JPS62266363A

JPS62266363A - ヒ−トポンプ式融雪冷暖房給湯装置

Info

Publication number: JPS62266363A
Application number: JP10878286A
Authority: JP
Inventors: 吉川　正治; 博司山口
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1986-05-12
Filing date: 1986-05-12
Publication date: 1987-11-19

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、建物の屋根上に債らっｆ二雪を融かす融雪機
能と、冷房、暖房、給湯の機能を兼ね備えたヒートポン
プ式融雪冷暖房給湯装置に関するものである。

〈従来の技術〉積雪地域においては、冬期、建物の屋根上に積もった雪
に対し、人力による雪おろしを行うことが依然として主
流となっている。しかし、雪おろしは、人間に与える負
担が大きく、近年、世帯当たりの人員減少や高齢化によ
り人手が不足してきていること、人を雇う場合には高額
な人件費が必要なこと、作業中に転落事故を起こす危険
性があることなどの欠点がある。

このため、近年、屋根上の積雪に熱エネルギーを与え、
融解させて除去ずろ方法も一部でとられている。この方
法には、（イ）散水融雪方式（ロ）電熱パネル方式などのタイプがある。（イ）の散水融雪方式は、屋根上
に配管を施し、これを通してノズルから地下水またはボ
イラー等で加熱した温水を散水して融雪する方法で、地
下水をｆｌＩ用する場合はランニングコストは安いが、
地下水の豊富な地域に限られる。また温水を利用する場
合は、表面から散水するため、放熱ロスが大きく、投入
エネルギー量が大きいので不経済である。また、配管の
凍結による破損、散水開始のタイミングが難しいこと、
融雪水の再凍結などの問題点がある。（ロ）の電熱パネ
ル方式は、屋根上に敷設した電気ヒータにより融雪する
ものであるが、必要なエネルギー量をまかなうには相当
の電気料金がかかる。また、これらの融雪設備は、冬期
の融雪のみに使用されるもので、年間の機器稼働率が低
く、経済的でない。

〈発明の目的〉本発明は、上記従来の問題点を解消する乙ので、ヒート
ポンプを利用し、安全かつ経済的に屋根上の融雪を行う
とと乙に、暖房、冷房、給湯の機能を備え、年間の機器
の稼動率が高く、経済的なヒートポンプ式融雪冷暖房給
湯装置を提供する乙のである。

〈発明の構成〉上記目的を達成するために、本発明は、フロン等の冷媒
の通るパイプを備えた金属製屋根材により葺かれた屋根
と、屋外熱交換器、ファン、圧縮機および絞り装置を収
納した室外ユニットと、室内熱交換器およびファンを収
納した室内ユニットと、蓄熱槽、ポンプおよび冷媒−水
熱交換器を収納した蓄熱槽ユニットから成り、これらを
冷媒配管で接続して冷媒回路を形成し、切換弁により冷
媒回路を切り換えて、融雪、冷暖房、給湯の各機能に対
応するヒートポンプサイクルを形成するように構成した
ものである。

く作用〉融雪運転時には、屋根を凝縮器として、屋外熱交換器を
蒸発器として作動させ、圧縮機、絞り装置とともにヒー
トポンプを形成して、外気の熱を吸収し、屋根上の雪を
加熱融解する。

暖房運転時には、室内熱交換器を凝縮器として、屋外熱
交換器を蒸発器として作動させ、外気熱を吸収して室内
を暖房する。また、冷房」転時には、室内熱交換器を蒸
発器として、屋外熱交換器を凝縮器として作動さＵ゛、
室内の冷房を行う。

給湯運転時には、冷媒−水熱交換器を凝縮器、屋外熱交
換器を蒸発器として作動させ、外気熱を吸収して蓄熱槽
内の温水を加熱する。

なお、非積雪時において、日射のある場合には、屋根を
蒸発器として、冷媒−水熱交換器を凝縮器として作動さ
け、太陽熱を熱源とした給湯運転ら可能となっている。

さらに、冷房運転時において、蓄熱槽内の温水の温度が
低い場合には、室内熱交換器を蒸発器に、冷媒−水熱交
換器を凝縮器として作動させ、冷房排熱による給湯運転
を行うよう構成しており、また蓄熱槽内の温度が十分高
くなった場合には、屋外熱交換器を凝縮器とする上記通
常の冷房運転に切り換え得るように冷媒回路を構成し、
切換弁を接続したものである。

〈実施例〉以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明の一実施例のシステム系統図であり、１
は圧縮機、２は四方弁、３は屋外熟交換器、４はファン
、５は膨張弁等の絞り装置であり、冷媒の流れの方向性
を持たないものである。６８゜６ｂは室内ユニットにお
ける室内熱交換器を示している。室内のファン等は図示
していない。７゜８．９．Ｉ　Ｏ，１１，１２，１３，
１４’、１５．１６．１７゜１８は電磁弁の三方切換弁
であり、１９は融雪兼集熱用屋根、２０は蓄熱槽、２１
は温水循環用ポンプ、２２は冷媒−水熱交換器である。

なお、第１図中の実線は冷媒または温水の配管を示して
おり、破線はその囲んだ内部の部品が室外ユニット内に
収納されていることを示している。室外ユニットは、軒
下等の建物の屋外に設置される。また、蓄熱槽２０、温
水循環用ポンプ２１、冷媒−水熱交換器２２は、一つの
蓄熱槽ユニット内に収納されているものである。

第２図、第３図は本発明のシステムにおける融雪兼集熱
用屋根の構造を示すものであり、第２図は本発明の融雪
兼集熱用屋根の実施例の要部断面図である。第２図にお
いて、２３は融雪兼集熱用の屋根材であり、これはアル
ミや銅等の熱伝導性に侵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２４とこのフィン２４の中
央部に一体に成形された冷媒管２５とから構成されてい
る。

この屋根材２３の表面には、耐候性に浸れる暗色系の塗
装または着色アルマイト等の処理が施され、集熱器とし
て使用する場合の日射の吸収を良くしている。また、フ
ィン２４の上端部には上方に向かってＵ字状に折曲され
た上糸合部２４ａが形成されると共に、下端部には下方
に向かってＵ字状に折曲された下体合部２４ｂが形成さ
れており、この上・下体合部２４ａ、２４ｂが互に引掛
るように接合することで、上下に隣接する屋根材２３同
士が結合されろ。

２６は防水ルーフィング層、２７は断熱材、２８は野地
板であり、２９は屋根の最上部に設けられた棟包みであ
る。

なお、第２図に示した屋根材２３の実施態様として、第
３図（ａ）に示すようにフィン２４の下面に冷媒管２５
を一体に押し出し成形したもの、また第３図（ｂ）に示
すようにフィン２４の中央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冷媒管２５を嵌着したも
の、また第３図（ｃ）に示すようにフィン２４下面にＵ
字状の保持片３０を設け、この保持片３０に冷媒管２５
を嵌着するものが考えられる。また、第３図（ｄ）、　
（ｅ）は、一枚の屋根材に冷媒管２５が二本設けられた
場合の例である。

この第３図（ａ）　、　（ｃ）　、　（ｅ）に示された
屋根材２３は、冷媒管２５がフィン２４の下面側に位置
するので、フィン２４表面は略面−状となって冷媒管２
５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３図（ｂ）のフィンの加工方法として押出
し加工の他、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３図（ｂ）に示すよ
うな形状にすることが考えられる。

Ａ？１．７　　　ぞＥ［η本山じ■日七−スー　１１１
　斥Ｑｌこｔ→いて−−馬山雪運転の場合は、電磁弁７
〜１８のうち１１．＋２゜１７．１８の電磁弁を開とし
、残りはすべて閑とする。圧縮ａｌで高温高圧に圧縮さ
れた冷媒ガスは、四方弁２を通過したのち、第１図中の
実線矢印の方向へ流れて、電磁弁１１を通り、融雪兼集
熱用屋根１９に入る。ここで屋根上の積雪と熱交換を行
って屋根上の雪を解かすと同時に、自らは凝縮潜熱を放
出して凝縮する。液となった冷媒は電磁弁Ｉ２を通り、
絞り装置５を通過し、ここで断熱膨張により減圧され低
温低圧の未蒸発冷媒となって蒸発２に３に流入し、外気
と熱交換することにより、大気熱を吸収して蒸発する。

蒸発器３で蒸発した低温低圧の冷媒ガスは、圧縮機ｌに
戻り、ヒートポンプザイクルを完結する。

以上の動作により、融雪退転においては、外気の熱を吸
収して屋根上の雪を加熱融解する。

暖房運転の場合は、電磁弁７，８．９，１０，１７゜１
８を開とし、残りの電磁弁を閉とする。圧縮秦ｌを出た
冷媒ガスは、四方弁２を通過したのち、第１図中実線矢
印の方向に流れ、電磁弁７，８を通り、室内熱交換器６
　ａ、　６　ｂに入り熱を放出して、凝縮し、ざらに電
磁弁９．ＩＯを通り、絞り装置５を通過して減圧された
のち、屋外熱交換器３に入って蒸発し、圧縮機１に戻る
。即ち、この場合は、室内熱交換器６ａ、６ｂを凝縮器
、屋外熱交換器３を蒸発器として作用さけ、大気の熱を
吸収して室内を暖房する。

なお、一般の１戸建住宅の場合、１戸の屋根面積は１０
０ｍ２前後であり、この上に積らった雪を融かすには、
ヒートポンプの能力としては少なくとも３馬力程度は必
要である。このため、圧縮機ｌ、屋外熱交換器３等の規
模を融雪を基準に設定した場合、一般住宅の部屋の大き
さでは２〜３室を同時に暖房または冷房することが可能
であり、室内ユニットを２〜３台設けたいわゆるマルチ
タイプとすることができる。第１図は、室内ユニットを
２台設けた場合の図でめろ。また、先の暖房」転の説明
は、２台の室内ユニットか同時に動作する二車暖房の場
合であるが、電磁弁７．９または８．１０を閉して回路
を切ることにより、−室のみ暖房することも可能である
。すなわち、第１図の室内熱交換器６ａのある部屋のみ
暖房する場合には、電磁弁７，９のみ開にし、電磁弁８
，１０を閉として、室内熱交換器６ｂの側には冷媒が流
れないようにする。

冷房運転の場合は、電磁弁７，８，９．１０（二基冷房
の場合）、および電磁弁１７．１８を開とし、残りの電
磁弁を閉とする。圧縮機１を出た冷媒ガスは、四方弁２
を通過後、第１図中の破線矢印の向きに流れ、屋外熱交
換器３へ入って外気と熱交換して凝縮し、絞り装置５を
通って、断熱膨張したのち、室内熱交換器６　ａ、　６
　ｂに入り、ここで室内の空気と熱交換して、室内を冷
房ずろと同時に自らは蒸発し、ガスとなって圧縮機ｌへ
戻る。冷房の場合も暖房の場合と同様、電磁弁７．９あ
るいは電磁弁８．ＩＯを閉とすることにより、−室のみ
冷房することら可能である。

給温運転の場合は、電磁弁１３，１４，１７．１８を開
とし、残りの電磁弁をすべて閉とする。圧縮機１を出た
冷媒ガスは、四方弁２を通過後、第１図中実線矢印の向
きに流れ、電磁弁１３を通り、冷媒−水熱交換器２２へ
入って、蓄熱槽２０からポンプ２１によって冷媒−水熱
交換器２２へ循環する温水と熱交換し、温水を加熱して
自らは凝縮する。凝縮した冷媒は、絞り装置５を通過し
て断熱膨張したのち、屋外熱交換器３に入って外気と熱
交換して蒸発し、圧縮機ｌへ戻る。

まｒ二、本装置は、積雪か無く、日射かある場合には、
日射を吸収して太陽熱により給湯（温水加熱）すること
を可能とするものである。即ち、この場合には、電磁弁
１１．１２，１５．１６　のみを開とし、残りの電磁弁
を閉として、圧縮機Ｉを出た冷媒カスは、四方弁２を通
過後、破線矢印の向きに流れ、電磁弁１５を通り、冷媒
−水熱交換器２２て温水と熱交換して凝縮し、絞り装置
５．電磁弁１２を経て、融雪兼集熱用屋根１９に入り、
ここで太陽熱を吸収して蒸発し、電磁弁１１を経て、圧
縮′ｇ９．１に戻る。

また、本装置：よ、Ｕ　：ｇ＋の冷房運転において、４
労排熱を利用して、給湯用温水加熱運転をら可能として
いる。即ち、この場合は、電磁弁７．８，９゜１０（二
基冷房の場合）および電磁弁１５．１６を開とし、残り
の電磁弁をすべて閉とする。圧縮機ｌを出た冷媒ガスは
、四方弁２を通過後破線矢印の向きに流れ、電磁弁１５
を通り、冷媒−水熱交換器２２に入って温水と熱交換し
て凝縮し、電磁弁１６を通り、絞り装置５を経て、室内
熱交換器６ａ、６ｂへ入り、ここで蒸発して室内を冷房
しｆこのら、圧縮機ｌへ戻りサイクルを完結する。この
給湯併用の冷房運転は、蓄熱槽の温水温度が低い状態で
動作するものであり、この運転により蓄熱槽内温水が沸
上った場合、あるいは、蓄熱槽内温水温度が既に十分高
い場合は、自動的に普通の冷房運転に切り替わるよう蓄
熱槽内の温度を検知して制御されるものである。

以上の動作により、本発明の装置は、外気の熟を吸収し
て屋根上の雪を加熱融解するとともに、冬期の非積雪時
には暖房運転か可能であり、まｆコσ期には冷房を行う
ことかて、さる。さろに、大気熟および太陽熱を吸収し
て給、・易用のｉｎ、水１＋ｏ熱運転ができ、年間を通
じて利用されるものである。さらに、冷房排熱による給
湯運転ら可能であり、太陽熱利用とともに省エネルギー
をも考慮したものとなっている。

〈発明の効果〉以上の説明で明らかなように、本発明のヒートポンプ式
融雪冷暖房給湯装置によれば、ヒートボンブザイクルを
利用し、大気の熱を回収し、凝縮器として作用ずろ屋根
材を加熱し、屋根上の雪を融かすものであるため、雪お
ろしという過酷な労働を不要とし、また前述の他の融雪
装置の持つ問題点を解消して、安全、経済的に屋根上の
雪を排除することができるとともに、非積雪時において
乙、暖房運転、あるいは、大気熱または太陽熱を集熱し
て給湯運転を行うことができ、さらに夏期には、冷房運
転ら可能であるため、年間を通じて設備の利用か図られ
、また、太陽熱利用給湯、冷房排熱による給湯などの省
エネルギー運転が可能なこと、融雪兼集熱装置か屋根材
と一体化しており、小物の美観を損なわず良好な外観を
呈すると同時に、トータルの設備コストが低減できるこ
となど、総合的な経済性において有利となるという効果
を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の系統図、第２図は上記実施
例の融雪用屋根の要部断面図、第３図は本発明における
屋根材の実施態様を示す図である。ｌ・圧縮機、３・・・屋外熱交換器、５・・絞り装置、
６　ａ、　６　ｂ・・・室内熱交換器、１９・・・融雪
用屋根、２０・・・蓄熱槽、２２・・冷媒−水熱交換器
。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）冷媒の通るパイプを設けた金属製屋根材によって
葺かれた屋根と、屋外熱交換器、ファン、圧縮機および
絞り装置を収納した室外ユニットと、室内熱交換器およ
びファンを収納した室内ユニットと、蓄熱槽、ポンプお
よび冷媒−水熱交換器を収納した蓄熱槽ユニットとを冷
媒配管で接続して冷媒回路を形成すると共に、上記冷媒
回路を切り換える切換弁を設けて、融雪運転時には、屋根を凝縮器として、屋外熱交換器を
蒸発器として作動させ、暖房運転時には、室内熱交換器
を凝縮器として、屋外熱交換器を蒸発器として作動させ
、冷房運転時には、屋外熱交換器を凝縮器として、室内
熱交換器を蒸発器として作動させ、給湯運転時には、冷
媒−水熱交換器を凝縮器として、屋外熱交換器を蒸発器
として作動させ得るように構成したことを特徴とするヒ
ートポンプ式融雪冷暖房給湯装置。
（２）非積雪時において、日射のある場合には、屋根を
蒸発器として、冷媒−水熱交換器を凝縮器として作動さ
せ、太陽熱を熱源とした給湯運転を可能とするように上
記冷媒配管および切換弁を接続したことを特徴とする特
許請求の範囲第１項に記載のヒートポンプ式融雪冷暖房
給湯装置。
（３）冷房運転において、蓄熱槽内の温水が低い場合に
は、冷媒−水熱交換器を凝縮器として用い、蓄熱槽内の
温水の温度が十分高い場合には、屋外熱交換器を凝縮器
として用いるように、冷媒配管および切換弁を接続して
上記冷媒回路を構成し、ヒートポンプサイクルの切り換
えを行うようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第
１項または第２項に記載のヒートポンプ式融雪冷暖房給
湯装置。