(57)【要約】  低温または高温加熱システムの効率を高める方法および装置である。前記装置は、コジェネレーションに用いられるメイン放熱ユニット（即ち、燃料電池（ＦＣ）または内燃機関（ＩＣＥ）を有するコジェネレーションユニット）と、周囲環境（Ａ）からの利用可能な廃棄物/再生可能エネルギー熱源（ＨＳ）の少なくとも１つを利用する少なくとも１つの二次放熱ユニット（即ち、ヒートポンプ（ＨＰ））とを含み、前記ヒートポンプにより発生した熱量は閉ループ加熱システムの還流ラインにおける熱媒体を予熱するために用いられることが好ましく、メイン放熱ユニットは熱媒体を熱分布ネットワークの所要な温度レベルに加熱するために用いられる。本発明に係る装置は、同じタイプまたは異なるタイプの１つ以上のヒートポンプ（ＨＰ）と、直列、並列、或いはカスケード接続ループにおける１つ以上のメイン放熱ユニットと、を含むことができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃熱源の利用に用いられるヒートポンプ（ＨＰ）の原理を採用することで、コジェネレーション装置を熱分布ネットワークにおける少なくとも1種類の熱媒体の加熱に用い、
少なくとも１つの熱分布ネットワークは、前記熱分布ネットワークにおける少なくとも１種類の熱媒体流によって熱量を目標熱量消費器（ＨＣ）に伝達するために用いられる熱量分配過程と、
メイン熱量発生過程であって、少なくとも１つのコジェネレーション装置はメイン放熱ユニットを提供するために用いられ、ここで、少なくとも１つのメイン熱量発生過程における少なくとも１つの冷却システム（ＣＳ）は少なくとも１種類の熱媒体を加熱するメイン放熱ユニットを提供するために用いられ、前記メイン放熱ユニットにより発生した熱量は、前記冷却システム（ＣＳ）の出口を介して前記熱分布ネットワークの供給ラインに導入され、少なくともメイン放熱ユニットがオンされるとともに、エネルギー変換の過程で燃料を燃焼することで動作しながら燃料を熱量に変換すると、少なくとも１つの排ガス形態の廃熱源が発生したメイン熱量発生過程と、
少なくとも１つの廃熱回収ユニットは、少なくとも１つの廃熱源の少なくとも一部の熱量を抽出し収集するために用いられ、前記少なくとも１つの廃熱源は前記メイン熱量発生過程での排気システムにおける煙道ガスを含む廃熱回収過程と、
少なくとも１つのヒートポンプ（ＨＰ）は二次放熱ユニットを提供するために用いられ、ここで、前記ヒートポンプ（ＨＰ）の少なくとも１つの凝縮器は前記熱分布ネットワークにおける少なくとも１種類の熱媒体を加熱するための二次放熱ユニットを提供するために用いられ、ここで、作動媒体の液相-気相転移熱サイクルは利用可能な熱源の熱量をより高いレベルの温度レベルにアップグレードするために用いられ、ここで、前記二次放熱ユニットにより発生した熱量は、メイン放熱ユニットの前記冷却システム（ＣＳ）に導入されるため、少なくとも前記ヒートポンプ（ＨＰ）がオンされるとともに、公称パワー条件下で加熱モードで動作すると、前記ヒートポンプ（ＨＰ）の原理を利用して発生した熱量は、前記冷却システム（ＣＳ）の前記熱媒体を目標温度レベルに予熱するために用いられる二次熱量発生過程と、
少なくとも１つの再生可能な熱源（ＨＳ）から熱量を抽出し収集する過程をさらに含み、ここで、収集された熱量の少なくとも一部は液相-気相転移熱サイクルの原理の利用における作動媒体の蒸発に用いられる再生可能な熱量の利用過程と、を含む方法であって、
メイン放熱ユニットの前記排気システムにおいて煙道ガスの熱量を抽出することによって前記廃熱回収過程で収集された熱量の少なくとも一部を利用し、ここで少なくとも１つの廃熱回収ユニットにより収集された熱量の少なくとも一部は前記熱媒体の基本的な閉ループネットワーク接続装置における循環によって前記ヒートポンプ（ＨＰ）の少なくとも１つの蒸発器ユニットに伝達され、前記ネットワーク接続装置は、少なくとも１つの廃熱回収ユニットと少なくとも１つの蒸発器ユニットを含むため、メイン放熱ユニットからの廃熱の少なくとも一部は作動媒体の蒸発に直接的に用いられ、前記作動媒体は液相-気相転移熱サイクルの利用に用いられ、ここで前記ヒートポンプ（ＨＰ）の少なくとも１つの凝縮器ユニット内で作動流体を凝縮して前記二次熱量発生過程の利用を行うことによって、液相-気相転移熱サイクルにより発生した熱量を前記冷却システム（ＣＳ）に導入し、ここで、前記メイン熱量発生過程における冷却システム（ＣＳ）によって前記熱媒体を最終温度レベルに加熱することを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、
前記廃熱回収過程は煙道ガスの凝縮過程を含み、ここで、収集された熱量はヒートポンプ（ＨＰ）の原理の利用に用いられ、かつ、前記煙道ガスの温度は２３℃以下に降下し、
前記伝熱ネットワークにおける熱媒体の温度は、バブル、ポンプとセンサを含む一組の自動調節装置によって決定、制御及び調節され、ここで、前記調節装置は少なくとも１つの制御ユニットによる操縦に適していることが好ましいことを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項２に記載の方法において、
前記メイン熱量発生過程は複数のメイン熱源によって提供され、前記メイン熱源は燃料電池（ＦＣ）、内燃機関（ＩＣＥ）、外燃機関からなる群を含み、ここで、前記熱分布ネットワークの範囲内の熱量は直列、および/或いは並列および/或いはカスケード接続の形で伝達されることによって、第１の放熱ユニットを提供し、
前記液相-気相転移熱サイクルの利用過程は複数のヒートポンプ（ＨＰ）ユニットによって提供され、ここで、前記熱分布ネットワークの範囲内の熱量は直列、及び/或いは並列および/或いはカスケード方式の形で伝達されることによって、前記二次放熱ユニットを提供し、
熱分布ネットワークにおける前記熱量分配過程は複数の熱量分配媒体によって実現され、ここで、前記伝熱ネットワークにおける熱量は少なくとも１つの閉ループ回路におけるメイン熱媒体の循環によって第１の放熱ユニットから前記熱量消費器（ＨＣ）に伝達され、ここで、少なくとも１つのヒートポンプ（ＨＰ）によってアップグレードされた熱量は、少なくとも１つのメイン放熱ユニットに用いられる前記冷却システムの冷媒にさらに伝達されることを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項３に記載の方法において、
前記内燃機関（ＩＣＥ）の前記エンジン冷却システムにおける前記メイン熱媒体の温度は所定の設定値に保持され、ここで、熱エネルギーバランス調節は、前記ヒートポンプ（ＨＰ）のパワーの調整、および/或いは前記メイン放熱ユニットのパワーの調整、および/或いは前記メイン放熱ユニットの前記冷却システム（ＣＳ）による前記メイン熱媒体のマスフローの調整、および/或いは前記ヒートポンプ（ＨＰ）による前記メイン熱媒体のマスフローの調整、および/或いは廃熱源の利用に用いられる前記閉ループ回路における前記二次熱媒体のマスフローの調整によって実行されることを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項４に記載の方法において、
前記熱分布回路における前記メイン熱媒体の前記マスフローは前記熱分布回路における流速を変更することによって調整され、および/或いは前記閉ループ回路における前記二次熱媒体の前記マスフローは前記閉ループ回路における流速を変更することによって調整され、ここで、少なくとも１台の循環ポンプのパワーを切り替えおよび/或いは調節することによって熱分布ネットワークにおける熱媒体の速度を調整することを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項４に記載の方法において、
前記熱分布回路における前記メイン熱媒体の前記マスフローは流量調節によって調整され、ここで、前記熱分布回路の前記還流ラインにおける前記メイン熱媒体流の少なくとも一部が前記熱分布回路の還流ラインに再導流されることによって、ヒートポンプ（ＨＰ）バイパス接続を提供し、および/或いは、ここで、前記ヒートポンプ（ＨＰ）からの前記メイン熱媒体流の少なくとも一部が前記熱分布回路の前進ラインに再導流されることによって、エンジン冷却システムバイパス接続を提供し、
廃熱源の利用に用いられる前記閉ループ回路における前記二次熱媒体の前記マスフローは流量調節によって調整され、ここで、前記二次熱媒体流の少なくとも一部は前記閉ループ回路において再導流されることによって、少なくとも１つの廃熱回収ユニットに対してバイパス接続を提供することを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項５及び６に記載の方法において、
熱エネルギーバランス調節に用いられる前記メイン熱媒体の前記マスフロー調節および/或いは熱エネルギーバランス調節に用いられる前記二次熱媒体の前記マスフロー調節は前記制御ユニットによって決定、制御及び実行され、ここで、前記自動調節装置の位置および/或いは状態が前記熱分布ネットワークにおける熱量要求に対して調節され、かつ、前記方法は冷却モード操作の逆操作に適していることを特徴とする方法。
【請求項８】
少なくとも１つの排気システムと少なくとも１つの冷却システム（ＣＳ）をさらに含み、前記冷却システム（ＣＳ）は入口孔と出口孔をさらに含み、前記入口孔と前記出口孔はメイン熱媒体を含む熱分布ネットワークとの接続に適し、前記メイン熱媒体は少なくとも１つの熱量消費器（ＨＣ）を加熱するために用いられる少なくとも１つのメイン熱量発生装置と、
蒸発器ユニットと凝縮器ユニットをさらに含み、前記凝縮器ユニットは入口孔と出口孔をさらに含み、前記入口孔と前記出口孔は、前記熱分布ネットワークとの接続に適し、前記蒸発器ユニットは入口孔と出口孔をさらに含む少なくとも１つのヒートポンプ（ＨＰ）と、
少なくとも１つの熱交換器ユニットであって、再生可能な熱源から熱量を抽出するために用いられ、ここで、前記熱交換器は入口孔と出口孔を含み、前記出口孔は前記蒸発器ユニットの少なくとも１つの入口との接続に適している少なくとも１つの熱交換器ユニットと、
前記メイン熱量発生装置の前記排気システムとの関連付けに適し、前記ヒートポンプ（ＨＰ）の蒸発器ユニットとの接続にも適している少なくとも１つの廃熱回収ユニットとを含み、コジェネレーション発電所の廃熱源の利用に用いられる装置アセンブリであって、
前記蒸発器の入口孔は、少なくとも１つの廃熱回収ユニットの出口孔との接続に適し、前記閉ループ回路における熱媒体によって収集された熱量を前記廃熱回収ユニットから前記蒸発器ユニットに伝達するために用いられ、
前記凝縮器ユニットの前記出口は、前記メイン放熱ユニット冷却システム（ＣＳ）の前記流入口との接続に適し、熱分布ネットワークにおけるメイン熱媒体によって前記凝縮器ユニットの熱量を前記メイン放熱ユニット冷却システム（ＣＳ）に伝達するために用いられることを特徴とする装置アセンブリ。
【請求項９】
請求項８に記載の装置において、
前記蒸発器ユニットは再生可能な熱源群の少なくとも１つとの関連付けに適し、前記再生可能な熱源群は周囲空気、土壌/地中熱、地熱、地下水、河川、湖沼と溜水を含むことを特徴とする装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の装置において、
前記熱分布回路は、少なくとも１つの前進ラインと少なくとも１つの還流ラインを含み、ここで、前記前進ラインと還流ラインは、少なくとも１つの熱量消費器（ＨＣ）を介して、前記メイン放熱冷却システムの流出口と前記凝縮器ユニットの入口を互いに接続し、前記メイン熱媒体は前記熱分布回路を循環することによって、熱量を前記熱量消費器（ＨＣ）に伝達し、
前記メイン放熱ユニット冷却システムの前記流出口は、前記熱分布回路の前記前進ラインに操作可能に接続され、
前記凝縮器ユニットの前記入口は、熱分布回路の少なくとも１つの還流ラインに操作可能に接続され、
前記凝縮器ユニットの前記出口は、前記メイン熱量発生装置冷却システム（ＣＳ）の流入口に操作可能に接続され、ここで、前記熱分布回路はメイン熱媒体を含み、
前記熱交換器は前記メイン放熱ユニットに結合されることによって少なくとも一部の廃熱を受け、ここで、前記熱交換器は前記閉ループ回路における前記蒸発器ユニットに操作可能に接続され、熱交換器で収集された熱量は、前記閉ループ回路における熱媒体の循環によって前記蒸発器ユニットに伝達され、また、前記凝縮器ユニットの熱量は、前記熱分布回路における熱媒体の循環によって、前記メイン熱量発生装置冷却システム（ＣＳ）に伝達され、ここで、少なくとも内蔵されたメイン放熱ユニットとヒートポンプ（ＨＰ）がオンされるとともに操作条件下で給電されると、メイン放熱ユニット冷却システムの流入口における前記熱媒体の温度は基本的に３５℃を上回ったことを特徴とする装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の装置において、
前記熱分布回路は複数の並列接続および/或いは直列接続および/或いはカスケード接続の熱量消費器（ＨＣ）を含み、
前記熱分布回路は、複数の並列接続および/或いは直列接続および/或いはカスケード接続のヒートポンプ（ＨＰ）を含み、前記蒸発器ユニットの閉ループ回路は、複数の並列接続および/或いは直列接続の熱交換器を含み、かつ、少なくとも１つの凝縮器ユニット出口孔は、前記メイン熱量発生装置の前記流入口に操作可能に接続されていることを特徴とする装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の装置において、
前記メイン熱量発生装置は燃料電池（ＦＣ）であり、廃熱の前記熱分布ネットワークへの伝達に適していることを特徴とする装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の装置において、
前記燃料電池（ＦＣ）は、水素条件下で動作することを特徴とする装置。
【請求項１４】
請求項１１に記載の装置において、
前記メイン熱量発生装置は内燃機関（ＩＣＥ）であり、前記内燃機関（ＩＣＥ）はガス燃料エンジンに設計され、天然ガス、液化石油ガス、ごみ埋立地ガス、木ガス或いはバイオガスを含むものから選択されるガス燃料の条件下で動作し、ここで、前記エンジン冷却システムは前記内燃機関（ＩＣＥ）のエンジンジャケット冷却システムに設計されることが好ましいことを特徴とする装置。
【請求項１５】
請求項８に記載の装置において、
熱分布ネットワークにおける伝熱に用いられるメイン熱媒体は水、或いは水とエチレングリコールの混合物であり、かつ、
少なくとも１つの前記熱交換器は凝縮熱交換器（ＨＥ２）に設計され、ここで、伝熱ネットワークの前記閉ループ回路は、一部の部屋、中央暖房設備、地域暖房設備を含むグループのサブ部材であり、或いは前記ネットワークは自動車、トラック或いは船の実装の一部であることを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の主な目的は、利用可能な再生可能な低温熱源（即ち、周囲環境/地面から）を利用するヒートポンプの原理を採用することで、コジェネレーションおよび/或いはトリコジェネレーション発電所の加熱/冷却パワーを増加する方法および装置に関し、ここで、ヒートポンプの原理の利用により発生した熱量は予熱に用いられ、より具体的には、熱分布ネットワークの還流ラインにおける熱媒体の温度（即ち、地域暖房）を高めるために用いられるのが好ましい。
【背景技術】
【０００２】
多くの設計において、従来技術で用いられるヒートポンプは、廃熱回収と再生可能な熱源を利用することで、コジェネレーションシステムの加熱パワーを強めるために用いられている。ＵＳ２０１００００３５５２に記載の技術案によると、燃料電池の廃熱源（即ち、排ガス）を利用する内蔵されたヒートポンプを備えた燃料電池が開示され、提案された技術案の主要な欠点は、燃料電池により発生した廃熱をヒートポンプの原理の利用に用いることである。したがって、本明細書に開示された技術案と比較すると、熱媒体の温度が高いため、このヒートポンプのパフォーマンス係数（ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｆ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ、ＣＯＰ ）が劣っている。重要なのは、ＵＳ２０１００００３５５２においてヒートポンプを利用して、燃料電池の熱量を熱媒体の所要な温度レベルにアップグレードし、逆に、本明細書に開示された技術案は、周囲環境からの再生可能な熱源をヒートポンプの原理の利用に用いるものであり、ここで、目標温度はメイン放熱ユニット/メイン放熱源（即ち、高温熱量レベルでの燃料電池廃熱源）を利用することによって実現されるということに注意しなければならない。また、従来技術は、例えばＥＰ２２９９０９８、ＤＥ２００９００２１０３およびＵＳ２００６００５９９１１のような多くの他の技術案をさらに含む。
【０００３】
ＥＰ２２９９０９８に記載の技術案によると、廃熱源の利用に用いられる内蔵されたヒートポンプを備え、ガス或いは液体燃料により駆動されるコジェネレーションシステムが開示されている。ＥＰ２２９９０９８には、当業者がヒートポンプのパワー変換の全体的な効率とＣＯＰを高めるために、ヒートポンプにより発生した熱量を熱分布回路の還流ラインに導入できることに関するいかなる暗示について、示唆も開示もされていない。
【０００４】
類似的に、ＵＳ２００６００５９９１１に記載の技術案によると、内蔵されたヒートポンプを備えたコジェネレーションユニットが含まれ、前記内蔵されたヒートポンプは再生可能な熱源の利用に用いられる。本明細書に開示された技術案と比較すると、このヒートポンプにより発生した熱量は、冷媒媒体の入口温度をその最大許容値に上昇させるために熱量をアップグレードしたり、熱分布回路の還流ラインにおける熱媒体の温度を高めたりするために用いられるものではなく、再生可能エネルギー（即ち、グランドループ）のアップグレードされた熱量をタンクに導入して熱分布回路の熱源とするものに過ぎない。したがって、開示された技術案のＣＯＰと総効率は、本明細書に開示された技術案よりも著しく低い。同様に、当業者が本明細書に開示された技術案を実現するようないかなる暗示もない。
【０００５】
本文で解釈している技術案に開示されたとおり、特許ＤＥ １０ ２０１２ １０６８９４とＤＥ ３９ １２ １１３に開示された技術案に基づいた主要な欠点は、蒸発器と廃熱源回收ユニットを閉ループ回路に接続することによって、直接的な廃熱利用に用いられることに関するいかなる暗示について開示されていないことにある。
【発明の概要】
【０００６】
コジェネレーションとトリコジェネレーションシステム、ヒートポンプ、ガスタービン、発電機および熱機関または内燃機関または外燃機関は、主要エネルギーを機械エネルギーに変換する、或いは電気エネルギーを熱エネルギーにさらに変換する過程に用いられる周知の装置である。したがって、本特許出願では、これらの過程の操作について、具体的には解釈されていない。類似的に、主要エネルギーを電気エネルギーに変換してから熱エネルギーに変換するための燃料電池スタックのコジェネレーションシステムと熱量を低い温度レベルから高い温度レベルにポンピングするためのヒートポンプは従来技術において周知の技術案であるため、本特許出願のコンテキストにおいてもこれらの手順や過程の操作は具体的には解釈されていない。
【０００７】
本発明に係る装置は、少なくとも１台の熱機関（即ち、燃料電池、内燃機関或いは外燃機関など）を含むコジェネレーション或いはトリコジェネレーションシステムアセンブリであることが好ましく、ここで、装置動作中の廃熱は熱交換器で収集されることによって、再使用するとともにその冷却及び/或いは排気システムからパイプネットワーク内で熱量を伝達するための熱媒体を含む閉ループ回路に伝達されることが好ましい。前記閉ループ回路を、一部の部屋、集中暖房設備、地域暖房設備の一部である１つの熱分布ネットワークと見なすべきであり、或いは前記ネットワークは自動車、トラック或いは船の実装の一部である。類似的に、前記熱媒体は液体（即ち、水、或いは水とエチレングリコールの混合物）であることが好ましく、ここで、熱量が熱媒体の循環によってパイプネットワーク全体で伝達される。理解を容易にするために、コジェネレーション/トリコジェネレーションシステム（即ち、冷却/排気システム）の熱源を発電所のメイン放熱ユニット/メイン放熱源と見なすべきであり、主に熱分布ネットワークにおける熱媒体を所要な温度レベルに加熱するために用いられる。また、本発明に係る装置は、少なくとも１台の再生可能な熱源と廃熱源の利用に用いられるウォータソース/タイプヒートポンプを含むことがさらに好ましく、ここで、前記ヒートポンプにより発生した熱量の少なくとも一部は、前記熱分布ネットワークの還流ラインにおける熱媒体の温度をその最大許容値に上昇させるために用いられ、ここで、閾値と設定値はメーカーから提供される部材の規格により定義されなければならない（即ち、内燃機関、燃料電池などの冷媒（熱媒体）の最大許容入口温度）。ヒートポンプにより発生した二次（即ち、補助）放熱源としての熱量は、熱媒体の熱分布ネットワークの還流ラインにおける入口温度を可能性の最大な温度レベルで達成して保持するために使用されることが好ましいことによって、エネルギー収集において最適のＣＯＰと全体的なシステム効率を実現して利用することが理解できる。
【０００８】
ヒートポンプの原理の利用（即ち、液相-気相転移循環の利用）について、１段または２段のヒートポンプをコジェネレーションアセンブリに結合し、或いは発電所の独立サブ部材として使用する。好ましい実施例において、少なくとも１つの再生可能な熱源は液相-気相転移循環の利用に用いられることによって、ヒートポンプの原理の運用を実現し、ここで、先進的な実施例はすべての利用可能な熱源を収集すべき、発電所の廃熱源（即ち、排気ガス、オイル冷却システム、過給空気）と周囲環境/空間の熱源（即ち、空気、土壌/地中熱、地熱、地下水、河川、湖沼または溜水、地熱水など）を含む。
【０００９】
次に、図面を参照して好ましい実施例および代替実施例の説明を組み合わせ本発明の本質をより詳細に説明する。
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本特許出願に提示された技術課題は、発電所（即ち、コジェネレーション/トリコジェネレーション発電所）の全体的な効率を高める方法および装置の欠如であり、ここで、先行技術における既知のいかなる解決案においても、内蔵されたヒートポンプにより発生した熱量を利用して熱媒体分配ネットワークの還流ラインにおけるメイン熱媒体の温度を高める（即ち、メイン放熱ユニットに用いられる前記冷却システムの供給ラインにおける冷媒をその最大許容入口温度に予熱する）ことについて、開示も示唆もされていない。従来技術で既知されているコジェネレーションおよび/或いはトリコジェネレーション発電所はメイン放熱ユニットを含む。前記メイン放熱ユニットは、熱機関、燃料電池、内燃機関或いは外燃機関を含み、かつ、主に熱媒体を目標熱分布ネットワークの所要な温度レベルに加熱するために用いられる。しかし、何れの既知の案においても、技術者にヒートポンプの原理を再生可能な熱源に利用させることによって、冷媒入口温度を高めるという示唆がされていない、ここで、ヒートポンプの原理の利用によって発生した熱量は、熱分布ネットワークの還流ラインに導入されるとともに、前記メイン放熱ユニットの冷却システムの冷媒の温度をその最大許容値（即ち、内燃機関、燃料電池などの冷却システムの冷媒の最大許容入口温度）に上昇させるために用いられることが好ましい。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
コジェネレーションとトリコジェネレーションシステム、ヒートポンプ、ガスタービン、発電機および熱機関または内燃機関または外燃機関は、主要エネルギーを機械エネルギーに変換する、或いは電気エネルギーを熱エネルギーにさらに変換する過程に用いられる周知の装置であるため、本特許出願では、これらの過程の操作について、具体的に解釈されていない。類似的に、主要エネルギーを電気エネルギーに変換してから熱エネルギーに変換するための燃料電池スタックのコジェネレーションシステムと熱量を低い温度レベルから高い温度レベルにポンピングするためのヒートポンプは従来技術において周知の工程プロセス手順であるため、本特許出願のコンテキストにおいてもこれらの手順や過程の操作は具体的には解釈されていない。
【００１２】
本発明に係る装置は、少なくとも１台の熱機関（即ち、燃料電池、内燃機関或いは外燃機関など）を含むコジェネレーション或いはトリコジェネレーションシステムアセンブリであることが好ましく、ここで、装置動作中で発生した廃熱は熱交換器で収集されることによって、再使用するとともにその冷却及び/或いは排気システムからパイプネットワーク内で熱量を伝達するための熱媒体を含む閉ループ回路に伝達されることが好ましい。前記閉ループ回路を、一部の部屋、集中暖房設備、地域暖房設備の一部である１つの熱分布ネットワークと見なすべきであり、或いは前記ネットワークは自動車、トラック或いは船の組み立てに適しているサブ補助部材である。類似的に、前記熱媒体は液体（即ち、水、或いは水とエチレングリコールの混合物）であることが好ましく、ここで、熱量が熱媒体の循環によってパイプネットワーク全体で伝達される。理解を容易にするために、コジェネレーション/トリコジェネレーションシステム（即ち、冷却/排気システム）の熱源をコジェネレーション発電所のメイン熱源と見なすべきであり、主に熱分布ネットワークにおける少なくとも１種類の熱媒体の温度を所要な温度レベルに上げるために用いられる。
【００１３】
また、本発明に係る装置は、少なくとも１台の再生可能な熱源と廃熱源の利用に用いられるウォータソース/タイプヒートポンプを含むことがさらに好ましく、ここで、前記ヒートポンプにより発生した熱量の少なくとも一部は、前記熱分布ネットワークの還流ラインにおける熱媒体の温度をその最大許容値に上昇させるために用いられ、ここで、閾値と設定値はメーカーから提供される部材の規格により定義されなければならない（即ち、内燃機関、燃料電池などの冷媒（熱媒体）の最大許容入口温度）。ヒートポンプにより発生した熱量を二次（即ち、補助）放熱源と見なすべきであり、冷媒（即ち、還流ラインにおける熱媒体）の入口温度を可能性の最大な温度レベルで達成して保持するために使用されることが好ましいことによって、エネルギー収集およびパワー変換において最適のＣＯＰと全体的なシステム効率を実現して利用することが理解できる。
【００１４】
本発明に係る装置は、圧縮機、蒸発器、膨張弁、凝縮器と従来技術における他のサブ部材を含む少なくとも１台のヒートポンプを含み、ここで、１段または２段のヒートポンプをコジェネレーションアセンブリに結合し、或いは発電所の独立サブ部材として使用する。好ましい実施例において、ヒートポンプの原理の利用の過程で、少なくとも１つの再生可能エネルギーの低温熱源は前記作動媒体を蒸発させるために用いられ、ここで、代替実施例は、いかなる利用可能な熱源を収集し利用すべき、発電所の廃熱源と周囲環境/空間の熱源（即ち、空気、土壌/地中熱、地熱、地下水、河川、湖沼または溜水、地熱水など）を含む。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、ヒートポンプは、熱量消費器の下流（即ち、還流ラインにある）の冷却流体を加熱するために用いられる。少なくとも二つの利点が見られ、一方、還流ラインでの温度が供給ラインでの温度よりも低いため、ヒートポンプは流体をより低い温度（より良いＣＯＰ）に加熱しなければならない。したがって、他方、制御パラメータは、メイン放熱ユニットに用いられる冷却システム（即ち、内燃機関、燃料電池の冷却システム）の入口での冷却流体の温度である。この温度は、ユーザーの典型的な水温（変動が小さい）よりも制御が容易である。したがって、注意しなければならないのは、ヒートポンプの原理の利用によって、周囲環境（即ち、地下水＜１０℃）から得られる低温熱量の少なくとも一部はより高い温度の熱量（即ち、６０℃から最大冷媒入口温度）にアップグレードされることができるということである。発生した熱量は、熱分布ネットワークの還流ラインに導入されることが好ましく、その目的は、メイン熱源補助設備に用いられる冷却システム（即ち、燃料電池冷却システム）の冷媒の入口温度を補助部材メーカーによって規定される最大許容値に増加させることが好ましく、これにより、実際により高い総パワー変換効率を実現することである。類似的に、装置の観点からも同様に重要なのは、前記ヒートポンプの凝縮器ユニットの少なくとも１つの出口は、少なくとも１つのメイン放熱ユニットの冷却システム（即ち、燃料電池、内燃機関などの冷却システム）の流入口との関連付けに適していることである。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は本発明に係る装置の好ましい実施例の概略図を示す。図１には、燃料電池（ＦＣ）、コジェネレーション（ＣＨＰ）、熱交換器（ＨＥ１、ＨＥ２）、セットした凝縮器（ＨＰＣ）付きのヒートポンプ（ＨＰ）、蒸発器（ＨＰＥ）、圧縮機（Ｃ）と膨張弁（ＥＶ）、バブル（Ｖ１）、ハッチ（Ｈ１）、ポンプ（ＰＵ１乃至ＰＵ２）、ケーブル（ＥＣ）、蓄熱器（ＨＡ）、外部環境-周囲環境（Ａ）、および熱源と熱量消費器（ＨＣ）（即ち、負荷）との間の熱分布ネットワークの管路という部材を示してマークする。
【００１７】
【図２】図２は図１に基づいた装置の簡単化された実施例の概略図を示す。図２には、燃料電池（ＦＣ）、熱交換器（ＨＥ１）、ヒートポンプ（ＨＰ）、ハッチ（Ｈ１）、ポンプ（ＰＵ１乃至ＰＵ２）、ケーブル（ＥＣ）、蓄熱器（ＨＡ）、周囲環境（Ａ）、再生可能エネルギー（ＨＳ）、および熱源と熱量消費器（ＨＣ）との間の熱分布ネットワークの管路という部材を示してマークする。
【００１８】
【図３】図３は、本発明に係る装置の先進的な実施例の概略図を示す。図３には、アダプタした熱交換器（ＨＥ１とＨＥ２）付きの燃料電池（ＦＣ）、セットした凝縮器（ＨＰＣ）付きのヒートポンプ（ＨＰ）、蒸発器（ＨＰＥとＨＰＥＸ）、膨張弁（ＥＶ）付きの圧縮機（Ｃ）、ハッチ（Ｈ１、Ｈ２）、ポンプ（ＰＵ１〜ＰＵ３）、ケーブル（ＥＣ）、蓄熱器（ＨＡ）、周囲環境（Ａ）、および熱源と熱量消費器（ＨＣ）との間の熱分布ネットワークという部材を示してマークする。
【００１９】
【図４】図４は本発明に係る装置の別の実施例の概略図を示し、図１に示す概略図と類似し、ここで、コジェネレーション（ＣＨＰ）アセンブリは、内燃機関（ＩＣＥ）を含む。図４には、コジェネレーション（ＣＨＰ）、アダプタした冷却システム（ＣＳ）付きの内燃機関（ＩＣＥ）、電力を発生するための発電機（Ｇ）、熱交換器（ＨＥ１、ＨＥ２）、セットした凝縮器（ＨＰＣ）付きのヒートポンプ（ＨＰ）、蒸発器（ＨＰＥ１）、圧縮機（Ｃ）、膨張弁（ＥＶ）、ハッチ（Ｈ１）、ポンプ（ＰＵ１乃至ＰＵ２）、蓄熱器（ＨＡ）、周囲環境（Ａ）、再生可能エネルギー（ＨＳ）、および熱源と熱量消費器（ＨＣ）との間の熱分布ネットワークの管路という部材を示してマークする。
【００２０】
【図５】図５は図４に基づいた装置の先進的な実施例の概略図を示す。図５には、アダプタした冷却システム（ＣＳ）付きの内燃機関（ＩＣＥ）と熱交換器（ＨＥ１、ＨＥ２）を含むコジェネレーション（ＣＨＰ）アセンブリ、電力を発生するための発電機（Ｇ）、ケーブル（ＥＣ）、ヒートポンプ（ＨＰ）、蒸発器（ＨＰＥ１乃至ＨＰＥ２）、圧縮機（Ｃ）、膨張弁（ＥＶ）、ハッチ（Ｈ１乃至Ｈ２）、ポンプ（ＰＵ１〜ＰＵ３）、蓄熱器（ＨＡ）、周囲環境（Ａ）、再生可能エネルギー（ＨＳ）、および熱源と熱量消費器（ＨＣ）との間の熱分布ネットワークの管路という部材を示してマークする。
【発明を実施するための形態】
【実施例】
【００２１】
好ましい実施形態では、コジェネレーション（ＣＨＰ）アセンブリは、少なくとも１つのメイン熱源（即ち、燃料電池（ＦＣ）または内燃機関（ＩＣＥ））を含む。該メイン熱源は、廃熱（即ち、煙道ガス）回収に用いられるアダプタした熱交換器（ＨＥ１、ＨＥ２）と、再生可能エネルギー（ＨＳ）の利用に用いられる少なくとも１台のアダプタした蒸発器（ＨＰＥ）付きのヒートポンプ（ＨＰ）とを備える。図１と図４から見えるように、コジェネレーション（ＣＨＰ）アセンブリに用いられる前記メイン熱源の廃熱が少なくとも部分的に熱交換器（ＨＥ１、ＨＥ２）を介して熱分布ネットワークに導入され、ここで、煙道ガスの高温熱量が第１の熱交換器（ＨＥ１）を介して熱分布ネットワークの供給ラインに導入される（即ち、煙道ガスの温度が１４０℃以下に降下する）。類似的に、第２の熱交換器（ＨＥ２）は、煙道ガスの温度（好ましくは＜３５℃）をできるだけ降下させることによって、残存の低温熱量を利用することに適していることが好ましく、ここで、収集された低温熱量は、その低温レベルのために、前記熱分布ネットワークの還流ラインに導入されることが好ましい。本明細書に開示された発明に係る技術案は、図２に示すように、１つの熱交換器のみを含んでもよいことが理解できる。あるいは、代替技術案として、熱分布ネットワークは直列、並列、或いはカスケード接続の複数の熱交換器を含んでもよい。したがって、十分な温度差があるまで熱流束の原理の利用（即ち、対流、伝導）を行えば、前記低温廃熱はそのまま利用されて前記熱分布ネットワークに伝達されることができる。したがって、前記熱分布ネットワークは、図１〜５に示すように（煙道ガスの体積流量を操縦するための制御弁/ハッチ（Ｈ１、Ｈ２））、あるいは、図１に示すように（熱媒体を操縦するための制御弁（Ｖ１））、複数のバイパス接続を含んでもよい。しかし、前記熱分布ネットワークにおけるいずれかの熱媒体の質量/体積流量も、他の装置（例えば、電動制御弁、センサ、ポンプ（ＰＵ１〜ＰＵ３））などによって成功に制御および自動化されることが理解できる。
【００２２】
下記の通り、煙道ガス廃熱源の利用に用いられる内蔵装置（即ち、熱交換器（ＨＥ１、ＨＥ２））を備えたコジェネレーション（ＣＨＰ）アセンブリは発電所のメイン放熱ユニット/メイン放熱源を表し、ここで、発電所に関わる他の熱源（即ち、内燃機関（ＩＣＥ）冷却システム（ＣＳ））もメイン放熱ユニット/メイン放熱源の一部であると考えられる。
【００２３】
従来技術から部分的に知られているように、コジェネレーション（ＣＨＰ）アセンブリは、利用可能な熱源の利用の総効率を高めるために、ヒートポンプ（ＨＰ）を含むことができる。前記ヒートポンプ（ＨＰ）は少なくとも１台の蒸発器（ＨＰＥ）を含み、少なくとも１つの再生可能な熱源（ＨＳ）からの熱量の受けに適している。ヒートポンプの原理を利用することによって、受けた熱をより高い温度（即ち、６０℃）にアップグレードし、少なくとも部分的に熱分布ネットワークに伝達される。注意しなければならないのは、本明細書に開示された発明に係るヒートポンプ（ＨＰ）により発生した熱量は、熱分布ネットワークの還流ライン（即ち、メイン熱源の各冷却システムの角度から見た供給ライン）に導入されることが好ましいことである。また、ヒートポンプ（ＨＰ）により発生した熱量は、コジェネレーション（ＣＨＰ）アセンブリ補助部材の最大許容入口温度（即ち、燃料電池（ＦＣ）冷却システムの最大冷媒入口温度、内燃機関（ＩＣＥ）冷却システム（ＣＳ）の最大冷媒入口温度）を達成し保持するために用いられることが好ましく、ここで、目標設定点と閾値は補助部材メーカーにより校正され許可されなければならない。
【００２４】
重要なのは、本明細書に開示された技術案は、ヒートポンプの原理を利用して周囲環境（Ａ）（すなわち、空気、土壌/地中熱、地熱、地下水、河川、湖沼または溜水、地熱水など）からの利用可能な再生可能な熱源（ＨＳ）の低温熱量を、適切な設定点目標値にアップグレードすることに注意しなければならない。前記設定点目標値は、コジェネレーション（ＣＨＰ）アセンブリ補助設備の目標冷却システムに用いられるように規定されている。下記の通り、少なくとも発電所が全負荷で動作する時、少なくとも１つのメイン放熱ユニットの冷却システムの冷媒の入口温度がその最大許容値または合理値に増加する。
【００２５】
図３と図５によると、コジェネレーション（ＣＨＰ）アセンブリ（即ち、熱交換器（ＨＥ２））からの少なくとも一部の余熱は、ヒートポンプ（ＨＰ）の原理の利用中の作動媒体を気化させるために用いられる。下記の通り、ヒートポンプ（ＨＰ）は複数台の蒸発器（ＨＰＥ１、ＨＰＥ２）および/或いは凝縮器（ＨＰＣ）を含むことができ、単一または複数の低温廃棄物と再生可能な熱源（ＨＳ）の利用に用いられる。ヒートポンプ（ＨＰ）の原理を利用することによってアップグレードされた熱量は、依然として冷媒（即ち、熱分布ネットワークの還流ラインにおける熱媒体）をその許容の最大入口温度に予熱するために用いられることが好ましく、上記のように、前記冷媒はコジェネレーション（ＣＨＰ）アセンブリ補助設備（即ち、冷却システム（ＣＳ））に用いられる。本発明に係る方法の主な目的の１つは、ヒートポンプの原理の利用による熱量を熱分布ネットワークの還流ライン（即ち、燃料電池（ＦＣ）或いは内燃機関（ＩＣＥ）システム（ＣＳ）に用いられる冷媒の供給ライン）に導入することであるため、少なくとも１台のヒートポンプ（ＨＰ）凝縮器（ＨＰＣ）はヒートポンプ（ＨＰ）の原理の利用による熱量の熱分布ネットワークの還流ラインへの伝達に適している。
【００２６】
理解を容易にするために、以下、提案されたサブ部材の以下の詳細を説明する。
【００２７】
本発明に係る装置は、任意のタイプの公称パワー範囲（規模が１０ｋ未満の公称パワーのマイクロコジェネレーション発電所を含む）内の燃料電池（ＦＣ）を含むことができる。提案した複雑な実施例は、並列、直列、或いはカスケード接続の複数の燃料電池（ＦＣ）スタックユニット、或いはその任意の組み合わせを含むことができる。燃料電池の代替または補足として、コジェネレーション（ＣＨＰ）アセンブリは、複数台の内燃機関/外燃機関（即ち、ディーゼルエンジン、スターリングエンジンなど）を含むことができ、ここで、それぞれが発電機（Ｇ）をさらに含むことができる。したがって、発生した電力は全部或いは一部が、コジェネレーション（ＣＨＰ）アセンブリ（ヒートポンプ（ＨＰ）の圧縮機（Ｃ）と本発明に係る装置の他の補助設備を含む）の推進に用いられることができる。
【００２８】
メイン熱源（即ち、燃料電池（ＦＣ）、内燃機関（ＩＣＥ））のそれぞれのユニットは、水素、天然ガス、バイオガス、メタノール、ジメチルエーテル、液化石油ガス、ガソリン、石油、ディーゼル、バイオディーゼル、或いはいずれかの他の燃料の条件下で動作することができるということは、従来技術で周知されている。本発明に係る装置は、消費器（ＨＣ）の熱要求を補償し、および目標熱分布ネットワークにより設計される熱要求量のピーク値の要求をバランスさせるための蓄熱器（ＨＡ）をさらに含む。廃熱源および/或いは再生可能な熱源（ＨＳ）の利用に用いられる熱交換器は、従来技術で周知された熱交換器のタイプを含むことができ、ここで、凝縮式熱交換器装置を使用する場合には、廃煙道ガス凝縮物の中和のための付加装置、イオン除去器などをさらに含むべきである。開示されたエネルギー変換効率を高める方法は、船舶、飛行機およびその他の輸送手段を含む、いかなる固定または移動応用に適用できることが理解できる。熱量消費器（ＨＣ）は目標の応用（即ち、低温または高温地域暖房、ＨＶＡＣなど）の任意の補助部材であってもよい。前記圧縮機（Ｃ）は、発電機（Ｇ）または燃料電池（ＦＣ）から供給される電力で給電されることが好ましい。別の実施例では、前記圧縮機は他の利用可能な機械または電動動力源から給電されるべきである（即ち、内燃機関（ＩＣＥ）との機械的な接続により駆動される発電機（Ｇ）、電力網からの電力など）。前記熱分布ネットワークは、熱量分配に用いられる単一または複数の開ループ接続装置（即ち、衛生的な温水製造に用いられる）を含む単一または複数のループ伝熱接続装置を含むべきである。下記の通り、熱分布ネットワークは、１種類以上の液体または気体凝集状態/条件下での熱媒体（即ち、熱分布ネットワークで好ましい熱媒体は水であり、内燃機関（ＩＣＥ）およびその熱交換器/冷却システム（ＣＳ）用の好ましい熱媒体は水とエチレングリコールの混合物など）を含むべきである。
【００２９】
当業者であれば、本明細書に開示されたパワー変換効率を高める装置および方法は、完全または部分的に逆方向に操作可能であることが理解できるため、ヒートポンプを可逆モードで動作させる場合、開示された装置は加熱と冷却動作モードを提供する。図１〜５からはっきり見えるように、逆動作モードでのヒートポンプの原理の利用は、熱量消費器（ＨＣ）（即ち、地域冷却、車両の冷却システム、ＨＶＡＣなど）に対して冷却パワーを提供する。いかなる状況と規定条件下での装置の持続可能および安定な動作を実現するために、装置補助設備の廃熱管理は冷却システム（ＣＳ）の必要なバックアップ冷却能力が提供できなければならない。開示された発明に係る装置は、直列、並列、或いはカスケード接続の単一または複数のサブ部材（即ち、燃料電池（ＦＣ）、内燃機関（ＩＣＥ）、ヒートポンプ（ＨＰ）、熱交換器（ＨＥ）、熱量消費器（ＨＣ）など）を含んでもよいことが理解できる。注意しなければならないのは、含まれているヒートポンプ（ＨＰ）の少なくとも１台は再生可能な熱源（ＨＳ）の利用に用いられることである。ヒートポンプの原理を利用して発生したアップグレードされた熱量の少なくとも一部は、装置に用いられる装置補助部材の冷媒の最大許容入口温度（即ち、燃料電池入口温度、冷却システム（ＣＳ）入口温度など）を達成し維持するために用いられる。したがって、ヒートポンプ（ＨＰ）と凝縮器（ＨＰＣ）の少なくとも１つは、前記熱分布ネットワークにおける少なくとも１つのメイン熱源冷却システム（ＣＳ）の供給ラインとの接続に適し、その目的は、燃料電池（ＦＣ）（或いは内燃機関/外燃機関冷却システム（ＣＳ））の冷媒入口温度をその最大許容温度（即ち、選択可能な閾値と選択可能な異なる動作形態、最大性能、最大パワー、最大効率、最小動作コストなどを有する最大冷媒入口温度の設定点）に上昇させることである。
【００３０】
上記した全ての内容は、最初的に高温または低温加熱の配電網でコジェネレーションする場合に記載されるものである。したがって、記載されている著しい変化のない装置および方法も、例えば、車両、船舶、乾燥機、工業プロセス、温室などの他の移動と固定施設にも同様に適用される。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
開示された記載によりわかるように、ヒートポンプ（ＨＰ）の原理を利用して廃熱源や再生可能な熱源の利用に用いることでパワー変換の全体効率を高める方法は、下記のステップを含み、本発明に係る装置を利用する方法の主要な特徴を表している。
【００３２】
燃料燃焼過程である。この過程で、少なくとも１つのメイン熱源ユニット（即ち、燃料電池（ＦＣ）、内燃機関（ＩＣＥ）など）の冷却システム（即ち、熱交換器）を利用して、廃熱を収集するとともに、前記熱分布ネットワークにおける少なくとも１種類の熱媒体を加熱するためのメイン放熱ユニットを提供する。前記メイン放熱源/メイン放熱ユニットがオンされるとともに、燃焼或いは他の放熱過程で燃料を燃焼して動作すると、少なくとも１つの廃熱源が発生した。したがって、並列、直列、或いはカスケード接続のそれぞれの冷却システムを有する複数の放熱ユニットを利用することによって、メイン放熱ユニットの先進的な実施例を提供すべきである。
【００３３】
再生可能な熱量の利用過程である。この過程は、周囲環境（Ａ）から少なくとも１つの低温熱源の熱量を収集する過程を含み、ここで、少なくとも１つの熱交換器を利用し、再生可能な熱源群からの利用可能な熱源の少なくとも一部を収集する。前記再生可能な熱源群は、周囲空気、土壌/地中熱、地熱、地下水、河川、湖沼と溜水を含む。したがって、並列、直列、或いはカスケード接続の複数の熱交換器を利用することによって、再生可能な熱量の収集過程の利用に用いられる先進的な装置を提供すべきである。
【００３４】
廃熱回収過程である。この過程は廃熱を収集する過程を含み、ここで、少なくとも１つの廃熱回収ユニット（即ち、熱交換器）は廃熱源群から少なくとも１つの廃熱源の少なくとも一部の熱量を収集する。前記廃熱源群は、排気システムにおける煙道ガス、過給空気冷却システムにおける過給空気或いは潤滑油冷却システムにおける潤滑油を含む。したがって、並列または直列に接続された複数の廃熱回収ユニットを利用することによって、廃熱回収過程の利用に用いられる先進的な装置を提供すべきである。
【００３５】
液相-気相転移熱サイクルの利用過程である。この過程で、少なくとも前記ヒートポンプ（ＨＰ）がオンされ動作するとき、少なくとも１台のヒートポンプ（ＨＰ）は、前記熱分布ネットワークにおける少なくとも１種類の熱媒体を加熱するための二次放熱ユニットを提供するために応用されている。したがって、並列、直列或いはカスケード接続の複数のヒートポンプ（ＨＰ）ユニットを利用することによって、二次放熱ユニットの先進版を提供する。
【００３６】
収集された液相-気相転移の利用に用いられる熱量の使用である。この過程で、収集された熱量の少なくとも一部は液相-気相転移循環の利用に用いられる。かつ、二次放熱ユニットにおける少なくとも１つのヒートポンプ（ＨＰ）により発生した熱量の少なくとも一部は冷媒（即ち、熱媒体）の温度を増加するために用いられ、その最大許容入口値に達することが好ましく、前記冷媒は少なくとも１つのメイン放熱ユニットの冷却システムに用いられる。
【００３７】
少なくとも１種類の熱媒体の循環によって前記熱分布ネットワークの少なくとも１つの閉ループ回路で行われる熱量分配である。この過程で、少なくとも１つのメイン放熱ユニットの冷却システムにおける熱量分配媒体の温度は、少なくとも１つの熱量消費器（ＨＣ）における熱量分配媒体の最低温度よりも基本的に高い。したがって、ヒートポンプの原理の利用によりアップグレードされた少なくとも一部の熱量が前記熱分布ネットワークの還流ラインに導入される。したがって、少なくとも熱分布ネットワークの設計温度に達するとともに、前記内燃機関（ＩＣＥ）とヒートポンプ（ＨＰ）が全負荷動作するときに、メイン放熱ユニットを冷却するための熱媒体（即ち、冷媒）の入口温度は、基本的に３５℃を上回った。
【００３８】
本発明に係る装置を使用する代表的な方法以外にも、少しの解釈と定義が必要である。燃焼過程は基本的に持続的な過程であるが、前記メイン放熱ユニットのそれぞれのユニットは通常、その最小と最大定格作動パワー間の範囲内で正常に作動し、持続的な作動中の公称定格パワーで作動することが好ましい。類似的に、液相-気相転移熱サイクルの利用過程は基本的に1つの持続的な過程であり、ここで、前記ヒートポンプ（ＨＰ）はその最小と最大定格作動パワー間の範囲内で作動し、持続的な作動中の公称定格作動パワーで作動することが好ましい。適切であれば、複雑な（即ち、先進的な）コジェネレーション発電所の燃料燃焼過程は、複数のメイン放熱ユニット（即ち、燃料電池（ＣＦ）、内燃機関（ＩＣＥ）など）で実現すべきである。熱分布ネットワーク範囲内の各ユニット間の熱量は直列、並列、或いはカスケード方式で伝達され、各エンジン冷却システム間で熱量を伝達することを目的とする。類似的に、先進的な大型コジェネレーション発電所（即ち、規模＞１ＭＷ）に二次放熱ユニットを提供するために、液相-気相転移熱サイクルの利用過程は複数のヒートポンプ（ＨＰ）ユニットに採用されるべきである。
【００３９】
本発明に係る方法および装置の主要な特徴の１つは、それぞれのメイン放熱ユニット冷媒温度に対して所定の設定値を確立することであるが、熱エネルギーバランス調節は、前記二次放熱ユニット（即ち、ヒートポンプ（ＨＰ））のパワーの調整、および/或いは前記メイン放熱ユニット（即ち、燃料電池（ＦＣ））のそれぞれのユニットのパワーの調整、および/或いは前記メイン放熱ユニットのそれぞれのユニットの冷却システムによるメイン熱媒体のマスフローの調整、および/或いは前記ヒートポンプ（ＨＰ）による前記メイン熱媒体のマスフローの調整、および/或いは少なくとも１つの再生可能な熱源または廃熱源の熱量を収集するための少なくとも１つの回路における二次熱媒体のマスフローの調整によって実行される。したがって、前記熱分布回路におけるメイン熱媒体のマスフローは前記熱分布回路における流速を変更することによって調整され、および/或いは前記閉ループ回路における二次熱媒体のマスフローは前記閉ループ回路における流速を変更することによって調整され、ここで、少なくとも１つの循環ポンプのパワーを切り替え（即ち、オン/オフ調節）および/或いは調節することでマスフロー調節を行うことによって、熱分布ネットワークにおける熱媒体の速度を調整する。類似的に、廃熱源の利用に用いられる前記閉ループ回路における二次熱媒体のマスフローは流量調節によって調整され、ここで、二次熱媒体流の少なくとも一部は前記閉ループ回路において再導流されることによって、少なくとも１つの廃熱回収ユニットに対してバイパス接続を提供する。したがって、熱エネルギーバランス調節に用いられるメイン熱媒体のマスフロー調節および/或いは二次熱媒体のマスフロー調節は少なくとも１つの制御ユニット（即ち、電子コントローラ）によって決定、制御及び実行され、ここで、自動調節装置の位置および/或いは状態（即ち、オン/オフ、或いはオン/オフ調節）が前記熱分布ネットワークにおける熱量要求に対して調節される。
【００４０】
本発明に係る装置は少なくとも１つの制御ユニットをさらに含む。このコントローラは熱管理調節に用いられる自律装置でなければならない。あるいは、代替的に、少なくとも決定過程、比較過程と実行過程に用いられる熱管理コントローラの基本的な機能を、コジェネレーション発電所のメインコントローラ、あるいは、他のいかなるサブ部材コントローラに組み込んで実施することができる。決定過程で、熱分布ネットワークの環境と熱条件は熱センサ、圧力センサ或いは他のセンサにより決定される。熱分布ネットワークまたは内燃機関（ＩＣＥ）の少なくとも１つのセンサからの少なくとも１つの入力が比較過程に用いられ、ここで、少なくとも１つの入力パラメータの少なくとも１つの値（即ち、エンジン冷却システムにおけるメイン熱媒体の温度が好ましく）が解析されて限界値と比較され、限界値は予め定義されて制御ユニットに記憶されることが好ましい。したがって、実行過程は、制御ユニットに記憶された命令を実行して適切な出力信号を生成する過程を含み、ここで、制御電子機器と自動調節装置とは協働して、少なくとも１つの熱エネルギーバランス調整に用いられるパラメータが生成、実行および実施されることによって、閾値設定値を達成し保持する。前記閾値は、設定された同値の最大値と最小値との間に定義され、その目的は、熱エネルギーバランス調節に対しヒステリシスを提供することである。
【００４１】
制御ユニット（即ち、電子モジュール）は様々な出力装置と通信できることが理解でき、ここで、伝熱ネットワークの熱媒体の温度は、電動バブル、ポンプ、センサを含む一組の自動調節装置によって決定、制御および調節される。調節装置は、少なくとも１つの制御ユニットによって操縦されるのに適していることが好ましい。また、熱分布ネットワークにおける熱分布過程は少なくとも一種類の熱媒体から提供され、多種類の熱量分配媒体（即ち、図３と図５）から提供されるのが好ましい。したがって、前記伝熱ネットワークにおける熱量はメイン熱媒体が少なくとも１つの閉ループ回路を循環することによってメイン放熱ユニットから熱量消費器（ＨＣ）に伝達される。類似的に、廃熱回収ユニットからの熱量は、二次熱媒体が少なくとも１つの閉ループ回路を循環することによって、ヒートポンプ（ＨＰ）に伝達される。少なくとも１台のヒートポンプ（ＨＰ）によってアップグレードされた熱量は、さらにヒートポンプ（ＨＰ）凝縮器ユニットからメイン熱媒体（即ち、増加された冷媒入口温度）に伝達されるとともに、少なくとも１つのメイン放熱ユニットの冷却システムでさらにアップグレードされる。
【００４２】
とにかく、コジェネレーションユニット（ＣＨＰ）の再生可能な熱源（ＨＳ）と冷却回路（ここで、低温廃熱源と表す）は水源高温ヒートポンプ（ＨＰ）の利用に用いられ、ここで、その温水出力は単一のメイン放熱ユニット（即ち、燃料電池（ＦＣ）、内燃機関（ＩＣＥ）など）冷却システムに用いられるメイン熱媒体の可能性の最高または最大許容温度を確立し維持するために用いられることが好ましい。熱分布回路のすべての重要な部材は熱媒体の循環に操作可能に接続されることが好ましく、ここで、内蔵されたヒートポンプ（ＨＰ）の圧縮機はモータによって駆動され、電力網や発電機（Ｇ）からの電力によって給電され、あるいは、代替的に、適切であれば、高温のヒートポンプ（ＨＰ）圧縮機も機械的に内燃機関（ＩＣＥ）に接続されるとともに、駆動されるべきであることが理解できる。また、上記の記載からはっきり見えるように、好ましい実施形態におけるメイン熱媒体は水である。類似的に、好ましい実施例における二次熱媒体は、水とエチレングリコールの混合物である。
【００４３】
上記の記載では、当業者は、本明細書に開示された概念から逸脱しない限り、本発明を変更することができることを容易に理解することができる。これらの請求項に対し別に明確な説明がない限り、これらの変更は以下の請求項に含まれるものとみなすべきである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００４４】
【特許文献１】ＵＳ２０１００００３５５２
【特許文献２】ＵＳ２０１００００３５５２
【特許文献３】ＥＰ２２９９０９８
【特許文献４】ＤＥ２００９００２１０３
【特許文献５】ＵＳ２００６００５９９１１
【図１】
2019515237.tif 000003
【図２】
2019515237.tif 000004
【図３】
2019515237.tif 000005
【図４】
2019515237.tif 000006
【図５】
2019515237.tif 000007
【国際調査報告】
2019515237.tif 000008
2019515237.tif 000009