JP2018538505A - 水体に対する熱エネルギーの導入と抽出用の方法及び装置 - Google Patents

Abstract

水体（２）と周囲大気との間で熱を伝達する装置（１）は、空気熱交換器（７）の下方に配置された水熱交換器（４）を含む。ファン（１０）は、周囲空気を空気熱交換器（７）内に入れて通過させ、空気熱交換器（７）は、空気熱交換器（７）を通って水体（２）からの水を循環させるためのパイプ（３２）を含む。空気熱交換器（７）は、空気熱交換器（７）を流れる水と空気熱交換器（７）を流れる周囲空気とを分離する隔壁（１３）を含む。隔壁（１３）は、空気熱交換器（７）を流れる周囲空気と空気熱交換器（７）を流れる水との間の熱エネルギーの伝達を媒介する。
【選択図】 図５

Description

本発明は、水体（body of water; 水塊、水域）に熱エネルギーを導入し、水体から熱エネルギーを抽出する装置を含む装置及びシステムに関する。

さらに、対応する装置によって構造物を加熱し冷却する方法を説明する。

エネルギーコストの上昇及び生態学的見地のため、化石燃料の使用を最小限に抑えるために、風力又は太陽エネルギーなどの自然エネルギー源を利用することが、ますます重要になってきている。このタイプのエネルギー源は、しばしば一定期間しか必要なエネルギーを供給しないので（太陽電池は夜間に電力を供給せず、風力タービンは静止空気中では静止している）、自然エネルギー源によって生成されたエネルギーは、例えば、夜間などの後の時点でエネルギーを利用できるようにするために、エネルギー余剰時に一時的に蓄積される。

例えば、いわゆる揚水発電所は、この目的に特に適していることが証明されている。この場合、水は例えば風力タービンによって生成された電力の助けを借りて、高い位置にある貯水池にポンプで注入される。エネルギーを必要とする場合、水の位置エネルギーは、発電機を駆動して電流を発生させるために、低い位置にある貯水池に水を放出する際に利用することができる。

また、その後に熱交換器によって水タンクから熱エネルギーを抽出し、利用するために、水タンクに熱エネルギーを一時的に貯蔵することも既に提案されている。

疑いようもなく、再考するまでもなく、従来知られていた方法は、化石エネルギー源のみを利用するよりも利点を有する。しかしながら、ここにも改善の余地がある。

したがって、本発明によって対処される問題は、自然エネルギーを特に効率的に利用することが可能な装置、システム及び方法を提供することである。

該問題は、独立請求項の特徴を有する装置、システム、及び方法によって解決される。

本発明に係る装置は、原理的には、水体に熱を導入し、水体から熱エネルギーを抽出するために利用され、水体は、例えば、１つ又は複数の風力タービンに動作可能に接続される人工池又は湖又は揚水貯水池であってよい。

該装置は、一般的には、全体的に又は部分的に閉じられた内部中空空間を備える本体を含み、該中空空間は、該装置が水体中に置かれたときに浮動するように寸法決めされている。好ましくは、該装置は、該装置を水体内の所定の位置に固定することができる取付点を含む。

さらに、該装置は、該装置が水体中に置かれた後に水体に少なくとも部分的に浸漬される水熱交換器を含み、したがって熱交換器を流れる熱伝達流体は、熱伝達流体と水体の水との間で熱エネルギーの交換を可能にするために、１つ又は複数の熱交換器壁を介して水体と熱伝導的に接触する。

水熱交換器は、例えばグリコール又は別の既知の熱伝達流体とすることができる熱伝達流体用の吸込口と、熱伝達流体用の排出口とを含む。該装置がパイプシステムを介して、該装置の使用前に地上に位置するヒートポンプに接続された場合、熱伝達流体は、パイプシステムを介してヒートポンプから装置に流れることができる。該装置において、熱伝達流体は、吸込口を通して水熱交換器に入り、水熱交換器を流れ、最後に、パイプシステムを介してヒートポンプに戻るように流れる。水体の水が熱伝達流体の温度よりも高い温度を有する場合、熱伝達流体は、水熱交換器を通過する間に水体から熱エネルギーを抽出し、熱エネルギーをヒートポンプに伝導し、次に、ヒートポンプは、例えば建物を加熱するために、熱伝達流体から熱エネルギーを抽出する。

熱伝達流体の温度及び水温に応じて、特に冬季には、該装置を取り囲む水はその物理的状態を変化させて凍結し氷となる可能性があり、この場合、水から特に大量の熱エネルギーを抽出することができる。この場合、水体は、「氷アキュムレータ」として機能する。

自然の熱エネルギーを同時に又は遅延して水体に供給することにより、水体を再加熱し、形成された氷を溶かすために、該装置は、周囲空気からの熱エネルギーを水体に導入することができる空気熱交換器をさらに含む。このために、空気熱交換器は、周囲空気を取り入れるための吸気口と、吸気口を通して前に空気熱交換器に入った周囲空気を排出するための排気口とを含むため、周囲空気は空気熱交換器を流れることができる。この流れを強制するために、必要であれば、該装置は、吸気口を通して周囲空気を空気熱交換器内に入れてから、この空気熱交換器を通過するように移動させることができる少なくとも１つのファンを含むと規定されている。ファンは、ベンチレーター又は送風機である。空気熱交換器は、水体からの水用の入口と、入口を介して供給される水用の出口とをさらに含むため、水体からの水が空気熱交換器を流れて、空気熱交換器から出ることができる。

したがって、上述した水熱交換器は、水体から熱エネルギーを抽出し、地上に設置されたヒートポンプに熱エネルギーを伝導するために利用されるが、空気熱交換器の役割は、該装置を取り囲む周囲空気から熱エネルギーを抽出し、熱エネルギーを水体の水に導入することである。この目的のために、空気熱交換器は、空気熱交換器を通過する水と、同じく空気熱交換器を通過する周囲空気とを空間的に分離するための１つ又は複数の隔壁を含み、周囲空気から水への熱エネルギーの伝達は隔壁を介して行われる。

上述した利用方法は、該装置に接続された構造物（学校、体育館、アパート、工業用建物など）を加熱する時に有用であるが、該装置は、夏季には構造物を冷却するためにも利用可能であることが好ましい。この場合、周囲空気の温度が、該装置を取り囲む水体の水温よりも低いときに、ファンを作動させることが可能である。その結果、熱エネルギーが水から周囲空気に伝達されるため、水が冷却される。構造物から送出され、水体の温度よりも高温の熱伝達流体が、好ましくは、日中に水熱交換器を通ってポンプで輸送される場合、熱伝達流体からの熱エネルギーは水体に放出される。冷却された熱伝達流体は、最終的に構造物にポンプで戻れされるため、構造物の冷却回路に供給することができる。

該装置は、中空空間を形成する本体を含む場合に有利である。該装置は、原理的にはポンツーンとして設計され、好ましくは、ベンチレーターの電源用の電源コネクタを含み、パイプシステムの接続用の吸込口と排出口への接続点を含み、これを介して水熱交換器に熱伝達流体を供給することができる。好ましくは、本体は、低コストで安定した耐久性のある設計を提供するために、完全に又は少なくとも大部分がコンクリートで製造される。チューブ状に設計された空気熱交換器の熱交換器部分は、特に、好ましくは本体内部、特に上述した中空空間内に延び、水体からの水は、該装置の作動中に上述した熱交換器部分を流れる。この目的のために、該装置自体がポンプを含む。代替的に、該装置は、上述した吸込口を介して対応するラインに接続することもでき、このラインを介して水を外部ポンプによって水熱交換器に供給することができる。

水熱交換器は、該装置が意図したように使用されるとき、該装置の本体下方の水体中に浸漬される場合に有利である。この場合、水熱交換器（当然のことながら、熱伝達流体が流れることができる部分であるべきである）の浸漬部分は、該装置下方の水と直接接触し、水と熱伝達流体との間の熱エネルギーの伝達は、水熱交換器の浸漬部分の対応する壁を介して行われる。浸漬部分は、好ましくは、専ら該装置又はその本体の下方に位置するので、行き交うボート／船舶による損傷は、ほぼ完全に排除される。

水熱交換器が、熱伝達流体が流れることができる１つ又は複数のチューブ部分を含み、該装置が意図したように使用されるとき、該チューブ部分が少なくとも部分ごとに水体に浸漬される場合に、特別な利点が生じる。好ましくは、可能な限り小さい空間にできるだけ大きな熱交換器表面を提供するために、チューブ部分は、ミアンダ形状、螺旋形状、又は蛇行形状に設計される。チューブ部分は、いくつかのチューブによって形成されてよく、又は、熱伝達流体が流れる１つのチューブを共に形成してもよい。いずれの場合も、チューブ部分は水熱交換器の吸込口と排出口に接続されるため、熱伝達流体はチューブ部分に流入してチューブ部分から出ることができる。

該装置は、水体に浸漬され、水体に浸漬される熱交換器素子を横方向に保護する保護壁を含む場合に有利である。保護壁は、水体中でエプロンのように本体から下方に延びており、水熱交換器の水中に突出している部分に浮遊物が横方向から衝突して、水熱交換器を損傷することを防止することができる。保護壁は、好ましくは本体に接続され、例えば衝突保護として本体を横方向に部分的に又は完全に取り囲む個別の構成要素として設けられる。

該装置が意図したように使用されるとき、該装置が水体から突出している部分を含む場合に特別な利点が生じる。したがって、該装置は特に装置の一部が水体の水位より上に位置し、該装置の一部が水体の水位より下に位置するように設計される。特に、ファンの特に簡単なメンテナンスを可能にするために、ファン（一般的には、複数であってもよい）が水体から突出している部分の領域に配置される場合にも有利である。代替的に、ファンは該装置内に配置することもでき、当然のことながら、この場合ファンに近付くことがより困難である。

ファンは、吸気口又は排気口の部位に配置される場合に有利である。ファンは、特に該装置の作動中に上方から見え、例えば、格子によって覆われている。さらに、好ましくは地上に配置された外部電源にファンを接続することを可能にするために、ファンは、特に電源ケーブル用の電力供給のためのコネクタを含むべきである。

該装置が意図したように使用され、少なくとも部分ごとに水体の表面部分を横方向に区切るとき、該装置が水体から突出している部分を含む場合に特別な利点が生じる。その結果、側面に向かって、程度の差はあるものの、極度に閉じられた一定量の水が区切られている。この領域に存在する水は、太陽光によって特に集中的に加熱され、最終的にその熱エネルギーをその下方に位置する該装置、特に空気熱交換器に放出することができるため、空気熱交換器を流れる水を補助加熱することができる。

この状況では、該装置のカバー部分が上述した部分の間に延びており、該装置が意図したように使用されて少なくとも部分的に上方から見えるときに、水体の水面の下方にある場合に、特に有利である。カバー部分は、特に、内部中空空間を上部に向かって区切ることができる。次に、内部中空空間は、空気熱交換器を全体的に又は部分的に取り囲んでいる。したがって、一定量の水で覆われているカバー部分の上方に配置された中空空間の領域は、水で加熱することができる。周囲空気が吸気口と排気口を介して中空空間を通って輸送される場合、この周囲空気は、加熱されたカバー部分によって補助加熱されるため、特に大量の熱エネルギーを水体の水に導入することができる。

空気熱交換器の出口がカバー部分の領域内に延び、それによって出口を介して空気熱交換器から出る水がカバー部分を横切って水体内に戻るように流れることができる場合にも有利である。特に、該装置が意図したように使用されるとき、カバー部分又はその出口を取り囲む部分は、水面の上方に位置すべきである（すなわち、水体中に置かれた後）。どんな場合でも、上方から見えるカバー部分の領域に出口を配置することは、原理的には、空気熱交換器から出た後に該装置の表面において太陽エネルギーによって流出水を補助加熱することができるという利点を有する。この場合、自然の熱エネルギーの導入は最大である。

カバー部分が、水体から突出している部分と共に、底部に向かって、また、少なくとも部分ごとに、側面に向かって区切られたベースンを形成する場合に、特別な利点が生じる。好ましくは、ベースンは、水体から対応して突出している部分によって全ての側面に向かって区切られ、上部に向かって開口している。ベースン内に位置する水は、空気熱交換器の出口を介してベースンに流入することができ、この場合、太陽光に強く曝されるため、補助加熱することができる（上述した出口は、好ましくは、水体から突出している該装置の部分のカバー部分の領域又は内向きの側壁の領域に位置する）。

上述した水熱交換器、好ましくは、熱伝達流体が流れることができるそのチューブ部分が、カバー部分及び／又はベースン内に延び、それによって熱伝達流体とベースンに位置する水との間で熱エネルギーを伝達することができる場合に有利である。０℃以下の熱伝達流体が水熱交換器を通ってポンプで輸送される場合、ベースンに位置する水は迅速に冷却され、次に凍結されるため、比較的短時間に比較的多量の熱エネルギーを熱伝達流体に伝達することができる。このように、該装置に接続された構造物により多くの熱を迅速に供給することができ、これは一日の特定の時間に（例えば、朝、建物を迅速に加熱するために）、特に有利である。

付加的又は代替的に、熱伝達流体用の吸込口と、熱伝達流体用の排出口とを含む第２の水熱交換器が設けられてよい（吸込口と排出口は、第１の水熱交換器に接続されるか、又は個別のパイプシステムに接続されてよい）。例えば、第１の水熱交換器又はそのチューブ部分は、専ら本体の下方の水体の水中に延び、一方、熱伝達流体が流れることができる第２の水熱交換器又はそのチューブ部分は、専らベースン及び／又は装置のカバー部分及び／又は水から突出している部分に延びると考えられる。

本発明に係るシステムは、上記又は以下の説明によれば、最終的に水体中に浮動する該装置を含み、個々の特徴を個別に又は任意の組み合わせで実施することができる（請求項１の特徴が実施されている）。さらに、システムは、水体の外部、すなわち地上に配置され、パイプシステム（好ましくは、供給ライン及び戻りラインを含む）を介して該装置に接続されるヒートポンプを含み、ヒートポンプは、例えば構造物（建物等）内に配置されてよい。ヒートポンプは、構造物を加熱するために、パイプシステムを介して該装置から戻るように流れる熱伝達流体から熱エネルギーを抽出するために利用される。特に、ヒートポンプと該装置はパイプシステムを介して回路として接続されるため、熱伝達流体は、ヒートポンプと該装置との間を循環することができる。

システムが上記又は以下の説明に係る複数の該装置を含む場合に特別な利点が生じる。個々の装置は、水体中に互いに独立して配置されてよく、それぞれ個別のラインネットワーク又は同じラインネットワークを介して１つ又は複数のヒートポンプに接続されてよい。しかしながら、複数の該装置が互いに接続されて１つの浮動ユニットを形成することが好ましい。特にこの場合、特定の空気熱交換器及び／又は水熱交換器は、互いに結合されるべきであり、そのため周囲空気及び／又は熱伝達流体及び／又は水体からの水は、並列又は直列接続された複数の該装置を流れることができる。

上記又は以下の説明による装置を用いて構造体を加熱する方法は、既に部分的に説明されており、以下のステップを含む。

最初に、該装置は、予め選択された水体、例えば（揚水）貯水湖に設置され、必要であれば水体の底部に固定される。その後、該装置は地上に位置するヒートポンプに接続され、その結果、最終的に上記システムが得られる。

該装置を取り囲む周囲空気から水体の水に熱エネルギーを導入することにより、熱エネルギーを一時的に蓄積するために、上述したファンを作動させ、そのため周囲空気が空気熱交換器を通って移動される。好ましくは、同時に又は遅延して、ポンプで水体から水を送り出し、空気熱交換器に水を供給するために、ポンプが作動される（該装置の一部である必要はない）。

水が流れる領域と周囲空気が流れる空気熱交換器の領域とが隔壁だけで隔てられていることを考えれば、周囲空気からの熱エネルギーは、水に伝達される（当然のことながら、周囲空気の温度は、空気熱交換器を通過する水の温度よりも高い）。

同時に又は好ましくは、少なくとも部分的に遅延して（例えば、夜間に）、熱伝達流体もまた最終的に水熱交換器を通ってポンプで輸送され、それによって水体の水から熱エネルギーを抽出し、最終的にはヒートポンプによって加熱すべき構造物の加熱回路に放出することができる。この場合、熱伝達流体は、ヒートポンプから送り出され、水熱交換器を通ってヒートポンプに戻り、そこで水体からの水に由来する熱エネルギーを、該装置の領域内の熱伝達流体に伝達した後、構造物を加熱するために、ヒートポンプの助けを借りて熱伝達流体から構造物の加熱回路に伝達する。

ファンを作動させ、空気熱交換器を通って水体からの水を移動させ、及び／又は水熱交換器を通って熱伝達流体を移動させることが、構造物の加熱要件及び／又は周囲空気の温度及び／又は水体の温度の機能として働く場合に利点が生じる。特に、ファンは、制御ユニット及び／又は調整ユニットによって制御及び／又は調整されてよい。例えば、周囲空気からの熱エネルギーが水体に供給される場合、周囲空気の温度が該装置を取り囲む水の温度よりも高い場合にのみ、ファンを作動させることは有用である。

代替的に、該装置は、また、構造物を冷却し、すなわち構造物から熱エネルギーを抽出し、熱エネルギーを水体に導入するために利用されてよい。対応する方法は、以下のステップを含む。

最初に、この場合にも、（上記又は以下に説明する特徴を有する）該装置を水体に導入しなければならない（該装置が既に上記方法に使用されているので、これはまだ起こっていないことを条件とする）。装該置は、また、冷却すべき構造物の地上に位置する冷却回路に接続されなければならない（これが上記方法の範囲内でまだ行われていない場合、前記冷却回路は、上述したヒートポンプに接続してよい）。

水体の冷却をもたらすためにファンを作動させ、したがって空気熱交換器を通って周囲空気を移動させる。この場合ファンは、周囲空気の温度が該装置を取り囲む水体の水の温度よりも低い場合にのみ、作動するべきであって、それはそのような場合にのみ、熱エネルギーを水から周囲空気に伝達することができるからである。したがってファンは、好ましくは夜間に運転されるべきである。

同時に、水から周囲空気への熱エネルギーの所望の伝達を提供するために、水は空気熱交換器を通ってポンプで輸送するべきである。このようにして水体が冷却される。該装置を取り囲む水の温度よりも高温の熱伝達流体が水熱交換器を通ってポンプで輸送される場合、熱伝達流体は、以前に構造物内に吸収された熱エネルギーを水熱交換器により水体に放出することができるため、冷却される。冷却された熱伝達流体は、水熱交換器を通過した後、最終的にはそのパイプシステムを介してポンプで建物に戻され、冷却回路を介して建物を冷却することができる。

この状況において、ファンを作動させ、空気熱交換器を通って水体からの水を移動させ、及び／又は水熱交換器を通って熱伝達流体を移動させることが、構造物の冷却需要及び／又は周囲空気の温度及び／又は水体の温度の機能として働く場合に有利である。

さらに、当然のことながら、上述した方法を組み合わせることもでき、構造物を加熱する期間（例えば冬季）に最初に述べた方法を実施すべきであり、一方、建物を冷却する期間（好ましくは夏季）に、第２の方法を実施すべきである。

本発明のさらなる利点は、以下の例示的な実施形態において説明される。概略的には、
図１は、本発明に係るシステムを示す。 図２は、本発明に係る装置の第１の実施形態の斜視図を示す。 図３は、図２の破線に沿って図２に示されている右下から左上へ見た装置の断面図を示す。 図４は、本発明に係る装置の別の実施形態の斜視図を示す。 図５は、図４に示されている装置の断面を、左右に示されている排気口を通って垂直方向に延び、装置の位置合わせに基づく平面に沿って示す。

図１は、本発明に係る、水体２に熱エネルギーを導入、又は水体２から熱エネルギーを抽出するために利用されるシステムの概略図を示す。

水体２は、原理的には、永続的で、流入ライン２０及び流出ライン２１を介して１つ又は複数の風力タービンタワーに接続可能な貯水池などの貯留水体、好ましくは、人工的な水体２であり、流入ライン２０及び流出ライン２１の助けを借りて水２５をポンプで水体２中に送り込むか、又は水体外に送り出すことができるため、水体２は揚水湖として利用することができる。

本発明に係る装置１は、原理的には浮動するように設計されているため、図１に示すように、部分的に水２５の水面下に位置する（水位は参照符号２４で示されている）。

さらに、装置１は、パイプシステム１６（好ましくは、少なくとも２つのパイプを含む）に接続され、次に、パイプシステム１６は、例えば、地上２２に位置するオフィス又はアパートメントである構造物１７のヒートポンプ１５に接続される。次に、ヒートポンプ１５は、加熱回路１８及び／又は冷却回路１９に接続することができ、最終的に、加熱回路１８及び／又は冷却回路１９を介して構造物１７に熱エネルギーを供給するか、又は構造物を冷却することができる。

図２（透視図）と図３（図２の破線に沿った断面図）を参照して、装置１自体をより詳細に説明する。

原理的には、装置１は、好ましくは、全体的に又は部分的にコンクリートで製造された本体３１を含み、装置１に水体２の水２５中に必要な浮力を提供するために中空空間３を区切っている。

中空空間３内には、空気熱交換器７が延びており、好ましくは１つ又は複数の熱交換器チューブ３２を含み、これを通って水体２の水２５が流れることができる。この目的のために、空気熱交換器７は、完全には示されていないライン２８に接続された入口１１を含み、次に、ライン２８はポンプに接続され、ポンプの助けを借りて水２５を水体２から水熱交換器４に輸送することができる。水２５は、熱交換器チューブ３２を流れ、最後に出口１２を介して水熱交換器４から出る。出口１２は、好ましくは、装置１の上方に面して好ましくは水位２４の下方に延在するカバー部分２６の領域に位置するため、流出する水２５は、太陽光の助けによってさらに加熱することができる。

水体２への主な熱注入は空気熱交換器７を介して行われるが、ファン１０は吸気口８を介して周囲空気を吸い込み、装置１の作動中に中空空間３に空気を導入する。中空空間３では、空気は隔壁１３として機能する熱交換器チューブ３２の外壁に接触するため、周囲空気からの熱エネルギーを、熱交換器チューブ３２を流れる水２５に伝達することができる。その結果、水体２は加熱される（周囲空気に熱エネルギーを放出することによって水体２が冷却される装置１の第２の可能な使用に関しは、上述した説明を参照する）。

最後に、冷却された周囲空気は、排気口９を介して装置１から出て、吸気口８と排気口９は、水２５から突出している装置１の部分２７の領域に位置すべきである。

上述の場合、空気熱交換器７は、周囲環境から水体２に熱エネルギーを導入するために利用され、同様に示される水熱交換器４は、建物に熱エネルギーを伝導するために、水体２の熱エネルギーを抽出するために利用される（ここでは明確に記載されていない反対の用途では、空気熱交換器７は水体２を冷却するために利用され、水熱交換器４は水体２に熱エネルギーを導入するために利用される）。

水熱交換器４は、水体２の水２５中に全体的に又は部分的に浸漬された１つ又は複数のチューブ部分２９を含む。水熱交換器４は、パイプシステム１６を介して熱伝達流体（例えば、グリコール）をヒートポンプ１５から水熱交換器４に伝達することができる吸込口５をさらに含む。熱伝達流体は、チューブ部分２９を流れ、出口を介してパイプシステム１６に戻り、最後にヒートポンプ１５に戻るように流れる。吸込口５を介して流入する熱伝達流体の温度がチューブ部分２９を取り囲む水２５の温度よりも低い場合、水２５からの熱エネルギーは、熱伝達流体に伝達され、最終的にヒートポンプ１５により構造物１７を加熱するために利用することができる。同時に、水体２の水２５は冷却され、水体２の開始温度及び熱伝達流体の温度に応じて、チューブ部分を取り囲む水２５が凍結することさえあり得る。

図１及び図２から最終的に明らかなように、装置１は、熱伝達流体が流れることもでき、例えばカバー部分２６の上方に突出しているリブ２３を通って延びる、第２の水熱交換器４を含んでよい（当然のことながら、いくつかのリブ２３を設けることができる）。

したがって、第２の水熱交換器４は、カバー部分２６の上方に位置する水体２の水２５から熱エネルギーを抽出することができる領域に位置する。この場合、カバー部分２６は、水から突出している装置１の部分２７と共に、一定量の水を少なくとも部分的に区切る一種のたらい状貯水部分（ベースン）１４を形成する。

この水２５から第２の水熱交換器４によって熱エネルギーを抽出する場合、この量の水は特定の条件に応じて急速に凍結する可能性があるため、相転移により、水２５の体積当たりに特に大量の熱エネルギーを抽出することができる。

第２の可能な実施形態を図４（透視図）及び図５（図４の左右の排気口９の断面図）に示す。

前の図に示された実施形態と対照的に、図４及び図５に示される装置１の本体３１は、上面図で見て円形に設計されている。水熱交換器４のチューブ部分２９は、水体２内で下方に突出し、上部ベースン１４内に突出しており、この場合、空気熱交換器７の熱交換器チューブ３２は螺旋状に設計され、円形吸気口８の中心点を通って仮想中心軸に巻き付けられる。

さらに、図５は、明瞭化のために図４に示されていないエプロン状保護壁３０によって、水体２内で下方に突出している水熱交換器４のチューブ部分２９を、側面へ向かって囲むことができることを示している。

図５は、また、空気熱交換器７の出口１２が好ましくはベースン１４内に開口していることも示しており、出口１２を介して流出する水２５は、ベースン１４を介して水体２に戻るように流れ、そうすることで、入射する太陽光の助けを借りてさらに加熱される。

さらに、図示のように、ベースン１４に配置された第２の水熱交換器４は、熱伝達流体用の個別の吸込口５及び個別の排出口６を含むことができる。原理的には、上述した水熱交換器４と水体２内で下方に突出している水熱交換器４とを、当然ながら結合することもでき、したがって熱伝達流体は、直列又は並列回路の様式で両方の水熱交換器４を流れることができる。

本発明は、示され説明された例示的な実施形態に限定されない。明細書の異なる部分、又は請求項、又は異なる例示的な実施形態で示され説明されていても、説明された特徴の任意の組み合わせと同様に、特許請求の範囲内の変更が可能である。

１ 水体に熱を導入し、水体から熱を抽出する装置
２ 水体
３ 中空空間
４ 水熱交換器
５ 水熱交換器の吸込口
６ 水熱交換器の排出口
７ 空気熱交換器
８ 空気熱交換器の吸気口
９ 空気熱交換器の排気口
１０ ファン
１１ 水体からの水用の空気熱交換器の入口
１２ 水体からの水用の空気熱交換器の出口
１３ 隔壁
１４ ベースン
１５ ヒートポンプ
１６ パイプシステム
１７ 構造物
１８ 構造物の加熱回路
１９ 構造物の冷却回路
２０ 流入ライン
２１ 流出ライン
２２ 地上
２３ リブ
２４ 水位
２５ 水
２６ カバー部分
２７ 水体から突出した部分
２８ ライン
２９ チューブ部分
３０ 保護壁
３１ 本体
３２ 熱交換器チューブ

Claims (18)

1. 水体（２）に熱エネルギーを導入し、前記水体（２）から熱エネルギーを抽出する装置（１）であって、
   前記装置（１）が前記水体（２）中に置かれたときに浮動するための中空空間（３）を含み、
   前記装置（１）が前記水体（２）中に置かれた後に前記水体（２）に少なくとも部分的に浸漬される水熱交換器（４）を含み、
   前記水熱交換器（４）は、熱伝達流体が前記水熱交換器（４）を流れて、前記水体（２）に熱エネルギーを放出するか、又は前記水体（２）から熱エネルギーを抽出するために、熱伝達流体用の吸込口（５）及び熱伝達流体用の排出口（６）を含む装置（１）において、
   前記装置（１）は、空気熱交換器（７）をさらに含み、
   前記空気熱交換器（７）は、周囲空気を取り入れるための吸気口（８）と、前記吸気口（８）を通して前に前記空気熱交換器（７）に入れた前記周囲空気を排出するための排気口（９）とを含み、
   前記装置（１）は、周囲空気を、前記吸気口（８）を通して前記空気熱交換器（７）内に入れてこの空気熱交換器（７）を通過するように移動させることができる少なくとも１つのファン（１０）を含み、
   前記空気熱交換器（７）は、前記水体（２）からの水（２５）が前記空気熱交換器（７）を流れて前記空気熱交換器から出るために、前記水体（２）からの前記水（２５）用の入口（１１）と、前記入口（１１）を通して供給される前記水（２５）用の出口（１２）とをさらに含み、
   前記空気熱交換器（７）は、前記空気熱交換器（７）を流れる前記水（２５）が前記空気熱交換器（７）を流れる前記周囲空気から分離される少なくとも１つの隔壁（１３）を含み、この隔壁を通じて、前記空気熱交換器（７）を流れる前記周囲空気と前記空気熱交換器（７）を流れる前記水（２５）との間で熱エネルギーを伝達することができることを特徴とする装置（１）。
2. 前記中空空間（３）を形成し、好ましくは、少なくとも大部分がコンクリートで製造される基体（３１）を含むことを特徴とする前記請求項に記載の装置（１）。
3. 前記水熱交換器（４）は、前記装置（１）が意図したように使用されるとき、前記装置（１）の前記基体（３１）下方の前記水体（２）中に浸漬することを特徴とする前記請求項のいずれか一項に記載の装置（１）。
4. 前記水熱交換器（４）は、前記熱伝達流体が流れることができる１つ又は複数のチューブセグメント（２９）を含み、前記チューブセグメント（２９）は、前記装置（１）が意図したように使用されるとき、少なくともセグメントごとに前記水体（２）中に浸漬することを特徴とする前記請求項のいずれか一項に記載の装置（１）。
5. 前記水体（２）に浸漬され、前記水体（２）に浸漬する熱交換器素子を横方向に保護する保護壁（３０）を含むことを特徴とする前記請求項のいずれか一項に記載の装置（１）。
6. 前記装置（１）が意図したように使用されるとき、前記水体（２）の外部に突出したセグメント（２７）を含み、前記ファン（１０）は、好ましくは、前記セグメント（２７）のうちの１つの領域内に配置されることを特徴とする前記請求項のいずれか一項に記載の装置（１）。
7. 前記ファン（１０）は、前記吸気口（８）又は前記排気口（９）の部位に配置されることを特徴とする前記請求項のいずれか一項に記載の装置（１）。
8. 前記装置（１）が意図したように使用され、前記水体（２）の表面部分を少なくともセグメントごとに横方向に境界付けるとき、前記水体（２）の外部に突出するセグメント（２７）を含むことを特徴とする前記請求項のいずれか一項に記載の装置（１）。
9. 前記装置（１）のカバーセグメント（２６）は、前記装置（１）が意図したように使用され、少なくとも部分的に上方から見えるとき、前記セグメント（２７）の間に延び、前記水体（２）の水面の下方にあることを特徴とする前記請求項に記載の装置（１）。
10. 前記空気熱交換器（７）の前記出口（１２）は、前記出口（１２）を通って前記空気熱交換器（７）から出る水（２５）が前記カバーセグメント（２６）を横切って前記水体（２）に戻るように流れることができるように、前記カバーセグメント（２６）の領域内に延びることを特徴とする前記請求項に記載の装置（１）。
11. 前記カバーセグメント（２６）は、前記水体（２）の外部に突出したセグメント（２７）と共に、底部及び側面の少なくともセグメントごとに境界付けられたベースン（１４）を形成することを特徴とする請求項９又は１０に記載の装置（１）。
12. 前記装置（１）の前記水熱交換器（４）及び／又は第２の水熱交換器（４）は、前記熱伝達流体と前記ベースン（１４）内に存在する前記水（２５）との間で熱エネルギーを伝達することができるように、前記カバーセグメント（２６）及び／又は前記ベースン（１４）内に延びる熱伝達流体用の吸込口（５）と前記熱伝達流体用の排出口（６）をさらに含むことを特徴とする前記請求項に記載の装置（１）。
13. 水体（２）に熱エネルギーを導入し、前記水体（２）から熱エネルギーを抽出するシステムにおいて、
    水体（２）に浮動する前記請求項のいずれか一項に記載の装置（１）と、前記水体（２）の外側に配置されたヒートポンプ（１５）と、前記ヒートポンプ（１５）を前記装置に接続するためのパイプシステム（１６）とを含むことを特徴とするシステム。
14. 請求項１〜１２のいずれか一項に記載の装置（１）を複数含み、前記装置（１）、特にその空気熱交換器（７）及び／又はその水熱交換器（４）が互いに接続されてユニットを形成することを特徴とする前記請求項に記載のシステム。
15. 請求項１〜１２のいずれか一項に記載の装置（１）を用いて建物（１７）を加熱する方法であって、
    前記装置（１）を水体（２）に導入するステップと、
    前記装置（１）を地上に存在するヒートポンプ（１５）に接続するステップと、
    前記空気熱交換器（７）を通して周囲空気を移動させるために、前記ファン（１０）を少なくとも断続的に作動させるステップと、
    前記空気熱交換器（７）を通して前記水体（２）からの水（２５）を少なくとも断続的に移動させ、前記空気熱交換器（７）を流れる前記周囲空気から前記空気熱交換器（７）を流れる前記水（２５）に熱エネルギーを伝達して前記水（２５）を加熱することにより、前記周囲空気からの熱エネルギーを前記水体（２）に中間蓄積するステップと、
    熱伝達流体を、前記水熱交換器（４）を通して前記ヒートポンプ（１５）から出て前記ヒートポンプ（１５）に戻すように少なくとも断続的に移動させ、前記水体（２）からの前記水（２５）に由来する熱エネルギーを前記装置（１）の領域内の前記熱伝達流体に伝達した後に、前記建物を加熱するために前記ヒートポンプ（１５）によって前記熱伝達流体から前記建物（１７）の加熱回路（１８）に伝達するステップとを含む、方法。
16. 前記ファン（１０）を作動させ、前記水体（２）からの前記水（２５）を、前記空気熱交換器（７）を通して移動させること、及び／又は前記熱伝達流体を、前記水熱交換器（４）を通して移動させることは、前記建物（１７）の加熱要件及び／又は前記周囲空気の温度及び／又は前記水体（２）の温度の機能として働くことを特徴とする前記請求項に記載の方法。
17. 請求項１〜１２のいずれか一項に記載の装置（１）を用いて建物（１７）を冷却する方法であって、
    前記装置（１）を水体（２）に導入するステップと、
    前記装置（１）を地上に存在する前記建物（１７）の冷却回路（１９）に接続するステップと、
    前記空気熱交換器（７）を通して周囲空気を移動させるために、前記ファン（１０）を少なくとも断続的に作動させるステップと、
    前記空気熱交換器（７）を通して前記水体（２）からの水（２５）を少なくとも断続的に移動させ、前記空気熱交換器（７）を流れる前記水（２５）から前記空気熱交換器（７）を流れる前記周囲空気に熱エネルギーを伝達して、前記水（２５）を冷却するステップと、
    前記水熱交換器（４）を通して前記冷却回路（１９）から熱伝達流体を少なくとも断続的に移動させ、前記水熱交換器（４）を流れる前記熱伝達流体から前記装置（１）の領域の前記水体（２）からの前記水（２５）に熱エネルギーを伝達して、前記熱伝達流体を前記装置（１）の領域で冷却するステップと、
    前記冷却された熱伝達流体を前記建物（１７）の前記冷却回路（１９）に戻して、前記建物を冷却するステップとを含む、方法。
18. 前記ファン（１０）を作動させ、前記水体（２）からの前記水（２５）を、前記空気熱交換器（７）を通して移動させること、及び／又は前記熱伝達流体を、前記水熱交換器（４）を通して移動させることは、前記建物（１７）の冷却要件及び／又は前記周囲空気の温度及び／又は前記水体（２）の温度の機能として働くことを特徴とする前記請求項に記載の方法。

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