(57)【要約】【課題】効率的な蓄熱と熱伝達と圧力の封じ込めとを提供する低コストのＴＳＵを提供すること。所定の設計基準にさらに忠実になるように設計の柔軟性の強化を提供すること【解決手段】蓄熱ユニットであって、以下：入口、出口、および本体を有する、流体伝導導管；ならびに少なくとも該本体を覆い、所定の外部寸法を有する、鋳造物、を備える、蓄熱ユニット。バックアップエネルギーシステムであって、以下：流体を加熱するための、上記の蓄熱ユニット；該加熱された流体を受容するための、該蓄熱ユニットに連結されたタービンであって、該受容される加熱流体が、該タービンを駆動する、タービン；および該タービンが該加熱された流体によって駆動される場合に、電力を提供するための発電機、を備える、バックアップエネルギーシステム。【選択図】図３Ａ
2006145200.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蓄熱ユニットであって、以下：
入口、出口、および本体を有する、流体伝導導管；ならびに
少なくとも該本体を覆い、所定の外部寸法を有する、鋳造物、
を備える、蓄熱ユニット。
【請求項２】
請求項１に記載の蓄熱ユニットであって、前記鋳造物が、蓄熱材料を含む、蓄熱ユニット。
【請求項３】
請求項２に記載の蓄熱ユニットであって、前記鋳造物が、固形の塊を含む、蓄熱ユニット。
【請求項４】
請求項３に記載の蓄熱ユニットであって、前記固形の塊が、鉄である、蓄熱ユニット。
【請求項５】
請求項３に記載の蓄熱ユニットであって、前記固形の塊が、アルミニウムである、蓄熱ユニット。
【請求項６】
請求項３に記載の蓄熱ユニットであって、前記固形の塊が、鋼である、蓄熱ユニット。
【請求項７】
請求項１に記載の蓄熱ユニットであって、前記鋳造物を加熱するための少なくとも１つの熱源をさらに備える、蓄熱ユニット。
【請求項８】
請求項７に記載の蓄熱ユニットであって、前記少なくとも１つの熱源が、放射加熱器を備える、蓄熱ユニット。
【請求項９】
請求項７に記載の蓄熱ユニットであって、前記少なくとも１つの熱源が、電気抵抗加熱器を備える、蓄熱ユニット。
【請求項１０】
請求項７に記載の蓄熱ユニットであって、前記少なくとも１つの熱源が、前記鋳造物を通って電流を循環させるための誘導加熱回路を備え、これによって、該循環電流が、該鋳造物を加熱する、蓄熱ユニット。
【請求項１１】
請求項１に記載の蓄熱ユニットであって、前記導管が、ステンレス鋼である、蓄熱ユニット。
【請求項１２】
請求項１に記載の蓄熱ユニットであって、前記導管が、チュービングである、蓄熱ユニット。
【請求項１３】
請求項１に記載の蓄熱ユニットであって、前記導管が、パイピングである、蓄熱ユニット。
【請求項１４】
請求項１に記載の蓄熱ユニットであって、さらに以下：
長手軸であって、流体が、前記出口を出る前に、複数回、該長手軸に対して実質的に平行に前後に経路をとるように、前記導管が構成される、長手軸、
を備える、蓄熱ユニット。
【請求項１５】
請求項１に記載の蓄熱ユニットであって、前記導管が、コイル形状を備える、蓄熱ユニット。
【請求項１６】
請求項１に記載の蓄熱ユニットであって、前記導管が、網目状である、蓄熱ユニット。
【請求項１７】
請求項１に記載の蓄熱ユニットであって、前記導管が、少なくとも１つの環状のチャネルを備える、蓄熱ユニット。
【請求項１８】
請求項１に記載の蓄熱ユニットであって、前記鋳造物が、前記導管の外部表面に結合されている、蓄熱ユニット。
【請求項１９】
バックアップエネルギーシステムであって、以下：
流体を加熱するための、請求項１に記載の蓄熱ユニット；
該加熱された流体を受容するための、該蓄熱ユニットに連結されたタービンであって、該受容される加熱流体が、該タービンを駆動する、タービン；および
該タービンが該加熱された流体によって駆動される場合に、電力を提供するための発電機、
を備える、バックアップエネルギーシステム。
【請求項２０】
請求項１９に記載のバックアップエネルギーシステムであって、前記蓄熱ユニットを加熱するための加熱システムをさらに備える、バックアップエネルギーシステム。
【請求項２１】
請求項２０に記載のバックアップエネルギーシステムであって、前記加熱システムおよび前記蓄熱ユニットに連結される制御回路をさらに備え、該制御回路が、該蓄熱ユニットを所定の温度に維持するために、該加熱システムを制御するためのものである、バックアップエネルギーシステム。
【請求項２２】
請求項２０に記載のバックアップエネルギーシステムであって、前記流体が、圧縮空気であり、該バックアップエネルギーシステムが、さらに、該圧縮空気を前記蓄熱ユニットに提供するための圧縮空気システムを備える、バックアップエネルギーシステム。
【請求項２３】
請求項２２に記載のバックアップエネルギーシステムであって、前記圧縮空気システムが、前記圧縮空気を含む貯蔵タンクである、バックアップエネルギーシステム。
【請求項２４】
請求項２０に記載のバックアップエネルギーシステムであって、前記蓄熱ユニットに連結される弁をさらに備え、該弁が、該蓄熱ユニットに提供される流体のマスフローを制御する、バックアップエネルギーシステム。
【請求項２５】
請求項１に記載の蓄熱ユニットであって、前記入口および前記出口が、該蓄熱ユニットの同じ端部上に位置する、蓄熱ユニット。
【請求項２６】
請求項１に記載の蓄熱ユニットであって、前記入口および前記出口が、該蓄熱ユニットの反対の端部上に位置する、蓄熱ユニット。
【請求項２７】
請求項１に記載の蓄熱ユニットであって、前記鋳造物に取り付けられた絶縁物をさらに備える、蓄熱ユニット。
【請求項２８】
蓄熱ユニットを作製するための方法であって、以下：
流体伝導導管を提供する工程；
蓄熱材料を該導管の少なくとも一部の上に適用して、その部分を覆う鋳造物を提供する工程；および
該蓄熱ユニットが所定の外部寸法を有するように、該鋳造物を改変する工程、
を包含する、方法。
【請求項２９】
請求項２８に記載の方法であって、前記適用する工程が、前記導管を鋳造プロセスに供する工程を包含する、方法。
【請求項３０】
請求項２８に記載の方法であって、前記蓄熱材料が、前記導管の外部表面に結合する、方法。
【請求項３１】
請求項２８に記載の方法であって、前記蓄熱材料が、前記導管の周りに均一に分布する、方法。
【請求項３２】
請求項２８に記載の方法であって、さらに以下：
所定のサイズの複数のチューブを提供する工程；および
前記蓄熱材料を該チューブに適用する工程、
を包含する、方法。
【請求項３３】
請求項３２に記載の方法であって、さらに、加熱要素を前記複数のチューブの各１つ内に挿入する工程を包含する、方法。
【請求項３４】
請求項２８に記載の方法であって、さらに以下：
前記鋳造物に所定のサイズの複数の穴をあける工程；および
加熱要素を該複数の穴の各１つ内に挿入する工程、
を包含する、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄熱ユニット（ＴＳＵ）に関する。より詳しくは、本発明は、公知のＴＳＵと比較して効率を上げコストを下げるように、顕熱熱エネルギーの貯蔵および伝送を提供するＴＳＵに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＴＳＵは、周知であり、しばしば、電力伝送システム（例えば、圧縮空気貯蔵（ＣＡＳ）システム、および熱圧縮空気貯蔵（ＴＡＣＡＳ）システム）に用いられる。しばしば利用可能な電力供給源を提供するために用いられるそのようなシステムでは、しばしば圧縮空気を用いて、発電機に動力を供給するタービンを駆動する。
【０００３】
ＴＡＣＡＳシステムでは、タービンの吸気ポートに達する前に圧縮空気を加熱することが望ましい。周囲の空気または冷たい空気と対比して、加熱された空気は、より効率的なタービンの動作を可能にすることが知られている。従って、空気をタービンに提供する前に空気を加熱するメカニズムまたはシステムが必要である。１つのアプローチは、適切なタイプの燃料燃焼システムを用いることである。別のアプローチは、ＴＳＵを用いることである。燃料燃焼システムは、通常、汚染ガスを放出するが、少なくとも、ＴＳＵがそのような有害物質の放出に関連しないという理由から、ＴＳＵは、燃料燃焼システムよりも好ましくあり得る。
【０００４】
ＴＳＵは燃料燃焼システムに対して有利な点を提供し得るが、下記のように、既存のＴＳＵは、幾つかの欠点を有する。さらに、ＴＳＵは、代表的には、以下の設計の検討のうちの多くのものを考慮に入れるように設計される。その設計の検討とは、（１）ＴＳＵの物理的な大きさ、（２）流体を所定の温度まで加熱するＴＳＵの能力、（３）ＴＳＵの熱エネルギー貯蔵能力、（４）ＴＳＵを介して流れる流体の質量流量、（５）流体がＴＳＵを介して流れるときにおける流体の圧力降下を最小限にする能力、（６）強制的な対流加熱を用いて流体を加熱する能力、（７）高圧用途における確実かつ安全な動作の提供、および（８）低製造コストである。図１および図２に示されるような従来のＴＳＵは、上記基準の多くまたは全てを満たすことはできなくあり得る。
【０００５】
図１のＴＳＵ  １０は、ハウジング１４内に含まれた加熱された互いに平行なプレート１２を含み、そのプレート１２によって、圧縮ガスが流れ得るチャンネルが作製される。熱伝達領域およびプレート１２間のギャップは、最適な熱伝達条件に調節され得る。しかし、そのようなＴＳＵは、高圧下での動作に最適ではない。その理由は、それらのプレートが、圧縮ガスに最適な圧力の封じ込めを提供せず、それどころか、プレート１２とハウジング１４との間に漏れのある流れが生じるためである。
【０００６】
別の公知のＴＳＵでは、固形媒体に埋め込まれた細長いキャビティを介するチューブ流を用いる。図２に示されるように、圧縮ガスは、スルーホール２２を介して移動する。そのスルーホール２２は、バー２４に穴があけられたものである。図２のＴＳＵ  ２０によって提供されているように、チューブ流は、図１のＴＳＵ  １０のチャンネル流よりも望ましい圧力の封じ込めを提供し得るが、製造コストがかかる。その理由は、固体媒体の全長にわたって延びる複数の小さな直径の穴を穿孔することは、通常、コストがかかるためである。
【０００７】
従って、図１および図２に示されるＴＳＵは、加熱され圧縮された空気を効果的に封じ込めかつ輸送する手段を、コスト面で有益なようには提供できないということが理解され得る。さらに、少なくとも、前述のＴＳＵが流体伝導経路を提供するために機械加工または複数の部品のアッセンブリを必要とするという理由により、前述のＴＳＵは、設計の柔軟性を制限するということは理解され得る。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記記載を考慮すると、本発明の課題は、効率的な蓄熱と熱伝達と圧力の封じ込めとを提供する低コストのＴＳＵを提供することである。
【０００９】
所定の設計基準にさらに忠実になるように設計の柔軟性の強化を提供することも、本発明の別の課題である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
（発明の概要）
本発明のこれらの課題および別の課題は、鋳造プロセスを用いて構成されたＴＳＵを提供することによって、本発明の原理に従って達成される。まず導管（または流体伝導構造）を提供し、次いでその導管に鋳造プロセスを受けさせることによって、本発明によるＴＳＵは構成され得る。その導管は、ＴＳＵを介して流体が流れる経路を提供し得、そして、鋳造プロセスによって、導管を蓄熱材料で包む鋳造物を生じ得る。その鋳造物は、望ましい熱質量（ｔｈｅｒｍａｌ  ｍａｓｓ）または蓄熱特性を有し得、そして、安価な材料（例えばダクタイル鉄）から製造され得る。その鋳造物は、導管のすぐ近くに、および導管付近に存在する実質的に全ての自由空間に充満しその空間を占有し得る。それによって、内部で導管と鋳造物とが一緒に溶解し得る粘着性の集積されたＴＳＵが得られる。従って、鋳造物が固化した後において、導管によって規定されるような流体伝導経路を有する固形の熱伝導性を有する塊が提供される。
【００１１】
鋳造プロセスを用いてＴＳＵを構成することの利点は、製造コストを下げながら相当な設計の柔軟性を提供することである。導管の材料組成の設計および選択は、鋳造物の材料組成の設計および選択と独立して実行され得るので、設計の柔軟性が実現され得る。このことによって、本発明によるＴＳＵが、以前は従来技術のＴＳＵでは達成可能でなかったマスフローおよび熱輸送特性ならびに圧力封じ込めを有することが可能になり得る。例えば、ＴＳＵは、平行六面体構造（例えば、内部で特定の軸に沿って所定回数流体経路が行き来する構造）をした導管を含み得、その導管は、鋳造物に含まれる。従来の機械加工手法を用いてそのようなＴＳＵを構成することは、可能でなくあり得、たとえそれが可能であるとしても、コストは非常に高くなる。
【００１２】
さらに、その鋳造物は、平行六面体構造の間に存在する自由空間に充満しその空間を占有し得、それによって、ＴＳＵの蓄熱能力および熱輸送能力が最大化される。エネルギー貯蔵および効率的な熱輸送を提供することに加えて、鋳造物は、ＴＳＵに構造支持体を提供し得、それによって、ＴＳＵが加圧された流体を含むことが可能になる。
【００１３】
ＴＳＵは、所定の温度に、または所定の温度範囲へと加熱され得る。この加熱は、内部ヒーターまたは外部ヒーターを用いて鋳造物を加熱する加熱システムを用いて達成され得る。一実施形態では、カートリッジヒーターなどの内部ヒーターが、ＴＳＵの鋳造物にあけられた穴部に収容され得る。動作中において、内部ヒーターは鋳造物へと熱を放出し、それによってＴＳＵの温度を所望の温度に上げる。
【００１４】
本発明によるＴＳＵは、ＴＡＣＡＳシステムに用いられ得る。ＴＡＣＡＳシステムでは、圧縮ガスがタービン発電機のタービンの入口に経路付けされる前において、圧縮ガスがＴＳＵによって顕著に加熱され得る。加熱された圧縮空気は、タービンを駆動し、発電機に動力を供給し、その発電機は電気出力を提供する。本発明によるＴＳＵを用いることの利点は、燃料を用いることを必要とせずに圧縮ガスを加熱し得るということである（燃料は、燃焼すると汚染を生じる）。
【００１５】
上記目的を達成するために、本発明は、例えば、以下を提供する。
（項目１）  蓄熱ユニットであって、以下：
入口、出口、および本体を有する、流体伝導導管；ならびに
少なくとも該本体を覆い、所定の外部寸法を有する、鋳造物、
を備える、蓄熱ユニット。
（項目２）  項目１に記載の蓄熱ユニットであって、前記鋳造物が、蓄熱材料を含む、蓄熱ユニット。
（項目３）  項目２に記載の蓄熱ユニットであって、前記鋳造物が、固形（ｓｏｌｉｄ）の塊を含む、蓄熱ユニット。
（項目４）  項目３に記載の蓄熱ユニットであって、前記固形の塊が、鉄である、蓄熱ユニット。
（項目５）  項目３に記載の蓄熱ユニットであって、前記固形の塊が、アルミニウムである、蓄熱ユニット。
（項目６）  項目３に記載の蓄熱ユニットであって、前記固形の塊が、鋼である、蓄熱ユニット。
（項目７）  項目１に記載の蓄熱ユニットであって、前記鋳造物を加熱するための少なくとも１つの熱源をさらに備える、蓄熱ユニット。
（項目８）  項目７に記載の蓄熱ユニットであって、前記少なくとも１つの熱源が、放射加熱器を備える、蓄熱ユニット。
（項目９）  項目７に記載の蓄熱ユニットであって、前記少なくとも１つの熱源が、電気抵抗加熱器を備える、蓄熱ユニット。
（項目１０）  項目７に記載の蓄熱ユニットであって、前記少なくとも１つの熱源が、前記鋳造物を通って電流を循環させるための誘導加熱回路を備え、これによって、該循環電流が、該鋳造物を加熱する、蓄熱ユニット。
（項目１１）  項目１に記載の蓄熱ユニットであって、前記導管が、ステンレス鋼である、蓄熱ユニット。
（項目１２）  項目１に記載の蓄熱ユニットであって、前記導管が、チュービングである、蓄熱ユニット。
（項目１３）  項目１に記載の蓄熱ユニットであって、前記導管が、パイピングである、蓄熱ユニット。
（項目１４）  項目１に記載の蓄熱ユニットであって、さらに以下：
長手軸であって、流体が、前記出口を出る前に、複数回、該長手軸に対して実質的に平行に前後に経路をとるように、前記導管が構成される、長手軸、
を備える、蓄熱ユニット。
（項目１５）  項目１に記載の蓄熱ユニットであって、前記導管が、コイル形状を備える、蓄熱ユニット。
（項目１６）  項目１に記載の蓄熱ユニットであって、前記導管が、網目状である、蓄熱ユニット。
（項目１７）  項目１に記載の蓄熱ユニットであって、前記導管が、少なくとも１つの環状のチャネルを備える、蓄熱ユニット。
（項目１８）  項目１に記載の蓄熱ユニットであって、前記鋳造物が、前記導管の外部表面に結合されている、蓄熱ユニット。
（項目１９）  バックアップエネルギーシステムであって、以下：
流体を加熱するための、項目１に記載の蓄熱ユニット；
該加熱された流体を受容するための、該蓄熱ユニットに連結されたタービンであって、該受容される加熱流体が、該タービンを駆動する、タービン；および
該タービンが該加熱された流体によって駆動される場合に、電力を提供するための発電機、
を備える、バックアップエネルギーシステム。
（項目２０）  項目１９に記載のバックアップエネルギーシステムであって、前記蓄熱ユニットを加熱するための加熱システムをさらに備える、バックアップエネルギーシステム。
（項目２１）  項目２０に記載のバックアップエネルギーシステムであって、前記加熱システムおよび前記蓄熱ユニットに連結される制御回路をさらに備え、該制御回路が、該蓄熱ユニットを所定の温度に維持するために、該加熱システムを制御するためのものである、バックアップエネルギーシステム。
（項目２２）  項目２０に記載のバックアップエネルギーシステムであって、前記流体が、圧縮空気であり、該バックアップエネルギーシステムが、さらに、該圧縮空気を前記蓄熱ユニットに提供するための圧縮空気システムを備える、バックアップエネルギーシステム。
（項目２３）  項目２２に記載のバックアップエネルギーシステムであって、前記圧縮空気システムが、前記圧縮空気を含む貯蔵タンクである、バックアップエネルギーシステム。
（項目２４）  項目２０に記載のバックアップエネルギーシステムであって、前記蓄熱ユニットに連結される弁をさらに備え、該弁が、該蓄熱ユニットに提供される流体のマスフローを制御する、バックアップエネルギーシステム。
（項目２５）  項目１に記載の蓄熱ユニットであって、前記入口および前記出口が、該蓄熱ユニットの同じ端部上に位置する、蓄熱ユニット。
（項目２６）  項目１に記載の蓄熱ユニットであって、前記入口および前記出口が、該蓄熱ユニットの反対の端部上に位置する、蓄熱ユニット。
（項目２７）  項目１に記載の蓄熱ユニットであって、前記鋳造物に取り付けられた絶縁物をさらに備える、蓄熱ユニット。
（項目２８）  蓄熱ユニットを作製するための方法であって、以下：
流体伝導導管を提供する工程；
蓄熱材料を該導管の少なくとも一部の上に適用して、その部分を覆う鋳造物を提供する工程；および
該蓄熱ユニットが所定の外部寸法を有するように、該鋳造物を改変する工程、
を包含する、方法。
（項目２９）  項目２８に記載の方法であって、前記適用する工程が、前記導管を鋳造プロセスに供する工程を包含する、方法。
（項目３０）  項目２８に記載の方法であって、前記蓄熱材料が、前記導管の外部表面に結合する、方法。
（項目３１）  項目２８に記載の方法であって、前記蓄熱材料が、前記導管の周りに均一に分布する、方法。
（項目３２）  項目２８に記載の方法であって、さらに以下：
所定のサイズの複数のチューブを提供する工程；および
前記蓄熱材料を該チューブに適用する工程、
を包含する、方法。
（項目３３）  項目３２に記載の方法であって、さらに、加熱要素を前記複数のチューブの各１つ内に挿入する工程を包含する、方法。
（項目３４）  項目２８に記載の方法であって、さらに以下：
前記鋳造物に所定のサイズの複数の穴をあける工程；および
加熱要素を該複数の穴の各１つ内に挿入する工程、
を包含する、方法。
【００１６】
本発明の上記特徴および別の特徴、ならびにその本質および様々な利点は、添付の図面とともに以下の詳細な説明を考慮することによって、より明らかになる。図中において、類似の参照文字は類似の部分を参照する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明は、効率的な蓄熱と熱伝達と圧力の封じ込めとを提供する低コストのＴＳＵを提供する。
【００１８】
所定の設計基準にさらに忠実になるように設計の柔軟性の強化を提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
（発明の詳細な説明）
図３Ａ〜図３Ｃは、本発明の原理に従った蓄熱ユニット（ＴＳＵ）１００のいくつかの面を示す。特に、図３Ａは、本発明の原理に従った蓄熱ユニット（ＴＳＵ）１００の三次元の図を示す。図３Ｂは、本発明の原理に従った図３Ａの線３Ｂ−３Ｂに沿ったＴＳＵ  １００の断面図を示す。図３Ｃは、図３Ａの線３Ｃ−３Ｃに沿ったＴＳＵ  １００の断面図を示す。図３への全ての言及は、図３Ａ〜図３Ｃのうちのいずれか１つへの言及を含み得る、ということは理解される。
【００２０】
ＴＳＵ  １００は、導管１１０と鋳造物１２０とを含み得、長手軸１５０を有し得る。図３に示されるように、導管１１０の大部分（例えば、導管本体１１４）は、破線のボックスに囲まれており、入口１１２および出口１１６はそのボックスに囲まれていないままであり得る。このボックスは、本発明による導管１１０を包む鋳造物１２０を表す。鋳造物１２０が導管１１０を包む態様または本質は、鋳造法または鋳造物１２０を作製するために用いられる手法に依存し得る。例えば、鋳造プロセスによって、融解によって導管壁の厚みが過剰に損失されることなく、導管本体１１４の外壁と鋳造材料（例えば、鉄、鋼、またはそれらの合金）との結合が得られうる。そのような鋳造プロセスでは、鋳造材料は、導管本体１１４のすぐ近くおよび導管本体１１４付近に存在する実質的に全ての自由空間に充満し、その空間を占有し得て、それによって、内部で導管本体１１４と鋳造材料とが一緒に融解し得る粘着性の集積されたＴＳＵが得られる。従って、鋳造材料が固化した後において、ＴＳＵ  １００は、導管１１０によって規定されるような導管１１０に含まれる流体伝導経路を有する固形の熱伝導性を有する塊である。
【００２１】
図３に示されるように、ＴＳＵ  １００は、流体の導管１１０への流入を可能にする入口１１２と、流体の導管１１０からの流出を可能にする出口１１６とを含む。流体は、液体状態もしくは気体状態の物質、液体状態と気体状態とを転移する物質、またはそれらの組み合わせの物質であり得る。一部の実施形態では、流体は、空気、アルゴン、または別の適切な気体であり得る。流体の温度が変化するとともに相が変わる（例えば、固体から液体へと変わる）別の流体が用いられ得る。
【００２２】
ＴＳＵ  １００が用いられる用途次第で、導管１１０を介して流れる流体を加熱または冷却するために、ＴＳＵ  １００が用いられ得る。明瞭かつ簡潔にすることを目的とし、流体を加熱するためにＴＳＵ  １００が用いられると想定する。例えば、ＴＡＣＡＳ用途では、ＴＳＵ  １００は、タービン発電機を駆動するために、流体を所定の温度範囲へと加熱し得る（ＴＡＣＡＳシステムに関連したタービン発電機の動作についてのより詳細な議論は、図９に伴う以下の文章において行う）。タービン入口に供給された流体が所定の温度および圧力に分布している場合において、タービン発電機は一般的により効率良く動作する、ということに留意されたい。従って、ＴＳＵ  １００などの蓄熱ユニットが、ＴＳＵを通過する流体の圧力に実質的に影響を与えることなしに、流体を所定の温度に加熱することを必要とされ得るということは理解される。
【００２３】
本発明に従って導管１１０および鋳造物１２０を用いてＴＳＵを構成することによって、ＴＳＵ  １００は、それらの温度および圧力に対する要求のみならず別の基準（例えば、ＴＳＵの物理的な大きさ、ＴＳＵを介する流体の質量流量、高圧用途での確実かつ安全な動作）に対処する。この導管１１０と鋳造物１２０との構成によって、以前は従来技術では達成可能でなかった比較的低い製造コストでの改善された設計の柔軟性が提供される。従来の製品および材料が導管１１０および鋳造物１２０を構成するために用いられ得るので、低い製造コストが達成され得る。さらに、この導管と鋳造物との構成によって、１つ以上の流体伝導経路を提供するために時間がかかり高価な穿孔（例えば、高精度かつ／または許容穿孔）を実行することの必要性がなくなる。
【００２４】
導管１１０が鋳造物１２０と独立に設計され得るので、設計の柔軟性は、達成され得る。例えば、導管１１０は、図３に示されるような平面六面体構造であり得るか、あるいは、導管１１０は、螺旋もしくはコイルの形状をした構造、チュービングコイル、パイピングコイル、パイプネットワークまたは別の適切な流体伝導構造であり得る。平行六面体構造は、軸１５０に実質的に平行な軸上で流体を複数回行き来させるように経路付ける導管であり得る。流体を複数回行き来させることの利点は、流体が鋳造物１２０から熱を得る機会が複数回であるということであり、それによって、同一の鋳造物を一回通過させるシステムよりも効率的に流体を加熱し得る熱輸送システムが得られる。
【００２５】
導管１１０は、単一部品または複数部品の構造であり得る。単一部品の構造として、導管１１０の構造には継ぎ目がなくてもよい。例えば、導管１１０は、所定の形状（例えば、平行六面体の形状）に曲げられる長いパイプ（例えば、所定の内径を有する４０フィートのパイプ）であり得る。複数部品の構造は、連続した流路を生成するために接続された部品のアッセンブリであり得る。例えば、そのような構造には、所定の配置で互いに接続された一連のパイプまたは別の流れ伝導部材が含まれ得る。
【００２６】
導管１１０は、適切な熱伝導度を有し、かつ圧力を閉じ込めることができ温度変化に耐えることができる材料から構成され得る。例えば、１つの適切な材料は、ステンレス３０４などのステンレス鋼であり得る。あるいは、所定の圧力および温度に対する要求を満たすことを確保しながら、標準的な市販の配管を用いることによってコストを削減するために、従来の鋼、鉄、アルミニウム、または銅の配管が用いられ得る。さらに、導管１１０は、酸化への高い耐性のある材料から構成され得る。
【００２７】
さらに、入口１１２および出口１１６の位置決めは、設計的選択事項であり得る。例えば、入口１１２と出口１１６との両方が、ＴＳＵの同じ端部に位置決めされ得るか、または反対の端部に位置決めされ得る。さらに、これらの入口および出口は、必ずしも、軸１５０と平行に、鋳造物１２０から突出する必要はない。所望であれば、入口および出口は、鋳造物１２０から、軸１５０に対して垂直に突出し得る。
【００２８】
設計の融通性は、さらに達成される。なぜなら、鋳造物１２０は、その非晶質状態または融解状態において、導管１１０の形状にかかわらず、導管１１０を包み、そしてこの導管に結合するからである。さらに、鋳造物１２０の「外側」形状は、この鋳造物が非晶質状態または融解状態にある間に、予め決定された寸法（例えば、所望の寸法の矩形の形状または円形の形状）に設定され得る。鋳造材料を形作る際のこの融通性は、統合されたパッケージ（例えば、ＴＡＣＡＳバックアップ電源システム）にあつらえて適合し得るＴＳＵを提供する。所望であれば、鋳造物１２０は、外側の表面積を最小にするような形状にされ得、これによって、熱容量および熱を蓄熱材料内に保持する可能性を、最大にする。断熱材が使用されて、熱容量および熱を保持する可能性を、さらに増強し得る。
【００２９】
１つの実施形態において、鋳造物１２０は、矩形の形状（例えば、１０インチ×１０インチ×３０インチの矩形の箱）を有するように作製され得、この形状は、容易に製造され得、そしてパッケージされ得る。この矩形の形状は、図３に示されるもののような、平行六面体の導管構造体のための理想的な鋳造物であり得る。
【００３０】
鋳造物１２０は、１つまたは複数の鋳造ステージを通して得られ得る。単一ステージの鋳造プロセスにおいて、鋳造材料は、１工程で導管の本体１１４に塗布され、本発明によるＴＳＵを作製し得る。複数ステージの鋳造プロセスが実施される場合、鋳造材料は、数工程で、例えば、各工程において異なる材料を使用して、導管本体１１４に塗布され得る。例えば、特定の材料が、２つの鋳造物材料の隣接する層の間の結合を確実にするように、そしてこの鋳造物における多孔性またはスポンジ性を最小にするように、塗布され得る。
【００３１】
鋳造物１２０は、所望の熱質量および／または蓄熱特性を示す、１つ以上の型の材料を含み得る。このような材料としては、鉄、鋼、ステンレス鋼、アルミニウム、他の金属、またはこれらの合金および複合材料が挙げられ得るが、これらに限定されない。所望であれば、このような材料は、例えば、加熱要素が挿入され得る穴の穿孔を容易にするために、延性であり得る。他のより有利な鋳造材料が、熱エネルギー貯蔵容量をさらに増強するために、使用され得る。１つのこのような材料は、高シリコーンモリブデンダクタイル鉄であり、これは、この材料が高温において使用されることを可能にし、エネルギー貯蔵性能を増強するために、シリコーンおよびモリブデンと合金化される。
【００３２】
鋳造プロセスの間、材料が、導管１１０の周りで均一に分布するように、この材料を鋳造することが望ましくあり得る。例えば、導管１１０は、鋳造物の形状にかかわらず、鋳造物１２０内で中心に位置決めされ、比較的等しい蓄熱材料の分布を、導管１１０の各側に提供し得る。このような分布は、鋳造物１２０からの、より均一かつ完全なエネルギー交換を促進し得る。
【００３３】
鋳造プロセスを使用することによって、ＴＳＵ  １００は、特定のマスフローおよび熱移動特徴を有するように設計され得る。このような特徴を最適化することは、例えば、タービン発電機を駆動するために、加熱された圧縮空気を利用するシステム（例えば、ＴＡＣＡＳシステム）において有用であり得る。ＴＳＵ  １００を通って流れる流体のマスフロー速度は、以下の基準のうちの１つ以上のものの関数であり得る：ＴＳＵ  １００の入口１１２に付与される流体の圧力、導管１１０の形状、導管１１０の断面積、および導管１１０の長さ。これらの基準のうちの多く（例えば、導管１１０の形状、断面積、および長さ）は、導管１１０の設計に基づいて、考慮され得ることが、理解される。従って、ＴＳＵ  １００は、所望のマスフロー特性（例えば、ＴＳＵにわたる所定の圧力低下）を示し得る。
【００３４】
熱移動の速度は、以下の基準のうちの１つ以上のものの関数であり得る：導管１１０および鋳造物１２０の温度、対流係数（これは、マスフロー速度（上記）に依存し得る）、鋳造物１２０に曝露される導管１１０の表面積、ならびに導管１１０の内壁に曝露される流体の表面積。これらの基準のうちの多くまたは全てが、本発明の原理に従うＴＳＵ  １００を設計および製造する場合に、考慮され得ることが理解される。すなわち、導管１１０と鋳造物１２０との両方の設計の融通性は、流体を所定の温度に迅速に加熱（または冷却）するＴＳＵが構築されることを可能にする。
【００３５】
ＴＳＵ  １００は、加熱システム（これの例は、以下で議論される）を使用して、所定の温度まで加熱され、そしてこの温度で維持され得、その結果、ＴＳＵ  １００の蓄熱材料（例えば、鋳造物１２０）に蓄積される熱は、ＴＳＵ  １００を通って流れる流体に移動され得る。いくつかの実施形態において、通常電源が利用可能である間に、ＴＳＵ  １００は、所定の温度まで加熱され、そしてこの温度に維持され得、そして通常電源が利用可能ではない場合に、ＴＳＵ  １００は、熱を流体に移動させ得る。このような実施形態の一例は、図９に関連して、以下により詳細に記載される。蓄熱材料は、鋳造プロセスに結果として、ＴＳＵ  １００に浸透するので、熱は、どの加熱技術が使用されるかにかかわらず、ＴＳＵ  １００全体にわたって、比較的容易に伝導し得ることが、注目される。
【００３６】
ＴＳＵ  １００は、多くの異なる加熱技術のうちの１つ以上を使用して、加熱され得る。これらの技術のうちのいくつかは、好ましくは、ＴＳＵ  １００を加熱するために、無排気方法または非汚染方法を使用し得る。無排気方法または非汚染方法が好ましいが、汚染を生じる加熱技術（例えば、燃料を使用する技術）が、ＴＳＵ  １００を加熱するために実施され得ることが、理解される。使用される技術にかかわらず、鋳造物１２０は、外部ヒータまたは内部ヒータの放熱手段によって加熱され得る。例えば、外部ヒータは、セラミックファイバーヒータを備え得、このヒータは、ＴＳＵ  １００の外側表面に取り付けられ、作動されると、放射を介して鋳造物１２０を加熱する。内部ヒータは、例えば、１つ以上の空洞内に配置され、ＴＳＵ  １００の一部または全長を通って延びる加熱要素（例えば、加熱棒またはカートリッジヒータ）を備え得る。このような加熱要素が作動される場合、これらの要素は、ＴＳＵ  １００の蓄熱材料（例えば、鋳造物１２０および導管１１０）へと熱を移動させる。このような内部加熱システム（例えば、カートリッジ加熱システム）のより詳細な議論は、例えば、同時係属中の米国特許出願番号１０／９４３，６３６（２００４年９月１７日出願、本明細書中以下で、「’６３６出願」、その全体が、本明細書中に参考として援用される）において、議論されている。
【００３７】
図４は、本発明の原理に従う内部加熱システムを使用するＴＳＵの断面図を示す。この加熱システムは、複数の加熱要素１２２を備え、これらの要素は、ＴＳＵ  １００の穴１２４に取り外し可能に挿入される。これらの加熱要素は、電気抵抗加熱要素（例えば、’６３６出願に記載されるようなカートリッジヒータ）であり得る。穴１２４は、鋳造物１２０が固化または冷却された後に、この鋳造物に穿孔されることによって提供され得る。このような穴の数および配置は、選択的設計事項であるが、これらの穴は、好ましくは、導管１１０が穿刺されないように穿孔され、これによって、流体がＴＳＵ  １００を通って流れる場合に、圧力の閉じ込めが維持されることを確実にする。さらに、このような穴は、必ずしも、極度に厳密な許容差または寸法を有するように穿孔される必要はなく、従って、高価でありかつ時間を浪費する穿孔技術を必要としないかもしれない。穿孔の代わりに、穴１２４は、中空管（図５および６に示されるような）を、鋳造プロセスに供することによって、得られ得る。
【００３８】
あるいは、ＴＳＵ  １００の蓄熱材料は、他の任意の適切な型の加熱システムによって加熱され得ることが、当業者によってまた、理解される。例えば、抵抗加熱は、ＴＳＵ  １００の蓄熱材料と物理的に接触する熱源を提供し得、そしてこの材料を、所定の温度まで加熱し得る。あるいは、導電性の蓄熱材料（例えば、鉄）が、誘導加熱回路（これは、電流を、ＴＳＵ  １００の蓄熱材料を通して循環させ、そしてこの材料を加熱させる）を使用して、誘導加熱され得る。従って、本発明は、上で議論される特定の加熱技術に限定されない。
【００３９】
断熱材（図示せず）が、ＴＳＵ  １００の熱容量を改善するために、使用され得る。すなわち、この断熱材は、ＴＳＵ  １００が、断熱材の非存在下では熱損失に起因して不可能な温度まで、加熱されることを可能にし得る。さらに、断熱材は、所定の温度を維持するために必要とされる電力が低いままで、ＴＳＵ  １００が、所定の温度を維持することを可能にし得る。この断熱材は、ＴＳＵ  １００の全体または一部分を覆い得、そしてＴＳＵ  １００の外側表面に一致する形状であり得る。この断熱材としては、熱保持を提供する任意の材料が挙げられ得る。例えば、この断熱材としては、セラミック断熱材または細孔性板断熱材が挙げられ得る。
【００４０】
ＴＳＵ  １００の上記議論は、本発明によるＴＳＵを製造するための鋳造プロセスに供される、１つの導管の使用を記載した。別の実施形態において、ＴＳＵは、本発明による鋳造物内に収容される、複数の導管を有するように構築され得る。この特定の実施形態において、所望の大きさおよび形状の２つ以上の導管が、鋳造プロセスに供されて、ＴＳＵを提供する。
【００４１】
なお別の実施形態において、導管ネットワーク（またはパイプネットワーク）（例えば、単一の環状チャネルＴＳＵまたは複数の環状チャネルＴＳＵ）が、鋳造プロセスに供され得る。環状チャネルは、内側部材と外側部材との間に収容され得、これらの部材の両方が、所望のエネルギー貯蔵特性または蓄熱特性を有する熱質量または蓄熱材料を備え得、そして標準的なミル製品を使用して、製造され得る。この環状チャネルは、このチャネルに流体を提供するため、またはこのチャネルから流体を放出するためのいずれかで、このチャネルの各端部で、ポートまたはパイプに連結され得る。複数の環状チャネルの実施形態において、ＴＳＵは、実質的に平行な複数の環状フローチャネルを備え得、各フローチャネルは、外側部材と、異なる内側部材との間に収容される。所望であれば、これらの実質的に平行な複数の環状フローチャネルは、横断チャネルを介して互いに連結され得、その結果、種々の流体の経路決定配置および配管接続が、このＴＳＵにおいて可能にされる。
【００４２】
図５は、本発明の原理に従う鋳造プロセスに供され得る、導管ネットワーク（例えば、複数の環状チャネル）５００の斜視図を示す。示されるように、ネットワーク５００は、４つの環状チャネル５１０ａ〜５１０ｄを備える。示されないが、各チャネル５１０ａ〜５１０ｄは、環状チャネルを備え得る。チャネル５１０ａ〜５１０ｄは、横断部材５１８によって相互接続され得、これは、流体をＴＳＵ  ５００を通して経路決定する際の融通性を提供する。横断部材５１８の構成に依存して、４経路／１経路の配置、または２経路／２経路の配置が、提供され得る。２経路／２経路の配置が、図５に示される。この配置において、流体は、入口５１２に供給され得、次いで、２つの異なる経路（１）チャネル５１０ａを通り、次いでチャネル５１０ｂを通る、および２）チャネル５１０ｃを通り、次いでチャネル５１０ｄを通る）に沿って流れ得、その後、出口５１６を通って出る。
【００４３】
図５にはまた、管５１４が示され、これらの管は、チャネル５１０ａ〜５１０ｄの間に配置される。管５１４は、加熱要素（例えば、上記のようなカートリッジヒータ）を保持するために使用され得る。従って、ネットワーク５００が鋳造物内に収容される場合、管５１４によって提供される穴は、加熱要素のためのレセプタクルを提供するために、鋳造物に穴を穿孔する必要性を排除し得る。しかし、管５１４によって提供される穴に加えて、鋳造物に穴が穿孔され得ることを、当業者は理解する。
【００４４】
導管ネットワークに関する（特に、単一および複数の環状チャネルに関する）上記議論は、排他的な議論であることを意味せず、単に、導管ネットワークの蓄熱容量を増強するための鋳造プロセスに供され得る、可能なパイプネットワークの例示的な議論であることを意味する。例えば、単一および複数の環状チャネルＴＳＵのより詳細な議論は、米国特許出願番号１０／９４３，２９３（２００４年９月１７日出願、この全体が、本明細書中に参考として援用される）に見出され得る。
【００４５】
図６は、本発明の原理にしたがって、鋳造物内に収容される、図５のパイプネットワークを示す。鋳造物５２０は、チャネル５１０ａ〜５１０ｄ、管５１４、および横断部材５１８の間に存在する全ての空間を包み、そして浸透するように、しかし、入口５１２、管５１４、または出口５１６の開口部を覆わないように、鋳造され得る。鋳造物５２０がネットワーク５００の周りに配置された状態で、チャネル５１０ａ〜５１０ｄの蓄熱容量および構造的支持が増加されることが、注目される。熱保持および熱容量が、上で議論されたような断熱材を使用して、さらに増加され得ることが、さらに注目される。
【００４６】
本発明のＴＳＵの利点は、このＴＳＵが、酸化に対する低下した感受性（「汚損」としてもまた公知）を有し得ることである。具体的には、鋳造材料がダクタイル鉄（これは、未処理のままである場合、酸化に対して感受性であり得る）であり得る場合でさえも、このＴＳＵを通過する流体は、鋳造物と接近しないかもしれない。なぜなら、この導管は、充分な圧力の閉じ込めを提供するからである。しかし、追加の防止策として、鋳造物および／または導管は、腐食耐性層でコーティングされ得る。
【００４７】
チュービングコイルが酸化に供される場合でさえも、酸化の影響は、特に、ＴＳＵ  ２０（図２）のような先行技術のシステムと比較される場合に、最小にされ得る。ＴＳＵ  ２０は、流体の流れを導く小さい直径の長い貫通穴２２を備える。貫通穴２２における少量の酸化は、この貫通穴の表面積を、かなりの割合で減少させ得、そしてＴＳＵ  ２０の熱移動速度を低下させ得る。対照的に、本発明によるＴＳＵは、先行技術の流体導管よりかなり大きい（例えば、より大きい断面積を有する）流体導管を有するように構築され得るので、少量の酸化は、この表面積および熱移動速度に対して、最小の影響または無視できる影響を有し得る。
【００４８】
当該分野において公知のシステムより優れた、本発明の別の利点は、製造業者が、ＴＳＵの２つの異なる構成要素に対して、２つの異なる材料を選択し得ることである：良好な高温特性および鋳造のための低い費用を有する、鋳造物材料、ならびに良好な高温高圧特性を有し、そして酸化耐性である、導管材料。製造業者および設計者は、もはや、酸化耐性でありかつ高温特性と高圧特性との両方を有する、潜在的に費用が高い単一の材料を選択する必要がない。
【００４９】
本発明のなお別の利点は、２つの「レベル」の圧力閉じ込めが提供されることである。第一のレベルは、導管によって提供され、そして第二のレベルは、この導管を囲む鋳造物によって提供される。従って、導管の圧力閉じ込めが損なわれる場合、この鋳造物は、圧力閉じ込めのバックアップ供給源として機能し得る。
【００５０】
図７Ａおよび７Ｂは、熱伝達事象の間の異なる時点において、ＴＳＵを通って流れる流体への熱伝達を示すための、図３のＴＳＵ１００の部分的な断面図を示す。ＴＳＵが活動している場合、この鋳造物を通る非線形な熱の分布の起因して、鋳造物１２０の平均温度は、所望のタービン入口温度よりも低くあり得るが、この鋳造物は、流体の温度を所望の入口温度に上昇させるのに十分な熱を依然として保持し得る。流体がＴＳＵ１００を通って流れ始める場合、熱は、図７Ａに示されるように、最初に、入口１１２に隣接する、鋳造物１２０の近位部分１３０から除去される。矢印１３６によって示される近位部分の熱の流れは、矢印１３４によって示される、出口１１６に隣接した遠位部分１３２における熱の流れよりも大きくあり得る。所定の時間の後、熱の大部分は、図７Ｂに示されるように、鋳造物１２０の近位部分１３０から除去され得る。矢印１４６によって示される、近位部分１３０の熱の流れは、矢印１４４によって示される、遠位部分１３２における熱の流れよりも小さくあり得る。
【００５１】
図８は、本発明の原理に従うＴＳＵの貯蔵構成を示す。この貯蔵構成は、ＴＳＵ８００の作動の間に生じ得る鋳造物および／または導管の熱膨張を考慮に入れている。膨張から生じ得る潜在的な問題を避けるための１つの方法は、システムの他の部分へのパイピングの接続が、ＴＳＵの反対の端部でなされないように、ＴＳＵを設計することである。図８は、ＴＳＵ８００が支持体８６０からつり下がるように、固定部分８６２を使用して、ＴＳＵ８００を支持体８６０に取り付けるこのような構成を示す。さらに詳細には、ＴＳＵ８６０の鋳造物は、入口および出口を含む導管ならびに鋳造物の制限されない膨張を可能にするように、支持体８６０に取り付けられ得る。この制限されない膨張は、ＴＳＵ８００が使用される様式に影響を与えることなく、ＴＳＵ８００が膨張する場合に、入口および出口を含む導管が潜在的に破裂することを避け得る。
【００５２】
本発明は、多くの適用において使用され得、この１つは、図９に示される。図９において、出力電力を提供するための熱圧縮空気貯蔵（ＴＡＣＡＳ）システム９００が、本発明の原理に従ってＴＳＵを利用する。ＴＡＣＡＳシステム９００は、例えば、別の電力源からの電力の供給における攪乱の場合（例えば、通常電源故障）に、負荷物（ｌｏａｄ）にバックアップ電力を提供するバックアップエネルギーシステムを表し得る。
【００５３】
ＴＡＣＡＳシステム９００の以下の考察は、ＴＡＣＡＳの構成要素の完全な説明であることを意図せず、むしろ本発明に従うＴＳＵがＴＡＣＡＳシステムの性能をどのように向上し得るかの説明であることを意図する。ＴＡＣＡＳシステムの詳細な説明について、２００３年２月５日に出願された、同一人に譲渡された同時係属中の米国特許出願番号１０／３６１，７２８（本明細書中においてその全体が参考として援用される）を参照のこと。
【００５４】
図９に示されるように、ＴＡＣＡＳシステム９００は、貯蔵タンクまたは圧力タンク９２３、弁９３２、ＴＳＵ９０９、電気入力９１０、タービン９４１、発電機９４２および電気出力９５０を備える。システム９００からの電力が必要とされる場合、圧力タンク９２３からの圧縮ガスが、弁９３２を通ってＴＳＵ９０９に経路をとり得る。ＴＳＵ９０９は、タービン９４１に提供される前に、圧縮ガスを加熱し得る。当該分野において公知なように、タービン発電機は、タービン入口に供給される流体の温度が、所定の温度範囲の間の範囲である場合に、より効率的に作動する。例えば、平均の所望のタービン入口温度は、約４５０°Ｆであり得る。
【００５５】
ＴＳＵ９０９から出てくる熱ガスは、タービン９４１のタービンローター（図示せず）へと流れ得る。このタービンは、任意の適切な型のタービンシステム（例えば、半径流タービン）であり得る。この加熱圧縮ガスは、タービンローターを駆動し、タービン９４１に発電機９４２を駆動させ、この発電機が、電力を生成し、そしてその電力を電気出力９５０に提供する。タービン排気９４３（例えば、タービン９４１から出てくる排気ガス）もまた図９に示される。タービン排気９４３は、排気パイプ（図示せず）を通って排出され得るか、または単純に放出されて大気と結合し得る。
【００５６】
圧縮ガスが所望の入口温度に加熱されるために、ＴＳＵ９０９は、所定の温度または温度範囲に加熱される。例えば、１つの実施形態において、ＴＳＵ９０９は、約１，３００°Ｆに加熱され得る。ＴＳＵ９０９は、排気の無い（例えば、無公害性）加熱システムを使用し得、これは、電気入力９１０によって電力供給される。例えば、ＴＳＵ９０９は、上で考察されるように、外部加熱システムおよび内部加熱システムを備え得る。従って、システム９００は、燃焼加熱システムと関連する有害な放出物を生じること無しで、タービン９４１に供給される前に、圧力タンク９２３からの圧縮空気を加熱する利点を提供する。
【００５７】
加熱システムは、システム９００が作動のスタンバイモード（例えば、通常電源が利用可能である）である場合、ＴＳＵ９０９を所定の温度または所定の範囲の温度に加熱および維持し得る。ＴＡＣＡＳシステム９００はまた、ＴＳＵ９０９および電気入力９１０の両方に連結され得る制御回路９２０を備え得る。制御回路９２０は、ＴＳＵ９０９の温度を測定するための手段を備え得る。制御回路９２０はまた、ＴＳＵ９０９の温度を制御するための電気回路を備え得る。制御回路９２０は、例えば、加熱システムに提供される電力を制御することによって、ＴＳＵ９０９の温度を制御し得る。これは、電気入力９１０に対する指示（例えば、電気入力９１０の出力を活動化、不活動化、増加、または減少させるための指示）を提供することによって、達成され得る。従って、電気入力９１０とともに、制御回路９２０は、ＴＳＵ９０９の温度をモニターおよび制御するために使用され得る。
【００５８】
最初に、電力送達の開始段階の間、ＴＳＵ９０９を出る圧縮ガスの温度は、所望のタービン入口温度よりもかなり高くあり得る。従って、圧縮ガスがタービン入口に供給される前に、圧縮ガスの温度を低下させることが必要であり得る。タービン入口に供給される圧縮ガスの温度を制御するための１つの方法は、タービンの入口に供給される加熱空気および非加熱空気のマスフローを選択的に制御するバイパス経路流体ルート設定システムを使用することである。バイパス経路流体ルート設定システムは、ＴＳＵ９０９を迂回し、タービン９４１内に供給する経路を通る非加熱ガスのルートを設定する経路（図示せず）を備え得る。ＴＳＵおよびバイパス経路を通って流れる全圧縮ガスの部分を制御することによって、タービン９４１に提供される非加熱空気に対する加熱空気の比が改変され得、これによって、タービンに供給される空気の温度を制御するための方法を提供する。ＴＳＵ９０９によって提供される圧縮ガスの温度が低下する場合、バイパス経路を通るようにルート設定された非加熱圧縮ガスの割合は、所望のタービン入口温度を維持するように、減少し得る。このバイパス経路構造のより詳細な説明は、例えば、２００４年９月１７日に出願された、同一人に譲渡され、同時係属中の米国特許出願番号１０／９４３，２９４（本明細書中においてその全体が参考として援用される）に見出され得る。
【００５９】
図９と関連して、上記考察は、工業的なバックアップ通常電源の文脈で提示された。代替として、本発明は、発電と関連する任意の適用（例えば、熱発電プラントおよび太陽発電プラント）において使用され得る。さらに、本発明は、蓄熱、流体加熱または加熱流体送達が所望され得る任意の他の適用において使用され得る。
【００６０】
鋳造物が周りに作製される少なくとも１つの導管を有する蓄熱ユニットが提供される。蓄熱ユニットは、この鋳造物を通る流体に対して複数回の通過を提供することによって、サーマルマスと接触する流れの表面積を経済的に最大化する導管を作製するために、従来のパイピングまたはチュービングを使用する。これによって、蓄熱ユニットが、熱貯蔵ならびにこの導管を通って流れる流体に対する効率的な熱送達および圧力閉じ込めを経済的に提供することが可能である。
【００６１】
本発明の上記実施形態は、例示のために提供され、制限のためではなく、本発明は、添付の特許請求の範囲によってのみ制限される。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】図１は、公知の蓄熱ユニットの上面斜視図である。
【図２】図２は、別の公知の蓄熱ユニットの上面斜視図である。
【図３Ａ】図３Ａは、本発明の原理に従った例示的な蓄熱ユニットの斜視図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、本発明の原理に従った例示的な蓄熱ユニットの断面図である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、本発明の原理に従った例示的な蓄熱ユニットの断面図である。
【図４】図４は、本発明の原理に従ったＴＳＵのキャビティ内に含まれた内部加熱要素を有するＴＳＵを示す。
【図５】図５は、本発明の原理に従った鋳造プロセスを受け得る導管ネットワーク蓄熱ユニットの斜視図である。
【図６】図６は、本発明の原理に従った鋳造物を有する図５のＴＳＵの斜視図である。
【図７】図７Ａおよび図７Ｂは、本発明の原理に従った、熱輸送イベントの異なった時間フレーム中における図３のＴＳＵの一部分の熱輸送図を示す。
【図８】図８は、本発明の原理に従った貯蔵構成における図３の蓄熱ユニットの部分断面図である。
【図９】図９は、本発明の原理に従った蓄熱ユニットを用いる熱圧縮空気貯蔵システムの概略図である。
【符号の説明】
【００６３】
１００  蓄熱ユニット（ＴＳＵ）
１１０  導管
１１２  入口
１１４  導管本体
１１６  出口
１２０  鋳造物
１５０  長手軸
【図１】
2006145200.tif 000003
【図２】
2006145200.tif 000004
【図３Ａ】
2006145200.tif 000005
【図３Ｂ】
2006145200.tif 000006
【図３Ｃ】
2006145200.tif 000007
【図４】
2006145200.tif 000008
【図５】
2006145200.tif 000009
【図６】
2006145200.tif 000010
【図７】
2006145200.tif 000011
【図８】
2006145200.tif 000012
【図９】
2006145200.tif 000013