（１）が非操作モードで機能している場合には、蓄熱システム（２０）は熱源
（１０）に熱的に連結されて熱源（１０）によって発生し熱消費ユニット（３０
）によって消費されなかった熱を蓄積する。このモードでは蓄熱システム（２０
）の相変化材料は加熱され、融解が始まるまで温度は上昇する。In FIG. 1b, the heat source (10) is provided with two parallel thermal connections.
One is the connection to the heat consuming unit (30) and the other is the heat storage unit (
20). The heat storage unit (20) is thermally connected to the heat consuming unit (30) or another heat consuming unit (35). In such an arrangement, the heat storage system (20) is provided when the installation (1) is functioning in the operating mode.
) Is thermally separated from the heat source (10) and the phase change materials are all in the solid state. When the installation (1) is functioning in the non-operating mode, the heat storage system (20) is thermally coupled to the heat source (10) and is generated by the heat source (10) to generate the heat consuming unit (30).
A) accumulate heat not consumed by. In this mode the heat storage system (20
) The phase change material is heated and the temperature rises until melting begins.
【００４５】
上記の両方のモードにおいて、蓄熱システム（２０）は熱源（１０）から同時
にまたは逐次的に送られてくる熱を受け取るように設計された多数の蓄熱ユニッ
ト（４０）を備えている。特に蓄熱システムからの熱を受け取るように設計され
た熱消費ユニットが非等温的であり、異なった異なった温度で熱を消費する異な
った段階を有し、各段階の温度が次第に減少している場合には、逐次的に熱を受
け取る方式が有利である。このような場合、多数の蓄熱ユニットが熱源の熱交換
器から逐次熱を引き出し、蓄積された熱を熱消費ユニットの対応する段階へ伝達
する。いくつかの異なった温度で熱を蓄積する方式も有利である。何故ならこれ
によって熱消費ユニットの中で高温段階で使用される高い温度における熱の蓄積
と、熱交換用の流体を低い温度に冷却する操作を組み合わせることができるから
である。In both of the above modes, the heat storage system (20) comprises a number of heat storage units (40) designed to receive heat from the heat source (10) either simultaneously or sequentially. The heat consuming unit specifically designed to receive heat from the heat storage system is non-isothermal, has different stages of consuming heat at different temperatures, and the temperature of each stage is decreasing In this case, a method of receiving heat sequentially is advantageous. In such a case, a number of heat storage units successively draw heat from the heat exchanger of the heat source and transfer the stored heat to the corresponding stages of the heat consuming unit. Schemes that store heat at several different temperatures are also advantageous. This is because this makes it possible to combine the accumulation of heat at the higher temperatures used in the heat consuming unit in the higher temperature stage with the operation of cooling the heat exchange fluid to a lower temperature.
【００４６】
非等温的な熱の蓄積は、蓄積材料として塩の混合物または金属の混合物を使用
する単一蓄熱ユニットの内部で達成することもできる。Non-isothermal heat storage can also be achieved inside a single heat storage unit using a mixture of salts or a mixture of metals as the storage material.
【００４７】
本発明の熱エネルギー設備の蓄熱システム（２０）を安全障壁として機能させ
るためには、熱交換層は熱交換材料を必ずしも含む必要はなく、この場合蓄熱層
（４２）の加熱は、熱源（１０）によって発生する熱で加熱される熱交換器（１
１）により赤外線を直接蓄熱層の方へ放出させることによって行なうことができ
る。In order for the heat storage system (20) of the thermal energy equipment of the present invention to function as a safety barrier, the heat exchange layer does not necessarily have to include a heat exchange material, in which case heating of the heat storage layer (42) A heat exchanger (1) heated by heat generated by a heat source (10)
It can be performed by directly emitting infrared rays toward the heat storage layer according to 1).
【００４８】
本発明の蓄熱システムおよびこれを使用する熱エネルギー設備は上記好適具体
化例記載のものとは異なった特徴をもっていることができ、当業界の専門家には
明白な変形および修正を含むことができるものとする。The heat storage system of the present invention and the thermal energy equipment using it can have features different from those described in the preferred embodiment above, including variations and modifications apparent to those skilled in the art. Be able to.
【図１ａおよび１ｂ】 本発明の常温熱エネルギー設備の二つの代替的な具体化例の模式図。1a and 1b: FIG. 3 is a schematic diagram of two alternative embodiments of the room temperature thermal energy equipment of the present invention.
【図２、３、４、５および６】
図１ａおよび１ｂに示した設備に使用される本発明の蓄熱システムの異なった
設計の模式図。2, 3, 4, 5 and 6 Schematic diagrams of different designs of the heat storage system of the present invention used in the installation shown in FIGS. 1a and 1b.
【図７】 相変化蓄熱材料として使用できる純粋な塩および金属の例。[Figure 7] Examples of pure salts and metals that can be used as phase change heat storage materials.
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書[Procedure for Amendment] Submission for translation of Article 34 Amendment of Patent Cooperation Treaty
【提出日】平成１３年９月２０日（２００１．９．２０）[Submission date] September 20, 2001 (2001.9.20)
【手続補正１】[Procedure Amendment 1]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】特許請求の範囲[Name of item to be amended] Claims
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正の内容】[Contents of correction]
【特許請求の範囲】[Claims]
【請求項２】 該第１の熱交換器は、該熱源によって発生した熱によって加
熱した場合赤外線を放射することができ、該相変化材料は該赤外線を吸収しそれ
によって加熱されることを特徴とする請求項１記載のシステム。 2. The first heat exchanger is capable of emitting infrared radiation when heated by the heat generated by the heat source, the phase change material absorbing the infrared radiation and being heated thereby. The system according to claim 1, wherein
【請求項３】 該熱交換層および該蓄熱層は膜によって分離されていること
を特徴とする請求項１記載のシステム。 3. A system according to claim 1, wherein the heat exchange layer and the heat storage layer, characterized in that it is separated by a membrane.
【請求項４】 熱交換器は、蒸気が蓄熱層を加熱し得る揮発性金属の形をし
ていることを特徴とする請求項２または３記載のシステム。 4. A system according to claim 2 or 3 , characterized in that the heat exchanger is in the form of a volatile metal whose vapor can heat the heat storage layer.
【請求項５】 該熱交換層および該蓄熱層は異なった密度によって分離され
ていることを特徴とする請求項１記載のシステム。 5. The system of claim 1, wherein it is separated heat exchange layer and the heat storage layer by different densities.
【請求項６】 該熱交換層は、蓄熱材料が固体または液体の状態にある両方
の場合該蓄熱層よりも大きな密度をもち、蓄熱層が熱交換層の上に浮かんでいる
ことを特徴とする請求項５記載のシステム。 6. The heat exchange layer has a density higher than that of the heat storage layer when the heat storage material is in a solid or liquid state, and the heat storage layer floats on the heat exchange layer. The system according to claim 5, wherein:
【請求項７】 該熱交換層は、蓄熱材料が固体または液体の状態にある両方
の場合該蓄熱層よりも小さい密度をもち、熱交換層が蓄熱層の上に浮かんでいる
ことを特徴とする請求項５記載のシステム。 7. The heat exchange layer has a density lower than that of the heat storage layer when the heat storage material is in a solid or liquid state, and the heat exchange layer floats above the heat storage layer. The system according to claim 5, wherein:
【請求項８】 該熱交換層は加熱した場合赤外線を放射し、それによって該 蓄熱層の中の相変化材料を加熱することができる
種類の材料を含んでいることを
特徴とする請求項１記載のシステム。 8. The heat exchange layer radiates infrared when heated, claim 1 thereby characterized that it contains the type of material capable of heating the phase change material in the said heat storage layer The system described.
【請求項９】 該熱交換層は、該第１の熱交換器によって加熱された際蒸発 することができ、そのれによって相蓄積材料へ、また該蓄熱層を経て該熱抽出区 域への両方へと熱を伝達し得る揮発性の熱抽出材料を含んでいることを特徴とす る請求項１記載のシステム。 9. heat exchange layer may be vaporized when heated by the first heat exchanger, the phase accumulation material by that record, also to the heat extraction Zone zone through the heat storage layer the system of claim 1, wherein you characterized in that it comprises a volatile heat extraction material heat may transfer to both.
【請求項１０】 蓄熱層は相変化材料と混合された熱抽出材料を含んでいる
ことを特徴とする請求項１記載のシステム。 10. A system according to claim 1, wherein the heat storage layer, characterized in that it contains heat extraction material mixed with the phase change material.
【請求項１１】 熱抽出材料は相変化材料によって加熱された場合沸騰し得
る揮発性液体の形をしていることを特徴とする請求項１０記載のシステム。 11. The system of claim 10 wherein heat extraction material, characterized in that in the form of volatile liquid which is boiling when heated by a phase change material.
【請求項１２】 相変化材料の中の熱抽出材料は相変化材料の塩の中に溶解
した揮発性液体の塩の混合物であることを特徴とする請求項１１記載のシステム
。The system of claim 11, wherein the heat extraction material in the method according to claim 12 phase change material is a mixture of salts of volatile liquid which is dissolved in the salt phase change material.
【請求項１３】 相変化材料の中の熱抽出材料の混合物は相変化材料の金属
の中に溶解した揮発性液体金属の混合物であることを特徴とする請求項１１記載
のシステム。The system of claim 11, wherein the 13. Mixtures of heat extraction material in the phase change material is a mixture of volatile liquid metal dissolved in the metal of the phase change material.
【請求項１４】 熱抽出材料は蓄熱層の下位層を構成していることを特徴と
する請求項１０記載のシステム。 14. The system according to claim 10, wherein the heat extraction material constitutes a lower layer of the heat storage layer.
【請求項１５】 該下位層は蓄熱層の相変化材料よりも密度が小さくその上
に浮かんでいる液体金属の形をしていることを特徴とする請求項１４記載のシス
テム。 15. lower level layer system according to claim 14, wherein the in the form of liquid metal is floating on its density is less than the phase change material of the heat storage layer.
【請求項１６】 該下位層は蓄熱層の相変化材料よりも密度が大きい液体金
属の形をしており、前者が後者の上に浮かんでいることを特徴とする請求項１４
記載のシステム。 16. lower level layer is in the form of a liquid metal density is greater than the phase change material of the heat storage layer, system of claim 14, wherein the former is characterized in that floating on top of the latter.
【請求項１７】 熱抽出材料は加熱された場合赤外線を放射する種類の材料
であることを特徴とする請求項９記載のシステム。 17. The system of claim 9, wherein the heat extraction material is a type of material that emits infrared light when heated.
【請求項１８】 多数の蓄熱ユニットを具備していることを特徴とする請求
項１記載のシステム。 18. The system of claim 1, wherein in that it comprises a number of heat storage units.
【請求項１９】 該蓄熱ユニットは異なった温度で熱を蓄積できることを特
徴とする請求項１８記載のシステム。 19. The system of claim 18 wherein the thermal storage unit which can store heat at different temperatures.
【請求項２０】 熱源は高温熱反応器または核反応器であることを特徴とす
る請求項１記載のシステム。 20. The system of claim 1, wherein the heat source is a high temperature thermal reactor or a nuclear reactor.
【請求項２１】 該熱消費ユニットは間欠型の種類であることを特徴とする
請求項１記載のシステム。 21. The system of claim 1, wherein the heat consuming unit is of the intermittent type.
【請求項２２】 熱消費ユニットは化学工場設備または動力変換ユニットで
あることを特徴とする請求項１記載のシステム。The system of claim 1, wherein the 22. The heat dissipation unit is a chemical plant equipment or the power conversion unit.
【請求項２４】 該安全障壁は該熱消費ユニットまたは他の熱消費ユニット
のいずれかに熱を伝達し得る請求項２３記載の熱エネルギー設備。 24. The safety barrier thermal energy facility according to claim 23, wherein capable of transferring heat to any of the heat dissipation unit or other heat consuming unit.
【請求項２５】 該熱源は高温熱反応器または核反応器であることを特徴と
する請求項２３記載の熱エネルギー設備。 25. The thermal energy equipment according to claim 23 , wherein the heat source is a high temperature thermal reactor or a nuclear reactor.
【請求項２６】 該熱消費ユニットは間欠式の種類であることを特徴とする
請求項２３記載の熱エネルギー設備。 26. The heat dissipation unit thermal energy facility according to claim 23 which is a type of intermittent.
【請求項２７】 熱消費ユニットは化学工場設備または動力変換ユニットで
あることを特徴とする請求項２３記載の熱エネルギー設備。 27. The heat dissipation unit thermal energy facility according to claim 23, characterized in that the chemical plant equipment or the power conversion unit.
【請求項２８】 該設備は、熱源によって発生するすべての熱は熱消費ユニ
ットによって消費される操作モード、および熱源によって発生する一部または全
部の熱が熱消費ユニットによって消費されない非操作モードで機能することがで
きることを特徴とする請求項２３記載の熱エネルギー設備。 28. The facility functions in an operating mode in which all heat generated by the heat source is consumed by the heat consuming unit and in a non-operating mode in which some or all of the heat generated by the heat source is not consumed by the heat consuming unit. 24. The thermal energy equipment according to claim 23, which can be
【請求項２９】 安全障壁は、熱エネルギー設備が操作モードにある場合は
熱を伝達するために、また設備が非操作モードにある時には熱を蓄積するために
機能するように熱源および熱消費ユニットに連結されていることを特徴とする請
求項２８記載の熱エネルギー設備。 29. The safety barrier, thermal energy equipment in order to transmit the heat when in operation mode and the heat source and heat dissipation unit so as to function to store heat when the equipment is in a non-operating mode 29. The thermal energy equipment according to claim 28 , characterized in that it is connected to.
【請求項３０】 該安全障壁は設備の非操作モードにおいてのみ熱を受け取
るように熱源に連結され、他方設備が操作モードにある場合には熱源は直接また
は熱伝達用の配置を介して熱消費ユニットに連絡し発生した熱をそれに伝達する
ことを特徴とする請求項２４記載の熱エネルギー設備。 30. The safety barrier is connected to a heat source so as to receive heat only in the non-operating mode of the equipment, while the heat source consumes heat either directly or through an arrangement for heat transfer when the equipment is in the operating mode. 25. Thermal energy equipment according to claim 24 , characterized in that it communicates with the unit and transfers the heat generated to it.
【請求項３１】 該熱消費ユニットは或る範囲の温度で熱を消費することを
特徴とする請求項２４記載の熱エネルギー設備。 31. Thermal energy equipment according to claim 24, wherein said heat dissipation unit, characterized in that the consuming heat at a temperature of a range.
【請求項３２】 該安全障壁は異なった温度で熱を蓄積できる多数の蓄熱ユ
ニットを具備していることを特徴とする請求項３１記載の熱エネルギー設備。 32. The thermal energy installation according to claim 31, wherein the safety barrier comprises a number of heat storage units capable of storing heat at different temperatures.
【請求項３３】 該安全障壁は蓄熱材料として塩または金属の非共融混合物
を使用する少なくとも一つの蓄熱ユニットを備えていることを特徴とする請求項 ３１
記載の熱エネルギー設備。[Claims]33The safety barrier is a non-eutectic mixture of salts or metals as a heat storage material
At least one heat storage unit for using 31
Heat energy equipment as described.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ， ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ， ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，Ｃ Ｈ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＤＺ ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ， ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，Ｋ Ｇ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ， ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，Ｓ Ｄ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ， ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 アデインベルク，ローマン イスラエル79845ブネイアイシユ・ハヒタ ストリート301／９ Ｆターム(参考） 3G091 BA03 BA04 CA01 CA08 CA10 FA02 FA04 FA12 FA13 FB02 FB03 FC05 FC07 FC08 GB01Z GB02Z GB03Z GB17Z GB20Z─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page (81) Designated countries EP (AT, BE, CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, I T, LU, MC, NL, PT, SE), OA (BF, BJ , CF, CG, CI, CM, GA, GN, GW, ML, MR, NE, SN, TD, TG), AP (GH, GM, K E, LS, MW, MZ, SD, SL, SZ, TZ, UG , ZW), EA (AM, AZ, BY, KG, KZ, MD, RU, TJ, TM), AE, AG, AL, AM, AT, AU, AZ, BA, BB, BG, BR, BY, CA, C H, CN, CR, CU, CZ, DE, DK, DM, DZ , EE, ES, FI, GB, GD, GE, GH, GM, HR, HU, ID, IL, IN, IS, JP, KE, K G, KP, KR, KZ, LC, LK, LR, LS, LT , LU, LV, MA, MD, MG, MK, MN, MW, MX, MZ, NO, NZ, PL, PT, RO, RU, S D, SE, SG, SI, SK, SL, TJ, TM, TR , TT, TZ, UA, UG, US, UZ, VN, YU, ZA, ZW (72) Inventor Adeinberg, Roman Israel 79845 Bnai Aisyu Hahita Street 301/9 F-term (reference) 3G091 BA03 BA04 CA01 CA08 CA10 FA02 FA04 FA12 FA13 FB02 FB03 FC05 FC07 FC08 GB01Z GB02Z GB03Z GB17Z GB20Z
Claims (37)
て発生した熱を消費する熱消費ユニットを具備し、熱源によって発生する熱の量
が最大期間Ｔの間に熱消費ユニットによって消費される熱の量を実質的に越える
ことができる高温熱エネルギー設備で使用する安全障壁システムにおいて、該安
全障壁は、熱源によって発生し熱消費ユニットによって消費されなかった熱を吸
収すると相変化を起こし、それによって該熱を潜熱として蓄積し、該安全障壁が
期間Ｔよりも短くない全期間の間に該熱を蓄積できるようにすることができる相
変化材料をもった少なくとも一つの蓄熱ユニットを備えていることを特徴とする
安全障壁システム。1. A heat source for continuously generating heat at a high temperature, and a heat consuming unit for consuming heat generated by the heat source, wherein the amount of heat generated by the heat source is by the heat consuming unit during a maximum period T. In a safety barrier system for use in high temperature thermal energy installations that can substantially exceed the amount of heat consumed, the safety barrier undergoes a phase change upon absorbing the heat generated by the heat source and not consumed by the heat consuming unit. At least one heat storage unit having a phase change material capable of awakening, thereby storing the heat as latent heat and allowing the safety barrier to store the heat during the entire period not less than the period T; A safety barrier system that is equipped with.
請求項１記載のシステム。2. The system of claim 1, wherein the heat source is a high temperature thermal reactor or a nuclear reactor.
求項１または２記載のシステム。3. System according to claim 1 or 2, characterized in that the heat consuming unit is of the intermittent type.
ることを特徴とする請求項１記載のシステム。4. The system of claim 1, wherein the heat consuming unit is a chemical plant facility or a power conversion unit.
テムは該熱交換器から熱を引き出すのに適合していることを特徴とする請求項１
記載のシステム。5. The heat source is a heat exchanger capable of drawing heat and the safety barrier system is adapted to draw heat from the heat exchanger.
The system described.
、赤外線を放射することができ、該相変化材料は該赤外線を吸収してそれにより
加熱されることができることを特徴とする請求項５記載のシステム。6. The heat exchanger can emit infrared radiation when heated by the heat generated by the heat source, and the phase change material can absorb the infrared radiation and be heated thereby. The system according to claim 5, wherein:
よび該熱交換層からの熱を吸収し得る蓄熱層を有し、該蓄熱層は該相変化材料を
含んでいることを特徴とする請求項５記載のシステム。7. The heat storage unit has a heat exchange layer capable of accommodating the heat exchanger therein, and a heat storage layer capable of absorbing heat from the heat exchange layer, the heat storage layer comprising the phase change material. 6. The system of claim 5, including.
を特徴とする請求項７記載のシステム。8. The system of claim 7, wherein the heat exchange layer and the heat storage layer are separated by a membrane.
ていることを特徴とする請求項８記載のシステム。9. The system of claim 8, wherein the heat exchanger is in the form of a volatile metal capable of heating the heat storage layer with steam.
れていることを特徴とする請求項７記載のシステム。10. The system of claim 7, wherein the heat exchange layer and the heat storage layer are separated by different densities.
方の場合該蓄熱層よりも大きな密度をもち、蓄熱層が熱交換層の上に浮かんでい
ることを特徴とする請求項１０記載のシステム。11. The heat exchange layer has a greater density than the heat storage layer when the heat storage material is in a solid or liquid state, and the heat storage layer floats above the heat exchange layer. The system of claim 10, wherein
方の場合該蓄熱層よりも小さい密度をもち、熱交換層が蓄熱層の上に浮かんでい
ることを特徴とする請求項１０記載のシステム。12. The heat exchange layer has a density lower than that of the heat storage layer when the heat storage material is in a solid or liquid state, and the heat exchange layer floats above the heat storage layer. The system of claim 10, wherein
を含んでいることを特徴とする請求項７記載のシステム。13. The system of claim 7, wherein the heat exchange layer comprises a material of a type that is capable of emitting infrared radiation when heated.
請求項１記載のシステム。14. The system of claim 1, further comprising transferring heat to the heat consuming unit.
求項１４記載のシステム。15. The system of claim 14, wherein the heat exchange layer has heat extraction properties.
ことを特徴とする請求項１４記載のシステム。16. The system of claim 14, wherein the heat storage layer comprises a heat extraction material mixed with a phase change material.
る揮発性液体の形をしていることを特徴とする請求項１６記載のシステム。17. The system of claim 16, wherein the heat extraction material is in the form of a volatile liquid that can boil when heated by the phase change material.
した揮発性液体の塩の混合物であることを特徴とする請求項１７記載のシステム
。18. The system of claim 17, wherein the heat extraction material in the phase change material is a mixture of volatile liquid salts dissolved in the phase change material salt.
の中に溶解した揮発性液体金属の混合物であることを特徴とする請求項１７記載
のシステム。19. The system of claim 17, wherein the mixture of heat extraction materials in the phase change material is a mixture of volatile liquid metal dissolved in the metal of the phase change material.
する請求項１５記載のシステム。20. The system according to claim 15, wherein the heat extraction material constitutes a lower layer of the heat storage layer.
に浮かんでいる液体金属の形をしていることを特徴とする請求項２０記載のシス
テム。21. The system of claim 20, wherein the lower layer is in the form of a liquid metal having a lower density than the phase change material of the heat storage layer and floating above it.
属の形をしており、前者が後者の上に浮かんでいることを特徴とする請求項２０
記載のシステム。22. The lower layer is in the form of a liquid metal having a greater density than the phase change material of the heat storage layer, the former floating above the latter.
The system described.
であることを特徴とする請求項１６記載のシステム。23. The system of claim 16, wherein the heat extraction material is of a type that emits infrared light when heated.
項１記載のシステム。24. The system of claim 1, comprising multiple heat storage units.
徴とする請求項２４記載のシステム。25. The system of claim 24, wherein the heat storage unit is capable of storing heat at different temperatures.
って発生した熱を消費する熱消費ユニットを具備し、熱源によって発生する熱の
量が最大期間Ｔの間に熱消費ユニットによって消費される熱の量を実質的に越え
ることができる高温熱エネルギー設備において、該エネルギー設備はさらに、熱
源によって発生し熱消費ユニットによって消費されなかった熱を吸収すると相変
化を起こし、それによって該熱を潜熱として蓄積し、期間Ｔよりも短くない全期
間の間に該熱を蓄積できる相変化材料をもった少なくとも一つの蓄熱ユニットを
備えた安全障壁を具備していることを特徴とする高温熱エネルギー設備。26. A heat source for continuously generating heat at a high temperature, and a heat consuming unit for consuming heat generated by the heat source, wherein the amount of heat generated by the heat source is by the heat consuming unit during the maximum period T. In a high temperature thermal energy installation capable of substantially exceeding the amount of heat consumed, the energy installation further undergoes a phase change upon absorbing heat generated by the heat source and not consumed by the heat consuming unit, whereby A high barrier characterized in that it comprises a safety barrier with at least one heat storage unit that stores heat as latent heat and has a phase change material capable of storing the heat during a whole period not shorter than the period T. Thermal energy equipment.
のいずれかに熱を伝達し得る請求項２６記載の熱エネルギー設備。27. The thermal energy installation of claim 26, wherein the safety barrier is capable of transferring heat to either the heat consuming unit or another heat consuming unit.
する請求項２６記載の熱エネルギー設備。28. The thermal energy equipment of claim 26, wherein the heat source is a high temperature thermal reactor or a nuclear reactor.
請求項２６記載の熱エネルギー設備。29. The thermal energy equipment of claim 26, wherein the heat consuming unit is of an intermittent type.
あることを特徴とする請求項２６記載の熱エネルギー設備。30. The thermal energy equipment according to claim 26, wherein the heat consuming unit is a chemical plant equipment or a power conversion unit.
ットによって消費される操作モード、および熱源によって発生する一部または全
部の熱が熱消費ユニットによって消費されない非操作モードで機能することがで
きることを特徴とする請求項２６記載の熱エネルギー設備。31. The facility functions in an operating mode in which all the heat generated by the heat source is consumed by the heat consuming unit and in a non-operating mode in which some or all of the heat generated by the heat source is not consumed by the heat consuming unit. The thermal energy equipment according to claim 26, which can be
熱を伝達するために、また設備が非操作モードにある時には熱を蓄積するために
機能するように熱源および熱消費ユニットに連結されていることを特徴とする請
求項３１記載の熱エネルギー設備。32. The heat barrier and heat consuming unit are configured so that the safety barrier functions to transfer heat when the thermal energy facility is in the operating mode and to store heat when the facility is in the non-operating mode. 32. The thermal energy equipment according to claim 31, wherein the thermal energy equipment is connected to.
るように熱源に連結され、他方設備が操作モードにある場合には熱源は直接また
は熱伝達用の配置を介して熱消費ユニットに連絡し発生した熱をそれに伝達する
ことを特徴とする請求項２６記載の熱エネルギー設備。33. The safety barrier is connected to a heat source so as to receive heat only in the non-operating mode of the equipment, while the heat source consumes heat directly or through the arrangement for heat transfer when the equipment is in the operating mode. 27. Thermal energy equipment according to claim 26, characterized in that it communicates with the unit and transfers the heat generated to it.
特徴とする請求項２６記載の熱エネルギー設備。34. The thermal energy equipment of claim 26, wherein the heat consuming unit consumes heat at a range of temperatures.
ニットを具備していることを特徴とする請求項３４記載の熱エネルギー設備。35. The thermal energy installation according to claim 34, wherein the safety barrier comprises a number of heat storage units capable of storing heat at different temperatures.
を使用する少なくとも一つの蓄熱ユニットを備えていることを特徴とする請求項
３４記載の熱エネルギー設備。36. The thermal energy installation according to claim 34, wherein the safety barrier comprises at least one heat storage unit using a non-eutectic mixture of salts or metals as a heat storage material.
び／または伝達するシステムにおいて、該システムは該熱交換器と熱的に接触し
それから熱を吸収し得る熱交換層をもった少なくとも一つの蓄熱ユニット、およ
び該熱交換層から熱を吸収し得る蓄熱層を具備し、該蓄熱層は該熱を吸収しそれ
を潜熱として蓄積した場合に相変化を起こし得る相変化材料を含んでいることを
特徴とするシステム。37. In a system for storing and / or transferring heat generated by a high temperature heat source having a heat exchanger, the system comprising a heat exchange layer in thermal contact with and capable of absorbing heat from the heat exchanger. At least one heat storage unit, and a heat storage layer capable of absorbing heat from the heat exchange layer, the heat storage layer absorbing the heat and a phase change material capable of undergoing a phase change when stored as latent heat. A system characterized by including.
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