(57)【要約】  本発明は、固定状蓄熱材と、熱伝達流体と、エネルギー入出力のための手段とを備える熱エネルギー貯蔵装置および熱交換ユニットであって、少なくとも１つの熱伝達コンテナを有し、固定状蓄熱材が熱伝達コンテナの周囲に配置され、熱伝達流体による全ての熱伝達性対流及び伝導が、それぞれの熱伝達コンテナ内で起こるように熱伝達コンテナが、熱伝達流体と、エネルギー入出力のための手段とを収容し熱エネルギー貯蔵装置、熱交換ユニット、熱エネルギー貯蔵装置の製造方法、貯蔵装置を有するプラント、プラントの使用方法、および貯蔵装置またはプラントの使用を提供する。
2014520243.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体状蓄熱材と、熱伝達流体と、エネルギー入出力のための手段とを備える熱エネルギー貯蔵装置であって、
少なくとも１つの熱伝達コンテナを有し、
前記固体状蓄熱材が前記熱伝達コンテナの周囲に配置され、
前記熱伝達流体による全ての熱伝達性対流及び伝導が、それぞれの前記熱伝達コンテナ内で起こるように前記熱伝達コンテナが、前記熱伝達流体と、前記エネルギー入出力のための手段とを収容し、
下部、周囲、及び上部に断熱材が配置されている
貯蔵装置。
【請求項２】
前記エネルギー入出力のための手段が、
熱エネルギー入力のために貯蔵温度よりも高い温度の流体、又は熱エネルギー出力のために貯蔵温度よりも低い温度の流体を流すように配置されたパイプを備え、
かつ、電源に接続することによりエネルギー入力する電熱装置を好ましくは備える請求項１に記載の貯蔵装置。
【請求項３】
前記熱伝達コンテナが、略鉛直に起立し、前記エネルギー入出力のための手段が配置される、シリンダ、チューブ、又はパイプであって、前記貯蔵装置の上側において上方に延びる上部を有し、該上部に、フランジ又は類似のものを有し、
前記熱伝達コンテナが、熱媒油で少なくとも周囲の前記固体状材料と同じ高さまで充填され、
最上部がガス充填され、前記熱入出力のための手段からの漏出を検出及び対処する目的で配置された漏出検出及び対処のためのセンサ及び手段を有する請求項１又は２に記載の貯蔵装置。
【請求項４】
前記熱伝達コンテナの各々が、上部および下部においてフランジ又は類似のものを有し、起立している、細長いシリンダ状のコンテナ、チューブ、又はパイプであって、
フィードスルー、コネクタ、ペネトレータ、又はブッシングが、高圧パイプを通る供給のために少なくとも１つの前記フランジを通して配置され、
前記エネルギー入出力のための手段が任意の伝熱手段であり、
センサ手段が配置され、
前記コンテナ又はパイプが、熱媒油、溶融塩、又は他の適当な流体で充填され、１−８バールの圧力、好ましくは大気圧に保持され、
前記センサ手段が圧力又は高圧パイプからの漏出を示す他のパラメータを監視する請求項１から３のいずれか一項に記載の貯蔵装置。
【請求項５】
前記固体状蓄熱材がグラウト又はセメント及びコンクリートを含み、
該コンクリートが基本的な貯蔵装置を形成し、シリンダ、チューブもしくはパイプ、又はそれらのセクションの形態の前記熱伝達コンテナを有する１つ以上の略鉛直に配置された空洞又は流路を備え、前記熱伝達コンテナの周囲に前記グラウト又は前記セメントが配置され、
前記グラウト又は前記セメントが前記コンテナと前記コンクリートとの間の体積を埋める請求項１から４のいずれか一項に記載の貯蔵装置。
【請求項６】
多数のコンクリートユニットが重ねられて配置され、
前記空洞又は流路が一番上のユニットの最上面から少なくとも一番下のユニットより低い位置まで間隔を空けて配置され、
上部熱伝達コンテナが、前記コンクリート上に伸びているフランジ又は蓋で終わっており、
前記コンクリートユニットのいくつかがコンクリートユニットのスタックを形成し、
いくつかのスタックが断熱壁、床、及び屋根の内側に並んで配置され、
前記断熱材を持ち上げることにより、前記フランジ又は前記蓋に上部から容易に接近可能であり、
前記断熱材又は空隙が、前記貯蔵装置内に異なる温度部分を提供する目的で、前記スタックの間又は前記スタック群の間に任意に配置される請求項５に記載の貯蔵装置。
【請求項７】
前記エネルギー入出力のための手段が、前記熱伝達コンテナ内に上部から下部へ持ち込まれ、そして上部に戻るパイプを備えている請求項１又は２に記載の貯蔵装置。
【請求項８】
前記エネルギー入出力のための手段が超臨界水、熱水、蒸気、燃焼ガス、熱媒油または溶融塩を運ぶパイプを備えている請求項１から７のいずれか一項に記載の貯蔵装置。
【請求項９】
前記エネルギー入出力のための手段と、前記熱伝達流体を充填され、略鉛直に配置された前記熱伝達コンテナの内壁との間の距離が、対流及び伝導による最大の熱伝達率と付随するコストとの間で最適となるよう適合される請求項１から８のいずれか一項に記載の貯蔵装置。
【請求項１０】
熱伝達空洞の外側に高強度の繊維補強グラウトを、内側には高強度で高密度繊維補強されたコンクリートを有し、
該コンクリートが組立式の補強構造を有する請求項１から９のいずれか一項に記載の貯蔵装置。
【請求項１１】
２００℃を超える動的温度範囲において、−７０から＋７００℃まで、好ましくは４０から７００℃までの範囲の温度における操作に適応される請求項１から１０のいずれか一項に記載の貯蔵装置。
【請求項１２】
パイプ及びバルブが、バルブにより直列又は並列に制御可能な前記エネルギー入出力のためのパイプを通って流れる流体のためのヘッダ及びマニホールドとして配置される請求項１から１１のいずれか一項に記載の貯蔵装置。
【請求項１３】
蒸気凝縮器及びポンプなどの前記熱伝達流体の調節のための手段を備える、又は該手段に接続されている請求項１から１２のいずれか一項に記載の貯蔵装置。
【請求項１４】
多数の略鉛直に配置した前記熱伝達コンテナを内部に配置し、
前記コンテナの外側の体積に、該コンテナの上端に近い高さまでグラウト又はセメントを充填し、
下部、周囲、及び上部に前記断熱材を配置する請求項１から１３のいずれか一項に記載の熱エネルギー貯蔵装置の製造方法。
【請求項１５】
上面と底面との間に配された略鉛直の流路を備えるコンクリートブロックが最初に組立てられ、
前記流路よりも口径の小さい前記熱伝達コンテナがそれぞれの前記流路内に配置され、
前記コンテナとコンクリートの前記流路の表面との間の体積中に前記グラウトが充填され、
前記エネルギー入出力のための手段およびセンサ手段が前記コンテナ内に持ち込まれ、
該手段をそれぞれの前記熱伝達コンテナの蓋に配置する請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
エネルギーの供給源と、エネルギーの送出、消費、又は生産のための手段とを備え、前記供給源及び前記手段が作用的に配置されるエネルギー生産のためのプラントであって、
熱エネルギー貯蔵装置が前記供給源と前記手段との間に作用的に配置され、
前記貯蔵装置が固体状蓄熱材と、熱伝達流体と、エネルギー入出力のための手段と、少なくとも１つの熱伝達コンテナとを備え、
前記固体状蓄熱材が前記熱伝達コンテナの周囲に配置され、
前記熱伝達流体による全ての熱伝達性の対流及び伝導がそれぞれの前記熱伝達コンテナ内で起こるように前記熱伝達コンテナが、前記熱伝達流体と、前記エネルギー入出力のための手段とを収容し、
前記貯蔵装置の下部、周囲、及び上部に断熱材が配置されている
プラント。
【請求項１７】
前記供給源が熱源である請求項１６に記載のプラント。
【請求項１８】
前記供給源が電源である請求項１６又は１７に記載のプラント。
【請求項１９】
いくつかの供給源として、送出温度の異なる熱源及び電源が接続され、
前記熱貯蔵装置が異なる区画に異なる温度で熱を貯蔵するように適合されており、
前記区画が前記断熱材又は空隙によって任意に区分され、
前記送出、消費、又は生産のための手段が超臨界水及び蒸気などのエネルギー入出力に使用される各流体のためのタービン−発電機の組合せと、地域暖房のため、及び工業蒸気を供給するための配管とを備え、それぞれ個別に接続されている請求項１６から１８のいずれか一項に記載のプラント。
【請求項２０】
低需要、低市場価格、又は過剰生産の期間にエネルギー貯蔵し、
高需要、高市場価格、又は低生産の期間にエネルギーを送出する請求項１６から１９のいずれか一項に記載のプラントによるエネルギー生産方法。
【請求項２１】
前記プラントに接続されるいくつかの供給源が、ピーク生産、過剰生産、又は低エネルギー価格のモードの場合に、貯蔵を目的として選択されることにより、生産及びコストに関する位相サイクルから外れる請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
低生産又は高市場価格の期間にエネルギーを送出し、
ピークもしくは過剰生産又は低市場価格の期間において、前記エネルギーの供給源からのエネルギーを貯蔵する請求項１から１３のいずれか一項に記載の貯蔵装置、又は請求項１６から１９のいずれか一項に記載のプラントの使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エネルギー貯蔵装置に関する。さらに具体的には、本発明は、熱エネルギー貯蔵装置、並びにその製造方法、エネルギー生産のためのプラント、エネルギー生産方法、及び熱エネルギー貯蔵装置の使用に関する。熱エネルギー貯蔵は、固体状の主貯蔵装置を備えてなる。
【背景技術】
【０００２】
熱エネルギー貯蔵を用いて、熱を容易に入手できる時に熱を貯蔵し、かつ必要な時期に供給することができる。
【０００３】
貯蔵媒体としてコンクリート又は天然の岩石を使用したいくつかの固体状の蓄熱装置は、既に公知である。しかしながら、固体状の蓄熱装置の典型的な問題として、蓄熱及び放熱のための手段は非効率的又は非実用的である。
【０００４】
特許文献１では、第１のパートＡと第２のパートＢとを有する固体状の熱の蓄熱装置が記載されている。熱を供給するか又は取り出すためのパイプシステムは、該パイプシステムを通して作動媒体を流すことにより蓄熱又は放熱する、第１のパートＡを通して配置される。第２のパートＢは、熱エネルギー即ち熱を負荷されるか又は取り出され、コンクリートである固体状の貯蔵媒体を備える。
【０００５】
操作の際、コンテナ内の熱伝達流体は、熱を負荷するか又は取り出す目的で、第１のパートＡ内の作動流体に対し逆流して流れ、熱伝達流体は、熱を取り出すか又は負荷する目的で、第２のパートＢを通して配置された別の流路内をさらに流れ、それにより第１のパートＡと第２のパートＢとの間で熱を伝達させる。第２のパートＢは、熱伝達流体による流れのために配置された多数の流路を有しており、該流路は第１のパートＡから分離されかつ距離を置いて配置される。熱伝達流体は、自然対流又は強制対流によって流れる。流路は複雑さを加え、対処可能な応力及びズレの、高さ及び範囲を低減し、それにより最高温度及び温度範囲を制限するとともに、流路内の流体の圧力を制限する。
【０００６】
他の先行技術の固体状蓄熱装置は、特許文献２、特許文献３、特許文献４、特許文献５、特許文献６、特許文献７、及び特許文献８に記載されている。前記特許公報は、熱を伝達させるために自然対流によって流れる、別の熱伝達流体のない蓄熱を記載する。
【０００７】
最も最近の先行技術、特許文献１の課題が、２０１０年３月１２日にＣＳＰ−ｔｏｄａｙに記載され、これにおいて、４００℃までの作動温度が記載されている。さらに、コンクリートは熱の蓄熱のための費用対効果が高いとして記載されているが、チューブ増設コストを含めた他の全ての要素は、結果として競合技術よりもわずかに安いだけの大規模なプラント用のコストを生じる。より費用対効果の高い蓄熱装置を達成することが、主たる課題として示されており、もう１つは、より迅速に蓄熱及び放熱することである。
【０００８】
本発明の目的は、言及された問題について、上記記載の技術を超えて有益である熱エネルギー装置を提供することである。さらに、熱の蓄熱装置は、好ましくは以下のようにあるべきである。
高い温度及び高い流体圧力における操作に適し、それによりタービン発電機におけるさらに効率的な発電を可能にする。
より複雑でなく、よりコンパクトである。
必要に応じて使用される材料の調節を可能にする。
メンテナンス及び部品の交換が容易である。
いかなる貯蔵サイズにもスケールアップ又はスケールダウンが容易である。
多用性が高く、発熱エネルギープラント、例えば石炭発電プラント、原子力発電プラント、ごみ焼却プラント、及び一部の太陽熱発電プラント（集光型太陽熱発電）、並びに、配電網及び発電パワープラント、例えば太陽光発電プラント、風力発電プラント、及び水力発電プラントへの直接的な接続に適している。
爆発及び環境に対し安全である。
−７０ないし＋７００℃における操作に適している。
事実上いかなる場所及びいかなる地形においても使用可能である。
エネルギーのチャージング又はディスチャージングに対する応答が迅速である。
さもなければ送電設備に負荷をかけすぎるか、又は浪費されてしまうかもしれないピーク生産をセーブできるようにし、かつ接続された供給源の生産が不十分、又はエネルギー価格が高い場合に、１日、１週間、又は季節を通じて、電力需要に対しバランスのとれた電力供給を送出できるようにする。
ピーク生産のための送電設備投資及び、地方と国との間の送電インフラを低減することを含み、送電設備のダウンスケール及び送電設備のより最適な操作パラメータを可能にする。
電力のセキュリティ及び品質を高める。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０  ２００９  ０３６  ５５０号明細書
【特許文献２】独国特許出願公開第１０２１１５９８号明細書
【特許文献３】欧州特許出願公開第００４９６６９号明細書
【特許文献４】欧州特許出願公開第１５４４５６２号明細書
【特許文献５】欧州特許出願公開第２２７３２２５号明細書
【特許文献６】米国特許第３３８１１１３号明細書
【特許文献７】米国特許第４２１９０７４号明細書
【特許文献８】中国特許出願公告第１００５７８１３３号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上記記載の問題の全てについて有益である。
【００１１】
本発明は、固体状蓄熱材と、熱伝達流体と、エネルギー入出力のための手段とを備える熱エネルギー貯蔵装置であって、該貯蔵装置が、少なくとも１つの熱伝達コンテナを有し、固体状蓄熱材が熱伝達コンテナの周囲に配置され、熱伝達流体による全ての熱伝達性対流及び伝導が、それぞれの熱伝達コンテナ内で起こるように熱伝達コンテナが、熱伝達流体と、エネルギー入出力のための手段とを収容するという点で特徴的である。
【００１２】
固体状材料は、天然岩、金属及び合金、サブストレート、コンクリート、グラウトなどといった、意図した操作条件において十分な蓄熱容量及び強度を有する任意の固体材料又は固体材料の組合せである。熱伝達流体は、任意の液体又は気体でよいが、好ましくは、それは熱媒油又は溶融塩などの、操作条件において安定で低粘性であり、非毒性であり、かつ高い熱用量と、温度変化による大きい密度変化とを有し、対流による良好な熱伝達速度容量を有するものである。熱媒油、特に合成油、尚また鉱物油も、そのままで、及び変圧器又はモーター用の油として市販されている。
【００１３】
現在、熱媒油は、大気圧下の操作用として約４００℃までの温度に使用可能であるが、しかしながら、熱伝達流体上の圧力を高めることは、最高動作温度を高めることになる。さらに性能の良い油が開発中であり、利用可能となれば選択されるであろう。天然もしくは合成の溶融塩、又は溶融金属もしくは合金は、現在実用可能であり、４００−７００℃までの範囲の温度に、又はより高い温度源が使用できる場合には、より高い温度に使用可能である。
【００１４】
溶融塩は、例えば、Ｎａ、Ｋ、Ｃａ硝酸塩、−亜硝酸塩、又はジフェニル／ビフェニル酸化物を主成分とする。熱伝達コンテナは、任意の形状又は配置を取ることができるが、好ましくは、滑らかな又は波形をつけた起立しているシリンダ、パイプ、又はチューブの形状及び配置であり、この中にエネルギー入出力のためのパイプ回路のセクション、並びにエネルギー入力のための伝熱手段を配置可能である一方、熱伝達率を最大化する目的で、エネルギー入出力のための手段と、熱伝達コンテナの壁とに沿って、長い距離にわたる自然対流を可能にする。
【００１５】
熱伝達コンテナは、このような状況においては、その内側表面の外側又は中央容積に、分かれた部分、枝分れ、又は流路がない、単一の空隙、容積、空洞、又は空間、例えばシリンダ、パイプ、又はチューブか、或いはコンクリートブロック、岩、又は固体材料中に直接開いているか、又は閉じているがしかし熱伝達流体を有することが可能な容積を意味する。
【００１６】
このことは、特許文献１の教示の反対である。たとえ熱伝達コンテナが、枝分かれのない貯蔵装置内の、シリンダ、パイプ、チューブ、空隙、又は実現可能な任意の体積であるとしても、熱伝達コンテナはまた、このような状況においては、明確さのため、シリンダ、パイプ、又はチューブ、或いはそのセクションという単語のみに関連して記載される。
【００１７】
熱伝達は、それぞれの熱伝達コンテナにおいて、又はより明確にはそれぞれの熱伝達コンテナを通して起こり、このことは、熱が、熱伝達流体を充填された熱伝達コンテナを介して、エネルギー入出力のための手段と、その周囲の固体状蓄熱材との間で伝達されることを意味する。エネルギー入出力のための手段と、その周囲の固体状蓄熱材との間の全ての熱伝達は、原則的に単一容積の熱伝達コンテナにおいて、熱伝達流体によるか又は熱伝達流体を通し、好ましくは、実質的に非常に効率的な熱伝達メカニズムである対流による。
【００１８】
熱伝達流体を充填された熱伝達コンテナ内に動作できるように配置された、エネルギー入出力のための手段は、効率的であるが単純な熱交換器として機能する。貯蔵装置の全ての部品は、蓄熱に寄与する特有の蓄熱容量を有する。熱伝達効率は、好ましい実施態様については、対流による実質的な熱伝達により増大され、これは、より遅い伝導及び放射へ追加される迅速かつ効率的な熱伝達機構である。
【００１９】
本発明の解決法を用いることで、エネルギーの効率的な蓄積及び放出と、簡単で用途が広く、規模拡大が容易な設計とが同時に達成される。本発明の熱エネルギー貯蔵装置を用いることで、エネルギー入出力のための手段と、その周囲の固体状蓄熱材との間の全ての熱伝達が、それぞれの熱伝達コンテナ内で起こる。或いは言い換えれば、固体状貯蔵材料の、蓄熱及び放熱は、熱伝達流体を充填された熱伝達コンテナにおける、エネルギー入出力のための手段とその周囲の固体状蓄熱材との間の熱伝達による。
【００２０】
本発明の熱エネルギー貯蔵装置の最も単純な実施態様は、その空洞中へ熱伝達流体が充填されており、パイプ回路セグメントが、エネルギー入出力のための手段として配置されている、固体状材料中に直接配置された単一の空洞を熱伝達コンテナとして有する天然岩又はコンクリートブロックである。
【００２１】
熱エネルギーは、それ故、天然岩又はコンクリートブロック中に貯蔵され、熱伝達流体を充填された空洞が、熱伝達流体中の対流により実質的な熱伝達を提供し、対流によるその熱伝達が熱伝導及び放射に加えて起こることで、熱伝達率を増大することにより、パイプ回路セグメントへの、又はパイプ回路セグメントからの、熱エネルギーの負荷及び取出しの速度が増大する。
【００２２】
本発明の蓄熱のもう１つの単純な実施態様は、１つの操作で成形可能な単一のコンクリートブロック中に適当な距離で並べて配置された、多数の熱伝達コンテナであって、該コンクリートブロックは、小さくても大きくてもよい。この実施態様は、製造が簡単であることから有益である。例えば、予め組み立てられた熱伝達コンテナチューブを、貯蔵装置の外側限界の内側に並べて配置することができ、貯蔵装置の外側限界の内側のチューブ間の体積を、例えばポンピングにより、セメント又は流体グラウトを充填することにより構築することができる。
【００２３】
熱伝達コンテナの外側の固体状蓄熱部分の内側にいかなる付加的な流路又はパイプも必要としない、貯蔵装置の単純な設計は、製造、組立、スケールアップもしくはダウン、多用性、並びにメンテナンス、破損したパイプの交換、及び劣化することなく高い温度及び温度勾配に耐える能力を促進する。
【００２４】
該貯蔵装置は、多数の好ましい態様及び特徴を備え、そのいくつかを以下に記載する。
エネルギー入出力のための手段は、好ましくは、熱エネルギー入力のために貯蔵温度よりも高い温度の流体、又は熱エネルギー出力のために貯蔵温度よりも低い温度の流体の流れのために配置されるパイプを備えている。
【００２５】
熱エネルギー入力のためのパイプは、エネルギー出力に使用されるものと同じであってもよく、或いは、異なる流体がエネルギー入出力用の熱担体として使用される場合には便利に、異なるパイプ回路ループ又はセグメントをエネルギー入出力用に提供することができる。実現可能な任意の伝熱手段、例えば、ジュール加熱、加熱ケーブル、及びヒートトレーシングが、単独で又は流体を輸送するパイプと組合せて、エネルギー入力のための手段として配置することができる。熱伝達コンテナ内の流体でも、熱送出又は熱抽出用の手段として直接使用する。例として、熱は、油などの熱交換用流体を循環させることにより、貯蔵装置へ送出されてもよく、一方、熱は、熱交換器の内側の別の水／蒸気圧力パイプループによって抽出されてもよい。
【００２６】
好ましくは、エネルギー入出力のための手段は、熱伝達コンテナ内へ、上部から下部へ持ち込まれ、そして上部に戻るパイプを備え、好ましくは下向き及び上向き流れのパイプセクションは、熱伝達流体中に浸漬されたとき、全長に沿って蓄熱又は放熱する目的で、間隔を空けて配置される。パイプは、熱伝達率を増大する目的で、起伏（段、しわ）又はその部分に沿って長軸方向に配置された他の表面積を増大する構造と、上向き及び下向き流れのパイプセクションの一部の間に隔壁とを有してもよい。
【００２７】
別法として、パイプは、熱伝達コンテナの上部において持ち込まれ、そして下部において持ち出されるか、或いは反対か、又は空洞の最下部において持ち込み及び持ち出しされる。熱伝達コンテナのいずれかの端においてパイプを持ち込み及び持ち出しすることは、別の配置である。
【００２８】
別法として、エネルギー入出力のための手段は、シリンダ状の熱伝達コンテナ中に同心円状のパイプインパイプ配置として配置され、それが閉じている場合に、熱伝達コンテナ内に最上部から最下部へ持ち込まれるアウターパイプと、それが開いている場合に、アウターパイプの最下部付近から、最上部に戻るインナーパイプとを備えてなる。同心円状の設計は、対流のための均一な半径距離という点で、また恐らくは、１つの単一な同心円状熱伝達コンテナを備えた完全に同心円状の実施態様を有するという点で好ましく、このことは、偏差のない完全に同心円状の温度分布のため、最も高い温度に好適である。
【００２９】
エネルギー入出力のための手段は、好ましくは、超臨界水、蒸気、水、合成もしくは天然の熱媒油、合成もしくは天然の溶融塩、燃焼ガス、又は排気ガスを運ぶパイプを備えている。好ましくは、エネルギー入出力のためのパイプ又はパイプ回路部分には、スペーサ構造、例えば上向きに間隔を取って配置されたスペーサクランプなどの、熱伝達コンテナにおける正しいポジショニングのための手段が便利に備えられる。本発明の特別な利点は、このシステムが、熱水、蒸気、及び超臨界水などの、パワープラントによって提供される典型的な加熱流体を使用するために、直接接続されることである。
【００３０】
現在の石炭発電プラントは、３７５−７００℃の超臨界水を提供することができ、これは利用可能である場合には好適である。原子力発電プラントは、１５０−３００℃の蒸気又は水を提供しており、これは容易に利用可能である場合には好適である。ごみ焼却プラント及びグリーンエネルギープラントは、用いる技術によって異なる温度及び圧力の蒸気又は水を提供する。
【００３１】
太陽熱発電プラントは、加熱された油又は溶融塩を提供することができ、これは水−蒸気と熱交換して電気を生産する。小口径の、高温及び高圧に適したパイプと、継手類及びバルブとは、例えば、フェライト鋼を主成分とするものが容易に入手可能である。非常な高温及び高圧は、いわゆる超合金の使用を必要とすることがある。超臨界水又は熱い高圧蒸気の直接的な接続は、熱エネルギーの蓄熱又は放熱のために何らさらなるエネルギー変換を要しないこと、及び現在の石炭発電プラント及び原子力発電プラントから得られるものと同様の、温度熱入力のためのより高い温度及び圧力範囲を利用して、タービンを効率的に駆動することにより、発電機を操作可能なことから効率的である。
【００３２】
電熱要素又は装置、ジュール加熱手段、例えば加熱ロッド又はケーブルは、好ましくは、長期間の停止の場合に油、溶融塩、又は金属を流体状に維持するために、入出力パイプ又は熱伝達空洞中に物質を用いた実施態様に備えられ、加えて、又は別法として、かかる流体が安全に固化可能な貯蔵容器が、かかる塩又は溶融物を貯蔵するために、動作できるように接続されてもよい。
【００３３】
好ましくは、熱伝達コンテナは、貯蔵装置の上側において上方に延びる上部と、該上部においてフランジ、蓋、キャップ、又は類似のものとを備え、それによりエネルギー入出力のための手段が、略鉛直に起立し、小口径の高圧パイプの形態で配置される、シリンダ、パイプ、又はチューブであり、熱伝達コンテナは、熱媒油又は他の熱伝達流体で少なくとも周囲の固体状材料と同じ高さまで充填され、最上部は完全に封入されるか又は蒸気封入され、かつ好ましくは、熱入出力のための手段からの漏出を検出及び対処する目的で配置された漏出検出及び対処のためのセンサ及び手段を有する。
【００３４】
また、下部のコンテナ又はパイプ末端は、フランジ、蓋、又は類似のものを備えてなっていてもよい。好ましくは、高圧パイプを通る供給のために、フランジにフィードスルー又はブッシングが、また任意選択で、エネルギー入出力のための手段としてヒートトレーシングが、またセンサ手段が配置され、該コンテナは熱媒油で充填され、かつ好ましくは２０バール未満の、さらに好ましくは８バール未満の圧力、なおさらに好ましくは大気圧に保持され、センサ手段は圧力又は高圧パイプからの漏出を示す他のパラメータを監視する。
【００３５】
固体状蓄熱材は、好ましくは、グラウト及びコンクリートを含み、該コンクリートは基本的な貯蔵ユニットを形成し、かつ、各々がシリンダ、チューブもしくはパイプ、又はそれらのセクションの形態の熱伝達コンテナを有する１つ以上の略鉛直に配置した空洞又は流路を備え、その周囲にグラウトが配置され、該グラウトはコンテナ表面とコンクリートとの間の体積を埋める。
【００３６】
１つのユニット内に配置された、流路及び熱伝達コンテナの選択された数は、所望の熱の蓄熱及び抽出の性能、並びに各熱交換コンテナの具体的な寸法及び物理的設計に依存する。グラウトは、２つの主要な機能を有する、熱交換器と主要な固体状材料との間に連続した結合を提供すること、及び第２に、最も重要な温度帯における、性能の高められた材料の使用を促進するためである。
【００３７】
グラウトは、典型的には、高品質、高強度のモルタル又はコンクリートペーストであり、高温かつ大きい温度変動においても強度増加を提供する一方で、パイプとコンクリートとの間に何らの隙間もない直接的な接触を確保し、改善された機械的強度及び高い熱伝導性の双方を提供する。貯蔵装置は、好ましくは、熱伝達コンテナと高強度、高密度の繊維又は鉄筋補強コンクリートとの間に、高強度繊維補強グラウトを備え、該コンクリートは、好ましくは組立式の補強構造を備えている。
【００３８】
繊維は、例えば鋼、炭素又はバサルト繊維である。鉄筋は、同様に、鋼又は束ねられた炭素もしくはバサルト繊維から製造することができる。好ましくは、貯蔵装置は、ＳｉＯ２などの、高温での使用に不都合な凝集物を含有しない。しかしながら、バサルト（玄武岩）、セルペンチン（蛇紋岩）、マグネタイト（磁鉄鉱）、及びオリビン（橄欖岩）は、高い熱伝導及び熱容量の故に非常に高温の操作に許容される岩石骨材の例である。
【００３９】
好ましくは、多数のコンクリートユニットが重ねられて配置され、空洞又は流路は、一番上のユニットの最上面から少なくとも一番下のユニットより低い位置まで間隔を空けて配置され、上のパイプ又はチューブは、蓋で終わっており、即ち、上部熱伝達コンテナは、コンクリート上に伸び、いくつかのコンクリートユニットがコンクリートユニットのスタックを形成し、いくつかのスタックが断熱壁、床、及び屋根の内側に並んで配置され、しかしながら、断熱材を持ち上げることにより、上部パイプ又はチューブ端に最上部から容易に接近可能であり、断熱材は、貯蔵装置内に異なる温度区画を提供する目的で、スタックの間又はスタック群の間に任意に配置される。
【００４０】
しかしながら、接触を避けるための適当な大きさの隙間が、コンクリートユニットのスタックの間に便利に配置され、熱膨張又は熱収縮を可能にし、かつ多少の断熱及び湿気の逃げ道を提供する。内部の断熱材は、様々な理由から有用であることがあり、貯蔵装置の一部が、特定のタービン−発電機の操作に適した高い操作温度などの、異なる操作温度で操作される場合には好ましい。貯蔵装置は、典型的には建屋構造物又は外部構造物中に設置され、かつ別々の供給源及び別々の利用者へ接続され、それぞれは、割り当てられた貯蔵装置の対応部分を有し、異なる温度において熱を送出又は使用する。別の好ましい態様においては、貯蔵装置は一部又は全体が、地中に配置される。
【００４１】
好ましくは、エネルギー入出力のための手段と、熱伝達流体を充填された略鉛直に配置された熱伝達コンテナの内壁との間の距離は、対流及び伝導による最大の熱伝達率と、付随するコストとの間の折衷となるべく適合される。短すぎる距離では、熱伝達は主として伝導と恐らくは多少の放射とによるものであり、適切な距離では対流が優勢となり、かつ熱伝達率を増大する。
【００４２】
より大きい熱交換器とは、周囲の固体に熱を伝達するための大きい表面積を意味する。しかし、大きい熱伝達空洞とは、より高価な熱媒油、又は他の高価な流体を、熱エネルギー運搬パイプと熱伝達コンテナ内壁との間の環状の空間内に充填しなければならないことを意味する。数値上のシミュレーション又はテスティングは、関係する熱伝達流体、熱伝達コンテナの大きさ、及び操作温度のための適切な大きさを、貯蔵のための目標とする操作特性に従って示すことができる。出発点として、熱伝達コンテナの半径方向の、熱伝達流体を充填された環状空間の幅は、エネルギー入出力のためのパイプの口径の２−１０倍となるべきである。
【００４３】
貯蔵装置は、好ましくは、広範囲に変動し、かつ非常に幅広くなる、動的（ダイナミック）な温度範囲において、−７０ないし＋７００℃、例えば０−６５０℃、又は６０−６００℃の範囲の温度における操作に適応する。動的温度範囲ΔＴは、≧５０、１００、２００、又はさらに４００℃でもよい。
【００４４】
先行する既知の同等の蓄熱装置は、本発明者らが知る限り、不当な亀裂、漏出、及び他の操作上の問題なしに、かかる広い温度範囲において操作できるものはない。操作温度及び動的温度範囲は、−７０℃ないし＋７００℃という、推定される最も広い現実的な流れ温度の範囲内で、接続される供給源及び利用者によって広範囲に変動することができる。原則的にはそのことが、操作温度及び範囲を制限する、材料、熱媒油、又は溶融塩に関する制限である。
【００４５】
設計を実践する際、パラメータは、供給源のタイプ及び接続されるタービンによって規定される操作パラメータによって選択され、貯蔵装置に流入する流体及び貯蔵装置から流出する流体の温度、及び結果として生じた動的温度範囲を調節することは、材料及び形状に関して適切な選択を必要とする。適切なコンクリート、グラウト、パイプ、及びシリンダ材料とは、市販されているものである。
【００４６】
好ましくは、貯蔵装置は、バルブにより直列又は並列に制御可能なエネルギー入出力のためのパイプを通って流れる流体のためのヘッダ又はマニホールドとして配置されるパイプ及びバルブを備えるか、又は該パイプ及びバルブに接続される。いくつかの熱伝達コンテナを備えた蓄熱装置では、入出力配管を通した流れは、できるだけ最適な加熱及び冷却を達成する目的のため並行である。
【００４７】
好ましくは、貯蔵装置は、蒸気凝縮器及び調整ループ中のポンプなどの、熱伝達流体の調整のための手段を備えるか、又は該手段に接続可能である。蒸気圧の制御は、安全性にとり極めて重要である。同様の配置はまた、流体及び操作パラメータの選択に依存して、エネルギー入出力のためのパイプ内のエネルギー運搬流体にとっても必要とされてよい。安全な区域への熱流体の漏出を監視する、安全バルブ及びパイプは、好ましくは、熱伝達コンテナの最上部、または最下部の蓋又はフランジに任意に配置される。
【００４８】
好ましくは、全てのバルブ及びポンプは、熱伝達コンテナの最上部の蓋又はフランジの外側に配置され、一方パイプ接続部は、例えばネジ式フィードスルーとして、蓋又はフランジの中に配置され、センサ手段は熱伝達コンテナ内に、しかし蓋又はフランジに接続して配置される。このことは、アクセシビリティが改善されることから、非常に大きな利点であり、操作及びメンテナンスが容易になるという効果をもたらす。
【００４９】
本発明はまた、いくつかの略垂直に配置された熱伝達コンテナを貯蔵装置内に配置すること、及び容器の外側の体積に、コンテナの上端に近い高さまで、グラウト又はセメントを埋めることにより、本発明の熱エネルギー貯蔵装置を建築する方法も提供する。これは、先行技術の蓄熱装置に対し、非常に大きな利点を提供しており、このことはさらなる説明から明らかである。
【００５０】
この方法の典型的な実施態様では、熱伝達コンテナは、積み重ねられたコンクリートブロックを通した流路内に配置され、コンテナとブロックとの間の環状の体積中に、グラウトが充填される。このことは、熱伝導に都合の良い密な接触を確保し、かつ熱誘導性ストレスが高い場合には、環状の体積中に適応した高品質のグラウトを使用できるようにする。
【００５１】
しかしながら、この方法の１つの単純な実施態様は、１つの操作で成形可能な単一のコンクリートブロックにおいて、いくつかの熱伝達コンテナを適当な距離で並べて配置することであり、該コンクリートブロックは、小さくても大きくてもよい。この実施態様の標準化は、製造が単純であるため有益である。例えば、組立式の熱伝達コンテナチューブは、貯蔵装置の外側限界又は型枠の内側に並んで配置可能であり、単一のコンクリートブロックは、外側の貯蔵装置限界の内側のチューブ間の体積中に、例えば、ポンピングにより、セメント又は流体グラウトを充填することにより製造できる。
【００５２】
熱伝達コンテナは、製造工程の間に、大きいコンクリートブロックを冷却することなどの、温度制御のために使用される。熱膨張及び収縮と、化学的に結合していない水の逃げ道との流路又は仕切り隙間は、好ましくは、大きい貯蔵装置内に配置する。適当なスペーサは、利便性が判明する限り使用する。好ましい実施態様においては、熱伝達コンテナチューブは、予め設置されたエネルギー入出力のためのパイプ回路セグメントと同じ場所に、好ましくは、コンテナ上端において保護カバー下で容易に利用することができる接続装置を用いて送出され、或いは、コンテナは熱伝達流体で予め充填される。
【００５３】
この方法の１つの好ましい態様においては、上面と底面との間に配された略鉛直の流路を備えたコンクリートユニットブロックが、最初に組立てられ、流路よりも口径の小さい熱伝達コンテナが、それぞれの流路内に配置され、コンテナとコンクリート流路表面との間の体積中にグラウトが充填され、エネルギー入出力のための手段と、センサ手段とが、コンテナ内に持ち込まれ、前記手段は離脱型に配置され、それぞれの熱伝達コンテナ内の蓋に接続される。
【００５４】
熱伝達流体もまた、コンテナ内に持ち込まれ、エネルギー入出力のためのパイプ回路セグメントのポジショニングのためのスペーサと、操作及び制御のためのコントロールバルブ及び他の手段とが設けられ、動作できるように配置される。コンクリートユニットブロックは、好ましくは組立式であり、かつ通常の建築現場のクレーンによる操縦に適したサイズ及び重量のものである。
【００５５】
本発明はまた、エネルギー生産のためのプラントであって、エネルギーの供給源と、エネルギーの送出、消費、又は生産のための手段とを備え、供給源及び手段が作用的に配置されているプラントも提供する。該プラントは、熱エネルギー貯蔵装置が、供給源と前記手段との間に作用的に配置され、貯蔵装置が固体状蓄熱材と、熱伝達流体と、エネルギー入出力のための手段とを備え、貯蔵装置がさらに、少なくとも１つの熱伝達コンテナを備え、固体状蓄熱材が熱伝達コンテナの周囲に配置され、熱伝達流体による全ての熱伝達性の対流及び伝導がそれぞれの熱伝達コンテナ内で起こるように熱伝達コンテナが、熱伝達流体と、エネルギー入出力のための手段とを収容しているという点で特徴的である。本発明のプラントは、多数の供給源及び多数の利用者に対し動作できるように配置された、本発明の熱エネルギー貯蔵装置を有してなる。
【００５６】
プラントへのエネルギーの供給源は、熱源もしくは電源か、又は双方の任意の組合せである。例えば、１つの好ましい態様においては、いくつかの供給源、即ち、送出温度の異なる熱源、及び電源が接続され、蓄熱装置は熱を、その異なる区画に異なる温度で貯蔵することに適合されており、区画は断熱材又は空隙によって区分され、送出、消費、又は生産のためのいくつかの手段が超臨界水及び蒸気などの、エネルギー入出力に使用される各流体のためのタービン−発電機の組合せと、地域暖房又は工業用蒸気の供給のための配管とを備え、それぞれ個別に接続される。
【００５７】
該プラント又は貯蔵装置は、特殊な使用様式においては、エネルギー貯蔵よりもむしろ異なる流体間の熱交換器として主に利用される。例えば、集光型太陽熱発電プラントから送出され、熱で温められた油などは、熱交換コンテナ内を循環されてもよく、ここでは、内部パイプシステム中に循環される水／蒸気と直接に交換されるのは、主として熱である。
【００５８】
本発明はまた、本発明によるプラントを用いたエネルギーの生産方法であって、ピーク生産、低市場価格又は過剰生産の期間にエネルギーを貯蔵し、低生産又は高市場価格の期間にエネルギーを送出することで特徴的な方法も提供する。該方法の１つの好ましい実施態様においては、プラントに接続されるいくつかの供給源がピーク生産、過剰生産、又は低エネルギー価格のモードの場合に、貯蔵を目的として選択されることにより、生産及びコストに関する位相サイクルから外れる。
【００５９】
さらに本発明は、生産不足又は高市場価格の期間にエネルギーを送出し、ピークもしくは過剰生産又は低市場価格の期間において、エネルギーの供給源からのエネルギーを貯蔵する、その任意の実施態様における本発明の貯蔵装置、又はその任意の実施態様における本発明のプラントの使用を提供する。本発明による使用は、結果として１つ以上の利益をもたらす、それは、電気エネルギー送電網の伝達容量に関する需要を低減し、エネルギー供給のセキュリティは高まり、かつ送電網に負荷をかけ過ぎることなく最大電気消費量を増大することができる。
【００６０】
本発明はまた、風、波、海流、及び太陽などの、いくつかのタイプの再生可能なエネルギーの供給源の貯蔵により、エネルギー供給のセキュリティを提供するという重要な目的にもかなうことができるものであり、このことはむしろ、エネルギー送出の予想外の性能を有する。本発明による、かかるエネルギー貯蔵能力は、拡大しつつあるエネルギー供給のシェアが、再生可能な供給源に由来することが期待されることから、将来特に重要となる。本発明が地熱供給源との接続において十分に研究されており、このことが夜間の蓄熱によって日中の電力生産を増大することもまた注目に値する。
【００６１】
本発明の熱エネルギー貯蔵装置は、低温貯蔵として使用しても明らかに有益である。温かい気候及び先進国では、エネルギー消費の非常に大部分が冷房のためであり、本発明の貯蔵装置は、冷房又は空調目的で、低温の流体として低コストで送出するために、エネルギーを低温で貯蔵すること（エネルギーシンク）ができる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明による貯蔵装置の１つの実施例を例示する図である。
【図２】本発明の貯蔵装置の別の実施例を例示する図である。
【図３】エネルギー入出力のためのパイプが、本発明の貯蔵装置にどのように配置し得るかを例示する図である。
【図４】補強材が、本発明の貯蔵装置内のコンクリートブロック中にどのように配置され得るかを例示する図である。
【図５】本発明の貯蔵装置の１つの実施例を例示する図である。
【図６】本発明のプラントを例示する図である。
【図７】本発明のプラントの別の実施態様を例示する図である。
【図８】本発明のプラントのさらなる実施態様を例示する図である。
【図９】熱伝達コンテナ内のエネルギー入出力のための手段の、いくつかの異なる配置を例示する図である。
【図１０】熱伝達コンテナ内のエネルギー入出力のための手段の、いくつかの異なる配置を例示する図である。
【図１１】熱伝達コンテナ内のエネルギー入出力のための手段の、いくつかの異なる配置を例示する図である。
【図１２】熱伝達コンテナ内のエネルギー入出力のための手段の、いくつかの異なる配置を例示する図である。
【図１３】熱伝達コンテナ内のエネルギー入出力のための手段の、いくつかの異なる配置を例示する図である。
【図１４】本発明の熱貯蔵装置のためのコンクリートブロック中にユニットブロックを成形するための、１つの方法を例示する。
【発明を実施するための形態】
【００６３】
本発明は、８つの図によって例示される。
本発明の貯蔵装置の単純であるが効率的な１つの実施態様を例示している図１を参照されたい。熱エネルギー貯蔵装置及び熱交換ユニット１が、縦断面及び横断面で例示されている。貯蔵装置は、固体状蓄熱材２、４、さらに具体的には、例示された実施態様においてはコンクリート２及びグラウト４と、熱伝達流体３と、及び、例示された実施態様においては圧力パイプである、エネルギー入出力のための手段５とを備えている。
【００６４】
圧力パイプの数は、用途に応じて変更することができる。貯蔵装置はさらに、例示された実施態様ではシリンダ又はパイプのセクションとして、少なくとも１つの熱伝達コンテナ６を備えている。固体状蓄熱材として、グラウト４及びコンクリート２が、熱伝達コンテナ６の周囲に配置される。熱伝達コンテナ６は、熱伝達流体３と、エネルギー入出力のための手段５とを備え、先行技術の解決方法に反して、熱伝達流体による全ての熱伝達対流及び伝導が、熱伝達コンテナ内で起こるようにする。
【００６５】
それぞれ下向き及び上向きの流れを有する、パイプ５の入力部分及び出力部分は、好ましくは、最適な対流条件のため、間隔を空けて配置される。操作の際、パイプは、操作のモードに依存して、周囲の熱伝達流体よりも高い温度か又は低い温度の流体を有することとなり、これが蓄熱又は放熱である。熱の負荷又は蓄熱の間、パイプ５は、熱伝達流体よりも温かく、熱伝達流体は熱伝達コンテナ壁よりも温度が高く、熱伝達コンテナ壁はグラウトよりも温度が高く、それ故、対流は、熱伝達流体が主として、より温度が高いパイプ５に沿って上向きに、かつ、より温度が低い熱伝達コンテナ６の壁に沿って下向きに流れるようにする。
【００６６】
熱の取出し又は放熱の間、パイプ５は、熱伝達流体よりも温度が低く、熱伝達流体は熱伝達コンテナ壁よりも温度が低く、熱伝達コンテナ壁はグラウトよりも温度が低く、それ故、対流は、熱伝達流体が主として、より温度が低いパイプ５に沿って下向きに流れ、そして熱伝達コンテナ６の壁に沿って上向きに流れるようにする。貯蔵装置の全ての材料及び部品が、貯蔵装置の蓄熱容量に寄与している。例示された実施態様では、２つのシリンダ状のコンクリートブロック７がブロックを通って延びているパイプ及び熱伝達コンテナと共に例示されており、ブロックは、スタックの一部である。
【００６７】
明確にするため、いくつかの図では、いくつかの項目に同一の参照番号が付されており、いくつかの部品は、大きさ又は方向性が無視され、或いは他の部品を明確に図示する目的で省略されていることもある。同一又は同様の項目は、別々の図において同じ参照番号が付与されている。
【００６８】
図２には、２つの異なる実施態様が例示され、第１には、基本的な貯蔵ユニットとして、六角形のコンクリートブロック７が、ブロックを通って略垂直方向に配置された熱伝達コンテナ６のための７つの流路と共に例示されている。第２には、基本的な貯蔵ユニットとして、正方形の横断面のコンクリートブロック７が、熱伝達コンテナ用の９つの流路と共に例示されている。
【００６９】
この図はまた、縦断面において、重ねて積み上げられた、断面が正方形の８つのコンクリートブロックも示す。積み重ねられたブロックは、スケールが無視されており、ブロック間の境界線は、点線によって示され、各流路は、点線によって簡単に示されているが、このことは、本発明の単純さ及び多様性のいくらかを示している。積み重ねられたブロックは、好ましい実施態様では、略鉛直に起立することができ、熱伝導及び対流のための長い距離、したがって熱伝達のための強化された能力を提供する。
【００７０】
図３は、熱を負荷及び取出すための、エネルギー入出力用のパイプ５の、１つの配置を例示する。スタック又はユニット間の直列又は並列な流れを可能にするバルブ１７を用いて、他のいくつかの配置を使用することができる。多くの実施態様については、熱伝達コンテナ６に対し、パイプシステムが配置され、また蒸気及び圧力の処理と漏出の制御とのためのセンサ手段も配置されることとなるが、しかしながら明確さのため、かかるパイプ及び手段は例示されていない。円柱形の安全カバー１６はスタックの最上部に、しかしバルブ１７、アクセスデッキ１８、及び、断熱層１９より下の他の制御装置よりも下に配置される。
【００７１】
図４は、略垂直の補強材８及びループ状の補強材９を用いた補強構造が、いかにしてコンクリートブロック７の中に配置されるかを例示する。補強材はまた、コンクリートブロックの外側に配置することもでき、例えばリフティングラグを有する構造として、補強材の部品がコンクリートブロックの外に延びていてもよい。補強材は、グリッドとして、又はコンクリートブロックの側面及び底面上の金属膜として、水蒸気を逃がすための開口の有無にかかわらず配置することができる。
【００７２】
図５は、断熱材１１、膜１２、ボトムソール１３、ボトムスラブ１４、及びオペレーション又はアクセスルーム１５と共に、建屋構造物１０中に配置された場合の、本発明の蓄熱装置１を、横断面において例示する。貯蔵装置１は、地面２０上に立てて配置される。パイプ、フランジ、バルブ、及びセンサ手段などの部品は、メンテナンス、修理、及び操作のためのオペレーション又はアクセスルーム１５から容易に使用することができる。
【００７３】
屋根及び最上部の断熱材は、それぞれのコンクリートブロック及び熱伝達コンテナと同様に、通常のクレーンにより持ち上げて外すことができる。単純な設計のため、貯蔵装置はスケールアップ及びスケールダウンすることが容易であり、かつ維持又は修理することが容易である。貯蔵装置の最上部は、貯蔵装置を地中に建築することにより、地面又は土壌の高さと同じ高さにすることができる。
【００７４】
一例として、本発明による貯蔵装置は、重ねて配置された８つの補強されたコンクリートユニットを備えた多くの同等のスタックを備えていてもよく、ここで、各ユニットは、水平面で１８０ｃｍ×１８０ｃｍ、かつ高さ２００ｃｍの大きさを有する。各ユニット内には、口径３０ｃｍで、中心間で６０ｃｍ離れて位置する、３×３個の垂直なシリンダ状の空洞又は流路があり、貯蔵装置の全高１６メートルにわたる連続した流路を提供する。
【００７５】
各流路又は空洞内には、かつその全高にわたり、熱伝達流体で充填された口径２０ｃｍのシリンダ状の熱伝達コンテナが挿入され、かつエネルギー入出力のための手段、さらに具体的には、高圧小口径のパイプループセグメントがコンテナ中に配置される。熱伝達コンテナとコンクリートの空洞壁との間の５ｃｍの隙間は、繊維補強された高強度のコンクリートグラウトで埋められる。
【００７６】
流入熱流体パイプは、最上部において、単一の入力パイプ及びマニホールドを介して接続され、スタック中の全ての熱伝達コンテナに等しい熱流入を確保する。同様に、全ての出力パイプは、スタックの最上部においてマニホールドを介して一緒に接続され、単一の流出パイプが可能となる。しかしながら、マニホールド、パイプ、及びコントロールバルブは多くの方法で配置することができる。
【００７７】
図６、７、及び８は、本発明によるプラントの実施態様を例示しており、各実施態様は、本発明の少なくとも１つの熱エネルギー貯蔵装置１を含む。非常に単純化された方法においては、図６は、供給源の熱流体媒体をエネルギー入力のための熱運搬性流体として直接使用する現在の石炭プラント又は原子力発電プラントなどの熱供給源２１を備えたプラントを例示しており、熱流体は、線で示した通り、パイプを通して貯蔵装置１又はタービン２３へ輸送される。
【００７８】
熱損失は矢印２２で、リサイクルされるか又は使用される熱は矢印２６で、タービン−発電機は参照番号２３及び２４で、それぞれ例示され、かつ市場への電力は、参照番号２５で例示される。図７は、電力ユニット供給源又はグリッド供給源２７を備えたプラントを例示しており、図８は、火力ユニット供給源又はごみ焼却ユニット３１を備えたプラントを例示する。出力は、図６及び７に例示された実施態様については電力２５であり、図８に例示された実施態様については工業又は消費者への熱３２である。
【００７９】
代替えの入力供給源として電源に接続されたボイラ３０を備えた別の特徴は図７に例示されているが、しかしながらこの代替え物は例示された熱伝達コンテナ内の直接的電熱２９よりも効率が低い。図７では、供給源は、グリッド２８によって市場２５へ直接的に接続され、また、供給源生産が市場需要より高いか、又は価格が低い場合には、電熱２９及びボイラ３０を介して間接的に接続される。
【００８０】
図９−１３は、熱伝達コンテナ内のエネルギー入出力のための手段５の、いくつかの異なる配置を例示しており、これにより本発明の非常な多用性が例証される。熱伝達コンテナ内のエネルギー入出力のための手段５は、パイプ、パイプループもしくはパイプ回路セグメント、電熱要素、及び、いくつかの実施態様では、熱伝達流体などの流体を有している。図９では、熱出力と同じタイプの流体が熱入力に使用されているが、熱伝達コンテナ内の熱伝達流体は、典型的には別のタイプのものである。
【００８１】
このことの一例は、水／蒸気が入力並びに出力に使用されるのに対し、熱伝達流体は油である。図１０では、熱入力が、熱伝達流体中に直接配置された、ジュールタイプの電熱要素５によって供給される一方、熱出力はパイプ流体によって供給される。このことの例は、貯蔵装置が、電気格子又はウィンドファームに接続されているものとなり、かつここで出力は、必要時にはタービン及び発電機により電気を再生するために使用される蒸気である。熱伝達流体は、油もしくは溶融塩、又は他の適当な流体であってもよい。
【００８２】
図１１では、熱入力流体は、熱伝達流体用のものと同じであるのに対し、熱出力は別の流体によって生じる。このことの一例は、熱の入力が集光型太陽熱発電プラント（ＣＳＰ）からの油であって、同じ油が熱伝達流体として使用されるものである。一方、熱出力は、蒸気又は他の流体によって提供される。図１２では、熱入力システム、熱出力システムの流体、及び熱伝達流体が全て異なっている。例えば、入力はＣＳＰプラントからの溶融塩を介してもよく、出力は蒸気であってもよく、かつ熱伝達流体は、油又は溶融塩であってもよい。
【００８３】
図１３では、全ての流体が同じである。このことは、全ての流体が同じクーラントであることも可能な、蓄冷の典型となる。それはまた、熱入力並びに熱出力が油によるものである場合であってもよく、例えば油から蒸気への任意のさらなる転換が、貯蔵装置の外側で起こる。入力パイプ５が、熱伝達コンテナ内の全高にわたり、好ましくは熱伝達コンテナの中心において、物質中に延びており、その理由は、このことが、操作を通じて熱伝達コンテナの中心線に沿って最高又は最低温度のラインを提供し、そのことが高い熱伝達率を提供されるからであることに注目される。
【００８４】
おそらくは、より好適でない別の方法は、ただ単に熱伝達入力又は出力のための手段を熱伝達コンテナへの接続装置として、例えば入力をコンテナの最下部に、かつ１つ又はいくつかの出力を側壁に向けて最上部に有することであり、これは本発明の状況においては、熱入力又は出力のための手段という用語に含まれることが意図されている。
【００８５】
「貯蔵装置」が、殆どの場合、蓄熱装置としてのみならず、熱交換器としても役立つことは、特に注目に値する、実際、これは「ビルトイン」熱交換器を備えたシステムである。さらに具体的には、貯蔵装置は、異なる媒体間の熱交換と、長時間にわたる熱交換とを提供する。とりわけ、それはまた主として、集光型太陽熱発電プラントの日中の操作のための熱交換モードにおいても利用することができる。
【００８６】
図１４は、本発明の蓄熱装置のためのコンクリートユニットブロックの成形法の１つを例示する。さらに具体的には、ボトムプレート３３、流路ロッド３４、コンクリート３５、ヒンジ付きの壁３６、及び穿孔されたトッププレート３９が例示されている。コンクリートは、上部４０から注入され、型を振動させるか又はバイブレータを挿入することによりコンクリートは圧縮され、トッププレート３９は流路ロッド３４と共に、コンクリートの十分な硬化が起きた後に引き上げられ、開かれた壁３７、ボトムプレート３３もまた、硬化が十分であれば除去される。この方法は、本発明の１つの実施態様を代表するものである。外部の取り囲んでいる金属シートを型枠として、並びに永久的な外部補強材として使用することなどの、他のコンクリートブロック製造法もまた実行可能である。
【００８７】
本発明の大規模な熱貯蔵装置の熱損失は、驚くほど低い。蓄熱容量１０  ０００ＭＷｈの１００  ０００ｍ３の断熱された貯蔵装置では、１日当たりの熱損失は、典型的には、貯蔵された熱エネルギーの１０／００（千分率）未満であろう。
【００８８】
現在の発電プラント、特に古いバージョンは、電力産生を需要に合わせることに関して融通が利かない。１日で、エネルギー価格の変動が２倍を超える可能性がある。石炭発電プラント、原子力発電プラント、及び一般的に任意の発電プラントの主要なコストは、投資である。発電プラントにおいて本発明の蓄熱装置を使用するための追加の投資は、ケーススタディで、利益に関し、また送出網確保に関して、驚くほど有益であると推定される。このことは、生産物が無駄になるか、又は最低価格で販売されることが殆どない一方で、より多くの生産物をより高価格で販売でき、さらにエネルギー供給のセキュリティ（保全性）が高まる。同時に、電力送出セキュリティも高まり、このこともまた大きな価値がある。
【００８９】
本発明の蓄熱装置は、本文書に記載又は例示された任意の特徴を備えていてもよく、任意に動作可能な組合せは、本発明の実施態様である。本発明のプラントは、本文書に記載又は例示された任意の特徴を備えていてもよく、任意に動作可能な組合せは、本発明の実施態様である。本発明の方法は、本文書に記載又は例示された任意の特徴又は工程を備えていてもよく、任意に動作可能な組合せは、本発明の実施態様である。
【図１】
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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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【国際調査報告】
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