KR20150081444A - 에너지 저장소 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유체를 보유하기 위한 적어도 두 개의 터널(1a, 1b)을 포함하는 열 에너지를 저장하기 위한 배열체에 관한 것이다. 터널(1a, 1b)은 적어도 하나의 채널(2)에 의해 서로 연결되어, 터널(1a, 1b)들 사이에 유체 연통이 허용되게 한다. 각각의 터널(1a, 1b)은 적어도 부분적으로 각각의 원호를 따라서 연장된다.

Description

에너지 저장소{ENERGY STORAGE}

본 발명은 유체를 보유하기 위한 적어도 두 개의 터널을 포함하는 열 에너지를 저장하기 위한 배열체에 관한 것이다.

최신 에너지 기술의 영역에서 열 에너지의 효율적인 저장에 대한 필요성이 있다.

열 에너지는 유리하게는 주변의 그라운드(ground)를 단열재로서 사용하여 지상에서 단열 탱크 내의, 지중에서 단열 갱(pit) 내의, 또는 지하에서 굴착된 공동(cavern) 내의 예컨대 물과 같은 유체 내에 저장될 수 있다. 유체의 열 에너지는 오랜 기간 동안 상당한 정도로 보존된다. 오늘날, 이러한 방법은, 열에 대한 요구가 있을 때 그리고 바람직하게는 열의 금전적 가치가 높을 때 나중에 사용되는 일시적인 과잉 열의 저장과 같은, 상이한 계절 간에 열 에너지의 저장에 대한 필요성을 충족시키기 위하여 세계 여러 지역들에서 사용되고 있다. 에너지의 주요 전이(transition)는 열에 대한 필요가 적은 여름 기간부터 열에 대한 필요가 매우 높은 겨울 기간으로 이루어진다. 그러나, 단기간 변동을 위해 저장소를 이용하고 과잉 열을 항상 적극적으로 저장함으로써 많은 이득이 또한 얻어진다. 이러한 종류의 저장소는 또한 냉각을 위하여 사용되는 더 차가운 유체의 저장을 위해서 뿐만 아니라 저온 시스템에서 사용되는 유체와 같은 중간 온도를 갖는 유체를 위해서 사용될 수 있다.

전술된 바와 같이, 주변의 그라운드를 단열재로서 사용하여 공동 내에 위치된 유체 내에 열 에너지를 저장하는 것이 통상의 해결책이다. 이는 단위 체적당 큰 저장 용량 및 저장소로부터 큰 출력을 인출할 가능성의 이점을 갖는다. 따라서, 이러한 종류의 저장은 단기간의 저장 및 장기간의 저장 둘 모두에 적합하다. 그러나, 높은 투자 비용과 같은 실질적인 단점이 또한 존재한다.

추가의 해결책은 수직으로 연장되고 균일하게 분포된 다수의 채널을 포함하는 저장소를 사용하는 것이다. 온수가 채널을 통하여 순환되고, 그라운드 자체가 열 에너지를 저장한다. 이는 낮은 투자 비용 및 상이한 특성의 지중에서 사용될 수 있다는 사실의 이점을 갖는다. 그러나, 높은 저장 및 인출 속도가 불가능하기 때문에, 그라운드를 통해 열을 수송하기 위한 낮은 속도가 큰 단점이다. 따라서, 이러한 종류의 저장은 장기간 저장, 즉 계절 간의 저장에 주로 적합하다. 폐쇄된 저장 체적에 비해 비교적 큰 주변 영역으로 인해, 주변 그라운드 및 대기로의 열의 손실은 이러한 경우에 상당하다. 이러한 유형의 저장에서, 액체의 순환을 위한 파이프 및 펌프 배열체가 에너지의 주입 및 회수를 위해 설치된다. 따라서, 상당한 양의 추가 전기 에너지가 이의 작동을 위해 필요하여, 실질적으로 저장소의 효율이 감소된다.

스웨덴 특허 출원 제0950576-9호에는 일종의 열 에너지의 효율적인 저장소가 개시되어 있다. 그러나, 지하에 열 에너지를 저장하기 위한 더욱 더 개선된 배열체에 대한 필요성이 여전히 존재한다.

본 발명의 일 태양에 따른 목적은 열 에너지를 지하에 저장하기 위한 환경 친화적이고 전체 열 에너지 손실이 감소될 수 있는 배열체를 제공하는 것이다. 추가 목적은 열 에너지를 저장하기 위한 개선된 배열체를 제공하는 것이다.

본 발명의 제1 태양에 따르면, 이들 목적은 유체를 보유하기 위한 적어도 두 개의 터널을 포함하는 열 에너지를 저장하기 위한 배열체에 의해 달성되는데, 터널은 적어도 하나의 채널에 의해 서로 연결되어, 터널들 사이에 유체 연통이 허용되게 하고, 각각의 터널은 적어도 부분적으로 각각의 원호를 따라서 연장된다.

그러한 배열체에 의해, 많은 상이한 영역들에서 동시에 작동될 수 있는 효율적인 열 저장소가 달성된다. 더욱이, 이러한 종류의 조합형 저장소는 공동 저장소의 이점과 채널 저장소의 이점을 겸하는데, 즉, 채널 저장소의 비교적 저비용의 계절에 따른 저장 용량이 큰 출력을 인출하고 열을 공동 저장소로/로부터 신속히 제공/회수하는 가능성과 조합된다. 또한, 2개의 터널의 사용은 그라운드의 큰 체적을 저장 공간으로 채우는 것을 가능하게 하고, 이는 다수의 채널의 사용을 가능하게 한다.

터널은 내부 터널 및 내부 터널 둘레에 배열된 외부 터널을 포함할 수 있다. 외부 및 내부 터널의 사용은 저장소의 굴착을 용이하게 한다.

일 실시예에서, 각각의 터널은 나선으로서 형성되고, 2개의 터널은 내부 나선 및 외부 나선을 형성하고, 외부 나선은 내부 나선 둘레에 배열된다. 나선 형상은 저장소의 굴착을 더 용이하게 한다.

일 실시예에서, 본 배열체는 적어도 하나의 샤프트를 추가로 포함한다. 샤프트의 사용은 유체의 추출 및 저장소 내로의 복귀를 용이하게 한다.

터널은 적어도 하나의 통로에 의해 서로 그리고/또는 샤프트에 연결되어, 터널들과 그리고/또는 샤프트 사이에 유체 연통이 허용되게 할 수 있다. 그러한 통로를 사용하는 것에 대한 추가 이점은 매우 큰 저장소의 구성이 단순화된다는 것이다.

일 실시예에서, 터널은 적어도 하나의 채널에 의해 샤프트에 연결되어, 터널과 샤프트 사이에 유체 연통이 허용되게 하여, 조합형 저장소의 이점을 증대시킨다.

내부 및/또는 외부 나선 및/또는 적어도 하나의 샤프트의 중심 축은 본질적으로 수직 방향으로 연장된다.

일 실시예에서, 적어도 하나의 통로는 수평 평면에 대해 일정 각도로 배열되어 자연 열 대류를 허용한다.

또 다른 실시예에서, 채널은 수평 평면에 대해 일정 각도로 배열되어 자연 열 대류를 허용한다.

터널들은 적어도 부분적으로 상이한 수직 높이들에 배열되어 자연 열 대류를 더 촉진시킬 수 있다.

일 실시예에서, 내부 나선을 형성하는 터널은 외부 나선을 형성하는 터널보다 더 큰 경사를 가져서, 각각의 나선의 각각의 턴(turn)은 본질적으로 다른 나선에 평행하지만 상이한 수직 높이에서 연장되게 한다.

통로들은, 수직 방향으로 서로에 대해 바로 상하로 위치되지 않도록, 다른 통로를 관통하지 않고서도 저장소의 상부로부터 아래로 각각의 개별 통로로 채널을 천공하는 것이 가능하도록, 배열될 수 있다.

일 실시예에서, 배열체의 중간 섹션은, 그의 중심 축의 방향으로 보았을 때, 배열체의 적어도 하나의 단부 섹션보다 더 큰 치수를 갖는다. 배열체의 양 단부 섹션이 중간 섹션보다 작은 경우, 저장소는 본질적으로 구(sphere)인 형상을 갖는다. 양 터널 및 중간의 그라운드를 포함하는 그러한 대체로 구인 형상의 사용은 저장소의 주연 영역 및 그에 따른 열 손실을 최소화하는 한편, 가능한 더 큰 저장소의 주연부 내의 체적을 여전히 얻는다. 단지 하나의 단부 섹션만이 더 작은 경우, 그 형상은 본질적으로, 배열체의 중심 축의 방향으로 보았을 때, 원뿔 또는 피라미드에 대응한다.

유체는 물, 물과 냉각제의 혼합물, 임의의 액체 연료, 예컨대 화석 기원 또는 생물학적 기원(바이오 연료)의 탄화수소, 염 용액, 암모니아, 또는 다른 냉매를 포함하는 군으로부터 선택될 수 있다.

배열체는 적어도 하나의 열교환기에 의해 유체의 프로세싱을 허용하도록 적합한 수직 높이에서 터널 및/또는 샤프트로부터 유체의 임의의 부분을 추출하도록 배열된 적어도 하나의 유체 연통 수단을 추가로 포함할 수 있고, 추가로 유체 연통 수단은 적합한 수직 높이에서 터널 및/또는 샤프트로 프로세싱된 유체를 복귀시키도록 배열된다.

일 실시예에서, 배열체는 열교환기에 결합된 에너지원을 추가로 포함하고, 열교환기는 유체의 열 에너지를 증가 또는 감소시키도록 배열된다.

더욱이, 에너지원은 산업 설비 또는 폐열의 다른 공급원, 열 병합 발전소(combined heat and power plant, CHP), 가열을 위한 또는 전기 발전 겸 가열을 위한 솔라 패널, 히트 펌프, 바이오 연료 보일러, 전기 히터, 또는 화석 연료 보일러를 포함하는 에너지원들의 군 중 임의의 것일 수 있다.

본 발명의 대체로 바람직한 실시예를 도시하는 첨부 도면을 참조하여, 본 발명의 이러한 그리고 다른 태양이 이제 더 상세히 설명될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 열 저장소의 평면도를 도시한다.
도 2는 도 1에 따른 열 저장소의 일 실시예의 측면도를 도시한다.
도 3은 도 1 및 도 2에 따른 열 저장소의 일 실시예의 개략 단면도를 도시한다.
도 4는 본 발명에 따른 열 저장소의 또 다른 실시예를 도시한다.

도 1 및 도 2는 물과 같은 유체 내에 에너지의 일부를 저장하기 위한 공동 저장소와 지하에 에너지의 일부를 저장하기 위한 채널 저장소를 병합한, 지하에 열 에너지를 저장하기 위한 배열체의 일 실시예를 도시한다. 저장되는 에너지는 열 병합 발전소와 같은 지역 난방 시스템에 연결된 기존의 생산 시설로부터 주로 나온다. 다른 가능한 열 에너지 생성부는, 예를 들어, 태양열 집열기 및 산업 폐열이다.

이러한 종류의 에너지 저장소는, 예를 들어 95℃까지의 고온 유체 및 예를 들어 4℃에 이르기까지의 저온 유체뿐만 아니라 중간 온도를 갖는 유체의 저장에 이용될 수 있다. 중간 온도는 저장될 수 있는 최고온의 유체보다는 상당히 낮지만 또한 저장될 수 있는 최저온의 유체보다는 높은 온도를 의미한다. 중간 온도 유체는, 예를 들어, 저온 시스템에서 사용되는 것이다. 중간 온도가 예를 들어 40 내지 70℃인 유체는 통상 지역 난방 시스템으로의 열교환 후 저장소 내로 다시 복귀되는 유체이다.

열 에너지를 그라운드 내에 저장할 때, 저장 공간이 충분히 큰 체적을 갖는 경우, 온도가 상이한 유체의 체적부들 사이의 밀도 차이로 인해 저장소 내에 층화(layering)가 발생한다. 유체는 고온일수록 저장소 내에서 더 높은 곳에 위치하게 된다.

저장소를 고온 유체로 채우는 경우, 유체의 하부 층으로부터의 저온 유체는 저장소를 통하여 위로 그리고 그가 가열되는 열교환기를 지나서 순환된다. 그 후, 이는 대응하는 고온을 갖는 저장소 내의 유체의 층으로 공급된다. 이러한 프로세스는 배출 동안 역전되는데, 즉 상부 층으로부터의 고온 유체는 그가 그의 에너지를 방출하는 열교환기로 순환된 후, 대응하는 저온을 갖는 저장소의 층으로 복귀된다.

저장소를 저온 유체로 채우는 경우, 유체의 상부 층으로부터의 고온 유체는 저장소를 통하여 위로 그리고 그가 냉각되는 열교환기를 지나서 순환된다. 그 후, 이는 대응하는 저온을 갖는 저장소 내의 유체의 층으로 공급된다. 이러한 프로세스는 배출 동안 역전되는데, 즉 하부 층으로부터의 저온 유체는 그가 에너지를 흡수하는 열교환기로 순환된 후, 대응하는 고온을 갖는 저장소의 층으로 복귀된다.

본 발명의 것과 같은 조합형 저장소는 공동 저장소의 이점과 채널 저장소의 이점을 겸한다. 기본적인 개념은 채널 저장소의 비교적 저비용의 계절에 따른 저장 용량을, 큰 출력을 인출하고 열을 공동 저장소로/로부터 신속히 제공/회수하는 가능성과 함께, 사용하는 것이다. 저장소의 저장 용량은 유체와 그라운드 사이의 접촉 영역의 증가로 인하여 더 증가된다.

도 2에 도시된 바와 같이, 저장소는 유체를 보유하기 위한 적어도 두 개의 터널(1a, 1b) 및 하나의 샤프트(3)를 포함하고, 본질적으로 구 형상을 이루고 터널(1a, 1b) 및 샤프트(3)의 중심 축이 본질적으로 중심을 이루고 있다. 대체적으로 구인 형상은 저장소의 원주 영역 및 그에 따른 열 손실을 최소화하는 한편, 가능한 더 큰 저장소 내의 체적을 여전히 얻도록 선택된다. 이러한 구성은 아래에서 더 상세히 설명된다.

샤프트(3)는 바람직하게는 구의 중심에 배열되어, 구의 수직으로 연장된 중심 축을 따라서 본질적으로는 수직 방향으로 그리고 구의 전체 수직 높이를 통하여 연장된다. 그러나, 이는 또한 구의 수직 중심 축에 대해 다소 변위될 수 있고, 이는 또한 수직 방향에 대해 다소 경사져 있을 수 있다.

각각의 터널(1a, 1b)은 샤프트(3)의 둘레를 둘러싸는데, 즉 적어도 부분적으로 각각의 원호를 따라서 연장된다. 터널(1a, 1b)은 샤프트(3)의 중심 축의 방향에 수직인 평면으로 보았을 때 본질적으로 원형으로, 즉 링 형상을 갖는다. 터널(1a, 1b)은 또한, 앞서 언급된 평면으로 보았을 때 본질적으로 타원 또는 다각형인, 더 각을 이루는 형상을 가질 수 있다. 그러나, 터널(1a, 1b)의 주 형상은 여전히 원호의 형상이다.

터널(1a, 1b)은, 적어도 하나의 내부 터널(1a) 및 적어도 하나의 외부 터널(1b)을 각각 형성하도록 그리고 이들 각각이 바람직하게는 샤프트(3)의 중심 축과 동축을 이루는 중심 축을 갖도록, 즉 적어도 하나의 외부 터널(1b)이 적어도 하나의 내부 터널(1a) 둘레에 그리고 외측에 배열되도록, 서로에 대해 내외로 배열된다. 그러나, 터널(1a, 1b)은 그의 각각의 중심 축이 샤프트의 중심 축과 동축을 이루지 않도록 배열될 수도 있다. 터널의 중심 축은 본질적으로 수직 방향으로 연장될 수 있거나 또는 수직 방향에 대해 다소 경사질 수 있다.

터널(1a, 1b)은 다수의 통로(4)에 의해 서로 그리고/또는 샤프트에 연결되어, 터널(1a, 1b) 자신들과 샤프트(3) 사이에 유체 연통이 허용되게 한다.

따라서, 전체 저장 공간은 예를 들어 샤프트, 터널들, 및 통로들과 같은 다수의 개별 저장 섹션들로 이루어진다. 저장소는 저장소 내의 자연 열 대류 및 유체의 층화, 즉 수직 온도 성층화 둘 모두를 용이하게 하도록 소정의 체적을 가질 필요가 있다.

각각의 통로(4)는 외부 터널(1b)과 내부 터널(1a) 사이에, 또는 내부 터널(1a)과 샤프트(3) 사이에 연장된다. 저장소는 각각의 터널이 외부 터널(1b)과 내부 터널(1a) 사이의 적어도 하나의 통로(4) 및 내부 터널(1a)과 샤프트(3) 사이의 적어도 하나의 통로(4)를 갖도록 분포된 다수의 통로(4)를 포함한다. 통로(4)들은 수직 방향으로 서로에 대해 바로 상하로 위치되지 않도록, 즉 다른 통로를 통하여 관통하지 않고서도 저장소의 상부로부터 아래로 각각의 개별 통로(4)로 홀(hole)을 천공할 수 있도록 배열될 수 있다. 더욱이, 통로(4)는 자연 열 대류가 가능하게 하도록 수평 평면에 대해 일정 각도로 배열될 수 있다. 일 실시예에서, 샤프트(3)에 연결된 통로(4)는 완전히 수평 평면 내에 연장되는 한편, 터널(1a, 1b)들을 서로 연결하는 통로(4)는 경사져 있다. 추가로, 통로(4)들은 그들이 샤프트(3)로부터 보았을 때 저장소의 주연부를 향하여 방사상 외향으로 연장되도록 배열될 수 있다. 그러나, 통로(4)들은 그들이 해당 아치형 터널의 접선 방향으로 또는 임의의 다른 적합한 각도로 연장되도록 경사질 수 있다.

도 3에 더 명백히 도시된 바와 같이, 터널(1a, 1b)은 또한 다수의 채널(2)에 의해 서로 그리고/또는 샤프트(3)에 연결되어, 터널(1a, 1b) 자신들 사이에 그리고 터널(1a, 1b)들과 샤프트(3) 사이에 유체 연통이 허용되게 한다. 채널(2)은 보어 홀(bore hole) 또는 파이프로서 배열될 수 있다. 구 내의 그라운드, 즉 저장소의 최외 주연부의 본질적으로 내측에 위치된 그라운드는 다수의 그러한 채널(2)들에 의해 관통되는데, 즉 이들은 터널(1a, 1b)들과 샤프트(3) 사이 내에 촘촘한 패턴(tight pattern)으로 배열된다. 따라서, 채널(2)은 바람직하게는 통로(4)보다 치수가 더 작고 그리고 그보다 더 많은 개수로 배열되는데, 이는 복수의 더 작은 채널(2)이 더 적은 개수의 더 큰 통로(4)와 대조적으로 촘촘한 패턴을 형성하기 위한 것이기 때문이다. 채널(2)은 경도류(gradient flow)에 의해 자연 열 대류가 허용되도록 수평 평면에 대해 일정 경사로 배열, 즉 일정 각도로 배열된다. 채널(2)의 경사는, 예를 들어, 수평 평면에 대해 1:10 내지 수직 또는 더 작을 수 있어서, 자연 대류를 방해하는 에어 포켓(pocket of air)을 방지할 수 있다.

일 실시예에서, 저장소는 다수의 내부 터널(1a) 및 다수의 외부 터널(1b)을 포함할 수 있고, 각각의 터널(1a, 1b)은 다른 터널(1a, 1b)로부터 본질적으로 분리된 폐루프로서 구성된다. 도시된 예에서와 같이, 각각의 터널은 도넛(donut)의 형상을 갖는다. 본 실시예에서, 내부 터널(1a)들은 수직 방향으로 서로로부터 일정 거리에 배열되어 있다. 바람직하게는 둘 초과의 그러한 내부 터널(1a)이 존재하고, 이들은 모두 동일한 치수, 즉 반경을 갖는다. 다수의 외부 터널(1b)들은 또한 수직 방향으로 서로로부터 일정 거리에 배열되어 있다. 바람직하게는 내부 터널(1a)보다 더 적은 개수의 그러한 외부 터널(1b)이 존재하고, 외부 터널(1b) 모두는 동일한 반경을 갖는데, 이 반경은 내부 터널(1a)의 반경보다 크다. 내부 터널(1a)은 바람직하게는 샤프트(3)의 맨 끝 단부(very end)들 사이의 샤프트(3)의 전체 수직 높이를 따라서 배열되는 한편, 외부 터널(1b)은 외부 터널(1b)이 샤프트(3)의 중간 섹션만을 둘러싸는 것에 한정되도록 샤프트(3)의 맨 끝 단부들로부터 일정 거리에 배열된다. 이와 같이, 저장소의 중간 섹션은, 샤프트(3)의 중심 축에 수직인 평면으로 보았을 때, 그의 단부 섹션보다 더 큰 치수, 즉 더 큰 반경을 가져서, 대체적으로 구 형상인 저장소를 얻게 된다. 그러나, 이는, 저장소의 상단부 섹션 또는 하단부 섹션 중 하나가, 앞서 언급된 평면으로 보았을 때, 저장소의 중간 섹션보다 더 작은 치수를 가져서 저장소가 구보다는 오히려 원뿔 또는 피라미드 형상을 갖도록 하는 경우도 충분하다. 더욱이, 내부 터널(1a) 및 대응하는 외부 터널(1b)은 바람직하게는 수직 방향으로 서로에 대해 다소 오프셋, 즉 상이한 수직 높이로 배열된다.

다시 말하면, 전술된 실시예는 유체를 보유하기 위한 적어도 하나의 내부 터널(1a) 및 적어도 하나의 외부 터널(1b)을 포함하는, 열 에너지를 저장하기 위한 배열체를 포함한다. 내부 및 외부 터널(1a, 1b)은 적어도 하나의 채널(2)에 의해 서로 연결되어, 터널(1a, 1b)들 사이에 유체 연통이 허용되게 하고, 각각의 터널(1a, 1b)이 본질적으로 원형이고 폐쇄 루프를 형성하게 한다. 더욱이, 외부 터널(1b)은 내부 터널(1a) 주변에 배열된다.

그러나, 바람직한 실시예에서, 각각의 터널(1a, 1b)은 구의 수직으로 연장된 중심 축을 따라서 샤프트(3) 둘레에 연장된 나선으로서 구성된다. 나선(1a, 1b)은, 내부 나선(1a) 및 외부 나선(1b)을 각각 형성하도록 그리고 이들 각각이 바람직하게는 샤프트(3)의 중심 축과 동축을 이루는 중심 축을 갖도록, 즉 외부 나선(1b)이 내부 나선(1a) 둘레에 그리고 외측에 배열되도록, 서로에 대해 내외로 배열된다. 내부 나선(1a) 및 외부 나선(1b)은 함께 대체적으로 구인 형상의 외주연부를 형성한다.

바람직한 실시예에서, 내부 나선(1a)은 샤프트(3)의 맨 끝 단부들 사이의 샤프트(3)의 전체 수직 높이를 따라서 연장되는 한편, 외부 나선(1b)은 외부 나선(1b)이 샤프트(3)의 중간 섹션을 둘러싸는 것에 한정되도록 샤프트(3)의 맨 끝 단부들로부터 일정 거리에서 시작하고 끝난다. 이와 같이, 저장소의 중간 섹션은, 나선(1a, 1b)의 중심 축에 수직인 평면으로 보았을 때, 그의 단부 섹션보다 더 큰 치수, 즉 더 큰 반경을 가져서, 대체적으로 구 형상인 저장소를 얻게 된다. 그러나, 이는, 저장소의 상단부 섹션 또는 하단부 섹션 중 하나가, 앞서 언급된 평면으로 보았을 때, 저장소의 중간 섹션보다 더 작은 치수를 가져서 저장소가 구보다는 오히려 원뿔 또는 피라미드 형상을 갖도록 하는 경우도 충분하다. 따라서, 나선(1a, 1b) 중 하나 또는 둘 모두는, 원하는 경우, 샤프트(3)의 수직 높이를 따라서 샤프트(3)의 일 단부 또는 양 단부로 연장될 수 있다.

더욱이, 나선(1a, 1b)은 서로에 대해 내외로 위치될 필요도 없고 서로 또는 샤프트(3)와 중심 축을 공유할 필요도 없는 데, 즉 전술된 것 이외의 다른 실시예가 가능하다.

각각의 나선(1a, 1b)의 각각의 턴은 나선(1a, 1b)의 중심 축의 방향에 수직인 평면으로 보았을 때 본질적으로 원형이다. 그러나, 나선(1a, 1b)은 또한, 나선의 각각의 턴이 나선(1a, 1b)의 중심 축의 방향에 수직인 평면으로 보았을 때 본질적으로 타원 또는 다각형인, 더 각을 이루는 형상을 가질 수 있다.

본 실시예에서, 통로(4)는 각각의 터널 턴이 외부 터널(1b)과 내부 터널(1a) 사이의 적어도 하나의 통로(4) 및 내부 터널(1a)과 샤프트(3) 사이의 적어도 하나의 통로(4)를 갖도록 분포된다.

전술된 바와 같이, 터널(1a, 1b)은 바람직하게는 내부 나선(1a) 및 외부 나선(1b)을 형성하도록 서로에 대해 내외로 배열된다. 바람직한 실시예에서, 각각의 나선(1a, 1b)의 대응하는 턴들은 수직 방향으로 서로에 대해 다소 오프셋되어 있다. 다시 말하면, 나선(1a, 1b)은 동일한 방향으로 선회되고 내부 나선(1a)의 각각의 턴은 외부 나선(1b)의 대응하는 턴에 대해 상이한 수직 높이에 위치된다. 이를 달성하기 위하여, 내부 나선(1a)은 바람직하게는 외부 나선(1b)보다 더 큰 경사를 갖는다. 내부 나선(1a)의 경사는, 예를 들어, 1:8인 한편, 외부 나선(1b)의 경사는 1:16으로서, 즉 외부 나선(1b)의 반경이 내부 나선(1a)의 반경의 2배인 경우, 외부 나선(1b)은 내부 나선(1a)의 경사의 절반의 경사를 갖는다.

그러나, 나선(1a, 1b)은 또한, DNA 구조의 이중 나선에 대응하는, 반대 방향으로 선회되는 것과 같은 상이한 구성을 가질 수 있다. 이들은 여전히 샤프트(3)의 중심 축과 동축인 공통 중심 축을 가질 수 있으나 반드시 그렇지는 않다.

저장소에 사용되는 유체는 바람직하게는 물이지만, 예를 들어, 물과 냉각제의 혼합물, 임의의 액체 연료, 예컨대 화석 기원 또는 생물학적 기원(바이오 연료)의 탄화수소, 염 용액, 암모니아, 또는 다른 냉매일 수 있다.

저장소에 연결된 프로세스 설비는 프로세싱 영역에 배열되고 무엇보다도 열교환기 및 펌프를 포함한다.

전술된 바와 같이, 저장소의 상부 부분의 유체는 하부 부분의 유체보다 온도가 더 높다. 이들 사이의 전이 구역에는 중간 온도를 갖는 유체 층이 또한 존재한다. 저장소의 전체 잠재력을 사용하기 위하여, 상이한 이용가능 온도들을 효율적으로 사용하는 것이 중요하다. 하나의 상태는 저장소가 상이한 높이에 입구 및 출구를 구비한다는 것이다. 따라서, 다수의 유체 연통 수단(5), 예를 들어 삽통식 파이프가 존재하는데, 이는 프로세싱 영역으로부터 그리고 샤프트(3)를 통하여 아래로 이어지고, 적어도 하나의 열교환기에 의해 유체의 프로세싱을 허용하도록 적합한 수직 높이에 샤프트(3)로부터 유체의 일부를 추출하도록 배열된다. 추가로, 유체 연통 수단(5)은 프로세싱된 유체를 적합한 수직 높이에서 샤프트(3)로 복귀시키도록 배열된다.

저장소는 열교환기에 결합된 에너지원을 추가로 포함하고, 열교환기는 응용에 따라서 유체의 열 에너지를 증가 또는 감소시키도록 배열된다. 저장소는 가열 - 즉 저장소로 복귀되는 유체가 그가 추출되었을 때보다 더 낮은 온도를 가짐 -, 및 냉각 - 즉 저장소로 복귀되는 유체가 그가 추출되었을 때보다 더 높은 온도를 가짐 - 둘 모두를 위해 사용될 수 있다. 에너지원은, 예를 들어, 산업 설비 또는 폐열의 다른 공급원, 열 병합 발전소(CHP), 가열을 위한 또는 전기 발전 겸 가열을 위한 솔라 패널, 히트 펌프, 바이오 연료 보일러, 전기 히터, 또는 화석 연료 보일러이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 저장소에는 구 형상의 저장소 외측에 위치되어 있지만 제1 샤프트(3)와 본질적으로 평행하게 연장된 제2 샤프트(6)가 구비될 수 있다. 제2 샤프트(6)는 구 형상의 저장소의 바닥에 연결되어, 저온 유체가 저장소의 상부 부분을 통과하지 않고서 저장소에 저장되거나 또는 인출될 수 있어서, 그에 따라 저장소의 일부이면서 저장소의 불필요한 냉각을 피하게 한다. 더욱이, 샤프트(6)는, 예를 들어, 얼음, 눈, 물, 또는 암석 에너지 저장을 위한 저온 저장소인, 도 3에 도시된 것과 같은 제2 에너지 저장소를 포함할 수 있다. 본 실시예에서, 만일 물이 사용되는 경우, 상이한 온도를 갖는 층들의 순서는 앞서 논의된 실시예와 비교할 때 변경된다. 4℃의 가장 무거운 물은 저장소의 맨 밑 바닥에 위치되는 한편, 물보다 밀도가 낮은 얼음은 저장소의 맨 위 상부에 위치되어 물의 상부에서 부유한다. 대략 0℃의 물은 얼음과 4℃ 물 사이에 위치된다.

당업자는 본 발명이 전술된 바람직한 실시예로 결코 제한되지 않는다는 것을 인식한다. 이에 반하여, 많은 변형 및 변경이 후속하는 특허청구범위의 범주 내에서 가능하다.

Claims (18)

1. 유체를 보유하기 위한 적어도 두 개의 터널(1a, 1b)을 포함하는 열 에너지를 저장하기 위한 배열체로서,
   상기 터널(1a, 1b)은 복수의 채널(2)에 의해 서로 연결되어, 상기 터널(1a, 1b)들 사이에 유체 연통이 허용되게 하고, 상기 채널은 상기 터널(1a, 1b)들 사이 내에 촘촘한 패턴(tight pattern)으로 배열되고,
   각각의 터널(1a, 1b)은 적어도 부분적으로 각각의 원호를 따라서 연장되는, 배열체.
2. 제1항에 있어서,
   상기 터널(1a, 1b)은 내부 터널(1a) 및 외부 터널(1b)을 포함하고, 상기 외부 터널(1b)은 상기 터널(1a) 둘레에 배열된, 배열체.
3. 제1항에 있어서,
   각각의 터널(1a, 1b)은 나선으로서 형성되고, 2개의 터널(1a, 1b)은 내부 나선(1a) 및 외부 나선(1b)을 형성하고, 외부 나선(1b)은 내부 나선(1a) 둘레에 배열되는, 배열체.
4. 제1항 내지 제3항 중 한 항에 있어서,
   적어도 하나의 샤프트(3)를 추가로 포함하는, 배열체.
5. 제1항 내지 제4항 중 한 항에 있어서,
   상기 터널(1a, 1b)은 서로서로 및/또는 적어도 하나의 통로(4)에 의해 상기 샤프트(3)에 연결되어, 상기 터널(1a, 1b)들 및/또는 상기 샤프트(3) 사이에 유체 연통이 허용되게 하는, 배열체.
6. 제4항 또는 제5항에 있어서,
   상기 터널(1a, 1b)은 적어도 하나의 채널(2)에 의해 상기 샤프트(3)에 연결되어, 상기 터널(1a, 1b)들 및 상기 샤프트(3) 사이에 유체 연통이 허용되게 하는, 배열체.
7. 제1항 내지 제6항 중 한 항에 있어서,
   상기 내부 터널(1a) 및/또는 상기 외부 터널(1b)의 적어도 중심 축 및/또는 상기 적어도 하나의 샤프트(3)는 본질적으로 수직 방향으로 연장되는, 배열체.
8. 제5항 내지 제7항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 통로(4)는 수평 평면에 대해 일정 각도로 배열되어 자연 열 대류를 허용하는, 배열체.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 채널(2)은 수평 평면에 대해 일정 각도로 배열되어 자연 열 대류를 허용하는, 배열체.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 터널(1a, 1b)들은 적어도 부분적으로 상이한 수직 높이들에 배열되는, 배열체.
11. 제3항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 내부 나선을 형성하는 터널(1a)은 상기 외부 나선을 형성하는 터널(1b)보다 더 큰 경사를 갖는, 배열체.
12. 제5항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 통로(4)는 수직 방향으로 서로에 대해 바로 상하로 위치되지 않도록 배열되는, 배열체.
13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 배열체의 중간 섹션은, 그의 중심 축의 방향으로 보았을 때, 상기 배열체의 적어도 하나의 단부 섹션보다 더 큰 치수를 갖는, 배열체.
14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유체는 물, 물과 냉각제의 혼합물, 임의의 액체 연료, 예컨대 화석 기원 또는 생물학적 기원(바이오 연료)의 탄화수소, 염 용액, 암모니아, 또는 다른 냉매를 포함하는 군으로부터 선택되는, 배열체.
15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 열교환기에 의해 상기 유체의 프로세싱을 허용하도록 적합한 수직 높이에서 터널(1a, 1b) 및/또는 샤프트(3)로부터 상기 유체의 임의의 부분을 추출하도록 배열된 적어도 하나의 유체 연통 수단(5)을 추가로 포함하고, 추가로 상기 유체 연통 수단(5)은 적합한 수직 높이에서 터널(1a, 1b) 및/또는 샤프트(3)로 프로세싱된 유체를 복귀시키도록 배열된, 배열체.
16. 제15항에 있어서,
    상기 열교환기에 결합된 에너지원을 추가로 포함하고, 상기 열교환기는 유체의 열 에너지를 증가 또는 감소시키도록 배열된, 배열체.
17. 제16항에 있어서,
    상기 에너지원은 산업 설비 또는 폐열의 다른 공급원, 열 병합 발전소(combined heat and power plant, CHP), 가열을 위한 또는 전기 발전 겸 가열을 위한 솔라 패널, 히트 펌프, 바이오 연료 보일러, 전기 히터, 또는 화석 연료 보일러를 포함하는 에너지원들의 군 중 임의의 것인, 배열체.
18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 샤프트의 바닥에 연결된 제2 샤프트(6)를 추가로 포함하는, 배열체.

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