(57)【要約】  本発明は、蓄熱サイクル（１３）と放熱サイクル（１４）とにおいて、蓄熱器（１１）を蓄熱し放熱するための方法に関する。本発明に従って意図されているのは、高圧部分（ＨＰ）と低圧部分（ＬＰ）とを有する蒸気タービン（２３）によって、放熱が行われることである。両タービン部分に熱を供給するために、本発明に従えば、蓄熱器（１１）は、高圧部分（ＨＰ）のための部分蓄熱器（２０）と、低圧部分（ＬＰ）のための部分蓄熱器（２１）とに分割されている（この分割は、構造的に行われる必要はない）。しかも本発明は、蓄熱器（１１）が２つの部分蓄熱器（２０、２１）に分割されている設備に関連する。高圧部分（ＨＰ）と低圧部分（ＬＰ）とを有するタービンを駆動することによって、有利に達成されるのは、効率と蓄熱器（１１）からの熱収量とを有利に上げることができることである。設備はたとえば、風力発電機（１６）の過剰容量を中間貯蔵するために利用することができる。
2015531844.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蓄熱器（１１）を蓄熱し放熱するための方法であって、
‐蓄熱サイクルの間は、前記蓄熱器（１１）は作動流体によって加熱され、前記蓄熱器（１１）を通り抜ける前に、作動機械として接続されている第１熱流体エネルギー機械（１８）によって、前記作動流体内の圧力上昇が起こり、前記蓄熱器（１１）を通り抜けた後に、前記作動流体はその減圧の主な部分を経験し、
‐放熱サイクルの間は、前記蓄熱器（１１）は作動流体によって冷却され、前記蓄熱器（１１）を通り抜ける前に前記作動流体内の圧力上昇が起こり、前記蓄熱器（１１）を通り抜けた後に、前記作動流体は、原動機として接続されている第２熱流体エネルギー機械（２３）を介して減圧される方法において、
前記放熱サイクルが、
‐前記作動流体はまず、前記蓄熱器内で延在する第１導管システム（２８）を通って誘導され、
‐その後前記作動流体は、前記第２熱流体エネルギー機械（２３）の高圧部分ＨＰを介して減圧され、
‐その後前記作動流体は、前記蓄熱器内で延在する第２導管システム（２９）を通って誘導され、
‐その後前記作動流体は、前記第２熱流体エネルギー機械（２３）の低圧部分ＬＰを介して減圧される、
ランキンサイクルとして構成されていることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記蓄熱サイクルはヒートポンププロセスによって実現されていることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記蓄熱サイクルにおいて、窒素あるいは乾燥した空気が使用されることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記放熱サイクルにおいて、水蒸気が使用されることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
蓄熱器（１１）を有する、熱エネルギーを貯蔵し放出するための設備であって、前記蓄熱器（１１）は、蓄えられた熱を、作動流体のための蓄熱回路（１３）から受容し、作動流体のための放熱回路（１４）に放出することができ、前記蓄熱回路（１３）において、以下のユニットつまり、
‐作動機械として接続されている第１熱流体エネルギー機械（１８）と、
‐前記蓄熱器（１１）と、
‐前記作動流体を減圧するための装置、特に第３流体エネルギー機械（２３）と、
‐第１熱交換器、特に蓄冷器（１２）と、
が、挙げられた順序で導管によって互いに接合されており、
前記放熱回路（１４）において、以下のユニットつまり、
‐前記蓄熱器（１１）と、
‐原動機として接続されている第２熱流体エネルギー機械（２３）と、
‐前記第１熱交換器あるいは第２熱交換器（２４）と、
‐ポンプ（２２）と、
が、挙げられた順序で導管によって互いに接合されている設備において、
前記第２熱流体エネルギー機械（２３）が高圧部分（ＨＰ）と低圧部分（ＬＰ）とを備え、流体的に互いに独立した２つの導管システム、つまり第１導管システム（２８）と第２導管システム（２９）とが前記蓄熱器（１１）内に備わっており、これらのユニットは挙げられた順序で、つまり
‐前記第１導管システム（２８）と、
‐前記高圧部分（ＨＰ）と、
‐前記第２導管システム（２９）と、
‐前記低圧部分（ＬＰ）と、
の順序で、導管によって互いに接合されていることを特徴とする設備。
【請求項６】
前記第１導管システム（２８）は第１部分蓄熱器（２０）に格納されており、前記第２導管システム（２９）は構造的に前記第１部分蓄熱器とは分離した第２部分蓄熱器（２１）に格納されていることを特徴とする請求項５に記載の設備。
【請求項７】
前記第１部分蓄熱器（２０）と前記第２部分蓄熱器（２１）とが前記蓄熱回路（１３）において並列に設けられていることを特徴とする請求項６に記載の設備。
【請求項８】
前記第１導管システム（２８）と前記第２導管システム（２９）とが、構成ユニットとして形成されている前記蓄熱器（１１）内を延在することを特徴とする請求項５に記載の設備。
【請求項９】
前記第１導管システム（２８）は第１部分領域（３０）に格納されており、前記第２導管システム（２９）は空間的に前記第１部分領域とは分離した第２部分領域（３１）に格納されていることを特徴とする請求項８に記載の設備。
【請求項１０】
前記第２導管システム（２９）が前記蓄熱器（１１）の部分領域に、前記第１導管システムと一緒に格納されていることを特徴とする請求項８に記載の設備。
【請求項１１】
前記第２導管システム（２９）が前記蓄熱器（１１）の複数の第２部分領域（３１）に、前記第１導管システムと一緒に格納されており、前記第２導管システム（２９）は、これらの第２部分領域（３１）の各々において、バイパス導管（４１）を介して短絡接続され得ることを特徴とする請求項１０に記載の設備。
【請求項１２】
前記第２部分領域（３１）に対する前記第１部分領域（３０）の熱容量の比率、または前記第２部分蓄熱器（２１）に対する前記第１部分蓄熱器（２０）の熱容量の比率が、放熱プロセスによって引き起こされる熱需要に適合されており、両部分領域または両部分蓄熱器が同じ時間内に放熱されることを特徴とする請求項６、７、９、１０、および１１のいずれか１項に記載の設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄熱器を蓄熱し放熱するための方法であって、好ましくは以下のステップが交互に実行される方法に関する。蓄熱サイクルの間は、蓄熱器は作動流体によって加熱され、蓄熱器を通り抜ける前に、作動機械として接続されている第１熱流体エネルギー機械によって、作動流体内の圧力上昇が起こり、蓄熱器を通り抜けた後に、作動流体は減圧される。放熱サイクルの間は、蓄熱器は当該作動流体あるいは別の作動流体によって冷却され、蓄熱器を通り抜ける前に作動流体内の圧力上昇が起こり、蓄熱器を通り抜けた後に、作動流体は、原動機として接続されている第２熱流体エネルギー機械あるいは原動機として接続されている第１熱流体エネルギー機械を介して減圧される。
【０００２】
その上本発明は、蓄熱器を有する、熱エネルギーを貯蔵し放出するための設備に関し、蓄熱器は、蓄えられた熱を、作動流体のための蓄熱回路から受容し、別のあるいは同じ作動流体のための放熱回路に放出することができる。蓄熱回路において、以下のユニットが、挙げられた順序で導管によって互いに接合されている。つまり、作動機械として接続されている第１熱流体エネルギー機械と、蓄熱器と、作動流体を減圧するための装置、特に第３流体エネルギー機械と、第１熱交換器、特に蓄冷器である。放熱回路において、以下のユニットが、挙げられた順序で導管によって互いに接合されている。つまり、蓄熱器と、原動機として接続されている第２熱流体エネルギー機械あるいは原動機として接続されている第１流体エネルギー機械と、第１熱交換器あるいは第２熱交換器と、ポンプである。
【背景技術】
【０００３】
冒頭に挙げられた方法もしくは当該方法を実行するために適した設備は、たとえば、電気網からの過剰容量を蓄熱サイクルによって熱エネルギーに変換し、蓄熱器で蓄えるために用いることができる。必要な場合にはこのプロセスを逆にして、蓄熱器が放熱サイクルにおいて放熱され、熱エネルギーによって電力を獲得しかつ電力網に供給できるようにする。
【０００４】
原動機と作動機械という概念は、本願の枠内において、作動機械がその目的を達成するために、機械的作業を担うように用いられる。作動機械として用いられる熱流体エネルギー機械はそれによって、圧縮機あるいはコンプレッサとして駆動される。これに対して原動機は作業を行い、熱流体エネルギー機械は作業を行うために、作動ガス内で使用できる熱エネルギーを変換する。この場合、熱流体エネルギー機械は、それゆえモータとして駆動される。
【０００５】
「熱流体エネルギー機械」という概念は、作動流体から熱エネルギーを取るか、または作動流体に熱エネルギーを供給できる機械の上位概念を形成する。熱エネルギーとは、温熱エネルギーおよび冷熱エネルギーの両方と理解され得る。熱流体エネルギー機械（以下において短く流体エネルギー機械とも呼ばれる）は、たとえばピストン機械として実施されていてよい。好ましくは、そのインペラによって作動ガスが連続的に流れることができる、流体力学的熱流体エネルギー機械も用いられてよい。好適には、軸方向に作用するタービンもしくは圧縮機が使用される。
【０００６】
冒頭に挙げられた原則は、たとえば特許文献１に従って記述されている。ここでは、上述の方法を実行するために、ピストン機械が使用される。しかも特許文献２に従えば、冒頭に挙げられた熱エネルギーを貯蔵するための設備によって、風力エネルギーの利用時の過剰容量も電気を作るために中間貯蔵でき、必要な場合にはこの過剰容量を再び取り出すことができるようになることが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】国際公開第２００９／０４４１３９号
【特許文献２】米国特許第５４３６５０８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本課題は、蓄熱器を蓄熱し放熱するための方法もしくはこの方法を実行するための設備であって、当該方法もしくは当該設備によって、比較的高い効率でエネルギーの貯蔵と回収とを行うことができ、その際コンポーネントの投入は比較的少なくなる方法もしくは設備を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この課題は、放熱サイクルが、以下のステップが実行されるランキンサイクルとして構成されていることによって、冒頭に挙げられた方法で本発明に従って解決される。作動流体はまず、蓄熱器内で延在する第１導管システムを通って誘導され、当該第１導管システムで、作動流体は熱を受容する。その後作動流体は、第２熱流体エネルギー機械の高圧部分（好適には高圧タービン）を介して減圧される。その後作動流体は、蓄熱器内で延在する第２導管システムを通って誘導され、改めて熱を受容する。好適には、中間過熱が行われる。最後に作動流体は、第２熱流体エネルギー機械の低圧部分（好適には低圧タービン）を介して減圧される。つまり本発明の主旨において、流体エネルギー機械は、高圧部分と低圧部分とから成る。両部分が一緒になって、流体エネルギー機械として解され得る。
【００１０】
蓄熱器を放熱するためのランキンサイクルの使用には、比較的高い効率で蓄熱器を駆動できるという利点がある。特に、本発明に従って提案されるように、蓄熱器を２段階で放熱することによって、蓄熱器の熱収量を有利に上げることができる。なぜなら蓄熱器は、再び蓄熱されなくてはならなくなる前に、第２導管システムを介しての放熱によって、温度レベルがより低くなり得るからである。たとえば、電力を生み出すために風力発電所あるいは別の再生可能エネルギー源とともに本方法を用いる際に、しばらくの間風力エネルギーを利用できない場合、蓄熱器に蓄えられた熱で、有利には、結果的に起こる停電をしばらくの間切り抜けることができる。その際第２熱流体エネルギー機械は、たとえば電気エネルギーを生み出すためのジェネレータを駆動するために、エネルギーを供給する。
【００１１】
本発明の有利な一態様に従って意図されているのは、蓄熱サイクルはヒートポンププロセスによって実現されていることである。そのようなプロセスには同様に、蓄熱サイクルおよび放熱サイクルの両方から構成される、本方法の全効率を１００％以上の効率で改善するという利点がある。これは、ヒートポンププロセスは蓄熱器の蓄熱時に、周囲からも熱を取り去って、その熱を放熱時に利用することによるものである。
【００１２】
蓄熱サイクルにおいて、窒素あるいは乾燥した空気が使用されれば有利である。空気は乾燥していなくてはならない。なぜならさもないと、空気に含まれる水分が、ヒートポンププロセスにおいて空気の冷却後に凝縮あるいは氷結すらして、用いるヒートポンプを破損させかねないからである。放熱サイクルが水蒸気で駆動されても有利である。窒素、空気、水蒸気は、環境に漏れ出た際にまったく無害であり、それで環境破壊を引き起こすことのない作動流体である。それゆえこれらの作動流体による設備は、環境リスクなしに駆動され得る。このことは、その経済性にも作用する。なぜなら、安全基準の高まりを考慮する必要がないからである。
【００１３】
さらに上述の課題は、第２熱流体エネルギー機械が高圧部分と低圧部分とを備え、流体的に互いに独立した２つの導管システム、つまり第１導管システムと第２導管システムとが蓄熱器内に備わっており、これらのユニットは挙げられた順序で、つまり第１導管システムとそれから高圧部分とそれから第２導管システムとそれから低圧部分の順序で、導管によって互いに接合されていることによって、冒頭に挙げられた設備によって解決される。この配置によって、上述の方法を実行できる。なぜなら、ユニットのそのような相互接続は、そのために必要条件をもたらすからである。それによって、上で説明された利点も、設備の駆動時に達成され、ここでは再度詳しく説明されない。
【００１４】
本発明の一態様に従って意図されているのは、第１導管システムは第１部分蓄熱器に格納されており、第２導管システムは構造的に第１部分蓄熱器とは分離した第２部分蓄熱器に格納されていることである。両部分蓄熱器を構造的に分離すれば、これらが互いに独立することになる。一方で、部分蓄熱器が構造的に分離していれば、これらの間で伝熱は起こり得ないので、少なくとも充分な熱的独立性がある。その上、構造的に分離した部分蓄熱器は、導管システムに対するそれぞれ独立した接続部を備え得るので、異なる２つの導管システムによって容易に供給もされ得る。最後に、部分蓄熱器をモジュール式に設置し、このやり方で、使用される部分蓄熱器の必要かつ異なる熱容量に比較的容易に適合させることを可能にする積木状部材を提供することが可能である。
【００１５】
構造的に分離した部分蓄熱器を有する設備の特別な一態様は、第１部分蓄熱器と第２部分蓄熱器とが蓄熱回路において並列に設けられている場合、維持される。これは、第１部分蓄熱器も第２部分蓄熱器も同じ温度の作動流体によって作動され、それによって両部分蓄熱器において同じ温度レベルがセットされることを意味する。第２熱流体エネルギー機械の低圧部分のための熱に熱を供給する第２部分蓄熱器の温度レベルをより低くすることも、代替的に可能である。これは、第１部分蓄熱器が蓄熱回路において、第２部分蓄熱器の上流に設けられている、つまりこれらの部分蓄熱器が直列に接続されている場合に当てはまる。
【００１６】
部分蓄熱器の並列接続には、部分蓄熱器内にある材料が、その熱容量に関して最適に利用されるという利点がある。その上、部分蓄熱器が並列接続されている場合に、特に容易に可能なのは、両部分蓄熱器が放熱サイクル時に同時に完全に放熱され、かつ蓄熱サイクル時に同時に完全に蓄熱されるように、これらの部分蓄熱器を設計することである。しかしながら、たとえば風力発電所で設備を用いる際に、風によっては頻繁に起こることであるが、もし完全な蓄熱あるいは放熱に至らない場合には、プロセスを任意にしばしば逆にでき、両部分蓄熱器の蓄熱比率がこれによって損なわれることはない。
【００１７】
別の一態様に従えば、第１導管システムと第２導管システムとが、構成ユニットとして形成されている蓄熱器内を延在することが可能である。これは、蓄熱器が、第１導管システムへの供給にも第２導管システムへの供給にも、備蓄熱のみを利用できる、すなわち構造的に１つのユニットを表わしていることを意味する。導管システムはこの場合、互いに独立して当該蓄熱器内を延在（たとえば並列して延在）しなくてはならない。これには、蓄熱器を構成する際に構成材料を節約できるという利点がある。構成ユニットとして蓄熱器は、有利なことに、よりコンパクトにも実施できる。すなわち蓄熱器はまた、熱を周囲に逃しかねない境界面がより小さくなる。
【００１８】
蓄熱器が構成ユニットを形成するならば、第１導管システムは第１部分領域に格納されており、第２導管システムは空間的に第１部分領域とは分離した第２部分領域に格納されていれば、有利である。本発明の主旨において空間的に分離するとは、できる限り充分に熱的に分離することを意味する。両導管システムの領域における熱影響区域ができる限り充分に互いに独立していれば、構成ユニットとして形成された蓄熱器における熱的分離は実現する。これは、たとえば第１導管システムが蓄熱器の上流部に、第２導管システムが蓄熱器の下流部にあってよいことを意味し、それによって蓄熱器は空間的に２つの部分領域を備え、当該部分領域は、上ですでに述べられた部分蓄熱器とは、これらが構造的に互いに分離しているのではなく、境界面で互いに隣接するということによってのみ、相違している。この構造において蓄熱回路用の接続部は、第１部分領域と第２部分領域とが並列に蓄熱回路に設けられているように、蓄熱器に取り付けられてもよい。これに伴う利点は、上ですでに説明されている。
【００１９】
本発明のさらなる一態様に従って意図されているのは、第２導管システムが蓄熱器の部分領域に、第１導管システムと一緒に格納されていることである。これは、この領域において、第２導管システムと第１導管システムとが、蓄熱器の同じ熱影響区域に延在することを意味する。これには、少なくとも、導管システムが一緒に格納されている部分領域において、タービンの低圧部分に供給するのになお充分な温度レベルにまで蓄熱器を冷却できるという利点がある。この温度レベルがより低くなるので、蓄熱器に蓄えられている熱の大部分を、エネルギー獲得に利用できる。このやり方で、蓄熱器をより長くエネルギーの獲得に利用することが可能になる。これは特に、再生エネルギーの設備を用いる際に有利である。なぜなら、再生エネルギー（たとえば風力エネルギー）が利用できない期間を切り抜けることができるからである。この場合緊急時には、第２熱流体エネルギー機械の高圧部分がもはや作動しなくなった時点以降、より悪い効率で設備が動くことにも、耐えられる。エネルギー不足に陥りかねないことと比べれば、そのような場合にはこれを甘受できる。
【００２０】
特に有利なのは、第２導管システムが蓄熱器の複数の部分領域に、第１導管システムと一緒に格納されている場合であり、第２導管システムは、これらの第２部分領域の各々において、バイパス導管を介して短絡接続され得る。このやり方で有利には、これらの部分領域の各々において、蓄熱器の熱レベルを、流体エネルギー機械の低圧部分を駆動するのに必要なレベルにすることが可能である。最も好都合な場合に、部分領域が蓄熱器全体を覆えば、それによって蓄熱器全体をより低い温度レベルにまで放熱できる。しかしながら放熱サイクルの初めに、すなわち蓄熱器がまだ完全に蓄熱されている時に、高い効率での駆動を保証するために、この段階において、第２導管システムのみが１つの部分領域において接続され、別の部分領域はバイパス導管を介して橋架されて、別の部分領域において、高圧部分の駆動目的で放熱するための高いエネルギーレベルを、できるだけ長く利用できるようにする。これによって、設備の追求された効率の高さが、できるだけ長く達成され得る。
【００２１】
第２部分領域に対する第１部分領域の熱容量の比率、あるいは第２部分蓄熱器に対する第１部分蓄熱器の熱容量の比率が、放熱プロセスによって引き起こされる熱需要に適合されていて、両部分領域あるいは両部分蓄熱器が同じ時間内に放熱されるようになれば、特に有利である。部分蓄熱器あるいは部分領域のこのような設計は、部分領域あるいは部分蓄熱器が常に同じ時点で放熱され、あるいは蓄熱されることの必要条件である。すでに言及されたように、設備がたとえば風力発電所で使用されるのであれば、このプロセスを逆にしてもよい。そうすれば、設備は有利には、できる限り多くの駆動状態において、最大限可能な効率で駆動可能である。
【００２２】
本発明のさらなる詳細は、以下において図に基づいて記述される。同一のあるいは対応する図の部材には、個々の図において、それぞれ同じ参照符号が付けられており、個々の図の間で相違がある限りにおいてのみ、繰り返し説明される。図に示されるのは以下である。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明に係る方法の実施例に従った、作動流体の状態変数を伴った本発明に係る設備の実施例の回路図である。
【図２】中間過熱をした、本発明に係る方法の実施例としての放熱プロセスのＴ−Ｓ線図（つまりエンタルピーに応じた温度Ｔ）での概略図である。
【図３】図１に記載の設備において蓄熱器をどのように使用できるかの、蓄熱器の様々な実施例である。
【図４】図１に記載の設備において蓄熱器をどのように使用できるかの、蓄熱器の様々な実施例である。
【図５】図１に記載の設備において蓄熱器をどのように使用できるかの、蓄熱器の様々な実施例である。
【図６】図１に記載の設備において蓄熱器をどのように使用できるかの、蓄熱器の様々な実施例である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図１において、蓄熱器１１と蓄冷器１２とを有する本発明に係る設備が表わされている。設備には、蓄熱回路１３と放熱回路１４とが実現されており、これらの回路は、蓄熱器１１と蓄冷器１２における詳細には表わされていない導管システムに接続されており、それゆえ蓄熱器と蓄冷器への蓄熱と放熱もしくは蓄冷と放冷を可能にする。さらに、熱交換器回路１５がある。
【００２５】
まず、蓄熱器１１および蓄冷器１２の蓄熱サイクルが記述される。蓄熱器１１の蓄熱は、当該蓄熱器１１を加熱することを意味し、蓄冷器１２の蓄冷は、当該蓄冷器１２を冷却することを意味する。加熱と冷却の比較基準として、周囲温度が理解され得る。蓄熱サイクルの間、風力発電機１６は、電気モータＭを駆動できる過剰容量を生産する。モータＭは、第１流体エネルギー機械１８と第３流体エネルギー機械１９とを駆動する駆動シャフト１７を備える。第１流体エネルギー機械とは流体力学ポンプであり、第３流体エネルギー機械とは、流体力学タービンである。第１流体エネルギー機械１８は作動媒体を圧縮し、蓄熱器１１を通してこの作動媒体を誘導する。この蓄熱器１１は、蓄熱回路１３において直列接続されている第１部分蓄熱器２０と第２部分蓄熱器２１とから成る。蓄熱器１１において、作動媒体は、圧縮によって発生した熱を放出する。
【００２６】
続いて作動媒体は、第３流体エネルギー機械１９を介して減圧され、激しく冷却される。この冷は、蓄冷器１２を通って運ばれる間、蓄冷器１２に放出され得る。その際作動媒体は、周囲から熱を受容することによって、加熱される。続いてこの作動媒体は、第１流体エネルギー機械１８によって再び圧縮され得る。
【００２７】
電力が必要な場合には、ジェネレータＧを介して電力が作られることになる。ジェネレータＧを駆動するために、放熱回路１４が始動される。作動流体は、給水ポンプ２２を介して圧縮される水から成る。続いて作動流体は、蓄熱器１１の第１部分蓄熱器２０を通って誘導され、その熱エネルギーを受容する。発生した水蒸気は、第２流体エネルギー機械２３の高圧部分ＨＰを介して減圧され、続いて第２部分蓄熱器２１に誘導されて、そこで水蒸気は再び熱を受容する。この水蒸気は、第２流体エネルギー機械２３の低圧部分ＬＰを駆動するのに充分である。第２流体エネルギー機械は再度、すでに言及したジェネレータＧを駆動する。
【００２８】
第２流体エネルギー機械の低圧部分ＬＰで作動流体が減圧された後、作動流体は第２熱交換器２４（コンデンサ）を介して冷却される。続いて放熱回路は、液化した作動流体が給水ポンプ２２に再び供給されることによって、閉じられる。
【００２９】
図１に表わされているのは、第２熱交換器が熱交換器回路１５を介して蓄冷器１２と接合されていることである。圧縮機２５は、モータＭ２によって駆動され、回路を動かし続ける。蓄冷器１２において、熱交換器回路１５内の作動流体は冷却され、それゆえ、放熱回路１４内の作動流体が提供する熱を、第２熱交換器２４から受容する。
【００３０】
熱交換器回路１５を介する、表わされた冷却の可能性に対する代替として、代替的な実施形態も考えられ得る。たとえば、熱交換器２４は、周囲と（たとえば川の流れと）相互作用してよい。この場合蓄冷器１２からの冷エネルギーは、他でたとえば空調設備に用いられてよい。作動流体が直接蓄冷器１２を通って誘導されることも考えられ得る。そうであれば、蓄冷器１２は熱交換器として機能するので、作動流体は熱を直接蓄冷器に放出できる。
【００３１】
作動流体の状態は、蓄熱回路１３と放熱回路１４とにおいて、それぞれ円の中に表わされており、これらの円は、蓄熱回路１３もしくは放熱回路１４の特定の箇所を標示している。左上にはそれぞれ、作動流体内で占める圧力がバールで記されている。右上には、エンタルピーがＫＪ／ｋｇで記されている。左下には質量流量がｋｇ／ｓで記されており、右下には温度が℃で記されている。放熱回路１４内の円は、それぞれ第２熱交換器２４の上流と給水ポンプ２２の下流とで例外的なものとなっている。ここでは、熱交換器での冷却前になお９４％あり、続いて第２熱交換器で凝縮される（この熱交換器はコンデンサとも呼ばれる）、作動媒体の水蒸気質量分率が記されている。それゆえ、給水ポンプ上流での水蒸気質量分率は、０に等しい。水蒸気質量分率はｘで記される。
【００３２】
図２は、それ自体既知のランキンサイクルをＴ−Ｓ線図で表わしている。その際参照符号１から８は、ランキンサイクルの特徴的な点を指しており、図３から図５において、前述の状態が占める、導管システムの対応する箇所で用いられる。８から１では、給水ポンプ２２による圧縮が行われる。１から４では、作動流体が第１部分蓄熱器２０を通り抜け、水蒸気が初めて過熱される。高圧部分ＨＰを通り抜けた後、点５に達し、第２部分蓄熱器２１を通り抜けて作動流体の再度の過熱６に至る。この作動流体は、低圧部分ＬＰにおいて減圧され、それによって点７に達する。熱を第２熱交換器２４に放出することによって、作動流体は再び点８に達する。
【００３３】
図３において、蓄熱器１１が構成ユニットとして作られている。蓄熱回路の導管システム２６が、実線で示唆されている。流れ方向は、矢印で示唆されている。熱交換器は、蓄熱媒体としてたとえば砂２７を有する。しかも蓄熱器１１内に、第１導管システム２８と第２導管システム２９とが延在する。ここでも、導管システム２６の流れ方向とは逆になる流れ方向が、矢印で表わされている。
【００３４】
図３に従えば、第１導管システムが、蓄熱器１１の第１部分領域３０内で延在することが明らかである。この導管システムは、第２流体エネルギー機械の高圧部分ＨＰに供給している。続いて作動流体は、蓄熱器１１の第２部分領域３１にある第２導管システム２９に供給される。部分領域３０と部分領域３１とは、境界面３２で互いに接しているので、この領域においてのみ、第１部分領域と第２部分領域との間の熱交換が行われ得る。これによって、第１導管システム２８の領域において第１熱影響区域３３が生じ、第２部分領域３１において第２熱影響区域３４が生じるが、しかしながらこれらの熱影響区域は境界面３２によって互いに分離されており、境界面を介してのみ熱影響区域間の確実な熱交換が行われ得る。境界面は一点鎖線で示唆されるが、一方熱影響区域は破線で示唆されている。
【００３５】
図４に記載の蓄熱器１１は、図３に記載の蓄熱器と似た様に構成されている。しかしながら、図３に記載の２つの部分領域３０、３１の代わりに意図されているのは、蓄熱器１１が第１部分蓄熱器２０と第２部分蓄熱器２１とから成ることである。このことによって、図３で示されるような、両部分蓄熱器の間の境界面３２がなくなり、これらの部分蓄熱器が構造的に分離されることになる。それによって、熱影響区域３３、３４も完全に互いに熱的に連結解除される。さらなる差異は、部分蓄熱器２０、２１が蓄熱回路内で並列に接続されていることにある。それゆえこの場合、蓄熱のためにも、第１導管システム３５と第２導管システム３６とが、第１部分蓄熱器３５と第２部分蓄熱器３６とに存在する。それによってこれらの部分蓄熱器は、蓄熱時に同時に同じ温度レベルになり得る。
【００３６】
図５において再び、構成ユニットをもたらす蓄熱器１１が表わされている。ここでは、第１部分領域３０に、第１導管システム２８のみがある（もちろん蓄熱用の導管システム２６のほかに）。蓄熱器１１の第２部分領域３１には、第１導管システム２８に加えて、第２導管システム２９も延在しており、これによって両導管システムは、同一の熱影響区域３６を分かち合う。
【００３７】
図５に記載の実施形態は、図６に従って発展させることができる。図６に記載の熱交換器１１は、第１部分領域３０と、第２部分領域３１と、第３部分領域３７と、を備える。第１導管システムは、３つの部分領域すべてを通って、蓄熱器１１を通り抜ける。第２導管システムは、第１導管区間３８で部分領域３０を、第２導管区間３９で部分領域３１を、第３導管区間４０で第３部分領域３７を通り抜ける。これらの導管区間は、各導管区間にバイパス導管４１があるので、バルブ４２を介して導管区間をそれぞれ貫流できるか、または迂回できるように、互いに相互接続されている。それで、導管区間を区間ごとに接続することによって、蓄熱器を部分領域３０、３１、３７のそれぞれにおいて個々に、第２熱流体エネルギー機械の低圧部分ＬＰの上流で作動媒体を過熱するのに必要な温度レベルにすることができる。
【符号の説明】
【００３８】
１  ランキンサイクルの特徴的な点
２  ランキンサイクルの特徴的な点
３  ランキンサイクルの特徴的な点
４  ランキンサイクルの特徴的な点
５  ランキンサイクルの特徴的な点
６  ランキンサイクルの特徴的な点
７  ランキンサイクルの特徴的な点
８  ランキンサイクルの特徴的な点
１１  蓄熱器
１２  蓄冷器
１３  蓄熱回路
１４  放熱回路
１５  熱交換器回路
１６  風力発電機
１７  駆動シャフト
１８  第１熱流体エネルギー機械
１９  第３熱流体エネルギー機械
２０  第１部分蓄熱器
２１  第２部分蓄熱器
２２  給水ポンプ
２３  第２熱流体エネルギー機械
２４  第２熱交換器
２５  圧縮機
２６  導管システム
２７  砂
２８  第１導管システム
２９  第２導管システム
３０  第１部分領域
３１  第２部分領域
３２  境界面
３３  第１熱影響区域
３４  第２熱影響区域
３５  第１導管システム
３６  第２導管システム、熱影響区域
３７  第３部分領域
３８  第１導管区間
３９  第２導管区間
４０  第３導管区間
４１  バイパス導管
４２  バルブ
Ｇ  ジェネレータ
ＨＰ  高圧部分
ＬＰ  低圧部分
Ｍ  モータ
Ｍ２  モータ
【図１】
2015531844.tif 000003
【図２】
2015531844.tif 000004
【図３】
2015531844.tif 000005
【図４】
2015531844.tif 000006
【図５】
2015531844.tif 000007
【図６】
2015531844.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成27年7月10日(2015.7.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蓄熱器（１１）を蓄熱し放熱するための方法であって、
‐蓄熱サイクルの間は、前記蓄熱器（１１）は作動流体によって加熱され、前記蓄熱器（１１）を通り抜ける前に、作動機械として接続されている第１熱流体エネルギー機械（１８）によって、前記作動流体内の圧力上昇が起こり、前記蓄熱器（１１）を通り抜けた後に、前記作動流体はその減圧の主な部分を経験し、
‐放熱サイクルの間は、前記蓄熱器（１１）は作動流体によって冷却され、前記蓄熱器（１１）を通り抜ける前に前記作動流体内の圧力上昇が起こり、前記蓄熱器（１１）を通り抜けた後に、前記作動流体は、原動機として接続されている第２熱流体エネルギー機械（２３）を介して減圧される方法において、
前記放熱サイクルが、
‐前記作動流体はまず、前記蓄熱器内で延在する第１導管システム（２８）を通って誘導され、
‐その後前記作動流体は、前記第２熱流体エネルギー機械（２３）の高圧部分ＨＰを介して減圧され、
‐その後前記作動流体は、前記蓄熱器内で延在する第２導管システム（２９）を通って誘導され、
‐その後前記作動流体は、前記第２熱流体エネルギー機械（２３）の低圧部分ＬＰを介して減圧される、
ランキンサイクルとして構成されていることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記蓄熱サイクルはヒートポンププロセスによって実現されていることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記蓄熱サイクルにおいて、窒素あるいは乾燥した空気が使用されることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記放熱サイクルにおいて、水蒸気が使用されることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
蓄熱器（１１）を有する、熱エネルギーを貯蔵し放出するための設備であって、前記蓄熱器（１１）は、蓄えられた熱を、作動流体のための蓄熱回路（１３）から受容し、作動流体のための放熱回路（１４）に放出することができ、前記蓄熱回路（１３）において、以下のユニットつまり、
‐作動機械として接続されている第１熱流体エネルギー機械（１８）と、
‐前記蓄熱器（１１）と、
‐前記作動流体を減圧するための装置と、
‐第１熱交換器と、
が、挙げられた順序で導管によって互いに接合されており、
前記放熱回路（１４）において、以下のユニットつまり、
‐前記蓄熱器（１１）と、
‐原動機として接続されている第２熱流体エネルギー機械（２３）と、
‐前記第１熱交換器あるいは第２熱交換器（２４）と、
‐ポンプ（２２）と、
が、挙げられた順序で導管によって互いに接合されている設備において、
前記第２熱流体エネルギー機械（２３）が高圧部分（ＨＰ）と低圧部分（ＬＰ）とを備え、流体的に互いに独立した２つの導管システム、つまり第１導管システム（２８）と第２導管システム（２９）とが前記蓄熱器（１１）内に備わっており、これらのユニットは挙げられた順序で、つまり
‐前記第１導管システム（２８）と、
‐前記高圧部分（ＨＰ）と、
‐前記第２導管システム（２９）と、
‐前記低圧部分（ＬＰ）と、
の順序で、導管によって互いに接合されていることを特徴とする設備。
【請求項６】
前記作動流体を減圧するための装置は、第３流体エネルギー機械（２３）であることを特徴とする請求項５に記載の設備。
【請求項７】
前記第１熱交換器は、蓄冷器（１２）であることを特徴とする請求項５または６に記載の設備。
【請求項８】
前記第１導管システム（２８）は第１部分蓄熱器（２０）に格納されており、前記第２導管システム（２９）は構造的に前記第１部分蓄熱器とは分離した第２部分蓄熱器（２１）に格納されていることを特徴とする請求項５から７のいずれか一項に記載の設備。
【請求項９】
前記第１部分蓄熱器（２０）と前記第２部分蓄熱器（２１）とが前記蓄熱回路（１３）において並列に設けられていることを特徴とする請求項８に記載の設備。
【請求項１０】
前記第１導管システム（２８）と前記第２導管システム（２９）とが、構成ユニットとして形成されている前記蓄熱器（１１）内を延在することを特徴とする請求項５から７のいずれか一項に記載の設備。
【請求項１１】
前記第１導管システム（２８）は第１部分領域（３０）に格納されており、前記第２導管システム（２９）は空間的に前記第１部分領域とは分離した第２部分領域（３１）に格納されていることを特徴とする請求項１０に記載の設備。
【請求項１２】
前記第２導管システム（２９）が前記蓄熱器（１１）の部分領域に、前記第１導管システムと一緒に格納されていることを特徴とする請求項１０に記載の設備。
【請求項１３】
前記第２導管システム（２９）が前記蓄熱器（１１）の複数の第２部分領域（３１）に、前記第１導管システムと一緒に格納されており、前記第２導管システム（２９）は、これらの第２部分領域（３１）の各々において、バイパス導管（４１）を介して短絡接続され得ることを特徴とする請求項１２に記載の設備。
【請求項１４】
前記第２部分領域（３１）に対する前記第１部分領域（３０）の熱容量の比率、または前記第２部分蓄熱器（２１）に対する前記第１部分蓄熱器（２０）の熱容量の比率が、放熱プロセスによって引き起こされる熱需要に適合されており、両部分領域または両部分蓄熱器が同じ時間内に放熱されることを特徴とする請求項８、９、１１、１２、および１３のいずれか１項に記載の設備。
【国際調査報告】
2015531844.tif 000009
2015531844.tif 000010
2015531844.tif 000011
2015531844.tif 000012
2015531844.tif 000013
2015531844.tif 000014