KR-102960207-B1 - 에너지 저장 장치

Abstract

에너지 저장 장치는 각각이 제1 및 제2 표면을 갖는 복수의 플레이트를 포함하고, 표면들 중 하나 이상은 내부에 형성된 복수의 그루브를 갖는다. 장치는 그루브에 또는 그루브로부터 열 전달 매체를 제공하거나 수용하기 위한 입구 및 출구 플레넘을 더 포함한다. 복수의 그루브가 내부에 형성된 제1 플레이트의 제1 표면 및 제2 표면 중 하나 이상은 인접한 제2 플레이트의 적어도 제1 표면 및 제2 표면 중 다른 하나와 직접 접촉하여 배치된다. 열 전달 매체가 그루브를 따라 통과할 때, 전달 매체로부터의 열은 충전 작동 모드에서 플레이트로 전달되거나 방전 작동 모드에서 플레이트에서 전달 매체로 전달된다.

Inventors

• 스탠스버리 코리 에이.
• 르노 에드워드 씨.

Assignees

• 웨스팅하우스 일렉트릭 컴퍼니 엘엘씨

Dates

Publication Date

20260506

Application Date

20200702

Priority Date

20190822

Claims (15)

1. 각각의 플레이트는 제1 표면 및 제2 표면 중 적어도 하나는 내부에 형성된 복수의 그루브를 갖는, 제1 표면 및 반대쪽 제2 표면을 갖는 복수의 개별 플레이트; 공급원으로부터 열 전달 매체를 수용하고 그루브를 통해 열 전달 매체를 분포시키도록 구성된 입구 플레넘; 및 그루브로부터 열 전달 매체를 수용하고 열 전달 매체를 반환 목적지로 분배하도록 구성된 출구 플레넘 을 포함하고, 여기서 각각의 그루브는 입구 플레넘에 더 가깝게 배치된 복수의 개별 플레이트 중 각각의 플레이트의 제1 가장자리로부터 출구 플레넘에 더 가깝게 배치된 반대쪽 제2 가장자리로 연장하고, 상기 복수의 그루브가 형성된 제1 플레이트의 제1 표면 및 제2 표면 중 하나 이상은 인접한 제2 플레이트의 적어도 제1 표면 및 제2 표면 중 다른 하나와 직접 접촉하여 배치되어, 제1 플레이트와 제2 플레이트 사이에 열 전달 매체를 위한, 배관이 없는 복수의 유로를 규정하고, 열 전달 매체가 그루브를 따라 통과할 때 열 전달 매체의 열의 일부가 충전 작동 모드에서 플레이트로 전달되거나 열 전달 매체가 그루브를 따라 통과할 때 플레이트 내의 열의 일부가 방전 작동 모드에서 열 전달 매체로 전달되는, 에너지 저장 장치.
2. 제1항에 있어서, 각각의 플레이트는 고비열 재료로 형성되는, 에너지 저장 장치.
3. 제2항에 있어서, 각각의 플레이트는 콘크리트 재료로 형성되는, 에너지 저장 장치.
4. 제1항에 있어서, 각각의 그루브는 각각의 그루브를 따라 볼 때 일반적으로 원형 구획과 같은 형상인, 에너지 저장 장치.
5. 제1항에 있어서, 복수의 개별 플레이트는 제1 표면 및 제2 표면이 수평으로 배치된 수직 스택으로 배열되는, 에너지 저장 장치.
6. 제1항에 있어서, 복수의 개별 플레이트는 제1 표면 및 제2 표면이 수직으로 배치되며 가장자리로 수직으로 배열되는, 에너지 저장 장치.
7. 제1항에 있어서, 각각의 플레이트는 0.5 인치 및 6 인치 사이의 두께를 갖는, 에너지 저장 장치.
8. 제7항에 있어서, 각각의 플레이트는 4 인치의 두께를 갖는, 에너지 저장 장치.
9. 제1항에 있어서, 각각의 그루브는 0.25 인치 내지 1 인치의 깊이를 갖는, 에너지 저장 장치.
10. 제9항에 있어서, 각각의 그루브는 0.5 인치 내지 2.5 인치의 폭을 가지며, 0.25 인치 내지 2 인치의 분리 거리만큼 인접한 그루브로부터 분리되는, 에너지 저장 장치.
11. 제1항에 있어서, 상기 장치는 140 ℉ 및 600 ℉ 사이에서 작동하도록 구성되는, 에너지 저장 장치.
12. 제1항에 있어서, 상기 플레이트는 미세 철근 또는 기타 3차원 보강재를 포함하는, 에너지 저장 장치.
13. 각각의 플레이트는 제1 표면 및 반대쪽 제2 표면을 갖고, 제1 표면 및 제2 표면 중 하나 이상은 내부에, 형성된 복수의 그루브를 갖는 복수의 개별 플레이트; 입구 플레넘; 및 출구 플레넘을 갖고, 여기서 각각의 그루브는 입구 플레넘에 더 가깝게 배치된 복수의 개별 플레이트 중 각각의 플레이트의 제1 가장자리로부터 출구 플레넘에 더 가깝게 배치된 반대쪽 제2 가장자리로 연장되고, 여기서 복수의 그루브가 내부에 형성된 제1 플레이트의 제1 표면 및 제2 표면 중 하나 이상은 인접한 제2 플레이트의 적어도 제1 표면 및 제2 표면 중 다른 하나와 직접 접촉하여 배치되어, 제1 플레이트와 제2 플레이트 사이에 열 전달 매체를 위한, 배관이 없는 복수의 유로를 규정하는, 열 전달 모듈을 형성하는 단계; 입구 플레넘으로부터 복수의 개별 플레이트의 복수의 그루브를 통해 출구 플레넘으로 열 전달 매체를 지향시키는 단계; 충전 작동 모드에서 열 전달 매체로부터 복수의 개별 플레이트로 열을 전달하거나, 방전 작동 모드에서 복수의 개별 플레이트로부터 열 전달 매체로 열을 전달하는 단계; 및 출구 플레넘으로부터 열 전달 매체를 빠져나가게 하는 단계를 포함하는, 열 에너지를 저장하는 방법.
14. 제13항에 있어서, 140 ℉ 및 600 ℉ 사이에서 열 전달 모듈을 작동시키는 단계를 포함하는, 방법.
15. 제13항에 있어서, 열 전달 매체로부터 복수의 개별 플레이트로 열이 전달되는 상기 충전 작동 모드 및 복수의 개별 플레이트로부터 열 전달 매체로 열이 전달되는 상기 방전 작동 모드는 역류 열 교환기의 작동과 동등한 반대 유체 유동 방향으로 각각 수행되는, 방법.

Description

에너지 저장 장치 관련 출원에 대한 상호 참조 본 출원은 "에너지 저장 장치"라는 명칭으로 2019년 8월 22일에 출원된 제16/547,950호의 우선권을 주장하며, 이는 "에너지 저장 장치"라는 명칭으로 2018년 5월 15일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제15/979,628호의 일부 계속 출원이고, 이는 2017년 6월 21일자로 출원된 미국 가특허출원 제62/522,737호 “에너지 저장 장치"의 우선권을 주장하며, 그 전문이 본 출원에서 참조 문헌으로서 포함된다. 분야 본 발명은 일반적으로 에너지 저장소에 관한 것으로, 더 구체적으로는 모듈형 저비용 열 에너지 저장 장치에 관한 것이다. 많은 양의 순동 예비력에 대한 필요성을 피하면서 전력망의 전력을 평준화하기 위한 에너지 저장소의 생성은 심한 난제였다. 태양광 전지 및 풍력 터빈과 같은 비배치형 재생 에너지 장치의 출시가 계속 증가함에 따라 망 안정성이 악화되었다. 펌프식 저장소 및 배터리 등의 전통적인 에너지 저장소 해결책은 그 용량이 소진되었거나 환경적 우려로 인해 언급하기가 매우 어렵다. 전기를 생산하는데 사용되는 열 펌프 장치로부터 또는 열원으로부터, 전기의 저장이 아닌 전기의 생산 직전에 생성된 에너지를 열로 저장함으로써, 비교적 저비용의 저장이 원자력 발전소의 원자로에 의해 달성되고 활용될 수 있다. 열 저장 그 자체는 새로운 것이 아니지만, 어디에도 존재하지 않을 수도 있는 값비싼 염이나 지질학적 조성이 아닌, 일반적인 재료를 사용하여 비교적 저비용 모듈에 에너지를 효율적으로 저장할 수 있는 설계가 달성하기 어려운 것이었다. 따라서, 본 발명의 목적은, 일반적이고 용이하게 얻을 수 있는 재료로 구성된 저비용의 모듈형 에너지 저장 장치를 제공하는 것이다. 요약 이들 및 기타 목적은 일 실시양태에서, 실질적으로 플레이트의 면 위로 열 전달 매체를 통과시키기에 충분히 큰 유동 공간과 함께 그 사이에 지지되는 콘크리트형 재료로 구성된 복수의 플레이트를 포함하는 에너지 저장 장치에 의해 달성된다. 유동 공간의 제1 단부와 유체 소통하는 입구 플레넘은 공급원으로부터 열 전달 매체를 수용하고 유동 공간을 통해 플레이트의 면에 걸쳐 열 전달 매체를 분포시키도록 구성된다. 유동 공간의 제2 단부와 유체 소통하는 출구 플레넘은 유동 공간으로부터 열 전달 매체를 수용하고 열 전달 매체를 반환 목적지로 분배하도록 구성되며; 여기서 열 전달 매체 내의 열의 일부는 충전 작동 모드에서 플레이트로 전달되거나, 플레이트 내의 열의 일부는 방전 작동 모드에서 열 전달 매체로 전달된다. 일 실시양태에서, 복수의 플레이트는 금속 케이싱 내에 수용되고, 바람직하게는, 플레이트는 반대쪽 가장자리 상에 지지되고 수평으로 연장되어, 열 전달 매체가 플레이트 사이의 유동 공간을 통해 평행하게 흐르는 열 전달 매체와 수평으로 흐른다. 바람직하게는, 열 전달 매체는 기름 또는 염이다. 다른 실시양태에서, 플레이트는 열 전달 매체의 유동 방향에 수직인 방향으로 홈이 나있고, 홈은 열 단절부를 제공하도록 플레이트의 길이를 따라 이격되어, 부분 충전, 즉 열을 포함하는 플레이트의 영역과 열을 많이 포함하지 않는 플레이트의 영역 사이의 열 전달을 따르는 플레이트의 길이를 따른 열 확산을 느리게 한다. 바람직하게는, 홈은 플레이트의 길이를 따라 6 인치 내지 4 피트로 이격된다. 에너지 저장 장치는 바람직하게는 대략 140 ℉ 및 600 ℉ 사이에서 작동하도록 구성된다. 이러한 실시양태에서 에너지 장치는 충전 및 방전 작동이 역류 열 교환기의 작동과 동등한, 각각 반대 유체 유동 방향으로 있도록 구성된다. 이러한 실시양태에서 콘크리트형 플레이트는 미세 철근 또는 기타 유사한 3차원 보강재를 포함할 수 있다. 추가 실시양태에서 플레이트 사이의 유동 공간의 적어도 일부는 단열재를 포함하고/하거나 플레이트 중 적어도 일부의 섹션은 열 단절부를 형성하기 위해 이러한 플레이트의 하류 섹션으로부터 단열된다. 다른 실시양태에서, 플레이트 사이의 단절부가 이러한 열 단절부를 제공하는 더 작은 플레이트가 채용된다. 본 발명은 또한 서로 이격되어 있고 나란히 지지되어 그 사이에 유동 공간을 형성하는 콘크리트형 재료를 포함하는 복수의 열 전달 플레이트를 갖는 열 전달 모듈을 형성하는 단계를 포함하는 열 에너지를 저장하는 방법을 고려하고, 열 전달 플레이트는 유동 공간의 일 단부에 입구 플레넘 및 유동 공간의 다른 단부에 출구 플레넘을 갖는 하우징 내에 둘러싸여 있다. 이 방법은 입구 플레넘을 통해 및 복수의 열 전달 플레이트의 면 위 및 사이에서 열 전달 매체를 지향시키고; 열 전달 매체로부터 열 전달 플레이트로 열을 전달하고; 열 전달 매체를 출구 플레넘을 통해 하우징으로부터 빠져나가게 한다. 바람직하게는, 지향 단계는 복수의 열 전달 플레이트의 위 및 사이에서 수평으로 평행하게 열 전달 매체를 지향시키는 단계를 포함한다. 일 실시양태에서, 방법은 열 전달 플레이트를 미세 철근 또는 기타 유사한 3차원 보강재로 보강하는 단계를 포함한다. 바람직하게는, 이 방법은 부분 충전 후 플레이트의 길이를 따른 열의 확산을 지연시키기 위해 플레이트에 열 단절부를 적용한다. 일 실시양태에서, 열 단절부는 열 전달 매체의 유동 방향에 수직인 방향으로 연장되는 홈이다. 바람직하게는, 홈은 6 인치 내지 4 피트로 이격된다. 다른 실시양태에서, 열 단절부는 인접한, 더 작은 플레이트 사이의 간격이다. 방법은 또한 대략 140 ℉ 및 600 ℉ 사이에서 열 전달 모듈을 작동시킨다. 방법은 또한 역류 열 교환기의 작동과 동등한 반대 유체 유동 방향에 각각 있는 충전 및 방전 작동을 포함할 수 있다. 또 다른 실시양태에서 에너지 저장 장치는, 각각의 플레이트는 제1 표면 및 반대쪽 제2 표면을 갖고, 제1 표면 및 제2 표면 중 하나 이상은 내부에 형성된 복수의 그루브를 갖는 복수의 개별 플레이트; 공급원으로부터 열 전달 매체를 수용하고 그루브를 통해 열 전달 매체를 분포시키도록 구성된 입구 플레넘; 및 그루브로부터 열 전달 매체를 수용하고 열 전달 매체를 반환 목적지로 분배하도록 구성된 출구 플레넘을 포함한다. 각각의 그루브는 입구 플레넘에 더 가깝게 배치된 복수의 개별 플레이트 중 각각의 플레이트의 제1 가장자리로부터, 출구 플레넘에 더 가깝게 배치된 반대쪽 제2 가장자리로 연장된다. 복수의 그루브가 내부에 형성된 제1 플레이트의 제1 표면 및 제2 표면 중 하나 이상은 인접한 제2 플레이트의 적어도 제1 표면 및 제2 표면 중 다른 하나와 직접 접촉하여 배치된다. 열 전달 매체 내의 열의 일부는 열 전달 매체가 그루브를 따라 통과할 때 충전 작동 모드에서 플레이트로 전달되거나, 플레이트 내의 열의 일부는 열 전달 매체가 그루브를 따라 통과할 때 방전 작동 모드에서 열 전달 매체로 전달된다. 각각의 플레이트는 고비열 재료로 형성될 수 있다. 각각의 플레이트는 콘크리트 재료로 형성될 수 있다. 각각의 그루브는 각각의 그루브를 따라 볼 때 일반적으로 원형 구획과 같은 형상일 수 있다. 복수의 개별 플레이트는 제1 표면 및 제2 표면이 수평으로 배치된 수직 스택으로 배열될 수 있다. 복수의 개별 플레이트는 가장자리로 수직으로 배열될 수 있으며, 제1 표면 및 제2 표면은 수직으로 배치된다. 각각의 플레이트는 약 0.5 인치 및 약 6 인치 사이의 두께를 가질 수 있다. 각각의 플레이트는 약 4 인치의 두께를 가질 수 있다. 각각의 그루브는 약 0.25 인치 내지 약 1 인치의 깊이를 가질 수 있다. 각각의 그루브는 약 0.5 인치 내지 약 2.5 인치의 폭을 가질 수 있고, 약 0.25 인치 내지 약 2 인치의 분리 거리만큼 인접한 그루브로부터 분리될 수 있다. 장치는 대략 140 ℉ 및 600 ℉ 사이에서 작동하도록 구성될 수 있다. 플레이트는 미세 철근 또는 기타 유사한 3차원 보강재를 포함할 수 있다. 본 발명은 다음의 단계를 포함하는 열 에너지를 저장하는 또 다른 방법을 더 고려한다: 각각의 플레이트는 제1 표면 및 반대쪽 제2 표면을 갖고, 제1 표면 및 제2 표면 중 하나 이상은 내부에, 형성된 복수의 그루브를 갖는 복수의 개별 플레이트; 입구 플레넘; 및 출구 플레넘을 갖고, 여기서 각각의 그루브는 입구 플레넘에 더 가깝게 배치된 복수의 개별 플레이트 중 각각의 플레이트의 제1 가장자리로부터 출구 플레넘에 더 가깝게 배치된 반대쪽 제2 가장자리로 연장되고, 여기서 복수의 그루브가 내부에 형성된 제1 플레이트의 제1 표면 및 제2 표면 중 하나 이상은 인접한 제2 플레이트의 적어도 제1 표면 및 제2 표면 중 다른 하나와 직접 접촉하여 배치되는, 열 전달 모듈을 형성하는 단계; 입구 플레넘으로부터 복수의 개별 플레이트의 복수의 그루브를 통해 출구 플레넘으로 열 전달 매체를 지향시키는 단계; 충전 작동 모드에서 열 전달 매체로부터 복수의 개별 플레이트로 열을 전달하거나, 방전 작동 모드에서 복수의 개별 플레이트로부터 열 전달 매체로 열을 전달하는 단계; 및 출구 플레넘으로부터 열 전달 매체를 빠져나가게 하는 단계. 방법은 대략 140 ℉ 및 600 ℉ 사이에서 열 전달 모듈을 작동시키는 단계를 포함할 수 있다. 열 전달 매체로부터 복수의 개별 플레이트로 열이 전달되는 충전 작동 모드, 및 복수의 개별 플레이트로부터 열 전달 매체로 열이 전달되는 방전 작동 모드는 역류 열 교환기의 작동과 동등한, 반대 유체 유동 방향으로 각각 수행될 수 있다. 본 발명의 이들 및 기타 목적, 특징 및 특성뿐 아니라, 작동 방법 및 구조의 관련 요소의 기능 및 부품의 조합 및 제조의 경제성은 첨부 도면을 참조하여 다음의 설명 및 첨부된 청구범위를 고려할 때 더욱 명백해질 것이며, 이들 모두는 본 명세서의 일부를 구성하고, 여기서 유사한 참조 번호는 다양한 도면에서 대응하는 부분을 지정한다. 다만, 도면은 단지 예시 및 설명의 목적을 위한 것이며 본 발명의 한계를 정의하려고 의도되지 않는다는 점이 분명히 이해되어야 한다. 본 발명의 추가적인 이해는 바람직한 실시양태의 다음의 설명을 첨부 도면과 함께 읽을 때 얻어질 수 있고, 여기서: 도 1은 본 발명