JP5922577B2 - 居住施設サポート用のエネルギーシステム - Google Patents

Description

（関連出願への相互参照）
本出願は、２０１０年２月１３日出願、発明の名称：広範囲エネルギー及び資源依存の米国仮出願第６１／３０４，４０３号、２０１０年２月１７日出願、発明の名称：電界槽及びその使用方法の米国特許出願第１２／７０７，６５１号、２０１０年２月１７日出願、発明の名称：電界槽及びその使用方法の国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ１０／２４４９７号、２０１０年２月１７日出願、発明の名称：電気分解の間の核生成の制御装置及び制御方法の米国特許出願第１２／７０７，６５３号、２０１０年２月１７日出願、発明の名称：電気分解の間の核生成の制御装置及び制御方法の国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ１０／２４４９８号、２０１０年２月１７日出願、発明の名称：電気分解の間のガス収集装置及びガス収集方法の米国特許出願第１２／７０７，６５６号、２０１０年２月１７日出願、発明の名称：電気分解の間の核生成の制御装置及び制御方法の国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ１０／２４４９９号、並びに２００９年８月２７日出願、発明の名称：電界槽及びエネルギー依存技術の米国仮特許出願第６１／２３７，４７６号の優先権及び利益を主張する。これらの各出願の全体を本明細書に援用する。

本発明は、居住施設サポート用のエネルギーシステムに関する。

世界経済は、１００万年もの間蓄積されてきた石炭、天然ガス及び石油などの化石燃料を毎年燃焼することで生成されたエネルギーに依存している。化石燃料及び核燃料を用いた中心発電所から電力を生産する現在の方法は非常に低効率である。ほとんどの電力は蒸気タービンやガスタービンなどの熱機関を用いて発電機を駆動することで生産され、この蒸気タービン、ガスタービンは石炭や、適用範囲はそう広くないが天然ガス、石油、又は核燃料を燃料として用いている。

石炭、石油及び天然ガスなどの化石炭化水素の原始的な生成は、５億年前から６０００万年前の間の太古のある時期に光合成により始まった。光合成により生成されたバイオマスの効率は１％未満であり、少量のバイオマスのみが地質学的環境にて嫌気的に処理されたため、化石燃料の保存に繋がった。こうして、４０％から６０％の効率が要求される発電所での化石燃料の燃焼によって、実際には太陽エネルギーの電力変換効率の０．５％よりはるかに低い効率しか得られない。

化石燃料の莫大な消費は、米国の世界経済発展のリードを可能にしてきた。約２０００億バレルの国内石油、及び天然ガスや石炭などの相当物のそれとほぼ等しい量のエネルギーを燃焼してきた。世界人口６０億の約５％の米国が世界石油生産の２５％を消費し、米国の石油埋蔵量は世界全体の埋蔵量のたった２％までに枯渇してきている。天然ガスの生産は、石油からシフトしてきた需要に後れを取っている。現在、石炭は、環境保護基準に適合するように、より清浄な埋蔵物の採掘箇所から軌道車及びスラリーパイプラインによって長距離輸送している。

核燃料を取り込んで用いる米国の老朽化した発電所の数、及び核分裂性燃料の世界供給は、炭化水素の化石燃料に密接に関連して減少している。現在米国で年間消費される９５クワッド（quad）のエネルギーを生産するには１６００を超える原子力発電所が必要とされる。しかし、原子力は持続可能な選択肢ではない。

民家、商業ビル及び製造工場などの居住施設は、化石燃料を用いた中心発電所から電力を購入し、暖房及び温水暖房用の天然ガス又はプロパンなどの流体燃料を使用するのが典型的である。典型的な中心発電所は、電気設備利用の熱力学サイクルが利用する必要性から、化石燃料の燃焼による放出熱の約５０％から７０％を排出する。遠距離の中心発電所から排出されたエネルギーを居住施設が利用できるならば、事実上、コスト増大、汚染、及び資源枯渇を招かずに暖房及び温水暖房のすべてを得ることができるが、現在はこれらのニーズを生むように居住施設で化石燃料を燃焼するため、コスト増大、汚染、及び資源枯渇を招いてしまっている。

世界の多くの人々は、米国で標準的に生活するレベルには至っていない。それは、中心発電所が供給する高コストの電力生産、温水暖房及び空調、液化石油又は灯油式温水器、並びに電動空調機器による。容易に利用される化石燃料の供給が枯渇してゆくと、すべての国にとってエネルギーの貯蔵がますます重要になってゆく。

世界の多くの人々は、空気や水に発生した病原体により、かつ、ラドン、ヒ素、及び他の重金属などの無機毒素による他の場合において急性又は慢性疾患にかかる。食料価値のかなりの損失又は汚染は、ネズミ、害虫及び不十分な食料保存方法から生じるとともに、疾患や栄養失調を引き起こす。これらの課題の解決は極めて難しいことが分かってきた。

次の十年内に、世界経済は持続可能なエネルギー供給を急速に発展させ、或いは急激な生産性ロスを受容しなければならない。持続可能な経済のためには追随するであろう困難を受容するのが道義的である。

本開示は、内部タンク、及び内部タンク内の発電機を有する居住施設用のエネルギーシステムを対象とする。内部タンクは発電機の少なくとも一部を取り囲む第１の流体を収容し、発電機は居住施設用の電力を生産するようにされている。幾つかの実施形態では、エネルギーシステムは、第２の流体内に少なくとも部分的に浸った内部タンクの少なくとも一部を収容する外部タンクと、発電機からの排ガスを受け取るように発電機に連結可能な排出ポートとを含む。排出ポートは、排ガスから第２の流体まで熱を交換するように第２の流体を通過してもよい。エネルギーシステムは、居住施設で用いる加熱された第２の流体を外部タンクから輸送するように外部タンクに連結可能な流体出口を更に含んでいてもよい。

本開示は、居住施設にエネルギーを供給する方法を更に対象とする。この方法は、第１の流体を収容する第１のタンク内に配置されたエンジンを運転することを有する。第１の流体は、音響エネルギー、振動エネルギー、及び熱エネルギーの少なくとも１つの形態にあるエンジンからのエネルギーを吸収するようにされている。この方法は、エンジンからの排ガスが排出ポートを通過するようにすること、及び排ガスから第２のタンク内に保持された第２の流体まで熱交換することも含む。第１のタンクの少なくとも一部は第２のタンク内の第２の流体内に浸っている。幾つかの実施形態では、第２の流体は第１のタンク内の第１の流体のエネルギーを吸収するようにされている。

本開示は、電力及び熱を生産するエンジン及び発電機と、エンジンからの排ガスを受け取るようにされた排出ラインとを有するエネルギーシステムを対象とする。このシステムは流体貯蔵タンクも含み、排出ラインが、流体貯蔵タンク内の流体と熱を交換するように流体貯蔵タンクを通過する。このシステムは、排出ライン内で液化された水を収集する復水収集器、及び流体貯蔵タンクに接続可能な熱交換器であって、流体貯蔵タンクからの流体を受け取るとともに流体の熱を居住施設に輸送するようにされた熱交換器を更に含む。

本開示の幾つかの実施形態に係る居住施設用のエネルギーシステムの部分的模式回路図である。 本開示の幾つかの実施形態に係る排出チューブの断面図である。 本開示の幾つかの実施形態に係る居住施設用のエネルギーシステムの部分的模式回路図である。 本開示に係るエネルギーシステムに用いるタンクの断面図である。 本開示の幾つかの実施形態に係るエネルギーシステムの部分的模式図である。

２００４年１１月９日出願、発明の名称：多種燃料の貯蔵、計測及び点火システムの米国仮特許出願第６０／６２６，０２１号（代理人整理番号６９５４５−８０１３ＵＳ）、及び２００９年２月１７日出願、発明の名称：広範囲エネルギーの米国仮特許出願第６１／１５３，２５３号（代理人整理番号６９５４５−８００１ＵＳ）の主題全体を本明細書に援用する。２０１０年８月１６日に本出願と同時出願した次の各米国特許出願の主題全体も本明細書に援用する。これら米国特許出願は、発明の名称：流体輸送システムの特性の検出方法及び装置（代理人整理番号６９５４５−８００３ＵＳ）、発明の名称：エネルギー、物質資源及び栄養状態の生産用自己生産システム及びプロセスの包括的コストモデリング（代理人整理番号６９５４５−８０２５ＵＳ）、発明の名称：電解槽及びその使用方法（代理人整理番号６９５４５−８０２６ＵＳ）、発明の名称：再生可能なエネルギー、物質資源及び栄養状態の統合生産による持続可能な経済発展（代理人整理番号６９５４５−８０４０ＵＳ）、発明の名称：広範囲の再生可能エネルギーの統合生産による持続可能な経済発展用のシステム及び方法（代理人整理番号６９５４５−８０４１ＵＳ）、発明の名称：広範囲の再生可能物質資源の統合生産による持続可能な経済発展（代理人整理番号６９５４５−８０４２ＵＳ）、発明の名称：補完された海洋熱エネルギー変換の効率を増大させる方法及びシステム（ＳＯＴＥＣ）（代理人整理番号６９５４５−８０４４ＵＳ）、発明の名称：炭化水素ハイドレート埋蔵物を採取するガスハイドレート変換システム（代理人整理番号６９５４５−８０４５ＵＳ）、発明の名称：物質を貯蔵及び／又はろ過する装置及び方法（代理人整理番号６９５４５−８０４６ＵＳ）、発明の名称：エネルギー変換組立体、並びに付随する使用方法及び製造方法（代理人整理番号６９５４５−８０４８ＵＳ）、及び発明の名称：内部補強構造の複合材及び付随する製造方法（代理人整理番号６９５４５−８０４９ＵＳ）である。

図面に示す詳細、寸法、角度、形状、及び他の特徴は、本開示の特定の実施形態の単なる例示である。したがって、他の実施形態は、本開示の精神又は範囲から逸脱せずに別の詳細、寸法、角度、及び特徴を有することができる。加えて、当業者は、以下に記述の詳細の幾つかを有せずに本開示の更なる実施形態を実施できることを理解するであろう。

本明細書中「１つの実施形態」又は「ある実施形態」の参照は、その実施形態に関連して記述した特定の特徴、構造、又は特性が本開示の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。よって、本明細書中の様々な箇所での「１つの実施形態において」又は「ある実施形態において」出現する語句は、必ずしもそのすべてが同一実施形態を参照するものではない。さらに、特定の特徴、構造、又は特性は１以上の実施形態において任意の好適な方法で組み合わせてもよい。加えて、本明細書で与えた見出しは、利便性のみのためであって、本開示の請求の範囲又は意味と解しない。

図１は本開示の幾つかの実施形態に係るエネルギーシステム１００を示す。エネルギーシステム１００は、エンジン１１０、及び内部タンク１１４内に保持された発電機１１２を含む。エンジン１１０は燃料ライン１１８及び吸気口１２０を含んでいてもよく、燃料ライン１１８及び吸気口１２０は、エンジン１１０に燃料や空気などの必要物質を供給するように内部タンク１１４から外方に延びている。燃料ライン１１８は好適な弁１１８ａ、流れ調節器１１８ｂ、及び他の好適な燃料管理機器を含んでいてもよい。燃料輸送及び管理機器に関する追加詳細は、同時係属の発明の名称「エネルギー変換システム」の米国特許出願第０９／１２８，６７３号に開示されており、この出願の全体を本明細書に援用する。吸気口１２０は、上方に延びるパイプ１２０ａ、及びパイプ１２０ａの端部にある空気フィルター１２０ｂを含んでいてもよい。幾つかの実施形態では、エンジン１１０は内燃機関１１０を有する。エンジン１１０及び発電機１１４はフライホールを含んでいてもよく、フライホイールは、エンジン１１０の回転を始動させ安定させるとともに、エンジン１１０が所望の運転速度に達した後に電力を供給する。エンジン１１０及び発電機１１２は、電力の形態にあるエネルギーを居住施設、又は店舗や支店などの他の小規模、中規模の消費ユニットに提供してもよい。インバータ１１５が発電機１１２からの電力を受け取り、その電力を居住施設用の好適なフォーマットに変換してもよい。内部タンク１１４は、エンジン１１０の上方に延びる管状壁１１４ａを含んでいてもよい。内部タンク１１４は内部タンク１１４上に排出口１１４ｂを含んでいてもよく、排出口１１４ｂは排出口１１４上に不図示のルーフ又は他の閉止手段を含んでいてもよい。

内部タンク１１４は、好適な低蒸気圧流体などの流体１１６で満たされ、又は実質的に満たされていてもよい。たとえば、流体１１６は、音響減衰及び熱輸送を提供可能な高温のシリコーン、フルオロカーボン、好適な共晶溶液又はこれらの混合物であってもよい。幾つかの実施形態では、流体１１６は自己消火性流体又は耐火性流体を含んでいてもよく、この自己消火性流体又は耐火性流体は、エンジン１１０からシステム１００の外へ排出される流体１１６の表面まで排出流体、漏出燃料又は潤滑油を浮上させる。流体１１６は誘電性流体も含んでいてよく、この誘電性流体は、発電機１１２から導く高電圧の追加絶縁、並びに付随する回路及びケーブル配線の追加絶縁を提供する。流体１１６は六フッ化硫黄、砂、アルミニウム球若しくは鋼鉄球、水酸化カリウム、又は他の媒体も含んでいてよく、これらの媒体は、騒音減衰及び前記組立体の耐火性改善を提供し、この騒音減衰及び耐火性改善は、漏出蒸気の移動を強制し、空気又は他の酸化剤の移動で抑制し、かつ急冷能力を提供することで得られる。本明細書で用いる「流体」の語は、液体、及び砂又は金属球などの粒子状の固体を含む。粒子状の固体を含む実施形態では、種々サイズの粒子の混合物は、内部タンク１１４内の多様なサイズの空間及び開口部に嵌合するように用いてもよい。

内部タンク１１４は、流体１５２で満たすことが可能な外部タンク１５０内にあってもよい。幾つかの実施形態では、流体１５２は飲料水である。外部タンク１５０は、高強度のガラス繊維、炭素又はポリマーの巻線で強化されたポリマー配列の複合材でできていてもよい。この構造によって、タンク１５０は極めて長い耐用年数にわたって固有の絶縁性及び耐食性を維持することができる。外部タンク１５０は、その底部に入口１５４、その頂部に出口１５６を含んでいてもよい。エンジン１１４は熱交換チューブ１６０に接続された排出ポート１５８を含んでいてもよい。チューブ１６０は、チューブ１６０内の排ガスから外部タンク１５０内の流体１５２まで熱を輸送するように、螺旋状又は他の好適な形態で外部タンク１５０中を巻回していてもよい。図１に示す実施形態では、熱交換チューブ１６０は略円筒状の外部タンク１５０内の略鉛直な軸周りを螺旋状に巻回している。他の実施形態では、チューブ１６０内の排ガスとタンク１５０内の流体１５２との間で好適な熱交換レベルを達成するように他の配置が可能である。

外部タンク１５０は復水収集器１６２も含んでいてよく、復水収集器１６２は、排ガスから復水１６１を収集するようにチューブ１６０の出口に配されている。幾つかの実施形態では、エンジン１１０は燃料として水素を用い、エンジン１１０で燃料として使用する水素１ポンドから約９ポンドの蒸留水が生成される。幾つかの実施形態では、エンジン１１０は以下の方程式１と２により水と熱を生成してもよい。
Ｈ₂＋１／２Ｏ₂→Ｈ₂Ｏ＋熱１ 方程式１
１ポンドのＨ₂＋８ポンドのＯ₂→９ポンドのＨ₂Ｏ 方程式２

他の実施形態では、汚水、ゴミ、農業廃棄物及び他の資源から生産されるアルコール燃料、液化石油、燃料油、又はメタンなどの炭化水素燃料が用いられる。水は、方程式３と４で要約されるプロセスで示すような燃焼生成物から液化してもよい。
Ｈ_xＣ_y＋ｙＯ₂→ｘＨ₂Ｏ＋ｙＣＯ₂＋熱３ 方程式３
ＣＨ₄＋２Ｏ₂→２Ｈ₂Ｏ＋ＣＯ₂＋熱４ 方程式４

世界の多くの地域では、生産性ロスや貧困により、汚水が引き起こす慢性疾患や短寿命の問題が起こっている。エネルギー変換プロセスの排出生成物から水を収集することは、水に発生した病原菌に悩まされている地域、又は地下水がヒ素、鉛、ラドン、若しくは他の無機毒素によって汚染されている地域を援助するのに非常に重要である。システム１００によって、燃料電池又はエンジンの燃料として用いる水素１ポンドにつき約１ガロンの水が安全かつ清浄に収集される。さらに、システム１００は、エネルギー供給を保っている間に、生活の質を大幅に改善する段階的なエネルギー利用事象においてもそのような水を安全かつ清浄に収集する。

内部タンク１１４及び外部タンク１５０の配置は、エンジン１１０からエネルギーが入り、このエネルギーをタンク１１４、１５０内の流体１１６、１５２に輸送するのが有利である。外部タンク１５０は、シリンダーなどの容器、バッフルを備えたシリンダーなどの容器、内側と外側に熱輸送フィンを備えた容器、又はタンク１５０内の加熱流体の対流を抑制する装置を備えた容器であってもよい。そのため、熱、音、及び振動は、実質的にシステム１００の外に伝わらず、外部タンク１５０内の流体１５２を加熱及び／又は加圧するように用いられる。幾つかの実施形態では、流体１５２は、居住施設で使用可能な熱い飲料水である。出口１５６は、居住施設内の好適な配管ポートに接続していてもよい。出口１５６は不図示のセンサーを含んでいてもよく、圧力又は温度が閾値圧力に達した場合に、このセンサーによって外部タンク１５０の圧力を出口１５６から逃がすことができる。

幾つかの特に相乗的で有益な結果がシステム１００によって提供される。たとえば、騒音と同様に、パルス燃焼で生じる熱や振動が、流体１５２の熱として生産的用途用に得られる。また、幾つかの燃焼プロセスによって、排ガス内に大量の水を生産できる。システム１００によって、生産的用途用の略清浄で使用に適したこの水を得ることができる。これらの利点は、実際、燃焼機関及び燃料電池を含む任意のエンジンタイプに適用できる。エンジン１１０は燃料電池であってもよく、この燃料電池は、流体１５２内でクリーンウォーター及びクリーンエネルギーとしてそれぞれ同様に得られる水及び騒音を作り出す。

図２に熱交換チューブ１６０の断面図を示す。幾つかの実施形態では、チューブ１６０は扁平なチューブ１６０であってもよい。幾つかの実施形態では、外部タンク１５０はフィン又はチャンネルを含んでいてもよく、このフィン又はチャンネルは、概してタンク１５０を通ずるチューブ１６０の経路に続いている。そのため、入口１５４から出口１５６までの流れは、チューブ１６０内の排ガスの経路に逆行する。したがって、流入水が対流経路又は他の経路では流れずに逆行流の熱交換配列内で確かに移動するように、幅寸法ｗ及び高さ寸法ｈを必要に応じ変更してもよい。

幾つかの実施形態では、チューブ１６０は略三日月状の全体断面形状を有する弓状のチューブであってもよく、その中央部は、加熱によって膨張した水の流れの方向付けを補助するように上方に屈曲していることで、水の浮力によりチューブ１６０の弓状の下面内に保持される。チューブ１６０はタンク１５０中を螺旋状に巻回しつつ外部タンク１５０内に嵌合していてもよい。さらに、チューブ１６０はタンク１５０を通る逆行流の経路を過ぎ、タンク１５０に沿って流体１５２は入口１５４から出口１５６まで通過してもよい。この配置によって、当該システムの効率が増し、流体１５２の出口１５６での温度を信頼性、整合性のあるものにすることができる。

図３に本開示の幾つかの実施形態に係るシステム２００を示す。システム２００はエンジン２１０及び発電機２１２を含む。エンジン２１０は、内燃機関、燃料電池、又は任意の他の好適なエンジンタイプであってもよい。エンジン２１０は、エンジン２１０で使用する燃料、空気、水素などの物質、又は任意の他の好適な物質を供給する注入ライン２１０ａを含む。この燃料は、上で参照し、本明細書に援用する同時係属の特許出願である発明の名称「広範囲エネルギー及び資源依存」で記述するように注入ライン２１０ａを通して輸送してもよい。発電機２１２は、エンジン２１０からのエネルギーを電力に変換するようにエンジン２１０に連結していてもよい。システム２００は、発電機２１２からの電力を居住施設に輸送するようにインバータ２１２ａ、及びケーブル配線、電解槽、電池、コンデンサーなどの他の好適な電気機器２１２ｂを含んでいてもよい。

システム２００は、排出ライン２１４、熱交換器２１５、及びオーブン２１６も含んでいてよい。熱交換器２１５は排ガスからオーブン２１６まで熱を輸送してもよい。オーブン２１６は、熱交換器のネットワークで接続された、熱レベルを段階的に伝える幾つかのオーブンを含んでいてもよい。たとえば、オーブン２１６は第１のオーブン２１６ａ、第２のオーブン２１６ｂ及び第３のオーブン２１６ｃを含んでいてもよく、第１のオーブン２１６ａは排ガスの熱を第１に受け取り、第２のオーブン２１６ｂは第１のオーブン２１６ｂから熱を受け取り、第３のオーブン２１６ｃは第２のオーブン２１６ｃから熱を受け取る。オーブン２１６内の空気は、一連の弁及び調節器２１７を通して幾つかのオーブン２１６ａ、２１６ｂ、及び２１６ｃ間に分配してもよい。第１のオーブン２１６ａは、例えばピザオーブンとして好適な最高温度で調理するように用いてもよい。第２のオーブン２１６ｂは、わずかに低い温度で調理するように用いてもよく、第３のオーブン２１６ｃは、食料の乾燥用や保存用などに更に低い温度で調理するように用いてもよい。オーブン２１６の少なくとも１つは電子レンジを含んでいてもよい。オーブン２１６は、オーブン２１６内で空気を乾燥させる不図示の乾燥フィルターを含んでいてもよい。この乾燥フィルターは、エンジン２１０からの高温排ガスを用いて周期的に清浄化してもよい。果物、食肉及び野菜の乾燥によって、食料を保存しコンパクトに貯蔵するための健康的でエネルギー節約型の有利な代替方法が提供される。システム２００によって、食料の乾燥及び保存を急速かつ病原媒介手段の無いものとすることができる。

システム２００はタンク２２０も含み、排出ライン２１４は、排ガスがオーブン２１６を通過した後にタンク２２０内の水などの流体を加熱するようにタンク２２０を通過していてもよい。幾つかの実施形態では、ステンレス鋼などの好適な耐食材料を熱交換器２１５及びチューブ２１４の構造に用いてもよい。熱交換器２１５の代替材料が、費用効果が高く耐食性がある利点を提供する高温ポリマーを含む。チューブ２１４はポリエステル、シリコーン、及び／又はフッ素ポリマーであってもよい。排出ライン２１４及びタンク２２０の配置は、上の図１を参照して述べたシステム１００のそれと概して類似していてもよい。システム２００は、排出ポート近傍に復水収集器２２１を含んでいてもよい。例えば音響減衰、熱減衰、及び振動減衰がより重要となる幾つかの実施形態では、エンジン２１０及び発電機２１２を不図示の内部タンク内に配置していてもよく、内部タンクは、図１に関連して述べたシステム１００と概して類似するようにタンク２２０内に順に配置されている。タンク２２０内の流体は飲料水であってもよく、かつ、居住施設内の飲料用、入浴用、洗い物用などに利用してもよい。幾つかの実施形態では、水や他の流体は、居住施設の暖房用としても用いてよい。タンク２２０は、熱交換器２２４に接続された出口２２２を含んでいてもよく、熱交換器２２４は、居住施設の壁、天井、及び床の中を巻回する一連のチューブを含む。居住施設は、熱交換器２２４と居住施設の外壁面の間に断熱材を含んでいてもよく、断熱材は、居住施設の内部に熱を伝達可能であってもよい。熱交換器２２４からタンク２２０まで水を戻してもよく、或いは居住施設内で飲料水として水を利用してもよい。流入水の運動量又は対流による混合を低下又は防止することでタンク２２０の頂部に最高温度の水及びタンク２２０の底部に最低温度の水を生産して維持するように、タンク２２０を構成してもよい。

多段階の温度での一連の熱利用は内燃機関運転又は高温での燃料電池運転が始まることで提供され、この内燃機関運転又は高温での燃料電池運転は、主要燃料を熱化学的に再生し、様々な燃料種類を生成するより高いエネルギーを生み出す。食料の調理用、食料の乾燥用、水の加熱用、及びファンコイル又は床暖房システム内の加熱水の使用用の熱交換器は、従来の居住施設サポート実施を大幅に改善する。全体のエネルギー利用効率が、現在の実施に比べ上がる。確かな水生成及び低温殺菌又は滅菌とともにエネルギーセキュリティーが固有の利点として提供される。

図４に本開示の実施形態に係るタンク３００の断面図を示す。タンク３００は、金属、又はポリフッ化ビニリデン若しくはペルフルオロアルコキシなどのポリマーでできていてもよい。タンク３００は、中空又は中実可能な中心シャフト３１０、及び軸方向管状部材３１４を含んでいてもよい。幾つかの実施形態では、シャフト３１０の空孔は、エネルギーシステム１００及び２００内の様々な位置まで、かつ様々な位置から外部の目的地点まで供給するように好適な輸送チューブを接続する中心導管として用いてもよい。螺旋状のチューブ３１２がタンク３００内のシャフト３１０周りを延びていてもよい。図４ではチューブ３１２が概念的な線として示されているが、チューブ３１２はタンク３００内で任意の好適な寸法を有していてもよいと理解すべきである。チューブ３１２の螺旋形状によって、タンク３００内部からタンク３００を強化できる。タンク３００は、ポリマー製のチューブを図４に示す螺旋状に形成することで素早く製造してもよく、この螺旋状にチューブを形成することは、シャフト３１０周りに形成すること、及びシャフト３１０に結合することを含んでいてもよいし、又は含んでいなくてもよい。不透過性のライナー３１６が、チューブ３１２の外面上に熱形成され、かつこの外面に結合されていてもよい。タンク３００は、エポキシなどの好適な熱硬化性樹脂内のガラス繊維、配向ポリオレフィン、配向ポリエステル、及び／又はグラファイト繊維でできたカバー３１８を含んでいてもよい。中心シャフト３１０が組み込まれた実施形態では、共形隔壁３２０及び３２２などの端部補強材が、取り付け装置とともに軸方向荷重の拡散及び補強を提供してもよい。よって、隔壁３２０及び３２２へのシャフト３１０の結合、又はねじ部品若しくは類似の取り付け部品による荷重伝達により、圧力でタンク３００内に生じる応力が軸方向に拘束される。

図５に本開示の実施形態に係る居住施設又は他の消費ユニット用のエネルギーシステム４００を示す。システム４００は太陽電池パネル４０２を含み、太陽電池パネル４０２は太陽エネルギーを受け取り、このエネルギーを居住施設用の熱や電力に変換する。この熱は、第１のマニホールド４０４ａから第２のマニホールド４０４ｂまで流体を通過させることで、空気及び／又は水などの作動流体により太陽電池パネル４０２から除去してもよい。システム４００は、上述のシステム１００及びシステム２００に類似するエンジン４１０及び発電機４１２も含んでいてよい。エンジン４１０及び発電機４１２からの排ガスは、容器４１６内の熱交換器４１４に輸送されてもよい。容器４１６は、居住施設用のオーブン又は加熱装置を含む、排ガスの熱が利用可能な任意のコンパートメントであってもよい。熱交換器４１４は、矢印４１４ａで示すように２つの流体が互いに対向して移動することによる逆行流の空気を利用してもよい。あるいは、排ガスは熱貯蔵タンク４１８を通過してもよい。熱貯蔵タンク４１８は、熱貯蔵タンク４１８中を適応可能に循環した流体を加熱又は冷却するように、高い比熱の媒体４１９及び／又はグラウバー塩（Ｎａ₂ＳＯ₄・１０Ｈ₂Ｏ）若しくはパラフィンなどの相変化物質を含んでいてもよい。マニホールド４０４ａ、４０４ｂは、熱を他の箇所で使用するために太陽電池パネル４０２から熱貯蔵タンク４１８まで熱を向けるようにしてもよい。

図１及び図３を参照して上述したシステム１００、２００に類似して、システム４００は、タンク４３０、タンク４３０を通過する排出チューブ４３２、及び復水収集器４３４を含んでいてもよい。タンク４３０内の流体は、エンジン４１０からの排ガス、又は必要に応じて熱貯蔵タンク４１８からの排ガスで加熱してもよい。タンク４３０は、これを取り囲む蓄熱コイル４３１を含んでいてもよい。タンク４３０内の高温流体は、タンク４３０に戻る前に居住施設を暖めるように居住施設の床又は壁内の熱交換器４４０へと循環させてもよい。システム４００は制御器４２０及びセンサーを含んでいてもよく、制御器４２０はエンジン４１０及び／又は発電機４１２を制御し、センサーは温度情報及び／又は湿度情報を受け取る。制御器４２０は、システム４００の様々な部分での作動流体の循環を適応可能に制御してもよい。システム４００は地熱貯蔵返しベンド４４２も含んでいてよく、地熱貯蔵返しベンド４４２は、土壌表面温度より概して温暖な土壌表面下方の領域まで延びている。返しベンド４４２内の流体は、ポンプ４４４又は他の好適な加圧装置によって移動できる。熱交換器４４０は返しベンド４４２と熱交換してもよく、返しベンド４４２は、土壌表面下方の地熱貯留層まで熱を輸送してもよい。システム４００は井戸水又は不図示の熱交換器内で冷却された水を循環させてもよく、この熱交換器は、熱交換器４４０内を循環した水が年間平均気温に到達可能なように、十分な深さの土壌中に埋められている。大陸の大部分では、地下水帯水層の飽和層は年間平均気温に非常に近く保たれており、この年間平均気温は、土壌表面の表土８０インチ毎に１度増す。寒い天候の月の間は、地下水は周辺気温より高い。暖かい天候の月の間は、地下水は周辺気温より低くよく２０°Ｆから４０°Ｆになり、居住施設の冷却用ヒートシンクとして容易に作動する。深い海水の近傍領域においても同様に、その海水の深さから利用可能な十分に冷たい水によって居住施設が容易に冷却されることがよく分かっている。

本明細書及び請求項の中で文脈が明りょうに他の意味を要求しない限りは、「有する(comprise)」、「有する（comprising）」などの語は、排他的又は消尽的な意味ではなく包括的な意味に解すべきである。すなわち、これらの語は、「含むが、これに限らない（including, but not limited to）」の意味に解すべきある。単一の数を用いる語は複数の数も含み、複数の数を用いる語は単一の数も含む。請求項において２以上の項目リストを参照する「又は（or）」の語が用いられる際、その語は、次のすべての解釈（すなわち、そのリストの任意の項目、そのリストのすべての項目、及びそのリストの項目の任意の組み合わせ）の範囲にわたる。

上述の種々実施形態は、更なる実施形態を提供するように組み合わせてもよい。米国特許、米国特許出願公開公報、米国特許出願、外国特許、外国特許出願、及び明細書で引用され、且つ／又は出願データシートに掲載された非特許刊行物のすべての全体を本明細書に援用する。本開示の態様は、必要ならば、多様な形態を備えた燃料噴射器及び点火装置を用いるように修正してもよく、かつ本開示のまた更なる実施形態を提供するために様々な特許、出願、及び刊行物の概念を用いるように修正してもよい。

上述の発明を実施するための形態の観点において、これらの変更及び他の変更が本開示になされてもよい。概して、以降の請求項において用いる語は、本明細書及び請求項に開示された特定の実施形態に本開示が限定されると解すべきでなく、請求項に係り作用するシステム及び方法のすべてを含むと解すべきである。したがって、本発明は本開示によって限定されず、本発明の範囲は、以降の請求項によって広く決められるべきである。

Claims (34)

1. 居住施設用のエネルギーシステムであって、
   内部タンクと、
   該内部タンク内の発電機であって、前記内部タンクは該発電機の少なくとも一部を取り囲む第１の流体を収容し、前記発電機は前記居住施設用の電力を生産するように構成されている、発電機と、
   入口及び出口を有し、第２の流体内に少なくとも部分的に浸った前記内部タンクの少なくとも一部を収容する外部タンクと、
   前記発電機からの排ガスを受け取るように前記発電機に連結可能な排出ポートであって、前記排出ポートは、前記排ガスから前記第２の流体まで熱を交換するように該第２の流体を通過させる細長いチューブであって、前記排ガスから前記第２の流体までの熱輸送を改善するように三日月状断面を有し、中央部が上方に屈曲した細長いチューブに接続される、排出ポートと、
   を備え、
   前記出口は、前記居住施設で用いる加熱された前記第２の流体を前記外部タンクから輸送するように前記外部タンクに連結可能である、居住施設用のエネルギーシステム。
2. 前記外部タンク内の前記第２の流体は飲料水である、請求項１に記載のエネルギーシステム。
3. 前記第１の流体は、高温のシリコーン、フルオロカーボン、共晶溶液、自己消火性流体、誘電性流体、六フッ化硫黄、砂、水酸化カリウム、又は金属球の少なくとも１つを有する、請求項１に記載のエネルギーシステム。
4. 前記細長いチューブの出口に、前記排ガスから水を収集するように構成された復水収集部をさらに有する、請求項１に記載のエネルギーシステム。
5. 前記発電機に燃料を輸送するように構成された燃料ラインと、
   前記発電機に空気を輸送するように構成された吸気口であって、前記発電機が燃焼機関を有する、吸気口と、
   前記外部タンクの底部に配置された該外部タンクへの入口と、
   を更に有する、請求項１に記載のエネルギーシステム。
6. 前記細長いチューブは、前記外部タンクを通過する螺旋状のチューブである、請求項１に記載のエネルギーシステム。
7. 前記外部タンクは略円筒状の直立タンクを有し、
   前記内部タンクは前記外部タンクの頂部近傍の該外部タンク内の略中心位置に配置されており、
   前記細長いチューブは、前記円筒状の直立外部タンクに少なくとも略平行な軸周りを螺旋状に延びている、請求項１に記載のエネルギーシステム。
8. 前記内部タンクは上部排出口を有し、前記第１の流体からの蒸気は、該第１の流体の表面に向かって移動し、前記上部排出口から排出する、請求項１に記載のエネルギーシステム。
9. 前記出口は圧力センサーを更に有し、前記外部タンク内の圧力が閾値圧力に達した場合に、前記圧力センサーは前記外部タンクから前記第２の流体の一部を放出するように構成されている、請求項１に記載のエネルギーシステム。
10. 前記内部タンクは、前記発電機からの熱エネルギー、振動エネルギー及び音響エネルギーを吸収し、熱として該エネルギーを前記第２の流体に輸送するように構成されている、請求項１に記載のエネルギーシステム。
11. 前記発電機は、エンジンからのエネルギーを受け取るとともに、フライホイールに該エネルギーの少なくとも一部を貯蔵する、請求項１に記載のエネルギーシステム。
12. 太陽電池パネル及び熱交換器を更に有し、該熱交換器は、該太陽電池パネルから熱を除去し、該熱を前記第２の流体に輸送するように構成されている、請求項１に記載のエネルギーシステム。
13. 前記第２の流体を受け取り、該第２の流体の熱を居住施設に輸送するように構成された熱交換器を更に有する、請求項１に記載のエネルギーシステム。
14. 前記熱交換器は前記第２の流体が通過する一連のチューブを有し、該一連のチューブは、前記居住施設の内壁面の内側に配置されている、請求項１３に記載のエネルギーシステム。
15. 前記排出ポートは螺旋状に形成されたチューブを有し、前記外部タンクは該螺旋状のチューブの外周を覆うカバーを有する、請求項１に記載のエネルギーシステム。
16. 前記カバーは、好適な熱硬化性樹脂のエポキシ内のガラス繊維、配向ポリオレフィン、配向ポリエステル、及びグラファイト繊維の少なくとも１つでできている、請求項１５に記載のエネルギーシステム。
17. 前記排ガスの熱を受け取り、該熱を貯蔵するように構成された熱貯蔵タンクを更に有し、該熱貯蔵タンクは、グラウバー塩（Ｎａ₂ＳＯ₄・１０Ｈ₂Ｏ）又はパラフィンの少なくとも１つを含む、請求項１に記載のエネルギーシステム。
18. 前記排出ポートは該排出ポートからオーブンまで熱を輸送するように構成されている、請求項１に記載のエネルギーシステム。
19. 前記オーブンは複数のオーブン部を有し、各オーブン部は、該複数のオーブン部間の熱を交換するように構成された熱交換器ネットワークによって接続されている、請求項１８に記載のエネルギーシステム。
20. 居住施設にエネルギーを供給する方法であって、
    エンジンを運転するステップであって、該エンジンが第１の流体を収容する第１のタンク内に配置されており、該第１の流体が、音響エネルギー、振動エネルギー、及び熱エネルギーの少なくとも１つの形態にある前記エンジンからのエネルギーを吸収する、ステップと、
    前記エンジンからの排ガスが排出ポートを通過するステップと、
    前記排ガスから第２のタンク内に保持された第２の流体まで熱交換するステップであって、前記第１のタンクの少なくとも一部が前記第２のタンク内の前記第２の流体内に浸っており、該第２の流体が前記第１のタンク内の前記第１の流体のエネルギーを吸収する、ステップと、
    を含み、
    前記排出ポートは、前記第２のタンク内に取り付けた細長いチューブであって、前記第２のタンク中を螺旋状に巻付く細長いチューブに接続され、前記細長いチューブは、前記排ガスから前記第２の流体までの熱輸送を改善するように三日月状断面を有し、前記細長いチューブの中央部は、上方に屈曲しており、前記第２のタンクの入口から出口までの流れは、前記細長いチューブ内の排ガスの経路に逆行する、方法。
21. 前記第２の流体は飲料水であり、前記排ガスから該飲料水まで前記熱を交換した後に、前記第２のタンクからの前記飲料水を分配するステップを更に有する、請求項２０に記載の方法。
22. 前記エンジンを運転するステップは、前記居住施設用の電力を供給するように構成された発電機を運転するステップを有する、請求項２０に記載の方法。
23. 前記エンジンは内燃機関を有する、請求項２０に記載の方法。
24. 前記エンジンは太陽電池パネルを有する、請求項２０に記載の方法。
25. 前記第２の流体から前記居住施設まで熱を輸送するステップを更に有する、請求項２０に記載の方法。
26. 前記第２の流体から前記居住施設まで熱を輸送するステップは、
    前記第２の流体から前記居住施設まで熱を輸送するように、加熱された前記第２の流体を前記第２のタンクから一連のチューブを通して前記居住施設の内壁面近傍に供給するステップと、
    前記第２の流体が前記居住施設の内壁面を通して該居住施設まで熱を輸送した後に、前記第２の流体を前記第２のタンクまで戻すステップと、
    を有する請求項２５に記載の方法。
27. 前記第２の流体を前記第２のタンクから地熱貯留層まで循環させるステップを更に有する、請求項２０に記載の方法。
28. 前記第１のタンクから外部環境まで蒸気を排出させるステップを更に有する、請求項２０に記載の方法。
29. 前記排ガスから復水を収集するステップを更に有する、請求項２０に記載の方法。
30. 電力及び熱を生産する手段と、
    該電力及び熱を生産する手段に連結可能であり、前記電力及び熱を生産する手段からの排ガスを受け取るように構成された排出ラインであって、前記排出ラインは前記排ガスの経路に沿って前記電気及び熱を生成する手段から前記電気及び熱を生成する手段の下方に位置する前記排ガスの出口に延びており、前記排ガスの出口は、前記排ガスから流体までの熱を交換するように前記流体を通過させる、排出ラインと、
    前記流体を貯蔵するように構成された流体貯蔵タンクであって、前記排出ラインは、前記排ガスから前記流体までの熱輸送を改善するように三日月状断面を有する細長いチューブを備え、前記細長いチューブは、前記流体貯蔵タンクの実質的な長さに沿って螺旋状に巻付くように形成され、前記三日月状断面の中央部は、前記流体貯蔵タンクの上方端部に対して上方方向に屈曲しており、前記流体貯蔵タンクは前記流体貯蔵タンク内を通る前記流体の経路を定義する流体入口及び流体出口を有し、前記流体の経路は前記排ガスの経路と逆行する、流体貯蔵タンクと、
    前記排出ライン内で液化された水を収集する手段と、
    前記流体貯蔵タンクに接続可能な熱交換器であって、前記流体貯蔵タンクからの前記流体を受け取るとともに該流体の熱を居住施設に輸送するように構成された熱交換器と、
    を有するエネルギーシステム。
31. 前記熱交換器は前記居住施設の内壁面の内側にある、請求項３０に記載のエネルギーシステム。
32. 電気及び熱を生産する前記手段に連結可能なインバータを更に有し、該インバータは前記居住施設に前記電力を輸送するように構成されている、請求項３０に記載のエネルギーシステム。
33. 前記熱交換器は地熱貯蔵返しベンドを有し、該地熱貯蔵返しベンドは、土壌中へ延びているとともに、前記居住施設から該地熱貯蔵返しベンドを通して前記土壌に熱を輸送するように構成されている、請求項３０に記載のエネルギーシステム。
34. 電気及び熱を生産する前記手段は、前記流体貯蔵タンク内に収容され、前記流体貯蔵タンクは、電気及び熱を生産する前記手段からの熱及び振動エネルギーを吸収するように構成されている、請求項３０に記載のエネルギーシステム。

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