JP2001153377A - 温水供給システム及び該温水供給システムを備える構造物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 カスケード型蓄熱槽を用いた温水供給システ
ム及び該温水供給システムにより温水供給が行われる建
造物を提供する。 【解決手段】 高温層２と、中温層３と、低温層４とを
内部に形成する単一の蓄熱層１と、各層の温水を利用す
る複数の熱需要手段１２，１３，１４とを備え、各層か
ら熱需要手段１２，１３，１４へと供給された温水は、
熱需要手段１２，１３，１４へと熱エネルギーを放出
し、各熱需要手段１２，１３，１４からの温度の低下し
た排水が順次より低温の領域へと循環され、さらに調整
層へと循環されて、各熱需要手段へと供給される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、温水供給システム
及び該温水供給システムを用いた建造物に関し、より詳
細には、熱移動をカスケード型にすることにより効率を
向上させたカスケード式蓄熱槽を用いた温水供給システ
ム及び該温水供給システムにより温水が供給される建造
物に関する。

【０００２】

【従来の技術】我が国においては、アメニティ嗜好の高
揚に伴い、特に民生用のエネルギー消費は依然として増
大する傾向にあり、ライフスタイルや社会的ニーズに適
合させつつ、よりいっそう省エネルギー化を推進する必
要がある。また、エネルギー消費の増加による地球環境
の悪化や、都市部での消費電力のピークを低減させ、電
力消費の負荷平準化といった問題に対応する必要もあ
る。さらに、近年における電力需要は、その特徴として
空調機といったヒートポンプの急激な普及に伴い、夏場
ばかりではなく冬場にもピークがあらわれるツインピー
ク型の需要曲線を与えており、年間を通して低質な熱需
要である冷暖房需要に対応した合理的なエネルギーシス
テムを構築することにより、都市居住とエネルギー消費
との調和を行うこと必要とされている。

【０００３】エネルギーにはいくつかの形態があるが、
空調・給湯といった住宅において必要とされるエネルギ
ーの最終形態は、熱エネルギーであることが多い。熱エ
ネルギーは、適切な蓄熱システムを用いることにより貯
蔵が可能であり、蓄熱システムを取り入れることにより
熱の供給側と需要側とを時間的・量的に調節することを
可能とし、電力消費の平準化、熱源機器の高効率化、熱
回収等の観点から省エネルギーを効果的に達成すること
を可能とする。また、排熱や太陽熱のように発生する熱
量が不安定な未だ有効に利用されているとはいえないエ
ネルギーを有効に利用するためには、蓄熱システムを用
いることが必要である。

【０００４】従来、上述した目的から種々の蓄熱システ
ムが提案されている。従来の蓄熱システムは、単一温度
の蓄熱槽から供給される単一温度の熱を利用するもので
あり、各温度に対応する蓄熱槽に対して個別の熱源を用
いる必要が生じ、このためよりいっそうエネルギーを有
効利用して省エネルギーを達成することが蓄熱槽に対し
て望まれている。

【０００５】すなわち、通常の熱源では、ガス、石油と
いった燃料が用いられ、これらの化石燃料は、燃焼温度
が数百度と高温となる。この熱を最初から１００℃以下
の温度を与えるための加熱に用いるのでは、熱エネルギ
ーを充分に活用しているとはいえない。熱をよりいっそ
う合理的に利用するためには、必要とされる温度レベル
を考慮して段階的に熱を利用する、いわゆるカスケード
式の熱利用を行うことが望ましい。

【０００６】上述したカスケード型蓄熱システムは、コ
・ジェネレーション、太陽熱、生活排水等種々の熱源か
ら得られる熱を温度範囲別に分けて蓄熱し、熱需要に合
わせて必要とされる温度レベルに適合した熱を供給する
蓄熱システムである。

【０００７】このようなカスケード型蓄熱槽は、蓄熱時
には蓄熱媒体である水の温度による密度差を利用して、
温度が高く密度の小さな水と、温度が低く密度の大きな
水とが混合してしまわないように、垂直方向に蓄熱槽内
部において温度成層を形成させて蓄熱し、各温度領域が
混合して温度レベルが均一化してしまうことによる熱効
率の低下を防止するものである。したがって上述したよ
うなカスケード型蓄熱槽を用いた温水供給システムを提
供することができれば、よりいっそうエネルギーの有効
利用を行うことができる温水供給システムを提供するこ
とが可能となる。

【０００８】また、上述した温水供給システムを用いた
建造物を提供できれば、都市居住におけるエネルギー需
要の問題に対して寄与することが可能となり、地球環境
の悪化、電力のピークカット・付加平準化といった問題
に対して大きく貢献することが可能となる。

【０００９】本発明者は、上述の観点からカスケード型
蓄熱槽に対する検討を加えてきており、カスケード型に
蓄熱を行う蓄熱槽についてこれまで、充分な温度成層型
の蓄熱槽が提供できることを報告している。上述した温
度成層は、温度成層を形成させるための温水循環や、温
水供・排水口等の形状、温水温度といった条件により形
成されるものである。したがってこのような条件を維持
させながら、この温度成層が形成されたカスケード型蓄
熱槽から給湯器、床暖房、空調機といったそれぞれ温水
需要量が相違し、季節的にも需要量が変動する熱需要手
段へと安定して温水供給を行うことができる温水供給シ
ステム及び該温水供給システムにより温水が供給される
建造物が望まれている。

【発明が解決しようとする課題】

【００１０】本発明においては、上述した温度成層型の
蓄熱槽を有効に利用することにより、効率よく熱を蓄え
る機能に加え、温度成層として蓄熱された熱のうち、高
温層から温度の高い給湯といった高温熱需要手段に供給
し、給湯に比較して、低温で賄いうる暖房等の熱需要に
対してはより低い温度の層から温水を供給することによ
り、利用形態に最も適した形で熱エネルギー、すなわち
温水を提供することを可能とするカスケード型蓄熱層を
用いた温水供給システム及び該温水供給システムを用い
た建造物を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の上記目的は、本
発明の温水供給システム及び該温水供給システムを備え
た建造物により達成される。

【００１２】すなわち、本発明の請求項１の発明によれ
ば、高温層と、中温層と、低温層とを内部に形成する単
一の蓄熱層と、上記各層の温水を利用する複数の熱需要
手段とを備え、上記高温層は、上記中温層から供給され
る温水を加熱して循環させることにより熱供給されると
共に、上記中温層の上部に該中温層の温度範囲にある温
水を供給することにより形成され、上記中温層は、上記
低温層から供給される温水を加熱して循環させることに
より熱供給されると共に、上記低温層の上部に該低温層
の温度範囲にある温水を供給することにより形成され、
上記低温層は、該低温層よりも低温の水を加熱して循環
させることにより熱供給されており、上記高温層から高
温熱需要手段を機能させるための温水を供給し、該高温
熱需要手段を機能させて温度の低下した排水を上記中温
層へと循環させ、上記中温層から中温熱需要手段を機能
させるための温水を供給し、該中温熱需要手段を機能さ
せて温度の低下した排水を上記低温層へと循環させ、上
記低温層から低温熱需要手段を機能させるための温水を
供給し、上記低温熱需要手段を機能させて温度の低下し
た排水は、調整層へと循環されており、上記各熱需要手
段へと温水を供給することを特徴とする温水供給システ
ムが提供される。

【００１３】本発明の請求項２の発明によれば、上記高
温層は、８０℃以上の温度範囲とされ、上記中間層は、
４０℃〜６０℃とされ、上記低温層は、略４０℃とされ
ていることを特徴とする温水供給システムが提供され
る。

【００１４】本発明の請求項３の発明によれば、上記中
温層には、上記低温層の温水が加熱手段を通して循環さ
れることを特徴とする温水供給システムが提供される。

【００１５】本発明の請求項４の発明によれば、高温層
と、中温層と、低温層とからなる温度成層が形成され、
上記高温層は、上記中温層から供給される温水を加熱し
て循環させることにより熱供給されると共に、上記中温
層の上部に該中温層の温度範囲にある温水を供給するこ
とにより形成され、上記中温層は、上記低温層から供給
される温水を加熱して循環させることにより熱供給され
ると共に、上記低温層の上部に該低温層の温度範囲にあ
る温水を供給することにより形成され、上記低温層は、
該低温層よりも低温の水を加熱して循環させることによ
り熱供給されて形成された単一の蓄熱槽を備え、上記高
温層から高温熱需要手段を機能させるための温水を供給
し、該高温熱需要手段から排出される温度の低下した温
水を上記中温層へと循環させると共に、上記中間層から
中温熱需要手段を機能させるための温水を供給し、該中
温熱需要手段から排出される温度の低下した温水を上記
低温層へと循環させ、上記低温層から低温熱需要手段を
機能させるための温水を供給し、該低温熱需要手段から
の排水は、調整層へと循環されており、上記各熱需要手
段へと温水を供給することを特徴とする温水供給システ
ムを備える建造物が提供される。

【００１６】本発明の請求項５の発明によれば、上記高
温熱需要手段と、上記中温熱需要手段と、上記低温熱需
要手段とが設置され、上記高温層，上記中温層，上記低
温層のうち少なくとも１つの層から対応する温度の温水
を用いる上記熱需要手段へと温水が各階毎に供給される
ことを特徴とする建造物が提供される。

【００１７】本発明の請求項６の発明によれば、上記高
温層は、８０℃以上の温度範囲とされ、上記中温層は、
４０℃〜６０℃とされ、上記低温層は、略４０℃とされ
ていることを特徴とする建造物が提供される。

【００１８】本発明の請求項７の発明によれば、上記低
温層の温水を太陽熱温水器を通して上記中温層へと循環
させることを特徴とする建造物が提供される。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図面を参照してよ
り詳細に説明する。図１は、本発明に用いるカスケード
型蓄熱方式の概念を示した図である。本発明に用いるカ
スケード型蓄熱槽１は、内部が各層別に仕切られていな
い単一の蓄熱槽として構成されており、その内部に最上
部から高温層２と、中温層３と、低温層４とからなる温
度成層が形成されている。高温層２と中温層３との間に
は、両層が僅かに混合された混合域５が形成されてい
る。同様に中温層３と低温層４との間には、これらの層
が互いに混合された混合域６が形成されていて、各層が
定常的にカスケード型蓄熱槽内に存在するように熱及び
温水循環量等が設定されている。

【００２０】高温層２は、コ・ジェネレーション、ヒー
トポンプ等の高温熱源７により加熱された中温層３の上
側の部分からの温水が循環されて加熱されており、中温
層３は、太陽熱、中温度熱源といった中温熱源８により
加熱された低温層４の上側から導出された温水が循環さ
れ、さらに低温層４は、生活排熱や、それ以外の低温度
熱源等の低温熱源９によって加熱された調整層１０から
の温水により加熱されている。また、図１には、調整層
１０と低温層４との間には混合域１１が形成されている
のが示されている。

【００２１】図１中に示されたカスケード型蓄熱方式に
おける熱供給を説明すると、まず、高温層２からの水を
高温の熱を必要とする高温熱需要手段１２へと供給し、
エネルギーを消費して低温とされた排水を中温層３の上
部へと供給する。中温層３からは、中温の熱を必要とす
る中温熱需要手段１２へと温水が供給され、この中温熱
需要手段１３の排水が低温層４の上部へと供給されてい
るのが示されている。さらに低温層４からは、低温の熱
を必要とする低温熱需要手段１４へと温水が供給されて
いて、低温熱需要手段１４の排水が調整層１０へと供給
されているのが示されている。調整層１０に一旦蓄積さ
れた低温層４よりも低温の水は、生活排熱といった低温
熱源９により所定の温度にまで加熱された後、低温層４
へと循環されていて、カスケード式に熱利用すことが可
能とされている。

【００２２】図１中では調整層１０は、カスケード型蓄
熱槽１に隣接して設けられているのが示されているが、
本発明においては、カスケード型蓄熱槽１の外部に調整
層１０と同様の機能を有するシステムを設けておくよう
にしても良い。また、この構成とする場合には、混合域
１１は必ずしも形成されなくとも良い。さらに、このシ
ステムは、低温層４ばかりにではなく、所望により高温
層２、中温層３の範囲の温度にまで低温の水を加熱し
て、各層へと供給するようにされている。また、低温層
４からは、ヒートポンプ等の加熱手段１５を介して中温
度熱需要手段１３へと供給されていて、カスケード型蓄
熱槽１の熱的効率をさらに向上させている。

【００２３】この加熱手段１５は、図１に示されるよう
に直接中温熱需要手段１３を機能させるのではなく、中
温層３へと循環されるように構成することも可能であ
る。また、本発明の温水供給システムにおいては、上述
したカスケード式の熱供給は、高温層２から順次中温層
３，低温層４へと排水を供給するものばかりではなく、
中温層２から中温熱需要手段１３へと温水を供給し、中
温熱需要手段１３からの排水を低温層４へと循環させる
構成を含むものでも良い。

【００２４】図２は、本発明のカスケード型蓄熱槽１の
内部に形成される温度成層の温度分布を高温層２と低温
層４とについて示した概略図である。縦軸は、高温層２
及び中温層４の各層の合計高さで規格化した無次元高さ
ｈであり、横軸は、高温層２から中温層４までの高さ方
向の温度差で規格化した無次元温度である。本発明に用
いるカスケード型蓄熱槽１は、内部が仕切られていない
単一の蓄熱槽の内部に高温層２と、中温層３と、低温層
４といった、互いに温度範囲が異なる３つの層からなる
温度成層を形成させるものである。このような温度成層
は、加熱された水の比重及び各層への温水循環による加
熱条件等を適宜選択することによって形成することがで
きる。

【００２５】また、図２に示されるように、本発明に用
いるカスケード型蓄熱槽１内においては、さらに高温層
２と中温層３、中温層３と低温層４とのそれぞれの間に
おいて互いの層が混合した混合域が形成される。この混
合域をできるだけ最小にするように温水循環量及び温
度、循環位置等を設定することによりカスケード型蓄熱
槽１内部において温度成層を形成させることが可能とな
る。理想的に温度成層が形成された場合の温度分布は、
図２中、破線で示されている。また、図２では、高温層
２と、中温層３と、低温層４との体積は異なるように示
されているが、図１で説明したようにカスケード型蓄熱
槽１中において、高温層２と、中温層３と、低温層４と
を互いに形成する場合には、適宜いかなる体積として形
成することもできる。

【００２６】このような温度成層を形成するためには、
少なくとも高温層２の上部を例えば高温熱源７により加
熱した温水を循環させて加熱し、高温層２の下側部から
熱需要手段に供給する温水を排出させると共に、中温層
３を低温層４からの温水を中温熱源８又は加熱手段１５
により加熱して中温層３の上部へと循環させることによ
り形成させることができる。また、中温層３と低温層４
との間についても同様な方法で形成させることができ
る。上述した高温層の温度範囲としては、都市居住にお
ける用途を考慮すれば、約８０℃以上とされることが好
ましく、中温層の温度範囲としては約４０℃〜約６０℃
とされることが好ましく、低温層の温度範囲としては約
２０℃〜約４０℃とされていることが好ましい。

【００２７】図３は、本発明において用いるカスケード
型蓄熱槽１の断面図である。本発明に用いるカスケード
型蓄熱槽１には、少なくとも高温層２，中温層３，低温
層４にそれぞれ高温熱源７，中温熱源８，低温熱源９に
より加熱された温水を導入するための温水供給口１６
ａ，１６ｂ，１６ｃと、高温層２，中温層３，低温層４
からそれぞれの高温熱需要手段１２，中温熱需要手段１
３，高温熱需要手段１４へと温水を供給するため、温水
を排出する温水排出口１７ａ，１７ｂ，１７ｃとが設け
られているのが示されている。図３においては、各層あ
たり温水供給甲１６ａ，１６ｂ，１６ｃ及び温水排水口
１７ａ，１７ｂ，１７ｃは、それぞれ１つずつ設けられ
ているのが示されているが、必要に応じていくつでも設
けることが可能である。図３に示す温水供給口１６ａ，
１６ｂ，１６ｃ及び温水排出口１７ａ，１７ｂ，１７ｃ
は、本発明のカスケード型蓄熱槽１の温度成層を良好に
形成させる必要があり、特にカスケード型蓄熱槽１に隣
接した開口部形状により、温度成層における混合域の幅
が左右されることになる。

【００２８】図４は、温水供給口１６ａ，１６ｂ，１６
ｃ及び温水排出口１７ａ，１７ｂ，１７ｃのカスケード
型蓄熱槽１に隣接した側の開口部形状を示した図であ
る。本発明において用いる温水供給口及び温水排出口等
の形状は、図４（ａ）に示されるようにパイプ１８を単
に切断した円形とされていても良く、また図４（ｂ）に
示されるようにパイプ１８の先端部に複数のじゃま板１
９ａ，１９ｂを間隔ｄで設けて、じゃま板１９ａ，１９
ｂの隙間ｈから温水を吐出させて温水供給口付近におけ
る温水の流れを妨げるような、整流器型の形状とされて
いても良い。

【００２９】図５は、本発明に用いることができる温水
供給口及び温水排出口のカスケード型蓄熱槽１に隣接す
る側の開口部のさらに変形例を示した図である。本発明
に用いる温水供給口及び温水排出口等の形状は、図５
（ａ）に示すように、パイプ１８の先端部に対して方形
の排出口が形成されたプレート部材２０を取り付けて方
形とされていても良く、また図５（ｂ）に示すように、
長方形の排出口が形成されたプレート部材２１を取り付
けて長方形とされていても良い。

【００３０】本発明においては、図４及び図５に示した
いかなる形状の温水供給口及び温水排水口であっても用
いることができるが、図２に示した混合域をシャープに
形成させる、すなわち混合域の幅をより小さくするため
には、図４（ｂ）に示す整流器型の形状とされているこ
とが好ましいことが見出された。図４（ｂ）に示す整流
器型形状の寸法には特に制限はないが、じゃま板１９
ａ，１９ｂの径ｄと隙間ｈとの比（ｈ／ｄ）が０．９〜
０．００９の間とされていることが好ましい。

【００３１】また、図３に示したカスケード型蓄熱槽１
は、温水排出口１７ａ，１７ｂ，１７ｃから直接温水を
排出する構成とされているが、本発明においては温水を
各熱需要手段へと供給させるため、所定の熱需要手段に
よりエネルギーが消費されて温度が低下した温水を通し
た循環用パイプをカスケード型蓄熱槽１の内部に挿通し
て、カスケード型蓄熱槽１内の温水と熱交換させた後、
再度所定の熱需要手段へと循環パイプを通して供給する
ようにすることもできる。この構成を用いれば、熱需要
手段により消費される温水の量が大きく変動した場合に
もカスケード型蓄熱槽１の内部の温度成層を維持させる
ための熱供給及び温水循環量とは別に熱需要手段への温
水供給をよりいっそう容易に制御することができる。

【００３２】図６は、本発明の温水供給システムの配管
を具体的に示した配管図である。図６に示した本発明の
温水供給システムでは、カスケード型蓄熱槽１は、内部
に高温層２と、中温層３と、低温層４とからなる温度成
層が形成されている。高温層２は、中温層３からライン
２２を介して排出される温水を地表面Ｇ．Ｌに配置され
たヒートポンプ２３により加熱した後、高温層２へとラ
イン２４を通して循環させることにより加熱されてい
る。このヒートポンプ２３は、可逆運転可能とされてい
ても良く、例えば中温層３からの温水供給量が多い場合
には、高温層２からの温水を冷却して中温層３へと導入
すると共に、低温層４からも温水供給を行って、カスケ
ード型蓄熱槽１内部の温度成層を維持させるようにされ
ていても良い。図６では、ライン２２には、流量計２２
−１が設けられ、ライン２４には、バルブ２４−１が設
けられ、後述するライン２５には、流量計２５−１が設
けられ、ライン２７には、バルブ２７−１が設けられ、
ライン４２の上部にはエアー抜きバルブ４２−１が設け
られているのが示されているが、本発明の温水供給シス
テムにおいては、所望によりいかなる位置にバルブ、流
量計、圧力計、ポンプといった手段を配置させることも
可能である。

【００３３】高温層２の８５℃付近の温水は、さらにラ
イン２５により地表面Ｇ．Ｌに設置された冷凍機２６へ
と供給され、冷凍機２６を駆動して温度が８０℃程度ま
で低下した温水をライン２７を介して高温層２の底部へ
と循環させている。この冷凍機２６は、低温の熱を必要
とする例えば空調機冷却用の冷水を製造するために用い
られており、この冷水は、図示しないラインにより冷房
が必要とされる空間へと供給されるようにされている。
上述した冷凍機２６は、さらに図示しない冷却塔により
冷却されるようにされていても良い。

【００３４】中温層３は、その底部付近において中温熱
源８として用いられる周辺設備の排熱を利用して加熱さ
れた低温層４から導出された温水がライン２８を介して
循環され加熱されている。さらに中温層３の上部には、
低温層４の底部から導出された低温の温水がライン２９
から加熱手段１５へと供給され、中温層３における最高
温度付近にまで加熱された後、ライン３０を通して中温
層３へと再度供給されていて、高温層２と中温層３との
間に温度成層を形成させる構成とされている。このライ
ン３０は、必要に応じて中温度熱需要手段１３へと直接
導かれ、中温度熱需要手段１３を機能させる構成とされ
ていても良い。上述した加熱手段１５としては、上述し
たようにヒートポンプ等を用いることもできるが、加熱
手段１５としては、建造物の屋上に配置された利用効率
の低い太陽光線を用いる太陽熱温水器とすることもでき
る。

【００３５】低温層４は、低温熱源９により加熱された
温水がライン３１により導入されて加熱が行われてい
る。また、低温層４の底部は、ライン３２を通して調整
層１０として機能する図示しないヒートポンプといった
加熱手段、蓄熱手段、冷凍機、圧縮機、循環ポンプ等か
ら構成された調整システム３３へと連通されている。こ
の調整システム３３は、低温層４から低温熱需要手段１
４へとライン３４を通じて供給され、熱エネルギーを放
出して低温層４よりも低温とされた排水の熱をライン３
５を通して受け取っている。

【００３６】調整システム３３により加熱された例えば
低温熱需要手段１４からの排水は、調整システム３３内
に含まれる図示しないヒートポンプ等により加熱され、
低温層４に適合する範囲の温水とされた後、低温層４の
底部へとライン３２、又は図示しない別のラインを介し
て供給され、再度低温層４における低温熱需要手段１４
への供給のために用いられるようにされている。

【００３７】図６においては、調整システム３３からの
温水を低温層４へと戻すものとして説明した。しかしな
がら本発明においては、高温熱需要手段１２，中温熱需
要手段１３，低温熱需要手段１４といったそれぞれ温水
需要量が異なり、また季節的にも温水供給量が変動する
温水供給量に対応しつつ、安定な温水供給を行う必要が
ある。このため、本発明の温水供給システムは、調整シ
ステム３３により加熱される水は、必ずしも低温層４の
みに対応させて加熱して循環させるのみではなく、適宜
高温層２，中温層３の温度成層の形成に影響を及ぼさな
い程度の温度にまで調整システム３３内において加熱さ
れた後、所定の層へと戻されるように構成される。上述
の構成とすることにより、カスケード型蓄熱槽内におけ
る各層の実質的な体積が温水供給量により変化しないよ
うにさせつつ、各熱需要手段へと温水を供給することが
可能となり、各層の体積が大きく変動することによる温
度成層間の温度均一化を防止しつつ、安定な温水供給を
行うことが可能となる。この点からは、上述したように
高温層２，中温層３，低温層４から供給する温水をカス
ケード型蓄熱槽１内から直接供給するのではなく、カス
ケード型蓄熱槽１内に熱交換パイプを挿通させて熱交換
させた後各熱需要手段へと再循環させることも可能であ
る。

【００３８】上述したように形成された高温層２、中温
層３、低温層４から各熱需要手段への熱、すなわち温水
の供給についてさらに図６を用いて説明する。高温層２
からは、ライン３６を通して約８０℃の温水が供給され
ている。このライン３６の温水からの熱エネルギーが高
温熱需要手段１２により消費されることになる。ライン
３６からの温水は、高温熱需要手段１２によりその熱エ
ネルギーが抽出されてしまうので温度が低下する。この
温度が低下した温水は、高温熱需要手段１２から排出さ
れて、ライン３７を介して約６０℃の中温層３の中間部
へと導入される。

【００３９】次いで中温層３から中温熱需要手段１３へ
と、ライン３８を介して温水が供給され、その熱エネル
ギーが抽出され、抽出された熱エネルギーが中温熱供給
手段１３において消費される。熱エネルギーが消費され
て低温となった排水は、ライン３９を通して約２０℃〜
約４０℃とされた低温層４の上部へと導入される。

【００４０】低温層４からは、ライン３４を通して低温
熱需要手段１４へと熱エネルギーが供給される。低温熱
需要手段１４から排出された排水は、ライン３５を通し
て調整システム３３へと導入され、図示しない家庭内生
活排熱、ヒートポンプ、蓄熱手段等により適切な温度と
された後、高温層２，中温層３，低温層４といった所望
の層へと供給される。

【００４１】さらに、図６に示されるように高温層２の
温水は、ライン４０を介して建造物４１内へと導入さ
れ、建造物４１内の図示しない高温熱需要手段へと熱エ
ネルギーを供給する。この高温層４から供給される温水
は、高温熱需要手段を機能させて熱エネルギーを放出し
た後、ライン４２を介して高温層２へと循環されてい
る。また、上述した高温層２からの温水は、建造物４１
内へと導入されて、高温熱需要手段へとエネルギーを放
出した後、再度高温層２へと戻されるのではなく、カス
ケード型熱利用ができるように、中温層３へと導入する
構成とすることもできる。

【００４２】また、中温層３及び低温層４からそれぞれ
それぞれ建造物４１内に設置された図示しない中温熱需
要手段及び低温熱需要手段へと供給される温水は、中温
熱需要手段及び低温熱需要手段へと熱エネルギーを放出
した後、カスケード型蓄熱槽１内での温度成層を乱さな
い場合には、再度中温層３及び低温層４へと戻されても
良い。また、中温層３及び低温層４から供給され、中温
熱需要手段及び低温熱需要手段において熱エネルギーを
放出した排水は、その後それぞれの循環ラインにより中
温層４及び調節システム３３へとそれぞれ循環させるよ
うにすることも可能である。

【００４３】上述した循環方法のうち、図６では、低温
層４から建造物４１の内部に設置された低温熱需要手段
へと温水が供給され、低温熱需要手段１４により熱エネ
ルギーが抽出された低温の排水がライン４３を通して調
整システム３３へと循環されて上述したように加熱され
た後、所定の熱需要手段へと供給されるのが示されてい
る。いずれの循環方法を採用する場合でも、上述したカ
スケード型蓄熱槽１から各熱需要手段への温水供給は、
カスケード蓄熱槽１内の各混合域を実質的に拡大させな
いようにして行われる。

【００４４】また、上述した高温熱需要手段１２、中温
熱需要手段１３，低温熱需要手段１４には、必要に応じ
てカスケード型蓄熱槽１から供給される温水と熱交換を
行うための図示しない熱交換器が適宜設けられていても
良い。

【００４５】図７は、本発明の温水供給システムを備え
た建造物４１を示した図である。図７においては説明の
便宜上、カスケード型蓄熱槽１の温度成層を維持させる
ための配管については省略して示している。建造物４１
には、屋上に太陽熱温水器４４が設けられていて、低温
層４から中温層３の上部へと循環される温水を所定の温
度にまで加熱させている。このように加熱された温水
は、ライン３０を介して中温層３の上部へと循環され
て、中温層３に対して熱供給を行う。構造物４１は、さ
らに、屋上緑化されていても良い。

【００４６】建造物４１には、共用部熱需要手段とし
て、ファンコイルユニットＦＣＵ，ランドリーＬ，ボイ
ラーＢ，サウナＳといった高温熱需要手段と、コンポス
トといった生ゴミ処理装置Ｃといった中温熱需要手段
と、プールＰといった低温熱需要手段とが設けられてい
る。また建造物４１には、複数の階床４５が設けられて
いて、各階床４５における居住空間内には、飲食用の給
湯設備ＨＷＳＳ，居室用ファンコイルユニットＬＦＣ
Ｕ，浴室乾燥機ＢＤといった高温熱需要手段と、床暖房
ＦＨといった中温熱需要手段と、浴槽ＢＨといった低温
熱需要手段とが設けられているのが示されている。

【００４７】また、図７では、高温層２から供給された
温水と熱交換を行って、居住空間内へと温水供給を行う
ための熱交換器４６が別途設置されているのが示されて
いる。この熱交換器４６は、建造物４１の階床４５に設
置される必要な熱需要手段に対応して個別に設けること
もできる。この熱交換器４６は、カスケード型蓄熱槽１
から供給される温水と上水とを熱交換させて、各熱需要
手段へとエネルギーを与えるようにするものである。

【００４８】本発明の建造物４１においては、上述した
各階床４５ごとにカスケード型蓄熱槽１の高温部２，中
温部３，低温部４の少なくとも１つの層から上述した各
熱需要に適合した熱需要手段へと温水による熱エネルギ
ーを供給する温水供給ラインが設けられていることが好
ましい。

【００４９】図７中では、中温層３部分に連結された１
本のライン４７を介して、各階床４５の熱需要手段のう
ちの１つ、例えば床暖房ＦＨへと各階床毎にライン４
８，４９を通して各階床４５ごとに温水が供給されてい
るのが示されている。図示した階床４５ａ，４５ｂ以外
の階床の床暖房ＦＨに対しても、同様にして各階毎に温
水が供給されている。さらに、ライン４８，４９には、
各階床毎に異なる水頭圧を調節するための圧力調節手段
が設けられていて、水圧が均一化されるようにされてい
ても良い。上述したような圧力調節手段としては、加圧
手段、絞り手段、増圧ポンプといった手段の他、これま
で知られているいかなる手段でも用いることができる。

【００５０】上述の構成とすることにより、特に浴槽Ｂ
Ｈや、床暖房ＦＨといった比較的温水を消費する中温熱
需要手段や低温熱需要手段について、各階床４５に対し
て１つの配管から温水を供給するよりも各階床毎に相違
する水頭圧の影響を最小限に抑えながら熱需要手段に対
して均等な温水の供給を行うことが可能となる。また、
本発明の建造物４１においては、中温熱需要手段に対し
て各床毎に中温層３から温水を供給するのみではなく、
高温層２及び低温層４からも同様にして各階床４１毎に
温水を供給するようにされていても良い。

【００５１】本発明はこれまで、図面に示した実施例を
持って説明してきたが、温度成層により形成される各層
の総数は、所望によりいくつでも形成することができ
る。また、カスケード型蓄熱槽には当業界において知ら
れているいかなる断熱手段を用いることもできし、温度
成層される各層の温度範囲は、所望により適宜設定する
ことが可能である。また、本発明においては、建造物と
して居住用の建造物を用いて説明したが、必ずしも居住
用建造物である必要はなく、複数の階床を有するいかな
る建造物に対しても本発明が適用できることはいうまで
もないことである。

【００５２】

【発明の効果】本発明の請求項１の発明によれば、種々
の熱需要に応じた熱供給が可能で、温度成層を良好に維
持することができる単一のカスケード式蓄熱槽を有効に
用いる温水供給システムが提供でき、蓄熱槽用の加熱手
段が温度域ごとに必要とされず効率的な温水供給システ
ムが提供できる。

【００５３】本発明の請求項２の発明によれば、カスケ
ード式蓄熱槽を用い、都市居住に必要とされる熱需要を
賄うことが可能な温水供給システムが提供できる。

【００５４】本発明の請求項３の発明によれば、カスケ
ード型蓄熱槽の効率をより向上させた温水供給システム
が提供できる。

【００５５】本発明の請求項４の発明によれば、都市生
活において最も必要とされる温度において温水を供給す
ることができ、単一のカスケード式蓄熱槽を有効に用い
る温水供給システムが提供でき、蓄熱槽用の加熱手段が
温度域ごとに必要とされず効率的な温水供給システムを
用いた省エネルギー対応の建造物が提供できる。

【００５６】本発明の請求項５の発明によれば、各階床
への温水の供給の際の水頭圧の影響を低減して良好な熱
供給を行うことを可能とするカスケード型蓄熱槽の効率
をより向上させた建造物が提供できる。

【００５７】本発明の請求項６の発明によれば、カスケ
ード式蓄熱槽を用い、都市居住に必要とされる熱需要を
賄うことが可能な温水供給システムを備えた建造物が提
供できる。

【００５８】本発明の請求項７の発明によれば、太陽エ
ネルギーといったエネルギーを有効に活用して効率の向
上したカスケード式蓄熱槽を用い、種々の熱需要に対応
可能な省エネルギー化が可能な建造物が提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に用いるカスケード型蓄熱槽の概念図。

【図２】本発明のカスケード型蓄熱槽内部に形成される
温度成層を示した概略図。

【図３】本発明に用いるカスケード型蓄熱槽の断面図。

【図４】本発明に用いるカスケード型蓄熱槽の温水供給
口の形状を示した図。

【図５】本発明に用いるカスケード型蓄熱槽の温水供給
口の形状を示した図。

【図６】本発明の温水供給システムの配管図。

【図７】本発明の温水供給システムを備える建造物の概
略図。

【符号の説明】 １…カスケード型蓄熱槽 ２…高温層 ３…中温層 ４…低温層 ５…混合域 ６…混合域 ７…高温熱源 ８…中温熱源 ９…低温熱源 １０…調整層 １１…混合域 １２…高温熱需要手段 １３…中温熱需要手段 １４…低温熱需要手段 １５…加熱手段 １６ａ，１６ｂ，１６ｃ…温水供給口 １７ａ，１７ｂ，１７ｃ…温水排出口 １８…パイプ １９…じゃま板 ２０…プレート部材 ２１…プレート部材 ２２…ライン ２２−１…流量計 ２３ヒートポンプ ２４…ライン ２４−１…バルブ ２５…ライン ２５−１…流量計 ２６…冷凍機 ２７…ライン ２７−１…バルブ ２９…ライン ３０…ライン ３１…ライン ３２…ライン ３３…調整システム ３４…ライン ３５…ライン ３６…ライン ３７…ライン ３８…ライン ３９…ライン ４０…ライン ４１…建造物 ４２…ライン ４２−１…エアー抜きバルブ ４４…太陽熱温水器 ４５…階床 ４６…熱交換器 ４７…ライン ４８…ライン ４９…ライン ＦＣＵ…ファンコイルユニット Ｌ…ランドリー Ｂ…ボイラー Ｓ…サウナ Ｃ…生ゴミ処理装置 Ｐ…プール ＨＷＳＳ…給湯設備 ＬＦＣＵ…居室用ファンコイルユニット ＢＤ…浴室乾燥機 ＦＨ…床暖房 ＢＨ…浴槽

フロントページの続き (72)発明者 城田 修司 東京都港区虎ノ門一丁目20番10号 Ｆターム(参考） 2D060 AA07 3L070 BC22 3L071 CE05 CE07 CF02 CF12 3L073 AA08 AA12 AB09

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高温層と、中温層と、低温層とを内部に
   形成する単一の蓄熱層と、 前記各層の温水を利用する複数の熱需要手段とを備え、 前記高温層は、前記中温層から供給される温水を加熱し
   て循環させることにより熱供給されると共に、前記中温
   層の上部に該中温層の温度範囲にある温水を供給するこ
   とにより形成され、 前記中温層は、前記低温層から供給される温水を加熱し
   て循環させることにより熱供給されると共に、前記低温
   層の上部に該低温層の温度範囲にある温水を供給するこ
   とにより形成され、 前記低温層は、該低温層よりも低温の水を加熱して循環
   させることにより熱供給されており、 前記高温層から高温熱需要手段を機能させるための温水
   を供給し、該高温熱需要手段を機能させて温度の低下し
   た排水を前記中温層へと循環させ、前記中温層から中温
   熱需要手段を機能させるための温水を供給し、該中温熱
   需要手段を機能させて温度の低下した排水を前記低温層
   へと循環させ、前記低温層から低温熱需要手段を機能さ
   せるための温水を供給し、前記低温熱需要手段を機能さ
   せて温度の低下した排水は、調整層に循環されており、
   前記各熱需要手段へと温水を供給することを特徴とする
   温水供給システム。
2. 【請求項２】 前記高温層は、８０℃以上の温度範囲と
   され、前記中間層は、４０℃〜６０℃とされ、前記低温
   層は、略４０℃とされていることを特徴とする請求項１
   に記載の温水供給システム。
3. 【請求項３】 前記中温層には、前記低温層の温水が加
   熱手段を通して循環されることを特徴とする請求項１又
   は２に記載の温水供給システム。
4. 【請求項４】 高温層と、中温層と、低温層とからなる
   温度成層が形成され、前記高温層は、前記中温層から供
   給される温水を加熱して循環させることにより熱供給さ
   れると共に、前記中温層の上部に該中温層の温度範囲に
   ある温水を供給することにより形成され、 前記中温層は、前記低温層から供給される温水を加熱し
   て循環させることにより熱供給されると共に、前記低温
   層の上部に該低温層の温度範囲にある温水を供給するこ
   とにより形成され、 前記低温層は、該低温層よりも低温の水を加熱して循環
   させることにより熱供給されて形成された単一の蓄熱槽
   を備え、 前記高温層から高温熱需要手段を機能させるための温水
   を供給し、該高温熱需要手段から排出される温度の低下
   した温水を前記中温層へと循環させると共に、前記中間
   層から中温熱需要手段を機能させるための温水を供給
   し、該中温熱需要手段から排出される温度の低下した温
   水を前記低温層へと循環させ、前記低温層から低温熱需
   要手段を機能させるための温水を供給し、該低温熱需要
   手段からの排水は、調整層に循環されており、前記各熱
   需要手段へと温水を供給することを特徴とする温水供給
   システムを備える建造物。
5. 【請求項５】 前記高温熱需要手段と、前記中温熱需要
   手段と、前記低温熱需要手段とが設置され、前記高温
   層，前記中温層，前記低温層のうち少なくとも１つの層
   から対応する温度の温水を用いる熱需要手段へと温水が
   各階毎に供給されることを特徴とする請求項４に記載の
   建造物。
6. 【請求項６】 前記高温層は、８０℃以上の温度範囲と
   され、前記中温層は、４０℃〜６０℃とされ、前記低温
   層は、略４０℃とされていることを特徴とする請求項４
   に記載の建造物。
7. 【請求項７】 前記低温層の温水を太陽熱温水器を通し
   て前記中温層へと循環させることを特徴とする請求項
   ４，５又は６に記載の建造物。