JPS592831B2 - 温水機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は太陽熱を利用した温水機に関し、更に詳しくは
日照量の充分な場合は、冷媒の自然循環作用により、才
だ日照量の不足する場合には、冷凍サイクルにて温水を
得るようにした温水機に係るものである。

従来の温水機としては、太陽熱湖水機、エヤー、熱源ヒ
ートポンプ、太陽熱温水機とエヤー熱源ヒートポンプを
併設したもの等が知られている。

しかしながら従来の太陽熱温水機に於ては、日照量・の
不足する場合、あるいは太陽光のみでは熱量が不足する
場合、貯湯槽内の水の温度が上らず、更に冬期には凍結
するおそれがある。

エヤー熱源ヒートポンプは、省エネルギー機器としては
有意義なものであるが、冬期にデフロスト等を要し、ま
た装置の動力源として全て電気が使用される為、夏季に
おける電力のピークカットが叫ばれている昨今ではこの
点に問題がある。

これら両者を併設したものは設備費が高価となり、この
償却に問題がある。

以上の如〈従来のものは、各々欠点を有するものである
。

そこで本発明は上記従来の問題に鑑み、太陽熱温水機の
長所とヒートポンプの長所を兼ね備えた全く新しい既念
を持つ温水機を提供せんとするものである。

即ち、本発明は日照の充分な場合には、動力を使用せず
に太陽光を利用した冷媒の自然循環作用により、捷だ日
照量の不足する場合、あるいは太陽光のみにては熱量の
不足する場合には、冷凍サイクルに切替え、コンプレッ
サーによる断熱圧縮過程にて発生する熱をも利用して強
制的に貯湯槽内の水を昇温できる様にした温水機を柳供
せんとするものである。

本発明に係る温水機は、加熱されるべき水を収容する貯
湯槽、太陽熱を集める集熱板、前記貯湯槽と前記集熱板
とを接続するように延伸して冷媒ループを形成する内部
に、冷媒を封入した冷媒管、前記冷媒管の途中で、かつ
、前記貯湯槽と前記集熱板との間に設けたコンプレッサ
および膨張器、ならびに上記冷媒ループを、冷媒の自然
循環による貯湯槽内の水の昇温系と、コンプレッサおよ
び膨張器を用いた冷凍サイクルによる貯湯槽内の水の昇
温系に切替えるための三方切替弁を包含してなり、日照
量が充分で太陽光のみで受熱量が充分な場合には、動力
を使用せず太陽光により加熱された集熱板を熱源として
使用する冷媒の自然循環作用により、また、日照量の不
足する場合（曇天時、雨天、夜間）、あるいは太陽光の
みにては熱量の不足する場合（貯湯槽へ供給される水の
温度が低い時、又は気温が極めて低い時）には、ヒート
ポンプによる冷凍サイクルに切替える事により、従来の
太陽熱温水機とは異なりコンプレッサーによる断熱圧縮
過程で発生する熱も利用して充分な温度の温水を得るこ
とができるので、冬期、夜間でも温水が得られ装置が凍
結破壊することがなく長期に亘り使用することが可能で
ある。

又、従来のエヤー熱源ヒートポンプと比べて冬期夜間で
も除霜しなくても集熱板にて蒸発熱を得ることができる
ので、効率が良く、昼間の日照を有効に利用できること
を含めると、エヤー熱源ヒートポンプ方式のものと比べ
小さな入力のコンプレッサーの設置にて済み、省エネル
ギー、省コストに役立ち得るものである。

又、補助熱源としてのコンプレッサーの動力源が電気で
良く、ガス等の燃料を使用しなくて良いので燃焼機器に
必要な燃料配管、燃料貯蔵場所設置の手間が省け、装置
の設置が簡単であると共に、排ガスの心配もない。

その上装置の全機器の動力源が電気である為、自動制御
が簡単に行える特徴を持つものである。

これらの及びその他のこの発明の目的ならびに特徴は、
添付図面を参照して下記するところから一層明瞭になろ
う。

この発明の第１の実施例を示す第１乃至第３図を参照す
ると、１は集熱板であり、その内部には冷媒管２がシリ
ーズあるいは部分的にはパラレルに接続されている。

図面では集熱板１はカバーや断熱材で覆われていす大気
に曝露している構造であるように示しである。

３は集熱板１の上方に設置されている貯湯槽であり、そ
の内部にも冷媒管２がシリーズあるいは部分的にはパラ
レルに接続されていて、前記集熱板１の冷媒管２とは閉
ループ状に接続されており、貯湯槽３から冷媒が自然に
集熱板１内の冷媒管に流下する様に頌据ヌつけられてい
る。

而して貯湯槽３の上端と集熱板１の上部とを連絡する冷
媒管の途中には、膨張器４と電磁弁５とがパラレルに組
込まれている。

６はコンプレッサーであり集熱板１下部からの冷媒ガス
を断熱圧縮し、貯湯槽３内の冷媒管へ送り込むためのも
のである。

ここで集熱板１下部とコンプレッサー６とを連絡する冷
媒管途中には、三方切替弁７、膨張弁８、フィンチュー
ブ９、アキュムレータ１０がシリーズに、更に電磁弁１
１が三方切替弁７と膨張器８とをバイパスして、フィン
チューブ９と集熱板１下部からの冷媒管を短絡している
。

次に上記の構成による本装置の使用方法を述べる。

先ず、日照量の充分な場合、即ち太陽光のみで受熱量が
充分な場合は、熱源として集熱板１のみを使用する。

この場合は、第１図に示す如く、三方切替弁７を切換え
て管路Ａ、Ｂを互いに連絡させ、電磁弁１１を閉じ貯湯
槽３と集熱板１下部とを直接連絡させ、コンプレッサー
６との連絡を遮断し、且つ電磁弁５を開く。

以上の状態にて集熱板１に太陽光が当ると集熱板が加熱
され、集熱板内の冷媒管中の冷媒（フロンガス等）がこ
の熱を得て高温蒸気となり、電磁弁５を通り貯湯槽３内
に入る。

ここで冷媒蒸気は、貯湯槽３内の水に熱を与えて凝縮し
、液化した冷媒は三方切替弁７をＡからＢ方向に流れて
集熱板１下部へ戻る。

以上により第１図矢印で示す冷媒循環ループが形成され
て貯湯槽３内に充分な温度の湯が蓄えられる。

次に日照量の不足する場合、あるいは太陽光のみでは熱
量の不足する場合は、熱源として太陽光により加熱され
た集熱板１を使用すると共に、コンプレッサー６による
冷媒ガスの断熱圧縮過程で発生する熱を併用する。

この場合先ず準備過程として設３図に示す如く三方切替
弁７を切換えて、管路Ｂ％Ｃを互いに連絡させ、電磁弁
１１を閉にした後電磁弁５を閉じ、コンプレッサー６を
駆動し集熱板１下部の冷媒管路に溜っている冷媒液を膨
張器８に導入してガス化し、コンプレッサー６に吸引す
る。

集熱板肉冷媒管の冷媒液が無くなった時点で上記準備過
程は終了し、電磁弁１１を開き膨張器８を短絡する事に
より、定常運転に入り、冷凍サイクルが構成される。

第２図に示す如く、コンプレッサー６により断熱圧縮さ
れた高温高圧の冷媒ガスは貯湯槽３内の冷媒管２に入る
。

ここで冷媒ガスは、貯湯槽内の水に熱を与えて凝縮する
。

次に液化した冷媒は、膨張器４にて断熱膨張し集熱板１
内の冷媒管２へ送られる。

ここで集熱板内の冷媒管へ送られる冷媒は、通常気温よ
り１０〜２０℃低温となっているので、冷媒は集熱板１
を介して大気及び太陽熱にて蒸発し、電磁弁１１フィン
チューブ９、アキュムレーター１０を経てコンプレッサ
ーに戻る。

以上により第２図矢印で示す冷媒循環ループが形成され
て貯湯槽３に充分な温度の湯が蓄えられる。

次にこの発明の第２の実施例を示している第４図を参照
すると、同一番号の物は総ての図を通じて同部材を示し
ているが、本実施例は、先の実施例に於て、集熱板１下
部よりフィンチューブ９に至る冷媒管経路中に設置して
いた膨張器８と電磁弁１１とを省略し、集熱板１に配設
された冷媒管の最下部より若干上（図面上では下から２
段目としている）とフィンチューブ９との間を別の冷媒
管２ａで接続したものであることが判る。

なお、この場合三方切替弁７はコンプレッサー６を使用
する場合には、管路Ａ、Ｃを互いに連通させ、管路Ａ、
Ｂ問および８％６間の連通を阻止するように臥 コン
プレッサー６を使用しない場合には、管路Ａ％Ｂを連通
させ、管路Ａ、Ｃ間およびＢ、Ｃ間の連通を阻止するよ
うに接続する。

本実施例における運転要領は、日照量の充分な場合は、
上記の実施例と全く同様であるが、コンプレッサー６を
使用する場合では、集熱板１の最下部の若干上に接続し
た冷媒管２ａを通して冷媒蒸気をフィンチューブ９及び
アキュムレーター１０を経由して吸引し、これを断熱圧
縮して貯湯槽３内に送り込むものである。

即ち、集熱板１下部に溜滞する冷媒液を直接コンプレッ
サー６に吸引しないようにして、コンプレッサー６を保
護するようにしている。

従って本実施例では、先の実施例における電磁弁１１、
膨張弁８が不要となり、その分だけ設備費が少なくて済
むと共に、日照量の不足する場合に於けるコンプレッサ
ーの運転に際して、第３図に示すような準備過程が不要
となって装置の制御が簡単になるなどの利点を有するも
のである。

なお、膨張器８はコンプレッサー６の起動時の過負荷防
止用であり、従ってこの発明の構成に必須のものではな
い。

また、コンプレッサー６ならびに受液器１２は貯湯槽３
内に配置してもよく、その方が装置全体の熱効率は良い
。

或いは、集熱板の上面をガラスのカバーで覆い自然循環
時の効率を上げることも有効な手段と考えられる。

この発明の精神と範囲に反することなしに広範な異なる
実施態様を構成することができることは明白なので、こ
の発明は添付の請求の範囲において限定した以外はここ
で述べかつ示した特定の実施態様に制約されるものでは
ない。

【図面の簡単な説明】

第１図は熱源として集熱板のみを用いる場合におけるこ
の発明の実施態様を示す模式的回路図、第２図は集熱板
とコンプレッサーを併用する場合の定常運転時の第１図
と同様の模式的回路図、第３図は第２図に示す定常運転
状態へ至る前の準備過程の第１図と同様の模式的回路図
であり、第４図はこの発明の温水機の今一つの実施態様
を示す模式的回路図である。 １・・・・・・集熱板、２・・・・・・冷媒管、３・・
・・・・貯湯槽、４．８・・・・・・膨張器、５，１１
・・・・・・電磁弁、６・・・・・・コンプレッサー、
７・・・・・・三方切替弁、９・・・・・・フィンチュ
ーブ、１０・・・・・・アキュムレーター。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 加熱されるべき水を収容する貯湯槽、太陽熱を集め
   る集熱板、前記貯湯槽と前記集熱板とを接続するように
   延伸して冷媒ループを形成する内部に冷媒を封入した冷
   媒管、前記冷媒管の途中で、かつ、前記貯湯槽と前記集
   熱板との間に設けたコンプレッサおよび膨張器、ならび
   に上記冷媒ループを、冷媒の自然循環による貯湯槽内の
   水の昇温系と、コンプレッサおよび膨張器を用いた冷凍
   サイクルによる貯湯槽内の水の昇温系に切替えるための
   三方切替弁を包含してなり、日照量の充分なときは冷媒
   の自然循環作用により、また日照量の不足するときは冷
   凍サイクルの併用により貯湯槽内の水を加熱し得る゛よ
   うにしたことを特徴とする温水機。 ２ 前記集熱板が大気中に曝露されており、冷凍サイク
   ル時に冷媒管内を流れる冷媒が集熱板の周囲の空気から
   吸熱し得るように構成した特許請求の範囲第１項に記載
   の温水機。