温度制御システム
冷媒によって熱を吸収し、それにより、冷媒を蒸発させるように構成された蒸発器ユニットと、内部にある冷媒の圧力および温度を上げるように構成されたコンプレッサユニットと、冷媒から熱を放出し、それにより、冷媒を液化するように構成された凝縮器ユニットとを有する閉冷媒回路を含む温度制御システムが提供される。コンプレッサユニットは、冷媒の圧力を上げるように構成された機械式コンプレッサと、冷媒の温度を上げるために外部熱源を利用するように構成された集熱器とを含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空調システム、特に、冷媒などの作動流体を圧縮することで冷房および／または暖房を行う空調システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
空調システムは、空間を暖房および冷房するために一般的に用いられる。コンプレッサユニットは、ガスの状態で供給された冷媒を圧縮し、それによって加熱するために設けられる。圧縮され、加熱された冷媒は凝縮コイルを通り、凝縮コイルでは、空気が凝縮コイルに強制的に当てられて熱を大気中に放散し、それによって、冷媒を液体の形態に凝縮する。液体冷媒は、液体冷媒の圧力を下げながらその流れを調整する調量装置を通り、次いで、冷房される空間内かまたはその近くに配置された蒸発器に流入することができる。空間からの空気は蒸発器コイルに強制的に当てられ、それにより、空間からの熱が冷媒によって吸収され、冷媒はガスになる。次いで、ガス状の冷媒は、コンプレッサユニットに搬送され、サイクルが再度始まる。
【０００３】
暖房するには、流れの方向を逆転させる。コンプレッサユニットを通る流れの方向が、確実に冷房のときと同じままであるようにするために逆転弁が設けられる。
【発明の概要】
【０００４】
本発明の一態様によれば、
・冷媒によって熱を吸収し、それにより、冷媒を蒸発させるように構成された蒸発器ユニットと、
・回路内の冷媒の圧力および温度を上げるように構成されたコンプレッサユニットと、
・冷媒から熱を放出し、それにより冷媒を液化するように構成された凝縮ユニットと、
を有する閉冷媒回路を含む温度制御システムが提供され、
コンプレッサユニットは、冷媒の圧力を上げるように構成された機械式コンプレッサと、冷媒の温度を上げるために外部熱源を利用するように構成された集熱器とを含む。
【０００５】
集熱器は、入射した太陽放射線から熱を取り込むように構成された太陽熱収集器を含むことができる。
【０００６】
太陽光線検出モジュールは光電池を含むことができる。
【０００７】
集熱器は、機械式コンプレッサの下流に配置することができる。
【０００８】
第２の集熱器を設け、機械式コンプレッサの上流に配置することができる。
【０００９】
各集熱器には、冷媒が集熱器を迂回することを可能にするように構成されたバイパスを設けることができる。
【００１０】
温度制御システムは、少なくとも、集熱器における冷媒の予測される温度上昇に基づいて、機械式コンプレッサの動作を制御するように構成されたコントローラをさらに含むことができる。
【００１１】
コンプレッサユニットは、機械式コンプレッサの回転数を変化させる可変周波数ドライブを含むことができる。
【００１２】
コントローラは、少なくとも、可変周波数ドライブに機械式コンプレッサの回転数を変えさせることで、機械式コンプレッサの動作を制御するように構成することができる。
【００１３】
温度制御システムは、集熱器に出入りするときの冷媒の温度を測定するように配置された温度センサをさらに含むことができ、コントローラは、温度センサによって測定された温度に基づいて、予測される温度上昇を求めるように構成される。
【００１４】
温度制御システムは、太陽熱収集器で利用できる太陽放射線の程度を測定するように構成された１つまたは複数の太陽光線検出モジュールをさらに含むことができ、コントローラは、太陽光線検出モジュールによって測定された太陽放射線の程度に基づいて、予測される温度上昇を求めるように構成される。
【００１５】
太陽熱収集器は、真空にすることができる密封容器内に冷媒搬送管を含むことができ、密封容器の放射線に面する側は透明材料を含む。
【００１６】
冷媒搬送管は、フィン付き管装置の一部を構成することができる。
【００１７】
太陽熱収集器は、冷媒搬送管に付属するヒートシンクをさらに含むことができ、ヒートシンクは、太陽エネルギを吸収し、その太陽エネルギを冷媒搬送管に送るように構成される。ヒートシンクには、冷媒搬送管の少なくとも一部を形成することができ、かつ／またはヒートシンクは、冷媒搬送管の少なくとも一部をその中に受け入れるように形成することができる。
【００１８】
ヒートシンクには、冷媒搬送管から半径方向に延びる突起を形成することができる。突起は、冷媒搬送管の一部に沿って延びることができる。
【００１９】
ヒートシンクは押出し材料で作製することができる。
【００２０】
ヒートシンクは金属で作製することができる。
【００２１】
ヒートシンクの少なくとも放射線対向面は、その反射率が低くなるように設計することができる。
【００２２】
温度制御システムは、蒸気形態の冷凍サイクルを動作させるように構成することができる。
【００２３】
温度制御システムは、液体冷媒の流れを調整するように構成された、凝縮器ユニットの下流にある温度自動膨張弁などの調量装置をさらに含むことができる。
【００２４】
温度制御システムは、分割系空調システムとすることができる。
【００２５】
温度制御システムは、冷媒を逆方向に流れさせ、それによって、蒸発器ユニットが冷媒から熱を放出し、凝縮器ユニットが冷媒に熱を吸収する、すなわち、凝縮器ユニットよって熱が吸収されるのを可能にするように構成された逆転弁をさらに含むことができる。
【００２６】
凝縮器ユニットは、水加熱システムの一部を構成することができ、水加熱器は、冷媒から放出された熱を利用して水を加熱するように構成される。凝縮器の少なくとも一部は、水の加熱を可能にするために、熱交換器の一部を構成することができる。
【００２７】
本発明の別の態様によれば、第１および第２の供給接続体、および入口、出口、ならびに第１および第２の弁を含む逆転弁が提供され、逆転弁は、第１および第２の弁が選択的に、
・第１の供給接続体を入口と流体連通させ、出口から流体的に遮断し、第２の供給接続体を入口から流体的に遮断し、出口と流体連通させるか、または
・第２の供給接続体を入口と流体連通させ、出口から流体的に遮断し、第１の供給接続体を入口から流体的に遮断し、出口と流体連通させる、
ように構成される形で配置される。
【００２８】
第１および第２の弁は、それぞれが第１、第２、および第３のポートを含み、第２のポートが、第１および第３のポートの一方だけと流体連通することができるように構成された３つの三方弁とすることができる。
【００２９】
弁は、
・各弁の第１のポートが互いに流体連通し、かつ第１の供給接続体と流体連通し、
・各弁の第３のポートが互いに流体連通し、かつ第２の供給接続体と流体連通し、
・第１の弁の第２のポートが入口と流体連通し、
・第２の弁の第２のポートが出口と流体連通する、
ように接続することができる。
【００３０】
弁は、互いに連動して流体接続の状態を変えるように互いに機械的に連結することができる。
【００３１】
本発明を理解し、本発明が実際にどのように実施されるかを知るために、添付の図面を参照して、実施形態が非限定的な単なる例として以下に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】図１は、本発明による空調システムの概略図である。
【図２】図２は、図１に示す空調システムで使用する太陽熱収集器の斜視図である。
【図３】図３は、本発明による空調システムの別の例の概略図である。
【図４Ａ】図４Ａは、図３に示す空調システムで使用する逆転弁の概略図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、冷房運転モードでの図４Ａに示す逆転弁の動作を概略的に示している。
【図４Ｃ】図４Ｃは、暖房運転モードでの図４Ａに示す逆転弁の動作を概略的に示している。
【図５】図５は、本発明による空調システムのさらなる例の概略図である。
【図６】図６は、本発明の空調の凝縮器ユニットの修正形態の概略図である。
【図７Ａ】図７Ａは、図２に示す太陽熱収集器で使用するヒートシンクを示している。
【図７Ｂ】図７Ｂは、図７ＡのＶ−Ｖ線に沿って切り取った断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
図１に示すように、温度制御システムを構成する、全体として１０で表される空調システムが提供される。システム１０は、蒸発器ユニット１２、およびコンプレッサユニット１４、凝縮器ユニット１６、および調量装置１８を含む。システム１０は、システム１０の上記の構成要素間で冷媒を搬送するように構成された冷媒管２０をさらに含む。空調システム１０は、蒸発器ユニット１２によって冷房を行うために蒸気形態の冷凍サイクルを動作させるように構成されている。
【００３４】
蒸発器ユニット１２は、空調システムで使用するために通常設けられる蒸発器ユニットと同様に設計することができる。したがって、蒸発器ユニット１２は、冷媒管２０と流体連通するように配置された蒸発器コイル２２と、ファン２４、または冷房される空間の周囲空気を強制的に蒸発器コイルに当てるように設計された他の同様の送風機構とを含む。蒸発器ユニット１２は、液体の状態で蒸発器ユニットの入口２６から蒸発器コイル２２に流入した冷媒が、ガスの状態で蒸発器ユニットの出口２８から蒸発器コイルを出るように設計される。
【００３５】
コンプレッサユニット１４は、蒸発器ユニットからガスの状態で冷媒を受け入れるように蒸発器ユニット１２の下流に配置され、コンプレッサユニットの入口３６からガスの状態で流入した冷媒が、より高い圧力および温度のガスの状態でコンプレッサユニットの出口３８から出るように設計されている。コンプレッサユニットは、空調システムで使用するために通常設けられる機械式コンプレッサと同様に設計できる機械式コンプレッサ３０と、機械式コンプレッサに接続された太陽熱収集器３２とを含む。機械式コンプレッサ３０および太陽熱収集器３２は、冷媒が、機械式コンプレッサを通過した後、太陽熱収集器に流入するように配置されている。コンプレッサユニット１４は、下記に説明するように、コンプレッサユニットの動作を制御するように構成されたコントローラ４０をさらに含む。
【００３６】
機械式コンプレッサ３０は、ガス状冷媒の圧力を上昇させ、ひいては温度を上昇させるように構成されている。機械式コンプレッサ３０には、コンプレッサを動作させるモータ３４が設けられている。モータ３４は、モータ３４の回転数を変化させて、コンプレッサが、例えば、冷房需要が減ったのに応答して、部分負荷で作動できるように設計された可変周波数ドライブを含むことができる。そのような装置は、「インバータ」として販売されることがある。
【００３７】
太陽熱収集器３２は、機械式コンプレッサ３０と流体連通し、圧縮された冷媒を機械式コンプレッサ３０から受け入れるように設計された冷媒搬送管を構成する太陽熱コイル４２を含む。太陽熱コイル４２は、太陽放射線に当てられ、それによって、ガス状冷媒の温度を上げるように設けられている。太陽熱収集器３２は、それらに限定するものではないが、太陽反射鏡、太陽熱コイル４２を囲む真空チューブ、フィン付き管装置などを含む、太陽熱収集器の効率を高めるための任意の装置をさらに含むことができる。
【００３８】
図２に示すように、太陽熱収集器３２は、その中に太陽熱コイル４２を収容する密閉容器４４をさらに含む。密閉容器４４は、システム１０が設置されたときに太陽に対向するように設計され、最大量の太陽放射線、または最大量の所定の周波数の太陽放射線（例えば、赤外線）が通過するのを可能にするように設計された放射線対向側４６を含む。密閉容器４４は真空にすることができる、すなわち、太陽熱コイル４２および他の任意の固体構成要素が密閉容器内に設置されると、残りの空間を真空にするか、または不活性ガスもしくは他の任意の透明断熱物質を充填することができる。これは、太陽熱コイル４２から密封容器４４を囲む大気への熱の損失を低減する。冷媒流の方向が、図２に矢印で示されている。
【００３９】
コンプレッサユニット１４は、システム１０の運転中にコンプレッサユニットの状態を測定するための１つまたは複数のセンサ（図示せず）を含むことができる。下記に説明するように、これらのセンサの出力をコントローラ４０で使用して、コンプレッサユニット１４の動作をどのように制御するかを決めることができる。
【００４０】
コンプレッサユニットには、太陽熱収集器３２で利用できる、または太陽熱収集器３２に当たる、太陽放射線の程度（例えば、強度など）を測定するように構成された１つまたは複数の太陽光線検出モジュールを設けることができる。これは、任意の所望の手段、例えば、光電池を設けることによって行うことができる。太陽光線検出モジュールは、様々な周波数の太陽放射線、特に赤外線を検出および識別するように構成することができる。太陽光線検出モジュールは、太陽熱収集器３２に隣接してか、または太陽熱収集器の密閉容器４４の後ろに配置することができる。コントローラは、太陽光線検出モジュールによって測定された太陽放射線の程度に基づいて、システムに寄与するのに利用できる太陽エネルギの量を求めることができる。例えば、測定した太陽放射線に、太陽熱コイル４２の面積がモジュール内の感光材料の総面積を超える量に相当する係数を乗じることができる。
【００４１】
上記に加えて、または上記の代替案として、温度および／または圧力センサを太陽熱コイル４２への入口、およびそこからの出口に配置することができる。コントローラ４０は、システム１０の運転中にこれらの箇所で測定した温度および／または圧力を冷媒のタイプなどの他の因子とともに使用して、使用中に太陽エネルギが分担する量を求めることができる。コントローラ４０は、例えば、各一連の測定結果をリアルタイムに検証するために、これらの測定値を太陽光線検出モジュールの測定値と併用するように構成することができる。
【００４２】
さらに、コンプレッサユニット１４および／または空調システム全体の使用パラメータを測定するのに他のセンサを設けることができる。これらのセンサは、例えば、システムの様々な要素をフィードバック制御するなど、任意の所望する用途用に設けることができる。
【００４３】
説明したように、コンプレッサユニット１４は、これを通過するガス状冷媒の圧力および温度を上げるように設計される。使用時、コントローラは、冷媒がコンプレッサユニット１４を出るときにとるべき望ましい圧力／温度を、例えば、冷房需要に基づいて求める。こうしてコントローラは、太陽熱収集器３２から供給される太陽エネルギの分担量を求める。この分担量を求めた後、コントローラ４０は、冷房需要を満たすために必要とされるエネルギを追加して機械式コンプレッサ３０を動作させる。
【００４４】
例えば、機械式コンプレッサ３０のモータ３４に可変速ドライブを設けた場合、この可変速ドライブにより、モータは、太陽熱収集器３２がない場合に冷房負荷を満たすために必要な回転数と比較して、大幅に減速して動作することができる。日光が全くない場合、コンプレッサは通常通り動作することができる。
【００４５】
凝縮器ユニット１６は、空調システムで使用するために通常設けられる凝縮器ユニットと同様に設計することができる。したがって、凝縮器ユニットは、冷媒管２０と流体連通するように配置された凝縮器コイル４８と、ファン５０、または空気を強制的に凝縮器コイルに当てるように設計された他の同様の送風機構とを含む。凝縮器ユニット１６は、ガス状態で凝縮器ユニットの入口５２から凝縮コイル４８に流入した冷媒が、液体状態で凝縮ユニットの出口５４から凝縮器コイルを出るように設計される。
【００４６】
調量装置１８は、空調システムで使用するために通常設けられる調量装置と同様に設計することができる。調量装置は、凝縮器ユニット１６から蒸発器ユニット１２に流れる冷媒の量を制御するように設計された温度（または、温度自動）膨張弁として設けることができる。さらに、冷媒の圧力が、冷媒が調量装置１８を通るときに落ちて、空調システム１０の効率を上げるのに寄与する。
【００４７】
図３に示すように、上記の空調システム１０は、ヒートポンプとして使用することができて、冷媒は、暖房される空間の温度よりも高い温度で蒸発器ユニット１２に供給される。したがって、雰囲気が強制的に蒸発器に当てられると雰囲気は温められる。このように動作させるためには、流れが機械式コンプレッサ３０、および任意選択でコンプレッサユニット１４を冷房時と同じ方向で通らなければならないことを除いて、流れの方向を逆転する必要がある。そのように使用する場合、逆転弁５６が設けられる。逆転弁５６は、空調システムで使用するために通常設けられる逆転弁と同様に設計することができる。
【００４８】
あるいは、図４Ａに示すように、逆転弁５６は、２つの独立した三方弁、すなわち、コンプレッサユニット１４の入口となる入口弁５８と、コンプレッサユニットの出口となる出口弁６０とを含むこともできる。入口弁５８および出口弁６０のそれぞれは、３つのポート（それぞれが第１の供給接続体Ａを介して蒸発器ユニット１２に接続される蒸発器側ポート５８ａ、６０ａ、それぞれが第２の供給接続体Ｂを介して凝縮器ユニット１６に接続される凝縮器側ポート５８ｂ、６０ｂ、ならびにＣを介して機械式コンプレッサ３０の入口、およびＤを介して太陽熱ユニット３２の出口にそれぞれ接続されるコンプレッサ側ポート５８ｃ、６０ｃ）を含み、３つのポートのうちの２つは互いに流体連通し、一方、３つ目はストッパとして機能する。
【００４９】
使用時、蒸発器ユニット１２によって冷房を行うために、図４Ｂに示すように、入口弁５８は、その蒸発器側ポート５８ａとコンプレッサ側ポート５８ｃとが互いに流体連通するように位置を合わされ、出口弁６０は、その凝縮器側ポート６０ｂとコンプレッサ側ポート６０ｃとが互いに流体連通するように位置を合わされる。入口弁５８の凝縮器側ポート５８ｂおよび出口弁６０の蒸発器側ポート６０ａはストッパとして機能する。蒸発器ユニット１２からの冷媒は、第１の供給接続体Ａを介して入口弁５８の蒸発器側ポート５８ａを流れ、入口弁のコンプレッサ側ポート５８ｃから出ていき、機械式コンプレッサ３０に流入する。太陽熱収集器３２からの冷媒は、出口弁６０のコンプレッサ側ポート６０ｃを流れ、出口弁の凝縮器側ポート６０ｂを通って第２の供給接続体Ｂから出ていき、凝縮器ユニット１６に流入する。冷媒流の方向は図４Ｂに矢印で示されている。
【００５０】
使用時、蒸発器ユニット１２によって暖房を行うために、図４Ｃに示すように、入口弁５８は、その凝縮器側ポート５８ｂとコンプレッサ側ポート５８ｃとが互いに流体連通するように位置を合わされ、出口弁６０は、その蒸発器側ポート６０ａとコンプレッサ側ポート６０ｃとが互いに流体連通するように位置を合わされる。入口弁５８の蒸発器側ポート５８ａおよび出口弁６０の凝縮器側ポート６０ｂはストッパとして機能する。凝縮器ユニット１６からの冷媒は、第２の供給接続体Ｂを介して入口弁５８の凝縮器側ポート５８ｂを流れ、入口弁のコンプレッサ側ポート５８ｃから出ていき、機械式コンプレッサ３０に流入する。太陽熱収集器３２からの冷媒は、出口弁６０のコンプレッサ側ポート６０ｃを流れ、出口弁の蒸発器側ポート６０ａを通って第１の供給接続体Ａから出ていき、凝縮器ユニット１６に流入する。冷媒流の方向は図４Ｃに矢印で示されている。
【００５１】
逆転弁５６は、第１の側を蒸発器ユニット１２とコンプレッサユニット１４との間に配置され、第２の側をコンプレッサユニットと凝縮器ユニット１６との間に配置される（コンプレッサユニットを横断する冷媒流がすべてのタイプの運転で同じ方向であることを保証する）と説明したが、当然ながら、逆転弁は、冷媒が機械的に圧縮される前に太陽放射線によって加熱されるように、第２の側を機械式コンプレッサ３０と太陽熱ユニット３２との間に配置してもよい（単に、機械的コンプレッサを横断する冷媒流がすべてのタイプの運転で同じ方向であることを保証する）。
【００５２】
入口弁５８および出口弁６０は、空調システム１０の性能を望ましくないものにし、かつ／または空調システムの構成要素に損傷を与えることになる、それぞれ異なるモードで動作するように位置を合わされる状況を防止するために、互いに機械的に連結されて、連動して入口弁および出口弁の流体接続の状態（すなわち、どのポートが流体連通するか）を確実に変えるようにすることができる。
【００５３】
修正形態によれば、図５に示すように、コンプレッサユニット１４は、上流の太陽熱収集器３２ａ、および下流の太陽熱収集器３２ｂを含むことができる。太陽熱収集器３２ａ、３２ｂの一方にそれぞれ付属するバイパス管３３ａ、３３ｂが設けられている。適切な弁（例えば、三方弁、逆止弁など、図示せず）が、各バイパス管３３ａ、３３ｂの端部に設けられて、太陽熱収集器３２ａ、３２ｂ経由か、またはそれを迂回させるか、冷媒の経路を選択的に決める。コントローラ４０は、冷媒を適切に送るために弁を動作させるように構成されている。
【００５４】
使用時、蒸発器ユニット１２によって冷房を行うために、上流の太陽熱収集器３２ａに付属するバイパス管３３ａの弁は、冷媒を上流の太陽熱収集器経由で送るように動作し、下流の太陽熱収集器３２ｂに付属するバイパス管３３ｂの弁は、下流の太陽熱収集器を迂回して冷媒を送るように動作する。したがって、冷媒はコンプレッサに流入する前だけ加熱される。
【００５５】
上流の太陽熱収集器３２ａに当たる日光が全くない場合、または測定した太陽熱収集器の温度が冷媒の温度よりも低い場合、弁は、上流の太陽熱収集器に付属するバイパス管３３ａ経由で冷媒を送るように動作することができ、コンプレッサユニット１４は通常のコンプレッサとして動作する。
【００５６】
使用時、蒸発器ユニット１２によって暖房を行うために、上流の太陽熱収集器３２ａに付属するバイパス管３３ａの弁は、上流の太陽熱収集器を迂回して冷媒を送るように動作し、両方のバイパス管３３ａ、３３ｂの弁は、冷媒をそれらのそれぞれの太陽熱収集器３２ａ、３２ｂ経由で送るように動作する。したがって、冷媒は、コンプレッサに入る前、さらに、出た後に加熱される。
【００５７】
太陽熱収集器３２ａ、３２ｂに当たる日光が全くない場合、または測定した太陽熱収集器の温度が冷媒の温度よりも低い場合、弁は、バイパス管３３ａ、３３ｂ経由で冷媒を送るように動作することができ、コンプレッサユニット１４は通常のコンプレッサとして動作する。
【００５８】
別の修正形態によれば、図６に示すように、凝縮器ユニット１６は、水源に接続された熱交換器７０を含むことができる。（熱交換器７０が、管形熱交換器のシンボルで図６に示されているが、当然ながら、任意の適切な熱交換器を設けることができる）。したがって、空調システム１０、具体的には、凝縮器ユニット１６は、水加熱システムの一部として機能することができる。
【００５９】
太陽熱収集器３２は、太陽熱収集器３２に当たる太陽放射線からの熱の吸収を増大させ、その熱を太陽熱コイル４２に送るように設計された装置を含むことができる。例えば、太陽熱収集器はフィン付き管装置を含むことができ、太陽熱コイル４２はフィン付き管装置の管を構成する。
【００６０】
あるいは、図７Ａ、および図７Ｂに示すように、太陽熱収集器は、例えば、押出しアルミニウムで作製されたヒートシンク６２を含むことができる。太陽熱コイル４２のヒートシンク６２を貫通する部分をヒートシンク内に形成された管６４内に配置することができるし、または管６４が太陽熱コイルの一部を構成することもできる（すなわち、太陽熱収集器３２は、冷媒が直接ヒートシンクを通り、各管の端部に取り付けられた半円形コイル６６によって隣接する管に送られるように設計することができる。突起６８は、入射太陽放射線が当たる領域を拡大するために設けられている。
【００６１】
ヒートシンク６２の表面は、その反射率が低くなるように設計することができる。例えば、ヒートシンク６２の表面は暗色で塗り、マットペイントなどの低反射材料または無反射材料でコーティングすることができる。
【００６２】
ヒートシンク６２の一実施形態が示されたが、当然ながら、太陽熱収集器３２に当たる太陽放射線からの熱の吸収を増大させ、その熱を太陽熱コイル４２に送るように構成される任意の適切な形状を形成することができる。例えば、太陽熱コイル４２の一部を構成する（または、太陽熱コイル４２の一部が貫通するのを可能にする）貫通穴を有する、適切な材料からなる平板として、ヒートシンク６２を形成することができる。
【００６３】
太陽熱収集器に関連して上記に説明したが、当然ながら、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、必要な変更を加えることで、太陽熱収集器の代わりに任意の集熱器を使用することができる。例えば、空調システムは自動車用途に適合することができ、集熱器は、冷媒の温度を上げるために、自動車の運転で生じた廃熱を捕捉および利用するように構成される。こうしてもたらされた、またはこうしてもたらされると予測される熱エネルギ量を求めるために、任意選択で適切なセンサを設けることができる。他の例には、それに限定されるのもではないが、オーブン、洗濯物乾燥機などを含む産業用途からの廃熱を捕捉および利用するように構成された集熱器がある。
【００６４】
本発明が属する技術分野の当業者ならば、本発明の範囲から逸脱することなく、必要な変更を加えて、多数の変更、変形、および修正を行うことができると容易に分かるであろう。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空調システム、特に、冷媒などの作動流体を圧縮することで冷房および／または暖房を行う空調システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
空調システムは、空間を暖房および冷房するために一般的に用いられる。コンプレッサユニットは、ガスの状態で供給された冷媒を圧縮し、それによって加熱するために設けられる。圧縮され、加熱された冷媒は凝縮コイルを通り、凝縮コイルでは、空気が凝縮コイルに強制的に当てられて熱を大気中に放散し、それによって、冷媒を液体の形態に凝縮する。液体冷媒は、液体冷媒の圧力を下げながらその流れを調整する調量装置を通り、次いで、冷房される空間内かまたはその近くに配置された蒸発器に流入することができる。空間からの空気は蒸発器コイルに強制的に当てられ、それにより、空間からの熱が冷媒によって吸収され、冷媒はガスになる。次いで、ガス状の冷媒は、コンプレッサユニットに搬送され、サイクルが再度始まる。
【０００３】
暖房するには、流れの方向を逆転させる。コンプレッサユニットを通る流れの方向が、確実に冷房のときと同じままであるようにするために逆転弁が設けられる。
【発明の概要】
【０００４】
本発明の一態様によれば、
・冷媒によって熱を吸収し、それにより、冷媒を蒸発させるように構成された蒸発器ユニットと、
・回路内の冷媒の圧力および温度を上げるように構成されたコンプレッサユニットと、
・冷媒から熱を放出し、それにより冷媒を液化するように構成された凝縮ユニットと、
を有する閉冷媒回路を含む温度制御システムが提供され、
コンプレッサユニットは、冷媒の圧力を上げるように構成された機械式コンプレッサと、冷媒の温度を上げるために外部熱源を利用するように構成された集熱器とを含む。
【０００５】
集熱器は、入射した太陽放射線から熱を取り込むように構成された太陽熱収集器を含むことができる。
【０００６】
太陽光線検出モジュールは光電池を含むことができる。
【０００７】
集熱器は、機械式コンプレッサの下流に配置することができる。
【０００８】
第２の集熱器を設け、機械式コンプレッサの上流に配置することができる。
【０００９】
各集熱器には、冷媒が集熱器を迂回することを可能にするように構成されたバイパスを設けることができる。
【００１０】
温度制御システムは、少なくとも、集熱器における冷媒の予測される温度上昇に基づいて、機械式コンプレッサの動作を制御するように構成されたコントローラをさらに含むことができる。
【００１１】
コンプレッサユニットは、機械式コンプレッサの回転数を変化させる可変周波数ドライブを含むことができる。
【００１２】
コントローラは、少なくとも、可変周波数ドライブに機械式コンプレッサの回転数を変えさせることで、機械式コンプレッサの動作を制御するように構成することができる。
【００１３】
温度制御システムは、集熱器に出入りするときの冷媒の温度を測定するように配置された温度センサをさらに含むことができ、コントローラは、温度センサによって測定された温度に基づいて、予測される温度上昇を求めるように構成される。
【００１４】
温度制御システムは、太陽熱収集器で利用できる太陽放射線の程度を測定するように構成された１つまたは複数の太陽光線検出モジュールをさらに含むことができ、コントローラは、太陽光線検出モジュールによって測定された太陽放射線の程度に基づいて、予測される温度上昇を求めるように構成される。
【００１５】
太陽熱収集器は、真空にすることができる密封容器内に冷媒搬送管を含むことができ、密封容器の放射線に面する側は透明材料を含む。
【００１６】
冷媒搬送管は、フィン付き管装置の一部を構成することができる。
【００１７】
太陽熱収集器は、冷媒搬送管に付属するヒートシンクをさらに含むことができ、ヒートシンクは、太陽エネルギを吸収し、その太陽エネルギを冷媒搬送管に送るように構成される。ヒートシンクには、冷媒搬送管の少なくとも一部を形成することができ、かつ／またはヒートシンクは、冷媒搬送管の少なくとも一部をその中に受け入れるように形成することができる。
【００１８】
ヒートシンクには、冷媒搬送管から半径方向に延びる突起を形成することができる。突起は、冷媒搬送管の一部に沿って延びることができる。
【００１９】
ヒートシンクは押出し材料で作製することができる。
【００２０】
ヒートシンクは金属で作製することができる。
【００２１】
ヒートシンクの少なくとも放射線対向面は、その反射率が低くなるように設計することができる。
【００２２】
温度制御システムは、蒸気形態の冷凍サイクルを動作させるように構成することができる。
【００２３】
温度制御システムは、液体冷媒の流れを調整するように構成された、凝縮器ユニットの下流にある温度自動膨張弁などの調量装置をさらに含むことができる。
【００２４】
温度制御システムは、分割系空調システムとすることができる。
【００２５】
温度制御システムは、冷媒を逆方向に流れさせ、それによって、蒸発器ユニットが冷媒から熱を放出し、凝縮器ユニットが冷媒に熱を吸収する、すなわち、凝縮器ユニットよって熱が吸収されるのを可能にするように構成された逆転弁をさらに含むことができる。
【００２６】
凝縮器ユニットは、水加熱システムの一部を構成することができ、水加熱器は、冷媒から放出された熱を利用して水を加熱するように構成される。凝縮器の少なくとも一部は、水の加熱を可能にするために、熱交換器の一部を構成することができる。
【００２７】
本発明の別の態様によれば、第１および第２の供給接続体、および入口、出口、ならびに第１および第２の弁を含む逆転弁が提供され、逆転弁は、第１および第２の弁が選択的に、
・第１の供給接続体を入口と流体連通させ、出口から流体的に遮断し、第２の供給接続体を入口から流体的に遮断し、出口と流体連通させるか、または
・第２の供給接続体を入口と流体連通させ、出口から流体的に遮断し、第１の供給接続体を入口から流体的に遮断し、出口と流体連通させる、
ように構成される形で配置される。
【００２８】
第１および第２の弁は、それぞれが第１、第２、および第３のポートを含み、第２のポートが、第１および第３のポートの一方だけと流体連通することができるように構成された３つの三方弁とすることができる。
【００２９】
弁は、
・各弁の第１のポートが互いに流体連通し、かつ第１の供給接続体と流体連通し、
・各弁の第３のポートが互いに流体連通し、かつ第２の供給接続体と流体連通し、
・第１の弁の第２のポートが入口と流体連通し、
・第２の弁の第２のポートが出口と流体連通する、
ように接続することができる。
【００３０】
弁は、互いに連動して流体接続の状態を変えるように互いに機械的に連結することができる。
【００３１】
本発明を理解し、本発明が実際にどのように実施されるかを知るために、添付の図面を参照して、実施形態が非限定的な単なる例として以下に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】図１は、本発明による空調システムの概略図である。
【図２】図２は、図１に示す空調システムで使用する太陽熱収集器の斜視図である。
【図３】図３は、本発明による空調システムの別の例の概略図である。
【図４Ａ】図４Ａは、図３に示す空調システムで使用する逆転弁の概略図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、冷房運転モードでの図４Ａに示す逆転弁の動作を概略的に示している。
【図４Ｃ】図４Ｃは、暖房運転モードでの図４Ａに示す逆転弁の動作を概略的に示している。
【図５】図５は、本発明による空調システムのさらなる例の概略図である。
【図６】図６は、本発明の空調の凝縮器ユニットの修正形態の概略図である。
【図７Ａ】図７Ａは、図２に示す太陽熱収集器で使用するヒートシンクを示している。
【図７Ｂ】図７Ｂは、図７ＡのＶ−Ｖ線に沿って切り取った断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
図１に示すように、温度制御システムを構成する、全体として１０で表される空調システムが提供される。システム１０は、蒸発器ユニット１２、およびコンプレッサユニット１４、凝縮器ユニット１６、および調量装置１８を含む。システム１０は、システム１０の上記の構成要素間で冷媒を搬送するように構成された冷媒管２０をさらに含む。空調システム１０は、蒸発器ユニット１２によって冷房を行うために蒸気形態の冷凍サイクルを動作させるように構成されている。
【００３４】
蒸発器ユニット１２は、空調システムで使用するために通常設けられる蒸発器ユニットと同様に設計することができる。したがって、蒸発器ユニット１２は、冷媒管２０と流体連通するように配置された蒸発器コイル２２と、ファン２４、または冷房される空間の周囲空気を強制的に蒸発器コイルに当てるように設計された他の同様の送風機構とを含む。蒸発器ユニット１２は、液体の状態で蒸発器ユニットの入口２６から蒸発器コイル２２に流入した冷媒が、ガスの状態で蒸発器ユニットの出口２８から蒸発器コイルを出るように設計される。
【００３５】
コンプレッサユニット１４は、蒸発器ユニットからガスの状態で冷媒を受け入れるように蒸発器ユニット１２の下流に配置され、コンプレッサユニットの入口３６からガスの状態で流入した冷媒が、より高い圧力および温度のガスの状態でコンプレッサユニットの出口３８から出るように設計されている。コンプレッサユニットは、空調システムで使用するために通常設けられる機械式コンプレッサと同様に設計できる機械式コンプレッサ３０と、機械式コンプレッサに接続された太陽熱収集器３２とを含む。機械式コンプレッサ３０および太陽熱収集器３２は、冷媒が、機械式コンプレッサを通過した後、太陽熱収集器に流入するように配置されている。コンプレッサユニット１４は、下記に説明するように、コンプレッサユニットの動作を制御するように構成されたコントローラ４０をさらに含む。
【００３６】
機械式コンプレッサ３０は、ガス状冷媒の圧力を上昇させ、ひいては温度を上昇させるように構成されている。機械式コンプレッサ３０には、コンプレッサを動作させるモータ３４が設けられている。モータ３４は、モータ３４の回転数を変化させて、コンプレッサが、例えば、冷房需要が減ったのに応答して、部分負荷で作動できるように設計された可変周波数ドライブを含むことができる。そのような装置は、「インバータ」として販売されることがある。
【００３７】
太陽熱収集器３２は、機械式コンプレッサ３０と流体連通し、圧縮された冷媒を機械式コンプレッサ３０から受け入れるように設計された冷媒搬送管を構成する太陽熱コイル４２を含む。太陽熱コイル４２は、太陽放射線に当てられ、それによって、ガス状冷媒の温度を上げるように設けられている。太陽熱収集器３２は、それらに限定するものではないが、太陽反射鏡、太陽熱コイル４２を囲む真空チューブ、フィン付き管装置などを含む、太陽熱収集器の効率を高めるための任意の装置をさらに含むことができる。
【００３８】
図２に示すように、太陽熱収集器３２は、その中に太陽熱コイル４２を収容する密閉容器４４をさらに含む。密閉容器４４は、システム１０が設置されたときに太陽に対向するように設計され、最大量の太陽放射線、または最大量の所定の周波数の太陽放射線（例えば、赤外線）が通過するのを可能にするように設計された放射線対向側４６を含む。密閉容器４４は真空にすることができる、すなわち、太陽熱コイル４２および他の任意の固体構成要素が密閉容器内に設置されると、残りの空間を真空にするか、または不活性ガスもしくは他の任意の透明断熱物質を充填することができる。これは、太陽熱コイル４２から密封容器４４を囲む大気への熱の損失を低減する。冷媒流の方向が、図２に矢印で示されている。
【００３９】
コンプレッサユニット１４は、システム１０の運転中にコンプレッサユニットの状態を測定するための１つまたは複数のセンサ（図示せず）を含むことができる。下記に説明するように、これらのセンサの出力をコントローラ４０で使用して、コンプレッサユニット１４の動作をどのように制御するかを決めることができる。
【００４０】
コンプレッサユニットには、太陽熱収集器３２で利用できる、または太陽熱収集器３２に当たる、太陽放射線の程度（例えば、強度など）を測定するように構成された１つまたは複数の太陽光線検出モジュールを設けることができる。これは、任意の所望の手段、例えば、光電池を設けることによって行うことができる。太陽光線検出モジュールは、様々な周波数の太陽放射線、特に赤外線を検出および識別するように構成することができる。太陽光線検出モジュールは、太陽熱収集器３２に隣接してか、または太陽熱収集器の密閉容器４４の後ろに配置することができる。コントローラは、太陽光線検出モジュールによって測定された太陽放射線の程度に基づいて、システムに寄与するのに利用できる太陽エネルギの量を求めることができる。例えば、測定した太陽放射線に、太陽熱コイル４２の面積がモジュール内の感光材料の総面積を超える量に相当する係数を乗じることができる。
【００４１】
上記に加えて、または上記の代替案として、温度および／または圧力センサを太陽熱コイル４２への入口、およびそこからの出口に配置することができる。コントローラ４０は、システム１０の運転中にこれらの箇所で測定した温度および／または圧力を冷媒のタイプなどの他の因子とともに使用して、使用中に太陽エネルギが分担する量を求めることができる。コントローラ４０は、例えば、各一連の測定結果をリアルタイムに検証するために、これらの測定値を太陽光線検出モジュールの測定値と併用するように構成することができる。
【００４２】
さらに、コンプレッサユニット１４および／または空調システム全体の使用パラメータを測定するのに他のセンサを設けることができる。これらのセンサは、例えば、システムの様々な要素をフィードバック制御するなど、任意の所望する用途用に設けることができる。
【００４３】
説明したように、コンプレッサユニット１４は、これを通過するガス状冷媒の圧力および温度を上げるように設計される。使用時、コントローラは、冷媒がコンプレッサユニット１４を出るときにとるべき望ましい圧力／温度を、例えば、冷房需要に基づいて求める。こうしてコントローラは、太陽熱収集器３２から供給される太陽エネルギの分担量を求める。この分担量を求めた後、コントローラ４０は、冷房需要を満たすために必要とされるエネルギを追加して機械式コンプレッサ３０を動作させる。
【００４４】
例えば、機械式コンプレッサ３０のモータ３４に可変速ドライブを設けた場合、この可変速ドライブにより、モータは、太陽熱収集器３２がない場合に冷房負荷を満たすために必要な回転数と比較して、大幅に減速して動作することができる。日光が全くない場合、コンプレッサは通常通り動作することができる。
【００４５】
凝縮器ユニット１６は、空調システムで使用するために通常設けられる凝縮器ユニットと同様に設計することができる。したがって、凝縮器ユニットは、冷媒管２０と流体連通するように配置された凝縮器コイル４８と、ファン５０、または空気を強制的に凝縮器コイルに当てるように設計された他の同様の送風機構とを含む。凝縮器ユニット１６は、ガス状態で凝縮器ユニットの入口５２から凝縮コイル４８に流入した冷媒が、液体状態で凝縮ユニットの出口５４から凝縮器コイルを出るように設計される。
【００４６】
調量装置１８は、空調システムで使用するために通常設けられる調量装置と同様に設計することができる。調量装置は、凝縮器ユニット１６から蒸発器ユニット１２に流れる冷媒の量を制御するように設計された温度（または、温度自動）膨張弁として設けることができる。さらに、冷媒の圧力が、冷媒が調量装置１８を通るときに落ちて、空調システム１０の効率を上げるのに寄与する。
【００４７】
図３に示すように、上記の空調システム１０は、ヒートポンプとして使用することができて、冷媒は、暖房される空間の温度よりも高い温度で蒸発器ユニット１２に供給される。したがって、雰囲気が強制的に蒸発器に当てられると雰囲気は温められる。このように動作させるためには、流れが機械式コンプレッサ３０、および任意選択でコンプレッサユニット１４を冷房時と同じ方向で通らなければならないことを除いて、流れの方向を逆転する必要がある。そのように使用する場合、逆転弁５６が設けられる。逆転弁５６は、空調システムで使用するために通常設けられる逆転弁と同様に設計することができる。
【００４８】
あるいは、図４Ａに示すように、逆転弁５６は、２つの独立した三方弁、すなわち、コンプレッサユニット１４の入口となる入口弁５８と、コンプレッサユニットの出口となる出口弁６０とを含むこともできる。入口弁５８および出口弁６０のそれぞれは、３つのポート（それぞれが第１の供給接続体Ａを介して蒸発器ユニット１２に接続される蒸発器側ポート５８ａ、６０ａ、それぞれが第２の供給接続体Ｂを介して凝縮器ユニット１６に接続される凝縮器側ポート５８ｂ、６０ｂ、ならびにＣを介して機械式コンプレッサ３０の入口、およびＤを介して太陽熱ユニット３２の出口にそれぞれ接続されるコンプレッサ側ポート５８ｃ、６０ｃ）を含み、３つのポートのうちの２つは互いに流体連通し、一方、３つ目はストッパとして機能する。
【００４９】
使用時、蒸発器ユニット１２によって冷房を行うために、図４Ｂに示すように、入口弁５８は、その蒸発器側ポート５８ａとコンプレッサ側ポート５８ｃとが互いに流体連通するように位置を合わされ、出口弁６０は、その凝縮器側ポート６０ｂとコンプレッサ側ポート６０ｃとが互いに流体連通するように位置を合わされる。入口弁５８の凝縮器側ポート５８ｂおよび出口弁６０の蒸発器側ポート６０ａはストッパとして機能する。蒸発器ユニット１２からの冷媒は、第１の供給接続体Ａを介して入口弁５８の蒸発器側ポート５８ａを流れ、入口弁のコンプレッサ側ポート５８ｃから出ていき、機械式コンプレッサ３０に流入する。太陽熱収集器３２からの冷媒は、出口弁６０のコンプレッサ側ポート６０ｃを流れ、出口弁の凝縮器側ポート６０ｂを通って第２の供給接続体Ｂから出ていき、凝縮器ユニット１６に流入する。冷媒流の方向は図４Ｂに矢印で示されている。
【００５０】
使用時、蒸発器ユニット１２によって暖房を行うために、図４Ｃに示すように、入口弁５８は、その凝縮器側ポート５８ｂとコンプレッサ側ポート５８ｃとが互いに流体連通するように位置を合わされ、出口弁６０は、その蒸発器側ポート６０ａとコンプレッサ側ポート６０ｃとが互いに流体連通するように位置を合わされる。入口弁５８の蒸発器側ポート５８ａおよび出口弁６０の凝縮器側ポート６０ｂはストッパとして機能する。凝縮器ユニット１６からの冷媒は、第２の供給接続体Ｂを介して入口弁５８の凝縮器側ポート５８ｂを流れ、入口弁のコンプレッサ側ポート５８ｃから出ていき、機械式コンプレッサ３０に流入する。太陽熱収集器３２からの冷媒は、出口弁６０のコンプレッサ側ポート６０ｃを流れ、出口弁の蒸発器側ポート６０ａを通って第１の供給接続体Ａから出ていき、凝縮器ユニット１６に流入する。冷媒流の方向は図４Ｃに矢印で示されている。
【００５１】
逆転弁５６は、第１の側を蒸発器ユニット１２とコンプレッサユニット１４との間に配置され、第２の側をコンプレッサユニットと凝縮器ユニット１６との間に配置される（コンプレッサユニットを横断する冷媒流がすべてのタイプの運転で同じ方向であることを保証する）と説明したが、当然ながら、逆転弁は、冷媒が機械的に圧縮される前に太陽放射線によって加熱されるように、第２の側を機械式コンプレッサ３０と太陽熱ユニット３２との間に配置してもよい（単に、機械的コンプレッサを横断する冷媒流がすべてのタイプの運転で同じ方向であることを保証する）。
【００５２】
入口弁５８および出口弁６０は、空調システム１０の性能を望ましくないものにし、かつ／または空調システムの構成要素に損傷を与えることになる、それぞれ異なるモードで動作するように位置を合わされる状況を防止するために、互いに機械的に連結されて、連動して入口弁および出口弁の流体接続の状態（すなわち、どのポートが流体連通するか）を確実に変えるようにすることができる。
【００５３】
修正形態によれば、図５に示すように、コンプレッサユニット１４は、上流の太陽熱収集器３２ａ、および下流の太陽熱収集器３２ｂを含むことができる。太陽熱収集器３２ａ、３２ｂの一方にそれぞれ付属するバイパス管３３ａ、３３ｂが設けられている。適切な弁（例えば、三方弁、逆止弁など、図示せず）が、各バイパス管３３ａ、３３ｂの端部に設けられて、太陽熱収集器３２ａ、３２ｂ経由か、またはそれを迂回させるか、冷媒の経路を選択的に決める。コントローラ４０は、冷媒を適切に送るために弁を動作させるように構成されている。
【００５４】
使用時、蒸発器ユニット１２によって冷房を行うために、上流の太陽熱収集器３２ａに付属するバイパス管３３ａの弁は、冷媒を上流の太陽熱収集器経由で送るように動作し、下流の太陽熱収集器３２ｂに付属するバイパス管３３ｂの弁は、下流の太陽熱収集器を迂回して冷媒を送るように動作する。したがって、冷媒はコンプレッサに流入する前だけ加熱される。
【００５５】
上流の太陽熱収集器３２ａに当たる日光が全くない場合、または測定した太陽熱収集器の温度が冷媒の温度よりも低い場合、弁は、上流の太陽熱収集器に付属するバイパス管３３ａ経由で冷媒を送るように動作することができ、コンプレッサユニット１４は通常のコンプレッサとして動作する。
【００５６】
使用時、蒸発器ユニット１２によって暖房を行うために、上流の太陽熱収集器３２ａに付属するバイパス管３３ａの弁は、上流の太陽熱収集器を迂回して冷媒を送るように動作し、両方のバイパス管３３ａ、３３ｂの弁は、冷媒をそれらのそれぞれの太陽熱収集器３２ａ、３２ｂ経由で送るように動作する。したがって、冷媒は、コンプレッサに入る前、さらに、出た後に加熱される。
【００５７】
太陽熱収集器３２ａ、３２ｂに当たる日光が全くない場合、または測定した太陽熱収集器の温度が冷媒の温度よりも低い場合、弁は、バイパス管３３ａ、３３ｂ経由で冷媒を送るように動作することができ、コンプレッサユニット１４は通常のコンプレッサとして動作する。
【００５８】
別の修正形態によれば、図６に示すように、凝縮器ユニット１６は、水源に接続された熱交換器７０を含むことができる。（熱交換器７０が、管形熱交換器のシンボルで図６に示されているが、当然ながら、任意の適切な熱交換器を設けることができる）。したがって、空調システム１０、具体的には、凝縮器ユニット１６は、水加熱システムの一部として機能することができる。
【００５９】
太陽熱収集器３２は、太陽熱収集器３２に当たる太陽放射線からの熱の吸収を増大させ、その熱を太陽熱コイル４２に送るように設計された装置を含むことができる。例えば、太陽熱収集器はフィン付き管装置を含むことができ、太陽熱コイル４２はフィン付き管装置の管を構成する。
【００６０】
あるいは、図７Ａ、および図７Ｂに示すように、太陽熱収集器は、例えば、押出しアルミニウムで作製されたヒートシンク６２を含むことができる。太陽熱コイル４２のヒートシンク６２を貫通する部分をヒートシンク内に形成された管６４内に配置することができるし、または管６４が太陽熱コイルの一部を構成することもできる（すなわち、太陽熱収集器３２は、冷媒が直接ヒートシンクを通り、各管の端部に取り付けられた半円形コイル６６によって隣接する管に送られるように設計することができる。突起６８は、入射太陽放射線が当たる領域を拡大するために設けられている。
【００６１】
ヒートシンク６２の表面は、その反射率が低くなるように設計することができる。例えば、ヒートシンク６２の表面は暗色で塗り、マットペイントなどの低反射材料または無反射材料でコーティングすることができる。
【００６２】
ヒートシンク６２の一実施形態が示されたが、当然ながら、太陽熱収集器３２に当たる太陽放射線からの熱の吸収を増大させ、その熱を太陽熱コイル４２に送るように構成される任意の適切な形状を形成することができる。例えば、太陽熱コイル４２の一部を構成する（または、太陽熱コイル４２の一部が貫通するのを可能にする）貫通穴を有する、適切な材料からなる平板として、ヒートシンク６２を形成することができる。
【００６３】
太陽熱収集器に関連して上記に説明したが、当然ながら、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、必要な変更を加えることで、太陽熱収集器の代わりに任意の集熱器を使用することができる。例えば、空調システムは自動車用途に適合することができ、集熱器は、冷媒の温度を上げるために、自動車の運転で生じた廃熱を捕捉および利用するように構成される。こうしてもたらされた、またはこうしてもたらされると予測される熱エネルギ量を求めるために、任意選択で適切なセンサを設けることができる。他の例には、それに限定されるのもではないが、オーブン、洗濯物乾燥機などを含む産業用途からの廃熱を捕捉および利用するように構成された集熱器がある。
【００６４】
本発明が属する技術分野の当業者ならば、本発明の範囲から逸脱することなく、必要な変更を加えて、多数の変更、変形、および修正を行うことができると容易に分かるであろう。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
閉冷媒回路を含む温度制御システムにおいて、閉冷媒回路が、
・冷媒によって熱を吸収し、それにより、冷媒を蒸発させるように構成された蒸発器ユニットと、
・前記回路内の冷媒の圧力および温度を上げるように構成されたコンプレッサユニットと、
・前記冷媒から熱を放出し、それにより冷媒を液化するように構成された凝縮器ユニットと、
を有する温度制御システムにおいて、
前記コンプレッサユニットが、前記冷媒の圧力を上げるように構成された機械式コンプレッサと、前記冷媒の温度を上げるために外部熱源を利用するように構成された集熱器とを含むことを特徴とする温度制御システム。
【請求項２】
請求項１に記載の温度制御システムにおいて、前記集熱器は、入射した太陽放射線から熱を取り込むように構成された太陽熱収集器を含むことを特徴とする温度制御システム。
【請求項３】
請求項２に記載の温度制御システムにおいて、前記太陽熱収集器は、密封容器内に冷媒搬送管を含み、前記密封容器の放射線に面する側が透明材料を含むことを特徴とする温度制御システム。
【請求項４】
請求項３に記載の温度制御システムにおいて、前記密封容器は真空とされることを特徴とする温度制御システム。
【請求項５】
請求項３または４に記載の温度制御システムにおいて、前記冷媒搬送管は、フィン付き管装置の一部を構成することを特徴とする温度制御システム。
【請求項６】
請求項３または４に記載の温度制御システムにおいて、前記太陽熱収集器は、前記冷媒搬送管に付属するヒートシンクをさらに含み、前記ヒートシンクは、太陽エネルギを吸収し、その太陽エネルギを前記冷媒搬送管に送るように構成されることを特徴とする温度制御システム。
【請求項７】
請求項６に記載の温度制御システムにおいて、前記ヒートシンクには、前記冷媒搬送管の少なくとも一部が形成されることを特徴とする温度制御システム。
【請求項８】
請求項６に記載の温度制御システムにおいて、前記ヒートシンクは、前記冷媒搬送管の少なくとも一部をヒートシンク内に受け入れるように形成されることを特徴とする温度制御システム。
【請求項９】
請求項６〜８のいずれか一項に記載の温度制御システムにおいて、前記ヒートシンクには、前記冷媒搬送管から半径方向に延びる突起が形成されることを特徴とする温度制御システム。
【請求項１０】
請求項９に記載の温度制御システムにおいて、前記突起は、前記冷媒搬送管の一部に沿って延びることを特徴とする温度制御システム。
【請求項１１】
請求項６〜１０のいずれか一項に記載の温度制御システムにおいて、前記ヒートシンクは、押出し材料で作製されることを特徴とする温度制御システム。
【請求項１２】
請求項６〜１１のいずれか一項に記載の温度制御システムにおいて、前記ヒートシンクは、金属で作製されることを特徴とする温度制御システム。
【請求項１３】
請求項６〜１２のいずれか一項に記載の温度制御システムにおいて、前記ヒートシンクの少なくとも放射線対向面は、その反射率が低くなるように設計されることを特徴とする温度制御システム。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれか一項に記載の温度制御システムにおいて、前記集熱器は、前記機械式コンプレッサの下流に配置されることを特徴とする温度制御システム。
【請求項１５】
請求項１４に記載の温度制御システムにおいて、前記機械式コンプレッサの上流に配置された第２の集熱器をさらに含むことを特徴とする温度制御システム。
【請求項１６】
請求項１〜１５のいずれか一項に記載の温度制御システムにおいて、各前記集熱器には、前記冷媒が集熱器を迂回するのを可能にするように構成されたバイパスが設けられることを特徴とする温度制御システム。
【請求項１７】
請求項１〜１６のいずれか一項に記載の温度制御システムにおいて、少なくとも、前記集熱器における前記冷媒の予測される温度上昇に基づいて、前記機械式コンプレッサの動作を制御するように構成されたコントローラをさらに含むことを特徴とする温度制御システム。
【請求項１８】
請求項１７に記載の温度制御システムにおいて、前記コンプレッサユニットは、前記機械式コンプレッサの回転数を変化させる可変周波数ドライブを含むことを特徴とする温度制御システム。
【請求項１９】
請求項１８に記載の温度制御システムにおいて、前記コントローラは、少なくとも、前記可変周波数ドライブに前記機械式コンプレッサの回転数を変えさせることで、前記機械式コンプレッサの動作を制御するように構成されることを特徴とする温度制御システム。
【請求項２０】
請求項１７〜１９のいずれか一項に記載の温度制御システムにおいて、前記集熱器に出入りするときの前記冷媒の温度を測定するように配置された温度センサをさらに含み、前記コントローラは、前記温度センサによって測定された温度に基づいて、前記予測される温度上昇を求めるように構成されることを特徴とする温度制御システム。
【請求項２１】
請求項１７〜２０のいずれか一項に記載の温度制御システムであって、請求項２に従属する場合の温度制御システムにおいて、前記太陽熱収集器で利用できる太陽放射線の程度を測定するように構成された１つまたは複数の太陽光線検出モジュールをさらに含み、前記コントローラは、前記太陽光線検出モジュールによって測定された太陽放射線の程度に基づいて、前記予測される温度上昇を求めるように構成されることを特徴とする温度制御システム。
【請求項２２】
請求項２１に記載の温度制御システムにおいて、前記太陽光線検出モジュールは光電池を含むことを特徴とする温度制御システム。
【請求項２３】
請求項１〜２２のいずれか一項に記載の温度制御システムにおいて、蒸気形態の冷凍サイクルを動作させるように構成されることを特徴とする温度制御システム。
【請求項２４】
請求項１〜２３のいずれか一項に記載の温度制御システムにおいて、前記凝縮ユニットの下流にある、液体冷媒の流れを調整するように構成された調量装置をさらに含むことを特徴とする温度制御システム。
【請求項２５】
請求項２４に記載の温度制御システムにおいて、前記調量装置は、温度自動膨張弁であることを特徴とする温度制御システム。
【請求項２６】
請求項１〜２５のいずれか一項に記載の温度制御システムにおいて、分割系空調システムであることを特徴とする温度制御システム。
【請求項２７】
請求項１〜２６のいずれか一項に記載の温度制御システムにおいて、前記冷媒を逆方向に流れさせるように構成され、それにより、前記蒸発器ユニットが前記冷媒から熱を放出し、前記凝縮器ユニットが前記冷媒に熱を吸収するのを可能にする逆転弁をさらに含むことを特徴とする温度制御システム。
【請求項２８】
請求項１〜２７のいずれか一項に記載の温度制御システムにおいて、前記凝縮器ユニットは、水加熱システムの一部を構成し、前記水加熱器は、水を加熱するのに、前記冷媒から放出された熱を利用するように構成されることを特徴とする温度制御システム。
【請求項２９】
第１および第２の供給接続体、および入口、出口、ならびに第１および第２の弁を含む逆転弁において、前記逆転弁は、前記第１および第２の弁が選択的に、
・前記第１の供給接続体を前記入口と流体連通させ、前記出口から流体的に遮断し、前記第２の供給接続体を前記入口から流体的に遮断し、前記出口と流体連通させるか、または
・前記第２の供給接続体を前記入口と流体連通させ、前記出口から流体的に遮断し、前記第１の供給接続体を前記入口から流体的に遮断し、前記出口と流体連通させる、
ように構成される形で配置されることを特徴とする逆転弁。
【請求項３０】
請求項２９に記載の逆転弁において、前記第１および第２の弁は、それぞれが第１、第２、および第３のポートを含み、前記第２のポートが、前記第１および第３のポートの一方だけと流体連通することができるように構成された３つの三方弁であることを特徴とする逆転弁。
【請求項３１】
請求項３０に記載の逆転弁において、前記弁は、
・各弁の第１のポートが互いに流体連通し、かつ前記第１の供給接続体と流体連通し、
・各弁の第３のポートが互いに流体連通し、かつ前記第２の供給接続体と流体連通し、
・前記第１の弁の前記第２のポートが前記入口と流体連通し、
・前記第２の弁の前記第２のポートが前記出口と流体連通する、
ように接続されることを特徴とする逆転弁。
【請求項３２】
請求項２９〜３１のいずれか一項に記載の逆転弁において、前記弁は、互いに連動して流体接続の状態を変えるように互いに機械的に連結されることを特徴とする逆転弁。
【請求項１】
閉冷媒回路を含む温度制御システムにおいて、閉冷媒回路が、
・冷媒によって熱を吸収し、それにより、冷媒を蒸発させるように構成された蒸発器ユニットと、
・前記回路内の冷媒の圧力および温度を上げるように構成されたコンプレッサユニットと、
・前記冷媒から熱を放出し、それにより冷媒を液化するように構成された凝縮器ユニットと、
を有する温度制御システムにおいて、
前記コンプレッサユニットが、前記冷媒の圧力を上げるように構成された機械式コンプレッサと、前記冷媒の温度を上げるために外部熱源を利用するように構成された集熱器とを含むことを特徴とする温度制御システム。
【請求項２】
請求項１に記載の温度制御システムにおいて、前記集熱器は、入射した太陽放射線から熱を取り込むように構成された太陽熱収集器を含むことを特徴とする温度制御システム。
【請求項３】
請求項２に記載の温度制御システムにおいて、前記太陽熱収集器は、密封容器内に冷媒搬送管を含み、前記密封容器の放射線に面する側が透明材料を含むことを特徴とする温度制御システム。
【請求項４】
請求項３に記載の温度制御システムにおいて、前記密封容器は真空とされることを特徴とする温度制御システム。
【請求項５】
請求項３または４に記載の温度制御システムにおいて、前記冷媒搬送管は、フィン付き管装置の一部を構成することを特徴とする温度制御システム。
【請求項６】
請求項３または４に記載の温度制御システムにおいて、前記太陽熱収集器は、前記冷媒搬送管に付属するヒートシンクをさらに含み、前記ヒートシンクは、太陽エネルギを吸収し、その太陽エネルギを前記冷媒搬送管に送るように構成されることを特徴とする温度制御システム。
【請求項７】
請求項６に記載の温度制御システムにおいて、前記ヒートシンクには、前記冷媒搬送管の少なくとも一部が形成されることを特徴とする温度制御システム。
【請求項８】
請求項６に記載の温度制御システムにおいて、前記ヒートシンクは、前記冷媒搬送管の少なくとも一部をヒートシンク内に受け入れるように形成されることを特徴とする温度制御システム。
【請求項９】
請求項６〜８のいずれか一項に記載の温度制御システムにおいて、前記ヒートシンクには、前記冷媒搬送管から半径方向に延びる突起が形成されることを特徴とする温度制御システム。
【請求項１０】
請求項９に記載の温度制御システムにおいて、前記突起は、前記冷媒搬送管の一部に沿って延びることを特徴とする温度制御システム。
【請求項１１】
請求項６〜１０のいずれか一項に記載の温度制御システムにおいて、前記ヒートシンクは、押出し材料で作製されることを特徴とする温度制御システム。
【請求項１２】
請求項６〜１１のいずれか一項に記載の温度制御システムにおいて、前記ヒートシンクは、金属で作製されることを特徴とする温度制御システム。
【請求項１３】
請求項６〜１２のいずれか一項に記載の温度制御システムにおいて、前記ヒートシンクの少なくとも放射線対向面は、その反射率が低くなるように設計されることを特徴とする温度制御システム。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれか一項に記載の温度制御システムにおいて、前記集熱器は、前記機械式コンプレッサの下流に配置されることを特徴とする温度制御システム。
【請求項１５】
請求項１４に記載の温度制御システムにおいて、前記機械式コンプレッサの上流に配置された第２の集熱器をさらに含むことを特徴とする温度制御システム。
【請求項１６】
請求項１〜１５のいずれか一項に記載の温度制御システムにおいて、各前記集熱器には、前記冷媒が集熱器を迂回するのを可能にするように構成されたバイパスが設けられることを特徴とする温度制御システム。
【請求項１７】
請求項１〜１６のいずれか一項に記載の温度制御システムにおいて、少なくとも、前記集熱器における前記冷媒の予測される温度上昇に基づいて、前記機械式コンプレッサの動作を制御するように構成されたコントローラをさらに含むことを特徴とする温度制御システム。
【請求項１８】
請求項１７に記載の温度制御システムにおいて、前記コンプレッサユニットは、前記機械式コンプレッサの回転数を変化させる可変周波数ドライブを含むことを特徴とする温度制御システム。
【請求項１９】
請求項１８に記載の温度制御システムにおいて、前記コントローラは、少なくとも、前記可変周波数ドライブに前記機械式コンプレッサの回転数を変えさせることで、前記機械式コンプレッサの動作を制御するように構成されることを特徴とする温度制御システム。
【請求項２０】
請求項１７〜１９のいずれか一項に記載の温度制御システムにおいて、前記集熱器に出入りするときの前記冷媒の温度を測定するように配置された温度センサをさらに含み、前記コントローラは、前記温度センサによって測定された温度に基づいて、前記予測される温度上昇を求めるように構成されることを特徴とする温度制御システム。
【請求項２１】
請求項１７〜２０のいずれか一項に記載の温度制御システムであって、請求項２に従属する場合の温度制御システムにおいて、前記太陽熱収集器で利用できる太陽放射線の程度を測定するように構成された１つまたは複数の太陽光線検出モジュールをさらに含み、前記コントローラは、前記太陽光線検出モジュールによって測定された太陽放射線の程度に基づいて、前記予測される温度上昇を求めるように構成されることを特徴とする温度制御システム。
【請求項２２】
請求項２１に記載の温度制御システムにおいて、前記太陽光線検出モジュールは光電池を含むことを特徴とする温度制御システム。
【請求項２３】
請求項１〜２２のいずれか一項に記載の温度制御システムにおいて、蒸気形態の冷凍サイクルを動作させるように構成されることを特徴とする温度制御システム。
【請求項２４】
請求項１〜２３のいずれか一項に記載の温度制御システムにおいて、前記凝縮ユニットの下流にある、液体冷媒の流れを調整するように構成された調量装置をさらに含むことを特徴とする温度制御システム。
【請求項２５】
請求項２４に記載の温度制御システムにおいて、前記調量装置は、温度自動膨張弁であることを特徴とする温度制御システム。
【請求項２６】
請求項１〜２５のいずれか一項に記載の温度制御システムにおいて、分割系空調システムであることを特徴とする温度制御システム。
【請求項２７】
請求項１〜２６のいずれか一項に記載の温度制御システムにおいて、前記冷媒を逆方向に流れさせるように構成され、それにより、前記蒸発器ユニットが前記冷媒から熱を放出し、前記凝縮器ユニットが前記冷媒に熱を吸収するのを可能にする逆転弁をさらに含むことを特徴とする温度制御システム。
【請求項２８】
請求項１〜２７のいずれか一項に記載の温度制御システムにおいて、前記凝縮器ユニットは、水加熱システムの一部を構成し、前記水加熱器は、水を加熱するのに、前記冷媒から放出された熱を利用するように構成されることを特徴とする温度制御システム。
【請求項２９】
第１および第２の供給接続体、および入口、出口、ならびに第１および第２の弁を含む逆転弁において、前記逆転弁は、前記第１および第２の弁が選択的に、
・前記第１の供給接続体を前記入口と流体連通させ、前記出口から流体的に遮断し、前記第２の供給接続体を前記入口から流体的に遮断し、前記出口と流体連通させるか、または
・前記第２の供給接続体を前記入口と流体連通させ、前記出口から流体的に遮断し、前記第１の供給接続体を前記入口から流体的に遮断し、前記出口と流体連通させる、
ように構成される形で配置されることを特徴とする逆転弁。
【請求項３０】
請求項２９に記載の逆転弁において、前記第１および第２の弁は、それぞれが第１、第２、および第３のポートを含み、前記第２のポートが、前記第１および第３のポートの一方だけと流体連通することができるように構成された３つの三方弁であることを特徴とする逆転弁。
【請求項３１】
請求項３０に記載の逆転弁において、前記弁は、
・各弁の第１のポートが互いに流体連通し、かつ前記第１の供給接続体と流体連通し、
・各弁の第３のポートが互いに流体連通し、かつ前記第２の供給接続体と流体連通し、
・前記第１の弁の前記第２のポートが前記入口と流体連通し、
・前記第２の弁の前記第２のポートが前記出口と流体連通する、
ように接続されることを特徴とする逆転弁。
【請求項３２】
請求項２９〜３１のいずれか一項に記載の逆転弁において、前記弁は、互いに連動して流体接続の状態を変えるように互いに機械的に連結されることを特徴とする逆転弁。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図５】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図５】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【公表番号】特表２０１３−５０８６６３（Ｐ２０１３−５０８６６３Ａ）
【公表日】平成２５年３月７日（２０１３．３．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５３４８２１（Ｐ２０１２−５３４８２１）
【出願日】平成２２年１０月２０日（２０１０．１０．２０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＩＬ２０１０／０００８６３
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０４８５９４
【国際公開日】平成２３年４月２８日（２０１１．４．２８）
【出願人】（５１２０９９８４０）ディーズィーソーラー リミテッド (1)
【氏名又は名称原語表記】ＤＺＳＯＬＡＲ ＬＴＤ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２５年３月７日（２０１３．３．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月２０日（２０１０．１０．２０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＩＬ２０１０／０００８６３
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０４８５９４
【国際公開日】平成２３年４月２８日（２０１１．４．２８）
【出願人】（５１２０９９８４０）ディーズィーソーラー リミテッド (1)
【氏名又は名称原語表記】ＤＺＳＯＬＡＲ ＬＴＤ
【Ｆターム（参考）】
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