JPH0243992B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は太陽熱給湯装置に適用され、ヒートポ
ンプシステムと自然循環式太陽熱温水器の機能を
有効に組み合せることにより、昇温性能および経
済性の向上を図つた太陽熱集熱装置に関するもの
である。

従来例の構成とその問題点 従来の自然循環式の太陽熱温水器は無動力で太
陽熱を集熱できるという長所を有していたが、日
射量が小さい場合は集熱ができないという欠点も
有しており、雨天などの日射がない時は、使用で
きなかつた。前記の欠点を解消するために、電
気、石油、ガスなどの熱源を補助熱源として用い
るシステムが考えられ、特に、安全性、操作性に
優れた電気熱源を用いたシステムとして、ヒート
ポンプシステムにおける蒸発器を太陽熱に対する
集熱器として用いた第１図に示す太陽熱集熱装置
が提案されていた。

前記太陽熱集熱装置は第１図に示すように、蒸
発器として作動する集熱器１と貯湯槽２に内設す
る凝縮器３とが往管４および復管５で接続され閉
回路が構成され、往管４には、アキユームレータ
ー６および圧縮機７が配設されるとともに、復管
５には膨張弁８が配設され、閉回路の内部には潜
熱媒体の作動液が封入されていた。この構成で
は、圧縮器７を運転することにより、集熱器１で
蒸発した作動液９の蒸気をアキユームレーター６
を介して圧縮機７で高温高圧状態にし、凝縮器３
内で凝縮液化することにより、貯湯槽２内に放熱
し、さらに膨張弁８で低温低圧の作動液９にして
再び、集熱器１に還元させることにより、集熱器
１で得た熱を凝縮器３で放熱させるヒートポンピ
システムとしての機能を有していた。前記ヒート
ポンプシステムを構成することにより、蒸発器１
に還流する作動液９は膨張弁８により、周囲の空
気温度より低温にすることが可能であるので、日
射が無い場合は周囲の空気より集熱することも可
能であつた。一般にヒートポンプシステムの成績
係数は１より大きくなるので、日射が無い場合の
補助加熱手段としては、加熱ヒータを用いるより
ヒートポンプシステムを用いる方がランニングコ
ストは低くなり経済的であつた。一方、日射量が
大きい場合は、自然循環式の太陽熱温水器は無動
力で作動液を搬送し、集熱することができるのに
対して、ヒートポンプシステムを用いた従来の太
陽熱集熱装置は、作動液９を搬送するのに、圧縮
機７を運転しなければならず、晴天日において
も、電力消費が大きくな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、
日射量の大きな場合は動力を使わずに集熱し、日
射量の小さな時は、最低限の電力消費で、周囲の
空気からも熱を集熱することにより、太陽熱集熱
装置のランニングコストを低くし、経済性を向上
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集熱器の上方に、ヒートポ
ンプシステムのための凝縮器と自然循環集熱のた
めの熱交換器とを内設した貯湯槽を設け、集熱器
と熱交換器とを往管および復管で接続し、作動液
の自然循環回路を構成するとともに、復管に逆止
弁を設け、逆止弁と集熱器とを接続する復管の一
部より分岐して凝縮器に接続する配管に膨張弁を
設け、さらに熱交換器と逆止弁とを接続する復管
の一部より分岐して凝縮器に接続する配管に吐出
口を凝縮器側にむけて圧縮器を配設したものであ
る。この構成によつて、日射量の大きな時は、集
熱器と熱交換器とを往管および復管で接続して構
成される閉回路内を作動液が自然循環することに
より、無動力で太陽熱を集熱することができる。
一方、日射量が小さい時は、集熱器、熱交換器、
圧縮機、凝縮器、膨張弁を順に接続して構成され
るヒートポンプの閉回路において、圧縮機を運転
することにより強制的に作動液を循環させるとと
もに、膨張弁により作動液を周囲の空気温度より
低温にすることにより空気から集熱することがで
きる。さらに、ヒートポンプ回路においては、集
熱器と圧縮器の間に熱交換器を配設した構成とし
ているため、ヒートポンプ運転の始動時および日
射量の急激な変動時などに作動液の蒸気に混入し
て大量の液が、集熱器よりすい上げられた場合に
おいても圧縮機に液がいかないように、熱交換器
で、すい上げられた液を蒸発させることができ
る。

実施例の説明 以下、本発明の一実施例を第２図を用いて説明
する。第２図において、集熱器１の上方に、熱交
換器１０と凝縮器３を内設する貯湯槽２が配設さ
れ、集熱器１と熱交換器１０とが往復４および復
管５で接続され、作動液９の自然循環回路が構成
されるとともに、復管５に逆止弁１１が配設さ
れ、逆止弁１１と集熱器１とを接続する復管５の
一部より分岐して凝縮器３に接続する配管に膨張
弁８が配設され、さらに熱交換器１０と逆止弁１
１とを接続する復管５の一部より分岐して漁縮器
３に接続される配管に、アキユームレーター６と
吐出口を凝縮器３の方に向けた圧縮器７が配設さ
れている。なお、第１図と同一部材には同一番号
を付している。

上記構成において、日射量の大きい場合は、集
熱器１で蒸発した作動液９の蒸気は往管４を通り
熱交換器１０で凝縮、液化し、重力により復管５
を通つて、再び集熱器１に還流することにより、
集熱器１で得た熱を作動液９の自然循環によつて
貯湯槽２に搬送し蓄熱することができる。一方、
日射量が小さくて、作動液９の自然循環ができな
い場合は、圧縮機７を運転することにより、集熱
をすることができる。すなわち、圧縮器７によつ
て、アキユームレーター６で分離された作動液９
の低圧蒸気を高温高圧蒸気にして凝縮器３に圧送
し、凝縮、液化させることにより貯湯槽２に蓄熱
し、さらに膨張弁８により低温低圧の液にして集
熱器１に再び還流させる。この時、膨張弁８によ
つて作動液９の温度を周囲の空気温度より低温に
することにより、空気から集熱することができ
る。さらに、集熱器１で蒸発した作動液９の低温
低圧蒸気は、圧縮器７に入る前に必らず貯湯槽２
に内設する熱交換器１０を通過するので、蒸気に
混入してすい上げられた液は熱交換器１０で確実
に蒸発し、作動液９の蒸気だけを圧縮機にすいこ
むことができる。さらに、作動液９の自然循環回
路とヒートポンプの循環回路の切換えのために三
方弁などのような複雑な機構を有する部品を用い
ることなく、逆止弁１１を用いることによつて、
圧縮機７を運転するだけで確実に作動液９の流れ
を切換えることができる。

発明の効果 以上のように本発明の太陽熱集熱装置によれば
次の効果が得られる。

(1) 集熱器と、往管と、貯湯槽に内設する熱交換
器と、復管とを順に接続して閉回路を構成して
いるので日射量が大きい場合は、動力を用いる
ことなく、作動液の自然循環によつて、集熱器
で得た熱を、貯湯槽に蓄熱することができ、経
済的に集熱することができる。

(2) 集熱器と、往管と、熱交換器と、圧縮機と、
貯湯槽に内設した凝縮器と膨張弁とを順に接続
した構成としているので、日射量が小さくて自
然循環ができない場合は、ヒートポンプ運転を
することにより、空気から集熱することがで
き、日射量にかかわらず安定した湯温を得るこ
とができる。

(3) 自然循環集熱の回路とヒートポンプ集熱の回
路の切換えのための部品として逆止弁を用いて
いるため、複雑な制御機構を用いることもな
く、安価に確実で安定した回路の切換えを行う
ことができる。

(4) 自然循環集熱における集熱器と、ヒートポン
プ集熱による集熱器を共用する構成としている
ため安価なシステムを実現することができると
ともに、作動液の蒸気が通過する往管には部品
を設けずに必要な物品を液が通過する復管の方
に配設しているため、全体の圧損が低くなり、
特に、作動液の自然循環の場合の循環力を大巾
に減少させることがなく、高効率で安定し集熱
を行うことができる。

(5) ヒートポンプの運転開始時または日射量の急
変時などの場合に、作動液の蒸気に混入して液
がすいこまれることがあるが、ヒートポンプ集
熱の回路において、集熱器と圧縮器の間に貯湯
槽に内設する熱交換器を配設した構成としてい
るため、混入した液が圧縮器に流入する前に、
熱交換器で加熱され蒸発し、圧縮機が液を圧縮
することもなく安定した集熱運転を実現するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の太陽熱集熱装置の構成図、第２
図は本発明の太陽熱集熱装置の一実施例を示す構
成図である。 １……集熱器、２……貯湯槽、３……凝縮器、
４……往管、５……復管、７……圧縮機、８……
膨張弁、９……作動液、１０……熱交換器、１１
……逆止弁。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 潜熱媒体の作動液を蒸発させる集熱器と、前
   記集熱器の上方に設けられた貯湯槽に内設する凝
   縮器および熱交換器と、前記集熱器と前記熱交換
   器とを接続して作動液の自然循環回路を構成する
   往管および復管と、前記復管に設けられた逆止弁
   と、前記逆止弁と前記集熱器とを接続する前記復
   管の一部より分岐して前記凝縮器に接続する配管
   に設けられた膨張弁と、前記熱交換器と前記逆止
   弁とを接続する前記復管の一部より分岐して前記
   凝縮器に接続する配管に吐出口を前記凝縮器側に
   配設した圧縮機とからなる太陽熱集熱装置。