JP2008522125A - 暖房設備および加熱法 - Google Patents
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Abstract
【選択図】図1
Description
本発明に従って、前記目的は、請求項1に示す特徴を有する暖房設備および請求項15に示す特徴を有する方法によって達成される。
本発明の解決策は、熱をヒートポンプの作動媒体から第3の回路内の第3の媒体に伝導するために、第1のヒートポンプのコンデンサと膨張弁との間に接続される熱交換器が用いられ、第3の回路内の第3の媒体から熱エネルギーを吸収することによって、第2の回路内の第2の媒体を加熱するために、ここで第2のヒートポンプと称される、更なるヒートポンプが配置されることを包含する。第2の回路内の第2の媒体は、好ましくは蛇口温水を供給するために加熱されることを目的とする水である。第2のヒートポンプによる前記加熱は、蛇口温水を所望の温度に加熱するためのプロセスにおける最終的加熱ステップ、すなわち蛇口温水の最終的加熱を適切に構成する。本発明の解決策によって、第1のヒートポンプが動作中である場合、第1のヒートポンプの作動媒体の余剰熱が、第2の回路内の第2の媒体に温度上昇を与えるために用いられる。第2の媒体の加熱にヒートポンプの作動媒体の前記余剰熱を利用することによって、それを浪費する代わりに、ヒートポンプの効率の向上が、得られる。
本発明の好ましい実施態様によれば、この暖房設備は、熱を第3の回路内の第3の媒体から第2の回路内の第2の媒体に伝導するために、第1の熱交換器と直列に第3の回路内に配置される、ここで第2の熱交換器と称される、更なる熱交換器を備える。この熱伝導は、蛇口温水を所望の温度に加熱するためのプロセスの第1の初期の加熱ステップ、すなわち蛇口温水の予加熱を適切に構成する。また、この加熱ステップで、第1のヒートポンプが動作中である場合、第1のヒートポンプの作動媒体の余剰熱が前記第2の媒体に温度上昇を与えるために用いられ、それによって、その後の加熱ステップあるいはその後の複数の加熱ステップにおいて第2の媒体の温度を所望の目的温度に上昇させるのに必要とされるエネルギーは対応して減少する。第2の熱交換器によって、第3の回路内の熱エネルギーを使用して、第2のヒートポンプが動作中である必要がなく、第2の回路内の第2の媒体を加熱することもまた可能である。
本発明の別の好ましい実施態様によれば、この暖房設備は、第1の熱交換器と直列に第3の回路内に配置され、熱を第4の媒体、たとえば周囲空気から第3の回路内の第3の媒体に伝導するための、ここで第3の熱交換器と称される、更なる熱交換器を備える。この第3の熱交換器は、第1の熱交換器を補助することができ、かつ第2のヒートポンプに、そして、適用可能であればいつでも第2の熱交換器に、補助の熱寄与を与えることができる。第3の熱交換器は、また、第1のヒートポンプが動作中でない場合、熱エネルギーを第2のヒートポンプに、そして、適用可能であればいつでも第2の熱交換器に与えるために使用されることができる。
本発明の暖房設備および本発明の方法の更なる好適な実施態様は、従属請求項およびその後の説明から明らかとなるであろう。
本発明は、また、蛇口温水を供給するための本発明の暖房設備の使用法に関し、この場合、第2の回路内の第2の媒体は、前記蛇口温水を供給するために加熱される水である。
本発明の暖房設備1は、
−たとえば地熱および/または太陽熱を利用することによって、第1の回路K1内の第1の媒体を加熱するために第1の回路K1内に配置される、以下に第1のヒートポンプと称される、ヒートポンプ2の形の第1の熱生成配置、および、
−第3の回路K3内の第3の媒体から、熱エネルギーを吸収することによって第2の回路K2内の第2の媒体を加熱するために配置される、以下に第2のヒートポンプと称される、ヒートポンプ3の形の第2の熱生成配置、を更に備える。
図1−6に例示される実施態様において、たとえば従来の油を燃料とするおよび/または木を燃料とする加熱ボイラの形の、また、いわゆる加熱カートリッジによって加熱するための手段を備えることができる、第3の熱生成装置4が、また、第1の媒体に熱を供給するために第1のヒートポンプ2と直列に第1の回路K1内に配置される。
第1のヒートポンプ2は、エバポレータ2c、コンデンサ2d、コンプレッサ2eおよび膨張弁2f、好ましくは電気機械膨張弁を備える。ここで示されない、エバポレータ2cに接続される回路内の媒体との熱交換によって、ヒートポンプの作動媒体はエバポレータ2c経由で熱エネルギーを吸収する。作用は、コンプレッサ2e経由で追加され、それによって、ヒートポンプの作動媒体の圧力および温度は増加する。コンデンサ2dにおいて、熱エネルギーは、次いで熱交換によって第1の回路K1内の第1の媒体に放出され、および、ヒートポンプの作動媒体は次いで、圧力および温度の低下を受けるとともに、膨張弁2f経由でエバポレータ2cに戻される。その結果として、第1の回路内の第1の媒体とヒートポンプのコンデンサ2dとの間の熱交換が可能であるように、ヒートポンプ2は第1の回路K1に接続されるその出力側を有する。
供給ダクト6によって、加熱ボイラ4の出口4bは1つあるいはいくつかの熱放射装置8の入口7に接続される。これらの装置8は、更なる媒体、この場合建物内の空気、を加熱するために使われ、かつ、温水あるいは別の媒体によって動作する従来のラジエータによって、たとえば構成される。熱放射装置の出口9は、戻しダクト10を用いて第1のヒートポンプの入口2aに接続されており、そして、第1のポンプの出口2bは戻しダクト10を用いて加熱ボイラの入口4aに接続されている。
戻しダクト10および供給ダクト6は、供給ダクト6に位置する第1の点P1から第1のヒートポンプの出口2bと加熱ボイラの入口4aとの間に位置する点P2まで配置される第1の接続ダクト11A経由で、互いに接続される。戻しダクト10および供給ダクト6は、また、第1のヒートポンプの出口2bと加熱ボイラの入口4aとの間に位置する点P3から供給ダクト6に位置する点P4まで配置される第2の接続ダクト11B経由で、互いに接続される。この暖房設備は、点P4とラジエータの入口7との間に位置する点P5からラジエータの出口9と第1のヒートポンプの入口2aとの間に位置する点P6まで配置される第3の接続ダクト11C、および、点P4と点P5との間に位置する点P7から点P6と第1のヒートポンプの入口2aとの間に位置する点P8まで配置される第4の接続ダクト11D、を更に備える。第2の接続ダクト11Bおよび供給ダクト6で、調節弁12が点P4に配置され、および、調節弁13が点P5で第3の接続ダクト11Cおよび供給ダクト6にさらに配置される。逆止め弁14が第1の接続ダクト11A内に配置され、および、逆止め弁15がまた、第4の接続ダクト11D内に配置される。さらに、戻しダクト10がまた、第1のヒートポンプ2を迂回するための手段、すなわち第1のヒートポンプ2に対するバイパスダクト17を構成する位置で、逆止め弁16が戻しダクト10内に配置される。最後に述べられた逆止め弁16は、その結果として第1のヒートポンプの入口2aと出口2bとの間に延伸する戻しダクト10の一部に配置される。循環ポンプ18が、第1のヒートポンプのコンデンサ2dと戻しダクト10との間の接続ダクトの1つに配置される。循環ポンプ19が、また、供給ダクト6内に配置される。最後に述べられた循環ポンプ19は、代わりとして戻しダクト10内に配置されることができる。
第2のヒートポンプ3は、エバポレータ3c、コンデンサ3d、コンプレッサ3eおよび膨張弁3f、好ましくは電気機械膨張弁を備える。エバポレータ3cに接続される第3の回路K3内の第3の媒体との熱交換によって、ヒートポンプの作動媒体はエバポレータ3c経由で熱エネルギーを吸収する。作用がコンプレッサ3e経由で追加され、それによって、ヒートポンプの作動媒体の圧力および温度は上昇する。コンデンサ3dにおいて、熱エネルギーは、次いで熱交換によって第2の回路K2内の第2の媒体に放出され、そして、ヒートポンプの作動媒体は次いで、圧力および温度の低下を受けるとともに、膨張弁3f経由でエバポレータ3cに戻される。その結果として、第2の回路内の第2の媒体とヒートポンプのコンデンサ3dとの間の熱交換が可能であるように、第2のヒートポンプ3は第2の回路K2に接続されるその出力側を有する。
本発明の暖房設備1は、第3の回路K3内に配置され、かつ、熱を第1のヒートポンプの作動媒体から第3の回路K3内の第3の媒体に伝導するために第1のヒートポンプのコンデンサ2dと膨張弁2fとの間に接続される、以下に第1の熱交換器と称される、熱交換器40を更に備える。さらに、循環ポンプ43が、第3の回路K3内に配置される。第1の熱交換器40は、第3の回路K3経由で第2のヒートポンプのエバポレータ3cに接続され、かつ第2のヒートポンプのエバポレータ3cと直列に第3の回路K3内に配置される。本発明によれば、第1のヒートポンプ2の復水はその結果として第2のヒートポンプ3に熱エネルギーを供給するために利用され、それは次に、第2の媒体を加熱するために、たとえば蛇口温水の加熱を達成するために、この熱エネルギーを利用する。前記熱交換器40は、第1のヒートポンプ2のいわゆる補助冷却器を構成する。
例示の実施例の全てにおいて、第2のヒートポンプ3は、上記したように蛇口温水を供給するために加熱される水から成ることができる、第2の媒体の最終的加熱のために配置される。最終加熱された蛇口温水は、第2の回路K2内に配置される蓄熱器27に適切に蓄積され、その蓄熱器は、2つの接続ダクト28、29経由で第2のヒートポンプ3に接続される。循環ポンプ30が、これらの接続ダクトの1つに配置される。循環ポンプ32を有する戻しダクト31が、蓄熱器の上部出口27bと下部入口27aとの間に配置される。
図2に例示される実施態様は、この場合の暖房設備1が、第1の媒体と第2の媒体の間の熱交換によって、熱を第1の回路K1の第1の媒体から第2の回路K2の第2の媒体に、あるいはその逆に、伝導するために、第1の回路K1内に配置される熱交換器21を備えることを除いて、図1に例示されるものと一致する。この熱交換器21が、従って、必要性が生じた場合、第1の回路K1の第1の媒体から第2の回路K2の第2の媒体への熱伝導によって第2の回路K2内の第2の媒体の加熱に寄与するために使われることができる。第2の回路K2内の第2の媒体に対する加熱要求が満たされる場合、熱交換器21は、その代わりとして第2の回路K2内の第2の媒体から第1の回路K1内の第1の媒体への熱伝導によって第1の回路K1内の第1の媒体に熱の寄与を与えるために使用されることができる。この熱交換器21は、ここで2つの接続ダクト22、23経由で供給ダクト6に接続される。循環ポンプ24が、これらの接続ダクトの1つに配置される。供給ダクト6が熱交換器21を迂回するための手段、すなわち熱交換器21のためのバイパスダクト26、を構成する位置で、逆止め弁25が供給ダクト6内に配置される。最後に述べられた逆止め弁25は、従って前記接続ダクト22、23の間に延伸する供給ダクト6の一部に配置される。図示の例において、熱交換器21は第2のヒートポンプのコンデンサ3dと蓄熱器27との間の第3の回路K3に接続される。
図1および2において例示される実施態様において、蛇口温水の予加熱は実行されず、蓄熱器27は従ってこれらの場合冷水ダクト80から直接に冷水を収容するために配置される。
図3に例示される実施態様は、この場合の暖房設備1が、第1の熱交換器40と直列に第3の回路K3内に配置される、以下に第2の熱交換器と称される、更なる熱交換器42を備えることを除いて、図2に例示されるものと一致する。この第2の熱交換器42は、第3の媒体と第2の媒体との間の熱交換によって熱を第3の回路K3内の第3の媒体から第2の回路K2内の第2の媒体に伝導するために配置される。第2の熱交換器42および第2のヒートポンプのエバポレータ3cは、図3にて図示したように、互いに直列に第3の回路K3内に適切に配置されるが、また、互いに並列に配置されることもできる。第2の熱交換器42が、第2のヒートポンプのコンデンサ3dの上流の第2の回路K2に接続されて、従って蛇口温水を予熱するために使われる。ここで例示される実施態様において、第2の熱交換器42はダクト81経由で蓄熱器27に接続され、蓄熱器27は、最終加熱された蛇口温水を蓄積するために配置される。第2の熱交換器42は、ここで冷水ダクト80経由で冷水を収容して、予熱された蛇口温水をダクト81経由で蓄熱器27に供給するように配置される。
図1に例示される暖房設備を第3の回路K3と第2の回路K2との間に配置される上記の種類の第2の熱交換器42とともに形成することもまた、もちろん、可能であろう。
図4に例示される実施態様は、この場合の暖房設備1が、第4の媒体と第3の媒体との間の熱交換によって熱を第4の媒体から第3の回路K3内の第3の媒体に伝導するために、第1の熱交換器40と直列に第3の回路K3内に配置される、以下に第3の熱交換器と称される、更なる熱交換器45を備えることを除いて、図3において例示されるものと一致する。第4の媒体は適切に周囲空気であり、この場合、第3の熱交換器45は空気熱変換器である。この空気熱変換器45は、このヒートポンプ2の動作中に生成される高い気温を利用するために第1のヒートポンプ2と同じ部屋の中に適切に設置される。第3の熱交換器45は、また、第1のヒートポンプ2が使われなくてあるいは低程度に使われるだけの場合、第3の回路K3内の第3の媒体を加熱するためのエネルギーを与える別の種類の熱交換器とすることができ、そのため、第1のヒートポンプ2が第3の回路K3内の第3の媒体に充分な熱エネルギーを生成していないような動作モード中に、所望の加熱効果が、第2のヒートポンプ3経由でおよび/または第2の熱交換器42経由で得られるようにすることができる。第3の熱交換器45は、例示された場合では、第2の熱交換器42と第1の熱交換器40との間の第3の回路K3内に配置される。
図1および2に例示される暖房設備を第1の熱交換器40と直列に第3の回路K3内に配置される図4に関して記載される種類の熱交換器45とともに形成することもまた、もちろん可能であろう。
図5に例示される実施態様は、この場合の暖房設備1が、また、第3の媒体を蓄積するために第1の熱交換器40と直列の第3の回路K3内に配置される蓄熱器44を備えることを除いて、図4に例示されるものと一致する。蓄熱器44は、例示された場合では、第2の熱交換器42と第3の熱交換器45との間の第3の回路K3内に配置される。
図1−3に例示される暖房設備を第1の熱交換器40と直列に第3の回路K3内に配置される図5に関して記載される種類の蓄熱器とともに形成することもまた、もちろん可能であろう。
図6に例示される実施態様は、この場合の暖房設備1が、熱を第2のヒートポンプの作動媒体から第1の回路K1内の第1の媒体に伝導するために、第1の回路K1内に配置され、かつ、第2のヒートポンプのコンデンサ3dと膨張弁3fとの間に接続される、更なる熱交換器46を備えることを除いて、図2に例示されるものと一致する。この実施態様によれば、第2のヒートポンプ3の復水は、従って第1の媒体に熱エネルギーを供給するために利用される。前記熱交換器46は、第2のヒートポンプ3のいわゆる補助冷却器を構成する。この熱交換器46は、ここで2つの接続ダクト47、48経由で供給ダクト6に接続される。スロットルバルブ49が、前記接続ダクト47、48の間に延伸する供給ダクト6の一部に配置される。
図1および3−5に例示される暖房設置を第1の回路K1内に配置され、かつ第2のヒートポンプのコンデンサ3dと膨張弁3fとの間に接続される、図6に関して記載される種類の熱交換器46とともに形成することもまた、もちろん可能であろう。
本発明は、もちろんいかなる形であれ上記した好適な実施態様に限定されない。これに反して、その変更に対する多くの可能性は、添付の特許請求の範囲において定義した本発明の基本思想から逸脱することなく、当業者にとって明らかである。
Claims (15)
- 暖房設備であって、第1の媒体を含有する第1の回路(K1)と、第2の媒体を含有する第2の回路(K2)と、前記第1の回路(K1)内の前記第1の媒体を加熱するために前記第1の回路(K1)内に配置される、ここで第1のヒートポンプと称される、ヒートポンプ(2)の形の第1の熱生成装置と、を備え、前記暖房設備は、
−第3の媒体を含有する第3の回路(K3)と、
− 熱を前記第1のヒートポンプの作動媒体から前記第3の回路(K3)内の前記第3の媒体に伝導するために、前記第3の回路(K3)内に配置され、かつ、前記第1のヒートポンプのコンデンサ(2d)と膨張弁(2f)との間に接続される、ここで第1の熱交換器と称される、熱交換器(40)と、
− 前記第3の回路(K3)内の前記第3の媒体から、熱エネルギーを吸収することによって前記第2の回路(K2)内の前記第2の媒体を加熱するために配置される、ここで第2のヒートポンプと称される、ヒートポンプ(3)の形の第2の熱生成装置と、を更に備えることを特徴とする暖房設備。 - 前記第2のヒートポンプ(3)は、前記第2の回路(K2)内の前記第2の媒体と前記ヒートポンプの前記コンデンサ(3d)との間の熱交換が可能であるように、前記第2の回路(K2)に接続されるその出力側を有し、かつ、前記第3の回路(K3)内の前記第3の媒体と前記ヒートポンプのエバポレータ(3c)との間の熱交換が可能であるように、前記第3の回路(K3)に接続されるその入力側を有する、ことを特徴とする請求項1に記載の暖房設備。
- 前記第2のヒートポンプの前記エバポレータ(3c)は、前記第1の熱交換器(40)と直列に、前記第3の回路(K3)内に配置される、ことを特徴とする請求項2に記載の暖房設備。
- 前記暖房設備は、熱を前記第3の回路(K3)内の前記第3の媒体から前記第2の回路(K2)内の前記第2の媒体に伝導するために、前記第1の熱交換器(40)と直列に前記第3の回路(K3)内に配置される、ここで第2の熱交換器と称される、更なる熱交換器(42)を備える、ことを特徴とする先行する請求項のうちいずれかに記載の暖房設備。
- 前記第2の熱交換器(42)および前記第2のヒートポンプの前記エバポレータ(3c)は、互いに直列に前記第3の回路(K3)内に配置される、ことを特徴とする請求項4に記載の暖房設備。
- 前記第2の熱交換器(42)は、前記第2のヒートポンプの前記コンデンサ(3d)の上流で前記第2の回路(K2)に接続される、ことを特徴とする請求項4あるいは5に記載の暖房設備。
- 前記暖房設備は、前記第3の媒体を蓄積するために前記第1の熱交換器(40)と直列に、前記第3の回路(K3)内に配置される蓄熱器(44)を備える、ことを特徴とする先行する請求項のうちいずれかに記載の暖房設備。
- 前記暖房設備は、熱を第4の媒体、たとえば周囲空気から前記第3の回路(K3)内の前記第3の媒体まで伝導するために、前記第1の熱交換器(40)と直列に前記第3の回路(K3)内に配置される、ここで第3の熱交換器と称される、更なる熱交換器(45)を備える、ことを特徴とする先行する請求項のうちいずれかに記載の暖房設備。
- 前記暖房設備は、熱を前記第1の回路(K1)内の第1の媒体から前記第2の回路(K3)内の前記第2の媒体まで、あるいはその逆に伝導するために、前記第1の回路(K1)内に配置される、ここで第4の熱交換器と称される、更なる熱交換器(21)を備える、ことを特徴とする先行する請求項のうちいずれかに記載の暖房設備。
- 前記第2のヒートポンプ(3)は、前記第2の媒体を蓄積するために前記第2の回路(K2)内に配置される蓄熱器(27)に接続される、ことを特徴とする先行する請求項のうちいずれかに記載の暖房設備。
- 前記第4の熱交換器(21)もまた、前記第2の回路(K2)内に配置される前記蓄熱器(27)に接続されている、ことを特徴とする請求項9と組み合わせた請求項10に記載の暖房設備。
- 前記暖房設備は、熱を前記第2のヒートポンプの前記作動媒体から前記第1の回路(K1)内の前記第1の媒体に伝導するために、前記第1の回路(K1)内に配置され、かつ前記第2のヒートポンプの前記コンデンサ(3d)と前記膨張弁(3f)との間に接続される、ここで第5の熱交換器と称される、更なる熱交換器(46)を備える、ことを特徴とする先行する請求項のうちいずれかに記載の暖房設備。
- 前記暖房設備は、前記第1の回路(K1)内の前記第1の媒体を加熱するための、前記第1の回路(K1)内に配置される、たとえば加熱ボイラの形の、第3の熱生成装置(4)を備える、ことを特徴とする先行する請求項のうちいずれかに記載の暖房設備。
- 蛇口温水を供給するための、前記第2の回路(K2)内の前記第2の媒体が前記蛇口温水を供給するために加熱される水からなる、請求項1−13のいずれかに記載の暖房設備の使用法。
- 第2の回路(K2)内の第2の媒体を加熱するための、ここで第1のヒートポンプと称される、ヒートポンプ(2)の形の少なくとも一つの第1の熱生成装置によって実行可能な第1の回路(K1)内の第1の媒体に対する熱生成、のための方法であって、
− 前記第1のヒートポンプ(2)の作動媒体から第3の回路(K3)内の第3の媒体への熱伝導が、前記第1のヒートポンプのコンデンサ(2d)と膨張弁(2f)との間に接続される熱交換器(40)によって実行され、および、
− この第2の回路(K2)内の前記第2の媒体の加熱は、前記第3の回路(K3)内の前記第3の媒体から熱エネルギーを吸収することによって、ここで第2のヒートポンプと称される、ヒートポンプ(3)の形の第2の熱生成装置によって実行される、ことを特徴とする方法。
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