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▶ スーパークリティカル ストレージ カンパニー，インコーポレイティドの特許一覧
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-01-09
(54)【発明の名称】３貯蔵器式電気的熱エネルギー貯蔵システム
(51)【国際特許分類】
F02C 1/10 20060101AFI20231226BHJP
F02C 6/14 20060101ALI20231226BHJP
【ＦＩ】
F02C1/10
F02C6/14
【審査請求】未請求
【予備審査請求】有
(21)【出願番号】P 2023535961
(86)(22)【出願日】2021-12-09
(85)【翻訳文提出日】2023-08-07
(86)【国際出願番号】 US2021062675
(87)【国際公開番号】W WO2022125816
(87)【国際公開日】2022-06-16
(31)【優先権主張番号】63/123,266
(32)【優先日】2020-12-09
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】17/546,963
(32)【優先日】2021-12-09
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】523216300
【氏名又は名称】スーパークリティカル ストレージ カンパニー，インコーポレイティド
(74)【代理人】
【識別番号】100099759
【弁理士】
【氏名又は名称】青木 篤
(74)【代理人】
【識別番号】100123582
【弁理士】
【氏名又は名称】三橋 真二
(74)【代理人】
【識別番号】100092624
【弁理士】
【氏名又は名称】鶴田 準一
(74)【代理人】
【識別番号】100114018
【弁理士】
【氏名又は名称】南山 知広
(74)【代理人】
【識別番号】100153729
【弁理士】
【氏名又は名称】森本 有一
(74)【代理人】
【識別番号】100126848
【弁理士】
【氏名又は名称】本田 昭雄
(72)【発明者】
【氏名】ティモシー ヘルド
(57)【要約】
ポンプ式熱エネルギー貯蔵（「ＰＴＥＳ」）システムを動作させるための方法には、作動流体回路を通して作動流体を循環させることが含まれる。作動流体は、質量流量及び熱容量を有し、作動流体が作動流体回路を通って循環するときに、復熱装置の高圧側と復熱装置の低圧側の作動流体の質量と熱容量の積を平衡させる。ＰＴＥＳシステムは作動流体回路内に迂回路を備える。迂回路によって、作動流体の第２の部分が復熱装置の高圧側を通って循環する間に作動流体の第１の部分が復熱装置の高圧側を迂回する。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ポンプ式熱エネルギー貯蔵（「ＰＴＥＳ」）システムを動作させる方法であって、前記方法は、作動流体回路を通して、質量流量及び熱容量を有する作動流体を循環させることと、
前記作動流体が前記作動流体回路を通って循環するときに、復熱装置の高圧側と前記復熱装置の低圧側で前記作動流体の前記質量と前記熱容量の積を平衡させることと、を含む、方法。
【請求項2】
前記作動流体が前記作動流体回路を通って循環するときに、前記復熱装置の前記高圧側と前記復熱装置の前記低圧側で前記作動流体の前記質量と前記熱容量の前記積を平衡させることは、前記作動流体を前記復熱装置の前記高圧側で第１の部分と第２の部分に分離することと、
前記復熱装置の前記高圧側を回って前記第１の部分を迂回させることと、
前記迂回中に前記第１の部分を冷却することと、
前記第２の部分を前記復熱装置を通して循環させることと、
前記第２の部分が前記復熱装置を出た後、前記冷却された前記第１の部分を前記第２の部分と合流させることと、を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項3】
前記迂回中に前記第１の部分を冷却することは、前記迂回を通して前記作動流体を循環させることと、
前記作動流体と中温熱貯蔵器との間で熱を伝達することであって、
充填段階では、前記作動流体から中温熱貯蔵器に熱を伝達することと、
生成段階では、中温熱貯蔵器から前記作動流体に熱を伝達することと、を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項4】
前記作動流体の前記第１の部分は前記作動流体の約４０％を構成し、前記第２の部分は前記作動流体の約６０％を構成する、請求項２に記載の方法。
【請求項5】
前記作動流体回路を通して前記作動流体を循環させることは、二酸化炭素（ＣＯ２）を循環させることを含み、前記作動流体の前記第１の部分は、前記作動流体の約４０％を構成し、
前記作動流体の前記第２の部分は前記作動流体の約６０％を構成する、請求項１に記載の方法。
【請求項6】
前記作動流体回路を通して前記作動流体を循環させることは、二酸化炭素（ＣＯ２）を循環させることを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項7】
前記復熱装置の前記高圧側と前記復熱装置の前記低圧側の前記作動流体の前記質量と前記熱容量の積を平衡させることは、充填段階では、
二酸化炭素（ＣＯ２）から構成された前記作動流体の約６０％を前記復熱装置の前記高圧側を通して循環させることと、
ＣＯ２から構成された前記作動流体の１００％を前記復熱装置の前記低圧側を通して循環させることと、を含み、
生成段階では、
ＣＯ２から構成された前記作動流体の約６０％を前記復熱装置の前記高圧側を通して循環させることと、
ＣＯ２から構成された前記作動流体の１００％を前記復熱装置の前記低圧側を通して循環させることと、を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項8】
前記作動流体が前記作動流体回路を通って循環するときに、前記復熱装置の前記高圧側と前記復熱装置の前記低圧側の前記作動流体の前記質量と前記熱容量の前記積を平衡させることは、前記復熱装置の前記高圧側の前記質量流量を減少させることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項9】
前記復熱装置の前記高圧側の前記作動流体の前記第２の部分と、前記復熱装置の前記低圧側の前記作動流体の合流部分との間で熱を交換することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項10】
ポンプ式熱エネルギー貯蔵（「ＰＴＥＳ」）システムであって、中温熱貯蔵器と、
作動流体回路であって、
高圧側と低圧側とを有する復熱装置であって、作動流体の質量と熱容量の積は、前記作動流体が前記作動流体回路を通って循環するときに、前記高圧側と前記低圧側とで平衡をとられる、復熱装置を、備える作動流体回路と、を具備する、ポンプ式熱エネルギー貯蔵（「ＰＴＥＳ」）システム。
【請求項11】
前記作動流体は二酸化炭素（ＣＯ２）である、請求項１０に記載のシステム。
【請求項12】
前記作動流体回路は、迂回路であって、前記迂回路によって、前記作動流体の第２の部分が前記復熱装置の前記高圧側を通って循環する間に、前記作動流体の第１の部分が前記復熱装置の前記高圧側を迂回する、迂回路を備える、請求項１０に記載のシステム。
【請求項13】
前記迂回路は、第１の部分と前記中温熱貯蔵器との間の熱伝達部を含み、前記作動流体回路は、
前記作動流体を前記第１の部分と前記第２の部分に分離する前記復熱装置の前記高圧側の分離部であって、前記第１の部分は前記第２の部分より小さく、前記第２の部分は前記復熱装置の前記高圧側から前記復熱装置を通って循環する、分離部と、
前記第２の部分が前記復熱装置を出る際に、前記第１の部分が前記第２の部分と合流する、前記復熱装置の前記高圧側の合流点と、をさらに具備する、請求項１０に記載のシステム。
【請求項14】
前記第１の部分は前記作動流体の総量の約４０％であり、前記第２の部分は前記作動流体の総量の約６０％である、請求項１０に記載のシステム。
【請求項15】
前記作動流体は二酸化炭素（ＣＯ２）であり、前記第１の部分は前記作動流体の総量の約４０％であり、
前記第２の部分は前記作動流体の総量の約６０％である、請求項１０に記載のシステム。
【請求項16】
さらに、動作中、前記復熱装置の前記高圧側の前記作動流体の前記第２の部分と、前記復熱装置の前記低圧側の前記作動流体の合流部分との間で熱が交換される、請求項１０に記載のシステム。
【請求項17】
ポンプ式熱エネルギー貯蔵（「ＰＴＥＳ」）システムを動作させる方法であって、前記方法は、作動流体回路を通して作動流体を循環させることと、
復熱装置の高圧側の前記作動流体の質量流量を減少させて、前記作動流体を循環させる間に前記復熱装置の前記高圧側と低圧側の前記作動流体の前記質量と熱容量の積を平衡させることであって、
前記作動流体の第１の部分に前記復熱装置の前記高圧側を迂回させることと、
前記作動流体の第２の部分を前記復熱装置の前記高圧側を通して循環させることと、を含む、を含む、方法。
【請求項18】
前記復熱装置の前記高圧側を迂回させることは、充填段階にて前記作動流体と高温貯蔵器との間で熱を伝達する際に、前記作動流体の第１の部分に前記復熱装置の前記高圧側を迂回させ、前記第１の部分が前記第２の部分よりも小さく、前記第２の部分が前記復熱装置を通って循環する間に、前記迂回中に、前記第１の部分から中温貯蔵器に熱を伝達することと、
生成段階にてポンプを出る際に、前記作動流体の第３の部分に前記復熱装置の前記高圧側を迂回させる一方、前記復熱装置を通って前記作動流体の第４の部分を循環させながら、前記迂回中に、前記中温貯蔵器から前記第３の部分に熱を伝達することと、を含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項19】
前記復熱装置の前記高圧側の前記作動流体の前記第２の部分と、前記復熱装置の前記低圧側の前記作動流体の合流部分との間で熱を交換することをさらに含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項20】
前記復熱装置の前記高圧側の前記作動流体の前記質量流量を減少させて、前記作動流体を循環させている間に、前記復熱装置の前記高圧側と前記低圧側の前記作動流体の前記質量と前記熱容量の前記積を平衡させることは、前記作動流体を前記復熱装置の前記高圧側で前記第１の部分と、前記第１の部分が第２の部分よりも小さい、前記第２の部分に分離することと、
前記迂回中に前記第１の部分との間で熱を伝達することと、
前記第２の部分が前記復熱装置を出た後、前記第１の部分を前記第２の部分と合流させることと、をさらに含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項21】
前記迂回中に前記第１の部分との間で熱を伝達することは、前記作動流体と中温熱貯蔵器との間で熱を伝達することを含む、請求項２０に記載の方法であって、充填段階では、前記作動流体から中温熱貯蔵器に熱を伝達することをさらに含み、
生成段階では、中温熱貯蔵器から前記作動流体に熱を伝達することをさらに含む、方法。
【請求項22】
前記作動流体回路を通して前記作動流体を循環させることは、二酸化炭素（ＣＯ２）を循環させることを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項23】
前記作動流体の前記第１の部分は前記作動流体の約４０％を構成し、前記第２の部分は前記作動流体の約６０％を構成する、請求項１７に記載の方法。
【請求項24】
前記作動流体回路を通して前記作動流体を循環させることは、二酸化炭素（ＣＯ２）を循環させることを含み、前記作動流体の前記第１の部分は前記作動流体の約４０％を構成し、前記第２の部分は前記作動流体の約６０％を構成する、請求項１７に記載の方法。
【請求項25】
ポンプ式熱エネルギー貯蔵（「ＰＴＥＳ」）システムであって、低温熱貯蔵器と、
高温熱貯蔵器と、
中温熱貯蔵器と、
ＰＴＥＳ動作サイクルの充填段階及び生成段階のために構成可能であり、使用中に作動流体が循環する作動流体回路であって、前記作動流体回路は、
復熱装置と、
前記充填段階では、
前記復熱装置と前記低温熱貯蔵器との間に位置決めされた膨張器と、
前記復熱装置と前記高温熱貯蔵器との間に位置決めされた充填圧縮器と、を備え、
前記生成段階では、
前記復熱装置と前記低温熱貯蔵器との間に位置決めされたポンプと、
前記復熱装置と前記高温熱貯蔵器との間に位置決めされた出力タービンと、を備え、
迂回路であって、前記迂回路によって、前記充填段階と前記生成段階の両方にて、前記作動流体の第１の部分が前記復熱装置の高圧側を迂回し、前記中温熱貯蔵器を通って流れ、前記作動流体の第２の部分が前記復熱装置を通って循環する間に、前記中温熱貯蔵器が前記作動流体と前記中温熱貯蔵器との間で熱を伝達する、迂回路と、を備える、作動流体回路と、を具備する、ポンプ式熱エネルギー貯蔵（「ＰＴＥＳ」）システム。
【請求項26】
前記作動流体は二酸化炭素（ＣＯ２）である、請求項２５に記載のシステム。
【請求項27】
前記第１の部分は前記作動流体の総量の約４０％であり、前記第２の部分は前記作動流体の総量の約６０％である、請求項２５に記載のシステム。
【請求項28】
前記作動流体は二酸化炭素（ＣＯ２）であり、前記第１の部分は前記作動流体の総量の約４０％であり、
前記第２の部分は前記作動流体の総量の約６０％である、請求項２５に記載のシステム。
【請求項29】
ポンプ式熱エネルギー貯蔵（「ＰＴＥＳ」）システムを作動させる方法であって、前記方法は、復熱装置を備える作動流体回路を通して高熱容量の作動流体を循環させることと、
前記復熱装置の両側で質量と熱容量の積が同一になるように、前記復熱装置の高圧側の前記作動流体の質量流量を減少させることであって、
充填段階では、
前記作動流体の第１の部分で前記復熱装置を迂回し、前記迂回中に、前記作動流体の第２の部分を前記復熱装置を通して循環させながら、前記第１の部分から中温貯蔵器に熱を伝達することと、
前記第１の部分が前記復熱装置を迂回する間に、前記第２の部分を前記復熱装置を通して循環させ、前記復熱装置を通して循環中に前記第２の部分から熱を伝達することと、
前記第１の部分が前記復熱装置を迂回し、前記第２の部分が前記復熱装置を通って循環した後、前記第１の部分と前記第２の部分の両方を膨張器を通して共に循環させることと、を含み、
生成段階では、
前記作動流体の第３の部分で前記復熱装置を迂回し、前記迂回中に、前記作動流体の第４の部分を前記復熱装置を通して循環させながら、前記第３の部分から中温貯蔵器に熱を伝達することと、
前記第３の部分が前記復熱装置を迂回する間に、第４の部分を前記復熱装置を通して循環させ、前記復熱装置を通って循環中に前記第４の部分に熱を伝達することと、
前記第３の部分が前記復熱装置を迂回し、前記第４の部分が前記復熱装置を通って循環した後、高温貯蔵器を通して前記第３の部分と前記第４の部分の両方を共に循環させることと、を含む、方法。
【請求項30】
前記作動流体が二酸化炭素（ＣＯ２）である、請求項２９に記載の方法。
【請求項31】
前記第１の部分は、前記充填段階での前記作動流体の前記質量流量の約４０％に相当し、前記第２の部分は、前記充填段階での前記作動流体の前記質量流量の約６０％に相当し、
前記第３の部分は、前記生成段階での前記作動流体の前記質量流量の約４０％に相当し、前記第４の部分は前記生成段階での前記作動流体の前記質量流量の約６０％に相当する、請求項３０に記載の方法。
【請求項32】
前記第１の部分は、前記充填段階での前記作動流体の前記質量流量の約４０％に相当し、前記第２の部分は前記充填段階での前記作動流体の前記質量流量の約６０％に相当し、前記第３の部分は、前記生成段階での前記作動流体の前記質量流量の約４０％に相当し、前記第４の部分は前記生成段階での前記作動流体の前記質量流量の約６０％に相当する、請求項２９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
関連出願の相互参照
本出願は、同時係属中のＴｉｍｏｔｈｙ Ｈｅｌｄ名義の２０２０年１２月９日に出願された「３－Ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ ＥＴＥＳ Ｓｙｓｔｅｍ（３貯蔵器式ＥＴＥＳシステム）」と題する米国仮特許出願第６３／１２３，２６６号と、２０２１年１２月９日に出願された米国非仮特許出願第１７／５４６，９６３号と、に対して優先権を主張する。本出願は、優先権を含むあらゆる目的のために、本明細書にそのまま記載されているかのように、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
本出願は、同時係属中のＴｉｍｏｔｈｙ Ｈｅｌｄ名義の２０２０年１２月９日に出願された「３－Ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ ＥＴＥＳ Ｓｙｓｔｅｍ（３貯蔵器式ＥＴＥＳシステム）」と題する米国仮特許出願第６３／１２３，２６６号と、２０２１年１２月９日に出願された米国非仮特許出願第１７／５４６，９６３号と、に対して優先権を主張する。本出願は、優先権を含むあらゆる目的のために、本明細書にそのまま記載されているかのように、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【0002】
本開示は、電気的熱エネルギー貯蔵（「ＥＴＥＳ」）システム、さらに具体的には、二酸化炭素（「ＣＯ２」）ベースのポンプ式熱エネルギー貯蔵（「ＰＴＥＳ」）システムに関する。
【背景技術】
【0003】
電熱エネルギー貯蔵システムとして知られることもあるＰＴＥＳシステムはこのほか、エネルギーの貯蔵と再生に使用される。ＰＴＥＳシステムは、作動流体回路内の作動流体を介して高温貯蔵器と低温貯蔵器との間で熱エネルギーが伝達される設定可能な熱力学サイクルを概ね使用する。その最も単純な型式では、ＰＴＥＳが、熱及び流体の流れの一方向では熱ポンプとして動作し、熱及び流体の流れの反対方向では熱機関として動作する熱力学サイクルから構成される。ここでは、図１Ａに示すように、一方は高温で、他方は低温である２つの貯蔵器の間で熱エネルギーが伝達される。ＰＴＥＳの動作は、「充填」段階と「生成」段階とを含むものとして大まかに説明することができる。
【0004】
動作の「充填」段階では、熱ポンプサイクルを名目上の順方向とされる方向に使用することにより、熱エネルギーが低温貯蔵器（「ＬＴＲ」）から高温貯蔵器（「ＨＴＲ」）に高められる。このプロセスでは、電気モータを使用してガス圧縮器を駆動し、作動流体の圧力及び温度を上昇させる。作動流体に含まれる熱エネルギーは、間接熱交換器を使用して高温貯蔵器（「ＨＴＲ」）に伝達される。さらに熱エネルギーは、間接熱交換器の下流の作動流体から復熱装置熱交換器内のガス圧縮器の上流の流体に伝達される。次に、流体はタービンを通って膨張し、タービンは、圧縮器の駆動の支援のために使用されるシャフトを動作させる。タービン出口の作動流体の圧力が低くなり、温度がさらに低くなる。熱が低温貯蔵器（「ＬＴＲ」）から作動流体に伝達され、作動流体が熱を圧縮器入口にて初期状態に戻す。
【0005】
動作の「生成」段階では、流体及び熱の流れの方向が逆転する。ＬＴＲから出る流体は圧縮されるが、このとき「圧縮器」の入口と出口の温度ははるかに低くなる。実際、システムの二酸化炭素（ＣＯ２）ベースの型式では、流体は液体の状態である可能性があるため、「圧縮器」は実際にはポンプである。次に、流体はＨＴＲによって比較的高温に加熱され、タービンを通って膨張してシャフトを動作させる。このタービン仕事はこのとき、圧縮器仕事を上回っており、超過分は発電機によって電力に変換され、電力網にフィードバックされる。タービン放出の残留熱エネルギーが、復熱装置熱交換器内のＨＴＲの上流の作動流体に伝達される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本明細書に開示する技術は、復熱装置全体にわたる熱容量の不一致の影響を低減し、それによって、以下に説明する温度－伝熱（「ＴＱ」）勾配の不一致に起因する損失エクセルギーを回避する。ここで開示する技術はこのほか、サイクル性能を著しく改善する。本明細書で使用する場合、「エクセルギー」とは、システムを熱貯蔵器と平衡状態にするプロセス中に見込まれる最大の有用な仕事である。
【課題を解決するための手段】
【0007】
ここで開示する技術は、方法及び装置を含む。ポンプ式熱エネルギー貯蔵（「ＰＴＥＳ」）システムを動作させるための方法は、作動流体回路を通して作動流体を循環させることを含み、作動流体は、質量流量及び熱容量を有し、作動流体が作動流体回路を循環するときに、復熱装置の高圧側と復熱装置の低圧側の作動流体の質量と熱容量の積を平衡させる。ＰＴＥＳシステムは、作動流体回路内に迂回路を備えており、迂回路によって、作動流体の第２の部分が復熱装置の高圧側を通って循環する間に、作動流体の第１の部分が復熱装置の高圧側を迂回する。
【図面の簡単な説明】
【0008】
本開示は、添付の図面とともに以下の詳細な説明を読むと、最もよく理解される。業界の標準的な慣行に従って、さまざまな特徴が一定の縮尺で描かれていないことを強調する。実際、考察を明確にするために、さまざまな特徴の寸法を任意に拡大するか、縮小する場合がある。
【0009】
【0010】
【0011】
【0012】
【0013】
【0014】
【0015】
【0016】
【0017】
【発明を実施するための形態】
【0018】
全体的なサイクル性能の指標の１つが「往復効率」（「ＲＴＥ」）である。このパラメータは、生成段階中に生成可能な電気エネルギーの量（ｋＷｈ）を、充填段階中に消費された電気エネルギーの量で割ったものとして定義される。もう１つの重要な性能パラメータはシステム資本コストである。これは、生成容量又は貯蔵容量の観点から定義することができる。
【0019】
図１Ａ及び図１Ｂは、ＰＴＥＳ動作サイクルを有する従来技術のＰＴＥＳシステム１００を示す。このＰＴＥＳ動作サイクルの圧力－エンタルピー図を図２に示す。図２に示される四角内の作動流体の状態を、図１Ａ～図１Ｂにて丸で囲んで示す。このように、ＰＴＥＳシステム１００の動作サイクルのさまざまな時点での動作状態は、図２の圧力－エンタルピー図から図１Ａ～図１Ｂのプロセスフロー図にマッピングすることができる。図１Ａは動作サイクルの充填段階を示し、図１Ｂは動作サイクルの生成段階を示す。以下の考察及び添付の図面では、表１に示す名称を使用するものとする。
【表1】
【0020】
ＰＴＥＳシステム１００は、作動流体回路１０３、ＨＴＲ１０６、ＬＴＲ１０９及び復熱装置ＲＣＸを備える。作動流体回路１０３の構成は、部分的には、ＰＴＥＳシステム１００が動作サイクルの充填段階にあるか生成段階にあるかに依存する。この開示の恩恵を受ける当業者であれば理解すると思われるように、この構成は一般に、流体流量バルブのプログラムされた制御の機能である。このため、充填段階では、作動流体回路１０３を通る作動流体の流れを制御することによって、作動流体回路１０３のいくつかの構成要素が起動し、いくつかが停止する。同じように、生成段階では、作動流体回路１０３を通る作動流体の流れを再び制御することによって他の構成要素が起動し、他の構成要素が停止してもよい。このため、流体流量バルブ及びコントローラは、明確にするために、図１Ａ～図１Ｂでは省略されている。
【0021】
充填段階では、図１Ａに示すように、作動流体回路１０３は、膨張器１１５、充填圧縮器１１２及び復熱装置ＲＣＸと膨張器１１５との間の空冷冷却器ＡＣＣ１を備える。膨張器１１５は、作動流体を膨張させる膨張プロセスに使用される。充填圧縮器１１２は、作動流体を圧縮する圧縮プロセスに使用される。図１Ｂに示す生成段階では、作動流体回路１０３は、圧縮プロセス用のポンプ１１８を備える。同じように、作動流体回路１０３は、生成段階で出力タービン１２１を備える。さらに、作動流体回路１０３は、充填段階から空冷冷却器ＡＣＣ１を除外し、生成段階では空冷冷却器ＡＣＣ２を備える。空冷冷却器ＡＣＣ２は、ＬＴＲ１０９と復熱装置ＲＣＸとの間に位置決めされる。
【0022】
現在使用されている命名法では、「高温」と「低温」とは相互に関係している。即ち、ＨＴＲはＬＴＲが動作する温度よりも高い温度で動作する。「熱い」及び「冷たい」という用語は、相互に関連して使用される。例えば、実施形態によっては、ＨＴＲ１０６は１００～３４０℃の範囲の温度で動作してもよく、ＬＴＲ１０９は－２～２℃の範囲の温度で動作してもよい。
【0023】
図１Ａに示す充填段階では、熱がＬＴＲ１０９から作動流体に伝達され、熱が作動流体からＨＴＲ１０６にそれぞれ伝達される。図１Ｂに示す生成段階では、熱伝達が反対方向に発生する。熱が作動流体からＬＴＲ１０９に伝達され、熱がＨＴＲ１０６から作動流体にそれぞれ伝達される。
【0024】
従来の熱機関とは異なり、１００％効率のターボ機械を備える理論上の理想的なサイクルでは、圧力損失がなく、熱交換器全体にわたって温度が完全に一致し、ＰＴＥＳプロセスのＲＴＥは１００％になる。実際には、熱力学的不可逆性と、圧力損失と、熱交換器を介した有限温度への接近と、により、ＲＴＥ値が低下する。図１Ａに示す基準サイクルの充填段階については、二酸化炭素（「ＣＯ２」）及び合理的な効率値のセットなどを使用すると、５０～５５％のＲＴＥを計算することができる。
【0025】
例えば、熱力学的不可逆性により非効率が生じる可能性がある。熱力学的に理想的な圧縮プロセス及び膨張プロセスを、「断熱等エントロピー」装置として説明する。図２では、膨張プロセス及び圧縮プロセスは、例えば、生成段階の状態４から状態５までの斜線で表される。「等エントロピー」という用語は、一定のエントロピープロセスを指す。図示の非理想的な場合では、圧縮プロセスは非等エントロピーであるため、圧力を増大させると、対応する生成膨張プロセスよりも緩やかな傾きを示す。このような不可逆性のため、圧縮プロセスは、膨張プロセスよりも仕事を多く消費する。
【0026】
このほか、作動流体の循環に非効率が生じる。熱の追加及び排除のプロセス中の圧力損失（例えば、生成プロセスの状態７から状態１）は、熱交換器及び配管を通る循環流体で失われる仕事を表す。このように、作動流体を循環させるという基本活動そのものが非効率を引き起こす。
【0027】
さらに、作動流体と蓄熱媒体との間の有限温度の差が、２つの材料間の熱伝達を促進するために必要である。充填段階と生成段階との間では熱伝達の方向が逆転し、貯蔵器材料の温度が固定されているため、生成中の作動流体温度をＨＴＲよりも低くし、ＨＴＲよりも高くする必要がある一方で、充填中の作動流体温度をＨＴＲよりも高くし、ＨＴＲよりも低くする必要がある。このような温度差は、熱力学的ポテンシャルの損失を表しており、システムの往復効率を低下させる。
【0028】
さらにまた、ＰＴＥＳシステム１００は、「回復」としても知られる内部熱伝達を利用する。このプロセスは、ＰＴＥＳシステム１００では復熱装置ＲＣＸが担う。回復は、充填サイクル中に圧縮器１１２に入る作動流体の温度を上昇させると同時に、出力タービン１１５に入る作動流体の温度を下げるために使用される。逆に、生成サイクル中、ＰＴＥＳシステム１００は、回復を使用して、タービン１２１の排気から残留熱を抽出することによって、ＨＴＲ１０６に入る前に作動流体を予熱する。
【0029】
作動流体とＬＴＲ１０９との間の熱伝達及び作動流体とＨＴＲ１０６との間の熱伝達は、それぞれの熱貯蔵器の熱交換器を介して発生する。わかりやすくするために、熱交換器は示していない。熱交換器を通る熱伝達プロセスは、「ＴＱプロット」としても知られる温度－熱伝達プロットで図示すことができる。
【0030】
図３は、図１Ａ～図１ＢのＰＴＥＳシステム１００での図２の基準ＰＴＥＳサイクルの温度－熱伝達（「ＴＱ」）プロットである。図３のＴＱプロットは、作動流体圧力が高いとき（曲線４０２）及び作動流体圧力が低いとき（曲線４０４）に、熱が伝達するのに伴って流体温度がどのように低下／上昇するかを示す。ＴＱ曲線の勾配が、流体の質量流量と熱容量の積の逆数に比例することがわかる。図１Ａ～図１ＢのＰＴＥＳシステム１００用の作動流体はＣＯ２である。
【0031】
サイクルの基準バージョンでは、復熱装置ＲＣＸの両側を通る作動流体の流量は同一である。熱力学的に理想的な場合には、作動流体の熱容量は復熱装置ＲＣＸの両側で同一になるであろう。その状況では、２つのＴＱ曲線４０２、４０４は平行になるであろう。熱交換器伝導度（「ＵＡ」）が増大するにつれて、２つの曲線は互いに近づき、無限ＵＡの極限では互いに重なり合うであろう。
【0032】
しかし、ＣＯ２をはじめとするいくつかの作動流体には、圧力のほか、温度によっても変化する熱容量特性がある。熱交換器の両側の圧力が異なるため、ＴＱ曲線は平行ではないが、熱交換器の「端」の１つで「ピンチ（ｐｉｎｃｈ）」挙動を示す。熱い流れによって失われる熱量が冷たい流れによって得られる熱量と同一であっても、熱交換器から出る熱い流れの温度は、熱交換器に入る熱い流れの温度よりも高い。この温度差は「熱力学的ポテンシャル値」の損失を表し、システムの性能を低下させる（熱力学的エクセルギー破壊計算方法を使用して、さらに厳密な分析を実施して、同じ結論に達することができる）。この場合、復熱装置の高圧端から出る流体が過剰な温度になるため、膨張器出口でほぼ完全に液体の状態を達成するためには、外部への熱遮断（ｅｘｔｅｒｎａｌ ｈｅａｔ ｒｅｊｅｃｔｉｏｎ）が必要となる。この熱損失はサイクル性能に直接影響する。
【0033】
上述したように、本開示の技術は、復熱装置全体にわたる熱容量の不一致の影響を低減して、ＴＱ勾配の不一致に起因するエクセルギーの損失を回避し、それによって、サイクル性能を著しく改善する。ＴＱ曲線の勾配に一致させるために、高熱容量流体の質量流量は、質量（「ｍ」）と熱容量（「ｃｐ」）の積（「ｍｃｐ」）が復熱装置の両側で同一であるように、低減される。再圧縮ブレイトンサイクル（「ＲＣＢサイクル」）として知られる超臨界ＣＯ２（「ｓＣＯ２」）発電サイクルでは、これは、第２の「迂回」圧縮器を使用する低温復熱装置の高圧側を回ってＣＯ２流の一部を意図的に迂回することによって実現される。しかし、ＰＴＥＳサイクルはＲＣＢサイクルよりもかなり低い温度で動作するため、この選択肢は、二相流入口からの圧縮が必要になるであろうことから、利用可能ではない。
【0034】
その代わりに、充填段階中に、現在開示されている技術では、復熱装置の高圧側に平行な流路を追加する。高圧ＣＯ２流の約４０％が復熱装置の高圧側を迂回し、その熱を第３の熱伝達媒体（「中温貯蔵器」又は「ＭＴＲ」）に伝達する。流れの残りの約６０％は復熱装置を通って進む。このとき、復熱装置の両側の質量と熱容量の積はほぼ同一であるため、流体間の温度をさらに近づけることができる。次に、２つの流れは膨張器を通過する前に再合流する。高圧ＣＯ２の最初の４０％から抽出された熱は蓄熱媒体に伝達される。
【0035】
生成サイクル中は、このプロセスは逆に実施される。ＣＯ２流の約６０％がポンプの放出から分離され、その温度がＭＴＲ媒体からの熱伝達によって上昇する。ＣＯ２の残りは復熱装置の高圧側を通過し、復熱装置から熱を伝達する。流れは、高温の貯蔵器材料によってさらに加熱される前に再合流する。
【0036】
エクセルギー破壊の減少により、システムの性能が大幅に向上する。同等の高温及び低温の貯蔵器と、他の圧力、温度及び熱交換器面積の制約により、新たなサイクルでは往復効率（「ＲＴＥ」）が８ポイント向上し、約５２％から６０％に増大する。このほか、充填段階のＡＣＣを省略することができる。
【0037】
再び図面を参照すると、図４Ａ～図４Ｂはそれぞれ、現在開示されている技術の１つ又は複数の実施形態によるＰＴＥＳシステム４００の動作サイクルの充填段階及び生成段階を示す。図４Ａ及び図４Ｂを一括して参照すると、ＰＴＥＳシステム４００は、構成可能な作動流体回路４０３、高温貯蔵器（「ＨＴＲ」）４０６、低温貯蔵器（「ＬＴＲ」）４０９及び中温貯蔵器（「ＭＴＲ」）４１２を備える。ＰＴＥＳシステム４００は、ＨＴＲ４０６、ＬＴＲ４０９及びＭＴＲ４１２の３つの貯蔵器があるため、「３貯蔵器式システム」として特徴付けられてもよい。
【0038】
ＨＴＲ４０６は、ＬＴＲ４０９及びＭＴＲ４１２が動作する温度よりも高い温度で動作するため、このように呼ばれる。同じように、ＬＴＲ４０９は、ＨＴＲ４０６及びＭＴＲ４１２が動作する温度よりも低い温度で動作する。ＭＴＲ４１２は、ＨＴＲ４０６及びＬＴＲ４０９が動作する温度の中間の温度で動作する。このため、貯蔵器ＨＴＲ４０６、ＬＴＲ４０９及びＭＴＲ４１２に関して、「高」、「中」及び「低」という用語は、３つの貯蔵器ＨＴＲ４０６、ＬＴＲ４０９及びＭＴＲ４１２が動作する相対温度を表す。
【0039】
熱貯蔵器ＨＴＲ４０６、ＬＴＲ４０９及びＭＴＲ４１２のそれぞれは、個別には示していない蓄熱媒体を備える。図示の実施形態では、ＨＴＲ４０６、ＭＴＲ４１２及びＬＴＲ４０９の場合、蓄熱媒体は、それぞれ砂、液体水及び水／氷混合物である。しかし、蓄熱媒体は任意の適切な蓄熱媒体であってもよく、代替実施形態では代替の蓄熱媒体を使用してもよい。熱貯蔵器ＨＴＲ４０６、ＭＴＲ４１２及びＬＴＲ４０９のそれぞれは、ＰＴＥＳシステム４００の動作中に蓄熱媒体と作動流体との間で熱を伝達するために、熱交換器、配管、ポンプ、バルブ及び個別には示していない他の制御装置を備えてもよい。
【0040】
例えば、図４Ａ～図４Ｂの図示の実施形態では、ＨＴＲ４０６は、図６Ａに示す３タンク式システム６００などの３タンク式システムとして知られているものであってもよい。３タンク式システムでは、充填プロセス中に、作動流体が第１の熱交換器ＨＴＸ１に入り、そこで熱を熱貯蔵媒体に伝達する。次に、作動流体は第２の熱交換器ＨＴＸ２に入り、そこで追加の熱を第２の熱貯蔵材料に伝達する。熱貯蔵媒体は、第１のタンクＨＴＲｃから第２の熱交換器ＨＴＸ２に移送され、そこで作動流体から熱を受け取る。追加の熱貯蔵材料を中間温度で第２のタンクＨＴＲｍに保存し、熱貯蔵材料と混合する。次に、混合された熱貯蔵材料は、第１の熱交換器ＨＴＸ１に移送され、そこで作動流体から熱を受け取り、次に第３のタンクＨＴＲｈに保存される。
【0041】
生成プロセスでは、流れの方向が反対になる。作動流体はまず第２の熱交換器ＨＴＸ２に入り、そこで蓄熱媒体から熱を受け取る。次に、作動流体は第１の熱交換器ＨＴＸ１に入り、そこで熱貯蔵媒体から追加の熱を受け取る。熱貯蔵媒体は、第３のタンクＨＴＲｈから第１の熱交換器ＨＴＸ１に移送され、そこで熱を作動流体に伝達する。次いで、冷却された熱貯蔵媒体は、第１の部分と第２の部分とに分割される。熱貯蔵材料の第１の部分は、第２のタンクＨＴＲｍに保存される。熱貯蔵材料の第２の部分は第２の熱交換器ＨＴＸ２に移送され、そこで追加の熱を作動流体に伝達する。熱貯蔵材料の冷却された第２の部分は、第１のタンクＨＴＲｃに保存される。
【0042】
同じように、図４Ａ～図４Ｂの図示の実施形態では、ＭＴＲ４１２及びＬＴＲ４０９は、図６Ｂに示す２タンク式システム６０３などの２タンク式システムに実装されてもよい。２タンク式熱貯蔵器では、充填プロセス中に、作動流体が熱交換器に入り、油、水、溶融塩などの液体、あるいはケイ砂又は焼結ボーキサイトなどの流動する粒状媒体であり得る熱貯蔵媒体に熱を伝達する。熱貯蔵媒体は、第１のタンクＨＴＲｃから熱交換器に移送され、そこで作動流体から熱を受け取り、次に第２のタンクＨＴＲｈに保存される。
【0043】
生成プロセスでは、流体の流れの方向が反対になる。作動流体は熱交換器に入り、熱貯蔵媒体から熱を受け取る。熱貯蔵媒体は第２のタンクＨＴＲｈから熱交換器に移送され、そこで熱を作動流体に伝達する。次に、冷却された熱移送媒体は第１のタンクＨＴＲｃに保存される。
【0044】
代替実施形態では、他のタイプのタンクシステムを使用してもよい。そのようなタンクシステムの１つが、図６Ｃに示す固体温度躍層貯蔵器６０６である。温度躍層熱貯蔵器では、充填プロセス中に、作動流体が比較的低温の蓄熱媒体に入る。蓄熱媒体は一般に固相材料である、固相材料を通って、作動流体は、蓄熱媒体の細孔を通るか、蓄熱媒体材料内に埋め込まれた（図示しない）チューブ又はパイプを通って流れてもよい。作動流体が蓄熱媒体中を流れると、熱が作動流体から蓄熱媒体に伝達され、その温度が上昇する。作動流体は、さらに低い温度まで冷却され、熱貯蔵器から排出される。
【0045】
生成プロセスでは、作動流体の流れの方向が反対になる。比較的低温の作動流体が加熱された蓄熱媒体に入る。熱が蓄熱媒体から作動流体に伝達されて、蓄熱媒体の温度が下がり、作動流体の温度が上昇する。次に、加熱された作動流体は熱貯蔵器から排出される。
【0046】
別の代替タンクシステムが、図６Ｄに示す熱伝達流体（「ＴＴＦ」）ループを備えた温度躍層６０９である。これとは別に、充填プロセス中に、作動流体は、熱交換器内の熱を油、水又は空気などの流体熱伝達媒体に伝達することができる。次いで、熱伝達媒体は、蓄熱媒体中を流れることによって熱を蓄熱媒体に伝達することができる。次に、冷却された熱伝達流体は熱交換器に移送され、そこで作動流体によって再加熱される。生成プロセスでは、作動流体と熱伝達流体の方向が逆になる。
【0047】
このほか、図６Ｅの１タンク式温度躍層貯蔵システム６１２のような１タンク式温度躍層貯蔵システムがある。１タンク式温度躍層貯蔵器では、充填プロセス中に作動流体が熱交換器に入り、そこで熱を熱伝達流体に伝達する。加熱された熱伝達流体はタンクの上部に移送され、そこでは、熱伝達流体の流体密度が低いため、温度の高い方の流体が上層に残る状態の熱による成層化が生じる。温度が低い方の熱伝達流体がタンクの底から取り出され、熱交換器に移送される。
【0048】
生成プロセスでは、流れの方向が反対になる。比較的温度が高い方の熱伝達流体がタンクの上部から熱交換器に移送され、そこで作動流体を加熱する。冷却された熱伝達流体は、タンクの底に移送され、そこで熱的に成層化され、温度が高い方の熱伝達流体から分離された状態を維持する。
【0049】
このほか、図６Ｆに示すシステム６１５のような埋め込み熱伝達面システムが知られている。埋め込み熱伝達面熱貯蔵器では、比較的均一な温度の蓄熱媒体に浸漬された一連のチューブ、パイプ又は他の流体チャネルを通じて作動流体が移送される。この例では、蓄熱媒体は、その凝固点に近い水又は別の流体とすることができ、作動流体は、その沸点に近い液体、あるいはその沸点温度の液体／蒸気混合物とすることができる。熱伝達プロセス中に、熱が作動流体から蓄熱媒体に伝達され、作動流体を一定温度で沸騰させる一方、蓄熱媒体は液体から固体に凍結する。作動流体は、その沸点か、その沸点をわずかに超える蒸気として熱貯蔵器から出る。
【0050】
生成プロセスでは、作動流体の流れの方向が反対になる。作動流体は、作動流体の沸点が蓄熱媒体の凝固点よりわずかに高くなるような圧力で流入する。熱が作動流体から蓄熱媒体に伝達され、作動流体が凝縮して液体状態になり、蓄熱媒体が溶融して液体状態になる。
【0051】
図６Ａ～図６Ｅに示すタンクシステムのうちの１つ又は複数を、実装に固有の考慮事項に応じて、さまざまな代替実施形態でＨＴＲ４０６、ＭＴＲ４１２及びＬＴＲ４０９を実装するために、使用してもよい。しかし、このリストは網羅的でも排他的でもない。このほか、他のタンクシステム設計を使用してもよい。
【0052】
再び図４Ａ～図４Ｂを参照すると、充填段階及び生成段階での構成可能な作動流体回路４０３にも共通するのは、迂回路４１５である。迂回路４１５はＭＴＲ４１２を備える。上述したように、また以下でさらに考察するように、迂回路４１５は、作動流体の一部が復熱装置ＲＣＸの高圧側を迂回することを可能にする。
【0053】
図４Ａは、特に、ＰＴＥＳ動作サイクルの充填段階を示す。充填段階では、構成可能な作動流体回路４０３は膨張器４１８及び充填圧縮器４２１を備える。図示の実施形態では、作動流体はＣＯ２である。代替実施形態では、当技術分野で知られている代替の作動流体を使用してもよい。充填段階に関する以下の考察は、表２に示す動作条件と併せて考慮されるべきである。この開示の恩恵を受ける当業者であれば、表２に示す値は、作動流体がＣＯ２であるという事実の一部であることを理解するであろう。作動流体の実装が異なると、表２の動作条件の値が異なる場合がある。
【0054】
このほか、以下の考察では、図４Ａの充填段階中の作動流体回路４０３内の任意の点での作動流体の状態を、円内の数字として示す。このように、第１の状態、即ち、状態１は、図４Ａの円内の数字１として示している。次に、その状態をさらに正確に特徴付けるために、これを表２にマッピングし直すことができる。
【表2】
【0055】
本明細書の開示は、復熱装置ＲＣＸの「高圧側」及び「低圧側」、即ち、「ＲＣＸｈ」及び「ＲＣＸｌ」にそれぞれ言及する。図４Ａに示す充填段階では、充填圧縮器４２１は、作動流体を加圧し、充填段階にて作動流体を循環させるための原動力を提供する。膨張器４１８は、作動流体を膨張させるか、減圧する。
【0056】
作動流体回路４０３のうち、充填圧縮器４２１によって加圧された作動流体が循環する部分を、作動流体回路４０３の「高圧側」と呼ぶ場合がある。同じように、作動流体回路４０３のうち、膨張器４１８によって膨張された作動流体が循環する部分を、作動流体回路４０３の「低圧側」と呼ぶ場合がある。このため、作動流体回路４０３の高圧側４０４は、充填圧縮器４２１の出口４２２から膨張器４１８の入口４１９に延びる。低圧側４０５は、膨張器４１８の出口４２０から充填圧縮器４２１の入口４２３まで延びる。
【0057】
復熱装置ＲＣＸの高圧側は、復熱装置ＲＣＸのうち、作動流体回路４０３の高圧側４０４と相互作用する側である。図４Ａに示す充填段階では、その側は、復熱装置ＲＣＸのうち、ポート４２６、４３０によって形成される側であろう。同ポートによって、加圧された作動流体が復熱装置ＲＣＸを通って循環する。復熱装置ＲＣＸの低圧側は、作動流体回路４０３の低圧側４０５と相互作用する側である。復熱装置ＲＣＸの低圧側は、ポート４３３、４３６によって形成されており、同ポートによって、膨張した作動流体が復熱装置ＲＣＸを通って循環する。
【0058】
復熱装置ＲＣＸから始まる充填段階中に、作動流体は復熱装置ＲＣＸを出て、第１の温度Ｔ１及び第１の圧力Ｐ１の第１の状態又は状態１で充填圧縮器４２１に入る。充填圧縮器４２１は、作動流体を圧縮し、作動流体の温度及び圧力を上昇させる。次いで、作動流体は、第２の温度Ｔ２及び第２の圧力Ｐ２の第２の状態で充填圧縮器４２１を出る。第２の温度及び第２の圧力はそれぞれ、第１の温度Ｔ１及び第１の圧力Ｐ１よりも高い。
【0059】
次いで、作動流体は、第２の温度Ｔ２及び第２の圧力Ｐ２の第２の状態で高温貯蔵器ＨＴＲ４０６に入る。ＨＴＲ４０６では、熱が作動流体からＨＴＲ４０６内の蓄熱媒体に伝達される。熱伝達プロセスにより、作動流体が第３の温度Ｔ３及び第３の圧力Ｐ３でＨＴＲ４０６から排出されると、作動流体の圧力と温度が第３の状態に低下する。
【0060】
次に、作動流体は作動流体回路４０３内の点４２４に到達し、分離する。作動流体の第１の部分が迂回路４１５に入り、第２の部分はライン４２７に入る。第２の部分は、第４の温度Ｔ４及び第４の圧力Ｐ４の第４の状態でライン４２７に入る。表２を参照すると、第４の状態は、第３の温度及び第３の圧力にある、即ち、Ｔ４＝Ｔ３及びＰ４＝Ｐ３にあるが、分離前の第３の状態とは異なることが示されている。第４の状態は、第２の部分が第３の状態の作動流体と同一の温度及び圧力にあるにもかかわらず、第３の状態よりも質量流量が低いという点で異なる。次に、第２の部分は、第４の温度Ｔ４及び第４の圧力Ｐ４の第４の状態でポート４２６を通って復熱装置ＲＣＸの高圧側に入る。
【0061】
復熱装置ＲＣＸでは、第２の部分と復熱装置の低圧側の循環作動流体との間で熱交換が実施される。この熱交換は、表２に示すように、第２の部分が、著しく低めの第５の温度Ｔ５とわずかに低めの第５の圧力Ｐ５の第５の状態まで第２の部分を冷却する。次に、第２の部分は、第５の温度Ｔ５及び第５の圧力Ｐ５の第６の状態でポート４３０を通って復熱装置ＲＣＸの高圧側で復熱装置ＲＣＸから出る。
【0062】
第２の部分が復熱装置ＲＣＸを通って循環している間、第１の部分は第６の状態で迂回路４１５に入る。表２を参照すると、第６の状態が分離前の第３の状態とは異なることがわかる。第６の状態は、第２の部分が第４の状態の作動流体と同一の温度及び圧力にあるにもかかわらず、第３の状態よりも質量流量が低いという点で異なる。次に、第１の部分は、第６の温度Ｔ６及び第６の圧力Ｐ６の第６の状態でＭＴＲ４１２に入る。
【0063】
ＭＴＲ４１２では、中温熱貯蔵器ＭＴＲ４１２と作動流体の第１の部分との間で熱が伝達される。ＭＴＲ４１２が、ＬＴＲ４０９より高く、高温熱貯蔵器ＨＴＲ４０６より低い温度で動作することを想起されたい。次いで、第１の部分は、第７の温度Ｔ７及び第７の圧力Ｐ７の第７の状態で中温熱貯蔵器ＭＴＲ４１２を出る。
【0064】
第１の部分が第７の状態でＭＴＲ４１２を出て、第２の部分が第５の状態で復熱装置ＲＣＸを出た後、第１の部分と第２の部分は点４２５で合流する。合流後、表２に示すように、作動流体は、第８の圧力Ｐ８及び第８の温度Ｔ８の第８の状態になる。第１の部分と第２の部分の合流又は「合流部分」は、次いで、第８の圧力Ｐ８及び第８の温度Ｔ８の第８の状態で膨張器４１８に入り、その後膨張し、冷却される。作動流体の合流部分は、第９の温度Ｔ９及び第９の圧力Ｐ９の第９の状態で膨張器４１８を出る。
【0065】
次に、作動流体は、第９の温度Ｔ９及び第９の圧力Ｐ９の第９の状態でＬＴＲ４０９に入る。ＬＴＲ４０９では、熱がＬＴＲ４０９から作動流体に伝達される。表２に示すように、ＬＴＲ４０９は、中温熱貯蔵器ＭＴＲ４１２及び高温熱貯蔵器ＨＴＲ４０６よりも低い温度で動作することに留意されたい。作動流体は、第１０の温度Ｔ１０及び第１０の圧力Ｐ１０の第１０の状態でＬＴＲ４０９を出る。
【0066】
作動流体は、ＬＴＲ４０９から出ると、第１０の温度Ｔ１０及び第１０の圧力Ｐ１０の第１０の状態で復熱装置ＲＣＸに入り、第１の温度Ｔ１及び第１の圧力Ｐ１の第１の状態で出る。復熱装置ＲＣＸでは、復熱装置ＲＣＸの高圧側の作動流体から低圧側の作動流体に熱が伝達される。表２では、（１）第４の状態から第５の状態に移行するときの高圧側４０４の作動流体の温度低下と、（２）第１０の状態から第１の状態に移行するときの低圧側４０５の作動流体の温度上昇と、が確認される。次に、作動流体は、直前に考察した作動流体回路４０３を通る循環を再び開始する。
【0067】
ここで図４Ｂを参照すると、ＰＴＥＳ動作サイクルの生成段階での作動流体回路４０３の構成を示している。作動流体回路４０３のさまざまな点での動作条件を表３に列挙する。上記で考察したように、作動流体回路４０３を通る作動流体の流れ方向は、動作サイクルの充填段階での方向とは逆になる。図４Ａの充填段階構成での膨張器４１９及び充填圧縮器４２１はそれぞれ、ポンプ４５０及び出力タービン４５３に置き換えられていることに留意されたい。表３の状態１及び状態２と表３の状態９及び状態１０との比較からわかるように、ポンプ４５０は作動流体を加圧し、出力タービン４５３は作動流体を減圧する。
【0068】
このため、動作サイクルのこの段階では、作動流体回路４０３の高圧側４０４は、ポンプ４５０の出口４５１から出力タービン４５３の入口４５４まで延びる。低圧側４０５は、出力タービン４５３の出口４５５からポンプ４５０の入口４５２まで延びる。高圧側４０４は、迂回路４１５、ライン４２７、点４２５及び点４２４を備えることに留意されたい。復熱装置ＲＣＸの高圧側４０４はポート４２６、４３０によって再び形成され、復熱装置ＲＣＸの低圧側４０５はポート４３３、４３６によって再び形成される。
【表3】
【0069】
ＬＴＲ４０９から始まり、作動流体はＬＴＲ４０９を出て、第１の温度Ｔ１及び第１の圧力Ｐ１の第１の状態でポンプ４５０に入る。ポンプ４５０は、生成段階にて循環のための原動力を提供する。作動流体は、第２の温度Ｔ２及び第２の圧力Ｐ２の第２の状態でポンプ４５０を出る。
【0070】
作動流体は、第２の状態でポンプ４５０を出ると、点４２５で第１の部分と第２の部分とに分離する。図４Ａに示す充填段階では、作動流体の２つの部分は点４２４で分離し、点４２５で合流する。しかし、作動流体の流れ方向は充填段階に対して生成段階では反対になるので、２つの部分は点４２５で分離し、点４２４で合流する。
【0071】
第２の部分は、点４２５で分離した後、ライン４２８に入る。第２の部分は、第３の温度Ｔ３及び第３の圧力Ｐ３の第３の状態でライン４２８に入る。表２を参照すると、第３の状態は第２の温度及び第２の圧力にある、即ち、第３の温度Ｔ３及び第３の圧力は第２の温度及び第２の圧力と同一であることがわかる。それにもかかわらず、第３の状態は、第２の状態よりも質量流量が大幅に低いという点で第２の状態とは異なる。次に、第２の部分は、復熱装置ＲＣＸを通ってその高圧側４０４から循環し、ポート４３０を通って入り、ポート４２６を通って出る。第２の部分は、第３の温度及び第３の圧力の第３の状態で復熱装置ＲＣＸに入り、第４の温度及び第４の圧力で第４の状態で出る。
【0072】
作動流体の第１の部分は、点４２５で分離した後、第５の温度Ｔ５及び第５の圧力Ｐ５の第５の状態で迂回路４１５に入る。第１の部分は、第５の温度Ｔ５及び第５の圧力Ｐ５の第５の状態でＭＴＲ４１２に入る。ＭＴＲ４１２では、中温熱貯蔵器ＭＴＲ４１２から第１の部分に熱が伝達される。次に、第１の部分は、第６の温度Ｔ６及び第６の圧力Ｐ６の第６の状態でＭＴＲ４１２を出る。
【0073】
第６の状態の第１の部分と第４の状態の第２の部分はそれぞれ、ＭＴＲ４１２と復熱装置ＲＣＸから離れると、点４２４で合流する。図４Ａに示す充填段階では、作動流体の２つの部分は点４２４で分離し、点４２５で合流することに再び留意されたい。しかし、作動流体の流れ方向は充填段階に対して生成段階では反対になるため、２つの部分は点４２５で分離し、点４２４で合流する。点４２４以降の作動流体の合流部分は、第７の温度Ｔ７及び第７の圧力Ｐ７の第７の状態にある。
【0074】
次いで、合流部分は、第７の温度Ｔ７及び第７の圧力Ｐ７の第７の状態で高温貯蔵器ＨＴＲ４０６に入る。高温貯蔵器ＨＴＲ４０６では、高温貯蔵器ＨＴＲ４０６から合流部分に熱が伝達される。次いで、合流部分は、第８の温度Ｔ８及び第８の圧力Ｐ８の第８の状態で高温貯蔵器ＨＴＲ４０６を出る。
【0075】
次いで、作動流体の合流部分は、第８の温度Ｔ８及び第８の圧力Ｐ８の第９の状態で出力タービン４５３に入る。さらに具体的には、合流部分は、作動流体回路４０３の高圧側４０４から入口４５４を通って出力タービン４５３に入る。出力タービン４５３は作動流体を膨張させ、合流部分を冷却して圧力を低下させる。次いで、合流部分は、第９の温度Ｔ９及び第９の圧力Ｐ９の第９の状態で出力タービン４５３を出る。さらに具体的には、合流部分は出力タービンを出て、出口４５５を通って作動流体回路４０３の低圧側４０５に向かう。
【0076】
次に、合流部分は、ポート４３３、４３６を介して復熱装置ＲＣＸの低圧側を通って循環する。復熱装置ＲＣＸでは、上記のように復熱装置ＲＣＸに、その高圧側から入る作動流体の第２の部分と、復熱装置ＲＣＸに、その低圧側から入る合流部分との間で熱交換が実施される。次いで、合流部分は、第１０の温度Ｔ１０及び第１０の圧力Ｐ１０の第１０の状態で復熱装置ＲＣＸを出る。次に、合流部分は、第１０の温度Ｔ１０及び第１０の圧力Ｐ１０の第１０の状態で空冷冷却器ＡＣＣに入る。次に、空冷冷却器ＡＣＣは、合流部分を第１１の温度Ｔ１１及び第１１の圧力Ｐ１１の第１１の状態まで冷却する。
【0077】
次いで、合流部分は、第１１の温度Ｔ１１及び第１１の圧力Ｐ１１の第１１の状態でＬＴＲ４０９に入る。ＬＴＲ４０９では、ＬＴＲ４０９への合流部分からＬＴＲ４０９に熱が伝達される。次いで、合流部分は、第１の温度及び第１の圧力の第１の状態でＬＴＲ４０９を離れて、今述べたように作動流体回路４０３を通って再循環される。
【0078】
上述したように、図４に示す充填段階と図４Ｂに示す充填段階との間の作動流体回路４０３の構成は、流体流量バルブによって制御されてもよい。そのような制御システムは当業者には容易に理解されるが、完全を期すために、そのような制御システム５００の１つを図５に示す。制御システム５００は、複数の流体流量バルブ５０５と、電線５１５を介して制御信号を送信するコントローラ５１０と、を備えてもよい。
【0079】
コントローラ５１０は、例えば、限定するものではないが、マイクロコントローラ、マイクロプロセッサ、特定用途向け集積回路（「ＡＳＩＣ」）、電気的に消去可能なプログラム可能読み取り専用メモリ（「ＥＥＰＲＯＭ」）などであり得るプロセッサベースのリソース５２０を含む。プロセッサベースのリソースの実装に応じて、コントローラ５１０はこのほか、コントローラ５１０の機能を実装するためにプロセッサベースのリソース５２０によって実行可能な（図示しない）命令でエンコードされたメモリ５２５を含んでもよい。さらに、プロセッサベースのリソース５２０の実装に応じて、メモリ５２５は、プロセッサベースのリソース５２０の一部であっても、スタンドアロンの装置であってもよい。例えば、命令は、マイクロプロセッサのメモリ部分に保存されたファームウェアであっても、スタンドアロンの読み取り専用メモリチップ又はランダムアクセスメモリチップに保存されたルーチンであってもよい。同じように、プロセッサベースのリソース５２０（例えば、ＡＳＩＣ）のいくつかの実装形態では、メモリ５３５は完全に省略されてもよい。
【0080】
ここで図４Ａ～図４Ｂ及び図５をまとめて参照すると、コントローラ５１０などのコントローラを使用して、図４Ａに示す充填段階と図４Ｂに示す充填段階との間で作動流体回路４０３を構成してもよい。コントローラ５１０は、作動流体の流れを制御するために流体流量バルブ５０５に制御信号を送信してもよい。このため、充填段階のために作動流体回路４０３を構成するために、コントローラ５１０は、流体流量バルブ５０５を制御して、作動流体を出力タービン４５３及びポンプ４５０から迂回させながら、作動流体を充填圧縮器４２１及び膨張器４１８に導く。逆に、生成段階のために作動流体回路４０３を構成するために、コントローラ５１０は、流体流量バルブ５０５を制御して、作動流体を充填圧縮器４２１及び膨張器４１８から迂回させながら、作動流体を出力タービン４５３及びポンプ４５０に導く。
【0081】
ここで、図４Ａ～図４Ｂをまとめて参照すると、作動流体回路４０３の高圧側４０４は、充填段階と動作段階の両方に迂回路４１５を備える。このため、ＭＴＲ４１２の（図示しない）熱交換器を含む迂回路４１５は、両段階にて復熱装置ＲＣＸの高圧側にある。作動流体は、充填段階の点４２４及び生成段階の点４２５にて熱貯蔵器ＲＣＸに入る前に分離する。第１の部分は迂回路４１５を介して復熱装置ＲＣＸの高圧側を迂回し、第２の部分は復熱装置ＲＣＸに入る。次に、第１の部分と第２の部分は、第２の部分が復熱装置ＲＣＸを通過した後に、充填段階では点４２５で合流し、生成段階では点４２４にて合流する。
【0082】
作動流体回路４０２の高圧側４０４での分離及び合流が、図示の実施形態では点４２４、４２５で生じる。しかし、点４２４、４２５が分離点であるか合流点であるかは、動作サイクルが充填段階にあるか生成段階にあるかによって決まることになる。充填段階では、点４２４は分離点であり、生成段階では、合流点である。逆に、点４２５は、充填段階では合流点であり、生成段階では分離点である。代替実施形態では、本明細書に開示したものに加えて、あるいはその代わりに、分離点及び合流点が存在し得ることに留意されたい。これは、本明細書で開示する技術の実装とは関係のない設計目標を遂行する場合に特に当てはまる。
【0083】
目的は、復熱装置ＲＣＸの低圧側４０５の質量と熱容量の積と、復熱装置ＲＣＸの高圧側４０４の質量と熱容量の積の平衡をとることである。「平衡のとれた」という用語は、復熱装置ＲＣＸの両側の質量と熱容量の積が等しいことを意味する。しかし、さまざまな理由により、これを実際に正確に達成するのは難しい場合がある。このため、２つの積が「ほとんど」、「おおよそ」又は「ほぼ」等しい場合、システム全体の動作が何らかの望ましいレベルを達成する誤差の範囲内にそれら２つの積が両方とも存在するという意味で、２つの積は「平衡がとれて」いる。望ましい効率レベルは、この種の懸案事項に適応する値の範囲として表される場合がある。
【0084】
同じように、本開示での任意の量に関する「約」、「およそ」などの用語は、実際の量が、システム全体の動作が何らかの望ましいレベルの効率を達成する誤差の範囲内である限り、記載された量からの多少の逸脱が許容され得ることを示している。例えば、図示の実施形態では、以下でさらに詳細に考察するように、第１の部分は全合流作動流体の４０％であり、第２の部分は６０％であってもよい。作動流体としてＣＯ２を採用する任意の実施形態では、このような割合で正確に分離するのは困難である可能性がある。このため、比率が「約」又は「およそ」４０％及び６０％である限り、多少の偏差は許容される場合がある。同じことが、本明細書にて考察するか開示する他の任意の量にも当てはまる。
【0085】
本開示の恩恵を受ける当業者であれば、任意の実施形態での質量流量と熱容量の両方が、例えば、作動流体の実装の選択などの要因に応じて、実装に固有であることを理解するであろう。ポンプ、膨張器、圧縮器などの動作範囲などの他の要因が、作動流体回路のさまざまな部分の動作条件に影響を及ぼす可能性がある。このため、表２及び表３のパラメータのさまざまな量は、作動流体として異なる物質を採用する代替実施形態、あるいは特定の装置を異なる方法で実装する代替実施形態では異なる場合がある。
【0086】
上述のように、図示の実施形態での作動流体はＣＯ２である。前述のように作動流体が分離すると、第１の部分は作動流体の総量の４０％となり、第２の部分は作動流体の総量の６０％になる。これは、充填段階と生成段階の両方に当てはまる。異なる作動流体又は異なる質量流量を使用する代替実施形態では、この割合を変更して、復熱装置の高圧側と低圧側の両方で質量流量と熱容量の平衡を維持してもよい。
【0087】
このため、第１の実施形態では、ポンプ式熱エネルギー貯蔵（「ＰＴＥＳ」）システムを動作させるための方法を開示する。この方法は、作動流体が質量流量及び熱容量を有し、作動流体回路を通して作動流体を循環させることと、作動流体が作動流体回路を通って循環するときに、復熱装置の高圧側と復熱装置の低圧側で作動流体の質量と熱容量の積を平衡させることと、を含む。
【0088】
第２の実施形態では、第１の実施形態にて、復熱装置の高圧側で作動流体を第１の部分と第２の部分に分離することと、復熱装置の高圧側を回って第１の部分を迂回させることと、迂回中に第１の部分を冷却することと、第２の部分を復熱装置を通して循環させることと、第２の部分が復熱装置から出た後、冷却された第１の部分を第２の部分と合流させることと、によって、作動流体が作動流体回路を通って循環するときに、復熱装置の高圧側と復熱装置の低圧側とで作動流体の質量と熱容量の積の平衡をとる。
【0089】
第３の実施形態では、第２の実施形態にて、迂回路を通して作動流体を循環させることと、作動流体と中温熱貯蔵器との間で熱を伝達することと、によって、迂回中に第１の部分を冷却する。熱伝達には、充填段階にて、低温熱貯蔵器から作動流体に熱を伝達し、作動流体から中温熱貯蔵器及び高温熱貯蔵器に熱を伝達することと、生成段階にて、高温熱貯蔵器及び中温熱貯蔵器（高温）から作動流体に熱を伝達し、作動流体から低温熱貯蔵器に熱を伝達することと、が含まれる。
【0090】
第４の実施形態では、作動流体の第１の部分が作動流体の４０％を構成し、第２の部分が作動流体の６０％を構成するように、第２の実施形態が実施されてもよい。
【0091】
第５の実施形態では、作動流体回路を通って作動流体を循環させることが、二酸化炭素（ＣＯ２）を循環させることを含み、作動流体の第１の部分が作動流体の４０％を構成し、第２の部分が作動流体の６０％を構成するように、第１の実施形態が実施されてもよい。
【0092】
第６の実施形態では、作動流体回路を通して作動流体を循環させることが、二酸化炭素（ＣＯ２）を循環させることを含むように、第２の実施形態が実施されてもよい。
【0093】
第７の実施形態では、復熱装置の高圧側と復熱装置の低圧側での作動流体の質量と熱容量との積を平衡させることが、充填段階と生成段階とを含むように、第１の実施形態が実施されてもよい。充填段階は、二酸化炭素（ＣＯ２）から構成された作動流体の６０％を復熱装置の高圧側を通して循環させ、ＣＯ２から構成された作動流体の１００％を復熱装置の低圧側を通して循環させることを含む。生成段階は、ＣＯ２から構成された作動流体の６０％を復熱装置の高圧側を通して循環させ、ＣＯ２から構成された作動流体の１００％を復熱装置の低圧側を通して循環させることを含む。
【0094】
第８の実施形態では、作動流体が作動流体回路を通って循環するときに、復熱装置の高圧側と復熱装置の低圧側とで作動流体の質量と熱容量の積を平衡させることに、復熱装置の高圧側の質量流量を低減することが含まれるように、第１の実施形態が実施されてもよい。
【0095】
第９の実施形態では、第１の実施形態が、復熱装置の高圧側の作動流体の第２の部分と復熱装置の低圧側の作動流体の合流部分との間で熱交換することをさらに含む。
【0096】
第１０の実施形態では、ポンプ式熱エネルギー貯蔵（「ＰＴＥＳ」）システムが、中温熱貯蔵器及び作動流体回路を備える。作動流体回路は、高圧側及び低圧側を有する復熱装置を備えており、作動流体の質量と熱容量の積は、作動流体が作動流体回路を通って循環するときに高圧側と低圧側で平衡がとれている。
【0097】
第１１の実施形態では、作動流体が二酸化炭素（ＣＯ２）であるように第１０の実施形態を実施してもよい。
【0098】
第１２の実施形態では、作動流体回路が迂回路を備え、この迂回路によって、作動流体の第２の部分が復熱装置の高圧側を通って循環している間に、作動流体の第１の部分が復熱装置の高圧側を迂回するように、第１０の実施形態を実施してもよい。
【0099】
第１３の実施形態では、迂回路が第１の部分と中温熱貯蔵器との間の熱伝達部を備えるように、第１１の実施形態を実施してもよい。さらに、作動流体回路は、作動流体を第１の部分と第２の部分とに分離する復熱装置の高圧側の分離部であって、第１の部分は第２の部分より小さく、第２の部分は復熱装置の高圧側から復熱装置を通って循環する、分離部と、第２の部分が復熱装置を出る際に、第１の部分が第２の部分と合流する、復熱装置の高圧側の合流点と、を備える。
【0100】
第１４の実施形態では、第１の部分が作動流体の総量の４０％であり、第２の部分が作動流体の総量の６０％であるように、第１１の実施形態を実施してもよい。
【0101】
第１５の実施形態では、作動流体が二酸化炭素（ＣＯ２）であり、第１の部分が作動流体の総量の４０％であり、第２の部分が作動流体の総量の６０％であるように、第１１の実施形態を実施してもよい。
【0102】
第１６の実施形態では、動作中に、復熱装置の高圧側の作動流体の第２の部分と、復熱装置の低圧側の作動流体の合流部分との間で熱交換されるように、第１０の実施形態を実施してもよい。
【0103】
第１７の実施形態では、ポンプ式熱エネルギー貯蔵（「ＰＴＥＳ」）システムを動作させる方法には、作動流体回路を通して作動流体を循環させることと、作動流体を循環させながら復熱装置の高圧側と低圧側の作動流体の質量と熱容量の積を平衡させるために、復熱装置の高圧側の作動流体の質量流量を減少させることと、が含まれる。減少させることは、作動流体の第１の部分に復熱装置の高圧側を迂回させることと、作動流体の第２の部分を復熱装置の高圧側を通して循環させることと、を含んでもよい。
【0104】
第１８の実施形態では、復熱装置の高圧側を迂回させることが、充填段階にて作動流体と高温貯蔵器との間で熱を伝達する際に、作動流体の第１の部分に復熱装置の高圧側を迂回させ、迂回中に、第１の部分が第２の部分より小さく、第２の部分が復熱装置を通って循環する間に、第１の部分から中温貯蔵器に熱を伝達することと、生成段階にてポンプを出る際に、作動流体の第３の部分に復熱装置の高圧側を迂回させる一方で、迂回中に中温貯蔵器から第３の部分に熱を伝達しながら、作動流体の第４の部分を復熱装置を通して循環させことと、を含むように、第１７の実施形態を実施してもよい。
【0105】
第１９の実施形態では、第１７の実施形態に、復熱装置の高圧側の作動流体の第２の部分と復熱装置の低圧側の作動流体の合流部分との間で熱交換することが含まれてもよい。
【0106】
第２０の実施形態では、作動流体を循環させながら復熱装置の高圧側と低圧側の作動流体の質量と熱容量の積を平衡させるために、復熱装置の高圧側の作動流体の質量流量を減少させることが、作動流体を復熱装置の高圧側の第１の部分と、第１の部分が第２の部分よりも小さい、第２の部分とに分離することと、迂回中に第１の部分を冷却することと、第２の部分が復熱装置から出た後、冷却された第１の部分を第２の部分と合流させることと、をさらに含むように、第１７の実施形態を実施してもよい。
【0107】
第２１の実施形態では、迂回中に第１の部分を冷却することが、作動流体と中温熱貯蔵器との間で熱を伝達することを含むように、第２０の実施形態を実施してもよい。熱を伝達することは、充填段階にて作動流体から中温熱貯蔵器に熱を伝達することと、生成段階にて中温熱貯蔵器から作動流体に熱を伝達することをさらに含んでもよい。
【0108】
第２２の実施形態では、作動流体回路を通して作動流体を循環させることが、二酸化炭素（ＣＯ２）を循環させることを含むように、第１７の実施形態を実施してもよい。
【0109】
第２３の実施形態では、作動流体の第１の部分が作動流体の４０％を構成し、第２の部分が作動流体の６０％を構成するように、第１７の実施形態を実施してもよい。
【0110】
第２４の実施形態では、作動流体回路を通して作動流体を循環させることが、二酸化炭素（ＣＯ２）を循環させることを含み、作動流体の第１の部分が作動流体の４０％を構成し、第２の部分が作動流体の６０％を構成するように、第１７の実施形態を実施してもよい。
【0111】
第２５の実施形態では、ポンプ式熱エネルギー貯蔵（「ＰＴＥＳ」）システムが、低温貯蔵器と、高温貯蔵器と、中温貯蔵器と、ＰＴＥＳ動作サイクルの充填段階及び生成段階用に構成可能であり、使用中に作動流体が循環する作動流体回路と、を備える。作動流体回路は、復熱装置を備えてもよく、充填段階にあるときには、復熱装置と低温貯蔵器との間に位置決めされた膨張器と、復熱装置と高温熱貯蔵器との間に位置決めされた充填圧縮器と、を備えてもよく、生成段階にあるときには、復熱装置と低温熱貯蔵器との間に位置決めされたポンプと、復熱装置と高温熱貯蔵器との間に位置決めされる生成タービンと、迂回路であって、この迂回路により、充填段階と生成段階の両方にて、作動流体の第１の部分が復熱装置の高圧側を迂回し、中温熱貯蔵器を通って流れ、作動流体の第２の部分が復熱装置を通って循環する間に中温熱貯蔵器が作動流体と中温熱貯蔵器との間で熱を伝達する、迂回路と、を備えてもよい。
【0112】
第２６の実施形態では、作動流体が二酸化炭素（ＣＯ２）であるように、第２５の実施形態を実施してもよい。
【0113】
第２７の実施形態では、第１の部分が作動流体の総量の４０％であり、第２の部分が作動流体の総量の６０％であるように、第２５の実施形態を実施してもよい。
【0114】
第２８の実施形態では、作動流体が二酸化炭素（ＣＯ２）であり、第１の部分が作動流体の総量の４０％であり、第２の部分が作動流体の総量の６０％であるように、第２５の実施形態を実施してもよい。
【0115】
第２９の実施形態では、ポンプ式熱エネルギー貯蔵（「ＰＴＥＳ」）システムを動作させるための方法が提供され、この方法は、復熱装置を備える作動流体回路を通して高熱容量の作動流体を循環させることと、質量と熱容量の積が復熱装置の両側で同一になるように、復熱装置の高圧側の作動流体の質量流量を減少させることと、を含む。質量流量を減少させることには、充填段階では、作動流体の第１の部分で復熱装置を迂回し、迂回中に、第１の部分は作動流体の第２の部分よりも小さい部分である、作動流体の第２の部分を復熱装置を通して循環させながら、第１の部分から中温貯蔵器に熱を伝達することと、第１の部分が復熱装置を迂回する間に、第２の部分を復熱装置を通して循環させ、復熱装置を通して循環中に第２の部分から熱を伝達することと、第１の部分が復熱装置を迂回し、第２の部分が復熱装置を通って循環した後、第１の部分と第２の部分の両方を膨張器を通して共に循環させることと、が含まれる。質量流量を減少させることには、生成段階では、作動流体の第３の部分で復熱装置を迂回し、迂回中に、第３の部分が第４の部分よりも大きい部分である、作動流体の第４の部分を復熱装置を通して循環させながら、第３の部分から中温貯蔵器に熱を伝達することと、第３の部分が復熱装置を迂回している間に第４の部分を熱交換器を通して循環させ、復熱装置を通って循環している間に熱を第４の部分に伝達することと、第３の部分が復熱装置を迂回し、第４の部分が復熱装置を通って循環した後、高温貯蔵器を通して第３の部分と第４の部分の両方を共に循環させることと、が含まれる。
【0116】
第３０の実施形態では、作動流体が二酸化炭素（ＣＯ２）であるように第２９の実施形態を実施してもよい。
【0117】
第３１の実施形態では、第１の部分が充填段階での作動流体の質量流量の約４０％に相当し、第２の部分が充填段階での作動流体の質量流量の約６０％に相当し、第３の部分が生成段階での作動流体の質量流量の約４０％に相当し、第４の部分が生成段階での作動流体の約６０％に相当するように、第３０の実施形態を実施してもよい。
【0118】
第３２の実施形態では、第１の部分が充填段階での作動流体の質量流量の約４０％に相当し、第２の部分が充填段階での作動流体の約６０％に相当し、第３の部分が生成段階の作動流体の質量流量の約４０％に相当し、第４の部分が生成段階の作動流体の約６０％に相当するように、第２９の実施形態を実施してもよい。
【0119】
この開示の恩恵を受ける当業者は、本明細書に開示する技術のさらに他の実施形態を理解する可能性がある。
【0120】
以上、当業者が本開示をさらによく理解し得るように、いくつかの実施形態の特徴を概説した。当業者は、同一の目的を実施するため、及び／又は本明細書に導入された実施形態と同一の利点を達成するために、他のプロセス及び構造を設計するか修正するための基礎として本開示を容易に使用し得ることを理解すべきである。当業者はこのほか、そのような等価な構成が本開示の精神及び範囲から逸脱するものではなく、本開示の精神及び範囲から逸脱することなく本明細書にてさまざまな変更、置換及び改変を施し得ることを理解すべきである。
【図1A】
【図1B】
【図2】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図5】
【図6A】
【図6B】
【図6C】
【図6D】
【図6E】
【図6F】
【手続補正書】
【提出日】2023-08-08
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0120】
以上、当業者が本開示をさらによく理解し得るように、いくつかの実施形態の特徴を概説した。当業者は、同一の目的を実施するため、及び／又は本明細書に導入された実施形態と同一の利点を達成するために、他のプロセス及び構造を設計するか修正するための基礎として本開示を容易に使用し得ることを理解すべきである。当業者はこのほか、そのような等価な構成が本開示の精神及び範囲から逸脱するものではなく、本開示の精神及び範囲から逸脱することなく本明細書にてさまざまな変更、置換及び改変を施し得ることを理解すべきである。
なお、本発明の実施態様として、以下に示すものがある。
［態様１］
ポンプ式熱エネルギー貯蔵（「ＰＴＥＳ」）システムを動作させる方法であって、前記方法は、
作動流体回路を通して、質量流量及び熱容量を有する作動流体を循環させることと、
前記作動流体が前記作動流体回路を通って循環するときに、復熱装置の高圧側と前記復熱装置の低圧側で前記作動流体の前記質量と前記熱容量の積を平衡させることと、を含む、方法。
［態様２］
前記作動流体が前記作動流体回路を通って循環するときに、前記復熱装置の前記高圧側と前記復熱装置の前記低圧側で前記作動流体の前記質量と前記熱容量の前記積を平衡させることは、
前記作動流体を前記復熱装置の前記高圧側で第１の部分と第２の部分に分離することと、
前記復熱装置の前記高圧側を回って前記第１の部分を迂回させることと、
前記迂回中に前記第１の部分を冷却することと、
前記第２の部分を前記復熱装置を通して循環させることと、
前記第２の部分が前記復熱装置を出た後、前記冷却された前記第１の部分を前記第２の部分と合流させることと、を含む、態様１に記載の方法。
［態様３］
前記迂回中に前記第１の部分を冷却することは、
前記迂回を通して前記作動流体を循環させることと、
前記作動流体と中温熱貯蔵器との間で熱を伝達することであって、
充填段階では、前記作動流体から中温熱貯蔵器に熱を伝達することと、
生成段階では、中温熱貯蔵器から前記作動流体に熱を伝達することと、を含む、態様２に記載の方法。
［態様４］
前記作動流体の前記第１の部分は前記作動流体の約４０％を構成し、前記第２の部分は前記作動流体の約６０％を構成する、態様２に記載の方法。
［態様５］
前記作動流体回路を通して前記作動流体を循環させることは、二酸化炭素（ＣＯ ２ ）を循環させることを含み、
前記作動流体の前記第１の部分は、前記作動流体の約４０％を構成し、
前記作動流体の前記第２の部分は前記作動流体の約６０％を構成する、態様１に記載の方法。
［態様６］
前記作動流体回路を通して前記作動流体を循環させることは、二酸化炭素（ＣＯ ２ ）を循環させることを含む、態様２に記載の方法。
［態様７］
前記復熱装置の前記高圧側と前記復熱装置の前記低圧側の前記作動流体の前記質量と前記熱容量の積を平衡させることは、
充填段階では、
二酸化炭素（ＣＯ ２ ）から構成された前記作動流体の約６０％を前記復熱装置の前記高圧側を通して循環させることと、
ＣＯ ２ から構成された前記作動流体の１００％を前記復熱装置の前記低圧側を通して循環させることと、を含み、
生成段階では、
ＣＯ ２ から構成された前記作動流体の約６０％を前記復熱装置の前記高圧側を通して循環させることと、
ＣＯ ２ から構成された前記作動流体の１００％を前記復熱装置の前記低圧側を通して循環させることと、を含む、態様１に記載の方法。
［態様８］
前記作動流体が前記作動流体回路を通って循環するときに、前記復熱装置の前記高圧側と前記復熱装置の前記低圧側の前記作動流体の前記質量と前記熱容量の前記積を平衡させることは、前記復熱装置の前記高圧側の前記質量流量を減少させることを含む、態様１に記載の方法。
［態様９］
前記復熱装置の前記高圧側の前記作動流体の前記第２の部分と、前記復熱装置の前記低圧側の前記作動流体の合流部分との間で熱を交換することをさらに含む、態様１に記載の方法。
［態様１０］
ポンプ式熱エネルギー貯蔵（「ＰＴＥＳ」）システムであって、
中温熱貯蔵器と、
作動流体回路であって、
高圧側と低圧側とを有する復熱装置であって、作動流体の質量と熱容量の積は、前記作動流体が前記作動流体回路を通って循環するときに、前記高圧側と前記低圧側とで平衡をとられる、復熱装置を、備える作動流体回路と、を具備する、ポンプ式熱エネルギー貯蔵（「ＰＴＥＳ」）システム。
［態様１１］
前記作動流体は二酸化炭素（ＣＯ ２ ）である、態様１０に記載のシステム。
［態様１２］
前記作動流体回路は、迂回路であって、前記迂回路によって、前記作動流体の第２の部分が前記復熱装置の前記高圧側を通って循環する間に、前記作動流体の第１の部分が前記復熱装置の前記高圧側を迂回する、迂回路を備える、態様１０に記載のシステム。
［態様１３］
前記迂回路は、第１の部分と前記中温熱貯蔵器との間の熱伝達部を含み、
前記作動流体回路は、
前記作動流体を前記第１の部分と前記第２の部分に分離する前記復熱装置の前記高圧側の分離部であって、前記第１の部分は前記第２の部分より小さく、前記第２の部分は前記復熱装置の前記高圧側から前記復熱装置を通って循環する、分離部と、
前記第２の部分が前記復熱装置を出る際に、前記第１の部分が前記第２の部分と合流する、前記復熱装置の前記高圧側の合流点と、をさらに具備する、態様１０に記載のシステム。
［態様１４］
前記第１の部分は前記作動流体の総量の約４０％であり、前記第２の部分は前記作動流体の総量の約６０％である、態様１０に記載のシステム。
［態様１５］
前記作動流体は二酸化炭素（ＣＯ ２ ）であり、
前記第１の部分は前記作動流体の総量の約４０％であり、
前記第２の部分は前記作動流体の総量の約６０％である、態様１０に記載のシステム。
［態様１６］
さらに、動作中、前記復熱装置の前記高圧側の前記作動流体の前記第２の部分と、前記復熱装置の前記低圧側の前記作動流体の合流部分との間で熱が交換される、態様１０に記載のシステム。
［態様１７］
ポンプ式熱エネルギー貯蔵（「ＰＴＥＳ」）システムを動作させる方法であって、前記方法は、
作動流体回路を通して作動流体を循環させることと、
復熱装置の高圧側の前記作動流体の質量流量を減少させて、前記作動流体を循環させる間に前記復熱装置の前記高圧側と低圧側の前記作動流体の前記質量と熱容量の積を平衡させることであって、
前記作動流体の第１の部分に前記復熱装置の前記高圧側を迂回させることと、
前記作動流体の第２の部分を前記復熱装置の前記高圧側を通して循環させることと、を含む、を含む、方法。
［態様１８］
前記復熱装置の前記高圧側を迂回させることは、
充填段階にて前記作動流体と高温貯蔵器との間で熱を伝達する際に、前記作動流体の第１の部分に前記復熱装置の前記高圧側を迂回させ、前記第１の部分が前記第２の部分よりも小さく、前記第２の部分が前記復熱装置を通って循環する間に、前記迂回中に、前記第１の部分から中温貯蔵器に熱を伝達することと、
生成段階にてポンプを出る際に、前記作動流体の第３の部分に前記復熱装置の前記高圧側を迂回させる一方、前記復熱装置を通って前記作動流体の第４の部分を循環させながら、前記迂回中に、前記中温貯蔵器から前記第３の部分に熱を伝達することと、を含む、態様１７に記載の方法。
［態様１９］
前記復熱装置の前記高圧側の前記作動流体の前記第２の部分と、前記復熱装置の前記低圧側の前記作動流体の合流部分との間で熱を交換することをさらに含む、態様１７に記載の方法。
［態様２０］
前記復熱装置の前記高圧側の前記作動流体の前記質量流量を減少させて、前記作動流体を循環させている間に、前記復熱装置の前記高圧側と前記低圧側の前記作動流体の前記質量と前記熱容量の前記積を平衡させることは、
前記作動流体を前記復熱装置の前記高圧側で前記第１の部分と、前記第１の部分が第２の部分よりも小さい、前記第２の部分に分離することと、
前記迂回中に前記第１の部分との間で熱を伝達することと、
前記第２の部分が前記復熱装置を出た後、前記第１の部分を前記第２の部分と合流させることと、をさらに含む、態様１７に記載の方法。
［態様２１］
前記迂回中に前記第１の部分との間で熱を伝達することは、前記作動流体と中温熱貯蔵器との間で熱を伝達することを含む、態様２０に記載の方法であって、
充填段階では、前記作動流体から中温熱貯蔵器に熱を伝達することをさらに含み、
生成段階では、中温熱貯蔵器から前記作動流体に熱を伝達することをさらに含む、方法。
［態様２２］
前記作動流体回路を通して前記作動流体を循環させることは、二酸化炭素（ＣＯ ２ ）を循環させることを含む、態様１７に記載の方法。
［態様２３］
前記作動流体の前記第１の部分は前記作動流体の約４０％を構成し、前記第２の部分は前記作動流体の約６０％を構成する、態様１７に記載の方法。
［態様２４］
前記作動流体回路を通して前記作動流体を循環させることは、二酸化炭素（ＣＯ ２ ）を循環させることを含み、
前記作動流体の前記第１の部分は前記作動流体の約４０％を構成し、前記第２の部分は前記作動流体の約６０％を構成する、態様１７に記載の方法。
［態様２５］
ポンプ式熱エネルギー貯蔵（「ＰＴＥＳ」）システムであって、
低温熱貯蔵器と、
高温熱貯蔵器と、
中温熱貯蔵器と、
ＰＴＥＳ動作サイクルの充填段階及び生成段階のために構成可能であり、使用中に作動流体が循環する作動流体回路であって、前記作動流体回路は、
復熱装置と、
前記充填段階では、
前記復熱装置と前記低温熱貯蔵器との間に位置決めされた膨張器と、
前記復熱装置と前記高温熱貯蔵器との間に位置決めされた充填圧縮器と、を備え、
前記生成段階では、
前記復熱装置と前記低温熱貯蔵器との間に位置決めされたポンプと、
前記復熱装置と前記高温熱貯蔵器との間に位置決めされた出力タービンと、を備え、
迂回路であって、前記迂回路によって、前記充填段階と前記生成段階の両方にて、前記作動流体の第１の部分が前記復熱装置の高圧側を迂回し、前記中温熱貯蔵器を通って流れ、前記作動流体の第２の部分が前記復熱装置を通って循環する間に、前記中温熱貯蔵器が前記作動流体と前記中温熱貯蔵器との間で熱を伝達する、迂回路と、を備える、作動流体回路と、を具備する、ポンプ式熱エネルギー貯蔵（「ＰＴＥＳ」）システム。
［態様２６］
前記作動流体は二酸化炭素（ＣＯ ２ ）である、態様２５に記載のシステム。
［態様２７］
前記第１の部分は前記作動流体の総量の約４０％であり、前記第２の部分は前記作動流体の総量の約６０％である、態様２５に記載のシステム。
［態様２８］
前記作動流体は二酸化炭素（ＣＯ ２ ）であり、
前記第１の部分は前記作動流体の総量の約４０％であり、
前記第２の部分は前記作動流体の総量の約６０％である、態様２５に記載のシステム。
［態様２９］
ポンプ式熱エネルギー貯蔵（「ＰＴＥＳ」）システムを作動させる方法であって、前記方法は、
復熱装置を備える作動流体回路を通して高熱容量の作動流体を循環させることと、
前記復熱装置の両側で質量と熱容量の積が同一になるように、前記復熱装置の高圧側の前記作動流体の質量流量を減少させることであって、
充填段階では、
前記作動流体の第１の部分で前記復熱装置を迂回し、前記迂回中に、前記作動流体の第２の部分を前記復熱装置を通して循環させながら、前記第１の部分から中温貯蔵器に熱を伝達することと、
前記第１の部分が前記復熱装置を迂回する間に、前記第２の部分を前記復熱装置を通して循環させ、前記復熱装置を通して循環中に前記第２の部分から熱を伝達することと、
前記第１の部分が前記復熱装置を迂回し、前記第２の部分が前記復熱装置を通って循環した後、前記第１の部分と前記第２の部分の両方を膨張器を通して共に循環させることと、を含み、
生成段階では、
前記作動流体の第３の部分で前記復熱装置を迂回し、前記迂回中に、前記作動流体の第４の部分を前記復熱装置を通して循環させながら、前記第３の部分から中温貯蔵器に熱を伝達することと、
前記第３の部分が前記復熱装置を迂回する間に、第４の部分を前記復熱装置を通して循環させ、前記復熱装置を通って循環中に前記第４の部分に熱を伝達することと、
前記第３の部分が前記復熱装置を迂回し、前記第４の部分が前記復熱装置を通って循環した後、高温貯蔵器を通して前記第３の部分と前記第４の部分の両方を共に循環させることと、を含む、方法。
［態様３０］
前記作動流体が二酸化炭素（ＣＯ ２ ）である、態様２９に記載の方法。
［態様３１］
前記第１の部分は、前記充填段階での前記作動流体の前記質量流量の約４０％に相当し、
前記第２の部分は、前記充填段階での前記作動流体の前記質量流量の約６０％に相当し、
前記第３の部分は、前記生成段階での前記作動流体の前記質量流量の約４０％に相当し、前記第４の部分は前記生成段階での前記作動流体の前記質量流量の約６０％に相当する、態様３０に記載の方法。
［態様３２］
前記第１の部分は、前記充填段階での前記作動流体の前記質量流量の約４０％に相当し、前記第２の部分は前記充填段階での前記作動流体の前記質量流量の約６０％に相当し、
前記第３の部分は、前記生成段階での前記作動流体の前記質量流量の約４０％に相当し、前記第４の部分は前記生成段階での前記作動流体の前記質量流量の約６０％に相当する、態様２９に記載の方法。
なお、本発明の実施態様として、以下に示すものがある。
［態様１］
ポンプ式熱エネルギー貯蔵（「ＰＴＥＳ」）システムを動作させる方法であって、前記方法は、
作動流体回路を通して、質量流量及び熱容量を有する作動流体を循環させることと、
前記作動流体が前記作動流体回路を通って循環するときに、復熱装置の高圧側と前記復熱装置の低圧側で前記作動流体の前記質量と前記熱容量の積を平衡させることと、を含む、方法。
［態様２］
前記作動流体が前記作動流体回路を通って循環するときに、前記復熱装置の前記高圧側と前記復熱装置の前記低圧側で前記作動流体の前記質量と前記熱容量の前記積を平衡させることは、
前記作動流体を前記復熱装置の前記高圧側で第１の部分と第２の部分に分離することと、
前記復熱装置の前記高圧側を回って前記第１の部分を迂回させることと、
前記迂回中に前記第１の部分を冷却することと、
前記第２の部分を前記復熱装置を通して循環させることと、
前記第２の部分が前記復熱装置を出た後、前記冷却された前記第１の部分を前記第２の部分と合流させることと、を含む、態様１に記載の方法。
［態様３］
前記迂回中に前記第１の部分を冷却することは、
前記迂回を通して前記作動流体を循環させることと、
前記作動流体と中温熱貯蔵器との間で熱を伝達することであって、
充填段階では、前記作動流体から中温熱貯蔵器に熱を伝達することと、
生成段階では、中温熱貯蔵器から前記作動流体に熱を伝達することと、を含む、態様２に記載の方法。
［態様４］
前記作動流体の前記第１の部分は前記作動流体の約４０％を構成し、前記第２の部分は前記作動流体の約６０％を構成する、態様２に記載の方法。
［態様５］
前記作動流体回路を通して前記作動流体を循環させることは、二酸化炭素（ＣＯ ２ ）を循環させることを含み、
前記作動流体の前記第１の部分は、前記作動流体の約４０％を構成し、
前記作動流体の前記第２の部分は前記作動流体の約６０％を構成する、態様１に記載の方法。
［態様６］
前記作動流体回路を通して前記作動流体を循環させることは、二酸化炭素（ＣＯ ２ ）を循環させることを含む、態様２に記載の方法。
［態様７］
前記復熱装置の前記高圧側と前記復熱装置の前記低圧側の前記作動流体の前記質量と前記熱容量の積を平衡させることは、
充填段階では、
二酸化炭素（ＣＯ ２ ）から構成された前記作動流体の約６０％を前記復熱装置の前記高圧側を通して循環させることと、
ＣＯ ２ から構成された前記作動流体の１００％を前記復熱装置の前記低圧側を通して循環させることと、を含み、
生成段階では、
ＣＯ ２ から構成された前記作動流体の約６０％を前記復熱装置の前記高圧側を通して循環させることと、
ＣＯ ２ から構成された前記作動流体の１００％を前記復熱装置の前記低圧側を通して循環させることと、を含む、態様１に記載の方法。
［態様８］
前記作動流体が前記作動流体回路を通って循環するときに、前記復熱装置の前記高圧側と前記復熱装置の前記低圧側の前記作動流体の前記質量と前記熱容量の前記積を平衡させることは、前記復熱装置の前記高圧側の前記質量流量を減少させることを含む、態様１に記載の方法。
［態様９］
前記復熱装置の前記高圧側の前記作動流体の前記第２の部分と、前記復熱装置の前記低圧側の前記作動流体の合流部分との間で熱を交換することをさらに含む、態様１に記載の方法。
［態様１０］
ポンプ式熱エネルギー貯蔵（「ＰＴＥＳ」）システムであって、
中温熱貯蔵器と、
作動流体回路であって、
高圧側と低圧側とを有する復熱装置であって、作動流体の質量と熱容量の積は、前記作動流体が前記作動流体回路を通って循環するときに、前記高圧側と前記低圧側とで平衡をとられる、復熱装置を、備える作動流体回路と、を具備する、ポンプ式熱エネルギー貯蔵（「ＰＴＥＳ」）システム。
［態様１１］
前記作動流体は二酸化炭素（ＣＯ ２ ）である、態様１０に記載のシステム。
［態様１２］
前記作動流体回路は、迂回路であって、前記迂回路によって、前記作動流体の第２の部分が前記復熱装置の前記高圧側を通って循環する間に、前記作動流体の第１の部分が前記復熱装置の前記高圧側を迂回する、迂回路を備える、態様１０に記載のシステム。
［態様１３］
前記迂回路は、第１の部分と前記中温熱貯蔵器との間の熱伝達部を含み、
前記作動流体回路は、
前記作動流体を前記第１の部分と前記第２の部分に分離する前記復熱装置の前記高圧側の分離部であって、前記第１の部分は前記第２の部分より小さく、前記第２の部分は前記復熱装置の前記高圧側から前記復熱装置を通って循環する、分離部と、
前記第２の部分が前記復熱装置を出る際に、前記第１の部分が前記第２の部分と合流する、前記復熱装置の前記高圧側の合流点と、をさらに具備する、態様１０に記載のシステム。
［態様１４］
前記第１の部分は前記作動流体の総量の約４０％であり、前記第２の部分は前記作動流体の総量の約６０％である、態様１０に記載のシステム。
［態様１５］
前記作動流体は二酸化炭素（ＣＯ ２ ）であり、
前記第１の部分は前記作動流体の総量の約４０％であり、
前記第２の部分は前記作動流体の総量の約６０％である、態様１０に記載のシステム。
［態様１６］
さらに、動作中、前記復熱装置の前記高圧側の前記作動流体の前記第２の部分と、前記復熱装置の前記低圧側の前記作動流体の合流部分との間で熱が交換される、態様１０に記載のシステム。
［態様１７］
ポンプ式熱エネルギー貯蔵（「ＰＴＥＳ」）システムを動作させる方法であって、前記方法は、
作動流体回路を通して作動流体を循環させることと、
復熱装置の高圧側の前記作動流体の質量流量を減少させて、前記作動流体を循環させる間に前記復熱装置の前記高圧側と低圧側の前記作動流体の前記質量と熱容量の積を平衡させることであって、
前記作動流体の第１の部分に前記復熱装置の前記高圧側を迂回させることと、
前記作動流体の第２の部分を前記復熱装置の前記高圧側を通して循環させることと、を含む、を含む、方法。
［態様１８］
前記復熱装置の前記高圧側を迂回させることは、
充填段階にて前記作動流体と高温貯蔵器との間で熱を伝達する際に、前記作動流体の第１の部分に前記復熱装置の前記高圧側を迂回させ、前記第１の部分が前記第２の部分よりも小さく、前記第２の部分が前記復熱装置を通って循環する間に、前記迂回中に、前記第１の部分から中温貯蔵器に熱を伝達することと、
生成段階にてポンプを出る際に、前記作動流体の第３の部分に前記復熱装置の前記高圧側を迂回させる一方、前記復熱装置を通って前記作動流体の第４の部分を循環させながら、前記迂回中に、前記中温貯蔵器から前記第３の部分に熱を伝達することと、を含む、態様１７に記載の方法。
［態様１９］
前記復熱装置の前記高圧側の前記作動流体の前記第２の部分と、前記復熱装置の前記低圧側の前記作動流体の合流部分との間で熱を交換することをさらに含む、態様１７に記載の方法。
［態様２０］
前記復熱装置の前記高圧側の前記作動流体の前記質量流量を減少させて、前記作動流体を循環させている間に、前記復熱装置の前記高圧側と前記低圧側の前記作動流体の前記質量と前記熱容量の前記積を平衡させることは、
前記作動流体を前記復熱装置の前記高圧側で前記第１の部分と、前記第１の部分が第２の部分よりも小さい、前記第２の部分に分離することと、
前記迂回中に前記第１の部分との間で熱を伝達することと、
前記第２の部分が前記復熱装置を出た後、前記第１の部分を前記第２の部分と合流させることと、をさらに含む、態様１７に記載の方法。
［態様２１］
前記迂回中に前記第１の部分との間で熱を伝達することは、前記作動流体と中温熱貯蔵器との間で熱を伝達することを含む、態様２０に記載の方法であって、
充填段階では、前記作動流体から中温熱貯蔵器に熱を伝達することをさらに含み、
生成段階では、中温熱貯蔵器から前記作動流体に熱を伝達することをさらに含む、方法。
［態様２２］
前記作動流体回路を通して前記作動流体を循環させることは、二酸化炭素（ＣＯ ２ ）を循環させることを含む、態様１７に記載の方法。
［態様２３］
前記作動流体の前記第１の部分は前記作動流体の約４０％を構成し、前記第２の部分は前記作動流体の約６０％を構成する、態様１７に記載の方法。
［態様２４］
前記作動流体回路を通して前記作動流体を循環させることは、二酸化炭素（ＣＯ ２ ）を循環させることを含み、
前記作動流体の前記第１の部分は前記作動流体の約４０％を構成し、前記第２の部分は前記作動流体の約６０％を構成する、態様１７に記載の方法。
［態様２５］
ポンプ式熱エネルギー貯蔵（「ＰＴＥＳ」）システムであって、
低温熱貯蔵器と、
高温熱貯蔵器と、
中温熱貯蔵器と、
ＰＴＥＳ動作サイクルの充填段階及び生成段階のために構成可能であり、使用中に作動流体が循環する作動流体回路であって、前記作動流体回路は、
復熱装置と、
前記充填段階では、
前記復熱装置と前記低温熱貯蔵器との間に位置決めされた膨張器と、
前記復熱装置と前記高温熱貯蔵器との間に位置決めされた充填圧縮器と、を備え、
前記生成段階では、
前記復熱装置と前記低温熱貯蔵器との間に位置決めされたポンプと、
前記復熱装置と前記高温熱貯蔵器との間に位置決めされた出力タービンと、を備え、
迂回路であって、前記迂回路によって、前記充填段階と前記生成段階の両方にて、前記作動流体の第１の部分が前記復熱装置の高圧側を迂回し、前記中温熱貯蔵器を通って流れ、前記作動流体の第２の部分が前記復熱装置を通って循環する間に、前記中温熱貯蔵器が前記作動流体と前記中温熱貯蔵器との間で熱を伝達する、迂回路と、を備える、作動流体回路と、を具備する、ポンプ式熱エネルギー貯蔵（「ＰＴＥＳ」）システム。
［態様２６］
前記作動流体は二酸化炭素（ＣＯ ２ ）である、態様２５に記載のシステム。
［態様２７］
前記第１の部分は前記作動流体の総量の約４０％であり、前記第２の部分は前記作動流体の総量の約６０％である、態様２５に記載のシステム。
［態様２８］
前記作動流体は二酸化炭素（ＣＯ ２ ）であり、
前記第１の部分は前記作動流体の総量の約４０％であり、
前記第２の部分は前記作動流体の総量の約６０％である、態様２５に記載のシステム。
［態様２９］
ポンプ式熱エネルギー貯蔵（「ＰＴＥＳ」）システムを作動させる方法であって、前記方法は、
復熱装置を備える作動流体回路を通して高熱容量の作動流体を循環させることと、
前記復熱装置の両側で質量と熱容量の積が同一になるように、前記復熱装置の高圧側の前記作動流体の質量流量を減少させることであって、
充填段階では、
前記作動流体の第１の部分で前記復熱装置を迂回し、前記迂回中に、前記作動流体の第２の部分を前記復熱装置を通して循環させながら、前記第１の部分から中温貯蔵器に熱を伝達することと、
前記第１の部分が前記復熱装置を迂回する間に、前記第２の部分を前記復熱装置を通して循環させ、前記復熱装置を通して循環中に前記第２の部分から熱を伝達することと、
前記第１の部分が前記復熱装置を迂回し、前記第２の部分が前記復熱装置を通って循環した後、前記第１の部分と前記第２の部分の両方を膨張器を通して共に循環させることと、を含み、
生成段階では、
前記作動流体の第３の部分で前記復熱装置を迂回し、前記迂回中に、前記作動流体の第４の部分を前記復熱装置を通して循環させながら、前記第３の部分から中温貯蔵器に熱を伝達することと、
前記第３の部分が前記復熱装置を迂回する間に、第４の部分を前記復熱装置を通して循環させ、前記復熱装置を通って循環中に前記第４の部分に熱を伝達することと、
前記第３の部分が前記復熱装置を迂回し、前記第４の部分が前記復熱装置を通って循環した後、高温貯蔵器を通して前記第３の部分と前記第４の部分の両方を共に循環させることと、を含む、方法。
［態様３０］
前記作動流体が二酸化炭素（ＣＯ ２ ）である、態様２９に記載の方法。
［態様３１］
前記第１の部分は、前記充填段階での前記作動流体の前記質量流量の約４０％に相当し、
前記第２の部分は、前記充填段階での前記作動流体の前記質量流量の約６０％に相当し、
前記第３の部分は、前記生成段階での前記作動流体の前記質量流量の約４０％に相当し、前記第４の部分は前記生成段階での前記作動流体の前記質量流量の約６０％に相当する、態様３０に記載の方法。
［態様３２］
前記第１の部分は、前記充填段階での前記作動流体の前記質量流量の約４０％に相当し、前記第２の部分は前記充填段階での前記作動流体の前記質量流量の約６０％に相当し、
前記第３の部分は、前記生成段階での前記作動流体の前記質量流量の約４０％に相当し、前記第４の部分は前記生成段階での前記作動流体の前記質量流量の約６０％に相当する、態様２９に記載の方法。
【手続補正2】
【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】
ポンプ式熱エネルギー貯蔵（「ＰＴＥＳ」）システムを動作させる方法であって、前記方法は、作動流体回路を通して、質量流量及び熱容量を有する作動流体を循環させることと、
前記作動流体が前記作動流体回路を通って循環するときに、復熱装置の高圧側と前記復熱装置の低圧側で前記作動流体の前記質量と前記熱容量の積を平衡させることと、を含む、方法。
【請求項2】
前記作動流体が前記作動流体回路を通って循環するときに、前記復熱装置の前記高圧側と前記復熱装置の前記低圧側で前記作動流体の前記質量と前記熱容量の前記積を平衡させることは、前記作動流体を前記復熱装置の前記高圧側で第１の部分と第２の部分に分離することと、
前記復熱装置の前記高圧側を回って前記第１の部分を迂回させることと、
前記迂回中に前記第１の部分を冷却することと、
前記第２の部分を前記復熱装置を通して循環させることと、
前記第２の部分が前記復熱装置を出た後、前記冷却された前記第１の部分を前記第２の部分と合流させることと、を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項3】
前記迂回中に前記第１の部分を冷却することは、前記迂回を通して前記作動流体を循環させることと、
前記作動流体と中温熱貯蔵器との間で熱を伝達することであって、
充填段階では、前記作動流体から中温熱貯蔵器に熱を伝達することと、
生成段階では、中温熱貯蔵器から前記作動流体に熱を伝達することと、を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項4】
前記作動流体の前記第１の部分は前記作動流体の約４０％を構成し、前記第２の部分は前記作動流体の約６０％を構成する、請求項２に記載の方法。
【請求項5】
前記作動流体回路を通して前記作動流体を循環させることは、二酸化炭素（ＣＯ２）を循環させることを含み、前記復熱装置の前記高圧側と前記復熱装置の前記低圧側のうち一方における前記作動流体の第１の部分は、前記作動流体の約４０％を構成し、
前記復熱装置の前記高圧側と前記復熱装置の前記低圧側のうち他方における前記作動流体の第２の部分は前記作動流体の約６０％を構成する、請求項１に記載の方法。
【請求項6】
前記作動流体回路を通して前記作動流体を循環させることは、二酸化炭素（ＣＯ２）を循環させることを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項7】
前記復熱装置の前記高圧側と前記復熱装置の前記低圧側の前記作動流体の前記質量と前記熱容量の積を平衡させることは、充填段階では、
二酸化炭素（ＣＯ２）から構成された前記作動流体の約６０％を前記復熱装置の前記高圧側を通して循環させることと、
ＣＯ２から構成された前記作動流体の１００％を前記復熱装置の前記低圧側を通して循環させることと、を含み、
生成段階では、
ＣＯ２から構成された前記作動流体の約６０％を前記復熱装置の前記高圧側を通して循環させることと、
ＣＯ２から構成された前記作動流体の１００％を前記復熱装置の前記低圧側を通して循環させることと、を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項8】
前記作動流体が前記作動流体回路を通って循環するときに、前記復熱装置の前記高圧側と前記復熱装置の前記低圧側の前記作動流体の前記質量と前記熱容量の前記積を平衡させることは、前記復熱装置の前記高圧側の前記質量流量を減少させることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項9】
前記復熱装置の前記高圧側の前記作動流体の第２の部分と、前記復熱装置の前記低圧側の前記作動流体の合流部分との間で熱を交換することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項10】
ポンプ式熱エネルギー貯蔵（「ＰＴＥＳ」）システムであって、中温熱貯蔵器と、
作動流体回路であって、
高圧側と低圧側とを有する復熱装置であって、作動流体の質量と熱容量の積は、前記作動流体が前記作動流体回路を通って循環するときに、前記高圧側と前記低圧側とで平衡をとられる、復熱装置を、備える作動流体回路と、を具備する、ポンプ式熱エネルギー貯蔵（「ＰＴＥＳ」）システム。
【請求項11】
前記作動流体は二酸化炭素（ＣＯ２）である、請求項１０に記載のシステム。
【請求項12】
前記作動流体回路は、迂回路であって、前記迂回路によって、前記作動流体の第２の部分が前記復熱装置の前記高圧側を通って循環する間に、前記作動流体の第１の部分が前記復熱装置の前記高圧側を迂回する、迂回路を備える、請求項１０に記載のシステム。
【請求項13】
前記迂回路は、第１の部分と前記中温熱貯蔵器との間の熱伝達部を含み、前記迂回において前記第１の部分を冷却し、
前記作動流体回路は、
前記作動流体を前記第１の部分と前記第２の部分に分離する前記復熱装置の前記高圧側の分離部であって、前記第１の部分は前記第２の部分より小さく、前記第２の部分は前記復熱装置の前記高圧側から前記復熱装置を通って循環する、分離部と、
前記第２の部分が前記復熱装置を出る際に、前記第１の部分が前記第２の部分と合流する、前記復熱装置の前記高圧側の合流点と、をさらに具備する、請求項１２に記載のシステム。
【請求項14】
前記第１の部分は前記作動流体の総量の約４０％であり、前記第２の部分は前記作動流体の総量の約６０％である、請求項１２に記載のシステム。
【請求項15】
前記作動流体は二酸化炭素（ＣＯ２）であり、前記第１の部分は前記作動流体の総量の約４０％であり、
前記第２の部分は前記作動流体の総量の約６０％である、請求項１２に記載のシステム。
【請求項16】
さらに、動作中、前記復熱装置の前記高圧側の前記作動流体の前記第２の部分と、前記復熱装置の前記低圧側の前記作動流体の合流部分との間で熱が交換される、請求項１２に記載のシステム。
【請求項17】
ポンプ式熱エネルギー貯蔵（「ＰＴＥＳ」）システムを動作させる方法であって、前記方法は、作動流体回路を通して作動流体を循環させることと、
復熱装置の高圧側の前記作動流体の質量流量を減少させて、前記作動流体を循環させる間に前記復熱装置の前記高圧側と低圧側の前記作動流体の前記質量と熱容量の積を平衡させることであって、
前記作動流体の第１の部分に前記復熱装置の前記高圧側を迂回させることと、
前記作動流体の第２の部分を前記復熱装置の前記高圧側を通して循環させることと、を含む、を含む、方法。
【請求項18】
前記復熱装置の前記高圧側を迂回させることは、充填段階にて前記作動流体と高温貯蔵器との間で熱を伝達する際に、前記作動流体の第１の部分に前記復熱装置の前記高圧側を迂回させ、前記第１の部分が前記第２の部分よりも小さく、前記第２の部分が前記復熱装置を通って循環する間に、前記迂回中に、前記第１の部分から中温貯蔵器に熱を伝達することと、
生成段階にてポンプを出る際に、前記作動流体の第３の部分に前記復熱装置の前記高圧側を迂回させる一方、前記復熱装置を通って前記作動流体の第４の部分を循環させながら、前記迂回中に、前記中温貯蔵器から前記第３の部分に熱を伝達することと、を含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項19】
前記復熱装置の前記高圧側の前記作動流体の前記第２の部分と、前記復熱装置の前記低圧側の前記作動流体の合流部分との間で熱を交換することをさらに含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項20】
前記復熱装置の前記高圧側の前記作動流体の前記質量流量を減少させて、前記作動流体を循環させている間に、前記復熱装置の前記高圧側と前記低圧側の前記作動流体の前記質量と前記熱容量の前記積を平衡させることは、前記作動流体を前記復熱装置の前記高圧側で前記第１の部分と、前記第１の部分が第２の部分よりも小さい、前記第２の部分に分離することと、
前記迂回中に前記第１の部分との間で熱を伝達することと、
前記第２の部分が前記復熱装置を出た後、前記第１の部分を前記第２の部分と合流させることと、をさらに含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項21】
前記迂回中に前記第１の部分との間で熱を伝達することは、前記作動流体と中温熱貯蔵器との間で熱を伝達することを含む、請求項２０に記載の方法であって、充填段階では、前記作動流体から中温熱貯蔵器に熱を伝達することをさらに含み、
生成段階では、中温熱貯蔵器から前記作動流体に熱を伝達することをさらに含む、方法。
【請求項22】
前記作動流体回路を通して前記作動流体を循環させることは、二酸化炭素（ＣＯ２）を循環させることを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項23】
前記作動流体の前記第１の部分は前記作動流体の約４０％を構成し、前記第２の部分は前記作動流体の約６０％を構成する、請求項１７に記載の方法。
【請求項24】
前記作動流体回路を通して前記作動流体を循環させることは、二酸化炭素（ＣＯ２）を循環させることを含み、前記作動流体の前記第１の部分は前記作動流体の約４０％を構成し、前記第２の部分は前記作動流体の約６０％を構成する、請求項１７に記載の方法。
【請求項25】
ポンプ式熱エネルギー貯蔵（「ＰＴＥＳ」）システムであって、低温熱貯蔵器と、
高温熱貯蔵器と、
中温熱貯蔵器と、
ＰＴＥＳ動作サイクルの充填段階及び生成段階のために構成可能であり、使用中に作動流体が循環する作動流体回路であって、前記作動流体回路は、
復熱装置と、
前記充填段階では、
前記復熱装置と前記低温熱貯蔵器との間に位置決めされた膨張器と、
前記復熱装置と前記高温熱貯蔵器との間に位置決めされた充填圧縮器と、を備え、
前記生成段階では、
前記復熱装置と前記低温熱貯蔵器との間に位置決めされたポンプと、
前記復熱装置と前記高温熱貯蔵器との間に位置決めされた出力タービンと、を備え、
迂回路であって、前記迂回路によって、前記充填段階と前記生成段階の両方にて、前記作動流体の第１の部分が前記復熱装置の高圧側を迂回し、前記中温熱貯蔵器を通って流れ、前記作動流体の第２の部分が前記復熱装置を通って循環する間に、前記中温熱貯蔵器が前記作動流体と前記中温熱貯蔵器との間で熱を伝達する、迂回路と、を備える、作動流体回路と、を具備する、ポンプ式熱エネルギー貯蔵（「ＰＴＥＳ」）システム。
【請求項26】
前記作動流体は二酸化炭素（ＣＯ２）である、請求項２５に記載のシステム。
【請求項27】
前記第１の部分は前記作動流体の総量の約４０％であり、前記第２の部分は前記作動流体の総量の約６０％である、請求項２５に記載のシステム。
【請求項28】
前記作動流体は二酸化炭素（ＣＯ２）であり、前記第１の部分は前記作動流体の総量の約４０％であり、
前記第２の部分は前記作動流体の総量の約６０％である、請求項２５に記載のシステム。
【請求項29】
ポンプ式熱エネルギー貯蔵（「ＰＴＥＳ」）システムを作動させる方法であって、前記方法は、復熱装置を備える作動流体回路を通して高熱容量の作動流体を循環させることと、
前記復熱装置の両側で質量と熱容量の積が同一になるように、前記復熱装置の高圧側の前記作動流体の質量流量を減少させることであって、
充填段階では、
前記作動流体の第１の部分で前記復熱装置を迂回し、前記迂回中に、前記作動流体の第２の部分を前記復熱装置を通して循環させながら、前記第１の部分から中温貯蔵器に熱を伝達することと、
前記第１の部分が前記復熱装置を迂回する間に、前記第２の部分を前記復熱装置を通して循環させ、前記復熱装置を通して循環中に前記第２の部分から熱を伝達することと、
前記第１の部分が前記復熱装置を迂回し、前記第２の部分が前記復熱装置を通って循環した後、前記第１の部分と前記第２の部分の両方を膨張器を通して共に循環させることと、を含み、
生成段階では、
前記作動流体の第３の部分で前記復熱装置を迂回し、前記迂回中に、前記作動流体の第４の部分を前記復熱装置を通して循環させながら、前記第３の部分から中温貯蔵器に熱を伝達することと、
前記第３の部分が前記復熱装置を迂回する間に、第４の部分を前記復熱装置を通して循環させ、前記復熱装置を通って循環中に前記第４の部分に熱を伝達することと、
前記第３の部分が前記復熱装置を迂回し、前記第４の部分が前記復熱装置を通って循環した後、高温貯蔵器を通して前記第３の部分と前記第４の部分の両方を共に循環させることと、を含む、方法。
【請求項30】
前記作動流体が二酸化炭素（ＣＯ２）である、請求項２９に記載の方法。
【請求項31】
前記第１の部分は、前記充填段階での前記作動流体の前記質量流量の約４０％に相当し、前記第２の部分は、前記充填段階での前記作動流体の前記質量流量の約６０％に相当し、
前記第３の部分は、前記生成段階での前記作動流体の前記質量流量の約４０％に相当し、前記第４の部分は前記生成段階での前記作動流体の前記質量流量の約６０％に相当する、請求項３０に記載の方法。
【請求項32】
前記第１の部分は、前記充填段階での前記作動流体の前記質量流量の約４０％に相当し、前記第２の部分は前記充填段階での前記作動流体の前記質量流量の約６０％に相当し、前記第３の部分は、前記生成段階での前記作動流体の前記質量流量の約４０％に相当し、前記第４の部分は前記生成段階での前記作動流体の前記質量流量の約６０％に相当する、請求項２９に記載の方法。
【国際調査報告】