JP2023535739A - 建物の内部空間を空調するためのシステム - Google Patents

Abstract

少なくとも１つの排気チャネル（１０）を介して接続された建物（６）の内部空間（４）を空調するためのシステムであって、１つ又は複数の内部空間（４）には、外気の供給配管（３８）を有し、給気若しくは循環空気を１つ又は複数の前記内部空間（４）へ放出し、ヒートポンプ（３０）の流体回路（３２）と接続された空調装置（３４）が設けられており、前記排気チャネル（１０）及び前記ヒートポンプの別の流体回路（２８）が、前記建物（６）の外側に配置されたエネルギー貯蔵装置（１４）に接続されており、前記エネルギー貯蔵装置（１４）が、エネルギー伝達及びエネルギー貯蔵のために、熱交換器（１８）を介して前記ヒートポンプ（３０）の前記別の流体回路（２８）に接続された液体貯槽（１６）内の、前記熱交換器（１８）を備えるものとして形成されており、前記排気は、熱伝達器（２６）を介して前記液体貯槽（１６）内へ導かれる、システムが記述される。【選択図】図１

Description

本発明は、建物の内部空間を空調するためのシステムに関する。

一般的な技術水準から、内部空間の温度をユーザにとって快適な温度範囲に維持するために、季節の移り変わりの間に適切な対策を講じることが知られている。温度の低下が、しばしば、冷却コンプレッサを介して外気を適切に冷却して内部空間へ導く空調装置によって達成される一方で、温度を上昇させるためには、異なる実施形態のヒータが使用される。

現代のシステムは、いわゆる空気調和システムとして使用され、当該システムにおいては、外気が、熱交換器を介して、ラジアルファンによって給気として建物の内部空間に導かれ得る。その場合、排気は、しばしば、蒸発冷却器によって熱交換器に供給され、別のラジアルファンによって吸引された空気は、流出空気として建物を離れる。空気を清浄化するための種々のフィルタに加えて、内部空間換気が可能となるよう、追加のヒータを使用することもできる。

特許文献１から、そのような空気調和システムの例が知られている。この刊行物には、排気開口、給気開口、流出空気開口及び外気開口を有する装置ハウジングと、給気通風機及び流出空気通風機と、外気－流出空気流及び排気－給気流の循環空気モードでは前後に、排気－流出空気流及び外気－給気流の外気モードでは上下に、それぞれ配置され、外気－給気流及び排気－流出空気流の流路内に配置された空気流間の熱エネルギー伝達のための熱交換器バイパスバルブを有するクロスフロー熱交換器と、コンプレッサ、蒸発器、凝縮器及び更なる凝縮器としての水／水グリコール冷媒熱交換器を有するハイブリッド冷凍システムと、再熱装置と、断熱噴霧加湿のための装置と、空気流を制御するためのバルブと、空気流の少なくとも一部の湿度及び温度を調節するための装置と、を備える空調装置が記載される。

更に、外気を内部空間に供給することが知られており、その場合、建物の内部空間の全てが、ヒートポンプの排気を供給し得る共通の排気チャネルを介して接続されており、その結果、排気中に含まれるエネルギーは、流出空気として建物を離れる前に、ヒートポンプによって例えば温水貯槽に供給され得る。そのような排気ヒートポンプは、建物のエネルギー効率に寄与する。

特許文献２から、ヒートポンプ設備のための低い温度レベルの入熱エネルギーを提供するための貯蔵設備が知られており、当該ヒートポンプ設備は、このエネルギーを吸収し、より高い温度レベルで再び放出する。その際、水槽は、その貯水量が水槽を損傷させることなく凍結することができるように、かつ、水槽底部にある又は水槽底部に埋め込まれた熱交換器システムによって、この水槽の冷却熱及び凍結熱がヒートポンプの低温側に供給され得るように、構成されている。

人工の水槽を使用することに加えて、自然の水域を貯蔵媒体として利用することも知られている。

例えば特許文献３から、熱交換器を備えるエネルギー貯蔵設備が知られており、当該熱交換器は、好ましくは第１の導管を介して水で満たされ得る、湖として形成された下部水槽上に浮遊配置されており、第２の導管を介して下部水槽からの水が、第３の導管を介して熱交換器を貫流するヒートポンプの冷却媒体が、別々の回路で供給可能であり、その結果、エネルギーを、熱交換器を介して、下部水槽の水の凍結下で又は下部水槽の水からの顕熱の形態で取り出すことが可能であり、温熱放出及び／又は冷熱放出のために消費者に転送することが可能である。

更に、特許文献４から、熱エネルギーを水域に導入すると共に熱エネルギーを水域から抽出するための浮遊装置が知られており、当該浮遊装置は水熱交換器を備え、当該水熱交換器は、装置を水域内に投入した後は当該水域内に沈むと共に、熱伝達流体のための流入口及び流出口を備え、当該熱伝達流体は、熱エネルギーを水域に放出し又は水域から熱エネルギーを抽出することができる。装置は、更に、空気熱交換器を備え、当該空気熱交換器は、周囲空気によって貫流されることができ、更に、水域に由来する水のための入口及び対応する出口を備え、その結果、水域からの水は空気熱交換器を通って流れることができ、熱エネルギーが、空気熱交換器を貫流する周囲空気と空気熱交換器を貫流する水との間で伝達可能である。

上述した装置は、通常、建物内に設置されたヒートポンプと共に作用する。これは、例えば、送電網又は独自の電力貯蔵設備を介して、電気エネルギーを供給され得る。

独国特許出願公開第１０２０１８２１３２７４号明細書 独国特許出願公開第２９２６６１０号明細書 独国特許出願公開第１０２０１５１０４９０９号明細書 独国特許出願公開第１０２０１５１２１１７７号明細書

このような背景から、従来のシステムに比べ、通年使用が可能であり、エネルギー効率が高いにもかかわらず設置コストが低い、内部空間を空調するためのシステムの構築が課題となっている。

この課題は、請求項１の特徴によって解決される。本発明の更なる有利な構成は、それぞれ従属請求項の主題である。これらは、技術的に意味のある方法で、互いに組み合わせられ得る。説明は、特に図面に関連して、本発明を更に特徴付け、特定する。

本発明によれば、少なくとも１つの排気チャネルを介して接続された建物の内部空間を空調するためのシステムであって、１つ又は複数の内部空間には、外気の供給配管を有し、給気若しくは循環空気を１つ又は複数の前記内部空間へ放出し、ヒートポンプの流体回路と接続された空調装置が設けられており、前記排気チャネル及び前記ヒートポンプの別の流体回路が、前記建物の外側に配置されたエネルギー貯蔵装置に接続されており、前記エネルギー貯蔵装置が、エネルギー伝達及びエネルギー貯蔵のために、熱交換器を介して前記ヒートポンプの前記別の流体回路に接続された液体貯槽内の、前記熱交換器を備えるものとして形成されており、前記排気は、熱伝達器を介して前記液体貯槽内へ導かれる、システムがもたらさされる。

それによれば、内部空間を空調するためのシステムにおいては、本発明に従って、ヒートポンプによって外気を暖め冷やすための空調装置が用いられる。暖房需要のある地域においてしばしば存在する空間暖房は、省略することができる。建物の内部空間からの排気は、エネルギー貯蔵装置を通って導かれ、流出空気として放出される。その場合、エネルギーの大部分は、更なる流体回路を介してヒートポンプで回収される。空調装置と組み合わせて従来使用されていた空間暖房とは対照的に、設置コストが著しく低減される。空調装置は、例えば冬に暖房需要のある地域では、機能しないことが多い。なぜなら、快適性の理由から、床暖房が空間暖房として使用されるからである。公知の空調装置はまた、供給空気として外気を供給するための接続部を有するが、当該外気は、空気循環機能との関連においてのみ所定の比率で供給空気に混合され、しばしば予熱された状態でいわゆる一次空気として供給されなければならない。全体として、内部空間を空調するための本発明によるシステムのエネルギー効率は、従来技術から知られているシステムよりも高い。なぜなら、エネルギー集約的な空気換気が大幅に排除されるからである。

本発明の一実施形態によれば、排気は、液体貯槽内の熱交換器を離れた後、流出空気として、同様にヒートポンプに接続された空気熱交換器に導かれる。その場合、流出空気は、空気熱交換器の前で外気と混合され得る。

それによれば、本発明のコンセプトは、液体貯槽内の熱伝達器を貫流した後、システムを離れる流出空気が空気熱交換器に供給され、当該流出空気が空気熱交換器の前で外気と混合し得るという程度にまで拡張される。そのようにして、流出空気に依然として含まれるエネルギーは、空気熱交換器によって同様に利用することができるが、排気を最初に液体貯槽を有する熱交換器に供給し、直ちには外気と混合させないことが、有利であることが判明した。これは、このようにして、場合によっては大きな温度差が回避され得るからである。液体貯槽内の第１の熱交換器と、外気の供給と組み合わされた空気熱交換器としての第２の熱交換器との組み合わせにより、本発明によるシステムの非常に効率的な動作が可能になる。

本発明の更なる実施形態によれば、空気熱交換器は、流出空気及び外気から成る径方向内向きの空気流が、空気熱交換器を介して、内部に配置されたファンによって生成可能であるように、液体貯槽の上方に配置されており、空気流は、中央領域においてシステムを離れる。

有利には、流出空気から成る空気流は、液体貯槽の外周に沿って液体貯槽を離れ、その結果、空気熱交換器を通る流れは有利には再び径方向内向きとなり、その結果、空気流は、中央の領域においてシステムを離れることができる。このようにして、障害物の周りの大きな転向を伴うことなく個々の構成要素の配置に従う空気流が可能になり、その結果、全体として、エネルギー貯蔵装置の単純な構造が可能になる。

本発明の更なる実施形態によれば、外気のための空気入口が蓋の外周に沿ってスリット状に、外気及び流出空気のための空気出口が好ましくは蓋の中央に、それぞれ形成されている。

空気熱交換器を通る外気の流れは、このようにして容易に達成することができ、その結果、エネルギー貯蔵装置のコンパクトな構造は、室内空間を空調するためのシステムの全体的な設置コストの低減に寄与する。

本発明の更なる実施形態によれば、空調装置は、内部空間の天井に、壁に、又は、棟壁内に配置されている。

内部空間の設計に応じて、冷却装置は異なる場所に配置することができ、ここで、住宅建物又はオフィス建物で使用される場合、冷却装置の異なる構成も選択され得る。ヒートポンプ及び外気供給との接続ラインに加えて、冷却装置のために排気チャネルとの接続も作り出されなければならない。

本発明の更なる実施形態によれば、空調装置は、チェスト型装置として形成されている。

このようにして、特に居住空間において、設置がより容易になる。なぜなら、技術的な詳細がもはや観察者によって認識され得ないからである。

本発明の更なる実施形態によれば、空調装置は、暖房需要がある場合、外気を、内部空間内へ供給空気として放出する前に、ヒートポンプの流体回路によって加熱する。

エネルギー貯蔵装置の液体貯槽に貯蔵されたエネルギーは、ヒートポンプを介して、流体回路を用いて外気を相応して加熱することができ、その結果、暖房需要がある場合、快適な屋内気候が支配する。排出された排気は、ここでも、それに含まれるエネルギーを取り出すことができるよう、エネルギー貯蔵装置に供給される。

本発明の更なる実施形態によれば、空調装置は、冷房需要がある場合、外気を、内部空間内へ供給空気として放出する前に、ヒートポンプの流体回路によって冷却する。

空間暖房の機能に加えて、本発明のシステムは、内部空間の空調にも使用され得る。

本発明の更なる実施形態によれば、空調装置は、循環空気モードで動作する。

室内空気の暖房も冷房も望まれない場合、空調装置は、使用された室内空気を交換するために循環空気モードで動作することができ、その結果、改善された条件下で室内に滞在することが可能になる。

以下において、いくつかの実施例が、図面を参照して詳細に説明される。

本発明のシステムの側面図を、概略図で示す。 図１のシステムでの使用のためのエネルギー貯蔵装置の断面図である。 図２のエネルギー貯蔵装置の上面図である。 図１のシステムでの使用のための空調装置の概略図である。

図面において、同一の又は機能的に同様に作用する部材には、同一の参照符号が付されている。

図１には、一実施形態において、建物６の内部空間４を空調するための本発明によるシステム２が示されている。建物６は、例えば住宅建物又はオフィス建物であることができる。しかしながら、本発明は異なるタイプの建物に適用することができ、したがって、示された例は非限定的であると見なされるべきである。内部空間４の各々は、排気開口８を介して、内部空間４から排気を排出する排気チャネル１０に接続されている。

排気チャネル１０は、供給配管１２を介してエネルギー貯蔵装置１４に接続されており、当該エネルギー貯蔵装置は、下部に、内部に熱交換器１８が配置された液体貯槽１６を備える。エネルギー貯蔵装置１４は、建物６の外側に配置されており、典型的には地中に埋設される。液体貯槽１６の上方には、断熱層２０の上方に空気熱交換器２２が配置されている。

その際、空気熱交換器２２は、エネルギー貯蔵装置１４の中央領域２４の周りに、複数のセグメントで配置されている。供給配管１２を介して供給された排気は、当該排気に含まれるエネルギーが最初に液体貯槽１６に供給されるよう、最初に、断熱層２０の下にあり図１において参照符号２６で示されている熱伝達器（図１には示されていない）を通じて導かれる。

熱伝達器２６を通過した後、空気は、空気熱交換器２２を通って径方向外側から導かれ、中央領域２４においてシステム２を離れる。熱交換器１８の作動のために、流体回路２８が設けられており、当該流体回路は、熱交換器１８を、好ましくは建物６の内部に配置されたヒートポンプ３０に接続する。別の流体回路３２が、ヒートポンプ３０を空調装置３４に接続しており、当該空調装置は、別の流体回路３２への接続に加えて、供給配管３８による開口３６を通じての外気の供給を有する。

更に、ヒートポンプ３０は、例えばヒータ４２に接続された温水タンク４０のような更なる構成要素にも接続され得る。しかしながら、これらの構成要素は本発明の一部を構成するものではないので、その詳細な説明は省略され得る。

図２には、エネルギー貯蔵装置１４が、再び断面図で示されている。エネルギー貯蔵装置１４は、液体貯槽１６内に、流体回路２８を介してヒートポンプ３０に接続された多数の配管を有する。典型的には、液体貯槽１６は、水又はパラフィン化合物で充填される。液体の上方には熱伝達器２６があり、当該熱伝達器は、建物６の排気によって径方向外向きに貫流され、その結果、当該排気は、断熱層２０と外側シェル４６との間の間隙の領域で流出空気４４として去る。中央領域２４には通風機４８があり、当該通風機は、流出空気４４を、シェル２６と蓋５２との間で径方向外側から流入し得る外気５０と共に、中央領域２４の方向に吸引し、そこで空気はシステム２を離れる。

空気熱交換器２２は、液体貯槽１６の上方、断熱層２０の上方にある。供給配管１２を介して供給された排気は、排気に含まれるエネルギーが先ず液体貯槽１６に供給されるよう、先ず熱交換器２６を介して導かれる。熱伝達器２６を通過した後、空気は、空気熱交換器２２を通って径方向外側から導かれ、中央領域２４においてシステム２を離れる。熱交換器１８の作動のために、熱交換器１８を好ましくは建物６の内部に配置されたヒートポンプ３０に接続する流体回路２８に加えて、空気熱交換器２２を建物６の内部に配置されたヒートポンプ３０に接続する別の流体回路（図示せず）が設けられている。

図３を参照すると、建物６からの排気の分布が更に詳細に示されており、排気が、熱伝達器２６を貫通した後、再び径方向外向きに去るよう、ある部位で熱伝達器２６に供給されることが分かる。熱伝達器２６は、多数の、特に径方向に配向されたフィンを有する金属から作製することができ、当該フィンは、図３に示されているように空気流を導く。

図４を参照すると、空調装置３４の概略図が示されている。配管３８を介した外気の供給に加えて、開口６０及び接続部品６２を介しても、空気は、ファン６４を介して、流体回路３２に接続された冷却又は加熱装置６６に供給され得る。続いて、このようにして温度調整された空気は、出口開口６８を介して空調装置３４を離れる。当然のことながら、例えば空気循環モードにおいて冷却又は加熱装置６６をブリッジするためのバイパス配管のような付加的な構成要素を、専門家の知識の範囲内で追加することができる。

内部空間４を空調するためのシステム２において、空調装置３４は、ヒートポンプ３０によって外気を暖め冷やすために用いられる。暖房需要のある地域においてしばしば存在する空間暖房は、省略することができる。建物６の内部空間４からの排気は、エネルギー貯蔵装置１４を通って導かれ、流出空気として放出される。その場合、エネルギーの大部分は、更なる流体回路２８を介してヒートポンプ３０で回収される。

上述の及び特許請求の範囲に提示された特徴、並びに、図面から読み取り可能な特徴は、個々に及び様々な組み合わせで、有利に実施可能である。本発明は、記載された実施例に限定されず、当業者の能力の範囲内で様々な方法で変更可能である。

２ システム
４ 内部空間
６ 建物
８ 排気開口
１０ 排気チャネル
１２ 供給配管
１４ エネルギー貯蔵装置
１６ 液体貯槽
１８ 熱交換器
２０ 断熱層
２２ 空気熱交換器
２４ 中央領域
２６ 熱伝達器
２８ 流体回路
３０ ヒートポンプ
３２ 別の流体回路
３４ 空調装置
３６ 開口
３８ 供給配管
４０ 温水タンク
４２ ヒータ
４４ 流出空気
４６ 外側シェル
４８ 通風機
５０ 外気開口
５２ 蓋
６０ 入口開口
６２ 接続部品
６４ 通風機
６６ 加熱装置
６８ 出口開口

Claims (10)

1. 少なくとも１つの排気チャネル（１０）を介して接続された建物（６）の内部空間（４）を空調するためのシステムであって、１つ又は複数の内部空間（４）には、外気の供給配管（３８）を有し、給気若しくは循環空気を１つ又は複数の前記内部空間（４）へ放出し、ヒートポンプ（３０）の流体回路（３２）と接続された空調装置（３４）が設けられており、前記排気チャネル（１０）及び前記ヒートポンプの別の流体回路（２８）が、前記建物（６）の外側に配置されたエネルギー貯蔵装置（１４）に接続されており、前記エネルギー貯蔵装置（１４）が、エネルギー伝達及びエネルギー貯蔵のために、熱交換器（１８）を介して前記ヒートポンプ（３０）の前記別の流体回路（２８）に接続された液体貯槽（１６）内の、前記熱交換器（１８）を備えるものとして形成されており、排気は、熱伝達器（２６）を介して前記液体貯槽（１６）内へ導かれる、システム。
2. 前記排気は、前記液体貯槽（１６）内の前記熱交換器（１８）を離れた後、流出空気として、同様に前記ヒートポンプ（３０）に接続された空気熱交換器（２２）に導かれる、請求項１に記載のシステム。
3. 前記流出空気は、前記空気熱交換器（２２）の前で外気と混合される、請求項２に記載のシステム。
4. 前記空気熱交換器（２２）は、流出空気及び外気から成る径方向内向きの空気流が、前記空気熱交換器（２２）を介して、内部に配置されたファン（４８）によって生成可能であるように、前記液体貯槽（１６）の上方に配置されており、前記空気流は、中央領域（２４）において前記システム（２）を離れる、請求項２又は３に記載のシステム。
5. 外気のための空気入口（５０）が蓋（４２）の外周に沿ってスリット状に、外気及び流出空気のための空気出口が好ましくは前記蓋の中央に、それぞれ形成されている、請求項１～４のいずれか１項に記載のシステム。
6. 前記空調装置（３４）は、前記内部空間の天井に、壁に、又は、棟壁内に配置されている、請求項１～５のいずれか１項に記載のシステム。
7. 前記空調装置（３４）はチェスト型装置として形成されている、請求項１～５のいずれか１項に記載のシステム。
8. 前記空調装置（３４）は、暖房需要がある場合、前記外気を、前記内部空間（４）内へ給気として放出する前に、前記ヒートポンプ（３０）の前記流体回路（３２）によって加熱する、請求項１～７のいずれか１項に記載のシステム。
9. 前記空調装置（３４）は、冷房需要がある場合、前記外気を、前記内部空間（４）内へ給気として放出する前に、前記ヒートポンプ（３０）の前記流体回路（３２）によって冷却する、請求項１～８のいずれか１項に記載のシステム。
10. 前記空調装置（３４）は空気循環モードで作動する、請求項１～８のいずれか１項に記載のシステム。

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