(57)【要約】大気圧及び大気温度において安定しており、融解点が３２度Ｆよりも高いエネルギ貯蔵材料（８）を用いた動的熱エネルギ貯蔵システム（１，５５，６８，８６，９２，９８）を開示する。この熱エネルギ貯蔵材料（８）は貯蔵タンク（６）内に保持され、エネルギ貯蔵源として使用される。そこから、熱伝達システム（例えば、ヒートポンプ（８２））が熱を引き出し、住居又は商業ビルの暖房及び関連する温水を暖める。エネルギ貯蔵材料は、また、従来のエアコンディションのループ（１２）からの廃熱を受入れ、必要となるまでその熱を貯蔵することも出来る。システム（１，５５，６８，８６，９２，９８）は、日中の時間にエネルギを収集するために使用することの出来る太陽パネルシステム（５６）が追加されてもよく、収集されたエネルギはエネルギ貯蔵材料（８）内に貯蔵される。貯蔵されたエネルギは夕方に、システム（１，５５，６８，８６，９２，９８）が設けられた建物の再循環空気（４６）を暖めるために使用される。
2010507066.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水を保持するための第１のタンク（１０）、
熱エネルギ貯蔵材料（８）をその中に配置した第２のタンク（６）を有し、前記熱エネルギ貯蔵材料は、融解点が３２度Ｆ以上の固体材料からなり、融解潜熱が水の融解潜熱に近く、
更に、前記第１及び第２のタンク（１０，６）を接続する再循環パイプ配管（２８，３０）を有し、前記再循環パイプ配管は前記第１のタンク（１０）の内部容積と流体的に連通しており、前記再循環パイプ配管は更に、前記第２のタンク（６）内に配置された加熱コイル（３２）を有し、
第１の時に、前記第１のタンク（１０）内に配置された温水は、前記再循環パイプ配管（２８，３０）内で移動可能であり、前記加熱コイル（３２）を介して、前記温水から熱を、前記第２のタンク（６）内に配置された前記熱エネルギ貯蔵材料（８）に伝達し、
第２の時に、前記第１のタンク（１０）に配置された水は、前記再循環パイプ配管（２８，３０）内で移動可能であり、前記加熱コイル（３２）を介して、前記第２のタンク（６）内に配置された前記熱エネルギ貯蔵材料（８）から熱を、前記水に伝達する、
ように構成した熱エネルギ貯蔵システム。
【請求項２】
前記水を加熱するために、前記第１のタンク（１０）に関連して電気ヒータ（５２，５４）を設けた、
ことを特徴とする、請求項１記載の熱エネルギ貯蔵システム。
【請求項３】
太陽パネル（５６）、
前記太陽パネル（５６）は、前記再循環パイプ配管（２８，３０）と係合する第２の再循環ループ（５８，６０）を有し、
前記第２の再循環ループは、その中に加熱流体を有しており、前記加熱流体は前記第２の再循環ループ、前記再循環パイプ配管及び前記加熱コイル（３２）内を移動可能であり、前記加熱流体からの熱を前記熱エネルギ貯蔵材料へ伝達する、
ことを特徴とする、請求項１又は２記載の熱エネルギ貯蔵システム。
【請求項４】
供給及び還流パイプ配管（１６，１８）、前記第２のタンク内に配置された第１の熱伝達コイル（２２）、換気供給開口内に配置された第２の熱伝達コイル（２０）、エアコンディションループ（１２）内に配置された熱伝達流体を有する、エアコンディションループ（１２）を有し、
前記熱伝達流体は、前記エアコンディションループ内で移動可能であり、前記熱エネルギ貯蔵材料（８）と前記第２の熱伝達コイル（２０）の外表面に向いた空気との間でエネルギの伝達を行なう、
ことを特徴とする、請求項１又は２又は３記載の熱エネルギ貯蔵システム。
【請求項５】
前記供給パイプ配管（１８）内に設けられたコンプレッサ（２４）及び前記還流パイプ配管（１６）内に設けられた制御バルブ（２６）を有し、前記コンプレッサ（２４）及び制御バルブ（２６）は、前記エアコンディションループ（１２）を通る前記熱伝達流体の流量を制御することが出来る、
ことを特徴とする、請求項１乃至４のうち、いずれか１項記載の熱エネルギ貯蔵システム。
【請求項６】
前記コンプレッサ（２４）は、前記熱伝達流体を第１の方向（Ａ）に、前記エアコンディションループ（１２）内を移動させる第１の運転モード、及び、前記熱伝達流体を、前記第１の方向とは反対の第２の方向（Ｂ）に、前記エアコンディションループ内を移動させる第２の運転モード、を有する、可逆コンプレッサである、
ことを特徴とする、請求項５項記載の熱エネルギ貯蔵システム。
【請求項７】
供給及び還流パイプ配管（７４，７６）を有するヒートポンプループ（７２）、前記第１のタンク（１０）内に配置された第１の熱伝達コイル（８０）、前記第２のタンク（６）内に配置された第２の熱伝達コイル（７８）、及び前記ヒートポンプループ（７２）内に配置された熱伝達流体を有し、前記熱伝達流体は、前記ヒートポンプループ内を移動可能であり、前記第１のタンク内の水と前記熱エネルギ貯蔵材料（８）との間で熱伝達を行なう、
ことを特徴とする、請求項１乃至６のうち、いずれか１項記載の熱エネルギ貯蔵システム。
【請求項８】
前記エネルギ貯蔵材料（８）は、包接化合物、イミダゾール、イミダゾリウム  クロライド及びピロールの誘導体からなるグループから選択されており、３２度Ｆ以上の融解点を持つ固体材料であり、水の融解潜熱に近い融解潜熱を持っている、
ことを特徴とする、請求項１乃至７のうち、いずれか１項記載の熱エネルギ貯蔵システム。
【請求項９】
前記熱エネルギ貯蔵材料（８）に露出している前記第２のタンクの表面は、前記熱エネルギ貯蔵材料と実質的に非反応性の材料から構成されている、
ことを特徴とする、請求項１乃至８のうち、いずれか１項記載の熱エネルギ貯蔵システム。
【請求項１０】
前記第２のタンク（６）に関連して、液面測定システムが設けられている、
ことを特徴とする、請求項１乃至９のうち、いずれか１項記載の熱エネルギ貯蔵システム。
【請求項１１】
直流を発電するための太陽パネル（９４）又は（１００）、前記直流を交流に変換するコンバータ（９６）又は（１０２）、及び建物の電力分配システムへの接続を有し、前記第１のタンク（１０）は、前記電力分配システムにより電力が供給される電気抵抗ヒータ（５２，５４）を有する、
ことを特徴とする、請求項１乃至１０のうち、いずれか１項記載の熱エネルギ貯蔵システム。
【請求項１２】
温水暖房循環システムを有し、前記第２のタンク（６）及び前記温水暖房循環システムは、第１の熱伝達流体を、前記第２のタンク（６）に配置された第２のコイルから、前記温水暖房循環システム内に配置された水コイルに移動させるためのループで接続されており、前記エネルギを前記熱エネルギ貯蔵材料（８）と前記水コイル上を通過する水との間で伝達するようにした、
ことを特徴とする、請求項１乃至１１のうち、いずれか１項記載の熱エネルギ貯蔵システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、住居及び商業ビル用の空間を冷暖房する為のシステム及び温水システムに係わり、特に、商業ビル及び住居において空気及び水の温度を効率良く制御するために使用される動的熱伝達システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
アメリカ合衆国の電気エネルギ生成供給ネットワークは、日中のピーク要求量による限界に対して、現在、緊張を強いられている。明らかに、産業分野、商業及び住居のエアコン及び温水の要求は日中に最高となる。遅い夕刻や夜の時間の、ピークを外れた時間は、逆に、ローカルな電力網に必要とされない過剰な電力が存在することとなることも事実である。
【０００３】
国家的な電力伝送網を使用して、電力生成分配網が余剰電力を、それを必要とする他の分配網に伝達する。これが、石炭、石油及び原子力発電プラントを一定の負荷レベルに維持することを目的とした、負荷平準化方式である。こうした負荷平準化の枠組みの問題は、他の電力網に対して国を横断して伝達する際に必然的に生じる、伝送及び電線での損失に伴うコストに起因する、高コストの問題である。
【０００４】
更に、アメリカ合衆国の石炭火力発電プラントは、日中のピーク需要に比例する形で、大気中に二酸化炭素や他の汚染物質を排出する。日中のピーク需要が、夕方のピークを外れた余剰量を決定し、それら余剰量は、ピーク電力が不足したり、また他の利用が見込めたりする、遠く離れた電力網に（高コストの高電圧伝送線により、再度）伝達される。
【０００５】
地方電力網からのオフピークの余剰電力をその地方で利用することを可能とし、ピーク時の電力生産に関連したコスト、ピーク時の電力生産に伴う公害を減らし、長距離に亙る余剰電力の送電に関連したコストも減少することの出来る、システムを提供することは有意義なことである。
【０００６】
発明の要約
装置は、オフピーク時間（例えば、夜、休日など）の間に生産された過剰なローカル送電網の電力を貯蔵し、ピーク期間（例えば、日中）の住居及び商業ビルの冷暖房システムを制御するために使用するためのものである。動的熱エネルギ貯蔵システム（以下、“ＡＴＥＳＳ”と称する）は、この過剰なローカル送電網オフピーク電力を、Ｌｅｉｆｅｒに与えられた米国特許第３９７６５８４で述べられたような熱エネルギ貯蔵材料に貯蔵し、ピークエネルギ期間の間、住居及び／又は商業ビルの空気及び水の温度を制御するために該貯蔵されたエネルギを使用するものである。しかし、ＡＴＥＳＳは、ピークエネルギ期間だけではなく、１日２４時間の間、何時でも暖房／冷房のためのエネルギを供給するように使用することが出来る。
【０００７】
ＡＴＥＳＳはオフピークの過剰電力の、ローカルでの使用が可能となり、住居又は商業ビルでの暖房及び／又は温水加熱需要にそれまで要求されていた石油及び天然ガスシステムの必要性を減らすことが出来る。本発明は、多様な自然のエネルギ源（例えば、太陽、電気、風、ガス、石油など）から得られた熱エネルギを、動的な方法で動的に伝達することに関し、その熱エネルギを、例えばＬｅｉｆｅｒに与えられた米国特許第３９７６５８４で述べられた材料の一つとしての、熱エネルギ貯蔵材料内に貯蔵する。なお、該特許の全ての内容は、ここで導入される。熱エネルギ貯蔵材料は適当なタンク又は貯蔵容器（それは、以下詳細に述べる）に入っており、熱エネルギ貯蔵材料に貯蔵された熱エネルギは、動的熱伝達システム（例えば、ヒートポンプ）により、１日２４時間、何時でも、住居又は商業ビルの空気及び／又は水の加熱の必要な時に、住居又は商業ビル内の消費位置に伝達される。
【０００８】
ＡＴＥＳＳは全ての源（例えば、太陽、電気、風、石油、ガス）及びそれらのいずれかから、限られた入手可能な入力エネルギを集めることを原則として稼働し、後になって必要となるまで、そのエネルギを熱エネルギ貯蔵材料内に貯蔵する。熱エネルギ貯蔵材料内に貯蔵されたエネルギは、熱伝達システム（例えば、ヒートポンプ）によって取り出され、住居又は商業ビルの温度を制御して、１日２４時間の間、何時でも熱エネルギの要求に応える。温水又は他の液体の加温の必要性があった場合には、こうした必要のためにエネルギ貯蔵材料から貯蔵されたエネルギを伝達することの出来る、一体化された二重の又は別の熱伝達（例えば、ヒートポンプ）システムを使用することで、適合することが出来る。
【０００９】
一つの例では、家庭における空気又は水を加熱する必要性のために、限られた日中の時間の間のみ太陽の放射から太陽エネルギを収集するシステムが知られている。しかし、このシステムは、このエネルギを太陽が出ている時しか供給することが出来ない。夕方の時間の間や又は曇った日などでは、住居及び／又は商業ビルの空気及び／又は水を温めるために必要なエネルギは、石油、天然ガス、風、又は電力エネルギなどの他の入手可能なエネルギ源から得たり、補充される必要がある。こうして、２４時間全てのエネルギ需要を満たすために、代替エネルギ源が必要とされる。ＡＴＥＳＳは太陽エネルギを日中の時間の間に受取り、２４時間何時でも使用出来るように熱エネルギ貯蔵材料内にそのエネルギを貯蔵するように機能する。そして、貯蔵されたエネルギは動的熱伝達（例えば、ヒートポンプ）システムにより必要な領域に伝達される。こうして、ＡＴＥＳＳは太陽エネルギを１日２４時間利用可能にし、住居及び／又は商業ビルの暖房及び／又は水を加熱するエネルギ需要のための石油又は天然ガスの必要性を減らすことが出来る。
【００１０】
他の例では、暑く湿気の多い夏の月の間には、ＡＴＥＳＳは、住居又は商業ビル内の空気から熱エネルギを除去し、その熱エネルギを熱エネルギ貯蔵材料内に貯蔵し、その熱エネルギを昼夜間の何時でも利用可能とする、ために使用することが出来る。
【００１１】
現在、住居及び／又は商業ビルは、電気で動くエアコンディション装置を使用して、住居及び／又はビルの内側の空気から熱を除去している。電気エネルギは、ビル内部の部屋の空気から熱エネルギを除去し、暑い湿気のある昼夜間に、その部屋を人間の居住空間にとって快適なものとなるようにしている。ＡＴＥＳＳは、動的熱伝達システム（例えば、ヒートポンプ）がビルの内部の空気から熱を奪い、それを熱エネルギ貯蔵材料内に貯蔵するように構成されている。この無駄な熱は、典型的な空調設備では、通常外の大気中に排出されているが、住居及び／又は商業ビル内で使用される水を温めるために使用される。また、その熱は、夜間の暖房の需要にも応えて、適切に使用することが可能である。
【００１２】
ＡＴＥＳＳは地域発電会社の電力送電網及び発電設備に対する毎日のピーク電力要求を顕著に削減するであろう。ＡＴＥＳＳは地域送電網からのエネルギをより効率的に地域で使用することを可能とし、石油及び天然ガズの必要性を減らし又は解消することが出来る。通常、石油又は天然ガズからのエネルギ生産に関連する、二酸化炭素及び他の汚染物質の排出に関して、同時削減が達成される。
【００１３】
水を保持するための第１のタンク、熱エネルギ貯蔵材料（８）をその中に配置した第２のタンクを有し、熱エネルギ貯蔵材料は、融解点が華氏３２度（Ｆ）以上の実質的な固体包接化合物からなり、融解潜熱が水の融解潜熱に近く、第１及び第２のタンクを接続する再循環パイプ配管を有している、熱エネルギ貯蔵システムが開示されている。再循環パイプ配管は第１のタンクの内部容積と流体的に連通しており、再循環パイプ配管は更に、第２のタンク内に配置された加熱コイルを有している。こうした構成により、第１の時に第１のタンク内に配置された温水は、再循環パイプ配管内で移動可能であり、加熱コイルを介して、温水から熱を、第２のタンク内に配置された熱エネルギ貯蔵材料に伝達する。更に、第２の時に第１のタンク（１０）に配置された水は、再循環パイプ配管内で移動可能であり、加熱コイルを介して、第２のタンク内に配置された前記熱エネルギ貯蔵材料から熱を、冷水に伝達する。
【００１４】
水を保持するための温水タンク、熱エネルギ貯蔵材料をその中に配置した貯蔵タンクを有し、熱エネルギ貯蔵材料は、融解点が華氏３２度（Ｆ）以上の実質的な固体包接化合物からなり、水タンク及び貯蔵タンクを接続するループ配管を有している、熱エネルギ貯蔵システムが開示されている。ループ配管は温水タンクの内部容積と流体的に連通しており、ループ配管は更に、貯蔵タンク内に配置された加熱コイルを有している。前記温水タンク内の水が前記熱エネルギ貯蔵材料の温度よりも高くなると、前記ループ配管及び加熱コイル内で水は移動可能であり、水からの熱を熱エネルギ貯蔵材料へ伝達することが出来る。前記温水タンク内の水が前記熱エネルギ貯蔵材料の温度よりも低くなると、前記ループ配管及び加熱コイル内で水は移動可能であり、熱エネルギ貯蔵材料からの熱を水へ伝達することが出来る。
【００１５】
第１のタンク、第２のタンク及び空気分配システムを有する熱エネルギ貯蔵システムであり、第１のタンクはその中に水を有し、第２のタンクは、その中に熱エネルギ貯蔵材料を有する。熱エネルギ貯蔵材料は、融解点が華氏３２度（Ｆ）以上の相変化材料からなり、融解潜熱が水の融解潜熱に近いものである。第１及び第２のタンクは、再循環ループにより接続されており、前記水を前記第１のタンクから前記第２のタンク内に配置された第１のコイルを介して移動させることが出来、前記水及び熱エネルギ貯蔵材料との間でエネルギを伝達する。前記第２のタンクと前記空気分配システムはエアコンディションループで接続されており、エアコンディションループは、前記第２のタンク内に配置された第２のコイルから第１の熱伝達流体を、前記エアコンディションシステム内に配置された第３のコイルへ移動させて、前記熱エネルギ貯蔵材料と前記第３のコイル上を通過する空気との間でエネルギを伝達することが出来る。
【００１６】
第１のタンク、第２のタンク及び温水暖房循環システムを有する熱エネルギ貯蔵システムが開示されており、第１のタンクはその中に水を有し、第２のタンクは、その中に熱エネルギ貯蔵材料を有する。熱エネルギ貯蔵材料は、融解点が華氏３２度（Ｆ）以上の相変化材料からなり、融解潜熱が水の融解潜熱に近いものである。第１及び第２のタンクは、再循環ループにより接続されており、前記水を前記第１のタンクから前記第２のタンク内に配置された第１のコイルを介して移動させることが出来、前記水及び熱エネルギ貯蔵材料との間でエネルギを伝達する。第２のタンクと温水暖房循環システムはループで接続されており、ループは、前記第２のタンク内に配置された第２のコイルから第１の熱伝達流体を、前記温水暖房循環システム内に配置された水コイルへ移動させて、前記熱エネルギ貯蔵材料と前記水コイル上を通過する水との間でエネルギを伝達することが出来る。
【００１７】
図面の簡単な説明
図１は、住居に設置された、石油又は天然ガス温風炉システムを有するＡＴＥＳＳを示す図。
【００１８】
図２は、住居に設置された、太陽熱収集温水パネルが追加設置された、石油又は天然ガス温風炉システムを有するＡＴＥＳＳを示す図。
【００１９】
図３は、住居に設置された、石油又は天然ガス温風炉システム有するＡＴＥＳＳであり、別の温水システム（ヒートポンプ）を有するものを示す図。
【００２０】
図４は、住居に設置された、石油又は天然ガス温風炉システム有するＡＴＥＳＳであり、別の温水システム（ヒートポンプ）を有し、エアコン用のデュアル制御システムを更に持っているものを示す図。
【００２１】
図５は、寒い冬に運転するための光起電性の太陽光収集パネルを持った、図３のＡＴＥＳＳを示す図。
【００２２】
図６は、図５は、暑い夏に運転するための光起電性の太陽光収集パネルを持った、図４のＡＴＥＳＳを示す図。
【００２３】
図７は、システムと熱エネルギ貯蔵材料の効率をテストするために使用されたＡＴＥＳＳテスト設備の配置を示す模式図。
【００２４】
図８は、ＡＴＥＳＳを１４日間テストした結果を示す図表。
【００２５】
図９は、ＡＴＥＳＳを２４時間運用した際の、１時間毎の成績を示す図表。
【００２６】
図１０Ａ−Ｃは、居住用住居に関する毎日の燃料油及びＬＰＧ（液化プロパンガス）の消費を示す図表であり、燃料油、ＬＰＧを用いた毎冬の暖房コスト及び、オフピークの電気及び日中の太陽、全てオフピークの電気、及び全て日中の太陽を用いた際の、ＡＴＥＳＳ暖房システムの毎冬の暖房コストの比較を含んでいる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
詳細な記述
前にも述べたように、多様なエネルギ源（即ち、太陽光、電気、石油、ガズ、風など）が有るが、２４時間で限られた時間しか収集することの出来ないものもある。このことは、居住又は商業ビルに関連する電気的な冷暖房電力のニーズと対照的である。これらは、２４時間で変動している。開示されたＡＴＥＳＳはこれらのエネルギ源の限られた利用可能性に適応し、必要に応じて２４時間、安定的なエネルギ源を供給する。
【００２８】
図１に示すように、ＡＴＥＳＳ１は、石油又は天然ガス温風炉システム４を有する住居の地下部分２に設置されている。ＡＴＥＳＳ１は、熱エネルギ貯蔵材料８を貯蔵した貯蔵タンク６、水を加熱して家中に温水を分配するための温水貯蔵タンク１０、温風炉システム４と貯蔵タンク６間の、熱エネルギ貯蔵材料８と温風炉システム４の間で熱伝達を行なうことの出来る接続１２を有している。温水貯蔵タンク１０と貯蔵タンク６との間には、接続１４が設けられ、貯蔵タンク６内に蓄えられた熱エネルギ貯蔵材料８と温水貯蔵タンク１０からの水との間で熱伝達を行なうことが出来る。
【００２９】
貯蔵タンク６及び温風炉システム４との間の接続１２は、温風炉システム４内に配置されたコンデンサコイル２０の両端に接続された流体供給及び還流パイプ配管１６，１８を有している。同様に、前記流体供給及び還流パイプ配管１６，１８は、貯蔵タンク６内に配置されたエバポレータコイル２２の両端に接続されている。流体供給及び還流パイプ配管１６，１８及びコンデンサコイル及びエバポレータコイル２０，２２は、これにより、温風炉システム４と熱エネルギ貯蔵材料タンク６との間で熱伝達流体の動きに関して、クローズドループを構成する。熱伝達流体の流量は、還流パイプ配管１８内に配置されたコンプレッサ２４及び供給パイプ配管１６内に配置された制御バルブ２６を作動させることで制御することが出来る。
【００３０】
同様に、熱エネルギ貯蔵材料タンク６と温水貯蔵タンク１０との間の接続１４は、熱エネルギ貯蔵材料タンク６内に設けられた加熱コイル３２に接続された供給パイプ配管２８及び還流パイプ配管３０を有している。水は、供給及び還流パイプ配管２８，３０を通して、供給パイプライン内に位置する循環ポンプ３４により循環されている。排出パイプ配管内に配置されたチェックバルブ３６は、ポンプ３４が停止した際の還流パイプ配管３０を介した水の逆流を防止している。温水貯蔵タンク１０は、該タンク１０に一定の水源を供給する水供給ライン３８及び、住居内に加熱された水を分配する温水排出ライン４０を有している。
【００３１】
温水貯蔵タンク１０は、更に、家屋内の電気を用いてタンク内の水を所望の温度に加熱するための一つ以上の電気抵抗ヒータ５２，５４を有している。
【００３２】
運転に際しては、温水貯蔵タンク１０内の、水は一つ以上
の電気抵抗ヒータ５２，５４を用いて所望の温度にまで加熱される。加熱された温水は供給及び還流パイプ配管２８，３０を通って循環され、熱エネルギ貯蔵材料タンク６内の熱エネルギ貯蔵材料８を加熱する。この熱伝達は、熱エネルギ貯蔵材料８に含まれる熱エネルギが所望の量に達するまで、行なわれる。
【００３３】
その後、熱エネルギ貯蔵材料８に含まれたエネルギは、温風炉システム４の空気４６に流体供給及び還流ライン１６，１８を介して伝達される。これらのライン内の熱伝達流体はエバポレータコイル２２及びコンプレッサ２４を通過する際に暖められる。熱伝達流体に含まれたエネルギはコンデンサコイル２０を介して再循環空気４６に伝達され、居住スペースに戻される温風５０を生成する。
【００３４】
熱エネルギ貯蔵材料８内のエネルギは、供給及び還流パイプ配管、及び循環ポンプ３４を介して、温水貯蔵タンク１０内の水にエネルギを戻す形でも使用される。こうしてオフピークの間（即ち、夜間）に、温水システムは、他のエネルギが大きな負荷となっていない間に、大量の熱を貯蔵する形で、熱を熱エネルギ貯蔵材料８に伝達するために使用される。その後、ピーク負荷期間（即ち、日中）の間は、建物の空気及び／又は水を暖める必要に応じて、熱は温水貯蔵タンク又は温風炉に逆に伝達することが出来る。
【００３５】
コンデンサコイル２０の配置に加えて、温風炉システム４は、従来からある燃料供給４２及び居間スペースからの冷えた空気４６を引き込む炉空気循環ファン４４を有する。ファン４４は、冷えた空気４６をコンデンサコイル２０に流し、暖まった空気５０を居間スペース内に循環させる。一つの実施例では、居間スペースのサーモスタットが約７０度Ｆに設定されていると、冷えた空気４６の温度は約６５度Ｆであり、暖まった空気５０の温度は約７５度Ｆである。
【００３６】
一つの適当な熱エネルギ貯蔵材料は、Leiferへの米国特許第３９７６５８４に述べられており、その全ての内容をここで援用することで、導入する。Leifer特許は、室温及び大気圧において安定した包接化合物材料について述べており、それは比較的高い比熱と融解熱を持っている。そうした材料は、その温度が融解点に達するまで熱を吸収する。その高い融解熱により、熱貯蔵材料は、単位体積当り高い熱量を吸収することが出来、エネルギ貯蔵効率の高い手段となっている。しかし、これは熱エネルギ貯蔵材料８として使用可能な一つの材料に過ぎず、熱エネルギ貯蔵材料８として、使用が望ましいものと思える特性を持った他の材料でもよい。例えば、イミダゾール、イミダゾールの塩化物、２−アセチルピロール又はテトラメチルピロールなどのピロールの誘導体、又は他の同様な合成物が、熱エネルギ貯蔵材料８として使用するに好適である。これらの熱エネルギ貯蔵材料の確定したテスト結果を図８−１０Ｃに関連して議論する。これらの明確にテストされ及び／又は明らかにされた以外の材料も、当業者が評価することで、当然使用可能である。
【００３７】
熱エネルギ貯蔵材料を保持する形で使用されるタンク６は、ＡＴＥＳＳで使用される特定の熱エネルギ貯蔵材料に曝された際に、非反応性の材料から作られていることが望ましい。従って、一つの実施例では、タンク６は、ポリエチレン材料から作られている。又は、タンク６は、ガラス又は非反応材料から作られたり、又はガラス又は他の非反応性材料からなる内張が施されていたりしても良い。
【００３８】
タンクの内部と同様に、タンク内を走るライン２２，３２の外表面も、タンク６内に収容された特定の熱エネルギ貯蔵材料８に曝された際に、非反応性であるべきである。実施例では、ライン２２，３２は銅パイプ配管又はチューブ配管であり、その外表面は、アクリルペイントで被覆された上にポリマで覆われ、銅材料と熱エネルギ貯蔵材料８の間での反応を阻止している。ポリマ被覆に代えて、パラフィン材料でアクリル塗装を被覆するように構成することも出来る。パラフィンの融解点は約１６２−１７７度Ｆなので、パラフィンは熱エネルギ貯蔵材料８の運転温度が約１４０度Ｆ以下の場合には、十分実用的である。更に、ライン２２，３２は、ポリエチレンチューブ（例えば、ＰＥＸ管材）などのポリマ材料から構成することも可能である。また、ポリマで被覆された金属チューブも使用可能である。
【００３９】
タンク６とその接続物は、運転中に熱エネルギ貯蔵材料８から水が蒸発しないように、大気からシールされている必要がある。大規模な蒸発は、熱特性を好ましくない方に変化させる可能性がある。なお、タンク６の液面測定装置を取り付けることで、タンクの水位が最低位置となったことを検出して熱エネルギ貯蔵材料８に対して追加的な水を加えることで、蒸発は補償される。適当な液面測定装置としては、視認型の線状表示器や、自動液面検出装置などがある。また、低水位が表示された場合、ユーザが手動で追加的に水を加えることも、自動負荷水位装置を介して加えることも可能である。
【００４０】
ライン２２，３２はタンク６内で該タンクの全高に行き渡って、運転中の材料内に固形部分が生じないように配置されるべきである（即ち、ラインは殆どタンク６の底にまで設置される）。ライン２２，３２はＵ字型の形状又は、コイル状に形成することが出来る。
【００４１】
一つの実施例では、夕方の約５時間の間だけ入手可能な、過剰な２２０ボルト（Ｖ）のオフピーク電力エネルギが、温水貯蔵タンク１０の全ての水を約１２０度Ｆに維持することで、家庭の暖房及び温水の需要を２４時間以上賄うだけの熱エネルギをもたらす。１２０度Ｆの温水は、熱エネルギ貯蔵材料８を貯蔵する為に使用されるタンク６内に設けられた管状加熱コイル３２に循環され、熱エネルギを材料８（固体から液体へ）へ、一定の７７度Ｆの貯蔵用融解点で伝達する。住居内のサーモスタットがより暖かな状態を要求すると、ＡＴＥＳＳコンプレッサ２４及び炉空気循環ファン４４が運転を開始する。冷媒制御バルブ２６が４０度Ｆの気化冷媒を、７７度Ｆの熱エネルギ材料から熱を吸収するエバポレータコイル２２に供給する。コンプレッサ２４は冷媒温度を１２０度Ｆにまで上昇させて、コンデンサコイル２０に送る。コンデンサコイル２０は、一日２４時間中何時でも要求された熱を、家庭の暖房のための循環する炉空気４６に伝達する。この温度シナリオは、居住スペースの温度（即ち、サーモスタットのセット温度）が７０度Ｆである場合に適用される。なお、より涼しい、又はより暖かな居住スペース温度が望まれる場合には、システムの運転温度をそれに合わせて調整すべきである。
【００４２】
図２において、住居に導入されているＡＴＥＳＳ５５は、図１に関連して述べたものと同様な石油又は天然ガス温風炉システム４を有している。図２のシステムの場合、温風炉システム４からのエネルギは、一つ以上の太陽熱水加熱収集パネル５６によって供給されるエネルギにより補われる。図示した実施例では、太陽パネル循環水ループ５８は、温水還流パイプ配管３０に一体化しており、温水貯蔵タンク１０からの水は太陽エネルギ収集パネル５６を介して循環することができる。太陽パネル供給ライン６０は、チェックバルブ３６と温水タンク１０との間の温水還流パイプ配管３０に接続され、タンク１０から、及び／又は加熱コイル３２から出てきた水を引き込むことが出来る。太陽パネル循環ポンプ６２は供給ライン６０に配置され、水に循環するための力を与えている。吸引された水は太陽パネル５６内の内部経路（図示せず）を通過し、太陽の直接的なエネルギで加熱される。太陽パネル５６の光起電性の収集部６４によって生成されたエネルギはポンプ６２を動かすために使用されている。加熱された水は温水貯蔵タンク１０に戻る水に繋がる還流ライン６６を通過する。加熱された水は再循環ポンプ３４を用いて、供給及び還流パイプ配管２８，３０を通り、水からの熱はタンク６内の熱エネルギ貯蔵材料８に伝達される。太陽パネル５６は電気抵抗ヒータ５２，５４によって供給される熱を補う形で使用されるが、特に日差しが強い日には温水貯蔵タンク内の水を単独で温めるように使用することも出来る。
【００４３】
熱エネルギ貯蔵材料８に提供されるエネルギは、その後、炉の再循環空気４６を加熱し、又は温水タンク１０内の温水を加熱するために使用することが出来る。
【００４４】
貯蔵タンク６、熱エネルギ貯蔵材料８、貯蔵タンク６と温水タンク１０及び炉システム４間の接続を含むシステム５５の残りの部分は、図１のシステムに関連して述べたものと全て同じである。
【００４５】
一つの実施例では、電気抵抗ヒータ５２，５４に供給される余剰のオフピーク電力（再度言うが、夕方の約５時間のみ入手可能である）及び日当たりの良い日中に集められた太陽エネルギは、温水タンク１０内の全ての水を約１２０度Ｆに保つことで、２４時間の間、必要な家及び水を暖める熱エネルギを供給する。１２０度Ｆの温水は、熱エネルギ貯蔵材料タンク６内に設けられた管状加熱コイル３２内を循環し、熱エネルギを熱エネルギ貯蔵材料８（固体から液体へ）に、貯蔵のために一定の７７度Ｆの融解温度で伝達する。住居のサーモスタットがより暖かな温度を要求する場合には、ＡＴＥＳＳコンプレッサ２４と炉空気循環ファン４４がスタートする。冷媒制御バルブ２６が４０度Ｆの蒸発した冷媒を、７７度Ｆの熱エネルギ貯蔵材料８から熱を吸収するエバポレータコイル２２に供給する。コンプレッサ２４は冷媒温度を１２０度Ｆにまで上昇させ、コンデンサコイル２０へ送る。コンデンサコイル２０は、１日２４時間いつでも要求される熱を、家庭の暖房のために循環している炉空気４６に伝達する。
【００４６】
図３では、石油又は天然ガス温風システム４及び分離型水加熱システム（即ち、ヒートポンプ）７２を有する住居にＡＴＥＳＳが導入されている。図３のシステムは、図１のシステムで述べたものと実質的に同じパイプ配管、部品及び相互接続を有しているが、日中及び／又は夜間の大量の温水需要に応えるために、温水タンク１０内の水を補助的に加熱することが出来るヒートポンプシステム７２を有している。
【００４７】
図３のＡＴＥＳＳ６８は、図１で述べた、炉システム４、熱エネルギ貯蔵材料タンク６、温水タンク１０及び全ての関連するパイプ配管及び流体管理部品を有している。図１及び２で述べたシステムのように、ＡＴＥＳＳ６８は、オフピーク時間の間に、温水タンク１０からの温水を貯蔵タンク６内の加熱コイル３２を介して循環させることで、熱エネルギ貯蔵材料８を加熱している。
【００４８】
ＡＴＥＳＳ６８は、更に、熱エネルギ貯蔵材料タンク６と温水タンク１０内に配置された各蒸発及びコンデンサコイル７８，８０を接続する、流体供給７４及び還流７６パイプ配管を有する、追加的なクローズドヒーティングループ７２を有している。コンプレッサ８２は、供給ライン７４内に位置しており、熱伝達流体（パイプ配管７４，７６内に在る）が、それぞれのタンク６，１０内の熱伝達コイル７８，８０間で動くための運動力を供給し、これにより、熱エネルギ貯蔵材料８からの熱を温水タンク１０内にある温水に伝達する。還流パイプ配管７６内に位置する制御バルブ８４は、熱伝達流体の流量を制御し、熱エネルギ貯蔵材料８と温水タンク１０内の水との間で伝達される熱量を制御する。
【００４９】
前に述べた実施例で示すように、夕方の約５時間の間だけ入手可能な２２０Ｖのオフピーク余剰電気エネルギが、温水タンク１０内の全ての水を約１２０度Ｆに保つことで、家庭と温水を２４時間以上、加熱するだけの熱エネルギを供給する。（抵抗ヒータ５２，５４で加熱された）１２０度Ｆの温水は熱エネルギ貯蔵材料タンク６内に設けられた加熱コイル３２内に循環され、熱エネルギ貯蔵材料に熱エネルギを貯蔵するために（それを固体から液体に変化させつつ）、一定の７７度Ｆの融解温度において、伝達する。住居のサーモスタットがより暖かな状態を要求すると、ＡＴＥＳＳコンプレッサ２４及び炉空気循環ファン４４がスタートする。冷媒制御バルブ２６が４０度Ｆの気化した冷媒をエバポレータコイル２２に供給し、エバポレータコイル２２は、７７度Ｆの熱エネルギ貯蔵材料８から熱を吸収する。コンプレッサ２４が冷媒温度を１２０度Ｆまで高めてコンデンサコイル２０に送る。そこで、２４時間何時でも必要な熱を、家庭の暖房のために循環炉に伝達する。ヒートポンプシステム７２は、熱エネルギ貯蔵材料８に貯蔵された熱を用いて、一日の何時でも温水タンク１０内の温水を加熱するために運転することが出来る。
【００５０】
住居に配置された図４のＡＴＥＳＳシステム８６は、石油又は天然ガズ温風炉システム４を有しており、図３のＡＴＥＳＳに関連して述べたものと似た、別の水加熱システム（即ち、ヒートポンプ）７８を有している。図４の場合のＡＴＥＳＳ８６は、部品の機能を逆転させてＡＴＥＳＳ８６を、希望に応じて家を冷房又は暖房することの出来る制御システム８７を有している。こうして、暑く湿気の多い夏の日には、ＡＴＥＳＳ８６は、家の循環する空気８８から熱を奪い、家庭用又は暖房用の水を加熱するための熱エネルギ貯蔵材料８内に熱を貯蔵する。そして、冷却された空気９０は、住居内を循環する。
【００５１】
図４のＡＴＥＳＳ８６は、図３に関連して述べた、炉システム４、熱エネルギ貯蔵材料タンク６、温水タンク１０及び全ての関連する配管及び流体管理部品を有している。ＡＴＥＳＳ８６は、更に、貯蔵タンク６と炉システム４のコイル２０との間の熱伝達流体の流れを逆転するように運転することが出来る制御システム８７を有している。この流れの逆転は、所望の一連のバルブセッティングに基づいて熱伝達流体の流れを変えるための適当なパイプ装置を配置することで、実現することが出来る。“暖房”のセット状態では、熱伝達流体の流れは、ライン１６，１８中を矢印Ａ方向に通過し、住居の空気８８を加熱する機能を果たす。“冷房”のセット状態では、熱伝達流体の流れは、ライン１６，１８中を矢印Ｂ方向に通過し、住居の空気８８を冷却する機能を果たす。ライン１６，１８内を通過する熱伝達流体の流量及び方向を自動的に動作させ、制御する、適宜な電子装置を設けることが出来る。
【００５２】
住居の空気８８を冷却するためにシステム８６を使用する場合、特に、北半球の南の部分で暑い夏の月の間に使用する場合、戸外のエバポレータコイル及びファンは熱伝達貯蔵材料８と繋がって配置される。この配置は、戸外への余剰熱を排出するための経路を提供するので、熱エネルギ貯蔵材料８が、排出されるエアコンディションの熱を貯蔵するための最大量を得ることが出来る点で、利益がある。
【００５３】
他の実施例では、流れを変更する特別の配管装置の場所における、コンデンサコイル２０は逆転可能なコンプレッサであり、制御バルブ２６は、その流れの方向に拘わらず、流量を任意に制御することが出来るように設計されている。また、制御バルブ２６の場所には、１対の制御バルブを設けることが出来る。一つ目は、冬の又は涼しい夏の夕方に熱が必要な場合、冷媒の流量を制御するためであり、二つ目は、夏に住居から熱を除去する必要がある場合に、冷媒を制御するためのものである。流れの方向を自動的に選択することが可能な、適宜な公知の制御電子装置を設けることも出来る。
【００５４】
前に述べた実施例と同様に、図４のＡＴＥＳＳ８６は熱エネルギ貯蔵材料８内にエネルギを、貯蔵が最も効率的となる期間の間に、貯蔵する。一つの実施例では、居間の温風８８から取り出したエネルギは、貯蔵材料８に、前に述べたコンプレッサ２４、制御バルブ２６及び配管１６，１８装置を介して伝達される。貯蔵されたエネルギはそこで、（前に述べた方法で）水を加熱するために直ちに又は後ほど使用され、又は後ほど必要に応じて、炉システム４を介して循環空気を加熱するために使用される。
【００５５】
図５に、図３に関連して述べたシステム６８と実質的に同様な配管及び部品を持ったＡＴＥＳＳシステム９２を示すが、当該システム９２は、更に冬などの寒い季節の運転に備えて、水や空気を追加的に暖めるための光起電性太陽光収集パネル９４を一つ以上有している。一つ以上の光起電性太陽光収集パネル９４は、公知の光起電力原理を用いたものであり、直流（ＤＣ）電力を生成することが出来、それは次いで、適宜なＡＣ／ＤＣコンバータ９６により交流（ＡＣ）電力に変換される。こうして出来た交流電力は、適当な家庭又はビルの電力供給回路に接続される。ステップアップ又はステップダウンコンバータ（図示せず）を、家庭又はビルの電力供給回路に整合させるために使用する必要が生じるかもしれない。太陽パネル９４からの電力を、温水タンク１０内の水にエネルギを供給する抵抗ヒータ５２，５４に直接供給することも可能である。このエネルギは、図１〜４のシステムに関連して以前に述べたように、配管２８，３０及び加熱コイル３２を介して熱エネルギ貯蔵材料８に伝達される。
【００５６】
図５のシステムは、寒冷な気候地域で使用するのに、とても適している。即ち、寒冷な気候の季節が来ると、太陽光収集パネル９４により生成された利用可能な日中の太陽光電力は、家庭での使用のために温水タンク１０内の水を加熱するために使用され、また、ＡＴＥＳＳ９２を用いて熱エネルギ貯蔵材料８内に（変換された）電気エネルギを貯蔵する。ＡＴＥＳＳ９２は、図３に関連して述べたものと似た又は同じ方法で、１日２４時間の何時でも必要に応じてお湯を供給し、家を暖めるために使用される。オフピークの余剰電力は、曇った日や限られた陽光の日の時に、居住用住居や商業ビル及び／又は水を温めるのに必要な正味の熱エネルギに対応するための、バックアップ電力となる。
【００５７】
図６に示すＡＴＥＳＳシステム９８は、図４に関連して述べたシステム８６と実質的に同様な配管及び部品を持っているが、当該システム９８は更に、暑い夏の季節の運転に適した光起電性太陽光収集パネル１００を一つ以上有している。一つ以上の光起電力性陽光収集パネル１００は、公知の光起電力原理を用いたものであり、直流（ＤＣ）電力を生成することが出来、それは次いで、電圧コンバータ１０２を用いて交流（ＡＣ）電力に変換され、家庭又はビルの電力供給と接続することが出来る。暑い、湿気の多い季節が来ると、太陽光収集パネル１００により生成された電力が公知のエアコンディショニングシステムを稼働するために使用され、図４に関連して述べたＡＴＥＳＳ８６システムと協働して居間の空気８８を冷やす。
【００５８】
典型的な住居で使用される貯蔵タンク６は、約４００ガロンの容量があり、Leiferに与えられた米国特許第３９７６５８４で述べられたようなエネルギ貯蔵材料８を含んでいる。他の適当なエネルギ貯蔵材料としては、テトラ  イソアミル  アンモニウム  フロライド．３８Ｈ２Ｏ、テトラ  ｎ−ブチル  アンモニウム  フロライド．１８Ｈ２Ｏ（包接化合物材料）がある。また、以下の非包接化合物も使用可能である。即ち、イミダゾール、イミダゾリウム  クロライド、２−アセチル  ピロール又はテトラ  メチル  ピロール等のピロールの誘導体、又は他の同様な化合物も使用可能である。加熱コイル２２，３２，７８は、運転時に１２０度Ｆの温水を運ぶのに適した抗腐食性材料から形成されている。熱貯蔵材料の約４００ガロンに貯蔵される総熱で、アメリカ合衆国の最も北の緯度にある約１６００平方フィートの家を、年中通して毎日、約７０度Ｆの温度に保つ形で暖房することが出来る。家庭を暖房するための熱エネルギ貯蔵材料８の約４００ガロンのタンク内に貯蔵された熱は、温水タンク１０内に貯蔵された約６０ガロンの水を、１１５度Ｆから１２０度Ｆの所望の温度まで、通常の家族の温水需要のために加熱することも可能である。
【００５９】
ＡＴＥＳＳには、ヒートポンプシステム７２，炉システム４、再循環ポンプ３４，６２，コンプレッサ２４、制御バルブ２６、抵抗ヒータ５２，５４を制御し、商業又は住居ビルに必要な石油又は天然ガス暖房システム及び／又は水加熱システムに寄与することが出来るように、適切なコンピュータ制御システムが備えられている。制御システムは、住居の熱伝達（即ち、ヒートポンプ）システムを、デュアルシステムとして制御し、暑く湿気の多い夏の日の間、炉のダクトシステム内を循環する空気から熱を奪い、貯蔵タンク６内に貯蔵された熱エネルギ貯蔵材料内に熱を移動させるようにすることも可能である。システムは、暑い湿気の多い夏の月の間、在来の電気エアコンディショニングシステムと協働させて使用することも出来る。
【００６０】
ＡＴＥＳＳは移動可能なプラットフォームと一体化して、オレンジジュースなどの生鮮商品を運搬する際の助けとなるように使用することも出来る。こうして、ＡＴＥＳＳは、鉄道車両、トラック、飛行機、コンテナ／貨物船、又は他の運送用プラットフォーム内に導入され、適合される。一つの実施例では、ＡＴＥＳＳは、大洋を航行する客船において、太陽熱パネル又は燃料油と組み合わされて石油の消費を抑えるようにすることも出来る。
【００６１】
更に、ＡＴＥＳＳシステムは、スープの製造などのように、実際にエネルギを必要とする、あらゆる多様な産業プロセスにおいて要求されるエネルギの消費を低減させるためのシステムの一部として使用可能である。
【００６２】
また、他の実施例では、ＡＴＥＳＳシステムは、商業的／個人的なアイススケート又はホッケーリンクのような場所にも効果的に応用することが出来る。
【００６３】
利点
アメリカ合衆国の北東エリアには、石油及び液化天然ガス（ＬＰＧ）により暖房される家庭及び商業ビルが多い。当該エリアには主要な天然ガスパイプラインが提供されていないので、液化天然ガスは、外国から巨大タンカーにより北東地区の主要な港に輸入されている。このことは、我々の港のセキュリティに対するテロリストの脅威となりうる。家庭及び商業ビルを、オフピーク電力又は太陽エネルギへ変換することは、こうした積み荷の問題や関連する港への脅威を解消することが出来る。
【００６４】
現在アメリカ合衆国は、国内で必要な石油の約４０パーセントを外国から輸入している。ＡＴＥＳＳシステムは、外国の石油の必要性を実質的に減少ないし解消させることが出来る。
【００６５】
ＡＴＥＳＳは、居住用住居又は商業ビルを石油又は天然ガズで暖房する必要性を減少させることが出来る。ＡＴＥＳＳは、暑い湿気の多い季節の間、必要とされる日中のピーク電力を減少させることが出来る。
【００６６】
ＡＴＥＳＳは、日中に入手できる太陽熱エネルギを、居住用住居又は商業ビルのエネルギの必要に応じて日中又は夜間の使用のために貯蔵することが出来る。
【００６７】
ＡＴＥＳＳが、仮に居住用住居及び商業ビルで幅広く使用されると、電力発電ネットワークは、日中のピーク電力要求と余剰オフピーク夜間電力要求の間の負荷の平準化が可能となる。
【００６８】
各種熱エネルギ貯蔵材料の実験室での試験結果
発明者は、熱エネルギ貯蔵材料８として使用するのに適しているものと思われる幾つかの材料についてその融解点、融解熱及び安全な運転温度範囲を決定するために実験室での試験を行なった。発明者の試験結果を下の表１に示す。特定の包接化合物材料に加えて、発明者は、他に存在する潜在的に使用可能と思われる包接化合物材料について試験を行ない、ここに記録した。これらの材料は、融解点が８８度Ｆである、テトラ  イソアミル  アンモニウム  フロライド３８Ｈ２Ｏ及び、融解点が９８．６度Ｆである、テトラ  ｎ−ブチル  アンモニウム  フロライド１８Ｈ２Ｏである。下の表１に示した、他の熱エネルギ貯蔵材料のいくつかは、融解点が７７度Ｆ以上であったことを認識すべきである。前述したＡＴＥＳＳシステムのいずれにおいても、これらの高い融解点を持った材料を使用した場合には、ヒートポンプシステム７２が必要無くなるかもしれない。
【００６９】
表１
試験された熱エネルギ貯蔵材料の潜在力の物理化学的な結果
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【００７０】
表１に示した“安全運転範囲”は、各ＴＥＳＭにとって、個々のＴＥＳＭの分解温度の約５−２０度Ｆ以下の温度とＴＥＳＭの融解温度との間の温度範囲を示していることに注目すること。
【００７１】
試験結果
図７に示すように、試験場の建物は、水平方向に二重になった形で建設されており、各部屋は（部屋番号１及び２）は、それぞれ約３２平方フィートである。部屋番号１は、従来方式で暖房され、一方、部屋番２は、ＡＴＥＳＳを用いて暖房された。発明者は、４０ポンドの熱エネルギ貯蔵材料（ＴＥＭＳ）８を使用し、この場合、それは（ｎ−Ｃ４Ｈ９）４ＮＦ３２．８Ｈ２Ｏであり、以下これを“ＴＥＭＳ１”と称する。ＴＥＭＳ１は、ＴＥＭＳ１タンク６内に貯蔵されていた。実験の目的から、タンク６は、５ガロンのポリエチレンタンクである。内部配管は銅であり、アクリルコーティングがなされポリマフィルムで包まれている。タンク６の接続は、蒸発を防ぐためにテープを用いて大気からシールされている。これらの試験では、４０ポンドのＴＥＭＳ１は二つの限られた熱源からの熱エネルギを貯蔵した。熱源１は、夕方のオフピーク電力であり、熱源２は、日中の太陽エネルギである。太陽熱収集システムは良好に作動したが、試験期間中の晴天の不足により、発明者は計測された日中の電力を用いて、日中の太陽熱をシミュレートした。両熱源はテストに関して、サイクル当り４時間に限られた。部屋番号２のＡＴＥＳＳは、図２で前に述べた、ＡＴＥＳＳのスケールダウン版である。
【００７２】
図８に、１４日間の試験結果を示す。１，２及び３日目の試験は、部屋番号１及び２が一致した温度に維持されるために必要な熱量を決定するために行なわれた。これらの試験の結果は、部屋番号１及び２を同じ温度に維持するのに必要な熱量は、本質的に等しいことを示している。
【００７３】
図８はまた、試験日番号４から１４では、部屋番号２の主要な熱源としてＡＴＥＳＳシステムだけが使用されたことを示している。試験日番号４及び５は、これらの日においては、ＴＥＳＭに対して熱伝達を行なうために３．０から３．５時間加熱サイクルが使用されたが、これらの短いサイクル時間は、当該テスト期間中にＴＥＳＭ１に十分な熱量を伝達するには不十分な長さであると見なされたので、結果には考慮されていない。残りの試験日（番号６から番号１４）では、４時間、ＴＥＳＭ加熱サイクルを使用した。結果は、ＡＴＥＳＳ暖房システムは十分に良好に動作し、部屋番号２の温度を名目上７０度Ｆ（実際には、約６８−７１度Ｆの温度範囲）に、石油やガスに起因する従来の追加的な熱を使用することなく、維持することが出来たことを示している。１２月及び１月の試験期間には、外気温度は、１２度Ｆの最低気温から４７度Ｆの最高気温まで変動した。
【００７４】
図９に、ＡＴＥＳＳ暖房システムの、１日２４時間における１時間毎のパフォーマンスを示す。図９の結果は、ＡＴＥＳＳを使用して最適の日（即ち、試験日６−１４の平均に近い一日）について収集したものである。二つの限られた熱源（即ち、夕方のオフピーク電力及び日中の太陽）からのエネルギが、試験部屋番号２の温度を所望の温度に保つために必要に応じて分配されていることが分かる。ＡＴＥＳＳ制御システム、コンプレッサモータ損失及びコンプレッサからの圧縮の熱からのいくらかの熱は、部屋番号２へ加えられた。非ピーク電力及び太陽からの限られた熱源のエネルギは、限られた４時間のサイクルの間にＴＥＳＭ１内に貯蔵され、ＡＴＥＳＳヒートポンプシステムにより部屋番号２へ分配された。部屋番号２を７０度Ｆに維持する為に必要な熱は、ＡＴＥＳＳシステムのサーモスタットにより制御された。
【００７５】
図８及び９に示された結果が、我々のシステムデザインにおけるヒートポンプの非効率性は、経験を積んだ暖房及び換気設備の製造者により実質的に改善され得ることを示している。例えば、ＡＴＥＳＳシステムのプロトタイプのヒートポンプのエバポレータコイルは、単一の直径の銅管から構成されている。経験を積んだＨＶＡＣ技術者は、エバポレータコイルの直径を変化させて、全コイルに渡り、約４０度Ｆの一定なエバポレータ冷媒温度を維持するように設計することが出来る。また、プロトタイプのヒートポンプシステムは、最適な電気コンプレッサモータ効率以下のものであり、それはＡＣ又はＤＣ電力を使用した大きなシステムデザインにおいて、大幅に改良することが出来る。更に、大規模なＡＴＥＳＳに用いられる近代的な制御システムは、このプロトタイプに比較して省電力である。ＡＴＥＳＳ暖房システムの非効率さは、図８及び９において、所望の温度に維持するために部屋番号２へ加えられた追加的な熱（“モータ損失及び追加的な部屋暖房要求”）として示されている。
【００７６】
発明者は、居住エリアが１６００平方フィートのフルサイズの住居住宅に稼働可能なＡＴＥＳＳを導入し、試験場での結果を再現するには、５０：１のスケールアップが求められるものと、考える。図１０Ａ−Ｃは、こうした家庭での毎日の石油及びＬＰＧ（液化プロパンガス）消費を示す。また、図１０Ａ−Ｃは、ａ）石油，ｂ）ＬＰＧ及びｃ）ＡＴＥＳＳ暖房システム：１）オフピーク電力及び日中の太陽、２）全てオフピーク電力、及び３）全て日中の太陽、を使用したＡＴＥＳＳ暖房システムについて：例年の冬季暖房コストの比較を示す。
【００７７】
結果は、ＡＴＥＳＳを使用することで実質的なコスト削減を達成することが出来ることを示している。例えば、１２５日の例年の冬の暖房サイクルで使用する石油の年間コストは、約＄１８１３と見積もられる一方で、１２５日の例年の冬の暖房サイクルで使用するＬＰＧの年間コストは、＄１９３２と見積もられる。（これらの見積もりコストは、石油が＄２．５５／ガロン、ＬＰＧが＄１．８６／ガロンの見積もりを用いて計算した）１２５日の例年の冬の暖房サイクルで、ＡＴＥＳＳを使用した年間暖房コストを比較すると、１）オフピーク電力及び日中の太陽の場合、約＄１４０８と見積もられ、２）全てオフピーク電力の場合、約＄１３４８と見積もられ、３）全て日中の太陽の場合、約＄７４８と見積もられる。従って、ＡＴＥＳＳを使用することは、従来の暖房方法に比して、かなりの節約が可能となることが分かる。この節約は水を暖める付属品を加えることで、更に向上することが出来る。
【００７８】
例えば、暑い夏の月の間、熱は住居スペースから（エアコンディションを介して）除去され、ＴＥＳＭに貯蔵される。適切な管路及びポンプシステム（例えば、図４の部材７２、８３）がＡＴＥＳＳに付加され、この貯蔵された熱をＴＥＳＭから温水タンク１０内の温水に伝達し、所望の温度に維持することが出来る（例えば、１３０度Ｆ）。こうして温水を加熱することで、高価な日中の電力、石油及びＬＰＧを使用する必要性を解消又は減少することが出来る。
【００７９】
図１０Ａ−Ｃは、更に、１２５日の冬季暖房シーズンについての合計年間コストのほか、石油及びＬＰＧの一日当りのガロンも示している。
【００８０】
前述のコスト抑制に加えて、ＡＴＥＳＳの使用は、従来の暖房システムと比較して、汚染物質の大気への放出を実質的に減少する結果をもたらす。例えば、（例年の暖房シーズンにおける）石油の燃焼で、住居（再度、居住スペースが１６００平方フィートを仮定して）あたり、炭素を３８３１ポンド、ＣＯ２を１４０６０ポンド、大気中に放出する。ＬＰＧの燃焼は、同じ大きさの居住スペースで炭素が２９２７ポンド、ＣＯ２が１０７４２ポンド放出される。一方、ＡＴＥＳＳは、大気中に炭素及びＣＯ２の放出はない。この結果は、図１０Ｃの下部に明瞭に示されている。
【００８１】
要約
発明者は、開示されたＡＴＥＳＳ暖房システムを、すばらしい又重要な暖房システムとして使用することを示した。
【００８２】
（１）家庭又は産業ビルを暖房するために石油及び／又は液化天然ガス（ＬＰＧ）の必要性を実質的に減少させる。
【００８３】
（２）地球温暖化を促進する炭素及び二酸化炭素（ＣＯ２）の放出を実質的に減少させる。
【００８４】
（３）オフピーク電力をＴＥＳＭ内に貯蔵し、２４時間いつでも使用することが出来るので、オフピーク電力を地域配電網から輸送する必要性を実質的に減少させることが出来る。
【００８５】
（４）ＡＴＥＳＳシステムは、太陽エネルギをＴＥＳＭ内に貯蔵し、２４時間いつでも使用することが出来るので、日中に得られる太陽エネルギを使用することの出来る。また、ＡＴＥＳＳは、住居又は産業ビルの必要なエネルギを供給するために設置が必要な太陽パネルの数をも減らすことが出来るであろう。
【００８６】
（５）ＡＴＥＳＳ暖房システムは、発明者のプロトタイプの試験で証明したように、国家の外国石油及びＬＰＧへの依存を大いに減少させ、自国のセキュリティを改善することが出来る。
【００８７】
発明は例示的な実施例に基づいて述べられたが、本発明の精神及び範囲から離脱しない範囲で、多様な変更や修正が可能なことは当業者にとって明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】図１は、住居に設置された、石油又は天然ガス温風炉システムを有するＡＴＥＳＳを示す図。
【図２】図２は、住居に設置された、太陽熱収集温水パネルが追加設置された、石油又は天然ガス温風炉システムを有するＡＴＥＳＳを示す図。
【図３】図３は、住居に設置された、石油又は天然ガス温風炉システム有するＡＴＥＳＳであり、別の温水システム（ヒートポンプ）を有するものを示す図。
【図４】図４は、住居に設置された、石油又は天然ガス温風炉システム有するＡＴＥＳＳであり、別の温水システム（ヒートポンプ）を有し、エアコン用のデュアル制御システムを更に持っているものを示す図。
【図５】図５は、寒い冬に運転するための光起電性の太陽熱収集パネルを持った、図３のＡＴＥＳＳを示す図。
【図６】図６は、図５は、暑い夏に運転するための光起電性の太陽熱収集パネルを持った、図４のＡＴＥＳＳを示す図。
【図７】図７は、システムと熱エネルギ貯蔵材料の効率をテストするために使用されたＡＴＥＳＳテスト設備の配置を示す模式図。
【図８】図８は、ＡＴＥＳＳを１４日間テストした結果を示す図表。
【図９】図９は、ＡＴＥＳＳを２４時間運用した際の、１時間毎の成績を示す図表。
【図１０Ａ】図１０Ａ−Ｃは、居住用住居に関する毎日の燃料油及びＬＰＧ（液化プロパンガス）の消費を示す図表であり、燃料油、ＬＰＧを用いた毎冬の暖房コスト及び、オフピークの電気及び日中の太陽、全てオフピークの電気、及び全て日中の太陽を用いた際の、ＡＴＥＳＳ暖房システムの毎冬の暖房コストの比較を含んでいる。
【図１０Ｂ】図１０Ａ−Ｃは、居住用住居に関する毎日の燃料油及びＬＰＧ（液化プロパンガス）の消費を示す図表であり、燃料油、ＬＰＧを用いた毎冬の暖房コスト及び、オフピークの電気及び日中の太陽、全てオフピークの電気、及び全て日中の太陽を用いた際の、ＡＴＥＳＳ暖房システムの毎冬の暖房コストの比較を含んでいる。
【図１０Ｃ】図１０Ａ−Ｃは、居住用住居に関する毎日の燃料油及びＬＰＧ（液化プロパンガス）の消費を示す図表であり、燃料油、ＬＰＧを用いた毎冬の暖房コスト及び、オフピークの電気及び日中の太陽、全てオフピークの電気、及び全て日中の太陽を用いた際の、ＡＴＥＳＳ暖房システムの毎冬の暖房コストの比較を含んでいる。
【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１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【国際調査報告】
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