JPS6155553A

JPS6155553A - 太陽熱利用給湯装置

Info

Publication number: JPS6155553A
Application number: JP59177731A
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: 1984-08-27
Filing date: 1984-08-27
Publication date: 1986-03-20
Also published as: JPH0414257B2

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。

従来の技術従来のこの種の太陽熱利用給湯装置は第３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２Ｊ４、膨張弁５を；１屓次接続してなる
ヒートポンプ回路６と、集熱Ｈル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、さらに補助熱源機１３が接
続されていた。

発明が解決しようとする問題点この構成では、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
ード切替センサー１１の検出信号によシ制御部１２がバ
イパス切替弁Ａ７を作動させ、アキュムレータ２と圧縮
機３をバイパスして、集熱器１と凝縮器４を直接連通さ
せる。さらにバイパス切替弁Ｂ８も作動させて膨張弁５
をバイパスし、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＠縮し貯湯槽１゜の給湯水に熱を与え、再
び集熱器１に戻るサイクルを繰り返していた。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Ｖ−夕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
ることによシ、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の給湯水に熱を与える。膨張弁５
で膨張後、集熱ｇｘ　ｉで蒸発して、外気から熱を奪い
集熱し、再び圧、Ｒｕ機３に戻るサイクルを繰り返して
いた。

ところで、ヒートポンプ回路６は、圧縮機３を駆動させ
るため、運転すれば、ランニングコストとして、電力料
金を必要とする。そして、ヒートポンプ集熱能力は外気
温に依存しており、冬季は少なく、夏季は大きくなる。

また、ヒートポンプのｃｏｐ　（成績係数）は通常３〜
４を示すため補助熱源１３がガスを使用するとすればガ
ス料金よシは安い。

一方、太陽熱集熱回！８９は、ヒートパイプとして無動
力で集熱できるため、ランニングコストは不要である。

しかし、その集熱量は、太陽日射量に依存して、変動す
るため、日射量が不十分な場合には、集熱運転をしても
、設定湯温にまで到達できず、補助熱源１３により昇温
をする必要が生じてガス料金を要することもある。

そこで、日射量が運転モード切替センサー１１により、
太陽熱集熱回路９に切替わる値であるが十分大きな値で
ない場合（通常３００　ｋｃａ／工２ｈ程度〕、この集
熱量では、設定湯温にまで到達させることができず、後
に、補助熱源１３で昇温させるため、ガス料金が高くつ
き、結果的には安いランニングコストのヒートポンプ回
！８６で運転を続けたほうが、経済的になる場合もあっ
た。しかし、運転モード切替センサー１１では、経済性
の比較は不可能であった。

問題点を解決するための手段本発明はかかる従来の問題を解消するもので、外気温、
日射量、給湯水温の変動に対して、経済的に回路選択切
替を行ない、設定湯温に昇温させることを目的とする。

この目的を達成するためＫ、本発明は貯湯槽内の水温を
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、集熱器温度を検出する集熱器温度センサー、日射量
を検出する日射センサー、これらセンサーからの検出信
号により、目標到達湯温に昇温するまでの補助熱源のラ
ンニングコストを含めて、太陽熱集熱回路運転もしくは
ヒートポンプ回路運転のどちらかの経済的になる回路に
切替える制御部を設けたものである。

作用この構成によって、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（でよシヒー１−ポンプ回
路能力を＠算する。さらに、日射センサーからの日射量
と集熱器温度センサーからの集熱器温度とから太陽熱集
熱量を演算する。そして、設定時刻において、目標到達
湯温に昇温させるＫは、太陽熱集熱回路とヒートポンプ
回路のどちらで運転したほうが補助β￥ｙ源のランニン
グコストも含めて経済的かを演算比較判定を行ない、切
替えるものである。そこで使用者が夕を気温、天候の変
動集熱負荷熱愈の変動に注意を払わなくとも、たえず、
経済的に運転が行なわれる。

実施例以下、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３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、１４は水温センサーであり、貯湯槽１
０内の給湯水温を検出している。１５゜は外気温センサ
ーであり、外気温を検出している。

１６は集熱器温度センサーであシ、集熱器１の温度を検
出している。１７は日射センサーであり、日射量を検出
している。１８は制御部であり、補助熱源１３のランニ
ングコストも含めて、太陽熱集熱回路９もしくはと一ト
ポンプ回路６のどちらが経済的であるか、演算比較切替
えを行なう。

上記構成において、集熱運転時の経済性演算比較による
切替法について説明する。

演算比較は任意の時間毎に行なわれ、第２図では任意の
サンプリング時刻ｔ１における演算結果で適時切替えが
行なわれる。また設定時刻ｔ２〜ｔ３の時間が補助熱源
を用いた給湯状態である。

次の演算式中の定数値はあらかじめ入力されている。

給湯負荷熱量を求める。

給湯負荷熱量−（目標設定湯温一時刻ｔ１における給湯
水温）×貯湯槽容量。ただし、ｔｌは第Ｎに示す任意の
サンプリング時刻である。

目標設定湯温、貯湯槽容量は定数として入力されており
、給湯水温は水温センサー１４から検出される。

次にと一トポンプ６と補助熱源で運転する場合（第２図
の（′ｂ）に相当）のランニングコストの演算について
説明する。

（１）　　ヒートポンプ集熱量を演算する。

ヒートポンプ集熱は−ｆ（外気温）外気温は外気温サーモ１５より検出される。

（２）到達湯温を演算する。

到達湯温＝給湯負荷熱量／ヒートポンプ回路集熱量＋現
在の給湯水温（３）補助熱源１３による補助熱量を演算する。

補助熱量−（目標設定温度−到達湯温）Ｘ貯湯（曹容量４）補助熱源１３のランニングコストを演算する。

補助熱源ランニングコスト−ｆ（補助熱量）。これは第
２図のＡに相当する。

（５）　　ヒートポンプ回路６のランニングコストヲ演
算する。

ヒートポンプ運転時間＝（設定時刻−現在時刻）ヒート
ボンプランニングコスト−ｆ（ヒートポンプ運転時間）
これは第２図のＢに相当する。

（６）合計のランニングコストを演算する。

ランニングコヌト＝ヒートホンプランニングコス）　＋
　補助９４５源ランニングコヌトこれで、ヒートポンプ
回路６で集熱運転した場合のランニングコストが求まる
。

次に太陽熱集熱回路と補助熱源で運１訳した場合（第２
図の（ａ）に相当）のランニングコストの演算だついて
説明する。

（１）集熱量を集２３２ｇ特性＝ａ−ｂｘ（ｔｃ−ｔａ
）／Ｉで演算する。　ここでｔｃは集熱器温度センサー
１６で測定される集熱器温度、ｔａは外気温度センサー
１５で測定さ九る外気温度、■は日射センサー１７で測
定される日射Ｑａ、ｂは定数である。

（２）到達湯温を求める。

到達湯温−給湯負荷熱量／犬陽熱集弾（量で演算される
。

（３）補助熱１３による補助熱量を演算する。

補助熱量−（目標設定温度−到達湯温）×貯湯槽容量Ａ　ランニングコストを演算する。

太陽熱集熱回路のランニングコストは零であるが補助熱
源１３のランニングコストが発生する。

補助熱源ランニングコスｌ−−ｆ　（補助熱量〕。これ
は第２図のＣに相当する。

以上の演算手順に基いてヒートポンプ回路６での集熱運
転によるランニングコストと太陽熱集熱回路９での集熱
器り云によるランニングコストとを一定時間間隔で比１
咬して経済性の高い方に切替える。

上述のごとく第２図に示した例では、ランニングコスト
Ａ＋ＢゼランニングコストＣよりも小すくなるようなサ
ンプリング時刻ｔ１でもってヒートポンプ運転に入るこ
とによって経済連転が可能となる。

発明の効果以上のように、本発明の太陽熱利用給湯装置によれば、
目標到達湯温に昇温するまでの補助熱源のランニングコ
ストも含めて、太陽熱集熱回路もしくはヒートポンプ回
路のどちらが経済的になるか演算比１絞をし、切替える
ので、日射量が小さい時点で太陽熱集熱回路に余りに依
存することなく、ヒートポンプ運転に早期に切替えるこ
とにより補助熱源によるランニングコストが大きくなる
ことを防止し、経済的な運転を可能とする。

【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運転特性図、第
３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・・
・・・・＠縮器、５・・・・・・膨張弁、６・・・・・
・ヒートポンプ回路、９・・・・・・太陽熱利用集熱回
路、１０・・・・・・貯湯槽、１３・・・・・・補助熱
源、１４・・・・・・水温センサー、１５・・・・・・
外気温センサー、１６・・・・・・集熱器温度センサー
、１７・・・・・・日射センサー、１８・・・・制御部
。代理人の氏名　弁理士　中　尾　ｔＦｆｉ　　男　ほか
１名第１図第２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える貯湯槽
と、給湯水温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、集熱器温度を検出する集熱器温
度センサーと、日射量を検出する日射センサーと、前記
水温センサー、外気温センサー、集熱器温度センサー、
日射センサーの検出信号により、一定時間毎に、その時
点において、設定時刻に設定湯温まで給湯水を昇温する
ためのランニングコストを前記ヒートポンプ回路及び前
記太陽熱集熱回路別に補助熱源のランニングコストも含
めて、演算比較を行ない、ランニングコストが小さい回
路に切替える制御部とから構成された太陽熱利用給油装
置。