(57)【要約】  熱エネルギーを一時的に貯蔵し、繰り延べた形で使用するように構成された土木構造物用の構造要素(3;13)。この構造要素は、温熱または冷熱源(S)から、構造要素へと熱エネルギーを伝達し、そこで熱エネルギーが一時的に貯蔵されるように、温熱または冷熱源と、構造要素との間に延在する、少なくとも1つの熱交換器からなる第1の熱交換器セット(1;11)と、構造要素と、構造要素の外部にある少なくとも1つの実体物(5;15;17)との間に延在し、起動すると、構造要素内で一時的に貯蔵された熱エネルギーの少なくとも一部を実体物に伝達する、少なくとも1つの熱交換器からなる第2の熱交換器セット(2a;2b;12a;12b)とを備える。
2014510251.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱エネルギーを一時的に貯蔵し、繰り延べた形で使用するように構成された、土木構造物用の構造要素(3;13)であって、
-  温熱または冷熱源(S)から、前記構造要素へと熱エネルギーを伝達し、そこで前記熱エネルギーが一時的に貯蔵されるように、前記温熱または冷熱源と、前記構造要素との間に延在する、少なくとも1つの熱交換器からなる第1の熱交換器セット(1;11)と、
-  前記構造要素と、前記構造要素の外部にある少なくとも1つの実体物(5;15;17)との間に延在し、起動すると、前記構造要素内で一時的に貯蔵された熱エネルギーの少なくとも一部を前記実体物に伝達するように構成された、少なくとも1つの熱交換器からなる第2の熱交換器セット(2a;2b;12a;12b)と
を備える、構造要素(3;13)。
【請求項２】
前記少なくとも1つの熱交換器からなる第1の熱交換器セット(1;11)が、前記温熱または冷熱源(S)内に熱伝達流体を送るように構成された少なくとも1つの管と、前記構造要素(3;13)内に熱伝達流体を送るように構成された少なくとも1つの管とを備え、前記少なくとも1つの熱交換器からなる第2の熱交換器セット(2a;2b;12a;12b)が、前記構造要素内に熱伝達流体を送るように構成された少なくとも1つの管を備える、請求項1に記載の構造要素(3;13)。
【請求項３】
前記少なくとも1つの熱交換器からなる第1の熱交換器セット(1;11)と、前記少なくとも1つの熱交換器からなる第2の熱交換器セット(2a;2b;12a;12b)とが、前記構造要素内に熱伝達流体を送るように構成された前記少なくとも1つの管の少なくとも一部を共有する、請求項2に記載の構造要素(3;13)。
【請求項４】
前記温熱または冷熱源(S)、前記構造要素(3;13)、および前記少なくとも1つの実体物(5;15;17)が、別個の要素である、請求項1から3のいずれか一項に記載の構造要素(3;13)。
【請求項５】
-  前記構造要素が、熱貯蔵部を備え、
-  前記少なくとも1つの熱交換器からなる第1の熱交換器セット(1;11)が、前記温熱または冷熱源(S)から、前記構造要素(3;13)内の前記熱貯蔵部へと熱エネルギーを伝達するように構成され、
-  前記少なくとも1つの熱交換器からなる第2の熱交換器セット(2a;2b;12a;12b)が、前記熱貯蔵部と、前記少なくとも1つの実体物(5;15;17)との間で熱エネルギーを伝達するように構成される、請求項1から4のいずれか一項に記載の構造要素(3;13)。
【請求項６】
前記熱貯蔵部が、熱エネルギーを貯蔵または放出することが可能な材料で少なくとも部分的に充填される、請求項5に記載の構造要素(3;13)。
【請求項７】
前記熱貯蔵部が、前記構造物によって加わる横方向および垂直方向の圧力を少なくとも部分的に吸収するように構成された多孔性材料を備える、請求項5または6に記載の構造要素(3;13)。
【請求項８】
-  前記少なくとも1つの熱交換器からなる第1の熱交換器セット(1;11)が、前記温熱または冷熱源(S)から、前記熱貯蔵部へと熱伝達流体を送るように構成された少なくとも1つの管を備え、
-  前記少なくとも1つの熱交換器からなる第2の熱交換器セット(2a;2b;12a;12b)が、前記熱貯蔵部から前記構造要素へと熱伝達流体を送るように構成された少なくとも1つの管を備える、請求項5から7のいずれかに記載の構造要素(3;13)。
【請求項９】
前記少なくとも1つの熱交換器からなる第1の熱交換器セット(1;11)、および前記熱貯蔵部が、前記熱貯蔵部中に前記熱伝達流体を循環させるように構成される、請求項8に記載の構造要素(3;13)。
【請求項１０】
前記少なくとも1つの熱交換器からなる第2の熱交換器セット(2a;2b;12a;12b)、および前記熱貯蔵部が、前記熱貯蔵部中に前記熱伝達流体を循環させるように構成される、請求項8または9に記載の構造要素(3;13)。
【請求項１１】
-  前記少なくとも1つの熱交換器からなる第1の熱交換器セット(1;11)が、第1の熱伝達流体を送るように構成され、
-  少なくとも1つの熱交換器からなる第2の熱交換器セット(2a;2b;12a;12b)が、第2の熱伝達流体を送るように構成され、
-  前記熱貯蔵部が、第3の熱伝達流体を備え、
前記少なくとも1つの熱交換器からなる第1の熱交換器セット(1;11)、および前記熱貯蔵部が、前記第1の熱伝達流体および前記第3の熱伝達流体と、前記熱貯蔵部との間で熱を伝達させるように構成され、前記少なくとも1つの熱交換器からなる第2の熱交換器セット(2a;2b;12a;12b)が、前記第3の熱伝達流体と、前記第2の熱伝達流体との間で熱を伝達させるように構成される、請求項8に記載の構造要素(3;13)。
【請求項１２】
前記温熱または冷熱源(S)が、下層土、および/または海水などの水性媒体を含む、請求項1から11のいずれか一項に記載の構造要素(3;13)。
【請求項１３】
前記温熱または冷熱源(S)が、温熱源であり、少なくとも1つの太陽プローブからなるセットを含む、請求項1から12のいずれか一項に記載の構造要素(3;13)。
【請求項１４】
前記少なくとも1つの実体物(5;15;17)が、前記土木構造物用の別の構造要素、および/または前記構造要素に隣接した空気を含む、請求項1から13のいずれか一項に記載の構造要素(3;13)。
【請求項１５】
前記少なくとも1つの熱交換器からなる第2の熱交換器セット(2a;12a)が、少なくとも部分的に前記構造要素全体にわたって空気を送るように構成される、請求項1から14のいずれか一項に記載の構造要素(3;13)。
【請求項１６】
前記少なくとも1つの熱交換器からなる第1および/または第2の熱交換器セットが、少なくとも1つのポンプ(4;10;14;20)を利用する、請求項1から15のいずれか一項に記載の構造要素(3;13)。
【請求項１７】
前記少なくとも1つの熱交換器からなる第1および/または第2の熱交換器セットが、少なくとも1つの熱ポンプ(4;10;14;20)を利用する、請求項1から16のいずれか一項に記載の構造要素(3;13)。
【請求項１８】
前記構造要素が、少なくとも部分的にバックフィルで作成される、請求項1から17のいずれか一項に記載の構造要素(3;13)。
【請求項１９】
前記バックフィルが、前記構造要素内で少なくとも1つの補強部材を用いて固定化される、請求項18に記載の構造要素(3;13)。
【請求項２０】
少なくとも1つの補強部材が、前記構造要素の境界を画する外装(6;16)に連結され、前記外装が、場合によっては少なくとも1箇所で、発泡ポリスチレンまたは鉱物繊維などの断熱材料(7)によって前記バックフィルから分離されている、請求項18または19に記載の構造要素(3;13)。
【請求項２１】
前記少なくとも1つの熱交換器からなる第1および/または第2の熱交換器セットのうちの少なくとも1つの熱交換器が、前記外装(6;16)に連結される、請求項19に記載の構造要素(3;13)。
【請求項２２】
前記構造要素が、競技場構造物または温室などの建造物の土木構造物の1つの一部を成すように構成される、請求項1から21のいずれか一項に記載の構造要素(3;13)。
【請求項２３】
前記構造要素が、ベンチ(5;15)、および場合によっては競技フィールド(17)を支持するように構成される、請求項22に記載の構造要素(3;13)。
【請求項２４】
請求項1から23のいずれか一項に記載の、熱エネルギーを一時的に貯蔵し、繰り延べた形で使用するための少なくとも1つの構造要素(3;13)を備える、競技場構造物などの土木構造物。
【請求項２５】
請求項1から23のいずれか一項に記載の、構造要素(3;13)内で熱エネルギーを一時的に貯蔵し、繰り延べた形で使用する方法であって、
-  温熱または冷熱源(S)と、前記構造要素との間に延在する少なくとも1つの熱交換器からなる第1の熱交換器セット(1;11)を、前記温熱または冷熱源から、前記構造要素へと熱エネルギーを伝達し、そこで前記熱エネルギーが一時的に貯蔵されるように、起動させたまま維持する段階と、
-  所定の基準が満たされると、前記構造要素と、前記構造要素の外部にある少なくとも1つの実体物(5;15;17)との間に延在する、少なくとも1つの熱交換器からなる第2の熱交換器セット(2a;2b;12a;12b)を起動させる段階とを含み、前記少なくとも1つの熱交換器からなる第2の熱交換器セットが、前記構造要素内で一時的に貯蔵された前記熱エネルギーの少なくとも一部を前記実体物に伝達するように構成される、方法。
【請求項２６】
請求項1から23のいずれか一項に記載の、熱エネルギーを一時的に貯蔵し、繰り延べた形で使用するための構造要素(3;13)を建造する方法であって、
-  第1の端部が温熱または冷熱源(S)から延在する、少なくとも1つの熱交換器からなる第1の熱交換器セット(1;11)を設ける段階と、
-  前記第1の熱交換器セットのうちの各熱交換器の第2の端部を覆うように、構造要素を連続したリフトとして建造する段階と、
-  前記構造要素を連続したリフトとして建造する前記段階と交互に、少なくとも1つの熱交換器からなる第2の熱交換器セット(2a;2b;12a;12b)を、前記第2の熱交換器セットのうちの各熱交換器の第1の端部が、前記構造要素によって取り囲まれ、前記第2の熱交換器セットのうちの各熱交換器の第2の端部が、前記構造要素の外部にある少なくとも1つの実体物(5;15;17)まで延在するように、配置する段階とを含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、土木構造物に対する熱エネルギーの管理に関する。
【背景技術】
【０００２】
土木構造物には、従来、特定の手段によって熱エネルギーが供給されており、こうした特定の手段は、その目的に厳密に合わせて構造物に付加されている。これらの手段には、構造物の内部温度を増大させなければならない場合の暖房器、および/または構造物の内部温度を低減させなければならない場合の冷房装置が含まれる。
【０００３】
近年では、構造物の外部にある要素で利用可能な熱エネルギーを利用し、そうした熱エネルギーを構造物の内部に伝達することが提案されてきている。一例として、地熱技術によって、太陽エネルギーの吸収により、土壌の浅い深度で自然に蓄えられる熱量、または地球の地熱活動により、土壌のより深い深度で自然に蓄えられる熱量を取り込み、こうした熱量を熱ポンプによって、例えば住宅内部の連続的な、また瞬間的な加温解決策に変換している。
【０００４】
しかし、加温または冷却すべき構造物が住宅ではなく、競技場、ビルディング、または他のものなどの遙かに大型の土木構造物である場合、かかる技術は適さないことがある。特に、かかる構造物は、加温または冷却し続ける必要はなく、ある機会(例えば、試合またはショー)のときだけ加温または冷却すればよい。かかる技術が適さない理由は、土壌から取り込まれた熱量のデビットフロー(debit flow)が、大型の土木建造物の場合には、短期間で規制すべき温度の量に対して不十分となり得るからである。
【０００５】
さらに、構造物の外部にある要素を用いて熱エネルギーを得るには、複雑で、規模が大きく、かつコストのかかる地熱プローブ網を、場合によってはその構造物自体から長距離にわたって構築することになり得る。かかるプローブ網の除去もやはり、複雑な作業となる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、上記欠点のいくつか、または全てを少なくとも部分的に軽減することによって、構造物に対する加温または冷却を改善することが求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
したがって、本発明は、熱エネルギーを一時的に貯蔵し、繰り延べた形で使用するように構成された、土木構造物用の構造要素を提案する。この構造要素は、
- 温熱または冷熱源から、構造要素へと熱エネルギーを伝達し、そこで熱エネルギーが一時的に貯蔵されるように、温熱または冷熱源と、構造要素との間に延在する、少なくとも1つの熱交換器からなる第1の熱交換器セットと、
- 構造要素と、構造要素の外部にある少なくとも1つの実体物(entity)との間に延在し、起動すると、構造要素内で一時的に貯蔵された熱エネルギーの少なくとも一部を前記実体物に伝達するように構成された、少なくとも1つの熱交換器からなる第2の熱交換器セットと
を備える。
【０００８】
かかる構造要素は、土木構造物の一部(またはその一部となるもの)であり、熱エネルギーを一時的に貯蔵する一要素である。したがって、本発明は、この構造物自体を利用して、温熱または冷熱を生成するものである。したがって、構造物の外部で、長く複雑な地熱プローブ網を建造することを回避することができる。このことはまた、構造要素を除去した後も、熱交換器の限られた部分だけを定位置に残すことができるので、構造物を解体する必要があれば、その一助ともなる。
【０００９】
さらに、異なる2つの熱交換器セットを構造要素と協働して使用することによって、時間的に連続し得る工程において、構造要素を所定の温度にし、その後、必要なときにだけ、構造要素内で一時的に貯蔵された熱エネルギーを用いて、構造物内部の温度を増減させることが可能となる。したがって、この構造要素は、その熱慣性のため、一時的な温熱または冷熱バッファとして使用される。
【００１０】
実施可能ないかなる形でも組み合わせることができる、任意選択による特徴によれば、
- 少なくとも1つの熱交換器からなる第1の熱交換器セットは、温熱または冷熱源内に熱伝達流体を送るように構成された少なくとも1つの管と、構造要素内に熱伝達流体を送るように構成された少なくとも1つの管とを備え、少なくとも1つの熱交換器からなる第2の熱交換器セットは、構造要素内に熱伝達流体を送るように構成された少なくとも1つの管を備え、
- 少なくとも1つの熱交換器からなる第1の熱交換器セットと、少なくとも1つの熱交換器からなる第2の熱交換器セットとは、構造要素内に熱伝達流体を送るように構成された前記少なくとも1つの管の少なくとも一部を共有し、
- 温熱または冷熱源(S)、構造要素(3、13)、および前記少なくとも1つの実体物(5、15、17)が、別個の要素であり、
- この構造要素は、
・  前記構造要素が、熱貯蔵部を備え、
・  少なくとも1つの熱交換器からなる第1の熱交換器セットが、温熱または冷熱源から、構造要素内の熱貯蔵部へと熱エネルギーを伝達するように構成され、
・  少なくとも1つの熱交換器からなる第2の熱交換器セットが、熱貯蔵部と、少なくとも1つの実体物との間で熱エネルギーを伝達するように構成され、
- 熱貯蔵部が、熱エネルギーを貯蔵または放出することが可能な材料で少なくとも部分的に充填され、
- 熱貯蔵部が、構造物によって加わる横方向および垂直方向の圧力を少なくとも部分的に吸収するように構成された多孔性材料を備え、
- この構造要素は、
・  少なくとも1つの熱交換器からなる第1の熱交換器セットが、温熱または冷熱源から、熱貯蔵部へと熱伝達流体を送るように構成された少なくとも1つの管を備え、
・  少なくとも1つの熱交換器からなる第2の熱交換器セットが、熱貯蔵部から構造要素へと熱伝達流体を送るように構成された少なくとも1つの管を備えるように構成され、
- 少なくとも1つの熱交換器からなる第1の熱交換器セット、および熱貯蔵部は、熱貯蔵部中に熱伝達流体を循環させるように構成され、
- 少なくとも1つの熱交換器からなる第2の熱交換器セット、および熱貯蔵部は、熱貯蔵部中に熱伝達流体を循環させるように構成され、
- この構造要素は、
・  少なくとも1つの熱交換器からなる第1の熱交換器セット(1;11)が、第1の熱伝達流体を送るように構成され、
・  少なくとも1つの熱交換器からなる第2の熱交換器セット(2a;2b;12a;12b)が、第2の熱伝達流体を送るように構成され、
・  熱貯蔵部が、第3の熱伝達流体を備え、
・  少なくとも1つの熱交換器からなる第1の熱交換器セット、および熱貯蔵部が、第1の熱伝達流体および第3の熱伝達流体と、熱貯蔵部との間で熱を伝達させるように構成され、少なくとも1つの熱交換器からなる第2の熱交換器セットが、第3の熱伝達流体と、第2の熱伝達流体との間で熱を伝達させるように構成され、
- 前記貯蔵空間は、熱伝達流体の自由流れを可能とする粒状材料で少なくとも部分的に充填され、
- 温熱または冷熱源は、下層土、および/または海水などの水性媒体を含み、
- 温熱または冷熱源は、温熱源であり、少なくとも1つの太陽プローブからなるセットを含み、
- 前記少なくとも1つの実体物は、土木構造物用の別の構造要素、および/または構造要素に隣接した空気を含み、
- 少なくとも1つの熱交換器からなる第2の熱交換器セットは、少なくとも部分的には構造要素全体にわたって空気を送るように構成され、
- 少なくとも1つの熱交換器からなる第1および/または第2の熱交換器セットは、少なくとも1つの(簡易)ポンプを利用し、
- 少なくとも1つの熱交換器からなる第1および/または第2の熱交換器セットは、少なくとも1つの熱ポンプを利用し、
- この構造要素は、少なくとも部分的に、構造要素内で少なくとも1つの補強部材を用いて固定化されたバックフィルで作成され、
- 少なくとも1つの補強部材は、構造要素の境界を画する外装に連結され、この外装は、場合によっては少なくとも1箇所で、発泡ポリスチレンまたは鉱物繊維などの断熱材料によってバックフィルから分離されており、
- 少なくとも1つの熱交換器からなる第1および/または第2の熱交換器セットのうちの少なくとも1つの熱交換器は、外装に連結され、
- この構造要素は、競技場構造物および温室の土木構造物の1つの一部を成すように構成され、かつ/または
- この構造要素は、ベンチ、および場合によっては競技フィールドを支持するように構成され、前記少なくとも1つの実体物には、ベンチ、および/またはベンチに隣接した空気が含まれる。
【００１１】
本発明はまた、上述の、熱エネルギーを一時的に貯蔵し、繰り延べた形で使用するための少なくとも1つの構造要素を備える、競技場構造物などの土木構造物を提案する。
【００１２】
本発明はまた、上述の、構造要素内で熱エネルギーを一時的に貯蔵し、繰り延べた形で使用する方法を提案する。この方法は、
- 温熱または冷熱源と、構造要素との間に延在する少なくとも1つの熱交換器からなる第1の熱交換器セットを、温熱または冷熱源から、構造要素へと熱エネルギーを伝達し、そこで熱エネルギーが一時的に貯蔵されるように、起動させたまま維持する段階と、
- 所定の基準が満たされると、構造要素と、構造要素の外部にある少なくとも1つの実体物との間に延在する、少なくとも1つの熱交換器からなる第2の熱交換器セットを起動させる段階とを含み、少なくとも1つの熱交換器からなる第2の熱交換器セットが、構造要素内で一時的に貯蔵された熱エネルギーの少なくとも一部を前記実体物に伝達するように構成されている。
【００１３】
本発明はまた、上述の、熱エネルギーを一時的に貯蔵し、繰り延べた形で使用するための構造要素を建造する方法を提案する。この方法は、
- 第1の端部が温熱または冷熱源から延在する、少なくとも1つの熱交換器からなる第1の熱交換器セットを設ける段階と、
- 前記第1の熱交換器セットのうちの各熱交換器の第2の端部を覆うように、構造要素を連続したリフトとして建造する段階と、
- 構造要素を連続したリフトとして建造する段階と交互に、少なくとも1つの熱交換器からなる第2の熱交換器セットを、前記第2の熱交換器セットのうちの各熱交換器の第1の端部が、構造要素によって取り囲まれ、前記第2の熱交換器セットのうちの各熱交換器の第2の端部が、構造要素の外部にある少なくとも1つの実体物まで延在するように、配置する段階とを含む。
【００１４】
また、従属請求項に記載の、上記の態様の好ましい特徴は適宜組み合わせることができ、上記の本発明の態様のいかなるものとも組み合わせることができることが、当業者には明白であろう。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】例示的な第1の熱交換器セットを備える、土木構造物用の例示的な構造要素の概略的な断面立面図である。
【図２】図1のII-IIに沿った例示的な構造要素に使用される熱交換器の概略的な断面上面図である。
【図３】例示的な第2の熱交換器セットを備える、土木構造物用の例示的な構造要素の概略的な断面立面図である。
【図４】別の例示的な第2の熱交換器セットを備える、土木構造物用の例示的な構造要素の概略的な断面立面図である。
【図５】追加の要素を備える、例示的な構造要素の概略的な断面立面図である。
【図６】競技場の一部を成す、例示的な構造要素の概略的な断面立面図である。
【図７】本発明の一実施形態による、例示的な熱交換器セット、および熱貯蔵部を備える、土木構造物用の例示的な構造要素の概略的な断面立面図である。
【図８】本発明の別の実施形態による、例示的な熱交換器セット、および熱貯蔵部を備える、土木構造物用の例示的な構造要素の概略的な断面立面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の一態様は、土木構造物用の構造要素に関する。任意の種類の土木構造物用の任意の構造要素が想定され得る。以下では、競技場構造物用の要素について特に検討するが、本発明の総括的な範囲をいかなる形にも限定するものではない。本発明を応用することができる構造物の他の例には、例えば、温室、ビルディング、および/またはその他のものが含まれる。
【００１７】
したがって、図1は、ベンチを支持し、場合によっては競技フィールドに隣接することになるバックフィルの形の競技場用の構造要素3を示す。
【００１８】
かかる構造要素3は、任意の種類の天然材料および/または人工材料で作成することができる。一例として、構造要素3は、土壌または土を含むことができ、場合によっては土壌または土が固定化されている。あるいは、またはさらに、構造要素3は、コンクリート、場合によっては再利用されたコンクリート、鋼、および/またはその他のものを含むことができる。
【００１９】
構造要素3は、熱エネルギー、すなわち温熱または冷熱を一時的に貯蔵し、繰り延べた形で使用するように構成されている。
【００２０】
このようにするには、構造要素3に、それぞれが少なくとも1つの熱交換器からなる異なる2つの熱交換器セットを設ける。
【００２１】
図1は、第1の熱交換器セット1を示す。これらの熱交換器は、温熱または冷熱源Sと、構造要素3との間に延在する。
【００２２】
図示の例では、温熱または冷熱源Sは下層土を含み、その上に構造要素3が位置する。あるいは、またはさらに、温熱または冷熱源Sは、他の下層土、例えば構造要素3から離れて位置し、かつ/または構造要素3の下には位置しない下層土を含むことができる。あるいは、またはさらに、温熱または冷熱源Sは、海水、地下水、および/またはその他のものなどの水性媒体を含むことができ、その中に第1の熱交換器セット1のうちの熱交換器の一端部を浸漬させる。
【００２３】
あるいは、またはさらに、温熱または冷熱源Sの他の変形形態が想定され得ることが当業者には明白であろう。有利な一例では、Sは温熱源でよく、太陽から発せられる熱を利用するように、少なくとも1つの太陽プローブからなるセットを含む。
【００２４】
温熱が求められるか、それとも冷熱が求められるかに依存して、異なる熱源を使用できることに留意されたい。あるいは、例えば外部温度に依存して、単一の熱源を温熱源または冷熱源として使用することもできる。例えば、構造要素3の下にある下層土Sを、気温が低い冬期には温熱源として使用し、気温が高い夏期には冷熱源として使用することができる。
【００２５】
図1の例では、第1の熱交換器セットは、水および/またはその他のものなど、任意の種類の熱伝達流体を含む管からなり、これらの管は2つの主要部に分割されている。この熱交換器の下部は、垂直の管部分を備え、一方、この熱交換器の上部は、水平の管部分を備える。
【００２６】
下部では、管は、熱交換器が閉ループとして作用するように、閉じることができる。こうした閉ループは、例えば温熱または冷熱源Sが下層土で構成される場合に適合される。あるいは、管は、熱交換器が開ループとして作用するように、開くこともできる。こうした開ループは、例えば温熱または冷熱源Sが水生媒体を含む場合に適合される。下部では、図1に示すように、これらの管は実質的に平行かつ/または同じ長さでよい。
【００２７】
上部では、第1の熱交換器セット1のうちの熱交換器は、閉じることができる。これらの熱交換器は、図1に示すように、重なり合った層として配置することができる。これらの熱交換器はそれぞれ、実質的に水平な平面に含めることができる。あるいは、またはさらに、熱交換器の各層は、図2の上面図に示すように、いくつかの分岐部を含むことができる。
【００２８】
第1の熱交換器セット1の幾何形状は、様々な形を取ることができ、上述の例は、いかなる点においても限定するものとして解釈すべきではないことに留意されたい。例えば、熱交換器は、下部が垂直かつ/または平行でなくともよい。熱交換器は、上部が水平かつ/または平行でなくともよい。また、熱交換器は、異なる2つの部分を有しなくともよい。別の非限定的な例として、第1の熱交換器セット1は、下層土Sから構造要素3へと延在する一連の垂直管だけで構成することができる。第1の熱交換器セット1のうちの熱交換器の少なくともいくつかは、直線進路を有しなくともよい。
【００２９】
第1の熱交換器セット1の少なくともいくつかは、土木構造物、例えば競技場の基礎に少なくとも部分的に配置され、そこと協働させることができる。
【００３０】
いずれにせよ、熱エネルギーは、第1の熱交換器セット1によって、温熱または冷熱源Sから構造要素3へと伝達され、そこで一時的に貯蔵される。
【００３１】
こうした伝達は、第1の熱交換器セット1のうちの熱交換器内で熱伝達流体が自然循環することから生じ得る。
【００３２】
有利には、第1の熱交換器セット1では、図1に示すように、追加の装置4を利用して、熱エネルギーの伝達を促進することができる。この装置4は、熱交換器内での熱伝達流体の循環を進める少なくとも1つの簡易ポンプを備えることができ、それによって温熱または冷熱源Sと、構造要素3との間で熱交換を増大させることができることが、当業者には容易に理解されよう。
【００３３】
あるいは、またはさらに、装置4は、少なくとも1つの熱ポンプを備えることができる。かかる熱ポンプは、通常通り、少なくともコンデンサ、膨張弁、蒸発器、および圧縮機を備えることができ、第1の熱交換器セット1の温度と、温熱または冷熱源Sの温度とを相殺する効果を有することが、当業者には容易に理解されよう。簡易ポンプに比べて、熱ポンプを使用することによって、温熱または冷熱源Sと、構造要素3との間での熱交換を増大させることが可能となる。したがって、構造要素3を、求められる結果に応じて冷却または加温することができる。
【００３４】
簡易ポンプおよび/または熱ポンプの位置および台数は様々でよく、例示の目的で図1および図2に示す例とは異なってもよいことに留意されたい。
【００３５】
添付の図では、熱交換器の高温部分と低温部分とが、太線と細線とでそれぞれ概略的に表示してある。しかし、この表示は、熱エネルギーの伝達方向を例示するものにすぎないことを理解すべきであり、厳密な境界として解釈すべきではない。
【００３６】
図1に示す例は、より具体的には構造要素3の冷却工程、およびそれと同時に生じる冷熱源Sの加熱に対応し、第1の熱交換器セット1を用いて、冷熱源Sから構造要素3へと冷熱を送り、それと同時に、構造要素3から冷熱源Sへと温熱を送っていることが分かる。熱エネルギーの伝達が反対方向である場合、構造要素3は、熱源Sによって、第1の熱交換器セット1を介して加温されることになる。
【００３７】
第1の熱交換器セット1は、所定の期間起動させたまま維持することができ、その期間は数日間、数週間、または数ヶ月間など、長くてもよい。第1の熱交換器セット1は、連続的に、または準連続的に起動させたまま維持することができる。こうすることによって、構造要素3が所定の温度に達し、所定の熱エネルギー量を確実に貯蔵することができる。
【００３８】
その後、上記のようにして構造要素3内で、したがって構造要素3が一部を成す土木構造物内で一時的に貯蔵された熱エネルギーは、少なくとも部分的に、構造要素3の外部にある少なくとも1つの実体物に伝達されることになる。
【００３９】
当該実体物には、構造要素3が一部を成す土木構造物用の別の構造要素が含まれ得る。例えば、競技場構造物に関して言えば、実体物にはベンチが含まれ得る。あるいは、またはさらに、実体物には、構造要素3に隣接した空気が含まれ得る。例えば、競技場構造物に関して言えば、実体物には、構造要素3によって支持されたベンチに隣接した空気が含まれ得、または、さらに総括的には、競技場の中央またはその周辺に位置する空気が含まれ得る。用途に応じて、多数の他の種類の実体物が想定され得ることが、当業者には明白であろう。
【００４０】
構造要素3内で一時的に貯蔵された熱エネルギーの少なくとも一部を、少なくとも1つの実体物に伝達するには、構造要素3と前記実体物との間に延在する少なくとも1つの熱交換器からなる第2の熱交換器セットを起動させる。
【００４１】
少なくとも1つの熱交換器からなる第2の熱交換器セットの起動は、所定の基準が満たされた結果として行うことができる。この点において、考えられ得るいかなる基準も想定される。一例として、この基準は、構造要素3が一部を成す土木構造物の使用に関連付けることができる。競技場に関して言えば、かかる基準には、対戦試合の開始時、または開始前(例えば数時間前)を含めることができる。ショー、定期的な催し、および/またはその他のものなどの他の機会もやはり、所定の基準が満たされるベースとなり得る。温度などの動的なパラメータ、例えば、気温、構造要素3の温度、実体物の温度、および/またはその他の要素の温度を、基準を考える際に考慮に入れることができる。
【００４２】
所定の基準が満たされているかどうかの検出、および/またはその結果による少なくとも1つの熱交換器からなる第2の熱交換器セットの起動は、完全に自動で、完全に手動で、または自動操作と手動操作とを組み合わせて行うことができる。
【００４３】
構造要素3内で一時的に貯蔵された熱エネルギーは、少なくとも1つの熱交換器からなる第2の熱交換器セットが起動したときにのみ、その少なくとも一部が実体物に伝達されるので、すなわち場合によっては熱エネルギーが構造要素3内に貯蔵され始めてからかなり後に伝達されることがあり、これは、かかる熱エネルギーの繰延べ使用とみなすことができる。こうした繰延べ使用は、従来技術、すなわちただ1つの熱交換器セットのみが必要とされ、かつ/またはこの熱交換器セットによって得られた熱エネルギーが直接、遅滞なく使用される従来技術とは異なるものである。
【００４４】
図3および図4は、少なくとも1つの熱交換器からなる第2の熱交換器セットの2つの例を示し、これらの例はそれぞれ、構造要素3内で一時的に貯蔵された熱エネルギーの少なくとも一部を、それぞれの実体物に伝達するために使用することができる。これらの2つの例は、単独で、または併せて実施することができる。これらの例では、少なくとも1つの熱交換器からなる第1の熱交換器セット1による上述の作用の結果として、構造要素3内で冷熱が一時的に貯蔵され、その冷熱の少なくとも一部が、前記少なくとも1つの熱交換器からなる第2の熱交換器セットを介して伝達されるものとする。しかし、同型の構成を用いて、構造要素3内で一時的に貯蔵された温熱を利用することもできることを理解されたい。
【００４５】
図3の例では、第2の熱交換器セット2aは、少なくとも部分的に、構造要素3全体にわたって空気を流すように構成される。この目的で、第2の熱交換器セット2aは、(図3の構造要素3の左側端部にある)高温の周囲空気用の少なくとも1つの入口と、リフレッシュされた空気(refreshed air)用の少なくとも1つの出口(図3の構造要素3の右側端部にあるいくつかの出口)とを含む。
【００４６】
この場合、入来した空気は、構造要素3の外側から第2の熱交換器セット2aのうちの熱交換器に流れ込み、構造要素3全体に行き渡る。したがって、入来した空気は、熱交換器が冷熱を貯蔵している構造要素3と接触していることによってリフレッシュされる。リフレッシュされた空気は、第2の熱交換器セット2aのうちの熱交換器から出て、構造要素3に隣接した高温の周囲空気と混じり合う。
【００４７】
第2の熱交換器セット2aのうちの熱交換器に、かつ構造要素3全体にわたって空気が流れるように、ファンなどの従来のパルス手段を用いて空気をパルシングすることができる。あるいは、またはさらに、空気は、土木構造物内で組織される自然の対流空気流によって単に吸引することができる。競技場の場合、空気は、例えば競技場の屋根にある孔から流出することによって、実際に競技場の外側から内側へと流れることができる。
【００４８】
かかる構成によって、ベンチに座っている観客、および/または競技場の競技フィールド上に立っている競技者は、リフレッシュされた空気を受け取ることによってリフレッシュすることができる。
【００４９】
図3に示すように、装置9を、換気流を所望の強度に規制するように、第2の熱交換器セット2aのうちの熱交換器のいくつか、または全ての出口に配置することができる。これらの装置9を用いて、第2の熱交換器セット2aを起動または停止させることができる。
【００５０】
図4の例では、第2の熱交換器セット2bは、構造要素3と、構造要素3によって支持されたベンチとの間に延在している。あるいは、またはさらに、第2の熱交換器セット2bは、構造要素3と、隣接した競技フィールドとの間にも延在させることができる。
【００５１】
第2の熱交換器セット2bは、熱伝達流体が、例えば閉ループで充填された管を含むことができる。
【００５２】
上述の第1の熱交換器セット1と同様に、1台または数台の簡易ポンプまたは熱ポンプ10を用いて、構造要素3と、ベンチ(または他の適切な任意の実体物)との間の熱交換を進めることができる。これらのポンプ10を用いて、第2の熱交換器セット2bを起動または停止させることができる。
【００５３】
この構成を用いれば、構造要素3によって支持されたベンチに座っている観客、および/または構造要素3に隣接した競技フィールド上に立っている競技者は、リフレッシュされたベンチおよび/または競技フィールドと接触する、またはその付近にいることによってリフレッシュすることができる。
【００５４】
図3および図4では、第2の熱交換器セットが、重なり合った実質的に平行な層として表示されている。しかし、第1の熱交換器セット1に関して上述したのと同様に、第2の熱交換器セットにも、適切な他の幾何形状を応用できることが、当業者には明白であろう。一例として、第2の熱交換器セットのうちの少なくともいくつかの熱交換器は、独立していてもよい。別の例として、第2の熱交換器セットのうちの熱交換器の少なくともいくつかについて、非直線の進路、例えば波状の進路も想定することができる。
【００５５】
図5は、上述の少なくとも1つの熱交換器からなる第1および第2の熱交換器セットを設けることができる、構造要素3の例示的な構成を示す。
【００５６】
図5のこの構造要素3は、少なくとも部分的にバックフィルで作成され、このバックフィルは、有利には、構造要素3内で少なくとも1つの補強部材(図示せず)を用いて固定化されている。構造要素3は、例えば、従来通り、土壌または土を固定化し、場合によっては締め固めることによって構成される。この点に関して、Reinforced Earth company(登録商標)の従来技術、または類似の技術を使用することができる。
【００５７】
図5に示すように、外装6によってバックフィルの境界を画することができる。さらに、バックフィル内に延在する1つまたはいくつかの補強部材をこの外装に連結することができる。あるいは、またはさらに、1つまたはいくつかの補強部材を、この外装から切り離すこともできる。補強部材は、様々な形を取ることができ、また、金属(例えば亜鉛めっき鋼)、化学合成物(例えばポリエステル繊維をベースとしたもの)、それらの組合せなど、様々な材料を使用することができる。これらの補強部材は、構造物に加わることになる応力に応じた密度でバックフィル内に配置できることが、当業者には明白であろう。
【００５８】
外装6は、例えばスラブまたはブロックの形の、既製のコンクリート要素を、構造物の前面を覆うように近接して配置することによって作成することができる。外装6は、コンクリートまたは特殊なセメントをその場で注入することによって建造することもできる。
【００５９】
有利には、外装6は、少なくとも1箇所(場合によっては外装6の内面全面)で、発泡ポリスチレン、鉱物繊維、および/またはその他のものなどの断熱材料7によって、バックフィルから分離することができる。そうすることによって、構造要素3内で一時的に貯蔵された熱エネルギーが外装6から大量に流出しすぎることが回避される。熱交換器を構造要素から取り出さなければならない場合、この目的で、対応する孔を、外装6および断熱材料7に限定的に配置することができる。
【００６０】
有利な一構成では、少なくとも1つの熱交換器からなる第1および/または第2の熱交換器セットの少なくとも一部は、構造要素3を固定化するための補強部材の役割を同時に果たすことができる。この場合、少なくとも1つの熱交換器からなる第1および/または第2の熱交換器セットのうちの少なくとも1つの熱交換器を、外装6に連結することができる。特に、上述の第1の熱交換器セット1および/または第2の熱交換器セット2a〜2bのうちの熱交換器の水平部を、構造要素3を固定化するための補強部材としてさらに使用することができる。したがって、熱交換器と補強部材とを独立に設けることが回避され、それによって構造物を建造するのに必要となる時間、およびその費用がどちらも削減される。
【００６１】
上記で想定したように、構造要素3が競技場の一部である場合、ベンチ5によって、外装6の反対側で、構造要素3のもう一方の境界を画することができる。かかるベンチ5は、構造要素3と同じ構成物、例えば固定化された土壌または土を有することができる。あるいは、またはさらに、ベンチ5には、木材、セメント、コンクリート、および/またはその他のものなど、異なる材料を使用することもできる。
【００６２】
様々な要素を、構造要素3の少なくとも一部上に、またはその内部に配置することができる。例えば、出入り口階段、階段座席、および/または手すりをバックフィルに配置することができる。キュービクル、技術的施設(technical premise)、出入り口トンネル、および/または売店をバックフィルの内側に配置することができる。これらの要素は、上述の少なくとも1つの熱交換器からなる第1および/または第2の熱交換器セットによって、要求に応じて冷却または加温することができる。
【００６３】
図5に示すように、カバー8をバックフィルの上方に敷設または架設することができる。このカバーは、雨水の進入を防止する屋根材として働くことができ、または気密とすることができる。
【００６４】
本発明の枠組みの範囲内で、構造要素に関して数多くの他の構成を想定できることが、当業者には明白であろう。
【００６５】
図6は、例示的な構造要素13を含む、競技場構造物の一部分を示し、この例示的な構造要素13は、上述の構造要素3と同一または類似のものでよい。この構造要素13には、
- 場合によっては簡易ポンプまたは熱ポンプ14と連結される、上述の少なくとも1つの熱交換器からなる第1の熱交換器セット1と同一または類似のものでよい熱交換器セット11(本明細書では垂直な、別個の熱交換器として表示されている)と、
- 上述の少なくとも1つの熱交換器からなる第2の熱交換器セット2aと同一または類似のものでよい熱交換器セット12a(本明細書では構造要素3全体にわたって延びる波状の別個の熱交換器として表示されている)と、
- 場合によっては簡易ポンプまたは熱ポンプ20と連結される、上述の少なくとも1つの熱交換器からなる第2の熱交換器セット2bと同一または類似のものでよい熱交換器セット12bと、
- 上述の外装6と同一または類似のものでよい外装16と
が設けられている。
【００６６】
他の要素を、構造要素13に連結することができる。例えば、構造要素13によってベンチ15を支持する。構造要素13に隣接して競技フィールド17を配置する。構造要素13の内部に補強材を配置することができる、などである。
【００６７】
一実施形態によれば、第1の熱交換器セット11は、先に説明したものに対応し、特に前記第1の熱交換器セットは、温熱または冷熱源内に熱伝達流体を送るように構成された管と、構造要素13内に熱伝達流体を送るように構成された管とを備える。
【００６８】
第2の熱交換器セットもやはり、構造要素13内に熱伝達流体を送るように構成された管を備えることができる。
【００６９】
本発明の特定の実施形態によれば、第1の熱交換器セットと第2の熱交換器セットとは、構造要素内に熱伝達流体を送るように構成された前記管の一部を共有する。
【００７０】
図7および図8は、本発明の実施形態による構造要素13の一部分を示す。これらの実施形態によれば、構造要素13は、熱貯蔵部30と、第1の熱伝達流体を送るように構成された管31を備える第1の熱交換器セットと、第2の熱伝達流体を送るように構成された管32を備える第2の熱交換器セットとを備える。
【００７１】
図7に示す実施形態では、第1および第2の熱交換器セットは、熱貯蔵部30中を循環するように構成された管を備える。
【００７２】
本発明のかかる実施形態によれば、これらの熱交換器は、層状に配置することができ、例えば、実質的に水平な平面、または垂直な平面にそれぞれ含めることができる。あるいは、またはさらに、各熱交換器は、いくつかの分岐部を含むことができる。
【００７３】
これらの熱交換器の幾何形状は、様々な形を取ることができ、上述の例は、いかなる点においても限定するものとして解釈すべきではない。例えば、熱交換器は、垂直かつ/または平行でなくともよい。熱交換器は、水平かつ/または平行でなくともよい。また、熱交換器は、異なる2つの部分を有しなくともよい。第1および第2の熱交換器セットのうちの熱交換器の少なくともいくつかは、直線進路を有しなくともよい。
【００７４】
熱貯蔵部30は、構造物によって加わる横方向および垂直方向の圧力を吸収し、かつ熱エネルギーを貯蔵し放出することが可能となるように構成される。例えば、熱貯蔵部30は、土壌、土、土砂、または岩石が充填されたライナによって区切ることができる。
【００７５】
第1および第2の熱交換器セットの管は、熱交換器が閉ループとして作用するように閉じている。
【００７６】
例えば、第1の熱交換器セットは、熱貯蔵部内に備わる材料を加熱するように、第1の熱交換器セットの熱貯蔵部内にある管中に高温流体を循環させることができる。この実施形態によれば、熱伝達流体は管内に留まり、熱貯蔵部内に備わる材料と接触することはない。
【００７７】
必要に応じて、第2の熱交換器セットの熱貯蔵部内にある管中に第2の熱伝達流体を循環させることができる。第2の熱伝達流体は、管を介して多孔性材料によって加熱される。
【００７８】
かかる実施形態によれば、第1および第2の熱交換器セットと、熱貯蔵部との間で流体の交換は生じない。かかる熱伝達はまた、冷熱源にもあてはめることができる。
【００７９】
有利には、図7の実施形態による構造物要素13は高い熱慣性を示し、したがって熱貯蔵部内に貯蔵された熱エネルギーをゆっくり放出することが可能となる。
【００８０】
図8に示す実施形態によれば、熱貯蔵部30は、構造物によって加わる横方向および垂直方向の圧力を吸収することが可能なように構成された多孔性材料によって充填されている。例えば、熱貯蔵部30には、土壌または土または小石または砂利または岩石を充填することができる。
【００８１】
良好な多孔性材料は、頑丈で、摩耗しにくく、堅固で、水はけがよく、変形しにくく、入手しやすく、かつ購入するのに妥当に安価でなければならない。
【００８２】
例えば、多孔性材料は、粒径が28mmから50mmの間の、天然の砕石で作成される。これよりも微細な粒子の比率が高いと、その水はけ特性が低減し、これよりも大径の粒子の比率が高いと、負荷の分散が不適当になる。角張った石材の方が、自然に丸味を帯びた石材よりも好ましく、角張った石材は互いに係止するからである。
【００８３】
この点に関して、花崗岩が最良の材料の1つである。また、溶鉱炉によって生成されたスラグを使用することも可能である。一般に、軌道バラストに使用される材料が、多孔性材料として適している。
【００８４】
第1および第2の熱交換器セットの管は、熱伝達流体を、熱貯蔵部の多孔性材料中に循環させるように、開いている。
【００８５】
例えば、第1の熱交換器セットは、熱貯蔵部内に備わる多孔性材料を加熱するように、熱貯蔵部中に高温流体を循環させることができる。
【００８６】
必要に応じて、第2の熱交換器セットを用いて、熱貯蔵部中に第2の熱伝達流体を循環させることができる。第2の熱伝達流体は、多孔性材料によって加熱される。
【００８７】
かかる熱伝達はまた、冷熱源にもあてはめることができる。
【００８８】
有利には、図8の実施形態による構造物要素13は、多孔性材料と、貯蔵部内に備わる多孔性材料中を循環する熱交換流体との間で高い熱交換率を示す。
【００８９】
当業者には、他の構成も想定され得ることが理解されよう。それらの構成は、検討される土木構造物の性質および使用法に応じて適合させることができる。
【００９０】
上述の構造要素3または13の建造は、以下の諸段階によって実施することができる。
- 第1の端部が温熱または冷熱源Sから延在する、少なくとも1つの熱交換器からなる第1の熱交換器セット1または11を設ける段階。上述の例に関して言えば、この段階は、第1の熱交換器セット1または11のうちの熱交換器の上部を上方に保持したまま、熱交換器の下部を下層土または水性媒体中に配置することに相当し得る。
- 前記第1の熱交換器セット1または11のうちの各熱交換器の第2の端部を覆うように、構造要素3または13を連続したリフトとして建造する段階。この作業が完了すると、第1の熱交換器セット1または11は、構造要素3または13によって完全に覆われることになる。
- 前記構造要素3または13を連続したリフト(または層)として建造する段階と交互に、少なくとも1つの熱交換器からなる第2の熱交換器セット2a、2b、12a、および/または12bを、前記第2の熱交換器セットのうちの各熱交換器の第1の端部が、構造要素3または13によって取り囲まれ、前記第2の熱交換セットのうちの各熱交換器の第2の端部が、構造要素の外部にある少なくとも1つの実体物まで延在するように、配置する段階。例えば、構造要素の第1のリフトを地上に配置し、次いで第2の熱交換器セットのうちの少なくとも1つの第1の熱交換器を、この第1のリフト上に設置することができる。この段階を、第2の熱交換器セットのうちの熱交換器全てが定位置に設置されるまで繰り返すことができる。最後に、少なくとも1つの熱交換器からなる第2の熱交換器セットの頂部を、構造要素の最後のリフトによって覆う。第2の熱交換器セットも、第1の熱交換器セットと同様に、最終的には構造要素によって完全に取り囲まれる。
【００９１】
あるいは、またはさらに、他の建造方法も実施できることが、当業者には明白であろう。
【００９２】
かかる構造要素3または13の取外しまたは除去は、それほど複雑な作業ではないことに留意されたい。例えば、構造要素が主に土で作成されている場合、土を少しずつ取り除くことができる。次いで、この作業によって剥き出しになった第2の熱交換器セット、および場合によっては第1の熱交換器セットのうちの熱交換器(および/または他の要素)を取り出すことができる。これらの要素の大部分、または全てを、後に同じ場所で、または他の場所で新しい構造物を建造する際に再利用することができる。
【符号の説明】
【００９３】
1、11  少なくとも1つの熱交換器からなる第1の熱交換器セット
2a、2b、12a、12b  少なくとも1つの熱交換器からなる第2の熱交換器セット
3、13  構造要素
4、10、14、20  少なくとも1つのポンプ(簡易または熱ポンプ)
5、15  少なくとも1つの実体物(ベンチ)
17  少なくとも1つの実体物(競技フィールド)
6、16  外装
7  断熱材料
8  カバー
9  装置
30  熱貯蔵部
31、32  管
S  温熱または冷熱源
【図１】
2014510251.tif 000003
【図２】
2014510251.tif 000004
【図３】
2014510251.tif 000005
【図４】
2014510251.tif 000006
【図５】
2014510251.tif 000007
【図６】
2014510251.tif 000008
【図７】
2014510251.tif 000009
【図８】
2014510251.tif 000010
【国際調査報告】
2014510251.tif 000011
2014510251.tif 000012
2014510251.tif 000013