(57)【要約】  本発明は、流体を加熱するための加熱設備に関する。上記加熱設備は、被加熱流体に作用するように配置された第一熱交換ループ(5)と、加熱される上記流体に作用するように配置された第二熱交換ループ(8)とを備え、上記第二熱交換ループ(8)は、集熱器としての役割を果たし、上記第二熱交換ループ(8)の少なくとも一部を加熱するように配置されたパネル(4)に接続される。【選択図】図7
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外気から熱を受け取るための第一熱交換ループ(5)と、
第二熱交換ループ(8)と、を備え、
前記第一熱交換ループは、被加熱流体に作用するように構成され、
前記第二熱交換ループ(8)も、前記被加熱流体に作用するように構成され、
前記第二熱交換ループ(8)は、集熱器としての役割を果たし、前記第二熱交換ループ(8)の少なくとも一部を加熱するように構成されたパネル(4)に接続され、
前記パネル(4)は、前記第二熱交換ループ(8)の少なくとも一部を加熱することによって前記第二熱交換ループ(8)が作動するように構成される、流体を加熱するための加熱設備。
【請求項２】
前記パネル(4)は、給気口(7E)の近くに配置され、空気中の湿気用の水分トラップとしての役割を果す、請求項1に記載の加熱設備。
【請求項３】
前記パネル(4)は、前記第一熱交換ループ(5)にも接続され、前記第一熱交換ループ(5)を加熱するように構成される、請求項1又は2に記載の加熱設備。
【請求項４】
前記第一熱交換ループ(5)に接続した蒸発器(3)を更に備え、
前記蒸発器(3)は、前記パネル(4)の少なくとも一部が前記蒸発器(3)と前記給気口(7E)との間に位置するように構成される、請求項2に記載の加熱設備。
【請求項５】
熱交換器チューブ(12)を更に備え、
前記熱交換器チューブ(12)は、前記被加熱流体が前記チューブ(12)を通じて流れることができるように構成され、
前記熱交換器チューブ(12)は、前記第一熱交換ループ(5)及び前記第二熱交換ループ(8)の少なくても一部を更に収容している、請求項1-4のいずれかに記載の加熱設備。
【請求項６】
透明な外壁(2)を更に備え、
前記透明な外壁(2)は、空気が流入する隙間(7)が前記透明な外壁(2)と前記パネル(4)との間に形成されるように構成される、請求項1-5のいずれかに記載の加熱設備。
【請求項７】
前記給気口(7E)は、前記空気が流入する隙間(7)の下端に設置される、請求項6に記載の加熱設備。
【請求項８】
前記空気が流入する隙間(7)は、前記パネル(4)に対する日光によって加熱された空気量を保持することによって、防氷装置として作用するように更に構成される、請求項7に記載の加熱設備。
【請求項９】
前記パネル(4)は、日光を受け取り、前記パネル(4)の表面上に形成される任意の氷を溶かすことによって、防氷装置として作用するように更に構成される、請求項1-8のいずれかに記載の加熱設備。
【請求項１０】
前記加熱設備における空気を循環させるファン(10)を更に備える、請求項1-9のいずれかに記載の加熱設備。
【請求項１１】
制御ユニットを更に備える、請求項1-10のいずれかに記載の加熱設備。
【請求項１２】
被加熱流体のためのタンク(15)と、
前記流体の加熱操作を制御するための制御ユニットと、
請求項1-12のいずれかに記載の加熱設備(100)と、を備え、
前記加熱設備(100)は、前記流体を加熱するための前記制御ユニットによって制御されるように構成される、加熱システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被加熱流体に作用するように構成された第一熱交換ループと、被加熱流体に作用するように構成された第二熱交換ループと、を備える、流体を加熱するための加熱設備に関する。
【０００２】
背景技術
多くの種類の加熱設備が、流体(例えば、建物での水)を加熱する分野で知られている。住宅において、水道水として使用する水は、適切な温度まで加熱され、必要に応じて利用タンクに維持する必要がある。通常の方法によって、かかる加熱水を提供することは一般に高コストである。
【０００３】
コストを減らすために、再生可能エネルギー源(例えばソーラーパネル)の利用が可能であるが、より寒冷な地域においては、必要なソーラーパネルのサイズ及びそれに伴うコストのために、年間を通じて水道水を加熱するのに必要な電力を得ることは一般的に困難である。しかしながら、明るい夏の月では、冬に必要となる枚数のソーラーパネルを必要としないため、加熱システムが余剰になり、水を加熱するエネルギーが過度になる。その結果、ソーラーパネルにおける流体が沸騰する可能性があるため、損傷して冬に凍害が生じるリスクがある。
【０００４】
これらの問題に対処するシステムがいくつか知られているが、多くは、小さな住宅に住んでいる消費者が利用するにはあまりにも巨大で高価である。多くの住宅において、空気対空気ヒートポンプを搭載して屋内の空気を加熱しているが、空気対水ヒートポンプを取り付けて水道水及び/又はラジエーター水も加熱することは高コストであるため避けられている。また、適所に既に加熱システムを備える住宅において、加熱システムをより効果的なシステムにリモデリングすることは、それ自体高コストであるため一般消費者には有益ではない。
【０００５】
かかる加熱設備に関してユーザーが被る他の問題は、より寒冷な地域では、この設備の部品に形成された氷の膜に起因する許容できない効率損失を回避するために除氷する必要があることである。除氷は、一般的に、多くのエネルギーを必要とし、除氷作業の間、この設備を水の加熱に使用することができないため、更に損失することになる。
【０００６】
従って、かかる設備の取り付け及び維持に余計なコストをかけずに、再生可能エネルギー源の利点とより従来型のエネルギー源の信頼性とを組み合わせた、住宅の水道水の加熱に適した便利且つコスト効率の高い加熱設備が必要とされている。
【０００７】
発明の開示
本発明の目的は、上述の問題を解決するか少なくとも最小限にすることである。これは、上記第二熱交換ループのための集熱器としての役割を果すパネルを備える添付の請求項1による加熱設備によって達成される。これにより、太陽がパネルに光を照らす場合、被加熱流体、好ましくは水道水を継続的に加熱することができ、日光が流体を設定温度まで加熱するには不十分な場合は、第一熱交換ループが上記流体を加熱するように構成される。
【０００８】
本発明の好ましい実施形態において、上記パネルは、第二熱交換ループが作動するように構成されている。これにより、太陽が光を照らす場合、第二熱交換ループは、制御ユニット等による制御を必要とせずに継続的に作動することができる。第一熱交換ループだけは、必要なときに制御を受けて流体の加熱に関与する必要がある。
【０００９】
空気中の湿気用の水分トラップの役割を果すことができるように、給気口近くの加熱設備上に上記パネルを搭載することは有益である。これにより、給気口から更に離れた距離にある加熱設備の構成部品上の結露を予防する利点と、結露中に放出されるエネルギーを受け取るパネルを備える利点の、2つの利点が成し遂げられる。
【００１０】
好ましくは、加熱設備は、第一熱交換ループに接続した蒸発器を更に備え、上記蒸発器は、上記パネルの少なくとも一部が蒸発器と給気口との間に設置されるように構成されている。これにより、蒸発による結露は、前述の通り、広く予防することができる。そして、空気が給気口から蒸発器を通じて流れるという利益を更に成し遂げることができる。従って、蒸発器は、第一熱交換ループ内部で冷媒を加熱するのに役立つ。
【００１１】
熱交換器チューブを備えることは加熱設備にとって有利である。上記被加熱流体(即ち、水道水)は、上記チューブの中を流れることができる一方で、上記チューブは、上記第一熱交換ループと上記第二熱交換ループの両方の少なくとも一部分を同時に収容するように構成されている。これにより、両熱交換ループは、被加熱流体に作用することができ、熱交換ループの各々と被加熱流体との間の熱伝達を容易にすることができる。
【００１２】
好ましくは、透明な外壁は、上記透明な外壁とパネルとの間に空気が流入する隙間が作られるように加熱設備に搭載される。これにより、大量の空気が壁とパネルと間の常に存在し、その空気を、透明な外壁を通じてパネル上へ日光を照らすことによって加熱することができる。空気の加温を通じて、パネル及び蒸発器の除氷作業を成し遂げることができる。これによって、パネル及び蒸発器から任意の氷が溶解され滑り落とされる。好ましくは、給気口は、上記空気が流入する隙間よりも下端に位置する。これにより、加熱設備外側のより冷たい空気が給気口に存在するという事実によって、空気が流入する隙間に熱風が留まり漏出できないという利点と、溶融した氷が特別な除去方法を必要とせずに加熱設備の外へ下向きに滑らせることができるという利点が更に得られる。
【００１３】
上記加熱設備において空気を循環するファンを備えることは、加熱設備にとって有利である。これにより、蒸発器を通る一定の空気の流れを形成することができる。その結果、加熱設備周辺の空気の温度が摂氏0度を上回る場合、上記第一熱交換ループの冷媒を加熱して、より急速な除氷のための空気が循環される。
【００１４】
好ましくは、加熱設備は、様々な態様の設備、特に第一熱交換ループの動作を制御するための制御ユニットも備える。
【００１５】
本発明のより多くの利点は、下記詳細な説明を考慮すれば当業者であれば容易に理解するだろう。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
下記発明は、添付の図面を参照しながら、より詳細に詳述する。
【図１】図1は、本発明による設備の模式的な正面図を示す。
【図２】図2は、図1のラインBBに沿う断面図を示す。
【図３】図3は、図1のラインAAに沿う断面図を示す。
【図４】図4は、住宅の壁に取り付けられた、本発明による設備の上からの図を示す。
【図５】図5は、図4のラインC-Cに沿る縦断面図を示す。
【図６】図6は、建物に取り付けられた本発明による設備を備える建物の一部の模式的な図を示す。
【図７】図7は、被加熱流体と加熱設備の断面側面図における第一及び第二熱交換ループの模式的な側面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
詳細な説明
図1、2及び3には、本発明の好適な実施形態による設備100が概略的に示されている。設備100の前方側面に、透明な外壁2が存在し、透明な外壁2内側から距離t1の位置に、(好ましくは金属壁4の形の)パネル4が存在する。壁2とパネル4との間に、空気Fが流れるための空気が流入する隙間7が形成されている。透明な外壁2は、その上部で、上部壁13A、背壁部13B、側壁13C及び底部13Dを備える外側ケース13に接続している。背壁部13Bは、パネル4から(t1より大きい)距離t2離れるように構成され、下方流区画7Dと空気が流入する隙間7よりも大きな空間とを形成する。底部13Dは、パネル4と透明な外壁2との間ではなく、背壁部13Bとパネル4との間に水平に延在することによって、上記透明な外壁2とパネル4との間に、下向き開放隙間7Aを形成する。パネル4は、底部13Dから上方に延在しているが、上部壁13Aには到達しないため、パネル4の上方エッジと外側ケース13の上部壁13Aとの間に開放隙間7Bが形成される。
【００１８】
更に、図5に示すように、外側ケース13の最も下のコーナー部分に排気穴部7Cが配置されるため、空気Fは、パネル4のエッジ上を通過して、その後、パネル4と外側ケース13の背壁部13Bとの間を下方に通過し、最後に、側壁13Cと底部13Dとの間のコーナー領域における開口部7Cを通って外に出ることができる。ファン10は、背壁部13Bとパネル4との空間に配置している。
【００１９】
設備は、流体(例えば、水道水)を加熱するように構成された第一熱交換ループ5及び第二熱交換ループ8を備える。第一熱交換ループ5は、冷媒(例えば、R134a(テトラフルオロエタン、CH2FCF3)又はR744(二酸化炭素、CO2))を含むチューブを備える従来型のものである。上記チューブは、加熱設備100内部で閉ループを形成している。特に冷媒としてCO2を使用することは、その熱力学的性質が適切であるため有利である。他の適切な冷媒は、R-600a(イソブタン、C4H10)及びプロパン(C3H8)である。建物の外側に加熱設備を配置するおかげで、加熱設備から冷媒が漏れた場合に爆発する又は火事になるリスクを広く排除することができる。
【００２０】
下方流区画7Dにおいて、第一熱交換ループの低圧部5Bは、膨張バルブ9からチューブの吸熱部5Cまで通じている。吸熱部5Cは、パネル4の温度が冷媒の温度よりも高い場合、チューブ内部の冷媒をパネル4が加熱できるようにパネル4上でジグザグに搭載されている。好ましくは、使用する冷媒の沸点は、冬の寒冷な日であってもパネル4と接触して十分に加熱できるほど十分に低い。その結果、温度が約-15〜-20℃である場合であっても加熱が行える。従って、上記パネル4は、日光を受けて上記第二熱交換ループ8の少なくとも一部を加熱することによって上記第二熱交換ループ8が作動するように構成されている。
【００２１】
上記チューブは、第一熱交換ループ5の吸熱部5Cから、空気が流入する隙間7の上端の、パネル4と外壁2との間に搭載された蒸発器3の蒸発部5Dに通じている。
【００２２】
蒸発器3は、空気が流入する隙間7の幅t1を実質的に超える長さで延在しており、透明な壁2及びパネル4に対して鋭角αで隙間7の中に好ましくはフィットしている。更に、蒸発器3は、蒸発器3と透明な壁2及びパネル4との間にそれぞれより大きな接触面を形成するために斜角な複数のコーナー部を備える角胴形である。蒸発器は、蒸発器3の垂直延在方向に対して真っ直ぐなチャネルが通過するフランジ型である。この配置のおかげで、凍結により蒸発器の気道が詰まるリスクが最小限になり、蒸発器3を通る空気流分布が最適化される。また、開放隙間7Bには、隙間7Bにおける空気流を分配するのに更に役立つ貫通孔7F型の2つの開口部が設けられているため、蒸発器3において均一な分布が成し遂げられる。低圧部5Bにおいて、冷媒は流体であるが、吸熱部5Cにおいては加熱されて沸騰し始める。
【００２３】
従って、蒸発器は、蒸発部5D内部で更に冷媒を加熱するのに役立つ。この段階で、冷媒は、流体からガスに完全に変換されている。第一熱交換ループ5は、蒸発器3からコンプレッサー6へ通じており、冷媒のガスに圧力を加えてその温度を更に上昇させることにより、加圧部5Aが形成される。加圧部5Aは、螺旋状に構成された熱交換チューブ12へ導かれ、被加熱流体は、上記加圧部5A周辺のチューブ12中を流れることによって、逆流熱交換器が形成される。チューブ12を通過した後に、加圧部5Aは、膨張バルブ9に導かれる。膨張バルブ9は、圧力を下げて、冷媒を液化させ、低圧部5Bに移動させ、上記の通りにループし続けることを可能にする機能がある。チューブ12は、被加熱流体が加熱設備内部で凍る場合に高圧に耐えることができ、弾力的に変形することができる(架橋ポリエチレンから作られる)PEXチューブであることが有利である。チューブ12は、加熱設備に損傷を与えることなく、高体積の氷を収容するように拡張することができ、そして、溶融すると直ぐにその通常のサイズに縮小することができる。これらの特性を有する他の材料も、チューブ12の使用に適している。
【００２４】
コンプレッサーは、比較的容量が少ない、即ち、500-800Wの範囲のものを備えるのが好ましい。この設備のおかげで、とりわけ、特別な環境的利点(例えば、製造の際に材料消費量が少ない及び操作中のエネルギー必要量が少ない)を得ることができる。また、コストの観点からの利点は、このサイズのコンプレッサーが大量に生産される(例えば、冷蔵庫において使用されている)という事実を理由として得られる。
【００２５】
第二熱交換ループ8は、好ましくは、冷媒を加熱するソーラーパネルとしてのパネル4を用いた集熱器ループである。ある実施形態において、第一熱交換ループ5と同じ冷媒を第二熱交換ループ8において使用することは適切であるが、異なる冷媒を使用してもよい。
【００２６】
第二熱交換ループ8は、好ましくは、作動体としてパネル4を使用し、且つ、パネル4に(好ましくは、隙間7から離れる方向に対して上記パネル4の裏面に)搭載した吸熱部8Aを備える熱サイホンである。従って、第二熱交換ループ8のチューブ内部の冷媒は加熱され、パネル4が冷媒の沸点より高い温度である場合、沸騰して気相に遷移する。ガスは、第一熱交換ループ5の加圧部5Aに隣接して搭載された熱交換チューブ12内における螺旋形の熱供給部8Bへ送られる。その結果、被加熱流体は、熱供給部周りを流れることができるため、逆流熱交換器が作り出される。
【００２７】
熱交換チューブ12は、隔絶カバー11、16で囲まれている。チューブ12は、例えば20-50mmの範囲の比較的大きな直径を有するため、ループ5、8の熱供給部8B及び加圧部5Aが空間を大きく占有することなく(即ち、囲むための空間も提供している)チューブ12の中に収容することが可能である。熱交換チューブ12内の囲むため空間は、住宅(例えば、温水タンク15)において使用する水道水の加熱を目的とする(後ほど図6に関してより詳細に説明する)。
【００２８】
図4は、設備100がどのように設計されると好ましいかについて示している。従って、透明な外壁2及びパネル4が、好ましくはそれらの半径の中心が共通するようにカーブしている。これによって、それらの間に形成される隙間7は、センターラインを通過する任意の縦断面が同じになるだろう。更に、外側ケースにおける複数の側壁13Cが背壁部13B方向へ一点に集まるように角度が付けられていることが示されている。更に、断熱材16は、設備100の中の種々の部分に付加される。既に述べたように、ケース11は、断熱材16の層を備える。また、背壁部13Bは、断熱材の層をそこに付加して上記背壁部13Bをカバーしている。更に、上部壁13Aの内側は、側壁13Cの上方内側と同様に断熱材16を備える。最後に、隔絶仕切り16Aが存在し、その中央にファン10のための貫通路18が備わっている。
【００２９】
図7は、第一及び第二熱交換ループ5、8の流れを概略的に開示している。図7は、被加熱流体を含むチューブ12を示しており、上記流体は、建物の壁30を通じて移動して加熱設備100に到達し、加熱後に建物へ戻る。第一熱交換ループは、膨張バルブ9、パネルに搭載されたジグザグ形状のセグメント5C、蒸発器3に搭載された蒸発部5D及びコンプレッサー6を備える。そして、第二熱交換ループ8は、上でより詳細に記載しているように、パネル4に搭載されたセグメントを有し、流体が加熱されるチューブ12へと続く熱サイホン8を備える。
【００３０】
本発明の設備は、集熱器の利点を空気ヒートポンプの利点とを非常に効果的な方法で組み合わせた新規のコンセプトを提供するものである。集熱器は、第二熱交換ループ8(熱サイホンループ)の作動体であり、空気ヒートポンプは、第一熱交換ループ5(従来型の熱交換ループ)の作動体である。本発明の設備の主な利点は、ループ5、8の両方の集熱に使用される比較的安価な吸熱ユニット(即ちパネル4)の使用である。好ましくは、パネル4は、金属素材(例えば、アルミニウム若しくは銅又はそれらの組み合わせ)から製造される。しかしながら、熱を吸収することができ、それを熱交換ループ5、8に移動させることができる任意の素材であれば本発明での使用に適している。
【００３１】
本発明の設備を用いて住宅における水道水を加熱する。例示的な実施形態は、以下の通りに構成することができる。温水タンク15は、最大温度を60℃に設定されると考えられ、住宅に供給される新鮮な水は、10℃であると考えられる。10℃の新鮮な冷水は、水道水用の熱チューブ12へ向かう実質的には僅かな水(供給ライン21にある水)の流れを可能にするT型フランジによって、給水管20から(熱ウォータータンク15への)小さなループに流れを変えられている。熱チューブ12に供給される冷水は、2つのループ5A、8Bに対して反対方向に流れ、これらのループから熱を吸収する。流れを制御して、熱水が熱チューブ12から戻りライン22へ流れ出る際に60℃にする。通常の家においては熱水を散発的に使用するため、熱水を温水タンク15の中で設定温度に保つのには比較的遅い流れで十分である。一方で、一時的に熱水を沢山使用する必要がある場合は、温水タンク用の既存の加熱システムを本発明と組み合わせて用いることは当然可能である。
【００３２】
熱い夏の日の間、第二熱交換ループ8だけで、建物の中で使用に適切な温度にタンク15の水を加熱することは十分可能であるが、ほとんどの場合、第一熱交換ループ5も設定温度を達するのに必要である。加熱設備は、好ましくは加熱システムの一部であり、水タンク15の所定のレベルでの温度に関するデータ、加熱設備の近くの気温に関するデータ及び加熱設備の操作のための他の関連したデータを集めるために少なくとも一つのセンサーを使用して制御ユニットによって作動される。水タンク15の温度をモニターすることによって、何時第一熱交換ループ5を作動させる必要があるかを決定することができ、システムのユーザーは水タンク15の水が何度が適しているかを決めることができる。被加熱流体の流れを遅く(例えば毎時7-10リットル)保ち、第一及び第二熱交換ループ5、8による加熱を充分にしてタンク15内部に勾配を作ることは有利である。
【００３３】
加熱設備100及び水タンク15のユーザー(即ち、建物の住民)がタンク15の設定温度を選択することができることは有利である。
【００３４】
本発明による加熱設備の操作を更に例示するために、3つの異なる運転モードを以下に記載する。
【００３５】
第一運転モードにおいて、外気温が-10℃であると仮定する。これは、給気口7Eに流れている空気の温度及び空気が流入する隙間7を通じて上方に流れている空気の温度でもある。蒸発器3において、空気は、ループ5の冷媒に対して直交して流れるように通過する。これにより、冷媒は、その温度が約-20℃から約-15℃に増える。そして、冷媒を、コンプレッサー6によって圧縮することによって、温度を約70℃まで増加させる。熱チューブ12において、圧縮冷媒は、チューブ12内部で流体を暖めた後その温度が約30℃まで下がり、その後膨張バルブ9に到達する。これによって、温度は、約-20℃まで落ちる。その後で、蒸発器3に再び入る前にパネル4からある程度熱を吸収する。排気穴部7Cを通じて加熱設備を去る空気は、温度が約-12℃である。
【００３６】
熱サイホン8は、パネル4から太陽エネルギーを吸収することによって熱を熱チューブ12に供給し、且つ、熱チューブ12内で他のループ5Bと平行し存在するそのチューブに約70℃の熱を伝える。太陽が光を照らす場合、空気ヒートポンプを稼働させる必要性がなくてもよい(即ち、コンプレッサー6を作動させなくてもよい)点に留意する必要がある。同様に、(例えば日光がない場合)ファン10の稼働によって空気流が増加することによって、空気ヒートポンプ由来の熱エネルギーを増加させることは可能である。好ましい実施形態において、ファン10は、無段式空気流制御を可能にするために可変的に駆動される。
【００３７】
ファン10の回転速度は、ファン10からのノイズがどのくらいの大きさであれば所定の時刻において許容可能であるかに応じて変化させることができることは有利である。例えば、加熱設備100を囲んでいる空気が10℃よりも暖かい場合、人は、恵まれた天気を楽しむために加熱設備100の傍に居る可能性がある。こうした時に、ファン10は、より低い回転速度で駆動させること低ノイズとなる。逆にいえば、空気が冷たい場合、ファンは、ノイズレベルが高くなる高回転速度で使用することができる。断熱材近くの加熱設備10内部にファン10を配置することによって、断熱材がノイズを吸収することができ、ノイズを減衰させることも可能である。
【００３８】
ハウジング2、13の上部におけるコンプレッサー6は、この設備で最も熱い部分に設置することによってコンプレッサー6の実行可能性及び信頼性に関する利点がもたらされる。ここにコンプレッサー6を設置するおかげで、他の構成部品よりもコンプレッサー6が冷たくなるのを防止するための更なる加熱が不要になる。他の構成部品よりも温度が低くなる場合、冷媒がコンプレッサー内部で凝結することによって、使用中に冷媒がコンプレッサー6からのオイルと混ざり、オイルが第一熱交換ループ5に広がるリスクが高まる。しかしながら、コンプレッサー6の有利な設置のおかげで、このシナリオは、任意の追加の構成部品を用いることなく回避することができる。
【００３９】
蒸発器3を通る流れを最適化するために、断熱ケース11は、好ましくは、設備100の下方流チャネル7D内において、中心よりも高い所に設置したほうがよい。理由は、かかる位置が、エッジ近くの流入チャネル7内の流れが速くなるように促進するためである。これによって、蒸発器3を通る流れの分布が最終的なものとなる。理由は、通常、非常に速く通過する流れは、空気熱交換器3を通る中心領域で得られるためである。空気流に関するこのコンセプトによる更なる利点は、ファン10が蒸発器3の下流に位置していることである。理由は、排気ファンは、給気ファンよりも均一な流れをもたらすためである。
【００４０】
第二運転モードにおいて、外気温は、±0℃である。第一熱交換ループの冷媒は、蒸発器3に入る前で約-10℃、圧縮前で約-5℃の温度である。排気穴部7Cを通じて加熱設備100を去る空気は、約-2℃の温度である。
【００４１】
第三運転モードにおいて、外気温は、20℃である。第一熱交換ループの冷媒は、蒸発器3に入る前で+10℃、圧縮前で+15℃の温度である。排気穴部7Cを通じて加熱設備100を去る空気は、約18℃の温度である。
【００４２】
給気口7Eに流れ込む空気の水分量は、温度によって変化する。空気が流入する隙間7内に結露が発生する場合がある。これによって、空気流に近接する任意の表面に水分がコートされる。場合によっては、水分が凍結して氷の膜を形成する可能性がある。これは、上述の第一運転モード及び第二運転モードにおいても生じるだろう。氷の膜の存在は、ほとんどの場合、加熱設備100の性能をかなり低下させるため、定期的に除氷する必要がある。従来型の加熱設備において、所定のインターバルで除氷作業をスケジュール化することは一般的な方法であるが、上述した通りエネルギーを消費するものである。
【００４３】
本発明の設備のおかげで、除氷は著しく簡潔にされ、標準的な加熱設備において僅かなコストで実行することができる。第１に、第二熱交換ループ8が作動するおかげで、加熱設備100の空気循環の必要性は、太陽が光を照らしている場合は低い。これは、この第二ループ8が機能的な空気循環を必要としないためである。第２に、パネル4の設置のおかげで、給気口7Eに入る水分の大部分は、パネル4に付着する。パネル4は、空気自体よりも冷たい空気が直面する第一表面である。従って、蒸発器3上の氷の形成を広く防止することができる。第３に、壁2とパネル4との間の隙間の幅t1のおかげで、パネル4上に形成された氷層は、空気が流入する隙間7を通る空気の流れを妨げることがなければ比較的厚くてもよい。従って、必要とされる除氷の頻度を低下させることができる。本発明のこれらの利点のおかげで、除氷の必要性は、(従来型の加熱設備が要求する)1時間毎に約1回から数日毎に1回まで少なくすることができる。
【００４４】
氷層がパネル4及び蒸発器3に形成されると、本発明のおかげで、上記氷を取り除くための多くの効果的な方法が存在する。第１に、太陽が光を照らすと、透明な壁2とパネル4との間にトラップされた空気が加熱され、空気が流入する隙間7の温度が上昇する。多くの場合、蒸発器3及びパネル4における解凍が始まり、氷を溶かし、給気口7Eを通過してそれが落ちる又はしたたり落ちるにはこれで十分である。日光がパネル4を加熱すると、上記パネル4に最も近い層が解凍され、完全に氷の膜が落ちる。
【００４５】
第２に、周囲空気の温度がゼロを越える場合、太陽が光を照らしているどうかにかかわらず、単にファン10を起動させて、空気が加熱設備を循環できるようにすることによって、氷が溶ける。
【００４６】
第３に、第一熱交換ループ5は、第二バルブ9Aを開くことによって、解凍操作に用いることができる。第二バルブ9Aは、膨張バルブ9と並行して設置されており、第一熱交換ループ5の冷媒を、低圧に拡張させることなく循環させることができる。これにより、冷媒の温度は、第一運転モードに関して上記の通り、約30℃である。これ自体は、パネル4及び蒸発器3を加熱するのに十分であり、氷を溶かして落とすことができる。
【００４７】
従って、氷の除去を、単純且つ便利な方法で実行することができ、このタイプの従来型の加熱設備と同じ頻度で実行する必要がない。これは、本発明の著しい利点である。
【００４８】
本発明の他の実施態様において、半円を形成する複数のパネル4及び透明な壁2を住宅の壁に搭載することは可能であるため、より多くの角度から日光を捕えることができ、パネル4がより効果的に暖められる。ある実施形態において、この目的のために複数の第二熱交換ループ8を利用することが有利であってもよい。
【００４９】
建物の壁から少し離れて(例えば、建物の近くの庭に)搭載される加熱設備の分離ユニットを作成することも可能である。水タンク15は、本実施形態において、地面のパイプに接続することができるし、上述の分離ユニット内部に設置することができる。この場合、水道水は建物へ輸送される。
【００５０】
本発明のおかげで、第一及び第二熱交換ループ5、8の1つに氷結が生じたとしても、もう一方の上記ループ5、8を単独で稼働させることによって簡単にタンク15からの流体を加熱し続けることができる。ループ5、8の両方が凍結したとしても、標準的な加熱装置を用いることによって水タンクにおいて流体を加熱し続けることができる。
【００５１】
本発明は、上述の好適な実施形態に限定されるものと見なされず、請求項の範囲内で変更することは可能である。そして、そのことは当業者にとって容易であり明らかである。例えば、ループの加熱部分は、チューブ内部ではなく、加熱設備内の別々の位置で被加熱流体に作用するように分離してもよい。また、例えば、PEXチューブの代わり(例えば、タンク)に、他の熱交換器を用いて、第一及び第二熱交換ループが被加熱流体に作用させることができる。タンク15の構造も変更してもよく、建物の外の加熱設備に代わりに組み込むことができる。蒸発器は、上述のフランジタイプとは異なるタイプであってもよい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【手続補正書】
【提出日】平成27年1月19日(2015.1.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外気から熱を受け取るための第一熱交換ループ(5)と、
第二熱交換ループ(8)と、を備え、
前記第一熱交換ループ(5)は、被加熱流体に作用するように構成され、
前記第二熱交換ループ(8)も、前記被加熱流体に作用するように構成され、
前記第二熱交換ループ(8)は、吸熱部(8A)と熱供給部(8B)とを具備するチューブ(8A、8B)を備え、
前記第二熱交換ループ(8)は、集熱器としての役割を果たすパネル(4)に接続し、前記吸熱部(8A)を加熱するように構成され、
前記パネル(4)は、前記吸熱部(8A)の内側の冷媒を加熱し蒸発させることによって前記第二熱交換ループ(8)が作動するように構成される、流体を加熱するための加熱設備。
【請求項２】
前記パネル(4)は、給気口(7E)の近くに配置され、空気中の湿気用の水分トラップとしての役割を果す、請求項1に記載の加熱設備。
【請求項３】
前記パネル(4)は、前記第一熱交換ループ(5)にも接続され、前記第一熱交換ループ(5)を加熱するように構成される、請求項1又は2に記載の加熱設備。
【請求項４】
前記第一熱交換ループ(5)に接続した蒸発器(3)を更に備え、
前記蒸発器(3)は、前記パネル(4)の少なくとも一部が前記蒸発器(3)と前記給気口(7E)との間に位置するように構成される、請求項2に記載の加熱設備。
【請求項５】
熱交換器チューブ(12)を更に備え、
前記熱交換器チューブ(12)は、前記被加熱流体が前記チューブ(12)を通じて流れることができるように構成され、
前記熱交換器チューブ(12)は、前記第一熱交換ループ(5)及び前記第二熱交換ループ(8)の少なくても一部を更に収容している、請求項1-4のいずれかに記載の加熱設備。
【請求項６】
透明な外壁(2)を更に備え、
前記透明な外壁(2)は、空気が流入する隙間(7)が前記透明な外壁(2)と前記パネル(4)との間に形成されるように構成される、請求項1-5のいずれかに記載の加熱設備。
【請求項７】
前記給気口(7E)は、前記空気が流入する隙間(7)の下端に設置される、請求項6に記載の加熱設備。
【請求項８】
前記空気が流入する隙間(7)は、前記パネル(4)に対する日光によって加熱された空気量を保持することによって、防氷装置として作用するように更に構成される、請求項7に記載の加熱設備。
【請求項９】
前記パネル(4)は、日光を受け取り、前記パネル(4)の表面上に形成される任意の氷を溶かすことによって、防氷装置として作用するように更に構成される、請求項1-8のいずれかに記載の加熱設備。
【請求項１０】
前記加熱設備における空気を循環させるファン(10)を更に備える、請求項1-9のいずれかに記載の加熱設備。
【請求項１１】
制御ユニットを更に備える、請求項1-10のいずれかに記載の加熱設備。
【請求項１２】
被加熱流体のためのタンク(15)と、
前記流体の加熱操作を制御するための制御ユニットと、
請求項1-12のいずれかに記載の加熱設備(100)と、を備え、
前記加熱設備(100)は、前記流体を加熱するための前記制御ユニットによって制御されるように構成される、加熱システム。
【国際調査報告】
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