JP2005509828A - 温度調節装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、温度調節装置に関わり、温度調節装置は、第１の媒体を含む第１の回路（１１）と、第２の媒体を含む第２の回路（１２）と、熱ポンプ（１）の形態にある、第１の回路（１１）と第２の回路（１２）との間の第１の接続とを有し、熱ポンプの入力側は第１の回路に接続され、熱ポンプの出力側は上記第２の回路に接続される。熱ポンプ（１）は、夫々の回路（１１，１２）における第１の媒体および第２の媒体の循環中、入力側において第１の媒体から熱エネルギーを吸収し、出力側において第２の媒体に熱エネルギーを放出するよう適合される。第１の回路は、第１の媒体と第３の媒体との間で熱エネルギーを伝達するために少なくとも一つの第１の部材（２１）を含む。温度調節装置は、第１の熱エネルギー伝達部材（２１）を介して第２の回路（１２）と第３の媒体との間で熱エネルギーを伝達するために第１の回路（１１）と第２の回路（１２）との間に第２の接続（３０）を有する。

Description

本発明は、添付の特許請求の範囲の独立項の序文に記載する温度調節装置に関する。

構内や建物、および、水道温水を暖めるために、石炭で動作する暖房ボイラーを有する温度調節装置が長い間使用されてきた。石炭の使用を減少させるために暖房ボイラーに補完的な熱ポンプを温度調節装置が含むことも公知である。後者のタイプの暖房装置において、主として、熱ポンプがそのときの暖房要求を満たすために夏に利用され、暖房ボイラーは冬の暖房要求の大部分を満たし、熱ポンプは夏よりも暖房に寄与しない。

温度調節装置において異なる媒体間で熱エネルギーを伝達するポンプに属する部材を含む熱ポンプを設けることはコストがかかり、このため温度調節装置に含まれる熱ポンプおよびそれに関わる構成要素を可能な限り有効的に利用することが経済的に大変重要である。

本発明は、従来技術と比較して経済的により良く動作し使用されるエネルギー源をより良く利用することを実現するために温度調節装置の構成要素をより効果的に利用する、冒頭で定義した種類の温度調節装置を提供することを目的とする。

本目的は、請求項１記載の特徴を有する温度調節装置を提供することで本発明の第１の特徴により実現される。

第１の熱エネルギー伝達部材を介して第２の回路と第３の媒体との間で熱エネルギーを伝達するための第１の回路と第２の回路との間の第２の接続により、第１のエネルギー伝達部材のより効果的な利用が可能となる。

本発明の好ましい実施例によると、第２の接続は、熱エネルギー過剰分を第３の媒体に伝達することで第１の熱エネルギー伝達部材を介して第２の回路の熱エネルギー過剰分を除去することを可能にするよう適合される。

第３の媒体から第１の媒体に熱エネルギーを伝達するために使用されることに加えて、第１の熱エネルギー伝達部材を介して第２の回路の熱エネルギー過剰分を第３の媒体に伝達することが可能である。同時に、第１の熱エネルギー伝達部材がより効果的に利用されるため、第２の回路の熱エネルギー過剰分を第３の媒体以外の全ての他の媒体に除去することを可能にするよう第２の回路中の熱エネルギーを伝達する任意の部材を設ける必要がない。

本発明の別の好ましい実施例によると、第２の接続は第１の熱エネルギー伝達部材および第１の回路を介して第３の媒体からの熱エネルギーを第２の回路に熱ポンプを用いることなく直接的に伝達するよう適合される。

従って、第３の媒体からの熱エネルギーは熱ポンプを用いることなく暖房目的のために第２の回路によって直接的に吸収されてもよい。これは、熱ポンプの使用を減少させ、装置の経済的な動作に有利となる。

本発明の好ましい実施例によると、第３の媒体は熱放出特性および熱貯蔵特性を有する。このため、第１の熱エネルギー伝達部材を介して第２の回路から伝達される熱エネルギー過剰分を第３の媒体において貯蔵することが可能となる。この貯蔵された熱エネルギーは様々な方法で利用され得る。例えば、動作条件の変更により暖房目的のために熱ポンプを使用する必要が生じた場合、貯蔵されたエネルギーは第１の熱エネルギー伝達部材を介して第１の回路に伝達され暖房目的のために熱ポンプによって再使用されてもよい。この結果、第３の媒体において予め第２の回路からの熱エネルギー過剰分が貯蔵されていない場合と比較して熱ポンプは暖房を行う上でさほど仕事をする必要がなくなる。第３の媒体に貯蔵される熱エネルギーは、所望であれば、熱ポンプを用いることなく直接的に暖房に利用されてもよい。これは、第３の媒体に貯蔵される熱エネルギーを第１の熱エネルギー伝達部材および第１の回路を介し第２の接続を通って第２の回路に伝達することで実現される。

本目的は、請求項８記載の特徴を有する温度調節装置を提供することで本発明の第２の特徴によって実現される。

第１の回路における第２の熱エネルギー伝達部材により、第１の熱エネルギー伝達部材によって伝達されるエネルギーに加えて更なる熱エネルギーの第１の媒体への伝達が可能となり、熱ポンプの効率を向上させる。更に、屋内空気を冷却することが例えば、水道温水を加熱することに寄与するためエネルギー源が有利に利用される。

本発明の好ましい実施例によると、第２の熱エネルギー伝達部材は第１の熱エネルギー伝達部材と直列に、または、流れ方向において第１の熱エネルギー伝達部材の後となるよう、第１の回路に配置される。

このようにして、第３の媒体が屋内空気よりも冷たいため、屋内空気を冷却することが可能となる。有利な条件、例えば、夏では、屋内空気を冷却するために熱ポンプを動作させる必要がなくなる。

本発明の更なる利点および有利な特徴が以下の説明および添付の特許請求の範囲の独立項によって明らかとなるであろう。

本発明の好ましい実施例を、添付の図面を参照して以下に詳細に説明する。

図１は、本発明の第１の実施例による温度調節装置を概略的に示す図である。装置は、熱ポンプ１を含み、その入力側は第１の媒体を含む第１の回路１１に接続される。熱ポンプ１の出力側は、第２の媒体を含む第２の回路１２に接続される。例えば、回路１２は水を含み、回路１１はグリコール／水の混合物を含む。当然のことながら、これは組み合わせの一つの例であり、回路中で循環可能である、同じ目的に適している任意の他の媒体が使用されてもよい。従来の循環ポンプ１３は回路１２に配置され、従来の循環ポンプ１４は回路１１に配置され、媒体を夫々の回路で循環させる。

熱ポンプは、第１の回路１１における第１の媒体の循環中および第２の回路１２における第２の媒体の循環中に、第１の媒体から熱エネルギーを入力側で吸収し第２の媒体に熱エネルギーを出力側で放出するよう適合される。

熱ポンプ１に加えて、幾つかの他の熱発生ユニット２、例えば、油またはガスのような石炭で動作する暖房ボイラーが通常装置に含まれる。ユニット２は、構内および水道温水を暖めるシステムに回路１２を介して接続される。ブロック３で概略的に示されるシステムは、例えば、ラジエータおよび温水用蛇口を有する。

したがって、熱ポンプ１ならびに熱発生ユニット２は、第２の回路１２の第２の媒体に熱エネルギーを伝達することに寄与し、それにより、システム３を介して構内および水道温水を暖めることに寄与する。

熱ポンプ１は、蒸発器１５と、コンデンサ１６と、コンプレッサ１７とを有し、以下の通り従来どおりに動作する。第１の回路１１の媒体との熱交換により、熱ポンプの媒体は蒸発器１５を通じて熱エネルギーを吸収する。コンプレッサ１７の動作により、熱ポンプの媒体の圧力および温度が増加される。コンデンサ１６では、熱エネルギーは熱交換により第２の回路１２の第２の媒体に放出され、熱ポンプの媒体が圧力および温度が低下されるなか蒸発器１５に帰還される。

しかしながら、熱ポンプ１が動作するためには、エネルギーが回路１１の媒体に伝達されなくてはならない。このため、第１の媒体と第３の媒体との間で熱エネルギーを伝達する第１の部材２１が回路１１に設けられる。本発明を制限しない、更に考えられ得る第３の媒体の例として、外気、換気装置からの空気、石および地下水が挙げられる。例えば、熱エネルギー伝達部材２１は、第１の媒体と第３の媒体との間の熱交換のために調節される熱交換器の形態で設けられる。調節は、複数の要素に依存し、夫々の媒体の集合状態が非常に重要となる。

最初に既に述べたように、構成要素を含む熱ポンプは比較的コストのかかる投資である。そのため、熱ポンプおよびそれに属する構成要素を可能な限り有効的に利用することが望ましい。

装置の動作中、装置を取り巻く環境における温度変動により異なる動作条件が生ずる。例えば、夏の間は、通常熱エネルギー過剰が回路１２において生じ除去されなくてはならない。これは、例えば、第２の媒体と他の更なる媒体との間でエネルギーを伝達する部材を回路１２に配置することで実現することができる。しかしながら、図１に示す本発明の実施例によると、装置は、第１の熱エネルギー伝達部材を介して第２の回路と第３の媒体の間で熱エネルギーを伝達するために第１の回路１１と第２の回路１２との間に接続３０を有する。好ましくは熱交換器を含む接続３０は、本例において、熱エネルギー過剰分を第３の媒体に伝達することで第１の熱エネルギー伝達部材２１を介して第２の回路１２における熱エネルギー過剰分を除去することを可能にするよう適合されている。本実施例において、接続３０は熱交換器３８を含み、熱交換器３８は２本の導管３３および３４を介して回路１１に接続される。導管３３は第１の熱エネルギー伝達部材２１について上流の位置で回路１１に接合され、導管３４は第１の熱エネルギー伝達部材２１について下流の位置で回路１１に接合される。更に、熱交換器３８は２本の別の導管３５および３６を介して回路１２に接続される。第１の媒体および第２の媒体の接続３０からおよび接続３０への循環を制御する手段を設けることが好ましい。例えば、本実施例によると、導管３３には従来の循環ポンプ３１が設けられ、導管３４にはバルブ部材３２が設けられる。熱エネルギーが第２の回路１２と第１の回路１１との間で伝達されるとき、バルブ部材３２が適切に開けられ、ポンプ３１が適切に始動される。熱エネルギーが回路１１および１２の間で伝達されない動作条件において、バルブ部材３２は閉じられ、ポンプ３１は第１の媒体を循環させないよう適合される。この動作条件においてポンプ３１がオフにされることが好ましい。更に、バルブ部材３７が回路１２に含まれることが好ましい。バルブ部材３７は、回路１１および１２の間で熱エネルギーを伝達するとき、本実施例において、熱交換器３８への導管３６および３５を介して第２の媒体を接続３０に循環させることを可能にするよう、また、回路１１および１２の間で熱エネルギーを伝達しないとき第２の媒体を接続３０に循環させないよう適切に制御される。

本発明の好ましい実施例によると、第３の媒体は熱放出特性および熱貯蔵特性を有し、第２の回路１２から伝達される熱エネルギー過剰分を第３の媒体において貯蔵することができるため非常に有利である。貯蔵されたエネルギーは、例えば、動作条件が変わったとき、つまり、熱ポンプが暖房目的で始動されたとき熱ポンプ１によって暖房目的のために再使用されてもよい。この場合、コンプレッサ１７は、エネルギー貯蔵が予め行われていないときと比べて暖房に対してさほど仕事を行わなくてもよい。本発明の好ましい実施例によると、第３の媒体は上記特性を有する大地、例えば、石である。幾つかの状況において、例えば、秋には、第３の媒体に貯蔵されるエネルギーはシステム３における暖房要求を満たすに十分に大きい場合もある。本発明の好ましい実施例によると、接続３０は第１の熱エネルギー伝達部材２１および第１の回路１１を介して第３の媒体から第２の回路に直接的に熱エネルギーを伝達するよう適合される。これにより、所望であれば、第３の媒体に貯蔵される熱エネルギーは暖房目的のためにポンプ１を用いることなく接続３０を介して第２の回路１２に直接的に伝達されてもよい。

図２には、本発明による温度調節装置の第２の実施例が概略的に示されている。本実施例は、設計および機能の面で図１に示される実施例に類似しているが、接続３０およびそれによって提供される可能性を有さない。同様の構成要素は同様の参照番号で示されるため、より詳細には説明しない。

本実施例によると、第１の回路は、第１の媒体と屋内空気との間で熱エネルギーを伝達する少なくとも一つの第２の部材２２を例えば、適切に適合された熱交換器の形態で含む。第２の熱エネルギー伝達部材２２は、屋内空気から第１の媒体に熱エネルギーを伝達することに適合される。これにより、熱ポンプ１は、システム３を介して屋内空気や水道温水を暖めるためだけでなく屋内空気を冷却するために使用されてもよい。システム３において暖房要求があり熱ポンプ１がそのために動作されるとき、結果として、熱エネルギー伝達部材２２を介して屋内空気から回路１１中の第１の媒体に熱エネルギーを伝達することで屋内空気を冷却する必要性を同時に満たすことができる。例えば、夏の間、水道温水は屋内空気を冷却することで供給される。

本発明の好ましい実施例によると、第２の熱エネルギー伝達部材２２は、第１の熱エネルギー伝達部材２１と直列に、また流れ方向において、第１の熱エネルギー伝達部材第２１の後となるよう、回路１１に配置される。これにより、第３の媒体が屋内空気よりも冷たいため、有利な温度条件、例えば、夏の間、回路１１における第１の媒体の循環で屋内空気を冷却することが十分に可能となる。したがって、熱ポンプは、屋内空気を冷却するために動作されなくてもよく、エネルギーが節約され、回路１１中の第１の媒体を循環するためにポンプ１４を動作することが十分となる。本発明の好ましい実施例によると、第３の媒体は夏の間屋内空気の温度よりも実質的に低い温度を有する大地、好ましくは石である。第２の熱エネルギー伝達部材を介して第２の媒体の流れを制御する手段が設けられることが好ましい。図２に示す実施例において、この制御手段は屋内空気が冷却されなくてはならないとき、熱エネルギー伝達部材２２を介して第１の媒体の循環を可能にし、さもなければそのような循環を防止するバルブ部材２５である。

図３には、第１の実施例の特徴および第２の実施例の特徴を有する本発明の温度調節装置の第３の実施例を示す。

夫々の実施例と関連する利点の組み合わせが実現される。

本実施例は、例えば、屋内空気を冷却する必要性がシステム３における暖房の必要性よりも高いときに有利である。熱ポンプ１が冷却目的のために動作される場合、熱過剰が回路１２で生じ、除去されなくてはならない。これは、例えば、第２の媒体と他の更なる媒体との間でエネルギーを伝達する部材（図示せず）を回路１２に設けることで実現することができる。しかしながら、本発明によると、装置は、図１を参照して既に説明したように、第１の熱エネルギー伝達部材２１を介して第２の回路１２と第３の媒体との間で熱エネルギーを伝達するために第１の回路１１と第２の回路１２との間で接続３０を有する。好ましくは熱交換器を有するこの接続３０は、本例において、熱エネルギー過剰分を第３の媒体に伝達することで第１の熱エネルギー伝達部材２１を介して第２の回路１２における熱エネルギー過剰分の除去を可能にするよう適合される。

上述したように、本発明の好ましい実施例によると、第３の媒体は熱放出特性および熱貯蔵特性を有する。これにより熱ポンプを用いて屋内空気を冷却することにより第２の回路で生ずる熱過剰を第３の媒体に貯蔵することが可能となり、非常に有利である。貯蔵されたエネルギーは、直接的に再使用されてもよく、または、上記のように動作条件が変わったときに暖房目的のために熱ポンプによって用いられてもよい。

図３に示す装置は、装置に含まれる構成要素の非常に効果的な使用を可能にする。装置の動作は、上述の通り暖房および／または冷却の必要性にしたがって調節可能であるため、使用されるエネルギー源は有効的に利用される。

要約するに、冷却および暖房目的のために装置に含まれる熱ポンプを非常に有利に使用することができる。更に、２つの回路１１および１２の間の接続３０は、装置の熱ポンプ１のコンデンサ側で熱エネルギー過剰分を除去し、同一の熱エネルギー伝達部材２１を介して装置の熱ポンプ１の蒸発器側にある第３の媒体から熱エネルギーを吸収することを交互に行う可能性を提供する。第３の媒体を配置することにより、第２の回路から除去され貯蔵された熱エネルギー過剰分は直接的にまたは暖房目的のために熱ポンプ１によって再使用されてもよい。

当然のことながら、本発明は、上記実施例に如何なる形態でも制限されず、その多数の可能な変更が本発明の基本的な考えから逸脱することなく当業者には明らかとなるであろう。

例えば、部材４２によって図３に示すように、第２の熱エネルギー伝達部材２２と並列により多くの熱エネルギー伝達部材を設けることも可能である。この場合、部材４２への又部材４２からの第１の媒体の循環を制御するバルブ部材２６を設けることが好ましい。バルブ部材２６は、例えば、バルブ部材２５と同様に制御される。

更に、部材３９によって図３に示すように、第１の熱エネルギー伝達部材２１と並列して複数の熱エネルギー伝達部材を設けることも可能である。更に、第１の回路１１中の第１の媒体を加熱するために暖房ボイラー２からの燃焼排ガスを利用することも可能である。これは、図１から図３において、第１の回路１１に接続される熱エネルギー伝達部材２３に接続される導管２４によって示されている。このように、第１の媒体を加熱するために燃焼排ガスが利用されるとき部材２３への第１の媒体の循環を制御し、さもなければこのような循環を防止するバルブ部材２８が回路１１に配置されることが適切である。

このように、複数の熱エネルギー伝達部材が第１の回路に配置されるとき、好ましくは、第１の媒体の循環を制御するためにバルブ部材２７が第１の回路１１に配置される。バルブ部材２７は、上記部材２１を介してエネルギーが第１の媒体に吸収されるべきときは第１の熱エネルギー伝達部材２１（および部材２１と並列の更なる可能な熱エネルギー伝達部材）を介して循環を可能にし、部材２１を介して第１の媒体と第３の媒体との間で熱エネルギーが伝達されないときはこのような循環を防止するように循環を制御することが好ましい。

本発明の第１の実施例による温度調節装置を示す概略図である。 本発明の第２の実施例による温度調節装置を示す概略図である。 本発明の第３の実施例による温度調節装置を示す概略図である。

Claims (10)

1. 第１の媒体を含む第１の回路（１１）と、
   第２の媒体を含む第２の回路（１２）と、
   熱ポンプ（１）の形態にある上記第１の回路（１１）と上記第２の回路（１２）との間の第１の接続とを有し、
   上記熱ポンプの入力側は上記第１の回路に接続され、
   上記熱ポンプの出力側は上記第２の回路に接続され、
   上記熱ポンプ（１）は、夫々の回路（１１，１２）における上記第１の媒体および上記第２の媒体の循環中、上記入力側において上記第１の媒体から熱エネルギーを吸収し、上記出力側において上記第２の媒体に熱エネルギーを放出し、
   上記第１の回路は、上記第１の媒体と第３の媒体との間で熱エネルギーを伝達する少なくとも一つの第１の部材（２１）を含む、温度調節装置であって、
   上記第１の熱エネルギー伝達部材（２１）を介して上記第２の回路（１２）と上記第３の媒体との間で熱エネルギーを伝達するために上記第１の回路（１１）と上記第２の回路（１２）との間に第２の接続（３０）を有し、上記第２の接続（３０）は熱交換器（３８）を含むことを特徴とする、温度調節装置。
2. 上記第２の接続（３０）は、熱エネルギー過剰分を伝達することによって上記第１の熱エネルギー伝達部材（２１）を介して上記第２の回路（１２）の上記熱エネルギー過剰分を除去することを可能にするよう適合されることを特徴とする、請求項１に記載の温度調節装置。
3. 上記第２の接続（３０）は、上記第１の熱エネルギー伝達部材（２１）および上記第１の回路（１１）を介して熱ポンプ（１）を用いることなく上記第２の回路（１２）に直接的に上記第３の媒体から熱エネルギーを伝達することを可能にするよう適合されることを特徴とする、請求項１または２に記載の温度調節装置。
4. 上記第３の媒体は熱放出特性および熱貯蔵特性を有することを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の温度調節装置。
5. 上記第３の媒体は大地、好ましくは石であることを特徴とする、請求項４に記載の温度調節装置。
6. 上記第１の回路（１１）は、上記第１の媒体と屋内空気との間で熱エネルギーを伝達する少なくとも一つの第２の部材（２２）を有し、
   上記第２の熱エネルギー伝達部材（２２）は、上記屋内空気を冷却するよう熱エネルギーを上記屋内空気から上記第１の媒体に伝達するよう適合されることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の温度調節装置。
7. 上記第２の熱エネルギー伝達部材（２２）は上記第１の熱エネルギー伝達部材（２１）と直列し、且つ、流れ方向において上記第１の熱エネルギー伝達部材（２１）の後となるよう上記第１の回路（１１）に配置されることを特徴とする、請求項６に記載の温度調節装置。
8. 第１の媒体を含む第１の回路（１１）と、
   第２の媒体を含む第２の回路（１２）と、
   熱ポンプ（１）の形態にある上記第１の回路（１１）と上記第２の回路（１２）との間の第１の接続とを有し、
   上記熱ポンプの入力側は上記第１の回路に接続され、
   上記熱ポンプの出力側は上記第２の回路に接続され、
   上記熱ポンプ（１）は、夫々の回路（１１，１２）における上記第１の媒体および上記第２の媒体の循環中、上記入力側において上記第１の媒体から熱エネルギーを吸収し、上記出力側において上記第２の媒体に熱エネルギーを放出し、
   上記第１の回路は、上記第１の媒体と第３の媒体との間で熱エネルギーを伝達する少なくとも一つの第１の部材（２１）を含む、温度調節装置であって、
   上記第１の回路（１１）は、上記第１の媒体と屋内空気との間で熱エネルギーを伝達する少なくとも一つの第２の部材（２２）を有し、
   上記第２の熱エネルギー伝達部材（２２）は、上記屋内空気を冷却するよう上記屋内空気から上記第２の媒体に熱エネルギーを伝達するよう適合されることを特徴とする、温度調節装置。
9. 上記第２の熱エネルギー伝達部材（２２）は、上記第１の熱エネルギー伝達部材（１１）と直列し、且つ、流れ方向において、上記第１の熱エネルギー伝達部材（２１）の後となるよう上記第１の回路（１１）に配置されることを特徴とする、請求項８に記載の温度調節装置。
10. 上記第３の媒体は大地、好ましくは、石であることを特徴とする、請求項８または９に記載の温度調節装置。
    

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