JP2008546980A - Improved energy storage system - Google Patents
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Abstract
エネルギの使用効率を改善するシステムと方法を開示する。特に、開示されたシステムは、熱エネルギの形態の選択的貯蔵と選択的抽出により再生エネルギの使用効率を改善することができる。熱エネルギは、太陽から熱エネルギを集めることにより、または風車から電気エネルギを変換することにより生成される。その後、このエネルギは、地下のグランド・ループの装置あるいは流体で満たされたタンク内の流体に貯蔵され、この流体はボアホールのグランド・ループに接続される。その後、熱エネルギは、ヒートポンプを駆動するのに使用され、温水を生成する。Disclosed are systems and methods that improve energy use efficiency. In particular, the disclosed system can improve the efficiency of use of renewable energy through selective storage and selective extraction of thermal energy forms. Thermal energy is generated by collecting thermal energy from the sun or by converting electrical energy from a windmill. This energy is then stored in an underground ground loop device or fluid in a tank filled with fluid, which fluid is connected to the borehole ground loop. The thermal energy is then used to drive the heat pump, producing hot water.
Description
本発明は、エネルギ効率の技術分野に関し、特にエネルギの使用効率を改善するシステムと方法に関する。 The present invention relates to the technical field of energy efficiency, and more particularly to a system and method for improving the efficiency of energy use.
2003年2月に、イギリス政府はエネルギ白書を発表し、その中でエネルギ効率の向上の必要性を訴えている。要約すると、炭素放出量を大幅に削減する目標は、削減量の少なくとも50%はエネルギ効率の改善によってのみ可能である、と述べている。これはイギリス政府のエネルギ政策の中核である。電力供給ネットワークの需要を抑えることは、炭素放出の削減に直接つながる。 In February 2003, the British government published an energy white paper, which appealed for the need to improve energy efficiency. In summary, the goal of significantly reducing carbon emissions states that at least 50% of the reduction is possible only by improving energy efficiency. This is the core of the UK government's energy policy. Suppressing demand for the electricity supply network directly leads to a reduction in carbon emissions.
別の問題は、燃料枯渇の課題である。イギリスの何百万もの家庭は、家を十分に暖房することができなくなる。ある暖房システムは非効率的で運転費が高く、エネルギ効率の良い安価な別の手段が非常に望まれている。 Another problem is the problem of fuel depletion. Millions of homes in the UK will not be able to adequately heat their homes. Some heating systems are inefficient and expensive to operate, and there is a great need for alternative energy efficient and inexpensive means.
太陽光からのエネルギは、最も幅広く利用可能なエネルギ源であり、最も有望視されている。ソーラパネルは、主に発電用であるが、湯沸かし(水加熱)用のソーラパネルも知られている。水加熱用のソーラパネルは、温水源として用いられる。 Energy from sunlight is the most widely available energy source and is the most promising. Solar panels are mainly used for power generation, but solar panels for water heating (water heating) are also known. A solar panel for water heating is used as a hot water source.
この水加熱用のソーラパネルの不都合な点は、家庭の温水源を提供するのに常に十分な熱を提供できない点である。夜および曇った日には十分な熱エネルギが供給できず、一般的な家庭用の湯沸かし器に頼らざるを得ない。それ故に、適当な条件の下において家庭用のエネルギ効率の向上が必要である。 The disadvantage of this water heating solar panel is that it cannot always provide enough heat to provide a hot water source for the home. At night and on cloudy days, sufficient heat energy cannot be supplied, and a general household water heater must be relied upon. Therefore, there is a need to improve household energy efficiency under appropriate conditions.
エネルギのより効率的な利用の必要性は、最近の見解では、ヒートポンプを使用することにある。ヒートポンプは、ある場所から別の場所へ熱の移送を行う熱交換器で、高温と低温とを効率よく交換する。冷蔵庫はヒートポンプの1つであり、熱を食物貯蔵領域(内部)から取り出し、冷蔵庫の後ろにある放出器を介して外部に放出する。 The need for a more efficient use of energy lies in the use of heat pumps in the recent view. A heat pump is a heat exchanger that transfers heat from one place to another, and efficiently exchanges high and low temperatures. A refrigerator is one of heat pumps, and heat is taken out from a food storage area (inside) and released to the outside through a discharger located behind the refrigerator.
ヒートのポンプの別の利用形態は、様々な継続可能なエネルギの利点を利用することである。例えば大気、地下、さらにはまた太陽光により加熱された水または大地からの熱を利用することである。熱エネルギをある場所から別の場所に移送するためには、少しばかりの電力が必要であるが、熱により移送されるエネルギは、電気で生成されるエネルギの数倍もある。この熱移送は、家庭用および業務用の従来の湯沸かし(水加熱)システムを改善させる方法を提供する。1997年のCO2放出量の30%がビルを暖房するのに用いられたと仮定すると、CO2放出量は、より効率的な方法を採用することにより、大幅に減らすことができる。 Another use of heat pumps is to take advantage of various sustainable energy benefits. For example, utilizing the heat from the atmosphere, underground, or even water heated by sunlight or the earth. In order to transfer thermal energy from one place to another, a little power is needed, but the energy transferred by heat is several times the energy generated by electricity. This heat transfer provides a way to improve conventional home and commercial water heater systems. Assuming that 30% of the 1997 CO2 emissions were used to heat the building, the CO2 emissions could be significantly reduced by adopting more efficient methods.
エネルギが引き出される熱源が最適の動作温度に常にあるとは限らないとする上記の条件では、ヒートポンプは最適の効率で動作するとは限らない。さらに、天候状態と季節もヒートポンプの効率にある程度関係する。 Under the above conditions, where the heat source from which energy is drawn is not always at the optimal operating temperature, the heat pump does not always operate at optimal efficiency. In addition, weather conditions and seasons are also related to some degree to the efficiency of the heat pump.
本発明の目的は、より効率的にエネルギを利用するシステムを提供することである。 An object of the present invention is to provide a system that utilizes energy more efficiently.
本発明の第1の態様によると、エネルギ貯蔵システムを提供し、このシステムは、
(A) エネルギ源からエネルギを抽出するエネルギ抽出手段と、
(B) 前記抽出されたエネルギを取り出し可能に貯蔵するエネルギ貯蔵手段と、
(C) 前記エネルギ貯蔵手段からエネルギを制御しながら放出するエネルギ出力手段と、
(D) 前記エネルギ抽出手段とエネルギ貯蔵手段とエネルギ出力手段との間で、エネルギを移送するエネルギ移送手段と、
(E) 前記エネルギ抽出手段とエネルギ貯蔵手段とエネルギ出力手段との間で、エネルギの移送を制御するエネルギ移送制御手段と
を有する。
According to a first aspect of the present invention, an energy storage system is provided, the system comprising:
(A) energy extraction means for extracting energy from an energy source;
(B) energy storage means for removably storing the extracted energy;
(C) energy output means for discharging energy from the energy storage means while controlling the energy;
(D) energy transfer means for transferring energy between the energy extraction means, energy storage means and energy output means;
(E) Energy transfer control means for controlling energy transfer among the energy extraction means, energy storage means, and energy output means.
好ましくは、前記エネルギ移送制御手段は、前記エネルギ出力手段内に流れるエネルギを最適化するよう動作する。 Preferably, the energy transfer control means operates to optimize the energy flowing in the energy output means.
好ましくは、前記エネルギ貯蔵システムは、(F) 前記エネルギ貯蔵手段とエネルギ出力手段との間に配置されたヒートポンプをさらに有する。 Preferably, the energy storage system further comprises (F) a heat pump disposed between the energy storage means and the energy output means.
好ましくは、前記エネルギ移送手段は、前記システムの複数の構成要素を接続する導管を有する。 Preferably, the energy transfer means comprises a conduit connecting a plurality of components of the system.
好ましくは、前記導管は、中空で且つ流体を含み、前記流体は、熱エネルギを蓄え、前記導管内を流れることにより移送する。 Preferably, the conduit is hollow and contains a fluid, which stores heat energy and transfers it by flowing through the conduit.
選択的事項として、前記流体は、グリコールである。 As an option, the fluid is a glycol.
別の形態として、前記流体は、水である In another form, the fluid is water.
好ましくは、前記エネルギ抽出手段は、ソーラ加熱パネルを有し、前記ソーラ加熱パネルは、太陽からのエネルギを受領し、この熱エネルギをソーラ加熱パネル内の流体に与える。 Preferably, the energy extraction means includes a solar heating panel, and the solar heating panel receives energy from the sun and provides this thermal energy to the fluid in the solar heating panel.
好ましくは、前期エネルギ抽出手段は、さらに温度センサを有する。 Preferably, the energy extraction means further includes a temperature sensor.
別の形態として、前記エネルギ抽出手段は、流体が充填されたホースを有し、前記ホースは、周囲から熱エネルギを取り出す。 As another form, the energy extraction means has a hose filled with fluid, and the hose extracts thermal energy from the surroundings.
別の形態として、前記エネルギ抽出手段は、流体を含有するタンク内に配置されたホースを有し、前記ホースは、流体から熱エネルギを抽出する。 As another form, the energy extraction means has a hose disposed in a tank containing a fluid, and the hose extracts thermal energy from the fluid.
好ましくは、前記エネルギ抽出手段は、タンク内またはタンクに配置され、熱エネルギを流体に提供する加熱要素を有する。 Preferably, the energy extraction means comprises a heating element disposed in or in the tank and providing thermal energy to the fluid.
好ましくは、前記エネルギ抽出手段は、電気エネルギを加熱要素に提供する発電用風車を有する。
好ましくは、前記エネルギ貯蔵手段は、グランド・ループを有する。
Preferably, the energy extraction means comprises a power generating windmill that provides electrical energy to the heating element.
Preferably, the energy storage means has a ground loop.
好ましくは、前記グランド・ループは、ボア・ホール内に挿入される。 Preferably, the ground loop is inserted into the bore hole.
別の形態として、前記エネルギ貯蔵手段は、流体を入れたタンクを有する。 In another form, the energy storage means has a tank containing a fluid.
好ましくは、前記エネルギ移送制御手段は、バルブを有し、前記バルブは、システム内に配置されてシステム内の流体の流れを制御する。 Preferably, the energy transfer control means has a valve, and the valve is arranged in the system to control the flow of fluid in the system.
好ましくは、前記エネルギ移送制御手段は、制御手段を有し、前記制御手段は、温度センサからの温度信号に応じて前記バルブを制御する。 Preferably, the energy transfer control means includes control means, and the control means controls the valve in accordance with a temperature signal from a temperature sensor.
好ましくは、前記エネルギ出力手段は、温水タンクを有し、前記温水タンクは、流体を受領し収納する。 Preferably, the energy output means has a hot water tank, and the hot water tank receives and stores a fluid.
好ましくは、前記温水タンクは、出力手段を有し、前記出力手段は、流体をシステム内または外部システムに選択的に流す。 Preferably, the hot water tank has output means, and the output means selectively allows fluid to flow into the system or to an external system.
選択的事項として、前記外部システムは、温水システムを有する。 As an option, the external system comprises a hot water system.
別の形態として、前記外部システムは、加熱システムを有する。 In another form, the external system has a heating system.
本発明の第2の態様によると、第1の態様のエネルギ貯蔵システム内のエネルギ出力手段として使用される温水タンクを提供し、この温水タンクは、
(A) 第1貯蔵庫と、
(B) 第2貯蔵庫と、
(C) 前記エネルギ抽出手段とエネルギ貯蔵手段の少なくとも一方からの流体を前記いずれかの貯蔵庫に流す手段と
を有する。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a hot water tank used as energy output means in the energy storage system of the first aspect, the hot water tank comprising:
(A) the first storage;
(B) a second storage;
(C) means for flowing fluid from at least one of the energy extraction means and the energy storage means to one of the storages.
好ましくは、前記温水タンクは、流通用穴が空いている。 Preferably, the hot water tank has a circulation hole.
別の構成として、前記温水タンクは、流通用穴が空いていない。 As another configuration, the hot water tank does not have a circulation hole.
好ましくは、前記第1貯蔵庫と第2貯蔵庫は、異なる量の流体を貯蔵する。 Preferably, the first storage and the second storage store different amounts of fluid.
好ましくは、前記第1貯蔵庫と第2貯蔵庫は、異なる温度の流体を貯蔵する。 Preferably, the first storage and the second storage store fluids having different temperatures.
好ましくは、前記第1貯蔵庫と第2貯蔵庫は、異なる流速で流体を受け入れる。 Preferably, the first store and the second store receive fluid at different flow rates.
本発明の第3の態様によると、第1の態様のエネルギ貯蔵システムを採用してエネルギを貯蔵し分配するシステムを提供し、このシステムは、
(a) 前記エネルギ抽出手段内の温度を測定するステップと、
(b) 前記エネルギ抽出手段から、前記エネルギ貯蔵手段またはエネルギ出力手段のいずれかにエネルギを移動させるステップか、前記エネルギ抽出手段内に貯蔵されたエネルギをエネルギ抽出手段内の温度に応じて保持するステップと
を有する。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a system employing the energy storage system of the first aspect to store and distribute energy, the system comprising:
(A) measuring the temperature in the energy extraction means;
(B) The step of transferring energy from the energy extraction means to either the energy storage means or the energy output means, or the energy stored in the energy extraction means is held according to the temperature in the energy extraction means. Steps.
好ましくは、前記エネルギは、システム内を熱エネルギの形態で移動する。 Preferably, the energy travels in the form of thermal energy within the system.
好ましくは、前記熱エネルギは、システムの構成要素を接続する導管内を流れる流体の形態で貯蔵される。 Preferably, the thermal energy is stored in the form of a fluid flowing in conduits connecting system components.
好ましくは、前記システムは、(c) 前記システム内の流体の移動の変更を、前記エネルギ抽出手段内の流体の温度がしきい値に達したことに応じて、行うステップをさらに有する。 Preferably, the system further comprises (c) changing the movement of the fluid in the system in response to the temperature of the fluid in the energy extraction means reaching a threshold value.
好ましくは、前記システムは、(d) 前記システム内の流体の移動の変更を、前記エネルギ抽出手段の温度がしきい値に達したことに応じて、行うステップをさらに有する。 Preferably, the system further comprises (d) changing the movement of the fluid in the system in response to the temperature of the energy extraction means reaching a threshold value.
好ましくは、前記流体の流れを変更するステップ(c)、(d)は、流体の温度またはエネルギ抽出手段の温度が所定の時間しきい値を超えていることに依存して、行われる。 Preferably, the steps (c) and (d) of changing the fluid flow are performed depending on whether the temperature of the fluid or the temperature of the energy extraction means exceeds a predetermined time threshold.
好ましくは、前記システムは、(e) 前記エネルギ抽出手段内の温度が第1のしきい値温度を超えたことに応じて、前記エネルギ抽出手段からエネルギ貯蔵手段へエネルギを移動させるステップをさらに有する。 Preferably, the system further comprises (e) transferring energy from the energy extraction means to the energy storage means in response to a temperature in the energy extraction means exceeding a first threshold temperature. .
好ましくは、前記システムは、(f) 前記エネルギ抽出手段内の温度が第2のしきい値温度を超えたことに応じて、前記エネルギ抽出手段からエネルギ出力手段へエネルギを移動させるステップをさらに有し、前記第2しきい値温度は、前記第1しきい値温度より高い。 Preferably, the system further comprises the step of (f) transferring energy from the energy extraction means to the energy output means in response to the temperature in the energy extraction means exceeding a second threshold temperature. The second threshold temperature is higher than the first threshold temperature.
好ましくは、前記システムは、(g) 前記エネルギ抽出手段内の温度が第2のしきい値温度を超えたことに応じて、前記エネルギ抽出手段からエネルギ出力手段へエネルギを移動させるステップをさらに有し、前記第2しきい値温度は、前記第1しきい値温度より低い。 Preferably, the system further comprises: (g) transferring energy from the energy extraction means to the energy output means in response to a temperature in the energy extraction means exceeding a second threshold temperature. The second threshold temperature is lower than the first threshold temperature.
好ましくは、前記システムは、(h) 前記ソーラ加熱パネルの温度が、第1しきい値温度を超えないことに応答して、前記エネルギ抽出手段内にエネルギを保持するステップをさらに有する。 Preferably, the system further comprises (h) holding energy in the energy extraction means in response to the temperature of the solar heating panel not exceeding a first threshold temperature.
好ましくは、前記(h)ステップは、前記エネルギ貯蔵手段からヒートポンプへエネルギを流すステップをさらに有する。 Preferably, the step (h) further includes a step of flowing energy from the energy storage means to a heat pump.
本発明の第4の態様によると、コンピュータ・プログラムを提供し、このコンピュータ・プログラムは、コンピュータに搭載された時に、エネルギ移送制御手段を構成するプログラム・インストラクションを有する。 According to a fourth aspect of the present invention, a computer program is provided, and the computer program has program instructions that constitute energy transfer control means when installed in a computer.
本発明の第5の態様によると、コンピュータ・プログラムを提供し、このコンピュータ・プログラムは、コンピュータに搭載された時に、前記コンピュータが前記第3の態様のいずれかの方法を実行するプログラム・インストラクションを有する。 According to a fifth aspect of the present invention, a computer program is provided, and the computer program executes a program instruction for executing the method according to any of the third aspects when the computer program is installed in the computer. Have.
好ましくは、前記コンピュータ・プログラムは、コンピュータ・メモリに記憶され、電気キャリア信号で実行される記録媒体または読み出し専用メモリ上で実現される。 Preferably, the computer program is realized on a recording medium or read-only memory stored in a computer memory and executed by an electric carrier signal.
図1に本発明のエネルギ貯蔵システム1を示す。 FIG. 1 shows an energy storage system 1 of the present invention.
エネルギ貯蔵システム1はコントロール・モジュール2を有する。このコントロール・モジュール2は、エネルギ貯蔵システム1の構成要素間での熱エネルギの貯蔵と移送を制御する。 The energy storage system 1 has a control module 2. This control module 2 controls the storage and transfer of thermal energy between the components of the energy storage system 1.
エネルギ貯蔵システム1は、さらに水加熱用ソーラパネル3を有する。このソーラパネル3は、加熱すべき水を含む管4を有する。管4は、蛇行形態でソーラパネル3の中に配置されて、管4の長さと表面積を増やし、水を加熱する。太陽エネルギがソーラパネル3に入る。ソーラパネル3は、管4と熱的に接触した黒色プレート5を有する。黒色プレート5は、太陽エネルギが照射され加熱され、この熱が管4内の水に移送される。 The energy storage system 1 further has a solar panel 3 for water heating. This solar panel 3 has a tube 4 containing water to be heated. The tube 4 is arranged in the solar panel 3 in a serpentine form, increasing the length and surface area of the tube 4 and heating the water. Solar energy enters the solar panel 3. The solar panel 3 has a black plate 5 in thermal contact with the tube 4. The black plate 5 is irradiated with solar energy and heated, and this heat is transferred to the water in the tube 4.
このように構成することにより、ソーラパネル3内の水の加熱は、太陽光から集められた熱エネルギによって行われる。太陽光はソーラパネル3を加熱し、その結果熱エネルギが黒色プレート5から水に伝わる。この加熱された水はポンプで排出され、熱エネルギは、ソーラパネル3を再加熱する太陽から受けた熱エネルギで置換される。水が循環しているので、熱エネルギはソーラパネル3から別の部分に移送される。 By comprising in this way, the heating of the water in the solar panel 3 is performed with the thermal energy collected from sunlight. The sunlight heats the solar panel 3, and as a result, heat energy is transferred from the black plate 5 to water. This heated water is discharged by a pump, and the heat energy is replaced by the heat energy received from the sun that reheats the solar panel 3. As the water circulates, heat energy is transferred from the solar panel 3 to another part.
エネルギ貯蔵システム1はグランド・ループ(地中配管)6を具備する。このグランド・ループ6は、適宜の長さのホース・パッケージ8が挿入されたボア・ホール(掘り抜き井戸)7である。ホース・パッケージ8は、ボア・ホール7の底部にまで延び、そこからホース・パッケージ8は地表に戻る。必要によっては、より長いホースのホース・パッケージ8は、コイル状のホース、蛇行したホース、螺旋状のホースを浅いボア・ホール7内に配置することにより達成できる。ボア・ホール7は地表から60m〜100mの深さまで伸びる。これは、熱エネルギ貯蔵装置として機能する。即ち、上記したように内部の水が加熱され、地下にあるグランド・ループ6内にポンプで押し込まれる。グランド・ループ6は、ホース・パッケージ8の両端に形成されるグランド・ループ入力ポート9とグランド・ループ出力ポート10とを有する。 The energy storage system 1 includes a ground loop 6. This ground loop 6 is a bore hole 7 in which a hose package 8 having an appropriate length is inserted. The hose package 8 extends to the bottom of the bore hole 7 from which the hose package 8 returns to the ground. If desired, a longer hose hose package 8 can be achieved by placing a coiled hose, a serpentine hose, a helical hose in the shallow bore hole 7. The bore hole 7 extends from the ground surface to a depth of 60 to 100 m. This functions as a thermal energy storage device. That is, as described above, the internal water is heated and pumped into the ground loop 6 in the basement. The ground loop 6 has a ground loop input port 9 and a ground loop output port 10 formed at both ends of the hose package 8.
エネルギ貯蔵システム1は、ヒートポンプ11を有する。このヒートポンプ11は、ヒートポンプ入力ポート12とヒートポンプ出力ポート13とを有する。ヒートポンプ入力ポート12とヒートポンプ出力ポート13は、ソーラパネル3からの温水またはボア・ホール7からの温水を受け取り、ヒートポンプ入力ホース15とヒートポンプ出力ホース16により、ソーラパネル3とボア・ホール7との間のホース・システム14に接続される。ホース・システム14は、ボア・ホール7内のグランド・ループ6とソーラパネル3とを接続する。このホース・システム14に、ヒートポンプ11のヒートポンプ入力ホース15とヒートポンプ出力ホース16が接続される。この熱エネルギを貯蔵した水(温水)は、エネルギ貯蔵システム1の各構成要素の間を循環する。
The energy storage system 1 has a
ヒートポンプ11で熱交換機構を提供する。これにより、エネルギ貯蔵システム1が配置された家は、エネルギ貯蔵システム1の水により集められた熱エネルギからの恩恵を受ける。エネルギ貯蔵システム1内の水は、ソーラパネル3の太陽熱エネルギにより温められるか、またはボア・ホール7の流体に移送された熱エネルギまたはボア・ホール7により保持された熱エネルギにより暖められる。
A heat exchange mechanism is provided by the
この熱交換システムは公知である。暖かい媒体を用いて、ヒートポンプ11内の冷媒を加熱する、そしてこの冷媒が蒸発する。ヒートポンプ11が冷媒を圧縮すると、冷媒の温度が上昇する。この温度上昇を用いて水を加熱し、この加熱された水が温水タンク17に移送されるかまたはボア・ホール7に戻される。水を加熱する際、冷媒が凝縮し、ポンプで戻されて、入ってきた水により再加熱されて、かくして熱サイクルが完成する。一例として、ヒートポンプ11は、ヒートポンプに電力を与える各単一のユニットに対し、3個の熱ユニットを生成してもよい。
This heat exchange system is known. A warm medium is used to heat the refrigerant in the
第1ソレノイド・バルブ18と第2ソレノイド・バルブ19で、エネルギ貯蔵システム1内の水の流れを制御し、水がボア・ホール7内に入るか温水タンク17内に入るかを制御する。エネルギ貯蔵システム1が具備するソーラ・コントローラ20は、ソレノイド・バルブ18、19の動作を制御するが、これは温度センサ21により測定されたソーラパネル3の温度に応じて行われる。複数の所定の条件即ち複数のしきい値温度が設定され、この所定の条件から、ソーラ・コントローラ20が、最適の水の流れを決定し、エネルギ効率を最適にする。
A first solenoid valve 18 and a
温水タンク17は、従来の家庭内にある温水タンクに類似する。水は加熱され温水タンク17内に貯蔵されて使用に供される。温水タンク17は、ヒートポンプ11からおよびソーラパネル3からの温水を受領するが、これはソレノイド・バルブ18、19の位置に依存し、そしてそれぞれ第1と第2の貯蔵庫に貯蔵される。
The
保安上の規則と法律に従って、複数の安全装置(図示せず)が組み込まれている。圧力解放バルブ(圧力が1.5バールを超えると起動する)が、ホースシステム内の過剰圧力の発生を防止する。さらに、温度解放バルブ(100℃を超えた温度で解放される)が、システムの加熱を防止し、家庭のポンピングシステムを通して供給される過剰温度の水を阻止する。 A plurality of safety devices (not shown) are incorporated in accordance with security rules and laws. A pressure relief valve (activates when the pressure exceeds 1.5 bar) prevents the generation of excessive pressure in the hose system. In addition, a temperature release valve (released at temperatures above 100 ° C.) prevents the system from heating and prevents excess temperature water supplied through the home pumping system.
本発明の装置の動作モードを図2を参照して以下説明する。 The operation mode of the apparatus of the present invention will be described below with reference to FIG.
以下で説明する値は、本発明の単なる一実施例で限定的に解釈すべきではない。 The values described below are not to be construed as limiting in a mere example of the invention.
水加熱ソーラパネルの温度を温度センサで常時監視する(ステップ22)。ソーラパネル内の水温は、ソーラパネルの温度から直接決定することもできる。 The temperature of the water heating solar panel is constantly monitored with a temperature sensor (step 22). The water temperature in the solar panel can also be determined directly from the temperature of the solar panel.
ステップ23で、ソーラパネル3の温度が16℃以下の時、例えば、ソーラパネルが8℃以下の水を生成する時は、グランド・ループ6内に蓄えられた水の温度を上げることはないので、システムは何もしない(ステップ24)。
In
ステップ23で、水の温度が16℃を超えるが、第2しきい値(例、48℃以下の場合(ステップ25)、ソーラパネル3は最大30℃の温水を生成する(ステップ26)。この温水は、グランド・ループ6内に直接ポンプされる(ステップ27)。
In
水温は、何らかの動作が採られる前に、例えば30秒間しきい値以上に保持しなければならない。 The water temperature must be kept above a threshold, for example, for 30 seconds before any action is taken.
ステップ25で、水温が48℃を超えると、42℃以上の温水が生成される(ステップ28)。この温水は直接温水タンクにポンプされる(ステップ29)。 If the water temperature exceeds 48 ° C in step 25, warm water of 42 ° C or higher is generated (step 28). This hot water is directly pumped to the hot water tank (step 29).
その間、温水タンクに対する家庭内の需要が、ソーラパネル3が直接供給できる温度以上の温水を要求する場合(ステップ30)、グランド・ループ6からの水はヒートポンプに押し出される(ステップ31)。ヒートポンプは、より高い温度の温水を生成し、需要が続く限り、温水タンクにポンプする(ステップ32)。 Meanwhile, if the domestic demand for the hot water tank requires hot water that is higher than the temperature that the solar panel 3 can directly supply (step 30), the water from the ground loop 6 is pushed out to the heat pump (step 31). The heat pump generates hot water at a higher temperature and pumps it to the hot water tank as long as demand continues (step 32).
いかなる手段(好ましくは継続可能な熱源に応じて)を用いても周囲からエネルギを抽出できる。またいかなる手段を用いても熱エネルギを貯蔵することもできる。 Any means (preferably depending on the sustainable heat source) can be used to extract energy from the surroundings. The thermal energy can be stored by any means.
図3は本発明の他の実施例を示す。図1の水加熱用ソーラパネル3の代わりにロータリ・タービン(発電用風車)34を採用する。このロータリ・タービン34を用いて、タンク36内の流体35を3個の1kWの投げ込み型の加熱要素37、38、39の手段で加熱する。タンク内の流体35の温度は、サーモスタット40で測定される。
FIG. 3 shows another embodiment of the present invention. A rotary turbine (a wind turbine for power generation) 34 is employed instead of the water heating solar panel 3 of FIG. The
タンク36の大きさは、加熱要素の所望の出力に適合するのが理想的である。一例としてタンク36は、加熱要素37、38、39のキロワット出力当たり2,000リットル(2kL/kW)である。
The size of the tank 36 is ideally adapted to the desired output of the heating element. As an example, the tank 36 is 2,000 liters (2 kL / kW) per kilowatt output of the
タンク36内の流体35は、段階的に加熱される。例えば、ロータリ・タービン34が弱風で駆動されている時には第1加熱要素37にのみ電力が与えられる。風速が増加すると、残りの加熱要素38、39がロータリ・タービン34により供給される電気エネルギに応じて駆動される。層状温度分布阻止ポンプ41がタンク36に取り付けられて、タンク36内のエネルギ(水温)を再分散して、温水の温度分布が層状になるのを阻止する。これによりタンク36内のエネルギの利用を最大にする。
The fluid 35 in the tank 36 is heated in stages. For example, power is applied only to the
タンクホース42がタンク36内に蛇行して配置され、それを用いてタンク36から熱エネルギを抽出する。タンクホース42内の流体(例、グリコール)が循環ポンプ43で巡回され、タンク36からの熱エネルギ(流体35の手段により生成され貯蔵されている)をエネルギ貯蔵システム33の他の部分に移送する。
A tank hose 42 is disposed in a meandering manner in the tank 36 and is used to extract thermal energy from the tank 36. Fluid (e.g., glycol) in tank hose 42 is circulated by circulation pump 43 to transfer thermal energy from tank 36 (generated and stored by means of fluid 35) to other parts of
グリコールは、低い凝固点(冬場での凍結防止)と高い沸点(高温で良好に動作するため)を有し、熱伝導性(周囲との良好な熱交換が可能)が良く、良好な比熱(大きな熱エネルギの貯蔵が可能)を有する。同様な特性を有する他の流体も使用可能である。 Glycol has a low freezing point (prevention of freezing in winter) and a high boiling point (because it works well at high temperature), good thermal conductivity (good heat exchange with the surroundings), good specific heat (large Heat energy can be stored). Other fluids with similar characteristics can also be used.
エネルギ貯蔵システム33は、グランド・ループ44、45を有する。このグランド・ループ44、45は、ボア・ホール46、47からなる。このボア・ホール46、47には、適宜の長さのホース・パッケージ48、49が挿入される。グランド・ループ44、45は、熱エネルギ貯蔵装置として機能し、グリコールが充填される。エネルギ貯蔵システム33はヒートポンプ50を具備する。ヒートポンプ50は、タンクホース42またはボア・ホール46、47から加熱されたグリコールを受け入れる。上記したように、ヒートポンプ50により提供された熱エネルギにより、ヒートポンプ50は、外部システム(例えば床下暖房)用に温水を提供する。
The
ホースが、ヒートポンプ50とボア・ホール46、47とタンク36とを結合し、システムの構成部品の間での熱エネルギの移動をグリコール手段により行う。3個の電動バルブ51、52、53(とバイパス・バルブ54)が、熱エネルギの流れを決定し、コントロール・モジュール55で制御される。コントロール・モジュール55は、温度情報をサーモスタット40を介して受領し、システム内で熱エネルギを如何に巡回させるかを決定する。
A hose couples the
本発明の一実施例において、コントロール・モジュール55は、タンク36内の流体35の温度を監視し、利用できる熱エネルギを用いる最も効率的な制御を決定し、温水を外部システムに提供する。 In one embodiment of the invention, the control module 55 monitors the temperature of the fluid 35 in the tank 36, determines the most efficient control using available thermal energy, and provides hot water to the external system.
タンク36内の流体35の温度が例えば10℃以下の時には、ヒートポンプ50は、正常に動作して、グランド・ループ44、45内の流体から熱エネルギを取り出し、熱交換機構により温水を生成する。
When the temperature of the fluid 35 in the tank 36 is, for example, 10 ° C. or less, the
タンク36内の流体35の温度が例えば10℃と20℃の間の時には、ヒートポンプ50は、タンク36内の流体35の熱エネルギを、タンクホース42内を循環するグリコールを介して、利用可能な温水を生成する。20℃以上の場合には、タンクからの熱エネルギがグランド・ループ44、45に移送される。
When the temperature of the fluid 35 in the tank 36 is between 10 ° C. and 20 ° C., for example, the
エネルギ貯蔵システム33は、グランド・ループ44、45が無くても、動作可能である。これらを具備しないエネルギ貯蔵システム33は、熱エネルギを貯蔵する手段としてタンク36内の流体35を用いずに、動作することが可能である。かくしてヒートポンプ50は、タンクホース42のみに接続され、外部システム用に温水を生成できる。
The
ボア・ホール内のグランド・ループに代わる別構成は、埋設ホース例えば家の庭に埋設されたホースを有し、その中にエネルギ貯蔵システムが配置される。このホースは通常約1mの深さに埋設される。ホースは2つの端部を有しそれらは入力ポートと出力ポートとして機能する。水がホース内に蓄えられて循環する。地中内に蓄えられた太陽エネルギを用いて水を加熱する。この場合、この種のグランド・ループは、ソーラ・パネルの代わりをする。 Another alternative to the ground loop in the bore hole has a buried hose, such as a hose buried in the house garden, in which the energy storage system is placed. This hose is usually buried at a depth of about 1 m. The hose has two ends that function as an input port and an output port. Water is stored in the hose and circulates. Water is heated using solar energy stored in the ground. In this case, this kind of ground loop replaces the solar panel.
本発明は、持続可能なエネルギ源として、特に熱エネルギをより効率的に使用するシステムと方法を提供する。本発明の一実施例においては、本発明のシステムは、ソーラパネル3内の水を加熱し、温水を温水タンクに移送する。温水がしきい値以下の温度の場合には、加熱された水がグランド・ループ内にポンプされる。必要によっては、グランド・ループからの水は、ヒートポンプによりポンプされて、熱を生成し、温水タンクに移送される。 The present invention provides systems and methods that use thermal energy more efficiently as a sustainable energy source. In one embodiment of the present invention, the system of the present invention heats the water in the solar panel 3 and transfers the warm water to the warm water tank. If the hot water is below the threshold, the heated water is pumped into the ground loop. If necessary, water from the ground loop is pumped by a heat pump to generate heat and is transferred to a hot water tank.
以上の説明は、本発明の一実施例に関するもので、この技術分野の当業者であれば、本発明の種々の変形例を考え得るが、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。特許請求の範囲の構成要素の後に記載した括弧内の番号は、図面の部品番号に対応し、発明の容易なる理解の為に付したものであり、発明を限定的に解釈するために用いてはならない。また、同一番号でも明細書と特許請求の範囲の部品名は必ずしも同一ではない。これは上記した理由による。 The above description relates to one embodiment of the present invention, and those skilled in the art can consider various modifications of the present invention, all of which are included in the technical scope of the present invention. The The numbers in parentheses described after the constituent elements of the claims correspond to the part numbers in the drawings, are attached for easy understanding of the invention, and are used for limiting the invention. Must not. In addition, the part numbers in the description and the claims are not necessarily the same even with the same number. This is for the reason described above.
1 エネルギ貯蔵システム
2 コントロール・モジュール
3 水加熱用ソーラパネル
4 管
5 黒色プレート
6 グランド・ループ
7 ボア・ホール
8 ホース・パッケージ
9 グランド・ループ入力ポート
10 グランド・ループ出力ポート
11 ヒートポンプ
12 ヒートポンプ入力ポート
13 ヒートポンプ出力ポート
14 ホース・システム
15 ヒートポンプ入力ホース
16 ヒートポンプ出力ホース
17 温水タンク
18 第1ソレノイド・バルブ
19 第2ソレノイド・バルブ
20 ソーラ・コントローラ
21 温度センサ
22 水加熱ソーラパネルの温度を測定する
23 T>16℃か?
24 何もしない
25 T>48℃か?
26 T<=30℃の水を生成する
27 グランド・ループにポンプする
28 t>42℃の水を生成する
29 ウォータ・温水タンクにポンプする
30 温水は必要か?
31 グランド・ループからヒートポンプへ流す
32 生成された温水を温水タンクに流す
33 エネルギ貯蔵システム
34 ロータリ・タービン
35 流体
36 タンク
37 第1加熱要素
38 第2加熱要素
39 第3加熱要素
40 サーモスタット
41 層状温度分布阻止ポンプ
42 タンクホース
43 循環ポンプ
44 第1グランド・ループ
45 第2グランド・ループ
46 第1ボア・ホール
47 第2ボア・ホール
48 第1ホース・パッケージ
49 第2ホース・パッケージ
50 ヒートポンプ
51 第1電動バルブ
52 第2電動バルブ
53 第3電動バルブ
54 バイパス・バルブ
55 コントロール・モジュール
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Energy storage system 2 Control module 3 Water heating solar panel 4 Tube 5 Black plate 6 Ground loop 7 Bore hole 8 Hose package 9 Ground loop input port 10 Ground
24 Do nothing 25 T> 48 ℃?
26 T <= 30 °
31 Flowing from the ground loop to the
Claims (42)
(B) 前記抽出されたエネルギを取り出し可能に貯蔵するエネルギ貯蔵手段と、
(C) 前記エネルギ貯蔵手段からエネルギを制御しながら放出するエネルギ出力手段と、
(D) 前記エネルギ抽出手段とエネルギ貯蔵手段とエネルギ出力手段との間で、エネルギを移送するエネルギ移送手段と、
(E) 前記エネルギ抽出手段とエネルギ貯蔵手段とエネルギ出力手段との間で、エネルギの移送を制御するエネルギ移送制御手段と
を有する
ことを特徴とするエネルギ貯蔵システム。 (A) energy extraction means for extracting energy from an energy source;
(B) energy storage means for removably storing the extracted energy;
(C) energy output means for discharging energy from the energy storage means while controlling the energy;
(D) energy transfer means for transferring energy between the energy extraction means, energy storage means and energy output means;
(E) An energy storage system comprising energy transfer control means for controlling energy transfer among the energy extraction means, energy storage means, and energy output means.
ことを特徴とする請求項1記載のエネルギ貯蔵システム。 2. The energy storage system of claim 1, wherein the energy transfer control means operates to optimize energy flowing in the energy output means.
をさらに有する
ことを特徴とする請求項1,2のいずれかに記載のエネルギ貯蔵システム。 (F) The energy storage system according to any one of claims 1 and 2, further comprising a heat pump disposed between the energy storage means and the energy output means.
ことを特徴とする請求項1−3のいずれかに記載のエネルギ貯蔵システム。 The energy storage system according to any one of claims 1 to 3, wherein the energy transfer means has a conduit connecting a plurality of components of the system.
前記流体は、熱エネルギを蓄え、前記導管内を流れることにより移送する
ことを特徴とする請求項4記載のエネルギ貯蔵システム。 The conduit is hollow and contains a fluid;
5. The energy storage system of claim 4, wherein the fluid stores thermal energy and is transferred by flowing through the conduit.
ことを特徴とする請求項5記載のエネルギ貯蔵システム。 6. The energy storage system of claim 5, wherein the fluid is glycol.
ことを特徴とする請求項5記載のエネルギ貯蔵システム。 The energy storage system according to claim 5, wherein the fluid is water.
前記ソーラ加熱パネルは、太陽からのエネルギを受領し、この熱エネルギをソーラ加熱パネル内の流体に与える
ことを特徴とする請求項1−7のいずれかに記載のエネルギ貯蔵システム。 The energy extraction means has a solar heating panel,
The energy storage system according to claim 1, wherein the solar heating panel receives energy from the sun and applies the thermal energy to a fluid in the solar heating panel.
前記ホースは、周囲から熱エネルギを取り出す
ことを特徴とする請求項1−7のいずれかに記載のエネルギ貯蔵システム。 The energy extraction means has a hose filled with fluid;
The energy storage system according to claim 1, wherein the hose extracts heat energy from the surroundings.
前記ホースは、流体から熱エネルギを抽出する
ことを特徴とする請求項1−7のいずれかに記載のエネルギ貯蔵システム。 The energy extraction means has a hose disposed in a tank containing a fluid,
The energy storage system according to claim 1, wherein the hose extracts thermal energy from a fluid.
ことを特徴とする請求項10記載のエネルギ貯蔵システム。 11. The energy storage system according to claim 10, wherein the energy extraction means comprises a heating element disposed in or in the tank and providing thermal energy to the fluid.
ことを特徴とする請求項11記載のエネルギ貯蔵システム。 12. The energy storage system according to claim 11, wherein the energy extraction means comprises a power generating windmill that provides electrical energy to the heating element.
ことを特徴とする請求項1−12のいずれかに記載のエネルギ貯蔵システム。 The energy storage system according to claim 1, wherein the energy extraction unit includes a temperature sensor.
ことを特徴とする請求項1−13のいずれかに記載のエネルギ貯蔵システム。 The energy storage system according to claim 1, wherein the energy storage means has a ground loop.
ことを特徴とする請求項14記載のエネルギ貯蔵システム。 The energy storage system of claim 14, wherein the ground loop is inserted into a bore hole.
ことを特徴とする請求項1−13のいずれかに記載のエネルギ貯蔵システム。 The energy storage system according to claim 1, wherein the energy storage means includes a tank containing a fluid.
前記バルブは、システム内に配置されてシステム内の流体の流れを制御する
ことを特徴とする請求項1−16のいずれかに記載のエネルギ貯蔵システム。 The energy transfer control means has a valve,
The energy storage system according to claim 1, wherein the valve is disposed in the system to control the flow of fluid in the system.
前記制御手段は、温度センサからの温度信号に応じて前記バルブを制御する
ことを特徴とする請求項17記載のエネルギ貯蔵システム。 The energy transfer control means has control means,
The energy storage system according to claim 17, wherein the control unit controls the valve in accordance with a temperature signal from a temperature sensor.
前記温水タンクは、流体を受領し収納する
ことを特徴とする請求項1−18のいずれかに記載のエネルギ貯蔵システム。 The energy output means has a hot water tank,
The energy storage system according to claim 1, wherein the hot water tank receives and stores a fluid.
前記出力手段は、流体をシステム内または外部システムに選択的に流す
ことを特徴とする請求項19記載のエネルギ貯蔵システム。 The hot water tank has output means,
20. The energy storage system of claim 19, wherein the output means selectively allows fluid to flow into the system or to an external system.
ことを特徴とする請求項1−20のいずれかに記載のエネルギ貯蔵システム。 The energy storage system according to claim 1, wherein the external system includes a hot water system.
ことを特徴とする請求項1−20のいずれかに記載のエネルギ貯蔵システム。 21. An energy storage system according to any of claims 1-20, wherein the external system comprises a heating system.
(A) 第1貯蔵庫と、
(B) 第2貯蔵庫と、
(C) 前記エネルギ抽出手段とエネルギ貯蔵手段の少なくとも一方からの流体を前記いずれかの貯蔵庫に流す手段と
を有する
ことを特徴とする温水タンク。 In the hot water tank used as an energy output means in the energy storage system according to any one of claims 1 to 22,
(A) the first storage;
(B) a second storage;
(C) A hot water tank comprising: fluid flowing from at least one of the energy extraction means and the energy storage means to any one of the storages.
ことを特徴とする請求項23のいずれかに記載の温水タンク。 The hot water tank according to claim 23, wherein the hot water tank has a circulation hole.
ことを特徴とする請求項23のいずれかに記載の温水タンク。 The hot water tank according to claim 23, wherein the hot water tank has no circulation hole.
ことを特徴とする請求項23−25のいずれかに記載の温水タンク。 The hot water tank according to any one of claims 23 to 25, wherein the first storage and the second storage store different amounts of fluid.
ことを特徴とする請求項23−26のいずれかに記載の温水タンク。 27. The hot water tank according to claim 23, wherein the first storage and the second storage store fluids having different temperatures.
ことを特徴とする請求項23−27のいずれかに記載の温水タンク。 The hot water tank according to any one of claims 23 to 27, wherein the first storage and the second storage receive fluid at different flow rates.
(a) 前記エネルギ抽出手段内の温度を測定するステップと、
(b) 前記エネルギ抽出手段から、前記エネルギ貯蔵手段またはエネルギ出力手段のいずれかにエネルギを移動させるステップか、前記エネルギ抽出手段内に貯蔵されたエネルギをエネルギ抽出手段内の温度に応じて保持するステップと
を有する
ことを特徴とするエネルギ貯蔵/分配システム。 A system for storing and distributing energy employing an energy storage system according to any of claims 1-22.
(A) measuring the temperature in the energy extraction means;
(B) The step of transferring energy from the energy extraction means to either the energy storage means or the energy output means, or the energy stored in the energy extraction means is held according to the temperature in the energy extraction means. And an energy storage / distribution system.
ことを特徴とする請求項29にエネルギ貯蔵/分配システム。 30. The energy storage / distribution system of claim 29, wherein the energy travels in the form of thermal energy within the system.
ことを特徴とする請求項29にエネルギ貯蔵/分配システム。 30. The energy storage / distribution system of claim 29, wherein the thermal energy is stored in the form of a fluid flowing in conduits connecting system components.
をさらに有する
ことを特徴とする請求項29−31にいずれかに記載のエネルギ貯蔵/分配システム。 (C) further comprising changing the movement of the fluid in the system in response to the temperature of the fluid in the energy extraction means reaching a threshold value. An energy storage / distribution system according to any of the above.
をさらに有する
ことを特徴とする請求項29−31にいずれかに記載のエネルギ貯蔵/分配システム。 32. The method of any of claims 29-31, further comprising: (d) changing the movement of fluid in the system in response to a temperature of the energy extraction means reaching a threshold value. An energy storage / distribution system according to claim 1.
ことを特徴とする請求項32−33にいずれかに記載のエネルギ貯蔵/分配システム。 The steps (c) and (d) of changing the flow of the fluid are performed depending on whether the temperature of the fluid or the temperature of the energy extracting means exceeds a predetermined time threshold. 34. An energy storage / distribution system according to any of claims 32-33.
をさらに有する
ことを特徴とする請求項29−34にいずれかに記載のエネルギ貯蔵/分配システム。 (E) The method further comprises the step of transferring energy from the energy extraction means to the energy storage means in response to the temperature in the energy extraction means exceeding a first threshold temperature. 29. An energy storage / distribution system according to any of 29-34.
をさらに有し、
前記第2しきい値温度は、前記第1しきい値温度より高い
ことを特徴とする請求項29−35にいずれかに記載のエネルギ貯蔵/分配システム。 (F) further comprising transferring energy from the energy extraction means to the energy output means in response to the temperature in the energy extraction means exceeding a second threshold temperature;
36. The energy storage / distribution system according to any of claims 29-35, wherein the second threshold temperature is higher than the first threshold temperature.
をさらに有し、
前記第2しきい値温度は、前記第1しきい値温度より低い
ことを特徴とする請求項29−35にいずれかに記載のエネルギ貯蔵/分配システム。 (G) further comprising transferring energy from the energy extraction means to the energy output means in response to the temperature in the energy extraction means exceeding a second threshold temperature;
36. The energy storage / distribution system according to any of claims 29-35, wherein the second threshold temperature is lower than the first threshold temperature.
をさらに有する
ことを特徴とする請求項29−37にいずれかに記載のエネルギ貯蔵/分配システム。 (H) The method further comprises holding energy in the energy extraction means in response to the temperature of the solar heating panel not exceeding a first threshold temperature. An energy storage / distribution system according to any of the above.
ことを特徴とする請求項29−38にいずれかに記載のエネルギ貯蔵/分配システム。 39. The energy storage / distribution system according to claim 29, wherein the step (h) further includes a step of flowing energy from the energy storage means to a heat pump.
ことを特徴とするコンピュータ・プログラム。 A computer program comprising a program instruction that constitutes the energy transfer control means according to any one of claims 1 to 22 when mounted on a computer.
ことを特徴とするコンピュータ・プログラム。 40. A computer program comprising program instructions that, when mounted on a computer, perform the method of any of claims 29-39.
ことを特徴とする請求項41記載のコンピュータ・プログラム。
42. The computer program according to claim 41, wherein the computer program is implemented on a recording medium or a read-only memory stored in a computer memory and executed by an electric carrier signal.
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