JP6527160B2 - 熱エネルギー分配のためにグラフェン濃縮製品を使用するシステム及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、一般にグラフェン濃縮製品を使用するシステム及び方法に関する。より具体的に言えば、本発明は、熱エネルギー分配のためにグラフェン濃縮製品を使用するシステム及び方法に関する。

熱エネルギーの分配には、従来、媒体、典型的には液体又は気体が使用されてきた。熱を分配するためにこれらの媒体を使用することにはいくつかの欠点がある。液体又は気体の媒体は、熱を分配するための有効媒体であるために、パイプなどの格納容器を必要とする。液体又は気体媒体の格納は、新しい一連の課題を伴う。格納容器は一般に、媒体の漏れを防ぐために強力なシールを含む。加えて格納容器には、格納された媒体の圧力に耐えるだけの十分な強度がなければならない。一般に、重く分厚い厚肉パイプが使用されるか、或いは、より軽く高価な材料が使用される。

加えて、分配システムを介して従来の媒体を十分に移動させるために、何らかのタイプの推進力が必要である。分配システムを介して液体又は気体を移動させるために、典型的にはポンプが使用される。ポンプを動作させるためには、一般に、それ自体の機械又は電気エネルギーを必要とし、システムの総合効率を更に低減させる。更にポンプは、一般に定期的な保守及び交換を必要とする。高圧でパイプを介して移動する従来の媒体は、パイプ内面による摩擦損失及び乱流も受けやすい。これらの損失は、従来システムの効率を更に低減させる。これらの欠点を克服する、熱エネルギーを伝導するためのより効率的なシステムが望ましい。

グラフェンは、近年開発された多くの有利な特性を有する材料であり、そのうちの１つが従来の材料に比べてかなり高い熱伝導率である。グラフェンは、典型的には１アトム厚さの薄いシートの形で製造される。１つのグラフェン濃縮製品（ＧＥＰ）が図１に示されている。グラフェンは層を分離する基質を伴うか又は伴わずに示される。グラフェンは当業者に知られている技法を使用して塗布される。

ＧＥＰは、その表面のうちの少なくとも１つに調節可能に貼付された少なくとも１層のグラフェンを有する。例えば円筒形の導管は、それらを分離する基質層を伴うか又は伴わずに、その表面に貼付された複数層のグラフェンを有することができる。熱エネルギーを含むがこれに限定されないエネルギーは、導管に貼付されたグラフェンの層を介して伝導され得る。グラフェンの高い熱伝導率及びその線形伝導特性により、環境へと失われる熱はごくわずかである。グラフェンの固有線形熱伝導特性により、放射熱エネルギーが漏出するのを防ぐように熱を伝導させるための、他の媒体に特有の厚い絶縁体は不要である。一般にグラフェンを覆う保護外層は、グラフェン層を損傷から保護する。グラフェンは固体であるため、液体又は気体媒体の格納問題は解消される。従来の液体又は気体に必要な高価な格納容器、シール、ガスケット、及び他の機器は不要である。材料の固有特性により、熱エネルギーはグラフェンを介して線形に伝導されるため、ポンプも不要である。したがって、熱エネルギーを分配するためにＧＥＰを使用するエネルギー分配システムは、典型的な液体又は気体熱エネルギー分配システムの欠点を克服する。

そこで、熱エネルギーを伝導及び分配するためにＧＥＰを使用するシステム及び方法が求められる。

本発明は、熱エネルギーを伝導及び分配するためにＧＥＰを使用するシステム及び方法を提供する。システムは、少なくとも１つの熱エネルギー源、少なくとも１つのＧＥＰ、ＧＥＰを介して熱エネルギーを抽出するためのシステム、及びＧＥＰを介して抽出された熱エネルギーを分配するためのシステムを含む。本発明は、地熱、太陽光、原子力、化学、マグマ、又は電気のエネルギーを含む、様々な熱源を含むことができる。本発明は、熱源を係合するための様々なデバイスを含むことができる。本発明は、ＧＥＰを形成するためにグラフェンが塗布又は組み合わされた様々な導管も含むことができる。熱エネルギーを抽出するためのシステムは、熱交換器、ボイラ、タービン、熱電対、又は熱電発電機などの、様々なデバイスを含むことができる。熱エネルギーを分配するためのシステムは、熱源を介して抽出された熱エネルギーを分割するためのコンピュータ制御マニホルド又はレギュレータを含むことができる。熱エネルギーを分配するためのシステムは、熱エネルギーを、電気、蒸気、機械、ポテンシャル、運動、弾性、伝導、対流、化学、原子力、又は白熱光を含む他の形のエネルギーに変換するための、様々なデバイスを含むことができる。

本発明の他の利点は、添付の図面に関連して考察された場合、以下の詳細な説明を参照することによって同様の内容がより良く理解されるものとして、容易に理解されよう。

基質の両側に塗布されたグラフェンの少なくとも１つの層を示す、従来技術の側面図である。 本発明のＧＥＰを示す断面図である。 本発明の複数のＧＥＰを格納するトンネルを示す断面図である。 本発明のＧＥＰを使用する熱分配ネットワークを示す図である。 本発明のＧＥＰを使用する代替の熱分配ネットワークを示す図である。 本発明のＧＥＰを使用する代替の熱分配ネットワークを示す図である。

本明細書で説明するシステム及び方法は、それらの適用例において、説明に記載されるか又は図面に示される構成の詳細及び構成要素の配置に限定されない。本発明は、他の実施形態が可能であり、様々な方法で実践又は実施することが可能である。また、本明細書で使用される表現及び用語は説明の目的であり、限定的とみなすべきではない。「含む」、「備える」、「有する」、「含有する」、「関与する」、及びそれらの変形の本明細書での使用は、その後に列挙されるアイテム、それらの等価物、及び追加のアイテム、並びにその後排他的に列挙されるアイテムからなる代替の実施形態を包含するものと意図される。

概して図面を参照すると、本発明は、熱エネルギーを伝導及び分配するためにＧＥＰを使用するシステム及び方法を提供する。システム３０は、少なくとも１つのエネルギー源３２、熱エネルギーを抽出するための少なくとも１つのＧＥＰ１０、及びＧＥＰ１０を介して抽出された熱エネルギーを分配するためのシステム分配３０を含む。本発明は、地熱、太陽光、原子力、化学、マグマ、又は電気のエネルギーを含む、様々な熱源３２を含むことができる。本発明のＧＥＰ１０は、様々な構成を形成することができる。本発明は、グラフェンがＧＥＰに塗布又は組み合わされた様々な導管も含むことができる。熱エネルギーを抽出するためのシステム３０は、熱交換器、ボイラ、タービン、熱電対、又は熱電発電機などの、様々なデバイスを含むことができる。熱エネルギーを分配するためのシステム３０は、熱源を介して抽出された熱エネルギーを分割するためのコンピュータ制御マニホルド又はレギュレータを含むことができる。また熱エネルギーを分配するためのシステム３０は、熱エネルギーを、電気、蒸気、機械、ポテンシャル、運動、弾性、伝導、対流、化学、原子力、又は白熱光を含む他の形のエネルギーに変換するための、様々なデバイスを含むことができる。

本発明のシステム３０は、熱エネルギーを伝導及び分配するためのＧＥＰ１０の使用を可能にする。熱エネルギー源は、地熱エネルギーなどであるがこれに限定されない多くのタイプとすることができる。地熱エネルギーは、一般に地表下深くに位置するが、地熱エネルギーに更にアクセス可能な場所がある。いくつかの場所では、地殻が他の場所よりも薄いか、又は地熱エネルギーに容易にアクセス可能にする固有の地質が存在する。地熱エネルギーには、一般に、当業者が周知の井戸掘削機器を使用してアクセス可能である。代替として、新しい井戸を見込みのある場所に掘ることが可能であるか、又は既存の井戸を再利用又は再掘削することが可能であるか、或いはその他の方法でＧＥＰ１０を改変して当業者に知られている技術を使用して熱にアクセスできるようにすることが可能である。

ＧＥＰ１０を使用してアクセス可能な別の熱エネルギー源は、太陽光エネルギーである。太陽光アレイは、建物の屋上、野原、又は適切な太陽光暴露を受ける様々な他の場所に配置することができる。太陽光エネルギーは当業者に知られているいくつかの方法で捕獲し、熱エネルギーに変換することができる。太陽光エネルギーは、水又は液化ナトリウムなどの液体を加熱するために使用することができる。液体は、伝導及び分配するためのＧＥＰ１０用の熱エネルギー源とすることができる。

ＧＥＰ１０を使用してアクセス可能な更に別の熱エネルギー源は、原子力エネルギーである。原子力エネルギーは、大量の熱を生成することでよく知られている。この熱は、しばしば蒸気生成用の水を沸騰させるために使用される。炉心は大量の熱を生成することが可能であり、この熱は水又は他の冷却システムに加えて、又はその代わりにＧＥＰ１０を使用して伝導及び抽出可能である。

化学エネルギーは、ＧＥＰ１０を使用してアクセス可能な別の熱源である。ナトリウム金属及び水などの、混合された場合に大量の熱を生成する多くの化学薬品が当業者に知られている。これら及び他の化学薬品の組み合わせによって大量の熱が生成可能であり、ＧＥＰ１０を使用してこれを抽出及び伝導することができる。

マグマ・エネルギーは、ＧＥＰ１０を使用してアクセス可能な別の熱源である。マグマは、アイスランド又はハワイなどの世界中のいくつかの場所に存在する。地熱エネルギーと同様に、一か所のマグマ熱エネルギーの量が非常に大きく、ほぼ無尽蔵であり得る。この熱は、ＧＥＰ１０及び当業者に知られている技術を使用して抽出及び伝導可能である。

電気エネルギーは、ＧＥＰ１０を使用してアクセス可能な更に別の熱エネルギー源である。電気エネルギー伝送の結果として、伝送媒体の抵抗によって発熱が生じる。高容量電線は、ＧＥＰが伝導及び抽出可能な高レベルの熱エネルギー（高温）を有することができる。変電所は、大気中に高レベルの熱を放出する変圧器を含む。その熱エネルギーを無駄にする代わりに、本発明に従ったＧＥＰ１０は熱エネルギーを付加的使用のために伝導及び抽出することができる。

本発明に従ったＧＥＰ１０は、熱エネルギーを熱源から遠くへ伝導するために熱源と接触して配置可能な様々な構成を含むことができる。一実施形態では導管１４が使用される。導管１４は、パイプ、ワイヤ、ケーブル、ビーム、又はロッドなどであるがこれらに限定されない、様々なタイプとすることができる。導管１４は連続しているか又はセグメント化され得る。連続導管１４は、ワイヤ又は押し出しなどの様々な形とすることができる。連続導管１４は中間留め具を必要とせず、結果としてこうした留め具が望ましくない状況で使用可能である。

グラフェン１２は、当業者に知られている様々な技法を使用して、導管１４又は基質に調節可能に貼付される。例えば一実施形態では、グラフェン１２を導管１４に取り付けるために接着剤が使用される。その後グラフェン１２は、単一層のグラフェン１２を超える追加のエネルギー伝導容量を作成するために、導管１４上に積層することができる。別の好ましい実施形態では、グラフェン１２の層が互いに直接接触して配置される。望ましい数の層に達すると、グラフェン１２の組み合わされた層は、接着剤、シーラント、又は当業者に知られている他の保護被覆で覆うことができる。

使用の際、例えばＧＥＰ１０で構成される連続する海底ケーブルを熱エネルギー源３２に接続し、送り先に到達するまで当業者に知られているように海底に配設することができる。必要な距離によって、連続するＧＥＰ１０を大規模に製造することが可能であり、その後海に曝され、アクセス及び検査も困難な接合セクションに関して憂慮することなく、海底に迅速に配設することができる。

セグメント化された導管（図示せず）は、当業者に知られているような様々な方法で接合可能である。例えば使用の際、既存の油井掘削機器上で、ＧＥＰ１０を使用して地熱井戸を掘ることができる。パイプ・セクションは、事前に螺入されるか、又は裸孔内に下降させる時に互いに螺入されることが可能である。同様に、パイプ・セクションは表面近くの掘削溝内に横たえることが可能である。これらのパイプ・セクションは、湾曲部、接合部、又は直線部を含む、様々な長さ及びタイプとすることができる。

別の実施形態において、すべてがグラフェンで形成されたケーブル又はワイヤの束が使用可能である。各ケーブル又はワイヤはＧＥＰ１０であり、組み合わされると、いくつかの状況で望ましい追加の表面積及び強度を提供する。加えて、大きなケーブル束はその長さ全体にわたって修正され、所望通りに熱エネルギーを伝導するように束の部分を分離することができる。一実施形態において、高電圧電線は、スチールなどのワイヤ材料の抵抗によって発熱することが当業者に知られている。ＧＥＰ１０高電圧線を使用することによって、熱エネルギーを大気中に失うのではなく、高電圧線束内に存在する熱エネルギーを使用するために抽出及び伝導することができる。代替として、ワイヤは熱を伝導するためにＧＥＰ１０で覆うか又は取り囲むことができる。

別の実施形態において、グラフェンを路面、壁、床、又は任意の他の平面を含むがこれらに限定されない平面に塗布して、ＧＥＰ１０を形成することができる。例えば、２枚の平坦な基質間にグラフェンを挟み込むことによって、多くの付加的用途を有するのみならず、グラフェンの特性により熱及び／又は電気を非常に効率的に伝導させることも可能である。グラフェンを含む壁パネルはＧＥＰ１０であり、壁パネルに取り付けられたラジエータに熱を伝導させることが可能である。壁パネルは、ＧＥＰ１０によって伝導された電気を受け取るためにグラフェンに接続される電気コンセントも含むことができる。電気コンセントは、直流（ＤＣ）から交流（ＡＣ）への変換などであるがこれに限定されない、ＧＥＰ１０によって伝導される電気エネルギーを処理するための変圧器などのデバイスも含むことができる。

前述のように、車道又は他の輸送面はＧＥＰ１０とすることができる。車道に含められる本発明に従ったＧＥＰ１０は、雪や氷を融かすために使用可能な熱エネルギーを伝導することができる。加えて、ライト、標識、又は他のデバイスなどであるがこれらに限定されない、車道又はその先に含められるデバイスに電力を供給するために、グラフェンによって電気を伝導することができる。例えば車道を、住宅又は事務所用ビルなどの建造物まで延在させることができる。車道のＧＥＰ１０は建造物に接続される。建造物内のデバイスが、ＧＥＰ１０によって伝導されたエネルギーを抽出する。熱は建造物内で、温度調節、給湯、調理、清掃、又は当分野で知られた他の用途に使用される。電気は建造物内で、照明、電動デバイスの動作、充電、又は当業者に知られている他の用途に使用される。

図３に示された別の実施形態において、ユーティリティ・トンネル２０はいくつかのＧＥＰ１０’、１０’’、１０’’’を収容している。ＧＥＰ１０’は保護被覆１６によって取り囲まれたグラフェン・コア１２’を含む。ＧＥＰ１０’内のグラフェン１２’は様々な方法で配置構成可能である。例えばグラフェン１２’は、同心円状、一連の平面又は全体的に平面の層、或いはらせん状に、積層させることができる。当業者に知られているグラフェン１２’の追加のパターン及び配置構成を、ＧＥＰ１０’に含めることができる。グラフェン１２’は、保護被覆１６内に挟み込まれた複数の個別のケーブル内に配置構成することができる。保護被覆１６は、当業者に知られている様々な材料で作成することができる。例えば被覆１６は、ポリマー・ラップとすることができる。

ＧＥＰ１０’’は、グラフェン１２’’及び被覆／基質１６’が交互に重なった層を含む。グラフェン１２’’は、上記に列挙したものなどであるがこれらに限定されない、様々なパターン及び層で配置構成可能である。一実施形態において、グラフェン１２’’は異なる方向に熱エネルギーを伝導するために使用可能である。エネルギーは、地熱エネルギー源及び太陽光エネルギー源などであるがこれらに限定されない、異なる源からとすることができる。代替としてグラフェン１２’’は、熱を同じ方向に、但し異なる温度（エネルギー）レベルで伝導することができる。例えばグラフェン１２’’の１層は、工業的応用、発電、又は大規模エネルギー需要で使用される高レベルの熱エネルギーを伝導することができる。グラフェン１２’’の別の層は、温度調節、給湯、調理、又は当業者に知られている熱エネルギーの他の用途向けに、より低い温度で熱を伝導することができる。基質１６’は、ＧＥＰ１０’’の外層、並びにグラフェン１２’’の層を分離している内層を形成する。基質は、ブラスチック、合成物、及び炭素繊維などであるがこれらに限定されない、当業者に知られている様々な材料で形成可能である。

ＧＥＰ１０’’’は、基質１６’’を取り囲むグラフェン１２’’’の層を含む。グラフェン１２’’’の層は、上記で説明したもの又は当業者に知られている他のものなどの、いくつかの方法で配置構成可能である。基質１６’’は、グラフェン１２’’’の層に対する支持を提供し、ポリマー、炭素繊維、ガラス繊維、又は当業者に知られている他の材料などの、様々な材料で構築することができる。

ＧＥＰ１０’、１０’’、１０’’’は、トンネル２０内で内部支持体１８によって支持される。支持体１８は、垂直及び水平の支持体などの様々な構成要素を含むことができる。これらの支持体１８は、スチールなどの様々な材料で構築可能であり、ＧＥＰ１０’、１０’’、１０’’’を支持することとは別の付加的用途を含むことができる。これらの用途の中に、トンネル２０内にいる間に技術者が使用するためのサービス用通路がある。他のＧＥＰ１０への接続をトンネル内に作成することができる。例えば熱エネルギー源３２からのＧＥＰ１０はトンネル内に入り、ＧＥＰ１０’、１０’’、１０’’’などのＧＥＰ１０に接続することができる。同様に、居住用建造物、工場、製油所、学校、病院、輸送用建造物、農業用施設、食品製造工場、及び庁舎などであるがこれらに限定されない、エネルギーの送り先に接続された他のＧＥＰ１０も、トンネル２０に入ることができる。

トンネル２０は、図３に示されるものに限定されない追加の形状及び構造を含むことも可能である。他のトンネルは、文字「Ｔ」、「Ｘ」、又は当業者に知られている他の形状と同様の構造を形成する様々な角度で、トンネル２０と交差することができる。トンネル２０のサイズも例示的であり限定的ではない。いくつかのトンネルは人が入るには小さすぎる場合があり、他のトンネルは車両サイズ・トンネルなどかなり大型の場合がある。小型トンネル２０の例は、直径およそ１メートル以下とすることができる。大型トンネル２０の例は、鉄道トンネル又は地下鉄などの直径およそ１０メートルとすることができる。大型トンネル２０の一部はＧＥＰ１０’、１０’’、１０’’’用に確保し、他の部分は列車、車、トラック、及び歩行者通行などの車両通行用に使用することができる。

ＧＥＰ１０を介して抽出された熱エネルギーは、分配システム３０を使用して移送することができる。分配システム３０は、制御システム３１、ＧＥＰ１０、及び当業者に知られている他のデバイスを含む様々な構成要素を含むことができる。

制御システム３１は、分配システム３０の動作中に多数の機能を実行する。制御システム３１は、ソフトウェアがインストールされたコンピュータ及び電気信号の送受信のためのデバイスを含むことができる。制御システム３１は、分配システム３０の動作に関する情報を提供するためのモニタなどのディスプレイ・デバイスを含むこともできる。制御システム３１は、キーボード、ボタン、タッチセンシティブ・ディスプレイ、又は当業者に知られている他のデバイスなどの、入力／出力デバイスを含むこともできる。制御システム３１は、インターネット・モデム、ワイヤレス・インターネット・デバイス、又は無線通信デバイスなどであるがこれらに限定されない、通信デバイスを含むことができる。制御システム３１は、レギュレータ、マニホルド、又は当業者に知られている他の機器などであるがこれらに限定されない、分配システム３０の他の構成要素を動作させるためのデバイスを含むこともできる。

制御システム３１のコンピュータは、分配システム３０の動作に関する情報及び信号を受信する。分配システム３０によって分配される熱エネルギーの量は、コンピュータ・ソフトウェアによって測定及び制御される。ＧＥＰ１０に接続されたセンサは熱エネルギーの量を測定し、コンピュータに電気信号を伝送する。ソフトウェアはこれらの信号を解釈し、それらを数値に変換する。これらの値がソフトウェア要件と比較される。これらの要件はソフトウェア内でプリセットするか、又はエネルギー要件に応じて調節可能とすることができる。追加のセンサは、サーモスタット及び電気使用量メータなどであるがこれらに限定されない、他のデバイスに接続可能である。ソフトウェアは、サーモスタットによって提供される信号を介して送り先の温度要件を監視し、強制空気加熱ユニットなどの少なくとも１つの送り先に熱エネルギーを提供するデバイスへのエネルギー・フローを調節することができる。ソフトウェアは、電気使用量メータによって提供される信号を介して送り先の電気要件を監視し、熱電発電機などの少なくとも１つの送り先に電気エネルギーを提供するデバイスへのエネルギー・フローを調節することができる。

制御システム３１は、ビデオ・モニタなどであるがこれに限定されないディスプレイ・デバイスを含むことができる。ディスプレイ・デバイスは、分配システム３０の条件及び動作に関する視覚情報を提供することができる。例えばＧＥＰ１０から使用可能なエネルギーの量を表示することができる。少なくとも１つの送り先を加熱するため、調理及び食品調製に使用される湯を加熱するために使用されるか、又は電気に変換される、熱エネルギーの割合などであるがこれらに限定されない他の情報も表示することができる。ディスプレイ・デバイスは、オペレータがモニタにタッチしてディスプレイ上にコントロールを生成するソフトウェアを動作できるようにする入力／出力デバイスなどの、他のコントロールと組み合わせることができる。

制御システム３１は、任意のディスプレイ・デバイスに加えて、又はこれらに関連して入力／出力デバイスを含むことができる。入力／出力デバイスは、ボタン、ダイヤル、スイッチ、又は当業者に知られている他のタイプなどの、いくつかのタイプとすることができる。入力／出力デバイスは、熱電発電機などの特定デバイスに向けてエネルギーを送るなど、分配システム３０のいくつかの動作モードを制御することができる。入力／出力デバイスに提供されるコントロールは、コンピュータ・ソフトウェアによって調整可能である。ソフトウェアは、ユーザが入力／出力デバイスを使用して、分配システム３０又は分配システム３０からエネルギーを受け取る他のデバイス及びシステムを損傷させるのを防ぐことができる。ソフトウェアは、ユーティリティ運営会社などの外部コントロールによってオーバーライドすることもできる。

制御システム３１は、インターネット、ワイヤレス・インターネット、無線、又は衛星デバイスなどであるがこれらに限定されない、通信デバイスを含むことができる。制御システム３１は、通信デバイスを介してデータ及び命令を受信することができる。コンピュータ・ソフトウェアは、ファームウェア・アップグレード、更新、アンチウィルス・スキャン、及び当業者に知られている他の命令を受信することができる。分配システム３０の所有者又はオペレータは通信デバイスを使用して、制御システム３１にアクセスし、その動作及び現在の状況を監視し、その動作パラメータを修正することができる。例えば分配システム３０を制御できるユーティリティは、大規模ネットワークの需要に応じて、或いは保守又は修理などの他の理由によって、ＧＥＰ１０を介して受け取るエネルギーの量を削減するように分配システム３０に命じることができる。分配システム３０を制御できるオペレータは、インターネット又は他の通信デバイスを使用して制御システム３１にアクセスすることができる。例えば、分配システム３０が住宅内に据え付けられる場合、オペレータは住宅所有者であり得る。熱エネルギーが温度調節、発電、又は他の用途用のいずれであっても、住宅所有者はインターネットを使用して住居のエネルギー使用量を監視することができる。次いで住宅所有者は分配システム３０を遠隔で調節し、例えば帰宅前に室内温度を上げることができる。住宅所有者は、制御システム・ソフトウェアに含まれる診断法を使用して、分配システム３０内にいずれかの障害が存在するかどうかを判別することも可能である。温水漏れの場合、温水ヒーターに冷水が供給され続けるため、通常運転時よりも多くのエネルギーが必要である。

制御システム３１は、温度、エネルギー・フロー、又はエネルギー消費などであるがこれらに限定されない、様々なセンサを含むことができる。制御システム３１はこれらのセンサを監視し、分配システム３０の現在の状況、システム要求の変化、又は当業者に知られている他のパラメータを決定する。センサは、熱電発電機、熱交換器、ボイラ、又はタービンなどであるがこれらに限定されない、様々なエネルギー変換デバイスに接続されたＧＥＰ１０上など、制御システム３１全体にわたって設置可能である。エネルギー変換デバイスの出力側に追加のセンサを設置し、熱エネルギーを他の形のエネルギーに変換する際のそれらの効率を測定することができる。

一実施形態において、制御システム３１は住宅３４で熱エネルギーを分配する。制御システム３１は住居のサーモスタットに接続される。住居３４は、熱エネルギーを住居３４内に伝導する導管などのＧＥＰ１０に接続される。例えば導管は、地下室又は狭い空間内への地下接続を介して住居３４に入ることができる。導管は、住居３４内に配置された熱交換器に接続される。熱交換器は、強制空気加熱ユニット又はボイラなどのいくつかのタイプとすることができる。代替として、部屋全体にわたって電気加熱要素を使用して住居３４を加熱するために、熱交換器の代わり又はこれに関連して熱電発電機を据え付けることができる。制御システム３１は、サーモスタットによって取られた測定値を介して住居３４のエネルギー・ニーズを決定し、望ましい量の熱エネルギーを熱交換器、ボイラ、及び／又は熱電発電機に渡すことができる。住居３４が必要としない追加の熱があればすべて、ＧＥＰ１０を介して別の送り先に向けて再度送ることができる。代替として、除雪のための住居３４の歩道及び私道の加熱などの付加的用途に向けて、追加の熱を送ることもできる。

別の実施形態において、制御システム３１は住居３４内の熱エネルギーを複数の送り先に分配する。住居３４は、熱エネルギーを住居３４内に運ぶＧＥＰ１０に接続される。住居３４内に入ると、ＧＥＰ１０は分割され、細分化された各ＧＥＰ１０は住居３４内の異なる送り先に進む。例えば細分化されたＧＥＰ１０の１つは、住居の温水ヒーター５０に進むことができる。ＧＥＰ１０を介して伝導された熱は、住居３４用の温水供給を維持するために使用される。熱交換器を介して、又は当業者に知られているいくつかの技法を介して、熱を水に伝導することができる。別のＧＥＰ１０は、熱エネルギーが食品調製に使用できる台所に進むことができる。グリルなどの調理面は、熱伝達によってＧＥＰ１０を介して伝導された熱を受け取ることができる。オイル・フライヤ、オーブン、コーヒー／紅茶メーカー、食洗器、トースタ、又は当業者に知られている他のデバイスなどであるがこれらに限定されない、他の食品調製デバイスも、熱エネルギーを受け取ることができる。

別の実施形態において、制御システム３１は商用の工業プラント内で熱エネルギーを分配する。ＧＥＰ１０は、プラントの入口地点から熱エネルギーを必要とするデバイス及び機械へと延在する。熱は、熱伝達、熱交換器、又は当業者に知られている他の技法によって、ＧＥＰ１０から伝達され得る。例えば加熱要素を利用する工業用オーブンは、ＧＥＰ１０から熱エネルギーを受け取り、材料又は製品の保存又は乾燥などの工業用目的に熱エネルギーを利用することができる。熱は、蒸留の目的で流体に交換され得る。プラスチック成形機器は、ＧＥＰ１０を介して伝導された熱エネルギーを利用して、プラスチック用金型内を所望の温度に維持することができる。熱エネルギーは、低温殺菌又は滅菌などの工業規模の食品調製に使用することができる。

制御システム３１は、ＧＥＰ１０を介して受け取る熱エネルギーの量を制限するためのレギュレータを含むことができる。レギュレータは、バルブ、スイッチ、又は当業者に知られている他のタイプの調節可能制限デバイスとすることができる。レギュレータは、システム・ソフトウェア内のパラメータに基づき、制御ユニットによって直接動作可能である。代替としてレギュレータは、中央ユーティリティ又は他の認定ユーザによって遠隔に動作可能である。

制御システム３１は、ＧＥＰ１０から受け取った熱エネルギーを分割及び分配するためのマニホルドを含むことができる。一般にマニホルドは、流体を収集又は分配するために使用されるいくつかの注入口及び排出口を備えるチャンバ又はパイプである。本発明において、マニホルドはＧＥＰ１０を介して伝導された熱エネルギーを収集又は分配する。マニホルドは、熱源３２から熱を伝導するＧＥＰ１０と接触しているグラフェンの１つ以上の層を含むことができる。マニホルドは、受け取った熱エネルギーを、熱エネルギーを伝達するために追加のＧＥＰ１０に接続された複数の排出口に分割する。排出口は、ＧＥＰ１０を受け入れるように適合されたワイヤ、パイプ、ケーブル、又は当業者に知られている他の製品などの、様々なタイプとすることができる。

熱は、様々なシステムを使用してＧＥＰ１０を介して抽出される。一実施形態において、熱交換器はＧＥＰ１０を介して熱エネルギーを抽出し、これを別の媒体に伝達する。熱交換器から熱エネルギーを受け取るための液体媒体の一例は、水である。加熱された水は、蒸気生成又は当業者に知られている他の目的などの様々な目的に使用可能である。発電又は当業者に知られている他の目的に使用可能なタービンを回転させるために、蒸気を使用することができる。熱エネルギーを受け取るための固体媒体の一例は、ポリマー・ビーズである。これらのビーズは、射出成形機での使用又は当業者に知られている他の用途のために、それらの融点まで加熱することができる。熱電対又は熱電対アレイは、ＧＥＰ１０からの熱エネルギーを、当業者に知られているプロセスを介して電気エネルギーに変換することができる。

居住用建造物３４、教育用建造物３６、医療施設３８、事務所用ビル４０、ショッピング・センター４２、工場４４、及び水／廃棄物処理場４６はすべて、以下の方法などであるがそれらに限定されない様々な方法で、ＧＥＰ１０によって伝導及び分配された加熱エネルギーを利用することができる。熱エネルギーは屋内温度調節に使用することができる。熱エネルギーは、清掃、入浴、及び食品調製に使用するための水を加熱するために使用することができる。熱エネルギーは、主電源、非常用電源、又は補助電源を含む発電に使用することができる。熱エネルギーは、蒸留デバイス及び機器で使用することができる。熱エネルギーは、オーブン、プレス機、又は鋳造などであるがこれらに限定されない、工業用機械に使用することもできる。熱エネルギーは、車道、私道、又は歩道などの表面を加熱するために使用することもできる。熱エネルギーは、スイミング・プール又はサウナなどのレクリエーション目的に使用することができる。熱エネルギーは、グリル、オーブン、又はオイル・フライヤなどの食品調製に使用することができる。

次に図６を参照すると、別の好ましい実施形態において、分配システム３０’’は少なくとも１つの熱エネルギー源３２に接続された少なくとも１つのＧＥＰ１０を含む。ＧＥＰ１０は建造物３３の壁を介して入るが、他の実施形態では、ＧＥＰ１０は床、屋根、又は当業者に知られている他の表面を介して建造物３３に入ることができる。ＧＥＰ１０は、ＧＥＰ１０を介して受け取った熱エネルギーの分配を制御する制御システム３１に接続され、以下でより詳細に説明される。少なくとも１つのＧＥＰ１０が、建造物３３内部での熱エネルギーの分配のために制御システム３１に接続される。ＧＥＰ１０は、温水ヒーター５０、温度調節システム５２、食品調製デバイス５４、水処理システム４６、発電システム５６、及び、歩道又は私道などであるがこれらに限定されない加熱表面５８などであるがこれらに限定されない、複数のデバイス及びシステムに接続することができる。

温水ヒーター５０は、ＧＥＰ１０から熱エネルギーを受け取る。熱はＧＥＰ１０から、水の温度を上昇させる温水ヒーター５０内に格納された水に伝達される。温水ヒーター５０は、ヒーター５０内に格納された水をパイプ網によって建造物３３全体に分配される所定の温度まで加熱するために、制御システム３１と連携して動作可能なサーモスタット・コントロールを含むことができる。代替として、制御システム３１は十分な量の熱エネルギーを温水ヒーター５０に直接分配することができるため、温水ヒーター５０からサーモスタットが除去される。更に別の実施形態では、建造物３３内に複数の温水ヒーター５０が存在する。このタイプの温水ヒーター５０は、一般に使用地点温水ヒーターとして知られている。セントラル温水ヒーターとは異なり、水はシンク又はバスタブなどの使用地点近くで加熱される。この実施形態では、ＧＥＰ１０は建造物３３全体にわたって、使用地点近くに配置された温水ヒーター５０まで延在する。熱は必要に応じて各温水ヒーター５０に伝達される。

温度調節システム５２もＧＥＰ１０から熱エネルギーを受け取る。熱は、熱交換器から空気又は水などの別の媒体へ伝達される。一実施形態において、空気は熱交換器を介して流され、その温度を上昇させる。次いで、加熱された空気は配管を介して建造物３３全体に吹き込まれ、その屋内スペースの温度を上昇させる。別の実施形態において、水は熱交換器周囲を循環され、その後除去された熱が建造物３３全体にわたって循環される。建造物３３全体にわたって配置されたラジエータは、水からの熱を建造物の屋内スペース内の空気に伝達するのを支援する。

食品調製デバイス５４も、ＧＥＰ１０から熱エネルギーを受け取る。熱はＧＥＰ１０から、オーブン、グリル、又はレンジ台上面などの様々な食品調製デバイスに伝達される。水処理システム４６も、ＧＥＰ１０から熱エネルギーを受け取る。熱はＧＥＰ１０から、蒸留デバイスなどの熱エネルギーを受け取ることができる水処理システム４６の構成要素に伝達される。一実施形態において、水は水処理システム４６の蒸留デバイス内に引き込まれる。水は加熱されて結果として蒸気を発生し、これがその後液体に凝集される。次いで液体は、消費のために建造物３３全体にわたって供給される。

発電システム５６も、ＧＥＰ１０から熱エネルギーを受け取る。熱電発電機はＧＥＰ１０から受け取った熱エネルギーを変換する。電気は、発電システム５６によって当業者に知られている様々な方法で変換又は調整可能である。一実施形態において、ＤＣ電流はＡＣ電流に変換された後、建造物３３全体にわたって供給される。別の実施形態において、発電システム５６は、建造物３３への全電力の供給、建造物３３への部分電力の供給、又は建造物３３へのバックアップ電流の供給を含むがこれらに限定されない、様々なモードを有する。

加熱表面５８も、ＧＥＰ１０から熱エネルギーを受け取る。熱エネルギーは、ＧＥＰ１０を介して加熱表面５８に伝導される。熱エネルギーは、コンクリート、アスファルト、石、又はタイルなどの加熱表面５８を介して放射する。加熱表面５８を介して熱が放射するのに応じて、加熱表面５８の温度は上昇する。加熱表面５８は、建造物３３の内部又は周囲の様々な場所に配置される可能性がある。例えば加熱表面５８は、歩道、私道、バスルーム、又はガレージ床とすることができる。加熱表面５８を使用して、それらの屋外に位置する雪及び氷を融かすことができる。

これらの例示の態様及び実施形態の他の態様、実施形態、及び利点を、以下で詳細に考察する。本記載は本発明の様々な態様及び実施形態の事例を提供し、請求される態様及び実施形態の性質及び特徴を理解するための概要又は枠組みを提供することが意図される。添付の図面は、例示並びに様々な態様及び実施形態の更なる理解を提供するために含められたものであり、本明細書に組み込まれ、その一部を構成する。図面は本明細書と共に、記載及び請求された態様及び実施形態を説明する働きをする。

本発明について例示的に説明してきたが、本明細書で使用される用語は、制限ではなく本質的に説明用語の範疇にあることが意図されるものと理解されよう。

明らかに、上記の教示に鑑みて本発明の多くの修正及び変形が可能である。したがって本発明は、説明した本発明の範囲内で具体的に説明した以外の方法で実施可能であることを理解されよう。

Claims (16)

1. 熱エネルギーを分配するためのシステムであって、
   熱源に接触するとともに前記熱源からの熱を伝導するために適合された少なくとも１つのグラフェン濃縮製品と、
   前記グラフェン濃縮製品からの熱エネルギーを選択的に受け取って抽出するための、前記グラフェン濃縮製品に調節可能に接続された制御システムと、を備え、
   前記グラフェン濃縮製品は、パイプ、ワイヤ、ケーブル、ビーム、ロッド及びこれらの組み合わせからなるグループから選択される導管であり、
   前記制御システムは、前記グラフェン濃縮製品から受け取った熱エネルギーを分割及び分配するためのマニホルドを有する、システム。
2. 前記少なくとも１つのグラフェン濃縮製品は、地熱、太陽光、原子力、化学、マグマ及び電気のエネルギーを供給する電力施設からなるグループから選択される熱源に接触するように適合される、請求項１に記載のシステム。
3. 前記少なくとも１つのグラフェン濃縮製品が、少なくとも１つの拡張可能セグメントを含む、請求項１又は２に記載のシステム。
4. 前記少なくとも１つのグラフェン濃縮製品が、グラフェンの少なくとも１つの層を含む、請求項１から３の何れか一項に記載のシステム。
5. 地熱エネルギーを分配するためのシステムであって、
   地熱源に接触するように適合された少なくとも１つのグラフェン濃縮製品と、
   前記グラフェン濃縮製品から熱エネルギーを選択的に受け取るための、前記グラフェン濃縮製品に調節可能に接続された制御システムと、を備え、
   前記制御システムは、前記グラフェン濃縮製品から受け取った熱エネルギーを分割及び分配するためのマニホルドを有する、システム。
6. 熱エネルギーを分配するためのシステムであって、
   熱源に接触するように適合された第１のグラフェン濃縮製品と、
   前記グラフェン濃縮製品から熱エネルギーを選択的に受け取るための、前記グラフェン濃縮製品に調節可能に接続された制御システムと、
   前記制御システムによって受け取られた前記熱エネルギーを分配するための、前記制御システムに調節可能に接続された第２のグラフェン濃縮製品と、を備え、
   前記制御システムは、前記第１のグラフェン濃縮製品から受け取った熱エネルギーを分割及び分配するためのマニホルドを有する、システム。
7. 熱エネルギーを抽出及び分配するためのシステムであって、
   熱源からの熱を伝導するために前記熱源に熱的に接触するように適合された少なくとも１つのグラフェン濃縮導管と、
   前記少なくとも１つのグラフェン濃縮導管によって伝導される熱エネルギーを選択的に受け取るための、前記少なくとも１つのグラフェン濃縮導管に調節可能に接続された制御システムと、
   前記少なくとも１つのグラフェン濃縮導管から熱を抽出して受け取るための少なくとも一つの要素と、を備え、
   前記制御システムは、前記少なくとも１つのグラフェン濃縮導管から受け取った熱エネルギーを分割及び分配するためのマニホルドを有し、
   前記要素は、熱交換器、ボイラ、タービン、熱電発電機及びこれらの組み合わせからなるグループから選択される、システム。
   
8. 前記熱源が、地熱、太陽光、原子力、化学、マグマ及び電気からなるグループから選択される、請求項７に記載のシステム。
9. 前記導管が、グラフェン濃縮材料の少なくとも１つの層を更に含む、請求項７に記載のシステム。
10. 前記導管が、グラフェン濃縮材料の複数の層を更に含む、請求項９に記載のシステム。
11. 前記導管が、複数の調節可能に接合可能なセグメントを更に含む、請求項９に記載のシステム。
12. 前記導管が連続している、請求項９に記載のシステム。
13. 前記少なくとも１つの要素が、前記熱エネルギーを、電気、蒸気、機械、ポテンシャル、運動、弾性、伝導、対流、化学、原子力及び白熱光からなるグループから選択された別の形のエネルギーに変換する、請求項７に記載のシステム。
14. グラフェン濃縮製品を使用して地熱源からの熱エネルギーを抽出及び分配する方法であって、
    グラフェンを基質に貼付するステップと、
    前記基質を地熱井戸に挿入するステップと、
    熱を移送するために前記基質を熱エネルギー受け取りデバイスに接続するステップと、
    制御システムを使用して、前記地熱源から抽出された前記熱エネルギーを調整するステップと、
    前記熱エネルギーをグラフェン濃縮製品のネットワークに分配するステップと、
    熱エネルギーを複数の熱利用源に送達するステップと、
    前記制御システムによって制御されるマニホルドを用いて前記熱エネルギーを前記ネットワークに分配するステップと、
    を含む、方法。
15. 複数のグラフェン層を基質に塗布するステップを更に含む、請求項１４に記載の方法。
16. 複数の調節可能に接続されたセグメントから前記基質をアセンブルするステップを更に含む、請求項１４に記載の方法。
    

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