JPS63101661A - 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２図に示すよ
うに、圧縮機１．四方弁８．冷媒対水熱交換器２．高圧
冷媒配管３．逆止弁５を並列に装着した膨張弁４．集熱
器６．低圧冷媒配管７．四方弁８．圧縮機１を、順次環
状に連結してなる主冷媒回路と、蓄熱槽９、水循環ポン
プ１０．冷媒対水熱交換器２を、順次環状に連結してな
る水循環回路を備えている。

上記構成により、集熱運転時には、圧縮機１及び水循環
ポンプ１０を駆動させることによシ、圧縮機１で圧縮さ
れた高温・高圧な状態の冷媒が、四方弁８を介して、冷
媒対水熱交換器２に流入上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。又加熱された給
湯水は水循環ポンプ１ｏ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３を通り
、逆止弁６を並列に装着した膨張弁４に至る、ここで冷
媒は逆止弁６を流れることができず、膨張弁４を減圧さ
れながら通過し、低温、低圧な状態で集熱器６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シ
吸熱し、蒸発気化する。気化した冷媒は、低圧冷媒配管
７を通り、四方弁８を介して、圧縮機１に再び吸入され
る構成になっておシ、この冷媒のサイクルが蓄熱槽ｅの
給湯水を加熱するようになっている。

しかし、集熱器６が着霜状態になると著しく集熱能力が
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６０着霜状態を、集熱器６人口の
冷媒温度から温度センサー１８が検知し、制御器１９へ
信号を伝送する。制御器」９は四方弁８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６
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８が切り替わっているので、
冷媒対水熱交換器２に流入せず、集熱運転時の低圧冷媒
配管７（以降、すべて低圧冷媒配管と称す）を通電、集
熱器６へ送られる。集熱器６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４を容易に通過しないが、並列に装
着されている逆止弁６を通電、集熱運転時の高圧冷媒配
管３（以降、すべて高圧冷媒配管と称す）を流れ、冷媒
対水熱交換器２に流入する（ただし、除霜運転時は冷媒
と給湯水は同一方向に流れている）。集熱器６で放熱し
た冷媒は、冷媒対水熱交換器２に水循環ポンプ１０によ
って送水される給湯水より低温になっているので、伝熱
関係にある給湯水よシ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の上部に送水されている。）。冷媒対水熱交
換器２を出た冷媒は、四方弁８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
集熱器６を除霜するようになっておシ、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６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２に流入した時、それまで
加熱されていた蓄熱槽９の下部よシ水循環ポンプ１０に
よって送水される給湯水よシも、低い温度である。この
ため、冷媒対水熱交換器２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
シ出されるのである。

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下部より送水され冷媒対
水熱交換器２にて加熱された給湯水が、送り出されるた
め、蓄熱槽ｅ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、本太陽熱利用給湯装置は蓄熱槽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よシ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。

本従来例には、除霜運転時に、水循環ポンプ１゜を運転
するとしたけれども、水循環ポンプ１ｏを除霜運転時に
停止しても、冷媒対水熱交換器２に流入する冷媒の温度
は、氷点下以下になる得るので、冷媒対水熱交換器２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２
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１ｏ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、かかる従来の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わえら
れるのを防止することを目的とする。

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、圧縮機の吐出配管と、逆止弁と冷媒対水熱交換
器とを接続する配管の間に、減圧機構を介したホットガ
スバイパス回路と、冷媒対水熱交管器と高圧冷媒配管と
を接続する配管と、圧縮機の吸入配管の間に、電磁弁を
介した除霜運転時吸入回路を設け、除霜運転時のみ、前
記電磁弁を開放するとともに、前記水循環ポンプを停止
させるという構成を備えたものである。

作　　用 本発明は上記した構成によって、除霜運転時にも冷媒対
水熱交換器内に、氷点下以上の冷媒力が流入するので、
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り、シたがうて、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
内の給湯水を、十分に加熱してから蓄熱槽の上部に送シ
出すことが出来るので、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、本発明の実施例を添付図面にもとづいて説明する
。

第１図において、本発明・のポイントとなる、太陽熱利
用給湯装置の構成について詳細に説明する。

なお、第２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。

本実施例の冷媒が循環する経路には圧縮機１の吐出配管
と、逆止弁１１と冷媒対水熱交換器２とを接続する配管
の間に、キャピラリーチューブ等の減圧機構を介したホ
ットガスバイパス回路１６が、四方弁８と逆上弁１１を
バイパスするように設けられている。又、冷媒対水熱交
換器２と高圧冷媒配管３とを接続する配管と、圧縮機１
の吸入配管の間には、除霜運転時のみ開放する電磁弁１
６を介した、除霜運転時吸入回路１７が設けられており
、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、集熱運転時は実線で、除霜運転時は破線の矢印に
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、
ホットガスバイパス回路１６に設けられた減圧機構によ
って、そのほとんどが、四方弁８と逆止弁１１を介する
主冷媒循環回路を流れる。

又、除霜運転時吸入回路１７の電磁弁１６は閉じている
ので、従来例と同様の循環経路を流れる。

このため従来例の持つ、蓄熱槽９に蓄える給湯水の加熱
能力と同等以上の能力は維持している。

一方、除霜運転時は温度センサー１８の検知信号によシ
通電された四方弁８は切シ替わシ、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
１０は停止され、除霜運転時吸入回路１７に備えられた
電磁弁１６が開らくのである。本実施例では、圧縮機１
を吐出した冷媒の一部は、四方弁８に流入せず、ホット
ガスバイパス回路１６に分流される。四方弁８に流入し
た冷媒は、この後、従来例と同様に、集熱器６に流入し
除霜を行なう。又、ホットガスバイパス回路１６に分流
された高温・高圧な状態の冷媒は、冷媒対水熱交換器２
に流入する。冷媒対水熱交換器２を流出した冷媒は、高
圧冷媒配管３０手前すなわち、除霜運転時吸入回路１７
の入口まで流れる。この時、集熱器６を除霜した冷媒は
、逆止弁５を通過し、高圧冷媒配管３を流れて、やはり
除霜運転時吸入回路１７の入口に至うている。除霜運転
時吸入回路１７の電磁弁１６は、除霜運転時には開放に
なっているので、これら２方向より流れてきた冷媒は、
合流し、−気に圧縮機１の吸入配管へ流入するのである
。

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
２に流入する冷媒の温度を、長時間にわたつて、氷点下
１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
１ｏを停止し、蓄熱槽９上部に、従来例にみられたよう
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２内に残留する給湯水を凍結させ、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
層な状態な給湯水が、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
時の能力は、前者のものが同等もしくは優れているので
、ここでは特に述べない。

第３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１０入力を示す。この特性の測定は、乾球温度１
．５℃、ａ球温度０．６°Ｃ１相対湿度８６係、風速０
ＴｘＶ′Ｓ　　の外気環境の条件で行う九。又、前者の
水循環ポンプ１ｏは停止状態。

圧縮機の容Ｉは１２　ｃｃ、後者の水循環ポンプ１゜は
作動状態、圧縮機の容量は８ａａである。

また、第３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、０．４
＃除霜するのに要する入力を示す。

この第３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上り集熱器６に着霜した霜０
．４＃を除霜するのに、圧縮機１の入力がおよそ３１Ｗ
で、従来例のもの（点Ｂ）と同等であることが明らかで
ある。

これは、圧縮機１の容量を増大し、ホットガスバイパス
回路１６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を吐出した冷媒を、ホ
ットガスバイパス回路１６に分流しながら、集熱器６へ
従来例と同等以上の冷媒を流入させたためである。これ
によシ、水循環ポンプ２が停止状態でも冷媒対水熱交換
器２に残留する給湯水を凍結させることなく、従来例と
同量の霜を除霜し、又、除霜に要する圧縮機１への入力
の増加を防止することが可能なのである。

いいかえれば、除霜の効率を低下させることなく、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
防ぐのである。

さらに、除霜運転中は、水循環ポンプ１ｏ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。

Ｏ）　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シ返えされて
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。

Ｑ）　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、圧縮機を吐出し北高温
・高圧な状態の冷媒が、ホットガスバイパス回路を一定
量流れ、冷媒対水熱交換器内へ流入するので、冷媒と伝
熱関係にある給湯水は凍結せず、機器の破損を防止する
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がなく、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図は従来例を説明するための構成図、第３図は
従来例と、本発明の一実施例の効果を比較したグラフで
ある。 １・・・・・・圧縮機、２・・・・・・冷媒対水熱交換
器、３・・・・・・高圧冷媒配管、４・・・・・・膨張
弁、６・・・・・・逆止弁、６・・・・・・集熱器、７
・・・・・・低圧冷媒配管、８・・・・・・四方弁、９
・・・・・・蓄熱槽、１ｏ・・・・・・水循環ポンプ、
１１・・・・・・給湯口、１２・・・・・・給水口、１
３・・・・・・逆止弁、１４・・・・・・キャピラリー
チューブ、１６・・・・・・電磁弁、１６・・・・・・
ホットガスバイパス回路、１７・・・・・・除霜運転時
吸入回路、１８・・・・・・温度センサー、１９・・・
・・・制御器。

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、四方弁、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四方弁、逆止弁と
   並列に、減圧機構を具備するホットガスバイパス回路を
   設けるとともに、前記冷媒対水熱交換器の出口と、前記
   圧縮機の吸入管を、電磁弁を具備する除霜運転時吸入回
   路で連結し、前記温度センサーの検知信号により、前記
   水循環ポンプと、前記電磁弁を制御するようにしてなる
   、太陽熱利用給湯装置。