JPH01196465A - 改良型の高効率な周囲援助型集中加熱冷却システムと加熱冷却方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、改良型の高効率な周囲援助型集中加熱冷却シ
ステム及び、その製造及び動作の方法に関し、更に詳し
くは、本発明は、 周囲熱を受容し、且つ、感熱流体を自身の内部に通過せ
しめるための取り入れ口と、感熱流体を退出させる取り
出し口とを有するパネルと、パネルの取り出し口から感
熱流体を受容し、且つ、取り出し口を有するアキュムレ
ータと、アキュムレータの取り出し口から感熱流体を受
容し、且つ、取り出し口を有するコンプレッサーと、 取り出し口と、アキュムレータの取り出し口に接続され
た取り入れ口とを有する熱交換コイルで、該取り出し口
は弁を介して、パネルの取り入れ一口に接続する低圧ラ
インに接続され、且つ、該取り出し口は別の弁を介して
、アキュムレータの取り入れ口へ接続する低圧ラインに
接続されている熱交換コイルと、 から成る高効率な周囲援助型集中加熱冷却システムに関
する。

［従来の技術と発明が解決しようとする課題］従来、種
々の加熱冷却システム等及び、全体的なそれらの構造の
装置及び方法は周知であり、米国特許として下記例を挙
げることができる。

４．３０２．９４２　　　　Ｃｈａｒｔｅｒｓ４．３０
８．０４２　　　　Ｅｃｋｌｅｒ４．３９２．３５９　
　　　　　　Ｆｒａｎｋ１１ｎ入力エネルギーとして、
部分的或いは全体的に太陽放射線に依存した多くの加熱
冷却システムが近年、設計されている。これらのシステ
ムは大体、下記の２つのカテゴリーに分類することがで
きる。

一つは、流体が太陽熱コレクターすなわち太陽熱受容部
材を介して循環され、このコレクターにおいて、該流体
が熱を吸収し、次に、該熱は熱交換器により家庭用水等
の別の流体、或いは低温溶解塩等の蓄熱媒体へ送られる
。

もう一つのタイプの加熱システムは、低温沸点の作動流
体即ち冷媒を、太陽パネルに於ける蒸発、圧縮による過
熱、及び熱交換器に於ける凝縮からなる熱力学サイクル
に供するものである。この第二のタイプの一つの例が、
ｐＨｎｋｌｌｎの４，３９２．３５９に開示されており
、別の例がＣｈａｒｔｅｒの４．３０２．９４２に示さ
れている。

さらに、上記２つのタイプの多くの改変例が周知であり
、たとえば、Ｅｃｋｌｅｒの４．３０８．０４２に開示
するように上記２つの−、般的なタイプを組み合わせた
混合システムがある。更に、使用する作動流体及び冷媒
の異なるシステムが周知である。

従来の加熱ポンプシステムは、所謂「逆転弁」を使用し
て、システムを通過する冷媒の流れを反転させて加熱モ
ードから冷却モードへ切り換えることにより、加熱と冷
却の両方を行い得るよう構成している。例えば、加熱モ
ードにおいて、太陽熱コレクターパネルは蒸発器として
作用して冷媒流体を加熱し、熱交換コイルが凝縮器とし
て作用し、ここで、高温冷媒は空気あるいは水を加熱す
るものである。冷媒の流れを反転させることにより、空
気加熱コイルを蒸発器として作用させて包囲空間の内部
空気からの熱を吸収するようにすることができる。この
熱は外部太陽パネルを介して外部大気へ消散され、ここ
で、パネルは凝縮器として使用する。

従来技術のシステムの大きな欠点は、加熱と冷却の両方
を同時に行うことができないということにある。典型的
な住宅地では、内部空気空間の加熱あるいは冷却に追加
して、常時高温水の需要があった。従来周知の比較的単
純な加熱冷却システムではいずれも、内部空間の冷却要
求と同様に水加熱システムへ熱を入力するという要求を
満足させることはできなかった。加熱及び冷却要求を同
時に満たすことが出来ないという欠点を無視したとして
も、逆転弁により動作モードを変える従来の熱ポンプシ
ステムは、流れを反転させることにより構成部材に付加
応力がかかるため及び、その結果種々のシステム構成部
材に反転圧力差が生ずるため、信頼性に欠けるとともに
構成部材の寿命が短くなるという欠点があった。更に、
逆転弁を使用すると、システムが複雑になるとともに費
用が高（つくという問題がある。

これらの特許あるいは周知技術は、種々の加熱冷却シス
テム及び種々の製品等、且つ製造方法を教示及び開示し
ているが、これらは単独でもあるいは組み合わせても、
本発明の特許請求の範囲に記載するような発明の組み合
わせの独特な詳細事項は開示していない。

［課題を解決するための手段と作用］ 本発明の目的、利点及び特徴は、逆転弁を必要とせず、
加熱及び冷却両方の要求を同時に満たすことができ、全
体的に高効率で作動してシステムへ入力されるエネルギ
ーに対して熱伝達を最大にすることができる、信頼性が
高く比較的単純かつ低コストの集中加熱冷却システムを
提供することにある。

本発明のこれら及び他の目的は、なるべくは、システム
を通過する冷媒の一方向流れを常に維持しながら例えば
平均的な家庭の加熱及び冷却両方の要求を同時に満たす
ことができて逆転弁の使用を必要としないことを特徴と
する、周囲援助型集中加熱冷却システムに於いて達成さ
れる。

本発明の加熱冷却システムは外部に装着されたパネルを
有し、このパネルは冷媒の取り入れ及び取り出しマニフ
ォルドを設けられ、入射した太陽エネルギーなどの周囲
エネルギーを収集・するよう構成されている。コレクタ
ーパネル内の冷媒気体を高圧高温気体に圧縮するコンプ
レッサーがパネルの取り出し口に接続されている。

コンプレッサーから高温冷媒気体を受容するよう構成さ
れた第−及び第二熱交換器が並列に設けられ、これらの
熱交換器は膨張弁を介して液体をコレクターパネルの取
り入れ口に戻すよう接続されている。膨張弁は、コレク
ターパネルの取り出し口から流出する冷媒の温度を検知
してこれに応答し、これにより、パネルに対する周囲エ
ネルギー条件及び周囲温度の変化に応じて冷媒をコレク
ターパネルの中を通過させるかコレクターパネルを介し
て通過させるかを調整する。尚、周囲温度及び周囲エネ
ルギーによりパネル内の冷媒は成る程度加熱される。第
一熱交換器は一つもしくは複数の水加熱コイルであり、
第二熱交換器は空気加熱コイルである。水加熱コイルか
ら流出する冷媒は予備冷却コイルを通過する。冷却サイ
クルの間、予備冷却器のファンはオン状態であるので、
液体受容器及び冷却コイルに流入する冷媒の過度な熱は
消散させられる。

温水及びもしくは空間加熱モードでは、予備冷却器のフ
ァンはオフ状態であり、従ってコイルは、液体冷媒が周
囲パネルに戻る前にこれを温めることができて効率を高
めることができる。

液体受容器の出口は、ソレノイド弁により第二膨張弁を
介して第三熱交換器の入口へ接続され、この第三熱交換
器は、第−及び第二熱交換器が加熱機能を行うのとは反
対に、冷却機能を行う。冷媒は第二膨張弁を介して第三
熱交換器内に流入し、ここで、冷媒は減圧される。第−
及びもしくは第二熱交換器において既にその熱含量をｙ
ｉｃｌｄＬ更に予備冷却器に於いて冷却された冷媒は、
第二膨張弁を介する膨張の結果、更に温度が実質的且つ
急激に低下することになる。このように第三熱交換器を
通過する冷媒は低温であり、且つ、例えば第三熱交換器
に送風された内部空気から熱を容易に吸収することがで
きる。この場合、第三熱交換器は空気冷却コイルとして
機能する。第三熱交換器から流出する冷媒は、一つのソ
レノイドを介し第一膨張弁を迂回してコレクターパネル
の入口に直接もどされ、且つ同時に別のソレノイド弁を
介して、コンプレッサー取り入れ口の前方のアキュムレ
ータの取り入れ口へ直接戻される。これにより、コンプ
レッサーの過熱を防止するとともに、加熱負荷のある場
合も無い場合も完全な空調効率を与えることができる。

本システムは、その時々の加熱要求及び冷却要求に基づ
いて選択された熱交換器をそれぞれ通過する冷媒流れを
制御するための弁を有している。例えば、ソレノイド制
御弁は、３個の熱交換器の任意の組み合わせの個々の選
択に対し適切な恒温装置により制御することが出来るの
で、一方向に冷媒流れを維持しながら加熱要求と冷却要
求を同時に満たすことが出来る。

本発明の新規な特徴として、特別な作動流に対して最適
化され且つ閉鎖システムへエネルギー伝達が行われる単
一の、簡単に製造される、周囲エネルギー吸収パネルを
使用することが挙げられる。

更に、本発明のシステムは例えば、特別な冷媒の使用、
導管の相対寸法等の多くの新規な特徴、及び、以下に記
載するように、上記利点を達成しながら、本システムを
高エネルギー効率にて作動させる事が出来るというその
他の特徴も有している。

更に、本発明の新規かつ有用な態様として、高温冷媒を
加熱負荷に循環させ、未だ加圧状態の冷却冷媒を冷却負
荷において膨張させて加熱及び冷却両方の機能を同時に
行うことを特徴とするサイクルを、この集中加熱冷却シ
ステムに於いて使用することである。

上記及びその他の目的及び利点は次第に明白になるが、
これらは以下に記載する明細書及び特許請求範囲に於い
てより完全に示す詳細な工程及び動作に認められる。尚
、添付図面を参照して説明をおこなうが、図面において
は、同様の部材は同番号で参照されている。

［実施例］ 図面を参照に以下本発明の説明を行う。第１図は、基本
的な態様に於ける、高効率の周囲援助型集中加熱冷却シ
ステムＩＯを示す。この加熱冷却システム１０は感熱流
体即ち冷媒流体を収容するとともに、周囲エネルギー吸
収体で、空気押し出し蒸発パネル１２を有する。該パネ
ル１２は本システムＩＯにより形成される封鎖空間の外
側に設けられ、且つなるべくは、蒸発パネル１２に入射
して吸収される平均太陽放射線を最大にするように方向
づけられている。パネル１２のパネル取り出し口１４は
オイルトラップ１６を介してアキュムレタ−１１及びコ
ンプレッサー１８に接続されている。コンプレッサー■
８の出口は平行に接続された第１及び第２熱交換コイル
即ちコンデンサーコイル２２．２６に接続されている。

これらの熱交換コイル２２．２６は、従来タイプの家庭
用装置及び工場用装置に於ける水加熱及び／または空間
加熱コイルのような加熱負荷である。

感熱流体即ち冷媒流体は蒸発パネル１２に於いて気体状
態に加熱され、更にコンプレッサー１８に於いて高圧高
温状態に加熱圧縮される。この高温気体は、ソレノイド
弁２０及び２４をそれぞれ介して熱交換コイル２２及び
／または２Ｂを流れる。

ソレノイド弁２０及び２４に於いて、該気体は、加熱負
荷、例えば、流通冷媒から熱を吸収することにより加熱
された冷却水あるいは空気と、熱交換的に接触する。熱
交換コイル２２．２６からの流出物はファン予備冷却コ
イル３２を通過し液体受容タンク３０内に流入する。

次に、受容タンク３０はソレノイド弁３６を介して第３
の冷却または熱交換のためのコイル４０に接続可能であ
る。冷却サイクルの間、液体冷媒は、ファン３４からこ
れを通過する空気により空冷される。このようにして冷
却された作動流体は、第３熱交換コイル４０の入口にお
いて熱膨張弁３８を通過する。液体冷媒は弁３８におい
て膨張蒸発し、その結果、冷媒気体の温度は大幅に低下
し、次に、この冷媒気体は熱交換コイル４０を通過する
。この低温冷媒は、熱交換コイル４０と熱交換的に接触
するようもたらされた内部空気流のような媒体からの熱
を吸収することができる。熱交換コイル４０の出口は流
体はソレノイド弁８０及び９０に接続される。ソレノイ
ド弁８０を通過した冷媒は蒸発パネル１２のパネル人口
４４に至る低圧帰還ライン４２に供給され、この蒸発パ
ネル１２において、気体冷媒は再び加熱される。そして
、ソレノイド弁９０を通過した冷媒はライン９１に沿っ
てアキュムレータ１１の入口に供給される。

高圧帰還導管４８はソレノイド弁４６により受容タンク
３０の出口と接続可能であり、従って、受容タンク３０
から冷媒を膨張弁５０を介して蒸発パネル１２の入口４
４へ直接戻る事が可能である。従って、受容タンク３０
用のソレノイド弁３６及び４６は、受容タンク３０から
の冷媒流を、弁４Ｂを閉鎖するとともに弁３６を開口す
ることにより第３熱交換コイル４０を含む冷却系３Ｂ−
４０−８０−９０を通過するようにするか、或いは、弁
３６を閉鎖するとともに弁４６を開口することにより高
圧ライン４８を介して通路４Ｂ−４８−５０を通過する
液体冷媒を、回収パネル１２へ直接戻すようにするか選
択的に行うよう設けられている。これにより、前者の場
合、冷却の要求を満足させることができ、また、冷却要
求が存在しない場合、後者により第３熱交換コイル４０
を迂回させることができる。

熱交換コイル２２．２６．４０は、それぞれ、装置のエ
ネルギー要求を満たすために必要なように熱交換コイル
を冷媒流へ開口あるいは閉鎖する弁と連動している。従
って、熱交換コイル２２及び２Ｂは、弁２０及び２４と
直列に、弁２８と並列に、それぞれ接続されている。弁
２０及び２４の一方或いは両方は常に開口しており、弁
２８は閉鎖していて、冷媒を熱交換コイル２２及び／ま
たは２６を通過せしめるか、或いはそれらを迂回させる
かいずれかを行う。ソレノイド弁３Ｂ及び４６は、熱交
換コイル４０に関して同様に動作する。

ソレノイド弁２０により、冷媒流は熱交換コイル２２を
通過するか、あるいは、これを迂回するように、方向づ
けられる。ソレノイド弁２８を開口するとともに弁２０
及び２４を閉鎖すると、冷媒は熱交換コイル２２および
２Ｂの両方を迂回する。

この動作方法に於いて、液体冷媒は、熱交換コイル２２
及び２６について加熱の要求が無い場合は、熱交換コイ
ル４０のみを通過するにすぎない。熱膨張弁３８を通過
する冷媒は、熱交換コイル２２．２Ｂを通過して熱を放
出する事が無かったので温度が相対的に高くなるが、殆
どの熱は、ファン３４を設けた予備冷却器３２により除
去される。尚、予備冷却器３２は、ソレノイド弁９０を
介してコンプレッサー１８へ直接接続された冷却冷媒蒸
気通路ライン９１を有する。従って、冷媒が熱を熱膨張
弁３８に先立ち加熱負荷へ伝達する場合のように、熱交
換コイル４０に於いて冷却機能が完全効率にて得られる
ことになる。

第１図のシステムｌＯは、パネル出口１４とコンプレッ
サー１８への入口との間に接続されたアキュムレータ１
１とオイルトラップ１６とを有する。

これらのユニットをコンプレッサー１８の前方に設ける
ことにより、オイルと冷媒の微細混合物に作用するよう
構成された従来の熱ポンプシステムに於いてコンプレッ
サー１８内に流れる流体オイルにより生ずるコンプレッ
サーの過負荷問題を解決する事ができる。液体オイルは
実質的に非圧縮性であり、トラップされない限りコンプ
レッサーに過負荷を与えることになり、このためコンプ
レッサーを早期に破損する恐れがある。第１図に示すシ
ステム１０は、システムｌＯ内に冷媒の一方向流れを維
持しながらシステム１０に於いて加熱と冷却の両方を行
うことができる新規なシステムの一般的原理を容易に理
解する為に簡略化して示している。システム１０のより
詳細な説明を以下に行う。

第５図は、第１図の基本システム１０を含むより完全な
加熱冷却システム１１０を概略的に示す。

尚、第５図において、共通要素は第１図で使用した番号
に１００を加えたものを使用している。

蒸発されたＦＲＥＯＮ／オイル混合物は、パネル入口部
１４４がパネル底部に、パネル出口うイン１１４がパネ
ル上部にくるようにほぼ直立状態に装着された周囲エネ
ルギー蒸発パネル１１２に於いて加熱される。蒸発パネ
ル１１２から流出したＦＲＥＯＮ／オイルは、吸引ライ
ンを介してコンプレッサー１１８の入口部に接続された
出口ライン１１４に流れる。ライン１１４を流れる気体
の温度はシールドバルブ（ｓｅａｌｅｄ　ｂｕｌｂ　）
　１１３により感知される。このシールドバルブ１１３
は出力ライン１１４と熱接触するとともに、膨張弁１５
０の可変オリフィスに毛管１５１を介して接続されてい
る。バルブ１１３内の気体は、出力ライン１１４の冷媒
温度にしたがって、且つ、オイルラップ１１６及び毛管
１５１を介して、膨張収縮する。毛管１５１は膨張弁１
５０の膨張オリフィスの寸法を変更し且つ制御して、こ
れにより、蒸発パネル１１２を通過する冷媒流れを制御
する。

パネル出力部に関して出力ライン１１４の内径が拡張す
るとコンプレッサー１１８内の気体流れを安定化するこ
とができ、したがって、システム効率を最大にすること
ができる。システム全体にわたっての管の寸法は重要で
あり、用途、寸法、及び必要性により異なる。

フィルター乾燥機１１５により、冷媒がコンプレッサー
１１８内へ入る前に、冷媒から水分及び粒状物質が除去
される。

冷媒気体はコンプレッサー１１８において高圧高温状態
に圧縮され、高温気体がコンプレッサー１１８からヘッ
ダーライン１９２内へ流れ込む。

１１９はフェイルセイフ感圧スイッチであり、これはコ
ンプレッサー１１８に接続され、コンプレッサー１１８
に発生した圧力が充分でない場合システムへの電源を遮
断する。

例えば、パネル１１２の直径１／２′の出力部から、コ
ンプレッサー１１８へ至る直径７／８′の出力ライン１
１４へ移行すると、ベンチュリ効果が生じる。この効果
により、移行部での冷媒の流速は増大し、システム１０
．１１０の作動圧力を安定させ、且つコンプレッサー効
率を向上させる。蒸発パネル１１２における加熱と上記
の圧力変化との組合せにより、出力ライン１１４に於け
る吸引圧力が増大する。これにより、コンプレッサーｌ
１８へかかる負荷を最小にすることができて、コンプレ
ッサー１１８が消費するエネルギーを低減するとともに
コンプレッサーの予測耐用年数を延ばすことが出来る。

コンプレッサー１１８としては、回転遠心密閉タイプあ
るいはスクリュー・タイプのコンプレッサーを使用する
ことができる。好ましい実施例では、セラミックヘッド
を持つ回転タイプの１トン豐コンプレツサー１１８を使
用している。

この１トンコンプレツサーは、１２０Ｖ、。での作動時
に、約４アンペアを使用する。この電力消費量は、最も
近似して比較しうる水及び空気加熱システムに於いて現
在使用されている代表的なコンプレッサーの場合の約１
／２である。

冷媒は、気体として、コンプレッサー１１８から排出さ
れ、ヘッダーライン１９２内へ流入する。

このラインは、ソレノイド弁１３６ａを介して熱交換コ
イル１４０ａに接続が可能である。第５図に示す実施例
において、熱交換コイル１４０ａは空気加熱コイルであ
る。すなわち、冷却技術に於いて周知の方法で、送風機
により、空気が熱交換コイル１４０ａの表面に供給され
て、熱交換コイル１４０ａを流れる冷媒気体から熱を抽
出する。液体冷媒は、低温度にて、熱交換コイル１４０
ａから流れ出し、チエツク弁１８２を通って、予備冷却
器１３２、液体受容部１３０へ至るラインを流れ込み、
液体受容部から、至るソレノイド弁１４６と膨張弁１５
０を通って、蒸発パネル１１２へ戻されることが出来る
。

膨張弁１５０は、固定した、または調整可能なオリフィ
スを有するので、液体冷媒は急速に圧力降下し、その結
果、この冷媒は蒸発するとともにその温度が大幅に低下
する。つぎに、この蒸発した冷媒は蒸発パネル１１２の
取入れマニホルドへ流れ込み、平行な垂直流路を通って
分配され、ここで、太陽放射線及び／または環境から取
り入れられた熱を吸収して加熱される。次に、この冷媒
はパネル上部の排出マニフオルドにより回収されて、上
記サイクルを繰り返す。

第５図のシステムに於ける家庭用水加熱サイクルは、コ
ンプレッサー１１８に接続されたラーインを有する。こ
のラインを通って、冷媒気体は、ソレノイド弁１２０を
介して、凝縮コイル１２２へ至る５／６″開口へ流れ込
むことができる。尚、水加熱コイルが熱交換器１５４内
に浸漬されている。循環ポンプ１５Ｂにより、断熱貯蔵
タンク１５８の水は、７／８′ラインを通って、熱交換
器１５４へ送り込まれる。貯蔵タンク１５８の水の温度
はアクアスタット（ａｑｕａｓｔａｔ）　１８０により
ｎ１定される。このアクアスタット１６０は、ポンプ１
５６と、ソレノイド弁１２０の条件とを、電気的に制御
する。すなわち、水温が予備設定値を下回ると、ポンプ
１５６がオンされるとともに弁１２０が開口して高温冷
媒気体を熱交換コイル１２２を通って受は入れ、これに
より、熱交換器１５４を循環する水を所望の温度に加熱
する。この所望の温度に到達すると、アクアスタット１
６０により制御されて、弁１２０が閉鎖するとともにポ
ンプ１５８はオフになる。加熱された水は熱交換器１５
Ｂから流出し、チエツク弁１６２を通過して、断熱貯蔵
タンク１５８に流入し、次に使用されるまで貯蔵される
。

システム１０．１１０では加熱あるいは冷却のために使
用されるいずれのモードに於いてもコンプレッサーは作
動させられる。

加熱された水と接触することにより冷却された冷媒は、
熱交換コイル１２２．１２Ｇから流出してコイル１３２
を通るライン内へ流入して液体受容タンク１３０内へ入
る。冷却モードの場合、この冷媒は次に膨張弁１３８内
へ流入する。冷媒は予備冷却コイル１３２を通過するの
で、この冷媒は、小型モータにより駆動されるファン１
３４によりさらに冷却される。このファンモータは１／
１６０馬力と小さく、極めて少量の電気エネルギーを消
費するにすぎない。

冷却要求が無い場合、予備冷却ファン１３４及び冷却コ
イル１４０を含む冷却系１３Ｂ　、１４０　、１８０．
１９０はソレノイド弁１４Ｂの開口状態により迂回され
、ソレノイド弁１４６はソレノイド弁１３８及び覗きガ
ラス１７８を迂回する。これにより、液体冷媒は高圧帰
還ライン１４８と膨張弁１５０を通ってパネル１１２へ
直接もどされる。これはチエツク弁１４３と覗きガラス
１７Ｂをも含む。

第５図の水加熱システムは、更に、プール或いは温泉１
６Ｂに於ける水を加熱するに適した加熱回路を有する。

システム１１０はソレノイド弁１２４を有し、このソレ
ノイド弁１２４は、冷媒が開口を通って熱交換器１６８
内に収容された熱交換コイル１２Ｂへ流れ込むその流れ
を制御する。

プール／温泉の水を加熱する回路に於ける相対的に小径
の冷媒供給ラインと比較して熱交換コイル１２６の内径
が大きいので、水加熱用熱交換コイル１２Ｂを通る気体
冷媒の流速が効果的に遅くし、これにより、水と冷媒と
の間の熱交換を向上させる事が出来る。循環ポンプ１７
０により、水が、アクアスタット１７２により水温を監
視されているプールあるいは温泉１６６からのラインを
通るよう方向づけられる。アクアスタットはソレノイド
弁１２４及び循環ポンプ１７０の両方を制御するので、
冷媒は熱交換器１８８の熱交換コイル１２６を通過する
ことができるとともに、水が追加的に必要になる場合に
循環ポンプ１７０を作動させ、水を追加する必要のない
場合にソレノイド弁１２４を閉鎖するとともに循環ポン
プ１７０を非作動状態にする。水はプール或いは温泉１
６６から出てチエツク弁１７４を通って循環する。

前のように、冷却された冷媒は熱交換コイル１２Ｇから
流出して出口部を通り、ここで、上記の水加熱回路に関
連して既に記載した冷媒サイクルに従う。

第５図に示す実施例の空調回路は、コンプレッサー１１
ｇから、ソレノイド弁１２８及び予備冷却コイル１３２
を通って液体受容タンク１３０の入口部へ直接接続可能
なラインヘッダーライン１９２を有している。次に、ソ
レノイド弁１３Ｂにより液体冷媒は選択的に膨張弁１３
８を通過する。

膨張弁１３８において冷媒液体は蒸発し、これにより、
この液体の温度が大幅に低下する。蒸発した冷媒は熱交
換コイル１４０内へ流入し、ここで、熱交換コイル１４
０の表面に放出され且つ吹きつけられた空気により空調
機能が行われ、これにより、蒸発して温度が低下した冷
媒は、相対的に温度の高い前記の放出された空気から熱
を吸収する。冷媒蒸気は熱交換コイル１４０から流出し
てラインへ流入するとき、この冷媒蒸気は、バルブセン
サー１４１の側を流れ、熱交換コイル１４０の出口部を
通過する冷媒と熱接触する。

センサー１４１は、従来周知の態様で、毛管接続部１３
９を介して膨張弁１３８の可変オリフィスの開口度を制
御する。次に、低圧帰還ライン１４２により、冷媒は弁
１８０を通ってエネルギー吸収パネル１１２の入口部１
４４へ直接戻され、膨張弁１５０を迂回する。帰還する
冷媒は、熱交換器１４０を通過するとともに、ヘッダー
ライン１９１を通ってアキュムレータ１１１−へ直接戻
す弁１９０を通過することにより、既に蒸発しているの
で、膨張弁１５０は必要ではない。

第５図−から判るように、予備冷却コイル１３２と膨張
弁１３８と冷却コイル１４０とから成る冷却系１３２．
１４（１，１８０、１９０へ冷媒を送ることは、水交換
コイル１２２及び／または１２Ｂに於いて予備冷却され
た冷媒を含んでいる。当業者は、加熱及び冷却の両方の
負荷が共存する場合にシステム１１０の効率が向上する
ことを理解するであろう。

第２図は、本発明の一部として特に設計された周囲エネ
ルギー吸収蒸発パネル１２．１１２．２１２の好ましい
実施例を示す。蒸発パネル２１２は２枚の同一シート２
１４からなり、このシート２１４は、例えば、黒色陽極
酸化アルミニウム合金製（ｂｌａｃｋ−ａｎｏｄｉｚｅ
ｄ　ａｌｕ會１ｎｕｍ　ａｌｌｏｙ　）で、裏面同士を
ろう付け、接着、または溶接されて、約３”　ｘ５’の
矩形パネルを形成する。パネル２１２のこの２枚のシー
ト２１４は、半円形波状部を接合した後、空気押し出し
されて、それぞれ直径３／８′の４３個の平行な通路２
１Ｂを形成する。これらの通路の上部出口端部は出ロマ
ニフォルド２１８に延設され、このマニフォルドは直径
１′であり且つ１５度の角度で傾斜している。尚、前記
マニフオルドはシート２１４に形成されている。上記の
蒸発パネル２１２の１／２′冷媒パネル出口２１９は、
その頂部において、マニフォルド２１８の頂部に接続さ
れている。マニフォルドのこの特別な構造により、平行
管２１８の頂部において圧力を均等にすることができ、
これにより、管２１６の各々を通る冷媒蒸気の流れを均
等化して、蒸発パネル２１２に於ける熱吸収を最大にす
ることができる。

垂直管２１６の下部入口端部は、シート２１４に形成さ
れた１″径の水平式ロマニフオルド２２０に接続され、
これに１／２′径の入口ライン２２２が接続されている
。この人ロマニフオルドの構造により、個々の垂直管２
１Ｂを介して蒸発パネル２１２を通る冷媒流れの分布を
同様に均一にすることができ、熱吸収を最適化すること
ができる。パネルの入ロマニフオルド２２０は入口管２
１Ｂと接続され、且つマニフオルド２１８の場合と同様
、重力に関して１５度傾斜しており、潤滑油或いはその
他の凝縮液を蒸発パネル２１２から排出することが出来
る。

上記のような構成の蒸発パネル２１２の重量は約２０１
ｂｓ（ボンド）と軽量であるので、設置に際し広範囲に
適用できる。蒸発パネル１２．１１２．２１２は、必要
に応じて、建物の垂直外部壁から、例えば、吊るすこと
ができる。

第５図に示すシステムにおいて、システムの加熱及び冷
却の要求を全て監視するマイクロプロセッサ−技術を有
する適切なコントロラーにより最大効率を得るようにシ
ステム全体を制御調整することができることに留意され
たい。個々の加熱機能及び冷却機能に対する要求は満た
されるので、対応するソレノイド弁はコントロラーの指
示に従って開閉して、冷媒流れを、使用しないシステム
部材には流れないようにしている。

前記集中加熱冷却システムに於いて使用する冷媒を選択
することは、特に、本発明の重要な要素であると考えら
れる。現在、好ましい冷媒としては、’ＦＲＥＯＮ５０
２”の名前で市販されている合成作動流体が挙げられる
。“ＦＲＥＯＮ”はＥ、１．ｄｕ　Ｐｏｎｔ　ｄｅ　Ｎ
ｅ５ｏｕｒｓ　＆ＣｏｍｐａｎｙＩｎｃ、の登録商標で
ある。この冷媒は１９６１年から市販されており、これ
まで、冷蔵室のような大型の商業用設備にその使用が限
定されており、ここに開示するような太陽熱利用加熱冷
却システム、特に典型的な家庭での要求に適合する小容
量システムに於いて広範囲な用途が有るということは本
出願人は知らなかった。

ＦＲＥＯＮ５０２は、空間加熱冷却システムに現在使用
されている他の作動流体よりも沸点が低く、システムの
エネルギー効率を著しく増大することが判明している。

この冷媒はマイナス５５°Ｆ位の温度でシステムのコレ
クターパネル１２．１１２．２１２に送られる。従って
、この冷媒は太陽放射条件の如何に拘わらず、パネル表
面に入射する太陽放射線だけでなく周囲空気からも熱を
容易に吸収することが出来る。特に、本システムは、５
５°Ｆという低い温度の大気から熱を抽出することがで
きると思われる。ＦＲＥＯＮ５０２の熱特性は優れてい
るので、蒸発パネル１１２の寸法を小さくすることがで
きるとともに、その容量も低減でき、従ってコンプレッ
サー１１ｇのエネルギー消費をも低減することができる
。従って、第５図に示すような典型的なシステムの場合
、本システムの全エネルギー消゛費量は、コンプレッサ
ーｔｔａ用の略１６４５ワツトと、予備冷却コイル１３
２の１／１８０馬力送風器が必要とする極めて少量のエ
ネルギーのみである。

本発明に基づき構成されたシステムは、水加熱と空間加
熱或いは冷却との双方のための典型的な世帯の全エネル
ギーを提供することができる事が判明している。また、
必要に応じて、これら３つの機能全てを同時に達成する
ことができる。本システムに於いて、加熱冷却機能は、
システムに課せられる加熱要求が大きくなればなるほど
それと同時に行われる冷却機能がより効率良（行われる
という意味に於いて、極めて好ましい集中方式で達成さ
れるものである。これは、加熱コイル１２２及び／また
は１２Ｂを流通する冷媒から抽出された熱量が大きくな
ればなるほど、冷媒は膨張弁１３Ｂ及び熱交換コイル１
４０においてより冷却されるからである。従って、空調
或いは他の冷却機能を最小エネルギー費用で且つ殆ど加
熱機能に付随的に行うことができる。

本発明に基づいて形成したシステムについて行ったテス
トに於いて、外気温度が８３９Ｆで且つ曇天の日中の間
、３５ガロンの水タンクは１５分間で、６０°Ｆの初期
水温から９０°Ｆに加熱された。タンク内の水温は、更
に３０分後１４０度Ｆに上昇した。次に、蒸発パネル１
１２を被覆して直射日光を遮断してテストを行った。こ
の場合、熱は周囲大気から抽出されるだけであるが、タ
ンク内の水温は９０分で６０″Ｆから１４７°Ｆに上昇
した。

更に、外気温度が８０度Ｆで曇天の日中に上記システム
の空気加熱容量についてテストを行った。この場合、１
３００ＣＦＭのレートで空気加熱用熱交換コイル１４０
ａに空気を吹きつけたが、システム動作開始後１５分で
１４５°の安定した状態に到達した。

１：又、１３００ＣＦＭのレートで冷却コイル１４０に
空気を吹きつけて、８３″Ｆの外気条件でシステム１１
０の空気冷却容量についてテストを行った。この場合、
システム動作開始後１５分で３８°Ｆの安定した状態で
得られた。このテストは、相対的により適切な空調用熱
交換コイルではなく、商業用冷蔵室に通常使用される熱
交換コイル１４０についておこなった。適切な空気冷却
用熱交換コイル１４０をシステムに設置した場合、シス
テムの性能は著しく向上するであろうと思われる。

上記システムは平均的な家庭、住居向は用途に適切な寸
法に形成され、従って、唯−枚のパネル１１２と一台の
１トンのコンプレッサーユニット１１８のみを有してい
るにすぎない。標準の２トン・コンプレッサーを使用し
て２または３枚の蒸発パネルとともに２４０ｖ　で作動
させａＣ ると、相対的により大型の家庭用、商業用、工業用用途
向けに、均−且つ高効率な大容量のシステムを容易に実
施することが出来る。

同様に、上記システム１Ｏ１１１０は小型且つ軽量であ
るので、本システムは、相対的により移動可能な設備、
例えば、移動ハウス、キャンバ−１冷蔵トラクタートレ
イラー及び飛行機に容易に利用することができる。この
場合、コレクターパネルは前記自動車などの外表面に直
接設けることができる。

本発明の高効率、周囲援助型加熱冷却システム１０．１
１０の装置の構成部材は、キットとして或いはキットの
形態にて組み立てる事ができるよう、形成且つ構成する
ことができる。

本発明の１つの実施例に−おけるソレノイド弁の動作表
を次に示す。

上記の説明は本発明の原理を単に例示の目的で示したも
のである。当業者は種々の変更改変を容易に行い得るの
で、本発明は上述図示した構造及び動作に厳密に限定さ
れるものではなく、適切な改変及び均等物は全て本発明
の範囲に包含される。

［発明の効果］ 本発明によれば、逆転弁を必要とせず、加熱及び冷却両
方の要求を同時に満たすことができ、全体的に高効率で
作動してシステムへ入力されるエネルギーに対して熱伝
達を最大にすることができる、信頼性が高く比較的単純
かつ低コストの集中加熱冷却システムを提供することが
できる。

［要　約］ この発明は、次のとおりのものである。周囲熱を受容し
、且つ、感熱流体を自身の内部に通過せしめるための取
り入れ口と、該感熱流体を退出させる取り出し口とを有
するパネルと、該パネルの取り出し口から感熱流体を受
容し、且つ、取り出し口を有するアキュムレータと、ア
キュムレータの取り出し口から感熱流体を受容し、且つ
、取り出し口を有するコンプレッサーと、 負荷に対して温水を供給するよう構成され、且つ、取り
出し口と、アキュムレータの取り出し口に接続された取
り入れ口とを有する温水用熱交換コイルと、 負荷に対して空調された空気を供給するよう構成され、
且つ、取り出し口と、アキュムレータの取り出し口に接
続された取り入れ口とを有する空調用熱交換コイルと、 負荷に対して、加熱された空気を供給するよう構成され
、且つ、取り出し口と、アキュムレータの取り出し口に
接続された取り入れ口とを有する空気加熱用熱交換コイ
ルと、 コンプレッサーを熱交換コイルの少なくとも一方に選択
的に相互接続する第一流通制御ユニットと、 取り入れ口を有し、且つ、自身からの流体を、取り出し
口を有する受容タンクに送る冷却コイルと、 温水用熱交換コイルと高温空気熱交換コイルの少なくと
も一方を、空調用熱交換コイルと冷却コイルの少なくと
も一方に、選択的に相互接続する第二の流通制御ユニッ
トと、 空調用熱交換コイルの取り出し口を、パネル手段の取り
入れ口に接続するための低圧ラインへ至る弁と、アキュ
ムレータの取り入れ口に接続するための低圧ラインへ至
る別の弁の少なくとも一方を介して、接続する選択的相
互接続手段と、 から成る事を特徴とする高効率な周囲援助型集中加熱冷
却システム。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に基づき構成された集中加熱冷却シス
テムの簡略化しｈ概略図であり、本発明の好ましい実施
例及び最上の態様に基づく加熱冷却システムの代表的な
装置を示す。 第２図は、本発明に係る加熱冷却システム用の蒸発パネ
ルの好ましい構成の斜視図を示す。 第３図は、第２図の線３−３に沿った蒸発パネルの拡大
斜視図である。 第４図は、第２図の線４−４に沿った蒸発パネルの別の
拡大斜視図である。 第５図は、本発明の別の好ましい実施例に係る集中加熱
冷却システムの典型的な家庭用装置のより詳細な概略図
である。 ［符号の説明］ １０・・・加熱冷却システム １２・・・蒸発パネル １８・・・コンプレッサー ２２．２６・・・熱交換コイル

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、周囲熱を受容するよう構成され、且つ、感熱流体を
   自身の内部に通過せしめるための取り入れ口と、感熱流
   体を退出させる取り出し口とを有するパネル手段と、 パネル手段の取り出し口から感熱流体を受容し、且つ、
   取り出し口を有するアキュムレータ手段と、 アキュムレータ手段の取り出し口から感熱流体を受容す
   るよう構成され、且つ、取り出し口を有するコンプレッ
   サー手段と、 アキュムレータ手段の取り出し口に接続された取り入れ
   口と、取り出し口とを有する熱交換コイル手段と、 熱交換コイル手段の取り出し口を弁手段を介して低圧ラ
   インに接続してパネル手段の取り入れ口に接続する手段
   と、 熱交換コイル手段の取り出し口を、別の弁手段を介して
   低圧ラインに接続してアキュムレータ手段の取り入れ口
   に接続する手段と、 から成ることを特徴とする高効率な周囲援助型集中加熱
   冷却システム。 ２、温水熱交換手段は、プール或いは温泉を含む事を特
   徴とする特許請求の範囲第１項に記載の装置。 ３、パネル手段は、太陽熱パネルである事を特徴とする
   特許請求の範囲第１項に記載の装置。 ４、感熱流体はＦＲＥＯＮ５０２である事を特徴とする
   特許請求の範囲第１項に記載の装置。 ５、周囲熱を受容するよう構成され、且つ、感熱流体を
   自身の内部に流通せしめるための取り入れ口と、感熱流
   体を退出させる取り出し口とを有するパネル手段と、 パネル手段の取り出し口から感熱流体を受容するよう構
   成され、且つ、取り出し口を有するアキュムレータ手段
   と、 アキュムレータ手段の取り出し口から感熱流体を受容す
   るよう構成され、且つ、取り出し口を有するコンプレッ
   サー手段と、 取り出し口にて負荷手段に対して温水を供給するよう構
   成され、且つ、アキュムレータ手段の取り出し口に接続
   された取り入れ口を有する温水熱交換コイル手段と、 取り出し口にて負荷手段に対して空調された空気を供給
   するよう構成され、且つ、アキュムレータ手段の取り出
   し口に接続された取り入れ口を有する空調用熱交換コイ
   ル手段と、 取り出し口にて負荷手段に対して加熱された空気を供給
   するよう構成され、且つ、アキュムレータ手段の取り出
   し口に接続された取り入れ口を有する空気加熱用熱交換
   コイル手段と、取り入れ口を有し、且つ、自身からの流
   体を、取り出し口を有する受容タンクに送る冷却コイル
   手段と、 冷却コイル手段と熱交換コイル手段の少なくとも一方に
   コンプレッサー手段を選択的に相互接続する第一流通制
   御手段と、 温水熱交換コイル手段と高温空気熱交換コイル手段の少
   なくとも一方を、空調熱交換コイル手段と冷却コイル手
   段の少なくとも一方へ、選択的に相互接続する第二流通
   制御手段と、 空調熱交換コイル手段の取り出し口を、パネル手段の取
   り入れ口に接続される低圧ラインへ至る弁と、アキュム
   レータ手段の取り入れ口に接続される低圧ラインへ至る
   別の弁の少なくとも一方の弁を介して接続する選択的相
   互接続手段と、 から成ることを特徴とする高効率な周囲援助型集中加熱
   冷却システム。 ６、温水熱交換手段はプール或いは温泉を含む事を特徴
   とする特許請求の範囲第５項に記載の装置。 ７、パネル手段は、太陽熱パネルである事を特徴とする
   特許請求の範囲第５項に記載の装置。 ８、感熱流体はＦＲＥＯＮ５０２である事を特徴とする
   特許請求の範囲第５項に記載の装置。 ９、感熱流体を自身の内部に流通せしめるための取り入
   れ口と、感熱流体を退出させる取り出し口とを有するパ
   ネル手段に於いて周囲熱を受容し、 取り出し口を有するアキュムレータ手段に於いて、パネ
   ル手段の取り出し口から感熱流体を受容し、 取り出し口を有するコンプレッサー手段に於いて、アキ
   ュムレータ手段の取り出し口から感熱流体を受容し、 取り出し口と、アキュムレータ手段の取り出し口に接続
   された取り入れ口とを有する温水熱交換コイル手段から
   負荷手段に対して温水を供給し、 取り出し口と、アキュムレータ手段の取り出し口に接続
   された取り入れ口とを有する空調熱交換コイル手段から
   負荷手段に対して空調された空気を供給し、 取り出し口と、アキュムレータ手段の取り出し口に接続
   された取り入れ口とを有する空気加熱用熱交換コイル手
   段から負荷手段に対して加熱空気を供給し、 取り入れ口を有する冷却コイル手段に於いて流体を冷却
   し、 冷却コイル手段と熱交換コイル手段の少なくとも一方に
   、第一流通制御手段を介してコンプレッサー手段を選択
   的に相互接続し、 冷却コイル手段からの流体を、取り出し口を有する受容
   タンクへ送り、 温水熱交換コイル手段と高温空気熱交換コイル手段の少
   なくとも一方を、空調用熱交換コイル手段と冷却コイル
   手段の少なくとも一方へ、第二流通制御手段を介して選
   択的に相互接続し、空調用熱交換コイル手段の取り出し
   口を、パネル手段の取り入れ口に接続される低圧ライン
   へ至る弁手段と、アキュムレータ手段の取り入れ口に接
   続される低圧ラインへ至る別の弁手段の少なくとも一方
   の弁手段を介して選択的に相互接続する、 ことを特徴とする高効率な周囲援助型集中部材で加熱冷
   却する方法。 １０、感熱流体はＦＲＥＯＮ５０２である事を特徴とす
   る特許請求の範囲第９項に記載の方法。 １１、パネル手段は、太陽熱パネルである事を特徴とす
   る特許請求の範囲第９項に記載の方法。 １２、温水熱交換手段は温泉或いはプールを含む事を特
   徴とする特許請求の範囲第９項に記載の方法。