(57)【要約】  ヒートポンプエネルギー供給を最適化する方法であって、周囲温度を検知することと、検知した周囲温度に対応して、ヒートポンプの作動流体を処理するためのエネルギーを供給するために、第１のエネルギー源及び第１のエネルギー源と異なる第２のエネルギー源の１つを選択することと、を含む方法。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御回路と、
第１のエネルギー源からエネルギーを受け取るように配置された第１のエネルギー源入力ポートと、
第２のエネルギー源からエネルギーを受け取るように配置された第２のエネルギー源入力ポートであって、前記第２のエネルギー源は前記第１のエネルギー源と異なり、前記第１のエネルギー源入力ポート及び第２のエネルギー源入力ポートのそれぞれが前記制御回路に対応して、ヒートポンプ装置内に含まれる作動流体を処理するためのエネルギーを供給するように配置された前記第２のエネルギー源入力ポートと、
前記制御回路と通信する、周囲空気の温度を検知するように配置された周囲温度センサーと、を含み、
前記制御回路は前記作動流体を処理するためのエネルギーを供給するために前記第１のエネルギー源入力ポート及び前記第２のエネルギー源入力ポートの１つを交互に選択するように配置され、前記選択は前記検知した周囲空気温度に対応するヒートポンプ装置。
【請求項２】
前記制御回路は前記検知した周囲温度に対応して単一の前記作動流体を処理するためのエネルギーを供給するために、前記第１のエネルギー源及び前記第２のエネルギー源のそれぞれからの必要エネルギー出力を決定するように配置され、
前記制御回路は前記決定された必要エネルギー出力に対応して前記第１のエネルギー源及び前記第２のエネルギー源のそれぞれにより前記ヒートポンプ装置の動作費用を決定するように配置され、前記選択は前記決定された動作費用に対応して実施される、請求項１に記載のヒートポンプ装置。
【請求項３】
前記第１のエネルギー源は電源を含み、前記第２のエネルギー源は可燃物温水器を含む、請求項１に記載のヒートポンプ装置。
【請求項４】
前記第１のエネルギー源入力ポートと電気的に連通し、前記作動流体を圧縮するように配置された圧縮機と、
前記第２のエネルギー源入力ポートと熱的に連通し、前記可燃物温水器からの熱を前記作動流体に伝達するように配置された熱交換機と、
を更に含む、請求項３に記載のヒートポンプ装置。
【請求項５】
前記第１のエネルギー源及び前記第２のエネルギー源と異なる第３のエネルギー源からエネルギーを受け取るように配置され、前記作動流体を処理するためのエネルギーを供給するように配置された第３のエネルギー源入力ポートを更に含み、
前記制御回路は前記第３のエネルギー源のエネルギー出力を決定するように更に配置され、前記第３のエネルギー源の前記決定されたエネルギー出力が前記ヒートポンプ装置のエネルギー必要量未満である場合にのみ前記選択が実施される、請求項１に記載のヒートポンプ装置。
【請求項６】
前記第３のエネルギー源は廃熱源及び太陽熱温水機の１つを含む、請求項５に記載のヒートポンプ装置。
【請求項７】
前記第２のエネルギー源入力ポート、及び
前記第３のエネルギー源入力ポートと、
熱的に連通する熱交換機を更に含む、請求項６に記載のヒートポンプ装置。
【請求項８】
前記作動流体を処理するためのエネルギーを供給する第３のエネルギー源入力の配置は前記制御回路に対応し、
前記第３のエネルギー源の前記決定されたエネルギー出力が前記ヒートポンプ装置の前記エネルギー必要量未満である場合に、前記制御回路は前記作動流体を処理するためのエネルギーを供給するために、前記第３のエネルギー源入力ポートを制御するように更に配置される、請求項５に記載のヒートポンプ装置。
【請求項９】
ヒートポンプエネルギー供給を最適化する方法であって、
周囲温度を検知することと、
前記検知した周囲温度に対応して、ヒートポンプの作動流体を処理するためのエネルギーを供給するために第１のエネルギー源及び前記第１のエネルギー源と異なる第２のエネルギー源の１つを選択することと、
を含む方法。
【請求項１０】
前記検知した周囲温度に対応して、前記作動流体を処理するためのエネルギーを供給するために、前記第１のエネルギー源及び前記第２のエネルギー源のそれぞれからの必要エネルギー出力を決定することと、
前記決定された必要エネルギー出力に対応して、前記第１のエネルギー源及び前記第２のエネルギー源のそれぞれによる、前記ヒートポンプの動作費用を決定することを更に含み、前記選択することは前記決定された動作費用に対応して実施される、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記第１のエネルギー源は電源を含み、前記第２のエネルギー源は可燃物温水器を含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記第１のエネルギー源を前記選択することは前記電源からの電力を圧縮機に供給することを含み、
前記第２のエネルギー源を前記選択することは前記可燃物温水器からの熱を熱交換機に供給することを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記第１のエネルギー源及び前記第２のエネルギー源と異なる第３のエネルギー源のエネルギー出力を決定することを更に含み、前記第３のエネルギー源の前記決定されたエネルギー出力が前記ヒートポンプの前記エネルギー必要量未満である場合にのみ前記選択が実施される、請求項９に記載の方法。
【請求項１４】
前記第３のエネルギー源は廃熱源及び太陽熱温水機の１つを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記第２及び第３のエネルギー源の前記出力からの熱を熱交換機に供給することを更に含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記第３のエネルギー源の前記決定されたエネルギー出力が前記ヒートポンプの前記エネルギー必要量未満である場合に、前記作動流体を処理するために前記第３のエネルギー源からのエネルギー出力を供給することを更に含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
１つ又は複数のプロセッサによって実行された場合に前記１つ又は複数のプロセッサに動作を実施させる命令を自らに記憶した非一時的なコンピュータ可読媒体であって、前記動作は、
周囲温度を検知することと、
前記検知した周囲温度に対応してヒートポンプの作動流体を処理するためのエネルギーを供給するために、第１のエネルギー源及び前記第１のエネルギー源と異なる第２のエネルギー源の１つを選択することと、
を含む、非一時的なコンピュータ可読媒体。
【請求項１８】
前記動作は、
前記検知した周囲温度に対応して前記作動流体を処理するためのエネルギーを供給するために、前記第１のエネルギー源及び前記第２のエネルギー源のそれぞれからの必要エネルギー出力を決定することと、
前記決定された必要エネルギー出力に対応して前記第１のエネルギー源及び前記第２のエネルギー源のそれぞれによる、前記ヒートポンプの動作費用を決定することを更に含み、前記選択することは前記決定された動作費用に対応して実施される、請求項１７に記載の非一時的なコンピュータ可読媒体。
【請求項１９】
前記第１のエネルギー源は電源を含み、前記第２のエネルギー源は可燃物温水器を含む、請求項１７に記載の非一時的なコンピュータ可読媒体。
【請求項２０】
前記第１のエネルギー源を前記選択することは前記電源からの電力を圧縮機に供給することを含み、
前記第２のエネルギー源を前記選択することは前記可燃物温水器からの熱を熱交換機に供給することを含む、請求項１９に記載の非一時的なコンピュータ可読媒体。
【請求項２１】
前記動作は第３のエネルギー源のエネルギー出力を決定することを更に含み、前記第３のエネルギー源は前記第１のエネルギー源及び前記第２のエネルギー源と異なり、前記第３のエネルギー源の前記決定されたエネルギー出力が前記ヒートポンプの前記エネルギー必要量未満である場合にのみ前記選択が実施される、請求項１７に記載の非一時的なコンピュータ可読媒体。
【請求項２２】
前記第３のエネルギー源は廃熱源及び太陽熱温水機の１つを含む、請求項２１に記載の非一時的なコンピュータ可読媒体。
【請求項２３】
前記動作は前記第２及び第３のエネルギー源の出力からの熱を熱交換機に供給することを更に含む、請求項２２に記載の非一時的なコンピュータ可読媒体。
【請求項２４】
前記第３のエネルギー源の前記決定されたエネルギー出力が前記ヒートポンプの前記エネルギー必要量未満である場合に、前記動作は前記作動流体を処理するために前記第３のエネルギー源からのエネルギー出力を供給することを更に含む、請求項２１に記載の非一時的なコンピュータ可読媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は概して空調の分野に関し、特に廃熱、電動熱、及び可燃物の熱の組み合わせを利用するヒートポンプのエネルギー使用法を最適化するためのシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ヒートポンプは戸外の周囲空気から熱を抽出し、その熱を家庭又は企業などの屋内気候制御エリアに伝達することによって動作する。冷房モードにおいて、ヒートポンプは屋内気候制御エリアの空気から周囲空気へと熱を抽出することによって動作する。暖房モードにおいて、ヒートポンプは外部の周囲空気から熱を抽出し、その熱を屋内気候制御エリアに伝達することによって動作する。ヒートポンプは一般に化石燃料を燃やす従来の暖房炉よりも動作が経済的である。しかしながら、ヒートポンプの成績係数（ＣＯＰ）は、周囲空気温度の関数である。暖房サイクル中に周囲温度が低下すると共に、ヒートポンプのＣＯＰは低下する。なぜなら、周囲空気から熱を抽出するためにより多くの作業が必要だからである。暖房サイクル中にあるポイントにおいて、ＣＯＰは小さくなりすぎて暖房炉又は他の化石燃料熱源と比較して経済的に効率的であると考えることができなくなる。
【０００３】
１つの典型的な解決法は、周囲温度が低くなりすぎた場合にヒートポンプが動作を停止し、ガス又は電気ラジエータなどのヒータが屋内気候制御環境に熱を供給するようにバックアップヒータをヒートポンプに設けることである。残念なことに、これは２つの別個のシステム、即ちヒートポンプ及びヒータが必要とされるため費用及び複雑さが増す。更に、追加のヒータは暖房の最もエネルギー効率の良い形態を必ずしも提供しない。更に、典型的には、かかる二重システムは屋内気候制御エリアの所望の目標温度の経済的制御を可能にする適切な時間枠内でヒートポンプと追加のヒータとの間で切り替わることができない。更に、かかるシステムは冷房サイクル中にヒートポンプのエネルギー消費を最適化するための方法を提供しない。
【０００４】
更に、多くの工業プロセスは典型的には１５０℃未満の低温の廃熱を生成するが、それは典型的には低すぎて有用な作業を遂行するためには用いることができない。吸収冷凍などのある熱力学サイクルは低級熱源から環境冷房及び暖房を提供することができる。同様に、集中型又は真空管型などの太陽集熱器で受け取る太陽熱エネルギーは典型的には廃熱程度であり、環境冷房を提供するために吸収冷凍器で用いられた。残念なことに、典型的に用いられる吸収冷凍サイクルは非能率という難点があり、典型的には約０．７より大きなＣＯＰを達成することができず、ここで用語ＣＯＰはΔQ／ΔＷとして定義され、ΔＱは暖房／冷房負荷変化として定義され、ΔＷは冷房システムによって消費される作業として定義される。他のタイプのヒートポンプがより大きなＣＯＰを達成するが、しかし廃熱／太陽熱源のエネルギー出力はかかるヒートポンプに動力を供給するのに常に十分とは限らない。
【０００５】
望まれるものは、ヒートポンプの動作費用が広範囲な周囲空気温度に対して連続的に最小に維持されるようにヒートポンプのエネルギー供給を最適化するための方法及びシステムである。
【発明の概要】
【０００６】
上記で提供された説明及び他の考察に鑑みて、本開示はヒートポンプのエネルギー供給最適化における先行方法及び現在の方法の欠点の幾つか又は全てを克服するための方法及び装置を提供する。本方法及び装置の他の新規で有用な利点もまた、本明細書で説明され当業者によって理解され得る。
【０００７】
例示的な実施形態において、ヒートポンプ装置であって、制御回路と、第１のエネルギー源からエネルギーを受け取るように配置された第１のエネルギー源入力ポートと、前記第２のエネルギー源からエネルギーを受け取るように配置された第２のエネルギー源入力ポートであって、第２のエネルギー源は第１のエネルギー源と異なり、第１のエネルギー源入力ポート及び第２のエネルギー源入力ポートのそれぞれが制御回路に対応して、ヒートポンプ装置内に含まれる作動流体を処理するためのエネルギーを供給するように配置された第２のエネルギー源入力ポートと、制御回路と通信する、周囲空気の温度を検知するように配置された周囲温度センサーと、を含み、制御回路は作動流体を処理するためのエネルギーを供給するために第１のエネルギー源入力ポート及び第２のエネルギー源入力ポートの１つを交互に選択するように配置され、選択は検知した周囲空気温度に対応するヒートポンプ装置が提供される。
【０００８】
一実施形態において、制御回路は検知した周囲温度に対応して単一の作動流体を処理するためのエネルギーを供給するために、第１のエネルギー源及び第２のエネルギー源のそれぞれからの必要エネルギー出力を決定するように配置され、制御回路は決定された必要エネルギー出力に対応して第１のエネルギー源及び第２のエネルギー源のそれぞれによりヒートポンプ装置の動作費用を決定するように配置され、選択することは決定された動作費用に対応して実施される。別の実施形態において、第１のエネルギー源は電源を含み、第２のエネルギー源は可燃物温水器を含む。更なる一実施形態において、ヒートポンプ装置は第１のエネルギー源入力ポートと電気的に連通し、作動流体を圧縮するように配置された圧縮機と、第２のエネルギー源入力ポートと熱的に連通し、可燃物温水器からの熱を作動流体に伝達するように配置された熱交換機と、を更に含む。
【０００９】
一実施形態において、ヒートポンプ装置は第１のエネルギー源及び第２のエネルギー源と異なる第３のエネルギー源からエネルギーを受け取るように配置され、作動流体を処理するためのエネルギーを供給するように配置された第３のエネルギー源入力ポートを更に含み、制御回路は第３のエネルギー源のエネルギー出力を決定するように更に配置され、第３のエネルギー源の決定されたエネルギー出力がヒートポンプ装置のエネルギー必要量未満である場合にのみ選択が実施される。更なる一実施形態において、第３のエネルギー源は廃熱源及び太陽熱温水機の１つを含む。
【００１０】
更なる一実施形態において、ヒートポンプ装置は第２のエネルギー源入力ポート及び第３のエネルギー源入力ポートと熱的に連通する熱交換機を更に含む。更なる別の実施形態において、作動流体を処理するためのエネルギーを供給する第３のエネルギー源入力の配置は制御回路に対応し、第３のエネルギー源の決定されたエネルギー出力はヒートポンプ装置のエネルギー必要量未満である場合に、制御回路は作動流体を処理するためのエネルギーを供給するために、第３のエネルギー源入力ポートを制御するように更に配置される。
【００１１】
１つの独立実施形態において、ヒートポンプエネルギー供給を最適化する方法であって、周囲温度を検知することと、検知した周囲温度に対応して、ヒートポンプの作動流体を処理するためのエネルギーを供給するために第１のエネルギー源及び第１のエネルギー源と異なる第２のエネルギー源の１つを選択することと、を含む方法が提供される。
【００１２】
一実施形態において、方法は検知した周囲温度に対応して、作動流体を処理するためのエネルギーを供給するために、第１のエネルギー源及び第２のエネルギー源のそれぞれからの必要エネルギー出力を決定することと、決定された必要エネルギー出力に対応して、第１のエネルギー源及び第２のエネルギー源のそれぞれによる、ヒートポンプの動作費用を決定することを更に含み、選択することは決定された動作費用に対応して実施される。別の実施形態において、第１のエネルギー源は電源を含み、第２のエネルギー源は可燃物温水器を含む。更なる一実施形態において、第１のエネルギー源を選択することは電源からの電力を圧縮機に供給することを含み、第２のエネルギー源を選択することは可燃物温水器からの熱を熱交換機に供給することを含む。
【００１３】
一実施形態において、方法は第１のエネルギー源及び第２のエネルギー源と異なる第３のエネルギー源のエネルギー出力を決定することを更に含み、第３のエネルギー源の決定されたエネルギー出力がヒートポンプのエネルギー必要量未満である場合にのみ選択が実施される。更なる一実施形態において、第３のエネルギー源は廃熱源及び太陽熱温水機の１つを含む。
【００１４】
更なる一実施形態において、方法は第２及び第３のエネルギー源の出力からの熱を熱交換機に供給することを更に含む。別の実施形態において、方法は第３のエネルギー源の決定されたエネルギー出力がヒートポンプのエネルギー必要量未満である場合に、作動流体を処理するために第３のエネルギー源からのエネルギー出力を供給することを更に含む。
【００１５】
別の独立実施形態において、１つ又は複数のプロセッサによって実行された場合に１つ又は複数のプロセッサに動作を実施させる命令を自らに記憶した非一時的なコンピュータ可読媒体であって、動作は周囲温度を検知することと、検知した周囲温度に対応してヒートポンプの作動流体を処理するためのエネルギーを供給するために、第１のエネルギー源及び第１のエネルギー源と異なる第２のエネルギー源の１つを選択することと、を含む非一時的なコンピュータ可読媒体が提供される。
【００１６】
一実施形態において、動作は検知した周囲温度に対応して作動流体を処理するためのエネルギーを供給するために、第１のエネルギー源及び第２のエネルギー源のそれぞれからの必要エネルギー出力を決定することと、決定された必要エネルギー出力に対応して第１のエネルギー源及び第２のエネルギー源のそれぞれによる、ヒートポンプの動作費用を決定することを更に含み、選択は決定された動作費用に対応して実施される。別の実施形態において、第１のエネルギー源は電源を含み、第２のエネルギー源は可燃物温水器を含む。更なる一実施形態において、第１のエネルギー源を選択することは電源からの電力を圧縮機に供給することを含み、第２のエネルギー源を選択することは可燃物温水器からの熱を熱交換機に供給することを含む。
【００１７】
一実施形態において、動作は第３のエネルギー源のエネルギー出力を決定することを更に含み、第３のエネルギー源は第１のエネルギー源及び第２のエネルギー源と異なり、第３のエネルギー源の決定されたエネルギー出力がヒートポンプのエネルギー必要量未満である場合にのみ選択が実施される。更なる一実施形態において、第３のエネルギー源は廃熱源及び太陽熱温水機の１つを含む。
【００１８】
更なる一実施形態において、動作は第２及び第３のエネルギー源の出力からの熱を熱交換機に供給することを更に含む。更なる別の実施形態において、第３のエネルギー源の決定されたエネルギー出力がヒートポンプのエネルギー必要量未満である場合に、動作は作動流体を処理するために第３のエネルギー源からのエネルギー出力を供給することを更に含む。
【００１９】
本発明の更なる特徴及び利点は、以下の図面及び説明から明らかになろう。
【００２０】
ここで本発明のより良い理解のために、且つ本発明がどのように実現可能かを示すために純粋に例として添附の図面が参照され、添付の図面では同様の数字は全体を通して対応する要素又はセクションを示す。
【００２１】
ここで図面を詳細に特に参照すると図示された詳細は例であり、単に本発明の好ましい実施形態の実例的な説明のためであり、且つ本発明の原理及び概念的態様の最も有用で容易に理解される説明であると考えられるものを提供するために提示されることが強調される。この点において、本発明の基本的理解に必要であるよりも詳しく本発明の構造的詳細を示す試みはなされず、図面と共に理解された説明は本発明の幾つかの形態が実践においてどのように具体化され得るかを当業者に明白にする。
【００２２】
【００２３】
【００２４】
【００２５】
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１Ａ】ある実施形態に従ってヒートポンプ装置の高レベル概略図を示す。
【図１Ｂ】ある実施形態に従って圧縮機及び熱交換機を含むヒートポンプ装置の高レベル概略図を示す。
【図１Ｃ】図１Ａ〜１Ｂのヒートポンプ装置における制御回路の高レベル概略図を示す。
【図２】ある実施形態に従って暖房サイクルにおける図１Ｂのヒートポンプ装置の動作方法の高レベルフローチャートを示す。
【図３】ある実施形態に従って冷房サイクルにおける図１Ｂのヒートポンプ装置の動作方法の高レベルフローチャートを示す。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
少なくとも一実施形態を詳細に説明する前に、本発明はその用途において以下の記載で説明され、又は図面に示されるコンポーネントの構成及び配置の詳細に限定されないことを理解されたい。本発明は他の実施形態に適用可能であるか、様々な方法で実践又は実現され得る。また、本明細書で用いられる語法及び専門用語は説明のためであり、限定と見なされるべきでないことを理解されたい。特に、本明細書で用いられるような接続されるという用語は、直接接続に限定されることを意味せず、限定するわけではないが中間装置又はコンポーネントを可能とする。
【００２８】
図１Ａはある実施形態に従ってヒートポンプ装置１０の高レベル概略図を示す。ヒートポンプ装置１０は外部ユニット２０と、内部ユニット３０と、可燃物駆動熱エネルギー源４０と、電気エネルギー源５０と、を含む。外部ユニット２０は可燃物駆動エネルギー源入力ポート６０と、電気エネルギー源入力ポート７０と、制御回路８０と、熱駆動ヒートポンプサブシステム９０と、電気駆動ヒートポンプサブシステム１００と、周囲温度センサー１１０と、を含む。
【００２９】
外部ユニット２０は屋内気候制御エリア１２０外に配置され、内部ユニット３０は屋内気候制御エリア１２０内に配置される。外部ユニット２０は、冷却剤などのヒートポンプ装置１０の作動流体が外部ユニット２０と内部ユニット３０との間で双方向に移動されるように内部ユニット３０と流体連通する。一実施形態において、動力は外部ユニット２０から内部ユニット３０に供給され、内部ユニット３０は更に外部ユニット２０の制御回路８０と通信する。ヒートポンプ装置１０は内部ユニット３０及び外部ユニット２０を含むように図示され説明されているが、しかしこれは、決して限定的であることを意味せず、内部ユニットだけを含むヒートポンプ装置が範囲を逸脱せずに考えられる。
【００３０】
一実施形態において、可燃物駆動エネルギー源４０は限定するわけではないが、天然ガス、液化石油ガス、ディーゼル機関可燃物、及び灯油のいずれかを燃焼させることによって任意選択的に加熱される温水器を含む。可燃物駆動エネルギー源４０の出力は、外部ユニット２０の可燃物駆動エネルギー源入力ポート６０を介して熱駆動ヒートポンプサブシステム９０に結合され、且つそれに熱を供給するように配置される。電気エネルギー源５０は、電気エネルギー源入力ポート７０を介して電気駆動ヒートポンプサブシステム１００に結合され、且つそれに電気を供給するように配置される。一実施形態において、電気エネルギー源５０は幹線電源を含む。周囲温度センサー１１０は外部ユニット２０を囲む周囲空気の温度を検知するように配置される。熱駆動ヒートポンプサブシステム９０及び電気駆動ヒートポンプサブシステム１００は個別のユニットとして示されているが、しかしこれは、決して限定的であることを意味せず、熱駆動ヒートポンプサブシステム９０及び電気駆動ヒートポンプサブシステム１００が単一のシステム内に統合され、それぞれが暖房／冷房を提供するために共通の作動流体を処理するように配置されるヒートポンプ装置１０が特に考えられる。
【００３１】
熱駆動ヒートポンプサブシステム９０及び電気駆動ヒートポンプサブシステム１００は、屋内気候制御エリア１２０における温度を調整するために内部ユニット３０を介して暖房／冷房を提供するように配置される。冷却剤などの作動流体は外部ユニット２０内で供給される。更なる一実施形態において、熱駆動ヒートポンプサブシステム９０及び電気駆動ヒートポンプサブシステム１００は、当業者に周知のように暖房／冷房を提供するために、作動流体の圧縮及び膨張を提供するように配置される。更なる別の実施形態において、熱駆動ヒートポンプサブシステム９０及び電気駆動空調サブシステム１００は、それぞれ、当業者に周知のように暖房／冷房を提供するために水アンモニア混合物を利用する吸収サイクルを提供するように配置される。別の実施形態において、熱駆動ヒートポンプサブシステム９０及び電気駆動空調サブシステム１００は、２０１２年２月２日公開のＢｅｒｓｏｎらに付与された米国特許出願公開第２０１２／００２３９８２号明細書に説明されているような暖房／冷房を提供するように配置され、その米国特許出願公開の全内容が参照によって本明細書に援用される。そこで説明されているように、熱駆動ヒートポンプサブシステム９０及び電気駆動空調サブシステム１００は統合された単一ユニットを含む。
【００３２】
制御回路８０は熱駆動ヒートポンプサブシステム９０、電気駆動ヒートポンプサブシステム１００、及び周囲温度センサー１１０と通信する。一実施形態において、制御回路８０は、更に可燃物駆動エネルギー源入力ポート６０及び電気エネルギー源入力ポート７０と通信する。別の任意選択の代替実施形態において、制御回路８０は可燃物駆動エネルギー源４０及び電気エネルギー源５０と通信する。
【００３３】
動作において、以下で更に説明されるように、制御回路８０は周囲空気の検知した温度を周囲温度センサー１１０から受信するように配置される。受信温度に対応して、制御回路８０は、屋内気候制御エリア１２０内の空気の温度を所望の目標温度に調整するために熱駆動ヒートポンプサブシステム９０及び電気駆動ヒートポンプサブシステム１００のそれぞれのエネルギー必要量を決定するように配置される。制御回路８０は、更に上記の決定されたエネルギー必要量の金銭的費用を決定するように配置される。制御回路８０は、更に熱駆動ヒートポンプサブシステム９０及び電気駆動ヒートポンプサブシステム１００の特定の１つを選択し動作させるように配置され、選択は最少の金銭的費用を示すエネルギー必要量の決定に対応して実施される。有利には、単一の作動流体及び単一の内部ユニット３０を任意選択的に備えた単一のヒートポンプ１０が、２つの異なるエネルギー源の金銭的費用に対応してそれらの２つの異なるエネルギー源によって交互に作動される。
【００３４】
図１Ｂは、ある実施形態に従ってヒートポンプ装置２００の高レベル概略図を示す。ヒートポンプ装置２００は外部ユニット２２０と、内部ユニット３０と、可燃物駆動エネルギー源４０と、電気エネルギー源５０と、太陽熱／廃熱源２３０と、を含む。外部ユニット２２０は組み合わされた可燃物駆動エネルギー源及び太陽熱／廃熱源入力ポート１７０と、電気エネルギー源入力ポート７０と、制御回路８０と、熱交換機２６０を含む熱駆動ヒートポンプサブシステム２５０と、圧縮機２８０を含む電気駆動ヒートポンプサブシステム２７０と、周囲温度センサー１１０と、を含む。太陽／廃熱源２３０は一実施形態において、１つ又は複数の太陽電池パネルを含む。別の実施形態において、太陽熱／廃熱源２３０は、廃熱源を含む。
【００３５】
図１Ａのヒートポンプ装置１０に関連して上記で説明されたように、外部ユニット２２０は屋内気候制御エリア１２０の外部に配置され、内部ユニット３０は屋内気候制御エリア１２０内に配置される。外部ユニット２２０は、冷却剤などのヒートポンプ装置２００の作動流体が外部ユニット２２０と内部ユニット３０との間で双方向に移動されるように内部ユニット３０と流体連通する。一実施形態において、動力は外部ユニット２２０から内部ユニット３０に供給され、内部ユニット３０は更に外部ユニット２２０の制御回路８０と通信する。ヒートポンプ装置２００は内部ユニット３０及び外部ユニット２２０を含むように図示され説明されているが、しかしこれは、決して限定的であることを意味せず、内部ユニットだけを含むヒートポンプ装置が範囲を逸脱せずに考えられる。
【００３６】
可燃物駆動熱エネルギー源４０の出力は、外部ユニット２２０の可燃物駆動エネルギー源入力ポート６０を介して熱駆動ヒートポンプサブシステム２５０に結合され、且つそれに熱を供給するように配置される。電気エネルギー源５０は、電気エネルギー源入力ポート７０を介して電気駆動ヒートポンプサブシステム２７０に結合され、且つそれに電気を供給するように配置される。
【００３７】
太陽熱／廃熱源２３０は、可燃物駆動エネルギー源入力ポート６０を介して熱駆動ヒートポンプサブシステム２５０に結合され、且つそれに熱を供給するように配置される。太陽熱／廃熱源は熱駆動ヒートポンプサブシステム２５０、特にその熱交換機２６０と熱的に連通する。別の実施形態において、可燃物駆動エネルギー源４０及び太陽／廃熱源２３０は、両方とも、熱駆動ヒートポンプサブシステム２５０の熱交換機２６０に温水を供給するように配置される。可燃物駆動エネルギー源４０及び太陽／廃熱源２３０が、直列構成で配置されるヒートポンプ装置２００が図示されているが、しかしこれは、決して限定的であることを意味しない。別の実施形態において、可燃物駆動エネルギー源４０及び太陽熱／廃熱源２３０は、範囲を逸脱せずに並列構成で熱駆動ヒートポンプサブシステム２５０に熱的に結合することができる。一実施形態において、熱交換機２６０は受け取った温水からの熱を冷却剤などのヒートポンプ装置２００の作動流体に伝達するように配置される。電気駆動ヒートポンプサブシステム２７０の圧縮機２８０はヒートポンプ装置２００の動作液体用に蒸気圧縮サイクルを提供するように配置される。
【００３８】
熱駆動ヒートポンプサブシステム２５０及び電気駆動ヒートポンプサブシステム２７０は、別個のユニットとして示されているが、しかしこれは決して限定的であることを意味せず、熱駆動ヒートポンプサブシステム２５０及び電気駆動ヒートポンプサブシステム２７０が単一システム内に統合され、それぞれが暖房／冷房を提供するために共通の作動流体を処理するように配置されたヒートポンプ装置２００が特に考えられる。
【００３９】
制御回路８０は熱駆動ヒートポンプサブシステム２５０、電気駆動ヒートポンプサブシステム２７０、及び周囲温度センサー１１０と通信する。一実施形態において、制御回路８０は更に可燃物駆動エネルギー源入力ポート６０及び電気エネルギー源入力ポート７０と通信する。別の任意選択的な代替実施形態において、制御回路８０は可燃物駆動エネルギー源４０及び電気エネルギー源５０と通信する。
【００４０】
動作において、制御回路８０は太陽熱／廃熱源２３０のエネルギー出力を決定するように配置される。一実施形態において、エネルギー出力は太陽熱／廃熱源２３０の温度出力を検知することによって決定される。ヒートポンプ装置２００が屋内気候制御エリア１２０の温度を所望の温度に調整するために必要とされるエネルギーよりも太陽熱／廃熱源２３０のエネルギー出力が小さいと制御回路８０が判断した場合に、制御回路８０は図１Ａのヒートポンプ装置１０に関連して上記で説明されたように、熱駆動ヒートポンプサブシステム２５０及び電気駆動ヒートポンプサブシステム２７０の１つを選択するように配置される。一実施形態において以下で説明されるように、制御回路８０が熱駆動ヒートポンプサブシステム２５０を選択した場合に、可燃物駆動エネルギー源４０及び太陽熱／廃熱源２３０の両方とも熱駆動ヒートポンプサブシステム２５０に動力を供給する。制御回路８０が電気駆動ヒートポンプサブシステム２７０を選択した場合に、制御回路８０は暖房／冷房を提供するように熱駆動ヒートポンプサブシステム２５０を並列に制御するように更に配置され、動力は太陽熱／廃熱源２３０によって供給される。従って、熱駆動ヒートポンプサブシステム２５０及び電気駆動ヒートポンプサブシステム２７０の両方が屋内気候制御エリア１２０に暖房を提供する。
【００４１】
図１Ｃは図１Ａのヒートポンプ装置１０及び図１Ｂのヒートポンプ装置２００の制御回路８０の高レベルブロック図を示す。制御回路８０は太陽熱／廃熱エネルギー出力決定機能２９０と、以下で説明されるように可燃物駆動エネルギー源４０及び電気エネルギー源５０のそれぞれのエネルギー消費を決定するように配置されたエネルギー消費決定機能３００と、以下で説明されるように熱駆動ヒートポンプサブシステム９０及び２５０並びに電気駆動ヒートポンプサブシステム１００及び２７０を動作させる金銭的費用を決定するように配置された金銭的費用決定機能３１０と、以下で説明されるようにヒートポンプ１０及び２００のそれぞれの１つを動作させるために、熱駆動ヒートポンプサブシステム９０及び２５０並びに電気駆動ヒートポンプサブシステム１００及び２７０の１つ又は複数を選択するように配置された選択機能３２０と、を含む。太陽熱／廃熱エネルギー出力決定機能２９０、エネルギー消費決定機能３００、金銭的費用決定機能３１０、及び選択機能３２０は、それぞれ限定するわけではないが、専用機能と汎用計算装置又はプロセッサ用のコンピュータ可読命令であり、メモリ３３０上に記憶されプロセッサ３４０によって実行されるように配置された可読命令と、専用ハードウェアと、専用制御回路と、のいずれによっても実装することができる。
【００４２】
図２はある実施形態に従って暖房サイクルにおける図１Ｂのヒートポンプ装置２００の動作方法の高レベルフローチャートを示す。ステージ１０００において、制御回路８０は屋内気候制御エリア１２０内の温度の温度示度及び所望の温度を内部ユニット３０から受信するように配置される。ステージ１０１０において、制御回路８０は屋内気候制御エリア１２０の温度を所望の温度に導くために必要暖房負荷を決定するように配置される。用語「決定する」は、正確な決定に限定されることを意味せず、特に近似を含むことを意味する。ステージ１０２０において、制御回路８０の太陽熱／廃熱エネルギー出力決定機能２９０は太陽熱／廃熱源２３０のエネルギー出力を決定するように配置される。任意選択的に、エネルギー出力は組み合わされた可燃物駆動エネルギー源４０及び太陽熱／廃熱源入力ポート１７０の熱供給流体並びにフローの温度を任意選択的に検知することにより、太陽熱／廃熱源２３０の熱の出力温度を検知することによって決定される。
【００４３】
ステージ１０３０において、選択機能３２０はステージ１０２０の太陽熱／廃熱源２３０の決定されたエネルギー出力を、ステージ１０１０の決定された必要暖房負荷と比較するように配置される。太陽熱／廃熱源２３０の決定されたエネルギー出力が必要暖房負荷未満である場合に、ステージ１０４０において、エネルギー消費決定機能３００が検知した周囲温度を周囲温度センサー１１０から受信するように配置される。
【００４４】
ステージ１０５０において、エネルギー消費決定機能３００はステージ１０１０の決定された暖房負荷、即ち、ステージ１０４０の検知した周囲温度に対応して決定された必要エネルギー消費量を提供するために、熱駆動ヒートポンプサブシステム２５０及び電気駆動ヒートポンプサブシステム２７０のそれぞれの必要エネルギー消費量を決定するように配置される。以下で説明されるように、特にエネルギー消費決定機能３００は、太陽熱／廃熱源２３０からの供給エネルギーを任意選択的に減算した後で、ヒートポンプ装置２００に動力を供給するために、どれだけのエネルギーが可燃物駆動エネルギー源４０及び電気エネルギー源５０から生成される必要があるかを決定するように配置される。一実施形態において、必要エネルギー消費量は１つ又は複数の測定された周囲温度用に熱駆動ヒートポンプサブシステム２５０及び電気駆動ヒートポンプサブシステム２７０のそれぞれの動作の予め測定された機能に対応して決定される。別の実施形態において、必要エネルギー消費量は複数の周囲温度用に熱駆動ヒートポンプサブシステム２５０及び電気駆動ヒートポンプサブシステム２７０のそれぞれの測定されたエネルギー必要量を含むルックアップテーブルに対応して決定される。別の実施形態において、必要エネルギー消費量は熱駆動ヒートポンプサブシステム２５０及び電気駆動ヒートポンプサブシステム２７０の周知の熱力学特性に対応して決定される。任意選択的に、必要エネルギー消費量は太陽熱／廃熱源２３０によって十分に供給できない暖房負荷の部分用にのみ決定される。
【００４５】
ステージ１０６０において、制御回路８０の金銭的費用決定機能３１０は熱駆動ヒートポンプサブシステム２５０及び電気駆動ヒートポンプサブシステム２７０のそれぞれにおける動作の金銭的費用を決定するように配置される。特に、ステージ１０５０の決定された必要エネルギー消費量は可燃物駆動エネルギー源４０の可燃物、及び電気の単位当たりの金銭的費用を掛けられる。任意選択的に、単位当たりの金銭的費用は周期的に更新される。
【００４６】
ステージ１０７０において、選択機能３２０は熱駆動ヒートポンプサブシステム２５０及び電気駆動ヒートポンプサブシステム２７０のどちらがより安価に動作するかを決定するように配置される。ステージ１０８０において、選択機能３２０は熱駆動ヒートポンプサブシステム２５０及び電気駆動ヒートポンプサブシステム２７０のうちのより安価に動作する１つを選択し、且つ所望の暖房サイクルを提供するために選択されたサブシステムを制御するように配置される。従って、最も経済的に効率的なエネルギー源がヒートポンプ装置２００の作動流体を処理するエネルギーを供給するために利用される。任意選択的に、熱駆動ヒートポンプサブシステム２５０は太陽熱／廃熱源２３０のエネルギー出力によって連続的に動作され、且つ電気駆動ヒートポンプサブシステム２７０によって、又は熱駆動ヒートポンプサブシステム２５０への、可燃物駆動エネルギー源４０の熱エネルギー出力の追加によって補足される。
【００４７】
ステージ１０３０において、太陽熱／廃熱源２３０のエネルギー出力が必要暖房負荷用に十分であると選択機能３２０が決定した場合に、ステージ１０９０において、熱駆動ヒートポンプサブシステム２５０は太陽熱／廃熱源２３０のエネルギー出力によって動作され、それによってヒートポンプ装置２００を動作させる。
【００４８】
図３はある実施形態に従って図１Ｂのヒートポンプ装置２００の冷房サイクルにおける動作方法の高レベルフローチャートを示す。ステージ２０００において、制御回路８０は屋内気候制御エリア１２０内の温度の温度示度及び所望の温度を内部ユニット３０から受信するように配置される。ステージ２０１０において、制御回路８０は、屋内気候制御エリア１２０の温度を所望の温度に導くために、必要冷房負荷を決定するように配置される。ステージ２０２０において、制御回路８０の太陽熱／廃熱エネルギー出力決定機能２９０は太陽熱／廃熱源２３０のエネルギー出力を決定するように配置される。任意選択的に、エネルギー出力は太陽熱／廃熱源２３０の熱の出力温度を検知することによって決定される。
【００４９】
ステージ２０３０において、選択機能３２０はステージ２０２０の太陽熱／廃熱源２３０の決定されたエネルギー出力をステージ２０１０の決定された必要冷房負荷と比較するように配置される。太陽熱／廃熱源２３０の決定されたエネルギー出力が必要冷房負荷未満である場合に、ステージ２０４０において、エネルギー消費決定機能３００はステージ２０１０の決定された冷房負荷を提供するために、熱駆動ヒートポンプサブシステム２５０及び電気駆動ヒートポンプサブシステム２７０のそれぞれの必要エネルギー消費量を決定するように配置される。特に、エネルギー消費決定機能３００はヒートポンプ装置２００に動力を供給するために、どれだけのエネルギーが可燃物駆動エネルギー源４０及び電気エネルギー源５０から生成される必要があるかを決定するように配置される。任意選択的に、必要エネルギー消費量は太陽熱／廃熱源２３０によって十分に供給できない冷房負荷部分のためだけに決定される。
【００５０】
ステージ２０５０において、制御回路８０の金銭的費用決定機能３１０は熱駆動ヒートポンプサブシステム２５０及び電気駆動ヒートポンプサブシステム２７０のそれぞれの動作の金銭的費用を決定するように配置される。特に、ステージ１０５０の決定された必要エネルギー消費量は可燃物駆動エネルギー源４０の可燃物、及び電気の単位当たりの金銭的費用を掛けられる。任意選択的に、単位当たりの金銭的費用は周期的に更新される。
【００５１】
ステージ２０６０において、選択機能３２０は熱駆動ヒートポンプサブシステム２５０及び電気駆動ヒートポンプサブシステム２７０のどちらがより安価に動作するかを決定するように配置される。ステージ２０７０において、選択機能３２０は熱駆動ヒートポンプサブシステム２５０及び電気駆動ヒートポンプサブシステム２７０のうちのより安価に動作する１つを選択し、且つ所望の冷房サイクルを提供するために選択されたサブシステムを制御するように配置される。従って、最も経済的に効率的なエネルギー源がヒートポンプ装置２００の作動流体を処理するためのエネルギーを供給するために利用される。任意選択的に、熱駆動ヒートポンプサブシステム２５０は太陽熱／廃熱源２３０のエネルギー出力によって連続的に動作され、且つ電気駆動ヒートポンプサブシステム２７０によって又は熱駆動ヒートポンプサブシステム２５０への可燃物駆動エネルギー源４０の熱エネルギー出力の追加によって補足される。
【００５２】
ステージ２０３０において、太陽熱／廃熱源２３０のエネルギー出力が必要暖房負荷用に十分であると選択機能３２０が決定した場合に、ステージ２０７０において、熱駆動ヒートポンプサブシステム２５０は太陽熱／廃熱源２３０のエネルギー出力によって動作され、それによってヒートポンプ装置２００を動作させる。
【００５３】
図１Ａのヒートポンプ装置１０の動作方法は太陽熱／廃熱源２３０が設けられないということを除いて、上記で説明された図１Ｂのヒートポンプ装置２００の動作方法に全ての点で似ている。従って、簡潔にするためにその動作方法はこれ以上説明されない。
【００５４】
明確にするために、別個の実施形態に関連して説明される本発明のある特徴がまた単一の実施形態において組み合わされて提供され得ることが分かる。反対に、簡潔にするために単一の実施形態に関連して説明される本発明の様々な特徴がまた別々に又は任意の適切なサブ組み合わせにおいて提供されても良い。
【００５５】
別段の指定がない限り、本明細書で用いられる全ての技術及び科学用語は本発明が属する技術分野の当業者によって一般に理解されるのと同じ意味を有する。本明細書で説明される方法と類似の又は均等な方法が本発明の実践又は試験において使用可能であるが、適切な方法が本明細書で説明される。
【００５６】
本明細書で言及される全ての刊行物、特許出願、特許、及び他の参考文献は参照によりそれらの全体において援用される。矛盾がある場合は定義を含めて本特許明細書が優先する。更に材料、方法及び例は単に実例であり限定的であるようには意図されていない。
【００５７】
本明細書で用いられるような用語は「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」、「有する（ｈａｖｅ）」及びそれらの活用形は、「含むが、しかし必ずしもそれに限定されない」ことを意味する。用語「接続される」は直接接続に限定されず、中間装置を介した接続が特に含まれる。
【００５８】
本発明が特に図示され、上記で説明されたものに限定されないことが当業者によって理解されよう。むしろ本発明の範囲は添付の特許請求の範囲によって定義され、且つ前述の説明を読むことによって当業者が想到するであろう様々な特徴の組み合わせ及びサブ組み合わせの両方と同様にその変形形態及び修正形態を含む。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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