JPH052900B2 - - Google Patents

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JPH052900B2
JPH052900B2 JP59195602A JP19560284A JPH052900B2 JP H052900 B2 JPH052900 B2 JP H052900B2 JP 59195602 A JP59195602 A JP 59195602A JP 19560284 A JP19560284 A JP 19560284A JP H052900 B2 JPH052900 B2 JP H052900B2
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Masaharu Yoshikawa
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    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24DDOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D11/00Central heating systems using heat accumulated in storage masses
    • F24D11/02Central heating systems using heat accumulated in storage masses using heat pumps
    • F24D11/0214Central heating systems using heat accumulated in storage masses using heat pumps water heating system
    • F24D11/0221Central heating systems using heat accumulated in storage masses using heat pumps water heating system combined with solar energy
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
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Description

【発明の詳細な説明】 〈技術分野〉 本発明は、太陽熱の集熱手段としてヒートポン
プを用いた太陽熱集熱装置に関するものである。
〈従来技術〉 従来の水または、空気を熱媒とする太陽熱集熱
装置に代わるものとして、フロンなどを熱媒に用
いたヒートポンプ式集熱装置が提案されている。
この装置は、熱媒の蒸発、凝縮を利用したいわ
ゆるヒートポンプサイクルを用いているため、集
熱器(蒸発器)内の熱媒蒸発温度を外気温以下に
調節することにより、太陽熱のみならず、外気の
熱をも吸収することができ、日射の少ない、また
は無い場合にも集熱が可能となる。
しかし、このような装置にあつても、ヒートポ
ンプの集熱能力は、外気温や日射量に影響され、
給湯負荷の減少する夏場に集熱能力が大きくな
り、給湯負荷の増大する冬場には、集熱能力が低
下するという逆特性を有する。また、日射量の大
小によつても集熱能力が変動するが、日射の大き
い場合にも圧縮機には一定の電力が供給されるた
め、このような条件においては、従来の水等を熱
媒とする集熱装置にくらべ消費電力が大きく、不
経済な運転を余儀なくされるという欠点を有して
いた。
〈目的〉 本発明は、上記従来のヒートポンプ式集熱装置
のもつ問題点に鑑み、年間を通じて、給湯負荷に
見合つた安定した集熱量が得られ、かつ日射を有
効に利用して高い期間成績係数を有する経済的な
ヒートポンプ式太陽熱集熱装置の提供を目的とす
る。
〈構成〉 上記目的を達成するために、本発明は、圧縮機
により熱媒を循環させて太陽熱を集熱し、貯湯槽
内の使用流体を加温するよう構成された太陽熱集
熱装置において、前記圧縮機は容量可変とされ、
外気温度を検出する外気温センサーと、日射量を
検知する日射センサーと、該外気温センサーおよ
び日射センサーからの出力により気象状態に応じ
て圧縮機の運転周波数を制御する制御装置とが設
けられ、該制御装置は、外気温センサーからの出
力により外気温に対する圧縮機の標準運転周波数
を設定する運転周波数設定手段と、前記日射セン
サーからの出力を標準値と比較して標準値より大
のとき運転周波数設定手段により設定された圧縮
機の標準運転周波数を減少させ、標準値より小の
とき運転周波数設定手段により設定された圧縮機
の標準運転周波数を増加させる運転周波数修正手
段とを有せしめられたものである。
上記構成によれば、本集熱装置が各季節の給湯
負荷に見合つた適切な集熱能力を持つように制御
されるため、給湯負荷の大きい冬場には、圧縮機
の運転周波数を上げて集熱能力を上げて、給湯負
荷の小さい夏場には圧縮機の運転周波数を下げて
回転数を落とし、圧縮機の入力を低減させること
ができる。また一日の運転において、日射量の大
小によつて、集熱能力が変化するが、日射量の少
ない曇天時や雨天時には、圧縮機の運転周波数を
若干高くし、集熱器での蒸発温度を低くして、空
気からの集熱能力を大きくしている。また、日射
量の大きい晴天時には、運転周波数を下げて、空
気集熱能力を落とし、ほとんど日射のみからの集
熱とするとともに、圧縮機の入力を低減すること
ができる。この結果、外気温度、日射量の条件に
よつて、給湯負荷に対し集熱能力が不足する場合
には、圧縮機の運転周波数を上げて集熱能力を高
め、逆に、給湯負荷に対して集熱能力が過剰にな
る条件においては、圧縮機の運転周波数を下げる
ことによつて入力を低減し、運転効率を高めるこ
とができる。従つて、本構成の装置は、年間を通
じて、給湯負荷に見合つた安定した集熱能力を持
ち、かつ、期間成績係数の高い経済的な集熱装置
とすることができる。
〈実施例〉 以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明
する。第1図において、1は集熱器である。これ
は太陽熱のみならず空気熱をも吸収するため、ガ
ラス、ケース、断熱材などが不要で集熱板が露出
したものであり、アルミニウムなどの熱伝導の良
い材質でつくられ、表面には黒色塗装または黒色
の着色アルマイトなど施して日射の吸収を良好に
し、かつ屋外設置における耐久性を確保してい
る。また、集熱器1を屋根材と一体化し、屋根一
体型集熱器とすることも可能である。2は容量制
御型の圧縮機であり、周波数変換装置(インバー
タ)により回転数が制御されるものである。3は
凝縮器で、二重管熱交換器構造をもち、該凝縮器
内を流れる熱媒と流体加熱回路の流体(水)との
熱交換が行なわれ、熱交換器3Aとして働くもの
である。4は膨張弁で、これらの集熱器1、圧縮
機2、凝縮器3、膨張弁4は順次配管接続されて
ヒートポンプサイクル5が構成される。また6は
断熱された貯湯槽、7は循環ポンプであり、貯湯
槽6、水循環ポンプ7、熱交換器3Aは順次配管
接続されて流体加熱回路8が構成されている。ま
た9はインバータ等を含む制御回路であり、10
は外気温センサー、11は日射センサーである。
そして、該外気温センサー10および日射センサ
ー11からの出力により気象状態に応じて圧縮機
2の運転周波数を制御する制御装置12が設けら
れ、該制御装置12は、外気温センサー10から
の出力により外気温に対する圧縮機2の標準運転
周波数を設置する運転周波数設定手段12aと、
前記日射センサー11からの出力を標準値と比較
して標準値より大のとき運転周波数設定手段12
aにより設定された圧縮機2の標準運転周波数を
減少させ、標準値より小のとき運転周波数設定手
段12aにより設定された圧縮機2の標準運転周
波数を増加させる運転周波数修正手段12bとを
有せしめられたものである。
次に作用を説明する。圧縮機2で高温、高圧に
圧縮された冷媒ガスは、凝縮器3に流入し、熱交
換関係にある流体加熱回路8を流動する水に放熱
して凝縮液化した後、膨張弁4に至る。そして膨
張弁4を通過する際に断熱膨張して減圧され、低
温低圧の二相冷媒となり、集熱器1に流入する。
この集熱器1に流入した冷媒は、太陽熱および大
気熱を吸収して蒸発ガス化し、集熱器1を流出し
た後再び圧縮機2に流入して以下同様のサイクル
を繰返す。一方、貯湯槽6内の給湯水は、循環ポ
ンプ7の作用により、熱交換器3A(凝縮器)に
送水され、ここで高温高圧の冷媒と熱交換するこ
とにより加圧されて昇温し、再び貯湯槽6に戻
る。
ここで圧縮機2は、周波数変換装置(インバー
タ)により、回転数が制御されるものであり、外
気温度センサー10および日射センサー11から
の信号を受けて、最適な運転周波数すなわち回転
数に制御される。
第2図に周波数制御のフロートチヤートを示
す。最低周波数で起動した圧縮機2は、まず外気
温度により、その外気温度に対する標準的な運転
周波数を決定する。たとえば外気温度T0(以下
T0とする)が30℃以上の場合は35Hz,25℃<T0
≦30℃ならば46Hz,20℃<T0≦25℃ならば57Hz,
15℃<T0≦20℃ならば68Hz,10℃<T0≦15℃な
らば79Hz,T0≦10の場合には90Hzのように設定
する。つぎに日射量を感知し、日射量(以下Iと
する)が標準的な日射量I0=250Kcal/m2hより
も大きい場合は周波数を下げる方向へ、また小さ
い場合は周波数を上げる方向へ再度調節する。た
とえばI0+200>I≧I0+100Kcal/m2hならば1
ステツプ(約5.5Hz)周波数を下げ、I≧I0
200Kcal/m2hならば2ステツプ(約11Hz)下げ
る。逆にI0−200<I≦0−100ならば1ステツプ
周波数を上げ、I≦I0−200ならば2ステツプ周
波数を上げるように制御する。ただし、これらの
周波数制御は、周波数の可能範囲内(たとえば30
〜90Hz)で行なうことが当然である。
なお本発明は、第3図の如く、ヒートポンプサ
イクルの凝縮器3Bを貯湯槽6内に内装し、流体
循環回路を廃止したシステムであつても上記と同
様の効果が期待できる。
〈効果〉 以上の説明から明らかな通り、本発明は、圧縮
機により熱媒を循環させて太陽熱を集熱し、貯湯
槽内の使用流体を加温するよう構成された太陽熱
集熱装置において、前記圧縮機は容量可変とさ
れ、外気温度を検出する外気温センサーと、日射
量を検知する日射センサーと、該外気温センサー
および日射センサーからの出力により気象状態に
応じて圧縮機の運転周波数を制御する制御装置と
が設けられ、外気温を検知してその外気温(すな
わち季節)に最適な圧縮機の標準周波数を選定
し、さらに日射量の大小に従つて、その標準周波
数から日射量が大きい場合は減少させ、小さい場
合は増加させるよう運転周波数を修正するもので
ある。
従つて本発明によれば、給湯負荷の大きい冬場
には圧縮機の運転周波数を上げて集熱能力を高
め、逆に給湯負荷の小さい夏場には圧縮機の運転
周波数を下げて回転数を落とし、入力を低減させ
ることができる。また一日の運転においても日射
量の少ない曇天時や雨天時には、圧縮機の運転周
波数を若干高くして集熱器での蒸発温度を低く
し、空気からの集熱能力を大きくすることがで
き、また日射量の大きな晴天時には、運転周波数
を下げて蒸発温度を上げ、ほとんど日射のみから
集熱するとともに圧縮機の入力を低減することが
できる。この結果、外気温度、日射量の条件によ
つて、給湯負荷に対して集熱能力が不足する場合
には圧縮機の運転周波数を上げて集熱能力を高
め、逆に給湯負荷に対して集熱能力が過剰となる
条件においては圧縮機の運転周波数を下げること
によつて入力を低減し、運転効率を高めることが
できる。すなわち、年間を通じて給湯負荷に見合
つた安定した集熱能力を持ち、かつ期間成績係数
の高い経済的な集熱装置とすることができる。
【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集熱装
置のシステム構成図である。第2図は運転周波数
制御のフローチヤート、第3図は本発明の他の実
施例を示す太陽熱集熱装置のシステム構成図、第
4図は本発明の機能ブロツク図である。 1……集熱器、2……圧縮機、3……凝縮器、
3A……熱交換器、4……膨張弁、5……冷媒集
熱回路、6……貯湯槽、7……循環ポンプ、8…
…流体加熱回路、9……制御回路、10……温度
センサー、11……日射センサー。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 容量可変圧縮機により熱媒を循環させて太陽
    熱を集熱し、貯湯槽内の使用流体を加温するよう
    構成された太陽熱集熱装置において、 外気温度を検出する外気温センサーと、 日射量を検知する日射センサーと、 該外気温センサーおよび日射センサーからの出
    力により気象状態に応じて圧縮機の運転周波数を
    制御する制御装置とが設けられ、 該制御装置は、 外気温センサーからの出力により外気温に対す
    る圧縮機の標準運転周波数を設定する運転周波数
    設定手段と、 前記日射センサーからの出力を標準値と比較し
    て標準値より大のとき運転周波数設定手段により
    設定された圧縮機の標準運転周波数を減少させ、
    標準値より小のとき運転周波数設定手段により設
    定された圧縮機の標準運転周波数を増加させる運
    転周波数修正手段と を有せしめられたことを特徴とする太陽熱集熱装
    置。
JP59195602A 1984-09-18 1984-09-18 太陽熱集熱装置 Granted JPS6172962A (ja)

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EP85104355A EP0175836B1 (en) 1984-09-18 1985-04-10 Solar heat collector system
EP88102744A EP0330701A3 (en) 1984-09-18 1985-04-10 Heat collector
DE8585104355T DE3568860D1 (en) 1984-09-18 1985-04-10 Solar heat collector system
US07/161,951 US4901537A (en) 1984-09-18 1988-02-29 Solar heat collector system

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