JPH0229544A - 水加熱装置及び水加熱装置用の熱交換器を製造する方法 - 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〕 本発明は水加熱装置の改良に関し、より詳細には、改良
熱交換器構造を有する太陽熱昇圧式ヒートポンプ型水加
熱装置に関する。

〔従来技術および発明が解決しようとする課題〕補給水
加熱装置に太陽エネルギを使用することが技術の発展に
伴って増々実用的になってきている。オーストラリア特
許第５０９９０１号には、太陽熱昇圧式ヒートポンプ装
置が述べられており、この装置は太陽エネルギを特に効
率的に変換し、そのエネルギを冷媒ヒートポンプの使用
により伝達する。

家庭用水を加熱する太陽熱昇圧式ヒートポンプを開発す
るにあたり、本発明者はヒートポンプにより循環される
冷媒から熱を被加熱水に伝達するための種々の熱交換装
置を試験した。成るこのような構造では、冷媒を移送す
るフィン付き管が被加熱水を収容しているタンクに浸漬
されていた。

この構造は、装置の製造コストが高くても、冷媒から熱
を被加熱水に伝達する最も効率的な手段をなすものと思
われていた。しかしながら、この装置の試験の結果、こ
の装置は、フィン間の空間が成る家庭用給水に一般に見
られる沈殿物で詰まる傾向があるため、実用的でなかっ
た。沈殿物の堆積を回避するためにフィン付き管を設計
し直す試みを行ったが、問題を解消することができなか
った。

ヒートポンプ型水加熱装置を提供する多くの試みが特許
文献に見られる。例えば、米国特許第２、７１６．８６
６号（シルバ）、同第４，４５２．０５０号（ピアス）
および英国特許第１，４６６．９８０号（クロマ−ティ
）は各々、加熱すべき水を収容する熱交換タンクを取囲
む冷媒移送管を有する水加熱装置を示している。上記例
の各々において、熱交換装置は、管により移送される冷
媒流体から高温過熱を取り出すことを目的とする多くの
別体の巻付部の使用により複雑かつ高価である。別体の
巻付部の使用は熱交換器の材料コストおよび製造コスト
を高め、本発明者はこれらのコストが冷媒流体から過熱
を取出すことによって達成し得る利点により正当化され
ないと思う。しがも、上記文献に記載の装置のどれも、
この装置を太陽熱エバポレータと関連して使用すること
を意図していない。

もちろん、太陽エネルギを利用する水加熱装置は知られ
ており、このような装置が米国特許第４．２８２．８６
１号（ローフ）に述べられている。ところが、この装置
は過熱すべき水を熱伝達媒体として使用しており、この
ような装置は家庭用または工業用水加熱装置として適切
に機能すべく所要効率を有していない。

また、特許文献、例えば、英国特許第３７７３９８号（
ビショップ等）および***特許第Ｐ３３２５１３７号（
フナベン等）には、管をタンクに取付けた熱交換装置の
多くの例が示されているが、これらの開示は熱伝達流体
が冷媒等であるヒートポンプ装置に向けられていない。

例えば、ビショップ等の特許では、煮沸パンのまわりに
水蒸をパイプ移送しているが、このような装置は家庭用
水加熱装置に適用するには実用的でない。上記***特許
の場合、この発明は管と熱交換タンクとの間の接触を最
大にするように管を成形することに関しており、熱交換
媒体は論じられていない。かくして、上記のような特許
は液体収容タンクの下部への熱交換管の取付けを開示し
ているが、冷媒を熱伝達媒体として使用している装置に
向けられている前述特許は、熱交換管のこのような限定
使用がヒートポンプを使用している装置には適切ではな
いということを示している。

本発明の目的は上記の欠点を解消し、それでも加熱媒体
に存在する熱をタンクに収容された水に効率よく伝達し
得る熱交換装置を提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

従って、本発明は、熱伝達性を有する材料で形成された
壁部を有する水タンクと、このタンクの一端に隣接した
冷水入口と、タンクの他端に隣接した温水出口と、冷媒
流体を移送するようになっている管と、該管の長さと実
質的に同じ広がりであり、上記管および上記タンク壁部
の一方を他方に実質的に連続的に固着する熱伝導性接合
材とを備え、管および熱伝導性接合材は上記管内の冷媒
流体の凝縮による熱を上記壁部を通してタンクに収容さ
れた水に伝達すべく上記タンクの上記壁部の外面と熱伝
導接触しており、上記管はタンクの上記一端に隣接した
位置から上記タンクの上記壁部の長さの約７５％を越え
ない位置まで延びており、周囲条件にさらされるように
位置決めされ、冷媒を移送する通路を有するエバポレー
タと、冷媒流体を上記管部を通して上記エバポレータに
循環するために上記通路および上記管に連結されている
コンプレッサとを備えていることを特徴とする水加熱装
置を提供する。

上記フィン付き管構造の変更例を考えると、水タンクの
外面への冷媒移送管の仏界的接合は、理論上の考察で、
他の考察点を正当と認めるには効果的でないと思われる
ので初めは見捨てられていた。ところが、他の変更例す
べてが許容可能な結果を得ることができず、この種類の
装置を試験した以後、意外にも、この装置により達成さ
れる熱伝達がフィン付き管装置により達成される熱伝達
より事実上効果的であることが発見された。しかも、管
は水タンクの底部すなわち最も冷たい領域に隣接した部
分からタンクの高さの約７５％を越えない位置まで延び
るように取付けるべきであることが更らに確認された。

というのは、成る高さより上に管に取付けると、水の頂
部分が高温である作動条件下では熱交換装置の熱伝達性
を著しくは向上させないということがわかったからであ
る。

この結果、もちろん、材料コストが節減される。

本発明の好適な実施例では、タンクは垂直に起立した円
筒形タンクであり、管はタンクの底部に隣接した位置か
らタンクの高さのほぼ５０％〜７０％の位置まで延びて
いる。この構造は現在のところ好ましいが、管がタンク
の高さの５０％〜７５％の位置まで延びている他の構造
も中しぶんないことはわかるであろう。同様に、垂直に
起立した円筒形タジクを使用するのが現在のところ好ま
しいが、本発明は円筒形または上記管の湾曲部がタンク
の下面または下方に傾斜した表面に取付けた他の適当な
形成の水平方向に配置されたタンクにも同等に適用でき
る。

タンクの壁部に伝導接触する管の湾曲部は好ましくは、
熱伝達媒体と被加熱水との間の熱伝達を最適にする距離
だけ間隔をへだてており、管の少なくとも１つの湾曲部
は好ましくは冷水入口の下に位置決めされている。

管ははんだなどの熱伝達接合材によってタンクの壁部の
外面に取付けるのがよい。変更例として、管を平らにし
、タンクの壁部と接触状態に機械的に保持してもよいが
、適切な熱伝達を確保するのに、熱伝達接合材の使用が
好ましい。

水タンクの壁部は好ましくは、凹形底壁部および凸形頂
壁部を有する円筒形の金属製（例えば、鋼）構成のもの
であり、管は好ましくはタンクおよび管の異なる膨張率
により熱伝達接触が失なわれる可能性を減じるために同
じ材料で作られる。

〔実施例〕

図面を参照して説明すると、熱交換装置は水りンク１を
備えているのがわかる。この水タンク１は円筒形壁部２
と、底壁部３と、凸形頂壁部４と、底壁部３に隣接し、
デイフユーザすなわちデイバータロを存する冷水入口５
と、頂壁部４に隣接した温水出ロアとを有している。底
壁部３は凹形として示されているが、望むなら、凸形で
あってもよい。タンク壁部２の外面には、冷媒Ｒ１２の
ような冷媒を移送する管８が巻きつけられている。

この管８は好ましくは第１Ａ図に示すように偏平になっ
ていて、横断面が０字形になつており、偏平部分はタン
ク１の壁部２の外面と管８の平坦面との間のはんだ薄膜
９などによって壁部２の表面に熱伝導可能に接合されて
いる。はんだ付は時や、使用中の管およびタンク壁部２
の膨張および収縮時に最も可能な接触を確保するために
、管８を１２８６Ｎ程度の付与張力下でタンク１のまわ
りに巻き、張力下でタンク１に固着する。これは第２Ａ
図に概略的に示す方法で達成することができる。

第２Ａ図に示すように、タンク１を回転テーブル２０に
支持し、この回転テーブル２０をモータ２１によってギ
ヤボックス２２およびチェーン駆動体２３を介して回転
駆動する。適当長さの管８を供給ローラ２４によって供
給し、変形ローラ２５によって第１Ａ図に示す０字形に
変形する。

供給ローラ２４および変形ローラ２５は供給スクリュ２
６に係合するナツトを有する組立体の一部をなしている
。供給スクリュ２６をモータ２７によって回転駆動して
組立体をテーブル２０の回転に対して所要速度でタンク
１に沿って上方へ移動させ、相隣る湾曲部間に所要間隔
をあけて管８をタンクに巻きつける。

第２Ｂ図により詳細に示すように、変形ローラ２５は刻
み付きローラ２８および溝付き支持ローラ２９を有して
いる。これらの口、−ラ２８，２９はギヤ３０．３１に
よって駆動され、これらのギヤはピンチローラ２４と同
じ速度で駆動され、管８を同一速度で供給し、変形する
ようになっている。ピンチローラ２４およびローラ２Ｂ
、２９は第２Ｂに３２で示すもののようなブレーキパッ
ドによって自由回転しないように拘束されている。

引張ナツト３４によって調整可能に圧縮されているばね
３３によりブレーキパッド３２を締めつけてローラ２９
およびギヤ３０と係合させることによって、管に加えら
れる張力を調整することができる。

本実施例では、管８を固定すべきタンク１の部分を清浄
し、公知な方法で銅フラッシュを付着する。次いで、管
８をスポット溶接によりタンク壁部２の底部に固定し、
次に第２図に示す機構を使用して管８をタンクのまわり
に巻く。管８をタンクｌに巻いているとき、および管を
完全に巻いたときに、錫／鉛はんだペーストを管８の平
坦部分に付け、管の上端をスポット溶接によりタンク１
の壁部２に固定して管８を張力下に保つ。次いで、管８
を取付けたタンクｌをオーブンで加熱してはんだを融解
し、管８とタンク１の壁部２との間における熱伝達接合
部の形成を完了する。

管８は底壁部３に隣接した位置からタンク１の全高さの
ほぼ３分の２の位置まで延び、壁部２に熱交換表面５を
形成している。管８の最も下の湾曲部は冷水入口５の下
に位置決めされており、冷水入口５は通常、低温であり
、これにより冷媒の適冷を引起し、それにより冷媒を移
送するのに十分、安定にする。管８はオーストラリア特
許第５０９９０１号に記載の一般型の太陽熱昇圧式ヒー
トポンプ（後述の第３図）に連結されているが、その装
置の変更例を後述の装置において行ったことを述べてお
く。すなわち、他の形態のヒートポンプを使用すること
もでき、また管８で移送される熱交換媒体を所望に応じ
て変えることもできる。

冷媒移送管８をタンク１の外面に取付けることによって
、二重壁効果が自動的に達成され、関連した水当局によ
り要求され、冷媒移送管が水と関連するところに二重壁
管を必要とする保護が満たされることはわかるであろう
。好ましくは、管８およびタンク１は共に同様な材料、
または少な（とも、同様な熱膨張率を有する材料で作ら
れる。

この場合、管８およびタンク１は鋼又はステンレス鋼で
作製される。例えば、管はプンディウェルド鋼管であっ
てもよく、タンクｌは軟鋼で作られてもよい。前述のよ
うに、管８とタンク１との間の熱接合は張力下でタンク
１のまわりに管８を溶接することにより保たられる。熱
膨張率のわずかに異なる材料を使用する場合、これらの
材料の異なる膨張／収縮率は上記方法における管８の溶
接張力を増大することによって補償される。いずれの場
合にも、張力下の管の溶接により、使用中に膨張および
収縮により引起される材料の屈曲にもかかわらず、熱接
合が保たれる。

更らに、上記の熱交換構造は析出可能な汚染物を含有し
そうな水などの流体Ａの場合に使用するのに非常に適し
ている。というのは、熱交換表面Ｓの大部分が垂直であ
り、それにより熱交換表面にの析出物の堆積が解消され
る。また更らに、熱交換表面Ｓは、ガラス質エナメルの
ような塗膜の適用を考慮するのに十分拡大されているが
、それでも熱°伝達係数と表面積との積を有効レベルに
保ち、かつ被加熱流体Ａと熱交換表面Ｓとの温度差を最
小にする。

熱交換表面Ｓの面積は下記の相反する要件間の最良の妥
協をもたらすように選択される。

（ａ）　　熱交換表面が上記のように、実質的に垂直で
あるか、下方に向いているか、あるいは下方に傾斜して
いるという要件。

（ｂ）　　被加熱流体Ａ中の熱束密度を流体中の不安定
な成分の不安定化を防ぐのに十分低くし、それにより、
熱交換表面Ｓと流体Ａとの最大の温度差を制限して、表
面と接触している流体Ａが成る臨界不安定化温度に達す
るような温度まで局部的に加熱されないようにする必要
があるという要件。

（（Ｊ　　熱交換表面Ｓが容器の最も冷たい領域にある
ように出来るだけコンパクトであるべきであるという要
件。

要件（Ｃ）によれば、熱交換器が、冷媒Ｂと流体Ａとの
間に熱が伝えられているときの温度が流体Ａの最も冷た
い降下温度に出来るだけ近いような一部である装置の不
可逆性を最小にする。熱交換器をコンパクトにすること
によって容器の受動容量が減小される。この容量は流体
Ａの末端使用者に提供する用意のできた流体の貯蔵容量
として機能する。

熱交換器をコンパクトかつ効率的にすることができるた
めには、必要なら、適切な流体側表面積Ｓ、熱伝達媒体
側表面積Ｔ、熱伝達係数、熱交換器フィンの効率、およ
び適切な受動貯蔵をもたらすように、管８の湾曲部間の
間隔および冷媒または他の熱交換流体Ｂの流量を最適に
しなければならない。この最適化の要件は常に妥協であ
って、装置の大きさおよび使用中の流体に大いに依存し
ている。好適な実施例で示す装置としては、１５２０ｍ
ｍはどの容器の高さ、１０００Ｉｌ１１１の表面高さＳ
および５５ＩＩＩＩｌｌの湾曲部間隔を有する装置を選
んだ。

一般には、上記好適な実施例の設計手順を次の如く要約
することができる。

すなわち、受動貯蔵容量要件および流体Ａの層別を考慮
して、所望の全熱束を伝えるのに有効な面積の減小によ
って引起される表面前後の熱伝達温度差の増大によって
上記利点が無効にされるまで、表面積Ｓを出来るだけコ
ンパクトにする。

そこで、内部管熱伝達、管−壁部接合部の伝導およびフ
ィン効率の考慮を伴う既存の工学設計手順により、熱交
換器表面Ｓの外面上の管の間隔および寸法規制を定める
。

この場合、間隔の算定の結果、設計のなお一層の最適化
が表面積Ｓについての成る妥協により可能であれば、定
められた表面積Ｓの再検討が必要であることもある。

ま゛だ十分に加熱したり冷却したりしなければならない
流体との混合により流体の貯蔵容量の低下を回避するに
は、異なる温度である流体の層別を出来るだけ促進すべ
きである。この目的で、入口導管および出口導管は流体
Ａを攪拌することによって混合を促進しないように構成
されている。また、低温導管５はタンクの底部に位置決
めされており、高温導管７はタンクの頂部に位置決され
ている。攪拌の低下を達成するには、入口導管５の軸線
が層別の軸線と直角であることは気づくであろう。また
、混合および攪拌を更らに低減するために、冷水入口５
には、下向きのデイフユーザ／ディフレクタ６が使用さ
れ、温水出ロアには、上向きのデイフユーザ／ディフレ
クタ６ａが使用される。

熱交換器は、好ましくは、向流原理を具体化するように
構成すべきであろう。何故なら、これにより熱伝達を更
らに向上させるからである。図示の実施例では、冷媒Ｂ
がコイル状管８の頂部から底部まで流れることはわかる
であろう。

第３図には、好適な太陽熱昇圧式ヒートポンプ型水加熱
装置が概略的に示されており、この装置は本発明を具体
化する熱交換装置を有しており、タンク１および冷媒移
送管８は断熱発泡体１１を有するハウジング１０内に包
囲されている。便宜上、ヒートポンプ装置のコンプレッ
サ１２および受器／フィルタ／ドライヤ１３がタンクハ
ウジング１０の頂部に位置決めされた冷却胴部１４に設
けられている。この構成によれば、コンプレッサおよび
受器を通常のようにタンクハウジングの下に位置決めし
得るようにハウジング１０を高い位置で支持する必要が
回避され、それにより構成コストを低減する。

コンプレッサ１２は好ましくは回転コンプレッサである
が、装置の効率を著しくは低下させることなしに、他の
形態の冷媒コンプレッサを使用してもよい。回転コンプ
レッサはその作動が比較的円滑で、より静かであるため
、好ましい。しかも、回転コンプレッサはその吸入側で
液体のスラグを受入れることができるが、それに対して
他の種類のコンプレッサはこのようなスラグを受入れる
のが非常に困難である。これらのスラグは、太陽熱昇圧
式ヒートポンプでは、天候条件の変化の結果化じる温度
の急激変化により発生する。

装置からの熱損失を最小に減小させるために、コンプレ
ッサ１２は好ましくは外側で断熱されている。かかる外
側断熱により引起される熱発生を補償するために、コン
プレッサは冷媒をコンデンサまたは受器の出口から、好
ましくは制御弁、キャピラリ管または固定オリフィス（
図示せず）により制御されるバイパス管路を経て直接、
入口吸入管路またはシリンダの吸入側に流入させること
によって冷却される。これを達成するための一構造を第
４図に概略的に示してあり、この構造は断熱ケーシング
１２Ｂ内に包囲されたシリンダ１２Ａを備えており、こ
のシリンダ１２Ａは転勤ピストン１２Ｇおよび羽根１２
０を収容している。

冷媒液管路からコンプレッサ１２への吸入管路１２Ｇま
で液体注入管１２Ｅが連結されている。

この構造によれば、大気に常時廃熱される熱はコンデン
サを経てタンク中の水に送られる。第４図に示す構造は
市販のコンプレッサに使用する場合にシリンダへ直接注
入するときよりも確実に作動することがわかった。

この装置はキーモスタットＴを有するサーモスタット制
御装置を備えている。

サーモスタットのより複雑な変形例が可能であり、これ
らの変形例は下記のことを含む。

（ａ）　　日光の程度に依存する可変または双サーモス
タットの設定。

申）　ユニットが稼動しているとき、蒸発温度を検知し
、この検知温度を、サーモスタット設定点を上昇させる
かあるいは降下させる潜在動作の指示として使用する。

上記装置の全体目的は、夜間よりも、昼間の方が水を高
温に上昇させることによって装置を日中、稼動するよう
に付勢することである。更らに、サーモスタットの設定
点を太陽放射熱と周囲空気の温度との関数にすることに
よって精巧化が可能であるが、この場合、冬期、水の適
切な温度に達するように制御機能を必要とする。同様に
、主に低料金（最大出力でない＞　ｔＵ＋間に作動する
ように装置を付勢することも可能である。

コンプレッサ１２および受器１３は太陽にさらされる位
置に配置される一連の太陽熱エバポレータ板１５に連結
されている。各エバポレータ板は多数の冷媒通路１６を
有しており、これらの通路１６は好ましくは第５図に示
す構成で配列されている。。各エバポレータ板１５は、
当業界で周知であるいわゆるロールボンド（商標）法に
より通路１６の領域における以外、２板の金属板を互い
に接合することにより作られる。エバポレータ板は薄板
金属で形成されるので、各エバポレータ板は第６図の断
面立面図に示すように外方に湾曲された断面形状で支持
される。この外方湾曲断面形状は断熱発泡体成形物１７
を各板１５の背後に位置決めすることによって維持され
、この組立体は第３図および第６図に示すように２つの
受台により支持されている。各エバポレータ板１５はそ
の各長さ方向縁部に沿って角部分１８を形成することに
よって更らに強化される。上記のエバポレータ板構造は
、エバポレータ板を住居の屋根に取付けた場合に出合う
種類の風力に耐えるその能力を評価すべく行った耐風試
験で良好に機能するとわかった。

第５図かられかるように、各エバポレータ板には、３つ
の別々の平行な冷媒通路１６が形成されており、これら
の通路は各端部がマニホルド１９により連結されており
、マニホルド１９には、冷媒管路（図示せず）が連結さ
れている。第３図に示すように、板１５は、第１板の出
口マニホルドが第２板の入口マニホルドに連結されるよ
うに、また以下同様となるように直列に連結されている
。

更らに、第３図かられかるように、板の一端のマニホル
ドに連結された第１通路は板の他端のマニホルドに連結
された最後の通路であり、それにより平行な通路１６に
おける冷媒の流れを均等化するのを助長している。流れ
の均等化を更らに助長するために、各接合部の後方でマ
ニホルドの横断面積が減小されている。この構造は、マ
ニホルド前後の所定の設計圧降下を可能にするためにマ
ニホルドおよびその接合部の横断面積を最小にしている
。この結果、他のロールボンドエバポレータに使用され
る代表的なハチ巣型ディストリビュータの性能と比較し
て、所定の冷媒圧降下のための破裂圧が向上される。

これらの特徴により、このエバポレータ板はエバポレー
タ前後の高い圧力降下を受けることなしに、Ｒ２２のよ
うな蒸発圧の高い冷媒の場合に使用することできる。し
かも、通常、最も下方の通路を好んで選択させる重力に
よって、通路１６間の流れの均等化が比較的影響されな
い場合、エバポレータを、通常型まれるように、下方傾
斜角で取付けることができる。冷媒流体は通常そうであ
るように、各板１５の底部にではなく、その頂部に送り
出され、これにより冷媒の使用はより少ない量でよい。

というのは、底部流入の場合がそうであるように板を溢
流する必要がないからである。

他の利点としては、オイルが底部流入の場合のように板
の底部に溜まる傾向がないので、オイルの確実な戻りが
達成される。冷媒の頂部流入と、冷媒の高速循環とによ
り、液状流体の環状の流れを引起し、それにより板から
流体への熱伝達を向上させる。この作動モードでは、冷
媒ガスは液状流体環内を流れる。

装置が重力によりコンプレッサの吸入部へ流れ込まない
ように停止している間、板１５内に液体が溜まらないよ
うにするために、冷媒をコンプレッサに戻す前に液体ト
ラップを設ける。このトラップは、作動中、オイルが冷
媒ガスとともに運ばれるように寸法状めしなければなら
ない。

通常そうであるようにエバポレータ板１５にではなく冷
媒胴部１４の内側に液体管路のＴＸ弁が位置決めされて
いることは第３図かられかるであろう。この位置におけ
る一ＴＸ弁の位置決めの補償を考慮しなければならない
が、弁はこの位置では良好に機能し、また、この位置に
おける弁の位置決めによって装置の製造が簡単になると
いうことがわかった。ＴＸ弁は好ましくは、内部均等化
され、かつ負の過熱設定点への設定によって適切な過熱
をもたらすように付勢されている。

エバポレータ板は、上記の実施例では太陽にさらされる
位置に設けられている場合について示されているが、周
囲温度が高い領域またはタンクを屋根の上、あるいは太
陽に少なくとも一部さらされる他の位置に取付けること
ができるような領域で周囲巻き構成で第３図に破線で示
すようにハウジング１０の外側に設けてもよい。このよ
うな状態では、ヒートポンプは少なくとも一部が空気源
ヒートポンプとして作用する。

ニューサウスウエルズ大学の太陽エネルギ研究室で行っ
た試験において、上記の好適な実施例による水力加熱装
置構造を有する太陽熱昇圧式ヒートポンプ型水加熱装置
を、上記種類のフィン付き熱交換器構造を有する太陽熱
昇圧式ヒートポンプ型水加熱装置と比較した結果、本発
明を具体化する熱交換器を有する水加熱装置の性能の平
均係数は事実的に同一の試験条件の場合に従来の構造の
ものよりほぼ１１．２％良好であったことがわかった。

この試験結果は次の如く要約することができる。

皿型王三１上（フィン付き管コンデンサ挿入）試験期間
７１９８５年５月３日〜３１日（２９日間）平均周囲温
度：１５．８℃ 平均太陽放射熱：１２．７ＭＪ／イ／日性能の平均全系
係数：　２．４８ −１ＬＱｙ）（シリンダのまわりにコンデンサコイルを
巻いてなる） 試験期間：　１９８５年７月３日〜３１日（２９日間）
平均周囲温度：１２．４℃ 平均太陽放射熱：１３．７ＭＪ／ｒｒｆ／日性能の平均
全系係数：２．７６ 雨期間とも、太陽熱ヒートポンプの作動について事実上
同一の試験条件とした。７月には、わずかに低い平均周
囲温度と、わずかに高い平均太陽放射熱とを組合せて均
衡化し、はとんど同じ気候条件とした。

ところが、７月に達成されたｃｏＰは５月の数値よりほ
ぼ１１．２％向上していた。

両方の場合とも、同一負荷模型での平均水排出温度はほ
ぼ５７℃であった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を具体化する水加熱装置に使用するのに
の適した熱交換器を有する水タンクの部分断面立面図；
第１Ａ図は管の取付けを示すタンクの一部の拡大部分断
面立面図；第２Ａ図は管をタンクに取付けるための機構
の概略立面図；第２Ｂ図は第２Ａ図に示す管変形ローラ
の拡大概略立面図；第３図は本発明を具体化する太陽熱
昇圧式ヒートポンプ型水加熱装置のレイアウトを示す概
略図；第４図は第３図の装置に使用されるコンプレッサ
を冷却する構造を示す概略図；第５図は第３図の装置に
使用される太陽熱コレクタの冷媒通路のレイアウトを示
す概略図；第６図は第３図の装置に使用される太陽熱エ
バポレータ／コレクタのうちの１種の断面側立面図であ
る。 １・・・・・・水タンク、　　　　５・・・・・・冷水
入口、６・・・・・・デイフユーザ−ディフレクタ、７
・・・・・・温水出口、　　　　　８・・・・・・管、
８・・・・・・はんだ、　　　　　１０・・・・・・ハ
ウジング、１１・・・・・・断熱発泡体、　　１２・・
・・・・コンプレッサ、１２Ａ・・・・・・シリンダ、 １２Ｂ・・・・・・断熱ケーシング、 １２Ｃ・・・・・・ピストン、　１２Ｅ・・・・・・液
体注入管、１２Ｇ・・・・・・吸入管路、 １５・・・・・・太陽熱エバポレータ板、１６・・・・
・・冷媒通路。 図面の、）：（内容に変更なし） 手 続 補 正 書 （方式） ％式％ １、事件の表示 平成１年特許願第９０５１０号 ３、補正をする者 事件との関係 出 願 人 名 称 シドンス ラムセット リミテッド ４、代 理 人 ５、補正命令の日付 自 発

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、熱伝達性を有する材料で形成された壁部を有する水
   タンクと、 タンクの一端に隣接した冷水入口と、 タンクの他端に隣接した温水出口と、 冷媒流体を移送するようになっていて、上記タンク壁部
   の外周に固着された管と、 上記管の長さと実質的に同じ広がりであり、上記管と上
   記タンク壁部との間に直接配置され、上記管および上記
   タンク壁部の一方を他方に実質的に連続的に固着する熱
   伝導性接合材とを備え、管および熱伝導性接合材は上記
   管内の冷媒流体の凝縮による熱を上記壁部を介してタン
   ク内の水に伝達するために上記タンク壁部とその外面を
   介して熱伝導関係にあり、 上記管はタンクの上記一端に隣接した位置から上記タン
   クの上記壁部の長さの約７５％を越えない位置まで延び
   ており、 周囲条件から熱エネルギを吸収するために周囲条件にさ
   らされるようにエバポレータを位置決めし、該エバポレ
   ータは冷媒を移送するための通路を有しており、それに
   よりかかる流体を上記周囲条件により加熱し得るように
   なっており、 冷媒流体を上記管を通して上記エバポレータに循環する
   ために上記通路および上記管に連結されたコンプレッサ
   を備えていることを特徴とする水加熱装置。 ２、熱伝導性を有する材料で形成された壁部を有する水
   タンクと、 タンクの一端に隣接した冷水入口と、 タンクの他端に隣接した温水出口と、 冷媒流体を移送するようになっていて、上記タンク壁部
   の外周に固着された管と、 上記管の長さと実質的に同じ広がりであり、上記管およ
   び上記タンク壁部の一方を他方に実質的に連続的に固着
   する熱伝導性接合材とを備え、管および熱伝導性接合材
   は上記管内の冷媒流体の凝縮による熱を上記壁部を介し
   てタンク内に入っている水に伝達するために上記タンク
   の上記壁部の外面と熱伝導接触しており、上記タンクの
   まわりの上記管は使用中、管およびタンクの膨張および
   収縮時に熱伝導性接合材が破壊する可能性を減じるため
   に張力下にあり、上記管はタンクの上記一端に隣接した
   位置から上記タンクの上記壁部の長さの約７５％を越え
   ない位置まで延びており、 周囲条件から熱エネルギを吸収するために周囲条件にさ
   らされるようにエバポレータを位置決めし、該エバポレ
   ータは冷媒を移送するための通路を有しており、それに
   よりかかる流体を上記周囲条件により加熱し得るように
   なっており、 冷媒流体を上記管を通して上記エバポレータに循環する
   ために上記通路および上記管に連結されたコンプレッサ
   を備えていることを特徴とする水加熱装置。 ３、上記タンク壁部は金属製であり、上記管は上記タン
   ク壁部と実質的に同じ熱膨張率を有する材料で作られて
   いることを特徴とする請求項１記載の水加熱装置。 ４、上記管は、使用中、管およびタンクの膨張および収
   縮時に熱伝導性接合材が破壊する可能性を減じるために
   、上記タンクに固着するときに付加張力下にあることを
   特徴とする請求項２記載の水加熱装置。 ５、上記タンクは垂直に起立する円筒形タンクであり、
   管はタンクの底部に隣接した位置からタンクの高さのほ
   ぼ５０％〜７０％の位置まで延びていることを特徴とす
   る請求項１記載の水加熱装置。 ６、上記管はタンクの高さのほぼ６６％の位置まで延び
   ていることを特徴とする請求項４記載の水加熱装置。 ７、上記管の少なくとも１つの湾曲部が上記冷水入口よ
   り下に位置決めされていることを特徴とする請求項４記
   載の水加熱装置。 ８、上記エバポレータは、冷媒を熱伝導関係で循環する
   複数の通路を有するパネルを形成する平らな熱伝導性材
   料と、上記通路の両端の各々に設けられ、両端の一方を
   他方に連結するマニホルド通路を形成する手段と備えて
   おり、上記パネルの一端の上記マニホルドに初めに連結
   される通路は最後に上記パネルの反対端の上記マニホル
   ド通路に連結されていることを特徴とする請求項１ない
   し７のうちのいずれかに記載の水加熱装置。 ９、上記エバポレータは、冷媒を熱伝導関係で循環させ
   る上記通路を有する太陽熱コレクタパネルと、該コレク
   タパネルの入口を形成し、流体をコレクタの通路に流入
   させる手段とを備えており、上記パネルは支持体に固着
   されており、該支持体はパネルを外方に湾曲した形状で
   保持し、それによりパネルの有効強度を増大しているこ
   とを特徴とする請求項１ないし７のうちのいずれかに記
   載の水加熱装置。 １０、上記コレクタは一端が他端より高くして配置され
   ており、コレクタの上記冷媒入口は上記高い方の端部に
   位置決めされており、上記パネルは熱伝導性板材料で形
   成されていることを特徴とする請求項８又は９記載の水
   加熱装置。 １１、上記タンクを取り囲む断熱ケーシングを備え、上
   記コンプレッサは上記ケーシングの頂部に位置決めされ
   ており、また上記コンプレッサを外側で断熱する手段を
   設けたことを特徴とする請求項１ないし１０のうちのい
   ずれかに記載の水加熱装置。 １２、水加熱装置用の熱交換器を製造する方法において
   、管の一端を金属製水タンクの外面に取付け、所定の張
   力を上記管に加えながら管を上記タンクの外面に巻きつ
   け、上記管の他端を上記タンクに取付けて管を引張状態
   に保ち、上記管を上記タンクに熱伝導可能に接合するこ
   とを特徴とする方法。 １３、上記巻きつけ工程に先立って上記管に平らな領域
   を形成し、該平らな領域が上記タンクと接触した状態で
   管を上記タンクのまわりに巻きつけることを特徴とする
   請求項１２記載の方法。 １４、上記タンクとの接触に先立って、タンクに巻きつ
   けるときにタンクと接触する管の部分に熱伝導性接合材
   を付け、該接合材を加熱して上記管と上記タンクとの間
   に薄い接合膜を形成することを特徴とする請求項１２又
   は１３記載の方法。 １５、上記管に加えられる張力は約１２８６Ｎであるこ
   とを特徴とする請求項１２ないし１４うちのいずれかに
   記載の方法。