(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高温層と、中温層と、低温層とを内部に形成する単一の蓄熱層と、
前記各層の温水を利用する複数の熱需要手段とを備え、
前記高温層は、前記中温層の上部で該中温層の温度範囲にある温水を加熱して循環させることにより熱供給されて形成され、
前記中温層は、前記低温層の上部で該低温層の温度範囲にある温水を加熱して循環させることにより熱供給されて形成され、
前記低温層は、該低温層よりも低温の水を加熱して循環させることにより熱供給されており、
前記高温層から高温熱需要手段を機能させるための温水を供給し、該高温熱需要手段を機能させて温度の低下した排水を前記中温層へと循環させ、前記中温層から中温熱需要手段を機能させるための温水を供給し、該中温熱需要手段を機能させて温度の低下した排水を前記低温層へと循環させ、前記低温層から低温熱需要手段を機能させるための温水を供給し、前記低温熱需要手段を機能させて温度の低下した排水は、調整層に循環されており、前記各熱需要手段へと温水を供給することを特徴とする温水供給システム。
【請求項２】
前記高温層は、８０℃以上の温度範囲とされ、前記中間層は、４０℃〜６０℃とされ、前記低温層は、略４０℃とされていることを特徴とする請求項１に記載の温水供給システム。
【請求項３】
前記中温層には、前記低温層の温水が加熱手段を通して循環されることを特徴とする請求項１又は２に記載の温水供給システム。
【請求項４】
高温層と、中温層と、低温層とからなる温度成層が形成され、
前記高温層は、前記中温層の上部で該中温層の温度範囲にある温水を加熱して循環させることにより熱供給されて形成され、
前記中温層は、前記低温層の上部で該低温層の温度範囲にある温水を加熱して循環させることにより熱供給されて形成され、
前記低温層は、該低温層よりも低温の水を加熱して循環させることにより熱供給されて形成された単一の蓄熱槽を備え、
前記高温層から高温熱需要手段を機能させるための温水を供給し、該高温熱需要手段から排出される温度の低下した温水を前記中温層へと循環させると共に、前記中間層から中温熱需要手段を機能させるための温水を供給し、該中温熱需要手段から排出される温度の低下した温水を前記低温層へと循環させ、前記低温層から低温熱需要手段を機能させるための温水を供給し、該低温熱需要手段からの排水は、調整層に循環されており、前記各熱需要手段へと温水を供給することを特徴とする温水供給システムを備える建造物。
【請求項５】
前記高温熱需要手段と、前記中温熱需要手段と、前記低温熱需要手段とが設置され、前記高温層，前記中温層，前記低温層のうち少なくとも１つの層から対応する温度の温水を用いる熱需要手段へと温水が各階毎に供給されることを特徴とする請求項４に記載の建造物。
【請求項６】
前記高温層は、８０℃以上の温度範囲とされ、前記中温層は、４０℃〜６０℃とされ、前記低温層は、略４０℃とされていることを特徴とする請求項４に記載の建造物。
【請求項７】
前記低温層の温水を太陽熱温水器を通して前記中温層へと循環させることを特徴とする請求項４，５又は６に記載の建造物。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、温水供給システム及び該温水供給システムを用いた建造物に関し、より詳細には、熱移動をカスケード型にすることにより効率を向上させたカスケード式蓄熱槽を用いた温水供給システム及び該温水供給システムにより温水が供給される建造物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
我が国においては、アメニティ嗜好の高揚に伴い、特に民生用のエネルギー消費は依然として増大する傾向にあり、ライフスタイルや社会的ニーズに適合させつつ、よりいっそう省エネルギー化を推進する必要がある。また、エネルギー消費の増加による地球環境の悪化や、都市部での消費電力のピークを低減させ、電力消費の負荷平準化といった問題に対応する必要もある。さらに、近年における電力需要は、その特徴として空調機といったヒートポンプの急激な普及に伴い、夏場ばかりではなく冬場にもピークがあらわれるツインピーク型の需要曲線を与えており、年間を通して低質な熱需要である冷暖房需要に対応した合理的なエネルギーシステムを構築することにより、都市居住とエネルギー消費との調和を行うこと必要とされている。
【０００３】
エネルギーにはいくつかの形態があるが、空調・給湯といった住宅において必要とされるエネルギーの最終形態は、熱エネルギーであることが多い。熱エネルギーは、適切な蓄熱システムを用いることにより貯蔵が可能であり、蓄熱システムを取り入れることにより熱の供給側と需要側とを時間的・量的に調節することを可能とし、電力消費の平準化、熱源機器の高効率化、熱回収等の観点から省エネルギーを効果的に達成することを可能とする。また、排熱や太陽熱のように発生する熱量が不安定な未だ有効に利用されているとはいえないエネルギーを有効に利用するためには、蓄熱システムを用いることが必要である。
【０００４】
従来、上述した目的から種々の蓄熱システムが提案されている。従来の蓄熱システムは、単一温度の蓄熱槽から供給される単一温度の熱を利用するものであり、各温度に対応する蓄熱槽に対して個別の熱源を用いる必要が生じ、このためよりいっそうエネルギーを有効利用して省エネルギーを達成することが蓄熱槽に対して望まれている。
【０００５】
すなわち、通常の熱源では、ガス、石油といった燃料が用いられ、これらの化石燃料は、燃焼温度が数百度と高温となる。この熱を最初から１００℃以下の温度を与えるための加熱に用いるのでは、熱エネルギーを充分に活用しているとはいえない。熱をよりいっそう合理的に利用するためには、必要とされる温度レベルを考慮して段階的に熱を利用する、いわゆるカスケード式の熱利用を行うことが望ましい。
【０００６】
上述したカスケード型蓄熱システムは、コ・ジェネレーション、太陽熱、生活排水等種々の熱源から得られる熱を温度範囲別に分けて蓄熱し、熱需要に合わせて必要とされる温度レベルに適合した熱を供給する蓄熱システムである。
【０００７】
このようなカスケード型蓄熱槽は、蓄熱時には蓄熱媒体である水の温度による密度差を利用して、温度が高く密度の小さな水と、温度が低く密度の大きな水とが混合してしまわないように、垂直方向に蓄熱槽内部において温度成層を形成させて蓄熱し、各温度領域が混合して温度レベルが均一化してしまうことによる熱効率の低下を防止するものである。したがって上述したようなカスケード型蓄熱槽を用いた温水供給システムを提供することができれば、よりいっそうエネルギーの有効利用を行うことができる温水供給システムを提供することが可能となる。
【０００８】
また、上述した温水供給システムを用いた建造物を提供できれば、都市居住におけるエネルギー需要の問題に対して寄与することが可能となり、地球環境の悪化、電力のピークカット・付加平準化といった問題に対して大きく貢献することが可能となる。
【０００９】
本発明者は、上述の観点からカスケード型蓄熱槽に対する検討を加えてきており、カスケード型に蓄熱を行う蓄熱槽についてこれまで、充分な温度成層型の蓄熱槽が提供できることを報告している。上述した温度成層は、温度成層を形成させるための温水循環や、温水供・排水口等の形状、温水温度といった条件により形成されるものである。したがってこのような条件を維持させながら、この温度成層が形成されたカスケード型蓄熱槽から給湯器、床暖房、空調機といったそれぞれ温水需要量が相違し、季節的にも需要量が変動する熱需要手段へと安定して温水供給を行うことができる温水供給システム及び該温水供給システムにより温水が供給される建造物が望まれている。
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明においては、上述した温度成層型の蓄熱槽を有効に利用することにより、効率よく熱を蓄える機能に加え、温度成層として蓄熱された熱のうち、高温層から温度の高い給湯といった高温熱需要手段に供給し、給湯に比較して、低温で賄いうる暖房等の熱需要に対してはより低い温度の層から温水を供給することにより、利用形態に最も適した形で熱エネルギー、すなわち温水を提供することを可能とするカスケード型蓄熱層を用いた温水供給システム及び該温水供給システムを用いた建造物を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記目的は、本発明の温水供給システム及び該温水供給システムを備えた建造物により達成される。
【００１２】
すなわち、本発明の請求項１の発明によれば、高温層と、中温層と、低温層とを内部に形成する単一の蓄熱層と、上記各層の温水を利用する複数の熱需要手段とを備え、上記高温層は、上記中温層の上部で該中温層の温度範囲にある温水を加熱して循環させることにより熱供給されて形成され、上記中温層は、上記低温層の上部で該低温層の温度範囲にある温水を加熱して循環させることにより熱供給されて形成され、上記低温層は、該低温層よりも低温の水を加熱して循環させることにより熱供給されており、上記高温層から高温熱需要手段を機能させるための温水を供給し、該高温熱需要手段を機能させて温度の低下した排水を上記中温層へと循環させ、上記中温層から中温熱需要手段を機能させるための温水を供給し、該中温熱需要手段を機能させて温度の低下した排水を上記低温層へと循環させ、上記低温層から低温熱需要手段を機能させるための温水を供給し、上記低温熱需要手段を機能させて温度の低下した排水は、調整層へと循環されており、上記各熱需要手段へと温水を供給することを特徴とする温水供給システムが提供される。
【００１３】
本発明の請求項２の発明によれば、上記高温層は、８０℃以上の温度範囲とされ、上記中間層は、４０℃〜６０℃とされ、上記低温層は、略４０℃とされていることを特徴とする温水供給システムが提供される。
【００１４】
本発明の請求項３の発明によれば、上記中温層には、上記低温層の温水が加熱手段を通して循環されることを特徴とする温水供給システムが提供される。
【００１５】
本発明の請求項４の発明によれば、高温層と、中温層と、低温層とからなる温度成層が形成され、上記高温層は、上記中温層の上部で該中温層の温度範囲にある温水を加熱して循環させることにより熱供給されて形成され、上記中温層は、上記低温層の上部で該低温層の温度範囲にある温水を加熱して循環させることにより熱供給されて形成され、上記低温層は、該低温層よりも低温の水を加熱して循環させることにより熱供給されて形成された単一の蓄熱槽を備え、上記高温層から高温熱需要手段を機能させるための温水を供給し、該高温熱需要手段から排出される温度の低下した温水を上記中温層へと循環させると共に、上記中間層から中温熱需要手段を機能させるための温水を供給し、該中温熱需要手段から排出される温度の低下した温水を上記低温層へと循環させ、上記低温層から低温熱需要手段を機能させるための温水を供給し、該低温熱需要手段からの排水は、調整層へと循環されており、上記各熱需要手段へと温水を供給することを特徴とする温水供給システムを備える建造物が提供される。
【００１６】
本発明の請求項５の発明によれば、上記高温熱需要手段と、上記中温熱需要手段と、上記低温熱需要手段とが設置され、上記高温層，上記中温層，上記低温層のうち少なくとも１つの層から対応する温度の温水を用いる上記熱需要手段へと温水が各階毎に供給されることを特徴とする建造物が提供される。
【００１７】
本発明の請求項６の発明によれば、上記高温層は、８０℃以上の温度範囲とされ、上記中温層は、４０℃〜６０℃とされ、上記低温層は、略４０℃とされていることを特徴とする建造物が提供される。
【００１８】
本発明の請求項７の発明によれば、上記低温層の温水を太陽熱温水器を通して上記中温層へと循環させることを特徴とする建造物が提供される。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面を参照してより詳細に説明する。図１は、本発明に用いるカスケード型蓄熱方式の概念を示した図である。本発明に用いるカスケード型蓄熱槽１は、内部が各層別に仕切られていない単一の蓄熱槽として構成されており、その内部に最上部から高温層２と、中温層３と、低温層４とからなる温度成層が形成されている。高温層２と中温層３との間には、両層が僅かに混合された混合域５が形成されている。同様に中温層３と低温層４との間には、これらの層が互いに混合された混合域６が形成されていて、各層が定常的にカスケード型蓄熱槽内に存在するように熱及び温水循環量等が設定されている。
【００２０】
高温層２は、コ・ジェネレーション、ヒートポンプ等の高温熱源７により加熱された中温層３の上側の部分からの温水が循環されて加熱されており、中温層３は、太陽熱、中温度熱源といった中温熱源８により加熱された低温層４の上側から導出された温水が循環され、さらに低温層４は、生活排熱や、それ以外の低温度熱源等の低温熱源９によって加熱された調整層１０からの温水により加熱されている。また、図１には、調整層１０と低温層４との間には混合域１１が形成されているのが示されている。
【００２１】
図１中に示されたカスケード型蓄熱方式における熱供給を説明すると、まず、高温層２からの水を高温の熱を必要とする高温熱需要手段１２へと供給し、エネルギーを消費して低温とされた排水を中温層３の上部へと供給する。中温層３からは、中温の熱を必要とする中温熱需要手段１２へと温水が供給され、この中温熱需要手段１３の排水が低温層４の上部へと供給されているのが示されている。さらに低温層４からは、低温の熱を必要とする低温熱需要手段１４へと温水が供給されていて、低温熱需要手段１４の排水が調整層１０へと供給されているのが示されている。調整層１０に一旦蓄積された低温層４よりも低温の水は、生活排熱といった低温熱源９により所定の温度にまで加熱された後、低温層４へと循環されていて、カスケード式に熱利用すことが可能とされている。
【００２２】
図１中では調整層１０は、カスケード型蓄熱槽１に隣接して設けられているのが示されているが、本発明においては、カスケード型蓄熱槽１の外部に調整層１０と同様の機能を有するシステムを設けておくようにしても良い。また、この構成とする場合には、混合域１１は必ずしも形成されなくとも良い。さらに、このシステムは、低温層４ばかりにではなく、所望により高温層２、中温層３の範囲の温度にまで低温の水を加熱して、各層へと供給するようにされている。また、低温層４からは、ヒートポンプ等の加熱手段１５を介して中温度熱需要手段１３へと供給されていて、カスケード型蓄熱槽１の熱的効率をさらに向上させている。
【００２３】
この加熱手段１５は、図１に示されるように直接中温熱需要手段１３を機能させるのではなく、中温層３へと循環されるように構成することも可能である。また、本発明の温水供給システムにおいては、上述したカスケード式の熱供給は、高温層２から順次中温層３，低温層４へと排水を供給するものばかりではなく、中温層２から中温熱需要手段１３へと温水を供給し、中温熱需要手段１３からの排水を低温層４へと循環させる構成を含むものでも良い。
【００２４】
図２は、本発明のカスケード型蓄熱槽１の内部に形成される温度成層の温度分布を高温層２と低温層４とについて示した概略図である。縦軸は、高温層２及び中温層４の各層の合計高さで規格化した無次元高さｈであり、横軸は、高温層２から中温層４までの高さ方向の温度差で規格化した無次元温度である。本発明に用いるカスケード型蓄熱槽１は、内部が仕切られていない単一の蓄熱槽の内部に高温層２と、中温層３と、低温層４といった、互いに温度範囲が異なる３つの層からなる温度成層を形成させるものである。このような温度成層は、加熱された水の比重及び各層への温水循環による加熱条件等を適宜選択することによって形成することができる。
【００２５】
また、図２に示されるように、本発明に用いるカスケード型蓄熱槽１内においては、さらに高温層２と中温層３、中温層３と低温層４とのそれぞれの間において互いの層が混合した混合域が形成される。この混合域をできるだけ最小にするように温水循環量及び温度、循環位置等を設定することによりカスケード型蓄熱槽１内部において温度成層を形成させることが可能となる。理想的に温度成層が形成された場合の温度分布は、図２中、破線で示されている。また、図２では、高温層２と、中温層３と、低温層４との体積は異なるように示されているが、図１で説明したようにカスケード型蓄熱槽１中において、高温層２と、中温層３と、低温層４とを互いに形成する場合には、適宜いかなる体積として形成することもできる。
【００２６】
このような温度成層を形成するためには、少なくとも高温層２の上部を例えば高温熱源７により加熱した温水を循環させて加熱し、高温層２の下側部から熱需要手段に供給する温水を排出させると共に、中温層３を低温層４からの温水を中温熱源８又は加熱手段１５により加熱して中温層３の上部へと循環させることにより形成させることができる。また、中温層３と低温層４との間についても同様な方法で形成させることができる。上述した高温層の温度範囲としては、都市居住における用途を考慮すれば、約８０℃以上とされることが好ましく、中温層の温度範囲としては約４０℃〜約６０℃とされることが好ましく、低温層の温度範囲としては約２０℃〜約４０℃とされていることが好ましい。
【００２７】
図３は、本発明において用いるカスケード型蓄熱槽１の断面図である。本発明に用いるカスケード型蓄熱槽１には、少なくとも高温層２，中温層３，低温層４にそれぞれ高温熱源７，中温熱源８，低温熱源９により加熱された温水を導入するための温水供給口１６ａ，１６ｂ，１６ｃと、高温層２，中温層３，低温層４からそれぞれの高温熱需要手段１２，中温熱需要手段１３，高温熱需要手段１４へと温水を供給するため、温水を排出する温水排出口１７ａ，１７ｂ，１７ｃとが設けられているのが示されている。図３においては、各層あたり温水供給甲１６ａ，１６ｂ，１６ｃ及び温水排水口１７ａ，１７ｂ，１７ｃは、それぞれ１つずつ設けられているのが示されているが、必要に応じていくつでも設けることが可能である。図３に示す温水供給口１６ａ，１６ｂ，１６ｃ及び温水排出口１７ａ，１７ｂ，１７ｃは、本発明のカスケード型蓄熱槽１の温度成層を良好に形成させる必要があり、特にカスケード型蓄熱槽１に隣接した開口部形状により、温度成層における混合域の幅が左右されることになる。
【００２８】
図４は、温水供給口１６ａ，１６ｂ，１６ｃ及び温水排出口１７ａ，１７ｂ，１７ｃのカスケード型蓄熱槽１に隣接した側の開口部形状を示した図である。本発明において用いる温水供給口及び温水排出口等の形状は、図４（ａ）に示されるようにパイプ１８を単に切断した円形とされていても良く、また図４（ｂ）に示されるようにパイプ１８の先端部に複数のじゃま板１９ａ，１９ｂを間隔ｄで設けて、じゃま板１９ａ，１９ｂの隙間ｈから温水を吐出させて温水供給口付近における温水の流れを妨げるような、整流器型の形状とされていても良い。
【００２９】
図５は、本発明に用いることができる温水供給口及び温水排出口のカスケード型蓄熱槽１に隣接する側の開口部のさらに変形例を示した図である。本発明に用いる温水供給口及び温水排出口等の形状は、図５（ａ）に示すように、パイプ１８の先端部に対して方形の排出口が形成されたプレート部材２０を取り付けて方形とされていても良く、また図５（ｂ）に示すように、長方形の排出口が形成されたプレート部材２１を取り付けて長方形とされていても良い。
【００３０】
本発明においては、図４及び図５に示したいかなる形状の温水供給口及び温水排水口であっても用いることができるが、図２に示した混合域をシャープに形成させる、すなわち混合域の幅をより小さくするためには、図４（ｂ）に示す整流器型の形状とされていることが好ましいことが見出された。図４（ｂ）に示す整流器型形状の寸法には特に制限はないが、じゃま板１９ａ，１９ｂの径ｄと隙間ｈとの比（ｈ／ｄ）が０．９〜０．００９の間とされていることが好ましい。
【００３１】
また、図３に示したカスケード型蓄熱槽１は、温水排出口１７ａ，１７ｂ，１７ｃから直接温水を排出する構成とされているが、本発明においては温水を各熱需要手段へと供給させるため、所定の熱需要手段によりエネルギーが消費されて温度が低下した温水を通した循環用パイプをカスケード型蓄熱槽１の内部に挿通して、カスケード型蓄熱槽１内の温水と熱交換させた後、再度所定の熱需要手段へと循環パイプを通して供給するようにすることもできる。この構成を用いれば、熱需要手段により消費される温水の量が大きく変動した場合にもカスケード型蓄熱槽１の内部の温度成層を維持させるための熱供給及び温水循環量とは別に熱需要手段への温水供給をよりいっそう容易に制御することができる。
【００３２】
図６は、本発明の温水供給システムの配管を具体的に示した配管図である。図６に示した本発明の温水供給システムでは、カスケード型蓄熱槽１は、内部に高温層２と、中温層３と、低温層４とからなる温度成層が形成されている。高温層２は、中温層３からライン２２を介して排出される温水を地表面Ｇ．Ｌに配置されたヒートポンプ２３により加熱した後、高温層２へとライン２４を通して循環させることにより加熱されている。このヒートポンプ２３は、可逆運転可能とされていても良く、例えば中温層３からの温水供給量が多い場合には、高温層２からの温水を冷却して中温層３へと導入すると共に、低温層４からも温水供給を行って、カスケード型蓄熱槽１内部の温度成層を維持させるようにされていても良い。図６では、ライン２２には、流量計２２−１が設けられ、ライン２４には、バルブ２４−１が設けられ、後述するライン２５には、流量計２５−１が設けられ、ライン２７には、バルブ２７−１が設けられ、ライン４２の上部にはエアー抜きバルブ４２−１が設けられているのが示されているが、本発明の温水供給システムにおいては、所望によりいかなる位置にバルブ、流量計、圧力計、ポンプといった手段を配置させることも可能である。
【００３３】
高温層２の８５℃付近の温水は、さらにライン２５により地表面Ｇ．Ｌに設置された冷凍機２６へと供給され、冷凍機２６を駆動して温度が８０℃程度まで低下した温水をライン２７を介して高温層２の底部へと循環させている。この冷凍機２６は、低温の熱を必要とする例えば空調機冷却用の冷水を製造するために用いられており、この冷水は、図示しないラインにより冷房が必要とされる空間へと供給されるようにされている。上述した冷凍機２６は、さらに図示しない冷却塔により冷却されるようにされていても良い。
【００３４】
中温層３は、その底部付近において中温熱源８として用いられる周辺設備の排熱を利用して加熱された低温層４から導出された温水がライン２８を介して循環され加熱されている。さらに中温層３の上部には、低温層４の底部から導出された低温の温水がライン２９から加熱手段１５へと供給され、中温層３における最高温度付近にまで加熱された後、ライン３０を通して中温層３へと再度供給されていて、高温層２と中温層３との間に温度成層を形成させる構成とされている。このライン３０は、必要に応じて中温度熱需要手段１３へと直接導かれ、中温度熱需要手段１３を機能させる構成とされていても良い。上述した加熱手段１５としては、上述したようにヒートポンプ等を用いることもできるが、加熱手段１５としては、建造物の屋上に配置された利用効率の低い太陽光線を用いる太陽熱温水器とすることもできる。
【００３５】
低温層４は、低温熱源９により加熱された温水がライン３１により導入されて加熱が行われている。また、低温層４の底部は、ライン３２を通して調整層１０として機能する図示しないヒートポンプといった加熱手段、蓄熱手段、冷凍機、圧縮機、循環ポンプ等から構成された調整システム３３へと連通されている。この調整システム３３は、低温層４から低温熱需要手段１４へとライン３４を通じて供給され、熱エネルギーを放出して低温層４よりも低温とされた排水の熱をライン３５を通して受け取っている。
【００３６】
調整システム３３により加熱された例えば低温熱需要手段１４からの排水は、調整システム３３内に含まれる図示しないヒートポンプ等により加熱され、低温層４に適合する範囲の温水とされた後、低温層４の底部へとライン３２、又は図示しない別のラインを介して供給され、再度低温層４における低温熱需要手段１４への供給のために用いられるようにされている。
【００３７】
図６においては、調整システム３３からの温水を低温層４へと戻すものとして説明した。しかしながら本発明においては、高温熱需要手段１２，中温熱需要手段１３，低温熱需要手段１４といったそれぞれ温水需要量が異なり、また季節的にも温水供給量が変動する温水供給量に対応しつつ、安定な温水供給を行う必要がある。このため、本発明の温水供給システムは、調整システム３３により加熱される水は、必ずしも低温層４のみに対応させて加熱して循環させるのみではなく、適宜高温層２，中温層３の温度成層の形成に影響を及ぼさない程度の温度にまで調整システム３３内において加熱された後、所定の層へと戻されるように構成される。上述の構成とすることにより、カスケード型蓄熱槽内における各層の実質的な体積が温水供給量により変化しないようにさせつつ、各熱需要手段へと温水を供給することが可能となり、各層の体積が大きく変動することによる温度成層間の温度均一化を防止しつつ、安定な温水供給を行うことが可能となる。この点からは、上述したように高温層２，中温層３，低温層４から供給する温水をカスケード型蓄熱槽１内から直接供給するのではなく、カスケード型蓄熱槽１内に熱交換パイプを挿通させて熱交換させた後各熱需要手段へと再循環させることも可能である。
【００３８】
上述したように形成された高温層２、中温層３、低温層４から各熱需要手段への熱、すなわち温水の供給についてさらに図６を用いて説明する。高温層２からは、ライン３６を通して約８０℃の温水が供給されている。このライン３６の温水からの熱エネルギーが高温熱需要手段１２により消費されることになる。ライン３６からの温水は、高温熱需要手段１２によりその熱エネルギーが抽出されてしまうので温度が低下する。この温度が低下した温水は、高温熱需要手段１２から排出されて、ライン３７を介して約６０℃の中温層３の中間部へと導入される。
【００３９】
次いで中温層３から中温熱需要手段１３へと、ライン３８を介して温水が供給され、その熱エネルギーが抽出され、抽出された熱エネルギーが中温熱供給手段１３において消費される。熱エネルギーが消費されて低温となった排水は、ライン３９を通して約２０℃〜約４０℃とされた低温層４の上部へと導入される。
【００４０】
低温層４からは、ライン３４を通して低温熱需要手段１４へと熱エネルギーが供給される。低温熱需要手段１４から排出された排水は、ライン３５を通して調整システム３３へと導入され、図示しない家庭内生活排熱、ヒートポンプ、蓄熱手段等により適切な温度とされた後、高温層２，中温層３，低温層４といった所望の層へと供給される。
【００４１】
さらに、図６に示されるように高温層２の温水は、ライン４０を介して建造物４１内へと導入され、建造物４１内の図示しない高温熱需要手段へと熱エネルギーを供給する。この高温層４から供給される温水は、高温熱需要手段を機能させて熱エネルギーを放出した後、ライン４２を介して高温層２へと循環されている。また、上述した高温層２からの温水は、建造物４１内へと導入されて、高温熱需要手段へとエネルギーを放出した後、再度高温層２へと戻されるのではなく、カスケード型熱利用ができるように、中温層３へと導入する構成とすることもできる。
【００４２】
また、中温層３及び低温層４からそれぞれそれぞれ建造物４１内に設置された図示しない中温熱需要手段及び低温熱需要手段へと供給される温水は、中温熱需要手段及び低温熱需要手段へと熱エネルギーを放出した後、カスケード型蓄熱槽１内での温度成層を乱さない場合には、再度中温層３及び低温層４へと戻されても良い。また、中温層３及び低温層４から供給され、中温熱需要手段及び低温熱需要手段において熱エネルギーを放出した排水は、その後それぞれの循環ラインにより中温層４及び調節システム３３へとそれぞれ循環させるようにすることも可能である。
【００４３】
上述した循環方法のうち、図６では、低温層４から建造物４１の内部に設置された低温熱需要手段へと温水が供給され、低温熱需要手段１４により熱エネルギーが抽出された低温の排水がライン４３を通して調整システム３３へと循環されて上述したように加熱された後、所定の熱需要手段へと供給されるのが示されている。いずれの循環方法を採用する場合でも、上述したカスケード型蓄熱槽１から各熱需要手段への温水供給は、カスケード蓄熱槽１内の各混合域を実質的に拡大させないようにして行われる。
【００４４】
また、上述した高温熱需要手段１２、中温熱需要手段１３，低温熱需要手段１４には、必要に応じてカスケード型蓄熱槽１から供給される温水と熱交換を行うための図示しない熱交換器が適宜設けられていても良い。
【００４５】
図７は、本発明の温水供給システムを備えた建造物４１を示した図である。図７においては説明の便宜上、カスケード型蓄熱槽１の温度成層を維持させるための配管については省略して示している。建造物４１には、屋上に太陽熱温水器４４が設けられていて、低温層４から中温層３の上部へと循環される温水を所定の温度にまで加熱させている。このように加熱された温水は、ライン３０を介して中温層３の上部へと循環されて、中温層３に対して熱供給を行う。構造物４１は、さらに、屋上緑化されていても良い。
【００４６】
建造物４１には、共用部熱需要手段として、ファンコイルユニットＦＣＵ，ランドリーＬ，ボイラーＢ，サウナＳといった高温熱需要手段と、コンポストといった生ゴミ処理装置Ｃといった中温熱需要手段と、プールＰといった低温熱需要手段とが設けられている。また建造物４１には、複数の階床４５が設けられていて、各階床４５における居住空間内には、飲食用の給湯設備ＨＷＳＳ，居室用ファンコイルユニットＬＦＣＵ，浴室乾燥機ＢＤといった高温熱需要手段と、床暖房ＦＨといった中温熱需要手段と、浴槽ＢＨといった低温熱需要手段とが設けられているのが示されている。
【００４７】
また、図７では、高温層２から供給された温水と熱交換を行って、居住空間内へと温水供給を行うための熱交換器４６が別途設置されているのが示されている。この熱交換器４６は、建造物４１の階床４５に設置される必要な熱需要手段に対応して個別に設けることもできる。この熱交換器４６は、カスケード型蓄熱槽１から供給される温水と上水とを熱交換させて、各熱需要手段へとエネルギーを与えるようにするものである。
【００４８】
本発明の建造物４１においては、上述した各階床４５ごとにカスケード型蓄熱槽１の高温部２，中温部３，低温部４の少なくとも１つの層から上述した各熱需要に適合した熱需要手段へと温水による熱エネルギーを供給する温水供給ラインが設けられていることが好ましい。
【００４９】
図７中では、中温層３部分に連結された１本のライン４７を介して、各階床４５の熱需要手段のうちの１つ、例えば床暖房ＦＨへと各階床毎にライン４８，４９を通して各階床４５ごとに温水が供給されているのが示されている。図示した階床４５ａ，４５ｂ以外の階床の床暖房ＦＨに対しても、同様にして各階毎に温水が供給されている。さらに、ライン４８，４９には、各階床毎に異なる水頭圧を調節するための圧力調節手段が設けられていて、水圧が均一化されるようにされていても良い。上述したような圧力調節手段としては、加圧手段、絞り手段、増圧ポンプといった手段の他、これまで知られているいかなる手段でも用いることができる。
【００５０】
上述の構成とすることにより、特に浴槽ＢＨや、床暖房ＦＨといった比較的温水を消費する中温熱需要手段や低温熱需要手段について、各階床４５に対して１つの配管から温水を供給するよりも各階床毎に相違する水頭圧の影響を最小限に抑えながら熱需要手段に対して均等な温水の供給を行うことが可能となる。また、本発明の建造物４１においては、中温熱需要手段に対して各床毎に中温層３から温水を供給するのみではなく、高温層２及び低温層４からも同様にして各階床４１毎に温水を供給するようにされていても良い。
【００５１】
本発明はこれまで、図面に示した実施例を持って説明してきたが、温度成層により形成される各層の総数は、所望によりいくつでも形成することができる。また、カスケード型蓄熱槽には当業界において知られているいかなる断熱手段を用いることもできし、温度成層される各層の温度範囲は、所望により適宜設定することが可能である。また、本発明においては、建造物として居住用の建造物を用いて説明したが、必ずしも居住用建造物である必要はなく、複数の階床を有するいかなる建造物に対しても本発明が適用できることはいうまでもないことである。
【００５２】
【発明の効果】
本発明の請求項１の発明によれば、種々の熱需要に応じた熱供給が可能で、温度成層を良好に維持することができる単一のカスケード式蓄熱槽を有効に用いる温水供給システムが提供でき、蓄熱槽用の加熱手段が温度域ごとに必要とされず効率的な温水供給システムが提供できる。
【００５３】
本発明の請求項２の発明によれば、カスケード式蓄熱槽を用い、都市居住に必要とされる熱需要を賄うことが可能な温水供給システムが提供できる。
【００５４】
本発明の請求項３の発明によれば、カスケード型蓄熱槽の効率をより向上させた温水供給システムが提供できる。
【００５５】
本発明の請求項４の発明によれば、都市生活において最も必要とされる温度において温水を供給することができ、単一のカスケード式蓄熱槽を有効に用いる温水供給システムが提供でき、蓄熱槽用の加熱手段が温度域ごとに必要とされず効率的な温水供給システムを用いた省エネルギー対応の建造物が提供できる。
【００５６】
本発明の請求項５の発明によれば、各階床への温水の供給の際の水頭圧の影響を低減して良好な熱供給を行うことを可能とするカスケード型蓄熱槽の効率をより向上させた建造物が提供できる。
【００５７】
本発明の請求項６の発明によれば、カスケード式蓄熱槽を用い、都市居住に必要とされる熱需要を賄うことが可能な温水供給システムを備えた建造物が提供できる。
【００５８】
本発明の請求項７の発明によれば、太陽エネルギーといったエネルギーを有効に活用して効率の向上したカスケード式蓄熱槽を用い、種々の熱需要に対応可能な省エネルギー化が可能な建造物が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に用いるカスケード型蓄熱槽の概念図。
【図２】本発明のカスケード型蓄熱槽内部に形成される温度成層を示した概略図。
【図３】本発明に用いるカスケード型蓄熱槽の断面図。
【図４】本発明に用いるカスケード型蓄熱槽の温水供給口の形状を示した図。
【図５】本発明に用いるカスケード型蓄熱槽の温水供給口の形状を示した図。
【図６】本発明の温水供給システムの配管図。
【図７】本発明の温水供給システムを備える建造物の概略図。
【符号の説明】
１…カスケード型蓄熱槽
２…高温層
３…中温層
４…低温層
５…混合域
６…混合域
７…高温熱源
８…中温熱源
９…低温熱源
１０…調整層
１１…混合域
１２…高温熱需要手段
１３…中温熱需要手段
１４…低温熱需要手段
１５…加熱手段
１６ａ，１６ｂ，１６ｃ…温水供給口
１７ａ，１７ｂ，１７ｃ…温水排出口
１８…パイプ
１９…じゃま板
２０…プレート部材
２１…プレート部材
２２…ライン
２２−１…流量計
２３ヒートポンプ
２４…ライン
２４−１…バルブ
２５…ライン
２５−１…流量計
２６…冷凍機
２７…ライン
２７−１…バルブ
２９…ライン
３０…ライン
３１…ライン
３２…ライン
３３…調整システム
３４…ライン
３５…ライン
３６…ライン
３７…ライン
３８…ライン
３９…ライン
４０…ライン
４１…建造物
４２…ライン
４２−１…エアー抜きバルブ
４４…太陽熱温水器
４５…階床
４６…熱交換器
４７…ライン
４８…ライン
４９…ライン
ＦＣＵ…ファンコイルユニット
Ｌ…ランドリー
Ｂ…ボイラー
Ｓ…サウナ
Ｃ…生ゴミ処理装置
Ｐ…プール
ＨＷＳＳ…給湯設備
ＬＦＣＵ…居室用ファンコイルユニット
ＢＤ…浴室乾燥機
ＦＨ…床暖房
ＢＨ…浴槽
【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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