JPS59221565A - ソ−ラ−ヒ−トポンプ給湯装置 - Google Patents

ソ−ラ−ヒ−トポンプ給湯装置

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JPS59221565A
JPS59221565A JP58096258A JP9625883A JPS59221565A JP S59221565 A JPS59221565 A JP S59221565A JP 58096258 A JP58096258 A JP 58096258A JP 9625883 A JP9625883 A JP 9625883A JP S59221565 A JPS59221565 A JP S59221565A
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solar heat
heat pump
solar
heat
evaporator
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JP58096258A
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大塚 信夫
道夫 大坪
英雄 五十嵐
等 飯島
有村 洋海
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Mitsubishi Electric Corp
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/40Solar thermal energy, e.g. solar towers

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  • Heat-Pump Type And Storage Water Heaters (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は晴天時は太陽熱を、天候の悪いときは外気熱
などを熱源にして運転されるソーラーヒートポンプ給湯
装置に関する。
従来、いわゆる貯湯槽を有する給湯装置には各種のタイ
プがあ夛、実用化されていた。その制御方法社熱源の種
類によシ異なり、たとえはガスや灯油を燃料とするも9
では湯温を温度センサで検知し、いつでも最適な温度に
なるよう制御していた。
また、電気を使用するタイプでは、料金の安い深夜電力
を利用するのが一般的で、タイマで深夜電力時間帯のみ
ヒータに通電し、かつ温度センサで水温を制御していた
さらに、最近では成績係数(COP)が1よシ大きいヒ
ートポンプ装置を用いた給湯装置も実用化されており、
この場合、普通の電力を使うものと深夜電力を使うもの
がある。
ガスや灯油、普通電力を使用するものは湯の使用によp
湯温か下がれば自動的に沸き上げるため、1日中いつで
も湯を使うことができる。
また、深夜電力を使用するものも給湯負荷のない夜中の
時間帯に沸き上げるため朝から晩にかけて発生する給湯
負荷をまかなうことができる。
しかし、これらの装置はいずれも負荷のない夜中にも湯
を貯えておくか加熱しているので、貯湯槽からの放熱損
失が大きい欠点があった。
さらに、最近ではヒートポンプ装置のcop’i一層間
上させ省エネルギ運転を実現するため太陽熱を利用した
ヒートポンプ装置が実用化されようとしている。
第1図から第4図に冷凍回路中に直接太陽熱コレクタを
挿入した各種のソーラーヒートポンプ給湯装置を示す。
第1図において1性圧縮機、2は凝縮器、3は膨張弁、
4はフィンアンドチューブ式の蒸発器で、これらが蒸発
器5の入口に設けた電磁弁7とともに、環状に結ばれて
主冷凍回路を構成している。
蒸発器4にファン8から送風するようになっており、ま
た、H:m器2は貯湯槽9に挿入されている。
また、蒸発器4に並列的に太陽熱コレクタ5が連結され
ておシ、太陽熱コレクタ5の入口に、電磁弁6が設けら
れている。
太陽熱コレクタ5は図示していないが、外箱透明カバー
、断熱材、集熱板などで構成されている。
次に動作について説明する。まず日射が弱いときは蒸発
器4が外気から熱をくみあげる熱交換器として使われ、
凝縮器2によって貯湯槽9内の水を加熱する。
また晴天時は太陽熱コレクタ5が太陽熱をくみあげる熱
変換器として使われる。
外気を熱源とする場合と、太陽熱を熱源とする場合では
蒸発温度が異なシ、外気熱利用の場合は蒸発温度は外気
温よシ数度低く、太陽熱利用の場合は太陽熱コレクタ5
の性能にもよるが、外気温程度が外気温を数度〜数十度
上回る温度となる。
したがって、太陽熱を利用した場合の方が、蒸発温度と
凝縮温度の差が縮まり、同じ熱量を得るために消費され
る圧縮機1の電気入力は小さくなり、ヒートIンゾのC
OPは向上し、省エネルギ運転となる。
第2図は太陽熱コレクタ5と蒸発器4が冷凍回路上で直
列に接続されたソーラヒートポンプ給湯装置で、蒸発器
4にはバイアス回路が設けられ、そこに電磁弁10が設
置されている。
晴天時は電磁弁10を開にし、冷媒を太陽熱コレクタ5
から電磁弁10を通し圧縮機1に直接戻す。
また、日射が弱いときは、電磁弁10i閉にし、太陽熱
コレクタ5と蒸発器4に直列に冷媒を流し、太陽熱コレ
クタ5では、若干の太陽熱と外気熱を蒸発器4で外気熱
を集熱する。
第3図は太陽熱と外気熱を1台の太陽コレクタ5で集熱
するようにしたソーラーヒートポンプ給湯装置で、太陽
熱コレクタ5内には太陽熱、外気熱集熱兼用の蒸発器4
とファン8が組み込まれている。
晴天時はファン8を停止し、太陽熱を、日射の弱いとき
はファン8を運転し外気熱をそれぞれ集熱する。
第4図は凝縮器2と並列に太陽熱コレクタ5を設け、こ
の太陽熱コレクタ5の入口側に冷媒液搬送用のポンプ1
1を、また出口側に逆止弁12を備え、また圧縮機1の
吐出側に逆止弁13f:備えた装置である。
晴天時は凝縮器2からの液冷媒をポンプ11で太陽熱コ
レクタ5へ送p1蒸発させ、太陽熱集熱を行なわせ、日
射量が中間的なときにはさらに圧縮機1を運転し蒸発器
4で外気熱を何時に集熱する。
日射が弱いときは、圧縮機1のみを運転し、通常の空気
熱源運転を行わせる。なお各装置の圧縮機1は必要に応
じ、回転数制御などによって能力制御される。
第5図社晴天日の日射、−4ターンと日本の一般家庭に
おける給湯負荷1?ターンを示したものである。
給湯負荷としては入浴のための負荷が大きく、夕方から
22時頃までに集中していて、日中の負荷は割合少ない
ソーラーヒートポンプ装置としては日射のあるときはな
るべく太陽熱を利用して蒸発温度を高め、大きなCOP
で運転させることが必要である。
一方季節にあった給湯負荷を必要な時刻に確保しておく
必要があり、日射のあるときは太陽熱を、ないときは外
気熱をという単純な制御では薄く気まぐれな日射を相手
にするシステムにおいては確実に集熱量を得ることはで
きなかった。
この発明は、ヒートポンプのcop’t−なるべく高く
保ちながら必要な熱量を確実に得るソーラーヒートポン
プ給湯装置を提供することを目的としている。
以下、この発明のソーラーヒートポンプ給湯装置の一実
施例を図について説明する。第6図はこの発明のソーラ
ーヒートポンプ給湯装置の制御概念を示すフローチャー
トである。
ガお、システムは先に第1図から@4図に示じたいずれ
でもよく、太陽熱コレクタ5と外気熱集熱用の蒸発器4
で日射条件に応じて太陽熱と外気熱管くみ上は貯湯槽9
内の水を加熱し、給湯に供するものである。
上記各ソーラーヒートポンプ給湯装置では、凝縮器2は
貯湯槽9の最下部に位置しているため、貯湯槽9内の水
は自然対流により上下均一に沸き上っていく。
この場合、凝縮温度は水温の上昇とともに順次高まって
いく。凝縮器2を貯湯槽9の外部に設は両者を小形の温
水循環ポンプで結び貯湯槽9の上部から給湯に適した一
定水温で湯を作っていく方法′もある。
この方法によれに、水量り別としていつでも適温の湯が
利用できる。しかし、凝縮温度にはいつも高い温度が要
求されるため冷凍サイクルのCOPは前者に比べて小さ
くなる。
いずれの場合にしろ、−日の各時間帯における貯湯槽9
の水温分布は8g5図中に示したように、朝方はtlと
んと給水温度で、夕方入浴の給湯負荷が発生する前に完
全に沸き上げるようにしておく。
なぜならば、入浴時や夜中にCOPの低い外気熱源で貯
湯槽9に湯を作ってしまうと、翌日晴天となっても太陽
熱を有効に利用できなくなるからである。したがってソ
ーラーヒートポンプ給湯装置では天候に関係なく日中の
み装置を運転するよう制御することが必要である。
第6図において、まずステップ14で貯湯槽9の水湯が
設定値に到つしているかどうか判断される。水温が上ま
わっていれはスタートに戻9、下まわっていればステッ
プ15に進む。
ここで、切換スイッチが手動ならば、ステップ18へ、
自動ならばステップ16へ進む。ステップ16では、時
刻よシもし17時以降7時までならばスタートに戻p、
7時から12時までならばステップ17へ進む。また1
2時から17時までならば、ステップ18へ進む。
ステップ17では、冷凍サイクルのCOPが最大になる
ように制御される。具体的には日射があるときは最大限
太陽熱コレクタ5を利用して太陽熱を集熱し、蒸発温度
を高める。冷媒の循環はスーツや−ヒートナトを検知し
てスーツや−ヒートカ小さくなるよう膨張弁3を制御す
る。圧縮機1は電気入力が小さくなるよう制御される。
日射が弱いときは蒸発器4を使い外気熱を集熱するが、
やけpcop優先で制御を行なう。午前中曇りで午後か
ら晴れた日などの場合、午前中能力優先制御で湯温を高
めてしまうと午後の日射が有効に利用できなくなるため
である。
ステップ18では、能力優先制御を行う。もちろん日射
のあるときは太陽熱を、ないときは外気熱を集熱するが
、スーツぐ−ヒートはなるべく太キ目に、圧縮機1の能
力も最大限に設定して運転し、17時までに貯湯槽9の
水温が設定値に到達するようにする。
なお、上記実施例では、ステップ16での判定時刻を7
〜12時、12〜17時、17時〜7時としていたが、
運転を強制的に停止しておく時間帯は季節によp変える
ようにしてもよい。また、COP優先制御の時間帯も日
射が十分ある昼前後に設定してもよい。
以上説明した通シ、この発明のソーラーヒートポンプ給
湯装置によれば、太陽熱コレクタと蒸発器の二つの集熱
温度レベルの異なる集熱器を運転する時間帯を日中に限
定し、かつ運転中1cop優先制御時間帯と能力優先制
御時間帯に分けるというように構成したので、冷凍サイ
クルのCOPが高く、必要熱量も確保できるという効果
がある。
【図面の簡単な説明】
第1図から第4図は従来およびこの発明のソーラーヒー
トポンプ給湯装置の実施例を示す冷媒回路図、第5図は
日射および給湯負荷パターンを示す説明線図、第6図は
この発明のソーラーヒートポンプ給湯装置の一実施例の
動作金示すフローチャートである。 1・−・圧縮機、2・・・凝縮器、3・・・膨張弁、4
・・・蒸発器、5・・・太陽熱コレクタ、9・・・貯湯
槽、11・・・?ング。 なお、図中、同一符号は同一、または相洛部分を示す。 代理人 大岩増雄 第1図 第2図 第3図 第4図 第5図 的′到 第6図 昭和 5靭f 6月 5日 特許庁長官殿 1、事件の表示   特願昭58−96258号2、発
明の名称 ンーラーヒートポング給湯装置 3、補正をする省 代表者片山仁へ部 4、代理人 5、補正の対象 明細書の発明の詳細な説明の欄。 6、 補正の自答 (1)明細書4頁8行「蒸発器5」を「蒸発器4」と訂
正する。 (2)同頁16行「外箱透」を「外箱、透」と訂正する
。 (3)同5頁8行1程度が・・・・・・数十度」を「程
度か外気温を数置〜土数度」と訂正する。 (4)  同頁16行「バイアス」を「バイパス」と訂
正する。 (5)  同lO頁2行1一時刻よりもし」を「時刻が
」と訂正する。 (6) 同頁9行「循環」を1循環量」と訂正する。 (7)同頁12行「制御」を「低めの回転数に制御」と
訂正する。 (3) 同11頁1行「能力」を1回転数」と訂正する

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)日中のみ運転され設定された時間帯ごとに成績係
    数優先または能力優先制御される圧縮機と、貯湯槽内の
    水を加熱する凝縮器と、この凝縮器を出た冷媒を減圧す
    る膨張弁と、日射の弱いとき外気から熱を取シ入tて熱
    交換器として作動する蒸発器と、日照時に選択的に利用
    される太陽熱コレクタとを備えたことを特徴とするソー
    ラーヒートポンプ給湯装置。
  2. (2)運転の前半全成績係数優先制御、後半を能力優先
    制御としたことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載
    のソーラーヒートポンプ給湯装置。
  3. (3)太陽熱コレクタを蒸発器に並列に設置したことを
    特徴とする特許請求の範囲第1項または第2項記載のソ
    ーラーヒートポンプ給湯装置。
  4. (4)太陽熱コレクタを蒸発器に直列に設置したことを
    特徴とする特許請求の範囲第1項または第2項記載のソ
    ー・ラーヒートポング給湯装置。
  5. (5)太陽熱コレクタとファンを備えた蒸発器を一体構
    造としたこと1特徴とする特許請求の範囲第1項または
    第2項記載のソーラーヒートポンプ給湯装置。
  6. (6)太陽熱コレクタを凝縮器と並列的に設け、太陽熱
    コレクタの入口側に冷媒液Iンプを設けるとともに、出
    口側に第1の逆止弁を設けかつ圧縮機の出口側に第2の
    逆止弁を設けたことを特徴とする特許請求の範囲第1項
    または第2項記載のソーラーヒートポンプ給湯装置。
JP58096258A 1983-05-31 1983-05-31 ソ−ラ−ヒ−トポンプ給湯装置 Granted JPS59221565A (ja)

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JPH0419458B2 JPH0419458B2 (ja) 1992-03-30

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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