JPH0686959B2 - ヒ−トポンプ太陽集熱装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、ヒートポンプを用いた太陽熱利用集熱器に関
するものである。

従来の技術 従来、太陽熱の集熱手段としては、水又は不凍液を直接
集熱器に循環させ、集熱器で集めた熱を給湯水に伝熱さ
せるものが主流であったが、集熱器の小型・軽量化や集
熱温度の安定化が求められ太陽熱の集熱手段にヒートポ
ンプ技術を用いる方式が出現した。

以下図面を参照しながら、上述したヒートポンプによる
太陽集熱装置の一例について説明する。第３図は、従来
のヒートポンプ太陽集熱装置の集熱回路を示すものであ
る。第３図において、21は冷媒圧縮機、22は冷媒の流れ
方向を切替える四方弁、23は冷媒凝縮器、24は高圧冷媒
配管、25は膨張弁、26は集熱器、27は低圧冷媒配管であ
り、これらは、圧縮機21,四方弁22,凝縮器23,高圧冷媒
配管24,膨張弁25,集熱器26,低圧冷媒配管27,四方弁22,
圧縮機21の順に環状連結されている。28は前記膨張弁25
に並設された逆止弁で、以上により冷媒集熱循環回路を
構成している。29は給湯水の蓄熱槽、30は水循環ポン
プ、31は水加熱器で前記冷媒凝縮器23と伝熱関係にあ
る。これらは、蓄熱槽29,水循環ポンプ30,水加熱器31,
蓄熱槽29の順に環状連結された給湯水循環回路を構成し
ている。

以上のように構成されたヒートポンプ太陽集熱装置につ
いて、以下その動作について説明する。集熱動作は、圧
縮機21及び水循環ポンプ30に通電することによりなされ
る。すなわち、圧縮機21が駆動することで高温・高圧に
圧縮された冷媒ガスは四方弁22を介して、凝縮器23に流
入し、伝熱関係にある水加熱器31を流動する給湯水に放
熱し、凝縮・液化する。そして凝縮した高圧液冷媒は、
高圧冷媒配管24を通り膨張弁25に至り、膨張弁25を通過
する際減圧された低温・低圧状態となり、集熱器26に流
入する。集熱器26に流入した低温・低圧冷媒は太陽熱と
大気熱を吸熱し、順次蒸発し低圧のガス状態となり低圧
冷媒配管27を通り、四方弁22を介して圧縮機21へ吸入さ
れる。以下同様のサイクルを繰り返す。一方蓄熱槽29の
給湯水は水循環ポンプ30を駆動することにより、水加熱
器31に送水され、伝熱関係にある凝縮器23で凝縮する冷
媒の凝縮熱を吸熱し、昇温した後蓄熱槽29に流入する以
降同様のサイクルを繰り返すことによって、蓄熱槽内の
給湯水は徐々に昇温していき、設定湯温に到達すると、
圧縮機21及び水循環ポンプ30への通電を遮断することに
より、集熱運転を停止する。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら上記のようなヒートポンプ太陽集熱装置で
は、集熱時に圧縮機21を運転し、電力を消費するため、
圧縮機21の消費電力をいかに削減するかという課題を有
していた。

本発明は、上記課題に鑑み、ヒートポンプ太陽集熱装置
において圧縮機の消費電力を削減した高効率集熱装置を
提供するものである。

問題点を解決するための手段 上記課題を解決するために本発明のヒートポンプ太陽集
熱装置は、圧縮機、四方弁、凝縮機、膨張弁、集熱器な
どからなる冷媒循環集熱回路と、蓄熱槽、流量可変ポン
プ、水加熱器からなる給湯水加熱回路と水温検知センサ
ーと、水温制御センサーとを有し、水温検知センサーの
検知する蓄熱槽内の温度が設定値以下では流量可変ポン
プは定速で、蓄熱槽内の温度が設定値以上となると水温
制御センサーの検知する水加熱器出口の水温が一定とな
るよう流量可変ポンプへの回転数可変信号を出力する制
御器を備えたものである。

作用 本発明は上記した構成により、水加熱器出口水温が設定
温度より低い場合には、流量可変ポンプを定速回転させ
設定温度に到達した後は、水加熱器出口水温が一定にな
る様、給湯水循環流量を可変させることによって、給湯
水の温度が上昇し、高水温となった時、給湯水循環量を
低下させることによって、水加熱器での滞溜時間を長く
し、冷媒凝縮熱をより効率よく吸熱することで、高水温
を採りながら凝縮圧力（高圧）の上昇を抑制し、この結
果、圧縮に必要な動力を低減されるのである。

実施例 以下本発明の一実施例のヒートポンプ太陽集熱装置につ
いて、図面を参照しながら説明する。第１図は本発明の
集熱回路を示すものである。

第１図において、１は冷媒圧縮機、２は冷媒の流れ方向
を切替える四方弁、３は冷媒凝縮器、４は高圧冷媒配
管、５は膨張弁、６は集熱器、７は低圧冷媒配管で、こ
れらは、圧縮機1,四方弁2,冷媒凝縮器3,高圧冷媒配管4,
膨張弁5,集熱器6,低圧冷媒配管7,四方弁2,圧縮機１の順
に環状連結されている。８は逆止弁で前記膨張弁５に並
列に配管接続され以上により冷媒循環回路を構成する。
５′は前記膨張弁５の感温筒であり、集熱器６の出口管
路に固定されている。９は蓄熱槽,10は回転数正義型水
循環ポンプ、11は前記冷媒凝縮器３と伝熱関係に保持さ
れた水加熱器でこれらは、蓄熱槽9,回転数制御型水循環
ポンプ10,水加熱器11,蓄熱槽９を順に連結し給湯水循環
回路を構成する。12は水温検知サーミスタ、13は制御器
であり前記水温検知サーミスタ12の検知温度に応じて、
回転数制御型水循環ポンプ10へ回転数制御信号を出力す
る。14は水温制御サーミスタで前記水加熱器11の出口に
固定されている。

以上のように構成されたヒートポンプ太陽集熱装置につ
いて、以下第１図を用いてその動作を説明する。

集熱動作は、圧縮機１及び水循環ポンプ10を駆動するこ
とによりなされる。すなわち、圧縮機１が駆動すること
で高温・高圧に圧縮された冷媒ガスは四方弁２を介して
凝縮器３に流入し、該凝縮器３と伝熱関係にある水加熱
器11を流動する給湯水に放熱し、凝縮・液化する。そし
て凝縮した高圧液冷媒は、高圧冷媒配管４を通り膨張弁
５に至り、膨張弁５を通過する際減圧され低温・低圧状
態となり、集熱器６に流入する。そして集熱器６に流入
した低温・低圧冷媒は、太陽熱と大気熱を吸熱し、順次
蒸発し、低圧のガス状となり低温冷媒配管７を通り四方
弁２を介して圧縮機１へ吸入される。以下同様に集熱サ
イクルを繰り返すのであるが、外気温が低く太陽日射の
ない場合に、前記集熱器６に着霜し、集熱量が低下す
る。このような状態の時には、集熱器６の入口冷媒温度
を検知し、設定温度より冷媒温度が低くなると四方弁２
を動作させ、冷媒の流れ方向を逆転させる。すなわち、
圧縮機１で圧縮された冷媒を四方弁2,低圧冷媒配管7,集
熱器6,逆止弁8,高圧冷媒配管4,凝縮器3,四方弁2,圧縮機
１の順に循環する逆サイクルとし、圧縮機１で圧縮され
た高温・高圧の冷媒ガスにより、集熱器６に付着した霜
をとかすのである。集熱器６に付着した霜がとりのぞか
れた後には再び四方弁２を駆動しもとの集熱サイクルに
戻る。

一方蓄熱槽９の給湯水は回転数制御型水循環ポンプ10が
駆動されることによって、水加熱器11に送られ、伝熱関
係にある凝縮器３で凝縮する冷媒の凝縮熱を吸熱し、加
熱昇温され蓄熱槽９に流入する以下同様の循環を繰り返
すのであるが、前記回転数制御型ポンプ10は、水温検知
センサー12の検知水温が設定温度（例えば45℃）より低
温の場合は、一定回転数で回転する様制御器13を介して
駆動し、水温検知センサー12の検知水温が設定温度より
高温となった場合には、水加熱器11の出口に設けた水温
制御サーミスタにより、出口温度（例えば55℃）が一定
になるよう、前記回転数制御型水循環ポンプ10の回転数
を制御するのである。

以上のように本実施例によれば、給湯水を加熱循環させ
る水循環ポンプ10を回転数制御型とし、水温検知センサ
ーにより蓄熱槽９内の給湯水の温度が設定温度より低温
の場合には、定速で回転させる。すなわち一定の循環水
量で循環するが設定温度より高温に到達した時点で水加
熱器11の出口水温を、水温制御サーミスタで一定温度と
なるよう、回転数を制御する。すなわち、循環水量が可
変されるのであり、通常定速回転時の循環水量より少な
い循環水量となる。このことは、給湯水の水加熱器11で
の滞留時間が長くなり、冷媒凝縮器３との接触時間が長
くなることを意味する。この結果、冷媒凝縮器３と水加
熱器11を流動する冷媒及び給湯水の温度変化及び平衡は
第２図に示す如き状態となり、冷媒の凝縮温度T_Cより高
い給湯水加熱温度T_Wが得られるのである。本実施例では
水加熱器11の出口温度が一定になるように水温制御サー
ミスタ14により、循環水量が制御されるのであるから、
実質的には、給湯水温度より低い凝縮温度になるのであ
り、この結果、凝縮圧力も低くすることが可能となる。
ヒートポンプサイクルの圧縮機の消費動力は、凝縮圧力
が高くなる程大きくなるものであり、本実施例の如き凝
縮圧力を低下させるものにおいては、高温のお湯を得な
がら消費電力を低減出来る効果がある。

発明の効果 以上のように本発明のヒートポンプを用いた太陽集熱装
置は、圧縮機，四方弁，凝縮器，膨張弁，集熱器からな
る冷媒循環集熱回路と、蓄熱槽，流量可変ポンプ，水加
熱器からなる給湯水循環回路と、水温検知センサーと水
温制御サーミスタ及び制御器からなり、給湯水温度が設
定湯温より低い場合には、前記流量可変ポンプを一定の
回転数で回転させ、給湯水温度が設定湯温に到達して後
は、水温制御サーミスタにより水加熱器出口湯温が一定
になるように流量可変ポンプの回転数を制御するもので
あることから、特に給湯水温が高くなった時点で、給湯
水循環水量を低下させ、水加熱器での滞留時間を長くす
ることによって、高給湯水温度を得ながら凝縮圧力を低
下させ、圧縮機の消費動力を低減させることが出来るの
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すヒートポンプ太陽集熱
装置の構成図、第２図は同熱交換器の温度平衡状態図、
第３図は従来のヒートポンプ太陽集熱装置の構成図であ
る。 １……圧縮機、２……四方弁、３……凝縮器、５……膨
張弁、６……集熱器、９……蓄熱槽、10……水循環ポン
プ、11……水加熱器、12……水温検知センサー、13……
水温制御センサー、14……制御器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】圧縮機吐出、四方弁、凝縮器、膨張弁、集
   熱器、四方弁、圧縮機吸入を環状連結してなる主回路
   と、前記膨張弁と並列に設けた逆止弁とからなる冷媒循
   環集熱回路と、蓄熱槽、流量可変ポンプ、凝縮器と伝熱
   関係にある水加熱器、蓄熱槽を環状連結してなる給湯水
   循環回路と、前記蓄熱槽内の温度を検知する水温検知セ
   ンサーと、前記水加熱器と蓄熱槽の間に設けた水温制御
   センサーとを有し、前記蓄熱槽内の温度が設定値以下で
   は流量可変ポンプは定速で、蓄熱槽内の温度が設定値以
   上となると水加熱器出口の温度が一定となるように、前
   記流量可変ポンプへの回転数可変信号を出力する制御器
   を備えてなるヒートポンプ太陽集熱装置。