JPS59221573A - 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】 この発明は、晴天口は太陽熱を熱源に、天候の悪いとき
は外気熱などを熱源にして運転するソーラヒートポンプ
装置に関する。

第１図は、たとえば実開昭５６−１４１９７２号公報な
どに示された従来のソーラヒートポンプ装置を示す給湯
システムの回路図であシ、図中の１は圧縮機、２はこの
圧縮機１の吐出側へ接続された凝縮器、３はこの凝縮器
１の出口側に設けられた膨張弁である。

この膨張弁３に電磁弁が連結されておシ、電磁弁に蒸発
器５が接続され、蒸発器５の出口側は圧縮機１の吸入側
に連結されている。蒸発器５ｆｄフアン６を備えている
。ファン６は室外に設けられている。

蒸発器５と電磁弁４との直列回路に並列に、太陽熱コレ
クタ７と電磁弁８の直列回路が連結されている。なお、
９は上記凝縮器２が挿入された貯湯槽である。

次に動作について説明する。まず天候が悪く、日射量の
少ない日中や、一夜間などは蒸発器５と７７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。

電磁弁４は開、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
の水に熱を与え凝縮液化する。

次いで、膨張弁３で減圧されて、低温低圧の液冷媒とな
シ、電磁弁４を通って蒸発器５に入シ、ファン６の送風
により、外気から熱をもらい沸騰蒸発して低温低圧のガ
ス冷媒となり圧縮機１へ戻る。

また、晴天臼は太陽熱を熱源として水を加熱する。この
とき電磁弁４は閉、電磁弁８は開となる。

膨張弁３を通った液冷媒は太陽熱コレクタ７で太陽熱に
よシ加熱され、蒸発し、圧縮機１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
７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シ、ヒートポンプの成
績係数（ｃｏｐ）は向上し、省エネルギ運転となる。

従来のソーラヒートポンプ装置は以上のように構成され
ているので、圧縮機１に要求される能力は低外気温時と
高日射時とでは大きく異なシ、インパークなどを用いて
圧縮機１の回転数を変化させて、能力制御を行なったに
しても、すべての運転条件下において能力とＣＯＰを最
適に制御することがむずかしいという欠点があった。

また、第２図はたとえば特公昭５７−６０５３３号に示
されたさらに別の従来のソーラヒートポンプ装置を示す
給湯システムの回路図であシ、図中の圧縮機１、凝縮器
２、蒸発器５、ファン６、貯湯槽９は第１図の従来例と
全く同一のものであシ、圧縮機１の吐出側と凝縮器２、
蒸発器５、逆止弁１２を介してこの圧縮機１の吸入側に
連結されている。

また、凝縮器２の出口側はポンプ１０、太陽熱コレクタ
７、逆止弁１１を介して圧縮機１の吸入側に連結されて
いる。ポンプ１０は太陽熱コレクタ７の入口側に冷媒液
を搬送するためのものである０ なお、１３は圧縮機１の前後をバイパスする回路に設け
られた逆止弁で、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。また図示していないが、凝縮器２と
蒸発器５０間には膨張弁３が設けられている。

次に動作について説明する。まず日射が十分あるときは
、太陽熱コレクタ７は日射によ参加熱され、液冷媒は蒸
発し、高い圧力に、！ニジ、逆止弁１１を通シ、圧縮機
１へ至る。

このとき、ガス圧が十分高く、凝縮器２で冷媒が液化す
る圧力であれば、圧縮機１は停止され、ガスは逆止弁１
３を通シ、凝縮器２に至り、液化し、ポンプ１０で再び
太陽熱コレクタ７へ戻る。

次に日射が幾分減少したときは、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クタ７で冷媒を
蒸発させる。日射が全然ないときは、蒸発器５の圧力が
太陽熱コレクタ７の圧力よシ高くなるため、逆止弁１１
は閉じ、逆止弁１２は開き、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の動作中は逆止弁１３
は閉じている。

従来の第２のソーラヒートポンプ装置は以上のように構
成されているので、日射が十分あるときはポンプ１ｏだ
けで、太陽熱コレクタ７と凝縮器２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、省エネルギ運転
になる。

また、日射が全然ないときは従来の空気熱源ヒートポン
プと同様な運転となるが、日射が中間的な量の場合は太
陽熱コレクタ７を蒸発器として使うため、蒸発器５との
併用運転がむずかしくなる。

つまり、太陽熱コレクタ７と蒸発器５は冷凍サイクル上
の低圧側にともに位置するため、温度と圧力がほぼ等し
く寿る。

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こシ、熱損失となシ、蒸
発温度を外気温より低く設定すれば、蒸発温度と凝縮温
度との差が開き、ｃｏＰが低下し、ソーラヒートポンプ
としての特徴が失なわれ不と言う欠点があった。

この欠点は第１の従来例で蒸発器５と太陽熱コレクタ７
を併用して運転しようとする場合にもあてはまる。

この発明は、上記従来の欠点を除去するため罠なされた
もので、凝縮器に並列に冷媒液搬送用のポンプと太陽熱
コレクタを設けることにより、日射量が中間的なときに
効率よく太陽熱と外気熱の併用利用ができるソーラヒー
トポンプ装置を提供することを目的としている。

以下、この発明のソーラヒートポンプ装置の一実施例を
図について説明する。第３図は給湯システムの回路図、
第４図は給湯運転時の冷凍サイクルのモリエル線図であ
り、第３図における圧縮機１、凝縮器２、蒸発器５、貯
湯槽９は上記従来例と全く同一のものである。

圧縮機１の吐出側は逆止弁１４、凝縮器２、膨張弁３、
蒸発器５を介して圧縮機１の吸入側に連結されている。

膨張弁３と凝縮器２との間よシ、冷媒液搬送用のポンプ
１０、太陽熱コレクタ７、逆止弁１１を介して、逆止弁
１４の出口側に連結されておシ、太陽熱コレクタ７は蒸
発器５に対して、並列的な関係にある。

なお、モリエル線図上で、Ａ点は圧縮機１の出口、Ｂ点
は膨張弁３前、０点は蒸発器５人口、Ｄ点は圧縮機１人
口を示し、また実線Ａ−Ｂは凝縮器２内の状態を、破線
Ａ−Ｂは太陽熱コレクタ７内の状態を示している。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。

次に、以上のように構成されたこの発明のソーラヒート
ポンプ装置の動作について説明する。まず、日射量が十
分あるときは圧縮機１は停止され、ポンプ１０が運転さ
れる。ポンプ１０から送られた液冷媒は太陽熱コレクタ
７内で日射によって加熱沸騰蒸発され、逆止弁１１を通
シ、凝縮器２に入シ、ここで凝縮液化して再びポンプ１
０へ戻る。

なお、太陽熱コレクタ７を出た冷媒が圧縮機１と蒸発器
５へ流れるのは逆止弁１４によって阻止される。このと
きの太陽熱コレクタ７と凝縮器２の温度・圧力はほぼ等
しい。

したがって、貯湯槽９で高温水を得ようとする場合には
、太陽熱コレクタ７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付コレクタや２重グレージン
グのコレクタあるいは真空コレクタなどを用いるとよい
。

また、日射だけでは十分な熱量が得られない天候のとき
には、圧縮機１とポンプ１０が同時に運転される。圧縮
機１から吐出された冷媒は逆止弁１４、凝ｍ器２、膨張
弁３、蒸発器５を循環する。

この流れはモリエル線図上の実線Ａ−＋Ｂ−Ｃ−Ｄ→Ａ
で表わされる。

一方、凝縮器２を出だ液冷媒の一部はポンプ１０で太陽
熱コレクタ７へ送られ、蒸発させられる。

この流れはモリエル線図上の実線Ａ−Ｂ、破線Ｂ　＋Ａ
で表わされる。太陽熱コレクタ７は冷凍回路上凝縮側（
高圧側）に位置しているが、蒸発器として作動し、太陽
熱を集める。

一方、蒸発器５は通常の蒸発器として作動し、外気熱を
集める。凝縮器２を流れる冷媒循環量に比べ、圧縮機１
が送り出す冷媒量は少なくて済み、それだけ省エネルギ
運転になる。

圧縮機１は必要に応じ能力制御される。またポンプ１０
の搬送エネルギ量当シの消費電力はごく少ない。

さらに、日射が全熱ないときは圧縮機１のみが運転され
、通常のヒートポンプ運転が行なわれる。

圧縮機１を出た冷媒が太陽熱コレクタ７へ流入するのは
逆止弁１１によって阻止される。

なお、上記実施例では、凝縮器２を貯湯槽９内に設けた
給湯システムとしていたが、凝縮器２をフィンアンドチ
ューブ式の熱交換器とファンの組合せとした暖房システ
ムであってもよい。

第５図は、冷暖房システムの場合の他の実施の態様を示
すもので、圧縮機１の吐出側に冷暖房時の回路切換をす
る西方弁１５と、太陽熱コレクタ７とポンプｌＯの間に
冷房時の太陽熱コレクタへの冷媒流入を阻止する電磁弁
１６とが新たに設けられている。５は室外熱交換器、２
はフィンアンドチューブ式の室内熱交換器である。

この第５図の実施例の場合は、１台で冷暖房を行なうこ
とができる。そして、太陽熱コレクタは暖房時のみに利
用される。

また、上記実施例では、冷媒の逆流を阻止するため、逆
止弁１１．１４を利用していたが、これは電磁弁などで
あってもよいことは言うまでもない。

さらに、上記実施例では、蒸発器５をフィンアンドチュ
ーブ式のものとしていだが、これは水冷式のものであっ
てもよい。

以上のように、この発明のソーラヒートポンプ装置によ
れば、凝縮器と並列に太陽熱コレクタと冷媒液搬送用の
ポンプを設けるように構成したので、日射の十分あると
きは少ないポンプ入力のみ、で太陽熱を利用し、また日
射が不十分のときは太陽熱コレクタで太陽熱を、蒸発器
で外気熱を効率よくかつ省エネルギ的に利用できる効果
がある。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図はそれぞれ従来のソーラヒートポン
プ装置の給湯システムを示す冷媒回路図、第３図はこの
発明のソーラヒートポンプ装置の一実施例を給湯システ
ム姉適用した場合の冷媒回路図、第４図は第３図のソー
ラヒートポンプ装置の動作を示すモリエル線図、第５図
はこの発明のソーラヒートポンプ装置の他の実施例を冷
暖房システムに適用した場合の冷媒回路図である。 １・・・圧縮機、２・・・凝縮器、３・・・膨張弁、５
・・・蒸発器、７・・・太陽熱コレクタ、１ｏ・・・ポ
ンプ、１１゜１４・・・逆止弁。 なお、図中同一符号は同一・または相当部分を示ず０ 代理人　　大　岩　増　雄 第１図 第２図 第３図 第４図 エンタルＩ：。 第５図 手続補正書（自発） 特許庁長官殿 １、事件の表示　　　特願昭５８−９６２５７号２°“
“′１（７）−ｊｊｆ、　　　ツー５ｅ−）、ｙｆやヨ
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　補正の内存 （１１明細Ｗ２頁８行および８〜９行「電磁弁」を「電
磁弁４」と訂正する。 （２）同頁１１〜１２行「ファン６は・・・・・・いる
。」を削除する。 （３）同３頁１７行「数十度」を１士数度」と訂正する
。 （４）同４頁１５行［吐出側と」を「吐出側は」と訂正
する。 （５）　　同頁１８行「凝縮器・・・・・・ポンプ」を
１凝縮器２と蒸発器５の中間から分岐した回路がポンプ
」と訂正する。 （６）　　同３頁１７行Ｅ量の」を１強さの」と訂正す
る。 （７）同８頁２行１蒸発器５」を「凝縮器２」と訂正す
る。 （８）同頁７行［破線Ａ−ＢＪを［破線Ｂ−Ａｊと訂正
する。 （９）　　同１１頁７〜９行［さらに・・・・・・もよ
い。」を削除する。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 圧縮機と、凝縮器と、膨張弁と、蒸発器とを環状に連結
   したヒートポンプ装置において、上記凝縮器に並列的に
   太陽熱コレクタとこの太陽熱コレクタへ上記凝縮器を出
   た冷媒液を搬送するためのボンダとを連結し、十分な日
   射量のときに上記太陽熱コレクタから凝縮器への冷媒の
   流れのみをゆるす第１の逆止弁を上記太陽熱コレクタと
   上記凝縮器との間に設け、上記日射量の多いとき上記第
   １の逆止弁を通過した冷媒を上記圧縮機側に流入するの
   を阻止するとともに上記日射量が所定以下のとき圧縮機
   を出た冷媒を上記凝縮器側に流すようにこの圧縮機の吐
   出側に第２の逆止弁を設けてなることを特徴とするソー
   ラヒートポンプ装置。