JPH0140260B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はループ形ヒートパイプとヒートポンプ
を組合せて昇温性能の向上を図つた太陽熱温水器
に関する。

従来例の構成とその問題点 従来の太陽熱温水器は日射量が不足する場合や
雨天、夜間には昇温しない。そのため、このよう
な場合にはヒートポンプ運転に切替える温水器が
考案されているが、この種の太陽熱温水器は、第
１図および第２図に示すように、集熱板１の内部
に配設され、且つ内部に潜熱媒体の作動液が封入
された冷媒管２が集熱板１の上方に設置された貯
湯槽３の内部を作動液が自然に集熱板１内の冷媒
管に流下してくるような勾配で貫通して閉ループ
状に接続され、貯湯槽３の上端と集熱板１の上部
とを連絡する冷媒管の途中には、膨張弁４と電磁
弁５が並列に組み込まれ、さらに、コンプレツサ
ー６が集熱板１の下部からの冷媒ガスを断熱圧縮
し、貯湯槽３内の冷媒管へ送り込むように配設さ
れるとともに、集熱板１の下部とコンプレツサー
６とを連絡する冷媒管の途中には、三方切替弁
７、膨張弁８、フインチユーブ９、アキユムレー
ター１０が直列に接続され、電磁弁１１が三方切
替弁７と膨張弁８をバイパスして、フインチユー
ブ９と集熱板１の下部からの冷媒管を短絡するよ
うに配設されていた。

上記構成において、日射量の充分な場合は、第
１図に示すように、三方切替弁７を管路Ａ，Ｂを
連絡するように切替え、電磁弁１１を閉じ、電磁
弁５を開いて第１図の矢印で示すループ形ヒート
パイプモードで運転させ、集熱板１の受けた太陽
熱を貯湯槽３へ熱搬送するように、また、日射量
の不足する場合は、第２図に示すように、三方切
替弁７を管路Ｂ，Ｃを連絡するように切替え、電
磁弁５を閉じ、コンプレツサー６を駆動してまず
集熱板１の下部の冷媒管路に溜つている作動液を
膨張弁８に導入してガス化し、集熱板内冷媒管の
作動液がなくなつた時点で電磁弁１１を開いて第
２図の矢印で示すヒートポンプモードで運転させ
集熱板１の受けた太陽熱と大気熱を貯湯槽３へ熱
搬送するように制御させていた。

このような従来の構成では、ループ形ヒートパ
イプモード運転からヒートポンプモード運転へ切
替える時に、三方切替弁を用いて冷媒の循環方向
を逆にすると共に、集熱板内冷媒管に滞留してい
る作動液を直接コンプレツサーに吸引しないよう
に、準備過程として、まず集熱板内冷媒管の下部
に溜つている作動液をガス化させてから定常運転
に入るようにしているため、回路が複雑になつて
高価となるだけでなく、信頼性の面でも問題のあ
るものであつた。なお、上記準備過程が不要なシ
ステムとして、第３図に示すように、集熱板１内
の冷媒管の下部をバイパスさせた配管２ａを利用
したものも考案されているが、この場合はヒート
ポンプモード運転時に集熱板面積が減少すること
になるため性能が低下するという問題を有してい
た。

発明の目的 本発明はかかる従来の問題を解消するもので、
ループ形ヒートパイプモード運転とヒートポンプ
モード運転の切替を閉止弁１個の制御だけで性能
を低下させることなく簡単に行うことのできるシ
ステムを提供することを目的とする。

発明の構成 この目的を達成するために本発明は、潜熱媒体
の作動液を蒸発させる第１の集熱器と、第１の集
熱器の上方に設けた貯湯槽に内設する熱交換器と
を往管および戻管によつて接続し閉回路を構成す
るとともに、往管の途中に設けられた閉止弁の前
後より分岐した配管の途中に膨張弁と主として大
気熱により潜熱媒体の作動液を蒸発させる第２の
集熱器と圧縮機を直列に設け、さらに戻管の途中
に設けられた受液タンクに内設され、圧縮機の発
停を行うための作動液の液面検知手段と、圧縮機
の発停と閉止弁の開閉を連動させる制御器とを設
けたものである。

この構成によつて、日射量の充分な場合は、圧
縮機の運転を停止させ、閉止弁を開くことによつ
て、第１の集熱器で太陽熱を集熱して蒸発した潜
熱媒体の蒸気が熱交換器で貯湯槽に放熱して凝縮
液化するループ形ヒートパイプモード運転による
集熱を行い、また、日射量の不足する場合は、圧
縮機を運転させ、閉止弁を閉じることによつて、
第１の集熱器内の作動液が膨張弁で減圧され、第
２の集熱器で太陽熱と大気熱を集熱して蒸発し、
圧縮機で加圧された高温蒸気が熱交換器で貯湯槽
に放熱して凝縮液化するヒートポンプモード運転
による集熱行う。このように、本発明では、ヒー
トポンプモード運転時に第２の集熱器によつて作
動液をガス化してから圧縮機に送り込むので液と
して吹い込む心配がなく、また２つの運転モード
における作動液の循環方向は同一方向にしてある
ため、閉止弁１個だけの簡単な制御で運転状態の
切替を行うことができる。

実施例の説明 以下、本発明の一実施例を第４図を用いて説明
する。なお従来例と同一構成部には同一付号を付
した。第４図において、１′は太陽熱を集熱する
第１の集熱器、３は第１の集熱器１′の上方に位
置し、凝縮用の熱交換器２′を内設する貯湯槽で、
往管１４と戻管１５により閉回路が構成されてい
る。この閉回路内には真空引き後潜熱媒体である
作動液１６が概略第１の集熱器１′全体を満たす
程度に封入されている。また熱交換器２′には作
動液が自然に流下するような勾配がつけられてい
る。そして、１７は往管１４の途中に設けられた
閉止弁で、閉止弁１７の前後より分岐した配管の
途中には膨張弁８と、主として大気熱により潜熱
媒体の作動液を蒸発させる第２の集熱器１８と、
圧縮機６が直列に接続されている。さらに、戻管
１５の途中には第１の集熱器１′の上部と同等以
上の高さの位置に受液タンク１９が設けられ、そ
の内部には上部液面検知手段１２ａと下部液面検
知手段１２ｂとからなる液面検知手段１２が配設
され、制御器１３を介して、圧縮機６の発停と閉
止弁１７の開閉が連動して制御されるようになつ
ている。

上記構成において、日射量が充分な場合は、第
１の集熱器１′内の作動液１６ａの蒸発による内
圧上昇に伴い受液タンク１９内の作動液１６ｂの
液面が上昇して上部液面検知手段１２ａがこれを
検知し、制御器１３介して、圧縮機６の運転を停
止するとともに閉止弁１７を開く、これにより、
第１の集熱器１′で太陽熱集熱して蒸発した潜熱
媒体の蒸気が往管１４、閉止弁１７を通つて熱交
換器２′で凝縮液化して貯湯槽３に放熱し、戻管
１５、受液タンク１９を通つて第１の集熱器１′
に戻るループ形ヒートパイプモード運転による集
熱を行う。また、日射量が不足する場合は、リー
プ形ヒートバイプモード運転における搬送熱量が
少なくなるため、受液タンク１９内の作動液１６
ｂの液面が下降して下部液面検知手段１２ｂがこ
れを検知し、制御器１３を介して、圧縮機６の運
転を開始するとともに閉止弁１７を閉じる。これ
により、第１の集熱器１′内の作動液１６ａが往
管１４を通り、膨張弁８で減圧されて低温蒸気と
なり、第２の集熱器１８で太陽熱と大気熱を集熱
し、圧縮機６で加圧されて高温高圧の蒸気とな
り、熱交換器２′で貯湯槽３に放熱して凝縮液化
し、戻管１５、受液タンク１９を通つて第１の集
熱器１′に戻るヒートポンプモード運転による集
熱を行う。なお、ここで圧縮機６の熱搬送能力を
ループ形ヒートパイプモード運転時の最大熱搬送
量よりも大きく設定することにより、ヒートポン
プモード運転時は、受液タンク１９内の作動液６
ｂの液面上昇し続け、やがて上部液面検知手段１
２ａの検知位置を越えることになるが、上部液面
検知手段１２ａがこれを検知すると、制御器１３
を介して圧縮機６の運転を停止するとともに閉止
弁１７を開き、ループ形ヒートパイプモード運転
時の集熱配管路を構成する。この時日射量に急激
な変化がなければ、受液タンク１９内の作動液１
６ｂの液面は降下し続け、下部液面検知手段１２
ｂの検知位置より下になつて再び圧縮機６の運転
を開始するとともに閉止弁１７を閉じヒートポン
プモード運転によよる集熱を行う。このように、
ヒートポンプモード運転時は日射量に急激な変化
がない限り、受液タンク１９内の作動液１６ｂの
液面が上部液面検知手段１２ａと下部液面検知手
段１２ｂの各検知位置に交互に達するため、圧縮
機６も断続運転行うことになる。一方、ヒートポ
ンプモードで運転中に日射量が急激に大きくなつ
た場合は、ヒートポンプの成績係数も大きくな
り、集熱量が大きくなるから、圧縮機６が運転中
であれば、受液タンク１９内の作動液１６ｂの液
面上昇速度も早くなつて上部液面検知手段１２ａ
の検知位置に早く到達し、圧縮機６の運転時間を
短縮させる。そして、圧縮機６の停止中に、依然
として日射量が大きければループ形ヒートパイプ
モード運転時による集熱が可能なる。

発明の効果 以上のように本発明の太陽熱温水器によれば、
ヒートポンプモード運転時、第２の集熱器によつ
て作動液をガス化してから圧縮機へ送り込むので
液として吹い込む心配がなく、また、ループ形ヒ
ートパイプモード運転時とヒートポンプモード運
転時における作動液の循環方向は同一方向にして
あるため、閉止弁１個だの簡単な制御で運転状態
の切替を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図および第３図はそれぞれ従来の
太陽熱温水器の構成図、第４図は本発明の一実施
例を示す構成図である。 １′……第１の集熱器、２′……熱交換器、３…
…貯湯槽、６……圧縮機、８……膨張弁、１２…
…液面検知手段、１２ａ……上部液面検知手段、
１２ｂ……下部液面検知手段、１３……制御器、
１４……往管、１５……戻管、１６，１６ａ，１
６ｂ……作動液、１７……閉止弁、１８……第２
の集熱器、１９……受液タンク。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 潜熱媒体の作動液を蒸発させる第１の集熱器
   と、前記第１の集熱器の上方に位置し、凝縮用の
   熱交換器を内設する貯湯槽と、前記第１の集熱器
   と前記熱交換器とを接続し閉回路を構成する往管
   および戻管と、前記往管の途中に設けた閉止弁
   と、前記閉止弁の前後より分岐した配管の途中に
   直列に設けた膨張弁、主として大気熱により潜熱
   媒体の作動液を蒸発させる第２の集熱器および圧
   縮機と、前記戻管の途中に設けた受液タンクに内
   設され、前記圧縮機の発停を行うための作動液の
   液面検知手段と、前記圧縮機の発停と前記閉止弁
   の開閉を連動させる制御器とからなる太陽熱温水
   器。 ２ 圧縮機の発停を行うための作動液の液面検知
   手段は、上部液面検知手段と下部液面検知手段と
   から構成された特許請求の範囲第１項記載の太陽
   熱温水器。