JPH0412377B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はヒートポンプサイクル使用した太陽熱
利用給湯装置の集熱器に関する。

従来例の構成とその問題点 冷媒を集熱作動媒体として直接集熱器に流動さ
せた太陽熱利用給湯装置にヒートポンプサイクル
を集熱回路に用いて太陽熱および大気熱を集熱す
る給湯装置がある。

第１図はヒートポンプサイクルを利用した太陽
熱利用給湯装置の従来例を示したもので、圧縮機
１、給水加熱凝縮器２、圧力バランス用キヤピラ
リチユーブ３を並設した膨張装置４、集熱部５、
アキユムレータ６を順次冷媒配管７で連結しフロ
ン冷媒を封入し密閉された集熱回路と、貯湯槽
８、水循環ポンプ９、給水加熱凝縮器２の熱交換
関係にある水通路１０を順次水配管１１で連結し
た給水加熱回路と、貯湯槽８に接続された給水管
１２、出湯管１３による給水回路から成るもので
あり、さらにこの従来例では膨張装置４、集熱部
５を含む集熱器１４、圧縮機１、給水加熱凝縮器
２、水循環ポンプ９を含む熱交換ユニツト１５、
貯湯槽８、給水管１２、出湯管１３を含む貯湯ユ
ニツト１６の機器で構成されている。

集熱器１４は第２図、第３図に示すように冷媒
を内部に流す流路１７と、この流路１７の外表面
に空気側伝熱面１８として複数のプレートフイン
１８ａを設けたフインチユーブ型熱交換器で構成
された集熱部５と、この集熱部５の周囲を囲む枠
１９と圧力バランス用キヤピラリチユーブ３、膨
張装置４、膨張装置４に制御入力を与える感温筒
２０を内部に収納する収納部２１から構成されて
いる。

上記太陽熱利用給湯装置では、集熱運転中の瞬
時の日射量変化あるいは風速変化により前記集熱
部５の冷媒蒸発能力が変化するため、集熱部５へ
膨張装置４が適切な冷媒流量を供給することがシ
ステムの安定性と集熱運転効率上の課題であつ
た。

第４図はフインチユーブ型熱交換器を採用した
集熱器の外気風速変化時の集熱器冷媒出口温度
T_Eの時間Ｈ変化特性を示し、外気風速が瞬時的
に減少した場合（ａ点）の時定数τaは、外気風
速が瞬時的に増大する場合（ｂ点）の時定数τb
より小さい。

膨張装置４して温度式自動膨張弁を採用した場
合では膨張弁の応答性が遅く、外気風速あるいは
日射量が急に減少した場合に集熱部５への冷媒流
量が一時的に過多となり圧縮機１に液冷媒が戻る
液戻り現像による圧縮機の破損を生じる危険性が
あり機器の信頼性、耐久性上の問題があつた。

発明の目的 本発明は以上のような従来の問題を解決するも
ので、日射あるいは外気風速等の瞬時変化による
負荷変動に対する応答性を改善し、機器の信頼性
および耐久性の向上を目的とするものである。

発明の構成 この目的を達成するため本発明は、冷媒を集熱
作動媒体として直接流動させる流路と空気側伝熱
面で構成される集熱部を、第一集熱部と第二集熱
部とを直列に接続し、かつ前記第一集熱部を冷媒
流路の上流側に前記第二集熱部を冷媒流路の下流
側に配置して構成するとともに、第一集熱部は空
気側伝熱面積の大きなフインチユーブ型熱交換器
とし、第二集熱部は第一集熱部を囲む枠に冷媒流
路を熱的に連結して構成することにより、前記第
二集熱部は日射量変化、外気風速に対して前記第
一集熱部より応答速度を遅くする構成としたもの
である。

この構成により、日射量あるいは外気風速が急
に変化した場合の集熱器の応答速度を低下させ、
膨張装置の応答速度とのマツチングを図つて負荷
変動に対する追従性を改善するものである。

実施例の説明 以下、本発明の一実施例を第５図、第６図を用
いて説明する。なお、従来例と同一のところは同
一番号を符し説明は省略する。

２２はフインチユーブ型熱交換器で構成された
第一集熱部、２３は第一集熱部２２を囲む枠２４
の内面に設けた保持部２５に冷媒の流動する流路
１７を熱的に連結して構成した第二集熱部で、第
一および第二集熱部２２，２３のそれぞれの冷媒
の流路１７，１７は直列に接続され、かつ第二集
熱部２３の流路１７が下流側になるように配置さ
れている。

２６は第一集熱部２２と第二集熱部２３で構成
された集熱部であり、２７は圧力パランス用キヤ
ピラリチユーブ３を並設した膨張装置４と第一集
熱部２２と枠２４と兼用の第二集熱部２３を順次
冷媒配管で連結した集熱器である。

次にこの集熱器を用いた太陽熱利用給湯装置の
動作を説明する。圧縮機１で圧縮された高温高圧
の冷媒ガスは給水加熱凝縮器２に流入し、水循環
ポンプ９で送られてきた低温水を冷媒の凝縮熱で
加熱昇温させる。一方凝縮熱を放出して液化した
冷媒は膨張装置４および圧力バランス用キヤピラ
リチユーブ３を通つて減圧されて第一集熱部２２
から第二集熱部２３に流入し、日射による太陽熱
および大気熱を奪つて蒸発ガス化し、アキユムレ
ータ６を通つて圧縮機１に戻る。このサイクルが
順次繰返されて貯湯槽８内の水を加熱昇温するも
のである。

本実施例では第一集熱部２２は、軽量で熱容量
が小さく空気側伝熱面積の大きなフインチユーブ
型熱交換器とし、日射および外気風速がある場合
の集熱性能を良くし、第二集熱部２３は第一集熱
部２２を囲む熱容量の大きな枠に流路１７を熱的
に連結して構成した熱交換器とし、負荷変動に対
する時定数を大きくしている。従つて、第７図に
示すように外気風速あるいは日射量が急減した場
合（ａ点）の時定数τa′は従来のτaより大きく
（τa′＞τa）、外気風速が瞬時的に増大する場合
（ｂ点）の時定数τb′は従来例のτbより大きい
（τb′＞τb）。

このように集熱部の時定数を大きくすることに
より、負荷変動に対して適切な冷媒流量が温度式
自動膨張弁で供給できるようになり、システムの
安定性、機器の信頼性および耐久性の向上が達成
できるだけでなく、温度式自動膨張弁に対してコ
ストの高くなる応答速度の速いものを要求しなく
ても良くなり、低コストの温度式自動膨張弁で実
用可能となり安価なシステムを供給できるように
なる。

さらに、従来は単に集熱部５を保護し膨張装置
４などを収納するだけの役割であつた枠１９を
も、本実施例では第二集熱部２３として作用させ
るため、集熱器の外形寸法は同じでも集熱部面積
は拡大し、集熱量の増大による湯温の昇温あるい
は運転効率が良くなり経済性が向上する。

発明の効果 以上のように本発明の集熱器では (1) 集熱性能を低下することなく膨張装置とのマ
ツチングができ、液戻り防止による機器の信頼
性および耐久性の向上が図れる。

(2) 低コストの温度式自動膨張弁を利用すること
が可能となり安価なシステムを供給できる。

(3) 集熱器の外形寸法は同じでも集熱部面積が拡
大でき、集熱量の増大により運転効率が良くな
り経済性が向上する。

などその効果は大きいものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は一般的なヒートポンプサイクルを利用
した太陽熱利用給湯装置の構成図、第２図は従来
の集熱器の外観斜視図、第３図は従来の集熱器の
平面図、第４図は従来の集熱器の負荷変動特性
図、第５図は本発明の一実施例を示す太陽熱利用
集熱器の平面図、第６図は第５図の第二集熱部の
Ａ−Ａ線断面図、第７図は本発明の一実施例の集
熱器の負荷変動特性図である。 ５，２６……集熱部、１４，２７……集熱器、
１７……流路、１８……空気側伝熱面、１９，２
４……枠、２２……第一集熱部、２３……第二集
熱部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 冷媒を集熱作動媒体として直接流動させる流
   路と空気側伝熱面で構成される集熱部を、第一集
   熱部と第二集熱部とを直列に接続し、かつ前記第
   一集熱部を冷媒流路の上流側に前記第二集熱部を
   冷媒流路の下流側に配置して構成するとともに、
   第一集熱部は空気側伝熱面積の大きなフインチユ
   ーブ型熱交換器とし、第二集熱部は第一集熱部を
   囲む枠に冷媒流路を熱的に連結して構成すること
   により、前記第二集熱部は日射量変化、外気風速
   に対して前記第一集熱部より応答速度を遅くした
   太陽熱利用集熱器。