JPS63213752A - 太陽熱利用給湯装置 - 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】 産業上の利用分野 本発明は、太陽熱利用給湯装置に関するものである。

従来の技術 従来のこの種の太陽熱利用給湯装置は、第４図に示すよ
うに、圧縮機１、四方弁２、冷媒対水熱交換器３、高圧
冷媒配管４、逆止弁６を並列に装着した膨張弁５、集熱
器７、低圧冷媒配管８を、順次環状に連結してなる主冷
媒循環回路と、蓄熱楡９、水循環ポンプ１０、冷媒対水
熱交換器３を順次環状に連結してなる水循環回路を備え
ている。

そして、集熱運転時には、圧縮機１及び循環ポンプ１０
を駆動させることにより、圧縮機１で圧縮された高温・
高圧状態の冷媒が、四方弁２を介して、冷媒対水熱交換
器３に流入し、ここで伝熱関係にある水循環回路の給湯
水を加熱し、凝縮液化する、又１加熱された給湯水は水
循環ポンプ１０によって送水され、蓄熱槽９上部に流入
する。

凝縮された冷媒は高圧冷媒配管４を通り、逆止弁６を並
列に装着した膨張弁５に至る、ここで冷媒は逆止弁６を
流れることが出来ず、膨張弁５を減圧されながら通過し
、低温・低圧な状態で集熱器７に流入する。集熱器６に
流入した冷媒は、太陽熱及び大気熱より吸熱し、蒸発気
化する。気化した冷媒は、低圧冷媒配管８を通り、四方
弁２を介して、圧縮機１に再び吸入される構成になって
おり、この冷媒のサイクルが、蓄熱槽９の給湯水を加熱
するようになっている。

しかし、集熱器７が着霜状態になると著しく集熱能力か
低下する、そこで、この霜を除霜し、さらに集熱を続け
るのである。

除霜運転時には集熱器７の着霜状態を集熱器７人口の冷
媒温度から温度センサー１６が検知し、制御器１７へ信
号を伝送する。制御器１７は四方弁２に通電し切り替え
ることにより、冷媒を可逆的に循環せしめ、集熱器７を
除霜する。すなわち、圧縮機１で圧縮された高温・高圧
な状態の冷媒は、四方弁２が切り替わっているので、冷
媒対水熱交換器３に流入せず、集熱運転時の低圧冷媒配
管８を通り、集熱器７へ送られる。集熱器７は、着霜状
態にあるので、冷媒は霜に放熱し融解しながら凝縮液化
する。凝縮された冷媒は、膨張弁５を容易に通過しない
が、並列に装着されている逆止弁６を通り、集熱運転時
の高圧冷媒配管４を流れ、冷媒対水熱交換器３に流入す
る。集熱器７で放熱した冷媒は、冷媒対水熱交換器３に
送水される給湯水よりも低温になっているので、伝熱関
係にある給湯水によりわずかに加熱される。この時、当
然、給湯水は放熱しているので、温度が下がった状態で
蓄熱槽９の上部に送り出される。冷媒対水熱交換器３を
出た冷媒は、四方弁２を介して、圧縮Ｓ１に再び吸入さ
れる構成になっており、この冷媒のサイクルが集熱器７
を除霜するようになっており、従来の太陽熱利用給湯装
置は、前記、集熱運転と除霜運転とを繰り返すことで、
蓄熱槽９内の給湯水全体を徐々に昇温するのである。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら、前記のような構成では、除霜運転時に蓄
熱槽９上部に、温度が低い給湯水が流入するので、蓄熱
槽９に一定温度の給湯水を蓄えることができず、蓄熱槽
９より安定した湯温の給湯水が、特に低外気環境下にお
いて、供給し得ないのである。

つまり、除霜運転時は、前述のごとく、集熱器７を除霜
するために、冷媒の温度は、霜の融解熱や、低外気環境
への放熱などで、氷点下に下がる場合がある。この低温
な冷媒は、冷媒対水熱交換器３に流入した時、それまで
加熱されていた蓄熱槽９の下部より水循環ポンプ１０に
よって送水される給湯水よりも低い温度なのである。こ
のため、冷媒対水熱交換器３内では、わずかであるが、
給湯水より冷媒へ伝熱する、したがって、給湯水の温度
は、蓄熱槽９下部の状態よりも低下し、蓄熱槽９上部へ
送り出されるのである。

一方、除霜運転が終了し、再び、集熱運転を開始した時
、蓄熱槽９上部へは、蓄熱槽９の下部より送水され冷媒
対水熱交換器３にて加熱された給湯水が、送り出される
ため、蓄熱槽９内では積層な状態に給湯水が蓄えられて
しまう。

ところが、蓄熱槽９に蓄えられた給湯水を供給する場合
、蓄熱槽９の底部に設けられた給水口１２より給水し、
蓄熱槽９の最上部に設けられた給湯口１１より給湯する
構成なので、温度の分布が積層な状態で蓄熱槽９に蓄え
られた時、一定の温度での給湯が困難という問題点を有
していた。

本従来例は、除霜運転時に、水循環ポンプ１０を運転す
るとしたけれども、水循環ポンプ１０を除霜運転時に停
止しても、冷媒対水熱交換器３に流入する冷媒の温度は
、氷点下以下になり得るので、冷媒対水熱交換器ａ内に
残留した給湯水は凍結し、集熱運転を再開した場合に、
正常な運転が出来ないばかりか、冷媒対水熱交換器３自
身、及び他の機器を破壊する恐れがあり、従来例に示す
構成においては、つねに水循環ポンプ１０を運転する必
要があるので、前記問題点を解決し得ない。

したがって、ここでは特に述べていない。

本発明は、かかる問題点を解消するもので、太陽熱利用
給湯装置において、外気環境の変動にかかわらず、蓄熱
槽内の給湯水の温度分布が、積層な状態に蓄えられるの
を防止する太陽熱利用給湯装置を提供する。

問題点を解決するための手段 上記問題点を解決するために、本発明の太陽熱利用給湯
装置は、圧縮機、四方弁、逆止弁、冷媒対水熱交換器、
膨張弁、集熱器、前記四方弁、前記圧縮機の順に、環状
連結された主冷媒循環回路と、この主冷媒循環回路の前
記集熱器の入口に温度センサーを備えるとともに、蓄熱
槽、水循環ポンプ、及び前記冷媒対水熱交換器とを順に
、環状連結してなる水循環回路を構成し、前記主冷媒循
環回路の前記膨張弁、前記集熱器と並列に、逆止弁と減
圧機構を具備する高低圧バイパス回路を連結し、前記温
度センサーの検知信号により、前記水循環ポンプを制御
するように構成したものである。

作　　　用 本発明は上記した構成によって長時間にわたる除霜運転
時にも冷媒対水熱交換器内に、氷点下以上の温度の冷媒
が流入するので、水循環ポンプを停止していても、冷媒
対水熱交換器内の給湯水が凍結することがなく、したが
って、除霜運転が終了し、集熱運転が開始されたのち、
冷媒対水熱交換器内の給沸水を、十分加熱してから蓄熱
槽の上部に送り出すととが出来るので、蓄熱槽内の給湯
水の温度分布が、積層な状態に蓄えられることを、確実
に防止できるのである。

実施例 以下、本発明の一実施例を第１図にもとづいて説明する
。なお、第４図に示す従来例と同一部品については、同
一番号を付し、その説明は省略する。

本実施例の主冷媒循環回路の低圧冷媒配管８と四方弁２
を接続する配管と、冷媒対水熱交換器３の入口の間に、
逆止弁６と減圧機構を具備した、高低圧バイパス回路１
５が、集熱器７をバイパスするように設けられている。

これらによって、本実施例における冷媒の循環する経路
は、集熱運転時は実線（イ）で、除霜運転時は破線（０
）の矢印に示されるものである。

すなわち、集熱運転時は、圧縮機１を吐出した冷媒は、
冷媒対水熱交換器３を流れ、高圧冷媒配管へ至る。とこ
ろが、高低圧バイパス回路１５には、第１図に示すよう
に逆止弁が備えられているために、冷媒のすべてが、高
圧冷媒配管４に送られ、やがて膨張弁５、集熱器７、低
圧冷媒配管８、四方弁２をへて、圧縮機１に吸入される
。ゆえに、従来例の持つ蓄゛熱槽９に１犬・る給湯水の
加熱能力と同等の能力は維持している。

−Ｈ、除霜運転時は温度センサー１６の検知信号により
通電された四方弁２が切り替わり、冷媒の循環経路も集
熱運転時と逆転するのであるが、同時に水循環ポンプ１
０は停止されるのである。

本実施例では、圧縮機１を吐出し、切り替わった四方弁
２を通過した冷媒の一部は、低圧冷媒配管８を流れず、
高低圧バイパス回路へ分流される。

低圧冷媒配管８に流入した冷媒は、この後、従来例と同
様に集熱器７に流入し除霜を行なう。又、高低圧バイパ
スに分流された一部の高温・高圧な状態の冷媒は、高低
圧バイパス回路１５の出口で、集熱器７を除霜し、低温
（氷点下より低温な場合もありえる。）な状虜な冷媒と
合流し、冷媒対水熱交換器３に流入する。ここで、冷媒
対水熱交換器３に流入する冷媒の温度であるが、高低圧
バイパス回路１５に備えられる減圧機構（キャピラリー
チューブ１４）によって、冷媒の流量の増減を調整すれ
ば、集熱器７の除霜が完了するまでの時間、０°Ｃ以上
の温度を維持することが出来る。すなわち、冷媒対水熱
交換器３内の給湯水の凍結を防止することが可能なので
ある。そして、冷媒対水熱交換器３を流出した冷媒は、
四方弁２を再び通過し、圧縮機１に吸入されるのである
。

上記構成において、先に述べたとおり、集熱運転時の加
熱能力の低下がなく、除霜運転時に、冷媒対水熱交換器
３に流入する冷媒の温度を、集熱器７の除霜を完了させ
るまでの間、氷点下以上に維持することが可能である。

このため、除霜運転が開始された場合に、水循環ポンプ
１０を停止し、蓄熱槽９上部に、従来例に見られたよう
な、温度の低い給湯水を送り出すことがなく、さらに、
冷媒対水熱交換器３内に残留する給湯水を連結させ、機
器を破損に至らしめることが、確実に防止できる。この
結果、除霜運転が、頻繁に行なわれても、温度分布が積
層な状態の給湯水が、蓄熱槽９に、蓄えられることがな
いという効果がある。

ここで、本実施例と従来例とを比較する。なお、集熱運
転の能力は、先に述べたとおり、前者のものが同等もし
くは優れているので、ここではあえて述べない。

第２図は、除霜運転時の圧縮機消費電力特性を示したも
のであり、横軸には除霜量を、縦軸には除霜運転中の圧
縮機１の入力を示す。この特性の測定は、乾球温度１，
５°Ｃ１温球温度０．５°Ｃ１相対湿度８５％、風速Ｏ
ｍ　／　ｓの外気環境の条件で行った。又、前者の水循
環ポンプ１０は停止状態で、圧縮機１の容量は１２ａｏ
、一方、後者の水循環ポンプ１０は作動状態で、圧縮機
の容量は８　ｏｏ、冷媒にはＲ１２を用いた。

また、第２図の曲線Ａは本実施例の除霜量と、圧縮機１
人力の特性を示すもので、点Ｂは、従来例が４００ｇ除
霜するのに要する入力を示す。

この第２図より、次のような傾向が把握できる。

本実施例の除霜運転では、曲線Ａより集熱器７に着霜し
た霜を４００９除霜するのに、圧縮機１の入力が、およ
そ３１．５Ｗ程度で、従来例のものとほぼ同等であるこ
とがわかる。

これは、圧縮機１の容量を増大し、高低圧バイパス回路
１５内のキャピラリーチューブ１４を任意に設定するこ
とで、除霜運転時に、圧縮機１が吐出した冷媒の一部を
、高低圧バイパス１５に分流しながら、集熱器７へ従来
例と同等以上の冷媒を流入させたためである。

ここで、冷媒対水熱交換器３の水側の温度変化について
説明する。第３図に、本実施例における、除霜運転完了
時の冷媒対水熱交換器３の水側温度特性を表わす。本線
図は、前記、除霜運転時圧縮機消費電力特性を測定した
環境条件下での除霜量と、除霜運転完了時の水側の温度
との関係を示したもので、横軸に除霜量、縦軸には冷媒
対水熱交換器３の水側の管壁温度を示す。

この線図より容易に理解できるが、本実施例においては
、除霜量がおよそ４００９の時にも水側の管壁の温度は
２０°Ｃ以上である。いいかえれば、除霜運転を開始す
ると冷媒対水熱交換器３に流入する冷媒の温度が低下す
ることは前記したが、これにともない、給湯水の温度も
低下していくのだが、本実施例においては従来例での除
霜量４００９を除霜した直後でも２０’Ｃの温度を保持
することができる。したがって水側管の凍結は発生しな
いのである。

上記より、本実施例では除霜の効率を低下させることな
く、水循環回路の水循環ポンプ１０を停止させることが
可能で、蓄熱槽９に温度分布が積層な状態で給湯水を蓄
えることを防止するのである。

さらに、除霜運転中は、水循環ポンプ１０は停止してい
るので、電力を消費しない。したがって、除霜運転時の
総消費電力が、低減するという効果も得られるのである
。

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、次
の効果が得られる。

（１）除霜運転中、水循環ポンプを停止し、温度の低い
給湯水を蓄熱槽上部へ送り出さないとしているので、低
外気環境において、除霜運転が頻繁に繰り返えされても
、蓄熱槽に、給湯水の温度分布が積層な状態で、蓄える
ことがなく、つねに一定の温度での給湯が可能という効
果がある。

（２）除霜運転中、水循環ポンプが停止し、冷媒対水熱
交換器内に給湯水が残留するが、圧縮機を吐出した高温
・高圧な状態の冷媒が、高低圧バイパス回路を一定量流
れ、集熱器を除霜した低温な状態の冷媒と合流するため
、冷媒対水熱交換器に流入する冷媒温度を０°Ｃ以上に
上昇させるので、冷媒と伝熱関係にある給湯水は長時間
にわたって凍結せず、機器の破損を確実に防止すること
ができる。

（３）除霜運転中、水循環ポンプを停止するので、除霜
の効率を低下させることなく除霜運転中の総消費電力を
低減することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の太陽熱利用給湯装置の構成
図、第２図は同実施例と従来例の、除霜運転時圧縮機消
費電力の特性図、第３図は同実施は従来の太陽熱利用給
湯装置の構成図である。 １・・・・・圧縮機、２・・・・・・四方弁、３・・・
・・・冷媒対水熱交換器、４・・・・・・高圧冷媒配管
、５・・・・・膨張弁、６・・・・・・逆止弁、７・・
・・・・集熱器、８・・・・・・低圧冷媒配管、９・・
・・・蓄熱槽、１０・・・・・・水循環ポンプ、１１・
・・・・・給湯口、１２・・・・・給水口、１３・・・
・・・逆止弁、１４・・・・・キャピラリーチューブ、
１５・・・・・・高低圧バイパス回路、１６・・・・・
・温度センカー、１７・・・・・制御器。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第２
図 凍箱蚤（ｋｇ） 第３図 殊’ｓ＋ｒｙＢ＞ 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 圧縮機、四方弁、逆止弁、冷媒対水熱交換器、膨張弁、
   集熱器、前記四方弁、前記圧縮機の順に、環状連結され
   た主冷媒循環回路と、この主冷媒循環回路の前記集熱器
   の入口に温度センサーを備えるとともに、蓄熱槽、水循
   環ポンプ、及び前記冷媒対水熱交換器とを順に、環状連
   結してなる水循環回路を構成し、前記主冷媒循環回路の
   前記膨張弁、前記集熱器と並列に、逆止弁と減圧機構を
   具備する高低圧バイパス回路を連結し、前記温度センサ
   ーの検知信号により、前記水循環ポンプを制御する制御
   器を設けてなる太陽熱利用給湯装置。