JP2013032847A

JP2013032847A - エネルギ貯蔵

Info

Publication number: JP2013032847A
Application number: JP2012234625A
Authority: JP
Inventors: James Macnaghten; マクノートン、ジェームズ; Johnathon Sebastian Howes; セバスチャンハウズ、ジョナサン
Original assignee: Isentropic Ltd
Current assignee: Isentropic Ltd
Priority date: 2007-10-03
Filing date: 2012-10-24
Publication date: 2013-02-14
Anticipated expiration: 2028-10-03
Also published as: US8826664B2; DK2220343T3; CN103104302A; CN101883913A; JP5558542B2; WO2009044139A3; EP2220343B8; PL2220343T3; PT2220343E; JP5272009B2; US8656712B2; CA2701526A1; US20100251711A1; JP2010540831A; ES2416727T3; US20100257862A1; EP2220343A2; CA2701526C; EP2220343B1; BRPI0817513A2

Abstract

【課題】安価で効率が良く、比較的小型であり環境に影響を及ぼさないエネルギ貯蔵のための装置を提供することにある。
【解決手段】エネルギを貯蔵するための装置（１０）には、気体を受け入れるための圧縮チャンバ手段（２４）と、圧縮チャンバ手段に収容された気体を圧縮するための圧縮ピストン手段（２５）と、圧縮ピストン手段によって圧縮された気体から熱エネルギを受け入れて貯蔵するための第１熱貯蔵手段（５０）と、第１熱貯蔵手段の作用を受けた後の気体を受け入れるための膨張チャンバ手段（２８）と、膨張チャンバ手段に受け入れた気体を膨張させるための膨張ピストン手段（２９）と、膨張ピストン手段によって膨張した気体に熱エネルギを伝達するための第２熱貯蔵手段（６０）と、が含まれる。装置（１０）が用いるサイクルには、２つの異なる段が有り、これらは、分割して別個の装置にしてもよく、組み合わせて１つの装置にしてもよい。
【選択図】図１

Description

本発明は、一般的に、エネルギ貯蔵のための装置に関する。

現在のエネルギ貯蔵技法は、費用がかかるか、蓄積／放出効率が悪いか、あるいは、使う化学物質の種類や土地利用の様式により環境に望ましくない結果をもたらすかのいずれかである。

現在利用可能で化学物質を用いない貯蔵技法は、揚水式貯蔵、フライホイール貯蔵、及び圧縮空気エネルギ貯蔵（ＣＡＥＳ）である。これらの技法には、全て何らかの長所と短所がある。

揚水式：何らかの地質学的準備が必要であり、また、貯蔵容量が限定される。貯蔵量を増やすには、単位貯蔵動力当り大面積の土地を必要とする。
フライホイール：蓄積／放出効率は良いが、単位質量当りの動力貯蔵量が限られており、また、高価である。

圧縮空気エネルギ貯蔵：ＣＡＥＳの主な欠点は、その地質学的構造への依存である。適切な地下空洞が無いと、この貯蔵方法の利用可能性は、実質的に制限される。しかしながら、それが適する場所の場合、大量のエネルギを長期間貯蔵するための実行可能な選択肢を提供し得る。圧縮空気を人工の圧力容器に貯蔵する場合、通常分厚い壁が必要なことから、問題が多い。これは、人工的に作った圧力容器を用いると規模の経済性がないことを意味する。更に、蓄積／放出効率が高くない。

従って、従来技術に伴う問題の幾つかを解決又は少なくとも軽減するエネルギ貯蔵方法の改善が望まれている。特に、現在の技法の代案として、安価で効率が良く、比較的小型であり環境に影響を及ぼさない代案を提供することが望まれている。

複合型高温・低温貯蔵器を用いたエネルギ貯蔵
本発明の第１態様に基づき、エネルギを貯蔵するための装置を提供する。本装置には、気体を受け入れるための圧縮チャンバ手段と、圧縮チャンバ手段に収容された気体を圧縮するための圧縮ピストン手段と、圧縮ピストン手段によって圧縮された気体から熱エネルギを受け入れて貯蔵するための第１熱貯蔵手段と、第１熱貯蔵手段の作用を受けた後の気体を受け入れるための膨張チャンバ手段と、膨張チャンバ手段に受け入れた気体を膨張させるための膨張ピストン手段と、膨張ピストン手段によって膨張した気体に熱エネルギを伝達するための第２熱貯蔵手段と、が含まれる。

このようにエネルギ貯蔵装置を提供するが、この装置内には、第１及び第２熱貯蔵手段が熱ポンプサイクル内に置かれ、蓄積中、それぞれ蓄熱及び蓄冷する。そして、エネルギは、放出モードにおいて、次の段階を経て回収可能である。即ち、冷却された第２熱貯蔵手段に気体を通す段階と、第２熱貯蔵手段によって冷却された気体を圧縮する段階と、加熱された第１熱貯蔵手段の作用を受けることによって、冷却された圧縮気体を加熱する段階と、生成手段に仕事を行なうことによって、その加熱された気体を膨張させる段階と、により回収可能である。

気体は、周辺の大気であってよい。有利なことに、大気を作動流体手段として用いることは、環境汚染の恐れがある冷却剤を用いる必要がないことを意味する。他の選択肢として、気体は、窒素又は希ガス（例えば、アルゴン又はヘリウム）であってよい。

系の基準圧力（例えば、第２熱貯蔵手段の圧力）は、大気圧より低い圧力から大気圧より高い圧力まで変えることができる。系の基準圧力が大気圧より高い場合、ピーク圧力は、温度が設定範囲にある間、上昇し、圧縮及び膨張ピストン手段は、小型になる。貯蔵容器は、高い圧力を取り扱うためには、高価になるというトレードオフがある。逆に、系の圧力が大気圧より低い場合、圧縮及び膨張ピストン手段のサイズ増大に対して、ピーク圧力は、低くなり、貯蔵容器は、より安価になる。

圧縮は、実質的に等エントロピ、即ち、断熱であり得る。気体から第１熱貯蔵手段への伝熱は、実質的に等圧であり得る。膨張は、実質的に等エントロピ、即ち、断熱であり得る。第２熱貯蔵手段から気体への伝熱は、実質的に等圧であり得る。実際には、完全な等エントロピ過程を実現することは、過程における不可逆性及び過程中の伝熱が発生するため、不可能である。従って、留意点として、過程が、等エントロピと称される場合、ほぼ又は実質的な等エントロピを意味すると理解すべきである。

有利なことに、往復ピストン圧縮機／膨張機を用いると、従来の空力回転圧縮機／膨張機を凌いで効率を大幅に改善し得る。
第１及び第２熱貯蔵手段の内の少なくとも１つには、気体を受け入れるためのチャンバ及びチャンバに収納された粒状物質（例えば、粒状物質床）を含んでよい。粒状物質には、通気性構造を形成するために（例えば、ランダムに）詰め込んだ固体粒子及び／又は繊維を含み得る。固体粒子及び／又は繊維は、熱慣性が小さいものがよい。例えば、固体粒子及び／又は繊維は、金属性でよい。他の実施形態では、固体粒子及び／又は繊維は、鉱物又はセラミックを含み得る。例えば、固体粒子は、砂利を含んでよい。

装置には、更に、第１及び第２熱貯蔵手段に貯蔵したエネルギを回収するための生成手段を含み得る。生成手段は、圧縮ピストン手段及び膨張ピストン手段の内の一方又は双方に結合し得る。圧縮ピストン手段及び膨張ピストン手段の内の一方又は双方は、放出時、逆に動作するように構成可能であってよい（例えば、放出時、膨張ピストン手段は、冷却された気体を圧縮するように構成可能であってよく、また、圧縮ピストン手段は、加熱された気体を膨張させるように構成可能であってよい）。

エネルギ緩衝装置
本発明の第２態様に基づき、機械的動力を入力装置から出力装置に伝達するための装置を提供する。本装置には、エネルギ貯蔵部と熱機関部が含まれる。エネルギ貯蔵部には、気体を受け入れるための第１圧縮チャンバ手段と、第１圧縮チャンバ手段に収容された気体を圧縮するための第１圧縮ピストン手段と、第１圧縮ピストン手段によって圧縮された気体から熱エネルギを受け入れて貯蔵するための第１熱貯蔵手段と、第１熱貯蔵手段の作用を受けた後の気体を受け入れるための第１膨張チャンバ手段と、第１膨張チャンバ手段に受け入れた気体を膨張させるための第１膨張ピストン手段と、第１膨張ピストン手段によって膨張した気体に熱エネルギを伝達するための第２熱貯蔵手段とが含まれる。熱機関部には、第２熱貯蔵手段及び第１熱貯蔵手段と流体で連通する第２圧縮チャンバ手段と、第２圧縮チャンバ手段に受け入れた気体を圧縮して第１熱貯蔵チャンバ手段へ移送するための第２圧縮ピストン手段と、第１熱貯蔵手段及び第２熱貯蔵手段と流体で連通する第２膨張チャンバ手段と、第２膨張チャンバに受け入れた第１熱貯蔵手段からの気体を膨張させるための第２膨張ピストン手段と、が含まれる。

このようにして、熱動力伝達系を提供するが、この系では、系から出力される動力が、供給される動力より少ない場合、第１動作モードでエネルギを「バッファ」に貯蔵することができ、また、系から要求される動力が、供給される動力のそれを上回った場合、第２動作モードでエネルギを自動的に回収する。第１と第２の動作モード間の変更は、自動的に行い得る。例えば、装置は、入出力動力の不均衡に自動的に反応するように構成し得る。供給される動力と使われる動力が平衡している場合、本系統は、第１及び第２熱貯蔵手段を自動的に迂回する。

気体は、周辺の大気であってよい。
第１及び第２圧縮ピストン手段によって行われる圧縮は、実質的に等エントロピ、即ち、断熱であり得る。気体から第１熱貯蔵手段への伝熱は、実質的に等圧であり得る。第１及び第２膨張ピストン手段によって行われる膨張は、実質的に等エントロピ、即ち、断熱であり得る。第２熱貯蔵手段から気体への伝熱は、実質的に等圧であり得る。

第１及び第２熱貯蔵手段の内の少なくとも１つには、気体を受け入れるためのチャンバ及びチャンバに収納された粒状物質（例えば、粒状物質床）を含んでよい。粒状物質には、通気性構造を形成するために（例えば、ランダムに）詰め込んだ固体粒子及び／又は繊維を含んでよい。固体粒子及び／又は繊維は、熱慣性が小さいものがよい。例えば、固体粒子及び／又は繊維は、金属性であり得る。他の実施形態では、固体粒子及び／又は繊維は、鉱物又はセラミックを含み得る。例えば、固体粒子は、砂利を含んでよい。

高温貯蔵サイクルのみを用いるエネルギ貯蔵器
本発明の第３態様に基づき、エネルギを貯蔵するための装置を提供する。本装置には、気体を受け入れるための圧縮チャンバ手段と、圧縮チャンバ手段に収容された気体を圧縮するための圧縮ピストン手段と、圧縮ピストン手段によって圧縮された気体から熱エネルギを受け入れて貯蔵するための熱貯蔵手段と、熱貯蔵手段の作用を受けた後の気体を受け入れるための膨張チャンバ手段と、膨張チャンバ手段に受け入れた気体を膨張させるための膨張ピストン手段と、膨張ピストン手段によって膨張した気体に（例えば、大気から）熱エネルギを伝達するための熱交換手段と、が含まれる。

このように、本発明の第１態様である複合サイクルの内の高温貯蔵サイクルに基づき、疑似等温膨張を用いるエネルギ貯蔵装置を提供する。エネルギは、この後、放出モードでサイクルを逆転することによって回収可能である。

気体は、周辺の大気であってよい。
圧縮は、実質的に等エントロピ、即ち、断熱であり得る。気体から熱貯蔵手段への伝熱は、実質的に等圧であり得る。膨張は、実質的に等温であり得る。例えば、膨張ピストン手段には、複数の膨張段を直列に含んでよく、各段には、それに対応したそれぞれの熱交換器を備え得る。

熱交換手段は、膨張時、膨張ピストン手段によって膨張した気体に熱エネルギを伝達するように構成し得る。このように、疑似等温膨張を実現するために多段膨張段を提供する。

一実施形態では、熱交換手段は、膨張ピストン手段によって実施される別々の膨張ステップ間の１つ又は複数の段において、膨張ピストン手段によって膨張した気体に熱エネルギを伝達するように構成される。例えば、膨張チャンバ手段には、直列接続した複数の膨張チャンバを含むことができ、各膨張チャンバは、それぞれの膨張ピストン手段及びそれに対応する熱交換手段を有する。各膨張チャンバは、その列でその先行する膨張チャンバより体積が小さくてもよい。

本装置には、更に、膨張ピストン手段によって膨張した気体に熱エネルギを伝達するために熱交換手段に熱結合された蓄冷手段を含み得る。例えば、直列接続した複数の膨張チャンバを含む膨張チャンバ手段の場合、複数の膨張チャンバのそれぞれの各熱交換手段は、単一の蓄冷手段に熱結合し得る。このように、蓄冷手段に貯蔵する温度が高くなる点を除き、本発明の第１実施形態と同様な可逆サイクルを行うための装置を提供する。

熱貯蔵手段には、気体を受け入れるためのチャンバ、及びチャンバに収納された粒状物質（例えば、粒状物質床）を含み得る。粒状物質には、通気性構造を形成するために（例えば、ランダムに）詰め込んだ固体粒子及び／又は繊維を含み得る。固体粒子及び／又は繊維は、熱慣性が小さいものがよい。例えば、固体粒子及び／又は繊維は、金属性であり得る。他の実施形態では、固体粒子及び／又は繊維は、鉱物又はセラミックを含み得る。例えば、固体粒子には、砂利を含み得る。

装置には、更に、熱貯蔵手段に貯蔵したエネルギを回収するための生成手段を含み得る。生成手段は、圧縮ピストン手段及び膨張ピストン手段の内の一方又は双方に結合し得る。圧縮ピストン手段及び膨張ピストン手段の内の一方又は双方は、放出時、逆に動作するように構成可能であってよい（例えば、放出時、膨張ピストン手段は、気体を圧縮するように構成可能であってよく、また、圧縮ピストン手段は、加熱した気体を膨張させ得るように構成可能であってよい）。

低温貯蔵サイクルを用いるエネルギ貯蔵器
本発明の第４態様に基づき、エネルギを貯蔵するための装置を提供する。本装置には、気体を受け入れるための圧縮チャンバ手段と、圧縮チャンバ手段に収容された気体を圧縮するための圧縮ピストン手段と、圧縮ピストン手段によって圧縮された気体を（例えば、熱エネルギを雰囲気に伝達することによって）冷却するための熱交換手段と、熱交換手段の作用を受けた後の気体を受け入れるための膨張チャンバ手段と、膨張チャンバ手段に受け入れた気体を膨張させるための膨張ピストン手段と、膨張ピストン手段によって膨張した気体に熱エネルギを伝達するための熱貯蔵手段と、が含まれる。

このように、本発明の第１態様である複合サイクルの内の低温貯蔵サイクルに基づき、疑似等温圧縮を用いるエネルギ貯蔵装置を提供する。エネルギは、この後、放出モードにおいて、次の段階を経て回収可能である。即ち、冷却された熱貯蔵手段に気体を通す段階と、熱貯蔵手段によって冷却された気体を圧縮する段階と、生成手段に仕事を行うことによって、加熱した気体を膨張させる段階と、により回収可能である。

気体は、周辺の大気であってよい。
圧縮は、実質的に等温であり得る。例えば、圧縮ピストン手段は、複数の圧縮段を直列に含むことができ、各段は、それに対応するそれぞれの熱交換器を有する。気体から熱貯蔵手段への伝熱は、実質的に等圧であり得る。膨張は、実質的に等エントロピ、即ち、断熱であり得る。

熱交換手段は、圧縮時、圧縮ピストン手段によって圧縮された気体を冷却するように構成し得る。このように、疑似等温圧縮を実現するために多段圧縮段を提供する。
一実施形態では、熱交換手段は、圧縮ピストン手段によって実施される別々の圧縮ステップ間の１つ又は複数の段において、圧縮ピストン手段によって圧縮された気体を冷却するように構成される。例えば、圧縮チャンバ手段は、直列接続した複数の圧縮チャンバを含むことができ、各圧縮チャンバは、それぞれの圧縮ピストン手段及びそれに対応する熱交換手段を有する。各圧縮チャンバは、その列の先行する圧縮チャンバより体積が大きくてもよい。

本装置には、更に、圧縮ピストン手段によって圧縮された気体から熱エネルギを受け入れて貯蔵するために熱交換手段に熱結合された蓄熱手段を含み得る。例えば、直列接続した複数の圧縮チャンバを含む圧縮チャンバ手段の場合、複数の圧縮チャンバのそれぞれの各熱交換手段は、単一の蓄熱手段へ熱結合し得る。このように、蓄熱手段に貯蔵する温度が低い点を除き、本発明の第１実施形態と同様な可逆サイクルを行うための装置を提供する。

熱貯蔵手段には、気体を受け入れるためのチャンバ、及びチャンバに収納された粒状物質（例えば、粒状物質床）を含み得る。粒状物質には、通気性構造を形成するために（例えば、ランダムに）詰め込んだ固体粒子及び／又は繊維を含み得る。固体粒子及び／又は繊維は、熱慣性が小さいものがよい。例えば、固体粒子及び／又は繊維は、金属性であり得る。他の実施形態では、固体粒子は、鉱物又はセラミックを含み得る。例えば、固体粒子は、砂利を含み得る。

本装置には、更に、熱貯蔵手段に貯蔵したエネルギを回収するための生成手段を含み得る。生成手段は、圧縮ピストン手段及び膨張ピストン手段の内の一方又は双方に結合し得る。圧縮ピストン手段及び膨張ピストン手段の内の一方又は双方は、放出時、逆に動作するように構成可能であってよい（例えば、放出時、膨張ピストン手段は、冷却した気体を圧縮するように構成可能であってよく、また、圧縮ピストン手段は、加熱した気体を膨張させ得るように構成可能であってよい）。

次に、本発明の実施形態について、添付図面を参照して一例として述べる。

本発明の第１態様によるエネルギ貯蔵装置の概略説明図。図１の装置の放出時の通常サイクルを模式化したＰ‐Ｖ図。図１の装置の蓄積時の通常サイクルを模式化したＰ‐Ｖ図。本発明の第２態様によるエネルギ貯蔵用装置を組み込んだ伝達装置の概略説明図。本発明の第３態様によるエネルギ貯蔵装置の第１実施形態の概略説明図。本発明の第４態様によるエネルギ貯蔵装置の第１実施形態の概略説明図。図５の装置の蓄積時の通常サイクルを模式化したＰ‐Ｖ図。図５の装置の放出時の通常サイクルを模式化したＰ‐Ｖ図。図６の装置の蓄積時の通常サイクルを模式化したＰ‐Ｖ図。図６の装置の放出時の通常サイクルを模式化したＰ‐Ｖ図。図５の装置のエネルギ損失を示すＰ‐Ｖ図。図６の装置のエネルギ損失を示すＰ‐Ｖ図。加熱時の図６の装置の通常サイクルを模式化したＰ‐Ｖ図。加熱に起因する付加エネルギ利得を示すＰ‐Ｖ図。本発明の第３態様によるエネルギ貯蔵装置の第２実施形態の概略説明図。本発明の第４態様によるエネルギ貯蔵装置の第２実施形態の概略説明図。図１５の装置の放出時の通常サイクルを模式化したＰ‐Ｖ図。図１６の装置の放出時の通常サイクルを模式化したＰ‐Ｖ図。

図１は、熱ポンプ／エンジンサイクル内に熱的貯蔵手段を挿入した構成を示す。用いられるサイクルには、２つの異なる段が有り、これらの段は、分割して別個の装置又は組み合わせて１つの装置にできる。

高温貯蔵器のみ（図５）
図５は、圧縮機を用いて、この場合、往復装置を用いて、作動流体（例えば、空気）を実質的に等エントロピ圧縮するように構成され温度及び圧力を上昇させる装置を示す。作動流体は、更に、粒状の熱貯蔵媒体（例えば、砂利又は金属粒）を通過し、そこで、冷却され周囲温度付近まで戻される。そして、作動流体は、大気温度まで等温膨張する。これは、多段膨張機（この場合もまた、往復型）及び中間冷却器（加温器）を用いて行う。

詳細に以下に述べるように、エネルギを回収するには、単にサイクルを逆にする。
等温膨張及び圧縮が完全であれば、蓄積及び放出では、エネルギ損失は起こらない。しかしながら、実際には、一連の圧縮機／膨張機により、中間冷却／加温が発生する。ＰＶチャートを参照すると、このことで回収不可能な損失が系中に直ちに生じることが分かる。設置した段が少なければ少ないほど、損失は大きくなる。設置する段が増えるほど、設備は複雑になり、また高価になる。

貯蔵器のエネルギ密度は、温度の関数であり、これは、圧力に比例する関数でもある。圧力容器の負荷の限界は、壁材の引っ張り強度（温度が高くなると低下する）に直接関係する。圧力容器には、加圧された流体を閉じ込めるために単位面積当り或る量の材料が必要である。管の面積が二倍になると、壁の材料の量は、二倍になる。その結果、通常の圧力貯蔵器は、非圧力貯蔵器よりも常にコストがかかり、また、規模の経済性が存在しない。

低温貯蔵器のみ（図６）
図６は、圧縮機を用いて、この場合、往復装置を用いて、作動流体（例えば、空気）を実質的に等温圧縮して作動流体の圧力を上昇させるように構成された装置を示す。圧縮に続き、作動流体を実質的に等エントロピ膨張させて温度を周囲温度より低下させ、また、圧力を大気圧に戻す。そして、作動流体は、粒状の熱貯蔵媒体（例えば、砂利又は金属粒）を通過し、そこで、加温され周囲温度付近まで戻される。等温圧縮は、多段圧縮機及び中間冷却器を用いて実現する。

詳細に以下に述べるように、エネルギを回収するには、単にサイクルを逆にする。
等温圧縮及び膨張が完全であれば、蓄積及び放出では、エネルギ損失は起こらない。しかしながら、実際には、一連の圧縮機／膨張機が中間冷却／加温を伴う。これにより、回収不可能な損失が系に直ちに生じることがｐＶチャート上で分かる。存在する段が少なければ少ないほど、損失は大きくなる。存在する段が増えるほど、設備は、複雑になりまた高価になる。

他の供給源（発電所等）からの廃熱や太陽からの低度の熱は、プロセスのエネルギ回収フェーズの間に回収したエネルギを増大させるために用い得る。この「エネルギ増大」の恩恵は、本プロセスの等温圧縮／膨張段によって生じる損失に勝る。

高温・低温貯蔵器複合型（図１）
図１は、圧縮機を用いて、この場合、往復装置を用いて、実質的に等エントロピの圧縮を採用し作動流体（例えば、空気）の温度及び圧力を引き上げる複合サイクル用の装置を示す。作動流体は、更に、粒状熱貯蔵媒体（砂利又は金属粒が可能）を通過し、そこで冷却される。そして、膨張されて冷却され、また圧力が下げられた後、他の粒状貯蔵器を通過して、そこで、加温されて周囲温度に戻され、そして、ステップ１に戻る。

放出のために、作動流体は、第２熱貯蔵器を通過して２に至り、圧縮されて３に至り、第１熱貯蔵器を介して昇温して４に至り、膨張して１に戻る。
この装置は、自動的に、あらゆる等温圧縮又は膨張が不要という利点を有する。これは、高温のみ又は低温のみの装置の蓄積／放出に付随する必然的な損失を回避し得ることを意味する。この装置は、本質的に効率が高い方である。

サイクル解析
機械エネルギ／サイクル：（蓄積）
等エントロピ圧縮：
Ｅ_４→２＝ｐ_１Ｖ_１ ^γ（Ｖ_２ ^１−γ−Ｖ_１ ^１−γ）／（１−γ）
２から３への冷却：
Ｅ_２→３＝ｐ_２（Ｖ_３−Ｖ_２）
上式において、
Ｖ_２＝Ｖ_１（ｐ_２／ｐ_１）^−１／γ
Ｖ_３＝Ｖ_２（Ｔ_３／Ｔ_２）^{１／（１−γ）}
Ｔ_２＝Ｔ_１（Ｖ_２／Ｖ_１）^１−γ
Ｔ_３≒Ｔ_１
３から４への膨張：
Ｅ_３→４＝ｐ_２Ｖ_３ ^γ（Ｖ_４ ^γ−１−Ｖ_３ ^γ−１）／（１−γ）
上式において、
Ｖ_４＝Ｖ_３ ^γ（ｐ_４／ｐ_３）^−１／γ
４から１への加温：
Ｅ_４→１＝ｐ_１（Ｖ_１−Ｖ_４）
１サイクル当りに関わる流体の量：
Ｍ＝ｐＶ／ＲＴ（状態方程式）
貯蔵される熱エネルギ：
Ｅ_{Ｔ（２→３）}＝Ｍ・Ｃ_Ｐ（Ｔ_２−Ｔ_３）
Ｅ_{Ｔ（１→４）}＝Ｍ・Ｃ_Ｐ（Ｔ_１−Ｔ_４）
熱的貯蔵量に対する機械的貯蔵量の割合
＝（Ｅ_１→２＋Ｅ_２→３＋Ｅ_３→４＋Ｅ_４→１）／（Ｅ_{Ｔ（２→３）}＋Ｅ_{Ｔ（１→４）}）
このサイクルは理論的に可逆であるため、高い効率を達成できる。

概念の利用方法
図４に示す装置は、エネルギ入力部が出力部の動きから完全に独立するように、２つの熱動力機械をエネルギ貯蔵器で連結している。これにより、本装置は、大量のエネルギを貯蔵する能力を備えた熱動力伝達装置の一形態に変わる。

図示した実施形態では、全ての配管は、基準点を維持するために露出すべきＴａ管を除き、高度に断熱しなければならない。
この構成では、供給される動力が取り出される動力に等しい場合、貯蔵体は自動的に迂回され、何らかの不均衡が起これば、バッファへ且つバッファからエネルギが途切れることなく自動的に伝達される。

鍵となる原理は、エネルギ付加又は取出しが、単に入力装置及び出力装置を通過する相対的な気体流量の関数であることである。これらが等しい場合、エネルギは、貯蔵器を出入りせず、入力流の方が大きい場合、エネルギは、貯蔵され、出力流の方が大きい場合、エネルギは、貯蔵器を出ていく。

系のエントロピが全体的に上昇するのを避けるために、少なくとも１つの雰囲気流を冷却しなければならない。これは、第２熱貯蔵器のＴａ（周囲）端を大気に開放して、その時、低温側を雰囲気圧にすることによって実現できる。装置全体が高い圧力で動く場合、装置は、小型化でき、このことは、輸送分野においてハイブリッド車両等に適用し得る。

エネルギを大量に貯蔵する場合、雰囲気圧で貯蔵することが望ましく、これは、機械からの加圧流を貯蔵体端にある熱交換器に通し、そして、これらの熱交換器を介して、雰囲気圧の空気を貯蔵器を通して送ることによって実現できる。

熱交換器及び非圧力貯蔵器を用いる場合、各伝達段に対応する温度低下が起こる可能性がある。例えば、空気は、５００℃で高温圧縮機を出ることがある。この空気は、熱交換器を通り、約４５０℃で非圧力高温貯蔵器に入り得る。この系を逆にした場合、空気温度は、約４００℃までしか加熱されない。この状況では、電気又はガス等、何らかの外部熱源により非圧力貯蔵器の熱を補うことが、有益であり得る。

この熱は高温で付加されることから、貯蔵器のエネルギ密度及び放出時に回収可能なエネルギを増やすという点で、大きな恩恵がある。例えば、与えられた例では、貯蔵器は、５５０℃まで加熱され、また、放出サイクル時の戻り空気流は、その元の温度である５００℃まで再加熱し得る。

更に、この加熱は、貯蔵器が長期間放出されないままである場合、その温度を維持するために用い得る。これは、特に、ＵＰＳ、即ち、予備電源用途に応用される。
大容量圧力貯蔵器は、貯蔵体を地中の非常に深い所に置くことによって実現でき、例えば、古い鉱山を利用し得る。この時、上方の大地の質量は、貯蔵器内の気体の高圧力と平衡をとるために用い得る。

熱ポンプ／エンジンサイクルに挿入可能な追加サイクル
低温貯蔵器のみ
エネルギ入力
周囲温度及び雰囲気圧での気体の等温圧縮（気体の圧力が上昇）、等エントロピ膨張させ大気圧に戻す（気体を周囲温度より低く冷却）、等圧加熱して周囲温度に戻す（熱を貯蔵器から気体に伝達）。このサイクルは、理論的に可逆である。しかしながら、この等温圧縮は、各段後の冷却により、等温というよりもほぼ等エントロピである一連の圧縮からなることがある。これにより、このサイクルは、貯蔵器全体が雰囲気圧であるという非常に大きなコスト面の利点があるが、複合型高温・低温貯蔵器よりも本質的に効率が低い。更に、等温圧縮又は膨張と呼ぶ場合、これは、できるだけ等温に近いという意味であって、多数の圧縮又は膨張段を伴い得ることに留意されたい。

エネルギ出力
雰囲気圧及び周囲温度で蓄積した空気は、第２熱貯蔵器を通って送られ冷却される。そして、等エントロピ圧縮され、その温度が周囲温度（少なくとも、その付近）に上昇し、その圧力は、この時、高い。そして、各段の間に熱交換器を有する多段膨張機において、膨張し加熱され雰囲気圧及び周囲温度になる。

回収段において低度の熱を付加する低温貯蔵器
ここでは、直前の低温のみのサイクルを取り上げ、エネルギ回収プロセスを強化するために用い得る低度形態の熱とそれとを組み合わせる。この低度の熱は、発電所又は太陽熱集積器から得ることができる。

エネルギ入力
周囲温度及び雰囲気圧の気体の等温圧縮（気体の圧力が上昇）、気体を周囲温度まで等圧冷却、等エントロピ膨張させて大気圧に戻す（気体を周囲温度より低く冷却）、等圧加熱して周囲温度に戻す（熱を貯蔵器から気体に伝達）。このサイクルは、理論的に可逆である。しかしながら、この等温圧縮は、各段後に冷却を行う一連の等エントロピ圧縮からなることがある。

エネルギ出力
低レベルの熱が、「周囲温度プラス」と呼ばれる周囲温度を超える温度で供給される。
雰囲気圧及び周囲温度で蓄積した空気は、第２熱貯蔵器を通って送られ冷却される。そして、等エントロピ圧縮され、その温度が周囲温度（少なくとも、その付近）に上昇し、その圧力は、この時、高い。そして、この空気は、例えば、発電所からの「周囲温度プラス」の熱水等の対向流と共に熱交換器を通過する。この水は、空気がほぼ「周囲温度プラス」になるまで加熱されるにつれて、冷却される。この時点で、空気は、等エントロピ膨張して周囲温度及び雰囲気圧（又はその付近）に戻される。

図面の詳細な説明
図１
図１は、エネルギ貯蔵系統１０を示す。エネルギ貯蔵系統１０には、圧縮手段２１、膨張手段２２、及び動力入出力手段４０を含む圧縮／膨張手段２０と、第１熱貯蔵手段５０と、第２熱貯蔵手段６０と、高圧伝達手段７０及び７１と、低圧伝達手段８０及び８１と、が含まれる。この図において、圧縮／膨張手段２０は、単一のユニットとして示す。

圧縮手段２１は、低圧吸気手段２３、圧縮チャンバ２４、圧縮ピストン手段２５、及び高圧排気手段２６を含む。本例において、圧縮手段２１は、サイクルの放出フェーズでは、逆に動き、膨張手段として動作するように構成される。他に放出フェーズにおいて膨張を実現する２つの選択肢がある。（１）圧縮手段２１を気体の圧縮のためだけに用い、また、膨張手段２２を気体の膨張のためだけに用いるように、系が逆転した時、流れを切り換える。しかしながら、これは、シリンダの大きさ順の並びが不適切であるという不利な点を有する。（２）別個の圧縮機／膨張機をサイクルの放出部分用に設けて、流れは適切に切り換える。

膨張手段２２は、高圧吸気手段２７、膨張チャンバ２８、膨張ピストン手段２９、及び低圧排気手段３０を含む。本例では、膨張手段２２は、サイクルの放出フェーズにおいて逆に動き、圧縮手段として動作するように構成される。他に放出フェーズにおいて膨張を実現する２つのやり方がある。（１）圧縮手段２１を気体の圧縮のためだけに用い、膨張手段２２を気体の膨張のためだけに用いるように、系が逆転した時、流れを切り換える。しかしながら、これは、シリンダの大きさ順の並びが不適切であるという不利な点を有する。（２）別個の圧縮機／膨張機をサイクルの放出部分用に設けて、流れは適切に切り換える。

動力入出力手段４０は、エネルギ供給源／要求元４１からの機械的接続路と、圧縮機用の駆動機構４２と、膨張機用の駆動機構４３と、を含む。エネルギ供給源／要求元４１は、動力入力モードで用いる場合、エネルギ供給源であり、動力出力モードで用いる場合、エネルギ要求元である。

第１熱貯蔵手段５０は、高圧に適した第１断熱圧力容器５１、高圧吸気／排気口５２、第１熱貯蔵材５３、及び高圧吸気／排気口５４を含む。
第２熱貯蔵手段６０は、低圧に適した第２断熱圧力容器６１、低圧吸気／排気口６２、第２熱貯蔵材６３、及び低圧吸気／排気口６４を含む。

系統１０に蓄積する場合、低圧伝達手段８０中の低圧気体が、低圧吸気手段２３を介して圧縮手段２１に入り、そして、圧縮チャンバ２４に入る。気体が圧縮チャンバ２４に入ると、低圧吸気手段２３は、密閉され、そして、圧縮ピストン手段２５が、駆動機構４２によって作動する。圧縮チャンバ２４に収容されている気体が、圧縮ピストン手段２５によってほぼ高圧伝達手段７０内のレベルまで圧縮されると、気体は、高圧排気手段２６を開くことによって高圧伝達手段７０へ送られる。

気体は、高圧伝達手段７０によって第１熱貯蔵手段５０へ送られる。気体は、高圧吸気／排気手段５２を通って第１熱貯蔵手段５０に入り、第１断熱圧力容器５１内に密封された第１熱貯蔵材５３中を通過する。気体は、第１熱貯蔵材５３を通過する際、熱エネルギを第１熱貯蔵材５３に伝達し、そして、高圧吸気／排気手段５４を通って第１熱貯蔵手段５０を出る。次に、気体は、高圧伝達手段７１を通過し、高圧吸気手段２７を通って膨張手段２２に入る。

高圧気体は、高圧吸気手段２７を介して膨張手段２２に入ると、膨張チャンバ２８に入る。気体が膨張チャンバ２８に入ると、高圧吸気手段２７は、密閉され、そして、膨張ピストン手段２９が、駆動機構４３によって作動する。膨張チャンバ２８に収容されている気体が膨張ピストン手段２９によって、ほぼ低圧伝達手段８１のレベルまで膨張すると、気体は、低圧排気手段３０を開くことによって低圧伝達手段８１に送られる。

気体は、低圧伝達手段８１によって第２熱貯蔵手段６０へ送られる。気体は、低圧吸気／排気手段６２を通って第２熱貯蔵手段６０に入り、第２断熱圧力容器６１内に密封した第２熱貯蔵材６３を通過する。気体は、第２熱貯蔵材６３を通過する際、第２熱貯蔵材６３から熱エネルギを受け取り、そして、低圧吸気／排気手段６４を通って第２熱貯蔵手段６０を出る。次に、気体は、低圧伝達手段８０を通過し、そして、低圧吸気手段２３を通って圧縮手段２１に入る。

このプロセスは、第１及び第２熱貯蔵手段５０、６０に完全に蓄積されるまで実行され、その後は、系にそれ以上のエネルギを貯蔵できない。系から放出するには、プロセスを逆転し、圧縮手段２１を膨張機として動作させ、また、膨張手段２２を圧縮機として動作させる。系内の流れは、逆転し、系から放出を行うと、系全体の温度は、ほぼ開始時の温度に戻る。

気体が空気であり、低圧を大気圧に設定する場合、通気孔９０又は９１を低圧伝達手段８０内に配置することがある。通気孔９０により、周辺の空気は、必要に応じて系に出入りして、系のエントロピ増大を防止する。気体が空気でない及び／又は低圧が大気圧でない場合、通気孔９１は、熱交換器９３によって安定した温度に保ち得る気体溜め９２に至る。熱交換器を用いない及び／又は気体を雰囲気に排出しない場合、系のエントロピ（従って、温度）は、継続的に増大する。

図２・・・図１の系からの放出
図２は、放出フェーズにおけるエネルギ貯蔵器１０の理想的Ｐ‐Ｖ図（体積対圧力のグラフ）を示す。直線部分１８０’は、気体流が第２熱貯蔵手段６０を通過する際の、本例では、周囲温度及び雰囲気圧からの等圧冷却を表す。図の左側の曲線１７０’は、膨張手段２２における等エントロピ圧縮を表す。直線部分１６０’は、流れが第１熱貯蔵手段５０を通過する際の等圧加熱を表す。また、図の右側の曲線１５０’は、圧縮手段２１中の気体の等エントロピ膨張を表す。回収可能な仕事は、線の内側の陰影を付けた面積に等しい。もちろん、実際のＰ‐Ｖ図は、実際のサイクル内で起こる不可逆過程により、理想的サイクルからの幾つかの相違点を呈すると考えられる。更に、既に言及したように、サイクルの低圧部分は、大気圧より高くても低くてもよく、気体は、空気である必要はなく、また、低い（Ｔｌ）温度も、周囲温度より高く設定しても低く設定してもよい。

図３・・・図１の系への蓄積
図３は、蓄積フェーズにおけるエネルギ貯蔵器１０の理想的Ｐ‐Ｖ図（体積対圧力のグラフ）を示す。図の右側の曲線１５０は、本例では、周囲温度及び雰囲気圧からの、圧縮手段２１における気体流の等エントロピ圧縮を表す。直線部分１６０は、流れが第１熱貯蔵手段５０を通過する際の等圧冷却を表す。図の左側の曲線１７０は、膨張手段２２において大気圧へ戻る等エントロピ膨張を表す。また、直線部分１８０は、流れが第２熱貯蔵手段６０を通過する際に周囲温度へ戻る等圧加熱を表す。なされた仕事、従って、貯蔵した機械的仕事は、線の内側の陰影を付けた面積に等しい。もちろん、この場合も、実際のＰ‐Ｖ図は、実際のサイクル内で起こる不可逆過程により、理想的サイクルからの幾つかの相違点を呈すると考えられる。更に、既に言及したように、サイクルの低圧部分は、大気圧より高くても低くてもよく、気体は、空気である必要はなく、低い（Ｔｌ）温度も、周囲温度より高く設定しても低く設定してもよい。

図４・・・エネルギ貯蔵及び伝達
図４は、エネルギ貯蔵系統１０’を示す。エネルギ貯蔵系統１０’には、第１圧縮手段２１’及び第１膨張手段２２’を含む第１圧縮／膨張手段２０’と、第２膨張手段１２１及び第２圧縮手段１２２を含む第２圧縮／膨張手段１２０と、動力入力手段４０と、動力出力手段１４０と、第１熱貯蔵手段５０’と、第２熱貯蔵手段６０’と、高圧伝達手段７０’、７１’、７２、及び７３と、低圧伝達手段８０’、８１’、８２、及び８３と、が含まれる。

第１圧縮手段２１’は、低圧吸気手段２３’、第１圧縮チャンバ２４’、第１圧縮ピストン手段２５’、及び高圧排気手段２６’を含む。
第１膨張手段２２’は、高圧吸気手段２７’、第１膨張チャンバ２８’、第１膨張ピストン手段２９’、及び低圧排気手段３０’を含む。

第２膨張手段１２１は、低圧排気手段１２３、第２膨張チャンバ１２４、第２膨張ピストン手段１２５、及び高圧吸気手段１２６を含む。
第２圧縮手段１２２は、高圧排気手段１２７、第２圧縮チャンバ１２８、第２圧縮ピストン手段１２９、及び低圧吸気手段１３０を含む。

動力入力手段４０’には、エネルギ供給源４１’からの機械的接続路と、第１圧縮ピストン手段２５’用の駆動機構４２’と、第１膨張ピストン手段２９’用の駆動機構４３’と、が含まれる。

動力出力手段１４０には、エネルギ要求元１４１からの機械的接続路と、第２膨張ピストン手段１２５用の駆動機構１４２と、及び第２圧縮ピストン手段１２９用の駆動機構１４３と、が含まれる。

第１熱貯蔵手段５０’は、高圧に適した第１断熱圧力容器５１’と、高圧吸気手段５２’、５６と、高圧排気手段５４’及び５５と、高温分配チャンバ５７と、第１雰囲気分配チャンバ５８と、第１熱貯蔵材５３’と、を含む。

第２熱貯蔵手段６０’は、低圧に適した第２断熱圧力容器６１’と、低圧吸気手段６２’、６６と、低圧排気手段６４’及び６５と、低温分配チャンバ６７と、第２雰囲気分配チャンバ６８と、第２熱貯蔵材６３’と、を含む。

第１及び第２熱貯蔵手段５０’及び６０’に充分なエネルギが貯蔵されていると仮定すると、可能な動作モードは５つのみである。
１．蓄積のみ：エネルギが動力出力手段１４０によって抽出されず、エネルギが動力入力手段４０’によって付加されている場合、流れは、第１及び第２熱貯蔵手段５０’及び６０’への蓄積を行う。

２．部分的に蓄積及び部分的に直接流：動力出力手段１４０によって抽出されるエネルギが、動力入力手段４０’によって供給されるエネルギより少ない場合、流れは、圧縮／膨張手段１２０の動力出力要件を満たすのに充分な量が流れるように分かれ、残りの流れが第１及び第２熱貯蔵手段５０’及び６０’への蓄積を行う。これは、（１）及び（３）の組合せとして解析し得る。

３．直接流：動力出力手段１４０によって抽出されるエネルギが、動力入力手段４０’によって供給されるエネルギと同じ場合、ほぼ全ての流れが、第１及び第２熱貯蔵手段５０’及び６０’を迂回して、圧縮手段２１’から膨張手段１２１まで直接通過し、更に、膨張手段２２’から圧縮手段１２２まで直接通過する。

４．部分的に直接流及び部分的に放出：動力出力手段１４０によって抽出されるエネルギが、動力入力手段４０’によって供給されるエネルギより多い場合、圧縮／膨張手段２０’からの流れは、（３）の場合のように系を直接通過し、また、第１及び第２熱貯蔵手段５０’及び６０’から追加の流れが引き出される。この追加の流れは、直接流と合流し、要求される動力出力と等しくなる。これは、（３）及び（５）の組合せとして解析し得る。

５．放出のみ：動力入力手段４０’によって動力が供給されない場合、圧縮／膨張手段１２０を駆動する全ての動力は、第１及び第２熱貯蔵手段５０’及び６０’から引き出さなければならない。

第１及び第２熱貯蔵手段５０’及び６０’を使い果たしている場合、利用可能なオプションは、系に何らかの蓄積が追加されるまで、（１）乃至（３）のみである。
モード（１）蓄積のみ
この状況では、入力された動力は、純粋に第１及び第２熱貯蔵手段５０’及び６０’に蓄積するために用いられている。これは、図１に示す装置への蓄積を行う状況と同じである。この構成では、動力は、入力されるだけであり、従って、第２圧縮手段１２１及び第２膨張手段１２２を通る如何なる流れも考慮する必要はない。

使用中、低圧伝達手段８０’中の低圧気体は、低圧吸気手段２３’を介して第１圧縮手段２１’に入り、そして、第１圧縮チャンバ２４’に入る。気体が第１圧縮チャンバ２４’に入ると、低圧吸気手段２３’は、密閉され、そして、第１圧縮ピストン手段２５’が、駆動機構４２’によって作動する。圧縮チャンバ２４’に収容されている気体が、圧縮ピストン手段２５’によって、ほぼ高圧伝達手段７０’中のレベルまで圧縮されると、気体は、高圧排気手段２６’を開くことによって高圧伝達手段７０’に送られる。

気体は、高圧伝達手段７０’によって高温分配チャンバ５７に送られる。気体は、高圧吸気手段５２’を通って高温分配チャンバ５７に入る。気体は、高温分配チャンバ５７を出て、第１断熱圧力容器５１’内に密封された第１熱貯蔵材５３’を通過する。気体は、第１熱貯蔵材５３’を通過する際、熱エネルギを第１熱貯蔵材５３’に伝達し、第１雰囲気分配チャンバ５８に入る。そして、気体は、高圧排気手段５４’を通って第１雰囲気分配チャンバ５８を出る。次に、気体は、高圧伝達手段７１’を通過し、高圧吸気手段２７’を通って第１膨張手段２２’に入る。

高圧気体は、高圧吸気手段２７’を介して第１膨張手段２２’に入ると、第１膨張チャンバ２８’に入る。気体が第１膨張チャンバ２８’に入ると、高圧吸気手段２７’は、密閉され、そして、第１膨張ピストン手段２９’が、駆動機構４３’によって作動する。第１膨張チャンバ２８’に収容されている気体が、第１膨張ピストン手段２９’によってほぼ低圧伝達手段８１’中のレベルまで膨張されると、気体は、低圧排気手段３０’を開くことによって低圧伝達手段８１’に送られる。

気体は、低圧伝達手段８１’によって第２熱貯蔵手段６０’に送られる。気体は、低圧吸気手段６２’を通って低温分配チャンバ６７に入り、第２断熱圧力容器６１’内に密封した第２熱貯蔵材６３’を通過する。気体は、第２熱貯蔵材６３’を通過する際、第２熱貯蔵材６３’から熱エネルギを受け取り、そして、第２雰囲気分配チャンバ６８に入る。気体は、低圧排気手段６４’を通って第２雰囲気分配チャンバ６８を出る。次に、気体は、低圧伝達手段８０’を通過し、また、低圧吸気手段２３’を通って第１膨張手段２１’に入る。

気体が空気であり、また、低圧を大気圧に設定する場合、通気孔９０’又は９１’を低圧伝達手段８０’内に配置することがある。通気孔９０’により、周辺の空気は、必要に応じて系に出入りして、系のエントロピの増大を防止し得る。気体が空気でない及び／又は低圧が大気圧でない場合、通気孔９１’は、熱交換器９３’によって安定した温度に保ち得る気体溜め９２’に至る。熱交換器を用いない及び／又は気体を雰囲気に排出しない場合、系のエントロピ（従って、温度）は、継続的に増大する。

モード（３）直接流
この状況では、入力した動力は、第１及び第２熱貯蔵手段５０’及び６０’にはさほど流れず、動力出力部を直接駆動するために用いられる。

使用中、低圧伝達手段８０’中の低圧気体は、低圧吸気手段２３’を介して第１圧縮手段２１’に入り、そして、第１圧縮チャンバ２４’に入る。気体が第１圧縮チャンバ２４’に入ると、低圧吸気手段２３’は、密閉され、そして、第１圧縮ピストン手段２５’は、駆動機構４２’によって作動する。圧縮チャンバ２４’に収容されている気体が、圧縮ピストン手段２５’によってほぼ高圧伝達手段７０’中のレベルまで圧縮されると、気体は、高圧排気手段２６’を開くことによって高圧伝達手段７０’に送られる。

気体は、高圧伝達手段７０’によって高温分配チャンバ５７に送られる。気体は、高圧吸気手段５２’を通って高温分配チャンバ５７に入る。気体は、高温分配チャンバ５７を出て高圧排気口５５を通過し、高圧伝達手段７２に入る。次に、気体は、高圧伝達手段７２を通過し、高圧吸気手段１２６を通って第２膨張手段１２１に入る。

高圧気体は、高圧吸気手段１２６を介して第２膨張手段１２１に入ると、第２膨張チャンバ１２４に入る。気体が第２膨張チャンバ１２４に入ると、高圧吸気手段１２６は、密閉され、そして、第２膨張ピストン手段１２５が、駆動機構１４２によって作動する。第２膨張チャンバ１２４に収容されている気体が第２膨張ピストン手段１２５によってほぼ低圧伝達手段８２中のレベルまで膨張されると、気体は、低圧排気手段１２３を開くことによって低圧伝達手段８２に送られる。

気体は、低圧伝達手段８２によって第２熱貯蔵手段６０’に送られる。気体は、低圧吸気手段６６を通って第２雰囲気分配チャンバ６８に入り、低圧排気口６４’を通って直に出て行く。次に、気体は、低圧伝達手段８０’を通過し、また、低圧吸気手段２３’を通って第１圧縮手段２１’に入る。

更に、低圧伝達手段８３中の低温低圧気体は、低圧吸気手段１３０を介して第２圧縮手段１２２に入り、また、第２圧縮チャンバ１２８に入る。気体が第２圧縮チャンバ１２８に入ると、吸気手段１３０は、密閉され、そして、第２圧縮ピストン手段２５が、駆動機構１４３によって作動する。第２圧縮チャンバ１２８に収容されている気体が、第２圧縮ピストン手段１２９によってほぼ高圧伝達手段７３中のレベルまで圧縮されると、気体は、高圧排気手段１２７を開くことによって高圧伝達手段７３に送られる。高圧排気手段７３に入る気体の温度は、ほぼ周囲温度になっている。

気体は、高圧伝達手段７３によって第１雰囲気分配チャンバ５８に送られる。気体は、高圧吸気手段５６を通って第１雰囲気分配チャンバ５８に入り、高圧排気５４’を通って直ちに出ていく。気体は、次に、高圧伝達手段７１’を通過し、高圧吸気手段２７’を通って第１膨張手段２２’に入る。

高圧吸気手段２７’を介して第１膨張手段２２’に入る高圧気体は、第１膨張チャンバ２８’に入る。気体が第１膨張チャンバ２８’に入ると、高圧吸気手段２７’は、密閉され、そして、第１膨張ピストン手段２９’が、駆動機構４３’によって作動する。第１膨張チャンバ２８’に収容されている気体が第１膨張ピストン手段２９’によってほぼ低圧伝達手段８１’中のレベルまで膨張されると、気体は、低圧排気手段３０’を開くことによって、低圧伝達手段８１’に送られる。

気体は、低圧伝達手段８１’によって第２熱貯蔵手段６０’に送られる。気体は、低圧吸気手段６２’を通って低温分配チャンバ６７に入り、低圧排気口６５を通って直ちに出ていく。気体は、次に、低圧伝達手段８３を通過し、また、低圧吸気手段１３０を通って第２圧縮手段１２２に入る。

入力動力が出力動力と等しい場合、第１及び第２熱貯蔵手段５０’及び６０’を通る流れは、最少になり、第１圧縮手段２１’と第２膨張手段１２１との間、更に、第１膨張手段２２’と第２圧縮手段１２２との間には、流路が、事実上、直接存在する。この「流体の伝達」におけるあらゆる損失が、廃熱として具現する可能性があり、基準温度を適正レベルに維持するために、熱交換手段９４で高圧伝達手段７１’を冷却しなければならないことがある。これは、以下に述べる低圧伝達手段８０’上に設ける熱交換手段への追加である。

モード（５）放出のみ
この状況では、動力は、全て第１及び第２熱貯蔵手段５０’及び６０’から引き出される。これは、図１の装置の放出を行う状況と同じである。しかしながら、この構成では、動力は、出力されるだけであり、従って、第１圧縮手段２１’及び第１膨張手段２２’を通る任意の流れを考慮する必要はない。この動力を供給するのに充分なエネルギが貯蔵されていると仮定すると、次のように解析し得る。

使用中、高圧伝達手段７２中の高圧気体は、高圧吸気手段１２６を介して第２膨張手段１２１に入り、また、第２膨張チャンバ１２４に入る。気体が第２膨張チャンバ１２４に入ると、高圧吸気手段１２６は、密閉され、そして、第２膨張ピストン手段１２５が、駆動機構１４２によって作動する。第２膨張チャンバ１２４に収容されている気体が膨張ピストン手段１２５によってほぼ低圧伝達手段８２中のレベルまで膨張すると、気体は、高圧排気手段１２３を開くことによって低圧伝達手段８２に送られる。

気体は、低圧伝達手段８２によって第２熱貯蔵手段６０’に送られる。気体は、高圧吸気手段６６を通って第２雰囲気分配チャンバ６８に入り、第２断熱圧力容器６１’内に密封した第２熱貯蔵材６３’を通過する。気体は、第２熱貯蔵材６３’を通過する際、第２熱貯蔵材６３’に熱エネルギを伝達し、低圧排気手段６５を通って低温分配チャンバ６７を出る。次に、気体は、低圧伝達手段８３を通過し、低圧吸気手段１３０を通って第２圧縮手段１２２に入る。

低圧気体は、低圧吸気手段１３０を介して第２圧縮手段１２２に入ると、第２圧縮チャンバ１２８に入る。気体が第２圧縮チャンバ１２８に入ると、低圧吸気手段１３０は、密閉され、そして、第２圧縮ピストン手段１２９が、駆動機構１４３によって作動する。第２圧縮チャンバ１２８に収容されている気体が、第２圧縮ピストン手段１２９によってほぼ高圧伝達手段７３中のレベルまで圧縮されると、気体は、高圧排気手段１２７を開くことによって高圧伝達手段７３に送られる。

気体は、高圧伝達手段７３によって第１熱貯蔵手段５０’に送られる。気体は、高圧吸気手段５６を通って第１雰囲気分配チャンバ５８に入り、第１断熱圧力容器５１’内に密封された第１熱貯蔵材５３’を通過する。気体は、第１熱貯蔵材５３’を通過する際、第１熱貯蔵材５３’から熱エネルギを受け取り、高圧排気手段５５を通って高温分布手段５７を出る。次に、気体は、高圧伝達手段７２を通過し、また、高圧吸気手段１２６を通って第２膨張手段１２１に入る。

図５
図５は、エネルギ貯蔵系統２１０を示す。エネルギ貯蔵系統２１０は、圧縮手段２２１、第１膨張手段２２２、第２膨張手段２２３、第３膨張手段２２４、第４膨張手段２２５、動力入出力手段２４１、２４２、２４３、２４４、２４５、熱貯蔵手段２５０、第１熱交換手段２００、第２熱交換手段２０１、第３熱交換手段２０２、第４熱交換手段２０３、高圧伝達手段２７０、２７１、中圧伝達手段２７２、２７３、２７４、２７５、２７６、２７７、及び低圧伝達手段２７８、２８０を含む。この図では、圧縮機及び複数の膨張手段２２１、２２２、２２３、２２４、２２５は、別個の動力入出力手段２４１、２４２、２４３、２４４、２４５を有する別々のユニットとして示す。動作中、これらのユニットは、全て機械的に連結され、従って、１つの共通の動力入出力手段により動作することが望ましい場合がある。

圧縮手段２２１は、圧縮手段に関して上述した方法と同様に動作する。上記例のように、圧縮手段２２１は、サイクルの放出フェーズにおいて、逆に動き、膨張手段として動作するように構成される。これに対する解決策として、例えば、「別個の膨張機をサイクルの放出部分用に設け、気体流は適切に切り換える」等、他の選択肢がある。

第１乃至第４の複数の膨張手段２２２、２２３、２２４、２２５は、４段にわたって圧力を低下させる点を除き、膨張手段に関して上述した方法と同様に動作する。段の数は、変えることができるが、その数は、機械的損失及び全体的な複雑さに依存することがある。上記例のように、膨張手段２２２、２２３、２２４、２２５は、サイクルの放出フェーズにおいて逆に動き、圧縮手段として動作するように構成される。これに対する解決策として、例えば、「別個の圧縮機をサイクルの放出部分用に設け、流れは適切に切り換える」等の他の選択肢がある。

動力入出力手段２４１、２４２、２４３、２４４、２４５は、動力入出力手段に関して上述した方法と同様に動作する。エネルギ供給源／要求元は、動力入力モードで用いる場合、エネルギ供給源であり、動力出力モードで用いる場合、エネルギ要求元である。

熱貯蔵手段２５０は、熱貯蔵手段に関して上述した方法と同様に動作し、高圧に適した断熱圧力容器２５１及び熱貯蔵材２５３を含む。
複数の熱交換（第１乃至第４）手段２００、２０１、２０２、２０３は、熱交換器通過時、流れが周囲温度又は基準温度に戻るように構成されている。このことは、流れの進行方向にかかわらず適用された。段の数は、膨張手段の数により変わる。

中圧伝達手段については、以下の通りである。２７２の圧力は、２７３の圧力に等しく（熱交換器に起因する任意の圧力差異を除く）、２７４、２７５、２７６、２７７より大きい。２７４の圧力は、２７５の圧力に等しく（熱交換器に起因する任意の圧力差異を除く）、２７６、２７７より大きい。また、２７６の圧力は、２７７の圧力に等しい（熱交換器に起因する任意の圧力差異を除く）。

系に蓄積する場合、低圧伝達手段２８０中の低圧気体は、圧縮手段２２１に入り、ほぼ高圧伝達手段２７０中のレベルまで圧縮される。この圧縮は、動力入出力手段２４１から入力される動力を必要とする。気体は、高圧伝達手段２７０に送られ、そして、熱貯蔵手段２５０に入る。気体は、第１断熱圧力容器２５１内に密封した熱貯蔵材２５３を通過する。気体は、熱貯蔵材２５３を通過する際、熱貯蔵材２５３に熱エネルギを伝達し、そして、熱貯蔵手段２５０から高圧伝達手段２７１まで通過する。

気体は、第１膨張手段２２２に入り、中圧伝達手段２７２の圧力まで或る程度膨張する。これにより、動力入出力手段２４２へ動力を出力する。そして、気体は、熱交換手段２００を通過し、そこで熱エネルギを受け取り、その温度が、ほぼ周囲温度まで上がる。気体は、熱交換手段２００を出て中圧伝達手段２７３に入る。

気体は、第２膨張手段２２３に入り、中圧伝達手段２７４の圧力まで或る程度膨張する。これにより、動力入出力手段２４３に動力を出力する。そして、気体は、熱交換手段２０１を通過し、そこで熱エネルギを受け取り、その温度が、ほぼ周囲温度まで上がる。気体は、熱交換手段２０１を出て中圧伝達手段２７５に入る。

気体は、第３膨張手段２２４に入り、中圧伝達手段２７６の圧力まで或る程度膨張する。これにより、動力入出力手段２４４へ動力を出力する。そして、気体は、熱交換手段２０２を通過し、そこで熱エネルギを受け取り、その温度が、ほぼ周囲温度まで上がる。気体は、熱交換手段２０２を出て中圧伝達手段２７７に入る。

気体は、第４膨張手段２２４に入り、低圧伝達手段２７８の圧力まで或る程度膨張する。これにより、動力入出力手段２４５に動力を出力する。そして、気体は、熱交換手段２０３を通過し、そこで熱エネルギを受け取り、その温度が、ほぼ周囲温度まで上がる。気体は、熱交換手段２０３を出て低圧伝達手段２８０に入る。

このプロセスは、熱貯蔵手段２５０へ完全に蓄積する（熱貯蔵材２５３が全て熱くなる）まで実行でき、その後は、それ以上エネルギを系に貯蔵できない。放出するには、プロセスを逆転し、圧縮手段２２１を膨張機として動作させ、複数の膨張手段２２２、２２３、２２４、２２５を圧縮機として動作させる。系を通る流れは、逆転し、また、一旦系が放出すると、系全体の温度は、ほぼ開始時に戻る。

気体が空気であり、低圧を大気圧に設定する場合、通気孔２９０又は２９１を低圧伝達手段２８０内に配置することがある。通気孔２９０により、周辺の空気は、必要に応じて系に出入りして、系のエントロピの増大を防止し得る。気体が空気でない及び／又は低圧が大気圧でない場合、通気孔２９１は、熱交換器２９３によって安定した温度に保ち得る気体溜め２９２に至る。熱交換器を用いない及び／又は気体を雰囲気に排出しない場合、系のエントロピ（従って、温度）は、継続的に増大する。

図７・・・図５の系への蓄積
図７は、蓄積フェーズにおけるエネルギ貯蔵器２１０の理想的Ｐ‐Ｖ図（体積対圧力のグラフ）を示す。図の右側の曲線１５１は、本例では、周囲温度及び雰囲気圧からの圧縮手段２２１における気体流の等エントロピ圧縮を表す。直線部分１６１は、流れが熱貯蔵手段２５０を通過する際の等圧冷却を表す。図の左側の曲線１７１は、膨張手段２２２、２２３、２２４、２２５において大気圧へ戻る一連の等エントロピ膨張を表す。また、直線部分１８１は、流れが一連の熱交換手段２００、２０１、２０２、２０３を通過する際に周囲温度へ戻る等圧加熱を表す。膨張手段の数（本例では４つ）及び熱交換手段の数（本例では４つ）が増えれば増えるほど、膨張は、実質的に更に等温となる。蓄積中になされた仕事は、線の内側の面積に等しい。もちろん、実際のＰ‐Ｖ図は、実際のサイクル内で起こる不可逆過程により、理想的サイクルからの更に幾つかの相違点を呈する可能性がある。

図８・・・図５の系からの放出
図８は、放出フェーズにおけるエネルギ貯蔵器２５０の理想的Ｐ‐Ｖ図（体積対圧力のグラフ）を示す。図の左側の曲線１７１’は、大気圧から始まる膨張手段２２２、２２３、２２４、２２５における一連の等エントロピ圧縮を表す。直線部分１８１’は、流れが一連の熱交換手段２００、２０１、２０２、２０３を通過する際に周囲温度へ戻る等圧冷却を表す。直線部分１６１’は、流れが熱貯蔵手段２５０を通過する際の等圧加熱を表す。図の右側の曲線１５１’は、本例では、圧縮手段２２１中の気体流の周囲温度及び雰囲気圧への等エントロピ膨張を表す。膨張手段の数（本例では４つ）及び熱交換手段の数（本例では４つ）が増えれば増えるほど、圧縮は、実質的に更に等温となる。放出中になされた仕事は、線の内側の面積に等しいが、これは、膨張及び圧縮が極めて等温に近くない限り、系への蓄積を行うために用いた仕事より少ない。もちろん、実際のＰ‐Ｖ図は、実際のサイクル内で起こる不可逆過程により、理想的サイクルからの更に幾つかの相違点を呈する可能性がある。

図１１・・・図５の装置におけるエネルギ損失を示すＰ‐Ｖ図
エネルギ貯蔵の際になされた仕事と系によって回収された仕事の差は、陰影を付けた面積１９１に等しい。これは、他の関連要因がない限り、図１及び２に示す複合系が、常により効率的であることを示す。

図６
図６は、エネルギ貯蔵系統３１０を示す。エネルギ貯蔵系統３１０は、第１圧縮手段３２１、第２圧縮手段３２２、第３圧縮手段３２３、第４圧縮手段３２４、膨張手段３２５、動力入出力手段３４１、３４２、３４３、３４４、３４５、熱貯蔵手段３５０、第１熱交換手段３００、第２熱交換手段３０１、第３熱交換手段３０２、第４熱交換手段３０３、高圧伝達手段３７８、３７９、中圧伝達手段３７２、３７３、３７４、３７５、３７６、３７７、及び低圧伝達手段３７１、３８０を含む。この図では、圧縮機及び複数の膨張手段３２１、３２２、３２３、３２４、３２５は、別々の動力入出力手段３４１、３４２、３４３、３４４、３４５を有する別々のユニットとして示す。動作時、これらのユニットは、全て機械的に連結され、従って、１つの共通の動力入出力手段により動作することが望ましい場合がある。

複数の圧縮手段３２１、３２２、３２３、３２４は、４段で圧力を引き上げる点を除き、圧縮手段に関して上述した方法と同様に動作する。段の数は、変更し得るが、その数は、機械的な損失及び全体的な複雑さに依存すると考えられる。上記例のように、圧縮手段３２１、３２２、３２３、３２４は、サイクルの放出フェーズにおいて逆に動き、膨張手段として動作するように構成される。これに対する解決策として、例えば、「別個の膨張機をサイクルの放出部分用に設け、気体流は適切に切り換える」等の他の選択肢がある。

膨張手段３２５は、膨張手段に関して上述した方法と同様に動作する。上記例のように、膨張手段３２５は、サイクルの放出フェーズにおいて逆に動き、圧縮手段として動作するように構成される。これに対する解決策として、例えば、「別個の圧縮機をサイクルの放出部分用に設け、流れは適切に切り換える」等の他の選択肢がある。

動力入出力手段３４１、３４２、３４３、３４４、３４５は、動力入出力手段に関して上述した方法と同様に動作する。エネルギ供給源／要求元は、動力入力モードで用いる場合、エネルギ供給源であり、動力出力モードで用いる場合、エネルギ要求元である。

熱貯蔵手段３５０は、熱貯蔵手段に関して上述した方法と同様に動作し、低圧に適した断熱圧力容器３５１及び熱貯蔵材３５３を含む。
第１乃至第４の複数の熱交換手段３００、３０１、３０２、３０３は、熱交換器通過時、流れが周囲温度又は基準温度に戻るように構成されている。このことは、流れの進行方向に係わらず適用された。段の数は、膨張手段の数により変わる。

中圧伝達手段については、以下の通りである。３７２の圧力は、３７３の圧力に等しく（熱交換器に起因する任意の圧力差異を除く）、３７４、３７５、３７６、３７７より小さい。３７４の圧力は、３７５の圧力に等しく（熱交換器に起因する任意の圧力差異を除く）、３７６、３７７より小さい。また、３７６の圧力は、３７７の圧力に等しい（熱交換器に起因する任意の圧力差異を除く）。

系への蓄積を行うには、低圧伝達手段３７１中の低圧気体は、第１圧縮手段３２１に入り、中圧伝達手段３７２中の圧力まで或る程度圧縮される。これには、動力入出力手段３４１からの動力の入力を必要とする。そして、気体は、熱交換手段３００を通過し、そこで熱エネルギを失い、その温度は、ほぼ周囲温度まで下がる。気体は、熱交換手段３００を出て中圧伝達手段３７３に入る。

気体は、第２圧縮手段３２２に入り、中圧伝達手段３７４中の圧力まで或る程度圧縮される。これには、動力入出力手段３４２からの動力の入力を必要とする。そして、気体は、熱交換手段３０１を通過し、そこで熱エネルギを失い、その温度は、ほぼ周囲温度まで下がる。気体は、熱交換手段３０１を出て中圧伝達手段３７５に入る。

気体は、第３圧縮手段３２３に入り、中圧伝達手段３７６中の圧力まで或る程度圧縮される。これには、動力入出力手段３４３からの動力の入力を必要とする。そして、気体は、熱交換手段３０２を通過し、そこで熱エネルギを失い、その温度は、ほぼ周囲温度まで下がる。気体は、熱交換手段３０２を出て中圧伝達手段３７７に入る。

気体は、第４圧縮手段３２４に入り、高圧伝達手段３７８中の圧力まで或る程度圧縮される。これには、動力入出力手段３４４からの動力の入力を必要とする。そして、気体は、熱交換手段３０３を通過し、そこで熱エネルギを失い、その温度は、ほぼ周囲温度まで下がる。気体は、熱交換手段３０３を出て高圧伝達手段３７９に入る。

気体は、膨張手段３２５に入り、ほぼ低圧伝達手段３８０中のレベルまで膨張する。この膨張により、動力入出力手段３４５に動力を出力する。気体は、低圧伝達手段３８０に送られ、熱貯蔵手段３５０に入る。気体は、第１断熱圧力容器３５１内に密封した熱貯蔵材３５３を通過する。気体は、熱貯蔵材３５３を通過する際に熱貯蔵材３５３から熱エネルギを受け取り、そして、熱貯蔵手段３５０から低圧伝達手段３７１まで通過する。

このプロセスは、熱貯蔵手段３５０に完全に蓄積する（熱貯蔵材３５３が全て冷える）まで実行でき、その後は、それ以上エネルギを系に貯蔵できない。放出するには、プロセスを逆転し、膨張手段３２５は、圧縮機として動作し、複数の圧縮手段３２１、３２２、３２３、３２４は、膨張機として動作する。系の流れは、逆転され、また、一旦系が放出すると、系全体の温度は、ほぼ開始時に戻る。

気体が空気であり、低圧を大気圧に設定する場合、通気孔３９０又は３９１を低圧伝達手段３８０内に配置することがある。通気孔３９０により、周辺の空気は、必要に応じて系に出入りして、系のエントロピの増大を防止し得る。気体が空気でない及び／又は低圧が大気圧でない場合、通気孔３９１は、熱交換器３９３によって安定した温度に保ち得る気体溜め３９２に至る。熱交換器を用いない及び／又は気体を雰囲気に排出しない場合、系のエントロピ（従って、温度）は、継続的に増大する。

図９・・・図６の系への蓄積
図９は、蓄積フェーズにおけるエネルギ貯蔵器３１０の理想的Ｐ‐Ｖ図（体積対圧力のグラフ）を示す。図の右側の曲線１５２は、本例では、周囲温度及び雰囲気圧からの圧縮手段３２１、３２２、３２３、３２４における気体流の一連の等エントロピ圧縮を表す。直線部分１６２は、流れが熱交換手段３００、３０１、３０２、３０３を通過する際の等圧冷却を表す。図の左側の曲線１７２は、膨張手段３２５において大気圧へ戻る等エントロピ膨張を表す。また、直線部分１８２は、流れが熱貯蔵手段３５０を通過する際に周囲温度へ戻る等圧加熱を表す。圧縮手段の数（本例では４つ）及び熱交換手段の数（本例では４つ）が増えれば増えるほど、圧縮は、実質的に更に等温となる。蓄積時になされた仕事は、線の内側の面積に等しい。もちろん、実際のＰ‐Ｖ図は、実際のサイクル内で起こる不可逆過程により、理想的サイクルからの更に幾つかの相違点を呈する可能性がある。

図１０・・・図６の系からの放出
図１０は、放出フェーズにおけるエネルギ貯蔵器３１０の理想的Ｐ‐Ｖ図（体積対圧力のグラフ）を示す。直線部分１８２’は、流れが熱貯蔵手段３６０を通過する際の周囲温度からの等圧冷却を表す。図の左側の曲線１７２は、膨張ピストン手段３２５における等エントロピ圧縮を表す。図の右側の曲線１５２は、本例では、周囲温度及び雰囲気圧への圧縮手段３２１、３２２、３２３、３２４における気体流の一連の等エントロピ膨張を表す。また、直線部分１６２は、流れが熱交換手段３００、３０１、３０２、３０３を通過する際の等圧加熱を表す。圧縮手段の数（本例では４つ）及び熱交換手段の数（本例では４つ）が増えるほど、膨張は、実質的に更に等温になる。放出中になされた仕事は、線の内側の面積に等しいが、これは、膨張及び圧縮が極めて等温に近くない限り、系への蓄積を行うために用いた仕事より小さい。もちろん、実際のＰ‐Ｖ図は、実際のサイクル内で起こる不可逆過程により、理想的サイクルからの更に幾つかの相違点を呈する可能性がある。

図１２・・・図６の装置におけるエネルギ損失を示すＰ‐Ｖ図
エネルギ貯蔵の際になされた仕事と系によって回収された仕事の差は、陰影を付けた面積１９２に等しい。これは、ほぼ等温の圧縮又は膨張を実現するか、他の関連要因がない限り、図１及び２に示す複合系が、常に最も効率的な系であることを示す。

図１３・・・放出段階で熱を追加した場合の図６の系での蓄積／放出
図１３は、エネルギ貯蔵器３１０の、放出フェーズで熱を追加した場合の理想的Ｐ‐Ｖ図（体積対圧力のグラフ）を示す。

この系統への蓄積方法の説明は、図９で網羅している。
この状況における違いは、放出手順である。直線部分１８４’は、気体流が第２熱貯蔵手段３６０を通過する際の、本例では、周囲温度及び雰囲気圧からの等圧冷却を表す。図の左側の曲線１７４’は、膨張手段３２５における等エントロピ圧縮を表す。直線部分１６４’は、流れが追加の熱を受け取り周囲温度プラスになる際の等圧加熱を表す。また、図の右側の曲線１５４’は、膨張手段（前もって図示していないが、膨張手段３２５と同様）中の気体が大気圧へ戻る等エントロピ膨張を表す。もちろん、実際のＰ‐Ｖ図は、実際のサイクル内で起こる不可逆過程により、理想的サイクルからの幾つかの相違点を呈すると考えられる。

図１４・・・追加した熱に起因する追加のエネルギ利得を示すＰ‐Ｖ図
図１４では、回収可能な仕事を陰影付き面積１９４として示す。また、ここから、上及び下の温度を慎重に選択すれば、回収するエネルギのレベルを増加させ、系への蓄積を行うのに必要なレベルより大きくすることが可能であることが分かる。

図１５・・・ハイブリッド型高温系
図１５は、図５で既に説明したエネルギ貯蔵系統２１０に基づくエネルギ貯蔵系統２１０’を示す。エネルギ貯蔵器系統２１０’は、圧縮手段２２１’、第１膨張手段２２２’、第２膨張手段２２３’、第３膨張手段２２４’、第４膨張手段２２５’、動力入出力手段２４１’、２４２’、２４３’、２４４’、２４５’、熱貯蔵手段２５０’、第１熱交換手段２００’、第２熱交換手段２０１’、第３熱交換手段２０２’、第４熱交換手段２０３’、高圧伝達手段２７０’、２７１’、中圧伝達手段２７２’、２７３’、２７４’、２７５’、２７６’、２７７’、及び低圧伝達手段２７８’、２８０’を含む。しかしながら、系統２１０とは対照的に、熱交換手段２００’、２０１’、２０２’、２０３’は、大気にさらされず、その代わり、対向流型熱交換器４０１を介して、蓄冷手段４００に熱結合する。

各膨張手段２２２’、２２３’、２２４’、２２５’の膨張比が同一に保たれる場合、各最低温度が同じであることから、必要な蓄冷器は、（図示するように）一つだけである。この構成では、蓄冷手段４００は、貯蔵器に温度勾配が存在するように構成され、最も高温の材料が貯蔵器の最上部にあると仮定する。蓄冷手段４００は、冷水貯蔵器であってよい。

図１７・・・図１５のハイブリッド型高温系からの放出
図７は、蓄積フェーズにおけるエネルギ貯蔵器２１０の理想的Ｐ‐Ｖ図（体積対圧力のグラフ）を示す。図７は、更に、図１５に示すハイブリッド型高温系統２１０’への蓄積に関しても同じであるが、直線部分１８１は、流れが一連の熱交換手段２００’、２０１’、２０２’、２０３’を通って蓄冷手段４００から熱を受け取る際の等圧加熱を表す。気体の温度がどこまで上げられるかは、蓄冷手段４００の温度及び熱交換器２００’、２０１’、２０２’、２０３’のサイズに依存する。膨張比が高いほど、蓄冷手段４００の温度は、低くなる。

図１７は、放出フェーズにおけるハイブリッド型系統２１０’の理想的Ｐ‐Ｖ図（体積対圧力のグラフ）を示す。図の左側の曲線１７１’’は、膨張手段２２２’、２２３’、２２４’、２２５’において、大気圧から始まる一連の等エントロピ圧縮を表す。直線部分１８１’’は、流れが、蓄冷手段４００に接続した一連の熱交換手段２００’、２０１’、２０２’、２０３’を通過する際の等圧冷却を表す。直線部分１６１’’は、流れが熱貯蔵手段２５０’を通過する際の等圧加熱を表す。また、図の右側の曲線１５１’’は、圧縮手段２２１’における気体流の、本例では、周囲温度及び雰囲気圧への等エントロピ膨張を表す。実際のＰ‐Ｖ図は、実際のサイクル内で起こる不可逆過程により、理想的サイクルからの更に幾つかの相違点を呈する可能性がある。

図１６・・・ハイブリッド型低温系
図１６は、図６で既に説明したエネルギ貯蔵系統３１０に基づくエネルギ貯蔵系統３１０’を示す。エネルギ貯蔵系統３１０’は、第１圧縮手段３２１’、第２圧縮手段３２２’、第３圧縮手段３２３’、第４圧縮手段３２４’、膨張手段３２５’、動力入出力手段３４１’、３４２’、３４３’、３４４’、３４５’、熱貯蔵手段３５０’、第１熱交換手段３００’、第２熱交換手段３０１’、第３熱交換手段３０２’、第４熱交換手段３０３’、高圧伝達手段３７８’、３７９’、中圧伝達手段３７２’、３７３’、３７４’、３７５’、３７６’、３７７’、及び低圧伝達手段３７１’、３８０’を含む。しかしながら、系統３１０とは対照的に、熱交換手段３００’、３０１’、３０２’、３０３’は、雰囲気にさらされず、その代わり、対向流型熱交換器４１１を介して、蓄熱手段４１０に熱結合する。

各圧縮手段３２２’、３２３’、３２４’、３２５’の膨張比が同一に保たれる場合、各ピーク温度が同じであることから、必要な蓄熱器は、（図示するように）一つだけである。この構成では、蓄熱手段４１０は、貯蔵器に温度勾配が存在するように構成され、最も高温の材料が貯蔵器の最上部にあると仮定する。蓄熱手段４１０は、温水貯蔵器であってよい。

図１８・・・図１６のハイブリッド型低温系統からの放出
図９は、蓄積フェーズにおけるエネルギ貯蔵器３１０の理想的Ｐ‐Ｖ図（体積対圧力のグラフ）を示す。図９は、更に、ハイブリッド型低温系への蓄積に関しても同じであるが、直線部分１６２は、流れが一連の熱交換手段３００’、３０１’、３０２’、３０３’を通って蓄熱手段４１０に熱を伝達する際の等圧冷却を表す。気体の温度がどこまで下がるかは、蓄熱手段の温度及び熱交換手段３００’、３０１’、３０２’、３０３’のサイズに依存する。圧縮比が高いほど、蓄熱手段４１０の温度は、高くなる。

図１８は、放出フェーズにおけるハイブリッド型系統３１０’の理想的Ｐ‐Ｖ図（体積対圧力のグラフ）を示す。直線部分１８２’’は、流れが熱貯蔵手段３５０’を通過する際の周囲温度からの等圧冷却を表す。図の左側の曲線１７２’’は、膨張ピストン手段３２５’における等エントロピ圧縮を表す。図の右側の曲線１５２’’は、圧縮手段３２１’、３２２’、３２３’、３２４’における気体流の一連の等エントロピ膨張を表す。また、直線部分１６２’’は、流れが、蓄熱手段４１０に接続した熱交換手段３００’、３０１’、３０２’、３０３’を通過する際の等圧加熱を表す。実際のＰ‐Ｖ図は、実際のサイクル内で起こる不可逆過程により、理想的サイクルからの更に幾つかの相違点を呈する可能性がある。

さらに、前記実施形態より把握できる技術的思想について以下に記載する。
（１）エネルギを貯蔵するための装置であって、
気体を受け入れるための圧縮チャンバ手段と、
前記圧縮チャンバ手段に収容された気体を圧縮するための圧縮ピストン手段と、
前記圧縮ピストン手段によって圧縮された気体から熱エネルギを受け入れて貯蔵するための第１熱貯蔵手段と、
前記第１熱貯蔵手段の作用を受けた後の気体を受け入れるための膨張チャンバ手段と、
前記膨張チャンバ手段内に受け入れられた気体を膨張させるための膨張ピストン手段と、
前記膨張ピストン手段によって膨張した気体に熱エネルギを伝達するための第２熱貯蔵手段と
を含む装置。

（２）技術的思想（１）記載の装置において、
前記気体は、大気、窒素、又は希ガスである装置。
（３）技術的思想（１）又は（２）に記載の装置において、
前記装置は、系の基準圧力が大気圧より低い装置。

（４）技術的思想（１）又は（２）に記載の装置において、
前記装置は、系の基準圧力が大気圧より高い装置。
（５）技術的思想（１）〜（４）のいずれか一項に記載の装置において、
前記第１及び第２熱貯蔵手段の内の少なくとも１つには、気体を受け入れるためのチャンバ及び前記チャンバに収納された粒状物質が含まれる装置。

（６）技術的思想（５）記載の装置において、
前記粒状物質には、通気性構造を形成するために詰め込まれた固体粒子及び／又は繊維が含まれる装置。

（７）技術的思想（６）記載の装置において、
前記固体粒子及び／又は繊維は熱慣性が小さい装置。
（８）技術的思想（６）記載の装置において、
前記固体粒子及び／又は繊維は金属性である装置。

（９）技術的思想（６）記載の装置において、
前記固体粒子は鉱物又はセラミックを含む装置。
（１０）技術的思想（１）〜（９）のいずれか一項に記載の装置は、更に、
前記第１及び第２熱貯蔵手段に貯蔵したエネルギを回収するための生成手段を含む装置。

（１１）技術的思想（１０）記載の装置において、
前記生成手段は、前記圧縮ピストン手段及び前記膨張ピストン手段の内の一方又は双方に結合されている装置。

（１２）技術的思想（１）〜（１１）のいずれか一項に記載の装置において、
前記圧縮ピストン手段及び前記膨張ピストン手段の内の一方又は双方は、放出時において逆に動作するように構成可能である装置。

（１３）機械的動力を入力装置から出力装置に伝達するための装置において、
エネルギ貯蔵部であって、
気体を受け入れるための第１圧縮チャンバ手段と、
前記第１圧縮チャンバ手段に収容された気体を圧縮するための第１圧縮ピストン手段と、
前記第１圧縮ピストン手段によって圧縮された気体から熱エネルギを受け入れて貯蔵するための第１熱貯蔵手段と、
前記第１熱貯蔵手段の作用を受けた後の気体を受け入れるための第１膨張チャンバ手段と、
前記第１膨張チャンバ手段内に受け入れられた気体を膨張させるための第１膨張ピストン手段と、
前記第１膨張ピストン手段によって膨張した気体に熱エネルギを伝達するための第２熱貯蔵手段と
を含む前記エネルギ貯蔵部と、
熱機関部であって、
前記第２熱貯蔵手段及び第１熱貯蔵手段と流体で連通する第２圧縮チャンバ手段と、
前記第２圧縮チャンバ手段内に受け入れられた気体を圧縮して前記第１熱貯蔵チャンバ手段へ移送するための第２圧縮ピストン手段と、
前記第１熱貯蔵手段及び前記第２熱貯蔵手段と流体で連通する第２膨張チャンバ手段と、
前記第２膨張チャンバ内に受け入れられた前記第１熱貯蔵手段からの気体を膨張させるための第２膨張ピストン手段と
を含む前記熱機関部と
を備える装置。

（１４）技術的思想（１３）記載の装置において、
エネルギは、前記系統から出力される前記動力が前記供給される動力より少ない場合、第１動作モードで貯蔵されると共に、前記系統から要求される前記動力が前記供給される動力を上回った場合、第２動作モードで自動的に回収される装置。

（１５）技術的思想（１４）記載の装置において、
前記第１と第２の動作モード間の変更は、自動的に行われるように構成されている装置。

（１６）技術的思想（１５）記載の装置において、
前記装置は、入出力動力の不均衡に対し自動的に反応するように構成されている装置。
（１７）技術的思想（１５）又は（１６）記載の装置において、
前記系統は、前記供給される動力と使われる動力とが平衡している場合、前記第１及び第２熱貯蔵手段を自動的に迂回するように構成されている装置。

（１８）技術的思想（１３）〜（１７）のいずれか一項に記載の装置において、
前記気体は、大気、窒素、又は希ガスである装置。
（１９）技術的思想（１３）〜（１８）のいずれか一項に記載の装置において、
前記装置は、系の基準圧力が大気圧より低い装置。

（２０）技術的思想（１３）〜（１９）のいずれか一項に記載の装置において、
前記装置は、系の基準圧力が大気圧より高い装置。
（２１）技術的思想（１３）〜（２０）のいずれか一項に記載の装置において、
前記第１及び第２熱貯蔵手段の内の少なくとも１つには、気体を受け入れるためのチャンバ及び前記チャンバ内に収納された粒状物質が含まれる装置。

（２２）技術的思想（２１）記載の装置において、
前記粒状物質には、通気性構造を形成するために詰め込まれた固体粒子及び／又は繊維が含まれる装置。

（２３）技術的思想（２２）記載の装置において、
前記固体粒子及び／又は繊維は熱慣性が小さい装置。
（２４）技術的思想（２２）記載の装置において、
前記固体粒子及び／又は繊維は金属性である装置。

（２５）技術的思想（２２）記載の装置において、
前記固体粒子は鉱物又はセラミックを含む装置。
（２６）エネルギを貯蔵するための装置であって、
気体を受け入れるための圧縮チャンバ手段と、
前記圧縮チャンバ手段内に収容された気体を圧縮するための圧縮ピストン手段と、
前記圧縮ピストン手段によって圧縮された気体から熱エネルギを受け入れて貯蔵するための熱貯蔵手段と、
前記熱貯蔵手段の作用を受けた後の気体を受け入れるための膨張チャンバ手段と、
前記膨張チャンバ手段内に受け入れられた気体を膨張させるための膨張ピストン手段と、
前記膨張ピストン手段によって膨張した気体に熱エネルギを伝達するための熱交換手段と
を含む装置。

（２７）技術的思想（２６）記載の装置において、
前記熱交換手段は、膨張時、前記膨張ピストン手段によって膨張した気体に熱エネルギを伝達するように構成されている装置。

（２８）技術的思想（２７）記載の装置において、
前記熱交換手段は、前記膨張ピストン手段によって実施される別々の膨張ステップ間の１つ又は複数の段階において、前記膨張ピストン手段によって膨張した気体に対し熱エネルギを伝達するように構成されている装置。

（２９）技術的思想（２８）記載の装置において、
前記膨張チャンバ手段は、直列に接続された複数の膨張チャンバを含み、各膨張チャンバは、それぞれの膨張ピストン手段及びそれに対応する熱交換手段を有している装置。

（３０）技術的思想（２６）〜（２９）のいずれか一項に記載の装置は、更に、
前記膨張ピストン手段によって膨張した気体に対し熱エネルギを伝達するため、前記熱交換手段に熱結合された蓄冷手段を含む装置。

（３１）技術的思想（２６）〜（３０）のいずれか一項に記載の装置において、
前記気体は、大気、窒素、又は希ガスである装置。
（３２）技術的思想（２６）〜（３１）のいずれか一項に記載の装置において、
前記装置は、系の基準圧力が大気圧より低い装置。

（３３）技術的思想（２６）〜（３２）のいずれか一項に記載の装置において、
前記装置は、系の基準圧力が大気圧より高い装置。
（３４）技術的思想（２６）〜（３３）のいずれか一項に記載の装置において、
前記熱貯蔵手段には、気体を受け入れるためのチャンバ及び前記チャンバ内に収納された粒状物質が含まれる装置。

（３５）技術的思想（３４）記載の装置において、
前記粒状物質には、通気性構造を形成するために詰め込まれた固体粒子及び／又は繊維が含まれる装置。

（３６）技術的思想（３５）記載の装置において、
前記固体粒子及び／又は繊維は熱慣性が小さい装置。
（３７）技術的思想（３５）記載の装置において、
前記固体粒子及び／又は繊維は金属性である装置。

（３８）技術的思想（３５）記載の装置において、
前記固体粒子及び／又は繊維は鉱物又はセラミックを含む装置。
（３９）技術的思想（２６）〜（３８）のいずれか一項に記載の装置は、更に、
前記熱貯蔵手段内に貯蔵したエネルギを回収するための生成手段を含む装置。

（４０）技術的思想（３９）記載の装置において、
前記生成手段は、前記圧縮ピストン手段及び前記膨張ピストン手段の内の一方又は双方に結合されている装置。

（４１）技術的思想（２６）〜（４０）のいずれか一項に記載の装置において、
前記圧縮ピストン手段及び前記膨張ピストン手段の内の一方又は双方は、放出時において逆に動作するように構成されている装置。

（４２）エネルギを貯蔵するための装置であって、
気体を受け入れるための圧縮チャンバ手段と、
前記圧縮チャンバ手段内に収容された気体を圧縮するための圧縮ピストン手段と、
前記圧縮ピストン手段によって圧縮された気体を冷却するための熱交換手段と、
前記熱交換手段の作用を受けた後の気体を受け入れるための膨張チャンバ手段と、
前記膨張チャンバ手段内に受け入れられた気体を膨張させるための膨張ピストン手段と、
前記膨張ピストン手段によって膨張した気体に熱エネルギを伝達するための熱貯蔵手段と
を含む装置。

（４３）技術的思想（４２）記載の装置において、
前記熱交換手段は、圧縮時、前記圧縮ピストン手段によって圧縮された気体を冷却するように構成されている装置。

（４４）技術的思想（４３）記載の装置において、
前記熱交換手段は、前記圧縮ピストン手段によって実施される別々の圧縮ステップ間の１つ又は複数の段階において、前記圧縮ピストン手段によって圧縮された気体を冷却するように構成されている装置。

（４５）技術的思想（４４）記載の装置において、
前記圧縮チャンバ手段は、直列に接続された複数の圧縮チャンバを含み、各圧縮チャンバは、それぞれの圧縮ピストン手段及びそれに対応する熱交換手段を有している装置。

（４６）技術的思想（４２）〜（４５）のいずれか一項に記載の装置は、更に、
前記圧縮ピストン手段によって圧縮された気体から熱エネルギを受け入れて貯蔵するため、前記熱交換手段に対し熱結合された蓄熱手段を含む装置。

（４７）技術的思想（４２）〜（４６）のいずれか一項に記載の装置において、
前記気体は大気、窒素、又は希ガスである装置。
（４８）技術的思想（４２）〜（４７）のいずれか一項に記載の装置において、
前記装置は系の基準圧力が大気圧より低い装置。

（４９）技術的思想（４２）〜（４８）のいずれか一項に記載の装置において、
前記装置は系の基準圧力が大気圧より高い装置。
（５０）技術的思想（４２）〜（４９）のいずれか一項に記載の装置において、
前記熱貯蔵手段には、気体を受け入れるためのチャンバ、及び前記チャンバ内に収納された粒状物質が含まれる装置。

（５１）技術的思想（５０）記載の装置において、
前記粒状物質には、通気性構造を形成するために詰め込まれた固体粒子及び／又は繊維が含まれる装置。

（５２）技術的思想（５１）記載の装置において、
前記固体粒子及び／又は繊維は熱慣性が小さい装置。
（５３）技術的思想（５１）記載の装置において、
前記固体粒子及び／又は繊維は金属性である装置。

（５４）技術的思想（５１）記載の装置において、
前記固体粒子及び／又は繊維は鉱物又はセラミックを含む装置。
（５５）技術的思想（４２）〜（５４）のいずれか一項に記載の装置は、更に、
前記熱貯蔵手段内に貯蔵されたエネルギを回収するための生成手段を含む装置。

（５６）技術的思想（５５）記載の装置において、
前記生成手段は、前記圧縮ピストン手段及び前記膨張ピストン手段の内の一方又は双方に結合されている装置。

（５７）技術的思想（４２）〜（５６）のいずれか一項に記載の装置において、
前記圧縮ピストン手段及び前記膨張ピストン手段の内の一方又は双方は、放出時において逆に動作するように構成されている装置。

Claims

エネルギ貯蔵装置によりエネルギを貯蔵するための方法であって、
前記エネルギ貯蔵装置の圧縮チャンバ内に気体を受け入れる工程と、
圧縮ピストン手段を用いて、前記圧縮チャンバ内に受け入れられた空気を圧縮する工程と、
前記エネルギ貯蔵装置の第１熱貯蔵手段内に、圧縮された空気から熱エネルギを伝達し、貯蔵する工程と、
前記第１熱貯蔵手段の作用を受けた後、前記エネルギ貯蔵装置の膨張チャンバに気体を受け入れる工程と、
膨張ピストン手段を用いて、前記膨張チャンバ内に受け入れられた気体を膨張させる工程と、
前記エネルギ貯蔵手段の第２熱貯蔵手段内において、膨張した気体に熱エネルギを伝達する工程とを含み、
前記気体からの熱エネルギの伝達又は前記気体への熱エネルギの伝達を目的として、前記第１及び第２熱貯蔵手段のそれぞれを前記気体が通過することを特徴とする装置。
請求項１記載の方法において、
前記第１及び第２熱貯蔵手段の少なくとも一つには、気体を受け入れるためのチャンバ、及び前記チャンバ内に収納された粒状物質が含まれる方法。
請求項２記載の方法において、
前記粒状物質には、通気性構造を形成するために詰め込まれた固体粒子及び／又は繊維が含まれる方法。
請求項３記載の方法において、
前記固体粒子及び／又は繊維は、金属性である方法。
請求項３記載の方法において、
前記固体粒子及び／又は繊維は、鉱物又はセラミックを含む方法。
請求項１〜５のうちいずれか一項に記載の方法において、
前記第２熱貯蔵手段を通過後の空気は、前記圧縮チャンバ内の再び流入する方法。
請求項１〜６のうちいずれか一項に記載の方法において、
前記気体から前記第１熱貯蔵手段への熱伝達は等圧であり、前記第２熱貯蔵手段から前記気体への熱伝達は等圧である方法。
請求項１〜７のうちいずれか一項に記載の方法において、
前記圧縮及び又は膨張は、断熱曲線又は等エントロピである方法。
請求項１〜６のうちいずれか一項に記載の方法において、
前記熱エネルギ装置は、等エントロピ圧縮工程、等圧冷却工程、等エントロピ膨張工程、及び等圧加熱工程からなるエネルギを貯蔵するための蓄積モードで運転される方法。
請求項１〜６のうちいずれか一項に記載の方法において、
前記熱エネルギ装置は、エネルギを貯蔵する蓄積モードであって前記第１及び第２熱貯蔵手段の蓄積が行われる蓄積モードと、エネルギを放出する放出モードであって前記第１及び第２熱貯蔵手段の放出が行われる放出モードとで運転可能である方法。
請求項１０記載の方法において、
前記第１及び第２熱貯蔵手段は、蓄積時に熱貯蔵及び冷却貯蔵を行うため、熱ヒートポンプサイクル内に配置されている方法。
請求項１１記載の方法において、
エネルギは、
気体を、冷却された第２熱貯蔵手段を通過させる工程と、
前記第２熱貯蔵手段により冷却された空気を圧縮する工程と、
前記気体を加熱された第１熱貯蔵手段に作用させることで、前記冷却された空気を加熱する工程と、
前記加熱された空気を膨張させて仕事を行う工程とにより、
放出モードで放出される方法。
請求項１０記載の方法において、
放出モード時に、前記圧縮ピストン手段及び前記膨張ピストン手段の一方又は両方が、蓄積モード時とは逆に運転される方法。