JP4639521B2

JP4639521B2 - 太陽熱利用装置

Info

Publication number: JP4639521B2
Application number: JP2001144374A
Authority: JP
Inventors: 敏今林; 竹司渡辺; 龍太近藤; 吉継西山
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2001-05-15
Filing date: 2001-05-15
Publication date: 2011-02-23
Anticipated expiration: 2021-05-15
Also published as: JP2002340433A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、晴天時は太陽熱を、天気の悪いときは外気熱を熱源にして運転されるヒートポンプによる給湯、あるいは暖房を行う装置に関する。
【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５９−１０７１５０号公報、あるいは、実開昭６１−７７６８号公報に記載されているような太陽熱利用装置があった。図１０、図１１は、前記公報に記載された従来の太陽熱利用した太陽熱温水器を示すものである。
【０００３】
図１０において、１は貯水タンク、２はヒートポンプ回路、３は圧縮機、４は貯水タンク１の下部に配置された凝縮器、５は絞り、６は蒸発器で集熱フィン７を有する、８集熱熱交換器部で、この集熱熱交換器部８は、閉構造となる集熱室９を有し、その太陽側をガラス板１０で封止し、集熱室９内には蒸発器６と送風機１１を配置し、ダンパー１２、１３で外気と開閉できる構成としている。また、図１１において、集熱熱交換器部８は、外箱１４の太陽光受光面にガラス板１０、外箱１４内を表側と裏側に仕切るように配置した集熱板１５、集熱板１５の表面側の手前に開口した空気導入口１６、空気導入口１６に対し反対側の空気のリターン口１７、空気導入口１６近傍の外箱１４の裏面に開口した排気口１８、排気口１８の内側に送風機１２とヒートポンプ装置の蒸発器６を配した構成としている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記図１０に示す従来の構成では、ヒートポンプの蒸発器６の全面で太陽熱を受ける構成であり、必要な集熱面積全体に蒸発器６を広げて配置する必要があるために、蒸発器６が大きくなり、冷媒封入量が増大するばかりでなく、空気熱源のみの場合の必要風量が通常のヒートポンプの場合に比べ数倍になり、送風機の駆動動力が増大するといった課題を有していた。
【０００５】
また、前記図１１に示す従来の構成では、集熱板１５で太陽熱により空気を加熱して、その加熱昇温した空気をヒートポンプの蒸発器６に送る構成のため、蒸発器６は通常のヒートポンプの場合と同等の大きさで良いといった利点はあるが、日射量が多くなると必要以上に加熱能力が増大するといった課題を有していた。
【０００６】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、太陽熱を受け取る蒸発器を小さくし、太陽の日射量に関係なく必要な加熱能力を確保してかつ、効率の良い加熱運転のできる太陽熱利用装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【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、空気を前記太陽熱集熱パネルに通風させるための送風手段と、能力可変圧縮機を有したヒートポンプ回路と、前記太陽熱集熱パネルを通過した空気と熱交換する前記ヒートポンプ回路の蒸発器と、圧縮機能力可変制御手段とを備え、空気が、前記送風手段、前記太陽熱集熱パネル、前記蒸発器の順に通過するように、前記送風手段と前記太陽熱集熱パネルと前記蒸発器とを設置し、前記圧縮機能力制御手段は、前記太陽熱集熱パネルの温度を検知する集熱パネル温度センサーと、前記蒸発器の冷媒入口温度を検知する蒸発器入口温度センサーとを有し、前記蒸発器入口冷媒温度センサーの検知温度Ｔ５が、前記集熱パネル温度センサーの検知温度Ｔ６を基に予め設定された所定の温度Ｔ７となるように、前記熱圧縮機回転数を制御するとともに、前記ヒートポンプ回路が前記蒸発器による集熱運転をしていないときでも、前記集熱パネル温度センサーの検知温度が所定温度に達したときには、前記送風手段を作動させる太陽熱利用装置としたものである。
【０００８】
これによって、ヒートポンプの蒸発器で直接日射を受ける必要がないために、通常のヒートポンプと同等の大きさに小さくできる。また、圧縮機能力可変制御手段を設けることにより、日射量、外気温度に対応して必要な加熱能力調節をおこなうことで、必要な加熱能力を確保でき、また、日射量が多く蒸発器への供給温度が高くなるときには、例えば、圧縮機の回転数を小さくすることで、蒸発温度が高くなり、ヒートポンプの加熱能力を確保してかつ、効率の良い加熱運転ができる。
【０００９】
また、集熱パネルの温度と集熱パネル出口空気温度、即ち、蒸発器の入口空気温度とは相関があり、蒸発器の入口空気温度と蒸発器入口冷媒温度との温度差で蒸発器の熱交換量、即ち、ヒートポンプの加熱能力が決まる特性を利用し、前記予め設定された所定の温度Ｔ７を必要な加熱量を得るための値に設定しておくことで、外気温度、日射量に関係なく、必要な加熱能力が得られる。また、日射量が多くなり、集熱パネルの温度が高温となり、蒸発器入口空気温度が高温度となると、前記所定の温度Ｔ７とするために、圧縮機の回転数を落とすことになり、蒸発温度が上昇して、ヒートポンプの成績係数（効率）が高くなる。したがって、ヒートポンプの加熱能力を確保してかつ、効率の良い加熱運転ができる。
【００１０】
また、また、本装置を動作させていないとき、太陽の日射がある場合は、空気が太陽熱集熱パネルを通過しないので、太陽熱集熱パネルの表面温度は高温となる。太陽熱集熱パネル２４の表面が高温となる状態が長く続くと、太陽熱集熱パネルが劣化、破損する場合が生じる。そこで、ヒートポンプ回路の蒸発器による集熱運転をしていないときでも、集熱パネル温度センサーで検知する太陽熱パネルの温度が高温となったとき、送風手段を作動させ、空気を太陽熱集熱パネルと熱交換させると、高温の太陽熱集熱パネルを冷却することができる。従って、装置の耐久性を向上させることができる。また、送風手段の放熱を集熱パネルから蒸発器へ送られる空気へ受熱させて蒸発器で熱交換させるので、送風手段に必要な電力を冷媒の加熱に有効に利用する太陽熱利用装置とすることができる。
【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、空気を前記太陽熱集熱パネルに通風させるための送風手段と、能力可変圧縮機を有したヒートポンプ回路と、前記太陽熱集熱パネルを通過した空気と熱交換する前記ヒートポンプ回路の蒸発器と、圧縮機能力可変制御手段とを備え、空気が、前記送風手段、前記太陽熱集熱パネル、前記蒸発器の順に通過するように、前記送風手段と前記太陽熱集熱パネルと前記蒸発器とを設置し、前記圧縮機能力制御手段は、前記太陽熱集熱パネルの温度を検知する集熱パネル温度センサーと、前記蒸発器の冷媒入口温度を検知する蒸発器入口温度センサーとを有し、前記蒸発器入口冷媒温度センサーの検知温度Ｔ５が、前記集熱パネル温度センサーの検知温度Ｔ６を基に予め設定された所定の温度Ｔ７となるように、前記熱圧縮機回転数を制御するとともに、前記ヒートポンプ回路が前記蒸発器による集熱運転をしていないときでも、前記集熱パネル温度センサーの検知温度が所定温度に達したときには、前記送風手段を作動させることにより、ヒートポンプの蒸発器で直接日射を受ける必要がないために、通常のヒートポンプと同等の大きさに小さくできる。また、圧縮機能力可変制御手段を設けることにより、日射量、外気温度に対応して必要な加熱能力調節をおこなうことで、必要な加熱能力を確保でき、また、日射量が多く蒸発器への供給温度が高くなるときには、例えば、圧縮機の回転数を小さくすることで、蒸発温度が高くなり、ヒートポンプの加熱能力を確保してかつ、効率の良い加熱運転ができる。
【００１２】
また、集熱パネルの温度と集熱パネル出口空気温度、即ち、蒸発器の入口空気温度とは相関があり、蒸発器の入口空気温度と蒸発器入口冷媒温度との温度差で蒸発器の熱交換量、即ち、ヒートポンプの加熱能力が決まる特性を利用し、前記予め設定された所定の温度Ｔ７を必要な加熱量を得るための値に設定しておくことで、外気温度、日射量に関係なく、必要な加熱能力が得られる。また、日射量が多くなり、集熱パネルの温度が高温となり、蒸発器入口空気温度が高温度となると、前記所定の温度Ｔ７とするために、圧縮機の回転数を落とすことになり、蒸発温度が上昇して、ヒートポンプの成績係数（効率）が高くなる。したがって、ヒートポンプの加熱能力を確保してかつ、効率の良い加熱運転ができる。
【００１３】
また、また、本装置を動作させていないとき、太陽の日射がある場合は、空気が太陽熱集熱パネルを通過しないので、太陽熱集熱パネルの表面温度は高温となる。太陽熱集熱パネル２４の表面が高温となる状態が長く続くと、太陽熱集熱パネルが劣化、破損する場合が生じる。そこで、ヒートポンプ回路の蒸発器による集熱運転をしていないときでも、集熱パネル温度センサーで検知する太陽熱パネルの温度が高温となったとき、送風手段を作動させ、空気を太陽熱集熱パネルと熱交換させると、高温の太陽熱集熱パネルを冷却することができる。従って、装置の耐久性を向上させることができる。
【００１４】
また、送風手段の放熱を集熱パネルから蒸発器へ送られる空気へ受熱させて蒸発器で熱交換させるので、送風手段に必要な電力を冷媒の加熱に有効に利用する太陽熱利用装置とすることができる。
【００１５】
請求項２に記載の発明は、太陽熱集熱パネルと蒸発器は隣接する構成とすることにより、太陽熱集熱パネルから蒸発器までの熱損失、通風抵抗が無くなり、熱交換効率の向上と送風機の動力低減による省エネルギー効果がある。
【００１６】
請求項３に記載の発明は、前記蒸発器の空気入口に、外気を吸入するための開閉が可能な開閉手段と、前記開閉手段の開閉を制御する開閉制御手段を備えた構成とすることにより、必要に応じて、太陽熱集熱パネルをバイパスし、通風抵抗を低減して送風手段の省電力化を実現する。従って、太陽熱集熱パネルの大面積化、あるいは太陽熱集熱パネル面を流れる空気流路長を長くして太陽熱を多量に集熱する設計において、送風手段の小型化、省電力化を実現する。特に、日射量が少ない場合に蒸発器の通過風量を確保してヒートポンプ運転の効率向上をはかれる。
【００１７】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。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。
【００１８】
（参考例１）
図１は、本発明の参考例１における太陽熱利用装置の構成図を示すものである。
【００１９】
図１において、１９はヒートポンプ回路で、能力可変圧縮機２０、凝縮器２１、絞り２２、蒸発器２３により構成される。２４は蒸発器の風上側に配した太陽熱集熱パネル、２５は太陽熱集熱パネル２４から蒸発器２３へと空気を搬送する送風手段、２６は送風手段を駆動するモーター、２７は貯水タンク、２８は貯水タンク２７の水を凝縮器２１へ循環する水回路、２９は水回路２８に配した循環ポンプ、３０、３１は貯水タンク２７へ水を供給、あるいは搬出する供給搬出配管、３２は能力可変圧縮機２０の圧縮機能力を可変制御する圧縮機能力可変手段である。
【００２０】
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。
【００２１】
まず、送風手段２６を作動させて外部から空気を吸引し、太陽熱集熱パネル２４、蒸発器２３の順に通過させる。太陽熱集熱パネル２４で昇温された空気は、蒸発器２３を通過する際に、冷媒に熱を与え、蒸発器２３で熱を受けた冷媒は、能力可変圧縮機２０で加圧昇温され、凝縮器２１において冷媒を凝縮させることによって、貯水タンク２７から循環ポンプ２９で循環された循環水を加熱して、貯水タンク２７に温水を蓄えることができる。この温水を供給搬出配管３０、３１より取り出して給湯、あるいは、暖房を行うことができる。
【００２２】
ここで、外気温度が低く日射のない場合は、太陽熱集熱パネル２４から蒸発器２３への空気温度は低いままであるため、圧縮機能力可変手段３２は能力可変圧縮機２０の回転数を大きくするように制御することで、ヒートポンプの必要な加熱能力を確保する。一方、日射の大きい場合は、蒸発器２３への空気温度は太陽熱集熱パネル２４で高くなっているため、圧縮機能力可変手段３２は能力可変圧縮機２０の回転数を必要な加熱能力が確保できるところまで小さくするように制御することにより、ヒートポンプの効率（ＣＯＰ）を飛躍的に大きくできる。
【００２３】
以上のように、本参考例においては、太陽熱集熱パネル２４と、空気を太陽熱集熱パネル２４に通風させるための送風手段２５と、能力可変圧縮機２０を有したヒートポンプ回路１９と、太陽熱集熱パネル２４を通過した空気と熱交換するヒートポンプ回路１９の蒸発器２３と、圧縮機能力可変制御手段３２を備えた構成とすることにより、ヒートポンプの蒸発器２３で直接日射を受ける必要がないために、通常のヒートポンプと同等の大きさに小さくできる。
【００２４】
また、圧縮機能力可変制御手段３２を設けることにより、日射量、外気温度に対応して必要な加熱能力調節をおこなうことで、必要な加熱能力を確保でき、また、日射量が多く蒸発器２３への供給温度が高くなるときには、例えば、圧縮機２０の回転数を小さくすることで、蒸発温度が高くなり、ヒートポンプの加熱能力を確保してかつ、効率の良い加熱運転ができる。
【００２５】
（参考例２）
図２は、本発明の参考例２における太陽熱利用装置の構成図、図３は、能力可変圧縮機を用いたヒートポンプの一般的な特性を説明する特性図である。
【００２６】
図２において、３３は蒸発器２３の入口の空気温度を検知するための蒸発器入口空気温度センサー、３４は圧縮機能力制御手段３２内部の回転数設定部であり、予め計測されたデーターに基づいて、蒸発器入口空気温度センサー３３の検知した温度を基に、必要な加熱能力、効率の良い最適な状態における圧縮機の回転数を設定する。
【００２７】
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。
【００２８】
運転が開始されると、回転数設定部３４で、蒸発器入口温度センサー３３の検知した温度を基に予め設定された回転数を割り出して、能力可変圧縮機２０を運転制御する。ヒートポンプの一般特性として、図３に示すように、蒸発器入口空気温度が高くなると加熱能力、効率（ＣＯＰ）ともに大きくなり、また、圧縮機の回転数が大きくなると、加熱能力は大きくなるが、効率は小さくなる特性を有している。たとえば、必要加熱能力が一定であると設定した場合、図３に示すように、蒸発器入口空気温度が低い時には圧縮機の回転数を大きくし、蒸発器入口空気温度が高い時は圧縮機の回転数を小さく設定することにより、日射が多く集熱パネル２４での空気の昇温が大きい場合は蒸発器入口空気温度が高くなり、効率を飛躍的に大きくできる効果がある。
【００２９】
以上のように、本参考例においては、圧縮機能力制御手段３４を、蒸発器２３の入口空気温度を検知する蒸発器入口空気温度センサー３３を備えて、蒸発器入口空気温度センサー３３の検知する温度を基に設定される所定の回転数で能力可変圧縮機２０を運転制御する構成とすることにより、ヒートポンプの加熱能力と効率（ＣＯＰ）が蒸発器入口空気温度と圧縮機回転数で決まる特性を利用して、予め計測されたデーターに基づいて、蒸発器入口空気温度を基に、必要な加熱能力、効率の良い最適な状態における圧縮機の回転数を設定して運転させることができるため、ヒートポンプの加熱能力を確保してかつ、効率の良い加熱運転ができる。
【００３０】
（参考例３）
図４は、本発明の参考例３における太陽熱利用装置の構成図を示すものである。
【００３１】
図４において、３５は蒸発器出口空気温度センサー、３６は蒸発器入口空気温度センサー３３の検知する温度Ｔ１と蒸発器出口空気温度センサー３５の検知する温度Ｔ２との温度差Ｔ１−Ｔ２を予め設定された所定の温度差と比較する温度差比較部、３７は温度差Ｔ１−Ｔ２を所定の温度差となるごとく圧縮機の回転数を制御する回転数設定部である。
【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】
温度差比較部３６において、蒸発器入口空気温度センサー３３の検知する温度Ｔ１と蒸発器出口空気温度センサー３５の検知する温度Ｔ２との温度差Ｔ１−Ｔ２を予め設定された所定の温度差と比較して、温度差Ｔ１−Ｔ２が所定の温度差よりも大きい場合には、回転数設定部３７で圧縮機の回転数を小さい方向へ移行させ、温度差Ｔ１−Ｔ２が所定の温度差よりも小さい場合には、回転数設定部３７で圧縮機の回転数を大きいほうへ移行させることで、温度差Ｔ１−Ｔ２を所定の温度差となるごとく圧縮機の回転数を制御する。
【００３４】
風量が一定であり、蒸発器２３の出入口空気温度差が一定であれば、蒸発器２３での熱交換量が一定であり、即ち、ヒートポンプの加熱能力も一定となるもので、たとえば、必要加熱量に応じた蒸発器２３の出入口温度差を所定の温度差として予め設定しておけば、温度差Ｔ１−Ｔ２を所定の温度差となるごとく圧縮機の回転数を制御することで、常に、必要加熱量が得られる。
【００３５】
なお、風量が変わる場合は、その風量に応じた温度差を所定の温度差として設定すればよい。
【００３６】
以上のように、本参考例においては、圧縮機能力制御手段３２を、蒸発器２３の入口空気温度を検知する蒸発器入口空気温度センサー３３と、蒸発器２３の出口空気温度を検知する蒸発器出口空気温度センサー３５を備えて、蒸発器入口空気温度センサー３３の検知する温度Ｔ１と蒸発器出口空気温度センサー３５の検知する温度Ｔ２との温度差Ｔ１−Ｔ２が予め設定された所定の温度差となるごとく圧縮機回転数を制御する構成とすることにより、蒸発器２３の出入口空気温度差と風量で蒸発器の熱交換量、即ち、ヒートポンプの加熱能力が決まる特性を利用し、所定の蒸発器出入口空気温度差を必要な加熱量を得るための値に設定しておくことで、外気温度、日射量に関係なく、必要な加熱能力が得られる。また、日射量が多くなり、蒸発器２３の入口空気温度が高温度となると、温度差Ｔ１−Ｔ２を所定の温度差とするために、圧縮機２０の回転数を落とすことになり、蒸発温度が大幅に上昇して、ヒートポンプの成績係数（効率）が飛躍的に高くなる。したがって、ヒートポンプの加熱能力を確保してかつ、効率の良い加熱運転ができる。
【００３７】
（参考例４）
図５は、本発明の参考例４における太陽熱利用装置の構成図を示すものである。
【００３８】
図５において、３８は蒸発器２３の入口冷媒温度を検知する蒸発器入口冷媒温度センサー、３９は蒸発器入口空気温度センサー３３の検知する温度Ｔ３と蒸発器入口冷媒温度センサー３８の検知する温度Ｔ４との温度差Ｔ３−Ｔ４を予め設定された所定の温度差と比較する温度差比較部、４０は温度差Ｔ３−Ｔ４を所定の温度差となるごとく圧縮機の回転数を制御する回転数設定部である。
【００３９】
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。
【００４０】
温度差比較部３９において、蒸発器入口空気温度センサー３３の検知する温度Ｔ３と蒸発器入口冷媒温度センサー３８の検知する温度Ｔ４との温度差Ｔ３−Ｔ４を予め設定された所定の温度差と比較して、温度差Ｔ３−Ｔ４が所定の温度差よりも大きい場合には、回転数設定部４０で圧縮機の回転数を小さい方向へ移行させ、温度差Ｔ３−Ｔ４が所定の温度差よりも小さい場合には、回転数設定部４０で圧縮機の回転数を大きいほうへ移行させることで、温度差Ｔ３−Ｔ４を所定の温度差となるごとく圧縮機の回転数を制御する。
【００４１】
蒸発器２３の外側の温度（蒸発器入口空気温度）と蒸発器２３の内側の温度（蒸発器入口冷媒温度）との差が一定であれば、蒸発器２３での熱交換量が一定であり、即ち、ヒートポンプの加熱能力も一定となるもので、たとえば、必要加熱量に応じた蒸発器域口空気温度と蒸発器入口冷媒温度との温度差を所定の温度差として予め設定しておけば、温度差Ｔ３−Ｔ４を所定の温度差となるごとく圧縮機の回転数を制御することで、常に、必要加熱量が得られる。
【００４２】
以上のように、本参考例においては、圧縮機能力制御手段３２を、蒸発器２３の入口空気温度を検知する蒸発器入口空気温度センサー３３と、蒸発器２３の入口冷媒温度を検知する蒸発器入口冷媒温度センサー３８を備えて、蒸発器入口空気温度センサー３３の検知する温度Ｔ３と蒸発器入口冷媒温度センサー３８の検知する温度Ｔ４との温度差Ｔ３−Ｔ４が予め設定された所定の温度差となるごとく能力可変圧縮機２０の回転数を制御する構成とすることにより、蒸発器２３の入口空気温度と蒸発器２３の入口冷媒温度との温度差で蒸発器２３の熱交換量、即ち、ヒートポンプの加熱能力が決まる特性を利用し、前記予め設定された所定の温度差を必要な加熱量を得るための値に設定しておくことで、外気温度、日射量に関係なく、必要な加熱能力が得られる。また、日射量が多くなり、蒸発器入口空気温度が高温度となると、前記所定の温度差とするために、圧縮機の回転数を落とすことになり、蒸発温度が大幅に上昇して、ヒートポンプの成績係数（効率）が飛躍的に高くなる。したがって、ヒートポンプの加熱能力を確保してかつ、効率の良い加熱運転ができる。
【００４３】
（実施例１）
図６は、本発明の実施例１における太陽熱利用装置の構成図を示すものである。
【００４４】
図６において、４１は太陽熱集熱パネル２４の温度を検知する集熱パネル温度センサー、４２は蒸発器入口冷媒温度センサー３８の検知温度Ｔ５と、集熱パネル温度センサー４１の検知温度Ｔ６を基に予め設定された所定の温度Ｔ７とを比較する温度比較部、４３は蒸発器入口冷媒温度センサー３８の検知温度Ｔ５が、集熱パネル温度センサー４１の検知温度Ｔ６を基に予め設定された所定の温度Ｔ７となるように前記圧縮機回転数を設定する回転数設定部である。
【００４５】
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。
【００４６】
温度比較部４２において、蒸発器入口冷媒温度センサー３８の検知温度Ｔ５と、集熱パネル温度センサー４１の検知温度Ｔ６を基に予め設定された所定の温度Ｔ７とを比較して、Ｔ５＞Ｔ７の場合は回転数設定部４３で圧縮機の回転数を小さい方向へ移行させ、Ｔ５＜Ｔ７場合は回転数設定部４３で圧縮機の回転数を大きいほうへ移行させることで、蒸発器入口冷媒温度センサー３８の検知温度Ｔ５を所定の温度Ｔ７となるごとく圧縮機の回転数を制御する。
【００４７】
また、本装置を動作させていないとき、太陽の日射がある場合は、空気が太陽熱集熱パネル２４を通過しないので、太陽熱集熱パネル２４の表面温度は高温となる。太陽熱集熱パネル２４の表面が高温となる状態が長く続くと、太陽熱集熱パネル２４が劣化、破損する場合が生じる。そこで、ヒートポンプ回路１９の蒸発器２３による集熱運転をしていないときでも、集熱パネル温度センサー４１で検知する太陽熱パネル２４の温度が高温となったとき、送風手段２５を作動させ、空気を太陽熱集熱パネル２４と熱交換させると、高温の太陽熱集熱パネル２４を冷却することができる。従って、装置の耐久性を向上させることができる。
【００４８】
以上のように、本実施例においては、圧縮機能力制御手段３２を、太陽熱集熱パネル２４の温度を検知する集熱パネル温度センサー４１と、蒸発器２３の冷媒入口温度を検知する蒸発器入口温度センサー３８を備えて、蒸発器入口冷媒温度センサー３８の検知温度Ｔ５が、集熱パネル温度センサー４１の検知温度Ｔ６を基に予め設定された所定の温度Ｔ７となるように前記圧縮機回転数を制御する構成とすることにより、集熱パネル２４の温度と集熱パネル出口空気温度、即ち、蒸発器の入口空気温度とは相関があり、蒸発器２３の入口空気温度と蒸発器入口冷媒温度との温度差で蒸発器の熱交換量、即ち、ヒートポンプの加熱能力が決まる特性を利用し、前記予め設定された所定の温度Ｔ７を必要な加熱量を得るための値に設定しておくことで、外気温度、日射量に関係なく、必要な加熱能力が得られる。また、日射量が多くなり、集熱パネルの温度が高温となり、蒸発器入口空気温度が高温度となると、前記所定の温度Ｔ７とするために、圧縮機２０の回転数を落とすことになり、蒸発温度が大幅に上昇して、ヒートポンプの成績係数（効率）が飛躍的に高くなる。したがって、ヒートポンプの加熱能力を確保してかつ、効率の良い加熱運転ができる。
【００４９】
（実施例２）
図７は、本発明の実施例２における太陽熱利用装置の構成図を示すものである。
【００５０】
図７において、太陽熱集熱パネル２４と蒸発器２３は隣接するように設置した構成としている。
【００５１】
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。
【００５２】
太陽熱集熱パネル２４と蒸発器２３は隣接することで、太陽熱集熱パネル２４と蒸発器２３の接続部が短くなり、接続部での熱損失、通風抵抗が無くなる。
【００５３】
以上のように、本実施例においては、太陽熱集熱パネル２８と集熱熱交換器２９を隣接するように設置した構成としたことにより、太陽熱集熱パネル２４から蒸発器２３までの熱損失、通風抵抗が無くなり、熱交換効率の向上と送風機２５の動力低減による省エネルギー効果がある。
【００５４】
また、太陽熱集熱パネル２４と蒸発器２３を一体化構成とすると、装置の小型軽量化を図ることができるばかりでなく、空気を蒸発器へ導く通路が不要となるため、装置の低コスト化と施工性を向上させることができる。
【００５５】
（実施例３）
図８は、本発明の実施例３における太陽熱利用装置の構成図を示すものである。
【００５６】
図８において、４４は蒸発器２３の空気入口に設けられたバイパス吸込み部、４５はバイパス吸込み部４４の開閉を行う開閉手段、４６は開閉手段４５の開閉を制御する開閉制御手段である。
【００５７】
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。
【００５８】
最初に、太陽日射量が多い場合には開閉制御手段４６が開閉手段４５を開放から閉鎖へ切換えて、開閉手段４５がバイパス吸込み部４４を閉鎖する。そのため、外気は唯一集熱パネル２４へ流入する。集熱パネル２４へ流入した外気の空気は外気温より大幅な高温空気に加熱されて蒸発器２３へ流れ、蒸発器２３内部を流れるヒートポンプ回路１９の冷媒を蒸発ガス化させる。
【００５９】
次に、太陽日射量が少ない曇天日、あるいは雨天日の場合にはバイパス吸込み部４４が開放し、送風手段２５の吸引力によって、バイパス吸込み部４４から多量の外気が蒸発器２３へ吸引される。そして、集熱パネル２４から流入した空気と合流して蒸発器２３へ流れる。この場合、太陽日射量が少ないため、集熱パネル２４を通過する空気の温度上昇は少なく、合流して蒸発器２３へ流れる空気温度は外気温度とほとんど同じである。そして、蒸発器２３の空気入口近傍のバイパス吸込み部４４から外気を導入するため、通風抵抗が少なく、蒸発器２３の通過風量が増加してヒートポンプの運転効率が高くなる。
【００６０】
従って、太陽日射量が多い場合には、高温空気をそのまま小風量で空気熱交換器に流して高効率化をはかり、太陽日射量が少ない曇天日、あるいは雨天日の場合には、集熱ユニットのバイパス吸込み部から大風量を空気熱交換器へ流して高効率化をはかる。また、太陽日射量が多い場合にバイパス吸込み部を閉鎖するため、外気風速が大きい時にバイパス吸込み部から自然風が集熱ユニット内へ流入することがないため、太陽熱で温めた高温空気の温度低下を防止する。
【００６１】
以上のように、本実施例においては、蒸発器２３の空気入口に、外気を吸入するための開閉が可能な開閉手段４５と、開閉手段４５の開閉を制御する開閉制御手段４６を備えた構成とすることにより、必要に応じて、太陽熱集熱パネル２４をバイパスし、通風抵抗を低減して送風手段２５の省電力化を実現する。従って、太陽熱集熱パネル２４の大面積化、あるいは太陽熱集熱パネル２４面を流れる空気流路長を長くして太陽熱を多量に集熱する設計において、送風手段２５の小型化、省電力化を実現する。特に、日射量が少ない場合に蒸発器２３の通過風量を確保してヒートポンプ運転の効率向上をはかれる。
【００６２】
（実施例４）
図９は、本発明の実施例４における太陽熱利用装置の構成図を示すものである。
【００６３】
図８において、送風手段２５、太陽熱集熱パネル２４、蒸発器２３の順に空気が流れるように、これらを配した構成となる。
【００６４】
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。
【００６５】
送風手段２５を駆動するモーター２６は電力を消費するため、モーター本体が発熱し高温となる。しかし、モーター２６は送風手段２５によって送風される空気に曝されているので、モーター２６が消費した電力は熱となって空気へ伝熱される。モーター２６の熱を受熱した空気は蒸発器２３で冷媒と熱交換するので、本実施例の構成により、モーター２６で消費した電力を冷媒の加熱に利用することができる。
【００６６】
以上のように、本実施例においては、空気が、送風手段２５、太陽熱集熱パネル２４、蒸発器２３の順に通過するように設置した構成とすることにより、送風手段２６の放熱を集熱パネル２４から蒸発器２３へ送られる空気へ受熱させて蒸発器２３で熱交換させるので送風手段２５に必要な電力を冷媒の加熱に有効に利用して効率の高い装置とすることができる。
【００６７】
【発明の効果】
以上のように、請求項１〜４に記載の発明によれば、日射量、外気温度に影響されずに必要な加熱能力を確保してかつ、効率の良い加熱運転ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の参考例１における太陽熱利用装置の構成図
【図２】本発明の参考例２における太陽熱利用装置の構成図
【図３】ヒートポンプの一般的な特性を説明する特性図
【図４】本発明の参考例３における太陽熱利用装置の構成図
【図５】本発明の参考例４における太陽熱利用装置の構成図
【図６】本発明の実施例１における太陽熱利用装置の構成図
【図７】本発明の実施例２における太陽熱利用装置の構成図
【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】従来の太陽熱利用装置の構成図
【図１１】従来の太陽熱利用装置の構成図
【符号の説明】
２４太陽熱集熱パネル
２３蒸発器
２５送風手段
１９ヒートポンプ回路
２０能力可変圧縮機
３２圧縮機能力可変制御手段
３３蒸発器入口空気温度センサー
３５蒸発器出口空気温度センサー
３８蒸発器入口冷媒温度センサー
４１集熱パネル温度センサー
４５開閉手段
４６開閉制御手段

Claims

太陽熱を集熱する太陽熱集熱パネルと、空気を前記太陽熱集熱パネルに通風させるための送風手段と、能力可変圧縮機を有したヒートポンプ回路と、前記太陽熱集熱パネルを通過した空気と熱交換する前記ヒートポンプ回路の蒸発器と、圧縮機能力可変制御手段とを備え、空気が、前記送風手段、前記太陽熱集熱パネル、前記蒸発器の順に通過するように、前記送風手段と前記太陽熱集熱パネルと前記蒸発器とを設置し、前記圧縮機能力制御手段は、前記太陽熱集熱パネルの温度を検知する集熱パネル温度センサーと、前記蒸発器の冷媒入口温度を検知する蒸発器入口温度センサーとを有し、前記蒸発器入口冷媒温度センサーの検知温度Ｔ５が、前記集熱パネル温度センサーの検知温度Ｔ６を基に予め設定された所定の温度Ｔ７となるように、前記熱圧縮機回転数を制御するとともに、前記ヒートポンプ回路が前記蒸発器による集熱運転をしていないときでも、前記集熱パネル温度センサーの検知温度が所定温度に達したときには、前記送風手段を作動させることを特徴とする太陽熱利用装置。
太陽熱集熱パネルと蒸発器は隣接する構成であることを特徴とする請求項１に記載の太陽熱利用装置。
蒸発器の空気入口に、外気を吸入するための開閉が可能な開閉手段と、前記開閉手段の開閉を制御する開閉制御手段を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の太陽熱利用装置。