特許 6454405 ヒートポンプを具える給湯及び暖房及び空調複合システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6454405

(24)【登録日】2018年12月21日

(45)【発行日】2019年1月16日

(54)【発明の名称】ヒートポンプを具える給湯及び暖房及び空調複合システム

(51)【国際特許分類】

   F24H 4/02 20060101AFI20190107BHJP

   F28F 19/00 20060101ALI20190107BHJP

   F25B 29/00 20060101ALI20190107BHJP

【ＦＩ】

   F24H4/02 A

   F28F19/00 501Z

   F25B29/00 341

【請求項の数】8

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2017-507706(P2017-507706)

(86)(22)【出願日】2015年8月20日

(65)【公表番号】特表2017-528671(P2017-528671A)

(43)【公表日】2017年9月28日

(86)【国際出願番号】US2015046186

(87)【国際公開番号】WO2016029067

(87)【国際公開日】20160225

【審査請求日】2017年4月14日

(31)【優先権主張番号】62/039,894

(32)【優先日】2014年8月20日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】514087474

【氏名又は名称】インテリホット グリーン テクノロジーズ，インコーポレイテッド

【氏名又は名称原語表記】Ｉｎｔｅｌｌｉｈｏｔ Ｇｒｅｅｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，Ｉｎｃ．

(73)【特許権者】

【識別番号】514087485

【氏名又は名称】ディーヴァシガマニ，スリドハール

【氏名又は名称原語表記】ＤＥＩＶＡＳＩＧＡＭＡＮＩ，Ｓｒｉｄｈａｒ

(73)【特許権者】

【識別番号】514087496

【氏名又は名称】アカサム，シヴァプラサド

【氏名又は名称原語表記】ＡＫＡＳＡＭ，Ｓｉｖａｐｒａｓａｄ

(74)【代理人】

【識別番号】110001302

【氏名又は名称】特許業務法人北青山インターナショナル

(72)【発明者】

【氏名】ディーヴァシガマニ，スリドハール

(72)【発明者】

【氏名】アカサム，シヴァプラサド

【審査官】 久島 弘太郎

(56)【参考文献】

【文献】 実公昭４７−０３６６４２（ＪＰ，Ｙ１）

【文献】 実開昭５１−０４７０５０（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１４／００２０６３７（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２４Ｈ ４／０２

Ｆ２５Ｂ ２９／００

Ｆ２８Ｆ １９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

（ａ）流体源８０と再循環フロー８２の少なくとも一方を受けるように構成した入口と、出力フローと前記再循環フロー８２の少なくとも一方を提供するように構成した出口と、前記出力フローと前記再循環フローを押すように構成した第１の流体ムーバ１２と、を具える第１の熱交換器６と；
（ｂ）蒸発器２２と、前記蒸発器２２の周辺の空気を引き込んで前記蒸発器２２に当該空気を当てるように構成したブロワ２４と、を具えるヒートポンプ４と；
（ｃ）前記流体源８０の一部を選択的に受けて前記第１の熱交換器６の上に向けることにより、前記流体源８０と前記第１の熱交換器６内の前記流体源８０と前記再循環フロー８２の少なくとも一方との間で熱伝導を引き起こすように構成した冷却タワーループ６０と、当該冷却タワーループ６０の排水を含むように構成した排水マス１４と；
（ｄ）前記第１の熱交換器６内の前記流体源８０及び前記再循環フロー８２の少なくとも一方と前記流体源８０の前記一部との間の熱伝導を引き起こすように構成した冷却タワーブロワ５８と；
（ｅ）前記第１の熱交換器６内の前記流体源８０と、前記再循環フロー８２の少なくとも一方を加熱するように構成した熱源４４と；
（ｆ）前記ヒートポンプ４と、前記流体源８０と前記再循環フロー８２の少なくとも一方との間で熱伝導を生じさせるように構成された第２の熱交換器２６と；
を具える給湯及び暖房及び空調複合システムにおいて、
水の加熱が必要な場合には、
前記熱源４４と前記第１の流体ムーバ１２がオンになって、前記第１の熱交換器６の外側表面に酸性凝縮物が形成され前記外側表面が脱スケールされ；
前記熱源４４がオフになって、前記ヒートポンプ４がオンになり；
空気の加熱が必要な場合には、
前記熱源４４がオンになり、前記第１の流体ムーバ１２がオンになり、前記ヒートポンプ４がオンになり；
前記熱源４４がオフになり、前記第１の流体ムーバ１２がオンになり、前記ヒートポンプ４がオンになり、前記冷却タワーブロワ５８がオンになる；
の少なくとも一方となり、
空気の冷却が必要な場合には、
前記熱源４４がオフになり、前記ヒートポンプ４がオンになる；
前記熱源４４がオフになり、前記ヒートポンプ４がオンになり、前記第１の流体ムーバ１２がオンになる；
前記熱源４４がオフになり、前記ヒートポンプ４がオンになり、前記第１の流体ムーバ１２がオンになり、前記冷却タワーブロワ５８がオンになる；
の少なくとも一方になる；
ことを特徴とする給湯及び暖房及び空調複合システム。

【請求項2】

請求項１に記載の給湯及び暖房及び空調複合システム２において、前記排水マス１４がさらに、前記冷却タワーループ６０から前記排水マス１４に回収されたフローの蒸発を強化するよう構成した誘導ファン７６を具えることを特徴とする給湯及び暖房及び空調複合システム。

【請求項3】

（ａ）流体源８０と再循環フロー８２の少なくとも一方を受けるように構成した入口と、出力フローと前記再循環フローの少なくとも一方を提供するように構成した出口と、前記出力フローと前記再循環フローを押すように構成した第１の流体ムーバ１２と、を具える第１の熱交換器６と、
（ｂ）蒸発器２２と、前記蒸発器２２の周辺の空気を引き込んで前記蒸発器２２に当該空気を当てるように構成したブロワ２４と、前記蒸発器２２から下流側の位置に接続された熱伝導コイル１８と、を具えるヒートポンプ４と；
（ｃ）前記流体源８０の一部を選択的に受けて前記第１の熱交換器６の上に向けることにより、前記流体源８０と前記第１の熱交換器６内の前記流体源８０と前記再循環フロー８２の少なくとも一方との間で熱伝導を引き起こし、前記熱伝導コイル１８内の流体と前記流体源８０との間で熱伝導を引き起こすように構成した冷却タワーループ６０と、当該冷却タワーループ６０の排水を含むように構成した排水マス１４と；
（ｄ）前記第１の熱交換器６内の前記流体源８０の少なくとも一方と前記再循環フロー８２との間の熱伝導と、前記熱伝導コイル１８内の前記流体と前記熱伝導コイル１８の周囲との間の熱伝導とを引き起こすように構成した冷却タワーブロワ５８と；
（ｅ）前記第１の熱交換器６内の前記流体源８０と前記再循環フロー８２と前記熱伝導コイル１８内の流体の少なくとも一つを加熱するように構成した熱源４４と；
（ｆ）前記ヒートポンプ４と、前記流体源８０と前記再循環フロー８２の少なくとも一方との間で熱伝導を生じさせるように構成された第２の熱交換器２６と；
を具える給湯及び暖房及び空調複合システムにおいて、
水の加熱が必要な場合には、
前記熱源４４と前記第１の流体ムーバ１２がオンになって、前記第１の熱交換器６と前記熱伝導コイル１８の外側表面に酸性凝縮物が形成され前記外側表面が脱スケールされ；
前記熱源４４がオフになって、前記ヒートポンプ４がオンになり；
空気の加熱が必要な場合には、
前記熱源４４がオンになり、前記第１の流体ムーバ１２がオンになり、前記ヒートポンプ４がオンになる；
前記熱源４４がオフになり、前記第１の流体ムーバ１２がオンになり、前記ヒートポンプ４がオンになり、前記冷却タワーブロワ５８がオンになる；
の少なくとも一方となり、
空気の冷却が必要な場合には、
前記熱源４４がオフになり、前記ヒートポンプ４がオンになる；
前記熱源４４がオフになり、前記ヒートポンプ４がオンになり、前記第１の流体ムーバ１２がオンになる；
前記熱源４４がオフになり、前記ヒートポンプ４がオンになり、前記第１の流体ムーバ１２がオンになり、前記冷却タワーブロワ５８がオンになる：
の少なくとも一つになる；
ことを特徴とする給湯及び暖房及び空調複合システム２。

【請求項4】

請求項３に記載の給湯及び暖房及び空調複合システム２において、前記排水マス１４がさらに、前記冷却タワーループ６０から前記排水マス１４に回収されたフローの蒸発を強化するよう構成した誘導ファン７６を具えることを特徴とする給湯及び暖房及び空調複合システム。

【請求項5】

（ａ）流体源８０と再循環フロー８２の少なくとも一方を受けるように構成した入口と、出力フローと前記再循環フロー８２の一方を提供するように構成した出口と、前記出力フローと前記再循環フロー８２を押すように構成した第１の流体ムーバ１２と、を具える第１の熱交換器６と、
（ｂ）蒸発器２２と、コンデンサ６２と、前記蒸発器２２の周辺の空気を引き込んで前記蒸発器２２に当該空気を当てるように構成したブロワ２４と、を具えるヒートポンプ４と；
（ｃ）前記コンデンサ６２と熱伝導するように構成された第１の端部と、第２の端部と、前記第１の端部と前記第２の端部をつなぐ流体コンダクタと、前記流体コンダクタを通る流体を押すように構成した第２の流体ムーバ３０と、を具える冷却タワーループ６０であって、前記第２の端部が、熱伝導コイル１８と、前記熱伝導コイル１８を通るフローを含むように構成された第１流路５０と、前記熱伝導コイル１８と前記第１の熱交換器６の少なくとも一方の上のフローを含むように構成された第２流路８４と、前記第２流路８４を通るフロー及び前記熱伝導コイル１８を通るフローを受ける排水マス１４と、前記第１流路５０と、前記第２流路８４と、前記第１流路５０と前記第２流路８４の少なくとも一方の周辺との間の熱伝導と、前記第１の熱交換器６の周辺と、前記流体源８０と前記再循環フロー８２の少なくとも一方との間の熱伝導とを引き起こすように構成された冷却タワーブロワ５８と、を具える冷却タワーループ６０と；
（ｄ）前記第１の熱交換器６内の前記流体源８０と前記再循環フロー８２の少なくとも一方を加熱するように構成した熱源４４と；
（ｅ）前記流体コンダクタの流体と、前記流体源８０と前記再循環フロー８２の少なくとも一方との間で熱伝導を生じさせるように構成された第２の熱交換器２６と；
を具える給湯及び暖房及び空調複合システム２において、
水の加熱が必要な場合には、
前記熱源４４がオンになり、前記第１の流体ムーバ１２がオンになって、前記第１の熱交換器６と前記熱伝導コイル１８の外側表面に酸性凝縮物が形成され前記外側表面が脱スケールされ；
前記熱源４４がオフになって、前記第２の流体ムーバ３０がオンになり、前記第１の流体ムーバ１２がオンになって、前記ヒートポンプ４がオンになり；
空気の加熱が必要な場合には、
前記熱源４４がオンになり、前記第１の流体ムーバ１２がオンになり、前記第２の流体ムーバ３０がオンになって、前記ヒートポンプ４がオンになる；
前記熱源４４がオフになり、前記第１の流体ムーバ１２がオンになり、前記第２の流体ムーバがオンになり、前記ヒートポンプ４がオンになり、前記冷却タワーブロワ５８がオンになる；
の少なくとも一方となり、
空気の冷却が必要な場合には、
前記熱源４４がオフになり、前記第２の流体ムーバ３０がオンになり、前記ヒートポンプ４がオンになり、前記第１流路５０と前記第２流路８４の少なくとも一方が選択される；
前記熱源４４がオフになり、前記第２の流体ムーバ３０がオンになり、前記ヒートポンプ４がオンになり、前記第１の流体ムーバ１２がオンになり、前記第１流路５０と前記第２流路８４の少なくとも一方が選択される；
前記熱源４４がオフになり、前記第２の流体ムーバ３０がオンになり、前記ヒートポンプ４がオンになり、前記第１の流体ムーバ１２がオンになり、前記冷却タワーブロワ５８がオンになり、前記第１流路５０と前記第２流路８４の少なくとも一方が選択される；
の少なくとも一つになる；
ことを特徴とする給湯及び暖房及び空調複合システム２。

【請求項6】

請求項５に記載の給湯及び暖房及び空調複合システムにおいて、前記第２の熱交換器２６が平型熱交換器であることを特徴とする給湯及び暖房及び空調複合システム。

【請求項7】

請求項５に記載の給湯及び暖房及び空調複合システムにおいて、前記冷却タワーループ６０がさらに、当該冷却タワーループ６０を前記第１の熱交換器６の入り口に接続するように構成された第３流路５４を具えることを特徴とする給湯及び暖房及び空調複合システム。

【請求項8】

請求項５に記載の給湯及び暖房及び空調複合システムにおいて、前記排水マス１４がさらに、前記冷却タワーループ６０から前記排水マス１４に回収されたフローの蒸発を強化するよう構成した誘導ファン７６を具えることを特徴とする給湯及び暖房及び空調複合システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

［優先権主張とクロスリファレンス］
本出願は、２０１４年８月２０日に出願された米国暫定特許出願第６２／０３９，８９４号の利益を主張する。この暫定出願は、引用により全体が組み込まれている。

【0002】

本発明は、一般的に、給湯及び暖房及び空調複合システムに関する。特に、本発明は、ヒートポンプを具える給湯及び暖房及び空調複合システムに関する。

【背景技術】

【0003】

従来の給湯及び暖房及び空調システムは、個別のユニットで提供されている。これらのデバイス間には相乗的な伝熱がない。例えば、一つのデバイスで廃棄された熱エネルギィを吸収して、別のデバイスで利用することはなく、このエネルギィは失われるか、周辺に移ってゆくかである。熱が必要な場合は、オイル、ガスの燃焼、あるいは電力の消費、その他を介して再び入手することができる。

【0004】

一のシステムからの廃熱を捕捉して別のシステムで使用する、あるいはあるシステムの一部からの廃熱を捕捉してそのシステムの別の部分で使用する試みがなされてきた。Ｂｕｒｎｓに付与された米国特許第５，０９７，８０１号は、主加熱装置からの燃焼排ガスを用いた熱交換を介して熱エネルギィを抽出する廃棄エネルギィ給湯器を開示している。この給湯器は、取り外しが簡単で、コンパクトで簡単な熱交換器と、熱交換器のオーバーヒートを防止する燃焼排ガスバイパスシステムを有する。Ｊｉｍｅｎｅｚに付与された米国特許第８，０９１，５１４号は、従来の住宅用、商用、あるいは工業用ガス給湯器に、水が入る前に水をあらかじめ温めておくエネルギィリクレーマーを開示している。このエネルギィリクレーマーは逆流偏向装置と高温煙道の給湯器の最上部に取り付けられている。このエネルギィリクレーマーは二重壁構造であり、その直径は逆流偏向装置と高温煙道より大きく、高温気体がシステムを通る通常の経路となっている。水道水がこの二重壁構造の内側に入って直接給湯器を通る前に加熱される。このパイプは、湾曲部で接続された複数のストレート長さで構成する、あるいはエネルギィリクレーマーの軸を囲む接続された湾曲セクションでできたコイルに接続された単一ストレートセクションの形であってもよい。逆流偏向装置とエネルギィリクレーマーとの間に凝縮回収器が設けられており、結果物として冷却ガスを形成する凝縮物を回収し、炎を消すことがある給湯器へ凝縮物の落下を防ぐ。ＢｕｒｎｓもＪｉｍｅｎｅｚも、加熱システムで廃熱となるエネルギィを回収することを開示している。これらのいずれも、一またはそれ以上のヒートポンプの利点を用いた給湯及び暖房及び空調複合システムは開示していない。

【0005】

したがって、一のプロセスから排除されたエネルギィの利点を利用して、例えば冷却中などすでに生じている動作の結果としてのエネルギィの転送を通じて熱エネルギィの必要性が合致する、給湯、及び暖房及び空調複合システムが求められている。

【発明の概要】

【0006】

本明細書には、給湯、及び暖房及び空調複合システムが開示されている。このシステムは：
（ａ）第１の熱交換器６であって、流体源８０と再循環フロー８２の少なくとも一方を受けるように構成した入口と、出力フローと再循環フローの少なくとも一方を提供するように構成した出口と、この出力フローと再循環フロー８２を押すように構成した第１の流体ムーバ１２とを具える
第１の熱交換器と；
（ｂ）蒸発器２２と、コンデンサ６２と、蒸発器２２の周辺エアを引き込んでそのエアを蒸発器２２に当てるように構成したブロワ２４を具える、ヒートポンプ４と；
（ｃ）コンデンサ６２の熱を伝導するように構成した第１の端部と、第２の端部と、これらの第１及び第２の端部を接続する流体コンダクタと、この流体コンダクタを介して流体を押し出すように構成した第２の流体ムーバ３０を有する冷却タワーループ６０であって、第２の端部が、熱伝導コイル１８、熱伝導コイルを介して流体を流すように構成した第１流路５０と、熱伝導コイル１８と第１の熱交換器６の少なくとも一方に流体を流すように構成した第２流路８４と、第２の流路８４の流れを受ける排水マス１４と、第１流路５０と第２流路８４の少なくとも一方と、第１流路５０と第２流路８４の少なくとも一方の周辺との間の熱伝導と、第１流路５０と第２流路８４の少なくとも一方と第１の熱交換器６との間の熱伝導を増加させるように構成した冷却タワーブロワ５８とを具える、冷却タワーループと；
（ｄ）熱交換器６内の流体源８０と再循環フロー８２の少なくとも一方を加熱するように構成した熱源４４と；
（ｅ）流体コンダクタの流体と、流体源８０と再循環フロー８２の一方との間で熱伝導を生じさせるように構成した第２の熱交換器２６と；
を具え；
水の加熱が必要な場合には、熱源４４がオンになり第１の流体ムーバ１２がオンになって、酸性凝縮物が第１の熱交換器６と熱伝導コイル１８の外側表面に形成されてこれらの外側表面が脱スケールされる；
熱源４４がオフになり、第２の流体ムーバ３０がオンになって、第１の流体ムーバ１２がオンになり、ヒートポンプ４がオンになる；
の少なくとも一方となり、
空気の加熱が必要な場合には、熱源４４がオンになり、第１の流体ムーバ１２がオンになり、第２の流体ムーバ３０がオンになり、ヒートポンプ４がオンになる；
熱源４４がオフになり、第１の流体ムーバ１２がオンになり、第２の流体ムーバ３０がオンになり、ヒートポンプ４がオンになり、冷却タワーブロワ５８がオンになる；
の少なくとも一方となり；
空気の冷却が必要な場合には、熱源４４がオフになり、第２の流体ムーバ３０がオンになり、ヒートポンプ４がオンになり、第１の流路５０と第２の流路８４の少なくとも一方が選択される；
熱源４４がオフになり、第２の流体ムーバ３０がオンになり、ヒートポンプ４がオンになり、第１の流体ムーバ１２がオンになり、第１の流路５０と第２の流路８４の少なくとも一方が選択される；
熱源４４がオフになり、第２の流体ムーバ３０がオンになり、ヒートポンプ４がオンになり、第１の流体ムーバ１２がオンになり、冷却ブロワ５８がオンになり、第１の流路５０と第２の流路８４の少なくとも一方が選択される；
の少なくとも一つとなる。

【0007】

一実施例では、第２の熱交換器２６が平型熱交換器である。

【0008】

一実施例では、冷却タワーループ６０がさらに、冷却タワーループ６０を第１の熱交換器６の入口に接続する第３流路５４を具える。

【0009】

一実施例では、排水マス１４がさらに、排水マス１４内での第２流路８４の蒸発を強化するように構成した誘導ファン７６を具える。

【0010】

本発明の目的は、給温、空気加熱及び空気冷却を単一ユニットで提供でき、したがって、複数装置を必要せず、各々が水の加熱、空気の加熱、及び空気の冷却といった一またはそれ以上の機能を同時に行う装置を提供することである。

【0011】

本発明のもう一つの目的は、二方向熱伝導が可能であり、したがって、水と空気の加熱と、空気の冷却を効率的に行うことができる快適な装置を提供することである。

【0012】

一方、本発明には多くの実施例があり、各実施例は、上述の目的の一又はそれ以上の組み合わせに合致する。各実施例は、必ずしも各目的に合致することを意図するものではない。したがって、本発明の詳細な説明をより良く理解するために、本発明のより重要な特徴を広く説明し、もちろん、以下に述べる本発明の更なる特徴は、本明細書の主題の一部を形成するものである。

【図面の簡単な説明】

【0013】

本発明の上述したまたその他の利点と目的を理解するために、上述した本発明のより詳細な説明を、本発明の実施例と添付の図面を参照して示す。これらの図面は本発明の典型的な実施例を示すものであり、したがって、発明の範囲を限定すると解するべきではないと理解し、本発明は、添付した図面を使用して追加の特性と詳細を用いて説明する。

【図1】図１は、本発明の給湯及び暖房及び空調複合システムの一実施例を示す図である。

【図2】図２は、本発明の給湯及び暖房及び空調複合システムの冷却タワーの一実施例を示す図である。

【図3】図３は、本発明の給湯及び暖房及び空調複合システムの別の実施例を示す図である。

【図3A】図３Ａは、本発明の給湯及び暖房及び空調複合システムの別の実施例を示す図である。

【図4】図４は、冬季における本発明のシステムの例示的な暖房動作を示すブロック図である。

【図5】図５は、夏季における本発明のシステムの例示的な暖房動作を示すブロック図である。

【図6】図６は、夏季における本発明のシステムの別の例示的動作を示すブロック図である。

【図7】図７は、特定の屋外温度条件における本発明のシステムの例示的動作を示すブロック図である。

【図8】図８は、別の屋外温度条件における本発明のシステムの例示的動作を示すブロック図である。

【図9】図９は、家庭用水フローのない本発明のシステムの例示的動作を示すブロック図である。

【図10】図１０は、家庭用水フローの付いた本発明のシステムの例示的動作を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

［符号の説明］
２ 給湯及び暖房及び空調複合システム
４ ヒートポンプ
６ コイル熱交換器（ＨＥＸ）
８ チェックバルブ
１０ シャワーヘッド
１２ 流体ムーバ又はポンプ
１４ 排水マス
１６ バッファタンク
１８ 熱伝導コイル
２０ 壁
２２ 蒸発器
２４ ブロワ
２６ 平型熱交換器（ＰＴＨＥ）
２８ 流入水マニフォールド
３０ 流体ムーバ又はポンプ
３２ ドリップ回収
３４ バルブ
３６ バルブ
３８ 入口フィッティング
４０ 出口フィッティング
４２ 使用場所
４４ バーナ
４６ 入口
４８ 出口
５０ 第１流路
５２ 四方弁
５４ 第３流路
５６ 再循環流路
５８ 冷却タワーブロワ
６０ 冷却タワーループ
６２ コンデンサ
６４ 温度調整弁
６６ 潜在的カルシウム沈着
６８ 燃焼排ガス又は冷却空気
７０ ドレインバルブ
７２ 膨張弁
７４ コンプレッサ
７６ 誘導ファン
７８ 冷却タワー又は蒸発水コンデンサ（ＷＥＣ）
８０ 流体源
８２ 再循環フロー
８４ 第２流路

【0015】

用語「約」は、ここでは、ほぼ、おおまかに、付近あるいは範囲、という意味で使用されている。用語「約」が数値範囲と共に使用されている場合は、記載された数値の上下の境界に及ぶようにしてその範囲を変えている。一般的に、用語「約」は、記載された値の２０％の上下（高低）の数値の変動に使用されている。

【0016】

図１は、本発明の給湯及び暖房及び空調複合システムの一実施例を示す図である。この給湯及び暖房及び空調複合システム２は、第１の熱交換器６と、ヒートポンプ４と、冷却タワーループ６０と、熱源又はバーナ４４と、第２の熱交換器２６とを具える。この例では、給湯及び暖房及び空調複合システム２は、出口フィッティング４０を介して使用する２つの使用箇所４２に湯水を提供しており、壁２０と複合システム２を介して建物内に水源を引き入れ、加熱又は冷却した空気を空間に提供している。図２は、このシステムの冷却タワーの一実施例を示す図である。

【0017】

第１の熱交換器６は、入力フロー又は再循環フローを提供するように構成した入口４６と、出力フローと再循環フローを提供するように構成した出口４８と、この入力フローと出力フローを押圧するように構成した第１の流体ムーバ１２を具える。蒸発器２２と、コンデンサ６２と、ブロワ２４を具えるヒートポンプ４は、蒸発器２２の周辺空気を引き入れて、蒸発器２２にその空気を当てるように構成されている。

【0018】

冷却タワーループ６０は、実質的に、コンデンサ６２で遮断された熱を受けるように構成された第１の端部と、第２の端部と、第１の端部と第２の端部をつなぐ流体コンダクタと、流体コンダクタを介して流体を押圧するように構成した第２の流体ムーバ３０を具える、冷却タワーを有する。第２の端部は、熱伝導コイル１８と、熱伝導コイル１８を通って流体が流れるように構成された第１流路５０と、熱交換器６ではなく熱伝導コイル１８の外側表面の上を流れこれから蒸発させるように構成した第２流路８４と、第２流路８４を通る流体を受ける排水マス１４と、第１流路５０と第２流路８４からの熱の放散を増加させて第１流路５０と第２流路８４のいずれか一方、又は双方間の熱を第１の熱交換器６に伝導するように構成した冷却ブロワ５８と、を具える。図２を参照すると、冷却タワーループ６０の流体フローから熱を放散させるために、フローはシャワーとしての一またはそれ以上のシャワーヘッド１０を介して熱交換器６の外側表面とコイル１８の上に出てゆくように構成されている。別の実施例では、コイル１８は、熱交換器６の近傍に配置されていない。冷却タワーループ６０から出てゆくシャワーは、コイル１８又は熱交換器のいずれか一方に流れるように構成されているが、両方には流れない。図２を参照すると、一実施例では、熱交換器６が熱伝導コイル１８に接続されているので、冷却タワーループ６０を通る流体は、バーナ４４の使用時には作動できない。バーナ４４は、第１の熱交換器６及び／又はコイル１８内の水流を加熱するように構成されている。一実施例では、熱交換器６はさらに、熱交換器６を通る流体を動作可能に受けて、少量の水を保持して必要なときに湯水の提供の遅れを低減するように構成したバッファタンク１６を具えている。

【0019】

第２の熱交換器２６は、流体コンダクタと、未加熱家庭用冷水フロー８０と、経路５６の再循環フロー８２との間で熱伝導を起こすように構成されている。一実施例では、第２の熱交換器２６が平型熱交換器である。一実施例では、冷却タワーループ６０がさらに、冷却タワーループ６０を第１の熱交換器６の入口に接続するように構成した第３流路５４を具える。第３流路５４がある場合、この流路を取る流量を制御するバルブを設けて、そのフローが完全に終了するあるいは調節できるようにすることが好ましい。別の実施例では、冷却タワーブロワ５８が、第１流路５０と第２流路８４を通る流体の間の熱伝導と、第１流路５０と第２流路８４のいずれか一方、あるいは双方と第１の熱交換器６への熱伝導を強化するように構成されている。

【0020】

一のモードでは、例えば、一又はそれ以上の使用地点４２で必要があるなど、水の加熱が必要な場合、バーナ４４と第１の流体ムーバ１２がオンになる。入ってくる水がまず入口４６を通って引き込まれ、熱交換器６でバーナ４４から熱を受け取り、一またはそれ以上の使用地点４２で使用可能にするべく出てゆく。

【0021】

別のモードでは、水の加熱が必要な場合、第２の流体ムーバ３０と第１の流体ムーバ１２がオンになり、ヒートポンプ４がオンになる。このモードでは、まず、蒸発器２２を通って熱が吸収される。ブロワ２４が、周辺空気からヒートポンプ４内の流体フローへの熱の伝導効率を上げる。ヒートポンプ４内の加熱されたフローがコンデンサ６２に到達すると、冷却タワーループ６０への熱が遮断される。冷却タワーループ６０で上昇した熱は、熱伝導コイル１８を介して熱交換器６内の流体フローへいかないように遮断される。したがって、ブロワ２４は調整されたあるいは冷却された空気を、熱交換器６を流れる流体をバーナがオフに保たれているとしても加熱しながら、ブロワが配置されているスペースに移動させる。冷却タワーループ６０内の熱的に使用済みの空気は、ここで、ポンプ３０によって戻されて、コンデンサ６２からの熱を除去し続ける。この場合のポンプ１２の使用は、熱交換器６の流体コンダクタ内のより多くの流体を、冷却タワーループ６０の流体コンダクタ内の加熱した流体に露出させて、熱交換器６内を流れる流体へ遮断される熱を増やす役割がある。第２の熱交換器２６では、更なる熱が、冷却タワーループ６０内の戻り流体から、熱交換器６内の流体へ伝導される。

【0022】

従来の水の蒸発プロセスでは、潜在的にカルシウムが残り、流体コンダクタ又は水に露出するあらゆる部品にスケールが形成される。本発明の水加熱プロセスでは、蒸発時に主熱交換器６のフィン又は熱伝導コイル１８に潜在的に沈着することがあるカルシウム６６は、洗い流されるか、あるいは、ユニットが水加熱モードで流れるときに形成される、すなわち、排ガスを生じるオンになったバーナ４４によって形成される、酸性凝縮物（硫酸（Ｈ２ＳＯ４）、硝酸（ＨＮＯ３）、その他）によって溶ける。したがって、自己スケール除去が生じ、追加でスケール除去機構を設ける必要がない。

【0023】

一のモードでは、空気の加熱が要求される場合、バーナ４４、第１の流体ムーバ１２と第２の流体ムーバ３０、及びヒートポンプ４がオンになる。ヒートポンプ４は、ブロワ２４とコンプレッサ７４がオンになったらオンになる。熱交換器６の流体コンダクタ内の流体フローに熱が加えられ、熱交換器６内の流体フローが第２の熱交換器２６を流れる間に冷却タワーループ６０によって除去される。熱は、続いてコンデンサ６２においてヒートポンプ４に伝導される。ヒートポンプ４内の加熱流体が蒸発器２２を流れると、熱が周辺に遮断される。このプロセスは、空気を蒸発器２２の外側表面に当てて、ヒートポンプ４内の流体フローから熱を除去して、その熱を加熱されているスペースに放出するブロワ２４によって支援される。

【0024】

別のモードでは、空気の加熱が必要な場合、バーナ４４がオフになり、第１の流体ムーバ１２、第２の流体ムーバ３０、冷却タワーブロワ５８、及びヒートポンプがオンになる。熱交換器６と熱伝導コイル１８を流れる空気からの熱は、熱交換器６内の流体フローと、熱伝導コイル１８内の流体フローによって吸収され、次いで蒸発器２２で遮断される。

【0025】

一のモードでは、空気の冷却が可能な場合、バーナ４４がオフになり、第２の流体ムーバ３０と、ヒートポンプ４のブロア２４がオンになり、第１流路５０と第２流路８４の少なくとも一方が選択される。ヒートポンプ４を流れる流体によって吸収された熱は、冷却タワーループ６０に伝導され、第１流路５０と第２流路８４、及び第１の熱交換器６を流れる流体の少なくとも一つを通してその周辺に放散される。なお、第１の熱交換器６の周辺からその中の流体へ熱が伝導され、水の加熱における熱伝導モードと対照的に、このモードにある第１の熱交換器６の流体からその周辺へ熱は遮断される。したがって、第１の熱交換器６によって、それを囲む周囲環境と第１の熱交換器６内の流体との間に二方向の熱伝導が生じる。別のモードでは、第１の流体ムーバ１２もオンになり熱交換機６を通る流体を移動させ、熱交換器６の流体への熱遮断をさらに増強する。一実施例では、冷却タワーからの熱遮断を強化するために、さらに、誘導ファン７６が設けられており、ドリップ３２の回収周辺の圧力を下げて、このような回収から熱を除去する蒸発を強化することができる。ドレインバルブ７０によって、稼働中の排水マス１４の脱水が容易になる。一の実施例では、ヒートポンプで使用した流体が、保冷剤ｒ３２Ａを含む。

【0026】

図４ないし１０は、例示的動作を示しており、図３又は図３Ａを適用できる。図３は、本発明の給湯及び暖房及び空調複合システムの別の実施例を示す図である。給湯及び暖房及び空調複合システム２は、第１の熱交換器６と、ヒートポンプ４と、バーナ４４と、第２の熱交換器２６と、開ループ冷却タワーを具える。この例では、出口フィッティング４０を介して湯水を二つの使用地点に提供し、壁２０と複合システム２を介してビルを通って入ってくる水源を入口フィッティング３８を介して引き込んで、加熱した又は冷却した空気を空間に提供する給湯及び暖房及び空調複合システム２が示されている。冷却タワーは、本質的に開ループシステムであり、家庭用水源から冷却水を選択的に受け取る。バルブ３６は、第１の熱交換器６と熱伝導コイル１８を流れる冷水の量を制御する。オーバーフローした水は、排水マス１４で回収される。ドリップの回収３２は再循環しないので、図１に示すような冷却タワーループは不要であり、したがって、この複合システムの設計を簡易なものにしている。ヒートポンプ４は、熱伝導コイル１８に直接接続されている。特に、流入水の流量を記録するように構成されたフローメータと、流入水の温度を記録するように構成された温度センサを具える流入水マニフォールド２８が設けられている。図３Ａは、本発明の給湯及び暖房及び空調複合システム別の実施例を示す図である。図３Ａは、本質的に、図３の熱伝導コイル１８が使用されていないことを除いて、図３に示すすべての構成要素を具えている。

【0027】

図４は、冬季における本システムの例示的な暖房動作を示すブロック図である。コンプレッサ７４で圧縮すると、ヒートポンプの冷却媒体の温度が約華氏１２０度に上がる。華氏７５度の再循環空気が華氏約１００度の温度に加熱され、ブロワ２４の支援により加熱されている空間に移動する。蒸発器２２での熱伝導時に、冷却媒体の温度が華氏約４０度まで低下する。平型熱交換機２６を介して、華氏約５０度への湯水ループにおける華氏約１２０度の水によって熱が再度加わる。湯水ループの水温は、華氏約１００度に下がる。冷却タワー又は水蒸発コンデンサ７８を介して、華氏約１１０度の排ガスによって、冷却媒体に熱が再度加わり、華氏約５５度になる。水蒸発コンデンサを有するシステムでは、冷却タワー又は水蒸発コンデンサ７８が熱伝導コイル１８と、コイル熱交換器６と、一またはそれ以上のシャワーヘッド１０を具える。水蒸発コンデンサのないシステムでは、冷却タワー又は水蒸発コンデンサ７８は、コイル熱交換器６と一またはそれ以上のシャワーヘッド１０のみを具える。排ガス６８の温度が華氏約１００度に下がる。華氏５５度の冷却媒体温度が、コンプレッサ７４による圧縮時に華氏約１００度に再び上がり、蒸発器２２で加熱されているスペースへの熱伝導が行われる状態にある。

【0028】

図５は、夏季における本システムの例示的な水加熱動作を示すブロック図である。冷却媒体によって蒸発器２２を介して華氏約４５度で冷却されている空間から熱が吸収され、温度は順次華氏約５５度になる。コンプレッサ７４による圧縮時に、冷却媒体は華氏約１５０度まで加熱される。平型熱交換器２６において、さらに冷却媒体から入ってくる水へと熱が伝達され、生活水温を華氏約６０度から華氏約７０度に上げる。水が熱伝導コイル１８を流れる間に、華氏約６０度の入ってくる水が、ヒートポンプ４を流れる冷却媒体から熱を受け取り、華氏約６０度で蒸発する。蒸発しなかった過剰フローは、下流側流路へ流れ、排水マス１４に回収される。誘導ファン７６は、さらに、排水マス１４で回収したドリップ３２の上に空気フローを作ることによって、蒸発を促進する。その結果、冷却媒体の温度が華氏約１００度まで下がる。冷却媒体の温度は、結果的に華氏約８０度まで下がる。蒸発器２２を通過したのちは、冷却媒体の温度は更に華氏約４５度まで下がり、再び、冷却するべき空間から熱を除去する状態になる。

【0029】

図６は、夏季における本発明のシステムの別の例示的動作を示す図である。スペースの冷却に加えて、システムは、湯水源を提供する。この場合、熱は、やはり、蒸発器２２を介して冷却されているスペースから、華氏約４５度で冷却媒体によって吸収される。冷却媒体は、次いで、華氏約５５度になる。コンプレッサ７４による圧縮時に、冷却媒体は華氏約１５０度に加熱される。平型熱交換器２６の通過時に、冷却媒体温度はさらに、華氏約１３０度に下がる。バーナ４４に必要な負荷は、入ってくる水が最大華氏約７５度まで上昇した温度で、再循環水フローである場合より小さくなり、冷却媒体に蓄えられた熱は、平型熱交換器２６を介して水の流れに遮断される。この結果、熱交換器６への水の流れの温度は、華氏約８５度に上がる。熱伝導コイル１８を流れる間、華氏約６０度の入ってくる水は、ヒートポンプ４を流れる冷却媒体とバーナの排ガスからの熱を受けとり、華氏約６０度で蒸発する。蒸発しなかった過剰フローは、下流側流路に流れ、排水マス１４で回収される。誘導ファン７６が、排水マス１４で回収したドリップ３２の上に空気の流れを形成することによって、蒸発を促進する。華氏約８０度の熱交換器での空気の取り込みは、華氏約８５度の排ガスとして出力される。蒸発器２２を通過すると、冷却媒体の温度が更に華氏約４５度に下がる。

【0030】

図７は、特定の外側温度条件における本発明のシステムの例示的動作を示すブロック図である。外気温が華氏約４０度ないし約６０度の範囲に下がると、周辺空気からの熱が家庭用水フローへ熱交換器６を通って、ブロワ５８によって運ばれた空気フローによって伝導される。家庭用水フローに吸収された熱は、ついで、平型熱交換器２６を介してヒートポンプ４の冷却媒体に送られ、次いで、蒸発器２２を介して加熱されているスペースへ遮断され、例えばバーナ４４などのその他の手段を用いてスペースを加熱するのに必要な加熱負荷を低減する。

【0031】

図８は、別の外気温状態における本システムの例示的動作を示すブロック図である。外気温が華氏約４０度に下がると、バーナ４４がオンになって、家庭用水、次いで、ヒートポンプの冷却媒体に熱を加える。冷却媒体の吸収された熱は、次いで、蒸発器２２を介して加熱されているスペースへ遮断される。

【0032】

図９は、家庭用水の消費がない本発明のシステムの例示的動作を示すブロック図である。一の実施例では、まず平型熱交換器の冷却媒体によって冷却するスペースから熱が吸収され、次いで、水蒸発コンデンサ７８から蒸発しているウオータスプレィへ遮断される。別の実施例では熱交換器２６を介して家庭用水へ遮断される。家庭用水の消費がなく、再循環のみを伴う場合でもこの冷却すべきスペースから冷却媒体によって吸収された熱の一部が、平型熱交換器を介して、家庭用水フローへ遮断される。

【0033】

図１０は、家庭用水の消費がある本発明のシステムの例示的動作を示すブロック図である。家庭用水フローが生じると、冷却すべきスペースからの冷却媒体によって吸収された熱が、平型熱交換器を介して家庭用水フローへ遮断される。

【0034】

詳細な説明は添付図面を参照しており、この図面は、説明のために、ここで開示された実施例を実行できる特定の態様と実施例を示す。これらの実施例は、当業者が本発明の態様を実施できる程度に十分詳細に記載されている。その他の実施例を使用することができ、開示した実施例の範囲から外れることなく変更を行うことができる。様々な実施例を一またはそれ以上の実施例と組み合わせて、新たな実施例を形成できる。したがって、詳細な説明は、限定を意味するものではなく、本発明の範囲は、特許請求の範囲が及ぶ均等物とともに、特許請求の範囲によってのみ規定される。同じ目的を達成するためのアレンジを図に示す特定の実施例で置き換えることができることは、当業者には自明である。本出願は、本発明の実施例の変形又は変更をカバーすることを意図している。上述の説明は説明を意図したものであって、制限のためのものではなく、ここで使用されているフレーズ又は用語は、説明のためのものであり、限定の目的ではない。上述の実施例とその他の実施例との組み合わせは、上述の説明を読めば当業者には自明である。個々に開示した実施例の範囲は、上述の実施例の構成、及び製造方法が使用されているその他の出願を含む。これらの実施例の範囲は、特許請求の範囲を参照して、請求の範囲が及ぶ均等物の全範囲と共に決定されるべきである。

【産業上の利用可能性】

【0035】

本発明の複合システムは、単一ユニットで給湯及び暖房及び空調をすべて提供する。本発明の複合システムは、ヒートポンプを用いて、周辺空気から熱を除去し、給湯システムに熱を加え、給湯システムへ遮断した熱を伝導し、これによって、廃熱を利用して給湯システムを加熱している。本発明の複合システムは、熱交換器が、熱をバーナなどの加熱源から熱交換器内の流体への熱の伝導の目的のみならず、熱交換器内の流体からの熱を熱交換器の周辺に放散させる目的で使用されており、これによって、ヒートポンプが暖房デバイスと空調デバイスの両方として作動できる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図3A】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】