(57)【要約】作動流体を用いて、熱、冷気、及び／又は、電力を供給するための装置であって、作動流体を圧縮するための第１及び第２の圧縮器、作動流体を膨張させるための第１及び第２の膨張器、及び、第１及び第２の蓄熱器を含む装置において、第１の圧縮器の出口部が、第１の蓄熱器の第１の入口部及び第２の蓄熱器の第２の入口部と、熱的に結合されており、第２の圧縮器の出口部が、第２の蓄熱器の第１の入口部及び第１の蓄熱器の第２の入口部と、熱的に結合されており、第１の膨張器の入口部が、第１の蓄熱器の第１の出口部及び第２の蓄熱器の第２の出口部と、熱的に結合されており、第２の膨張器の入口部が、第２の蓄熱器の第１の出口部及び第１の蓄熱器の第２の出口部と、熱的に結合されていること、を特徴とする装置が提案される。更に本発明は、それぞれ、少なくとも冷気及び少なくとも熱を供給するための、そのような装置を運転するための方法に関する。
2021528591.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱、冷気、及び／又は、電力を供給するための装置（１）であって、
作動流体を圧縮するための第１及び第２の圧縮器（１１、１２）、
作動流体を膨張させるための第１及び第２の膨張器（２１、２２）、及び、
第１及び第２の蓄熱器（４１、４２）、
を含む装置（１）において、
前記第１の圧縮器（１１）の出口部が、前記第１の蓄熱器（４１）の第１の入口部（４１１）及び前記第２の蓄熱器（４２）の第２の入口部（４２２）と、熱的に結合されており、
前記第２の圧縮器（１２）の出口部が、前記第２の蓄熱器（４２）の第１の入口部（４２１）及び前記第１の蓄熱器（４１）の第２の入口部（４１２）と、熱的に結合されており、
前記第１の膨張器（２１）の入口部が、前記第１の蓄熱器（４１）の第１の出口部（４１３）及び前記第２の蓄熱器（４１）の第２の出口部（４２４）と、熱的に結合されており、さらに、
前記第２の膨張器（２２）の入口部が、前記第２の蓄熱器（４２）の第１の出口部（４２３）及び第１の蓄熱器（４１）の第２の出口部（４１４）と、熱的に結合されていること、
を特徴とする装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置（１）において、
熱的な結合の各々が、三方弁（３１）を用いて形成されていること、
を特徴とする装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の装置（１）において、
前記第１の蓄熱器（４１）は、第１及び第２の端部領域を有しており、
前記第１の蓄熱器（４１）の前記第１入口部（４１１）及び前記第１の蓄熱器（４１）の前記第２の出口部（４１４）は、前記第１の蓄熱器（４１）の前記第１の端部領域内に配設されており、
前記第１の蓄熱器（４１）の前記第１の出口部（４１３）及び前記第１の蓄熱器（４１）の前記第２の入口部（４１２）は、前記第１の蓄熱器（４１）の前記第２の端部領域内に配設されていること、
を特徴とする装置。
【請求項４】
請求項１から３の何れか１項に記載の装置（１）において、
前記第２の蓄熱器（４２）は、第１及び第２の端部領域を有しており、
前記第２の蓄熱器（４２）の前記第１の入口部（４２１）及び前記第２の蓄熱器（４２）の前記第２の出口部（４２４）は、前記第２の蓄熱器（４２）の前記第２の端部領域内に配設されており、
前記第２の蓄熱器（４２）の前記第１の出口部（４２３）及び前記第２の蓄熱器（４２）の前記第２の入口部（４２２）は、前記第２の蓄熱器（４２）の前記第１の端部領域内に配設されていること、
を特徴とする装置。
【請求項５】
請求項３又は４に記載の装置（１）において、
前記蓄熱器（４１、４２）の前記第１の端部領域の各々が、それぞれの前記蓄熱器（４１、４２）に関連する前記第２の端部領域よりも高い温度を有していること、
を特徴とする装置。
【請求項６】
請求項１から５の何れか１項に記載の装置（１）において、
前記第１の圧縮器（１１）は、前記第２の圧縮器（１２）よりも大きな圧縮を有している、
を特徴とする装置。
【請求項７】
請求項６に記載の装置（１）において、
前記第１の圧縮器（１１）は、１メガパスカルから４メガパスカルの範囲、好ましくは０．５メガパスカルから３メガパスカルの範囲の圧縮を有し、
前記第２の圧縮器（１２）は、０．１メガパスカルから１メガパスカルの範囲、好ましくは０．１メガパスカルから０．５メガパスカルの範囲の圧縮を有すること、
を特徴とする装置。
【請求項８】
請求項１から７の何れか１項に記載の装置（１）において、
前記装置（１）は、冷気を提供するための第１の熱交換器（４１）を含み、
前記第１の熱交換器（４１）は、前記第１の膨張器（２１）の下流に配置されていること、
を特徴とする装置。
【請求項９】
請求項１から８の何れか１項に記載の装置（１）において、
前記装置（１）は、第２の熱交換器（５２）及び地域熱供給ネットワークの少なくとも一部を含み、
前記第２の熱交換器（５２）は、前記地域熱供給ネットワークの少なくとも一部と熱的に結合されていること、
を特徴とする。
【請求項１０】
請求項９に記載の装置（１）において、
前記第２の熱交換器（５２）は、前記第２の圧縮器（１２）の下流でありまた前記第２の蓄熱器（４２）の前記第１の入口部（４２１）の上流に、配置されていること、
を特徴とする装置。
【請求項１１】
請求項１から１０の何れか１項に記載の装置（１）において、
前記装置（１）は、熱を供給するための第３の熱交換器（５３）を含み、
前記第３の熱交換器（５３）は、前記第２の膨張器の下流に配設されていること、
を特徴とする装置。
【請求項１２】
請求項１から１１の何れか１項に記載の装置を運転するための方法であって、
少なくとも冷気を供給するために、以下の工程を含む、即ち、
前記第１の圧縮器（１１）を用いて作動流体を圧縮する工程、
前記第１の蓄熱器（４１）の前記第１の入口（４１１）を用いて前記第１蓄熱器（４１）へ、圧縮された前記作動流体を少なくとも部分的に導入する工程、
前記第１蓄熱器（４１）の前記第１の出口（４１３）を用いてに前記第１の膨張器（２１）の入口部へ、圧縮されまた前記作動流体から前記第１の蓄熱器（４１）への熱伝達によって冷却された前記作動流体を少なくとも部分的な導入する工程、及び、
前記第１の膨張器（２１）を用いて前記第１の膨張器（２１）に導入された前記作動流体を膨張させる工程、
を含む方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の方法において、
更なる工程を含む、即ち、
前記第２の蓄熱器（４２）の前記第２の入口部（４２２）を用いて前記第２の蓄熱器（４２）へ、前記第１の圧縮器（１１）を用いて圧縮された前記作動流体を少なくとも部分的に導入する工程、
を含む方法。
【請求項１４】
請求項１から１１の何れか１項に記載の装置を運転するための方法であって、
少なくとも熱を供給するために、以下の工程を含む、即ち、
前記第２の圧縮器（１２）を用いて前記作動流体を圧縮する工程、
前記第２の蓄熱器（４２）の前記第１の入口部（４２１）を用いて前記第２の蓄熱器（４２）へ圧縮された前記作動流体を少なくとも部分的に導入する工程、
前記第２の蓄熱器（４２）の前記第１の出口部（４２３）を用いて前記第２の膨張器（２１）の入口部へ、圧縮されまた前記第２の蓄熱器（４２）から前記作動流体への熱伝達によって加熱された前記作動流体を少なくとも部分的に導入する工程、及び、
前記第２の膨張器（２２）を用いて前記第２の膨張器（２２）へ導入された前記作動流体を膨張させる工程、
を含む方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の方法において、
更なる工程を含む、即ち、
前記第１の蓄熱器（４１）の前記第２の入口部（４１２）を用いて前記第１の蓄熱器（４１）へ前記第２の圧縮器（１２）を用いて圧縮された前記作動流体を少なくとも部分的に導入する工程、
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱、冷気、及び／又は電気的エネルギーを供給するための装置に関する。本発明は更に、そのような装置を運転するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
二酸化炭素排出量を削減するためには、様々な形態のエネルギーを生成する及び／又は互いに変換する、柔軟で効率的な変換ユニット（英語：Power to Cold, Power to Heat, Heat to Power、等）を利用することが重要である。
【０００３】
従来技術からは、電力（電流）、熱、及び／又は冷気を、例えば建物といった消費部に提供する複数の装置（変換ユニット）が知られている。前述の形態のエネルギーを提供するためは、従来技術によれば、複数の装置が、並行して駆動される或いは並列に接続される。例えば、ショッピングセンターは、電力、熱及び冷気を同時に必要とする。これらの形態のエネルギーが同時に提供されるように、電力グリッドから電流が引かれ得て、ガスボイラを使用して熱が発生され得て、そして、冷却機を使用して冷気が提供され得る。
【０００４】
更に、例えば熱電併給（ドイツ語名称：Blockheizkraftwerke、ドイツ語略称：ＢＨＫＷ）といった、有利な組み合わせが知られている。この場合は、ガスエンジンは、電力と熱を同時に発生させる。更に、地域熱供給は、冷気を提供するための吸収式冷凍設備を運転するために、使用され得るだろう。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、熱及び冷気を特には同時に供給すること及び／又は電力を供給すること、を効率的に可能にする装置及び方法を提供すること、を課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この課題は、独立請求項１の特徴を有する装置、独立請求項１２の特徴を有する方法、並びに、独立請求項１４の特徴を有する方法によって、解決される。従属請求項においては、本発明の有利な構成及び発展形態が記載されている。
【０００７】
熱、冷気、及び／又は、電力を提供するための本発明に従う装置は、少なくとも、
作動流体を圧縮するための第１及び第２の圧縮器、
作動流体を膨張させるための第１及び第２の膨張器、及び、
第１及び第２の蓄熱器、
を含んでいる。
【０００８】
本発明によれば、
第１の圧縮器の出口部は、第１の蓄熱器の第１の入口部及び第２の蓄熱器の第２の入口部と、熱的に連結されており、
第２の圧縮器の出口部は、第２の蓄熱器の第１の入口部及び第１の蓄熱器の第２の入口部と、熱的に連結されており、
第１の膨張器の入口部は、第１の蓄熱器の第１の出口部及び第２の蓄熱器の第２の出口部と、熱的に連結されており、そして、
第２の膨張器の入口部は、第２の蓄熱器の第１の出口部及び第１の蓄熱器の第２の出口部と、熱的に連結されている。
【０００９】
特に、上述の熱的な連結は、少なくとも部分的に、特には完全に、作動流体に関して流動性の連結によって形成される。本発明を用いて、有利な様態で、熱、冷気及び／又は電力（電気又は電流）は、同時に又は時間的に互いに別々に供給又は生成され得る。従って、本発明に従う装置は、電力市場で柔軟に作動され得る。言い換えれば、本発明に従う装置は、電力−熱−冷結合のための相乗的概念を形成する。これに関して、本発明は、ジュールサイクル（又はブレイトンサイクル）の原理を複数の蓄熱器と相乗的に組み合わせる。
【００１０】
ここで、本発明に従う装置は、例えば、熱、冷気及び電力の供給、又は例えば熱のみの供給、又は例えば、冷気のみの供給、を可能にする。例えば、熱及び冷気が同時に発生或いは供給される場合、本発明に従う装置は、典型的には、８５パーセントを超える効率を有し、この効率は、使用される電力に対する発生される熱及び冷気の比によって定義されている。
【００１１】
本発明に従う装置及び／又はその構成のうちの１つを駆動させるための本発明に従う方法であって、少なくとも冷気を供給するための方法は、少なくとも以下の工程を含む、即ち、
第１の圧縮器を用いて作動流体を圧縮する工程、
第１の蓄熱器の第１の入口部を用いて第１の蓄熱器へ圧縮された作動流体を少なくとも部分的に導入する工程、
第１の蓄熱器の第１の出口部を用いて、作動流体から第１の蓄熱器への熱伝達によって冷却された圧縮された作動流体を、第１の膨張器の入口部に少なくとも部分的に導入する工程、及び、
第１の膨張器を用いて、第１の膨張器へ導入された作動流体を膨張させる工程、
を含む。
【００１２】
特に好ましくは、本方法は少なくとも以下の更なる工程を含む、即ち、
第２の蓄熱器の第２の入口部を用いて、第１の圧縮器によって圧縮された作動流体を、第２の蓄熱器へ少なくとも部分的な導入する工程、
を有する。
【００１３】
これに関し、作動流体は、好ましくは完全に、第２の蓄熱器に導入され得て、従ってこの場合は、作動流体は、第１の蓄熱器へは導入されない。
【００１４】
言い換えれば、電力は、最初に、第１の圧縮器を用いて作動流体を圧縮するために利用される。作動流体の圧縮に基づき、この作動流体は加熱される。第１の蓄熱器へ圧縮された作動流体を少なくとも部分的に導入することによって、これは、その熱を第１の蓄熱器へ少なくとも部分的に放出する。言い換えれば、圧縮によって発生した熱は、第１の蓄熱器によって少なくとも部分的に蓄えられるか、又は、一時的に蓄えられる。第１の蓄熱器の第１の出口部で少なくとも部分的に冷却された作動流体は、その後、少なくとも部分的に第１の膨張器の入口に案内され、その際にこの作動流体は第１の膨張器を用いて膨張され、また従って更に冷却される。作動流体を冷却することによって、例えば第１の熱交換器を介して、冷気を準備することが出来る。この場合、冷気を準備するために発生した熱は失われずに、第１の蓄熱器によって更なる使用のために蓄えられる。更に、第１の膨張器によって電力が発生及び準備される。更に、十分な冷気を発生させるために、熱の一部、特に大部分を放出すること、そして、第１の蓄熱器を用いて熱を蓄えないこと、が補足的に必要であり得る。
【００１５】
本発明に従う装置を動作させるための、及び／又は、少なくとも熱を提供するためのその構成のうちの１つを動作させるための、本発明に従う方法は、少なくとも以下の工程を含む、即ち、
第２の圧縮器を用いて作動流体を圧縮する工程、
第２の蓄熱器の第１の入口部を用いて第２の蓄熱器へ圧縮された作動流体を少なくとも部分的に導入する工程、
第２の蓄熱器の第１の出口部を用いて、圧縮され又第２の蓄熱器から作動流体への熱伝達によって加熱された作動流体を、第２の膨張器の入口部へ少なくとも部分的に導入する工程、及び、
第２の膨張器を用いて第２の膨張器へ導入された作動流体を膨張させる工程、
を含む。
【００１６】
本方法は、特に好ましくは、少なくとも、
第１の蓄熱器の第２の入口部を用いて、第２の圧縮器によって圧縮された作動流体を第１の蓄熱器へ少なくとも部分的に導入する、
更なる工程を含む。
【００１７】
この場合、作動流体は、好ましくは、完全に第１の蓄熱器へ導入されてもよく、この場合には従って、作動流体は、第２の蓄熱器へは導入されない。
【００１８】
言い換えれば、電力は、最初に、第２の圧縮器を用いて作動流体を圧縮するために使用される。作動流体を圧縮することによって、この作動流体は加熱される。この熱は、既に直接使用されるか又は準備され得て、それにより作動流体は冷えることになる。例えば既にほぼ完全にロードされている第２の蓄熱器へ、圧縮された作動流体を、少なくとも部分的に導入することによって、導入された作動流体は、再び又は更に加熱される、或いは、過熱される。従って、第２の蓄熱器がほぼ完全にロードされている場合に熱を発生させることが有利であり、その場合、ロードは第１の圧縮器を用いた圧縮の際に発生する熱を用いて行われる。
【００１９】
作動流体は加熱されるが、これは、通常、第２の圧縮器は作動流体を、第１の圧縮器が作動流体を圧縮するよりも、低く又は弱く圧縮するからである。言い換えれば、第１の圧縮器を用いる圧縮によって生成された熱は、第２の圧縮器を用いて圧縮された作動流体を加熱するために、使用される。第２の蓄熱器の第１の出口部で加熱された作動流体は、その後、少なくとも部分的に、第２の膨張器の入口部へ案内され、その際それによって、第２の膨張器を用いて過熱された作動流体から電力が生成される。更に、第３の熱交換器を介して熱が準備され得る。
【００２０】
本発明に従う方法を用いて、少なくとも熱及び冷気を同時に発生又は準備することが、特に好ましい。
【００２１】
本発明に従う装置及び／又はその構成のうちの１つに対して、本発明に従う方法と同様の及び同等の、利点が得られる。
【００２２】
本発明の有利な構成に従えば、熱的な結合の各々は、三方弁によって形成されている。
【００２３】
言い換えれば、第１の圧縮器の出口部は、第１の蓄熱器の第１の入口部及び第２の蓄熱器の第２の入口部と、三方弁を介して熱的に、特に流体的に、結合されている。更に、第１の蓄熱器の第１の出口部及び第２の蓄熱器の第２の出口部は、第１の膨張器の入口部と、三方弁を介して熱的に、特に流体的に、結合されている。更に、第２の圧縮器の出口部は、第２の蓄熱器の第１の入口部及び第１の蓄熱器の第２の入口部と、三方弁を介して熱的に、特に流体的に、結合されている。更に、第２の蓄熱器の第１の出口部及び第１の蓄熱器の第２の出口部は、第２の膨張器の入口部と、三方弁を介して熱的に、特に流体的に、結合されている。
【００２４】
本発明の有利な発展形態では、第１の蓄熱器は、第１及び第２の端部領域を有しており、第１の蓄熱器の第１の入口部及び第１の蓄熱器の第２の出口部は、第１の蓄熱器の第１の端部領域内に配設されており、また、第１の蓄熱器の第１の出口部及び第１の蓄熱器の第２の入口部は、第１の蓄熱器の第２の端部領域内に配設されている。
【００２５】
第１の蓄熱器が水平に調整されている場合、その第１及び第２の端部領域は、互いに水平に対向して配設されている。第１の蓄熱器が垂直に調整されている場合、その第１及び第２の端部領域は、互いに垂直に対向して配設されている。第１の蓄熱器の向きに関わらず、その第１及び第２の端部領域は、互いに温度差を有している。第１の蓄熱器の第１及び第２の端部領域の間には、通常、第１の蓄熱器の２つの端部領域を互いから区切る、第１の蓄熱器の中間領域が配設されている。
【００２６】
本発明の有利な構成に従い、第２の蓄熱器は、第１及び第２の端部領域を有しており、第２の蓄熱器の第１の入口部及び第２の蓄熱器の第２の出口部は、第２の蓄熱器の第２の端部領域内に配設されており、また、第２の蓄熱器の第１の出口部及び第２の蓄熱器の第２の入口部は、第２の蓄熱器の第１の端部領域内に配設されている。
【００２７】
第２の蓄熱器が水平に調整されている場合、その第１及び第２の端部領域は、水平に互いに対向して配設されている。第２の蓄熱器が垂直に調整されている場合、その第１及び第２の端部領域は、垂直に互いに対向して配設されている。第２の蓄熱器の向きに関わらず、その第１及び第２の端部領域は、互いに温度差を有している。第２の蓄熱器の第１及び第２端部領域の間には、通常、第２の蓄熱器の２つの端部領域を互いに区切る第２の蓄熱器の中間領域が配設されている。
【００２８】
本発明の有利な構成では、蓄熱器の第１の端部領域はそれぞれ、それぞれの蓄熱器に関連する第２の端部領域よりも高い温度を有している。
【００２９】
言い換えれば、第１の熱交換器の第１の端部領域は、第１の熱交換器の第２の端部領域よりも暖かく、また、第２の蓄熱器の第１の端部領域も、第２の蓄熱器の第２の端部領域よりも暖かい。
【００３０】
本発明の有利な構成に従い、第１の圧縮器は、第２の圧縮器よりも大きな圧縮を有している。
【００３１】
その結果、作動流体は、有利には、第２の圧縮器を用いるよりも、第１の圧縮器を用いてより強く加熱される。有利には、それにより、第１の圧縮器を用いて作動流体を圧縮する場合に生成された熱は、第２の蓄熱器を介して、第２の圧縮器を用いて圧縮された作動流体を加熱するために、使用され得る。
【００３２】
好ましくはこれに関して、第１の圧縮器は、好ましくは１メガパスカルから４メガパスカルの範囲、特に好ましくは０．５メガパスカルから３メガパスカルの範囲の圧縮を有し、また、第２の圧縮器は、０．１メガパスカルから１メガパスカルの範囲、特に好ましくは０．１メガパスカルから０．５メガパスカルの範囲の圧縮を有する。
【００３３】
本発明の有利な構成に従い、本装置は、冷気を準備するための第１の熱交換器を含み、第１の熱交換器は、第１の膨張器の下流に配設されている。
【００３４】
その結果、有利には、第１の膨張器を用いて生成された冷気は、それを消費するために準備され得る。
【００３５】
本発明の有利な発展形態では、本装置は、第２の熱交換器と、地域熱供給ネットワークの少なくとも一部とを含み、第２の熱交換器は、少なくとも地域熱供給ネットワークの一部と熱的に結合されている。
【００３６】
これに関して、第２の熱交換器は、好ましくは、第２の圧縮器の下流、及び、第２の蓄熱器の第１の入口部の上流、に配設されている。
【００３７】
それにより、有利には、第２の圧縮器を用いて作動流体を圧縮する際に生成される熱が、準備され、放出され、及び／又は使用され得る。有利にはそれによって、第２の圧縮器を用いて圧縮された作動流体が冷える。それによって冷却された作動流体は、次いで、第２の蓄熱器の第１の入口部及び／又は第１の蓄熱器の第２の入口部へ案内され得る。
【００３８】
本発明の有利な構成に従い、本装置は、熱を供給するための第３の熱交換器を含んでおり、第３の熱交換器は、第２の膨張器の下流に配設されている。
【００３９】
それにより、有利な様態で熱が供給される。
【００４０】
本発明の更なる長所、特徴、及び詳細は、以下に説明される複数の実施例から並びに図面に基づいてもたらされる。唯一の図面は、本発明の構成に従う装置の概略的な構造を示している。
【００４１】
同種、同等、又は同様に機能する要素には図中で同一の符号を付すことが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】図１は、本発明の構成に従う装置１の概略図を示している。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
装置１は、第１の圧縮器１１及び第２の圧縮器１２を含み、それらは作動流体を圧縮するために、設計されておりまた設けられている。これに関し、第１の圧縮器１１は、第２の圧縮器１２よりも大きな圧縮を有している。更に、装置１は、第１の膨張器２１及び第２の膨張器２２を含み、それらは作動流体を膨張させるために設計されそして設けられている。装置１は更に、第１の蓄熱器４１及び第２の蓄熱器４２を含む。更に装置１は、第１の熱交換器５１、第２の熱交換器５２、及び、第３の熱交換器５３を有している。
【００４４】
第１の蓄熱器４１及び第２の蓄熱器４２はそれぞれ、第１及び第２の端部領域を有しており、通常、それぞれの第１の端部領域は、それぞれの第２の端部領域よりも高い温度を有する。言い換えれば、第１の端部領域は、それぞれの蓄熱器４１、４２の暖かい領域であり、第２の端部領域は、それぞれの蓄熱器４１、４２の冷たい領域である。従って、それぞれの蓄熱器４１、４２内の温度勾配は、その第１の端部領域（暖）からその第２の端部領域（冷）へと延びる。
【００４５】
装置１の動作モードを説明するためには、装置１を先ず観念的に、作動流体の流れに関して第１の経路と第２の経路とに区分することが合目的である。
【００４６】
第１の経路内では、作動流体は、第１の圧縮器１１を用いて、例えば３０ｂａｒ（３メガパスカル）の圧力まで圧縮され、作動流体として空気が使用される場合、これは約５４０℃の温度を有する。このために、約５４０キロジュール毎キログラムの電力が必要である。第１の圧縮器１１を用いて圧縮された作動流体は、第１の三方弁３１を介して、第１の蓄熱器４１の第１の入口部４１１へ、又は、第２の蓄熱器４２の第２の入口部４２２へ、案内される。従って、第１の三方弁３１を使用して、第１の圧縮器１１を用いて圧縮された作動流体が、第１の蓄熱器４１の第１の入口部４１１へ導かれるか、又は、第２の蓄熱器４２の第２の入口部４２２へ導かれるかが、調整可能である。これに関し、作動流体は、その質量流量に関して、前述の入口部４１１、４２２へ、部分的にまたは完全に分配され得る。第１の経路内では、作動流体は、第１の蓄熱器４１の第１の入口部４１１に完全に供給される。蓄熱器４１内では、或いは、第１の蓄熱器４１と熱的に結合して、作動流体は、作動流体から第１の蓄熱器４１への或いは第１の蓄熱器４１の貯蔵媒体への熱伝達によって、冷える。それにより冷却された作動流体は、第１の蓄熱器４１の第１の出口部４１３を用いて、第２の三方弁３２を介して、第１の膨張器２１の入口部に供給され、膨張される。膨張により、作動流体は更に冷え、作動流体は通常約１ｂａｒ（０．１メガパスカル）の圧力まで膨張される。従って、作動流体は、−５０℃から−２０℃の範囲の温度を有することが出来る。言い換えれば、それにより冷気が発生される。冷気を発生させるために、熱を更に排出することも企図され得る。
【００４７】
発生された冷気は、その後、第１の熱交換器５１を用いて、外部の冷気消費部のために提供され得る。このようにして、説明した第１の経路内で、冷気が提供又は発生される。
【００４８】
第２の通路内では、作動流体は、第２の圧縮器１２を用いて圧縮される。これに関して、第２の圧縮器１２を用いる圧縮は、第１の圧縮器１１を用いる圧縮よりも小さい。例えば、作動流体は、５ｂａｒ（０．５メガパスカル）の圧力まで圧縮され、従って、作動流体が空気の場合、約２００℃の温度まで加熱される。このためには、約１７５キロジュール毎キログラムの電力が必要とされる。第２の圧縮器１２を用いて圧縮及び加熱された作動流体は、第２の熱交換器５２に供給され、その結果、圧縮の際に発生された熱は、特に地域熱供給ネットワークに結合されている第２の熱交換器５２を用いて提供可能である。その後、作動流体は、第３の三方弁３３を用いて、第２の蓄熱器４２の第１の入口部４２１へ又は第１の蓄熱器の第２の入口部４１２へ案内される。従って、第３の三方弁３３を用いて、第２の圧縮器１２を用いて圧縮された作動流体が、第２の蓄熱器４２の第１の入口部４２１へ導かれるか、又は、第１の蓄熱器４１の第２の入口部４１２へ導かれるかが、調整可能である。この場合、作動流体は、その質量流量に関して、上述の入口部４２１、４１２へ部分的に又は完全に分配され得る。第１の経路内では、作動流体は、第２の蓄熱器４２の第１の入口部４２１に完全に供給される。
【００４９】
第２の蓄熱器４２は、好ましくは既に略完全にロードされている。それにより、第２蓄熱器４２へ導入され、また、第２蓄熱器の貯蔵媒体と熱的な接触状態にある作動流体は加熱され、加熱された作動流体は、第２の蓄熱器４２の第１の出口部４２３を介して、第２の膨張器２２の入口部に供給される。第２の蓄熱器４２の第１の出口部４２３では、作動流体は、例えば、約５４０℃の温度を有している。第２の膨張器２２の入口への作動流体の案内又は導入は、第４の三方弁３４を介して行われる。
【００５０】
第２の膨張器２２の下流では、作動流体は、通常、約１ｂａｒ（０．１メガパスカル）の圧力、及び、約２４５℃の温度、を有する。この熱は、第３の熱交換器５３を用いて供給され得る。例えばこれに関して、１００キロジュール毎キログラムの熱が発生及び供給され得る。
【００５１】
第１及び第２の経路は、本発明に従い、第１及び第２の蓄熱器４１、４２を介して互いに結合されている。この場合、熱的な結合は、三方弁３１、３２、３３、３４を用いて形成される。言い換えれば、第１の圧縮器１１を用いて圧縮された作動流体は、第１の蓄熱器４１の第１の入口部４１１へ又は第２の蓄熱器４２の第２の入口部４２２へ、案内され得る。第２の圧縮器１２によって圧縮された作動流体は、第３の三方弁３３を用いて、第２の蓄熱器４２の第１の入口部４２１へ又は第１の蓄熱器４１の第２の入口部４１２へ、案内され得る。
【００５２】
第１の膨張器２１の入口部には、第２の三方弁３２を用いて、作動流体が、第１の蓄熱器４１の第１の出口部４１３から又は第２の蓄熱器４２の第２の出口部４２４から、供給され得る。
【００５３】
第２の膨張器２２の入口部には、第４の三方弁３４を用いて、作動流体が、第２の蓄熱器４２の第１の出口部４２３から又は第１の蓄熱器４１の第２の出口部４１４から、供給され得る。
【００５４】
それにより、全体として、有利で相乗的な熱結合がもたらされ、この熱的結合を用いて、熱及び冷気並びに電力は同時に又は互いに別々に効率的に発生可能である。言い換えれば、圧縮器１１を用いてまた第２の圧縮器１２を用いて作動流体を圧縮する場合に発生される熱は失われず、むしろ、熱を発生するため、電力を発生するため、及び／又は、冷気を発生するために、使用される。異なるエネルギー形態の分離及び使用は、相乗的に組み合わされまた結合された蓄熱器４１、４２を用いて可能となる。
【００５５】
例えば、第２の蓄熱器４２は、第１の蓄熱器４１が既に完全にロードされている場合には、第１の圧縮器１１を用いた発生の場合に発生された熱を用いて、ロードされる。それにより、有利には、第１の圧縮器１１を用いた作動流体の圧縮の場合に発生する熱は、第１の熱交換器５１を介して冷気を供給するために、及び／又は、第３の熱交換器５３を介して熱を供給するために、使用される。
【００５６】
２つの蓄熱器４１、４２を相乗的かつ本発明に従って接続させることによって与えられる図示され説明された２つの経路を組み合わせることによって、装置１は、熱と冷気を同時に発生させる場合には、使用される電力に関して、８５パーセントを超える効率を有する。それにより、有利な様態で効率的に、熱及び冷気が提供される。
【００５７】
本発明は、好ましい例示的な実施例によって詳細に説明されまた記述されたが、本発明は、開示された例によって限定されていない、又は、本発明の保護の範囲から逸脱することなく、当業者によって、他の変形形態をそれらから導出することが出来る。
【符号の説明】
【００５８】
１        装置
１１      第１の圧縮器
１２      第２の圧縮器
２１      第１の膨張器
２２      第２の膨張器
４１      第１の蓄熱器
４２      第２の蓄熱器
５１      第１の熱交換器
５２      第２の熱交換器
５３      第３の熱交換器
４１１    第１の蓄熱器の第１の入口部
４１２    第１の蓄熱器の第２の入口部
４１３    第１の蓄熱器の第１の出口部
４１４    第１の蓄熱器の第２の出口部
４２１    第２の蓄熱器の第１の入口部
４２２    第２の蓄熱器の第２の入口部
４２３    第２の蓄熱器の第１の出口部
４２４    第２の蓄熱器の第２の出口部
【図１】
2021528591.tif 000003
【手続補正書】
【提出日】令和3年1月7日(2021.1.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱、冷気、及び／又は、電力を供給するための装置（１）であって、
作動流体を圧縮するための第１及び第２の圧縮器（１１、１２）、
作動流体を膨張させるための第１及び第２の膨張器（２１、２２）、及び、
第１及び第２の蓄熱器（４１、４２）、
を含む装置（１）において、
前記第１の圧縮器（１１）の出口部が、前記第１の蓄熱器（４１）の第１の入口部（４１１）及び前記第２の蓄熱器（４２）の第２の入口部（４２２）と、熱的に結合されており、
前記第２の圧縮器（１２）の出口部が、前記第２の蓄熱器（４２）の第１の入口部（４２１）及び前記第１の蓄熱器（４１）の第２の入口部（４１２）と、熱的に結合されており、
前記第１の膨張器（２１）の入口部が、前記第１の蓄熱器（４１）の第１の出口部（４１３）及び前記第２の蓄熱器（４１）の第２の出口部（４２４）と、熱的に結合されており、さらに、
前記第２の膨張器（２２）の入口部が、前記第２の蓄熱器（４２）の第１の出口部（４２３）及び第１の蓄熱器（４１）の第２の出口部（４１４）と、熱的に結合されていること、
を特徴とする装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置（１）において、
熱的な結合の各々が、三方弁（３１）を用いて形成されていること、
を特徴とする装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の装置（１）において、
前記第１の蓄熱器（４１）は、第１及び第２の端部領域を有しており、
前記第１の蓄熱器（４１）の前記第１入口部（４１１）及び前記第１の蓄熱器（４１）の前記第２の出口部（４１４）は、前記第１の蓄熱器（４１）の前記第１の端部領域内に配設されており、
前記第１の蓄熱器（４１）の前記第１の出口部（４１３）及び前記第１の蓄熱器（４１）の前記第２の入口部（４１２）は、前記第１の蓄熱器（４１）の前記第２の端部領域内に配設されていること、
を特徴とする装置。
【請求項４】
請求項１から３の何れか１項に記載の装置（１）において、
前記第２の蓄熱器（４２）は、第１及び第２の端部領域を有しており、
前記第２の蓄熱器（４２）の前記第１の入口部（４２１）及び前記第２の蓄熱器（４２）の前記第２の出口部（４２４）は、前記第２の蓄熱器（４２）の前記第２の端部領域内に配設されており、
前記第２の蓄熱器（４２）の前記第１の出口部（４２３）及び前記第２の蓄熱器（４２）の前記第２の入口部（４２２）は、前記第２の蓄熱器（４２）の前記第１の端部領域内に配設されていること、
を特徴とする装置。
【請求項５】
請求項３又は４に記載の装置（１）において、
前記蓄熱器（４１、４２）の前記第１の端部領域の各々が、それぞれの前記蓄熱器（４１、４２）に関連する前記第２の端部領域よりも高い温度を有していること、
を特徴とする装置。
【請求項６】
請求項１から５の何れか１項に記載の装置（１）において、
前記第１の圧縮器（１１）は、前記第２の圧縮器（１２）よりも大きな圧縮を有している、
を特徴とする装置。
【請求項７】
請求項６に記載の装置（１）において、
前記第１の圧縮器（１１）は、１メガパスカルから４メガパスカルの範囲の圧縮を有し、
前記第２の圧縮器（１２）は、０．１メガパスカルから１メガパスカルの範囲の圧縮を有すること、
を特徴とする装置。
【請求項８】
請求項１から７の何れか１項に記載の装置（１）において、
前記装置（１）は、冷気を提供するための第１の熱交換器（５１）を含み、
前記第１の熱交換器（５１）は、前記第１の膨張器（２１）の下流に配置されていること、
を特徴とする装置。
【請求項９】
請求項１から８の何れか１項に記載の装置（１）において、
前記装置（１）は、第２の熱交換器（５２）及び地域熱供給ネットワークの少なくとも一部を含み、
前記第２の熱交換器（５２）は、前記地域熱供給ネットワークの少なくとも一部と熱的に結合されていること、
を特徴とする装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の装置（１）において、
前記第２の熱交換器（５２）は、前記第２の圧縮器（１２）の下流でありまた前記第２の蓄熱器（４２）の前記第１の入口部（４２１）の上流に、配置されていること、
を特徴とする装置。
【請求項１１】
請求項１から１０の何れか１項に記載の装置（１）において、
前記装置（１）は、熱を供給するための第３の熱交換器（５３）を含み、
前記第３の熱交換器（５３）は、前記第２の膨張器の下流に配設されていること、
を特徴とする装置。
【請求項１２】
請求項１から１１の何れか１項に記載の装置を運転するための方法であって、
少なくとも冷気を供給するために、以下の工程、
前記第１の圧縮器（１１）を用いて作動流体を圧縮する工程、
前記第１の蓄熱器（４１）の前記第１の入口（４１１）を用いて前記第１蓄熱器（４１）へ、圧縮された前記作動流体を少なくとも部分的に導入する工程、
前記第１蓄熱器（４１）の前記第１の出口（４１３）を用いてに前記第１の膨張器（２１）の入口部へ、圧縮されまた前記作動流体から前記第１の蓄熱器（４１）への熱伝達によって冷却された前記作動流体を少なくとも部分的な導入する工程、及び、
前記第１の膨張器（２１）を用いて前記第１の膨張器（２１）に導入された前記作動流体を膨張させる工程、
を含む方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の方法において、
更に、
前記第２の蓄熱器（４２）の前記第２の入口部（４２２）を用いて前記第２の蓄熱器（４２）へ、前記第１の圧縮器（１１）を用いて圧縮された前記作動流体を少なくとも部分的に導入する工程、
を含む方法。
【請求項１４】
請求項１から１１の何れか１項に記載の装置を運転するための方法であって、
少なくとも熱を供給するために、以下の工程、
前記第２の圧縮器（１２）を用いて前記作動流体を圧縮する工程、
前記第２の蓄熱器（４２）の前記第１の入口部（４２１）を用いて前記第２の蓄熱器（４２）へ圧縮された前記作動流体を少なくとも部分的に導入する工程、
前記第２の蓄熱器（４２）の前記第１の出口部（４２３）を用いて前記第２の膨張器（２１）の入口部へ、圧縮されまた前記第２の蓄熱器（４２）から前記作動流体への熱伝達によって加熱された前記作動流体を少なくとも部分的に導入する工程、及び、
前記第２の膨張器（２２）を用いて前記第２の膨張器（２２）へ導入された前記作動流体を膨張させる工程、
を含む方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の方法において、
更に、
前記第１の蓄熱器（４１）の前記第２の入口部（４１２）を用いて前記第１の蓄熱器（４１）へ前記第２の圧縮器（１２）を用いて圧縮された前記作動流体を少なくとも部分的に導入する工程、
を含む方法。
【国際調査報告】
2021528591.tif 000004
2021528591.tif 000005
2021528591.tif 000006
2021528591.tif 000007