JP6874000B2 - 熱サーバープラント及びその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、高温導管及び低温導管を備える熱エネルギー回路に接続されるべき熱サーバープラントに関する。

世界中の殆ど全ての先進大都市は、それらのインフラストラクチャーに組み込まれた少なくとも２つのタイプのエネルギーグリッド、すなわち、電気エネルギーを供給するためのエネルギーグリッドと、暖房及び高温水道水調製を行なうためのエネルギーグリッドとを有する。今日、暖房及び高温水道水調製を行なうために使用される一般的なグリッドは、可燃性ガス、一般的には化石燃料ガスを供給するガスグリッドである。ガスグリッドによって供給されるガスは、暖房及び高温水道水をもたらすために局所的に燃焼される。暖房及び高温水道水調製を行なうためのガスグリッドに代わるものが地域加熱グリッドである。また、電気エネルギーグリッドの電気エネルギーが暖房及び高温水道水調製のために使用される場合もある。また、電気エネルギーグリッドの電気エネルギーが冷房のために使用される場合がある。電気エネルギーグリッドの電気エネルギーは、冷蔵庫及び冷凍庫を駆動するために更に使用される。

したがって、伝統的な建物の暖房及び冷房システムは、暖房及び／又は冷房を行なうために、及び、建物内で使用される廃棄物を加熱又は冷却するために、電気及び化石燃料などの一次ハイグレードエネルギー源又は産業廃熱の形態を成すエネルギー源を使用する。更に、冷房のために都市に地域冷却グリッドを設置することも益々一般的になってきている。建物空間及び水を加熱又は冷却するプロセスは、このハイグレードエネルギーを、建物を離れて環境に戻される高いエントロピーを有するローグレード廃熱へと変換する。

そのため、都市に加熱及び冷却をもたらす方法の改善が必要である。

本発明の目的は、前述の問題の少なくとも幾つかを解決することである。

第１の態様によれば、熱サーバープラントが提供される。熱サーバープラントは、第１の温度の熱伝達液体が流通できるようにするべく構成される高温導管と第２の温度の熱伝達液体が流通できるようにするべく構成される低温導管とを備える熱エネルギー回路に接続されるようになっており、第２の温度は第１の温度よりも低い。熱サーバープラントは平衡装置を備え、該平衡装置は、熱伝達液体が高温導管から平衡装置のレギュレータと熱交換器とを介して低温導管へと流れることができるようにする或いは熱伝達液体が低温導管からレギュレータと熱交換器とを介して高温導管へと流れることができるようにすることを選択的に行なうように高温導管と低温導管とに接続されるようになっており、レギュレータは、平衡装置を通じた高温導管と低温導管との間の熱伝達液体の流れを調整するように構成され、また、熱交換器は、高温導管からの熱伝達液体又は低温導管からの熱伝達液体を選択的に冷却することによって平衡装置を通じて流れる熱伝達液体の温度を変えるように構成される。熱サーバープラントは、高温導管の熱伝達液体の高温導管局所圧力ｐ_ｈと低温導管の熱伝達液体の低温導管局所圧力ｐ_ｃとの間の局所圧力差Δｐ_{ｌｏｃａｌ}、Δｐ_{ｌｏｃａｌ}＝ｐ_ｈ−ｐ_ｃを決定するようになっている差圧決定装置を更に備え、レギュレータは、局所圧力差に基づいて、高温導管と低温導管との間の熱伝達液体の流れを調整するように構成される。

したがって、熱サーバープラントを簡単且つ容易に操作して熱エネルギー回路の高温導管と低温導管との間の温度差を維持できる。

レギュレータは、局所圧力差Δｐ_{ｌｏｃａｌ}が第１の差圧閾値を上回っていると決定されるときに、高温導管から低温導管への熱伝達液体の流れを調整するように構成され、又は、局所圧力差Δｐ_{ｌｏｃａｌ}が第２の差圧閾値を下回っていると決定されるときに、低温導管から高温導管への熱伝達液体の流れを調整するように構成されてもよく、第２の差圧閾値は第１の差圧閾値以下である。

熱交換器は、所定の差分冷却温度で高温導管からの熱伝達液体を冷却する又は所定の差分加熱温度で低温導管からの熱伝達液体を加熱するように構成されてもよい。

第１の温度と第２の温度との間の温度差は、５〜１６℃の範囲内、好ましくは７〜１２℃の範囲内、より好ましくは８〜１０℃の範囲内であってもよい。

所定の差分冷却温度は、上記の温度差範囲内であってもよい。所定の差分加熱温度は、上記の温度差範囲内であってもよい。

差圧決定装置が高温導管圧力決定ユニットと低温導管圧力決定ユニットとを備えてもよく、高温導管圧力決定ユニットは、高温導管局所圧力を測定するために高温導管に接続されるようになっており、低温導管圧力決定ユニットは、低温導管局所圧力を測定するために低温導管に接続されるようになっている。

高温導管圧力決定ユニットは、平衡装置が高温導管に接続される場所の近傍で高温導管に接続され、また、低温導管圧力決定ユニットは、平衡装置が低温導管に接続される場所の近傍で低温導管に接続される。

熱サーバープラントは、差圧決定装置と熱交換器とに接続されるコントローラを更に備えてもよく、コントローラは、局所圧力差Δｐ_{ｌｏｃａｌ}が第１の差圧閾値を上回っていると決定されるときに、平衡装置を通じて流れる熱伝達液体が冷却されるように熱交換器を制御するように構成され、又は、局所圧力差Δｐ_{ｌｏｃａｌ}が第２の差圧閾値を下回っていると決定されるときに、平衡装置を通じて流れる熱伝達液体が加熱されるように熱交換器を制御するように構成される。

コントローラは、レギュレータを制御するためにレギュレータに更に接続されてもよい。

熱サーバープラントは、熱エネルギー回路の外部に熱エネルギーアキュムレータを更に備えてもよく、熱交換器が熱エネルギーアキュムレータに接続され、熱交換器は、熱伝達液体の加熱時に熱エネルギーアキュムレータから熱エネルギーを引き出すように構成され、また、熱交換器は、熱伝達液体の冷却時に熱エネルギーアキュムレータに熱エネルギーを蓄積するように構成される。

第２の態様によれば、熱エネルギー回路の熱エネルギーを制御するための方法が提供される。方法は、高温導管の熱伝達液体の高温導管局所圧力ｐ_ｈと低温導管の熱伝達液体の低温導管局所圧力ｐ_ｃとの間の局所圧力差Δｐ_{ｌｏｃａｌ}、Δｐ_{ｌｏｃａｌ}＝ｐ_ｈ−ｐ_ｃを決定するステップと、局所圧力差に基づいて、高温導管と低温導管との間の熱伝達液体の流れ方向を調整し、それにより、熱伝達液体が高温導管からレギュレータと熱交換器とを介して低温導管へと流れることができるようにする或いは熱伝達液体が低温導管からレギュレータと熱交換器とを介して高温導管へと流れることができるようにすることを選択的に行なうようにするステップと、熱伝達液体が高温導管から熱交換器を通じて流れるように調整されると、熱交換器によって熱伝達液体を冷却するステップと、熱伝達液体が低温導管から熱交換器を通じて流れるように調整されると、熱交換器によって熱伝達液体を加熱するステップとを備える。

局所圧力差Δｐ_{ｌｏｃａｌ}が第１の差圧閾値を上回っていると決定されると、調整する工程は、熱伝達液体が高温導管からレギュレータと熱交換器とを介して低温導管へと流れているように熱伝達液体の流れ方向を調整することを含んでもよい。局所圧力差Δｐ_{ｌｏｃａｌ}が第２の差圧閾値を下回っていると決定されると、調整する工程は、熱伝達液体が低温導管からレギュレータと前記熱交換器とを介して高温導管へと流れているように熱伝達液体の流れ方向を調整することを含んでもよい。第２の差圧閾値は第１の差圧閾値以下である。

熱交換器によって熱伝達液体を冷却する工程は、所定の差分冷却温度で熱伝達液体を冷却することを含んでもよく、所定の差分冷却温度は、５〜１６℃の範囲内、好ましくは７〜１２℃の範囲内、より好ましくは８〜１０℃の範囲内である。熱交換器によって熱伝達液体を加熱する工程は、所定の差分加熱温度で熱伝達液体を加熱することを含んでもよく、所定の差分加熱温度は、５〜１６℃の範囲内、好ましくは７〜１２℃の範囲内、より好ましくは８〜１０℃の範囲内である。

熱交換器によって熱伝達液体を冷却する工程は、熱エネルギーを熱エネルギーアキュムレータに蓄積させることを含んでもよい。熱交換器によって熱伝達液体を加熱する工程は、熱エネルギーアキュムレータから熱エネルギーを引き出すことを含んでもよい。

適用可能であれば、熱サーバープラントの前述の特徴は、この第２の態様にも同様に適用される。過度の反復を避けるために、上記を参照する。

本発明の更なる適用範囲は、以下の詳細な説明から明らかになる。しかしながら、本発明の範囲内の様々な変更及び修正がこの詳細な説明から当業者に明らかになるため、詳細な説明及び特定の実施例が本発明の好ましい実施形態を示しつつ単なる例示として与えられているにすぎないことが理解されるべきである。

したがって、記載された装置及び記載された方法のステップの特定の構成要素部分にこの発明が限定されないことが理解されるべきである。これは、そのような装置及び方法が変化し得るからである。本明細書中で使用される用語は、特定の実施形態のみを説明するためのものであり、限定しようとするものではないことも理解されるべきである。本明細書及び添付の特許請求の範囲で使用されるように、冠詞「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」、「その（ｔｈｅ）」、及び、「前記（ｓａｉｄ）」は、文脈が別段に明確に指示しなければ要素のうちの１つ以上が存在することを意味するようになっている。したがって、例えば、「１つのユニット」又は「そのユニット」への言及は、幾つかの装置などを含んでもよい。更に、「備える」、「含む」、「含んでいる」という用語、及び、同様の表現は、他の要素又はステップを排除しない。

ここで、本発明の実施形態を示す添付図面を参照して、本発明のこれらの及び他の態様について更に詳しく説明する。図は、本発明の実施形態の一般的な構造を示すために与えられる。同様の参照番号は全体にわたって同様の要素を指す。

地域熱エネルギー分配システムの概略図である。 熱エネルギー回路に接続される熱サーバープラントの概略図である。 熱エネルギー回路に接続される別の熱サーバープラントの概略図である。 熱エネルギー回路に接続される更に別の熱サーバープラントの概略図である。 熱サーバープラントを制御するブロック図である。

以下、本発明の現在好ましい実施形態が示される添付図面を参照して、本発明を更に詳しく説明する。しかしながら、この発明は、多くの異なる形態で具現化することができるとともに、本明細書中に記載される実施形態に限定されるように解釈されるべきでなく、むしろ、これらの実施形態は、徹底且つ完全のために及び本発明の範囲を当業者に完全に伝えるために与えられる。

図１には、地域熱エネルギー分配システム１が示される。地域熱エネルギー分配システム１は、熱エネルギー回路１０と、複数の建物５とを備える。複数の建物５は熱エネルギー回路１０に熱的に結合される。熱エネルギー回路１０は、熱エネルギー回路１０を通じて流れる熱伝達液体内で熱エネルギーを循環させて熱伝達液体に熱エネルギーを貯蔵するようになっている。

１つの実施形態によれば、熱伝達液体が水を含む。しかしながら、他の実施形態によれば、他の熱伝達液体が使用されてもよい。幾つかの非限定的な例は、アンモニア、油、アルコール、及び、グリコールなどの不凍液である。また、熱伝達液体は、前述の熱伝達液体のうちの２つ以上の混合物を含んでもよい。

熱エネルギー回路１０は、熱伝達液体が流通できるようにするための２つの導管１２，１４を備える。２つの導管１２，１４の熱伝達液体の温度は異なるように設定される。熱エネルギー回路１０における高温導管１２は、第１の温度の熱伝達液体が高温導管を通じて流れることができるように構成される。熱エネルギー回路１０における低温導管１４は、第２の温度の熱伝達液体が低温導管を通じて流れることができるように構成される。第２の温度は第１の温度よりも低い。

熱伝達液体が水である場合、高温導管１２内の熱伝達液体に適した通常動作高温範囲は５〜４５℃であり、また、低温導管１４内の熱伝達液体に適した通常動作低温範囲は０℃〜４０℃である。第１の温度と第２の温度との間の適した温度差は、５〜１６℃の範囲、好ましくは７〜１２℃の範囲、より好ましくは８〜１０℃である。

好ましくは、システムは、気候に応じて変化する滑り温度差で動作するように設定される。滑り温度差は一定であることが好ましい。したがって、温度差は常に所定の温度差に対して瞬間的に滑るように設定される。

高温導管１２及び低温導管１４は別個である。高温導管１２及び低温導管１４は平行に配置されてもよい。高温導管１２及び低温導管１４は、配管の閉ループとして配置されてもよい。高温導管１２及び低温導管１４は、建物５への及び建物５からの熱エネルギー伝達を可能にするために建物５で相互に流体接続される。

熱エネルギー回路１０の２つの導管１２，１４は、プラスチック、複合材料、コンクリート、又は、金属パイプによって形成されてもよい。１つの実施形態によれば、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）パイプが使用されてもよい。パイプは単一壁パイプであってもよい。パイプが断熱されていなくてもよい。１つの実施形態によれば、熱エネルギー回路１０は主に地中に配置される。地面は、熱エネルギー回路１０の熱慣性として使用される。したがって、配管の断熱は特別な価値を与えない。例外は、非常に暖かい気候の都市又は非常に寒い気候の都市での設置である。ここでは、地面の慣性が１年の重大な部分の間にわたって良好よりも有害な場合がある。ここでは、配管の断熱が必要とされる場合がある
１つの実施形態によれば、熱エネルギー回路１０の２つの導管１２，１４は、最大１ＭＰａ（１０バール）までの圧力に適するように寸法付けられる。

他の実施形態によれば、熱エネルギー回路１０の２つの導管１２，１４は、最大０．６ＭＰａ（６バール）までの圧力又は最大１．６ＭＰａ（１６バール）までの圧力に適するように寸法付けられる。

各建物５は、１つ以上の局所熱エネルギー消費アセンブリ２０及び１つ以上の局所熱エネルギー生成アセンブリ３０のうちの少なくとも１つを備える。したがって、各建物は、少なくとも１つの局所熱エネルギー消費アセンブリ２０又は少なくとも１つの局所熱エネルギー生成アセンブリ３０を備える。１つの特定の建物５は、２つ以上の局所熱エネルギー消費アセンブリ２０を備えてもよい。１つの特定の建物５は、２つ以上の局所熱エネルギー生成アセンブリ３０を備えてもよい。１つの特定の建物５は、局所熱エネルギー消費アセンブリ２０及び局所熱エネルギー生成アセンブリ３０の両方を備えてもよい。

局所熱エネルギー消費アセンブリ２０は熱シンクとして作用している。したがって、局所熱エネルギー消費アセンブリ２０は、熱エネルギーを熱エネルギー回路１０から除去するようになっている。言い換えると、局所熱エネルギー消費アセンブリ２０は、熱エネルギーを熱エネルギー回路１０の熱伝達液体から局所熱エネルギー消費アセンブリ２０の周囲に伝達するようになっている。これは、高温導管１２から引き出される熱伝達液体から局所熱エネルギー消費アセンブリ２０の周囲へと熱エネルギーを伝達させることによって達成され、それにより、低温導管１４に戻される熱伝達液体は、第１の温度よりも低い温度、好ましくは第２の温度と等しい温度を有する。

局所熱エネルギー生成アセンブリ３０は熱源として作用している。そのため、局所熱エネルギー生成アセンブリ３０は、熱エネルギーを熱エネルギー回路１０に蓄積するようになっている。言い換えると、局所熱エネルギー生成アセンブリ３０は、熱エネルギーをその周囲から熱エネルギー回路１０の熱伝達液体へ伝達するようになっている。これは、局所熱エネルギー生成アセンブリ３０の周囲から熱エネルギーを低温導管１２から引き出される熱伝達液体へと伝達することによって達成され、それにより、高温導管１２に戻される熱伝達液体は、第２の温度よりも高い温度、好ましくは第１の温度と等しい温度を有する。

１つ以上の局所熱エネルギー消費アセンブリ２０は、異なる加熱ニーズのために局所加熱器として建物５に設置されてもよい。非限定的な例として、局所加熱器は、暖房又は高温水道水調製を果たすようになっていてもよい。代替的に又は組み合わせて、局所加熱器は、プール加熱又は氷や雪の排除を行なってもよい。したがって、局所熱エネルギー消費アセンブリ２０は、高温導管１２の熱伝達液体から熱を引き出して低温導管１４内への冷却された熱伝達液体流をもたらすようになっている。そのため、局所熱エネルギー消費アセンブリ２０は、高温の熱伝達液体が、高温導管１２から局所熱エネルギー消費アセンブリ２０を通じて流れた後に、熱伝達液体中の熱エネルギーが局所熱エネルギー消費アセンブリ２０によって消費されてしまってから低温導管１４へと流れることができるように、高温及び低温導管１２，１４を相互に流体接続する。局所熱エネルギー消費アセンブリ２０は、高温導管１２から熱エネルギーを引き出して建物５を加熱するように動作し、その後、冷却された熱伝達液体を低温導管１４内へと蓄積させる。

１つ以上の局所熱エネルギー生成アセンブリ３０は、異なる冷却ニーズのために局所冷却器として異なる建物５に設置されてもよい。非限定的な例として、局所冷却器は、冷房又は冷凍庫及び冷蔵庫のための冷却を行なうようになっていてもよい。代替的に又は組み合わせて、局所冷却器は、アイスリンク及びスキーセンターのための冷却或いは人工降雪を行なってもよい。したがって、局所熱エネルギー生成アセンブリ３０は、低温導管１４の熱伝達液体から冷温を引き出しており、高温導管１２への加熱された熱伝達液体流をもたらす。そのため、局所熱エネルギー生成アセンブリ３０は、低温の熱伝達液体が、低温導管１４から局所熱エネルギー生成アセンブリ３０を通じて流れた後に、熱エネルギーが局所熱エネルギー生成アセンブリ３０によって熱伝達液体中へと生成されてしまってから高温導管１２へと流れることができるように、高温及び低温導管１２，１４を相互に流体接続する。局所熱エネルギー生成アセンブリ３０は、建物５から熱を引き出して建物５を冷却するように動作するとともに、引き出された熱を高温導管１２内へと蓄積させる。

局所熱エネルギー消費アセンブリ２０は、バルブ及びポンプを介して高温導管１２に選択的に接続される。高温導管１２に対する局所熱エネルギー消費アセンブリ２０の接続をバルブを介して選択する際には、高温導管１２からの熱伝達液体が局所熱エネルギー消費アセンブリ２０に流入することができる。高温導管１２に対する局所熱エネルギー消費アセンブリ２０の接続をポンプを介して選択する際には、高温導管１２からの熱伝達液体が局所熱エネルギー消費アセンブリ２０へと圧送される。

局所熱エネルギー生成アセンブリ３０は、バルブ及びポンプを介して低温導管１４に選択的に接続される。低温導管１４に対する局所熱エネルギー生成アセンブリ３０の接続をバルブを介して選択する際には、低温導管１４からの熱伝達液体が局所熱エネルギー生成アセンブリ３０に流入することができる。低温導管１４に対する局所熱エネルギー生成アセンブリ３０の接続をポンプを介して選択する際には、低温導管１４からの熱伝達液体が局所熱エネルギー生成アセンブリ３０へと圧送される。

好ましくは、局所熱エネルギー消費アセンブリ２０及び局所熱エネルギー生成アセンブリ３０を使用して熱エネルギーを吸入又は放出する要求は、所定の温度差で行なわれる。５〜１６℃の範囲、好ましくは７〜１２℃の範囲、より好ましくは８〜１０℃の範囲の温度差は、システムを通じた最適な流れに対応する。

高温導管１２と低温導管１４との間の局所的な圧力差は、熱エネルギー回路１０に沿って変化してもよい。特に、高温導管１２と低温導管１４との間の局所的な圧力差は、高温導管１２及び低温導管１４のうちの一方から見て正の圧力差から負の圧力差へと変化し得る。したがって、時として、特定の局所熱エネルギー消費／生成アセンブリ２０，３０が該アセンブリを通じて熱伝達液体を圧送する必要があるかもしれず、また、時として、特定の局所熱エネルギー消費／生成アセンブリ２０，２０が熱伝達液体を流通させる必要があるかもしれない。したがって、システム１内の全ての圧送を局所熱エネルギー消費／生成アセンブリ２０，３０内で行なわせることができる。必要とされる限られた流量及び圧力に起因して、小型の周波数制御された循環ポンプが使用されてもよい。

地域熱エネルギー分配システム１は、高温及び低温導管１２，１４の熱伝達液体間の局所的な圧力差が熱エネルギー回路１０に沿って変化できるようにする。特に、高温及び低温導管１２，１４の熱伝達液体間の局所的な圧力差は、高温及び低温導管１２，１４のうちの一方から見て正の圧力差から負の圧力差へと変化し得る。地域熱エネルギー分配システム１は、更に、システム内の全ての圧送を局所熱エネルギー消費／生成アセンブリ２０，３０内で行なわせることができるようにする。必要とされる限られた流量及び圧力に起因して、小型の周波数制御された循環ポンプが使用されてもよい。したがって、地域熱エネルギー分配システム１の構築が容易になされる。更に、制御が容易な地域熱エネルギー分配システム１が提供される。

地域熱エネルギー分配システム１の基本的な考え方は、現代の都市が都市内で再利用可能な熱エネルギーをそれら自体でもたらすという本発明者らによる見識に基づく。再利用された熱エネルギーは、地域熱エネルギー分配システム１によって拾い上げられて、例えば、暖房又は高温水道水調製のために使用されてもよい。また、冷房需要の増加も地域熱エネルギー分配システム内で扱われる。地域熱エネルギー分配システム１内において、都市内の建物５は、相互に接続されるとともに、異なる局所的な要求のために低温の廃棄物エネルギーを容易且つ単純な方法で再分配してもよい。とりわけ、地域熱エネルギー分配システムは以下をもたらす。
・都市内のエネルギー流れの最適な再利用に起因して一次エネルギーの使用を最小限に抑える。
・ガスや他の燃料を局所的に燃焼させる必要性が減るため、都市内での煙突や焼却場所の必要性を制限する。
・冷却装置により生成される余分な熱が輸送されて地域熱エネルギー分配システム１内で再利用され得るため、都市内での冷却塔や対流式冷房器の必要性を制限する。

そのため、地域熱エネルギー分配システム１は、都市内の熱エネルギーの巧妙な競争使用をもたらす。地域熱エネルギー分配システム１は、都市に組み込まれると、都市内の加熱及び冷却の両方の用途において低レベル熱エネルギー廃棄物を利用する。これにより、都市におけるガスグリッド又は地域加熱グリッド及び冷却グリッドの必要性を排除することで、都市の一次エネルギー消費量が減少される。

地域熱エネルギー分配システム１内の熱エネルギーを平衡させるために、システム１は熱サーバープラント４０を更に備える。熱サーバープラント４０は外部熱源及び／又は熱シンクとして機能する。熱サーバープラント４０の機能は、熱エネルギー回路１０の高温導管１２と低温導管１４との間の温度差を維持することである。熱サーバープラント４０の機能は、更に、熱エネルギー回路１０の高温導管１２と低温導管１４との間の圧力差を調整することである。

前述したように、地域熱エネルギー分配システム１内では、熱伝達液体の圧送が局所熱エネルギー消費／生成アセンブリ２０，３０において行なわれる。したがって、中央圧送、例えば熱サーバープラント４０の必要性がない。地域熱エネルギー分配システム１の設計の結果、システム１内に過剰な熱がある場合には、高温導管１２内の全圧力が増大する。同じ理由により、システム１内で熱が不足する場合には、低温導管１４内の全圧力が増大する。

熱サーバープラント４０は、高温導管１２と低温導管１４との間の所定の差圧が維持されるように高温導管１２と低温導管１４との間の熱伝達液体の流れを調整するべく構成される。したがって、システム１内の過剰な熱に起因して、高温導管１２内の圧力が増大する場合、熱サーバープラント４０は、高温導管１２から低温導管１４への熱伝達液体の流れを調整するように構成される。更に、システム１内の熱の不足に起因して、低温導管１４内の圧力が増大する場合、熱サーバープラント４０は、低温導管１４から高温導管１２への熱伝達液体の流れを調整するように構成される。また、熱サーバープラント４０は、高温導管１２と低温導管１４との間で流れる熱伝達液体の温度を変えるように構成される。特に、熱サーバープラント４０は、高温導管１２から熱サーバープラント４０を介して低温導管１４に流れ込む熱伝達液体を冷却するとともに、低温導管１４から熱サーバープラント４０を介して高温導管１２に流れ込む熱伝達液体を加熱するように構成される。

図２Ａ、図２Ｂ、及び、図３を参照して、熱サーバープラント４０の幾つかの実施形態について説明する。

熱サーバープラント４０は平衡装置４１と差圧決定装置４６とを備える。

平衡装置４１はレギュレータ４２と熱交換器４４とを備える。平衡装置４１は、高温導管１２及び低温導管１４に接続されるようになっている。平衡装置４１は、熱伝達液体が高温導管１２からレギュレータ４２と熱交換器４４とを介して低温導管１４へと流れることができるようにする或いは熱伝達液体が低温導管１４からレギュレータ４２と熱交換器４４とを介して高温導管１２へと流れることができるようにすることを選択的に行なうようになっている。

レギュレータ４２は、平衡装置４１を通じた高温導管１２と低温導管１４との間の熱伝達液体の流れを調整するように構成される。レギュレータ４２は、高温及び低温回路１２，１４間の局所的な圧力差に基づいて高温及び低温導管１２，１４間の熱伝達液体の流れを調整するように構成される。局所的な圧力差Δｐ_{ｌｏｃａｌ}が第１の差圧閾値を上回ると、レギュレータ４２は、高温導管１２から低温導管１４への熱伝達液体の流れを調節するように構成される。局所的な圧力差Δｐ_{ｌｏｃａｌ}が第２の差圧閾値を下回ると、レギュレータ４２は、低温導管１４から高温導管１２への熱伝達液体の流れを調整するように構成される。第２の差圧閾値は第１の差圧閾値以下である。局所的な圧力差は差圧決定装置４６によって決定される。以下、差圧決定装置４６について更に詳しく説明する。レギュレータ４２は、図２Ａ、図２Ｂ、及び、図３に示される例示的な実施形態の場合のように、高温導管１２に対する平衡ユニット４１の接続部と熱交換器４４との間に配置されてもよい。

或いは、レギュレータ４２は、低温導管１４に対する平衡ユニット４１の接続部と熱交換器４４との間に配置されてもよい。更にもう一つの方法として、平衡ユニット４１は、一対の協調レギュレータ４２を有してもよく、その対のうちの一方は、低温導管１４に対する平衡ユニット４１の接続部と熱交換器４４との間に配置され、その対のうちの他方は、高温導管１２に対する平衡ユニット４１の接続部と熱交換器４４との間に配置される。

熱交換器４４は、選択的に高温導管１２からの熱伝達液体を冷却すること又は低温導管１４からの熱伝達液体を加熱することによって平衡装置４１を通じて流れる熱伝達液体の温度を変えるように構成される。熱交換器４４は、所定の差分冷却温度で高温導管１２からの熱伝達液体を冷却するように構成される。所定の差分冷却温度は、５〜１６℃の範囲内、好ましくは７〜１２℃の範囲内、より好ましくは８〜１０℃の範囲内である。熱交換器４４は、所定の差分加熱温度で低温導管１４からの熱伝達液体を加熱するように更に構成される。所定の差分加熱温度は、５〜１６℃の範囲内、好ましくは７〜１２℃の範囲内、より好ましくは８〜１０℃の範囲内である。熱交換器は、熱交換器４を通じて流れる熱伝達液体における流れ方向を決定するように構成される流れ方向決定ユニット（図示せず）を備えてもよい。熱交換器４４を通じて流れる熱伝達液体の冷却又は加熱の選択は、流れ方向決定ユニットからのデータに基づいてもよい。

差圧決定装置４６は、高温導管の熱伝達液体の高温導管局所圧力ｐ_ｈと低温導管の熱伝達液体の低温導管局所圧力ｐ_ｃとの間の圧力差として局所圧力差Δｐ_{ｌｏｃａｌ}を決定するようになっている。したがって、Δｐ_{ｌｏｃａｌ}＝ｐ_ｈ−ｐ_ｃである。

差圧決定装置４６は多くの異なる方法で具現化されてもよい。以下、差圧決定装置４６の幾つかの例示的な実施形態について説明する。

差圧決定装置４６は、図２Ａに示される実施形態の場合のように、レギュレータ４２組み込まれてもよい。そのような一体型のレギュレータ４２及び差圧決定装置４６の一例は差圧レギュレータである。差圧レギュレータの高温導管端部４２ａにおける熱伝達液体の局所圧力と差圧レギュレータの低温導管端部４２ｂでの熱伝達液体の局所圧力との間の圧力差が第１の差圧閾値を上回ると、差圧レギュレータは、高温導管１２から低温導管１４への熱伝達液体の流れを調整するようになっている。差圧レギュレータの高温導管端部４２ａにおける熱伝達液体の局所圧力と差圧レギュレータの低温導管端部４２ｂでの熱伝達液体の局所圧力との間の圧力差が第２の差圧閾値を下回ると、差圧レギュレータは、低温導管１４から高温導管１２への熱伝達液体の流れを調整するようになっている。

代替的に又は組み合わせて、差圧決定装置４６は、図２Ｂ及び図３に示される実施形態の場合のように独立した装置であってもよい。これらの例示的な実施形態によれば、差圧決定装置４６は、高温導管１２の熱伝達液体の高温導管局所圧力ｐ_ｈと低温導管１４の熱伝達液体の低温導管局所圧力ｐ_ｃとを決定するように構成される。このとき、局所圧力差Δｐ_{ｌｏｃａｌ}はΔｐ_{ｌｏｃａｌ}＝ｐ_ｈ−ｐ_ｃとして決定される。

差圧決定装置４６は、高温導管圧力決定ユニット４７ａと低温導管圧力決定ユニット４７ｂとを備えてもよい。高温導管圧力決定ユニット４７ａは、高温導管局所圧力ｐ_ｈを測定するために高温導管１２に接続されるようになっている。低温導管圧力決定ユニット４７ｂは、低温導管局所圧力ｐ_ｃを測定するために低温導管１４に接続されるようになっている。高温導管圧力決定ユニット４７ａは、好ましくは、平衡装置４１が高温導管１２に接続される場所の近傍で高温導管１２に接続される。低温導管圧力決定ユニット４７ｂは、好ましくは、平衡装置４１が低温導管１４に接続される場所の近傍で低温導管１４に接続される。この実施形態によれば、差圧決定装置４６は、熱サーバープラント４０のコントローラ４８に接続される。局所圧力差Δｐ_{ｌｏｃａｌ}は差圧決定装置４６又はコントローラ４８のいずれかで決定される。コントローラは、レギュレータ４２を通じた熱伝達液体の流れを制御するように構成される。したがって、局所圧力差Δｐ_{ｌｏｃａｌ}が第１の差圧閾値を上回っていると決定されると、コントローラ４８は、高温導管１２から低温導管１４への熱伝達液体の流れを調整するように構成される。更に、局所圧力差Δｐ_{ｌｏｃａｌ}が第２の差圧閾値を下回っていると決定されると、コントローラ４８は、低温導管１４から高温導管１２への熱伝達液体の流れを調整するように構成される。この実施形態によれば、レギュレータ４２は、コントローラ４８によって制御される制御バルブとして具現化されてもよい。

コントローラ４８は更に熱交換器４４に接続されてもよい。したがって、局所圧力差Δｐ_{ｌｏｃａｌ}が第１の差圧閾値を上回っていると決定されると、コントローラ４８は、平衡装置４１を通じて流れる熱伝達液体が冷却されるように熱交換器４４を制御してもよい。また、局所圧力差Δｐ_{ｌｏｃａｌ}が第２の差圧閾値を下回っていると決定されると、コントローラ４８は、平衡装置４１を通じて流れる熱伝達液体が加熱されるように熱交換器４４を制御してもよい。

熱交換器４４は、熱エネルギーアキュムレータ５０から熱エネルギーを引き出す及び／又は熱エネルギーアキュムレータ５０に熱エネルギーを蓄積させるように構成されてもよい。これが図３に示される。このように、熱サーバープラント４０が熱エネルギーアキュムレータ５０を更に備えてもよい。熱エネルギーアキュムレータ５０は熱エネルギー回路１０の外部にある。熱エネルギーアキュムレータ５０は、システムに十分な熱慣性をもたらすことができる構造である。非限定的な例によれば、熱エネルギーアキュムレータは、高い慣性を有する人工構造体、地上貯蔵部、水アキュムレータ、塩アキュムレータ、湖、海、又は、空気であってもよい。

熱交換器４４は熱エネルギーアキュムレータ５０に接続される。熱交換器４４は、熱伝達液体の加熱時に熱エネルギーアキュムレータ５０から熱エネルギーを引き出すように構成される。熱交換器４４は、熱伝達液体の冷却時に熱エネルギーアキュムレータ５０に熱エネルギーを蓄積するように構成される。

図４に関連して、熱エネルギー回路１０の熱エネルギーを制御するための方法について説明する。この方法は、以下の工程を含む。高温導管１２の熱伝達液体の高温導管局所圧力ｐ_ｈと低温導管１４の熱伝達液体の低温導管局所圧力ｐ_ｃとの間の局所圧力差Δｐ_{ｌｏｃａｌ}を決定するＳ４００。そのため、局所圧力差Δｐ_{ｌｏｃａｌ}はΔｐ_{ｌｏｃａｌ}＝ｐ_ｈ−ｐ_ｃとして規定される。

局所圧力差Δｐ_{ｌｏｃａｌ}に基づいて、高温導管１２と低温導管１４との間の熱伝達液体の流れ方向を調整するＳ４０２。これにより、熱伝達液体が高温導管１２からレギュレータ４２と熱交換器４４とを介して低温導管１４へと流れることができるようにする、或いは、熱伝達液体が低温導管１４からレギュレータ４２と熱交換器４４とを介して高温導管１２へと流れることができるようにすることを選択的に行なう。熱伝達液体が高温導管１２から熱交換器４４を通じて流れるように調整されると、熱交換器４４によって熱伝達液体を冷却させるＳ４０４ａ。熱伝達液体が低温導管１４から熱交換器４４を通じて流れるように調整されると、熱交換器４４によって熱伝達液体を加熱するＳ４０４ｂ。

調整工程Ｓ４０２は、より正確には、以下にしたがって行なわれてもよい。すなわち、局所圧力差Δｐ_{ｌｏｃａｌ}が第１の差圧閾値を上回っていると決定されると、熱伝達液体が高温導管１２からレギュレータ４２と熱交換器４４とを介して低温導管１４へと流れているように熱伝達液体の流れ方向を調整し、或いは、局所圧力差Δｐ_{ｌｏｃａｌ}が第２の差圧閾値を下回っていると決定されると、熱伝達液体が低温導管１４からレギュレータ４２と熱交換器４４とを介して高温導管１２へと流れているように熱伝達液体の流れ方向を調整する。この場合、第２の差圧閾値は第１の差圧閾値以下である。

熱交換器４４によって熱伝達液体を冷却する工程Ｓ４０４ａは、所定の差分冷却温度で熱伝達液体を冷却することを含んでもよい。所定の差分冷却温度は、５〜１６℃の範囲内、好ましくは７〜１２℃の範囲内、より好ましくは８〜１０℃の範囲内であってもよい。熱交換器４４によって熱伝達液体を加熱する工程Ｓ４０４ｂは、所定の差分加熱温度で熱伝達液体を加熱することを含んでもよい。所定の差分加熱温度は、５〜１６℃の範囲内、好ましくは７〜１２℃の範囲内、より好ましくは８〜１０℃の範囲内であってもよい。

熱交換器４４によって熱伝達液体を冷却する工程Ｓ４０４ａは、熱エネルギーを熱エネルギーアキュムレータ５０に蓄積させることを含んでもよい。熱交換器４４によって熱伝達液体を加熱する工程Ｓ４０４ｂは、熱エネルギーアキュムレータ５０から熱エネルギーを引き出すことを含んでもよい。

前述したように、第１の温度の熱伝達液体が流通できるようにするべく構成される高温導管１２と第２の温度の熱伝達液体が流通できるようにするべく構成される低温導管１４とを備える熱エネルギー回路１０に接続されるべき熱サーバープラントの効果的で容易な取り扱いがもたらされる。熱サーバープラント４０は、熱伝達液体が高温導管１２からレギュレータ４２と熱交換器４４とを介して低温導管１４へと流れることができるようにする或いは熱伝達液体が低温導管１４からレギュレータ４２と熱交換器４４とを介して高温導管１２へと流れることができるようにすることを選択的に行なうために高温導管１２と低温導管１４とに接続されるようになっている平衡装置４１を備える。流れ方向は、高温導管１２と低温導管１４との間の圧力差によって決定される。熱交換器４４は、選択的に高温導管からの熱伝達液体を冷却すること又は低温導管からの熱伝達液体を加熱することによって平衡装置４１を通じて流れる熱伝達液体の温度を変えるように構成される。

当業者であれば分かるように、本発明は決して前述の好ましい実施形態に限定されない。逆に、添付の特許請求の範囲内で多くの変更及び変形が可能である。

高温及び低温導管１２，１４に対する平衡ユニット４１の接続は、サービスバルブ４１ａ、４１ｂを介して行なわれてもよい。サービスバルブ４１ａ、４１ｂは、平衡装置４１を熱エネルギー回路１０に接続する／平衡装置４１を熱エネルギー回路１０から取り外すために使用されてもよい。

熱交換器４４は冷却機に接続されてもよい。

したがって、熱交換器４４は、アキュムレータ５０に加えて又は代えて、熱交換器４４を通じて低温導管１４へと流れる高温導管１２からの熱伝達液体を冷却するための冷却機を使用してもよい。

熱交換器４４はヒートポンプに接続されてもよい。したがって、熱交換器４４は、アキュムレータ５０に加えて又は代えて、熱交換器４４を通じて高温導管１２へと流れる低温導管１４からの熱伝達液体を加熱するためのヒートポンプを使用してもよい。

加えて、開示された実施形態に対する変形は、図面、開示内容、及び、添付の特許請求の範囲の検討により、特許請求の範囲に記載される発明を実施する際に当業者によって理解されて達成され得る。

Claims (14)

1. 第１の温度の熱伝達液体が流通できるようにするべく構成される高温導管（１２）と第２の温度の熱伝達液体が流通できるようにするべく構成される低温導管（１４）とを備える熱エネルギー回路（１０）に接続されるようになっており、前記第２の温度が前記第１の温度よりも低い、熱サーバープラント（４０）であって、
   平衡装置（４１）を備え、該平衡装置は、熱伝達液体が前記高温導管から前記平衡装置のレギュレータ（４２）と熱交換器（４４）とを介して前記低温導管へと流れることができるようにする或いは熱伝達液体が前記低温導管から前記レギュレータと前記熱交換器とを介して前記高温導管へと流れることができるようにすることを選択的に行なうように前記高温導管と前記低温導管とに接続されるようになっており、
   前記レギュレータは、前記平衡装置を通じた前記高温導管と前記低温導管との間の熱伝達液体の流れを調整するように構成され、
   前記熱交換器は、選択的に、前記高温導管からの熱伝達液体を冷却する又は前記低温導管からの熱伝達液体を加熱することによって前記平衡装置を通じて流れる熱伝達液体の温度を変えるように構成され、
   前記高温導管の熱伝達液体の高温導管局所圧力ｐ_ｈと前記低温導管の熱伝達液体の低温導管局所圧力ｐ_ｃとの間の局所圧力差Δｐ_{ｌｏｃａｌ}、Δｐ_{ｌｏｃａｌ}＝ｐ_ｈ−ｐ_ｃを決定するようになっている差圧決定装置（４６）を備え、
   前記レギュレータは、前記局所圧力差に基づいて、前記高温導管と前記低温導管との間の熱伝達液体の流れを調整するように構成される、
   熱サーバープラント（４０）。
2. 前記レギュレータは、
   前記局所圧力差Δｐ_{ｌｏｃａｌ}が第１の差圧閾値を上回っていると決定されるときに、前記高温導管から前記低温導管への熱伝達液体の流れを調整するように構成され、又は、 前記局所圧力差Δｐ_{ｌｏｃａｌ}が第２の差圧閾値を下回っていると決定されるときに、前記低温導管から前記高温導管への熱伝達液体の流れを調整するように構成され、
   前記第２の差圧閾値は前記第１の差圧閾値以下である、
   請求項１に記載の熱サーバープラント。
3. 前記熱交換器は、所定の差分冷却温度で前記高温導管からの熱伝達液体を冷却する又は所定の差分加熱温度で前記低温導管からの熱伝達液体を加熱するように構成される請求項１又は２に記載の熱サーバープラント。
4. 前記第１の温度と前記第２の温度との間の温度差は、５〜１６℃の範囲内である請求項１から３のいずれか一項に記載の熱サーバープラント。
5. 前記所定の差分冷却温度が請求項４に記載の温度差範囲内であり、前記所定の差分加熱温度が請求項４に記載の温度差範囲内である請求項３に記載の熱サーバープラント。
6. 前記差圧決定装置が高温導管圧力決定ユニット（４７ａ）と低温導管圧力決定ユニット（４７ｂ）とを備え、前記高温導管圧力決定ユニットは、前記高温導管局所圧力を測定するために前記高温導管に接続されるようになっており、前記低温導管圧力決定ユニットは、前記低温導管局所圧力を測定するために前記低温導管に接続されるようになっている請求項１から５のいずれか一項に記載の熱サーバープラント。
7. 前記高温導管圧力決定ユニットは、前記高温導管に接続され、
   前記低温導管圧力決定ユニットは、前記低温導管に接続される請求項６に記載の熱サーバープラント。
8. 前記差圧決定装置と前記熱交換器とに接続されるコントローラ（４８）を更に備え、前記コントローラは、
   前記局所圧力差Δｐ_{ｌｏｃａｌ}が前記第１の差圧閾値を上回っていると決定されるときに、前記平衡装置を通じて流れる熱伝達液体が冷却されるように前記熱交換器を制御するように構成され、又は、
   前記局所圧力差Δｐ_{ｌｏｃａｌ}が前記第２の差圧閾値を下回っていると決定されるときに、前記平衡装置を通じて流れる熱伝達液体が加熱されるように前記熱交換器を制御するように構成される、
   請求項６又は７に記載の熱サーバープラント。
9. 前記コントローラ（２８）は、前記レギュレータを制御するために前記レギュレータに更に接続される請求項８に記載の熱サーバープラント。
10. 前記熱エネルギー回路の外部に熱エネルギーアキュムレータ（５０）を更に備え、前記熱交換器が前記熱エネルギーアキュムレータに接続され、前記熱交換器は、熱伝達液体の加熱時に前記熱エネルギーアキュムレータから熱エネルギーを引き出すように構成され、前記熱交換器は、熱伝達液体の冷却時に前記熱エネルギーアキュムレータに熱エネルギーを蓄積するように構成される請求項１から９のいずれか一項に記載の熱サーバープラント。
11. 第１の温度の熱伝達液体が流通できるようにするべく構成される高温導管（１２）と第２の温度の熱伝達液体が流通できるようにするべく構成される低温導管（１４）とを備える熱エネルギー回路（１０）の熱エネルギーを制御するための方法であって、前記第２の温度が前記第１の温度よりも低いものであり、
    前記高温導管の熱伝達液体の高温導管局所圧力ｐ_ｈと前記低温導管の熱伝達液体の低温導管局所圧力ｐ_ｃとの間の局所圧力差Δｐ_{ｌｏｃａｌ}、Δｐ_{ｌｏｃａｌ}＝ｐ_ｈ−ｐ_ｃを決定するステップと、
    前記局所圧力差に基づいて、前記高温導管と前記低温導管との間の熱伝達液体の流れ方向を調整し、それにより、熱伝達液体が前記高温導管からレギュレータ（４２）と熱交換器（４４）とを介して前記低温導管へと流れることができるようにする或いは熱伝達液体が前記低温導管から前記レギュレータと前記熱交換器とを介して前記高温導管へと流れることができるようにすることを選択的に行なうようにするステップと、
    熱伝達液体が前記高温導管から前記熱交換器を通じて流れるように調整されると、前記熱交換器によって熱伝達液体を冷却するステップと、
    熱伝達液体が前記低温導管から前記熱交換器を通じて流れるように調整されると、前記熱交換器によって熱伝達液体を加熱するステップと、
    を備える方法。
12. 前記局所圧力差Δｐ_{ｌｏｃａｌ}が第１の差圧閾値を上回っていると決定されると、熱伝達液体が前記高温導管から前記レギュレータと前記熱交換器とを介して前記低温導管へと流れているように熱伝達液体の流れ方向を調整し、又は、
    前記局所圧力差Δｐ_{ｌｏｃａｌ}が第２の差圧閾値を下回っていると決定されると、熱伝達液体が前記低温導管から前記レギュレータと前記熱交換器とを介して前記高温導管へと流れているように熱伝達液体の流れ方向を調整し、
    前記第２の差圧閾値が前記第１の差圧閾値以下である、
    請求項１１に記載の方法。
13. 前記熱交換器によって熱伝達液体を冷却する工程は、所定の差分冷却温度で熱伝達液体を冷却することを含み、前記所定の差分冷却温度は、５〜１６℃の範囲内であり、前記熱交換器によって熱伝達液体を加熱する工程は、所定の差分加熱温度で熱伝達液体を加熱することを含み、前記所定の差分加熱温度は、５〜１６℃の範囲内である請求項１１又は１２に記載の方法。
14. 前記熱交換器によって熱伝達液体を冷却する工程は、熱エネルギーを熱エネルギーアキュムレータ（５０）に蓄積させることを含み、前記熱交換器によって熱伝達液体を加熱する工程は、熱エネルギーアキュムレータから熱エネルギーを引き出すことを含む請求項１１から１３のいずれか一項に記載の方法。

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