JP3758334B2 - ヒートポンプ式ソーラ給湯システム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は太陽熱利用のヒートポンプ式ソーラ給湯システム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給湯システムは第１の従来例として図１１に示す如きものが知られている。図１１において、太陽熱を集熱板１１が集熱して集熱管１３内の水を加熱し湯をつくる。そして、集熱板１１の周囲に太陽光を透過する透過体（ガラスなど）５５および外気への放熱防止のための断熱材５６が設けられている。また、第２の従来例として大気熱を利用したヒートポンプ給湯システムは特開平７ー２２５０６４号公報など図１２に示す如きものが知られている。図１２において、圧縮機１から吐出された高温高圧の冷媒ガスは凝縮器２に流入し、ここで給湯熱交換器６を介して、貯湯タンク７の水を加熱する。一方、凝縮器２で凝縮液化した冷媒は減圧手段３で減圧されて蒸発器４に流入し、ここで大気熱を吸熱して蒸発ガス化して圧縮機１に戻る。このサイクルを繰り返しながら貯湯タンク７に多量の湯を貯湯する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような第１の従来例の太陽熱利用給湯システムは日射量が少ない場合には高温湯が得られない。また、透過体および断熱材を設けているため重量も大きい。一方、大気熱を利用する従来例２のヒートポンプ給湯システムは高密度コンパクト蒸発器で大気熱を集熱するため太陽熱をほとんど集熱できない。
【０００４】
本発明は上記課題を解決するもので、太陽熱を利用して高温湯に沸き上げることを主目的とするものであり、かつ施工時の冷媒量調整、冷媒漏れなど、工事のバラツキをなくし、信頼性の高い機器を提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため本発明は、圧縮機、凝縮器、減圧手段及び蒸発器からなる冷媒回路と、前記凝縮器と熱交換関係を有する給湯熱交換器、貯湯タンクからなる給湯回路と、前記蒸発器と熱交換関係を有する太陽熱放熱器、太陽熱集熱板を接続した太陽熱集熱回路と、前記太陽熱集熱板に設けた太陽電池セルと、前記太陽電池セルの温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段の信号が所定温度以上に上昇したことをうけて圧縮機の運転を開始する運転制御手段を備え、太陽電池セルを冷却しながら太陽熱を集熱し、ヒートポンプを利用して更に高温に沸き上げて貯湯タンクに貯湯するヒートポンプ式ソーラ給湯システムであり、以上の構成により、太陽熱集熱板を介して太陽熱を集熱した媒体で太陽熱放熱器を介して蒸発器を流れる冷媒を蒸発ガス化させ、圧縮機で高温高圧ガスに圧縮して、凝縮器を介して凝縮熱で給湯熱交換器の水を加熱する。よって、太陽熱を集熱し、ヒートポンプを利用して高温湯に沸き上げることができる。また、冷媒回路を１つのユニットに収納して密閉回路を構成し、施工時の冷媒配管工事レス化をはかることによって、施工時の冷媒量の調整、冷媒漏れなど、工事のバラツキをなくして、機器の信頼性を向上させる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、圧縮機、凝縮器、減圧手段及び蒸発器からなる冷媒回路と、前記凝縮器と熱交換関係を有する給湯熱交換器、貯湯タンクからなる給湯回路と、前記蒸発器と熱交換関係を有する太陽熱放熱器、太陽熱集熱板を接続した太陽熱集熱回路と、前記太陽熱集熱板に設けた太陽電池セルと、前記太陽電池セルの温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段の信号が所定温度以上に上昇したことをうけて圧縮機の運転を開始する運転制御手段を備え、太陽電池セルを冷却しながら太陽熱を集熱し、ヒートポンプを利用して更に高温に沸き上げて貯湯タンクに貯湯するヒートポンプ式ソーラ給湯システムであり、以上の構成により、太陽熱集熱板を介して太陽熱を集熱した媒体で太陽熱放熱器を介して蒸発器を流れる冷媒を蒸発ガス化させ、圧縮機で高温高圧ガスに圧縮して、凝縮器を介して凝縮熱で給湯熱交換器の水を加熱する。そして、太陽熱放熱器で温度低下した太陽熱集熱回路の媒体を太陽熱集熱板に流入させ、再度太陽熱を集熱する。よって、太陽熱を集熱し、ヒートポンプを利用して高温湯に沸き上げることができる。また、冷媒回路を１つのユニットに収納して密閉回路を構成し、施工時の冷媒配管工事レス化をはかることによって、施工時の冷媒量の調整、冷媒漏れなどの工事ミスもなくなり、信頼性が向上する。また、太陽電池セルが所定温度に上昇した場合に、圧縮機を運転して、集熱回路の媒体を介して太陽電池セルを冷却し、太陽電池セルの効率と耐久性を向上させる。
また、請求項２に記載の発明は、前述の構成に加え、太陽熱集熱板を太陽熱と大気熱を集熱する構成としたことにより、太陽熱集熱板を流れる水温を太陽熱集熱板温度よりも低温で流し、太陽熱に加え、大気熱も集熱できるようにして、集熱量の増大をはかるとともに透過体（ガラスなど）および断熱材をなくして太陽熱集熱板の軽量化を実現するとともに設置自由度が向上する。
【０００７】
また、請求項３に記載の発明は、前述の請求項１または２記載の構成に加え、太陽電池セルと接続し、圧縮機を運転するインバータ制御手段と、太陽電池セルの出力を検出して、出力が大きい場合にはインバータ制御手段に低周波数運転の信号を発信する運転周波数制御手段を備え、太陽日射量が多いことを太陽電池セルの出力で検出して、圧縮機を低周波数で運転して、蒸発器を流れる冷媒温度を高めて圧縮機の消費電力を削減する。従って、夏季など、太陽日射量が多い時は冷房に電力が必要となるため、太陽電池で得た電力の余剰電力を冷房に利用できる。
また、請求項４に記載の発明は、前述の請求項１または２記載の構成に加え、太陽熱集熱回路に流量制御型ポンプを備え、太陽日射量の変化に対応して、太陽熱集熱板の循環水温が絶えず太陽熱集熱板温度よりも低温となるように流量制御をおこない、太陽熱に加え、常に大気熱も集熱する信頼性の高いシステムを実現する。
【０００８】
また、請求項５に記載の発明は、前述の請求項１または２記載の構成に加え、圧縮機の周波数を制御する周波数制御手段と、太陽熱集熱板の表面温度を検出する集熱板温度検出手段と、太陽熱集熱回路の流体温度を検出する流体温度検出手段と、集熱板温度検出手段と流体温度検出手段の信号に基づき周波数制御手段に信号を発信する運転制御手段を備え、集熱板温度と流体温度を所定温度差にコントロールするように圧縮機の運転周波数を制御して、日射量および外気温度に対応して給湯加熱量と高効率運転を実現する。
【０００９】
また、請求項６に記載の発明は、前述の請求項１または２記載の構成に加え、太陽熱集熱板の表面温度を検出する集熱板温度検出手段あるいは太陽熱集熱回路内の媒体圧力を検出する圧力検出手段と、集熱板温度検出手段あるいは圧力検出手段の信号をうけて、圧縮機を運転開始する運転制御手段を備え、太陽熱集熱板の異常温度上昇、あるいは集熱回路
内の圧力上昇を検知して圧縮機を運転し、太陽熱集熱回路内の媒体および太陽熱集熱板を冷却する。従って、太陽熱集熱回路内の媒体が漏れて封入量が少なく、かつ日射量が多い場合、空焚きを防止できる。よって、太陽熱集熱板の耐久性が向上する。
【００１０】
また、請求項７に記載の発明は、前述の請求項１または２記載の構成に加え、集熱回路の媒体温度を検出する温度検出手段と、集熱回路に設けたバルブと、温度検出手段の信号をうけてバルブを開放制御する低温運転制御手段を備え、冬季の低外気温度時において、集熱回路内の媒体が凍結近傍温度に達した時、バルブを開放して集熱回路内の媒体を排出するようにして、太陽熱集熱板の凍結破壊を防止する。
【００１１】
また、請求項８に記載の発明は、前述の請求項１または２または３記載の構成に加え、蒸発器と並列に設けた冷媒風呂熱交換器と、冷媒風呂熱交換器と熱交換関係を有する風呂熱交換器、浴槽からなる風呂回路を備え、低外気温度となる夜間時間帯は、冷媒風呂熱交換器で浴槽残湯を集熱し、凝縮器を介して湯をつくり、貯湯する。従って、日中は太陽熱集熱板で太陽熱と大気熱を集熱し、夜間は浴槽残湯熱を集熱して、貯湯熱量の増加と省エネ化を実現する。
【００１２】
また、請求項９に記載の発明は、前述の請求項１〜４いずれか１項に記載の構成に加え、圧縮機と凝縮器の配管途中に四方弁を設け、圧縮機、凝縮器、減圧手段、蒸発器からなる冷媒回路と、圧縮機、冷媒風呂熱交換器、減圧手段、蒸発器からなる冷媒風呂回路と、貯湯タンクの湯温を検出する残湯温度検出手段と、残湯温度検出手段の信号に基づき四方弁を切り替えて冷媒回路と冷媒風呂回路を選択する切り替え制御手段を備え、日中、貯湯タンクへの沸き上げ運転時において、貯湯タンクに所定湯量が確保されると、四方弁を切り替えて、圧縮機の高温高圧冷媒を冷媒風呂熱交換器に流して浴槽を沸き上げる。その際に、浴槽沸き上げ温度を中温湯にして、低圧縮比運転で効率の良い運転をする。従って、太陽熱を貯湯タンクの沸き上げと浴槽の沸き上げに効果的かつ高効率で利用できる。また、浴槽を貯湯タンクの一部として利用するため、貯湯タンクの小型化、省スペース化が実現できる。
【００１３】
【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。なお、従来例および各実施例において、同じ構成同じ動作をするものについては同一符号を付し、一部説明を省略する。
【００１４】
（実施例１）
図１は本発明の実施例１のヒートポンプ式ソーラ給湯システムの構成図である。図１において、実線矢印は太陽熱集熱回路内の媒体流れ方向を、点線矢印は冷媒回路の冷媒流れ方向を表わす。１は圧縮機、２は凝縮器、３は減圧手段、４は蒸発器、５は冷媒回路であり、圧縮機１、凝縮器２、減圧手段３、蒸発器４が順次接続されている。６は給湯熱交換器であり、凝縮器２と熱交換関係を有する。７は貯湯タンク、８は給湯ポンプ、９は給湯回路であり、給湯熱交換器６、貯湯タンク７、給湯ポンプ８を備える。１０は太陽熱放熱器であり、蒸発器４と熱交換関係を有する。１１は太陽熱集熱板であり、集熱フイン１２と集熱管１３を備える。１４は集熱ポンプ、１５は太陽熱集熱回路であり、太陽熱放熱器１０、太陽熱集熱板１１、集熱ポンプ１４を備える。
【００１５】
以上の構成において、その動作、作用について説明する。太陽熱を集熱した集熱フィン１２は集熱管１３を流れる水を加熱する。そして、加温された水は太陽熱放熱器１０へ流入し、ここで蒸発器４を流れる冷媒を加熱する。そして、加熱された冷媒は蒸発ガス化し、圧縮機１へ流入する。そして、高温高圧ガスとなった冷媒は凝縮器２へ流入し、給湯ポンプ８から送られてきた水を給湯熱交換器６で加熱する。そして、加熱された水は貯湯タンク７に貯湯される。一方、凝縮器２で放熱して凝縮液化した冷媒は減圧装置３で減圧さ
れて蒸発器４へ流入して、再度蒸発作用をおこなう。また、太陽熱放熱器１０で温度低下した太陽熱集熱回路１５の水は再度、太陽熱集熱板１１に流入して太陽熱を集熱する。よって、太陽熱を集熱し、ヒートポンプを利用して高温湯に沸き上げることができる。また、冷媒回路５を１つのユニットに収納して密閉回路を構成し、施工時の冷媒配管工事レス化をはかることによって、施工時の冷媒量の調整、冷媒漏れなどの工事ミスもなくなり、信頼性が向上する。
【００１６】
（実施例２）
図２は本発明の実施例２のヒートポンプ式ソーラ給湯システムの構成図である。図２において、１６は太陽熱集熱板であり、集熱フィン１７と集熱管１８を備え、太陽熱と大気熱を集熱するため、大気開放型の構成からなる。１９は集熱温度検出手段であり、集熱フィン１７の温度を検出して信号を発信する。２０は流体温度検出手段であり、太陽熱集熱回路１５の流体温度を検出して信号を発信する。２１は比較部であり、集熱温度検出手段１９の信号と流体温度検出手段２０の信号を比較して、圧縮機１あるいは集熱ポンプ１４へ信号を発信する。
【００１７】
以上の構成において、その動作、作用について説明する。太陽熱集熱板１６において、太陽熱集熱回路１５の流体温度と集熱フィン１７の温度を検出し、太陽熱集熱回路１５の流体温度が集熱フィン１７の温度よりも低温となるように比較部２１は圧縮機１あるいは集熱ポンプ１４を制御する。従って、太陽熱集熱板１６は太陽熱に加え、大気熱も集熱するため、日射が少ない場合でも集熱が可能であり、集熱量が増大するとともに太陽熱集熱板をガラス、断熱材などで覆う必要もないため、太陽熱集熱板の軽量化が実現でき、壁掛け設置など設置自由度が向上する。なお、集熱フィン１７の温度の代わりに外気温度を検出しても同じ効果が得られる。
【００１８】
（実施例３）
図３は本発明の実施例３のヒートポンプ式ソーラ給湯システムの構成図である。図３において、２２は太陽電池セルであり、太陽熱集熱板１１、１６と熱交換するように設けられている。２３は温度検出手段であり、太陽電池セル２２の温度を検出して、信号を発信する。２４は運転制御手段であり、温度検出手段２３の信号をうけて圧縮機１を運転制御する。
【００１９】
以上の構成において、その動作、作用について説明する。太陽電池セル２２が所定温度に上昇したことを温度検出手段２３で検出し、運転制御手段２４は圧縮機１を運転する。そして、圧縮機１によるヒートポンプサイクルで運転をおこない、蒸発器４で太陽熱放熱器１０を介して太陽熱集熱回路１５の媒体を冷却する。そして、冷却した太陽熱集熱回路１５の媒体は太陽熱集熱板１１へ流入し、太陽電池セル２２を冷却する。従って、太陽電池セルの効率と耐久性が向上する。
【００２０】
（実施例４）
図４は本発明の実施例４のヒートポンプ式ソーラ給湯システムの構成図である。図４において、２５はインバータ制御手段であり、太陽電池セル２２と接続され、圧縮機１の運転周波数制御をおこなう。２６は運転周波数制御手段であり、太陽電池セル２２の出力を検出して、出力が大きい場合にはインバータ制御手段２５に低周波数運転の信号を発信する。
【００２１】
以上の構成において、その動作、作用について説明する。太陽日射量が多いことを太陽電池セル２２の出力で検出して、圧縮機１を低周波数で運転する。そのため、蒸発器を流れる冷媒温度は高くなるが、太陽熱集熱回路内の循環媒体温度も高いため、充分集熱できる。よって、圧縮機１を低圧縮比で運転するため、貯湯運転時の消費電力が少なくなる。
従って、夏季など、太陽日射量が多い時は冷房に電力が必要となるが、太陽電池で得た電力の余剰電力を給湯以外の冷房などに利用できる。
【００２２】
（実施例５）
図５は本発明の実施例５のヒートポンプ式ソーラ給湯システムの構成図である。図５において、２７は流量制御型ポンプであり、太陽熱集熱回路１５に設けられている。２８は流体温度検出手段であり、太陽熱集熱板１１の流体入口温度を検出し、信号を発信する。２９は流量制御手段であり、集熱温度検出手段１９の信号と流体温度検出手段２８の信号をうけて、流体温度検出手段２８の信号が集熱温度検出手段１９の信号よりも低温かつ温度差が一定となるよう流量制御型ポンプ２７を制御する。
【００２３】
以上の構成において、その動作、作用について説明する。最初に太陽熱日射量が高い場合について説明する。この場合は、太陽熱集熱板１１から流出する流体温度は上昇して太陽熱集熱板１１との温度差が少なくなり、太陽熱集熱板１１の面積が有効に寄与しない。そのため、太陽熱集熱板１１から流出する流体温度を検出して流量制御型ポンプ２７の流量を増加して出口温度を下げ、太陽熱集熱板１１の面積を有効に利用して集熱量増加をはかる。次に太陽熱日射量が少なくなった場合について説明する。この場合には、太陽熱集熱板１１から流出する流体は温度を下げて太陽熱放熱器１０へ流入する。そのため、蒸発器４を流れる冷媒温度は低下して圧縮機１へ流入し、冷凍能力、加熱能力が減少する。そのため、太陽熱放熱器１０での放熱量減少にともない、出口流体温度低下は少なくなって太陽熱集熱板１１に流入するため、太陽熱集熱板１１の表面温度との温度差が小さくなる。そして、流量制御手段２９は流量制御型ポンプ２７の循環流量を上げて、太陽熱放熱器１０の出口温度および太陽熱集熱板１１の流体入口温度を下げる制御をおこない、集熱量が増加する。従って、太陽日射量の変化に対応して、太陽熱集熱板の循環水温が絶えず太陽熱集熱板温度よりも低温かつ所定温度差となるように流量制御をおこない、太陽熱に加え、常に大気熱も集熱する信頼性の高いシステムを実現する。
【００２４】
（実施例６）
図６は本発明の実施例６のヒートポンプ式ソーラ給湯システムの構成図である。図６において、３０は周波数制御手段であり、圧縮機１の運転周波数を制御する。３１は集熱板温度検出手段であり、太陽熱集熱板１１の表面温度を検出する。３２は流体温度検出手段であり、太陽熱集熱回路１５の流体温度を検出する。３３は運転制御手段であり、集熱板温度検出手段３１と流体温度検出手段３２の信号に基づき周波数制御手段３０に信号を発信する。
【００２５】
以上の構成において、その動作、作用について説明する。最初に太陽熱日射量あるいは外気温度が高い場合について説明する。この場合は、太陽熱集熱板１１から流出する流体温度は上昇して太陽熱放熱器１０へ流入する。そのため、蒸発器４を流れる冷媒温度は上昇し、冷凍能力および加熱能力が増加する。そして、太陽熱放熱器１０の出口流体温度は低下して太陽熱集熱板１１に流入するため、集熱量がさらに増加する。そのため、太陽熱集熱板１１の流体入口温度が下がり太陽熱集熱板１１の表面温度との温度差が大きくなったことを検知して圧縮機１の運転周波数を下げて運転をおこない、冷凍能力を下げて蒸発器４を流れる冷媒温度を高めて高効率運転する。次に太陽熱日射量あるいは外気温度が低い場合について説明する。この場合には、太陽熱集熱板１１から流出する流体は温度を下げて太陽熱放熱器１０へ流入する。そのため、蒸発器４を流れる冷媒温度は低下して圧縮機１へ流入する。そのため、冷凍能力、加熱能力が減少して太陽熱放熱器１０の出口流体温度は上昇して太陽熱集熱板１１に流入し、集熱量がさらに低下する。そのため、太陽熱集熱板１１の流体入口温度が上昇し太陽熱集熱板１１の表面温度との温度差が小さくなったことを検知して圧縮機１の運転周波数を上げて運転をおこない、冷凍能力、加熱能力を上げて高能力運転をおこなう。従って、日射量および外気温度に対応した給湯加熱量と高
効率運転を実現する。また、日射量および外気温度が高い場合に生じる冷媒回路の高圧の異常上昇を防止することもできるため、機器の信頼性が向上する。
【００２６】
（実施例７）
図７は本発明の実施例７のヒートポンプ式ソーラ給湯システムの構成図である。図７において、３４は集熱板温度検出手段であり、太陽熱集熱板１１の表面温度を検出する。３５は圧力検出手段であり、太陽熱集熱回路１５内の圧力を検出する。３６は運転制御手段であり、集熱板温度検出手段３４あるいは圧力検出手段の信号をうけて、圧縮機１を運転開始する。
【００２７】
以上の構成において、その動作、作用について説明する。太陽熱集熱板の異常温度上昇を検知して圧縮機を運転する。そして、蒸発器４を介して太陽熱放熱器１０を流れる媒体を冷却し、冷却された媒体は太陽熱集熱板１１を冷却する。従って、太陽熱集熱回路内の媒体が漏れて封入量が少なくなり、かつ日射量が多い場合に生じる空焚きを防止するため、太陽熱集熱板の耐久性が向上する。なお、集熱板温度検出手段３４の代わりに圧力検出手段３５を用いて、高温時に太陽熱集熱回路内の圧力を検出して、圧縮機１を運転開始しても同様の効果が得られる。
【００２８】
（実施例８）
図８は本発明の実施例８のヒートポンプ式ソーラ給湯システムの構成図である。図８において、３７は温度検出手段であり、太陽熱集熱回路１５の媒体温度を検出する。３８はバルブであり、太陽熱集熱回路の最下位に設けられている。３９は低温運転制御手段であり、温度検出手段３７の信号をうけて、バルブ３８を開放制御するとともに圧縮機１を停止する。
【００２９】
以上の構成において、その動作、作用について説明する。冬季の低外気温度時および太陽日射量がない場合において、運転中および運転停止時に太陽熱集熱回路１５内の媒体が凍結近傍温度に達したことを温度検出手段３７が検出して、低温運転制御手段３９はバルブ３８を開放して太陽熱集熱回路１５内の媒体を排出する。従って、太陽熱集熱板の凍結破壊を防止するため、機器の信頼性が向上する。
【００３０】
（実施例９）
図９は本発明の実施例９のヒートポンプ式ソーラ給湯システムの構成図である。図９において、実線矢印は浴槽残湯利用運転時の冷媒流れ方向を表わし、破線矢印は太陽熱および大気熱利用運転時の冷媒流れ方向を表わす。４０は冷媒風呂熱交換器であり、蒸発器４と並列に設けられている。４１は風呂熱交換器であり、冷媒風呂熱交換器４０と熱交換関係を有する。４２は浴槽、４３は風呂ポンプ、４４は風呂回路であり、風呂熱交換器４１と浴槽４２、風呂ポンプ４３からなる。４５は太陽熱用開閉弁、４６は風呂用開閉弁、４７は夜間運転設定手段であり、家族の入浴終了を検知して手動あるいは自動で圧縮機１を運転するとともに太陽熱用開閉弁４５を閉制御、風呂用開閉弁４６を開放制御する。
【００３１】
以上の構成において、その動作、作用について説明する。家族の入浴終了後に夜間運転設定手段４７の信号をうけて圧縮機１は運転し、冷媒を冷媒風呂熱交換器４０に流し、ここで風呂ポンプ４３から送られてきた浴槽４２の残湯を集熱する。そして、圧縮機１で高温高圧に圧縮した冷媒の凝縮熱で凝縮器２を介して給湯熱交換器６を流れる水を加熱して湯をつくり、貯湯タンク７に貯湯する。従って、日中は太陽熱集熱板で太陽熱と大気熱を集熱し、夜間は着霜もなく、中温湯の浴槽廃熱を利用するため高能力高効率集熱するため、貯湯熱量の増加と省エネ化が実現できる。
【００３２】
（実施例１０）
図１０は本発明の実施例８のヒートポンプ式ソーラ給湯システムの構成図である。図１０において、実線矢印は貯湯タンク沸き上げ運転時の冷媒流れ方向を表わし、破線矢印は浴槽加熱運転時の冷媒流れ方向を表わす。４８は四方弁であり、圧縮機１と凝縮器２の配管途中に設けられている。４９は貯湯運転冷媒回路であり、圧縮機１、四方弁４８、凝縮器２、減圧手段３、蒸発器４からなる。５０は浴槽加熱冷媒回路であり、圧縮機１、四方弁４８、冷媒風呂熱交換器４０、減圧手段３、蒸発器４からなる。５１は残湯温度検出手段であり、貯湯タンク７の湯温を検出する。５２は切り替え制御手段であり、残湯温度検出手段５１の信号を検出して、四方弁４８を切り替えて貯湯運転冷媒回路４９と浴槽加熱冷媒回路５０を選択する。
【００３３】
以上の構成において、その動作、作用について説明する。日中、貯湯タンク７への沸き上げ運転時において、貯湯タンク７に所定湯量が確保されたことを検出して、四方弁４８を切り替え、圧縮機１の高温高圧冷媒を冷媒風呂熱交換器４０に流して浴槽４２を沸き上げる。その際に、浴槽沸き上げ温度を中温湯にして、低圧縮比運転で効率の良い運転をする。従って、太陽熱を貯湯タンク７の沸き上げと浴槽４２の沸き上げに効果的かつ高効率で利用できる。また、浴槽４２を貯湯タンク７の一部として利用するため、貯湯タンクの小型化、省スペース化が実現できる。
【００３４】
【発明の効果】
以上の説明から明らかのように、本発明のヒートポンプ式ソーラ給湯システムによれば、太陽熱集熱板を介して太陽熱を集熱した媒体で太陽熱放熱器を介して蒸発器を流れる冷媒を蒸発ガス化させ、圧縮機で高温高圧ガスに圧縮して、凝縮器を介して凝縮熱で給湯熱交換器の水を加熱する。よって、太陽熱を集熱し、ヒートポンプを利用して高温湯に沸き上げることができる。また、冷媒回路を１つのユニットに収納して密閉回路を構成し、施工時の冷媒配管工事レス化をはかることによって、施工時の冷媒量の調整、冷媒漏れなど、工事のバラツキをなくして、機器の信頼性を向上させる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例１のヒートポンプ式ソーラ給湯システムの構成図
【図２】 本発明の実施例２のヒートポンプ式ソーラ給湯システムの構成図
【図３】 本発明の実施例３のヒートポンプ式ソーラ給湯システムの構成図
【図４】 本発明の実施例４のヒートポンプ式ソーラ給湯システムの構成図
【図５】 本発明の実施例５のヒートポンプ式ソーラ給湯システムの構成図
【図６】 本発明の実施例６のヒートポンプ式ソーラ給湯システムの構成図
【図７】 本発明の実施例７のヒートポンプ式ソーラ給湯システムの構成図
【図８】 本発明の実施例８のヒートポンプ式ソーラ給湯システムの構成図
【図９】 本発明の実施例９のヒートポンプ式ソーラ給湯システムの構成図
【図１０】 本発明の実施例１０のヒートポンプ式ソーラ給湯システムの構成図
【図１１】 従来の太陽熱利用ヒートポンプシステムの構成図
【図１２】 従来の大気熱利用のヒートポンプ給湯システムの構成図
【符号の説明】
１ 圧縮機
２ 凝縮器
３ 減圧手段
４ 蒸発器
５ 冷媒回路
６ 給湯熱交換器
７ 貯湯タンク
８ 給湯ポンプ
９ 給湯回路
１０ 太陽熱放熱器
１１、１６ 太陽熱集熱板
１２、１７ 集熱フィン
１３、１８ 集熱管
１４ 集熱ポンプ
１５ 太陽熱集熱回路
１９ 集熱温度検出手段
２０ 流体温度検出手段
２１ 比較部
２２ 太陽電池セル
２３ 温度検出手段
２４ 運転制御手段
２５ インバータ制御手段
２６ 運転周波数制御手段
２７ 流量制御型ポンプ
２８ 流体温度検出手段
２９ 流量制御手段
３０ 周波数制御手段
３１、３４ 集熱板温度検出手段
３２ 流体温度検出手段
３３、３６ 運転制御手段
３５ 圧力検出手段
３７ 温度検出手段
３８ バルブ
３９ 低温運転制御手段
４０ 冷媒風呂熱交換器
４１ 風呂熱交換器
４２ 浴槽
４３ 風呂ポンプ
４４ 風呂回路
４５ 太陽熱用開閉弁
４６ 風呂用開閉弁
４７ 夜間運転設定手段
４８ 四方弁
４９ 貯湯運転冷媒回路
５０ 浴槽加熱冷媒回路
５１ 残湯温度検出手段
５２ 切り替え手段
【発明の属する技術分野】
本発明は太陽熱利用のヒートポンプ式ソーラ給湯システム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給湯システムは第１の従来例として図１１に示す如きものが知られている。図１１において、太陽熱を集熱板１１が集熱して集熱管１３内の水を加熱し湯をつくる。そして、集熱板１１の周囲に太陽光を透過する透過体（ガラスなど）５５および外気への放熱防止のための断熱材５６が設けられている。また、第２の従来例として大気熱を利用したヒートポンプ給湯システムは特開平７ー２２５０６４号公報など図１２に示す如きものが知られている。図１２において、圧縮機１から吐出された高温高圧の冷媒ガスは凝縮器２に流入し、ここで給湯熱交換器６を介して、貯湯タンク７の水を加熱する。一方、凝縮器２で凝縮液化した冷媒は減圧手段３で減圧されて蒸発器４に流入し、ここで大気熱を吸熱して蒸発ガス化して圧縮機１に戻る。このサイクルを繰り返しながら貯湯タンク７に多量の湯を貯湯する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような第１の従来例の太陽熱利用給湯システムは日射量が少ない場合には高温湯が得られない。また、透過体および断熱材を設けているため重量も大きい。一方、大気熱を利用する従来例２のヒートポンプ給湯システムは高密度コンパクト蒸発器で大気熱を集熱するため太陽熱をほとんど集熱できない。
【０００４】
本発明は上記課題を解決するもので、太陽熱を利用して高温湯に沸き上げることを主目的とするものであり、かつ施工時の冷媒量調整、冷媒漏れなど、工事のバラツキをなくし、信頼性の高い機器を提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため本発明は、圧縮機、凝縮器、減圧手段及び蒸発器からなる冷媒回路と、前記凝縮器と熱交換関係を有する給湯熱交換器、貯湯タンクからなる給湯回路と、前記蒸発器と熱交換関係を有する太陽熱放熱器、太陽熱集熱板を接続した太陽熱集熱回路と、前記太陽熱集熱板に設けた太陽電池セルと、前記太陽電池セルの温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段の信号が所定温度以上に上昇したことをうけて圧縮機の運転を開始する運転制御手段を備え、太陽電池セルを冷却しながら太陽熱を集熱し、ヒートポンプを利用して更に高温に沸き上げて貯湯タンクに貯湯するヒートポンプ式ソーラ給湯システムであり、以上の構成により、太陽熱集熱板を介して太陽熱を集熱した媒体で太陽熱放熱器を介して蒸発器を流れる冷媒を蒸発ガス化させ、圧縮機で高温高圧ガスに圧縮して、凝縮器を介して凝縮熱で給湯熱交換器の水を加熱する。よって、太陽熱を集熱し、ヒートポンプを利用して高温湯に沸き上げることができる。また、冷媒回路を１つのユニットに収納して密閉回路を構成し、施工時の冷媒配管工事レス化をはかることによって、施工時の冷媒量の調整、冷媒漏れなど、工事のバラツキをなくして、機器の信頼性を向上させる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、圧縮機、凝縮器、減圧手段及び蒸発器からなる冷媒回路と、前記凝縮器と熱交換関係を有する給湯熱交換器、貯湯タンクからなる給湯回路と、前記蒸発器と熱交換関係を有する太陽熱放熱器、太陽熱集熱板を接続した太陽熱集熱回路と、前記太陽熱集熱板に設けた太陽電池セルと、前記太陽電池セルの温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段の信号が所定温度以上に上昇したことをうけて圧縮機の運転を開始する運転制御手段を備え、太陽電池セルを冷却しながら太陽熱を集熱し、ヒートポンプを利用して更に高温に沸き上げて貯湯タンクに貯湯するヒートポンプ式ソーラ給湯システムであり、以上の構成により、太陽熱集熱板を介して太陽熱を集熱した媒体で太陽熱放熱器を介して蒸発器を流れる冷媒を蒸発ガス化させ、圧縮機で高温高圧ガスに圧縮して、凝縮器を介して凝縮熱で給湯熱交換器の水を加熱する。そして、太陽熱放熱器で温度低下した太陽熱集熱回路の媒体を太陽熱集熱板に流入させ、再度太陽熱を集熱する。よって、太陽熱を集熱し、ヒートポンプを利用して高温湯に沸き上げることができる。また、冷媒回路を１つのユニットに収納して密閉回路を構成し、施工時の冷媒配管工事レス化をはかることによって、施工時の冷媒量の調整、冷媒漏れなどの工事ミスもなくなり、信頼性が向上する。また、太陽電池セルが所定温度に上昇した場合に、圧縮機を運転して、集熱回路の媒体を介して太陽電池セルを冷却し、太陽電池セルの効率と耐久性を向上させる。
また、請求項２に記載の発明は、前述の構成に加え、太陽熱集熱板を太陽熱と大気熱を集熱する構成としたことにより、太陽熱集熱板を流れる水温を太陽熱集熱板温度よりも低温で流し、太陽熱に加え、大気熱も集熱できるようにして、集熱量の増大をはかるとともに透過体（ガラスなど）および断熱材をなくして太陽熱集熱板の軽量化を実現するとともに設置自由度が向上する。
【０００７】
また、請求項３に記載の発明は、前述の請求項１または２記載の構成に加え、太陽電池セルと接続し、圧縮機を運転するインバータ制御手段と、太陽電池セルの出力を検出して、出力が大きい場合にはインバータ制御手段に低周波数運転の信号を発信する運転周波数制御手段を備え、太陽日射量が多いことを太陽電池セルの出力で検出して、圧縮機を低周波数で運転して、蒸発器を流れる冷媒温度を高めて圧縮機の消費電力を削減する。従って、夏季など、太陽日射量が多い時は冷房に電力が必要となるため、太陽電池で得た電力の余剰電力を冷房に利用できる。
また、請求項４に記載の発明は、前述の請求項１または２記載の構成に加え、太陽熱集熱回路に流量制御型ポンプを備え、太陽日射量の変化に対応して、太陽熱集熱板の循環水温が絶えず太陽熱集熱板温度よりも低温となるように流量制御をおこない、太陽熱に加え、常に大気熱も集熱する信頼性の高いシステムを実現する。
【０００８】
また、請求項５に記載の発明は、前述の請求項１または２記載の構成に加え、圧縮機の周波数を制御する周波数制御手段と、太陽熱集熱板の表面温度を検出する集熱板温度検出手段と、太陽熱集熱回路の流体温度を検出する流体温度検出手段と、集熱板温度検出手段と流体温度検出手段の信号に基づき周波数制御手段に信号を発信する運転制御手段を備え、集熱板温度と流体温度を所定温度差にコントロールするように圧縮機の運転周波数を制御して、日射量および外気温度に対応して給湯加熱量と高効率運転を実現する。
【０００９】
また、請求項６に記載の発明は、前述の請求項１または２記載の構成に加え、太陽熱集熱板の表面温度を検出する集熱板温度検出手段あるいは太陽熱集熱回路内の媒体圧力を検出する圧力検出手段と、集熱板温度検出手段あるいは圧力検出手段の信号をうけて、圧縮機を運転開始する運転制御手段を備え、太陽熱集熱板の異常温度上昇、あるいは集熱回路
内の圧力上昇を検知して圧縮機を運転し、太陽熱集熱回路内の媒体および太陽熱集熱板を冷却する。従って、太陽熱集熱回路内の媒体が漏れて封入量が少なく、かつ日射量が多い場合、空焚きを防止できる。よって、太陽熱集熱板の耐久性が向上する。
【００１０】
また、請求項７に記載の発明は、前述の請求項１または２記載の構成に加え、集熱回路の媒体温度を検出する温度検出手段と、集熱回路に設けたバルブと、温度検出手段の信号をうけてバルブを開放制御する低温運転制御手段を備え、冬季の低外気温度時において、集熱回路内の媒体が凍結近傍温度に達した時、バルブを開放して集熱回路内の媒体を排出するようにして、太陽熱集熱板の凍結破壊を防止する。
【００１１】
また、請求項８に記載の発明は、前述の請求項１または２または３記載の構成に加え、蒸発器と並列に設けた冷媒風呂熱交換器と、冷媒風呂熱交換器と熱交換関係を有する風呂熱交換器、浴槽からなる風呂回路を備え、低外気温度となる夜間時間帯は、冷媒風呂熱交換器で浴槽残湯を集熱し、凝縮器を介して湯をつくり、貯湯する。従って、日中は太陽熱集熱板で太陽熱と大気熱を集熱し、夜間は浴槽残湯熱を集熱して、貯湯熱量の増加と省エネ化を実現する。
【００１２】
また、請求項９に記載の発明は、前述の請求項１〜４いずれか１項に記載の構成に加え、圧縮機と凝縮器の配管途中に四方弁を設け、圧縮機、凝縮器、減圧手段、蒸発器からなる冷媒回路と、圧縮機、冷媒風呂熱交換器、減圧手段、蒸発器からなる冷媒風呂回路と、貯湯タンクの湯温を検出する残湯温度検出手段と、残湯温度検出手段の信号に基づき四方弁を切り替えて冷媒回路と冷媒風呂回路を選択する切り替え制御手段を備え、日中、貯湯タンクへの沸き上げ運転時において、貯湯タンクに所定湯量が確保されると、四方弁を切り替えて、圧縮機の高温高圧冷媒を冷媒風呂熱交換器に流して浴槽を沸き上げる。その際に、浴槽沸き上げ温度を中温湯にして、低圧縮比運転で効率の良い運転をする。従って、太陽熱を貯湯タンクの沸き上げと浴槽の沸き上げに効果的かつ高効率で利用できる。また、浴槽を貯湯タンクの一部として利用するため、貯湯タンクの小型化、省スペース化が実現できる。
【００１３】
【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。なお、従来例および各実施例において、同じ構成同じ動作をするものについては同一符号を付し、一部説明を省略する。
【００１４】
（実施例１）
図１は本発明の実施例１のヒートポンプ式ソーラ給湯システムの構成図である。図１において、実線矢印は太陽熱集熱回路内の媒体流れ方向を、点線矢印は冷媒回路の冷媒流れ方向を表わす。１は圧縮機、２は凝縮器、３は減圧手段、４は蒸発器、５は冷媒回路であり、圧縮機１、凝縮器２、減圧手段３、蒸発器４が順次接続されている。６は給湯熱交換器であり、凝縮器２と熱交換関係を有する。７は貯湯タンク、８は給湯ポンプ、９は給湯回路であり、給湯熱交換器６、貯湯タンク７、給湯ポンプ８を備える。１０は太陽熱放熱器であり、蒸発器４と熱交換関係を有する。１１は太陽熱集熱板であり、集熱フイン１２と集熱管１３を備える。１４は集熱ポンプ、１５は太陽熱集熱回路であり、太陽熱放熱器１０、太陽熱集熱板１１、集熱ポンプ１４を備える。
【００１５】
以上の構成において、その動作、作用について説明する。太陽熱を集熱した集熱フィン１２は集熱管１３を流れる水を加熱する。そして、加温された水は太陽熱放熱器１０へ流入し、ここで蒸発器４を流れる冷媒を加熱する。そして、加熱された冷媒は蒸発ガス化し、圧縮機１へ流入する。そして、高温高圧ガスとなった冷媒は凝縮器２へ流入し、給湯ポンプ８から送られてきた水を給湯熱交換器６で加熱する。そして、加熱された水は貯湯タンク７に貯湯される。一方、凝縮器２で放熱して凝縮液化した冷媒は減圧装置３で減圧さ
れて蒸発器４へ流入して、再度蒸発作用をおこなう。また、太陽熱放熱器１０で温度低下した太陽熱集熱回路１５の水は再度、太陽熱集熱板１１に流入して太陽熱を集熱する。よって、太陽熱を集熱し、ヒートポンプを利用して高温湯に沸き上げることができる。また、冷媒回路５を１つのユニットに収納して密閉回路を構成し、施工時の冷媒配管工事レス化をはかることによって、施工時の冷媒量の調整、冷媒漏れなどの工事ミスもなくなり、信頼性が向上する。
【００１６】
（実施例２）
図２は本発明の実施例２のヒートポンプ式ソーラ給湯システムの構成図である。図２において、１６は太陽熱集熱板であり、集熱フィン１７と集熱管１８を備え、太陽熱と大気熱を集熱するため、大気開放型の構成からなる。１９は集熱温度検出手段であり、集熱フィン１７の温度を検出して信号を発信する。２０は流体温度検出手段であり、太陽熱集熱回路１５の流体温度を検出して信号を発信する。２１は比較部であり、集熱温度検出手段１９の信号と流体温度検出手段２０の信号を比較して、圧縮機１あるいは集熱ポンプ１４へ信号を発信する。
【００１７】
以上の構成において、その動作、作用について説明する。太陽熱集熱板１６において、太陽熱集熱回路１５の流体温度と集熱フィン１７の温度を検出し、太陽熱集熱回路１５の流体温度が集熱フィン１７の温度よりも低温となるように比較部２１は圧縮機１あるいは集熱ポンプ１４を制御する。従って、太陽熱集熱板１６は太陽熱に加え、大気熱も集熱するため、日射が少ない場合でも集熱が可能であり、集熱量が増大するとともに太陽熱集熱板をガラス、断熱材などで覆う必要もないため、太陽熱集熱板の軽量化が実現でき、壁掛け設置など設置自由度が向上する。なお、集熱フィン１７の温度の代わりに外気温度を検出しても同じ効果が得られる。
【００１８】
（実施例３）
図３は本発明の実施例３のヒートポンプ式ソーラ給湯システムの構成図である。図３において、２２は太陽電池セルであり、太陽熱集熱板１１、１６と熱交換するように設けられている。２３は温度検出手段であり、太陽電池セル２２の温度を検出して、信号を発信する。２４は運転制御手段であり、温度検出手段２３の信号をうけて圧縮機１を運転制御する。
【００１９】
以上の構成において、その動作、作用について説明する。太陽電池セル２２が所定温度に上昇したことを温度検出手段２３で検出し、運転制御手段２４は圧縮機１を運転する。そして、圧縮機１によるヒートポンプサイクルで運転をおこない、蒸発器４で太陽熱放熱器１０を介して太陽熱集熱回路１５の媒体を冷却する。そして、冷却した太陽熱集熱回路１５の媒体は太陽熱集熱板１１へ流入し、太陽電池セル２２を冷却する。従って、太陽電池セルの効率と耐久性が向上する。
【００２０】
（実施例４）
図４は本発明の実施例４のヒートポンプ式ソーラ給湯システムの構成図である。図４において、２５はインバータ制御手段であり、太陽電池セル２２と接続され、圧縮機１の運転周波数制御をおこなう。２６は運転周波数制御手段であり、太陽電池セル２２の出力を検出して、出力が大きい場合にはインバータ制御手段２５に低周波数運転の信号を発信する。
【００２１】
以上の構成において、その動作、作用について説明する。太陽日射量が多いことを太陽電池セル２２の出力で検出して、圧縮機１を低周波数で運転する。そのため、蒸発器を流れる冷媒温度は高くなるが、太陽熱集熱回路内の循環媒体温度も高いため、充分集熱できる。よって、圧縮機１を低圧縮比で運転するため、貯湯運転時の消費電力が少なくなる。
従って、夏季など、太陽日射量が多い時は冷房に電力が必要となるが、太陽電池で得た電力の余剰電力を給湯以外の冷房などに利用できる。
【００２２】
（実施例５）
図５は本発明の実施例５のヒートポンプ式ソーラ給湯システムの構成図である。図５において、２７は流量制御型ポンプであり、太陽熱集熱回路１５に設けられている。２８は流体温度検出手段であり、太陽熱集熱板１１の流体入口温度を検出し、信号を発信する。２９は流量制御手段であり、集熱温度検出手段１９の信号と流体温度検出手段２８の信号をうけて、流体温度検出手段２８の信号が集熱温度検出手段１９の信号よりも低温かつ温度差が一定となるよう流量制御型ポンプ２７を制御する。
【００２３】
以上の構成において、その動作、作用について説明する。最初に太陽熱日射量が高い場合について説明する。この場合は、太陽熱集熱板１１から流出する流体温度は上昇して太陽熱集熱板１１との温度差が少なくなり、太陽熱集熱板１１の面積が有効に寄与しない。そのため、太陽熱集熱板１１から流出する流体温度を検出して流量制御型ポンプ２７の流量を増加して出口温度を下げ、太陽熱集熱板１１の面積を有効に利用して集熱量増加をはかる。次に太陽熱日射量が少なくなった場合について説明する。この場合には、太陽熱集熱板１１から流出する流体は温度を下げて太陽熱放熱器１０へ流入する。そのため、蒸発器４を流れる冷媒温度は低下して圧縮機１へ流入し、冷凍能力、加熱能力が減少する。そのため、太陽熱放熱器１０での放熱量減少にともない、出口流体温度低下は少なくなって太陽熱集熱板１１に流入するため、太陽熱集熱板１１の表面温度との温度差が小さくなる。そして、流量制御手段２９は流量制御型ポンプ２７の循環流量を上げて、太陽熱放熱器１０の出口温度および太陽熱集熱板１１の流体入口温度を下げる制御をおこない、集熱量が増加する。従って、太陽日射量の変化に対応して、太陽熱集熱板の循環水温が絶えず太陽熱集熱板温度よりも低温かつ所定温度差となるように流量制御をおこない、太陽熱に加え、常に大気熱も集熱する信頼性の高いシステムを実現する。
【００２４】
（実施例６）
図６は本発明の実施例６のヒートポンプ式ソーラ給湯システムの構成図である。図６において、３０は周波数制御手段であり、圧縮機１の運転周波数を制御する。３１は集熱板温度検出手段であり、太陽熱集熱板１１の表面温度を検出する。３２は流体温度検出手段であり、太陽熱集熱回路１５の流体温度を検出する。３３は運転制御手段であり、集熱板温度検出手段３１と流体温度検出手段３２の信号に基づき周波数制御手段３０に信号を発信する。
【００２５】
以上の構成において、その動作、作用について説明する。最初に太陽熱日射量あるいは外気温度が高い場合について説明する。この場合は、太陽熱集熱板１１から流出する流体温度は上昇して太陽熱放熱器１０へ流入する。そのため、蒸発器４を流れる冷媒温度は上昇し、冷凍能力および加熱能力が増加する。そして、太陽熱放熱器１０の出口流体温度は低下して太陽熱集熱板１１に流入するため、集熱量がさらに増加する。そのため、太陽熱集熱板１１の流体入口温度が下がり太陽熱集熱板１１の表面温度との温度差が大きくなったことを検知して圧縮機１の運転周波数を下げて運転をおこない、冷凍能力を下げて蒸発器４を流れる冷媒温度を高めて高効率運転する。次に太陽熱日射量あるいは外気温度が低い場合について説明する。この場合には、太陽熱集熱板１１から流出する流体は温度を下げて太陽熱放熱器１０へ流入する。そのため、蒸発器４を流れる冷媒温度は低下して圧縮機１へ流入する。そのため、冷凍能力、加熱能力が減少して太陽熱放熱器１０の出口流体温度は上昇して太陽熱集熱板１１に流入し、集熱量がさらに低下する。そのため、太陽熱集熱板１１の流体入口温度が上昇し太陽熱集熱板１１の表面温度との温度差が小さくなったことを検知して圧縮機１の運転周波数を上げて運転をおこない、冷凍能力、加熱能力を上げて高能力運転をおこなう。従って、日射量および外気温度に対応した給湯加熱量と高
効率運転を実現する。また、日射量および外気温度が高い場合に生じる冷媒回路の高圧の異常上昇を防止することもできるため、機器の信頼性が向上する。
【００２６】
（実施例７）
図７は本発明の実施例７のヒートポンプ式ソーラ給湯システムの構成図である。図７において、３４は集熱板温度検出手段であり、太陽熱集熱板１１の表面温度を検出する。３５は圧力検出手段であり、太陽熱集熱回路１５内の圧力を検出する。３６は運転制御手段であり、集熱板温度検出手段３４あるいは圧力検出手段の信号をうけて、圧縮機１を運転開始する。
【００２７】
以上の構成において、その動作、作用について説明する。太陽熱集熱板の異常温度上昇を検知して圧縮機を運転する。そして、蒸発器４を介して太陽熱放熱器１０を流れる媒体を冷却し、冷却された媒体は太陽熱集熱板１１を冷却する。従って、太陽熱集熱回路内の媒体が漏れて封入量が少なくなり、かつ日射量が多い場合に生じる空焚きを防止するため、太陽熱集熱板の耐久性が向上する。なお、集熱板温度検出手段３４の代わりに圧力検出手段３５を用いて、高温時に太陽熱集熱回路内の圧力を検出して、圧縮機１を運転開始しても同様の効果が得られる。
【００２８】
（実施例８）
図８は本発明の実施例８のヒートポンプ式ソーラ給湯システムの構成図である。図８において、３７は温度検出手段であり、太陽熱集熱回路１５の媒体温度を検出する。３８はバルブであり、太陽熱集熱回路の最下位に設けられている。３９は低温運転制御手段であり、温度検出手段３７の信号をうけて、バルブ３８を開放制御するとともに圧縮機１を停止する。
【００２９】
以上の構成において、その動作、作用について説明する。冬季の低外気温度時および太陽日射量がない場合において、運転中および運転停止時に太陽熱集熱回路１５内の媒体が凍結近傍温度に達したことを温度検出手段３７が検出して、低温運転制御手段３９はバルブ３８を開放して太陽熱集熱回路１５内の媒体を排出する。従って、太陽熱集熱板の凍結破壊を防止するため、機器の信頼性が向上する。
【００３０】
（実施例９）
図９は本発明の実施例９のヒートポンプ式ソーラ給湯システムの構成図である。図９において、実線矢印は浴槽残湯利用運転時の冷媒流れ方向を表わし、破線矢印は太陽熱および大気熱利用運転時の冷媒流れ方向を表わす。４０は冷媒風呂熱交換器であり、蒸発器４と並列に設けられている。４１は風呂熱交換器であり、冷媒風呂熱交換器４０と熱交換関係を有する。４２は浴槽、４３は風呂ポンプ、４４は風呂回路であり、風呂熱交換器４１と浴槽４２、風呂ポンプ４３からなる。４５は太陽熱用開閉弁、４６は風呂用開閉弁、４７は夜間運転設定手段であり、家族の入浴終了を検知して手動あるいは自動で圧縮機１を運転するとともに太陽熱用開閉弁４５を閉制御、風呂用開閉弁４６を開放制御する。
【００３１】
以上の構成において、その動作、作用について説明する。家族の入浴終了後に夜間運転設定手段４７の信号をうけて圧縮機１は運転し、冷媒を冷媒風呂熱交換器４０に流し、ここで風呂ポンプ４３から送られてきた浴槽４２の残湯を集熱する。そして、圧縮機１で高温高圧に圧縮した冷媒の凝縮熱で凝縮器２を介して給湯熱交換器６を流れる水を加熱して湯をつくり、貯湯タンク７に貯湯する。従って、日中は太陽熱集熱板で太陽熱と大気熱を集熱し、夜間は着霜もなく、中温湯の浴槽廃熱を利用するため高能力高効率集熱するため、貯湯熱量の増加と省エネ化が実現できる。
【００３２】
（実施例１０）
図１０は本発明の実施例８のヒートポンプ式ソーラ給湯システムの構成図である。図１０において、実線矢印は貯湯タンク沸き上げ運転時の冷媒流れ方向を表わし、破線矢印は浴槽加熱運転時の冷媒流れ方向を表わす。４８は四方弁であり、圧縮機１と凝縮器２の配管途中に設けられている。４９は貯湯運転冷媒回路であり、圧縮機１、四方弁４８、凝縮器２、減圧手段３、蒸発器４からなる。５０は浴槽加熱冷媒回路であり、圧縮機１、四方弁４８、冷媒風呂熱交換器４０、減圧手段３、蒸発器４からなる。５１は残湯温度検出手段であり、貯湯タンク７の湯温を検出する。５２は切り替え制御手段であり、残湯温度検出手段５１の信号を検出して、四方弁４８を切り替えて貯湯運転冷媒回路４９と浴槽加熱冷媒回路５０を選択する。
【００３３】
以上の構成において、その動作、作用について説明する。日中、貯湯タンク７への沸き上げ運転時において、貯湯タンク７に所定湯量が確保されたことを検出して、四方弁４８を切り替え、圧縮機１の高温高圧冷媒を冷媒風呂熱交換器４０に流して浴槽４２を沸き上げる。その際に、浴槽沸き上げ温度を中温湯にして、低圧縮比運転で効率の良い運転をする。従って、太陽熱を貯湯タンク７の沸き上げと浴槽４２の沸き上げに効果的かつ高効率で利用できる。また、浴槽４２を貯湯タンク７の一部として利用するため、貯湯タンクの小型化、省スペース化が実現できる。
【００３４】
【発明の効果】
以上の説明から明らかのように、本発明のヒートポンプ式ソーラ給湯システムによれば、太陽熱集熱板を介して太陽熱を集熱した媒体で太陽熱放熱器を介して蒸発器を流れる冷媒を蒸発ガス化させ、圧縮機で高温高圧ガスに圧縮して、凝縮器を介して凝縮熱で給湯熱交換器の水を加熱する。よって、太陽熱を集熱し、ヒートポンプを利用して高温湯に沸き上げることができる。また、冷媒回路を１つのユニットに収納して密閉回路を構成し、施工時の冷媒配管工事レス化をはかることによって、施工時の冷媒量の調整、冷媒漏れなど、工事のバラツキをなくして、機器の信頼性を向上させる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例１のヒートポンプ式ソーラ給湯システムの構成図
【図２】 本発明の実施例２のヒートポンプ式ソーラ給湯システムの構成図
【図３】 本発明の実施例３のヒートポンプ式ソーラ給湯システムの構成図
【図４】 本発明の実施例４のヒートポンプ式ソーラ給湯システムの構成図
【図５】 本発明の実施例５のヒートポンプ式ソーラ給湯システムの構成図
【図６】 本発明の実施例６のヒートポンプ式ソーラ給湯システムの構成図
【図７】 本発明の実施例７のヒートポンプ式ソーラ給湯システムの構成図
【図８】 本発明の実施例８のヒートポンプ式ソーラ給湯システムの構成図
【図９】 本発明の実施例９のヒートポンプ式ソーラ給湯システムの構成図
【図１０】 本発明の実施例１０のヒートポンプ式ソーラ給湯システムの構成図
【図１１】 従来の太陽熱利用ヒートポンプシステムの構成図
【図１２】 従来の大気熱利用のヒートポンプ給湯システムの構成図
【符号の説明】
１ 圧縮機
２ 凝縮器
３ 減圧手段
４ 蒸発器
５ 冷媒回路
６ 給湯熱交換器
７ 貯湯タンク
８ 給湯ポンプ
９ 給湯回路
１０ 太陽熱放熱器
１１、１６ 太陽熱集熱板
１２、１７ 集熱フィン
１３、１８ 集熱管
１４ 集熱ポンプ
１５ 太陽熱集熱回路
１９ 集熱温度検出手段
２０ 流体温度検出手段
２１ 比較部
２２ 太陽電池セル
２３ 温度検出手段
２４ 運転制御手段
２５ インバータ制御手段
２６ 運転周波数制御手段
２７ 流量制御型ポンプ
２８ 流体温度検出手段
２９ 流量制御手段
３０ 周波数制御手段
３１、３４ 集熱板温度検出手段
３２ 流体温度検出手段
３３、３６ 運転制御手段
３５ 圧力検出手段
３７ 温度検出手段
３８ バルブ
３９ 低温運転制御手段
４０ 冷媒風呂熱交換器
４１ 風呂熱交換器
４２ 浴槽
４３ 風呂ポンプ
４４ 風呂回路
４５ 太陽熱用開閉弁
４６ 風呂用開閉弁
４７ 夜間運転設定手段
４８ 四方弁
４９ 貯湯運転冷媒回路
５０ 浴槽加熱冷媒回路
５１ 残湯温度検出手段
５２ 切り替え手段
Claims (9)
- 圧縮機、凝縮器、減圧手段及び蒸発器からなる冷媒回路と、前記凝縮器と熱交換関係を有する給湯熱交換器、貯湯タンクからなる給湯回路と、前記蒸発器と熱交換関係を有する太陽熱放熱器、太陽熱集熱板を接続した太陽熱集熱回路と、前記太陽熱集熱板に設けた太陽電池セルと、前記太陽電池セルの温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段の信号が所定温度以上に上昇したことをうけて圧縮機の運転を開始する運転制御手段を備え、太陽電池セルを冷却しながら太陽熱を集熱し、ヒートポンプを利用して更に高温に沸き上げて貯湯タンクに貯湯するヒートポンプ式ソーラ給湯システム。
- 太陽熱集熱板は太陽熱と大気熱を集熱する構成とした請求項１記載のヒートポンプ式ソーラ給湯システム。
- 太陽電池セルと接続し、圧縮機を運転するインバータ制御手段と、前記太陽電池セルの出力を検出し、出力が大きい場合には前記インバータ制御手段に低周波数運転の信号を発信する運転周波数制御手段を有して、太陽電池セルを冷却しながらヒートポンプを利用して湯をつくると同時に太陽電池でつくる余剰電力を増大させる請求項１または２記載のヒートポンプ式ソーラ給湯システム。
- 太陽熱集熱回路に流量制御型ポンプを有する請求項１または２記載のヒートポンプ式ソーラ給湯システム。
- 圧縮機の周波数を制御する周波数制御手段と、太陽熱集熱板の表面温度を検出する集熱板温度検出手段と、太陽熱集熱回路の流体温度を検出する流体温度検出手段と、前記集熱熱板温度検出手段と前記流体温度検出手段の信号に基づき前記周波数制御手段に信号を発信する運転制御手段を有する請求項１または２記載のヒートポンプ式ソーラ給湯システム。
- 太陽熱集熱板の表面温度を検出する集熱板温度検出手段あるいは太陽熱集熱回路内の媒体圧力を検出する圧力検出手段と、前記集熱板温度検出手段あるいは前記圧力検出手段の信号をうけて、前記圧縮機を運転開始する運転制御手段を有する請求項１または２記載のヒートポンプ式ソーラ給湯システム。
- 太陽熱集熱回路の媒体温度を検出する温度検出手段と、前記太陽熱集熱回路に設けたバルブと、前記温度検出手段の信号をうけ、前記バルブを開放制御する低温運転制御手段を有する請求項１または２記載のヒートポンプ式ソーラ給湯システム。
- 蒸発器と並列に設けた冷媒風呂熱交換器と、前記冷媒風呂熱交換器と熱交換関係を有する風呂熱交換器、浴槽からなる風呂回路を有する請求項１〜３のいずれか１項記載のヒートポンプ式ソーラ給湯システム。
- 圧縮機と凝縮器の配管途中に四方弁を設け、前記圧縮機、前記凝縮器、減圧手段及び蒸発器からなる冷媒回路と、前記圧縮機、冷媒風呂熱交換器、前記減圧手段、前記蒸発器からなる冷媒風呂回路と、貯湯タンクの湯温を検出する残湯温度検出手段と、前記残湯温度検出手段の信号に基づき前記四方弁を切り替えて前記冷媒回路と前記冷媒風呂回路を選択する切り替え制御手段を有する請求項１〜４のいずれか１項記載のヒートポンプ式ソーラ給湯システム。
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