JPH034820B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜技術分野＞ 本発明は、太陽熱および空気熱を熱源とするヒ
ートポンプ式の集熱装置に関するものである。

＜従来技術＞ 従来、ヒートポンプを用いた太陽熱・空気熱を
熱源とする集熱装置において、圧縮機の容量制御
を行なう方法として、外気温を検知し外気温度が
高くなるに従い圧縮機の回転速度が低くなるよう
に制御する方法が考えられている。この方法は圧
縮機の消費電力を低減して装置の成積係数を向上
する目的では有効であるが、加温能力が外気条件
に左右されるために目標沸き上げ温度に達しない
ことや、湯の使用量が多くなる夕方になつても沸
き上げが完了していないということが起こる場合
が考えられ、湯の利用の面からみて不都合であつ
た。

＜目的＞ 本発明は、上記に鑑み、目標沸き上げ時刻には
確実に目標沸き上げ温度の湯が利用できるように
した太陽熱・空気熱集熱装置の提供を目的とした
ものである。

＜実施例＞ 以下、本発明の一実施例を第１，２図に基いて
説明すると、これは、熱媒を圧縮して吐出する圧
縮機１と、該圧縮機の吐出側に接続された凝縮器
２と、一側が絞り装置３を介して前記凝縮器２に
接続され他側が前記圧縮機１に接続された集熱器
４とから集熱回路５が構成され、使用流体を貯え
る貯湯槽６と、該貯湯槽６外で循環ポンプ７を介
して配され前記凝縮器２と熱交換関係にある使用
流体加熱器８とが互に接続されて流体熱回路９が
構成された集熱装置において、前記圧縮機１は容
量可変形とされ、前記流体加熱器８の入口に第一
温度検出器１１が設けられると共に該流体加熱器
８の出口に第二温度検出器１２が設けられ、前記
貯湯槽６内の運転開始時の流体の温度を検出する
複数の第三温度検出器１５が設けられ、該第一、
第二、第三温度検出器１１，１２，１５の出力信
号により前記圧縮機１の容量を制御する制御回路
１３が設けられ、制御回路１３は、該第三温度検
出器１５の出力信号から貯湯槽内の現在温度を検
出し、該検出温度と目標沸き上げ温度との差温
と、現在時刻から沸き上げ時刻までの集熱残り時
間とから目標加温能力を演算し、また前記第一、
第二温度検出器１１，１２により検出された温度
から集熱回路５の加温能力を算出し該加温能力が
前記目標加温能力となるように前記圧縮機１に容
量制御信号を出力するよう構成されたものであ
る。

第１図において、前記集熱器４は、黒色塗装さ
れたフインを装着したパイプから構成され、太陽
熱及び空気熱を集熱可能とされている。また前記
圧縮機１は、周波数変換回路１４により回転数可
変とされる。また前記絞り装置３としてステツピ
ングモータで駆動される膨張弁が用いられる。該
膨張弁３は集熱器４の出入口に設置された温度セ
ンサー（図示せず）により集熱器４での集熱が最
適条件で行なわれる様に熱媒の流量を制御してい
る。一方、流体加熱回路９は、貯湯槽６、循環ポ
ンプ７、流体加熱器８、貯湯槽６が順次接続され
て成る。そして前記凝縮器２と流体加熱器８は熱
交換関係に保持されており、例えば二重管構造熱
交換器１０をなしている。そして前記制御回路１
３は、目標沸き上げ温度を設定するための目標沸
き上げ温度設定手段２０ａと、目標沸き上げ時刻
を設定するための目標沸き上げ時刻設定手段２０
ｂとを有する設定器１３Ｂと、前記第三温度検出
器１５からの貯湯槽内の現在の流体温度と目標沸
き上げ温度設定手段２０ａからの目標沸き上げ温
度との差により加温負荷を演算する加温負荷演算
手段２１ａと、現在時刻と前記目標沸き上げ時刻
設定手段２０ｂからの目標沸き上げ時刻との差で
ある集熱残り時間と、加温負荷演算手段２１ａか
らの加温負荷とにより、現在の目標加温能力を算
出する現在目標加温能力算出手段２１ｂと、前記
第一温度検出器１１及び第二温度検出器１２から
の検出温度差から集熱回路５の加温能力を算出す
る加温能力算出手段２１ｃと、前記目標加温能力
算出手段２１ｂからの目標加温能力と加温能力演
算手段２１ｃからの加温能力とを比較演算する比
較演算手段２１ｄとを有する主制御回路１３Ａ
と、該主制御回路１３Ａの比較演算手段２１ｄか
らの出力信号に基づき、目標加温能力よりも加温
能力が大のときに圧縮機の回転数を下げ、目標加
温能力よりも加温能力が小のときに圧縮機の回転
数を上げるよう、前記圧縮機１に運転周波信号を
出力する周波数変換回路１４とから構成されてい
る。

前記主制御回路１３Ａは、例えば、一般的なワ
ンチツプマイクロコンピユータで、内部にデータ
RAM、プログラムROM、ALU等を有し、クロ
ツク発振回路により駆動されるものである。ま
た、前記周波数変換回路１４は、例えばインバー
タ回路で、圧縮機用電動機の三相交流電源周波数
を変換する信号を出力するものである。また、前
記温度検出器１１，１２，１５は、例えばサーミ
スタが使用され、該サーミスタで検出される温度
変化による電圧降下はデジタル値に変換されて主
制御回路１３Ａに入力される。

なお、目標加温能力は次のように決定できる。
すなわち、目標とする加温能力は、現在の貯湯槽
容量から計算できる加温負荷と、現在時刻と目標
沸き上げ時刻の差である集熱残り時間から計算す
る。

加温負荷＝（目標沸き上げ温度−現在の貯湯槽
内平均流体温度）×貯湯槽容量 目標加温能力＝加温負荷／集熱残り時間 次に集熱作用を説明する。圧縮機１で圧縮され
た高温高圧の熱媒ガスは、凝縮器２に流入し、熱
交換関係にある流体加熱器８を流れる流体（水）
と熱交換して凝縮液化し膨張弁３に至り、膨張弁
３を通過する際に断熱膨張して減圧され、低温低
圧の未蒸発熱媒となる。熱媒は次に集熱器４へ流
入して太陽熱・空気熱を吸熱してガス化し、再び
圧縮機１に入り上記サイクルを繰返す。一方貯湯
槽６内の水は循環ポンプ７により流体加熱器８へ
送られ加熱昇温されて貯湯槽６へ流入する。

このとき、流体加熱器８の入口・出口の温度は
第一、第二温度検出器１１，１２から主制御回路
１３Ａに入力されており、主制御回路１３Ａで
は、それらの差温とあらかじめ一定に設定された
水流量を用いて加温能力が常に検知されている。
そして第三温度検出器１５により検知される現在
の貯湯槽内平均水温と目標沸き上げ温度、目標沸
き上げ時刻、現在時刻より制御回路１３にて上述
の方法で目標加温能力を演算して主制御回路１３
Ａに記憶する。

そして主制御回路１３Ａに記憶されている目標
加温能力になるように外気条件の変化に応じて圧
縮機１の回転数を制御する。

この制御を第２図に基づいて詳述すると、加温
能力＞目標加温能力（加温負荷／集熱残り時間）
であると、目標沸き上げ時刻までに貯湯槽６内の
流体温度が目標沸き上げ温度に達してしまうの
で、圧縮機１の回転数を下げて目標沸き上げ時刻
に目標沸き上げ温度となるよう制御する。また、
加温能力＜目標加温能力であると、目標沸き上げ
時刻までに貯湯槽６内の流体温度が目標沸き上げ
温度に達しないので、圧縮機１の回転数を上げて
目標沸き上げ時刻に目標沸き上げ温度となるよう
制御する。

即ち、日射・外気温等が高くなり、集熱器４で
の集熱量が増加すれば、圧縮機１のの回転数を落
して圧縮機１の仕事量つまり消費電力を小さくし
て高い成績係数で運転する。また日射・外気温等
が低くなれば圧縮機１の回転数を上げて圧縮機１
の仕事量を増し、目標加温能力が得られるように
運転する。さらに、集熱中に給湯した場合、低温
の市水が貯湯槽内に給水されるため、貯湯槽内水
温は低下して加温負荷が増加するので圧縮機１の
回転数を上げて加温能力を上昇させることができ
る。

したがつて、目標沸き上げ時刻には確実に目標
沸き上げ温度の湯が利用でき、また日射・外気温
等が高いときは、目標加温能力を小さくして圧縮
機への負担を小さくできるので、経済的な運転が
可能となる。

＜効果＞ 以上の説明から明らかな通り、本発明は、熱媒
を圧縮して吐出する圧縮機と、該圧縮機の吐出側
に接続された凝縮器と、一側が絞り装置を介して
前記凝縮器に接続され他側が前記圧縮機に接続さ
れた集熱器とから集熱回路が構成され、使用流体
を貯える貯湯槽と、該貯湯槽外で前記凝縮器と熱
交換関係にある使用流体加熱器とが互に接続され
て流体加熱回路が構成された集熱装置において、
前記圧縮機は容量可変形とされ、前記流体加熱器
の入口に第一温度検出器が設けられると共に該流
体加熱器の出口に第二温度検出器が設けられ、前
記貯湯槽内の流体の温度を検出する第三温度検出
器が設けられ、該第一、第二、第三温度検出器の
出力信号により前記圧縮機の容量を制御する制御
回路が設けられ、該制御回路は、目標沸き上げ温
度を設定するための目標沸き上げ温度設定手段
と、目標沸き上げ時刻を設定するための目標沸き
上げ時刻設定手段と、前記第三温度検出器からの
貯湯槽内の現在の流体温度と目標沸き上げ温度設
定手段からの目標沸き上げ温度との差により加温
負荷を演算する加温負荷演算手段と、現在時刻と
前記目標沸き上げ時刻設定手段からの目標沸き上
げ時刻との差である集熱残り時間と、加温負荷演
算手段からの加温負荷とにより、現在の目標加温
能力を算出する現在目標加温能力算出手段と、前
記第一温度検出器及び第二温度検出器からの検出
温度差から集熱回路の加温能力を算出する加温能
力算出手段と、前記目標加温能力算出手段からの
目標加温能力と加温能力演算手段からの加温能力
とを比較演算する比較演算手段と、該比較演算手
段からの出力信号に基づき、目標加温能力よりも
加温能力が大のときに圧縮機の回転数を下げ、目
標加温能力よりも加温能力が小のときに圧縮機の
回転数を上げるよう、前記圧縮機に運転周波数信
号を出力する周波数変換回路とから構成されたも
のである。

従つて本発明によると、第三温度検出器により
貯湯槽内の現在の流体温度が検知でき、この検出
温度と目標沸き上げ温度との差温とにより加温負
荷が演算でき、この加温負荷と現在時刻から目標
沸き上げ時刻までの集熱残り時間とから目標加温
能力を常に検出し、第一、第二温度検出器からの
検出温度差によつて加温能力を検出し、目標加温
能力と加温能力とを常に比較して圧縮機を運転制
御できるので、ほぼ毎日目標沸き上げ温度の湯が
目標沸き上げ時刻に得られ、また日射・外気温等
が高いときは、目標加温能力を小さくして圧縮機
への負担を小さくできるので、経済的な運転が可
能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す太陽熱・空気
熱集熱装置の構成図、第２図は同制御フローチヤ
ート、第３図は同機能ブロツク図である。 １：圧縮機、２：凝縮器、３：絞り装置、４：
集熱器、５：集熱回路、６：貯湯槽、７：循環ポ
ンプ、８：加熱器、９：加熱回路、１０：熱交換
器、１１，１２：温度検出器、１３：制御回路、
１３Ａ：設定器、１３Ｂ：主制御回路、１４：周
波数変換回路、１５：第三温度検出器、２０ａ：
目標沸き上げ温度設定手段、２０ｂ：目標沸き上
げ時刻設定手段、２１ａ：加温負荷演算手段、２
１ｂ：現在目標加温能力算出手段、２１ｃ：加温
能力算出手段、２１ｄ：比較演算手段。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 熱媒を圧縮して吐出する圧縮機と、 該圧縮機の吐出側に接続された凝縮器と、 一側が絞り装置を介して前記凝縮器に接続され
   他側が前記圧縮機に接続された集熱器とから集熱
   回路が構成され、 使用流体を貯える貯湯槽と、 該貯湯槽外で前記凝縮器と熱交換関係にある使
   用流体加熱器とが互に接続されて流体加熱回路が
   構成された集熱装置において、 前記圧縮機は容量可変形とされ、 前記流体加熱器の入口に第一温度検出器が設け
   られると共に該流体加熱器の出口に第二温度検出
   器が設けられ、 前記貯湯槽内の流体の温度を検出する第三温度
   検出器が設けられ、 該第一、第二、第三温度検出器の出力信号によ
   り前記圧縮機の容量を制御する制御回路が設けら
   れ、 該制御回路は、 目標沸き上げ温度を設定するための目標沸き上
   げ温度設定手段と、 目標沸き上げ時刻を設定するための目標沸き上
   げ時刻設定手段と、 前記第三温度検出器からの貯湯槽内の現在の流
   体温度と目標沸き上げ温度設定手段からの目標沸
   き上げ温度との差により加温負荷を演算する加温
   負荷演算手段と、 現在時刻と前記目標沸き上げ時刻設定手段から
   の目標沸き上げ時刻との差である集熱残り時間
   と、加温負荷演算手段からの加温負荷とにより、
   現在の目標加温能力を算出する現在目標加温能力
   算出手段と、 前記第一温度検出器及び第二温度検出器からの
   検出温度差から集熱回路の加温能力を算出する加
   温能力算出手段と、 前記目標加温能力算出手段からの目標加温能力
   と加温能力演算手段からの加温能力とを比較演算
   する比較演算手段と、 比較演算手段からの出力信号に基づき、目標加
   温能力よりも加温能力が大のときに圧縮機の回転
   数を下げ、目標加温能力よりも加温能力が小のと
   きに圧縮機の回転数を上げるよう、前記圧縮機に
   運転周波数信号を出力する周波数変換回路とから
   構成されたことを特徴とする集熱装置。