JPS6138356A

JPS6138356A - 太陽熱利用給湯装置

Info

Publication number: JPS6138356A
Application number: JP16172384A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Uno; 浩宇野; Kunihiro Suga; 菅　邦弘
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1984-07-31
Filing date: 1984-07-31
Publication date: 1986-02-24

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】産業上の利用分野本発明は集熱手段に、ヒートポンプ回路及び太陽熱集熱
回路を用いた太陽熱利用給湯装置に関する。

従来例の構成とその問題点従来のこの種の太陽熱利用給湯装置は、第４図に示すよ
うに、蒸発器の働きをする集熱器１、アキュムレータ２
、圧縮機３、凝縮器４、膨張弁５を順次接続してなるヒ
ートポンプ回路６と、集熱器１、アキュムレータ２及び
圧縮機３をバイパスするバイパス切替弁Ａ７、凝縮器４
、膨張弁５をバイパスするバイパス切替弁Ｂ８を順次接
続してなる太陽熱集熱回路９と、凝縮器４により加熱さ
れる給湯水を貯蔵する貯湯槽１０と、太陽熱による集熱
可能状態を検出する運転モード切替センサー１１と、こ
の運転モード切替センサー１１の検出信号により太陽熱
集熱回路もしくはヒートポンプ回路６に切替える制御部
１２とから構成されるいた。

この構成では、日射量の大小により、バイパス切替弁Ａ
７とバイパス切替弁Ｂ８を切替え、ヒートポンプ回路６
、もしくは太陽熱集熱回路９のいずれかで集熱させてい
た。すなわち、太陽光のみで集熱が可能な場合は、運転
モード切替センサ１１の検出信号により、制御部１２が
バイパス切替弁八７を作動させ、アキュムレータ２と圧
縮機３をハイパスして、集熱器１と凝縮器４を直接連通
させる。さらに／ペイパヌ切替弁Ｂ８も作動させて膨張
弁５をハイパスし、集熱器１と凝縮器４を直接連通させ
ることにより、集熱器１で太陽熱により、加熱された冷
媒蒸気は凝縮器４で凝縮し、貯湯槽１０の給湯水に熱を
与え、再び集熱器１に戻るサイクルを繰シ返していた。

一方、太陽光で集熱が不可能な場合は、バイパス切替弁
Ａ７を作動させて、アキュムレータ２と圧縮機３を連通
し、さらにバイパス切替弁Ｂ８も作動させて、膨張弁　
−５を連通させることにより、圧縮機３で圧縮された冷
媒蒸気は凝縮器４で凝縮し、貯湯槽９の給湯水に熱をケ
える。それから、膨張弁５で膨張後、集熱器１で蒸発し
て、外気から熱を奪い集熱し、再び圧縮機３に戻るサイ
クルを繰り返していた。

ところで、貯湯槽９内の給湯水を水温から設定湯温にま
で昇温させるための集熱負荷熱量は、冬季は大きく、夏
季は少ない。一方、と−トポンプ回路の集熱能力は外気
温に依存するため、冬季は少なく、夏季は大きくなって
いる。

丑だ、ピー１−ポフ１回路の能力は集熱器１の面積、凝
縮器４の熱交換面積、圧縮機３の能力などから規定され
、通常２００４〜３００４の給湯水を設定温度に昇温す
るには短時間（１〜２時間）では難しく、特に冬季では
長時間を必要としていた。

一方、当然ながら、日射量が十分ある場合には、ソーラ
回路で集熱できるため、ヒートポンプ回路の運転時間は
短かくてすむ。また、集熱器１の太陽熱集熱特性は、冷
媒が低温はど集熱効率が高い。

そこで夏季のように、集熱負荷熱量が少ない場合には、
まず、太陽熱集熱回路９で運転を開始し、次にヒートポ
ンプ回路６で設定湯温にまで昇温させる運転法が効率的
である。

逆に冬季においては、集熱負荷熱量が大きいだめ、太陽
熱集熱回路９の運転終了後、ヒートポンプ回路６で、昇
温させても設定湯温にまで到達できず、まず、ヒートポ
ンプ回路６で運転を開始し、日射量があれば、太陽熱集
熱回路９に運転を切替え、さらに再び、ヒートポンプ回
路６で運転をしなければならない。

しかし、使用者にとっては、季節毎の外気温、集熱負荷
熱量の変化に応じて、ヒートポンプ回路での運転開始時
刻を変化させることは困難であった。

また、夏季においても、雨天などで日射量がない場合に
は、ヒートポンプ回路のみで、集熱運転を行ない、設定
湯温にまで昇温させねばならないが、使用者にとっては
、当日の天候状況を予測して、ヒートポンプ回路の運転
を開始するのは、困難であった。そこで、設定湯温にま
で上昇できず、他熱源による補助を使用とし、非経済的
であった。

発明の目的本発明はかかる従来の問題を解消するもので、外気温、
集熱負荷熱量の変動及び、天候による日射量の変動に対
応して、目標時刻には設定湯温に自動的に、効率よく昇
温させることを目的とする。

発明の構成この目的を達成するために、本発明は、水温を検出する
水温センサー、外気温を検出する外気温センサー、水温
センサー、外気温センサーからの信号により、集熱負荷
熱量、ヒートポンプ回路集熱能力などを演算して、ヒー
トポンプ回路運転開始時刻を設定する制御部を設けたも
のである。

この（１４成によって、制御部は水温センサーからの水
温と設定湯温値により集熱負荷熱量を演算するとともに
、外気温センサーからの外気温によりヒートポンプ回路
能力を演算する。そして、ピー１−ポフ１回路のみで給
湯水を設定湯温まで昇温できる運転時間を割り出し、運
転開始時刻を設定するので、使用者は、外気温、集熱負
荷熱量の変動、天候の変動に注意を払わなくても、たえ
ず、設定運転終了時刻には、設定湯温に昇温されだ給湯
水を使用できる。

実施例の説明以下、本発明の一実施例を第１図、第２図、第３図を用
いて説明する。

なお第４図と同一部材には同一番号を付している。

第１図において、１３は水温センサーであシ、貯湯槽１
０内の給湯水温を検出している。１４は外気温センサー
であシ、外気温を検出している。

１５は制御部であり、集熱負荷熱量、ヒートポンプ能力
、ヒートポンプ回路６運転開始時時刻の演算、設定をし
、さらに、運転モード切替センサー１１により、太陽熱
集熱回路９とヒートポンプ回路６の切替も行なう。

上記構成において、集熱運転方法を第２図、第３図も併
せて用い説明する。制御部１５にはあらかじめ、設定運
転終了時刻、外気温を因子とするヒートポンプ回路６能
力の演算式、貯湯槽１０内の給湯水量と設定湯温と水温
による集熱負荷熱量の演算式が記憶されている。また、
時刻及び計測演算をするスキャン間隔を実行するタイマ
ー機能も持っている。

水温センサー１３により水温を検出し、集熱負荷熱量−
（設定湯温−水温）×給湯水量の演算式で集熱負荷熱量
を演算する。次に、外気温センサー１４により外気温を
検出し、ヒートポンプ回路能力−ｆ（外気温）の演算式
でヒートポンプ回路６能力を演算する。次に、ヒートポ
ンプ運転時間−給湯負荷熱量／ヒートポンプ回路能力で
ヒートポンプ運転時間を演算する。さらに、ヒートポン
プ運転開始時刻−設定運転終了時刻−ヒートポンプ運転
時間として、ヒートポンプ運転開始時刻を演算し、運転
を開始する。

第２図（５）は、冬争晴天日における運転状態を示した
もので、集熱負荷熱量が大きく、ヒートポンプ回路６の
能力ｉ小さいため、日射が発生する以前の夜間からヒー
トポンプ回路６で運転を開始し、太陽熱による集熱が可
能になると、太陽熱集熱回路９運転に切替わシ、午後に
なシ、太陽熱による集熱が不可能になると、再びヒート
ポンプ回路６運転に切替えている。

第２図（Ｂ）は冬季雨天臼における運転状態を示したも
ので、ヒートポンプ回路６で運転を開始する時刻は（５
）と同じであるが、日射量が少ないため、設定運転終了
時刻まで、ヒートポンプ回路運転を続け、設定湯温に到
達している。

次に第３図（５）により夏季の晴天臼における運転状況
を説明する。夏季は集熱負荷熱量は小さい。

さらに、外気温が高いため、ヒートポンプ回路６の能力
は大きい。そこで演算されたヒートポンプ運転開始時刻
では、すでに日射量が十分あシ、太陽熱集熱回路９によ
る太陽熱集熱運転が開始されておシ、ヒートポンプ回路
６には切替わらない。

さらに午後になり、日射量が減少し、太陽熱集熱運転が
終了する時刻には、すでに設定湯温に到達している。そ
こで、ヒートポンプ回路６運転は全くしなくてよい。

次に、第３図（Ｂ）では夏季用天日における運転状態を
示したもので、ヒートポンプ回路６で運転を開始する時
刻は（５）と同じであり、日射量が少ないため、設定運
転終了時刻まで、と−トポンプ回路６の運転を続け、設
定湯温に到達している。

このように、制御部１５が集熱負荷熱量、外気温の変動
に応じて、ヒートポンプ回路６の運転開始時刻を設定し
、運転を開始するため、設定運転終了時刻には設定湯温
に昇温できている。また、夏季晴天口では、太陽熱集熱
運転が先に開始されるだめ、水温から集熱を始め、効率
よい集熱運転ができる。さらに雨天など、太陽熱による
集熱が不可能な場合でも、ヒートポンプ回路６のみで設
定湯温寸で昇温できる時刻に運転開始するだめに、使用
者は判断しなくてよいという効果がある。

なお、本実施例ではヒートポンプ回路６と太陽熱集熱回
路９の集熱器１及び凝縮器４は共用している構成で説明
したが、ヒートポンプ回路６と太陽熱集熱回路９は互い
に独立していてもか壕わない。

発明の効果以上のように本発明の集熱装置によれば、給湯水温を検
出する水温センサ、外気温を検出する外気温セレサー、
及び水温と外気温から、ヒートポンプ回路運転開始時刻
を演算設定する制御部を設けた構成としているので、季
節の変化に伴なう外気温、集熱負荷熱量、ヒートポンプ
回路能力の変動に対応して、集熱負荷熱量、ヒートポン
プ回路能力を演算し、さらにと−トポンプのみで給湯水
を設定湯温にまで昇温できるヒートポンプ回路運転開始
時刻を演算、設定し、運転を開始するため使用者が随意
判断して、任意の時刻から運転を開始したとき、冬期で
は設定湯温まで昇温できなくなるといった従来の問題が
生ずることはなく、また、夏季晴天臼にヒートポンプ運
転から開始したときは、太陽熱集熱運転の効率が低下す
るが、そのようなことも防止できる。さらに、雨天など
、天候が変動した場合にも、使用者は判断を必要とせず
、ヒートポンプのみで設定湯温にまで昇温できる時刻か
ら運転を自動的に開始できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の太陽熱利用給湯装置の実施例を示す構
成図、第２図は同太陽熱利用給湯装置の冬季運転特性図
、第３図は同太陽熱利用給湯装置の夏季運転特性図、第
４図は従来の太陽熱利用給、湯装置を示す構成図である
。１・・・・・・集熱器、３・・・・・圧縮機、４・・・
・・・凝縮器、５・・・・・・膨張弁、６・・・・・・
ヒートポンプ回路、９・・・・・・太陽熱集熱回路、１
０・・・・・・貯湯槽、１１・・・・・・運転モード切
替センサー、１３・・・・・・、ｔＪｎセンｔ−１１４
・・・・・・外気温センサー、１５・・・・・・制御部
。代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図第２図第３図第４図

Claims

【特許請求の範囲】

集熱器、圧縮機、凝縮器、膨張弁を順次連結してなるヒ
ートポンプ回路と、集熱器、凝縮器を順次連結してなる
太陽熱集熱回路と、前記ヒートポンプ回路及び太陽熱集
熱回路の凝縮器により加熱される給湯水を貯湯する貯湯
槽と、給湯水温度を検出する水温センサーと、外気温を
検出する外気温センサーと、太陽熱集熱回路による集熱
可能状態を検出する運転モード切替センサーと、前記外
気温センサー及び水温センサーの検出信号により、前記
ヒートポンプ回路のみの集熱で、設定された運転終了時
刻には、設定湯温に到達できるように、前記ヒートポン
プ回路運転開始時刻を演算設定するとともに、前記運転
モード切替センサーの検出信号により、太陽熱の集熱が
可能な場合には、ヒートポンプ回路を運転停止し、太陽
熱集熱回路に運転モードを切替える制御部とから構成さ
れた太陽熱利用給湯装置。