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公開番号2025102832
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-07-08
出願番号2025046168,2023524463
出願日2025-03-21,2021-08-31
発明の名称導電性耐火れんがシステム
出願人マサチューセッツインスティテュートオブテクノロジー
代理人個人,個人,個人,個人
主分類F28D 20/00 20060101AFI20250701BHJP(熱交換一般)
要約【課題】パワーグリッドに電力を貯蔵する改善されたエネルギー貯蔵システム及び装置を提供する。
【解決手段】熱エネルギー貯蔵システムである耐火れんがシステム803は、耐火れんが格子状ワーク804及び電極802、806を含む。耐火れんが格子状ワークは、1つまたは複数の伝導性耐火れんが層を含み、各々が、1つ又は複数の空気流の通気孔を有する複数の導電性ドープ金属酸化物耐火れんがを含む。電極は、1つ又は複数の電極耐火れんが層を含み、各層が、複数の電極耐火れんがを含む。耐火れんが格子状ワークは、電極への電力の印加に起因して加熱される。耐火れんが格子状ワークを通って流れる空気は、次いで、熱関連用途である産業用途、商業用途、住宅用途、輸送用途などにおける使用のために加熱され、それらの一部は、電気生産に関連するか又は電気生産とは関係のない熱を必要とする他の目的に関連する他の用途における使用のために加熱される。
【選択図】図8C
特許請求の範囲【請求項１】
１つまたは複数の伝導性耐火れんが層を備える耐火れんが格子状ワークであって、各伝導性耐火れんが層が、前記耐火れんが格子状ワークを通る空気流を可能にするために１つまたは複数の通気孔を有する複数の導電性ドープ金属酸化物耐火れんがを備える、耐火れんが格子状ワークと、
１つまたは複数の電極耐火れんが層を備える第１の電極であって、各電極耐火れんが層が、複数の電極耐火れんがを備え、前記第１の電極は、電源から電力を受信するように構成される、第１の電極と
を備え、
前記耐火れんが格子状ワークは、前記受信した電力の印加に起因して加熱され、前記耐火れんが格子状ワークを通って流れる空気は、前記耐火れんが格子状ワークによって加熱される、熱エネルギー貯蔵システム。
続きを表示（約 1,200 文字）【請求項２】
１つまたは複数の電極耐火れんが層を備える第２の電極であって、各電極耐火れんが層が、複数の電極耐火れんがを備える、第２の電極をさらに備え、
前記耐火れんが格子状ワークは、複数の電気的に隔離された格子状ワーク部分を備え、前記第１の電極は、複数の電気的に隔離された電極部分を備え、
前記第２の電極は、前記耐火れんが格子状ワークの前記電気的に隔離された格子状ワーク部分の２つ以上に電気的に結合されて、前記耐火れんが格子状ワークを通る電気伝送路を形成するように構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記複数の電気的に隔離された電極部分の各々は、前記電源から隔離された電気位相を受信するように構成される、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記第２の電極は、３相電力として提供される電力のための中性点を提供するように構成され、前記熱エネルギー貯蔵システムは、Ｙ（ワイ）構成で動作する、請求項２に記載のシステム。
【請求項５】
１つまたは複数の絶縁層をさらに備え、前記絶縁層は、１つまたは複数の絶縁耐火れんが層を備え、各絶縁耐火れんが層は、前記耐火れんがを通る空気流を可能にするための１つまたは複数の通気孔を有する複数の非伝導性耐火れんがを備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記導電性ドープ金属酸化物耐火れんがは、ニッケルをドープした酸化クロム、マグネシウムをドープした酸化クロム、リチウムをドープした酸化ニッケル、銅をドープした酸化ニッケル、アルミニウムをドープした酸化亜鉛、セリウムをドープした安定化酸化ジルコニウム、およびニオブをドープした酸化チタンのうちの１つを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記導電性ドープ金属酸化物耐火れんがは、およそ１０
２０
／ｃｍ
３
の濃度でドープされる、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記電極耐火れんがは、ニッケルをドープした酸化クロム、マグネシウムをドープした酸化クロム、リチウムをドープした酸化ニッケル、銅をドープした酸化ニッケル、アルミニウムをドープした酸化亜鉛、セリウムをドープした安定化酸化ジルコニウム、またはニオブをドープした酸化チタンのうちの１つを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記電極耐火れんがは、高伝導性であり、低い熱生成をもたらすように、およそ１０
２１
／ｃｍ
３
の濃度で高ドープされる、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記非伝導性耐火れんがは、アルミナ、マグネシア、またはシリカのうちの１つまたは複数を含む、請求項５に記載のシステム。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
[0001]本明細書に説明される１つまたは複数の実施形態は、エネルギー貯蔵を管理することに関する。
続きを表示（約 3,300 文字）【背景技術】
【０００２】
[0002]現代のエネルギー生成および分配ネットワーク（“パワーグリッド”）は、多くの異なる電力発生源を含む。一部の発電機（例えば、石炭、油、天然ガス、原子力など、従来型発電装置）は、比較的連続した出力で動作することができる一方、太陽熱または風力などの他の電力源は、例えば、環境因子に基づいて、発電能力が変化し得る。ますます多くの太陽熱および風力発電機が、温室効果ガス排出を削減するためにオンラインになると、パワーグリッドの電力貯蔵能力の拡大により、出力電力の変動性が考慮されるようになるかもしれない。しかしながら、現在のバッテリ技術は、不十分であることが証明されており、実装するのに非常にコストが高い。揚水式電気貯蔵など、他の種類のエネルギー貯蔵システムを使用する試みがなされてきた。しかしながら、これらの他のシステムは、場所に制限があり、容易に利用可能または配備可能ではない。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
[0003]本明細書に説明される１つまたは複数の実施形態は、様々な用途に使用され得る、特に重要なことには、パワーグリッドに電力を貯蔵することを含む、改善されたエネルギー貯蔵システムおよび方法を提供する。
【０００４】
[0004]これらおよび／または他の実施形態は、太陽熱発電機、風力発電機、ならびに、環境因子および／または他の因子に起因する一貫性のない動作の影響を受ける他の電力源の出力電力における変動性を含むが、これらに限定されない、グリッドの１つまたは複数の電力源の出力における変動性をオフセットするために、電力の貯蔵を制御するエネルギー貯蔵システムおよび方法を提供する。
【０００５】
[0005]これらおよび／または他の実施形態は、様々な文脈において容易に配備可能である改善されたエネルギー貯蔵システムおよび方法を提供する。
【０００６】
[0006]これらおよび／または他の実施形態は、実装するのが経済的である改善されたエネルギー貯蔵システムおよび方法を提供する。
【０００７】
[0007]１つまたは複数の実施形態によると、熱エネルギー貯蔵システムは、１つまたは複数の伝導性耐火れんが層を備える耐火れんが格子状ワークであって、各伝導性耐火れんが層が、耐火れんが格子状ワークを通る空気流を可能にするために１つまたは複数の通気孔を有する複数の導電性ドープ金属酸化物耐火れんがを備える、耐火れんが格子状ワークと、１つまたは複数の電極耐火れんが層を備える第１の電極であって、各電極耐火れんが層が、複数の電極耐火れんがを備え、第１の電極は、電源から電力を受信するように構成される、第１の電極と、を備え、耐火れんが格子状ワークは、受信した電力の印加に起因して加熱される。そのような構成では、耐火れんが格子状ワークを通って流れる空気は、住宅熱使途、産業熱使途、商業熱使途、輸送使途および／または電気生産（住宅、産業、商業、および輸送環境のいずれかまたはすべてにおいて発生し得る）を含むが、これらに限定されない、様々な使途のために熱を提供するために、耐火れんが格子状ワークによって加熱され得る。本明細書に説明される概念は、高温熱市場ならびに電気市場の両方において利用され得る。したがって、本明細書に提供される説明を読んだ後、当業者は、本明
細書に説明される熱貯蔵システムおよび他の実施形態がすべての種類の熱ユーザおよび熱関連用途（例えば、産業用途、商業用途、住宅用途、輸送用途など）に熱を提供することができることを理解するものとする。これらの用途のうちの一部は、電気生産に関連し得るが、他の用途は、熱生産には関係のない熱を必要とする他の目的に関連し得るということもさらに理解されたい。故に、１つまたは複数の実施形態は、場合によっては、バッテリの効果的な代替物として機能し得る一方、他の実施形態は、事実上いかなる目的のための熱も提供するためなど、様々な他の文脈において使用され得る。
【０００８】
[0008]１つまたは複数の実施形態によると、装置は、第１の電極と、第２の電極と、導電性耐火れんがと、を備え、導電性耐火れんがは、第１の電極と第２の電極との間に既定のパターンで配設され、導電性耐火れんがの各々は、第１の電極と第２の電極との間に印加される電位に基づいて熱を生成するように構成されるドープ金属酸化物材料を含む。
【０００９】
[0009]前述および他の目的、特徴、および利点は、添付の図面に例証されるように、本実施形態の以下のより具体的な説明から明らかになるものとし、図面において、同じ参照文字は、異なる視点を通して同じ部分を指す。図面は、必ずしも縮尺通りではなく、むしろ、実施形態の原則を例証する際に強調される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
[0010]説明された実施形態による、伝導性耐火れんがシステムを用いる例証的な産業システムのブロック図である。
[0011]説明された実施形態による、様々な材料の耐火れんがについての温度に対する材料伝導率のプロットである。
[0012]説明された実施形態による、ドープ半導体耐火れんがについての温度に対する電子濃度のプロットである。
[0013]説明された実施形態による、ドープ半導体耐火れんがについての温度に対する電子濃度および抵抗率のプロットである。
[0014]説明された実施形態による、伝導性耐火れんがを用いる例証的な電気加熱式熱エネルギー貯蔵（Ｅ－ＴＥＳ）システムのブロック図である。
[0015]説明された実施形態による、Ｅ－ＴＥＳシステムを含む例証的な容器システムの図である。
[0016]説明された実施形態による、伝導性耐火れんがを用いる例証的なＥ－ＴＥＳシステムの図である。
[0017]説明された実施形態による、Ｅ－ＴＥＳシステムの電極の例証的なＹ（ワイ）構成電気接続の概略図である。
[0018]説明された実施形態による、Ｅ－ＴＥＳシステムの電極の例証的なＹ（ワイ）構成電気接続の概略図である。
[0019]説明された実施形態による、例証的な耐火れんがシステムの画像を示す図である。
[0020]説明された実施形態による、例証的な耐火れんがシステムの画像を示す図である。
[0021]説明された実施形態による、デルタ構成におけるＥ－ＴＥＳシステムのための例証的な電極および伝導性耐火れんがレイアウトの斜視図である。
[0022]説明された実施形態による、Ｙ（ワイ）構成におけるＥ－ＴＥＳシステムのための例証的な電極および伝導性耐火れんがレイアウトの斜視図である。
[0023]説明された実施形態による、Ｙ（ワイ）構成におけるＥ－ＴＥＳシステムのための別の例証的な電極および伝導性耐火れんがレイアウトの斜視図である。
[0024]説明された実施形態による、Ｅ－ＴＥＳシステムを用いる例証的なエネルギー分配および貯蔵グリッドのブロック図である。
[0025]説明された実施形態による、Ｅ－ＴＥＳシステムを用いる例証的なコンクリート窯システムのブロック図である。
[0026]説明された実施形態による、Ｅ－ＴＥＳシステムを用いる例証的な天然ガス電力システムのブロック図である。
[0027]説明された実施形態による、Ｅ－ＴＥＳシステムを用いる例証的な原子力システムのブロック図である。
[0028]説明された実施形態による、ドープ酸化クロムを用いる耐火れんがの温度に対する抵抗率の一対のプロットである。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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