JPH0686958B2 - 太陽熱利用給湯装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、太陽熱利用給湯装置に関するものである。

従来の技術 従来のこの種の太陽熱利用給湯装置は、第２図に示すよ
うに、圧縮機1,四方弁8,冷媒対水熱交換器2,高圧冷媒配
管3,逆止弁５を並列に装着した膨張弁4,集熱器6,低圧冷
媒配管7,四方弁8,圧縮機１を、順次環状に連結してなる
主冷媒回路と、蓄熱槽９、水循環ポンプ10,冷媒対水熱
交換器２を、順次環状に連結してなる水循環回路を備え
ている。

上記構成により、集熱運転時には、圧縮機１及び水循環
ポンプ10を駆動させることにより、圧縮機１で圧縮され
た高温・高圧な状態の冷媒が、四方弁８を介して、冷媒
対水熱交換器２に流入し、ここで伝熱関係にある水循環
回路の給湯水を加熱し、凝縮液化する。又加熱された給
湯水は水循環ポンプ10によって送水され、蓄熱槽９上部
に流入する。凝縮された冷媒は高圧冷媒配管３を通り、
逆止弁５を並列に装着した膨張弁４に至る、ここで冷媒
は逆止弁５を流れることができず、膨張弁４を減圧され
ながら通過し、低温，低圧な状態で集熱器６に流入す
る。集熱器６に流入した冷媒は、太陽熱及び大気熱より
吸熱し、蒸発気化する。気化した冷媒は、低圧冷媒配管
７を通り、四方弁８を介して、圧縮機１に再び吸入され
る構成になっており、この冷媒のサイクルが蓄熱槽９の
給湯水を加熱するようになっている。

しかし、集熱器６が着霜状態になると著しく集熱能力が
低下する。そこで、この霜を除霜し、さらに集熱を続け
るのである。

除霜運転時には集熱器６の着霜状態を、集熱器６入口の
冷媒温度から温度センサー18が検知し、制御器19へ信号
を伝送する。制御器19は四方弁８に通電し切り替えるこ
とにより、冷媒を可逆的に循環せしめ、集熱器６を除霜
する。すなわち、圧縮機１で圧縮された高温・高圧な状
態の冷媒は、四方弁８が切り替わっているので、冷媒対
水熱交換器２に流入せず、集熱運転時の低圧冷媒配管７
（以降、すべて低圧冷媒配管と称す）を通り、集熱器６
へ送られる。集熱器６は、着霜状態にあるので、冷媒は
霜に放熱し、融解しながら凝縮液化する。凝縮された冷
媒は、膨張弁４を容易に通過しないが、並列に装着され
ている逆止弁５を通り、集熱運転時の高圧冷媒配管３
（以降、すべて高圧冷媒と称す）を流れ、冷媒対水熱交
換器２に流入する（ただし、除霜運転時は冷媒と給湯水
は同一方向に流れている）。集熱器６で放熱した冷媒
は、冷媒対水熱交換器２に水循環ポンプ10によって送水
される給湯水より低温になっているので、伝熱関係にあ
る給湯水よりわずかに加熱される（この時、当然、給湯
水は放熱しているので、温度が下がった状態で、蓄熱槽
９の上部に送水されている。）。冷媒対水熱交換器２を
出た冷媒は、四方弁８を介して、圧縮機１に再び吸入さ
れる構成になっており、この冷媒のサイクルが集熱器６
を除雪するようになっており、従来の太陽熱利用給湯装
置は、前記集熱運転と除霜運転とを繰り返すことで、蓄
熱槽９内の給湯水全体を徐々に昇温するのである。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら、前記のような構成では、除霜運転時に蓄
熱槽９上部に、温度が低い給湯水が流入するので、蓄熱
槽９に一定温度の給湯水を蓄えることができず、蓄熱槽
９より安定して湯温の給湯水が、特に低外気環境下にお
いて、供給し得ないのである。

つまり、除霜運転時は、前述のごとく、集熱器６を除霜
するために、冷媒の温度は、霜の融解熱や、低外気環境
への放熱などで、氷点下に下がる場合がある。この低温
な冷媒は、冷媒対水熱交換器２に流入した時、それまで
加熱されていた蓄熱槽９の下部より水循環ポンプ10によ
って送水される給湯水よりも、低い温度である。このた
め、冷媒対水熱交換器２内では、わずかであるが、給湯
水より冷媒へ伝熱する。したがって、給湯水の温度は、
蓄熱槽９下部の状態よりも低下し、蓄熱槽９上部へ送り
出されるのである。

一方、除霜運転が終了し、再び、集熱運転を開始した
時、蓄熱槽９上部へは、蓄熱槽９下部より送水され冷媒
対水熱交換器２にて加熱された給湯水が、送り出される
ため、蓄熱槽９内では積層な状態に給湯水が蓄えられて
しまう。

ところが、本太陽熱利用給湯装置は蓄熱槽９に蓄えられ
た給湯水を供給する場合、蓄熱槽９の底部に設けられた
給水口12より給水し、蓄熱槽９の最上部に設けられた給
湯口11より給湯する構成なので、温度の分布が積層な状
態で蓄熱槽９に蓄えられた時、一定の温度での給湯が、
困難という問題点を有していた。

本従来例は、除霜運転時に、水循環ポンプ10を運転する
としたけれども、水循環ポンプ10を除霜運転時に停止し
ても、冷媒対水熱交換器２に流入する冷媒の温度は、氷
点下以下になる得るので、冷媒対水熱交換器２内に残留
した給湯水は凍結し、集熱運転を再開した場合に、正常
な運転が出来ないばかりか、冷媒対水熱交換器２自身、
及び他の機器を破壊する恐れがあり、従来例に示す構成
においては、つねに水循環ポンプ10を運転する必要があ
るので、前記問題点を解決し得ない、したがって、ここ
では特に述べていない。

本発明は、かかる従来の問題点を解消するもので、太陽
熱利用給湯装置において、外気環境の変動にかかわら
ず、蓄熱槽内の給湯水の温度分布が積層な状態に蓄わえ
られるのを防止することを目的とする。

問題点を解決するための手段 上記問題点を解決するために、本発明の太陽熱利用給湯
装置は、圧縮機の吐出配管と、逆止弁と冷媒対水熱交換
器とを接続する配管の間に、減圧機構を介してホットガ
スバイパス回路と、冷媒対水熱交管器と高圧冷媒配管と
を接続する配管と、圧縮機の吸入配管の間に、電磁弁を
介した除霜運転時吸入回路を設け、除霜運転を行うため
には従来のものと同様に四方弁を切り替え冷媒を可逆的
に循環せしめる必要がある。本発明は、この四方弁だけ
でなく水循環境ポンプと電磁弁と下記のごとく温度セン
サーの検知信号で制御するものである。すなわち制御方
法として （１）四方弁を切り替え冷媒を可逆的に循環させる。

（２）同時に水循環ポンプを停止させる。

（３）同時に除霜運転時回路の電磁弁を開く。

という構成を備えたものである。

作用 本発明は上記した構成によって、除霜運転時にも冷媒対
水熱交換器内に、氷点下以上の冷媒力が流入するので、
水循環ポンプを停止していても、冷媒対水熱交換器内の
給湯水が凍結することがなく、したがって、除霜運転が
終了し、集熱運転が開始されたのち、冷媒対水熱交換器
内の給湯水を、十分に加熱してから蓄熱槽の上部に送り
出すことが出来るので、蓄熱槽内の給湯水の温度分布が
積層な状態に蓄えられることを、確実に防止できるので
ある。

実施例 以下、本発明の実施例を添付図面にもとづいて説明す
る。

第１図において、本発明のポイントとなる、太陽熱利用
給湯装置の構成について詳細に説明する。なお、第２図
に示す従来例と同一部品については、同一番号を付し、
その説明は省略する。

本実施例の冷媒が循環する経路には圧縮機１の吐出配管
と、逆止弁11と冷媒対水熱交換器２とを接続する配管の
間に、キャピラリーチューブ等の減圧機構を介したホッ
トガスバイパス回路16が、四方弁８と逆止弁11をバイパ
スするように設けられている。また、冷媒対水熱交換器
２と高圧冷媒配管３とを接続する配管と、圧縮機１の吸
入配管の間には、除霜運転時のみ開放する電磁弁15を介
した、除霜運転時吸入回路17が設けられており、これら
によって、本実施例における冷媒の循環する経路は、集
熱運転時は実線で、除霜運転時は破線の矢印に示される
ものである。

すなわち、集熱運転時は、圧縮機１を吐出した冷媒は、
ホットガスバイパス回路16に設けられた減圧機構によっ
て、そのほとんどが、四方弁８と逆止弁11を介する主冷
媒循環回路を流れる。又、除霜運転時吸入回路17の電磁
弁15は閉じているので、従来例と同様の循環経路を流れ
る。このため従来例の持つ、蓄熱槽９に蓄える給湯水の
加熱能力と同等以上の能力は維持している。

一方、除霜運転時は温度センサー18の検知信号により通
電された四方弁８は切り替わり、冷媒の循環経路も集熱
運転時と逆転するのであるが、同時に、水循環ポンプ10
は停止され、除霜運転時吸入回路17に備えられた電磁弁
15が開らくのである。本実施例では、圧縮機１を吐出し
た冷媒の一部は、四方弁８に流入せず、ホットガスバイ
パス回路16に分流される。四方弁８に流入した冷媒は、
この後、従来例と同様に、集熱器６に流入し除霜を行な
う。又、ホットガスバイパス回路16に分流された高温・
高圧な状態の冷媒は、冷媒対水熱交換器２に流入する。
冷媒対水熱交換器２を流出した冷媒は、高圧冷媒配管３
の手前すなわち、除霜運転時吸入回路17の入口まで流れ
る。この時、集熱器６を除霜した冷媒は、逆止弁５を通
過し、高圧冷媒配管３を流れて、やはり除霜運転時吸入
回路17の入口に至っている。除霜運転時吸入回路17の電
磁弁15は、除霜運転時には開放になっているので、これ
ら２方向より流れてきた冷媒は、合流し、一気に圧縮機
１の吸入配管へ流入するのである。

上記構成において、先に述べたとおり、集熱運転時の加
熱能力の低下がなく、除霜運転時に、冷媒対水熱交換器
２に流入する冷媒の温度を、長時間にわたって、氷点下
以上に維持することが可能である。

このため、除霜運転が開始された場合に、水循環ポンプ
10を停止し、蓄熱槽９上部に、従来例にみられたよう
な、温度の低い給湯水を送り出すことがなく、さらに、
冷媒対水熱交換器２内に残留する給湯水を凍結させ、機
器を破損に至らしめることが、確実に防止できる。この
結果、除霜運転が、頻繁に行なわれても、温度分布が積
層な状態な給湯水が、蓄熱槽９に、蓄えられることがな
いという効果がある。

ここで、本実施例と従来例とを比較する、なお集熱運転
時の能力は、前者のものが同等もしくは優れているの
で、ここでは特に述べない。

第３図は、除霜運転時の、圧縮機消費電力特性を示した
ものであり、横軸には除霜量を、縦軸には除霜運転中の
圧縮機１の入力を示す。この特性の測定は、乾球温度1.
5℃，湿球温度0.5℃，相対湿度85％，風速0m/sの外気環
境の条件で行った。又、前者の水循環ポンプ10は停止状
態，圧縮機の容量は12cc、後者の水循環ポンプ10は作動
状態，圧縮機の容量は8ccである。

また、第３図の曲線Ａは、本実施例の除霜量と、圧縮機
１入力の特性を示すもので、点Ｂは、従来例が、0.4kg
除霜するのに要する入力を示す。

この第３図より、次のような傾向が把握できる、本実施
例の除霜運転では、曲線Ａより集熱器６に着霜した霜0.
4kgを除霜するのに、圧縮機１の入力がおよそ31Wで、従
来例のもの（点Ｂ）と同等であることが明らかである。

これは、圧縮機１の容量を増大し、ホットガスバイパス
回路16内のキャピラリーチューブ14を任意に設定するこ
とで、除霜運転時に圧縮機１を吐出した冷媒を、ホット
ガスバイパス回路16に分流しながら、集熱器６へ従来例
と同等以上の冷媒を流入させたためである。これによ
り、水循環ポンプ２が停止状態でも冷媒対水熱交換器２
に残留する給湯水を凍結させることなく、従来例と同量
の霜を除霜し、又、除霜に要する圧縮機１への入力の増
加を防止することが可能なのである。いいかえれば、除
霜の効率を低下させることなく、蓄熱槽９に温度分布が
積層な状態で、給湯水を蓄えることを防ぐのである。

さらに、除霜運転中は、水循環ポンプ10は停止している
ので、電力を消費しない。したがって、除霜運転時の総
消費電力が、低減するという効果も得られるのである。

発明の効果 以上のように本発明の太陽熱利用給湯装置によれば、次
の効果が得られる。

（１）四方弁を切り替え冷媒の循環が逆となる除霜運転
中でも、水循環ポンプを停止し、温度の低い給湯水を、
蓄熱槽上部へ送り出さないとしているので、低外気環境
において、除霜運転が頻繁に繰り返えされても、蓄熱槽
に、給湯水の温度分布が積層な状態で、蓄えることがな
く、つねに一定の温度での給湯が可能という効果があ
る。

（２）除霜運転中，水循環ポンプが停止し、冷媒対水熱
交換器内に給湯水が残留するが、圧縮機を吐出した高温
・高圧な状態の冷媒が、ホットガスバイパス回路を一定
量流れ、冷媒対水熱交換器内へ流入するので、冷媒と伝
熱関係にある給湯水は凍結せず、機器の破損を防止する
ことができる。

（３）除霜運転中、水循環ポンプを停止するので、除霜
の効率を低下させることがなく、除霜運転中の総消費電
力を低減することができる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の一実施例の太陽熱利用給湯装置の構成
図、第２図は従来例を説明するための構成図、第３図は
従来例と、本発明の一実施例の効果を比較したグラフで
ある。 １……圧縮機、２……冷媒対水熱交換器、３……高圧冷
媒配管、４……膨張弁、５……逆止弁、６……集熱器、
７……低圧冷媒配管、８……四方弁、９……蓄熱槽、10
……水循環ポンプ、11……給湯口、12……給水口、13…
…逆止弁、14……キャピラリーチューブ、15……電磁
弁、16……ホットガスバイパス回路、17……除霜運転時
吸入回路、18……温度センサー、19……制御器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】圧縮機、四方弁、逆止弁、冷媒対水熱交換
   器、膨張弁、集熱器、四方弁、圧縮機の順に環状連結さ
   れた主冷媒循環回路と、この主冷媒循環回路の集熱器の
   入り口に温度センサーを備えるとともに、蓄熱槽、水循
   環ポンプ、及び冷媒対水熱交換器とを順に、環状連結し
   てなる水循環回路を構成し、前記主冷媒循環回路の四方
   弁、逆止弁と並列に、減圧機構を具備するホットガスバ
   イパス回路を設けるとともに、前記冷媒対水熱交換器の
   出口と、前記圧縮機の吸入管を、電磁弁を具備する除霜
   運転時吸入回路で連結し、除霜運転を行う時、前記温度
   センサーの検知信号により、前記四方弁を切替え、前記
   水循環ポンプを停止させ、前記電磁弁を開くように制御
   するようにしてなる、太陽熱利用給湯装置。