JP2014508911A5

JP2014508911A5 -

Info

Publication number: JP2014508911A5
Application number: JP2014500461A
Authority: JP
Filing date: 2011-08-24
Publication date: 2014-10-09
Anticipated expiration: 2031-08-24

Description

本発明は、請求項１に規定される蓄熱（または熱エネルギ貯蔵）装置を提供する。

熱伝導を発生させるために気体が蓄熱媒体を通って流れるにつれ、流れは制限を受け、これに伴って圧力低下が生じる。非常に大型の蓄熱体では、これは著しい圧力低下となる可能性がある。熱伝導の進行にあわせて気体流路を制御することによって、たとえば、蓄熱媒体の不活発領域、すなわち熱伝導がほぼ完了している上流領域や熱伝導が最小となる下流領域を通る気体流を最小限に抑えることによって、この圧力低下を最小化することができる。気体流路は、たとえば、蓄熱媒体を通る代替ルート、蓄熱媒体の再構成、または蓄熱媒体に沿った主流通路の形成などにより、このような不活発領域を迂回するように構成してもよい。

この「層状蓄熱体」構成において、蓄熱媒体は、チャンバに沿った別個の下流部分に分割される。これらは互いに接触させても、間隔をおいてもよく、層としてチャンバの全幅にわたって延在させてもよい。フロー制御装置は、気体流が個々の部分あるいは２つまたは３つの隣接部分のセットを通過することができるように設けられて、構成されてもよく、流れは熱フロントの進行に追随するように、特定の部分からその隣接部分へ（あるいは、特定のセットの部分セットから新たないくつかの部分を含む別のセットへ）と切り替えられる。それらの部分が相互に間隔をおいて配置される場合、その空間は、入口から進入した気体を蓄熱体の断面全体に供給させ（均一な気体流が蓄熱媒体を通ることができるようにし、高温または低温スポットを最低限に抑えるまたは防止する）供給プレナムとしての役割を果たすことができる。さらに、供給プレナムと流体連通する供給ダクトまたはチャネルを供給網として設けて、気体が蓄熱媒体に均一に搬送されるように保証し、好ましくは気体がプレナムから供給ダクトまたはチャネルまで流れる断面流領域は最小化する。

この「層状蓄熱体」構成では、蓄熱媒体およびその支持構造の少なくとも一方は、フロー制御装置によって選択的に気体流路に露出する、あるいは気体流路から隔離することができる別個の部分または層に分割されており、主流通路に沿って下流位置にそれぞれ配置される。

この「層状蓄熱体」構成では、別個の部分または層が１つ以上の主流通路に沿ってそれぞれの下流位置に配置されており、バッフルシステムまたはシステムを使用して、気体流が１つの部分または複数の隣接する部分にアクセスするのを遮断してもよい。バッフルはたとえば、遮断する蓄熱媒体の部分の数を変動することができるように、例えば伸縮式に、拡張可能であってもよい。

蓄熱装置は、蓄電システム、特にポンプ式熱蓄電システムまたは圧縮空気エネルギ貯蔵システムの一部を形成するものであってもよい。
さらに、請求項１３に規定される、蓄熱装置を動作させる方法が提供される。

動作中において、蓄熱媒体のうち、熱伝導がほぼ完了している熱フロントの上流の領域を迂回するように、前記気体流路を変更してもよい。
動作中において、蓄熱媒体のうち、熱伝導が最小である熱フロントの下流の領域を迂回するように、前記気体流路を変更される。この両方の流路変更が行われた場合、したがって流路は、蓄熱媒体のうち、熱フロントの周囲の局部的な領域のみを通過するように変更される。２つのそれぞれの流路変更は好ましくは、互いに独立して実行される。

Claims

少なくとも１つの蓄熱体（３００）を備える蓄熱装置であって、
前記蓄熱体は、気体入口（３０６または３０７）と、気体出口（３０６または３０７）と、前記気体入口および前記気体出口の間に配置された気体透過性の蓄熱媒体（３０３）とを有するチャンバ（３０１）を備え、
前記蓄熱媒体は、前記チャンバに沿って複数の下流部分に分割され、それらの部分は、選択的に、気体流路に露出する、あるいは気体流路から隔離することが可能であり、
前記蓄熱装置は、動作中に、前記蓄熱媒体に対して、または前記蓄熱媒体から熱エネルギを伝導するために、前記気体入口から前記気体出口へ前記蓄熱媒体（３０３）を通じ、かつ前記チャンバを通じて流れる気体の気体流路を、前記チャンバ（３０１）に沿って前記蓄熱媒体を通って移動している熱フロントの位置に応じて、選択的に変更できるように構成され、
動作中において、前記蓄熱媒体（３０３）のうち、前記熱フロントの下流の領域を迂回するように、前記気体流路が変更される蓄熱装置。
前記蓄熱媒体（３０３）は、多孔性または粒状の固体を備える請求項１に記載の蓄熱装置。
前記チャンバ（３０１）は、前記蓄熱媒体に沿って延在する少なくとも１つの主流通路（３１２）と、前記蓄熱媒体における気体流路を変更するように、前記主流通路内の気体流路を選択的に変更可能な１つ以上のフロー制御装置とを備える請求項１または請求項２に記載の蓄熱装置。
動作中において、前記気体流路を前記主流通路から前記蓄熱媒体の複数の下流領域へ分流させるように構成される請求項３に記載の蓄熱装置。
前記気体入口を前記気体出口に接続する１つの主流通路（３１２）が設けられ、該主流通路は、中央通路（３１２）、または前記チャンバ周囲に配置される環状通路を備え、前記チャンバ（３０１）に沿って前記蓄熱媒体（３０３）を通って長さ方向に沿って延在する請求項３または請求項４に記載の蓄熱装置。
前記主流通路の長さ方向に沿った複数の下流位置において、副流通路（３６５）が、前記主流通路（３１２）から離れるように水平方向に沿ってそれぞれ延在しており、前記蓄熱媒体に水平気体流を通過させる請求項３から５のいずれか一項に記載の蓄熱装置。
前記主流通路の長さ方向に沿った複数の下流位置において、前記主流通路（３１２）から離れるように水平方向に沿ってそれぞれ延在し、前記蓄熱媒体に水平気体流を通過させるプレナム（３０８）を備える請求項３から６のいずれか一項に記載の蓄熱装置。
気体流路を前記蓄熱媒体（３０３）内へ、又は前記蓄熱媒体（３０３）外へ分流するように、前記主流通路に沿って移動し前記主流通路を遮断する少なくとも１つのバッフルシステム（３０５）を備える前記フロー制御装置によって、前記主流通路（３１２）が閉鎖される請求項３から７のいずれか一項に記載の蓄熱装置。
前記バッフルシステム（３０５）が同一の主流通路に設けられ、前記気体流路が同一のバッフルシステムの上流面および下流面において前記蓄熱媒体（３０３）へ分流され、かつ前記蓄熱媒体（３０３）から出現するように主流通路を遮断する請求項８に記載の蓄熱装置。
前記気体流路を選択的に変更する制御システムをさらに備える請求項１から９のいずれか一項に記載の蓄熱装置。
直立チャンバ（３０１）を備え、前記チャンバに沿って、１つ以上のほぼ鉛直な主流通路（６０，６２）が長さ方向に沿って延在し、高温入口として設定される前記チャンバの最上部に、または低温入口として設定される前記チャンバの最下部に前記気体入口が設けられるように構成される請求項１から１０のいずれか一項に記載の蓄熱装置。
請求項１から１１のいずれか一項に記載の蓄熱装置を備える蓄電システム。
気体入口（３０６または３０７）と、気体出口（３０６または３０７）と、前記気体入口および前記気体出口の間に配置される気体透過性の蓄熱媒体（３０３）とを有するチャンバ（３０１）を備える少なくとも１つの蓄熱体（３００）を備える蓄熱装置を動作させる方法であって、
前記蓄熱媒体は、前記チャンバに沿って複数の下流部分に分割され、それらの部分は、選択的に、気体流路に露出する、あるいは気体流路から隔離することが可能であり、
前記蓄熱媒体に対して、または前記蓄熱媒体から熱エネルギを伝導するために、気体を前記気体入口から前記気体出口へ前記蓄熱媒体（３０３）内を通過させ、かつ前記チャンバ内を通過させ、
前記チャンバに沿って前記蓄熱媒体を通って移動している熱フロントの位置に応じて、前記気体の気体流路を選択的に変更する蓄熱装置を動作させ、
動作中において、前記蓄熱媒体（３０３）のうち、前記熱フロントの下流の領域を迂回するように、前記気体流路を変更する方法。
前記蓄熱装置が請求項１から１１のいずれか一項に記載の蓄熱装置である請求項１３に記載の方法。
前記蓄熱媒体のうち、前記熱フロントの周囲の局部的な領域のみを通過するように、動作中において、前記蓄熱媒体（３０３）のうち、熱伝導がほぼ完了している前記熱フロントの上流の領域を迂回するように、前記気体流路を変更する請求項１３または１４に記載の方法。
前記気体流路の変更が相互に独立して実行される請求項１３または１５に記載の方法。
前記蓄熱装置は、前記気体流路内の次の層を含むときを検出するために前記各層からの排出気体温度を用いた制御論理を有し、かつ前記気体流路を選択的に変更する制御システムを備える請求項１３に記載の方法。
前記制御論理は、選択される温度差により前記排出気体温度が上昇または低下したときに、前記気体流路内の次の層を含むように前記気体流路を変更する請求項１７に記載の方法。