JP2022502625A - 蓄熱容器内の流体の流れ - Google Patents

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Abstract

熱システムにおいて使用される蓄熱容器であって、前記蓄熱容器の内側に配置されている相変化物質を通る流体の流れによって熱を交換することを目的とし、前記蓄熱容器が、蓄熱容器ハウジングと、流体注入口および流体吐出口と、相変化物質を含み、流体の流れをハウジング内側の異なる部分に導くように構成されている複数の通路を画成する、１つまたは複数のカプセルと、を備えており、流体注入口から流体吐出口までの実際の流体の流れの長さが、流体が流れるすべてのセクションを通じて流体注入口と流体吐出口との間で測定される直接的な長さよりも長い、蓄熱容器。関連する装置および方法も説明する。【選択図】 図７Ａ

Description

［関連出願］
本出願は、米国仮特許出願第６２／８２４，９１４号（出願日：２０１９年３月２７日）、米国仮特許出願第６２／８２４，５７５号（出願日：２０１９年３月２７日）、および米国仮特許出願第６２／８２４，５４１号（出願日：２０１９年３月２７日）の優先権を主張し、これらの特許出願は、国際特許出願第ＰＣＴ／ＩＢ２０１８／００１０９１号（出願日：２０１８年９月２５日）の優先権を主張し、この国際特許出願は、米国仮特許出願第６２／６８５，１４７号「ＣＯＮＦＩＧＵＲＡＢＬＥ ＴＨＥＲＭＡＬ ＥＮＥＲＧＹ ＳＴＯＲＡＧＥ ＡＲＲＡＹ」（出願日：２０１８年６月１４日）および米国仮特許出願第６２／５６２，５６２号「ＣＯＮＦＩＧＵＲＡＢＬＥ ＴＨＥＲＭＡＬ ＥＮＥＲＧＹ ＳＴＯＲＡＧＥ ＡＲＲＡＹ」（出願日：２０１７年９月２５日）の優先権を主張する。
上のすべての出願の内容は、本明細書に全体が記載されているのと同様に、参照により本明細書に組み込まれている。
本発明は、そのいくつかの実施形態においては、熱容器（thermal-container）に関し、より詳細には、以下に限定されないが、蓄熱システムの蓄熱容器内の相変化物質に隣接する流体の流れによって熱を交換することに関する。
先進国におけるエネルギ消費に関する多くの研究では、１年間に発生するピークエネルギ（電気）消費が４００〜３００時間（時間の５％）未満であることが指摘されている。このピークエネルギ需要のかなりの量は、ヒートポンプに依存するチラー、空調システム、暖房システムなどの構造的冷却システムに起因しうる。したがって、配電網の変動を相殺することのできる効率的かつ費用効果の高い冷却システムを提供するニーズが高まっている。
このニーズへの１つの対応として、熱エネルギ貯蔵システム、特に氷蓄熱システムが開発され、このシステムは、配電網の電力を消費するチラーやヒートポンプをオフピーク時に稼働させることによって低温または高温のエネルギを蓄えて、ピーク時またはその他の時間に、蓄えられたエネルギを放出する。いくつかの現在のシステムの欠点として、商業ビルと両立しない、モジュール性が欠如している、および設置面積が大きい（十分な熱エネルギ貯蔵を提供するために建物の高価な不動産資産の使用がしばしば必要となる）。結果として、このエネルギ貯蔵方法は、ピーク需要現象の大きな要因である商業セクタ（オフィスビル、ショッピングモール、ホテル、病院など）にはほぼまったく存在しない。
熱エネルギを貯蔵するためのこのような従来システムの最も一般的なタイプは、「アイスオンコイル（ice-on-coil）」貯蔵システムとして知られている。これらのシステムは、特に、液体の水から氷への相変化を利用することによって熱を蓄えるための相変化媒体（ＰＣＭ）として水／氷で満たされたタンクを備えている。これらのシステムは、水／氷と熱を交換する目的でタンクの内側の水中に配置されているコイルをさらに備えている。このタイプのシステムを蓄熱している間、大きなブロックを形成するために、コイルの周囲に氷が蓄積する。これらのシステムは効率が著しく低く、なぜなら水の凍結は通常ではコイルにおいて始まり、凍った水は極めて良好な断熱材であるためである。したがって、潜熱エネルギを蓄える目的でコイルによって約０℃以下までタンクが冷やされると、コイル上の氷の層の厚さが増す。結果として、断熱層が大きくなることによって、貯蔵タンクの全容積を凍結させるのがますます困難になる。これは、「氷蓄積（ice-build-up）」問題として知られている。したがって従来のシステムは、コイルを冷却するのに極めて低い温度を使用しなければならず、これは非効率的である。さらには、低すぎる温度での動作によって、チラーのＣＯＰ（性能係数）が低下する。
さらに、従来の別のタイプの熱エネルギ貯蔵システムは、「カプセルアイス（encapsulated ice）」貯蔵システムとして知られており、このシステムでは、エネルギを蓄えるための相変化媒体（ＰＣＭ）としての水を含む複数の容器がタンクの内側に配置されている。容器の内側の水／氷と熱を交換するためのさらなる媒体（例えば水−グリコール混合物）が、必要に応じてタンクを通るように送り込まれる。しかしながら現在のところ、このタイプの熱エネルギ貯蔵システムも、効率および信頼性に欠ける。
いくつかの現在のシステム、特に、水／氷を使用する「カプセルアイス」システムおよび「アイスオンコイル」システムの非効率性の１つは、氷核生成が遅い、または一貫性がないことであり、結果として熱エネルギの貯蔵および放出が非効率的である。一貫性のない氷核形成および生成は、一般には、所望の温度で凍結しない過冷却水によって引き起こされる。
いくつかの現在のシステムのさらなる制限として、貯蔵流体（水）の体積と総システム容積との間の比率が制限される、および／または、貯蔵流体（水）と熱伝達流体（グリコールなど）との間の接触が限られ、その原因として、放熱サイクルが進むにつれてカプセルの内側の貯蔵流体と熱伝達流体の間に水のバリア（water barrier）が成長する、または貯蔵流体容器の充填率が低い、または貯蔵流体容器の設計が悪く十分な表面積が熱伝達流体に露出しない、または熱伝達流体の流れが遮断されて、蓄熱の効率が大きく低下するためである。一部のシステムにおけるさらなる制限は、放熱プロセスが非効率的である結果として、システムに貯蔵されている氷のすべてが溶けないことである。さらに従来のシステムでは、放熱率が不十分であり特に低下し、負荷需要をサポートするのに十分ではない。言い換えれば、従来の氷蓄熱システムは、通常では、不安定かつ低下する放熱挙動／放熱曲線という問題を抱えている。
エネルギ貯蔵媒体として水／氷を使用する一部の熱エネルギ貯蔵システムのさらなる問題点は、例えば材料の疲労やシステムの流れ特性の変化に起因して、年月の経過に伴ってシステム性能が低下することである。特に、現在の「カプセルアイスシステム」の場合、凍結するときに水の体積の膨張・収縮が繰り返されることによって、このような問題が生じることがある。相変化媒体（ＰＣＭ）として水を使用する一部の従来の熱エネルギ貯蔵システムの１つのさらなる問題点は、放熱サイクルの後半において出力率（power rate）が低下することである。この現象は、カプセル内の溶けた水が、熱交換／熱伝導に対するバリアとして機能することによるものであり、この熱バリアは氷が溶けるにつれて常に大きくなる。
上記および本明細書全体を通じて記載されているすべての参考文献の開示、およびそれらの参考文献内に記載されているすべての参考文献の開示は、参照により本明細書に組み込まれている。
本発明のいくつかの実施形態によれば、蓄熱容器の内側に配置されている相変化物質を通る流体の流れによって熱を交換するための、熱システムにおいて使用される前記蓄熱容器であって、蓄熱容器ハウジングと、流体注入口および流体吐出口と、相変化物質を含み、流体の流れをハウジング内側の異なる部分に導くように構成されている複数の通路を画成する、１つまたは複数のカプセルと、を備えている、蓄熱容器、を提供する。
オプションとして、１つまたは複数の上流のカプセルが、ハウジングの下流に配置されている１つまたは複数の下流のカプセルに対して横向きにハウジング内に配置されている。
オプションとして、長手方向軸が蓄熱容器を通って定義されており、１つまたは複数のカプセルが、１つまたは複数の下流のカプセルに対して長手方向軸を中心として少なくとも３０゜の角度の向きを有する。
オプションとして、１つまたは複数のカプセルが水平方向であり、１つまたは複数のすぐ下流のカプセルが垂直方向である。
オプションとして、カプセルを通じた流体注入口から流体吐出口までの実際の流体の流れの長さは、一般的な流れの方向において流体注入口と流体吐出口の間で測定される長さよりも長い。
本発明のいくつかの実施形態によれば、蓄熱容器の中を流れる流体によって熱を交換する方法であって、
流体を、流体注入口を介して蓄熱容器の中に挿入するステップと、
蓄熱容器のセクションの内側で、流体と、凍結した相変化物質との間で熱を交換するステップと、
流体の流れ方向を、蓄熱容器の長手方向に対して少なくとも３０゜だけ修正するステップと、
蓄熱容器の別の部分において、交換するステップおよび修正するステップを少なくとももう１回繰り返すステップと、
流体を、蓄熱容器から流体吐出口を介して出力するステップと、
を含む、方法、を提供する。
オプションとして、セクションを通じた流体注入口から流体吐出口までの実際の流体の流れの長さは、流体が中を流れるセクションすべてを通じて流体注入口と流体吐出口の間で測定される直接的な長さよりも長い。
オプションとして、交換するステップは、セクションに配置されている１つまたは複数のカプセルとの交換である。
オプションとして、修正するステップは、セクションに配置されている１つまたは複数のカプセルの向きを変化させることによる。
本発明のいくつかの実施形態によれば、熱エネルギ貯蔵アレイは、複数の氷ブリック（ice brick）を備えており、氷ブリックの各々が複数のカプセルを備えており、氷ブリックは、氷ブリックの中を流れる第１の流体の流体連通のために相互に接続されており、氷ブリックは、モジュール構造配置に構成されており、モジュール構造配置は、ブリックが上下に積み重ねられている、ブリックが端から端まで配置されている、またはブリックが互いに横に配置されている、の１つまたは複数を含む。
オプションとして、アレイは、ブリックのモジュール構造配置の外面を囲む断熱パネルをさらに備えている。これらの断熱パネルは、モジュールの外面を囲むように設けられている。その一方で、外側以外の面には断熱パネルが設けられていない。断熱パネルは、ブリックの計画されたモジュール式配置に従って１つまたは複数のブリックの上に取り付けられるように設計されている。結果として、氷ブリック構造が均一であり、設置が容易であり、解体も容易である。この構造により、必要なトータルの断熱が節約され、なぜならアレイ全体の外面のみを断熱すればよく、すべてのブリックのすべての表面を断熱する必要がないためである。
オプションとして、カプセルは第２の流体を含む。オプションとして、この第２の流体は水を含む。オプションとして、アレイは、流体分配システムをさらに備えている。オプションとして、第１の流体は、第２の流体よりも低い凝固点を有する。オプションとして、第２の流体は、氷核生成材を含む。オプションとして、この氷核生成材は石英である。オプションとして、ブリックは、カプセルの内側に含まれる６５％〜８５％の第２の流体を含む。オプションとして、アレイは、第１の流体を冷却するＴＥＳチラーをさらに備えている。
オプションとして、ＴＥＳチラーの凝縮部は第３の流体によって冷却され、第３の流体は、アレイによってサービス提供される構造内の負荷をさらに冷却する。オプションとして、アレイは、エアコンプレッサをさらに備えている。オプションとして、カプセルは、カプセルに第２の流体を最大限まで満たすことができるように、カプセルの上側角部に配置されている充填ノズルを備えている。オプションとして、カプセルは、１つまたは複数の狭側面スペーサおよび広側面スペーサを備えており、これらのスペーサは、ブリックの内側にカプセルが詰め込まれているときにカプセルの間に隙間を形成する。オプションとして、カプセルの表面は、カプセルの周囲の第１の流体の乱流を増大させるようにされている突起を備えている。オプションとして、ブリックは長方形である。オプションとして、ブリックは、５０×５０×４００ｃｍのサイズを有する。オプションとして、ブリックは、２５×２５×４００ｃｍのサイズを有する。オプションとして、ブリックは、７５０〜１２００Ｌの容積を有する。オプションとして、ブリックは、１５〜２３ＴＲＨのエネルギ貯蔵容量を有する。オプションとして、カプセルは、シクロヘキサン形状を備えている。オプションとして、シクロヘキサン形状のカプセルは、ブリックの内側で自由に落ち着くようにブリックの内側に配置される。
オプションとして、ブリックは、地下に配置されるようにされている。オプションとして、ブリックは、円筒状であり、ブリックを地下に配置することができるように、ブリックの外側に沿って延びるらせん状の金属補強部を備えた管を備えている。オプションとして、カプセルは、ブリックの内側の固定位置に配置されている。オプションとして、ブリックは、カプセルの間に挿入される複数のスペーサをさらに備えており、これらのスペーサは、ブリック内を通る第１の流体の流れを確保し、またスペーサは、第２の流体が溶けることによってカプセルの間の隙間が増大するときに乱流を最大にする。
本発明のいくつかの実施形態によれば、負荷の冷却のために熱エネルギ貯蔵（ＴＥＳ）システムを放熱する方法は、ＴＥＳシステムを提供するステップであって、ＴＥＳシステムが、氷ブリックのアレイ、コントローラ、および流体分配システムを備えており、アレイが、流体分配システムによって、氷ブリックの複数のサブセットに分割され、コントローラがコンピューティングデバイスである、ステップと、負荷の冷却のために第１の流体が複数のサブセットの第１のサブセットを流れるように、第１のサブセットをコントローラによって有効化するステップと、第１の流体の温度をコントローラによって監視するステップと、第１の流体の温度がしきい値を超えるとき、負荷の冷却のために第１の流体が複数のサブセットのさらなるサブセットを流れるように、そのさらなるサブセットをコントローラによって有効化するステップであって、さらなるサブセットが、アクティブな放熱プロセス中に有効化されていないサブセットである、ステップと、前の２つのステップを繰り返すステップと、を含む。
オプションとして、第１の流体がすべての有効化されたサブセットを流れるように、さらなるサブセットは、第１のサブセットに加えて有効化される。オプションとして、本方法は、複数のサブセットすべてが有効化されたかをコントローラによって判定するステップと、複数のサブセットすべてが有効化されたときに、コントローラによって放熱を終了するステップと、をさらに含む。オプションとして、流体分配システムは、少なくとも１つのポンプおよび少なくとも１つの流れ制御機構を備えており、サブセットを有効化するステップは、第１の流体がそのサブセットを流れるように、少なくとも１つのポンプおよび少なくとも１つの流れ制御機構を作動させるステップを含む。オプションとして、氷ブリックそれぞれは、カプセルを含む容器を備えており、この容器は、アレイ内で第１の流体の流体連通を可能にするための注入口および吐出口の管を備えている。オプションとして、カプセルは、放熱の前に第１の流体の温度より低い温度を有する第２の流体を含み、第１の流体が氷ブリックの中を流れるにつれてカプセルが第１の流体を冷却する。
本発明のいくつかの実施形態によれば、熱エネルギ貯蔵ユニットであって、第１の流体のための少なくとも１つの注入口および少なくとも１つの吐出口を有するチューブと、第２の流体を中に有する複数のカプセルであって、複数のカプセルがチューブの内側に配置されている、複数のカプセルと、を備えており、第１の流体が、第２の流体と熱を交換するための熱伝達流体であり、第２の流体が相変化媒体であり、注入口から吐出口までの第１の流体の実際の流路の平均長さが、チューブの長さより大きい、熱エネルギ貯蔵ユニット、を提供する。
本発明のいくつかの実施形態によれば、熱エネルギ貯蔵ユニットであって、第１の流体のための少なくとも１つの注入口および少なくとも１つの出口を有するチューブと、第２の流体を中に有する複数の板状カプセルであって、複数のカプセルがチューブの内側に重ねられている、または複数のカプセルが、カプセルの複数のスタックを形成するようにチューブの内側に配置されている、複数のカプセルと、を備えており、第１の流体が、第２の流体と熱を交換するための熱伝達流体であり、第２の流体が相変化媒体であり、第１の流体のための複数の定義された狭いかまたは浅い流路が、カプセルの間に設けられる、熱エネルギ貯蔵ユニット、を提供する。
オプションとして、熱エネルギ貯蔵ユニットは、流路がその少なくとも一部において蛇行パターンで提供されるようにされているカプセル、を有する。
オプションとして、熱エネルギ貯蔵ユニットは、チューブが長方形であるように構成されており、チューブの幅に対するチューブの長さの比が約４〜５０の範囲内である、および／または、チューブの高さに対するチューブの幅の比が約０．５〜２の範囲内である。
オプションとして、熱エネルギ貯蔵ユニットは、チューブの形状が長方形であるように構成されており、チューブの幅に対するチューブの長さの比が１２〜２０の範囲内でありオプションとして約１６である、および／または、チューブの高さに対するチューブの幅の比が約１である。
オプションとして、熱エネルギ貯蔵ユニットは、複数のカプセルの第２の流体の合計体積が、チューブの総容積の５０％〜９０％、オプションとして６５％〜８５％であるように、構成されている。これは、チューブの総容積に対する第２の流体の体積の最適または最適に近い比率であることが証明されている。流体と熱を交換できるようにする目的で、第１の流体のための十分な空間が存在しなければならず、その一方で、熱を蓄えるためのできる限り多くの利用可能な容量が存在しているべきである。
オプションとして、熱エネルギ貯蔵ユニットは、ａ）注入口および吐出口がチューブの同じ端部に設けられている、かつ、ｂ）各カプセルの上の、注入口から吐出口までの第１の流体の流れが本質的に二方向である、ように、熱エネルギの貯蔵が提供されるように構成されている。例えば、カプセルのほぼ中央に配置されているゴム製の密封要素は、チューブの内側の第１の流体の流れの分割器として機能することができる。したがって、異なる温度を有することのできる第１の流体のほぼ二方向の２つの流れが、カプセルのそばを通過することができる。結果として、カプセルは、第１の流体の２つの異なる流れによって影響され、２つの異なる温度によって加熱または冷却され、したがってカプセルの内側に温度勾配が発生する。この温度勾配の結果として、カプセルの内側で第２の流体（水）が有利に循環し、この循環は、カプセルの内部における熱輸送効果をもたらし、カプセルの内側の溶けた水の分離バリアの蓄積を妨げるように追加的に作用する。
オプションとして、熱エネルギ貯蔵ユニットは、箱状または板状のカプセルの広い側面が凹状（形状）であるように構成されている。凹状の壁を有するこのようなカプセルは、少なくとも中央において、壁のある程度の柔軟性をもたらす。したがって第２の流体の相変化時に壁が損傷することなく第２の流体の体積が増大できるように、カプセルの壁が曲がることができる。さらに、広い側面の凹形状により、並べて重ねられているカプセルの間に、狭い形状の定義された流路が形成される。カプセルの壁の広い側面の凹形状により、スタックの隣り合うカプセルの間に、第１の流体のための狭い（または浅い）流れ通路が形成される。結果として、円筒状の通路と比較してのこの通路の容積に対する表面の比率が改善され、カプセルの広い側面に接触する第１の流体の面が増大する。したがって、第１の流体のための流れ通路（および流路）およびカプセルの対応する（狭い）形状を提供することによって、カプセルと第１の流体との間の接触面を通じた熱交換が改善され、これはさらに、空間を節約する解決策である。言い換えれば、対応する平坦な流れ通路を間に有する平坦なカプセルを設けることによって、カプセルと第１の流体との間の熱交換比率を著しく改善することができる。
オプションとして、熱エネルギ貯蔵ユニットは、カプセルの少なくとも１つの表面が、チューブの中の第１の流体の流れの乱れを発生させるかまたは増大させるようにされている突起を備えているように、構成されている。これによりシステムの効率が高まる可能性がある。
オプションとして、熱エネルギ貯蔵ユニットは、複数のカプセルの各カプセルが同じタイプである、または複数のカプセルの各カプセルが第２の流体の同じ容積を有するように、構成されている。これにより製造コストが下がり、定義された流路を有するカプセルのスタックを形成するのが容易になる可能性がある。
オプションとして、熱エネルギ貯蔵ユニットは、カプセルの間に配置されている剛性のスペーサをさらに備えている。したがって、金属またはプラスチックから作製されている剛性の（例：格子型の）スペーサが、カプセルの平たい壁の間に配置されており、格子は、長方形穴、ひし形穴、または正方形穴の格子溶接タイプまたはチェーンロックタイプなど、多数の形状を有することができる。オプションとしてスペーサは、カプセルの壁が広がるための十分な自由空間が存在するような寸法であり、自由空間は、カプセルの容積の１５％より大きいが、スペーサが存在しないときのカプセル間の仮想自由流れ領域の３０％未満であるべきである。金属格子は、８本の垂直棒および６本の水平棒を有する寸法３１０×１４０ｍｍの矩形マッシュ形状（square mash configuration）に溶接された、直径約２．８ｍｍのステンレス鋼棒から作製することができる。
オプションとして、熱エネルギ貯蔵ユニットは、カプセルの間に配置されている可撓性のスペーサをさらに備えており、可撓性のスペーサはフラップ（flap）を備えている。これらの可撓性のフラップは、カプセルの蓄熱状態に従って自身を調整する柔軟な流れ制御を提供する可能性がある。
オプションとして、熱エネルギ貯蔵ユニットは、カプセルがほぼ箱状または板状であるように構成されている。スペーサは、２つのカプセルの広い側面の間の自由流れ面積が、スペーサが存在しないときのカプセルの間の自由流れ面積の１５％〜３０％の範囲内であるような寸法を有する。
オプションとして、熱エネルギ貯蔵ユニットは、少なくとも１つのカプセルが核生成材（オプションとして石英）を含むように、構成されている。結果として、カプセルの冷却温度を、従来の氷蓄熱システムと比較して、より高くできる可能性がある。
オプションとして、熱エネルギ貯蔵ユニットは、カプセルが熱伝達片（heat transfer strip）を備えているように構成されており、熱伝達片は、オプションとして、カプセルの内部に熱を伝えるように配置されている。水を含む一部の従来のカプセルの問題点は、水の熱伝達率が極めて低いことである。したがってカプセルの内部深くから外側への熱伝達が、壁の近くに位置する水／氷によって遮断される。熱伝達片を使用することによって、この問題が解決する可能性があり、なぜなら熱伝達片はカプセルの内部にも効率的な熱伝達をもたらすためである。
オプションとして、熱エネルギ貯蔵ユニットは、熱伝達片がアルミニウムから作製されているように、構成されている。この材料は、良好な熱伝導率を提供する。これに代えて、熱伝達片を、良好な熱伝導率を有する別の材料（例えばステンレス鋼）から作製することができる。オプションとして、熱エネルギ貯蔵ユニットは、熱伝達片が、標準条件下で１０Ｗ／（ｍ＊Ｋ）より大きい熱伝導率ｋを有する材料から作製されているように、構成されている。オプションとして、熱伝達片の熱伝導率ｋは、標準条件下で７５Ｗ／（ｍ＊Ｋ）より大きい。これにより、カプセル内側の氷生成プロセスがさらに改善される可能性がある。
オプションとして、熱エネルギ貯蔵ユニットは、熱伝達片が、厚さ０．４〜４ｍｍ、長さ３５〜３５０ｍｍ、幅５〜１０ｍｍを有するように、構成されている。これらの寸法は、カプセル内部への良好な熱伝達率をもたらす可能性がある。さらに、これらの熱伝達片は、小さい開口部を通じてカプセルの内側に容易に配置することができる。
オプションとして、熱エネルギ貯蔵ユニットは、カプセルがほぼ箱状または板状であるように構成されており、カプセルは、カプセルの角部に１つの充填口を備えている。この形状は、高い表面−容積比率を有する。これにより、第１の流体と第２の流体との間の熱交換率が改善される可能性がある。
オプションとして、熱エネルギ貯蔵ユニットは、カプセルがほぼ箱状または板状であるように構成されており、カプセルは、カプセルが互いに間隔をあけて配置されるように隆起部（ridge）を備えている。隆起部により、カプセルの間の第１の流体の定義された流路のための自由空間を形成することが可能になる。
カプセルは、平坦な広い側面、または全体には平坦ではない広い側面を有するため、重ねられた２つのカプセルの間に狭い（または浅い）空間が形成される。結果として、高い熱交換率を可能にする、第１の流体のための改善された定義された流路が形成される。
オプションとして、熱エネルギ貯蔵ユニットは、チューブの外形が角柱であるように構成されており、角柱状のチューブの長さが、その最大直径の４倍である。
オプションとして、熱エネルギ貯蔵ユニットは、カプセルが基体および突起部を有し、突起部が基体から突き出しており、基体が、第１の半径を有するほぼ球であり、突起部が、第２の半径を有するほぼ半球の形状を有し、第２の半径が第１の半径より少なくとも５０％小さいように、構成されている。この好ましい実施形態は、シクロヘキサン形状のカプセル（後述する）に関連する。
オプションとして、熱エネルギ貯蔵ユニットは、突起部が基体の表面上に均一に分布しているように、構成されている。
オプションとして、熱エネルギ貯蔵ユニットは、カプセルが１２個の突起部を有し、したがってシクロヘキサン形状であるように、構成されている。
本発明のいくつかの実施形態によれば、熱エネルギ貯蔵システムであって、上に述べた複数の熱エネルギ貯蔵ユニットを備えたシステムにおいて、熱エネルギ貯蔵ユニットが、建物の構造的配置要素（structural arrangement）の一部であり、構造的配置要素が、壁、床、または天井である、または壁、床、または天井の組合せであることを特徴とする、熱エネルギ貯蔵システム、を提供する。
本発明のいくつかの実施形態によれば、熱エネルギ貯蔵システムであって、上に述べた複数の熱エネルギ貯蔵ユニットを備えたシステムにおいて、流れ切断面積（flow-cut-area）に対する、複数のチューブの合計長さの比が、約４０〜４００（ｃｍ／ｃｍ２）の範囲内、オプションとして約６０〜１５０（ｃｍ／ｃｍ２）の範囲内であり、流れ切断面積が、カプセルあたりのチューブ内の第１の流体のための断面自由流れ面積（cross sectional free flow area）として定義されることを特徴とする、熱エネルギ貯蔵システム、を提供する。
オプションとして、熱エネルギ貯蔵システムは、チューブの数が３〜５、オプションとして４であるように、構成されている。
オプションとして、熱エネルギ貯蔵システムは、複数のチューブの合計長さが１０〜３０メートル、オプションとして１６メートルであるように、構成されている。この構成では、システムの最適または最適に近い熱交換率がもたらされることが証明された。
本発明のいくつかの実施形態によれば、上に説明した熱エネルギ貯蔵システムまたは熱エネルギ貯蔵ユニットのためのカプセルであって、カプセルが氷核生成材（オプションとして石英を含む）を含む、カプセル、を提供する。
本発明のいくつかの実施形態によれば、上に説明した熱エネルギ貯蔵システムまたは熱エネルギ貯蔵ユニットのためのカプセルであって、カプセルが少なくとも１つの熱伝達要素（オプションとして金属片）を含む、カプセル、を提供する。
本発明のいくつかの実施形態の一態様によれば、熱システムにおいて使用される蓄熱容器であって、前記蓄熱容器の内側に配置されている相変化物質を通る流体の流れによって熱を交換することを目的とし、前記蓄熱容器が、蓄熱容器ハウジングと、流体注入口および流体吐出口と、相変化物質を含み、流体の流れをハウジング内側の異なる部分に導くように構成されている複数の通路を画成する、１つまたは複数のカプセルと、を含み、流体注入口から流体吐出口までの実際の流体の流れの長さが、流体が中を流れるすべてのセクションを通じて流体注入口と流体吐出口の間で測定される直接的な長さよりも長い、蓄熱容器、を提供する。
本発明のいくつかの実施形態によれば、流体注入口から流体吐出口までの実際の流体の流れの長さが、流体が中を流れるすべてのセクションを通じて流体注入口と流体吐出口の間で測定される直接的な長さの２倍よりも長い。
本発明のいくつかの実施形態によれば、容器内の流路に沿った平均流れ断面積と、容器内のすべてのカプセルの合計熱交換面積との間の比として４．５×１０−５〜４５×１０−５を有する。
本発明のいくつかの実施形態によれば、容器内の流路に沿った平均流れ断面積と、容器内のすべてのカプセルの合計熱交換面積との間の比として１×１０−５〜１００×１０−５を有する。
本発明のいくつかの実施形態によれば、１５０ｃｍ／ｃｍ２より大きいガンマ比を有し、ガンマ比は、熱伝達流体の流路の直線長さ（単位：センチメートル（ｃｍ））と、カプセルあたりの自由流れ断面積（単位：ｃｍ２）との間の比として定義される。
本発明のいくつかの実施形態によれば、複数の通路が、ハウジングの内側で流体の蛇行流を引き起こすように構成されている。
本発明のいくつかの実施形態によれば、１つまたは複数の上流のカプセルが、ハウジングの下流に配置されている１つまたは複数の下流のカプセルに対して横向きにハウジング内に配置されている。
本発明のいくつかの実施形態によれば、長手方向軸が蓄熱容器を通って定義されており、１つまたは複数のカプセルが、１つまたは複数の下流のカプセルに対して長手方向軸を中心として少なくとも３０゜の角度の向きを有する。
本発明のいくつかの実施形態によれば、１つまたは複数のカプセルが水平方向であり、１つまたは複数のすぐ下流のカプセルが垂直方向である。
本発明のいくつかの実施形態によれば、カプセルを通じた流体注入口から流体吐出口までの実際の流体の流れの長さが、一般的な流れの方向において流体注入口と流体吐出口の間で測定される長さよりも長い。
本発明のいくつかの実施形態によれば、蓄熱容器内に配置されているカプセルが、カプセルの輪郭の間に隙間を画成する、凹状の外形および凸状の外形の組合せを有する。
本発明のいくつかの実施形態によれば、カプセルが金属片を含み、金属片の長さがカプセルの幅よりも長い。
本発明のいくつかの実施形態によれば、蓄熱容器は、１つまたは複数の乱流発生器（turbulator）を含む。
本発明のいくつかの実施形態の一態様によれば、蓄熱容器の中を流れる流体によって熱を交換する方法であって、
流体を流体注入口を介して蓄熱容器の中に挿入するステップと、蓄熱容器のセクションの内側で、流体と、凍結した相変化物質との間で熱を交換するステップと、流体の流れ方向を、蓄熱容器の長手方向に対して少なくとも３０゜だけ修正するステップと、蓄熱容器の別の部分において、交換するステップおよび修正するステップを少なくとももう１回繰り返すステップと、流体を、蓄熱容器から流体吐出口を介して出力するステップと、を含む、方法、を提供する。
本発明のいくつかの実施形態によれば、修正するステップが、蓄熱容器の内側で流体の蛇行流を引き起こすことによる。
本発明のいくつかの実施形態によれば、セクションを通じた流体注入口から流体吐出口までの実際の流体の流れの長さが、流体が中を流れるセクションすべてを通じて流体注入口と流体吐出口の間で測定される直接的な長さよりも長い。
本発明のいくつかの実施形態によれば、交換するステップは、セクションに配置されている１つまたは複数のカプセルとの交換である。
本発明のいくつかの実施形態によれば、修正するステップは、セクションに配置されている１つまたは複数のカプセルの向きを変化させることによる。
本発明のいくつかの実施形態によれば、カプセルの熱交換面の上に乱流を発生させるステップ、をさらに含む。
本発明のいくつかの実施形態によれば、カプセルの熱交換面の上に蛇行流を発生させるステップ、をさらに含む。
本発明のいくつかの実施形態によれば、修正するステップは、蓄熱容器内で乱流と蛇行流との間で流れを交互に変えることによる。
本発明のいくつかの実施形態によれば、流体の流れは、蓄熱容器内の流体の流路の少なくとも３５％において１００〜３００Ｗ／（ｍ２＊Ｋ）の範囲内の強い乱流である。
本発明のいくつかの実施形態によれば、流体の流れは、蓄熱容器内の流体の流路の少なくとも３５％において１００Ｗ／（ｍ２＊Ｋ）を超える熱伝達率を生成する。
本発明のいくつかの実施形態の一態様によれば、蓄熱システムであって、熱システムにおいて使用される複数の蓄熱容器であって、前記蓄熱容器の内側に配置されている相変化物質を通る流体の流れによって熱を交換することを目的とする、前記複数の蓄熱容器と、熱伝達流体入力部と、少なくともいくつかの蓄熱容器を直列に接続する配管と、流れ制御機構と、熱伝達流体出力部と、を含み、流れ制御機構が、熱伝達流体が蓄熱容器の中を通ることなく蓄熱容器を迂回して熱伝達流体出力部に達することを可能にするように、構成されている、蓄熱システム、を提供する。
本発明のいくつかの実施形態によれば、流れ制御機構は、電動弁であり、電動弁を制御するコントローラをさらに含む。
本発明のいくつかの実施形態によれば、コントローラは、通信線を通じて制御命令を受信するように構成されている。
本発明のいくつかの実施形態によれば、流れ制御機構は、圧力逃し弁である。
本発明のいくつかの実施形態の一態様によれば、蓄熱容器の中を流れる熱伝達流体によって熱を交換する方法であって、蓄熱システムを提供するステップであって、蓄熱システムが、蓄熱容器の内側に配置されている相変化物質を通る熱伝達流体の流れによって熱を交換するための、熱システムにおいて使用される複数の蓄熱容器と、熱伝達流体入力部と、少なくともいくつかの蓄熱容器を直列に接続する配管と、流れ制御機構と、熱伝達流体出力部と、を含み、流れ制御機構が、熱伝達流体が蓄熱容器の中を通ることなく蓄熱容器を迂回して熱伝達流体出力部に達することを可能にするように、構成されている、ステップと、熱伝達流体がより下流の蓄熱容器を迂回するための流路を開くための制御信号を、流れ制御機構に供給するステップと、を含む、方法、を提供する。
上に述べた実施形態の技術的な効果について、以下にさらに詳しく説明する。蓄熱システムの重要な性能基準の１つは、必要な温度制限の中で放熱の有効期間全体にわたり維持することのできる、貯蔵容量に対する平均放熱率である。特定の容量を保持する一般的なシステムは、例えば４時間の期間の間に貯蔵容量のできる限り多くを放熱し、第１の流体の最終出口温度を５℃以下に維持できるべきである。
上述した要件の結果として、所与のカプセルの有効熱伝達率は、できる限り高いべきである。カプセルの熱伝達率は、詳しくは以下によって決まる。
１．以下を含む熱の伝達の面積
ｉ．カプセル７１５内側の氷材料（例：塊）の有効伝達面積（熱伝達はカプセルの壁の内部表面積全体から始まり、氷材料が溶け始めると減少し、氷の形成時はこの逆である）
ｉｉ．カプセルの壁の内側面積（すなわちカプセルの材料への氷／水の熱伝達面積）
ｉｉｉ．カプセルの壁の外側面積（すなわち第１の流体への外側熱伝達面積）
２．以下を含む熱伝達率（ＨＴＣ）
ｉ．第２の流体（すなわち氷から水（融解）または水から氷（凍結））
ｉｉ．カプセル内側の水のさらなる影響（すなわちカプセルの内側から水自体を通じた熱伝導）
ｉｉｉ．第２の流体からカプセル材料（いわゆる膜ＨＴＣ、すなわち例えばカプセル内側の第２の流体の循環に依存する境界効果）
ｉｖ．カプセル材料自体、例えばポリマ（すなわちカプセルの材料自体の熱伝導）
ｖ．カプセルの材料から第１の流体（例えばカプセルの外側を流れる第１の流体の速度および乱流に依存する境界効果）
３．以下を含む温度差
ｉ．カプセルの内部と第１の流体の間の合計温度差
ｉｉ．段階２ｉ〜２ｖあたりの個々の差
いくつかの変数はほぼ一定であるとみなすことができる（１ｉｉ，１ｉｉｉ，２ｉ，２ｉｉ，２ｉｉｉ，２ｉｖ，３ｉ）。それ以外の変数は放熱のプロセス中に変化する。詳細は以下である。
１ｉ 氷材料（塊）の表面積は放熱プロセス中に著しく減少する。減少率は、必ずしも溶けた氷の割合に対して線形関係ではない。
２ｖ カプセル材料から第１の流体１２０への熱伝達率は、第１の流体１２０の流れ特性に大きく依存する。氷が溶けることにより流路の空間が大きくなり続ける（カプセルが「水で満たされたときのサイズ」まで収縮する）結果として熱伝達流体の速度が減少し、それとともにプラスチックから熱伝達流体表面への熱伝達率（ＨＴＣ）が低下する（流れのレイノルズ数によっては、必ずしも溶けた氷の割合に対して線形比例しない）。
上に説明した実施形態では、上に述べた項目１〜３のいくつかを考慮する。例えば、板状または箱状のカプセルは、カプセルの容積に対するカプセルの表面積が大きい。剛性ポリマを使用することでカプセルの材料の厚さを小さくすることによって、カプセルの壁を通じた熱伝達率（ＨＴＣ）が改善される。カプセルの内側に金属の伝達片を提供することによって、氷から水へのＨＴＣおよび水のＨＴＣが改善される。各カプセルを第１の流体の温度の異なる二方向の流れに接触させることにより、カプセル内側の第２の流体の内部循環を引き起こす結果として、カプセル内側で第２の流体の体積が有利に交換され、これにより、循環によって熱の伝導が促進されるためカプセルの内部ＨＴＣが改善される。カプセルの表面に突起を追加することによって第１の流体の流路に乱流プロファイルを提供する結果として、同様に第１の流体自体の移動によって熱伝導が促進されるため、カプセルの壁と第１の流体との間のより効率的な熱伝達につながる。対照的に、純粋な層流プロファイルは熱伝達率にマイナスに影響し、なぜならカプセルの境界における第１の流体の速度が０に近づくためであり（これは境界現象に起因する）、したがって純粋な層流の場合、第１の流体自体の移動によって熱伝達が提供されない、またはわずかな熱伝達が提供される。カプセルの間のスペーサまたは格子に金属または他の材料を使用する結果として、乱流プロファイルおよび定義された流路が得られる。スペーサとカプセルとの間に狭い流路を維持する可変／可撓性のスペーサを使用することによっても、熱伝達率が高まる。
上記を要約すると、本発明の提示された実施形態および態様のいくつかは、放熱の後半を通じて放熱率を安定させる可能性があり、また、商業ビルと両立するものとしてセルを位置づける可能性があり、したがって安全、クリーン、効率的、かつ非高価な方法で、水がエネルギの有用な貯蔵媒体になることを可能にする。
特に定義しない限り、本明細書で使用する全ての技術および／または科学用語は、本発明が属する技術分野の当業者により通常理解されるものと同じ意味を有する。本明細書に記載のものと同様のまたは等価な方法および材料を、本発明の実施形態の実践または試験に使用することができるが、例示的な方法および／または材料を下記に記載する。矛盾する場合、定義を含む特許明細書が優先する。加えて、材料、方法、および実施例は単なる例示であり、必ずしも限定を意図するものではない。
用語「氷ブリック」は、特に、熱伝達流体（すなわち第１の流体）と、相変化媒体（ＰＣＭ）（すなわち第２の流体）を含む複数のカプセルとを収容するようにされている熱エネルギ貯蔵ユニットとして理解することができる。
用語「チューブ」は、長さが直径の少なくとも２倍、好ましくは６倍である細長い中空体として理解することができる。チューブの断面は、円形、楕円形、正方形、長方形、または多角形とすることができる。オプションとして、チューブの断面は長方形であり、チューブの全長にわたり本質的に一定である。
用語「カプセル」は、相変化媒体（ＰＣＭ）（水または水の混合物など）を永久的に貯蔵するための囲まれた容積として理解することができる。これに加えて、この囲まれた容積の内側に、いくつかのさらなる要素または成分を格納することができる。
用語「熱」は、蓄える、および交換することのできる熱エネルギを意味する。
熱交換器の効率または有効性は、最大可能な熱伝達率に対する、熱交換器における実際の熱伝達率の比である。
断面は、チューブの幅方向における断面図を示している。
本発明の方法およびシステムの実施は、特定の選択されたタスクまたはステップを、手操作で、または自動的に、またはこれらの組合せによって、実行または完了することを含む。さらには、本発明の方法およびシステムの好ましい実施形態の実際の機器および装置に応じて、いくつかの選択されたステップを、ハードウェアによって、または任意のオペレーティングシステム上のソフトウェアによって、または任意のファームウェアによって、またはこれらの組合せによって、実施することができる。例えば、ハードウェアとしては、本発明の選択されたステップを、チップまたは回路として実施することができる。ソフトウェアとしては、本発明の選択されたステップを、任意の適切なオペレーティングシステムを使用するコンピュータによって実行される複数のソフトウェア命令として実施することができる。いずれの場合も、本発明の方法およびシステムの選択されたステップは、データプロセッサ（複数の命令を実行するコンピューティングプラットフォームなど）によって実行されるものとして説明することができる。
本発明は、「コントローラ」、「コンピューティングデバイス」、「コンピュータ」、または「モバイルデバイス」に関連して説明されているが、オプションとして、データプロセッサおよび１つまたは複数の命令を実行する能力を特徴とする任意の装置（以下に限定されないが、任意のタイプのパーソナルコンピュータ（ＰＣ）、ＰＬＣ（プログラマブルロジックコントローラ）、サーバー、分散サーバー、仮想サーバー、クラウドコンピューティングプラットフォーム、携帯電話、ＩＰ電話、スマートフォン、またはＰＤＡ（携帯情報端末）を含む）が、コンピュータとして説明されうることに留意されたい。互いに通信する２つ以上のそのようなデバイスは、オプションとして「ネットワーク」または「コンピュータネットワーク」を備えることができる。
当業者には理解されるように、本発明のいくつかの実施形態は、システム、方法、またはコンピュータプログラム製品として実施することができる。したがって、本発明のいくつかの実施形態は、完全にハードウェアの実施形態、完全にソフトウェアの実施形態（ファームウェア、常駐ソフトウェア、マイクロコードなどを含む）、またはソフトウェアの側面とハードウェアの側面を組み合わせた実施形態、の形をとることができ、これらはいずれも本明細書においては、一般に「回路」、「モジュール」、または「システム」と称することがある。さらに、本発明のいくつかの実施形態は、コンピュータ可読プログラムコードを実装した１つまたは複数のコンピュータ可読媒体に実施されたコンピュータプログラム製品の形をとることができる。本発明のいくつかの実施形態の方法および／またはシステムの実施は、選択されたタスクを、手動で、または自動的に、またはこれらを組み合わせて、実行および／または完了することを含むことができる。さらに、本発明の方法および／またはシステムのいくつかの実施形態の実際の機器および装置によれば、いくつかの選択されたタスクを、ハードウェアによって、またはソフトウェアによって、またはファームウェアによって、および／またはこれらの組合せによって（例：オペレーティングシステムを使用して）、実施することができる。
例えば、本発明のいくつかの実施形態に係る選択されたタスクを実行するハードウェアは、チップまたは回路として実施することができる。ソフトウェアとしては、本発明のいくつかの実施形態に係る選択されたタスクは、任意の適切なオペレーティングシステムを使用するコンピュータによって実行される複数のソフトウェア命令として実施することができる。本発明の例示的な一実施形態においては、本明細書に記載されている方法および／またはシステムのいくつかの例示的な実施形態に係る１つまたは複数のタスクは、複数の命令を実行するコンピューティングプラットフォームなどのデータプロセッサによって実行される。オプションとして、データプロセッサは、命令および／またはデータを記憶する揮発性メモリ、および／または、命令および／またはデータを記憶する不揮発性記憶装置（例えば磁気ハードディスクおよび／またはリムーバブル媒体）、を含む。オプションとして、ネットワーク接続も提供される。ディスプレイ、および／または、キーボードやマウスなどのユーザ入力デバイスも、オプションとして提供される。
１つまたは複数のコンピュータ可読媒体の任意の組合せを、本発明のいくつかの実施形態において利用することができる。コンピュータ可読媒体は、コンピュータ可読信号媒体またはコンピュータ可読記憶媒体とすることができる。コンピュータ可読記憶媒体は、例えば、以下に限定されないが、電子式、磁気式、光学式、電磁式、赤外線式、または半導体のシステム、装置、またはデバイス、またはこれらの任意の適切な組合せとすることができる。コンピュータ可読記憶媒体のさらに具体的な例（すべてを網羅するリストではない）は、以下、すなわち、１本または複数の線を有する電気接続、携帯型のコンピュータディスク、ハードディスク、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、消去可能なプログラマブル読み取り専用メモリ（ＥＰＲＯＭまたはフラッシュメモリ）、光ファイバ、携帯型のコンパクトディスク読み取り専用メモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）、光記憶装置、磁気記憶装置、またはこれらの任意の適切な組合せ、を含む。本文書の文脈においては、コンピュータ可読記憶媒体は、命令を実行するシステム、装置、またはデバイスによって、または関連して使用するためのプログラムを含むかまたは格納することのできる任意の有形媒体、とすることができる。
コンピュータ可読信号媒体としては、コンピュータ可読プログラムコードが、例えばベースバンドにおいて、または搬送波の一部として実施されている、伝搬されるデータ信号、が挙げられる。このような伝搬信号は、さまざまな形（以下に限定されないが、電磁気、光、またはこれらの任意の適切な組合せを含む）のいずれかをとることができる。コンピュータ可読信号媒体は、コンピュータ可読記憶媒体ではなく、かつ、命令を実行するシステム、装置、またはデバイスによって、または関連して使用するためのプログラムを伝える、伝搬させる、または運ぶことのできる、任意のコンピュータ可読媒体、とすることができる。
コンピュータ可読媒体に実施されているプログラムコード、および／または、このようなプログラムコードによって使用されるデータは、任意の適切な媒体（以下に限定されないが、ワイヤレス、有線、光ファイバケーブル、無線周波数など、またはこれらの任意の適切な組合せを含む）を使用して送信することができる。
本発明のいくつかの実施形態の動作を実行するためのコンピュータプログラムコードは、１種類または複数種類のプログラミング言語（オブジェクト指向プログラミング言語（Ｊａｖａ、Ｓｍａｌｌｔａｌｋ、Ｃ＋＋など）および従来の手続き型プログラミング言語（「Ｃ」プログラミング言語または類似するプログラミング言語など）を含む）の任意の組合せにおいて書くことができる。プログラムコードは、その全体を使用者のコンピュータ上で実行する、またはその一部を独立したソフトウェアパッケージとして使用者のコンピュータ上で実行する、または一部を使用者のコンピュータ上で実行しかつ一部を遠隔のコンピュータ上で実行する、または全体を遠隔のコンピュータまたはサーバー上で実行する、ことができる。後者のシナリオでは、遠隔のコンピュータは、任意のタイプのネットワーク（ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）またはワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）を含む）を通じて使用者のコンピュータに接続することができる、または、（例えばインターネットサービスプロバイダを使用してインターネットを通じて）外部のコンピュータへの接続を形成してもよい。
本発明のいくつかの実施形態は、本発明の実施形態に係る方法、装置（システム）、およびコンピュータプログラム製品の流れ図および／またはブロック図を参照しながら、以下に説明されていることがある。流れ図および／またはブロック図の各ブロック、および、流れ図および／またはブロック図におけるブロックの組合せを、コンピュータプログラム命令によって実施できることが理解されるであろう。これらのコンピュータプログラム命令は、汎用コンピュータ、専用コンピュータ、またはマシンを形成する他のプログラマブルデータ処理装置のプロセッサに提供することができ、したがってこれらの命令（コンピュータまたは他のプログラマブルデータ処理装置のプロセッサを介して実行される）は、流れ図および／またはブロック図の１つまたは複数のブロックに指定されている機能／動作を実施する手段を形成する。
これらのコンピュータプログラム命令は、コンピュータ、他のプログラマブルデータ処理装置、または他の装置に、特定の方法で機能するように指示することのできるコンピュータ可読媒体に格納してもよく、したがって、コンピュータ可読媒体に格納されている命令は、流れ図および／またはブロック図の１つまたは複数のブロックに指定されている機能／動作を実施する命令を含む製品を形成する。
コンピュータまたは他のプログラマブル装置で実行される命令が、流れ図および／またはブロック図の１つまたは複数のブロックに指定されている機能／動作を実施するためのプロセスを提供するように、コンピュータプログラム命令を、コンピュータ、他のプログラマブルデータ処理装置、または他の装置にロードして、一連の動作ステップがコンピュータ、他のプログラマブルデータ処理装置、または他の装置で実行されて、コンピュータによって実施されるプロセスが生成されるようにしてもよい。
本明細書に記載されている方法のいくつかは、一般的にコンピュータによる使用のみを目的として設計されており、専門家が純粋に手動で実行するには適していない、または実用的ではないかもしれない。類似するタスク（熱エネルギの貯蔵を制御するなど）を手動で実行することを望む専門家は、まったく異なる方法（例えば、専門知識および／または人の脳のパターン認識能力を利用する）を使用することが予想され、それは本明細書に記載されている方法のステップを手動で行うよりもはるかに効率的である。
冷凍トン（ＴＲ）という用語（ＲＴとも称される）は、いくつかの国において（特に北米において）、冷凍設備および空調設備の熱抽出能力を表すために使用される出力単位である。ＴＲは、米トン、２０００ポンド、または９０７ｋｇの０℃の純氷が２４時間で凍るかまたは溶ける熱伝達率として定義される。
冷凍トンは、約１２，０００ＢＴＵ／ｈまたは３．５ｋＷに等しい。
本発明のいくつかの実施形態について、その例示のみを目的として添付の図面を参照して本明細書に記載する。以下、特に図面を詳細に参照して示す細部は、例示を目的とし、また本発明の実施形態の詳細な説明を目的とすることを強調する。同様に、図面と共に説明を見ることで、本発明の実施形態をどのように実践し得るかが当業者には明らかとなる。
本発明の少なくともいくつかの実施形態に係る熱エネルギ貯蔵システムの概略図である。 本発明の少なくともいくつかの実施形態に係る熱エネルギ貯蔵システムの概略図である。 本発明の少なくともいくつかの実施形態に係る熱エネルギ貯蔵システムの概略図である。 本発明の少なくともいくつかの実施形態に係る熱エネルギ貯蔵システムの概略図である。 本発明の少なくともいくつかの実施形態に係る熱エネルギ貯蔵システムの概略図である。 本発明の少なくともいくつかの実施形態に係る氷カプセルの図解である。 本発明の少なくともいくつかの実施形態に係る氷カプセルの図解である。 本発明の少なくともいくつかの実施形態に係る氷カプセルの図解である。 本発明の少なくともいくつかの実施形態に係る氷カプセルの図解である。 本発明の少なくともいくつかの実施形態に係る氷ブリックの図解である。 本発明の少なくともいくつかの実施形態に係る氷ブリックの図解である。 本発明の少なくともいくつかの実施形態に係る氷ブリックの図解である。 本発明の少なくともいくつかの実施形態に係る氷ブリックの図解である。 本発明の少なくともいくつかの実施形態に係る蓄熱アレイの図解である。 本発明の少なくともいくつかの実施形態に係る蓄熱アレイの図解である。 本発明の少なくともいくつかの実施形態に係る蓄熱アレイの図解である。 本発明の少なくともいくつかの実施形態に係る蓄熱アレイの図解である。 本発明の少なくともいくつかの実施形態に係る蓄熱アレイの図解である。 本発明の少なくともいくつかの実施形態に係る蓄熱アレイの図解である。 本発明の少なくともいくつかの実施形態に係る氷ブリックの図解である。 本発明の少なくともいくつかの実施形態に係る氷ブリックの図解である。 本発明の少なくともいくつかの実施形態に係る氷ブリックの図解である。 本発明の少なくともいくつかの実施形態に係る氷カプセルの図解である。 本発明の少なくともいくつかの実施形態に係る氷カプセルの図解である。 本発明の少なくともいくつかの実施形態に係る氷カプセルの図解である。 本発明の少なくともいくつかの実施形態に係る氷カプセルの図解である。 本発明の少なくともいくつかの実施形態に係る氷カプセルの図解である。 本発明の少なくともいくつかの実施形態に係る氷カプセルの図解である。 本発明の少なくともいくつかの実施形態に係る氷カプセルの図解である。 本発明の少なくともいくつかの実施形態に係る氷カプセルの図解である。 本発明の少なくともいくつかの実施形態に係る氷カプセルを示している。 本発明の少なくともいくつかの実施形態に係る円筒状の氷ブリックを示している。 氷ブリックの個別のサブセットをコントローラによって有効化することのできるＴＥＳ（熱エネルギ貯蔵）システムを示している。 ＴＥＳシステムの動作の流れ図を示している。 本発明の少なくともいくつかの実施形態に係る、ＴＥＳシステムの動作からの実験データを示している。 本発明の少なくともいくつかの実施形態に係る、氷ブリックにおいて使用するためのスペーサを示している。 本発明の少なくともいくつかの実施形態に係る、氷ブリックにおいて使用するためのスペーサを示している。 本発明の少なくともいくつかの実施形態に係る、氷ブリックにおいて使用するためのスペーサを示している。 本発明の少なくともいくつかの実施形態に係る、氷ブリックにおいて使用するためのスペーサを示している。 本発明の少なくともいくつかの実施形態に係る、氷ブリックにおいて使用するためのスペーサを示している。 本発明の少なくともいくつかの実施形態に係る、氷ブリックにおいて使用するためのスペーサを示している。 本発明の少なくともいくつかの実施形態に係る、氷ブリックにおいて使用するためのスペーサを示している。 チューブおよびカプセルを含む熱エネルギ貯蔵ユニットと、熱エネルギ貯蔵ユニットの断面図とを示している。 チューブおよびカプセルを含む熱エネルギ貯蔵ユニットと、熱エネルギ貯蔵ユニットの断面図とを示している。 チューブおよびカプセルを含む熱エネルギ貯蔵ユニットと、熱エネルギ貯蔵ユニットの断面図とを示している。 チューブおよびカプセルを含む熱エネルギ貯蔵ユニットと、熱エネルギ貯蔵ユニットの断面図とを示している。 金属片を含むカプセルを示している。 金属片を含むカプセルを示している。 カプセルの間のスペーサを示している。 カプセルの間のスペーサを示している。 本発明のいくつかの実施形態に係る、蓄熱容器の内側の熱交換流体の流れの簡略概略図である。 本発明のいくつかの実施形態に係る、蓄熱容器の内側の熱交換流体の流れの簡略概略図である。 本発明のいくつかの実施形態に係る、蓄熱容器の内側で熱交換流体を流す方法の簡略流れ図である。 本発明のいくつかの実施形態に係る蓄熱容器の側面図の簡略概略図である。 本発明のいくつかの実施形態に係る蓄熱容器の側面図の簡略概略図である。 本発明のいくつかの実施形態に係る蓄熱容器の側面図の簡略概略図である。 本発明のいくつかの実施形態に係る蓄熱容器の断面図の簡略概略図である。 本発明のいくつかの実施形態に係る蓄熱容器の断面図の簡略概略図である。 本発明のいくつかの実施形態に係る、蓄熱容器において使用されるカプセルの斜視図の簡略概略図である。 本発明のいくつかの実施形態に係る蓄熱容器の断面図の簡略概略図である。 本発明のいくつかの実施形態に係る蓄熱容器の断面図の簡略概略図である。 本発明のいくつかの実施形態に係る蓄熱容器の断面図の簡略概略図である。 本発明のいくつかの実施形態に係る蓄熱容器の断面図の簡略概略図である。 本発明のいくつかの実施形態に係る蓄熱容器の断面図の簡略概略図である。 本発明のいくつかの実施形態に係る蓄熱容器の断面図の簡略概略図である。 本発明のいくつかの実施形態に係る蓄熱容器の断面図の簡略図である。 本発明のいくつかの実施形態に係る蓄熱容器の断面図の簡略図である。 本発明のいくつかの実施形態に係る蓄熱容器の断面図の簡略概略図である。 本発明のいくつかの実施形態に係る、蓄熱容器の配置編成の斜視図の簡略概略図である。 本発明のいくつかの実施形態に係る蓄熱容器の断面図の簡略概略図である。 本発明のいくつかの実施形態に係る蓄熱容器のデータシートの例である。 本発明の例示的な実施形態に係る、ブリックおよび迂回機構の簡略図である。 本発明の例示的な実施形態に係る、ブリックおよび２つの弁の簡略図である。 本発明の例示的な実施形態に係る、３つのブリックおよび弁の簡略図である。 本発明の例示的な実施形態に係る、蓄熱容器の中を流れる熱伝達流体によって熱を交換する方法の簡略流れ図である。 本発明の例示的な実施形態を使用して実行された実験の結果を示す様々なグラフである。
本発明は、そのいくつかの実施形態においては、熱容器に関し、より詳細には、以下に限定されないが、蓄熱システムの蓄熱容器において相変化物質に隣接する流体の流れによって熱を交換することに関する。
［概要］
本発明のいくつかの実施形態の一態様は、熱システムにおける蓄熱容器であって、蓄熱容器の内側で熱交換面に隣接する長い流路を有する熱交換流体によって熱を交換する、蓄熱容器、に関する。
いくつかの実施形態によれば、長い経路とは、流体が流体注入口から流体吐出口までまっすぐに進む場合に容器の全長を既知の速度で流れるのに必要な時間よりも、その既知の速度において流体が熱交換面の近傍においてより長い時間がかかる流れの長さ、として定義される。
いくつかの実施形態によれば、熱交換流体は、熱交換面に沿って画成されている通路の中を、注入口から吐出口まで１つまたは複数の経路内を流れる。いくつかの実施形態においては、流路の長さは、１ｃｍ未満の半径の乱流を無視して８０％の流体が移動する流れの長さの中央値として定義される。
いくつかの実施形態によれば、蓄熱容器内の流れの長さは、流体の注入口と吐出口の間に流路に沿った蛇行流を有することによって延びる。
いくつかの実施形態によれば、容器内の流れの長さは、数値シミュレーションによって抽出される。
いくつかの実施形態によれば、流れの形状は、幅広く浅い。いくつかの実施形態においては、流れは、容器内の狭い通路内で浅くなるように制限され、これらの通路における流れ切断面積は小さい。いくつかの実施形態においては、流路は１つまたは複数の方向転換（ターン）を定義しており、流れはその狭い面を中心に方向転換する。いくつかの実施形態によれば、容器は、流れの流路の長さと流れ切断面積の間の大きい比を定義している。いくつかの実施形態においては、小さい流れ切断面積を有する容器は、その長さに沿って小さい断面積を有し、断面積と長さの間の比が小さい。いくつかの実施形態においては、流れの長さと流れ切断面積の間の比は、１０〜８００ｃｍ／ｃｍ２の範囲内であるべきである。いくつかの実施形態においては、流れの長さと流れ切断面積の間の比は、２０〜６００ｃｍ／ｃｍ２の範囲内であるべきである。いくつかの実施形態においては、流れの長さと流れ切断面積の間の比は、４０〜４００ｃｍ／ｃｍ２の範囲内であるべきである。
いくつかの実施形態によれば、蓄熱容器内の長い流路は、流体的に接続された２つ以上のチャンバ（それぞれにおいて異なる一般的な流れ方向に流体が流れる）を有することによって画成される。
本発明のいくつかの実施形態の一態様は、蓄熱容器であって、相変化物質を収容するカプセルを有し、カプセルの側面である熱交換面に隣接する流路を有する熱交換流体によって熱を交換する、蓄熱容器、に関する。
いくつかの実施形態によれば、熱交換流体のほとんどが、相変化物質に隣接している。いくつかの実施形態においては、熱交換流体の体積の少なくとも６０％が、相変化物質の５ｍｍ以内である。いくつかの実施形態においては、熱交換流体の体積の少なくとも７５％が、相変化物質の５ｍｍ以内である。いくつかの実施形態においては、熱交換流体の体積の少なくとも９０％が、相変化物質の５ｍｍ以内である。
いくつかの実施形態によれば、カプセル内の相変化物質が氷を含むとき、カプセルの横を流れる熱交換流体のほとんどが、氷に隣接している。いくつかの実施形態においては、流路の設計によって、氷の大部分がクーラントの近くであるようにすることができる。いくつかの実施形態においては、カプセル内の氷の少なくとも７０％が、熱交換流体の５ｍｍ以内である。いくつかの実施形態においては、カプセル内の氷の少なくとも８０％が、熱交換流体の５ｍｍ以内である。いくつかの実施形態においては、カプセル内の氷の少なくとも９０％が、熱交換流体の５ｍｍ以内である。いくつかの実施形態においては、氷の大部分が熱交換面から５ｍｍ以内である。いくつかの実施形態においては、氷の大部分が熱交換面から３ｍｍ以内である。いくつかの実施形態においては、氷の大部分が熱交換面から２ｍｍ以内である。
いくつかの実施形態によれば、相変化物質の大部分が、熱交換流体に隣接している。いくつかの実施形態においては、相変化物質の体積の少なくとも３０％が、熱交換流体の５ｍｍ以内である。いくつかの実施形態においては、相変化物質の体積の少なくとも７０％が、熱交換流体の５ｍｍ以内である。いくつかの実施形態においては、相変化物質の体積の少なくとも８０％が、熱交換流体の５ｍｍ以内である。いくつかの実施形態においては、相変化物質の体積の少なくとも４０％が、熱交換流体の７ｍｍ以内である。
いくつかの実施形態によれば、カプセルは平坦であり、通路に沿った流れは乱流であり、流体の混合によって境界効果を回避することに関連して、より広い流れ通路がより狭い流れ通路として機能することを可能にする。
いくつかの実施形態によれば、流体が熱交換面に接触している合計時間を増やすために、カプセルは、流れをより長い経路に蛇行させるように構成されている。
本発明のいくつかの実施形態の一態様は、熱システムにおける蓄熱容器であって、流体注入口と流体吐出口の間で蓄熱容器の中を流体が流れることによって熱を交換する、蓄熱容器、に関し、熱交換面の上に流体が存在している時間が、流体注入口と流体吐出口の間の流れ時間の少なくとも９０％である。
本発明のいくつかの実施形態の一態様は、熱システムにおける蓄熱容器であって、蓄熱容器の中を流体が流れることによって熱を交換し、流れを複数の副流に分割し、副流を混合して副流おける温度成層を低減する、蓄熱容器、に関する。
本発明のいくつかの実施形態の一態様は、熱システムにおける蓄熱容器に関し、蓄熱容器はカプセルを含み、各カプセルは、蓄熱容器を通る流体の流れと２つ以上の表面を通じて熱を交換するための２つ以上の熱交換面を有する。
本発明のいくつかの実施形態の一態様は、熱システムにおける蓄熱容器であって、蓄熱容器の内側の相変化物質に接触している熱交換面の上の乱れた流体の流れによって熱を交換する、蓄熱容器、に関する。
いくつかの実施形態によれば、蓄熱容器は、１つまたは複数の部分であって、少なくとも部分の中で所望の流体流れプロファイルを設定するように構造化されている部分、を備えている。いくつかの実施形態においては、流体流れプロファイルを設定することは、下流の部分における流れプロファイルに影響を及ぼす。
いくつかの実施形態によれば、プロファイルを設定することは、乱れた流体の流れプロファイルを生成することを含む。いくつかの実施形態においては、流体の所望の流れプロファイルは、乱流強度（turbulence intensity）を有する。いくつかの実施形態においては、流体の流れプロファイルを設定することは、乱流強度を高めることを含む。
いくつかの実施形態によれば、蓄熱容器は、複数のカプセルを有し、流れパラメータを設定することは、流れの経路または大きさを制御するようにカプセルの向きを定めることによる。いくつかの実施形態においては、流れパラメータは、容器の長さに沿ってさまざまな向きにカプセルを配置することによって、修正される。
いくつかの実施形態によれば、上流の部分におけるカプセルが、下流の部分におけるカプセルとは異なる向きに配置される。いくつかの実施形態においては、カプセルの向きは、別のカプセルに対して横にカプセルを向けることによって修正される。
いくつかの実施形態によれば、蓄熱容器は、長手方向軸に沿って長手方向に延びている。いくつかの実施形態においては、カプセルの向きは、長手方向軸を基準に定義される。いくつかの実施形態においては、カプセルの向きは、長手方向軸を中心とする回転の角度として定義される。いくつかの実施形態においては、容器のいくつかの部分におけるカプセルの向きは、別の部分におけるカプセルの向きに直角である。いくつかの実施形態においては、１つの部分におけるカプセルの向きは、下流の部分または上流の部分におけるカプセルの向きに直角である。
いくつかの実施形態によれば、カプセルの少なくともいくつかが垂直な向きにあり、したがってそれらの熱交換面が垂直な姿勢にある。いくつかの実施形態においては、垂直な姿勢とは、垂直姿勢の向きにあり蓄熱容器の長手方向軸に平行である熱交換面として定義される。いくつかの実施形態においては、容器のいくつかの部分におけるカプセルの向きは水平であり、したがってそれらの熱交換面は水平である。いくつかの実施形態においては、隣接する部分は、交互に変わるカプセルの向きを有し、いくつかが垂直な向きにあり、いくつかが水平な向きにある。
本発明のいくつかの実施形態の一態様は、熱システムにおける蓄熱容器であって、蓄熱容器の内側の相変化物質に隣接する複雑な経路（labyrinth）を通る流体の流れによって熱を交換する、蓄熱容器、に関する。
いくつかの実施形態によれば、複雑な経路は、相変化物質を含むカプセルによって画成され、したがって相変化物質がクーラントと混合しない。いくつかの実施形態においては、複雑な経路は、相変化物質の凍結によってカプセルが膨張するときに流体の通路を維持するように構成されている。いくつかの実施形態においては、複雑な経路は、流体の通路が塞がれることを防止するスペーサを有する。
本発明のいくつかの実施形態の一態様は、蓄熱容器（すなわちブリック）を直列に接続し、オプションとして必要なときにブリックを迂回するように熱伝達流体を構成することに関する。
カプセルの所与の構成（形状および材料）における貯蔵容量の放熱割合を高める目的で、１つの可能な構成は、ブリックを直列に接続することである。
ブリックを直列に接続することの潜在的な恩恵として以下が挙げられる。
下流のカプセル（さらに完全に蓄熱することができる、または容量のわずかな部分のみが放熱されている）が、熱伝達流体を所望の温度（例えば５℃未満）に冷却し続ける可能性があり、またブリックの直列の配置では、上流に位置する大きく放熱されたカプセルから冷却能力を引き出し続ける可能性がある。
メインヘッダへの接続が少ない
潜在的な欠点としては、ブリックを直列に接続しないときより、またはブリックを短い直列に接続するときよりも、大きい圧力降下が発生しうる。
いくつかの実施形態においては、オプションの迂回装置として機能するように構成されている流れ制御機構（放熱ヘッダに接続されているオン／オフ弁または圧力逃し弁など）が、オプションとして設置されている。このような場合、圧力降下を低減する目的で、オプションとして、より下流の凍結したブリックを迂回することができる。
いくつかの実施形態においては、ブリックを直列に接続することと、命令時に迂回できるようにすることを組み合わせることにより、圧力降下を必要な限界値以下に維持しながら、必要に応じた放熱率を可能にできる可能性がある。
本発明の少なくとも１つの実施形態を詳細に説明する前に、本発明は、必ずしもその用途が、以下の記載に示す、および／または図面および／または実施例で例示する、構成の詳細および要素の配置および／または方法に限定されるものではないことを理解するべきである。本発明は、他の実施形態が可能であり、また、さまざまな手段で実施または実行することが可能である。
本明細書には、蓄熱容器についてと、熱貯蔵システムの蓄熱容器内の相変化物質に隣接する流体の流れによって熱を交換することが説明されている。これに加えて、さらなる説明が国際特許出願第ＰＣＴ／ＩＢ２０１８／００１０９１号に記載されていることを記しておく。
［流体の流れのパラダイム］
図１０Ａおよび図１０Ｂを参照し、これらの図は、本発明のいくつかの実施形態に係る、蓄熱容器の内側の熱交換流体の流れの簡略概略図である。
いくつかの実施形態によれば、蓄熱容器は、熱交換流体を受け入れて、この流体を蓄熱容器の内側に伝えて熱交換面の上に流体を流し、この流体を出力するように構成されている。いくつかの実施形態によれば、熱交換は、蓄熱容器の入口と出口の間で流体の温度を下げることを目的とする。いくつかの実施形態においては、熱交換面は、相変化物質を使用することによって冷却される冷たい表面である。
図１０Ａおよび図１０Ｂに示したように、熱交換流体１００４は、蓄熱容器１００２内の次の流れステーション（flow stations）を有する。
入口１０１０：いくつかの実施形態においては、流体は、流体注入口を介して蓄熱容器１００２に入る。
出口１０１２：いくつかの実施形態においては、流体は、流体吐出口を介して蓄熱容器１００２から出る。
いくつかの実施形態においては、例えば図１０Ａに示したように、入口１０１０および出口１０１２が、蓄熱容器１００２の同じ側面にある。いくつかの実施形態においては、例えば図１０Ｂに示したように、入口１０１０および出口１０１２が、蓄熱容器１００２’の反対の側面にある。いくつかの実施形態においては、入口１０１０および出口１０１２は、互いに反対ではない蓄熱容器１００２’の異なる（例えば互いに直角な）側面にある。
いくつかの実施形態によれば、流体は、入口１０１０と出口１０１２の間で、所望の流体流れプロファイルを有する複数のステーション１０１４の中を流れる。
いくつかの実施形態によれば、ステーション１０１４の１つまたは複数は、流体経路を蛇行として設定する。蛇行流を有する潜在的な利点は、熱交換面の上の、容器１００２内の流れの長さが増大し、蓄熱容器の長さあたりの熱対流が広がることである。
いくつかの実施形態によれば、ステーション１０１４の１つまたは複数は、流体の流れが乱流であるように設定する。いくつかの実施形態においては、流れを蛇行させることによって乱流強度が高まる。
乱流の潜在的な利点は、流体が混合されて、流体の層の形成が防止されることである。流体が混合されることにより、蓄熱容器の長さあたりの、熱交換面と熱を交換する流体の量が増える可能性がある。いくつかの実施形態においては、乱流を増やすことによって、流体の温度がより速く下がる。いくつかの実施形態によれば、容器１００２／１００２’の内側の流体の流れのレイノルズ数は、流れステーション１０１４によって定義される流れのパラダイムによって制御される。いくつかの実施形態においては、ステーション１０１４の１つまたは複数においてレイノルズ数が高められ、これによって高い熱伝達率がもたらされる可能性がある。レイノルズ数を高めることによって、流体の温度がより均一になる可能性がある。
いくつかの実施形態においては、流体の流れ１００４は、蓄熱容器１００２内の（入口１０１０と出口１０１２の間の）流体の流路の少なくとも３５％において、強い乱流である（例：１００〜３００Ｗ／（ｍ２＊Ｋ）の範囲内）。いくつかの実施形態においては、流体の流れ１００４は、蓄熱容器１００２内の（入口１０１０と出口１０１２の間の）流体の流路の少なくとも５０％において、強い乱流である。いくつかの実施形態においては、流体の流れ１００４は、蓄熱容器１００２内の（入口１０１０と出口１０１２の間の）流体の流路の少なくとも７０％において、強い乱流である。いくつかの実施形態においては、流路の残りにおいては、流れは弱い乱流である。いくつかの実施形態においては、流路の残りにおいては、流れは層状である。
いくつかの実施形態によれば、流れが強い乱流に遷移するとき、流体の圧力降下の増大は１５％未満である。
いくつかの実施形態によれば、流体の流れが複数の副流に分割され、副流の蛇行によって副流が混合される。副流に分割することの潜在的な利点は、熱交換面との流体の接触が増すことである。副流を混合することの潜在的な利点は、流路に沿った流れの中の温度勾配が減少することである。
図１０Ａに示したように、いくつかの実施形態においては、流れステーションの１つまたは複数は、流れ１００４の方向のターン１０１６（例えば流体吐出口の方へのＵターン）である。いくつかの実施形態においては、流れ１００４は、入口１０１０と出口１０１２との間に複数のターン１０１６を有する。いくつかの実施形態においては、ターンは、５〜９０゜の範囲内である。いくつかの実施形態においては、ターンは、１５〜７５゜の範囲内である。いくつかの実施形態においては、ターンは、３０〜６０゜の範囲内である。いくつかの実施形態においては、ターンは水平面内である。いくつかの実施形態においては、ターンは垂直面内である。
［熱交換流体を流す例示的な方法］
図１１を参照し、図１１は、本発明のいくつかの実施形態に係る、蓄熱容器の内側で熱交換流体を流す方法の簡略流れ図である。
図１１は、図１０Ａおよび図１０Ｂで説明した流れのパラダイムの１つまたは複数を有する熱交換流体を流す実施形態の例である。流体を流す方法は以下のステップを有することができる。流れのパラダイムを生成する。
流体注入口を介して熱交換流体を蓄熱容器の中に挿入するステップ１１０２。
いくつかの実施形態によれば、流体は、０．２〜１．５ｍ３／Ｈｒ ｐｅｒ ＲＴの流量で蓄熱容器の中に送り込まれる（ＲＴは冷凍トン単位で測定される冷却率）。いくつかの実施形態においては、流体の送り込みは、０．３〜１．０ｍ３／時の割合である。いくつかの実施形態においては、流体の送り込みは、０．５〜０．７ｍ３／時の割合である。
いくつかの実施形態によれば、蓄熱容器は、圧力容器として定義される。いくつかの実施形態においては、流体は、圧力容器として定義される容器の中に、１〜４バール（ｇ）の圧力で送り込まれる。いくつかの実施形態においては、流体は、圧力容器として定義される容器の中に、１．５〜３．５バール（ｇ）の圧力で送り込まれる。いくつかの実施形態においては、流体は、圧力容器として定義される容器の中に、２〜３バール（ｇ）の圧力で送り込まれる。いくつかの実施形態においては、蓄熱容器は、圧力容器として定義されない。いくつかの実施形態においては、流体は、圧力容器として定義されない容器の中に、０．１〜２バール（ｇ）の圧力で送り込まれる。いくつかの実施形態においては、流体は、圧力容器として定義されない容器の中に、０．３〜１．５バール（ｇ）の圧力で送り込まれる。いくつかの実施形態においては、流体は、圧力容器として定義されない容器の中に、０．７〜１バール（ｇ）の圧力で送り込まれる。
蓄熱容器のセクション内に熱交換流体を導くステップ１１０４。
いくつかの実施形態によれば、導くステップ１１０４は、セクションの内側で相変化物質と熱エネルギを交換することを目的とする。いくつかの実施形態においては、導くステップ１１０４は、セクション内で１つまたは複数の流路の方に流れの方向を変化させるステップを含む。
いくつかの実施形態によれば、容器は、連続的な向きで設置されており間に連続的な均一な断面を有するカプセル、を有し、したがって容器の内側に複数のセクションを有さない。
セクションの内側で熱交換面の上に乱流を発生させるステップ１１０６。
いくつかの実施形態によれば、発生させるステップ１１０６は、乱流の強度を高めるステップを含む。
熱交換面の上で流れを蛇行させるステップ１１０８。
導くステップ１１０４と、発生させるステップ１１０６と、蛇行させるステップ１１０８の１つまたは複数を繰り返すステップ。いくつかの実施形態によれば、蓄熱容器は、複数（ｎ）個のセクションを有し、繰り返すステップ１１１０は、蓄熱容器の他のセクションにおいて１回または複数回繰り返す。いくつかの実施形態においては、セクションの数（ｎ）は、３〜３０の間である。いくつかの実施形態においては、セクションの数（ｎ）は、５〜２０の間である。いくつかの実施形態においては、セクションの数（ｎ）は、６〜１０の間である。いくつかの実施形態においては、繰り返すステップ１１１０は、流れが、流体吐出口を有するセクションであるときに終了する。
流体吐出口を介して流体を蓄熱容器から出力するステップ１１１２。
いくつかの実施形態によれば、ステップ１１０４〜ステップ１１１０の順序は、図１１に示した順序と異なる。例えば、蛇行させるステップ１１０８を、発生させるステップ１１０６の前とすることができ、また、蛇行させるステップ１１０８を、発生させるステップ１１０６と同時に行う、または部分的に重なるように行うことができる。
いくつかの実施形態によれば、熱システムは、流体的に接続された複数の蓄熱容器を含み、これらの蓄熱容器においてステップ１１０２〜ステップ１１１２を繰り返す。
［蓄熱容器の構造］
図１２Ａ〜図１２Ｅを参照し、これらの図は、本発明のいくつかの実施形態に係る蓄熱容器の側面図および断面図の簡略概略図である。
いくつかの実施形態によれば、例えば図１２Ａ〜図１２Ｅに示したように、蓄熱容器１２００は、ハウジング１２０２と、流体注入口１２０４と、流体吐出口１２０６とを備えている。いくつかの実施形態においては、蓄熱容器１２００は、２つ以上の流体注入口１２０４を有する。いくつかの実施形態においては、蓄熱容器１２００は、例えば容器１２００を下流の複数の容器に流体的に接続する目的で、２つ以上の流体吐出口１２０６を有する。
図１２Ｄおよび図１２Ｅに示した蓄熱容器１２００は、複数のセクション１２１０（例：セクション１２１０−１〜１２１０−４）を備えている。セクション１２１０の各々は、相変化物質を含みかつ熱交換面を有する１つまたは複数のカプセル１２１２を収容する。いくつかの実施形態においては、蓄熱容器１２００内のセクションの数は、２１以上である。いくつかの実施形態においては、蓄熱容器１２００のセクションの数は、３〜３０の間である。いくつかの実施形態においては、蓄熱容器１２００のセクションの数は、５〜２０の間である。いくつかの実施形態においては、蓄熱容器１２００のセクションの数は、６〜１０の間である。いくつかの実施形態においては、セクション内のカプセルの数は４以上である。いくつかの実施形態においては、セクション内のカプセルの数は６以上である。いくつかの実施形態においては、セクション内のカプセルの数は１１以上である。
図１２Ａ〜図１２Ｃに示したように、容器１２００は縦長（ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ）であり、一般的な長手方向軸Ｘを有する。図１２Ａ〜図１２Ｃに示したように、ハウジング１２０２の断面は、オプションとして長手方向軸Ｘに沿って均一である。いくつかの実施形態においては、長手方向軸Ｘに垂直に切断したハウジング１２０２の断面は、蓄熱容器１２００の長さに沿って変化する寸法を有する均一な形状を有する。いくつかの実施形態によれば、長手方向軸Ｘに垂直に切断した蓄熱容器１２００の断面は、多角形である。いくつかの実施形態においては、断面は、１つまたは複数の曲線縁を含む。いくつかの実施形態においては、断面は、２つ以上の直線縁を有する。図１２Ｃに示したように、蓄熱容器１２００の断面は長方形である。いくつかの実施形態においては、蓄熱容器１２００の高さはその幅より短く、したがって蓄熱容器１２００は、低い輪郭を有する。いくつかの実施形態においては、蓄熱容器１２００の幅はその高さより短く、したがって蓄熱容器１２００は、狭い輪郭を有する。いくつかの実施形態においては、蓄熱容器１２００の断面は正方形である。
図１２Ｄおよび図１２Ｅを参照し、これらの図は、本発明のいくつかの実施形態に係る、断面Ｘ１−Ｘ１および断面Ｘ２−Ｘ２における蓄熱容器１２００の断面図の簡略概略図である。
実施形態によれば、例えば図１２Ｄ〜図１２Ｆに示したように、セクション１２１０の各々は、相変化物質を含みかつ熱交換面（例：カプセル１２１２−１の１２１４−１／２、カプセル１２１２−２の１２１４−３／４）を有する１つまたは複数のカプセル１２１２を収容している。
いくつかの実施形態によれば、カプセル１２１２は、熱交換面１２１４の間の複数の流体流れ通路１２１６を有するように配置されている。いくつかの実施形態においては、流体流れ通路１２１６は、隣り合う熱交換面１２１４の間に画成されている。いくつかの実施形態においては、本明細書の他の個所で説明しているように、カプセルの少なくともいくつかは、接続されたカプセルの対として配置されており、各カプセルは、他方のカプセルの熱交換面に面している熱交換面を有し、これらの面の間には、流体の通路である隙間がある。いくつかの実施形態においては、本明細書の他の個所で説明しているように、例えば内側の相変化物質の凍結に起因してカプセルが膨張するときに通路が塞がることを、スペーサが防止している。
いくつかの実施形態によれば、通路１２１６は、流れの複雑な経路を定義しており、この複雑な経路では、流れは変化する方向に導かれる。いくつかの実施形態においては、流れの複雑な経路は、熱交換面に隣接している。いくつかの実施形態においては、流体注入口および流体吐出口が蓄熱容器の反対の側面に配置されているとき、複雑な経路の長さは、蓄熱容器の長さより長い。いくつかの実施形態においては、流体注入口および流体吐出口が蓄熱容器の同じ側面に配置されているとき、複雑な経路の長さは、蓄熱容器の長さの２倍より長い。
図１３および図１４を参照し、これらの図は、本発明のいくつかの実施形態に係る蓄熱容器の断面図の簡略概略図である。
蓄熱容器１３００，１４００は、蓄熱容器１２００に類似しており、異なる点として、流体注入口１３０４／１４０４および流体吐出口１３０６／１４０６がハウジング１３０２／１４０２の同じ側面にある。図１３および図１４に示したように、容器１３００／１４００の内側の流体の流れは、長手方向軸Ｘに沿って２つの方向にある。第１の方向は注入口１３０４／１４０４に従って定義され、第２の方向は吐出口１３０６／１４０６に従って定義される。
いくつかの実施形態によれば、容器１３００／１４００は隔壁１３０８／１４０８を有し、隔壁１３０８／１４０８は、２つの方向に流れる流体を隔てている。いくつかの実施形態においては、壁１３０８／１４０８は、容器１３００／１４００の構造に剛性を加えている。いくつかの実施形態によれば、異なる主流れ方向を有するセクションの間の分割は、異なる流れ方向を有するセクション（例：セクション１４１０−４および１４１０−５）に配置されている隣り合うカプセルの壁を当接させる（ａｂｕｔ）ことよって行われ、したがって当接しているカプセルの間に流路は画成されていない。いくつかの実施形態においては、当接は、カプセルの狭い面において隣り合うカプセルを結合することによる。いくつかの実施形態においては、当接は、隣り合うカプセルの狭い面を互いに押し付けることにより、一方で、これらのカプセルの反対側の面が容器のハウジングに押し付けられる。
いくつかの実施形態によれば、例えば図１３の拡大図に示したように、隔壁１３０８は少なくとも１つの開口部１３１０を有する。いくつかの実施形態においては、開口部１３１０は、セクションの間を流体的に接続している。いくつかの実施形態においては、開口部１３１０は、流体の流れが、例えば注入口１３０４によって定義される内側方向から、吐出口１３０６によって定義される外側方向に方向を変えることを可能にする。
いくつかの実施形態によれば、例えば図１４に示したように、隔壁１３０８は、セクションを流体的に接続している１つまたは複数の管１４１０を有する。いくつかの実施形態においては、管１４１０は、流体の流れが、例えば注入口１４０４によって定義される内側方向から、吐出口１４０６によって定義される外側方向に方向を変えることを可能にする。いくつかの実施形態においては、管１４１０は、注入口１４０４とは反対側のハウジング１４０２の側面に配置されている。
いくつかの実施形態においては、カプセルと容器の壁との間に空間を維持するように構成されている１つまたは複数のスペーサが、注入口ターン点および／または吐出口の横に存在しており、これにより流体の流れが注入口と最初のカプセル列との間で広がってターンし、最後の列と吐出口の間でターンすることが可能になる。
［蓄熱容器の内側のカプセルのいくつかの例示的なレイアウト］
いくつかの実施形態によれば、蓄熱容器の内部レイアウトは、蓄熱容器の内側の流体の流路を制御するように定義される。いくつかの実施形態においては、内部のレイアウトによって流れの向きが変化し、結果として蓄熱容器の長さに沿って蛇行する流れパターンが得られる。
図７Ａ〜図７Ｄ、および図１２Ｄ〜図１４に示したように、カプセルは、蓄熱容器を満たしており、蓄熱容器のハウジングの壁と係合している。カプセルのこの内部レイアウトによって、カプセルの熱交換面の上（隙間が画成されている）を流れるように流体が導かれる。いくつかの実施形態においては、壁に面する熱交換面が存在しないときには、カプセルと容器の壁との間に面一接触（ｆｌｕｓｈ ｃｏｎｔａｃｔ）が存在する。
流体を熱交換面に導くことの潜在的な利点は、カプセルに蓄えられている熱容量の放熱の高い効率である。もう１つの潜在的な利点は、特に容器を部分的に蓄熱するときの高速な蓄熱である。
図１２Ｄおよび図１２Ｅに示したように、いくつかの実施形態によれば、ハウジング１２０２内の１つまたは複数のセクション１２１０に収まるようにカプセル１２１２がグループ化される。いくつかの実施形態においては、カプセル１２１２のグループは、流れの経路／複雑な経路を画成するためにカプセルの熱交換面の間の隙間のみを残して、セクションの内部容積の大部分を満たす。
いくつかの実施形態によれば、カプセルが、凍結した相変化物質を有するとき、カプセルの熱交換面の間の隙間は、０．５ｃｍ〜１０ｃｍの間である。いくつかの実施形態によれば、カプセルが、凍結した相変化物質を有するとき、カプセルの熱交換面の間の隙間は、２ｃｍ〜７ｃｍの間である。いくつかの実施形態によれば、カプセルが、凍結した相変化物質を有するとき、カプセルの熱交換面の間の隙間は、４ｃｍ〜５ｃｍの間である。
図２Ｈ、図７Ａ、および図１４に示したように、セクション１４１０の１つまたは複数は、（熱交換面ではない）狭い面において互いに隣接して並べられた複数のカプセル１１４，７１５，１４１２を含む。
図１２Ｄおよび図１２Ｅに示したように、氷カプセル１２１２の向きは、セクション１２１０の間で異なる。いくつかの実施形態においては、１つのセクション１２１０におけるカプセル１２１２の向きは、下流または上流のセクションにおけるカプセル１２１２の向きとは異なる。いくつかの実施形態においては、カプセル１２１２の向きは、いくつかのセクション１２１０におけるカプセル１２１２を、別のセクション１２１０におけるカプセル１２１２に対して横に向けることによって、変更される。
いくつかの実施形態においては、セクション１２１２は、均一な向きを有するカプセル１２１２のセット／グループを有する、蓄熱容器１２００の部分、として定義される。いくつかの実施形態においては、セクション１２１２は、均一なタイプのカプセル１２１２のセット／グループを有する、蓄熱容器１２００の部分、として定義される。いくつかの実施形態においては、カプセルのタイプは、カプセルの形状によって定義される。いくつかの実施形態においては、カプセルのタイプは、カプセル内の相変化物質によって定義される。
いくつかの実施形態によれば、カプセル１２１２の向きは、蓄熱容器１２００の長手方向軸Ｘに対して定義される。いくつかの実施形態においては、カプセル１２１２の向きは、長手方向軸Ｘを中心とする回転角を含む。図１２Ａ〜図１４に示したように、いくつかの実施形態においては、いくつかのセクション１２１０におけるカプセル１２１２の向きは、別のセクション１２１０におけるカプセル１２１２の向きに対して直角である。いくつかの実施形態においては、１つのセクション１２１０（例：１２１０−２）におけるカプセル１２１２の向きは、下流または上流のセクション１２１０（例：１２１０−３）におけるカプセル１２１２の向きに対して直角である。
例えば図１２Ａ〜図１４、図２Ｈ、図７Ａに示したように、いくつかの実施形態によれば、いくつかのセクション１２１０におけるカプセル１２１２の向きは、垂直である。いくつかの実施形態においては、垂直な向きは、垂直な姿勢かつ蓄熱容器の長手方向軸Ｘに平行な向きにあるカプセル１２１２（例：１１４／７１５／１２１２−１）として定義される。図１２Ａ〜図１４に示したように、いくつかの実施形態においては、いくつかのセクション１２１０におけるカプセル１２１２の向きは、水平である。
いくつかの実施形態においては、隣接するセクション（例：１２１０−１および１２１０−２）は、カプセル１２１２の交互に変わる向きを有し、いくつかのセクション１２１０は垂直なカプセル１２１２を有し、いくつかのセクション１２１０は水平なカプセル１２１２を有する。
交互に変わる向き（例：水平／垂直）にカプセルを配置することの潜在的な利点は、カプセルのセット毎に、容器内の流体の流れが、水平な向きから垂直な向きに（およびこの逆に）交互に変わることである。流体の流れを交互に変えることによって、カプセルの熱交換面の間の隙間を流れている間に流体の速度、乱れ、長さ、および方向が変化する可能性がある。これらの変化によって、下流のセクションにおける熱交換面の上で強い乱流（渦型）が発生する可能性がある。
いくつかの実施形態によれば、セクション内のカプセルの向きが、均一ではない。いくつかの実施形態においては、１つのセクション内で、カプセルは別のカプセルに対して横向きにある。いくつかの実施形態においては、１つのセクション内で、いくつかのカプセルが垂直であり、いくつかのカプセルが水平である。
図１５Ａおよび図１５Ｂを参照し、これらの図は、本発明のいくつかの実施形態に係る蓄熱容器の断面図である。
図１５Ａおよび図１５Ｂに示したように、蓄熱容器１５００／１５００’は、オプションとして、熱交換面１５０６を有する複数のカプセル１５０２を含み、これらのカプセルは、熱交換面１５０６が（長手方向軸Ｘにおける）一般的な流れ方向に対して横切る方向を向くようにハウジング１５１０内に配置されている。ハウジング１５１０の内側のカプセル１５０２のこの内部レイアウトによって、長手方向軸Ｘに沿った蛇行流路１５０４が画成される。カプセル１５０２は、流れ１５０４が、カプセル１５０２とハウジング１５１０との間に画成される隙間１５０８を介して熱交換面１５０６の間を導かれるような向きにある。いくつかの実施形態においては、例えば図１５Ａに示したように、熱交換面１５０６と一般的な流れ方向との間の角度は、９０゜未満である。図１５Ｂは、熱交換面１５０６と一般的な流れ方向との間の角度が９０゜であるような向きにあるカプセルの例を示している。
いくつかの実施形態によれば、図１５Ａおよび図１５Ｂの断面図は、上面視における蓄熱容器１５００／１５００’の断面図であり、したがって流れ１５０４は、少なくとも部分的に水平方向においてターンしている。いくつかの実施形態においては、図１５Ａおよび図１５Ｂの断面図は、側面視における蓄熱容器１５００／１５００’の断面図であり、したがって流れ１５０４は、少なくとも部分的に垂直方向においてターンしている。
図１５Ａは、個々のカプセル１５０２によって画成される蛇行流路の例を示している。いくつかの実施形態においては、例えば図１５Ｂに示したように、蛇行流路１５０４は、カプセルのグループ１５１２によって画成される。いくつかの実施形態においては、流路１５０４は、ハウジング１５１０の壁に係合している、グループ１５１２内のカプセル１５０２の１つによって塞がれたとき、方向を変えるように導かれる。いくつかの実施形態においては、グループ１５１２内の１つまたは複数のカプセルはハウジング１５１０の壁に係合しておらず、複数のカプセルの熱交換面を通る平行な流体の流れが可能となる。
図１６を参照し、図１６は、本発明のいくつかの実施形態に係る蓄熱容器の断面図である。
例えば図１６に示したように、蓄熱容器１６００は、ハウジング１６１０内に配置されている複数のカプセル１６０２と、カプセル１６０２の間に配置されている複数の流れ遮断体（ｆｌｏｗ ｂｌｏｃｋｅｒ）１６０４とを含む。動作時、軸Ｘの一般的な流れ方向に流れる流れ１６０６が遮断体１６０４に当たると、流れ１６０６のプロファイルが変化する。いくつかの実施形態においては、遮断体１６０４に当たると、流れ１６０６の方向が変化する。いくつかの実施形態においては、遮断体１６０４に当たることによって、流れ１６０６の乱れが強くなる。
いくつかの実施形態によれば、蓄熱容器１６００の断面図は上面視であり、したがってカプセルは垂直である。いくつかの実施形態においては、蓄熱容器１６００の断面図は側面視であり、したがってカプセルは水平である。
図１７を参照し、図１７は、本発明のいくつかの実施形態に係る蓄熱容器の断面図である。
例えば図１７に示したように、蓄熱容器１７００は、ハウジング１７１０内に配置されている複数のカプセル１７０４および１７０６を含むことができ、これらのカプセルは長手方向軸Ｘに関して互いに直角な向きにある。
いくつかの実施形態によれば、流れ１７１２の方向を変更することは、カプセル１７０６の熱交換面の間に１つまたは複数の流れガイド（flow guider）１７０８を結合することによる。いくつかの実施形態においては、１つまたは複数の流れガイド１７０８がカプセル１７０６に結合される。いくつかの実施形態においては、ガイド１７０８は、カプセル１７０６の熱交換面に画成されるリブ（ｒｉｂ）である。いくつかの実施形態においては、ガイド１７０８は、上流のカプセル１７０４から受け取った流れ１７１２を、ガイド１７０８の間を蓄熱容器の下流に流れるように導く。いくつかの実施形態においては、ガイド１７０８は、上流のカプセル１７０４から受け取った流れ１７１２を下流のカプセル１７１４の方に導く。
いくつかの実施形態によれば、流れ１７１２を上流のカプセル１７０４と下流のカプセル１７１４との間で導くことによって、流れ１７１２が混合する。
図１７の断面図は、蓄熱容器１７００の上面視を表すことができ、カプセル１７０４は垂直である。図１７の断面図は、蓄熱容器１７００の側面視を表すこともでき、カプセル１７０４は水平である。
［カプセル上の二方向流れ］
いくつかの実施形態によれば、蓄熱容器内で熱交換面の上の流れの長さを延ばすことは、蓄熱容器内に配置されている１つまたは複数のカプセル上で二方向に流れるように流れを導くことによる。
図１８Ａおよび図１８Ｂを参照し、これらの図は、本発明のいくつかの実施形態に係る、蓄熱容器の断面図の簡略図である。
例えば図１８Ａおよび図１８Ｂに示したように、蓄熱容器１８００は、ハウジング１８１０内に配置されている複数のカプセル１８０２を有する。カプセル１８０２は、箱状であり、他の面より大きい面積を有する２つの面を有する。大きい方の２つの面は、熱交換面１８１２の役割を果たし、流れ１８０８に垂直な方向に延びている。熱交換面１８１２の１つまたは複数は、カプセル分割部１８０４によって第１の部分１８０６−１および第２の部分１８０６−２に分割されている。いくつかの実施形態によれば、分割部１８０４は、カプセル１８０２の１つまたは複数の側面に結合されたゴムの密封リングである。いくつかの実施形態においては、分割部１８０４は、熱交換面１８１２の突出部分である。いくつかの実施形態においては、分割部１８０４は、熱交換面１８１２に形成されたリブである。いくつかの実施形態においては、すべてのカプセル１８０２が分割部１８０４を含む。いくつかの実施形態においては、カプセル１８０２の一部が分割部１８０４を有し、カプセル１８０２のいくつかには分割部１８０４が存在しない。いくつかの実施形態においては、分割部が存在しないいくつかのカプセルを有することによって、流れの混合が発生する。
図１８Ａに示したように、蓄熱容器１８００内の流体の流れは、熱交換面１８１２の上で二方向であり、面１８１２の１つの部分では第１の方向に流れ、面１８１２のもう１つの部分では第２の方向に流れる。流れ１８０８は、注入口から１つの方向１８０８−１において始まり、カプセル１８０２の第１の部分１８０６−１の上を流れ、ハウジング１８１０の終端壁でターンし、カプセル１８０２の第２の部分１８０６−２の上を流れることによって吐出口の方に方向１８０８−２において戻る。
いくつかの実施形態においては、二方向の流れによって、カプセル１８０２内の相変化流体の内部循環が引き起こされる。いくつかの実施形態においては、第１の部分１８０６−１における熱交換面の部分は、第２の部分１８０６−２における熱交換面の部分とは異なる温度を有する。いくつかの実施形態によれば、第１の部分１８０６−１および第２の部分１８０６−２の温度は、流体の流れによる影響を受け、カプセル１８０２の内側に温度勾配を発生させる。いくつかの実施形態においては、第１の部分１８０６−１では、より暖かい流体との熱交換の理由で、第２の部分１８０６−２よりも速く溶ける（上流の流体は、冷却された下流の流体よりも暖かい）。いくつかの実施形態においては、注入口および吐出口の位置が、溶ける速度に影響する。温度勾配の潜在的な利点は、カプセル１８０２の内側の相変化物質の循環が発生することであり、これによりカプセル１８０２の内部に混合効果がもたらされる。この混合は、カプセル１８０２の内側で、溶けた相変化物質の分離バリアが蓄積する可能性を低減することができる。
いくつかの実施形態によれば、第１の部分１８０６−１がカプセル１８０２の上側部分であるとき、上側部分における相変化物質は、下側部分における相変化物質よりも速く溶ける。図１８Ｂに示したように、カプセル１８０２内の内部循環によって、凍っている物質が上方に浮かび、その一方で、流体の流れによる放熱サイクルにより、カプセル１８０２の上側部分１８０６−１が最初に溶ける。このようにして液体と氷が混合し、放熱率は、相変化物質が混合されないときよりも高い可能性があり、なぜなら氷とカプセルの壁との間の溶けた液体の水のバリアが減少するためである。
カプセルを分割するもう１つの潜在的な利点は、カプセルがより速く蓄熱されることである。蓄熱サイクル中に冷たい流体が流れている間に相変化物質が混合されるとき、カプセルがより速く凍結し、このとき冷たい流体はカプセルの下側部分を通じて蓄熱容器の中に挿入される。
［カプセルの形状］
本明細書の他の個所で説明し、図２Ｒ、図７Ａ、図１２Ａ〜図１４に示したように、いくつかの実施形態に係るカプセルは、他の面より大きい表面積の２つの面を有する箱状または板状のカプセルである。いくつかの実施形態によれば、より大きい２つの面は、熱交換面の役割を果たす。
熱交換面の面積が大きいことにより、１回の通過でより大きな体積の流体が流れて熱を交換できる可能性がある。いくつかの実施形態においては、より大きな面の幅および高さは、２０〜６０ｃｍの範囲内である。いくつかの実施形態においては、より大きな面の幅および高さは、２５〜５０ｃｍの範囲内である。いくつかの実施形態においては、より大きな面の幅および高さは、３０〜４５ｃｍの範囲内である。
狭いカプセルでは、カプセルおよび熱交換面の内側で溶けた相変化物質が、溶けていない材料を囲むことによって形成される熱バリアが減少する可能性がある。いくつかの実施形態においては、凍結していない状態におけるカプセルの最小幅は、１〜１０ｃｍの範囲内である。いくつかの実施形態においては、凍結していない状態におけるカプセルの幅は、２〜８ｃｍの範囲内である。いくつかの実施形態においては、凍結していない状態におけるカプセルの幅は、２．５〜５ｃｍの範囲内である。
いくつかの実施形態によれば、設置するための蓄熱容器１２００を準備するときには、ハウジング１２０２の内側にカプセル１２１２のグループを配置するステップを含む。いくつかの実施形態においては、配置するステップは、ハウジング１２０２の内側にグループをすべらせることによる。いくつかの実施形態においては、蓄熱容器１２００の製造時にカプセル１２１２のグループがハウジング１２０２の内側に配置される。
いくつかの実施形態によれば、カプセルのグループは、長方形断面を有する。いくつかの実施形態においては、この断面は、ハウジング１２０２の断面に収まる。いくつかの実施形態においては、断面は正方形である。カプセルのグループおよびハウジングの正方形断面の潜在的な利点は、配置の向きに従って異なるカプセルのグループを定義することなく、カプセルのグループを、蓄熱容器のセクションの内側に垂直向きまたは水平向きのいずれでも収めることができることである。
いくつかの実施形態によれば、箱状のカプセルの４つの面のうち、熱交換面より小さい面積を有する１つまたは複数の面は、蓄熱容器内に配置されたときにカプセルを支持するように構成されている側面である。いくつかの実施形態においては、側面の１つまたは複数は、容器の壁に係合するような形状である。いくつかの実施形態においては、容器の壁に側面を係合させるのは、カプセルの外向きの面と蓄熱容器の壁との間の隙間を排除するためである。いくつかの実施形態においては、カプセルは、蓄熱容器内の流体の流れをカプセルの間の隙間を介して導くような形状である。いくつかの実施形態においては、カプセルは、側面と容器の壁との間に隙間がある状態で容器内に配置されており、この隙間を通じて流体の流れを導く。
図１９を参照し、図１９は、本発明のいくつかの実施形態に係る蓄熱容器の断面図である。
いくつかの実施形態によれば、蓄熱容器の１つまたは複数の壁が湾曲している。図１９に示したように、蓄熱容器１９００の断面は、２つの湾曲壁１９０２−１／２を有する。蓄熱容器１９００は、湾曲壁１９０２および隣のカプセルに隣接して蓄熱容器１９００の内側に配置されるような形状のカプセル１９０４によって満たされている。カプセル１９０４の間の隙間１９０６は、カプセル１９０４の熱交換面上の流路を画成している。
いくつかの実施形態によれば、カプセルは円筒状である。いくつかの実施形態においては、蓄熱容器が湾曲壁を有さないときに円筒状である。
いくつかの実施形態によれば、蓄熱容器内に配置されているカプセルは、カプセルの輪郭の間に隙間を画成する、凹状輪郭および凸状輪郭の組合せを有する。
いくつかの実施形態によれば、カプセルは長く、長さに沿ってねじれている。いくつかの実施形態においては、カプセルは長く、円筒状である。いくつかの実施形態においては、カプセルは長く、１つまたは複数の長い平坦な表面を有する。いくつかの実施形態においては、カプセルは長く、十字形状である断面を有する。
いくつかの実施形態によれば、例えば図１２Ｆに示したように、カプセル１２１０は、流体の流れを蛇行パターンに導くように構成されている１つまたは複数の突起面１２１６を含む。
カプセルを、湾曲形状または他の形状の容器に収めることもできる。カプセルをカスタムメイドとすることができる。カプセルは、曲がった形状を有することができる。
［システムにおける蓄熱容器］
いくつかの実施形態によれば、熱システムは、上に定義されるような複数の蓄熱容器を含む。いくつかの実施形態においては、熱システムは、同じ内部の向きおよび構造を有する複数の蓄熱容器を含む。いくつかの実施形態においては、熱システムにおける蓄熱容器は、均一な外形寸法を有する。いくつかの実施形態においては、熱システムにおける蓄熱容器は、均一な蓄熱プロファイル（例：蓄熱率、蓄熱容量）を有する。いくつかの実施形態においては、熱システムにおける蓄熱容器は、均一な放熱プロファイル（例：放熱率、放熱温度）を有する。
いくつかの実施形態においては、熱システムは、異なる内部レイアウトを有する複数の蓄熱容器を含む。いくつかの実施形態においては、違いはカプセルの向きである。いくつかの実施形態においては、熱システム内に接続されている蓄熱容器は、異なる外形寸法を有する。いくつかの実施形態においては、熱システムにおける蓄熱容器は、異なる蓄熱プロファイル（例：蓄熱率、蓄熱容量）を有する。いくつかの実施形態においては、熱システムにおける蓄熱容器は、異なる放熱プロファイル（例：放熱率、放熱温度）を有する。
いくつかの実施形態によれば、熱システムは、異なる技術タイプの蓄熱容器を含む。いくつかの実施形態においては、熱システムは、本明細書の他の個所で開示した１つまたは複数の蓄熱容器と一緒に、１つまたは複数のアイスオンコイル容器を含む。
いくつかの実施形態によれば、異なる技術タイプの容器が、直列に接続されている。いくつかの実施形態によれば、異なる技術タイプの容器が、並列に接続されている。いくつかの実施形態においては、容器の動作を調整するために１つまたは複数のコントローラが使用される。
図２０は、本発明のいくつかの実施形態に係る、蓄熱容器の配置編成の斜視図の簡略概略図である。
図２１は、本発明のいくつかの実施形態に係る、蓄熱容器の断面図の簡略概略図である。
［システムの例示的なパラメータ］
本発明のいくつかの実施形態においては、容器内の流路の長さ（例：流れの８０％に対応する中央値の経路長）は、例えば１〜１００メートルの間、例えば１〜２０メートルの間、２０〜５０メートルの間、５０〜１００メートルの間、および／または中間の値、またはより長い経路（１００〜２００メートルの間もしくはそれ以上など）である。本発明のいくつかの実施形態においては、この長さは、１５〜２０メートルの間（例えば約１６メートル）である。
本発明のいくつかの実施形態においては、容器内の熱交換面の表面積は、１〜２００平方メートルの間、例えば１〜３０平方メートルの間、３０〜８０平方メートルの間、８０〜２００平方メートルの間、および／または中間の値、またはより大きい面積である。本発明のいくつかの実施形態においては、この面積は、３０〜４５平方メートルの間（例えば約３７平方メートル）である。
いくつかの実施形態によれば、カプセルは、−８．０℃〜−２．０℃の温度で凍結する相変化物質によって満たされている。
相変化物質は、過（低温冷凍）冷却（super (deep freezing) cooling）要件の理由で、より低い温度で凍結する。これは、核生成材を加えることによって、およびオプションとして攪拌手段（振動、超音波など）を使用しないことによって、行うことができる。いくつかの実施形態においては、相変化物質は、−７℃〜−２．５℃の温度で凍結する。いくつかの実施形態においては、相変化物質は、−５℃〜−４℃の温度で凍結する。
いくつかの実施形態によれば、動作時、熱交換面に接触する、容器内を流れる流体の体積は、容器の中に挿入された流体の少なくとも７０％である。いくつかの実施形態においては、熱交換面に接触する、容器内を流れる流体の体積は、容器の中に挿入された流体の少なくとも９０％である。
いくつかの実施形態によれば、流れ切断面積と熱交換面の面積との間の比は、０．００８〜０．０５の範囲内である。いくつかの実施形態においては、流れ切断面積と、ブリックあたりの熱交換面の面積との間の比は、約１：３５，６００＝０．００００２９ｃｍ２／ｃｍ２である、および／または、カプセルあたりの比は、約０．０００５６０ｃｍ２／ｃｍ２である。
蓄熱容器内の流れを記述するさらなるパラメータは、流れの断面積と、蓄熱容器内の全カプセルの合計熱交換面積との間の比である。なお、本明細書に記載されている実施形態のいくつかにおいては、流れの断面積は流路に沿って変化することに留意されたい。このような場合、比は、オプションとして、容器内の流路に沿った「平均」流れ断面積と、容器内の全カプセルの合計熱交換面積との間の比として計算される。なお、この比は面積の間の比であり、したがって無次元数であることに留意されたい。
いくつかの実施形態においては、流れの断面積と、蓄熱容器内の全カプセルの合計熱交換面積との間の比は、４．５×１０−５〜４５×１０−５の範囲内であり、一般的な比は１４×１０−５とすることができる。いくつかの実施形態においては、この範囲は、１×１０−５〜１００×１０−５の間とすることができる。いくつかの実施形態においては、この範囲は、０．５×１０−５〜２００×１０−５の間とすることができる。
いくつかの実施形態においては、１６ｍの合計流体長さ（ｔｏｔａｌ ｆｌｕｉｄ ｌｅｎｇｔｈ）を有する容器においては、流れ切断面積は５〜２０（ｃｍ２）の間である。いくつかの実施形態においては、流れ切断面積は１０〜１５（ｃｍ２）の間である。いくつかの実施形態によれば、流れは、流れの長さの少なくとも３５％において乱流である。
本明細書の他の個所で開示した蓄熱容器を有する熱システムの潜在的な利点は、放熱サイクル時の高い放熱率である。いくつかの実施形態においては、放熱率は、４時間において貯蔵エネルギの少なくとも７０％である。いくつかの実施形態においては、放熱率は、４時間において貯蔵エネルギの少なくとも８５％である。いくつかの実施形態においては、放熱率は、４時間において貯蔵エネルギの少なくとも９０％である。いくつかの実施形態においては、放熱率は、４時間において貯蔵エネルギの少なくとも８５％である。いくつかの実施形態においては、放熱率は、４時間において貯蔵エネルギの少なくとも８５％である。いくつかの実施形態においては、放熱率は、２時間において貯蔵エネルギの少なくとも８５％である。いくつかの実施形態においては、放熱率は、１時間において貯蔵エネルギの少なくとも７５％である。
いくつかの実施形態においては、蓄熱容器に蓄えられた熱容量の７０％が使用されるまで、高い放熱率が維持される。いくつかの実施形態においては、蓄熱容器に蓄えられた熱容量の８０％が使用されるまで、高い放熱率が維持される。いくつかの実施形態においては、蓄熱容器に蓄えられた熱容量の９０％が使用されるまで、高い放熱率が維持される。
図２２は、本発明のいくつかの実施形態に係る蓄熱容器のデータシートの例である。
いくつかの実施形態によれば、４ｍの長さを有し、２つの内部経路内を導かれる流れを有する（したがって流れの全長は８ｍである）容器では、流れは容器の内側を８０（秒）かけて通過する。この例では、熱交換面の上でカプセルの間の空間を流れている間の流体の速度は、約０．１〜０．０９（ｍ／秒）である。
次に図１Ａ〜図１Ｅを参照し、これらの図は、本発明の少なくともいくつかの実施形態に係る熱エネルギ貯蔵システムの概略図である。図示したように、熱エネルギ貯蔵（ＴＥＳ）システム１００は、設備内の空調（ＨＶＡＣ）システムのＨＶＡＣチラー１０２を使用する。設備の非制限的な例としては、オフィスビル、住宅建物、ショッピングモール、空港ターミナル、工場、サーバールームなどが挙げられる。本発明のシステム１００なしで運転されるときには、ＨＶＡＣチラー１０２が第３の流体１２４を冷却し、この流体が設備全体を循環して負荷１３０を冷却する。第３の流体１２４は、オプションとして水である。
上に説明したように、本発明の目的は、ＴＥＳ１００を使用して「冷却を蓄える」ことである。これに代えて、同じシステム１００を使用して熱を蓄えることができる。ＴＥＳ１００は、流体分配システム１０４を備えており、流体分配システム１０４は、第１の流体１２０、第２の流体１２２、および第３の流体１２４をシステム１００全体を通じて分配するための必要な構成要素を備えている。したがって分配システム１０４は、１基または複数のポンプ１０６と、配管１０８と、弁などの流れ制御機構１０７と、例えばシステム１００の内部の温度や流量を監視する監視要素１０９と、を備えている。オプションとして、監視要素１０９は、後からさらに説明するようにチラー１０２，１５０、熱交換器（ＨＥ）１７０、負荷１３０、アレイ１１０、および流体分配システム１０４の要素の制御を介して凍結プロセスおよび／または冷却プロセスを制御する目的で、コントローラ１０５にデータを送る。通常の使用では、ＨＶＡＣチラー１０２は第３の流体１２４を冷却し、第３の流体１２４は、流体分配システム１０４によってＨＶＡＣチラー１０２から管１０８Ｃを介して管１０８Ｌに導かれて負荷１３０を流れる。
ＴＥＳ１００は、蓄熱アレイ１１０をさらに備えている。アレイ１１０は、複数の氷ブリック１１２を備えている。各氷ブリック１１２は、第１の流体１２０によって囲まれている複数の氷カプセル１１４を備えている。氷ブリック１１２および氷カプセル１１４の実施形態については、図２Ａ〜図２Ｕおよび図３を参照しながら後からさらに説明する。氷カプセル１１４は、第２の流体を含む閉じたカプセルまたは密封されたカプセルである。第２の流体は、オプションとして水であり、したがってカプセル１１４を、カプセル１１４の周囲の低温の第１の流体１２０に接触させる結果として、カプセル１１４が冷却され、したがって第２の流体１２２が冷却されて相が氷に変化する。
第１の流体１２０は、オプションとして、第２の流体１２２より低い凝固点を有する。第１の流体１２０の非制限的な例としては、エチレングリコール、水と混合したエチレングリコール、塩水、または類似する流体が挙げられる。ＴＥＳ１００は、第１の流体１２０を第２の流体１２２の凝固点より低い温度まで冷却するためのＴＥＳチラー１５０をさらに備えている。ＴＥＳチラー１５０は、空冷式または水冷式の一方である。
第２の流体１２２は、オプションとして、氷核生成材と混合された水である。氷核生成材は、オプションとして石英である。使用される石英の種類は、ハーキマーダイヤ、水晶、紫水晶、アメトリン、薔薇石英、玉髄、隠微晶質石英、紅玉髄、玉髄、砂金石、めのう、オニキス、碧玉、乳石英、煙水晶、虎眼石、黄水晶、プラシオライト、ルチル入り水晶、またはデュモルチェライトクォーツのいずれかとすることができ、ただしこれらに限定されない。石英は、安価かつ入手が容易であり、第２の流体の反復される凍結サイクルにも耐える。さらに石英は、氷を凍結させるのに必要な開始温度を数度だけ上昇させる。したがって核生成材は、熱エネルギ貯蔵システム１００の効率および応答性を向上させる。
オプションとして、第２の流体１２２は、カプセル１１４の内側の第２の流体１２２中に浮く金属片を備えており、これらの金属片は、カプセル１１４の内側での氷の形成の均一な分布をもたらす。オプションとして、金属はアルミニウムである。オプションとして、金属片は最大で０．５ｍｍの厚さである。オプションとして、金属片は最大で３０ｃｍの長さであり、オプションとして金属片は最大で１ｃｍの幅である。このオプションの面については、図８を参照しながらさらに詳しく説明する。
各氷ブリック１１２は、オプションとして、カプセル１１４と第１の流体１２０との間の効率的な熱伝達を可能にするために、図２Ｅ〜図２Ｈに示したように長く狭いフォームファクタを有する。長いフォームファクタを有する氷ブリック１１２は、オプションとして、最大の幅Ｗおよび／または高さＨの少なくとも３倍または４倍である長さＬを有する。ブリック１１２は、オプションとして、端部と端部を接続して、複数のブリック１１２を備えた長い直線状モジュールを形成することができる。使用されるモジュール構造およびブリック１１２の数は、設備あたりの正確な熱エネルギ貯蔵需要に対して提供するように、放出されるエネルギの速度の制御を可能にし、また必要に応じてアレイ１１０を構成することができるため、柔軟な設置オプションを提供する。このオプションの面については、図８Ａおよび図８Ｂを参照しながらさらに詳しく説明する。
表面積と、凍結させる第２の流体１２２の体積との間の全体的な比率を高める目的で、オプションとして、カプセル１１４はブリック１１２内でわずかに間隔をあけて配置されている。オプションとして、ブリック１１２は、６５％〜８５％の第２の流体１２２を含む。オプションとして、ブリック１１２は、７５％の第２の流体１２２を含む。オプションとして、カプセル１１４は、ポリ塩化ビニルなどのポリマ、または耐久性があり低コストの他の適切な材料を含む。オプションとして、カプセル１１４は、第１の流体１２０が流れるようにカプセル１１４の間に間隔を形成するためと、第１の流体１２０の乱流を増大させるために、その外面に突起または隆起部を備えている。
図１Ａに示したシステム１００の使用時、ＴＥＳチラー１５０は、オプションとして第２の流体１２２の凝固点より低い温度まで、第１の流体１２０を冷却する。第１の流体１２０は、ＴＥＳチラー１５０から管１０８Ｇを介して送り込まれ、流体分配システム１０４によって管１０８Ｔを介してアレイ１１０の中に導かれて第２の流体１２２を凍結させる（本明細書では「蓄熱プロセス」とも称する）。温度が上昇した第１の流体１２０は、管１０８Ｔを介してアレイ１１０を出て、流体分配システム１０４によって管１０８Ｇを介してチラー１５０に戻され、そこで再び冷却される。蓄熱プロセスの間、第１の流体１２０の供給は連続的または不連続とすることができる。オプションとして、１つまたは複数のブリック１１２内で第１の流体１２０の所望の温度に達したとき、または事前定義される時間が経過したとき、または事前定義される量のエネルギがアレイ１１０に蓄えられたとき、蓄熱プロセスが停止される。（完全に）蓄熱されたアレイ１１０は、通常、第２の流体１２２が凍結状態にある複数のカプセル１１４を含む。
アレイ１１０が蓄熱されると、冷却プロセス（本明細書では放熱プロセスとも称する）を使用して、アレイ１１０を用いて負荷１３０を冷却する。アレイ１１０の内側の第１の流体１２０は、管１０８Ｔを介して分配システム１０４に導かれ、さらに管１０８Ｓを通じて熱交換器１７０に導かれ、そこで第１の流体１２０は第３の流体１２４を冷却する。次に分配システム１０４は、冷却された第３の流体１２４を、管１０８Ｈを通じて管１０８Ｃに導いてＨＶＡＣチラー１０２の中を流し、次いで（管１０８Ｌを介して）負荷１３０に流す。
これに代えて、第３の流体１２４は、ＨＶＡＣチラー１０２に導かれるのと平行して、管１０８Ｈを通じて流体分配システム１０４によって管１０８Ｌを介して負荷１３０に直接導かれる。第３の流体１２４は熱交換器１７０において第１の流体１２０によって冷却されているため、オプションとしてＨＶＡＣチラー１０２を稼働させる必要がなく、したがってエネルギの節約がもたらされる。第１の流体１２０が熱交換器１７０とアレイ１１０の間を循環するにつれて、凍結した第２の流体１２２を含むカプセル１１４が第１の流体１２０を冷却し、第１の流体１２０が直接的または間接的に第３の流体１２４および負荷１３０を冷却する。オプションとして、熱交換器１７０に入る第１の流体１２０の温度は、注入口における５℃と吐出口における１０℃の間である。カプセル１１４が第１の流体１２０を冷却するにつれて、凍結した第２の流体１２２は徐々に相変化を起こして溶け、最終的にアレイ１１０はもはや十分に第１の流体１２０を冷却しなくなり、これをアレイ１１０が放熱したと言う。（完全に）放熱したアレイ１１０は、通常、第２の流体１２２が液体状態であるカプセル１１４を含む。
オプションとして、蓄熱プロセスはオフピーク時（配電網の負荷が小さい時間）に行われ、一方で放熱プロセスは、オプションとして、たとえピーク時であっても負荷１３０の需要に従って行われる。オプションとして、第１の流体１２０のカットオフ温度に達したとき、または事前定義される時間が経過したとき、または事前定義される量のエネルギがアレイ１１０から出力されたとき、または負荷１３０が制御下にあるとき、または負荷１３０における冷却の需要が所望のレベルまで下がったとき、放熱プロセスが停止される。蓄熱プロセス中のアレイ１１０内の第１の流体１２０の流れの方向は、放熱プロセス中の第１の流体１２０の流れの方向と同じであってよい、または異なっていてよい。
これに代えて、システム１００は暖房に使用される。暖房の場合、ＴＥＳチラー１５０は、オプションとしてヒートポンプとして動作する。ＴＥＳチラー１５０は、オプションとしてオフピーク時に第１の流体１２０を加熱する。第１の流体１２０は、ＴＥＳチラー１５０から管１０８Ｇを介して送り込まれ、流体分配システム１０４によって管１０８Ｔを介してアレイ１１０の中に導かれて第２の流体１２２を温める（本明細書では蓄熱プロセスとも称する）。温度が下がった第１の流体１２０はアレイ１１０を出て、流体分配システム１０４によって管１０８Ｔおよび管１０８Ｇを通じてＴＥＳチラー１５０に導かれ、再び暖められる。加熱プロセスの間、第１の流体１２０の供給は連続的または不連続とすることができる。オプションとして、１つまたは複数のブリック１１２内で第１の流体１２０の所望の温度に達したとき、または事前定義される時間が経過したとき、または事前定義される量のエネルギがアレイ１１０に蓄えられたときなどには、加熱プロセスが停止される。アレイにおいて相変化は起こらない。
アレイ１１０が蓄熱されると、暖房プロセス（本明細書では放熱プロセスとも称する）を使用して、アレイ１１０を用いて負荷１３０を暖める。アレイ１１０の内側の第１の流体１２０が、分配システム１０４によって管１０８Ｔおよび管１０８Ｓを通じて熱交換器１７０に導かれ、そこで第１の流体１２０が第３の流体１２４を暖める。次に分配システム１０４は、暖められた第３の流体１２４を、管１０８Ｈから管１０８Ｃに導いてＨＶＡＣチラー１０２の中を流し、次いで（管１０８Ｌを介して）負荷１３０に流す。これに代えて、第３の流体１２４は、ＨＶＡＣチラー１０２に導かれるのと平行して、管１０８Ｈを通じて流体分配システム１０４によって管１０８Ｌを介して負荷１３０に直接導かれる。第３の流体１２４は熱交換器１７０において第１の流体１２０によって暖められているため、オプションとして、（ヒートポンプとして機能する）ＨＶＡＣチラー１０２は、第３の流体１２４が暖められているため稼働させる必要がなく、したがってエネルギの節約がもたらされる。第１の流体１２０が熱交換器１７０とアレイ１１０の間を循環するにつれて、暖められた第２の流体１２２を含むカプセル１１４が第１の流体１２０を暖め、第１の流体１２０が直接的または間接的に第３の流体１２４および負荷１３０を暖める。
オプションとして、蓄熱プロセスはオフピーク時（配電網の負荷が小さい時間）に行われ、一方で放熱プロセスは、オプションとして、たとえピーク時であっても負荷１３０の需要に従って行われる。
流体分配システム１０４の監視要素１０９は、オプションとして、次の温度、すなわち、アレイ１１０に入る前の第１の流体１２０の温度、アレイ１１０内のいずれかの位置における第１の流体１２０の温度、アレイ１１０を出た後の第１の流体１２０の温度、１つまたは複数のカプセル１１４内の第２の流体１２２の温度、１つまたは複数の氷ブリック１１２の温度、熱交換器１７０に入る前の第１の流体１２０の温度、熱交換器１７０を出るときの第１の流体１２０の温度、の少なくとも１つを監視する１つまたは複数の温度モニタを備えている。これに加えて、またはこれに代えて、監視要素１０９は、アレイ１１０の前、内側、および後ろの第１の流体１２０の流れ、および、熱交換器１７０の前、内側、および後ろの第１の流体１２０の流れ、の少なくとも１つを監視する１つまたは複数の流量モニタ（図示していない）を備えている。
図１Ａ〜図１Ｅは、チラー１０２，１５０、熱交換器１７０、負荷１３０、アレイ１１０、および流体分配システム１０４の構成要素をそれぞれ１つずつ示しているが、ＴＥＳ １００は、これらの構成要素を任意の適切な数だけ備えていてよいことを理解されたい。
図１Ｂのシステム１００は、図１Ａのシステム１００と同様に機能するが、図示した実施形態は、エアコンプレッサ１４０を備えている。コンプレッサ１４０は、ブリック１１２それぞれの上部から空気１２６を引き込む。オプションとして、この空気１２６は、１０〜２０バールの範囲内に圧縮され、これにより圧縮の結果として空気１２６が暖まる。次にこの圧縮空気１２６が、空気間熱交換器（air to air heat exchanger）１４２および／または膨張弁（図示していない）を通じてブリック１１２それぞれの下部に送り込まれ、−２０℃〜−３０℃の範囲内の温度まで下がる。この空気１２６は、ブリック１１２それぞれを通じて気泡化されて内容物をさらに冷やした後、−５℃〜＋５℃の範囲内でブリック１１２の上部を通じて出る。次にこの冷たい空気１２６がもう一度コンプレッサ１４０に送られ、冷却閉ループ１０８Ｐが形成される。簡潔さを目的として、冷却ループ１０８Ｐは蓄熱アレイ１１０に直接接続されているものとして示してあるが、オプションとして、冷却ループ１０８Ｐは流体分配システム１０４の一部であり、本明細書に説明されているように他の配管システムのように制御される。この実施形態では、第２の流体１２２は、オプションとして、第２の流体１２２の凝固点を下げるため、塩または他の適切な物質と組み合わされる。
図１Ｃのシステムは、図１Ａのシステムと同様に機能するが、ＴＥＳチラー１５０の凝縮サイクルが水冷式である場合、第３の流体１２４が送られる熱交換器１５２を備えている。この実施形態では、負荷の管１０８Ｋは、ＴＥＳチラー１５０における熱交換器１５２に接続されるようにされている。負荷の管１０８Ｋは、ＨＶＡＣチラー１０２によって（一般には７〜１２℃（ただしこれに限定されない）の範囲内の温度まで）冷やされた第３の流体１２４を伝える。
次にＴＥＳチラー１５０は、第１の流体１２０を熱交換器１５４を介して第２の流体１２２の凝固点より低い温度まで冷却し、したがって第１の流体１２０をアレイ１１０に送り込んで、カプセル１１４の内側の第２の流体１２２を凍結させることができる。次に、他の実施形態の場合のように、熱交換器１７０において放熱プロセスが行われる。この配置構成では、ＴＥＳチラー１５０は、負荷１３０が部分的または完全に使用されないときに（例えばオフィスビルでの夜間の使用（ただしこれに限定されない））利用可能な冷却された第３の流体１２４の豊富な供給を利用することができ、ＴＥＳチラー１５０のエネルギ効率が高まる。オプションとして、ＨＶＡＣチラー１０２は、エネルギの使用をより効率的かつ安価にする目的で、外部温度が低く電気料金が安い夜間に第３の流体１２４を冷却する。水冷式ＴＥＳチラー１５０はより効率的であるため、空冷式チラーが使用される他の実施形態よりも小型にすることもできる。
図１Ｄのシステムは、図１Ｂの機能と図１Ｃの機能を組み合わせており、エアコンプレッサ１４０からの圧縮冷却によって補われる、熱交換器１５２を介して第３の流体に接続されているＴＥＳチラー１５０を提供する。
図１Ｅのシステムは、図１Ａのシステムと同様に機能するが、図示した実施形態では、氷ブリック１１２のいくつかまたはすべてがカプセル１１４を備えていない。図１Ｅの実施形態では、ＴＥＳ１００は、氷ブリック１１２に第１の流体１２０を蓄えるように使用される。したがって第１の流体１２０はチラー１５０によって冷却され、この冷却された第１の流体１２０が氷ブリック１１２に送り込まれて貯蔵され、別の時間に（熱交換器１７０を介して）第３の流体を冷却するために使用される。前述したように、第１の流体１２０の非制限的な例としては、エチレングリコール、水と混合したエチレングリコール、水と混合した塩、または「スラッシュ（ｓｌｕｓｈ）」もしくは類似する流体を形成するためのこれらの流体または別の流体の他の組合せ、が挙げられる。
次に図２Ａ〜図２Ｕを参照し、これらの図は、本発明の少なくともいくつかの実施形態に係る、氷ブリック、氷カプセル、および蓄熱アレイの図解である。図２Ａ〜図２Ｄは、カプセル１１４の好ましい実施形態を示している。カプセル１１４は、カプセル１１４の効率的な充填を可能にしながらカプセル１１４に最大限まで第２の流体１２２を満たすことができるように、カプセル１１４の上側角部に配置されている充填ノズル２０２を備えている。カプセル１１４は、オプションとして、狭い側面のスペーサ２０４および広い側面のスペーサ２０６を備えている。スペーサ２０４，２０６が設けられているときには、カプセル１１４がブリック１１２の内側に一緒に詰め込まれているとき、カプセル１１４の間にスペーサ２０４，２０６によって隙間が形成される。この隙間は、カプセル１１４の内側の第２の流体１２２を凍結させる目的でカプセル１１４の間を第１の流体１２０が流れることができるようにするために必要である。カプセル１１４は、第２の流体１２２のより効率的な熱伝達のために、より薄い氷片の周囲により大きな表面積を形成するため、深さＤに対する長さＬおよび高さＨの高い比率を有する。
図２Ｅ〜図２Ｈは、カプセル１１４を備えた氷ブリック１１２の好ましい実施形態を示している。氷ブリック１１２は、複数のカプセル１１４を囲むための長方形の容器２２０を備えている。カプセル１１４は、ブリック１１２の内側に含まれる第２の流体１２２の量が最大になるように詰め込まれる。ブリックは、カプセル１１４を整列させるための整列または支持パネル２２７と、密封されたときにブリック１１２が防水性となるようなブリック端部密封パネル２２６とを、各端部に備えている。ブリック１１２は、注入管／吐出管２２４を介してアレイ１１０に接続される。後からさらに説明するように、ブリック１１２をアレイ１１０内の固定位置に取り付けるための取り付けブラケット２２２が設けられている。ブリック１１２は、注入管／吐出管２２４と、ブリックを接続するために使用される相互接続配管２２８を除き、ブリック１１２の中を流れる第１の流体１２０を完全に含むように完全に密封されている。
オプションとして、ブリック１１２は、５０×５０×４００ｃｍのサイズを有する。オプションとして、ブリック１１２は、１０００Ｌの容積を有し、７５％（７５０Ｌ）の第２の流体１２２を含む。オプションとして、ブリック１１２は、１９．８ｔｒｈ｜６９ｋＷｈのエネルギ貯蔵能力を有する。これに代えて、ブリック１１２は、２５×２５×４００ｃｍのサイズを有する。ブリック１１２のサイズは、十分なエネルギ貯蔵と、アレイの構造上のモジュール性との間のバランスが得られるように選択される。
図２Ｉ〜図２Ｎは、蓄熱アレイ１１０の柔軟な構成におけるブリック１１２の好ましい実施形態を示している。ブリック１１２は、任意の所望のレイアウトおよび容量のアレイ１１０を構成するための基本ブロックとして使用される。図２Ｉおよび図２Ｊに示したように、ブリック１１２は上下に積み重ねられ、端から端まで配置され、互いに横に配置される。この場合、注入管／吐出管２２４および相互接続配管２２８を使用して、アレイ内のブリック１１２の間に第１の流体１２０のための流体接続を提供する。ブリック１１２は、並列に、あるいは直列に、あるいは並列接続および直列接続の組合せで、流体的に接続されている。
図２Ｋ〜図２Ｎに示したように、所望の容量（ブリック１１２の数）および形状（ブリック１１２の配置）でアレイ１１０が構築されると、アレイを完全に断熱してブリック１１２内の蓄熱を保存するため、アレイ１１０の外面に断熱パネル２３０が取り付けられる。この構造では、必要な合計の断熱が節約され、なぜならすべてのブリック１１２のすべての面ではなく、アレイ１１０全体の外面のみを断熱すればよいためである。オプションとして、アレイ１１０は、オプションとして下面が断熱された下部架台２３２の上に組み立てられる。
特定の設備において要求される構造上の配置編成を形成する目的で、アレイ１１０が、図２Ｍの長方形の箱、または図２Ｎの平坦なプラットフォーム、またはこれらの任意の組合せなどの所望の形態に配置されると、この形態を、蓄熱システム１００によってサービス提供される構造に統合することができる。非制限的な例として、図２Ｎのプラットフォームは、ＴＥＳシステム１００によってサービス提供されるビル／構造物の内側、横、またはその上の床として機能することができる、または壁として機能するように垂直に立てることができる、または床および壁の両方として機能することができる、または持ち上がったプラットフォームとして機能することができる。
図２Ｏ〜図２Ｒは、カプセル１１４を備えた氷ブリック１１２のさらなる好ましい実施形態を示しており、この実施形態ではカプセル１１４が中央部分において狭くなっており、したがって第１の流体１２０が流れるための隙間がカプセル１１４の間に形成される。
図２Ｓ〜図２Ｕは、カプセル１１４のさらなる好ましい実施形態を示しており、この実施形態では、カプセル１１４は支持隆起部２５０を有する幅の広い中央部を備えており、したがってカプセル１１４の内側に氷が形成されるときに上側部２５６および下側部２５４の形が崩れない。隆起部２５０および隆起部２５２は、ブリック１１２の内側にカプセル１１４が詰め込まれたときにカプセル１１４の間に隙間を形成する。この隙間は、カプセル１１４の内側の第２の流体１２２を凍結させる目的でカプセル１１４の間を第１の流体１２０が流れることができるようにするために必要である。突起２６０は、カプセル１１４の外側の第１の流体１２０のレイノルズ数を高め、これにより第１の流体１２０の乱流の程度が増し、したがってカプセル１１４の内側の氷の形成が良好に分布する。
図２Ｖは、突起２６０、隆起部２５２、および充填ノズル２０２を有するカプセル１１４の側面図を示している。充填ノズルは、長方形のカプセル１１４の一般的な外形から自身が突き出さないように配置されている。図２Ｗは、図２Ｖの図に直角な別の側面図において、図２Ｖのカプセルを示している。図２Ｘは、図２Ｖおよび図２Ｗのカプセルを正面図で示しており、カプセル１１４の広い側面と、第１の流体１２０の一般的な流れ方向２９０とを示してある。カプセル１１４は突起２６０を有し、突起２６０は、カプセル１１４のそばを通過する第１の流体１２０の流路が蛇行パターン２９１（または曲がりくねったパターン）に形成されるように配置されている。本発明の意味における蛇行パターン２９１は、流れの方向が繰り返し変化することにおいて特徴付けられる。オプションとして、蛇行パターン２９１は、流れの方向が規則的に変化することにおいて特徴付けられる。さらに好ましいのは、蛇行パターンの少なくとも一部において、蛇行パターンが中心線に対してほぼ対称であることである。参照数字２９２は、突起２６０の間のカプセル１１４の平坦な領域を指している。図２Ｙは、図２Ｖ、図２Ｗ、および図２Ｘに示したカプセル１１４の斜視図を示している。
次に図３を参照し、図３は、本発明の少なくともいくつかの実施形態に係る氷カプセルを示している。図３に示したように、カプセル１１４Ｃｙは、オプションとして、シクロヘキサン形状に設けられている。使用時、複数のシクロヘキサン形状のカプセル１１４Ｃｙが、ブリック１１２の内側で自由に落ち着くようにブリック１１２の内側に配置される。したがってカプセル１１４Ｃｙは、ブリック１１２の内側で固定されない。シクロヘキサン形状のカプセル１１４Ｃｙの不規則な形状は、カプセル１１４Ｃｙの内側の第２の流体１２２を凍結させるためにカプセル１１４Ｃｙの周囲を第１の流体１２０が流れるための隙間を可能としながら、ブリック１１２内の高い詰め込み率を可能にする。さらに、複数のシクロヘキサン形状のカプセル１１４Ｃｙは、ブリック１１２の内側に、定義された流路を提供し、なぜならそのような定義されたシクロヘキサン形状のカプセル１１４Ｃｙは、密閉された容積内に複数のカプセル１１４Ｃｙを配置するとき、これらのカプセル１１４Ｃｙの定義された幾何学的パターンを形成するためである。
次に図４を参照し、図４は、本発明の少なくともいくつかの実施形態に係る円筒状の氷ブリックを示している。図４に示したオプションの実施形態においては、氷ブリック１１２Ｃは円筒状であり、１つまたは複数のアレイに配置されたカプセル１１４Ｃを備えている。オプションとして、ブリック１１２Ｃ内に異なる高さに配置された複数のアレイが存在する。オプションとして、円筒状のブリック１１２Ｃは、地下に配置されるようにされている。ブリック１１２Ｃは、ブリック１１２Ｃを地下に配置することを可能にするため、ブリック１１２Ｃの外側に沿って延びる、らせん状の金属補強（図示していない）を備えた管から製造されている。氷ブリック１１２Ｃの容積は、オプションとして１００〜１０，０００立方メートルの範囲内である。
次に図５Ａ、図５Ｂ、および図５Ｃを参照し、図５Ａは、氷ブリックの個別のサブセットをコントローラによって有効化することのできるＴＥＳシステムを示しており、図５Ｂは、ＴＥＳシステムの動作の流れ図を示しており、図５Ｃは、本発明の少なくともいくつかの実施形態に係る、ＴＥＳシステムの動作からの実験データを示している。図５Ａに示したように、ＴＥＳシステム１００は、図１ＡのＴＥＳシステム１００に従った構造を有し、図１ＡのＴＥＳシステム１００のように動作する。オプションとして、図１Ａ〜図１Ｅの実施形態のいずれも、図５Ｂを参照しながら説明されているように使用することができる。図５Ａの実施形態においては、システム１００はＮ個の氷ブリック１１２を備えており、Ｎは３以上の整数である。なお上述したように、アレイ１１０は、オプションとして、十分な熱エネルギ貯蔵を提供するために必要な数の氷ブリック１１２を備えていることを理解されたい。氷ブリック１１２は、注入管／吐出管２２４および相互接続配管２２８を使用して相互に接続されており、さらに、流体分配システム１０４の構成要素を使用して相互に接続されている。流体分配システム１０４の流れ制御機構１０７は、アレイ１１０を、後から説明するように個別に有効化することのできる氷ブリック１１２のサブセット５２０に分割することを可能にする。
上述したように、第１の流体１２０は、蓄熱および放熱において氷ブリック１１２の中を流れる。図５Ｂの放熱プロセス５００では、ステップ５０１において、放熱プロセスを開始する。プロセス５００のステップは、オプションとして、上述したようにシステム１００の構成要素を制御するコントローラ１０５によって制御される。放熱プロセスを稼働させるステップは、ポンプ１０６を作動させるステップ、流れ制御機構１０７の弁を開くかまたは閉じるステップ、流体１２０，１２２，１２４の温度および流量を、監視要素１０９を使用して監視するステップなど（ただしこれらに限定されない）、いくつかのステップを含みうる。
有効化プロセスの一部としてのステップ５０２においては、コントローラ１０５が、氷ブリック１１２の第１のサブセット５２０Ａを有効化し、第１の流体１２０がこの第１のサブセット５２０Ａのみに送り込まれ、他の氷ブリック１１２には送り込まれない。図５Ａに示したように、第１のサブセット５２０Ａは氷ブリック１１２Ａ，１１２Ｂを含むが、サブセットには任意の数の氷ブリック１１２、場合によっては１つの氷ブリック１１２を含めることができ、サブセット５２０の中の２つの氷ブリック１１２という例は、本発明を制限するようにはみなされないものとする。オプションとして、ステップ５０２において２つ以上のサブセット５２０を有効化する。第１の流体１２０が第１のサブセット５２０Ａの中を通るにつれて、第１の流体１２０が冷やされる一方で第２の流体１２２が暖まる。ステップ５０３においては、第１の流体１２０がアレイ１１０を出るときの第１の流体１２０の温度を、例えば監視要素１０９によって監視する。オプションとして、システム１００内の別の流体の温度も、ステップ５０３において測定する。
決定ステップ５０４において、監視要素１０９は、監視された温度が、定義されているしきい値より上昇したかを示す。監視された温度がしきい値を超えていない場合、コントローラ１０５は何らの動作も行わず、監視するステップ５０３を継続する。監視要素１０９が、定義されているしきい値（オプションとしてコントローラ１０５において定義される）より温度が上昇したことを示すときには、サブセット５２０Ａの第２の流体１２２の温度が上昇したために、サブセット５２０Ａの中を通る第２の流体１２２がサブセット５２０Ａによってもはや十分に冷やされていないことを意味する。非制限的な例においては、第１の流体１２０の温度がアレイ１１０の吐出口において５℃を超えている場合、サブセット５２０Ａはもはや第１の流体１２０を十分に冷やしていない。
決定ステップ５０５において、コントローラ１０５は、氷ブリック１１２のすべてのサブセットが有効化されたかをチェックする。氷ブリック１１２のすべてのサブセットが有効化されていないと判定されるとき、コントローラ１０５は、ステップ５０６において、氷ブリック１１２の次のサブセット５２０Ｂを有効化する。上記と同様に、図５Ａは、氷ブリック１１２Ｃ，１１２Ｄのみを含むサブセット５２０Ｂを示しているが、これは本発明を制限するものではなく、サブセット５２０Ｂは任意の数の氷ブリック１１２を含むことができる。オプションとして、サブセット５２０Ｂは、サブセット５２０Ａに加えて有効化される。これに代えて、サブセット５２０Ｂが有効化されるとき、サブセット５２０Ａが無効化される。オプションとして、ステップ５０６において、２つ以上のサブセットが有効化される。サブセット５２０Ｂを有効化する結果として、ステップ５０３において監視要素１０９によって監視される温度が下がる。
ステップ５０５において、氷ブリック１１２のすべての利用可能なサブセット（サブセット５２０Ｎまで）が利用されたと判定されてステップ５０７において放熱プロセス５００が停止されるまで、ステップ５０３、ステップ５０４、およびステップ５０５が図５Ｂに示したように繰り返される。
図５Ｃは、ＴＥＳシステムの動作からの実験データを示している。図５Ｃのグラフに示したように、アレイ１１０の吐出口において第１の流体１２０の温度が監視され、放熱プロセスが稼働された以降に経過した時間の関数として線５３２としてプロットされている。実験システムにおいては、時刻＝０において３つの氷ブリック１１２が有効化され、図示したように、温度は−５℃から、点５３０に示した時刻において約５℃まで上昇した。時刻５３０において、最初の３つの氷ブリックに加えて別の氷ブリックが有効化され、これによりグラフ５３２が示すように吐出口の温度がただちに約０℃まで下がった。この第４の氷ブリックも放熱されるにつれて、温度が再び徐々に約５℃まで上昇した。実験グラフ５３２からわかるように、氷ブリック１１２または氷ブリックのサブセット５２０を段階的に有効化することによって、よりバランスのとれたＴＥＳシステム１００の放熱が得られ、放熱時間が長くなって負荷１３０の長いＴＥＳ冷却期間が得られ、また各氷ブリック１１２の良好な利用につながり、それぞれがより完全に放熱される。
次に図６Ａ〜図６Ｇを参照し、これらの図は、本発明の少なくともいくつかの実施形態に係る、氷ブリックにおいて使用するためのスペーサを示している。スペーサ６００，６２０は、氷ブリック１１２の内側のカプセル１１４の間に挿入される。氷ブリック１１２は、オプションとして、複数のスペーサ６００あるいはスペーサ６２０を備えている。
これに代えて、氷ブリック１１２は、スペーサ６００およびスペーサ６２０の組合せを備えている。
図６Ｄおよび図６Ｅは、スペーサ６００またはスペーサ６２０が存在しないときの、放熱された（図６Ｄ）状態および蓄熱された（図６Ｅ）状態における２つのカプセル１１４を示している。図６Ｆおよび図６Ｇは、スペーサ６２０が存在するときの、放熱された（図６Ｆ）状態および蓄熱された（図６Ｇ）状態における２つのカプセル１１４を示している。簡潔さを目的として２つのカプセル１１４を示してあるが、当然ながら、必要に応じて任意の数のカプセルおよびスペーサをブリック１１２の内側に設けることができる。スペーサ６００，６２０の目的は、カプセル１１４の周囲に最小限の流れ領域６３０を維持することである。流れ領域６３０が必要であるのは、カプセル１１４が完全に蓄熱された（水などの第２の流体１２２が氷に変化した）ときにカプセル１１４が膨張する（図６Ｅ）ためである。カプセル１１４によるこの膨張によって、流れ領域６３０が締め付けられることにより（図６Ｅ）第１の流体１２０の流れが遮断されることがあり、第１の流体１２０が氷ブリック１１２の中を通ることが妨げられ、したがって第１の流体１２０の効率的な冷却が阻止される。さらに、第２の流体１２２（水など）が放熱された状態にあるときには（図６Ｄ）、カプセル１１４が収縮してカプセル１１４の間の流れ領域６３０が大きくなり、これにより第１の流体の流速が著しく減少し、このことは蓄熱および放熱の両方における熱伝達に影響する。
図６Ａの実施形態においては、スペーサ６００は、カプセル１１４が膨張して流れ領域を占有することができないようにカプセル１１４の間に収まることによって、十分な流れ領域６３０を確保する。スペーサ６００の孔６０４は、第１の流体１２０の流れを可能にする。カプセル１１４が放熱するとき、可撓性のフラップ６０２が、流れ領域６３０を占有するようにスペーサから離れる方向に開き、したがって第１の流体の流速を高める。
図６Ｂ、図６Ｃ、図６Ｆ、および図６Ｇの実施形態においては、スペーサ６２０は、凍結中にカプセル１１４が膨張して流れ領域６３０を占有することができないようにカプセル１１４の間に収まることによって、十分な流れ領域６３０を確保する。図６Ｃは、スペーサ６２０の断面Ａ’−Ａ’を示している。スペーサ６２０における垂直棒６２１と水平棒６２２の間の隙間６２４は、第１の流体１２０が流れることを可能にする。図６Ｆに示したように、スペーサ６２０はカプセル１１４の間に収まり、垂直棒６２１および水平棒６２２が、流れ領域６３０を通る第１の流体の流速を高める。図６Ｇに示したように、カプセル１１４が蓄熱されて膨張するとき、カプセル１１４が流れ領域６３０を塞ぐことをスペーサ６２０が阻止し、したがってカプセル１１４の周囲の第１の流体１２０の継続した流れが確保される。
次に図７Ａ〜図７Ｄを参照し、これらの図は、氷ブリック１１２、すなわち熱エネルギ貯蔵ユニット７１１を示している。
図７Ａの熱エネルギ貯蔵ユニット７１１は、細長い中空体の形状を有するチューブ７１２を備えている。チューブ７１２は、オプションとして、金属（例：炭素鋼またはステンレス鋼）から作製されている。前端要素７１３Ａおよび後端要素７１３Ｂは、長方形形状の容器が形成されるように、両端においてチューブを閉じるように配置されている。要素７１３Ａおよび要素７１３Ｂのいずれも、オプションとして金属（例：ステンレス鋼または炭素鋼）から作製されており、熱エネルギ貯蔵ユニット７１１を例えば支持手段（図示していない）に取り付けるための手段を提供する。前端要素７１３Ａは注入口７１４Ａを有し、後端要素７１３Ｂは吐出口７１４Ｂを有する。注入口７１４Ａおよび吐出口７１４Ｂは、さらなる熱エネルギ貯蔵ユニット１１２、配管１０、および／または流体分配システム１０４に接続することができる。チューブ７１２の内側には、複数のカプセル７１５が配置されている。カプセル７１５は、板またはレンガの形状を有する。さらに、カプセル７１５は、その主面の（すなわち広い側面の）凹形状または窪んだ形状を有する。チューブの内側のカプセル７１５の配置は、オプションとして、カプセル７１５の複数の水平に配置されたスタック７１７によって構成されている（すなわちスタックはチューブ７１２の幅方向に重ねられている）。例えば１６または８つのカプセル７１５が、カプセル７１５の１つのスタック７１７を形成することができる。複数のスタック７１７が、チューブ７１２の長さに沿って順次配置されている。カプセルは、水などの第２の流体１２２としての相変化物質と、好ましくは石英などの核生成材を含む。カプセル７１５の間と、カプセルとチューブ７１２の間には、空間７１６が設けられており、第１の流体１２０（例：水／グリコールの混合物）はチューブ７１２の内側でこの空間内を注入口７１４Ａから吐出口７１４Ｂまで流れることができる。
この配置構成では、カプセル７１５の壁を介して第１の流体１２０と第２の流体１２２の間で熱を効率的に交換することができる。カプセル７１５と第１の流体１２０との間の実際の熱交換率は、流れの速度、第１の流体１２０の流れとカプセル７１５との間の接触面の有効面積、流れのタイプ（例：乱流または層流）を含むいくつかの要因によって決まる。図７Ａの実施形態は、これらの要因すべてを改善する。これについて以下に詳しく説明する。
カプセル７１５のスタック状の配置と組み合わされるチューブの細長い形状により、空間７１６の内側に残留自由空間が画成され、結果として、カプセルの横に第１の流体の複数の事前定義される流路７１８が得られる。注入口７１４Ａにおける第１の流体１２０の全体的な流れが、複数の事前定義される流路７１８に分割され、流路７１８それぞれは、チューブ７１２の長さに沿って複数のカプセルのそばを通る。さらに、カプセル７１５は、カプセル７１５の凍結した（膨張した）状態と、カプセル７１５の凍結していない（膨張していない）状態において、流路７１８が画成されるように構成されている。言い換えれば、特に相が変化する間の第２の流体の体積変化に起因するカプセルの変化する体積を考慮しながら、第１の流体１２０のための複数の、事前定義されるかまたは固定された流れ通路がカプセル７１５の間に形成される。したがって、従来のタンクに基づく熱エネルギ貯蔵ユニットとは対照的に、熱を交換するための第１の流体１２０の複数の流路７１８の事前定義されるシステムが提供される。従来のタンクに基づく熱エネルギ貯蔵ユニットにおける熱伝達流体の流れは、ランダム性の程度が高く、例えば第１の流体がタンクの縁部に達することが難しい。
さらに、カプセル７１５の板形状は、カプセル７１５の表面（すなわち容積に対する表面の比）を幾何学的に増加させ、カプセル７１５の最大の表面（すなわち広い側面）が、熱を交換するための主面を有利に画成する。
したがって、図７Ａの各流路７１８は、カプセル７１５のこの主面に平行に整列している狭い形状を有する。画成される流路７１８の狭い形状は、熱伝達率が高まるようにカプセル７１５の主面を利用する。言い換えれば、熱エネルギ貯蔵ユニット７１１の上述した配置構成では、圧力降下を許容可能なレベル（例：１バール未満）に維持しながら、熱を交換するための接触面の有効面積が著しく増大する。
チューブ７１２の細長い形状は、従来のシステムよりも著しく長い、第１の流体１２０の定義された流路を提供する。したがって、カプセル７１５をフロスト（ｆｒｏｓｔｉｎｇ）またはデフロスト（ｄｅｆｒｏｓｔｉｎｇ）している間にスタック７１７が徐々に有効化されるため、複数のスタック７１７との第１の流体１２０の熱の交換が最適化される。
さらに、流路の平均長さが増大して、チューブ７１２の長さＬより長い。これにより、熱伝達率がさらに高まる。
図７Ｂは、空のチューブ７１２の断面を示している。図７Ｃは、液体（凍結していない）状態の水を有するカプセル７１５のスタック７１７を含むチューブ７１２の断面を示している。したがって図７Ｃの熱エネルギ貯蔵ユニット７１１は完全に放熱されている。図７Ｄは、凍結／固体状態の水を有するカプセル７１５のスタック７１７を含むチューブ７１２の断面を示している。したがって図７Ｄの熱エネルギ貯蔵ユニット７１１は、完全に蓄熱されている。図７Ｂのチューブ７１２は、カプセル７１５が存在しないと考えた場合に、第１の流体１２０のためにチューブの断面全体（すなわち断面積）７１２Ａを理想的に有する。カプセル７１５のスタック７１７がチューブ７１２の内側に配置される場合、カプセル７１５の間に狭い形状の流路が形成され、図７Ｃでは、これらの狭い流路７１８の１つが複数の円（第１の流体１２０の流れ方向を示す）によって示されている。第１の流体１２０のための流路７１８は、２つのカプセル７１５それぞれの間の断面領域に形成され（流路のためのこれらの自由流れ断面積の１つを、図７Ｃでは参照数字７１８Ａで示してある）、図７Ｃの左側および右側では、一番左のカプセル７１５および一番右のカプセル７１５とチューブ７１２の壁との間の断面積に形成される。流路７１８を画成するこれらの断面積の１つを、図７Ｃにおいて参照数字７１８Ａで示してある。図７Ｄは、図７Ｃとほぼ同じ構造を示しているが、重要な違いとして、カプセル７１５の間を第１の流体１２０が流れるための残っている断面積が小さく、なぜならカプセル７１５が、その内側の凍結した第２の流体１２２によって膨張しているためである。第１の流体１２０の流路７１８を画成するこれらの自由流れ断面積の１つを、図７Ｄにおいて参照数字７１８Ｂによって示してある。複数のスタック７１７は、連続する流路７１８が一般にチューブの前端から後端までチューブの長さに沿って形成されるように、配置されている。これらの流路７１８の平均長さは、チューブ７１２自体の長さより長い。オプションとして、カプセル７１５のスタック７１７は、同じ数のカプセル７１５を有する。オプションとして、スタック７１７は、複数のスタック７１７自体によって流路７１８が形成されるように、互いに横に連続的に配置されている。
蓄熱／凍結している間に水はその体積を膨張させるため、図７Ｄのカプセル７１５は、図７Ｃのカプセルより多くの空間を必要とする。この効果は、カプセル７１５の「呼吸効果（ｂｒｅａｔｈｉｎｇ−ｅｆｆｅｃｔ）」とも呼ばれる。この呼吸効果のため、第１の流体１２０のための残る空間は、カプセル７１５の内側の第２の流体１２２の状態に従って変化する。流路７１８を定義するときには、カプセル７１５の呼吸効果を考慮しなければならない。第一に、スタック７１７は、蓄熱された状態および放熱された状態において流路７１８が塞がれないように、適合されていなければならない。第二に、スタック７１７は、凍結したカプセル７１５の場合および凍結していないカプセル７１５の場合において、流路７１８によってもたらされる圧力降下が許容可能であるように、適合されていれなければならない。第三に、熱エネルギ貯蔵ユニット７１１の全体的な熱力学構造が最適化されていなければならない。特に、カプセル７１５と第１の流体１２０との間の効率的な熱伝達が起こり得るように、流路７１８における第１の流体１２０の流れ力学を構成するべきである。
上に述べた最初の項目は、第１の流体１２０の流れを常に提供できるように確保するためである。
上に述べた２番目の項目は、次のようにさらに詳しく説明される。流路が長いほど、または流路の断面積が小さいほど、圧力降下の増大が大きい。大きな圧力降下は、デメリットとして、ポンピングの電力消費量が大きく（すなわちシステム損失が大きく、システムの全体的な効率が下がる）、またシステム全体の機械的要件が増す。したがって、蓄熱ユニットの注入口７１４Ａから吐出口７１４Ｂまでの圧力降下は、１バール（気圧）未満でなければならない。オプションとして、熱エネルギ貯蔵ユニットは、完全に蓄熱された状態および完全に放熱された状態において圧力降下が０．５バール未満であるように、構成される。
上に述べた３番目の項目に関しては、流れ切断面積に対する、複数のチューブ（または１本の極めて長いチューブ）の合計長さの比が、約４０〜２００（ｃｍ／ｃｍ２）の範囲内、オプションとして約６０〜１５０（ｃｍ／ｃｍ２）の範囲内である。流れ切断面積と複数のチューブの合計長さ（すなわち直列に接続された、いくつかのチューブ７１２の合計長さ）のこれらの比では、効率的な熱伝達率とともに許容可能な圧力降下がもたらされる。
これにより、注入口に最も近く配置されているカプセル（このカプセルではその内側で溶ける氷に起因して熱伝達率が低下する）が、より低い熱伝達率およびより低い交換温度において第１の流体１２０への熱伝達をより長い時間にわたり継続することができ、その一方で、第１の流体１２０の流れのさらに下流に位置するカプセル７１５は、より高い熱伝達率において熱伝達を継続する。
用語「流れ切断面積」は、次のように計算される値である。
ＡＦＦＣＡｐ＝（ＴＣＳＡ−（ＣＣＳＡ−ＬＳ＋ＣＣＳＡ−ＦＳ）／２×ＣＰＳ）／ＣＰＳ
式中の変数は次のように定義される。
ＡＦＦＣＡｐ：カプセルあたりの平均の自由流れ切断面積
ＴＣＳＡ：チューブの全体的な利用可能断面積７１２Ａ（図７Ｂを参照）
ＣＣＳＡ−ＬＳ：第２の流体の液体状態（すなわち放熱された状態、図７Ｃを参照）におけるカプセル断面積７１５
ＣＣＳＡ−ＦＳ：第２の流体の凍結状態（すなわち蓄熱された状態、図７Ｄを参照）におけるカプセル断面積７１５
ＣＰＳ：平行に設置されたカプセル７１５の数
上に述べた式では、カプセル７１５あたりの平均の自由流れ断面積（すなわちＡＦＦＣＡｐ）を使用して、チューブの断面における利用可能な合計流れ面積を計算する。次にその結果を使用して、カプセルあたりの平均断面流れ面積（すなわち流れ切断面積）を計算する。
計算された流れ切断面積を使用してガンマ比を計算することができ、ガンマ比は、以下のようにカプセルと第１の流体との間の熱伝達の効率の良好な指標である。
ガンマ比＝複数のチューブの合計長さ／流れ切断面積（長さの単位として例えばセンチメートル、面積の単位として平方センチメートルを使用する）［ｃｍ／ｃｍ２］
ガンマ比はいくつかの要因によって決まるが、そのいくつかとしてカプセルの特性および流路の特性が挙げられる。
ガンマ比［ＧＲ］（熱伝達流体の流路の直線長さ（単位：ｃｍ）と、上述したカプセルあたりの自由流れ断面積（ｃｍ２）との比）は、ブリック内に設置されているカプセルの熱的性能およびさらなる別のパラメータに依存する。
高いガンマ比では、氷に蓄えられたエネルギの大部分を所望の速度で溶かすための、カプセルと熱伝達流体との間の十分な熱交換相互作用が可能になる可能性がある。一方でガンマ比が高いと、一般には移動距離が長くなり、通路が狭くなり、これにより圧力降下が大きくなる可能性があり、それに起因して高いポンピング損失、および／または、ブリックの壁に対する高い機械的負荷が発生しうる。
一般的には、カプセルの性能［ＣＰ］および熱交換流体の熱伝達率［ＨＴＣ］に対するガンマ比（ＧＲ）の依存性は以下である。
ＧＲ＝Ｋ＊（１／ＣＰ＊ＨＴＣ）
式中、Ｋは実験的因子である。
ＣＰ（カプセルの性能）を改善する（高める）代表的な因子は以下である。
カプセルの容積に対するカプセルの面積の比（ｃｍ２／ｃｍ３）
カプセルの壁の厚さの逆数（１／ｃｍ）
カプセルの壁の材料（熱伝導率）（Ｗ／（ｍ＊Ｋ））。いくつかの非制限的な例として、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）の熱伝導率は、約０．５（Ｗ／（ｍ＊Ｋ））、アルミニウムの熱伝導率は、約２００（Ｗ／（ｍ＊Ｋ））である
内部の熱伝達片の使用
ＨＴＣ（熱伝達率）を改善する（高める）代表的な因子は以下である。
蛇行形状を有するように構成された流路長さ
流れの、高い平均レイノルズ数。この値は一般には流速および「流れ切断面積」の水力直径に依存する。
局所レイノルズ数（Local Reynolds number）。この値は、いくつかの非制限的な例として、流路に沿ったカプセルの向きの変化、カプセルの壁における突起、流路に含まれる乱流発生器、に依存する。乱流発生器とは、層状の境界層を乱流の境界層にする装置である。乱流発生器としては、バッフル、角度のついた金属片、らせん状のブレード、コイル状のワイヤが挙げられ、流路内に挿入される。
流れ切断面積に対する、複数のチューブの合計長さのガンマ比として有用な値の例は、約１５０ｃｍ／ｃｍ２である。上に説明した要件に従って構成されたシステムでは、５℃未満の第１の流体の許容可能な出口温度および許容可能な圧力降下（約０．５バール）において、８０％より高い歩留まり値（４時間の期間の放熱率の間に溶けた第２の流体の割合）が実証された。（上に説明した実施形態に従ったカプセルの形状で）比を２００ｃｍ／ｃｍ２に高めると、圧力降下が増大して所望の限界を超える。比を４０ｃｍ／ｃｍ２未満に下げると、放熱中の歩留まり率が５０％に下がる。６０〜９０ｃｍ／ｃｍ２の範囲内の比でも、ユニット７１１の妥当な効率が得られる。さらに、本実施形態は、従来の「カプセルアイス」システムとは対照的に、平坦かつ安定した放熱曲線（挙動）をもたらす。
いくつかの実施形態においては、例えば後から節「ブリックを直列および／または並列に接続する」の中で説明するように、最初の方のブリックが、圧力降下の問題を依然として回避しながら２００〜５００（ｃｍ／ｃｍ２）のオーダーの高い「ガンマ比」を可能にする可能性がある。
なお、ガンマ比の上記の範囲および値は、上の実施形態の場合の理論的および実際の実験の結果であることに留意されたい。
図８Ａは、事前定義される直径を有する充填ノズル２０２を備えたカプセル１１４を示している。平坦な金属片８０１が、カプセル１１４の内側に配置されるように提供される。金属片の幅は、金属片をカプセル１１４の中に挿入できるように充填ノズル２０２の直径に適合される。なお図８Ａにおいて充填ノズル２０２に配置されている金属片８０１は、説明のみを目的として示してあることに留意されたい。最終的に蓄熱ユニットにおいて使用されるカプセル１１４は、カプセル１１４の内部に完全に配置された金属片８０１のみを備えている。金属片８０１の長さは、カプセル１１４の長さの内側に収まるような寸法であることが好ましい。このようにして金属片８０１は、カプセル１１４の内部の所定の位置に収まり、カプセル１１４の内部容積の大部分に影響を及ぼす。オプションとして、カプセル１１４の全体的な熱伝達効率を高める目的で、複数の金属片が使用される。これらの金属片８０１は熱伝達要素として機能し、カプセル１１４の内側の熱の伝達を改善し、個々のカプセルの全体的な熱伝達効率を改善する。
図８Ｂは、事前定義される直径を有する充填ノズル２０２を備えたカプセル１１４を示している。らせん状の平型金属片８０２が、カプセル１１４の内側に配置されるように提供される。金属片の幅は、金属片をカプセル１１４の中に挿入できるように充填ノズル２０２の直径に適合される。なお図８Ｂにおいて充填ノズル２０２に配置されている金属片８０２は、説明のみを目的として示してあることに留意されたい。らせん状の平型金属片８０２は、カプセル１１４の内部におけるさらに良好な熱分布をもたらす。
図９Ａは、垂直棒６２１と、水平棒６２２と、棒の間の隙間６２４とを有する剛性スペーサ６２０を示している。剛性スペーサ６００は、２つの隣り合うカプセル１１４の間に設けられる。図６Ｂおよび図６Ｃ、ならびに対応する説明を参照されたい。この剛性スペーサは、例えば、図７に関連して説明した実施形態と組み合わせて使用することができる。
蓄熱している間に（すなわち第２の流体１２２が凍結する間に）カプセルの壁が隣接するカプセルの壁の方に変形するとき、水平棒６２２がその付近の自由流路を維持し、これにより第１の流体１２０の平行な流れ６５０が可能になり、これによりカプセルの幅全体にわたり氷が溶ける。直角の垂直棒は、曲線矢印６４０によって描いたように乱流を発生させ、これによりカプセルの壁と第１の流体１２０の流れとの間の熱伝達率が改善される。
図９Ｂは、フラップ６０２を有する可撓性のスペーサ６００を示している。可撓性のスペーサ６００は、２つの隣り合うカプセル１１４の間に設けられる。図６Ａおよび対応する説明を参照されたい。さらに、さらなる乱流を形成する目的で突起６０３が設けられている。この可撓性のスペーサ６００は、例えば、図７に関連して説明した実施形態と組み合わせて使用することができる。
フラップ６０２（隣接するカプセル１１４の平らな壁に押し付けられるように予荷重されている）を備えた可撓性のスペーサ６００を配置することによって、第１の流体がカプセル１１４の壁の間の狭い隙間を流れるように強制される。これにより、カプセル１１４との第１の流体１２０の熱伝達率が高まる。これに加えて、流れの乱れも増大する。このことは図９Ｂに線９００によって描いてある。蓄熱された状態における最小の間隙（すなわち隙間の最小サイズ）は、各側面において約１ｍｍであるべきである。
さらには、（氷が溶けることによって）隙間が各側面において約３〜５ｍｍに増大するように、可撓性のスペーサ６００を構成することができる。これにより第１の流体１２０の流体流れの速度が、チューブ内の最大速度の１／４まで有利に低下する。
まっすぐな板から離れる方向に広がってカプセルの壁の方に動き、カプセル１１４付近に第１の流体１２０が流れるための狭い隙間を維持するようにプリセットされたフラップ（羽根）は、上述したように性能の低下を防止する。
［ブリックを直列および／または並列に接続する］
カプセルの所与の構造（形状および材料）における貯蔵容量の放熱割合を高める目的で、１つの可能な構成は、ブリックを直列に接続することである。
下流のカプセル（依然として完全に蓄熱されている、または容量の一部のみが放熱されている）は、熱伝達流体を所望の温度（例えば５℃未満）まで冷却し続ける可能性があり、ブリックを直列に配置することによって、上流に配置されている大きく放熱されたカプセルから冷却能力を取り出し続ける可能性がある。
ブリックを直列に接続することのさらなる潜在的な利点は、メインヘッダへの接続が少ないことである。
このような配置の潜在的なデメリットは、ブリックを直列に接続しないときより、または短い直列の場合よりも、特に放熱の最初の段階時に、大きい圧力降下が発生することであり、その原因は以下である。
必要な流れは、オプションとして必要な放熱率および（熱交換器の注入口と吐出口の間の）温度差によって決まる。
放熱率は、ブリックセットの蓄えられた冷却容量および目標期間によって影響される可能性があり、したがって、より多数のブリックが直列に接続されている場合、所望の放熱期間を維持するためには、より高い放熱率が要求される可能性がある。
圧力降下は、移動距離の長さに、流速の２乗を乗算した値に比例するため、圧力降下はブリック数の増大の３乗に比例する。
以下は非制限的な例である。
直列構造における２つのブリックを、直列構造における３つのブリックに増やす場合：
Ａ）２つのブリックにおける基準値の例は以下である。
・容量：２×１０＝２０ＲＴＨ
・所望の放熱期間：４時間
・計算上の放熱率：５ＲＴ
・計算上の放熱流量（温度差５℃に基づく）：５×０．６＝３ｍ２／時
・放熱の第１段階中の圧力降下：０．３バール（一般的な試験結果）
Ｂ）３つのブリックの場合に上の例の値を使用する。
・容量：３×１０＝３０ＲＴＨ
・所望の放熱期間：４時間
・計算上の放熱率：７．５ＲＴ
・計算上の放熱流量（温度差５℃に基づく）：７．５×０．６＝４．５ｍ２／時
・放熱の第１段階中の圧力降下：０．３×１．５３＝０．３×３．３７５＝１．０１２５バール
３つのブリックの場合の圧力降下は、一般的な所望の限界値より高いものと考えられる。
いくつかの実施形態においては、放熱期間の初期段階中、第２のブリックを出て第３のブリックに入る熱伝達流体の温度は、非制限的な例として、０℃に極めて近い。結果として、中間の熱交換器において熱を伝達させるための利用可能な温度差は５℃より高く、７〜８℃にもなりうるため、流量を減らして入口圧力を必要な制限以下に維持することができる。
いくつかの実施形態においては、オプションとして、放熱ヘッダに接続されるオン／オフ弁や圧力逃し弁などの迂回装置が取り付けられ（後の図２３Ａ〜図２３Ｃおよび図２４の説明を参照）、圧力降下をさらに低減する目的で、最後の凍結したブリックをオプションとして迂回することができる。
いくつかの実施形態においては、上に述べた現象と、本明細書に記載されている蓄熱容器とを組み合わせることによって、必要な限界未満に圧力降下を維持しながら、必要に応じた放熱率を可能にできる可能性がある。
いくつかの実施形態においては、オプションとして、迂回構造は、任意の数の直列のブリック（直列に構成された３〜５個の範囲内のブリック、さらには直列に構成された２〜１０個の範囲内のブリック）において、適用される。
次に図２３Ａを参照し、図２３Ａは、本発明の例示的な実施形態に係る、ブリックおよび迂回機構の簡略図である。
図２３Ａは、最小の構成（直列に接続された２つのブリック２３０４，２３１６および弁２３１２を示している。
いくつかの実施形態においては、弁２３１２は、圧力逃し弁である。
いくつかの実施形態においては、弁２３１２は、コントローラ２３１０（オプションとして電気的コントローラ）によって制御される弁、オプションとして制御ソフトウェアの制御下にある弁、またはネットワークを通じて制御コンピュータによって制御される弁とすることができる。
入ってくる流体２３０２は第１のブリック２３０４の中を流れ、第１のブリック２３０４に直列の第２のブリック２３１６を流れ続けて、図２３Ａに示した構造から出る（２３１８）。
いくつかの実施形態においては、弁２３１２は、熱伝達流体の流れが、第２のブリック２３１６を迂回して、図２３Ａに示した構造から出る（２３１４）ことを可能にする。なお弁２３１２が、熱伝達流体がこの弁２３１２を通って流れることを可能にするときには、この流体経路は第２のブリック２３１６の中を流れるよりも抵抗が小さいため、一般に熱伝達流体の大部分またはすべてが弁２３１２を流れることに留意されたい。
次に図２３Ｂを参照し、図２３Ｂは、本発明の例示的な実施形態に係る、ブリックおよび２つの弁の簡略図である。
図２３Ｂは、より複雑な構造（直列に接続された２つのブリック２３２４，２３３８および２つの弁２３３０，２３３１）を示している。
いくつかの実施形態においては、第１の弁２３３１は、コントローラ２３３３（オプションとして電気的コントローラ）によって制御される弁、オプションとして制御ソフトウェアの制御下にある弁、またはネットワークを通じて制御コンピュータによって制御される弁とすることができる。第１の弁２３３１は、オプションとして、開くように、または閉じるように制御することができる。
いくつかの実施形態においては、第２の弁２３３０は圧力逃し弁とすることができ、なぜなら第１の弁２３３１を閉じることによって、熱伝達流体の流れに対する背圧が発生する可能性があるためである。
いくつかの実施形態においては、第２の弁２３３０は、コントローラ２３３２によって制御される弁とすることができ、オプションとして、第１の弁２３３１が閉じるように制御されるときに開くように制御される。
入ってくる流体２３２２は第１のブリック２３２４の中を通り、第１の弁２３３１と、第１のブリック２３２４に直列の第２のブリック２３３８の中を流れ続けて、図２３Ｂに示した構造から出る（２３３９）。第１の弁２３３１が閉じており第２の弁２３３０が開いているとき、熱伝達流体は、第２のブリック２３３８を迂回して、図２３Ｂに示した構造から流れ出る（２３３４）。
上の図２３Ａおよび図２３Ｂは、熱伝達流体がブリックを迂回することを可能にする２つの可能な構造を示している。上述した構造の一方を、オプションとして、任意の上流のブリックと下流のブリックとの間に配置することができる。
以下では、３つのブリックを有する構造の場合の、１つのさらなる迂回構造について説明する。当業者には、本明細書に記載されている説明に基づいて、さらなる構成を考案することができるであろう。
次に図２３Ｃを参照し、図２３Ｃは、本発明の例示的な実施形態に係る、３つのブリックおよび弁の簡略図である。
図２３Ｃは、直列に接続された３つのブリック２３４２，２３４４，２３５４および弁２３４８を有する構造を示している。
いくつかの実施形態においては、弁２３４８は圧力逃し弁とすることができる。
いくつかの実施形態においては、弁２３４８は、コントローラ２３５０（オプションとして電気的コントローラ）によって制御される弁、オプションとして制御ソフトウェアの制御下にある弁、またはネットワークを通じて制御コンピュータによって制御される弁とすることができる。弁２３４８は、オプションとして、開くように、または閉じるように制御することができる。
入ってくる熱伝達流体２３２２は第１のブリック２３４２の中を通り、第１のブリック２３４２に直列の第２のブリック２３４４に流入し（２３４３）、第２のブリック２３４４に直列の第３のブリック２３５４を流れ続け（２３４５）、図２３Ｃに示した構造から出る（２３５６）。
弁２３４８が開いているときには、熱伝達流体は、図２３Ｃに示した構造から流れ出て（２３５１）、第３のブリック２３５４を迂回する。
次に図２４を参照し、図２４は、本発明の例示的な実施形態に係る、蓄熱容器の中を流れる熱伝達流体によって熱を交換する方法の簡略流れ図である。
図２４の方法は、以下のステップを含む。
蓄熱システムを提供するステップ（２４０２）であって、蓄熱システムが、蓄熱容器と、熱伝達流体注入口と、蓄熱容器の少なくともいくつかを直列に接続する配管と、流れ制御機構と、熱伝達流体吐出口と、を含む、ステップ、および、
より下流の蓄熱容器を迂回するために熱伝達流体の流路を開く目的で、制御信号を流れ制御機構に供給するステップ（２４０４）
［蓄熱システムにおける流れ制御］
蓄熱容器がその容量の高い割合まで凍結すると、出てくる熱伝達流体（ＨＴＦ）の温度は、要求されるより冷えていることがある。蓄熱システムから伝達されるエネルギは、システムを出る熱伝達流体（ＨＴＦ）の流量と、熱伝達流体（ＨＴＦ）の温度とに依存する。
いくつかの実施形態においては、直列に接続された、いくつかの容器を有するシステムから出てくる熱伝達流体（ＨＴＦ）の温度が要求されるより冷たいときには、オプションとして、直列の容器の１つまたは複数を迂回して、要求される温度に近い温度において熱伝達流体（ＨＴＦ）を提供する。
いくつかの実施形態においては、システムから出てくる熱伝達流体（ＨＴＦ）の温度が要求されるより冷たいときには、以下の方法の１つまたは複数を使用して、システムから出る熱伝達流体（ＨＴＦ）の流量を減らす。
流れ制御弁を使用して流れを減らす
可変周波数ドライブ（ＶＦＤ：Variable Frequency Drive）を使用して、可変速度のポンプ動作を提供する
例えば、出ていく熱伝達流体（ＨＴＦ）の温度が５℃ではなく２℃であるときには、比５／８（＝０．６）だけ流れを減らすことができる。
流量を減らすことの潜在的に有利な効果として、システムにおける圧力降下が、比５２／８２（＝０．４）だけ減少する。
次に図２５を参照し、図２５は、本発明の例示的な実施形態を使用して実行された実験の結果を示す様々なグラフである。
図２５の上段は以下を示している。
最初のグラフ２５０１は、実験時の相対湿度を示している。
２番目のグラフ２５０２は、実験時の温度を示している。
３番目のグラフ２５０３は、実験時の全体的な太陽放射を示している。
４番目のグラフ２５０４は、実験中に供給された合計エネルギ（１８．１８９ｔｒｈ（冷凍トン時））を示している。
５番目のグラフ２５０５は、供給された合計エネルギに等価の氷の量（６８７．５６Ｋｇ）を示している。
６番目のグラフ２５０６は、５５０４１．２９Ｋｃａｌとして表される等価のエネルギ量を示している。
図２５は下段に７番目のグラフ２５１０を示しており、このグラフ２５１０は、実験の期間全体にわたるいくつかの実験パラメータを示している。
７番目のグラフ２５０９は、Ｘ軸が時間（１９：００から２２：３０過ぎまで）、左側のＹ軸が温度（単位：℃）（７番目のグラフ内のいくつかの線に関連する）、右側のＹ軸が温度（単位：℃）を示している。
７番目のグラフ２５０９は、以下を示している。
第１の線２５１０は、出力率（単位：冷凍トン）を示している。出力率の値は、放熱サイクルの終了時において３．５５４であった。
第２の線２５１１は、流れ（右側のＹ軸に基づく）を示している。流れの値は、放熱サイクルの終了時において２．９６７ｍ３／時であった。
第３の線２５１２は、出ていく冷たい水の温度を示している。出ていく冷たい水の温度の値は、放熱サイクルの終了時において５．２２９℃であった。
第４の線２５１３は、システムに入る比較的暖かい水の温度を示している。システムに入る比較的暖かい温度の値は、放熱サイクルの終了時において８．８５２℃であった。
第５の線２５１４は、実験場所の周囲温度を示している。放熱サイクルの終了時における周囲温度の値は２８℃であった。
本出願から発生する特許権の存続期間中、数多くの関連する蓄熱容器が開発されることが予測されるが、用語「蓄熱容器」の範囲は、このようなあらゆる新規の技術を含むように意図されている。
本明細書において使用される語「約」は、−６０％〜＋２００％を意味する。
用語「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「有する（ｈａｖｉｎｇ）」およびその活用形は、「限定されるものではないが、含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｂｕｔ ｎｏｔ ｌｉｍｉｔｅｄ ｔｏ）」を意味する。
「からなる」という用語は、「含み、限定される」ことを意味する。
「から実質的になる」という用語は、組成物、方法または構造が追加の成分、工程および／または部分を含み得ることを意味する。但しこれは、追加の成分、工程および／または部分が、請求項に記載の組成物、方法または構造の基本的かつ新規な特性を実質的に変更しない場合に限られる。
本明細書において、単数形を表す「ａ」、「ａｎ」および「ｔｈｅ」は、文脈が明らかに他を示さない限り、複数をも対象とする。
本願全体を通して、本発明のさまざまな実施形態は、範囲形式にて示され得る。範囲形式での記載は、単に利便性および簡潔さのためであり、本発明の範囲の柔軟性を欠く制限ではないことを理解されたい。したがって、範囲の記載は、可能な下位の範囲の全部、およびその範囲内の個々の数値を特異的に開示していると考えるべきである。例えば、１〜６といった範囲の記載は、１〜３、１〜４、１〜５、２〜４、２〜６、３〜６等の部分範囲のみならず、その範囲内の個々の数値、例えば１、２、３、４、５および６も具体的に開示するものとする。これは、範囲の大きさに関わらず適用される。
本明細書において数値範囲を示す場合、それは常に示す範囲内の任意の引用数（分数または整数）を含むことを意図する。第１の指示数と第２の指示数「との間の範囲」という表現と、第１の指示数「から」第２の指示数「までの範囲」という表現は、本明細書で代替可能に使用され、第１の指示数および第２の指示数と、それらの間の分数および整数の全部を含むことを意図する。
明確さのために別個の実施形態に関連して記載した本発明の所定の特徴はまた、１つの実施形態において、これら特徴を組み合わせて提供され得ることを理解されたい。逆に、簡潔さのために１つの実施形態に関連して記載した本発明の複数の特徴はまた、別々に、または任意の好適な部分的な組み合わせ、または適当な他の記載された実施形態に対しても提供され得る。さまざまな実施形態に関連して記載される所定の特徴は、その要素なしでは特定の実施形態が動作不能でない限り、その実施形態の必須要件であると捉えてはならない。
本発明をその特定の実施形態との関連で説明したが、多数の代替、修正および変種が当業者には明らかであろう。したがって、そのような代替、修正および変種の全ては、添付の特許請求の範囲の趣旨および広い範囲内に含まれることを意図するものである。
本明細書で言及した全ての刊行物、特許および特許出願は、個々の刊行物、特許および特許出願のそれぞれについて具体的且つ個別の参照により本明細書に組み込む場合と同程度に、それらの全体が参照により本明細書に組み込まれる。加えて、本願におけるいかなる参考文献の引用または特定は、このような参考文献が本発明の先行技術として使用できることの容認として解釈されるべきではない。また、各節の表題が使用される範囲において、必ずしも限定として解釈されるべきではない。
さらに、本出願の（１つまたは複数の）優先権文書は、その全体が参照により本明細書に組み込まれている。
１００ エネルギ貯蔵（ＴＥＳ）システム
１０２／１５０ チラー
１０４ 流体分配システム
１０５ コントローラ
１０６ ポンプ
１０７ 流れ制御機構
１０８〜１０８Ｔ 配管
１０９ 監視要素
１１０ アレイ
１１２，１１２Ｂ，１１２Ｃ，１１２Ｄ 氷ブリック
１１４，１１４Ｃ，１１４Ｃｙ 氷カプセル
１２０ 第１の流体
１２２ 第２の流体
１２４ 第３の流体
１２６ 空気
１３０ 冷却負荷
１４０ エアコンプレッサ
１４２，１５２，１７０ 熱交換器（ＨＥ）
２０２ 充填ノズル
２０４ 狭い側面のスペーサ
２０６ 広い側面のスペーサ
２２０ 長方形の容器
２２２ 取り付けブラケット
２２４ 注入管／吐出管
２２６ 端部パネル
２２７ 支持パネル
２２８ 相互接続配管
２３２ 下部架台
２５０，２５２ 隆起部
２５４ 下側部
２５６ 上側部
２６０ 突起
２９０ 一般的な流れの方向
２９１ 蛇行パターン
５００ 放熱プロセス
５２０，５２０Ａ，５２０Ｂ サブセット
６００，６２０ スペーサ
６０２ フラップ
６０３ 突起
６２１ 垂直棒
６２２ 水平棒
６２４ 隙間
６３０ 流れ領域
６４０ 曲線矢印
６５０ 流れ
７１２ チューブ
７１２Ａ チューブの断面全体
７１３Ａ 前端要素
７１３Ｂ 後端要素
７１４Ａ 注入口
７１４Ｂ 吐出口
７１５ カプセル
７１６ スペーサ
７１７ カプセルのスタック
７１８ 流路
７１８Ａ 第２の流体の液体状態における自由流れ断面領域
７１８Ｂ 第２の流体の凍結状態における自由流れ断面領域

Claims (28)

  1. 熱システムにおいて使用される蓄熱容器であって、前記蓄熱容器の内側に配置されている相変化物質を通る流体の流れによって熱を交換することを目的とし、前記蓄熱容器が、
    蓄熱容器ハウジングと、
    流体注入口および流体吐出口と、
    前記相変化物質を含み、前記流体の流れを前記ハウジング内側の異なる部分に導くように構成されている複数の通路を画成する、１つまたは複数のカプセルと、
    を備えており、
    前記流体注入口から前記流体吐出口までの実際の流体の流れの長さが、前記流体が中を流れるすべてのセクションを通じて前記流体注入口と前記流体吐出口の間で測定される直接的な長さよりも長い、
    蓄熱容器。
  2. 前記流体注入口から前記流体吐出口までの前記実際の流体の流れの長さが、前記流体が中を流れるすべてのセクションを通じて前記流体注入口と前記流体吐出口の間で測定される直接的な長さの２倍よりも長い、請求項１に記載の蓄熱容器。
  3. 前記容器内の流路に沿った平均流れ断面積と、前記容器内のすべての前記カプセルの合計熱交換面積との間の比として４．５×１０−５〜４５×１０−５を有する、請求項１または請求項２に記載の蓄熱容器。
  4. 前記容器内の流路に沿った平均流れ断面積と、前記容器内のすべての前記カプセルの合計熱交換面積との間の比として１×１０−５〜１００×１０−５を有する、請求項１または請求項２に記載の蓄熱容器。
  5. １５０ｃｍ／ｃｍ２より大きいガンマ比を有し、前記ガンマ比が、熱伝達流体の流路のセンチメートル（ｃｍ）単位での直線長さと、カプセルあたりのｃｍ２単位での自由流れ断面積との間の比として定義される、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の蓄熱容器。
  6. 前記複数の通路が、前記ハウジングの内側で前記流体の蛇行流を引き起こすように構成されている、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の蓄熱容器。
  7. １つまたは複数の上流のカプセルが、前記ハウジングの下流に配置されている１つまたは複数の下流のカプセルに対して横向きに前記ハウジング内に配置されている、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の蓄熱容器。
  8. 長手方向軸が前記蓄熱容器を通って定義されており、１つまたは複数のカプセルが、１つまたは複数の下流のカプセルに対して長手方向軸を中心として少なくとも３０゜の角度の向きを有する、請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の蓄熱容器。
  9. １つまたは複数のカプセルが水平方向であり、１つまたは複数のすぐ下流のカプセルが垂直方向である、請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の蓄熱容器。
  10. 前記カプセルを通じた前記流体注入口から前記流体吐出口までの実際の流体の流れの長さが、一般的な流れの方向において前記流体注入口と前記流体吐出口の間で測定される長さよりも長い、請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の蓄熱容器。
  11. 前記蓄熱容器内に配置されている前記カプセルが、前記カプセルの輪郭の間に隙間を画成する、凹状の外形および凸状の外形の組合せを有する、請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の蓄熱容器。
  12. 前記カプセルが金属片を含み、前記金属片の長さが前記カプセルの幅よりも長い、請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載の蓄熱容器。
  13. 前記蓄熱容器が、１つまたは複数の乱流発生器を備えている、請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載の蓄熱容器。
  14. 蓄熱容器の中を流れる流体によって熱を交換する方法であって、
    前記流体を、流体注入口を介して前記蓄熱容器の中に挿入するステップと、
    前記蓄熱容器のセクションの内側で、前記流体と、凍結した相変化物質との間で熱を交換するステップと、
    前記流体の流れ方向を、前記蓄熱容器の長手方向に対して少なくとも３０゜だけ修正するステップと、
    前記蓄熱容器の別の部分において、前記交換するステップおよび前記修正するステップを少なくとももう１回繰り返すステップと、
    前記流体を、前記蓄熱容器から流体吐出口を介して出力するステップと、
    を含む、方法。
  15. 前記修正するステップが、前記蓄熱容器の内側で前記流体の蛇行流を引き起こすことによる、請求項１４に記載の方法。
  16. 前記セクションを通じた前記流体注入口から前記流体吐出口までの実際の流体の流れの長さが、前記流体が中を流れる前記セクションすべてを通じて前記流体注入口と前記流体吐出口の間で測定される直接的な長さよりも長い、請求項１４または請求項１５に記載の方法。
  17. 前記交換するステップが、前記セクションに配置されている１つまたは複数のカプセルとの交換である、請求項１４から請求項１６のいずれか一項に記載の方法。
  18. 前記修正するステップが、前記セクションに配置されている１つまたは複数のカプセルの向きを変化させることによる、請求項１４から請求項１７のいずれか一項に記載の方法。
  19. カプセルの熱交換面の上に乱流を発生させるステップ、をさらに含む、請求項１４から請求項１８のいずれか一項に記載の方法。
  20. カプセルの熱交換面の上に蛇行流を発生させるステップ、をさらに含む、請求項１４から請求項１９のいずれか一項に記載の方法。
  21. 前記修正するステップが、前記蓄熱容器内で乱流と蛇行流との間で流れを交互に変えることによる、請求項１４から請求項２０のいずれか一項に記載の方法。
  22. 流体の流れが、前記蓄熱容器内の前記流体の流路の少なくとも３５％において強い乱流である、請求項１４から請求項２１のいずれか一項に記載の方法。
  23. 流体の流れが、前記蓄熱容器内の前記流体の流路の少なくとも３５％において１００Ｗ／（ｍ２＊Ｋ）を超える熱伝達率を生成する、請求項１４から請求項２２のいずれか一項に記載の方法。
  24. 蓄熱システムであって、
    熱システムにおいて使用される複数の蓄熱容器であって、前記蓄熱容器の内側に配置されている相変化物質を通る流体の流れによって熱を交換することを目的とする、前記複数の蓄熱容器と、
    熱伝達流体入力部と、
    少なくともいくつかの前記蓄熱容器を直列に接続する配管と、
    流れ制御機構と、
    熱伝達流体出力部と、
    を備えており、
    前記流れ制御機構が、熱伝達流体が前記蓄熱容器の中を通ることなく前記蓄熱容器を迂回して前記熱伝達流体出力部に達することを可能にするように、構成されている、
    蓄熱システム。
  25. 前記流れ制御機構が、電動弁であり、前記電動弁を制御するコントローラをさらに備えている、請求項２４に記載の蓄熱システム。
  26. 前記コントローラが、通信線を通じて制御命令を受信するように構成されている、請求項２５に記載の蓄熱システム。
  27. 前記流れ制御機構が圧力逃し弁である、請求項２４に記載の蓄熱システム。
  28. 蓄熱容器の中を流れる熱伝達流体によって熱を交換する方法であって、
    蓄熱システムを提供するステップであって、前記蓄熱システムが、
    前記蓄熱容器の内側に配置されている相変化物質を通る熱伝達流体の流れによって熱を交換するための、熱システムにおいて使用される複数の蓄熱容器と、
    熱伝達流体入力部と、
    少なくともいくつかの前記蓄熱容器を直列に接続する配管と、
    流れ制御機構と、
    熱伝達流体出力部と、
    を備えており、
    前記流れ制御機構が、熱伝達流体が前記蓄熱容器の中を通ることなく前記蓄熱容器を迂回して前記熱伝達流体出力部に達することを可能にするように、構成されている、
    ステップと、
    前記熱伝達流体がより下流の前記蓄熱容器を迂回するための流路を開くための制御信号を、前記流れ制御機構に供給するステップと、
    を含む、方法。
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