(57)【要約】  少なくとも１つの熱化学的蓄熱媒体（３）を用いて作動流体（２）を加熱及び冷却を行う方法であって、作動流体（２）は蓄熱媒体（３）を備える少なくとも１つの熱化学的蓄熱器（６）を通って導かれ、作動流体（２）は蓄熱媒体（３）に接触することなく導かれ、蓄熱媒体（３）の受熱状態で、熱流量（Ｑ）が作動流体（２）から蓄熱媒体（３）に伝達されると共に少なくとも１つの物質（１５）が蓄熱媒体（３）から放出されて蓄熱器（６）の外に運ばれ、蓄熱媒体（３）の放熱状態で、物質（１５）が、蓄熱媒体（３）に、又は少なくとも蓄熱媒体（３）の放熱時に生成される蓄熱媒体（３）の反応物質に供給されて熱を放出し、熱流量（Ｑ）が作動流体（２）に伝達されるようになっている。【選択図】      図１
2013519862.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの熱化学的蓄熱媒体（３）を用いて作動流体（２）を加熱及び冷却を行う方法であって、前記作動流体（２）は蓄熱媒体（３）を備える少なくとも１つの熱化学的蓄熱器（６）を通って導かれ、前記作動流体（２）は前記蓄熱媒体（３）に接触することなく導かれ、前記蓄熱媒体（３）の受熱状態で、熱流量（Ｑ）が前記作動流体（２）から前記蓄熱媒体（３）に伝達されると共に少なくとも１つの物質（１５）が前記蓄熱媒体（３）から放出されて前記蓄熱器（６）の外に運ばれ、前記蓄熱媒体（３）の放熱状態で、前記物質（１５）が、前記蓄熱媒体（３）に、又は少なくとも前記蓄熱媒体（３）の放熱時に生成される前記蓄熱媒体（３）の反応物質に供給されて熱を放出し、熱流量（Ｑ）が前記作動流体（２）に伝達されることを特徴とする作動流体を加熱・冷却する方法。
【請求項２】
前記蓄熱媒体（３）の受熱時に前記蓄熱器（６）から放出される前記物質（１５）は、前記蓄熱媒体（３）の放熱のために前記蓄熱器（６）に蓄積及び再循環される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
補助流体（８）は、前記物質（１５）を前記蓄熱器（６）の外へ及び／又は前記蓄熱器（６）へ移動させるために使用され、前記補助流体（８）は、前記蓄熱器（６）を通って流れると同時に前記蓄熱媒体（３）及び／又は前記蓄熱媒体（３）の反応生成物と接触するようになっている、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記補助流体（８）は、前記作動流体（２）の流路とは実質的に分離され、好ましくは閉じたサイクル（９）内を運ばれる、前記物質（１５）は、蓄熱媒体（３）の受熱時に補助流体（８）を介して移動されて前記補助流体（８）から分離され、前記蓄熱媒体（３）の放熱時に使用するために蓄積される、請求項１から３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
前記蓄熱媒体（３）の受熱時に放出される前記物質（１５）は、相変換によって前記補助流体（８）から分離され、好ましくは、相変換に放出される熱エネルギ（Ｑ）は、少なくとも一部が蓄積され、前記蓄熱媒体（３）の発熱時に前記物質（１５）を使用するために前記物質（１５）の新しい相変換に使用される、請求項１から４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
前記蓄熱媒体（３）の受熱は、低い圧力レベルで行われ、前記蓄熱媒体（３）の放熱は、高い圧力レベルで行われる、請求項１から５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
前記補助流体（８）の流れ方向は、前記蓄熱媒体（３）の受熱と前記蓄熱媒体（３）の放熱との間の切り換え時に逆になる、請求項１から６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
請求項１から７のいずれかに記載の方法を実行するようになった蓄熱器（６）であって、作動流体（２）のための流れ領域（７ａ）及び少なくとも１つの蓄熱媒体（３）を有する蓄熱領域（６ａ）を備え、前記流れ領域（７ａ）は、前記作動流体（２）が流れる際に前記蓄熱媒体（３）と接触することなく導かれるように前記蓄熱領域（６ａ）と実質的に分離されており、前記流れ領域（７ａ）及び前記蓄熱領域（６ａ）は、前記蓄熱媒体（３）の受熱時及び放熱時に前記作動流体（２）と前記蓄熱媒体（３）との間で熱伝達を起こし得るように相互連結される蓄熱器。
【請求項９】
前記蓄熱領域（６ａ）は、補助流体（８）用の供給ライン及び排出ラインを有し、前記蓄熱領域（６ａ）は、補助流体（８）が流れることができる、請求項８に記載の蓄熱器。
【請求項１０】
請求項１から７のいずれかに記載の方法を実行するようになった蓄熱器システム（１）であって、請求項８又は９に記載の熱交換器（６）、圧縮器（１０）、相コンバータ（１１）を備え、好ましくは、減圧弁（１２）、蓄熱器（６）、圧縮器（１０）、相コンバータ（１１）を備え、好ましくは、前記減圧弁（１２）は、補助流体（８）用の閉じたサイクルによって相互連結される、蓄熱器システム（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも１つの熱化学的蓄熱媒体を用いて作動流体を加熱及び冷却するための方法、蓄熱器、及び蓄熱器システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の蓄熱器は水等の蓄熱媒体を使用しており、高い熱容量が特徴である。「明らかな」又は「顕在化した」熱が蓄熱される。蓄熱媒体が受熱と発熱との間で拡散される温度内で全体的な変化（ａｇｇｒｅｇａｔｅ  ｃｈａｎｇｅ）を経験する場合に、高いエネルギ密度が得られる。この潜熱蓄熱媒体の利点は、蓄熱器の温度上昇が小さく、同時に熱吸収が高いことである。しかしながら、顕熱及び潜熱蓄熱の場合、長時間にわたる蓄熱のためには蓄熱器の断熱が必要になる。
【０００３】
熱化学的蓄熱器の場合、蓄積された熱は顕在化しない。低い温度範囲における適切な可逆反応は、とりわけ、吸収又は固体による作動媒体の吸収等の吸収プロセスである。このような吸着蓄熱器は、熱化学的蓄熱媒体から熱の供給によって抽出される水等の蒸発物質で満たされる。この目的のために、例えば、高温乾燥ガス流を蓄熱媒体に供給でき、受熱時に脱着により追い出される水は、蓄熱器が受け取り、高温乾燥ガス流と一緒に排出される。結果的に冷却され湿ったガス流は、通常、周囲環境に送られる。その後、吸着熱を放出するために、水蒸気が受熱した蓄熱媒体に供給され、水蒸気が吸着材料に吸着すると、熱の形態の結合エネルギが放出される。
【０００４】
更に、熱化学的蓄熱材料が知られており、蓄熱材料への熱供給は、化学反応（受熱）による物質の放出をもたらす。この物質がその後に受熱した蓄熱材料に供給される場合、逆の化学反応（放熱）による物質の放出をもたらす。例えば、従来から、熱供給により分解反応及び少なくとも１つの分解生成物及び（蒸発可能な）物質の形成が行われる熱化学的材料が知られている。物質が再度分解生成物に供給されると反応熱が放出される。
【０００５】
作動流体の加熱及び／又は冷却のために公知の熱化学的蓄熱材料を使用する場合、作動流体が熱化学的蓄熱媒体を通ると、蓄熱媒体の受熱時に作動流体は放出された物質を受け入れるが、凝縮及び／又は作動流体内の放出物質の存在に起因する問題が生じる場合がある。例えば、脱着過程又は分解反応の間に水が放出されて作動流体が受け入れる場合、作動流体の水蒸気の濃度が高くなるので、更なる作動流体の使用時に望ましくない凝縮に繋がる場合がある。受熱時に放出される物質がガス流で周囲環境に運ばれる場合、熱物質の減量に繋がるので、蓄熱媒体の放熱のために、後で再度物質を供給する必要がある。最後に、作動流体が熱化学的蓄熱器を通って流れる際に異物及び粒子が蓄熱媒体に入るという不都合があり、蓄熱媒体の破壊及び／又は蓄熱器の性能低下に繋がる
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、前述の問題点が発生しない、方法、蓄熱器、及び蓄熱器システムを提供することにある。更に、本発明の目的は、簡単な方法で及び高効率の蓄熱でもって新規な用途領域で使用できる、前述の方法、蓄熱器、及び蓄熱器システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前述の方法において、前述の目的は、蓄熱媒体が設けられた少なくとも１つの熱化学的蓄熱器を通って作動流体を供給することで解決されるが、作動流体は、蓄熱媒体と接触することなく導かれ、蓄熱媒体の受熱時、熱流量は作動流体から蓄熱媒体に伝達され、少なくとも１つの物質が蓄熱媒体から放出されて蓄熱器の外に運ばれ、蓄熱媒体の放熱状態で、物質が、蓄熱媒体に、又は少なくとも蓄熱媒体の放熱時に生成される蓄熱媒体の反応物質に供給されて熱を放出し、熱流量（Ｑ）が作動流体に伝達される。
【０００８】
従って、本発明の蓄熱器は、作動流体のための流れ領域及び少なくとも１つの蓄熱媒体を有する蓄熱領域を備え、流れ領域は、作動流体が流れる際に蓄熱媒体と接触することなく導かれるように蓄熱領域と実質的に分離されており、流れ領域及び蓄熱領域は、蓄熱媒体の受熱時及び放熱時に作動流体と蓄熱媒体との間で熱伝達を起こし得るように相互連結される。
【０００９】
この点において、本発明は、蓄熱媒体の受熱時及び発熱時に、作動流体と熱化学的蓄熱媒体との間で間接的な熱伝達を行う基本的な考え方に基づいており、受熱時に必要な熱供給は作動流体の冷却に繋がり、蓄熱媒体の発熱時に放出される吸着熱又は反応熱は作動流体の加熱に繋がる。作動流体を蓄熱媒体から物質的に分離するので、特に、蓄熱媒体の受熱により蓄熱媒体から放出された物質が作動流体に入ることがなく、このことは特に組成物が特定に要件を満たす必要がある作動流体には好都合である。例えば、蓄熱媒体の受熱時に、水が（蒸発可能な）物質として放出される場合、本発明の方法では、作動流体の水蒸気濃度が高くならない。このことは、特に、作動流体への高い水蒸気充填が、例えば作動流体の更なる使用時の凝縮水の形成による不都合を引き起こし得る場合に好都合である。作動流体を蓄熱媒体から物質的に分離することで、蓄熱器の性能を損なう破壊的な物質及び／又は粒子の蓄熱媒体への流入を防止できる。更に、作動流体と蓄熱媒体との間の物質的な分離により、一方で作動流体の流れ領域、他方で蓄熱媒体の蓄熱領域において異なる圧力レベルを設定でき、これにより本発明の好都合な別の実施形態が可能になる。これは以下に詳細に説明する。
【００１０】
本発明の別の態様は、圧縮空気蓄熱パワープラントのための圧縮空気を加熱又は冷却するための本発明による方法、蓄熱器、及び蓄熱器システムに関する。本態様は、本質的に発明の有意性を定める。従来公知の圧縮空気蓄熱パワープラントにおいて、空気圧縮による容器蓄熱器の受熱時に発生する熱は放散され、その後、化石燃料の燃焼により放熱時に再供給される（非断熱圧縮空気蓄積）。結果として減圧が必要である、圧縮時に発生した熱を蓄積（断熱圧縮空気蓄積）する従来のやり方は、顕熱蓄熱の利用に基づいており、特に、欧州公開特許第１８５７６１４号明細書に説明するようなコンクリート、セラミックス、又は蓄熱媒体として高温耐性の高い類似の材料の使用に基づいている。顕熱蓄熱の特性により、高温及び／又は大きな蓄熱器容量が必要であり、これにより圧縮器技術及び／又は圧縮空気蓄熱器の最大８０バールの圧力レベルと接続する蓄熱器の問題を引き起こす場合がある。本発明による熱化学的蓄熱器の使用により、必要となる蓄熱材料の量を低減できるので、耐圧のための構造要件を低減でき、蓄熱に関するコストを低減できる。
【００１１】
本発明による解決策は、特に、圧縮空気蓄熱パワープラント用の圧縮空気の加熱及び冷却のために、受熱時に蒸発物質としての水を放出する蓄熱媒体に関して好都合である。作動流体及び蓄熱媒体の物質的な分離によって、蓄熱媒体の受熱時に作動流体中の水蒸気濃度を一定にでき、受熱時に放出される水は、例えば、他のガス流又は他の方法で蓄熱器の蓄熱領域の外に運ばれる。一般に、放出される水蒸気は、例えば吸引により蓄熱領域から取り除かれる。代わりに熱化学的蓄熱器システムを使用する場合、作動流体は蒸発物質（水）を受け入れ、蓄熱器の壁上及び蓄熱器（容器）に水蒸気の（さらなる）凝縮が発生し、凝縮熱は蓄熱器を循環するエネルギを引き出し、蓄熱効果を低下させる。更に、壁上に蓄積する水は、制御できない溶解過程をもたらし、これはアンダーキャストに等しい。水だめ中に残った水は継続的に増加するので定期的にポンプで汲み上げる必要がある。
【００１２】
本発明の方法の好ましい実施形態において、蓄熱媒体の受熱時に充填され蓄熱器から外に運ばれる物質は、蓄熱媒体の発熱のために蓄熱器に蓄積されてそこから取り除かれ、蓄熱器に再循環されるようになっている。従って、蓄熱媒体の受熱のための物質を外部で準備して供給することは一般に必要ないが、蓄熱器システムで発生する場合がある物質の喪失分を補うために供給することができる。
【００１３】
蓄熱媒体の受熱時に蓄熱器から放出される物質を運ぶこと及び／又は蓄熱媒体の発熱のために物質を蓄熱器に（再度）供給することができるために、特にガス流、詳細には空気流の補助流体を利用でき、補助流体は、蓄熱器を通って流れ、同時に蓄熱媒体及び／又は蓄熱媒体の受熱時に形成される蓄熱媒体の反応生成物と接触した状態になる。従って、蓄熱器の蓄熱領域から物質を取り除くこと、又は物質を供給することが簡単になる。これに関連して、作動流体の流路とは実質的に異なり、好ましくは閉じたサイクル内に補助流体を供給することは更に好都合である。補助流体と作動流体との間を物質的に分離したので、放出された物質の作動流体へ移ることを安全に防止できる。閉じたサイクルにより、物質の再循環が可能になり、蓄熱媒体の受熱時に補助流体を介して移動させる物質は、最初に補助流体から分離され、蓄熱媒体の発熱時に利用するために蓄積できる。蓄熱媒体の発熱に関連して、次に、物質は物質蓄積器から取り除かれて補助流体に加えられ、物質の又は受熱時に形成された蓄熱媒体の反応生成物の蓄熱媒体への移動に繋がる。
【００１４】
好ましくは、物質の分離を容易にするために、補助流体は放出された物質と反応しないことを理解されたい。
【００１５】
蓄熱媒体の受熱時に放出される物質は、相変換によって補助流体から分離でき、好ましくは、相変換時に放出されるエネルギの少なくとも一部は蓄積され、蓄熱媒体の発熱時に物質を使用するために、物質の新しい相変換のために使用できる。蓄熱媒体の水又は水蒸気が（蒸発可能な）物質として放出される場合、凝縮によって補助流体から容易に抽出できる。その際に、凝縮熱は他の蓄熱器に蓄積でき、例えば、潜熱蓄熱器、他の熱化学的蓄熱器、又は顕熱蓄熱器であってもよい。蓄熱媒体の発熱のために、次に、凝縮水が蒸発され、次に、補助流体に戻され、蓄積された凝縮熱が蒸発のために使用される。閉じたサイクル蓄熱器システムの熱蒸発器と凝縮器又は相コンバータとの間の水蒸気の移動により、水蒸気の周囲環境への放出による熱損失を防ぐことができる。放出された物質は、補助流体と一緒に好ましくは閉じたサイクルに供給される。しかしながら、本発明では、物質の喪失分を補うために補助流体の（閉じた）サイクルに必要な量の物質を追加できる。
【００１６】
本発明の方法及び蓄熱器を圧縮空気蓄熱パワープラントの圧縮空気を加熱又は冷却するために使用する場合、補助流体の再循環は特に好都合である。本発明の解決策とは対照的に、蓄熱媒体の受熱時に放出された水蒸気を作動流体が受け入れる場合、容器蓄熱器内の水の凝縮後に蓄積された空気の空気湿度は、一般に、もはや蓄積された熱出力を（完全に）放出するには十分ではない。その結果、蓄熱媒体の受熱のために、蓄熱器に入る前に蓄積された空気に水蒸気を加える必要がある。熱エネルギを使って水蒸気を生成する必要があるので、熱蓄積の効率が低下する。更に、インジェクタから蓄熱器に水を噴射すると、蓄熱媒体が破損する場合もある。このような不都合は、十分な量の蒸発物質が、補助流体サイクルを循環する、又は蓄熱媒体の発熱のためにサイクルの蓄熱器から取り除かれて蓄熱器に入る前に補助流体へ再供給される、本発明の循環の場合は発生しない。
【００１７】
用語「熱化学的蓄熱媒体」は、脱着過程及び／又は少なくとも１つの化学反応、特に分解反応に基づく熱供給が、水及び／又は少なくとも１つの物質の放出に繋がるような蓄熱材料を呼ぶ。脱着過程及び／又は化学反応により物質を放出する吸熱は、本発明に関しては「蓄熱媒体の受熱」であることを理解されたい。蓄熱媒体の放熱のために、又は吸着熱及び／又は反応熱を放出するために、蒸発した又は分離された物質は、吸着物質又は化学反応の間に生成された反応生成物に再供給する必要がある。吸着物質は、ゼオライト及び／又はシリカゲルのグループから選択できる。更に、熱の放出が、例えば、金属水酸化物、特に水酸化カルシウムの分解及び／又は水酸化マグネシウム、並びに金属水素化物、特に水酸化マグネシウムの分解である分解反応によって受熱時にもたらされる、蓄熱媒体を使用できる。更に、当業者には公知の別の化学反応が可能である。熱エネルギが付与されると（受熱）物質を放出し、物質が供給されるその後の発熱時に吸着及び／又は反応熱を生じる。
【００１８】
特に、本発明に関連して、水が脱着に基づいて放出される又は蓄熱媒体の受熱時に反応生成物として特に分解反応に基づいて放出される、蓄熱媒体を使用する必要がある。本発明に関連して、特に、異なる蓄熱媒体を混合したものが好都合であることが分かっている。これに関連して、ゼオライトが酸化マグネシウムの担体材料として使用される混合蓄熱器の使用が可能である。前述の記載は包括的ではないことを理解されたい。特に、他の蓄熱媒体を発熱時に反応熱を放出する蓄熱媒体と一緒に使用できる。
【００１９】
本発明の他の好ましい実施形態において、受熱時に蓄熱器又は蓄熱媒体の蓄熱領域の圧力レベルの低下は、蓄熱媒体の受熱時に蒸発物質の排出を助けるために行うことができる。従って、蓄熱媒体の受熱時に脱着過程を促進できる。蓄熱媒体の受熱時に分解反応が行われる場合も同様である。この関連において、特に蓄熱媒体の受熱時に蓄熱媒体の領域で大気圧に対して圧力レベルの低下をさせることが行われる。更に、稼働過程又は反応を助長するために、蓄熱媒体の発熱時に圧力レベルを増加させることができる。
【００２０】
好ましくは、脱着又は分解反応による受熱時に蒸発物質として水を放出する蓄熱媒体が使用され、特に補助流体から蒸発物質を抽出することを助長する。この場合、蒸発物質は、凝縮によって補助流体から分離でき蒸発によって補助流体に再供給できる。凝縮を促進するために、凝縮は、蓄熱器（又は蓄熱媒体の蓄熱領域）の圧力レベルに応じて増加する補助流体の圧力レベルで行うことができ、蒸発は、蓄熱器の圧力レベルに応じて低下する圧力レベルで行うことができる。
【００２１】
本発明による方法の特に単純な実施形態において、蓄熱媒体の受熱と発熱との間の切り換え時に補助流体の流れ方向を逆にすることができる。従って、僅かな技術的努力で、一方で蓄熱媒体のための蓄熱器の蓄熱領域において、他方で相コンバータとして蓄熱器の下流に配置された凝縮器／蒸発器において異なる圧力レベルを設定できる。
【００２２】
蓄熱媒体の受熱時に作動流体の強力な冷却を実現するために、熱化学的蓄熱器を通過する前に又は通過後に作動流体の事前冷却又は事後冷却を行うことができる。従って、作動流体の事前又は事後冷却は、蓄熱媒体の発熱時に作動流体の温度レベルを更に上昇させるために行うことができる。この目的のために、少なくとも１つの別の蓄熱器又は熱交換器、好ましくは潜熱蓄熱器又は顕熱蓄熱器を、熱化学的蓄熱器の上流又は下流に配置できる。上流又は下流の蓄熱器又は熱交換器は、熱化学的蓄熱器とは異なる温度レベルで作動することを理解されたい。
【００２３】
本発明の前述の態様及び特徴及び本発明の以下の態様及び特徴は、図面に基づいており、何らかの組み合わせにおいて、互いに無関係に実現できるが、独立して説明されていない場合でも、本発明の少なくとも１つの独立請求項の前提部分にそれぞれ関連している。従って、発明の有意性は本質的に説明した特徴又は態様の各々に帰属する必要がある。明示されていない場合でも、少なくとも１つの独立請求項の前提部分の特徴を有する従属請求項の特徴部分の任意の組み合わせも同様に可能である。本発明の別の利点、特徴、特性、及び態様は、以下の図面に基づく好ましい実施形態の説明から引き出すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明による熱化学的蓄熱器を備える蓄熱器システムの熱化学的蓄熱媒体の受熱時の概略図である。
【図２】図１に示す蓄熱器システムの蓄熱媒体の放熱時の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図１及び２は、少なくとも１つの熱化学的蓄熱媒体３を使用して作動流体２を加熱及び冷却するための蓄熱器システム１を示す。作動流体２は、圧縮器４で加圧されて圧縮空気として容器５に蓄圧される空気である。圧縮空気は、圧縮空気蓄圧器パワープラント（本明細書では詳細に示されていない）のエネルギ蓄積のために使用される。蓄熱器システム１の構造及び作動モードに関する以下の実施形態は、圧縮空気蓄圧器パワープラントのエネルギ蓄積のための圧縮空気の冷却又は加熱に限定されないことを理解されたい。
【００２６】
図示の実施形態において、蓄熱器システム１は、容器５内に蓄圧される前に加圧によって加熱される作動流体２を冷却するために設けられるので、放散される熱エネルギＱは蓄熱器６に蓄積されることになる。蓄熱器６は、作動流体２のための流管７でできているレジスタを有し、作動流体２のための流れ領域７ａを形成する。流管７は、実際の蓄熱材料としての熱化学的蓄熱媒体３内に組み込まれており、蓄熱媒体３は、蓄熱器６の蓄熱領域６ａに配置される。ゼオライト及び酸化マグネシウムの混合物は蓄熱媒体３として使用できる。一般に、他の熱化学的蓄熱媒体も利用できることを理解されたい。
【００２７】
蓄熱器６の流れ領域７ａは、実質的に蓄熱領域６ａから分離されているので、作動流体２を蓄熱媒体３と混合することはできない。更に、流れ領域７ａ及び蓄熱領域６ａは、蓄熱媒体３の流入時及び排出時に、作動流体２と蓄熱媒体３との間の熱伝達が可能なように相互に連結される。これに関連して、蓄熱器６は、蓄熱媒体３が収容される蓄熱領域６ａを有する。蓄熱領域６ａは、補助流体８のための供給ライン（図示せず）及び排出ラインを有し、補助流体８は、蓄熱領域６ａを通って流れることができる。補助流体８は、蓄熱媒体３を通って又は蓄熱媒体３に沿って供給されるので、作動流体２は、蓄熱器６を通過する際に蓄熱媒体３に接触することなく導かれ、補助流体８は、蓄熱器６を通過する際に蓄熱媒体３と接触する。従って、蓄熱器システム１は、補助流体８と作動流体２との間で間接的に熱伝達を行うように設計される。
【００２８】
補助流体８は密閉サイクル９内で運ばれる。サイクル９において、最初に補助流体８は蓄熱器６の蓄熱媒体３を通る流路を通って流れ、次に、圧縮器１０を経由して対応する経路を通って相コンバータ１１に運ばれる。減圧弁１２は、相コンバータ１１と蓄熱器６との間の経路に設けられる。更に、蓄熱器システム１は、水タンク１３又は凝縮水用の蓄熱器のタンクを有する。最後に、潜熱蓄熱器又は熱化学的又は顕熱蓄熱器として設計できる、別の蓄熱器１４が設けられる。蓄熱器６、圧縮器１０、相コンバータ１１、及び水タンク１３、並びに減圧弁１２を備えるサイクル９は、補助流体８のクローズドシステムを形成する。補助流体８と作動流体２との間で物質交換は行われない。更に、補助流体８と周囲環境との間の物質交換は行われないことが好ましい。しかしながら、それぞれ周囲環境又は外部蓄積器からサイクル９への水の供給は、一般に、水の損失を補う目的で行うことができる。
【００２９】
図示の蓄熱器システム１の作動モードを以下に説明する。作動流体２及び補助流体８は、同時に蓄熱器６を通って流れる。圧縮により加熱された作動流体２と補助流体８との間の温度差によって、熱流量Ｑは、流管７を経由して作動流体２から蓄熱媒体３に伝達される。このことは、図１に示す蓄熱媒体３の受熱をもたらす。蓄熱媒体３の受熱時、作動流体２の熱は、少なくとも１つの蒸発物質１５において蓄熱媒体３からの吸熱反応の放熱に利用され、同時に、蒸発物質１５は、蓄熱媒体３を通って流れる補助流体８が受け取り、補助流体８と一緒に蓄熱器６の外に運ばれる。このことは図１に概略的に示されている。この例示的な実施形態において蒸発物質１５は水である。
【００３０】
受熱時に、蓄熱媒体３上の蓄熱領域６ａの圧力レベルは低下し、補助流体８は蒸発物質１５と一緒に圧縮器１０の吸引力で蓄熱器６から取り除かれる。蓄熱媒体３側の蓄熱器６の水蒸気分圧の変化により、蒸発物質１５の早い蒸発がもたらされる。補助流体８は、蒸発物質１５と一緒に圧縮器１０を経由して凝縮モードで作動する相コンバータ１１に運ばれる。同時に補助流体８の圧力レベルは圧縮器１０の吸引力により相コンバータ１１内で上昇する。これにより蒸発物質１５を運ぶ補助流体８の温度も上昇する。次に、コンデンサ１１において、蒸発物質１５は凝縮によって補助流体８から分離される。凝縮は、蓄熱媒体３側の蓄熱器６の圧力レベルに対して補助流体８の増加した圧力レベルで起こる。凝縮時に除去された水は水タンク１３に蓄積される。相コンバータ１１において補助流体８の冷却時に放出される熱量Ｑは蓄熱器１４に蓄積される。
【００３１】
結果的に、補助流体８は、高温レベルで蓄熱器６から流出すると共に飽和水蒸気である。後続の圧縮により、更にエネルギが補助流体に入力されて結果的に温度が更に上昇する。
補助流体８は冷却されて水蒸気量が少ない状態で相コンバータ１１から流出する。
【００３２】
減圧弁１２により補助流体８は液化するので、補助流体８が蓄熱器６に戻る前に更に温度が低下する。蓄熱媒体３への供給により、補助流体８は蒸発物質１５の再吸収が可能になる。
【００３３】
冷却されることになる作動流体２の温度を更に低下させるために、少なくとも１つの別の蓄熱器１６を蓄熱器６の上流側又は下流側に配置できる。この蓄熱器１６は、主蓄熱器を構成する蓄熱器６とは異なる温度レベルで作動する。別の蓄熱器１６は、潜熱蓄熱器又は顕熱蓄熱器として設計できる。更に、追加の蓄熱器１６を熱化学的蓄熱器として設計することも可能であり、蓄熱器６とは異なる蓄熱媒体を使用できる。更に、作動流体２を予冷するために、図１に破線１７で示す乾燥、冷却された補助ガス８を使用できる。
【００３４】
図２は、蓄熱媒体３の放熱を概略的に示す。液化及び加熱されることになる作動流体２は、蓄熱器６の流管７を通って容器５から外に運ばれる。圧縮器１０は、圧力モードで作動し、所定の圧力変化が一方では相コンバータ１１で他方では蓄熱器６で起こる。相コンバータ１１における圧力低下と共に、蓄熱器１４に蓄積された凝縮エネルギＱにより、蒸発物質１５として水タンク１３から取り出した水の蒸発が引き起こされる。発生した水蒸気は、圧縮器１０によって補助流体８と一緒に加圧され、加圧下で熱媒体３に供給される。作動流体２に熱を伝達すると、蒸発物質１５は発熱反応で蓄熱媒体３と結合する。蓄熱媒体３が放熱される場合、吸着プロセス及び水酸化マグネシウムの生成により、作動流体２に伝達される吸着熱及び反応熱の放出がもたらされる。熱流量Ｑの伝達により、作動流体２は  蓄熱器６を流れる間に温度が上昇する。
【００３５】
蒸発物質１５を補助ガス８から分離した後、補助ガスは乾燥及び高温又は暖かい状態で減圧弁１２に到達し、液化されて結果的に冷たくなる。図２では蒸発モードで作動する相コンバータ１１において、水蓄熱媒体３の放熱が終了するまで、又は水蓄熱媒体３の水の吸着及び／又は水酸化マグネシウムの生成反応が終わるまで水蒸気は再度吸着される。
【００３６】
所望であれば、作動流体２の温度を更に上昇させるために、熱化学的蓄熱器、潜熱蓄熱器、又は顕熱蓄熱器として設計できる別の蓄熱器１６を同様に蓄熱器システム１の主蓄熱器としての蓄熱器６の上流及び／又は下流に配置できる。従って、別の蓄熱器１６は、蓄熱器６とは異なる温度レベルで作動する。図２の破線１８に示すように、作動流体２は、必要であれば、乾燥した暖かい補助ガス８によって蓄熱器６に流入する前に予熱することができる。
【００３７】
蓄熱器システム１により、蓄熱媒体３の放熱時に放出される熱エネルギＱを蓄積して、その後に殆ど損失なく再利用できる。熱エネルギＱに関する蓄熱器システム１の蓄熱器の性能は、必要に応じて調整可能であり、熱利用の領域及び／又は圧縮空気蓄熱器パワープラントの用途も可能である。蓄熱器の容量及び利用可能温度範囲は、対応する蓄熱媒体３の選択によって設定できる。蒸発物質１５を運ぶために補助流体８を使用することで、作動流体２内の蒸発物質１５の濃化を防止できる。更に、蓄熱媒体３から作動流体２を分離することで、作動流体２内の不純物による蓄熱媒体３の蓄熱性の外乱又は障害を防止できる。閉じたサイクルで補助流体８を運ぶので、蒸発物質１５の凝縮時の補助流体８からの熱損失Ｑをほぼ完全に防止でき、凝縮熱Ｑを蓄熱器１４に暫定的に蓄積して、蒸発物質１５の潜熱蒸発に再利用することができる。このことは、前述の蓄熱器システム１を用いた蓄熱の高い全体的効率に貢献する。
【図１】
2013519862.tif 000003
【図２】
2013519862.tif 000004
【国際調査報告】
2013519862.tif 000005
2013519862.tif 000006
2013519862.tif 000007
2013519862.tif 000008