JPS61186756A

JPS61186756A - 太陽熱集熱装置

Info

Publication number: JPS61186756A
Application number: JP60028929A
Authority: JP
Inventors: Masaharu Yoshikawa; 吉川　正治; Masafumi Satomura; 雅史里村; Akira Takushima; 朗多久島
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1985-02-15
Filing date: 1985-02-15
Publication date: 1986-08-20

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】く技術分野〉本発明は、圧縮機、凝縮器、膨張弁及び蒸発器である太
陽熱集熱器を順次接続してヒートポンプサイクルを構成
し、前記集熱器により太陽熱及び大気熱を集熱するとと
もに、前記凝縮器において流体（水）を加温し、給湯あ
るいは暖房に利用することを目的とした太陽熱集熱装置
に関する。

〈従来技術〉従来の太陽熱集熱装置は、熱媒に水または空気などを用
い、これらを建物の屋根上などに設置した集熱器内に循
環させて太陽熱を吸収し、吸熱した熱を熱媒によって蓄
熱槽に取り込んで給湯または冷暖房等に利用するもので
あった。

この場合、集熱器を通る熱媒の温度は、熱媒の性質上、
外気より高くなるため、集熱器は集熱中の熱媒からの放
熱をできるだけ少なくするような各種の断熱構造を必要
とし、高価かつ重量大となる等の問題を有していた。

また、日射のみから集熱を行なうため、日射、天候の変
動によって、集熱能力が大きく変動し、低日射の場合の
ために、不足熱量を補う補助熱源を必ず備える必要があ
った。

これに対し、熱媒にフロン等を用いた圧縮機、凝縮器、
膨張弁及び蒸発器である太陽熱集熱器を順次接続してヒ
ートポンプサイクルを形成した装置が開発されている。

この装置では、熱媒の蒸発、凝縮を利用した、゛いわゆ
るヒートポンプサイクルを用いているため、集熱器（蒸
発器）内の熱媒蒸発温度を外気温度以下に調節すること
により、太陽熱のみならず、外気の熱も吸収することが
でき、集熱板の断熱や選択吸収膜は不要となる。むしろ
外気の熱を積極的に吸収するためには、集熱板と空気と
の接触面積を増し、通風の良い構造とする方が好ましい
。

このため、従来の平板型集熱器や真空ガラス管型集熱器
に比べ、ガラス、ケース、断熱材あるいは真空処理等が
不要となり、集熱器の価格は大幅に低下する。また軽量
化されるだめ、設置工事費等ら軽減される。またこの装
置では太陽熱以外に外気からの集熱が可能となるため、
日射の少い（無い）場合にも集熱でき、補助熱源がほと
んど不要になり、補助熱源に対する設備費、燃料費が節
減できる。また熱媒にフロン等を使用しているため、水
を熱媒にする場合のように冬期の凍結あるいは管内腐食
などの対策も不要である。

第１図はこの装置の集熱器の斜視図であり、第２図は同
じく断面図である。そしてこの集熱器は、熱媒管１及び
フィン２から成る複数の集熱体３を一対の取付板４でも
って並設し、隣接する熱媒管１を順次接合して基台５上
に固定するものか、又は第３図の如く蛇行状に配設され
た熱媒管６に直角にフィン７を多数取付けたものが考え
られる。

しかし、これらの形状の集熱器を一般住宅の屋根に設置
した場合、従来の平板型集熱器や真空ガラス管型集熱器
以上に建物の美観を損なう可能性がある。また新築住宅
に設置する場合にも、従来の集熱器と同様、建物（屋根
材）以外に集熱器のコストが当然必要となる。

また、この種のヒートポンプ式集熱装置においては通常
の空気または水熱源のヒートポンプ式空気調和機やヒー
トポンプ式給湯機などと異なり、集熱側（蒸発器）にお
ける条件が、外気温や水温のみでなく日射量の影響を受
けるため、その条件変動の幅が非常に大きいもの・とな
る。すなわち、日射量が大きく、外気温が高い場合には
集熱能力は増大するが、日射量が小さく外気温が低い場
合には集熱能力は減少する。そして日射については、そ
の変動幅の大きさとともに、変動が急速である場合が多
く、これに対応するヒートポンプサイクルの最適運転制
御を困難ムものとしている。

また、給湯や暖房の負荷については、同じく季節によっ
て変動し、この場合は、冬季に負荷が最も大きく、中間
期、夏季の順で減少する。

すなわち、この種の直膨ヒートポンプ式集熱装置におい
ても、従来の集熱装置の場合と同様に集熱能力は、負荷
の増大する冬期に減少し、負荷の減少する夏季には増大
するという逆特性を有している。

また、この種の集熱装置では電力により圧縮機を回転さ
せ、ヒートポンプサイクルを形成して集熱を行なうため
、一般の水等を熱媒に用いた集熱システムのポンプ入力
に比べ、大きな電力を必要とする。この結果として、太
陽熱のみならず空気熱の吸収を可能にするが、夏季や日
射量の十分である場合にも一定の電力が供給されるため
、このような条件においては、水等を熱媒とする集熱装
置に比べ、消費電力が大きく、不経済な運転を余儀なく
されるという欠点を有していた。

〈　　目　　的　　〉本発明は、上記従来の問題、直に鑑み、以下の改善点の
提供を目的とする。

（１）集熱器の住宅に与える違和感を解消し、屋根、壁
、あるいはバルコニーの手摺など住宅を構成する建材の
一部とすることにより外観を良好とし得、かつ経済性を
向上し得る太陽熱集熱装置。

（２）季節による負荷の変動に対応して、集熱能力を可
変とし、年間を通して負荷に見合った安定した集熱能力
を有せしめ、かつ日射を有効に利用して運転入力を押え
、高いＭＭ成績係数を有する高性能かつ経済的な太陽熱
集熱装置。

（３）日射の変動等、急速かつ変動幅の大きい集熱条件
変動に迅速に対応でき、最適なヒートポンプサイクルの
運転を可能とする太陽熱集熱装置。

〈発明の構成〉上記目的を達成するために、本発明は、熱媒を圧縮して
吐出する圧縮機と、該圧縮機の吐出側に接続された凝縮
器と、一側が絞り装置を介して前記凝縮器に接続され他
側が前記圧縮機に接続された集熱器とから集熱回路が構
成され、使用流体を貯える貯湯槽と、該貯湯槽外で前記
凝縮器と熱交換関係にある使用流体加熱器とが互に接続
されて流体加熱回路が構成された太陽熱集熱装置におい
て、前記集熱器は、熱媒を流通する熱媒管と、該熱媒管
に伝熱的に接続された集熱フィンとから構成され、その
形状を屋根材あるいは外壁材などの家屋を構成する建材
と類似したものとすることにより、集熱器は、屋根材あ
るいは壁材として住宅を構成し、集熱器と建材の両方の
機能を有するように形成したものである。

このため、本集熱器は、従来の集熱器のように、集熱器
の設置が住宅に異和感を与えることがなく、住宅と一体
化した良好なデザインを有するとともに、該集熱器が集
熱器と建材の両方の機能を有しているため、住宅と集熱
装置を含めた総合的なコストの低減を図ることができ、
経済性を向上し得る。また本集熱器は、屋根、壁などの
住宅本体と一体化するのみでなく、住宅のエフステリア
であるバルコニー、ベランダなどの手摺、あるいはフェ
ンスと一体化したものとして構成することも可能であり
、そのような場合の例をも示す。

また本発明における圧縮機は、周波数変換による容量制
御型とし、季節による負荷の変動および外気条件に対応
し、負荷が大ぎくがっ外気条件によって集熱能力の低下
する冬期には圧縮機の運転周波数を上げて集熱能力を向
上させ、また逆に負荷が小さくかつ集熱能力が犬軽くな
る夏期には、圧縮機の運転周波数を下げて集熱能力を下
げることにより、過剰の集熱を防ぐとともに、圧縮機へ
の電気入力を軽減する。このため、年間を通じて、負荷
に応じた必要な集熱能力を有するとともに、高い期間成
績係数を持つことが可能となる。

この圧縮機の容量制御手段の一つとして、外気温と日射
量を感知して圧縮機の容量を制御する制御装置を設け、
該制御装置は、外気温が高い場合および日射量が大きい
場合には、圧縮機の回転数を低くし、外気温が低い場合
および日射量が小さい場合には圧縮機の回転数を上げる
ように構成されたものとする。

また他の手段として、流体加熱器の入口および出口にそ
れぞれ第一および第二温度検出器を設け、両温度検出器
の出力信号により前記圧縮機の容量を制御する制御回路
を設け、該制御回路は、該第一、第二温度検出器により
検出された温度差から集熱回路の加温能力を算出し、該
加温能力がが目標加温能力となるように前記圧縮機に容
量制御信号を出力するように構成されたものとする。

すなわち、上記構成では、日射量、外気温等の外気条件
の変動が、流体加熱器における加温能力の変化として表
われてくることを利用し、その加温能力が、負荷を考慮
して予め設定された目標加温能力になるように圧縮機の
容量を制御するよう構成されたちのである。

またこの構成をさらに実用的なものとするために、貯湯
槽内の流体の温度を検出する第三温度検出器が設けられ
、第一、第二、第三温度検出器の出力信号により前記圧
縮機の容量を制御する制御回路が設けられ、該制御回路
は、該第三温度検出器の出力信号から貯湯槽内の現在の
流体温度を検出し、該検出温度と目標沸き上げ温度との
差温と、現在時刻から沸き上げ時刻までの集熱残り時間
とから目標加温能力を演算し、また前記第一、第二温度
検出器により検出された温度から集熱回路の加温能力を
算出し該加温能力が前記目標加温能力となるように前記
圧縮機に容量制御信号を出力するよう構成する。

すなわち、貯湯槽内の流体温度を検出することにより、
予定沸上げ温度および時刻から必要加温能力を算出し、
流体加熱器における加温能力が該必要加温能力になるよ
うに圧縮機を容量制御するものであり、貯湯槽内に前日
からの残湯がある場合などの日々の必要加温量の変動に
対処するものである。

また、この制御方法の変形として、制御回路は、該第三
温度検出器の出力信号から運転開始時の貯湯槽内の流体
温度を検出し、該検出温度と目標沸き上げ温度との差温
と、運転開始時から目標沸き上げ時刻までの集熱運転時
間とから目標加温能力を演算し、また前記第一、第二温
度検出器により検出された温度から集熱回路の加温能力
を算出し該加温能力か前記目標加温能力となるように前
記圧縮機に容量制御信号を出力するよう構成することも
可能であり、同様な効果を期待できる。

また、本発明の装置における凝縮器は、前記流体加熱器
と一体化され相互に熱交換関係を保持するもので、集熱
回路と流体加熱回路との間の熱交換を行なう熱交換器と
なっている。従って実際には、集熱回路と流体加熱回路
が対向流をなす二重管熱文換器の構造を持つものである
。

さらに本発明の装置における絞り装置は、電動式駆動部
を有する膨張弁であり、該電動式駆動部は、制御回路か
ら出されるパルス信号により動作するステッピングモー
ターで構成されている。また、集熱回路の集熱器入口側
に第一温度検出器、出口側に第二温度検出器が設けられ
、前記制御回路は、これら第一、第二温度検出器による
集熱器入口、出口温度差を検出して、前記電動式駆動部
へ制御信号を出力するものである。

従来この種のヒートポンプサイクルの膨張機構としては
、キャピラリチューブまたは温度式自動膨張弁等が使用
されていたが、本集熱装置のように、外気温や日射量等
による集熱条件の大幅かつ急激な変動には、制御範囲、
応答速度ともに十分な対応が不可能である。

また、前記膨張弁制御回路は、集熱器入口、出口温度差
を検出することにより、従来の温度式膨張弁の場合と同
様に予め設定された一定の加熱度（集熱器出入口温度Ｍ
）となるよう制御信号を出力することも可能であるが、
本発明においては、さらに該制御回路が前記第一、第二
温度検出器による集熱器の入口、出口の温度差を容量可
変型圧縮機の容量制御装置より出力される容量信号に基
づく温度差目標値に保つべく、前記膨張弁駆動部へ減圧
制御信号を出力するように構成されたものである。すな
わち、容量制御型圧縮機の容量変化に伴なって変化する
最適温度差目標値になるよう、圧縮機の容量制御信号と
連動した膨張弁制御を可能とする制御回路が設けられた
ものである。

〈実施例〉。

以下、本発明の実施例を図面に従って説明する。

第・１図は、本発明実施例のシステム系統図を示すもの
であり、本集熱装置は、熱媒を圧縮して吐出する圧ｊ１
ｆｉ８と、該圧ｊ！磯の吐出側に接続された凝縮器９と
、絞り装置としての膨張弁１０と、蒸発器の働きをする
集熱器１１とを順次接続してヒートポンプ式の集熱回路
１２を構成し、また給湯、暖房等への使用流体を貯える
貯湯槽１３と、該貯湯ＷＪ１３外で循環ポンプ１４を介
して配され前記凝縮器つと熱交換関係にある使用流体加
熱器１５とを互いに接続して流体加熱回路１６を構成し
たものである。

第５図、第６図、第７図は、本発明の集熱装置における
集熱器１１の構造を示すものであり、第５図は、本発明
集熱器実施例の要部断面図、第６図は第５図のＡ−Ａ断
面図であって、この第５図、第６図において集熱器は蒸
発器の役目を成す屋根兼用のものである。この集熱器１
１は、アルミや銅環熱伝導性に優れる材料から構成され
水平方向に配設された板状のフィン２６と、このフィン
２６の中央部に一体に成形された熱媒管２７とから！成
されている。この集熱器１１表面には耐候性に優れる暗
色系の塗装又は着色アルマイト等の処理が施され、日射
の吸収を良くしている。また、フィン２６の上端部には
上方に向かってＵ字状に折曲された上係合部２６ａが形
成されると共に下端部には下方に向かってＵ字状に折曲
された不係合部２６ｂが形成されており、この上・不係
合部２６ａ、２６ｂが互に引掛るように接合することで
、上下に隣接する集熱器１１同志が結合される。

２８はネオブレンゴム等で形Ｉ！ｌされた支持材２９を
介して上記集熱器１１を支持する露受板であって、この
露受板２８はジグザグ状に折曲形成された板体状を成し
、集熱器１１と露受板２８との間には台形状の空間３０
が形成されている。また、この露受板２８はネオブレン
ゴム製支持材２９を介して集熱器１１を支持しているが
呟この支持材２つが断熱材として作用し集熱器１１の熱
が露受板２８に伝わらないようになっている。３１は上
記露受板２８を支持する野地板、３２は瓦棒である。３
３は屋根の最上部に設けられた棟包み、３４は上記空間
３（）に室外空気を導入するための通気口であって、こ
の通気口３４より導入された空気は空間３０内を上部か
ら下部に亘って吹き抜け、下部の排気口３５より室外に
流れ出る。３６は露受板２８の最下部に設けられた樋で
あって、この樋３６は屋根材としての集熱器１１上面を
流れる雨水や、集熱器１１の温度が外気温度より低く設
定されるために生じる集熱器１１裏面での露結水を回収
する役目を成す。

なお、ｆｊＳｓ図に示した集熱器１１の実施態様として
、第７図（ａ）に示すようにフィン２６の下面に熱媒管
２７を一体に押し出し成形したもの、また第７図（”ｂ
　）に示すようにフィン２６中矢部分を上面側に半円形
状に膨出させ、この膨出させた部分に熱媒管２７を嵌着
したもの、また第７図（Ｃ）に示すようにフィン２６下
面にＵ字状の保持片３７を設け、この保持片３７に熱媒
管２７を嵌着するものが考えられる。また、第７図（ｄ
）、（ｅ）は、一枚の集熱器に、熱媒管２７が二本設け
られた場合の例であり、さらに、第７図（ｆ）、（ｇ）
は、フィン２６の下面に熱媒管２７を設けるとともに、
フィン２６の上面に補助フィン３８を設けた場合の例で
ある。この補助フィン３８は、集熱器１１の表面積を増
し、表面空気との熱交換を促進することにより、集熱器
の空気からの集熱能力を向上させる働きを持つ。なお、
この補助フィン３８は、フィン２６に対して、集熱器前
方より鋭角αをもって取付けられ、この角度ａは、集熱
器１１が屋根上に設置された場合においても、補助フィ
ン３８の上面が、その先端方向に水平よりも下り勾配と
なるような角度に設定され、補助フィン３８の上側に水
やほこりのたまるのを防止する。

この第７図（ａ）、（ｃ）、（ｅ）に示された集熱器１
１は、熱媒管２７がフィン２６の下面側に位置するので
、フィン２６表面は路面−状となって熱媒管２７が表面
から見えず、屋根材として用いる場合に一般の屋根材と
全く変わらない良好な外観を呈する。

なお、上記第７図（ｂ）の集熱フィンの加工方法として
押出し加工の池、予め塗装等表面処理を施した薄板をロ
ールフォーミングまたはプレス加工で第７図１）に示す
ような形状にすることが考えられる。

次に上記集熱装置の動作について説明する。第４図にお
いて、圧縮１８で圧縮された高温高圧の熱媒〃又は、凝
縮器９に流入し、熱交換関係にある流体加熱器を流れる
流体（水）と熱交換して凝縮液化し膨張弁１０を通過す
る際に断熱膨張して減圧され、低温低圧の未蒸発熱媒と
なる。熱媒は次に集熱器１１へ流入して太陽熱・空気熱
を集熱してガス化し、再び圧縮機８に入り上記サイクル
を繰返す。一方貯湯槽１３内の水は循環ポンプ１４によ
り流体加熱器へ送られ加熱昇温されて貯湯槽１３へ流入
する。

このように太陽熱集熱器１１に導入される熱媒、即ち熱
媒管２７内を流通する熱媒が低温低圧であるので、通常
太陽熱集熱器１１の温度は外気温度より低くなる。この
ため集熱器１１表面に露が付着することがあるが、この
露は次第に蒸発すると共に下方に流下して樋３６に回収
される。また、集熱器１１の温度外気温より低いため集
熱器１１裏面の空間３０において、空間３０内の空気が
冷却されて比重の変化により下降気流が生じる。この下
降気流によって空間３０内空気が排気口３５より排出さ
れ、一方この下降気流によって上部の通気口３４より外
気が導入され、このようにして集熱器１１裏面において
外気との熱交換が促進され、この集熱器１１裏面での空
気熱の集熱も行なわれる。

以上のように、上記集熱器１１は屋根材と兼用であるか
ら集熱器１１の設置と屋根ぶきとを兼用することができ
、設置作業を大幅に簡略することができるととものに、
集熱器を設置した家屋の外観も良好なものとなる。

次に、本発明の集熱装置における圧縮機８は容量可変形
とされ、前記流体加熱器８の入口に第一温度検出器１７
が設けられると共に該流体加熱器８の出口に第二温度検
出器１８が設けられ、前記貯湯槽６内の流体の温度を検
出する第三温度検出器２１が設けられ、該第一、第二、
第三温度検出器１７，１８．２１の出力信号により前記
圧縮機１の容量を制御する制御回路１９が設けられ、該
制御回路１９は、該第三温度検出器２１の出力信号から
貯湯槽内の現在の流体温度を検出し、該検出温度と目標
沸き上げ温度との差温と、現在時刻から沸き上げ時刻ま
での集熱残り時間とから目標加温能力を演算し、また前
記第一、第二温度検出器１７．１８により検出された温
度から集熱回路５の加温能力を算出し該加温能力が前記
目標加温能力となるように前記圧縮機８に容量制御信号
を出力するよう構成されたものである。

そして前記制御回路１９は、目標沸上げ温度及び目標沸
上げ時刻を設定する設定器１９Ｂと、前記第一、第二温
度検出器１６．１８からの検出温度差から加温能力を算
出しまた前記設定器１９Ｂと第三温度検出器２１とによ
り算出される目標加温能力に応じて制御信号を出力する
主制御回路１９Ａと、該主制御回路１９Ａの出力信号に
基いて前記圧縮機８に運転周波数信号を出力する周波数
変換回路２０とから構成される。

前記主制御回路１９Ａは、例えば、一般的なワンチップ
マイクロコンピュータで、内部にデータＲＡ　Ｍ、プロ
グラムＲＯＭ、ＡＬＵ等を有し、クロック発振回路によ
り駆動されるものである。また、前記周波数変換回路１
４は、例えばインバータ回路で、圧縮機用電動機の三相
交流電源周波数を変換する信号を出力するものである。

また、前記温度検出器１７，１８．２１は、例えばサー
ミスタが使用され、該サーミスタで検出される温度変化
による電圧降下はデジタル値に変換されて主制御回路１
９Ａに入力される。

なお、目標加温能力は次のように決定できる。

すなわち、目標とする加温能力は、現在の貯湯槽容量か
ら計算できる加温負荷と、現在時刻と目標沸き上げ時刻
の差である集熱残り時間から計算する。

加温負荷＝（目標沸き上げ温度−現在の貯湯槽内平均流
体温度）×貯湯槽容量目標加温能カニ加温負荷／集熱残り時間そして流体加熱
器１５の入口・出口の温度は第一、第二温度検出器１７
＋１８から主制御回路１つＡに入力されており、主制御
回路１９Ａでは、それらの差温とあらかじめ一定に設定
された水流量を用いて加温能力が常に検知されている。

そして第三温度検出器２１により検知される現在の貯湯
槽内平均水温と目標沸き上げ温度、目標沸き上げ時刻、
現在時刻より制御回路１９にて上述の方法で目標加温能
力を演算して主制御回路１９Ａに記憶する。

そして主制御回路１９Ａに記憶された目標加温能力にな
るように外気条件の変化および集熱中の給湯に応じて圧
縮ＰＩｉ８の回転数を制御する。即ち、日射・外気温等
が高くなり、集熱器１１での集熱量が増加すれば、圧縮
機８の回転数を落して圧縮機８の仕事量つまり消費電力
を小さくして高い成績係数で運転する。また日射・外気
温等が低くなれば圧縮機８の回転数を上げて圧縮機８の
仕事量を増し、目標加温能力が得られるように運転する
。

さらに、集熱中に給湯した場合、低温の市水が貯湯槽内
に給水されるため、貯湯槽内水温は低下して加温負荷は
増加するので圧縮機２の回転数を上げて加温能力を上昇
させることができる。その制御の７０−チャートを第８
図に示す。

次に前記圧縮機８によって、圧縮された高温高圧の熱媒
ガスは凝縮器９に流入し、熱交換関係にある流体加熱器
１５を流れる流体（水）と熱交換して、凝縮液化するが
、この凝縮器９と流体加熱器１５とは一体化し、集熱回
路と流体加熱回路が対向流をなす二重管式熱交換器の構
造を成している。

さらに、この熱交換器は、熱媒側の管内表面に細かい溝
、あるいは微小な無数の突起等が施され、熱媒の凝縮熱
伝達を促進させている。

次に、凝縮器９において凝縮液化した熱媒は、膨張弁１
０を通過する際に断熱膨張して減圧され低温低圧の未蒸
発熱媒となるが、本発明の集熱装置における膨張弁゛１
０は、外気温や日射量による集熱条件の大幅かつ急激な
変動に対応するため、十分な制御範囲と応答速度を備え
た電動式駆動部１０ａを持つ膨張弁とする。該電動式駆
動部１０ｇは、制御回路２２より出されるパルス信号に
より動作するステッピングモーターで構成されるもので
ある。

また、集熱回路１８の集熱器人口側に第一温度検出器２
３、出口側に第二温度検出器２４が設けられ、前記制御
回路２２は、これら第一、第二温度検出器による集熱器
入口、出口温度差を検出して、前記電動式駆動部１０ａ
へ弁開閉の制御信号を出力するらのである。

一般に膨張弁は、蒸発器（集熱器）の出入口温度差（熱
媒の過熱度）を一定に保つべく減圧制御を行なうもので
あり、本巣熱装置においてもそのような制御は可能であ
るが、本発明においては、さらに圧縮機８が容量可変型
であるため、前記集熱器出入口温度差が、該圧縮機８の
容量変化に伴なって変化する最適温度差目標値になるよ
う圧縮機８への容量制御信号と連動した膨張弁制御を可
能とする制御回路２２が設けられたものである。

以下にその膨張弁制御方法を述べる。第９図は制御回路
２２のブロック図であり、図中２２ａは第一、第二温度
検出器２３．２４で検出された温度ＴＩ、Ｔ２のアナロ
グ量をそれぞれデジタル量に変えるＡ／Ｄ変換器であり
、２２ｂはマイクロコンピュータ主体の主制御回路で、
これは、デジタル量に変換された第一、第二温度検出器
２３゜２４の出力信号と、圧縮機容量制御回路２０から
の圧縮機８の運転容量を示す容量信号とか呟あらかじめ
設定されたプログラムに基き膨張弁１０の駆動部１０ａ
に出力する減圧制御信号を演算処理し、出力変換器２２
ｃへその処理結果をデジタル量で出力する。そして前記
出力変換器２２ｃは主制御回路２２ｂからのデジタル信
号を使用する膨張弁１０の駆動部１０ａを駆動するよう
に適当な信号に変換される。

次に第１０〜１３図に基いて制御回路２２の演算処理に
ついて詳細に説明する。第１０図は第４図のヒートポン
プサイクル１２において、一定の蒸発能力のもとで圧縮
ａ８の運転容量を変化させ、それぞれ容量が小さい場合
Ａ１、中間の場合Ａ２、大きい場合Ａ３において、膨張
弁１０の減圧量を変えたときの第一、第二温度検出器２
３．２４によって検出された集熱器１１の出入口の温度
差δＨを示している。そしてこの図では、どの容量にお
いても減圧量が十分少ないと、集熱器１１の蒸発能力に
比して熱媒循環量が多く、熱媒は集熱器１１内で蒸発し
きれず、気液二相の状態のまま圧縮機８に流入する。こ
のとき温度差δＨは、設置された第一、第二温度検出器
２３．２４の配管での圧力降下に上り熱媒の温度が低下
するため、最適温度差δＨＯに対しである負の値δＨと
なり、ある減圧量までほぼ一定の値を示す。また圧縮機
８の運転容量を小さくするに従って、前記圧力降下分が
小さくなるため、前記温度差δＨは負の値て゛あるが零
に近づく。

また減圧量を増加させると次第に熱媒循環量が減少し、
熱媒のもつ冷凍能力と集熱器１１の蒸発能力とが釣り合
う最適な減圧量が存在する。そして前記温度差目標値Δ
Ｈは、最適減圧量のときの温度差δＨＯを中心に実用上
許される範囲内に設定される。

また温度差目標値ΔＨは圧縮８！容量制御回路２０から
主制御回路２２ｂに送られてくる圧縮機容量に比例する
Ｑの関数、例えば−大関数として最適温度差δＨＯを近
似するように主制御回路２２ｂ内で設定される。従って
減圧量は、第一、第二温度検出器２３．２４により検出
される温度差δＨが圧縮機８の運転容量によって定まる
温度差目標値ΔＨとなるよう調節される。

この目的を達成する手段は次の様に構成される。

即ち、制御回路２２は、温度差目標値ΔＨと検出される
温度差δＨの差（以下、偏差と呼ぶ）を複数のゾーンに
分け、各ゾーン間を偏差が横断したとき、その横断の方
向から状態の移行を抑制するように膨張弁１０の駆動部
１０ａへ出力する減圧制御信号を加減し、また同一のゾ
ーン内に所定の時間を超えてとどまる時、偏差を無くす
る方向に膨張弁１０の駆動部へ出力する減圧制御信号を
加減することによってヒートポンプサイクル１２の状態
を最適に保つよう構成される。

第１１図はこの偏差（δＨ−ΔＨ）のゾーン分けの実施
例を示す。縦軸に偏差（δＨ−ΔＨ）をデジタル化され
た量として１６進数で表わしである。

そして第１１図（ａ）、（ｂ）の実施例では、ゾーン分
けを等間隔としであるが、マイクロコンピュータのプロ
グラム中、ゾーンの判定を容易にするため第１１図（Ｃ
）の実施例のように不等間隔としてもよい。また偏差（
δＨ−ΔＨ）＝Ｏの線に対して上下非対称でもよい。

このようなゾーン分けによる制御回路２２の演算処理に
ついて第１１図（ｃ）の実施例を用いて説明する。この
場合、膨張弁１０は、第１２図に示す如く通常閉型で駆
動部１０ａへの減圧制御信号である印加電圧を増加する
に従って熱媒通路断面積が減少し減圧量が増す特性を持
つものとする。

まず従来のいわゆるリニア回路による制御における比例
制御に相当する制御として、検出された偏差が前回はゾ
ーンＬ１にあり、今回はゾーンＬ２にあるとすると、ヒ
ートポンプサイクルにおいて集熱器１１では、熱媒流量
が過大ではあるが減少の傾向にある。そこでこの傾向を
抑制する程度の膨張弁１０の駆動部１０ａへの通電変化
量をΔ■２として、現在の通電量Ｖからの新しい通電量
ＶＡ＝Ｖ−Δｖ２としてこれを膨張弁１０へ通電する。

更に次回検出された偏差がゾーンＬ３になったならば、
同様に新しい通電量Ｖ　Ａ　＝　Ｖ−ΔＶ３として更に
膨張弁１０の減圧量を減少させる。逆にゾーンＬ８の方
向からゾーンＬＯの方向へ横切る場合には、新しい通電
量ＶＡ＝Ｖ−ΔＶｎとして膨張弁１０の減圧量を増加さ
せることにより、偏差の変化を抑制するよう制御を行な
う。この場合ΔＶｎは各々のゾーン間で値を変えてもよ
いし、どのゾーン間を横切っても同じ値としてもよい。

検出された偏差が、例えばゾーンＬ１から途中のゾーン
を飛びこしてゾーンＬ４などになった場合には、これら
の距離を考慮して新しい通電量■Ａｌｉ通電量ＶＡ＝Ｖ
−（Δｖ２＋Δ■３＋ΔＶ４）とする必要がある。

次に従来のいわゆるリニア制御回路における積分制御に
相当する制御を説明する。第１１図（ｃ）の実施例では
、ゾーンＬ４にある場合は、偏差が無いとみなして通電
量は変えない。ゾーンＬＯ〜Ｌ３にあるときは偏差が負
であるから膨張弁１０の減圧量が不足しており、減圧量
を増加させるべく通電量を増加させる必要がある。逆に
ゾーンＬ５〜Ｌ８の場合には通電量を減少させる必要が
ある。

この制御の方式には次の二通りが考えられる。

まず一つの方式は同一のゾーン内に偏差が一定の時間を
超えてとどまる場合通電量を変化させる方式であり、も
うひとつはゾーンＬ４から離れるに従ってゾーンに大き
な重みをっけ一定時間内の偏差の位置したゾーンの履歴
から重みを積算し、この値により一定時間毎に通電量を
変化させる方式である。

前者の場合の制御回路２２の演算処理は、一定時間例え
ばゾーンＬ１に偏差がとどまっている場合、新しい通電
量ＶＡ＝Ｖ＋ΔＶ１とするものであり、ゾーンＬ８にと
どまっていれぼＶＡ＝Ｖ−ΔＶ８とするものである。即
ち一定時間とどまっているのがゾーンＬＯ−Ｌ３の場合
にはＶＡ＝Ｖ＋ΔＶｎであり、ゾーンＬ５〜Ｌ８の場合
にはＶＡ＝Ｖ−ΔＶｎとするものであり、各ゾーンにお
ける変化量ΔＶｎはゾーンＬ４から離れるに従って大き
くする。

後者について説明すると、一定時間内に偏差のゾーンを
監視し、例えば説明に用いている例では４ビツトのメモ
リＭを用意し、ヒートポンプサイクルの状態変化に対し
て十分速い時間間隔（例えば５秒）で偏差を計算し、偏
差が位置したゾーンに対応して、第１３図に示すように
４ビツトのメモリＭの相当するビット番号を１とし、一
定時間経過後にメモリＭのビットパターンから定まる通
電変化量ΔＶｎ（表１参照）を加え、通電量■を新しい
通電ｚ　ｙ　Ａ　＝　ｙ＋ΔＶｎとする。このような方
式によれば、短いプログラムで実用上十分な積分制御が
得られる。

表１以下に、本発明の池の実施例について述べる。

まず、第１４図は屋根一体形集熱器の池の実施例の設置
断面図であり、第１５図は第１４図のＢ−Ｂ断面図であ
る。本実施例は、第５〜７図に示した集熱器と異なり、
熱媒管４１が屋根勾配と平行に取付けられた縦張り形の
屋根一体集熱器の一例である。３９は太陽熱集熱器であ
って、この集熱器３９はジグザグ状に折曲形成されたフ
ィン４０と、このフィン４０の中程に形成された多数の
熱媒管４１とから構成され、この熱媒管４１は端部にお
いてＵベント等の接続管４２でもって隣接する熱媒管４
１と接続されて一本の蛇行状の通路を形成し、ヒートポ
ンプサイクル中蒸発器として作用する。この集熱器３９
は野地板４３ａ上に配設された露受板４３にネオブレン
ゴム等から成る断熱部材４４を介して配設され、屋根材
として作用する。なお、４５は瓦棒、４６は鼻かくし、
４７は棟包み、４８は樋である°。

このような太陽熱集熱器は、第５図ないし第７図に示し
た多数に分割された集熱器２５を設置する場合に比べて
幅広の一枚板状の集熱器３９を設置するものであるため
、設置作業簡単となる。

また、住宅と一体化した集熱器として、屋根以外に家屋
の外壁またはバルコニーまたはベランダの手摺、フェン
スなどへの応対が考えられる。

まず、壁と一体に組込んだ集熱器の例を示す。

第１６図は当該実施例の斜視図、第１７図は第１６図の
Ａ−Ａ断面図である。この第１６図及び第１７図におい
て、蒸発器の役目を成す太陽熱集熱器４つは、住宅の外
壁面に張られ、壁材としての機能を兼用する。この集熱
器４つは、図示しないが、圧縮機、凝縮器及び膨張弁等
と共に蒸発器としてヒートポンプサイクルを形成するも
のであって、アルミや銅等の熱伝導性に優れる材料から
構成され、表面には耐候性に優れる暗色系の塗装または
着色アルマイト等の処理が施されて、日射の吸収を良く
している。

第１７図に示すように、前記集熱器４９は、板状の集熱
フィン部５０と、このフィン部５０と一体に成形された
熱媒管５１と、該熱媒管５１から集熱器表面側に向かっ
て一体に成形された補助フィン５２から構成される６ま
た、この集熱器４９の上端部には、集熱器裏側へ突出す
る溝部５３が形成され、その中央部には、集熱板の長手
方向に沿って一定間隔で針穴があけられている。さらに
この溝部５３の上端側には、上方に向かって突起した上
係合部５４が設けられるとともに、集熱器４９下方裏面
には、下向きに突起した下係合部５５が形成されており
、この上係合部５４に、上側に隣接する集熱器、↓９の
下係合部５５力弓１掛るように係合することにより、上
下に隣接する集熱器４９同士が結合する。また５６は垂
直に一定間隔で壁面に取り付けられた心木（角材）であ
り、この心木５６の上に集熱器４９が溝部５３の釘穴よ
り釘５７またはネジ等でネオブレンゴム等の材料から作
られたパツキン５８を介して固定される。また５９は防
水紙またはアスファルトなどの防水層であり、６０はそ
の裏面に張られたボードである。

第１８図は上記集熱器４９の設置断面図の最下部及び最
上部を示すものである。６１は最下部に設けられた集熱
器量は金具であり、この金具６１の上端分割に上方へ向
かって突起した係合部６２に最下部の集熱器４９の下係
合部５５が係合し、該集熱器４９の上端溝部５３を釘５
７等で６木５６に打付けることにより、該集熱器４９が
固定される。以後、隣接する集熱器４９は下端部を下側
に隣接する集熱器４９と係合部５４，５５で互いに係合
し、上端溝部５５を釘５７等で６木５６に打ちつけるこ
とによって固定され、順次、下方から張り上げられる。

また、６３は、片端を再上部に張られた集熱器４９の上
係合部５４に係合し、一方の端部を尾根６４の軒天６５
に固定された金具６６にネジ等で固定された化粧板であ
り、ルーバー状に折れ目を入れた開口部６７が備えられ
ている。また最下部の集熱器量は金具６１と壁面（防水
層５９）の間にも開口部６８が設けられている。

一定間隔で壁面（防水層５９）の上に取り付けられた６
木５６と隣接する６木５６との間には空間６９が形成さ
れるが、この空間６つは集熱器４９裏側の空気流路とな
り、集熱器４つ裏側からの空気熱集熱を可能にする。す
なわち、ヒートポンプ式集熱装置にあっては、膨張弁等
を調筋することにより集熱器４つ（蒸発器）での冷媒蒸
発温度を外気温度以下に調節し、太陽熱以外に空気熱を
も吸収することができる。この場合には、集熱器４９裏
側の空気は集熱板５０によって冷却されるため、集熱器
４９裏側の空気は、下降気流となって、下側通気口６８
より流出し、また上側通気口６７より外気が流入するこ
とにより、第１８図に示した矢印の向きの空気の流れが
生じ、流通する空気から連続的に空気熱集熱が可能とな
る。

しかし、冷却されなから集熱が行なわれる裏側空気から
の集熱は、外気に開放された集熱器４９表面からの空気
熱集熱に比べると集熱能力が低いため、空気からの集熱
を促進する補助フィン５２は、集熱器４９表面側に取り
付けた方が効果が大とく、もっばら集熱器表面側にのみ
取り付けられる。

この補助フィン５２のうち、外側の補助フィン５２は、
集熱フィン部５０と同一面上で連続しておｔ）、また内
側の補助フィン５２は、外側の補助フィン５２にかくれ
るため、外観上は補助フィン５２というものは全く目立
たない。

また、上記集熱器４９は、一枚に２本の熱媒管５１を備
えているが、この集熱器４９を複数枚張り上げたとき、
すべての熱媒管５１は等ピッチになるような寸法になっ
ており、また集熱フィン５０の傾き、寸法も隣接する集
熱器４９同志の継ぎ目７０を含む面と含まない面で同一
となるよう設計されているため、外観上は等間隔で一定
の傾きをもつ面が重なり合う一般の壁材（サイディング
）と同様となるため、壁面としても良好な外観を呈する
。

また、前述のように、本巣熱器４つは、普通外気温度以
下に冷却されても空気熱をも集熱するため、集熱板温度
と外気の湿度との関係から、一般に、集熱器４９の表面
に結露を生じる。多量に結露を生じた場合には結露水は
下方に流れ出すが、本壁一本型集熱器４９の場合は、一
般の金属性外壁材（サイディング）にみられるような上
方へ折返された係合部が無いため、結露水は途中でたま
ることなく素直に下方へ流れる構造となっている。

なお、第１６図において、７１は集熱器４９の配管接続
部を覆う配管カバー、また第１８図において７２は室内
壁、７３は基礎である。

第１９図は池の例を示した断面図で、一枚の集熱器４９
に熱媒管５１が一本だけ設けられている場合の例である
。

また第２０図は同じく池の実施例の集熱器断面図であり
、集熱器４９表面に設けられた補助フィン５２が１個所
の熱媒管５１の部分に一枚のみ設けられた場合の例であ
る。

また第２１図も池の例の断面図であり、この例では集熱
器４９表面に補助フィンが無く、集熱器４９はフラット
な集熱フィン部５０ａと熱媒管５１から構成される。こ
の場合には、補助フィンが無いため、空気からの集熱能
力が若干落ちるが、集熱器の継ぎ目７０が集熱フィンの
下端の折曲部７４の先端に位置するだめ、継ぎ目７０が
外観上目立たなくなるという長所がある。第２２図は、
同しく補助フィンなしの集熱器の例の断面図で、集熱器
４９一枚に熱媒管５１が一本設けられている場合である
。

次に、本発明の集熱器を、バルコニー等のフェンスとし
て家屋に組み込んだ例について説明する。

第２３図は本実施例の斜視図、第２４図は同正面図、第
２５図は第２４図のＤ−Ｄ断面図である。

この第２３．２４．２５図において、７５は蒸発器の役
目を成す太陽熱集熱器であって、フェンス（バルコニー
）の格子としての機能を兼用している。

この集熱器７５は、図示しないが、圧縮機、凝縮器及び
膨張弁等と共に蒸発器としてヒートポンプサイクルを形
成するものであって、アルミや銅等の熱伝導性に優れる
材料から構成された板状のフィン？Ｓａと、このフィン
７５ａの中央部分にフィン７５ａと一体となった熱媒管
７６とから構成される。この集熱器７５表面には耐候性
に優れる暗色系の塗装または着色アルマイト等の処理が
施され、日射の吸収を良くしている。

この集熱器７５は第２５図に示すごとく、一定の傾斜を
持った状態で複数枚上下に配設され、集熱器７５の両端
及び中央部に一定間隔で設けられた支柱７７に固定され
、フェンスまたはバルコニー等の格子として機能する。

＠２３図及至第２５図は該集熱器７５をバルコニーと一
体化した場合の例であり、図において、７８はバルコニ
ーの柱、７９は笠木、８０はげたである。また集熱器７
５の両端には、各集熱器７５の熱媒管７６を接続するＵ
字状のパイプ（Ｕベンド）８１等の配管を収納する部分
があり、８２はその配管部を覆う配管カバーである。

このバルコニーと一体化された集熱器を主に住宅の南面
に設置することにより、太陽熱とともに、ルーバー状に
配置された通風のよい構造か呟空気熱をも効率よく集熱
することが可能となる。

第２６図は本集熱器７５を敷地境界のフェンス８３と一
体化して設置した場合の実施例である。

また図示しないが、このほかベランダや陸屋根屋上の手
摺等と一体化して設置することも可能であまた第２７図
は、バルコニー一体型の池の実施例で、バルコニー前面
にある傾斜をもたせた場合の例である。このような傾斜
を持たせることにより、垂直に設置する場合よりも太陽
光からの集熱量が増加する。

また第２８図は第２５図に示した集熱器断面の池の実施
例を示しだものである。第２８図の（ａ）（ｂ）（ｄ）
は、集熱器のフィンに折れ目すを入れることにより、ま
た同図（ｃ）は集熱器の下側に小さいフィンＣを追加す
ることにより、集熱器のフィンの表面積を増し空気集熱
能力を図ったものである。

また、同図（ｅ）については、集熱器のフィンを垂直に
設置し、上下に隣接するフィン同志が嵌合結合した形状
とし、バルコニー等の外側の部分にのみ下向きの角度を
もった第三のフィンｄを取付けたものであるが、これは
同図（ｄ）の場合とともに、バルコニー等の内側から集
熱器を足掛りとして子供などがよし登る危険を防ぐ構造
となっている。

また第２９図はバルコニー一体型集熱器の池の実施例の
斜視図であり、第３０図は同じく正面図である。この例
においては、集熱器７５を縦に設置し、バルコニー手摺
の格子と一体化させたものであり、この場合には集熱器
が足掛りとなることはない。

また、第３０図に示される様に、縦型の場合には、Ｕベ
ンド等の配管が上、下に位置する。８４は配管部をかく
す配管カバーである。この場合に、配管を笠木７９及び
けた８０の内部へ配置することにより、配管カバー８４
を省略した形にすることも可能である。第３０図におけ
るＥ−Ｅ断面図としては、横型の場合と同じく第２５図
または第２８図（ａ）（ｂ）（ｄ）などの形状の実施例
を考えることができる。

また、第３１図（ａ）、（ｂ）は第３０図のＥ−Ｅ断面
の池の実施例であり、集熱器７５を向かい合わせに千鳥
状に二列に配列したものである。縦型では、Ｅ−Ｅ断面
形状カ；第２５図または第２８図（、）（ｂ）の場合、
１日のうちの太陽入射角の変動によっである時間帯には
日射のがなりの割合が集熱器７５の間を通りぬけてしま
うことがある。

しかし、Ｅ−Ｅ断面か第２８図（ｄ）あるいは第３１図
（ａ）、（ｂ）の場合には、日射の通り抜ける割合が非
常に少なく、あるいは全く無くなる。

次に、本発明の集熱装置における圧縮機容量制御方法の
池の実施例について述べる。

その一実施例は、第４図において、流体加熱器１５の入
口に第一温度検出器１７が設けられると共に該流体加熱
器１５の出口に第二温度検出器１８が設けられ、貯湯槽
１３内の運転開始時の流体の温度を検出する複数の第三
温度検出器２１が設けられ、該第一、第二、第三温度検
出器１７．１８．２１の出力信号により前記圧縮機８の
容量を制御する制御回路１９が設けられ、該制御回路１
９は、該第三温度検出器２１の出力信号から運転開始時
の貯湯槽内の流体温度を検出し、該検出温度と目標沸き
上げ温度との差温と、運転開始時から目標沸ぎ上げ時刻
までの集熱運転時間とから目標加温能力を演算し、また
前記第一、第二温度検出器１７＋１８により検出された
温度から集熱回路１２の加温能力を算出し該加温能力が
前記目標加温能力となるように前記圧縮機８に容量制御
信号を出力するよう構成されたものである。

ここで目標加温能力は次のように決定できる。

すなわち、目標とする加温能力は、運転開始時の貯湯槽
内の流体温度（水温）と目標沸き上げ温度の差と貯湯槽
容量から計算できる加温負荷と、運転開始時刻と目標沸
き上げ時刻の差である集熱運転時間から計算する。

加温負荷＝（目標沸き上げ温度−運転開始時貯湯槽内の
流体温度） ×貯湯槽容量目標加温能力＝加温負荷／集熱運転時間この制御フロー
チャートを第３２図に示す。

さらに、もう少し簡略化された他の実施例は、前記実施
例における貯湯槽内温度を検出する第三温度検出器２１
の代りに、外気温検出器（図示せず）を設けたものであ
り、変化させる目標加温能力は朝のある一定時刻での外
気温を検知し、制御回路１９にてこの外気温から季節を
判定して決定されるものとする。なお、圧縮機８の容量
制御は、前記実施例と同様である。この場合の制御のフ
ローチャートを第３３図に示す。

なお、目標加温能力は前記方法以外にも決定できる。即
ち、外気温検出器２１の代わりに貯湯槽１３の流体供給
口１３ａに供給流体温度検出器８５を設け、該温度検出
器８５によって前日の給湯時に貯湯ＷＪ１３の供給口１
３ａより供給される流体の温度を検知しておぎ、供給流
体によって季節を判定する。そして当日の運転時の目標
加温能力を自動的に決定する。なおこの場合の７０−チ
ャートを第３４図に示す。

さらに、圧縮機８の容量制御方法の池の実施例として、
外気温と日射量を感知して行なう場合の例を示す。

＠３５図に本実施例の構成図を示す。図において、前記
圧縮機８は容量可変とされ、外気温と日射量を感知して
圧縮機８の容量を制御する制御装置８６が設けられ、該
制御装置８６は、外気温が高い場合および日射量が大き
い場合には圧縮機の回転数を低くし、外気温が低い場合
および日射量が小さい場合には圧縮機の回転数を上げる
よう構成されたものである。

上記構成によれば、本集熱装置が各季節の給湯負荷に見
合った適切な集熱能力を持つように制御されるため、給
湯負荷の大きい冬場には、圧縮機の運転周波数を上げて
集熱能力を上げ、給湯負荷の小さい夏場には圧縮機の運
転周波数を下げて回転数を落とし、圧縮機の入力を低減
させることができる。また−日の運転においては、日射
量の大小によって、集熱能力が変化するが、日射量の少
ない曇天時や雨天時には、圧縮機の運転周波数を若干高
くし、集熱器での蒸発温度を低くして、空気からの集熱
能力を大きくしている。また、日射量の大きい晴天時に
は、運転周波数を下げて、空気集熱能力を落とし、はと
んど日射のみからの集熱とするとともに、圧縮機の入力
を低減することかできる。

第３５図において、８６は周波数変換装置を含む制御回
路であり、８７は外気温センサー、８８は日射センサー
である。ここで圧縮機２は、周波数変換装置（インバー
タ）により、回転数が制御されるものであり、外気温度
センサー８７および日射センサー８８からの信号を受け
て、最適な運転周波数すなわち回転数に制御される。

第３６図に周波数制御の７０−チャートを示す。

最低周波数で起動した圧縮８！８は、まず外気温度によ
り、その外気温度に対する標準的な運転周波数を決定す
る。たとえば外気温度Ｔｏ（以下ＴＯとする）が３０℃
以上の場合は３５Ｈｚ、２５℃くＴＯ≦３０℃ならば４
６Ｈｚ、２０℃＜Ｔｏ≦２５°Ｃならば５７Ｈｚ、１５
℃＜Ｔｏ≦２０°Ｃならば６８Ｈｚ、１０℃＜Ｔｏ≦１
５℃ならば７９Ｈｚ、ＴＯ≦１０の場合には９０Ｈｚの
ように設定する。

つぎに日射量を感知し、日射量（以下Ｉとする）が標準
的な日射量Ｉ　。＝　２５０　Ｋｃａｌ／ｍ２ｈよりも
大きい場合は周波数を下げる方向へ、また小さい場合は
周波数を上げる方向へ再度調節する。たとえば１．＋２
００＞Ｉ≧Ｉ　、＋１００　Ｋｃａｌ／ｍ”ｈならば１
ステツプ（約５．５Ｈｚ）周波数を下げ、■≧Ｉ　ｏ＋
　２００　Ｋｃａｌ／ｍ２ｈならは゛２ステンプ（約１
１Ｈｚ）下げる。逆にＩ。−２００＜Ｉ≦Ｔｏ−１００
ならばｌステップ周波数を上げ、■≦１．−２００なら
ば２ステツプ周波数を上げるように制御する。ただし、
これらの周波数制御は、周波数の可能範囲内（たとえば
３０〜９０　Ｈｚ）で行なうことは当然である。

なお本発明は、第３７図の如く、ヒートポンプサイクル
の凝縮器９Ａを貯湯槽１３内に内装し、流体循環回路を
廃止したシステムであっても上記と同様の効果が期待で
きる。

〈効果〉以上の説明から明らかな通り、本発明は、熱媒を圧縮し
て吐出する圧縮機と、該圧縮機の吐出側に接続された凝
縮器と、一側が絞り装置を介して前記凝縮器に接続され
池側か前記圧縮機に接続された集熱器とから集熱回路が
構成され、使用流体を貯える貯湯槽と、該貯湯槽外で前
記凝縮器と熱交換関係にある使用流体加熱器とが互に接
続されて流体加熱回路が構成された太陽熱集熱装置にお
いて、前記集熱器は、熱媒を流通する熱媒管と、該熱媒
管に伝熱的に接続された集熱フィンとから構成され、該
集熱器は家屋を構成する建材と一体化構造とされるとと
もに前記圧縮機が周波数変換による容量可変形とされた
ことを特徴とする太陽熱集熱装置に関するものである。

すなわち、該集熱器は、家屋の建材と集熱器の両方の機
能を有するように形成されたものである。

このため本集熱器は、従来の各種集熱器と異なり、住宅
と一体化した良好なデザインを有するため、集熱器の設
置が住宅の美観を損なうということが全くなく、また、
集熱器と建材の両方の機能を有しているため、住宅と集
熱装置を含めて総合的にコストを低減を図り得、経済的
である。

また、本発明の圧縮機は、周波数変換による容量制御型
とし、季節による負荷及び集熱条件に対応して、負荷が
大きくかつ外気条件によって集熱能力の低下する冬期に
は、圧縮機の運転周波数を上げて集熱能力を増加させ、
逆に負荷が小さくかつ集熱能力が大きくなる夏期には、
圧縮機の運転周波数を下げることにより過剰の集熱を防
ぐとともに圧＃ｉｉ磯の消費電力を低減するように制御
を行う制御装置を備えたものである。

従って本集熱装置は、年間を通して、負荷に応じた必要
な集熱能力を有し、日射の少い場合や冬期においても補
助熱源がほとんど不要であるとともに、高い期間成績係
数を持つ経済性の高い集熱装置となる。

また、本発明における絞り装置としての膨張弁は電動式
駆動部を有するものであり、該駆動部は集熱器の入口側
、出口側に設けられｊこ第−及び第二温度検出器により
検出された集熱器出入口温度差を検出して制御信号を出
力する制御回路により駆動され制御される。そして、該
制御回路は集熱器出入口温度差が容量可変型圧縮機の容
量制御回路より出力される容量信号に基づく温度差目標
値になるよう膨張弁の減圧量を制御する制御信号を出力
するよう構成されたものである。

従って、本膨張弁は従来の機械式自動膨張弁やキャピラ
リーチューブと異なり、日射等、急速かつ変動幅の大き
い集熱条件変動に迅速に対応するとともに、容量制御型
圧縮機の容量制御信号と連動した膨張弁制御を行うため
、あらゆる集熱条件において、本集熱装置のヒートポン
プサイクルを常に最適な運転状態に制御することが可能
となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のヒートポンプサイクルを用いた集熱装置
における集熱器の斜視図、第２図は同要部拡大断面図、
第３図は従来のヒートポンプサイクルを用いた集熱装置
における集熱器の正面図、第４図は本発明の集熱装置の
構成図、第５図は同しくの集熱器の設置状態の断面図、
第６図は第５図におけるＡ−Ａ断面図、第７図は同じく
集熱器の実施態様を示す図、第８図は同じく圧縮機容量
制御フローチャート、第９図は本発明の熱媒流量制御回
路の構成図、第１０図は温度差と減圧量の関係を示す図
、第１１図（ａ）（ｂ）（ｃ）はそれぞれ温度差と温度
差目標値との偏差のゾーン分けの異なる例を示す説明図
、第１２図は膨張弁駆動部への通電量と熱媒流量との関
係を示す線図、第１３図は４ビツトのメモリと偏差ゾー
ンとの対応を示す図、第１４図は本発明集熱器の他の実
施例の断面図、第１５図は第１４図のＢ−Ｂ断面図、第
１６図は本発明集熱器の他の実施例の設置状態を示す斜
視図、第１７図は第１６図のＣ−Ｃ要部断面図、第１８
図は第１６図の最下部及び最上部の断面図、第１９．２
０，２１．２２図は本発明集熱器実施例の池の実施状態
を示す断面図、第２３図は本発明集熱器の他の実施例め
斜視図、第２４図は同工面図、第２５図は第２４図のＤ
−Ｄ断面図、第２６図は本発明集熱器の他の実施例を示
す斜視図、第２７図は本発明集熱器の他の実施例を示す
斜視図、第２８図（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）は他
の実施例における集熱器の断面図、第２９図ｔ４１ｍｎ
実施例の斜視図、第３０図は同正面図、第３１図は他の
実施例における集熱器断面図、第“３２，３３．３４図
は本発明の他の実施例における圧縮機容量制御フローチ
ャート、第３５図は本発明の集熱装置の他の実施例の構
成図、第３６図は同圧縮機容量制御フローチャート、第
３７図は本発明の集熱装置の他の実施例の構成図である
。８：圧縮機、９：凝縮器、１０：膨張弁、１１，３９．
４９．７ｓ：集熱器、１２：集熱回路、１６二流体加熱
回路、１９：圧縮機容量制御回路、２２：制御回路、２
６，４０．Ｓｏ、７５ａ：フィン、２７，４１．５１，
７６：熱媒管。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）熱媒を圧縮して吐出する圧縮機と、該圧縮機の吐
出側に接続された凝縮器と、一側が絞り装置を介して前
記凝縮器に接続され他側が前記圧縮機に接続された集熱
器とから集熱回路が構成され、使用流体を貯える貯湯槽
と、該貯湯槽外で前記凝縮器と熱交換関係にある使用流
体加熱器とが互に接続されて流体加熱回路が構成された
太陽熱集熱装置において、前記集熱器は、熱媒を流通す
る熱媒管と、該熱媒管に伝熱的に接続された集熱フィン
とから構成され、該集熱器は家屋を構成する建材と一体
化構造とされるとともに前記圧縮機が周波数変換による
容量可変形とされたことを特徴とする太陽熱集熱装置。
（２）外気温を感知する温度センサーと、日射量を感知
する日射センサーとが設けられ、両センサーにより外気
温と日射量を感知して外気温が高い場合および日射量が
大きい場合には圧縮機の回転数を低くし、外気温が低い
場合および日射量が小さい場合には圧縮機の回転数を上
げるよう制御することを特徴とする特許請求の範囲第１
項記載の太陽熱集熱装置。
（３）前記流体加熱器の入口に第一温度検出器が設けら
れると共に該流体加熱器の出口に第二温度検出器が設け
られ、両温度検出器の出力信号により前記圧縮機の容量
を制御する制御回路が設けられ、該制御回路は、前記第
一、第二温度検出器により検出された温度から集熱回路
の加温能力を算出し該加温能力が目標加温能力となるよ
うに前記圧縮機に容量制御信号を出力するよう構成され
たことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の太陽熱
集熱装置。
（４）前記流体加熱器の入口に第一温度検出器が設けら
れると共に該流体加熱器の出口に第二温度検出器が設け
られ、前記貯湯槽内の流体の温度を検出する第三温度検
出器が設けられ、該第一、第二、第三温度検出器の出力
信号により前記圧縮機の容量を制御する制御回路が設け
られ、該制御回路は、該第三温度検出器の出力信号から
運転開始時の貯湯槽内の流体温度を検出し、該検出温度
と目標沸き上げ温度との差温と、運転開始時から目標沸
き上げ時刻までの集熱運転時間とから目標加温能力を演
算し、また前記第一、第二温度検出器により検出された
温度から集熱回路の加温能力を算出し該加温能力が前記
目標加温能力となるように前記圧縮機に容量制御信号を
出力するよう構成されたことを特徴とする特許請求の範
囲第１項記載の太陽熱集熱装置。
（５）前記流体加熱器の入口に第一温度検出器が設けら
れると共に該流体加熱器の出口に第二温度検出器が設け
られ、前記貯湯槽内の流体の温度を検出する第三温度検
出器が設けられ、該第一、第二、第三温度検出器の出力
信号により前記圧縮機の容量を制御する制御回路が設け
られ、該制御回路は、該第三温度検出器の出力信号から
貯湯槽内の現在の流体温度を検出し、該検出温度と目標
沸き上げ温度との差温と、現在時刻から沸き上げ時刻ま
での集熱残り時間とから目標加温能力を演算し、また前
記第一、第二温度検出器により検出された温度から集熱
回路の加温能力を算出し該加温能力が前記目標加温能力
となるように前記圧縮機に容量制御信号を出力するよう
構成されたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
の太陽熱集熱装置。
（６）前記絞り装置は電動式駆動部を有する膨張弁から
なり、前記集熱器の入口側に第一温度検出器が設けられ
ると共に該集熱器の出口側に第二温度検出器が設けられ
、両温度検出器の出力信号により前記膨張弁の開度を制
御する制御回路が設けられ、該制御回路は、前記第一、
第二温度検出器により検出される集熱器の入口温度と出
口温度との間の温度差を、温度差目標値に保つべく前記
膨張弁の駆動部へ減圧制御信号を出力するよう構成され
たことを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第５項
記載の太陽熱集熱装置。
（７）前記絞り装置は電動式駆動部を有する膨張弁から
なり、前記圧縮機の運転容量を負荷状態等に応じて変化
させる圧縮機容量制御装置が設けられ、前記集熱器の入
口側に第一温度検出器が設けられると共に該集熱器の出
口側に第二温度検出器が設けられ、該第一、第二温度検
出器による集熱器の入口温度と出口温度との間の温度差
を、前記圧縮機容量制御装置の容量信号に基く温度差目
標値に保つべく前記膨張弁の駆動部へ減圧制御信号を出
力する制御回路が設けられたことを特徴とする特許請求
の範囲第１項ないし第６項記載の太陽熱集熱装置。