JPS59221572A - ソ−ラ−ヒ−トポンプ装置 - Google Patents

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】 本発明はソーラーヒートポンプ装置に関し、更に詳細に
は晴天時は太陽熱を熱源に且つ天候の悪い時は外気熱な
どを熱源にして運転するソーラーヒートポンプ装置に関
する。

第１図は、例えば実開・塀、、５６−１４１９７２号公
報に示された従来のソーラーヒートポンプ装置を用いた
給湯装置を示す回路図であシ、当該第１図において１は
圧縮機、２は該圧縮機の吐出側へ接続された凝縮器、３
は該凝縮器の出口側に設けられた膨張弁、４はこの膨張
弁につながる第１の電磁弁、５はこの第１の電磁弁４に
つながる室外に置かれたファン６を備えた蒸発器であっ
てその出口側が圧縮機１の吸入側へ接続された蒸発器、
７は該蒸発器５と並列に接続された太陽熱コレクター、
８はこの太陽熱コレクターの入口側へ設けられた第２の
電磁弁、９は凝縮器２が挿入された貯湯槽をそれぞれ示
している。

この従来の給湯装置におけるソーラーヒートポンプ装置
は次のように動作する。まず、天候が悪く日射量の少な
い日中や夜間などは蒸発器５とファン６を用いて外気か
ら熱をくみあげ貯湯槽２内の水を加熱する。その除、第
１の電磁弁４は開、第２の電磁弁８は閉にしておく。圧
縮機１から吐出された高温高圧の冷媒ガスは凝縮器２で
貯湯槽９内の水に熱を与４工、凝縮液化する。次いで、
膨張弁３で減圧されて低温低圧の液冷媒となって蒸発器
５に入り、ファン６の送風によシ外気から熱を得て沸騰
蒸発して低温低圧のガス冷媒となシ圧縮機１へ戻る。

また、晴天臼には太陽熱を熱源として水を加熱する。そ
の際、第１の電磁弁４は閉、第２の電磁弁８は開にして
おく。膨張弁３を通った液冷媒は太陽熱コレクター７で
太陽熱によシ加熱されて蒸発し圧縮機ｌへ戻る。外気を
熱源とする場合と太陽熱を熱源とする場合とでは蒸発温
度が異なシ、外気熱利用の場合の蒸発温度は外気温よシ
数度低く、他方、太陽熱利用の場合のそれはコレクター
の形式にもよるが外気温程度か外気温を数度〜数十度上
回る温度とすることができる。従って、太陽熱を利用し
た方が蒸発温度と凝縮温度の差が縮まシ、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冷
凍回路の成績係数（ｃｏｐ）は向上し省エネルギー運転
となる。

また、第２図は、例えば特公昭５７−６０５３３号に示
された他の従′米のソーラーヒートポンプ装置を用いた
給湯装置の回路図であシ、参照符号１，２゜５．６およ
び９は第１図に示された従来例と全く同一の構成部分を
示している。第２図の従来装置において太陽熱コレクタ
ー７は蒸発器５に並列に設置され、その入口側には冷媒
液を搬送するポンプ１０が、又出口側には第１の逆止弁
１１が設置されている。更に、蒸発器５の出口側には第
２の逆止弁１２が設けられ、圧縮機１の入口側と出口側
とを直接連通するバイパス回路には第３の逆止弁１３が
設けられている。この第３の逆止弁１３は圧縮機１の吐
出側から吸入側へのガスの逆流を阻止するものである。

なお、図示していないが、凝縮器２と蒸発器５との間に
は膨張弁３が設けられている。

このような従来のソーラーヒートポンプ装置の動作にお
いて、先ず日射が充分ある時は太陽熱コレクター７は日
射により加熱され、液冷媒は蒸発して高い圧力になシ第
１の逆止弁１１を通シ圧縮機へ至る。この時、凝縮器２
で冷媒が液化する程に充分に高いガス圧、てあれば圧縮
機１は停止されガスは第３の逆止弁１３を介してバイパ
ス回゛路にて凝縮器２へ至シ、そこで液化し且つポンプ
１０で再び太陽熱コレクター７へ戻る。

次に、日射が幾分減少した時は、圧縮機１を動かし凝縮
器２の温度よシ低い温度で太陽熱コレンターフによシ冷
媒を蒸発させる。また、日射が全然ない時は、蒸発器５
の圧力が太陽熱コレクター７の圧力よシ高くなるため、
第１の逆止弁１１は閉じられ、他方筒２の逆止弁１２は
開かれて一通常の空気熱源ヒートポンプとして動作する
。なお、圧縮機１の動作中は第３の逆止弁１３は閉じら
れている。

従来の給湯装置におけるソーラーヒートポンプ装置は以
上のように構成されていたが、第２の従来例のように日
射が充分ある時はポンプ１０だけで太陽熱コレクター７
と凝縮器２との間に冷媒がほぼ同一温度・圧力でヒート
パイプ的に循環し省エネルギー運転になり、また日射が
全然ない時は従来の空気熱源Ｌ−）ポンプと同様な運転
となるが、日射量が中＠酌な場合は太陽熱コレクター７
を蒸発器として使うため蒸発器５との併用運転が難かし
くなる。すなわち、太陽熱コレクター７と蒸発器５は冷
凍サイクル上の低圧側に共に位置するため温度と圧力が
ほぼ等しくなる。

もし、蒸発温度を外気温よシ高く設定すれば、蒸発器５
からは自然対流による放熱が起ル熱損失となシ、蒸発温
度を外気温よシ低く設定すれば蒸発温度と凝縮温度との
差が開き、ｃｏＰが低下してソーラーヒートポンプとし
ての特徴が失なわれるという欠点があった。また、第１
の従来例でも太陽熱コレクター７と蒸発器５を共に蒸発
器として動作させるため、第２の従来例と同様に両者を
同時に効率よく運転させ太陽熱と外気熱を一緒に集熱す
ることができないという欠点があった。

従って、本発明の目的は、例えば日射が充分でない場合
に太陽熱と外気熱を共に集熱し得るソーラーヒートポン
プ装置を提供することにある。

以下、本発明のソーラーヒートポンプ装置を添付図面に
示された好適な実施例を参照して更に詳細に説明する。

第２図には本発明の一実施例に係るソーラーヒートポン
プ装置を用いた給湯装置が示されている。

当該実施例を示す第２図において、第１図および第２図
に示された従来装置の構成部分と同−又は相当する部分
は同一の参照符号を付してその説明を省略する。

この実施例のソーラーヒートポンプ装置２ｏは、圧縮機
ｌ、凝縮器２、膨張弁３、および蒸発器５を循環状態に
接続してなる冷凍回路を含み、この冷凍回路において凝
縮器２と並列に太陽熱コレクター２１が配置接続されて
いる。この太陽熱コレクター２１はその上部に入口部有
して該入口部が凝縮器２と膨張弁３との間の配管に連通
された流下式の冷媒流路を有するもので間欠的に吸込ん
だ冷媒液を効率よく蒸発させる。太陽熱コレクター２１
の下部における出口部は第１の逆止弁１１を介して圧縮
機１の出口側配管に連通されている。

ま之、太陽熱コレクター２１の入口部と前記冷凍回路と
を接続する配管には第２の逆止弁２２が設置されている
・、：洞陽熱コレクター２１の出口部は、また圧縮機１
の吸入側に連通され、その配管には電磁弁２３が設置さ
れている。

このような構成の実施例におけるソーラーヒートポンプ
装置２０において、日射量が充分ある時は圧縮機１が運
転され、冷媒は圧縮機１、凝縮器２、膨張弁３、蒸発器
５を通って再び圧縮機１へ戻る。この時、凝縮器２と並
列に接続された太陽熱コレクター２１の圧力は凝縮器２
に等しい。そして、タイマー制御か或いは温度又は圧力
信号による制御によって電磁弁２３がごく短時間開くと
、太陽熱コレクター２１内の圧力は低圧側に引っばられ
低下する。その結果、凝縮器２からの液冷媒は太陽熱コ
レクター２１へ流入し第１の逆止弁１１と第２の逆止弁
２２の間に閉じ込められる。そして、太陽熱コレクター
２１に日射が当シ冷媒が加熱されると蒸発し、これによ
ってその圧力が凝縮器２の圧力より高くなると冷媒ガス
は第１の逆止弁１１を押しあけて凝縮器２へと流れる。

以後、この間欠勤作が繰シ返えされる。

日射量が少なく次−二るとこの間隔は延び、ある日射量
以下で停止する。太陽熱コレクター２１が日射を受けて
運転されている時の温度と圧力は凝縮器２とほぼ等しい
。従って、貯湯槽９内で高温水を得ようとする場合は、
太陽熱コレクター２１に集熱温度が高くなっても集熱効
率の低下の少ない選択吸収膜量コレクターや２重グレー
ジングのコレクター或いは真空コレクターなどを用いる
とよい。なお、冷媒の主流は、第４図に示される給湯運
転時の冷凍ザイクルのモリエル線図から明らか一！ｘＬ
’）Ｋ、Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄを結ぶ実線で表わされる。この
線図上でＡ点は圧縮機１の出口、Ｂ点は膨張弁３、Ｃ点
は蒸発器５の入口、０点は圧縮機１の入口を示し、また
、実線Ａ−Ｂは凝縮器２内の状態を、破線Ｂ−Ａは太陽
熱コレクター２１内の状態を示し、従ってこれらは太陽
熱コレクター２１と凝縮器２間の流れを表わしている。

なお、圧縮機１はインバータなどによって能力制御され
るものが望ましい。この線図からも明らかなように凝縮
器２を流れる冷媒循環量に比べ圧縮機１が送シ出す冷媒
量、は少なくてすみ、それだけ省エネルギー運転になる
。また、圧縮機１は必要に応じて能力制御される。

なお、前述の実施例では凝縮器２と膨張弁３の途中の配
管から太陽熱コレクタ−２１ヘバイパス回路を分岐させ
ていたが、凝縮器２と膨張弁３との間に受液器２４を第
５図に示されるように設け、こ９受液器２４からバイパ
ス回路を分岐させると間欠的に繰シ返えされる太陽熱コ
レクター２１への液冷媒流入があっても蒸発器５への液
冷媒の循環が不安定にならず圧縮機１と膨張弁３を安定
して制御できるようになる。

さて、前記実施例は、斜上のように日射時、圧縮機１の
運転中に間欠的に太陽熱コレクター２１へ冷媒を流入し
、太陽熱と外気熱を同時に集熱していたが、第５図に示
される他の実施例のソーラーヒートポンプ装置３０のよ
うに圧縮機１の吐出側に第３の逆止弁３１を設け、且つ
蒸発器５の出口側に第２の電磁弁３２（この場合電磁弁
２３を第１の電磁弁とする）を設け、日射が充分にある
時は第２の電磁弁３２を閉じ、圧縮機１の運転と第１の
電磁弁２３の開動作をごく短時間づつ間欠的に行なって
太陽熱コレクター２１内に液冷媒を吸い込むようにすれ
ば、ごく少ない消費電力で集熱運転を行なうことができ
る。日射が弱くなってきた時や日射がない時は前述した
第１の実施例と同様の動作を行なう。

なお、前述した２つの実施例において、凝縮器２を貯湯
槽９内に設みた給湯装置としていたが、凝縮器２をフィ
ンアンド孟ユープ式の熱交換器とファンの組合わせとし
′た暖房装置とすることもできるし、更に四方弁を追加
して冷暖房装置とすることもできる。

また、前記各実施例では冷媒の逆流を阻止するため第１
、第２および第３の逆止弁１１，２２゜３１を利用して
いたがこれは電磁弁などであってもよい。更に、蒸発器
５についてはフィンアンドチューブ式のものとしていた
が、これを水冷式のものとすることもできる。

以上説明したように、本発明によれば、凝縮器と並列の
回路に前後に逆止弁を備えた太陽熱コレクターを設け、
また太陽熱コレクター内を間欠的に低圧側に連通ずる電
磁弁を設けるように構成したので、太陽熱コレクターで
太陽熱を、且つ蒸発）器で外気熱を効率よく省エネルギ
ー的に利用できる効果がある。また、凝縮器出口側に受
液器を設ければ蒸発器への冷媒循環量が安定する効果が
ある。

？

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のソーラーヒートポンプ装置を用いた給湯
装置を示す回路図、第２図は従来の他の給湯装置を示す
回路図、第３図は本発明の一実施例に係るソーラーヒー
ト・ポンプ装置を用いた給湯装置を示す回路図、第４図
は第３図に示された給湯回路における動作を示す冷凍回
路のモリエル線図、第５図は本発明の他の実施例に係る
ソーラーヒートポンプ装置を用いた給湯装置を示す回路
図である。 １・・・圧縮機、２・・・凝縮器、３・・・膨張弁、５
・・・蒸２２・・・第２の逆止弁、２３・・・第１の電
磁弁、２４・・・受液器、３１・・・第３の逆止弁、３
２・・・第２の電磁弁。 なお、図中同一符号は同一部分又は相当する部分を示す
。 代理人　大岩増雄 と 第３図 第４図 エンタルピ 手続補正書（自発） 特許庁長官殿 １、事件の表示　　　特願昭５８−９５２０１号３、補
正をする者 ５、補正の対象 明細書の発明の詳細な説明の欄 ６、補正の内容 本願において明細書の記載を下記の通り訂正致します。 只Ｌ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）圧縮機、凝縮器、膨張弁、および蒸発器を循環状
   態に接続してなるヒートポンプ装置において、前記凝縮
   器に並列に設置された太陽熱コレクターと、該太陽熱コ
   レクターの前後に各々設けられた前記凝縮器出口側から
   入口側へのみ冷媒の流れを許す第１と第２の逆流阻止弁
   と、前記太陽熱コレクターと冷凍サイクルの低圧側を結
   ぶ配管上に設けられた開閉弁とを備えてなるソーラーと
   一トポンプ装置。
2. （２）圧縮機、凝縮器、受液器、膨張弁および蒸発器を
   循環状態に接続してなるヒートポンプ装置において、前
   記受液器から分岐して前８Ｃ凝縮器に並列に設置された
   太陽熱コレクターと、該太陽熱コレクターの前後に各々
   設けられた前記凝縮器出口側から入口側へのみ冷媒の流
   れを許す第１と第２の逆流阻止弁と、前記太陽熱コレク
   ターと冷凍サイクルの低圧側を結ぶ配管上に設けられた
   開閉弁とを備えてなるソーラーヒートポンプ装置。
3. （３）圧縮機、凝縮器、受液器、膨張弁および蒸発器を
   循環状態に接続してなるヒートポンプ装置におい−Ｃ１
   前記受液器から分岐して前記凝縮器に並列に設置された
   太陽熱コレクターと、該太陽熱コレクターの前後に各々
   設けられた前記凝縮器出口側から入口側へのみ冷媒の流
   れを許す第１と第２の逆流阻止弁と、前記太陽熱コレク
   ターと冷凍サイクルの低圧側を結ぶ配管上に設けられた
   第１の開閉弁と、前記圧縮機の吐出側に設けられた第３
   の逆流阻止弁と、前記蒸発器の出口側に設けられた第２
   の開閉弁とを備えてなるソーラーヒートポンプ装置。