(57)【要約】逆冷却サイクルを介して動作しかつ環境に設けられた放射熱交換器を有するヒートポンプから構成された放射加熱装置において、前記放射熱交換器は放射及び対流により環境に熱を伝えるよう高熱伝導率を有する材料から構成されている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヒートポンプを有する放射加熱装置において、
前記ヒートポンプは、逆冷却サイクルを介して気体状態の伝導性流体を圧縮機で圧縮して凝縮器内で液体状態に変えることにより前記凝縮器を用いて環境に熱を伝えるよう構成され、
前記放射加熱装置は、環境に設けられた放射熱交換器を有し、
前記放射熱交換器は、前記凝縮器と一以上の放射部材とから構成され、
前記放射部材は、前記凝縮器から前記放射部材に凝縮熱が伝わるよう前記凝縮器と熱的に接触した高熱伝導率を有する材料から構成されている
ことを特徴とする放射加熱装置。
【請求項２】
前記放射熱交換器が、複数の凝縮ダクトを有する凝縮器と、前記凝縮ダクトの外郭表面により構成され放射部材と、から構成され、
前記複数の凝縮ダクトは、所定配置に基づいて配置されかつ気体状態の前記伝導性流体を供給するマニホールドに接続され、
前記凝縮ダクト内で前記伝導性流体を気体状態から液体状態に変えることにより前記凝縮ダクトに熱を伝えるよう構成され、
前記凝縮ダクトの外郭表面には、周囲空気と熱交換するためのフィン又は表面が設けられている
ことを特徴とする請求項１に記載の放射加熱装置。
【請求項３】
前記熱交換器が、複数の凝縮ダクトを有する凝縮器と、フィン付き射部材と、から構成され、
前記放射部材は、前記凝縮ダクト上に設けられかつ前記凝縮ダクトと熱的に接触するよう設けられている
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の放射加熱装置。
【請求項４】
各前記放射部材には、少なくとも凝縮ダクトを収容する、該凝縮ダクトと熱的に接触した貫通穴が設けられていることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の放射加熱装置。
【請求項５】
前記複数の凝縮ダクトが平行に接続され、
前記凝縮ダクトの前記外郭表面が、前記凝縮ダクトの包絡接線曲面に沿って又は前記凝縮ダクトの長手方向中心軸からみて直径方向反対側にある前記凝縮ダクトの前記外郭表面上の二つの包絡接線曲面に沿って配置され、
前記放射部材が、一つ又は二つの放射板から構成され、そして、
各前記放射板は、それぞれ、前記凝縮ダクトの外郭表面に対する接線表面である前記包絡接線曲面のうちの一つに沿ってのびている
ことを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の放射加熱装置。
【請求項６】
前記凝縮ダクトは、互いに所定距離を置いて互いの近くに配置され、かつ平坦な表面又は少なくとも一つの屈曲軸に基づく屈曲した表面に沿って配置され、
前記放射板は、それぞれ平坦である又は屈曲している
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の放射加熱装置。
【請求項７】
前記放射加熱装置には、二つの平行な放射板が設けられ、
前記凝縮ダクトが、前記二つの平行な放射板の間に該二つの平行な放射板のぞれぞれと熱的に接触するよう設けられている
ことを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載の放射加熱装置。
【請求項８】
前記凝縮ダクトの直径、長さ及び数が、一方で熱移動及び前記伝導性流体の気体状態から液体状態への凝縮に基づいて最適化され、他方で前記伝導性流体の気体状態から液体状態への変換により生じる雑音の音響レベルの低減に基づいて最適化されることを特徴とする請求項１〜７の何れか一項に記載の放射加熱装置。
【請求項９】
各前記凝縮ダクトの直径と長さの比率が０．０１から０．０２とされ、好ましくは約０．０１５とされることを特徴とする請求項１〜８の何れか一項に記載の放射加熱装置。
【請求項１０】
前記放射加熱装置がキャビネット内に収容され、
前記放射熱交換器が前記キャビネットの体積内にほぼ収容されるよう、前記キャビネットの一方の側、好ましくは前側、に、前記放射熱交換器を収容するための凹部が設けられ、
前記放射熱交換器と前記凹部との間に空気溝が形成されるよう、前記放射熱交換器が前記凹部の壁から間隔をあけて配置されている
ことを特徴とする請求項１〜９の何れか一項に記載の放射加熱装置。
【請求項１１】
前記凝縮ダクトと熱的に接触した前記放射部材が、アルミニウムから構成され、
前記放射部材の表面積対体積比及び／又は周囲空気と熱交換する表面が増大するよう、前記放射部材にフィン付き表面が設けられている
ことを特徴とする請求項１〜１０の何れか一項に記載の放射加熱装置。
【請求項１２】
前記放射加熱装置が、第二の熱交換器と、周囲空気吸気ポートと、空気を環境に放出するポートと、を有し、
前記第二の熱交換器には、空気流と熱を交換する熱交換手段が設けられた凝縮器と、該凝縮器の熱交換手段を通過する強制空気流を生成する手段と、が設けられている
ことを特徴とする請求項１〜１１の何れか一項に記載の放射加熱装置。
【請求項１３】
前記放射加熱装置には、冷却空気の強制空気流を生成する手段が設けられ、
前記冷却空気の強制空気流を生成する手段が、放射及び／又は強制空気流により環境と熱交換する前記熱交換手段の替わりに動作するよう構成されている
ことを特徴とする請求項１〜１２の何れか一項に記載の放射加熱装置。
【請求項１４】
前記放射加熱装置には、冷却空気の強制空気流を生成する手段が設けられ、
前記冷却空気の強制空気流を生成する手段には、蒸発器と、該蒸発器に関連する熱交換手段と、該蒸発器の熱交換手段を通過する強制空気流を生成する手段と、が設けられ、
前記蒸発器の上流側の環境から取り込まれた空気が、前記蒸発器と熱交換した後に環境へ再び放出されるよう構成されている
ことを特徴とする請求項１０に記載の放射加熱装置。
【請求項１５】
前記放射加熱装置には、電気エネルギーを生成する太陽光発電手段が設けられ、
前記太陽光発電手段の寸法は、単一ユーザに関する場合とメインシステムに関する場合の両方において、前記太陽光発電手段の太陽にさらされた電気エネルギーを生成する表面が単独で前記放射加熱装置に十分な電気エネルギーを確実に供給できる寸法である
ことを特徴とする請求項１〜１４の何れか一項に記載の放射加熱装置。
【請求項１６】
前記放射加熱装置が窓の下に配置可能な寸法及び形状を有するキャビネット内に収容されていることを特徴とする請求項１〜１５の何れか一項に記載の放射加熱装置。
【請求項１７】
前記放射加熱装置が天井及び／又は壁に取り付け可能な寸法及び形状を有するキャビネット内に収容されていることを特徴とする請求項１〜１６の何れか一項に記載の放射加熱装置。
【請求項１８】
前記放射加熱装置が、一般的なラジエータなどの壁に取り付け可能な熱交換器と、壁もしくは天井に取り付けられた又は強制空気流が環境に放出されて拡散する位置から離れた位置に取り付けられた加熱及び／もしくは冷却空気の強制空気流を生成する手段と、を有し、
前記強制空気流がダクトを通って適切な開口に運ばれて環境へと放出されて拡散するよう構成されている
ことを特徴とする請求項１〜１７の何れか一項に記載の放射加熱装置。
【請求項１９】
前記放射加熱装置が一般的な空気調節機から構成されることを特徴とする請求項１〜１８の何れか一項に記載の放射加熱装置。
【請求項２０】
放射加熱方法において、
圧縮機を用いて気体状態の伝導性流体を圧縮するステップと、
前記加圧された気体状態の伝導性流体を凝縮器に流すステップと、
前記凝縮器内で前記加圧された気体状態の伝導性流体を液体状態に変換するステップと、ここで前記凝縮器には複数の凝縮ダクトが設けられており、前記複数の凝縮ダクトは所定配置に基づいて配置されかつ前記気体状態の伝導性流体を供給するマニホールドに接続されており、前記凝縮ダクト内で前記気体状態の伝導性流体を液体状態に変換することにより前記凝縮ダクトに熱が伝えられ、
環境に設けられた放射熱交換器から放射及び対流により前記環境に熱を伝えるステップと、ここで前記放射熱交換器には前記凝縮器及び一以上の放射部材が設けられており、前記放射部材は前記凝縮器から該放射部材に凝縮熱が伝わるよう前記凝縮器と熱的に接触した高熱伝導率を有する材料から構成されており、
逆冷却サイクルを再び行うために液体状態の前記伝導性流体を蒸発器に流すステップと、を含む
ことを特徴とする放射加熱方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートポンプを有する放射加熱装置に関し、特に、逆冷却サイクルを介して気体状態の伝導性流体を圧縮機で圧縮して凝縮器内で液体状態に変化させることにより前記凝縮器を用いて環境に熱を伝えるよう構成されたヒートポンプを有する放射加熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ヒートポンプは室内環境を暖めるために広く使用され、しばしば空気調節システムに用いられて環境の室内温度を冬には上げて夏には下げる。
【０００３】
ヒートポンプに関する技術は、従来技術において非常に高い性能係数が示されていることから加熱分野において電気エネルギーの使用及び燃焼に基づく他の技術よりも競争が激しくなっている。
【０００４】
加熱に関し、室内環境に運ばれた熱を伝える様々な方法がある。
【０００５】
室内環境に運ばれた熱を伝える第一の可能性は、キャリア流体、通常は水、を使用する方法であり、このキャリア流体は、凝縮器と熱的に接触して該凝縮器から熱を吸収し、ダクトを通ってラジエータなどの熱交換器に運ばれ、そして、熱が、熱交換器によって放射により室内環境へ伝えられるとともに対流により周囲空気へ伝えられる。
【０００６】
そのような方法にはいくつかの欠点があり、なかでも、キャリア流体において凝縮器及び熱交換器から環境への種々の熱交換におけるエネルギー効率が比較的低いこと、並びにキャリア流体用の専用システムが必要とされるとともにそれに関連するシステムとしてキャリア流体をダクトへ供給するシステムが必要となり製造、設置及びメンテナンス費用が増大することが挙げられる。
【０００７】
一方、室内環境に運ばれた熱を伝える第二の可能性は、強制空気流生成手段を使用する方法であり、この強制空気流生成手段によって強制空気流が前記凝縮器を通過して運ばれて前記凝縮器において熱を吸収した後に環境中に放出される又はダクトを通って適切な開口に運ばれて環境中に放出され伝えられる。
【０００８】
そのような方法の欠点は、周囲空気を循環させて対流により熱交換を行うことから、ユーザの皮膚の上を空気が動くことで促進される体の水分の生理学的蒸発現象によってユーザには熱が比較的小さいと感じられるので、ユーザが同じ熱を感じられるよう比較的高温を用いるためにより大きな熱量を提供しなければならないことである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、従来技術における上記の欠点を解決するために、逆冷却サイクルを介して気体状態の伝導性流体を圧縮して凝縮器内で液体状態に変化させることにより前記凝縮器を用いて環境に熱を伝えるよう構成されたヒートポンプを有する放射加熱装置であって、前記放射加熱装置は環境に設けられた放射熱交換器を有し、前記放射熱交換器は、前記凝縮器と一以上の放射部材とから構成され、前記放射部材は、前記凝縮器から前記放射部材に凝縮熱が伝わるよう前記凝縮器と熱的に接触した高熱伝導率を有する材料からなることを特徴とする放射加熱装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記凝縮器には複数の凝縮ダクトが設けられ、該凝縮ダクトは所定配置に基づいて配置されかつ気体状態の前記伝導性流体を供給するマニホールドに接続され、前記凝縮ダクト内で前記伝導性流体が気体状態から液体状態へと変換されることにより前記凝縮ダクトに熱が伝えられる。
【００１１】
一実施形態によれば、前記放射部材は凝縮ダクトの外郭表面(shell surface)から構成されており、そのような凝縮ダクトの外郭表面には周囲空気と熱交換するためのフィン又は表面が設けられている。
【００１２】
さらなる実施形態によれば、前記放射部材は、前記凝縮ダクトと熱的に接触するよう前記凝縮ダクトに適用されるフィン付き構成要素である。
【００１３】
好ましい実施形態によれば、前記凝縮ダクト上に適用される各前記放射部材には、少なくとも凝縮ダクトを収容しかつ該凝縮ダクトと熱的に接触した貫通穴が設けられている。
【００１４】
前記放射部材は種々の形状及び寸法を有することができる。
【００１５】
一実施形態によれば、前記放射部材は実質的に円筒状の細長い構成要素であって該放射部材のなかを前記長手方向の貫通穴が貫通する。また前記放射部材には、外郭表面の長手方向に設けられかつ放射状に配向されたフィンが設けられている。
【００１６】
好ましい実施形態において、前記放射部材は平行六面体形状(parallelepiped)の細長い構成要素であり、該平行六面体形状の細長い構成要素は、凝縮ダクトを収容する前記貫通穴が前記細長い構成要素を長手方向に貫通するような厚さを有するとともに長手方向に配置された互いに平行なフィンを側面に有する。
【００１７】
そのような実施形態によって、理想的な面を定めるよう互いの近くに配置された二以上の凝縮ダクトが与えられたときに、個々の放射部材のフィンが互いに平行にかつ個々の凝縮ダクトにより定められた面に対して垂直に配向され、同時に、前記放射部材は、近接する凝縮ダクトの放射部材が対向する側面接触表面によって互いに接触するよう、個々の凝縮ダクト間の距離の方向にのびている。したがって、凝縮ダクトと対応する放射部材とからなる組立体により、前記凝縮ダクトの前記配列面に沿ってのびる実質的に連続的な放射部材が形成される。
【００１８】
上記した配置を、凝縮ダクト上に取り付けられる放射部材の助けなしに、直接凝縮ダクト上に設けることもできる。
【００１９】
さらなる実施形態によれば、前記凝縮ダクトは所定配置に基づいて配置されかつ気体状態の伝導性流体を供給するマニホールドに接続され、前記凝縮ダクトの外郭表面は該凝縮ダクトの包絡接線曲面に沿って又は前記凝縮ダクトの外郭表面の直径方向反対側の二つの包絡接線曲面に沿って配置される。
【００２０】
したがって、そのような放射熱交換器は、前記凝縮器と一以上の放射板からなる前記放射部材とから構成され、各前記放射板は、それぞれ、前記凝縮ダクトの外郭表面に対する接線表面である前記包絡接線曲面のうちの一つに沿ってのびている。
【００２１】
前記凝縮ダクトは、互いに所定距離を置いて互いの近くに配置されるとともに、平坦な表面又は少なくとも一つの屈曲軸に基づく屈曲した表面に沿って配置され、前記放射板はそれぞれ平坦又は屈曲している。
【００２２】
上記構成により、凝縮ダクトの配置、寸法及び屈曲率に基づいて放射部材を任意の形状及び屈曲率とすることができ、前記放射板は前記凝縮ダクトの外郭表面である包絡接線曲面に沿ってのびる。
【００２３】
有利な実施形態において、二つの互いに平行な放射板が設けられ、凝縮ダクトは該二つの平行な放射板の間に各放射板と熱的に接触するよう設けられている。
【００２４】
凝縮ダクト及び放射部材は、高熱伝導率を有する材料から構成されている。
【００２５】
さらなる改善において、凝縮ダクトの直径、長さ及び数は、一方で熱の移動及び伝導性流体の気体状態から液体状態への凝縮に基づいて最適化され、他方で前記伝導性流体の気体状態から液体状態への変換により生じる雑音の音響レベルの低減に基づいて最適化される。
【００２６】
特に、各凝縮ダクトの直径と長さの比率は０．０１から０．０２、好ましくは約０．０１５である。
【００２７】
好ましい及び限定を意図しない実施形態において、本発明によれば、上記した装置はキャビネット内に収容され、前記放射熱交換器が前記キャビネットの体積内にほぼ収容されるよう前記キャビネットの一方の側、好ましくは前側、に、前記放射熱交換器を収容するための凹部が設けられている。
【００２８】
さらに、前記放射熱交換器と前記凹部との間に空気溝が形成されるよう、前記放射熱交換器が前記凹部の壁から間隔をあけて配置されている。
【００２９】
したがって、放射熱交換器はあらゆる点で通常のラジエータと同じように作用し、放射及び周囲空気との対流の両方によって環境に熱を伝え、後者の場合、周囲空気は放射熱交換器と該放射熱交換器が収容された前記凹部との間の前記溝をとおって流れ、加熱された後に環境に放出される。
【００３０】
好ましくは、凝縮ダクトと熱的に接触した前記放射板を、四角形で平坦な形状に形成しかつアルミニウムから構成するとともに、前記放射板の表面積対体積比及び／又は周囲空気と熱交換する表面が増大するよう前記放射板にフィン付き表面を設けることにより、放射熱交換器から環境への熱移動を促進させている。
【００３１】
有利には、前記放射板の表面のフィンの寸法は、一方で環境への熱移動を最大化するようかつ他方でユーザが満足する美しい美的外観を保つような寸法に設定されている。
【００３２】
さらなる実施形態において、前記装置には、第二の熱交換器と周囲空気吸気ポートと空気を環境に放出するポートとが設けられ、前記第二の熱交換器には、空気流熱交換手段が設けられた凝縮器と、前記凝縮器の熱交換手段を通過する強制空気流を生成する手段と、が設けられている。
【００３３】
さらなる実施形態において、前記装置には強制冷却空気流生成手段が設けられ、前記強制冷却空気流生成手段は、放射及び／もしくは強制空気流により環境と熱交換する前記熱交換手段と組み合わせて動作するよう並びに／又はそれとは別に動作するよう構成されている。
【００３４】
そのような強制冷却空気流生成手段は、蒸発器／凝縮器と、該蒸発器／凝縮器に関連する熱交換手段と、前記蒸発器／凝縮器の熱交換手段を通過する強制空気流を生成する手段と、から構成され、前記蒸発器／凝縮器の上流側の環境から取り込まれた空気が、前記蒸発器と熱交換した後に環境へ放出される。
【００３５】
さらなる実施形態において、前記加熱装置には電気エネルギーを生成する太陽光発電手段が設けられ、前記太陽光発電手段の寸法は、前記太陽光発電手段の太陽にさらされた電気エネルギーを生成する表面が単独で前記加熱装置に十分な電気エネルギーを確実に供給できる寸法である。
【００３６】
このことは、本発明における消費エネルギーが従来の加熱システムと比べて低いことが保証されていることによって可能となる。
【００３７】
このエネルギーの自律性は、単一ユーザに関して達成することも可能であり、またそれにもまして、電力会社を伴うメイン供給に関して達成することも可能であり、メイン供給から取られるエネルギーはメイン供給に提供されるエネルギーと実質的に同じである。
【００３８】
さらなる実施形態において、前記装置は窓の下に配置可能な寸法及び形状を有するキャビネット内に収容されており、あるいは前記装置は壁及び／又は天井に取り付け可能な寸法及び形状を有するキャビネット内に収容されている。あるいは、前記装置は、一般的なラジエータのような壁に取り付け可能な前記熱交換器と、壁もしくは天井に取り付けられた又は強制空気流が環境に放出されて拡散する位置から離れた位置に取り付けられた加熱及び／もしくは冷却空気の強制空気流を生成する手段と、を有し、そのような強制空気流はダクトによって適切な開口に運ばれて環境へと放出されて拡散する。
【００３９】
さらなる特徴及び改善が特許請求項の範囲に含まれる。
【００４０】
本発明の上記の及びその他の特徴並びに利点は、以下に記載された添付の図面に示されたいくつかの実施形態からより明確になる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】放射熱交換器を有する本発明の動作を示す略図である。
【図２】放射熱交換器及び強制加熱空気流熱交換器を有する本発明の動作を示す略図である。
【図３】放射熱交換器及び強制冷却空気流熱交換器を有する本発明の動作を示す略図である。
【図４】本発明の装置の実施形態を示す図であり、熱交換器がキャビネット内に収容されている。
【図５】本発明の装置の前記実施形態の断面図である。
【図６】前記放射部材の実施形態を示す図である。
【図７】前記放射部材の３つの可能な断面を示す図である。
【図８】前記放射熱交換器の実施形態の一部断面図である。
【図９】異なる直径の凝縮ダクト内における伝導性流体の気体状態から液体状態への変化を示す図である。
【図１０】前記放射熱交換器の前記実施形態を示す図である。明確のために前面の放射板は省略している。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
図１は本発明の冬モードでの動作を示し、室外環境４及び室内環境５が示され、それらは壁４５によって熱的に分離されている。
【００４３】
室外環境４には、蒸発器３１と熱交換手段３２と該熱交換手段３２を通過する空気流を生成する手段３３とから構成された外側熱交換器３が設けられ、伝導性流体が液体状態から気体状態に変わることで環境から熱を吸収する。
【００４４】
室外環境４には圧縮機２がさらに設けられている。さらなる実施形態において、この圧縮機２を代替的に室内環境５に配置してもよく、その例を図２に示す。
【００４５】
室内環境５には、前記伝導性流体が該圧縮機２により加圧された後に運ばれる放射熱交換器１が設けられている。前記放射熱交換器１は、凝縮器１１と該凝縮器１１に熱的に接触した高熱伝導率を有する一以上の放射部材１２とから構成され、前記凝縮器１１内で前記伝導性流体が液体状態から気体状態に変化して前記凝縮器１１に熱（いわゆる凝縮潜熱）が伝わり、そして前記放射部材１２が加熱されて放射及び対流によって環境に熱を伝える。
【００４６】
凝縮器１１が効率的に機能するためには、伝導性流体が液体状態へと変わる間に熱を容易に環境へ逃がせることが重要である。
【００４７】
そのため、本発明の実施形態において、前記放射部材１２の熱伝導率は４０WxK-1xm-1よりも高く、好ましくは１００WxK-1xm-1よりも高い。図２は、図１のさらなる実施形態に基づく本発明の動作を示し、同じく冬モードであり、前記放射熱交換器１に加えて強制加熱空気流熱交換器６が設けられ、該強制熱空気流熱交換器６は、凝縮器６１と、熱交換手段６２と、強制空気流生成手段６３と、から構成され、伝導性流体が前記凝縮器６１内で気体状態から液体状態へと変化して該凝縮器６１に熱を伝え、前記強制空気流生成手段６３は強制空気流６４を生成し、この強制空気流６４を前記凝縮器６１及び／又は前記熱交換手段６２を通過させて運んで加熱した後に環境に放出する。
【００４８】
このような強制加熱空気流熱交換器６は前記放射熱交換器１と並列接続され、弁Ｖ１及びＶ２により稼働又は停止される。
【００４９】
図３は、図１のさらなる実施形態に基づく本発明の動作を示し、前記放射熱交換器１に加えて強制冷却空気流熱交換器７が設けられており、夏モードでも動作可能である。該強制冷却空気流熱交換器７は前記放射熱交換器１に代わる手段として使用されてもよく、したがって前記装置は環境を加熱又は冷却するモードで交互に動作可能である。
【００５０】
環境を冷却するモードでは蒸発器３１が凝縮器として作用し、すなわち流体の流れの方向が逆向きとなり、蒸発器／凝縮器３１は加圧された伝導性流体を圧縮機２から受け取ってこの伝導性流体を気体状態から液体状態へと変えることにより、室外環境４に熱を伝える。
【００５１】
前記強制冷却空気流熱交換器７は、蒸発器７１と熱交換手段７２と強制空気流生成手段７３とを有し、前記蒸発器７１内で伝導性流体が液体状態から気体状態へと変化して熱を吸収し、前記強制空気流生成手段７３は強制空気流７４を生成してこれを前記蒸発器７１及び／又は前記熱交換手段７２を通過させて運んで空気を冷却して環境に放出する。
【００５２】
そのような強制冷却空気流熱交換器７は、前記放射熱交換器１に並列接続され、そして弁Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５及びＶ６によって稼働又は停止される。
【００５３】
弁Ｖ３及びＶ５が開かれると弁Ｖ４及びＶ６が図中点線で示すように閉じられ、前記放射熱交換器１が稼働するとともに前記強制冷却空気流熱交換器７が停止して、システムは暖房モードとして働く。
【００５４】
あるいは、弁Ｖ４及びＶ６が開かれると弁Ｖ３及びＶ５が閉じられ、前記強制冷却空気流熱交換器７が稼働するとともに前記放射熱交換器１が停止して、流体の方向が逆になり（変更され）、システムは冷却モードとして動作する。
【００５５】
有利には、弁Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５及びＶ６の代わりに単一の適切に接続された四方弁を用いてもよく、この四方弁によって圧縮機２から流出する伝導性流体の流れの方向が調節される。
【００５６】
伝導性流体の流れの方向と組み合わせて四方弁を選択的に閉じることにより、以下の四つの動作モードを有することが可能である。
−冬モードであり、バルブＶ４及びＶ６が閉じられて熱交換器７が回路から除かれ、バルブＶ３及びＶ５が開かれ、蒸発器／凝縮器３１が蒸発器として作用して、熱交換器１により熱が室内環境に伝えられる。このモードは図１に示したものに対応する。
−冬モードであり、バルブＶ３及びＶ５が閉じられて放射熱交換器１が回路から除かれ、バルブＶ４及びＶ６が開かれ、蒸発器／凝縮器３１が蒸発器として作用して、熱交換器７により熱が室内環境に伝えられる。
−冬モードであり、バルブＶ３、Ｖ４、Ｖ５及びＶ６が開かれて、蒸発器／凝縮器３１が蒸発器として作用して、熱交換器１及び７により熱が室内環境に伝えられる。このモードは図２に示したものに対応する。
−夏モードであり、バルブＶ３及びＶ５が閉じられて放射熱交換器１が回路から除かれ、バルブＶ４及びＶ６が開かれ、蒸発器／凝縮器３１が凝縮器として作用して、熱交換器７によって冷却空気が室内環境に供給される。
【００５７】
図４は本発明の装置の実施形態を示し、この実施形態によれば、熱交換器はキャビネット８内に収容される。前記キャビネット８には、放射熱交換器１を収容する前側凹部８１と、周囲空気吸気ポート８２と、空気を環境に放出するポート８３と、が設けられ、これらのポートを介して周囲空気が吸気され、加熱又は冷却されて環境中に放出される。前記キャビネット８は、該キャビネット内に設けられた図示しない強制空気流熱交換器をさらに有する。
【００５８】
図５は上記した実施形態に基づく本発明の装置の断面図であり、熱交換器がキャビネット８内に収容されている。
【００５９】
前記キャビネット８には前記放射熱交換器１を収容する前記前側凹部８１が設けられ、前記放射熱交換器１は凝縮器１１と放射部材１２とから構成されている。さらに、前記放射熱交換器１は、該放射熱交換器１と前記前凹部８１の間に空気溝８４が形成されるよう、前記凹部８１の壁から間隔をあけて配置されている。
【００６０】
空気流１８が前記空気溝８４を通って流れることにより、最終的に環境中に放出される空気が加熱される。
【００６１】
前記キャビネット８は前記周囲空気吸気ポート８２をさらに有する。周囲空気は、前記強制空気流生成手段６３を用いてこの周囲空気吸気ポート８２を介して吸気され、前記熱交換器６を通過して運ばれて加熱された後に、環境中に空気を放出するための前記ポート８３を通って環境中に放出される。
【００６２】
上記したように、同じ配置を用いて伝導性流体の流れの方向を逆にすることにより、前記放射熱交換器１の代替手段として、熱交換器６を加熱空気流の代わりに強制冷却空気流を生成する冷却機として使用することができる。
【００６３】
図６は放射部材１２の正面図を示す。放射部材１２は平行六面体形状の細長い構成要素１２０から構成され、この細長い構成要素１２０の厚さは、凝縮ダクトを収容する長手方向の穴１２２が細長い構成要素１２０を長手方向に貫通するような厚さであり、また細長い構成要素１２０の側面には長手方向に配置された互いに平行なフィン１２１が設けられている。
【００６４】
図に示した放射部材１２は、各々凝縮ダクト上に設けられ、一つが他の一つの近くに配置されてもよい。また、放射部材１２の前側に図に示すような平面１２３を設けてもよい。
【００６５】
さらなる実施形態において、フィン付き面１２４が前側を向くように、放射部材１２を、長手方向の穴１２２を通る長軸の周りに９０°回転させて配置してもよい。
【００６６】
図７は前記放射部材１２の考えられる３つの断面の例を示す。
【００６７】
断面Ａは図６に示した断面と同じで、フィン１２１が平行六面体状の細長い構成要素１２０上に長手方向に配置されており、そして凝縮ダクトを収容する長手方向の穴１２２が細長い構成要素１２０を貫通している。
【００６８】
断面Ｂは断面Ａとほぼ同じであるが、フィン１２１の配置が異なる。
【００６９】
断面Ｃを有する放射部材は、凝縮ダクトを収容する前記長手方向の穴１２２が貫通する略円筒状要素１２５と、外郭表面上に長手方向に配置されかつ放射状に配向されたフィン１２１と、から構成される。
【００７０】
別の実施形態において、放射部材は凝縮ダクト自体から構成され、そして外郭表面上に長手方向にかつ放射状に配置されたフィン１２１を有する形状に形成されている。
【００７１】
図８は、前記放射熱交換器１の実施形態の一部断面図である。この放射熱交換器１は、同じく複数のダクト１１１が設けられた凝縮器１１と、該凝縮器１１と熱的に接触する二個の放射部材１２と、から構成されている。前記放射部材１２は高熱伝導率を有する材料、好ましくはアルミニウム、からなる板に形成されている。放射板１２には放射板１２の全体にわたって互いに平行にのびるフィン１２１が設けられており、フィン１２１は放射部材１２の表面積対体積比及び／又は周囲空気との熱交換のための表面を増大することを意図している。
【００７２】
点線８６及び８７は、それぞれ、放射熱交換器１が収容された前記キャビネットの凹部の後壁及び開口前壁である。
【００７３】
図９は、直径の異なる凝縮ダクト内での伝導性流体の気体状態から液体状態への変化を示す。
【００７４】
凝縮器内では、気体状態の伝導性流体によって凝縮器自体に熱が伝えられる。即ち、まず始めに伝導性流体が凝縮器のダクトの内面に沿って液体状態に変わり、したがってこの状態では伝導性流体は凝縮ダクトの壁に沿って液体状態となるものの、凝縮ダクトの芯ではまだ気体状態である。
【００７５】
このような状態は、伝導性流体の気体状態と液体状態の間の相対的な動きを生じさせる。そしてこのような動きはゴボゴボという雑音として外側に聞こえる。
【００７６】
従来技術においては、ファンなどの強制空気流生成手段から生じる雑音によって上記したゴボゴボという雑音はあまり目立たない。一方で本発明に係る装置においては、強制空気流は提供されない又は非常に低減されたので、そのようなゴボゴボという雑音がよりはっきりと聞こえてしまう。
【００７７】
このことは、ダクトを適切な寸法に形成することによって解決できる。図中には二個のダクトＥ及びＦが示され、これらのダクトの長さｘは同じであるが、直径はそれぞれＤ及びｄであり、Ｄ＞ｄである。両ダクトにおいて、ダクトの壁においては既に凝縮されて液体状態１１３となっており、ダクトの芯においては気体状態１１２が存在しており完全に凝縮されるまで所定長さ存在する。
【００７８】
そのような所定長さは直径に依存して変化し、したがってダクトの表面／体積比に依存して変化し、前記所定長さはダクトＥについてＬでありダクトＦについてｌであり、Ｌ＞１である。
【００７９】
したがって、直径が小さいダクトを用いることにより、気体状態と液体状態とが共存するダクト部分の長さが減少するので、発生するゴボゴボという雑音の音響レベルが減少する。さらに、比較的多数のダクトが必要となるので、同体積で放射表面が増大して熱伝導がより良くなり、また凝縮ダクト内を通る冷却流体の速度が低減する。
【００８０】
凝縮熱の移動がダクト全長の大部分ではなくダクトの短い部分ｌで生じるという事実は欠点ではない。なぜなら、前記ダクト及び該ダクトに熱的に接触した放射部材の材料には熱伝導率が高い材料が選択されるからである。ダクト及び放射部材の材料として選択される材料は好ましくは金属であり、特にダクトに関しては銅であり放射部材に関してはアルミニウムであり、これにより放射熱交換器の上部と下部の間の熱移動の不均一性が低減する。
【００８１】
特に、放熱に関連して生じるゴボゴボという雑音の音響レベルの低減を最適化するには、各凝縮ダクトの直径と長さの比率を０．０１から０．０２、好ましくは約０．０１５とする。
【００８２】
本発明の実施形態によれば、各凝縮ダクトの直径は０．３ｃｍから１ｃｍ、具体的には０．４ｃｍから０．８ｃｍであり、そして各凝縮ダクトの長さは２０ｃｍから８０ｃｍ、具体的には４０ｃｍから６０ｃｍである。
【００８３】
上記の参照値から離れて、凝縮ダクトの全ての所望される形状又は数又は寸法を予測することが可能である。
【００８４】
図１０は前記放射熱交換器１の上記した実施形態を示し、放射部材は板状であり、明確化のために前側放射板は省略している。後側放射板１２は複数のダクト１１１からなる凝縮器１１と熱的に接触している。
【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７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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