JPS6057155A - ソーラーおよびヒートポンプ一体型水加熱装置 - 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】 ［技術分野］ 本発明は水加熱装置に関する。特に、ソーラーおよびヒ
ートポンプ一体型水加熱装置に関し、装置の成績係数を
ディジタル計算機手段を用いた冷凍サイクルの能動制御
により大幅に向上させるようにしたことを特徴とする。

［従来技術］ 近年、ソーラー水加熱装置は無償の太陽エネルギーを使
うゆえに人気が出てきている。特に冷媒を使用したソー
ラー装置は顕熱でなく潜熱を用いているため効率に優れ
、関心が持たれている。しかし、Ｂａｔｔｕｍに対する
米国特許ＮＯ，４，２２０，１３８において明らかなよ
うに、この装置は冬季のある期間に使用可能な湯温が得
られなかったり、雨天や曇天の日々には太陽放射が得ら
れないか、不十分なために補助熱源が必要である。更に
、同装置の熱伝達特性は冷媒循環ポンプ手段の従来から
のオンオフ制御方法のために最適化されていない。ヒー
０ トポンプ水加熱装置も簡素さと効率のために、最近人気
が急上昇している。ソーラー補助ヒートポンプ装置はそ
の潜在的な高効率のゆえに特に注目する必要がある。し
かしながら、ワイスに対する米国特許Ｎｏ、４，２２８
．ｅ０４やチャーターズ他に対する米国特許Ｎｏ、４，
３０２，９４２において開示されているごとく、これら
の装置も低い外気温下で太陽が照射していないときには
その能力が減少するため、補助熱源がどうしても必要で
ある。設置に要する費用は、太陽熱集熱器が高価なため
に従来のヒートポンプに比べかなり高くつく一方、後者
と同様に大気温度以下で働くために、その成績係数はあ
まりよくない。太陽熱集熱器はカバーガラスがなく、太
陽放射熱の他に周囲大気からも熱エネルギーを集めるよ
うに設計されている。

［目　的］ 本発明の目的は、冷凍サイクルの能動制御により、前述
の従来技術の欠点を解決し、ソーラー装置とヒートポン
プ装置の利点を一つのハードウェアシステムとして一体
化するように構成した水加熱装置を提供することにある
。

したがって、本発明の他の目的は能力可変手段を備えた
多機能水加熱装置を提供することにより、補助熱源なし
で、上記能力可変手段によって太陽照射状況に応じ、太
陽の放射熱または屋外大気熱のどちらかを選択的に使用
することにある。

本発明のさらに他の目的は、高効率水加熱装置を提供す
るために、装置の構成を冷凍サイクルの最適化によって
年間成績が最大になるように、ポンプ／圧１ｉ！機速度
と圧力制御弁開度の双方を調整できるようにすることで
ある。

［発明の構成］ 本発明に基づく、ソーラーおよびヒートポンプ一体型水
加熱装置の一形態では、太陽熱蒸発器、アキュムレータ
、圧縮機入口熱交換器、可変速ポンプ／圧縮機、電子駆
動圧力制御弁、貯湯タン□り、タンク内凝縮器および制
御器によって構成される。太陽熱蒸発器は更に蒸発器筐
体、カバーガラス、複数のプレート−フィン−チューブ
一体型集熱器、送風機および空気口部閉器より構成され
ている。制御器は更に温度センサ、圧力変換器、マイク
ロコンピュータ、圧力制御弁ドライバ、インバータ、八
ツファアンプおよび半導体リレー、およびリミットスイ
ッチより構成されている。太陽放射が得られるときはい
つも、太陽熱蒸発器は太陽を追尾し、空気口開閉器を閉
とし、太陽熱蒸発器筐体内の送風機を用いて蒸発器集熱
室に隔離された空気を循環させる。ポンプ／圧縮機の速
度は低速から中速領域に保たれる。太陽エネルギーが得
られないときには、太陽熱蒸発器を中立位置に保ち、空
気口開閉器を開いて、送風機によって新鮮な屋外の空気
を筐体内に取り入れ、外気の熱エネルギーを冷媒に移し
た後、空気は再び屋外環境に放出する。ポンプ／圧縮機
の速度は中速から高速領域に保たれる。

［実　施　例］ 第１図は本発明に係る水加熱装置の一好適例を示すシス
テム図である。

本装置の冷媒としてＲ−２２を使用する。太陽熱蒸３ 発器１０は集熱室１２を取り囲む太陽熱蒸発器筐体１１
と太陽熱蒸発器筐体１１の前面を密封するためのガラス
板１３を持つ。蒸発器コイル１４は集熱室１２内に配設
され、第１図に示すようなＬ形断面を持つプレートフィ
ン１５と結合して一つの部材を構成する。プレートフィ
ン１５の水平な部分は太陽熱蒸発器１０の受熱面として
、太陽放射をガラス板１３を介して受け、蒸発器コイル
１４に伝熱する。また垂直な部分は主として外気からの
受熱面として集熱し、蒸発器コイル１４に伝熱する。更
に断熱特性を改善するために、ガラス板１３とプレート
フィン１５の間に空気１６を密封して断熱することが好
ましい。空気は送風１１２１によって集熱室１２内に吸
い込まれる。集熱室１２は太陽熱蒸発器筐体１１の内部
で閉回路を構成し、第１図の太線で示すように空気口開
閉器２２Ａおよび２２Ｂが開のときには新鮮な外気を送
風機２１によって集熱室１２内に取り込み、空気が持つ
熱をプレートフィン１５と蒸発器コイル１４に与えた後
、太陽熱蒸発器筐体１１から外部に放出する。また、第
１図の点線で示すように空気口開４ 閉器２２Ａおよび２２Ｂが閉のときには、集熱室１２内
に閉じ込められた空気を送風機２１を用いて太陽熱蒸発
器筐体１１内部で循環させる。

太陽熱蒸発器１０は太陽追尾機構２Ｂを持つことが好ま
しい。追尾機構２Ｂは更に、支持２７Ａおよび２７Ｂ、
レール２８．モータ箱２９および曲線レール３０Ａおよ
び３０Ｂによって構成する。レール３０Ａおよび３０Ｂ
は例えば屋根にしっかりと固定する。モータ箱２８はレ
ール３０Ａおよび３０Ｂに沿って移動することができ、
太陽熱蒸発器１０の抑角を変える。レール２８は太陽熱
蒸発器筐体１１に堅固に固定し、モータ箱２９に対する
相対位置が変えられるようになっている。一方、支持２
７Ａおよび２７Ｂはモータ箱２８に固定しており、太陽
熱蒸発器筐体１１より突出した軸の周りに回転して太陽
熱蒸発器１０の方位角を変えることができる。

太陽熱蒸発器ｌＯで加熱された冷媒は可撓パイプ３１お
よび冷媒配管３２を経由してアキュムレータ３３に導か
れ、液状冷媒はアキュムレータ・コイル３４内の凝縮し
た冷媒から熱を受けて、ガス状冷媒になって液状冷媒か
ら分離する。分離したガス状冷媒は冷媒配管３５を通っ
て圧縮機入口熱交換器３６に導かれ、更に過熱される。

冷媒は次いでポンプ／圧縮機３７に入り、ここで圧縮さ
れずに単純に循環させられるか、または圧縮された高圧
蒸気となるポンプ／圧縮機３７からの冷媒蒸気は冷媒配
管３８を通って、貯湯タンク３９内の底部に配設したタ
ンク内凝縮器４０に導かれる。このタンク３８は温湯を
所望の温度で貯えるために断熱施工しである。タンク３
８内の温湯は出口４１を経由して、給湯栓４２Ａおよび
４２Ｂ等に導かれ、種々の家庭内の用途のために供給さ
れる。市水は減圧・仕切弁４４を通って水入口４３から
補給する。

タンク３８内の水に伝熱した後、タンク内凝縮器４０内
の液状の冷媒は冷媒配管４５を通って、圧縮機入口熱交
換器３６に導かれ、周囲のガス状冷媒に放熱して、自身
は過冷却する。液状の冷媒は冷媒配管４６を通ってアキ
ュムレータ・コイル３４に導かれ、そこでアキュムレー
タ３３内に蓄積した液状の冷奴によって更に過冷却され
る。しかる後に、冷好配管４７を通って圧力制御弁４８
に到達し、ここで圧力および温度の変化を伴わずに単純
に通過させられるか、または断熱膨張を受けて低圧・低
温の混和冷媒に変化する。圧力制御弁４８は冷凍サイク
ルの高圧側および低圧側間の圧力差を制御する。

弁４８が全開のときは、弁通過時の圧損は零に近づき、
したがって、高低圧間で圧力差がなくなる。

このようにして得られた冷媒は冷媒配管４８と可撓パイ
プ５０を通って太陽熱蒸発器ｌＯに戻る。

ポンプ／圧縮機３７は誘導モータ５１によって所望の回
転速度で駆動される。圧力制御弁の開度はステッピング
モータ５２により、弁４８が所望の開度を維持するよう
に制御される。送風機２１は誘導モータ５３により駆動
される。空気口開閉器２２Ａおよび２２Ｂは太陽熱蒸発
器筐体１１上に配設され、リバーシブルモータ５４によ
って動作する。太陽追尾機構。

２６もリバーシブルモータ５５および５６を使用してい
る。リミットスイッチ５？Ａおよび５７Ｂは太陽熱蒸発
器筐体１１上で空気口開閉器２１Ａおよび２１Ｂに相対
的に配設され、空気口開閉器が全閉または全開７ の位置にきたときに開くようにしである。

リミットスイッチ５８Ａおよび５８Ｂは、モータ箱２９
がモータ５５によって駆動されて、レール３０Ａおよび
３０Ｂのどちらかの端に達したときに開となる。同様に
リミットスイッチ５９Ａおよび５８Ｂは、レール２８が
モータ５６によって駆動されて、レール２８のどちらか
の端がモータ箱２８に達するまで回転したときに開とな
る。

モータ５１ないし５Ｂの個々の駆動と制御は制御器１０
０によって統制されているが、これについては、後で第
２図を参照して述べることにする。この目的のために、
圧力変換器６１および６２がそれぞれ、太陽熱蒸発器コ
イル１４およびタンク内凝縮器４０内部に設置して、対
応する熱交換器内部を流れる冷媒の飽和蒸発圧力ｐ１お
よび飽和凝縮圧力ｐ２を測定する。本発明ではこれらの
変換器はピエゾ電気形であり、これは高圧安全弁用セン
サとしても使用することができる。飽和蒸気圧を圧力変
換器６１および６２によって測定すると、これらの飽和
蒸気圧の関数として飽和蒸発温度および凝縮８ 温度を計算することができる。温度センサ６３および６
４を圧力変換器８１および６２の代わりに用いてもよい
。温度センサ６３および６４は飽和蒸発温度および凝縮
温度を直接に測定するため、蒸発器コイル１４およびタ
ンク内凝縮器４０内の適当な場所に設置する。

温度センサ６５をポンプ／圧縮機３７の入口に設置し、
ポンプ／圧縮機３７の吸入側すなわち、冷凍サイクル低
圧側出口における温度ｔ１を測定する。

他の温度センサ６６を圧力制御弁４８の入口に設置し、
弁４８の入口、すなわち冷凍サイクル高圧側出口におけ
る温度ｔ２を測定する。このように計算または測定した
飽和蒸発／凝縮温度および冷凍サイクルの低圧および高
圧側出口における温度の測定結果に基づき、後述するよ
うに、過熱度および過冷却度を計算することができる。

集熱室１２の内部に位置する温度センサ６７はチェンバ
温度ｔ３を測定し、太陽熱蒸発器１０の外部に位置する
センサ６８により外気温度ｔ４を測定する。太陽熱蒸発
器筐体１１上の空気口開閉器２２Ａおよよび２２Ｂの動
作は、センサ６７および６８によって測定した温度に基
づき行われる。温度センサ６８は貯湯槽３９内の水の温
度ｔ５を測定する。ヒートパイプまたはヒートポンプモ
ードどちらかの選択はセンサ６７および６８によって測
定した温度に基づき決められる。本実施例においては、
これらの温度センサ８３ないし６８にはサーミスタを用
いることができる。

ボテンシ目メータ７１は支持２？Ａに取り付けて、支持
２７Ａの太陽熱蒸発器筐体１１に対する相対角度を測定
する。ポテンショメータ７２はレール３０Ａおよび３０
Ｂに対するモータ箱２８の相対移動距離を測定する。操
作盤７５上のシステムΦスイッチ７６によって、本加熱
装置を動作させ、温度指示器７７によってタンク３８内
の所望の温水温度を設定する。

氷水加熱装置はスイッチ７Ｂおよび指示器７７の位置、
温度センサ６８とタイマ１１５の出力とに基づき始動さ
れる。制御器１００および関連する周辺機器の構成につ
いて第２図のブロック図を参照して次に詳しく述べる。

第２図より明らかなように、点線によって囲まれた制御
器１００は、点線の外側に示した周辺機器と接続してい
る。制御器１００に対する入力についてまず説明する。

本例については温度センサ８３および６４の代わりに、
圧力変換器６１および６２を使用するものとする。圧力
変換器８１、ｅ２および温度センサ６５ないし６８によ
り得られた信号は制御器１００に入力されるが、その前
に検出した信号は、これらの変換器およびセンサに付属
したバッファ増幅器８１，８２．８５ないし８９によっ
て増幅、インピーダンス変換される。温度センサ８３お
よび８４が使用される場合はバッファ増幅器８３および
８４が用いられる。抑角ポテンショメータ７１および方
位角ポテンショメータ７２の出力はバッファ回路９１お
よび９２をそれぞれ経由して制御器１００に入力する。

これらの入力信号はアナログマルチプレクサ１０１によ
って次々とサンプリングし、サンプルホールド１０２に
供給する。アナログマルチプレクサ１０１およびサンプ
ルホールド１０２は、制御信号を制御バス１０４，１０
５および入／出力ポート１０８を通って、マイクロプロ
セッサ１０３より受け１ 取る。マイクロプロセッサ１０３として、大規模集積回
路（以下、ＬＳＩという）の形態をなす６５０２を使用
する。このマイクロプロセッサ１０３には、水晶制御発
振器を内蔵したクロック発生器１０７からクロック信号
を供給する。サンプルホールド１０２からの信号はＡ／
Ｄ変換器１０８に入力し、この信号を８ビット幅のディ
ジタル信号に変換した後、入／出力ポート１０６に取り
込む。

Ａ／Ｄ変換器１０８は変換の制御信号を制御バス１０４
　、１０５および入／出力ポート１０６を通ってマイク
ロプロセッサ１０３より受け取る。ＬＳＩの、例えば６
５０２を入／出力ポート１０８として使用する。

入／出カポ−）１０６から取り込まれたデータは、８ビ
ット長のデータバス１０８を経由してＲＡＭ目Ｏに格納
される。ＲＡＡｌ２Ｏ番地は１６ビツト長のアドレスバ
ス１１１を経由してマイクロプロセッサ１０３によって
指定される。マイクロプロセッサ１０３の統制のもとに
、ＲＯ旧１２に記憶しているプログラムが実行され、Ｒ
ＡＭｌｌ０内に格納したデータをデータバス１０９を通
って、マイクロプロセッサ１０３に供給２ し、ここで必要な作業が行われる。処理した結果はデー
タバス１０９および入／出力ポート１１３を経由して、
各々の出力機器に供給される。この出力動作は、マイク
ロプロセッサ１０３より、制御バス１１４および入／出
力ポート１１３を介して制御信号を送出することにより
実行する。本実施例においては、ＲＡＭｌｌ０としてＬ
ＳＩの２１１４を、ＲＯＭＩ　１２としてＬＳＩの２７
１８を使用する。タイマ１１５はクロック発生器１０７
より信号を受けて、タイミング信号を発生し、クロック
信号をマイクロプロセッサ１０３に送出する。マイクロ
プロセッサ１０３による情報処理の結果に基づき、種々
な出力機器は以下に述べるようにして制御される。ポン
プ／圧縮機３７の回転速度とトルクはインバータ１２１
によって可変周波数および可変増幅度の信号を発生し、
バッファ増幅器および半導体リレー８３を経由して、信
号を誘導モータ５１に与えて制御する。圧力制御弁４８
の開度は弁ドライバ１２２によって適当な長さのノくル
ス列を発生し、バッファ増幅器および半導体リレー９４
を経由して、信号をステッピングモータ５２に与えるこ
とにより制御する。送風機用の誘導モータ５３はバッフ
ァ増幅器および半導体リレー８５を介して駆動する。リ
バーシブルモータ５４の回転方向はバッファ増幅器およ
び半導体リレー８６によって決定する。リミットスイッ
チ５？Ａおよび５７Ｂはバッファ増幅器および半導体リ
レー８６とモータ５４の中間に配設する。同様に、リバ
ーシブルモータ５５と５８の回転方向はバッファ増幅器
および半導体リレー８７と８８によって制御する。リミ
ットスイッチ５８＾、Ｂおよび５９Ａ、Ｂはそれぞれ、
バッファ増幅器および半導体リレー８７および８８とリ
バーシブルモータ５５と５６の中間に配設する。商用電
源１３０によって電源電圧をバッファ増幅器および半導
体リレー９３ないし９８を介して、各々の出力機器に供
給する。

第３図は本発明の４つの動作モードを説明する表である
。木表によって、集熱方法と各部品の状態が各々のモー
ドに対して示されている。

太陽照射があるときはいつでも、本装置はソーラーヒー
トパイプかソーラーヒートポンプモードのどちらかのモ
ードで動作する。両モードとも、太陽の照射エネルギー
が主な熱源として用いられる。したがって、これらの２
つのモードのことをまとめて、ソーラーモードと呼ぶ。

太陽追尾機構２６を作動させ、太陽熱蒸発器筐体１１上
の空気口開閉器２２Ａおよび２２Ｂを閉として、太陽熱
蒸発器筐体ｌｌ内に閉じ込められた空気を送風機２１に
よって循環し、蒸発器の熱伝達特性を良くする。ソーラ
ーヒートパイプモードのときに、場合によっては送風機
２１を停止してもよい。

晴れた日の朝には、タンク３９内の水の温度も太陽熱蒸
発器１０の温度もともに比較的低いけれど、後者の方が
前者に比べてかなり高い。このため、ソーラーヒートパ
イプモードを選択する。本モードでは、圧力制御弁４８
を全開にして、圧損を零に近づける必要がある。このと
き、蒸発器コイル１４とタンク内凝縮器４０内部の圧力
は同じになり、蒸発温度と凝縮温度も等しくなる。ポン
プ／圧縮機３７はこの場合、低回転速度の循環「ガス」
ポンプとして使用される。回転速度は所望量の過熱度を
５ 得るように制御される。タンク３９内に熱が運ばれ続け
ると、タンクの水温度は上昇してくるが、太陽熱蒸発器
１０の温度も上昇する。これは、太陽がまだ」１昇中で
あり、ポンプ／圧縮機３７の速度が下げられるためであ
る。太陽熱蒸発器１０の温度がスーパーアンビエント温
度、すなわち大気温度より５°Ｃから３０℃高い温度に
持ち上げることにより、冷凍サイクルの動作圧力が高く
なり、蒸発および凝縮温度も対応して高い値となる。

午後のある時点で、タンク３８の温水温度がヒートシン
クとして働くには高くなり過ぎる。この時点で従来のソ
ーラー温水装置は温水の温度を更に１０°Ｃ高めるため
に補助装置を起動する。ところが本発明は補助機器に依
存することなく、圧力制御弁４８を若干閉めることによ
り、ソーラーヒートポンプモードに移るだけで良い。し
たがって、大気温度よりも高い太陽熱蒸発器１０よりも
更にタンク３９の温水温度が高くなっても、タンク３８
内で冷媒が凝縮することができる。

太陽の照射がとぎれとぎれか、または全くない６ ときには、装置はソーラー補助ヒートポンプか、ヒート
ポンプモードのどちらかを選択する。これらのモードで
は、外気の空気エネルギーが主な熱源として利用される
。したがってこれら２つのモードをまとめて空気モード
と呼ぶことにする。

このとき、冷凍サイクルの蒸発温度は常にサブアンビエ
ント温度、すなわち外気空気温度以下である。ソーラー
補助ヒートポンプモードのときには、間欠的な太陽放射
と散乱放射が、第２の熱源として利用できる。したがっ
て、太陽追尾機構２６は普通停止して太陽蒸発器１０に
中立の位置をとらせて、空気口開閉器２２Ａおよび２２
Ｂを開として、送風機２１によって新鮮な外部空気を取
り入れ、熱交換の後、筐体１１から放出する。

ヒートポンプは凝縮温度が低ければ低いほど、また、蒸
発温度が高ければ高いほど、効率よく動作する。タンク
内凝縮器４０をタンク底部に配設することにより、凝縮
温度をタンク３９内の時々刻々変化する温度状況に適合
するように低くすることができる。この構成はタンク３
８内で二重の温度成層を形成する。このとき、下の層は
入ってくる市水と混じり合い、常に上の層に比べて低い
温水温度を有する。次に蒸発温度を上げるためには、昼
間外気温度が常に高くなるので、貯湯槽を持つヒートポ
ンプならば、日中のみ運転することが得策である。また
、連続運転は間欠サイクリングに比べて高い成績係数を
もたらすことが知られている。したがって、０Ｎ−ＯＦ
Ｆサイクリングをせずに種々の熱負荷に対処するために
は、ソーラー補助ヒートポンプおよびヒートポンプモー
ドにおいて、ポンプ／圧縮機速度を中速から高速域に制
御する必要がある。全てのヒートポンプモードにおいて
、ポンプ／圧縮機３７の速度と圧力制御弁４８の開度の
双方を能動的に制御して、冷凍サイクルにおける過熱度
と過冷却度を所望の値にすることができる。本発明にと
って最も好ましい運転方法は、太陽光のあるなしに関係
なく、装置を昼間連続運転し、−日に消費するだけの温
水を製造するようにする。

第４図は本発明のマイクロプロセッサ１０３が実行する
各種のタスクを示している。これらのタスクの各々につ
いて関連する図を参照しながら以下に詳述する。第５図
はポンプ／圧縮機用電動機５１およびステッピングモー
タ５２に接続する商用電源１３０を入切して、装置動作
を開始または停止する論理を示している。温度差Δθｌ
をΔθＩ”ｔ。

ｔ　５と定義する。ただし、ｔｏは温度指示器７７によ
って設定した所望温水温度であり、ｔ５は温度センサ６
９によって測定した貯湯槽３９内の温水温度である。本
装置は設定温度ｔｏがタンク温水温度ｔ。より十分高い
場合、例えばΔθｌ　＝ｔｏ−ｔ５〉２°Ｃの場合以外
は始動しない。更に、システム−スイッチ７６とタイマ
１１５がともに人の状態になければ、第５図に示すよう
に装置動作を開始することはできない。装置を始動する
に当たって、可変開度の圧力制御弁４Ｂを閉にしなけれ
ばならない。装置が始動を始めると、ポンプ／圧縮機速
度と弁開度を、マイクロプロセッサ１０３の指令のもと
に、連係して徐々に増加する。冷凍サイクル高圧側の圧
力がある設定した値を越えたことが９ 圧力変換器６２によって検知されると、装置は定常動作
に入り、開および閉ループ制御が行われる。

タンク温水が温められて、温度が設定値よりも例えば２
℃高くなると、論理は連係動作によって徐々にポンプ／
圧縮機速度を下げ、弁開度を閉じてゆき、最後に商用電
源１３０を自動的にポンプ／圧縮機電動機５１から切り
離す。

太陽追尾機構２６は一日約８時間太陽を追尾するように
設計されている。これは太陽熱蒸発器筐体１１を中立位
置のときに南中するように最初に設定することにより達
成できる。太陽追尾機構２６は太陽熱蒸発器筐体１１を
昼間、太陽の方向に向けるようにする。これは太陽の局
所方位角と高度の大きさをマイクロプロセッサ１０３に
よって算出して追従させる。これらの角度を得るため、
太陽熱蒸発器筐体１１の抑角θ。ｍｄを局所太陽南中時
における太陽高度と一致するように抑角モータ５５によ
り最初に設定する。

０ すなわち、 θ。ｍｄ　”αｓｎ　（１） ただし、α　は局所太陽南中時における太陽高度ｎ である。この設定によって、太陽熱蒸発器筐体１１の方
位軸が局所北極星を指向するようになる。この抑角は毎
朝設定し、−日中その位置に放置される。太陽熱蒸発器
筐体１１の方位角φ。１は次の方程式によって計算する
。

φｃｍｄ　＝　５ｉｎ−’　（ｓｉｎψｃｏｓα）　（
２）ただし、ψおよびαはそれぞれ、局所太陽方位角お
よび高度で、マイクロプロセッサ１０３によりめる。方
位角は５−１０分毎に方位角モータ５Ｇによって更新す
る。

次に方位角チャネルを画いた第６図を見ながら、追尾動
作について説明する。マイクロプロセッサ１０３は方程
式（２）で示される所望の方位角を算出する。実際の方
位角φ、。ｔは方位角ポテンシ目メータ７２によって測
定し、マイクロプロセッサ１０３にフィードバック信号
として送り返す。マイクロプロセッサ１０３は方位角誤
差Δφを次式によって計算する。

Δφ＝φ。、、−φ、。ｔ　（３） 方位角誤差Δφを比較器に入力し、比較器の出力が正の
ときは、リレー励磁信号が、方位角モータ５６の所望回
転方向の向きに応じて、リレー８６Ａまたは９６Ｂに与
えられる。追尾機構２６が負の最大角度に達すると、リ
ミットスイッチ５１］Ａが開となって、商用電源１３０
が方位角モータ５６に供給できなくする。抑角チャネル
の動作も殆んど同様である。

第３図に示したように、空気口開閉器２２Ａおよび２２
Ｂはソーラーモードのときは閉じ、空気モードのときは
開く。これら空気口開閉器２２Ａおよび２２Ｂを閉じる
か開くかの判断は、太陽熱蒸発器筐体１１内のチェンバ
温度ｔ３と外気温度ｔ４とを比較することによってなさ
れる。空気口開閉器２２Ａおよび２２Ｂの開閉動作を第
７図を参照して説明する。太陽放射があるときには、チ
ェンバ温度ｔ３が外気温度ｔ４に比べて上舅する。温度
差Δθ２：＝ｔ３　ｔ４があるポンプ／圧縮機速度に対
する設定値、例えばΔθ２＝−２℃を越え、この状態が
ある期間続くと、マイクロプロセッサ１０３は空気口開
閉器２２Ａおよび２２Ｂを閉にする指令をバッファ増幅
器および半導体リレー９４を介して発信する。空気口開
閉器２２Ａおよび２２Ｂが全閉になると、リミットスイ
ッチ５？Ａが開となり、商用電源１３０を空気口開閉器
モータ５４から切り離す。

天気が曇りとなり、温度差Δθ２が設定値、例えばある
ポンプ／圧縮機速度に対してΔθ２＝−５°Ｃ以下にな
るとする。この状態がある期間持続すると、マイクロプ
ロセッサ１０３は空気口開閉器２２Ａおよび２２Ｂを開
とし、新鮮な外気を太陽熱蒸発器筐体１１の中に取り込
む。空気口開閉器２２Ａおよび２２Ｂが全開となると、
リミットスイッチ５７Ｂが開となり、商用電源１３０を
空気口開閉器モータ５４から切り離す。ソーラーモード
内において、ソーラーヒートパイプまたはソーラーヒー
ト３ ポンプモードのどちらを選択するか判断する必要がある
。２つのモードの機能的な相違は圧力制御弁４８が全開
であるか否かであり、したがって、第３図に示すように
、凝縮温度が蒸発温度とほぼ等しいか否かにある。ヒー
トパイプまたはヒートポンプモードの選択は第８図に示
すように、マイクロプロセッサ１０３によって決定する
。これはチェンバ温度ｔ３とタンク温水温度ｔ５との温
度差Δθ３＝ｔ３　ｔ、、に基づいて決める。いま温度
差Δθ３がある設定値、例えば決められたポンプ／圧縮
機速度に対してｄ　’Ｃ以上であり、圧力制御弁４８が
半開ならば、圧力制御弁ドライバ１２２からステッピン
グモータ５２ヘバツフア増幅器および半導体リレー８２
を経て信号を与えて弁４８を全開することにより、ソー
ラーヒートパイプモードに移行する。一方、温度差があ
る設定値、例えば決められたポンプ／圧縮機速度に対し
て０℃以下であり、圧力制御弁４８が全開ならば、弁４
８を若干閉じることによって、ソーラーヒートポンプモ
ードに移行する。このモードは、通常時れた日の午後、
４ 貯湯槽温水温度が太陽熱蒸発器温度に比べて高くなり過
ぎ、もはやヒートシンクとして機能しなくなったときに
選択する。このモードは冷凍サイクルの凝縮温度を貯湯
槽の温水温度より高くできるので、この沸き上げ時にお
いても太陽放射熱を熱源として使用することができる。

従来のソーラー水加熱装置ではこの期間の太陽放射熱を
利用することはできない。

ソーラーヒートパイプモードの動作について、いま、第
９図を参照して記述する。このモードをヒートパイプモ
ードとして分類する。本モードにあっては、空気口開閉
器２２Ａおよび２２Ｂを閉とし、送風機２１は動作させ
てもさせなくてもよい。

圧力制御弁４８は全開に保っておき、圧力制御弁ドライ
バ１２２およびステッピングモータ５２に対して信号を
与えない。第９図に示すように、能動冷凍サイクル制御
はポンプ／圧縮機３７の速度調節のみによって実行する
。速度を調整するためにインバータ１２１に対して２種
の入力がある。第１の信号は基本インバータ周波数およ
び電圧指令ｙ１おす８７によって測定した蒸発器チェン
バ温度の指示値ｔ３、および温度センサ６９によって測
定した貯湯槽温水温度ｔ５とチェンバ温度ｔ３との差Δ
θ３”ｔ３　ｔ５の関数として与える。これらの関係は
第１０図に示すようなテーブルの形としてＲＯ旧１２に
格納しておく。これはプログラム制御であり、冷凍サイ
クルからのフィードバック信号に依存しないので、開ル
ープ制御と呼ぶことができる。２番目の指令信号は冷凍
サイクルの過熱度偏差に基づいている。過熱度の絶対値
は、装置を運転中に入力熱量および負荷熱量がともに変
動するので増減する。インバータ周波数増分Δｙ１は過
熱度偏差ｘ１およびその変化率；１と次の関係を持たせ
るようにする。

Δｙ１＝Ａｘｌ　＋Ｋｘ、（４） ただし、ＡおよびＫは感度係数である。また過熱度偏差
ｘ１は次式により定義する。

Ｘｌ＝Δｔ１−Δｔτ　（５） ただし、Δｔτは圧力変換器６１によって測定した蒸発
蒸気圧力ｐ１の関数として与えられる理想的な過熱度で
あり、Δ七、は過熱度の現在値で次式により定義する。

Δｔ、＝ｊ１−ｔａ　（６） ただし、ｔ７は蒸発蒸気圧力ｐ１の関数として与えられ
る飽和蒸発温度であり、ｔｌは圧縮機入口温度で温度セ
ンサ６５によって測定する。Ｘ、はＸｌの時間レート信
号で、マイクロプロセッサ１０３によってめる。速度増
分信号Δｙ１は冷凍サイクルのフィードバック信号に基
づき、マイクロプロセッサ１０３を使って計算する。よ
って、これを閉ループ制御と呼ぶ。

開ループ制御動作は、例えば５分に１回行い、閉ループ
制御動作は３０秒ないし６０秒に１同突行する。２つの
制御動作を結合した信号７重＋ΔＶ＋は３０秒ないし６
０秒に１回、マイクロプロセッサ１０３内で更新し、イ
ンバータ１２１に供給する。

インバータ１２１の出力周波数は誘導モータ５１の回転
速度すなわちポンプ／圧縮機３７の速度を調節し、冷媒
の流量を変化させる。ポンプ／圧縮機３７７ の速度はヒートパイプモードにあっては、通常、低速か
ら中速の範囲に保つ。

以後の議論において、残りの３つの動作モードをヒート
ポンプモードの名のちとにまとめて記述する。３つのモ
ードはソーラーヒートポンプモード、ソーラー補助ヒー
トポンプモードおよびヒートポンプモードである。送風
機２１はこれらのモードに対して運転する。空気口開閉
器２２Ａおよび２２Ｂはソーラーヒートポンプモードに
対し閉とし、ソーラー補助ヒートポンプおよびヒートポ
ンプモードに対して開とする。ヒートポンプモードの動
作を第１１図を参照して説明する。能動冷凍サイクル制
御はポンプ／圧縮機速度と圧力制御弁開度の双方を調節
して行う。ソーラーヒートパイプモードの場合と同様、
インバータ１２１と圧力制御弁ドライバ１２２に対する
２種類の入力がある。第１の種類は基本インバータ周波
数および電圧指令信号’Ｉｓおよびｙ３と基本弁開度指
令信号ｙ２である。これらは、現在の暦月、蒸発器のチ
ェンバ温度ｔ３または温度センサ６８によって測定する
外８ 気温度の指示値ｔ５およびチェンバまたは外気温度ｔ３
またはｔ４と貯湯槽温水温度ｔ５との温度差Δθ４＝ｔ
３／１４　ｔｓの関数として与える。これらの関係は第
１２図に示すようなテーブルの形として、ＲＯＭ１１２
に格納しておく。これの指令は開ループ制御を構成する
。他の１つの指令信号は冷凍サイクルの過熱度および過
冷却度偏差に基づいている。インバータ周波数の増分Δ
ｙ、および弁開度の増分Δｙ２は過熱度偏差Ｘ１および
そのレートＸ、と過冷却度偏差ｘ２およびそのレートｘ
２と次の方程式により線形な関係を有する。

Δ　Ｖ　、　＝Ａｘｌ　＋Ｋｘｌ　＋Ｂｘ２　＋ピｘ２
Ａ　ｙ２　＝ＣＩ、　＋Ｍ’！Ｉ　＋Ｄｘ２　＋Ｎ’、
２（７）ただし、Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄ、に、Ｌ、ＭおよびＮ
は感度係数である。過熱度偏差Ｘ１とそのレート：ｘｌ
の定義はすでに方程式（５）で述べたので、ここでは過
冷却度偏差Ｘ２とそのレー）ｘ２について記す。過冷却
度偏差Ｘ２は、 ｘ２＝Δｔ２−Δｔ；　（ａ） ただし、Δｔ；は理想的な過冷却度で、圧力変換器６２
によって測定した凝縮蒸気圧力ｐ２の関数として与えら
れ、Δｔ２は過冷却度の現在値で次の式によって定義す
る。

Δ１２＝１２−１”　（９） ただし、七〇は凝縮蒸気圧力ｐ２の関数として与えられ
る飽和凝縮温度である。また、ｔ２は温度センサ６６に
よって測定した弁入口温度である。

Ｘ２はマイクロプロセッサ１０８によって演算したＸ２
の時間レート信号である。インバータ周波数の増分値Δ
ｙ１および弁開度の増分値Δｙ２は冷凍サイクルのフィ
ードバック信号に基づき、マイクロプロセッサ１０３に
よって計算する。したがって本制御は閉ループ制御を構
成する。

ヒートポンプモードにあっては、ポンプ／圧縮機速度調
節はヒートパイプモードについて述べた方法と同様にし
て行う。ここでは弁開度制御についてのみ説明する。２
つの制御動作を結合した弁駆動信号ｙ２＋Δｙ２はマイ
クロプロセッサ１０３内で、３０秒から６０秒ごとに１
回更新し、弁ドライバ１２２に供給する。弁ドライバ１
２２から出るパルス列の極性と持続時間がステッピング
モータ５２の回転方向と回転角度を決める。このように
して弁開度を変え、冷凍サイクルの高圧および低圧間の
圧力差を調整する。

今までの議論では、圧力変換器８１および６２を使用し
た圧力測定を経て、飽和蒸気温度を得ることを前提とし
た。ところが圧力変換器の代わりに、温度センサ６３お
よび６４をそれぞれ、蒸発器コイル１４およびタンク内
凝縮器４０内に配設して、飽和蒸気温度を直接測定する
ことができる。本発明のプログラミング手順を第１３図
の流れ図を参照しながら以下に解説する。

まず、手順Ｓ１によって装置の動作を開始する。

更に詳しく言えば、装置は第６図に示したシステム・ス
イッチがＯＮで、貯湯槽の温水温度ｔ０が設定温水温度
より、例えば２°Ｃ以上低く、タイマ１ １１５がＯＮのときに運転開始する。手１１ｉ１１ｆ３
１の後、プログラムは手順Ｓ２に進み、ポンプ／圧１？
ｉ機３７と圧力制御弁４８の動作を第６図に図示するよ
うに開始する。次に手順Ｓ３において装置を停止１−す
るかどうか決める。」−記運転開始条件の１つまたはそ
れ以］二が満足されないとき停止条件が実現する。手順
Ｓ３においてこのような決定が肯定的になされるなら、
プログラムは手順Ｓ４に進み、第８図に示すような停止
のシーケンスを開始し、追尾機構２６は中立位置に戻り
、空気口開閉器２２Ａおよび２２Ｂを閉じる。装置は次
いで手順Ｓ５で電源を断つ。一方、手順Ｓ３において否
定的な決定が行われると、プログラムは手順Ｓ６に進み
、太陽追尾に必要な更新を実行する。プログラムは次い
で手順Ｓ７に進む。圧力および温度測定に基づき、手順
Ｓ７において、開ループ制御が必要かどうか判断する。

手順Ｓ７で動作モードの変更が不必要と判断されたなら
、開ループ制御を省略して、プログラムは手順Ｓ１２に
飛び越える。一方、手順Ｓ７で動作モードの変更が必要
と判断されたときは、プログラムは手順Ｓ８に２ 進む。手順Ｓ８では、空気口開閉器２２Ａおよび２２Ｂ
を閉にするかどうかを決定して、閉のときにはプログラ
ムは手順Ｓ９に進み、空気口開閉器２２Ａおよび２２Ｂ
を閉にして、ソーラーモードになる。他の場合はプログ
ラムは手順Ｓ１２に進み、空気口開閉器２２Ａおよび２
２Ｂを開にして、空気モードになる。ソーラーモードで
は手順Ｓ１０において能動ヒートパイプモードを選択す
るかどうか第８図に基づいて決める。手順ＳＩＯにおい
て肯定的な決定が行われた場合、プログラムは手順Ｓｌ
ｌに進み、ヒートパイプ開ループ制御動作が第９図に基
づいて実施され、基本ポンプ／圧１ｉｉ機速度ｙ、を第
１Ｏ図に基づいてめる。手順ＳＩＯにおいて否定的な決
定が行われた場合、プログラムは手順Ｓ１３に進み、ヒ
ートポンプ開ループ制御が第１１図に基づいて実施され
、ポンプ／圧縮機速度ｙ１および圧力制御弁開度ｙ２を
第１２図に基づいてめる。プログラムは手順Ｓ１２の後
に手順９１３に移り、ヒートポンプ開ループ制御動作を
実行する。手順ＳｌｌまたはＳ１３の後、プログラムは
手順Ｓ１４に進み、冷凍サイクルの圧力および温度を測
定し、それらの結果をＲＡＡｌＯ２格納する。プログラ
ムは次いで手順Ｓ１５に移る。手順Ｓ１５でヒートパイ
プモードが選択されるとプログラムは手順ＳＩＢに進む
。それ以外の場合は、プログラムは手順Ｓ１７に分岐す
る。手順Ｓ１Ｂではヒートパイプ閉ループ制御動作が第
９図に基づいて実施される。手順Ｓｔ？では、ヒートポ
ンプ閉ループ制御動作が第１１図に基づいて実施される
。手順ＳＩＥ！またはＳｔ？の後、プログラムは手順９
１Ｂに入る。手順Ｓ１８では閉ループ制御の期間が過ぎ
たかどうか判断する。手順３１８において肯定的な判断
が行われた場合は手順Ｓ１９に、否定的な判断の場合は
手順３１８を繰り返す。

手順９１９では、開ループ制御の期間が経過したかどう
か調べる。否定的な答が与えられたときはプログラムは
手順Ｓ１４に戻り、閉ループ制御動作を繰り返す。肯定
的な答のときは手順Ｓ３に戻って装置のプログラムを繰
り返す。

以上の教えるところに従えば、明らかに本発明に対する
各種の改修や変更が可能である。したかって、本発明を
ここに特別に記述したもの以外の形態で実施することは
、付加した特許請求の範囲内にあることを銘記するべき
である。

［効　果］ 以上説明したように、本発明のヒートポンプ式給油装置
によれば、次に列挙するような種々の効果が期待できる
。

（１）昇温温度差に応じて、マイクロプロセッサによっ
て可変開度膨張弁の開度の自動調節しているので、成績
係数を従来の同様な装置に比べて向上できる。

（２）熱媒の流れ方向が、ヒートポンプ式冷暖房装置と
異なり、常に一方向なので、蒸発器側および凝縮器側で
の熱媒の流速をほぼ一定に保つことができるので、高温
側および低温側での伝熱勾配の大きさを制御する必要性
が少ない。したがって、圧縮機の回転数を制御すること
なく、膨張弁の開度の制御のみで所望の成績係数を達成
でき、装置の構成を簡素化できる。

（３）太陽輻射熱を付加的な熱源として活用するた５ め、太陽熱集熱器とヒートポンプの蒸発器を、適宜、接
続変換して使用することにより、更に大幅に成績係数を
向上できる。

（４）太陽熱集熱器とヒートポンプ給湯装置を一体化し
て組み込んだため、従来のかかる給湯装置で必要であっ
た、途中の熱交換器や循環ポンプが不要となり、簡素な
装置にすることができる。

（５）フロン系熱媒を使用しているので、熱媒の凝固点
が低く、水のように凍結して太陽熱集熱器および付属配
管を破損するようなことがない。

（６）従来の太陽熱ヒートポンプ装置の顕熱利用に対し
て、本装置は熱媒の蒸発潜熱を利用しているので、熱媒
の単位重量当たりの集熱量がはるかに大きい。したがっ
て、小型・簡素な集熱器でも、きわめて高効率の集熱が
できる。

（７）太陽熱集熱器での熱媒の集熱温度を、従来の太陽
熱ヒートポンプ装置における集熱温度に比べて、かなり
低く設定でき、太陽からの輻射熱６ の他に、大気条件によっては大気からの対流伝熱も利用
でき、途中の配管等での熱損失も少ない。

（８）小型で、しかも従来のヒートポンプ式冷暖房装置
のコンポーネントがそのまま、あるいは小改修するのみ
で使用できるので、初期設備投資額を低減することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

その他、種々の本発明に係る目的、特徴および付随する
利点は、本発明の以下に記す詳細な説明を関連する図面
と一緒にして理解することにより、更に明確になってく
るであろう。図面全部を通じて、同じ参照文字は同じま
たは対応する部品を示すものとする。 第１図は本発明のシステム図； 第２図は第１図の制御器のブロック図；第３図は本発明
の４つの動作モードとシステム機能の関係を示した表口
； 第４図は本発明に関連する主なシステム作業を図解した
ソフトウェア系図； 第５図は装置の始動と停止動作を図解したブロック図； 第６図は太陽追尾機構の動作を図解したブロック図； 第７図は空気口開閉器の動作を図解したブロック図； 第８図はソーラーヒートパイプまたはソーラーヒートポ
ンプモードのどちらかを選択する論理を示すブロック図
； 第９図はヒートバイブモードの動作を図解したブロック
図； 第１Ｏ図は第９図の基本指令設定手段の詳細な関係を示
した表口； 第１１図はヒートポンプモードの動作を図解したブロッ
ク図； 第１２図は第１１図の基本指令設定手段の詳細な関係を
示した表口；および 第１３図はシステム動作の流れ図である。 １０・・・太陽熱蒸発器、１１・・・太陽熱蒸発器筐体
、１２・・・太陽熱蒸発器集熱室、 １３・・・ガラス板、　１４・・・蒸発器コイル、１５
・・・プレー・トフィン、１６・・・空気、２１・・・
送風機、　２２Ａ、２２Ｂ・・・空気口開閉器２６・・
・太陽追尾機構、２？Ａ、２７Ｂ・・・支持、２８・・
・レール、　２９・・・モータ箱、３０Ａ　、３０Ｂ・
・・曲線レール、 ３１・・・可撓バイブ、３２・・・冷媒配管、３３・・
・アキュムレータ、 ３４・・・アキュムレータコイル、 ３５・・・冷媒配管、 ３Ｂ・・・圧縮機入口熱交換器、 ３７・・・ポンプ／圧縮機、　３８・・・冷媒配管、３
９・・・貯湯タンク、　４０・・・タンク内凝縮器、４
１・・・出口、　４２Ａ、４２Ｂ・・・給湯栓、４３・
・・水入口、　４４・・・減圧・仕切弁、４５・・・冷
媒配管、　４６・・・冷媒配管、９ ４７・・・冷媒配管、　４８・・・圧力制御弁、４８・
・・冷媒配管、　５０・・・可撓パイプ、５１・・・誘
導モータ、　５２・・・ステッピングモータ５３・・・
誘導モータ、５４・・・リバーシブルモータ５５・・・
リバーシブルモータ、 ５６・・・リバーシブルモータ、 ５？Ａ、５７Ｂ・・・リミットスイッチ、５８Ａ、５８
Ｂ・・・リミットスイッチ、５！ａＡ　、５９Ｂ・・・
リミットスイッチ、θｌ・・・圧力変換器、　６２・・
・圧力変換器、６３・・・温度センサ、　６４・・・温
度センサ、６５・・・温度センサ、　６６・・・温度セ
ンサ、６７・・・温度センサ、　６８・・・温度センサ
、６８・・・温度センサ、 ７１・・・ポテンショメータ、７２・・・ポテンショメ
ータ、７５・・・操作盤、　７６・・・システム番スイ
ッチ７７・・・温度指示器、 ０ ８１・・・バッファ増幅器、　８２・・・バッファ増幅
器、８５・・・バッファ増幅器、　８６・・・バッファ
増幅器、８７・・・バッファ増幅器、　８８・・・バッ
ファ増幅器、８８…バッファ増幅器１ ９１・・・バッファ回路、９２・・・バッファ回路、９
３１９．バッファ増幅器および半導体リレー、９４・・
・バッファ増幅器および半導体リレー、８５・・・バッ
ファ増幅器および半導体リレー、９６・・・バッファ増
幅器および半導体リレー、８７・・・バッファ増幅器お
よび半導体リレー、９８・・・バッファ増幅器および半
導体リレー、＋００・・・制御器、 １０１・・・アナログマルチプレクサ、１０２・・・サ
ンプルホールド、 １０３・・・マイクロプロセッサ、 １０４・・・制ａｌｌハス、１０５・・・制御ｊ　ハス
、１０６・・・入／出力ポート、１０７・・・クロック
発生器、１０８・・・Ａ／Ｄ変換器、＋０９・・・デー
タバス、１１０・・・ＲＡＭ、 １１１・・・アドレスバス、１１２・・・ＲＯＭ、１１
３・・・入／出力ポート、１１４・・・制御バス、１１
５・・・タイマ、 １２１・・・インバータ、　１２２・・・弁ドライバ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｌ）凝縮器を利用した水加熱装置にあって、集熱室と、
   太陽熱放射を受けて移送するための第１熱伝達手段と、
   周囲空気の熱を受けて移送するための第２熱伝達手段と
   、冷媒を通過させ、前記冷媒と前記第１および第２熱伝
   達手段との間び第２熱伝達手段と前記蒸発器コイルが前
   記集熱室内に一体に組み込んでなる太陽熱蒸発器と、 前記凝縮器を通過した液状の冷媒を、アキュムレータコ
   イルに導き、前記蒸発器を通過してきた液状の冷媒に対
   して熱の放散を行うためのアキュムレータと、 前記凝縮器からの液状の冷媒と前記アキュムレータを通
   ったガス状の冷媒との間で熱交換を行う圧縮機入口熱交
   換器と、 前記太陽熱蒸発器に接続され、前記太陽熱蒸発器を通過
   したガス状の冷媒を単に循環させるか、または圧縮する
   かを選択的に決める可変速度のポンプ／圧縮機と、 温水を貯留するための温水貯湯タンクと、前記温水貯湯
   タンクの底部に配設され、前記ポンプ／圧縮機から供給
   されるガス状の冷媒を通過させ、前記温水貯湯タンクに
   収められている温水と前記ガス状の冷媒との間で熱交換
   をし、もって前記ガス状の冷媒を液状の冷媒に凝縮する
   タンク内凝縮器と、 前記凝縮器を通過してきた液状の冷媒を単に通過させる
   かまたは断熱膨張させるかを選択的に決め、前記冷媒を
   前記太陽熱蒸発器に供給する可変開度の膨張弁と、 前記太陽熱蒸発器およびタンク内凝縮器内部をそれぞれ
   通過する前記冷媒の飽和蒸気圧力を測定する第１および
   第２圧力測定手段と、前記ポンプ／圧ｌｉ！機の吸入側
   温度、前記圧力制御弁の入口側温度、集熱室温度、外気
   温度およびタンク温水温度をそれぞれ測定する第１゜第
   ２．第３．第４および第５温度測定手段と、前記第１お
   よび第２圧力測定手段および前記第１．第２．第３．第
   ４および第５温度測定手段によって測定した圧力および
   温度に基づいて、前記太陽熱蒸発器、前記ポンプ／圧縮
   機、前記タンク内ａ縮器および前記圧力制御弁を含む冷
   凍サイクルの能力および成績係数が意図した設定値に近
   づくように、前記ポンプ／圧縮機の回転数と出力トルク
   および前記膨張弁の開度を制御する制御手段とを具備し
   たことを特徴とする水加熱装置。 ２）凝縮器を利用した水加熱装置にあって、集熱室と、
   太陽熱放射を受けて移送するための第１熱伝達手段と、
   周囲空気の熱を受けて移送するための第２熱伝達手段と
   、冷媒を通過させ、前記冷媒と前記第１および第２熱伝
   達手段との間び第２熱伝達手段と前記蒸発器コイルが前
   記集熱室内に一体に組み込んでなる太陽熱蒸発器と、 前記凝縮器を通過した液状の冷媒を、アキュムレータコ
   イルに導き、前記蒸発器を通過してきた液状の冷媒に対
   して熱の放散を行うためのアキュムレータと、 前記凝縮器からの液状の冷媒と前記アキュムレータを通
   ったガス状の冷媒との間で熱交換を行う圧縮機入口熱交
   換器と、 前記太陽熱蒸発器に接続され、前記太陽熱蒸発器を通過
   したガス状の冷媒を単に循環させるか、または圧縮する
   かを選択的に決める可変速度のポンプ／圧縮機と、 温水を貯留するための温水貯湯タンクと、前記温水貯湯
   タンクの底部に配設され、前記ポンプ／圧縮機から供給
   されるガス状の冷媒を通過させ、前記温水貯湯タンクに
   収められている温水と前記ガス状の冷媒との間で熱交換
   をし、もって前記ガス状の冷媒を液状の冷媒に凝縮する
   タンク内凝縮器と、 前記凝縮器を通過してきた液状の冷媒を単に通過させる
   かまたは断熱膨張させるかを選択的に決め、前記冷媒を
   前記太陽熱蒸発器に供給する可変開度の膨張弁と、 前記太陽熱蒸発器およびタンク内凝縮器内部をそれぞれ
   通過する前記冷媒の飽和蒸気圧力を測定する第１および
   第２圧力測定手段と、前記ポンプ／圧縮機の吸入側温度
   、前記圧力制御弁の入口側温度、前記集熱室温度、前記
   外気温度、前記タンク温水温度、蒸発温度および凝縮温
   度をそれぞれ測定する第１．第２．第３、第４．第５．
   第６および第７温度測定手段と、 前記第１．第２．第３．第４．第５．第６および第７温
   度測定手段によって測定した温度に基づいて、前記太陽
   熱蒸発器、前記ポンプ／圧縮機、前記タンク内凝縮器お
   よび前記圧力制御弁を含む冷凍サイクルの能力および成
   績係数が意図した設定値に近づくように、前記ポンプ／
   圧縮機の回転数と出力トルクおよび前記膨張弁の開度を
   制御する制御手段とを具備したことを特徴とする水加熱
   装置。 ３）特許請求の範囲第１項または第２項に記載の水加熱
   装置において、 前記太陽熱蒸発器を支持する追尾機構を有し、該追尾機
   構は、 モータ類を内包するモータ箱と、 前記太陽熱蒸発器を前記モータ箱に接続し、前記太陽熱
   蒸発器を前記太陽熱蒸発器から突出した軸まわりに回転
   できるようにした支持機構と、 前記太陽熱蒸発器を前記モータ箱に接続して前記モータ
   箱に対する位置を変えることによって、前記太陽熱蒸発
   器に所望の方位角を取らせることができるようにしたレ
   ールと、 前記レールを定められた方位角に位置づけるように駆動
   するための第１モータ手段と、基礎と、 前記モータ箱を前記基礎に接続し、前記モータ箱の前記
   基礎に対する位置を変えることによって、前記太陽熱蒸
   発器に所望の抑角を取らせることができるようにした複
   数本の曲線レールと、 前記モータ箱を定められた仰角に位置づけるように駆動
   するための第２モータ手段と、複数個のリミットスイッ
   チと連係動作することによって前記追尾機構が定められ
   た端部に到達したときに電源供給が停止するようになっ
   ている電源と、 前記追尾機構の動作を制御するための制御手段とを具備
   したことを特徴とする水加熱装置。 ４）特許請求の範囲第１項または第２項に記載の水加熱
   装置において、 新鮮な外気を前記蒸発器集熱室に取り入れるため、また
   は前記蒸発器　体の内部に閉じ込められた空気を循環さ
   せるための複数個の空気口開閉器と、 前記空気口開閉器を開閉するための開閉器モータと、 前記開閉器が全開または全開のときに、電源を断にする
   ための複数個のリミットスイッチと、 インバータ指令周波数および前記第３および第４温度測
   定手段によって測定した温度に基づいて前記空気口開閉
   器を開閉するための開閉器制御手段とを具備したことを
   特徴とする水加熱装置。 ５）特許請求の範囲第４項に記載の水加熱装置において
   、 太陽放射を熱源とし、凝縮温度がほぼ蒸発温度と等しく
   、前記空気口開閉器は閉じており、前記圧力制御弁は全
   開であり、前記ポンプ／圧縮機速度は比較的遅いソーラ
   ーヒートパイプモードと、 太陽放射を熱源とし、凝縮温度は蒸発温度より高く、前
   記空気口開閉器は閉じており、前記圧力制御弁は半開で
   あり、前記ポンプ／圧縮機速度は低速から中速の範囲に
   あるソーラーヒートポンプモードと、 太陽放射を第１の熱源とし、周囲空気を第２の熱源とし
   て使用し、凝縮温度は蒸発温度より高く、前記空気口開
   閉器は開いており、前記圧力制御弁は半開であり、前記
   ポンプ／圧縮機速度は中／高速のソーラー補助ヒートポ
   ンプモードと、 周囲空気熱源を使用し、凝縮温度は蒸発温度より高く、
   前記空気口開閉器は開いており、前記圧力制御弁は半開
   であり、前記ポンプ／圧縮機速度は中速から高速の範囲
   にあるヒートポンプモードを具備したことを特徴とする
   水加熱装置。 ６）特許請求の範囲第３項ないし第５項のいずれかの項
   に記載の水加熱装置において、 太陽放射を熱源とし、凝縮温度がほぼ蒸発温度と等しく
   、太陽追尾は動作状態であり、前記空気口開閉器は閉じ
   ており、前記圧力制御弁は全開であり、前記ポンプ／圧
   縮機速度は比較的遅いソーラーヒートパイプモードと、 太陽放射を熱源とし、凝縮温度は蒸発温度より高く、太
   陽追尾は動作状態であり、前記空気口開閉器は閉じてお
   り、前記圧力制御弁は半開であり、前記ポンプ／圧縮機
   速度は低速から中速の範囲にあるソーラーヒートパイプ
   モードと、 太陽放射を第１の熱源とし、周囲空気を第２の熱源とし
   て使用し、凝縮温度は蒸発温度より高く、太陽追尾は非
   動作状態であり、前記空気口開閉器は開いており、前記
   圧力制御弁は半開であり、前記ポンプ／圧縮機速度は中
   速であるソーラー補助ヒートポンプモードと、 周囲空気熱源を使用し、凝縮温度は蒸発温度より高く、
   太陽追尾は非動作状態であり、前記空気口開閉器は開い
   ており、前記圧力制御弁は半開であり、前記ポンプ／圧
   縮機速度は中速から高速の範囲にあるヒートポンプモー
   ドを具備したことを特徴とする水加熱装置。 ７）特許請求の範囲第５項または第６項に記載の水加熱
   装置において、前記ソーラーヒートパイプモードとソー
   ラーヒートポンプモードは更に集合的にソーラーモード
   を構成し、前記ソーラー補助ヒートポンプモードとヒー
   トポンプモードは更に集合的に空気モードを構成するこ
   とを特徴とする水加熱装置。 ８）特許請求の範囲第５項または第６項に記載の水加熱
   装置において、前記太陽ヒートパイプモードは更にヒー
   トパイプモードを構成し、前記太陽ヒートポンプモード
   、前記ソーラー補助ヒートポンプモードおよび前記ヒー
   トポンプモードは更に集合的にヒートポンプモードを構
   成することを特徴とする水加熱装置。 ８）特許請求の範囲第５項または第６項に記載の水加熱
   装置において、冷凍サイクル始動および停止手段を有し
   、該手段は、 弁ドライバと、 前記水加熱装置の動作制御のためのシステムスイッチと
   、 設定温水温度とタンク温水温度間の第１温度差を決定す
   るための手段と、 前記第１温度差の関数として前記水加熱装置の動作を始
   動したり停止したりするための第１論理手段と、 前記水加熱装置が動作状態にある時限を選択するための
   タイマ一手段と、 前記第１論理手段、前記システムスイッチの状態および
   前記タイマ一手段の出力の°°論理積″関数として前記
   冷凍サイクルを始動および停止することを決定する手段
   と、 前記冷凍サイクルを始動または停止する時間の関数とし
   て前記インバータの定められた周波数のタイムヒストリ
   を格納しておくための第１記憶手段と、 前記冷凍サイクルを始動または停止する時間の関数とし
   て前記インバータの所望電圧タイムヒストリを格納して
   おくための第２記憶手段と、 前記冷凍サイクルを始動または停止する時間の関数とし
   て前記弁ドライバの所望開度タイムヒストリを格納して
   おくための第３記憶手段とを具備したことを特徴とする
   水加熱装置。 １０）特許請求の範囲第９項に記載の水加熱装置におい
   て、前記時限は更に定められた一日の期間より構成され
   ることを特徴とする水加熱装置。 １１）特許請求の範囲第３項に記載の水加熱装置におい
   て、前記追尾機構の動作を制御するための制御手段は、 時間の関数として、式 ％式％ ） ただし、α　は局地太陽南中時の太陽高度、ｎ ψおよびαはそれぞれ局地太陽方位角および高度、によ
   って前記太陽熱蒸発器の定められた抑角および方位角を
   計算する手段と、 前記太陽熱蒸発器の実際の抑角および方位角を測定する
   手段と、 前記所望抑角および方位角と前記実際の抑角および方位
   角との間の仰角および方位角誤差信号を演算し、前記抑
   角および方位角モータの駆動方向と時間を決定するため
   の第２および第３の論理手段とを具備したことを特徴と
   する水加熱装置。 １２、特許請求の範囲第４項に記載の水加熱装置におい
   て、前記開閉器制御手段は更に、 前記集熱室温度と前記外気温度の間の第２の温度差を決
   定するための手段と、 前記ソーラーモードまたは前記空気モードを定められた
   時間の間可動にするための第２タイマ一手段と、 前記第２温度差、インバータ指令周波数、前記開閉器の
   現在位置および前記第２タイマ一手段からの出力の関数
   として前記開閉器は開か閉かを決定するための第４論理
   手段と、 前記第３論理手段の動作の関数として開閉器モータを開
   または閉のいずれかの方向に駆動する手段とを具備した
   ことを特徴とする水加熱装置。 １３）特許請求の範囲第８項に記載の水加熱装置におい
   て、前記ヒートパイプモードはヒートパイプ選択手段を
   有し、該選択手段は、 前記第３温度差、前記弁の開度および前記インバータ指
   令周波数の関数として、前記圧力制御弁を前記ソーラー
   ヒートパイプモードのときには全開にし、ソーラーヒー
   トポンプモードのときには半開にすることを決定するた
   めの第５論理手段と、 前記第５論理手段の関数として前記圧力制御弁を駆動す
   る手段とを具備したことを特徴とする水加熱装置。 １４）特許請求の範囲第１３項に記載の水加熱装置にお
   いて、ヒートパイプモード制御手段を有し、該制御手段
   は、 前記インバータ用開ループ制御手段と、前記インバータ
   用閉ループ制御手段とを具備したことを特徴とする水加
   熱装置。 １５）特許請求の範囲第１４項に記載の水加熱装置にお
   いて、前記インバータの前記開ループ制御手段は、更に
   定められた年間の暦月、前記第３の温度差および前記集
   熱室温度の関数としてインバータ周波数および電圧を格
   納するための第４および第５の記憶手段を具備したこと
   を特徴とする水加熱装置。 １６）特許請求の範囲第１４項に記載の水加熱装置にお
   いて、前記インバータの前記閉ループ制御手段は、次の
   式、 Δｙ１＝Ａｘｌ　＋に！Ｉ ただし、Δｙ１はインバータ周波数の微調整量、Ａおよ
   びＫは感度係数として、 またｘ、は過熱度偏差値であり、次の演算式、 ｘ、＝Δｔ１−Δｔ０ ただし、現在の過熱度Δｔ１は前記第１温度測定手段に
   より測定したポンプ／圧縮機の入口温度ｔ１と前記第１
   圧力測定手段によって測定した蒸発器蒸気圧力Ｐ＋の関
   数として計算した飽和凝縮温度七〇との間の温度差とし
   て定義し、Δｔ１は前記飽和蒸発温度ｔ１の関数として
   定義した理想的な加熱度として、それぞれ算出する演算
   手段を具備したことを特徴とする水加熱装置。 １７）特許請求の範囲第８項に記載の水加熱装置におい
   て、ヒートポンプモード制御手段を有し、該制御手段は
   、 前記インバータおよび前記弁に対する開ループ制御手段
   と、 前記インバータおよび前記弁に対する閉ループ制御手段
   とを具備したことを特徴とする水加熱装置。 １８）特許請求の範囲第１７項に記載の水加熱装置にお
   いて、前記インバータおよび前記弁の前記開ループ制御
   手段は、 前記集熱室温度または前記外気温度とタンク温水温度と
   の間の第４温度差を決める手段と、 あらかじめ定められた一年の暦月、前記第４温度差およ
   び前記集熱室または外気温度の関数として、所望インバ
   ータ周波数、電圧および所望弁開度のそれぞれを格納す
   るための第６．第７および第８記憶手段とを具備したこ
   とを特徴とする水加熱装置。 １８）特許請求の範囲第１７項に記載の水加熱装置にお
   いて、前記インバータおよび前記弁の前記閉ループ制御
   手段は１次の演算式、 Δｙ　Ｉ　＝ＡＸＩ　−＋−ｆｘ、　＋Ｂ！２　＋６２
   ΔＶ２＝ＣＸＩ　＋ビＸＩ　＋ＤＸ２　＋Ｎｘまただし
   、Δｙ１およびΔｙ２はそれぞれインバータ周波数およ
   び弁開度であり、Ａ、Ｂ、Ｃ，ＤＪ。 Ｌ、ＭおよびＮは感度係数として、 また、ｘｌおよびｘ２は過熱度および過冷却度偏差であ
   り、次の演算式、 ｘ、＝Δｔ１−Δｔτ ｘ２＝Δｔ２−Δｔ： ただし、現在の過冷却度Δｔ２は前記第２圧力測定手段
   により測定した凝縮器蒸気圧力ｐ２の関数として演算し
   た飽和凝縮温度ｔ；と前記第２温度測定手段により測定
   した圧力制御弁入口温度ｔ２との間の温度差として定義
   し、Δｔ”は前記飽和凝縮温度の関数として定義される
   理想的な過冷却度であり、灸ｌおよび灸２は前記マイク
   ロプロセッサにより演算するＸｌおよびＸ２の時間レー
   トとして、それぞれ算出する演算手段を具備したことを
   特徴とする水加熱装置。 ２、特許請求の範囲第１４項または第１７項に記載の水
   加熱装置において、前記開ループ制御手段は５ないし１
   ０分間に１回動作し、前記閉ループ制御手段は３０ない
   し８０秒に１回動作することを特徴とする水加熱装置。 ２、特許請求の範囲第２０項に記載の水加熱装置におい
   て、動作モード変更が必要でないときは、前記開ループ
   制御手段を動作させないようにしたことを特徴とする水
   加熱装置。 ９