JP7102365B2 - 熱移送用ガス循環システム - Google Patents

Description

本発明は、熱源、特に高温型燃料電池等の高温源から、熱消費器へ熱を移送するための、ガス状の伝熱媒体が流れるパイプシステムを備えたガス循環システムに関する。パイプシステムの一部は、熱源からの熱を伝熱媒体に伝える熱交換器として形成されている。パイプシステムの別の一部は、ヒートシンクとして形成されている。なお、伝熱媒体に伝えられた熱は必要に応じて熱消費器に伝達可能であるか、又はヒートシンクは熱交換器として形成されている。

環境保護及び経済性の観点で将来有望なエネルギー経済に関する議論は、この数年間、熱を移送する目的も含む効率的な解決策にますます集中してきているが、熱の移送には大きな損失が生じる可能性がある。例えば、工業用又は家庭用熱源供給システムの分野、又は自動車産業分野等の様々な技術産業分野で開発が進んでおり、それぞれ、全工程の効率を向上することを目的として行われている。

発電の分野では、燃料電池技術の将来性は数年前から認識されており、燃料電池から電力及び熱を効率的に取り出し、使用するための取り組みがなされてきている。燃料電池は、連続的に供給される燃料と酸化剤との、同時に熱も発生する化学反応エネルギーを、電気エネルギーに変換するガルバニ電池である。固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）は、６５０～１０００℃の動作温度で動作する高温型燃料電池であり、効率が高く、汚染物質排出が少ないため、特に熱併給発電に適している。

金属水素化物貯蔵システムは、燃料を貯蔵するのに特に適していることが立証されている。この金属水素化物貯蔵システムは、極めて低い動作圧力で機能する。このため、貯蔵システムを安全かつ小型にすることができる。水素等の燃料を金属水素化物中に貯蔵すると、ガスが化学的に結合されて逃げることができないため、追加のエネルギー消費がなく、長期間に亘って可能な限り損失のない貯蔵が可能になる。安全性に関しても、金属水素化物貯蔵システムは、水素が爆発的に逃げることができないため、圧縮ガス又は液体水素貯蔵システムよりはるかに適している。

近年、燃料電池を金属水素化物タンクに熱的に接続する方向に開発が進んでいる。その理由の一つは、脱水素反応（つまり、水素化物からの水素の放出）が、吸熱反応である。これにより、化学的脱水素反応を開始、つまり、燃料電池内で電気エネルギーに変換する水素を放出するために、燃料電池の排熱を使用することができる。

熱源から熱消費器（又は貯蔵システム）への熱の移送のために、パイプシステムを流れる伝熱媒体が熱源によって加熱され、伝熱媒体がこの熱を熱消費器へ放出するガス流システムを使用することが既に知られている。それぞれの熱伝達には、熱交換器が使用される。ガス流が継続的に流れるようにするために高温用ファンが必要であるが、これらのファンは高価であり、可動部品であるため摩耗や故障が容易に発生しやすい。ガスラインに固体物が生じると問題が発生する。固体物が可動部品の損傷を引き起こす可能性があるからである。

欧州特許出願公開第２７５６５３６号明細書 独国特許出願公開第１０２００６００２８８２号明細書 欧州特許出願公開第１７５４８８０号明細書

本発明の目的は、ガス循環システムにおいて、摩耗が起こりにくくし保守の必要性を減らすと共に、効率を向上させることである。

この目的は、請求項１の特徴をもつガス循環システムによって実現される。

本発明によれば、ガス流に作用させるために、コアンダ効果、及び／又はベンチュリ効果によって機能する１つ以上のガス流エンハンサがパイプシステムに設けられていると規定されている。伝熱媒体を流れ方向に推進し、ガス状の伝熱媒体を意図する流れ方向に加速するために、すなわちガス流を推進するために、ガス流エンハンサには加圧されたインパルスガスがインパルスガスラインから供給される。

このガス流エンハンサによって、熱移送システムには可動部品が不要になり、問題が発生することなく極めて高温の環境にさらすことができ、故障が発生しにくく、その上コストが削減される。保守作業の範囲もまた小さくなる。熱交換器を介して、熱源からの熱が吸収され、熱交換器中を流れる伝熱媒体に放出される。続いて、伝熱媒体は、ヒートシンクまで流れる。ここでいうヒートシンクとは、伝熱媒体中の温度エネルギーが再度外部へ、例えば熱消費器に放出される、空間的に制限された領域又は物体を意味する。したがって、ヒートシンクは熱交換器として形成されてもよい。

ガス流エンハンサは、コアンダ効果を利用することができる。このようなフローエンハンサは、既存技術において「空気増幅器」という用語で知られている。コアンダ効果は、ガス流が凸面に沿って流れ、凸面から離れて元の流れ方向には移動しない傾向を表している。このため、ガス流エンハンサは、環状ギャップを内面に有する流路をもつノズル本体を備えている。環状ギャップには、ノズル本体に形成された環状チャンバから、圧縮されたインパルスガスが供給される。流れ方向において、つまり、ガス流エンハンサ又は流路の軸方向に見て、環状ギャップに続いて、流路には、インパルスガス流が流れ方向に曲がるように構成されたコアンダ制御面が形成されている。コアンダ制御面は、流れ方向（すなわち、流路の軸方向）に見て、インパルスガスの出口の後に配置されている。コアンダ制御面は、環状ギャップから始まり、ノズル本体の中心軸に対し、少なくとも部分的に斜めに延びる、つまり、伝熱媒体の流れ方向に対し斜めに延びることを特徴とする。コアンダ効果によって、インパルスガスは、ノズル本体の中心軸に向かって半径方向に流れずにコアンダ制御面によって軸方向に曲げられる。これにより、ガス流エンハンサの中央部において負圧が発生し、伝熱媒体を軸方向に「運び」、これを加速する。

別の方法として、又はコアンダ効果を実現する構造的特徴と組み合わせて、ガス流エンハンサは、ベンチュリ効果を利用してもよい。ベンチュリノズルは、技術水準において知られており、インパルスガスが供給される入口ノズル、混合チャンバ、及びディフューザを備え、入口ノズルが混合チャンバを介してディフューザに向けられ、混合チャンバの入口がパイプシステムの出口に接続されている。ディフューザは、パイプシステムの入口（ベンチュリノズルの出口）に接続され、つまり、入口及び出口をもつベンチュリノズルが、パイプシステムに組み込まれている。このようなガス流エンハンサは、ジェットポンプの名前でも知られている。入口ノズルから入るインパルスガスは、混合チャンバ内でポンピング作用を発生させ、これにより、伝熱媒体が混合チャンバの入口から吸引され、加速され、ディフューザからパイプシステム内へ運ばれる。

本発明の更なる一実施形態によれば、コアンダ制御面は、流れ方向に湾曲して形成されている。これは、コアンダ制御面が、インパルスガスの出口から始まり、初めはノズル本体の中心軸方向に延びるが、その後、中心軸と平行な方向に徐々に下降する凸面を有することを意味する。

本発明の更なる一実施形態では、ガス流エンハンサが、入口断面領域をもつ入口開口部を伝熱媒体の流れ方向に有し、入口断面領域は、軸方向に進むにつれて、最小通路表面積をもつ断面狭小部まで、特に円錐状に先細りになっていると規定されている。伝熱媒体の加速は、このノズル部内で既に発生している。断面狭小部の後に環状ギャップが続くことが望ましく、その結果、インパルスガス流による伝熱媒体のその後の加速が特に効果的になる。

本発明の更なる一実施形態によれば、流れ方向において、コアンダ制御面の後に、流れ方向に進むにつれて内径が広がる部分が続く。

本発明によれば、熱移送システムは回路として設けられている。ここで、ガス流エンハンサは、伝熱媒体の流れ方向において熱源－熱交換器部の前又は後に配置してもよい。しかし、ガス流が確実に一定となるように複数のガス流エンハンサをパイプシステム中に設けることも十分考えられる。

ガス流エンハンサは、熱負荷を低く抑えるために、流れ方向において熱源の前に配置することが好ましい。更なる利点として、インパルスガス流をあまり高く予熱する必要がなく、その結果、インパルスガスを予熱するための熱交換器のサイズも最小にできるということが挙げられる。

伝熱媒体は、空気、又は他の適切なガス状の媒体であってもよい。

ガス循環システムは、高温型燃料電池システム用放熱システムとして特に有利に使用することができる。閉鎖ガス循環システムを使用した、特に固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）等の高温型燃料電池からの、特に電池熱の放熱について高い効率を有することが示されている。

本発明の更なる一実施形態によれば、高温型燃料電池の排ガス流が、熱交換器上に導かれると規定されている。このようにして、燃料電池の温度エネルギーを効率的に使用することができる。

本発明の更なる一実施形態によれば、金属水素化物タンクがヒートシンクに接続され、その結果、伝熱媒体と金属水素化物タンクとの間で熱交換が可能であると規定されている。ヒートシンクと金属水素化物タンクとを熱結合するために、少なくとも金属水素化物タンク及び／又はヒートシンクの少なくとも１つの部分を効率的な熱交換のための熱交換器として形成することができる。これによって、燃料電池の熱を金属水素化物タンク内に効率的に導き、そこで燃料を放出するために使用することができる。これによって、燃料電池／金属水素化物タンクの複合システムの全体的な効率が向上する。別の方法として、ヒートシンクと金属水素化物タンクとの間の熱交換のために、これら二つの間に更なる熱交換器を配置してもよい。このような付加的な熱交換器は、特に液体伝熱媒体を使用するものであってもよい。ガス流と異なり、液体交換媒体はこれに対応する高速流では液体はあまり強く加熱されないため、高温に関連し得る問題（例えば、熱媒体の材料の弱化や分解）が回避できるという利点を有する。

原則として、システムは、複数のヒートシンク、又は熱消費器への複数の結合部を有する。原則として、複数の金属水素化物タンクをシステムに接続できる。

本発明の更なる一実施形態によれば、ガスヒータ又は空気ヒータがパイプシステムに設けられていると規定されている。空気ヒータは、例えば、電気式管状ヒータであってよい。熱損失があればこれを補償するために、空気ヒータによって伝熱媒体を加熱してもよい。更に、空気ヒータを使用してシステムの温度を上昇させることができる、すなわち、動作温度にすることができる。特に、高温源がまだ十分な熱を提供していないとき、空気ヒータ（又はガスヒータ）を経由して生成された熱を、金属水素化物タンクに熱的に連結されたパイプシステムの部分を介して金属水素化物タンクに導入することができる。

本発明によれば、ガス流を軸方向に運ぶために、加圧されたインパルスガス流がガス流エンハンサ内に導かれると規定されている。インパルスガス流を予熱し、熱損失があればそれを制限／補償するために、本発明の更なる一実施形態は、インパルスガス流を予熱するための手段を提供する。この手段は、インパルスガス流の発生源とガス流エンハンサとの間に設けることができる。この目的のために、熱交換器又は電気式管状ヒータを使用してもよい。

本発明の更なる一実施形態によれば、パイプシステムは、ガス状の伝熱媒体の一部をシステムから排出するために出口を備える。この出口によって、例えば、ガス循環システム内の、温度による圧力上昇を補償することが可能になる。しかし、第一に、出口を使用することによってパイプシステム内のガスの蓄積を回避することができる。このような蓄積は圧力上昇をもたらす可能性があり、圧力が高くなりすぎると、インパルスガス流を潜在的に損なう可能性もある。そうなると、もはやインパルスが伝達されなくなる。この実施形態では、更に好ましくは、出口経由で排出可能な伝熱媒体の流れを使用してインパルスガス流を加熱すると規定されている。このために、伝熱媒体をパイプシステムからそれを介して排出可能なパイプシステムの出口を、熱交換器の形態で設けることが可能なインパルスガス流を予熱するための手段に接続してもよく、それによって、出口経由で排出された伝熱媒体の熱をインパルスガスに伝達し、これを予熱することができる。

本発明の更なる一実施形態によれば、別の方法として、又はインパルスガス流を予熱するための追加措置として、出口を使用して、排出された伝熱媒体をインパルスガスとして循環システム中に再循環させることもできる。この実施形態によれば、インパルスガスをガス流エンハンサに供給するために、ガス流エンハンサはインパルスガスラインに接続されている。パイプシステムは、伝熱媒体をパイプシステムから排出するために、出口を有し、出口は、インパルスガスラインに接続されている。それによって、出口から排出された伝熱媒体を、インパルスガスとしてパイプシステムに戻すことができる。出口から排出された伝熱媒体を加圧されたインパルスガスとしてパイプシステムに戻すために、コンプレッサを介して導くことが好ましい。

既に説明したように、伝熱媒体をインパルスガス流内に再循環させるのを、インパルスガス流を予熱する手段と組み合わせてもよい。したがって、本発明の更なる一実施形態によれば、インパルスガス流を予熱するための手段が、出口から排出された伝熱媒体が、まず、インパルスガス流に熱を放出し、その後、インパルスガス流を予熱するための手段の、インパルスガス流の流れ方向における前段部分のインパルスガスライン導かれるように、インパルスガスラインに接続され、伝熱媒体が、好ましくはコンプレッサを経由してインパルスガスライン内に導入される、と規定されている。この実施形態では、伝熱媒体は、まず、インパルスガス流を予熱するための手段上に導かれ、次いで、インパルスガスライン内に供給され、次に、インパルスガスとして、インパルスガス流を予熱する手段を通って流れ、再度加熱される。再循環された伝熱媒体の圧力を高め、インパルスガスとしてパイプシステムに再度供給するために、インパルスガス流を予熱するための手段の前にコンプレッサを配置することが好ましい。伝熱媒体がコンプレッサを通って流れる前に伝熱媒体からまず熱が取り出されるため、コンプレッサの熱負荷は小さくなり、コンプレッサの寸法を小さくできる。これは、コスト効率にも大きく貢献する。インパルスガスとして更に推進された伝熱媒体は、コンプレッサを出た後、出口から再循環された伝熱媒体によって再度加熱される。

ガス状の伝熱媒体の一部をシステムから排出する役割を果たす出口は、必要に応じてシステム内に設置してよい。出口を、例えば、ガスの流れ方向において、高温源に接続された熱交換器の後に設置した場合、インパルスガス流に伝達できる熱の量は、特に大きくなる。一方、出口をガスの流れ方向における熱交換器の前に設置した場合、ガス流エンハンサを通って流れた後にインパルスガスの一部がメイン回路から再度抽出されるため、熱交換器内で加熱する必要がない。このため、熱交換器の寸法を小さくすることができる。

本発明の更なる一実施形態は、システムの動作圧力に関し限界値を有する。つまり、動作中の伝熱媒体の圧力が３バール未満、好ましくは１．５バール未満であると規定されている。

本発明の更なる一実施形態によれば、インパルスガス流は、１５０Ｎｌ／ｍｉｎ（Ｎｌ／ｍｉｎ＝標準体積流量）未満である。伝熱媒体の最大流量は、好ましくは１５００Ｎｌ／ｍｉｎである。これらの動作パラメータの場合にシステムは特に高効率になる。これらの値は、特に１－ｋＷの燃料電池に適用される。しかし、本発明が、他の電力値をもつ燃料電池にも適用されることは明白である。動作パラメータ「インパルスガス流」及び「伝熱媒体の最大流量」の適合は、当業者が簡単な電力測定をすることによって設定可能である。

本発明によれば、伝熱媒体の圧力、温度、及び体積流量を監視し、必要に応じて制御する、圧力及び温度センサならびに流量計の列を、パイプシステム内に設けてもよい。

冒頭で既に述べたように、ガス循環システムが電池及び燃料電池の放熱に有利なだけではないことが明らかとなった。ガス循環システムの用途が、この分野の用途のみに限定されず、様々な用途に使用可能であることは明白である。本システムには可動部品が不要なため、石炭燃焼からのガス等、とりわけ固体物が浮遊するガス流に適している。別の用途としては、太陽光集光器による発電が挙げられる。この装置では、太陽光エネルギーを複数の鏡によって（通常、塔の上に配置されている）集光器に集中させ、これによって数千℃の温度を実現する。この集光器から熱を排出するために耐久性のある熱媒体が必要である。これには、空気やヘリウム等のガス状の媒体が特に適している。本発明は、この分野の用途に効率的に使用可能である。

本発明の第一の実施形態に係るガス回路の概略図である。 図１のガス回路の一部の断面図である。

本発明の、更なる特徴、利点、可能な用途は、図面を参照した以下の実施例の説明から明らかになる。

図１は、高温型燃料電池及び金属水素化物タンクに接続された、本発明に係るガス回路の概略図である。

ガス循環システム１は、パイプシステム２を備え、その中を気体の形態の伝熱媒体が流れる。本システムは、回路として形成され、流れ方向３に空気が流れる。パイプシステム２の一部は、第一熱交換器４として形成されている。熱交換器４は、ＳＯＦＣ、又は溶融炭酸塩型燃料電池（ＭＣＦＣ）、又はリン酸型燃料電池（ＰＡＦＣ）の形態の高温型燃料電池５に接続されている。熱交換器４とＳＯＦＣ５とが熱的に連結されていることによって、ＳＯＦＣ５からの熱を熱交換器４内に放出することができ、そこで熱交換器４を流れる伝熱媒体に熱が伝わる。

ガス循環システム１は、熱交換器４から離れた場所に熱消費器７と熱交換するためのヒートシンク６を備える。図示の実施例では、ヒートシンク６は付加的な熱交換器の形態で設けられている。付加的な熱交換器６は、金属水素化物タンク７（熱消費器）に接続され、これに熱的に連結されている。付加的な熱交換器６において、高温の伝熱媒体の熱が金属水素化物タンク７に伝えられる。しかし、伝熱媒体はタンクを直接加熱することもできる。これは、例えば、デュアルパイプ又はマルチパイプシステムとして、伝熱媒体がタンクを直接加熱できるように設計されている場合である。

熱源（システムへの熱の入力）及びヒートシンク（システムからの熱の排出）によって、熱密度の差による基本の流れ（自然対流）が既にパイプシステム内に形成されている。伝熱媒体を流れ方向３に加速するために、ガス流エンハンサ８が回路に組み込まれている。基本的には、様々な形態のガス流エンハンサが使用可能であり、したがってジェットポンプ等も使用可能である。

ここで使用するガス流エンハンサ８は入口開口部をもつ流路を備え、入口開口部は、ポンプ本体の軸方向に最小通路表面積の断面狭小部まで円錐状に先細る入口断面領域を有する。この流路の最も細い箇所の直前には、圧縮ガス源９からの圧縮ガスが、圧縮環状チャンバから供給される環状ギャップが設けられている。この「補助ガス流」（「インパルスガス流」とも呼ぶ）は、環状チャンバに入り、コアンダ制御面（これについては図２を参照して更に詳細を説明する）によって軸方向に曲がり、コアンダ効果によって流路の壁に沿って流れる。流路内では、流れる空気によってガス流が生じ、このガス流がギャップの前の伝熱媒体を吸い込み、これを軸方向に運ぶ。ガス流エンハンサ８にインパルスガスを供給する働きをするライン３０をインパルスガスラインと呼ぶ。

インパルスガスライン３０は、圧縮空気源９の他に、コンプレッサ１０及び制御バルブ１１を備える。システムの熱損失をできるだけ低く抑えるために、補助ガスラインは更に、パイプシステム２に接続可能な、インパルスガス流を加熱するための付加的な熱交換器の形態の予熱部１２を備える。

更に、動作中に発生する可能性のある熱損失を補償するために、ガス流エンハンサ８と熱交換器４との間に電気式管状ヒータ１３が設けられている。

システムの各パラメータをチェックし、必要に応じてそれらを目標値に調整するために、システムは更に、温度計１４及び圧力計１５に加えて、体積流量測定装置１６も備えている。

動作中、圧縮空気源９からインパルスガスライン３０を介して圧縮空気が供給されたガス流エンハンサ８によって、熱媒体の流れ方向３の空気流が生じる。ＳＯＦＣ５による熱交換が熱交換器４内で生じ、伝熱媒体が加熱される。次に、伝熱媒体は金属水素化物タンク７まで流れ、そこで熱交換器６を介して熱が金属水素化物タンク７に放出される。金属水素化物タンク７はその熱を利用して燃料をＳＯＦＣ５に放出する。

圧縮空気源９からのインパルスガス流は、少量のガスのみがガス循環システム１に送り込まれるようになっている。パイプシステム２内のガスの蓄積及び安全性に関わる圧力上昇を避けるために、同量のガスが出口２９から放出される。このように、ガス循環システム１では、一定圧力で運転が可能で、システムの圧力過負荷を回避することができる。出口２９を介して、伝熱媒体を「排気ガス」として循環システム１から排出することができる。しかし、この熱をもつ伝熱媒体は、以下に説明するように、インパルスガス流を加熱するために使用することもできる。

破線１２ａで示すように、出口２９から排出されたガスは、熱をインパルスガス流に伝えるために熱交換器１２に導くことができる。すなわち、排出された伝熱媒体は、インパルスガスを予熱するために使用され、これによってエネルギー効率が改善される。このように、ほとんどの熱は回路内に残り、排気ガスは、危険でないレベルまで冷却した後にシステムから排出することができる。インパルスガス流を予熱するためのエネルギーのすべてがシステム自体で賄われるため、外部加熱手段が不要である。これにより、システム全体のエネルギー効率は著しく高くなる。

しかし、破線１２ｂによって示すように、排気ガスもまた、システム内に再循環させることができる。熱交換器１２内の冷却の後、冷却した排ガスをコンプレッサ１０に導くことができる。冷却された伝熱媒体はそこで圧縮され、インパルスガスとしてインパルスガスライン３０に流される。その後、インパルスガスは熱交換器１２で再度加熱される。ガスが冷却されているため、コンプレッサを高温用の特殊な構造に設計する必要がない。伝熱媒体が失われず回路内に残るため、アルゴン、窒素、ヘリウム等の高価なガスも経済的に使用することができる。

ガス流の温度制御用に追加の装置をシステムに組み込むことももちろん可能である。したがって、例えば、外部エネルギーで加熱される熱交換器を、熱交換器１２の領域内に、例えば、制御バルブ１１と熱交換器１２との接続部に設けてもよい。コンプレッサ１０に到達するガスの温度がまだ高すぎるというデータが得られた場合、接続部１２ｂに更に（例えば、空気による）冷却器を追加してもよく、これによってコンプレッサ１０に到達する空気を更に冷却することができる。

図２は、図１中のガス流エンハンサ８を示す図である。ガス流エンハンサ８は、流路１８を流れ方向３に備えるノズル本体１７を有し、流路１８は入口開口部１９及び出口開口部２０を有する。入口開口部１９には、流れ方向３に断面狭小部２２まで円錐状に先細る入口断面領域２１が設けられている。流路１８の内面の断面狭小部２２の領域には、環状ギャップ２３が形成されている。環状ギャップ２３は、環状チャンバ２４と流体接続されている。環状チャンバ２４は、圧縮空気源９（図１）に流体接続され、この圧縮空気源９から圧縮されたインパルスガスが供給される。環状チャンバ２４は、小型の環状ノズル２５を介して環状ギャップ２３に接続されている。

流れ方向３に見て、流路１８の内面は環状ノズル２５から続く湾曲フロー制御面２６を形成し、この制御面２６はコアンダ制御面とも呼ばれ、これによって、矢印２７で示すように放出されたインパルスガス流の方向が曲がる。制御面２６は、まずノズル部２５からノズル本体の中心軸２８の方向に半径方向内側に延び、次に流れ方向３の軸方向に徐々に湾曲している。すなわち、制御面は、中心軸２８の方向に徐々に平らになる輪郭を有する。

環状ノズル２５から吹き出された空気は、環状ノズル２５から離れるとき、軸方向に湾曲する制御面２６の凸面状の経路をたどって制御面２６に沿って流れ、これによって、初期的に半径方向に吹き込まれたインパルスガス流は、軸方向（インパルスガス流の曲がり方向２７）に曲げられる。コアンダ効果として知られるこのメカニズムは、ガス噴射が凸面から離れずにこれに沿って流れる傾向に基づいている。

インパルスガス流がノズル中央の領域で軸方向（インパルスガス流の曲がり方向２７）に曲がることによって負圧が生じ、これによって大量の伝熱媒体を入口開口部１９から吸引する。このようにして伝熱媒体は流路内で加速される。

コアンダ制御面２６から続いて、流れ方向３に進むにつれて内径が広がる流路が流れ方向３に形成されている。

１ ガス循環システム
２ パイプシステム
３ 流れ方向
４ 第一熱交換器
５ 燃料電池
６ ヒートシンク（第二熱交換器）
７ 金属水素化物タンク
８ ガス流エンハンサ
９ 圧縮ガス源（圧縮空気源）
１０ コンプレッサ
１１ 制御バルブ
１２ 予熱部
１３ 電気式管状ヒータ
１４ 温度計
１５ 圧力計
１６ 体積流量測定装置
１７ ノズル本体
１８ 流路
１９ 入口開口部
２０ 出口開口部
２１ 入口断面領域
２２ 断面狭小部
２３ 環状ギャップ
２４ 環状チャンバ
２５ 環状ノズル
２６ コアンダ制御面
２７ インパルスガス流曲がり方向
２８ 中心軸
２９ 出口
３０ インパルスガスライン

Claims (15)

1. 高温源（５）から熱消費器（７）へ熱を移送するためのガス循環システム（１）であって、
   ガス状の伝熱媒体が中を通って流れるパイプシステム（２）であって、前記パイプシステム（２）の一部が、前記高温源（５）に接続され、前記高温源（５）から前記伝熱媒体に熱を伝える熱交換器（４）として形成され、
   前記パイプシステム（２）の一部が、前記伝熱媒体に伝えられた前記熱を熱消費器（７）に伝えることができるヒートシンク（６）として、又は熱消費器として形成された、パイプシステム（２）を有するガス循環システム（１）において、
   前記伝熱媒体を前記パイプシステム（２）内で流れ方向（３）に推進するために、前記パイプシステム（２）には、コアンダ効果、及び／又はベンチュリ効果によって機能し、圧縮された推進ガスが供給される１つ以上のガス流エンハンサ（８）が設けられている
   ことを特徴とするガス循環システム（１）。
2. 前記推進ガス流を予熱するための手段（１２）が設けられている
   ことを特徴とする、請求項１に記載のガス循環システム。
3. 前記パイプシステムが、前記パイプシステム（２）から伝熱媒体を排出するために、出口（２９）を有し、
   前記出口（２９）が前記推進ガス流を予熱するための前記手段（１２）に接続され、その結果、前記推進ガスを予熱するために、前記排出された伝熱媒体の熱を前記推進ガスに伝えることができる
   ことを特徴とする、請求項２に記載のガス循環システム。
4. 前記ガス流エンハンサ（８）が、推進ガスを供給するための推進ガスライン（３０）に接続され、
   前記パイプシステム（２）が、前記パイプシステム（２）から伝熱媒体を排出するために、出口（２９）を有し、
   前記出口（２９）が前記推進ガスライン（３０）に接続され、その結果、前記出口（２９）から排出された前記伝熱媒体が、推進ガスとして前記パイプシステム（２）内に戻される
   ことを特徴とする、請求項１～３の一項に記載のガス循環システム。
5. 前記推進ガス流を予熱するための手段（１２）が設けられ、前記推進ガス流を予熱するための前記手段（１２）が、前記出口（２９）から排出された前記伝熱媒体が、まず、前記推進ガス流に熱を放出し、その後、前記推進ガス流を予熱するための前記手段（１２）の前記流れ方向における前段の推進ガスを供給するための推進ガスライン（３０）に導かれるように、前記推進ガスライン（３０）に接続され、
   前記伝熱媒体が、コンプレッサ（１０）を経由して前記推進ガスライン（３０）内に導入される
   ことを特徴とする、請求項３又は４に記載のガス循環システム。
6. 前記ガス流エンハンサ（８）が流路（１８）をもつノズル本体（１７）を備え、
   前記流路（１８）が、環状チャンバ（２４）から前記圧縮された推進ガスが供給される環状ギャップ（２３）を有し、
   前記流路（１８）が、前記流れ方向（３）において前記環状ギャップ（２３）に後続し、前記推進ガス流が前記流れ方向（３）に曲がるように形成されたコアンダ制御面（２６）を形成している、
   ことを特徴とする、請求項１～５のいずれか一項に記載のガス循環システム。
7. 前記コアンダ制御面（２６）が、前記流れ方向（３）に湾曲している
   ことを特徴とする、請求項６に記載のガス循環システム。
8. 前記コアンダ制御面（２６）に後続する部分が、前記流れ方向（３）に進むにつれて内径が広がる
   ことを特徴とする、請求項６又は７のいずれか一項に記載のガス循環システム。
9. 前記ガス流エンハンサ（８）が、前記流れ方向（３）に進むにつれて、最小通路表面積をもつ断面狭小部まで、円錐状、又は他の先細り形状で先細る入口断面領域（２１）をもつ入口開口部（１９）を、前記伝熱媒体の前記流れ方向（３）に有する
   ことを特徴とする、請求項１～８のいずれか一項に記載のガス循環システム。
10. 高温型燃料電池（５）に接続された、請求項１～９のいずれか一項に記載のガス循環システムにおいて、
    前記高温型燃料電池（５）の排ガス流が、前記熱交換器（４）上を流れる
    ことを特徴とするガス循環システム。
11. 金属水素化物タンク（７）が前記ヒートシンク（６）に接続され、前記ヒートシンク（６）が第二熱交換器として形成されている
    ことを特徴とする、請求項１～１０のいずれか一項に記載のガス循環システム。
12. 前記パイプシステム（２）に空気ヒータ（１３）が設けられている
    ことを特徴とする、請求項１～１１のいずれか一項に記載のガス循環システム。
13. 前記伝熱媒体の圧力が、３バール未満である
    ことを特徴とする、請求項１～１２のいずれか一項に記載のガス循環システム。
14. 前記推進ガス流が、１５０Ｎｌ／ｍｉｎ未満である
    ことを特徴とする、請求項１～１３のいずれか一項に記載のガス循環システム。
15. 前記伝熱媒体の体積流量が最大で１５００Ｎｌ／ｍｉｎである
    ことを特徴とする、請求項１～１４のいずれか一項に記載のガス循環システム。

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