JPS6172962A - 太陽熱集熱装置 - Google Patents

太陽熱集熱装置

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JPS6172962A
JPS6172962A JP59195602A JP19560284A JPS6172962A JP S6172962 A JPS6172962 A JP S6172962A JP 59195602 A JP59195602 A JP 59195602A JP 19560284 A JP19560284 A JP 19560284A JP S6172962 A JPS6172962 A JP S6172962A
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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、太陽熱の集熱手段としてヒートポンプを用い
た太陽熱集熱装置に関するものである。
〈従来技術〉 従来の水または、空気を熱媒とする太陽熱集熱装置に代
わるものとして、フロンなどを熱媒に用いたヒートポン
プ式集熱装置が提案されている。
この装置は、熱媒の蒸発、凝縮を利用したいわ一Φ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以下に調節することにより
、太陽熱のみならず、外気の熱をも吸収することができ
、日射の少ない、または無い場合にち集熱が可能となる
しかし、このような装置6(こあっても、ヒートポンプ
の集熱能力は、外気温や日射量に影響され、給湯負荷の
減少する夏場に集熱能力が大きくなり、給湯負荷の増大
する冬場には、集熱能力が低下するという逆特性を有す
る。また、日射量の大小によってち集熱能力が変動する
が、日射の大きい場合にも圧縮機には一定の電力が供給
されるため、このような条件においては、従来の水等を
熱媒とする集熱装置にくら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。
く  目  的  〉 本発明は、上記従来のヒートポンプ式集熱装置のもつ問
題点に濫み、年間を通して、給湯負荷に見合った安定し
た集熱量が得られ、かつ日射を有効に利用して高い期間
成績係数を有する経済的なヒートポンプ式太陽熱集熱装
置の提供を目的とする。
〈構成〉 上記目的を達成するために、本発明は、圧縮機に上り熱
媒を循環させて太陽熱を集熱し、貯湯槽内の使用流体を
加温するよう構成された太陽熱集熱装置において、前記
圧縮機は容量可変とされ、外気温と日射量を感知して圧
ン磯の容量を制御する制御装置が設けられ、該制御装置
は、外気温が高い場合および日射量力伏きい場合には圧
、1Iii磯の回転数を1氏くし、外気温か吐い場合お
よび日射量か小さい場合には圧縮(幾の回転数を上げる
よう構成されたちのである。
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、圧線様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、圧越(蔑の入力を1
氏滅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か、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
人力を低減することができる。この結果、外気温度、日
射量の条件によって、給湯負荷に討し集熱能力が不足す
る場合には、圧m+>文の運転周波数を上げて集熱能力
を高め、逆に、給湯負荷に対して集熱能力か過剰になる
条件においては、圧縮(踵の運転周波数を下げることに
よって入力を低減し、運動効率を高めることができる。
従って、本構成の装置は、年間を通じて、給湯負荷に見
合った安定した集熱能力を持ち、かつ、期間成績係数の
高い経済的な集熱装置とすること力fできる。
〈実施例〉 以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。第
1図において、1は集熱器である。これは太陽熱のみな
らず空気熱をも吸収するため、ガラス、ケース、断熱材
などが不要で集熱板が露出したものであり、アルミニウ
ムなどの熱伝導の良い材質でつくられ、表面には黒色塗
装または黒色の着色アルマイトなど施して日射の吸収を
良好にし、かつ屋外設置における耐久性を確保している
また、集熱器1を屋根材と一体化し、屋根一体型集熱器
とすることも可能である。2は容量制御型の圧縮機であ
り、周波数変換装置(インバータ)により回転数か制御
されるものである。3は凝縮器で、二重管熱又換器構造
をもち、該凝縮器内を流れる熱媒と流体加熱回路の流体
(水)との熱交換が行なわれ、熱又換器3Aとして働く
ものである。
4は膨張弁で、これらの集熱器1、圧縮機2、凝縮器3
、膨張弁4は順次配管接続されてヒートポンプサイクル
5が構成される。また6は断熱された貯湯槽、7は循環
ポンプであり、貯?8槽6、水循環ポンプ7、熱2換器
3Aは順次配管接続されて流体加熱回路8が構成されて
いる。また9はインバータ等を含む制御回路であり、1
0は外気温センサー、11は日射センサーである。そし
て、圧縮機2を制御する制御装置12は、これら制御回
路9、外気温センサー10、日射センサー11h・ら構
rk、されている。
次に作用を説明する。圧縮(茂2で高温、高圧に圧縮さ
れた冷媒ガスは、凝縮器3に流入し、熱ズ換関係にある
流体加熱回路8を流動する水に放熱して凝縮液化した後
、膨張弁4に至る。そして膨張弁4を通過する際に断熱
膨張して減圧され、低温低圧の二相冷媒となり、集熱器
1に流入する。
この集熱器1に流入した冷媒は、太陽熱および大気熱を
吸収して蒸発ガス化し、集熱器」を流出した後再び圧縮
機2に流入して以下同様のサイクルを繰返す。一方、貯
湯槽6内の給湯水は、循環ポンプ7の作用によ:)、熱
交換器3A(凝縮器)に送水され、ここで高温高圧の冷
媒と熱2換することにより加圧されて昇温腰回び貯湯槽
6に戻る。
ここで圧縮機2は、周波数変換装置(インバ−タ)によ
り、回転故か制御されるものであり、外%)7m度セン
サー10および日射センサー11からの信号を受けて、
最適な運転周波数すなわち回転故に制御される。
第2図に周波数制御のフローチャートを示す。
最低周波数で起動した圧縮機2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)か30°C
以上の場合は35Hz、25°CくTo≦30°Cなら
ば46Hz、20 ’C< T O≦25゛Cならば5
7Hz、15°C<To≦20’Cならば68 Hz、
10°C<To≦15°Cならば79)(z、TO≦1
0の場合には90 Hzのように設定する。
つぎに日射量を感知し、日射量(以下■とする)か標準
的な日射量1 o” 250 Kcal/m:hよりも
大きい場合は周波数を下げる方向へ、まだ小さい場合は
周波数を上げる方向へ再度調節する。たとえばI、+2
oO>I≧I o+ 100 Kcal/+o二りなら
ば1又テンプ(約5,5HE)周)度数を下げ、■≧1
、+ 200 Kcal/+n’hならば2ステツプ(
約111−1z)下げる。逆にL−10<1≦1O−H
)t)ならば1ステツプ周イ・度数を上げ、I≦l。−
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3図の如く、ヒートポンプサイクルの
凝縮器3Bを貯湯槽6内に内装し、流体楯環回路を廃止
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
く効果〉 以上の説明から明らかな通り、本発明は、圧縮機により
熱媒を循環させて太陽熱全集熱し、貯湯槽内の使用流体
を加温するよう構成さ江た太陽熱集熱装置において、前
記圧縮機は容量可変とされ、外気温と日射量を感知して
圧jA檄の容量を制御する制御装置が設けられ、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構成
されたものである。
従って本発明によれば、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高め、逆に給湯負荷
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、入力を低減させることができる。また−日の運
転においても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て集熱器での蒸発温度を吐
くし、空気からの集熱能力を大きくすることができ、ま
た日射量の大きな晴天時には、運転周波数を下げてi/
Q発温度を上げ、はとんど日射のみがら集熱するととも
に圧縮機の入力を1氏滅することができる。
この結果、外気温度、日射量の条件によって、給湯負荷
に対して集熱11ヒカが不足する場合には圧縮機の運転
周波数を上げて集熱能力を高め、逆に給湯負荷に対して
集熱能力が過剰となる条件においては圧縮(尺の運転周
波数を下げることによって入力を低減し、運転効率を高
めることができる。すなわち、年間を通して給湯負荷に
見合った安定した集熱1屯力を持ち、かつ期間成績係数
の高い経済的な集熱装置とすることかで・きる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示す太陽熱集熱装置のシス
テム構成図である。第2図は運転周波数制御の70−チ
ャート、第3図は本発明の池の実施例を示す太陽熱集熱
装置のシステム構成図である。 〕:集熱器、2:圧縮較、3:凝縮2J、3A:熱交換
器、4:膨張弁、5:冷媒集熱回路、6二貯湯槽、7:
循環ポンプ、3:it体体熱熱回路9:制御回埃10:
温度センサー、11:日射センサー。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 圧縮機により熱媒を循環させて太陽熱を集熱し、貯湯槽
    内の使用流体を加温するよう構成された太陽熱集熱装置
    において、前記圧縮機は容量可変とされ、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が設けら
    れ、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
    るよう構成されたことを特徴とする太陽熱集熱装置。
JP59195602A 1984-09-18 1984-09-18 太陽熱集熱装置 Granted JPS6172962A (ja)

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EP88102744A EP0330701A3 (en) 1984-09-18 1985-04-10 Heat collector
DE8585104355T DE3568860D1 (en) 1984-09-18 1985-04-10 Solar heat collector system
EP85104355A EP0175836B1 (en) 1984-09-18 1985-04-10 Solar heat collector system
US07/161,951 US4901537A (en) 1984-09-18 1988-02-29 Solar heat collector system

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