JP2002122358A

JP2002122358A - 太陽熱利用装置

Info

Publication number: JP2002122358A
Application number: JP2000313145A
Authority: JP
Inventors: Yoshitsugu Nishiyama; 吉継西山; Takeji Watanabe; 竹司渡辺; Ryuta Kondo; 龍太近藤; Satoshi Imabayashi; 敏今林
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2000-10-13
Filing date: 2000-10-13
Publication date: 2002-04-26

Abstract

(57)【要約】【課題】太陽熱を太陽熱集熱パネルで受熱し、水と冷
媒を介して給湯、暖房を行う太陽熱利用装置において、
太陽熱集熱パネルが受熱した太陽熱を冷媒で集熱する運
転を行うとき、水で太陽熱集熱パネルの熱を集熱するこ
とが不可能である。【解決手段】大気を太陽熱集熱パネル２２に沿うよう
に通風させる送風手段２５と、太陽熱集熱パネル２２を
通過した大気と冷媒が熱交換する冷媒集熱熱交換器２３
と、太陽熱集熱パネルを通過した大気と水が熱交換する
水集熱熱交換器２４を設置した。これによって、太陽熱
集熱パネル２２で高温の大気を生成し、この熱を冷媒、
および水で集熱するので、太陽熱を冷媒集熱熱交換器２
３で集熱する運転を行う場合でも、これと同時に水集熱
熱交換器２４で太陽熱を集熱する給湯運転が可能とな
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、太陽熱を熱源とし
て給湯と暖房を行う装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の太陽熱利用装置として
は、例えば、特開昭６０−２９８６１号公報に記載され
ているようなものがあった。図１２は、前記公報に記載
された従来の給湯と冷暖房を行う太陽熱利用装置を示す
ものである。

【０００３】図１２において、１は圧縮機、２は冷媒回
路切替弁、３は膨張弁、４は太陽熱集熱パネル、５は太
陽熱集熱パネル４に配した冷媒集熱熱交換器、６は太陽
熱集熱パネル４に冷媒集熱熱交換器５と隣接するように
配した水集熱熱交換器、７は蓄冷熱槽、８は凝縮器、９
はヒートポンプ回路回路、１０、１１は蓄冷熱槽７とフ
ァンコイル（図示せず）等の放熱手段と接続される接続
配管、１２は貯水槽、１３、１４は水集熱熱交換器６と
貯水槽１２を連結する水回路、１５は貯水槽１２の水を
水集熱熱交換器６、または、温水熱交換器１６へ搬送す
るポンプ、１６は蓄冷熱槽７に設置して、蓄冷熱槽７の
温冷熱と貯水槽１２の水とを熱交換させる温水熱交換
器、１７は水回路１３、１４と温水熱交換器１６を連結
する水回路、１８、１９は水回路切替弁であり、貯水槽
１２の水の搬送先を太陽熱集熱パネル４、あるいは温水
熱交換器１６のどちらかに選択することが出来る。２
０、２１は貯水槽１２に水を出水、あるいは給水する接
続配管である。蓄冷熱槽７の媒体として、水、あるいは
不凍液等が用いられている。

【０００４】上記構成において、冷房運転は以下の動作
を行う。圧縮機１、冷媒回路切替弁２、冷媒集熱熱交換
器５、膨張弁３、凝縮器８、冷媒回路切替弁２、圧縮機
１の順に冷媒が流れるように冷媒回路切替弁２を設定す
る。圧縮機１より吐出された冷媒は冷媒集熱熱交換器５
で凝縮し、凝縮熱を太陽熱集熱パネル４を通じて大気へ
放熱する。膨張弁３を通過して低温低圧となった冷媒
を、凝縮器８で蒸発させて蓄冷熱槽７に冷熱を蓄え、こ
の冷熱を接続配管１０、１１よりファンコイル等の放熱
手段へ搬送することによって冷房を行う。

【０００５】次に暖房運転は、以下の動作を行う。圧縮
機１、冷媒回路切替弁２、凝縮器８、膨張弁３、冷媒集
熱熱交換器５、冷媒回路切替弁２、圧縮機１の順に冷媒
が流れるように冷媒回路切替弁２を設定する。膨張弁３
を通過して低温低圧となった冷媒は冷媒集熱熱交換器５
で蒸発し、太陽熱集熱パネル４より熱を奪う。その後、
凝縮器８で冷媒を凝縮させて蓄冷熱槽７に温熱を蓄え
る。この温熱を接続配管１０、１１よりファンコイル等
の放熱手段へ搬送することによって暖房を行う。また、
この蓄熱した温熱を温水熱交換器１６を介して、貯水槽
１２の水の加温に利用することも出来る。

【０００６】次に給湯運転は、以下の動作を行う。ま
ず、昼間の太陽熱受熱によって温度の高くなった太陽熱
集熱パネル４に配している水集熱熱交換器６に水を送
る。水は太陽熱集熱パネル４に蓄えられた熱を受けて温
水となり、貯水槽１２に蓄えられる。曇り、または雨天
時には、上記の冷房運転を行い、冷媒集熱熱交換器５よ
り放出される冷媒の凝縮熱を水集熱熱交換器６の水で集
熱し、温水を生成させる。または、蓄冷熱槽７に温熱が
蓄熱されているとき、温水熱交換器１６を介して貯水槽
１２の水と熱交換させて、温水を生成させる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の構成は、太陽熱集熱パネル４に冷媒集熱熱交換器５
と水集熱熱交換器６を隣接する形で配した構造であるた
め、冷媒を冷媒集熱熱交換器５で蒸発させて、太陽熱集
熱パネル４から受熱した太陽熱を奪う運転を行うとき、
冷媒集熱熱交換器５に隣接して設置した水集熱熱交換器
６も同時に熱伝導によって冷却される。このとき、水集
熱熱交換器６に通水しても水集熱熱交換器６が冷却され
ているので、温水を生成することができない。従って、
太陽熱を冷媒集熱熱交換器５と水集熱熱交換器６を介し
て冷媒と水で同時に集熱することが不可能となるから、
日射がある昼間に太陽熱を使った暖房と給湯の同時運転
が出来ないばかりでなく、水集熱熱交換器６が冷媒の蒸
発によって冷却されるので、水集熱熱交換器６内の水が
凍結して水集熱熱交換器６を破壊するという課題を有し
ていた。

【０００８】本発明は、前記従来の課題を解決するもの
で、太陽熱を大気の顕熱へ変換し、高温の大気より冷媒
集熱熱交換器と水集熱熱交換器を介して冷媒と水で同時
に集熱することを可能にし、太陽熱を使って給湯、およ
び、暖房と給湯運転を同時に行う効率の高い太陽熱利用
装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために、太陽熱を集熱する太陽熱集熱パネルと、圧
縮機を有するヒートポンプ回路と、水回路と、大気を前
記太陽熱集熱パネルに沿うように通風させる送風手段
と、前記太陽熱集熱パネルを通過した大気と前記ヒート
ポンプ回路の冷媒が熱交換する冷媒集熱熱交換器と、前
記太陽熱集熱パネルを通過した大気と前記水回路の水が
熱交換する水集熱熱交換器を備えた太陽熱利用装置とし
たものである。

【００１０】これによって、太陽熱を太陽熱集熱パネル
を介して大気の温熱へ変換し、生成した高温の大気が保
有する温熱を、冷媒集熱熱交換器と水集熱熱交換器で大
気と冷媒、および水と熱交換させて集熱するので、太陽
熱を冷媒集熱熱交換器で集熱しても、水集熱熱交換器は
熱伝導によって冷却されないから、太陽熱を冷媒集熱熱
交換器と水集熱熱交換器を介して冷媒と水で同時に集熱
することが可能となる。

【００１１】

【発明の実施の形態】請求項１に記載の発明は、太陽熱
を集熱する太陽熱集熱パネルと、圧縮機を有するヒート
ポンプ回路と、水回路と、大気を前記太陽熱集熱パネル
に沿うように通風させる送風手段と、前記太陽熱集熱パ
ネルを通過した大気と前記ヒートポンプ回路の冷媒が熱
交換する冷媒集熱熱交換器と、前記太陽熱集熱パネルを
通過した大気と前記水回路の水が熱交換する水集熱熱交
換器を備えたことを特徴とする太陽熱利用装置とするこ
とにより、太陽熱を太陽熱集熱パネルを介して太陽熱を
大気の温熱へ変換し、生成した高温の大気が保有する温
熱を、冷媒集熱熱交換器と水集熱熱交換器で大気と冷
媒、および水と熱交換させて集熱するので、太陽熱を冷
媒集熱熱交換器で集熱しても、水集熱熱交換器は熱伝導
によって冷却されないから、太陽熱を冷媒集熱熱交換器
と水集熱熱交換器を介して冷媒と水で同時に集熱するこ
とが可能となり、太陽熱を利用して給湯と暖房を同時に
行う効率の高い太陽熱利用装置とすることが出来る。

【００１２】請求項２に記載の発明は、前記太陽熱集熱
パネルを通過した大気が、前記水集熱熱交換器、前記冷
媒集熱熱交換器の順に通過するように、前記水集熱熱交
換器と前記冷媒集熱熱交換器を設置したことを特徴とす
る請求項１記載の太陽熱利用装置とすることにより、太
陽熱集熱パネルが受熱した太陽熱を大気の温熱へ変換し
て、水集熱熱交換器で水と熱交換して集熱したあと、冷
媒集熱熱交換器で冷媒と熱交換して集熱するので、太陽
熱を冷媒集熱熱交換器で集熱しても、水集熱熱交換器は
熱伝導によって冷却されないから、太陽熱を冷媒集熱熱
交換器と水集熱熱交換器を介して冷媒と水で同時に集熱
することが可能となる。従って、水集熱熱交換器による
高温の給湯運転と、給湯能力の増大化が可能となり、太
陽熱を利用して給湯と暖房を同時に行う効率の高い太陽
熱利用装置とすることが出来る。

【００１３】請求項３に記載の発明は、前記冷媒集熱熱
交換器の大気側入口に、外気を吸入するための開閉が可
能な開閉ダンパーを備えたことを特徴とする請求項１〜
２のいずれか１項に記載の太陽熱利用装置とすることに
より、太陽熱集熱パネルが受熱した太陽熱を大気の温熱
へ変換して、水、あるいは冷媒と熱交換させるときに、
大気と水との交換熱量が多いときに、外部の大気を吸引
してヒートポンプの高効率化を図るので、太陽熱を利用
して給湯と暖房運転を同時に行う効率の高い太陽熱利用
装置とすることが出来る。

【００１４】請求項４に記載の発明は、前記太陽熱集熱
パネルの温度を検知する温度センサーと、前記水回路の
水を搬送するポンプと、前記圧縮機の運転を制御する圧
縮機制御手段と、前記ポンプの運転を制御するポンプ制
御手段を備え、前記温度センサーの検知温度Ｔ０が所定
温度Ｔ１、Ｔ２（Ｔ１＜Ｔ２）に対して、Ｔ０＜Ｔ２と
なるとき前記圧縮機制御手段は圧縮機を運転させ、Ｔ１
＜Ｔ０となるとき前記ポンプ制御手段ポンプは前記ポン
プを運転させることを特徴とする請求項１〜３のいずれ
か１項に記載の太陽熱利用装置とすることにより、太陽
熱集熱パネルが受熱した太陽熱を大気の温熱へ変換し、
日射量に応じて、水、あるいは冷媒と同時、あるいは単
独に熱交換させて集熱するので、日射量に応じて給湯と
暖房運転を同時に行う効率の高い太陽熱利用機器とする
ことが出来る。

【００１５】請求項５に記載の発明は、前記水集熱熱交
換器の水回路出口に、水の温度を検知する温度センサー
と、前記温度センサーの検知温度を基に前記圧縮機の運
転を制御する圧縮機制御手段を備え、前記温度センサー
の検知温度Ｔ３が所定温度Ｔ４に対して、Ｔ３＜Ｔ４と
なるとき前記圧縮機制御手段は圧縮機を運転させること
を特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の太陽
熱利用装置とすることにより、日射量の変化に応じて、
同時に圧縮機の運転を行うか否かを制御し、目標とする
温度の温水を高効率で生成する太陽熱利用装置とするこ
とが出来る。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を用いて
説明する。

【００１７】（実施例１）図１は、本発明の第１の実施
例における太陽熱利用装置の構成図を示すものである。
２２は太陽熱集熱パネル、２３は太陽熱集熱パネル２２
を通過した大気とヒートポンプ回路９の冷媒が熱交換す
る冷媒集熱熱交換器、２４は太陽熱集熱パネル２２を通
過した大気と水が熱交換する水集熱熱交換器、２５は外
部より大気を吸引し、太陽熱集熱パネル２２を沿うよう
に大気を通風させる送風手段である。太陽熱集熱パネル
２２は太陽熱を受熱し、太陽熱集熱パネル２２の表面は
高温になる。このとき、送風手段２５を作動させると、
大気は太陽熱集熱パネル２２を通過し、高温の太陽熱集
熱パネル２２表面と熱交換して高温の大気となる。その
あと、温度の高くなった大気は、冷媒集熱熱交換器２
３、および水集熱熱交換器２４を通過する際に、冷媒、
および水と熱交換する。太陽熱を太陽熱集熱パネル２２
が受熱しないとき（夜間、曇り、雨天時）、送風手段２
５を作動させると、太陽熱集熱パネル２２を通過する大
気は、温度上昇しないまま、冷媒集熱熱交換器２３、お
よび水集熱熱交換器２４を通過する。ここで、冷媒集熱
熱交換器２３と水集熱熱交換器２４はフィンチューブ式
熱交換器を用いた。

【００１８】以上のように構成された太陽熱利用装置に
ついて、以下その動作、作用を説明する。

【００１９】この構成において、冷房運転時は以下の動
作を行う。圧縮機１、冷媒回路切替弁２、冷媒集熱熱交
換器２３、膨張弁３、凝縮器８、冷媒回路切替弁２、圧
縮機１の順に冷媒が流れるように冷媒回路切替弁２を設
定する。このとき、送風手段２５を作動させて外部から
大気を吸引し、太陽熱集熱パネル２２、冷媒集熱熱交換
器２３の順に通過させる。冷媒は冷媒集熱熱交換器２３
で凝縮し、大気は冷媒集熱熱交換器２３を通過する際
に、冷媒の凝縮熱を受熱する。凝縮器８において膨張弁
３を通過して低温低圧となった冷媒を蒸発させることに
よって、蓄冷熱槽７に冷熱を蓄えることができる。この
冷熱を接続配管１０、１１よりファンコイル等の放熱手
段へ搬送することによって冷房を行う。

【００２０】暖房運転時は以下の動作を行う。圧縮機
１、冷媒回路切替弁２、凝縮器８、膨張弁３、冷媒集熱
熱交換器２３、冷媒回路切替弁２、圧縮機１の順に冷媒
が流れるように冷媒回路切替弁２を設定する。このと
き、送風手段２５を作動させて外部から大気を吸引し、
太陽熱集熱パネル２２、冷媒集熱熱交換器２３の順に通
過させる。冷媒は冷媒集熱熱交換器２３で蒸発し、大気
の保有する熱は冷媒集熱熱交換器２３を通過する際に、
冷媒により集熱される。凝縮器８において冷媒を凝縮さ
せることによって、蓄冷熱槽７に温熱を蓄えることがで
きる。この温熱を接続配管１０、１１よりファンコイル
等の放熱手段へ搬送することによって暖房を行う。太陽
熱を太陽熱集熱パネル２２が受熱しているとき暖房運転
を行うと、大気は高温となって冷媒集熱熱交換器２３を
通過し、大気の保有する温熱を冷媒によって集熱するこ
とができる。ヒートポンプサイクルの効率は熱源温度の
上昇とともに高くなるので、太陽熱を太陽熱集熱パネル
２２が受熱するとき、効率の高い暖房運転を行うことが
できる。

【００２１】給湯運転時は以下のような動作を行う。送
風手段２５の動作によって、大気を昼間の太陽熱を受熱
して温度の高くなった太陽熱集熱パネル２３の表面を沿
うように通風させて、温度の高い大気を生成させる。水
集熱熱交換器２４に搬送された水は、温度の高くなった
大気と熱交換して温水となり、貯水槽１２に貯水され
る。

【００２２】また、太陽熱を太陽熱集熱パネル２２で受
熱し、高温の大気が生成できるとき、大気が保有する温
熱を冷媒集熱熱交換器２３と水集熱熱交換器２４で大気
と冷媒、そして水と熱交換させて集熱し、給湯と暖房を
行うことが出来る。図２は、このときの大気の温度変化
を示すものである。送風手段２５の動作によって外部か
ら吸引された大気は、高温の太陽熱集熱パネル２２と熱
交換して温度の高い大気となる。昇温した大気は冷媒集
熱熱交換器２３を通過する際に、低温低圧の冷媒より集
熱されて温度降下する。その後、水集熱熱交換器２４へ
流入するが、水集熱熱交換器２４に流入するときの大気
の温度が、水集熱熱交換器２５に流入する水の温度より
高いときは、大気が保有する温熱を水に受熱させること
が可能であるので、温水を生成することができる。また
これと同時に、蓄冷熱槽７には温熱が蓄えられるので、
温水熱交換器１６を介して水集熱熱交換器２４で生成し
た温水を高温化することができる。また、蓄冷熱槽７の
温熱を用いて暖房を行うことが出来る。従って、太陽熱
を太陽熱集熱パネル２２が受けているとき、従来の構成
では出来なかった冷媒集熱熱交換器２３と水集熱熱交換
器２４で同時に大気より集熱することが可能となり、生
成した温水の高温化、ならびに暖房と給湯の同時運転を
行うことが出来る。また、ヒートポンプサイクルの効率
は熱源の温度が上昇すると高くなるので、高温の大気よ
り冷媒集熱熱交換器２３で集熱するとき、効率の高い暖
房と給湯運転を行うことができる。

【００２３】以上のように、本実施例においては、太陽
熱集熱パネル２２と、冷媒集熱熱交換器２３と、水集熱
熱交換器２４と、送風手段２５を設置し、太陽熱を太陽
熱集熱パネル２２が受熱しているとき、送風手段２５に
よって外部より吸入された大気を太陽熱集熱パネル２２
と熱交換させて高温化した後、冷媒集熱熱交換器２３、
および水集熱熱交換器２４で、冷媒、および水と熱交換
させて集熱する構成としたので、生成した温水の高温
化、ならびに暖房と給湯の同時運転を高効率に行う太陽
熱利用装置とすることが出来る。

【００２４】また、暖房運転行う場合に、従来の構成で
発生していた熱伝導による水集熱熱交換器の凍結を、冷
媒集熱熱交換器２３と水集熱熱交換器２４を分離したこ
とによって防止することが出来る。

【００２５】また、冷房運転時には、大気に冷媒集熱熱
交換器２３で冷媒の凝縮熱を与えて昇温させ、その後、
水集熱熱交換器２４で水と熱交換させて温水を生成する
ことが出来る。従って、冷房廃熱を給湯に利用する装置
とすることが出来る。

【００２６】また、図３において、２６は凝縮器、２
７、２８は水回路切替弁、３０は水回路１４の水を凝縮
器２６へ導く水回路である。図３の構成は、図１の蓄冷
熱槽７、凝縮器８、温水熱交換器１６の替わりに、凝縮
器２６を設置して、水集熱熱交換器２４を通過した水、
あるいは、ポンプ１５より水集熱熱交換器２４を介さず
直接送られる水を、冷媒の凝縮熱を利用して加熱するも
のである。この構成においても、太陽熱集熱パネル２２
で加温された大気と、冷媒、および水を、冷媒集熱熱交
換器２３、および水集熱熱交換器２４で同時に熱交換さ
せて給湯を行うことが可能であり、水集熱熱交換器２４
で生成された温水の温度が低い場合は、水回路３０を介
して凝縮器２６へ送り、冷媒の凝縮熱を利用して所定の
温度の温水を生成することができる。

【００２７】尚、図１では送風手段２５を水集熱熱交換
器２４出口に設置したが、図４に示すように、送風手段
２５を太陽熱集熱パネル２２の入口に設置して、外部の
大気を太陽熱集熱パネル２２と冷媒集熱熱交換器２３と
水集熱熱交換器２４へ送風する構成としても、太陽熱集
熱パネル２２で加温された大気と、冷媒、および水を、
冷媒集熱熱交換器２３、および水集熱熱交換器２４で同
時に熱交換させて給湯を行うことが可能である。

【００２８】また、図５は、冷媒集熱熱交換器３１と水
集熱熱交換器３２を並列に配したものである。この構成
においても、、太陽熱集熱パネル２２で加温された大気
と、冷媒、および水を、冷媒集熱熱交換器３１、および
水集熱熱交換器３２で同時に熱交換させて給湯を行うこ
とが可能である。

【００２９】尚、本実施例において、太陽熱集熱パネル
２２と冷媒集熱熱交換器２３と水集熱熱交換器２４は隣
接する構成としたが、太陽熱集熱パネル２２と冷媒集熱
熱交換器２３、あるいは、水集熱熱交換器２４を隔離し
て設置し、その間をダクト等で連結した構成としても良
い。

【００３０】また、本実施例では、貯水槽１２に貯水す
る媒体を水としたが、不凍液を媒体として蓄熱する方式
としても良い。

【００３１】（実施例２）図６は、本発明の第２の実施
例における太陽熱利用装置の構成図である。図６におい
て、送風手段２５によって外部から吸入される大気が、
太陽熱集熱パネル２２、水集熱熱交換器２４、冷媒集熱
熱交換器２５の順に通過するように、水集熱熱交換器２
４と冷媒集熱熱交換器２５を配した構成としている。

【００３２】以上のように構成された太陽熱利用装置に
ついて、以下その動作、作用を説明する。

【００３３】暖房運転を行うときは第１の実施例で記載
した動作と同じく、圧縮機１、冷媒回路切替弁２、凝縮
器８、膨張弁３、冷媒集熱熱交換器２３、冷媒回路切替
弁２、圧縮機１の順に冷媒が流れるように冷媒回路切替
弁２を設定し、大気は冷媒集熱熱交換器２３を通過する
際に、冷媒の蒸発により熱を奪われ、凝縮器８で冷媒を
凝縮させることによって、蓄冷熱槽７に温熱を蓄えるこ
とができる。この温熱を接続配管１０、１１よりファン
コイル等の放熱手段へ搬送することによって暖房を行
う。冷房運転を行うときは第１の実施例で記載した動作
と同じ方法で行う。

【００３４】給湯時は第１の実施例で記載した動作と同
じく、大気を昼間の太陽熱によって温度の高くなった太
陽熱集熱パネル２２の表面を沿うように通風させ、温度
の高い大気を生成させる。水集熱熱交換器２４に搬送さ
れた水は、温度の高くなった大気と熱交換して温水とな
り、貯水槽１２に貯水される。

【００３５】また、太陽熱を太陽熱集熱パネル２２で受
熱し、高温の大気が生成できるとき、大気が保有する温
熱を水集熱熱交換器２４と冷媒集熱熱交換器２３で大気
と水、そして冷媒と熱交換させて集熱し、給湯と暖房を
行うことが出来る。図７は、このときの大気の温度変化
を示すものである。送風手段２５の動作によって外部か
ら吸引された大気は、太陽熱集熱パネル２２と熱交換し
温度上昇する。大気が保有する温熱は、水集熱熱交換器
２４を通過する際に水に集熱され、温水が生成される。
その後大気は、冷媒集熱熱交換器２３を通過する際に、
低温低圧の冷媒より集熱される。大気は太陽熱集熱パネ
ル２２で温度が高くなった直後に、水と熱交換するの
で、高温の温水を生成することができる。また、冷媒集
熱熱交換器２３に流入する大気の温度が低下していて
も、冷媒の蒸発温度を下げることによって、大気から多
量の蒸発熱を奪って蓄冷熱槽７に温熱を蓄熱することが
可能となる。

【００３６】以上のように、本実施例においては、水集
熱熱交換器２４と冷媒集熱熱交換器２３を、水集熱熱交
換器２４、冷媒集熱熱交換器２３の順となるように設置
し、太陽熱を太陽熱集熱パネル２２が受熱していると
き、送風手段２５によって外部より吸入された大気を太
陽熱集熱パネル２２と熱交換させて高温化した後、水集
熱熱交換器２４、冷媒集熱熱交換器２３の順で、水、お
よび冷媒と熱交換する構成としたので、生成する温水の
高温化と暖房能力、給湯能力の増加、ならびに暖房と給
湯の同時運転を行う太陽熱利用装置とすることが出来る
（実施例３）図８は、本発明の第３の実施例における太
陽熱利用装置の構成図である。図８において、３３は冷
媒集熱熱交換器２３の大気入口に設置して外部より大気
を吸引する開閉ダンパーであり、開閉が可能な構成であ
る。３４ａは冷媒集熱熱交換器２３に流入する大気の温
度を検知する温度センサー、３４ｂは装置外部の大気の
温度を検知する温度センサーである。

【００３７】以上のように構成された太陽熱利用装置に
ついて、以下その動作、作用を説明する。

【００３８】太陽熱を太陽熱集熱パネル２２で受熱し、
高温の大気が生成できるとき、大気が保有する温熱を冷
媒集熱熱交換器２３と水集熱熱交換器２４で大気と冷
媒、そして水と熱交換させて集熱し、給湯、あるいは給
湯と暖房の同時運転を行う場合は、第１、２の実施例と
同様の方法で行う。しかしながら、図９に示すように、
水集熱熱交換器２４で大気と水の交換熱量が多い場合
は、冷媒集熱熱交換器２４に流入する大気温度が低下す
る。熱源の温度が低下するとヒートポンプサイクルの効
率が低下するので、温度センサー３４ａにより冷媒集熱
熱交換器２４に流入する大気温度を検知し、検知した温
度が外部の大気温度（温度センサー３４ｂで検知した温
度）より低い場合は、開閉ダンパー３３を開放して外部
より大気を吸入する。従って、冷媒集熱熱交換器２４に
流入する大気温度は上昇するので、冷媒集熱熱交換器２
３と水集熱熱交換器２４より同時に大気より熱を奪うと
きにおいても、高効率なヒートポンプサイクルを形成す
ることが出来る。

【００３９】以上のように、本実施例においては、冷媒
集熱熱交換器２３の大気入口に外部より大気を吸引する
開閉ダンパー３３を設置し、水集熱熱交換器２４で大気
と水の交換熱量が多い場合は、開閉ダンパー３３を開放
して外部より温度の高い大気を吸入するので、効率の高
い、給湯運転、あるいは給湯と暖房運転を同時に行う太
陽熱利用装置とすることが出来る。

【００４０】また、水集熱熱交換器２４で集熱を行わ
ず、冷媒集熱熱交換器２３のみで大気より熱を集熱して
暖房運転する場合において、日射がない場合、開閉ダン
パーを開いて外部より大気を吸引すると、大気の通風量
を大幅に増加させることが出来るので、日射がない場合
のヒートポンプサイクルの効率を向上させることが出来
る。このときの日射量の判断は、温度センサー３４ａと
３４ｂの検知温度を基に行うことが出来る。

【００４１】また、日射がないとき、あるいは日射量が
少ないとき、貯水槽１２に蓄えられている温水を水集熱
熱交換器２４へ送り、温水と大気を熱交換させてると高
温の大気を生成することができる。この高温の大気が保
有する温熱を冷媒集熱熱交換器２３で冷媒によって集熱
すると、高効率に貯水槽１２の温熱を高温化して蓄冷熱
槽７へ移動させることが出来る。従って、蓄冷熱槽７に
温熱が蓄熱されていないときでも、貯水槽１２の温熱を
高温化して蓄冷熱槽７に蓄え、暖房運転に利用すること
が可能となる。

【００４２】（実施例４）図１０は、本発明の第４の実
施例における太陽熱利用装置の構成図である。図１０に
おいて、３５は太陽熱集熱パネル２２の温度を検知する
温度センサー、３６は温度センサー３５の検知温度を基
に圧縮機１の運転を制御する圧縮機制御手段、３７は温
度センサー３５の検知温度を基にポンプ１５の運転を制
御するポンプ制御手段である。ここで、圧縮機制御手段
３６とポンプ制御手段３７は、予め設定している所定温
度Ｔ１、Ｔ２（Ｔ１＜Ｔ２）に対して、温度センサー３
５の検知温度Ｔ０がＴ０＜Ｔ２となるとき、圧縮機１を
運転させ、Ｔ１＜Ｔ０となるとき、ポンプ１５を運転さ
せる。従って、Ｔ１≦Ｔ０≦Ｔ２となるとき、圧縮機１
とポンプ１５は同時に動作する。ここで、所定温度Ｔ１
は外気温度に０℃〜１０℃を加算した値に設定し、所定
温度Ｔ２は、目標とする貯水槽に貯水する温水温度に０
℃〜４０℃を加算した値としている。

【００４３】以上のように構成された太陽熱利用装置に
ついて、以下その動作、作用を説明する。

【００４４】太陽熱集熱パネル２２で受熱した太陽熱
は、太陽熱集熱パネル２２を通過する大気の顕熱へ変換
される。温度の高くなった大気より、水集熱熱交換器２
４では水と熱交換させて集熱し、冷媒集熱熱交換器２３
では冷媒と熱交換させて集熱して、給湯運転、あるいは
給湯と暖房の同時運転を行う場合は、第１、２の実施例
と同様の方法で行う。しかしながら、日射がない場合、
あるいは、日射量が少ない場合、水集熱熱交換器２４で
集熱できる熱量が少なくなるので、温度の高い温水が生
成できないため、水集熱熱交換器２４での水による集熱
が無駄となる。従って、太陽熱集熱パネル２２に設置し
た温度センサー３５の検知温度Ｔ０が所定温度Ｔ１より
低いときは、日射量が少ないと判断して、圧縮機制御手
段３６とポンプ制御手段３７により圧縮機１のみを運転
し、水集熱熱交換器２４による集熱は行わず、冷媒集熱
熱交換器２３のみのヒートポンプサイクルを用いた集熱
運転を行う。日射量が多く、温度センサーの検知温度Ｔ
０が所定温度Ｔ２より高くなり、水集熱熱交換器２４の
みの熱交換で目標とする温度の温水が生成される場合
は、冷媒集熱熱交換器２３での集熱を行う必要がないの
で、圧縮機制御手段３６とポンプ制御手段３７によりポ
ンプ１５のみを運転し、冷媒集熱熱交換器２５による集
熱は行わず、水集熱熱交換器２４のみの集熱運転を行
う。また、Ｔ１＜Ｔ０＜Ｔ２となるとき、水集熱熱交換
器２４と冷媒集熱熱交換器２３より同時に集熱し、ヒー
トポンプサイクルを使った給湯運転、さらには、給湯と
暖房の同時運転を行う。

【００４５】以上のように、本実施例においては、太陽
熱集熱パネル２２の温度を検知する温度センサー３５
と、温度センサー３５の検知温度に基づいて圧縮機１と
ポンプ１５の運転を制御する圧縮機制御手段３６とポン
プ制御手段３７を設置し、日射量に応じて、冷媒集熱熱
交換器２３と水集熱熱交換器２４よる集熱方式を切り替
えることとした。従って、日射量に応じて効率よく給湯
運転、あるいは給湯と暖房の同時運転を行う太陽熱利用
装置とすることが出来る。

【００４６】尚、本実施例においては、温度センサーを
基に日射量を推測したが、温度センサーの代わりに日射
量を測定する日射計を設置して、圧縮機１とポンプ１５
を制御することも出来る。

【００４７】また、水集熱熱交換器２４に水を搬送する
手段をポンプ１５としたが、水回路の差圧を利用して水
が搬送できる場合は、水量制御弁を代わりに設置して、
水集熱熱交換器２４で大気より集熱するか否かを制御す
る。

【００４８】（実施例５）図１１は、本発明の第５の実
施例における太陽熱利用装置の構成図である。図１１に
おいて、３８は水集熱熱交換器２４の水回路出口に設置
して、水集熱熱交換器２４を流出する水の温度を検知す
る温度センサー、３９は温度センサー３８の検知した温
度を基に圧縮機１の運転を制御する圧縮機制御手段であ
る。温度センサー３８の検知温度Ｔ３が予め設定した所
定温度Ｔ４に対して、Ｔ３＜Ｔ４となるとき圧縮機制御
手段３９は圧縮機１を運転させる。ここで、所定温度Ｔ
４は、貯水槽１２に貯水する目標の温水の温度に０〜１
０℃を加算した値に設定する。

【００４９】以上のように構成された太陽熱利用装置に
ついて、以下その動作、作用を説明する。

【００５０】太陽熱を太陽熱集熱パネル２２が受熱して
いるとき、水集熱熱交換器で温度の高くなった大気より
熱を奪い、給湯運転を行うことが出来る。しかしなが
ら、日射量が少ない場合は、太陽熱集熱パネル２２で集
熱する熱量が少なくなるので、太陽熱集熱パネル２２を
通過する大気の温度上昇も小さくなる。従って、水集熱
熱交換器２４で所定温度Ｔ４の温水が生成出来ない場合
がある。そこで、温度センサー３８の検知温度Ｔ３が目
標の給湯温度Ｔ４に達しないとき、圧縮機制御手段３９
により圧縮機１を動作させ、ヒートポンプサイクルを用
いて冷媒集熱熱交換器２３で大気より集熱し、蓄冷熱槽
７に貯水槽１２より高温の熱を蓄える。この高温の温熱
を温水熱交換器１６を介して、貯水槽１２の温水の加熱
に利用すれば、目標温度Ｔ４の温水を生成することがで
きる。日射量が増え、水集熱熱交換器２４で目標温度Ｔ
４の温水が生成できるようになると、圧縮機制御手段３
９を介して、圧縮機１の運転を停止させる。

【００５１】以上のように、本実施例においては、水集
熱熱交換器２４の水回路出口に温度センサー３８と温度
センサー３８の検知温度を基に圧縮機１の運転を制御す
る圧縮機制御手段３９を設置し、給湯運転を行うとき、
日射量に応じて、冷媒による集熱を同時に行うか否かの
制御を行うので、日射量に応じて、太陽熱を水集熱熱交
換器と冷媒集熱熱交換器で同時に集熱し、目標とする温
度の温水を高効率で生成する太陽熱利用装置とすること
が出来る。

【００５２】

【発明の効果】以上のように、請求項１〜５に記載の発
明によれば、大気を太陽熱集熱パネルに沿うように通風
させ、太陽熱集熱パネルを通過して温度の高くなった大
気と冷媒が熱交換する冷媒集熱熱交換器と、温度の高く
なった大気と水が熱交換する水集熱熱交換器を設置し、
太陽熱を冷媒集熱熱交換器で集熱しても、水集熱熱交換
器は熱伝導によって冷却されない構成となるので、太陽
熱を水と冷媒で同時に集熱し、暖房と給湯運転を同時に
行う高効率な太陽熱利用装置とすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１における太陽熱利用装置の構
成図

【図２】同太陽熱利用装置の大気温度変化グラフ

【図３】同太陽熱利用装置の構成図

【図４】同太陽熱利用装置の構成図

【図５】同太陽熱利用装置の構成図

【図６】本発明の実施例２における太陽熱利用装置の構
成図

【図７】同太陽熱利用装置の大気温度変化グラフ

【図８】本発明の実施例３における太陽熱利用装置の構
成図

【図９】本発明の実施例４における太陽熱利用装置の構
成図

【図１０】同太陽熱利用装置の大気温度変化グラフ

【図１１】本発明の実施例５における太陽熱利用装置の
構成図

【図１２】従来の太陽熱利用装置の構成図

【符号の説明】

１圧縮機９ヒートポンプ回路１２貯水槽１３、１４水回路１５ポンプ２２太陽熱集熱パネル２３冷媒集熱熱交換器２４水集熱熱交換器２５送風手段３３開閉ダンパー３５、３８温度センサー３６、３９圧縮機制御手段３７ポンプ制御手段

フロントページの続き (72)発明者近藤龍太大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者今林敏大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】太陽熱を集熱する太陽熱集熱パネルと、
圧縮機を有するヒートポンプ回路と、水回路と、大気を
前記太陽熱集熱パネルに沿うように通風させる送風手段
と、前記太陽熱集熱パネルを通過した大気と前記ヒート
ポンプ回路の冷媒が熱交換する冷媒集熱熱交換器と、前
記太陽熱集熱パネルを通過した大気と前記水回路の水が
熱交換する水集熱熱交換器を備えたことを特徴とする太
陽熱利用装置。
【請求項２】太陽熱集熱パネルを通過した大気が、水
集熱熱交換器、冷媒集熱熱交換器の順に通過するよう
に、前記水集熱熱交換器と前記冷媒集熱熱交換器を設置
したことを特徴とする請求項１記載の太陽熱利用装置。
【請求項３】冷媒集熱熱交換器の大気側入口に、外気
を吸入するための開閉が可能な開閉ダンパーを備えたこ
とを特徴とする請求項１または２のいずれか１項に記載
の太陽熱利用装置。
【請求項４】太陽熱集熱パネルの温度を検知する温度
センサーと、前記水回路の水を搬送するポンプと、圧縮
機の運転を制御する圧縮機制御手段と、前記ポンプの運
転を制御するポンプ制御手段を備え、前記温度センサー
の検知温度Ｔ０が所定温度Ｔ１、Ｔ２（Ｔ１＜Ｔ２）に
対して、Ｔ０＜Ｔ２となるとき前記圧縮機制御手段は圧
縮機を運転させ、Ｔ１＜Ｔ０となるとき前記ポンプ制御
手段ポンプは前記ポンプを運転させることを特徴とする
請求項１〜３のいずれか１項に記載の太陽熱利用装置。
【請求項５】水集熱熱交換器の水回路出口に、水の温
度を検知する温度センサーと、前記温度センサーの検知
温度を基に圧縮機の運転を制御する圧縮機制御手段を備
え、前記温度センサーの検知温度Ｔ３が所定温度Ｔ４に
対して、Ｔ３＜Ｔ４となるとき前記圧縮機制御手段は圧
縮機を運転させることを特徴とする請求項１〜４のいず
れか１項に記載の太陽熱利用装置。