(57)【要約】  本発明は、地区規模でエネルギー因子を減少させる目的で、複数の工業及び第三次サイトの間で熱伝達流体が循環するループを用いて熱を交換し、各サイトが、生産者及び／又は消費者であり得るシステムに関する。本発明は、内部を熱伝達流体が循環する、少なくとも１つの熱エネルギー消費者サイトと、少なくとも１つの熱エネルギー生産者サイトとを接続するループを使用して、地区規模で熱エネルギーを蓄積する方法にも関する。
2015517079.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの熱エネルギー消費者サイトと、少なくとも１つの熱エネルギー生産者サイトとを接続する熱交換ループが用いられ、前記ループは、前記ループのいずれの点でも温度差が２０℃未満であるように流量が調整される熱伝達流体を含み、前記消費者サイトは、熱交換を用いて前記ループの１点で必要なエネルギーを取り、かつ前記生産者サイトは、熱交換を用いて生成された余剰エネルギーを放出する、地区規模で熱を蓄積する方法。
【請求項２】
前記ループの温度が、追加の加熱ユニットを使用して、一定に保たれる請求項１に記載の熱を蓄積する方法。
【請求項３】
サーマルバッテリタイプの熱緩衝貯蔵庫が、余剰熱エネルギーをループ内に貯蔵するために使用される請求項１又は２に記載の熱を蓄積する方法。
【請求項４】
有機ランキンサイクルが、前記余剰熱エネルギーを電気の態様で利用するために前記ループ内に導入される請求項１から３に記載の熱を蓄積する方法。
【請求項５】
前記熱伝達流体が、水、水性混合物、アルコール、炭化水素又はイオン液体から選択される請求項１から４のいずれかに記載の熱を蓄積する方法。
【請求項６】
前記熱伝達流体が、相変化物質の粒子を含む請求項１から５のいずれかに記載の熱を蓄積する方法。
【請求項７】
・少なくとも１つの熱エネルギー消費者サイトと、
・少なくとも１つの熱エネルギー生産者サイトと、
・前記熱エネルギー消費者サイトと、前記熱エネルギー生産者サイトとを一緒に接続し、かつ熱交換器と、流量がポンプを用いて調整される熱伝達流体とを含む熱交換ループとを含む地区規模で熱を蓄積するシステム。
【請求項８】
前記ループが、追加の加熱ユニットを含む請求項７に記載の地区規模で熱を蓄積するシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換及び熱分配システムの技術分野に関係する。
【０００２】
本発明は、熱交換ループが、少なくとも１つの熱エネルギー消費者サイトと、少なくとも１つの熱エネルギー生産者サイトとを接続する、地区規模で熱エネルギー（熱）を蓄積する方法に関連する。
【０００３】
本発明は、前記方法を実行するために使用できる熱蓄積システムにも関連する。
【背景技術】
【０００４】
所与の地域、例えば郡区において、低熱エネルギーの熱（流体によって１５０℃未満の温度で概して輸送される熱）の態様で生成されたエネルギーを利用することに多くの場合、問題がある工場、及び低温の熱の態様を取る（家庭用又は第三次暖房、乾燥作業、温室を暖房すること等）、エネルギー必要量を有する住宅、事務所又は工業用建物があり得る。
【０００５】
精製所又は原子力発電所のような余剰の低レベル熱エネルギーの熱を使用しない工場は、一般的に、次のものに頼る。
・熱を空気に放散することを目的とする、プロセス流体と、空気との間の交換器の役割を果たす空気冷却器。かかる装置は、空気を循環させるために一般的に扇風機を備える。
・及び／又は自然通気型の煙突の一種で、冷却を支援するために水が噴霧される冷却塔。ここでもまた、熱は大気へ失われる。
・及び／又は冷却水システム（一般的にグリコール化水）で、冷水が、海水、河川水等との交換機内での熱交換か、又は冷凍機ユニットよって得られる。ここでもまた、熱は周囲へ失われる。
【０００６】
低温の熱を必要とする住宅、事務所又は工業用建物の側では、
・燃焼又は電気的手段を使用して、自身でこの熱を発生させる。両方の場合において、燃料が消費され、かつＣＯ２排出が発生する。
・及び／又は近隣の工業用建物から又は都市暖房システムから蒸気を取り込む。この場合も、両方ともこの熱を生成するために燃料を消費する。
【０００７】
工場及び／又は住宅若しくは事務所建物の間の熱統合は、熱統合が起こる時、双方の当事者が、それぞれの作業に関して互いに依存するようになるので、稀である。このタイプのエネルギー統合の一例が、ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｉｎｎｏｖａｇｒｏ．ｎｅｔ／ｐｄｆ／ａｇｒｏ−ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ．ｐｄｆにおいて、農業温室の暖房に関して記載される。
【０００８】
供給する義務、供給停止期間中の罰則、及び手短に言えば、当事者の一方による不履行の場合の重大度に関する制約は、一般的に投資家を思いとどまらせるという障害である。上記の例に記載したように、余剰のエネルギーが近隣の工業サイトから入手可能であることは、その工業サイトが単独であるならば、近くの工業サイトによる何らかの不履行をカバーするために、受益者が自身のボイラに投資せねばならないことを免れさせない。
【０００９】
既存のシステムは、工業用加熱工場から、熱流体、一般的には水を約１００℃の温度で供給し、かつ利用者によって冷却された流体を回収し、かつ戻すことからなる。その装置は、各利用者が適切な温度を意のままに有するように、システムが、多数の分岐を有することを必要とする。供給管路のこの分岐及びパイプ（１本は送出用、１本は戻り用）を使用せねばならないことは、大きな熱損失を発生させる。この問題は、例えばコンパニ・パリジエンヌ・ドゥ・ショファージュ・ユルバン（Ｃｏｍｐａｇｎｉｅ  Ｐａｒｉｓｉｅｎｎｅ  ｄｅ  Ｃｈａｕｆｆａｇｅ  Ｕｒｂａｉｎ）のウェブサイトｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃｐｃｕ．ｆｒ／Ｌａ−ｃｈａｌｅｕｒ−ｕｒｂａｉｎｅ／ＦＯＮＣＴＩＯＮＮＥＭＥＮＴ上に見いだすことができる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、少なくとも１つの熱エネルギー消費者サイトと、少なくとも１つの熱エネルギー生産者サイトとを接続する熱交換ループが用いられ、前記ループは、前記ループのいずれの点でも温度差が２０℃未満であるように流量が調整される熱伝達流体を含み、前記消費者サイトは、熱交換を用いてループの１点で必要なエネルギーを取り、かつ生産者サイトは、熱交換を用いて生成された余剰エネルギーを放出する、地区規模で熱を蓄積する方法に関する。
【００１１】
好適には、ループの温度は、追加の加熱ユニットを使用して、一定に保たれる。
【００１２】
一実施態様において、サーマルバッテリ（熱電池）タイプの熱緩衝貯蔵庫が、余剰熱エネルギーをループ内に貯蔵するために使用される。
【００１３】
有機ランキンサイクルが、余剰熱エネルギーを電気の態様で利用するためにループ内に導入されてもよい。
【００１４】
好ましくは、熱伝達流体は、水、水性混合物、アルコール、炭化水素又はイオン液体から選択される。
【００１５】
熱伝達流体は、相変化物質の粒子を含んでもよい。
【００１６】
本発明は、
・少なくとも１つの熱エネルギー消費者サイトと、
・少なくとも１つの熱エネルギー生産者サイトと、
・前記熱エネルギー消費者サイトと、前記熱エネルギー生産者サイトとを一緒に接続し、かつ熱交換器と、流量がポンプを用いて調整される熱伝達流体とを含む熱交換ループとを含む地区規模で熱を蓄積するシステムにも関する。
【００１７】
本発明のシステムにおいて、ループは、追加の加熱ユニットを含んでも良い。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
図１：図１は、既知の先行技術のシステムを説明する。工業用加熱ユニットＣから、システムは、熱流体（１）、一般的には水を約１００℃の温度で提供し、かつ利用者、例えば並列に置かれた建築物Ｂ１、Ｂ２、．．．Ｂｎによって冷却された流体（２）を返送として回収することからなる。
【００１９】
図２から図５は、本発明の非限定的な説明である。
【００２０】
図２：図２は、エネルギー発生者（例えば工場）と、エネルギー消費者（例えば建築物）との間で熱交換ループを使用する本発明のシステムを示す。
【００２１】
図３：図３は、蓄積された熱緩衝貯蔵庫が用いられる本発明の実施態様を説明する。
【００２２】
図４：図４は、システムが有機ランキンサイクルを含む本発明の実施態様を説明する。
【００２３】
図５：図５は、化学ループの熱伝達流体が相変化物質をカプセルの形状で含む本発明の実施態様を説明する。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
特には、本発明によるシステム（図２）は、一組のエネルギー消費者及び発生者の間で熱伝達流体の共通ループを位置決めすることからなる。ループライン上に位置する熱交換器を用いて、そのニーズに応じて、消費者は、熱交換により必要とするエネルギーを取り、かつ発生者は、熱交換により生成する余剰熱エネルギーを排出する。
【００２５】
ポンプＰを用いて、熱伝達流体は、エネルギー消費者（建築物Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂｎ）と、エネルギー発生者（工場Ｕ１、Ｕ２）とを接続するループ内を移動する。
【００２６】
熱伝達流体の流量は、ループのいずれの点でも温度差が小さい、好ましくは５℃〜２０℃である（例えば、最大温度差は、２０℃であっても良い、すなわち最高温度は、８０℃に等しく、かつ最低温度は６０℃に等しい）ように選択される。
【００２７】
熱伝達流体は、熱交換装置の種々の部品における熱交換を可能にする、いずれかの流体であり、かつ好ましくは１〜２０バール相対圧の範囲内の圧力で液体状態にある流体から選択され、その結果ループラインの費用が、高すぎるようにならない。挙げられる熱伝達流体の例は、水又は水性混合物又はアルコール又は炭化水素、又は実際のところ、イオン液体である。
【００２８】
挙げられる消費者の例は、暖房すべき家庭又は工業用建築物、又は実際のところ、例えば農産食品（ａｇｒｏ−ａｌｉｍｅｎｔａｒｙ）工業において例えば乾燥作業を実行するために、熱を必要とする工業プロセスを実行する工場である。発生者は、先行技術によれば、大気に失われる熱を放散させねばならない工場を含む。
【００２９】
ループの温度は、好適には、例えばループへの寄与者（この場合に工場Ｕ１及びＵ２）からのエネルギーバランスが不十分ならば、唯一の熱源であった先行技術の工業用加熱ユニットと比較して、大きさが実質的に減少した追加の加熱システムＣを使用して、維持される。熱が、ループ内に蓄積され、かつ追加の加熱ユニットの寸法は、ループ内の温度差が取り除けるようになっているので、このことは、本発明における全体的エネルギー消費が、大いに減少したことを意味する。
【００３０】
本発明の一実施態様において、システム（図３）は、製作する企業（例えばドイツ企業Ｈ．Ｍ  カイツケルパー（Ｋｅｉｚｋｏｒｐｅｒ））によってサーマルバッテリ”thermal battery”と呼ばれる１つ以上の蓄熱緩衝貯蔵庫Ｑを備えても良い。一例として、貯蔵システムは、酢酸ナトリウムを使用できる。熱を貯蔵するとは、熱供給工場が保守作業を受ける時、ループの温度が、時間の経過により（例えば日／夜又は冬／夏）ならされ得るか、又は建築物を同様に暖房できることを意味する
本発明のもう１つの実施態様において、システム（図４）は、必要に応じて、例えば暖房要求が低い夏の間、余剰熱エネルギーを（それを空気冷却器のようなチラーに送る代わりに）電気エネルギーに変換するために使用できる有機ランキンサイクル（ＯＲＣ）を同様に備えても良い。この電気エネルギーは、好適には空調を操作するために使用できる。
【００３１】
本発明によれば、利用者の１つが、熱ループの温度よりも高いレベルの熱を必要とすることがある（例えば７０℃付近の温度に維持されるループによる工業的農産食品調理用の１２０℃の温度の必要性）。この場合に、利用者は、追加の電気を消費することによって温度を上昇させるために使用できる追加の熱ポンプを設置できる。
【００３２】
本発明によれば、熱伝達流体は、相変化物質（例えば酢酸ナトリウム）をカプセル封入し、かつ小さな温度変動によって回復できるエネルギーが増加することを可能にする固体粒子を含んでも良い。実際に、純物質が相（状態）を変える時、エネルギー含量（エンタルピー）は、温度変化なしに変動する。周知の例は、大気圧で０℃で固体から液体状態に移行する水のそれであるが、この発明の場合において、相変化は、概して５０℃〜１００℃である温度で望ましい。前記相変化物質は、好ましくは下記化合物から選択される。融点は、括弧内に与えられる。
酢酸ナトリウム三水和物（５８℃）、部分的に水和した塩化亜鉛＝（７６℃）。
この範囲内の融点を有するイオン液体の幾つかの例は、
１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムトシレート：融点＝（６７℃）
１−エチル−３−メチルイミダゾリウムヘキサフルオロホスフェート：融点＝（５９℃）
１−ブチル−１−メチルピロリジニウムヘキサフルオロホスフェート：融点＝（８５℃）
１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムクロリド：融点＝（７３℃）
１−エチル−３−メチルイミダゾリウムクロリド：融点＝（７７〜７９℃）
図５は、相変化物質（液相（Ｌ）、固相（Ｓ））を含む、搬送されるカプセルによって熱伝達流体Ｆを輸送する化学ループラインを示す。相変化物質をカプセル封入するエンベロープＥは、ポリエチレン又はポリプロピレンのようなプラスチックから形成しても良い。
【図１】
2015517079.tif 000003
【図２】
2015517079.tif 000004
【図３】
2015517079.tif 000005
【図４】
2015517079.tif 000006
【図５】
2015517079.tif 000007
【国際調査報告】
2015517079.tif 000008
2015517079.tif 000009
2015517079.tif 000010
2015517079.tif 000011
2015517079.tif 000012
2015517079.tif 000013
2015517079.tif 000014
2015517079.tif 000015