(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高温熱の形態の熱エネルギーを蓄熱する方法であって、媒体から熱交換器（３）を介して空気に熱を移動させて供給空気を生成するステップを有し、前記空気は、周囲空気であって、蓄熱媒体（６）には、加熱供給空気の形で、前記蓄熱媒体（６）に蓄熱するために熱を輸送する方法において、
蓄熱媒体（６）の蓄熱には周囲空気が用いられ、周囲空気は、送風機（４）によって周囲から取り入れられるとともに、蓄熱媒体（６）に熱を放出した後、通過して系を出て行く排出空気が通過する空気／空気熱交換器（２５）において、送風機（４）で取り入れられた周囲空気が予熱されることを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、空気は蓄熱媒体（６）を通るように案内され、その際に熱を吸収し、この加熱された空気が熱交換器（３）へと案内され、そこで熱がたとえば水蒸気、水、熱媒体油、および／または液体の塩もしくは塩混合物のような媒体へ再び放出される、そのような方法において、蓄熱媒体（６）の放熱のために周囲空気が利用されることを特徴とする方法。
【請求項３】
ハウジング（１６）を備える蓄熱モジュール（２９）と、周囲空気を前記ハウジング（１６）に供給するようにされた送風機（４）と、前記ハウジング（１６）の外部に配置され、媒体からの熱を、前記送風機（４）で取り入れられた周囲空気に移転して加熱供給空気とする少なくとも１つの熱交換器（３）と、前記ハウジング（１６）に接続され、前記加熱供給空気を前記ハウジング（１６）に供給する少なくとも１つの供給配管（１７）と、前記ハウジング（１６）に接続された少なくとも１つの排出配管（１８）と、前記排出配管（１８）上に配置され、前記送風機（４）で取り入れられた外部空気を予熱する空気／空気熱交換機（２５）と、を含んでいる高温蓄熱器。
【請求項４】
前記ハウジング（１６）は少なくとも部分的に蓄熱媒体（６）で充填されており、特に２から８０ｍｍの平均直径をもつ砂、砂利、石、コランダム、および／またはグラファイトで充填されていることを特徴とする、請求項３に記載の高温蓄熱器。
【請求項５】
前記蓄熱媒体（６）は水平または垂直に積層されており、各々の層は蓄熱媒体の異なる平均直径および／または各々の層の異なる材料を有することができることを特徴とする、請求項４に記載の高温蓄熱器。
【請求項６】
前記蓄熱媒体（６）は、複数の個別容積に配分されており、これらは、相並んで、あるいは上下に配置することができ、またはカスケード配置することができることを特徴とする、請求項４または５に記載の高温蓄熱器。
【請求項７】
前記蓄熱媒体（６）は金属のネット、穴付き板（７）、および／または不織布により統合されており、これを通して空気を前記蓄熱媒体（６）へ案内することもできることを特徴とする、請求項４から６の何れか１項に記載の高温蓄熱器。
【請求項８】
空気はスリット開口部およびまたは穴開口部を備えるランスを介して前記蓄熱媒体（６）へ取り込まれることを特徴とする、請求項４から７の何れか１項に記載の高温蓄熱器。
【請求項９】
空気は穴またはスリットのある平板を介して前記蓄熱媒体（６）に運び込まれることを特徴とする、請求項４から８の何れか１項に記載の高温蓄熱器。
【請求項１０】
１つの熱交換器（３）だけが熱の取込みと取出しのために用いられることを特徴とする、請求項３から９の何れか１項に記載の高温蓄熱器。
【請求項１１】
前記熱交換器（３）は必要な場合にわずかに改変されるガスタービン設備の廃熱ボイラであることを特徴とする、請求項３から１０の何れか１項に記載の高温蓄熱器。
【請求項１２】
前記熱交換器（３）は石油や天然ガスのような従来型の燃料のための追加燃焼装置（１４）を備えるように構成されていることを特徴とする、請求項３から１１の何れか１項に記載の高温蓄熱器。
【請求項１３】
空気流が分割され、制御可能なフラップ（８，９，１０，１１，１２，１３，１５）を介して前記蓄熱モジュール（２９）にある前記蓄熱媒体（６）へ供給されることを特徴とする、請求項４から１２の何れか１項に記載の高温蓄熱器。
【請求項１４】
前記熱交換器（３）は少なくとも２８０°の動作温度を有していることを特徴とする、請求項３から１３の何れか１項に記載の高温蓄熱器。
【請求項１５】
第１の供給配管（１７）を熱交換器（３）の高温側と接続可能であることを特徴とする、請求項３から１４の何れか１項に記載の高温蓄熱器。
【請求項１６】
第２の排出配管（１７）を熱交換器（３）の低温側と接続可能であることを特徴とする、請求項３から１５の何れか１項に記載の高温蓄熱器。
【請求項１７】
第２の供給配管（１９）と第２の排出配管（２０）の間にバイパス配管（２１）が設けられていることを特徴とする、請求項３から１６の何れか１項に記載の高温蓄熱器。
【請求項１８】
（配管２２の中の）空気流は、蓄熱器を充熱するときの前記熱交換器（３）での熱放出の後に、第２の熱交換器を介して、第２の配管（２１）の中を流れる空気に残留熱を放出することを特徴とする、請求項３から１７の何れか１項に記載の高温蓄熱器。
【請求項１９】
（配管２２の中の）空気流は放熱のときに、前記送風機（４）の後で第２の供給配管（１９）またはバイパス配管（２１）の中を流れる空気に残留熱を放出することを特徴とする、請求項３から１８の何れか１項に記載の高温蓄熱器。
【請求項２０】
第２の供給配管（１９）に配管（２４）が連通しており、前記配管（２４）を通して高温空気、特に太陽光で生成された高温空気、または高温の排出ガス、特にガスタービンの排出ガスを第２の供給配管（１９）へ送出可能であることを特徴とする、請求項３から１９の何れか１項に記載の高温蓄熱器。
【請求項２１】
前記配管（２４）は前記送風機（４）の下流側で第２の供給配管（１９）に連通することを特徴とする、請求項２０に記載の高温蓄熱器。
【請求項２２】
前記配管（２４）には制御可能なフラップ（２３）が設けられていることを特徴とする、請求項２０または２１に記載の高温蓄熱器。
【請求項２３】
前記蓄熱モジュール（２９）の１つの蓄熱区域または蓄熱層は相転移物質（ＰＣＭ）で充填された球で充填されていることを特徴とする、請求項３から２２の何れか１項に記載の高温蓄熱器。
【請求項２４】
前記蓄熱モジュール（２９）の１つの蓄熱区域または蓄熱層はたとえばゼオライトもしくは金属水酸化物の球またはたとえばＣａＯやＣａ（ＯＨ）２などの材料等の熱化学的な蓄熱部材と蓄熱材で充填されていることを特徴とする、請求項３から２３の何れか１項に記載の高温蓄熱器。
【請求項２５】
各々の蓄熱層（３１）は入口面（３７）と出口面（３９）を有しており、前記蓄熱層（３１）は前記入口面（３７）および／または前記出口面（３９）のところでネット、格子、穴付き板、および／または不織布により仕切られていることを特徴とする、請求項３から２４の何れか１項に記載の高温蓄熱器。
【請求項２６】
少なくとも１つの蓄熱面（３１）は前記入口面（３７）と前記出口面（３９）の領域に支持構造を有していることを特徴とする、請求項２５に記載の高温蓄熱器。
【請求項２７】
前記蓄熱層（３１）は、直方体、平行六面体、円筒、中空円筒、または螺旋状の底面をもつ壁の形態で、垂直または水平の壁として構成されていることを特徴とする、請求項３から２６のうちいずれか１項に記載の高温蓄熱器。
【請求項２８】
前記蓄熱面（３１）は複数の薄板（４７）で包囲もしくは仕切られており、前記薄板（４７）は垂直方向で相上下して配置されていることを特徴とする、請求項２７に記載の高温蓄熱器。
【請求項２９】
前記薄板（４７）は特に垂直方向の前記入口面（３７）と前記出口面（３９）の領域で水平に対して傾いていることを特徴とする、請求項２８に記載の高温蓄熱器。
【請求項３０】
少なくとも１つの前記蓄熱面（３１）は前記入口面（３７）と前記出口面（３９）を除いて気密な壁（３５，１６，４１，４３）で区切られていることを特徴とする、請求項３から２９のうちいずれか１項に記載の高温蓄熱器。
【請求項３１】
気密な前記壁（３５，１６，４１，４３）は、少なくとも１つの前記蓄熱面（３１）を迂回する供給配管（１７）と排出配管（１８）の間の短絡を防止することを特徴とする、請求項３から３０のうちいずれか１項に記載の高温蓄熱器。
【請求項３２】
前記蓄熱材は水平または垂直に積層されており、各々の層は蓄熱材の異なる平均直径および／または異なる蓄熱材を有していることを特徴とする、請求項３から３１のうちいずれか１項に記載の高温蓄熱器。
【請求項３３】
前記蓄熱材が時間とともに圧縮されて前記蓄熱材による圧力損失が増加しないことを保証するために、前記蓄熱面（３１）の内部には小さい小管、ラシヒリング、三次元の格子網、またはその他の充填物からなる空間格子を形成する構造が貫通していることを特徴とする、請求項３から３２のうちいずれか１項に記載の高温蓄熱器。
【請求項３４】
引込配管（１７）および／または排出配管（１８）には閉止機構（１３，９）、特にフラップが設けられており、それによりモジュールの充熱および放熱のときの貫流を制御することができることを特徴とする、請求項３から３３のうちいずれか１項に記載の高温蓄熱器。
【請求項３５】
複数の円筒状の蓄熱壁（３１．１，３１．２，３１．３）が互いに同心的に配置されていることを特徴とする、請求項３４に記載の高温蓄熱器。
【請求項３６】
前記ハウジング（１６）は少なくとも１つの側方の供給配管（１７）または少なくとも１つの側方の排出配管（１８）を熱媒体のために有していることを特徴とする、請求項３から３５のうちいずれか１項に記載の高温蓄熱器。
【請求項３７】
前記ハウジング（１６）は底面（４１）および／または天井（４３）に少なくとも１つの供給配管（１７）または少なくとも１つの排出配管（１８）を熱媒体のために有していることを特徴とする、請求項３から３６のうちいずれか１項に記載の高温蓄熱器。
【請求項３８】
前記ハウジング（１６）は断熱されていることを特徴とする、請求項３から３７のうちいずれか１項に記載の高温蓄熱器。
【請求項３９】
前記ハウジング（１６）は内面で蓄熱材の層により覆われていることを特徴とする、請求項３から３８のうちいずれか１項に記載の高温蓄熱器。
【請求項４０】
複数の蓄熱モジュール（２９）を直列回路または並列回路に配置することができることを特徴とする、請求項３から３９のうちいずれか１項に記載の高温蓄熱器。
【請求項４１】
前記ハウジング（１６）は標準コンテナサイズおよび／またはタンクコンテナサイズのモジュール形式のコンテナ設計形態で施工されていることを特徴とする、請求項３から４０のうちいずれか１項に記載の高温蓄熱器。
【請求項４２】
少なくとも１つの蓄熱面（３１）は、円筒状の蓄熱壁（３１．１，３１．２，３１．３）として、螺旋状の蓄熱壁として、直方体として、または平行六面体として構成されていることを特徴とする、請求項３から４１のうちいずれか１項に記載の高温蓄熱器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも２８０℃の温度レベルの高温熱の形態の熱エネルギーを大規模に蓄熱するための蓄熱器と方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽熱発電所は、蓄熱器がなければ、直接の太陽光入射が多い時間にしか熱や蒸気を生産することができない。集光をする太陽光集光器の複合体（以下、ソーラーフィールドという）から提供される熱の温度が高くなるほど、これに接続された発電所の効率は良好になる。海水脱塩設備においても、太陽光で生成される高い温度の熱の需要がある。
【０００３】
通常、太陽熱式の蒸気発生器ないしソーラーフィールドは、日の出から短時間後の朝からすでに電流生成または海水脱塩のための相応の蒸気量を生成できるようにするために、巨大な寸法で設計されている。そして、昼間の時間中は多くの場合に過剰な蒸気が生成されるので、ソーラーフィールドの鏡面が折り込まれるか、または余剰の熱が蓄熱される。
【０００４】
蓄熱は、通常は蒸気蓄熱器として、いわゆるＲｕｔｈｓ型蓄熱器として製作される短時間蓄熱器で行うことができ、または、蓄えられるべき熱を液体塩溶液が吸収する塩型蓄熱器で行うことができる。日没後、短時間蓄熱器に蓄えられた熱は熱交換器を介して、蒸気発電所の水・蒸気循環路へ、または熱媒体油循環路へ、または海水脱塩設備へ再び放出される。
【０００５】
従来、高い温度レベルでの大規模な蓄熱器を求める需要は存在していなかった。近年の少数の例外を除いて、太陽熱発電所での中心的な用途が欠けていたからである。その後、建設中および作動中の太陽熱発電所の数が増えており、それに伴い、蓄熱容量が大きく信頼できる安価な蓄熱器を求める需要が全世界で増えつづけている。
【０００６】
コンクリート蓄熱器では、コンクリートと、熱媒体が循環する配管系との間の熱伝達が悪いことが根本的な欠点である。
【０００７】
ＰＣＭ蓄熱器（「相転移物質」蓄熱器）は、原理的に非常に興味深い蓄熱システムである。しかし２８０℃を超える高温の用途については、現時点ではキロワット単位の小規模なパイロット設備しかない。この場合、同じ温度で液体から固体へ、およびその逆に相が転換するときの熱放出と熱吸収が利用される。エネルギー密度は、コンクリート蓄熱器や塩型蓄熱器よりも高いと見込まれている。欠点となるのは、ＰＣＭ蓄熱器ならびに熱伝達のために必要な金属管および金属面のコストが高いと予想されることである。是認できる時間内での蓄熱器の充熱と放熱は、１つの大きな挑戦である。さらに、小規模なパイロット蓄熱器ではヒステリシス効果が観察されており、これが蓄熱器を非効率なものにし、利用可能な蓄熱容量を減らしてしまう。ＰＣＭ材料が、多数回の充熱・放熱サイクルにどの程度まで性能面で悪影響を受けることなく耐えるかも、まだまったく不透明である。
【０００８】
現在、ＰＣＭ蓄熱器にはたとえばＮａＮＯ２，ＮａＮＯ３、またはＫＮＯ３のような相応の塩が意図されている。３４０℃を超える高い温度でどの材料を、どれだけのコストで使用することができるかは、まだ不透明である。ＰＣＭ蓄熱器の１つの欠点は、どの材料を使用するかに応じて、特定の温度レベルに定まってしまうことにある。
【０００９】
ＰＣＭ蓄熱器における大きなコスト面の欠点は、コンクリート蓄熱器の場合と同じく、ＰＣＭ蓄熱器まで敷設しなくてはならず、ＰＣＭを通って案内されなくてはならない、長くて高価な多数の高圧蒸気配管である。
【００１０】
たとえば１９７６年４月１日付けの特許文献１には、熱エネルギー蓄熱媒体に相応の配管系を通すときに、砂や小石をどのように蓄熱器として利用できるか、そしてそれがどのような指標を満たさなくてはならないかが記載されている。大規模に実施するには、砂や小石のような蓄熱媒体によって相応の熱量を吸収するために数千ｍ３が必要である。特許文献１で提案されているこのシステムは、一方では、配管系のためのコストが高すぎ、また他方では、配管系と蓄熱媒体との間の、ならびに蓄熱媒体の内部での熱伝達が悪いために、充熱時間や放熱時間が長くなりすぎるから、現実には大規模な用途に具体化可能ではない。特許文献１に記載されているような最適化された配管構造の場合でさえ、充熱時間と放熱時間がまだ長すぎる。したがってこのシステムは、上に説明したコンクリート蓄熱器よりも明らかに劣る動作特性しか見込むことができない。
【００１１】
１９７９年１月２５日付けの特許文献２には、大量の粒状の固体粒子を用いたシステムが記載され、天然マグネサイトまたはカンラン石が蓄熱材として挙げられている。このシステムは小規模な用途に照準を合わせており、充熱流が閉じた回路で循環するという決定的な特徴を有している。このシステムでは、熱は熱交換器を介して取り込まれるのではなく、電気式の加熱棒を介して取り込まれる。したがってこのシステムは、２０ＭＷｈを大きく超える蓄熱容量が求められる大規模な用途には利用可能でない。このシステムを大規模に適用しようと試みると、充熱流によって時間とともに温度が上昇し、閉じた充熱回路の圧力が高くなるという問題に突き当たる。このことはシステムの耐圧性の設計を要請し、同時に高いコストと結びついている。さらに、こうした温度上昇と圧力上昇の現象は、回路の充熱流を動かす送風機にもマイナスの影響を及ぼす。さらに、電流生成および加熱棒を通じての熱の生産という太陽熱発電所のための蓄熱器の遠回りの充熱は、電流生成のときに効率損失があるので有意義ではない。
【００１２】
蓄熱材として、特にガーネットや大理石からなる小石または砂利が用いられる蓄熱器が特許文献３より公知である。
【００１３】
蓄熱材は、送風機、熱交換器４８、および空気通路５６とともにハウジング４６の内部に配置されている。熱交換器４８は液状のアルカリ金属によって貫流され、そこで、ハウジングの内部で閉じた回路の中を循環する空気に熱を放出する。このようにして加熱された空気が、砂利でできた床を貫流し、それによって床が加熱される。蓄熱器からの放熱時には空気の流動方向が反転して、砂利から空気へ、および熱交換器を通る熱媒体へ、熱が放出される。
【００１４】
並列の通路により貫通される複数の固体物質が蓄熱媒体として利用される蓄熱器が、特許文献４より公知である。蓄熱器の中央には熱交換器が設けられている。蓄熱器内部の閉じた回路の中で循環する空気を通して、蓄熱媒体への充熱と放熱が行われる。
【００１５】
このシステムの欠点は、ハウジングの内部に、本来の蓄熱媒体の他、さらに空気通路、送風機、熱交換器を格納しなくてはならないために、設計上、ハウジングの外側寸法を多くくしなければならない点にある。このことはコストを引き上げるとともに、蓄熱器の効率を低下させる。
【００１６】
さらに特許文献３から公知のシステムは、放熱時に２つの熱交換器を必要とする（ハウジング内部の第１の熱交換器と、蓄えられた熱を電流生成のために蒸気タービンで利用できるようにするための蒸気発生器の第２の熱交換器）。
【００１７】
基本的に、高い温度と高い蓄熱容量で、迅速な充熱時間と放熱時間および高いサイクル数を有するという、課せられる要求の充足は文献や特許明細書には記載されていない。類似の用途からの改変も、是認できる解決にはつながらない。
【００１８】
権利申請される本発明との関連では次のような用語が用いられる：
【００１９】
高温蓄熱器とは、付属の周辺機器（熱交換器、送風機、配管、フラップ等）を含めた１つまたは複数の蓄熱モジュールを意味している。
【００２０】
蓄熱モジュールは気密のハウジングを含んでおり、その内部に１つまたは複数の蓄熱媒体がある。この蓄熱媒体で、１つまたは複数の供給配管と１つまたは複数の排出配管を介して、充熱または放熱をすることができる。本発明による蓄熱モジュールは、周辺機器に関わりなく製造および稼働することができるので、本件出願により、本発明の蓄熱モジュールそれ自体についても権利保護が申請される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２１】
【特許文献１】ＤＴ２４４４２１７
【特許文献２】ＤＥ２７３１１１５
【特許文献３】米国特許第４２２２３６５Ａ号明細書
【特許文献４】国際公開第２０１０／０６０５２４号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
それに応じて本発明の課題は、高い温度で広い温度範囲にわたって適用することができ、多数の充熱サイクルと放熱サイクルを伴う長い年数が経過しても熱を迅速に取り込み、再び取り出すことができる、本来の高温蓄熱器と付属の周辺機器とを含む蓄熱システムを提供することにある。それと同時にこの蓄熱システムは、低い投資コストと操業コストをもたらすのが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
この課題は、たとえばソーラーフィールドで生成されて、たとえば蒸気、液体の融解塩、熱媒体油、またはその他の液体媒体のような熱媒体に伝達される熱が、市販の熱交換器を介して周囲空気へと排出され、この高温になった空気が供給配管を介して本発明の蓄熱モジュールへと案内されることによって解決される。本発明の蓄熱モジュールは、多孔性および／または粒状の蓄熱材、たとえば砂、砂利、石、コランダム、および／またはグラファイトで充填されている。このような多孔性および／または粒状の蓄熱媒体は、貫流する空気から熱を非常に迅速に、かつ少ない温度差（端末温度差）で吸収する。空気は周囲圧力で、ないしは若干の過圧で運動するので、空気通路も蓄熱モジュールそのものも、２−３ｂａｒａｂｓを超える高い圧力用に設計しなくてよい。さらに、本発明の高温蓄熱器を通る空気の送出のために用いられる送風機（ファンまたはベンチレータ）は、低温の周囲空気を送出するだけでよいので、市販の低コストなコンポーネントを利用することができる。このことはコストを引き下げ、利用性を著しく高める。
【００２４】
最終的に、それによって送風機のための電気駆動出力の需要も少なくなる。低温の周囲空気の容積は、加熱された空気よりもはるかに小さいからである。それによって操業コストがいっそう削減され、システムの効率が向上する。
【００２５】
熱の取出し（放熱）もこれに準じて行われ、すなわち、特に周囲空気である低温の空気が蓄熱媒体を通るように案内され、その際に、蓄熱モジュールに存在している熱を吸収する。そしてこの高温になった空気が、適当な通路を介して熱交換器へと案内され、この熱交換器が熱を再び融解塩、熱媒体油、またはその他の媒体へ放出し、もしくは特に水ないし蒸気へ放出する。
【００２６】
他の蓄熱システムと比べたとき、このシステムの利点は、砂、砂利、石、またはコランダム、および場合によりグラファイトによって、非常に低コストにどこでも入手できる蓄熱材料を使用できるという点にある。このような材料は、広い温度範囲にわたって非常に高い充熱・放熱サイクル耐性を有しており、技術的に関心の対象となる任意の温度領域で無段階に使用することができる。熱は空気を介して低い圧力で、送風機により容易に搬送することができる媒体として蓄熱材料へと運ばれ、空気と蓄熱材料との間の熱伝達は、蓄熱材料の環流に基づいて非常に良好である。
【００２７】
好ましい実施形態では、５０−６０℃を下回る温度の低温の空気だけが常に送風機を通るように案内され、このことは、送風機の出力やシステムのエネルギー消費量にとって非常に好ましい。
【００２８】
考えられる別の好ましい実施形態は、排出空気流の残留熱の回収を意図している。すなわち排出空気流は、復熱式または回生式の空気・空気熱交換器を介して、存在している残留熱を送風機の後の低温の空気に放出する。本発明による熱回収はいっそう長い放熱動作を可能にし、システム全体の効率を高める。技術的には、このような空気・空気熱交換器は簡単に管理することができる。
【００２９】
動作面で最適化された実施形態では、空気流の一部も循環路の中で案内することができる。このことはシステム全体の枠内で具体化することができ、または、熱交換器だけによって具体化することもできる。システムの空気通路は、標準コンポーネントと標準材料で安価に製作することができる。
【００３０】
熱交換器としては、市販の大型の熱交換器システム（たとえば蒸気・空気熱交換器）または市場で入手できるその他の改良型の廃熱ボイラシステムを適用することができる。天然ガスや石油のような従来の燃料を用いる追加バーナないし追加燃焼装置を任意選択で利用することで、充熱プロセスおよび特に放熱プロセスを最適化し、動作面で安定化させることができる。
【００３１】
基本的に、この方法ないしシステムでは、高いコストのかかる特別な材料や装置を使用しなくてよい。それにより、大規模な蓄熱システムでも少ないコストで具体化することができる。
【００３２】
たとえば蓄熱媒体を積層するときの相応の最適化方法により、または、使用する蓄熱材の粒の平均直径を変更することにより、このシステムを規模や蓄熱密度に関して、要求される容積および所要の面積で、是認できるオーダーに抑えることができる。
【００３３】
この方法ないしシステムの別の利用ケースは、たとえば太陽熱発電所からの、タワー式発電所からの、加熱された高温空気の直接的な供給であり、または、高温空気タービンからの空気排出であり、または、第２の供給配管にある送風機の後のシステムの空気通路（第２の供給配管）へのガスタービンからの高温のガス排出である。
【００３４】
このとき簡単な仕方で、かつ送風機に悪影響を与えることなく、相応の熱を蓄熱システムに取り入れることができる。温度と圧力に関してどのようなパラメータを設定するかに応じて、送風機を相応に作動させることができ、その際に相応の空気流を周囲から送出し、次いで、この空気流が供給流と混合される。この場合、送風機が必要なくなるケースさえ考えることができ、それはたとえば、ガスタービンの排出ガス温度が十分に高く、蓄熱システムによる圧力損失を克服するのに十分である、相応に高い排出ガス圧が生じている場合である。
【００３５】
それにより、基本的に産業分野でもこのシステムを通じて、暖かい排出空気流ないし高温の排出空気流に由来する熱をいっそう有意義に蓄熱し、ないしは利用することができる。
【００３６】
このような適用ケースにおいて、空気・空気熱交換器が残留熱の回収のために、上の段落で説明したように最適化に寄与することができるか、また、その際にこれがどの場所に設置されるかは、そのつどのパラメータに依存して決まる。
【００３７】
この方法ないしシステムでは、たとえば追加燃焼装置のような燃焼に由来する排出ガスが利用されれば、またはガスタービン排出ガスが利用されれば、エミッションに関わる相応の規則や規定の遵守は問題とはならない。
【００３８】
利用ケースや空気温度に関する要求事項に応じて、蓄熱材を材料および／または層構造に関して最適化することができる。このような最適化は、たとえば蓄熱材の層について、砂、砂利、コランダム、またはグラファイトに代えて、相転移物質（ＰＣＭ）で充填された閉じた球を使用することを意図することができる。このような実施形態では、本発明による蓄熱器の利点（たとえば充熱のときの高い入口温度、好都合な熱伝達、低コストな材料の使用など）を、このような用途のためのＰＣＭの利点（すなわち空気出口でのほぼ安定した温度）と組み合わせることができる。空気出口での安定した温度は、多くの後続のプロセス（蒸気発生器など）において、動作管理やコンポーネントの設計に関わる利点をもたらす。
【００３９】
本発明による高温蓄熱器を具体化するために、１つまたは複数の蓄熱モジュールにある蓄熱材を、たとえばハウジングの底面と天井の間の分離壁などであってよい蓄熱面の形態で配置するのが好ましいことが判明している。あるいは蓄熱面は、水平方向／水平向きに配置されていてもよい。それによって複数のプラスの効果が得られる。
【００４０】
第１に、１つまたは複数の蓄熱面の形態での蓄熱材の配置によって、蓄熱面を貫流するときの熱媒体に対する流動抵抗が非常に小さくなるように配慮される。このことは、少なくとも１つの蓄熱面の入口面と出口面が、供給配管ないし排出配管の流動断面積と比べて非常に広いことの帰結として得られる。したがって熱媒体は、非常に低い速度で少なくとも１つの蓄熱面を通って流れ、少なくとも１つの蓄熱面を貫流するときに非常にわずかな圧力損失しか生じない。
【００４１】
さらに別の重要な効果は、蓄熱面が熱媒体の流動方向で比較的薄いので、熱媒体が蓄熱面を通って短い経路しか進まなくてよいという点に見ることができる。このことも少ない圧力損失につながる。ただしそれにもかかわらず、熱媒体は、すでに述べたとおり、非常に低い流速で蓄熱面を通過して流れるので、熱媒体に蓄えられている顕熱の大部分が蓄熱材に転移され、そのようにして、本発明の蓄熱器または蓄熱モジュールで蓄えられる。
【００４２】
当然ながら、熱媒体が供給配管から排出配管への経路で異なる蓄熱壁を複数回通って流れることも可能である。たとえばカスケードとして配置された複数の蓄熱面を通って熱媒体が順次流れていくとき、異なる蓄熱面は異なる温度を有しているので、蓄熱器から放熱するときに、低温の熱媒体が反対の流動方向で蓄熱壁を通って流れると、エネルギー損失が最低限に抑えられる。すなわちその場合、まず、低温の熱媒体の温度よりも温度がわずかに高い蓄熱壁によって、低温の熱媒体が加熱される。次いで、このようにして予加熱された熱媒体が、第１の蓄熱面よりも温度が若干高い第２の蓄熱面を通って流れ、以下同様である。それにより、向流式熱交換器と同様に、充熱のときにも放熱のときにも、蓄熱材と熱媒体の間のほぼ一定の温度差で熱伝達を行うことが可能であり、このことは、本発明による蓄熱モジュールの充熱と放熱のときのエネルギー損失を最低限に抑える。
【００４３】
本発明の蓄熱モジュールは顆粒状の蓄熱媒体で充填されており、このような顆粒状の蓄熱媒体は通常には流動性または流れ易さがあるので、多くのケースにおいて、蓄熱面の少なくとも入口面と出口面がネット、格子、穴付き板、不織布、および／またはその他の気体透過性の多孔性境界面で仕切られることが必要である。それにより、蓄熱材が意図される場所にとどまることが保証される。本発明による蓄熱壁は、石や砂利や小石で充填された針金格子のかごに類似したものとイメージすることもできる。
【００４４】
その場合には当然ながら、蓄熱面を貫流するときの圧力損失を最低限に抑えるために、ネット、格子、穴付き板、および／または不織布が、熱媒体に対してできるだけ少ない流動抵抗を示すように留意しなくてはならない。
【００４５】
入口面および／または出口面の領域に支持構造を設けることが必要になる場合がある。このような支持構造は、たとえば蓄熱面にある蓄熱材が外に出ないように妨げる格子や穴付き板や不織布を支持する、たとえば互いに平行に配置された複数の金属棒で構成することができる。その際には当然ながら、低い流速と少ない圧力損失という前述した利点を維持するために、支持構造が蓄熱面の断面積をできるだけわずかしか減らさないように留意しなくてはならない。
【００４６】
この点に関して特別に好ましい本発明の実施形態は、蓄熱面が垂直の壁として構成されており、蓄熱面の内部には垂直方向で相上下して配置された複数の薄板が設けられることを意図している。このような薄板はたとえば鋼板で製作されていてよく、蓄熱材をその位置で保つ役目を果たす。このような薄板は、たとえば斜めに傾いた鋼板として構成されていてよい。斜めに傾いた薄板により、蓄熱材の重力が蓄熱面の中心部を押圧する。それにより、入口面と出口面の支持構造を省略することができる。さらに多くのケースにおいて、入口面と出口面のところにネット、格子、穴付き板、または不織布が必要ない。それによって本発明による蓄熱面の流動抵抗がいっそう低減され、さらには製造コストも削減される。
【００４７】
このような蓄熱面を製造するには、まず薄板をハウジング内部の相応の支持構造に設置し、次いで、それぞれの薄板の間にあるスペースに蓄熱材を流し込むだけで足りる。それにより、内方に向かって傾いた薄板の配置によって蓄熱壁が形成される。
【００４８】
垂直断面で見たとき、この蓄熱壁は垂直に相上下して配置された多数の沖積錐のように見え、これらの薄板は、異なる沖積錐が同じ底面積を有するように作用し、それにより、近似的に一定の壁厚をもつ垂直の蓄熱壁が生じることになる。
【００４９】
本発明の別の好ましい実施形態は、少なくとも１つの蓄熱面が、入口面と出口面を除いて気密の壁で仕切られることを意図している。このような気密の壁が必要なのは、熱媒体が強制的に蓄熱面を通って流れるしかなく、そのようにして、少なくとも１つの蓄熱面を迂回しながらの供給配管と排出配管の間の短絡が防止されることを保証するためである。その場合にのみ、本発明による蓄熱モジュールに格納される蓄熱材全体が顕熱の蓄熱にも利用され、そのようにして、本発明による蓄熱モジュールの効率と性能が高くなることが保証される。
【００５０】
蓄熱材としては、砂、砂利、石、コランダム、グラファイト、および／またはいわゆる相転移物質（ＰＣＭ）を使用することができる。場合により使用されるＰＣＭを除くこのような顆粒状の材料の個々の粒の好適なサイズとしては、２ｍｍから８０ｍｍの直径がよいことが判明している。ＰＣＭを使用するときは、形状やサイズが熱伝達と熱膨張に関して最適化された適当な容器に入れて、蓄熱器に格納しなければならない。
【００５１】
基本的にいえるのは、直径が小さいほど、そのような粒が中心部まで迅速に加熱されるということである。しかしながら、そのためにそれぞれの粒の間の中間スペースも小さくなり、その結果として流動抵抗が増大する。この点で、個別ケースの要求事項に応じて適切な妥協点を見出す必要がある。
【００５２】
蓄熱材が蓄熱壁の内部に水平または垂直に積層され、使用する蓄熱材の直径が層ごとに変わってもよく、また、使用する蓄熱材そのものが変わってもよい。それにより、蓄熱壁のそれぞれのゾーンで生じる流体工学と熱に関わる条件に合わせて蓄熱材の熱特性を適合化し、それにより、本発明による蓄熱モジュールの性能のいっそうの最適化を実現することができる。
【００５３】
蓄熱材の小さい粒が重力にしたがって下方に落ちていき、大きい粒が上に残されるせいで、蓄熱材が時間の経過とともに「分解していく」のを防止するために、蓄熱面の内部に、小管、ラシヒリング、三次元の格子網、および／またはその他の充填物からなる、スペースを形成する構造が配置されることが意図されていてよい。それにより、蓄熱材が時間の経過とともに圧縮されて分解されることがなく、その結果として蓄熱面を通る流動抵抗が、蓄熱材が圧縮された当該領域で高くならないことが保証される。
【００５４】
本発明による蓄熱モジュールの充熱と放熱を制御できるようにするために、少なくとも１つの供給配管および／または少なくとも１つの排出配管に閉止機構、特にフラップが設けられる。
【００５５】
少なくとも１つの蓄熱面は円筒状の蓄熱壁のような形式で、または螺旋状に構成されていてよい。このとき、複数の円筒状の蓄熱壁が互いに同心的に配置されていると特別に好ましい。それにより、蓄熱モジュールの少ない設計容積で非常に高い性能が得られ、それと同時に、充熱と放熱のときの熱伝達が最適化される。
【００５６】
当然ながら、モジュールのジオメトリーによっては、少なくとも１つの蓄熱層は直方体、平行六面体、円筒、中空円筒、および／または螺旋状の底面をもつ壁として構成されていてもよい。
【００５７】
基本的に、熱媒体の供給配管と排出配管は、ハウジングのどの任意の個所にでも取り付けることが可能である。このとき留意するのは、少なくとも１つの供給配管と少なくとも１つの排出配管が蓄熱面の均等な貫流を可能にし、その他の面からも、蓄熱面を貫流するときの熱媒体の圧力損失が最低限に抑えられるようにすることである。したがって、蓄熱モジュールのハウジングに供給配管を側方で、および排出配管を上側で設けるのがしばしば有意義である。しかし当然ながら、供給配管と排出配管は蓄熱モジュールのどの任意の個所にでも取り付けることができる。
【００５８】
さらに、充熱および放熱のときにハウジングにとっての温度変動を最低限に抑えるために、ハウジングをその内面において蓄熱材からなる層によって覆うのが好ましいことが判明している。それによってこの蓄熱材が蓄熱に関与する。このようなハウジングの内面を覆う蓄熱材からなる層のさらに別の利点は、ハウジングの温度変動が緩衝され、それによってハウジングの熱負荷が低減されるという点に見ることができる。
【００５９】
周囲への放射や対流によるエネルギー損失を最低限に抑えるために、ハウジングが特にその外面で断熱されるのはきわめて当然である。本発明による蓄熱モジュールは、複数の類似または同一構造の蓄熱モジュールと直列または並列につなぐことができる。それにより、必要に応じて複数の蓄熱モジュールが組み合わされてなる高温蓄熱器を提供することが可能である。このとき蓄熱モジュールは、規格化された設計サイズで低コストに製造することができる。このようなモジュール形式の設計形態は、設置場所への輸送も簡素化する。
【００６０】
このようなモジュール形式の設計形態の別の利点は、個々の蓄熱モジュールを必要に応じて後から付け加えることができ、また、損傷が発生した場合に、太陽熱発電所を稼働停止させることなく交換することもできるという点に見ることができる。
【００６１】
蓄熱材としては、砂、砂利、石、若しくはコランダム、またはグラファイト、またはこれらに類似する材料（たとえばＰＣＭ）、またはこれらの組み合わせが使用される。
【００６２】
考えられる他の蓄熱システムと比べたとき、このような蓄熱器の実施形態の利点は、砂、砂利、石、またはコランダム、および場合によりグラファイト、またはＰＣＭ材料により、非常に安価でどこでも入手できる蓄熱材料を利用できるという点にある。蓄熱モジュールおよび蓄熱面の本発明による構成は、蓄熱器の充熱と放熱を最低限の圧力損失で可能にする。
【００６３】
蓄熱器はさまざまな実施形態で構成することができるが、標準寸法をもつコンテナの形態で個々の蓄熱モジュールを製作するのが好ましいことが判明している。そのような蓄熱モジュールは相応に簡単に輸送することができ、低コストに製造することができる。このようなモジュールを相並んで、または相上下して置くことができ、それにより、全体の蓄熱容量を簡単な仕方で相応に拡大することができる。適用ケースによっては、そのために標準コンテナ設計形態と、たとえばタンクコンテナ設計形態との両方を利用するのが有意義な場合がある。
【００６４】
そしてこのような蓄熱モジュールに、供給空気と排出空気のための空気フラップを備える相応の空気通路が接続される。蓄熱モジュールは設計的に、空気通路接続部が上側および下側または側方に配置されるように施工することができる。このことは、所要面積の観点から高いフレキシビリティを可能にする。
【００６５】
基本的に、このような蓄熱器では特別な材料や装置を使用しなくてよい。１．５ｂａｒ（ａ）を下回る圧力でも、蓄熱器を作動させることができるからである。それにより、大規模の蓄熱システムでも低いコストで具体化することができる。
【００６６】
相応の最適化方法により、たとえば蓄熱媒体の積層化をしたり、使用する蓄熱材の粒の平均直径を１つのモジュール内部で、あるいはモジュールごとに変更すれば、要求事項に即した最善の配列も可能となる。
【００６７】
１．５バールよりも高い圧力での作動も原則として可能であるが、その場合には、明らかに高い投資コストと操業コストが見込まれる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】図１は、蓄熱システムの充熱である。
【図２】図２は、蓄熱システムの放熱である。
【図３】図３は、調節フラップ１５を備える実施例の蓄熱システムの充熱である。
【図４】図４は、本発明による高温蓄熱器の実施例である。
【図５】図５は、本発明による高温蓄熱器の実施例である。
【図６】図６は、本発明による高温蓄熱器の実施例である。
【図７】図７は、本発明による高温蓄熱器の実施例である。
【図８】図８は、本発明による高温蓄熱器の実施例である。
【図９】図９は、本発明による高温蓄熱器の実施例である。
【図１０】図１０は、本発明による蓄熱システムの第２の実施例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００６９】
実施例の説明
【００７０】
図１ａ）には、本発明による高温蓄熱器の原理的な実施形態と、充熱のときの動作とが示されている。ここでは低温の空気が周囲から送風機４により、以下において第２の供給配管１９とも呼ぶ空気通路と、バイパス配管２１と、フラップ１１とを介して熱交換器３に供給される。符号２９は蓄熱モジュールを表している。フラップ１０は充熱のときには閉じられる。
【００７１】
ソーラーフィールドに由来する余剰の熱は、たとえば蒸気や熱媒体油のようなソーラーフィールドの熱媒体を通じて、熱交換器３へ配管１を介して供給される。
【００７２】
ソーラーフィールドに由来する余剰の熱は、熱交換器３を通じて、貫流する空気流へと移転される。ソーラーフィールドに由来する冷却された熱媒体は、配管２を介して熱交換器３から出ていく。加熱された空気は、空気通路５と、第１の供給配管１７と、空気フラップ１３とを介して蓄熱モジュール２９に供給される。高温の空気は、蓄熱モジュール２９のハウジング１６の内部で広い断面にわたって分散され、たとえば穴付き板７やランスを通して蓄熱材料６を通過するように流れる。ハウジング１６は金属、コンクリート、および／またはその他の適当な材料でできていてよく、必要な場合には、断熱材を備えていてよい（図示せず）。
【００７３】
蓄熱材料６は、異なる層厚、異なる蓄熱媒体、および蓄熱材の異なる平均直径を有する複数の層に下位区分されていてもよい。このとき混合を回避するために、耐高温性の空気透過性の不織布、または穴付き板、またはネット、または多孔性のセラミック構造によって、異なる層を相互に隔てることができる。
【００７４】
高温の空気は蓄熱材料６に熱を放出し、第１の排出配管１８と開いたフラップ９とを介して蓄熱モジュール２９から出ていく。本発明による蓄熱モジュール２９が充熱されるとき、フラップ８，１２および１０は閉じられる。
【００７５】
図１ｂには、すでに図１ａとの関連で説明したコンポーネントに追加して、配管２４およびこの配管２４に配置された制御可能なフラップ２３をさらに有する別案の実施例が示されている。
【００７６】
先行するプロセスで排出された高温の空気または高温の排出ガスを利用可能である場合に、この高温空気または高温排気ガスは、この配管２４を介して、蓄熱モジュール２９へ直接案内することができ、それにより、これに含まれる顕熱を空気／空気熱交換器を介しての「迂回」なしに、本発明による蓄熱モジュール２９で蓄熱できる。
【００７７】
配管２４は送風機４の下流側で第２の供給配管１９に連通しているので、送風機４は、配管２４の中を流れる空気または排出ガスの高い温度の負荷を受けることがない。このように配管２４は、気体媒体（空気または排出ガス）の顕熱の注入を、熱交換器３よりも低い温度で可能にする。
【００７８】
図２は、図１ａ）に基づく本発明の高温蓄熱システムの放熱を模式的に示している。図１ｂ）に基づく本発明の高温蓄熱システムの放熱は、閉じたフラップ２３で同じ仕方により行われるので、別途の説明は不要である。
【００７９】
放熱のときには、同じく送風機４を通じて低温の空気が周囲から約５０℃よりも低い温度で吸い込まれ、第２の供給配管１９と、開いたフラップ１０とを通って蓄熱モジュール２９に供給される。フラップ１１は、放熱のときには閉じている。
【００８０】
穴付き板７またはランスを通じて低温の空気がハウジング１６の内部で分散され、蓄熱媒体６を通るように案内されて、そこで熱を吸収する。そして加熱された空気は、第２の排出配管２０と、開いたフラップ１２とを介して蓄熱器から出ていき、さらにバイパス配管２１を介して熱交換器３へ案内され、そこで配管１および２の中を流れる熱媒体を暖める。
【００８１】
熱交換器３は、基本的に、ガスタービンの後の標準型廃熱ボイラのように施工されていてよい。
【００８２】
高温の空気は熱交換器３の中で、水・蒸気回路を備える後置された図示しない発電所プロセスに熱を放出し、それはたとえば、水が配管２を介して熱交換器３の中へ案内され、相応に高い温度を有する水蒸気として、配管１を介して熱交換器３から出ていくことによって行われる。
【００８３】
熱交換器３の手前には、一方で空気の温度をいっそう高める役目を果たすことができ、また、熱交換器での熱伝達を安定的に保つ役目を果たすことができる追加燃焼装置１４を、設置することができる。追加燃焼装置１４を備えるこの実施形態は、特に、後続する発電所プロセスの正常な動作が可能でなくなるレベルまで空気の温度が低下するほど、蓄熱器が放熱される場合に好ましい。
【００８４】
実際の詳細な実施態様は、数多くの枠組パラメータに依存して決まる。たとえば大型の蓄熱器では、蓄熱材への流入部を複数の区域に下位区分し、貫流を均等化するために、個別に制御可能なフラップ１５を取り付けるのが有意義な場合がある。この調節フラップ１５は、空気流と圧力状況が最善に分布するように調整される。
【００８５】
図３は、調節フラップ１５を備える蓄熱器を充熱するときの、上記に対応する原理的な実施形態を示している。
【００８６】
放熱のときにも、このような種類の調節フラップを有意義に利用することができ、たとえば、蓄熱器を区域ごとに放熱させて、蓄熱器の後の空気温度レベルを長期的に高いレベルで安定的に保つことができる。
【００８７】
図４は、本発明による蓄熱モジュール２９の第１の実施例の平面図を示している。この蓄熱モジュール２９は、供給配管１７が連通するハウジング１６で成り立っている。供給配管１７を介して、たとえば空気のような高温の熱媒体がハウジング１６の内部に入る。供給配管１７と向かい合っている蓄熱モジュール２９の側には、蓄熱モジュール２９で冷却された熱媒体を運び出す役目をする排出配管１８が設けられている。
【００８８】
ハウジング１６の中には、全部で８つの垂直の蓄熱面３１．１から３１．８が配置されている。これらの蓄熱面３１は互いに平行になっており、互いに間隔をおいている。これらは実質的に１つの蓄熱材でできており、たとえば砂、砂利、砕石などでできている。
【００８９】
蓄熱面３１は、図示した実施例では垂直の（蓄熱）壁として構成されており、ハウジング１６の底面４１で始まり、ハウジング１６の天井で終わっている。この天井は、本発明による蓄熱モジュール２９の内部を見ることを可能にするために、図４には図示していない。
【００９０】
供給配管を通ってハウジング１６に流れ込む高温の熱媒体を、蓄熱モジュール２９の幅全体にわたって均等に配分するために、ディフューザのような形式で、供給配管１７を通って流入する熱媒体の減速を生じさせる直径拡張部３３が設けられている。蓄熱モジュール２９を通過する熱媒体の経路は、多数の矢印（符号なし）によって示唆されている。ここで明らかなとおり、熱媒体は、供給配管１７から排出配管１８へ到達するために、蓄熱壁３１．１から３１．８のうちの１つを強制的に通って流れていく。
【００９１】
このことを実現するために、蓄熱壁３１の端面は気密な壁３５で閉止されている。ここではそれぞれ１つの気密な壁３５が、隣接する２つの蓄熱層３１を相互につないでいる。蓄熱面３１．１および３１．２のケースでは、蓄熱面は供給配管１７のほうを向く端部で、互いに気密につながれている。蓄熱壁３１．２および３１．３は、排出配管１８のほうを向いている蓄熱面の端部で、気密な壁３５によって仕切られている。
【００９２】
蓄熱壁３１．１は、排出配管１８のほうを向く端部のところで、気密な壁３５を介してハウジング１６とつながれている。これに類似する仕方で、その他の蓄熱面３１．３から３１．８にも交互に、端面のところで気密な面３５が配置されている。それにより、供給配管１７からくる高温の熱媒体は、２つの蓄熱面３１の間の、または蓄熱面３１．１，３１．８とハウジング１６の間の中間スペースに、１つおきにしか流入することができない。
【００９３】
次いで、熱媒体は蓄熱面３１を通過して流れてから、蓄熱面の反対側に到達したときに、排出配管１８の方向へと流出することができる。図４の簡略化した図面を見るだけでわかるように、全部で８つの蓄熱面３１．１から３１．８は、蓄熱材の充熱と放熱のために好ましい複数の特性を有している：
【００９４】
蓄熱面３１は非常に広い入口面３７を形成するとともに、それがまっすぐな蓄熱壁３１であることから、これと同じ広さの出口面３９を有している。それにより、熱媒体が非常に低い速度で、およびこれに伴って少ない圧力損失で、蓄熱壁３１を通って流れることができることが保証される。
【００９５】
低い流速により、蓄熱面３１での熱媒体の滞留時間が比較的長くなるので、気体の熱媒体と蓄熱面３１の蓄熱材４０との間で良好な熱伝達を行うことができる。
【００９６】
さらに図４を見ると、蓄熱面３１の厚みが比較的小さいので、蓄熱面３１を通る熱媒体の流動経路も比較的短いことも明らかであり、このことも同じく、蓄熱壁３１を貫流するときの熱媒体の圧力損失にプラスに作用する。
【００９７】
図４には蓄熱モジュール２９の充熱が示されている。本発明による蓄熱モジュールが放熱されるべきとき、このことは、たとえば流動方向を反転させ、排出配管１８を通して低温の空気が蓄熱モジュール２９へ送出されることによって行うことができる。この低温の空気は、蓄熱モジュール２９を充熱するときの流動方向と反対向きに流れる。その際に蓄熱壁３１により、そこに蓄えられている顕熱の大部分が吸収されて、高温の熱媒体となって排出配管１７を介してハウジング１６から出ていく。当然ながら、たとえば図１と図２を参照して説明したように、蓄熱モジュールの充熱と放熱が別個の供給配管と排出配管を介して行われることも可能であり、多くの利用ケースにおいて好ましい。こうした追加の供給配管と排出配管は、図４には示されていない。
【００９８】
図５には、本発明による蓄熱面の第１の実施例が拡大して垂直断面で示されている。
【００９９】
フィルタ面３１は、下側からはハウジング１６の底面４１で、上側からは天井４３でそれぞれ区切られている。図５では砂利として図示されている蓄熱材が、重力にしたがって下方に向かって滑り落ちないようにするために、入口面３７と出口面３９にはそれぞれ穴付き板または格子４５が配置されている。このような穴付き板または格子４５は、その網目幅ないし穴の大きさに関して、蓄熱材が穴ないし格子４５を通り抜けることがないように、蓄熱材に合わせて調節されていなくてはならない。それと同時に、格子４５ないし穴付き板によって流動抵抗が可能な限りわずかしか増大しないように留意しなくてはならない。網目幅の広い安定的な格子４５を設け、蓄熱材とこの格子４５との間に、不織布または網目幅のはるかに小さい格子をさらに配置することも考えられる（図示せず）。
【０１００】
図６には、本発明による蓄熱壁３１の別の実施例が示されている。この実施例では、入口面３７と出口面３９に多数の薄板４７が垂直に相上下して配置されているので、穴付き板ないし格子４５を省略することができる。
【０１０１】
長軸が紙面に対して垂直方向に延びているこれらの薄板４７は斜めに傾いており、すなわち、蓄熱材が外に落ちないようになっている。このような薄板４７を備える蓄熱壁３１を通る熱媒体の流動抵抗は、非常に小さい。さらにこのような蓄熱面３１は、薄板４７の支持構造（図示せず）をハウジング１６に設置することによって、非常に簡単に現場で製作することができる。引き続き、それぞれの薄板４７の間の中間スペースが蓄熱材で充填される。薄板４７の傾斜姿勢は、一方では、蓄熱材が蓄熱壁の横から外に落ちないようになっていなくてはならない。他方では、壁厚を基準として蓄熱壁３１の厚みを相対的に一定に保つために、垂直方向におけるそれぞれの薄板４７の間隔が広すぎないように留意しなければならない。すなわち、蓄熱材の堆積角に基づいて壁厚が大きく減り過ぎた領域が生じると、図６の実線の矢印で図示するように、熱媒体は蓄熱壁のこのような薄い領域を優先して通って流れ、薄板４７の高さ方向の他の領域はわずかしか貫流されない。
【０１０２】
さらに間隔Ａは、薄板の長さおよび薄板の傾斜角に左右される。流入側の薄板と、流出側の薄板との間の互いにオフセットされた配置が好ましい。
【０１０３】
このように２つの薄板４７の間の垂直間隔Ａは、本発明による蓄熱面３１を構成するための１つの重要なパラメータである。
【０１０４】
図７は、本発明による蓄熱モジュール２９の一実施例の垂直断面を示しており、そのハウジング１６は平面図で見て円筒状である。蓄熱壁３１は円環状に構成されており、上に説明した薄板４７によって半径方向で区切られている。蓄熱壁３１は、図８のＡ−Ａ線に沿った断面図からも明らかなとおり、円環状に構成されている。薄板４７は、この実施例では同じく円環状に構成されている。供給配管１７を介して高温の熱媒体が、外側でハウジング１６により区切られるとともに内側で蓄熱壁３１により区切られる環状スペースへと、蓄熱モジュール２９の中に流れ込み、半径方向内側に向かって蓄熱壁３１を通って流れて、中央に配置された排出配管１８を介して蓄熱モジュール２９から出ていく。
【０１０５】
図８の平面Ａ−Ａに沿った断面図から明らかなとおり、この場合にも供給配管を通って流れる熱媒体の非常に強い減速が行われ、そのようにして、熱媒体は非常に低速で、かつ少ない圧力損失で、蓄熱壁３１を通って流れることができる。
【０１０６】
さらに、本発明による蓄熱モジュールの１つの大きな利点は、最終的に蓄熱面３１が、通常は金属である単純な構造によって固定される低コストのバルク状材料で成り立っているという点に見ることができる。それにより、たとえば蓄熱層の定期的な加熱と冷却に原因が求められる応力亀裂のような問題が回避される。また、経年劣化に基づいて熱特性が低下したときや、動作条件が変わったときには、蓄熱材を取り替えることも容易に可能である。
【０１０７】
図９には、互いに同心的に配置された３つのフィルタ壁３１．１，３１．２，３１．３が存在する、本発明による蓄熱モジュール２９の別の実施例の断面図が示されている。ハウジング１６と一番外側の蓄熱壁３１．１との間には、すでに上に説明した円筒外套状の流入通路４９．１ができている。さらに第２のフィルタ壁３１．２と第３のフィルタ壁３１．３との間には、別の環状のスペース４９．２が形成されており、この空間は供給配管１７と接続されており、したがって高温の熱媒体が送り込まれる。これら両方の環状スペース４９．１および４９．２から、高温の熱媒体が蓄熱壁３１．１，３１．２および３１．３を通って流れ、中央に配置された排出配管１８に流れ込む。第１の蓄熱面３１．１と第２の蓄熱面３１．２との間の第３の環状スペース４９．３にある冷却された熱媒体を、排出配管１８の中へ排出できるようにするために、ハウジング１６の中心部の排出配管１８へと通じる接続通路５１が設けられている。
【０１０８】
図１０には、本発明による高温蓄熱器の第２の実施形態が模式的に示されている。これは図１から図３を参照して説明した実施例と多くの一致点を有しているので、ここでは追加の構成部品についてのみ説明する。
【０１０９】
この高温蓄熱器には、回生式または復熱式の空気／空気熱交換器２５が設けられており、これが高温蓄熱器の充熱のときに、第１の排出配管１８の中を流れる、蓄熱モジュール２９に由来するまだ高温の排出空気の熱を、第２の供給配管１９の中を流れる（まだ）低温の周囲空気へ移転させる。
【０１１０】
それにより、第１の排出配管１８を介して蓄熱モジュール２９から出ていく排出空気による熱損失が劇的に低減され、その帰結として、本発明による高温蓄熱器の蓄熱効率と性能が向上する。
【０１１１】
蓄熱モジュール２９が放熱するときは、フラップ８，１０および１２が開かれ、フラップ９，１１および１３が閉じられる。
【０１１２】
フラップ２３は、図１ｂとの関連で説明したように制御される。
【０１１３】
それにより、排出配管１８の中の排出空気流がシステムから外に出る前に残留熱をさらに放出することによって、送風機４によって吸い込まれる周囲空気が、空気・空気熱交換器２５を介して加熱される。
【０１１４】
この排出空気流は、設計やパラメータに応じて、約９０℃から２５０℃の温度を有することができる。
【０１１５】
空気・空気熱交換器２５を介して、流入する周囲空気へ熱の大部分を移転させ、そのようにして回収することができる。この熱はシステム内にとどまり、配管２２を介して蓄熱モジュール２９から出ていく排出空気による熱損失が劇的に減少する。
【０１１６】
そのために必要な空気・空気熱交換器２５は、常に良好な動作点で作動させることができる。第２の供給配管１９を介して流入する空気質量と、第１の排出配管１８ないし配管２２を介して流れる排出空気の質量とが一次近似において等しいからである。
【０１１７】
それにより、取込みと取出しについて９０％を明らかに上回る、高温蓄熱器２９の効率と性能を実現することができる。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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