JP2977558B2 - 加熱設備の作動方法及び装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】 この発明は、建物の暖房や給湯用の加熱設備における
熱吸収装置の作動方法およびその方法を実施する加熱設
備に関する。 【従来の技術】 よく知られているように、油、ガス等のような化石燃
料で加熱するボイラにより作動され、室または建物を暖
房したり、熱湯を供給する従来の加熱設備の大きな欠点
は、煙突を通って逃げる煙道ガスによる熱損失のため
に、供給エネルギーのかなりの部分が浪費されることに
ある。熱の経済性を改良するために、低温度の熱を高温
度レベルへ上昇させる熱ポンプが使用されてきた。これ
に関して最も普通の熱源として、室外空気と室内空気と
の両方が考えられるが、室外空気を使用した場合には、
例えば−５℃以下の低温度では熱ポンプの効率が激烈に
低下するという欠点があり、またこのような低い温度で
は装置に霜が付着するという問題も生ずる。それゆえ、
室外空気で作動する熱ポンプに関しては、最冷季節には
油たきボイラまたは電気ボイラのような別の熱源を使用
しなければならない。 大部分の空気を通常排出するが、熱ポンプの使用中は
熱ポンプを介して再循環させるような応用では、戻り空
気は有益な熱源となる。 熱源として室外空気を使うときに、熱ポンプだけで熱
需要を満足させるようにする試みが従来行われてきた
が、室外の温度が低いと熱ポンプの作動を確保する手段
を採用しなければならないために、熱ポンプの構成が複
雑となり、その結果、熱ポンプは設備及び保守の両面で
高くつくことになる。例えば、多段運転型の熱ポンプで
は各段階で空気の温度を上昇させるようにしている。 【発明が解決しようとする課題】 この発明の目的は、従来技術に伴う問題点を解決し、
動作に法外な経費が掛からずしかもあらゆる室外温度で
機能および高効率を確保できる加熱設備の作動方法並び
にこの方法を実施する加熱設備を提供することにある、 【課題を解決するための手段】 この目的を達成するための、空気を循環させて作動し
かつ室内に設置された加熱設備において流体を加熱する
本発明による方法は、加熱設備が、外部空気取入れ通路
および空気を室内から排出するため中に送風機が設置さ
れた排気導管装置、熱交換器、空気入口および出口およ
び空気が通過する蒸発器を有する熱ポンプ、および選択
的に作動されるバーナを有し排気ガスがそこから排気導
管装置を通って排出されるボイラを備え、外部から取入
れた空気が室内から出る空気の第１部分と混合され混合
物が排気導管装置を通って排出される室内から出る空気
の第２部分と熱交換関係において熱交換器を通されるこ
と、外部から取入れた空気と室内空気の混合物が熱ポン
プの空気入口にかつ熱ポンプ内の流体を加熱する熱源と
して蒸発器と熱交換関係で通されることの各工程を有す
る方法である。 またこの方法を実施する加熱設備は、室内に設置され
たボイラを備え、ボイラはバーナおよび煙道ガス排出通
路を備え、外部空気取入れ通路および排気導管装置を備
え、交差流型熱交換器は排気導管装置に沿って配置され
かつ外部空気および室内から出る空気の混合物をうけ入
れる入口を有し混合物は排気導管装置を通って室から排
出される空気と熱交換関係で通され、熱ポンプは流体を
加熱する熱源として熱交換器から予熱された混合物をう
け入れる入口、予熱された混合物と熱交換関係にある蒸
発器および混合物が熱ポンプから室内に排出される出口
を有し、ボイラの煙道ガス排出通路は排気導管装置内に
配置され、空気入口開口は排気導管装置を室に連通し、
それにより送風機が排出導管装置内に設置される加熱設
備である。 この発明を添付図面について以下に説明しよう。 【実施例】 第１図に示す加熱設備において、１は油またはガスの
バーナであり、水の入ったボイラ２内に配置され、この
ボイラ２に熱湯を貯蔵するタンク即ち空所13が連結され
ている。ボイラ２とタンク13は支持体11上に配置されて
いる。ボイラ２とタンク13の上方の空気通路３を構成す
る中間空所上には交差流型の熱交換器４及び空気を循環
させて作動する熱ポンプ５が設けられている。熱交換器
４上には排気室６が設けられ、この排気室６には吸込み
送風機７が設けられ、この吸込み送風機７は使用済み空
気または煙道ガスの排気管９に連結されており、以下で
詳細に説明する。８は加熱用ボイラ２の制御装置を収容
する空所である。加熱設備全体は閉じたボイラ室10内に
配置されている。 熱交換器４には、外部から新鮮な空気を取入れる吸気
通路12及びボイラ室10からの戻り空気の入口開口14が連
結され、ボイラ室10からの戻り空気は、以下に説明する
ように熱交換器４および熱ポンプ５を通り加熱設備内を
循環する。熱ポンプ５は新鮮な空気と熱ポンプ５を通過
後の循環する戻り空気との混合気体の排気開口15を備え
ている。符号16はボイラ室10から空気通路３へ空気を供
給する吸気口である。空気通路３には加熱用ボイラ２か
らの煙道ガスの排出通路17が連結されている。 加熱設備の機能を制御するために、多数の感知器が設
けられ、これらの感知器は詳細には図示してないが、空
所８内に設けられた制御装置に接続されている。すなわ
ち加熱用ボイラ２には水温を感知する温度感知器TC1が
設けられ、新鮮な空気の入口すなわち吸気通路12には温
度感知器TC2が設けられ、またボイラ室10には温度感知
器TC3が設けられている。圧力応動感知器PD1および温度
応動感知器TCXは排気室６内に設けられている。バーナ
１または加熱用ボイラ２は制御リレーAYにより始動、停
止される。 第１図に図示する加熱設備はつぎのように働く。 加熱設備は熱ポンプ５を通って循環しかつ新鮮な空気
用の取入れ通路12を通って入る新鮮な空気から生ずる空
気流と、新鮮な空気とともに入口14を通って熱交換器４
へ供給され、発熱媒質として熱ポンプ５の蒸発器へ熱交
換器４から供給される戻り空気流とを有する。熱ポンプ
が水搬送加熱装置の中の水を加熱する型のものである、
図示実施例では、熱交換器４から排出口15を通って閉鎖
空間10の中へ循環空気を排出させ、この場合には加熱設
備を中に置いたボイラ室により閉鎖空間10を構成する。
しかしながら、了解できるように、空所10は加熱設備を
中に置いた大きな建物であってもよく、このときに排出
口15から排出した空気は建物に対して熱を運ぶ媒体とし
て役立つことになる。熱ポンプからの排出口15が加熱装
置に連結させ且つこの加熱装置が加熱しようとする空所
中において高温空気の噴射の力で空気を流動させるよう
にすることも考えられる。この場合排出口15は建物から
の排出空気を送風する装置によって空所10へ戻すところ
であるとも考えることができ、このことは空所10の中に
加熱設備が設置されたことを意味することになる。 熱ポンプ５が前記したように循環水の加熱のために役
立つ図示実施例では、空気を排出口15から空所10の中へ
吹込む。空所10から部分的な空気流は取入れ口16とガス
用の通路３とを通って熱交換器４へ前進し、熱交換器は
即ちたがいにへだてられた通路がたがいに垂直に向き合
った方向へ延びる二つの完全閉鎖通路系を有する交差流
型である。熱交換器４を貫流した後に、取入れ口16を通
って空所10から入ったこの部分的な空気流を頂部にある
排出管９を通って大気へ排出する。熱交換器４を通って
の通過中に、この部分的な空気流は取入れ通路12の中へ
入る新鮮な空気とボイラ室10から取入れ口14を通って熱
交換器４の中へ入る戻り空気との混合物を予熱する。熱
ポンプを通って循環する空気流は加熱設備の中の排気室
６の中でよりも高い圧力をボイラ室10またはそれに対応
する空所の中で生じさせるように排出管９を通って排出
した空気の量を越える。もし熱ポンプが主として加熱装
置へのエネルギー供給だけのためのものならば、加熱設
備の作用の前記した作動条件が生ずる。すなわち記載さ
れた作動条件は熱ポンプが設備への唯一つのエネルギー
供給であるときに起こる。たとえば１年のうち温暖で湿
気の多い季節に熱ポンプが加熱設備へのエネルギー供給
のためにだけ置いてあるときのように、熱交換器４を通
って熱ポンプ５への循環空気流の中のエネルギーの含有
量を増加することが必要になるときに、排出空気と高い
エンタルピー値を有する流入空気との両方の熱交換器４
を通る通過空気を増加する吸込み送風機７を始動する。
１年のうち低温期間中、即ちさらに以下に説明しようと
する温度感知器により感知する室外温度が低いときに、
加熱用ボイラ２に対するバーナー１を追加して始動し、
取入れ口16からの排気を混合するため加熱用のボイラ２
からの煙道ガスを排出管17を通って通路３へ送出し、そ
れで熱交換器４から熱ポンプ５への空気流の中のエネル
ギーの含有量をさらに増加する。 前記した記載から明らかなように、加熱用ボイラ2.熱
交換器４、および熱ポンプの組合わせは、熱ポンプ５を
いつも好ましい条件のもとで作用させる設備となる。温
度感知器TC1での温度が予め決めた設定値より下に低下
したときに熱ポンプは始動し、温度感知器TC2での室外
温度が予め決めた設定値を越えるとき、熱ポンプへの空
気の流れの中のエネルギーの含有量を増加するため吸込
み送風機を始動する。温度感知器TC1,TC2,TC3での温度
が同時にそれらの全部に対する設定値の下にあるとき、
吸込み送風機は始動し、（吸込み送風機７が排気ガスを
確実に排気管９を通して排気するため、）排出室の中の
圧力応動感知器PD1での部分真空が予め決めた設定値の
下に低下したときに、制御リレーAYを介して加熱用のボ
イラ２のバーナを作動させる。温度感知器TC3でのボイ
ラ室10の中の温度が設定値を越えたときに、バーナ１が
停止し、吸込み送風機７と熱ポンプ５とはボイラ室の中
に蓄積した熱を消費しまた温度が設定値の下に低下した
ときに再び始動する。温度感知器TC1での水の流れの中
の温度が設定値を越えたときに、バーナと吸込み送風機
とが停止するが、温度感知器TC1での少し高い温度に達
するまで、熱ポンプは作動し続け、温度が低下したとき
に、バーナと吸込み送風機とが再び作動するようにな
る。排気室の中に配置した温度感知器TCXは温度が設定
値より高い限りバーナが働くようになるのを妨げる。熱
ポンプ５は連続して働く。 循環空気用の熱ポンプ５と吸込み送風機７と加熱用の
ボイラ２とのおのおのは、エネルギー需要が増すときに
順につぎつぎに始動されることの特徴のために、設備の
作動の最も好ましい条件を得る。水搬送加熱用のボイラ
２と水による加熱を伴った熱ポンプ５とに関連して、加
熱設備から出て行く水の高温度を得るために、ボイラ２
と熱ポンプ５との水系を順に相互に連結させることは適
当である。室内空気から成る加熱用のボイラ２のバーナ
１への燃焼空気は循環空気用の熱ポンプ５により凝縮乾
燥されており、その理由のため低温の通路表面には凝縮
が起らない。取入れ口12を通って導入した新鮮な空気の
中に存在する湿気の全部の凝縮を熱ポンプ５の蒸発部分
の中で行い、そこで純粋な凝縮水を集めて除去する。 加熱設備の部分を形成する熱ポンプ５は、たとえば第
２図に図示するように従来型のものであってもよい。蒸
発器30から熱交換器31を通って圧力設定器21を設けた圧
縮機22へまたカウンター弁32を水搬送系の中の水と熱交
換のための共軸凝縮器24へ作用媒質は流れ、水搬送系は
流入、排出管27を有する。作用媒質は凝縮器24から受水
器25とろ過器26とを通って熱交換器31へまサーモスタッ
ト弁28を通って蒸発器30へ流れる。符号29は蒸発器装置
の中に配置した回転式送風機を図示する。蒸発器30へ通
ずる枝導管33を電磁弁23により制御する。加温空気とと
もに作用する加熱装置では、凝縮装置24はもちろんそれ
に対応する形式を与えられる。 燃焼工程中に生じた湿気は熱交換器の中で凝縮されま
たその凝縮エネルギーを循環空気流に与える。約2.5pH
値をもった酸性凝縮液を中和装置を通って排出して廃棄
され、そこでそれに約6pH値の酸性を与える。 明らかなように、前記した記載はこの発明の好ましい
実施例よりさらに有利なものを示しておらず、その変更
と変型とを前記の特許請求の範囲各項の範囲内で作るこ
とができる。 図面の簡単な説明 第１図は、この発明による加熱設備の断面を略図的に示
した図。 第２図は、第１図の加熱設備の部分を形成する熱ポンプ
の略図。 １…バーナ,2…ボイラ,3…空気通路,4…熱交換器,5…熱
ポンプ， ６…排気室,7…吸込み送風機,8…制御装置用の空所,9…
排出管， 10…、ボイラ室,11…支持体,12…空気取入れ通路,13…
タンク， 14…空気入口,15…排出口,16…空気取入れ口， 17…煙道ガス排出通路,21…圧力設定器,22…圧縮機,23
…電磁弁， 24…凝縮器,25…受水器,26…ろ過器,27…流入・排出
管， 28…サーモスタット弁,29…回転式送風機,30…蒸発器， 31…熱交換器,32…カウンター弁,33…枝導管

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (73)特許権者 999999999 カールステツド ヨハン エツチ フインランド国 エスエフ−06100 ボ ルガ 10 シベリウスブールバード 16 (72)発明者 カールステツド ヨハン エツチ フインランド国 エスエフ−06100 ボ ルガ 10シベリウス ブ−ルバ−ド 16

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 １．空気を循環させて作動しかつ室内に設置された加熱
   設備において流体を加熱する方法であって、加熱設備
   が、外部空気取入れ通路および空気を室内から排出する
   ため中に送風機が設置された排気導管装置、熱交換器、
   空気入口および出口および空気が通過する蒸発器を有す
   る熱ポンプ、および選択的に作動されるバーナを有し排
   気ガスがそこから排気導管装置を通って排出されるボイ
   ラを備えた前記方法において、前記方法は、外部から取
   入れた空気が室内から出る空気の第１部分と混合され混
   合物が排気導管装置を通って排出される室内から出る空
   気の第２部分と熱交換関係において熱交換器を通される
   こと、外部から取入れた空気と室内空気の混合物が熱ポ
   ンプの空気入口にかつ熱ポンプ内の流体を加熱する熱源
   として蒸発器と熱交換関係で通されることの各工程を有
   する前記方法。 ２．排気導管装置を通る排出空気流の速度がそれにより
   熱交換器を通るエネルギ交換を増加するため送風機の作
   用によって増大せしめられることを特徴とする請求の範
   囲１に記載された方法。 ３．外部から取入れた空気と室内から出る空気との混合
   物が熱交換器を通るとき室内から出る他方の空気とボイ
   ラから出る排気ガスとの組合わせを利用することにより
   予熱されることを特徴とする請求の範囲１または２に記
   載された方法。 ４．送風機の作動が所定の第１温度以下の温度で開始さ
   れることを特徴とする請求の範囲２または３に記載され
   た方法。 ５．ボイラのバーナが所定の第１温度より低い所定の第
   ２温度より低い温度で作動されることを特徴とする請求
   の範囲３または４に記載された方法。 ６．ボイラのバーナは送風機が送風機と熱交換器との間
   に予定の負圧を発生したときのみ、加熱用ボイラのバー
   ナを始動させることを特徴とする請求の範囲３〜５のう
   ちのいずれか一項に記載の方法。 ７．加熱される流体は水であり、ボイラのバーナは加熱
   設備を出る水流における水温が所定の設置値以下に下が
   りかつ／または外気温度が所定の限界値以下に下がった
   ときのみ始動されることを特徴とする請求の範囲２〜６
   のうちのいずれか一項に記載の方法。 ８．室（10）内に設置されたボイラ（２）を備えた加熱
   設備において、ボイラ（２）はバーナ（１）および煙道
   ガス排出通路（17）を備え、外部空気取入れ通路（12）
   および排気導管装置（３）を備え、交差流型熱交換器
   （４）は排気導管装置（３）に沿って設置されかつ外部
   空気および室内から出る空気の混合物をうけ入れる入口
   （12,14）を有し混合物は排気導管装置（３）を通って
   室から排出される空気と熱交換関係で通され、熱ポンプ
   （５）は流体を加熱する熱源として熱交換器（４）から
   予熱された混合物をうけ入れる入口、予熱された混合物
   と熱交換関係にある蒸発器および混合物が熱ポンプから
   室（10）内に排出される出口（15）を有し、 ボイラ（２）の煙道ガス排出通路（17）は排気導管装置
   （３）内に配置され、空気入口開口（16）は排気導管装
   置（３）を室（10）に連通し、それにより送風機（７）
   が排気導管装置（３）内に設置される前記加熱設備。 ９．加熱用ボイラ（２）の水搬送装置が設備から高い排
   出水温を得るため熱ポンプ（５）の水搬送装置と直列に
   連結されたことを特徴とする加熱ボイラ（２）および熱
   ポンプ（５）が水搬送式である請求の範囲８に記載され
   た装置。 １０．空気循環熱ポンプ（５）、交差流型の熱交換器
   （４）、加熱用ボイラ（２）、加熱用ボイラ（２）のバ
   ーナ（１）、送風機（７）および加熱設備の制御装置
   （８）のような、各装置が直ちに作動しうる一体のユニ
   ットとして共通の支持体（11）上に取付けられる容易に
   交換しうる装置のモジュールとして構成されたことを特
   徴とする請求の範囲８または９に記載の装置。