JPS6365240A - 空調装置 - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、一般家屋に用いられそれぞれ空気源式の太陽
熱集熱器とヒートポンプ式空調装置および２組の蓄熱装
置とを併用した空調＠置の改良に関する。

（従来の技術） 近年、小規模住宅用のヒートポンプ式空調装置における
省エネルギ化および性能向上が進展し、この種装置の普
及率の伸びが顕著である。すなわち従来の大気を熱源と
するヒートポンプ式空調装置の欠点とされていた外気温
が低いときの暖房能力の低下を、圧縮機の回転数を可変
としたインバータの開発により著しく改善された結果と
みられる。

しかしながら、住宅用暖房器として今日量も多用されて
いるものは、依然として石油ストーブであり、ヒートポ
ンプ式空５１装置のなお一層の能力向上と省エネルギ化
の努力が要望されている。

従来より、ヒートポンプ式空調装置の性能向上のために
種々の研究開発がなされ−Ｃきたが、圧縮機の効率改善
や熱交換器の性能向上などの対策は次第に限界に近付い
て、年々、開発努力の割に得られる成果は低減していく
ものと予想されている。

そこで、この種装置の大幅な能力向上をなすための手段
として、かつ熱源温度の改善効果を保持するため、どの
場所においても容易に得られる太陽エネルギを利用する
方式が注目され開発されている。

たとえば、第４図に示すものは水対水ヒートポンプを用
いた太陽熱利用ヒートポンプの例であり、家屋の屋根に
載設される太陽熱集熱器１にポンプ２で水を汲み上げて
温度上昇させ、温水を太陽熱蓄熱槽３に貯留する。この
太陽熱蓄熱槽３内にはヒートポンプ式空調装置４の熱源
側熱交換器５が収容されていて、圧縮機６の駆動により
太陽熱蓄熱槽３から熱を吸収して別に配設される温水槽
７内の利用側熱交換器８から放出する。特に日照が強く
、太陽熱集熱器１の太陽熱吸収端が人の場合には、上記
太陽熱集熱器１と温水槽７とを連通４る濡水管９の中途
部から分岐し、上記温水槽７内に収容される放熱器１０
に高温水を導くようになっている。濡水槽７の温水は被
空調室に配置される暖房用放熱器１１に導かれ、ここで
放熱する。

このような構造によると、太陽熱が得られる日が続けば
よいが、集熱できない天候不順の日が続くと、太陽熱蓄
熱槽１の温度が外気温以五になる恐れがあり、その場合
にはヒートポンプ式空調装置４の使用ができなくなって
しまう。そこで、上記熱源側熱交換器５とは別個に外気
を熱源とする熱源側熱交換器を備え、これらを切換弁を
介して適宜切換える必要があり、高価なものとなる。

また第５図に示す構造のものは、空気対空気じ−トポン
プを用いた太陽熱利用ヒートポンプの例であり、家屋２
０の屋根を太陽熱集熱構造となした集熱屋根２１に外気
を導入案内し、高温化した空気を直ちにヒートポンプ式
空調装置２２の熱源側熱交換器２３に導通させて熱交換
する。この利用側熱交換器２４は蓄熱槽２５内に配設さ
れていて、利用側熱交換器２４の熱を蓄熱槽２５に吸収
させる。蓄熱槽２５と被空調室２６とはダクト２７で連
通していて、太陽熱が得られる昼間の間に蓄熱を行なっ
て暖房運転をなし、外気温低下にともなう屋根の天空放
射を利用し冷気を得られる夜間に蓄熱を行なって冷房運
転をなすと都合がよい。

しかるにこのような装置においても、暖房作用の際に太
陽熱源ヒートポンプを運転できるのは日照のあるときだ
けに限定され、日照のないときには通常の空気熱源ヒー
トポンプとなり、必要な熱量が得られ難い。しかも、深
夜電りを利用して蓄熱するには上記集熱屋根２１は全く
無用のものとなり、ランニングコストに悪影響がある。

第６図のものは、ヒートポンプ式空調装置３０の熱源側
熱交換器３１を太陽熱集熱器３２と一体に備え、必要な
熱量を得るとともに利用側熱交換器３３は蓄熱槽３４内
に収容してなる。この蓄熱槽３４には水が充填され、得
られる渇水を利用して暖房作用をなす。

しかしながら、冷房運転の際には熱源側熱交換器３１が
太陽熱集熱器３２と一体になっていることが欠点となり
、冷媒の凝縮効率が低下する。また、暖房運転の際に日
照がないと同様に熱源側熱交換器３１が吸熱できない。

太陽熱集熱器３２にたとえば空気を導いて空気熱源とす
ることが考えられるが、太陽熱集熱器はガラスで覆った
密ｒＦｌ構造が望ましく、空気から熱を取るには大量に
空気を流す必要から矛盾する構造が要求され、どちらの
性能も良いものは作り難い。

第７図のものは、太陽熱集熱器４０で待られた熱を水熱
交換器４１で吸収して温水装置４２の水を加熱できると
ともに蓄熱槽４３に蓄熱できる。

暖房時には蓄熱槽４３の熱を利用したり、ヒートポンプ
式空調装置４４の利用側熱交換器４５の熱を利用するよ
う切換が可能となっている。

このような構造では、と−トポンプ式空調装置６一 ４４の熱源側熱交換器４６が室外に配置されているとこ
ろから、外気温が低下すると熱を汲み上げる能力が低下
する。すなわち、蓄熱された太陽熱を有効利用すること
ができないという不具合がある。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は、上述したように空気源とするヒートポンプ式
空調装置に空気式の太陽熱集熱器と蓄熱槽とを併用した
装置において、太陽熱を吸収できない日が続くと効果が
低減するという不具合を除去し、より完壁に近い空調を
なし、かつ特に深夜電力の利用も効果的にした空調装置
を提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（問題点を解決する手段） 本発明は、家屋の屋根上に空気式の太陽熱集熱器を載設
し、この太陽熱集熱器と熱源側蓄熱装置とをダクトを介
して連通し太陽熱集熱器で集熱した熱を熱源側蓄熱装置
に蓄熱させ、外気導通口を設けて外気を熱源側蓄熱装置
を介して上記ダクトに逆流可能とし、上記ダクトに分岐
して分岐ダクトを設けて外部と連通させ、この分岐ダク
トに空気源としたヒートポンプ式空調装置の熱源側熱交
換器を配設して上記太陽熱集熱器もしくは熱源側蓄熱装
置の熱を吸収させ、被空調室の空気を吸込むとともに再
び被空調室に導出案内する循環ダクトに上記ヒートポン
プ式空調装置の利用側熱交換器を収容し、この循環ダク
トに上記利用側熱交換器と並列に利用側蓄熱装置を接続
し利用側熱交換器と熱交換した空気を導通してその熱を
蓄熱することを特徴とする空調装置である。

（作用） このようにして構成することにより、たとえば暖房作用
時には、日中において太陽熱集熱器で集熱した熱を熱源
側蓄熱装置で蓄熱し、夜間などこの熱をヒートポンプ式
空調装置の熱源側熱交換器に導いて加熱し、利用側熱交
換器へのヒートポンプ効率を上げられる。また利用側蓄
熱装置は、上記利用側熱交換器で熱交換した熱の一部を
蓄熱して、必要に応じて放熱ができる。深夜電力を利用
してヒートポンプ式空調装置を駆動し、利用側蓄熱装置
に蓄熱することもできる。冷房作用をなすには、夜間放
射冷却によって冷えている屋根から外気を熱源側蓄熱装
置に導いて冷熱を蓄熱し、この冷熱を日中に熱源側蓄熱
装置から引出してヒートポンプ式空調装置の熱源側熱交
換器に導き、冷媒の凝縮効率を向上せしめるものである
。

（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
。図中５０は一般の家屋であり、この屋根５１のうち特
に日照のよい、たとえば南側に面した部分を太陽熱集熱
器５２とする。太陽熱集熱器５２は、たとえば表面をガ
ラス板から構成した薄箱体内に選択吸収膜を備えた集熱
板を収容し、かつその傾斜下端部には導入口５３が開口
するとともに傾斜上端部には導出口５４が開口する。家
屋５０の小屋裏５０ａにおいては上記導出口５４と対向
してプレナムダクト５５が設けられる。家屋５０の地下
もしくは半地下には熱源側蓄熱装置５６と利用側蓄熱装
置５７とが離間して設けられる。上記熱源側蓄熱装置５
６は、たとえば床下布基礎の中に多数の砕石を収容した
簡単なもので、後述するように比較的低温で蓄熱するの
で特に断熱構造にする必要もない。土の上に直接砕石が
置かれているので、砕石ばかりでなく地中まで一部蓄熱
され、したがって特別な構成としなくても蓄熱量を確保
できる。この−側部は家屋５０の側壁に設けられ外部に
開口する外気導通口５８と連通する。他側部には上記プ
レナムダクト５５と連通する熱源側ダクト５９が接続さ
れる。すなわちこの熱源側ダクト５９は家屋５０の天井
裏から床下まで上下方向に亘って設けられる。またプレ
ナムダクト５５と熱源側ダクト５つとの接続部分にはダ
ンパ６０およびファン６１が設けられ、さらにファン６
１近傍のダクト５９中途部には分岐ダクト６２の一端部
が接続されていて、この他端部は屋根５１を貫通して外
部に開口する図となっているが、実際には建屋妻側壁よ
りも外部に開口する。

（図示が困難であるので、原理が分るように図示したも
のである。）分岐ダクト６２の中途部には、空気源とす
るヒートポンプ式空調装置６３の一部を構成する熱源側
熱交換器６４が収容されているとともにこれと離間対向
してファン６５およびダンパ６６が設けられる。

一方、上記利用側蓄熱装置５７は蓄熱再生温度効果が高
く、断熱も充分な高性能蓄熱装置を採用する。しかしな
がら、後述するように上記熱源側蓄熱装置５６と比較し
て蓄熱温度差が大きいので、熱容量は小さくても大きな
熱容量を蓄えられ、かつ小型なものでよい。たとえば、
周囲の断熱をよくした砕石蓄熱装置あるいは固体充填槽
である厚さ１０ＩＩＩ！１程度のモルタルプレートを３
〜５＃１ｌｌＩの間隙を存して配置したものが考えられ
る。この利用側蓄熱装置５７は循環ダクト６７に設けら
れる上記ヒートポンプ式空調装置６３の利用側熱交換器
６８と並列に接続される。利用側熱交換器６８は上記熱
源側熱交換器６４および図示しない圧縮機や四方弁およ
び減圧機構などと冷媒管を介してヒートポンプ式の冷凍
サイクルを構成するよう連通する。上記循環ダクト６７
はその一端部を被空調室６９・・・の壁面下部に設けら
れる吸込ロア０に接続され、中途部が被空調室６９の床
下壁面および天井に沿って延出され、かつ他端部は被空
調室６９の天井に開口する吹出ロア１に接続される。

中途部には上記利用側熱交換器６８およびこれと対向し
てファン７２およびダンパ７３が設けられる。上記利用
側蓄熱装置５７は循環ダクト６７を循環する空気の一部
が利用側熱交換器６８とともに分流して導かれるような
位置に設けられる。さらに、この循環ダクト６７の中途
部にはファン７４が設けられるとともにそれぞれの被空
調室６９の導入側にダンパ７５・・・が設けられる。

しかして、太陽熱集熱器５２で太陽熱を集熱すると、外
気は導入口５３から吸込まれ、太陽熱集熱器５２内を導
通して温度上昇する。このときダンパ６０を開放すると
ともにファン６１を駆動して、温度上昇した外気である
温風を−Ｈプレナムダクト５５に導いてから熱源側ダク
ト５９を介して熱源側蓄熱装置５６に導き、ここで太陽
熱を蓄熱することになる。熱源側蓄熱１１ｆ５６の温度
がある程度上昇したら、あるいは夜間など日照がなくな
ったら、ダンパ６０を閉成してファン６１を停止すると
ともにダンパ６６を開放し、かつファン６５を駆動する
。外気は外気導通口５８から熱源側蓄熱装置６４に導通
してこの熱を吸収し、温度上昇して温風となる。この温
風は熱源側ダクト６７を逆流し、かつ分岐ダクト６２に
導かれ熱源側熱交換器６４と熱交換する。同時にヒート
ポンプ式空調装置６３の図示しない圧縮機が駆動されて
いて、温風が熱源側熱交換器６４において冷媒の蒸発作
用を助成する。温風の熱は汲み上げられ利用側熱交換器
６８から放出する冷媒凝縮熱となって循環ダクト６７内
に循環する空気を加熱する。

各ダンパ７３．７５・・・を開放し、ファン７２゜７４
を駆動することにより、循環ダクト６７を循環する空気
は利用側熱交換器６８と熱交換し温度上昇してから被空
調室６９・・・に吹出される。すなわちこれらの暖房作
用をなす。

太陽熱集熱器５２における集熱量が大の場合には、ダン
パ６０．６６を開放し、ファン６１゜６５を駆動する。

プレナムダクト５５から導出する一部の温風は、直ちに
熱源側熱交換器６４を導通してヒートポンプの熱源とな
り、残りの温風は熱源側蓄熱装置５６に導かれて蓄熱さ
れる。すなわち、蓄熱作用と並行してヒートポンプ運転
ができる。

また、たとえば複数ある被空調室６９・・・のうちその
−室だけを暖房すればよい場合には、該当する吹出ロア
１のダンパ７５を閉成する。したがって、一部の温風は
利用側蓄熱装置５７に分流して蓄熱される。このことか
ら、ヒートポンプ穴空調装ｆｆ１ｆ６３の運転を停止し
ても、ファン７４を駆動すれば利用側蓄熱装置５７の熱
を被空調室６９・・・に放出でき、経済的な暖房作用を
なす。

あるいは廉価な深夜料金を利用し、ヒートポンプ式空調
装置６３を深夜に運転する。このときは当然、日照がな
く太陽熱集熱器５２は集熱できないが、熱源側蓄熱装置
５６の蓄熱を利用して熱源側熱交換器６４の熱交換作用
を助成する。すなわち、深夜運転においても蓄熱した太
陽熱を利用できる。利用側熱交換器６８で得られる温熱
は利用側蓄熱装置５７に蓄熱すること勿論である。

日照のない日が続いた場合においては、熱源側蓄熱装置
５６に全く蓄熱できない。しかしながら、通常のヒート
ポンプ暖房運転をなし、外気を外気導通０５８から取入
れて熱源側蓄熱装置５６を導通させるので、平均的な外
気温度の空気が送られて蓄熱される。よって、この出口
湿度である熱源側熱交換器６４の熱源温度が外気温以下
に低下することはなく、通常の外気熱源ヒートポンプの
運転条件よりも有利である。

積雪地帯に建築される家屋５０においては、適宜ファン
６１を逆回転して熱源側蓄熱装置５６の熱を太陽熱集熱
器５２に導き、これを温度上昇させるとよい。この表面
はガラス板で形成されるところから、雪は短時間で融解
し、かつ屋根５１から落ちる。

夏期など冷房運転をなすには、夜間のみダンパ６０を開
放し、放射冷却によって温度低下する太陽熱集熱器５２
を介して外気を熱源側蓄熱装置空調装置６３の運転にと
もなって熱源側熱交換器６４に導き、冷媒の凝縮効率を
助成する。すなわち、低温の空気が熱源側熱交換器６４
に導かれるので、高い成績係数が得られ冷房効率がよい
。利用側熱交換器６８の余剰冷熱を上記利用側蓄熱装置
５７に蓄熱することは、同様である。また、深夜電力を
利用して冷房運転する場合には、太陽熱集熱器５２を出
た冷気を直接熱源側熱交換器５７に導いて熱交換させる
とよい。

なお、第２図に示すような構成であってもよい。

すなわち、太陽熱集熱器５２と熱源側蓄熱装置５６とを
戻りダクト７６で連通する。この戻りダクト７６の中途
部にはダンパ７７が設けられるとともに外気導入ロア８
と外気導出ロアつとが設けられる。

たとえば暖房作用をなすために太陽熱を集熱している際
には、ダンパ７７を開放し熱源側蓄熱装置５６から導出
した空気を戻りダクト７６を介して再び太陽熱集熱器５
２に導き、循環させる。よっで、太陽熱集熱器５２にお
ける集熱効率が向上する。また冷房運転の際には、夜間
にダンパ７７を開成して外気導入ロア８から外気を導入
し、太陽熱集熱器５２の放射冷却による冷熱を得て熱源
側蓄熱装置５６に蓄熱させ、さらにこの空気は外気導出
ロア９から外部に排出する。すなわち、上記実施例と同
様の作用効果を得られる。

あるいは、第３図に示すような構成であってもよい。す
なわち、ダンパ７７と外気導入０７８および外気導出ロ
ア９を備えた戻りダクト７６を設けるとともに太陽熱集
熱器５２の導入側と吸込ロア０近傍の循環ダクト６７と
を新たに設けたダクト８０で連通ずる。また、プレナム
ダクト５５には温水装置８１の吸熱器８２が配設される
。上記熱源側ダクト５９と並行に案内ダクト８３が設け
られていて、この一端部は熱源側熱交換器６４近傍の熱
源側ダクト５９に接続され、他端部は循環ダクト６７の
中途部に接続される。案内ダクト８３と熱源側ダクト５
９とが接続する部分には、切換ダンパ８４が設けられて
いる。

しかして、熱源側ダクト５９を閉成し、かつ案内ダクト
８３を開放するよう切換ダンパ８４を切換えることによ
り、太陽熱集熱器５２で得られた温風が案内ダクト８３
を介して直接被空調室６つ・・・に導かれ、これらを暖
房することができるとともに利用側蓄熱装置５７の蓄熱
が同時にできる。

夏期において夜間の放射冷却度が強ければ、同様に冷気
を直接被空調室６９に導いて冷房作用をなす。ダクト８
０には戻りダクト７６を導通する空気を導き、直接被空
調室６９に案内できる。（なお、第２図および第３図の
構造のものにおいて、上記第１図に示す構造と同様部分
は同番号を付して新たな説明は省略した。） このようにいずれの構成においても、太陽熱で空気を加
熱するとともにヒートポンプは空気を熱源として利用し
、かつ熱源側と利用側の蓄熱装置を備えてなり、熱交換
効率の向上を図れる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、ヒートポンプ式空
調装置の構成部品および各蓄熱装置ともに屋内に設置で
き、外部に特別な設置スペースが必要でない。特に利用
側蓄熱装置を備えたことにより、ヒートポンプ運転の制
御が容易となり、これまでの最大の欠点とされている瞬
発力の欠如を回復して熱の急速な放出が可能となるとと
もに日照のない日が続いてもヒートポンプの運転効率を
確保でき、安全で使い勝手もよい空調装置を得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す家屋に備えられる空調
装置の概略的構成図、第２図および第３図は本発明の互
いに異なる他の実施例を示す家屋に備えられる空調装置
の概略的構成図、第４図ないし第７図は本発明の互いに
異なる従来例を示す家屋に備えられる空調装置の概略的
構成図である。 ５０・・・家屋、５１・・・屋根、５２・・・太陽熱集
熱器、５９・・・（熱源側）ダクト、５６・・・熱源側
蓄熱装置、５８・・・外気導通口、６２・・・分岐ダク
ト、６３・・・ピー１〜ポ２フ式空調装置、６４・・・
熱源側熱交換器、６９・・・被空調室、６８・・・利用
側熱交換器、６７・・・循環ダクト、５７・・・利用側
蓄熱装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 家屋の屋根上に載設される空気式の太陽熱集熱器と、こ
   の太陽熱集熱器とダクトを介して連通され太陽熱集熱器
   で集熱した熱を蓄熱する熱源側蓄熱装置と、この熱源側
   蓄熱装置と外部とを連通し外気を熱源側蓄熱装置に導入
   して熱交換させ上記ダクトに逆流可能とした外気導通口
   と、上記熱源側蓄熱装置と太陽熱集熱器とを連通する上
   記ダクトに分岐して設けられ外部と連通する分岐ダクト
   と、この分岐ダクトに配設され上記太陽熱集熱器もしく
   は熱源側蓄熱装置を導通した空気から熱を吸収するヒー
   トポンプ式空調装置の熱源側熱交換器と、上記ヒートポ
   ンプ式空調装置の利用側熱交換器を収容し被空調室の空
   気を吸込むとともに利用側熱交換器を介して再び被空調
   室に導出案内する循環ダクトと、この循環ダクトに上記
   利用側熱交換器と並列に接続され少なくとも利用側熱交
   換器と熱交換した空気を導通しその熱を蓄熱する利用側
   蓄熱装置とを具備したことを特徴とする空調装置。