(57)【要約】  相互に配管（31）で接続されたベルト型構造（20）またはパネル型構造（95）の少なくとも1つの熱収集体が建物（1）屋外の地中溝（3）に設置され、その際地中溝（3）が2本以上である場合はその軸（98）放射状および／または並行および／または不等辺四角形の配列をもち、また熱エネルギー収集システムが地中空気熱交換器（19）、タンク（5）および／または地中タンクからの水を使用する収集体（20）給水モジュール、熱収集体（6、63、7、60）による太陽熱収集モジュールをともなう、建物制御換気モジュールを含み、また熱エネルギー収集・輸送システムが建物（1）内部の壁面、天井、床面および／または表面下の構造内部に設置された、相互に配管（69）で接続されたベルト型構造（94）またはパネル型構造（95）の少なくとも1つの伝熱体（70）を含み、装置（2）が屋外に、また装置（23）が建物（1）内部に設置され、モジュール式冷暖房装置の少なくとも1台のコンデンサ（100）および／または少なくとも1台のエバポレータ（99）の熱エネルギーが、冷暖房機能を司る発電機モジュールにおける発電に使用されるような、モジュール式冷暖房装置を有する熱エネルギー収集・輸送システム。
2009545716.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱エネルギー収集システムが屋外（1）の地中溝（3）に設置された往き配管および戻り配管（31）を側面に有するベルト型構造（94）もしくはパネル型構造（95）の熱収集体を少なくとも1台含み、地中溝（3）を2本以上作成する場合にはこれらの地中溝の軸の配列（98）が少なくとも半円1つ分の放射状となり、そして／または2本以上の地中溝（3）の軸（98）が並行に、そして／または多方向に向かって配列され、そして／またはエバポレータ（99）を有する少なくとも1台の熱収集体が水中および／または掘削穴の中に設置され、 熱エネルギー収集システムが、地中溝（3）および／または周囲土壌（102）内に設置された地中空気熱交換機の配管（19）アームを少なくとも１つ有する、建物（1）制御換気モジュールを含み、熱エネルギー収集システムが、ファサード貯水タンク（5）からの、そして／または地中溝（3）および／または土壌（102）内に設置された穴あき配管ピット（28、29）からの水による熱収集体の給水モジュールを含み、さらに熱エネルギー収集システムが、導管の形状（65a）が半円形、円形、楕円形、三角形、正方形、長方形または多角形の導管配管（65b ）をもつ、金属製または合金製、および／またはプラスチック製および／またはプラスチック混合物からなる一体型もしくは分割型熱収集パネル（64）を含む、少なくとも1種類の伝熱媒体が循環する集光器（6、63、7、60）による太陽光収集モジュールを含み、熱エネルギー収集システムが、コンプレッサによって吸い込まれた冷却剤の蒸気がタンク表面からの熱、もしくは温かい凝縮した冷却剤を含む配管からの熱と伝熱的に接触している状態で、凝縮した冷却剤と、コンプレッサによって吸い込まれた冷却剤の蒸気との熱を交換するためのタンク内蔵型タンクまたは配管内蔵型タンクの仕様をもつモジュールを含み、熱エネルギー収集システムが、建物（1）内部の壁面、天井面、床面および／またはそれらの表面下の構造部分に設置された、往き配管および戻り配管（69）を有するベルト型構造（94）またはパネル型構造（95）の輸送伝熱体を少なくとも1台含み、 その際熱輸送体（70）および熱収集体（20）が円形（97a ）、半円形（97b）、三角形（97c ）、正方形（97d ）、多角形（97e ）、長方形（97f ）、複合形（97g ）、楕円形（97h ）の断面（97）をもつ、伝熱媒体が水平方向（32a）、斜め方向（32b）、垂直方向（32c）、半径方向（32d）に流れる、少なくとも１つの空洞すなわち導管（96）を含み、 独立した2本以上の導管が存在する場合には2種類以上の伝熱媒体の循環が可能であり、その際冷暖房装置（2）は屋外に、また設備（23）は建物（1）内部に配置され、少なくとも1台のコンプレッサ（37）および脱水装置（76）、少なくとも1つのバルブ型もしくはノズル型の絞り弁（78）を含み、また建物（1）外部に設置されている冷暖房装置が設備構成機器を装着したまま取り外し可能なキャリーボード（53）をもつ屋外ケーシング（21）を含み、その際熱収集装置およびシステムの伝熱媒体がエコロジー冷却剤、冷却剤混合物、水、水と不凍添加剤の混合物、空気、ガス、ガス混合物であり、また冷却装置の少なくとも1台のエバポレータ（99）および／または少なくとも1台のコンデンサ（100）の熱エネルギーが、暖房および／または冷房の際に熱収集体（20）および／���たは熱輸送体（70）、太陽熱集光器（6、63）の熱収集パネル（64）、屋外タンク（40）表面および屋内ボイラー（4）タンク表面に含まれる熱電気ベルト（79i）を有する発電モジュールにおける発電にも利用され、 そして熱電気ベルトの片方の表面が高いほうの温度T1i をもつ熱エネルギーを伝達し、もう一方の表面が低いほうの温度T2i をもつ熱エネルギーを伝達し、その際温度差T1i-T2i に基づいて熱電気ベルト（79i）の熱電気セル（79a ）において、少なくとも1台のコンプレッサ（37）および／またはシステムおよび設備のその他のモーターの電源供給用発電が行われることを特徴とする、冷暖房装置を有する熱エネルギー収集・輸送システム。
【請求項２】
ベルト型構造（94）および／またはパネル型構造（95）をもつ熱収集体（20）および熱輸送体が、材質を金属または合金および／またはプラスチックまたはプラスチック混合物とし、単層および／または多層の構造を有し、多くの場合において優先的に長方形の形をもつことを特徴とする、請求項１に基づく冷暖房装置を有する熱エネルギー収集・輸送システム。
【請求項３】
熱収集体（20）および／または熱輸送体（70）が少なくとも１台の発電用熱電気セル（79a）を有する少なくとも1本の熱電気ベルト（79i）を含む、そして／または少なくとも1台の太陽熱集光器からの熱導入体（101）を含むことを特徴とする、請求項1および2に基づく冷暖房装置を有する熱エネルギー収集・輸送システム。
【請求項４】
共通の地中溝（3）に、土壌（102）または砂および／または周囲の土壌（102）よりも高い熱伝導度をもつ物質で囲まれ、ケース（107）で閉ざされた状態もしくはケース（107）なしの状態で、少なくとも1台の熱収集体（20）、地中空気熱交換器配管（19）、水引込み用穴あき配管（28、29）が配置されていることを特徴とする、請求項1から3までに基づく冷暖房装置を有する熱エネルギー収集・輸送システム。
【請求項５】
少なくとも1台の熱収集体（20）および／または配管（19）および／または配管（28、29）設置用地中溝が、地中溝掘削機すなわち溝掘削チェーンもしくは溝掘削ベルト付き掘削機によって作成されたという利点をもつことを特徴とする、請求項4に基づく冷暖房装置を有する熱エネルギー収集・輸送システム。
【請求項６】
屋外設備（2）が、タンク（42）内蔵型タンク（41）仕様および／または二重配管型仕様および／または配管内蔵型タンク仕様の、コンプレッサによって吸い込まれた液体冷却剤の熱の相互輸送を目的とするタンク（40）および／または装置（104）をケーシング（21）内に有することを特徴とする、請求項1から4までに基づく冷暖房装置を有する熱エネルギー収集・輸送システム。
【請求項７】
タンク（40）に少なくとも1台のカバー型（50a）熱交換器および／または少なくとも1台の 配管型（50）熱交換器、加圧バッグ、タンク（42）内蔵型タンク（41）仕様および／または二重配管型仕様および／または配管内蔵型タンク仕様の、コンプレッサによって吸い込まれた液体冷却剤の熱の相互輸送を目的とする装置（104）が含まれることを特徴とする、請求項6に基づく冷暖房装置を有する熱エネルギー収集・輸送システム。
【請求項８】
屋外装置（2）のケーシング（21）蓋（56）に、光起電力セル（62）もしくは熱電気セル（79a ）によって構成されるモジュールが設置されていることを特徴とする、請求項1から4までおよび6に基づく冷暖房装置を有する熱エネルギー収集・輸送システム。
【請求項９】
建物制御換気モジュールが、ケーシング（21）付近において、空気吸入および排出（13）用通気孔および交換式フィルター（22）をともなう下部分離器および収集器（16）と上部分離器および収集器（14）に接続された、地中空気熱交換器の配管アームを有し、その際分離器および収集器すなわち（16）および（14）の内部空間が、独立一体型もしくは容量的に分割された仕様となっていることを特徴とする、請求項1から4と6および8に基づく冷暖房装置を有する熱エネルギー収集・輸送システム。
【請求項１０】
発電機が装置全体として、少なくとも1本の熱電気セル（79a）を有する少なくとも1本の熱電気ベルト（79i）の他に、絶縁金属製および／または光学式導体（85）、極性変更用連結確認装置（84）、光起電力モジュール（7、60、80）および／または風力発電機接続機能を含み、さらに変圧器（86）、充電量枯渇保護装置（88）をともなう充電用アキュムレータ（87）、発電機機能モニター（90）、電気モーターの直流電流への接続機能（89）、センサー（91a,b,c,..）付き温度測定器（91）、さらに電気モーターの交流電流への接続機能（92）および配電網への接続機能（93）を含むことを特徴とする、請求項1から4までおよび6、8、9に基づく冷暖房装置を有する熱エネルギー収集・輸送システム。
【請求項１１】
接触面（105）および／または（106）熱電気ベルト（79i）の一番外側の伝熱材質が、非導電性材質であるか、もしくは金属または合金の導電性物質であることを特徴とする、請求項10に基づく発電機モジュール。
【請求項１２】
熱電気ベルト（79i）の熱電気セル（79a）の内側の材質が、xを0から0.3とする(Bi1-x,Sbx)2Se3および／またはx を0.003から0.3とする(Bi1-x,Sbx)2(Te,Se)3 を含むことを特徴とする、請求項10および11に基づく発電機モジュール。
【請求項１３】
熱電気ベルト（79i）の熱電気セル（79a）の内側の材質が、YbAl3および／またはCoSb3および／またはAgSbPb18Te20を含むことを特徴とする、請求項10から12までに基づく発電機モジュール。
【請求項１４】
熱電気ベルト（79i）の熱電気セル（79a）の内側の材質が、元素周期表の第6周期および／または第7周期の遷移Fブロック元素を少なくとも１つ含むことを特徴とする、請求項10から13までに基づく発電機モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
提出される解決法は、少なくとも1台のコンプレッサを使用して、一軒家、住居その他の建物の冷暖房を目的とするモジュール式冷暖房装置を有する熱エネルギー収集・輸送システムに関するものである。
【０００２】
本装置にはパネル型またはベルト型熱エネルギー収集・輸送システムが装備されている。
【０００３】
冷暖房装置すなわちヒートポンプは、オプションとして上部構造モジュールを取り付けることが可能であり、これによってモジュール式エネルギー設備が形成される。
【０００４】
一次エネルギーの主な供給源は、地表下に含まれている低位熱である。また本システムは、地上環境においてもエネルギー収集、および収集されたエネルギーの活用および／または保存を可能にする。. 
また本発明は、冷房装置の少なくとも1台のエバポレータと少なくとも1台のコンデンサの装置電源供給および／または発電に熱エネルギーを利用する際の、熱電気効果の原理に基づく発電をも解決するものである。
【０００５】
本発明に基づく発電に利用可能な熱エネルギーは、ここでは選択されたエネルギー環境とされる周囲からの働きかけが同時に起こる際に、冷房設備の閉回路が独自にシステムとして稼動することによって発生する。
【背景技術】
【０００６】
背景技術としては、建物および空間の冷暖房という目的に対し、理論的または実際的に利用可能な温熱および冷熱の供給源が数多く知られる。
【０００７】
温熱および冷熱の熱電気式生産においては、1本1本が異なった材質から成る2本のセルが連結されており、1本が暖房を、もう1本が冷房を行う。この温熱および冷熱の熱電気式生産の短所は、電気エネルギー消費量が比較的大きいことである。長所は、装置内に可動部がまったく使用されていないことにより、装置の安定性および信頼性が高い点である。
【０００８】
その他、液体または固体吸収体による冷媒蒸気の吸収に基づく吸収装置も知られている。冷却剤の蒸気は、冷熱が発生する際に冷却剤が蒸発することによって発生する。長所としては、装置内に可動部がないことが挙げられる。短所は、システムを経済的に運転するための熱サイフォン加熱に必要なエネルギーの消費量が大きい点である。
【０００９】
熱獲得のその他の方法としては、機械的方法に基づくもの、面の摩擦に基づくもの、または伸縮性のある物体をその限度内で伸縮させることによるエネルギー変化の影響に基づくものがある。
【００１０】
また、様々な化学反応に基づく熱の発生も知られている。
【００１１】
これらの方法の短所は、設置コストが高いこと、そしてとりわけ、住居用建物などの暖房に使用できるだけの十分な熱出力をもつような熱源を有効的に保守するためのコストが高いことが挙げられる。
【００１２】
現在もっとも普及しているのは、冷媒の膨張および圧縮にコンプレッサを使用して、低位温熱および冷熱を獲得する方法である。熱は、蒸発室内で蒸発する冷却剤によって収集される。暖房用の熱は、凝縮室内でガスが圧縮されると発生する。モーター式コンプレッサは、ヒートポンプのくみ上げサイクル内に、冷却剤の搬送と必要圧力の提供を行う。冷媒としては、すでに環境に配慮したフロンガス不使用の混合物が使用されている。この方法の主な利点は、システム駆動部、この場合だとコンプレッサ駆動部に必要なエネルギーがもっとも少量で済むという点である。このエネルギー必要量は、コンプレッサの段階的な構造開発、また新しいフロンガス不使用混合物の性質最適化にともない、さらに低減が進められている。
【００１３】
ヒートポンプ用の熱収集の従来の方法は、円形の断面をもつプラスチックもしくは金属製の1つまたは2つの配管経路から成る熱収集装置内における、伝熱媒体の循環に基づくものであった。住居用建物の暖房を目的とする主なエネルギー源は、特に再生可能な天然エネルギー源である土-水-空気、もっと正確に言えばそれらに蓄えられた太陽光の熱である。季節によって外気温が零下になることのある地域では、土または水が天然エネルギー源としてふさわしい。これらのエネルギー源は1年を通じて、温度の面では比較的安定したエネルギーポテンシャルを提供している。ここでは周囲の空気がそれに当たる、地上大気層に含まれる非常に変化しやすいエネルギーポテンシャルは、建物の換気などに活用することが可能であろう。
【００１４】
地下層からの熱を収集する際は、熱収集装置の配管はパワーショベルで掘削した穴に収納するか、または地中掘削および押し下げ掘削の場合は造られた穴に挿入し、後から穴を埋める。熱収集装置の収集媒体は水と不凍添加剤の混合物、フロンガス不使用冷却剤、熱収集システムの型とくみ上げ式冷却装置の構造に適した混合物をベースにしたものである。
【００１５】
プラスチック製の収集器と探針の場合は、円形配管が使用される。金属配管は銅製であることが多い。プラスチック製配管、金属製配管とも、ギザギザや波打ち状などの内側もしくは外側の表面加工を有することがあり、また多層構造をもつことがある。 このような加工は特に、配管の伝熱面の拡大、熱輸送効果の向上、外面の錆・摩滅・貫通破損に対する抵抗力の増大、または曲げやすさを目的として施される。配管はエネルギー源環境に設置するために、成形されるか巻き取ってあり、配管自体の外部表面において、配管レジスタの様々な形に合わせて機械的に固定されるか、溶接されている。
【００１６】
配管は、設置場所またはその他の製造加工場所に、コイル状に巻いた形で搬送される。単層配管も多層配管も、短所は成形および配置の際の手間がかかることで、多くの場合において配管の形状記憶と呼ばれるものを手作業で克服しなければならない。配管の形状記憶は、特にプラスチック製配管の場合、または直径の大きな金属製配管の場合に顕著である。地面に掘った穴に配管を挿入し、その後穴を埋める作業は、さらに別の技術を必要とすることが多い。
【００１７】
現在使用されているヒートポンプ熱収集システムの設置時には、中・重機が使用される。多くの場合、重量6トン前後のタイヤショベルまたはクローラショベル、もしくは移動式掘削・押し下げ掘削装置がこれに当たる。これらの機械によって、地熱収集分野における現状に見合った作業内容を効率的に処理することが可能である。短所は、このような機械を遠隔地に輸送することが困難であるという点である。
【００１８】
例えば10kW といった、決められた熱出力を有するヒートポンプの配管式熱収集装置のために土壌をショベルによって掘削する際には、従来のもっとも経済的な設置方法の場合、掘削する土壌の量を50〜100m3の範囲で調整する必要がある。同じヒートポンプのために地中掘削穴または押し下げ掘削穴を作成する場合には、土または基岩に長さ計130mにわたる穴を開ける必要がある。銅製配管を穴に設置する場合は、銅の伝熱性が高いため、この穴の長さは2割短くなる。
【００１９】
ヒートポンプそのものの出力設計および土壌を扱う作業の規模設計によって、内部で交換された空気のエネルギーポテンシャルの再利用が行われる、暖房対象の建物の制御換気に影響が及ぼされる可能性がある。建物制御換気の必要性は、建物の高質な構造材質の必要性とともに高まる。必要とされる建物換気時の熱再利用率は、このようにして年間必要暖房用熱供給量の60%にものぼることがある。ここでは廃気である交換された空気は、通常平均して+20°C の温度を有する。熱エネルギーの輸送は、以下のような方法で行われる。
【００２０】
1つ目の方法として、復熱装置、すなわち空気-空気の対向流導管式熱交換器を使用する方法がある。この熱交換器の内部では、熱エネルギーが交換された屋内の空気から取られ、屋外から吸入された空気へと受け渡される。現在、復熱装置の効率は90%前後を推移している。これらの装置の高い効率によって、凝縮物が形成され、復熱装置のパネルに凍結し、装置の正しい機能に影響を及ぼすことがある。取り込まれた外気の温度が零下になると、このような現象が発生する。そのため実際の使用においては、復熱装置に吸入した外の空気を予熱するための、特別に考案された地中熱交換器を装備させるようになった。このような地中熱交換器は、同時に外気温が高い夏期の建物の冷房目的にも使用することができる。冷房機能使用時の地中熱交換器で冷やされた空気の温度は、外気温が26〜33°Cの際、建物入り口で16 〜23°Cとなる。本解決方法の短所は、地中熱交換器に吸入した外気の予熱装置が組み込まれていない場合、冬期に凝縮物が復熱装置のパネルに凍結する恐れがある点である。
【００２１】
2つ目の方法は、屋内の空気が空気-冷却剤、場合によっては空気-不凍剤の熱交換器を通過する際に屋内ヒートポンプ内で冷やされるというものである。建物内には、周囲の壁または屋根に開けられた通気路を通して新鮮な外気が取り込まれる。冷やされた内部の空気は、建物構造の同様の通気路を通って、吸入された空気と同じように建物の外に排出される。熱交換器の設置位置は、一般に屋内ヒートポンプの収納ボックスもしくは建物の機械室の位置によって決まる。短所としては、ヒートポンプ内で特殊な熱交換器をもう1台使用しなければならないこと、またヒートポンプの構造がより複雑になることが挙げられる。
【００２２】
ヒートポンプの作業効率、すなわちその瞬間節エネルギー率を表すのが、暖房性能指数COPである。この指数を上げる要因としては複数ある。一つは、建物の屋根から収集された雨水の熱エネルギーの利用である。この方法は、雨水を地上貯水タンクまたは地下ピットからドレン管の給水システムを通して配水する、水平タイプの収集装置で主に用いられる。地熱ヒートポンプの性能指数は、特に外気温が0度を下回らない春と秋に、このような方法で向上させることが可能である。雨水に含まれる熱エネルギーは、収集配管内を循環する媒体によって取り込まれ、配管周囲の土壌に分配、吸収される。安全のため掘削穴を埋めることが義務付けられている、垂直タイプの地下探針の場合は、給水システムを設置することが困難である。掘削穴を埋めることによって、配管式熱収集装置への伝熱効率が向上し、同時に装置が周囲から加わる恐れのある圧力の影響から保護される。このように穴に栓をすることで、地下帯水層の連結および、生態系にかかわる周囲の水への悪影響を防ぐことができる。
【００２３】
その他の方法としては、例えば10m3以上の十分な容量をもった地上もしくは地下のタンクに雨水を集める方法がある。このようなタンクにはヒートポンプの配管型エバポレータが直接設置されており、冷却された雨水が建物の屋根を通して水中電動ポンプによってくみ上げられ、屋根において大気熱と直射太陽熱が収集される。この方法で、屋内ヒートポンプに設置されているエバポレータに水を通すことも可能である。容量の大きな地下もしくは地上の給水タンクの場合は、電動搬送ポンプが設置されている必要があり、雨水を建物の屋根で温めることができない外気温が零下に達する時期のために、システムに予備の代替熱供給源を装備しておく必要がある。従来の水平タイプの熱収集装置の短所としては、面積が大きいことと、それに対応して給水システムの規模が大きく、構造が込み入っていることが挙げられる。
【００２４】
ヒートポンプに使用可能なその他の熱供給源としては、循環する媒体によって直射太陽熱を輸送する、太陽熱集光器が考えられる。太陽熱システムは、一軒家で利用することを考慮して、家の中もしくはその土地スペースに配置されたボイラー内で、生活用水を温める機能を満たすような、小規模のシステムとして設計されることがもっとも多い。規模の大きい太陽熱システムは、冬期の温水暖房の補助として、また屋外または屋内プールの加熱熱源としても使用される。余剰熱は、熱交換器を利用して地下の配管式熱収集装置周辺に保存することが可能である。
【００２５】
熱発生器すなわち機械装置としてのヒートポンプは、現段階での技術では暖房対象の建物に応じて屋内もしくは屋外設置用に作られている。屋外設置用のヒートポンプは、構造的な見地からこれまで目的を１つに絞り、それに対応して各構成要素を配置したものとして設計されていた。短所としては、これらのヒートポンプの屋外構造が、直射太陽熱エネルギー、吸入した外気の地熱による加熱または冷却、あるいは雨水、地下水の活用といった、その他の天然熱供給源を統合する機能をもたないという点が挙げられる。
【００２６】
ヒートポンプによる暖房の従来の技術においては、暖房ユニットに関しては床、壁および天井の配管と、様々な仕様のラジエータ、対流式暖房器で構成された熱伝導式暖房ユニットが最も普及している。
【００２７】
また、ヒートポンプのコンデンサのパネルを通して流れる空気を直接暖め、冷却剤を床暖房の金属配管内で直接凝縮させる方法も用いられている。
【００２８】
低温暖房ユニットにおいては、現在の技術ではプラスチック製または金属製の、円形の断面をもつ配管が使用されている。配管は単層タイプ、もしくは多層タイプとなる。これらの配管は、それぞれの経路に順番に配置されていく。同時に、配管は様々なレジスタまたは暖房体の形状に成形されることもある。配管を建設用ボード、例えば石膏ボード、コンクリートボードなどの内部に収納する方法も知られている。配管は組立もしくはその他の製造加工のためにコイル状に巻かれ、そのまま保管されるか、輸送される。コイルは保管、輸送の際に場所をとる。金属製ラジエータおよび対流式暖房器の場合は、これらの暖房体は壁、天井もしくは床面の溝に固定される。
【００２９】
【特許文献１】国際公開第ＷＯ２００５／０２８８６１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００３０】
背景技術の章で上述した各短所は、本発明に基づく、生産された温熱および冷熱の輸送を目的とするモジュール式冷暖房装置を有する地熱および地中冷熱、太陽熱、大気熱の収集システムによって解決される。
【課題を解決するための手段】
【００３１】
ヒートポンプ用地熱収集の分野においては、ここでは空洞式すなわち導管式のパネル型およびベルト型熱収集装置、または同様の熱収集パネルもしくはベルト内を伝熱媒体がもっとも好適な状態として水平方向に流れるような熱収集装置を利用した熱収集システムによって解決されている。少なくとも1枚のパネル、もしくは少なくとも1本のベルトが、暖房または冷房対象の建物構造外の屋外熱供給環境に設置される。
【００３２】
このような空洞式すなわち導管式のパネルもしくはベルトがシステム内の二次側、すなわち建物内部の暖房側または凝縮側に接続されることがあるのは自然なことである。ここでは熱収集装置は壁、天井もしくは床面、すなわちこれらの建物構造表面に最終的に設置することが可能であり、そして／または建物構造の表面下に設置することも可能である。
【００３３】
熱収集パネルはここでは十分な硬度をもち、柔軟性に欠け、そのままではうまく丸められないような一体型熱収集装置を指す。パネルは一体のまま、運搬および保管することが可能である。硬質なパネルは、同じ長さまたは異なる長さの複数の断片に切り分けて、配管で順番に相互に連結することも可能である。パネルの各断片は、その後連結用パイプを曲げることによって、運搬または保管のために重ねることが可能である。
【００３４】
熱収集ベルトは、十分な柔軟性をもち、曲げることが可能で、必要であれば運搬または保管のために丸めることが可能な一体型熱収集装置を指す。パネルもしくはベルトには、1つの面に少なくとも1本の往き管と戻り管が接続されており、伝熱媒体の供給および使用済み媒体の排出機能を果たしている。その他、パネルおよびベルトの特徴として、外側表面下に閉ざされた空洞すなわち導管を含むこと、またこれらの導管が、その全長において切れ目がなく一体化した円形の、または成形された配管から成るものではないこと、さらに配管は単層タイプまたは多層タイプであること、そして金属、プラスチック、ガラス、セラミックまたはその他の材質から成るものであることが挙げられる。
【００３５】
モジュール式冷暖房装置の仕様において使用可能な伝熱媒体は、本発明によればフロンガス不使用冷却剤もしくはその混合物、さらに水と不凍添加剤の混合物、各種工業ガスまたはその混合物をベースにしたものである。これらの媒体は、生産された熱を選択された暖房ユニットに直接もしくは間接的に輸送する役割を果たす。
【００３６】
熱収集パネルおよび／またはベルトは、分離器および収集器によって屋外のヒートポンプと、もしくは屋外の分離器、収集器のケーシングのみと連結している。熱発生器すなわち、装置の主要なくみ上げ部であるヒートポンプは、少なくとも1台のコンプレッサを含み、本発明によれば暖房対象の建物内部もしくは外部に配置することが可能であり、そして／または屋内・屋外両方に配置することが可能である。本発明に基づく熱発生器が建物外部にある場合は、少なくとも1台のコンプレッサとその他の必要構成要素はキャリーボードに載せて、カバーすなわち蓋をしたケーシング内に配置することが可能である。このように配置すると、基本的な点検および整備の際の立ち入りが容易である。
【００３７】
構成要素を載せた屋外のキャリーボードは、専門作業所における整備の場合を想定してケーシングから取り外せる仕組みになっている。キャリーボードは本発明に基づけば、平らなものであり、そして／または内側中央が埋没式になっており、ケーシング下部上端のエッジ折り返し部分とパッキンとともに、このボードとケーシングの蓋部分を水が浸入しないように分断し、さらに同時にこのボードの下側スペース、パッキンおよびケーシング下部をも分断している。キャリーボードの主な構造的組立面は、少なくとも1台のコンプレッサがその下部において周囲地面の表面下に達することがあっても、ケーシングに対して接触する地面よりも上となる。キャリーボードを通して下側埋没部に配管、配線等を引く場合は、防水に配慮して設計される。ケーシングはさらに、防水技術によって、建物内部の配管および／または屋内ヒートポンプおよび／または温水ボイラーをともなう配管につながる、少なくとも1本の往き管および戻り管で連結されている。同時に屋内装置収納ボックスが設置されている場合は、少なくとも1台のコンプレッサまたは温水用ボイラーのどちらか、そして／またはその両方を含むことがある。屋内装置収納ボックス上部には、本発明に基づく建物換気用空調制御メカニズムを配置することが可能である。
【００３８】
装置全体は、モジュールおよび上部構造として設計されている。本発明に基づくモジュール式冷暖房装置の仕様は、地熱利用または制御換気を目的とする空気の冷却、さらには水エネルギー利用、太陽光の直接利用のための各機能、すなわちモジュールを屋外に追加することで拡張することが可能である。上部構造としての各モジュールは、共通の屋外ケーシング内で連結されており、よってシステムの熱収集部建設の際、一連の作業として設置することが可能である。
【００３９】
建物内部においては、装置を直接凝縮暖房ユニットに接続することが可能である。さらに適切な熱交換器を利用して、伝熱暖房ユニットおよび空気暖房ユニットに接続することも可能である。凝縮暖房ユニットは、屋外熱収集パネルおよび／またはベルトと同じもしくは類似の構造をもった、空洞式パネルおよび／またはベルトを利用することが可能である。建物内部の暖房部分は、直接凝縮の場合、圧縮ガス媒体がその中を循環することになる。
【００４０】
装置全体の仕様、各部分およびモジュールの構造的配置は、以下の記述、図面部分および実施例において明らかにされている。本発明に基づく熱エネルギー収集・輸送システムを有する冷暖房装置は、以下の選択可能なモジュールを含む。
−  凝縮ベルトおよび/またはパネルを有し直接凝縮式であることをもっとも好適な状態とする暖房ユニット,そして/または熱交換器を有する伝熱式暖房ユニット,そして/または空気熱交換器およびファンを有する空気式暖房ユニットのうち選択されたものをともなう,パネル式および/またはベルト式熱収集システムを含む,屋外および/または屋内の基本暖房モジュール
−  地中熱交換器を有する制御換気モジュール
−  雨水および/またはその他の水のベルト式および/またはパネル式熱収集システムのエネルギー的補助を目的とする給水モジュール
−  少なくとも1台の熱交換器を含む屋外蓄熱タンクモジュール
−  凝縮冷却剤と二重タンク型,二重配管型もしくは配管内蔵型のコンプレッサによって吸入された冷たい冷却剤との熱交換器モジュール
−  光起電力セルによる光発電用モジュール
−  ローカル配電網への接続機能をもつ,少なくとも1台のコンプレッサおよび/またはその他の電気機器の電源供給用電力の熱電気発電用モジュール。モジュールには光起電力セルおよび/または風力発電機のモジュールを追加することが可能。
−  太陽熱集光器のパネル型熱収集構造をもち,発電用熱電気ベルトの追加が可能な太陽熱モジュール
−  屋外蓄熱タンク内にの太陽熱および/またはコンプレッサを利用した建物供給用温水および/またはプール用水の予熱モジュール
【００４１】
熱収集システムはここでは熱収集パネルおよび／または熱収集ベルトを用いた仕様になっている。熱収集パネルとベルトは、放射状に、そして／または並列に、そして／または多方向に、さらに横に並べるか縦に重ねて配置することが可能である。各パネルおよび／またはベルトの放射状に、そして／または互いに並行する配置はどちらも、複数のパネルおよび／またはベルトを前後に置く形で、横に並べて配置することも可能である。各パネルおよび／またはベルトが前後に並べて配置されている場合、相互に連続する形で連結パイプによって連結することが可能であり、そして／または連結する必要はない。放射状の、そして／または相互に並行な配置は、各パネルおよび／またはベルトおよび／またはそれらの側面に往き管と戻り管を有する同列グループの並行接続を想定する。配管は、優先的に屋外のケーシング内および／またはこのケーシングの外に配置されている、そして／またはコンプレッサ吸入口およびコンデンサからの戻り管に直接接続されている、熱収集装置全体の分離器および収集器に接続されている。パネル式およびベルト式熱収集装置の配置は組み合わせることも可能であり、すわなち土地の具体的な湿度条件に応じて、一部は放射状に、もう一部は並列にそして／または多方向に、そしてもう一部を一列に配置することも可能である。
【００４２】
放射状配置は、熱収集装置の各支管を、熱収集装置のパネルおよび／ベルトの想像上の軸の間に、相互に規則的な、そして／または不規則な角度が選択され、その際これらの想像上の軸が１つの共通した中心点を通ることがあり、そうでないこともあるような位置に保存することを想定する。並行配置は、パネルまたはベルトの想像上の軸が互いに並行となることを想定する。当然ながら、熱収集パネルおよび／またはベルトが互いに多方向を向いた配置も可能である。配置に関しては図面の部に詳しい。
【００４３】
システムのパネル式およびベルト式熱収集装置は、パネルまたはベルトの主要熱収集面の表面が地表もしくは水面に対して、その熱源環境においてもっとも好適な状態としては垂直に、また他の可能な状態としては斜めもしくは並行に配置されるような、少なくとも1枚のパネルもしくは少なくとも1本のベルトから成る。熱収集パネルおよび／または熱収集ベルトは、水源の中に配置することも可能である。このような設置の場合は重りを付けて水底に沈めるか、水面下に固定する、もしくは他の体勢で浮かせる。
【００４４】
熱源環境としてもっとも好適とされるのは土壌である。しかしこの環境が水もしくはその他の液体、物質または気体によって形成されることも可能である。熱収集装置の付加的接触環境として他にも、例えば土壌などの熱源環境よりも高い熱伝導性をもつ物質もしくは液体が可能である。主要熱源環境よりも高い熱伝導性をもつ物質もしくは液体は、その物質もしくは液体自体が熱収集パネルおよび／またはベルトの表面と直接接触するような状態で、プラスチック製もしくは金属製のカバーで切り離すことができる。熱収集装置設置の際はしかし、このような物質が周囲と直接接触するような状態、すなわちカバーで切り離されていない状態でもよい。 
熱収集パネルおよび熱収集ベルトは1種類もしくは複数の材質から作られている。パネルもしくはベルトが複数の材質、または1つの材質および同じ材質の複数の層から作られている場合は、これらの材質および／または各層は接着、溶接、プラズマ溶接、プレス、そして／または機械的に互いに接続されていることが可能である。土台となる材質は金属および／または合金および／またはプラスチックおよび／またはプラスチック混合物である。その他の材質として、ガラス、セラミック、積層プラスチックが可能である。１つおよび／または複数の材質から、そして１つおよび／または複数の層から製造された硬いパネルまたは柔軟性のあるベルトは同時に、熱収集装置本体の大きさを考慮した、直径の小さな往き管、戻り管を有する一体型熱収集装置を形成している。このようなパネルもしくはベルトは、もっとも好適な状態として長方形の形をもった、一体型熱収集面を特徴とする。熱収集面はしかし、正方形、三角形、四角形または多角形の形をもつこともある。熱収集面の外周はすなわち斜めになったり、多辺になったり、曲線になったり、あるいは円形になったりすることがある。空間的観点から言えば、熱収集装置、すなわちパネルもしくはベルトの形は、幅が狭く長い正方形が最も好適な状態とされる。熱収集装置に向かって、側面から少なくとも1本の輸送パイプが注ぎ込んでいる。
【００４５】
パネルおよび／またはベルト内部には、伝熱媒体が流れる空洞すなわち導管のシステムがある。各空洞すなわち導管を流れる伝熱媒体は、これらの空洞すなわち導管を通じて、互いに通い合うことができる。空洞すなわち導管は独立していることもあれば、パネルもしくはベルトの様々な部位で相互に連結し、交差していることもある。その相互位置を考慮すると、これらの空洞すなわち導管は様々に集合したり、分散したりすることもあり、つまり相互にその密度を濃くしたり、薄くしたりすることがある。極端なケースでは、パネルまたはベルトが、貫通した状態でまっすぐなこともあれば、様々に方向付けられたり、曲げられたりしていることもある、空洞すなわち導管をただ1本のみ含む場合がある。パネルまたはベルト内部の導管すなわち空洞の配置は、熱収集面の状態によって、対照的および／または非対称的配置になることが可能である。少なくとも1本の導管すなわち空洞が、このような装置の主要熱収集面または熱輸送面の状態によって、さまざまな方向、つまりこの面に対して並行だけではない方向に配されることがある。その際、方向、形、断面を様々に変えることもある。断面は円形、四角形、長方形、三角形、多角形、曲線形、複合形が可能である。パネルもしくはベルトの横断面、すなわち本装置の主要熱収集・輸送面に対して直角の断面では、この断面の自由な方向に、このような空洞すなわち導管が複数にわたって、互いに均等に、もしくは不均等に配置されることが可能である。空洞式パネルまたはベルトの内部にある独立した導管を、2種類以上の伝熱媒体が流れるような構造も可能である。
【００４６】
多くの場合、パネルおよびベルトは導管すなわち空洞を有する仕様となっている。しかしまた、パネル全体もしくは部分のみが空洞すなわち導管をともない、一部分には空洞がないような、いわゆる充満パネルも存在する。このような熱収集装置には適切な伝熱媒体を充満させるが、伝熱媒体としては再びフロンガス不使用冷却剤またはその混合物、その他水と不凍添加剤の混合物、各種工業ガスもしくはその混合物が可能である。空洞をもたないパネルまたはベルトは、この場合１つまたは２つまたはそれ以上の区間を有する。装置内に空洞をもたない部分が複数ある場合は、これらの部分は、伝熱媒体の塊が、特にこのような媒体を充満させた装置の最下部で液体冷却剤混合物の塊が発生するのを防ぐ機能をもつ、熱収集装置下部で連結された、垂直の仕切板で部分的に区切られている。例としては、排液用傾斜部の角が挙げられる。この場合も、熱収集装置には少なくとも1本の輸送配管が側面に接続されている。パネルおよびベルトはその他、空洞すなわち導管を外部表面下に閉ざされた形で含むこと、またこれらの導管は、その長さにおいて切れ目がなく一体化した円形または成形された配管から成るものではないことを特徴とする。
【００４７】
輸送用往き管、戻り管は、金属製またはプラスチック製および／またはその組み合わせによるものが可能である。パネルおよび／またはベルトの並行接続の際は、往き管、戻り管は装置の分離器および収集器に接続される。パネル1枚またはベルト1本の場合、そして／またはそれらの相互連結の場合は、パネル1枚および／またはベルト1本の往き管、戻り管を装置のコンプレッサに接続することも可能である。
【００４８】
側面から注ぎ込む配管は、ここでは主要熱収集パネルおよび／またはベルトと熱発生器との間を伝熱媒体が循環する通り道となる、輸送機能を果たしている。この配管はそれ自体での熱収集もしくは熱放射はわずかしか行っておらず、そのため部分的にもしくは完全に断熱されていることがある。この点において、ここで解決されているパネルおよび／またはベルトを利用した熱収集および輸送の方法は、１つもしくは複数の配管経路をもつ従来の配管式熱収集・輸送装置と異なる。このようなプラスチック製もしくは金属製の配管は、さまざまな配管レジスタの形に配置されていることが多い。熱収集パネルおよび／またはベルトの伝熱プロセスはすなわち、円形パイプの一体となった各区間の表面で行われるのではなく、パネルおよび／またはベルトの表面で行われるのである。パネルおよび／またはベルトの表面は平らで滑らかである必要はなく、様々に波打っていたり、筋がよっていたり、片面もしくは両面で粗くなっていたりしてもよい。このような仕様における、往き管および戻り管を有する熱収集パネルまたはベルトは、熱輸送用パネルおよび／またはベルトとして使用することも可能である。この機能を利用する際は、建物の内部にその暖房を目的として配置される。また、装置の作業サイクルを逆にした場合、屋外で熱を輸送することも可能である。
【００４９】
上述の仕様に基づく往き管、戻り管を有する熱収集パネルまたは熱収集ベルトは、太陽熱集光器からの熱を輸送するパネルおよび／またはベルトとしても利用可能である。この機能を使用する際は、屋外の低位環境、例えば地中などに配置されることがもっとも好適とされる。このようなパネルまたはベルトは、熱収集パネルまたは熱収集ベルトと接触するように連結されることもあるが、必須ではない。太陽熱媒体の流れは熱収集パネルまたはベルト内部の媒体の流れと逆方向の場合もあれば、同方向の場合もある。熱収集装置の反対側からの接触接続は、例えば熱収集パネルと太陽熱輸送パネルの間に発電用熱電気ベルトが設置されるような構造の場合が考えられる。
【００５０】
凝縮方式のパネルおよび／またはベルトの場合は、内部をコンプレッサから押し出された熱いガスの混合物が流れる。ガスが凝縮パネルまたはベルトを通る際、より温度の低い周囲に熱が移動し、作動媒体が液化すなわち凝縮し、パネルまたはベルトから配管を通ってエバポレータに戻される。熱の輸送すなわち分配は、ここでは熱が高温部から低温部に自然に広がるという、熱力学第二法則と一致する現象として生じている。
【００５１】
パネルおよび／またはベルトが地表面に埋め込まれて収納されている場合は、このような収納のための溝を溝掘削機によって作成する。このような機械は従来、ヒートポンプを使用する場合の配管敷設に使用されていた。溝掘削機を使用すれば、垂直型パネルおよび／またはベルトの場合には地面の溝の幅が狭くて済み、掘削される土壌の量が最小限に抑えられるため、ここでは有効である。暖房出力10kW の地熱ヒートポンプの場合、溝掘削機とパネルもしくはベルトを使用すれば、掘削土壌量は8m3前後で済む。今日使用される溝掘削機は重量0.5トンから1トンで、より運搬しやすいものになっている。穴を深くするためには、重量1〜3トン程度の小型パワーショベルを利用することもできる。これらは未凍土の深さが大きい土地において、そして／または伝熱媒体が垂直型パネルまたはベルトを通って垂直方向に流れる場合に利用することができる。このような場合には、溝の幅は20〜30cmで済み、深さは設置場所の未凍土境界より下のパネルもしくはベルトの長さによって決まる。
【００５２】
熱収集体の設置方法は以下のとおりである。準備した溝に少なくとも1枚のパネルおよび／またはベルトを挿入し、周囲を掘削の際に取り除かれた土壌、砂および／または周囲の土壌より熱伝導性の高い代替物質で埋める。このような代替物質を使用する場合は、底面からパネルおよび／またはベルトの上端までを埋め、その上から地表面に達するまで掘り出した土壌をかぶせる。パネルおよび／またはベルトの体勢が地表面に対してちょうど垂直になることが推奨されるものの、必ずしも垂直になるわけではなく、斜めもしくは水平になる可能性もあることは明らかである。垂直体勢の場合、パネルもしくはベルトは必ずしも真っ直ぐではなく、溝の中で波打った形になったり、曲がったり、折れたり傾いたりしてもよい。同様に準備する地中溝も、長さ方向に真っ直ぐである必要はなく、地中の装置の設置方法に応じて曲がったり、波打ったり、折れ曲がったりしてもよい。総体としての熱収集装置の建設は段階的に行うことが可能であり、その場合は新しい溝の作成中もしくは作成後にその前にできた溝を埋める。ここで解決されている方法に関しては、すなわち全面的もしくは部分的な土壌掘り起こしで、大量の土壌を処理する必要がない。建設中も、土地が荒れ果てた印象を与えることがない。
【００５３】
本発明に基づくモジュール式冷暖房装置を有する熱および太陽光の収集システム全体は、個々のモジュールをもつ上部構造として解決されている。このようなモジュールとしては、建物の制御換気を目的とする吸入した外気の地熱による加熱もしくは冷却がある。このモジュールの場合は、パネルおよび／ベルトとともに空気熱交換器の配管も地中に配置されている。このような熱交換器は、冬期の建物制御換気を目的とする吸入した外気の予熱および夏期の空気冷却の役割を果たす。空気熱交換器は低容量溝の底面に沿って配置され、溝の終点で上向きに曲げられており、その先は地表上の上部空気吸込み口から下部排出口まで連続した落下線を描くように、熱収集パネルおよび／またはベルトの上端に沿って斜めに置かれる。このような連続した落下線があれば、凝縮物がケーシング底面周辺に重力のはたらきで自然排出される。本発明では、地中熱交換器の自在配管一体型もしくは分割型分離器および収集器が使用されている。システムにこのモジュールを追加する場合は、地中熱交換器の分離器および収集器は建物内部の空気供給メカニズムと空気配管を備えた往き戻り配管によって連結される。屋外ケーシング底面周辺の熱交換器配管最下部の排出口より下のスペースは、排液および／または空気配管アームからの凝縮物吸収の役割を果たす。そのため、凝縮物もしくは洗浄液の吸収を用意にするような、砂および小石の床にケーシングを建てることも可能である。ケーシング底面周辺の空気配管分離器および収集器は、排水溝への凝縮物落下排出口を有するピットとして設計されることもある。このような仕様の場合は、配管の排水溝への排出口手前部分に戻りダンパーが装着される。
【００５４】
少なくとも1本の熱交換器空気配管の排出口をともなう地上部分は、構造的にケーシングの付属部分として設計されており、キャリーボードとケーシングカバーのフランジのすぐ下にある。地上にあるこの吸気・排気部分は、一体型および／または分割型パーツとして、装置下部と似たような考えのもとに構築されている。特色としては、交換式防塵・防臭フィルターが付いていることが挙げられる。このような落下排出式熱交換器を、地上フィルターを外した後、注入口の方から洗浄をかけると、熱交換器配管が水平に収納されている場合より清掃が容易である。
【００５５】
制御換気をともなうモジュールの場合、復熱装置は、そのシステム内での接続が可能であっても、建物内部に設置することは想定されていない。熱収集システム全体は、放射線状もしくはその他の形状に配置された、比較的多数の溝の中に配置されている。この溝の数は、冬期に要求される空気熱交換器の予熱能力にも考慮して設計される。本発明に基づく地中熱交換器システムは、機能を例えば半分ずつなど、2つに分けることが可能である。このような解決法の場合、実際の作動時には、一定の時間的間隔に従って、吸気および排気の方向が熱交換器の2つの部分の間で切り替わる。周期的な切り替えは、建物内部に配置された空気供給メカニズムのはたらきで起こる。吸い込まれた冷たい空気が一方で土壌の熱を奪い、排出された屋内の空気がもう一方で熱エネルギーを差し出す。この両部分が周期的に切り替えられると、屋内の熱エネルギーポテンシャルが熱収集装置の地中熱環境に受け渡される。このポテンシャルは、このようにして吸い込まれた冷たい外気の予熱に再び活用され、そして／または設備のパネル式および／またはベルト式熱収集装置によって収集される。これは主要暖房期間において、断続または連続運転として使用される。熱の流れが常に温かい方から冷たい方へと決まっているため、冬期に土壌内の廃熱による熱の温度分散が生じることはない。このような場合には、熱はパネルおよび／またはベルトの熱収集面に向かって流れる。
【００５６】
夏期には、冬期のような空気供給メカニズムの周期的切り替えが行われるとは限らない。廃熱の温度が高く、熱収集装置が冷却モードであるため、その地中熱環境に影響を与える可能性がある。よって、制御メカニズムを地中熱交換器の両部分による外気直接吸入モードに切り替えることが可能である。屋内の廃熱は、調整ダンパーによって建物構造内の通気路を通って外に排出される。地熱空気熱交換器は、このような体制においてはそのまま制御換気、この場合では建物の冷房に活用される。屋内の空気配管は、屋外下部の空気配管分離器および収集器からつながっている2本の連結空気配管と同様に、空気調整メカニズムへとつながっている。メカニズムの前および／または後ろ、もしくは内側カバーの下にある配管には、2本の往き配管用交換式防塵・防臭フィルターが配置されている。制御換気の夏期冷却モードは、外気温が+26°C を超えた場合に作動するという利点を備えている。
【００５７】
本発明に基づく建物地熱制御換気-冷房モジュールの利点は、廃熱利用のための特別な復熱ユニットを使用することが必ずしも不可欠ではないという点である。ここでは交換された屋内空気の熱が、熱収集パネルおよび／またはベルトを直接取り囲む周囲へと再び輸送されて行く。輸送された熱の大部分はこのようにして、その熱が初めに採取された場所へと再び戻っていく。この熱は、パネル式および／またはベルト式熱収集装置の伝熱媒体によって再び収集され、空気供給メカニズムの周期的切り替えの後では同時に吸引された冷たい空気によっても収集される。このようなシステムにおいては、空気から取った熱の再利用効率は高くなる。本発明に基づく、空気熱交換器の落下式上下取り付け方法による垂直収納の利点は、凝縮物が自然に排出できること、また排出床および土壌に自然に吸収されること、もしくは排水溝に排出できることである。地中熱交換器内部の凝縮物が凍結した場合でも、換気システムの運転にはまったく制限がなく、この現象は配管内を入口温度通常+20°C の屋内の暖かい空気が流れているときに、空気制御メカニズムを定期的に切り替えることによって、部分的に排除される。その他の利点としては、空気熱交換器を熱収集パネルおよび／またはベルトと一体化して設置できる点が挙げられる。複数の経路に並行分割することによって、空気熱交換器で使用される配管の直径がある程度縮小できる。土壌を扱う作業の規模は縮小され、径の小さい配管は作業も楽である。このようにして、熱収集装置配管内の必要空気滞留時間も確保することができる。空気の循環を確保する本モジュールの電動式ファンは、発電装置モジュールを導入する際には、ここで作られた電気を電源とすることがもっとも好適とされる。制御換気の屋内制御メカニズムによって、地中熱交換器を完全に切り離し、建物構造内の通気路を通して外気を直接取り込むことも可能となる。
【００５８】
空気熱交換器が、地中において放射線状および／または並行に、そして／または多方向に配置されたパネルおよびベルトの間、すなわち熱収集パネルおよびベルトをともなわない独自の溝の中に配置されることも可能なのは、当然のことである。熱交換器は、内側および外側の面が滑らかだったり、波打っていたり、筋をともなっていたりするような、単層もしくは多層の円形配管からできている。このような空気熱交換器の材質は、プラスチックがもっとも好適とされる。その他の使用可能な材質としては金属、合金、石材、コンクリートもしくはエテルニット（セメントとアスベストの混合物）がある。
【００５９】
空気熱交換器の伝熱体は、本発明に基づけば、往き管、戻り管への流入口をともなう、空洞式パネルによって形成されることも可能である。空洞の大きさは、このような様式においては空気循環を担うファンを考慮した、圧力の必要損失分に合わせて設計される。
【００６０】
本発明に基づくその他のモジュールとしては、雨水および／またはその他の水をパネル式およびベルト式熱収集システムのエネルギー供給に直接活用するための給水モジュールがある。雨水に含まれる熱エネルギーは、圧力のはたらきによって分離器を通り、プラスチック製の直径の比較的大きいカバー式ドレン管に挿入された、これもプラスチック製の穴の開いた配管のそれぞれの区間へと分配される。垂直式ファサード貯水タンクの容量を超える雨水の余剰分は、用水槽もしくはピットにオーバーフローさせる。この用水槽は配管によって排水システムの分離器と連結しており、雨がやんだ後、および垂直式ファサードタンクを空にした後に地熱収集装置に水を充満させる役割を果たす。ピットは、本発明に基づく発電装置が設置されている場合は、ここで作られた電気を電源とするのが最適とされるポンプを含むことがある。ピットの水の活用方法は他にもある。それぞれ長さを同じくする複数の給水配管が、屋外ケーシング横の水分離装置から熱収集パネルおよび／またはベルト末端へと向かう落下線を描き、地中パネルおよび／またはベルトをその上端が隠れるまで埋めた後に置かれる。放出された雨水は、重力のはたらきで熱収集装置上端から下に向かって土壌に吸収されていく。設備運転時には、熱収集装置がこの水の熱エネルギーをくみ上げる。これによってシステムの暖房効率指数が上昇し、特に春期、外気温が0度を下回らなくなった時期に、熱収集システム全体の再生がより速くなる。ドレン配管の配置は本発明に基づけば放射線状が最も推奨され、地上面に対するこの配管の設置レイアウトは、選択された各熱収集体用地中溝の配置に沿ったものとなる。ドレン管給水システムは、各熱収集パネルおよび／またはベルトの敷設および土かけ完了後すぐに、一連の作業として段階的に敷設される。仕様に関しては、本発明の図面の部に詳しい。長所としては、ここでは各給水区画が短縮されバランスよく並行して分割されていること、また各配管アームの全長にわたる排水によって、圧力損失分が低減されていることが挙げられる。
【００６１】
本発明に基づくその他の上部構造モジュールとしては、屋外ケーシング内に設置される屋外蓄熱タンクがある。この多機能タンクは、このケーシングの一部として作られることもある。また独立したタンクとして、このケーシングに収納されることもある。この屋外タンクは、本発明に基づけば少なくとも1台の熱交換器と、このタンクの内部に設置される加圧バッグによる装備が可能である。さらに、このタンクの外側表面に巻きつかせた少なくとも1台のパイプ型熱交換器、および／または同様にこのタンクの外側表面に巻きつかせたカバー型熱交換器による装備も可能である。熱交換器を装備する場合は、二重配管型熱交換器、もしくは二重カバー型熱交換器の場合もある。この屋外タンクは、貯蔵部を1つしかもたないこともあれば、水平および／または垂直の仕切板で複数の貯蔵部に区切られていることもある。このような屋外タンクおよび熱交換器の充填内容物としては、液体、ガス、もしくはそれらの組み合わせも可能である。屋外タンクの充填内容物そのものは、太陽熱集光器が設置されている場合は、そのモジュールと液体またはガスによって直接伝達しあうことが可能である。また、屋内の暖房ユニットまたはその一部と液体またはガスによって直接伝達しあうことも可能である。さらに、貯蔵タンクもしくは屋内ボイラーと液体によって直接伝達しあうことも可能である。またヒートポンプシステムの少なくとも1台のコンプレッサ経路と直接伝達しあうことも可能である。液体によって、水、排水、プール用水もしくは暖房ユニット媒体などと伝達しあうことが可能である。伝達とは、ここでは共通の媒体による相互の機能的連結を意味する。本発明に基づくモジュール式エネルギー設備において使用可能な伝熱媒体としては、冷却剤、冷却剤混合物、水、水および添加剤、ガスもしくはガス混合物がある。このようなタンクの貯蔵部内に、穿孔部からのケーシングまたは配管を引き込むという仕様も可能である。このような蓄熱タンクを構成する材質は、金属または合金、プラスチックまたはプラスチック混合物または積層プラスチックおよび／または上記材質の相互組み合わせである。配管型およびシート型熱交換器の材質は、金属または合金が推奨され、表面は滑らかで、そして／または筋がついており、そして／または波打った形状をもつ。熱交換器の材質は、同様にプラスチックまたはプラスチック混合物が可能である。このタンクの外側表面は、断熱加工および／または空気および／またはガスの層によって、熱が逃げるのを防ぐよう断熱されることもある。システム内に発電用地熱モジュールが設置されている場合は、地熱ベルトをこのタンクの表面に接触するように設置することも可能である。
【００６２】
その他のモジュールとしては、冷却剤の熱再交換モジュールがある。冷却剤収集タンクを、屋外蓄熱タンクの貯蔵部内に設置することが可能である。冷却剤収集タンクには、この媒体が液体の状態で、または気体の状態で、またはそれらの混ざった状態で集められる。温まった冷却剤の収集タンクは、少なくとも1台のコンプレッサによって吸入された比較的低温の冷却剤に熱を輸送する総合的機能を有し、熱輸送の際にはこの収集タンクの外側表面による、屋外タンク貯蔵部の部分的加熱が生じる。ここでは、二重構造のタンクによる内部熱交換がそれに該当する。この機能は、二重パイプ型または配管内蔵タンク型熱交換器を用いて導入することも可能である。
【００６３】
その他のモジュールとしては、屋外フレームの蓋表面に配置された光起電力セルによる光電効果に基づく発電がある。個々のセルまたはこれらのセルによるモジュールは、屋外フレームの蓋表面に固定されている。光起電力セルは通常、10x10cmまたは15x15cmの大きさで、連結されているモジュールの内部に設置されている。モジュールの効率は今日、10%前後を推移している。このようにして生み出された電気は、熱収集システムの太陽熱モジュール循環ポンプの駆動に用いたり、将来の熱電気モジュールの一部としたりすることが可能である。ここでは屋外フレーム構造の地上部分のその他の機能的活用法がそれに該当する。モジュールは建物屋上などに配置した光起電力パネルによって追加、拡張することができる。
【００６４】
その他のモジュールとしては、冷却装置の運転によって生じたシステムの熱の活用原理に基づく、熱電気発電がある。パネル式および／またはベルト式地熱収集装置は、大きな伝熱面を有する。表面が平らなこの収集・輸送面は、将来的な代替発電に活用される可能性がある。発電には、もちろん凝縮面も利用可能である。さらに太陽熱集光器の一部もしくは全表面、蓄熱タンクおよびボイラーの伝熱面も利用可能である。パネル式およびベルト式熱交換器の面加熱あるいは冷却は比較的均一であり、この目的においては従来の配管式熱収集装置よりも活用度が高い。熱電気発電を目的とするモジュール拡張は、伝熱作動面の熱電気ベルト内に熱電気セルを設置することによって実施可能である。
【００６５】
このような発電方法は、産業施設でも、スーパーマーケットでも、また家庭においても、大中小の冷却装置の改造した伝熱面においても応用可能なことは明らかである。必要とされる温度差の高いほうの温度を生み出すためには、装置の主要動作そのもの、すなわち冷却機能によってここではすでに確保されている、凝縮物の熱が利用される。
【００６６】
これまで、熱電気セルは主に温度測定に、また半導体材質の登場に従って特に冷却に利用されてきた。熱電対の力で機能する冷蔵庫は良く知られているし、またゼーベック効果とは相反するペルチェ効果（1834年）の展開による、コンピュータ技術におけるハイパワープロセッサの熱電気冷却も普及している。ペルチェ効果を利用したその他の例としては、自動車、船、飛行機用熱電気冷却装置の生産が挙げられ、実験所その他でも幅広く活用されている。熱電気効果そのものについて初めて言及したのはエピヌスである（1758年）。2種類の異なる金属からなる回路で生じる接触電圧に注目した人々としては、ガルヴァーニ（1789年）とヴォルタ（1797年）がいる。
【００６７】
熱電対を利用した熱エネルギーの電気への変換の基本を示したのはゼーベック（1821年）、トムソン＝ケルヴィン（1857年）およびベネディクス（1920年）らの解明した効果であった。熱電気発電機の分野において決定的なのは、ゼーベック効果である。現在、この効果は、特に宇宙船飛行時もしくは様々な立ち入り困難な場所での電力供給に利用されている。また良く知られる金属製配管の陰極皮膜にも活用されている。
【００６８】
冷却装置システムにおける熱電気セルを利用した新しい発電方法に関しては、以下に示すとおりである。熱電気発電の将来的にみた大きなメリットは、組み立てられた熱電気発電機の効率が、発電機が小さくなればその効率も低くなり、逆に大きくなれば効率も高くなる他の発電方法と異なり、その大きさに左右されないことである。熱電気発電においては、効率はサイクルの効率と、熱電対の材質品質によって決まる。
【００６９】
本発明によれば、熱電気モジュールすなわち発電機は、直接または電圧レギュレータを通してハイブリッド冷却装置の電源配線に連結された、充電装置を含む形で設計されている。安全の最大限の確保と供給の独立性との理由から、熱電気システムから獲得した電気を配電網からの電気供給と組み合わせることが可能である。その場合は、熱電気発電機を配電網に直接接続してシステムを稼動させる方法が考えられる。この場合は、発生した電流が、直流電力から周波数50Hz、電圧230Vの交流電力をつくるレギュレータ-インバータを通して配電網に常時供給されるため、アキュムレータは必要なくなる。
【００７０】
電気エネルギーはここでは、熱電気ベルト内の熱電気要素を通る熱エネルギーから生み出される。ベルトは熱収集装置、主に熱コンデンサに設置される。さらに熱電気ベルトは、屋外もしくは屋内蓄熱タンク表面および、太陽熱集光器の熱収集面に設置される。熱電気転換のはたらきで熱電気ベルトによって生み出された電気エネルギーは、充電装置、すなわちアキュムレータに保存される。収集・凝縮パネルおよび／またはベルトには、少なくとも1本の熱電気ベルトが接触接続されている。熱電気セルを含むそれぞれの熱電気ベルトは、絶縁金属導体もしくは光学式導体を利用して、極性変更のために装置につながれている。この装置は、温度がT1i < T2i にまで変化した場合に熱電気ベルト-回路の効率的稼動を維持するために役立つ。
【００７１】
熱エネルギーQ1は、熱収集プロセスにおいては低位エネルギー源環境に含まれている。ヒートポンプまたは冷却装置稼動時には、このエネルギーは熱収集装置内を循環する選択された伝熱媒体によって収集される。エネルギー源環境とは、ここでは土壌、水、空気、廃熱および太陽光を指す。生産活動もしくはエネルギー活動などから出る廃熱の温度は、摂氏何十度、何百度に達する。また、太陽光にさらされた面の温度は、夏期で200°C にも達する。循環する伝熱収集媒体は、ここでは特に冷却剤および冷却剤混合物、水または水および添加剤、ガスおよび／またはガス混合物を指す。エネルギーポテンシャルの比較的高い熱エネルギーQ1と、温度値T1は、太陽熱集光器からの熱の引き込みなどによって、システム的に上昇することがある。
【００７２】
熱電気ベルトおよびその内部に含まれる個々の熱電気要素は、発電プロセスにおいて2つの異なる温度をもつ表面を有する。1つは選ばれた熱収集媒体との間で熱伝達を行い、もう１つの表面は、熱エネルギー収集元となるエネルギー源と熱伝達を行う。熱収集装置を循環する熱収集媒体は通常、周囲エネルギー源環境より低い温度T2をもつため、温度差が生じ、それが個々のセルを含む熱電気ベルトに伝達される。熱収集媒体は、ポテンシャルの低いエネルギーQ2の運び屋である。冷却装置の回路においては、エバポレータのエネルギーが運び去られる。冷却装置においては技術的指標として、いわゆる設備冷却能力が示される。周囲環境は、エネルギーポテンシャルQ1からの比較的高い温度T1の供給元となる。
【００７３】
個々の要素を含む熱電気ベルトの表面の１つは、発電プロセスにおいて冷たい表面と呼ぶことが可能である。この冷たい表面は、熱収集部を循環する媒体の低い温度T2の影響を受ける。熱収集装置および熱電気ベルトの構造が最適なものである場合は、熱電気ベルトのこの表面は循環する媒体と直接接触していることもある。この温度は、冬期の暖房使用時でヒートポンプ使用の場合-5°C前後、水と添加剤の不凍混合物の場合0〜-5°C前後を推移することが予測される。熱電気ベルトは熱収集装置に複数設置されることもあり、すべてが同じ大きさである必要はない。
【００７４】
冷却装置の配管式熱交換器または配管全般においては、このような配管の複数の集まりを、共通の伝熱パネルと質の良い接触コネクタを使用してつなぐことによって、表面を平らにし、十分な面積をとることが可能になる。その場合は、パネルの片面が熱電気ベルトの作動面となる。熱電気要素を熱収集配管の表面に直接取り付けることも可能である。
【００７５】
少なくとも1本の熱電気ベルトのもう一方の面は、温かい面と呼ぶことができる。この表面は、熱収集元のエネルギー源の高いほうの温度の影響を受ける。本発明に基づけば、このエネルギーの運び屋としては水、土壌、大気、建物内からの空気またはその他の気体が可能である。空気の熱エネルギー直接活用のためには、吸い込んだ空気を、空気エバポレータおよび冷却装置、ヒートポンプまたは冷房ユニットのコンデンサのそれに適した表面に向けて、ファンで押し出す。熱電気要素は、この方法にふさわしく整備された伝熱面に取り付けなければならない。空気の導入によって、エバポレータ側ではシステムの高いほうの温度T1が、またコンデンサ側ではシステムの低いほうの温度T2が生じるが、この2種類の温度が熱電対の機能のために不可欠になる。
【００７６】
熱電気の温度差は、太陽熱集光器から熱電気ベルトの暖かい面への熱の対流または並流誘導によって上昇させることができる。液体式太陽熱集光器においては、この温度は冬期においても日照時には摂氏数十度に達する。熱は熱収集パネルまたはベルトの面に沿って、再び空洞すなわち導管のシステムへと導かれる。熱電気ベルトは熱収集ベルトと太陽熱ベルトの間に接触するように取り付けられる。太陽熱は、蓄熱タンク内に短期間保管することが可能である。太陽熱集光器からベルト式および／またはパネル式熱収集装置への熱の誘導により、ヒートポンプの暖房効率指数も上昇する。
【００７７】
熱電気ベルトは蓄熱タンクの表面に取り付けることも可能である。カバー型またはパイプ型熱交換器の媒体によって、冷熱が生み出される。断熱材は、このシート型もしくはパイプ型熱交換器の外側に取り付けられている。タンク内側の温度は、このタンクの太陽熱集光媒体の高いほうの温度T1である。これにより、必要とされる熱電気の温度差が再び生み出される。冷熱は、屋外に埋め込まれたこの蓄熱タンクの周囲環境の影響のみによって生み出されることもある。地中熱交換器による制御換気の場合は、交換された屋内空気を熱電気ベルト周辺に誘導することが可能であり、これによってこのエネルギー源周囲の熱エネルギーQ1が補給される。建物からの入口空気温度は通常+20°C となる。
【００７８】
ヒートポンプ冷却装置の凝縮側においては、コンデンサはまたしてもパネル式もしくはベルト式で、コンプレッサで押し出された熱いガスの循環のための内部導管すなわち空洞のシステムを有するという利点をもつ。熱電気ベルトは暖房時、凝縮パネルまたはベルトの表面に取り付けられる。最適な構造の場合、この表面はコンプレッサ出口からの熱い蒸気と直接触れるようになっている。これは暖房凝縮効率Q1による温かい温度T1を有するエネルギー源側である。暖房システムにおいては、技術的指標として設備全体の暖房効率指数が示される。温度T1は稼動時90°C 前後を推移するが、これは凝縮パネルまたはベルトの表面が適切なものであれば、依然として触れることのできる安全な温度である。凝縮パネルまたはベルトの表面には、ファサード強化ネットなどで補強された特別なパテまたはしっくいが塗布されている。熱電気ベルトのもう一方の面は、建物構造もしくは挿入されている断熱材でできた薄いプレートと接触している。この温度の低いほうの面は、温度T2を有する。挿入されている断熱プレートの裏側は、建物構造となる。これにより、システムの凝縮-暖房側における熱電気ベルトの動作に必要な、摂氏数十度単位の温度差が再び生み出される。冷却装置全般においては、低いほうの温度T2は冷たいほうの水または水と添加剤、ガスまたはガス混合物または空気の誘導によって得られる。
【００７９】
熱電気セルのはたらきそのものは、熱電気効果の解説により知られている。熱電気効果とは、熱エネルギーが電気エネルギーに変換されるような効果、およびその逆の効果を指す。A.ヴォルタは、2種類の異なる金属を接触させると、その間に接触電位差が生じることを発見した。この電位差を接触電圧と呼ぶ。接触電圧の大きさは、接触する金属の化学組成と、金属の温度による。この効果はしかし、閉回路では接触電圧がお互いを消しあうため、電流供給源として使用することは不可能である。これは接触点の温度が双方とも同じ場合に言えることである。回路内の接触点の温度がそれぞれ異なる場合は、ゼーベック効果が適用される。簡潔に言えば、種類の異なる2つの導体が閉ざされた回路として接続され、その接点の温度がそれぞれT1、T2と異なれば、回路内を電流が流れる。温度差T1−T2によって生まれたゼーベック電圧US は、
US = s.(T1−T2)
となり、sは1度の温度差によって生じる熱電気電圧の大きさを表すゼーベック係数（V.K-1）で、これは以下の関係式で表される。
s = k/e.ln(nA/nB)       
kは気体定数Rをアボガドロ定数Nで割ったボルツマン係数(J.K-1) 、e は電気素量、nA,Bは金属A、Bに含まれる自由電子の密度である。ゼーベック係数は、さらに内容を広げたモットの式によって解説されている。
【００８０】
ゼーベック効果は、金属または半導体の内部で、温度変化をともなう電子気体の濃度が変化するという事実に依るものである。2種類の金属の組み合わせにおいては、熱電気電圧はほとんどの場合低く、熱電気電圧が最も高い値を得るのは不純物半導体においてである。その場合、接触電圧は金属においても半導体においても同じくらい高い。接触電圧の他に、金属においても半導体においても一定量の熱電気電圧が存在するが、これは半導体のほうが金属と比べて数倍高い。温度とともに上昇するのは電流の自由キャリアの運動エネルギーだけではなく、その密度もまた然りである。n 型半導体においては、電子は暖かい場所から冷たい場所へと拡散し、冷たいほうの末端はマイナスの電気を帯びる。p 型半導体の場合は、正孔が暖かいほうから冷たいほうへと拡散し、半導体の冷たいほうの末端はプラスの電気を帯びる。半導体熱電気セルは、2本のそれぞれ異なる電導度をもつ半導体ピラーから構成される。片側ではこれらのピラーは銅もしくはその他の材質のブリッジと称されるものによって通電接続される。もう一方の側は同様に銅またはその他の材質によるブリッジが取り付けられる。
【００８１】
熱電気エレメントのブリッジには、両面にシートが取り付けられており、熱電気ベルトを形作っている。さらなる活用を考慮すると、連結シートの時間経過による性質劣化が最小限に抑えられるように、シートを周囲環境の影響に対し最大限の耐性をもつようにする必要がある。これらのシートには、さらにさまざまな表面加工を施すことが可能である。
【００８２】
熱電気ベルトの片側を温度T1で温め、もう一方の側の温度がT2であるとき、熱電気セルの個々のピラーにおける電流キャリアの拡散の結果として、プラス極とマイナス極が分かれる。n 型半導体の熱電気電圧係数がsn 、p 型半導体の係数がsp だとすると、セルの熱電気ゼーベック電圧は 
Us = (sp−  sn ).(T1−T2)             
となり、その際個々の係数s は温度によって変化する。キルヒホフの法則によれば、総熱電気電圧US は2つのピラーの熱電気電圧の合計に等しい。
【００８３】
ペルチェの熱電気効果に関しては、ゼーベック効果と相反するということが言え、熱電気セルはここでは電気エネルギー取り込みの媒体となり、熱を吸収し放射している。半導体装置は正孔を有するp型半導体と、電子を有するn 型半導体とで構成されている。ペルチェ効果に基づくセルの場合は、熱電気構造を電流が流れ、片方の面が周囲の熱を吸収し、もう片方の面がその周囲に熱を放射する、すなわちセルが片方の面からもう片方の面に熱をくみ上げていることになる。熱をくみ上げる流れは、ペルチェ効果の結果である。熱は電気ジュール熱を求める以下の式に基づいて生み出される。
【００８４】
QJ = U.I = R.I2.t
上の式において、QJ は抵抗値R、電流値I、時間tのときのセル内部で放出されたジュール熱である。
熱の半分はセルの温かいほうの端へ移動し、残りの半分は冷たいほうの端へ移動するため、冷却効率を下げる半分の熱のみが考慮される。すなわち、
QJ = 1/2.R.I2.t.
となる。ペルチェ熱は以下の関係式によって決まる。
QP = α.I.t.T2,                   
上の式でα = αp−αn はセルの熱電気電圧総係数を、T2は冷たいほうのブリッジの温度を表す。
【００８５】
時間t に温かいほうから冷たいほうへ移動する熱の量は、以下の式で表される。
QV = λ.(T1−T2).t,          
上の式でλはセルの総伝熱度を表す(W.K-1)。
【００８６】
熱の放出が行われている、温度がT2である側の温度が常時温度T1に保たれている場合は、T1側はセルによって吸収されたペルチェ熱QP が、冷却効率PO のとき周囲から採取された熱QO と、温かいほうから冷たいほうへ移動した熱QV 、さらにセルのピラーを電流Iが通ることによって放出されたジュール熱QJ との合計と等しくなるまで冷却を続ける。ペルチェ式セルの冷却効率は以下の式で表すことができる。
PO = α.I.T2−  1/2.R.I2−λ.(T1−T2)     
またペルチェ熱は以下の式で表される。
QP = QO + QJ + QV .
セルの冷却係数ε = PO/P 、冷却セル入力Pおよび熱電気効率である定数Zの導入と、関係式のさらなる修正によって、ρ = 1/σが物質固有の電気抵抗、σが物質固有の電導度を表すようなα、λ、ρの量、すなわち選ばれた材質にのみ影響を受けるようなパラメータZを導き出すことができる。材質は、パラメータZが最大になるようなものを選ぶべきである。
Zmax = (αp−αn)2/((λP.ρP)1/2 + (λN.ρN)1/2)
現在のZmax 値は3 x 10-3 K-1 pri T = 300K となる。
【００８７】
温度差の影響により、温かいほうから冷たいほうへと向かう、トムソンの熱電気電圧および領域が発生する。自由電子は温かいほうの端から冷たいほうの端へと引き寄せられていき、冷たいほうはマイナスの電気を帯びる。熱電気セルを直流電流が流れている場合は、電子は温度勾配と同じ方向に動き出し、終点で余剰熱エネルギーを手放して加熱を生じさせる。逆方向に動く場合はその反対に、電子は自分のエネルギーが周囲と同じになるように周囲から熱を奪い、冷却を生じさせる。トムソン熱は以下の関係式で表すことができる。
QT = UT.I.t = τ.(T1−T2).I.t         
上の式で、τはトムソン係数（V.K-1）であり、間隔1mの2地点の温度差が１Kであるとき、その2地点間の熱電気電圧と等しい。
トムソン熱電気電圧は以下の関係式によって決まる。
UT = τ.(T1−T2) = τ.grad T.l,               ΔT/l = grad T  （1は長さ） 
ゼーベック熱電気電圧とともに、ゼーベック電圧とは反対の極をもち、ΔTが高くなると上昇を止める、ベネディクス熱電気電圧も発生する。この電圧UB は半導体の温度勾配に比例する。
【００８８】
上述した熱電気効果は、それぞれ独立したものとして解説することが不可能である。ゼーベック効果をトムソン効果と切り離すことは、双方とも温度勾配を条件とするという理由で、不可能である。ペルチェ効果はゼーベック効果と相反し、よってトムソン効果と関連性をもつことが証明されている。
【００８９】
熱電気発電機の最大効率ζはカルノー効率(T1−T2)/T1と、Tを絶対温度とする熱電気効率(1 + ZT)1/2/(T2/T1 + (1 + ZT)1/2)によって決まる。 
エバポレータおよびコンデンサのエネルギーポテンシャルの冷却装置ハイブリッド駆動への将来的利用において鍵となるのは、適切な方法で製造された、相応で価格的にもリーズナブルな材質を規定することによる、パラメータZの最大化である。今日、より広い範囲で熱電気電圧係数に影響を与えうる材質および添加物は、より多くの種類が製造可能となっている。例を挙げれば、添加物によってn 型もしくはp 型の電導度を生じさせる固溶体がある。興味深い材質としては(Bi1-x,Sbx)2(Te,Se)3、YbAl3、CoSb3、AgSbPb18Te20などがある。
【００９０】
パラメータZすなわち熱電気効率が、新素材および新技術の体系的研究とともに向上し、それによって熱電気セルおよび発電機の効率も向上していくであろうことは明らかである。熱電気変換効果がやがて、太陽光のない場所でも利用されるようになれば、これは光電気変換と比較した場合の強みと言える。
【００９１】
本発明に基づく熱電気ベルトに含まれる熱電気エレメントは、エバポレータおよびコンデンサのエネルギー、すなわちヒートポンプもしくはその他の冷却・冷房装置の両側と熱伝達を行うことが可能である。発電は、摂氏数十度単位の温度差に基づいて行われる。具体的に冷房ユニットのエバポレータの場合では、20〜40°C となる。冷却装置の場合でその温度差が40〜 110°Cの範囲になるコンデンサ側では、より効果的な温度差が得られる。太陽熱集光器においても似たような温度差がみられる。
【００９２】
比較のために地熱ヒートポンプの暖房効率を10kWとした場合、熱電気ベルト設置が可能な伝熱面の総面積は、暖房する屋内において特にベルト式および／またはパネル式凝縮装置を使用するという想定のもとでは、 80m2にもなる。システムはさらに太陽熱集光器もしくは光起電力パネルを追加することによって拡張可能である。
【００９３】
生産された電気は、熱電気ベルトから導体を通って極性変更装置へと導かれ、その後変圧器を経てアキュムレータに保存される。システムの上部構造モジュール全体は、機能チェックのためのモニター付きインバータをともなう直流電流発電機によって成り立っている。
【００９４】
総体としてのシステムにおいては、できる限り低い電気入力値、言い換えれば可能な限り高いCOPすなわち設備暖房効率が想定される。熱電気ベルトをエバポレータ面にもコンデンサ面にも装着することができ、より高い動作温度差を得ることのできる、冷却剤の直接蒸発と直接凝縮が可能な設備において、代替駆動がより容易に入手可能なことは明らかである。回路全体はいくつかの小さコンプレッサをともなう複数の区間に分けることが可能であり、これらのコンプレッサは各区間の必要に応じて稼動する。冷暖房装置の暖房効率が上述したように10kW に設定されている場合は、冷却回路および小規模ソーラー回路の内部熱交換モジュール接続時、また直接凝縮の場合にはシステムの電気入力値は全体で約1600Wが達成可能である。熱電気ベルト1m2の必要出力は平均で20W であり、これは光電気変換において達成される出力である。この場合、発電は設備の暖房凝縮出力の輸送時、および熱収集時の設備冷却出力による温度差によって生じる。本システムは、太陽熱モジュールの熱出力を追加することによって拡張可能である。熱電気モジュールはコンプレッサ毎起動時に、またコンプレッサ運転停止後の一定時間おきに発電を行う。
【００９５】
発電は、太陽熱集光器によって収集された熱が熱電気エレメントの一方の側に誘導される際にも、もう一方の側が冷却されていることを想定のもとに、行われる。冷却は水、水と添加剤、その他の液体または土壌および／または空気によって可能である。低いほうの温度T2はこの場合、太陽熱集光器からの熱を蓄積するエネルギー源周囲の温度によって決まる。システムのコンプレッサ運転停止後の作動状況として、温かいソーラー媒体を収集面に供給する循環ポンプは常時稼動することが可能である。太陽熱モジュールの循環ポンプはソーラーモジュールの現時点の温度によって制御され、熱収集ベルトの低いほうの温度T2を考慮すると、暖房を利用するほぼ全期間を通じて暖房効率は上昇を続けると考えられる。アキュムレータの現在の充電量と機能の状態は、発電機機能モニターで確認する。
【００９６】
ヒートポンプ、冷却装置および初期においては特に小規模冷房装置における熱電気効果の応用に基づく発電は、将来的にみて非常に興味深い。
【００９７】
本発明に基づくその他のシステムモジュールとしては、屋外ケーシング周辺、建物屋根および／または建物外壁に取り付ける太陽熱集光器を使用した、太陽熱および大気熱の直接収集がある。発電をともなわない熱の直接収集には、標準的な平面型または配管型集光器が用いられる。太陽熱システムにおいて循環ポンプが使用される場合は、光起電力モジュールおよび／または熱電気モジュールで作り出された電気を電源とすることがもっとも好適とされる。
【００９８】
本発明によれば、太陽熱は以下のような構造をもつ平面型の集光器によって収集することをもっとも好適な方法とする。集光器の透明なカバーとしては、熱加工を施した強化ガラスが選択される。大気と直接接触しないガラスの下面は、反射によって日光が集光器の外へとはね返されるのを防ぐ膜が施されている。集光器の収集部そのものは、金属または合金、プラスチックまたはプラスチック化合物、そして／またはそれらの組み合わせによる薄いプレートでできている。このプレートは下の面および／または上の面および／または両面に薬品腐食加工、カッティングもしくはモールディングを施した、少なくとも1つの空洞式すなわち導管式システムを含む。集光器の熱収集パネルの導管の方向および配置のシステムに関しては、本発明の図面の部にその推奨案が明示されている。熱収集パネル内に、集光器を出入りする固有の配管入口と出口をもつ導管システムが2つ以上ある場合は、異なる熱収集媒体を組み合わせて使用することが可能である。このような媒体の組み合わせとしては、例えば冷却剤と水・添加剤の不凍混合物、冷却剤とガスもしくはガス混合物、水と添加剤・ガスもしくは数種類のガスの混合物、添加物なしの水と冷却剤もしくはガスなどがある。形成された導管の横断面は四角形、長方形、三角形、半円形、楕円形もしくは多面形が可能である。集光器の熱収集パネル側面全体には、空洞すなわち導管の作成後に、金属製、ガラス製もしくはプラスチック製の薄いプレートが、溶接、接着および／またはプレスなどの方法で取り付けられている。このようにして、媒体の注入・排出用に少なくとも1本の入口管と少なくとも1本の出口管を側面に備えた、サンドイッチ状の熱収集パネルが出来上がる。この配管は防水・耐圧設計で熱収集パネルの入口・出口導管に注いでいる。
【００９９】
この構造において、本発明に基づく太陽熱集光器は、さまざまに成形された、またはプレス加工された、もしくは溶接によって熱収集プレートに固定された銅製配管を使用する平面配管型集光器と異なる。本発明に基づく空洞式すなわち導管式システムにおいては、導管が熱収集パネルの材質内に直接作りこまれているため、熱収集媒体への理想的な熱の移動が保障される。降り注ぐ太陽熱は、この場合には透明なカバー−媒体を有する熱収集パネルにおいて移動する。発電用熱電気ベルトをともなう集光器の場合は、透明なカバー−熱電気ベルト−媒体をともなう熱収集パネルとなる。熱電気ベルトは熱収集パネルの一部だけに取り付けられること、すなわちパネル全体に取り付けないことも可能である。
【０１００】
熱収集パネルの上部照射面は、太陽光収集効率を上げるための黒っぽい色の膜による加工を施してある。この膜の塗布方法としては、薬品による方法、ショットブラスティング、スプレー塗布、プラズマ、接着、プレス、電気腐食などが考えられる。集光器が熱電気効果の利用に基づいて発電を行う場合は、熱収集パネルの上部面にこの黒っぽい色の膜を施す前に、熱電気ベルトを接触するように取り付ける。この場合、黒っぽい色の膜は熱電気ベルトの上から付けることになる。熱電気ベルトからは、集光器のフレームを通して少なくとも2本の絶縁電気導体もしくは光学式導体が引かれる。熱電気ベルトの上部熱収集面では、照射する太陽光が温度T1を生み出し、これは夏期には100°C を超えることもある。ベルト内部のセルの熱電気システムはシステムの温度T1を、少なくとも1種類の熱収集媒体によって冷やされている熱収集パネルの表面に伝達する。このようにして熱電気ベルトの下部面に、ソーラー熱電気モジュールの運転に不可欠な低いほうの温度T2が生じる。構造が最適なものである場合は、熱電気ベルトのシートがパネル空洞すなわち導管システムの蓋をする形になり、媒体と直接接触する。完成した熱収集パネルには、その周囲に沿って、湿度吸収のための充填物を入れたアルミ製のフレームを取り付ける。このフレームには透明なカバー、できればガラスを取り付ける。全体の周囲には防水性・耐熱性パテを塗布し、外部から遮断する。アルミ製フレームの代わりに、湿度吸収剤をともなわない-30〜+200°Cまでの温度に耐えうる粘着性パテを使用することもできる。熱収集パネル表面および／または熱電気パネルおよびガラス下部面との間に生じたスペースは、集光器のさらなる熱の損失を防ぐため、空にして断熱ガスを充填することも可能である。出来上がった装置全体には、下側と側面から断熱材が取り付けられる。断熱材としてはポリウレタン、ポリスチレン、発泡ガラス、ガラスまたは鉱物の波状材および／またはこれらの材質の組み合わせが使用可能である。下側のカバーとしてはアルミ、ステンレス、鉄鋼もしくはプラスチックが使用される。集光器ボックスのフレームにはアルミ製もしくはプラスチック製の形材が用いられる。
【０１０１】
本発明に基づく太陽熱集光器の作業媒体としては、水と不凍添加剤の混合物、冷却剤、ガスもしくは冷却剤の混合物および／またはガス混合物、場合によってはこれらの媒体の組み合わせが使用されることもある。上述した構造に基づく集光器は、1種類の伝熱媒体を循環させる標準的集光器および／または1種類の異なる媒体を循環させる二重式集光器、もしくは1種類の媒体を循環させ熱電気ベルトをともなうもの、そして／または2種類の異なる媒体を循環させ熱電気ベルトをともなうものとして稼動させることが考えられる。集光器は連続的、並列的または連続的かつ並列的な集光器の配置および区画にそろえて組み立てることができる。集光器の固定方法は従来の平面型集光器の取り付けと同じで、建物構造の空いたスペース、屋根、屋根材または建物の壁に固定することができる。メリットとしては、従来の熱収集配管をともなわない内部構造をもつ集光器の空き高、つまり厚みが低いという点が挙げられる。本発明にもとづく太陽熱ユニットは、流量を大きくしたり、小さくしたり、適応させたり、戻り排水システムを使用したり、もしくは種類の異なる媒体を二重に利用する際などに、上述した流量を組み合わせて利用したりといった運転方法が可能である。戻り排水システムは、常に排水受けタンクに排水できるようにして水を使用することを想定する。選択された運転方法に対し、熱収集パネル内の空洞すなわち導管のシステムとその断面が適応するように変えられる。本発明に基づくヒートポンプとの運転面での連結においては、太陽熱利用の実際の必要性を考慮し、また蓄熱タンクの比較的小さい容量を考慮し、集光面は比較的小さなものになっている。本発明に基づくエネルギー設備の圧倒的な熱供給源は、冷暖房装置すなわちヒートポンプである。日照期間においては、太陽熱集光器は温水の予熱を早めたり、場合によってはプール水を温めたりする目的に使用される。ヒートポンプを考慮すれば、太陽熱集光器は熱収集装置への十分なエネルギー供給を確保し、システムの暖房効率を上昇させ、熱電気発電の際には温度差の拡大を促進することが可能である。このような太陽熱集光器の構造の場合、集光器の集光面においても直接発電が行われることがある。
【０１０２】
本発明に基づく他の平面型太陽熱集光器の構造としては、前述の導管すなわち空洞のシステムをもつ熱収集パネルの表面に光起電力セルが固定されているタイプがある。光起電力セルの効率は冬期にもっとも高くなる。熱収集パネルの選択された媒体、例えば冷却剤または冷却剤混合物または水と添加剤の混合物は、このような構造においては同時に熱収集パネルの冷却も行い、それによって夏期の光起電力セルの作業効率を上げ、作業条件を維持するのである。
【０１０３】
冷水の引き込みは、本発明によれば、建物の外または内側でメインの水道管から支管を引き、できれば屋外の蓄熱タンクの熱交換器もしくはこのタンクに直接つなぐことで実現可能である。建物に供給する温水は、このようにして太陽熱集光器の媒体で予熱され、建物内部のボイラーで完全に温められる。屋外タンクへの水の引き込み機能は、太陽熱モジュール導入時の強みとなる。本発明に基づく多機能屋外タンクモジュールによって、太陽熱モジュールまたは直接このタンク内にあるコンプレッサまたは熱交換器を利用したプール用水の加熱を行うことも可能である。
【０１０４】
まとめとしては、本発明に基づけば、基本的システムを前述の上部構造モジュール追加によって拡張することが可能なヒートポンプすなわち冷却装置で作り出された熱の輸送を目的とする、屋外ベルト式および／またはパネル式熱収集装置、および屋内ベルト式および／またはパネル式コンデンサを利用した、新しい熱収集システムが実現されている。モジュラーエネルギー設備全体のレイアウトは、本発明の図面の部に詳しい。個々のモジュールは、熱収集システムの建設、熱の生産および再輸送、構造的相互支持の各観点から、システムとしての相互支持に重点を置いて設計されている。本発明はまた、冷却装置および太陽熱集光器による熱電気発電についても解説している。コンデンサおよびエバポレータのシステムエネルギー利用に基づく、自己ハイブリッド駆動用発電の応用に関しては、まず小規模の冷却システム、冷房ユニット、ヒートポンプなどで実現されると予想される。
【図面の簡単な説明】
【０１０５】
【図１】図１は、本発明に基づくエネルギー設備によって暖房された一戸建て住宅を表したものである。設備は地中熱収集のパネル式およびベルト式方法に基づくもので、上部構造モジュールを備えている。 ここに表されているのは建物の制御換気モジュールである。地中空気熱交換器は並列的に配置されており、熱収集体とともに準備された地中溝に収納されている。暖房使用期間においては、温度約+20°Cの屋内空気は地中熱交換器の半分まで、つまり暖房用エネルギーが採取される場所まで取り込まれる。もう半分には同時に、冬期には土壌によって部分的に予熱されている、換気用の冷たい外気が吸い込まれる。熱交換器のそれぞれの半分は、制御換気モジュールの運転時には一定サイクルに従って建物内部の制御調整メカニズムによって切り替えられる。空気は導管を通って建物を出入りする。 次のモジュールは熱収集装置の個々のアームの上に位置する同じ地中溝に配置されたドレン管給水システムである。このシステムは特に春以降の時期に運転され、熱収集装置全体の再生を早める。ここでは家の屋根から垂直型熱収集貯蔵タンク、および場合によっては地下ピットにも貯蔵された雨水の熱エネルギーが利用される。次のモジュールは屋外ケーシング内に設置された蓄熱タンクである。その統合的機能によって、このタンクはソーラー回路と、また熱交換器を通して温水用屋内ボイラーと、また冷却剤の熱再交換によって屋外および／または屋内ヒートポンプの冷却剤回路ともシステム的に通じ合っている。
【図２】図2には、巻き取り可能なベルト式熱収集体をともなうシステムの屋外ケーシングが表されている。ケーシングの蓋の下にあるカバー部分には、フィルター付き地中空気熱交換器の上部分離器が固定されている。熱交換器を有するケーシングは、設置場所への搬送のためパレットに置かれている。地中熱収集装置がプラスチックの空洞式パネルでできている場合、これらのパネルは筒状に丸めて、また丸めずに重ねて搬送することが可能であり、そして／または畳んで重ねた状態でパレットに載せて搬送することが可能である。パレットの長さなどに合わせて畳むことでプラスチックパネルの短い区間ができ、これらの区間をいくつか連続で互いに配管で連結する。
【図３】図3は、ヒートポンプの新しい熱収集装置のための幅の狭い溝を地中に速く掘るのに適した溝掘削機を表したものである。溝の掘削にはミニパワーショベルも適している。図の2つ目の溝には地中熱収集装置のパネルもしくはベルトが設置され、地中の空気熱交換器支管の断面と熱収集装置周囲の給水用ドレン管の断面も表示されている。熱収集装置の周囲は掘り出した土壌もしくは砂で埋められている。点線は、土地の未凍土境界線として考えられる位置を示している。
【図４】図4は、配管によってケーシング周辺の地表下に収納されている環状分離器へと引き込まれている雨水および／またはその他の水の排水経路を表したものである。分離器からは、穴の開いたプラスチック配管がそれぞれ放射状に伸びている。この配管は直径のさらに大きい穴あきドレン管に挿入されている。この構造は、内側配管の穴が土壌もしくは砂でふさがるのを防ぐ機能をもつ。
【図５】図5は、本発明に基づく熱収集システムの屋外設置部分の1箇所の並列アームの断面を示している。はさまれているのは、単一型もしくはサンドイッチ型構造のベルト式またはパネル式熱収集装置である。地中溝にはさらに、雨水引込みのための給水配管と、下側で区分された分離器-収集器へと流れ込む地中空気熱交換器の落下排水配管がある。空気配管は凝縮物を戻りダンパーを通って優先的に排水溝に排出する機能をもつ。代わる方法としては、凝縮物をケーシング下の土壌に吸収させるやり方がある。他に図示されているものとして、地中熱交換器と屋内の空気制御メカニズムとを連結する、下側の分離器-収集器のそれぞれ半分ずつにつながれた、直径の大きな空気配管がある。
【図６】図6は、熱収集パネルおよび／またはベルト用の地中溝の放射状配置のさまざまな方法を表している。地中装置の配置方法によって、地中の溝を直線または折れ線状に、さまざまな角度ピッチをとることが可能である。一点破線はここで提案されている溝のピッチ、点線は熱収集装置の個々の枝を示している。利点としては、屋外ケーシングとをつなぐ往き管と戻り管が同じ長さになることが挙げられる。溝は１つの半円形もしくは複数の半円形、１つの円形もしくは複数の円形状に配置されている。地中の長い溝に複数の熱収集装置を配列的-連続的に収納する方法も図示されている。
【図７】図7は、屋外ケーシング周辺の熱収集装置の地中溝の並行または多方向の配置が表されている。土地に熱収集装置を放射状でなく配置する場合がこれに該当する。
【図８】図8は、熱電気パネルおよび／またはベルトのさまざまな接続および／または連結方法を表したものである。本体内側の矢印は、導管すなわち空洞の配置に応じて媒体が流れうる方向を表している。8aから8dまでの図は、伝熱体に向かって側面に接続されている往き管と戻り管 のさまざまな接続方法を示したものである。8hから8mまでの図も同様で、上から見た図となっている。図8eはパネルおよび／またはベルトの配管による相互連続連結を示している。 図8fは相互連続連結を行わない場合のパネルおよび／またはベルトの配置を示している。図8gは相互に連結された伝熱体の垂直型配置を示している。 図8の本体は、単一型もしくはサンドイッチ型の仕様に基づいて図示されている。
【図９】図9は、地中溝に収納された往き管、戻り管をもつ単一型もしくはサンドイッチ型構造の熱収集体1体を表したものである。矢印で示されているのは、熱収集体の中を通る伝熱媒体の可能な流れの方向である。
【図１０】図10は、往き管、戻り管をともなう暖房パネルおよび／またはベルトの屋内暖房ユニットを表したものである。個々の配管は部屋において、この図には描かれていない分離器と収集器につながっている。配置場所としては部屋の壁、天井、そして／または床が考えられる。床の場合、これらの装置および／またはベルトの設置場所としてふさわしいのは建物構造の内側、すなわち床表面の下となる。矢印は導管すなわち空洞の配置方法に従った、個々の伝熱体の内側を流れる伝熱媒体の方向を示している。
【図１１】図11は、太陽熱集光器内のパネル構造の利用方法を表したものである。矢印はここでも、集光器の熱収集パネル内の少なくとも1種類の媒体の流れる方向を示している。
【図１２】図12は、熱収集および／または熱輸送パネルおよび／またはベルトおよび収集器の推奨される構造の横断面を表したものである。図12aは、もっとも好適な状態として1種類の材質からなる空洞式パネルもしくはベルトの断面を表したものである。内側の空洞すなわち導管の形状は、さまざまなものが可能である。表面はさらに適切な表面加工を施すことが可能である。図12bは金属もしくは合金のシートをともなう中央部をもつ構造を表している。このシートには、直接もしくは薄い接触膜を利用して、導管システムを含む外部層が固定されている。外側のカバー層は、裏側も金属フィルムとなっている。図12cは、金属シートの中心部がすでに外側に金属フィルムを含んだ熱電気ベルトに取って代わられている。図12dは、熱電気ベルトの裏側に太陽熱集光器からの熱を太陽熱媒体によって誘導するパネルまたはベルトが配置されているところを表している。熱電気ベルトの太陽熱集光側でも、熱収集側と同じような仕様をもつことも可能である。この仕様は、下側に書き加えられた層によって図示されている。下側に例えば太陽熱集光層のような層を加えるこのような仕様は、図12aおよび図12bの場合でも可能である。図12eは、金属製もしくはプラスチック製フィルムで表面に閉じ込められている個々の空洞すなわち導管が作りこまれている、厚みの大きいパネルを基本とする構造を表している。外側にはフィルムまたはその他の表膜によって、表面保護が施されている。パネルのこの構造は、本発明に基づく太陽熱集光器にも使用可能である。図12fは12eのケースに基づいて、パネルの片側に熱電気ベルトが設置されているところを表している。熱電気ベルトは、固定して完成された導管をカバーするための層としても使用可能である。
【図１３】図13は、Pから見た熱収集体、パネルおよび／またはベルトを表している。図13aでは、熱収集体は両面においてほぼ滑らかになっている。図13b、13cでは片面が成形されており、図13d、13eでは両面とも成形されており、図13eではそれに波状形が加えられている。
【図１４】図14は地中溝の熱収集体の位置および見た目の仕様の一案を表したものである。点線は未凍土境界の考えられる位置を示している。図14a は、周囲の土壌より熱伝導度の高い物質で埋めた、熱収集パネルおよび／またはベルトの直線型もしくは折れ線型配置を表したものである。埋めるのに用いた物質は、周囲の土壌と直接接触している。図14bは例えばプラスチックおよび／または金属のケースに包まれた熱収集体である。このケースの内側では、熱収集体は再び周囲の土壌より高い熱伝導度をもつ物質によって充填されているが、ここではこの充填物は周囲の土壌とは直接接触していない。充填物は例えば誘導された太陽熱などをよく蓄積し保存する。図14c、14d、14eは地中溝の熱収集体のその他のさまざまな位置および配置仕様を表したものである。
【図１５】図15a、15b、15c、15dは熱電気パネルおよび／またはベルトのさまざまな外周形を表したものである。 もっとも好適とされる形状は四角形で、図15aにあるようにここでは長方形もしくは正方形となる。
【図１６】図16は、本発明に基づき可能な仕様で考案された、モジュール式エネルギー設備の屋外ケーシングを表したものである。全体は3つの基本部分から成っている。上部の取り外し可能な蓋は、外側に膨らんだ形もしくは平面形がもっとも好適とされ、内側から断熱加工が施してある。蓋はパッキンをはさんで、ここでは中央が埋没した形で描かれている取り外し可能なパネルに載る仕組みである。ケーシングの蓋と取り外し可能なパネルとの間は、パッキンとクランプねじによって水が浸入しないように閉じることができる。パネルには、例えば少なくとも1台のコンプレッサおよびその他の設備構成要素を載せることが可能である。パネルは作業回路切り離し後、構成要素ごと取り外して遠く離れた修理・整備所まで運ぶことが可能である。パネルを取り外した後も、ケーシングは蓋によって閉じることが可能である。パネルはパッキンをはさんで、ケーシングの下側キャリア部分に載せられている。このようにして、ケーシングの下側スペースにも水が浸入しないよう分断することが可能である。下側スペースは熱収集パネルおよび／またはベルトの分離器および収集器として利用される。この図では、ケーシング下側にさらに断熱加工を施した多機能蓄熱タンクが配置されている。タンクはプラスチックの格子に配置され、断熱材の周囲には空気の入った隙間があり、この隙間は空気を除いて断熱ガスを充填することも可能である。ケーシングおよび蓋は、平面図においてはもっとも好適な形状として優先的に円形および／または四角形の形をもつ。点線で描かれているのは、修正を加えない角張った形状である。蓋には、例えば発電用光起電力モジュールを設置することも可能である。その場合に生み出される電気は、蓄熱タンクの太陽熱回路循環ポンプの駆動に優先的に使用される。
【図１７】図17は、コンデンサとエバポレータの熱エネルギーが伝熱媒体によって伝達され、本発明に基づく熱電気効果による発電に利用されるような、コンプレッサをともなう冷却装置の作業回路利用方法を表したものである。この接続において冷却剤回路からの温熱と冷熱を間接的に伝達する伝熱媒体は、液体、気体もしくは空気である。使用可能な媒体は絵記号で示されている。熱交換器からの点線は、作業サイクルが逆になった場合の媒体の逆方向の流れを示唆している。伝熱媒体は熱電気ベルトの面と接触しており、これらのベルトにおいてシステムの温度T1とT2を生み出す。凝縮側では、コンデンサから熱を奪う温度の低い媒体によって、温度T2が生み出される。媒体はここでも絵記号を用いて図示してあり、固体、液体、気体もしくは空気がそれに当たる。蒸発側では、熱の収集元となる温度の高い媒体によって、温度T1が生み出される。この媒体としては、再び固体、液体、気体もしくは空気が可能である。熱電気ベルトの熱の流れQは常に温かいほうから冷たいほうへと向かう。熱電気ベルトを回路に接続することで、ベルトセル内のシステム温度T1とT2が温度差を有するとき、電圧USが生じる。
【図１８】図18は、図17と同じ冷却装置の作業回路を図式的に表したものである。伝熱媒体は本発明に基づく構造をもつ熱収集・輸送伝熱パネルおよび／またはベルトにおけるエバポレータとコンデンサのエネルギーを伝達する。表面的に一体化した熱電気ベルトおよび／または一体型光起電力セルをともなう太陽熱集光器の接続も図示されている。システム温度T1およびT2も表されている。
【図１９】図19は、コンデンサおよびエバポレータの熱エネルギーが熱電気効果に基づく発電に直接利用されているような、コンプレッサをともなう冷却装置の作業回路の利用方法を表したものである。コンプレッサの作業回路の熱は、ここでは共通の作業媒体によって熱電気ベルトの面に伝達されている。エバポレータ側で高いほうの温度T1を、コンデンサ側で低いほうの温度T2を生じさせる周囲の媒体としては、再び固体、液体、気体もしくは空気が可能である。媒体は絵記号で表されている。点線矢印は作業サイクルが逆になった場合を示している。
【図２０】図20は閉回路に接続された熱電気セルを含む熱電気ベルトを表したものである。ベルトを通る熱の流れQは、電圧USを生じさせる。図20b はp型およびn 型半導体の異なる電導度を有する熱電気セルを含む半導体式熱電気ベルトを表したものである。ベルトに接触している周囲の異なる熱ポテンシャルQ1およびQ2によって生じるシステム温度T1およびT2が描かれている。
【図２１】図21は、図19と同じ冷却装置の作業回路を図式的に表したものである。コンプレッサの媒体は、本発明に基づく面型構造をもつ熱収集伝熱パネルおよび／またはベルトに直接エネルギーを伝達する。システム温度T1およびT2、一体型熱電気ベルト、個々の面型エバポレータとコンデンサの接続のための冷却剤分離器および収集器が図示されている。表面的に一体化した熱電気ベルトをともなう、もしくはともなわない、そして／または統合型光起電力セルをともなう太陽熱集光器への冷却回路の接続方法も示されている。さらに、コンプレッサ、収集タンク、脱水器、電磁バルブおよび少なくとも１つのバルブ型もしくはノズル型の絞り弁といった、冷却回路の基本部分も表されている。
【図２２】図22は、本発明に基づく面型太陽熱集光器の構造断面を表したものである。少なくとも1種類の媒体を対象とする導管を有する内部熱収集パネルには、ここでは黒っぽい色の表面加工を施した熱電気ベルトが固定されている。
【図２３】図23は、図22と同じような太陽熱集光器の熱収集パネルの断面だが、熱電気ベルトが媒体の流れる導管を直接ふさいでおり、黒っぽい色の熱収集表面加工が施されている点が異なる。ベルトとパネルの間には、接触シートを挿入することも可能である。円形、三角形、正方形、長方形、多角形、楕円形、複合形などさまざまな導管の断面が表されている。
【図２４】図24a、24b、24cは導管の枝分かれのさまざまな仕様と、太陽熱集光器を通る流れを表したものである。
【図２５】図25は、少なくとも1台の内部および／または外部の配管式および／またはシート式熱交換器と、熱電気ベルトとを有する、統合型蓄熱タンクをともなう屋外ケーシングを表したものである。断熱材がケーシングのタンクの周りを完全に埋めてしまっている場合もあれば、周囲に断熱用の隙間がある場合もある。
【図２６】図26 a、26b、26c、26d、26eはヒートポンプ、冷却装置、冷房装置およびタンクを使用した加熱および蓄熱における、熱電気ベルトを利用した将来的な発電の可能性を表したものである。 熱収集元の環境、および／または熱を輸送する先である環境が用語で解説されている。図a、b、cの媒体、媒体1および媒体2は、冷却剤および冷却剤混合物、水および水と添加剤の混合物を意味する。 図dの太陽熱集光器用である媒体1、2も同様である。図e は、蓄熱および／または加熱の際の熱エネルギーの利用を表している。
【図２７】図27は発電機の接続を図式的に表したものである。光起電力モジュールおよび／または風力発電機を接続することも可能である。電気はアキュムレータに保存され、そして／またはシステムが配電網にも接続される。交流および／または直流電気機器が接続され、ここでは本発明に基づき優先的に少なくとも1台のコンプレッサが接続されている。
【図２８】図面7/11の図28は、熱収集・輸送伝熱パネルおよび／またはベルト内部の空洞すなわち導管の形状を現したものである。考えられる可能性としてはa円形、b半円形、c三角形、d正方形、e 多角形、f長方形、g複合形、h楕円形がある。
【発明を実施するための形態】
【０１０６】
＜実施例1＞
実施例1は、本発明に基づくモジュール式冷暖房装置を有する熱エネルギー収集・輸送システムの使用に関するものである。構造的観点から、また運転エネルギーの観点から相互に支えあう個々の上部構造モジュールを考慮して、解説には複数の図が用いられている。図１は、屋外装置2 および、地中溝3に配置されたパネル式および／またはベルト式熱収集装置による地熱収集システムをともなう屋外装置2 を有する一戸建て住宅1 が表されている。地中溝は、ここでは図６に基づく放射状配置をとっている。溝は溝掘削機24によって掘られている。システムは、水加熱用屋内ボイラー4 と機能的に連結している。建物内部1 には、ここで解説されているヒートポンプシステムのコンプレッサ部をともなう装置 23 を設置することも可能である。建物の屋根には太陽熱集光器6 と、付帯設備としての光起電力モジュール7がある。 雨どいの排水部には、パネル式および／またはベルト式熱収集システムのための雨水タンク5がある。 家の内部には、交換可能な防臭・防塵フィルター12 を含む制御換気メカニズム8 と接続された、制御換気用空気配管9 がある。制御メカニズム 8 は、制御ダンパーを通して、屋外の大気と直接触れるための壁の通気路10 へとつながる分岐を備えている。制御換気メカニズム8 は、図5の地中空気熱交換器19 の支管の下部分離器および収集器16 の各半分においてそれぞれ終点をもつ2本の地下配管 11 によって連結されている。下部分離器および収集器 16 は、凝縮物の配管からの重力による排出19 のための戻りダンパーをともなう内蔵型配管 17 をもつことがふさわしい。凝縮物18をケーシング21 底面下に吸収させるという解決策も可能である。自然排出式地中空気熱交換器19 の個々のアームは、地中熱収集装置20のパネルおよび／またはベルトと共通の地中溝に敷設するのがふさわしい。地中熱収集装置のパネルおよび／またはベルトは、未凍土境界25 を考慮した上で敷設される。地中空気熱交換器19 の支管は、独立した溝に敷設することも可能である。どちらの場合でも支管は、ケーシング底面の地上上端下まで伸びる、上部分割分離器および収集器 14 にその終点をもつ。分離器および収集器14は取り外し可能な防臭・防塵フィルター22 を含み、容量的には半分ずつに分かれることもある。
【０１０７】
空気分離器および収集器14 16 、熱交換器支管19 、2本の連結配管11 、空気制御メカニズム8 、通気路10 および空気配管9 は、建物制御換気モジュールを形成している。
【０１０８】
ケーシング21  内の分離器および収集器へとつながる往き管および戻り管31 で連結されている熱収集パネルおよび／またはベルトとともに、その上端までを埋めた後に、熱収集システムの給水を目的として、穴あき配管28 がドレン管29 の中に入れられて設置されている。雨水引込み管26 は雨水タンク5 および／またはその他の貯蔵タンクから、砂および／または土壌によって埋められ、図4のような給水モジュールを形作っている個々の配管区間28 および 29 が接続された分離器へとつながる。このモジュールによって、雨水は熱収集面に沿って上から下へと自然に吸収30される。
【０１０９】
設置されたパネルおよび／またはベルト20を通って、フロン不使用冷却剤をベースとした伝熱媒体としてここでは多く使用されている32a が、優先的に垂直方向に流れている。図12aから12dまでは、任意の伝熱媒体で共通して使用可能なパネルおよび／またはベルトの構造のさまざまな実施案を表したものである。フロン不使用冷却剤の場合は、ベルトが薄い金属シート 33で作られている実施案12bが優先的に選択される。このシートには、冷却剤を行きわたらせるための導管すなわち空洞システムを含む層34 が固定されている。金属シート33 は層34 と端部でつながっている層36 で表面処理されており、接触連結層35 をともなうこともある。表面加工を施した、もしくは施さない空洞パネル12aと、パネル12eも実施可能である。 
蒸発ベルト 20 では冷却剤が蒸発し、浸水システムまたは屋内空気の吹き出しによって熱を加えられることもある、周囲土壌の熱エネルギーを収集している。冷却剤の蒸気は、図21のように収集器38を通して少なくとも1台のコンプレッサ37 によって吸収される。伝熱媒体の収集器 38 および分離器39 は、蓄熱タンク40 上のスペースにある、図16のようなケーシング21 に収納するのがふさわしいが、ここでは図示されていない。熱収集ベルトの分離器39 および収集器 38 は、ケーシング外の地中に置くことも可能である。熱収集装置20 からの冷却剤蒸気は、温かい液体冷却剤の入ったもう１つのタンク42 を含む、図16のようなタンク41へと流れていく。ここで液体冷却剤の熱を奪い、他の装置とともに取り外し可能なボード53 に配置されている、少なくとも1台のコンプレッサ37 の吸い込み口43へと入っていく。コンプレッサは蒸気を圧縮し、圧縮された蒸気は配管44 を通って最短距離で建物内へと入っていく。
【０１１０】
システムはすなわち、システム内の冷却剤が少量の場合には、配管内蔵型タンクもしくは二重配管タイプの熱交換器をその代わりとすることも可能である、タンク41 内蔵型タンク42 タイプの熱交換器による内部熱輸送モジュールを含む。
設備にはさらに、ケーシング21 内に直接配置された、システムのさらなる上部構造モジュールを形成する蓄熱タンク40 を含む。タンクはプラスチック格子45 によって底面から、さらに空気の隙間46によってケーシング21壁面から断熱的に分離されている。タンクカバー 47 は断熱材 48 によって断熱されている。上部にはボルトで固定された蓋49 がある。タンクはさらに、例えば少なくとも1台の水予熱用配管型熱交換器50を含む。タンク40 内にはまた、弾力のある加圧バッグ51 および安全弁 52 、脱気装置を置くことも可能である。このような蓄熱タンク40 をシステムに追加することは、例えば小規模の太陽熱集光回路を接続することを想定する。タンク内にはその場合、太陽熱集光器用の水と添加剤の不凍混合物54 を入れる。  
キャリーボード53 は下側のパッキン55 をはさんでケーシング21 に一部埋め込まれており、断熱材57 で断熱された蓋56  で覆われている。蓋56 はボルト58 によってパッキン55 に固定されている。蓋56 、ケーシング21 およびタンク40 は、上から見た図では円形61となるのがふさわしい。また角形59 も可能である。蓋に関しては、蓄熱タンク40 の太陽熱集光回路循環ポンプの電源供給用発電のための光起電力モジュール60をその表面に固定して利用することも可能である。
【０１１１】
タンク 40 内には、少なくとも1台の配管型熱交換器50による、建物用および／またはプール用水予熱モジュールが組み込まれることも可能である。
【０１１２】
太陽熱集光モジュールは、本発明に基づくもう1つのエネルギー設備上部構造モジュールである。システムには、図22、23、24に基づく構造をもつ、図11のような平面型集光器が使用されることがふさわしい。平面型集光器は、適切な形状65a の導管システムが作りこまれた、金属製を最適とする一体型熱収集パネル64を特徴とする。パネル64 の面にある導管網65b は、図24a、24b、24cの通りである。導管はパネルもしくはシート66 の固定によって、表面的に閉ざされている。集光器および蓄熱タンクの媒体は、水と不凍添加剤および／または冷却剤の混合物がふさわしい。元の導管68には往き管および戻り管67がつながっている。集光器によって収集された熱は、例えば伝熱媒体などによって蓄熱タンク40に運ばれ、その際設備の少なくとも1台のコンプレッサ37によって吸い込まれた冷却剤蒸気の温度にも影響を与えうる。
【０１１３】
冷却剤の熱い蒸気はコンプレッサ37からの配管44を通って入り込み、断熱された配管を通って最短距離で暖房対象の建物に入っていく。冷却剤蒸気は図21のような分離器71において分離され、この例においては図10の配管69を通って建物の直接凝縮暖房ユニットに入っていく。このユニットは、周囲壁面に設置される凝縮ベルト70によって構成されていることが望ましい。凝縮ベルトの構造は、図12で明らかにされている。最もふさわしいのはシート型12bのバリエーションである。太陽熱集光器63の構造におけるものと類似の伝熱パネル64をともなう実施案12eも可能である。 凝縮パネルおよび／またはベルト70を天井に配置し、そして／またはそれらを床に埋め込むことも当然可能である。滑らかな壁面には接着によって固定され、さらに端の部分が固定具で止められている。ベルトおよび／またはパネルの下には、図26bのように壁面83にさらに断熱素材でできた薄いプレート82がある。表面全体には、ファサード強化ネットで補強された柔軟性のある特別なパテが塗布されている。最終的な表面には、選択された装飾しっくいが施されている。運転中のベルト表面温度は90°C を超えることはなく、パテに使用されている材質を考慮しても、触って火傷をする恐れはない。ここでは熱交換器を前に設置することによって、コンプレッサ37から出る気体の熱を下げる必要はない。凝縮暖房ベルトにおいては、図10に矢印32a,b,c,d を用いて圧縮媒体の考えられる流れの方向が示されている。最も望ましいのは垂直方向32cである。凝縮された媒体は、配管69 を通って図21の収集器73 を経て、戻り配管74 を通って収集タンク42 に入り、ここで図16の吸い込まれた冷却剤に熱を受け渡す。液体冷却剤はさらに配管75 を通り、図21の脱水器76を経て、さらに電磁弁77 を通過して少なくとも1つのバルブ型もしくはノズル型絞り弁78に入り、再びベルトおよび／またはパネル20の蒸発空間に冷却剤を放出する。システム全体は自動制御により運転されている。図21の回路には、保護装置は書き込まれていない。
【０１１４】
＜実施例2＞
実施例2は、実施例1に基づくシステムに発電モジュールを追加しているという点で実施例1と異なる。発電を行うのは、モジュール80 による光起電力発電および／または風力発電機81 によって拡張可能な、図27に基づく熱電気発電機である。光起電力モジュールは、図16の位置60 および、図1の位置7 に表されている。
【０１１５】
発電は、冷却装置のエバポレータおよびコンデンサの熱エネルギー使用時に、熱電気ベルト79において行われる。熱エネルギーはシステムの冷却回路運転によって生み出される。
【０１１６】
個々の熱電気ベルトは、図19および図12c, d, f に基づく、パネル型および／またはベルト型エバポレータ99およびコンデンサ100の対応する構造内に含まれている。また熱電気ベルト79において低いほうの温度T2を発生させる、ここでは冷却剤である媒体による熱エネルギー収集のプロセスを表した実施案26a を示した図26でも、明らかにされている。高いほうの温度T1 は、ここでは図26c の土壌または太陽熱集光媒体となる、エネルギーを収集する元となる環境の温度を担っている。プロセスは一般的に冷却システムとして拡張することが可能で、周囲環境はこの他にも空気、水、液体、太陽光などとなることも可能である。実施案26cはすなわち、下側収集面に太陽熱媒体2を引き込む部分を、実施案 26a に追加したものである。このようにして、高いほうの温度T1 が確保される。図26bは、部屋の構造壁面83 に設置された断熱パッド82 に取り付けられた熱電気ベルト周辺にある、この実施例2においてはすなわち凝縮の仕様である、暖房プロセスを表したものである。壁面83 はベルト79表面の低いほうの温度 T2 を、冷却剤の熱い気体は高いほうの温度T1 を確保する。図26dは、本発明に基づく太陽熱集光器内の熱電気ベルト79の配置を表したものである。 低いほうの温度T2 を確保しているのは、熱収集パネル64 内を流れる太陽熱媒体である。高いほうの温度T1 を確保しているのは、黒っぽい色のベルト79に降り注ぐ太陽光である。図26eは、蓄熱タンク40および／またはボイラー4の表面における熱電気ベルト79の可能設置方法を表している。 
冷却装置のエバポレータおよびコンデンサのエネルギー利用プロセスに関しては図19および21にも明示されており、この場合はこれらのエネルギーが直接利用されている。図20はベルト79構造のp型- n 型半導体の組み合わせと、個々のピラーを流れる発電された電流の流れを示したものである。
【０１１７】
図27の発電機全体を構成するのは、ベルト79i、導体85、温度入れ替わりT1<T2 の際の極性変更確認装置84 、さらに変圧器86、アキュムレータ87、充電量枯渇保護装置88、発電機機能モニター90、（システムコンプレッサの）モーター直流電流接続機能89、センサー91a,b,c,..付き必要温度測定器91、さらに（システムコンプレッサの）モーター交流電流接続92および配電網接続機能93である。このような発電機の運転方法に関しては、産業上の利用可能性の章に解説されている。熱電気発電の原理に関しては、発明の開示の章に詳しい。
【０１１８】
＜実施例3＞
実施例3は、低位熱の間接的収集方法において、また作り出された熱の間接的輸送方法において、実施例１と異なる。間接的方法は、図17および18に見られるエバポレータ95およびコンデンサの副熱交換器94の設置を特徴とする。このような熱交換器は、パネルをはんだ付けした構造もしくは二重配管構造であることが最も多い。共通するのは、駆動部使用時の一次媒体と二次媒体の強制循環である。ここに空気ファンの駆動部を組み入れることも可能である。伝熱媒体としては水と添加剤、気体もしくは空気が最も多い。この実施例においては水と添加剤の混合物が使用されている。長所としては、コンプレッサ37をともなう冷却剤回路の規模が小さいことが挙げられる。建物内部の設備収納ボックス23内に配置され、そして／またはここでは図16に基づいて、設備の屋外ケーシング2のキャリアボード53に配置されることが望ましい。このように埋め込まれたボード53には、エバポレータ94とコンデンサ95も配置されている。蓄熱タンク40および少なくとも1台の統合型熱交換器50、冷却剤の内部熱交換をともなう屋外ケーシングのその他の装備は、実施例1および2と変わらない。ケーシングの蓋には、蓄熱タンク40と図11では63 、図1では6 に該当する集光器の太陽熱媒体駆動電源用光起電力モジュール60が設置されている。
【０１１９】
本地熱収集システムにおいては、給水モジュールと地中熱交換器が利用される。実施例１および2と比較してこの熱収集システムは、ここではプラスチック製で、図12a のような構造をもつ熱収集パネル20の仕様において異なる。空洞の断面は、図28実施案97f  に基づき、簡潔な長方形である。パネル20 は図18の96 、もしくは図13の31 に該当する往き管および戻り管によって、ケーシング21外側に配置されている分離器および収集器に接続されている。伝熱媒体は、発生した熱をコンデンサ95から、水と不凍添加剤の混合物を用いる床面式、壁面式、天井式、温熱体式および／または対流式暖房ユニットを通る配管を有する、暖房対象の建物へと伝達する。図18の冷却剤回路には、保護装置は書き込まれていない。システム全体は自動制御により運転されている。
【０１２０】
＜実施例4＞
実施例4は、発電機およびパネル型70暖房ユニットにおいて実施例3と異なる。ユニットは、モジュール80、60、7 による光起電力発電および／または風力発電機81の追加による拡張が可能な、図27に基づく発電機によって電源供給されている。
【０１２１】
発電は、冷却装置のエバポレータおよびコンデンサの熱エネルギー使用時に、図17および18の熱電気ベルト79において行われる。熱エネルギーはシステムの冷却回路運転によって生み出され、ここでは水と不凍添加剤の混合物に受け渡される。図26aと26bの媒体および図26cの媒体1もこれに該当する。
【０１２２】
図26dは、熱電気ベルト79の太陽熱集光器における配置を表したものである。低いほうの温度T2 を確保するのは、熱収集パネル64の中を流れる太陽熱媒体である。高いほうの温度T1 を確保するのは、黒っぽい色のベルト79に降り注ぐ太陽光である。図26eは、熱電気ベルト79の蓄熱タンク40および／またはボイラー4の表面における配置を表している。
【０１２３】
冷却装置のエバポレータおよびコンデンサのエネルギー利用プロセスは、間接利用の場合として図17および18にも明らかである。図20はベルト構造79のp型- n 型半導体の組み合わせと、個々のピラーを流れる電流の方向を表したものである。
【０１２４】
図27の発電機全体を構成するのは、ベルト79i、導体85、温度入れ替わり時T1<T2の 極性変更用確認装置84 、変圧器86、アキュムレータ87、充電量枯渇保護装置88 、発電機機能モニター90 、（システムコンプレッサの）モーター直流電流接続機能89、センサー91a,b,c,..付き必要温度測定器91、さらに（システムコンプレッサの）モーター交流電流接続92および配電網接続機能93 である。このような発電機の運転方法に関しては、産業上の利用可能性の章に解説されている。熱電気発電の原理に関しては、発明の開示の章に詳しい。
【０１２５】
＜実施例5＞
本発明の実施例5は、実施例3図17の右側半分全体Pが、実施例1図19の右側半分Pに置き換えられているという点において、実施例3と異なる。これによって、水と不凍添加剤をベースとする循環媒体をともなう、図12a に基づくプラスチック製空洞パネルを利用した、パネル式地熱収集とのかけ合わせのシステムが出来上がっている。少なくとも1台のコンプレッサ37の右側では、暖房ユニットが建物の内部で、実施例1に基づくフロンガス不使用冷却剤をベースとする加圧媒体を有する、暖房パネルおよび／またはベルト70をともなう直接凝縮装置として設計されている。地熱収集側においては、ここでは配管型熱収集器もしくは水エネルギーを利用することが可能である。
【０１２６】
＜実施例6＞
実施例6は、実施例5と比較して、ベルト79iおよび図27の発電機を利用した発電の追加による設備の拡張という点のみにおいて異なる。ベルト79のそれぞれの仕様および配置は、収集側においては実施例4と、凝縮暖房側においては実施例2と同様である。
【０１２７】
＜実施例7＞
実施例7は実施例3と比較して、実施例3図17の左側半分全体Lが、実施例1図19の左側Lと置き換えられているという点で異なる。このようにして、水と不凍添加剤をベースとする循環媒体をともなう、蒸発ベルトおよび／またはパネル20によるベルト式および／またはパネル式熱直接収集とのかけ合わせのシステムが出来上がっている。コンプレッサ37の右側には、実施例3に基づく水と不凍添加剤をベースとする媒体の強制循環をともなう、間接暖房伝熱ユニットがある。図17位置95 のパネル型もしくは二重配管型仕様のコンデンサは、図16の屋外ケーシング内ボード53に配置されることがもっとも好適とされる。
【０１２８】
＜実施例8＞
実施例8は、図27の発電機による発電を追加し設備を拡張したという点のみにおいて、実施例7と異なっている。ベルト79のそれぞれの仕様および配置は、収集側においては実施例2と、凝縮暖房側においては実施例4と同様である。
【産業上の利用可能性】
【０１２９】
本発明に基づく、冷暖房および水の加熱を目的とするモジュール式エネルギー装置を有するパネル式およびベルト式熱収集装置、および／または熱コンデンサのシステムは、大多数の一軒家、住居、工業・農業建造物およびその他の場所において利用可能である。
【０１３０】
本設備は、少なくとも1台のコンプレッサの駆動用電気を、ローカル配電網から引き込むことを想定している。
【０１３１】
熱電気発電法は、ほとんどの冷却装置およびハイブリッド冷房ユニットにおいて利用可能である。想定条件としては、熱電気セル設置のための凝縮・蒸発面の改造、熱電気素材の選定およびコストの許容範囲内での熱電気ベルトの製造方法が挙げられる。発電された電気は、システムの少なくとも1台のコンプレッサの電源供給に優先的に使用される。熱電気発電モジュールには、その他の代替エネルギー源、例えば光起電力パネル、風力もしくは水力発電機などによって作り出された電気を追加することも可能である。 
本発明に基づく、太陽熱集光器を有するモジュール式エネルギー装置は、住居およびその他の空間の低コスト暖房および冷房のための完全でコンパクトな設備として活用される。主要構成機器を蓄熱タンクと同じ1つのケーシング内に配置する場合は、本設備は水加熱用移動式電源供給ユニットとして機能することも可能である。
【符号の説明】
【０１３２】
1- 建物                                                                
2- 屋外装置
3- 地中溝
4- ボイラー
5- 貯水タンク
6- 太陽熱集光器
7- 光起電力モジュールをともなう太陽熱集光器
8- 制御メカニズム
9- 空気供給配管
10- 通気路
11- 空気配管
12- 交換式フィルター
13- 排気、吸気
14- 空気熱交換器の分離器および収集器
15- 配管区画
16- 空気熱交換器の分離器および収集器
17- 凝縮液回路用配管
18- 凝縮液吸収
19- 空気熱交換器の配管アーム
20- 熱収集体、ベルトまたはパネル
21- ケーシング下側板
22- 交換式フィルター付き穴
23- 屋内装置
24- 溝掘削機
25- 未凍土境界
26- 引込み配管
27- 分離器
28- 穴あき配管
29- ドレン配管
30- 水の吸収
31- 配管および／または配線
32a-水平流れ方向
32b-斜め流れ方向
32c-垂直流れ方向
32d-半径流れ方向
33-金属フィルム
34-導管層
35-連結層
36-カバー層
37-コンプレッサ
38-収集配管
39-配管分離器
40-屋外タンク
41-熱交換器タンク
42-熱交換器タンク
43-コンプレッサ吸入配管
44-コンプレッサ出口配管
45-格子
46-隙間
47-タンクカバー
48-断熱材
49-蓋
50-配管式熱交換器
51-加圧バッグ
52-安全弁
53-キャリーボード
54-タンク充填物
55-パッキン
56-蓋
57-断熱材 
58-クランプねじ
59-ケーシングおよび蓋の角型断面
60-発電用モジュール
61-ケーシングおよび蓋の円形断面
62-光起電力セル
63-平面型集光器
64-熱収集パネル
65-導管
65a-導管の形状
65b-導管配管
66-接触フィルム
67-配管
68-分配・収集導管
69-往き配管および戻り配管
70-熱輸送体、ベルトまたはパネル   
71-分離器
72-掘削穴
73-収集器
74-戻り配管
75-配管
76-脱水器
77-電磁弁
78-絞り弁
79-熱電気ベルト
79i-熱電気ベルト
79a-熱電気セル
80-光起電力モジュール
81-風力発電機
82-断熱パッド
83-壁
84-合成装置
85-導体
86-変圧器
87-アキュムレータ
88-充電量枯渇保護
89-直流電流モーター（コンプレッサ）
90-機能モニター
91-温度測定
91a,b,c,..-温度センサー
92-交流電流モーター（コンプレッサ）
93-配電網
94-エバポレータ熱交換器
95-コンデンサ熱交換器
96-往き配管および戻り配管
97-導管の断面
97a,b,c,d,e,f,g,h-導管の断面
98-地中溝の軸
99-エバポレータ
100-コンデンサ
101-太陽熱集光体
102-土壌
103-周囲土壌より熱伝導度の高い物質
104-冷却剤熱交換
105-熱電気ベルト接触面
106-熱電気ベルト接触面
107-ケース
108-ケーシングに巻き取られたベルト
T1-温度
T2-温度
Q-熱エネルギー、出力、流れ
Q1-熱エネルギー、出力、流れ
Q2-熱エネルギー、出力、流れ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【手続補正書】
【提出日】平成20年1月8日(2008.1.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱交換効率および暖房効率指数の向上、エネルギー的に独立して機能する能力の向上、また相補的構造の確立を目的とし、以下に示す任意のモジュールを含むことを特徴とする、太陽熱集光器、外気および雨水からの熱エネルギー補給をともなうヒートポンプを含む、太陽熱と地熱エネルギーの収集および輸送システム。
・往き配管および戻り配管（31）を有するベルト型構造（94）および／またはパネル型構造（95）の少なくとも1台の熱収集体が、建物（1）外部の地中溝（3）および／または周囲土壌（102）に設置され、地中溝（3）が2本以上の場合にはこれらの溝の軸（98）が放射状、および／または並列状、および／または不等辺四辺形となり、そして／またはエバポレータ（99）を有する少なくとも1台の収集体または収集装置が水中、および／または掘削穴（72）に、除去する土壌の量を最小限に留め、設置面積を小規模に抑え、土壌を扱う作業を軽減するためにヒートポンプの前面に設置されるような、地熱収集モジュール。
・往き配管および戻り配管（69）を有するベルト型構造（94）および／またはパネル型構造（95）の少なくとも1台の熱輸送体が、壁面および／または天井および／または床面および／または屋内スペースの節約のためこれらの表面の下に設置され、さらに 平面型熱輸送体（70）および平面型熱収集体（20）が多様な形状をもつことが可能であり、また熱輸送媒体が水平方向（32a ）および／または斜め方向（32b ）および／または垂直方向（32c ）および／または円周方向（32d ）に流れる、円形（97a ）および／または半円形（97b ）および／または三角形（97c ）および／または四角形（97d ）および／または多角形（97e ）および／または長方形（97f ）および／または複合形（97g ）および／または楕円形（97h ）の断面（97）をもつ、少なくとも1つの空洞または導管を含むことが可能であり、また2つ以上の独立した、および／または独立かつ連結した導管および／または空洞が存在する場合には、2種類以上の伝熱媒体の循環が可能であり、本システムにおいて使用可能な伝熱媒体が冷却剤、冷却剤混合物、水、水と不凍添加剤の混合物、空気、ガス、ガス混合物であるような熱輸送モジュール。  
・少なくとも1台の屋外および／または屋内コンプレッサ、脱水装置（76）、少なくとも1つのバルブ型もしくはノズル型の絞り弁（78）から成る設備構成要素をともなう少なくとも1台のヒートポンプを有し、その際屋内ヒートポンプ発電機（23）は建物内部に、そして／または屋外ヒートポンプ発電機（2）は建物外部に設置され、少なくとも1台のコンプレッサ（37）および設備構成要素を設置したまま、基本点検および／または工場もしくは作業所での整備に出す際に一体として取り外し可能であり、そして／またはそれによって断熱処置を施したタンク（40）および／またはケーシング底面（21）および／または掘削穴（72）への到達が可能であるようなモジュール。
・新鮮な外気が吸入される際の、暖房期間における熱収集によるエネルギー補給および／または夏期もしくは高温の気候における冷房機能の向上を目的として、熱交換器の少なくとも1本のアームが少なくとも1本の地中溝（3）および／または熱エネルギー源環境に設置されているような、家（1）もしくは建物の制御換気、および／または吸入および／または排出された屋内および／または屋外の空気（13）からの熱エネルギー収集のためのモジュール。   
・少なくとも1本の地中溝（3）および／または熱エネルギー源環境に設置されている、エネルギー補給と水からの熱エネルギー収集を目的とする、ファサード上のタンク（5）から収集された水および／または穴あき配管をともなう地中断熱タンクを有する、熱収集体（20）浸水システムおよび／または空気熱交換器 のモジュール。 
・タンク（40）が少なくとも1台の熱交換器（50）、加圧バッグ（51）、少なくとも1台の冷却用熱交換器（104）、および／または少なくとも1台のカバー型熱交換器 （50a ）を含むような、整備の簡易性と地表からの到達簡易性を目的とする、ケーシング（21）に収納された屋外地中熱エネルギー蓄積タンクのモジュール。
・温まった冷却剤と、少なくとも1台のコンプレッサによって吸引される冷却剤の相互熱伝達を目的とする、タンク（42）内蔵型タンク（41）、および／または配管内蔵型および／または配管をその周囲に配置した配管、および／または配管内蔵型および／または配管をその周囲に配置したタンク、および／または配管内蔵型および／または配管をその周囲に配置したコンプレッサの構造をもつ、少なくとも1台の冷却剤熱交換器（104）から成り、その際吸引された冷却剤がタンク内の液体および／または配管内の液体と熱を伝達しあうようなモジュール。
・屋内スペース節約のための屋外蓄熱タンク（40）における、太陽熱および／または少なくとも1台のコンプレッサ（37）により作り出された熱による、建物用温水および／またはプール水の予熱を目的とするモジュール。 
・光起電力セル（62）もしくは光起電力膜をともなう太陽熱集光器（6、63）および／または光起電力−太陽熱集光器（7、60）から成るパネル型蓄熱構造による高い熱交換効率を備え、また光起電力および／または熱電気エネルギー変換効果による発電を目的とするパネル型熱収集器（6、63、7、60）のパネル型構造（64、56）における多様な熱電気ベルト（79）もしくは熱電気層を有することが可能な太陽熱モジュール、さらに冷却剤、冷却剤混合物、水、水と不凍添加剤の混合物、空気、ガス、ガス混合物のような少なくとも1種類の伝熱媒体が循環する集光器（6、63、7）による太陽熱の収集を目的とし、その際統合型もしくは分割型熱収集パネル（64）が金属または合金、および／またはプラスチックおよび／またはプラスチック混合物から作られており、半円形および／または円形および／または楕円形および／または三角形および／または正方形および／または長方形および／または多角形（65a ）および／または複合形の形状をもつ導管（65b ）システムを有し、また伝熱媒体が熱収集パネル（64）を冷却することによって、夏期または高温の気候において光起電力（62）および／または熱電気（79a ）セルおよび／または層の機能条件を向上させ維持するような太陽熱モジュール。
・少なくとも1台の電動コンプレッサ（37）、点検装置および／またはシステムの電動モーターまたは電動部品への独立した電力供給、および／または配電網（93）および／または電気機器への片方向もしくは双方向接続による電力供給を目的とし、熱電気発電機で発電される電力が少なくとも1本の熱電気ベルト（79i）に設置された少なくとも1本の熱電気セル（79a ）において、および／またはベルト（79）の両面における温度差T1i-T2i に基づき熱電気層において生み出され、また電動コンプレッサ式ヒートポンプの作業回路に配置された少なくとも1台のコンデンサ（100）および／または少なくとも1台のエバポレータ（99）における熱エネルギーが、暖房および／または冷房用を目的とし、また電動コンプレッサ式ヒートポンプおよび家庭用・工業用冷却装置の作業回路（図19、20、21、17、18）によって、固体、液体、廃液、ガスに蓄えられた熱エネルギーが低位熱エネルギーとして利用されるような、さらに地表、土壌、地下水、地表水、雨水、空気、廃気、太陽光に蓄えられた環境にやさしく不燃性で無公害性の熱エネルギーとして利用されるような、熱電気変換効果に基づく発電の温度作用を目的とする、熱電気発電モジュール。 
【請求項２】
システムに不可欠な、ベルト型構造（94）とパネル型構造（95）の熱収集体（20）および熱輸送体（95）が、金属および／または合金および／またはプラスチックおよび／またはプラスチック混合物から成る、最適な形状としては長方形の単層および／または多層の構造をもち、これらの熱収集体および熱輸送体（20、70）がさまざまな形状をもつことも可能であり、少なくとも1本の熱電気ベルト（79）および／または熱電気層、および／または少なくとも１つの太陽熱集光器からの熱の引込み、および／または熱収集および熱輸送の際のエネルギー供給を目的とする空気および／またはガスの媒体引込みのための装置を含むことが可能な、請求項1に基づく太陽熱エネルギーおよび熱電気エネルギーの収集・輸送システム。
【請求項３】
ケース（107）に閉ざされた状態もしくはケースなしの状態で少なくとも1本の地中溝に収納された、掘り起こした土壌（102）および／または砂、および／または周囲の土壌（102）よりも高い熱伝導度および／または蓄熱能力と熱容量をもつ固体物質（103）および／または液体物質（103）および／または気体物質（103）に囲まれた、少なくとも1つのベルト型熱収集体（20）および／または少なくとも1つのパネル型熱収集体（20）、および熱交換器（19）、水引込み用穴あき配管（28、29）を特徴とする、請求項1および2に基づく太陽熱エネルギーおよび熱電気エネルギーの収集・輸送システム。
【請求項４】
少なくとも1つのベルト型構造（94）および／またはパネル型構造（95）の熱収集体（20）、および／または空気熱交換器、および／または給水配管が、土壌を扱う作業の容易化と時間短縮を目的とする掘削チェーンまたは掘削ベルトをともなう溝掘削機（24）によって予め準備された少なくとも1本の地中溝（3）に設置されていることを特徴とする、請求項3に基づく太陽熱エネルギーおよび熱電気エネルギーの収集・輸送システム。
【請求項５】
屋外ヒートポンプが、ケーシング（21）の蓋（56）に設置され、蓋からの配線が短くても発電が行える利点をもつ発電モジュールと、光起電力セルおよび／または層、および／または熱電気セルおよび／または層から成るモジュール（60）を有することを特徴とする、請求項1に基づく太陽熱エネルギーおよび熱電気エネルギーの収集・輸送システム。 
【請求項６】
ケーシング（21）内の下部分離器および収集器（16）、および／または交換式フィルターをともなう隙間を含むことのある上部分離器および収集器（14）に接続された、少なくとも1台の地中空気熱交換器を含む建物制御換気モジュールを有し、分離器および収集器（16、14）の内部容量空間が統合型および独立型の仕様をもち、また熱エネルギー収集のエネルギー的補助および／または冷却機能の向上を目的として、その容量が屋内空気および／または屋外空気の片道および／または組み合わせの取り込みおよび／または排出のために分割された仕様をもつことを特徴とする、請求項1および2に基づく太陽熱エネルギーおよび熱電気エネルギーの収集・輸送システム。
【請求項７】
発電機モジュール（図27）が、 少なくとも1つのベルト型および／またはパネル型伝熱体（70）、および／または少なくとも1つのベルト型および／またはパネル型熱収集体（20）、および／または少なくとも1枚の太陽熱集光器（6、7、63、60）の熱収集パネル（64）、および／または屋外タンク（40）表面、および／または屋内ボイラータンク（4）の表面と熱的に接触するような少なくとも1本の熱電気ベルト（79i）を含み、その際熱電気ベルト（79）および／または熱電気層の表面（105、106）の一方が高いほうの温度T1を、もう一方の表面が低いほうの温度T2をそれぞれ伝達し、その接触面（105）および／または（106）の最も外側の伝熱材質が非導電体材質から成るか、もしくは金属および／または合金の導電体物質から成り、さらにこの発電モジュールが相互接続用絶縁金属導体および／または光学式導体（85）、極性変更用確認装置（84）、光起電力モジュール（7、60、80）の相互接続機能、変圧器（86）、少なくとも1台の蓄電用アキュムレータ（87）、充電量枯渇保護装置（88）、機能モニター（90）、少なくとも1台の直流電流用電動モーターおよび／またはコンプレッサ（92）、および／またはセンサー（91a, b, c,…）付き温度測定器（91）、および／または配電網接続機能（93）を含むことを特徴とする、請求項1、2および5に基づく熱電気発電機を有する太陽熱エネルギーおよび熱電気エネルギーの収集・輸送システム。
【請求項８】
熱電気セル（79a ）および／または熱電気ベルト（79、79i）の内部に少なくとも1つのp型素子およびn 型素子が含まれ、そして／または隣のセル（79a ）にその他のp型素子およびn 型素子が含まれ、そして／または熱電気層の内部にプラス極材料および／またはマイナス極材料が含まれることを特徴とする、請求項7に基づく発電用モジュール。
【請求項９】
熱電気セルおよび／または熱電気ベルトおよび／または熱電気層の内部材質が、x を0から0.3とする(Bi1-x,Sbx)2Se3および／またはx を0.003から0.3とする(Bi1-x,Sbx)2(Te,Se)3 および／またはYbAl3、および／またはCoSb3、および／またはAgSbPb18Te20を含み、そして／またはこの材質がBi, Sb, Te, Se, Yb, Al, Au, Co, Ag, Pb, Te, Ge, As, Cu, Hg, Tl, S, Si, Ga, Fe, Ni, Ti, In, Zn, Cd, Pd, Pt, Rh, Ir, Ru, Os, Re, Mo, Mn, Cr, V, Nb, Mg, Sn, Ba, Ca, W, Be, Zr, B, Ta, Ac, Y, Hf, Sc, Ra, Sr, Fr, Cs, Rb, K, Na, Li, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Th, Pa, U, Np, Pu, Am, Cm, Bk, Cf, Es, Fm, Md, No, Lrのうち少なくとも1つを含むことを特徴とする、請求項7および8に基づく発電機モジュール。
【請求項１０】
電動コンプレッサ、アキュムレータ、確認装置および／または他の電気機器への独立した電源供給のための、熱電気変換効果に基づく発電を目的とする、電動コンプレッサ、絞り弁、加熱用部品および／または凝縮用部品、冷却用部品および／または蒸発用部品、配管、電気接続部品、熱電気層を含むヒートポンプ装置および／またはヒートポンプを有する電動コンプレッサ式ヒートポンプ装置を含む、独立型電力供給ヒートポンプ 方式。 
【国際調査報告】
2009545716.tif 000031
2009545716.tif 000032
2009545716.tif 000033