JP2600694Y2 - 水加熱装置 - Google Patents
水加熱装置Info
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B39/00—Evaporators; Condensers
- F25B39/04—Condensers
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
- F24H4/00—Fluid heaters characterised by the use of heat pumps
- F24H4/02—Water heaters
- F24H4/04—Storage heaters
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
- F24S10/00—Solar heat collectors using working fluids
- F24S10/50—Solar heat collectors using working fluids the working fluids being conveyed between plates
- F24S10/506—Solar heat collectors using working fluids the working fluids being conveyed between plates having conduits formed by inflation of portions of a pair of joined sheets
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
- F24S80/00—Details, accessories or component parts of solar heat collectors not provided for in groups F24S10/00-F24S70/00
- F24S80/60—Thermal insulation
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- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B30/00—Heat pumps
- F25B30/06—Heat pumps characterised by the source of low potential heat
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- F25B39/00—Evaporators; Condensers
- F25B39/02—Evaporators
- F25B39/022—Evaporators with plate-like or laminated elements
- F25B39/024—Evaporators with plate-like or laminated elements with elements constructed in the shape of a hollow panel
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
- Y02E10/44—Heat exchange systems
Description
【０００１】
【考案の属する技術分野】本考案は水加熱装置の改良に
関し、より詳細には、改良熱交換器構造を有する太陽熱
昇圧式ヒートポンプ型水加熱装置に関する。
関し、より詳細には、改良熱交換器構造を有する太陽熱
昇圧式ヒートポンプ型水加熱装置に関する。
【０００２】
【従来技術および考案が解決しようとする課題】補給水
加熱装置に太陽エネルギを使用することが技術の発展に
伴って増々実用的になってきている。オーストラリア特
許第509901号には、太陽熱昇圧式ヒートポンプ装置が述
べられており、この装置は太陽エネルギを特に効率的に
変換し、そのエネルギを冷媒ヒートポンプの使用により
伝達する。家庭用水を加熱する太陽熱昇圧式ヒートポン
プを開発するにあたり、本考案者はヒートポンプにより
循環される冷媒から熱を被加熱水に伝達するための種々
の熱交換装置を試験した。或るこのような構造は、冷媒
を移送するフィン付き管が被加熱水を収容しているタン
クに浸漬されていた。この構造は、装置の製造コストが
高くても、冷媒から熱を被加熱水に伝達する最も効率的
な手段をなすものと思われていた。しかしながら、この
装置の試験の結果、この装置は、フィン間の空間が或る
家庭用給水に一般に見られる沈殿物で詰まる傾向がある
ため、実用的でなかった。沈殿物の堆積を回避するため
にフィン付き管を設計し直す試みを行ったが、問題を解
消することができなかった。
加熱装置に太陽エネルギを使用することが技術の発展に
伴って増々実用的になってきている。オーストラリア特
許第509901号には、太陽熱昇圧式ヒートポンプ装置が述
べられており、この装置は太陽エネルギを特に効率的に
変換し、そのエネルギを冷媒ヒートポンプの使用により
伝達する。家庭用水を加熱する太陽熱昇圧式ヒートポン
プを開発するにあたり、本考案者はヒートポンプにより
循環される冷媒から熱を被加熱水に伝達するための種々
の熱交換装置を試験した。或るこのような構造は、冷媒
を移送するフィン付き管が被加熱水を収容しているタン
クに浸漬されていた。この構造は、装置の製造コストが
高くても、冷媒から熱を被加熱水に伝達する最も効率的
な手段をなすものと思われていた。しかしながら、この
装置の試験の結果、この装置は、フィン間の空間が或る
家庭用給水に一般に見られる沈殿物で詰まる傾向がある
ため、実用的でなかった。沈殿物の堆積を回避するため
にフィン付き管を設計し直す試みを行ったが、問題を解
消することができなかった。
【０００３】ヒートポンプ型水加熱装置を提供する多く
の試みが特許文献に見られる。例えば、米国特許第2,71
6,866 号（シルバ）、同第4,542,050 号（ピアス）およ
び英国特許第1,466,980 号（クロマーティ）は各々、加
熱すべき水を収容する熱交換タンクを取囲む冷媒移送管
を有する水加熱装置を示している。上記例の各々におい
て、熱交換装置は、管により移送される冷媒流体から高
温過熱を取り出すことを目的とする多くの別体の巻付部
の使用により複雑かつ高価である。別体の巻付部の使用
は熱交換器の材料コストおよび製造コストを高め、本考
案者はこれらのコストが冷媒液体から過熱を取出すこと
によって達成し得る利点により正当化されないと思う。
しかも、上記文献に記載の装置のどれも、この装置を太
陽熱エバポレータと関連して使用することを意図してい
ない。
の試みが特許文献に見られる。例えば、米国特許第2,71
6,866 号（シルバ）、同第4,542,050 号（ピアス）およ
び英国特許第1,466,980 号（クロマーティ）は各々、加
熱すべき水を収容する熱交換タンクを取囲む冷媒移送管
を有する水加熱装置を示している。上記例の各々におい
て、熱交換装置は、管により移送される冷媒流体から高
温過熱を取り出すことを目的とする多くの別体の巻付部
の使用により複雑かつ高価である。別体の巻付部の使用
は熱交換器の材料コストおよび製造コストを高め、本考
案者はこれらのコストが冷媒液体から過熱を取出すこと
によって達成し得る利点により正当化されないと思う。
しかも、上記文献に記載の装置のどれも、この装置を太
陽熱エバポレータと関連して使用することを意図してい
ない。
【０００４】もちろん、太陽エネルギを利用する水加熱
装置は知られており、このような装置が米国特許第4,28
2,861 号（ローク）に述べられている。ところが、この
装置は過熱すべき水を熱伝達媒体として使用しており、
このような装置は家庭用または工業用水加熱装置として
適切に機能すべく所要効率を有していない。又、特許文
献、例えば、英国特許第377398号（ビショップ等）およ
び西独特許第P3325137号（クナベン等）には、管をタン
クに取付けた熱交換装置の多くの例が示されているが、
これらの開示は熱伝達流体が冷媒等であるヒートポンプ
装置に向けられていない。例えば、ビショップ等の特許
では、煮沸パンのまわりに水蒸をパイプ移送している
が、このような装置は家庭用水加熱装置に適用するには
実用的でない。上記西独特許の場合、この発明は管と熱
交換タンクとの間の接触を最大にするように管を成形す
ることに関しており、熱交換媒体は論じられていない。
かくして、上記のような特許は液体収容タンクの下部へ
の熱交換管の取付けを開示しているが、冷媒を熱伝達媒
体として使用している装置に向けられている前述特許
は、熱交換管のこのような限定使用がヒートポンプを使
用している装置には適切ではないということを示してい
る。
装置は知られており、このような装置が米国特許第4,28
2,861 号（ローク）に述べられている。ところが、この
装置は過熱すべき水を熱伝達媒体として使用しており、
このような装置は家庭用または工業用水加熱装置として
適切に機能すべく所要効率を有していない。又、特許文
献、例えば、英国特許第377398号（ビショップ等）およ
び西独特許第P3325137号（クナベン等）には、管をタン
クに取付けた熱交換装置の多くの例が示されているが、
これらの開示は熱伝達流体が冷媒等であるヒートポンプ
装置に向けられていない。例えば、ビショップ等の特許
では、煮沸パンのまわりに水蒸をパイプ移送している
が、このような装置は家庭用水加熱装置に適用するには
実用的でない。上記西独特許の場合、この発明は管と熱
交換タンクとの間の接触を最大にするように管を成形す
ることに関しており、熱交換媒体は論じられていない。
かくして、上記のような特許は液体収容タンクの下部へ
の熱交換管の取付けを開示しているが、冷媒を熱伝達媒
体として使用している装置に向けられている前述特許
は、熱交換管のこのような限定使用がヒートポンプを使
用している装置には適切ではないということを示してい
る。
【０００５】本考案の目的は上記の欠点を解消し、それ
でも加熱媒体に存在する熱をタンクに収容された水に効
率よく伝達し得る熱交換装置を提供することである。
でも加熱媒体に存在する熱をタンクに収容された水に効
率よく伝達し得る熱交換装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】従って、本考案は、熱伝
導性を有する材料で形成された壁部を有する水タンク
と、タンクの一端に隣接した冷水入口と、タンクの他端
に隣接した温水入口と、冷媒流体を移送するようになっ
ていて、タンク壁部の外周に固着された管と、記管の長
さと実質的に同じ広がりであり、管及びタンク壁部の一
方を他方に実質的に連続的に固着する熱伝導性接合材と
を備え、管と熱伝導性接合材は、管内の冷媒流体の凝縮
による熱を壁部を介してタンク内に入っている水に伝達
するようにタンクの壁部の外面と熱伝導接触しており、
タンクのまわりの管は、使用中における管及びタンクの
膨張及び収縮中、熱伝導性接合材が破壊する可能性を減
じるために張力を受けており、管は前記タンクの前記一
端に隣接した位置からタンクの壁部の長さの約７５％を
越えない位置まで延びており、管は横断面がＤ字形にな
っており、管の偏平部分はタンクの壁部の外面とはんだ
薄膜によって熱伝導可能に接合され、管の上端及び下端
はタンクの壁部にスポット溶接によって固定されてお
り、周囲条件から熱エネルギーを吸収するための、周囲
条件にさらされるように位置決めされたエバポレータを
備え、このエバポレータは冷媒流体を移送するための通
路を有し、それによって、冷媒流体を前記周囲条件によ
り加熱するようになっており、冷媒流体を管を通してエ
バポレータに循環させるために、通路及び管に連結され
たコンプレッサを備えていることを特徴とする水加熱装
置を提供する。
導性を有する材料で形成された壁部を有する水タンク
と、タンクの一端に隣接した冷水入口と、タンクの他端
に隣接した温水入口と、冷媒流体を移送するようになっ
ていて、タンク壁部の外周に固着された管と、記管の長
さと実質的に同じ広がりであり、管及びタンク壁部の一
方を他方に実質的に連続的に固着する熱伝導性接合材と
を備え、管と熱伝導性接合材は、管内の冷媒流体の凝縮
による熱を壁部を介してタンク内に入っている水に伝達
するようにタンクの壁部の外面と熱伝導接触しており、
タンクのまわりの管は、使用中における管及びタンクの
膨張及び収縮中、熱伝導性接合材が破壊する可能性を減
じるために張力を受けており、管は前記タンクの前記一
端に隣接した位置からタンクの壁部の長さの約７５％を
越えない位置まで延びており、管は横断面がＤ字形にな
っており、管の偏平部分はタンクの壁部の外面とはんだ
薄膜によって熱伝導可能に接合され、管の上端及び下端
はタンクの壁部にスポット溶接によって固定されてお
り、周囲条件から熱エネルギーを吸収するための、周囲
条件にさらされるように位置決めされたエバポレータを
備え、このエバポレータは冷媒流体を移送するための通
路を有し、それによって、冷媒流体を前記周囲条件によ
り加熱するようになっており、冷媒流体を管を通してエ
バポレータに循環させるために、通路及び管に連結され
たコンプレッサを備えていることを特徴とする水加熱装
置を提供する。
【０００７】上記フィン付き管構造の変更例を考える
と、水タンクの外面への冷媒移送管の伝導的接合は、理
論上の考察で、他の考察点を正当と認めるには効果的で
ないと思われるので初めは見捨てられていた。ところ
で、他の変更例すべてが許容可能な結果を得ることがで
きず、この種類の装置を試験した以後、意外にも、この
装置により達成される熱伝達がフィン付き管装置により
達成される熱伝達より事実上効果的であることが発見さ
れた。しかし、管は水タンクの底部すなわち最も冷たい
領域に隣接した部分からタンクの高さの約７５％を越え
ない位置まで延びるように取付けるべきであることが更
に確認された。なぜなら、或る高さより上に管に取付け
ると、水の頂部分が高温である作動条件下では熱交換装
置の熱伝達性を著しくは向上させないということがわか
ったからである。この結果、もちろん、材料コストが節
減される。
と、水タンクの外面への冷媒移送管の伝導的接合は、理
論上の考察で、他の考察点を正当と認めるには効果的で
ないと思われるので初めは見捨てられていた。ところ
で、他の変更例すべてが許容可能な結果を得ることがで
きず、この種類の装置を試験した以後、意外にも、この
装置により達成される熱伝達がフィン付き管装置により
達成される熱伝達より事実上効果的であることが発見さ
れた。しかし、管は水タンクの底部すなわち最も冷たい
領域に隣接した部分からタンクの高さの約７５％を越え
ない位置まで延びるように取付けるべきであることが更
に確認された。なぜなら、或る高さより上に管に取付け
ると、水の頂部分が高温である作動条件下では熱交換装
置の熱伝達性を著しくは向上させないということがわか
ったからである。この結果、もちろん、材料コストが節
減される。
【０００８】本考案の好適な実施の形態では、タンクは
垂直に起立した円筒形タンクであり、管はタンクの底部
に隣接した位置からタンクの高さのほぼ５０％〜７０％
の位置まで延びている。この構造は現在のところ好まし
いが、管がタンクの高さの５０％〜７５％の位置まで延
びている他の構造も申しぶんないことはわかるであろ
う。同様に、垂直に起立した円筒形タンクを使用するの
が現在のところ好ましいが、本考案は円筒形または上記
管の湾曲部がタンクの下面または下方に傾斜した表面に
取付け他の適当な形成の水平方向に配置されたタンクに
も同等に適用できる。タンクの壁部に伝導接触する管の
湾曲部は、好ましくは、熱伝達媒体と被加熱水との間の
熱伝達を最適にする距離だけ間隔をへだてており、管の
少なくとも１つの湾曲部は、好ましくは、冷水入口の下
に位置決めされている。
垂直に起立した円筒形タンクであり、管はタンクの底部
に隣接した位置からタンクの高さのほぼ５０％〜７０％
の位置まで延びている。この構造は現在のところ好まし
いが、管がタンクの高さの５０％〜７５％の位置まで延
びている他の構造も申しぶんないことはわかるであろ
う。同様に、垂直に起立した円筒形タンクを使用するの
が現在のところ好ましいが、本考案は円筒形または上記
管の湾曲部がタンクの下面または下方に傾斜した表面に
取付け他の適当な形成の水平方向に配置されたタンクに
も同等に適用できる。タンクの壁部に伝導接触する管の
湾曲部は、好ましくは、熱伝達媒体と被加熱水との間の
熱伝達を最適にする距離だけ間隔をへだてており、管の
少なくとも１つの湾曲部は、好ましくは、冷水入口の下
に位置決めされている。
【０００９】管を、はんだなどの熱伝達接合材によっ
て、タンクの壁部の外面に取付けるのがよい。変更例と
して、管を平らにして、タンクの壁部と接触状態に機械
的に保持してもよいが、適切な熱伝達を確保するのに、
熱伝達接合材の使用が好ましい。水タンクの壁部は、好
ましくは、凹形底壁部および凸形頂壁部を有する円筒形
の金属製（例えば、鋼）構成のものであり、管は、好ま
しくは、タンクおよび管の異なる膨張率により熱伝達接
触が失なわれる可能性を減じるために、同じ材料で作ら
れる。
て、タンクの壁部の外面に取付けるのがよい。変更例と
して、管を平らにして、タンクの壁部と接触状態に機械
的に保持してもよいが、適切な熱伝達を確保するのに、
熱伝達接合材の使用が好ましい。水タンクの壁部は、好
ましくは、凹形底壁部および凸形頂壁部を有する円筒形
の金属製（例えば、鋼）構成のものであり、管は、好ま
しくは、タンクおよび管の異なる膨張率により熱伝達接
触が失なわれる可能性を減じるために、同じ材料で作ら
れる。
【００１０】
【考案の実施の形態】図面を参照して説明すると、熱交
換装置は水タンク１を備えているのがわかる。この水タ
ンク１は円筒形壁部２と、底壁部３と、凸形頂壁部４
と、底壁部３に隣接し、ディフェーザすなわちディバー
タ６を有する冷水入口５と、頂壁部４に隣接した温水出
口７とを有している。底壁部３は凹形として示されてい
るが、望むなら、凸形であってもよい。タンク壁部２の
外面には、冷媒Ｒ１２のような冷媒を移送する管８が巻
きつけられている。この管８は、好ましくは、図２に示
すように、偏平になっていて、横断面がＤ字形になって
おり、偏平部分はタンク１の壁部２の外面と管８の平坦
面との間のはんだ薄膜９などによって、壁部２の表面に
熱伝導可能に接合されている。はんだ付け時や、使用中
の管およびタンク壁部２の膨張および収縮時に最も可能
な接触を確保するために、管８を１２８６Ｎ程度の付与
張力下でタンク１のまわりに巻き、張力下でタンク１に
固着する。これは、図３に概略的に示す方法で達成する
ことができる。
換装置は水タンク１を備えているのがわかる。この水タ
ンク１は円筒形壁部２と、底壁部３と、凸形頂壁部４
と、底壁部３に隣接し、ディフェーザすなわちディバー
タ６を有する冷水入口５と、頂壁部４に隣接した温水出
口７とを有している。底壁部３は凹形として示されてい
るが、望むなら、凸形であってもよい。タンク壁部２の
外面には、冷媒Ｒ１２のような冷媒を移送する管８が巻
きつけられている。この管８は、好ましくは、図２に示
すように、偏平になっていて、横断面がＤ字形になって
おり、偏平部分はタンク１の壁部２の外面と管８の平坦
面との間のはんだ薄膜９などによって、壁部２の表面に
熱伝導可能に接合されている。はんだ付け時や、使用中
の管およびタンク壁部２の膨張および収縮時に最も可能
な接触を確保するために、管８を１２８６Ｎ程度の付与
張力下でタンク１のまわりに巻き、張力下でタンク１に
固着する。これは、図３に概略的に示す方法で達成する
ことができる。
【００１１】図３に示すように、タンク１を回転テーブ
ル２０に支持し、この回転テーブル２０をモータ２１に
よってギヤボックス２２およびチェーン駆動体２３を介
して回転駆動する。適当長さの管８を供給ローラ２４に
よって供給し、変形ローラ２５によって図２に示すＤ字
形に変形する。供給ローラ２４および変形ローラ２５は
供給スクリュ２６に係合するナットを有する組立体の一
部をなしている。供給スクリュ２６をモータ２７によっ
て回転駆動して、組立体をテーブル２０の回転に対して
所要速度でタンク１に沿って上方へ移動させ、相隣る湾
曲部間に所要間隔をあけて管８をタンクに巻きつける。
図４に、より詳細に示すように、変形ローラ２５は刻み
付きローラ２８および溝付き支持ローラ２９を有してい
る。これらのローラ２８，２９はギヤ３０，３１によっ
て駆動され、これらのギヤはピンチローラ２４と同じ速
度で駆動され、管８を同一速度で供給し、変形するよう
になっている。ピンチローラ２４およびローラ２８，２
９は図４に３２で示すもののようなブレーキパッドによ
って自由回転しないように拘束されている。引張ナット
３４によって調整可能に圧縮されているばね３３により
ブレーキパッド３２を締めつけてローラ２９およびギヤ
３０と係合させることによって、管に加えられる張力を
調整することができる。
ル２０に支持し、この回転テーブル２０をモータ２１に
よってギヤボックス２２およびチェーン駆動体２３を介
して回転駆動する。適当長さの管８を供給ローラ２４に
よって供給し、変形ローラ２５によって図２に示すＤ字
形に変形する。供給ローラ２４および変形ローラ２５は
供給スクリュ２６に係合するナットを有する組立体の一
部をなしている。供給スクリュ２６をモータ２７によっ
て回転駆動して、組立体をテーブル２０の回転に対して
所要速度でタンク１に沿って上方へ移動させ、相隣る湾
曲部間に所要間隔をあけて管８をタンクに巻きつける。
図４に、より詳細に示すように、変形ローラ２５は刻み
付きローラ２８および溝付き支持ローラ２９を有してい
る。これらのローラ２８，２９はギヤ３０，３１によっ
て駆動され、これらのギヤはピンチローラ２４と同じ速
度で駆動され、管８を同一速度で供給し、変形するよう
になっている。ピンチローラ２４およびローラ２８，２
９は図４に３２で示すもののようなブレーキパッドによ
って自由回転しないように拘束されている。引張ナット
３４によって調整可能に圧縮されているばね３３により
ブレーキパッド３２を締めつけてローラ２９およびギヤ
３０と係合させることによって、管に加えられる張力を
調整することができる。
【００１２】本実施の形態では、管８を固定すべきタン
ク１の部分を清浄し、公知な方法で銅フラッシュを付着
する。次いで、管８をスポット溶接によりタンク壁部２
の底部に固定し、次に図２に示す機構を使用して管８を
タンクのまわりに巻く。管８をタンク１に巻いていると
き、錫／鉛はんだペースを管８の平坦部分に付け、いっ
たん管を完全に巻いたならば、管８の上端をスポット溶
接によりタンク１の壁部２に固定して、管８を張力下に
保つ。次いで、管８を取付けたタンク１をオーブンで加
熱してはんだを融解し、管８とタンク１の壁部２との間
における熱伝達接合部の形成を完了する。管８は底壁部
３に隣接した位置からタンク１の全高さのほぼ３分の２
の位置まで延び、壁部２に熱交換表面５を形成してい
る。管８の最も下の湾曲部は冷水入口５の下に位置決め
されており、冷水入口５は通常、低温であり、これによ
り冷媒の過冷を引起し、それにより冷媒を移送するのに
十分、安定にする。管８はオーストラリア特許第509901
号に記載の一般型の太陽熱昇圧式ヒートポンプ（後述の
図５）に連結されているが、その装置の変更例を後述の
装置において行ったことを述べておく。すなわち、他の
形態のヒートポンプを使用することもでき、また管８で
移送される熱交換媒体を所望に応じて変えることもでき
る。
ク１の部分を清浄し、公知な方法で銅フラッシュを付着
する。次いで、管８をスポット溶接によりタンク壁部２
の底部に固定し、次に図２に示す機構を使用して管８を
タンクのまわりに巻く。管８をタンク１に巻いていると
き、錫／鉛はんだペースを管８の平坦部分に付け、いっ
たん管を完全に巻いたならば、管８の上端をスポット溶
接によりタンク１の壁部２に固定して、管８を張力下に
保つ。次いで、管８を取付けたタンク１をオーブンで加
熱してはんだを融解し、管８とタンク１の壁部２との間
における熱伝達接合部の形成を完了する。管８は底壁部
３に隣接した位置からタンク１の全高さのほぼ３分の２
の位置まで延び、壁部２に熱交換表面５を形成してい
る。管８の最も下の湾曲部は冷水入口５の下に位置決め
されており、冷水入口５は通常、低温であり、これによ
り冷媒の過冷を引起し、それにより冷媒を移送するのに
十分、安定にする。管８はオーストラリア特許第509901
号に記載の一般型の太陽熱昇圧式ヒートポンプ（後述の
図５）に連結されているが、その装置の変更例を後述の
装置において行ったことを述べておく。すなわち、他の
形態のヒートポンプを使用することもでき、また管８で
移送される熱交換媒体を所望に応じて変えることもでき
る。
【００１３】冷媒移送管８をタンク１の外面に取付ける
ことによって、二重壁効果が自動的に達成され、関連し
た水当局により要求され、冷媒移送管が水と関連すると
ころに二重壁管を必要とする保護が満たされることはわ
かるであろう。好ましくは、管８およびタンク１は、共
に同様な材料で作られ、または、少なくとも同様な熱膨
張率を有する材料で作られる。この場合、管８およびタ
ンク１は鋼又はステンレス鋼で作製される。例えば、管
はブンディウェルド鋼管であってもよく、タンク１は軟
鋼で作られてもよい。前述のように、管８とタンク１と
の間の熱接合は張力下でタンク１のまわりに管８を溶接
することにより保たれる。熱膨張率のわずかに異なる材
料を使用する場合、これらの材料の異なる膨張／収縮率
は上記方法における管８の溶接張力を増大することによ
って補償される。いずれの場合にも、張力下の管の溶接
により、使用中に膨張および収縮により引起される材料
の屈曲にもかかわらず、熱接合が保たれる。
ことによって、二重壁効果が自動的に達成され、関連し
た水当局により要求され、冷媒移送管が水と関連すると
ころに二重壁管を必要とする保護が満たされることはわ
かるであろう。好ましくは、管８およびタンク１は、共
に同様な材料で作られ、または、少なくとも同様な熱膨
張率を有する材料で作られる。この場合、管８およびタ
ンク１は鋼又はステンレス鋼で作製される。例えば、管
はブンディウェルド鋼管であってもよく、タンク１は軟
鋼で作られてもよい。前述のように、管８とタンク１と
の間の熱接合は張力下でタンク１のまわりに管８を溶接
することにより保たれる。熱膨張率のわずかに異なる材
料を使用する場合、これらの材料の異なる膨張／収縮率
は上記方法における管８の溶接張力を増大することによ
って補償される。いずれの場合にも、張力下の管の溶接
により、使用中に膨張および収縮により引起される材料
の屈曲にもかかわらず、熱接合が保たれる。
【００１４】更に、上記の熱交換構造は、析出可能な汚
染物を含有しそうな水などの流体Ａの場合に使用するの
に非常に適している。なぜなら、熱交換表面Ｓの大部分
が垂直であり、それにより熱交換表面の析出物の堆積が
解消される。また更に、熱交換表面Ｓは、ガラス質エナ
メルのような塗膜の適用を考慮するのに十分拡大されて
いるが、それでも熱伝達係数と表面積との積を有効レベ
ルに保ち、かつ被加熱流体Ａと熱交換表面Ｓとの温度差
を最小にする。熱交換表面Ｓの面積は、下記の相反する
要件間の最良の妥協をもたらすように選択される。 （ａ）熱交換表面が上記のように、実質的に垂直である
か、下方に向いているか、あるいは下方に傾斜している
という要件。 （ｂ）被加熱流体Ａ中の熱束密度を流体中の不安定な成
分の不安定化を防ぐのに十分低くし、それにより、熱交
換表面Ｓと流体Ａとの最大の温度差を制限して、表面と
接触している流体Ａが或る臨界不安定化温度に達するよ
うな温度まで局部的に加熱されないようにする必要があ
るという要件。 （ｃ）熱交換表面Ｓが容器の最も冷たい領域にあるよう
に出来るだけコンパクトであるべきであるという要件。
染物を含有しそうな水などの流体Ａの場合に使用するの
に非常に適している。なぜなら、熱交換表面Ｓの大部分
が垂直であり、それにより熱交換表面の析出物の堆積が
解消される。また更に、熱交換表面Ｓは、ガラス質エナ
メルのような塗膜の適用を考慮するのに十分拡大されて
いるが、それでも熱伝達係数と表面積との積を有効レベ
ルに保ち、かつ被加熱流体Ａと熱交換表面Ｓとの温度差
を最小にする。熱交換表面Ｓの面積は、下記の相反する
要件間の最良の妥協をもたらすように選択される。 （ａ）熱交換表面が上記のように、実質的に垂直である
か、下方に向いているか、あるいは下方に傾斜している
という要件。 （ｂ）被加熱流体Ａ中の熱束密度を流体中の不安定な成
分の不安定化を防ぐのに十分低くし、それにより、熱交
換表面Ｓと流体Ａとの最大の温度差を制限して、表面と
接触している流体Ａが或る臨界不安定化温度に達するよ
うな温度まで局部的に加熱されないようにする必要があ
るという要件。 （ｃ）熱交換表面Ｓが容器の最も冷たい領域にあるよう
に出来るだけコンパクトであるべきであるという要件。
【００１５】要件（ｃ）によれば、熱交換器が、冷媒Ｂ
と流体Ａとの間に熱が伝えられているときの温度が流体
Ａの最も冷たい降下温度に出来るだけ近いような一部で
ある装置の不可逆性を最小にする。熱交換器をコンパク
トにすることによって容器の受動容量が減小される。こ
の容量は流体Ａの末端使用者に提供する用意のできた流
体の貯蔵容量として機能する。熱交換器をコンパクトか
つ効率的にすることができるためには、必要なら、適切
な流体側表面積Ｓ、熱伝達媒体側表面積Ｔ、熱伝達係
数、熱交換器フィンの効率、および適切な受動貯蔵をも
たらすように、管８の湾曲部間の間隔および冷媒または
他の熱交換流体Ｂの流量を最適にしなければならない。
この最適化の要件は常に妥協であって、装置の大きさお
よび使用中の流体に大いに依存している。好適な実施例
で示す装置としては、１５２０ｍｍほどの容器の高さ、
１０００ｍｍの表面高さＳおよび５５ｍｍの湾曲部間隔
を有する装置を選んだ。
と流体Ａとの間に熱が伝えられているときの温度が流体
Ａの最も冷たい降下温度に出来るだけ近いような一部で
ある装置の不可逆性を最小にする。熱交換器をコンパク
トにすることによって容器の受動容量が減小される。こ
の容量は流体Ａの末端使用者に提供する用意のできた流
体の貯蔵容量として機能する。熱交換器をコンパクトか
つ効率的にすることができるためには、必要なら、適切
な流体側表面積Ｓ、熱伝達媒体側表面積Ｔ、熱伝達係
数、熱交換器フィンの効率、および適切な受動貯蔵をも
たらすように、管８の湾曲部間の間隔および冷媒または
他の熱交換流体Ｂの流量を最適にしなければならない。
この最適化の要件は常に妥協であって、装置の大きさお
よび使用中の流体に大いに依存している。好適な実施例
で示す装置としては、１５２０ｍｍほどの容器の高さ、
１０００ｍｍの表面高さＳおよび５５ｍｍの湾曲部間隔
を有する装置を選んだ。
【００１６】一般には、上記好適な実施例の設計手順を
次の如く要約することができる。すなわち、受動貯蔵容
量要件および流体Ａの層別を考慮して、所望の全熱束を
伝えるのに有効な面積の減小によって引起される表面前
後の熱伝達温度差の増大によって上記利点が無効にされ
るまで、表面積Ｓを出来るだけコンパクトにする。そこ
で、内部管熱伝達、管−壁部接合部の伝導およびフィン
効率の考慮を伴う既存の工学設計手順により、熱交換器
表面Ｓの外面上の管の間隔および寸法規則を定める。こ
の場合、間隔の算定の結果、設計のなお一層の最適化が
表面積Ｓについての或る妥協により可能であれば、定め
られた表面積Ｓの再検討が必要であることもある。
次の如く要約することができる。すなわち、受動貯蔵容
量要件および流体Ａの層別を考慮して、所望の全熱束を
伝えるのに有効な面積の減小によって引起される表面前
後の熱伝達温度差の増大によって上記利点が無効にされ
るまで、表面積Ｓを出来るだけコンパクトにする。そこ
で、内部管熱伝達、管−壁部接合部の伝導およびフィン
効率の考慮を伴う既存の工学設計手順により、熱交換器
表面Ｓの外面上の管の間隔および寸法規則を定める。こ
の場合、間隔の算定の結果、設計のなお一層の最適化が
表面積Ｓについての或る妥協により可能であれば、定め
られた表面積Ｓの再検討が必要であることもある。
【００１７】まだ十分に加熱したり冷却したりしなけれ
ばならない流体との混合により流体の貯蔵容量の低下を
回避するには、異なる温度で、ある流体の層別を出来る
だけ促進すべきである。この目的で、入口導管および出
口導管は流体Ａを攪拌することによって混合を促進しな
いように構成されている。また、低温導管５はタンクの
底部に位置決めされており、高温導管７はタンクの頂部
に位置決されている。攪拌の低下を達成するには、入口
導管５の軸線が層別の軸線と直角であることは気づくで
あろう。また、混合および攪拌を更らに低減するため
に、冷水入口５には、下向きのディフューザ／ディフレ
クタ６が使用され、温水出口７には、上向きのディフュ
ーザ／ディフレクタ６ａが使用される。熱交換器は、好
ましくは、向流原理を具体化するように構成すべきであ
ろう。何故なら、これにより熱伝達を更らに向上させる
からである。図示の実施例では、冷媒Ｂがコイル状管８
の頂部から底部まで流れることはわかるであろう。
ばならない流体との混合により流体の貯蔵容量の低下を
回避するには、異なる温度で、ある流体の層別を出来る
だけ促進すべきである。この目的で、入口導管および出
口導管は流体Ａを攪拌することによって混合を促進しな
いように構成されている。また、低温導管５はタンクの
底部に位置決めされており、高温導管７はタンクの頂部
に位置決されている。攪拌の低下を達成するには、入口
導管５の軸線が層別の軸線と直角であることは気づくで
あろう。また、混合および攪拌を更らに低減するため
に、冷水入口５には、下向きのディフューザ／ディフレ
クタ６が使用され、温水出口７には、上向きのディフュ
ーザ／ディフレクタ６ａが使用される。熱交換器は、好
ましくは、向流原理を具体化するように構成すべきであ
ろう。何故なら、これにより熱伝達を更らに向上させる
からである。図示の実施例では、冷媒Ｂがコイル状管８
の頂部から底部まで流れることはわかるであろう。
【００１８】図５には、好適な太陽熱昇圧式ヒートポン
プ型水加熱装置が概略的に示されており、この装置は本
考案を具体化する熱交換装置を有しており、タンク１お
よび冷媒移送管８は断熱発泡体１１を有するハウジング
１０内に包囲されている。便宜上、ヒートポンプ装置の
コンプレッサ１２および受器／フィルタ／ドライヤ１３
がタンクハウジング１０の頂部に位置決めされた冷却胴
部１４に設けられている。この構成によれば、コンプレ
ッサおよび受器を通常のようにタンクハウジングの下に
位置決めし得るようにハウジング１０を高い位置で支持
する必要が回避され、それにより構成コストを低減す
る。コンプレッサ１２は、好ましくは、回転コンプレッ
サであるが、装置の効率を著しくは低下させることなし
に、他の形態の冷媒コンプレッサを使用してもよい。回
転コンプレッサはその作動が比較的円滑で、より静かで
あるため、好ましい。しかも、回転コンプレッサは、そ
の吸入側で液体のスラグを受入れることができるが、そ
れに対して、他の種類のコンプレッサは、このようなス
ラグを受入れるのが非常に困難である。これらのスラグ
は、太陽熱昇圧式ヒートポンプでは、天候条件の変化の
結果生じる温度の急激変化により発生する。
プ型水加熱装置が概略的に示されており、この装置は本
考案を具体化する熱交換装置を有しており、タンク１お
よび冷媒移送管８は断熱発泡体１１を有するハウジング
１０内に包囲されている。便宜上、ヒートポンプ装置の
コンプレッサ１２および受器／フィルタ／ドライヤ１３
がタンクハウジング１０の頂部に位置決めされた冷却胴
部１４に設けられている。この構成によれば、コンプレ
ッサおよび受器を通常のようにタンクハウジングの下に
位置決めし得るようにハウジング１０を高い位置で支持
する必要が回避され、それにより構成コストを低減す
る。コンプレッサ１２は、好ましくは、回転コンプレッ
サであるが、装置の効率を著しくは低下させることなし
に、他の形態の冷媒コンプレッサを使用してもよい。回
転コンプレッサはその作動が比較的円滑で、より静かで
あるため、好ましい。しかも、回転コンプレッサは、そ
の吸入側で液体のスラグを受入れることができるが、そ
れに対して、他の種類のコンプレッサは、このようなス
ラグを受入れるのが非常に困難である。これらのスラグ
は、太陽熱昇圧式ヒートポンプでは、天候条件の変化の
結果生じる温度の急激変化により発生する。
【００１９】装置からの熱損失を最小に減小させるため
に、コンプレッサ１２は好ましくは外側で断熱されてい
る。かかる外側断熱により引起される熱発生を補償する
ために、コンプレッサは、冷媒をコンデンサまたは受器
の出口から、好ましくは、制御弁、キャピラリ管または
固定オリフィス（図示せず）により制御されるバイパス
管路を経て直接、入口吸入管路またはシリンダの吸入側
に流入させることによって冷却される。これを達成する
ための一構造を図４に概略的に示してあり、この構造は
断熱ケーシング１２Ｂ内に包囲されたシリンダ１２Ａを
備えており、このシリンダ１２Ａは転動ピストン１２Ｃ
および羽根１２Ｄを収容している。冷媒液管路からコン
プレッサ１２への吸入管路１２Ｇまで液体注入管１２Ｅ
が連結されている。この構造によれば、大気に常時廃熱
される熱はコンデンサを経てタンク中の水に送られる。
図６に示す構造は、市販のコンプレッサに使用する場合
に、シリンダへ直接注入するときよりも確実に作動する
ことがわかった。
に、コンプレッサ１２は好ましくは外側で断熱されてい
る。かかる外側断熱により引起される熱発生を補償する
ために、コンプレッサは、冷媒をコンデンサまたは受器
の出口から、好ましくは、制御弁、キャピラリ管または
固定オリフィス（図示せず）により制御されるバイパス
管路を経て直接、入口吸入管路またはシリンダの吸入側
に流入させることによって冷却される。これを達成する
ための一構造を図４に概略的に示してあり、この構造は
断熱ケーシング１２Ｂ内に包囲されたシリンダ１２Ａを
備えており、このシリンダ１２Ａは転動ピストン１２Ｃ
および羽根１２Ｄを収容している。冷媒液管路からコン
プレッサ１２への吸入管路１２Ｇまで液体注入管１２Ｅ
が連結されている。この構造によれば、大気に常時廃熱
される熱はコンデンサを経てタンク中の水に送られる。
図６に示す構造は、市販のコンプレッサに使用する場合
に、シリンダへ直接注入するときよりも確実に作動する
ことがわかった。
【００２０】この装置は、サーモスタットＴを有するサ
ーモスタット制御装置を備えている。サーモスタットの
より複雑な変形例が可能であり、これらの変形例は下記
のことを含む。 （ａ）日光の程度に依存する可変または双サーモスタッ
トの設定。 （ｂ）ユニットが稼動しているとき、蒸発温度を検知
し、この検知温度を、サーモスタット設定点を上昇させ
るかあるいは降下させる潜在動作の指示として使用す
る。 上記装置の全体目的は、夜間よりも、昼間の方が水を高
温に上昇させることによって、装置を日中、稼動するよ
うに付勢することである。更に、サーモスタットの設定
点を太陽放射熱と周囲空気の温度との関数にすることに
よって精巧化が可能であるが、この場合、冬期、水の適
切な温度に達するように制御機能を必要とする。同様
に、主に低料金（最大出力でない）期間に作動するよう
に装置を付勢することも可能である。
ーモスタット制御装置を備えている。サーモスタットの
より複雑な変形例が可能であり、これらの変形例は下記
のことを含む。 （ａ）日光の程度に依存する可変または双サーモスタッ
トの設定。 （ｂ）ユニットが稼動しているとき、蒸発温度を検知
し、この検知温度を、サーモスタット設定点を上昇させ
るかあるいは降下させる潜在動作の指示として使用す
る。 上記装置の全体目的は、夜間よりも、昼間の方が水を高
温に上昇させることによって、装置を日中、稼動するよ
うに付勢することである。更に、サーモスタットの設定
点を太陽放射熱と周囲空気の温度との関数にすることに
よって精巧化が可能であるが、この場合、冬期、水の適
切な温度に達するように制御機能を必要とする。同様
に、主に低料金（最大出力でない）期間に作動するよう
に装置を付勢することも可能である。
【００２１】コンプレッサ１２および受器１３は太陽に
さらされる位置に配置される一連の太陽熱エバポレータ
板１５に連結されている。各エバポレータ板は多数の冷
媒通路１６を有しており、これらの通路１６は、好まし
くは、図７に示す構成で配列されている。各エバポレー
タ板１５は、当業界で周知であるいわゆるロールボンド
（商標）法により通路１６の領域における以外、２板の
金属板を互いに接合することにより作られる。エバポレ
ータ板は薄板金属で形成されるので、各エバポレータ板
は、図８の断面正面図に示すように、外方に湾曲された
断面形状で支持される。この外方湾曲断面形状は断熱発
泡体成形物１７を各板１５の背後に位置決めすることに
よって維持され、この組立体は、図５および図８に示す
ように、２つの受台により支持されている。各エバポレ
ータ板１５はその各長さ方向縁部に沿って角部分１８を
形成することによって、更に強化される。上記のエバポ
レータ板構造は、エバポレータ板を住居の屋根に取付け
た場合に出合う種類の風力に耐えるその能力を評価する
ために行った耐風試験で、良好に機能するとわかった。
さらされる位置に配置される一連の太陽熱エバポレータ
板１５に連結されている。各エバポレータ板は多数の冷
媒通路１６を有しており、これらの通路１６は、好まし
くは、図７に示す構成で配列されている。各エバポレー
タ板１５は、当業界で周知であるいわゆるロールボンド
（商標）法により通路１６の領域における以外、２板の
金属板を互いに接合することにより作られる。エバポレ
ータ板は薄板金属で形成されるので、各エバポレータ板
は、図８の断面正面図に示すように、外方に湾曲された
断面形状で支持される。この外方湾曲断面形状は断熱発
泡体成形物１７を各板１５の背後に位置決めすることに
よって維持され、この組立体は、図５および図８に示す
ように、２つの受台により支持されている。各エバポレ
ータ板１５はその各長さ方向縁部に沿って角部分１８を
形成することによって、更に強化される。上記のエバポ
レータ板構造は、エバポレータ板を住居の屋根に取付け
た場合に出合う種類の風力に耐えるその能力を評価する
ために行った耐風試験で、良好に機能するとわかった。
【００２２】図７からわかるように、各エバポレータ板
には、３つの別々の平行な冷媒通路１６が形成されてお
り、これらの通路は各端部がマニホルド１９により連結
されており、マニホルド１９には、冷媒管路（図示せ
ず）が連結されている。図５に示すように、板１５は、
第１板の出口マニホルドが第２板の入口マニホルドに連
結されるように、また、以下同様となるように、直列に
連結されている。更に、図５からわかるように、板の一
端のマニホルドに連結された第１通路は板の他端のマニ
ホルドに連結された最後の通路であり、それにより、平
行な通路１６における冷媒の流れを均等化するのを助長
している。流れの均等化を更に助長するために、各接合
部の後方でマニホルドの横断面積が減らされている。こ
の構造は、マニホルド前後の所定の設計圧降下を可能に
するために、マニホルドおよびその接合部の横断面積を
最小にしている。この結果、他のロールボンドエバポレ
ータに使用される代表的なハチ巣型ディストリビュータ
の性能と比較して、所定の冷媒圧降下のための破裂圧が
向上される。
には、３つの別々の平行な冷媒通路１６が形成されてお
り、これらの通路は各端部がマニホルド１９により連結
されており、マニホルド１９には、冷媒管路（図示せ
ず）が連結されている。図５に示すように、板１５は、
第１板の出口マニホルドが第２板の入口マニホルドに連
結されるように、また、以下同様となるように、直列に
連結されている。更に、図５からわかるように、板の一
端のマニホルドに連結された第１通路は板の他端のマニ
ホルドに連結された最後の通路であり、それにより、平
行な通路１６における冷媒の流れを均等化するのを助長
している。流れの均等化を更に助長するために、各接合
部の後方でマニホルドの横断面積が減らされている。こ
の構造は、マニホルド前後の所定の設計圧降下を可能に
するために、マニホルドおよびその接合部の横断面積を
最小にしている。この結果、他のロールボンドエバポレ
ータに使用される代表的なハチ巣型ディストリビュータ
の性能と比較して、所定の冷媒圧降下のための破裂圧が
向上される。
【００２３】これらの特徴により、このエバポレータ板
はエバポレータ前後の高い圧力降下を受けることなし
に、Ｒ２２のような蒸発圧の高い冷媒の場合に使用する
ことができる。しかも、通常、最も下方の通路を好んで
選択させる重力によって、通路１６間の流れの均等化が
比較的影響されない場合、エバポレータを、通常望まれ
るように、下方傾斜角で取付けることができる。冷媒流
体は通常そうであるように、各板１５の底部にではな
く、その頂部に送り出され、これにより冷媒の使用はよ
り少ない量でよい。なぜなら、底部流入の場合がそうで
あるように、板を溢流する必要がないからである。他の
利点としては、オイルが底部流入の場合のように板の底
部に溜まる傾向がないので、オイルの確実な戻りが達成
される。冷媒の頂部流入と、冷媒の高速循環とにより、
液状流体の環状の流れを引起し、それにより板から流体
への熱伝達を向上させる。この作動モードでは、冷媒ガ
スは液状流体環内を流れる。
はエバポレータ前後の高い圧力降下を受けることなし
に、Ｒ２２のような蒸発圧の高い冷媒の場合に使用する
ことができる。しかも、通常、最も下方の通路を好んで
選択させる重力によって、通路１６間の流れの均等化が
比較的影響されない場合、エバポレータを、通常望まれ
るように、下方傾斜角で取付けることができる。冷媒流
体は通常そうであるように、各板１５の底部にではな
く、その頂部に送り出され、これにより冷媒の使用はよ
り少ない量でよい。なぜなら、底部流入の場合がそうで
あるように、板を溢流する必要がないからである。他の
利点としては、オイルが底部流入の場合のように板の底
部に溜まる傾向がないので、オイルの確実な戻りが達成
される。冷媒の頂部流入と、冷媒の高速循環とにより、
液状流体の環状の流れを引起し、それにより板から流体
への熱伝達を向上させる。この作動モードでは、冷媒ガ
スは液状流体環内を流れる。
【００２４】装置が重力によりコンプレッサの吸入部へ
流れ込まないように停止している間、板１５内に液体が
溜まらないようにするために、冷媒をコンプレッサに戻
す前に液体トラップを設ける。このトラップは、作動
中、オイルが冷媒ガスとともに運ばれるように寸法決め
しなければならない。通常そうであるように、エバポレ
ータ板１５にではなく、冷媒胴部１４の内側に液体管路
のＴＸ弁が位置決めされていることは、図５からわかる
であろう。この位置におけるＴＸ弁の位置決めの補償を
考慮しなければならないが、弁はこの位置では良好に機
能し、また、この位置における弁の位置決めによって装
置の製造が簡単になるということがわかった。ＴＸ弁
は、好ましくは、内部均等化され、かつ負の過熱設定点
への設定によって適切な過熱をもたらすように付勢され
ている。
流れ込まないように停止している間、板１５内に液体が
溜まらないようにするために、冷媒をコンプレッサに戻
す前に液体トラップを設ける。このトラップは、作動
中、オイルが冷媒ガスとともに運ばれるように寸法決め
しなければならない。通常そうであるように、エバポレ
ータ板１５にではなく、冷媒胴部１４の内側に液体管路
のＴＸ弁が位置決めされていることは、図５からわかる
であろう。この位置におけるＴＸ弁の位置決めの補償を
考慮しなければならないが、弁はこの位置では良好に機
能し、また、この位置における弁の位置決めによって装
置の製造が簡単になるということがわかった。ＴＸ弁
は、好ましくは、内部均等化され、かつ負の過熱設定点
への設定によって適切な過熱をもたらすように付勢され
ている。
【００２５】エバポレータ板は、上記の実施例では太陽
にさらされる位置に設けられている場合について示され
ているが、周囲温度が高い領域またはタンクを屋根の
上、あるいは太陽に少なくとも一部さらされる他の位置
に取付けることができるような領域で、周囲巻き構成
で、図５に破線で示すようにハウジング１０の外側に設
けてもよい。このような状態では、ヒートポンプは少な
くとも一部が空気源ヒートポンプとして作用する。ニュ
ーサウスウエルズ大学の太陽エネルギ研究室で行った試
験において、上記の好適な実施例による水力加熱装置構
造を有する太陽熱昇圧式ヒートポンプ型水加熱装置を、
上記種類のフィン付き熱交換器構造を有する太陽熱昇圧
式ヒートポンプ型水加熱装置と比較した結果、本考案を
具体化する熱交換器を有する水加熱装置の性能の平均係
数は、事実的に同一の試験条件の場合に従来の構造のも
のよりほぼ１1.２％良好であったことがわかった。この
試験結果は次の如く要約することができる。 旧型ユニット（フィン付き管コンデンサ挿入） 試験期間：１９８５年５月３日〜３１日（２９日間） 平均周囲温度：１５．８°Ｃ 平均太陽放射熱：１２．７ＭＪ／m2／日 性能の平均全系係数：２．４８ 新型ユニット（シリンダのまわりにコンデンサコイルを
巻いてなる） 試験期間：１９８５年７月３日〜３１日（２９日間） 平均周囲温度：１２．４°Ｃ 平均太陽放射熱：１３．７ＭＪ／m2／日 性能の平均全系係数：２．７６ 両期間とも、太陽熱ヒートポンプの作動について事実上
同一の試験条件とした。７月には、わずかに低い平均周
囲温度と、わずかに高い平均太陽放射熱とを組合せて均
衡化し、ほとんど同じ気候条件とした。
にさらされる位置に設けられている場合について示され
ているが、周囲温度が高い領域またはタンクを屋根の
上、あるいは太陽に少なくとも一部さらされる他の位置
に取付けることができるような領域で、周囲巻き構成
で、図５に破線で示すようにハウジング１０の外側に設
けてもよい。このような状態では、ヒートポンプは少な
くとも一部が空気源ヒートポンプとして作用する。ニュ
ーサウスウエルズ大学の太陽エネルギ研究室で行った試
験において、上記の好適な実施例による水力加熱装置構
造を有する太陽熱昇圧式ヒートポンプ型水加熱装置を、
上記種類のフィン付き熱交換器構造を有する太陽熱昇圧
式ヒートポンプ型水加熱装置と比較した結果、本考案を
具体化する熱交換器を有する水加熱装置の性能の平均係
数は、事実的に同一の試験条件の場合に従来の構造のも
のよりほぼ１1.２％良好であったことがわかった。この
試験結果は次の如く要約することができる。 旧型ユニット（フィン付き管コンデンサ挿入） 試験期間：１９８５年５月３日〜３１日（２９日間） 平均周囲温度：１５．８°Ｃ 平均太陽放射熱：１２．７ＭＪ／m2／日 性能の平均全系係数：２．４８ 新型ユニット（シリンダのまわりにコンデンサコイルを
巻いてなる） 試験期間：１９８５年７月３日〜３１日（２９日間） 平均周囲温度：１２．４°Ｃ 平均太陽放射熱：１３．７ＭＪ／m2／日 性能の平均全系係数：２．７６ 両期間とも、太陽熱ヒートポンプの作動について事実上
同一の試験条件とした。７月には、わずかに低い平均周
囲温度と、わずかに高い平均太陽放射熱とを組合せて均
衡化し、ほとんど同じ気候条件とした。
【００２６】ところが、７月に達成されたＣＯＰは５月
の数値よりほぼ１１．２％向上していた。両方の場合と
も、同一負荷模型での平均水排出温度はほぼ５７°Ｃで
あった。
の数値よりほぼ１１．２％向上していた。両方の場合と
も、同一負荷模型での平均水排出温度はほぼ５７°Ｃで
あった。
【図１】本考案を具体化する水加熱装置に使用するのに
適した熱交換器を有する水タンクの部分断面正面図であ
る。
適した熱交換器を有する水タンクの部分断面正面図であ
る。
【図２】管の取付けを示すタンクの一部の拡大部分断面
正面図である。
正面図である。
【図３】管をタンクに取付けるための機構の概略正面図
である。
である。
【図４】図３に示す管変形ローラの拡大概略正面図であ
る。
る。
【図５】本考案を具体化する太陽熱昇圧式ヒートポンプ
型水加熱装置のレイアウトを示す概略図である。
型水加熱装置のレイアウトを示す概略図である。
【図６】図５の装置に使用されるコンプレッサを冷却す
る構造を示す概略図である。
る構造を示す概略図である。
【図７】図５の装置に使用される太陽熱コレクタの冷却
通路のレイアウトを示す概略図である。
通路のレイアウトを示す概略図である。
【図８】図５の装置に使用される太陽熱エバポレータ／
コレクタのうちの１種の断面側正面図である。
コレクタのうちの１種の断面側正面図である。
１ 水タンク ２ 円筒形壁部 ３ 底壁部 ４ 凸形頂壁部 ５ 冷水入口 ６ ディフューザ／ディフレクタ ７ 温水出口 ８ 管 ９ はんだ薄膜 １０ ハウジング １１ 断熱発泡体 １２ コンプレッサ １２Ａ シリンダ １２Ｂ 断熱ケーシング １２Ｃ ピストン １２Ｄ 羽根 １２Ｅ 液体注入管 １２Ｇ 吸入管路 １３ 受器 １５ 太陽熱エバポレータ板 １６ 冷媒通路 １７ 断熱発泡体成形物 １９ マニホルド ２０ 回転テーブル ２２ ギヤボックス ２４ 供給ローラ ２５ 変形ローラ ２６ 供給スクリュ ２７ モータ ２８ ローラ ３０ ギヤ ３２ ブレーキパッド
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 イアン ディー ロバーツ オーストラリア国 ビクトリア州 3131 ヌナワディング リネット ストリー ト ６ (72)考案者 クリストファー ダブリュー エス デ ィクソン オーストラリア国 ビクトリア州 3186 ブライトン ファーリー グローヴ １ (56)参考文献 特開 昭62−228836（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−117693（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) F24H 1/18 F24J 2/42
Claims (9)
- 【請求項１】 熱伝導性を有する材料で形成された壁部
を有する水タンクと、 前記タンクの一端に隣接した冷水入口と、 前記タンクの他端に隣接した温水入口と、 冷媒流体を移送するようになっていて、前記タンク壁部
の外周に固着された管と、 前記管の長さと実質的に同じ広がりであり、前記管及び
前記タンク壁部の一方を他方に実質的に連続的に固着す
る熱伝導性接合材とを備え、前記管と前記熱伝導性接合
材は、前記管内の冷媒流体の凝縮による熱を前記壁部を
介して前記タンク内に入っている水に伝達するように前
記タンクの前記壁部の外面と熱伝導接触しており、前記
タンクのまわりの前記管は、使用中における前記管及び
前記タンクの膨張及び収縮中、前記熱伝導性接合材が破
壊する可能性を減じるために張力を受けており、前記管
は前記タンクの前記一端に隣接した位置から前記タンク
の前記壁部の長さの約７５％を越えない位置まで延びて
おり、 前記管は横断面がＤ字形になっており、前記管の偏平部
分は前記タンクの壁部の外面とはんだ薄膜によって熱伝
導可能に接合され、前記管の上端及び下端は前記タンク
の壁部にスポット溶接によって固定されており、 周囲条件から熱エネルギーを吸収するための、周囲条件
にさらされるように位置決めされたエバポレータを備
え、該エバポレータは前記冷媒流体を移送するための通
路を有し、それによって、前記冷媒流体を前記周囲条件
により加熱するようになっており、 前記冷媒流体を前記管を通して前記エバポレータに循環
させるために、前記通路及び前記管に連結されたコンプ
レッサを備えていることを特徴とする水加熱装置。 - 【請求項２】 前記タンク壁部は金属製であり、前記管
は、前記タンク壁部と実質的に同じ熱膨張率を有する材
料で作られていることを特徴とする、請求項１に記載の
水加熱装置。 - 【請求項３】 前記タンクは垂直に起立する円筒形タン
クであり、前記管は、前記タンクの底部に隣接した位置
から前記タンクの高さのほぼ５０％〜７０％の位置まで
延びていることを特徴とする、請求項１に記載の水加熱
装置。 - 【請求項４】 前記管は、前記タンクの高さのほぼ６６
％の位置まで延びていることを特徴とする、請求項１に
記載の水加熱装置。 - 【請求項５】 前記管の少なくとも１巻きが、前記冷水
入口より下に位置決めされていることを特徴とする、請
求項１に記載の水加熱装置。 - 【請求項６】 前記エバポレータが、パネルを形成する
平らな熱伝導性板材料を備え、前記パネルは前記冷媒流
体を熱伝導関係で前記パネルと循環させる複数の通路を
有しており、前記通路の両端の各々に設けられかつこの
両端のうちの一方を他方に連結するマニホルド通路を構
成する手段を備え、前記パネルの一端で前記マニホルド
通路に最初に連結される通路は、前記パネルの反対端で
前記マニホルド通路に最後に連結されていることを特徴
とする、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の
水加熱装置。 - 【請求項７】 前記エバポレータが、太陽熱コレクタパ
ネルを備え，前記太陽熱コレクタパネルは前記冷媒流体
を熱伝導関係で前記パネルと循環させる前記通路を有し
ており、前記冷媒流体を前記コレクタの通路に流入させ
るための、前記コレクタの入口を構成する手段を備え、
前記パネルは支持体に固着されており、該支持体は、前
記パネルの有効強度を増大させるために前記パネルを外
方に湾曲した形状で保持していることを特徴とする、請
求項１から請求項５のいずれか１項に記載の水加熱装
置。 - 【請求項８】 前記コレクタは、一端が他端より高くし
て配置されており、前記コレクタの前記冷媒流体入口は
前記高い方の端部に位置決めされており、前記パネルは
熱伝導性板材料で形成されていることを特徴とする、請
求項６又は請求項７に記載の水加熱装置。 - 【請求項９】 前記タンクを取り囲む断熱ケーシングを
備え，前記コンプレッサは前記ケーシングの頂部に位置
決めされており、更に、前記コンプレッサを外側で断熱
するための手段を備えていることを特徴とする、請求項
１から請求項８のいずれか１項に記載の水加熱装置。
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| JP1090510A Pending JPH0229544A (ja) | 1988-04-08 | 1989-04-10 | 水加熱装置及び水加熱装置用の熱交換器を製造する方法 |
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