JP2014510255A5 - - Google Patents

Description

そのような比較的シンプルなシステムの説明は、米国特許4,285,332明細書において見ることができる。この技術は、勾配屋根を有する戸建て住宅および小さい建築物に用いることができる。分配パイプが屋根の棟および軒に作られ、それらの間には、屋根に沿って延びるように配置された複数の平行なパイプラインがある。薄い縦型の（または垂直の）容器（またはコンテナ）が両側が断熱された外壁に内蔵され、壁の内側にて互いに直接的に隣り合っている。鋼鉄の容器は、上端部にて軒の分配パイプに接続され、底部にて別のパイプラインに接続され、当該別のパイプラインは建築物中に延びており、ポンプに取り付けられている。この下側のパイプラインはまた、棟の分配パイプに接続されている。ポンプはシステムにおいて水を循環させる。鋼鉄の容器は、底部に空気取り入れ孔を備え、上端部に空気排出孔を備えた、内蔵の熱交換パイプを有している。複数階の建築物の場合、熱交換パイプは、次の階に到る延長案内（または延長コンダクト）を有する。

加えて、内部熱源が存在し、それはそれが見られる建築物において熱の余剰をもたらす。そのような熱源は建築物において機械的なアプリケーションに集中し、または、例えば、レクチャホールの聴衆にも集中する。これらの熱源は、建築物のエネルギシステムに含めることもできる。今日において、すでにこの傾向はあるものの、主には熱エネルギの余剰を取り除くために空調システムが取り付けられるだけである。

システムはいくつかの方法で熱エネルギを利用することができる。
基本的な場合において、吸収された熱は、建築物のより冷たい領域に流れる。即ち、それはただちに使用されるであろう。
しかしながら、より多くの熱が収集されることもあり得、その場合、理想的な温度を維持することが必要である。熱エネルギの一部であって、直ちに使うことができない一部、即ち熱余剰は、種々の方法で貯蔵することができる。

最も単純な場合において、熱それ自体は閉じた回路の流体ボリュームのサーマルマスに貯蔵される。床および天井は壁につながっているので、大きな水のボリューム（または体積）が、蓄熱に関与する。蓄熱の容量は当然のことながら、なお制限されるが、それは常套の構造物の場合よりも相当に高いものである。

図３〜５において、より詳細な様式で見ることができるように、外壁３の囲繞面９に隣り合って、また、対向する内壁４の囲繞面１０に隣り合って、また、床７の囲繞面１３の上に、かつスラブ８の囲繞面１４の下に、部屋２に取り付けられた薄い容器１５が存在する。複数の容器１５は異なる寸法を有し、それらの表面は、囲繞面９、１０、１３および１４の面積と略同じであるが、それらにそれぞれ取り付けられる容器のアセンブリに必要とされる間隔をあけて離れている。

容器１５は、工場において、予め組み立てられて、接合要素２０と一体に作られる。それらを建築物１の部屋２においてそれらの場所に置いた後、隣り合う容器１５に関する組において配置される接合要素２０が接続され得る。これを用いて、容器１５が閉じたサークルおよび内部接続された容積を作り出し、そこを流体が自由に流れることができるシステムが作られる。

図面は、囲繞面９、１０、１３、１４と容器１５との間の断熱材を示していない。断熱が必要であるかどうかは、現状に依存する。目標がすべての熱利得を部屋２内に維持することであり、熱が容器１５を越えて家屋の他の部分に移るべきでない場合、一般に何らかの断熱が必要であり得る。何らかの理由により他の造営材（または他の建築部分）をより冷たくする場合、これは特に実用的であり得る。例えば、太陽熱利得を流体ボリュームに到達させることが目標であるときの外壁３の場合には、断熱材を設けないことが理想的である場合もある。

ジョイント・エルボ・フィッティング２１Ａおよび２１Ｆの逆止弁２３は、洗浄およびメンテナンスのために、流体を変更すること（上側からポンプで汲み出し、下側から取り入れること、またはその逆）をも許容する。

同様に、屋根に用いる容器１５に言及しなければならない。これらは、上記で紹介した構造と類似の構造を有するように作られ、これらは自己支持型容器１５であるが、その場合、降水の構造負荷を考慮に入れなければならない。この場合、負荷に耐えるフレームは、鋼鉄または木のフレームのような常套の構造体として通常作られる。

容器１５は、単純なものであっても、あるいは自己支持型であっても、鋼鉄、木、またはプラスチックシートで通常作られる。すなわち、それらは不透明である。それに加えて、容器１５はまた、そのサイドの少なくとも一つが透明または半透明の物質から成るように作ってもよい。透明または不透明な物質は一般的にプラスチックであるが、ガラスもまた使用することができる。後者は主に屋根に用いられる容器１５に適用可能である。

このように作られた容器１５は、それ自身の重さに加えて、より大きい重さに耐えることができる。このソリューションは、容器１５の間で、建造のためのブレーシングまたは耐荷重要素（例えば梁および柱）を要しない。図９ａ〜９ｂの容器１５はこの様式で作られ、Ｕ字桁が容器の内部に曲げられている耐荷重フレーム３２によってのみ、他のものとは異なる。

図１０ａのタイプにおいて、本発明のシステムは、両方の床および屋根にも作られている。容器１５は、先の実施例と同様に内側のものであり、ファサード壁３および屋根３３の面に沿って、いたるところで配置されている。下側のフロアの２つの空間（または部屋）において、容器１５は一つの独立した流体回路を、分割壁３４の両サイドに作っている。２階においては、一つの水回路に含まれる３つのスペースがあり、横型容器１５の主軸と平行に見た場合に、２つの縦型容器がこれらの部屋の最も外側の壁に隣り合って配置されている。この場合、２つの向かい合う外壁３およびシステムに含まれる下側および上側の横型容器１５が、すべての部屋に走っており、空間の間の分割壁３４は横型容器１５の間にある。

それに加えて、別の重要なポイントを考慮しなければならない。なぜならば、水は明らかにこれらの要素を通過し得ないので、これらの部分を水回路に含めることができないからである。水の流れを確保するために幾つかの可能性がある。

（例えば、胸壁および窓のように）開口部３７が天井の高さほど高くない場合、開口部３７の下方または上方に、適切な寸法の容器１５を設けて、開口部のゾーンにおいて水回路を開口部のサイドに沿って、先の場合と同様に作ることができるが、極端なソリューションとしては水回路を隣り合う回路の中に入れることもできる。

容器１５は断熱を増加させ、熱負荷を低下させる（前壁は実際には太陽パネルのように機能する）。
容器１５は常套の壁の代わりに、外側の自己支持構造として形成することができる。これは図１０ｃにおいて、また図１３ａ〜１３ｂにおいて詳細に見ることができる。この場合、耐荷重構造は、建築物の内部の、および／または外周部に沿った、格子柱（またはカラム・グリッド）４５である。容器１５は、常套の耐荷重構造４５内に構造充填材として、またはファサードにおいてカーテン壁として取り付けられる。自己支持型容器１５はこの目的にかなう。

閉じた回路の蓄熱能力が十分でなく、また、より多くの熱が発生することがあり得、そのときには、理想的な温度を維持する必要がある、即ち、熱余剰が生じる。これは、内部熱源（例えば、先に説明したとおり、集中した機械システム、サーバールーム、またはレクチャホールの聴衆）のために、または外部熱利得（太陽熱加熱効果）のために起こり得る。これに対する一つのソリューションは、ある運転期間（例えば昼間）の最大熱荷重に従って蓄熱能力が設計され、次のピリオドまで、水の回路が熱利得を返すことができるかどうかである。

システムの夜間の放射冷却はまた、より単純なソリューションによっても、それほどではないが強めることができる。図１５において、平坦な屋根と内蔵された容器１５を有する建築物５２を見ることができる。建築物５２の屋根５３には天窓があり、その下に容器１５が透明／半透明材料によって単純に形成されている。夜の間、この天窓の開口部５４はまた、放射冷却に寄与する。
紹介されたこの方法な不都合な点は、熱利得が利用されず、省エネルギが冷却にのみ限定されることである。

他の選択肢は、システムの熱余剰が他の装置によって貯蔵される場合である。これは、図１６から理解することができるように、熱交換ユニット５５が容器１５の水回路に接続されている場合には、より簡単な方法で実施され得る。これを達成するために、各２つの容器１５間の接続の一つにおいて、逆止弁２３を有するジョイント・エルボ・フィッティング２１Ａおよび２１Ｆが存在し、それを介して水回路は熱交換器５５の一つの回路に接続することができる。熱交換器５５の他の回路は、蓄熱装置５６を有する。それにより、容器１５の水回路は独立性を確保することができる。なぜならば、２つの回路の間では、熱伝達のみが存在し、流体は交換されないからである。

熱交換器５５は温水を、壁に隣り合って配置された容器１５の上側領域から集め、温水は冷水と置き換えられる。それにより、一つではなく、二つの水回路がシステムに現れる。一つは垂直で、床７の容器１５から壁４およびスラブ８の容器１５に至る水の流れを形成し、水平なものは、温水を接続された水回路から熱交換器５５に流し、熱交換器から戻された冷水はスラブ８にて容器１５の上側を冷却する。両方の回路は連続的に閉じられていて、同じ水が回路内を流れている。この後システムは熱を蓄え、これは太陽光パネルとともに用いられる蓄熱ユニットであってよく、あるいは地中蓄熱（または地下熱貯蔵装置）であってよい。

Claims (22)

1. 建築物の一または複数の内側空間を暖房または冷房するための装置であって、
   前記建築物の前記少なくとも一つの内側空間の構造表面と関連付けられ、かつ、前記構造表面を暖房または冷房するための流体を含む、少なくとも一つの熱伝達回路を含み、
   前記少なくとも一つの熱伝達回路が、前記流体の循環を許容して、流体と内側空間との間で、直接的に又は当該構造表面を介して、熱交換を生じさせるように形成され、
   前記少なくとも一つの熱伝達回路が実質的に平坦な、パネル状の複数の容器を含み、
   前記容器が、前記建築物の前記一または複数の内側空間の横方向の下側および上側の各構造表面ならびに少なくとも２つの向かい合う縦方向の構造表面と関連付けられており、
   隣り合う容器がそれらの各エッジを介して相互に接続されていて、閉じた流体パスを形成し、前記暖房または冷房用の流体の妨げられない循環を提供する
   ことを特徴とする、装置。
2. 容器（１５）により形成される閉じた流体回路が、熱交換器（５５）によって、
   建築物の常套のエネルギシステム（５８）、ならびに／または
   容器（１５）によって形成される、および／または蓄熱ユニット（５６）を有する、追加の閉じた回路流体ボリューム
   に接続されていることを特徴とする、請求項１に記載の熱エネルギシステム。
3. 熱交換器（５５）が容器（１５）のサイド（１６）に隣り合って配置された向流／蛇行管（６６）により形成されていることを特徴とする、請求項２に記載の熱エネルギシステム。
4. 熱交換器である向流／蛇行管（６６）が容器（１５）のサイド（１６）に沈んでいることを特徴とする、請求項３に記載の熱エネルギシステム。
5. 熱交換器である向流／蛇行管（６６）が容器（１５）の内側に設けられていることを特徴とする、請求項３に記載の熱エネルギシステム。
6. 熱交換器（５５）が、容器（１５）に隣り合って、そのサイド（１６）と平行に作られている第２の容器（６８）により形成されていることを特徴とする、請求項２に記載の熱エネルギシステム。
7. 容器（１５）が、容器（１５）のサイド（１６）と平行である分割プレート（６９）によって２つの部分に分けられており、一つの部分が流体回路に接続されており、もう一つの部分が熱交換器（５５）のための空間であることを特徴とする、請求項１に記載の熱エネルギシステム。
8. 建築物のファサードに設けられた容器（１５）が、その前に断熱体（４１）を有し、容器（１５）と断熱体（４１）との間に、薄い空洞（４４）があり、当該空洞が容器（１５）の底部および頂部に形成された換気口（４２）を介して外部に接続されていることを特徴とする、請求項１に記載の熱エネルギシステム。
9. 換気口（４２）が空気流生成装置（４３）と接続されていることを特徴とする、請求項８に記載の熱エネルギシステム。
10. 垂直に、理想的には建築物のファサードに配置された容器（１５）が、内蔵された縦型の換気管（４６）を有し、当該換気管は一つのコンダクト（４７）を介して、その下側および上側の両端部付近にて、容器（１５）の２つのサイドに接続されていることを特徴とする、請求項１に記載の熱エネルギシステム。
11. 容器（１５）において、縦型の管（４６）が空気流生成装置（４３）と接続されていることを特徴とする、請求項１０に記載の熱エネルギシステム。
12. 外壁（３）の前に配置された縦型容器（１５）が、外壁（３）の開口部内部の管（４０）を介して、下側および上側の横型容器（１５）に接続されていることを特徴とする、請求項１に記載の熱エネルギシステム。
13. パネル（１５）により形成される２つの隣り合う閉じた流体回路を接続する、熱交換器（５５）が、２つの閉じた流体回路の間の分割壁（３４）の２つのサイドに隣り合う縦型容器（１５）にて形成されており、分割壁（３４）の２つのサイドにて配置されている熱交換器（５５）が壁を貫通する管（７０）により接続されていることを特徴とする、請求項３に記載の熱エネルギシステム。
14. 容器（１５）により形成される２つの隣り合う閉じた流体回路の間の分割壁が熱交換器（５５）であり、当該熱交換器は、容器（１５）としての２つの回路の間で熱伝達接続を形成し、当該容器はそれに隣り合い、かつそのサイド（１６）と平行である別の容器（６８）を有し、あるいは当該熱交換器はそのサイド（１６）と平行である分割プレート（６９）により２つに分けられており、一つの容器（１５）は閉じた回路の別の容器（１５）に接続されており、もう一つの容器（６８）または容器のもう一方の部分は、別の閉じた回路容器（１５）に接続されていることを特徴とする、請求項３に記載の熱エネルギシステム。
15. 容器（１５）により形成される閉じた流体回路は、建築物のいくつかの隣り合う部屋を含み、縦型容器（１５）は、複数の部屋の２つの端部の外壁にのみあり、下側および上側容器（１５）はすべての部屋に延び、分割壁（３４）は下側および上側横型容器（１５）の間に設けられていることを特徴とする、請求項１に記載の熱エネルギシステム。
16. 建築物の一または複数の内側空間を暖房または冷房するための装置であって、
    前記建築物の前記少なくとも一つの内側空間の構造表面を形成し、かつ前記内側空間を暖房または冷却するための流体を含む少なくとも一つの熱伝達回路を含み、
    前記少なくとも一つの熱伝達回路が実質的に平坦な、パネル状の複数の容器を含み、当該複数の容器が前記建築物の前記一または複数の内側空間の横方向の下側および上側の各構造表面ならびに少なくとも２つの向かい合う縦方向の構造表面を形成しており、
    前記少なくとも一つの熱伝達回路が、前記流体の循環を許容して、流体と内側空間との間で直接的な熱交換を生じさせるように形成され、
    隣り合う容器がそれらの各エッジを介して相互に接続されていて、閉じた流体パスを形成し、前記暖房または冷房用の流体の妨げられない循環を提供する
    装置。
17. 容器（１５）により形成される閉じた流体回路が、熱交換器（５５）によって、
    建築物の常套のエネルギシステム（５８）、ならびに／または
    容器（１５）によって形成される、および／または蓄熱ユニット（５６）を有する、追加の閉じた回路流体ボリューム
    に接続されていることを特徴とする、請求項１６に記載の熱エネルギシステム。
18. 熱交換器（５５）が容器（１５）のサイド（１６）に隣り合って配置された向流／蛇行管（６６）により形成されていることを特徴とする、請求項１７に記載の熱エネルギシステム。
19. 熱交換器である向流／蛇行管（６６）が容器（１５）のサイド（１６）に沈んでいることを特徴とする、請求項１８に記載の熱エネルギシステム。
20. 熱交換器である向流／蛇行管（６６）が容器（１５）の内側に設けられていることを特徴とする、請求項１８に記載の熱エネルギシステム。
21. 熱交換器（５５）が、容器（１５）に隣り合って、そのサイド（１６）と平行に作られている第２の容器（６８）により形成されていることを特徴とする、請求項１７に記載の熱エネルギシステム。
22. 容器（１５）が、容器（１５）のサイド（１６）と平行である分割プレート（６９）によって２つの部分に分けられており、一つの部分が流体回路に接続されおり、もう一つの部分が熱交換器（５５）のための空間であることを特徴とする、請求項１６に記載の熱エネルギシステム。