特許 7477244 内部加熱型相変化材料熱バッテリおよび方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-04-22

(45)【発行日】2024-05-01

(54)【発明の名称】内部加熱型相変化材料熱バッテリおよび方法

(51)【国際特許分類】

   F28D 20/02 20060101AFI20240423BHJP

【ＦＩ】

F28D20/02 E

【請求項の数】 18

(21)【出願番号】P 2021501287

(86)(22)【出願日】2019-07-29

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2021-11-25

(86)【国際出願番号】 GB2019052119

(87)【国際公開番号】W WO2020021288

(87)【国際公開日】2020-01-30

【審査請求日】2022-07-28

(31)【優先権主張番号】1812303.4

(32)【優先日】2018-07-27

(33)【優先権主張国・地域又は機関】GB

(73)【特許権者】

【識別番号】518455088

【氏名又は名称】サンアンプ リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】110000877

【氏名又は名称】弁理士法人ＲＹＵＫＡ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ビッセル、アンドリュー

(72)【発明者】

【氏名】ガタオラ、サントク

(72)【発明者】

【氏名】ニコルソン、ジョナサン

(72)【発明者】

【氏名】ドーク、キエラン

【審査官】大谷 光司

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－１４６０１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－３１７８８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１１／００８３４５９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２００１／００２８７９１（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ２８Ｄ ２０／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

相変化材料熱バッテリ（ＰＣＭ熱バッテリ）であって、
前記ＰＣＭ熱バッテリの全体のための熱バッテリケースと、
前記熱バッテリケース内に配置された、ＰＣＭを保持することが可能なＰＣＭ筐体と、
前記ＰＣＭ筐体に配置されるＰＣＭと、
前記ＰＣＭ熱バッテリを制御するための電子制御システムと、
前記ＰＣＭ熱バッテリに配置された少なくとも１つ、または複数ある加熱装置であって、前記ＰＣＭを加熱および／または蓄熱することが可能である少なくとも１つ、または複数ある加熱装置と、
前記ＰＣＭおよび前記ＰＣＭ熱バッテリの他の部分の温度をモニタリングすることが可能である、前記ＰＣＭ熱バッテリの異なる垂直位置に配置された複数のセンサと、
前記ＰＣＭ筐体の中に配置され、前記ＰＣＭと作動媒体との間で熱エネルギーの移動を行うように構成された、少なくともコア及びフィンの一方を有する熱交換器と、
を備え、
前記少なくとも１つ、または複数ある加熱装置は、前記ＰＣＭ筐体の中に配置され、従って、前記ＰＣＭに直接接触して浸漬され、
少なくとも１つ、または複数の熱導体が、前記熱バッテリケースに実質的に垂直に挿入され、前記ＰＣＭに浸漬され、または、部分的に浸漬され、
前記少なくとも１つ、または複数の熱導体は、前記熱交換器の中に実質的に垂直に配置され、前記ＰＣＭ内に延在し、かつ、前記加熱装置とは直接接触して配置されず、
前記電子制御システムは、前記複数のセンサの測定値に基づいて、前記少なくとも１つ、または複数である加熱装置を通じて、前記ＰＣＭに熱を直接加えることによって、前記ＰＣＭの温度を制御する、
相変化材料熱バッテリ（ＰＣＭ熱バッテリ）。

【請求項2】

少なくとも１、２、３、４、５、６、または複数である加熱装置がある、請求項１に記載の相変化材料熱バッテリ（ＰＣＭ熱バッテリ）。

【請求項3】

前記ＰＣＭ筐体の中の異なる垂直位置に配置された加熱装置がある、請求項１または２に記載の相変化材料熱バッテリ（ＰＣＭ熱バッテリ）。

【請求項4】

前記熱バッテリケースの内側に、前記ＰＣＭ筐体の周囲に延在する断熱層を更に備える、請求項１から３のいずれか一項に記載の相変化材料熱バッテリ（ＰＣＭ熱バッテリ）。

【請求項5】

前記熱交換器が、入力部および出力部をそれぞれ含む第１熱交換回路および第２の熱交換回路を備える、請求項１から４のいずれか一項に記載の相変化材料熱バッテリ（ＰＣＭ熱バッテリ）。

【請求項6】

前記熱交換器がフィンを含む、請求項１から５のいずれか一項に記載の相変化材料熱バッテリ（ＰＣＭ熱バッテリ）。

【請求項7】

過熱安全カットオフサーモスタットを更に備え、
前記複数のセンサは、前記ＰＣＭ、および／または、前記熱交換器にわたる温度を取得するべく、前記ＰＣＭ熱バッテリの異なる垂直位置全体にわたって配置される、請求項１から６のいずれか一項に記載の相変化材料熱バッテリ（ＰＣＭ熱バッテリ）。

【請求項8】

前記加熱装置は、前記ＰＣＭ筐体の上半分に配置され、前記ＰＣＭに浸漬される、請求項１から７のいずれか一項に記載の相変化材料熱バッテリ（ＰＣＭ熱バッテリ）。

【請求項9】

前記電子制御システムは、バッテリコントローラを含み、前記加熱装置が完全に制御される、および／または、要求されたときにオンおよび／またはオフに切り替えられることを可能にし、前記加熱装置によって供給されるパワーおよび／または加熱の量はまた、前記ＰＣＭ筐体および前記ＰＣＭに配置されたセンサの測定結果に応じて制御される、請求項１から８のいずれか一項に記載の相変化材料熱バッテリ（ＰＣＭ熱バッテリ）。

【請求項10】

前記ＰＣＭ筐体および／または前記ＰＣＭの中の異なる高さに配置された複数の電気加熱装置がある、請求項１から９のいずれか一項に記載の相変化材料熱バッテリ（ＰＣＭ熱バッテリ）。

【請求項11】

前記ＰＣＭ筐体の上半分に配置された第１加熱装置、および、前記ＰＣＭ筐体の下半分に配置された第２加熱装置があり、前記第１加熱装置および前記第２加熱装置の両方は前記ＰＣＭに浸漬される、請求項１から１０のいずれか一項に記載の相変化材料熱バッテリ（ＰＣＭ熱バッテリ）。

【請求項12】

前記熱交換器が、伝導要素を含むコアを含み、
前記コアに、一部が埋め込まれた少なくとも１つ、または複数である非平面形加熱装置を更に備え、
前記非平面形加熱装置は、前記ＰＣＭを通って下向きに延在する、実質的に垂直な部分を含み、前記実質的に垂直な部分から実質的に接線方向に延在する、少なくとも１つ、または複数の実質的に水平に配置された部分がある、または、
第１の実質的に水平に配置された部分は、前記コアの下４分の１に沿って延在し、第２の水平に配置された部分は、前記コアの中央部を実質的に通って延在し、第３の水平に配置された部分は、前記コアの上４分の１を通って延在する、または、
前記実質的に水平に配置された部分は、前記コアに埋め込まれる、または、少なくとも部分的に埋め込まれる、
請求項１から１１のいずれか一項に記載の相変化材料熱バッテリ（ＰＣＭ熱バッテリ）。

【請求項13】

前記熱交換器が、伝導要素を含むコアを含み、
前記コアに、一部が埋め込まれた少なくとも１つ、または複数である加熱装置を更に備え、
前記少なくとも１つ、または複数の電気加熱装置は、前記ＰＣＭ熱バッテリのマニホールドに埋め込まれる、または、
前記加熱装置は、前記コアにわたって実質的に水平に延在する回路に埋め込まれ、前記回路は前記熱交換器に埋め込まれ、
前記回路の周囲に延在する通路があり、前記回路の周囲に延在する、少なくとも１つ、または複数である加熱装置がある、
請求項１から１２のいずれか一項に記載の相変化材料熱バッテリ（ＰＣＭ熱バッテリ）。

【請求項14】

前記少なくとも１つ、または複数ある加熱装置の少なくとも一部が、前記熱交換器の下側に配置される、請求項１から１０のいずれか一項に記載の相変化材料熱バッテリ（ＰＣＭ熱バッテリ）。

【請求項15】

前記少なくとも１つ、または複数の熱導体が、ロッド、パイプ、または平面状の熱導体の少なくとも１つである、請求項１から１４のいずれか一項に記載の相変化材料熱バッテリ（ＰＣＭ熱バッテリ）。

【請求項16】

熱エネルギーを相変化材料熱バッテリ（ＰＣＭ熱バッテリ）に加える方法であって、
ＰＣＭを保持することが可能なＰＣＭ筐体を熱バッテリケース内に配置する段階と、
前記ＰＣＭ筐体に配置されたＰＣＭを提供する段階と、
前記ＰＣＭ熱バッテリを制御するための電子制御システムを提供する段階と、
前記ＰＣＭ筐体に配置され、前記ＰＣＭに浸漬された少なくとも１つ、または複数である加熱装置を提供する段階であって、前記少なくとも１つ、または複数である加熱装置は、前記ＰＣＭを加熱および／または蓄熱することが可能である、段階と、
前記ＰＣＭおよび前記ＰＣＭ熱バッテリの他の部分の温度をモニタリングすることが可能である、前記ＰＣＭ熱バッテリの異なる垂直位置に配置された複数のセンサを提供する段階と
前記ＰＣＭ筐体の中に、前記ＰＣＭと作動流体との間で熱交換を行う、少なくともコア及びフィンの一方を有する熱交換器を配置する段階と、
を含み、
前記少なくとも１つ、または複数の加熱装置は、前記ＰＣＭ筐体の中に配置され、従って、前記ＰＣＭに直接接触して浸漬され、
少なくとも１つ、または複数の熱導体が、前記熱バッテリケースに実質的に垂直に挿入され、前記ＰＣＭに浸漬され、または部分的に浸漬され、
前記少なくとも１つ、または複数の熱導体は、前記熱交換器の中に実質的に垂直に配置され、前記ＰＣＭ内に延在し、かつ、前記加熱装置とは直接接触して配置されず、
前記電子制御システムは、前記複数のセンサの測定値に基づいて、前記少なくとも１つ、または複数である加熱装置を通じて熱を加えることによって、前記ＰＣＭの温度を制御する、
方法。

【請求項17】

前記少なくとも１つ、または複数ある加熱装置の少なくとも一部が、前記熱交換器の下側に配置される、請求項１６に記載の方法。

【請求項18】

前記少なくとも１つ、または複数の熱導体が、ロッド、パイプ、または平面状の熱導体の少なくとも１つである、請求項１６または１７に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、内部加熱される相変化材料（ＰＣＭ）バッテリ設計に関する。より具体的には、本発明は、ＰＣＭを含む一連の熱バッテリに一体的に、および／または、内部的に配置される加熱装置（例えば電気加熱装置）に関する。

【背景技術】

【0002】

熱の移動および／または貯蔵に使用されるＰＣＭを含む熱バッテリが周知である。しかしながら、既存のＰＣＭバッテリ技術には多くの問題がある。

【0003】

ＰＣＭを含む標準の熱バッテリにおいて、複数の蓄熱用熱源を接続する効率の問題がある。さらに、外部に配置された一次熱源によってＰＣＭ熱バッテリが蓄熱される必要がある状況において問題もある。

【0004】

制御された方式でＰＣＭを蓄熱するために内部加熱装置が使用されるとき、非常に複雑なハイドロニクス回路が必要となるので、更なる問題が従来技術の装置において見られる。複雑なハイドロニクス回路は、非常に信頼性が低く、また、頻繁に不具合が発生することが分かっている。複雑なハイドロニクス回路はまた、高価であり、点検が困難である。

【0005】

本発明の少なくとも１つの態様の目的は、上記の問題の少なくとも１つまたは複数を回避および／または緩和することである。

【0006】

本発明のなお更なる目的は、複数の蓄熱用熱源に接続するための柔軟性を含む技術的効率および利益を提供する、ＰＣＭを含む改善された熱バッテリを提供することである。

【0007】

本発明のなお更なる目的は、複雑なハイドロニクス回路を必要とすることなく、外部に配置された一次熱源、および／または、内部加熱装置を用いて、制御された方式で蓄熱される能力を含む、ＰＣＭを含む改善された熱バッテリを提供することである。

【発明の概要】

【0008】

本発明の第１態様によれば、少なくとも１、２以上、または複数の一体型および／または内部的に配置された加熱装置、例えば電気加熱装置を有するＰＣＭ熱バッテリが提供される。

【0009】

本発明の第２態様によれば、ＰＣＭを保持可能なＰＣＭ筐体と、筐体に配置されるＰＣＭはと、ＰＣＭ熱バッテリを制御するための電子制御システムと、ＰＣＭ熱バッテリに配置された少なくとも１つ、または複数の加熱装置とを含むＰＣＭ熱バッテリが提供され、少なくとも１つ、または複数の加熱装置は、ＰＣＭの加熱および／または蓄熱が可能である。

【0010】

本発明は、改善された熱バッテリ設計に関し、熱バッテリは、例えば、少なくとも１つ、または複数の加熱装置を有するＰＣＭ熱バッテリであり、加熱装置はＰＣＭバッテリに一体的に、および／または、内部的に配置され得る。

【0011】

ＰＣＭ熱バッテリは、熱バッテリ構成における複雑なハイドロニクス回路、ならびに、任意の付随コンポーネントおよび付随コストについての要件を克服するという利点を有する。

【0012】

本発明のＰＣＭ熱バッテリは、改善された技術的効率、利益、および、特に複数の蓄熱用熱源への接続についての柔軟性を提供する、改善された熱バッテリ構成および設計を提供する。

【0013】

通常、加熱装置はＰＣＭ筐体の中に配置され得る。従って、いくつかの実施形態において、加熱装置はＰＣＭに直接接触し、その中に浸漬し得る。 ＰＣＭ熱バッテリは、少なくとも１、２、３、４、５、または６個の加熱装置を含み得る。

【0014】

代替的に、ＰＣＭ熱バッテリは、少なくとも２個以上、３個以上、４個以上、５個以上、または６個以上の加熱装置を含み得る。ＰＣＭ熱バッテリは複数の加熱装置を含み得る。

【0015】

加熱装置は、ＰＣＭ筐体、従って、ＰＣＭ熱バッテリ内に一体的に、および／または、内部的に配置されるものとして記載され得る。

【0016】

加熱装置は、ＰＣＭ筐体内において異なる位置（すなわち、深さまたは高さ）に配置され得る。従って、加熱装置は、ＰＣＭ筐体内において異なる垂直位置に配置され得る。

【0017】

複雑なハイドロニクス回路を有するという要件を無くすために、ＰＣＭ熱バッテリは、外部の一次熱源で蓄熱され得る。従って、ＰＣＭ熱バッテリは、外部の一次熱源、および、ＰＣＭ筐体内に配置された加熱装置の両方によって蓄熱され得る。従って、本発明の加熱装置は、ＰＣＭ熱バッテリの二次熱源としてみなされ得る。そのような構成により、ＰＣＭの蓄熱および／または温度を非常に高精度に制御することが可能となる。ＰＣＭ熱バッテリは、ＰＣＭ熱バッテリ全体のための外部ケーシングを含み得る。

【0018】

ＰＣＭ熱バッテリの外部ケーシング内に断熱層が配置され得る。断熱層はＰＣＭ熱バッテリの熱効率を増加させ、熱をＰＣＭ筐体内に保持し得る。

【0019】

ＰＣＭ筐体は、外部ケーシングおよび断熱層の内側に配置された収納容器であり得る。ＰＣＭ筐体はＰＣＭを保持し得る。従って、断熱層は、ＰＣＭ筐体の周囲に被覆断熱層を形成し得る。

【0020】

本発明において使用されるＰＣＭは、具体的な用途および必要なエネルギーに対して適合され、変更され得る。従って、任意の好適なタイプのＰＣＭが、一連の用途、例えば、家庭および産業両方の用途における温水の提供、エネルギーの貯蔵、および、その後のエネルギーの放出などに使用され得る。

【0021】

電子制御システムは、加熱装置を通じて熱などのエネルギーを加えることにより、ＰＣＭの物理的特性および／または温度を制御し得る。

【0022】

加熱装置は、エネルギーおよび／または熱をＰＣＭに提供可能な任意の好適な要素であり得る。例えば、加熱装置は、熱エネルギーをＰＣＭに加えることによりＰＣＭの温度を増加させるために使用され得る電気加熱要素であり得る。

【0023】

従って、本発明における加熱装置は、電気加熱装置に一体的に、および／または、内部的に配置され得る。従って、いくつかの実施形態において、加熱装置は、ＰＣＭ材料に直接接触し得る。

【0024】

従って、いくつかの実施形態において、ＰＣＭが直接加熱され得ることは、バッテリ内の回路における流体の循環が蓄熱フェーズに必須ではなく、熱バッテリの放熱のためだけに存在することを意味する。本発明はまた、複雑なハイドロニクス回路の必要性を克服する。 特定の実施形態において、ＰＣＭ熱バッテリはデュアルポート熱バッテリであり得る。

【0025】

ＰＣＭ熱バッテリはまた、例えばフィン付きコアを有する熱交換器であり得る熱交換器を含み得る。熱交換器はＰＣＭ筐体内に配置され得る。

【0026】

本発明の電子制御システムは、ＰＣＭ熱バッテリに電気的接続を提供するために使用される低電力回路（ＬＰＣ）および高電力回路（ＨＰＣ）を含み得る。

【0027】

電子制御システムはまた、ＨＰＣ入力部およびＨＰＣ出力部を含み得る。また、ＬＰＣ入力部およびＬＰＣ出力部があり得る。入力部および出力部は、ＰＣＭ熱バッテリの上側、すなわち、上表面に配置され得る。

【0028】

バッテリコントローラもあり得る。バッテリ蓄熱状態シグナルおよびバッテリ蓄熱制御シグナルもあり得る。 ＰＣＭバッテリは主電源から電力供給され得る。

【0029】

ＰＣＭ熱バッテリはまた、ＰＣＭおよび熱バッテリの他部分の物理的特性および／または温度をモニタリング可能な少なくとも１つ、または複数のセンサを含み得る。例えば、過熱安全カットオフサーモスタットＳ０があり得る。さらに、温度センサ、例えば、温度センサＳ１、Ｓ２、Ｓ３があり得る。センサ、例えば、温度センサは、作動媒体全体にわたる温度を取得するために、熱バッテリ全体に分布し得る。

【0030】

センサはＰＣＭにおける異なる垂直位置に配置され得る。これにより、ＰＣＭの物理的特性および温度をＰＣＭ筐体の全体にわたってモニタリングすることが可能となる。例えば、上半分、および／または、中央付近、および／または、ＰＣＭ筐体の下方端側の付近にセンサが配置され得る。

【0031】

任意の特定の実施形態において、ＰＣＭ熱バッテリは例えば、バックアップ加熱器要素、例えば電気加熱器要素の形態である本発明の加熱装置を有するデュアルポート設計であり得る。少なくとも１または複数のバックアップ加熱器要素があり得る。

【0032】

本発明のデュアルポート設計は、非飲用水で熱バッテリを蓄熱可能であるという技術的利点を提供する。さらに、バッテリは単純で安価な非認証コンポーネントで蓄熱できる。次に、飲用水を用いて熱が抽出され得る。従って、本発明の熱バッテリは、過去の複雑なハイドロニクスシステムと比較して、大幅に改善されている。

【0033】

特定の実施形態において、熱バッテリは、例えば、ＰＣＭに配置されるスタンバイ電気加熱器であり得る単一または複数の加熱装置を含み得る。加熱装置は、ＰＣＭに配置され得る任意の形態の電気加熱装置であり得る。従って、加熱装置は、ＰＣＭに浸漬される、一体的および／または内部的に配置された電気加熱装置として記載され得る。本発明は、ＰＣＭに配置された少なくとも１、２、または複数の加熱装置を有し得ることに留意されたい。

【0034】

ＰＣＭ筐体、従って、ＰＣＭにおける加熱装置の位置は重要であることが分かった。特定の実施形態において、加熱装置、例えば電気加熱器は、ＰＣＭ筐体の上半分に配置され得る。上半分とは、ＰＣＭ筐体の垂直方向の上半分を意味する。加熱装置はＰＣＭに浸漬され得る。

【0035】

電子制御システムはバッテリコントローラであり得る、またはそれを含み得る。加熱装置はバッテリコントローラに接続され得る。従って、加熱装置は、要求されたとき、完全に制御される、および／または、オンおよび／またはオフに切り替えられ得る。加えて、加熱装置によって供給されるパワーおよび／または加熱の量も修正され得る、すなわち、適合および変更され得る。従って、供給される加熱および蓄熱の量は、センサの測定値、および／または、温水の供給など特定の用途に要求されるパワーに依存し得る。

【0036】

特定の実施形態において、加熱装置は、ＰＣＭ筐体の上半分、３分の１、または上４分の１に配置され得る。加熱装置がＰＣＭ筐体の上部、および、上部における対応するＰＣＭを蓄熱することに使用され得るように、加熱装置の位置は、ＰＣＭ筐体の上部にあることが好ましいことがあり得る。これにより、ＰＣＭ筐体の上部におけるＰＣＭだけが加熱され、従って、低減されたキャパシティのみを提供するが、それでも、ユーザが使用可能な出力を利用するのに十分な熱が提供される。従って、本発明の加熱装置は、完全適合型バックアップ加熱システムとして機能し得る。

【0037】

本発明のＰＣＭバッテリの更なる利点として、加熱装置を介して電熱を入力し、その後、熱交換器を介して即座に熱を取り出すことが可能であることが分かった。この利点として、瞬間水加熱器システムなど従来技術のシステムにおいて見られたものと異なり、電熱エネルギーが貯蔵される必要がない。

【0038】

実施形態において、ＰＣＭ熱バッテリは、ＰＣＭ筐体内の異なる高さに配置される複数の電気加熱装置を含み得る。これを行う利点として、どれだけのＰＣＭ材料を加熱するか、従って、エネルギーをどれほど貯蔵および／または放出するかを選択できる。電気加熱装置を異なる高さに配置することにより、異なる量（すなわち体積）のＰＣＭを加熱することが可能となる。従って、本発明のバックアップ電気加熱器要素機能は例えばデュアルポートシステムなどの幅広い用途において高度に適合可能である。

【0039】

特定の実施形態において、ＰＣＭ熱バッテリは、ＰＣＭ筐体の上半分に配置された加熱装置と、ＰＣＭ筐体の下半分に配置された加熱装置とを含み得る。従って、ＰＣＭ熱バッテリは、異なる垂直位置に２つの加熱装置を含み得る。上に配置された加熱装置はバックアップ加熱器として機能し得る。従って、当該加熱装置は、一次熱源が故障した場合に起動され得る。

【0040】

代替的に、ＰＣＭ筐体の上約４分の３に配置された加熱装置と、ＰＣＭ筐体の底部のすぐ上に配置された下方に配置された加熱装置とがあり得る。上述のように、異なる量のＰＣＭを加熱することを可能にするように、加熱装置の位置は適合され得る。上述のように、加熱装置は、任意の好適な形態の電気加熱器／要素であり得る。

【0041】

ＰＣＭ筐体の底部側に配置される加熱装置は、バッテリにおける実質的にすべてのＰＣＭ材料が迅速に蓄熱されることを可能にし得る。

【0042】

第２加熱装置をＰＣＭ筐体内に配置する利点は、熱バッテリにおけるＰＣＭがより迅速に蓄熱されることが可能になることである。ＰＣＭ筐体の底部に配置された加熱装置は、熱バッテリのための一次熱源として機能し得る。

【0043】

従って、本発明は、異なる量のエネルギーを提供するために、バッテリにおける異なる高さの電気加熱装置など、一体的および／または内部的に配置された複数の加熱装置を有し得る。異なる量および体積のＰＣＭを加熱することにより、異なる量のエネルギーが提供され、それらは次に貯蔵および／または分配できる。

【0044】

更なる実施形態において、ＰＣＭ熱バッテリに一体的に、および／または、内部的に配置され得、例えば熱交換器の下側のＰＣＭに浸され得る少なくとも１つまたは複数の加熱装置があり得る。ＰＣＭ筐体はまた、熱バッテリの下方端側に配置された、例えば、段構造、例えば、ＰＣＭ筐体の底部から上向きに延在する２つの段構造を含み得る。

【0045】

段構造は、例えば、加熱器要素端子および安全カットオフ構造のための効率的なハウジングを提供し得る。段構造はまた、真空断熱パネルがＰＣＭ熱バッテリの断熱に使用されることを可能にし得る。

【0046】

これらの段構造５０３ａはまた、加熱装置５１１の上に熱交換器５０４を配置し、熱交換器５０４の下側に一定量のＰＣＭ５０５を配置することを助ける。

【0047】

加熱装置は、ＰＣＭ筐体の下方端側に配置された電気加熱装置であり得る。例えば、加熱装置は、管状の形態であり得、熱バッテリと一体化され得る。加熱装置は熱交換器の下側に配置され得る。従って、加熱装置は、瞬時の加熱をＰＣＭに提供するために使用され得る。

【0048】

加熱装置（例えば管状の電気加熱器）は、例えばバルクヘッド接続を介して熱バッテリケースを貫通し得る。そのような構成は、管状の細長い加熱装置から大きい表面積を介してＰＣＭへ熱を移動することが可能であるという利点を提供する。

【0049】

加熱装置は、ＰＣＭに浸され、完全に浸漬され得る。従って、加熱装置はＰＣＭと直接接触し得る。

【0050】

また、ＰＣＭ熱バッテリ内に配置され、ＰＣＭ筐体およびＰＣＭの内側に配置された熱交換器があり得る。通常、熱交換器は、熱効率を改善するためのフィン付きコアを有し得る。熱交換器は制御回路を有し得る。

【0051】

ＰＣＭにおける伝導および対流により、熱交換器、例えばフィン付きコアを有する熱交換器に熱が移動し得る。これは、エネルギー効率が高いシステムであることが分かった。

【0052】

更なる実施形態において、ＰＣＭ熱バッテリは、少なくとも１つ、または複数の熱導体、例えば、熱バッテリケースに実質的に垂直に挿入され得る金属ロッドなどを含み得る。熱導体は例えば、伝導ロッドまたはヒートパイプであり得る。熱導体は、熱交換器において実質的に垂直に配置され、例えば、ＰＣＭの上方端エリアなどのＰＣＭの部分中に延在し得る。熱導体は、熱交換器および／またはＰＣＭ全体に熱を放散および／または拡散するために使用され得る。

【0053】

従って、熱導体は、ＰＣＭ中に浸漬され得る、または、少なくとも部分的に浸漬され得る。熱導体はまた、熱交換器、例えば、フィン付きであり得る熱交換器コア中に延在、または少なくとも部分的に延在し得る。

【0054】

少なくとも１つ、または複数の加熱装置は、熱交換器の下方端側に配置され得る。加熱装置は、ＰＣＭ筐体の底部側に、底部に沿って実質的に水平に配置され得る。

【0055】

更なる実施形態において、ＰＣＭ熱バッテリは、ＰＣＭ熱バッテリ設計中に統合され得る熱プレート（例えば、金属プレートなどの伝導熱プレート）を含み得る。熱プレートは、熱交換器コア（例えば熱交換器フィン付きコア）内に延在し得る、または少なくとも部分的に延在し得る。熱プレートは、熱交換器の下側、または実質的に下側の熱バッテリの加熱された領域中に延在し得る。

【0056】

例えば、２、３、４または複数の熱プレートがあり得る。熱プレートは、熱交換器において実質的に垂直に配置され、任意で、加熱装置を通ってＰＣＭ７０５の下方端エリア中に延在し得る。熱交換器を通って任意の好適な向きに向けられ得る任意の好適な数の熱プレートがあり得る。プレートに沿った上方向への熱の移動、および、下方向への冷却の移動を助けるために、熱プレートは、実質的に垂直に入れられ得ることが好ましいことが分かった。

【0057】

熱プレートは、任意の好適な金属および／または合金などの伝熱材料から形成され得る。プレートは、伝熱を助けるために比較的厚いことがあり得る。熱プレートは、実質的に平面状で、ＰＣＭ熱バッテリにおいて実質的に垂直方向に向き得る。

【0058】

熱プレートは、約０．１～５ｃｍ厚、約０．１～２ｃｍ厚、または約０．１～０．５ｃｍ厚など、比較的厚いことがあり得る。

【0059】

更なる実施形態において、ＰＣＭ熱バッテリは、例えば、フィン付きコア熱交換器などの熱交換器に埋め込まれた、例えば少なくとも１つ、または複数の実質的にＬ字形の電気加熱装置などの非平面形加熱装置を含み得る。

【0060】

非平面形加熱装置（例えば実質的にＬ字形の加熱装置）は、ＰＣＭを通って下向きに延在する、実質的に垂直に配置された部分を含み得る。実質的に垂直な部分８１１ａから接線方向に延在する、１または複数の（例えば３つの）実質的に水平方向に配置された部分があり得る。単一または複数など、任意の数の実質的に垂直に配置された部分、および、実質的に水平に配置された部分があり得る。

【0061】

１つの実質的に水平に配置された部分は、熱交換器コアの下４分の１において延在し得、第２の水平方向に配置された部分は、熱交換器コアの実質的に中央部を通って延在し得、第３の水平に配置された部分は、熱交換器の上４分の１を通って延在し得る。水平方向に配置された部分は、熱交換器コアの任意の好適なエリアに配置され得る。

【0062】

実質的に水平方向に配置された部分は、熱交換器のコア（例えば、フィン管熱交換器のフィン付きコア）中に埋め込まれ得る、または、少なくとも部分的に埋め込まれ得る。熱交換器は好ましくは、ＰＣＭ中にすべて、または少なくとも部分的に浸され得る。

【0063】

均一な蓄熱、蓄熱時間、部分的な流し出し、および、膨張特性に関してより良い性能を提供するために、加熱装置の実質的に水平に配置された部分は、熱バッテリのフットブリントおよびアスペクト比に応じて、熱交換器コア（例えばフィン付きコア）内の特定の高さに配置され得る。

【0064】

加熱装置の実質的に水平に配置された部分の配置は、以下の課題を軽減することが分かった。
ａ）バッテリセルケースを損傷し得る過剰な局所圧力
ｂ）安全動作限界を超えるＰＣＭの急速過熱
ｃ）寿命の短縮または故障をもたらす加熱装置の過熱

【0065】

ＰＣＭ熱バッテリにおいて、加熱要素と、熱交換器フィンなどの熱交換器コアの部分との間に締まりばめを有することが好ましいことが分かった。これにより、驚くべきことに、蓄熱時間が改善された伝熱表面の増加が提供されることが分かった。

【0066】

実質的に水平の部分を有する「Ｌ字」形の加熱装置はまた、以下のような多くの利点を提供することが分かった。
１）相変化（融解および凝固）中のＰＣＭの任意の膨張の緩和
２）ＰＣＭ熱バッテリの上部における熱バッテリの動作に要求されるケーブルの単純な終端

【0067】

更なる実施形態において、ＰＣＭ熱バッテリは、任意で金属製の伝導要素（例えば銅管などの伝導管）を含み得る熱交換器コアに埋め込まれ得る少なくとも１つ、または複数の加熱装置（例えば電気的に加熱される管状の加熱器）を含み得る。

【0068】

少なくとも１つ、または複数の加熱装置は電気加熱装置であり得る。特に、加熱装置は、ＰＣＭ筐体と熱交換器コアとの間の熱バッテリの上側部分に配置され得る電気加熱装置の部分を含み得る。特に、複数の電気加熱装置のうち少なくとも１つは、ＰＣＭ熱バッテリのマニホールドに埋め込まれ得る。

【0069】

加熱装置はまた、回路、例えば、スキップ回路行（ｓｋｉｐｐｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ ｒｏｗ）に埋め込まれ得る。当該回路は、熱交換器コアにわたって実質的に水平に延在し得る。

【0070】

熱交換器コアにわたって延在する任意の数のスキップ回路行があり得る。例えば、熱交換器コアにわたって実質的に水平に延在する第２のスキップ回路行があり得る。

【0071】

従って、スキップ回路行は熱交換器に埋め込まれ得る。例えば熱交換のための管であり得る通路もあり得る。通路９２０は、例えばスキップ回路行であり得る回路の周囲に延在し得る。スキップ回路行の周囲に延在する加熱装置があり得る。従って、電気加熱器は、熱交換器内、特に、熱交換器コアを通って延在する通路（すなわち、銅または任意の他の好適な伝導材料から作られ得る管）に埋め込まれ得る。加熱装置は、熱交換器コアに埋め込まれ得、好ましくは任意でＰＣＭ中に直接入れられない。加熱装置をどれに埋め込むかについて、多くの異なる選択肢が存在する。

【0072】

従って、加熱装置は、熱交換器と直接接触し得るので、伝熱の改善および一貫性が達成される。追加的に、加熱装置（例えば加熱要素）は任意で、本実施形態において、ＰＣＭと直接接触せず、そのため、ＰＣＭに適合する必要が無いことがあり得る。これにより、コストが低減され、信頼性およびロバスト性が増加した加熱器のより多くの選択肢が生じる。点検担当者がＰＣＭにさらされることなく、点検整備のために加熱器要素にアクセス可能である。より高パワーの要素が使用されることがあり得、ＰＣＭ動作条件は、加熱器のより高パワーの表面負荷の懸念が無い。

【0073】

更なる実施形態において、ＰＣＭ熱バッテリは、熱を効率的に移動および／または拡散することが可能な材料を含むハウジングに埋め込まれ得る、および／または、配置され得る少なくとも１つ、または複数の加熱装置を含み得る。従って、当該材料により、加熱装置から熱交換器コアおよび／または相変化材料へ熱をより良く移動することが可能である。

【0074】

本実施形態において、加熱装置（例えば電気加熱装置）は、ＰＣＭ筐体の下方端側、および、熱交換器コア（例えば熱交換器フィン付きコア）の下に配置され得る。第１の熱交換器回路（熱交換器回路１）および第２の熱交換器回路（熱交換器回路２）があり得る。

【0075】

加熱装置はまた、任意で、２つの段構造の間に配置され、通常、これらの２つの段構造の間に延在し得る。段構造は、ＰＣＭ筐体の一部であり得る。

【0076】

加熱装置は、熱を均等に移動および／または拡散することが可能な材料／流体で充填され得るハウジング内に保持され得る。材料／流体は例えば、任意の好適な形態の油および／または放熱グリスであり得る。

【0077】

通常、加熱装置は例えば、ハウジング内に配置され、かつ、効率的に熱を移動および／または拡散することが可能な材料によって囲まれ得る管状電気加熱装置であり得る。従って、ハウジングは、油および／または放熱グリスで充填され得る。

【0078】

いくつかの実施形態におけるハウジングは、伝熱を改善するためにフィン付きであり得、他の実施形態においては、特定の熱およびエネルギー要件に応じてフィン付きでないことがあり得る。

【0079】

従って、加熱装置は、均等に熱を移動および／または拡散することが可能な伝熱材料で充填され得るハウジングに埋め込まれ得る。ハウジングは好ましくは、ＰＣＭ筐体と一体的であり得る。加熱装置は通常、ＰＣＭと接触しない。

【0080】

ハウジングは起伏が無くよく、または任意で、表面積を増加させ、加熱器から伝熱材料、ハウジング、そしてＰＣＭへの伝熱を増加させるが、重要なこととして、加熱装置の表面負荷を低減させ、点検期間が短縮されたロバスト設計をもたらすフィン付きでもよい。これは大きな技術的利点であり、ＰＣＭ熱バッテリの寿命を増加させることが分かった。

【0081】

ハウジングにおいてオイルバスを利用することは、加熱装置が、カートリッジ加熱器で要求されるような、ハウジング内の高いはめ合い公差を有する必要が無いことを意味する。多くの場合、加熱装置およびハウジングの両方は好ましくは、（締まりばめを通じて）伝熱を提供するために適切に加工／指定され、加熱装置を容易に外すことを可能にするためにテーパ状であり得る。これも本設計の更なる利点である。

【0082】

加熱装置およびハウジングの当該設計は、加熱装置が容易に取り外し可能であり、点検担当者がＰＣＭにさらされることなくアクセス可能であり得ることを意味する。油など少量の伝熱材料が、ハウジングにおけるオイルニップルを介して、点検期間中に置き換えられる。従って、熱バッテリは、非常に容易に点検可能であり得、これは更なる技術的利点である。

【0083】

ハウジング上のフィンは単純に、延在する細長いプレートであり得、表面積を増加させることによって熱エネルギーを移動および／または拡散するための熱放散エリアとして機能する。

【0084】

更なる実施形態において、ＰＣＭ熱バッテリは、ＰＣＭ筐体の外部に配置され得る少なくとも１つ、または、複数の加熱装置を含み得る。さらに、例えば伝導ブロックがあり得、この中では外部の誘導加熱器を介して電流が誘導され得る。

【0085】

加熱装置は、ＰＣＭ筐体の下方端側、通常、熱交換器コア（例えば熱交換器フィン付きコア）の下（すなわち実質的に下側）に配置され得る。好ましくは、加熱装置は、ＰＣＭ筐体の外側、かつ、ＰＣＭ筐体の底部に、または底部側に外部的に配置され得る。従って、加熱装置は、ＰＣＭ筐体の底部とバッテリケースの底部との間に配置され得る。特定の実施形態において、加熱装置は誘導加熱器であり得る。

【0086】

従って、加熱装置は、熱交換器コアおよびＰＣＭの外部に配置されるものとして記載され得る。それでも加熱装置はＰＣＭ熱バッテリの内部にある。

【0087】

ＰＣＭ筐体の底部に沿って、または底部に実質的に沿って延在し得る伝導材料の層が、加熱装置の上または実質的に上、ＰＣＭ筐体の内側に配置され得る。伝導材料の機能は、誘導加熱器であり得る加熱装置から熱を誘導的に移動することであり得る。従って、伝導材料は、熱伝導金属および／または合金ブロックの形態であり得、その中で電流が誘導され、熱を生成および／または移動し得る。

【0088】

更なる実施形態において、ＰＣＭ熱バッテリは、内部に浸漬された伝導ブロックを含む、少なくとも１つ、または複数の取り外し可能カートリッジ加熱装置を含み得る。

【0089】

伝導ブロックは、任意の好適な伝導材料から作られ得、ＰＣＭ筐体の底部に沿って延在し得、任意で、熱交換器コアおよびＰＣＭの下（すなわち下側）に配置され得る。

【0090】

伝導ブロックは、ＰＣＭ筐体の片側から他方側へ完全に、または実質的に、または少なくとも部分的に沿って延在し得る。伝導ブロックは、任意の好適な金属および／または合金などの伝導材料から構成され得る。従って、伝導ブロックは、加熱装置が配置され得るＰＣＭ筐体の底部の内側から効率的に熱を移動することを意図したものである。

【0091】

取り外し可能であり得る少なくとも１つ、または一連のカートリッジ加熱装置が、伝導ブロックの内部に埋め込まれ得る。カートリッジ加熱装置は、ブロックに沿って、好ましくはブロック内において、実質的に水平に延在し得る。

【0092】

従って、カートリッジ加熱装置は、ＰＣＭ筐体の内部に配置され得る。従って、カートリッジ加熱装置は、効率的に熱を移動することが可能な熱伝導金属および／または合金ブロックを含み得る。

【0093】

従って、伝導ブロックは、ＰＣＭ筐体の底部および内側に埋め込まれた熱源として機能し得る。伝導ブロックは通常、埋め込み型カートリッジ加熱装置と比較して、大きい表面積を有する。

【0094】

カートリッジ加熱装置の技術的利点として、これらは外部からアクセス可能であり、よって、ＰＣＭと接触していないので容易に取り外し可能である。

【0095】

好ましくは、伝導ブロックは、ＰＣＭ筐体の底部に埋め込まれた加熱器ブロックの形態であり得る。

【0096】

更なる実施形態において、ＰＣＭ熱バッテリは、追加的に、ＰＣＭを混合し、強制対流を介して伝熱を助けるインペラアジテータを含み得る。従って、インペラアジテータの追加は、以下の技術的利点を提供する。

【0097】

・強制対流を介して伝熱を助ける。
・ＰＣＭおよびその構成物を撹拌および混合する。

【0098】

従って、ＰＣＭ熱バッテリは追加的に、回転アジテータなどの任意の形態の撹拌装置であり得る撹拌機を含み得る。撹拌機は、例えば、ＰＣＭ筐体の底部側に配置され得、ＰＣＭを撹拌して熱バッテリおよび伝熱の効率を改善するために使用され得る。

【0099】

更なる実施形態において、ＰＣＭ熱バッテリは、ＰＣＭ筐体の内側において実質的に垂直に延在する加熱装置を含み得る。加熱装置は、加熱器要素ネットワークの形態であり得る。

【0100】

加熱器要素ネットワークの形態の加熱装置は、グリッド状パターンの形態であり得る。従って、効率的な伝熱を提供する管状部分が内部にあり得るグリッド部分があり得る。管状部分は例えば、金属管、例えば銅管であり得る。

【0101】

加熱装置は熱交換器において見られる通常のフィンを置き換え得る膨張部材（例えばフィン）も含み得る。特定の実施形態において、熱交換器において見られる標準のフィンを置き換える、銅管などの伝熱管上にスライドされ得る正温度係数（ＰＴＣ）加熱器が使用され得る。

【0102】

更なる実施形態において、ＰＣＭ熱バッテリは、ＰＣＭの循環を助けるために、例えば、ヒートパイプまたは伝導ロッドなどの形態である実質的に垂直に向いた低電力垂直加熱器の形態である加熱装置を含み得る。これにより、熱バッテリ内のＰＣＭ材料のためのポンプ作用が生じることが分かった。

【0103】

当該構成は、以下のような多くの技術的利点を有することが分かった。
１）熱バッテリの基部からコアへの上方向の伝熱を増加させ、蓄熱時間を最適化する。
２）融解されたＰＣＭが進むための経路を作り、相変化およびＰＣＭの膨張によって生じる任意の圧力の蓄積を緩和する。

【0104】

加熱装置は、ＰＣＭ筐体の底部側に配置され得る。加熱装置は、実質的に熱交換器の底部にわたって延在し得る。

【0105】

通常、複数の実質的に垂直に向いた低電力垂直加熱器があり得る。実質的に垂直に向いた加熱器は、低電力加熱装置、または、代替的にヒートチューブの形態であり得る。任意の好適な数の実質的に垂直に向いた加熱器があり得る。

【0106】

実質的に垂直に向いた加熱器は、ＰＣＭ筐体の上面からＰＣＭを通って熱交換器内に延在し得る。

【0107】

更なる実施形態において、ＰＣＭ熱バッテリはルーバー付きフィンを含み得る。ルーバー付きフィンは、熱を移動するために使用され得る一連の管（例えば銅管）を含み得る。管の中および周囲をＰＣＭ材料が流れ得る。フィンにおけるルーバーを使用することにより、ＰＣＭ材料の流れが制御され得る。従って、フィンは、実質的に完全に開くことができるルーバーを含み得る。そのため、それは完全な平面状であり得る、または、ＰＣＭ材料の流れを制御するために使用できるように、角がある形態に切り替えられ得る。ルーバー付きフィン設計は、任意の実施形態、および上記の熱バッテリに組み込まれ得る。

【0108】

本発明の第３態様において提供される、熱エネルギーをＰＣＭ熱バッテリに加える方法は、ＰＣＭを保持可能であるＰＣＭ筐体を提供する段階と、筐体に配置されたＰＣＭを提供する段階と、ＰＣＭ熱バッテリのための電子制御システムを提供する段階と、ＰＣＭ筐体に配置され、ＰＣＭに浸漬された少なくとも１つ、または複数の加熱装置を提供する段階とを含み、少なくとも１つ、または複数の加熱装置は、ＰＣＭを加熱および／または蓄熱することが可能である。

【0109】

上記の特徴は、本願に記載の実施形態のいずれかとの任意の組み合わせで使用され得る。当該方法は、第１および第２態様に記載の任意の特徴を使用し得る。

【図面の簡単な説明】

【0110】

単に例示として、以下の図を参照して、本発明の実施形態をここで説明する。

【0111】

【図1】従来技術によるデュアルポート熱バッテリ設計の概略図である。

【0112】

【図2】本発明による電気加熱器によって熱バッテリを蓄熱するためのハイドロニクス回路を有する、本発明の実施形態によるデュアルポート熱バッテリを表す。

【0113】

【図3】本発明の実施形態による熱バッテリを表す。バックアップ電気加熱器要素を有するデュアルポートがある。

【0114】

【図4】本発明の更なる実施形態による熱バッテリを表す。２つの加熱装置を有する、電気的に加熱される熱バッテリを有するデュアルポートがある。

【0115】

【図5】本発明の更なる実施形態による熱バッテリを表す。熱交換器の下側でＰＣＭに浸される、熱バッテリと一体である電気加熱器がある。

【0116】

【図6a】本発明の更なる実施形態による熱バッテリを表す。熱伝導ロッドまたはヒートパイプなどの多くの熱導体は、実質的に垂直に熱バッテリケースに挿入される。

【図6b】図６ａに示される熱導体の拡大断面図を表す。

【0117】

【図7】本発明の更なる実施形態による熱バッテリを表す。伝導プレートは熱交換器コアに統合され、伝導プレートは、熱交換器の下側にある、熱バッテリの加熱された領域内に延在する。

【0118】

【図8】本発明の更なる実施形態による更なる熱バッテリを表す。熱バッテリは、熱交換器に埋め込まれた実質的にＬ字形の電気加熱装置を含む。

【0119】

【図9】本発明の更なる実施形態による更なる熱バッテリを表す。加熱装置（例えば電気的に加熱される管状加熱器）は、伝導要素、例えば、銅管などの金属管を含み得る熱交換器コアに埋め込まれる。

【0120】

【図10】本発明の更なる実施形態による更なる熱バッテリを表し、スキップ行を熱交換器に埋め込むための構成を示す。

【0121】

【図11a】本発明の更なる実施形態による更なる熱バッテリを表す。熱を効率的に移動および／または拡散させることが可能な材料を含むハウジングに埋め込まれた、および／または、配置された加熱装置がある。

【0122】

【図11b】本発明の更なる実施形態による更なる熱バッテリを表す。熱を効率的に移動および／または拡散させることが可能な材料を含むハウジングに埋め込まれた、および／または、配置された加熱装置があり、ハウジング全体から下向きに延在するファンがある。

【0123】

【図12】本発明の更なる実施形態による更なる熱バッテリを表す。ＰＣＭ筐体の外部に配置された加熱装置がある。加熱は外部に配置された誘導加熱器によって提供される。

【0124】

【図13】本発明の更なる実施形態による更なる熱バッテリを表す。伝導ブロックの内側に配置された少なくとも１つ、または複数の取り外し可能カートリッジ加熱装置がある。

【0125】

【図14】本発明の更なる実施形態による更なる熱バッテリを表す。伝導ブロックの内側に配置された少なくとも１つ、または複数の取り外し可能カートリッジ加熱装置があり、また、ＰＣＭを混合するための撹拌機／アジテータがある。

【0126】

【図15a】本発明の更なる実施形態を表す。ＰＣＭ筐体の内側において実質的に垂直に延在する加熱装置ネットワークの形態の加熱装置がある熱バッテリが示される。

【図15b】図１５ａと同様である。

【0127】

【図16a】本発明の更なる実施形態を表す。ＰＣＭの循環を助けるために、例えばヒートパイプまたは伝導ロッドの形態である、実質的に垂直に向いた低電力垂直加熱器の形態の加熱装置がある熱バッテリが示される。

【図16b】図１６ａと同様である。

【0128】

【図17】本発明の更なる実施形態を表す。本発明による熱バッテリにおいて使用され得るルーバー付きフィン設計の断面を示す。

【発明を実施するための形態】

【0129】

一般に、本発明は、改善された熱バッテリ設計に関し、熱バッテリは例えば、内部に配置され得る少なくとも１つ、または複数の加熱装置を有するＰＣＭ熱バッテリである。

【0130】

本発明の加熱装置は、電気加熱装置に一体的に、および／または、内部に配置され得る。従って、いくつかの実施形態において、加熱装置はＰＣＭ材料と直接接触し得る。

【0131】

従って、本発明において、いくつかの実施形態において、ＰＣＭが直接加熱され得ることは、バッテリ内の回路における流体の循環が蓄熱フェーズに必須ではなく、熱バッテリの放熱のためにだけに存在することを意味する。本発明はまた、複雑なハイドロニクス回路の必要性を克服する。

【0132】

図１は、全体的に１００と指定される従来技術の熱バッテリ設計を示す。示される熱バッテリ１００はデュアルポート熱バッテリである。

【0133】

図１に示すように、熱バッテリケース１０１がある。熱バッテリケース１０１内に断熱材１０２が配置されている。断熱材１０２内に、熱バッテリ１００のＰＣＭを格納するために使用されるＰＣＭ筐体１０３が配置されている。断熱材１０２は、ＰＣＭ筐体１０３の周囲に被覆および断熱層を形成する。

【0134】

また、図１に示すように、熱バッテリ１００に電気的接続を提供するために使用される低電力回路（ＬＰＣ）１０４および高電力回路（ＨＰＣ）１０５がある。

【0135】

熱バッテリ１００の上部には、ＨＰＣ入力部１０６およびＨＰＣ出力部１０７も示されている。ＬＰＣ入力部１０８およびＬＰＣ出力部１０９も示されている。

【0136】

図１はまた、バッテリコントローラ１１０、主電源（ＣＣ）１１１、バッテリ蓄熱状態シグナル１１２、およびバッテリ蓄熱制御シグナル１１３があることを示す。

【0137】

熱バッテリ１００において、過熱安全カットオフサーモスタットＳ０、ならびに温度センサＳ１、Ｓ２、およびＳ３もある。

【0138】

熱バッテリ１００を「加熱／蓄熱」する必要がある場合、作動流体（水）が熱交換器のパイプを通って循環し、作動流体から、ＰＣＭ筐体１０３内に配置されるＰＣＭへ熱エネルギーを移動する。そのため、ポンプ、温度およびフローセンサなどを有する補助的なハイドロニクスアセンブリ／回路が必要となる。これが従来技術において使用される技術的解決策であり、多くの欠点をもたらす。本発明は、これらの問題に対処し、そのような複雑なハイドロニクスの必要性を克服する。

【0139】

従って、複数の蓄熱用の熱源に接続するための、改善された技術的効率、利益、および、特に柔軟性を提供する、改善された熱バッテリ構成および設計を提供する必要性が当該分野において存在する。これは、複雑なハイドロニクス回路を必要とすることなく、制御された方式で、外部の一次熱源を用いて、および／または、内部の加熱装置によってなお蓄熱される能力を含む。複雑なハイドロニクス回路を有する従来の設計が図２において概略的に示されている。

【0140】

図２は更なる熱バッテリ２００設計である。図１に示される熱バッテリ１００と同様に、熱バッテリケース２０１、断熱材２０２、ＰＣＭ筐体２０３、低電力回路（ＬＰＣ）２０４、高電力回路（ＨＰＣ）２０５、ＨＰＣ入力部２０６、ＨＰＣ出力部２０７、ＬＰＣ入力部２０８、ＬＰＣ出力部２０９、バッテリコントローラ２１０、主電源（ＣＣ）２１１、バッテリ蓄熱状態シグナル２１２、およびバッテリ蓄熱制御シグナル２１３がある。

【0141】

図２に示されるバッテリ２００はまた、バッテリ２００の上部に配置された電気加熱器２１４を含む。ポンプ２１５、膨張リリーフ弁（ＥＲＶ）２１６、膨張容器２１７およびシステム充填構成２１８もある。従って、熱バッテリ２００は、ハイドロニクスループ２５０を含む。

【0142】

従って、図２に示されるバッテリ２００は、デュアルポート熱バッテリハイドロニクス電気加熱構成である。

【0143】

上で言及され、図２において示される独立のハイドロニクス回路は、単一または複数（デュアル）のハイドロニクス回路を有するバッテリに好適である。熱バッテリ蓄熱回路が飲用水のために設計される条件において、次いでこのハイドロニクス回路およびこの回路におけるコンポーネントは、水の規制の認証を受ける必要があり、追加のコストおよび複雑性が生じる。

【0144】

これらのタイプのハイドロニクス回路および任意の付随するコンポーネント、ならびに付随するＣＡＰＥＸおよびＯＰＥＸコストを省略するために、一体的および／または内部的に配置された加熱装置（例えば電気加熱装置）がある構成が、ＰＣＭを含む一連の熱バッテリのために、本願において提示される。

【0145】

よって、ＰＣＭを直接加熱することは、いずれかのハイドロニクス回路における循環流体が蓄熱フェーズに必須ではなく、従って、熱バッテリの放熱だけに要求されることを意味する。ＰＣＭを直接加熱することにより、多くの技術的利点を提供し、ハイドロニクスシステムについての多くの既知の問題を克服する。
１．スケーリングの課題：従来技術の熱バッテリにおける加熱器要素をスケールアップすることは熱故障につながり得ることが分かっている。 ２．従来の設計において、加熱器の制御は問題があることが分かっているが、本発明では、加熱器は、制御できるＰＣＭにさらされ、一連の具体的な要件のために任意のカスタマイズされた形態になる。
３．加熱器が作動流体の流れにある従来の設計において、これは、システム圧力降下を追加することが分かっている。また、蓄熱用の流量に影響を与え妨げ得る。 ４．本発明は、従来の設計において使用される水より高い沸点温度を有するＰＣＭを使用する。

【0146】

図２に示される熱バッテリ２００は、図１に示される熱バッテリ１００から前進している。従って、熱バッテリ２００は、異なる回路を蓄熱および／または放熱する能力に起因して、古い単一のポート設計から前進している。これは、非常に柔軟な解決策を提供する。

【0147】

デュアルポート熱バッテリ設計は、追加のコンポーネント無しで、（単純で安価な非認証コンポーネントを使用して）非飲用水で熱バッテリを蓄熱し、次に、飲用水で熱を抽出する能力を提供する。

【0148】

「デュアルポート熱バッテリ」における各ポートは、適切なサイズにすることができる。例えば、熱バッテリを、５０％－５０％、または、７０％－３０％に分割でき、蓄熱と比較して、放熱に対してより大きい比率を割り当てることができる。

【0149】

これにより、より長い期間にわたって徐々に蓄熱し、高パワーで、より高い流量で放熱することが可能となる。

【0150】

本発明は、図１および図２に示される熱バッテリと比較して、更なる改善を提供する。

【0151】

図３は、本発明による熱バッテリ３００を表す。熱バッテリ３００は、デュアルポート設計であり、バックアップ加熱器要素、例えば電気加熱器要素を有する。少なくとも１つ、または複数のバックアップ加熱器要素があり得る。これは、以下でより詳細に記載される。

【0152】

本発明のデュアルポート設計は、非飲用水で熱バッテリを蓄熱することが可能であるという技術的利点を提供する。さらに、バッテリは、単純で安価な非認証コンポーネントで蓄熱できる。次に、熱は飲用水で抽出され得る。従って、本発明の熱バッテリは、過去の複雑なハイドロニクスシステムと比較して遥かに改善されている。

【0153】

熱バッテリ３００は、熱バッテリ３００のコンポーネントのすべてのための筐体として機能する熱バッテリケース３０１を含む。熱バッテリケース３０１内には断熱層３０２が配置される。断熱層３０２は、熱バッテリ３００の効率を改善するための断熱材として機能する。断熱層３０２は断熱被覆を形成する。断熱層３０２は、任意の好適な断熱材料から作られ得る。

【0154】

断熱層３０２内にはＰＣＭ筐体３０３が配置される。ＰＣＭ筐体３０３内にはＰＣＭがある。使用される具体的なＰＣＭは、要求される具体的な目的のために、適合され、カスタマイズされ得る。従って、本発明の熱バッテリ３００は、適合性が高く、幅広い用途のために修正できる。

【0155】

図３はまた、熱バッテリ３００が低電力回路（ＬＰＣ）３０４および高電力回路（ＨＰＣ）３０５を含むことを示す。

【0156】

図３に示されるように、熱バッテリ３００の上面にはＨＰＣ入力部３０６およびＬＰＣ出力部３０７がある。

【0157】

熱バッテリ３００の上面には、ＬＰＣ入力部３０８およびＬＰＣ出力部３０９もある。

【0158】

図３はまた、主電源（ＣＣ）３１１に接続されたバッテリコントローラ３１０があることを示す。また、バッテリ蓄熱状態シグナル３１２およびバッテリ蓄熱制御シグナル３１３がある。

【0159】

また、過熱安全カットオフサーモスタットＳ０および温度センサＳ１、Ｓ２、Ｓ３があることが示される。少なくとも１つの温度センサまたは複数の温度センサがあり得る。作動媒体全体にわたる温度を取得するために、温度センサは、熱バッテリ全体に分布し得る。

【0160】

熱バッテリ３００はまた、図３に示されるような、ＰＣＭに配置される、例えばスタンバイ電気加熱器であり得る加熱装置３１４を含む。この特徴は、図１および図２に示される熱バッテリに対する大きな違いを示す。加熱装置３１４は、ＰＣＭに配置され得る任意の形態の電気加熱装置であり得る。従って、加熱装置３１４は、ＰＣＭに浸漬される、一体的および／または内部的に配置される電気加熱装置として記載され得る。本発明は、ＰＣＭに配置された少なくとも１つ、２つ、または複数の加熱装置を有し得ることに留意されたい。

【0161】

ＰＣＭ筐体３０３、従って、ＰＣＭにおける加熱装置３１４の位置は重要であることが分かった。熱バッテリ３００はまた、加熱装置３１４のための電源３１５を含む。

【0162】

図３に示されるように、電気加熱器３１４は、ＰＣＭ筐体３０３の上半分に配置される。上半分とは、ＰＣＭ筐体３０３の垂直方向の上半分を意味する。電気加熱器３１４はまた、ＰＣＭ材料に浸漬される。

【0163】

加熱装置３１４はバッテリコントローラ３１０に接続される。従って、加熱装置３１４は、完全に制御され得る、および／または、要求されたときにオンおよび／またはオフに切り替えられ得る。加えて、加熱装置３１４によって供給されるパワーおよび／または加熱の量も、修正および変更され得る。

【0164】

好ましい実施形態において、加熱装置３１４は、ＰＣＭ筐体３０３の上半分、上３分の１、または上４分の１に配置される。好ましくは、加熱装置３１４の位置はＰＣＭ筐体３１３の上部にある。これにより、加熱装置３１４は、上部、および、ＰＣＭ筐体３０３の上部における対応するＰＣＭを蓄熱するために使用され得る。これは、ＰＣＭ筐体３０３の上部におけるＰＣＭを加熱するだけであり、従って、低減されたキャパシティのみを提供するが、ユーザが使用可能な出力を利用するのに十分な熱をなお提供する。従って、本発明の加熱装置３１４は、完全適合可能なバックアップ加熱システムとして機能し得る。

【0165】

熱バッテリ３００に示されるシステムの更なる利点として、加熱装置３１４を介して電気熱を入力し、次に、熱交換器を介して即座に熱を取り出すことが可能であることが分かった。これの利点として、瞬間水加熱器システムなどの従来技術のシステムで見られるものとは異なり、電熱エネルギーを貯蔵する必要が無い。

【0166】

図３には示されないが、熱バッテリ３００は、ＰＣＭ筐体３０３内の異なる高さに配置された複数の電気加熱装置を含み得る。これを行う利点として、どれだけのＰＣＭ材料を加熱するか、従って、エネルギーをどれほど貯蔵および／または放出するかを選択できる。電気加熱装置を異なる高さに配置することにより、異なる量（すなわち体積）のＰＣＭを加熱することが可能となる。従って、本発明のバックアップ電気加熱器要素機能は例えばデュアルポートシステムなどの幅広い範囲の用途において高度に適合可能である。

【0167】

図４に示される熱バッテリ４００は、図３に示される熱バッテリ３００と非常に類似している。違いとして、図４における熱バッテリ４００は、２つの加熱装置、すなわち、加熱装置４１４および加熱装置４１６を有する。

【0168】

熱バッテリ４００は、熱バッテリケース４０１、断熱層４０２、ＰＣＭ筐体４０３、低電力回路（ＬＰＣ）４０４、高電力回路（ＨＰＣ）４０５、ＨＰＣ入力部４０６、ＨＰＣ出力部４０７、ＬＰＣ出力部４０８、ＬＰＣ入力部４０９、バッテリコントローラ４１０、主電源（ＣＣ）４１１、バッテリ蓄熱状態シグナル４１２、バッテリ蓄熱制御シグナル４１３、上位置電気加熱器４１４、電気加熱器用電源４１５、および、下位置電気加熱器４１６を含む。

【0169】

過熱安全カットオフサーモスタットＳ０および温度センサＳ１、Ｓ２、Ｓ３も示される。

【0170】

従って、バッテリ４００は、ＰＣＭ筐体４０３の上半分に配置された第１加熱装置４１４、および、ＰＣＭ筐体４０３の下半分に配置された第２加熱装置４１６を含む。

【0171】

図４に示されるように、加熱装置４１４は、ＰＣＭ筐体４１４の上約４分の３に配置され、下方に配置された加熱装置４１６は、ＰＣＭ筐体４０３の底部のすぐ上に配置される。上記のように、異なる量のＰＣＭを加熱することを可能にするために、加熱装置の位置は適合され得る。上述のように、加熱装置は、任意の好適な形態の電気加熱器／要素であり得る。

【0172】

上方に配置された加熱装置４１４は、図３に記載されるようなバックアップ加熱器として機能し得る。従って、一次熱源が故障した場合に加熱装置４１４は起動され得る。

【0173】

下方に配置された加熱装置４１６は、一次加熱システムと共に使用され得る。加熱装置４１６は、ＰＣＭ筐体４０３の底部側に配置されるので、バッテリ４００における実質的にすべてのＰＣＭ材料を迅速に蓄熱することが可能である。

【0174】

第２加熱装置４１６を有する利点として、熱バッテリ４００におけるＰＣＭをより迅速に蓄熱することが可能となる。ＰＣＭ筐体４０３の底部に配置された加熱装置４１６は、熱バッテリ４００のための一次熱源として機能し得る。

【0175】

従って、図４に示される実施形態に加えて、本発明は、異なる量のエネルギーを提供するために、バッテリにおける異なる高さの電気加熱装置など、一体的および／または内部的に配置された複数の加熱装置を有し得る。異なる量および体積のＰＣＭを加熱することにより、異なる量のエネルギーが提供され、それらは次に貯蔵および／または分配できる。

【0176】

図３および図４に示される実施形態について、これにより、外部の一次熱源を用いて熱バッテリをなお蓄熱して、複雑なハイドロニクス回路を有するという要件を無くす能力を含む、多くの技術的利益が提供されることが分かった。また、これにより、制御された方式で、外部の熱源および少なくとも１つ、または複数の内部加熱装置によって熱バッテリを蓄熱するという能力を提供する。少なくとも１つ、または複数の内部加熱装置は、様々な垂直方向の位置に配置され得る。これにより、異なる量のＰＣＭを加熱し、従って、異なる量のエネルギーを貯蔵および／または放熱する能力を提供する。

【0177】

従って、本出願者は、電気加熱装置または複数の電気加熱装置など、一体的に、および／または内部的に配置された加熱装置が多くの異なる技術的利点を提供する熱バッテリ設計を開発した。

【0178】

統合された、および／または、内部的に配置された電気加熱装置または複数の統合された加熱装置を有する本発明の熱バッテリは、以下のような利点を提供する。
ａ）熱バッテリを外部の一次熱源（例えばボイラ）によってなお蓄熱でき、本願において、電気加熱器は、一次熱源が故障した場合に、バックアップ（二次）熱源として機能する。
ｂ）第２に、図４に示すように、統合された電気加熱器は、主熱源／一次熱源として機能し、バッテリを直接加熱し、これにより、複雑なハイドロニクス回路の要件を省略する。
ｃ）また、熱バッテリを、制御された方式で外部熱源および内部加熱装置の両方によって蓄熱できる。例えば、電気要素を介する太陽光発電、および、ハイドロニクス回路を介するボイラによる補充加熱。
ｄ）加熱装置は、ＰＣＭ、すなわち、一定で既知のパラメータの環境によって囲まれる。温水シリンダにおいて、加熱装置は、飲用水によって囲まれる。従って、加熱要素上に水垢が蓄積し、ホットスポットを生じさせ、最終的には加熱装置の故障をもたらす。本発明のように、加熱装置がＰＣＭ内に配置される場合、これらの課題は生じず、従って、加熱装置の寿命が長くなる。
ｅ）水シリンダと異なり、底部に配置された加熱装置を有する本発明の熱バッテリを異なるレベルで蓄熱できる。例えば、加熱装置は、例えば５０％のＰＣＭが融解するまでだけオン状態に切り替えられ得る。従って、異なる高さの複数の要素を使用することなく蓄熱状態を制御できる。

【0179】

以下で詳細に説明され、図５から図１５ａおよび図１５ｂにおいて概略的に示されるように、複数の変形／反復が設計および評価された。図の各々は、機器のコンポーネントについて、わずかに異なる構成を有し、様々な技術的利益がもたらされる。これは以下で説明される。

【0180】

図５は、本発明による熱バッテリ５００を表す。例えば熱交換器などの下側において、熱バッテリに一体、および／または、その内部の電気加熱器などの、ＰＣＭに浸された加熱装置がある。

【0181】

図５に示されるように、熱バッテリケース５０１の内側に配置された断熱層５０２を有する熱バッテリケース５０１がある。断熱層５０２の内側には、ＰＣＭ筐体５０３が配置される。断熱層５０２は、ＰＣＭ５０５を保持するＰＣＭ筐体５０３の周囲に被覆を形成する。また、熱交換器５０４および熱交換器コア５２０がある。

【0182】

図５に示されるように、ＰＣＭ筐体５０３は、熱バッテリ５００の下方端側に配置された、ＰＣＭ筐体５０３の底部から上向きに延在する２つの段構造５０３ａを有する。

【0183】

図５はまた、熱効率を改善するためのフィン付きコアを有し得る熱交換器５０４があることを示す。また、熱交換器回路５０４ａおよび熱交換器回路５０４ｂが示されている。 ＰＣＭ筐体５０３の内側にはＰＣＭ５０５が配置される。

【0184】

ＰＣＭ筐体５０３の上側には、入力部５０６（例えば入力部回路１）、出力部５０７（例えば回路１）、入力部５０８（例えば回路２）、および出力部５０９（例えば回路２）が配置される。

【0185】

センサ５１０もある。図５に示されるように、好ましくは、３つのセンサ５１０がある。第１センサが、ＰＣＭ筐体５０３の上方端側に配置され、第２センサが、ＰＣＭ筐体５０３の中央付近に配置され、更なるセンサが、ＰＣＭ筐体５０３の下方端側に配置される。従って、複数の異なるセンサ５１０が、ＰＣＭ筐体５０３における異なる垂直位置に配置され得る。これにより、ＰＣＭ材料の全体にわたって、ＰＣＭの温度などの物理的パラメータを異なる高さで測定および／または記録することが可能となる。

【0186】

重要なことに、図５はまた、電気加熱装置などの加熱装置５１１がＰＣＭ筐体５０３の下方端側に配置されていることを示す。加熱装置５１１は、管状の形態であり得、熱バッテリ５００と一体であり得る。加熱装置５１１は熱交換器５０４の下側に配置される。

【0187】

熱交換器回路５０４ａ（熱交換器回路１）および熱交換器回路５０４ｂ（熱交換器回路２）もある。従って、加熱装置５１１は、ＰＣＭ５０５に瞬時加熱を提供するために使用され得る。

【0188】

図５に示されるように、加熱装置５１１（例えば管状電気加熱器）は、例えばバルクヘッド接続を介して熱バッテリケース５０１を貫通し得る。

【0189】

さらに、加熱装置５１１は、ＰＣＭ５０５に浸され、完全に浸漬される。従って、加熱装置５１１は、ＰＣＭ５０５と直接接触する。

【0190】

図５は、大きい表面積を介して加熱装置５１１からＰＣＭ５０５へ熱が移動するという技術的利点を提供する。ＰＣＭ５０５における伝導および対流により、熱が熱交換器５０４、例えばフィン付きコアを有する熱交換器へ移動する。これは、エネルギー効率的が高いシステムであることが分かった。

【0191】

段構造５０３ａは、ＰＣＭ筐体５０３の一部であり、例えばＰＣＭ筐体５０３の両側に存在する。従って、２つの段構造５０３ａ、または、任意の好適な数があり得る。

【0192】

段構造５０３ａは、例えば、加熱器要素端子および安全カットオフ構造のための効率的なハウジングを提供する。段構造５０３ａはまた、真空断熱パネルが、熱バッテリ５００を断熱するために使用されることを可能にし得る。

【0193】

これらの段構造５０３ａはまた、加熱装置５１１の上に熱交換器５０４を、熱交換器５０４の下側に一定量のＰＣＭ５０５を配置することを助ける。

【0194】

本発明者はまた、本発明による以下の態様を発見した。熱バッテリが低温（すなわち、放熱モード）である場合、ＰＣＭは固体状態であり、熱伝導性が低いことが分かった。この条件において、加熱装置がオン状態に切り替えられた場合、周りを囲むＰＣＭを融解させ（すなわち、これにより、固体のＰＣＭによって囲まれる、膨張する液体プールが形成される）、以下を生じさせる。
ａ）バッテリセルケースを損傷させ得る過剰な局所圧力
ｂ）安全動作限界の上にあるＰＣＭの急速過熱
ｃ）寿命の短縮または故障をもたらす、加熱装置の過熱

【0195】

これらの課題を克服するために、２つの主な方法が調査され、展開された。
ａ）パワー入力を低減する。すなわち、伝熱プロセスを遅くして、ＰＣＭ／熱交換器コアの熱伝達特性と一致させる。バッテリ蓄熱時間が許容できなかったので、この選択肢は更に追及しなかった。
ｂ）以下の図６ａに示されるように垂直に挿入された多くの金属ロッドは、膨張する一定量のＰＣＭが上の膨張空間側へ逃げるための経路を生じさせ、これにより、局所圧力の蓄積を防止し、また、加熱装置と熱交換器／ＰＣＭコアとの間の対流による伝熱が増加する。この方法は、最大パワーの伝熱を可能にするように最適化された。
ｃ）上のような金属ロッドを使用するのではなく、薄いプレートを熱交換器設計のフィン付きコア内に統合する。これは、図６ｂに示されるように、熱交換器の下の熱バッテリの加熱された領域中に延在する。
ｄ）ルーバー付きフィンを使用して、フィンの間でＰＣＭが移動することを可能にし、対流を通じた伝熱を助け、ＰＣＭの膨張のためのより多くのチャネルを可能にする。

【0196】

図６ａは、例えば金属ロッドなどの多くの熱導体が実質的に垂直に熱バッテリケース内へ挿入される熱バッテリ６００を表す。これは以下に記載される。

【0197】

図６ａに示されるように、熱バッテリケース６０１と、熱バッテリケース６０１の内側に配置された断熱層６０２とを有する熱バッテリ６００がある。また、ＰＣＭ筐体６０３がある。

【0198】

図６ａはまた、例えば、熱交換器フィン付きコアであり得る熱交換器６０４があり得ることを示す。熱交換器はコア６２０を有する。図６ａはまた、熱交換器回路６０４ａ（熱交換器回路１）および熱交換器回路６０４ｂ（熱交換器回路２）があることを示す。 ＰＣＭ筐体６０３の内側には、ＰＣＭ６０５が配置される。

【0199】

ＰＣＭ筐体６０３の上側には、入力部６０６（例えば入力部回路１）、出力部６０７（例えば回路１）、入力部６０８（例えば回路２）および出力部６０９（例えば回路２）が配置される。

【0200】

センサ６１０もある。図６ａに示されるように、好ましくは３つのセンサ６１０がある。第１センサは、ＰＣＭ筐体６０３の上方端側に配置され、更なるセンサが、ＰＣＭ筐体６０３の中央付近に配置され、更なるセンサがＰＣＭ筐体６０３の下方端側に配置される。

【0201】

図６ａはまた、熱交換器６０４の下方端側に加熱装置６１１が配置されていることを示す。加熱装置６１１は、ＰＣＭ筐体６０３の底部側に、それに沿って実質的に水平に配置され得る。

【0202】

図６ａは更に、例えば、伝導ロッドまたはヒートパイプなどの４つの加熱導体６１２があることを示す。加熱導体６１２は、熱交換器６０４において実質的に垂直に配置され、熱交換器コア６２０からＰＣＭ６０５の上方端エリア内に延在する。

【0203】

図６ｂは、図６ａに示される加熱伝導ロッドまたはヒートパイプ６１２の断面である。図６ｂは、熱が熱伝導ロッドまたはヒートパイプを通って上に進み、冷却が熱伝導ロッドまたはヒートパイプを通って下に進むことを示す。

【0204】

図７は、図６ａおよび図６ｂにおける上のような金属ロッドを使用しない熱バッテリ７００に関する。この実施形態は、熱プレート（例えば金属プレートなどの伝導熱プレート）を熱交換器コア（例えば熱交換器フィン付きコア）内に統合することに関する。プレートは、熱交換器の下の熱バッテリの加熱された領域内に延在する。

【0205】

図７に示される熱バッテリ７００において、熱バッテリケース７０１、断熱層７０２、およびＰＣＭ筐体７０３がある。図７に示されるように、熱交換器７０４、および、好ましくは熱交換器フィン付きコアであり得る熱交換器コア７２０もある。

【0206】

図７はまた、熱交換器回路７０４ａ（熱交換器回路１）および熱交換器回路７０４ｂ（熱交換器回路２）があることを示す。

【0207】

ＰＣＭ筐体７０３内にＰＣＭ７０５が配置される。熱バッテリケース７０１の上面には、入力部７０６（例えば入力部回路１）、出力部７０７（例えば回路１）、入力部７０８（例えば回路２）、および出力部７０９（例えば回路２）が配置される。

【0208】

センサ７１０もある。図７に示されるように、好ましくは、３つのセンサ７１０がある。第１センサは、ＰＣＭ筐体７０３の上方端側に配置され、更なるセンサは、ＰＣＭ筐体７０３の中央付近に配置され、更なるセンサは、ＰＣＭ筐体７０３の下方端側に配置される。

【0209】

図７はまた、加熱装置７１１が、熱交換器７０４の下方端の下側に配置されることを示す。従って、加熱装置７１１は、ＰＣＭ７０５中に完全に浸漬される。

【0210】

図７は更に、例えば４つのプレート７１２があることを示す。プレートは、熱交換器７０４において実質的に垂直に配置され、任意で、加熱装置７１１を通って、ＰＣＭ７０５の下方端エリア内に延在する。熱交換器７０４を通って任意の好適な向きに向き得る任意の好適な数のプレートがあり得る。プレート７１２に沿って、熱が上向きに、冷却が下向きに移動することを助けるために、プレート７１２は実質的に垂直に入れられることが好ましいことが分かった。

【0211】

プレート７１２は、任意の好適な金属および／または合金などの伝熱材料から形成され得る。プレート７１２は、伝熱を助けるために、比較的厚いことがあり得る。プレート７１２は、実質的に平面状であり、熱バッテリ７００において実質的に垂直に向き得る。

【0212】

プレート７１２は、約０．１～５ｃｍ厚、約０．１～２ｃｍ厚、または約０．１～０．５ｃｍ厚など、比較的厚いことがあり得る。

【0213】

図８は本発明による更なる熱バッテリ８００に関する。熱バッテリ８００は、熱交換器、例えば熱交換器フィン付きコアに埋め込まれた、実質的にＬ字形の電気加熱装置を含む。これは以下で説明される。

【0214】

図８において、熱バッテリ外側ケース８０１、断熱層８０２、およびＰＣＭ筐体８０３を含む熱バッテリ８００がある。熱交換器８０４および熱交換器コア８２０（例えば熱交換器フィン付きコア）もある。熱交換器回路８０４ａ（熱交換器回路１）および熱交換器回路８０４ｂ（熱交換器回路２）がある。図８はまた、ＰＣＭ筐体８０３内に配置されたＰＣＭ８０５があることを示す。

【0215】

ＰＣＭ筐体８０３の上側には、入力部８０６（例えば入力部回路１）、出力部８０７（例えば回路１）、入力部８０８（例えば回路２）および出力部８０９（例えば回路２）が配置される。

【0216】

センサ８１０もある。図８に示されるように、好ましくは３つのセンサ８１０がある。第１センサは、ＰＣＭ筐体８０３の上方端側に配置され、更なるセンサは、ＰＣＭ筐体８０３の中央付近に配置され、更なるセンサは、ＰＣＭ筐体８０３およびＰＣＭ８０５の下方端側に配置される。

【0217】

図８に示されるように、Ｌ字形の電気加熱装置８１１は、ＰＣＭ８０５を通って下向きに延在する、実質的に垂直に配置された部分８１１ａを含む。３つの実質的に水平に配置された部分８１１ｂ、８１１ｃおよび８１１ｄが、実質的に垂直な部分８１１ａから接線方向に延在する。単一または複数など、任意の数の実質的に垂直に配置された部分、および、実質的に水平に配置された部分があり得る。

【0218】

１つの実質的に水平に配置された部分８１１ｂは、熱交換器コア８２０の下４分の１において延在し得、水平に配置された部分８１１ｃは、熱交換器コア８２０の実質的に中央部を通って延在し得、第３の水平に配置された部分８１１ｄは、熱交換器８０４の上４分の１を通って延在し得る。水平に配置された部分は、熱交換器コア８２０の任意の好適なエリアに配置され得る。

【0219】

図８に示されるように、熱バッテリ８００において、加熱装置８１１、および、特に実質的に水平に配置された部分８１１ｂ、８１１ｃ、８１１ｄは、熱交換器８１４のコア（例えば、フィン管熱交換器のフィン付きコア）に埋め込まれる。加熱装置８１１は好ましくは、少なくとも部分的にＰＣＭ８０５に浸される。

【0220】

熱バッテリ８００において、加熱要素８１１と、熱交換器フィンなど、熱交換器コア８２０の部分との間に締まりばめを有することが好ましいことが分かった。驚くべきことに、これにより、増加した伝熱表面、および、改善された蓄熱時間が提供されることが分かった。

【0221】

実質的に水平の部分を有する「Ｌ字」形の加熱装置はまた、以下のような多くの利点を提供することが分かった。
１）相変化（融解および凝固）中のＰＣＭ８０５の任意の膨張の緩和
２）熱バッテリの上部における熱バッテリの動作に要求されるケーブルの単純な終端

【0222】

図８に示されるように、均一な蓄熱、蓄熱時間、部分的な流し出し、および、膨張特性に関してより良い性能を提供するために、加熱装置８１１の実質的に水平に配置された部分８１１ｂ、８１１ｃ、８１１ｄは、熱バッテリのフットプリントおよびアスペクト比に応じて、熱交換器コア８０４（例えばフィン付きコア）内の特定の高さに配置される。

【0223】

加熱装置８１１の実質的に水平に配置された部分８１１ｂ、８１１ｃ、８１１ｄの配置は、以下の課題を軽減することが分かった。
ｄ）バッテリセルケースを損傷し得る過剰な局所圧力
ｅ）安全動作限界を超えるＰＣＭの急速過熱
ｆ）寿命の短縮または故障をもたらす、加熱装置の過熱

【0224】

図８に示される熱バッテリ８００は、貯蔵された熱および提供される加熱装置のパワーの両方を使用して家庭の温水供給を瞬時に加熱するハイブリッド温水加熱器に理想的な実施形態であると分かった。

【0225】

図９は、金属性伝導要素、例えば銅管などの伝導管を含み得る熱交換器コア内に加熱装置（例えば電気的に加熱される管状加熱器）が埋め込まれた熱バッテリ９００を表す。

【0226】

図９に示される熱バッテリ９００において、熱バッテリケース９０１、断熱層９０２、および、ＰＣＭ９０５を保持するＰＣＭ筐体９０３がある。また、熱交換器９０４および熱交換器コア９２０がある。

【0227】

ＰＣＭ筐体９０３の上側には、入力部９０６（例えば入力部回路１）、出力部９０７（例えば回路１）、入力部９０８（例えば回路２）および出力部９０９（例えば回路２）が配置されている。

【0228】

センサ９１０もある。図９に示されるように、好ましくは３つのセンサ９１０がある。第１センサはＰＣＭ筐体９０３の上方端側に配置され、更なるセンサは、ＰＣＭ筐体９０３の中央付近に配置され、更なるセンサは、ＰＣＭ筐体９０３の下方端側に配置される。

【0229】

図９において、熱バッテリ９００は、電気加熱装置などの加熱装置９１１を含む。特に、加熱装置９１１は、ＰＣＭ筐体９０３と熱交換器コア９２０との間の熱バッテリ９００の上部分に配置される電気加熱装置９１１ａを含む。特に、電気加熱装置９１１ａは熱バッテリ９００のマニホールドに埋め込まれ得る。

【0230】

図９はまた、熱交換器コア９２０における通路９１５に埋め込まれた電気加熱装置９１１ｂ、９１１ｃがあることを示す。通路９１５は、熱交換器コア９２０にわたって実質的に水平に延在し、「Ｕ字」に曲がり得る。

【0231】

図９はまた、熱交換器コア９２０にわたって実質的に水平に延在する第２加熱装置９１１ｃがあることを示す。

【0232】

図１０は、通路９１５中に配置された加熱装置９１１ｂを示す図である。図１０において、ＰＣＭ筐体９０３およびＰＣＭ９０５が示される。ＰＣＭ筐体９０３およびＰＣＭ９０５中には熱交換器９０４が配置されている。熱交換器９０４はフィン付きコア熱交換器であり得る。

【0233】

図１０は、例えば、熱交換器９０４のための管である通路９２２があることを示す。図１０に示されるように、通路９２２は、通路９１５の周囲に延在し、「スキップ」構成を提供し得る。

【0234】

従って、図１０は、電気加熱器が熱交換器内、特に、熱交換器コアを通って延在する通路（すなわち、銅または任意の他の好適な伝導材料から作られ得る管）に埋め込まれ得る実施形態に関する。

【0235】

図９および図１０に示される実施形態において、加熱装置９１１ｂ、９１１ｃは、熱交換器コア９０４内に埋め込まれ、好ましくは任意でＰＣＭ９０５中に直接入れられない。加熱装置９１１ｂ、９１１ｃを埋め込むための多くの異なる選択肢がある。加熱装置９１１ｂ、９１１ｃは以下のような多くの方式で埋め込まれ得る。
・図９における実施形態に示されるように、加熱装置９１１ｂ、９１１ｃおよび通路９２２は、作動流体、すなわちＰＣＭ９０５から延在する入力部を提供し得る。加熱装置９１１ｂ、９１１ｃは、熱交換器フィン付きコアを通じて供給するより小さいキャピラリに接続するための入力部上の直径がより大きいマニホールドに埋め込まれ得る。このことは、加熱装置９１１ｂ、９１１ｃが作動流体中にあり、従って、蓄熱がバッテリ全体で均一になることを意味する。加熱装置９１１ｂ、９１１ｃの動作は、補助的な工場設備と連携され、熱バッテリコントローラによって管理される。
・図１０は、回路９１５（例えば、スキップ行管）および熱交換器フィン付きコア（図１０）などの熱交換器の部分がどこに埋め込まれるかを示す。熱交換器フィン付きコアにおけるスキップ行によって、「スキップ管」には、フィン付きブロック全体の様々な位置における複数の加熱器によって供給できる。これの利点として、スキップ行は、フィン付きブロックに拡大され、管からフィンへのより優れた伝熱を提供する。

【0236】

図９および図１０に示される両方の変形において、加熱装置は、熱交換器と直接接触するので、改善された一貫した伝熱が達成される。追加的に、要素は、ＰＣＭと直接接触しないので、ＰＣＭと適合する必要が無い。これにより、コストが低減され、信頼性およびロバスト性が増加した加熱器のより多くの選択肢が生じる。点検担当者がＰＣＭにさらされることなく、加熱器要素に点検整備のためにアクセス可能である。より高パワーの要素が使用されることがあり得、ＰＣＭ動作条件は、加熱器のより高パワーの表面負荷の懸念が無い。

【0237】

図１１ａおよび図１１ｂは、本発明による更なる熱バッテリを表す。熱バッテリにおいて、熱を効率的に移動および／または拡散することが可能な材料を含むハウジングに埋め込まれた、および／または、配置された加熱装置がある。従って、当該材料により、加熱装置から熱交換器コアおよび／または相変化材料へ熱をより良く移動することが可能である。これは以下でより詳細に説明される。

【0238】

図１１ａに示されるように、熱バッテリケース１００１、および、熱バッテリケース１００１の内側に配置された断熱層１００２を有する熱バッテリ１０００がある。ＰＣＭ筐体１００３およびＰＣＭ１００５もある。熱交換器１００４および熱交換器コア１０２０もある。

【0239】

図１１ａにおいて、ＰＣＭ筐体１００３の上側に、入力部１００６（例えば入力部回路１）、出力部１００７（例えば回路１）、入力部１００８（例えば回路２）および出力部１００９（例えば回路２）が配置されている。

【0240】

センサ１０１０もある。図１１ａに示されるように、好ましくは３つのセンサ８１０がある。第１センサは、ＰＣＭ筐体１００３の上方端側に配置され、更なるセンサは、ＰＣＭ筐体１００３の中央付近に配置され、更なるセンサは、ＰＣＭ筐体１００３の下方端側に配置される。

【0241】

図１１ａに示されるように、ＰＣＭ筐体１００３の下方端側、熱交換器コア１０２０（例えば熱交換器フィン付きコア）の下に配置された加熱装置１０１１（例えば電気加熱装置）がある。熱交換器回路１００４ａ（熱交換器回路１）および熱交換器回路１００４ｂ（熱交換器回路２）がある。

【0242】

加熱装置１０１１は２つの段構造１００３ａと１００３ｂとの間に配置され、これらの２つの段構造１００３ａと１００３ｂとの間に延在する。段構造１００３ａ、１００３ｂは、ＰＣＭ筐体１００３の一部である。

【0243】

加熱装置は、熱を均等に移動および／または拡散することが可能な材料／流体で充填され得るハウジング１０３０内に保持される。材料／流体は例えば、任意の好適な形態の油および／または放熱グリスであり得る。

【0244】

図１１ａにおいて、加熱装置１０１１は例えば、ハウジング１０３０内に配置され、熱を効率的に移動および／または拡散することが可能な材料によって囲まれ得る管状電気加熱装置であり得る。従って、ハウジング１０３０は、油および／または放熱グリスで充填され得る。図１１ｂにおいて見られる実施形態とは対照的に、ハウジング１０３０はフィン付きでない。

【0245】

従って、図１１ａに示される構成において、加熱装置１０１１は、熱を均等に移動および／または拡散することが可能な伝熱材料で充填されたハウジング１０３０に埋め込まれる。ハウジング１０３０は好ましくは、ＰＣＭ筐体１００３と一体である。加熱装置１０１１は、ＰＣＭ１００５と接触しない。

【0246】

ハウジング１０３０は起伏が無くても、または任意で、表面積を増加させ、加熱器から伝熱材料、ハウジング、そしてＰＣＭ１００５への伝熱を増加させるが、重要なこととして、加熱装置１０１１の表面負荷を低減させ、点検期間が短縮されたロバスト設計をもたらすフィン付きでもよい。これは、大きな技術的利点であり、熱バッテリ１０００の寿命を増加させることが分かった。

【0247】

ハウジング１０３０においてオイルバスを利用することは、加熱装置１０１１が、カートリッジ加熱器で要求されるような、ハウジング１０３０内の高いはめ合い公差を有する必要が無いことを意味する。多くの場合、加熱装置１０１１およびハウジング１０３０の両方は好ましくは、（締まりばめを通じて）伝熱を提供するために適切に加工／指定され、加熱装置１０１１を容易に外すことを可能にするためにテーパ状であり得る。これも本設計の更なる利点である。

【0248】

図１１ａにおいて見られる加熱装置１０１１およびハウジング１０３０の設計は、加熱装置１０１１が容易に取り外し可能であり、点検担当者がＰＣＭ１００５にさらされることなくアクセス可能であることを意味する。油など少量の伝熱材料が、ハウジングにおけるオイルニップルを介して、点検期間中に置き換えられる。従って、熱バッテリ１０００は、非常に容易に点検可能であり得、これは更なる技術的利点である。

【0249】

図１１ｂは、ハウジング１０５０が、図１１ａにおいて見られるものと類似している代替的な実施形態を表すが、本実施形態において、ハウジング１０５０全体から下向きに延在する一連のフィン１０５２がある。フィン１０５２は、表面積、従って、熱エネルギーの移動および／または拡散を増加させるために、熱放散エリアとして機能する、単純に延在する細長いプレートである。ハウジング１０５０の内部の長さの少なくとも一部、または実質的にすべてに沿って、その中に延在する加熱装置１０５４がある。

【0250】

図１２は、本発明による更なる熱バッテリ１１００を表す。この変形例において、加熱装置は、ＰＣＭ筐体の外部に配置される。内部には伝導ブロックがあり、外部の誘導加熱器を介して電流が誘導される。これは以下でより詳細に説明される。

【0251】

図１２は、熱バッテリケース１１０１、および、熱バッテリケース１１０１の内側に配置された断熱層１１０２を含む熱バッテリ１１００があることを示す。ＰＣＭ筐体１１０３およびＰＣＭ１１０５もある。熱交換器１１０４および熱交換器コア１１２０もある。

【0252】

図１２において、ＰＣＭ筐体１１０３の上側に、入力部１１０６（例えば入力部回路１）、出力部１１０７（例えば回路１）、入力部１１０８（例えば回路２）および出力部１１０９（例えば回路２）が配置される。

【0253】

センサ１１１０もある。図１２に示されるように、好ましくは３つのセンサ１１１０がある。第１センサは、ＰＣＭ筐体１１０３の上方端側に配置され、更なるセンサは、ＰＣＭ筐体１１０３の中央付近に配置され、更なるセンサは、ＰＣＭ筐体１１０３の下方端側に配置される。

【0254】

熱交換器回路１１０４ａ（熱交換器回路１）および熱交換器回路１１０４ｂ（熱交換器回路２）がある。

【0255】

図１２に示されるように、ＰＣＭ筐体１００３の下方端側、熱交換器コア１１０４（例えば熱交換器フィン付きコア）の下に配置された加熱装置１１１１がある。特に、図１２に示される熱バッテリ１１００において、加熱装置１１１１は、ＰＣＭ筐体１１０３の外側、かつ、ＰＣＭ筐体１１０３の底部に外部的に配置される。従って、加熱装置１１１１は、ＰＣＭ筐体１１０３の底部とバッテリケース１１０１の底部との間に配置される。特定の実施形態において、加熱装置１１１１は誘導加熱器である。

【0256】

従って、加熱装置１１１１は、熱交換器コア１１０４およびＰＣＭ１１０５から外部的に配置されるように記載され得る。

【0257】

図１２に示されるように、加熱装置１１１１の上または実質的に上、かつ、ＰＣＭ筐体１１０３の内側に、ＰＣＭ筐体１１０３の底部に沿って、または、底部に実質的に沿って延在する伝導材料１１１２の層が配置される。伝導材料１１１２の機能は、誘導加熱器であり得る加熱装置１１１１から熱を誘導的に移動することである。従って、伝導材料１１１２は、熱伝導金属および／または合金ブロックの形態であり得、その中で電流が誘導され、熱を生成および／または移動し得る。

【0258】

図１３は、本発明による更なる熱バッテリ１２００を表す。本実施形態において、熱バッテリ１２００中には、内部に浸漬された伝導ブロックを含む少なくとも１つ、または複数の取り外し可能カートリッジ加熱装置がある。これは以下でより詳細に記載される。

【0259】

熱バッテリ１２００において、熱バッテリケース１２０１、および、熱バッテリケース１２０１の内側に配置された断熱層１２０２がある。ＰＣＭ筐体１２０３およびＰＣＭ１２０５もある。熱交換器１２０４および熱交換器コア１２２０もある。

【0260】

図１３において、ＰＣＭ筐体１２０３の上側には、入力部１２０６（例えば入力部回路１）、出力部１２０７（例えば回路１）、入力部１２０８（例えば回路２）および出力部１２０９（例えば回路２）が配置される。

【0261】

センサ１２１０もある。図１３に示されるように、好ましくは３つのセンサ１２１０がある。第１センサは、ＰＣＭ筐体１２０３の上方端側に配置され、更なるセンサは、ＰＣＭ筐体１２０３の中央付近に配置され、更なるセンサは、ＰＣＭ筐体１２０３の下方端側に配置される。

【0262】

熱交換器回路１２０４ａ（熱交換器回路１）および熱交換器回路１２０４ｂ（熱交換器回路２）がある。

【0263】

図１３に示されるように、ＰＣＭ筐体１２０３の底部に沿って延在し、熱交換器コア１２２０およびＰＣＭ１２０５の下に配置される材料のブロック１２１２がある。ブロック１２１２は、ＰＣＭ筐体１２０３の片側から他方側へ完全に、または、実質的に、または、少なくとも部分的に沿って延在し得る。ブロック１２１２は、任意の好適な金属および／または合金などの伝導材料から構成される。従って、ブロック１２１２は、加熱装置が配置されるＰＣＭ筐体１２０３の底部の内側から熱を効率的に移動することを意図するものである。

【0264】

ブロック１２１２内には、取り外し可能であり得る少なくとも１つ、または一連のカートリッジ加熱装置１２１１が内部的に埋め込まれる。図１３において、３つのカートリッジ加熱装置１２１１があることが示されているが、任意の好適な数があり得る。カートリッジ加熱装置１２１１は、ブロック１２１２に沿って実質的に水平に延在する。

【0265】

従って、カートリッジ加熱装置１２１１は、ＰＣＭ筐体１２０３内に内部的に配置される。従って、カートリッジ加熱装置１２１３は、熱を効率的に移動することが可能な熱伝導金属および／または合金ブロックを含み得る。

【0266】

従って、図１３に示される実施形態においてＰＣＭ筐体１２１３の内側の底部に埋め込まれた熱源として機能するブロック１２１２がある。ブロック１２１２は、埋め込み型カートリッジ加熱装置１２１３と比較して、大きい表面積を有する。

【0267】

カートリッジ加熱装置１２１１の技術的利点として、これらは外部からアクセス可能であり、よって、ＰＣＭ１２０５と接触していないので容易に取り外し可能である。従って、図１３に示される実施形態および熱バッテリ１２００は非常に容易に点検され得る。

【0268】

本変形例は、ＰＣＭ筐体の底部に埋め込まれた加熱器ブロックを使用する。このブロックは、埋め込まれたカートリッジ加熱器と比較して大きい表面積を有する。加熱器は、外部的にアクセス可能であるので、取り外し可能であり、ＰＣＭと接触しない。

【0269】

図１４は、本発明による更なる熱バッテリ１３００を表す。本実施形態において、熱バッテリ１３００には、内部的に浸漬された伝導ブロックと、また、ＰＣＭ１３１５を混合し、強制対流を介して伝熱を助けるインペラアジテータとを含む少なくとも１つ、または複数の取り外し可能カートリッジ加熱装置がある。従って、インペラアジテータの追加は、以下の技術的利点を提供する。
・強制対流を介して伝熱を助ける
・ＰＣＭ１３０５およびその構成物を撹拌および混合する

【0270】

図１４に示されるバッテリ１３００は、以下でより詳細に記載される。

【0271】

バッテリ１３００は、熱バッテリケース１３０１、および、熱バッテリケース１３０１の内側に配置された断熱層１３０２を含む。ＰＣＭ筐体１３０３およびＰＣＭ１３０５もある。熱交換器１３０４および熱交換器コア１３２０もある。

【0272】

図１４において、ＰＣＭ筐体１３０３の上側には、入力部１３０６（例えば入力部回路１）、出力部１３０７（例えば回路１）、入力部１３０８（例えば回路２）および出力部１３０９（例えば回路２）が配置されている。

【0273】

センサ１３１０もある。図１４に示されるように、好ましくは、３つのセンサ１３１０がある。第１センサは、ＰＣＭ筐体１３０３の上方端側に配置され、更なるセンサは、ＰＣＭ筐体１３０３の中央付近に配置され、更なるセンサは、ＰＣＭ筐体１３０３の下方端側に配置される。

【0274】

熱交換器回路１３０４ａ（熱交換器回路１）および熱交換器回路１３０４ｂ（熱交換器回路２）がある。

【0275】

図１４に示されるように、ＰＣＭ筐体１３０３の底部に沿って延在し、熱交換器コア１３２０およびＰＣＭ１３０５の下に配置される材料のブロック１３１２がある。ブロック１３１２は、ＰＣＭ筐体１３０３の片側から他方側まで、完全に、または、実質的に、または、少なくとも部分的に沿って延在し得る。ブロック１３１２は、任意の好適な金属および／または合金などの伝導材料から構成される。従って、ブロック１３１２は、ＰＣＭ筐体１３０３の底部の内側から効率的に熱を移動することを意図したものである。

【0276】

ブロック１３１２中に内部的に埋め込まれた、取り外し可能であり得る少なくとも１つまたは一連のカートリッジ加熱装置１３１１がある。図１４において、３つのカートリッジ加熱装置１３１１があることが示されているが、任意の好適な数であり得る。

【0277】

従って、カートリッジ加熱装置１３１１は、ＰＣＭ筐体１３０３中に内部的に配置される。従って、カートリッジ加熱装置１３１１は、熱を効率的に移動することが可能な熱伝導金属および／または合金ブロックを含み得る。

【0278】

従って、図１４に示される実施形態において、ＰＣＭ筐体１３０３の底部および内側に埋め込まれた熱源として機能するブロック１３１２がある。ブロック１３１２は、埋め込み型カートリッジ加熱装置１３１１と比較して、大きい表面積を有する。

【0279】

加えて、熱バッテリ１３００は、回転アジテータなどの任意の形態の撹拌装置であり得る撹拌機１３１５を含む。撹拌機１３１５は例えば、ＰＣＭ筐体１３０３の底部側に配置され得、熱バッテリ１３００および伝熱の効率を改善するべく、ＰＣＭ１３０５を撹拌するために使用され得る。

【0280】

図１５ａは、熱バッテリ１４００があることが示される本発明の更なる実施形態を表す。熱バッテリ１４００において、ＰＣＭ筐体の内側に実質的に垂直に延在する加熱装置がある。加熱装置は、加熱器要素ネットワークの形態であり得る。これは、以下でより詳細に記載される。

【0281】

バッテリ１４００は熱バッテリケース１４０１、および、熱バッテリケース１４０１の内側に配置される断熱層１４０２を含む。ＰＣＭ筐体１４０３およびＰＣＭ１４０５もある。熱交換器１４０４および熱交換器コア１４２０もある。

【0282】

図１５ａにおいて、ＰＣＭ筐体１４０３の上側には、入力部１４０６（例えば入力部回路１）、出力部１４０７（例えば回路１）、入力部１４０８（例えば回路２）および出力部１４０９（例えば回路２）が配置される。

【0283】

センサ１４１０もある。図１５ａに示されるように、好ましくは３つのセンサ１４１０がある。第１センサは、ＰＣＭ筐体１４０３の上方端側に配置され、更なるセンサは、ＰＣＭ筐体１４０３の中央付近に配置され、更なるセンサは、ＰＣＭ筐体１４０３の下方端側に配置される。

【0284】

図１５ａに示されるように、ＰＣＭ筐体１４０３中に実質的に垂直に延在する一連の加熱装置１４１１がある。単一の加熱装置、または複数の加熱装置など、任意の数の加熱装置１４１１があり得る。単に具体的な例である図１５ａに示される実施形態は、ＰＣＭ筐体１４０３中に実質的に垂直に配置される６個の加熱装置１４１１を示す。

【0285】

図１５ｂは、加熱装置１４１１の拡大断面図である。図１５ｂは、加熱装置１４１１が、グリッド状パターンの加熱装置ネットワーク１４２０を含むことを示す。グリッド部分中には、効率的な伝熱を提供する管状部分１４２２がある。管状部分１４２２は銅管であり得る。加熱装置１４１１はフィン１４３０の形態である。

【0286】

図１５ａおよび図１５ｂに示される構成において、熱交換器１４０４の製造中、通常のフィンは「加熱フィン」、すなわち加熱装置１４１１に置き換えられる。加熱装置１４１１の位置は例えば、アスペクト比によって決定され、使用される熱バッテリ１４００および加熱装置１４１１の高さは、何の熱エネルギーが要求されるかに応じて、所望のパワー入力を提供するように選択できる。加熱装置１４１１の形態である、加熱フィンは、特定の実施形態において、熱交換器１４０４と一体の部分であるので、非取り外し可能であり得る。しかしながら、熱バッテリのロバスト性を確実にするべく、冗長性のために、要求されるより多くの余分の加熱フィン、すなわち加熱装置１４１１を設置する可能性がある。

【0287】

この設計の加熱される表面積が大きいことに起因して、各加熱フィン（すなわち加熱装置１４１１）のパワー密度は非常に低く、システムのロバスト性および寿命が改善される。

【0288】

また、用途に好適であるように蓄熱および放熱の能力を最適化するために、加熱フィンの上部から底部までの、図１５ｂに示されるような加熱器要素ネットワークの密度は、変動され得る。

【0289】

従って、図１５ａおよび図１５ｂに示される熱バッテリ１４００において、加熱装置１４１１は、熱交換器において見られる通常のフィンを置き換えるために使用され得る。特定の実施形態において、熱交換器において見られる標準のフィンを置き換える、銅管などの伝熱管上にスライドされ得る正温度係数（ＰＴＣ）加熱器が使用され得る。

【0290】

図１６ａは、熱バッテリ１５００があることが示される本発明の更なる実施形態を表す。熱バッテリ１５００に示される実施形態において、ＰＣＭ循環を助けるために、例えばヒートパイプまたは伝導ロッドの形態である、実質的に垂直に向いた低電力垂直加熱器の形態の加熱装置がある。これは、熱バッテリ内のＰＣＭ材料のためのポンプ作用を生じさせることが分かった。

【0291】

図１５ａに示される構成は、以下のような多くの技術的利点を有することが分かった。
１）熱バッテリの基部からコアへの上向きの伝熱を増加させ、蓄熱時間を最適化する
２）融解したＰＣＭが進むための経路を作り、相変化および膨張するＰＣＭによって生じる任意の圧力の蓄積を緩和する。

【0292】

熱バッテリ１５００において、熱バッテリケース１５０１、および、熱バッテリケース１５０１の内側に配置された断熱層１５０２がある。ＰＣＭ筐体１５０３およびＰＣＭ１５０５もある。熱交換器１５０４および熱交換器コア１５２０もある。

【0293】

図１６ａにおいて、ＰＣＭ筐体１５０３の上側に入力部１５０６（例えば入力部回路１）、出力部１５０７（例えば回路１）、入力部１５０８（例えば回路２）および出力部１５０９（例えば回路２）が配置される。

【0294】

センサ１５１０もある。図１６ａに示すように、好ましくは３つのセンサ１５１０がある。第１センサは、ＰＣＭ筐体１５０３の上方端側に配置され、更なるセンサは、ＰＣＭ筐体１５０３の中央付近に配置され、更なるセンサは、ＰＣＭ筐体１５０３お下方端側に配置される。

【0295】

熱交換器回路１５０４ａ（熱交換器回路１）および熱交換器回路１５０４ｂ（熱交換器回路２）がある。

【0296】

図１６ａに示されるように、ＰＣＭ筐体１５０３の底部側に加熱装置１５１１が配置される。加熱装置１５１１は、実質的に熱交換器１５０４の底部にわたって延在する。

【0297】

図１６ａはまた、複数の実質的に垂直に向いた低電力垂直加熱器１５１２があることを示す。垂直加熱器１５１２は、低電力加熱装置、または代替的にヒートチューブの形態であり得る。任意の好適な数の垂直加熱器１５１２があり得る。

【0298】

熱バッテリ１５００に示される実施形態において、ＰＣＭ筐体１５０３の上面からＰＣＭ１５０５を通って熱交換器１５０４内に延在する、４つの実質的に垂直に向いた加熱器１５１２がある。

【0299】

図１６ｂは、使用され得る異なるタイプの垂直加熱器の拡大断面図を示す。図１６ｂの左側には、低電力加熱装置１５３０がある。図１６ｂの右側には、ヒートチューブ１５４０が示される。図１６ｂは、熱が垂直加熱器から上向きに進み、冷却が垂直加熱器を通って下向きに流れることを示す。

【0300】

図１７は、本発明による、全体として１６００と指定されるルーバー付きフィン設計の断面を表す。ルーバー付きフィン設計１６００は、熱を移動するのに使用され得る一連の管１６０１（例えば銅管）を含む。管１６０１の中または周囲をＰＣＭ材料が流れる。ＰＣＭ材料の流れは参照番号１６０３で示される。図１７に示されるように、ＰＣＭ材料の流れは、フィン１６０２におけるルーバー１６０２ａを使用して制御され得る。従って、フィン１６０２は、実質的に完全に開くことができるルーバーを含み得る。そのため、それは完全な平面状であり得る、または、ＰＣＭ材料の流れを制御するために使用できるように、角がある形態に切り替えられ得る。ルーバー付きフィン設計６００は、任意の実施形態、および上記の熱バッテリに組み込まれ得る。

【0301】

本発明の具体的な実施形態を上に記載したが、記載された実施形態からの逸脱は、本発明の範囲になお含まれ得ることを理解されたい。例えば、任意の好適なタイプの筐体が熱バッテリに使用され得る。加えて、任意の形態の好適なＰＣＭ材料および電子制御機構が使用され得る。さらに、加熱装置は、電気的に加熱されるなど、任意の好適な形態であり得る、または、本願の範囲内で想定される任意の他の形態の加熱システムであり得る。さらに、任意の形態の熱交換器が、本発明に記載の熱バッテリにおいて使用され得る。
他の可能な請求項
（項目１）
ＰＣＭ熱バッテリであって、
ＰＣＭを保持することが可能なＰＣＭ筐体と、
上記ＰＣＭ筐体に配置されるＰＣＭと、
上記ＰＣＭ熱バッテリを制御するための電子制御システムと、
上記ＰＣＭ熱バッテリに配置された少なくとも１つ、または複数の加熱装置と
を備え、
上記少なくとも１つ、または複数の加熱装置は、上記ＰＣＭを加熱および／または蓄熱することが可能である、
ＰＣＭ熱バッテリ。
（項目２）
少なくとも１つ、または複数の加熱装置（例えば電気加熱）要素が上記ＰＣＭバッテリの中に一体的に、および／または、内部的に配置される、項目１に記載のＰＣＭ熱バッテリ。
（項目３）
上記少なくとも１つ、または複数の加熱装置は、前記ＰＣＭ筐体の中に配置され、従って、上記ＰＣＭに直接接触して浸漬される、項目１または２のいずれかに記載のＰＣＭ熱バッテリ。
（項目４）
少なくとも１、２、３、４、５、６、または複数の加熱装置がある、上記の項目のいずれかに記載のＰＣＭ熱バッテリ。
（項目５）
加熱装置が、上記ＰＣＭ筐体の中の異なる垂直位置に配置される、上記の項目のいずれかに記載のＰＣＭ熱バッテリ。
（項目６）
上記ＰＣＭ熱バッテリは、外部の一次熱源で蓄熱され、従って、上記少なくとも１つ、または複数の加熱装置は、二次熱源であり、上記ＰＣＭの蓄熱および／または温度を非常に高精度に制御することを可能にする、上記の項目のいずれかに記載のＰＣＭ熱バッテリ。
（項目７）
上記ＰＣＭ熱バッテリの全体、および、上記ＰＣＭ筐体の周囲に延在する断熱層のための外部ケーシングがある、上記の項目のいずれかに記載のＰＣＭ熱バッテリ。
（項目８）
上記電子制御システムは、上記少なくとも１つ、または複数の加熱装置を通じて、熱などのエネルギーを加えることにより、上記ＰＣＭの物理的特性および／または温度を制御する、上記の項目のいずれかに記載のＰＣＭ熱バッテリ。
（項目９）
上記ＰＣＭ熱バッテリはデュアルポート熱バッテリである、上記の項目のいずれかに記載のＰＣＭ熱バッテリ。
（項目１０）
上記ＰＣＭ熱バッテリは、任意でフィンを含み得る熱交換器を含み、上記熱交換器は上記ＰＣＭ筐体の中に配置される、上記の項目のいずれかに記載のＰＣＭ熱バッテリ。
（項目１１）
上記電子制御システムは、上記ＰＣＭ熱バッテリのために電気的接続を提供するために使用される低電力回路（ＬＰＣ）および高電力回路（ＨＰＣ）を含む、上記の項目のいずれかに記載のＰＣＭ熱バッテリ。
（項目１２）
上記電子制御システムはＨＰＣ入力部およびＨＰＣ出力部を含む、上記の項目のいずれかに記載のＰＣＭ熱バッテリ。
（項目１３）
バッテリ蓄熱状態シグナルおよびバッテリ蓄熱制御シグナルと共に、バッテリコントローラがある、上記の項目のいずれかに記載のＰＣＭ熱バッテリ。
（項目１４）
上記ＰＣＭ、および、上記熱バッテリの他の部分の物理的特性および／または温度をモニタリングすることが可能である、上記ＰＣＭ筐体に配置された少なくとも１つ、または複数のセンサがある、上記の項目のいずれかに記載のＰＣＭ熱バッテリ。
（項目１５）
過熱安全カットオフサーモスタットＳ０、および、作動媒体全体、ならびに、ＰＣＭおよび／または熱交換器にわたる温度を取得するために、上記熱バッテリの異なる垂直位置にわたって分布する一連の温度センサがある、上記の項目のいずれかに記載のＰＣＭ熱バッテリ。
（項目１６）
上記ＰＣＭ熱バッテリは、上記加熱装置がバックアップ加熱器要素、例えば、電気加熱器要素の形態であるデュアルポート設計である、上記の項目のいずれかに記載のＰＣＭ熱バッテリ。
（項目１７）
上記加熱装置は、上記ＰＣＭ筐体の上半分に配置され、上記ＰＣＭに浸漬される、上記の項目のいずれかに記載のＰＣＭ熱バッテリ。
（項目１８）
上記電子制御システムは、バッテリコントローラを含み、上記加熱装置が、完全に制御される、および／または、要求されたときにオンおよび／またはオフに切り替えられることを可能にし、上記加熱装置によって供給されるパワーおよび／または加熱の量はまた、上記ＰＣＭ筐体およびＰＣＭに配置されるセンサの測定結果に応じて制御される（すなわち、適合および変更される）、上記の項目のいずれかに記載のＰＣＭ熱バッテリ。
（項目１９）
上記ＰＣＭ筐体および／またはＰＣＭの中の異なる高さに配置された複数の電気加熱装置がある、上記の項目のいずれかに記載のＰＣＭ熱バッテリ。
（項目２０）
上記ＰＣＭ筐体の上半分に配置された第１加熱装置、および、上記ＰＣＭ筐体の下半分に配置された第２加熱装置があり、上記第１加熱装置および上記第２加熱装置の両方はＰＣＭに浸漬される、上記の項目のいずれかに記載のＰＣＭ熱バッテリ。
（項目２１）
上記ＰＣＭ熱バッテリに一体的、および／または、内部的に配置され、熱交換器の下側のＰＣＭに浸される、少なくとも１つ、または複数の加熱装置がある、上記の項目のいずれかに記載のＰＣＭ熱バッテリ。
（項目２２）
上記ＰＣＭ筐体は、上記熱バッテリの下方端側に配置された、上記ＰＣＭ筐体の底部から上方向に延在する段構造を含み、上記段構造は、加熱器要素端子、および、任意で安全カットオフ構造のためのハウジングを提供する、上記の項目のいずれかに記載のＰＣＭ熱バッテリ。
（項目２３）
上記加熱装置は、上記ＰＣＭ筐体の下方端側に一体的に配置され、上記加熱装置は、管状形態であり、熱交換器の下側に配置される、上記の項目のいずれかに記載のＰＣＭ熱バッテリ。
（項目２４）
上記加熱装置は、上記ＰＣＭに浸漬された管状の細長い加熱装置であり、上記加熱装置はバルクヘッド接続リングに統合され、大きい表面積を介して熱を上記ＰＣＭへ移動し、瞬時加熱を上記ＰＣＭに提供する、上記の項目のいずれかに記載のＰＣＭ熱バッテリ。
（項目２５）
上記ＰＣＭ熱バッテリの内部に配置され、上記ＰＣＭ筐体およびＰＣＭの内側に配置された熱交換器がある、上記の項目のいずれかに記載のＰＣＭ熱バッテリ。
（項目２６）
上記熱バッテリおよび熱交換器に実質的に垂直に挿入され、上記ＰＣＭの少なくとも一部の中に延在し、浸漬される、少なくとも１つ、または複数の熱導体（例えば金属ロッドまたはヒートパイプ）がある、上記の項目のいずれかに記載のＰＣＭ熱バッテリ。
（項目２７）
熱交換器の下方端側に配置された少なくとも１つ、または複数の加熱装置があり、上記加熱装置は、上記ＰＣＭ筐体の底部側に、それに沿って実質的に水平に配置される、上記の項目のいずれかに記載のＰＣＭ熱バッテリ。
（項目２８）
実質的に垂直に向き、熱交換器コア（例えば熱交換器フィン付きコア）に延在し、または、少なくとも部分的に延在し、熱交換器の下側、または、実質的に下側の上記熱バッテリの加熱された領域内に延在する熱プレート（例えば金属プレートなどの伝導熱プレート）がある、上記の項目のいずれかに記載のＰＣＭ熱バッテリ。
（項目２９）
熱交換器コアに埋め込まれた少なくとも１つ、または複数非平面形加熱装置（例えば、実質的にＬ字形の電気加熱装置）がある、上記の項目のいずれかに記載のＰＣＭ熱バッテリ。
（項目３０）
上記非平面形加熱装置（例えば、実質的にＬ字形の加熱装置）は、上記ＰＣＭを通って下向きに延在する実質的に垂直の部分を含み、上記実質的に垂直な部分から実質的に接線方向に延在する、少なくとも１つ、または複数の実質的に水平に配置された部分がある、項目２９に記載のＰＣＭ熱バッテリ。
（項目３１）
第１の実質的に水平に配置された部分は、上記熱交換器コアの下４分の１に沿って延在し、第２の水平に配置された部分は、上記熱交換器コアの中央部を実質的にに通って延在し、第３の水平に配置された部分は、上記熱交換器コアの上４分の１を通って延在する、項目３０に記載のＰＣＭ熱バッテリ。
（項目３２）
上記実質的に水平に配置された部分は、熱交換器コア（例えばフィン管熱交換器のフィン付きコア）内に埋め込まれる、または、少なくとも部分的に埋め込まれる、項目３０または３１のいずれかに記載のＰＣＭ熱バッテリ。
（項目３３）
伝導要素、例えば銅管などの伝導管を含む熱交換器コアに埋め込まれた少なくとも１つ、または複数の加熱装置（例えば電気的に加熱される管状加熱器）がある、上記の項目のいずれかに記載のＰＣＭ熱バッテリ。
（項目３４）
上記少なくとも１つ、または複数の電気加熱装置は、上記ＰＣＭ熱バッテリのマニホールドに埋め込まれる、項目３３のいずれかに記載のＰＣＭ熱バッテリ。
（項目３５）
上記加熱装置は、上記熱交換器コアにわたって実質的に水平に延在する回路に埋め込まれる、請求項３３に記載のＰＣＭ熱バッテリ。
（項目３６）
上記回路は熱交換器に埋め込まれる、請求項３５に記載のＰＣＭ熱バッテリ。
（項目３７）
上記回路の周囲に延在する通路があり、上記回路の周囲には、少なくとも１つ、または複数の加熱装置が延在する、項目３５および３６のいずれかに記載のＰＣＭ熱バッテリ。
（項目３８）
熱を効率的に移動および／または拡散することが可能な材料を含むハウジングに埋め込まれた、および／または、配置された少なくとも１つ、または複数の加熱装置がある、上記の項目のいずれかに記載のＰＣＭ熱バッテリ。
（項目３９）
上記ハウジングにおける上記材料は、油および／または放熱グリスである、項目３８に記載のＰＣＭ熱バッテリ。
（項目４０）
上記ハウジングは、上記ＰＣＭ筐体と一体であり、上記加熱装置は、上記ＰＣＭと直接接触しない、項目３８および３９のいずれかに記載のＰＣＭ熱バッテリ。
（項目４１）
上記加熱装置は、油および／または放熱グリスで充填されたハウジングに埋め込まれる管状電気加熱器である、項目３８から４０のいずれかに記載のＰＣＭ熱バッテリ。
（項目４２）
少なくとも１つ、または複数の加熱装置が、上記ＰＣＭ筐体の外部、上記ＰＣＭ熱バッテリのための外部ケーシングの内部に配置される、上記の項目のいずれかに記載のＰＣＭ熱バッテリ。
（項目４３）
伝導ブロックが、上記ＰＣＭ筐体の実質的に下側および外側に配置された誘導加熱器を介して電流を誘導可能な上記ＰＣＭ筐体の中に配置される、項目４２に記載のＰＣＭ熱バッテリ。
（項目４４）
上記加熱装置は、上記ＰＣＭ筐体の下方端側、通常、上記熱交換器コア（例えば熱交換器フィン付きコア）の下（すなわち実質的に下側）に配置される、項目４２または４３のいずれかに記載のＰＣＭ熱バッテリ。
（項目４５）
上記伝導ブロックの形態である上記加熱装置は、上記ＰＣＭ筐体の外側の、外部に配置された誘導加熱器によって加熱される、項目４２から４４のいずれかに記載のＰＣＭ熱バッテリ。
（項目４６）
上記伝導ブロックは、上記誘導加熱器の上、または実質的に上に、上記ＰＣＭ筐体の内側に内部的に配置される、項目４５に記載のＰＣＭ熱バッテリ。
（項目４７）
少なくとも１つ、または複数の取り外し可能なカートリッジ加熱器を介して加熱される、上記熱バッテリに一体的な、内部に浸漬された伝導ブロックがある、上記の項目のいずれかに記載のＰＣＭ熱バッテリ。
（項目４８）
内部に浸漬された伝導ブロックの中い配置される少なくとも１つ、または複数の取り外し可能カートリッジ加熱装置があり、上記伝導ブロックは、上記ＰＣＭ筐体の中、熱交換器の下側にある、項目４７に記載のＰＣＭ熱バッテリ。
（項目４９）
上記伝導ブロックは、上記ＰＣＭ筐体の底部に沿って延在する熱伝導材料から作られ、熱交換器コアおよび上記ＰＣＭの下（すなわち下側）に配置される、項目４７および４８のいずれかに記載のＰＣＭ熱バッテリ。
（項目５０）
上記カートリッジ加熱器は、上記ＰＣＭ筐体の中に内部的に配置され、熱を効率的に移動可能な熱伝導金属および／または合金ブロックを含む、請求項４７から４９のいずれかに記載のＰＣＭ熱バッテリ。
（項目５１）
上記ＰＣＭを混合し、強制対流を介して伝熱を助けるインペラアジテータがある、上記の項目のいずれかに記載のＰＣＭ熱バッテリ。
（項目５２）
上記加熱装置は、加熱器要素ネットワークの形態である、上記の項目のいずれかに記載のＰＣＭ熱バッテリ。
（項目５３）
上記加熱器要素ネットワークは、効率的な伝熱を提供する伝導管状部分が中にあるグリッド部分を含む、項目５２に記載のＰＣＭ熱バッテリ。
（項目５４）
上記加熱装置は、熱の放散および／または移動を助ける膨張部材（例えばフィン）を含む、上記の項目のいずれかに記載のＰＣＭ熱バッテリ。
（項目５５）
上記加熱装置は、伝熱管上にスライドする正温度係数（ＰＴＣ）加熱器を含む、上記の項目のいずれかに記載のＰＣＭ熱バッテリ。
（項目５６）
上記加熱装置は、熱交換器の底部にわたって実質的に延在する、実質的に水平に向いた低電力垂直加熱器の形態である、上記の項目のいずれかに記載のＰＣＭ熱バッテリ。
（項目５７）
上記加熱装置は、実質的に垂直に向いた低電力垂直加熱器の形態である、上記の項目のいずれかに記載のＰＣＭ熱バッテリ。
（項目５８）
上記実質的に垂直に向いた低電力垂直加熱器は、ＰＣＭ循環を助けるヒートパイプまたは伝導ロッドであり、上記熱バッテリ中のＰＣＭ材料のためにポンプ作用を生成する、項目５７に記載のＰＣＭ熱バッテリ。
（項目５９）
上記実質的に垂直に向いた加熱器は、上記ＰＣＭ筐体の上面から上記ＰＣＭを通って熱交換器に延在する、項目５７または５８いずれかに記載のＰＣＭ熱バッテリ。
（項目６０）
熱バッテリはルーバー付きフィンを含む、上記の項目のいずれかに記載のＰＣＭ熱バッテリ。
（項目６１）
上記ルーバー付きフィンは、熱を移動するのに使用される一連の管（例えば銅管）を含み、上記管の中および周囲を上記ＰＣＭ材料が流れ、上記フィンにおける上記ルーバーを使用して制御することが可能である、項目６０に記載のＰＣＭ熱バッテリ。
（項目６２）
熱エネルギーをＰＣＭ熱バッテリに加える方法であって、
ＰＣＭを保持することが可能なＰＣＭ筐体を提供する段階と、
上記筐体に配置されたＰＣＭを提供する段階と、
上記ＰＣＭ熱バッテリのための電子制御システムを提供する段階と、
上記ＰＣＭ筐体に配置され、上記ＰＣＭに浸漬された少なくとも１つ、または複数の加熱装置を提供する段階と
を含み、
上記少なくとも１つ、または複数の加熱装置は、上記ＰＣＭを加熱および／または蓄熱することが可能である、方法。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6a】

【図6b】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11a】

【図11b】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15a】

【図15b】

【図16a】

【図16b】

【図17】