JPH0413619B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は補助熱源にヒートポンプを用いた太陽
熱給湯装置または太陽熱暖房装置などに適用さ
れ、集熱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 従来の太陽熱集熱装置は、第１図に示すように
貯湯槽１に内設される熱交換器２と、集熱器３と
が、ポンプ４が配設される往管５と復管６により
閉回路状に配管接続されるとともに、管路内部に
熱媒が封入され集熱回路が構成されていた。この
構成では日射が強い場合、ポンプ４を運転し、熱
媒を循環させ集熱器３で熱媒を加熱し、熱交換器
２で放熱させ貯湯槽１に畜熱させていたが、集熱
が進むに従い、貯湯槽１内の温度が上昇し、集熱
器３に入る熱媒の温度も高くなつてしまうため、
集熱性能も低くなるという問題を有していた。さ
らに、日射の弱い場合は、集熱が行えず、曇の日
や雨の日は貯湯槽１内の温度が上昇しないという
問題を有していた。

一方、上記の問題を解消するために、集熱器へ
流入する熱媒の温度を周囲の空気温度より低くす
ることにより、日射のない場合でも、空気より集
熱することができるように、ヒートポンプ回路
を、集熱装置に適用することがよく行なわれてい
る。

従来のこの種の太陽熱集熱装置は第２図に示す
ように、ヒートポンプ回路における蒸発器の機能
を有する集熱器３と凝縮器７とを往管５と復管６
で接続し、閉回路を構成するとともに、復管６に
膨張弁８を配設し、往管５にアキユームレーター
９と圧縮機１０を配設し、さらに、貯湯槽１と、
ポンプ４と、凝縮器７とが順に閉回路状に配管接
続されていた。上記構成において、圧縮機１０を
運転することにより、集熱器３内を減圧し低温の
潜熱媒体を蒸発させ、アキユームレーター９で気
液分離し、圧縮機１０で高温高圧の蒸気にして凝
縮器７で凝縮させポンプ４によつて循環される貯
湯水を加熱し、貯湯槽１に畜熱させていた。一
方、高圧の液になつた潜熱媒体は感温部１１の信
号に応じ開度を調整する膨張弁８により膨張さ
れ、空気温度よりも低温になつて集熱器３に流入
することになるため、日射の弱い場合においても
空気から大気熱を集熱することができることにな
り、日射の有無にかかわらず一定の貯湯温度を確
保することができる。しかし、この構成では、日
射の強い場合でも、集熱するためには圧縮機１０
を運転しなければならず、消費電力の大きな、す
なわちランニングコストの高いシステムとなつて
しま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、
集熱に要する電力消費を最小にするとともに、日
射の強弱にかかわらず、一定値以上の高温の貯湯
を得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、太陽熱お
よび大気熱を吸熱する集熱器と放熱用の熱交換器
とを閉回路状に配管接続する往管または復管のど
ちらか一方に熱媒を循環するポンプを配設し、集
熱回路を構成するとともに、集熱回路の熱媒を冷
却する蒸発器を復管に配設し、熱媒を加熱する凝
縮器を往管に配設し、蒸発器と、圧縮機と、凝縮
器と膨張弁とを順に閉回路状に配管接続すること
によりヒートポンプ回路を構成したものである。
この構成によつて、日射が強く、貯湯槽内温度が
低く、空気温度が高いような太陽熱を高効率で集
熱できるような条件の場合は、ヒートポンプ回路
の圧縮機を停止させ、集熱回路のポンプだけを運
転させることにより、少ない電力消費で高効率に
太陽熱を集熱することができる。一方、日射が弱
く、貯湯槽内温度が高く、空気温度が低いような
太陽熱を高効率で集熱することができない条件の
場合は、集熱回路のポンプとヒートポンプ回路の
圧縮機を同時に運転させることにより、ヒートポ
ンプ回路の蒸発器で集熱回路の復管の熱媒を冷却
し、凝縮器で往管の熱媒を加熱する。すなわち、
熱交換器に入る熱媒の温度を貯湯槽内温度より高
くし、集熱器に入る熱媒の温度を空気温度より低
くすることによつて、集熱器において、大気熱お
よび太陽熱を集熱することが可能になる。

実施例の説明 以下、本発明の一実施例を第３図を用いて説明
する。第３図において、貯湯槽１に内設される熱
交換器２と集熱器３とが、ポンプ４を配設する往
管５と復管６とで、閉回路状に配管接続され、集
熱回路１２が構成されている。一方、集熱回路の
熱媒を冷却する蒸発器１３が復管６に配設される
とともに、熱媒を加熱する凝縮器７は往管５に配
設され、蒸発器１３と、アキユームレーター９
と、圧縮機１０と、凝縮器７と、蒸発器１３の出
口温度を検知する感温部１１の信号に応じ開度を
調整する膨張弁８とが順に閉回路状に配管接続さ
れヒートポンプ回路１４が構成されている。な
お、第１図および第２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、日射が強く、貯湯槽１内の
温度が低く、空気温度が高いような太陽熱を高効
率で集熱できるような条件の場合は、ヒートポン
プ回路１４の圧縮機１０の運転を停止した状態
で、集熱回路１２のポンプ４を運転し、熱媒を循
環させることにより、太陽熱が集熱される。すな
わち、ポンプ４で搬送される熱媒は、集熱器３で
太陽熱を受け、加熱され、高温の状態で往管５を
通つて、熱交換器２に入り、貯湯槽１に放熱し
て、低温の熱媒となり、復管６を通つて再び集熱
器３に搬送される。したがつて、消費電力の少な
いポンプ４によつて熱媒を搬送することにより集
熱器３で得た熱を、貯湯槽１に搬送、畜熱するこ
とができる。一方、日射が弱く、貯湯槽１内の温
度が高く、空気温度が低いような、太陽熱を高効
率で集熱することができない条件の場合は、集熱
回路１２のポンプ４とヒートポンプ回路１４の圧
縮機１０を同時に運転することにより、集熱器３
において太陽熱および大気熱が集熱される。すな
わち、ヒートポンプ回路１４の蒸発器１３によ
り、集熱回路１２の復管６を流れる熱媒を冷却
し、熱媒の温度を空気温度より低くするととも
に、蒸発器１３で得た熱を、凝縮器７において、
往管５を流れる熱媒に放熱し、熱媒を加熱し熱媒
の温度を貯湯槽１内の温度より高くすることがで
きる。したがつて、太陽熱を高効率で集熱できな
い場合は、ヒートポンプ回路１４を運転すること
により、集熱器３に流入する熱媒の温度を空気温
度より低くすると同時に、熱交換器２に流入する
温度を貯湯槽１内の温度より高くすることによつ
て集熱器３において太陽熱および大気熱から集熱
した貯湯槽１に搬送し畜熱することができる。

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) ポンプによつて熱媒を循環する集熱回路に対
しヒートポンプ回路の蒸発器を復管に配設する
とともに、凝縮器を往管に配設する構成として
いるので、ヒートポンプ回路を運転することに
より、復管を流れる熱媒を冷却し、往管を流れ
る熱媒を加熱することができ、太陽熱および大
気熱の両方を集熱することができる。したがつ
て、日射の強いような太陽熱を高効率で集熱で
きる場合は、ポンプを単独運転することによ
り、少ない電力消費で集熱が可能であり、日射
の弱いような太陽熱を高効率で集熱できない場
合は、ヒートポンプ回路の圧縮機の運転を付加
することにより太陽熱のほかに大気熱も集熱す
ることができ、日射の有無にかかわらず、一定
値以上の集熱量を確保することができる。

(2) 集熱回路とヒートポンプ回路はそれぞれ独立
した閉回路を構成しているため、ヒートポンプ
回路の配管を屋根上などの離れた場所に配置さ
れる集熱器迄伸ばす必要がなく、ヒートポンプ
回路をコンパクトに構成することができ、配管
による圧損も少なくできるため高効率なヒート
ポンプ運転ができる。

(3) 集熱回路のポンプ単独運転が可能であるの
で、ヒートポンプの運転ができないような空気
温度の低い条件においても、日射が強い場合は
集熱できる。

【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
図は従来のヒートポンプを用いた太陽熱集熱装置
の構成図、第３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。 ２……熱交換器、３……集熱器、４……ポン
プ、５……往管、６……復管、７……凝縮器、８
……膨張弁、１０……圧縮機、１２……集熱回
路、１３……蒸発器、１４……ヒートポンプ回
路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 太陽熱および大気熱を吸熱する集熱器３と、
   放熱用の熱交換器２と、前記集熱器３と熱交換器
   ２とを閉回路状に配管接続し、前記集熱器３から
   熱交換器２へ熱媒を流す往管５と、前記熱交換器
   ２から集熱器３へ熱媒を流す復管６と、前記往管
   ５または復管６のどちらか一方に配設され管路内
   の熱媒を循環するポンプ４とから構成される集熱
   回路１２と、前記集熱回路１２の復管６に配設さ
   れ熱媒より吸熱する蒸発器１３と、圧縮機１０
   と、前記集熱回路１２の往管５に配設され熱媒に
   放熱する凝縮器７と、膨張弁８とを順に閉回路状
   に接続して構成されるヒートポンプ回路１４とか
   らなる太陽熱集熱装置。