JP2016534315A - System and method for using graphene enriched products for thermal energy distribution - Google Patents
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Abstract
【課題】熱エネルギの伝導分配用にGEPを使用するシステム・方法を提供する。【解決手段】システムは、熱エネルギ源と、GEPと、GEPを介して熱エネルギを抽出するシステムと、GEPを介して抽出された熱エネルギを分配するシステムと、を含む。本発明は、地熱、太陽光、原子力、化学、マグマ又は電気のエネルギを含む様々な熱源を含むとともに、熱源を係合する様々なデバイスを含み、かつ、GEPを形成するためにグラフェンが塗布又は組み合わせられた様々な導管も含む。熱エネルギ抽出システムは、熱交換器、ボイラ、タービン、熱電対又は熱電発電機等の様々なデバイスを含む。熱エネルギ分配システムは、熱源を介して抽出された熱エネルギを分割するコンピュータ制御マニホルド又はレギュレータを含み、かつ、熱エネルギを電気、蒸気、機械、ポテンシャル、運動、弾性、伝導、対流、化学、原子力又は白熱光を含む他の形のエネルギに変換する様々なデバイスを含む。【選択図】図5A system and method for using GEP for conductive energy distribution. The system includes a thermal energy source, a GEP, a system that extracts thermal energy via the GEP, and a system that distributes the thermal energy extracted via the GEP. The present invention includes various heat sources including geothermal, solar, nuclear, chemical, magma or electrical energy, and includes various devices that engage the heat source, and graphene is applied or formed to form the GEP. Also includes various conduits combined. Thermal energy extraction systems include various devices such as heat exchangers, boilers, turbines, thermocouples or thermoelectric generators. The thermal energy distribution system includes a computer controlled manifold or regulator that splits the extracted thermal energy through a heat source, and converts the thermal energy into electricity, steam, machinery, potential, motion, elasticity, conduction, convection, chemistry, nuclear power Or various devices that convert to other forms of energy, including incandescent light. [Selection] Figure 5
Description
本発明は、一般にグラフェン濃縮製品を使用するシステム及び方法に関する。より具体的に言えば、本発明は、熱エネルギー分配のためにグラフェン濃縮製品を使用するシステム及び方法に関する。 The present invention relates generally to systems and methods for using graphene enriched products. More specifically, the present invention relates to systems and methods that use graphene enriched products for thermal energy distribution.
熱エネルギーの分配には、従来、媒体、典型的には液体又は気体が使用されてきた。熱を分配するためにこれらの媒体を使用することにはいくつかの欠点がある。液体又は気体の媒体は、熱を分配するための有効媒体であるために、パイプなどの格納容器を必要とする。液体又は気体媒体の格納は、新しい一連の課題を伴う。格納容器は一般に、媒体の漏れを防ぐために強力なシールを含む。加えて格納容器には、格納された媒体の圧力に耐えるだけの十分な強度がなければならない。一般に、重く分厚い厚肉パイプが使用されるか、或いは、より軽く高価な材料が使用される。 Traditionally, media, typically liquids or gases, have been used to distribute thermal energy. There are several drawbacks to using these media to distribute heat. Liquid or gaseous media require containment vessels such as pipes to be effective media for distributing heat. Storage of liquid or gaseous media entails a new set of challenges. The containment vessel typically includes a strong seal to prevent media leakage. In addition, the containment vessel must be strong enough to withstand the pressure of the stored media. Generally, heavy and thick thick pipes are used, or lighter and more expensive materials are used.
加えて、分配システムを介して従来の媒体を十分に移動させるために、何らかのタイプの推進力が必要である。分配システムを介して液体又は気体を移動させるために、典型的にはポンプが使用される。ポンプを動作させるためには、一般に、それ自体の機械又は電気エネルギーを必要とし、システムの総合効率を更に低減させる。更にポンプは、一般に定期的な保守及び交換を必要とする。高圧でパイプを介して移動する従来の媒体は、パイプ内面による摩擦損失及び乱流も受けやすい。これらの損失は、従来システムの効率を更に低減させる。これらの欠点を克服する、熱エネルギーを伝導するためのより効率的なシステムが望ましい。 In addition, some type of propulsion is required to sufficiently move the conventional media through the distribution system. A pump is typically used to move the liquid or gas through the distribution system. In order to operate the pump, it generally requires its own mechanical or electrical energy, further reducing the overall efficiency of the system. In addition, pumps generally require regular maintenance and replacement. Conventional media moving through the pipe at high pressure are also susceptible to friction losses and turbulence due to the pipe inner surface. These losses further reduce the efficiency of conventional systems. A more efficient system for conducting thermal energy that overcomes these drawbacks is desirable.
グラフェンは、近年開発された多くの有利な特性を有する材料であり、そのうちの1つが従来の材料に比べてかなり高い熱伝導率である。グラフェンは、典型的には1アトム厚さの薄いシートの形で製造される。1つのグラフェン濃縮製品(GEP)が図1に示されている。グラフェンは層を分離する基質を伴うか又は伴わずに示される。グラフェンは当業者に知られている技法を使用して塗布される。 Graphene is a material that has many advantageous properties that have been developed in recent years, one of which has a much higher thermal conductivity than conventional materials. Graphene is typically manufactured in the form of a thin sheet 1 atom thick. One graphene enriched product (GEP) is shown in FIG. Graphene is shown with or without a substrate that separates the layers. Graphene is applied using techniques known to those skilled in the art.
GEPは、その表面のうちの少なくとも1つに調節可能に貼付された少なくとも1層のグラフェンを有する。例えば円筒形の導管は、それらを分離する基質層を伴うか又は伴わずに、その表面に貼付された複数層のグラフェンを有することができる。熱エネルギーを含むがこれに限定されないエネルギーは、導管に貼付されたグラフェンの層を介して伝導され得る。グラフェンの高い熱伝導率及びその線形伝導特性により、環境へと失われる熱はごくわずかである。グラフェンの固有線形熱伝導特性により、放射熱エネルギーが漏出するのを防ぐように熱を伝導させるための、他の媒体に特有の厚い絶縁体は不要である。一般にグラフェンを覆う保護外層は、グラフェン層を損傷から保護する。グラフェンは固体であるため、液体又は気体媒体の格納問題は解消される。従来の液体又は気体に必要な高価な格納容器、シール、ガスケット、及び他の機器は不要である。材料の固有特性により、熱エネルギーはグラフェンを介して線形に伝導されるため、ポンプも不要である。したがって、熱エネルギーを分配するためにGEPを使用するエネルギー分配システムは、典型的な液体又は気体熱エネルギー分配システムの欠点を克服する。 The GEP has at least one layer of graphene that is adjustably applied to at least one of its surfaces. For example, a cylindrical conduit can have multiple layers of graphene attached to its surface with or without a substrate layer separating them. Energy, including but not limited to thermal energy, can be conducted through a layer of graphene attached to the conduit. Due to the high thermal conductivity of graphene and its linear conduction properties, very little heat is lost to the environment. Due to the inherent linear heat conduction properties of graphene, thick insulators typical of other media are not required to conduct heat to prevent leakage of radiant heat energy. In general, a protective outer layer covering graphene protects the graphene layer from damage. Since graphene is a solid, the storage problem of liquid or gaseous media is eliminated. The expensive containment, seals, gaskets, and other equipment required for conventional liquids or gases are not required. Because of the inherent properties of the material, heat energy is conducted linearly through graphene, so no pump is required. Thus, energy distribution systems that use GEP to distribute thermal energy overcome the shortcomings of typical liquid or gas thermal energy distribution systems.
そこで、熱エネルギーを伝導及び分配するためにGEPを使用するシステム及び方法が求められる。 Thus, there is a need for a system and method that uses GEP to conduct and distribute thermal energy.
本発明は、熱エネルギーを伝導及び分配するためにGEPを使用するシステム及び方法を提供する。システムは、少なくとも1つの熱エネルギー源、少なくとも1つのGEP、GEPを介して熱エネルギーを抽出するためのシステム、及びGEPを介して抽出された熱エネルギーを分配するためのシステムを含む。本発明は、地熱、太陽光、原子力、化学、マグマ、又は電気のエネルギーを含む、様々な熱源を含むことができる。本発明は、熱源を係合するための様々なデバイスを含むことができる。本発明は、GEPを形成するためにグラフェンが塗布又は組み合わされた様々な導管も含むことができる。熱エネルギーを抽出するためのシステムは、熱交換器、ボイラ、タービン、熱電対、又は熱電発電機などの、様々なデバイスを含むことができる。熱エネルギーを分配するためのシステムは、熱源を介して抽出された熱エネルギーを分割するためのコンピュータ制御マニホルド又はレギュレータを含むことができる。熱エネルギーを分配するためのシステムは、熱エネルギーを、電気、蒸気、機械、ポテンシャル、運動、弾性、伝導、対流、化学、原子力、又は白熱光を含む他の形のエネルギーに変換するための、様々なデバイスを含むことができる。 The present invention provides systems and methods that use GEP to conduct and distribute thermal energy. The system includes at least one thermal energy source, at least one GEP, a system for extracting thermal energy via the GEP, and a system for distributing the thermal energy extracted via the GEP. The present invention can include a variety of heat sources, including geothermal, solar, nuclear, chemical, magma, or electrical energy. The present invention can include various devices for engaging a heat source. The present invention can also include various conduits coated or combined with graphene to form GEP. A system for extracting thermal energy can include various devices such as a heat exchanger, boiler, turbine, thermocouple, or thermoelectric generator. A system for distributing thermal energy can include a computer controlled manifold or regulator for dividing the thermal energy extracted via the heat source. A system for distributing thermal energy is for converting thermal energy into electricity, steam, machinery, potential, motion, elasticity, conduction, convection, chemistry, nuclear power, or other forms of energy including incandescent light, Various devices can be included.
本発明の他の利点は、添付の図面に関連して考察された場合、以下の詳細な説明を参照することによって同様の内容がより良く理解されるものとして、容易に理解されよう。 Other advantages of the present invention will be readily appreciated as the same becomes better understood by reference to the following detailed description when considered in conjunction with the accompanying drawings.
本明細書で説明するシステム及び方法は、それらの適用例において、説明に記載されるか又は図面に示される構成の詳細及び構成要素の配置に限定されない。本発明は、他の実施形態が可能であり、様々な方法で実践又は実施することが可能である。また、本明細書で使用される表現及び用語は説明の目的であり、限定的とみなすべきではない。「含む」、「備える」、「有する」、「含有する」、「関与する」、及びそれらの変形の本明細書での使用は、その後に列挙されるアイテム、それらの等価物、及び追加のアイテム、並びにその後排他的に列挙されるアイテムからなる代替の実施形態を包含するものと意図される。 The systems and methods described herein are not limited in their application to the details of construction and the arrangement of components set forth in the description or illustrated in the drawings. The invention is capable of other embodiments and of being practiced or carried out in various ways. Also, the terms and terms used herein are for the purpose of explanation and should not be considered limiting. The use of “including”, “comprising”, “having”, “including”, “involved”, and variations thereof herein are the items listed below, their equivalents, and additional It is intended to encompass alternative embodiments consisting of items, as well as items listed exclusively thereafter.
概して図面を参照すると、本発明は、熱エネルギーを伝導及び分配するためにGEPを使用するシステム及び方法を提供する。システム30は、少なくとも1つのエネルギー源32、熱エネルギーを抽出するための少なくとも1つのGEP10、及びGEP10を介して抽出された熱エネルギーを分配するためのシステム分配30を含む。本発明は、地熱、太陽光、原子力、化学、マグマ、又は電気のエネルギーを含む、様々な熱源32を含むことができる。本発明のGEP10は、様々な構成を形成することができる。本発明は、グラフェンがGEPに塗布又は組み合わされた様々な導管も含むことができる。熱エネルギーを抽出するためのシステム30は、熱交換器、ボイラ、タービン、熱電対、又は熱電発電機などの、様々なデバイスを含むことができる。熱エネルギーを分配するためのシステム30は、熱源を介して抽出された熱エネルギーを分割するためのコンピュータ制御マニホルド又はレギュレータを含むことができる。また熱エネルギーを分配するためのシステム30は、熱エネルギーを、電気、蒸気、機械、ポテンシャル、運動、弾性、伝導、対流、化学、原子力、又は白熱光を含む他の形のエネルギーに変換するための、様々なデバイスを含むことができる。
Referring generally to the drawings, the present invention provides systems and methods that use GEP to conduct and distribute thermal energy. The
本発明のシステム30は、熱エネルギーを伝導及び分配するためのGEP10の使用を可能にする。熱エネルギー源は、地熱エネルギーなどであるがこれに限定されない多くのタイプとすることができる。地熱エネルギーは、一般に地表下深くに位置するが、地熱エネルギーに更にアクセス可能な場所がある。いくつかの場所では、地殻が他の場所よりも薄いか、又は地熱エネルギーに容易にアクセス可能にする固有の地質が存在する。地熱エネルギーには、一般に、当業者が周知の井戸掘削機器を使用してアクセス可能である。代替として、新しい井戸を見込みのある場所に掘ることが可能であるか、又は既存の井戸を再利用又は再掘削することが可能であるか、或いはその他の方法でGEP10を改変して当業者に知られている技術を使用して熱にアクセスできるようにすることが可能である。
The
GEP10を使用してアクセス可能な別の熱エネルギー源は、太陽光エネルギーである。太陽光アレイは、建物の屋上、野原、又は適切な太陽光暴露を受ける様々な他の場所に配置することができる。太陽光エネルギーは当業者に知られているいくつかの方法で捕獲し、熱エネルギーに変換することができる。太陽光エネルギーは、水又は液化ナトリウムなどの液体を加熱するために使用することができる。液体は、伝導及び分配するためのGEP10用の熱エネルギー源とすることができる。
Another thermal energy source accessible using
GEP10を使用してアクセス可能な更に別の熱エネルギー源は、原子力エネルギーである。原子力エネルギーは、大量の熱を生成することでよく知られている。この熱は、しばしば蒸気生成用の水を沸騰させるために使用される。炉心は大量の熱を生成することが可能であり、この熱は水又は他の冷却システムに加えて、又はその代わりにGEP10を使用して伝導及び抽出可能である。
Yet another source of thermal energy accessible using
化学エネルギーは、GEP10を使用してアクセス可能な別の熱源である。ナトリウム金属及び水などの、混合された場合に大量の熱を生成する多くの化学薬品が当業者に知られている。これら及び他の化学薬品の組み合わせによって大量の熱が生成可能であり、GEP10を使用してこれを抽出及び伝導することができる。 Chemical energy is another heat source accessible using GEP10. Many chemicals are known to those skilled in the art that produce large amounts of heat when mixed, such as sodium metal and water. A combination of these and other chemicals can generate a large amount of heat, which can be extracted and conducted using GEP10.
マグマ・エネルギーは、GEP10を使用してアクセス可能な別の熱源である。マグマは、アイスランド又はハワイなどの世界中のいくつかの場所に存在する。地熱エネルギーと同様に、一か所のマグマ熱エネルギーの量が非常に大きく、ほぼ無尽蔵であり得る。この熱は、GEP10及び当業者に知られている技術を使用して抽出及び伝導可能である。 Magma energy is another heat source accessible using GEP10. Magma is present in several places around the world, such as Iceland or Hawaii. Similar to geothermal energy, the amount of magma heat energy in one place is very large and can be almost inexhaustible. This heat can be extracted and conducted using GEP10 and techniques known to those skilled in the art.
電気エネルギーは、GEP10を使用してアクセス可能な更に別の熱エネルギー源である。電気エネルギー伝送の結果として、伝送媒体の抵抗によって発熱が生じる。高容量電線は、GEPが伝導及び抽出可能な高レベルの熱エネルギー(高温)を有することができる。変電所は、大気中に高レベルの熱を放出する変圧器を含む。その熱エネルギーを無駄にする代わりに、本発明に従ったGEP10は熱エネルギーを付加的使用のために伝導及び抽出することができる。
Electrical energy is yet another source of thermal energy that can be accessed using GEP10. As a result of electrical energy transmission, heat is generated by the resistance of the transmission medium. High capacity wires can have a high level of thermal energy (high temperature) that the GEP can conduct and extract. Substations include transformers that emit high levels of heat into the atmosphere. Instead of wasting its thermal energy, the
本発明に従ったGEP10は、熱エネルギーを熱源から遠くへ伝導するために熱源と接触して配置可能な様々な構成を含むことができる。一実施形態では導管14が使用される。導管14は、パイプ、ワイヤ、ケーブル、ビーム、又はロッドなどであるがこれらに限定されない、様々なタイプとすることができる。導管14は連続しているか又はセグメント化され得る。連続導管14は、ワイヤ又は押し出しなどの様々な形とすることができる。連続導管14は中間留め具を必要とせず、結果としてこうした留め具が望ましくない状況で使用可能である。
The
グラフェン12は、当業者に知られている様々な技法を使用して、導管14又は基質に調節可能に貼付される。例えば一実施形態では、グラフェン12を導管14に取り付けるために接着剤が使用される。その後グラフェン12は、単一層のグラフェン12を超える追加のエネルギー伝導容量を作成するために、導管14上に積層することができる。別の好ましい実施形態では、グラフェン12の層が互いに直接接触して配置される。望ましい数の層に達すると、グラフェン12の組み合わされた層は、接着剤、シーラント、又は当業者に知られている他の保護被覆で覆うことができる。
使用の際、例えばGEP10で構成される連続する海底ケーブルを熱エネルギー源32に接続し、送り先に到達するまで当業者に知られているように海底に配設することができる。必要な距離によって、連続するGEP10を大規模に製造することが可能であり、その後海に曝され、アクセス及び検査も困難な接合セクションに関して憂慮することなく、海底に迅速に配設することができる。
In use, a continuous submarine cable, for example made up of
セグメント化された導管(図示せず)は、当業者に知られているような様々な方法で接合可能である。例えば使用の際、既存の油井掘削機器上で、GEP10を使用して地熱井戸を掘ることができる。パイプ・セクションは、事前に螺入されるか、又は裸孔内に下降させる時に互いに螺入されることが可能である。同様に、パイプ・セクションは表面近くの掘削溝内に横たえることが可能である。これらのパイプ・セクションは、湾曲部、接合部、又は直線部を含む、様々な長さ及びタイプとすることができる。 Segmented conduits (not shown) can be joined in a variety of ways as are known to those skilled in the art. For example, in use, geothermal wells can be dug using GEP10 on existing oil well drilling equipment. The pipe sections can be pre-threaded or threaded together when lowered into the bare hole. Similarly, the pipe section can lie in a drilling groove near the surface. These pipe sections can be of various lengths and types including bends, joints, or straight sections.
別の実施形態において、すべてがグラフェンで形成されたケーブル又はワイヤの束が使用可能である。各ケーブル又はワイヤはGEP10であり、組み合わされると、いくつかの状況で望ましい追加の表面積及び強度を提供する。加えて、大きなケーブル束はその長さ全体にわたって修正され、所望通りに熱エネルギーを伝導するように束の部分を分離することができる。一実施形態において、高電圧電線は、スチールなどのワイヤ材料の抵抗によって発熱することが当業者に知られている。GEP10高電圧線を使用することによって、熱エネルギーを大気中に失うのではなく、高電圧線束内に存在する熱エネルギーを使用するために抽出及び伝導することができる。代替として、ワイヤは熱を伝導するためにGEP10で覆うか又は取り囲むことができる。
In another embodiment, a bundle of cables or wires all made of graphene can be used. Each cable or wire is
別の実施形態において、グラフェンを路面、壁、床、又は任意の他の平面を含むがこれらに限定されない平面に塗布して、GEP10を形成することができる。例えば、2枚の平坦な基質間にグラフェンを挟み込むことによって、多くの付加的用途を有するのみならず、グラフェンの特性により熱及び/又は電気を非常に効率的に伝導させることも可能である。グラフェンを含む壁パネルはGEP10であり、壁パネルに取り付けられたラジエータに熱を伝導させることが可能である。壁パネルは、GEP10によって伝導された電気を受け取るためにグラフェンに接続される電気コンセントも含むことができる。電気コンセントは、直流(DC)から交流(AC)への変換などであるがこれに限定されない、GEP10によって伝導される電気エネルギーを処理するための変圧器などのデバイスも含むことができる。
In another embodiment, graphene can be applied to a plane, including but not limited to a road surface, wall, floor, or any other plane to form GEP10. For example, sandwiching graphene between two flat substrates not only has many additional uses, but also allows heat and / or electricity to be conducted very efficiently due to the properties of graphene. The wall panel containing graphene is GEP10 and can conduct heat to a radiator attached to the wall panel. The wall panel can also include an electrical outlet connected to the graphene to receive the electricity conducted by GEP10. Electrical outlets can also include devices such as transformers for processing electrical energy conducted by
前述のように、車道又は他の輸送面はGEP10とすることができる。車道に含められる本発明に従ったGEP10は、雪や氷を融かすために使用可能な熱エネルギーを伝導することができる。加えて、ライト、標識、又は他のデバイスなどであるがこれらに限定されない、車道又はその先に含められるデバイスに電力を供給するために、グラフェンによって電気を伝導することができる。例えば車道を、住宅又は事務所用ビルなどの建造物まで延在させることができる。車道のGEP10は建造物に接続される。建造物内のデバイスが、GEP10によって伝導されたエネルギーを抽出する。熱は建造物内で、温度調節、給湯、調理、清掃、又は当分野で知られた他の用途に使用される。電気は建造物内で、照明、電動デバイスの動作、充電、又は当業者に知られている他の用途に使用される。
As mentioned above, the roadway or other transport surface can be GEP10. A
図3に示された別の実施形態において、ユーティリティ・トンネル20はいくつかのGEP10’、10’’、10’’’を収容している。GEP10’は保護被覆16によって取り囲まれたグラフェン・コア12’を含む。GEP10’内のグラフェン12’は様々な方法で配置構成可能である。例えばグラフェン12’は、同心円状、一連の平面又は全体的に平面の層、或いはらせん状に、積層させることができる。当業者に知られているグラフェン12’の追加のパターン及び配置構成を、GEP10’に含めることができる。グラフェン12’は、保護被覆16内に挟み込まれた複数の個別のケーブル内に配置構成することができる。保護被覆16は、当業者に知られている様々な材料で作成することができる。例えば被覆16は、ポリマー・ラップとすることができる。
In another embodiment shown in FIG. 3, the
GEP10’’は、グラフェン12’’及び被覆/基質16’が交互に重なった層を含む。グラフェン12’’は、上記に列挙したものなどであるがこれらに限定されない、様々なパターン及び層で配置構成可能である。一実施形態において、グラフェン12’’は異なる方向に熱エネルギーを伝導するために使用可能である。エネルギーは、地熱エネルギー源及び太陽光エネルギー源などであるがこれらに限定されない、異なる源からとすることができる。代替としてグラフェン12’’は、熱を同じ方向に、但し異なる温度(エネルギー)レベルで伝導することができる。例えばグラフェン12’’の1層は、工業的応用、発電、又は大規模エネルギー需要で使用される高レベルの熱エネルギーを伝導することができる。グラフェン12’’の別の層は、温度調節、給湯、調理、又は当業者に知られている熱エネルギーの他の用途向けに、より低い温度で熱を伝導することができる。基質16’は、GEP10’’の外層、並びにグラフェン12’’の層を分離している内層を形成する。基質は、ブラスチック、合成物、及び炭素繊維などであるがこれらに限定されない、当業者に知られている様々な材料で形成可能である。
GEP10’’’は、基質16’’を取り囲むグラフェン12’’’の層を含む。グラフェン12’’’の層は、上記で説明したもの又は当業者に知られている他のものなどの、いくつかの方法で配置構成可能である。基質16’’は、グラフェン12’’’の層に対する支持を提供し、ポリマー、炭素繊維、ガラス繊維、又は当業者に知られている他の材料などの、様々な材料で構築することができる。
The
GEP10’、10’’、10’’’は、トンネル20内で内部支持体18によって支持される。支持体18は、垂直及び水平の支持体などの様々な構成要素を含むことができる。これらの支持体18は、スチールなどの様々な材料で構築可能であり、GEP10’、10’’、10’’’を支持することとは別の付加的用途を含むことができる。これらの用途の中に、トンネル20内にいる間に技術者が使用するためのサービス用通路がある。他のGEP10への接続をトンネル内に作成することができる。例えば熱エネルギー源32からのGEP10はトンネル内に入り、GEP10’、10’’、10’’’などのGEP10に接続することができる。同様に、居住用建造物、工場、製油所、学校、病院、輸送用建造物、農業用施設、食品製造工場、及び庁舎などであるがこれらに限定されない、エネルギーの送り先に接続された他のGEP10も、トンネル20に入ることができる。
The GEPs 10 ′, 10 ″, 10 ″ ″ are supported by the
トンネル20は、図3に示されるものに限定されない追加の形状及び構造を含むことも可能である。他のトンネルは、文字「T」、「X」、又は当業者に知られている他の形状と同様の構造を形成する様々な角度で、トンネル20と交差することができる。トンネル20のサイズも例示的であり限定的ではない。いくつかのトンネルは人が入るには小さすぎる場合があり、他のトンネルは車両サイズ・トンネルなどかなり大型の場合がある。小型トンネル20の例は、直径およそ1メートル以下とすることができる。大型トンネル20の例は、鉄道トンネル又は地下鉄などの直径およそ10メートルとすることができる。大型トンネル20の一部はGEP10’、10’’、10’’’用に確保し、他の部分は列車、車、トラック、及び歩行者通行などの車両通行用に使用することができる。
GEP10を介して抽出された熱エネルギーは、分配システム30を使用して移送することができる。分配システム30は、制御システム31、GEP10、及び当業者に知られている他のデバイスを含む様々な構成要素を含むことができる。
Thermal energy extracted via
制御システム31は、分配システム30の動作中に多数の機能を実行する。制御システム31は、ソフトウェアがインストールされたコンピュータ及び電気信号の送受信のためのデバイスを含むことができる。制御システム31は、分配システム30の動作に関する情報を提供するためのモニタなどのディスプレイ・デバイスを含むこともできる。制御システム31は、キーボード、ボタン、タッチセンシティブ・ディスプレイ、又は当業者に知られている他のデバイスなどの、入力/出力デバイスを含むこともできる。制御システム31は、インターネット・モデム、ワイヤレス・インターネット・デバイス、又は無線通信デバイスなどであるがこれらに限定されない、通信デバイスを含むことができる。制御システム31は、レギュレータ、マニホルド、又は当業者に知られている他の機器などであるがこれらに限定されない、分配システム30の他の構成要素を動作させるためのデバイスを含むこともできる。
The
制御システム31のコンピュータは、分配システム30の動作に関する情報及び信号を受信する。分配システム30によって分配される熱エネルギーの量は、コンピュータ・ソフトウェアによって測定及び制御される。GEP10に接続されたセンサは熱エネルギーの量を測定し、コンピュータに電気信号を伝送する。ソフトウェアはこれらの信号を解釈し、それらを数値に変換する。これらの値がソフトウェア要件と比較される。これらの要件はソフトウェア内でプリセットするか、又はエネルギー要件に応じて調節可能とすることができる。追加のセンサは、サーモスタット及び電気使用量メータなどであるがこれらに限定されない、他のデバイスに接続可能である。ソフトウェアは、サーモスタットによって提供される信号を介して送り先の温度要件を監視し、強制空気加熱ユニットなどの少なくとも1つの送り先に熱エネルギーを提供するデバイスへのエネルギー・フローを調節することができる。ソフトウェアは、電気使用量メータによって提供される信号を介して送り先の電気要件を監視し、熱電発電機などの少なくとも1つの送り先に電気エネルギーを提供するデバイスへのエネルギー・フローを調節することができる。
The computer of the
制御システム31は、ビデオ・モニタなどであるがこれに限定されないディスプレイ・デバイスを含むことができる。ディスプレイ・デバイスは、分配システム30の条件及び動作に関する視覚情報を提供することができる。例えばGEP10から使用可能なエネルギーの量を表示することができる。少なくとも1つの送り先を加熱するため、調理及び食品調製に使用される湯を加熱するために使用されるか、又は電気に変換される、熱エネルギーの割合などであるがこれらに限定されない他の情報も表示することができる。ディスプレイ・デバイスは、オペレータがモニタにタッチしてディスプレイ上にコントロールを生成するソフトウェアを動作できるようにする入力/出力デバイスなどの、他のコントロールと組み合わせることができる。
The
制御システム31は、任意のディスプレイ・デバイスに加えて、又はこれらに関連して入力/出力デバイスを含むことができる。入力/出力デバイスは、ボタン、ダイヤル、スイッチ、又は当業者に知られている他のタイプなどの、いくつかのタイプとすることができる。入力/出力デバイスは、熱電発電機などの特定デバイスに向けてエネルギーを送るなど、分配システム30のいくつかの動作モードを制御することができる。入力/出力デバイスに提供されるコントロールは、コンピュータ・ソフトウェアによって調整可能である。ソフトウェアは、ユーザが入力/出力デバイスを使用して、分配システム30又は分配システム30からエネルギーを受け取る他のデバイス及びシステムを損傷させるのを防ぐことができる。ソフトウェアは、ユーティリティ運営会社などの外部コントロールによってオーバーライドすることもできる。
The
制御システム31は、インターネット、ワイヤレス・インターネット、無線、又は衛星デバイスなどであるがこれらに限定されない、通信デバイスを含むことができる。制御システム31は、通信デバイスを介してデータ及び命令を受信することができる。コンピュータ・ソフトウェアは、ファームウェア・アップグレード、更新、アンチウィルス・スキャン、及び当業者に知られている他の命令を受信することができる。分配システム30の所有者又はオペレータは通信デバイスを使用して、制御システム31にアクセスし、その動作及び現在の状況を監視し、その動作パラメータを修正することができる。例えば分配システム30を制御できるユーティリティは、大規模ネットワークの需要に応じて、或いは保守又は修理などの他の理由によって、GEP10を介して受け取るエネルギーの量を削減するように分配システム30に命じることができる。分配システム30を制御できるオペレータは、インターネット又は他の通信デバイスを使用して制御システム31にアクセスすることができる。例えば、分配システム30が住宅内に据え付けられる場合、オペレータは住宅所有者であり得る。熱エネルギーが温度調節、発電、又は他の用途用のいずれであっても、住宅所有者はインターネットを使用して住居のエネルギー使用量を監視することができる。次いで住宅所有者は分配システム30を遠隔で調節し、例えば帰宅前に室内温度を上げることができる。住宅所有者は、制御システム・ソフトウェアに含まれる診断法を使用して、分配システム30内にいずれかの障害が存在するかどうかを判別することも可能である。温水漏れの場合、温水ヒーターに冷水が供給され続けるため、通常運転時よりも多くのエネルギーが必要である。
The
制御システム31は、温度、エネルギー・フロー、又はエネルギー消費などであるがこれらに限定されない、様々なセンサを含むことができる。制御システム31はこれらのセンサを監視し、分配システム30の現在の状況、システム要求の変化、又は当業者に知られている他のパラメータを決定する。センサは、熱電発電機、熱交換器、ボイラ、又はタービンなどであるがこれらに限定されない、様々なエネルギー変換デバイスに接続されたGEP10上など、制御システム31全体にわたって設置可能である。エネルギー変換デバイスの出力側に追加のセンサを設置し、熱エネルギーを他の形のエネルギーに変換する際のそれらの効率を測定することができる。
The
一実施形態において、制御システム31は住宅34で熱エネルギーを分配する。制御システム31は住居のサーモスタットに接続される。住居34は、熱エネルギーを住居34内に伝導する導管などのGEP10に接続される。例えば導管は、地下室又は狭い空間内への地下接続を介して住居34に入ることができる。導管は、住居34内に配置された熱交換器に接続される。熱交換器は、強制空気加熱ユニット又はボイラなどのいくつかのタイプとすることができる。代替として、部屋全体にわたって電気加熱要素を使用して住居34を加熱するために、熱交換器の代わり又はこれに関連して熱電発電機を据え付けることができる。制御システム31は、サーモスタットによって取られた測定値を介して住居34のエネルギー・ニーズを決定し、望ましい量の熱エネルギーを熱交換器、ボイラ、及び/又は熱電発電機に渡すことができる。住居34が必要としない追加の熱があればすべて、GEP10を介して別の送り先に向けて再度送ることができる。代替として、除雪のための住居34の歩道及び私道の加熱などの付加的用途に向けて、追加の熱を送ることもできる。
In one embodiment, the
別の実施形態において、制御システム31は住居34内の熱エネルギーを複数の送り先に分配する。住居34は、熱エネルギーを住居34内に運ぶGEP10に接続される。住居34内に入ると、GEP10は分割され、細分化された各GEP10は住居34内の異なる送り先に進む。例えば細分化されたGEP10の1つは、住居の温水ヒーター50に進むことができる。GEP10を介して伝導された熱は、住居34用の温水供給を維持するために使用される。熱交換器を介して、又は当業者に知られているいくつかの技法を介して、熱を水に伝導することができる。別のGEP10は、熱エネルギーが食品調製に使用できる台所に進むことができる。グリルなどの調理面は、熱伝達によってGEP10を介して伝導された熱を受け取ることができる。オイル・フライヤ、オーブン、コーヒー/紅茶メーカー、食洗器、トースタ、又は当業者に知られている他のデバイスなどであるがこれらに限定されない、他の食品調製デバイスも、熱エネルギーを受け取ることができる。
In another embodiment, the
別の実施形態において、制御システム31は商用の工業プラント内で熱エネルギーを分配する。GEP10は、プラントの入口地点から熱エネルギーを必要とするデバイス及び機械へと延在する。熱は、熱伝達、熱交換器、又は当業者に知られている他の技法によって、GEP10から伝達され得る。例えば加熱要素を利用する工業用オーブンは、GEP10から熱エネルギーを受け取り、材料又は製品の保存又は乾燥などの工業用目的に熱エネルギーを利用することができる。熱は、蒸留の目的で流体に交換され得る。プラスチック成形機器は、GEP10を介して伝導された熱エネルギーを利用して、プラスチック用金型内を所望の温度に維持することができる。熱エネルギーは、低温殺菌又は滅菌などの工業規模の食品調製に使用することができる。
In another embodiment, the
制御システム31は、GEP10を介して受け取る熱エネルギーの量を制限するためのレギュレータを含むことができる。レギュレータは、バルブ、スイッチ、又は当業者に知られている他のタイプの調節可能制限デバイスとすることができる。レギュレータは、システム・ソフトウェア内のパラメータに基づき、制御ユニットによって直接動作可能である。代替としてレギュレータは、中央ユーティリティ又は他の認定ユーザによって遠隔に動作可能である。
The
制御システム31は、GEP10から受け取った熱エネルギーを分割及び分配するためのマニホルドを含むことができる。一般にマニホルドは、流体を収集又は分配するために使用されるいくつかの注入口及び排出口を備えるチャンバ又はパイプである。本発明において、マニホルドはGEP10を介して伝導された熱エネルギーを収集又は分配する。マニホルドは、熱源32から熱を伝導するGEP10と接触しているグラフェンの1つ以上の層を含むことができる。マニホルドは、受け取った熱エネルギーを、熱エネルギーを伝達するために追加のGEP10に接続された複数の排出口に分割する。排出口は、GEP10を受け入れるように適合されたワイヤ、パイプ、ケーブル、又は当業者に知られている他の製品などの、様々なタイプとすることができる。
The
熱は、様々なシステムを使用してGEP10を介して抽出される。一実施形態において、熱交換器はGEP10を介して熱エネルギーを抽出し、これを別の媒体に伝達する。熱交換器から熱エネルギーを受け取るための液体媒体の一例は、水である。加熱された水は、蒸気生成又は当業者に知られている他の目的などの様々な目的に使用可能である。発電又は当業者に知られている他の目的に使用可能なタービンを回転させるために、蒸気を使用することができる。熱エネルギーを受け取るための固体媒体の一例は、ポリマー・ビーズである。これらのビーズは、射出成形機での使用又は当業者に知られている他の用途のために、それらの融点まで加熱することができる。熱電対又は熱電対アレイは、GEP10からの熱エネルギーを、当業者に知られているプロセスを介して電気エネルギーに変換することができる。
Heat is extracted via
居住用建造物34、教育用建造物36、医療施設38、事務所用ビル40、ショッピング・センター42、工場44、及び水/廃棄物処理場46はすべて、以下の方法などであるがそれらに限定されない様々な方法で、GEP10によって伝導及び分配された加熱エネルギーを利用することができる。熱エネルギーは屋内温度調節に使用することができる。熱エネルギーは、清掃、入浴、及び食品調製に使用するための水を加熱するために使用することができる。熱エネルギーは、主電源、非常用電源、又は補助電源を含む発電に使用することができる。熱エネルギーは、蒸留デバイス及び機器で使用することができる。熱エネルギーは、オーブン、プレス機、又は鋳造などであるがこれらに限定されない、工業用機械に使用することもできる。熱エネルギーは、車道、私道、又は歩道などの表面を加熱するために使用することもできる。熱エネルギーは、スイミング・プール又はサウナなどのレクリエーション目的に使用することができる。熱エネルギーは、グリル、オーブン、又はオイル・フライヤなどの食品調製に使用することができる。
The
次に図6を参照すると、別の好ましい実施形態において、分配システム30’’は少なくとも1つの熱エネルギー源32に接続された少なくとも1つのGEP10を含む。GEP10は建造物33の壁を介して入るが、他の実施形態では、GEP10は床、屋根、又は当業者に知られている他の表面を介して建造物33に入ることができる。GEP10は、GEP10を介して受け取った熱エネルギーの分配を制御する制御システム31に接続され、以下でより詳細に説明される。少なくとも1つのGEP10が、建造物33内部での熱エネルギーの分配のために制御システム31に接続される。GEP10は、温水ヒーター50、温度調節システム52、食品調製デバイス54、水処理システム46、発電システム56、及び、歩道又は私道などであるがこれらに限定されない加熱表面58などであるがこれらに限定されない、複数のデバイス及びシステムに接続することができる。
Referring now to FIG. 6, in another preferred embodiment, the
温水ヒーター50は、GEP10から熱エネルギーを受け取る。熱はGEP10から、水の温度を上昇させる温水ヒーター50内に格納された水に伝達される。温水ヒーター50は、ヒーター50内に格納された水をパイプ網によって建造物33全体に分配される所定の温度まで加熱するために、制御システム31と連携して動作可能なサーモスタット・コントロールを含むことができる。代替として、制御システム31は十分な量の熱エネルギーを温水ヒーター50に直接分配することができるため、温水ヒーター50からサーモスタットが除去される。更に別の実施形態では、建造物33内に複数の温水ヒーター50が存在する。このタイプの温水ヒーター50は、一般に使用地点温水ヒーターとして知られている。セントラル温水ヒーターとは異なり、水はシンク又はバスタブなどの使用地点近くで加熱される。この実施形態では、GEP10は建造物33全体にわたって、使用地点近くに配置された温水ヒーター50まで延在する。熱は必要に応じて各温水ヒーター50に伝達される。
The
温度調節システム52もGEP10から熱エネルギーを受け取る。熱は、熱交換器から空気又は水などの別の媒体へ伝達される。一実施形態において、空気は熱交換器を介して流され、その温度を上昇させる。次いで、加熱された空気は配管を介して建造物33全体に吹き込まれ、その屋内スペースの温度を上昇させる。別の実施形態において、水は熱交換器周囲を循環され、その後除去された熱が建造物33全体にわたって循環される。建造物33全体にわたって配置されたラジエータは、水からの熱を建造物の屋内スペース内の空気に伝達するのを支援する。
食品調製デバイス54も、GEP10から熱エネルギーを受け取る。熱はGEP10から、オーブン、グリル、又はレンジ台上面などの様々な食品調製デバイスに伝達される。水処理システム46も、GEP10から熱エネルギーを受け取る。熱はGEP10から、蒸留デバイスなどの熱エネルギーを受け取ることができる水処理システム46の構成要素に伝達される。一実施形態において、水は水処理システム46の蒸留デバイス内に引き込まれる。水は加熱されて結果として蒸気を発生し、これがその後液体に凝集される。次いで液体は、消費のために建造物33全体にわたって供給される。
The
発電システム56も、GEP10から熱エネルギーを受け取る。熱電発電機はGEP10から受け取った熱エネルギーを変換する。電気は、発電システム56によって当業者に知られている様々な方法で変換又は調整可能である。一実施形態において、DC電流はAC電流に変換された後、建造物33全体にわたって供給される。別の実施形態において、発電システム56は、建造物33への全電力の供給、建造物33への部分電力の供給、又は建造物33へのバックアップ電流の供給を含むがこれらに限定されない、様々なモードを有する。
The
加熱表面58も、GEP10から熱エネルギーを受け取る。熱エネルギーは、GEP10を介して加熱表面58に伝導される。熱エネルギーは、コンクリート、アスファルト、石、又はタイルなどの加熱表面58を介して放射する。加熱表面58を介して熱が放射するのに応じて、加熱表面58の温度は上昇する。加熱表面58は、建造物33の内部又は周囲の様々な場所に配置される可能性がある。例えば加熱表面58は、歩道、私道、バスルーム、又はガレージ床とすることができる。加熱表面58を使用して、それらの屋外に位置する雪及び氷を融かすことができる。
The
これらの例示の態様及び実施形態の他の態様、実施形態、及び利点を、以下で詳細に考察する。本記載は本発明の様々な態様及び実施形態の事例を提供し、請求される態様及び実施形態の性質及び特徴を理解するための概要又は枠組みを提供することが意図される。添付の図面は、例示並びに様々な態様及び実施形態の更なる理解を提供するために含められたものであり、本明細書に組み込まれ、その一部を構成する。図面は本明細書と共に、記載及び請求された態様及び実施形態を説明する働きをする。 Other aspects, embodiments, and advantages of these exemplary aspects and embodiments are discussed in detail below. This description is intended to provide examples of various aspects and embodiments of the invention, and to provide an overview or framework for understanding the nature and characteristics of the claimed aspects and embodiments. The accompanying drawings are included to provide a further understanding of the examples and various aspects and embodiments, and are incorporated in and constitute a part of this specification. The drawings, together with the specification, serve to explain the aspects and embodiments described and claimed.
本発明について例示的に説明してきたが、本明細書で使用される用語は、制限ではなく本質的に説明用語の範疇にあることが意図されるものと理解されよう。 While the invention has been described by way of example, it will be understood that the terminology used herein is intended to be in the scope of explanatory terms in nature and not limitation.
明らかに、上記の教示に鑑みて本発明の多くの修正及び変形が可能である。したがって本発明は、説明した本発明の範囲内で具体的に説明した以外の方法で実施可能であることを理解されよう。
Obviously, many modifications and variations of the present invention are possible in light of the above teachings. Accordingly, it will be understood that the invention can be practiced otherwise than as specifically described within the scope of the described invention.
Claims (20)
少なくとも1つの熱源と、
前記熱源からの熱を伝導するための、前記熱源に接触した少なくとも1つのグラフェン濃縮製品と、
前記グラフェン濃縮製品を介して熱を抽出するための抽出手段と、
前記グラフェン濃縮製品から抽出された前記熱を分配するための分配手段と、
を備える、システム。 A system for distributing thermal energy,
At least one heat source;
At least one graphene enriched product in contact with the heat source for conducting heat from the heat source;
Extraction means for extracting heat through the graphene enriched product;
A distribution means for distributing the heat extracted from the graphene-enriched product;
A system comprising:
地熱源と、
前記熱源に接触した少なくとも1つのグラフェン濃縮製品と、
前記グラフェン濃縮製品から熱を抽出するための抽出手段と、
前記グラフェン濃縮製品によって抽出された前記熱を分配するための分配手段と、
を備える、システム。 A system for distributing geothermal energy,
A geothermal source,
At least one graphene enriched product in contact with the heat source;
Extraction means for extracting heat from the graphene-enriched product;
A distribution means for distributing the heat extracted by the graphene-enriched product;
A system comprising:
少なくとも1つの熱源と、
前記熱源に接触した第1のグラフェン濃縮製品と、
前記グラフェン濃縮製品から熱エネルギーを選択的に受け取るための、前記グラフェン濃縮製品に調節可能に接続された制御システムと、
前記制御システムによって受け取られた前記熱エネルギーを分配するための、前記制御システムに調節可能に接続された第2のグラフェン濃縮製品と、
を備える、システム。 A system for distributing thermal energy,
At least one heat source;
A first graphene enriched product in contact with the heat source;
A control system adjustably connected to the graphene enriched product for selectively receiving thermal energy from the graphene enriched product;
A second graphene enriched product adjustably connected to the control system for distributing the thermal energy received by the control system;
A system comprising:
少なくとも1つの熱源と、
前記熱源からの熱を伝導するための、前記熱源に熱的に接触した少なくとも1つのグラフェン濃縮導管と、
前記導管によって伝導される熱エネルギーを受け取るための、前記導管に接続された熱受け取りデバイスと、
を備える、システム。 A system for extracting and distributing thermal energy,
At least one heat source;
At least one graphene concentration conduit in thermal contact with the heat source for conducting heat from the heat source;
A heat receiving device connected to the conduit for receiving thermal energy conducted by the conduit;
A system comprising:
グラフェンを基質に貼付するステップと、
前記基質を地熱井戸に挿入するステップと、
熱を移送するために前記基質を熱エネルギー受け取りデバイスに接続するステップと、
制御システムを使用して、前記地熱源から抽出された前記熱エネルギーを調整するステップと、
前記熱エネルギーをグラフェン濃縮製品のネットワークに分配するステップと、
熱エネルギーを複数の熱利用源に送達するステップと、
を含む、方法。 A method for extracting and distributing thermal energy from a geothermal source using a graphene enriched product comprising:
Affixing graphene to the substrate;
Inserting the substrate into a geothermal well;
Connecting the substrate to a thermal energy receiving device to transfer heat;
Adjusting the thermal energy extracted from the geothermal source using a control system;
Distributing the thermal energy to a network of graphene-enriched products;
Delivering thermal energy to a plurality of heat utilization sources;
Including a method.
The method of claim 17, further comprising using a manifold controlled by the control system to distribute the thermal energy to the network.
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