JP3775933B2

JP3775933B2 - Solar heat pump air conditioning water heater

Info

Publication number: JP3775933B2
Application number: JP34372398A
Authority: JP
Inventors: 朗多久島; 康博中原; 美和子藤田
Original assignee: Chubu Electric Power Co Inc; Sharp Corp; Sekisui Chemical Co Ltd
Current assignee: Chubu Electric Power Co Inc; Sharp Corp; Sekisui Chemical Co Ltd
Priority date: 1998-12-03
Filing date: 1998-12-03
Publication date: 2006-05-17
Anticipated expiration: 2018-12-03
Also published as: JP2000171105A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ヒートポンプ手段を用いた太陽光熱利用のソーラーヒートポンプ冷暖房給湯機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の太陽光熱を利用する冷暖房給湯機では、太陽電池パネルの裏面に一体的に設けた太陽光熱集熱器で太陽光熱を集め、この集めた熱を温水または不凍液等を用いて一旦蓄熱槽に蓄熱し、この熱を給湯または暖房の熱源として利用する構造となっている。
【０００３】
ところが、このような構造の冷暖房給湯機では、蓄熱槽の温度状態によって太陽光熱集熱器の温度が上昇し、そのため太陽電池パネルの温度も上昇して発電効率が低下するという欠点を有していた。この欠点を解決するために、ヒートポンプのフロン冷媒等の作動流体を太陽光熱集熱器に循環させて、作動流体の温度を低く保つようにしたものが特開平５−６６０６５号公報に開示されている。
【０００４】
この特開平５−６６０６５号公報に開示されたソーラーヒートポンプ冷暖房給湯機では、圧縮機、冷媒水熱交換器、第一電子膨張弁、太陽電池パネルと太陽光熱集熱器を一体にしたハイブリッドパネルから構成されるソーラーヒートポンプ給湯回路と、圧縮機、冷媒水熱交換器、第二電子熱膨張弁、室内熱交換器から構成される冷房排熱ヒートポンプ給湯回路と、圧縮機、室内熱交換器、第二電子膨張弁、第一電子膨張弁、ハイブリッドパネルから構成されるソーラーヒートポンプ暖房回路と、圧縮機、室内熱交換器、第二電子膨張弁、第三電子膨張弁、室外熱交換器とから構成されるヒートポンプ暖房回路並びに圧縮機、室外熱交換器、第二電子膨張弁、室内熱交換器から構成されるヒートポンプ冷房回路とを有している。
【０００５】
上記構成の従来の冷暖房給湯機では、ソーラーヒートポンプ給湯時およびソーラーヒートポンプ暖房時においては、太陽電池パネルは大気より低い温度に保つことができ、温度上昇による発電効率の低下を抑制することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平５−６６０６５号に示された従来の冷暖房給湯機では、太陽光熱の集熱は給湯または暖房に限定され、主として給湯の負荷を目的としたシステムとなっている。ソーラーヒートポンプ暖房運転時には、ヒートポンプ暖房運転時に比べて性能向上が期待できるが、ハイブリッドパネルでの蒸発熱量に対して必要とされる暖房能力が大きく室内熱交換器の凝縮熱量が大きい場合には、ヒートポンプ暖房運転となり、太陽光熱が有効に活用されないという問題点を持っていた。
【０００７】
一方、ハイブリッドパネルでの蒸発熱量が暖房負荷に対して過剰に得られる場合には、蒸発温度が上昇し、太陽電池パネルの温度を低くできないという問題点があった。更に、冷房運転が必要とされる夏期には、太陽電池パネルの温度が非常に上昇するにも拘わらず、集熱作用による太陽電池パネルの温度制御機能を得ることができないとの問題点も有していた。
【０００８】
本発明は、上記従来のソーラーヒートポンプ冷暖房給湯機の問題点に着目してなされたものであり、作動流体の温度を低く押さえることにより、年間を通じて太陽電池パネルの発電効率を高く保って太陽光熱集熱器からの熱を有効に活用することを目的としたものである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明のソーラーヒートポンプ冷暖房給湯機は、直接膨張型熱交換器を太陽電池パネルの裏面に配設したハイブリッドパネルと、蓄熱槽に蓄熱させる蓄熱槽加熱手段と、圧縮機と、室内熱交換器と、室外熱交換器と、膨張弁とからヒートポンプサイクルを構成し、運転モードに応じて回路を切り替える手段を備え、第１の冷房運転モードでは、前記圧縮機、前記室外熱交換器、前記蓄熱槽加熱手段をこの順に接続し、前記蓄熱槽加熱手段の後段の一方の経路に第１の膨張弁と前記室内熱交換器を接続するとともに、他方の経路に第２の膨張弁と前記ハイブリッドパネルを接続して、前記圧縮機に戻る回路を構成し、前記室内熱交換器と前記ハイブリッドパネルを蒸発器として機能させるとともに、前記室外熱交換器と前記蓄熱槽加熱手段を凝縮器として機能させ、第２の冷房運転モードでは、前記圧縮機、前記室外熱交換器をこの順に接続し、前記室外熱交換器の後段の一方の経路に第１の膨張弁と前記室内熱交換器を接続するとともに、他方の経路に第２の膨張弁と前記ハイブリッドパネルを接続して、前記圧縮機に戻る回路を構成し、前記室内熱交換器と前記ハイブリッドパネルを蒸発器として機能させるとともに、前記室外熱交換器を凝縮器として機能させることを特徴としている。
【００２０】
この構成によれば、冷房運転時にハイブリッドパネルを蒸発器として機能させるとともに、室外熱交換器のみ或いは室外熱交換器と蓄熱槽加熱手段の両方を凝縮器として機能させることになる。
【００２１】
また本発明は、前記第１の冷房運転モードと前記第２の冷房運転モードとの切り替えを、作動流体の凝縮温度と蓄熱温度との温度差により行うことを特徴としている。
【００２２】
この構成によれば、暖房運転時において室内熱交換器を通る作動流体の温度と蓄熱槽の温度の差を判定して蓄熱槽加熱手段を凝縮器として機能させるか否かの切り替えを実行する。そして、冷房運転時において室外熱交換器を通る作動流体の温度と蓄熱槽の温度の差を判定して蓄熱槽加熱手段を凝縮器として機能させるか否かの切り替えを実行する。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図に従って詳細に説明する。
【００２４】
［第１実施形態］
図１は本発明の第１実施形態にかかるソーラーヒートポンプ冷暖房給湯機の構成図である。同図において、１は太陽電池パネルの裏面に直接膨張型熱交換器である太陽光熱集熱器を配置したハイブリッドパネル、２は圧縮機、３は冷媒水熱交換器（蓄熱槽加熱手段）、４は冷媒水熱交換器３を介して温水や不凍液等に蓄熱する蓄熱槽、５は室内を冷暖房する室内熱交換器、６は大気との間で吸熱または放熱を行う室外熱交換器、７は第１膨張弁、８は第２膨張弁、９は四方弁、１０は三方切替弁、１１及び１２はバルブである。
【００２５】
四方弁９は経路９ａ、９ｂを開いて経路９ｃを閉じる暖房側と経路９ａ、９ｂを閉じて経路９ｃを開く冷房側とに切り替えることができる。三方切替弁１０は経路１０ａを開いて四方弁９と冷媒水熱交換器３を連通させる給湯側と、経路１０ｂを開いて四方弁９と室内熱交換器５を連通させる室内側とに切り替えることができる。
【００２６】
ハイブリッドパネル１は、太陽光熱が照射されると太陽電池パネルで光電変換して電力として取り出すもので、電力として取り出せなかったエネルギーは熱として太陽光熱集熱器で集熱する。このとき、ハイブリッドパネル１の温度が外気温度より低いときには大気からの集熱も可能である。また蓄熱槽４は冷媒水熱交換器３を内蔵する構成であっても良く、本実施形態に示すように冷媒水熱交換器３を外部に独立して設けても良い。このような構成において、図２のフローチャートを参照してソーラーヒートポンプ冷暖房給湯機の各運転モードについて説明する。
【００２７】
（１）ソーラー給湯モード
このモードでは空気調和を行わずステップＳ１においてＮｏと判断することから、ステップＳ１０において四方弁９を暖房側（経路９ａ、９ｂ開）に切り替えるとともに三方切替弁１０を給湯側（経路１０ａ開）に切り替える。更にステップＳ１１でセンサ等により「日射あり」と判断されることによってバルブ１１が開くとともにバルブ１２が閉じることによってステップＳ１２に示すソーラー給湯モードが設定される。
【００２８】
この時、圧縮機２、四方弁９、三方切替弁１０、冷媒水熱交換器３、バルブ１１、第１膨張弁７、ハイブリッドパネル１、四方弁９を介して圧縮機２に戻る回路を構成する。なお、このモードでは、ハイブリッドパネル１はヒートポンプにおける蒸発器、冷媒水熱交換器３は凝縮器として機能し、ハイブリッドパネル１で集められた太陽光熱は蓄熱槽４に蓄えられ給湯に利用される。
【００２９】
（２）空気熱給湯モード
上記「日射あり」の判断ステップＳ１１においてＮｏと判断されると、バルブ１１が閉じ、バルブ１２が開いて空気熱給湯モードに入る。この時、圧縮機２、四方弁９、三方切替弁１０、冷媒水熱交換器３、バルブ１２、第２膨張弁８、室外熱交換器６、四方弁９を介して圧縮機２に戻る回路を構成する。そして、室外熱交換器６は蒸発器、冷媒水熱交換器３は凝縮器として機能し、空気熱は蓄熱槽４に蓄えられ給湯に利用される。
【００３０】
（３）ソーラー・空気熱併用給湯モード
上記ソーラー給湯モードにおいて、日射量が不十分な場合には、必要とする給湯能力に見合った蒸発熱量を得るために蒸発温度が低くなる。その結果、圧縮機２での圧縮比が大きくなり、性能が低下する。従って、蒸発温度が所定の温度Ｔ０、例えば１０℃より低くなるとステップＳ１３でＹｅｓと判断され、バルブ１２を開いてソーラー・空気熱併用給湯モードとなる（ステップＳ１４）。
【００３１】
このモードでは、熱源として太陽光熱と空気熱を併用するものであり、圧縮機２、四方弁９、三方切替弁１０、冷媒水熱交換器３を接続し、一方のバルブ１２、第２膨張弁８、室外熱交換器６の経路と他方のバルブ１１、第一膨張弁７、ハイブリッドパネル１の経路を並列に接続し、四方弁９を介して圧縮機２に戻る回路を構成する。
【００３２】
そして、このモードでは、第２膨張弁８によって室外熱交換器６の過熱制御を行うとともに、第１膨張弁７によってハイブリッドパネル１の過熱制御を行うことによって、夫々の出口圧力、温度が等しくなるように制御している。このとき、ハイブリッドパネル１と室外熱交換器６が夫々蒸発器として機能し、冷媒水熱交換器３は凝縮器として機能する。
【００３３】
（４）ソーラー暖房モード
このモードでは、制御回路の動作によってステップＳ１で先ず空調運転Ｙｅｓとなり、ステップＳ２で三方切替弁１０を室内側に切り替えるとともにステップＳ３で暖房運転がＹｅｓと判断する。次いで、ステップＳ４において「日射あり」か否かを判断し、日射ありと判断すれば四方弁９を暖房側に設定するとともにバルブ１１を開き、バルブ１２を閉じて、ソーラー暖房モードに入る。
【００３４】
この時、圧縮機２、四方弁９、三方切替弁１０、室内熱交換器５、バルブ１１、第１膨張弁７、ハイブリッドパネル１、四方弁９を介して圧縮機２に戻る回路を構成して太陽光熱による室内の暖房を行うモードとなる。そして、このモードでは、ハイブリッドパネル１は蒸発器、室内熱交換器５は凝縮器として機能し、太陽光熱は暖房用のエネルギーとして利用される。
【００３５】
（５）ソーラー・空気熱併用暖房モード
上記ソーラー暖房モードにおいて日射量が不十分な場合には、必要とする給湯能力に見合った蒸発熱量を得るために蒸発温度が低くなる。その結果、圧縮機２での圧縮比が大きくなり、性能が低下する。従って、蒸発温度が設定した温度Ｔ０、例えば１０℃より低くなるとステップＳ６でＹｅｓと判断され、ソーラー・空気熱併用暖房モードとなる（ステップＳ７）。
【００３６】
このモードでは、太陽光熱と空気熱を併用して暖房に利用するもので、上記ソーラー暖房モードにおいて閉じていたバルブ１２が開かれ、その結果圧縮機２、四方弁９、三方切替弁１０、室内熱交換器５を接続し、一方のバルブ１２、第２膨張弁８、室外熱交換器６の経路と、他方のバルブ１１、第一膨張弁７、ハイブリッドパネル１の経路を並列に接続し、四方弁９を介して圧縮機２に戻る回路を構成する。
【００３７】
そして、このモードでは、第２膨張弁８によって室外熱交換器６の過熱制御を行うとともに、第１膨張弁７によってハイブリッドパネル１の過熱制御を行うことによって、夫々の出口圧力、温度が等しくなるように制御している。このとき、ハイブリッドパネル１と室外熱交換器６が夫々蒸発器として機能し、室内熱交換器５は凝縮器として機能する。
【００３８】
（６）空気熱暖房モード
ステップＳ４で日射量が少なく、蒸発温度が上記設定した温度Ｔ０とした場合に第１膨張弁７の開度が設定した最低開度以下になると判断されると、バルブ１１を閉じ、バルブ１２を開いてステップＳ９で示される空気熱暖房モードになる。
【００３９】
このモードでは、圧縮機２、四方弁９、三方切替弁１０、室内熱交換器５、バルブ１２、第２膨張弁８、室外熱交換器６、四方弁９を介して圧縮機２へ戻る回路を構成する。この回路は、通常用いられるヒートポンプ式空気調和機と同様の構成になっており、室外熱交換器６が蒸発器、室内熱交換器５が凝縮器として機能し、室外の空気熱をヒートポンプ作用により室内暖房に利用する。
【００４０】
（７）空気熱冷房モード
このモードは上記ステップＳ３の暖房か否かの判断ステップにおいて、Ｎｏの判断がなされると設定されるモードであり、四方弁９が冷房側（経路９ｃ開）に設定されるとともにバルブ１１は閉じ、バルブ１２は開くように夫々設定される。従って、圧縮機２、四方弁９、室外熱交換器６、第２膨張弁８、バルブ１２、室内熱交換器５、三方切替弁１０、四方弁９を介して圧縮機２に戻る回路を構成する。
【００４１】
この回路は、通常用いられるヒートポンプ式空気調和機と同様の構成であり、室内熱交換器５が蒸発器、室外熱交換器６が凝縮器として夫々機能し、室内の空気熱をヒートポンプ作用により室外に放出し、室内冷房を実行する。
【００４２】
上述のように、本実施形態では、バルブ１１、１２の開閉を制御してバルブ１１のみを開いた状態、バルブ１２のみを開いた状態並びに両バルブ１１、１２を共に開いた状態に切り替えるとともに、第１膨張弁７、第２膨張弁８を夫々制御することにより、太陽光熱のみを熱源とするモード、空気熱のみを熱源とするモード、太陽光熱と空気熱を併用するモードで運転することができる。
【００４３】
そして、暖房運転時または蓄熱槽への蓄熱時に、ハイブリッドパネル１のみ、室外熱交換器６のみ、あるいはハイブリッドパネル１と室外熱交換器６の両者を蒸発器として切り替えて機能させることができる。その結果、例えば暖房運転時において、ハイブリッドパネル１での蒸発熱量が室内熱交換器５で要求される凝縮熱量に比較して不十分な場合においてもハイブリッドパネル１を停止させることなく空気熱を補助的に用い、太陽光熱を有効に利用することができる。
【００４４】
またこの実施形態では、四方弁、三方切り替え弁を用いてシステムを構成したが、バルブのみを用いても同様のシステムを構成することができる。また例えば第１膨張弁７を全閉にすることが可能であればバルブ１１は不要であり、同じく第２膨張弁８を全閉にすることが可能であればバルブ１２も省くことができる。
【００４５】
［第２実施形態］
図３は本発明の第２実施形態にかかるソーラーヒートポンプ冷暖房給湯機の構成図である。上記第１実施形態では暖房能力に比較してハイブリッドパネルでの蒸発能力が小さくなる場合に有効なシステム構成であったが、更に、ハイブリッドパネルが十分に大きく、暖房能力に比較して蒸発能力が大きくなる状態も発生する場合には、本実施形態の構成が望ましい。
【００４６】
本実施形態のソーラーヒートポンプ冷暖房給湯機のサイクルは、図３に示すように第１実施形態における三方切替弁１０と冷媒水熱交換器３との間に他の三方切替弁１３を設け、三方切替弁１３の一方出口を室内熱交換器５に接続した構成である。三方切替弁１３は経路１３ａ開いて三方切替弁１０と冷媒水熱交換器３を連通させる給湯側と、経路１３ｂを開いて冷媒水熱交換器３が回路を構成しない空調側と、経路１３ｃを開いて圧縮機２と冷媒水熱交換器３を連通させる直列側とに切り替えることができる。四方弁９及び三方切替弁１０の切り替えは第１実施形態と同様に行うことができる。このような構成において、図４のフローチャートを使用して各運転モードについて説明する。
【００４７】
（１）ソーラー給湯モード
このモードでは空気調和を行わず、制御回路の動作によってステップＫ１においてＮｏと判断することから、ステップＫ１４において四方弁９を暖房側（経路９ａ、９ｂ開）に切り替えるとともに三方切替弁１０、１３（経路１０ａ、１３ａ開）を夫々給湯側に設定し、更にステップＫ１５で「日射あり」と判断されると、ステップＫ１６においてバルブ１１を開いてバルブ１２を閉じ、ソーラー給湯モードが設定される。
【００４８】
このソーラー給湯モードでは、圧縮機２、四方弁９、三方切替弁１０、三方切替弁１３、冷媒水熱交換器３、バルブ１１、第１膨張弁７、ハイブリッドパネル１、四方弁９を介して圧縮機２に戻る回路を構成する。そして、ハイブリッドパネル１はヒートポンプにおける蒸発器、冷媒水熱交換器３は凝縮器として機能し、ハイブリッドパネル１で集められた太陽光熱は蓄熱槽４に蓄えられ給湯に利用される。
【００４９】
（２）空気熱給湯モード
上記ステップＫ１５で日射なしと判断されることによってステップＫ１９においてバルブ１１を閉じてバルブ１２を開き空気熱給湯モードに入る。このモードでは圧縮機２、四方弁９、三方切替弁１０、三方切替弁１３、冷媒水熱交換器３、バルブ１２、第二膨張弁８、室外熱交換器６、四方弁９を介して圧縮機２に戻る回路を構成する。そして、室外熱交換器６は蒸発器、冷媒水熱交換器３は凝縮器として機能し、室外の空気熱は蓄熱槽４に蓄えられ給湯に利用される。
【００５０】
（３）ソーラー・空気熱併用給湯モード
上記ソーラー給湯モードにおいて、日射量が不十分な場合には、必要とする給湯能力に見合った蒸発熱量を得るために蒸発温度が低くなる。その結果、圧縮機２での圧縮比が大きくなり、性能が低下する。従って、蒸発温度が設定した温度Ｔ０、例えば１０℃より低くなるとステップＫ１７でＹｅｓと判断され、ソーラー・空気熱併用給湯モードとなる（ステップＫ１８）。
【００５１】
このモードでは、熱源として太陽光熱と空気熱を併用するものでありバルブ１２が開かれ、圧縮機２、四方弁９、三方切替弁１０、三方切替弁１３、冷媒水熱交換器３を接続し、一方のバルブ１２、第２膨張弁８、室外熱交換器６の経路と、他方のバルブ１１、第１膨張弁７、ハイブリッドパネル１の経路を並列に接続し、四方弁９を介して圧縮機２に戻る回路を構成する。
【００５２】
そして、このモードでは、第２膨張弁８によって室外熱交換器６の過熱制御を行うとともに、第１膨張弁７によってハイブリッドパネル１の過熱制御を行うことによって、夫々の出口圧力、温度が等しくなるように制御している。このとき、ハイブリッドパネル１と室外熱交換器６が夫々蒸発器として機能し、冷媒水熱交換器３は凝縮器として機能する。
【００５３】
（４）ソーラー暖房給湯モード
このモードでは、制御回路の動作によってステップＫ１で先ず、空調運転がＹｅｓとなり、ステップＫ２で四方弁９が暖房側（経路９ａ、９ｂ開）に切り替わるとともに三方切替弁１０が室内側（経路１０ｂ開）に切り替わる。そして、次のステップＫ３で暖房運転がＹｅｓと判断し、ステップＫ４において日射ありと判断することによりソーラー暖房給湯モードに入る。
【００５４】
このモードではバルブ１１を開き、バルブ１２を閉じるとともに三方切替弁１３を直列側（経路１３ｃ開）にする。即ち、圧縮機２、四方弁９、三方切替弁１０、室内熱交換器５、三方切替弁１３、冷媒水熱交換器３、バルブ１１、第１膨張弁７、ハイブリッドパネル１、四方弁９を介して圧縮機２に戻る回路を構成して太陽光熱による暖房と給湯を行うモードとなる。そして、このモードでは、ハイブリッドパネル１は蒸発器、室内熱交換器５及び冷媒水熱交換器３は直列に配されて凝縮器として機能し、太陽光熱は暖房用のエネルギー及び給湯用の蓄熱エネルギーとして利用される。
【００５５】
（５）ソーラー暖房モード
上記ソーラー暖房給湯モードにおいて、作動流体の凝縮温度と蓄熱槽４の温度差が所定温度Ｔ１より大きい場合には、ハイブリッドパネル１の蒸発熱量を室内熱交換器５及び冷媒水熱交換器３の凝縮熱量より大きくできると判断してハイブリッドパネル１で生じた余熱を給湯用の蓄熱に利用することができる。しかし、該温度差が所定温度Ｔ１より小さくなると、エネルギーを給湯用蓄熱に利用せず全て暖房に利用する方が望ましい。
【００５６】
このため、ステップＫ６で該凝縮温度と蓄熱温度の温度差が所定温度Ｔ１より小さい時、ステップＫ７で三方切替弁１３を空調側に切り替えてソーラー暖房モードが設定される。蓄熱温度は蓄熱槽４内に限らず冷媒水熱交換器３の蓄熱槽４側の入口で測定してもよい。凝縮温度は室内熱交換器５内または室内熱交換器５の入口で測定することができる。
【００５７】
従って、このモードでは、圧縮機２、四方弁９、三方切替弁１０、室内熱交換器５、三方切替弁１３、バルブ１１、第１膨張弁７、ハイブリッドパネル１、四方弁９を介して圧縮機２に戻る回路を構成して太陽光熱によって室内の暖房を行うモードとなる。この時、ハイブリッドパネル１は蒸発器、室内熱交換器５は凝縮器として機能し、太陽光熱は暖房用のエネルギーとして利用される。
【００５８】
（６）ソーラー・空気熱併用暖房モード
上記ソーラー暖房モードにおいて日射量が不十分な場合には、必要とする暖房能力に見合った蒸発熱量を得るために蒸発温度が低くなる。その結果、圧縮機２での圧縮比が大きくなり、性能が低下する。従って、蒸発温度が設定した温度Ｔ０、例えば１０℃より低くなるとステップＫ８でＹｅｓと判断され、ソーラー・空気熱併用暖房モードとなる（ステップＫ９）。
【００５９】
このモードでは、太陽光熱と空気熱を併用して暖房に利用することになるもので、上記ソーラー暖房モードにおいて閉じていたバルブ１２が開かれ、その結果圧縮機２、四方弁９、三方切替弁１０、室内熱交換器５、及び三方切替弁１３を接続し、一方のバルブ１２、第２膨張弁８、室外熱交換器６の経路と、他方のバルブ１１、第１膨張弁７、ハイブリッドパネル１の経路を並列に接続し、四方弁９を介して圧縮機２に戻る回路を構成する。
【００６０】
そして、第１膨張弁８によって室外熱交換器６の過熱制御を行うとともに、第１膨張弁７によってハイブリッドパネル１の過熱制御を行うことによって、夫々の出口圧力、温度が等しくなるように制御している。このとき、ハイブリッドパネル１と室外熱交換器６が夫々蒸発器として機能し、室内熱交換器５は凝縮器として機能する。
【００６１】
（７）空気熱暖房給湯モード
このモードは上記ステップＫ４の「日射あり」の判断ステップにおいてＮｏの判断がなされると設定されるモードであり、三方切替弁１３が直列側に設定されるとともにバルブ１１は閉じ、バルブ１２は開かれる（ステップＫ１１）。従って、圧縮機２、四方弁９、三方切替弁１０、室内熱交換器５、三方切替弁１３、冷媒水熱交換器３、バルブ１２、第２膨張弁８、室外熱交換器６、四方弁９を介して圧縮機２に戻る回路を構成する。この時、室外熱交換器６は蒸発器、室内熱交換器５及び冷媒水熱交換器３は凝縮器として機能し、室外の空気熱は暖房用のエネルギー及び給湯用の蓄熱エネルギーとして利用される。
【００６２】
（８）空気熱暖房モード
このモードは、上記空気熱暖房給湯モードにおいて、作動流体の凝縮温度と蓄熱温度との温度差が所定温度Ｔ１より小さい場合（ステップＫ１２）、前述のソーラー暖房モードと同様に給湯用の蓄熱を行わないようにするモードである。従って、ステップＫ１３で三方切替弁１３を空調側（経路１３ｂ開）にし、圧縮機２、四方弁９、三方切替弁１０、室内熱交換器５、三方切替弁１３、バルブ１２、第２膨張弁８、室外熱交換器６、四方弁９を介して圧縮機２に戻る回路を構成して空気熱による室内の暖房モードとなる。この時、室外熱交換器６は蒸発器、室内熱交換器５は凝縮器として機能し、この回路は通常用いられるヒートポンプ式空気調和機と同様の構成であり、室外の空気熱は暖房用のエネルギーとして利用される。
【００６３】
（９）空気熱冷房モード
このモードは上記ステップＫ３の暖房か否かの判断ステップにおいて、Ｎｏの判断がなされると設定されるモードであり、四方弁９が冷房側（経路９ｃ開）に設定されるとともに三方切替弁１３が空調側に設定され、またバルブ１１は閉じ、バルブ１２は開かれる。
【００６４】
従って、圧縮機２、四方弁９、室外熱交換器６、第２膨張弁８、バルブ１２、三方切替弁１３、室内熱交換器５、三方切替弁１０、四方弁９を介して圧縮機２に戻る回路を構成する。この回路は、通常用いられるヒートポンプ式空気調和機と同様の構成であり、室内熱交換器５が蒸発器、室外熱交換器６が凝縮器として夫々機能し、室内の空気熱をヒートポンプ作用により室外に放出し、室内の冷房を実行する。
【００６５】
本実施形態の発明では、三方切替弁１３を給湯側、空調側、直列側に切り替えることができる。その結果、例えば暖房運転時において、ハイブリッドパネル１での蒸発熱量が室内熱交換器で要求される凝縮熱量に比較して十分すぎる場合においても、ハイブリッドパネル１の余剰熱量を蓄熱槽４に蓄熱することで太陽電池パネルの過度な温度上昇を抑制することができるとともに、太陽光熱を有効に利用することができる。
【００６６】
［第３実施形態］
図５は本発明の第３実施形態にかかるソーラーヒートポンプ冷暖房給湯機の構成図である。上記第１、第２実施形態は、給湯あるいは暖房での運転時のみにハイブリッドパネル１を用いたシステムとなっていたが、ハイブリッドパネル１は夏期、即ち冷房時において温度がより上昇し、冷却が必要とされる。
【００６７】
本実施形態は、冷房時にハイブリッドパネル１を冷却することも可能なように構成されたものであり、冷房運転時において室内熱交換器５と冷媒水熱交換器３が直列にできるとともに、ハイブリッドパネル１と室内熱交換器５を並列にできるように構成されている。
【００６８】
図５に示すように、本実施形態では図３の第２実施形態と比較して、ハイブリッドパネル１と室外熱交換器６との間及び室内熱交換器５の三方切替弁１０の間に三方切替弁１４、１６を設けた点、三方切替弁１６の１つの接続部に第３膨張弁１７を連結した点、バルブ１５、１８、１９、２０を設けた点が異なる。以下にこの第３実施形態のソーラーヒートポンプ冷暖房給湯機の動作について、図６のフローチャート及び図７に示す各バルブ等の動作を参照して各運転モードについて説明する。
【００６９】
（１）ソーラー給湯モード
このモードでは空気調和を行わず、制御回路の動作によってステップＭ１でＮｏと判断されることから、ステップＭ９に進み、ここで「日射あり」がＹｅｓと判断されると、ステップＭ１０のソーラー給湯モードになる。この時、四方弁９が暖房側（経路９ａ、９ｂ開）、三方切替弁１０が給湯側（経路１０ａ開）、三方切替弁１４が経路１４ａを開、三方切替弁１６が経路１６ａを開、バルブ１１、１８、２０が開、バルブ１２、１５、１９が閉となっている。
【００７０】
従って、圧縮機２、四方弁９、三方切替弁１０、バルブ２０、冷媒水熱交換器３、バルブ１８、バルブ１１、第一膨張弁７、ハイブリッドパネル１、三方切替弁１４、四方弁９を介して圧縮機２に戻る回路を構成する。そして、ハイブリッドパネル１はヒートポンプにおける蒸発器、冷媒水熱交換器３は凝縮器として機能し、ハイブリッドパネル１で集められた太陽光熱は蓄熱槽４に蓄えられ給湯に利用される。
【００７１】
（２）空気熱給湯モード
上記「日射あり」の判断ステップＭ９においてＮｏと判断されると、上記ソーラー給湯モードに対してバルブ１１が閉じ、バルブ１２が開いて空気熱給湯モードに入る。このモードでは圧縮機２、四方弁９、三方切替弁１０、バルブ２０、冷媒水熱交換器３、バルブ１８、バルブ１２、第２膨張弁８、室外熱交換器６、四方弁９を介して圧縮機２に戻る回路を構成する。そして、室外熱交換器６は蒸発器、冷媒水熱交換器３は凝縮器として機能し、室外の空気熱は蓄熱槽４に蓄えられ給湯に利用される。
【００７２】
（３）ソーラー・空気熱併用給湯モード
上記ソーラー給湯モードにおいて、日射量が不十分な場合には、必要とする給湯能力に見合った蒸発熱量を得るために蒸発温度が低くなる。その結果、圧縮機２での圧縮比が大きくなり、性能が低下する。従って、蒸発温度が設定した温度Ｔ０、例えば１０℃より低くなるとステップＭ１１でＹｅｓと判断され、バルブ１２が開かれてソーラー・空気熱併用給湯モードとなる（ステップＭ１２）。
【００７３】
このモードでは、熱源として太陽光熱と空気熱を併用するものであり、圧縮機２、四方弁９、三方切替弁１０、バルブ２０、冷媒水熱交換器３、バルブ１８を接続し、一方のバルブ１２、第２膨張弁８、室外熱交換器６の経路と、他方のバルブ１１、第１膨張弁７、ハイブリッドパネル１、三方切替弁１４の経路を並列に接続し四方弁９を介して圧縮機２に戻る回路を構成する。
【００７４】
そして、このモードでは、第２膨張弁８によって室外熱交換器６の過熱制御を行うとともに、第１膨張弁７によってハイブリッドパネル１の過熱制御を行うことによって、夫々の出口圧力、温度が等しくなるように制御している。このとき、ハイブリッドパネル１と室外熱交換器６が夫々蒸発器として機能し、冷媒水熱交換器３は凝縮器として機能する。
【００７５】
（４）ソーラー暖房給湯モード
このモードは、制御回路の動作によってステップＭ１で空調運転がＹｅｓ、ステップＭ２で暖房運転がＹｅｓ、ステップＭ３で日射ありがＹｅｓと判断することによって設定される。この時、四方弁９が暖房側（経路９ａ、９ｂ開）、三方切替弁１０が室内側（経路１０ｂ開）、三方切替弁１４が経路１４ａを開、三方切替弁１６が経路１６ａを開、バルブ１１、１８、２０が開、バルブ１２、１５、１９が閉となっている。
【００７６】
従って、圧縮機２、四方弁９、三方切替弁１０、室内熱交換器５、三方切替弁１６、バルブ２０、冷媒水熱交換器３、バルブ１８、バルブ１１、第１膨張弁７、ハイブリッドパネル１、三方切替弁１４、四方弁９を介して圧縮機２に戻る回路を構成し、太陽光熱による暖房と給湯を行うモードとなる。そして、このモードでは、ハイブリッドパネル１は蒸発器、直列に配される室内熱交換器５及び冷媒水熱交換器３は凝縮器として機能し、太陽光熱は暖房用のエネルギー及び給湯用の蓄熱エネルギーとして利用される。
【００７７】
（５）ソーラー暖房モード
このモードは、上記ソーラー暖房給湯モードにおいて、前述と同様に作動流体の凝縮温度と蓄熱温度の差が所定温度Ｔ１より小さい場合（ステップＭ５）、給湯用の蓄熱を行わないようにするモードである。従って、ステップ６でバルブ１８、２０を閉じ、バルブ１９を開いて、圧縮機２、四方弁９、三方切替弁１０、室内熱交換器５、三方切替弁１６、バルブ１９、バルブ１１、第１膨張弁７、ハイブリッドパネル１、三方切替弁１４、四方弁９を介して圧縮機２に戻る回路を構成し、太陽光熱による室内の暖房を行うモードとなる。そして、このモードでは、ハイブリッドパネル１は蒸発器、室内熱交換器５は凝縮器として機能し、太陽光熱は暖房用のエネルギーとして利用される。
【００７８】
（６）ソーラー・空気熱併用暖房モード
上記ソーラー暖房モードにおいて日射量が不十分な場合には、必要とする暖房能力に見合った蒸発熱量を得るために蒸発温度が低くなる。その結果、圧縮機２での圧縮比が大きくなり、性能が低下する。従って、蒸発温度が設定した温度Ｔ０、例えば１０℃より低くなるとステップＭ７でＹｅｓと判断され、ソーラー・空気熱併用暖房モードとなる（ステップＭ８）。
【００７９】
このモードでは、上記ソーラー暖房モードにおいて閉じていたバルブ１２が開かれる。その結果圧縮機２、四方弁９、三方切替弁１０、室内熱交換器５、三方切替弁１６、及びバルブ１９を接続し、一方のバルブ１２、第２膨張弁８、室外熱交換器６の経路と、他方のバルブ１１、第１膨張弁７、ハイブリッドパネル１、三方切替弁１４の経路を並列に接続し、四方弁９を介して圧縮機２に戻る回路を構成する。
【００８０】
そして、このモードでは、第１膨張弁８によって室外熱交換器６の過熱制御を行うとともに、第１膨張弁７によってハイブリッドパネル１の過熱制御を行うことによって、夫々の出口圧力、温度が等しくなるように制御している。このとき、ハイブリッドパネル１と室外熱交換器６が夫々蒸発器として機能し、室内熱交換器５は凝縮器として機能する。
【００８１】
（７）空気熱暖房給湯モード
このモードは、上記ステップＭ３の「日射あり」の判断ステップにおいてＮｏの判断がなされると設定されるモードである（ステップＭ１９）。この時、四方弁９が暖房側（経路９ａ、９ｂ開）、三方切替弁１０が室内側（経路１０ｂ開）、三方切替弁１４が経路１４ａを開、三方切替弁１６が経路１６ａを開、バルブ１１、１５、１９が閉、バルブ１２、１８、２０が開となっている。
【００８２】
従って、圧縮機２、四方弁９、三方切替弁１０、室内熱交換器５、三方切替弁１６、バルブ２０、冷媒水熱交換器３、バルブ１８、バルブ１２、第２膨張弁８、室外熱交換器６、四方弁９を介して圧縮機２に戻る回路を構成する。この時、室外熱交換器６は蒸発器、直列に配される室内熱交換器５及び冷媒水熱交換器３は凝縮器として機能し、室外の空気熱は暖房用のエネルギー及び給湯用の蓄熱エネルギーとして利用される。
【００８３】
（８）空気熱暖房モード
このモードは、上記空気熱暖房給湯モードにおいて、作動流体の凝縮温度と蓄熱温度の差が所定温度Ｔ１より小さい場合（ステップＭ２０）、給湯用の蓄熱を行わないようにするモードである。
【００８４】
従って、ステップＭ２１でバルブ１８、２０が閉じ、バルブ１９が開いて、圧縮機２、四方弁９、三方切替弁１０、室内熱交換器５、三方切替弁１６、バルブ１９、バルブ１２、第２膨張弁８、室外熱交換器６、四方弁９を介して圧縮機２に戻る回路を構成して太陽光熱による室内の暖房を行うモードとなる。この時、室外熱交換器６は蒸発器、室内熱交換器５は凝縮器として機能し、室外の空気熱は暖房用のエネルギーとして利用される。
【００８５】
（９）空気熱冷房モード
このモードは上記ステップＭ２の暖房運転か否かの判断ステップにおいて、Ｎｏの判断がなされ、更にステップＭ１４において日射なしと判断されると設定されるモードである。この時、四方弁９が冷房側（経路９ｃ開）、三方切替弁１０が室内側（経路１０ｂ開）、三方切替弁１４が経路１４ｂを開、三方切替弁１６が経路１６ｂを開、バルブ１１、１２、１８、１９が閉、バルブ１５、２０が開となっている。
【００８６】
従って、圧縮機２、四方弁９、室外熱交換器６、バルブ１５、バルブ２０、第３膨張弁１７、三方切替弁１６、室内熱交換器５、三方切替弁１０、四方弁９を介して圧縮機２に戻る回路を構成する。この回路は、通常用いられているヒートポンプ式空気調和機と同じであり、室内熱交換器５が蒸発器、室外熱交換器６が凝縮器として夫々機能し、室内の空気熱をヒートポンプ作用により室外に放出し、室内の冷房を実行する。
【００８７】
（１０）ソーラー・空気熱併用冷房給湯モード
このモードは、上記「日射あり」を判断するステップＭ１４においてＹｅｓと判断すると設定されるモードであり、上記空気熱冷房モードに対して、バルブ１１、１８、１９が開かれ、バルブ２０が閉じられる。従って、圧縮機２、四方弁９、室外熱交換器６、バルブ１５、冷媒水熱交換器３、バルブ１８を接続し、一方のバルブ１９、第３膨張弁１７、三方切替弁１６、室内熱交換器５、三方切替弁１０の経路と、他方のバルブ１１、第１膨張弁７、ハイブリッドパネル１、三方切替弁１４の経路を並列に接続し、四方弁９を介して圧縮機２に戻る回路を構成する。
【００８８】
この回路では、並列に配される室内熱交換器５及びハイブリッドパネル１が蒸発器、直列に配される室外熱交換器６及び冷媒水熱交換器３が凝縮器として夫々機能し、室内の空気熱とハイブリッドパネル１の太陽光熱が、室外に放出されるとともに給湯用の蓄熱に利用される。
【００８９】
（１１）ソーラー・空気熱併用冷房モード
このモードは、上記ソーラー・空気熱併用冷房給湯モードにおいて、作動流体の凝縮温度と蓄熱温度の差が所定温度Ｔ１より小さい場合（ステップＭ１７）、給湯用の蓄熱を行わないようにするモードである。従って、ステップ１８でバルブ１８を閉じ、バルブ２０を開いて、圧縮機２、四方弁９、室外熱交換器６、バルブ１５、バルブ２０を接続し、一方の第３膨張弁１７、三方切替弁１６、室内熱交換器５、三方切替弁１０、四方弁９の経路と、他方のバルブ１９、バルブ１１、第１膨張弁７、ハイブリッドパネル１、三方切替弁１４の経路を並列に接続し、四方弁９を介して圧縮機２に戻る回路を構成する。
【００９０】
この回路では、並列に配される室内熱交換器５及びハイブリッドパネル１が蒸発器、室外熱交換器６が凝縮器として夫々機能し、凝縮温度は室外熱交換器６内で測定することができる。そして、室内の空気熱とハイブリッドパネル１の太陽光熱が室外に放出される。
【００９１】
本実施形態では、冷房運転時にハイブリッドパネル１及び室内熱交換器５を蒸発器として機能させるとともに、室外熱交換器６のみまたは室外熱交換器６と冷媒水熱交換器３の両方を凝縮器として切り替えて機能させることが可能になる。従って、太陽光熱による余剰熱を蓄熱槽４に蓄えて太陽光熱を有効に利用するとともに、太陽電池パネルの過度な温度上昇を抑制することができる。
【００９２】
【実施例】
上記第３実施形態のソーラーヒートポンプ冷暖房給湯機を用いて実験を行った結果を以下に述べる。実験を行った運転モードは、ソーラー・空気熱併用給湯モード、ソーラー・空気熱併用冷房モード、及びソーラー・空気熱併用冷房給湯モードであり、実験の諸条件は、以下の通りである。
【００９３】
室内の床面積１２５ｍ²
室内の熱損失係数３．１Ｗ／ｍ²Ｋ
室内設定温度２０℃
ハイブリッドパネル１の出力２．８ｋＷ
室内熱交換器５の冷房能力２．５ｋＷ
冷房時消費能力０．７〜３．１ｋＷ
暖房能力３．６ｋＷ
暖房時消費能力０．５〜５．０ｋＷ
室外熱交換器６の冷房能力２．５ｋＷ
冷房時消費能力０．７〜３．１ｋＷ
暖房能力３．６ｋＷ
暖房時消費能力０．５〜５．０ｋＷ
圧縮機２の周波数６０Ｈｚ（給湯のみのモードを除く）
【００９４】
上記条件で実験を行った結果、ソーラー・空気熱併用冷房給湯モードでは、充分な給湯能力が得られ、蓄熱槽４の温度が所定の温度（凝縮温度−Ｔ１）に達してソーラー・空気熱併用冷房モードに切り替わったのに対し、ハイブリッドパネル１を停止して同様に運転した場合には蓄熱槽４の温度が所定の温度に達することができなかった。また、ソーラー・空気熱併用給湯モードでは、ハイブリッドパネル１の冷却効果によって、冷却を行わない時に対し発電量が約１０％向上した。
【００９８】
【発明の効果】
本発明は上述のように構成されるものであり、冷房運転時にハイブリッドパネルを蒸発器として機能させるとともに室外熱交換器及び蓄熱槽加熱手段を凝縮器として機能させることができるようになる。従って、冷房運転時において、太陽光熱による余剰熱を蓄熱槽に蓄えて太陽光熱を有効に利用するとともに、太陽電池パネルの過度な温度上昇を抑制することができる。
【００９９】
また、凝縮器の切り替えを、作動流体の凝縮温度と蓄熱温度との温度差により行うので、ハイブリッドパネルの負荷に応じて蓄熱させることができるようになる。従って、より太陽光熱を有効に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係るソーラーヒートポンプ冷暖房給湯機の構成図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係るソーラーヒートポンプ冷暖房給湯機の動作説明に供されたフローチャートを示す図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係るソーラーヒートポンプ冷暖房給湯機の構成図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係るソーラーヒートポンプ冷暖房給湯機の動作説明に供されたフローチャートを示す図である。
【図５】本発明の第３実施形態に係るソーラーヒートポンプ冷暖房給湯機の構成図である。
【図６】本発明の第３実施形態に係るソーラーヒートポンプ冷暖房給湯機の動作説明に供されたフローチャートを示す図である。
【図７】本発明の第３実施形態に係るソーラーヒートポンプ冷暖房給湯機のバルブ、各種弁の動作状態の説明に供された図である。
【符号の説明】
１ハイブリッドパネル
２圧縮機
３冷媒水熱交換器
４蓄熱槽
５室内熱交換器
６室外熱交換器
７第１膨張弁
８第２膨張弁
９四方弁
１０、１３、１４、１６三方切替弁
１１、１２、１５、１８、１９、２０バルブ
１７第３膨張弁[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a solar heat pump air-conditioning / heating water heater using solar heat using a heat pump means.
[0002]
[Prior art]
In this type of heating and cooling water heater using solar heat, solar heat is collected by a solar heat collector provided integrally on the back surface of the solar cell panel, and the collected heat is once stored in a heat storage tank using warm water or antifreeze liquid. In this structure, the heat is stored and used as a heat source for hot water supply or heating.
[0003]
However, the air-conditioning / heating water heater having such a structure has a drawback that the temperature of the solar heat collector rises depending on the temperature state of the heat storage tank, and thus the temperature of the solar cell panel also rises and the power generation efficiency decreases. It was. In order to solve this drawback, JP-A-5-66065 discloses a technique in which a working fluid such as a refrigerant of a heat pump is circulated through a solar heat collector to keep the temperature of the working fluid low. Yes.
[0004]
In the solar heat pump air-conditioning / heating water heater disclosed in JP-A-5-66065, a compressor, a refrigerant water heat exchanger, a first electronic expansion valve, a hybrid panel in which a solar battery panel and a solar heat collector are integrated. Constructed solar heat pump hot water supply circuit, compressor, refrigerant water heat exchanger, second electronic thermal expansion valve, cooling heat exhaust heat pump hot water hot water supply circuit composed of indoor heat exchanger, compressor, indoor heat exchanger, No. 1 A solar heat pump heating circuit composed of a two-electron expansion valve, a first electronic expansion valve, and a hybrid panel, and a compressor, an indoor heat exchanger, a second electronic expansion valve, a third electronic expansion valve, and an outdoor heat exchanger A heat pump heating circuit and a compressor, an outdoor heat exchanger, a second electronic expansion valve, and a heat pump cooling circuit composed of an indoor heat exchanger.
[0005]
In the conventional cooling / heating water heater having the above-described configuration, the solar cell panel can be kept at a temperature lower than the atmosphere during the solar heat pump hot water supply and the solar heat pump heating, and the decrease in power generation efficiency due to the temperature rise can be suppressed.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional air-conditioning / heating water heater disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 5-66065, solar heat collection is limited to hot water supply or heating, and the system is mainly intended for the load of hot water supply. The solar heat pump heating operation can be expected to improve performance compared to the heat pump heating operation. It became a heating operation and had the problem that solar heat was not used effectively.
[0007]
On the other hand, when the amount of heat of evaporation in the hybrid panel is obtained excessively with respect to the heating load, there is a problem that the evaporation temperature rises and the temperature of the solar cell panel cannot be lowered. Further, in the summer when cooling operation is required, there is a problem that the solar panel temperature control function by the heat collecting function cannot be obtained even though the temperature of the solar panel increases greatly. Was.
[0008]
The present invention has been made paying attention to the problems of the above-described conventional solar heat pump air conditioner and hot water heater, and by keeping the temperature of the working fluid low, the power generation efficiency of the solar cell panel is kept high throughout the year to collect solar heat. The purpose is to effectively use the heat from the heater.
[0019]
[Means for Solving the Problems]
  Book to achieve the above purposeinventionSolar heat pump air conditioning water heaterIs a hybrid panel in which a direct expansion heat exchanger is disposed on the back surface of the solar cell panel, heat storage tank heating means for storing heat in the heat storage tank, a compressor, an indoor heat exchanger, an outdoor heat exchanger,, Expansion valve andThe heat pump cycle fromMeans for switching the circuit according to the operation mode, and in the first cooling operation mode, the compressor, the outdoor heat exchanger, and the heat storage tank heating means are connected in this order, and one of the subsequent stages of the heat storage tank heating means A circuit connecting the first expansion valve and the indoor heat exchanger to the other path, and connecting the second expansion valve and the hybrid panel to the other path to return to the compressor. The exchanger and the hybrid panel function as an evaporator, and the outdoor heat exchanger and the heat storage tank heating means function as a condenser. In the second cooling operation mode, the compressor and the outdoor heat exchanger are Connect in this order, connect the first expansion valve and the indoor heat exchanger to one path downstream of the outdoor heat exchanger, and connect the second expansion valve and the hybrid panel to the other path Constitute a circuit back to the compressor, with the functioning of the said hybrid panel and the indoor heat exchanger as an evaporator to function the outdoor heat exchanger as a condenserIt is characterized by that.
[0020]
According to this configuration, the hybrid panel functions as an evaporator during cooling operation, and only the outdoor heat exchanger or both the outdoor heat exchanger and the heat storage tank heating means function as a condenser.
[0021]
  AlsoThe present inventionIsThe first cooling operation mode and the second cooling operation mode;Is switched by the temperature difference between the condensing temperature of the working fluid and the heat storage temperature.
[0022]
According to this configuration, during the heating operation, the difference between the temperature of the working fluid passing through the indoor heat exchanger and the temperature of the heat storage tank is determined, and switching is performed as to whether or not the heat storage tank heating means functions as a condenser. And at the time of air_conditionaing | cooling operation, the difference of the temperature of the working fluid which passes an outdoor heat exchanger and the temperature of a thermal storage tank is determined, and switching of whether a thermal storage tank heating means is functioned as a condenser is performed.
[0023]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0024]
[First Embodiment]
FIG. 1 is a configuration diagram of a solar heat pump air conditioner / heater according to the first embodiment of the present invention. In the figure, 1 is a hybrid panel in which a solar heat collector, which is a direct expansion heat exchanger, is arranged on the back surface of the solar cell panel, 2 is a compressor, 3 is a refrigerant water heat exchanger (heat storage tank heating means), 4 is a heat storage tank that stores hot water, antifreeze, or the like through the refrigerant water heat exchanger 3, 5 is an indoor heat exchanger that cools and heats the room, and 6 is an outdoor heat exchanger that absorbs or radiates heat from the atmosphere, 7 Is a first expansion valve, 8 is a second expansion valve, 9 is a four-way valve, 10 is a three-way switching valve, and 11 and 12 are valves.
[0025]
The four-way valve 9 can be switched between a heating side that opens the paths 9a and 9b and closes the path 9c and a cooling side that closes the paths 9a and 9b and opens the path 9c. The three-way switching valve 10 switches between a hot water supply side that opens the path 10a and allows the four-way valve 9 and the refrigerant water heat exchanger 3 to communicate, and an indoor side that opens the path 10b and allows the four-way valve 9 and the indoor heat exchanger 5 to communicate. Can do.
[0026]
The hybrid panel 1 is photoelectrically converted by a solar cell panel and extracted as electric power when irradiated with solar heat, and the energy that cannot be extracted as electric power is collected as heat by a solar heat collector. At this time, when the temperature of the hybrid panel 1 is lower than the outside air temperature, heat can be collected from the atmosphere. Further, the heat storage tank 4 may have a configuration in which the refrigerant water heat exchanger 3 is built in, or the refrigerant water heat exchanger 3 may be provided independently outside as shown in the present embodiment. In such a configuration, each operation mode of the solar heat pump air conditioner / heater will be described with reference to the flowchart of FIG.
[0027]
(1) Solar hot water supply mode
In this mode, air conditioning is not performed and it is determined No in step S1. Therefore, in step S10, the four-way valve 9 is switched to the heating side (paths 9a and 9b opened) and the three-way switching valve 10 is switched to the hot water supply side (path 10a opened). Switch. Further, in step S11, it is determined that “there is solar radiation” by a sensor or the like, so that the valve 11 is opened and the valve 12 is closed to set the solar hot water supply mode shown in step S12.
[0028]
At this time, a circuit that returns to the compressor 2 through the compressor 2, the four-way valve 9, the three-way switching valve 10, the refrigerant water heat exchanger 3, the valve 11, the first expansion valve 7, the hybrid panel 1, and the four-way valve 9 is configured. To do. In this mode, the hybrid panel 1 functions as an evaporator in the heat pump and the refrigerant water heat exchanger 3 functions as a condenser, and the solar heat collected in the hybrid panel 1 is stored in the heat storage tank 4 and used for hot water supply.
[0029]
(2) Air hot water supply mode
If it is determined No in the determination step S11 of “with solar radiation”, the valve 11 is closed and the valve 12 is opened to enter the air hot water supply mode. At this time, a circuit that returns to the compressor 2 through the compressor 2, the four-way valve 9, the three-way switching valve 10, the refrigerant water heat exchanger 3, the valve 12, the second expansion valve 8, the outdoor heat exchanger 6, and the four-way valve 9. Configure. The outdoor heat exchanger 6 functions as an evaporator and the refrigerant water heat exchanger 3 functions as a condenser, and air heat is stored in the heat storage tank 4 and used for hot water supply.
[0030]
(3) Solar / air heat combined hot water supply mode
In the solar hot water supply mode, when the amount of solar radiation is insufficient, the evaporation temperature is lowered to obtain the amount of heat of evaporation commensurate with the required hot water supply capacity. As a result, the compression ratio in the compressor 2 is increased and the performance is degraded. Accordingly, when the evaporation temperature becomes lower than a predetermined temperature T0, for example, 10 ° C., Yes is determined in step S13, and the valve 12 is opened to enter the solar / air heat combined hot water supply mode (step S14).
[0031]
In this mode, solar heat and air heat are used together as heat sources, and the compressor 2, the four-way valve 9, the three-way switching valve 10, and the refrigerant water heat exchanger 3 are connected, and one valve 12 and the second expansion valve are connected. 8. The path of the outdoor heat exchanger 6 and the path of the other valve 11, the first expansion valve 7, and the hybrid panel 1 are connected in parallel, and a circuit returning to the compressor 2 through the four-way valve 9 is configured.
[0032]
In this mode, overheat control of the outdoor heat exchanger 6 is performed by the second expansion valve 8, and overheat control of the hybrid panel 1 is performed by the first expansion valve 7, so that the respective outlet pressures and temperatures become equal. So that it is controlled. At this time, the hybrid panel 1 and the outdoor heat exchanger 6 each function as an evaporator, and the refrigerant water heat exchanger 3 functions as a condenser.
[0033]
(4) Solar heating mode
In this mode, the air conditioning operation Yes is first performed in step S1 by the operation of the control circuit, the three-way switching valve 10 is switched to the indoor side in step S2, and the heating operation is determined to be Yes in step S3. Next, in step S4, it is determined whether or not “with solar radiation”. If it is determined that there is solar radiation, the four-way valve 9 is set to the heating side, the valve 11 is opened, the valve 12 is closed, and the solar heating mode is entered.
[0034]
At this time, a circuit that returns to the compressor 2 through the compressor 2, the four-way valve 9, the three-way switching valve 10, the indoor heat exchanger 5, the valve 11, the first expansion valve 7, the hybrid panel 1, and the four-way valve 9 is configured. In this mode, the room is heated by sunlight. In this mode, the hybrid panel 1 functions as an evaporator, the indoor heat exchanger 5 functions as a condenser, and solar heat is used as energy for heating.
[0035]
(5) Solar / air heat combined heating mode
When the amount of solar radiation is insufficient in the solar heating mode, the evaporation temperature is lowered to obtain the amount of heat of evaporation commensurate with the required hot water supply capacity. As a result, the compression ratio in the compressor 2 is increased and the performance is degraded. Accordingly, when the evaporation temperature is lower than the set temperature T0, for example, 10 ° C., Yes is determined in step S6, and the solar / air heat combined heating mode is set (step S7).
[0036]
In this mode, solar heat and air heat are used together for heating, and the valve 12 that was closed in the solar heating mode is opened. As a result, the compressor 2, the four-way valve 9, the three-way switching valve 10, and the room Connect the heat exchanger 5, connect the path of one valve 12, the second expansion valve 8, the outdoor heat exchanger 6 and the path of the other valve 11, the first expansion valve 7, and the hybrid panel 1 in parallel, A circuit returning to the compressor 2 through the four-way valve 9 is configured.
[0037]
In this mode, overheat control of the outdoor heat exchanger 6 is performed by the second expansion valve 8, and overheat control of the hybrid panel 1 is performed by the first expansion valve 7, so that the respective outlet pressures and temperatures become equal. So that it is controlled. At this time, the hybrid panel 1 and the outdoor heat exchanger 6 each function as an evaporator, and the indoor heat exchanger 5 functions as a condenser.
[0038]
(6) Air heating mode
If it is determined in step S4 that the amount of solar radiation is small and the evaporation temperature is the set temperature T0, the opening of the first expansion valve 7 is less than the set minimum opening, the valve 11 is closed, and the valve 12 is Open and enter the air heating mode shown in step S9.
[0039]
In this mode, a circuit that returns to the compressor 2 via the compressor 2, the four-way valve 9, the three-way switching valve 10, the indoor heat exchanger 5, the valve 12, the second expansion valve 8, the outdoor heat exchanger 6, and the four-way valve 9. Configure. This circuit has the same configuration as a commonly used heat pump type air conditioner. The outdoor heat exchanger 6 functions as an evaporator and the indoor heat exchanger 5 functions as a condenser. Used for room heating.
[0040]
(7) Air heat cooling mode
This mode is a mode that is set when a determination of No is made in the determination step of whether or not the heating is in step S3. The four-way valve 9 is set to the cooling side (path 9c open) and the valve 11 is closed. The valves 12 are each set to open. Therefore, a circuit that returns to the compressor 2 through the compressor 2, the four-way valve 9, the outdoor heat exchanger 6, the second expansion valve 8, the valve 12, the indoor heat exchanger 5, the three-way switching valve 10, and the four-way valve 9 is configured. To do.
[0041]
This circuit has the same configuration as that of a heat pump type air conditioner that is normally used. The indoor heat exchanger 5 functions as an evaporator and the outdoor heat exchanger 6 functions as a condenser, respectively. To cool down and perform room cooling.
[0042]
As described above, in the present embodiment, the opening and closing of the valves 11 and 12 are controlled to switch between the state in which only the valve 11 is opened, the state in which only the valve 12 is opened, and the state in which both the valves 11 and 12 are both opened. By controlling the first expansion valve 7 and the second expansion valve 8 respectively, it is possible to operate in a mode using only solar heat as a heat source, a mode using only air heat as a heat source, and a mode using both solar heat and air heat. it can.
[0043]
And at the time of heating operation or heat storage in the heat storage tank, only the hybrid panel 1, only the outdoor heat exchanger 6, or both the hybrid panel 1 and the outdoor heat exchanger 6 can be switched to function as an evaporator. As a result, for example, during heating operation, air heat is supported without stopping the hybrid panel 1 even when the amount of heat of evaporation in the hybrid panel 1 is insufficient compared to the amount of heat of condensation required in the indoor heat exchanger 5. The solar heat can be used effectively.
[0044]
In this embodiment, the system is configured using a four-way valve and a three-way switching valve, but a similar system can be configured using only the valve. For example, if the first expansion valve 7 can be fully closed, the valve 11 is not necessary, and if the second expansion valve 8 can be fully closed, the valve 12 can be omitted.
[0045]
[Second Embodiment]
FIG. 3 is a configuration diagram of a solar heat pump air conditioner / heater according to the second embodiment of the present invention. In the first embodiment, the system configuration is effective when the evaporation capacity of the hybrid panel is smaller than the heating capacity. However, the hybrid panel is sufficiently large, and the evaporation capacity is larger than the heating capacity. The configuration of the present embodiment is desirable when a large state also occurs.
[0046]
The cycle of the solar heat pump air conditioning and hot water heater of this embodiment is provided with another three-way switching valve 13 between the three-way switching valve 10 and the refrigerant water heat exchanger 3 in the first embodiment as shown in FIG. In this configuration, one outlet of the valve 13 is connected to the indoor heat exchanger 5. The three-way switching valve 13 opens the path 13a and connects the three-way switching valve 10 and the refrigerant water heat exchanger 3, the air supply side that opens the path 13b and the refrigerant water heat exchanger 3 does not constitute a circuit, and the path 13c. It can be switched to the serial side which opens and communicates the compressor 2 and the refrigerant water heat exchanger 3. Switching of the four-way valve 9 and the three-way switching valve 10 can be performed as in the first embodiment. In such a configuration, each operation mode will be described using the flowchart of FIG.
[0047]
(1) Solar hot water supply mode
In this mode, air conditioning is not performed, and it is determined No in step K1 by the operation of the control circuit. Therefore, in step K14, the four-way valve 9 is switched to the heating side (paths 9a, 9b open) and the three-way switching valves 10, 13 ( When the routes 10a and 13a are set to the hot water supply side and it is determined that there is “sunlight” in step K15, the valve 11 is opened and the valve 12 is closed in step K16 to set the solar hot water supply mode.
[0048]
In the solar hot water supply mode, the compressor 2, the four-way valve 9, the three-way switching valve 10, the three-way switching valve 13, the refrigerant water heat exchanger 3, the valve 11, the first expansion valve 7, the hybrid panel 1, and the four-way valve 9 are used. A circuit returning to the compressor 2 is configured. The hybrid panel 1 functions as an evaporator in the heat pump, and the refrigerant water heat exchanger 3 functions as a condenser. The solar heat collected in the hybrid panel 1 is stored in the heat storage tank 4 and used for hot water supply.
[0049]
(2) Air hot water supply mode
When it is determined in step K15 that there is no solar radiation, the valve 11 is closed and the valve 12 is opened in step K19 to enter the air hot water supply mode. In this mode, compression is performed via the compressor 2, the four-way valve 9, the three-way switching valve 10, the three-way switching valve 13, the refrigerant water heat exchanger 3, the valve 12, the second expansion valve 8, the outdoor heat exchanger 6, and the four-way valve 9. A circuit returning to the machine 2 is configured. The outdoor heat exchanger 6 functions as an evaporator and the refrigerant water heat exchanger 3 functions as a condenser, and outdoor air heat is stored in the heat storage tank 4 and used for hot water supply.
[0050]
(3) Solar / air heat combined hot water supply mode
In the solar hot water supply mode, when the amount of solar radiation is insufficient, the evaporation temperature is lowered to obtain the amount of heat of evaporation commensurate with the required hot water supply capacity. As a result, the compression ratio in the compressor 2 is increased and the performance is degraded. Accordingly, when the evaporation temperature becomes lower than the set temperature T0, for example, 10 ° C., “Yes” is determined in step K17, and the solar / air heat combined hot water supply mode is set (step K18).
[0051]
In this mode, solar heat and air heat are used together as heat sources, the valve 12 is opened, and the compressor 2, the four-way valve 9, the three-way switching valve 10, the three-way switching valve 13, and the refrigerant water heat exchanger 3 are connected. The path of one valve 12, the second expansion valve 8 and the outdoor heat exchanger 6 and the path of the other valve 11, the first expansion valve 7 and the hybrid panel 1 are connected in parallel and compressed via the four-way valve 9. A circuit returning to the machine 2 is configured.
[0052]
In this mode, overheat control of the outdoor heat exchanger 6 is performed by the second expansion valve 8, and overheat control of the hybrid panel 1 is performed by the first expansion valve 7, so that the respective outlet pressures and temperatures become equal. So that it is controlled. At this time, the hybrid panel 1 and the outdoor heat exchanger 6 each function as an evaporator, and the refrigerant water heat exchanger 3 functions as a condenser.
[0053]
(4) Solar heating hot water supply mode
In this mode, the air conditioning operation is first set to Yes in step K1 by the operation of the control circuit, and in step K2, the four-way valve 9 is switched to the heating side (paths 9a and 9b opened) and the three-way switching valve 10 is switched to the indoor side (path 10b opened). ). Then, it is determined that the heating operation is Yes in the next Step K3, and the solar heating hot water supply mode is entered by determining that there is solar radiation in Step K4.
[0054]
In this mode, the valve 11 is opened, the valve 12 is closed, and the three-way switching valve 13 is set to the series side (path 13c opened). That is, the compressor 2, the four-way valve 9, the three-way switching valve 10, the indoor heat exchanger 5, the three-way switching valve 13, the refrigerant water heat exchanger 3, the valve 11, the first expansion valve 7, the hybrid panel 1, and the four-way valve 9 The circuit which returns to the compressor 2 via is comprised, and becomes a mode which performs heating and hot water supply by solar heat. In this mode, the hybrid panel 1 is an evaporator, the indoor heat exchanger 5 and the refrigerant water heat exchanger 3 are arranged in series to function as a condenser, and solar heat is energy for heating and heat storage energy for hot water supply. Used as
[0055]
(5) Solar heating mode
In the solar heating / hot water supply mode, when the difference between the condensing temperature of the working fluid and the heat storage tank 4 is larger than the predetermined temperature T1, the heat of evaporation of the hybrid panel 1 is condensed by the indoor heat exchanger 5 and the refrigerant water heat exchanger 3. It can be determined that the amount of heat can be greater than the amount of heat, and the remaining heat generated in the hybrid panel 1 can be used for heat storage for hot water supply. However, when the temperature difference is smaller than the predetermined temperature T1, it is desirable to use all of the energy for heating without using it for heat storage for hot water supply.
[0056]
For this reason, when the temperature difference between the condensation temperature and the heat storage temperature is smaller than the predetermined temperature T1 in step K6, the solar heating mode is set by switching the three-way switching valve 13 to the air conditioning side in step K7. The heat storage temperature may be measured not only in the heat storage tank 4 but also at the inlet of the refrigerant water heat exchanger 3 on the heat storage tank 4 side. The condensation temperature can be measured in the indoor heat exchanger 5 or at the inlet of the indoor heat exchanger 5.
[0057]
Therefore, in this mode, compression is performed via the compressor 2, the four-way valve 9, the three-way switching valve 10, the indoor heat exchanger 5, the three-way switching valve 13, the valve 11, the first expansion valve 7, the hybrid panel 1, and the four-way valve 9. The circuit which returns to the apparatus 2 is comprised, and it becomes the mode which heats a room with sunlight heat. At this time, the hybrid panel 1 functions as an evaporator, the indoor heat exchanger 5 functions as a condenser, and solar heat is used as energy for heating.
[0058]
(6) Solar / air heat combined heating mode
When the amount of solar radiation is insufficient in the solar heating mode, the evaporation temperature is lowered to obtain the amount of heat of evaporation commensurate with the required heating capacity. As a result, the compression ratio in the compressor 2 is increased and the performance is degraded. Accordingly, when the evaporation temperature becomes lower than the set temperature T0, for example, 10 ° C., “Yes” is determined in Step K8, and the solar / air heat combined heating mode is set (Step K9).
[0059]
In this mode, solar heat and air heat are used together for heating, and the valve 12 closed in the solar heating mode is opened. As a result, the compressor 2, the four-way valve 9, and the three-way switching valve are opened. 10, the indoor heat exchanger 5 and the three-way switching valve 13 are connected, the path of one valve 12, the second expansion valve 8, the outdoor heat exchanger 6, the other valve 11, the first expansion valve 7, the hybrid panel 1 is connected in parallel, and the circuit which returns to the compressor 2 via the four-way valve 9 is comprised.
[0060]
Then, the first expansion valve 8 controls the overheating of the outdoor heat exchanger 6 and the first expansion valve 7 controls the overheating of the hybrid panel 1 so that the respective outlet pressures and temperatures are controlled to be equal. ing. At this time, the hybrid panel 1 and the outdoor heat exchanger 6 each function as an evaporator, and the indoor heat exchanger 5 functions as a condenser.
[0061]
(7) Air heating and hot water supply mode
This mode is a mode that is set when No is determined in the determination step “with solar radiation” in step K4. The three-way switching valve 13 is set to the series side, the valve 11 is closed, and the valve 12 is opened. (Step K11). Accordingly, the compressor 2, the four-way valve 9, the three-way switching valve 10, the indoor heat exchanger 5, the three-way switching valve 13, the refrigerant water heat exchanger 3, the valve 12, the second expansion valve 8, the outdoor heat exchanger 6, and the four-way valve. The circuit which returns to the compressor 2 via 9 is comprised. At this time, the outdoor heat exchanger 6 functions as an evaporator, the indoor heat exchanger 5 and the refrigerant water heat exchanger 3 function as a condenser, and the outdoor air heat is used as energy for heating and heat storage energy for hot water supply. .
[0062]
(8) Air heat heating mode
In this mode, when the temperature difference between the condensing temperature of the working fluid and the heat storage temperature is smaller than the predetermined temperature T1 in the air heating / hot water supply mode (step K12), heat storage for hot water supply is performed in the same manner as in the solar heating mode described above. It is a mode to prevent it. Accordingly, in step K13, the three-way switching valve 13 is brought to the air conditioning side (path 13b opened), the compressor 2, the four-way valve 9, the three-way switching valve 10, the indoor heat exchanger 5, the three-way switching valve 13, the valve 12, and the second expansion valve. 8. A circuit that returns to the compressor 2 via the outdoor heat exchanger 6 and the four-way valve 9 is configured to be in the indoor heating mode by air heat. At this time, the outdoor heat exchanger 6 functions as an evaporator, and the indoor heat exchanger 5 functions as a condenser. This circuit has the same configuration as a heat pump type air conditioner that is normally used, and the outdoor air heat is used for heating. Used as energy.
[0063]
(9) Air heat cooling mode
This mode is a mode that is set when a determination of No is made in the determination step of whether or not the heating is in step K3. The four-way valve 9 is set to the cooling side (path 9c open) and the three-way switching valve 13 is set. Is set to the air conditioning side, the valve 11 is closed, and the valve 12 is opened.
[0064]
Accordingly, the compressor 2 via the compressor 2, the four-way valve 9, the outdoor heat exchanger 6, the second expansion valve 8, the valve 12, the three-way switching valve 13, the indoor heat exchanger 5, the three-way switching valve 10, and the four-way valve 9. The circuit which returns to is constituted. This circuit has the same configuration as that of a heat pump type air conditioner that is normally used. The indoor heat exchanger 5 functions as an evaporator and the outdoor heat exchanger 6 functions as a condenser, respectively. To cool the room.
[0065]
In the invention of this embodiment, the three-way switching valve 13 can be switched to the hot water supply side, the air conditioning side, and the series side. As a result, for example, during the heating operation, even if the amount of heat of evaporation in the hybrid panel 1 is more than the amount of heat of condensation required in the indoor heat exchanger, the excess heat amount of the hybrid panel 1 is stored in the heat storage tank 4. Thus, an excessive temperature rise of the solar cell panel can be suppressed, and solar heat can be used effectively.
[0066]
[Third Embodiment]
FIG. 5 is a configuration diagram of a solar heat pump air-conditioning / heating water heater according to a third embodiment of the present invention. In the first and second embodiments, the hybrid panel 1 is used only during operation with hot water supply or heating. However, the temperature of the hybrid panel 1 rises more in summer, that is, during cooling, and cooling is performed. Needed.
[0067]
In the present embodiment, the hybrid panel 1 can be cooled during cooling, and the indoor heat exchanger 5 and the refrigerant water heat exchanger 3 can be connected in series during the cooling operation. 1 and the indoor heat exchanger 5 are configured in parallel.
[0068]
As shown in FIG. 5, in this embodiment, compared to the second embodiment of FIG. 3, three-way between the hybrid panel 1 and the outdoor heat exchanger 6 and between the three-way switching valve 10 of the indoor heat exchanger 5. The difference is that the switching valves 14 and 16 are provided, the third expansion valve 17 is connected to one connecting portion of the three-way switching valve 16, and the valves 15, 18, 19, and 20 are provided. The operation of the solar heat pump air conditioner / heater of this third embodiment will be described below with reference to the flowchart of FIG. 6 and the operation of each valve and the like shown in FIG.
[0069]
(1) Solar hot water supply mode
In this mode, air conditioning is not performed, and it is determined No in Step M1 by the operation of the control circuit. Therefore, the process proceeds to Step M9, and when “Yes” is determined to be Yes, the solar hot water supply mode in Step M10 become. At this time, the four-way valve 9 is on the heating side (paths 9a and 9b open), the three-way switching valve 10 is on the hot water supply side (path 10a is open), the three-way switching valve 14 is on path 14a, and the three-way switching valve 16 is on path 16a. Valves 11, 18, and 20 are open, and valves 12, 15, and 19 are closed.
[0070]
Therefore, the compressor 2, the four-way valve 9, the three-way switching valve 10, the valve 20, the refrigerant water heat exchanger 3, the valve 18, the valve 11, the first expansion valve 7, the hybrid panel 1, the three-way switching valve 14, and the four-way valve 9 are connected. The circuit which returns to the compressor 2 via is comprised. The hybrid panel 1 functions as an evaporator in the heat pump, and the refrigerant water heat exchanger 3 functions as a condenser. The solar heat collected in the hybrid panel 1 is stored in the heat storage tank 4 and used for hot water supply.
[0071]
(2) Air hot water supply mode
If it is determined No in the determination step M9 of “with solar radiation”, the valve 11 is closed and the valve 12 is opened with respect to the solar hot water supply mode to enter the air hot water supply mode. In this mode, the compressor 2, the four-way valve 9, the three-way switching valve 10, the valve 20, the refrigerant water heat exchanger 3, the valve 18, the valve 12, the second expansion valve 8, the outdoor heat exchanger 6, and the four-way valve 9 are used. A circuit returning to the compressor 2 is configured. The outdoor heat exchanger 6 functions as an evaporator and the refrigerant water heat exchanger 3 functions as a condenser, and outdoor air heat is stored in the heat storage tank 4 and used for hot water supply.
[0072]
(3) Solar / air heat combined hot water supply mode
In the solar hot water supply mode, when the amount of solar radiation is insufficient, the evaporation temperature is lowered to obtain the amount of heat of evaporation commensurate with the required hot water supply capacity. As a result, the compression ratio in the compressor 2 is increased and the performance is degraded. Accordingly, when the evaporation temperature becomes lower than the set temperature T0, for example, 10 ° C., it is determined Yes in step M11, and the valve 12 is opened to enter the solar / air heat combined hot water supply mode (step M12).
[0073]
In this mode, solar heat and air heat are used together as a heat source, and the compressor 2, the four-way valve 9, the three-way switching valve 10, the valve 20, the refrigerant water heat exchanger 3, and the valve 18 are connected, and one valve is connected. 12, the path of the second expansion valve 8 and the outdoor heat exchanger 6 and the path of the other valve 11, the first expansion valve 7, the hybrid panel 1 and the three-way switching valve 14 are connected in parallel and compressed via the four-way valve 9. A circuit returning to the machine 2 is configured.
[0074]
In this mode, overheat control of the outdoor heat exchanger 6 is performed by the second expansion valve 8, and overheat control of the hybrid panel 1 is performed by the first expansion valve 7, so that the respective outlet pressures and temperatures become equal. So that it is controlled. At this time, the hybrid panel 1 and the outdoor heat exchanger 6 each function as an evaporator, and the refrigerant water heat exchanger 3 functions as a condenser.
[0075]
(4) Solar heating hot water supply mode
This mode is set by determining that the air conditioning operation is Yes in Step M1, the heating operation is Yes in Step M2, and that there is solar radiation in Step M3 by the operation of the control circuit. At this time, the four-way valve 9 is on the heating side (paths 9a, 9b open), the three-way switching valve 10 is on the indoor side (path 10b open), the three-way switching valve 14 is opening the path 14a, and the three-way switching valve 16 is opening the path 16a, Valves 11, 18, and 20 are open, and valves 12, 15, and 19 are closed.
[0076]
Therefore, the compressor 2, the four-way valve 9, the three-way switching valve 10, the indoor heat exchanger 5, the three-way switching valve 16, the valve 20, the refrigerant water heat exchanger 3, the valve 18, the valve 11, the first expansion valve 7, and the hybrid panel The circuit which returns to the compressor 2 via the 1 and 3 way switching valve 14 and the 4 way valve 9 is comprised, and it becomes the mode which performs heating and hot water supply by solar heat. In this mode, the hybrid panel 1 functions as an evaporator, the indoor heat exchanger 5 and the refrigerant water heat exchanger 3 arranged in series function as a condenser, and solar heat is energy for heating and heat storage energy for hot water supply. Used as
[0077]
(5) Solar heating mode
In this solar heating hot water supply mode, this mode is a mode in which heat storage for hot water supply is not performed when the difference between the condensing temperature of the working fluid and the heat storage temperature is smaller than the predetermined temperature T1 (step M5), as described above. . Accordingly, the valves 18 and 20 are closed in Step 6 and the valve 19 is opened, and the compressor 2, the four-way valve 9, the three-way switching valve 10, the indoor heat exchanger 5, the three-way switching valve 16, the valve 19, the valve 11, the first A circuit that returns to the compressor 2 via the expansion valve 7, the hybrid panel 1, the three-way switching valve 14, and the four-way valve 9 is configured, and becomes a mode for heating the room by solar heat. In this mode, the hybrid panel 1 functions as an evaporator, the indoor heat exchanger 5 functions as a condenser, and solar heat is used as energy for heating.
[0078]
(6) Solar / air heat combined heating mode
When the amount of solar radiation is insufficient in the solar heating mode, the evaporation temperature is lowered to obtain the amount of heat of evaporation commensurate with the required heating capacity. As a result, the compression ratio in the compressor 2 is increased and the performance is degraded. Accordingly, when the evaporation temperature becomes lower than the set temperature T0, for example, 10 ° C., it is determined Yes in step M7, and the solar / air heat combined heating mode is set (step M8).
[0079]
In this mode, the valve 12 that was closed in the solar heating mode is opened. As a result, the compressor 2, the four-way valve 9, the three-way switching valve 10, the indoor heat exchanger 5, the three-way switching valve 16, and the valve 19 are connected, and one of the valves 12, the second expansion valve 8, and the outdoor heat exchanger 6 is connected. A path and the path of the other valve 11, the first expansion valve 7, the hybrid panel 1, and the three-way switching valve 14 are connected in parallel, and a circuit that returns to the compressor 2 via the four-way valve 9 is configured.
[0080]
In this mode, overheat control of the outdoor heat exchanger 6 is performed by the first expansion valve 8, and overheat control of the hybrid panel 1 is performed by the first expansion valve 7, so that the respective outlet pressures and temperatures become equal. So that it is controlled. At this time, the hybrid panel 1 and the outdoor heat exchanger 6 each function as an evaporator, and the indoor heat exchanger 5 functions as a condenser.
[0081]
(7) Air heating and hot water supply mode
This mode is a mode that is set when a determination of No is made in the determination step of “with solar radiation” in step M3 (step M19). At this time, the four-way valve 9 is on the heating side (paths 9a, 9b open), the three-way switching valve 10 is on the indoor side (path 10b open), the three-way switching valve 14 is opening the path 14a, and the three-way switching valve 16 is opening the path 16a, Valves 11, 15, and 19 are closed, and valves 12, 18, and 20 are open.
[0082]
Accordingly, the compressor 2, the four-way valve 9, the three-way switching valve 10, the indoor heat exchanger 5, the three-way switching valve 16, the valve 20, the refrigerant water heat exchanger 3, the valve 18, the valve 12, the second expansion valve 8, and the outdoor heat. A circuit that returns to the compressor 2 through the exchanger 6 and the four-way valve 9 is configured. At this time, the outdoor heat exchanger 6 functions as an evaporator, the indoor heat exchanger 5 and the refrigerant water heat exchanger 3 arranged in series function as a condenser, and the outdoor air heat is used as energy for heating and heat storage for hot water supply. Used as energy.
[0083]
(8) Air heat heating mode
This mode is a mode in which heat storage for hot water supply is not performed when the difference between the condensing temperature of the working fluid and the heat storage temperature is smaller than the predetermined temperature T1 in the air heating / hot water supply mode (step M20).
[0084]
Accordingly, the valves 18 and 20 are closed and the valve 19 is opened in step M21, and the compressor 2, the four-way valve 9, the three-way switching valve 10, the indoor heat exchanger 5, the three-way switching valve 16, the valve 19, the valve 12, and the second A circuit that returns to the compressor 2 via the expansion valve 8, the outdoor heat exchanger 6, and the four-way valve 9 is configured so that the room is heated by solar heat. At this time, the outdoor heat exchanger 6 functions as an evaporator and the indoor heat exchanger 5 functions as a condenser, and the outdoor air heat is used as energy for heating.
[0085]
(9) Air heat cooling mode
This mode is a mode that is set when a determination of No is made in the determination step of whether or not the heating operation is performed in step M2, and that there is no solar radiation in step M14. At this time, the four-way valve 9 is on the cooling side (path 9c opened), the three-way switching valve 10 is on the indoor side (path 10b opened), the three-way switching valve 14 opens the path 14b, the three-way switching valve 16 opens the path 16b, and the valve 11 , 12, 18 and 19 are closed and valves 15 and 20 are opened.
[0086]
Accordingly, the compressor 2, the four-way valve 9, the outdoor heat exchanger 6, the valve 15, the valve 20, the third expansion valve 17, the three-way switching valve 16, the indoor heat exchanger 5, the three-way switching valve 10, and the four-way valve 9 are used. A circuit returning to the compressor 2 is configured. This circuit is the same as a heat pump type air conditioner that is normally used. The indoor heat exchanger 5 functions as an evaporator and the outdoor heat exchanger 6 functions as a condenser, respectively. To cool the room.
[0087]
(10) Solar / air heat combined cooling and hot water supply mode
This mode is a mode that is set when it is determined to be Yes in step M14 for determining “there is solar radiation”. With respect to the air heat cooling mode, the valves 11, 18, and 19 are opened and the valve 20 is closed. . Therefore, the compressor 2, the four-way valve 9, the outdoor heat exchanger 6, the valve 15, the refrigerant water heat exchanger 3, and the valve 18 are connected, and one valve 19, the third expansion valve 17, the three-way switching valve 16, the indoor heat The path of the exchanger 5 and the three-way switching valve 10 and the path of the other valve 11, the first expansion valve 7, the hybrid panel 1, and the three-way switching valve 14 are connected in parallel and returned to the compressor 2 via the four-way valve 9. Configure the circuit.
[0088]
In this circuit, the indoor heat exchanger 5 and the hybrid panel 1 arranged in parallel function as an evaporator, the outdoor heat exchanger 6 and the refrigerant water heat exchanger 3 arranged in series function as a condenser, respectively, and indoor air The heat and solar heat of the hybrid panel 1 are released to the outside and used for heat storage for hot water supply.
[0089]
(11) Solar / air heat combined cooling mode
This mode is a mode in which heat storage for hot water supply is not performed when the difference between the condensing temperature of the working fluid and the heat storage temperature is smaller than a predetermined temperature T1 in the solar / air heat combined cooling and hot water supply mode (step M17). . Accordingly, the valve 18 is closed and the valve 20 is opened in step 18, and the compressor 2, the four-way valve 9, the outdoor heat exchanger 6, the valve 15, and the valve 20 are connected, and the one third expansion valve 17 and the three-way switching valve are connected. 16, the path of the indoor heat exchanger 5, the three-way switching valve 10, the four-way valve 9 and the path of the other valve 19, valve 11, first expansion valve 7, hybrid panel 1, three-way switching valve 14 are connected in parallel, A circuit returning to the compressor 2 through the four-way valve 9 is configured.
[0090]
In this circuit, the indoor heat exchanger 5 and the hybrid panel 1 arranged in parallel function as an evaporator and the outdoor heat exchanger 6 functions as a condenser, respectively, and the condensation temperature can be measured in the outdoor heat exchanger 6. . Then, the indoor air heat and the solar heat of the hybrid panel 1 are released outside the room.
[0091]
In the present embodiment, the hybrid panel 1 and the indoor heat exchanger 5 function as an evaporator during cooling operation, and only the outdoor heat exchanger 6 or both the outdoor heat exchanger 6 and the refrigerant water heat exchanger 3 are used as condensers. It becomes possible to switch and function. Therefore, excessive heat due to solar heat can be stored in the heat storage tank 4 to effectively use solar heat, and an excessive temperature rise of the solar cell panel can be suppressed.
[0092]
【Example】
The results of experiments using the solar heat pump air conditioner / heater of the third embodiment will be described below. The operation mode in which the experiment was performed is a solar / air heat combined hot water supply mode, a solar / air heat combined cooling water supply mode, and a solar / air heat combined cooling water supply mode. The conditions of the experiment are as follows.
[0093]
Indoor floor area 125m²
Indoor heat loss coefficient 3.1 W / m²K
Indoor set temperature 20 ℃
Output of hybrid panel 1 2.8kW
Cooling capacity of indoor heat exchanger 5 2.5kW
Consumption capacity during cooling 0.7-3.1kW
Heating capacity 3.6kW
Heating capacity 0.5-5.0kW
Cooling capacity of the outdoor heat exchanger 6 2.5 kW
Consumption capacity during cooling 0.7-3.1kW
Heating capacity 3.6kW
Heating capacity 0.5-5.0kW
Compressor 2 frequency 60 Hz (excluding hot water supply only mode)
[0094]
As a result of the experiment under the above conditions, in the solar and air heat combined cooling and hot water supply mode, sufficient hot water supply capacity was obtained, and the temperature of the heat storage tank 4 reached a predetermined temperature (condensation temperature -T1) and combined with solar and air heat. In contrast to switching to the cooling mode, when the hybrid panel 1 was stopped and operated in the same manner, the temperature of the heat storage tank 4 could not reach a predetermined temperature. In addition, in the solar / air heat combined hot water supply mode, the power generation amount is improved by about 10% due to the cooling effect of the hybrid panel 1 compared to when the cooling is not performed.
[0098]
【The invention's effect】
  The present invention is configured as described above,In the cooling operation, the hybrid panel can function as an evaporator and the outdoor heat exchanger and the heat storage tank heating means can function as a condenser. Therefore, during cooling operation, surplus heat due to solar heat can be stored in the heat storage tank to effectively use solar heat, and an excessive temperature rise of the solar cell panel can be suppressed.
[0099]
  AlsoSince the condenser is switched by the temperature difference between the condensation temperature of the working fluid and the heat storage temperature, heat can be stored according to the load of the hybrid panel. Therefore, solar heat can be used more effectively.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a solar heat pump air conditioning / heating water heater according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating a flowchart provided for explaining the operation of the solar heat pump air conditioner / heater according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a configuration diagram of a solar heat pump air-conditioning / heating water heater according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram illustrating a flowchart provided for explaining the operation of the solar heat pump air conditioner / heater according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a configuration diagram of a solar heat pump air conditioner / heater system according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a diagram illustrating a flowchart provided for explaining the operation of the solar heat pump air conditioner / heater system according to the third embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a diagram provided for explaining operation states of valves and various valves of a solar heat pump air conditioning and hot water heater according to a third embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 Hybrid panel
2 Compressor
3 Refrigerant water heat exchanger
4 heat storage tank
5 Indoor heat exchangers
6 Outdoor heat exchanger
7 First expansion valve
8 Second expansion valve
9 Four-way valve
10, 13, 14, 16 Three-way selector valve
11, 12, 15, 18, 19, 20 Valve
17 Third expansion valve

Claims

A hybrid panel in which a direct expansion heat exchanger is disposed on the back surface of the solar cell panel, a heat storage tank heating means for storing heat in the heat storage tank, a compressor, an indoor heat exchanger, an outdoor heat exchanger, an expansion valve, Comprising a means for switching the circuit according to the operation mode, comprising a heat pump cycle from
In the first cooling operation mode, the compressor, the outdoor heat exchanger, and the heat storage tank heating means are connected in this order, and the first expansion valve and the indoor heat are connected to one path following the heat storage tank heating means. A exchanger is connected, and a second expansion valve and the hybrid panel are connected to the other path to form a circuit that returns to the compressor, and the indoor heat exchanger and the hybrid panel function as an evaporator. And, the outdoor heat exchanger and the heat storage tank heating means function as a condenser,
In the second cooling operation mode, the compressor and the outdoor heat exchanger are connected in this order, and the first expansion valve and the indoor heat exchanger are connected to one path downstream of the outdoor heat exchanger. The second expansion valve and the hybrid panel are connected to the other path to form a circuit that returns to the compressor, the indoor heat exchanger and the hybrid panel function as an evaporator, and the outdoor heat exchange Solar heat pump air-conditioning / heating water heater, characterized by functioning as a condenser .

2. The solar heat pump air conditioning / heating water heater according to claim 1, wherein switching between the first cooling operation mode and the second cooling operation mode is performed by a temperature difference between a condensation temperature and a heat storage temperature of the working fluid. .