(57)【要約】【課題】【解決手段】エネルギ効率を高め、温室効果ガスの排出を最小にする一体型でハイブリッドエネルギ供給器及び蓄積装置のシステム、特に途切れて不連続の方法でエネルギを用いるプラグインハイブリッド乗物のようなシステムが提供される。システムは、電力を生成し、好ましくは局所的に発生した電力を、動的方法で多数配列されたエネルギ蓄積装置に分配する自動化手段を提供する。動的アルゴリズムを用いるとき、システムはしばしば対立するエネルギ蓄積装置の要求とエネルギ蓄積装置間の動的切り換えに関するリアルタイムの負荷需要の複雑な需要を満たして、エネルギ効率の集約及び各エネルギ蓄積装置の個々の所有者の需要の両方に有利な性能及び効率を向上させるのが好ましい。【選択図】図１
2010504733.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのエネルギ蓄積装置内にエネルギ流れを選択的且つ個々に調整するエネルギコントローラ及びマルチプレクサを具え、エネルギコントローラはエネルギ蓄積装置内に生成される集積エネルギ及び副産物である排熱を作動可能に最大化するエネルギ蓄積システム。
【請求項２】
システムは、更にエネルギの生成を制御するように作動可能であり、生成されたエネルギの少なくとも約１％がエネルギ蓄積装置内で用いられ、生成されたエネルギの残りは分配型エネルギ蓄積装置、エネルギ伝達システム、及びそれらの組み合わせからなるグループから選択される少なくとも１つの消費体に搬送される、請求項１に記載のエネルギ蓄積システム。
【請求項３】
システムは更に、少なくとも１つのイオン液体及び少なくとも１つのポリ(イオン流体)ポリマーから構成される熱伝達流体から構成される、請求項１に記載のエネルギ蓄積システム。
【請求項４】
システムは更に、ボトミングサイクルエネルギ生成、エネルギ蓄積能動的冷却、エネルギ蓄積装置の充電器冷却、及びそれらの組み合わせからなるグループから選択される少なくとも１つの機能として、且つ副産物である排熱を回収する手段として、用いられる熱伝達流体を具える、請求項１に記載のエネルギ蓄積システム。
【請求項５】
少なくとも１つのエネルギ蓄積装置内の少なくとも１つのエネルギ供給器、及び少なくとも１つの熱エネルギ蓄積装置内の副産物である排熱によって、エネルギの生成、伝達、蓄積を制御するように作動可能であり、
少なくとも１つのエネルギ蓄積装置内へのエネルギの流れを変えるように作動可能な制御システムを具え、
エネルギの生成は、少なくとも１つのエネルギ蓄積装置のエネルギ生成の集約化及び副産物である排熱の利用を最適にする手段として可変であるエネルギ蓄積システム。
【請求項６】
エネルギ供給器は、プラグインハイブリッド乗物に内蔵されたエネルギ蓄積装置、及びプラグインハイブリッド乗物の外部の１又は２以上のエネルギ及び熱蓄積装置の両方へのエネルギ及び副産物である排熱の流れを変えるように作動可能である、請求項５に記載のエネルギ蓄積システム。
【請求項７】
複数のプラグインハイブリッド乗物内のエネルギ蓄積装置を含む複数のエネルギ蓄積装置の生成及び蓄積を制御するように作動可能であり、
エネルギ蓄積装置内へのエネルギ流れを変えるように作動可能な制御システム、及びエネルギ蓄積装置へのエネルギ供給を選択的且つ個々に駆動するマルチプレクサを具え、
該制御システムは、全地球測位データ、履歴データ、予測される到着時間及び同様に乗物の到着時間の両方を予測する手段としてのリアルタイムの性能データ、到着時に必要なエネルギ、及びそれらの組み合わせからなるグループから選択される少なくとも１つを含む入力を有する最適なエネルギ蓄積装置の充電プロフィールを生成するエネルギ蓄積システム。
【請求項８】
最適なエネルギ蓄積装置の充電プロフィールは、エネルギ需要のピーク、エネルギ生成費用の集約化、エネルギ生成中に生成される排出、及びそれらの組み合わせからなるグループから選択される少なくとも１つを最小にする、請求項７に記載のエネルギ蓄積システム。
【請求項９】
最適なエネルギ蓄積装置の充電プロフィールは、エネルギ生成から生じる収益、エネルギ利用の集約化、及びそれらの組み合わせからなるグループから選択される少なくとも１つを最大にする、請求項７に記載のエネルギ蓄積システム。
【請求項１０】
少なくとも１つのエネルギ蓄積装置内へのエネルギ流れを動的に変えるように作動可能な制御システムを具え、
該制御システムはエネルギ蓄積装置のエネルギ要求、エネルギ蓄積装置の最も早い開始時間、エネルギ蓄積装置の最も遅い終了時間、エネルギ蓄積装置の優先コード及びエネルギ蓄積装置の収益コードからなるグループから選択される少なくとも１つのパラメータ、及び副産物である排熱のエネルギ要求、リアルタイムの副産物である排熱の熱需要からなるグループから選択される少なくとも１つのパラメータに基づく入力を有する最適な充電プロフィールを決定し、
該リアルタイムの副産物である排熱の熱需要は吸収冷却、液体乾燥剤の再充電、家庭の湯、副産物である排熱の熱蓄積容量、及びそれらの組み合わせからなるグループから選択される少なくとも１つのユーザを含むエネルギ蓄積システム。
【請求項１１】
少なくとも１つの電気的蓄積装置と、少なくとも１つのエネルギ供給器間を通信するように作動可能な制御システムを具え、
通信は少なくとも一つの電気的蓄積装置のパラメータを得る一体化され且つ自動化された手段を有するコネクタを介し、該電気的蓄積装置のパラメータは識別情報、モデル、所有者のプロフィール、最大エネルギ蓄積速度、最高充電温度、最小電圧、最大電圧及びそれらの組み合わせから成るグループから選択される、エネルギ蓄積システム。
【請求項１２】
コネクタは、電気蓄積装置及びエネルギ供給器間の通信手段及びエネルギ流れ手段に対する一体化された配列手段を有する、請求項１１に記載のエネルギ蓄積システム。
【請求項１３】
エネルギ蓄積装置のコントローラは、エネルギ供給器と同じネットワーク上の動的通信ノードになる自動化手段によってエネルギ蓄積装置のコントローラと双方向通信を構築する、請求項１１に記載のエネルギ蓄積システム。
【請求項１４】
エネルギ蓄積装置のコントローラは、エネルギ蓄積装置のセンサ、リアルタイムデータ、実行履歴データへの通信手段を有する、請求項１１に記載のエネルギ蓄積システム。
【請求項１５】
エネルギ生成器、多数のエネルギ蓄積装置、及び自動化手段と作動可能であり、各エネルギ蓄積装置についての少なくとも１つのデータ設定を含むデータの機能として、リアルタイムのエネルギ充電器の要求を決定するエネルギコントローラを具え、
データ設定は、実行履歴データ、次のエネルギ充電機会の前に予想されるエネルギ要求、エネルギコスト対排出最小化の比についてのエネルギ蓄積装置の所有者のプロフィール、及びそれらの組み合わせからなるグループから選択されるエネルギ蓄積システム。
【請求項１６】
更に、１又は２以上のエネルギ蓄積装置へのエネルギ流れを選択的且つ個々に調整するマルチプレクサ、及びエネルギ生成器のエネルギ生成スケジュールを決定して、各エネルギ蓄積装置にエネルギを供給し、生成されたエネルギと副産物である排熱の集合体を最大化し、エネルギ生成スケジュールは、エネルギ利用、エネルギ効率、エネルギ生成排出、及びそれらの組み合わせからなるグループから選択される少なくとも１つの関数であり、
システムは更にエネルギ生成器からの排出の最小化、エネルギ生成器の収益の最大化、各エネルギ蓄積装置の所有者に対するエネルギコストの最小化、現在接続されているエネルギ蓄積装置に対するエネルギ蓄積充電時間の最小化、短時間の需要を予測する手段として固定されたエネルギ蓄積装置の蓄積されたエネルギレベルの最大化、及び所定の時間内に、固定されたエネルギ蓄積装置内の所定のエネルギ蓄積パーセンテージにまで蓄積されるエネルギの正常終了の最大化を含む作動対象物を具えた、請求項１５に記載のエネルギ蓄積システム。
【請求項１７】
システムは所定のエネルギ蓄積装置を充電するように作動可能であり、各個々のエネルギ蓄積装置はモードのグループから選択される指定の充電モードを有し、
該モードのグループは即時のフル充電、所定のエネルギ蓄積パーセント又はレベル迄の即時の部分的充電、所定時間内の所定のエネルギ蓄積パーセント又はレベル迄の充電、所定時間内の所定の最小エネルギ蓄積パーセント又はレベルを目的とする第１の充電に続く、所定時間内の所定の最大エネルギ蓄積パーセント又はレベルを目的とする第２の充電、エネルギ蓄積装置を充電するエネルギ単位当たりのコストの最小化、エネルギ蓄積装置へのエネルギ生成から生じる排出の最小化、代わりのエネルギ源によって供給されるエネルギの利用の最大化、及びそれらの組み合わせからなる、請求項１５に記載のエネルギ蓄積システム。
【請求項１８】
システムは所定のエネルギ蓄積装置を充電するように作動可能であり、各個々のエネルギ蓄積装置は、グループから選択される指定された優先モードを有し、グループは、エネルギ蓄積装置の所有者の単位エネルギ当たりのコストを最小にする充電、充電時間を最小にするように作動し、充電を最大にするように作動するエネルギ供給器の所有者の単位エネルギ当たりの生成コストを最小にする充電、高い優先度及びそれらの組み合わせから選択される、請求項１５に記載のエネルギ蓄積システム。
【請求項１９】
エネルギ生成器、熱伝達流体、少なくとも１つのエネルギ蓄積装置及びエネルギコントローラを具え、該エネルギコントローラは、エネルギ蓄積装置の能動的冷却及びエネルギ蓄積装置の充電を行う手段として、且つ充電工程中に副産物である排熱を回収する手段として、生成されるエネルギ及びエネルギ蓄積装置の熱伝達流体の流れを変えるように作動可能であるエネルギ蓄積システム。
【請求項２０】
システムは更に、生成される副産物である排熱を乗物から用いる手段として、プラグインハイブリッド乗物から能動的冷却する熱い熱伝達流体を引き出すように作動可能なコネクタを具える、請求項１９に記載のエネルギ蓄積システム。
【請求項２１】
システムは更に、エネルギ蓄積装置の再充電から生じる副産物である排熱の利用を促進する手段として、位相変換する熱蓄積装置を具える、請求項１９に記載のエネルギ蓄積システム。
【請求項２２】
エネルギ供給器を具え、該エネルギ供給器は制御システムを具えた搭載型プラグインハイブリッド乗物であり、該制御システムは、１又は２以上のエネルギ蓄積装置へのエネルギ供給を選択的且つ個々に作動させるマルチプレクサにより、搭載型エネルギ蓄積装置と外部に固定されたエネルギ蓄積装置の両方内へのエネルギ流れを変えるように作動可能であるエネルギ蓄積システム。
【請求項２３】
エネルギ供給器は更に、副産物である排熱を搭載型の熱蓄積装置、外部に固定された熱蓄積装置及びそれらの組み合わせからなるグループから選択される少なくとも１つの熱エネルギ蓄積装置に供給する手段を具える、請求項２２に記載のエネルギ蓄積システム。
【請求項２４】
搭載型エネルギ供給器によるエネルギ生成スケジュールは、短期間の需要を予想する手段として、固定されたエネルギ蓄積装置に格納されたエネルギレベル、所定時間内に所定のエネルギレベルパーセントに迄、固定されたエネルギ蓄積装置に格納されたエネルギレベル、副産物である排熱の利用、及びそれらの組み合わせを最大化し、エネルギ利用、エネルギ効率、エネルギ生成の排出、エネルギ供給器からの排出、エネルギ蓄積装置の所有者へのエネルギコスト、及び現在接続されたエネルギ蓄積装置に対する充電時間からなるグループから選択される少なくとも１つのエネルギ供給器のパラメータを最小化するように作動可能である、請求項２２に記載のエネルギ蓄積システム。
【請求項２５】
更に、熱流動流体及び該熱流動流体のエンタルピを増加させる熱源を具えた、請求項５に記載のエネルギ蓄積システム。
【請求項２６】
熱流動流体は少なくとも２つの膨張段階で膨張される、請求項２５に記載のエネルギ蓄積システム。
【請求項２７】
少なくとも２つの別個の膨張段階は、熱流動流体の温度が大気温度よりも低くなり、続いて、熱流動流体のエンタルピを増加させる加熱工程が生じる第１膨張段階、及び１つの膨張段階よりもシステム性能係数が大きくなる結果となる第２膨張段階から構成される、請求項２６に記載のエネルギ蓄積システム。
【請求項２８】
少なくとも２つの別個の膨張段階を有し、該２つの膨張段階は、熱流動流体の温度が現在の大気温度よりも低くなり、続いて、熱流動流体のエンタルピを増加させる加熱工程が生じる第１膨張段階、及び１つの膨張段階よりもシステム性能係数が大きくなる結果となる第２膨張段階から構成されるエネルギ生成システム。
【請求項２９】
熱流動流体は、少なくとも１つの吸収剤及び少なくとも１つの吸収性物質から構成される、請求項２８に記載のエネルギ生成システム。
【請求項３０】
熱流動流体の吸収性物質は、少なくとも１つの非熱方法によって分離され、該非熱方法は磁気冷凍、蒸気圧縮ヒートポンプ・コンデンサ、太陽光に活性化された直接のスペクトル光吸収、電気透析、静電界、薄膜分離、電子分離、浸透法、ガス遠心分離機、渦巻チューブＣＯ2−液体吸収器、デカンティング、或いはそれらの組み合わせからなるグループから選択される、請求項２９に記載のエネルギ生成システム。
【請求項３１】
分離用の少なくとも１つのエネルギ源は、オフピークエネルギ、蓄積されたエネルギ又はそれらの組み合わせから得られる、請求項３０に記載のエネルギ生成システム。
【請求項３２】
熱流動流体の吸収性物質は、少なくとも１つの熱方法によって分離され、熱エネルギ源の温度は、沸点を超え、熱エネルギは、吸収剤の流動エネルギ、吸収性物質の膨張エネルギ又は流動エネルギ、又はそれらの組み合わせによって電力を生成する前に、少なくとも１つの熱流体の吸収性物質、熱流動流体の吸収剤、又はそれらの組み合わせから回収される、請求項２９に記載のエネルギ生成システム。
【請求項３３】
沸点を超えて熱エネルギ源を消費して吸収性物質を分離することは更に、高品質の熱エネルギの需要を減らす方法として、ヒートパイプを含む熱交換器装置を含むことにより最小化される、請求項３２に記載のエネルギ生成システム。
【請求項３４】
少なくとも１つの吸収剤、少なくとも１つの吸収性物質、少なくとも１つの熱流動型ポンプ、少なくとも１つの吸収性物質蓄積タンク、及び少なくとも１つの非熱分離装置を具え、熱流動型ポンプ及び非熱分離装置は、オフピークエネルギ消費期間中に作動するエネルギ生成システム。
【請求項３５】
吸収性物質は少なくとも２つの別個の膨張段階で膨張され、該２つの膨張段階は、熱流動流体の温度が現在の大気温度よりも低くなり、続いて、熱流動流体のエンタルピを増加させる加熱工程が生じる第１膨張段階、及び１つの膨張段階よりもシステム性能係数が大きくなる結果となる第２膨張段階から構成される、請求項３４に記載のエネルギ生成システム。
【請求項３６】
吸収性物質と部分的に混和性を有する少なくとも１つの吸収剤を具え、吸収剤は低い臨界溶液温度を有し、少なくとも１つの吸収性物質は臨界超過の流体として分離されるエネルギ生成システム。
【請求項３７】
一定圧負荷バランサを有する少なくとも１つの容積可変一定圧アキュムレータを具え、一定圧負荷バランサの力は、容積可変一定圧アキュムレータの内面上の流動流体圧の少なくとも約８５％の抵抗力を有するエネルギ蓄積システム。
【請求項３８】
更に、膨張排出圧を動的に変えて、アキュムレータ圧の約１０％内を維持するエネルギ蓄積コントローラを具える、請求項３７に記載のエネルギ蓄積システム。
【請求項３９】
エネルギ蓄積コントローラ、エネルギ需要コントローラ、熱流動流体を具え、エネルギ蓄積コントローラは熱流動型ポンプへの質量流れ及び熱流動型の蓄積装置を調整して、電力系統の供給及び需要、分配されたエネルギ供給及び需要及びエネルギ蓄積供給からなるグループから選択される少なくとも１つのエネルギパラメータから成る一定の総出力エネルギ生成を出力するエネルギ蓄積システム。
【請求項４０】
一定の総出力エネルギ生成は、太陽光電池、風タービン、波エネルギ、及び地熱又は太陽熱駆動される熱力学サイクルを含む少なくとも１つの他のエネルギ源からのエネルギ生成のリアルタイムの生成変動を阻止することによって総エネルギの生成を安定化させる、請求項３９に記載のエネルギ蓄積システム。
【請求項４１】
熱流動型の蓄積装置から出る質量流れ速度のエンタルピは、太陽光電池を冷却することによって得られる熱エネルギと流体が行来可能に繋ぐことにより、増加される、請求項４０に記載のエネルギ蓄積システム。
【請求項４２】
太陽光電池の総エネルギ生成は、熱流動流体の膨張から生じる冷却能力を用いて、大気温度よりも低い温度で作動させることにより、増加される、請求項４０に記載のエネルギ蓄積システム。
【請求項４３】
熱流動流体、圧力Ｐ１を有する熱流動蓄積システム、圧力Ｐ２を有する熱流動蓄積システム、熱流動ポンプ、熱流動モータ、熱流動モータの前に熱流動流体と流体が行来可能に繋がった熱交換器を具え、圧力Ｐ１は圧力Ｐ２よりも少なくとも約１５％高いエネルギ蓄積システム。
【請求項４４】
加圧された熱流動流体内に電力Ｗ１を有する流動エネルギを生成する熱流動ポンプに機械的に接続された燃焼エンジン、燃焼エンジンの排気と流体が行来可能に繋がった排熱回収熱交換器、エンジンオイルクーラ又はそれらの組み合わせを具えて、加圧された熱流動流体内に熱エネルギを伝え、及び電力Ｗ２を有するエネルギを生成する熱流動モータを具え、電力Ｗ２は電力Ｗ１よりも大きいエネルギ生成システム。
【請求項４５】
更に熱流動流体の蓄積装置を具えて、流動エネルギを生成する熱流体ポンプは、オフピーク時間中に作動され、エネルギを生成する熱流動モータはオフピーク時間中に作動される、請求項４４に記載のエネルギ生成システム。
【請求項４６】
熱流動流体は圧力Ｐ１で、吸収剤と吸収性物質を含む２種混合流体であって、吸収剤と吸収性物質は分離され、分離された吸収性物質は熱エネルギ源によって更に加熱され、分離された吸収性物質は圧力をＰ２に減じることにより電力を生成し、圧力Ｐ２は圧力Ｐ１よりも低く、吸収剤は圧力Ｐ１に置かれ、吸収剤は圧力をＰ３に減じることによって電力を生じ、圧力Ｐ１は圧力Ｐ３よりも高く、圧力Ｐ２は圧力Ｐ３よりも高い、請求項４４に記載のエネルギ生成システム。
【請求項４７】
更に熱蓄積装置を具えて、熱蓄積装置から熱流動流体内への熱エネルギの移動に同期しない電力生成動作を生み出す、請求項４５に記載のエネルギ生成システム。
【請求項４８】
第１膨張段階と第２膨張段階からなるグループから選択される少なくとも１つの膨張段階は、生成される総エネルギを最大化するように作動し、生成される総エネルギは、第１膨張段階と第２膨張段階から生成されるエネルギを加えて、空調、冷凍又はそれらの組み合わせ内の蒸気コンプレッサの動作に要求される回避エネルギを差し引くことにより生成されるエネルギの和である、請求項２８に記載のエネルギ生成システム。
【請求項４９】
更にエネルギ蓄積コントローラ、熱流動流体、熱流動型膨張モータ、エネルギＫＷＨ１が格納された熱流動流体を有する熱流動流体の蓄積装置、及びエネルギＫＷＨ２が格納された熱蓄積装置を有するエネルギ蓄積システム。
【請求項５０】
更に、熱エネルギ源、燃焼エンジン、及び燃焼エンジンから熱エネルギを回収する排熱回収システムを具える、請求項５０に記載のエネルギ蓄積システム。
【請求項５１】
エネルギ蓄積コントローラは、
(a)  熱流動流体の蓄積装置から出る熱流動流体の質量流れ、及び
(b)  熱エネルギ蓄積及び排熱回収システムからなるグループから選択される少なくとも１つの熱エネルギ源内への熱流動流体の質量流れを調整し、
エネルギ蓄積コントローラは、蓄積されたエネルギＫＷＨ１を用いて利用可能な熱流動流体をリアルタイムで計算し、目的地又は次のオフピーク時間の何れかに達するのに必要な予測されるエネルギＫＷＨ３と比較し、燃焼エンジン、排熱回収システムからなるグループから選択される少なくとも１つのエネルギ源を制御することにより、二酸化炭素の排出を最小にし、排熱回収システムは、ＫＷＨ３がＫＷＨ１とＫＷＨ２の和よりも大きな時に、燃焼エンジンから熱エネルギを回収する、請求項５０に記載のエネルギ蓄積システム。
【請求項５２】
第１膨張段階の排出圧及び温度は、熱流動流体のエンタルピＨ１を生じ、熱流動流体のエンタルピＨ２は液体遷移点への熱流動型流体ガスであり、エネルギ生成システムの排出圧及び温度はＨ１がＨ２の約１０５％未満で選択される、請求項２８に記載のエネルギ生成システム。
【請求項５３】
第２膨張段階は、容積式エンジンである、請求項５２に記載のエネルギ生成システム。
【請求項５４】
更に、第２膨張段階の前の排熱回収の熱交換器に向けて、様々な冷凍熱交換器、空調装置の熱交換器を具えた熱交換器を具えて、エネルギ生成システムは同時に冷凍及び空調の形式で冷却し、その一方、熱流動流体のエンタルピを増加させて、第２膨張段階で生成されるエネルギを増加させる、請求項２８に記載のエネルギ生成システム。
【請求項５５】
更に、エネルギ蓄積コントローラ及び熱蓄積装置を具え、該エネルギ蓄積コントローラはエネルギ蓄積装置から出る質量流れ及び熱蓄積装置内への質量流れを調整して、第２膨張段階の前に熱流動流体のエンタルピを増加させ、且つ第１膨張段階の後に利用可能な冷却を増加させることにより、エネルギ効率を最大化する、請求項２８に記載のエネルギ生成システム。
【請求項５６】
更に、エネルギ蓄積コントローラ、電気生成器に接続された熱流動型モータ及び電気蓄積装置を具え、エネルギ蓄積コントローラは熱流動型のエネルギ蓄積装置から出る質量流れ及び電気蓄積装置内への電気流れを調整して、熱流動流体を膨張して冷却に要求される電気消費を減らすことによりエネルギ消費を最小化し、その一方、同時に熱流動型モータを用いて、第１膨張段階のエネルギを電気に変換する、請求項２８に記載のエネルギ生成システム。
【請求項５７】
更に、エネルギ蓄積コントローラ、電気生成器及び熱流動エネルギ蓄積装置に接続された熱流動型モータを具え、該エネルギ蓄積コントローラは熱流動型のエネルギ蓄積装置内への質量流れを調整して、電力系統、電気蓄積装置、分配型エネルギ源及び熱源からなるグループから選択される電源からの電気生成効率を最大化し、熱源は太陽熱、太陽光電池の能動的冷却、地熱、熱蓄積、及び熱源を用いることにより、第２膨張段階時に続けて熱流動流体のエンタルピを増加させ、その一方、同時に電力系統及び分配されたエネルギからのリアルタイム容量の利用可能な過度の電気を用いる、請求項２８に記載のエネルギ生成システム。
【請求項５８】
２種混合型の熱流動流体、吸収剤及び吸収性物質を分離する非熱分離方法、及び熱流動型流体モータを具え、熱流動流体の分離圧はＰ１であり、温度Ｔ１に於ける沸点の最大圧はＰ２であり、Ｐ１はＰ２より大きいエネルギ生成システム。
【請求項５９】
更に、希釈液の容積式ポンプ、膨張モータ、及び熱源を具え、該熱源は膨張モータ内で膨張する前に、熱流動流体のエンタルピを増加させる、請求項５８に記載のエネルギ生成システム。
【請求項６０】
更に、吸収性物質の蓄積装置、膨張モータ及び熱源を具え、該熱源は膨張モータ内で膨張する前に、熱流動流体のエンタルピを増加させる、請求項５８に記載のエネルギ生成システム。
【請求項６１】
構成要素Ａ１及びＡ２を有する２種混合型の熱流動流体を具え、少なくとも２つの別々の膨張段階を有し、それは熱流動流体の温度が、構成要素Ａ１の液体相遷移よりも高い結果となり、続いて熱流動流体を重量ベースで構成要素Ａ１の約１０％未満の第２流れに分ける相分離工程を含む第１膨張段階と、第２流れに更なるエネルギを生成する第２膨張段階であるエネルギ生成システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の分野
本発明は、熱駆動される発電器、エネルギ蓄積装置、燃焼発電器とから構成されるハイブリッド発電器に関し、特にプラグインハイブリッド輸送装置に結合した分散型エネルギシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
発明の背景
種々の実施例が発電についての作動モードに関係しており、個々及び／又はエネルギ蓄積装置群のリアルタイムな需要と予測される需要の両方を充たすことにより、エネルギ効率を最適にし且つ発電工程に関連する排出を最小にする。エネルギ蓄積は、電気、圧縮空気、流動及び／又は熱流動等を含む一次エネルギの形式、及び一次エネルギの形式の生成から生じる熱エネルギの両方である。ハイブリッドプラグイン「plug'n」乗物、特に船隊乗物に特有の不連続(discreet)且つ繋がりの無いパワー需要を充たすことができるには、特に需要のピーク及びエネルギ効率の総計に関して、エネルギ供給器に可成りの要求をする。
【０００３】
２００６年３月１４日に発行され、発明者がハフナー他で、発明の名称が「ハイブリッド乗物に於いてエネルギ消費を最小にするシステム及び方法」である米国特許第7,013,205号は、１つのプラグインハイブリッド乗物の作動コストを減じるだけの手段を開示している。しかし、内蔵された発電手段によって電力が供給されるにしても、外部のプラグイン電力供給器によって電力が供給されるにしても、発電中のエネルギ効率又は排出の生成を明らかにしていない。第7,013,205号特許は、副産物である排熱が同時に格納され又は用いられるように、内蔵の発電源又は外部源からのパワー供給が変化することを明らかにしていない。
【０００４】
発電の費用及びこのようにプラグインハイブリッド乗物への変動価格(dynamic pricing)を適用する機会の両方について、副産物である排熱(大部分の分散型の発電システムは、副産物である排熱の形式で総燃料量の６０％以上を有し、最良に集約された発電システムは尚、副産物である排熱の形式で総燃料量の３５％以上を有している)を考えることは有益なことである。
【０００５】
「ワイヤレス」の語は、通信を確立するワイヤ以外の方策に言及する。これは、赤外線、無線周波数、セルラー、レーダー、電力線キャリアを含むが、これらに限定されない。
【０００６】
「ワイヤード」の語は、通信を確立する物理的に電気的又は光学的な接続性に言及する。これは、シリアル接続、パラレル接続、ＵＳＢ、ファイアワイヤ(Firewire)、イーサネット(登録商標)、光ファイバ、及びＲＳ−４８５ポート接続を含むが、これらに限定されない。
【０００７】
「アルゴリズム」の語は、決められた方法で、状態の変更を決定するのに用いられる演算、公式、及びパラメータ値に言及する。
【０００８】
「輸送装置」及び「乗物」の語は、どちらを用いても良く、両方とも固定的でないという不可欠な性質(capability)を有する移動可能な装置の意味を有する。
【０００９】
「ＨｙＧａＳＳ」の語は、ハイブリッドエネルギ生成及び蓄積システム(Hybrid energyGeneration and Storage System)の頭文字である。
【００１０】
「家庭」及び「住居」の語は、どちらを用いても良く、両方とも人が生活する場所の意味を有する。例えば、本質的にコンドミニアム、アパート、家、町家又は近所又は共同体として、個々の家庭の集合体であり得る。
【００１１】
「プラグインハイブリッド」及び「plug'n ハイブリッド」の語は、どちらを用いても良く、両方とも外部源からの、又は内部で生成される有用なエネルギを直接に得ることができる装置の意味を有する。そのような一例は、電力系統及びＤＣ生成器を駆動する内蔵型の燃焼エンジンからの電気の使用である。
【００１２】
「流動」エネルギの語は、通常は圧縮不可能である加圧された流体を用いて、パワーを蓄積し及び／又は伝達することに言及する。
【００１３】
「熱流動」の語は、加圧された流体の利用に言及し、温度上昇にて圧力が上昇する。熱流動流体は圧縮可能な流体であり、その代表例は臨界超過ＣＯ2である。他の例は、２種混合流体であり、それによってＣＯ2が吸収剤に吸収される。
【００１４】
本発明の種々の実施例は、エネルギ生成に関し、特に独特な優先順位とエネルギ需要プロフィールを有するエネルギ蓄積装置の配列に動的なスイッチを用いる発電に関する。
【００１５】
更なる実施例は更に、一次エネルギ形式と熱エネルギの非同期な使用及び生成を可能にするような方法で、副産物である排熱を利用する手段を含む。
【００１６】
更なる実施例は更に、圧縮空気、又は二酸化炭素のような純粋ガスのような作動流体、又は熱生成と同時に、又は熱エネルギ蓄積装置から収集された熱流動流体の何れかから格納されたエネルギを用いて、作動流体のエンタルピーを増加させる手段を含む。
【００１７】
更なる実施例は、一次的なエンジンによって、作動流体を加圧することと、それに続いて該一次的なエンジンの排熱によって加熱されて、エンタルピを増加させることを共に生成することを記載する。
【００１８】
更なる実施例は、目的地への距離、目的地への計算されたエネルギ消費、及び作動流体の蓄積されたエネルギの関数として、加圧された作動流体の排出速度を制御する方法を提供する。
【００１９】
更なる実施例は、加圧された作動流体の排出速度を制御して、最低の２段階とする方法を指向する。好ましい第１段階では、排出圧力及び温度発生は、作動流体及びガスの分離範囲内で生じる。好ましい第２段階にて、排出圧力及び温度発生は、第２段階から第３段階の、ガスの液体への位相遷移の前に生じる。
【００２０】
更なる実施例は、様々な熱交換器に囲まれる吸収剤から作動流体を取り除くべく、比較的高温の源を用いることを含み、前の熱交換器は予熱段階として役立ち、後の熱交換器は熱回収装置として役立ち、比較的高温の源の需要を最小にしている。
【００２１】
種々の実施例は、パワーをエネルギ蓄積装置に付与する新規性のある高効率の手段、及び使用方法を提供する。
【００２２】
種々の実施例の更なる特徴及び利点は、ここに記載されており、現在の好ましい実施例の詳細な記載から明らかであろう。ここに記載された現在の好ましい実施例への種々の変更及び修正は、当業者には明らかであることが理解されるだろう。そのような変更及び修正は、本発明の精神及び範囲から離れることなく、且つ付随する利点を減じることなく、成される。従って、そのような変更及び修正は、添付の請求の範囲に包含される。
【発明の概要】
【００２３】
発明の要旨
高効率で環境にやさしい発電工程が提供される。工程は、一次エネルギ生成器と、熱的排熱回収装置を一体に組み合わせて、全体効率を高める。更に熱動的流動ポンプを組み込むことにより、燃焼の前に圧縮に用いるエネルギの可成りの部分がなくなり、従来の燃焼発電サイクルに関連するエネルギ損失を減じるので、特に燃焼発電サイクルにて、エネルギ効率が向上する。
【００２４】
種々の実施例の一態様は、パワー変換の総量及び性能計数を増加させる手段として、熱流動流体と一体的な発電機能を一体化することである。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】エネルギ供給器からプラグインハイブリッド装置に蓄積するエネルギ入力、主産物及び副産物である排熱生成を示す概略図である。
【図２】需要制御及び及びその機能性に不可欠な要素を示す概略図である。
【図３】副産物である排熱の流れを示す概略図である。
【図４】エネルギ供給器とプラグインハイブリッド間の通信リンクに加え、データの最適化及び熱伝導流体接続に不可欠な要素を示す概略図である。
【図５】エネルギ供給器とプラグインハイブリッド装置の一体化と、不可欠な要素の範囲を示す概略図である。
【図６】所定の実用パラメータに対する多数のパラメータ間の代表的な関係を示す表である。
【図７】所定のエネルギ蓄積装置に対する多数のパラメータ間の代表的な関係を示す表である。
【図８】エネルギ使用の履歴を示す表である。
【図９】図９Ａ、図９Ｂ及び図９Ｃは、熱エネルギ源によってエンタルピの増加が不可欠な熱流動エネルギ蓄積装置を示す様々な概略図である。
【図１０】熱エネルギ回収が不可欠な熱流動型エンジンを示す図である。
【図１１】総エネルギ効率を最大化する制御方法のフローチャートである。
【図１２】総エネルギ作動コストを最小化する制御方法のフローチャートである。
【図１３】図１３Ａ及ぶ図１３Ｂは、熱流動型エネルギ変換装置の膨張２段階を示す概略図である。
【図１４】熱パイプが一体化された熱流動型エネルギ変換装置の膨張２段階を示す概略図である。
【図１５】エネルギ蓄積コントローラ及びエネルギ生成器、エネルギ消費体、熱生成器及び熱消費体のネットワークを示す概略図である。
【図１６】熱流動型エネルギ変換装置の１つの膨張２段階についての、熱物理的特性の表である。
【図１７Ａ】２つの代表的な非熱分離工程を具えた熱流動型エネルギ変換装置の膨張２段階を示す概略図である。
【図１７Ｂ】２つの代表的な非熱分離工程を具えた熱流動型エネルギ変換装置の膨張２段階を示す概略図である。
【図１８】量が可変で一定圧の蓄熱装置を示す概略図である。
【図１９】吸収システムのエネルギ変換工程の膨張２段階内の２種混合流体の位相分離を示す概略図である。
【図２０】エネルギ変換工程の膨張２段階にて吸収しない２つの要素を具えた２種混合流体の位相分離を示す概略図である。
【図２１】エネルギ変換工程の膨張段階の２段階であって、両段階間に半大気温度を有する２段階を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
発明の詳細な記載
エネルギ蓄積装置に充電することは、ほとんどのエネルギー消費体にとって、めざましい機会及び課題を与える。第１の且つ最も重要な特徴は、エネルギー供給器及びエネルギ蓄積装置の両方が完全に電力系統から離れている(off-grid)ときである。その結果により、位相シンクロナイザ、ＡＣ−ＤＣコンバータ及び電圧調整器を含む多くの高価な要素を回避し、該要素は削除されるか、著しく単純化する。
そのような要素の削除はまた、関連するエネルギの非能率性を減じて、これにより排出、作動コスト及び維持費を削減するのに寄与する。
これらの利点は、さらに現場で生成することのハードルを低くし、それは生成物を分配する更なる多くの機会に結びつく。
【００２７】
ここに記載される、ＨｙＧａＳＳ、即ちハイブリッドエネルギ生成及び蓄積システムは、エネルギ蓄積装置のためのエネルギ生産、及び有用な副産物である排熱の両方を結合させることを最適にし、電気的又は流動的エネルギと副産物である排熱を、生成、移送、そして複数のエネルギ貯蔵装置へ貯蔵することを制御するように作動可能である。
ＨｙＧａＳＳは更に、エネルギ蓄積装置内へのエネルギ流れを変えるように作動可能であるコントロールシステム、及び前記エネルギ蓄積装置へのエネルギ供給を選択的に且つ個々に始動させるマルチプレクサを含む。
ＨｙＧａＳＳは更に、一次エネルギ蓄積の需要及び二次的な熱エネルギ蓄積の需要の両方に従って、一体化される物として発電計画及びプロフィールを特に決定する。
約３０％の効率である典型的な単一のサイクル発電は、約６０％の効率を生成したうえへ熱エネルギを加え、このように一次エネルギの生成物は、実際には全体的なエネルギ効率にとって、二次的な熱エネルギ副産物よりも重要ではない。
【００２８】
同時継続の米国特許出願第11/161,144号に述べられているように、エネルギの最適な生成は、エネルギ蓄積装置がエネルギを蓄積する能力を第１に有し、第２に排熱副産物のエネルギを蓄積する能力の両方を有することが必要である。ＨｙＧａＳＳは更に、主たるエネルギの生成を制御するように作動可能であり、生成された主たるエネルギの約１パーセントは、エネルギ蓄積装置内で用いられ、パワーの残りは、分散型のエネルギ蓄積システム、エネルギ伝達システム又はこれらの組み合わせに搬送されるのが好ましい。一次エネルギ源の蓄積と分配の両方を行う機能が一体になっていることは、エネルギー生成とびエネルギー利用を非同期に行う上で、更なる別手段である。
【００２９】
ＨｙＧａＳＳの一実施例では、電力系統をＤＣコンバータに一体に結合したものを提供し、これは電力系統の需要のピーク及び時間帯別料金についての多数のパラメータを最小化する機能と、更にＤＣ−ＤＣコンバータを通じＤＣ排熱発電システムに合わせて、運転コストを削減する手段として作動する。それによって、入力ＤＣ電圧及び電流は可変状態で作動し、バッテリ蓄積装置、大容量キャパシタ(ultra-capacitor)蓄積装置を含むエネルギ蓄積装置及び熱負荷にエネルギを供給する。
【００３０】
ＨｙＧａＳＳは更に、平日、休日別のエネルギ消費履歴等とバッテリ充電容量、充電のレート情報等を組み合わせて用いて、目標とする完了時間について目標とする電力要求を演算する。結果として得られた発電計画及びプロフィールは、最適なバッテリ充電のプロフィールを生成するために、ハイブリッド乗物が現実に現在接続されていようと、過去に計画された時間窓内で接続されることが予測されていようと、プラグインハイブリッドの依頼者のネットワーク内の全てのプラグインハイブリッド乗物の集合(aggregate)に基づいている。
計画した時間窓を予想する手段は、一部が個々の乗物のリアルタイムの全地球測位システム「ＧＰＳ」位置に基づいて、前記乗物のエネルギ蓄積装置が予測された時間窓の到着時間に合致する可能性を決定する。
【００３１】
他の実施例に於いて、ＨｙＧａＳＳは更に、結合されたシステム(即ち、電力系統及びＤＣ排熱発電システム)に従って作動可能であり、排出(即ち、二酸化炭素「ＣＯ2］)は最小となる。換言すれば、ＨｙＧａＳＳの作動モードは、最低の排出レベル、最低のエネルギ入力コスト、又は最低の排出コストの組み合わせ集合、最低の排出回避コスト、及び最低のエネルギ入力コストに帰着し、燃料入力及び維持の最低の単純な作動コストと比較して、一次的且つ二次的エネルギの両方を生成する。
進歩性のある典型的な１つの例は、投入燃料が天然ガスである現地での一次的な発電よりも、電気的コストが低い石炭からの電力系統のオフピーク需要間に不一致がある可能性を明らかにしているが、二次的な発電を用いることによる排出コスト及び回避コストの総計は、燃料及び維持コストの利益と相殺される。
他に、更に包括的な例は、需要のピーク、エネルギ蓄積充電性能(即ち、パルス充電、充電／蓄積装置の冷却の許容、最低の総コスト(分散型の生成物からの排熱を含む)対電力系統の電力(需要、ピーク、オフピークコスト、ＣＯ2排出)対ＤＣ生成器作動コスト(需要、ピーク、オフピーク、維持、ＣＯ2排出等)、排熱の需要(吸収冷却、液体乾燥剤の再充電、家庭での湯)及びエネルギ蓄積装置の優先レートコード(第１の充電、第１の終了、所定の時間窓内での蓄積充電の関数として、相対的な優先順位を付与する)からなるグループから選択される少なくとも１つのパラメータを明らかにする最適な作動プロフィールである。
【００３２】
他の実施例に於いて、ＨｙＧａＳＳは、電気及び／又は流動エネルギの生成、伝達及び蓄積を制御するように作動可能であり、それは少なくとも１つのエネルギ供給器を、少なくとも１つの電気的及び／又は流動型エネルギ蓄積装置内に入れ、且つ副産物である排熱を少なくとも１つの熱エネルギ蓄積装置に蓄積することにより作動可能であり、且つ、エネルギ蓄積装置内へのエネルギ流れを変えるように作動可能な制御システムにより作動可能であり、前記エネルギの生成は、エネルギ蓄積装置へのエネルギ生成と、副産物である排熱を用いることを統合することを最適化する手段手段によって変更可能である。
以前に記載したように、多くのエネルギ生成装置は、一次エネルギよりも多くの副産物たるエネルギを形成する。
このようにして、ＨｙＧａＳＳの他の実施例では、エネルギ供給器は「一次」エネルギ及び副産物である排熱の流れを、プラグインハイブリッド乗物に内蔵されたエネルギ蓄積装置及びプラグインハイブリッド乗物の外部である熱蓄積装置の両方に向けて変えるように作動可能である。
【００３３】
典型的なアメリカの家庭は、少なくとも２台の乗物を有し、このように家庭はエネルギが「一次」エネルギの形式であろうと副産物である排熱の形式であろうと、家庭が用いるよりも可成り多くのエネルギを生成している。
米エネルギー省(ＤＯＥ)の米国のエネルギーの見通しに関する年次報告書は、住居用及び商業用ビルディングは米国内の総エネルギ使用の３６％の割合を占め、米国の温室ガス排出の３０％を占める。住居用及び商業用部門で消費されるエネルギの約６５％が加熱用(４６％)、冷却用(９％)、及び冷凍用(１０％)であり、原則として、このエネルギは非集中型の太陽熱システムによって供給可能である。ＤＯＥは人口密度及び土地に基づいて、米国の７５％の住居用及び商業用ビルディングは、非集中型太陽温水システムの適切な候補であるとの結論を報告している。副産物である排熱を可成り生成する故に、ＨｙＧａＳＳについて同様の結論に達することができる。
【００３４】
排熱発電ではよくあることであるが、副産物である排熱の利用可能な量は、電気の生成を超える。このようにして、理想的な無料の(complimentary)エネルギ蓄積システムは、副産物である排熱を化学作用に変換する手段として、低温吸熱及び可逆反応(即ち、熱化学的)を直接統合し、化学作用は適切な需要消費期間にて、好ましくは電気を生成する手段として燃料電池タイプ装置を使用して、元の形式に戻ることができる。
【００３５】
エネルギを分散して生成することは、多くの明確な長所を持ち、このようにして乗物の余剰能力を用いて電力を生成することにより、不要な余剰資本コストを減じることができる。更に重要なことは、乗物発電又はエネルギ蓄積装置の冷却の何れか／両方によって生成される副産物である排熱は、ホスト側(例えば、家庭)にて用いられる熱エネルギの少なくとも可成りの部分に取って代わる。
ＨｙＧａＳＳは、充電中にエネルギ蓄積装置を積極的に冷却し、副産物である排熱を回収する手段として、熱伝達流体の流れを変えるように作動可能であるのが好ましい。
このエネルギは、内蔵された熱エネルギ蓄積装置内に格納され、外部のエネルギ蓄積装置に伝達され、又は該熱エネルギの外部消費体に加熱された熱伝達流体を供給するのに用いられる。
ＨｙＧａＳＳの更なる実施例は更に、乗物がホストの一次エネルギの要求を満たすべく少なくとも一部が停止するときに、時々乗物とともにエネルギ生成装置を作動させることを考えている。
このようにして、一実施例は更に、実際に移動可能な輸送装置(即ち、乗物)である分散型エネルギ生成器を具え、接続されたエネルギ蓄積装置に、局所的に一次エネルギ(例えば、電気)及び湯を供給する(即ち、換言すれば、乗物は湯又は内蔵型の相変化材料「ＰＣＭ」及び電気を住居に供給する)。
エネルギ生成器は、内蔵のエネルギ蓄積装置及び／又はホスト装置のリアルタイムの使用需要、又は予測されるホスト装置のエネルギ蓄積装置に電気を供給する。
好ましい一実施例は、何れの装置が最初に充電されるか、又はリアルタイムコストの差、予測されるコスト、ＣＯ2排出等を含むパラメータの関数として最適なエネルギ充電器のプロフィール(profile)を決定する非線形アルゴリズムを含む。
【００３６】
ＨｙＧａＳＳの好ましい一実施例は、エネルギ蓄積装置へのエネルギ供給を選択的且つ個々に駆動するマルチプレクサによって、内蔵されたエネルギ蓄積装置及び外部固定のエネルギ蓄積装置の両方へのエネルギ流れを変えるように作動可能な制御システムを有する。
特に好ましい一実施例は更に、内蔵された熱蓄積装置、外部固定された熱蓄積装置、及びそれらの組み合わせからなるグループから選択される少なくとも１つの熱エネルギ蓄積装置に、副産物である排熱を供給する手段を具えている。
【００３７】
ＨｙＧａＳＳの利点を最も十分な範囲で実現するために、ＨｙＧａＳＳは、複数のプラグインハイブリッド乗物内のエネルギ蓄積装置を含む、複数のエネルギ蓄積装置の生成と蓄積を制御するように作動可能であり得る。
ＨｙＧａＳＳは更に、エネルギ蓄積装置内へのエネルギの流れを変えるように作動可能な局所的制御システム及び分散型ネットワーク制御システムの両方、及びエネルギ蓄積装置へのエネルギ供給を選択的且つ個々に作動させるマルチプレクサを含むのが好ましく、前記制御システムは最適なエネルギ蓄積装置の充電器のプロフィールを生成する。
プロフィールは、乗物の予測される到着時間及び到着可能性、到着時のエネルギ要求及びそれらの組み合わせを予測する手段として、パラメータ及び入力を有することによって生成され、該パラメータ及び入力は、全地球測位システムのデータ、履歴データ、及びリアルタイムの性能データからなるグループから選択される少なくとも１つを含む。
【００３８】
ＨｙＧａＳＳの分散型ネットワーク制御システムは、自動的リアルタイムコントローラ、及び該自動的リアルタイムコントローラと通信する当該技術分野で公知のネットワーク通信(例えば、ワイヤレス、ブロードバンド、ＤＳＬ等)を具えて、複雑な方策を調整し、エネルギ需要のピーク、エネルギ生成中に生成されるエネルギ生成費用及び排出の総計、及びそれらの結合から成るグループから選択される少なくとも１つの方策対象を最小にする最適なエネルギ蓄積装置の充電器のプロフィールを生成する。
或いは又は更に、ＨｙＧａＳＳの最適なエネルギ蓄積装置の充電器のプロフィールは、エネルギの生成、エネルギ効率の統合、及びエネルギ使用の統合、及びそれらの結合から生じる収益から成るグループから選択される少なくとも１つの方策を最大にするのが好ましい。
【００３９】
エネルギ生成供給器の最適な設置個所は、副産物である排熱の熱負荷の使用を最大にすることができる箇所である。この特徴は、当該技術分野で公知の排熱発電と同様である。
しかし、排熱発電設備は、副産物である排熱ではなく一次エネルギ源(即ち、電気)の需要、又はより複雑な方策に単に基づいて操作可能である。ＨｙＧａＳＳの理想的なホストは、可成りの熱負荷要求を有する設備である。
当該技術分野で公知の手段(例えば、相変更材料「ＰＣＭ」)を用いて容易に格納されて非同期の生成及び利用を可能にする熱負荷は、加熱、家庭の湯、及び加熱工程を含む熱負荷から、吸収冷却、液体乾燥冷却、ボトミングサイクル(bottom cycle)発電及び太陽熱システム用の予備加熱を含む最近の(non-traditional)熱負荷に変えられるが、従来及び最近の熱負荷はこれらに限定されない。
【００４０】
図１には、太陽光(10)または燃料からなるグループの少なくとも１つを含む様々なエネルギ源が示されている。太陽光(10)は、光電池(20)または太陽熱変換装置(30)の何れかを経て、それぞれガス駆動装置(50)/ＤＣーＤＣコンバータであるＤＣ生成器または熱駆動のＤＣ生成器(60)によって、有用なエネルギに変換される。燃料は天然ガス(40)を含み、ガス駆動されるＤＣ生成器(50)のごとき発電器を駆動することが出来る。
燃料の参考例(reference)は、天然ガスを含み、例えば、バイオマス、水素、ガソリン又は他の可燃物を含んでいてもよい。更なる燃料は更に、ナノスケールのマグネシウムのような最近の燃料を含んでおり、酸化物内の酸素に反応する場合、発熱反応を産出する。
ガス駆動又は熱駆動されるＤＣ生成器の何れかによって生成されるエネルギは、ＤＣエネルギ蓄積装置(100)に格納される。装置の範疇は、コンデンサ、大容量キャパシタ、バッテリ等を含む。
何れかのＤＣ生成器からの副産物である排熱は、熱蓄積装置(90)内に格納され、それは冷水の源からの冷水(70)を直接加熱する、又はプラグイン乗物に内蔵した排熱回収装置(80)から更に続いて予熱して温度を上げることの何れかによって、格納される。冷水はプラグインハイブリッド車(110)を積極的に冷却する前に、バッテリ充電器又はバッテリから生じる排熱を更に回収する。冷水は最終的に、点「４」から、ＨｙＧａＳＳを出る。
番号付けられた表示(１)(２)(３)は接続点であり、あまりにも多くの関係するラインを無くして、図面を綺麗にする為に付与される。
【００４１】
更に、他の理想的なホストの部類は、従来型の集合地点(即ち、プラグインハイブリッド乗物が頻繁に訪れる場所)であり、これは運送会社(例えばＵＳＰＳ、ＵＰＳ、フェデックス(商標)など)、設備を製造するサービス企業(例えば電話、公益事業、ケーブル、契約業者など)、スーパーマーケット、ショッピング・モール、コンドミニアム/アパート、駐車場、レンタカー会社、運送業者(例えば航空会社、バスなど)及び従来の燃料を補給する地点(例えばガス/ガソリン・スタンド)を含む。
【００４２】
ＨｙＧａＳＳは、副産物である排熱の生成に配慮するのみでなく、更に一次エネルギ及び副産物である排熱の両方が互いに「非同時期」であることを可能にし、実際にも一次エネルギ及び副産物であるエネルギの何れか／両方の消費体からは完全に互いに非同時期である。
一体化され且つ固有のエネルギー蓄積能力によって、制御方針はより高度で複雑な制御を可能にすることができる。一実施例に於いて、ＨｙＧａＳＳは、少なくとも１つのエネルギ蓄積装置内へのエネルギ流れを動的に代えるように作動できる制御システムを具え、該制御システムは次のグループから選択される少なくとも１つのパラメータに基づく入力を有する最適な充電器のプロフィールを決定し、該グループはエネルギ蓄積装置の要求、エネルギ蓄積装置の最も早い開始時間、エネルギ蓄積装置の最も遅い終了時間、エネルギ蓄積装置の優先コード、及びエネルギ蓄積装置の収益コードから成る。少なくとも１つのパラメータは、副産物である排熱エネルギの要求、副産物である排熱のリアルタイムの需要から成るグループから選択され、リアルタイムの需要は、吸収冷却、液体乾燥剤の再充電、家庭の湯、副産物である排熱の蓄積容量及びそれらの組み合わせから成るグループから選択される少なくとも１の使用者を含む。
【００４３】
制御システムの方策の複雑な点は、リアルタイム及び過去の両方のデータについて、データへのアクセスが直接的な機能(direct function)であることである。アクセスはその大部分が、部分且つ全体の両方に通信する能力によって決定される。
より多くのデータが得られると、当該技術分野で公知である、ニューラルネットワーク、非線形分析、人工知能、予言的なモデリングなどを含む先進のモデリング技術を用いることにより、より強力な結果が得られる。
このようにして、一実施例では、ＨｙＧａＳＳは、少なくとも１つの電気的蓄積装置及び少なくとも１つのエネルギ供給器間を通信可能な制御システムを更に含む。
より好ましい実施例は、少なくとも一つの電気的蓄積装置パラメータを得る一体型で自動化された手段を有するコネクタを更に具え、該電気的蓄積装置パラメータは識別情報、モデル、所有者のプロフィール、最大エネルギ蓄積速度、最高充電温度、最小電圧、最大電圧及びそれらの組み合わせから成るグループから選択される。
【００４４】
図２について、エネルギ供給器のピーク負荷を制限するエネルギ需要管理器の代表的なスキームが、電力系統(200)として示される。
続いて、需要コントローラ(210)は、需要、キロワット時、ガス流れ、湯流れ、冷水流れを含む様々のセンサ(230)を監視し、ＡＣエネルギー源がＡＣ−ＤＣ整流器(220)によってＤＣへ変換されることを確実にした後に、様々な負荷(250)を制御する。
ＡＣ−ＤＣ整流器からの出力は、ＤＣエネルギを要求する様々な装置を駆動し、装置はＤＣ照明(260)、周波数可変装置「ＶＦＤｓ」、ＤＣコンピュータ(270)、又は図１に(100)で示す点「５」を介した何れかのＤＣエネルギ蓄積装置、又は図１に(110)で示すプラグインハイブリッド車を含む。
【００４５】
ＨｙＧａＳＳの特に好ましい実施例は、グループから選択される少なくとも１つのパラメータの集合体を最小にするように作動し、該グループはエネルギ利用、エネルギ生成の排出、エネルギ蓄積装置の所有者のエネルギコスト、現在接続されているエネルギ蓄積装置の充電時間、固定されたエネルギ蓄積装置のエネルギレベルを所定のエネルギレベルパーセントにまで格納する時間、またはそれらの組み合わせを含む。
ＨｙＧａＳＳの特に好ましい実施例は、グループから選択される少なくとも１つのパラメータの集合体を最大化するように作動し、該グループはエネルギ効率、収益、短期需要を予想する手段としての固定されたエネルギ蓄積装置に格納されたエネルギレベル、副産物である排熱の利用、またはそれらの組み合わせを含む。
【００４６】
一旦、識別情報が知られれば、ＨｙＧａＳＳは自動化された手段を用いて、各エネルギ蓄積装置について、グループから選択される少なくとも１つのデータセットを含むデータの関数として、リアルタイムのエネルギ充電器の要求を決定するように作動可能であり、該グループは、性能履歴データ、その後のエネルギ充電の機会の前に予測されるエネルギ要求、エネルギコスト対排出最小比に対するエネルギ蓄積装置の所有者のプロフィール、及びそれらの組み合わせを含む。
【００４７】
一旦、包括的なデータが個々のレベルにて知られれば、ＨｙＧａＳＳは更に、各エネルギ蓄積装置の集合体へのエネルギ供給器に最適な生成スケジュールを決定する自動化手段を含み、該自動化手段は、集合体のエネルギ及び副産物である排熱のコストを最小にし、リアルタイムのエネルギ生成レベルを変えて、マルチプレクサを用いて、エネルギ蓄積装置内へのエネルギ流れを変え、少なくとも１つのエネルギ供給器のパラメータの関数として、エネルギ蓄積装置へのエネルギ供給を選択的且つ個々に作動させる手段である。
これらの要素を最適にすることは、可成りの数の独自のパラメータが必要となる。これらの更なる作動パラメータ及びモードの幾つかは、エネルギ蓄積装置及びエネルギ供給器の両方に用いられる。
【００４８】
図３は、副産物である排熱の流れを示し、図１の点「４」から開始する。この排熱は、一時的に熱蓄積装置(90)に格納され、又は加熱工程(310)、吸収冷却(320)、液体乾燥冷却(330)及び単なる家庭の湯(350)を含む熱エネルギによって駆動される様々な装置によって用いられる。任意である排熱回収ポイントは、家庭の湯を更に供給する手段として、液体乾燥冷却システムから市内の冷水(340)を変える。
【００４９】
更なる好ましいパラメータは、ブール型の使用者を規定するパラメータを含み、局所的な生成の最大レベル及び電力系統の入力最大レベルにて作動し、これはピーク要求のイエス／ノーとは無関係であり、以前に確立されたピーク要求レベルのイエスノーとは同様であるが、その範囲内であり、及び／又は、以前と同様であるが、再充電部が電力系統の段階的な料金体系イエス／ノーを考慮に入れることを可能にする。
全ての要素の集合体の状況内で、個々の要素を組み合わせる能力によって、実現すべき最適解が得られ、その一方、個人の目的を可能な(或いは、実現可能な)最大限まで尊重する。
【００５０】
一実施例に於いて、ＨｙＧａＳＳは、所定のエネルギ蓄積装置を充電するように作動可能であり、各個々のエネルギ蓄積装置はグループから選択された所定の充電モードを有し、該グループは即時のフル充電、所定のエネルギ蓄積パーセント又はレベルへの即時の部分的な充電、所定時間についての所定のエネルギ蓄積パーセント又はレベル、所定時間内の所定の最小エネルギ蓄積パーセントを目的とする第１の充電及び所定時間内の所定の最大エネルギ蓄積パーセントを目的とする第２の充電、該エネルギ蓄積装置を充電するエネルギユニット当たりの最小コスト、該エネルギ蓄積装置へのエネルギ生成から生じる排出の最小化、代替のエネルギ源によって供給されるエネルギ使用の最大化、及びそれらの組み合わせを含む。
【００５１】
他の実施例に於いて、ＨｙＧａＳＳは、所定のエネルギ蓄積装置を充電するように作動可能であり、各個々のエネルギ蓄積装置は、以下から選択された指定の優先モードを有する(a)該エネルギ蓄積装置の所有者へのエネルギ単位当たりのコストを最小にする充電(b)充電時間を最短にするように作動する該エネルギ供給器の所有者へのエネルギ単位当たりの生成コストを最低にする充電(c)充電を最大にする充電及び／又は(d)最も高い優先度での充電。
【００５２】
ＨｙＧａＳＳの好ましい実施例は、素早くて安全で、ハイブリッド蓄積装置を自動的に識別する方法を含むパラメータ入力手段を提供する。該手段は、ユーザインターフェイスを含み、該ユーザインターフェイスはグループから選択される少なくとも１つの装置を具え、該グループは、プラグインハイブリッドに内蔵したユーザインターフェース、エネルギ供給器とエネルギ蓄積装置間のプラグインコネクタ、及びエネルギ供給器に固定されたユーザインターフェイスから構成される。
【００５３】
エネルギ蓄積装置及びエネルギ生成器の供給器は、ネットワーク通信を用いて互いに通信する手段を有するのが好ましい。好ましい１つの通信手段は、赤外線トランシーバのような電気的ノイズに対して抵抗力があるのが好ましい。
特に好ましい通信手段は、電気的蓄積装置と電気的供給器との間の一体型コネクタ要素として、組み込まれる。特に好ましい一体型要素の１つは、電気的蓄積装置のトランシーバと電気的供給器間を連繋する自動化手段を有する。更なるワイヤレス及びワイヤ付き手段は、電力線キャリア、ＲＦトランシーバ、ＲＦＩＤ、ＵＳＢポート等を含む実現可能な装置として、考えられる。好ましいエネルギ供給器コントローラは更に、エネルギ蓄積装置のコントローラと双方向通信を確立する。特に好ましいエネルギ供給器コントローラは、エネルギ蓄積装置のコントローラが通信システムのノードになるようにする。特に好ましいエネルギ供給器のコントローラは、エネルギ蓄積装置のセンサ、リアルタイムデータ、及びこれまでの性能データへ均等にアクセスする。
【００５４】
好ましいコントローラは更に、自動化手段を用いて個々に接続されたエネルギ蓄積装置との接続を識別する手段を有する。特に好ましいコネクタは、コネクタ内に組み込まれた前記識別手段を有する。制御システム内の特に好ましいコネクタは、データにアクセスする手段を有し、該データは少なくとも性能履歴データ、少なくとも次のエネルギ充電までに予測されるエネルギ要求を予測するパラメータを含むデータを含む(様々な分散した請求金額間を管理するように、固定したサービス料金を請求し、所有者の好みに従ってコスト／排出／総エネルギ有用性を管理する)。
コネクタは更に、エネルギ蓄積装置を積極的に冷却し、充電工程中に副産物である排熱を回収する手段として、伝熱流体を付与する手段を有するのが好ましい。コネクタの他の好ましい特徴は、前記乗物(即ち、輸送装置)から生じた排熱を利用する手段としてプラグイン乗物から、能動的冷却する熱い伝熱流体を引き出す更なる手段である。前記乗物は更に、エネルギ蓄積装置が再充電される時に、副産物である排熱、特に又はより広義には、補助燃料を消費するエンジン／燃料電池等から生じる副産物である排熱のエネルギ蓄積を減じる手段として、相変化材料の装置を具える。
【００５５】
種々の実施例に於いて、更なる特徴は以下を含む。コネクタは，電気的蓄積装置及びエネルギ供給器間の通信及びエネルギ流れを一体に連繋させる手段を有する。エネルギ蓄積装置のコントローラは、エネルギ供給器と同じネットワーク上の能動通信ノードになる自動化手段によって、エネルギ蓄積装置のコントローラとの双方向通信を確立する。
エネルギ蓄積装置のコントローラは、エネルギ蓄積装置のセンサ、リアルタイムデータ及び性能履歴データとの通信手段を有する。コネクタは、乗物から生成される副産物である排熱を利用する手段として、プラグインハイブリッド乗物から熱い能動的冷却伝熱流体を引き出すように作動可能である。
【００５６】
図４について、ＨｙＧａＳＳを用いた種々の好ましい通信及び接続方法が示されている。示された実施例に於いて、エネルギコントローラ(400)は局地レベルに於いて、通信及び制御の両方について主たるノードである。エネルギコントローラは、当該技術分野で公知のブロードバンド通信(410)方法及びショートレンジプロトコルを介して、データを得て、センサ(420)からリアルタイム且つ性能データを得て、方法はＲＳ−４８５、エケロン、バックネット等の当該技術分野で公知の方法を含む。
ブロードバンド通信方法は、データベース(430)及びネットワーク(440)にアクセスし、履歴及び性能データ、及び蓄積装置の位置、計画等を夫々付与する(即ち、図１の(110)のプラグインハイブリッド車内のような)。エネルギコントローラは、ここではＤＣ蓄積装置のコネクタ(470)と示される一体化されたエネルギ蓄積装置のコネクタを用いる。ＤＣ蓄積装置のコネクタは、ここでは赤外線ＬＥＤトランシーバ「ＩＲ−ＸＣＶＲ」及び流体運搬「Ｘｆｅｒ」コネクタとして示される一体化された通信装置を有する。ＬＥＤトランシーバは、接続されたＤＣ蓄積装置(100)にそのＬＥＤトランシーバ(460)を介して直接に通信を送り、自動手段で履歴、性能、命令指示、内蔵された乗物のユーザインターフェイス等を含むデータにアクセスする参照値として役立つ実際の装置ＩＤ＃を提供するのが好ましい。
流体Ｘｆｅｒコネクタ(490)は、ＤＣ蓄積装置(480)にその流体Ｘｆｅｒコネクタ(500)を介して、伝熱流体を搬送する。好ましい実施例では、ＤＣ蓄積装置のコネクタ(500)が、プラグイン乗物通信バス上のノードであり、該バスはプラグイン輸送コントローラ(510)に直接アクセスする。その結果は、リアルタイムデータ、性能履歴データ、エネルギ蓄積装置仕様等を可能にする性能データ(520)への直接アクセスができ、ＨｙＧａＳＳの最適なシナリオの一部となる。
【００５７】
熱エネルギの著しい移動と搬送が、可成りのエネルギ蓄積容量を有する伝熱流体を用いて最良に達成される。エネルギ蓄積装置の冷却及び／又は熱エネルギ蓄積装置の冷却に、好ましい伝熱流体は、マイクロエマルジョン又はナノエマルジョン相変化材料、非相変化材料を含み、非相変化材料は水、高い顕熱レベル/kgを備えた伝熱流体、及びそれらの組み合わせを含む。特に好ましい伝熱流体は、電気生成装置のボトミングサイクル(bottom cycling)、又は大容量キャパシタの冷却、又は電気蓄積装置及び／又は充電器回路内への流体循環として、イオン液体、イオン液体の組み合わせ及びポリ(イオン流体)ポリマーから成るグループから選択される。特に好ましい伝熱流体は、少なくとも１つのイオン液体及び少なくとも１つのポリ(イオン液体)ポリマーで構成された伝熱流体で構成される。
【００５８】
伝熱流体の好ましい実施例は、ボトミングサイクルエネルギ生成、エネルギ蓄積装置の能動的冷却、エネルギ蓄積装置の充電器冷却、及びそれらの組み合わせを含むグループから選択される少なくとも１つの機能の手段として用いられ、及び副産物である排熱を回収する手段として用いられる。
ＨｙＧａＳＳは更に、エネルギ蓄積装置の再充電から生じる副産物である排熱の利用を促進する手段として相変化の熱蓄積装置を具える。
【００５９】
エネルギ蓄積装置の好ましい実施例は、熱流動エネルギ蓄積装置、バッテリ蓄積装置、電気化学的エネルギ蓄積装置、熱蓄積装置、流動型エネルギ蓄積装置、磁気エネルギ蓄積装置、フライホイール発電装置或いはそれらの組み合わせを含む分散型又は集中化された手段の何れかによって、エネルギが生成されるエネルギ蓄積装置である。
【００６０】
図５は、最適に実行するために、広範なエネルギ供給器及び蓄積装置を組み合わせる可能性のある一体化されたシナリオを示す。下記の各々は、１箇所の物理的位置内にあり、領域内に分散され、或いはクライアントとして登録された全ての装置内の多数の装置を表す。
電気供給器(530)として記載されたエネルギ供給器が、プラグインハイブリッド車(110)にエネルギを供給することは一般的な合意事項である。プラグインハイブリッド車(110)は、内蔵型プラグイン輸送コントローラ(565)、ＤＣエネルギ蓄積装置(570)、熱蓄積装置(575)、及び流動体、圧縮空気又は同等物である更なる他のエネルギ蓄積装置(585)を有する内蔵された分散型生成器(580)を有する。
この状況ではまた、プラグイン輸送装置の固定ホストとして交換可能に利用される電気供給器(530)は、少なくとも１つの局所的なコントローラであるエネルギ蓄積コントローラ(535)を有するのが好ましい。
好ましい実施例は、ここではＤＣ蓄積装置(540)として記載される固定型エネルギ蓄積装置を有する。それは更に、固定型の熱蓄積装置(545)を具える。
それは更に、総効率を向上させる手段として、局所的に用いられる副産物である排熱を局所的に供給する分散型生成器(550)を具える。固定された分散型生成器(550)は、付随的にここでは他のエネルギ蓄積装置(555)として記載される圧縮空気のような異なる形式のエネルギ蓄積設備を更に有する。
【００６１】
ＨｙＧａＳＳの組み合わされた特徴により、価格が動的になることが可能となり、それによって、エネルギ蓄積装置に供給される出力エネルギの値段は、エネルギー供給器のエネルギ効率及び排出の最小化を統合することに従って、動的に変化するのが好ましい。
【００６２】
図６について、所定の実用的な供給器についての多数のパラメータ間の代表的な関係が示されている。ピーク需要のパラメータは、供給されるエネルギのピーク単位当たりの経済的コストである。ピーク需要はしばしば関連する開始時間及び終了時間を有し、夫々開始時間帯及び終了時間帯として示される。
供給されるエネルギの各ユニットはまた、＄／ｋｗhに対して等価エネルギーとして示されるエネルギレートを少なくとも有する。
時間帯別料金(time of day rates)が利用可能な実例については、更に個別の開始及び終了期間を有してもよい。エネルギ生成器である各電力系統(utility)の供給器は、標準数ＣＯ2排出ファクタとして記載されるように生成されるエネルギユニット当たりのＣＯ2排出の種々の程度を有する。各電力系統の供給器は、電気のようなエネルギの特定の形式を付与し、以降の使用に備えて格納することができる。
エネルギ蓄積装置は、エネルギ損失の程度を変え、それは蓄積効率ファクタと示されて、それによってユニットは損失無く蓄積される。各電力系統の供給器は副産物である排熱を産出し、それは熱効率ファクタ(即ち、燃料の入力単位当たりで生成される有用な熱エネルギがどれだけか)及び熱効率光率と示される出力温度の両方で示される。
結局、図６は通信方法及びノードを示す通信パラメータを提供する。メインはワイヤ付きブロードバンドインターネット接続を示し、パラメータはコントローラの局所的パラメータを示し、アウトドアはワイヤレス接続を示す。
【００６３】
図７について、所定のエネルギ蓄積装置についての多数のパラメータ間の代表的な関係が示されている。タイプ／ＳＮ＃のエネルギ蓄積装置のパラメータは、必要な情報を供給して、安全且つ効率的なエネルギ蓄積を確実にする。示されたタイプは、バッテリ及び大容量キャパシタを含む。更なる識別子が示されれば、製造業者及びモデル＃のように必要な一層多くの特定性が付与される。連続番号の＃は、エネルギ蓄積装置を所定のプラグインハイブリッド乗物、所有者のクラスあるいは割合コードのクラスにリンクするのに最適な独自の識別子を付与する。
充電速度限界ｋｗｈ／時のパラメータは、バッテリは大容量キャパシタよりも可成り充電速度が遅いとのように、時間の関数として、エネルギ入力の最大速度を示す。現在の充電ｋｗｈは可能な範囲まで、リアルタイムを追尾し、定数項(absolute terms)(モデルタイプを有する)に於けるエネルギ蓄積レベルは十分な容量を付与する一方、連続番号の＃は、充電サイクル等の年度、＃からなる(account for)あらゆるレベルのディレーティング(de-rating)を付与するだろう。
リアルタイムの充電速度は、充電限界速度よりも遅いであろう現在の充電速度を示す。目標とする蓄積要求は、予測される開始時間帯に開始すると予測され、且つ要求される終了時間帯までに完了しなければならない所望のエネルギレベルを示す。
ＧＰＳ位置は、プラグインハイブリッド装置のリアルタイムの物理的な位置を提供し、これは乗物が再充電される必要の前に特定の充電箇所に戻るか、或いは特定の充電箇所(即ち、家から離れた休暇旅行又は出張)に戻るであろうか否かの現実的な予想を決定するのに用いられる。
レートコード／ランク＃は、異なる収入規模(例えば卸売、小売り、割引等)を識別する手段を提供する。また、ランクは更なる区別を提供する。目的コード/ランク#は、例えばコスト、排出等を最小化したい所有者間の区別を可能にし、再度、ランクは更なる区別を提供する。
【００６４】
図８について、最適なプロフィールを生成する際に、エネルギ需要を予測するのに用いられるエネルギ使用の履歴の例が提供される。エネルギは、プラグインハイブリッド乗物に要求され格納されるエネルギ形式で記載される。平日又は休日は、明らかな平日、１週間の平日、明らかな休日を特定することができ、又は実行履歴を追跡する当該技術分野で公知のあらゆる手段を付与する。ピーク需要は、開始時間帯の特定時間及び終了時間帯の特定時間についての最大の消費率を示し、その一方、エネルギ等価は累積的なエネルギー消費を示す。
【００６５】
多数の更なるパラメータが用いられ得る。実際上、ＨｙＧａＳＳ制御システムには、図６乃至図８及び図１３に示されたデータポイントよりも可成り多くのデータポイントが実際あってもよい。
【００６６】
図９Ａ−図９Ｃは、修正された高効率の流動型エネルギ蓄積システムを示す。好ましい実施例は、ピーク時間以外で次の「膨張」(即ち、発電)に備えて、オフピークのエネルギ率を用いることにより、オフピーク中に流動型エネルギ蓄積システムを「充電」する。特に好ましい流動エネルギ蓄積システムは、熱流動流体を用いる。
特に好ましい熱流動流体は、少なくとも１つの吸収器及び１つの冷媒から選択された２つの要素から構成されるが、２種混合溶液の使用もまた可能である。熱流動流体は、熱流動流体内に熱エネルギを運搬する手段としての熱交換器に流体が行来可能に繋がり、エンタルピを増加させる結果となる。
【００６７】
図９Ａは、作動流体を加圧する(即ち、圧力を高める)オフピークの電気又は又は風／太陽／地熱に駆動された熱流動型ポンプ(850)に及ぶ外部オフピークエネルギ源(800)を示している。生じた高圧の熱流動流体は、熱流動型高圧蓄積装置(990)を具えるアキュムレータ内に格納される。このシナリオは、ピーク時の消費に備えて、オフピークエネルギを格納する鞘取り(arbitrage)ポジションから始まる多数の利点を持っており、それらは多くの場合にオフピークのレートがピークレートの一部になり得る。
更に、より重要なことには、ピーク期間はしばしば太陽光のピークレベルに関連して、それにより、格納された熱流動流体のエンタルピを増加させるのに、太陽エネルギが用いられることが可能になる。
【００６８】
図９Ｂは、ガソリン燃焼器(910)のような外部熱源が、熱流動型高圧蓄積装置(990)内の熱流動流体のエンタルピを増加させるのに用いられる１つの代表的なシナリオを示す。他の方法は、液体熱流動型熱交換器(960)への液体を、熱流動型高圧蓄積装置(990)又はボイラ或いは加熱炉にさえ置く。より高いエンタルピを有する熱流動流体は、熱流動型膨張モータ(970)の膨張段階を介して電力を生成する。
熱流動流体が再使用されるシナリオの元では、膨張流体は熱流動型低圧蓄積装置(980)内に格納される。他のシナリオ、特に熱流動流体が圧縮空気の場合は、膨張流体が大気に放出されることを含む。
【００６９】
図９Ｃは、下部臨界溶解温度及び吸収されたＣＯ2を有するイオン液体/ポリカーボネート/ポリマーを含む要素から構成された熱流動流体としての２種混合流体を示す。２種混合流体の高圧エネルギ蓄積装置(700)は高圧で２種混合流体を格納する。２種混合流体は、作動流体と熱流動型熱交換器(960)によって駆動される吸収剤のその２つの主成分へ分離され、ＣＯ2のニュートラル(相殺)源から熱エネルギを得るのが好ましい。
比較的低濃度の作動流体(即ち、ＣＯ2)を有する吸収剤と言及される生じる希釈液は、希釈液の容量型エンジン(710)によって、流動圧を回収することによって電力を生成し、該エンジンはジェロータ(内接ギア)ポンプ、軸芯が曲がっているポンプ、ピストンポンプ及び他の容量型ポンプの装置の範囲である。
作動流体を分離して生じた分離ＣＯ2は、続いて熱流動型熱交換器(730)によって加熱され、エンタルピを増加させる。熱流動型膨張モータ(970)内で熱流動流体を続いて膨張させることにより電力が生成され、該モータはジェロータポンプ、軸芯が曲がっているポンプ、ピストンポンプ及び従来の膨張装置(即ち、タービン)を含み得る。膨張流体は次に、熱流動型低圧蓄積装置(980)内に格納される。
【００７０】
図１０は、ポンプを直接駆動するエンジンを用いて、熱流動流体の圧力を高める他の実施例を示す。好ましいエンジンは、太陽光、地熱、風、潮、及びバイオマス燃焼を含む他のカテゴリのエネルギ源によって駆動される。特に好ましい他のエネルギ源は、排熱を産出する。生じた排熱は、熱流動流体のエンタルピを増加させるのに直接用いられ、又は後の及び／又は必要な際のエネルギ生成に備えて、熱エネルギ蓄積装置に格納される。
１つの代表的なシナリオは、ガソリン(900)を含む外部燃料源の使用であり、それはエタノール／ブタノール／バイオディーゼルのようなバイオマスから抽出されるのが好ましく、ガソリン駆動される熱流動型ポンプ(950)を駆動する。熱流動型ポンプには、直接に流動型ポンプを駆動する外燃機関が好適である。
直接駆動型の流動型ポンプは、以前に記載したように、熱流動流体のエンタルピを増加させる排熱回収装置(80)により、直接駆動型の電気生成器又は伝達器よりも効率的である。電力消費が電力生成と同期しない工程である場合は、熱エネルギは付随的に熱蓄積装置(545)内に格納される。この格納された熱エネルギは、熱流動型熱交換器(960)を介してエンタルピを増加させるのに用いられる。電力は、熱流動型膨張モータ(970)内で熱流動流体を続いて膨張することによって生成される。膨張された流体は次に、熱流動型低圧蓄積装置(980)内に格納される。
【００７１】
図１１は、高圧(即ち、充電された)の熱流動流体の排出を制御して、総エネルギ効率を最大にするフローチャートである。更に予測されるゴールは、ＣＯ2排出の総量を最小にすることを含んでおり、熱流動流体を充電するのに用いられる全てのエネルギ源を考慮に入れる。
例えば、バイオ燃料に駆動される熱流動型エンジンは、一次的なエンジンで、バイオ燃料の燃焼からのＣＯ2排出を含み、しかるに風駆動されるタービンは、第１段階にて排出はゼロである。
総エネルギー効率を最大にすることは、一次的なエンジンのエネルギ効率、熱流動型エンジンの既知／計算されたエネルギ効率、及び次の熱流動流体の充填迄の既知／計算されたエネルギ消費の原因となる排熱源から作動流体内へ熱を移動させることによって、エンタルピゲインに達するように決定されたレートで、熱流動流体の膨張が行われることを確実にすることによって達成される。
この方法の重要な成功要因は、輸送装置内のユーザの電子カレンダのキーボード入力、全地球測位システムの工程設定、又は輸送装置の運転手又は輸送装置自体の何れかの履歴データをも含む入力範囲から正確な目的地を決定することである。
総エネルギ効率を最大にすることは、さらに熱流動型流体アキュムレータの容量を追跡する少なくとも１つのパラメータを含んでいる。
好ましくは、最も重要なゴールの１つは、アキュムレータ内の適切な予備容量を確実にして、回生制動(gegenerative braking)、換言すれば、従来の熱流動型ハイブリッドシステムから充電することである。単純な樹状図によって、熱流動型高圧蓄積装置(990)内に、目的地に達するのに十分な蓄積エネルギ(600)が、十分な蓄積装置に存在するかを決定することができる。
及び所望の目的地に到達するのに適切な熱エネルギーが利用可能であるとき、目的地に到着するのに十分な熱蓄積(610)があるとき、蓄積されたエネルギがオフピークのエネルギ消費によって得られると仮定すると、電力は熱流動型膨張モータ(970)内の熱流動流体を直接に膨張させることによって生成される。
膨張された流体は次に、熱流動型の低圧蓄積装置(980)内に格納される。不適切に蓄積されたエネルギが現存のエンタルピ値内に存在し、適切な熱エネルギの供給が利用可能であるとき、熱エネルギが熱流動流体よりも温度が高いと仮定すると、熱流動流体のエンタルピは熱流動型熱交換器(960)を介して熱蓄積装置(545)内に格納された熱エネルギを用いることによって増加し、その後に、熱流動型膨張モータ(970)内の熱流動流体を膨張させることにより、電力は再び生成される。
膨張された流体は次に、熱流動型の低圧蓄積装置(980)内に格納される。流動及び熱エネルギの組み合わせ形式で格納された不適切な量の両方のエネルギが目的地に到着するのに利用可能であるとき、外部燃料の熱流動型ポンプであるガソリン駆動装置(950)は、直接用いられ又は好ましくは熱流動型の高圧蓄積装置(990)内に格納される更なる電力を生成し、副産物である排熱は排熱回収装置(80)によって回収される。
【００７２】
図１２は、高圧熱流動流体の排出を制御して、最小の作動コストを達成することを記載したフローチャートである。１つの代表的な用途は、夜のオフピークのエネルギにて熱流動型システムを充電することであり、これは従来からピークエネルギのコスト及び／又は事実上全ての燃料源のコストの一部である。
好ましい実施例は、多数の樹状図を有し、１つの代表的な樹状図は、熱流動型アキュムレータ内に格納されたエネルギが、輸送装置の一次的エンジンを使用することなく、目的地に到着するには不適切である場合である。そのようなシナリオの下では、熱流動流体の排出は、熱エネルギが熱流動流体のエンタルピを増加させるように格納され又は利用可能なときにのみ生じる。
他の例は、熱流動型アキュムレータ内に格納されたエネルギが、目的地に到着するのに十分なことである。このシナリオを用いると、熱流動エネルギの作動コストが熱蓄積装置から得られる更なるゲイン効率を用い又は用いることなく、一次的なエンジンよりも可成り低いと仮定して、排出速度はアキュムレータの最大低下に達するように決定される。
他の単純な樹状図は、熱流動型の高圧蓄積装置(990)内に目的地に到達するのに十分な蓄積が存在するか(600)を決定する。熱エネルギがエンタルピ(630)を増加させるように現在の熱蓄積装置を利用可能であるならば、電力は熱流動型膨張モータ(970)内の熱流動流体を直接膨張することにより生成される。膨張された流体は次に熱流動型低圧蓄積装置(980)内に格納される。不適切な蓄積エネルギが、現存のエンタルピ値にて存在し、適切な熱エネルギの供給が利用可能なときは、熱エネルギが熱流動流体よりも温度が高いと仮定して、熱流動流体のエンタルピは熱流動型熱交換器(960)を介して熱蓄積装置(545)内に格納された熱エネルギを用いることによって増加し、その後に、熱流動型膨張モータ(970)内の熱流動流体を膨張させることにより、電力は再び生成される。
膨張された流体は次に、熱流動型の低圧蓄積装置(980)内に格納される。流動体及び熱エネルギの組み合わせ形式で格納された不適切な量の両エネルギが目的地に到着するのに利用可能であるとき、外部燃料の熱流動型ポンプであるガソリン駆動装置(950)は、直接用いられ又は好ましくは熱流動型高圧蓄積装置(990)内に格納される更なる電力を生成し、副産物である排熱は排熱回収装置(80)によって回収される。
【００７３】
種々の実施例は、様々の代表的なパラメータ及びパラメータの典型的な値を用い得る。これらのパラメータは、夫々の定義を有する下記を含む。
【００７４】
充電した状態で熱流動流体を得るのに支払うｋｇ当たりの平均コストである、ｋｇ当たりの熱流動流体のエネルギコスト。
【００７５】
流体を充電するのに予測されるｋｇ当たりのコストであるｋｇ当たりの熱流動流体のエネルギの交換コスト。
【００７６】
温度及び圧力の関数として、熱力学的状態式又は非線形式の何れかによって表されるエンタルピの熱流動流体のエネルギゲイン。
【００７７】
熱流動流体アキュムレータの容量。
【００７８】
熱流動流体アキュムレータの充電レベル。
【００７９】
一次的なエンジンの熱エネルギ源の温度。
【００８０】
燃料を得る為に支払うｋＷ当たりの平均コストであるｋＷ当たりの一次的なエンジンの燃料コスト。
【００８１】
走行速度及び減速速度の関数として力／質量又は非線形式の何れかで表される輸送装置の再生エネルギゲイン。
【００８２】
走行速度及び減速速度の関数として力／質量又は非線形式の何れかで表される輸送装置の加速エネルギゲイン。
【００８３】
燃料タンクを満タンにするのに予測されるｋＷ当たりの一次的なエンジンの燃料交換コスト。
【００８４】
リアルタイムセンサが、圧力、温度、アキュムレータレベル、燃料レベル、膨張器によるエネルギ生成、輸送装置の走行速度、輸送装置の位置、及び推定される輸送装置の質量を監視するのに用いられる。
【００８５】
図１３Ａについて、加圧された作動流体を最小の２段階へ排出する速度を制御する方法が示されている。好ましい第１段階の熱流動型高圧蓄積装置(990)からの排出圧及び温度は、様々な作動流体の分離内で生じ、ガスは熱流動型膨張モータ(970)内で膨張される。
好ましい第２段階の排出圧力と温度は、ガスが第２段階から第３段階へ位相遷移する前であって、熱流動流体がガス／液体遷移(640)となる以前に生じる。
更なるエネルギは、容積式(positive displacement)エンジン(650)内で作動流体を液体に膨張することによって抽出され、膨張された作動流体は次に、熱流動型の低圧蓄積装置(980)内に格納される。
【００８６】
図１３Ｂについて、従来のヒートポンプが大気エネルギを用いて１つ(即ち、１)よりも大きな性能計数を得るのと同じ方法で、大気エネルギを用いて、熱流動流体のエンタルピを増加させる特に好ましい実施例が示されている。
この大気エネルギは、「無料の」エネルギ源となるが、あらゆる熱力学サイクルのように、この大気エネルギは作動流体の温度が大気温度未満のときにのみ利用可能である。これは、熱流動型の高圧蓄積装置(990)から以前に加圧された熱流動流体を用いる２段階膨張を用いることによって、達成される。
膨張エネルギの第１段階は、熱流動型膨張モータ(970)によって機械的エネルギに変換される。高圧熱流動流体の開始温度は、等(又は大凡等しい)エントロピで大気温度よりも十分低い温度の流体を産出するように(丁度空調又は冷凍ユニットのように)、十分に低いことが好ましく、この冷凍能力はエネルギ消費を減じる更なる方法として用いられるのが理想的である。
大気エネルギは、大気エネルギ熱交換器(660)によって熱流動流体内に搬送される。更なるエネルギは、排熱吸収装置(80)によって回収される、より高温の熱エネルギによって熱流動流体に直接搬送され、又は熱流動型熱交換器(960)を介して熱蓄積装置(545)内に格納される。
更に高いエンタルピの熱流動流体は膨張されて、熱流動型第２膨張モータ(670)によって電力を生成し、続いて膨張された流体は熱流動型の低圧蓄積装置(980)内に格納される。
【００８７】
一実施例は、少なくとも２つの別個の膨張段階を有するエネルギ生成システムであり、２つの膨張段階は、熱流動流体の温度が現在の大気温度よりも低い結果となり、熱流動流体のエンタルピを増加させる加熱工程が続く第１膨張段階と、システム内にて１つの膨張段階よりも大きな性能計数に帰結する第２膨張段階を含む。
【００８８】
エネルギ生成システムは、少なくとも１つの吸収剤と少なくとも１つの吸収性物質から構成される２種混合流体を含むのが好ましい。吸収剤から吸収性物質を取り除く好ましい方法は、少なくとも１つの非熱方法により、該非熱方法は、例えば磁気冷凍、蒸気圧縮ヒートポンプ・コンデンサ、太陽光に活性化された直接のスペクトル光吸収、電気透析、静電界、薄膜分離、電子分離、浸透法、ガス遠心分離機、渦巻チューブＣＯ2−液体吸収器、デカンティング、或いはそれらの組み合わせを含む。吸収性物質を取り除くのに特に好ましいエネルギは、オフピークの電気、格納された電気、或いはそれらの組み合わせから得られる。
【００８９】
図１４は、２種混合流体の高圧エネルギ蓄積装置(700)内に熱流動流体(２種混合流体)を格納するエネルギ生成システムの他の実施例を示す。２種混合流体は、熱エネルギ高温源(1020)(また、熱流動型熱交換器(730)を介して吸収性物質の周りのヒートパイプを駆動するのに用いられる)から熱流動流体を分離する吸収性物質(720)及び吸収剤内へ熱流動型熱交換器(960)を流体が行来可能に接続することによる従来の熱的方法を用いて分離され、熱エネルギ源の温度は、沸点以上であり、該沸点はヒートパイプ蒸発器(1010)によってヒートパイプコンデンサ(1000)に回収される希釈液、及びヒートパイプ蒸発器(1050)によってヒートパイプコンデンサ(1040)に回収される吸収性物質の熱エネルギ、又はそれらの組み合わせの両方の可成りの部分(少なくとも８０％)を有し、それらは希釈液の容積式エンジン(710)による吸収剤の流動エネルギ、熱流動型膨張モータ(970)による吸収性物質の膨張エネルギ又は流動エネルギ、またはそれらの組み合わせによって電力を生成する前に回収される。
膨張された希釈液及び吸収性物質は、最終的には熱流動型の低圧蓄積装置(980)内に排出され、非同期でエネルギを生成し、その後に吸収することができるのに加えて、システムに一時的に蓄積する更なる利益をもたらす。
これは好ましい方法である、何故なら一層高品質の熱源から熱エネルギを要求することを最小限に抑えるからである。吸収性物質のエンタルピは、低品質の熱源によって増加され、該熱源は熱流動型熱交換器(1060)と流体が行来可能に繋がったＨＶＡＣ／Ｒシンク(1070)、熱エネルギ低温源(1030)及び／又は熱流動型熱交換器(730)と流体が行来可能に繋がったＨＶＡＣシンク(1080)によって冷凍される。
これは太陽光の用途の例に特に好ましく、高温にするには、集光器を追跡する主要で集約的な太陽熱収集器がしばしば必要となる。非追跡型の標準的な収集器の使用は、熱エネルギとｋＷ当たりのコストを低くすることを釣り合わせる。
当該技術分野で公知のエネルギを回収する優れた１つの方法は、ヒートパイプの使用であるが、一般的には除湿の目的で、高品質の熱源から２種混合の熱流動流体へ熱エネルギを伝搬する熱交換器を囲む様々な熱交換器装置である。他の方法は、回転する熱交換器ホィールである。
【００９０】
他の実施例は、図１７Ａについて言及され、オフピーク時間中に、濃溶液から吸収性物質(720)を取り出して、オフピークのエネルギとピークのエネルギのレート間の差を取ることにより(arbitraging)、実質的な総効率を増加させ、ｋＷ当たりのコストを削減する利点がある。特に好ましい例は、オフピーク時間中に電子分離(electrodesorption)のような非熱分離装置(1090)の使用である。
電子分離エネルギは、熱分離エネルギよりもしばしば可成り低く、オフピークのエネルギレートがしばしばピークエネルギレートよりも可成り低い状態で結合した場合、電子分離エネルギは、キログラム当たりの実質的なコストを産出し、該コストは別の場合のキログラム当たりのピークエネルギの１０％の程度までしばしば削除される。
分離された吸収性物質を格納する２種混合流体の高圧エネルギ蓄積装置(700)を更に用いることによって、希釈液容積式エンジン(710)内で希釈液を膨張し、この蓄積されたエネルギをピーク期間中に用いることができ、熱流動型熱交換器(1060)と流体が行来可能に繋がったＨＶＡＣ／Ｒシンク(1070)、熱エネルギ低温源(1030)及び／又は熱流動型熱交換器(730)と流体が行来可能に繋がったＨＶＡＣシンク(1080)によってエンタルピが増加した分離した吸収性物質は、熱流動型膨張モータ(970)を介して膨張される。
膨張された流体は次に、何れかの熱流動型の低圧蓄積装置(980)に格納され、該蓄積装置は再結合した吸収装置と吸収剤を格納し、又はその代わりに要求される吸収剤の量を最小にすべく、膨張された吸収性物質のみを格納する。
この方法の他の利点は、夜時間の温度に比較して、日中時間の温度が高く(殆どの場合、ピーク時間と一致する)、吸収性物質の膨張により可成り冷却されて、ＨＶＡＣ／Ｒ装置によって要求される電気消費を相殺するとの更なる利点がある。
【００９１】
図１７Ｂは、エネルギ消費のオフピークシフト及びエネルギ生成のピークを利用する他の実施例を示す。この実施例は、希釈液(図面では熱吸収の排除は図示されない)内に吸収される「消費」吸収性物質を有する熱流動型の低圧蓄積装置(980)を用い、該希釈液はオフピーク時間中に熱流動型ポンプ(1100)によって２種混合流体の高圧エネルギ蓄積装置(700)内に加圧される。２種混合流体は希釈液に分別され、吸収装置(1120)内の上記の吸収性物質、及び非熱分離装置(1090)方法による分離装置吸収性物質(720)を吸収するのに再使用される。
高圧吸収性物質は、熱流動型の高圧蓄積装置(1110)に格納される。ピーク動作中に、格納された吸収性物質のエンタルピは熱流動型熱交換器(730)と流体が行来可能に繋がることによって増加し、次に続いて熱流動型膨張モータ(970)によって膨張される。
【００９２】
図２１に示す他の特に好ましい実施例は、取り出された吸収性物質(720)が、少なくとも２つの別個の膨張段階にて膨張されるエネルギ生成システムであり、第１膨張段階は、熱流動段階の第１膨張モータ(1310)内にて、熱流動流体の温度が現在の大気温度よりも低い結果に帰して、続いて加熱工程にて含まれる熱流動流体のエンタルピを、熱流動型熱交換器(1060)と流体が行来可能に繋がったＨＶＡＣ／Ｒシンク(1070)、熱エネルギ低温源(1030)及び／又は熱流動型熱交換器(730)と流体が行来可能に繋がったＨＶＡＣシンク(1080)によって増加させ、付随的に熱流動型の中間圧力蓄積装置(1500)内に格納されて、第１膨張段階と第２膨張段階を切り離し、第２膨張段階は、第１膨張段階の後(post)であって、排出された吸収性物質は熱流動型熱交換器(1530)に流体が行来可能に繋がった熱ＨＶＡＣ蓄積装置(1510)のタンク内に格納された(又は即座に用いられる)冷却を付与することによって、エンタルピが先ず増加し、次に続いて他の熱流動型熱交換器(1540)に流体が行来可能に繋がった大気温度源(1520)は、システム性能計数が１よりも大きな結果となる。高エンタルピの吸収性物質が付随的に、熱流動型の低圧蓄積装置(980)内に格納され、低圧は第１膨張段階に関連して、冷却を電力生成から切り離す。従来の非吸収型ヒートポンプ(即ち、蒸気圧縮)は１よりも大きな性能計数を有し、多くの場合４〜６と同じくらい高いことはヒートポンプの技術分野において周知である。
特に好ましい実施例は部分的に、吸収性物質を膨張し、その一方、膨張したエネルギを捕捉し、熱流動型モータ(1310)を駆動し、開始圧力及び温度は、第１膨張段階後の排出温度が現在の大気温度よりも低いところで得られた特定の圧力が低下した状態で設定される。
この作動モードは自由エネルギを可能にし、自由エネルギの意味は例えば熱エネルギが如何なる太陽光収集器も無しに得られることであり、第２膨張段階の前に、部分的に膨張された吸収性物質のエンタルピを増加させる。
第２膨張段階はまた、熱流動型流体膨張モータを具え、従って、流動型ポンプによる圧力を高い開始圧力ＰOにまで上げる為に要求される開始エネルギよりも多くの実質的なエネルギを産出する。この特定の例は、性能計数が１よりも大きな事の利点を明確に示しており、このようにして、エネルギ蓄積媒体として、標準的な流動流体に比して、熱流動流体を用いることの基本的な利点が明確に示される。
【００９３】
言及する図１６は、実際の米国標準技術局「ＮＩＳＴ」のデータを示す１つの代表的な熱力学サイクルであり、これは第１膨張段階の前、第１膨張段階の後、第２膨張段階の前、第２膨張段階の後の４つの状態点に於ける二酸化炭素についてである。更なるデータは、上記の圧力膨張比について、等エントロピ温度を計算する表計算シートからである。
【００９４】
特に好ましい熱流動流体は、吸収性物質との部分的な混和性を有する少なくとも１つの吸収剤を含み、該吸収剤は低い臨界溶解温度「ＬＣＳＴ」を有し、及び超臨界流体として分離される少なくとも１つの吸収性物質を含む。そのような熱流動流体の利点は、１よりも可成り大きな性能計数であり、しばしば２から２０の間である。「ＬＣＳＴ」を示す代表的な吸収剤は、ポリ(Ｎ−イソプロピル・アクリルアミド)及びポリ(Ｎ-アクリロリ−バリン)のようなアクリルアミド、及びポリ(メチルメタアルキリック酸)及び例えばエチル、プロピル、イソプロピルであるより大きな脂肪族のエステル、及び芳香性のエステルのようなエステルを含む石油ベースのポリマーとして示されるものを含むが、これらに限定されない。
【００９５】
図１８は、一定圧負荷バランサ(即ち、バネ(1200))を用いる少なくとも１つの容積可変一定圧アキュムレータ(1210)の更なる追加を示す。一定圧負荷バランサの力は、容積可変一定圧アキュムレータの内面上の流動流体圧の少なくとも約８５％の抵抗力を有する。
標準的なアキュムレータに比較して容積可変一定圧アキュムレータ(1210)は、単位量当たりのより大きな実際のエネルギ蓄積、及び一層安定したアキュムレータの作動圧を含む多くの利点を生じ、作動圧が安定することで、エネルギ蓄積システム全体が一層安定した均衡状態にて作動することができる。
膨張排出圧を動的に変化させて、比較的低圧のアキュムレータである容積可変一定圧アキュムレータ(1220)の約１０％以内に維持するエネルギ蓄積コントローラ(400)を更に追加することにより、抽出されるべきエネルギが最大量となることができる。
【００９６】
図１５は、エネルギ蓄積コントローラ(535)、エネルギ需要コントローラである需要コントローラ／スケジューラ＆源管理装置(210)、及び熱流動流体を具えたエネルギ蓄積システムの他の実施例を示し、エネルギ蓄積コントローラ(535)は熱流動型ポンプの流動エネルギ供給器(1150)内への質量流量、及び熱流動蓄積の流動エネルギ高圧蓄積装置(1100)から出る質量流量を調節し、グループから選択される少なくとも１つのエネルギパラメータから成る一定の最終的な出力エネルギ生成を出力し、グループは電力系統(200)の供給、分配型エネルギ供給分配型生成器(550)、及び需要及びエネルギ蓄積供給から成る。
フライホイール及びバッテリのような従来の電気的なエネルギ蓄積装置(例えば、ＤＣエネルギ蓄積装置(540))の使用、及び従来の流動蓄積装置である流動エネルギの高圧蓄積装置(1100)(例えば、流動アキュムレータ)は、電力消費から電力生成を非同期にすることができることは周知であるが、これらの方法は全て、１未満の性能係数を有する。
換言すれば、電気を他のエネルギ蓄積形式に変換し、次に電気に逆変換する工程は、可成りの変換損失を生じる。熱流動流体の基本的な利益は、低品質の熱エネルギ源が変換損失を全体として克服することができることである。
大気温度の熱交換装置(1130)、地熱温度の熱交換装置(1140)、低温熱蓄積装置(1120)、及びＨＶＡＣ温度蓄積装置(1160)の一体化は、熱流動流体が行来可能に繋がって、そのエンタルピを増加させる代表的な熱源である。
エネルギ蓄積コントローラ(535)は、リアルタイムの作動及び性能データを具えたセンサ(420)と、作動履歴及び性能データを有して、最終的なエネルギ効率を最大にするデータベース(430)の組み合わせを利用する。熱流動エネルギ蓄積システムが可成りの利益を付与する最も重要な作動シナリオの１つは、太陽熱発電所である。１つの代表例は、太陽熱光電池発電所であり、雲が断続的に覆うことに起因して、生成されるエネルギは直ぐに途切れる(disrupted)。
この一定でないエネルギ出力により、発電所は主たる(base)発電所にはならないとの制限があり、発電所の経済的価値が制限される。この実施例の１つの利点は、太陽熱集光型光電池発電所であり、該太陽熱集光型光電池発電所は、電気に変換されない残りの太陽エネルギによって生成される一層高い光起電性電池の作動温度によって悪影響を受け、２段階膨張サイクルに一体化されたときに、大気温度未満に積極的に冷却することにより、高い変換効率を有する。
２段階膨張サイクルは、華氏で最小約５度から華氏で最大約２００度だけ光起電性電池の作動温度を下げる。２段階膨張サイクルは、最後には排熱となる光起電性電池によって変換されない残りの太陽エネルギを熱エネルギに変換して、熱流動流体のエンタルピを増加させる更なる利点がある。
他の重要な利点は、組み合わされたシステムは、蓄積された熱エネルギ及び流動エネルギを利用することにより、一層安定し予測可能なエネルギ生成出力を有することである。  他の代表的なシナリオは、２段階膨張サイクルを用いて、風タービン、波エネルギ、及び地熱又は太陽熱駆動される熱力学サイクルから生成されるエネルギのリアルタイムの生成変動を阻止する(accout for)ことによって、エネルギの最終的な生成を安定させることを含む。
更なる代表的なシナリオは、燃焼エンジンのような代替品の無いエネルギ源であって、該エネルギ源は、加圧された熱流動流体内に電力Ｗ１を有する流動エネルギを生成する熱流動ポンプに機械的に接続され、燃焼エンジンの排気が行来可能に繋がった排熱回収熱交換器、エンジンオイルクーラ又はそれらの組み合わせを具えて、加圧された熱流動流体内に熱エネルギを伝える。及び該シナリオは電力Ｗ２を有するエネルギを生成する熱流動モータを具え、電力Ｗ２は電力Ｗ１よりも大きい。
【００９７】
２段階膨張サイクルは、エネルギ蓄積システムとして最も良く特徴付けられ、該エネルギ蓄積システムは熱流動流体、圧力Ｐ１を有する熱流動蓄積システム、圧力Ｐ２を有する熱流動蓄積システム、熱流動ポンプ、熱流動モータ、熱流動モータの前に熱流動流体と流体が行来可能に繋がった熱交換器を具え、圧力Ｐ１は圧力Ｐ２よりも少なくとも約１５％高い。
特に好ましい実施例は、吸収剤と吸収性物質を含む２種混合流体である熱流動流体を用い、吸収剤と吸収性物質は分離されて、分離された吸収性物質は熱エネルギ源によって、更に加熱されて、分離された吸収性物質は圧力をＰ２に減じることによって電力を生じ、圧力Ｐ２は圧力Ｐ１よりも低く、吸収剤は圧力Ｐ１に置かれ、吸収剤は圧力をＰ３に減じることによって電力を生じ、圧力Ｐ１は圧力Ｐ３よりも高く、圧力Ｐ２は圧力Ｐ３よりも高い。
この２段階膨張サイクルの動作、特に吸収剤の温度が受け入れ難い高粘度又は更に悪い固体を生じるとき、エネルギ生成を最大にすべく、吸収剤の膨張を吸収性物質の膨張よりも高い圧力に制限することは必要である。熱蓄積装置の更なる使用により、熱蓄積装置と流体が行来可能に繋がることで熱流動流体内に熱エネルギを伝えることにより、電力生成動作を非同期にすることができる。
１つの代表的なシナリオは、熱流動エネルギ生成システムとあらゆる従来の熱力学サイクルの結合であり、ボトミングサイクルの排熱エネルギは蓄積され、熱流動流体のエンタルピを増加させるのに用いられる。
【００９８】
非同期の電力生成、電力消費、熱生成を得る他の方法は、電気生成器及び電気蓄積装置に接続された熱流動型モータであり、エネルギ蓄積コントローラは、熱流動エネルギ蓄積装置から出る質量流れ及び電気流れを、電気蓄積装置内に規制して、電気総消費を減じることによりエネルギ消費を最小にする。
電力生成の副産物として生じる熱エネルギ、及びまた電気蓄積装置の充電から生じる排熱は、電気蓄積装置を冷却しつつ、熱流動流体によって回収される。熱流動流体は膨張され、同時に熱流動型モータを用いて、第１の膨張段階のエネルギを電気に変換する。
【００９９】
非同期の電力生成及び電力消費工程の更なる実施例は、エネルギ蓄積コントローラを、電気生成器及び熱流動型のエネルギ蓄積装置に接続された熱流動型モータとともに用いることにより達成され、質量流れを熱流動型のエネルギ蓄積装置内に規制して、電源、熱源、及び排熱回収からの電気生成効率を最大にする。電源は、電力系統、電気蓄積装置を含む電気源、分配されたエネルギを含み、熱源は太陽熱、太陽光電池の能動的冷却、地熱、熱蓄積を含み、排熱回収は熱源を用いることにより、次の第２膨張段階中に、熱流動流体のエンタルピを増加させ、同時に電力系統及び分配されたエネルギからの過度のリアルタイム容量の利用可能な電気を用いる。
特に好ましい実施例は、次の膨張が冷却を生じるのと同じくらい、分散型エネルギ装置として作動する熱流動型のエネルギ蓄積装置を有し、多くの場合に於いて、これは要求される電力ピークの可成りの日々の変動を生じる主たる電気ユーザである(即ち、夏中に冷房度日が生じる)。
特に好ましい実施例は、ネットワーク通信を用いて、熱流動型のエネルギ蓄積装置が「充電される」実際の時間を正確に調整する。
【０１００】
２段階膨張サイクルの他の実施例は、生成される総エネルギを最大にするように制御されて、生成される総エネルギは第１膨張段階と第２膨張段階から生成されるエネルギの和から従来の冷却システムの作動に求められる回避エネルギを差し引いた累積(cumulative)エネルギであり、従来の冷却システムは空調内の蒸気コンプレッサ、冷凍機器、及びそれらの組み合わせを含む。
第２膨張段階の前に、一連の冷凍熱交換器、空調熱交換器である熱交換器を排熱回収熱交換器に更に同時に一体化することは、冷凍及び／又は空調の形式の冷却を付与する一方、熱流動流体のエンタルピを増大させ、第２膨張段階で生成されるエネルギを増加させる。エネルギを生成することは、冷却を用いることと常には同期せず、このようにして熱蓄積装置を更に一体化することにより、エネルギ蓄積コントローラが熱流動エネルギ蓄積装置を出る質量流れ及び熱蓄積装置内への質量流れを調整することができ、第２膨張段階の前に、熱流動流体エンタルピを増加させることにより、及び非同期工程に於いて第１膨張段階の後に有効な冷却を増加させることにより総エネルギ効率が最大となる。
【０１０１】
エネルギ蓄積コントローラの更なる一体化は、エネルギＫＷＨ１が格納された熱流動流体及びエネルギＫＷＨ２が格納された熱蓄積装置を有する熱流動蓄積装置をリアルタイムで監視することにより、熱流動流体膨張を制御する。熱蓄積装置を用いて格納された熱エネルギは、熱エネルギ源、燃焼エンジン、及び燃焼エンジンから熱エネルギを回収する排熱回収システムから成るグループから選択される。
【０１０２】
好ましい実施例のエネルギ蓄積コントローラは、(a)熱流動蓄積装置を出る熱流動流体の質量流れ、及び(b)熱エネルギ蓄積システム及び排熱回収システムからなるグループから選択される少なくとも１つの熱エネルギ源内への熱流動流体の質量流れを調整する。
特に好ましい実施例は、エネルギＫＷＨ１が蓄積された利用可能な熱流動流体をリアルタイムで計算し、目的地又は次のオフピーク時間の何れかに達するのに必要な予測されるエネルギＫＷＨ３と比較し、燃焼エンジン、排熱回収システムからなるグループから選択される少なくとも１つのエネルギ源を制御することにより、二酸化炭素の排出を最小にし、排熱回収システムは、ＫＷＨ３がＫＷＨ１とＫＷＨ２の和よりも大きな時に、燃焼エンジンから熱エネルギを回収する。
有効に格納されたエネルギを利用することにより、ＣＯ2を生成する燃料の燃焼を避け又は最小にすることは、重要である。それが可能でない場合、そのサイクルからの排熱が２段階膨張サイクルによって続いて用いられて、エネルギ効率を最終的に増加させる結果になるとき、ＣＯ2の排出を生じる電力生成要素を作動させることは最良である。
【０１０３】
図１９は、熱流動流体エンタルピＨ１を生じる第１膨張段階の排出圧力及び排出温度を有する、２段階膨張サイクルエネルギ生成システムの他の実施例を示す。熱流動流体は、ガスから液体への遷移点にて、エンタルピＨ２を有する。従来のタービンのような多くの膨張装置は、排出状態では液体量が僅かであり、多くの流体に悪影響を受けない他の膨張装置内にて生じるガスから液体への遷移点を越えて更に膨張することを求め、このようにして、エネルギ生成システムは、第１段階の排出圧力と排出温度を有し、Ｈ１はＨ２の約１０５％未満である(即ち、ガスから液体への遷移点の前)。
第２段階の膨張装置は、一般には容積式(positive displacement)エンジンである膨張装置であるだろう。２段階膨張サイクルの１つの代表的なシナリオは、熱流動ポンプ(850)を用いて開始し、続いて熱流動型の高圧蓄積装置(990)内に格納された２種混合流体を加圧する。格納された流体は次に、熱流動の第１段階膨張モータ(1310)内で膨張され、熱／流動エネルギを電気エネルギに変換する。２種混合流体は次に、２種混合流体のセパレータ(1300)内にて、上記し且つ当該技術分野に公知である様々な分離方法によって分離されて、希釈液(即ち、高濃度吸収剤)と吸収性物質(720)を分別し、分離された吸収性物質は吸収性物質の高圧蓄積装置(1350)内に付随的に格納される。希釈液の流動エネルギは回収され、圧力交換器(1330)によって移送されて、濃溶液低圧格納装置(1340)から得られる濃溶液の流動エネルギを部分的に増加させる。
或いは、希釈液は希釈液容積式エンジン(710)によって膨張されて、電気エネルギを生成し、吸収器(1390)内にて吸収性物質と結合される前に、付随的に希釈液の低圧蓄積装置(1370)内に格納される。吸収熱は加熱蓄積タンク(1380)内に格納されて、当該技術分野で公知の様々な目的に使用される。分離された吸収性物質は、熱流動型中間圧蓄積タンク(1400)内に付随的に蓄積される最小の処理工程を具えたパラレルパスに従って進み、熱流動第２段階膨張モータ(1320)によって吸収性物質を膨張し、更なる電気エネルギ(又は予想されるように機械的エネルギも)を生成し、且つ吸収器(1390)内に流れを調整する前に、膨張された吸収性物質を吸収性物質の低圧蓄積装置(1360)内に付随的に蓄積する。
【０１０４】
図２０は、熱流動ポンプ(850)を用いて開始して、２種混合流体を加圧し(しかし、一例がＣＯ2とプロパンである吸収性物質と吸収剤ではない)、続いて熱流動型の高圧蓄積装置(990)内に格納される２段階膨張サイクルの他の代表的なシナリオを示している。
格納された流体は、次に熱流動第１段階膨張モータ(1310)内にて膨張され、熱／流動エネルギを電気エネルギに変換する。２種混合流体は次に、２種混合流体のセパレータ(1300)内にて、当該技術分野で公知の薄膜濾過(例えばナノ濾過、電気透析など)を含む様々な分離方法によって分離され、構成要素の１つは、分離された第１相蓄積装置(1410)内の第１相に蓄積された状態で、第１段階の高圧蓄積装置(1460)に格納される。
元の２種混合溶液の流動エネルギの第２相要素は、圧力インジェクタ及び交換器(1440)に回収され及び／又は移送されて、夫々分離された第１相の低圧蓄積装置(1420)及び分離された第２相の蓄積装置(1430)から得られる吸収器(1390)(幾らかの熱は吸収されそうであるが、現実的にはミキサである)内の第１相及び第２相の溶液を再結合した流動エネルギを少なくとも部分的に増加させる。
分離された吸収性物質は、熱流動型中間圧蓄積タンク(1400)内に付随的に蓄積される最小の処理工程を具えたパラレルパスに従って進み、熱流動第２段階膨張モータ(1320)によって吸収性物質を膨張し、更なる電気エネルギ(又は予想されるように機械的エネルギも)を生成し、且つ圧力インジェクタ及び交換器(1440)によって吸収器(1390)内に流れを調整する前に、膨張された吸収性物質を、分離された第１相の低圧蓄積装置(1420)内に付随的に蓄積する。
【０１０５】
エネルギ生成システムの他の実施例は、吸収剤と吸収性物質を分離するのに、２種混合の熱流動流体、非熱分離法を用い、且つ熱流動型流体の分離圧がＰ１で、温度Ｔ１に於ける沸点の最大圧がＰ２であり、Ｐ１はＰ２よりも大きな熱流動型流体モータを用いる。熱流動流体を含むあらゆる流動流体のエネルギ蓄積は、Ｐ２を超える実現可能な最大圧Ｐ１にて流体を蓄積することにより、最大になる。非熱分離方法を用いることにより、吸収性物質が、沸点が温度Ｔ１又は圧力Ｐ１の何れでも生じない圧力下で吸収されることが可能となる。
膨張モータとして作動する希釈液容積式ポンプと、膨張モータ内で膨張の前に、熱流動流体の希釈液(希釈液が加熱時に膨張する吸収性物質を十分に有しているとき)部分のエンタルピを増加させる熱源の更なる一体化により、熱流動流体が圧力Ｐ１に汲み出されるときに、更なるエネルギが生成され、要求されることが可能になる。
吸収性物質の蓄積装置、吸収性物質流れ用の膨張モータ、吸収性物質膨張モータ内の膨張前に熱流動流体のエンタルピを増加させる熱源の更なる一体化により、標準的な流動型蓄積システムに比して、最終的なエネルギ出力を生じる。再び、膨張モータにより、熱流動流体が圧力Ｐ１に汲み出されるときに、更なるエネルギが生成され、要求されることができる。
【０１０６】
更に他の実施例は、エネルギ生成システムとしてのハイブリッド吸収システムであり、構成要素Ａ１及びＡ２を有する２種混合の熱流動流体を用い、少なくとも２つの別々の膨張段階を有し、それは熱流動流体の温度が、構成要素Ａ１の液体相遷移よりも高い結果となり、続いて熱流動流体を重量ベースで構成要素Ａ１の約１０％未満の第２流れに分ける相分離工程を含む第１膨張段階と、第２流れに更なるエネルギを生成する第２膨張段階である。この実施によって実現される少なくとも２つの別個の利点があり、それはＡ１及びＡ２が膨張段階中に再吸収される際に、熱吸収を大きく減少させることにより(少なくとも約８０％まで)、更なるエネルギが生成され、膨張段階の最終的な排出圧は、Ａ１の液体相遷移を避けることにより低くなる。
【０１０７】
本発明が種々の好ましい実施例について記載されてきた。明白なことに、これまでの詳細な説明を読み且つ理解すれば、修正及び変更が他人には判るだろう。本発明は、添付の請求の範囲及びその均等物の範囲内に入る限り、そのような全ての修正及び変更を含むように構成されることを意図している。
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【国際調査報告】
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