(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱を復熱する方法であって、
固体を収容しているタンクの少なくとも一部分に第１の流体を導入するステップと、
前記第１の流体が、前記タンク内に収容されている前記固体の少なくとも周囲又は中を通る際に、前記固体と前記第１の流体との間で熱を交換させることにより加熱された第１の流体を生成するステップと、
前記固体を収容している前記タンクの前記少なくとも一部分から、前記加熱された第１の流体を抽出するステップと、
前記第１の流体が前記固体の少なくとも周囲又は中を通った後に、前記固体の少なくとも一部を、前記タンクの下部の中を通るように動かすステップと、
前記固体の前記少なくとも一部を、前記タンクの前記下部の中を通るように動かした後に、前記固体の前記少なくとも一部を凝固点抑制剤と組み合わせて、第２の流体を生成するステップと、
前記第２の流体への熱的な熱伝達のための熱交換器の中を、前記加熱された第１の流体を通過させるステップであって、前記加熱された第１の流体は、前記熱交換器を通過する際に冷却される、前記通過させるステップと、
を含む方法。
【請求項２】
前記熱交換器を通過した後の前記冷却された第１の流体を、前記タンクに通して再循環させるステップを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記固体の前記少なくとも一部を、前記タンクの前記下部の中を通るように動かす前記ステップは、重力を利用する、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記固体を収容している前記タンクに前記第１の流体を導入する前記ステップは、１つ以上の、垂直方向を向いた注入器を利用することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
少なくともポンプ、コンプレッサ、又はブロワを利用して、少なくとも、前記導入するステップ、又は前記抽出するステップを促進することを更に含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記固体を収容している前記タンクに前記第１の流体を導入する前記ステップは、前記熱交換器を利用して、前記第１の流体に対する浮力を発生させることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記タンク内で１つ以上の間仕切りを利用して、前記固体を前記熱交換器から分離することを更に含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記第１の流体は不活性流体を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記不活性流体は空気を含み、前記固体は氷を含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記固体は相転移材料を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記第２の流体は、凝固点抑制剤と相転移材料との組み合わせの少なくとも一部を含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
熱を復熱するシステムであって、
固体を保持するように構成されたタンクと、
第１の流体が前記固体の少なくとも周囲又は中を通って前記固体と熱を交換することにより加熱された第１の流体を生成するように、前記固体を保持するように構成された前記タンクの少なくとも一部分に前記第１の流体を導入することを促進するように構成された流体導入器と、
前記固体を収容している前記タンクから、前記加熱された第１の流体を抽出するための手段と、
熱交換器であって、
前記加熱された第１の流体が、前記熱交換器の中を通過する際に冷却されるように、前記タンクと結合するように、且つ、
第２の流体へ熱を熱的に伝達するように構成された前記熱交換器と、を備え、
前記流体導入器は、少なくとも、前記第１の流体が前記固体の少なくとも周囲又は中を通るとき、又は通った後に、前記固体の少なくとも一部が前記タンクの下部の中を通って動くように、前記タンクと結合するように構成されており、
前記タンクは更に、前記固体の前記少なくとも一部を、前記タンクの前記下部の中を通るように動かした後に、前記固体の前記少なくとも一部を凝固点抑制剤と組み合わせて、前記第２の流体を生成するように構成されている、
システム。
【請求項１３】
前記流体導入器は更に、前記固体の前記少なくとも一部が、重力を利用して、前記タンクの前記下部の中を通って動くように、構成されている、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記流体導入器は、１つ以上の垂直方向注入器を備える、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
前記第１の流体が前記タンクの少なくとも一部分の中を動くことを促進する為に、少なくとも、前記流体導入器と結合されたポンプ、コンプレッサ、又はブロワを更に備える、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
熱交換器は、前記第１の流体に対して浮力を発生させるように、前記タンクに対して配置される、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１７】
前記流体導入器は、前記固体を前記熱交換器から分離するように構成された１つ以上の間仕切りを備える、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
前記第１の流体は不活性流体を含む、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１９】
前記不活性流体は空気を含み、前記固体は氷を含む、請求項１８に記載のシステム。
【請求項２０】
前記固体は相転移材料を含む、請求項１２に記載のシステム。
【請求項２１】
前記第２の流体は、凝固点抑制剤と相転移材料との組み合わせの少なくとも一部を含む、請求項２０に記載のシステム。
【請求項２２】
製氷機を用いて水から前記固体を形成するステップを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２３】
前記第２の流体への熱的な熱伝達のための熱交換器の中を、前記加熱された第１の流体を通過させるステップは、前記水から形成された前記固体と、前記水から形成された前記固体の前記少なくとも一部と凝固点抑制剤との組み合わせから形成された前記第２の流体との間で、熱が復熱される結果をもたらす、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
水から前記固体を形成する製氷機を更に備える、請求項１２に記載のシステム。
【請求項２５】
前記熱交換器は、前記第２の流体へ熱を熱的に伝達することにより、前記水から形成された前記固体と、前記水から形成された前記固体の前記少なくとも一部と前記凝固点抑制剤との組み合わせから形成された前記第２の流体との間で、熱が復熱される結果をもたらすように構成されている、請求項２４に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、復熱の方法、システム、及び装置に関する。
米国政府のライセンス権
本発明は、米国科学財団によって与えられた契約１５３３９３９での米国政府支援にて行われた。米政府は、本発明の一定の権利を有する。
【背景技術】
【０００２】
異種材料間の熱伝達は、様々な方法で実施可能である。例えば、１つ以上の流体同士の間で熱を伝達する場合は、熱交換器が利用されてよい。熱交換器は、暖房、冷却、空調などの広範な技術において利用可能である。例えば、復熱装置は、系の内側の熱伝達を促進して効率を高めることが可能な、特殊なタイプの熱交換器を実現することが可能である。
【０００３】
熱をあちこちに移動させることは、熱交換器などの幾つかの技術によって可能であると考えられるが、熱を復熱する新しいツール及び技術が一般的に必要であると考えられる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、背景技術の課題を解決するためのものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
復熱の方法、システム、及び装置が提供される。例えば、熱を復熱する方法が提供される。本方法は、固体を収容しているタンクの少なくとも一部分に第１の流体を導入するステップ、第１の流体が、タンク内に収容されている固体の少なくとも周囲又は中を通る際に、固体と第１の流体との間で熱を交換させるステップ、固体を収容しているタンクのその少なくとも一部分から、加熱された第１の流体を抽出するステップ、及び／又は、第２の流体と熱的に結合されている熱交換器に対して、加熱された第１の流体を通過させるステップを含んでよい。加熱された第１の流体は、熱交換器を通過する際に冷却されてよく、固体と第２の流体との間で熱が復熱されてよい。
【０００６】
本方法は、熱交換器を通過した後の冷却された第１の流体を、タンクに通して再循環させるステップを含んでよい。本方法は、第１の流体が固体の少なくとも周囲又は中を通った後に、固体の少なくとも一部を、タンクの下部の中を通るように動かすステップを含んでよい。固体のその少なくとも一部を、タンクの下部の中を通るように動かすステップは、重力を利用してよい。本方法は、固体のその少なくとも一部を、タンクの下部の中を通るように動かした後に、固体のその一部を凝固点抑制剤と組み合わせて、第２の流体を生成するステップを含んでよい。
【０００７】
本方法の実施例によっては、固体を収容しているタンクに第１の流体を導入するステップは、１つ以上の、垂直方向を向いた注入器を利用することを含む。本方法は更に、場合によっては、少なくともポンプ、コンプレッサ、又はブロワを利用して、少なくとも、導入するステップ、又は抽出するステップを促進することを含んでよい。
【０００８】
本方法の実施例によっては、固体を収容しているタンクに第１の流体を導入するステップは、熱交換器を利用して、第１の流体に対する浮力を発生させることを含む。本方法は更に、タンク内で１つ以上の間仕切りを利用して、固体を熱交換器から分離することを含んでよい。
【０００９】
本方法の実施例によっては、第１の流体は不活性流体を含む。不活性流体は、少なくとも不活性液体又は不活性気体を含んでよい。不活性流体は、場合によっては、少なくとも、水、合成油、天然油、空気、窒素、アルゴン、及び／又は二酸化炭素などを含んでよい。固体は、一般に、相転移材料を含んでよい。例えば、第１の流体は空気を含んでよく、固体は氷を含んでよい。第２の流体は、凝固点抑制剤と相転移材料との組み合わせの少なくとも一部を含んでよい。
【００１０】
熱を復熱するシステムが提供される。本システムは、固体を保持するように構成されたタンク、第１の流体が固体の少なくとも周囲又は中を通って固体と熱を交換するように、固体を保持するように構成されたタンクの少なくとも一部分に第１の流体を導入することを促進するように構成された第１の流体導入器、及び／又は、熱交換器であって、加熱された第１の流体が、熱交換器を通過する際に冷却されるように、タンクと結合するように、且つ／又は、固体と第２の流体との間で熱が復熱されるように、第２の流体と熱的に結合するように構成された熱交換器を含んでよい。
【００１１】
少なくとも、第１の流体が固体の少なくとも周囲又は中を通るとき、又は通った後に、固体の少なくとも一部がタンクの下部の中を通って動くように、流体導入器がタンクと結合するように構成されてよい。流体導入器は更に、固体のその少なくとも一部が、重力を利用して、タンクの下部の中を通って動くように、構成されてよい。システムの実施例によっては、流体導入器は、１つ以上の垂直方向注入器を含む。本システムは、少なくとも、流体導入器と結合されたポンプ、コンプレッサ、又はブロワを含んでよく、これらは、第１の流体がタンクの少なくとも一部分の中を動くことを促進することが可能である。
【００１２】
本システムの実施例によっては、熱交換器は、第１の流体に対して浮力を発生させるように、タンクに対して配置されてよい。流体導入器は、場合によっては、固体を熱交換器から分離するように構成された１つ以上の間仕切りを含んでよい。
【００１３】
本システムの実施例によっては、第１の流体は不活性流体を含む。不活性流体は、少なくとも不活性液体又は不活性気体を含んでよい。不活性流体は、場合によっては、少なくとも、水、合成油、天然油、空気、窒素、アルゴン、及び／又は二酸化炭素などを含んでよい。固体は、相転移材料を含んでよい。実施例によっては、例えば、第１の流体は空気を含んでよく、固体は氷を含んでよい。本システムの実施例によっては、第２の流体は、凝固点抑制剤と相転移材料との組み合わせの少なくとも一部を含む。
【００１４】
本システムの実施例によっては、タンクは更に、固体の少なくとも一部を、タンクの下部の中を通るように動かした後、固体のその少なくとも一部を凝固点抑制剤と組み合わせるように構成されてよい。第２の流体は、場合によっては、凝固点抑制剤と相転移材料との組み合わせから取得されてよい。
【００１５】
熱を復熱する装置が提供される。本装置は、第１の流体が固体の少なくとも周囲又は中を通って固体と熱を交換するように、固体を保持するように構成されたタンクに第１の流体を導入する手段、及び／又は、第２の流体を利用して、加熱された流体を冷却する手段であって、固体と第２の流体との間で熱が復熱される、手段を含んでよい。
【００１６】
上述の内容は、後述する詳細説明がよりよく理解されるように、本開示による実施例の特徴及び技術的利点をやや大まかに概説したものである。以下では、更なる特徴及び利点についても説明する。開示された概念例及び具体例は、本開示の同じ目的を達成する為の構造修正又は別の構造設計のベースとして容易に利用可能である。そのような等価な構造は、添付の特許請求の範囲の趣旨及び範囲から逸脱するものではない。以下の説明を添付図面と併せて精査することにより、構成及び動作方法の両方に関して、本明細書に開示の概念に固有であると考えられる特徴が、関連する利点とともに、よりよく理解されるであろう。各図面は、特許請求の範囲の限界を定義するものとしてではなく、例示及び説明のみを目的として与えられている。
【００１７】
以下の図面を参照することにより、様々な実施例の性質及び利点についての更なる理解が得られるであろう。複数の添付図面において、類似の構成要素又は特徴は同じ参照ラベルを有してよい。更に、その参照ラベルの後にダッシュと、類似の構成要素同士を区別する第２のラベルとを付けることにより、同じタイプのそれぞれ異なる構成要素同士が区別されてよい。明細書中で第１の参照ラベルだけが使用される場合、その説明は、第２の参照ラベルに無関係に、同じ第１の参照ラベルを有する類似の構成要素のいずれにも当てはまる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１Ａ】様々な実施形態による、復熱用のシステムを示す図である。
【図１Ｂ】様々な実施形態による、復熱用のシステムを示す図である。
【図２】様々な実施形態による、復熱用のシステムを示す図である。
【図３Ａ】様々な実施形態による、復熱用のシステムの切欠図を示す図である。
【図３Ｂ】様々な実施形態による、復熱用のシステムの切欠図を示す図である。
【図４】様々な実施形態による、復熱用のシステムの切欠図を示す図である。
【図５】様々な実施形態による、復熱用のシステムを示す図である。
【図６Ａ】様々な実施形態による、復熱用のシステムの切欠図を示す図である。
【図６Ｂ】様々な実施形態による、復熱用のシステムの切欠図を示す図である。
【図７】様々な実施形態による、復熱用のシステムを示す図である。
【図８Ａ】様々な実施形態による、復熱用のシステムを示す図である。
【図８Ｂ】様々な実施形態による、復熱用のシステムを示す図である。
【図９Ａ】様々な実施形態による、復熱の方法を示す図である。
【図９Ｂ】様々な実施形態による、復熱の方法を示す図である。
【図９Ｃ】様々な実施形態による、復熱の方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本明細書は、実施例を提供するものであり、本開示の範囲、利用可能性、又は構成を限定することを意図されていない。むしろ、以下の記述は、本開示の実施形態を実施できるようにする説明を当業者に提供するものである。各要素の機能及び配置は、様々に変更されてよい。
【００２０】
従って、様々な実施形態において、様々な手順又は構成要素が適宜省略、置換、又は追加されてよい。例えば、本方法は、記載された順序と異なる順序で実施されてよいこと、並びに、様々な段階が追加、省略、又は結合されてよいことを理解されたい。又、特定の実施形態に関して記載された態様及び要素が、他の様々な実施形態において組み合わされてよい。同様に当然のことながら、以下のシステム、方法、及び装置は、単独で、又は集合体として、より大きなシステムの構成要素であってよく、それらの適用より他の手順が優先されてもよく、そうでなくとも、それらの適用が他の手順によって変更されてもよい。
【００２１】
熱を復熱する為のツール及び手法が提供される。固体と流体との間で熱を復熱することが可能である。例えば、冷たい流体から温かい固体充填層へと熱を復熱することが可能である。本方法、システム、及び／又は装置は、２つ以上の熱伝達過程を用いて動作することが可能であり、これらの過程は、例えば、不活性中間流体によって熱的に結合されてよい。場合によっては不活性中間流体を使用することにより、熱交換器の固体側での直接接触熱伝達過程を同時に可能にしながら、２つの反応材料の間で熱を伝達することが可能であってよい。この２つの反応材料は、固体材料と別の流体材料とを含んでよく、別の流体材料は、場合によっては、第２の流体と称されてよい。
【００２２】
場合によっては、本方法、システム、及び／又は装置により、反応材料のうちの１つ以上が固体であることを可能にしながら、反応材料同士を熱的に結合させることが可能であってよい。この動作は、従来の間接熱交換器では不十分な場合がある。場合によっては、不活性流体を使用することにより、機器サイズを小さくすることができ、且つ、システムの固体側での熱伝達をよくすることができる。本方法、システム、及び／又は装置により、２つの材料の一方又は両方がランダム充填層内の固体であって、従来の熱交換器では熱的に接触することが容易でない場合に、それら２つの材料の間で熱を伝達することが可能であってよい。
【００２３】
実施例によっては、不活性流体によって結合可能な複数の熱交換器（例えば、２つの熱交換態様）が利用されてよい。熱は、まず、システムの、固体である側で開始されてよい。熱は、例えば、不活性流体を循環させることによって、この固体から抽出されてよい。この流体は、特に、固体と反応する可能性がないように選択されてよい。熱は、第２の熱交換器によって不活性流体から抽出されてよく、例えば、液体、気体、又は第２の固体であってよい第２の材料に移されてよい。
【００２４】
不要な材料間反応を発生させることなく、より高度の熱伝達を達成しうる流体（例えば、不活性流体）を使用することに加えて、本方法、システム、及び／又は装置は、固体材料が重力によって装置及び／又はシステム内を動き、他の形態の伝達を全く伴わないように設計されてよい。これは、場合によっては、垂直方向に向けられた熱交換器面又は注入器を通して達成可能であり、固体は落下可能にされてよく、不活性流体は重力と反対の方向に流れてよい。
【００２５】
垂直方向中心の設計を用いることは、場合によっては、タンクの最上部からつるされる流体注入器の形態をとってよく、垂直方向注入器がタンクの側面に組み込まれてよく、且つ／又は、垂直方向の熱交換器面が、例えば、タンクに直接組み込まれてよいが、他の設計が用いられてもよい。
【００２６】
ここで図１Ａを参照すると、様々な実施形態による、熱を復熱するシステム１００−ａが与えられている。システム１００−ａは、固体１０１を保持するように構成されたタンク１０２を含んでよい。システム１００−ａは、流体導入器１１２を含んでよく、流体導入器１１２は、第１の流体１０５が固体１０１の少なくとも周囲又は中を通って固体１０１と熱を交換するように、固体１０１を保持するように構成されたタンク１０２の少なくとも一部分に第１の流体１０５を導入することを促進するように構成されてよい。システム１００−ａは、熱交換器１０４を含んでよく、熱交換器１０４は、加熱された第１の流体１０５が熱交換器１０４を通過する際に冷却されることが可能であるように、タンク１０２と結合するように構成されてよい。熱交換器１０４は、第２の流体１０３と熱的に結合するように構成されてもよく、固体１０１と第２の流体１０３との間で熱が復熱されてよい。
【００２７】
少なくとも、第１の流体１０５が固体１０１の少なくとも周囲又は中を通るとき、又は通った後に、固体１０１の少なくとも一部がタンク１０２の下部の中を通って動くように、流体導入器１１２がタンク１０２と結合するように構成されてよい。流体導入器１１２は更に、固体１０１のその少なくとも一部が、重力を利用して、タンク１０２の下部の中を通って動くように、構成されてよい。場合によっては、流体導入器１１２は、１つ以上の垂直方向注入器を含んでよい。システム１００−ａは、第１の流体１０５がタンク１０２の少なくとも一部分の中を動くことを促進する為に、少なくとも、流体導入器１１２と結合されたポンプ、コンプレッサ、又はブロワを含んでよい。
【００２８】
場合によっては、熱交換器１０４は、第１の流体１０５に対して浮力を発生させるように、タンク１０２に対して配置されてよい。流体導入器１１２は、場合によっては、固体１０１を熱交換器１０４から分離するように構成された１つ以上の間仕切りを含んでよい。
【００２９】
場合によっては、第１の流体１０５は、不活性流体を含んでよい。不活性流体は、少なくとも不活性液体又は不活性気体を含んでよい。不活性流体は、場合によっては、少なくとも、水、合成油、天然油、空気、窒素、アルゴン、及び／又は二酸化炭素などを含んでよい。
【００３０】
場合によっては、固体１０１は、相転移材料を含んでよい。例えば、固体１０１は、氷を相転移材料として含んでよい。固体１０１は、全体が固体であるか、一部が固体であってよい。固体１０１は、場合によっては、貯蔵材料と見なされてもよい。貯蔵材料という用語は、何かを貯蔵していることが可能な材料を包含してよく、例えば、何かを加熱するポテンシャル、又は何かを冷却するポテンシャルを貯蔵していることが可能な材料を包含してよい。固体１０１は、限定ではなく、水、有機材料、イオン液体、無機材料、又はＤＭＳＯの全体又は一部が固体である形態であってよい。実施例によっては、第１の流体１０５は空気を含んでよく、固体１０１は氷を含んでよい。第２の流体１０３は、凝固点抑制剤と相転移材料との組み合わせの少なくとも一部を含んでよく、第２の流体１０３は、例えば、水、アルコール、溶媒和塩、揮発性有機化合物、イオン液体、アミン、ＣＯ２、無機液体、ＤＭＳＯ、及び／又は混和性材料の混合物などを含んでよい。実施例によっては、タンク１０２は更に、固体１０１の少なくとも一部を、タンク１０２の下部の中を通るように動かした後、固体１０１のその少なくとも一部を凝固点抑制剤と組み合わせて第２の流体１０３を生成するように構成されてよい。固体１０１のその少なくとも一部を凝固点抑制剤と組み合わせることにより、固体１０１を融解させることが可能である。固体１０１を、タンク１０２の下部の中を通るように動かすことは、限定ではないが、固体１０１をタンク１０２の下部の中へ動かすこと、又は、固体１０１をタンク１０２の下部から出すことを含んでよい。場合によっては、固体１０１は、融解してから、タンク１０２の下部から出てよい。タンク１０２の下部は、タンク１０２の、固体１０１を収容できる部分に第１の流体１０５が導入され始めることが可能な点より下のタンク部分を含んでよい。実施例によっては、タンク１０２の下部は、少なくとも、タンク１０２の底から１パーセント、底から５パーセント、又は底から１０パーセントなどであってよい。場合によっては、タンク１０２の下部は、少なくとも、タンク１０２の下半分、又は下から４分の１の部分などであってよい。
【００３１】
システム１００−ａの態様は、第１の流体１０５が固体１０１の少なくとも周囲又は中を通って固体１０１と熱を交換するように、固体１０１を保持するように構成されたタンク１０２に第１の流体１０５を導入する手段を提供することが可能である。例えば、流体導入器１１２がこの手段を提供してよい。システム１００−ａは、加熱された第１の流体１０５を、第２の流体１０３を利用して冷却する手段を提供することが可能であり、固体１０１と第２の流体１０３との間で熱が復熱される。例えば、熱交換器１０４がこの手段を提供してよい。
【００３２】
図１Ｂは、様々な実施形態による、熱を復熱するシステム１００−ｂを示す。システム１００−ｂは、図１Ａのシステム１００−ａの一例であってよい。システム１００−ｂはタンク１０２−ａを含んでよく、タンク１０２−ａは、固体充填層１０１−ａを保持する役割であってよい。タンク１０２−ａから、流体１０５−ａを介して熱１０６が抽出されてよく、流体１０５−ａは、例えば、循環する不活性流体であってよい。流体１０５−ａは、第１の流体と称されてよい。熱１０６は、熱交換器１０４−ａによって抽出されてよく、それにより、流体１０５−ａは連続的に循環することが可能である。この熱的接続により、固体と流体との熱交換器が形成されてよく、そこでは、温かい固体１０７が、システム１００−ｂ及び／又はタンク１０２−ａに入り、冷えた固体１０８として出てよい（且つ／又は、結果として、冷えた固体１０８になってよい）。冷たい流体１０９が、システム１００−ｂ及び／又は熱交換器１０４−ａに入り、温まった流体１１０として出てよい。冷たい流体１０９は、場合によっては、第２の流体（例えば、図１Ａの第２の流体１０３）と称されてよい。
【００３３】
あくまで例であるが、空気を第１の流体として、且つ、氷を固体として使用できるシステムでは、タンクに入る固体の温度は０℃前後であってよく、タンクに入る第１の流体の温度は−３０℃であってよい。熱的相互作用が行われた後、第１の流体は−１０℃前後でタンクを出てよく、固体は−２０℃前後でタンクを出てよい。他の温度及び範囲が用いられてもよい。
【００３４】
場合によっては、タンク１０２−ａ内の固体１０１−ａは、可動部品なしで、重力によって流れてよい。これが可能になりうるのは、例えば、固体１０１−ａが、ある設定されたレートでタンク１０２−ａの底部から除去されることが可能であるか、タンク１０２−ａの底部での化学的又は熱的過程において消費されて、その過程の生成物として除去されることが可能である為である。
【００３５】
場合によっては、流体１０５−ａは、固体１０１−ａと相互作用しない任意の流体であってよい。この流体は、一般に、不活性流体を含んでよい。例えば、不活性流体は、液体（例えば、水、合成油、天然油）、又は他の材料、又は気体（例えば、空気、窒素、アルゴン、二酸化炭素）などを含んでよいが、これらはあくまで例である。一例では、不活性流体１０５−ａは空気を含んでよく、固体１０１−ａは氷を含んでよい。
【００３６】
場合によっては、冷えた固体１０８は、凝固点抑制剤と組み合わされてよく（１１７）、これによって、冷たい流体１０９が生成されてよく、その後、熱交換器１０４−ａに対して利用されてよい。凝固点抑制剤は、タンク１０２ａの１つ以上の入口ポートから加えられてよい。凝固点抑制剤と固体とを組み合わせることは、固体の上、又は周囲、又は中を通る凝固点抑制剤の流れを引き起こすことによって達成可能であり、これは、例えば、タンク１０２−ａの異なる面又は向かい合う面に１つ以上の入口と１つ以上の出口とを配置すること、及び／又は、流路を強制的に作り出すタンク形状を導入することにより、達成可能である。組み合わせることは又、場合によっては、機械式で達成可能である。固体１０８のその少なくとも一部を凝固点抑制剤と組み合わせることにより、固体１０８を融解させることが可能である。場合によっては、この混合は、タンク１０２−ａの底部内で行われてよいが、場合によっては、この混合は、冷えた固体１０８がタンク１０２−ａの底部から離れてから行われてよい。両方の場合とも、冷えた固体１０８の少なくとも一部がタンク１０２−ａの下部の中を通って動く場合であると見なされてよい。凝固点抑制剤は、固体の凝固点を化学的に抑えることが可能な純粋材料または混合材料であってよい。このような材料は、水、アンモニア、塩、無塩可溶固体、有機液体、無機液体、混和性材料の混合物、及び／又は、混和性材料の、界面活性剤によって安定化された混合物などを含んでよく、これらに限定されない。
【００３７】
図２のシステム２００は、様々な実施形態による、熱を復熱するシステムの一例を示す。システム２００は、図１Ａのシステム１００−ａ及び／又は図１Ｂのシステム１００−ｂの一例であってよい。システム２００では、流体１０５−ｂが、タンク１０２−ｂ内の固体１０１−ｂの中を通って流れてよい。流体１０５−ｂは、第１の流体と称されてよい。流体１０５−ｂは、場合によっては、不活性流体を含んでよい。この流れは、例えば、ポンプ、コンプレッサ、又はブロワ１８１によって流体１０５−ｂ内に引き起こされてよく、タンク１０２−ｂの外部にあってよい熱交換器１０４−ｂの中を通って流れてよい。流体１０５−ｂは、ヘッダシステム１１４の中を通って流れてよく、ヘッダシステム１１４は、垂直方向注入器１１２−ａを使用することでタンク１０２−ｂ内の固体１０１−ｂが身動きが取れなくなることがないように設計されてよく、垂直方向注入器１１２−ａは、場合によっては、単独で、又はヘッダシステム１１４との組み合わせで、流体導入器と見なされてよい。流体１０５−ｂは、タンク１０２−ｂの底部又は下部１１３の近くに注入されてよく、固体充填層１０１−ｂの中を通って流れて、固体１０１−ｂと熱を交換してよい。固体１０１−ｂは、タンクから離れてよく（参照符号１０８−ａを参照）、或いは、タンク１０２−ｂの底部に向かって動いてよく、固体１０１−ｂの温度は、注入された流体１０５−ｂの温度に近くなってよい。タンク１０２−ｂから出る流体１０５−ｂは、最上部から取り出されてよく、固体１０１−ｂがタンク１０２−ｂに入った際の固体１０１−ｂの温度に近い温度であってよい。流体１０５−ａが外部熱交換器１０４−ｂ内で冷却されてよい場合、外部熱交換器１０４−ｂは、第２の液体を、冷たい温度１０９−ａから温まった温度１１０−ａまで温めることが可能である。
【００３８】
場合によっては、冷たい温度１０９−ａの第２の流体は、タンク１０２−ａから出るか、タンク１０２−ｂの底部の中へ動く、固体１０１−ｂの少なくとも一部を、凝固点抑制剤と組み合わせること（１１７−ａ）により、生成されてよく、両例とも、固体１０１−ｂの少なくとも一部を、タンク１０２−ｂの下部の中を通るように動かすことであると見なされてよい。タンク１０２−ｂは、第２の流体をタンク１０２−ｂから運び出すことが可能な１つ以上の出口を含んでよい。構成によっては、固体１０１−ｂのその少なくとも一部が、凝固点抑制剤と組み合わされて、熱交換器１０４−ｂに対して使用される第２の流体が形成されるように、固体１０１−ｂのその少なくとも一部が、その１つ以上の出口を通ってタンク１０２−ｂから出てよい。固体１０１−ｂのその少なくとも一部を凝固点抑制剤と組み合わせることにより、固体１０１−ｂを融解させることが可能である。場合によっては、固体１０１−ｂのその少なくとも一部が凝固点抑制剤と組み合わされて、タンク１０２−ｂの底部で第２の流体が生成されたときに、第２の流体をタンク１０２−ｂから熱交換器１０４−ｂへ運ぶ為に、その１つ以上の出口ポートが利用されてよい。第２の流体を熱交換器１０４−ｂへ運ぶことを支援する為に、ブロワ、コンプレッサ、又はポンプ１９１が利用されてよい。場合によっては、出口は、タンクの底面を貫通する開口を含んでよい。
【００３９】
次に図３Ａを参照すると、システム３００−ａは、様々な実施形態による、復熱用のタンク構成を提供する。システム３００−ａは、図１Ａのシステム１００−ａ、図１Ｂのシステム１００−ｂ、及び／又は図２のシステム２００の態様を与えるものであってよい。この例では、タンク及び流体導入器が設けられており、これらは、タンク１０２−ｃ内で所望の高さに達してから第１の流体１０５−ｃを注入することが可能な垂直方向注入器１１２−ｂを有する、吊り下げられたマニホールド１１４−ａ（これもヘッダと見なされてよい）を利用してよい。例えば、より効率的な逆流熱交換を達成する為には、タンク内に第１の流体を低く注入することが望ましいであろう。この例では４本の垂直方向注入器１１２−ｂが示されているが、他の実施形態では、これより多いか少ない注入器が含まれてもよい。このマニホールド１１４−ａは、不活性流体入口ポート１１６及び／又は出口ポート１１５が組み込まれたタンク１０２−ｃの内部に設置されてよい。垂直方向注入器１１２−ｂは、場合によっては、単独で、又は吊り下げられたマニホールド１１４−ａとの組み合わせで、流体導入器と見なされてよい。
【００４０】
次に図３Ｂを参照すると、システム３００−ｂは、様々な実施形態による復熱を提供する。システム３００−ｂは、図１Ａのシステム１００−ａ、図１Ｂのシステム１００−ｂ、図２のシステム２００、及び／又は図３Ａのシステム３００−ａの態様を与えるものであってよい。システム３００−ｂは、図３Ａにも示されているタンク及び流体導入器の構成を利用してよく、その構成では、タンク及び流体導入器が設けられており、これらは、タンク１０２−ｃ内で所望の高さに達してから第１の流体１０５−ｃを注入することが可能な垂直方向注入器１１２−ｂを有する、吊り下げられたマニホールド１１４−ａ（これもヘッダと見なされてよい）を利用してよい。例えば、より効率的な逆流熱交換を達成する為には、タンク内に第１の流体を低く注入することが望ましいであろう。この例では、図３Ａのシステム３００−ａについても上述されたように、４本の垂直方向注入器１１２−ｂが示されているが、他の実施形態では、これより多いか少ない注入器が含まれてもよい。このマニホールド１１４−ａは、不活性流体入口ポート１１６及び／又は出口ポート１１５が組み込まれたタンク１０２−ｃの内部に設置されてよい。垂直方向注入器１１２−ｂは、場合によっては、単独で、又は吊り下げられたマニホールド１１４−ａとの組み合わせで、流体導入器と見なされてよい。
【００４１】
更に、システム３００−ｂは、１つ以上の出口ポート１５１を含んでよく、出口ポート１５１は、第２の流体の一部をタンク１０２−ｃの底部から出すために利用されてよい。更に、システム３００−ｂは、１つ以上の入口ポート１７１を含んでよく、入口ポート１７１は、凝固点抑制剤をタンク１０２−ｃの底部に注入することを促進する為に利用されてよい。凝固点抑制剤を１つ以上の入口ポート１７１に送達することを促進する為に、１つ以上のパイプ１７２が使用されてよい。凝固点抑制剤と固体とを、例えば機械式混合又は流体混合により、組み合わせることにより、融解が引き起こされ、第２の流体が生成されてよい。第２の流体を熱交換器１０４−ｆへ運ぶことを支援する為に、ブロワ、コンプレッサ、又はポンプ１９１−ａ（この例ではポンプとして示されている）が利用されてよい。この例では、熱交換器１０４−ｆは直交流熱交換器であってよいが、他のタイプの熱交換器が利用されてもよい。第１の流体を、熱交換器１０４−ｆを通るように運ぶことを支援する為に、ポンプ、コンプレッサ、又はブロワ１８１−ａ（この例ではブロワとして示されている）が利用されてよく、熱交換器１０４−ｆでは、第１の流体が冷却されてよく、同時に、第２の流体が加熱されてよい。ブロワ１８１−ａは、場合によっては、第１の流体がタンク１０２−ｃの中を通って動くことを促進することも支援してよい。その後、第１の流体を、入力ポート１１６から導入することにより、タンク１０２−ｃ内を再循環させてよい。
【００４２】
図４は、様々な実施形態による、復熱用のタンク構成を含む別のシステム４００を示す。システム４００は、例えば、図１Ａのシステム１００−ａ、図１Ｂのシステム１００−ｂ、及び／又は図２のシステム２００の態様の一例を与えるものであってよい。システム４００は、１つ以上の垂直方向注入器１１２−ｃを含んでよく、垂直方向注入器１１２−ｃは、マニホールド１１４−ｂによってフィードされてよく、タンク１０２−ｄの注入高さ１２６まで下りてきてよい。これらの形体は、タンク１０２−ｄと一体化されてよい。タンク１０２−ｄは又、流体入口ポート１１６−ａ及び／又は出口ポート１１５−ａがタンク１０２−ｄと一体化されていてもよい。垂直方向注入器１１２−ｃは、場合によっては、単独で、又は吊り下げられたマニホールド１１４−ｂとの組み合わせで、流体導入器と見なされてよい。
【００４３】
図５は、様々な実施形態による、復熱用の別のシステム５００を示す。システム５００は、例えば、図１Ａのシステム１００−ａ、及び／又は図１Ｂのシステム１００−ｂの態様の一例を与えるものであってよい。この例では、第１の流体１０５−ｄは、タンク１０２−ｅ内の固体１０１−ｃの周囲及び／又は中を自然に流れてよい。流体１０５−ｄは、不活性流体を含んでよい。流体の流れは、熱交換器１０４−ｃ内で発生した浮力によって、流体１０５−ｄ内に引き起こされてよく、熱交換器１０４−ｃは、タンク１０２−ｅと一体化されていてよく、熱交換器１０４−ｃは、場合によっては、自然対流要素１２８を含んでよい。冷たい流体１０９−ｂ（これは第２の流体と称されてよい）が、上方に流れることによって第１の流体１０５−ｄを冷却してよく、温まった流体１１０−ｂとして、高くなった温度で出てよい。場合によっては、冷たい流体１０９−ｂは、タンク１０２−ｃから出るか、タンク１０２−ｃの底部の中へ動く、固体１０１−ｃの少なくとも一部を、凝固点抑制剤と組み合わせるか混合すること（１１７−ｂ）により、生成されてよく、両例とも、固体１０１−ｃの少なくとも一部を、タンク１０２−ｅの下部の中を通るように動かすことであると見なされてよい。固体１０１−ｃのその少なくとも一部を凝固点抑制剤と混合すること（１１７−ｂ）の結果として、固体１０１−ｃが融解することが可能であり、その結果として、第２の流体、例えば、冷たい流体１０９−ｂが生成されてよい。第２の流体１０９−ｂを、熱交換器１０４−ｃの中を通して運ぶことを支援する為に、ブロワ、コンプレッサ、又はポンプ１９１−ｂが利用されてよい。
【００４４】
システム５００が垂直方向を向いていることで、固体１０１−ｃが温まった温度で入り（１０７）冷えた温度で出る（１０８−ｂ）充填層における流体１０５−ｄの流れ１１３−ａが引き起こされることが可能である。タンク１０２−ｅの２つのセクションは、間仕切り１２７によって分離されてよく、これにより、両方の浮揚過程を混ぜることなく実施することが可能であってよい。間仕切り１２７は、場合によっては、単独で、又は自然対流要素１２８との組み合わせで、流体導入器と見なされてよい。
【００４５】
図６Ａのシステム６００−ａは、様々な実施形態による、復熱用の別のシステムを示す。システム６００−ａは、例えば、図１Ａのシステム１００−ａ、図１Ｂのシステム１００−ｂ、及び／又は図５のシステム５００の態様を与えるものであってよい。システム６００−ａは、タンク１０２−ｆを含んでよく、タンク１０２−ｆは、一体化された流体入口ポート１６１及び／又は出口ポート１５１−ａを含んでよい。内部間仕切り１２７−ａが、充填された固体と自然対流要素１２８−ａとを分離してよい。自然対流要素１２８−ａは、図６Ａに示されるような波形又はジグザグ型などの、表面積を増やす構成であってよいが、表面積を増やす為の他の構成が利用されてもよい。自然対流要素１２８−ａは、要素１２８−ａのタンク側にある第２の流体と、要素１２８−ａの間仕切り側にある第１の流体（例えば、場合によっては、不活性流体）とを分離することが可能であり、これによって、その流体同士は、タンク１０２−ｆの実質的な長さ、例えば、タンク１０２−ｆの全長にわたって、熱だけを交換することが可能である。実際には、システム６００−ａは、第１の流体からタンク１０２−ｆにかけて、半径方向に複数の層として構成されてよく、これらの層は、第１の流体、自然対流要素１２８−ａ、第２の流体、及びタンク壁（又は、図６Ｂに示されている面１３１）を含んでよい。自然対流要素１２８−ａ及び間仕切り１２７−ａは、場合によっては、単独で、又は組み合わせで、流体導入器と見なされてよい。切り離して図示すると、図６Ｂに示されるシステム６００−ｂにおいて、自然対流要素１２８−ａは、表面積を増やされて、間仕切り１２７−ａとタンク壁との間に嵌まり込むことが可能な薄い壁と見なされてよい。第１の流体が抽出可能なように、ヘッダ１３０がタンク１０２−ｆと一体化されていてよい。間仕切り１２７−ａの穴又は開口１３１により、第１の流体（例えば、場合によっては、不活性流体）が自然循環することが可能であってよい。タンク１０２−ｆは、一体化された流体入口ポート１６１及び／又は出口ポート１５１−ａを含んでよく、これにより、第２の流体が、タンクの外側部分を通って流れて、自然対流要素１２８−ａの中を通る第１の流体と熱を交換することが可能であってよい。場合によっては、入口ポート１６１と出口ポート１５１−ａとの間の第２の流体を引き出すことを支援する為に、ブロワ、コンプレッサ、又はポンプ（図示せず）が利用されてよい。ヘッダ１３０、間仕切り１２７−ａ、及び／又は対流要素１２８−ａは、場合によっては、単独で、又は組み合わせで、流体導入器と見なされてよい。システム６００−ｂは、例えば、図１Ａのシステム１００−ａ、図１Ｂのシステム１００−ｂ、図５のシステム５００、及び／又は図６Ａのシステム６００−ａの態様の一例を与えるものであってよい。
【００４６】
次に図７を参照すると、様々な実施形態による、復熱用として構成されたシステム７００が与えられている。システム７００は、例えば、図１Ａのシステム１００−ａ及び／又は図１Ｂのシステム１００−ｂに関して説明された態様を大まかに含むものであってよい。システム７００は、図２のシステム２００、図３Ａのシステム３００−ａ、図３Ｂのシステム３００−ｂ、図４のシステム４００、図５のシステム５００、図６Ａのシステム６００−ａ、及び／又は図６Ｂのシステム６００−ｂの態様を利用するものであってよい。
【００４７】
システム７００は、多段階サイクル７１０を含んでよく、これは、例えば、装置１４５をブーストすることに使用されてよい。幾つかの実施例では、貯蔵材料や凝固点抑制剤などの材料が利用されてよい。貯蔵材料は、冷却されると全体又は一部が液体である状態から一部又は全体が固体である状態に相転移することが可能な材料を含んでよい。貯蔵材料は、水、有機液体、イオン液体、無機液体、又はＤＭＳＯなどを含んでよく、これらに限定されない。場合によっては、貯蔵材料という用語は、何かを貯蔵していることが可能な材料を包含してよく、例えば、何かを加熱するポテンシャル、又は何かを冷却するポテンシャルを貯蔵していることが可能な材料を包含してよい。凝固点抑制剤は、貯蔵材料の凝固点を化学的に抑えることが可能な純粋材料または混合材料であってよい。凝固点抑制剤は、水、アンモニア、塩、無塩可溶固体、有機液体、無機液体、混和性材料の混合物、及び／又は、混和性材料の、界面活性剤によって安定化された混合物などを含んでよく、これらに限定されない。装置１４５は、冷却装置、発電機（例えば、熱機関ベースの発電機、燃料電池ベースの発電機、及び／又は光起電力ベースの発電機）、及び／又は熱機関などであってよく、これらに限定されない。場合によっては、熱１４４が多段階サイクル７１０に持ち込まれてよく、同時に、熱１４１が多段階サイクル７１０から、例えば環境中に、排出されてよい。場合によっては、装置１４５をブーストすることは、熱１４６を吸収することを含む。
【００４８】
これらの材料は多段階サイクル７１０内で使用されてよく、これにより、電気を所定の時間にわたって貯蔵し、その後、（例えば、熱機関やＰＶパネルのような）熱電気変換システムの性能をブーストする為にその電気を使用することが可能であってよい。実施形態によっては、サイクルの段階数がこれより多いか少なくてもよい。それらの段階は、様々な順序で実施されてよい。実施形態によっては、サイクルを完結させなくてよい１つ以上の段階が利用されてよい。様々な実施形態による、多段階サイクルの一例は、以下のことを含んでよい。貯蔵材料は、相転移が起こるように、冷却機によって十分冷却されてよい。凝固点抑制剤は、混合物の凝固点を下げるために、一部又は全体が固体である材料に加えられてよい。混合直後は、エントロピー駆動された、貯蔵材料の融解に起因して、混合物の温度が下がる可能性がある。システムから熱１４４を吸収してシステムをブーストする為に、固体貯蔵材料と凝固点抑制剤との混合物が、装置１４５と熱的に接触する状態に置かれてよく、装置１４５は、例えば、冷却装置、発電機（例えば、熱機関ベースの発電機、燃料電池ベースの発電機、及び／又は光起電力ベースの発電機）、及び／又は熱機関であり、これによって、装置１４５の変換効率をブーストすることが可能である。この吸収によって、元の物質を融解させることが可能である。システムを元の状態にリセットする為に、元の物質が凝固点抑制剤から分離されてよく、これには、例えば、熱的、光学的、且つ／又は圧力的に駆動する分離手法が用いられてよい。この分離過程は、単独で存在してよく、或いは、発電機内の並行する熱的過程に「便乗」してもよい。
【００４９】
多段階サイクルを利用できる例は、複数のプロセス設備の動作の組み合わせ次第であってよい。サイクルの各段階において、同じ結果が得られる多数の選択肢があってよい。例えば、段階１３８において、多重効用蒸留システムが、逆浸透システム又はナノろ過システムと同じ結果（分離された純粋貯蔵材料と凝固点抑制剤）をもたらしてよい。本明細書では、各段階における可能なプロセス設備の例が与えられている場合があるが、他の可能なプロセス設備が利用されてもよい。
【００５０】
段階１４２においては、ヒートポンプ、周囲空気、周囲水、又は多段階圧縮過程により、貯蔵材料を冷却してよい。段階１１１においては、様々な混合タンク／インラインミキサが使用されてよい。場合によっては、図１Ａのシステム１００−ａ、図１Ｂのシステム１００−ｂ、図２のシステム２００、図３Ａのシステム３００−ａ、図３Ｂのシステム３００−ｂ、図４のシステム４００、図５のシステム５００、図６Ａのシステム６００−ａ、及び／又は図６Ｂのシステム６００−ｂのタンク及び関連する構成要素が、この段階において利用されてよい。例えば、固体を収容するタンクに第１の流体１０５−ｅを導入する為に流体導入器が利用されてよく、この固体は、全体又は一部が凝固した貯蔵材料の一例であってよい。この第１の流体１０５−ｅは、熱交換器１０４−ｄによって冷却されてよく、熱交換器１０４−ｄには、サイクルの他の箇所において生成可能な第２の流体１０９−ｃが供給されてよい。第１の流体１０５−ｅとタンク内の固体との間で熱が交換されてよく、これによって、サイクルの一段階からの、無駄になっていたであろうエネルギが、有用な形態で固体内で復熱されて、全体のエネルギ効率が高められる。
【００５１】
段階１３３において、貯蔵材料と凝固点抑制剤との混合物が装置１４５を強化且つ／又はブーストしてよく、装置１４５は、冷却機、冷凍機、熱機関、燃料電池、光起電力パネル、及び／又は熱電子機器などであってよく、これらに限定されない。例えば、熱交換器１０４−ｄが、段階１３３と段階１１１とを結合してよい。段階１３３の副産物であってよく、復熱されなければ無駄になるであろう冷たい流体１０９−ｃが、熱交換器１０４−ｄの中を通って流れて、流体１０５−ｅを冷却してよく、温まった流体１１０−ｃとして、高くなった温度で出てよく、この流体（１０９−ｃ／１１０−ｃ）は、場合によっては、第２の流体と称されてよい。第２の流体は、段階１３３の副産物として、組み合わされた凝固点抑制剤及び貯蔵材料の少なくとも一部を含んでよく、第２の流体は、水、アルコール、溶媒和塩、揮発性有機化合物、イオン液体、アミン、ＣＯ２、無機液体、ＤＭＳＯ、及び／又は混和性材料の混合物などを含んでよく、これらに限定されない。第２の流体は、貯蔵材料が融解した結果であってよい。流体１０５−ｅは、場合によっては、段階１１１に関して説明された第１の流体の一例であってよい。冷却された流体１０５−ｅを、段階１１１に通して再循環させてよい。
【００５２】
段階１１１及び段階１３３の態様は、図１Ａ、図１Ｂ、図２、及び／又は図５にも大まかに示されているであろう内部サイクル復熱を表していてよく、サイクルの内部の熱的接続を表していてよい。
【００５３】
段階１３８においては、貯蔵材料と凝固点抑制剤との混合物が多様な方法で分離されてよく、そのような方法は、特に、逆浸透、ナノろ過、光学的に駆動される析出、化学反応による析出、溶解度変化による析出、界面活性剤吸収、イオン交換、活性炭吸収、フラッシュ分離、蒸溜、多重効用蒸留、蒸気圧縮蒸留、蒸発、膜蒸留、ガス透過膜分離、液液抽出、ガスストリッピング、分別蒸留、凍結蒸留などであってよく、これらに限定されない。これらのシステムは、スタンドアロンであってよく、或いは、強化される発電機の動作に直接組み込まれてよい。
【００５４】
例えば、多様な発電システムに時間遅延強化を与える為に、様々な実施形態による多段階サイクルが使用されてよい。そのようなシステムは、限定ではなく、熱機関、燃料電池、光起電力システム、熱電子システムなどであってよく、それらの技術タイプに限定されない。これに対し、多段階サイクルは、あらゆる発電機に適用可能であり、周囲温度より低温である熱シンクの存在によって強化されることが可能である。冷却装置及び／又は凍結装置の冷却及び／又は凍結の機能を実現する為に、様々な実施形態による多段階サイクルが使用されてよい。
【００５５】
例えば、多段階サイクルと発電機との間の熱的インタフェースは、貯蔵材料、凝固点抑制剤、及び／又は使用される発電機のタイプに応じて、様々な形態であってよい。このインタフェースは、直接式又は間接式の熱交換器を介する直接の熱的結合ほどのシンプルさであってよく、或いは、より複雑な接続であってよい。例えば、貯蔵材料又は凝固点抑制剤は、発電機において伝熱流体又は作動流体としても使用される材料であってよい。貯蔵材料又は凝固点抑制剤は、発電機のターボ機構との相互作用を密接に行ってよく、貯蔵材料と凝固点抑制剤との分離は、発電機の動作の正常な結果であってよい。
【００５６】
装置１４５のエネルギ源は、本明細書に記載の多段階サイクルから独立していてよい。エネルギ源は、工業プロセスからの廃熱、別のエネルギ発生器からの廃熱、未使用エネルギ源又は廃エネルギ源からの化学燃料、又は太陽エネルギ源などであってよく、これらに限定されない。
【００５７】
次に図８Ａ及び図８Ｂを参照すると、様々な実施形態による、復熱用のシステム８００が与えられている。システム８００は、例えば、図７のシステム７００の一例であってよい。システム８００は、図１Ａのシステム１００−ａ、図１Ｂのシステム１００−ｂ、図２のシステム２００、図３Ａのシステム３００−ａ、図３Ｂのシステム３００−ｂ、図４のシステム４００、図５のシステム５００、図６Ａのシステム６００−ａ、及び／又は図６Ｂのシステム６００−ｂの態様を利用するものであってよい。図８Ａは、放電フェーズ及び／又はブーストフェーズにあるシステム８００を示すものであってよい。図８Ｂは、充電フェーズにあるシステム８００を示すものであってよい。システム８００は、別の形態の貯蔵材料、凝固点抑制剤、装置、エネルギ源、及び／又は、凝固点抑制剤と貯蔵材料とを分離する方法を利用してよい。一例は、貯蔵材料として水、凝固点抑制剤としてイオン性物質、装置として凍結機、エネルギ源として電気、及び／又は、凝固点抑制剤と貯蔵材料とを分離するものとして疎水性ガス透過膜を利用してよい。この例では、例えば、貯蔵材料として水を使用してよく、凝固点抑制剤としてイオン性物質を使用してよい。４段階サイクルは、凍結機の出力をブーストすることにより、例えば、電気の購入を回避できる。システム８００は、特定の貯蔵材料、凝固点抑制剤、装置、エネルギ源、及び／又は、凝固点抑制剤と貯蔵材料とを分離する技法を利用するように説明されているが、これは明確化が目的であると考えられてよく、実施形態によっては、例えば、図７のシステム７００に関して説明されたもののような、他の貯蔵材料、凝固点抑制剤、装置、エネルギ源、及び／又は分離技法が利用されてよい。
【００５８】
段階１４２−ａでは、アイスハーベスタ１２９によって水を凍結させてよい。凍結した水は、場合によっては、所定の時間にわたって、最小限の融解で、氷タンク１０２−ｈに貯蔵されてよい。実施例によっては、水は純水であってよい。凍結した水は、図１Ａのシステム１００−ａ、図１Ｂのシステム１００−ｂ、図２のシステム２００、図３Ａのシステム３００−ａ、図３Ｂのシステム３００−ｂ、図４のシステム４００、図５のシステム５００、図６Ａのシステム６００−ａ、図６Ｂのシステム６００−ｂ、及び／又は図７のシステム７００に関して参照された固体の一例であってよい。氷タンク１０２−ｈは、図１Ａのシステム１００−ａ、図１Ｂのシステム１００−ｂ、図２のシステム２００、図３Ａのシステム３００−ａ、図３Ｂのシステム３００−ｂ、図４のシステム４００、図５のシステム５００、図６Ａのシステム６００−ａ、図６Ｂのシステム６００−ｂ、及び／又は図７のシステム７００のタンク１０２の一例であってよい。場合によっては、凍結した水は、全体又は一部が固体であってよい。
【００５９】
段階１１１−ａでは、流体導入器１１２−ｃを利用して、第１の流体が氷タンク１０２−ｈに導入されてよい。第１の流体は、大まかには不活性流体を含んでよく、不活性流体は、水、合成油、天然油、空気、窒素、アルゴン、及び／又は二酸化炭素などを含んでよく、これらに限定されない。流体導入器１１２−ｃは、図１Ａのシステム１００−ａ、図１Ｂのシステム１００−ｂ、図２のシステム２００、図３Ａのシステム３００−ａ、図３Ｂのシステム３００−ｂ、図４のシステム４００、図５のシステム５００、図６Ａのシステム６００−ａ、図６Ｂのシステム６００−ｂ、及び／又は図７のシステム７００に関して説明された流体導入器の一例であってよい。一般に、第１の流体が氷又は固体の周囲又は中を通ることにより、氷と第１の流体との間で熱が交換されてよい。
【００６０】
場合によっては、氷タンク１０２−ｈにおいて、氷、又は他のタンク内の固体がイオン性物質と混合されることにより、その凝固点の抑制が行われてよい。氷は、凝固点抑制剤との平衡点に達するまでに、エントロピー的に融解する可能性がある。固体を低温に冷却する第１の流体が存在する場合、固体は混合の開始前に平衡点に近づく可能性がある為、このエントロピー的融解は最小限にとどまる可能性がある。このことは、システム効率を高めることにつながりうる。凝固点抑制剤の濃度は、段階１３８−ａで示されるシステムによって能動的に管理されてよい。
【００６１】
場合によっては、第１の流体は、氷が凝固点抑制剤と混合される前に、氷の周囲又は中を通ってよい。場合によっては、氷及び凝固点抑制剤は、氷がタンク１０２−ｈの底部の中へ動くか、且つ／又は、底部の中を通って動いてから、混合されてよい。
【００６２】
段階１３３−ａでは、例えば、電気を使わないように凍結機１３２の内部環境を冷却する為に、貯蔵材料と凝固点抑制剤との混合物が使用されてよい。
【００６３】
段階１３８−ａでは、凍結機１３２の冷却後に、混合物の一部が再生式熱交換器１３７を通り抜けてよく、これにより、再生式熱交換器１３７が周囲温度まで加熱されることが可能である。その後、混合物は加熱器１３５に入れられてよく、加熱器１３５では、混合物が分離温度まで加熱されてよい。その後、混合物は疎水性ガス透過膜１３６に通されてよく、疎水性ガス透過膜１３６では、水蒸気が抽出されてよく、塩水が濃縮されてよい。水蒸気は、凝結して、水タンク１３９に貯蔵されてよい。再生器１３７、加熱器１３５、及び／又は膜１３６は、分離機の１つ以上の態様の実施例であってよい。
【００６４】
システム８００では、例えば、熱交換器１０４−ｅが段階１３３−ａと段階１１１−ａとを結合してよい。熱交換器１０４−ｅは、図１Ａのシステム１００−ａ、図１Ｂのシステム１００−ｂ、図２のシステム２００、図３Ｂのシステム３００−ｂ、図５のシステム５００、図６Ａのシステム６００−ａ、図６Ｂのシステム６００−ｂ、及び／又は図７のシステム７００の熱交換器１０４の実施例であってよい。冷たい流体１０９−ｄは、再生式熱交換器１３７の前で流れから分離されてよく、その代わりに、熱交換器１０４−ｅを通り抜けて流体１０５−ｆを冷却してよく、温まった流体１１０−ｄとして、高くなった温度で出てよく、温まった流体１１０−ｄは、その後、加熱器１３５に流れてよく、この流体が、場合によっては、第２の流体と称されてよい。流体１０５−ｆは、段階１１１−ａに関して説明された第１の流体の一例であってよい。場合によっては、流体１０５−ｆを、冷却した後に、タンク１０２−ｈ、及びタンク内に収容された固体の中を通して再循環させてよい。冷たい流体１０９−ｄは、貯蔵材料と凝固点抑制剤との混合物から得られてよい。
【００６５】
当業者であれば理解されるように、システム８００と同様である他のシステムが、図１Ａのシステム１００−ａ、図１Ｂのシステム１００−ｂ、図２のシステム２００、図３Ａのシステム３００−ａ、図３Ｂのシステム３００−ｂ、図４のシステム４００、図５のシステム５００、図６Ａのシステム６００−ａ、図６Ｂのシステム６００−ｂ、及び／又は図７のシステム７００を利用して構築されてよい。
【００６６】
図９Ａは、様々な実施形態による復熱の方法９００のフロー図を示す。方法９００は、図１Ａのシステム１００−ａ、図１Ｂのシステム１００−ｂ、図２のシステム２００、図３Ａのシステム３００−ａ、図３Ｂのシステム３００−ｂ、図４のシステム４００、図５のシステム５００、図６Ａのシステム６００−ａ、図６Ｂのシステム６００−ｂ、図７のシステム７００、及び／又は、図８Ａ及び図８Ｂのシステム８００において示されたようなシステムを利用して実施されてよい。
【００６７】
ブロック９０５では、固体を収容しているタンクの少なくとも一部分に第１の流体を導入してよい。ブロック９１０では、第１の流体が、タンク内に収容されている固体の少なくとも周囲又は中を通る際に、固体と第１の流体との間で熱を交換させてよい。ブロック９１５では、固体を収容しているタンクのその少なくとも一部分から、加熱された第１の流体を抽出してよい。ブロック９２０では、第２の流体と熱的に結合されている熱交換器に対して、加熱された第１の流体を通過させてよい。加熱された第１の流体は、熱交換器を通過する際に冷却されてよく、固体と第２の流体との間で熱が復熱される。
【００６８】
方法９００は、実施例によっては、熱交換器を通過した後の冷却された第１の流体を、タンクに通して再循環させるステップを含んでよい。方法９００は、第１の流体が固体の少なくとも周囲又は中を通った後に、固体の少なくとも一部を、タンクの下部の中を通るように動かすステップを含んでよい。固体のその少なくとも一部を、タンクの下部の中を通るように動かすステップは、重力を利用してよい。方法９００は、実施例によっては、固体のその少なくとも一部を、タンクの下部の中を通るように動かした後に、固体の少なくとも一部を凝固点抑制剤と組み合わせるステップを含んでよく、固体の少なくとも一部を凝固点抑制剤と組み合わせるステップによって第２の流体が生成されてよく、これは、例えば、固体の融解を通して行われてよい。
【００６９】
方法９００の実施例によっては、固体を収容しているタンクに第１の流体を導入するステップは、１つ以上の、垂直方向を向いた注入器を利用することを含んでよい。方法９００は更に、場合によっては、少なくともポンプ、コンプレッサ、又はブロワを利用して、少なくとも、導入するステップ、又は抽出するステップを促進することを含んでよい。
【００７０】
方法９００の実施例によっては、固体を収容しているタンクに第１の流体を導入するステップは、熱交換器を利用して、第１の流体に対する浮力を発生させることを含んでよい。方法９００は更に、タンク内で１つ以上の間仕切りを利用して、固体を熱交換器から分離することを含んでよい。
【００７１】
方法９００の実施例によっては、第１の流体は不活性流体を含んでよい。不活性流体は、少なくとも不活性液体又は不活性気体を含んでよい。不活性流体は、場合によっては、少なくとも、水、合成油、天然油、空気、窒素、アルゴン、及び／又は二酸化炭素などを含んでよい。一例では、不活性流体は空気を含んでよく、固体は氷を含んでよい。
【００７２】
方法９００の実施例によっては、固体は相転移材料を含んでよい。第２の流体は、凝固点抑制剤と相転移材料との組み合わせの少なくとも一部を含んでよい。
【００７３】
図９Ｂは、様々な実施形態による復熱の方法９００−ａのフロー図を示す。方法９００−ａは、図１Ａのシステム１００−ａ、図１Ｂのシステム１００−ｂ、図２のシステム２００、図３Ａのシステム３００−ａ、図３Ｂのシステム３００−ｂ、図４のシステム４００、図５のシステム５００、図６Ａのシステム６００−ａ、図６Ｂのシステム６００−ｂ、図７のシステム７００、及び／又は、図８Ａ及び図８Ｂのシステム８００において示されたようなシステムを利用して実施されてよい。
【００７４】
ブロック９０５−ａでは、氷を収容しているタンクの少なくとも一部分に空気又は別の不活性流体を導入してよい。ブロック９１０−ａでは、空気が、タンク内に収容されている氷の少なくとも周囲又は中を通る際に、氷と空気との間で熱を交換させてよい。ブロック９１５−ａでは、氷を収容しているタンクのその少なくとも一部分から、加熱された空気を抽出してよい。ブロック９２０−ａでは、第２の流体と熱的に結合されている熱交換器に対して、加熱された空気を通過させてよい。加熱された空気は、熱交換器を通過する際に冷却されてよく、氷と第２の流体との間で熱が復熱されてよい。ブロック９２５では、熱交換器を通過した後の冷却された空気を、タンクに通して再循環させてよい。
【００７５】
図９Ｃは、様々な実施形態による復熱の方法９００−ｂのフロー図を示す。方法９００−ｂは、図１Ａのシステム１００−ａ、図１Ｂのシステム１００−ｂ、図２のシステム２００、図３Ａのシステム３００−ａ、図３Ｂのシステム３００−ｂ、図４のシステム４００、図５のシステム５００、図６Ａのシステム６００−ａ、図６Ｂのシステム６００−ｂ、図７のシステム７００、及び／又は、図８Ａ及び図８Ｂのシステム８００において示されたようなシステムを利用して実施されてよい。
【００７６】
ブロック９０５−ｂでは、氷を収容しているタンクの少なくとも一部分に空気又は別の不活性流体を導入してよい。ブロック９１０−ｂでは、空気が、タンク内に収容されている氷の少なくとも周囲又は中を通る際に、氷と空気との間で熱を交換させてよい。ブロック９１５−ａでは、氷を収容しているタンクのその少なくとも一部分から、加熱された空気を抽出してよい。ブロック９３０では、氷の少なくとも一部を凝固点抑制剤と組み合わせてよく、これは、場合によっては、タンクの下部において行われてよい。ブロック９３５では、組み合わされた氷及び凝固点抑制剤の一部を、第２の流体として、タンクから抽出してよい。ブロック９４０では、第２の流体を熱交換器の中に通してよい。ブロック９２０−ｂでは、第２の流体と熱的に結合されている熱交換器に対して、タンクからの加熱された空気を通過させてよい。加熱された空気は、熱交換器を通過する際に冷却されてよく、氷と第２の流体との間で熱が復熱されてよい。ブロック９２５−ａでは、熱交換器を通過した後の冷却された空気を、氷を収容しているタンクに通して再循環させてよい。
【００７７】
これらの実施形態は、材料及びプロセス設備の組み合わせ及び置換を完全には取り込まなくてもよい。そうしなくても、それらの実施形態は、本方法、装置、及び／又はシステムの適用範囲を示すことが可能である。様々な実施形態で利用される段階の数が、説明された実施形態における段階の数より多くても少なくてもよい。異なる実施形態同士で、互いの態様を利用し合ってもよい。これらの実施形態のそれぞれにおいて、熱機関は、例えば、燃料電池、又は他の、非常に冷たい材料の存在によって強化されるシステムに置き換えられてよい。ブースト手法は、一般に、熱力学の様々なシステム及び／又は装置とともに利用されてよい。更に、各実施形態は、エネルギ源の大きな配列によって動作する、熱機関の大きな配列とともに動作可能である。
【００７８】
上述された方法、システム、及び装置は、単なる例として意図されていることに注意されたい。様々な実施形態が、様々な手順や構成要素を適宜省略、置換、又は追加してよいことは、強調されるべきである。例えば、当然のことながら、代替実施形態では、本方法は、説明された順序と異なる順序で実施されてよく、様々な段階が追加、省略、又は結合されてよい。又、特定の実施形態に関して説明された特徴が、他の様々な実施形態において組み合わされてよい。実施形態の様々な態様及び要素が、同様に組み合わされてよい。また、技術は進歩するものである為、要素の多くは本質的に例示的であって、本発明の範囲を限定するものとして解釈されてはならないことも強調されるべきである。
【００７９】
本明細書では、実施形態の入念な理解が得られるように、具体的な詳細が示されている。しかしながら、当業者であれば理解されるように、実施形態は、それらの具体的詳細がなくても実施可能である。例えば、実施形態が曖昧にならないように、周知の回路、プロセス、アルゴリズム、構造、及び手法については、不要な詳細を示していない。
【００８０】
又、実施形態は、フロー図又はブロック図として、又は複数の段階として描くことが可能な過程として記述されてよいことにも注意されたい。各図は動作を順次過程として示す場合があるが、動作の多くは、並行して実施されても同時に実施されてもよい。更に、動作の順序は並べ替えも可能である。図面に含まれない更なる段階を有する過程があってよい。
【００８１】
幾つかの実施形態を説明してきたが、当業者であれば理解されるように、本発明の趣旨から逸脱しない限り、様々な修正形態、代替構造、及び等価物が用いられてよい。例えば、上述の各要素は、単に、より大きなシステムの構成要素であってよく、他の規則が、本発明の適用より優先されるか、他の形で本発明の適用を修正することがあってよい。又、上述の各要素が考慮される前、考慮される間、又は考慮された後に、幾つかの段階が開始されてよい。従って、上述の説明は、本発明の範囲を限定するように解釈されるべきではない。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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