JPH07174414A - ヒートポンプ式太陽熱集熱システム - Google Patents
ヒートポンプ式太陽熱集熱システムInfo
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- JPH07174414A JPH07174414A JP4064634A JP6463492A JPH07174414A JP H07174414 A JPH07174414 A JP H07174414A JP 4064634 A JP4064634 A JP 4064634A JP 6463492 A JP6463492 A JP 6463492A JP H07174414 A JPH07174414 A JP H07174414A
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
Abstract
(57)【要約】
【目的】 集熱から蓄熱に至るまでの熱効率を総合的に
向上させる。 【構成】 集熱時には、太陽熱集熱器１で集められた太
陽熱を集熱水の循環により集熱側熱交換器３側へ輸送し
てヒートポンプ５の冷媒と熱交換させる。そして、この
冷媒に吸収された熱を、ヒートポンプ５により熱的にポ
ンプアップしながら蓄熱側熱交換器８に輸送し、蓄熱水
と熱交換させて中温蓄熱槽１７内の蓄熱水に温度レベル
を低く抑えて蓄熱する。一方、熱使用時には、中温蓄熱
槽１７に蓄えられた熱エネルギーを蓄熱側熱交換器８で
冷媒に吸収させ、その熱エネルギーをヒートポンプ５に
より熱的にポンプアップしながら負荷側熱交換器１４に
輸送し、ここで負荷側の水と熱交換させて、給湯や暖房
等に利用する。
向上させる。 【構成】 集熱時には、太陽熱集熱器１で集められた太
陽熱を集熱水の循環により集熱側熱交換器３側へ輸送し
てヒートポンプ５の冷媒と熱交換させる。そして、この
冷媒に吸収された熱を、ヒートポンプ５により熱的にポ
ンプアップしながら蓄熱側熱交換器８に輸送し、蓄熱水
と熱交換させて中温蓄熱槽１７内の蓄熱水に温度レベル
を低く抑えて蓄熱する。一方、熱使用時には、中温蓄熱
槽１７に蓄えられた熱エネルギーを蓄熱側熱交換器８で
冷媒に吸収させ、その熱エネルギーをヒートポンプ５に
より熱的にポンプアップしながら負荷側熱交換器１４に
輸送し、ここで負荷側の水と熱交換させて、給湯や暖房
等に利用する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、太陽熱を効率良く蓄熱
して効率良く利用するヒートポンプ式太陽熱集熱システ
ムに関する。
して効率良く利用するヒートポンプ式太陽熱集熱システ
ムに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来のヒートポンプ式太陽熱集熱システ
ムは、例えば特開昭６２−２６６３５７号公報に示され
ているように、太陽熱集熱板で集めた太陽熱をヒートポ
ンプにより貯湯タンク側に輸送して貯湯タンク内の水に
蓄熱し、この貯湯タンク内で湯を生成してこの貯湯タン
クから直接給湯を受けるようになっていた。
ムは、例えば特開昭６２−２６６３５７号公報に示され
ているように、太陽熱集熱板で集めた太陽熱をヒートポ
ンプにより貯湯タンク側に輸送して貯湯タンク内の水に
蓄熱し、この貯湯タンク内で湯を生成してこの貯湯タン
クから直接給湯を受けるようになっていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記従来構成では、太
陽熱の蓄熱手段である貯湯タンク内で生成した湯を直接
利用するものであるため、湯の温度を高温にする必要が
ある（高温の湯であれば湯の利用範囲が広いためであ
る）。しかし、貯湯タンク内の湯の温度が高温になれ
ば、貯湯タンクと外気との温度差が大きくなって、貯湯
タンクから外気への放熱による熱損失（放熱ロス）が多
くなってしまう。しかも、湯の温度の上昇に伴い、ヒー
トポンプの冷媒の凝縮温度も上昇して、ヒートポンプの
成績係数ＣＯＰ（coefficient of performance）が低下
すると共に、冷媒の蒸発温度も上昇して太陽熱集熱板側
と冷媒との温度差が小さくなってしまい、集熱効率も低
下してしまう。このため、集熱から蓄熱に至るまでの熱
効率が総じて悪くなってしまい、太陽熱利用による省エ
ネ効果が低減してしまう欠点があった。
陽熱の蓄熱手段である貯湯タンク内で生成した湯を直接
利用するものであるため、湯の温度を高温にする必要が
ある（高温の湯であれば湯の利用範囲が広いためであ
る）。しかし、貯湯タンク内の湯の温度が高温になれ
ば、貯湯タンクと外気との温度差が大きくなって、貯湯
タンクから外気への放熱による熱損失（放熱ロス）が多
くなってしまう。しかも、湯の温度の上昇に伴い、ヒー
トポンプの冷媒の凝縮温度も上昇して、ヒートポンプの
成績係数ＣＯＰ（coefficient of performance）が低下
すると共に、冷媒の蒸発温度も上昇して太陽熱集熱板側
と冷媒との温度差が小さくなってしまい、集熱効率も低
下してしまう。このため、集熱から蓄熱に至るまでの熱
効率が総じて悪くなってしまい、太陽熱利用による省エ
ネ効果が低減してしまう欠点があった。
【０００４】本発明はこの様な事情を考慮してなされた
もので、従ってその目的は、集熱から蓄熱に至るまでの
熱効率を総合的に向上できるヒートポンプ式太陽熱集熱
システムを提供することにある。
もので、従ってその目的は、集熱から蓄熱に至るまでの
熱効率を総合的に向上できるヒートポンプ式太陽熱集熱
システムを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明のヒートポンプ式
太陽熱集熱システムは、太陽熱を集める太陽熱集熱手段
と、この太陽熱集熱手段で集められた太陽熱エネルギー
を温度レベルを低く抑えて蓄熱する中温蓄熱手段と、こ
の中温蓄熱手段で蓄熱された熱エネルギーを負荷側に供
給する負荷側熱交換手段と、前記太陽熱集熱手段側から
前記中温蓄熱手段側への熱輸送及び前記中温蓄熱手段側
から前記負荷側熱交換手段への熱輸送を行うヒートポン
プとを備えている。
太陽熱集熱システムは、太陽熱を集める太陽熱集熱手段
と、この太陽熱集熱手段で集められた太陽熱エネルギー
を温度レベルを低く抑えて蓄熱する中温蓄熱手段と、こ
の中温蓄熱手段で蓄熱された熱エネルギーを負荷側に供
給する負荷側熱交換手段と、前記太陽熱集熱手段側から
前記中温蓄熱手段側への熱輸送及び前記中温蓄熱手段側
から前記負荷側熱交換手段への熱輸送を行うヒートポン
プとを備えている。
【０００６】
【作用】上記構成によれば、太陽熱の集熱時には、太陽
熱集熱手段で集められた太陽熱エネルギーを、ヒートポ
ンプによって熱的にポンプアップ（追焚）しながら中温
蓄熱手段側へ輸送して、この中温蓄熱手段で温度レベル
を低く抑えて蓄熱する。そして、熱使用時には、中温蓄
熱手段の蓄熱エネルギーをヒートポンプにより熱的にポ
ンプアップしながら負荷側熱交換手段へ輸送する。
熱集熱手段で集められた太陽熱エネルギーを、ヒートポ
ンプによって熱的にポンプアップ（追焚）しながら中温
蓄熱手段側へ輸送して、この中温蓄熱手段で温度レベル
を低く抑えて蓄熱する。そして、熱使用時には、中温蓄
熱手段の蓄熱エネルギーをヒートポンプにより熱的にポ
ンプアップしながら負荷側熱交換手段へ輸送する。
【０００７】この場合、中温蓄熱手段の蓄熱エネルギー
の温度レベルは、低く抑えられているので、外気との温
度差が小さくなって放熱ロスが少なくなると共に、冷媒
の凝縮温度と蒸発温度の双方が低くなって、ヒートポン
プの成績係数ＣＯＰと集熱効率の双方が向上する。
の温度レベルは、低く抑えられているので、外気との温
度差が小さくなって放熱ロスが少なくなると共に、冷媒
の凝縮温度と蒸発温度の双方が低くなって、ヒートポン
プの成績係数ＣＯＰと集熱効率の双方が向上する。
【０００８】しかも、中温蓄熱手段の蓄熱エネルギー
は、ヒートポンプにより熱的にポンプアップされながら
負荷側熱交換手段に輸送されるので、負荷側では温度レ
ベルの高い熱エネルギーとして広範囲に利用できる。
は、ヒートポンプにより熱的にポンプアップされながら
負荷側熱交換手段に輸送されるので、負荷側では温度レ
ベルの高い熱エネルギーとして広範囲に利用できる。
【０００９】
【実施例】以下、本発明の第１の実施例を図１乃至図６
に基づいて説明する。太陽熱集熱手段たる太陽熱集熱器
１は、例えば建物の屋上に太陽光線を多く受けるように
南側斜め上向きに設置されている。この太陽熱集熱器１
と集熱水循環ポンプ２及び集熱側熱交換器３から集熱水
循環回路４が構成され、この集熱水循環回路４内で集熱
水を循環させることにより太陽熱集熱器１で集熱した太
陽熱エネルギーを集熱側熱交換器３側へ輸送してヒート
ポンプ５の冷媒と熱交換させる。
に基づいて説明する。太陽熱集熱手段たる太陽熱集熱器
１は、例えば建物の屋上に太陽光線を多く受けるように
南側斜め上向きに設置されている。この太陽熱集熱器１
と集熱水循環ポンプ２及び集熱側熱交換器３から集熱水
循環回路４が構成され、この集熱水循環回路４内で集熱
水を循環させることにより太陽熱集熱器１で集熱した太
陽熱エネルギーを集熱側熱交換器３側へ輸送してヒート
ポンプ５の冷媒と熱交換させる。
【００１０】上記ヒートポンプ５は、太陽熱の集熱時に
は、コンプレッサ６の吐出パイプ６ａから吐出した高温
ガス冷媒を、図１の実線矢印で示すように四方切換弁７
→蓄熱側熱交換器８→逆止弁９→第１の冷媒減圧装置１
０→集熱側熱交換器３→逆止弁１１→四方切換弁７→ア
キュームレータ１２→コンプレッサ６のサクションパイ
プ６ｂの経路で循環させる。この場合、集熱側熱交換器
３と蓄熱側熱交換器８は、いずれもシェルアンドチュー
ブ形の熱交換器で構成され、チューブ側に冷媒が流れ、
シェル側に水が流れる。
は、コンプレッサ６の吐出パイプ６ａから吐出した高温
ガス冷媒を、図１の実線矢印で示すように四方切換弁７
→蓄熱側熱交換器８→逆止弁９→第１の冷媒減圧装置１
０→集熱側熱交換器３→逆止弁１１→四方切換弁７→ア
キュームレータ１２→コンプレッサ６のサクションパイ
プ６ｂの経路で循環させる。この場合、集熱側熱交換器
３と蓄熱側熱交換器８は、いずれもシェルアンドチュー
ブ形の熱交換器で構成され、チューブ側に冷媒が流れ、
シェル側に水が流れる。
【００１１】また、上記逆止弁９に対し、第２の冷媒減
圧装置１３が並列に設けられている。更に、第１の冷媒
減圧装置１０，集熱側熱交換器３及び逆止弁１１の直列
回路に対し、負荷側熱交換手段たる負荷側熱交換器１４
と逆止弁１５との直列回路が並列に設けられている。こ
れにより、熱使用時には、四方切換弁７をオンして図１
の点線で示す位置に切り換えることにより、コンプレッ
サ６の吐出パイプ６ａから吐出した高温ガス冷媒を、図
１の点線矢印で示すように四方切換弁７→逆止弁１５→
負荷側熱交換器１４→第２の冷媒減圧装置１３→蓄熱側
熱交換器８→四方切換弁７→アキュームレータ１２→コ
ンプレッサ６のサクションパイプ６ｂの経路で循環させ
る。
圧装置１３が並列に設けられている。更に、第１の冷媒
減圧装置１０，集熱側熱交換器３及び逆止弁１１の直列
回路に対し、負荷側熱交換手段たる負荷側熱交換器１４
と逆止弁１５との直列回路が並列に設けられている。こ
れにより、熱使用時には、四方切換弁７をオンして図１
の点線で示す位置に切り換えることにより、コンプレッ
サ６の吐出パイプ６ａから吐出した高温ガス冷媒を、図
１の点線矢印で示すように四方切換弁７→逆止弁１５→
負荷側熱交換器１４→第２の冷媒減圧装置１３→蓄熱側
熱交換器８→四方切換弁７→アキュームレータ１２→コ
ンプレッサ６のサクションパイプ６ｂの経路で循環させ
る。
【００１２】一方、蓄熱側熱交換器８のシェル側と蓄熱
水循環ポンプ１６及び中温蓄熱手段たる中温蓄熱槽１７
から蓄熱水循環回路１８が構成され、この蓄熱水循環回
路１８内で蓄熱水を循環させることにより蓄熱側熱交換
器８で冷媒の熱を受け取って中温蓄熱槽１７内の蓄熱水
に蓄熱する。
水循環ポンプ１６及び中温蓄熱手段たる中温蓄熱槽１７
から蓄熱水循環回路１８が構成され、この蓄熱水循環回
路１８内で蓄熱水を循環させることにより蓄熱側熱交換
器８で冷媒の熱を受け取って中温蓄熱槽１７内の蓄熱水
に蓄熱する。
【００１３】尚、前述した負荷側熱交換器１４もシェル
アンドチューブ形の熱交換器で構成され、チューブ側に
冷媒が流れ、シェル側に水道水が流れる。そして、負荷
側熱交換器１４のシェル内を通る水道水は温水ポンプ１
９によって負荷側に送られ、給湯や暖房等に使用され
る。
アンドチューブ形の熱交換器で構成され、チューブ側に
冷媒が流れ、シェル側に水道水が流れる。そして、負荷
側熱交換器１４のシェル内を通る水道水は温水ポンプ１
９によって負荷側に送られ、給湯や暖房等に使用され
る。
【００１４】ところで、従来では、蓄熱（凝縮）温度を
上げるために、集熱水循環回路４の集熱水の循環水流量
を多くして、冷媒の蒸発温度を上げていたが、蒸発温度
が上がれば、集熱水と冷媒との温度差が小さくなるた
め、集熱効率が悪くなってしまう。そこで、本実施例で
は、集熱水の循環水流量を従来に比べて少なく設定する
ことによって、蒸発温度を下げて、集熱水と冷媒との温
度差を大きくし、集熱効率を向上させている。
上げるために、集熱水循環回路４の集熱水の循環水流量
を多くして、冷媒の蒸発温度を上げていたが、蒸発温度
が上がれば、集熱水と冷媒との温度差が小さくなるた
め、集熱効率が悪くなってしまう。そこで、本実施例で
は、集熱水の循環水流量を従来に比べて少なく設定する
ことによって、蒸発温度を下げて、集熱水と冷媒との温
度差を大きくし、集熱効率を向上させている。
【００１５】更に、従来では、蓄熱（凝縮）温度を上げ
るために、蓄熱水循環回路１８の蓄熱水の循環水流量が
少なめに設定されていたが、本実施例では、蓄熱（凝
縮）温度を従来よりも下げるために、蓄熱水の循環水流
量を従来よりも多く設定している。この様に、蓄熱水の
循環水流量が多くなれば、蓄熱側熱交換器８内の冷媒の
凝縮温度が下がって、ヒートポンプ５の成績係数ＣＯＰ
が図４に示すように向上する。しかも、蓄熱水の循環水
流量の増加に伴って、蓄熱温度が従来よりも低下して、
蓄熱水と外気との温度差が小さくなり、放熱ロスが少な
くなって蓄熱効率が向上する。
るために、蓄熱水循環回路１８の蓄熱水の循環水流量が
少なめに設定されていたが、本実施例では、蓄熱（凝
縮）温度を従来よりも下げるために、蓄熱水の循環水流
量を従来よりも多く設定している。この様に、蓄熱水の
循環水流量が多くなれば、蓄熱側熱交換器８内の冷媒の
凝縮温度が下がって、ヒートポンプ５の成績係数ＣＯＰ
が図４に示すように向上する。しかも、蓄熱水の循環水
流量の増加に伴って、蓄熱温度が従来よりも低下して、
蓄熱水と外気との温度差が小さくなり、放熱ロスが少な
くなって蓄熱効率が向上する。
【００１６】この場合、蓄熱水の循環水流量と蓄熱効率
との関係は、図５に示すように、循環水流量が一定値Ｑ
以上になると、蓄熱効率が頭打ちになって飽和領域に達
するので、本実施例では、蓄熱水の循環水流量を飽和領
域に達する直前の流量Ｑに設定している。
との関係は、図５に示すように、循環水流量が一定値Ｑ
以上になると、蓄熱効率が頭打ちになって飽和領域に達
するので、本実施例では、蓄熱水の循環水流量を飽和領
域に達する直前の流量Ｑに設定している。
【００１７】また、中温蓄熱槽１７の熱容量（貯水量）
が小さ過ぎると、蓄熱水の温度が高くなり過ぎるので、
蓄熱水の温度が中温（例えば約３０〜４０℃）程度とな
るように中温蓄熱槽１７の熱容量を設定している。
が小さ過ぎると、蓄熱水の温度が高くなり過ぎるので、
蓄熱水の温度が中温（例えば約３０〜４０℃）程度とな
るように中温蓄熱槽１７の熱容量を設定している。
【００１８】一方、太陽熱集熱システム全体の電気的構
成は、図２に示すように、交流電源２０に対して、コン
プレッサ６と蓄熱水循環ポンプ１６との並列回路が電源
スイッチ２１を介して接続されている。また、集熱水循
環ポンプ２と温水ポンプ１９及び四方切換弁７は運転モ
ード切換スイッチ２２及び電源スイッチ２１を介して交
流電源２０に接続されている。この場合、運転モード切
換スイッチ２２は１つの可動接点２２ａと２つの固定接
点２２ｂ，２２ｃを有し、集熱時の切換位置である固定
接点２２ｂ側が集熱水循環ポンプ２に接続され、熱使用
時の切換位置である固定接点２２ｃ側が温水ポンプ１９
と四方切換弁７の並列回路に接続されている。
成は、図２に示すように、交流電源２０に対して、コン
プレッサ６と蓄熱水循環ポンプ１６との並列回路が電源
スイッチ２１を介して接続されている。また、集熱水循
環ポンプ２と温水ポンプ１９及び四方切換弁７は運転モ
ード切換スイッチ２２及び電源スイッチ２１を介して交
流電源２０に接続されている。この場合、運転モード切
換スイッチ２２は１つの可動接点２２ａと２つの固定接
点２２ｂ，２２ｃを有し、集熱時の切換位置である固定
接点２２ｂ側が集熱水循環ポンプ２に接続され、熱使用
時の切換位置である固定接点２２ｃ側が温水ポンプ１９
と四方切換弁７の並列回路に接続されている。
【００１９】斯かる構成の太陽熱集熱システムは、図３
に示すように動作する。即ち、太陽熱集熱システムの運
転を開始する場合には、まず使用者が電源スイッチ２１
をオンして（ステップ１０１）、コンプレッサ６と蓄熱
水循環ポンプ１６を運転する（ステップ１０２）。そし
て、ステップ１０３で太陽熱集熱時には、使用者が運転
モード切換スイッチ２２の可動接点２２ａを固定接点２
２ｂ側に切り換えて、集熱水循環ポンプ２を運転する
（ステップ１０４）。これにより、集熱水循環回路４内
で集熱水を循環させて、太陽熱集熱器１で集熱した太陽
熱エネルギーを集熱側熱交換器３側へ輸送してヒートポ
ンプ５の冷媒と熱交換させる。
に示すように動作する。即ち、太陽熱集熱システムの運
転を開始する場合には、まず使用者が電源スイッチ２１
をオンして（ステップ１０１）、コンプレッサ６と蓄熱
水循環ポンプ１６を運転する（ステップ１０２）。そし
て、ステップ１０３で太陽熱集熱時には、使用者が運転
モード切換スイッチ２２の可動接点２２ａを固定接点２
２ｂ側に切り換えて、集熱水循環ポンプ２を運転する
（ステップ１０４）。これにより、集熱水循環回路４内
で集熱水を循環させて、太陽熱集熱器１で集熱した太陽
熱エネルギーを集熱側熱交換器３側へ輸送してヒートポ
ンプ５の冷媒と熱交換させる。
【００２０】この太陽熱集熱時には、四方切換弁７がオ
フ状態に維持されるので、コンプレッサ６の吐出パイプ
６ａから吐出された高温ガス冷媒は、図１の実線矢印で
示すように四方切換弁７→蓄熱側熱交換器８→逆止弁９
→第１の冷媒減圧装置１０→集熱側熱交換器３→逆止弁
１１→四方切換弁７→アキュームレータ１２→コンプレ
ッサ６のサクションパイプ６ｂの経路で循環する。この
循環冷媒が集熱側熱交換器３で太陽熱エネルギーを受け
取って蓄熱側熱交換器８側へ輸送する。
フ状態に維持されるので、コンプレッサ６の吐出パイプ
６ａから吐出された高温ガス冷媒は、図１の実線矢印で
示すように四方切換弁７→蓄熱側熱交換器８→逆止弁９
→第１の冷媒減圧装置１０→集熱側熱交換器３→逆止弁
１１→四方切換弁７→アキュームレータ１２→コンプレ
ッサ６のサクションパイプ６ｂの経路で循環する。この
循環冷媒が集熱側熱交換器３で太陽熱エネルギーを受け
取って蓄熱側熱交換器８側へ輸送する。
【００２１】この際、太陽熱エネルギーを輸送する冷媒
は、集熱側熱交換器３で集熱水の熱を受けて蒸発してガ
ス化し、このガス冷媒がコンプレッサ６を通過する過程
で、高圧に圧縮されることにより、熱的にポンプアップ
（追焚）されて、蓄熱側熱交換器８で蓄熱水と熱交換す
る。これにより、蓄熱側熱交換器８内でガス冷媒の熱が
蓄熱水に奪われることによって冷媒が凝縮して液化し、
この液冷媒が逆止弁９と第１の冷媒減圧装置１０を通っ
て集熱側熱交換器３に供給される。
は、集熱側熱交換器３で集熱水の熱を受けて蒸発してガ
ス化し、このガス冷媒がコンプレッサ６を通過する過程
で、高圧に圧縮されることにより、熱的にポンプアップ
（追焚）されて、蓄熱側熱交換器８で蓄熱水と熱交換す
る。これにより、蓄熱側熱交換器８内でガス冷媒の熱が
蓄熱水に奪われることによって冷媒が凝縮して液化し、
この液冷媒が逆止弁９と第１の冷媒減圧装置１０を通っ
て集熱側熱交換器３に供給される。
【００２２】一方、ステップ１０３で熱使用時には、温
水ポンプ１９を運転して負荷側の水を循環させると共
に、四方切換弁７をオンして図１の点線で示す位置に切
り換える（ステップ１０５）。これにより、コンプレッ
サ６の吐出パイプ６ａから吐出された高温ガス冷媒は、
図１の点線矢印で示すように四方切換弁７→逆止弁１５
→負荷側熱交換器１４→第２の冷媒減圧装置１３→蓄熱
側熱交換器８→四方切換弁７→アキュームレータ１２→
コンプレッサ６のサクションパイプ６ｂの経路で循環す
る。この循環冷媒が蓄熱側熱交換器８で蓄熱エネルギー
を受け取って負荷側熱交換器１４側へ輸送する。
水ポンプ１９を運転して負荷側の水を循環させると共
に、四方切換弁７をオンして図１の点線で示す位置に切
り換える（ステップ１０５）。これにより、コンプレッ
サ６の吐出パイプ６ａから吐出された高温ガス冷媒は、
図１の点線矢印で示すように四方切換弁７→逆止弁１５
→負荷側熱交換器１４→第２の冷媒減圧装置１３→蓄熱
側熱交換器８→四方切換弁７→アキュームレータ１２→
コンプレッサ６のサクションパイプ６ｂの経路で循環す
る。この循環冷媒が蓄熱側熱交換器８で蓄熱エネルギー
を受け取って負荷側熱交換器１４側へ輸送する。
【００２３】この際、蓄熱エネルギーを輸送する冷媒
は、蓄熱側熱交換器８で蓄熱水の熱を受けて蒸発してガ
ス化し、このガス冷媒がコンプレッサ６を通過する過程
で、高圧に圧縮されることにより、熱的にポンプアップ
（追焚）されて、負荷側熱交換器１４で負荷側の循環水
（水道水）と熱交換する。これにより、負荷側熱交換器
１４内でガス冷媒の熱が負荷側の循環水に奪われること
によって冷媒が凝縮して液化し、この液冷媒が第２の冷
媒減圧装置１３を通って蓄熱側熱交換器８に供給され
る。一方、負荷側熱交換器１４で冷媒の熱を受け取った
水道水は、温水ポンプ１９により負荷側へ送られて、給
湯や暖房等に利用される。
は、蓄熱側熱交換器８で蓄熱水の熱を受けて蒸発してガ
ス化し、このガス冷媒がコンプレッサ６を通過する過程
で、高圧に圧縮されることにより、熱的にポンプアップ
（追焚）されて、負荷側熱交換器１４で負荷側の循環水
（水道水）と熱交換する。これにより、負荷側熱交換器
１４内でガス冷媒の熱が負荷側の循環水に奪われること
によって冷媒が凝縮して液化し、この液冷媒が第２の冷
媒減圧装置１３を通って蓄熱側熱交換器８に供給され
る。一方、負荷側熱交換器１４で冷媒の熱を受け取った
水道水は、温水ポンプ１９により負荷側へ送られて、給
湯や暖房等に利用される。
【００２４】以上説明した集熱時と熱使用時の熱力学的
プロセスを図６のモリエル線図により説明する。集熱時
の熱力学的プロセスは、１→２→３→４であり、熱使用
時の熱力学的プロセスは、１，→２，→３，→４，であ
る。ここで、１→２（１，→２，）はコンプレッサ６に
よる熱的ポンプアップであり、２→３（２，→３，）は
蓄熱側熱交換器８（負荷側熱交換器１４）での放熱量で
あり、３→４（３，→４，）は第１の冷媒減圧装置１０
（第２の冷媒減圧装置１３）での等エンタルピ膨張であ
り、４→１（４，→１，）は集熱側熱交換器３（蓄熱側
熱交換器８）での吸熱量である。
プロセスを図６のモリエル線図により説明する。集熱時
の熱力学的プロセスは、１→２→３→４であり、熱使用
時の熱力学的プロセスは、１，→２，→３，→４，であ
る。ここで、１→２（１，→２，）はコンプレッサ６に
よる熱的ポンプアップであり、２→３（２，→３，）は
蓄熱側熱交換器８（負荷側熱交換器１４）での放熱量で
あり、３→４（３，→４，）は第１の冷媒減圧装置１０
（第２の冷媒減圧装置１３）での等エンタルピ膨張であ
り、４→１（４，→１，）は集熱側熱交換器３（蓄熱側
熱交換器８）での吸熱量である。
【００２５】ちなみに、従来の熱力学的プロセスは、
１”→２”→３”→４”であり、蓄熱温度を高温（例え
ば約５０〜６０℃）まで上げるために、集熱水の循環水
流量を上げて冷媒の蒸発温度を上げると共に、蓄熱水の
循環水流量を下げて凝縮温度を上げていたので、蓄熱温
度と外気との温度差が大きくなって放熱ロスが多くなる
と共に、ヒートポンプの成績係数ＣＯＰと集熱効率の双
方が低下する欠点があった。
１”→２”→３”→４”であり、蓄熱温度を高温（例え
ば約５０〜６０℃）まで上げるために、集熱水の循環水
流量を上げて冷媒の蒸発温度を上げると共に、蓄熱水の
循環水流量を下げて凝縮温度を上げていたので、蓄熱温
度と外気との温度差が大きくなって放熱ロスが多くなる
と共に、ヒートポンプの成績係数ＣＯＰと集熱効率の双
方が低下する欠点があった。
【００２６】これに対し、本実施例では、蓄熱温度を中
温（例えば約３０〜４０℃）程度に抑えるために、集熱
水の循環水流量を下げて冷媒の蒸発温度を下げると共
に、蓄熱水の循環水流量を上げて凝縮温度を下げてい
る。このため、蓄熱温度と外気との温度差が小さくなっ
て放熱ロスが少なくなると共に、ヒートポンプ５の成績
係数ＣＯＰと集熱効率の双方が向上して、集熱から蓄熱
に至るまでの熱効率が総合的に向上する。
温（例えば約３０〜４０℃）程度に抑えるために、集熱
水の循環水流量を下げて冷媒の蒸発温度を下げると共
に、蓄熱水の循環水流量を上げて凝縮温度を下げてい
る。このため、蓄熱温度と外気との温度差が小さくなっ
て放熱ロスが少なくなると共に、ヒートポンプ５の成績
係数ＣＯＰと集熱効率の双方が向上して、集熱から蓄熱
に至るまでの熱効率が総合的に向上する。
【００２７】この場合、蓄熱温度が低く抑えられていて
も、この熱エネルギーはコンプレッサ６により熱的にポ
ンプアップ（追焚）されながら負荷側熱交換器１４に輸
送されるので、負荷側では温度レベルの高い熱エネルギ
ーとして広範囲に利用できる。しかも、コンプレッサ６
による追焚は、昼夜を問わず何時でも行えるので、夜間
でも温度レベルの高い熱エネルギーを利用できる。
も、この熱エネルギーはコンプレッサ６により熱的にポ
ンプアップ（追焚）されながら負荷側熱交換器１４に輸
送されるので、負荷側では温度レベルの高い熱エネルギ
ーとして広範囲に利用できる。しかも、コンプレッサ６
による追焚は、昼夜を問わず何時でも行えるので、夜間
でも温度レベルの高い熱エネルギーを利用できる。
【００２８】以上説明した第１の実施例では、太陽熱集
熱器１側から中温蓄熱槽１７側への熱輸送及び中温蓄熱
槽１７側から負荷側熱交換器１４への熱輸送を、同一の
ヒートポンプ５により行うようにしたので、集熱（蓄
熱）と熱使用は同時に行うことはできず、交互に行うこ
とになる。
熱器１側から中温蓄熱槽１７側への熱輸送及び中温蓄熱
槽１７側から負荷側熱交換器１４への熱輸送を、同一の
ヒートポンプ５により行うようにしたので、集熱（蓄
熱）と熱使用は同時に行うことはできず、交互に行うこ
とになる。
【００２９】一方、図７に示す本発明の第２の実施例の
ように構成すれば、集熱（蓄熱）と熱使用とを同時に行
うことができる。この第２の実施例では、２つのヒート
ポンプ２３，２４を設け、第１のヒートポンプ２３によ
り太陽熱集熱器１側から中温蓄熱槽１７側への熱輸送を
行うと共に、第２のヒートポンプ２４により中温蓄熱槽
１７側から負荷側熱交換器１４への熱輸送を行う。
ように構成すれば、集熱（蓄熱）と熱使用とを同時に行
うことができる。この第２の実施例では、２つのヒート
ポンプ２３，２４を設け、第１のヒートポンプ２３によ
り太陽熱集熱器１側から中温蓄熱槽１７側への熱輸送を
行うと共に、第２のヒートポンプ２４により中温蓄熱槽
１７側から負荷側熱交換器１４への熱輸送を行う。
【００３０】第１のヒートポンプ２３は、第１のコンプ
レッサ２５，蓄熱側熱交換器８，第１の冷媒減圧装置１
０，集熱側熱交換器３，アキュームレータ１２を順に接
続して構成されている。一方、第２のヒートポンプ２４
は、第２のコンプレッサ２６，負荷側熱交換器１４，第
２の冷媒減圧装置１３，中温蓄熱槽１７内に設けられた
熱交換器２７，アキュームレータ１２を順に接続して構
成されている。尚、前述した第１の実施例と同一部分に
は同一符号を付して説明を省略する。
レッサ２５，蓄熱側熱交換器８，第１の冷媒減圧装置１
０，集熱側熱交換器３，アキュームレータ１２を順に接
続して構成されている。一方、第２のヒートポンプ２４
は、第２のコンプレッサ２６，負荷側熱交換器１４，第
２の冷媒減圧装置１３，中温蓄熱槽１７内に設けられた
熱交換器２７，アキュームレータ１２を順に接続して構
成されている。尚、前述した第１の実施例と同一部分に
は同一符号を付して説明を省略する。
【００３１】斯かる第２の実施例によれば、集熱時に
は、第１のヒートポンプ２３を動作させて、前述した第
１の実施例と同じように太陽熱を中温蓄熱槽１７内の蓄
熱水に蓄熱する。
は、第１のヒートポンプ２３を動作させて、前述した第
１の実施例と同じように太陽熱を中温蓄熱槽１７内の蓄
熱水に蓄熱する。
【００３２】一方、熱使用時には、第２のヒートポンプ
２４を動作させて、中温蓄熱槽１７内の熱交換器２７で
蓄熱水の熱を冷媒に吸収して、この熱エネルギーを第２
のコンプレッサ２６により熱的にポンプアップ（追焚）
しながら負荷側熱交換器１４側へ輸送し、この負荷側熱
交換器１４で水道水と熱交換させる。この熱使用時が太
陽熱を集熱可能な昼間であるときには、熱使用と同時に
集熱も行うようにすれば、熱使用による蓄熱エネルギー
の減少分を集熱により埋め合わせることができて、熱使
用時でも蓄熱温度（負荷側の温度）を一定に維持するこ
とができる。
２４を動作させて、中温蓄熱槽１７内の熱交換器２７で
蓄熱水の熱を冷媒に吸収して、この熱エネルギーを第２
のコンプレッサ２６により熱的にポンプアップ（追焚）
しながら負荷側熱交換器１４側へ輸送し、この負荷側熱
交換器１４で水道水と熱交換させる。この熱使用時が太
陽熱を集熱可能な昼間であるときには、熱使用と同時に
集熱も行うようにすれば、熱使用による蓄熱エネルギー
の減少分を集熱により埋め合わせることができて、熱使
用時でも蓄熱温度（負荷側の温度）を一定に維持するこ
とができる。
【００３３】尚、本発明は上記実施例に限定されるもの
ではなく、例えば中温蓄熱槽１７（中温蓄熱手段）の蓄
熱温度を検出する温度センサを設け、この温度センサの
検出温度が設定温度に達したときに集熱（蓄熱）を停止
するようにしても良い。
ではなく、例えば中温蓄熱槽１７（中温蓄熱手段）の蓄
熱温度を検出する温度センサを設け、この温度センサの
検出温度が設定温度に達したときに集熱（蓄熱）を停止
するようにしても良い。
【００３４】また、ヒートポンプのコンプレッサとし
て、可変容量コンプレッサを採用して熱的ポンプアップ
（追焚）の強弱を調整できるようにしても良い。更に、
太陽熱集熱器１で集めた太陽熱を循環水を介さずに直接
冷媒に吸収させる構成としても良く、同様に、ヒートポ
ンプで輸送する熱エネルギーを循環水を介さずに中温蓄
熱槽１７内に直接蓄熱するようにしても良い。
て、可変容量コンプレッサを採用して熱的ポンプアップ
（追焚）の強弱を調整できるようにしても良い。更に、
太陽熱集熱器１で集めた太陽熱を循環水を介さずに直接
冷媒に吸収させる構成としても良く、同様に、ヒートポ
ンプで輸送する熱エネルギーを循環水を介さずに中温蓄
熱槽１７内に直接蓄熱するようにしても良い。
【００３５】その他、本発明は、ヒートポンプとして、
上記実施例のようなアキュームレータサイクルに代え
て、レシーバサイクルを採用しても良い等、種々の変形
が可能である。
上記実施例のようなアキュームレータサイクルに代え
て、レシーバサイクルを採用しても良い等、種々の変形
が可能である。
【００３６】
【発明の効果】本発明は以上の説明から明らかなよう
に、中温蓄熱手段に蓄熱される熱エネルギーの温度レベ
ルは低く抑えられているので、外気との温度差が小さく
なって放熱ロスが少なくなると共に、冷媒の凝縮温度と
蒸発温度の双方が低くなって、ヒートポンプの成績係数
ＣＯＰと集熱効率の双方を向上でき、集熱から蓄熱に至
るまでの熱効率を総合的に向上させることができる。
に、中温蓄熱手段に蓄熱される熱エネルギーの温度レベ
ルは低く抑えられているので、外気との温度差が小さく
なって放熱ロスが少なくなると共に、冷媒の凝縮温度と
蒸発温度の双方が低くなって、ヒートポンプの成績係数
ＣＯＰと集熱効率の双方を向上でき、集熱から蓄熱に至
るまでの熱効率を総合的に向上させることができる。
【００３７】しかも、中温蓄熱手段の蓄熱エネルギー
は、ヒートポンプにより熱的にポンプアップされながら
負荷側熱交換手段に輸送されるので、負荷側では温度レ
ベルの高い熱エネルギーとして広範囲に利用できる。
は、ヒートポンプにより熱的にポンプアップされながら
負荷側熱交換手段に輸送されるので、負荷側では温度レ
ベルの高い熱エネルギーとして広範囲に利用できる。
【図１】本発明の第１の実施例を示すヒートポンプ式太
陽熱集熱システムの構成図
陽熱集熱システムの構成図
【図２】電気回路図
【図３】作動フローチャート
【図４】蓄熱水の循環水流量と成績係数ＣＯＰとの関係
を示す図
を示す図
【図５】蓄熱水の循環水流量と蓄熱効率との関係を示す
図
図
【図６】集熱時と熱使用時の熱力学的プロセスを示すモ
リエル線図
リエル線図
【図７】本発明の第２の実施例を示すヒートポンプ式太
陽熱集熱システムの構成図
陽熱集熱システムの構成図
１は太陽熱集熱器（太陽熱集熱手段）、３は集熱側熱交
換器、５はヒートポンプ、６はコンプレッサ、７は四方
切換弁、８は蓄熱側熱交換器、１０は第１の冷媒減圧装
置、１３は第２の冷媒減圧装置、１４は負荷側熱交換器
（負荷側熱交換手段）、１７は中温蓄熱槽（中温蓄熱手
段）、２２は運転モード切換スイッチ、２３は第１のヒ
ートポンプ、２４は第２のヒートポンプ、２５は第１の
コンプレッサ、２６は第２のコンプレッサ、２７は熱交
換器である。
換器、５はヒートポンプ、６はコンプレッサ、７は四方
切換弁、８は蓄熱側熱交換器、１０は第１の冷媒減圧装
置、１３は第２の冷媒減圧装置、１４は負荷側熱交換器
（負荷側熱交換手段）、１７は中温蓄熱槽（中温蓄熱手
段）、２２は運転モード切換スイッチ、２３は第１のヒ
ートポンプ、２４は第２のヒートポンプ、２５は第１の
コンプレッサ、２６は第２のコンプレッサ、２７は熱交
換器である。
Claims (1)
- 【請求項１】 太陽熱を集める太陽熱集熱手段と、この
太陽熱集熱手段で集められた太陽熱エネルギーを温度レ
ベルを低く抑えて蓄熱する中温蓄熱手段と、この中温蓄
熱手段で蓄熱された熱エネルギーを負荷側に供給する負
荷側熱交換手段と、前記太陽熱集熱手段側から前記中温
蓄熱手段側への熱輸送及び前記中温蓄熱手段側から前記
負荷側熱交換手段への熱輸送を行うヒートポンプとを備
えたヒートポンプ式太陽熱集熱システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4064634A JPH07174414A (ja) | 1992-03-23 | 1992-03-23 | ヒートポンプ式太陽熱集熱システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4064634A JPH07174414A (ja) | 1992-03-23 | 1992-03-23 | ヒートポンプ式太陽熱集熱システム |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07174414A true JPH07174414A (ja) | 1995-07-14 |
Family
ID=13263901
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4064634A Pending JPH07174414A (ja) | 1992-03-23 | 1992-03-23 | ヒートポンプ式太陽熱集熱システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07174414A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR200465485Y1 (ko) * | 2010-12-31 | 2013-02-28 | (주)세종엠엔이 | 하이브리드 히트펌프 시스템 |
| US20150047579A1 (en) * | 2012-03-01 | 2015-02-19 | Waste Heat Recovery Ltd. | Heat Recovery |
| KR20200032345A (ko) * | 2018-09-18 | 2020-03-26 | 주식회사 탑솔 | Pvt 집열기 연계 태양열 히트펌프 시스템 |
| CN114484578A (zh) * | 2022-02-25 | 2022-05-13 | 西安热工研究院有限公司 | 一种基于多能互补及相变储能的冷热联供系统及方法 |
| CN115218248A (zh) * | 2022-09-21 | 2022-10-21 | 中国建筑设计研究院有限公司 | 基于光伏发电耦合热泵制热的梯级热能装置及热水系统 |
-
1992
- 1992-03-23 JP JP4064634A patent/JPH07174414A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR200465485Y1 (ko) * | 2010-12-31 | 2013-02-28 | (주)세종엠엔이 | 하이브리드 히트펌프 시스템 |
| US20150047579A1 (en) * | 2012-03-01 | 2015-02-19 | Waste Heat Recovery Ltd. | Heat Recovery |
| US9869466B2 (en) * | 2012-03-01 | 2018-01-16 | Waste Heat Recovery Ltd. | Heat recovery |
| KR20200032345A (ko) * | 2018-09-18 | 2020-03-26 | 주식회사 탑솔 | Pvt 집열기 연계 태양열 히트펌프 시스템 |
| CN114484578A (zh) * | 2022-02-25 | 2022-05-13 | 西安热工研究院有限公司 | 一种基于多能互补及相变储能的冷热联供系统及方法 |
| CN114484578B (zh) * | 2022-02-25 | 2023-07-18 | 西安热工研究院有限公司 | 一种基于多能互补及相变储能的冷热联供系统及方法 |
| CN115218248A (zh) * | 2022-09-21 | 2022-10-21 | 中国建筑设计研究院有限公司 | 基于光伏发电耦合热泵制热的梯级热能装置及热水系统 |
| CN115218248B (zh) * | 2022-09-21 | 2023-02-17 | 中国建筑设计研究院有限公司 | 基于光伏发电耦合热泵制热的梯级热能装置及热水系统 |
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