(57)【要約】本発明は第一のヒートポンプ組立体からなるコンデンサを形成するチューブのコイル（１２）と、第二の組立体を形成するコイル（１３）とが鉛直方向格子（２８、２９）に固定されている装置に関する。前記格子は互いに平行に配置されていて、コンクリート製ブロック（３）内に埋め込まれている。このブロックはシステムに組み入れられたエネルギ蓄積装置の一つを形成する。格子は、正方形または矩形メッシュを形成するネットワークをなすように一緒に溶接されたコンクリート用鉄製バーから形成される。チューブを格子の特定の交点に固定する固定手段は特別の形式の把持具である。格子、チューブ、および把持具はコンクリート製ブロック内に埋め込まれる。
2004508531.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体材料または半固体材料からなる少なくとも一つのブロック（３）と、該ブロックに埋め込まれた少なくとも一つの伝熱流体回路（１２、１３）とを含む屋内型エネルギ蓄積装置、特に家屋用の加熱および／または空気調和用システムにおいて、
少なくとも一つのグリル（２８、２９）が前記各ブロックに埋め込まれており、
前記各回路は、前記グリルの一つに取り付けられていてコイルをなすよう曲げられた連続回路から構成されており、それにより、パイプのグリルに対する拡張／収縮差を許容するようにしたエネルギ蓄積装置。
【請求項２】
少なくとも一つの回路がヒートポンプ（１４、１５）の相変化を伴う伝熱流体ループ内に組み入れられている請求項１に記載のエネルギ蓄積装置。
【請求項３】
前記各ブロック（３）がグリルおよび回路からなる二つの組立体（１２／２８、１３／２９）を有し、前記グリルが平面的であって前記ブロック内に平行に配置されている請求項２に記載のエネルギ蓄積装置。
【請求項４】
前記ブロック（３）は多角形形状であり、前記ブロックの底部は矩形であって水平に配置されており、前記ブロックの頂面は平坦であって前記底部に対して平行に配置されており、前記グリルまたは複数のグリル（２８、２９）は鉛直方向に配置される請求項１に記載のエネルギ蓄積装置。
【請求項５】
ブロックの二つの回路（１２、１３）が異なる熱交換用ループ内に組み入れられており、前記エネルギ蓄積装置は、前記回路の一方がエバポレータとして機能すると共に他方がコンデンサとして機能するヒートポンプ（１４、１５）の二つの組に関連づけられている請求項２に記載のエネルギ蓄積装置。
【請求項６】
前記ブロックまたは複数のブロック（３）は鉛直断面が三角形状の角柱をなしている請求項１から５のいずれか一項に記載のエネルギ蓄積装置。
【請求項７】
前記ブロックまたは複数のブロック（３）はＴ字形状をなしている請求項１から５のいずれか一項に記載のエネルギ蓄積装置。
【請求項８】
前記ブロックまたは複数のブロックの材料がコンクリートである請求項１から７のいずれか一項に記載のエネルギ蓄積装置。
【請求項９】
前記ブロックまたは複数のブロックの材料がゲルである請求項１から７のいずれか一項に記載のエネルギ蓄積装置。
【請求項１０】
前記ブロックまたは複数のブロックが土壌に埋め込まれており、これらブロックの面が土部に直接的に接触している請求項４から９のいずれか一項に記載のエネルギ蓄積装置。
【請求項１１】
少なくとも一つのブロック内の回路が、ヒートポンプに接続されることなしに、補助的熱源に接続されており、前記補助的熱源がソーラパネル（９）、煙路内の熱のためのレキュペレータ（１０）または高温太陽炉などである請求項１から１０のいずれか一項に記載のエネルギ蓄積装置。
【請求項１２】
前記グリルが接続点において一緒に連結された金属製バーから形成される請求項１から１１のいずれか一項に記載のエネルギ蓄積装置。
【請求項１３】
前記グリルが合成材料から形成される請求項１から１１のいずれか一項に記載のエネルギ蓄積装置。
【請求項１４】
前記パイプが金属製チューブである請求項１から１３のいずれか一項に記載のエネルギ蓄積装置。
【請求項１５】
前記パイプが合成材料から形成されたチューブである請求項１から１３のいずれか一項に記載のエネルギ蓄積装置。
【請求項１６】
コイルを形成する導管の曲げ部分には、コンクリートに対するパイプの拡張／収縮差を許容するデバイスが設けられている請求項１から１５のいずれか一項に記載のエネルギ蓄積装置。
【請求項１７】
前記導管の前記曲げ部分には、圧縮ポリウレタンフォームから形成されるスリーブ（３１）が設けられている請求項１６に記載のエネルギ蓄積装置。
【請求項１８】
少なくとも一つのグリルによって形成された組立体において、
前記グリルに係留されていてコイルをなすよう曲げられた少なくとも一つの連続パイプを、請求項１から１７のいずれか一項に記載のエネルギ蓄積装置の一部として具備する組立体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、再生可能なエネルギ形態、特にヒートポンプを使用した加熱兼空気調和システムに関する。
【０００２】
当該技術分野においては、固体ブロックを含む蓄熱機を使用することが提案されており、液体または気体でありうる伝熱流体がシステム使用時に流通する金属製チューブから形成された一つまたは複数の回路が蓄熱機内に埋め込まれている。例えば国際公開ＷＯ９６／２８７０３号はこの形式の蓄熱機を開示しており、この蓄熱機は種々の利点を備えた材料であるコンクリートより形成されているのが一つの特徴である。
【０００３】
熱エネルギを剛体ブロック内に蓄積することは、厳密さに適合した特定の設置の場合に設置作業、費用、使用における信頼性、効率および使用期間に関連した極めて特徴的な利点を有することが、近年の研究によって示された。
【０００４】
それゆえ本発明の目的は、特許請求の範囲に記載されていて本発明の目的である特定の特徴を含む屋内型エネルギ蓄積装置を経済的に形成することによって、前述した利点を得ることである。
【０００５】
添付図面を参照することにより、本発明に基づくエネルギ蓄積装置の実施形態と複数の変更例とを以下に説明する。
図１においては、屋内型エネルギ蓄積装置２を具備する加熱システムを備えた家屋１が示されており、屋内型エネルギ蓄積装置２は建物に近い地面に埋め込まれた四つの蓄積用ブロック３と、ブロック内に含まれる潜熱が要求される場合にこれを伝達する手段とを含んでいる。潜熱の伝達手段は一組の流体回路要素４によって熱発生器５まで接続されており、熱発生器５から複数の補助的回路が延びていて、通常の補助装置、例えば家庭用温水器６、部屋用ラジエータ７および床下加熱用回路８を提供している。図１において熱発生ユニット５は重なり合う二つのキュービクルによって示されている。熱発生ユニット５の構造は図２に示されている。熱発生ユニット５は補助的回路によって、水用回路を備えたソーラパネル９と、居間用煙路により生じがちな過剰の熱のためのレキュペレータ１０とに接続されている。
【０００６】
このように羅列した補助装置は実施例によってのみ与えられるが、全てを網羅するものではない。後述するように、例えばスイミングプールの場合、および高温太陽炉の場合も含まれる。加熱兼空気調和用家屋のあらゆる問題において認識されうる極めて広範な適用例が示される。後述する屋内型エネルギ蓄積装置は予期されうる特別な場合のそれぞれを標準的および合理的な手段によって満たすことができる。
【０００７】
図２は住宅１の壁と、屋内型エネルギ蓄積用ブロック３の一つとを示している。このブロックは建物１近くに掘られた穴１１内に配置されており、この穴は土をかぶせられている。このブロックは水平方向に配置された大型矩形底部と底部に対して平行であって底部よりも幅狭な頂面とを備えた角柱状である。ブロック３はコンクリートから形成されている。ブロック３の寸法は例えば２．５×１．７×０．５または０．３ｍである。後述するように穴１１の寸法および穴１１における各ブロックの位置は、貯蔵されるべきエネルギの量および流れの逆転の持続期間に応じてケースバイケースで定まる。
【０００８】
図１においてブロック３と熱発生ユニット５との間の接続部４は、各ブロックに対して入口部１２ａ、１３ａと出口部１２ｂ、１３ｂとをそれぞれ備えた二つの回路を形成するマニホルド１２、１３より形成されている。マニホルド１２、１３の作用部分は入口部１２ａ、１３ａからコンクリート製ブロック３内に埋め込まれていて、一つの層においてコイルをなすように曲げられており、それにより、接触表面が可能な限り大きくなると共に、回路内を循環する伝熱流体とコンクリートとの間の熱交換作用が促進されるようになる。
【０００９】
本実施形態においては熱発生ユニット５はヒートポンプからなる二つの別個の組または組立体１４、１５の全体より構成されている。各組１４、１５は相変化型の完全伝熱流体ループを含んでおり、この完全伝熱流体ループは、上流回路要素、下流回路要素、これら回路要素の間のコンプレッサと減圧弁、これら要素のうちの一つに在る熱交換器、および一つまたは複数の放熱構成要素を備えている。
【００１０】
組立体１４に関しては、コンプレッサと減圧弁とが参照番号１６、１７によってそれぞれ示されており、上流回路はブロック３に埋め込まれていて熱をブロックに供給することによってコンデンサとして機能する回路１２である。次いで下流回路はエバポレータ１８ａ、１８ｂである。流体は熱交換器１９内を通って、補助的回路２０により提供された熱および冷却回路２１内でピックアップされた熱を吸収する。この組立体は部屋を低温稼働させるのを維持すると共に夏に機能するようになっている空気調和部を構成することを理解されたい。この組立体は後述する他の機能も満たすことができる。
【００１１】
組立体１５は同様の要素から構成されるが、反対方向に機能する。図２においては、減圧弁２２とコンプレッサ２３と上流回路２４ａ、２４ｂとが示されており、これら上流回路はコンデンサとして機能すると共に下流回路１３においてピックアップされた熱をラジエータ２７を提供する補助的回路２６まで熱交換器２５を介して供給する。補助的回路２６は図１における要素７または要素８に相当する。家庭用温水器６も回路２６に接続されている。
【００１２】
従って、各ブロック３において、二つの回路要素１２、１３が埋め込まれており、これら回路要素はグループ５内のユニット１４またはユニット１５のうちの一方にそれぞれ協働し、一方の場合においては冷却作用形成ユニット１４のコンデンサを構成すると共に他方の場合においては加熱作用形成ユニット１５のエバポレータ１３を構成している。この配列体によって、前述したシステムの管理を極めて柔軟に行うことができる。図３および図４は、コンクリート製ブロック３内に埋め込まれた伝熱流体用回路１２、１３を備えたブロック３を再び示している。これら回路のそれぞれはコイルをなすよう曲げるのに十分な長さのチューブの一部から形成されている。チューブは例えば直径が１０ｍｍで肉厚が０．５ｍｍのステンレス鋼または銅から形成されうる。これらチューブは合成材料、例えばポリウレタンから、または複合材料からも形成されうる。各回路１２、１３はグリル２８、２９に取り付けられている。グリルは例えば直径が約６ｍｍの金属製バー、特にコンクリート補強用バーより形成されており、これらバーが互いに直角に溶接されていて、例えば一辺が約１５ｃｍの正方形または矩形のメッシュを備えた格子を形成している。このグリルは、バーを溶接または接合させるかもしくは一回で鋳造することにより、合成材料、例えばポリウレタンからも形成できる。グリル２８、２９は回路要素のための支持構造部を構成しており、コンクリートを注入する前に回路を搬送して設置するのに有用である。蓄積装置が予め形成されている場合には、コンクリート製補強用バーから形成されたグリルを使用するのが好ましく、グリルはコンクリートの凝集作用を行う機能を有する。チューブの湾曲作用およびコイルをグリルの交点に正確に取り付ける取付作用は、グリルのバーを配置する溝を備えたプレートの形態をなす支持部によって合理的に行われる。プレートは、コイルの湾曲部を形成する必要のある場所においてチューブを支持部とグリルとに取り付けるグリッパを備えている。コイルをグリルに取り付ける取付技術は後述する。
【００１３】
コイルをグリルに取り付ける取付作用は取付場所において行われるが、製造品質を最適に制御すると共に取付場所における作業時間を最大限可能な程度にまで少なくするために、これら取付作用を工場内で行うのが好ましく、グリル／コイル組立体を既に組み立てられた取付場所まで搬送し、それにより、型枠に直接的に組み込むことができるか、地面の穴内に直接的に配置できる。穴の側部および底部は型枠として機能し、この後にコンクリートを注入する。回路要素の入口部分１２ａ、１３ａおよび出口部分１２ｂ、１３ｂは順次の接続作用を行うことができるのに十分に長いように形成されている。図示される寸法においては、各グリル／コイル組立体の重量は約５０ｋｇから１００ｋｇであり、扱いが容易である。それゆえ、取付場所は特別な重機のために設けられるあらゆるアクセス手段を必要としない。しかしながら、機材の都合が付く場合には、ブロック３は全体が工場内で製造されて、設置準備した製品としての取付場所まで搬送される。
【００１４】
図３から分かるように、二つのグリル２８、２９がブロックの中心において互いに短距離をあけて鉛直位置に配置される。各コイルの回路１２、１３はグリルに対して取り付けられ、これらグリルは回路１２、１３を外方に担持する。一方の組立体におけるグリルとコイルのブランチとは他方の組立体に対して高さ方向にグリルのピッチの半分だけ互いにずれている。この配列体によって、コンクリートおよびグリルの鉄製バーの特性に対して熱を最適に使用することができる。グリルの鉄製バーの特性によって、熱ブリッジの役割を果たすと共に、熱の拡散を促進できる。
【００１５】
ブロックは、蓄積時および「排出」時の両方において熱リザーバとして使用できる。二つの回路、すなわちコンデンサ用回路１２またはエバポレータ用回路１３のうちの一方のみが動作する。しかしながら、機能のシーケンスを、例えば毎日または季節毎に変更できる。それゆえ、二つの回路が同時に機能する場合を想到することができ、エネルギは単にブロックを伝わる。そのような形状は、空気調和作用および温水生成作用が同時でかつ連続的に必要な場所、例えばホテルまたは病院において特に有用である。二つの組立体１２／２８、組立体１３／２９の閉鎖配列体は温度差が極めて小さいという利点を有している。しかしながら、この場合には、グリル２８、２９が図３に示す場合よりもかなり長い距離、概ね５ｃｍから１０ｃｍの間の距離をあけて互いに配置され、それにより、チューブ周りにおけるエネルギ拡散を良好に行うことができる。熱源と熱拡散部との間の温度差が小さい場合には、各組の動作係数（ＣＯＰ）は特に大きい。このことは、例えば居住部屋を暖めるためにオフシーズンにおけるスイミングプールの水からの熱エネルギを使用することを望む場合、または反対に空気調和作用またはパネル９による太陽熱をピックアップすることを用いてスイミングプール内の水を加熱する場合である。ポンプは可逆性であるので、二つの回路を、蓄積装置としてまたは排出のために同時に使用することができる。図５および図６は図３と同様な断面図であって、組立体１２／２８、組立体１３／２９の配列体の二つの変更例を示しており、或る場合にはこれら組立体は前述した選択的実施の場合よりも良好な特性を示す結果になる。これら二つの図面においては、二つのグリル２８、２９の鉛直方向バーは同一平面に配置されており、水平方向バーは可能な限り互いに接近して配置されるか（図５）または好ましくは例えば半分のピッチだけずれて配置されるのが好ましい。
【００１６】
図７は伝熱流体用チューブをグリルに係留するための係留作用を示している。図７は組立体１２／２８および図３の矢印Ａとは反対方向からみた組立体１３／２９を示している。グリル２９の一部はコイルをなすよう曲げられた伝熱流体用チューブ１３の一部の上方に示されている。六つの水平方向ブランチと１８０°をなす四つの屈曲部のみが示されているが、この数は限定されるものではなく、実際にはさらに多数存在するのは明らかである。コイル１３の水平方向ブランチは留め具３０によってグリル９の接続点に固定されており、これら留め具３０は金属製または合成材料製バンド、例えばコルソンカラー（Ｃｏｌｓｏｎ　ｃｏｌｌａｒ）より形成されている。図７における実施例においては、各カラーはグリル上の接続点に取り付けられていて、チューブ１３の水平方向ブランチをグリルの水平方向バーに保持する。図８も配列体を示している。一つの変更例においては、カラーはグリルの接続点に取り付けられていなくてグリルの水平方向バーに沿って取り付けられている。カラーの数およびコイルの各水平方向ブランチ上の別の配列体はケースバイケースで選択される。この係留方法によってチューブは支持グリルのバーに対して圧力を弾性的にかけるようになり、これにより温度変化時に異なるグリル／チューブの拡張作用および収縮作用に対して組立体を耐えさせることができる。さらに、コイルを形成するためのチューブの曲げ部分には、コンクリートに対してチューブが異なるように収縮／拡張するのを許容するデバイスを設けることができる。そのようなデバイスは例えば、圧縮ポリウレタンフォームから形成されるスリーブ３１の形態（図７に略して示す）をなしており、コイルを形成するチューブの曲げ部分周りに配置されうる。
【００１７】
前述したシステムは複数の理由による特別な利点を有している。すなわち、補助源、例えば高い動作係数（ＣＯＰ）のスイミングプールまたは高い動作係数の水循環式ソーラパネル、もしくは煙路または高温太陽炉における熱レキュペレータからのエネルギをピックアップする利点が得られる。季節におけるブロックにおける熱の蓄積作用は、断熱材およびリザーバとして機能する周囲土部まで延ばすことができる。従って、ソーラパネルからの水用チューブをブロック３に直接的に組み入れるか、または複数のブロックに組み入れることができ、これにより熱交換器を介在させるのを避けられる。最終的に、回路１３と組立体１５のみが設けられていてブロック３および周囲土部が夏の間に周囲熱を直接的にピックアップする場合に本発明が適用できるのは明らかである。
【００１８】
従って、本発明に基づく屋内型エネルギ蓄積装置は、熱エネルギ蓄積機、均熱装置、温度交換器または温度調節器、ならびにこれら全ての反対の装置と同等に働きうる。
【００１９】
図１および図３に示される蓄積用ブロックは、頂面の寸法が底面の寸法よりも小さくて断面が三角形または台形型の角柱である。しかしながら、当然に、ブロック３は、当該ブロックが地面に埋め込まれるのを避けられる他のあらゆる形状、例えばＴ字形状または三角形状などであってもよい。
【００２０】
本発明に基づくエネルギ蓄積装置は三つのコンクリート製ブロックを備えるよう説明したが、これらブロックが、他の固体材料または半固体材料、例えばベントナイトまたは他の類似のゲルから形成されていてもよい。
【００２１】
システム全体を有効に管理するのに設けられる手段、例えば複数の方法で流れを制御するための弁、排出装置、必要な場合にはチューブ洗浄装置、測定装置およびモニタリング装置については本明細書では説明しない。これら手段は当然に必要に応じて設けられうる。一方が加熱作用発生器として機能すると共に他方が冷却作用発生器として機能するヒートポンプからなる二つの別個の組について本システムを説明したが、一つのみの組を本システムに設けるようにしてもよい。
【００２２】
さらに、前述した蓄積装置の可能な適用例は家屋の加熱兼空気調和作用に制限されるものではなく、部屋を加熱または冷却する必要のあるあらゆる建物が均等に関係する。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の一つの実施形態に基づく屋内型のエネルギ蓄積装置を備えた加熱兼空気調和システムを含む住宅を示す略斜視図である。
【図２】
本発明に基づく屋内型のエネルギ蓄積装置の好ましい実施形態を示す図である。
【図３】
グリルと伝熱流体回路とにより形成される二つの組立体を含んでいて本発明に基づくブロックを示す断面図である。
【図４】
グリルと伝熱流体回路とにより形成される二つの組立体を含んでいて本発明に基づくブロックを示していて図３の矢印Ａの方向からみた正面図である。
【図５】
グリルに関する二つの変更配列体を示す図３に類似の断面図である。
【図６】
グリルに関する二つの変更配列体を示す図３に類似の断面図である。
【図７】
グリルに取り付けられた回路の正面図であり、バーが交差する位置におけるコイルの係留作用を示している。
【図８】
キャリア用グリルのバーの交点でかつパイプ上の所定の位置における係留用フランジを示す拡大斜視図である。
【国際公開パンフレット】
2004508531.tif 000003
2004508531.tif 000004
2004508531.tif 000005
2004508531.tif 000006
2004508531.tif 000007
2004508531.tif 000008
2004508531.tif 000009
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2004508531.tif 000011
2004508531.tif 000012
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2004508531.tif 000014
2004508531.tif 000015
2004508531.tif 000016
2004508531.tif 000017
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2004508531.tif 000019
2004508531.tif 000020
2004508531.tif 000021
2004508531.tif 000022
2004508531.tif 000023
【国際調査報告】
2004508531.tif 000024
2004508531.tif 000025
2004508531.tif 000026
2004508531.tif 000027
2004508531.tif 000028
2004508531.tif 000029