JPS6255063B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は太陽エネルギおよび電気エネルギを用
いて、住宅の冷暖房給湯を実施するシステムに関
する。

本発明の目的とするところは、太陽エネルギを
有効に利用する構成に、原理的に効率の高い電動
ヒートポンプサイクルを組み合せ、新規な太陽熱
利用冷暖房給湯機を提供することにある。

従来の太陽熱と電気エネルギの両熱源を利用す
る太陽熱利用冷暖房給湯機は、第１図の様に示さ
れる。

第１ポンプ１を介して、太陽熱コレクタ２で集
熱された熱量は蓄熱槽３に蓄えられ、給湯の際は
給水管４から熱交換器５、再加熱のための補助加
熱部６へと流れ利用される。暖房の際は、ヒート
ポンプサイクル室外機７の圧縮機８から冷媒が四
方弁９、凝縮器１０へと流れ、外気温度が高い時
は空気側蒸発器１１で蒸発し、あるいは低い場合
は水側蒸発器１２で、第２ポンプ１３を介し太陽
エネルギを受け蒸発し、一方第３ポンプ１４を介
し放熱器１５へ温水を送る。冷房の際は、空気側
熱交換器１１を空冷凝縮器として用いる。

以上の様な従来例には、次に述べる欠点がみら
れる。即ち、暖房時に太陽エネルギを直接に室内
の放熱器１５で用いず、太陽エネルギの有効活用
が図られていない。また、外気温度に応じたきめ
細かな制御ができないということである。

本発明は前記従来例の不具合点を解消するとと
もに、冷房時においても新規な機能が得られる構
成を提供するものである。

以下添付図面第２図〜第４図に沿つて本発明の
一実施例を説明する。

太陽エネルギの集熱は次のような回路で実施さ
れる。第１ポンプ１を動力として、熱媒体は集熱
器２で太陽エネルギを吸収し、第１三方弁３、第
１熱交換器４、第２三方弁５、第２熱交換器６と
いう系路を循環する。この環状回路の第１熱交換
器４は貯湯槽７の水を加熱し、第２熱交換器６は
蓄熱槽８の流体に熱を蓄える。以上のように集熱
を行うが、吸収熱量の有効蓄熱のため、第１バイ
パス路９と第２バイパス路１０とを設ける。第１
バイパス路９を含み、第１ポンプ１、集熱器２、
第１三方弁３、第１熱交換器４、第２三方弁５と
で形成される回路は、貯湯槽７の水を優先的に加
熱するために構成される。第２バイパス路１０を
含み、第１三方弁３、第１熱交換器４、第２三方
弁５、第２熱交換器６、第１ポンプ１とで形成さ
れる環状回路は、貯湯槽７と蓄熱槽８に蓄えられ
ている太陽エネルギを、用途に応じて槽間移動さ
せるため構成される。

次に給湯回路の構成を説明する。給水部１１か
ら供給される清浄な水は、貯湯槽７の内容積量だ
け常に滞留しており、第１熱交換器４によつて太
陽エネルギを顕熱の形態で与えられ温水となる。
温水はその温度により、補助加熱部１２で更に高
温度にされ、端末部１３から給湯水として使用さ
れる。

冷房時の冷凍サイクルにおける、冷媒の流れの
方向を、第２図中に矢印で示す。以下に冷房時の
作用・構成を述べる。圧縮機１４で電気エネルギ
により高温・高圧となつた冷媒蒸気は四方弁２０
を介して、矢印１５に沿つて流れ、室外側水熱交
換器である水冷凝縮器１６と室外側空気熱交換器
である空冷凝縮器１７とにおいて系の外部へ放熱
し高圧液冷媒となり、矢印１８に沿つて流れ、減
圧部１９において減圧して二相冷媒となり、蒸発
器２１において系の外部から熱を吸収し低圧蒸気
冷媒となつて、圧縮機１４へ戻るという閉サイク
ルを形成する。室内側熱交換器である蒸発器２１
はその送風機２２とともに室内機２３として構成
されており、居住空間の空気と熱交換し冷房を行
う。蓄熱槽８内の流体温度が低い場合には第２ポ
ンプ２４を稼動するとともに、第３三方弁２５、
水冷凝縮器１６と蓄熱槽８とで回路を形成し、前
記冷凍サイクルの凝縮熱、即ち冷房排熱を蓄熱槽
８内の流体へ熱回収する。上記運転中に、蓄熱槽
８内の流体温度が貯湯槽７内の湯水温度より高く
なる場合には、第１ポンプ１、第２バイパス路１
０、第１三方弁３、第１熱交換器４、第２三方弁
５、第２熱交換器６からなる回路が作動し、排熱
量を蓄熱槽８から貯湯槽７へ移動させる。これら
の制御は、マイクロコンピユータやセンサーなど
のコントロールデバイスによつて自動的に行われ
る。貯湯槽７および蓄熱槽８の内部温度が充分に
高い場合には、前記冷房排熱量の回収のための回
路形成は実行されず同時に、水冷凝縮器１６は系
の放熱を行わず、冷凍サイクルは空冷凝縮器１７
から全ての凝縮熱量をその送風機２６Ａを用いて
放熱する。

次に、第３図および第４図を用いて暖房時につ
いて説明する。冷房から暖房への切り換えには、
四方弁２０を切り換えることにより、冷媒の流れ
の方向は第２図中の矢印で示したものと逆方向の
第４図に示す方向となり、暖房状態となる。第３
図に示すグラフは、暖房運転の基本形態を示す。
（以下第４図の構成とともに述べる。）グラフの縦
軸は、蓄熱槽８内の流体の温度を表し、０℃、t₁
℃、t₂℃と温度順に示す。横軸は外気温度を示
し、温度t₃℃以上では暖房は必要ない。基本形態
は、Ａ・Ｂ・Ｃ・Ｄの４域の作用となるが、これ
を順次に第４図とともに説明する。

以下、Ａ域、Ｂ域、Ｃ域、Ｄ域はいずれも暖房
状態を示す。

Ａ域の場合、これは蓄熱槽８内の流体温度が充
分に高い場合であり、蓄熱槽８内の流体のもつ熱
量を用いて暖房を行う。蓄熱槽８内の温度の高い
流体は、第２ポンプ２４の動力によつて矢印２
９、第３三方弁２５、放熱器２６、矢印２７，２
８の管路を循環して、前記放熱器２６と送風機と
で、居住空間の暖房を行う。

Ｂ域の場合、これは蓄熱槽８の流体温度がある
程度高く、外気温度もある程度高い場合であり、
蓄熱槽８内の熱量の利用と空気熱源ヒートポンプ
の利用とを併用で行なう。蓄熱槽８の流体は、第
２ポンプ２４、矢印２９、放熱器２６、矢印２
７，２８と循環することにより、放熱器２６によ
つて居住空間の空気を予熱する。一方空気熱源ヒ
ートポンプの構成は、圧縮機からの冷媒が、四方
弁２０、室内側熱交換器である凝縮器２１、矢印
３０、室外側空気熱交換器である熱交換器１７、
室外側水熱交換器である熱交換器１６、矢印３１
と流れる環状回路で形成される。放熱器２６によ
つて予熱された被空調空気は、凝縮器２１により
完全に暖められ、温風となつて室内を暖房する。

Ｃ域の場合、これは蓄熱槽８内の流体温度が、
直接暖房するに至らない程度に低く、外気温度よ
りも高い場合であり、蓄熱槽８内の流体の熱量を
ヒートポンプ回路が利用して暖房を実施する。ヒ
ートポンプ回路の冷媒は、圧縮機１４、四方弁２
０、凝縮器２１、矢印３０、熱交換器１７、熱交
換器１６、矢印３１と循環する。すなわち、ヒー
トポンプ回路の作動により、冷媒は熱交換器１７
で空気熱により加熱され、さらに熱交換器１６
で、第２ポンプ２４の動力によつて循環される蓄
熱槽８からの流体の熱により加熱される。加熱さ
れた冷媒は凝縮器２１により系の外部へ熱を放出
し、居住空間の暖房を行う。

Ｄ域の場合、これは、外気温度が高く、蓄熱槽
８の内部温度の低い場合であり、空気熱源ヒート
ポンプにより暖房を実施する。すなわち、ヒート
ポンプ回路のみ作動させ、第２ポンプ２４は停止
させるので、冷媒は熱交換器１７でのみ加熱され
る。熱交換器１６には蓄熱槽８からの流体は存在
せず、冷媒は通過するのみである。加熱された冷
媒は凝縮器２１により系の外部へ熱を放出し、居
住空間の暖房を行う。以上が本発明の実施例構成
である。

本発明には以下に説明する効果がある。暖房時
に蓄熱槽内の流体の温度と外気温度とを検知する
ことにより、暖房運転の形態を４つに分割し、蓄
熱槽内の熱量と空気熱源ヒートポンプを有効に使
い分けることで、集熱器で吸収した太陽エネルギ
による蓄熱量を最も経済的に利用でき、不安定な
吸収太陽熱量にまどわされることなく、４形態で
いかんなく暖房に供与できる。

冷房時に凝縮器から放熱量を蓄熱槽へ排熱回収
することで、経済的な給湯用熱源とすることがで
きる。

以上のように、太陽エネルギと原理的に効率の
高い冷凍サイクル、ヒートポンプサイクルにより
電気エネルギを用いる本発明の太陽熱利用冷暖房
給湯機は、各エネルギの特徴をとらえて、冷房、
４形態からなる暖房および給湯をよりエネルギ消
費効率および太陽熱依存率を高くして実施するこ
とができ、石油資源の無い我が国のエネルギ事情
に貢献する優れた効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の太陽熱利用冷暖房給湯機の説明
図、第２図は本発明の一実施例における太陽熱利
用冷暖房給湯機の集熱回路、給湯回路および冷房
回路の説明図、第３図は本発明の暖房基本４形態
の理論制御モデルの説明図、第４図は本発明の暖
房回路の説明図である。 １……第１ポンプ、２……集熱器、３……第１
三方弁、４……第１熱交換器、５……第２三方
弁、６……第２熱交換器、７……貯湯槽、８……
蓄熱槽、９……第１バイパス路、１０……第２バ
イパス路、１１……給水部、１２……補助加熱
部、１３……端末部、１４……圧縮機、１６……
水冷凝縮器（熱交換器）、１７……空冷凝縮器
（蒸発器）、１９……減圧部、２０……四方弁、２
１……蒸発器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 太陽エネルギを吸収する集熱器と、この集熱
   器で加熱された温水を貯える貯湯槽と、圧縮機、
   四方弁、室内側熱交換器、室外側空気熱交換器、
   室外側水熱交換器により形成されるヒートポンプ
   サイクルと、前記室外側水熱交換器に接続される
   蓄熱槽と、前記貯湯槽に設けられ前記集熱器と接
   続される第１熱交換器と、前記蓄熱槽に設けられ
   前記集熱器および前記第１熱交換器と接続される
   第２熱交換器と、前記蓄熱槽と接続され、前記蓄
   熱槽内の熱量により直接暖房を行なう放熱器と、
   前記蓄熱槽と放熱器を接続する場合と、前記蓄熱
   槽と前記室外側水熱交換器を接続する場合と、前
   記蓄熱槽と前記放熱器、前記室外側水熱交換器の
   両方を接続する場合とを切り換える三方弁とを有
   し、前記蓄熱槽内の熱量のみによる直接暖房と、
   前記蓄熱槽内の熱量による直接暖房およびヒート
   ポンプサイクルによる暖房と、前記蓄熱槽内の熱
   量を熱源とするヒートポンプサイクルによる暖房
   と、ヒートポンプサイクルのみによる暖房とに切
   り換え可能とし、前記四方弁の切り換えにより前
   記ヒートポンプサイクルの冷媒を暖房時とは逆方
   向に流し、前記室外側水熱交換器により凝縮排熱
   量を前記蓄熱槽内部へ回収するよう前記ヒートポ
   ンプサイクルを冷凍サイクルとして作動させる太
   陽熱利用冷暖房給湯器。