JP6983770B2 - 地域熱エネルギー配給システム - Google Patents

Description

本発明は、都市または都市の一部内にエネルギーを供給するための地域熱エネルギー配給システムに関する。

世界中のほとんどすべての先進的な大都市は、そのインフラストラクチャに組み込まれた少なくとも二つのタイプのエネルギー供給網を有しており、一つは、電気エネルギーを提供するための供給網であり、もう一つは、空間加熱および水道水高温調整を提供するための供給網である。空間加熱および水道水高温調整を提供するために使用される一般的な供給網は、可燃性ガス、典型的には化石燃料ガスを提供するガス供給網である。ガス供給網によって提供されるガスは、空間加熱および水道からのお湯を提供するために局所で燃焼される。空間加熱および水道水高温調整を提供するためのガス供給網の代替案が、地域加熱網である。電気エネルギー供給網の電気エネルギーもまた、空間加熱および水道水高温調整のために使用されてもよい。電気エネルギー供給網の電気エネルギーはまた、空間冷却のために使用されてもよい。電気エネルギー供給網の電気エネルギーはさらに、冷蔵庫および冷凍庫を稼働させるために使用されている。

したがって、従来の建物の加熱および冷却システムは、電気および化石燃料などの高品位な一次エネルギー源を使用して、またはエネルギー源を産業廃熱の形で使用して、空間加熱および／または空間冷却を提供し、建物で使用される水を加熱または冷却する。さらには、都市に、空間冷却のための地域冷却網を導入することもますます一般的になっている。建物の空間および水を加熱または冷却するプロセスは、この高品位なエネルギーを低品位な廃熱に高エントロピーで変換するし、それは、建物を出て、環境へと戻される。

ゆえに、環境へと戻される廃熱を削減する、建物および水道水を加熱および／または冷却するための、改善されかつ費用対効果の高いシステムの必要性が存在する。

本発明の目的は、上で言及された問題のうちの少なくともいくつかを解決することである。

第１の態様によれば、地域熱エネルギー配給システムが提供される。地域熱エネルギー配給システムは、自身を通る熱伝達液体の流れを可能にするための二つの導管を備える熱エネルギー回路であって、熱エネルギー回路における高温導管が、第１の温度の熱伝達液体が自身を通って流れるのを可能にするように構成され、熱エネルギー回路における低温導管が、第１の温度よりも低い第２の温度の熱伝達液体が自身を通って流れるのを可能にするように構成された熱エネルギー回路と、一つ以上の局所熱エネルギー消費器アセンブリであって、高温導管からの熱伝達液体が熱エネルギー消費器熱交換器の中へと流れるのを可能にするための熱エネルギー消費器バルブを介して高温導管に選択的に接続され、高温導管からの熱伝達液体を熱エネルギー消費器熱交換器の中へと圧送するための熱エネルギー消費器ポンプを介して高温導管に選択的に接続され、かつ熱エネルギー消費器熱交換器から熱伝達液体が低温導管に戻るのを可能にするために低温導管に接続される熱エネルギー消費器熱交換器であって、低温導管に戻された熱伝達液体が、第１の温度よりも低い温度であって好ましくは第２の温度に等しい温度を有するように、熱伝達液体からの熱エネルギーを熱エネルギー消費器熱交換器の周囲に伝達するために配置された熱エネルギー消費器熱交換器、熱エネルギー回路の第１の局所圧力差を決定するようになされた第１の圧力差決定デバイス、および第１の局所圧力差に基づいて、熱エネルギー消費器バルブまたは熱エネルギー消費器ポンプのいずれかの使用を選択的に制御するために配置された第１のコントローラを、各々が備える局所熱エネルギー消費器アセンブリと、一つ以上の局所熱エネルギー発生器アセンブリであって、低温導管からの熱伝達液体が熱エネルギー発生器熱交換器の中へと流れるのを可能にするための熱エネルギー発生器バルブを介して低温導管に選択的に接続され、低温導管からの熱伝達液体を熱エネルギー発生器熱交換器の中へと圧送するための熱エネルギー発生器ポンプを介して低温導管に選択的に接続され、かつ熱エネルギー発生器熱交換器から熱伝達液体が高温導管に戻るのを可能にするために高温導管に接続される熱エネルギー発生器熱交換器であって、高温導管に戻された熱伝達液体が、第２の温度よりも高い温度であって好ましくは第１の温度に等しい温度を有するように、その周囲からの熱エネルギーを熱伝達液体に伝達するために配置された熱エネルギー発生器熱交換器、熱エネルギー回路の第２の局所圧力差を決定するようになされた第２の圧力差決定デバイス、および第２の局所圧力差に基づいて、熱エネルギー発生器バルブまたは熱エネルギー発生器ポンプのいずれかの使用を選択的に制御するために配置された第２のコントローラを、各々が備える局所熱エネルギー発生器アセンブリと、を備える。

「選択的に接続される」という表現は、該当する熱交換器が、ある一時点において、それぞれの導管に、ポンプを介して、またはバルブを介してのいずれかで流体接続していると解釈されるべきである。したがって、該当する熱交換器が、それぞれの導管に、ポンプを介して流体接続することになるのか、またはバルブを介して流体接続することになるのかが選択されてよい。

「バルブ」という語は、バルブが開放された状態にあるときに、制御されたやり方で、熱伝達液体がバルブを通って流れるのを可能にするように構成されたデバイスと解釈されるべきである。その上、バルブはまた、バルブを通る熱伝達液体の流量が制御され得るように配置されてよい。したがって、バルブは、自身を通る熱伝達液体の流れを調整するために配置された調整バルブであってもよい。

「ポンプ」という語は、ポンプが有効な圧送状態にあるときに、制御されたやり方で、熱伝達液体がポンプを通して圧送されるのを可能にするように構成されたデバイスと解釈されるべきである。その上、ポンプはまた、ポンプを通る熱伝達液体の流量が制御され得るように配置されてよい。

地域熱エネルギー配給システムは、高温導管の熱伝達液体と低温導管の熱伝達液体との局所圧力差が、熱エネルギー回路に従って変化することを許容する。特に、高温導管の熱伝達液体と低温導管の熱伝達液体との局所圧力差は、高温導管および低温導管のうちの一つから見て、正から負の圧力差に変化することがある。地域熱エネルギー配給システムはさらに、システム内のすべての圧送を、局所熱エネルギー消費器アセンブリ／発生器アセンブリにおいて行わせる可能性を許容する。限定された流れおよび圧力が必要とされるために、細かく周波数制御された循環ポンプが使用されてよい。したがって、構築するのが容易な地域熱エネルギー配給システムが提供される。さらに、制御するのが容易な地域熱エネルギー配給システムが提供される。

地域熱エネルギー配給システムの基本理念は、現代の都市が、都市内で再利用され得る熱エネルギーをそれら自らによって提供するという、発明者による見識に基づいている。再利用される熱エネルギーは、地域熱エネルギー配給システムによって集められてよく、例えば、空間加熱または水道水高温調整のために使用されてよい。さらに、空間冷却への増加する需要もまた、地域熱エネルギー配給システム内で処理されることになる。地域熱エネルギー配給システム内で、都市内の建物は、相互接続されており、容易かつ簡単なやり方で、異なる局所の需要のために低温の廃エネルギーを再供給することができる。とりわけ、地域熱エネルギー配給システムは、
都市内部のエネルギーの流れの最適な再利用のために、一次エネルギーの使用を最小限にすること、
局所で燃焼するガスまたは他の燃料の必要性が削減されるので、都市内部の煙突または燃焼場所の必要性を限定すること、
冷却デバイスによって生成された余分な熱は、運び去られ、地域熱エネルギー配給システム１内で再利用され得るので、都市内部でのタワーの冷却またはコンベクターの冷却の必要性を限定すること、
を提供する。

したがって、地域熱エネルギー配給システムは、都市内の熱エネルギーのスマートな二重使用を提供する。地域熱エネルギー配給システムは、都市の中に統合されるとき、都市内での加熱用途および冷却用途の両方において、低レベルの熱エネルギー廃棄物の活用を提供する。これは、都市におけるガス供給網または地域加熱網、および冷却供給網の必要性を排除することによって、都市の一次エネルギーの消費を削減することになる。

高温導管および低温導管は、０．６ＭＰａ、１ＭＰａ、または１．６ＭＰａまでの圧力用の寸法にされてよい。

第１の局所圧力差および第２の局所圧力差は、選ばれた寸法の圧力に応じて、最大でも、±０．２ＭＰａ、±０．３ＭＰａ、または±０．６ＭＰａに設定されてよい。したがって、高温導管および低温導管が０．６ＭＰａまでの圧力用の寸法にされるとき、第１の局所圧力差および第２の局所圧力差は、最大でも、±０．２ＭＰａに設定されてよく、高温導管および低温導管が１ＭＰａまでの圧力用の寸法にされるとき、第１の局所圧力差および第２の局所圧力差は、最大でも、±０．３ＭＰａに設定されてよく、高温導管および低温導管が１．６ＭＰａまでの圧力用の寸法にされるとき、第１の局所圧力差および第２の局所圧力差は、最大でも、±０．６ＭＰａに設定されてよい。

第１の局所圧力差が、高温導管の熱伝達液体の第１の局所圧力が低温導管の熱伝達液体の第１の局所圧力よりも大きいことを示すときに、第１のコントローラは、熱エネルギー消費器バルブを選択的に使用するように配置されてよい。

第１の局所圧力差が、高温導管の熱伝達液体の第１の局所圧力が低温導管の熱伝達液体の第１の局所圧力以下であることを示すときに、第１のコントローラは、熱エネルギー消費器ポンプを選択的に使用するように配置されてよい。

第２の局所圧力差が、低温導管の熱伝達液体の第２の局所圧力が高温導管の熱伝達液体の第２の局所圧力よりも大きいことを示すときに、第２のコントローラは、熱エネルギー発生器バルブを選択的に使用するように配置されてよい。

第２の局所圧力差が、低温導管の熱伝達液体の第２の局所圧力が高温導管の熱伝達液体の第２の局所圧力以下であることを示すときに、第２のコントローラは、熱エネルギー発生器ポンプを選択的に使用するように配置されてよい。

システムは、局所熱エネルギー消費器アセンブリおよび局所熱エネルギー発生器アセンブリの両方を備える建物をさらに備えることができ、建物の局所熱エネルギー消費器アセンブリの第１の圧力差決定デバイス、および建物の局所熱エネルギー発生器アセンブリの第２の圧力差決定デバイスは、単一の圧力決定差デバイスとして一体化して形成される。

システムは、局所熱エネルギー消費器アセンブリおよび局所熱エネルギー発生器アセンブリの両方を備える建物をさらに備えることができ、建物の局所熱エネルギー消費器アセンブリの第１のコントローラ、および建物の局所熱エネルギー発生器アセンブリの第２のコントローラは、単一のコントローラとして一体化して形成される。

熱エネルギー消費器熱交換器は、快適加温のための熱ポンプ、水道水高温調整のための熱ポンプ、および雪または氷除去のための熱ポンプからなるグループから選ばれてよい。

熱エネルギー発生器熱交換器は、局所の快適冷却のための冷却器、強制排気換気システムにおける熱交換器、排水システムにおける熱交換器、コンピュータセンタのための冷凍機および冷却機からなるグループから選ばれてよい。

第１の温度と第２の温度との温度範囲は、−１０℃から４５℃、好ましくは４℃から３２℃であってよい。

第１の温度と第２の温度との温度差は、５℃から１６℃の範囲内であってよく、好ましくは７℃から１２℃の範囲内であってよく、より好ましくは８℃から１０℃であってよい。

熱エネルギー回路の第１の局所圧力差は、高温導管の熱伝達液体の第１の局所圧力と、低温導管の熱伝達液体の第１の局所圧力との圧力差を含んでいてもよい。

第１の圧力差決定デバイスは、熱エネルギー消費器熱交換器が高温導管に接続されている場所の付近で高温導管の熱伝達液体の第１の局所圧力を決定するために、また、熱エネルギー消費器熱交換器が低温導管に接続されている場所の付近で低温導管の熱伝達液体の第１の局所圧力を決定するために、配置されてよい。

「付近で」という表現は、決定された局所圧力差が、熱エネルギー消費器／発生器熱交換器の入力および出力の実際の局所圧力差から、５％よりも外れないように、熱エネルギー消費器／発生器熱交換器と高温／低温導管との接続部の十分近くで、と解釈されるべきである。典型的には、第１の圧力差決定デバイスは、熱エネルギー消費器／発生器熱交換器と同じ建物内に設置されている高温導管および低温導管のある部分における、高温導管の熱伝達液体の局所圧力と、低温導管の熱伝達液体の局所圧力と、を決定するために配置される。すなわち、より厳密には、第１の圧力差決定デバイスは、熱エネルギー消費器／発生器熱交換器と同じ室内に設置されている高温導管および低温導管のある部分における、高温導管の熱伝達液体の局所圧力と、低温導管の熱伝達液体の局所圧力と、を決定するために配置される。したがって、「付近で」は、代替として、または組合せにおいて、同じ建物内または同じ室内であると解釈されるべきである。

熱エネルギー回路の第２の局所圧力差は、高温導管の熱伝達液体の第２の局所圧力と、低温導管の熱伝達液体の第２の局所圧力との圧力差を含んでいてもよい。

第２の圧力差決定デバイスは、熱エネルギー発生器熱交換器が高温導管に接続されている場所の付近で高温導管の熱伝達液体の第２の局所圧力を決定するために、また、熱エネルギー発生器熱交換器が低温導管に接続されている場所の付近で低温導管の熱伝達液体の第２の局所圧力を決定するために、配置されてよい。

本発明の適用可能性のさらなる範囲は、以下に示される詳細な説明から明らかになるであろう。しかしながら、本発明の範囲内でのさまざまな変更および修正がこの詳細な説明から当業者に明らかになるので、詳細な説明および具体的な例は、本発明の好ましい実施形態を示すものの、例示としてのみ与えられることが理解されるべきである。

したがって、説明されるデバイスの特定のコンポーネント部分、または説明される方法のステップは多様であってよいので、本発明は、そのようなデバイスの特定のコンポーネント部分および方法のステップには限定されないことが理解されるべきである。本明細書で使用される専門用語は、特定の実施形態を説明する目的のためのみであり、限定するように意図されないこともまた理解されるべきである。本明細書および添付の特許請求の範囲で使用されるとき、冠詞「ａ」、「ａｎ」、「ｔｈｅ」、および「ｓａｉｄ」は、コンテキストが明白にそうでないことを指示しない限り、一つ以上の要素が存在することを意味するように意図されることが留意されなければならない。したがって、例えば、「ａ ｕｎｉｔ」または「ｔｈｅ ｕｎｉｔ」への言及が、いくつかのデバイスなどを包むことがある。さらに、単語「備える」、「含む」、「収容する」、および同様の表現は、他の要素またはステップを排除しない。

これより、本発明のこれらの、および他の態様が、本発明の実施形態を示す添付の図面を参照してより詳細に説明される。図は、本発明の実施形態の全体的な構造を例示するために提供される。同様の参照番号は、全体を通して同様の要素を指す。

図１は地域熱エネルギー配給システムの概略図である。 図２は熱エネルギー回路に接続された、局所熱エネルギー消費器アセンブリおよび局所熱エネルギー発生器アセンブリの概略図である。

これより、本発明の現在の好ましい実施形態が示されている付属する図面を参照して、本発明が以下でさらに十分に説明される。しかしながら、本発明は、多くの異なる形態で具体化されてもよく、本明細書に明記される実施形態に限定されるものとして解釈されるべきではなく、むしろ、これらの実施形態は、完全性および網羅性のために、かつ本発明の範囲を当業者に十分に伝えるために提供される。

図１に、地域熱エネルギー配給システム１が例示されている。地域熱エネルギー配給システム１は、熱エネルギー回路１０と、複数の建物５と、を備える。複数の建物５は、熱エネルギー回路１０に熱的に結合されている。熱エネルギー回路１０は、熱エネルギー回路１０を通って流れる熱伝達液体における熱エネルギーを循環させるために、また貯蔵するために配置される。

一実施形態によれば、熱伝達液体は、水を備える。しかしながら、他の実施形態によれば、他の熱伝達液体が使用されてもよい。いくつかの非限定的な例は、アンモニア、（グリコールなどの）不凍液、油、およびアルコールである。熱伝達液体はまた、上で言及された熱伝達液体のうちの二つ以上の混合を備えることもできる。

熱エネルギー回路１０は、自身を通る熱伝達液体の流れを可能にするための二つの導管１２、１４を備える。二つの導管１２、１４の熱伝達液体の温度は、異なるように設定される。熱エネルギー回路１０における高温導管１２は、第１の温度の熱伝達液体が自身を通って流れるのを可能にするように構成される。熱エネルギー回路１０における低温導管１４は、第２の温度の熱伝達液体が自身を通って流れるのを可能にするように構成される。第２の温度は、第１の温度よりも低い。

熱伝達液体が水である場合、高温の熱伝達液体の好適な温度範囲は、５℃から４５℃の間であり、低温の熱伝達液体の好適な温度範囲は、０℃から４０℃の間である。第１の温度と第２の温度との好適な温度差は、５℃から１６℃の範囲内であり、好ましくは７℃から１２℃の範囲内であり、より好ましくは８℃から１０℃である。

好ましくは、システムは、気候に応じて変化するスライドする温度差で動作するように設定される。スライドする温度差は、好ましくは固定される。したがって、温度差は、固定された温度差で刻々とスライドするように常時設定される。

高温導管１２および冷温導管１４は、別々のものである。高温導管１２および冷温導管１４は、並列に配置されてよい。高温導管１２および冷温導管１４は、配管の閉ループとして配置されてもよい。高温導管１２および冷温導管１４は、熱エネルギーの建物５への伝達、および建物５からの伝達を可能にするために、建物５において流体的に相互接続されている。これは、さらに以下でより詳細に説明される。

熱エネルギー回路１０の二つの導管１２、１４は、プラスチック、合成材料、コンクリート、または金属のパイプによって形成されてよい。一実施形態によれば、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）パイプが使用されてよい。パイプは、単一壁パイプであってもよい。パイプは、絶縁されていなくてもよい。一実施形態によれば、熱エネルギー回路１０は、主に地中に配置される。地面は、熱エネルギー回路１０の熱慣性として使用されることになる。したがって、配管の絶縁は、特に価値を付与するものではない。例外は、非常に暖かい気候の都市、または非常に寒い気候の都市における導入である。ここでは、１年のうちの重要な部分の間、地面の慣性が良いことよりも有害であることがある。ここでは、配管の絶縁が必要とされることがある。

一実施形態によれば、熱エネルギー回路１０の二つの導管１２、１４は、１ＭＰａ（１０バール）までの圧力用の寸法にされる。他の実施形態によれば、熱エネルギー回路１０の二つの導管１２、１４は、０．６ＭＰａ（６バール）までの圧力用、または１．６ＭＰａ（１６バール）までの圧力用の寸法にされてもよい。

各建物５は、一つ以上の局所熱エネルギー消費器アセンブリ２０と、一つ以上の局所熱エネルギー発生器アセンブリ３０と、のうちの少なくとも一つを備える。したがって、各建物は、少なくとも一つの局所熱エネルギー消費器アセンブリ２０、または少なくとも一つの局所熱エネルギー発生器アセンブリ３０を備える。ある特定の一つの建物５が、二つ以上の局所熱エネルギー消費器アセンブリ２０を含んでもよい。ある特定の一つの建物５が、二つ以上の局所熱エネルギー発生器アセンブリ３０を含んでもよい。ある特定の一つの建物５が、局所熱エネルギー消費器アセンブリ２０および局所熱エネルギー発生器アセンブリ３０の両方を含んでもよい。

局所熱エネルギー消費器アセンブリ２０は、熱シンクとして動作している。したがって、局所熱エネルギー消費器アセンブリ２０は、熱エネルギー回路１０から、熱エネルギーを取り除くために配置される。すなわち言い換えれば、局所熱エネルギー消費器アセンブリ２０は、熱エネルギー回路１０の熱伝達液体からの熱エネルギーを、局所熱エネルギー消費器アセンブリ２０の周囲に伝達するために配置される。これは、低温導管１４に戻された熱伝達液体が、第１の温度よりも低い温度であって好ましくは第２の温度に等しい温度を有するように、高温導管１２から取り出された熱伝達液体からの熱エネルギーを、局所熱エネルギー消費器アセンブリ２０の周囲に伝達することによって達成される。

局所熱エネルギー発生器アセンブリ３０は、熱源（ｔｈｅｒｍａｌ ｓｏｕｒｃｅ）としての働きをしている。したがって、局所熱エネルギー発生器アセンブリ３０は、熱エネルギーを熱エネルギー回路１０に堆積させるために配置される。すなわち言い換えれば、局所熱エネルギー発生器アセンブリ３０は、その周囲からの熱エネルギーを、熱エネルギー回路１０の熱伝達液体に伝達するために配置される。これは、高温導管１２に戻された熱伝達液体が、第２の温度よりも高い温度であって好ましくは第１の温度に等しい温度を有するように、局所熱エネルギー発生器アセンブリ３０の周囲からの熱エネルギーを、低温導管１２から取り出された熱伝達液体に伝達することによって達成される。

一つ以上の局所熱エネルギー消費器アセンブリ２０は、異なる加熱ニーズのために、局所の加熱装置として建物５に取り付けられてよい。局所の加熱装置は、空間加熱または水道水高温調整を実現するために配置されてよい。局所の加熱装置は、代替として、または組合せにおいて、プールの加熱、または氷および雪の除去を実現してもよい。したがって、局所熱エネルギー消費器アセンブリ２０は、高温導管１２の熱伝達液体から熱を引き出すために配置され、低温導管１４の中へと流れる冷却された熱伝達液体を作り出す。したがって、熱伝達液体における熱エネルギーが局所熱エネルギー消費器アセンブリ２０によって消費された後に、高温の熱伝達液体が、高温導管１２から、局所熱エネルギー消費器アセンブリ２０を通って、次いで冷温導管１４の中へと流れることができるように、局所熱エネルギー消費器アセンブリ２０は、高温導管１２および冷温導管１４を流体的に相互接続する。局所熱エネルギー消費器アセンブリ２０は、高温導管１２から熱エネルギーを引き込んで、建物５を温めるように動作し、次いで冷却された熱伝達液体を冷温導管１４の中に堆積させる。

一つ以上の局所熱エネルギー発生器アセンブリ３０は、異なる冷却ニーズのために、局所の冷却装置として異なる建物５に取り付けられてよい。局所の冷却装置は、空間冷却、または冷凍庫および冷蔵庫のための冷却を実現するために配置されてよい。局所の冷却装置は、代替として、または組合せにおいて、アイスリンクおよびスキーセンタのための冷却、または氷および雪作りを実現してもよい。したがって、局所熱エネルギー発生器アセンブリ３０は、低温導管１４の熱伝達液体から冷却を引き出し、高温導管１２の中へと流れる温められた熱伝達液体を作り出す。したがって、熱エネルギーが局所熱エネルギー発生器アセンブリ３０によって熱伝達液体の中に生み出された後に、低温の熱伝達液体が、低温導管１４から、局所熱エネルギー発生器アセンブリ３０を通って、次いで高温導管１２の中へと流れることができるように、局所熱エネルギー発生器アセンブリ３０は、低温導管１４および高温導管１２を流体的に相互接続する。局所熱エネルギー発生器アセンブリ３０は、建物５から熱を抽出して、建物５を冷却するように動作し、その抽出された熱を高温導管１２の中に堆積させる。

図２を参照して、これより、局所熱エネルギー消費器アセンブリ２０および局所熱エネルギー発生器アセンブリ３０の機能が説明される。図２において、一つの局所熱エネルギー消費器アセンブリ２０および一つの局所熱エネルギー発生器アセンブリ３０が、熱エネルギー回路１０に接続されている。

局所熱エネルギー消費器アセンブリ２０は、熱エネルギー消費器熱交換器２２と、熱エネルギー消費器バルブ２３と、熱エネルギー消費器ポンプ２４と、第１の圧力差決定デバイス２６と、第１のコントローラ２８と、を備える。

熱エネルギー消費器熱交換器２２は、高温導管１２に、熱エネルギー消費器バルブ２３および熱エネルギー消費器ポンプ２４を介して選択的に接続される。熱エネルギー消費器バルブ２３を介するように熱エネルギー消費器熱交換器２２の高温導管１２への接続を選択すると、高温導管１２からの熱伝達液体は、熱エネルギー消費器熱交換器２２の中へと流れるのを可能にされる。熱エネルギー消費器ポンプ２４を介するように熱エネルギー消費器熱交換器２２の高温導管１２への接続を選択すると、高温導管１２からの熱伝達液体は、熱エネルギー消費器熱交換器２２の中へと圧送される。以下でさらに詳細に説明されるように、高温導管１２からの熱伝達液体が熱エネルギー消費器熱交換器２２の中へと流れるのを可能にするのか、または高温導管１２からの熱伝達液体を熱エネルギー消費器熱交換器２２の中へと圧送するのかは、高温導管１２と低温導管１４との局所圧力差に基づいて選ばれる。

熱エネルギー消費器バルブ２３および熱エネルギー消費器ポンプ２４は、別個のデバイスとして配置されてよい。熱エネルギー消費器バルブ２３および熱エネルギー消費器ポンプ２４は、単一のデバイスとして配置されてもよい。熱エネルギー消費器バルブ２３および熱エネルギー消費器ポンプ２４は、図２に例示されるように、並列に配置されてよい。熱エネルギー消費器バルブ２３および熱エネルギー消費器ポンプ２４は、直列に配置されてもよい。熱エネルギー消費器バルブ２３および熱エネルギー消費器ポンプ２４が直列に配置されるこの最後の実施形態では、ポンプが、自身を通る熱伝達液体の流れを可能にする非作動状態に設定されるように配置される。

熱エネルギー消費器熱交換器２２は、熱伝達液体が、熱エネルギー消費器熱交換器２２から低温導管１４に戻るのを可能にするために、低温導管１４にさらに接続される。

第１の圧力差決定デバイス２６は、熱エネルギー回路１０の第１の局所圧力差Δｐ_１を決定するようになされている。第１の局所圧力差は、好ましくは、熱エネルギー消費器熱交換器２２が熱エネルギー回路１０に接続されている場所の付近で測定される。第１の圧力差決定デバイス２６は、第１の高温導管圧力決定デバイス２６ａと、第１の低温導管圧力決定デバイス２６ｂと、を備えていてもよい。第１の高温導管圧力決定デバイスは、高温導管の熱伝達液体の第１の局所圧力を測定するために、高温導管１２に接続されるように配置される。第１の低温導管圧力決定デバイスは、低温導管の熱伝達液体の第１の局所圧力を測定するために、低温導管１４に接続されるように配置される。第１の局所圧力差デバイス２６は、第１の局所圧力差を、高温導管の熱伝達液体の第１の局所圧力と、低温導管の熱伝達液体の第１の局所圧力との圧力差として決定するために配置される。したがって、第１の局所圧力差は、高温導管の熱伝達液体の第１の局所圧力と、低温導管の熱伝達液体の第１の局所圧力との局所圧力差として定義されてよい。好ましくは、高温導管の熱伝達液体の第１の局所圧力は、熱エネルギー消費器熱交換器２２が高温導管１２に接続されている場所の付近で測定される。好ましくは、低温導管の熱伝達液体の第１の局所圧力は、熱エネルギー消費器熱交換器２２が低温導管１４に接続されている場所の付近で測定される。

第１の圧力差決定デバイス２６は、ハードウェアデバイスとして、ソフトウェアデバイスとして、またはそれらの組合せとして実装されてよい。第１の圧力差決定デバイス２６は、第１の局所圧力差Δｐ_１を、第１のコントローラ２８に通知するために配置される。

第１のコントローラ２８は、ハードウェアコントローラとして、ソフトウェアコントロールとして、またはそれらの組合せとして実装されてよい。第１のコントローラ２８は、熱エネルギー消費器バルブ２３または熱エネルギー消費器ポンプ２４のいずれかの使用を選択的に制御するために配置される。第１のコントローラ２８は、第１の圧力差決定デバイス２６によって提供された第１の局所圧力差に基づいて、選択的な制御を実施するために配置される。第１のコントローラ２８は、熱エネルギー消費器バルブ２３および熱エネルギー消費器ポンプ２４を制御するために、熱エネルギー消費器バルブ２３および熱エネルギー消費器ポンプ２４と通信するために配置される。第１の局所圧力差が、高温導管の熱伝達液体の第１の局所圧力が低温導管の熱伝達液体の第１の局所圧力よりも大きいことを示すときに、第１のコントローラ２８は、熱エネルギー消費器バルブ２３の使用を選択的に制御するために配置される。第１の局所圧力差が、高温導管の熱伝達液体の第１の局所圧力が低温導管の熱伝達液体の第１の局所圧力以下であることを示すときに、第１のコントローラ２８は、熱エネルギー消費器ポンプ２４の使用を選択的に制御するために配置される。

熱エネルギー消費器熱交換器２２は、熱伝達液体からの熱エネルギーを、熱エネルギー消費器熱交換器２２の周囲に伝達するために配置される。低温導管１４に戻された熱伝達液体は、第１の温度よりも低い温度を有する。好ましくは、低温導管１４に戻された熱伝達液体の温度が第２の温度に等しいように、熱エネルギー消費器熱交換器２２が制御される。

局所熱エネルギー発生器アセンブリ３０は、熱エネルギー発生器熱交換器３２と、熱エネルギー発生器バルブ３３と、熱エネルギー発生器ポンプ３４と、第２の圧力差決定デバイス３６と、第２のコントローラ２８と、を備える。

熱エネルギー発生器熱交換器３２は、低温導管１４に、熱エネルギー発生器バルブ３３および熱エネルギー発生器ポンプ３４を介して選択的に接続される。熱エネルギー発生器バルブ３３を介するように熱エネルギー発生器熱交換器３２の低温導管１４への接続を選択すると、低温導管１４からの熱伝達液体は、熱エネルギー発生器熱交換器３２の中へと流れるのを可能にされる。熱エネルギー発生器ポンプ３４を介するように熱エネルギー発生器熱交換器３２の低温導管１４への接続を選択すると、低温導管１４からの熱伝達液体は、熱エネルギー発生器熱交換器３２の中へと圧送される。以下でさらに詳細に説明されるように、低温導管１４からの熱伝達液体が熱エネルギー発生器熱交換器３２の中へと流れるのを可能にするのか、または低温導管１４からの熱伝達液体を熱エネルギー発生器熱交換器３２の中へと圧送されるかの選択は、高温導管１２と低温導管１４との局所圧力差に基づきなされる。

熱エネルギー発生器バルブ３３および熱エネルギー発生器ポンプ３４は、別個のデバイスとして配置されてよい。熱エネルギー発生器バルブ３３および熱エネルギー発生器ポンプ３４は、単一のデバイスとして配置されてもよい。熱エネルギー発生器バルブ３３および熱エネルギー発生器ポンプ３４は、図２に例示されるように、並列に配置されてよい。熱エネルギー発生器バルブ３３および熱エネルギー発生器ポンプ３４は、直列に配置されてもよい。熱エネルギー発生器バルブ３３および熱エネルギー発生器ポンプ３４が直列に配置されるこの最後の実施形態では、ポンプが、自身を通る熱伝達液体の流れを可能にする非作動状態に設定されるように配置される。

熱エネルギー発生器熱交換器３２は、熱伝達液体が、熱エネルギー発生器熱交換器３２から高温導管１２に戻るのを可能にするために、高温導管１２にさらに接続される。

第２の圧力差決定デバイス３６は、熱エネルギー回路１０の第２の局所圧力差Δｐ_２を決定するようになされている。第２の局所圧力差は、好ましくは、熱エネルギー発生器熱交換器３２が熱エネルギー回路１０に接続されている場所の付近で測定される。第２の圧力差決定デバイス３６は、第２の高温導管圧力決定デバイス３６ａと、第２の低温導管圧力決定デバイス３６ｂと、を備えていてもよい。第２の高温導管圧力決定デバイスは、高温導管の熱伝達液体の第２の局所圧力を測定するために、高温導管１２に接続されるように配置される。第２の低温導管圧力決定デバイスは、低温導管の熱伝達液体の第２の局所圧力を測定するために、低温導管１４に接続されるように配置される。第２の局所圧力差デバイス３６は、第２の局所圧力差を、高温導管の熱伝達液体の第２の局所圧力と、低温導管の熱伝達液体の第２の局所圧力との圧力差として決定するために配置される。したがって、第２の局所圧力差は、高温導管の熱伝達液体の第２の局所圧力と、低温導管の熱伝達液体の第２の局所圧力との局所圧力差として定義されてよい。好ましくは、高温導管の熱伝達液体の第２の局所圧力は、熱エネルギー発生器熱交換器３２が高温導管１２に接続されている場所の付近で測定される。好ましくは、低温導管の熱伝達液体の第２の局所圧力は、熱エネルギー発生器熱交換器３２が低温導管１４に接続されている場所の付近で測定される。

第２の圧力差決定デバイス３６は、ハードウェアデバイスとして、ソフトウェアデバイスとして、またはそれらの組合せとして実装されてよい。第２の圧力差決定デバイス３６は、第２の局所圧力差Δｐ_２を、第２のコントローラ３８に通知するために配置される。

第２のコントローラ３８は、ハードウェアコントローラとして、ソフトウェアコントロールとして、またはそれらの組合せとして実装されてよい。第２のコントローラ３８は、熱エネルギー発生器バルブ３３または熱エネルギー発生器ポンプ３４のいずれかの使用を選択的に制御するために配置される。第２のコントローラ３８は、第２の圧力差決定デバイス３６によって提供された第２の局所圧力差に基づいて、選択的な制御を実施するために配置される。第２のコントローラ３８は、熱エネルギー発生器バルブ３３および熱エネルギー発生器ポンプ３４を制御するために、熱エネルギー発生器バルブ３３および熱エネルギー発生器ポンプ３４と通信するために配置される。第２の局所圧力差が、低温導管の熱伝達液体の第２の局所圧力が高温導管の熱伝達液体の第２の局所圧力よりも大きいことを示すときに、第２のコントローラ３８は、熱エネルギー発生器バルブ３３の使用を選択的に制御するために配置される。第２の局所圧力差が、低温導管の熱伝達液体の第２の局所圧力が高温導管の熱伝達液体の第２の局所圧力以下であることを示すときに、第２のコントローラ３８は、熱エネルギー発生器ポンプ３４の使用を選択的に制御するために配置される。

熱エネルギー発生器熱交換器３２は、その周囲からの熱エネルギーを、熱伝達液体に伝達するために配置される。高温導管１２に戻された熱伝達液体は、第２の温度よりも高い温度を有する。好ましくは、高温導管１２に戻された熱伝達液体の温度が第１の温度に等しいように、熱エネルギー発生器熱交換器３２が制御される。

したがって、地域熱エネルギー配給システム１は、自身を通る熱伝達液体の流れを可能にするための高温導管１２および低温導管１４を備える熱エネルギー回路１０を備える。地域熱エネルギー配給システム１は、熱エネルギー消費器熱交換器２２と、熱エネルギー発生器熱交換器３２とをさらに備える。熱エネルギー消費器熱交換器２２は、高温導管１２に、熱エネルギー消費器バルブ２３または熱エネルギー消費器ポンプ２４を介して選択的に接続される。熱エネルギー発生器熱交換器３２は、低温導管１４に、熱エネルギー発生器バルブ２３または熱エネルギー発生器ポンプ２４を介して選択的に接続される。

図２に示される実施形態において、第１の圧力差決定デバイス２６および第２の圧力差決定デバイス３６は、二つの物理的に異なる圧力差決定デバイスである。しかしながら、別の実施形態によれば、一つの特定の局所熱エネルギー消費器アセンブリ２０および一つの特定の局所熱エネルギー発生器アセンブリ３０が、同じ圧力差決定デバイスを共有してもよい。したがって、第１の圧力差決定デバイス２６および第２の圧力差決定デバイス３６は、物理的に同じ圧力差決定デバイスであってもよい。さらなる実施形態によれば、二つの特定の局所熱エネルギー消費器アセンブリ２０が、同じ圧力差決定デバイスを共有してもよい。さらに別の実施形態によれば、二つの特定の局所熱エネルギー発生器アセンブリ３０が、同じ圧力差決定デバイスを共有してもよい。

図２に示される実施形態において、第１のコントローラ２８および第２のコントローラ３８は、二つの物理的に異なるコントローラである。しかしながら、別の実施形態によれば、一つの特定の局所熱エネルギー消費器アセンブリ２０および一つの特定の局所熱エネルギー発生器アセンブリ３０が、同じコントローラを共有してもよい。したがって、第１のコントローラ２６および第２のコントローラ３６は、物理的に同じコントローラであってもよい。さらなる実施形態によれば、二つの特定の局所熱エネルギー消費器アセンブリ２０が、同じコントローラを共有してもよい。さらに別の実施形態によれば、二つの特定の局所熱エネルギー発生器アセンブリ３０が、同じコントローラを共有してもよい。

好ましくは、熱エネルギー消費器熱交換器２２および熱エネルギー発生器熱交換器３２を使用して熱を吸入する、または発散する要求は、定義された温度差で行われる。８℃から１０℃の温度差は、熱エネルギー消費器熱交換器２２および熱エネルギー発生器熱交換器３２を通る最適な流れに対応する。

高温導管１２と低温導管１４との局所圧力差は、熱エネルギー回路１０に従って変化することがある。特に、高温導管１２と低温導管１４との局所圧力差は、高温導管１２および低温導管１４のうちの一つから見て、正から負の圧力差に変化することがある。したがって、時に、特定の局所熱エネルギー消費器アセンブリ２０／発生器アセンブリ３０は、対応する熱エネルギー消費器熱交換器２２／発生器熱交換器３２を通る熱伝達液体を圧送する必要があることがあり、時に、特定の局所熱エネルギー消費器アセンブリ２０／発生器アセンブリ２０は、熱伝達液体を、対応する熱エネルギー消費器熱交換器２２／発生器熱交換器３２を通って流れるようにさせる必要があることがある。したがって、システム１内のすべての圧送を、局所熱エネルギー消費器アセンブリ２０／発生器アセンブリ３０において行わせることが可能であるだろう。限定された流れおよび圧力が必要とされるために、細かく周波数制御された循環ポンプが使用されてよい。

熱エネルギー消費器ポンプ２４および／または熱エネルギー発生器ポンプ２４は、例えば、周波数制御された循環ポンプであってもよい。

熱エネルギー消費器バルブ２３および／または熱エネルギー発生器バルブ３３は、調整バルブであってもよい。

当業者であれば、本発明が、上で説明された好ましい実施形態に決して限定されないことを認識する。むしろ、多くの修正形態および変形形態が、添付の特許請求の範囲内で可能である。

例えば、地域熱エネルギー配給システム１は、熱サーバプラント２を備えていてもよい。熱サーバプラント２は、外部の熱源および／または熱シンクとして機能する。熱サーバプラント２の機能は、熱エネルギー回路１０の高温導管１２と低温導管１４との温度差を維持することである。すなわち、熱エネルギー回路１０がある温度のエンドポイントに達するとき、熱サーバプラント２が、熱エネルギー回路１０から熱エネルギーを吸入する、または熱エネルギー回路１０に熱エネルギーを発散するように配置されるように、熱サーバプラント２は、地域熱エネルギー配給システム１のバランスを取るために使用されてよい。冬季において、高温導管１２がその最も低い温度のエンドポイントに達するとう、より高い確率があるとき、熱サーバプラント２は、熱エネルギー回路１０に熱エネルギーを加えるために使用される。夏季において、低温導管がその最も高い温度のエンドポイントに達するとう、より高い確率があるとき、熱サーバプラント２は、熱エネルギー回路１０から熱エネルギーを取り去るために使用される。

さらに、図面、本開示、および添付の特許請求の範囲の検討から特許請求される本発明を実践する際に、開示された実施形態に対する変形形態が、当業者によって理解され、もたらされてもよい。

Claims (10)

1. 地域熱エネルギー配給システムであって、
   自身を通る熱伝達液体の流れを可能にするための二つの導管を備える熱エネルギー回路（１０）であって、
   前記熱エネルギー回路における高温導管（１２）が、第１の温度の熱伝達液体が自身を通って流れるのを可能にするように構成され、
   前記熱エネルギー回路における低温導管（１４）が、前記第１の温度よりも低い第２の温度の熱伝達液体が自身を通って流れるのを可能にするように構成された、
   熱エネルギー回路（１０）と、
   一つ以上の局所熱エネルギー消費器アセンブリ（２０）であって、
   前記高温導管（１２）からの熱伝達液体が熱エネルギー消費器熱交換器（２２）の中へと流れるのを可能にするための熱エネルギー消費器バルブ（２３）を介して前記高温導管（１２）に選択的に接続され、前記高温導管（１２）からの熱伝達液体を前記熱エネルギー消費器熱交換器（２２）の中へと圧送するための熱エネルギー消費器ポンプ（２４）を介して前記高温導管（１２）に選択的に接続され、かつ前記熱エネルギー消費器熱交換器（２２）から熱伝達液体が前記低温導管（１４）に戻るのを可能にするために前記低温導管（１４）に接続される前記熱エネルギー消費器熱交換器（２２）であって、前記低温導管（１４）に戻された熱伝達液体が、前記第１の温度よりも低い温度であるように、熱伝達液体からの熱エネルギーを前記熱エネルギー消費器熱交換器（２２）の周囲に伝達するために配置された前記熱エネルギー消費器熱交換器（２２）、
   前記熱エネルギー回路の第１の局所圧力差Δｐ_１を決定するようになされた第１の圧力差決定デバイス（２６）、および
   前記第１の局所圧力差に基づいて、前記熱エネルギー消費器バルブ（２３）または前記熱エネルギー消費器ポンプ（２４）のいずれかの使用を選択的に制御するために配置された第１のコントローラ（２８）
   を各々が備える局所熱エネルギー消費器アセンブリ（２０）と、
   一つ以上の局所熱エネルギー発生器アセンブリ（３０）であって、
   前記低温導管（１４）からの熱伝達液体が熱エネルギー発生器熱交換器（３２）の中へと流れるのを可能にするための熱エネルギー発生器バルブ（３３）を介して前記低温導管（１４）に選択的に接続され、前記低温導管（１４）からの熱伝達液体を前記熱エネルギー発生器熱交換器（３２）の中へと圧送するための熱エネルギー発生器ポンプ（３４）を介して前記低温導管（１４）に選択的に接続され、かつ前記熱エネルギー発生器熱交換器（３２）から熱伝達液体が前記高温導管（１２）に戻るのを可能にするために前記高温導管（１２）に接続される前記熱エネルギー発生器熱交換器（３２）であって、前記高温導管（１２）に戻された熱伝達液体が、前記第２の温度よりも高い温度であるように、その周囲からの熱エネルギーを熱伝達液体に伝達するために配置された前記熱エネルギー発生器熱交換器（３２）、
   前記熱エネルギー回路の第２の局所圧力差Δｐ_２を決定するようになされた第２の圧力差決定デバイス（２６）、および
   前記第２の局所圧力差に基づいて、前記熱エネルギー発生器バルブ（３３）または前記熱エネルギー発生器ポンプ（３４）のいずれかの使用を選択的に制御するために配置された第２のコントローラ（３８）
   を各々が備える局所熱エネルギー発生器アセンブリ（３０）と、
   を備える地域熱エネルギー配給システム。
2. 前記高温導管の熱伝達液体の第１の局所圧力が前記低温導管の熱伝達液体の第１の局所圧力よりも大きいことを前記第１の局所圧力差が示すときに、前記第１のコントローラ（２８）が前記熱エネルギー消費器バルブ（２３）を選択的に使用するために配置され、
   前記高温導管の熱伝達液体の第１の局所圧力が前記低温導管の熱伝達液体の第１の局所圧力以下であることを前記第１の局所圧力差が示すときに、前記第１のコントローラ（２８）が前記熱エネルギー消費器ポンプ（２４）を選択的に使用するために配置され、
   前記低温導管の熱伝達液体の第２の局所圧力が前記高温導管の熱伝達液体の第２の局所圧力よりも大きいことを前記第２の局所圧力差が示すときに、前記第２のコントローラ（３８）が前記熱エネルギー発生器バルブ（３３）を選択的に使用するために配置され、
   前記低温導管の熱伝達液体の第２の局所圧力が前記高温導管の熱伝達液体の第２の局所圧力以下であることを前記第２の局所圧力差が示すときに、前記第２のコントローラ（３８）はが前記熱エネルギー発生器ポンプ（３４）を選択的に使用するために配置される
   請求項１に記載の地域熱エネルギー配給システム。
3. 一つ以上の前記局所熱エネルギー消費器アセンブリ（２０）および一つ以上の前記局所熱エネルギー発生器アセンブリ（３０）の両方を備える建物（５）をさらに備え、
   前記建物（５）の前記局所熱エネルギー消費器アセンブリ（２０）の前記第１の圧力差決定デバイス（２６）、および前記建物（５）の前記局所熱エネルギー発生器アセンブリ（３０）の前記第２の圧力差決定デバイス（３６）が、単一の圧力差決定デバイスとして一体化して形成される
   請求項１または２に記載の地域熱エネルギー配給システム。
4. 一つ以上の局所熱エネルギー消費器アセンブリ（２０）および一つ以上の局所熱エネルギー発生器アセンブリ（３０）の両方を備える建物（５）をさらに備え、
   前記建物（５）の前記局所熱エネルギー消費器アセンブリ（２０）の前記第１のコントローラ（２８）、および前記建物（５）の前記局所熱エネルギー発生器アセンブリ（３０）の前記第２のコントローラ（３８）が、単一のコントローラとして一体化して形成される
   請求項１から３のいずれか一項に記載の地域熱エネルギー配給システム。
5. 前記第１の温度と前記第２の温度との温度範囲が、−１０℃から４５℃である
   請求項１から４のいずれか一項に記載の地域熱エネルギー配給システム。
6. 前記第１の温度と前記第２の温度との温度差が、５℃から１６℃の範囲内である
   請求項１から５のいずれか一項に記載の地域熱エネルギー配給システム。
7. 前記熱エネルギー回路の前記第１の局所圧力差が、前記高温導管（１２）の熱伝達液体の第１の局所圧力と、前記低温導管（１４）の熱伝達液体の第１の局所圧力との圧力差を含む
   請求項１から６のいずれか一項に記載の地域熱エネルギー配給システム。
8. 前記第１の圧力差決定デバイス（２６）は、前記熱エネルギー消費器熱交換器（２２）が前記高温導管（１２）に接続されている場所の付近で前記高温導管（１２）の熱伝達液体の第１の局所圧力を決定するために、かつ前記熱エネルギー消費器熱交換器（２２）が前記低温導管（１４）に接続されている場所の付近で前記低温導管（１４）の熱伝達液体の第１の局所圧力を決定するために、配置される
   請求項７に記載の地域熱エネルギー配給システム。
9. 前記熱エネルギー回路の前記第２の局所圧力差が、前記高温導管（１２）の熱伝達液体の第２の局所圧力と、前記低温導管（１４）の熱伝達液体の第２の局所圧力との圧力差を含む
   請求項１から８のいずれか一項に記載の地域熱エネルギー配給システム。
10. 前記第２の圧力差決定デバイス（３６）は、前記熱エネルギー発生器熱交換器（３２）が前記高温導管（１２）に接続されている場所の付近で前記高温導管（１２）の熱伝達液体の第２の局所圧力を決定するために、かつ前記熱エネルギー発生器熱交換器（３２）が前記低温導管（１４）に接続されている場所の付近で前記低温導管（１４）の熱伝達液体の第２の局所圧力を決定するために、配置される
    請求項９に記載の地域熱エネルギー配給システム。

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