JPS62266364A - ヒ−トポンプ式融雪冷暖房給湯装置 - Google Patents

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ｆｌもった雪を融かす融雪機
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、建物の屋根上に積しった雪
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、
融解させて除去する方法ら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１血し、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、
地下水を利用する場合は、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１゛
る場合は、表面から散水するため、放熟ロスか大きく、
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か難しいこと
、融雪水の再凍結なとの問題点がある。（ロ）の電熱パ
ネル方式は、屋根上に敷設した電気ヒーターにより融雪
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
とともに、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
装置を提供するものである。

〈発明の構成〉 上記目的を達成するために、本発明は、ブライン等の熱
媒の通るパイプを設けた金属製屋根）オにより■かれノ
こ屋根とブライン循環ポンプとブライン−冷媒ハ交換２
．；とを圏状に配管した融雪兼集熱回路と、屋外熱交換
器、ファン、圧縮機、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。

冷媒−水５鴇交換器を収納した蓄熱槽ユニットとから構
成され、該ブラインー冷媒ハ交換器と、該室外ユニット
と、該室内ユニットと、該蓄熱←ａユニットとを冷媒配
管で接続し、切換弁により冷媒回路を切り換えて、融雪
、冷暖労、給１易の各賎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乙のである。

〈作用〉 融雪運転時には、ブライン−冷媒熱交換器を凝縮器とし
で、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サイクルを形成し、外気の
熱を吸収して融雪兼集熱回路のブラインを加熱し、加熱
されたブラインが屋根へ循環して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で、屋外熱
交換器を玖発器として作動させ、外気熱を吸収して室内
を暖房中ろ。ま、ｒ二、冷房運転時に：ま、室内熱交換
器を蒸発器としで、屋外熱交換器を凝縮器として作動さ
せ、室内の冷房を行うものである。

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、ある程度の日射がある場合に
は、屋根を集熱器として融雪兼集熱回路のブラインを循
環することにより太陽熱を集熱し、さらにブライン−冷
媒熱交換器を凝縮器、冷媒−水熱交換器を蒸発器として
ヒートポンプを作動し、太陽熱を熱源としたヒートポン
プによる給湯運転をも可能としている。

また、上記融雪兼集熱回路は、ブライン−冷媒熱交換器
の手前で分岐し、蓄！Ａ…内に設けられたブライン−水
熱交換器と接続されて、屋根とブライン−水熱交換２；
を結ぶブライン循環回路が形成されており、日射が十分
にあり、太陽熱を集熱したブラインが十分高温になる場
合には、屋根で太陽熱を集熱したブラインを直接蓄熱槽
内のブライノー水熱交換器に循環して直接蓄熱槽内の水
を加熱する、太陽熱による直接拾１易運転をも可能とし
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としで、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されており、また、蓄熱槽内のｌ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自動的に切り換わるように構
成される。

〈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図は本発明のシステム系統図であり、Ｉは王縮機、
２は四方弁、３は屋外熱交換？５，４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。６　ａ、６　ｂ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。７，８，９．１０゜１１．１２，１３，１４，
１５，１６．１７．１８は、電磁弁等の三方切換弁であ
り、Ｉ９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、３１はブラ
イン−冷媒熱交換器、３２はブライン循環ポンプ、３３
はブライン−水熱交換器、３４はブラインの回路を切り
換えろ三方切換弁である。なお、第１図中の実線は冷媒
または温水またはブライン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
の屋外に設置されろ。

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
る乙のである。

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＋１１材であ
り、これは、アルミや銅等の熱伝導性に優れろ÷オ料か
ら構成され、水平方向に配設された仮状のフィン２・１
と、このフィン２４の中央部に一体に成形されｆ二熱媒
管２５とから構成されている。

この屋Ｍ１第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」（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２・１ｂが
形成されており、この北・下体合部２４ａ、２４ｂか互
いに引っ掛か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ＪＰ
地板であり、２９は屋根の最上部に設けら４ｔ）Ｓ棟包
みである。

なお、第２図に示した屋根材２３の実施態様としで、第
３図（ａ）に示すようにフィン２４の下面に熱媒管２５
を一体に押し出し成形した乙の、また第３図（ｂ）に示
すようにフィン２，１の中央部分を上面側に半円形状に
膨出させ、この膨張さｔ！−ｌ二部分に熱媒管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に熱
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＋オに、熱媒管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、熱媒管２５かフィン２４の下面側に位置
するので、フィン２・１表面は略画−状となって熱媒管
２５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で、押
し出し加工の他、予め塗装等表面処理を奄した薄板をロ
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。

次に、作用を説明する。第１図において、融雪運転の場
合は、電磁弁７〜１８のうち１１．１２゜１７．１８の
’；［弁を開とし、残りはすべて閉とする。圧縮機ｌて
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＋１を
通り、ブライン−冷媒熱交換器３１に入る。ここでブラ
インと熱交換を行い、ブラインを加熱すると同時に自ら
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１２を通り、さらに絞り装置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
蒸発器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Ｉに戻り、ヒートポンプサイクルを完
結する。

一方、ブライン−冷媒熱交換器３１で加熱されたブライ
ンは、ブライン循環ポンプ３２により屋ｆｆ１１９へ循
環し、ここで屋根上の積雪と熱交換を行って屋根上の雪
を加熱融解することになる。なお、この場合、ブライン
回路の三方切換弁３．１は、ブライン−冷媒熱交換器３
１と屋根１９とのループとなるよう切り換えられている
ものである。以上の動作により、融雪運転においては、
ヒートポンプにより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．＋　０．１７．
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を通過したのち、実線矢印の方
向に流れ、室内熱交換器６ａ、６ｂに入り凝縮し、さら
に絞り装置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せ、大気の熱を吸収して室内を暖房
する。

なお、一般のｌ戸建住宅の場合、１戸の屋根面積はｌ０
０ｕ２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、少なくとら３馬力程度は
必要である。このため、圧縮機１、屋外熱交換器３等の
規模を融雪を基孕に設定した場合、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か可
能であり、室内ユニットを２〜３台設け１こいわゆるマ
ルヂタイプとずろことかできろ。第１図は、室内ユニッ
トを２台設けた場合の図である。まｆこ、先の暖房運転
の説明は、２台の室内ユニットが同時に動作する二基暖
房の場合であるが、電磁弁７．９または８．ＩＯを閉し
て回路を切ることにより一室のみ暖房することら可能で
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．ＩＯを閉として室内熱交換器６ｂの側には冷媒か
流れないようにする。

冷房運転の場合は、電磁弁７，８，９．１０（二車冷房
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ｌ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
って断熱膨張しノ゛二のち、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
房すると同時に自らは蒸発し、ガスとなって圧縮機１へ
戻る。冷房の場合ら暖房の場合と同（、η、電磁弁７．
９あるいは電磁弁８．ＩＯを閉とオることにより、−室
のみ冷房することら可能である。

給湯運転の場合は、電磁弁＋　３．１４，１７．１８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、実線矢印の向きに流
れ、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１４
１へ戻る。

また、本装置は、積雪が無く、ある程度日射がある場合
には、日射を吸収して太陽熱によるヒートポンプ給湯（
温水加熱）を可能とするしのである。

即ち、この場合には、電磁弁１１．１２．１５．１６の
みを開とし、残りの電磁弁を閑としで、圧縮！！＋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、電磁弁１２を通り、ブライン−冷媒熱交換器３１に
入り、ここで太陽熱を吸収し加熱されて屋根１９より循
環してくるブラインと熱交換を行って蒸発し、電磁弁１
１を通り、圧縮機Ｉに戻る。即ち、ブラインを通して集
熱した太陽熱を熱源に、ヒートポンプにより蓄熱槽の温
水を加熱する乙のである。

また、第１図に示すように本装置は、ブラインによる融
雪兼集熱回路の途中から３万切換弁３４により分岐し、
蓄熱槽２０の内部に設置したブライン−水熱交換器３３
に至るブライン循環回路を備えており、積雪か無く、日
射が十分にあって、太陽熱を集熱したブラインが十分高
温になる場合には、三方弁３４．３４を切り換えて、ブ
ラインをポンプ３２によって屋根１９とブライン−水熱
交換器３３との間を循環するよう回路を切り換えること
により、ヒートポンプを全く使イっず、ブラインにより
直接温水を加熱する太陽熱利用給湯をも可能とするもの
であり、経、斉的な袷、易運転ができるよう配、＃、シ
ている。また、この方法による給湯運転中には、ヒート
ポンプによる冷房または暖房を並行して行うことができ
る。

また、本装置は、夏期の冷房運転において、冷房排熱を
利用して、給湯用温水加熱運転をも可能としている。即
ち、この場合は、電磁弁７，８，９゜１０（二車冷房の
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を経て電磁弁９゜
１０を通り、室内熱交換器６ａ、６ｂへ入り、ここで蒸
発して室内を冷房したのち、電磁弁７．８を通り、圧縮
機ｌへ戻り、ザイクルを完結する。この給湯併用の冷房
運転は蓄熱槽２０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′ｆｉ熱啼２０内の温水が沸き
上がった場合、あるいは、蓄熱槽２０内の温水温度が既
に十分高い場合は、自動的に普通の冷房運転に切替わる
よう蓄熱槽２０内の温度を検知して制御されるものであ
る。

以１〕の動作により、本発明の装置は、外気の熱を吸収
して屋根上の雪を加熱融解するとともに、冬期の非積雪
時には暖房運転が可能であり、また夏期には冷房を行う
ことかできる。さらに大気熱および太陽熱を吸収して給
湯用の温水加熱運転ができ、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、太陽熱利用ととらに省エネルギーをら考慮したもの
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、ヒートボンプザイクルを
利用し、大気の熱を回収してその熱で屋根材を加熱し、
屋根上の雪・蛋融がすらのてあろため、雪おろしという
過酷な労働を不要とし、また面部の他の融雪装置の１１
１つ問題点を解消して、安全、経済的に屋根上の雪を排
除することかできろとと乙に、非積雪時においてら、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、さすに夏：ｇｌには、冷房運転
ら可能であるｌこめ、年間を通じて設う；ｈのトリ用か
図Ａ”Ｌ、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
が屋根材と一体化しており、建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図は本発明の
実施例の融雪兼集熱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。 ■・・・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
兼集熱用屋根、２０・・・蓄熱槽、２２・・・冷媒−水
熱交換器、３１・・・ブライン−冷媒熱交換器、３３・
・・ブライン−水熱交換器。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）ブライン等の熱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ブライン循環ポンプとブラ
   イン−冷媒熱交換器とを環状に配管した融雪兼集熱回路
   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備え、該ブライ
   ン−冷媒熱交換器と、該室外ユニットと、該室内ユニッ
   トと該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、ブライン−冷媒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、暖房運転時
   には、室内熱交換器を凝縮器としで、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. （２）非積雪時において、ある程度の日射がある場合に
   は、屋根を集熱器として融雪兼集熱回路のブラインを循
   環することにより太陽熱を集熱し、さらに、ブライン−
   冷媒熱交換器を凝縮器として、冷媒−水熱交換器を蒸発
   器として作動させ、太陽熱を熱源としたヒートポンプに
   よる給湯運転を可能と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. （３）上記融雪兼集熱回路には、蓄熱槽内に設けたブラ
   イン−水熱交換器と屋根とを結ぶブライン循環回路が形
   成されており、日射が十分にある場合には、屋根で太陽
   熱を集熱したブラインを直接蓄熱槽内のブライン−水熱
   交換器へ循環して、蓄熱槽内の水を加熱する太陽熱によ
   る直接給湯運転を可能と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。
4. （４）冷房運転において、蓄熱槽内の温水の温度が低い
   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
   続して冷媒回路を構成して、ヒートポンプサイクルの切
   り換えを行えるようにしたことを特徴とする第１項乃至
   第３項のいずれかに記載のヒートポンプ式融雪冷暖房給
   湯装置。