(57)【要約】本発明は、栽培用の領域を備えた栽培用の構造体及び当該栽培用の構造体の動作方法に関する。栽培用の構造体は地下熱エネルギー貯蔵装置に接続されている。当該構造体は、構造体の室内気候を制御するための加熱冷却システムを備え、当該加熱冷却システムは、構造体内の空気からの熱を地下熱エネルギー貯蔵装置内に移送することにより、構造体内の空気を冷却するように構成されており、かつ、当該加熱冷却システムは、地下熱エネルギー貯蔵装置からの熱を構造体内に移送することにより、構造体内の空気を加熱するように構成されている。
2018509892.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地下熱エネルギー貯蔵装置に接続された栽培用の領域を備える栽培用の構造体であって、前記構造体は、
前記構造体の室内気候を制御するための加熱冷却システムを備え、
前記加熱冷却システムは、前記構造体内の空気からの熱を前記地下熱エネルギー貯蔵装置内に移送することにより、前記構造体内の空気を冷却するように構成されており、かつ
前記加熱冷却システムは、前記地下熱エネルギー貯蔵装置からの熱を前記構造体内に移送することにより、前記構造体内の空気を加熱するように構成されている、
栽培用の構造体。
【請求項２】
前記地下熱エネルギー貯蔵装置は鉛直の温度勾配を有し、
前記加熱冷却システムは循環システムを備え、当該循環システムは、前記地下熱エネルギー貯蔵装置の第１の鉛直高さ位置から流体を回収し、その流体と前記構造体内の空気との間で熱及び冷気の少なくとも一方が交換されるように当該流体を前記構造体内で循環させ、当該流体を前記地下熱エネルギー貯蔵装置の第２の鉛直高さ位置に戻すように構成されている、
請求項１に記載の栽培用の構造体。
【請求項３】
栽培用の前記領域を照らすように構成された複数の光源と、
前記構造体に接続され、かつ複数の前記光源に電力を供給するように構成された複数の太陽電池とをさらに備える、
請求項１又は２に記載の栽培用の構造体。
【請求項４】
前記加熱冷却システムは制御システムを備え、
当該制御システムは、前記室内気候を制御するように構成されるとともに前記構造体内の湿度、温度、明るさ、及び二酸化炭素のうちの少なくとも１つを制御するように構成されている、
請求項１〜３のうちのいずれか一項に記載の栽培用の構造体。
【請求項５】
前記制御システムは、温度、湿度、明るさ、及び二酸化炭素のうちの少なくとも１つを測定するように構成された複数の測定ユニットを備える、
請求項１〜４のうちのいずれか一項に記載の栽培用の構造体。
【請求項６】
前記地下熱エネルギー貯蔵装置は、鉛直の温度勾配と、内部複合加熱冷却装置とを有し、
前記内部複合加熱冷却装置は、前記エネルギー貯蔵装置から第１の温度を有する流体を回収し、より高い第２の温度を有する加熱された流体及びより低い第３の温度を有する冷却された流体を戻すように構成されており、
複数の前記太陽電池は前記内部複合加熱冷却装置に電力を供給するように構成されている、
請求項１〜５のうちのいずれか一項に記載の栽培用の構造体。
【請求項７】
前記太陽電池は太陽光に対して少なくとも部分的に半透明である、
請求項１〜６のうちのいずれか一項に記載の栽培用の構造体。
【請求項８】
複数の前記太陽電池は、前記構造体の頂部及び側部のうちの少なくとも一方に配置されている、
請求項１〜７のうちのいずれか一項に記載の栽培用の構造体。
【請求項９】
前記構造体は少なくとも部分的に不透明である、
請求項１〜８のうちのいずれか一項に記載の栽培用の構造体。
【請求項１０】
前記構造体の屋根は、透明及びドーム形のうちの少なくとも一方である、
請求項１〜９のうちのいずれか一項に記載の栽培用の構造体。
【請求項１１】
前記構造体は、建物、建物の一部、温室、トンネル、トンネルの一部、覆われた採掘場、及び地球外の覆われたクレータのうちの少なくとも１つである、
請求項１〜１０のうちのいずれか一項に記載の栽培用の構造体。
【請求項１２】
前記構造体が少なくとも１つのミラーを備えることと、前記構造体の内部の少なくとも一部が反射コーティングを備えることと、前記構造体の内部の少なくとも一部が蛍光コーティングを有することと、のうちの少なくとも１つを備える、
請求項１〜１１のうちのいずれか一項に記載の栽培用の構造体。
【請求項１３】
前記構造体は異なる温度を有する複数の気候領域を備える、
請求項１〜１２のうちのいずれか一項に記載の栽培用の構造体。
【請求項１４】
複数の前記気候領域が鉛直に配置されているか、水平に配置されているか、或いは鉛直且つ水平に配置されている、
請求項１３に記載の栽培用の構造体。
【請求項１５】
前記加熱冷却システムは、前記構造体の空気中の蒸気を水に変形させることによって前記構造体の空気から水を回収するように構成された少なくとも１つの加熱冷却ユニットを備える、
請求項１〜１４のうちのいずれか一項に記載の栽培用の構造体。
【請求項１６】
前記加熱冷却システムは、前記構造体に接続された冷却ユニットを備え、
前記冷却ユニットは、前記構造体の外部の空気から熱を回収するように構成されており、
前記加熱冷却システムは、回収された熱を前記地下熱エネルギー貯蔵装置内に移送するように構成されている、
請求項１〜１５のうちのいずれか一項に記載の栽培用の構造体。
【請求項１７】
前記加熱冷却システムに接続され、かつ回収された水を前記加熱冷却システムから栽培用の前記領域に移送するように構成された灌漑システムをさらに備える、
請求項１５又は１６に記載の栽培用の構造体。
【請求項１８】
雨から水を回収するように構成された集雨装置を備え、
前記集雨装置は、前記灌漑装置及び前記加熱冷却システムのうちの少なくとも一方に接続されている、
請求項１７に記載の栽培用の構造体。
【請求項１９】
前記灌漑装置及び前記加熱冷却システムのうちの少なくとも一方は、外部の水システムに接続されており、回収された水を前記外部の水システムに提供するように構成されている、
請求項１７又は１８に記載の栽培用の構造体。
【請求項２０】
栽培用の前記領域は複数のサブ領域を備え、当該サブ領域は前記構造体の複数の高さ位置に配置されており、
複数の前記光源が複数の前記サブ領域を照らすように構成されていることと、前記灌漑システムが複数の前記サブ領域を灌漑するように構成されていることと、のうちの少なくとも一方を備える、
請求項１７〜１９のうちのいずれか一項に記載の栽培用の構造体。
【請求項２１】
栽培用の前記領域に接続された水産養殖をさらに備える、
請求項１〜２０のうちのいずれか一項に記載の栽培用の構造体。
【請求項２２】
栽培用の前記領域がハイドロカルチャーシステムを備える、
請求項１〜２１のうちのいずれか一項に記載の栽培用の構造体。
【請求項２３】
栽培用の領域を備える栽培用の構造体の動作方法であって、前記方法は、
前記構造体内の空気からの熱を前記地下熱エネルギー貯蔵装置内に移送することにより前記構造体内の空気を冷却することと、前記地下熱エネルギー貯蔵装置からの熱を前記構造体内に移送することにより前記構造体内の空気を加熱することとのうちの少なくとも一方を行なう加熱冷却システムを備える方法。
【請求項２４】
循環システムをさらに備え、当該循環システムは、前記地下熱エネルギー貯蔵装置の第１の鉛直高さ位置から流体を回収し、その流体と前記構造体内の空気との間で熱及び冷気の少なくとも一方が交換されるように当該流体を前記構造体内で循環させ、当該流体を前記地下熱エネルギー貯蔵装置の第２の鉛直高さ位置に戻す、
請求項２３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に、熱エネルギー貯蔵装置に接続された栽培用の構造体及び当該栽培用の構造体の動作方法に関し、特に、環境に優しく且つエネルギー効率のよい栽培用の領域を備えた栽培用の構造体及び当該栽培用の構造体の動作方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
環境的に管理された領域で植物を育てるという考えは、ローマ時代から存在している。今日、ガラス又はプラスチックの屋根及び壁を有する温室が使用されている。温室は、入ってくる太陽光によって暖められる。光のエネルギーは部分的に熱に変換され、温室内の植物の光合成に部分的に利用される。光の一部は、反射して温室のガラスを介して周囲に放出される。
【０００３】
屋根及び壁は、気候シェルと屋内気候とを作り出す。屋内気候におけるエネルギーバランスは、太陽光からの熱と、照明と、人と、植物と、気候シェルを介して（例えば、窓を介して）外に伝わる熱と、換気損失との間で作り出される。
【０００４】
暖かい季節には、しばしば温室内の空気が植物にとって暖かくなり過ぎる。光合成プロセスは、光からのエネルギーを使って、二酸化炭素及び水を炭水化物（糖、繊維など）及び酸素（６ＣＯ２＋６Ｈ２Ｏ＝＞Ｃ６Ｈ１２Ｏ６＋６Ｏ２）に変換する。光量が不十分な場合、プロセスは逆転（呼吸）し、ＣＯ２とエネルギー（熱）とが生成される。植物の別のプロセスは、植物の葉に水と栄養素とを運ぶことを含む蒸散である。光合成プロセスは、光、二酸化炭素、空気湿度、および温度の最適条件に依存する。高すぎる温度および低すぎる空気湿度では、葉の気孔が閉鎖されることによってプロセスが抑制され、その結果、光合成が劇的に減少する。光合成が適切に機能し、得られる果物および植物の品質を向上させるために、温度は２５℃を超えないことが好ましい。それ故に、過剰な熱は、通常、温室内の窓およびドアを開くことによって放出される。しかし、温室を開くことによって害虫が温室に侵入し、有機的方法を使用することが困難になる。温室の換気は追加されたＣＯ２ガスを外に排出し、温室効果ガスが排出されることとなる。換気の際には水が失われ、温室の水の使用量が増加する。
【０００５】
さらに、室外温度以下の温度を達成するためには、能動的な冷却が必要とされる。気候シェルの断熱が不十分な場合、能動的な冷却の量が増加する。さらに、温室を使用すると生育期は長くなるが、北部では太陽光の量が少なく、かつ気候が寒冷なため、生育期が比較的短くなる。
【０００６】
その期間を長くするために、人工的な光と暖房とが温室に適用され、さらに、水と栄養とが加えられる。付加的な光は、電力消費と内部熱利得とを増加させ、その結果、暖房期に外部の冷却が必要となる。成長を向上させるもう１つの方法は、二酸化炭素（ＣＯ２）を空気に加えることであり、収穫量と生産量とが向上する。
【０００７】
ガラスの屋根や壁を有する温室は、従来の建物に比べて耐熱性が低いため、暖房期には従来の建物よりも多くの暖房が必要とされる。付加的な光の一部は、温室のガラスからも放出される。
【０００８】
強い日差しでは、太陽からの照射が植物にとっての最適レベルを超過する。この理由のため、植物への太陽光の入射量を減少させるサンスクリーンが使用される。
熱は主に寒冷期に加えられ、社会の至るところでエネルギー消費及び火力が必要とされる時期にこれらが増加し、ピーク負荷が増加する。温室を暖房すると、ガラスの内側の面に水が凝縮し、入射する放射線の量が減少する。湿度の高い湿った領域で菌や藻類が生育する。湿度が定常的に高くなることは、通常、換気すること又は温度を上昇させることによって回避される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、上述の欠点の１つまたは複数を解決するか、または少なくとも低減することである。一般に、上記の目的は、添付の独立した特許請求の範囲によって達成される。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
第１の態様によれば、本発明は、地下熱エネルギー貯蔵装置に接続された栽培用の領域を備える栽培用の構造体により実現される。構造体は、構造体の室内気候を制御するための加熱冷却システムを備え、加熱冷却システムは、構造体内の空気からの熱を地下熱エネルギー貯蔵装置内に移送することにより、構造体内の空気を冷却するように構成されており、加熱冷却システムは、前記地下熱エネルギー貯蔵装置からの熱を前記構造体内に移送することにより、構造体内の空気を加熱するように構成されている。
【００１１】
その栽培用の構造体は環境に優しい解決策を提供する。余分な熱を地下熱エネルギー貯蔵装置に蓄えることが可能なため、暖房の必要があるときにその熱を使用することが可能である。さらに、構造体を開放することなく構造体内の空気を冷却することが可能である。このことは、二酸化炭素が排出されず、害虫を侵入させず、構造体内の空気を屋外の温度以下の温度まで冷却することが可能であるという点で有利である。
【００１２】
さらに、構造体が暖房を必要とする場合、加熱冷却システムは、熱エネルギー貯蔵装置に蓄えられた熱を使用する。このことは環境的に望ましい。この熱は構造体内で生成されたものである。オイル、ガス、または他の化石エネルギー源による暖房が必要でなく、このことは環境にとって有益である。
【００１３】
さらに、栽培用の構造体は、食料生産（食用植物の栽培）中の熱回収を可能にする。栽培用の構造体において食用植物を栽培することにより食料の生産が熱源として使用され得る。食用でない植物もまた、栽培用の構造体において栽培され得ることに留意されたい。
【００１４】
栽培用の構造体において、地下熱エネルギー貯蔵装置は鉛直の温度勾配を有し、加熱冷却システムは循環システムを備え、当該循環システムは、地下熱エネルギー貯蔵装置の第１の鉛直高さ位置から流体を回収し、その流体と構造体内の空気との間で熱及び冷気のうちの少なくとも一方が交換されるように当該流体を構造体内で循環させ、当該流体を地下熱エネルギー貯蔵装置の第２の鉛直高さ位置に戻すように構成されている。
【００１５】
従って、所定の時間における送電網及びエネルギー貯蔵装置の特定の条件に応じて流体を回収および放出する温度レベルを選択することによって、エネルギーの貯蔵を最適化する可能性がある。
【００１６】
栽培用の構造体は、さらに、栽培用の領域を照らすように構成された複数の光源と、構造体に接続され、かつ複数の光源に電力を供給するように構成された複数の太陽電池とをさらに備え得る。
【００１７】
光源は、例えば、ＬＥＤ（発光ダイオード）、ナトリウムランプ、蛍光ランプ、または栽培用の領域の照明に適した他のランプであってもよい。ＬＥＤは節電型であり、例えばナトリウムランプほどの熱を発しないので、冷房の必要性が低減される。ナトリウムランプを使用する場合、冷房の必要性が増大する。さらに、太陽電池は、太陽エネルギーを使用して少なくとも部分的に栽培用の構造体を稼動することを可能にする。
【００１８】
複数のＬＥＤは、栽培用の領域を照らす光が栽培されるものに適合し得るように、異なる波長の光を発するように構成されてもよい。
前記加熱冷却システムは制御システムを備え得る。当該制御システムは、室内気候を制御するように構成されるとともに構造体内の湿度、温度、明るさ、及び二酸化炭素のうちの少なくとも１つを制御するように構成される。このことは、屋内気候が栽培用の構造体内で栽培される植物の生育条件に影響を及ぼすため有利である。栽培用の構造体内で栽培される植物の生育サイクルは、異なる方法で操作され得る。
【００１９】
制御システムは、温度、湿度、明るさ、及び二酸化炭素のうちの少なくとも１つを測定するように構成された複数の測定ユニットを備え得る。このことは、温度、湿度、光、及び二酸化炭素に関する情報を制御システムに提供することができる点で有利である。
【００２０】
熱エネルギー貯蔵装置及び栽培用の構造体のうちの少なくとも一方は少なくとも１つの住宅に接続されてもよい。制御システムは、栽培用の構造体の朝の空気を冷却するように設定され得る。これは、多くの人々が朝にシャワーを浴びるため有利である。このことに加えて、又はこのことに代えて、制御システムは、栽培用の構造体の夜の空気を加熱するように設定され得る。このことは、多くの人々が夜に料理するため有利である。
【００２１】
加熱冷却システムは、夜間、昼間、栽培されるもの成長サイクルにおける時点、及び構造体内の空気の温度のうちの少なくとも１つに基づいて室内気候を制御するように構成された制御システムを含み得る。栽培されるものは、少なくとも１つの植物、特に少なくとも１つの食用の植物であり得る。栽培用の構造体は、栽培されるものの成長サイクル間において暖房及び冷房のうちの少なくとも一方を適応させる。また、栽培される植物は、例えば、一年または多年にわたることができ、室内気候の制御はそれに適応することが可能である。一実施形態において、屋内気候を制御することは、構造体内の空気の温度を適合させることを含む。
【００２２】
栽培用の構造体において、地下熱エネルギー貯蔵装置は、鉛直の温度勾配と、内部複合加熱冷却装置とを有し、内部複合加熱冷却装置は、エネルギー貯蔵装置から第１の温度を有する流体を回収し、より高い第２の温度を有する加熱された流体及びより低い第３の温度を有する冷却された流体を戻すように構成されており、複数の太陽電池は内部複合加熱冷却装置に電力を供給するように構成されている。従って、所定の時間における送電網及びエネルギー貯蔵装置の特定の条件に応じて流体を回収および放出する温度レベルを選択することによって、エネルギーの貯蔵を最適化する可能性がある。他の利点は、送電網内の余剰な電気エネルギーの利用、及び電気生産と電気エネルギーの消費とのバランスを容易にとれることの可能性である。
【００２３】
太陽電池は太陽光に対して少なくとも部分的に半透明である。このことは、構造体における透明の部分に太陽電池を配置し得るという点で有利である。
複数の太陽電池は、構造体の頂部及び側部のうちの少なくとも一方に配置されている。一実施形態において、太陽電池は構造体の窓及び壁のうちの少なくとも一方に配置され得る。一実施形態において、構造体の窓は太陽電池を備え得る。
【００２４】
構造体は少なくとも部分的に不透明である。このことは、栽培用の構造体における透明な部分を透過することによって失われる光が少なくなるという点で有利である。建物の熱貫流抵抗が増加すると、回収されて熱エネルギー貯蔵装置に移送される熱の量が増加する。熱エネルギー貯蔵装置内の熱は、必要なときに栽培用の構造体を暖房するために後で利用することが可能である。このことは、例えば地域暖房システムから栽培用の構造体への熱の導入が少なくて済むか、又は熱の導入が必要ないという点で有利である。さらに、栽培用の構造体内で生成され、熱エネルギー貯蔵装置に貯蔵された熱は、他の場所に移送されてもよい。この熱は、その後、建物の暖房、家庭用温水等に使用することが可能であり、化石燃料などの他の熱源を置き換えることが可能である。十分に断熱された栽培用の構造体に対しては、外部からの熱を加える必要はなく、年間を通じて熱エネルギー貯蔵装置から熱を運び出すことが可能である。従って、一実施形態において、栽培用の構造体は不透明であり得る。
【００２５】
一実施形態において、栽培用の構造体の約１０％が半透明である。このことは、条件が釣り合う点で有利である。十分な光が栽培用の構造体内に流入されるのと同時に、透過によって失われる熱が比較的少なくなる。
【００２６】
構造体の屋根は、透明及びドーム形のうちの少なくとも一方である。透明な屋根を有することにより、屋根を介した光の流入が可能になる。透明な屋根を有する実施形態において、太陽電池は、少なくとも部分的に透明であり得る。
【００２７】
構造体は、建物、建物の一部、温室、トンネル、トンネルの一部、覆われた採掘場、及び地球外の覆われたクレータのうちの少なくとも１つである。従って、栽培用の構造体はとても適応性がある。
【００２８】
構造体は少なくとも１つのミラーを備え得る。このことは、光が反射されて例えば構造体内の植物の方に向けられ得るという点で有利である。
構造体の内部の少なくとも一部は反射コーティングを備える。このことは、光が反射されて例えば構造体内の植物の方に向けられ得るという点で有利である。
【００２９】
構造体の内部の少なくとも一部は蛍光コーティングを有する。このことは、適切でない光の周波数がより望ましい周波数に変換され得るという点で有利である。一例として、黄色光は赤色光に変換され得る。
【００３０】
構造体は異なる温度を有する複数の気候領域を備え得る。従って、気候の点で異なる要件を有する異なる生物が同じ構造体内に存在し得る。
複数の気候領域は、鉛直に配置されているか、水平に配置されているか、或いは鉛直且つ水平に配置され得る。従って、構造体内の空間を効率的に使用することが可能である。
【００３１】
加熱冷却システムは、少なくとも１つの加熱冷却ユニットを備える。当該少なくとも１つの加熱冷却ユニットは、構造体の空気中の蒸気を水に変形させることによって構造体の空気から水を回収するように構成され得る。このことは、水が抽出され、他の目的のために使用され得るという点で有利である。さらに、蒸気を排出するために構造体が開放されないため、害虫が入ることがなく、ＣＯ２ガスが排出されない。
【００３２】
加熱冷却システムは、構造体に接続された冷却ユニットを備えることが可能であり、当該冷却ユニットは、構造体の外部の空気から熱を回収するように構成され得、加熱冷却システムは、回収された熱を地下熱エネルギー貯蔵装置内に移送するように構成され得る。このことは、システムの利用及び効率、パイプの数、投資コスト、性能係数に関して有利である。さらに、構造体を冷却するために地下熱エネルギー貯蔵装置から回収された液体と、冷却ユニット内を循環した後の液体の温度との差が増加する。さらに、より凝縮された水が構造体の外部に形成されると、より多くの水を回収することが可能である。
【００３３】
冷却ユニットは、構造体の周囲の空気中の蒸気を水に変形させることによって構造体の外部の空気から水を回収するように構成され得る。このことは、他の目的のために使用され得る水がより多く抽出されるという点で有利である。
【００３４】
栽培用の構造体は、灌漑システムを備え得る。灌漑システムは、栽培用の領域を灌漑するように構成され得る。灌漑システムは、加熱冷却システムに接続され得、回収された水を加熱冷却システムから栽培用の領域に移送するように構成され得る。環境には、栽培用の領域は、使用する水を運ばせる代わりに灌漑システムにより回収し得ることが好ましい。
【００３５】
栽培用の構造体は、雨から水を回収するように構成された集雨装置を備え得る。集雨装置は、灌漑装置及び加熱冷却システムのうちの少なくとも一方に接続され得る。環境には、栽培用の構造体は、水を運ばせる代わりに水を回収し得ることが好ましい。
【００３６】
灌漑装置は外部の水システムに接続され得、その外部の水システムに水を運ばせる代わりに回収された水を提供するように構成され得る。環境には、栽培用の構造体は、水を回収し得ることが好ましい。
【００３７】
栽培用の領域は複数のサブ領域を備えることが可能であり、当該サブ領域は構造体の複数の高さ位置に配置されており、複数の光源が複数のサブ領域を照らすように構成されていることと、灌漑システムが複数のサブ領域を灌漑するように構成されていることと、のうちの少なくとも一方を備える。したがって、構造体内の空間が効率的に使用され得る。
【００３８】
栽培用の構造体は、栽培用の領域に接続された水産養殖をさらに備え得る。このことは、栽培用の領域に養分を供給することができる点で有利である。
栽培用の領域は、ハイドロカルチャーシステムを備え得る。このことは、栽培をより効率的に行なうことが可能である点で有利である。
【００３９】
第２の態様によれば、本発明は、栽培用の領域を備える栽培用の構造体の動作方法により実現される。その方法は、構造体内の空気からの熱を地下熱エネルギー貯蔵装置内に移送することにより構造体内の空気を冷却することと、地下熱エネルギー貯蔵装置からの熱を構造体内に移送することにより構造体内の空気を加熱することとのうちの少なくとも一方を行なう加熱冷却システムを備える。
【００４０】
その方法は、循環システムをさらに備えることが可能であり、当該循環システムは、地下熱エネルギー貯蔵装置の第１の鉛直高さ位置から流体を回収し、その流体と構造体内の空気との間で熱及び冷気の少なくとも一方が交換されるように当該流体を構造体内で循環させ、当該流体を地下熱エネルギー貯蔵装置の第２の鉛直高さ位置に戻す。
【００４１】
その方法は、さらに、複数の太陽電池からの熱を地下熱エネルギー貯蔵装置に移送することによって太陽電池を冷却することを含み得る。
その方法において、加熱冷却システムは、構造体の空気中の蒸気を水に変換することによって、構造体の空気から水を回収する、少なくとも１つの加熱冷却ユニットを備え得る。
【００４２】
その方法において、加熱冷却システムは、構造体の外部の空気から熱を回収する冷却ユニットを備えることが可能であり、加熱冷却システムは、回収された熱を地下熱エネルギー貯蔵装置内に移送する。
【００４３】
その方法において、冷却ユニットは、構造体の外部の空気中の蒸気を水に変換することによって、構造体の外部の空気から水を回収する。
その方法は、灌漑システムを用いて、回収された水を加熱冷却システムから栽培用の領域に移送することをさらに含み得る。
【００４４】
第１の態様の利点は、第２の態様に同等に適用可能である。さらに、第２の態様は、第１の態様に従って具体化されてもよく、第１の態様は第２の態様に従って具体化され得ることに留意されたい。栽培用の構造体は、場合によっては、設備と称され得る。
【００４５】
本発明の他の目的、特徴および利点は、以下の詳細な説明、添付の請求項、及び図面から明らかになるであろう。
一般に、特許請求の範囲で使用される全ての用語は、本明細書で明示的に定義されない限り、技術分野における通常の意味に従って解釈されるべきである。本明細書で開示される方法のステップは、明示的に述べられていない限り、開示された正確な順序で実施される必要はない。さらに、「備える」という単語は、他の要素またはステップを排除するものではない。
【００４６】
本発明の他の特徴および利点は、添付の図面を参照して、好ましい実施形態の以下の詳細な説明から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明のシステムの一実施形態を示す断面斜視図。
【図２Ａ】本発明のシステムの一実施形態を示す断面斜視図。
【図２Ｂ】図２Ａの本発明のシステムの一実施形態の一部を示す斜視図。
【図３Ａ】本発明のシステムの一実施形態を示す断面斜視図。
【図３Ｂ】本発明のシステムの一実施形態を示す斜視図。
【図４】本発明のシステムの一実施形態を示す斜視図。
【図５】本発明のシステムの一実施形態を示す概略図。
【図６】本発明の構造体の一実施形態を示す斜視図。
【図７】図１の本発明の栽培用の構造体の一実施形態を示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００４８】
以下、本発明の特定の実施形態を示す添付の図面を参照して、本発明をより詳しく説明する。しかし、本発明は、多くの異なる形態で実施することが可能であり、本明細書に記載の実施形態に限定されるものと解釈すべきではない。むしろ、これらの実施形態は、本開示が完全かつ完璧であり、本発明の範囲を当業者に十分に伝えるように、例として提供される。同様の番号は、全体を通して同様の要素を指す。
【００４９】
本発明の栽培用の構造体及び方法は、食物、熱、冷気、光、及び水のうちの少なくとも１つを提供することが可能である。さらに、システムは、適応性があり、例えば、作物のできない場所や異なる気候の場所に配置され得る。さらに、温度、湿気、および照明を変化させることによって屋内気候を変化させることができるため、すべてのタイプの植物を構造体内で栽培することが可能である。本発明のシステムおよび方法の少なくとも一方を使用することにより、本来は北部で生育する植物を、例えば、サハラで生育させることが可能である。
【００５０】
光合成の好ましい温度は約２０℃である。栽培用の構造体の内部の温度は、栽培される植物の種類および望まれる結果に適合させることが可能である。
ＬＥＤ（発光ダイオード）は、エネルギー効率が高く、長寿命である。さらに、それらは、植物への照明が植物の種類および成長段階のうちの少なくとも一方に適合されるように、光スペクトルを調整する可能性を提供し得る。代わりに、照明からの内部熱負荷は、栽培用の構造体によって必要とされる加熱力と均衡を保つことが可能である。
【００５１】
本発明の栽培用の構造体は、栽培用の領域を含み、地下熱エネルギー貯蔵装置に接続されている。栽培用の構造体は、地下熱エネルギー貯蔵装置に接続された加熱冷却システムをさらに備えている。加熱冷却システムは、構造体内の空気からの熱を地下熱エネルギー貯蔵装置に移送することによって、構造体内の空気を冷却するように構成される。加熱冷却システムは、地下熱エネルギー貯蔵装置から構造体に熱を移送することによって、構造体内の空気を加熱するように構成される。
【００５２】
図１は、本発明の一実施形態に係る栽培用の構造体１００を示す。構造体２００は、断熱され得る屋根２１０及び壁２２０と、少なくとも１つの窓２３０とを有する不透明な建物である。１つの実施形態では、構造体２００は窓を備えないことに留意されたい。
【００５３】
屋根２１０及び少なくとも１つの窓２３０は、透明または少なくとも部分的に透明な複数の太陽電池２１２，２３２を備える。したがって、太陽光は、太陽電池２１２，２３２を介して構造体に入ることができる。一実施形態では、屋根２１０の全体が太陽電池で覆われる。
【００５４】
構造体１００は、屋根裏部屋２４０及び１階２５０を備える。１階２５０は、栽培用の領域２６０を有する。複数のＬＥＤ２７０が、栽培用の領域２６０を照らすように配置されている。複数のＬＥＤ２７０は、例えば、栽培用の領域２６０の上方に配置され得る。
【００５５】
太陽電池２１２，２３２は、複数のＬＥＤ２７０に電力を供給するように構成され得る。一実施形態において、太陽電池は、少なくとも部分的に複数のＬＥＤに電力を供給するように構成されている。太陽電池は、太陽光のエネルギーを電気に変換するように構成されている。一実施形態では、太陽電池は変圧器を介してＬＥＤに直接接続される。代わりに、太陽電池を送電網に接続し、また、ＬＥＤを送電網に接続することが有利であり得る。このようにすることで、過剰な電力が他の場所で使用され得る。ナトリウムランプ等の他の光源が使用され得ることに留意されたい。
【００５６】
栽培用の構造体１００は、加熱冷却ユニット２８０と、冷却ユニット２９０と、外部冷却ユニット２９５と、それらのユニット２８０，２９０，２９５に接続された地下熱エネルギー貯蔵装置３００とを備える。ユニット２８０，２９０，２９５は、加熱冷却システムに含まれる。加熱冷却システムはまた、ユニット２８０，２９０，２９５および地下熱エネルギー貯蔵装置３００のうちの少なくとも一方に接続するパイプを備え得る。パイプは構造体内に延在し得る。パイプは、その内部と周囲との間で熱及び冷気のうちの少なくとも一方を交換するように構成され得る。パイプは循環システムと称され得る。なお、加熱冷却システムは複数の加熱冷却ユニットを備えてもよく、それらの複数の加熱冷却ユニットは直列に接続されていてもよい。加熱冷却ユニット２８０は、構造体２００内の空気、本実施形態では１階２５０内の空気を冷却するように構成されている。このことは、地下熱エネルギー貯蔵装置３００から、例えば水といった冷却液を回収する装置、より具体的には加熱冷却システムによって実行され得る。冷却液は、例えば、約８℃の温度を有し得る。他の温度も可能であることに留意されたい。冷却液は、パイプを用いて地下熱エネルギー貯蔵装置３００と加熱冷却ユニット２８０との間を循環して運ばれ、構造体内の空気によって間接的に加熱される。加熱された冷却液は、地下熱エネルギー貯蔵装置に戻される。加熱された冷却液は、例えば、約１８℃の温度を有し得る。しかし、他の温度も可能であることに留意されたい。
【００５７】
一実施形態において、冷却液は、地上の１階２５０の空気によって加熱された後に屋根裏部屋２４０に運ばれる。屋根裏部屋２４０において、冷却液は、例えば、太陽電池並びに窓又は太陽電池又は窓を介して伝達される太陽熱及び太陽電池からの熱のうちの少なくとも一方によってさらに加熱される。地下熱エネルギー貯蔵装置３００から構造体２００に冷却液を送り込むポンプ（図示せず）が配置されている。屋根裏部屋内の冷却液をさらに加熱することにより、同量のポンプ能力を使用してより多くの熱を地下熱エネルギー貯蔵装置３００に移送することができるため、装置の効率が向上する。
【００５８】
一実施形態において、屋根裏部屋２６０では、冷却液は、太陽電池に沿って延びるパイプ内を循環する。図１の実施形態では、冷却液は冷却ユニット２９０内を循環する。
装置の効率をさらに高めるために、冷却液は、構造体２００の外部に配置された外部冷却ユニット２９５に運ばれ、構造体の外部の空気によって加熱されてもよい。
【００５９】
加熱冷却ユニット２８０は、構造体２００内の空気を、本実施形態では、１階２５０内の空気を加熱するように構成されている。このことは、地下熱エネルギー貯蔵装置３００から例えば水などの熱媒液を回収する装置によって行なわれる。熱媒液は、パイプを利用して地下熱エネルギー貯蔵装置３００と加熱冷却ユニット２８０との間を循環して移動され、構造体内の空気によって間接的に冷却される。冷却された熱媒液は、地下熱エネルギー貯蔵装置に戻される。
【００６０】
地下熱エネルギー貯蔵装置３００は、岩、岩盤、土壌等の地下媒体内に形成されてもよい。地下熱エネルギー貯蔵装置３００は、トンネル壁を有する少なくとも１つの地下トンネルを含む。地下トンネルおよびトンネル壁は、地下媒体内に形成される。
【００６１】
地下熱エネルギー貯蔵装置３００は、トンネルの断面積よりも小さい断面積を有する少なくとも１つのチャネルを備え得る。そのチャネルは地下媒体内に形成される。一実施形態において、地下熱エネルギー貯蔵装置３００は、少なくとも１つのシャフト及び少なくとも１つのチャンバのうちの少なくとも一方を備える。地下熱エネルギー貯蔵装置は、図２Ａに関連してさらに説明される。
【００６２】
構造体２００は、異なる温度を有する複数の気候区域を含み得る。図１の実施形態では、１つの気候区域が、サブ領域２６２に沿って延びるように配置されている。このような気候区域を形成するために、気候区域の範囲を定める又は気候区域を画定する少なくとも１つの壁が配置される。少なくとも１つの壁は、サブ領域２６２に沿って延びるように配置され得る。
【００６３】
加熱冷却ユニット２８０は、構造体２００の空気中の蒸気を水に変換することによって、構造体２００の空気から水を回収するように構成され得る。例えば、温室では、約８０％の相対大気湿度であって、約９０％未満の相対大気湿度を有することが好ましい。相対大気湿度は、構造体内で育成される植物のタイプに適合させることが可能である。栽培用の構造体は、湿度を測定するように構成された測定ユニットを含み得る。測定ユニットは、加熱冷却システムの制御システムに接続され得る。空気中の水は、灌漑、植物の蒸散、及び植物からの蒸発から生じる。周囲の空気の温度及び湿度は、植物の蒸散に影響を及ぼす。
【００６４】
空気が冷たい場合、空気が含む蒸気は少ない。空気から水を回収する際に回収される熱は、地下熱エネルギー貯蔵装置、地域暖房システムに運ばれるか、他の世帯に販売されるか、又は、地下熱エネルギー貯蔵装置及び地域暖房システムに運ばれ、かつ他の世帯に販売される。
【００６５】
冷却ユニット２９０は、空気中の蒸気を水に変換することによって屋根裏部屋２４０内の空気から水を回収するように構成され得る。外部冷却ユニット２９５は、構造体２００の周囲の空気中の蒸気を水に変換することによって、構造体２００の外部の空気から水を回収するように構成され得る。
【００６６】
構造体２００は、栽培用の領域２６０を灌漑するように構成された灌漑システムを備え得る。灌漑システムは、加熱冷却システムに接続され、加熱冷却システムから回収した水を栽培用の領域２６０に移送するように構成され得る。灌漑システムは、雨水を回収するように構成された集雨装置（図示せず）に接続され得る。回収された水は、蒸留水とほぼ同じくらい清潔であり得る。回収された水の量が灌漑システムによって必要とされる量よりも多い場合、余分な水が設備から移送されてもよい。必要に応じて、余分な水を他の世帯に販売することが可能である。この設備は、例えば、藻類、粉塵、及び粒子からの水を浄化するための浄化装置を備え得る。
【００６７】
一実施形態において、灌漑システムは、構造体内に配置され、栽培領域を灌水するように構成された複数のノズルを備える。ノズルから水を噴出させることが可能である。一実施形態において、構造体内の空気は、ノズルから噴霧される噴霧水によって加熱及び冷却の少なくとも一方をなされ得る。ノズルから放出される水の量は、灌漑に必要な水の量と、加熱及び冷却の少なくとも一方のための付加的な量とを含むことが好ましい。ノズルが熱および冷気の少なくとも一方を提供するとき、ノズルは加熱冷却システムに含まれてもよい。
【００６８】
図２Ａは、本発明の栽培用の構造体の一実施形態を示す。設備１０２において、構造体２０２は、断熱され得る屋根２１０及び壁２２０を有する不透明な建物である。複数の太陽電池２１２が屋根２１０上に配置され、複数の太陽電池２１２は、透明であるか、または少なくとも部分的に透明である。したがって、太陽光は、太陽電池２１２を通って構造体内に侵入し得る。
【００６９】
構造体１０２は、屋根裏部屋２４０と、複数の階２５０ａ〜２５０ｄとを備える。複数の階２５０ａ〜２５０ｄの各々は、栽培用の領域２５２を備える。
したがって、構造体内では、複数の階で栽培が行なわれ、生育領域を増加させることが可能である。各フロアには少なくとも１つの加熱冷却ユニットが配置され、それらの加熱冷却ユニットは直列に接続され得る。
【００７０】
構造体２００は、異なる温度を有する複数の気候区域を含むことが可能である。図２Ａの実施形態では、各フロアは異なる気候領域を有し得る。
複数のＬＥＤ２７２（図２Ｂに示される）は、栽培用の領域２５２を照らすように配置されている。複数のＬＥＤ２７２は、例えば、栽培用の領域の上方に配置され得る。
【００７１】
太陽電池２１２は、複数のＬＥＤ２７２に電力を供給するように構成され得る。一実施形態において、太陽電池は、複数のＬＥＤに少なくとも部分的に電力を供給するように構成されている。太陽電池は、太陽光のエネルギーを電気に変換するように構成されている。一実施形態において、太陽電池は変圧器を介してＬＥＤに直接接続される。代わりに、太陽電池を送電網４００に接続し、ＬＥＤを送電網４００に接続することも有利であり得る。このようにすることで、過剰な電力が他の場所で使用され得る。変圧器４５０は、送電網と設備との間に配置され得る。
【００７２】
設備１０２は、さらに、図１の冷却ユニット２４５に対応する冷却ユニット２４５と、図１の加熱冷却ユニット２８０に対応する少なくとも１つの加熱冷却ユニット（図示せず）とを備える。一実施形態では、加熱冷却ユニットが各フロア２５０ａ〜２５０ｄに配置される。
【００７３】
冷却液は、地下熱エネルギー貯蔵装置から回収され、下の階とも称される最下階に移送され得る。液体はパイプ内を循環し、熱は周囲の空気と交換される。冷却液は、連続して構造体内を上方に移送され得る。構造体内を循環した後、例えば、加熱冷却ユニット及び冷却ユニットのうちの少なくとも一方を介して、液体の温度を７０℃〜１００℃にすることが可能である。この熱エネルギーは、地下熱エネルギー貯蔵装置に伝達され、別の時に、または他の目的のために利用され得る。約７０℃〜１００℃の温度範囲は、地域暖房の温度に相当する。従って、このような温度に達するためにヒートポンプが必要とされない。
【００７４】
構造体２０２は、栽培用の領域を灌漑するように構成された灌漑システムを備え得る。灌漑システムは、加熱冷却ユニット及び冷却ユニットのうちの少なくとも一方に接続され、加熱冷却ユニット及び冷却ユニットのうちの少なくとも一方から回収した水を栽培用の領域に移送するように構成され得る。灌漑システムは、雨水を回収するように構成された集雨装置（図示せず）に接続され得る。回収された水は、蒸留水とほぼ同じくらい清潔であり得る。回収された水の量が灌漑システムによって必要とされる量よりも多い場合、余分な水が設備から移送されてもよい。必要に応じて、余分な水を他の世帯に販売することが可能である。設備は、例えば、藻類、粉塵、及び粒子からの水を浄化するための浄化装置を備え得る。
【００７５】
一実施形態において、灌漑システムは、構造体内に配置され、かつ栽培用の領域を灌水するように構成された複数のノズルを備えている。ノズルから水を噴出させることが可能である。
【００７６】
一実施形態において、構造体内の空気は、ノズルから噴出される水によって加熱及び冷却の少なくとも一方をなされ得る。ノズルから放出される水の量は、灌漑に必要な水の量と、加熱及び冷却の少なくとも一方のための付加的な量とを含むことが好ましい。
【００７７】
冷却ユニットおよび少なくとも１つの加熱冷却ユニットは、地下熱エネルギー貯蔵装置３０２に接続されている。
地下熱エネルギー貯蔵装置３０２は、岩、岩盤、土壌などの地下媒体５００内に形成されるか、または地面に設置される。地下熱エネルギー貯蔵装置３０２は、トンネル壁３１２を有する第１の地下トンネル３１０を含む。第１の地下トンネル３１０およびトンネル壁３１２は、地下媒体５００内に形成されている。地下熱エネルギー貯蔵装置３０２は、トンネル壁３１６を有する第２の地下トンネル３１４を含む。第２の地下トンネル３１４およびトンネル壁３１６は、地下媒体５００内に形成されている。
【００７８】
各トンネル３１０，３１４は、少なくとも部分的にそれぞれの円弧に沿って延在し得る。各トンネル３１０，３１４は螺旋として構成される。２つのトンネル３１０，３１４は内側螺旋３１０及び外側螺旋３１４を形成する。外側螺旋３１４は内側螺旋３１０の周りに配置されている。第１の地下トンネル３１０は内側トンネルであり、第２の地下トンネル３１４は外側トンネルである。
【００７９】
第１の地下トンネル３１０及び第２の地下トンネル３１４は、これらのトンネル間で流体連通が可能なように、少なくとも１つの通路３４０によって互いに接続され得る。少なくとも１つの通路３４０は通路壁３４２を有している。少なくとも１つの通路３４０および通路壁３４２は、地下媒体内に形成されている。通路の断面は、トンネル３１０，３１４の断面とほぼ同じ大きさである。
【００８０】
トンネル３１０，３１４は、水などの流体を貯蔵するように構成され得る。
地下熱エネルギー貯蔵装置３０２は、トンネルの断面積よりも小さな断面積を有する複数の導管３２０を備えている。導管３２０は、地下媒体５００内に形成されている。導管３２０は、トンネル同士、異なる高さの複数のトンネル同士、及び通路同士のうちの少なくとも一方を接続することが可能である（さらに後述する）。複数の導管が、トンネル同士の間に密接して配置されてもよい。
【００８１】
一実施形態において、地下熱エネルギー貯蔵装置３０２は、少なくとも１つのシャフト３３０及び少なくとも１つのチャンバ（図示せず）のうちの少なくとも一方を備える。トンネル３１０，３１４は、トンネルとシャフトとの間で流体連通が可能となるように、複数の通路によってシャフト３３０に接続され得る。
【００８２】
地下熱エネルギー貯蔵装置３０２は、例えば構造体において、又は構造体に関連して、或いは構造体において且つ構造体に関連して流体の処理を可能にするように適切な鉛直高さ位置でトンネル及びシャフトのうちの少なくとも一方から流体の任意の部分を抽出するように構成された少なくとも１つの流体連通手段３５０を備え得る。その流体連通手段は、さらに、処理された流体を適切な鉛直高さ位置でトンネルおよびシャフトのうちの少なくとも一方に戻すように構成されている。少なくとも１つの流体連通手段は、循環システムの一部であってもよい。
【００８３】
地下熱エネルギー貯蔵装置の使用時には、導管、トンネル、通路、及びシャフトのうちの少なくとも１つの内部を流体が循環し、熱エネルギーが蓄積される。さらに、導管、トンネル、通路、及びシャフトの間の地下媒体に熱エネルギーが貯蔵される。
【００８４】
一実施形態において、地下熱エネルギー貯蔵装置の中心軸線の方向に見たときに、当該地下熱エネルギー貯蔵装置の中間部は、当該地下熱エネルギー貯蔵装置の少なくとも１つの端部よりも大きい寸法を有している。地下熱エネルギー貯蔵装置の両端部が中間部よりも小さいとき、貯蔵装置は実質的に球形の形状を有する。トンネル及び中間部の両方を含むこのような略球形の使用によって、貯蔵装置の外面内の体積を可能な限り大きくしつつ、貯蔵装置の外面面積が最小限に抑えられ、ひいては熱損失が最小限に抑えられる。一端部のみが小さい場合、貯蔵装置の中心軸線の方向に見たときに、その形状は実質的に円錐又は角錐に対応する。
【００８５】
この種のエネルギー貯蔵装置は、中間温度を有する流体に加え、例えば９５℃までの高温の流体や、例えば４℃までの低温の流体の貯蔵に使用することが可能である。中間温度とは、保存可能な最も高温の流体よりもはるかに低い温度であって、貯蔵可能な最も冷たい流体よりも高い温度を意味する。中間温度の流体は、例えば、低温システムで使用され得る。低温システムへの熱交換は、熱交換器を使用することなく行うことが可能である。代わりに、中間温度の流体は、低温システム内で循環させることが可能である。例えば４０℃〜７０℃の中間温度を有する流体は、通常、地域暖房システムへの熱交換後に貯蔵装置に戻される流体である。
【００８６】
貯蔵空間が十分に大きな体積を有する場合、地中に熱エネルギーを貯蔵するときに、異なる温度を有する流体の体積間の密度の差により、貯蔵装置に層化が発生する。より暖かい流体は、貯蔵装置における位置がより高くなる。
【００８７】
貯蔵装置に熱い流体を充填するとき、流体の下層からの冷たい流体が、貯蔵装置を通って上方に循環し、熱交換器を通過して加熱される。熱交換器は少なくとも１つの加熱冷却ユニット及び冷却ユニットのうちのいずれか一方であり得る。その後、その流体は、貯蔵装置内において対応するより高い温度を有する流体の層に供給される。このプロセスは、排出時には逆転される。すなわち、上層からの高温の流体が熱交換器に向けて循環され、熱交換器でエネルギーが放出される。その後、その流体は、貯蔵装置において対応するより低い温度を有する層に戻される。
【００８８】
貯蔵装置に冷たい流体を充填するとき、流体のより高い層からの熱い流体が、貯蔵装置を通って上方に循環し、熱交換器を通過して冷却される。熱交換器は少なくとも１つの加熱冷却ユニットであり得る。その後、その流体は、貯蔵装置において対応するより低い温度を有する流体の層に供給される。このプロセスは、排出時には逆転される。すなわち、下層からの冷たい流体が熱交換器に向けて循環され、エネルギーを吸収する。その後、その流体は、貯蔵装置において対応するより高い温度を有する層に戻される。
【００８９】
貯蔵装置において使用される流体は、好ましくは水であるが、例えば、水と冷却剤との混合物、化石由来または生物由来の炭化水素（バイオ燃料）などの液体燃料、塩溶液、アンモニア、又は他の冷却剤であり得る。
【００９０】
貯蔵装置に接続された処理装置は、処理領域内に配置され、とりわけ熱交換器およびポンプを備える。
貯蔵装置は、加熱及び冷却の両方のために使用することが可能である。すなわち、加熱では、貯蔵装置に戻される流体が、抽出されるときよりも低い温度を有する。冷却では、貯蔵装置に戻される流体が、抽出されるときよりも高い温度を有する。
【００９１】
図２Ｂに示すように、栽培用の領域は、ハイドロカルチャーシステム６１０を備えることが可能である。したがって、土壌を用いない媒体又は水生環境によって植物を生育させることが可能である。植物の栄養素は水を介して分配することが可能である。水および栄養素は、毛細管作用または何らかの形態のポンピング機構によって分配され得る。根は粘土の凝集体に固定され得る。灌漑システムは、毛細管作用を提供するためのポンピング機構及びパイプのうちの少なくとも一方を含むことが可能である。
【００９２】
図２Ｂに示されるように、栽培用の領域は、水産養殖６２０に接続され得る。水産養殖は、魚、甲殻類、軟体動物、及び水生植物等の水生生物の養殖を含み得る。水耕システム６１０とも称されるハイドロカルチャーシステム６１０を水産養殖６２０と組み合わせると、アクアポニックシステム６３０が得られる。したがって、この設備は、アクアポニックシステムを備えることが可能である。
【００９３】
水産養殖からの水は、ハイドロカルチャーシステムに供給することが可能である。副産物は、硝化菌によって硝酸塩及び亜硝酸塩に分解される。硝酸塩及び亜硝酸塩は植物によって栄養素として利用される。その後、水は水産養殖システムに再循環され得る。
【００９４】
一実施形態では、農場が、構造体に接続されるか、または構造体内に配置されてもよい。農場は、栽培用の領域において使用され得る肥料を提供する動物を備えることが可能である。
【００９５】
図３Ａ及び図３Ｂは、本発明の設備の一実施形態の斜視図である。設備１０４において、構造体２０４は覆われた採掘場である。採掘場は、放棄された採石場などの開放された地盤の採掘場であり得る。採掘場には屋根２１４が配置されている。採掘場の自然の表面が、構造体２０４の壁および床を構成してもよい。したがって、壁２２４及び床は石で形成されていてもよい。採掘場の屋根２１４は、太陽光が採掘場内に進入することが可能なように透明であってもよい。一実施形態において、屋根は、透明又は半透明の太陽電池である。本実施形態では、地表面において太陽電池２１２が構造体２０４に接続されて配置されている。
【００９６】
構造体２０４は栽培用の領域２６２を備える。設備は、図１〜図２Ｂに関連して説明した特徴の全て又は一部を備えることが可能である。
図３Ａ及び図３Ｂの違いは、図３Ｂにおいては、採掘場の一部が構造体を構成している。構造体の壁は採掘場の自然な表面ではなく、取付けられている。
【００９７】
構造体２０４の内部のような深く高い体積における鉛直の温度勾配は、１メートル当たり摂氏０．７度〜摂氏１．０度であり得る。したがって、１００ｍの高さでは、温度差が７０℃〜１００℃にもなる。石等の天然材料を利用する構造体は、気候シェルのように、絶縁された不透明な構造体よりも低い耐熱性を有する。しかしながら、自然の壁および床は大きな熱容量を有し、地下熱エネルギー貯蔵装置のように作用するため、能動的な加熱及び冷却の必要性が低減される。
【００９８】
構造体は、図１〜図２Ｂに関連して説明した地下熱エネルギー貯蔵装置３００及び地下熱エネルギー貯蔵装置３０２のうちの少なくとも一方に対応し得る地下熱エネルギー貯蔵装置３０４に接続されている。さらに、設備１０４は、図１〜図２Ｂに関連して説明したユニットに対応する少なくとも１つの加熱冷却ユニット及び少なくとも１つの冷却ユニットのうちの少なくとも一方を備えることが可能である。
【００９９】
一実施形態（図示せず）において、構造体はトンネルであるか、又はトンネルの一部である。この実施形態では、太陽光は構造体内に侵入しない。構造体がトンネルの一部である場合、トンネル内に壁が配置される。設備は、図１〜図３Ｂに関連して説明した特徴の全て又は一部を備えることが可能である。
【０１００】
図４に示すように、設備１０６は、地球、月、小惑星、彗星、及び宇宙ステーション以外の惑星上に配置され得る。構造体２０６は、地球外の覆われたクレータであってもよい。図に示されるように、太陽電池２１２は、構造体２０６に関連して配置されてもよい。本実施形態において、構造体の屋根２１６はドーム形である。地下熱エネルギー貯蔵装置が、構造体２０６に関連して配置され、かつ構造体に接続され得る。一実施形態において、構造体２０６は、地下媒体内に形成されて人及び動物が居住可能な少なくとも１つの空洞を備える。空洞の屋根は地下媒体内に形成され得る。このことは、入ってくる物体に対する保護を提供する点で有利である。一例として、隕石が構造体２０６の屋根２１６上に落ち、それにより屋根２１６が壊れる可能性がある。
【０１０１】
一実施形態において、不透明な構造体は、日中が比較的短いサハラ砂漠に配置されてもよく、百夜に一般に慣れた植物が栽培されてもよい。
図５は本発明の設備１の一実施形態を概略的に示す。地下熱エネルギー貯蔵装置２が示されている。地下熱エネルギー貯蔵装置２は、タンク、地下の洞窟、又はエネルギーの入出力及び周期的な大きな貯蔵能力において高性能であるように設計された地下熱エネルギー貯蔵装置であり得る。
【０１０２】
エネルギー貯蔵装置２において、異なる温度のエネルギーが貯蔵されてもよい。エネルギー貯蔵装置の上層は、冷えた下層よりも高い温度を有する。それらの間の遷移帯には中間温度を有する層も存在する。エネルギー貯蔵装置の層内の温度は、温度区間Ｔ１、Ｔ２、及びＴ３として定義することが可能である。これらの間隔は、任意の特定の作業条件に適合させることが可能である。単なる一例として、第１の温度間隔Ｔ１は１５℃〜６５℃の範囲内であり、第２の温度間隔Ｔ２は５０℃〜１００℃の範囲内であり、第３の温度間隔Ｔ３は４℃〜２５℃の範囲内である。間隔Ｔ２の温度は、一定時間の間、より高くてもよく、例えば１５０℃まででもよい。
【０１０３】
エネルギー貯蔵装置２内の層化は、異なる温度を有する液体、すなわち液水の間の密度の差に起因する。４℃以上の範囲において、暖かい水は、より冷たい水より小さな密度を有し、このことにより、異なる温度の水がエネルギー貯蔵装置内において異なる鉛直高さ位置に配置される、すなわち鉛直に温度の階層化が行なわれる。より小さな密度を有する暖かい水は、貯蔵装置を通ってその水が冷却される熱交換器に向けて上方に流れるため、密度の差は、貯蔵装置から熱を抽出する際、勾配流を生成する。戻し管においては、密度の差によって、より冷たい水の下向きの流れが生成される。この結果、密度の異なる２つの水柱が、勾配流に使用することが可能な重力を引き起こし、電気エネルギーの消費を低減することが可能である。エネルギー貯蔵装置に熱を充填する間、その効果は逆転され、流すためにポンプまたはモータなどの付加的な電気エネルギー源を追加する必要がある。
【０１０４】
エネルギー貯蔵装置の充填は主に夏季に行われ、放出は主に冬季に行われる。このことは、ポンプのための付加的な電気エネルギーが夏季に必要とされ、需要と費用がより高い冬季に生成され得ることを意味する、すなわち、電気エネルギーの季節的貯蔵装置を意味する。夏季においては、電気モータを備えたポンプによって、追加の電気エネルギーが供給される。冬季には、同じポンプの電気モータがタービン発電機として使用される。この効果は、エネルギー貯蔵装置の鉛直方向の高さが大きいと大きくなる。
【０１０５】
貯蔵装置の可能性を最大限に発揮させるためには、利用可能な異なる温度を効果的に使用することが有利である。１つの条件は、貯蔵装置が異なる高さの入口および出口を備えていることである。したがって、少なくとも１つの熱交換器９によって流体の処理を可能にするように、処理領域から延び、エネルギー貯蔵装置の適切な鉛直高さ位置においてエネルギー貯蔵装置から流体の一部を回収するように構成された伸縮パイプ等の多数の流体連通手段１１が存在する。流体連通手段は、さらに、処理された流体をエネルギー貯蔵装置の適切な鉛直高さ位置において当該エネルギー貯蔵装置に戻すように構成される。
【０１０６】
エネルギー貯蔵装置２は、熱交換器９を介して吸熱システム３，４及び熱放出システム７のうちの少なくとも一方に接続され得る。吸熱システム３は、図１〜図４に関連して説明した構造体であり得る。図２Ａの構造体が図５に示され、エネルギー貯蔵装置に接続されている。一実施形態では、Ｔ１は３１℃〜１６℃の範囲内であり、Ｔ２は６０℃〜４０℃の範囲内であり、Ｔ３は２０℃〜４℃の範囲内であり得る。
【０１０７】
一例として、吸熱システム３は、建物を暖房するための暖房システム等の低温システムであり得る。第１の吸熱システム３は、熱交換器１０に接続されている。例えば温度間隔Ｔ１からの第１の温度のエネルギーは、エネルギー貯蔵装置２から回収され、熱交換器１０を使用して建物を暖房するために使用される。熱吸収システム３は、システム内の消費者から熱を収集する熱放出システムとしても使用することが可能である。
【０１０８】
熱吸収システム４の別の例は、高温システム、好ましくは地域暖房システムである。吸熱システム４は、エネルギー貯蔵装置２から取り出された間隔Ｔ２内の温度を有するエネルギーによって充填されてもよいし、内部複合加熱冷却装置１５から直接取り出された間隔Ｔ２内の温度を有するエネルギーによって充填されてもよい。内部複合加熱冷却装置１５については、以下でより詳細に説明する。熱吸収システム４は、システム内の消費者から熱を収集する熱放出システムとしても使用することが可能である。
【０１０９】
ここで、エネルギーという用語は、熱エネルギー及び温度のうちの少なくとも一方を有する流体または液体として解釈されてもよい。
熱放出システム７は、産業施設、または廃熱源、熱併給型コンバインド発電プラント（ＣＨＰ）、発電及び加熱のうちの少なくとも一方のためのソーラーパネル、ヒートポンプ、バイオ燃料ボイラー、電気温水ボイラー及び電気蒸気ボイラーのうちの少なくとも一方、或いは化石燃料ボイラーといった他の源により生み出されたエネルギーを提供する。電力系統を制御するための設備として使用するには、熱併給型コンバインド発電プラントと、電気温水ボイラー及び電気蒸気ボイラーのうちの少なくとも一方とは、非常に好ましい設備である。
【０１１０】
熱放射システム７に配置された熱併給型コンバインド発電プラント（ＣＨＰ）は、通常、大規模プラントにおいて２：１の比率で熱及び電力の両方を生成する。電力の価格が低い期間中、発電を伴わないエネルギー生産が好ましい。このとき熱として生成されたボイラーの全容量は、通常の熱の生成の１５０％である。熱併給型コンバインド発電プラントが促進された場合、比率は１：１となり、ボイラー容量は２００％となる。しかし、プラント内に凝縮器が必要とされ、また、プラント内に蒸気変圧器（過熱蒸気を飽和蒸気に変換するための）などの追加の設備が必要とされる。エネルギー貯蔵装置２と組み合わせることにより、タービンを同期発電機によって電力系統に接続することが可能であり、昼間は発電せずに運転されることが可能であり、熱のみをエネルギー貯蔵装置に送ることが可能である。夜間に必要とされる場合、熱併給型コンバインド発電プラントは、最大電力（風力／太陽光補償）で発電することも可能である。上記の地下熱エネルギー貯蔵装置に熱併給型コンバインド発電プラントを組み合わせて作動させることは、数秒以内に送電網の変化を補償する回転質量がシステムに含まれることを意味する。
【０１１１】
熱放射システム７に配置された電気温水ボイラーおよび電気蒸気ボイラーのうちの少なくとも一方は、例えば昼間に電力を消費するための電気余剰エネルギーのピークシェービングに使用することが可能である（風力／太陽光ピークシェービング）。
【０１１２】
上述の熱併給型コンバインド発電プラントと、電気温水ボイラー及び電気蒸気ボイラーのうちの少なくとも一方とは、新しい設備であっても既存の設備であってもよい。
システムは、エネルギー貯蔵装置２に接続された内部加熱冷却装置１５をさらに備える。一態様では、システムは、加熱および冷却の目的でエネルギー貯蔵装置２のエネルギー貯蔵容量を増加させるために使用される。別の態様では、システムは、貯蔵装置の加熱能力を高めるために使用される。
【０１１３】
好ましくは、内部加熱冷却装置１５は、少なくとも２つのヒートポンプを備える。内部加熱冷却装置１５は、上述した方法と同様に、流体連通手段１１によってエネルギー貯蔵装置２に接続されている。
【０１１４】
一例として、内部加熱冷却装置１５は、エネルギー貯蔵装置から温度間隔Ｔ１の高さ位置から流体を回収すると同時に、より高い温度を有する加熱された流体を間隔Ｔ２に戻し、より低い温度を有する冷却された流体を間隔Ｔ３に戻すか、エネルギー貯蔵装置内の対応する高さ位置に戻すか、或いは、例えば吸熱システム４に直接戻す。しかし、流体は、温度区間Ｔ１の１つの高さ位置から取り出され、同じ温度区間Ｔ１のより暖かい、すなわち上側の高さ位置に戻され、同じ温度区間Ｔ１のより冷たい、すなわち下側の高さ位置に戻されることが可能である。したがって、加熱された流体及び冷却された流体は、エネルギー貯蔵装置内において、その流体が取り出された高さ位置よりも上側及び下側に配置された、すなわち、より高温及びより低温を有する高さ位置の任意の流体層に戻され得る。
【０１１５】
上述したように、内部加熱冷却装置１５は、少なくとも２つのヒートポンプを備えている。各ヒートポンプは、ヒートポンプの冷媒側に直列および並列に接続可能な少なくとも２つの圧縮機を備える。しかしながら、ヒートポンプの数および各ヒートポンプのコンプレッサの数は、任意の適切な数であり得る。ヒートポンプ／圧縮機の数が多いほど、内部加熱冷却装置１５はより効率的である。しかし、コンポーネント数の増加は、コストの増加に繋がる点を考慮する必要がある。
【０１１６】
内部加熱冷却装置１５は、エネルギー貯蔵装置における温度間隔Ｔ１の第１の高さ位置から、例えば、中間温度の高さ位置から流体を取り出す。ヒートポンプは、このエネルギーを、加熱及び冷却の両方を目的としたエネルギーに同時に変換するために使用される。加熱及び冷却のためのエネルギーは、エネルギー貯蔵装置内の適切な、対応する温度の高さ位置に戻されるか、或いは、例えば、地域暖房システムなどの吸熱システム４に直接送られる。各ヒートポンプは、異なる冷媒を使用してもよい。最大性能係数（ＣＯＰ）を達成するため、蒸発器、凝縮器、およびサブクーラの水側を越えた流れは各ヒートポンプの必要な温度上昇を低減するために直列に配置される。
【０１１７】
一実施形態において、内部複合加熱冷却装置は、変圧器を介して太陽電池に直接接続される。代わりに、太陽電池を送電網に接続し、内部複合加熱冷却機を送電網に接続することも有利であり得る。このようにすることで、過剰な電力が他の場所で使用され得る。
【０１１８】
第１の例において、第１及び第２のヒートポンプの各々は、直列に接続された少なくとも２つの圧縮機を備える。電力価格が低い場合には、直列接続を使用することが好ましい。この例では、ヒートポンプは、温度間隔Ｔ１（４５℃）からのエネルギーを利用して、高い温度間隔Ｔ２（９５℃）及び低い温度間隔Ｔ３（５℃）のためのエネルギーを生成する。３〜４の暖房の性能係数ＣＯＰが達成される。冷房効果が含まれる場合のＣＯＰは５〜６である。実際の値は、ヒートポンプの数、圧縮機の数、およびシステムの効率に依存する。
【０１１９】
第２の例では、第１及び第２のヒートポンプの各々は、並列に接続された少なくとも２つの圧縮機を備える。並列接続は、電力価格が比較的高い場合に使用するのが好ましい。この例では、ヒートポンプは、温度間隔Ｔ１の高い高さ位置からのエネルギー、又は温度間隔Ｔ２（６５℃）の低い高さ位置からのエネルギーを利用して、高い温度間隔Ｔ２（９０℃〜９５℃）及び中間の温度間隔Ｔ１（４０℃）のためのエネルギーを生成する。圧縮機が直列に接続された場合のＣＯＰの約３倍の暖房及び冷房のＣＯＰが達成される。実際の値は、ヒートポンプの数、圧縮機の数、およびシステムの効率に依存する。
【０１２０】
第３の例では、第１及び第２のヒートポンプの各々は、また、並列に接続された少なくとも２つの圧縮機を備える。この例では、ヒートポンプは、温度間隔Ｔ３の高い高さ位置からのエネルギー、又は温度間隔Ｔ１（２０℃）の低い高さ位置からのエネルギーを利用して、中間の温度間隔Ｔ１（５５℃）及び低い温度間隔Ｔ３（５℃）のためのエネルギーを生成する。圧縮機が直列に接続された場合のＣＯＰの約３倍の暖房及び冷房のＣＯＰが達成される。実際の値は、ヒートポンプの数、圧縮機の数、およびシステムの効率に依存する。
【０１２１】
第２の例による並列接続は、中間温度レベルでのエネルギーが、従来の地域暖房のレベルに対応する高温にどのように変換され、同時に、低温システムに対応する温度でエネルギーをどのように生成するかを示している。第３の例においては、５℃の温度レベルにおける冷却エネルギーの生成を最適化し、かつ低温システムのための温度を生成するために、同じ装置が低い高さ位置でエネルギー貯蔵装置からエネルギーを抽出することが可能である。
【０１２２】
したがって、上述の地下熱エネルギー貯蔵システムの１つの利点は、所定の時間における送電網及びエネルギー貯蔵装置内の特定の条件により、どの温度レベルでエネルギーを回収および放出するかを選択することによって、エネルギーの貯蔵を最適化できる可能性がある点にある。
【０１２３】
直列接続及び並列接続の両方を有する圧縮機の代替動作は、直列に動作する圧縮機ユニットの数に応じて、異なるサイズの圧縮機を必要とし得る。この設備では、複数の圧縮機を共通の１つのモータに接続することが可能である。あるいは、複数の圧縮機は、同じサイズであってもよいが、直列接続においては、圧縮機とモータとの間の速度調整を必要とするであろう。その目的のために、機械的歯車または電気モータの周波数調整等の異なる装置を使用することが可能である。電動モータの代わりに、油圧モータまたは蒸気タービンを使用することが可能である。
【０１２４】
図６は、本発明の構造体の一実施形態を示す。本発明の構造体は、図１〜図３Ｂの地下熱エネルギー貯蔵装置の任意の一つと組み合わせることが可能である。構造体２０８は、簡略化のため図示されていない屋根を有し得る。太陽電池が構造体に接続されて配置され得る。
【０１２５】
構造体２０８は異なる気候区域を有する複数の高さ位置を備える。複数の気候区域は異なる温度および異なる空気湿度を有する。構造体におけるより低い高さ位置の気候区域は、より低い温度および空気湿度を有する。構造体において、より高い気候区域ほど、気温及び空気湿度が高くなる。最下位の気候区域７１０は寒帯気候を有する。気候区域７１０では、水が凍って氷となり、北極熊が生息し得る。気候区域７７０は熱帯気候であり、熱帯雨林を含む。
【０１２６】
複数の気候区域は熱対流から生じる。熱及び湿気は、構造体の屋根に向かう方向である上向きに移動する。構造体は、また、気候領域の温度を調整するために熱及び冷気のうちの少なくとも一方を提供するように構成された加熱冷却システムを備え得る。一実施形態において、構造体は、寒帯区域にアイスリングを生成するために氷を生成する装置を備える。動物だけが描かれているが、人も構造体の中に居ることが可能である。構造体は、例えば、人が訪れる動物園であり得る。動物は、ケージやフェンス内に閉じ込められていてもよい。
【０１２７】
ＬＥＤが複数の気候区域を照らすように配置され得る。ＬＥＤは照明器具に配置することが可能である。一実施形態において、ＬＥＤは、複数の高さ位置に配置された街灯照明に含まれる。
【０１２８】
この実施形態は、本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることが可能であることに留意されたい。
図７は、図１の本発明の構造体に対して違いを有する構造体の一実施形態を示す。設備８００の構造体では、横並びの複数の気候区域が設けられている。複数の壁が、栽培用の領域２６２に沿って延びるように配置されている。領域２６２を有する室内の空気は、構造体の残りの部分とは異なる温度及び空気湿度を有し得る。一例として、より多くの蒸気及び熱のうちの少なくとも一方が、ノズルを用いて提供され得る。
【０１２９】
横並びの複数の気候区域は、本明細書に記載される全ての構造体に配置され得ることが理解されるべきである。気候区域を画定するために、構造体に壁を配置することが可能である。
【０１３０】
開示された実施形態に対する他の変形は、図面、開示、および添付の特許請求の範囲に対する検討から、特許請求の範囲に記載された発明を実施しようとする当業者によって理解され、達成され得る。一例として、本明細書に記載される地下熱エネルギー貯蔵装置は、複数の実施形態において交換可能である。本明細書に記載された全ての実施形態は組み合わせることが可能である。
【０１３１】
栽培用の領域を照らす光の量を増加させるために、構造体は、反射光を栽培用の領域に向ける手段を含むことが可能である。天井、壁、床、及び室内等の構造体の内部の表面は、鏡、反射材料、及び反射コーティング等の反射面を有することが可能である。表面は、また、蛍光コーティングを有してもよい。
【０１３２】
構造体は不透明であり得る。一実施形態において、不透明な構造体は、断熱された屋根、壁、及び窓を有する建物であり得る。窓は、透明又は半透明の太陽電池であってもよい。別の実施形態では、日光が構造体に取り込まれるのではなく、照明は全てＬＥＤの使用による人工的なものである。さらに別の実施形態において、構造体は温室である。
【０１３３】
別の実施形態において、構造体は、住宅地域及び商業地域のうちの少なくとも一方と組み合わされる。一例として、構造体は、住宅地域及び商業地域のうちの少なくとも一方の地域内に配置され得る。別の例では、構造体は、住宅地域及び商業地域のうちの少なくとも一方の地域を少なくとも部分的に囲むように構成されている。後者の実施形態では、構造体は少なくとも部分的に透明である。
【０１３４】
構造体は、栽培用の複数のサブ領域を備えることが可能である。複数のサブ領域は、構造体内の複数の水平高さ位置に配置される。サブ領域を照らすようにＬＥＤを配置することが可能である。異なる位置は温度に応じて配置され得る。異なる成長サイクルのための好ましいレベルに温度を制御することが可能である。鉛直的成層構造の効果を利用することが可能である。異なる成長サイクルのための好ましいレベルに湿度を制御することが可能である。加熱冷却システムは、室内気候を制御するように構成された制御システムを備え得る。栽培用の構造体の室内気候を制御することは、温度、光、二酸化炭素、及び湿度のうちの少なくとも１つを制御することを含み得る。特に、栽培用の構造体の室内気候を制御することは、温度レベルと、光量及び光の波長のうちの少なくとも一方と、二酸化炭素の割合と、湿度とのうちの少なくとも１つを制御することを含むことが可能である。制御システムは、複数の測定ユニットを備えることが可能である。測定ユニットは、温度、湿度、二酸化炭素、及び光のうちの少なくとも１つを測定するように構成され得る。測定ユニットを、例えば温度等の１つの量を測定するための専用とすることが可能である。測定器を、例えば、温度、湿度、及び光等の複数の量を測定するように構成することが可能である。測定ユニットを、構造体内の空気の温度、構造体の外部の空気の温度、及び栽培されるものの温度を測定するように構成することが可能である。
【０１３５】
適切な波長を有するようにＬＥＤを選択することが可能である。また、それほど効果的でない波長が除外されるようにＬＥＤを選択することが可能である。一例として、青色光（１００ｎｍ〜４９０ｎｍ）及び赤色光（約６００ｎｍ〜６９０ｎｍ）が、栽培に際して非常に有利であり、かつ成長比を増加させる。約６００〜６９０の範囲の波長の光（赤色光）及び約４００〜４９０の範囲の波長の光（青色光）のうちの少なくとも一方の光で植物が照らされるならば、光合成に有利である。植物を照らすためにＬＥＤを使用すると、日中を長くすることが可能であり、また、生育期を長くすることが可能である。黄色光は光合成にそれほど影響しないが、構造体内の人にとって快適であるため、ＬＥＤは、黄色光及び白色光のうちの少なくとも一方を発してもよい。所望の波長を最大にするために、構造体の内部の少なくとも一部に蛍光コーティングを設けることが可能である。
【０１３６】
周囲温度が２５℃を超えるとＬＥＤの寿命が実質上短縮される。ＬＥＤは、さらされる温度が低いほど寿命が長くなる。従って、この構造体及び方法は、構造体内の空気の温度をそのような条件に適合させることが可能なため、非常に有利である。さらに、本明細書に記載されているように、空気の温度を２５℃未満に保つことが栽培において有利である。
【０１３７】
ＬＥＤの数は、構造体においてどの程度の大きさの部分が透明であるかに依存する。構造体がより不透明であるほど、より多くのＬＥＤが必要になる。
太陽電池は光電池（ＰＶ）であってもよい。太陽電池は、太陽電池と太陽電池が取り付けられている構造体の部分との間に空間が形成されるように配置され得る。この空間は、太陽電池を冷却し、太陽電池によって生成された熱を回収するために使用され得る。太陽電池は、太陽電池及び構造体の間に、太陽電池を冷却し、かつ熱を回収するために使用され得る屋根裏部屋が形成されるように配置され得る。太陽電池は使用中に熱を発生する。生成された熱は地下熱エネルギー貯蔵装置に送られてもよい。
【０１３８】
熱を回収して熱を地下熱エネルギー貯蔵装置に移送するために、少なくとも１つの冷却ユニットを空間及び屋根裏部屋に設置することが可能である。冷却ユニットは、また、構造体の頂部に配置された太陽電池を冷却するように構成され得る。太陽電池を冷却するとＰＶ電気効率が向上する。冷却ユニットに中温以下（８℃〜１８℃）の冷却水を供給してもよい。条件によっては冷却により外気が凝縮する。水及び雨水は、灌漑システムによって収集され、かつ使用される。余分な水は、灌漑以外の目的に使用することが可能である。設備は、例えば、藻類、粉塵、及び粒子から水を浄化するための浄化装置を備えることが可能である。加熱された冷却水は、地下熱エネルギー貯蔵装置に戻され、地域暖房ネットワーク（４）または低温システム（９）または温水システム（９ｂ）を介して熱として運ばれる。
【０１３９】
太陽電池は構造体の頂部に配置され得る。太陽電池は屋根上に配置され得、または、屋根を形成し得る。加えて、或いは代替的に、太陽電池は、構造体と隣接した、或いは構造体から離間したラック又は地面上に配置され得る。代替的には、太陽電池は、別の構造体上に配置され得る。
【０１４０】
太陽電池は半透明であってもよい。一実施形態において、太陽電池は、可視光は通過させるが、他の波長は通過させず、他の波長の光を用いて電気を生成する。
設備１００は、構造体内に加熱冷却ユニット１５０と、当該加熱冷却ユニットに接続された地下熱エネルギー貯蔵装置２００とを備える。加熱冷却ユニット１５０は、構造体１２０内の空気からの熱を地下熱エネルギー貯蔵装置に移送することにより、構造体内の空気を冷却するように構成される。このことは、地下熱エネルギー貯蔵装置により水などの冷却液を回収することによって行われ得る。冷却液は、例えば、約８℃の温度を有し得る。他の温度も可能であることに留意されたい。冷却液は、その後、構造体内を循環し、空気によって間接的に加熱される。加熱された冷却液は、地下熱エネルギー貯蔵装置に戻される。加熱された冷却液は、例えば約１８℃の温度を有し得る。しかしながら、他の温度も可能であることに留意されたい。
【０１４１】
一実施形態において、冷却液は、構造体内の空気によって加熱された後、構造体の屋根裏部屋に運ばれる。屋根裏部屋では、冷却液は、例えば、太陽電池からの熱、太陽電池を透過した太陽熱、及び窓を透過した太陽熱のうちの少なくとも１つによってさらに加熱される。
【０１４２】
少なくとも１つの加熱冷却ユニットは、地下熱エネルギー貯蔵装置からの熱を構造体に移送することによって、構造体内の空気を加熱するように構成され得る。過剰な熱は設備から運ばれ得る。任意で、過剰な熱を他の世帯に販売することが可能である。
【０１４３】
少なくとも１つの加熱冷却ユニットは、構造体からの熱を地下熱エネルギー貯蔵装置に移送することによって、構造体内の空気を冷却するように構成され得る。
冷却ユニットは、構造体からの熱を地下熱エネルギー貯蔵装置に移送することによって、構造体内の空気を冷却するように構成され得る。
【０１４４】
冷却ユニット及び少なくとも１つの加熱器冷却ユニットは、類似していてもよいが、異なる目的のために使用されてもよい。冷却ユニットは冷却バッテリーを備え得る。少なくとも１つの加熱冷却ユニットは加熱バッテリー及び冷却バッテリーのうちの少なくとも一方であり得る。冷却ユニット及び少なくとも１つの加熱冷却ユニットは、液体を循環させるための複数のパイプを備え得る。パイプはフランジで囲むことが可能である。冷却ユニット及び少なくとも１つの加熱冷却ユニットのうちの少なくとも一方のユニット内を循環する液体の温度が周囲空気の温度と異なる場合、凝縮水が形成され、その凝縮水がコレクタによって受け取られ得る。コレクタは灌漑システムに接続され得る。
【０１４５】
構造体内の空気を冷却及び加熱のうちの少なくとも一方を行なうように構成された少なくとも１つの加熱冷却ユニットは、構造体内の空気と熱交換するように構成された少なくとも１つの加熱冷却ユニットを備えることが可能である。
【０１４６】
構造体内の空気を冷却するように構成された冷却ユニットは、構造体内の空気と熱交換するように構成された冷却ユニットを備えることが可能である。
一実施形態において、設備は配管システムを備える。配管システムは流体を循環させるように構成される。流体は冷却流体及び加熱流体のうちの少なくとも一方であってもよい。配管システムは、構造体内に配置され得、構造体内の空気と熱及び冷気のうちの少なくとも一方を交換するように構成され得る。配管システムは、地下熱エネルギー貯蔵装置、少なくとも１つの加熱冷却ユニット、屋根裏部屋に配置された冷却ユニット、外部冷却ユニット、及び灌漑システムのうちの少なくとも１つと接続され得る。配管システムは複数の配管を備え得る。配管システムは循環システムと称されてもよい。
【０１４７】
冷却液は冷却される媒体の温度よりも低い温度の液体として定義され得る。加熱液は加熱される媒体の温度よりも高い温度の液体として定義され得る。冷却液及び加熱液のうちの少なくとも一方は、地下熱エネルギー貯蔵装置から回収されるように構成される。冷却及び加熱のうちの少なくとも一方に使用された後、冷却液及び加熱液のうちの少なくとも一方は、地下熱エネルギー貯蔵装置に戻されるように構成される。液体及び流体は、本明細書において交換可能に使用され得る。
【０１４８】
特許請求の範囲において、「備える」という用語は他の要素またはステップを排除するものではない。単一のプロセッサまたは他のユニットが、請求項に参照された幾つかの項目の機能を果たすことが可能である。特定の手段が相互に異なる従属項に参照されているということは、これらの手段の組み合わせが有利に使用できないことを示すものではない。特許請求の範囲における参照符号は、その範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。
【０１４９】
以下では、番号付きの例示的な設備及び方法が提供される。番号の付いた例示的な設備及び方法は、添付の特許請求の範囲によって規定される本発明の範囲を限定するものとして見なすべきではない。
【０１５０】
１．栽培用の領域を備える構造体の室内気候を制御するための例示的な設備であって、当該設備は、
構造体と、
栽培用の前記領域を照らすように構成された複数のＬＥＤと、
前記構造体に接続され、かつ複数の前記ＬＥＤに電力を供給するように構成された複数の太陽電池と、
前記構造体内に配置された加熱冷却システムと、
前記加熱冷却システムに接続された地下熱エネルギー貯蔵装置と、を備え、
前記加熱冷却システムは、前記構造体内の空気からの熱を前記地下熱エネルギー貯蔵装置内に移送することにより前記構造体内の空気を冷却することと、前記地下熱エネルギー貯蔵装置からの熱を前記構造体内に移送することにより前記構造体内の空気を加熱することとのうちの少なくとも一方を行うように構成されている設備。
【０１５１】
２．請求項１に記載の例示的な設備であって、
前記地下熱エネルギー貯蔵装置が鉛直の温度勾配と、内部複合加熱冷却装置とを有し、
前記内部複合加熱冷却装置は、前記エネルギー貯蔵装置から第１の温度を有する流体を回収するように構成されており、
戻される加熱された流体は、より高い第２の温度を有し、
戻される冷却された流体は、より低い第３の温度を有し、
複数の前記太陽電池が前記内部複合加熱冷却装置に電力を供給するように構成されている設備。
【０１５２】
１．栽培用の領域を備える構造体の室内気候を制御するための方法であって、当該方法は、
栽培用の前記領域を照らす複数のＬＥＤと、
複数の前記ＬＥＤに電力を供給する複数の太陽電池と、
加熱冷却システムとを備え、
前記加熱冷却システムは、前記構造体内の空気からの熱を前記地下熱エネルギー貯蔵装置内に移送することにより前記構造体内の空気を冷却することと、前記地下熱エネルギー貯蔵装置からの熱を前記構造体内に移送することにより前記構造体内の空気を加熱することとのうちの少なくとも一方を行なう方法。
【図１】
2018509892.tif 000003
【図２Ａ−２Ｂ】
2018509892.tif 000004
【図３Ａ】
2018509892.tif 000005
【図３Ｂ】
2018509892.tif 000006
【図４】
2018509892.tif 000007
【図５】
2018509892.tif 000008
【図６】
2018509892.tif 000009
【図７】
2018509892.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成29年3月1日(2017.3.1)
【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】
地下熱エネルギー貯蔵装置（３００）に接続された栽培用の領域を備える栽培用の構造体（２００）であって、前記構造体は、
前記構造体の室内気候を制御するための加熱冷却システムを備え、
前記加熱冷却システムは、前記構造体内の空気からの熱を前記地下熱エネルギー貯蔵装置内に移送することにより、前記構造体内の空気を冷却するように構成されており、かつ
前記加熱冷却システムは、前記地下熱エネルギー貯蔵装置からの熱を前記構造体内に移送することにより、前記構造体内の空気を加熱するように構成されている栽培用の構造体において、
栽培用の前記構造体（２００）は、空気を排出するために開放されないように構成されており、
前記加熱冷却システムは、前記構造体の空気中の蒸気を水に変形させることによって前記構造体の空気から水を回収するように構成された少なくとも１つの加熱冷却ユニット（２８０）を備えることを特徴とする、
栽培用の構造体。
【請求項２】
前記地下熱エネルギー貯蔵装置は鉛直の温度勾配を有し、
前記加熱冷却システムは循環システムを備え、当該循環システムは、前記地下熱エネルギー貯蔵装置の第１の鉛直高さ位置から流体を回収し、その流体と前記構造体内の空気との間で熱及び冷気の少なくとも一方が交換されるように当該流体を前記構造体内で循環させ、当該流体を前記地下熱エネルギー貯蔵装置の第２の鉛直高さ位置に戻すように構成されている、
請求項１に記載の栽培用の構造体。
【請求項３】
栽培用の前記領域を照らすように構成された複数の光源（２１２，２３２）と、
前記構造体に接続され、かつ複数の前記光源に電力を供給するように構成された複数の太陽電池とをさらに備える、
請求項１又は２に記載の栽培用の構造体。
【請求項４】
前記加熱冷却システムは制御システムを備え、
当該制御システムは、前記室内気候を制御するように構成されるとともに前記構造体内の湿度、温度、明るさ、及び二酸化炭素のうちの少なくとも１つを制御するように構成されている、
請求項１〜３のうちのいずれか一項に記載の栽培用の構造体。
【請求項５】
前記制御システムは、温度、湿度、明るさ、及び二酸化炭素のうちの少なくとも１つを測定するように構成された複数の測定ユニットを備える、
請求項４に記載の栽培用の構造体。
【請求項６】
前記地下熱エネルギー貯蔵装置は、鉛直の温度勾配と、内部複合加熱冷却装置とを有し、
前記内部複合加熱冷却装置は、前記エネルギー貯蔵装置から第１の温度を有する流体を回収し、より高い第２の温度を有する加熱された流体及びより低い第３の温度を有する冷却された流体を戻すように構成されており、
複数の前記太陽電池は前記内部複合加熱冷却装置に電力を供給するように構成されている、
請求項３〜５のうちのいずれか一項に記載の栽培用の構造体。
【請求項７】
前記太陽電池は太陽光に対して少なくとも部分的に半透明である、
請求項３〜６のうちのいずれか一項に記載の栽培用の構造体。
【請求項８】
複数の前記太陽電池は、前記構造体の頂部及び側部のうちの少なくとも一方に配置されている、
請求項３〜７のうちのいずれか一項に記載の栽培用の構造体。
【請求項９】
前記構造体は少なくとも部分的に不透明である、
請求項１〜８のうちのいずれか一項に記載の栽培用の構造体。
【請求項１０】
前記構造体の屋根は、透明及びドーム形のうちの少なくとも一方である、
請求項１〜９のうちのいずれか一項に記載の栽培用の構造体。
【請求項１１】
前記構造体は、建物、建物の一部、温室、トンネル、トンネルの一部、覆われた採掘場、及び地球外の覆われたクレータのうちの少なくとも１つである、
請求項１〜１０のうちのいずれか一項に記載の栽培用の構造体。
【請求項１２】
前記構造体が少なくとも１つのミラーを備えることと、前記構造体の内部の少なくとも一部が反射コーティングを備えることと、前記構造体の内部の少なくとも一部が蛍光コーティングを有することと、のうちの少なくとも１つを備える、
請求項１〜１１のうちのいずれか一項に記載の栽培用の構造体。
【請求項１３】
前記構造体は異なる温度を有する複数の気候領域を備える、
請求項１〜１２のうちのいずれか一項に記載の栽培用の構造体。
【請求項１４】
複数の前記気候領域が鉛直に配置されているか、水平に配置されているか、或いは鉛直且つ水平に配置されている、
請求項１３に記載の栽培用の構造体。
【請求項１５】
前記加熱冷却システムは、前記構造体に接続された冷却ユニットを備え、
前記冷却ユニットは、前記構造体の外部の空気から熱を回収するように構成されており、
前記加熱冷却システムは、回収された熱を前記地下熱エネルギー貯蔵装置内に移送するように構成されている、
請求項１〜１４のうちのいずれか一項に記載の栽培用の構造体。
【請求項１６】
前記加熱冷却システムに接続され、かつ回収された水を前記加熱冷却システムから栽培用の前記領域に移送するように構成された灌漑システムをさらに備える、
請求項１〜１５のうちのいずれか一項に記載の栽培用の構造体。
【請求項１７】
雨から水を回収するように構成された集雨装置を備え、
前記集雨装置は、前記灌漑装置及び前記加熱冷却システムのうちの少なくとも一方に接続されている、
請求項１６に記載の栽培用の構造体。
【請求項１８】
前記灌漑装置及び前記加熱冷却システムのうちの少なくとも一方は、外部の水システムに接続されており、回収された水を前記外部の水システムに提供するように構成されている、
請求項１６又は１７に記載の栽培用の構造体。
【請求項１９】
栽培用の前記領域は複数のサブ領域を備え、当該サブ領域は前記構造体の複数の高さ位置に配置されており、
複数の前記光源が複数の前記サブ領域を照らすように構成されていることと、前記灌漑システムが複数の前記サブ領域を灌漑するように構成されていることと、のうちの少なくとも一方を備える、
請求項３に従属するときの請求項１６〜１８のうちのいずれか一項に記載の栽培用の構造体。
【請求項２０】
栽培用の前記領域に接続された水産養殖をさらに備える、
請求項１〜１９のうちのいずれか一項に記載の栽培用の構造体。
【請求項２１】
栽培用の前記領域がハイドロカルチャーシステムを備える、
請求項１〜２０のうちのいずれか一項に記載の栽培用の構造体。
【請求項２２】
栽培用の領域を備える栽培用の構造体（２００）の動作方法であって、前記方法は、
前記構造体内の空気からの熱を前記地下熱エネルギー貯蔵装置内に移送することにより前記構造体内の空気を冷却することと、前記地下熱エネルギー貯蔵装置からの熱を前記構造体内に移送することにより前記構造体内の空気を加熱することとのうちの少なくとも一方を行なう加熱冷却システム（３００）を備える方法において、
栽培用の前記構造体（２００）は、空気を排出するために開放されないように構成されており、
前記加熱冷却システムの少なくとも１つの加熱冷却ユニット（２８０）を備え、当該加熱冷却ユニットは、前記構造体の空気中の蒸気を水に変形させることによって前記構造体の空気から水を回収することを特徴とする、
方法。
【請求項２３】
循環システムをさらに備え、当該循環システムは、前記地下熱エネルギー貯蔵装置の第１の鉛直高さ位置から流体を回収し、その流体と前記構造体内の空気との間で熱及び冷気の少なくとも一方が交換されるように当該流体を前記構造体内で循環させ、当該流体を前記地下熱エネルギー貯蔵装置の第２の鉛直高さ位置に戻す、
請求項２２に記載の方法。
【手続補正書】
【提出日】平成29年10月4日(2017.10.4)
【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】
地下熱エネルギー貯蔵装置（３００）に接続された栽培用の領域を備える栽培用の構造体（２００）であって、前記構造体は、
前記構造体の室内気候を制御するための加熱冷却システムを備え、
前記加熱冷却システムは、前記構造体内の空気からの熱を前記地下熱エネルギー貯蔵装置内に移送することにより、前記構造体内の空気を冷却するように構成されており、かつ
前記加熱冷却システムは、前記地下熱エネルギー貯蔵装置からの熱を前記構造体内に移送することにより、前記構造体内の空気を加熱するように構成されている栽培用の構造体において、
栽培用の前記構造体（２００）は、空気を排出するために開放されないように構成されており、
前記加熱冷却システムは、前記構造体の空気中の蒸気を水に変形させることによって前記構造体の空気から水を回収するように構成された少なくとも１つの加熱冷却ユニット（２８０）を備えることを特徴とする、
栽培用の構造体。
【請求項２】
前記地下熱エネルギー貯蔵装置は鉛直の温度勾配を有し、
前記加熱冷却システムは循環システムを備え、当該循環システムは、前記地下熱エネルギー貯蔵装置の第１の鉛直高さ位置から流体を回収し、その流体と前記構造体内の空気との間で熱及び冷気の少なくとも一方が交換されるように当該流体を前記構造体内で循環させ、当該流体を前記地下熱エネルギー貯蔵装置の第２の鉛直高さ位置に戻すように構成されている、
請求項１に記載の栽培用の構造体。
【請求項３】
栽培用の前記領域を照らすように構成された複数の光源（２１２，２３２）と、
前記構造体に接続され、かつ複数の前記光源に電力を供給するように構成された複数の太陽電池とをさらに備える、
請求項１又は２に記載の栽培用の構造体。
【請求項４】
前記加熱冷却システムは制御システムを備え、
当該制御システムは、前記室内気候を制御するように構成されるとともに前記構造体内の湿度、温度、明るさ、及び二酸化炭素のうちの少なくとも１つを制御するように構成されている、
請求項１〜３のうちのいずれか一項に記載の栽培用の構造体。
【請求項５】
前記制御システムは、温度、湿度、明るさ、及び二酸化炭素のうちの少なくとも１つを測定するように構成された複数の測定ユニットを備える、
請求項４に記載の栽培用の構造体。
【請求項６】
前記地下熱エネルギー貯蔵装置は、鉛直の温度勾配と、内部複合加熱冷却装置とを有し、
前記内部複合加熱冷却装置は、前記エネルギー貯蔵装置から第１の温度を有する流体を回収し、より高い第２の温度を有する加熱された流体及びより低い第３の温度を有する冷却された流体を戻すように構成されており、
複数の前記太陽電池は前記内部複合加熱冷却装置に電力を供給するように構成されている、
請求項３〜５のうちのいずれか一項に記載の栽培用の構造体。
【請求項７】
前記構造体は、建物、建物の一部、温室、トンネル、トンネルの一部、覆われた採掘場、及び地球外の覆われたクレータのうちの少なくとも１つである、
請求項１〜６のうちのいずれか一項に記載の栽培用の構造体。
【請求項８】
前記構造体は異なる温度を有する複数の気候領域を備える、
請求項１〜７のうちのいずれか一項に記載の栽培用の構造体。
【請求項９】
複数の前記気候領域が鉛直に配置されているか、水平に配置されているか、或いは鉛直且つ水平に配置されている、
請求項８に記載の栽培用の構造体。
【請求項１０】
前記加熱冷却システムは、前記構造体に接続された冷却ユニットを備え、
前記冷却ユニットは、前記構造体の外部の空気から熱を回収するように構成されており、
前記加熱冷却システムは、回収された熱を前記地下熱エネルギー貯蔵装置内に移送するように構成されている、
請求項１〜９のうちのいずれか一項に記載の栽培用の構造体。
【請求項１１】
前記加熱冷却システムに接続され、かつ回収された水を前記加熱冷却システムから栽培用の前記領域に移送するように構成された灌漑システムをさらに備える、
請求項１〜１０のうちのいずれか一項に記載の栽培用の構造体。
【請求項１２】
雨から水を回収するように構成された集雨装置を備え、
前記集雨装置は、前記灌漑システム及び前記加熱冷却システムのうちの少なくとも一方に接続されている、
請求項１１に記載の栽培用の構造体。
【請求項１３】
前記灌漑システム及び前記加熱冷却システムのうちの少なくとも一方は、外部の水システムに接続されており、回収された水を前記外部の水システムに提供するように構成されている、
請求項１１又は１２に記載の栽培用の構造体。
【請求項１４】
栽培用の前記領域は複数のサブ領域を備え、当該サブ領域は前記構造体の複数の高さ位置に配置されており、
複数の前記光源が複数の前記サブ領域を照らすように構成されていることと、前記灌漑システムが複数の前記サブ領域を灌漑するように構成されていることと、のうちの少なくとも一方を備える、
請求項３に従属するときの請求項１１〜１３のうちのいずれか一項に記載の栽培用の構造体。
【請求項１５】
栽培用の領域を備える栽培用の構造体（２００）の動作方法であって、前記方法は、
前記構造体内の空気からの熱を地下熱エネルギー貯蔵装置（３００）内に移送することにより前記構造体内の空気を冷却することと、前記地下熱エネルギー貯蔵装置からの熱を前記構造体内に移送することにより前記構造体内の空気を加熱することとのうちの少なくとも一方を行なう加熱冷却システムを備える方法において、
栽培用の前記構造体（２００）は、空気を排出するために開放されないように構成されており、
前記加熱冷却システムの少なくとも１つの加熱冷却ユニット（２８０）を備え、当該加熱冷却ユニットは、前記構造体の空気中の蒸気を水に変形させることによって前記構造体の空気から水を回収することを特徴とする、
方法。
【請求項１６】
循環システムをさらに備え、当該循環システムは、前記地下熱エネルギー貯蔵装置の第１の鉛直高さ位置から流体を回収し、その流体と前記構造体内の空気との間で熱及び冷気の少なくとも一方が交換されるように当該流体を前記構造体内で循環させ、当該流体を前記地下熱エネルギー貯蔵装置の第２の鉛直高さ位置に戻す、
請求項１５に記載の方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３５】
栽培用の構造体は、雨から水を回収するように構成された集雨装置を備え得る。集雨装置は、灌漑システム及び加熱冷却システムのうちの少なくとも一方に接続され得る。環境には、栽培用の構造体は、水を運ばせる代わりに水を回収し得ることが好ましい。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３６】
灌漑システムは外部の水システムに接続され得、その外部の水システムに水を運ばせる代わりに回収された水を提供するように構成され得る。環境には、栽培用の構造体は、水を回収し得ることが好ましい。
【国際調査報告】
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