JP2009530573A - 低エネルギー・ネットワーク用システム及び分配タンク - Google Patents

Abstract

本発明は、第１の伝達溶液により満たされた集熱回路１ａ、１ｂと、第２の伝達溶液により満たされた熱伝達回路７と、集熱回路１ａ、１ｂと熱伝達回路７の伝達溶液の間に熱を伝達するのに適したターミナル３とを備える低エネルギー・ネットワーク用システムに関する。本システムは、集熱回路１ａ、１ｂがターミナルに２つの分配リザーバー８２、８１を介して接続され、第１分配リザーバー８１は絶縁され、且つ加熱された伝達液を受け且つ伝達するように構成され、第２分配リザーバー８２は冷却された伝達液を受け且つ伝達するように構成され、且つ第１分配リザーバー８１及び第２分配リザーバー８２を接続する少なくとも１つの集熱回路１ａ、１ｂが各分配リザーバー８１、８２に接続され、低エネルギー・ネットワークを完結することを特徴とする。本発明は更に、低エネルギー・ネットワーク用の分配タンク８０に関する。

Description

本発明は、地熱等の低エネルギーの利用に関し、且つ特に、ヒート・ポンプ等のターミナルによって熱を地中又は水中から伝達媒体を介して伝達するシステムに関する。

現在の慣行では、地中、水中若しくは岩盤から得られた低エネルギーの利用は、ポンプ及び集熱回路によるビルの暖房及び給湯のことを指している。そのような地熱システムの作動原理は凍結器の原理に相当するが、例えば、凍結器とは逆にシステムが土を冷やし、貯水器等を暖める。使用した電気エネルギー単位当たり２乃至３単位の熱が得られることが多い。パフォーマンスは直接的電気加熱より著しく良好とされる。家屋における加熱エネルギー消費は寒冷な気象条件下で著しい。地熱の利用は、電気及び石油のコスト上昇が続く中、益々費用効果的とされる。

また、地熱ヒート・ポンプ・システムは、地中からの冷溶液を空気流の入来部に置かれたクーラを介して循環させる等により、冷房用にも利用することが可能とされる。

熱回収の一般的な方式は、水平方向深さ１乃至１．２メートルに設置されたパイプとされる。しかし、そのようなパイプは広い表面積を要し、そのため広大な敷地においてのみ使用可能とされる。集熱回路は地中若しくは水中に設置することが可能とされる。地中に水平方向パイプを設置するには、集熱回路の全面域に亘るパイプ溝の掘削が必要とされる。回路のパイプ・ループは、隣り合うループ同士が相互の熱回収に干渉しないためには、相互に少なくとも１．５メートル間隔としなければならない。水平方向パイプを公園等に設置するのは、植物及び樹木の根を損傷せずには困難とされる。

地熱井は、別の一般的な熱回収の方式とされる。これには岩盤に掘削された孔の中へのパイプの埋設を伴う。地熱井、即ち掘削井は、通常縦方向に掘削される。地熱井には、水平方向パイプに比して、ごく僅かな表面域しか必要とされない。しかし、緩い土の層がかなり岩盤の上に存在する場合もある。緩い土には保護チューブを与えなければならず、そのためコストが増える。したがって、緩い土の層が厚い地中では、地熱井の設置は制限される。地熱井の熱収率は通常、水平方向パイプより高い。地熱井からの熱収率は、部分的に地下水の流れに依存する。しかし、費用の掛かる掘削を実施せずに地下水の流れを評価することは不可能とされる。

第３の熱回収方式は、集熱パイプを湖若しくは他の水路の底に設置することで、それによって熱が底の沈殿物及び水から伝達溶液に伝達される。パイプは地中の水まで送ることが可能とされるが、その場合には、入口及び出口管用の別々のトレンチがなければならない。水中に設置されるパイプは容易に水路の底に据えられる。しかし、溶液で満たされたパイプは周りの水より軽く、したがって浮き上がりやすい。浮き上がったパイプ区分は循環に干渉するエア・ポケットを生起することがある。したがって、パイプは充分な数の重しを使用して水底に固定しなければならない。水底に設置されたパイプはまた、常時損傷を受けやすい。船舶の錨等がパイプに係合してパイプを損傷する可能性がある。水際では、氷によるパイプの破損を無くすために入口及び出口管を底に埋設しなければならない。

これらの３つの方式のいずれを選ぶかは、場所、地域及び利用可能な面域の土地次第による。従来は、数軒の家で１つの共通の、大型集熱回路を共有する地熱ネットワークを実施することが目的とされた。しかし、数軒の家屋をそのようなシステムに接続するには、それに見合う集熱回路の延長が必要とされる。

本発明の目的は、したがって低エネルギー・ネットワーク用のシステム及び同システム用の分配タンクを提供することによって上述の問題を解決可能とすることにある。本発明の目的は、独立請求項に記載の特徴を有するシステム及び分配タンクによって達成される。本発明の好適な実施例は、従属請求項に記載の通りである。

本発明は、低エネルギー・ネットワークの分配タンク同士を主パイプによって相互接続し、且つ必要により地中回路と加熱回路をターミナルを介して分配タンクに任意選択的に接続することに基づく。それぞれの場所において、地中回路は適切な方法で実施することが可能とされる。したがって、地中回路は水路の底に置かれる場合もある。更に、本システムは拡張可能とされ、或いは加熱回路又は地中回路はシステムの他の区分の運用を制限することなく本システムから除去し或いは閉鎖することも可能とされる。

本発明の一態様は、低エネルギー・ネットワークを実施するためのシステムを設けることにある。

本発明の別の態様は、低エネルギー・ネットワーク用の分配タンクを設けることにある。

本発明の一態様の実施例によれば、本システムは、第１の伝達溶液により満たされた集熱回路と、第２の伝達溶液により満たされた熱伝達回路と、前記集熱回路と前記熱伝達回路の伝達溶液の間に熱を伝達するのに適したターミナルとを備え、これにおいて、前記集熱回路は前記ターミナルに２つの分配リザーバーを介して接続され、前記第１分配リザーバーは絶縁され、且つ加熱された伝達液を受け且つ伝達するように構成され、前記第２分配リザーバーは冷却された伝達液を受け且つ伝達するように構成され、且つ前記第１分配リザーバー及び前記第２分配リザーバーを接続する少なくとも１つの集熱回路が各分配リザーバーに接続され、前記低エネルギー・ネットワークを完結する。ここで、完結する分配リザーバーとは、ネットワークの出発点又は終点となるリザーバーを指す。本発明のネットワークは、ネットワークの形式及び道筋を制限しない。ネットワークは、ネットワークが同じ完結分配リザーバーで出発し且つ終結する回路形により実施されてもよい。同様に、本発明のネットワークは、完結する分配リザーバーが幾つかある星形状としてもよい。本発明の長所は、ネットワークが制限無く拡張可能とされることにある。例えば、主パイプ及び分配リザーバーによって、回路形式に実施したネットワークのいずれの分配リザーバーにもネットワーク延伸を接続することが可能とされる。その場合には、回路から分離した分配リザーバーが完結分配リザーバーとなる。

一実施例によれば、第１分配リザーバー及び第２分配リザーバーは、分配タンク内で相互接続される。分配リザーバーは、リザーバー間の熱伝達を減少させるための絶縁部材が分配リザーバー間に配置されるように分配タンク内に配置される。

分配タンクは、地熱ポンプ等のターミナルによって冷却された伝達溶液を伝達するための第１主パイプに、且つ地中回路で加熱された伝達溶液を伝達するための第２主パイプに接続される。第１主パイプは絶縁可能とされ、主パイプ同士をその間にさしたる熱伝達を生じることなく互いの近傍に置くことが可能とされる。第１主パイプの絶縁幅は、主パイプを設置する深さ若しくは同士間の間隔により増減させることが可能とされる。主パイプ同士は、同じ溝内に上下に置かれるのが好ましく、それによって別々に溝を掘る必要がなくなる。主パイプを置く深さは様々あろうが、例えば１乃至２メートルとし、それによって絶縁されない主パイプが地中から熱を受けることが可能とされる。

第２の主パイプは絶縁されず、パイプ内の伝達液とパイプ外部の地中の間で熱エネルギーの伝達が可能とされる。それ故、主パイプは家屋の暖房及び冷房両用に使用可能な集熱回路の一部ともなる。

本発明の実施例によれば、分配タンクに接続された各集熱回路には測定手段及び調整手段が設けられて、各集熱回路の熱生成が測定手段によって測定可能とされ、各集熱回路の流量がターミナルの要件に従って調整手段により個別に調整可能とされる。これにより、分配タンクの調整手段を電気的に制御する制御システムを使用することが可能とされる。分配タンクの調整手段及び測定手段と制御システムとの接続は、有線接続に限らず、無線データ通信接続とすることも可能とされる。制御システムへの無線接続は、例えば本システムの拡張に関して、本システムの実施を容易にすることが可能とされる。

制御システムは別々に集熱回路の流れの制限を可能とするので、ターミナルには最も有利な集熱回路から伝達液が得られる。言い換えれば、制御システムを使用して集熱回路の流量を調整することにより、ターミナルの性能が最高に発揮されるレベルに伝達液の温度を設定することが可能とされる。その場合には、１つのターミナルが「独自の」集熱回路に加え若しくはその代替として、システムに接続された他の集熱回路を使用することが可能とされる。

全ての家屋に個別に集熱回路を設置することは不可能である。本発明の解決策においては、そのような家屋はターミナルを介してシステムに接続することも可能とされる。ターミナルに接続された測定装置を課金ベースとして使用することが可能とされる。明白に本発明は、個別のポンプ無しにターミナルによって集熱回路に流れを通すことが可能なことをその長所とする。全てのターミナルが閉じられたとき、流れは停止し、伝達液の温度は周囲の地中又は水中の温度に対応して一定に安定する。しかし、例えば個別にポンプを備える大規模システムを設けることも可能とされる。

したがって、本ネットワークは分配タンクに地中回路を伴わずに設けることも可能とされることに留意されたい。そのような状況は、多層建築の場合等にあり得ることで、数軒の熱回路が１つの分配タンクに接続され、地中回路は近隣の野外地或いは公園の地下等に設置される。

しかし、主パイプから別のパイプに伝達する伝達溶液を冷却された液と暖められた液とを直接混合させることなく伝達するため、少なくとも１つの地中回路が低エネルギー・ネットワークの各完結分配タンクに接続される。地中回路は、分配タンクの配置により選択することが可能とされる。例えば、地中回路は、水平方向回路、縦方向パイプ又は外側及び内側パイプを有する傾斜下向きパイプ、岩盤に掘削した地熱井、或いは水路に置いたパイプとすることが可能とされる。配置及び立地により、１つ又は複数の地中回路を１つの分配タンクに設置することが可能とされる。

本発明の別の態様によれば、低エネルギー・ネットワーク用の分配タンクは２つのリザーバー、即ち第１リザーバー及び第２リザーバーを備え、その第１リザーバーは加熱された伝達液を受け且つ伝達するためのものとされ、第２リザーバーは冷却された伝達液を受け且つ伝達するものとされる。同リザーバーには、主パイプをそれぞれ第１及び第２空間内に受け入れるための主パイプ受け手段と、パイプをそれぞれ第１及び第２空間内に受け入れための地中回路及び／又はターミナル・パイプの受け手段とが設けられる。分配タンクは、工場条件下で接続されるように調製され、したがってネットワークの拡張若しくは変更のある場合を考え接続ポイントを余分に備えるのが有利であろう。

絶縁部材は第１リザーバーを第２リザーバーから分離する。絶縁部材は、冷たい液と地中回路で加熱された液との間の熱伝達を最小限に留めるのに役立つ。分配タンクの第１及び第２リザーバーは液をリザーバー内に蓄える容積を有することが好ましい。分配リザーバーはパイプ内の流れを均衡させ、且つ分配リザーバーから発する各パイプの均一な流量制御を可能とする。

以下に、本発明を好適な実施例に関して添付の図面を参照して更に詳細に説明する。

図１に関し、同図は本発明によるシステムの一実施例を示し、内側チューブと外側チューブとを備えるパイプ１ａは地表面下に傾斜して配置され、第２の集熱チューブ１ｂは一個の回路を構成するパイプとされる。ターミナル３は、パイプ１ａ及び１ｂに蓄積した低エネルギーを利用し、これを家屋２に伝達パイプ４１を介して伝達し、家屋でエネルギーは加熱回路７を介して循環し、伝達パイプ４２を介して集熱パイプ１ａ、１ｂに戻る。パイプ１ａ、１ｂの数、長さ、傾斜度等は、エネルギー要件及び／又は地盤によって変化する。

ターミナル３は、例えば、地熱ポンプとすることができる。ターミナル３は分配タンク８０を介して集熱回路１ａ及び１ｂに接続される。集熱回路７は、２つの分配リザーバー８２、８１を介してターミナル３に接続される。第１の分配リザーバー８１は絶縁され、加熱された伝達液を受け且つ伝達するように構成され、第２の分配リザーバー８２は冷却された伝達媒体を受け且つ伝達するように構成される。第１分配リザーバー８１と第２分配リザーバー８２とを接続する集熱回路１ａ、１ｂがそれぞれの分配リザーバーに接続されて低エネルギー・ネットワークを完結する。したがって、伝達溶液は、冷却された液体と加熱された液体が直接混合することなく、１つの主パイプから別の主パイプに伝達できる。図１は分配タンク８０を２つのみ示すが、明らかに本システムは複数の分配タンク８０を備えることができる。それ故、システムの完結形分配タンク８０同士間に集熱回路を持たない分配タンクを置き、そのタンクに主パイプ１００、２００を接続することは勿論、伝達パイプ４１、４２を家屋のターミナルに接続することも可能とされる。適用可能な接続方法があれば、例えば、１つの家屋２の伝達パイプを主パイプ１００、２００に直接接続（図示せず）することも可能とされる。

図２は、本発明によるシステムの第２実施例を示す。２つの家屋２のターミナル３が左側の分配タンク８０に接続され、一方の家屋２のターミナル３が右側の分配タンクに接続される。分配タンク８０に接続された集熱パイプ内の流れは、制御システム５０によって制御される。加熱の場合で、例えば、ターミナル３が始動し且つ集熱回路１ｂの伝達液の温度が集熱回路１ａの液より高いときには、制御システムは集熱回路１ａの流量を制限し、集熱回路１ｂの流量を増すことができ、それによってターミナルは性能上好ましい暖かさの伝達液を受けることができる。冷却の場合には、状況は当然逆になる。

制御システム５０は、これに接続された各集熱回路のあらかじめ設定されたデータを含み、そのデータを使用して各集熱回路の流量を制限若しくは増加することにより、所望の末端温度を達成することができる。更に、集熱パイプから戻る伝達液の温度は測定手段によって測定され、それに応じて制御システムは調整を行うことができる。例えば、制御システムは主パイプの長さに関する情報を有し、主パイプ内で生起する温度の変化を参酌することもできる。

図３は、本発明によるシステムの第３実施例を示し、同実施例においては制御システム５０は１つの分配タンクには有線接続され、別の分配タンク８０には無線接続される。無線接続の場合には、制御システム５０及び分配タンクに適切な送信手段及び受信手段５１ａ、５１ｂが設けられる。制御システム５０は、インターネット等の情報ネットワークに接続されることが好ましい。それによってシステムの遠隔監視及び制御が可能となる。

図４は、本発明による分配タンクの実施例の正面を示す。分配タンク８０は第１リザーバー８１及び第２リザーバー８２を備え、第１リザーバー８１は加熱された伝達液を受け且つ伝達するものとされ、第２リザーバー８２は冷却された伝達液を受け且つ伝達するものとされる。リザーバーは、それぞれ第１及び第２分配リザーバー８１、８２に至る主パイプ１００、２００を受ける主パイプ受け手段１１０、２１０を備える。本実施例では、主パイプ受け手段１１０、２１０は管状部とされ、分配タンク８０から突出し、これに主パイプ１００、２００を溶接等、適切な方法により接続することが可能である。図は更に、それぞれ第１及び第２空間８１、８２にパイプを受ける地上回路及び／又はターミナル・パイプ受け手段１１、１２を示す。本図は各受け手段とも一対のみ示すが、明らかにその数は変更可能である。

受け手段１１、１２、１１０、１２０を、設置前にその端部が閉じられるように製造するときには、システムを拡張する場合を考慮し、その数を多めにすることが可能とされる。その場合、主パイプ受け手段１１０、１２０は各分配タンクにつき少なくとも一組を予備として備えるのが好ましかろう。分配タンク８０の第１リザーバー８１及び第２リザーバー８２は、絶縁部材８６によって分離される。図示の実施例では、分配タンクは上から見て円形とされ、その中の分配リザーバーは半円形とされる。しかし、明らかに分配タンク及びその中のリザーバーとも別の形状とすることが可能とされる。例えば、分配リザーバーを上下に連ね、双方とも円筒状とすることも可能とされる。また、例えば、接続されるパイプが多数の大型システムでは、分配リザーバーをそれぞれ別個に置くことも考えられる。

図５は、本発明による分配タンクの第２実施例の正面を示す。分配タンク８０には測定手段８３及び調整手段８５が設けられる。この実施例では、測定手段８３は地上回路のパイプの受け手段１１に配置され、調整手段８５は地上回路のパイプの受け手段１２に配置される。しかし、測定手段８３及び調節手段８５の位置は、例えば同じ箇所に配置してもよい。２本の矢印は、地中から第２の、絶縁されない分配リザーバー８２への熱伝達を示す。本システムは、締切手段（図示せず）を更に備えることが可能とされ、それによって、例えばネットワークの補修若しくは拡張中に、１つ又は複数のネットワーク区分を分離することが可能とされる。

図６は、本発明による分配タンクの第２実施例の上面を示す。絶縁部材８６は、第１分配リザーバー８１と第２分配リザーバー８２の間に置かれる。

図７は、本発明による分配タンクに接続されるパイプ１ａ（図１から３に示す）の端部の一例を示す部分図である。伝達液は分配タンクのパイプ１の被覆部６０を介して送ることが可能とされる。被覆部６０は、パイプ１内部で内側パイプ１０に接続された内側接続スリーブ６１、及び外側接続スリーブ６２を備え、それによって外側パイプ２０の伝達液を別個のパイプに導くことが可能とされる。被覆部６０は、分配タンクに接続されるパイプに溶接等、従来の方法によって接続することが可能とされる。

当業者にとっては、技術の進歩に伴って本発明の基本的理念が様々に実施可能とされることが明白である。したがって、本発明及びその実施例は以上に説明の形態に制限されるものではなく、様々な変更も請求項の範囲内に属する。

本発明によるシステムの一実施例の模式図である。 本発明によるシステムの第２実施例を示す図である。 本発明によるシステムの第３実施例を示す図である。 本発明による分配タンクの一実施例の正面図である。 本発明による分配タンクの第２実施例の正面図である。 本発明による分配タンクの第２実施例の上面図である。 本発明による分配タンクに接続されるパイプの端部の一実施例の部分図である。

Claims (10)

1. 第１の伝達溶液により満たされた集熱回路（１ａ、１ｂ）と、
   第２の伝達溶液により満たされた熱伝達回路（７）と、
   前記集熱回路（１ａ、１ｂ）と前記熱伝達回路（７）の伝達溶液の間に熱を伝達するのに適したターミナル（３）とを備える低エネルギー・ネットワーク用システムにおいて、
   前記集熱回路（７）は前記ターミナル（３）に２つの分配リザーバー（８２、８１）を介して接続され、
   前記第１分配リザーバー（８１）は絶縁され、且つ加熱された伝達液を受け且つ伝達するように構成され、前記第２分配リザーバー（８２）は冷却された伝達液を受け且つ伝達するように構成され、
   且つ前記第１分配リザーバー（８１）及び前記第２分配リザーバー（８２）を接続する少なくとも１つの集熱回路（１ａ、１ｂ）が各分配リザーバーに接続され、前記低エネルギー・ネットワークを完結することを特徴とするシステム。
2. 前記第１分配リザーバー（８１）及び前記第２分配リザーバー（８２）は、絶縁部材（８３）が前記分配リザーバーの間に配置されるように分配タンク（８０）内で相互接続されることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
3. 前記分配リザーバー（８２、８１）は、第１主パイプ（１００）及び第２主パイプ（２００）によって相互接続され、前記リザーバーの１つは前記パイプ内の前記伝達液と前記パイプ外部の地中の間で熱エネルギーの伝達を可能とするように構成されることを特徴とする請求項１又は２に記載のシステム。
4. 前記分配リザーバー（８２、８１）に接続された各集熱回路（１ａ、１ｂ）には測定手段（８３）及び調整手段（８５）が設けられて、各集熱回路の熱生成が前記測定手段（８３）によって測定可能とされ、各集熱回路（１ａ、１ｂ）の流量が前記ターミナルの要件に応じて前記調整手段により個別に調整可能とされることを特徴とする請求項１から３までのいずれか一項に記載のシステム。
5. 前記システムは前記調整手段（８５）を電気的に制御する制御システム（５０）を更に備えることを特徴とする請求項４に記載のシステム。
6. 前記分配タンクの前記調整手段（８５）と前記制御システム（５０）の間の接続は無線データ通信接続とされることを特徴とする請求項５に記載のシステム。
7. 前記第２主パイプ（１００）は絶縁層を備えることを特徴とする請求項１から６までのいずれか一項に記載のシステム。
8. 前記分配タンクに接続されたパイプが締切手段を備えることを特徴とする請求項１から５までのいずれか一項に記載のシステム。
9. 低エネルギー・ネットワーク用の分配タンクにおいて、前記分配タンクは、
   ２つのリザーバー（８２、８１）、即ち第１リザーバー（８１）及び第２リザーバー（８２）であり、その第１分配リザーバー（８１）は加熱された伝達液を受け且つ伝達するように構成され、第２分配リザーバー（８２）は冷却された伝達液を受け且つ伝達するように構成され、該リザーバー（８２、８１）は、
   主パイプ（１００、２００）をそれぞれ前記第１及び第２分配リザーバー（８２、８１）内で受けるための主パイプ受け手段（１１０、２１０）と、
   地中回路（１ａ、１ｂ）及び／又はターミナル（３）のパイプの受け手段（１１、１２）であって、前記パイプをそれぞれ第１及び第２空間（８１、８２）内に受けるための受け手段とを備えることを特徴とする分配タンク。
10. 前記第１リザーバー（８１）及び第２リザーバー（８２）は絶縁部材（８６）によって相互に分離されることを特徴とする請求項９に記載の分配タンク。

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