JP7645867B2 - エネルギー貯蔵装置 - Google Patents

Description

（関連出願の相互参照）
本出願は、２０１７年６月２１日に出願された“Ｅｎｅｒｇｙ Ｓｔｏｒａｇｅ Ｄｅｖｉｃｅ”と題する米国特許仮出願第６２／５２２，７３７号の優先権を主張する、２０１８年５月１５日出願の“Ｅｎｅｒｇｙ Ｓｔｏｒａｇｅ Ｄｅｖｉｃｅ”と題する米国特許出願第１５／９７９，６２８号の一部継続出願である、２０１９年８月２２日に出願された“Ｅｎｅｒｇｙ Ｓｔｏｒａｇｅ Ｄｅｖｉｃｅ”と題する米国特許出願第１６／５４７，９５０号の優先権を主張し、それらの内容は参照により本明細書に組み込まれる。

本発明は、概してエネルギー貯蔵に関し、より詳細には、モジュール式で低コストの熱エネルギー貯蔵装置に関する。

大量の瞬動予備力を必要とせずに、電力網の電力を平準化するエネルギー貯蔵手段を創り出すことは、極めて困難な課題となっている。太陽光電池や風力タービンなどの変動（ｎｏｎ－ｄｉｓｐａｔｃｈａｂｌｅ）再生可能エネルギー装置の普及がますます進んでいるが、これにより電力網の安定性が損なわれている。揚水貯蔵やバッテリなどの従来のエネルギー貯蔵の解決策は、それらの容量に限度があり、また環境問題を理由に取り挙げることが著しく困難になっている。蓄電するのではなく、ヒートポンプ配置または発電に使用される熱源のいずれかから、発電の直前に生成される熱としてエネルギーを貯蔵することにより、比較的低コストな貯蔵が原子力発電所の原子炉で実現かつ利用される可能性がある。蓄熱はそれ自体新しいものではないが、必ずしもどこにでも存在するとは限らない高価な塩や地形によるのではなく、むしろ一般的な材料を用いて比較的低コストなモジュールで効率的にエネルギーを貯蔵可能とする設計は実現が困難である。したがって、本発明の目的は、一般的で容易に入手できる材料から構成された、低コストなモジュール型エネルギー貯蔵装置を提供することである。

これらの目的および他の目的は、一実施形態において、コンクリート状材料からなり、それらの面上を実質的に熱伝達媒体が通過するのに十分な大きさの流動空間を間に挟んで並列に支持される複数のプレートを備えるエネルギー貯蔵装置によって達成される。流動空間の第１の端部と流通する入口プレナムは、熱源から熱伝達媒体を受け取り、プレートの面にわたって流動空間を介して熱伝達媒体を分配するように構成される。流動空間の第２の端部と流通する出口プレナムは、流動空間から熱伝達媒体を受け取り、熱伝達媒体を戻り先へ吐出するように構成されている。熱伝達媒体内の熱の一部は、充填動作モードでプレートに伝達され、又は、プレート内の熱の一部は、放出動作モードで熱伝達媒体に伝達される。

一実施形態では、複数のプレートは金属製ケーシングに収容され、好ましくは、プレートは、対向する縁部上で支持されて、熱伝達媒体がプレート間の流動空間を通って平行に流れる状態で水平に流れるように、水平に延びている。好ましくは、熱伝達媒体は、油又は塩である。

他の実施形態では、プレートは、熱伝達媒体の流れ方向に直交する方向に縦溝が彫られ、縦溝は、サーマルブレイク（ｔｈｅｒｍａｌ ｂｒｅａｋ）を提供するためにプレートの長さに沿って離間され、部分充填に続くプレートの長さに沿った熱拡散を、すなわち熱を含むプレートの領域とそれほど熱を含まないプレートの領域との間における熱の移動を遅くする。好ましくは、縦溝は、プレートの長さに沿って６インチから４フィートの間隔で離間される。エネルギー貯蔵装置は、望ましくは約１４０°Ｆ～６００°Ｆの間で動作するように構成される。このような実施形態では、エネルギー貯蔵装置は、充填動作および放出動作が、向流熱交換器の動作と同様に、反対の流体の流れ方向でそれぞれ実行される。このような実施形態では、コンクリート状のプレートは、マイクロ鉄筋または他の同様な立体的補強材を含んでもよい。更なる実施形態では、プレート間の流動空間の少なくとも一部が断熱材を含み、及び／又は、プレートの少なくとも一部の部分がそれらのプレートの下流部分から断熱されて、サーマルブレイクを形成する。他の実施形態では、より小さな複数のプレートを採用し、これらのプレート間の切れ目がこのようなサーマルブレイクを提供する。

本発明はまた、熱伝達モジュールを形成する工程を備える熱エネルギーの貯蔵方法を考察するものであり、この熱伝達モジュールは、コンクリート状材料からなり、互いに離間され、流動空間を間に形成するように並列に支持される複数の熱伝達プレートを備え、熱伝達プレートは、流動空間の一端における入口プレナムと流動空間の他端における出口プレナムとを有するハウジング内に囲まれている。本方法は、入口プレナムを介して複数の熱伝達プレートの面にわたって及びそれらの間に熱伝達媒体を導き、熱伝達媒体からの熱を複数の熱伝達プレートに伝達し、出口プレナムを介して熱伝達媒体をハウジングから排出する。

好ましくは、導く工程は、複数の熱伝達媒体プレートにわたって及びそれらの間に平行かつ水平に熱伝達媒体を導く工程を含む。一実施形態では、本方法は、熱伝達プレートをマイクロ鉄筋または他の同様な立体的補強材で補強する工程を含む。好ましくは、本方法は、部分充填後にプレートの長さに沿った熱拡散を遅らせるために、プレートにサーマルブレイクを適用する。一実施形態では、サーマルブレイクは、熱伝達媒体の流れ方向に直交する方向に延びる縦溝である。好ましくは、縦溝は、６インチから４フィートの間隔で離間される。他の実施形態では、サーマルブレイクは、隣接する、より小さいプレート間の分離部である。

本方法はまた、熱伝達モジュールを約１４０°Ｆ～６００°Ｆの間で動作させる。また本方法は、向流熱交換器の動作と同様に、反対の流体の流れ方向でそれぞれ実行される充填動作および放出動作を含む。

さらに別の実施形態では、エネルギー貯蔵装置は、複数の分離プレートであって、プレートの各々が、第１の面と、反対側の第２の面とを有し、第１の面および第２の面のうちの少なくとも一方には複数の溝が形成されている、複数の分離プレートと、熱源から熱伝達媒体を受け取り、複数の溝を介して熱伝達媒体を分配するように構成された入口プレナムと、複数の溝から熱伝達媒体を受け取り、熱伝達媒体を戻り先へ吐出するように構成された出口プレナムと、を備える。各溝は、複数の分離プレートのそれぞれのプレートの入口プレナムの近くに配置された第１の縁部から、出口プレナムの近くに配置された反対側の第２の縁部へと延びている。複数の溝が形成された第１のプレートの第１の面および第２の面のうちの少なくとも一方は、隣接する第２のプレートの少なくとも第１の面および第２の面のうちの他方と直接接触して配置されている。熱伝達媒体内の熱の一部は、熱伝達媒体が溝に沿って通過するとき、充填動作モードでプレートに伝達され、又は、プレート内の熱の一部は、熱伝達媒体が複数の溝に沿って通過するとき、放出動作モードで熱伝達媒体に伝達される

各プレートは、高比熱材料から形成されていてもよい。各プレートは、コンクリート材料から形成されていてもよい。各溝は、各溝に沿って見たときに、概して円形セグメントのような形状であってもよい。複数の分離プレートは、第１の面と第２の面とが水平に配置された状態で、垂直に積み重ねて配置されていてもよい。複数の分離プレートは、第１の面と第２の面とが垂直に配置された状態で、縁部において垂直に配置されていてもよい。各プレートは、約０．５インチ～約６インチの厚さを有してもよい。各プレートは、約４インチの厚さを有してもよい。各溝は、約０．２５インチ～約１インチの深さを有してもよい。各溝は、約０．５インチ～約２．５インチの幅を有し、約０．２５インチ～約２インチの分離距離を隔てて隣接する溝から離間されていてもよい。エネルギー貯蔵装置は、約１４０°Ｆ～６００°Ｆの間で動作するように構成されててもよい。プレートは、マイクロ鉄筋または他の立体的補強材を備えてもよい。

本発明はさらに、熱エネルギーを貯蔵する別の方法を考察するものであり、この方法は、熱伝達モジュールを形成する工程であって、熱伝達モジュールは、複数の分離プレートであって、プレートの各々が第１の面と反対側の第２の面とを有し、第１の面および第２の面のうちの少なくとも一方には複数の溝が形成されている、複数の分離プレートと、入口プレナムと、出口プレナムと、を備え、各溝は、複数の分離プレートのそれぞれのプレートの入口プレナムの近くに配置された第１の縁部から、出口プレナムの近くに配置された反対側の第２の縁部へと延びており、複数の溝が形成された第１のプレートの第１の面および第２の面のうちの少なくとも一方は、隣接する第２のプレートの少なくとも第１の面および第２の面のうちの他方と直接接触して配置されている、工程と、複数の分離プレートの複数の溝を介して、熱伝達媒体を入口プレナムから出口プレナムに導く工程と、充填動作モードで熱伝達媒体から複数の分離プレートに熱を伝達する工程、又は、放出動作モードで複数の分離プレートから熱伝達媒体に熱を伝達する工程と、出口プレナムから熱伝達媒体を排出させる工程と、を備える。

本方法は、熱伝達モジュールを約１４０°Ｆ～６００°Ｆの間で動作させる工程を含んでもよい。熱が熱伝達媒体から複数の分離プレートに伝達される充填動作モードと、熱が複数の分離プレートから熱伝達媒体に伝達される放出動作モードとは、向流熱交換器の動作と同様に、反対の流体の流れ方向でそれぞれ実行されてもよい。

本発明のこれらの目的および他の目的、特徴、ならびに特性、さらに動作の方法および構造の関連要素の機能、ならびに部分の組み合わせおよび製造の経済性は、添付図面を参照しながら以下の説明および添付の特許請求の範囲を考慮することでより明らかになるであろう。これらのすべては、本明細書の一部を構成し、ここで同様の参照番号は様々な図中の対応する部分を示している。しかしながら、図面は例示および説明のためのみのものであり、本発明の制限を定義することを意図するものではないことを明示的に理解されたい。

本発明のさらなる理解は、添付の図面と併せて読むことで、以下の好ましい実施形態の説明から得ることができる。

本発明の一例示的な実施形態に係るエネルギー貯蔵装置のハウジングの一部を簡略化した斜視図であり、いくつかのプレートがその間に流動空間を有する位置で示されている。 取り入れプレナムおよびサーマルブレイクを示す全てのプレートを含む、本発明の一例示的な実施形態に係るエネルギー貯蔵装置のモジュール全体の断面図である。 図１または図２の配置のプレートの１つを簡略化した斜視図である。 本発明の一例示的な実施形態に係る組立後のエネルギー貯蔵装置のハウジングの全体を簡略化した斜視図である。 図１、２および４の細長い外側シェルを簡略化した斜視図であり、ハウジングの長手方向の範囲を拡張し、プレートホルダーがプレートを水平に支持するような位置で示されている。 図５に示すシェルの一端部を閉塞する１つのエンドキャップを簡略化した斜視図である。 図５に示すシェルの第２の端部を閉塞する第２のエンドキャップを簡略化した斜視図であり、図６に示す１つのエンドキャップの鏡像である。 （隠線で示す）ハウジング内に配置されて示された、本発明の他の例示的な実施形態に係るプレートの別の配置を利用する別のエネルギー貯蔵装置を簡略化した部分概略斜視図である。 図８の配置のプレートのうちの１つを簡略化した斜視図である。 図８のプレートの配置の一端を簡略化した立面図である。 図１０に示すような、図１０の立面図の一部の拡大図である。

本発明の実施形態は、低コストな材料を用いてモジュール方式で熱エネルギーを貯蔵するための配置および方法を提供する。

本発明に係る一例示的なアプローチを図１～図７に示す。かかる第１実施例では、複数のプレート１０（図１、図２、および図３に示す）を整列させて熱エネルギー貯蔵が行われる。各プレート１０は、薄い断面を有し、高比熱材料から形成される。本明細書で使用される「高比熱材料」とは、少なくとも０．７５ｋＪ／ｋｇ・Ｋの熱容量を有する材料である。本発明の実施形態に採用されている好適な高比熱材料のいくつかの例としては、コンクリート、高性能コンクリート、超高性能コンクリート、高強度コンクリート、および高温コンクリートが挙げられる。また、相変化材料、熱化学材料、および／または大量のフライアッシュを含むコンクリートを採用してもよい。このようなコンクリート材料は、入手しやすい低コストな材料から容易に形成することができ、高い熱容量を有する頑丈なプレートを提供する。プレート１０を構成してもよい高比熱材料の他のいくつかの例としては、耐火レンガ、セラミック、固形塩、金属が挙げられる。

プレート１０は互いに近接して位置し、プレート１０間には流路１２が形成されている。その後、プレート１０は、隣接するセパレータ１８間に形成されたガイドスロット１６を内蔵する低コストな金属製モジュールハウジングシェル１４内に組み立てられ、流路１２を形成するプレート１０間の間隔を維持する。代替的に、プレート１０に取り付けられるか、またはプレート１０に鋳込まれてもよいセパレータが、コンクリートプレートの間隔を空けるために利用されてもよい。シェル１４を組み立て、その後、２つのエンドキャップ２２、２４をシェル１４の両端にそれぞれ位置させ、溶接などによりシェル１４に取り付けることにより、プレート１０の各端部とそれぞれのエンドキャップ２２、２４の各々との間にプレナム２６が形成される。２つのプレナム２６と流路１２を水平に置くと、プレート１０の間で熱伝達流体（油、塩など）を循環可能にし、「充填レベル」が増加するにつれてアセンブリ長を下る熱勾配でプレート１０にエネルギーを伝達する。熱を取り出そうとするときには、流れが逆になり、装置を向流熱交換器のように動作させることが可能である。なお、図示されたプレナム２６は、例示目的のためにのみ示されており、形状、サイズ、入口サイズ、位置、数量などの１つまたは複数が、本発明の範囲から逸脱することなく変更されてもよいことを理解されたい。

プレート１０の各々は、熱伝達流体が流れていないときにプレート１０を下る熱波の影響を低減するために、縦溝が彫られてもよく、すなわち、コンクリートプレート１０の高さ全体に実質的に沿って垂直方向（すなわち、流れ方向に直交する方向）に、プレート１０の長さに沿った所定の距離ごとに溝が形成されてもよい。所定の距離は、好ましくは６インチから４フィートであるが、モジュール１００（図２）の長さに応じて、より長くしてもよい。図２では、縦溝２８を明確に確認することができる。代替的に、より小さな分離プレート１０を使用し、隣接するプレート１０間の切れ目を縦溝２８と同様に機能させてもよい。また、このような小さなプレートは、概してより容易な組み立てを提供する。

図１において参照番号３４によって比喩的に表される、断熱材料を含むがこれに限定されない材料からなる薄い複数のストリップは、性能特性に悪影響を与えないようにしつつ、構造を結び付けてプレート間隔を維持するように、流路１２の中心に沿って１つのプレナムから他のプレナムへと延びてもよい。また、断熱材を縦溝２８に埋め込んだり、縦溝を全て断熱材に取り替えて熱伝達プレートの隣接する部分を結びつけてもよい。プレート１０は水平方向に延びるように示されているが、これらは代替的に、垂直方向に延びるように構成してもよく、依然として本発明の範囲内にあることが理解されるべきであるが、同等の実施形態においてはより小さい静圧のために水平流路が好ましい。

したがって、本発明の一実施形態では、ハウジング２０（すなわち、シェル１４とエンドキャップ２２および２４）に入れられた複数のプレート１０から形成されたコンクリート構造を採用することで、原子炉やヒートポンプなどの熱源からの熱エネルギーを貯蔵するために、大きな表面積対体積比を有している。好ましくは、プレート１０は、コンクリート材料から形成され、強度、耐久性、および熱伝達を高めるために、マイクロ鉄筋または他の同様な混和物を含んでいる。マイクロ鉄筋の代替物としては、鋼、鋼繊維、ガラス繊維、炭素繊維、その他の金属、複合材料、高温プラスチックが挙げられる。配管を利用する必要はないが、前述の好ましい流路構造の代わりに、金属管や複合管を採用してもよい。モジュール内の熱伝達媒体はすべて、金属ケーシングや、ケーシング内に採用された比較的薄いコンクリートプレートによって導かれ、熱を貯蔵する。

熱伝達媒体または熱伝達流体のための流路は、隣接するプレート１０の間に形成され、表面積を最大化しつつ、熱伝達媒体を動かすのに必要な伝導距離とポンプ動力を最小化する。セパレータ１８は、薄い材料のストリップ、ロッドまたはバーであってもよく、高温プラスチック、金属、複合材料またはガラス繊維で構成されてもよい。好ましくは、熱伝達媒体は非加圧であり、コンクリートまたは金属構造物と負の相互作用を起こさないような適切な特性を持つ油または塩で構成され、そのような相互作用を抑止するために保護膜で処理してもよい。熱伝達媒体としては、Ｔｈｅｒｍｉｎｏｌ、Ｄｕｒａｔｈｅｒｍ ＨＦ、Ｃａｌｄｅｒ １、Ｍｏｂｉｌｔｈｅｒｍ、Ｐａｒａｔｈｅｒｍ、Ｄｏｗｔｈｅｒｍ、Ｐｈｉｌｌｉｐｓ ６６などの炭化水素系流体、Ｄｕｒａｔｈｅｒｍ Ｓ、Ｓｙｌｔｈｅｒｍなどのシリコン系流体、硝酸塩などの溶液塩であってもよい。

一実施形態では、プレート１０は、それらの高さに沿って、すなわち熱伝達媒体の流れに直交して、サーマルブレイクを提供するように縦溝が彫られ、部分充填に続くプレート１０間の熱拡散、すなわち、熱を貯蔵するためのプレート１０の熱容量を部分的にのみ満たす、熱伝達媒体からプレート１０への熱移動を遅くする。サーマルブレイクは、プレート１０によるプレート間の温度の均一化を妨げ、さもなければ、部分充填後に、放熱中の高品質な熱回収を妨げることになる。他の実施形態では、より小さな複数の分離プレートが使用され、隣接するプレート間の分離部がサーマルブレイクを提供する。

ハウジング２０は、プラスチック、コーティングされた炭素鋼、ステンレス鋼、複合材料またはガラス繊維から形成されてもよく、好ましくは、ハウジングの内部、内側周囲または外側周囲のいずれかに断熱材が層状に設けられている。断熱材は、多層シェル内のエアギャップ、ガラス繊維、発泡ガラス、エアロゲル、セラミック、鉱物繊維／綿、またはシリカであってもよい。

図１～図７のエネルギー貯蔵装置は、プレート１０を水平または垂直のいずれかの向きにして動作させてよい。さらに、シェル１４、エンドキャップ２２および２４、ならびにプレート１０は、使用現場で構築されてもよく、または完全に構築されたハウジング２０およびプレート１０が別々に出荷され、現場で組み立てられてもよく、またはそれらの任意の組み合わせであってもよい。

熱エネルギーは、プレート１０の長軸に沿って変化する熱勾配を用いて、縦溝が彫られた構造から投入および取り出しがなされる。動作温度は低くて１４０°Ｆ、高くて６００°Ｆとなる。熱の充填と放出の動作は、向流熱交換器の動作と同様に、反対の流体の流れ方向で実行される。人手を最小限に抑え、生産効率を最大化するために、従来のコンクリート補強材の代わりに、マイクロ鉄筋や同様の混和物を用いてもよい。

好ましくは、流入する熱伝達媒体の圧力は大気圧またはそれより若干高い圧力、すなわち１４．５～２１．８ｐｓｉａである。熱伝達媒体の流量は、望ましくは、１モジュールあたり約０～２２．０ｌｂｓ／ｓ、好ましくは約４ｌｂｓ／ｓである。プレート１０は、厚さ約０．５～６インチであり、より好ましくは厚さ約４インチである。流動空間は、幅約０．０４インチ～０．５インチであり、より好ましくは、幅約０．４インチである。

図１は、プレート１０の間に流動空間または流路１２を形成するために、ハウジング２０のシェル１４部分の上壁の下面から延びるモジュールガイドスロット１６によって離間された３つのプレート１０を有するシェル１４を示す。縦溝２８は、垂直に延びる溝として示されているが、熱伝達媒体の流れは、好ましくは、プレート１０の実質的な面全体にわたる流動空間を通って平行に、水平に延び、ただし、その流れはまた、端部の代わりにモジュールの上部および底部にあるプレナムにより垂直に導かれてもよいことも理解されるべきである。

図２は、プレート１０の細長い寸法の各端部にプレナム２６を有する全てのプレート１０を含むモジュール１００全体の切断面を示し、左側のプレナムがより明らかであり、モジュール１００の左上隅に示される入口または出口ノズル３０を有する。図２の双方向矢印３２で示された熱伝達媒体は、両方向、すなわちプレート１０に熱を充填する方向とコンクリートプレートから熱を放出する反対方向とに流れることになるので、右側または左側のプレナム２６が、入口プレナムまたは出口プレナムであっても何ら差は生じない。図３は、複数のプレート１０のうちの１つの斜視図である。図４はハウジング部品を組み立てた状態の斜視図を示し、図５、図６、および図７はハウジング部品を分解した状態の斜視図を示す。

次に、図８～図１１を参照して、本発明の他の例示的な実施形態に係るエネルギー貯蔵装置２００の他の実施形態について説明する。図１～図７に関して前述した配置と同様に、装置２００は、前述したプレート１０と同様の材料構造を有し、かつ装置２００の各端部にプレナム２２６が形成されるように、低コストな金属モジュールハウジングシェル２２０（図８に隠線で概略的に示す）内に位置した複数のプレート２１０を採用している。流路１２を形成するためのプレート１０の離間に依る前述した配置とは異なり、図８～図１１に示す配置は、プレート２１０間で熱伝達流体（例えば、油、塩など）を循環させるのための流路を作成するために、プレート２１０の各々に形成される複数の溝２１２を利用する。各溝２１２は、プレナム２２６のうちの第１のプレナムの近くに配置されたそれぞれのプレート２１０の第１の縁部（符号なし）から、プレナム２２６のうちの反対側の第２のプレナムの近くに配置された反対側の対向する第２の縁部（符号なし）へと延びている。図８～図１１に示される例示的な実施形態に示されるように、各溝２１２は、各プレート２１０を横切って直線状に延びていてもよい。代替的に、複数の溝２１２のうちの１つまたは複数は、本発明の範囲から逸脱することなく、非直線的に（例えば、曲線状、蛇行状、ジグザグ状などに）延びてもよい。

溝２１２は熱伝達流体の流路として機能するため、プレート２１０は、好ましくは、互いに直接接触して配置され、したがって、図８に示すように（本棚の本と同様に）縁部にて容易に配置されてもよく、または積み重ねて平らに置かれてもよい。一例示的な実施形態では、溝２１２は、プレート２１０自体の形成中に各プレート２１０の特徴として鋳造されるが、ただし、このような溝２１２は、本発明の範囲から逸脱することなく、任意の他の適切な方法を介して及び／又は後に形成してもよいことを理解されたい。また、図示の実施形態では、かかる溝２１２は各プレート２１０の１つの面にのみ形成されているが、本発明の範囲から逸脱することなく、かかる溝を複数の面（例えば、反対側の対向する面）に形成してもよいことも理解されたい。

図１１の詳細図に示す例示的な実施形態では、各溝２１２は、各溝に沿って見たときに、概して円形セグメントのような形状であるが、本発明の範囲から逸脱することなく他の形状または他の複数の形状の溝を採用してもよい。好ましくは、各溝の縁部は、応力集中を最小にするためにＲ形状にまたは面取りされる。引き続き図１１を参照すると、各溝２１２は、各プレート２１０の第１の面２１０Ａから対向する第２の面２１０Ｂに向かって深さｄだけ内側に延びており、第１の面２１０Ａおよび第２の面２１０Ｂは、概して各プレート２１０の厚さＴを規定し、隣接する溝は、分離距離Ｓを隔てて離間される。本発明の例示的な実施形態では、一般に０．５～６インチの厚さＴを有するプレート２１０が採用されているが、本発明の範囲から逸脱することなく他の厚さを採用してもよい。このような実施形態では、約０．２５インチ～約１インチの深さｄ、約０．５インチ～約２．５インチの幅Ｗ、および約０．２５インチ～約２インチの分離距離Ｓを有する溝が採用されているが、本発明の範囲から逸脱することなく他の寸法を採用してもよいことを理解されたい。また、本発明の範囲から逸脱することなく、他の形状の溝を採用してもよいことも理解されたい。

図８及び図９に戻ると、各プレート２１０は、その間に溝２１２が延びている対向する縁部間の方向に長さＬで延びているとともに、溝２１２が延びる方向に概ね直交する方向に高さＨで延びている。本発明の例示的な実施形態では、約２フィート～約４フィートの長さＬと、約８フィート～約９フィートの高さを有するプレート２１０が採用されているが、本発明の範囲から逸脱することなく他の寸法のプレート２１０を採用してもよい。図８に例示したエネルギー貯蔵装置２００に利用される複数のプレート２１０は、１０列で配置されており、各列には２３枚のプレートが設けられている。なお、列数および／または列あたりのプレート数の一方または両方は、本発明の範囲から逸脱することなく変化させてもよいことを理解されたい。

本発明の実施形態は、モジュール内の金属配管を不要にすることを理解されたい。機能ユニットの一部である金属ケーシングは、流動空間の各端部に単純なプレナムを容易に取り付けることを可能にする。モジュールは、コンクリートの有益な熱的特性、すなわち、比熱、耐久性、低コスト、入手のし易さなどを利用している。このモジュールは、コンクリートプレート（および／またはプレートに形成された溝）間の流動空間のサイズや低い速度により、熱伝達媒体を移動させるために必要とするポンプ動力が比較的小さい。本コンセプトに従った設計により提供される濡れ面積は大きいため、比熱の高い多くの材料に生じる熱伝達の課題を解消するのに役立ち、かつ流れの軸に沿って短時間でエネルギー蓄積を提供することになり、これにより熱勾配の創出が支持される。水平な流れ配置は、流体から大きな静的ヘッド圧を発生させることなく、より長い熱勾配距離を許容する。また、水平な流れ配置は、入口配管および出口配管の取り付けやユニット交換を容易に可能とする。また、水平な流れ配置は、コンクリート単に縦溝を彫る、すなわち垂直な溝をコンクリートに追加するだけで、またはコンクリートの分離部分を使用することで、「サーマルブレイク」の追加も容易に可能とする。このコンセプトによって、従来の労働集約的な補強用鉄筋の利用をさらに不要とする。

熱伝達流体または熱伝達媒体を加熱するための熱は、原子炉、石炭プラント、太陽熱、または他の類似な熱源の１次ループまたは２次ループと熱交換関係にある熱交換器から導いてもよい。代替的に、熱は、ガスタービンサイクルや熱ポンプから導いてもよい。

したがって、本発明の実施形態は、適合する地形における揚水発電や圧縮空気以外で現在利用可能であり、かつ立地制限がない、最も経済的なエネルギー貯蔵を提供する。本発明は、原子力発電所のような既存の熱源用設備、安価な材料、および簡単な設計を利用して、大きな商業規模で実用的な対処をすることなく、以前から存在するより壮大な課題を解決し得る。本発明は、加圧環境を必要とせず、安全上の破局的な事象のリスクを低減する。

以上、本発明の特定の実施形態について詳細に説明してきたが、それらの詳細に対して様々な変形および代替が、本開示の全体的な教示に照らしてなされてもよいことが、当業者に理解されるであろう。したがって、開示された特定の実施形態は、例示にすぎず、添付の特許請求の範囲の全範囲ならびにそれらの任意および全ての均等物が付与される本発明の範囲について制限することを意図するものではない。

Claims (15)

1. 複数の分離プレートであって、前記プレートの各々が、第１の面と、反対側の第２の面とを有し、前記第１の面には複数の溝が形成されており、前記第２の面は実質的に平坦な表面を有する、前記複数の分離プレートと、
   熱源から熱伝達媒体を受け取り、前記複数の溝を介して前記熱伝達媒体を分配するように構成された入口プレナムと、
   前記複数の溝から前記熱伝達媒体を受け取り、前記熱伝達媒体を戻り先へ吐出するように構成された出口プレナムと、を備え、
   各溝は、前記複数の分離プレートのそれぞれのプレートの前記入口プレナムの近くに配置された第１の縁部から、前記出口プレナムの近くに配置された反対側の第２の縁部へと延びており、
   第１のプレートの前記複数の溝が形成された前記第１の面は、隣接する第２のプレートの前記実質的に平坦な表面を有する前記第２の面と直接接触して配置されており、
   前記複数の溝と前記実質的に平坦な表面は、前記第１のプレートと、隣接する前記第２のプレートとの間に複数の個別の流路を形成し、
   前記複数の個別の流路のそれぞれは、前記入口プレナムから前記出口プレナムに向かって水平に延びており、
   前記熱伝達媒体内の熱の一部は、前記熱伝達媒体が前記複数の溝に沿って通過するとき、充填動作モードで前記プレートに伝達され、又は、前記プレート内の熱の一部は、前記熱伝達媒体が前記複数の溝に沿って通過するとき、放出動作モードで前記熱伝達媒体に伝達される、エネルギー貯蔵装置。
2. 各プレートは、高比熱材料から形成されている、請求項１に記載のエネルギー貯蔵装置。
3. 各プレートは、コンクリート材料から形成されている、請求項２に記載のエネルギー貯蔵装置。
4. 各溝は、各溝に沿って見たときに、概して円形セグメントのような形状である、請求項１に記載のエネルギー貯蔵装置。
5. 前記複数の分離プレートは、前記第１の面と前記第２の面とが水平に配置された状態で、垂直に積み重ねて配置されている、請求項１に記載のエネルギー貯蔵装置。
6. 前記複数の分離プレートは、前記第１の面と前記第２の面とが垂直に配置された状態で、縁部において垂直に配置されている、請求項１に記載のエネルギー貯蔵装置。
7. 各プレートは、約１．２７センチメートル～約１５．２センチメートル（約０．５インチ～約６インチ）の厚さを有する、請求項１に記載のエネルギー貯蔵装置。
8. 各プレートは、約１０．２センチメートル（約４インチ）の厚さを有する、請求項７に記載のエネルギー貯蔵装置。
9. 各溝は、約０．６４センチメートル～約２．５センチメートル（約０．２５インチ～約１インチ）の深さを有する、請求項１に記載のエネルギー貯蔵装置。
10. 各溝は、約１．２７センチメートル～約６．４センチメートル（約０．５インチ～約２．５インチ）の幅を有し、約０．６４センチメートル～約５．１センチメートル（約０．２５インチ～約２インチ）の分離距離を隔てて隣接する溝から離間されている、請求項９に記載のエネルギー貯蔵装置。
11. 前記エネルギー貯蔵装置は、約６０℃～３１５℃（約１４０°Ｆ～６００°Ｆ）の間で動作するように構成されている、請求項１に記載のエネルギー貯蔵装置。
12. 前記プレートは、マイクロ鉄筋または他の立体的補強材を備える、請求項１に記載のエネルギー貯蔵装置。
13. 熱エネルギーの貯蔵方法であって、
    熱伝達モジュールを形成する工程であって、前記熱伝達モジュールは、複数の分離プレートであって、前記プレートの各々が第１の面と反対側の第２の面とを有し、前記第１の面複数の溝が形成されており、前記第２の面は実質的に平坦な表面を有する、前記複数の分離プレートと、入口プレナムと、出口プレナムと、を備え、各溝は、前記複数の分離プレートのそれぞれのプレートの前記入口プレナムの近くに配置された第１の縁部から、前記出口プレナムの近くに配置された反対側の第２の縁部へと延びており、第１のプレートの前記複数の溝が形成された前記第１の面は、隣接する第２のプレートの前記実質的に平坦な表面を有する前記第２の面と直接接触して配置されており、前記複数の溝と前記実質的に平坦な表面は、前記第１のプレートと、隣接する前記第２のプレートの間に複数の個別の流路を形成し、前記複数の個別の流路のそれぞれは、前記入口プレナムから前記出口プレナムに向かって水平に延びている、前記工程と、
    前記複数の分離プレートの前記複数の溝を介して、熱伝達媒体を前記入口プレナムから前記出口プレナムに導く工程と、
    充填動作モードで前記熱伝達媒体から前記複数の分離プレートに熱を伝達する工程、又は、放出動作モードで前記複数の分離プレートから前記熱伝達媒体に熱を伝達する工程と、
    前記出口プレナムから前記熱伝達媒体を排出させる工程と、
    を備える、熱エネルギーの貯蔵方法。
14. 前記熱伝達モジュールを約６０℃～３１５℃（約１４０°Ｆ～６００°Ｆ）の間で動作させる工程を含む、請求項１３に記載の方法。
15. 熱が前記熱伝達媒体から前記複数の分離プレートに伝達される前記充填動作モードと、熱が前記複数の分離プレートから前記熱伝達媒体に伝達される前記放出動作モードとは、反対の流体の流れ方向でそれぞれ実行される、請求項１３に記載の方法。
    

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