JPS63105366A - ヒ−トポンプ太陽集熱装置 - Google Patents

ヒ−トポンプ太陽集熱装置

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JPS63105366A
JPS63105366A JP61249931A JP24993186A JPS63105366A JP S63105366 A JPS63105366 A JP S63105366A JP 61249931 A JP61249931 A JP 61249931A JP 24993186 A JP24993186 A JP 24993186A JP S63105366 A JPS63105366 A JP S63105366A
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Masahisa Tajima
田島 正久
Hiromi Awatsuji
粟辻 寛美
Masaji Hattori
服部 正次
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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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 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・−トボンプによ
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、26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2
1.四方弁22゜凝縮器23.高圧冷媒配管24.膨張
弁26.集熱器26.低圧冷媒配管27.四方弁22.
圧縮機21の頭に環状連結されている。28は前記膨張
弁26に並設された逆上弁で、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、3o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3
0.水加熱器31゜蓄熱槽29の順に環状連結され給湯
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3
0に通電することによシなされる。す々わち、圧縮機2
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2
4を通り膨張弁26に至り、膨張弁26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、預次蒸発し低圧のガス状態となシ低圧冷媒
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2
9の給湯水は水循環ポンプ3o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シ返すことによって
、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3o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
出温度が一定値以上である時は水温制御センサーの検出
温度により流量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
、6は膨張弁、θ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は逆上弁で前
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6の感温筒であり、集
熱器eの出口管路に固定されている。9は蓄熱槽、10
は回転数制御型水循環ポンプ、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
9回転数制御型水循環ポンプ10.水加熱器11.蓄熱
槽9X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6に至り、膨張弁6を通過する際減圧され低温・低
圧状態とカシ、集熱器eに流入する。そして集熱器e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圧冷媒配管7を通り
四方弁2を介して圧縮機1へ吸入される。以下同様の集
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.逆上弁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
シ、集熱器e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
シ返すのであるが、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46
℃)よシ低温の場合は、一定回転数で回転する機制御器
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66℃)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TC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笈び制御器からなシ、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シ水加熱器出
ロ湯温か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、水加熱器での滞溜
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・川・・集
熱器、9・・・・・・蓄熱槽、1゜・・・・・・水循環
ポンプ、11・・・・・・水加熱器、12・・・・・・
水温検知センサー、13・旧・・水温制御センサー、1
4・・・・・・制御?−0 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか1名第1
図     /−工鳴^ 2−m−にE左左 、3−一一凝2確り4 第2図 フ1く加」中じ匿し 13図        21−一一圧も孫22−−−w
方弁 23−−一凝箱脣与 zl    30

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  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、水温検知センサーの検知温度が一定以上になった後
    、水温制御センサーの検知温度がほぼ一定となるように
    前記流量可変ポンプへの流量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。
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