(57)【要約】【課題】熱エネルギの一時的な貯蔵の効率を高める。【解決手段】熱エネルギを一時的に貯蔵するための熱エネルギ貯蔵装置（１２０）を有する貯蔵配列（１１０）と、チャージング／ディスチャージング配列（１６０）を通って循環する作動流体と機械仕事を交換するための流体エネルギ機械（１６２）を有するチャージング／ディスチャージング配列と、貯蔵配列（１１０）とチャージング／ディスチャージング配列（１６０）との間に配置され、かつ貯蔵配列（１１０）を通って循環する伝熱流体を作動流体と熱力学的に接続する熱交換器（１８０）とを備え、貯蔵配列（１１０）は、伝熱流体が第１の圧力下にあるように構成されており、チャージング／ディスチャージング配列（１６０）は、作動流体が第２の圧力下にあるように構成されており、第２の圧力は前記第１の圧力よりも高い。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱エネルギ貯蔵及び回収システムであって、
熱エネルギを一時的に貯蔵するための熱エネルギ貯蔵装置（１２０，３２０，５２０，６２０）を有する貯蔵配列（１１０，２１０）と、
チャージング／ディスチャージング配列（１６０，２６０）であって、該チャージング／ディスチャージング配列（１６０，２６０）を通って循環する作動流体と機械仕事を交換するための流体エネルギ機械（１６２，２６６）を有するチャージング／ディスチャージング配列と、
前記貯蔵配列（１１０，２１０）と前記チャージング／ディスチャージング配列（１６０，２６０）との間に配置され、かつ（ａ）前記貯蔵配列（１１０，２１０）を通って循環する伝熱流体を（ｂ）前記作動流体と熱力学的に接続する熱交換器（１８０，２８０）とを備え、
前記貯蔵配列（１１０，２１０）は、前記伝熱流体が第１の圧力下にあるように構成されており、
前記チャージング／ディスチャージング配列（１６０，２６０）は、前記作動流体が第２の圧力下にあるように構成されており、該第２の圧力は前記第１の圧力よりも高いことを特徴とする、熱エネルギ貯蔵及び回収システム。
【請求項２】
前記第１の圧力は、前記熱エネルギ貯蔵及び回収システム（１００，２００）の周囲圧力である、請求項１記載の熱エネルギ貯蔵及び回収システム。
【請求項３】
前記貯蔵配列（１１０，２１０）は、該貯蔵配列（１１０，２１０）を通る前記伝熱流体の流れを駆動するための手段（１４１，１４２）を有する、請求項１又は２記載の熱エネルギ貯蔵及び回収システム。
【請求項４】
前記熱エネルギ貯蔵装置（１２０，３２０，５２０，６２０）が前記伝熱流体から熱エネルギを受け取る第１の作動モードにおいて、前記貯蔵配列（１１０，２１０）は、前記伝熱流体を第１の方向に循環させるよう構成されており、
前記熱エネルギ貯蔵装置（１２０，３２０，５２０，６２０）が前記伝熱流体に熱エネルギを伝達する第２の作動モードにおいて、前記貯蔵配列（１１０，２１０）は、前記伝熱流体を前記第１の方向とは反対の第２の方向に循環させるよう構成されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の熱エネルギ貯蔵及び回収システム。
【請求項５】
前記第１の作動モードにおいて前記チャージング／ディスチャージング配列（１６０，２６０）は前記作動流体を別の第１の方向に循環させるよう構成されており、
前記第２の作動モードにおいて前記チャージング／ディスチャージング配列（１６０，２６０）は前記作動流体を前記第１の方向とは反対の別の第２の方向に循環させるよう構成されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の熱エネルギ貯蔵及び回収システム。
【請求項６】
前記チャージング／ディスチャージング配列が、さらに、
別の流体エネルギ機械（１６０）を備え、前記作動流体の流れ方向に関して前記流体エネルギ機械が前記熱交換器（１８０）の上流に配置されかつ前記別の流体エネルギ機械が前記熱交換器（１８０）の下流に配置されている、請求項４又は５記載の熱エネルギ貯蔵及び回収システム。
【請求項７】
前記流体エネルギ機械（１６２）及び前記別の流体エネルギ機械（１６４）は、
（ａ）第１の作動モードにおいて、
前記流体エネルギ機械（１６２）が前記熱交換器（１８０）のための熱エネルギを発生し、かつ、
前記別の流体エネルギ機械（１６４）が前記熱交換器（１８０）から熱エネルギを受け取り、この場合、発生される熱エネルギが受け取られる熱エネルギよりも大きく、
（ｂ）第２の作動モードにおいて、
前記流体エネルギ機械（１６２）が前記熱交換器（１８０）から熱エネルギを受け取り、かつ、
前記別の流体エネルギ機械（１６４）が前記熱交換器（１８０）のための熱エネルギを発生し、この場合、受け取られる熱エネルギが発生される熱エネルギよりも大きくなるように、構成されている、請求項１から６までのいずれか１項記載の熱エネルギ貯蔵及び回収システム。
【請求項８】
前記チャージング／ディスチャージング配列（１６０）が、さらに、
前記流体エネルギ機械（１６２）と前記別の流体エネルギ機械（１６４）との間に接続された機械的エネルギ伝達配列を有し、該機械的エネルギ伝達配列は、前記流体エネルギ機械（１６２）と前記別の流体エネルギ機械（１６４）との間で機械的エネルギを直接に交換するよう構成されている、請求項１から７までのいずれか１項記載の熱エネルギ貯蔵及び回収システム。
【請求項９】
前記第１の作動モードにおいて、前記別の流体エネルギ機械（１６４）は、前記作動流体を膨張させるときに低温を発生するよう構成されており、発生された低温は冷却目的のために利用可能である、請求項７又は８記載の熱エネルギ貯蔵及び回収システム。
【請求項１０】
前記チャージング／ディスチャージング配列（２６０）は、前記作動流体が前記チャージング／ディスチャージング配列（２６０）を通って循環するときに前記作動流体の凝集の状態の変化を生じるよう構成されている、請求項１から５までのいずれか１項記載の熱エネルギ貯蔵及び回収システム。
【請求項１１】
前記チャージング／ディスチャージング配列（２６０）は、
前記第１の作動モードにおいて前記チャージング／ディスチャージング配列（２６０）がヒートポンプとして働くよう構成され、
前記第２の作動モードにおいて前記チャージング／ディスチャージング配列（２６０）内の作動流体が蒸気サイクルを生じるよう、構成されている、請求項１から１０までのいずれか１項記載の熱エネルギ貯蔵及び回収システム。
【請求項１２】
前記熱エネルギ貯蔵装置（１２０，３２０，５２０，６２０）は、
コンテナ（１２２，３２２，５２２，６２２）であって、前記伝熱流体を前記コンテナ（１２２，３２２，５２２，６２２）の内部に導入するための第１の流体ターミナル（１２２ａ，３２２ａ，５２２ａ）と、伝熱媒体を前記コンテナ（１２２，３２２，５２２，６２２）の内部から取り出すための第２の流体ターミナル（１２２ｂ，３２２ｂ，５２２ｂ）とを有するコンテナ（１２２，３２２，５２２，６２２）と、
該コンテナ（１２２，３２２，５２２，６２２）内に収容された熱貯蔵材料（５４０，６７５）と、を備え、該熱貯蔵材料（５４０，６７５）は、前記第１の流体ターミナル（１２２ａ，３２２ａ，５２２ａ）と前記第２の流体ターミナル（１２２ｂ，３２２ｂ，５２２ｂ）との間を流れる前記伝熱流体が、収容された前記熱貯蔵材料（５４０，６７５）と直接に物理的に接触するように、前記コンテナ（１２２，３２２，５２２，６２２）内に空間的に配置されている、請求項１から１１までのいずれか１項記載の熱エネルギ貯蔵及び回収システム。
【請求項１３】
前記熱貯蔵材料（６７５）は、岩石材料及び／又は砂材料を含む、請求項１２記載の熱エネルギ貯蔵及び回収システム。
【請求項１４】
前記熱貯蔵材料（５４０）は、コンクリートを含む、請求項１２記載の熱エネルギ貯蔵及び回収システム。
【請求項１５】
前記伝熱流体及び／又は前記作動流体は、気体、特に空気である、請求項１から１４までのいずれか１項記載の熱エネルギ貯蔵及び回収システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱エネルギを一時的に貯蔵及び回収する分野に関する。特に、本発明は、熱エネルギを一時的に貯蔵するための熱エネルギ貯蔵装置と、（ａ）第１の作動モードにおいて熱エネルギ貯蔵装置をチャージングしかつ（ｂ）第２の作動モードにおいて熱エネルギ貯蔵装置をディスチャージングするためのチャージング／ディスチャージング配列とを有する、熱エネルギ貯蔵及び回収システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば風車、ソーラーパワープラント及び波浪エネルギプラントのような様々なタイプの代替エネルギ源からの電力の発生は継続的ではない。発生は、例えば風速（風車の場合）、日照強度（ソーラーパワープラントの場合）及び波の高さ及び波の方向（波浪エネルギプラントの場合）のような環境的パラメータに依存する。極めて頻繁に、エネルギ発生とエネルギ需要との間にはほとんど又は全く相関関係がない。
【０００３】
相関関係のない電力発生と電力需要との問題を解決するための１つの公知のアプローチは、発生されたが必要とされないエネルギを一時的に貯蔵し、貯蔵されたエネルギを高い需要があるときに解放することである。過去には、エネルギを一時的に貯蔵するための多くの異なる方法が提案されてきた。提案された方法は、例えば、（ａ）機械的なエネルギ貯蔵法、例えばポンプ式液圧貯蔵法、圧縮空気貯蔵法及びフライホイール、（ｂ）化学的エネルギ貯蔵法、例えば電気化学的電池及び有機分子貯蔵法、（ｃ）磁気エネルギ貯蔵法、及び（ｄ）例えば水又は溶融塩における熱エネルギ貯蔵法である。
【０００４】
米国特許出願公開第２０１０／０３０１６１４号明細書は、電気エネルギを貯蔵しかつ戻すための設備を開示している。開示された設備は、第１のエンクロージャ及び第２のエンクロージャを有する。各々のエンクロージャは、気体と、多孔質の耐火材料を含んでいる。耐火材料は、前記多孔質の耐火材料と、各々のエンクロージャを流過する気体との接触によって熱を伝達するのに適している。この場合、多孔質の耐火材料は熱貯蔵材料であり、気体は伝熱媒体である。開示された設備は、さらに、別のエンクロージャの端部に接続されたエンクロージャの各々の端部の間を管において流れる気体のための、圧縮機及び膨張機を有する。圧縮された気体を多孔質の耐火材料を通って案内することによって、気体と耐火材料との間の効率的な伝熱を実現することができる。
【０００５】
多孔質の耐火材料を収容するエンクロージャの物理的構造及び寸法に関して、エンクロージャの所要の壁厚は気体の最大圧力に関連していることは明らかである。さらに、この貯蔵法は、極めて大きなエネルギ量を貯蔵する能力を有するので、電気エネルギを貯蔵しかつ戻すための設備は、極めて大きな寸法を有するエンクロージャを使用する。したがって、伝熱媒体又は伝熱流体として作用する気体の内部圧力レベルを最小限に減じようとすることは、経済的に有利である。この結果を達成する内部圧力を減じる１つの単純な方法は、単に、気体の圧縮比を制限することである。しかしながら、エンクロージャ内において、依然として通常の周囲圧力よりも高い圧力が存在する。したがって、エンクロージャは依然として大きくかつ気密性である必要があり、また、関連する安全規定に従う必要がある。しかしながら、エンクロージャの寸法が増大すると、エンクロージャ体積を満たすために必要とされる気体の体積も対応して増大する。つまり、大量の気体が有効に使用されない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１０／０３０１６１４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
熱エネルギ貯蔵及び回収システムの熱エネルギ貯蔵及び回収装置内の熱エネルギの一時的な貯蔵の効率を高める必要がある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この必要性は、独立請求項による主体によって満たされる。本発明の有利な実施の形態は、従属請求項によって記載されている。
【０００９】
発明の第１の態様によれば、熱エネルギ貯蔵及び回収システムであって、（ａ）熱エネルギを一時的に貯蔵するための熱エネルギ貯蔵装置を有する貯蔵配列と、（ｂ）チャージング／ディスチャージング配列であって、このチャージング／ディスチャージング配列を通って循環する作動流体と機械仕事を交換するための流体エネルギ機械を有するチャージング／ディスチャージング配列と、（ｃ）貯蔵配列とチャージング／ディスチャージング配列との間に配置されかつ貯蔵配列を通って循環する伝熱流体を作動流体と熱力学的に接続する熱交換器とを備える、熱エネルギ貯蔵及び回収システムが提供される。貯蔵配列は、伝熱流体が第１の圧力下にあるように構成されており、チャージング／ディスチャージング配列は、作動流体が第２の圧力下にあるように構成されており、第２の圧力は第１の圧力よりも高い。
【００１０】
前記熱エネルギ貯蔵及び回収システムは、熱力学的効率に関して、貯蔵配列に割り当てられた伝熱流体と、チャージング／ディスチャージング配列に割り当てられた作動流体とに対して異なる圧力を使用する場合に、極めて効率的な一時的な熱貯蔵及び回収を実現することができるという概念に基づく。
【００１１】
熱交換器は、管、特に絶縁された鋼管によって熱エネルギ貯蔵装置に接続されていてよい。これに代えて、熱交換器は、熱交換器からの伝熱流体の可能な漏れが熱エネルギ貯蔵装置内にとどまるように、熱エネルギ貯蔵装置内に配置することができる。
【００１２】
この明細書において、"チャージング／ディスチャージング配列"とは、（ａ）貯蔵配列若しくは熱エネルギ貯蔵装置をチャージングすることができるか、（ｂ）貯蔵配列若しくは熱エネルギ貯蔵装置をディスチャージングすることができるか、又は（ｃ）貯蔵配列若しくは熱エネルギ貯蔵装置をチャージング及びディスチャージングすることができる、あらゆる熱力学的配列を表してよい。
【００１３】
この明細書において、"流体エネルギ機械"とは、作動流体と、チャージング／ディスチャージング配列の外部との間で機械仕事又は機械的エネルギを交換することができるあらゆる熱力学的配列に対して使用されてよい。
【００１４】
上記で定義したような流体エネルギ機械は、（ａ）機械的仕事又は機械的エネルギを外部から作動流体へ伝達するか、又は（ｂ）機械的仕事又は機械的エネルギを作動流体から取り出し、この取り出された機械的仕事又はエネルギを外部（例えば発電機の回転軸）に提供する。
【００１５】
作動流体が様々なタイプのエネルギを有してよいことが言及される。特に、作動流体は、熱エネルギと機械的エネルギとの混合を有してよく、機械的エネルギは、流体が圧力下にあるとき、圧縮可能な流体に貯蔵される。さらに、作動流体が、対応する案内チャネルを通ってある速度で流れるとき、運動エネルギが作動流体に関連させられてもよい。
【００１６】
好適には、伝熱流体の第１の圧力は、貯蔵配列全体の中で少なくともほぼ一定である。これは、例えば流体の機械的効果によって及び／又は貯蔵配列を通る伝熱流体を循環させることを担うあらゆる手段によって生ぜしめられる恐れがあるあらゆる僅かな圧力変動が許容されないことを意味しない。特に、もちろん、貯蔵配列を通る伝熱流体の流れを確立するために、圧力降下が必要とされる。例えば、圧力は、例えば岩石材料が充填された貯蔵配列を通る所要の流れを保証するために、貯蔵配列の入口において１．４ｂａｒであり、貯蔵配列の出口において１ｂａｒである。これに関して、"貯蔵配列全体の中でほぼ一定である"とは、貯蔵配列の中に、熱力学的プロセス内の圧力を意図的に変化させる圧縮機又は膨張機が設けられていないことを意味する。
【００１７】
発明の１つの実施の形態によれば、第１の圧力は、熱エネルギ貯蔵及び回収システムの周囲圧力である。これは、熱エネルギ貯蔵装置を実現するために、加圧された貯蔵容器を使用する必要がないという利点を提供してよい。その結果、熱エネルギ貯蔵装置は、簡単な構成によって実現することができ、この構成においては、熱エネルギ貯蔵及び回収システム全体の効率的な作動を保証するためにシーリング手段が要求されない。
【００１８】
これに関して、周囲圧力での貯蔵配列の作動のために、熱交換器を設けることが必須である。熱交換器は、伝熱流体と作動流体との間の熱力学的接続を提供するが、空間的分離を提供する。この場合、貯蔵配列、特に熱エネルギ貯蔵装置を周囲圧力で作動させることが可能であり、これにより、数百ＭＷｈ、さらにはＧＷｈ用の大型の高温熱エネルギ貯蔵装置を、公知のソリューションよりも著しく低いコストで建設することが可能である。
【００１９】
発明の別の実施の形態によれば、貯蔵配列は、貯蔵配列を通る伝熱流体の流れを駆動するための手段を有する。伝熱流体を駆動するための又は循環させるための前記手段は、例えば、少なくとも１つのファンであってよく、このファンは、貯蔵配列内に関連する圧力変動を生ぜしめることなく、貯蔵配列を通って伝熱流体を移動させることができる。
【００２０】
好適には、貯蔵配列は２つのファンを有し、貯蔵配列内の伝熱流体の流れ方向に関して、一方のファンは熱エネルギ貯蔵装置の上流に配置されており、別のファンは熱エネルギ貯蔵装置の下流に配置されている。これにより、極めて小さな圧力変動のみを生じる伝熱流体を実現することができる。
【００２１】
発明の別の実施の形態によれば、熱エネルギ貯蔵装置が伝熱流体から熱エネルギを受け取る第１の作動モードにおいて、貯蔵配列は、伝熱流体を第１の方向に循環させるよう構成されており、（ｂ）熱エネルギ貯蔵装置が熱エネルギを伝熱流体に伝達する第２の作動モードにおいて、貯蔵配列は、伝熱流体を、第１の方向とは反対の第２の方向に循環させるよう構成されている。これにより、熱エネルギ貯蔵及び回収システムの２つの基本的な異なる作動モードの切換えを、単に、伝熱流体の流れを駆動するための前記手段の方向を切り換えることによって実現することができる。
【００２２】
発明の別の実施の形態によれば、（ａ）第１の作動モードにおいて、チャージング／ディスチャージング配列は、作動流体を別の第１の方向に循環させるよう構成されており、（ｂ）第２の作動モードにおいて、チャージング／ディスチャージング配列は、作動流体を、第１の方向とは反対の別の第２の方向に循環させるよう構成されている。これは、チャージング／ディスチャージング配列を、単に、作動流体の流れ方向を反転させることによって２つの作動モードの間で容易に切り換えることができるという利点を提供してよい。
【００２３】
発明の別の実施の形態によれば、チャージング／ディスチャージング配列はさらに、別の流体エネルギ機械を有し、作動流体の流れ方向に関して、流体エネルギ機械は熱交換器の上流に配置されており、別の流体エネルギ機械は熱交換器の下流に配置されている。これは、チャージング／ディスチャージング配列の熱力学的効率を著しく高めることができるという利点を提供してよい。
【００２４】
発明の別の実施の形態によれば、流体エネルギ機械及び別の流体エネルギ機械は、（ａ）第１の作動モードにおいて、流体エネルギ機械が熱交換器のための熱エネルギを発生し、かつ別の流体エネルギ機械が熱交換器から熱エネルギを受け取り、この場合、発生される熱エネルギが受け取られる熱エネルギよりも大きく、（ｂ）第２の作動モードにおいて、流体エネルギ機械が熱交換器から熱エネルギを受け取り、かつ別の流体エネルギ機械が、熱交換器のための熱エネルギを発生し、この場合、受け取られる熱エネルギは発生される熱エネルギよりも大きい。
【００２５】
チャージング／ディスチャージング配列に割り当てられた２つの別個の流体エネルギ機械を使用することは、極めて効率的な一時的な熱貯蔵及び熱回収を実現することができるという利点を提供してよい。
【００２６】
好適には、（ａ）第１の作動モードにおいて、流体エネルギ機械は圧縮機として働くよう構成されており、別の流体エネルギ機械は膨張機として働くよう構成されている、及び／又は（ｂ）第２の作動モードにおいて、流体エネルギ機械は膨張機として働くよう構成されており、別の流体エネルギ機械は圧縮機として働くよう構成されている。
【００２７】
圧縮機として働くときの前記流体エネルギ機械は、作動流体が熱交換器へ送られる前にこの作動流体を効率的に圧縮するために作動流体の断熱圧縮のために構成されていてよい。第１の作動モードの間、圧縮プロセスは、作動流体の効率的な加熱を達成するために最適化されてよい。これに対応して、膨張機として働くときの前記別の流体エネルギ機械は、熱交換器を通過した後の作動流体の断熱膨張のために構成されていてよい。
【００２８】
発明の別の実施の形態によれば、チャージング／ディスチャージング配列は、さらに、流体エネルギ機械と別の流体エネルギ機械との間に接続された機械的エネルギ伝達配列を有し、この機械的エネルギ伝達配列は、流体エネルギ機械と別の流体エネルギ機械との間で機械的エネルギを直接に交換するよう構成されている。これは、極めて効率的なエネルギ貯蔵及び回収プロセスが実現されるという利点を提供してよい。なぜならば、２つの流体エネルギ機械のうちの一方において発生された機械的エネルギを直接に、すなわちあらゆる（非効率な）エネルギ変換プロセスなしに、２つの流体エネルギ機械のうちの他方に伝達することができるからである。
【００２９】
特に、圧縮された高温の作動流体を熱交換器に供給した後の第１の作動モードにおいて、熱交換器から戻される少なくとも部分的に冷却された圧縮された作動流体を、別の流体エネルギ機械によって使用することができる。これにより、戻されかつ冷却された圧縮された作動流体に残されたエネルギ、特に機械的エネルギを、別の流体エネルギ機械によって取り出すことができ、圧縮されかつ次いで熱交換器に供給される作動流体のための圧縮機として働く流体エネルギ機械を駆動することを助けるために使用することができる。
【００３０】
これに対応して、第２の作動モードにおいて、タービンとして働いてよい流体エネルギ機械は、別の流体エネルギ機械によって前もって圧縮されかつ熱交換器によって加熱された作動流体によって駆動される。これにより、タービンとして働く流体エネルギ機械によって発生される全ての機械的エネルギが、外部目的のために使用されるわけではない。むしろ、発生された機械的エネルギの一部は、直接に（すなわちいかなる非効率なエネルギ変換なしに）圧縮機として働く別の流体エネルギ機械に伝達される。次いで、この伝達された機械的エネルギを、加熱されるために熱交換器に供給される作動流体のための圧縮機を駆動することを助けるために使用することができる。
【００３１】
機械的エネルギ伝達配列は、例えば、２つの流体エネルギ機械を互いに接続する回転可能な軸によって実現されてよい。
【００３２】
発明の別の実施の形態によれば、第１の作動モードにおいて、別の流体エネルギ機械は、作動流体を膨張させるときに低温を発生するよう構成されており、この場合、発生された低温を冷却目的のために使用可能である。
【００３３】
冷却目的とは、例えば、凝縮器、冷蔵及び／又は局部冷却システムの作動であってよい。好適には、作動流体を膨張させることは、少なくともほぼ断熱条件下で行われ、これは、低温の前記発生を極めて有効にする。
【００３４】
発明の別の実施の形態によれば、チャージング／ディスチャージング配列は、作動流体がチャージング／ディスチャージング配列を通って循環するときに凝集の状態の変化を生じるよう、構成されている。これにより、作動流体の凝集の状態は、液体状態と気体状態との間で変化してよい。これは、前記熱エネルギ貯蔵及び回収システムによって行われる一時的な熱貯蔵及び熱回収プロセスの効率を高めてよい。
【００３５】
発明の別の実施の形態によれば、チャージング／ディスチャージング配列は、（ａ）第１の作動モードにおいてチャージング／ディスチャージング配列がヒートポンプとして働くよう構成され、（ｂ）第２の作動モードにおいてチャージング／ディスチャージング配列内の作動流体が蒸気サイクルを生じるよう、構成されている。これは、前記熱エネルギ貯蔵及び回収システムによって行われる一時的な熱貯蔵及び熱回収プロセスのための熱力学的効率をさらに高めることができるという利点を提供してよい。
【００３６】
発明の別の実施の形態によれば、熱エネルギ貯蔵装置は、（ａ）コンテナであって、伝熱流体をコンテナの内部に導入するための第１の流体ターミナル及び伝熱媒体をコンテナの内部から取り出すための第２の流体ターミナルを有するコンテナと、（ｂ）コンテナ内に収容された熱貯蔵材料とを有する。これにより、熱貯蔵材料は、第１の流体ターミナルと第２の流体ターミナルとの間を流れる伝熱流体が、収容された熱貯蔵材料と直接に物理的に接触させられるように、コンテナ内に空間的に配置されている。これは、伝熱流体を案内するために使用される特別な管、特に鋼管を必要としないという利点を提供してよい。さらに、伝熱流体と熱貯蔵材料との間の直接の物理的な接触を保証することによって、伝熱流体と熱貯蔵材料との間及びその逆の極めて効率的な熱エネルギ伝達を実現することができる。
【００３７】
容器の壁部には、５５０℃を超える温度に耐えることができる絶縁材料から成る絶縁層が設けられてよい。０．５〜２ｍの厚さを有してよい絶縁層は、コンテナ壁部の内側及び／又は外側に配置されてよい。好適には、絶縁材料がコンテナ壁部によって保護されるように、絶縁層は内側のみに配置されている。コンテナ壁部は、例えばコンクリートから形成されてよい。
【００３８】
発明の別の実施の形態によれば、熱貯蔵材料は、岩石材料及び／又は砂材料を含む。これは、熱エネルギ貯蔵装置を建設するために、低コストでかつ広く入手可能な材料を使用することができるという利点を提供してよい。この場合、適切な熱貯蔵材料を長距離に亘って搬送する必要がないように、地元の労働力及び地元で入手可能な熱貯蔵材料を使用することができる。これは、特に、高い熱貯蔵能力を備える熱エネルギ貯蔵装置が建設される場合に有利である。
【００３９】
多くの用途において、岩石が好ましいことが言及される。なぜならば、岩石は、安価であり、伝熱面として及び熱貯蔵媒体として働くからである。これは、熱エネルギ貯蔵装置のコンテナ内に特別な伝熱機器が必要とされないことを意味する。極めて大きな伝熱面積により、例えば空気であってよい伝熱媒体と、岩石との間の伝熱量は、かなり高いことができる。さらに、岩石の間の熱伝導率は、様々な岩石の間の小さな接触面積により、比較的低い。その結果、熱エネルギ貯蔵装置からの熱損失は比較的低く、熱エネルギ貯蔵装置のコンテナ内の温度勾配を大きく維持することができる。
【００４０】
しかしながら、前記熱エネルギ貯蔵及び回収システムは、熱貯蔵材料として砂を使用することも可能にする。この場合も同様に、コンテナの内部を通じて伝熱媒体を案内するための管を使用する必要がない。砂は、この場合も同様に空気であってよい伝熱媒体を、熱エネルギ貯蔵装置のコンテナの内部を通って案内するためのチャネルを形成した異形材によって空間的に支持されてよい。異形材は、高温、及び／又は空間的及び／又は時間的な温度変化に耐えることができる、例えばアルミニウム、鋼又はあらゆるその他の安定した材料から形成された金属板であってよい。異形材は、建築工業から周知の異形材であってよい。
【００４１】
これに関して、概して、熱エネルギ貯蔵装置のコンテナにおける高い熱容量を有する熱貯蔵材料が、熱エネルギ貯蔵装置の寸法及び価格を現実的なレベルに維持するために好ましいことが言及される。前記熱エネルギ貯蔵及び回収システムの場合、有利な形式において、シャモット、マグネシア、ドロマイト、ムライトなどのような、高い熱容量を有する熱貯蔵材料を回避することが可能である。このような材料は、通常、全ての場所で入手可能であるわけではなく、しばしばかなり高価である。
【００４２】
発明の別の実施の形態によれば、熱貯蔵材料はコンクリートを含む。コンクリートに基づく熱エネルギ貯蔵装置は、特に、岩石が入手不可能な場所において使用されてよい。伝熱媒体をコンテナ内に通流させるためにコンテナ内に適当な支持構造を要求する砂だけを使用する代わりに、空気のような伝熱媒体が流れ回ることができかつ直接の伝熱を得ることができる固定された空間的構造を有するために、コンクリート混合物において砂を使用することができる。
【００４３】
コンクリートは、熱エネルギ貯蔵装置のコンテナ内に配置されたコンクリートパイルとして形成されてよい。コンクリートパイルは、骨材として地元の原料を使用して現場でキャスティングすることができる。コンクリートパイルは、最適な流れパターン、伝熱、及び圧力降下に応じて、熱貯蔵部内に様々なパターンで位置決めすることができる。コンクリートソリューションは、岩石が入手不可能なエリアにおいて特に適している。
【００４４】
コンクリートれんがが使用されてもよいことが言及される。この場合、コンクリートれんがは、熱貯蔵材料として岩石又は岩石材料が使用される上記ソリューションと同じ形式でパックされてよい。コンクリートれんがは、適切なベッド構造体に収容されてよい。
【００４５】
発明の別の実施の形態によれば、伝熱流体及び／又は作動流体は、気体、特に空気である。この場合、チャージング／ディスチャージング配列及び貯蔵配列の両方において１つのタイプのガスを使用する必要はない。例えば、チャージング／ディスチャージング配列内で作動流体としてアルゴンを使用し、貯蔵配列において空気のような別のタイプの気体を使用することが可能である。
【００４６】
さらに、既に上述したように、作動流体は、凝集の状態の変化を生じることも可能である。いずれにしても、熱エネルギ貯蔵装置をチャージングするために必要とされる気体の全体の量は、別エネルギを一時的に貯蔵するための従来のソリューションにおいて使用される気体の量よりも少ない。
【００４７】
本発明の上記態様及び別の態様は、以下で説明される実施の形態の例から明らかであり、実施の形態の例に関して説明される。発明は、以下では、実施の形態の例に関してより詳細に説明されるが、発明はその実施の形態の例に限定されるわけではない。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】貯蔵配列をチャージング／ディスチャージング配列に熱力学的に接続する空気対空気式の熱交換器を備えた熱エネルギ貯蔵及び回収システムを示す図である。
【図２】貯蔵配列をチャージング／ディスチャージング配列に熱力学的に接続する空気対蒸気式の熱交換器を備えた熱エネルギ貯蔵及び回収システムを示す図である。
【図３】周囲圧力の空気とともに働く熱エネルギ貯蔵装置を示す図である。
【図４】周囲圧力の空気とともに働く熱エネルギ貯蔵装置を示す図である。
【図５】気体の伝熱流体を熱エネルギ貯蔵装置のコンテナ内に供給するための及び／又は気体の伝熱流体を熱エネルギ貯蔵装置のコンテナから受け取るためのマニホルドシステムを示す図である。
【図６】気体の伝熱流体を熱エネルギ貯蔵装置のコンテナ内に供給するための及び／又は気体の伝熱流体を熱エネルギ貯蔵装置のコンテナから受け取るためのマニホルドシステムを示す図である。
【図７】気体の伝熱流体を熱エネルギ貯蔵装置のコンテナ内に供給するための及び／又は気体の伝熱流体を熱エネルギ貯蔵装置のコンテナから受け取るためのマニホルドシステムを示す図である。
【図８】熱貯蔵材料としてコンクリートパイルを使用する熱エネルギ貯蔵装置を示す図である。
【図９】熱貯蔵材料として、金属異形材に収容された砂を使用する熱エネルギ貯蔵装置を示す図である。
【図１０】熱貯蔵材料として、金属異形材に収容された砂を使用する熱エネルギ貯蔵装置を示す図である。
【図１１】熱貯蔵材料として、金属異形材に収容された砂を使用する熱エネルギ貯蔵装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４９】
図面の記載は概略的である。異なる図面において、類似又は同一の要素には同じ参照符号又は対応する参照符号とは最初の数字だけが異なる参照符号が提供されている。
【００５０】
図１は、熱力学的な貯蔵配列１１０及び熱力学的なチャージング／ディスチャージング配列１６０を含む熱エネルギ貯蔵及び回収システム１００を示している。熱エネルギ貯蔵及び回収システム１００は、さらに、空気対空気式の熱交換器１８０を有し、この熱交換器１８０は、貯蔵配列１１０をチャージング／ディスチャージング配列１６０に熱力学的に接続する。
【００５１】
ここに記載される実施の形態によれば、貯蔵配列１１０は、熱エネルギ貯蔵装置１２０を有する。この熱エネルギ貯蔵装置１２０は、図示されていない熱貯蔵材料が充填されたコンテナ１２２と、２つの流体ターミナル、すなわち第１の流体ターミナル１２２ａ及び第２の流体ターミナル１２２ｂとを有する。一方の流体ターミナルは、貯蔵配列１１０を通ってコンテナ１２２の内部へ循環している伝熱流体を導入するために使用され、他方の流体ターミナルは、コンテナ１２２の内部から伝熱媒体を取り出すために使用される。貯蔵配列１１０は、さらに、伝熱媒体の流れを駆動するための２つの手段を有する。ここに記載された実施の形態によれば、第１の手段は第１のファン１４１であり、第２の手段は第２のファン１４２である。
【００５２】
チャージング／ディスチャージング配列１６０は、２つの流体エネルギ機械、すなわち圧縮機１６２及び膨張機１６３を有する。さらに、チャージング／ディスチャージング配列１６０は、別の熱交換器１９０を有する。この別の熱交換器１９０は、より詳細に後述するように、低温を、チャージング／ディスチャージング配列１６０の作動流体から、低温を使用する図示されていない装置へ伝達するために使用することができる。この装置は、例えば、低温貯蔵部、局部冷却システム及び／又は凝縮器であってよい。
【００５３】
熱エネルギ貯蔵及び回収システム１００の低圧側である貯蔵配列１１０は、貯蔵配列１１０を通って循環する伝熱流体が常に低圧でありかつ好適には低圧であるように構成されている。ここに記載された実施の形態によれば、伝熱流体は空気である。空気流を駆動するために、ファン１４１及び１４２のみが使用される。ファンは、空気流の経路に沿って著しい差圧を生ぜしめるために使用されない。このような差圧を最小限に減じるために、少なくとも２つのファン１４１，１４２が使用されている。この場合、一方のファン１４１はコンテナ１２２の上流に配置されており、他方のファン１４２はコンテナ１２２の下流に配置されている。特に、ファン１４１及び１４２は、例えば熱交換器１８０の前方、熱エネルギ貯蔵装置１２０の内部及び／又は熱交換器１８０と熱エネルギ貯蔵装置１２０との間の、１つ以上の位置に配置することができる。
【００５４】
ファン１４１，１４２は、管接続、熱交換器１８０及び熱エネルギ貯蔵装置１２０を通る伝熱流体／空気のある流れを発生及び維持するよう設計されている。この場合、熱エネルギ貯蔵装置１２０内の圧力降下は、貯蔵配列１１０を設計する際に考慮すべきである。これに関して、熱エネルギ貯蔵装置１２０の長さが増大すると、伝熱流体／空気がより多くの貯蔵材料を通って移動しなければならないことにより、圧力降下が増大することが言及される。結局、これは、貯蔵容量と、熱エネルギ貯蔵装置１２０の長さ及び幅と、圧力降下と、機械の寸法との間の最適化問題である。
【００５５】
示された熱エネルギ貯蔵及び回収システム１００を、２つの異なる作動モードで作動させることができる。ここに示された第１の作動モードにおいて、貯蔵配列内の伝熱流体／空気と、チャージング／ディスチャージング配列内の作動流体との両方は、時計回り方向に循環する。第１の作動モードにおいて、熱エネルギは圧縮機により発生され、この熱エネルギは、熱交換器１８０を介して貯蔵配列１１０に伝達された後、熱エネルギ貯蔵装置１２０に伝達される。この第１の作動モードにおいて、熱交換器１８０から出る作動流体によって膨張機１６４内に生ぜしめられる機械的エネルギを、圧縮機における作動流体の圧縮を補助するために使用することができる。膨張機１６４及び圧縮機１６２は、好適には、作動流体の膨張により生ぜしめられた機械的エネルギを、圧縮機１６２において作動流体を圧縮するために効率的に利用するために、同じ軸（図示せず）において機械的に接続されている。
【００５６】
熱エネルギ貯蔵及び回収システム１００の作動モードを、熱エネルギ貯蔵装置１２０に前もって貯蔵された熱エネルギが熱エネルギ貯蔵装置１２０から取り出される第２の作動モードに変更するために、伝熱流体／空気及び作動流体の両方の流れ方向が反転されなければならない。貯蔵配列１１０においては、これは、単にファン１４１及び１４２を反対方向に駆動することによって実現することができる。第２の作動モードにおいて、熱は、伝熱流体から熱交換器１８０を介して作動流体へ伝達される。チャージング／ディスチャージング配列１６０において、このエネルギを、この場合はタービンとして働く流体エネルギ機械１６２によって公知の形式で利用することができる。この場合も同様に、作動流体を循環させておくために、タービン１６２によって発生された機械的エネルギの一部を、この場合は圧縮機のように働く流体エネルギ機械１６４において作動流体を圧縮するために利用することができる。
【００５７】
一方のファンの方向を反転させる代わりに、熱エネルギをチャージング（蓄熱）又はディスチャージング（放熱）するために最適化された別個のファンを使用することもできる。高圧側（チャージング／ディスチャージング配列）及び低圧側（貯蔵配列）における質量流量は、同じタイプのガスが両側において使用されている場合には、同じであるべきである。空気が使用されている場合のＭＷｈ当たりで必要とされる質量流量は、約３ｋｇ／ｓである。
【００５８】
熱交換器１８０と、ファン１４１及び１４２と、熱エネルギ貯蔵装置とは、好適には、絶縁された鋼管によって互いに接続されている。これに代えて、熱交換器１８０を、熱交換器１８０からの漏れが熱エネルギ貯蔵装置１２０内にとどまるように、高温端部において熱エネルギ貯蔵装置１２０内に配置することができる。
【００５９】
熱エネルギ貯蔵装置１２０が周囲圧力で作動し、ひいては加圧された貯蔵容器が必要ないということは、本明細書に記載された熱エネルギ貯蔵及び回収システム１００の重要な側面である。熱エネルギ貯蔵装置１２０は、各々の端部に配置された多数の入口及び出口を有し、これは、熱エネルギ貯蔵装置１２０のコンテナ１２２を通る伝熱流体／空気の流れを可能にする。熱エネルギ貯蔵装置１２０は、岩石、砂、コンクリートのような貯蔵材料又は同様の安価でかつ容易に入手可能な貯蔵材料を含んでいてよい。
【００６０】
図１には、第１の作動モードで作動させられているときの熱エネルギ貯蔵及び回収システム１００内の作動パラメータ、つまり圧力ｐ及び温度Ｔのための適当な値が示されている。これらの値及びそれらの熱力学的な関連性は当業者に周知であるので、本明細書にはこれ以上の詳細は提供されない。
【００６１】
前記熱エネルギ貯蔵及び回収システム１００は、熱貯蔵材料として岩石、砂又は同様の材料を使用して、熱エネルギの形態で１０分の１、好適には数百のＭＷｈを貯蔵することを目的としている。その結果、コンテナ１２２内に収容されている熱貯蔵材料の体積は、比較的大きく、熱エネルギ貯蔵装置１２０の寸法は、かなり大きい。前記熱エネルギ貯蔵及び回収システム１００は、コンクリート、鋼のような公知の建築材料及び／又は岩石又は砂のような地元の貯蔵材料を使用して大型の熱エネルギ貯蔵装置１２０を建設することを経済的に実現可能にする。地元の建設業者を、熱エネルギ貯蔵装置１２０の建設作業のために利用することができる。なぜならば、建設のために通常の材料及び原理を利用することができるからである。
【００６２】
前記熱エネルギ貯蔵及び回収システム１００は、熱エネルギ貯蔵装置１２０内での加圧された気体の貯蔵を回避することを可能にする。システム１００において必要とされる加圧された気体の体積は、熱エネルギ貯蔵装置１２０における壁部と熱貯蔵材料との間の体積が高圧の気体で充填される公知のソリューションよりも著しく低い。容器に貯蔵されたアルゴンのような重い気体タイプの大きな体積も、アルゴンが空気よりも重く、望ましくない漏れの場合に酸素を上昇させることにより、潜在的な安全性の危険である。
【００６３】
図２は、貯蔵配列１１０をチャージング／ディスチャージング配列２６０に熱力学的に接続する空気対蒸気式の熱交換器２８０を備えた熱エネルギ貯蔵及び回収システム２００を示している。図１に示されたシステム１００と比較して、システム２００は、低圧側には同じ貯蔵配列１１０を有する。図２において、チャージング／ディスチャージング配列２６０は第２の作動モードにおいて示されている。すなわち、貯蔵されたエネルギは、熱エネルギ貯蔵装置１００から回収され、機械的エネルギに変換される。
【００６４】
図２から見て取れるように、熱エネルギ貯蔵及び回収システム２００の蒸気側であるチャージング／ディスチャージング配列２６０は、液体の作動流体（例えば水）を熱交換器２８０に供給するためのポンプ２６５を有する。貯蔵配列１１０の伝熱流体／空気から熱エネルギを受け取った後、水蒸気が発生されるように作動流体は蒸発する。次いで、水蒸気に含まれた熱エネルギは、公知の形式で、機械的エネルギを発生するために蒸気タービン２６６において使用される。ここに記載された実施の形態によれば、この機械的エネルギは、少なくとも部分的に発電機２６９を作動させるために使用される。次いで、蒸気タービン２６６から出た冷却された蒸気は凝縮器２６７において凝縮させられる。この凝縮器２６７は、水−蒸気サイクルを閉鎖するためにポンプに接続されている。
【００６５】
図１において、伝熱流体／空気は、コンテナ１２２の高温端部に配置された第１の流体ターミナル１２２ａを介して熱エネルギ貯蔵装置１２０に導入され、コンテナ１２２の低温端部に配置された第２の流体ターミナル１２２ｂを介して熱エネルギ貯蔵装置１２０から出る。これとは対照的に、図２において、伝熱流体／空気（ａ）は、コンテナ１２２の低温端部に配置された第２の流体ターミナル１２２ｂを介して熱エネルギ貯蔵装置１２０に導入され、コンテナ１２２の高温端部に配置された第１の流体ターミナル１２２ａを介して熱エネルギ貯蔵装置１２０から出る。したがって、図１に示された貯蔵配列１１０における伝熱流体／空気の有効な熱力学的流れ方向は、図２に示された貯蔵配列における伝熱流体／空気の有効な熱力学的流れ方向とは異なる。
【００６６】
記述的に述べれば、貯蔵された熱エネルギは、図２に示された方向での伝熱流体／空気の流れによって回収される。この場合、周囲温度の伝熱流体／空気は、熱エネルギ貯蔵装置１２０を通って流されるか又は吸引され、この場合、伝熱流体／空気は、高温の熱貯蔵材料からの伝熱によって加熱される。伝熱流体／空気は、コンテナ１２２の高温端部における温度レベルに対応する温度、好適には約５５０℃で熱エネルギ貯蔵装置１２０から出る。温度レベルは、熱発電装置における蒸気サイクルにおいて使用される温度レベルに対応する。その後、チャージング／ディスチャージング配列２６０内に作動流体の蒸気を発生するために、加熱された伝熱流体／空気は熱交換器２８０を通過させられる。その後、蒸気は、電力の発生のための発電機２６９に接続された蒸気タービン２６６に供給される。
【００６７】
前記の"蒸気ディスチャージソリューション"は、既存の熱発電装置（原子力、石炭など）に追加することができ、この場合、凝縮器、蒸気タービン又はボイラのような既存の機械を再利用することができることが言及される。さらに、チャージングサイクルにおいて膨張させられた空気によって発生された低温を、熱発電装置の全体的な効率を高めるために又は冷却用の水を節約するために、凝縮器における温度を低下させるために使用することができる。凝縮器におけるより低い温度は、蒸気タービンの前後でのより大きな圧力降下を生じ、この場合、発電装置の全体的な効率が高められる。
【００６８】
従来の熱発電装置が、凝縮器において冷却目的のために大量の水を使用することがさらに言及される。水冷式凝縮器において使用される大量の水を減じるために、より新しい発電装置においては、空冷式凝縮器が標準的になりつつある。膨張機１６４（図１に示されている）において発生された低温は、水冷式凝縮器及び直接空冷式凝縮器のための状況を改善することができる。
【００６９】
図３及び図４は、周囲圧力の空気とともに働く熱エネルギ貯蔵装置３２０を示している。熱エネルギ貯蔵装置３２０のコンテナ３２２内には、砂、岩石のような安価でかつ広く入手可能な貯蔵材料、又は個々の地域で入手可能なその他の地質学的材料が提供されている。これにより、貯蔵材料の長時間で高コストの輸送を回避することができる。
【００７０】
ここに記載された実施の形態によれば、コンテナ３２２の外壁３２７はコンクリートから形成されている。内側において、コンテナ壁部３２７は、５５０℃を超える温度に耐えることができる絶縁材料３２８の０．５〜２ｍの厚さの層によって絶縁されている。
【００７１】
多孔質の絶縁材料を圧縮することなく熱貯蔵材料を所定の位置に保持するために、内部支持構造を使用することができる。例えば、岩石を所定の位置に保持するために、金属メッシュ又は内壁を使用することができる。
【００７２】
コンテナ３２２の床は、下側に多孔質の絶縁材料を備えた鉄筋コンクリートによって構成することができる。これに代えて、絶縁材料の上側に直接に熱貯蔵材料を配置することができる。
【００７３】
この目的のために、ＬＥＣＡ(R)のような絶縁材料を用いることができる。ＬＥＣＡ(R)は、全ての有機材料が蒸発させられかつクレーが膨張しかつ絶縁特性を有する多孔質の小さなボールを形成するまで燃焼させられた燃焼クレーである。絶縁特性を圧縮、減少又は削減することなく、絶縁体の上側に直接に岩石及び砂を配置することができる。
【００７４】
貯蔵ユニットを、地面よりも上方に配置するか又は地面に沈めることができる。
【００７５】
図３及び図４に示された熱エネルギ貯蔵装置３２０も、伝熱流体／空気を受け取る若しくは排出するための、第１の流体ターミナル３２２ａ及び第２の流体ターミナル３２２ｂを有する。流れ抵抗を最小限に減じるために、第１の流体ターミナル３２２ａは、外部マニホルドシステム３２３ａに接続されており、この外部マニホルドシステム３２３ａにより、伝熱流体／空気の流れは、空間的に分離された異なるチャネル内へ分配される。したがって、第２の流体ターミナル３２２ｂも、外部マニホルドシステム３２３ｂに接続されている。さらに、コンテナ３２２の熱貯蔵領域であるコンテナの内部３２５は、（伝熱流体／空気がマニホルドシステム３２６ｂを介してコンテナ内に導入されたときに）伝熱流体／空気の流れを広い領域に空間的に分配するための、又は、（伝熱流体／空気がマニホルドシステム３２６ｂを介してコンテナから排出されたときに）伝熱流体／空気の様々な空間的に分配された流路を１つの共通の流路に空間的に合流させるための、内部マニホルドシステム３２６ｂを有する。
【００７６】
図５、図６及び図７は、気体伝熱流体を熱エネルギ貯蔵装置のコンテナ内へ供給するための及び／又は気体伝熱流体を熱エネルギ貯蔵装置のコンテナから受け取るための、マニホルドシステム４２６を示している。図７に最も詳しく示されたマニホルドシステム４２６は、入口／出口管４２６−１と、複数の分配管４２６−２とを有する。さらに、複数の漏斗４２６−３が、各々の分配管４２６−２に関連させられている。
【００７７】
記述的に述べれば、発明の１つの実施の形態による熱エネルギ貯蔵装置は、コンテナ３２２を通る伝熱流体／空気の流れを可能にする、各々の端部における入口／出口を有する。好適には、各々の端部は、各々の端部において熱貯蔵材料を利用するために、出口／入口によって被覆されている。入口／出口は、入口における乱流／圧力降下を減じかつ伝熱流体／空気を捕捉するために、及び、出口における望ましくない圧力降下を減じるために、供給入口として形成されていてよい。
【００７８】
図８は、熱貯蔵材料としてコンクリートパイル５４０を使用する熱エネルギ貯蔵装置５２０を示す。熱エネルギ貯蔵装置５２０もコンテナ５２２を有する。コンテナ５２２の第１の端部には、第１の外部マニホルドシステム５２３ａに関連した第１の流体ターミナル５２２ａが設けられている。コンテナ５２２の第２の端部には、第２の外部マニホルドシステム５２３ｂに関連した第２の流体ターミナル５２２ｂが設けられている。
【００７９】
コンクリートパイル５４０は、互いに対して平行な向きで配置されている。コンテナ５２２を通る伝熱流体／空気の流れを許容するために、コンクリートパイル５４０は、互いから空間的に分離されるように空間的に分布させられている。これにより、コンテナ５２２の右上の角の拡大図を示す図８の右側の部分に示された寸法は、ミリメートルで与えられる。これらの寸法は例として提供されているだけであり、もちろん別の寸法も可能であることが言及される。
【００８０】
さらに、コンクリートパイル５４０は、骨材として地元の原材料を使用して、熱エネルギ貯蔵装置５２０の組立の現場においてキャスティングすることができる。コンクリートパイル５４０は、最適な流れパターン、伝熱及び圧力降下に応じて熱エネルギ貯蔵装置５０内に様々なパターンで位置決めすることができる。コンクリートパイル５４０は、コンクリートパイル５４０の外側と内側との間の伝熱を高めるために、１つ以上の穴によって選択的に穿孔されてよい。前記コンクリートソリューションは、熱貯蔵材料として岩石が入手不可能であるエリアにおいて特に適切である。
【００８１】
図９、図１０及び図１１は、熱貯蔵材料として砂を用いる熱エネルギ貯蔵装置６２０を示す。これらの図面に提供された様々な例示から見て取ることができるように、熱エネルギ貯蔵装置６２０はコンテナ６２２を有する。図９における右上の例示において、内部マニホルドシステム６２６を見ることができる。
【００８２】
コンテナ６２２内には複数の支持装置６７０が設けられており、各々の支持装置６７０は、所定の量の砂６７５を支持している。ここに記載された実施の形態によれば、支持装置は、長い金属の異形材６７０であり、各々の異形材６７０は、異形材６７０の長手方向に沿って曲げられている。砂６７５は、異形材６７０によって形成された下側チャネルに配置されている。下側チャネルの上方には自由空間６７６が存在し、この自由空間６７６は、熱エネルギ貯蔵装置６２０の作動中に伝熱流体の流れのために使用される上側チャネルである。
【００８３】
この明細書に記載された熱エネルギ貯蔵及び回収システムは、高圧側と、低圧側若しくは蒸気側との間の熱交換を用いることによって、熱エネルギ貯蔵装置のチャージング及びディスチャージングを切り離すことを可能にする。これにより、チャージング及びディスチャージングのために異なる機械が用いられてよいことにより、熱エネルギ貯蔵装置のための異なるチャージ速度及びディスチャージ速度を有することができる。例えば、熱エネルギ貯蔵装置がチャージされた速度よりも速い速度で熱エネルギ貯蔵装置をディスチャージさせたり、逆に遅い速度でディスチャージさせたりすることができる。
【００８４】
その他のディスチャージ構成も可能であることが言及される。例えば、熱交換器を用いて熱エネルギ貯蔵装置からの高温空気によって加熱された圧縮空気を用いてディスチャージすることができる。加熱された圧縮空気は、電気エネルギを発生するために空気タービンを通過させられてよい。さらに、このような空気タービンからの出口空気は、例えば１つ以上の建物内のエアコンディショニング目的で、１つ以上の部屋の周囲空気を冷却するために熱交換器によって直接に又は間接に使用されてよい。これは、前記熱エネルギ貯蔵及び回収システムの全体効率をも高める。
【００８５】
以下に、例として、４８ＭＷの貯蔵容量を有する熱エネルギ貯蔵プラントの１０日間の幾つかの技術的データが示される。熱貯蔵材料として、４０％の空隙率を有する材料が使用されてよい。これは、約１ｂａｒの周囲圧力において、熱貯蔵材料が、４０体積％の空気と、６０体積％の熱貯蔵材料とを含むことを意味する。所要の空気質量流量は１３７．７６ｋｇ／ｓである（空気は伝熱流体である）。これは、１ＭＷのために、２．８７ｋｇ／ｓの空気質量流量が必要であることを意味する。多孔質熱貯蔵石材として使用される石材の寸法は０．０５ｍであってよい。熱エネルギ貯蔵装置全体の寸法は、高さ１０ｍ×幅４２５ｍ×長さ３０ｍであってよい。好適には、圧力降下を減じるために、熱エネルギ貯蔵装置は、長いよりも幅広である。熱エネルギ貯蔵装置を流過する空気の計算された圧力降下は、０．６９ｍｂａｒ（のみ）であってよい。
【００８６】
"含む"という用語は、他の要素又は工程を排除せず、単数の使用は複数を排除しない。異なる実施の形態に関して記載された要素が組み合わされてもよい。請求の範囲における参照符号は請求の範囲を限定するものとして解釈すべきでないことにも注意すべきである。
【符号の説明】
【００８７】
１００  熱エネルギ貯蔵及び回収システム、  １１０  熱力学的貯蔵配列、  １２０  熱エネルギ貯蔵装置、  １２２  コンテナ、  １２２ａ  第１の流体ターミナル、  １２２ｂ  第２の流体ターミナル、  １４１  第１のファン、  １４２  第２のファン、  １６０  チャージング／ディスチャージング配列、  １６２  圧縮機、  １６３  膨張機、  １８０，１９０  熱交換器、  ２００  熱エネルギ貯蔵及び回収システム、  ２６０  チャージング／ディスチャージング配列、  ２６５  ポンプ、  ２６６  蒸気タービン、  ２６９  発電機、  ２８０  熱交換器、  ３２０  熱エネルギ貯蔵装置、  ３２２  コンテナ、  ３２２ａ  第１の流体ターミナル、  ３２２ｂ  第２の流体ターミナル、  ３２３ａ  外部マニホルドシステム、  ３２６ｂ  マニホルドシステム、  ３２７  外壁、  ３２８  絶縁材料、  ４２６  マニホルドシステム、  ４２６−１  入口若しくは出口管、  ４２６−２  分配管、  ５２０  熱エネルギ貯蔵装置、  ５２２  コンテナ、  ５２２ａ  第１の流体ターミナル、  ５２２ｂ  第２の流体ターミナル、  ５２３ａ  第１の外部マニホルドシステム、  ５２３ｂ  第２の外部マニホルドシステム、  ５４０  コンクリートパイル、  ６２０  熱エネルギ貯蔵装置、  ６２２  コンテナ、  ６２６  内部マニホルドシステム、  ６７０  支持装置、  ６７５  砂、  ６７６  自由空間
【図１】
2013127245.tif 000003
【図２】
2013127245.tif 000004
【図３】
2013127245.tif 000005
【図４】
2013127245.tif 000006
【図５】
2013127245.tif 000007
【図６】
2013127245.tif 000008
【図７】
2013127245.tif 000009
【図８】
2013127245.tif 000010
【図９】
2013127245.tif 000011
【図１０】
2013127245.tif 000012
【図１１】
2013127245.tif 000013
【外国語明細書】
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2013127245.tif 000015
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