(57)【要約】本発明は、ｎ個のエネルギセル（１２１、…、１２ｎ）を備えたエネルギシステム（１０）を用いて、熱エネルギを再生する方法に関し、ここでｎはｎ≧２を満たす整数である。前記エネルギセル（１２１、…、１２ｎ）は一列に接続されている。各エネルギセル（１２１、…、１２ｎ）は、平均相変化温度（ＰＣＭＴ１、…、ＰＣＭＴｎ）を備えた相変化材料（ＰＣＭ１、…、ＰＣＭｎ）を有し、ＰＣＭＴ１＞ＰＣＭＴ２＞…＞ＰＣＭＴｎである。前記エネルギセル（１２１、…、１２ｎ）は、前記相変化材料（ＰＣＭ１、…、ＰＣＭｎ）が固相から液相に変化する際に、機械エネルギを生成するとともに、残りの熱エネルギ（ＲＨ１、…、ＲＨｎ）を前記エネルギセル（１２１、…、１２ｎ）に蓄積する工程、あるいは、前記相変化材料（ＰＣＭ１、…、ＰＣＭｎ）が液相から固相に変化する際に冷却される工程と、前記残りの熱エネルギ（ＲＨｘ）を、冷却される一つのエネルギセル（１２ｘ）から、入力エネルギとして次のエネルギセル（１２ｘ＋１）に伝達する工程とを実行し、前記方法は、前記エネルギセル（１２１、…、１２ｎ）に接続された制御手段（１８）を用いて、前記エネルギシステム（１０）を第一段階及び第二段階の間において交互に制御する工程であって、前記第一段階の間に、一つおきのエネルギセル（１２１、１２３、１２５、…）は機械エネルギを生成するとともに、一つおきのエネルギセル（１２２、１２４、１２６、…）は冷却され、前記第二段階の間には逆に、前記一つおきのエネルギセル（１２１、１２３、１２５、…）は冷却されるとともに、前記一つおきのエネルギセル（１２２、１２４、１２６、…）は機械エネルギを生成する工程を備える。
2011516772.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱エネルギを再生するように作動可能なエネルギシステム（１０）であって、前記エネルギシステム（１０）はｎ個のエネルギセル（１２１、…、１２ｎ）を備え、ｎはｎ≧２を満たす整数であり、前記エネルギセル（１２１、…、１２ｎ）は一列に接続され、前記エネルギシステム（１０）は第一のエネルギセル（１２１）に接続された熱源（１４）と、最後のエネルギセル（１２ｎ）に接続された冷却手段（１６）とをさらに備え、各エネルギセル（１２１、…、１２ｎ）は平均相変化温度（ＰＣＭＴ１、…、ＰＣＭＴｎ）を備えた相変化材料（ＰＣＭ１、…、ＰＣＭｎ）を有し、ＰＣＭＴ１＞ＰＣＭＴ２＞…＞ＰＣＭＴｎであり、各エネルギセル（１２１、…、１２ｎ）は、相変化材料（ＰＣＭ１、…、ＰＣＭｎ）が固相から液相に変化する際に、機械エネルギを生成するとともに、残りの熱エネルギ（ＲＨ１、…、ＲＨｎ）を前記エネルギセル（１２１、…、１２ｎ）に蓄積させるか、あるいは相変化材料（ＰＣＭ１、…、ＰＣＭｎ）が液相から固相に変化する際に冷却され、冷却されるエネルギセル（１２ｘ）からの前記残りの熱エネルギ（ＲＨｘ）が、入力エネルギとして次のエネルギセル（１２ｘ）に伝達される時、前記エネルギシステム（１０）は前記エネルギセル（１２１、…、１２ｎ）に接続され、かつ前記エネルギシステム（１０）を第一段階および第二段階の間において交互に制御するように作動可能な制御手段（１８）をさらに備え、前記第一段階の間に、一つおきのエネルギセル（１２１、１２３、１２５、…）は機械エネルギを生成するとともに、一つおきのエネルギセル（１２２、１２４、１２６、…）は冷却され、前記第二段階の間には逆に、前記一つおきのエネルギセル（１２１、１２３、１２５、…）は冷却されるとともに、前記一つおきのエネルギセル（１２２、１２４、１２６、…）は機械エネルギを生成することを特徴とするエネルギシステム（１０）。
【請求項２】
各エネルギセル（１２１、…、１２ｎ）は前記相変化材料（ＰＣＭ１、…、ＰＣＭｎ）を備えるチャンバ手段（２０１、…、２０ｎ）を有し、前記エネルギシステム（１０）は前記熱源（１４）、前記冷却手段（１６）、及び前記チャンバ手段（２０１、…、２０ｎ）の各々に接続された熱伝達システム（２２）をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の熱エネルギを再生するように作動可能なエネルギシステム（１０）。
【請求項３】
前記各相変化材料（ＰＣＭ１、…、ＰＣＭｎ）の相変化は、二つの異なる温度（Ｔａ１及びＴｂ１、…、Ｔａｎ及びＴｂｎ）の間において生じ、Ｔｂ１＞Ｔａ１であり、前記平均相変化温度はＰＣＭＴ１＝（Ｔａ１＋Ｔｂ１）／２として定義されることを特徴とする請求項１又は２に記載の熱エネルギを再生するように作動可能なエネルギシステム（１０）。
【請求項４】
Ｔａ１＞Ｔａ２、Ｔｂ１＞Ｔｂ２、…、Ｔｂｎ−１＞Ｔｂｎであることを特徴とする請求項３に記載の熱エネルギを再生するように作動可能なエネルギシステム（１０）。
【請求項５】
請求項２に従属する場合、前記熱伝達システム（２２）はｎ個のコンテナ手段（２４１、…、２４ｎ）を備え、各コンテナ手段（２４１、…、２４ｎ）はチャンバ手段（２０１、…、２０ｎ）に接続され、前記熱伝達システム（２２）は、前記熱源（１４）、前記冷却手段（１６）、及び前記熱源（１４）と前記冷却手段（１６）との間の各コンテナ手段（２４１、…、２４ｎ）の上側部に接続される第一管路手段（２６１）と、前記熱源（１４）、前記冷却手段（１６）、及び前記熱源（１４）と前記冷却手段（１６）との間の各コンテナ手段（２４１、…、２４ｎ）の下側部に接続される第二管路手段（２６２）とをさらに備え、前記熱伝達システム（２２）は熱伝達媒体を備えることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか一項に記載の熱エネルギを再生するように作動可能なエネルギシステム（１０）。
【請求項６】
前記熱伝達媒体は、水、油、ヒートパイプ、あるいは液相または固相の他の好適な媒体であることを特徴とする請求項５に記載の熱エネルギを再生するように作動可能なエネルギシステム（１０）。
【請求項７】
前記エネルギシステム（１０）は、前記第一段階および前記第二段階の間の変化に関連して作動可能な少なくとも一つのバルブ手段（３０１）および少なくとも一つのポンプ手段（２８１）の少なくともいずれか一方をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の熱エネルギを再生するように作動可能なエネルギシステム（１０）。
【請求項８】
ｎ個のエネルギセル（１２１、…、１２ｎ）を備えたエネルギシステム（１０）を用いて熱エネルギを再生する方法であって、ｎはｎ≧２を満足する整数であり、前記エネルギセル（１２１、…、１２ｎ）は一列に接続され、各エネルギセル（１２１、…、１２ｎ）は平均相変化温度（ＰＣＭＴ１、…、ＰＣＭＴｎ）を備えた相変化材料（ＰＣＭ１、…、ＰＣＭｎ）を有し、ＰＣＭＴ１＞ＰＣＭＴ２＞…＞ＰＣＭＴｎであり、前記エネルギセル（１２１、…、１２ｎ）は、
前記相変化材料（ＰＣＭ１、…、ＰＣＭｎ）が固相から液相に変化する際に、機械エネルギを生成するとともに、残りの熱エネルギ（ＲＨ１、…、ＲＨｎ）を前記エネルギセル（１２１、…、１２ｎ）に蓄積する工程か、
前記相変化材料（ＰＣＭ１、…、ＰＣＭｎ）が液相から固相に変化する際に冷却される工程と、
前記残りの熱エネルギ（ＲＨｘ）を、冷却される一つのエネルギセル（１２ｘ）から、入力エネルギとして次のエネルギセル（１２ｘ＋１）に伝達する工程とを実行し、前記方法は、
前記エネルギセル（１２１、…、１２ｎ）に接続された制御手段（１８）を用いて、前記エネルギシステム（１０）を、第一段階及び第二段階の間において交互に制御する工程であって、前記第一段階の間に、一つおきのエネルギセル（１２１、１２３、１２５、…）は機械エネルギを生成するとともに、一つおきのエネルギセル（１２２、１２４、１２６、…）は冷却され、前記第二段階の間には逆に、前記一つおきのエネルギセル（１２１、１２３、１２５、…）は冷却されるとともに、前記一つおきのエネルギセル（１２２、１２４、１２６、…）は機械エネルギを生成する工程を備える方法。
【請求項９】
前記第一エネルギセル（１２１）に接続された熱源（１４）を用いて、熱エネルギを前記第一エネルギセル（１２１）に伝達する工程か、
前記最後のエネルギセル（１２ｎ）に接続された冷却手段（１８）を用いて、前記残りの熱エネルギ（ＲＨｎ）を前記最後のエネルギセル（１２ｎ）から除去する工程かをさらに備えることを特徴とする請求項８に記載の熱エネルギを再生する方法。
【請求項１０】
前記熱源（１４）、前記冷却手段（１８）、及び前記エネルギセル（１２１、…、１２ｎ）の各々に接続された熱伝達システム（２２）を用いて、熱エネルギを前記熱源（１４）、前記エネルギセル（１２１、…、１２ｎ）、及び前記冷却手段（１８）の間において伝達する工程をさらに備えることを特徴とする請求項９に記載の熱エネルギを再生する方法。
【請求項１１】
前記方法は、各相変化材料（ＰＣＭ１、…、ＰＣＭｎ）が二つの異なる温度（Ｔａ１及びＴｂ１、…、Ｔａｎ及びＴｂｎ）の間において前記相変化を生じる工程であって、Ｔｂ１＞Ｔａ１である工程をさらに備え、
前記平均相変化温度はＰＣＭＴ１＝（Ｔａ１＋Ｔｂ１）／２として定義されることを特徴とする請求項８乃至１０のいずれか一項に記載の熱エネルギを再生する方法。
【請求項１２】
Ｔａ１＞Ｔａ２、Ｔｂ１＞Ｔｂ２、…、Ｔｂｎ−１＞Ｔｂｎとなるように前記温度を選択する工程をさらに備えることを特徴とする請求項１１に記載の熱エネルギを再生する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
第一の態様において、本発明は熱エネルギを再生するように作動可能なエネルギシステムに関する。第二の態様によると、本発明は熱エネルギを再生するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、熱エネルギを機械エネルギに変換して、その機械エネルギを蓄積し、かつ蓄積されたエネルギを電気エネルギに変換する多くの装置および方法に関する。熱を加えることによって膨張させられた膨張体（ＥＢ）（１２）は、要求に応じて直列または並列に相互に連結される。加熱により生じる延長および冷却により生じる短縮は、膨張体の端部においてエネルギとして使用可能となる。装置は膨張体を加熱する。膨張体の出力部に連結されることによって、シリンダピストンシステムはストロークの全長を短くする。混合加熱交換装置は熱の利用を最適化する。熱膨張させ、かつ熱膨張を仕事に変換することによってエネルギを生成するシステムを作動させる方法のための独立請求項も含まれている。
【０００３】
特許文献２は、特に太陽エネルギシステム用の改良型蓄熱装置に関する。二層システムが熱エネルギを取得および蓄積するために用いられ、上側または下側の層は熱の抽出に、他方の層は熱の伝達に用いられる。どちらかの層は相変化材料として機能し得る。蓄積された熱は、前記システムの外側へ伝導され、変換システム、即ち熱を機械的または電気的エネルギに変換するシステムにおいて直接用いられるか、さらなる応用のために熱として伝達される。
【０００４】
特許文献３は、廃熱から電力を回収するために水素吸蔵合金を利用する方法および装置に関する。より具体的には、発電するためのタービンを駆動するために、水素ガスと、水素吸蔵合金から放出された熱とを利用して、廃熱から電力を回収する方法および装置に関する。前記装置は、水素吸蔵合金を含む第一および第二の熱交換器と、前記第一および第二の熱交換器の間において廃熱を有する流体の導入部を変更するための第一セレクタバルブと、前記第一および第二の熱交換器の間において冷却流体の導入部を変更するための第二セレクタバルブと、前記熱交換器と協働するタービンと、前記タービンに接続された発電機とを備える。前記第一および第二の熱交換器内の水素吸蔵合金は、異なる温度で水素ガスを放出する多数のステージからなる形式であり、廃熱を有する流体に接触することによって所定の圧力で水素ガスが生成される。
【０００５】
特許文献４は、水素吸蔵合金および低熱を用いた発電装置に関する。該発電装置は、水素ガスを可逆的に吸蔵および放出することが可能で、かつ異なる温度・平衡水素圧特性を備えた二種類の水素吸蔵合金をさらに有する。前記二種類の水素吸蔵合金は、互いに通気連結された所定の第一の水素吸蔵合金熱交換容器（１）および所定の第二の水素吸蔵合金熱交換容器（２）にそれぞれ装填され、水素ガスが前記第一の水素吸蔵合金熱交換容器（１）および第二の水素吸蔵合金熱交換容器（２）の間において移動する際に発生した熱を利用するように構成された少なくとも二組の熱発生サイクルが設けられる。同一温度において高い平衡圧力を備えた低温側の一方の前記水素吸蔵合金の水素化合物は、水素を放出するために、１５℃から２００℃の温度を有する少なくとも一つの低品質の熱源によって加熱され、低品質の熱源の温度よりも高い８０℃から５００℃の温度の熱を発生させるために、放出された水素は低い平衡水素圧を備えた高温側の他方の水素吸蔵合金によって吸蔵され、前記熱は熱媒体蒸気を発生するように伝達され、前記熱媒体蒸気の圧力によって駆動されるガスタービンにより電力が発生する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０２００５０３９２７０号明細書
【特許文献２】米国特許第５６８５２８９号明細書
【特許文献３】米国特許第５６３８６７３号明細書
【特許文献４】米国特許第６２９８６６５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特に上述の文献や、多くの周知のエネルギシステムに開示された解決方法の課題や欠点は、エネルギシステムの効率が十分ではないということにあり、一般的な目的は、エネルギシステムの効率を改善することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述の課題は熱エネルギを再生するように作動可能な請求項１に記載のエネルギシステムによって解決される。該エネルギシステムはｎ個のエネルギセルを備え、ここで、ｎはｎ≧２を満たす整数である。前記エネルギセルは一列に接続されている。前記システムは、第一のエネルギセルに接続された熱源と、最後のエネルギセルに接続された冷却手段とをさらに備える。各エネルギセルは、平均相変化温度（ＰＣＭＴ１、…、ＰＣＭＴｎ）を備えた相変化材料（ＰＣＭ１、…、ＰＣＭｎ）を有し、ＰＣＭＴ１＞ＰＣＭＴ２＞…＞ＰＣＭＴｎである。各エネルギセルは、前記相変化材料（ＰＣＭ１、…、ＰＣＭｎ）が固相から液相に変化する際に、機械エネルギを生成するとともに、残りの熱エネルギ（ＲＨ１、…、ＲＨｎ）を前記エネルギセルに蓄積させるか、あるいは相変化材料（ＰＣＭ１、…、ＰＣＭｎ）が液相から固相に変化する際に冷却される。冷却される一つのエネルギセルからの前記残りの熱エネルギは、入力エネルギとして次のエネルギセルに伝達される。前記システムは、前記エネルギセルに接続され、かつ前記システムを第一段階および第二段階の間において交互に制御するように作動可能な制御手段をさらに備える。前記第一段階の間に、一つおきのエネルギセルは機械エネルギを生成し、一つおきのエネルギセルは冷却される。前記第二段階の間には逆に、一つおきのエネルギセルは冷却され、一つおきのエネルギセルは機械エネルギを生成する。
【０００９】
本発明によるエネルギシステムの主な利点は、システム効率が従来のエネルギシステムの効率に比べ向上することにある。
別の利点は、システムの平均出力が従来のエネルギシステムよりも高いことにある。
【００１０】
本発明によるエネルギシステムのさらなる利点は、エネルギシステムが拡大縮小可能であることにある。即ち、該エネルギシステムは非常に小さなシステム（＜１０Ｗ）として用いられてもよいし、非常に大きなシステム（＞１ＭＶ）として用いられてもよい。
【００１１】
本願におけるさらなる利点は、各エネルギセルが前記相変化材料（ＰＣＭ１、…、ＰＣＭｎ）を備えたチャンバ手段を有し、前記システムが、前記熱源、前記冷却手段、及び前記チャンバ手段の各々に接続された熱伝達システムをさらに備える場合に、実現される。
【００１２】
さらに、本願における利点は、各相変化材料（ＰＣＭ１、…、ＰＣＭｎ）の相変化が二つの異なる温度（Ｔａ１及びＴｂ１、…、Ｔａｎ及びＴｂｎ）の間において生じ、かつＴｂ１＞Ｔａ１であり、かつ前記平均相変化温度はＰＣＭＴ１＝（Ｔａ１＋Ｔｂ１）／２として定義される場合に、実現される。
【００１３】
本願におけるさらなる利点は、Ｔａ１＞Ｔａ２、Ｔｂ１＞Ｔｂ２、…、Ｔｂｎ−１＞Ｔｂｎである場合に、実現される。
さらに、本願における利点は、前記熱伝達システムがｎ個のコンテナ手段を備え、各コンテナ手段はチャンバ手段に接続され、前記熱伝達システムが、前記熱源、前記冷却手段、及び前記熱源と前記冷却手段との間の各コンテナ手段の上側部に接続された第一管路手段と、前記熱源、前記冷却手段、及び前記熱源と前記冷却手段との間の各コンテナ手段の下側部に接続された第二管路手段とをさらに備え、前記熱伝達システムが熱伝達媒体を備える場合に、実現される。
【００１４】
本願におけるさらなる利点は、前記熱伝達媒体が水、油、ヒートパイプ、あるいは液相または固相の他の好適な媒体である場合に、実現される。
さらに、本願における利点は、前記エネルギシステムが、前記第一段階および前記第二段階の間の変化に関連して作動可能な少なくとも一つのバルブ手段、及び少なくとも一つのポンプ手段の少なくとも一方をさらに備える場合に、実現される。
【００１５】
上述の課題は請求項８に記載の熱エネルギを再生する方法によっても解決される。該方法は、ｎ個のエネルギセルを備えるエネルギシステムによって実施され、ここでｎはｎ≧２を満たす整数である。前記エネルギセルは一列に接続されている。各エネルギセルは、平均相変化温度（ＰＣＭＴ１、…、ＰＣＭＴｎ）を備えた相変化材料（ＰＣＭ１、…、ＰＣＭｎ）を有し、ここでＰＣＭＴ１＞ＰＣＭＴ２＞…＞ＰＣＭＴｎである。前記エネルギセルは、
前記相変化材料（ＰＣＭ１、…、ＰＣＭｎ）が固相から液相に変化する際に、機械エネルギを生成するとともに、残りの熱エネルギ（ＲＨ１、…、ＲＨｎ）を前記エネルギセル１２１、…、１２ｎに蓄積させる工程か、
前記相変化材料（ＰＣＭ１、…、ＰＣＭｎ）が液相から固相に変化する際に、冷却される工程と、
前記残りの熱エネルギを、冷却される一つのエネルギセルから、入力エネルギとして次のエネルギセルに伝達する工程とを実行する。
【００１６】
前記方法は、前記エネルギセルに接続された制御手段を用いて、前記システムを第一段階および第二段階の間において交互に制御する工程であって、前記第一段階の間に、一つおきのエネルギセルは機械エネルギを生成するとともに、一つおきのエネルギセルは冷却され、前記第二段階の間には逆に、前記一つおきのエネルギセルは冷却され、前記一つおきのエネルギセルは機械エネルギを生成する工程を備える。
【００１７】
本発明による熱エネルギを再生する方法の主な利点は、該方法の効率が従来の方法の効率に比べ、向上することにある。
別の利点は、該方法の平均出力が、従来の方法よりも高いことにある。
【００１８】
本願におけるさらなる利点は、前記方法が、
前記第一エネルギセルに接続された熱源を用いて、熱エネルギを前記第一エネルギセルに伝達する工程か、
前記最後のエネルギセルに接続された冷却手段を用いて、前記残りの熱エネルギを前記最後のエネルギセルから除去する工程かをさらに備える場合に、実現される。
【００１９】
さらに、本願における利点は、前記方法が
前記熱源、前記冷却手段、及び前記エネルギセルの各々に接続された熱伝達システムによって、熱エネルギを前記熱源、前記エネルギセル、及び前記冷却手段に伝達する工程をさらに備える場合に、実現される。
【００２０】
本願におけるさらなる利点は、前記方法が、
各相変化材料（ＰＣＭ１、…、ＰＣＭｎ）が二つの異なる温度（Ｔａ１及びＴｂ１、…、Ｔａｎ及びＴｂｎ）の間において相変化を生じる工程であり、Ｔｂ１＞Ｔａ１であり、前記平均相変化温度がＰＣＭＴ１＝（Ｔａ１＋Ｔｂ１）／２として定義される工程をさらに備える場合に、実現される。
【００２１】
さらに、本願における利点は、前記方法が、
Ｔａ１＞Ｔａ２、Ｔｂ１＞Ｔｂ２、…、Ｔｂｎ−１＞Ｔｂｎとなるように前記温度を選択する工程をさらに備える場合に、実現される。
【００２２】
本明細書において用いられる「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」という用語は、一つ以上の他の特徴、整数、工程、構成要素、またはその組み合わせの存在を排除することなく、特定の特徴、工程、または構成要素の存在を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明による熱エネルギを再生するように作動可能なエネルギシステムの第一実施形態の概略図。
【図２】図１に示すエネルギシステムのより詳細な図。
【図３】本発明によるエネルギシステムの第二実施形態の概略図。
【図４】本発明によるエネルギシステムの第三実施形態の概略図。
【図５】本発明によるエネルギシステムの第四実施形態の概略図。
【図６】本発明によるエネルギシステムの第五実施形態の概略図。
【図７】本発明によるエネルギシステムの第六実施形態の概略図。
【図８】本発明による熱エネルギを再生する方法の流れ図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
さて、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１には、本発明によるエネルギシステム１０の第一実施形態の概略図が示されている。エネルギシステム１０は、熱エネルギを再生するように作動可能である。図１において、エネルギシステム１０は三つのエネルギセル１２１〜１２３を備え、該エネルギセルは一列に接続されている。各エネルギセル１２１、１２２、１２３はチャンバ手段２０１、２０２、２０３を備え、チャンバ手段は相変化材料ＰＣＭ１、ＰＣＭ２、ＰＣＭ３を備える。
【００２５】
各相変化材料ＰＣＭ１、ＰＣＭ２、ＰＣＭ３は、平均相変化温度ＰＣＭＴ１、ＰＣＭＴ２、ＰＣＭＴ３を有し、平均相変化温度はＰＣＭＴ１＞ＰＣＭＴ２＞ＰＣＭＴ３の関係を有する。第一相変化材料ＰＣＭ１の平均相変化温度は、ＰＣＭＴ１＝（Ｔａ１＋Ｔｂ１）／２として定義され、二つの温度Ｔａ１及びＴｂ１の間において相変化が生じる。同様のことが、対応する相変化材料ＰＣＭ２およびＰＣＭ３を備えた他のエネルギセル１２２及び１２３に対しても適用される。各エネルギセル１２１、１２２、１２３は、相変化材料ＰＣＭ１、ＰＣＭ２、ＰＣＭ３が固相から液相に変化する際に、図１において縦方向の矢印で概略的に示される機械エネルギと、エネルギセル１２１、１２２、１２３に蓄積される残りの熱エネルギＲＨ１、ＲＨ２、ＲＨ３との両方を生成する。冷却される第一エネルギセル１２１からのＲＨ１等の残りの熱エネルギは、第二エネルギセル１２２へ入力エネルギとして伝達される。原則として、一つおきのエネルギセルは機械エネルギを生成し、一つおきのエネルギセルは冷却される。Ｔｂ１＞Ｔａ１、Ｔｂ２＞Ｔａ２、Ｔｂ３＞Ｔａ３である。相変化が生じる際の温度はＰＣＭの化学式によって支配されることより、この事実は起こり得る。一つのＰＣＭの凍結温度は、次のＰＣＭの溶融温度に等しくなり得る。本発明を実施することによって、「無駄な熱エネルギ」を、「活性熱エネルギ」として再度利用することができる。
【００２６】
図２には、図１に示すエネルギシステム１０のより詳細な図が示されている。図１及び図２において同一の構成要素は同一の参照符号によって示され、再度詳細には説明しない。図２において明らかであるように、システム１０はエネルギセル１２１〜１２３に接続された制御手段１８をさらに備える。制御手段１８は、第一段階及び第二段階の間において交互にシステム１０を制御するように作動可能である。第一段階の間に、一つおきのエネルギセル、例えば１２１及び１２３は機械エネルギを生成し、一つおきのエネルギセル、この特定の場合、１２２は冷却される。第二段階の間には、エネルギセル１２２は機械エネルギを生成し、エネルギセル１２１及び１２３は冷却される。図２に示すエネルギシステム１０は、熱源１４、冷却手段１８、及びチャンバ手段２０１〜２０３の各々に接続された熱伝達システム２２をさらに備える。図２において明らかであるように、熱伝達システム２２は、各チャンバ手段２０１、２０２、２０３のためのコンテナ手段２４１、２４２、２４３を備える。さらに、熱伝達システム２２は、熱源１４、冷却手段１６、及び熱源１４と冷却手段１６との間の各コンテナ手段２４１〜２４３の上側部に接続された第一管路手段２６１も備える。熱伝達システム２２は、熱源１４、冷却手段１６、及び熱源１４と冷却手段１６との間の各コンテナ手段２４１〜２４３の下側部に接続された第二管路手段２６２も備える。熱伝達システム２２は、熱伝達媒体を備える。さらに、図２に示す実施形態において、エネルギシステム１０は、示すように配置された十二個のバルブ手段３０１〜３０６と、二つのポンプ手段２８１及び２８２とを備える。
【００２７】
熱伝達媒体は、水、油、ヒートパイプ、または他の液相または気相の好適な媒体であってよい。
以下では、図２において示したエネルギシステム１０の機能について説明する。上述したように、機能は第一段階及び第二段階の二つの異なる段階に分けられる。
【００２８】
第一段階の間に、熱は、熱伝達システム２２によって、熱源１４から第一チャンバ手段２０１まで、即ち第一チャンバ手段２０１を包囲する第一コンテナ手段２４１の形態の第一エネルギセル１２１まで伝達される。両方のバルブ手段３０１は開放され、ポンプ手段２８１が作動する。同時に、熱は第二チャンバ手段２０２から、即ち第二エネルギセル１２２から第三チャンバ手段２０３まで伝達され、バルブ手段３０４、３０５は開放され、ポンプ手段２８２が作動する。他の全てのバルブ手段、即ち３０２、３０３、及び３０６は閉鎖される。第一および第三チャンバ手段２０１、２０３、即ち第一および第三エネルギセル１２１及び１２３はＰＣＭの体積膨張によって機械エネルギを生成し、第二チャンバ手段１２２は収縮し、即ち冷却される。
【００２９】
第二段階の間には、熱ＲＨ１は第一チャンバ手段２０１から第二チャンバ手段２０２に伝達され、バルブ手段３０２、３０３は開放され、ポンプ手段２８１が作動する。同時に、熱ＲＨ３は第三チャンバ手段２０３から冷却手段１６へ伝達され、バルブ手段３０６は開放され、ポンプ手段２８２が作動する。他の全てのバルブ手段は閉鎖する。第二チャンバ手段２０２、即ち第二エネルギセル１２２はＰＣＭの体積膨張によって機械エネルギを生成し、第一および第三チャンバ手段２０１及び２０３、即ち第一および第三エネルギセル１２１及び１２３は収縮し、即ち冷却される。
【００３０】
制御手段１８は、エネルギシステム１０の動作が第一段階及び第二段階の間において変化するように、エネルギシステム１０を制御する。
上述したように、熱伝達媒体は、水であってよく、この場合、熱伝達システム２２は、望ましくは、約１バール（１００ｋＰａ）、即ち標準気圧で作動することが可能であり、これによって、熱伝達システム２２の設計が容易になる。
【００３１】
同じ種類のエネルギセル、即ち同一の相変化材料（ＰＣＭ）を備えたエネルギセルが、一組に接続されて、同時に作動してもよい。本発明によると、例えば、第一組または第一ステージに同時に作動するｎ個のエネルギセルが存在し、第二組に同時に作動するｎ個のエネルギセルが存在し得る。
【００３２】
図３には、本発明によるエネルギシステム１０の第二実施形態の概略図が示されている。この実施形態において、四つのエネルギセル１２１を備えた第一組と、四つのエネルギセル１２２を備えた第二組との二組のエネルギセルが存在する。この実施形態において、二つのポンプ手段２８１及び２８２と、四つのバルブ手段３０１、３０２とが存在する。
【００３３】
図４には、本発明によるエネルギシステム１０の第三実施形態の概略図が示されている。この実施形態において、四つのエネルギセル１２１を備えた第一組と、四つのエネルギセル１２２を備えた第二組と、四つのエネルギセル１２３を備えた第三組との三組のエネルギセルが存在する。この実施形態において、二つのポンプ手段２８１及び２８２と、六つのバルブ手段３０１〜３０３が存在する。
【００３４】
図５には、本発明によるエネルギシステム１０の第四実施形態の概略図が示されている。この実施形態において、それぞれ四つのエネルギセルを備えた四組、即ち１２１、１２２、１２３、及び１２４が存在する。この特定の実施形態において、三つのポンプ手段２８１〜２８３と、八つのバルブ手段３０１〜３０４とが存在する。
【００３５】
図６には、本発明によるエネルギシステム１０の第五実施形態の概略図が示されている。この実施形態において、それぞれ四つのエネルギセルを備えた五組、即ち１２１、１２２、１２３、１２４、及び１２５が存在する。この特定の実施形態において、三つのポンプ手段２８１〜２８３と、十個のバルブ手段３０１〜３０５とが存在する。
【００３６】
図３〜６に示す実施形態において、ポンプ手段の数、及びバルブ手段の数についてのいわゆる最小構成が存在する。最小構成において適用可能な一般的原則は、ポンプ手段の数＝［ｎ／２］＋１、及びバルブ手段の数＝ｎ×２であり、ここでｎは組の数である。
【００３７】
図７には、本発明によるエネルギシステム１０の第六実施形態の概略図が示されている。この実施形態において、それぞれ四つのエネルギセルを備えた三組、即ち１２１、１２２、及び１２３が存在する。この特定の実施形態において、四つのポンプ手段２８１及び２８２と、２４個のバルブ手段３０１〜３０３とが存在する。
【００３８】
図７に示す実施形態において、ポンプ手段の数と、バルブ手段の数とについてのいわゆる最小構成が存在する。最小構成において適用可能な一般的原則は、ポンプ手段の数＝ｎ＋１、及びバルブ手段の数＝ｎ×ｃ×２であり、ここでｎは組の数、ｃは各組内のセルの数である。
【００３９】
各組に四つのエネルギセルを備えた図３〜７に示す実施形態は、一例に過ぎない。一般の場合において、各組にｎ個のエネルギセルが存在し、ここで、ｎはｎ≧１を満たす整数である。
【００４０】
図７に示す実施形態の欠点は、バルブ手段およびポンプ手段の数が多くなることである。一方、この実施形態の利点は、バルブ手段がエネルギセルのより近くに配置されるという事実により、応答時間がより速くなるということにある。これは、不活性の「熱伝達媒体」の量が少なくなることを意味する。
【００４１】
図８には、本発明による熱エネルギを再生する方法の流れ図が示されている。該方法は、ｎ個のエネルギセル１２１〜１２nを備えたエネルギシステム１０（例えば、図１〜７参照）を用いて実施され、ここで、ｎはｎ＞２を満たす整数である。エネルギセル１２１〜１２nは一列に接続される。各エネルギセル１２１、…、１２nは、平均相変化温度ＰＣＭＴ１〜ＰＣＭＴｎを備えた相変化材料ＰＣＭ１〜ＰＣＭｎを有し、ＰＣＭＴ１＞ＰＣＭＴ２＞…＞ＰＣＭＴｎである。エネルギセル１２１〜１２ｎは、
相変化材料ＰＣＭ１〜ＰＣＭｎが固相から液相に変化する際に、機械エネルギを生成するとともに、残りの熱エネルギＲＨ１〜ＲＨｎをエネルギセル１２１〜１２nに蓄積させる工程か、
相変化材料ＰＣＭ１〜ＰＣＭｎが液相から固相に変化する際に、冷却される工程と、
残りの熱エネルギＲＨｘを、冷却される一つのエネルギセル１２ｘから次のエネルギセル１２ｘ＋１へ入力エネルギとして伝達する工程とを実施する。
【００４２】
該方法はブロック５０から開始する。次に、該方法は、ブロック５２において、エネルギセル１２１〜１２ｎに接続された制御手段１８を用いて、システム１０を第一段階において制御する工程に進み、一つおきのエネルギセル１２１、１２３、１２５、…は機械エネルギを生成し、一つおきのエネルギセル１２２、１２４、１２６、…は冷却される。該方法は、ブロック５４において、制御手段１８を用いて、システム１０を第二段階において制御する工程に進み、一つおきのエネルギセル１２２、１２４、１２６、…は機械エネルギを生成し、一つおきのエネルギセル１２１、１２３、１２５、…は冷却される。次に、該方法は、ブロック５８において、該方法を停止するか？という質問に回答する工程に進む。回答が否定的な場合には、該方法は再度ブロック５２の工程に進む。また、回答が肯定的な場合には、該方法はブロック５８において終了する。
【００４３】
該方法の好適な実施形態によると、該方法は、
第一エネルギセル１２１に接続された熱源１４を用いて、第一エネルギセル１２１に熱エネルギを伝達する工程か、
最後のエネルギセル１２ｎに接続された冷却手段１８を用いて、残りのエネルギＲＨｎを最後のエネルギセル１２ｎから除去する工程かをさらに備える。
【００４４】
該方法の別の実施形態によると、該方法は、熱源１４、冷却手段１６、及びエネルギセル１２１〜１２ｎの各々に接続された熱伝達システム２２を用いて、熱源１４、エネルギセル１２１〜１２ｎ、及び冷却手段１６の間に熱エネルギを伝達する工程をさらに備える。
【００４５】
該方法の好適な実施形態によると、該方法は、各相変化材料ＰＣＭ１〜ＰＣＭｎが二つの異なる温度Ｔａ１及びＴｂ１、Ｔａｎ及びＴｂｎの間において相変化を起こす工程をさらに備え、ここでＴｂ１＞Ｔａ１であり、平均相変化温度はＰＣＭＴ１＝（Ｔａ１＋Tｂ１）／２と定義される。
【００４６】
該方法の別の実施形態によると、該方法は、Ｔａ１＞Ｔａ２、Ｔｂ１＞Ｔｂ２、…、Ｔｂｎ−１＞Ｔｂｎとなるように温度を選択する工程をさらに備える。
本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。請求項の権利範囲内において多くの異なる変更が可能であることが明らかになるであろう。
【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１】
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【図８】
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【国際調査報告】
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