JP2013509559A - 部屋を空調するための装置、および装置中で使用するためのヒートポンプアセンブリ - Google Patents

Abstract

本発明は、部屋の空調のための装置に関する。この装置は、セントラル暖房機器（１）を含んでおり、このセントラル暖房機器には複数の、伝熱流動体が入った管（２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂ、４ａ、４ｂ）を介して接続されている。この装置はさらに、複数の電気駆動ローカルヒートポンプアセンブリ（５、６、７、８）を備え、このアセンブリはセントラル暖房機器（１）と前述の管（２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂ、４ａ、４ｂ）エネルギー的に接続されている。各ヒートポンプアセンブリ（５）は、複数のヒートポンプモジュールを備え、このヒートポンプモジュールは暖房のために熱エネルギーを流動体から取り出し、または冷房および／または除湿のために熱エネルギーを流動体に譲り渡す。好ましくは挙げられたヒートポンプモジュールはヒートポンプ要素として作用するペルチェ素子を含んでいる。
【選択図】図１

Description

本発明は、請求項１の前段に従った、部屋を空調するための装置、および請求項１４の前段に従った、装置中で使用するためのヒートポンプアセンブリに関する。

部屋の暖房のために、さまざまな暖房機器例えば石油暖房、ガス暖房、薪暖房、ペレット暖房、ヒートポンプまたは電気暖房などが使用される。しかしまた、暖房も冷房も可能な暖房機器、例えばコンビネーション冷暖房機または可逆的ヒートポンプが公知であり、これらの冷媒回路を逆流させることができる。

通常、上述の暖房機器はその熱を、床暖房、放熱体またはこの２つの組み合わせから室内空気に放出する。従来の放熱体は通常、暖房機器が供給する流れ温度が約５０℃〜９０℃の範囲の比較的高い場合に使用される。このような高い流れ温度は、主として石油暖房、ガス暖房、薪暖房またはペレット暖房により発生する。反対に床暖房はこれまでは普通、暖房機器が供給する流れ温度が約３０℃〜５０℃の範囲の比較的低い場合に使用される。ここでは例として、例えばヒートポンプを挙げることができる。ヒートポンプがそれとは逆に５０℃を超える流れ温度を発生する場合、暖房は非効率的になる。なぜなら従来型ヒートポンプの効率は、流れ温度の上昇に伴い、または蓄熱体媒体、例えば外気、土壌、地下水等と発生させるべき流れ温度との温度差が大きくなると、低下するからである。

ラジエーターを備えた暖房システムが室温を迅速に変えることができる一方で、床暖房の欠点は、温めるべき物体が大きいために緩慢であることにある。床暖房のさらに別の不都合として、暖房用パイプを介して１つの部屋を冷房するべき場合に床暖房が不適切であることがある。なぜなら、冷房時には、床に通された暖房用または冷房用パイプを介してはっきりそれとわかる自然な対流が冷房するべき部屋に生成され得ず、その結果強制的な空気循環なしには、とりわけ冷たい空気は周知のように暖かい空気に比べて密度が高いため、特に床だけが冷たくなる。加えて温度が低すぎると結露が生じる。

上述の暖房機器の代わりに、例えば分割型エアコンディショナーを使用することもできる。しかし、スプリットエアコンディショナーでは、アウターユニット（復水器／コンプレッサー）とインナーユニット（気化器）の間に冷媒が循環し、この冷媒が場合によって健康に害を与える可能性があるという欠点がある。インナーユニットがアウターユニットと格段に離れて配置されている場合、冷媒を収容するパイプは少なくとも部分的に居室またはオフィス空間を通り抜ける必要があり、これは望ましくないことであり、健康リスクを伴う可能性がある。さらに、冷却管が長くなればなるほど効率は直線的に低下する。

本発明の課題は、請求項１の前段に従って形成される、部屋を空調するための装置を作ることであり、この装置ではセントラル暖房機器の流れ温度が比較的低い場合でも快適な室内気候を達成でき、かつ、例えば大面積の放射体または平らに広がった床暖房の形で大きな伝熱面を備える必要はなく、その際設備は優れた効率を示し、個々の部屋の温度が個別に調整可能である。

この課題は、請求項１の特徴部に示された特徴を備えた装置によって解決される。

装置がセントラル暖房機器の他に少なくとも１つのローカルヒートポンプアセンブリを備え、このローカルヒートポンプアセンブリがセントラル暖房機器と上述のパイプを介してエネルギー的に結合していることにより基本的な前提条件がもたらされ、それによってローカルに、好ましくは直接それぞれの空調するべき部屋内で、室内空気を所望の温度に上昇または下降させることができる。ローカルヒートポンプアセンブリはその際、出力の全体を調達することを必要とせず、セントラル暖房機器から供給された流れ温度と所望の室内気候を達成するために必要な温度の差だけが調達される。

電気駆動のローカルヒートポンプアセンブリのそのほかの好ましい効果には、温度および必要に応じて湿度も、個々の部屋で個別に調節可能であることが挙げられる。

本装置の好ましい実施形態は、従属請求項２から１３に記述されている。

こうして特に好ましい発展形態では、各ヒートポンプアセンブリがいくつかのペルチェ素子を備え、これらペルチェ素子は少なくともいくつかが、個別に電気的に制御可能および／または極性を切り替え可能であることが提示される。それによって、それぞれのヒートポンプアセンブリが暖房モードでも冷房モードでも稼働可能であり、室内空気を必要に応じて除湿することができるという、基本的な前提条件がもたらされる。

それに加えて請求項１４では、ヒートポンプアセンブリが請求項１から１３のうちいずれか一項に従って形成される装置内での使用のために、請求の範囲に記載されている。ヒートポンプアセンブリの好ましい発展形態は、従属請求項１５から２３に定義されている。

最後に、請求項２４には室内空気の暖房方法が定義されている一方で、請求項２５には室内空気の冷房方法が、および請求項２６には室内空気の除湿方法が記述されている。

以下では、本発明を図を使用して詳細に説明する。

室内空気を空調するための装置の模式図である。 暖房モードで稼働するヒートポンプモジュールの実施例の模式図である。 冷房モードで稼働するヒートポンプモジュールの模式図である。 ヒートポンプアセンブリの模式図である。 図３に従ったヒートポンプアセンブリの横断面図である。

図１は、例として、室内空気を空調するための装置の模式図を示している。この装置は、セントラル暖房機器１と複数の、空調するべき建物１０に配置するべき、ローカルヒートポンプアセンブリ５〜８を含んでいる。この例では暖房機器１はヒートポンプであり、このヒートポンプは暖房稼働でも冷房稼働でも機能することができる。ヒートポンプは例えば熱交換器としても作用するアウターユニット９を備えている。熱交換器は必要に応じて建物１０の内部に配置されてよく、適切な手段で蓄熱体、例えば外気と結合されている。

この場合、暖房機器という概念は、例えば石油暖房、ガス暖房、薪暖房、ペレット暖房、ヒートポンプまたは電気暖房などのような、暖房装置の種類全体と理解される。しかし、冷房も暖房もできる切り替え可能な機器も、この場合は暖房機器と呼ばれ、その際これらの列挙はこれに限定されると判断しなくてよい。

ヒートポンプには、複数の、独立した暖房回路２、３、４が、それぞれ１つの供給管２ａ、３ａ、４ａと戻り管２ｂ、３ｂ、４ｂによって接続されている。管内には伝熱流動体、好ましくは水が循環している。これに必要な循環ポンプおよびその他の要素、例えばバルブなどは、図示していない。なぜならこれら構成部品は当業者に公知であるからである。通常、暖房するべき各部屋のために、独立した暖房回路が備えられている。別法として、伝統的なセントラルヒーティングシステムに使用できるような従来型の配管も可能である。これに関して、例えば個々の、複数の、または共有の分岐付き上昇管が、またはこれらの任意の組み合わせが挙げられる。個別例では、唯一の暖房回路が備えられていてもよい。

装置のローカルヒートポンプアセンブリ５〜８のそれぞれは、１つの暖房回路２、３、４内に接続され、その際暖房回路ごとに必要に応じて２つ以上のローカルヒートポンプアセンブリが備えられていてもよく、このことは、１つの暖房回路４に直列に接続された２つのヒートポンプアセンブリ７、８が示唆している。

この装置の根底にある考えは、セントラル暖房機器１によって伝熱流動体が特定の流れ温度まで上昇させられるかまたは必要に応じて低下させられ、その際流動体の熱エネルギーは、ローカルヒートポンプアセンブリ５〜８によって使用され、電気エネルギーを追加的に使用しながら、各部屋があらかじめ定められた温度まで暖房または冷房されるまで、上昇または低下させられることにある。暖房稼働では、暖房機器が伝熱流動体をある温度（例えば３０℃〜４０℃の流れ温度）まで温める一方で、冷房稼働では流動体が例えば１５℃〜２５℃の流れ温度にされる。セントラル暖房機器は、そのために前述のアウターユニット９を備えている。これについては当業者に十分公知であるためここでは詳しく取り上げない。各ローカルヒートポンプアセンブリ５〜８により、いずれにせよまだ比較的小さい温度差が生じ、それによって各部屋が所望の温度にされることが可能になる。

そのような装置は、一方で設備全体の効率が非常に良いという点で有利である。なぜならセントラル暖房機器１もローカルヒートポンプアセンブリ５〜８も、効率が優れていることにより、１つの動作範囲で機能できるからである。それに加えてローカルヒートポンプアセンブリ５〜８は、個々の部屋の温度および湿度を個別に調整できるようにすることを可能にする。この装置のさらなる利点は、大面積の放射体または平らに広がった床暖房を備えていなくてよく、それによって暖房するべき部屋が比較的低い流れ温度でも所望の温度にすることができるということにある。なぜなら各ローカルヒートポンプアセンブリ５〜８は流れ温度を局所で、比較的小さい量だけ上昇させればよいからである。これにより、そのような装置は特に、従来型の放熱体または対流加熱器の使用のためにも適している。

したがってそのような装置は、特に建物改修または一般に従来型の暖房設備を交換する際にも、すなわち特に各建物が平らに広がった床暖房、壁暖房または天井暖房を備えている場合にも使用される、これに関する例として、石油暖房設備の代替が挙げられる。この石油暖房設備にはこれまで、流れ温度が例えば６０℃〜８０℃の石油バーナーが使用されており、暖房エネルギーは家の中に分散させた放熱体を介して個々の部屋に放出されていた。その場合は、石油ボイラーがセントラル暖房機器、例えばヒートポンプによって代替可能である一方で、部屋ごとに少なくとも１つの放熱体が１つのヒートポンプアセンブリに代替され、その際もちろん放熱体全体がローカルヒートポンプアセンブリによって代替可能である。これにより、既存の暖房分配基幹設備の上にセントラル低温暖房を取付けることができ、室内に大面積の放射体を設置したり、床暖房パイプまたは天井暖房パイプを敷設する必要がない。ローカルヒートポンプアセンブリとして、例えばペルチェ素子をベースにした、熱電気的に働く機器が使用され、これはコンプレッサー機器と比べて大幅に低騒音で働くという利点を持っている。例えば切り替え可能なヒートポンプのような、暖房も冷房も可能なセントラル暖房機器が取り付けられる場合は、そのような装置によって必要な場合には当然冷却されることも可能である。効率的な稼働、特に効率的な冷房稼働も保証するために、ローカルヒートポンプアセンブリは好ましくは強制的に気流を生じさせる手段を備えている。強制的な筐体貫流と並んで、挙げられた手段は、特に各室内に強制的な空気の対流を引き起こす。

本発明に従って形成された装置により、従来型の暖房が現代的なヒートポンプ暖房に替えられ、その際既存の暖房分配基幹設備は引き続き使用可能であり、それによって特に、住人が暖房設備の改修中に住居から引っ越す必要がないというさらなる利点があり、これは平らに広がった床暖房や天井暖房を敷設しなければならない場合とは異なる。

図２ａは、好ましくは前述のローカルヒートポンプアセンブリに使用されるような、暖房モードで稼働するヒートポンプモジュールの実施例の模式図を示している。ヒートポンプモジュールは、熱電気的に機能するペルチェ素子から構成され、このペルチェ素子は冷却モジュールと面で接続されている。冷却モジュールは伝熱流動体（水）のインレットとアウトレットを備えている。ペルチェ素子の、冷却モジュールと向かい合っている側には放熱体が配置されており、この放熱体は複数の冷却フィンを備えている。暖房モードでは、ペルチェ素子の冷温側が冷却モジュールの方を向いている一方で、暖温側は放熱体の方を向いている。ここでペルチェ素子に電圧がかけられると、冷温側が冷却される一方で、暖温側がさらに温められる。これにより、一方で流動体の冷却、例えば入口と出口の間で１０℃の冷却が生じる。他方で放熱体と、それによってその冷却フィンも、流動体の温度より上に温められる。ここで空気が強制的に冷却フィンを通過し、空気が例えば２２℃から３５℃に上昇する。温められた空気は、暖房に使用することができる。ペルチェ素子の冷温側は、温水によって中程度の温度、例えば３０℃に温められるという事実に基づき、ペルチェ素子の冷温側と暖温側の温度差ΔＴとして必要な量は比較的わずかであり、それによって空気を、各部屋を暖めるのに必要な温度、例えば３５℃に温めることができる。

図２ｂは、ローカルヒートポンプアセンブリの、冷房モードで稼働するヒートポンプモジュールの模式図を示している。貫流する空気の冷却を可能にするため、ペルチェ素子の極性が切り替えられ、その結果ペルチェ素子の暖温側が冷却モジュールの方を向く一方で、冷温側が放熱体の方を向く。

稼働電圧を印加することで、ペルチェ素子の冷温側がさらに冷却される一方で暖温側はさらに温められる。冷房モードでは、ペルチェ素子の暖温側が通過する流動体を冷却する一方で、冷温側の温度が印加された電圧によってさらに下げられる。熱エネルギーを流動体に引き渡すことで、流動体は例えば入口と出口の間で１０℃温められる。空気を冷却するため、ここで空気が強制的に冷却フィンを通過し、空気が例えば２８℃から２０℃に冷却される。ペルチェ素子の暖温側が通過する流動体から絶えず冷却されることで、ペルチェ素子の冷温側と暖温側の温度差ΔＴとして必要な量はやはり比較的小わずかであり、それによって空気を、各部屋を冷却するために必要な温度、例えば２０℃に冷やすことができる。

図３は、ローカルヒートポンプアセンブリ５の好ましい実施例の模式図である。ヒートポンプアセンブリ５は筐体１１を備え、この筐体は下面と上面にはっきりそれとわかるベンチレーションスリット１２、１３を具備している。ヒートポンプアセンブリ５は、それに加えて強制的な気流を発生させる手段を備えており、その際空気は筐体を好ましくは下から上へ貫流し、この場合空気は底に配置されているベンチレーションスリット１２から吸い込まれ、ふたに配置されているベンチレーションスリット１３から吹き出される。強制的な気流を発生させる手段として、例えばファンまたは送風機を挙げてよく、その際この手段は詳細には図示していない。これに加えて筐体には操作盤１４が配置されており、これを使用して温度または所望の機能、例えば除湿を調節することができる。操作盤１４は、好ましくはマイクロプロセッサーと接続され、このマイクロプロセッサーは個々のヒートポンプ要素（ペルチェ素子）を要求に応じて、パワーエレクトロニクスを介して制御する。必要に応じて、当然セントラル制御装置を備えていてもよく、これを使用してヒートポンプアセンブリ全体が中央位置から操作されてよい。セントラル制御装置からローカルヒートポンプアセンブリへの伝送は、例えば無線を使って行われてよい。例えば温度センサー、湿度センサー、受信ユニットなどのようなさらに別の要素を備えていてよいが、これらは図示していない。さらに、例えばエアガイドダクト、ペルチェモジュール用固定要素のような要素も図示していない。

筐体１１の内部には、本来のヒートポンプモジュールも配置されている。この例では、ヒートポンプモジュールは、それぞれ４つのペルチェモジュール１８〜２５を備えた２つの垂直に重なり合って配置されている列１６、１７から構成されている。上の列１７では、２つの外側のペルチェモジュール２２、２５がサンドイッチ構造で仕上げられており、それぞれで２つのペルチェ素子２７、２８の間に冷却モジュール２９が配置されており、その際それぞれ前側のペルチェ素子２７が筐体１１のフロントプレート３２と接触している。残りの６つのペルチェモジュールは、それぞれ１つのペルチェ素子３４を、それに配置されている冷却モジュール３５と共に備えており、その際挙げられた要素は６つすべてのペルチェ素子を代表して上列のペルチェ素子２４に示されている。全部で８つのペルチェモジュール１８〜２５では、それに加えて放熱体３０、３６を有し、その冷却フィン３１、３７が、冷却フィンの周りを強制的に発生させられた気流が流れて熱交換器として作用するように筐体１１内に配置されている。ヒートポンプアセンブリ５は、電気接続部（図示せず）を備えており、この接続部を介して内部の電気負荷にエネルギーが供給される。これに関して、ペルチェモジュール、送風機、その他の要素、例えばマイクロプロセッサー制御とそれに付属する、ペルチェ素子を制御するためのパワーエレクトロニクスが挙げられる。ヒートポンプアセンブリ５を熱エネルギー的に暖房回路も組み入れ可能にするため、これは伝熱流動体のためのインレット３９およびアウトレット４０を備えている。稼働中、ペルチェモジュールの冷却モジュール２９、３５には、インレットからアウトレットへ流れる流動体が貫流する。個々の冷却モジュールは、流体学的に直列に、平行にまたはその組み合わせで配置されていてよい。ペルチェモジュールの構造および作動原理は、すでに図２ａおよび２ｂで説明している。

この関連において、それぞれペルチェ素子について話される場合、それは個々のペルチェ素子だけでなく複数のペルチェ素子からなる装置、全体モジュールであるとも理解でき、その際後者も単純化のためにそれぞれペルチェ素子と呼ぶ。容積が約６０ｍ^３の室内には、例えばペルチェモジュールが約９００Ｗの電気接続ケーブルで取付けられる。

図３ａは、図３に従ったヒートポンプアセンブリのＡ−Ａ線の横断面図である。この図では、２つの外側のペルチェモジュール２２、２５がサンドイッチ構造に仕上げられており、それぞれで２つのペルチェ素子２７、２８の間に冷却モジュール２９が配置されている一方で、２つの内側のペルチェモジュール２３、２４にはそれぞれ１つのペルチェ素子３４が平面的に配置されている冷却モジュール３５を備えていることが特に認められる。冷却モジュール２９、３５は、判別しやすくするために斜線で示されている。２つの外側のペルチェモジュール２２、２５は、それぞれ前側のペルチェ素子２７が放射プレートとして作用する筐体１１のフロントプレート３２と接触している。それによって、暖房モードで少なくとも一部の熱が放射の形で直接へ室内に放出される。各ペルチェ素子２７からフロントプレート３２（筐体カバー）へ良好な熱伝達を保証するため、例えば導熱ペーストを使ってもよい。

ローカルヒートポンプアセンブリの交換可能性をできる限り幅広いものにするため、好ましくはペルチェモジュール全体が個別に、制御によって極性が切り替え可能であり、その結果ペルチェモジュールは暖房稼働でも冷房稼働でも機能することができる。好ましくは少なくとも個々のペルチェモジュールの出力も、個別に電気的に調節可能であり、その際これは好ましくは全自動でマイクロプロセッサー制御を介して行われる。

ローカルヒートポンプアセンブリの作動原理は以下にいくつかの例を使い、図２および図２ａに関連させて詳しく説明する。

１．暖房
純粋な暖房稼働中、ペルチェモジュール１８〜２５は、各ペルチェ素子２７、２８、３４の冷温側が各冷却モジュール２９、３５の方を向くように制御される。各冷却モジュール２９、３５内を循環する流動体が、セントラル暖房機器（ヒートポンプ）により流れ温度を例えば３５℃に温められるため、個々のペルチェ素子は通常の暖房出力時には比較的小さい温度差を構成するだけである。送風機を使用して、温めるべき空気が底に配置されているベンチレーションスリット１２を通って吸引され、各ペルチェ素子２８、３４の暖温側または放熱体３０、３６の横を通過し、そこで空気が冷却フィン３１、３７で温められる。温められた空気はその後筐体１１のふたに配置されているベンチレーションスリット１３から放出される。さらに、上の列１７の２つの外側のペルチェモジュール２２、２５は、熱を直接室内に放射する。暖房エネルギーに一部が放射として直接室内に放出されることで、暖房稼働中に特に快適な室内気候が作り出される。もちろん室内空気の強制的な対流も、快適な室内気候に貢献し、効率を高める。

２．冷房
冷房稼働中、循環する流動体がセントラル暖房機器を使って流れ温度を例えば２０℃にされるかまたは冷却される。ペルチェモジュール１８〜２５は、各ペルチェ素子２７、２８、３４の暖温側が各冷却モジュール２９、３５の方を向くように制御される。これに対してペルチェ素子２７、２８、３４は、比較的小さい温度差を構成するだけでよい。なぜならペルチェ素子の冷温側は流動体から絶えず例えば２２℃に冷却されるからである。送風機を使用して、冷やすべき空気が底に配置されているベンチレーションスリット１２を通って吸引され、各ペルチェ素子２８、３４の冷温側または放熱体３０、３６の横を通過し、そこで空気が冷却フィン３１、３７で冷やされる。冷却された空気は、再びふたに配置されているベンチレーションスリット１３から放出される。当然、冷房稼働中上の列１７の２つの外側のペルチェモジュール２１、２５は、室内に熱を放射しない。

冷房する部屋から排出するべき熱エネルギーは、流動体を使用して各部屋から排出される。冷房稼働中は、ペルチェ素子の暖温側の効率的な冷却が特に重要である。なぜなら、冷房するべき部屋から熱エネルギーだけでなく、素子自体が吸収した電気的な作動エネルギーも排出しなければならない。つまりペルチェ素子が取り出した熱と作動エネルギーの熱の合計を排出しなければならない。

気候条件に応じて、冷房稼働中の空気は自動的に除湿される。なぜなら、空気の相対含水率ないし相対湿度は、冷却時に高まるからである。冷却フィン３１、３７の横を通り過ぎる空気が露点未満に冷却される場合には、凝縮水が形成される。この凝縮水を集めるために、暖房機器は好ましくは液受皿および排水口を備えており、この排出口は空気を冷却する際に場合によって発生する凝縮水を導く。凝縮水は例えば建物内部の配水管に通されてよい。

３．除湿
この作動モードでは、少なくとも個々のペルチェ素子２７、２８、３４は、付属している放熱体の冷却フィンが露点を下回る温度まで空気を冷却し、その結果凝縮水が形成されるように制御される。このために、ヒートポンプアセンブリは好ましくは少なくとも１つの露点センサーと温度センサーを備えており、これらのデータがペルチェ素子を制御する目的でマイクロプロセッサー制御によって集められ、評価される。作動モード除湿では、空気が少なくとも最小限冷却され、その結果空気はヒートポンプアセンブリのアウトレットでインレットよりも少なくともわずかに低い温度になる。

この作動モードは特に、節約的な観点からも考慮しなければならない。なぜなら室内空気を冷却せずに除湿することが経済的であり得るからである。いずれにしても、特定の気候条件下では、例えば相対湿度２０％の除湿が、室内空気を数度冷却したのと、主観的に同じ結果になるかまたは同じ知覚的効果が生じる。

４．暖房および除湿
この機能は、本願で言及されている種類のヒートポンプアセンブリにとって新しい。この作動モードには、ペルチェ素子が少なくとも個々のペルチェモジュールによって個別に電気的に制御され、極性が切り替え可能であることが必要である。具体的には、下の列１６のペルチェモジュール１８〜２１の少なくともいくつかのペルチェ素子で、それぞれ付属する放熱体の冷却フィンが、入ってきた空気を露点を下回る温度に冷却し、その結果やはり凝縮水が形成されるように制御される。少なくとも別のペルチェ素子のいくつかはそれとは逆に「暖房モード」で稼働され、その結果その横を通過する空気を暖める。好ましくは上の列１７のペルチェモジュール２２〜２５のペルチェ素子は暖房モードで稼働され、その結果貫流する空気が最初に除湿され、続いて温められる。

この第四の作動モードは、特に一方で暖房しなければならないが他方で空気に大量の湿気が放出される部屋に適している。これに関する例として、フィットネスセンターが挙げられる。フィットネスセンターは、周知のように冬でも高いかまたは高すぎる湿度の被害を受ける。そのほかの広く一般的な例として、洗濯物干し室が挙げられる。

要約すると、本発明に従った設備は、特に本発明に従って形成されるヒートポンプアセンブリとの組み合わせで、汎用の稼働可能性が許されることが確認される。それに加えて、設備は優れた全体効率性（Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｆ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ、成積係数（ＣＯＰ））で際立っており、温度および必要に応じて空気湿度を個々の部屋で個別に調整可能であることを簡単な方法で可能にしている。非常に重要な利点は、比較的低い流れ温度で機能するセントラル暖房機器に取り付けることができることにあり、その際流れ温度は、ローカルに配置されているヒートポンプアセンブリ内で高いレベルまで上昇させることができ、その結果そのために大きな伝熱面が例えば大面積の放射体または平面の床暖房、壁暖房または天井暖房の形で備えられる必要なく、快適な室内気候が達成される。

室内空気の強制的な対流と追加的に放出される熱放射により、暖房モードでは特に快適な室内気候が作り出されることが可能である。

セントラル暖房機器として、記述されたヒートポンプの代わりに他の形の暖房機器、例えば石油暖房、ガス暖房、薪暖房等を使用してもよい。当該設備が冷房モードでも作動可能である場合、挙げられた暖房機器は必要に応じて外部熱交換器を備えていてよい。さらに外部熱源の接続も可能である。

それに加えて電気駆動のヒートポンプアセンブリの代わりに基本的に他のバリエーションのローカルヒートポンプアセンブリ、例えば化石燃料またはバイオガスで駆動されるようなアセンブリも考えられ、その際特に挙げられた物質の燃焼によって生成された熱が使用される。そのような場合、熱電気的に機能するペルチェ素子はヒートポンプ要素として使用されず、例えばコンプレッサー機器またはそれに類似したものが使用されることは自明である。

１ 暖房機器／熱源
２ａ 管
２ｂ 管
３ａ 管
３ｂ 管
４ａ 管
４ｂ 管
５ ヒートポンプアセンブリ
６ ヒートポンプアセンブリ
７ ヒートポンプアセンブリ
８ ヒートポンプアセンブリ
９ アウターユニット
１０ 建物
１１ ハウジング
１２ 開口部
１３ 開口部
１４ 操作盤
１６ 列
１７ 列
１８ ヒートポンプモジュール
１９ ヒートポンプモジュール
２０ ヒートポンプモジュール
２１ ヒートポンプモジュール
２２ ヒートポンプモジュール
２３ ヒートポンプモジュール
２４ ヒートポンプモジュール
２５ ヒートポンプモジュール
２７ ペルチェ素子
２８ ペルチェ素子
２９ 冷却モジュール
３０ 放熱体
３１ 冷却フィン
３４ ペルチェ素子
３５ 冷却モジュール
３６ 放熱体
３７ 冷却フィン
３９ インレット
４０ アウトレット

本発明は、部屋を空調するための装置、および装置中で使用するためのヒートポンプアセンブリに関する。

Claims (29)

1. 部屋を空調するための装置であって、少なくとも１つのセントラル暖房機器（１）を備え、該セントラル暖房機器には伝熱流動体を収容する管（２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂ、４ａ、４ｂ）が接続されている装置において、少なくとも１つのローカルヒートポンプアセンブリ（５、６、７、８）を備え、該ローカルヒートポンプアセンブリが前記セントラル暖房機器（１）と前記管（２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂ、４ａ、４ｂ）を介してエネルギー的に接続されていることを特徴とする装置。
2. 各ヒートポンプアセンブリ（５）が少なくとも１つのヒートポンプモジュール（１８〜２５）を備え、該ヒートポンプモジュールが、暖房および／または放射するために熱エネルギーが流動体から取り出されるかまたは冷房および／または除湿のために熱エネルギーが流動体に譲り渡されるように形成されることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
3. 前記各ヒートポンプアセンブリ（５、６、７、８）が、１つまたは複数の前記ヒートポンプモジュール（１８〜２５）の稼働に必要なエネルギーを供給するための接続部を備えていることを特徴とする、請求項２に記載の装置。
4. 複数のヒートポンプモジュール（１８〜２５）を備えた前記各ヒートポンプアセンブリ（５、６、７、８）が、熱電気的に機能する要素、特にペルチェ素子（２７、２８、３４）を備えていることを特徴とする、請求項２または３に記載の装置。
5. 前記ヒートポンプアセンブリ（５）が、複数のペルチェ素子（２７、２８、３４）を備え、該ペルチェ素子の少なくともいくつかが、個別に電気的に制御可能および／または極性を切り替え可能であることを特徴とする、請求項１〜４のうちいずれか一項に記載の装置。
6. 前記各ヒートポンプアセンブリ（５）が、少なくとも１つの、放射プレート（３２）と接続されたペルチェ素子（２７）を、放射熱を放射するために備えていることを特徴とする、請求項４または５に記載の装置。
7. 前記各ヒートポンプアセンブリ（５）が、ペルチェ素子（２７、２８、３４）を備えた複数のヒートポンプモジュール（１８〜２５）を備え、その際前記各ペルチェ素子（２７、２８、３４）が、流動体が貫流する冷却モジュール（２９、３５）と熱的に連結されていることを特徴とする、請求項２〜６のうちいずれか一項に記載の装置。
8. いずれのヒートポンプモジュール（１８〜２５）も冷却フィン（３１、３７）を具備した放熱体（３０、３６）を備え、前記各ヒートポンプアセンブリ（５）が強制的に空気を通過させる手段を使って、冷却フィン（３１、３７）に供給することを特徴とする、請求項７に記載の装置。
9. 前記各ヒートポンプアセンブリ（５）が前記ペルチェ素子（２７、２８、３４）を電気的に制御する制御装置を備えており、その際前記ペルチェ素子（２７、２８、３４）が、暖房モードで前記各ペルチェ素子（２７、２８、３４）の冷温側が前記各冷却モジュール（２９、３５）の方を向く一方で、冷房モードで前記各ペルチェ素子（２７、２８、３４）の暖温側が前記各冷却モジュール（２９、３５）の方を向くように制御されることを特徴とする、請求項７または８に記載の装置。
10. 少なくともいくつかのヒートポンプモジュール（２２〜２５）が暖房モードで作動可能である一方で、同時に少なくともいくつかの別のヒートポンプモジュール（１８〜２１）が冷房モードで作動可能であることを特徴とする、請求項９に記載の装置。
11. 前記各ヒートポンプアセンブリ（５）が垂直方向にヒートポンプモジュールの列（１６、１７）を少なくとも２つ備え、その際前記下の列（１６）の少なくともいくつかのヒートポンプモジュール（１８〜２１）が、横を通過する空気から水を凝縮させるために冷房モードで作動可能であることを特徴とする、請求項７〜１０のうちいずれか一項に記載の装置。
12. 前記各ヒートポンプアセンブリ（５）が、凝縮水を集めて導くための手段を備えていることを特徴とする、請求項１〜１１のうちいずれか一項に記載の装置。
13. 前記セントラル暖房機器（１）が、流動体を冷却するために熱交換器を備えたアウターユニット（９）を備えていることを特徴とする、請求項１〜１２のうちいずれか一項に記載の装置。
14. 前記各ヒートポンプアセンブリ（５）が、筐体（１１）を備え、該筐体が下面に空気を吸い込むための開口部（１２）を備えており、および上面に空気を吹き出すための別の開口部（１３）を備えており、その際前記筐体（１１）内に送風機またはファンが室内空気の強制的な吸い込みおよび吹き出しのために配置されていることを特徴とする、請求項１〜１３のうちいずれか一項に記載の装置。
15. 請求項１から１４に従って形成された装置内で使用するためのヒートポンプアセンブリにおいて、前記ヒートポンプアセンブリ（５）が伝熱流動体のためのインレット（３９）およびアウトレット（４０）と、少なくとも１つのヒートポンプモジュール（１８〜２５）を備え、該ヒートポンプモジュールが熱エネルギー的に前記インレットから前記アウトレットへ流れる流動体と接続可能であることを特徴とするヒートポンプアセンブリ。
16. 前記各ヒートポンプモジュール（２２〜２５）が、熱電気的に機能する要素、特にペルチェ素子（２７、２８、３４）を備え、前記流動体が貫流可能な冷却モジュール（２９、３５）を備え、該冷却モジュールが熱電気的に機能する前記各要素（２７、２８、３４）と熱的に接触することを特徴とする、請求項１５に記載のヒートポンプアセンブリ。
17. 前記ヒートポンプモジュール（１８〜２５）が、暖房モードで熱エネルギーが流動体から取り出され、および追加のエネルギー、特に電気エネルギーの供給によって、より高い温度レベルに上げられるように形成されおよび配置されていることを特徴とする、請求項１５または１６に記載のヒートポンプアセンブリ。
18. 前記ヒートポンプモジュール（１８〜２５）が、冷房モードで追加のエネルギー、特に電気エネルギーの供給によって、熱エネルギーが流動体に譲り渡され、少なくとも局所的に低い温度レベルが達成されるように形成され配置されていることを特徴とする、請求項１５から１７のうちのうちいずれか一項に記載のヒートポンプアセンブリ。
19. 熱電気的に機能する要素を具備した複数のヒートポンプモジュール（１８〜２５）が備えられ、その際前記要素の少なくともいくつかが個別に電気的に制御可能であり、および／または極性が切り替え可能であることを特徴とする、請求項１４から１８のうちのうちいずれか一項に記載のヒートポンプアセンブリ。
20. 少なくとも２つの、垂直に重なり合って配置されている、ヒートポンプモジュール（１８〜２５）の列を備えていることを特徴とする、請求項１５から１９のうちのうちいずれか一項に記載のヒートポンプアセンブリ。
21. 前記ヒートポンプモジュール（１８〜２５）の少なくとも１つが熱電気的に機能する要素（２７）を備え、該要素が、熱エネルギーの少なくとも一部を熱放射によって温度を適温にするべき部屋に直接放出可能であるように配置され形成されることを特徴とする、請求項１５から２０のうちのうちいずれか一項に記載のヒートポンプアセンブリ。
22. 前記熱電気的に機能する要素（２７、２８、３４）が、冷却フィン（３１、３７）を備えた放熱体（３０、３６）と熱的に接触しており、該放熱体を、温度を適温にするべき空気が強制的に通過可能であることを特徴とする、請求項１５から２１のうちのうちいずれか一項に記載のヒートポンプアセンブリ。
23. 前記少なくともいくつかのヒートポンプモジュール（１８〜２５）が、暖房モードで作動可能である一方で同時に少なくともいくつかの別のヒートポンプモジュール（１８〜２５）が冷房モードで作動可能であることを特徴とする、請求項１５から２２のうちのうちいずれか一項に記載のヒートポンプアセンブリ。
24. 凝縮水を集めて導くための手段を備えていることを特徴とする、請求項１５から２３のうちのうちいずれか一項に記載のヒートポンプアセンブリ。
25. 室内空気を暖房するための方法において、液状の媒体がセントラル熱源（１）を使用して加熱され、１つまたは複数のローカルヒートポンプアセンブリ（５〜８）を備えた回路を循環し、その際前記各ローカルヒートポンプアセンブリ（５〜８）が各部屋の暖房のために必要なエネルギーの一部を液状の媒体から取り出し、およびヒートポンプモジュール（１８〜２５）を使用してより高い温度レベルに引き上げ、室内空気に放出することを特徴とする方法。
26. 室内空気を冷房するための方法において、液状の媒体がセントラル熱源（１）によって冷却され、１つまたは複数のローカルヒートポンプアセンブリ（５〜８）を備えた回路を循環し、その際前記各ローカルヒートポンプアセンブリが冷房するべき部屋から排出されたエネルギーを、ヒートポンプモジュール（１８〜２５）を使用して取り出し、少なくとも一部を液状の媒体に譲り渡すことを特徴とする方法。
27. 室内空気を除湿するための方法において、液状の媒体がセントラル熱源によって冷却され、１つまたは複数のローカルヒートポンプアセンブリを備えた回路を循環し、その際前記各ローカルヒートポンプアセンブリ（５〜８）が少なくとも１つのヒートポンプモジュール（１８〜２５）を備え、およびその際空気が、前記ヒートポンプモジュール（１８〜２５）の強制的に冷却された要素の横を通過させられることで除湿され、およびその際空気が露点未満に冷却されることを特徴とする方法。
28. 前記個々のヒートポンプモジュール（１８〜２５）が、外部の源からのエネルギーを供給されることで稼働されることを特徴とする、請求項２５〜２７のうちのうちいずれか一項に記載の方法。
29. 前記個々のヒートポンプモジュール（１８〜２５）が、電気エネルギーの供給または化石燃料、バイオガスまたは合成燃料の燃焼によって生成される熱によって直接または間接に稼働されることを特徴とする、請求項２８に記載の方法。