JPH1151499A - 太陽熱利用給湯システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 貯湯槽内のお湯が高温になっても、循環ポン
プを停止することなく、貯湯槽内の湯温の上昇を防止で
き、熱媒体を短期間で劣化させることなく使用できる太
陽熱利用給湯システムを提供することを目的とする。 【解決手段】 貯湯槽１４の上部には、湯温を検知する
第１の温度センサー２８が取り付けられ、太陽熱集熱器
１０の出口付近には、熱媒体の温度を検知する第２の温
度センサー２９が取り付けられ、貯湯槽１４の下部に
は、湯温を検知する第３の温度センサー３０が取り付け
られている。これらの温度センサー２８、２９、３０
は、いずれもサーミスタであり、差温コントローラーで
循環ポンプ１５と３方弁２７の動きを制御するようにし
ている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、太陽熱を利用して給湯
を行う太陽熱利用給湯システムに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より太陽熱利用給湯システムとし
て、次のものが知られている。

【０００３】（１）太陽熱集熱器が貯湯槽を兼ね、水を
直接太陽熱集熱器に供給して加熱し、貯湯される汲み置
き式のシステム （２）太陽熱集熱器の上方に貯湯槽を配置し、太陽熱集
熱器で加熱された湯が自然対流で貯湯槽内の水と入れ替
わり貯湯される自然循環式のシステム （３）太陽熱集熱器から離れたところに貯湯槽を配置
し、貯湯槽内の水を直接循環ポンプで太陽熱集熱器に供
給して加熱する直接加熱型強制循環式のシステム （４）太陽熱集熱器から離れたところに貯湯槽を配置
し、貯湯槽に熱交換器を内蔵させ、専用の熱媒体（例え
ば不凍液等）を循環ポンプで太陽熱集熱器に供給して加
熱し、熱交換器に熱媒体を流して貯湯槽内の水を加熱す
る間接加熱型強制循環式のシステム

【０００４】これらのシステムの中で、（４）の間接加
熱型強制循環システムは、冬期における配管の凍結防止
に最も優れたシステムとして知られている。

【０００５】この間接加熱型強制循環システムは、図２
に示すように、太陽熱集熱器１０の入口と熱交換器１１
の出口を連結する往き配管１２と、太陽熱集熱器１０の
出口と熱交換器１１の入口を連結する戻り配管１３によ
って太陽熱集熱器１０と貯湯槽１４が接続される。

【０００６】往き配管１２には、循環ポンプ１５と、熱
媒体を貯めるためのリザーブタンク１６が取り付けら
れ、熱交換器１１から出た熱媒体は、往き配管１２から
リザーブタンク１６に入り、さらにリザーブタンク１６
から出て、循環ポンプ１５を経た後、往き配管１２から
太陽熱集熱器１０に流れ、太陽熱集熱器１０で加熱され
る。太陽熱集熱器１０で温められた熱媒体は、戻り配管
１３から熱交換器１１に流れ、貯湯槽１４内の水を間接
的に加熱して熱交換器１１から出ていく。

【０００７】一般に太陽熱集熱器１０の出口付近には、
熱媒体の加熱温度を検知する高温側温度センサー１７が
取り付けられ、また貯湯槽１４には、貯湯槽下部の水温
を検知する低温側温度センサー１８が取り付けられ、高
温側温度センサー１７の検知温度と低温側温度センサー
１８の検知温度との差が一定温度以上になると、循環ポ
ンプ１５が起動して熱媒体が循環し、両者の温度差が一
定温度以下になると、循環ポンプ１５が停止するという
制御を行う。

【０００８】従って、晴天日の朝に太陽が出て、太陽熱
集熱器１０内の熱媒体が加熱され温度が上がり、その熱
媒体温度と貯湯槽１４内の水温との差が、一定温度以上
になると、循環ポンプ１５が起動して集熱運転を始め
る。そして日中、集熱し続けた後、太陽熱集熱器１０内
の熱媒体温度と貯湯槽１４内の湯温との差が一定温度以
下になると、循環ポンプ１５が停止して放熱運転を防止
し、効率良く太陽熱を集熱する。

【０００９】また貯湯槽１４の上部には、給湯配管１９
が取り付けられ、貯湯槽１４の底部には、給水配管２０
が取り付けられており、給湯配管１９から一定量のお湯
が外部に取り出されると、同量の水が給水配管２０を介
して貯湯槽１４内に供給される。尚、図中の２１は空気
抜き弁、２２は安全弁、２３は減圧逆止弁を示すもので
ある。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上記した間接加熱型強
制循環式のシステムでは、貯湯槽１４内のお湯の使用量
が少なかったり、全く使用されない時に晴天日が続く
と、貯湯槽１４内のお湯が高温になって危険であるた
め、通常、貯湯槽１４内の湯温が８０〜９０℃に達した
時点で循環ポンプ１５を停止して集熱運転を止め、それ
以上温度が上がるのを防止するようにしている。

【００１１】しかしながら、このように循環ポンプ１５
を停止した時に、日射量が大きいと、太陽熱集熱器１０
内に残っている熱媒体が加熱され、１００℃以上になる
場合があり、熱媒体の耐熱温度を越えるため、熱媒体が
著しく劣化するという問題があった。

【００１２】通常、熱媒体としては、ポリプロピレング
リコール等の不凍液が使用されるが、これを劣化したま
ま使用し続けると、その蒸発残留物が、太陽熱集熱器や
循環ポンプの循環経路中で詰まってしまい運転不能とな
る。

【００１３】そのため熱媒体が劣化すると、早急にリザ
ーブタンクから全ての熱媒体を抜き出し、新たな熱媒体
を供給する必要があるが、これらの作業回数が増えるこ
とは、コストや作業性の点から望ましくない。

【００１４】本発明は、かかる点に鑑みてなされたもの
であり、貯湯槽内のお湯が高温になっても、循環ポンプ
を停止することなく、貯湯槽内の湯温の上昇を防止で
き、熱媒体を短期間で劣化させることなく使用できる太
陽熱利用給湯システムを提供することを目的とするもの
である。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明の太陽熱利用給湯
システムは、太陽熱集熱器と、お湯を貯める貯湯槽と、
貯湯槽の底部付近に取り付けられた第１の熱交換器と、
貯湯槽の上部に取り付けられた第２の熱交換器と、第１
の熱交換器の出口と第２の熱交換器の出入口を連結する
バイパス管と、バイパス管の第２の熱交換器の入口との
分岐部に取り付けられた３方弁と、太陽熱集熱器の入口
と第２の熱交換器の出口及びバイパス管を連結する往き
配管と、太陽熱集熱器の出口と第１の熱交換器の入口を
連結する戻り配管と、往き配管の途中に取り付けられ、
太陽熱集熱器と第１及び第２の熱交換器との間で熱媒体
を循環させるための循環ポンプと、第２の熱交換器の出
口と循環ポンプの間の往き配管に取り付けられたリザー
ブタンクと、循環ポンプの起動・停止を行う制御回路
と、貯湯槽の底部に取り付けられた給水配管と、貯湯槽
の上部に取り付けられた給湯配管と、貯湯槽内の第１の
熱交換器の近傍に取り付けられた湯温を検知する温圧弁
又は温調弁を備えてなり、貯湯槽の上部に湯温を検知す
る第１の温度センサーが取り付けられ、太陽熱集熱器の
出口付近に熱媒体温度を検知する第２の温度センサーが
取り付けられ、貯湯槽の下部に第３の温度センサーが取
り付けられ、第１の温度センサーの検知温度が設定温度
以下の時は、熱媒体が、戻り配管、第１の熱交換器、バ
イパス管、リザーブタンク、循環ポンプ、往き配管、太
陽熱集熱器の順に流れ、また第１の温度センサーの検知
温度が設定温度を超え、且つ、第２の温度センサーの検
知温度よりも高い時は、熱媒体が、戻り配管、第１の熱
交換器、バイパス管、第２の熱交換器、リザーブタン
ク、循環ポンプ、往き配管、太陽熱集熱器の順に流れる
ことを特徴とする。

【００１６】また本発明の太陽熱利用給湯システムは、
設定温度が、温圧弁又は温調弁の設定温度よりも低いこ
とを特徴とし、さらに温圧弁又は温調弁の設定温度が、
６０〜９９℃であることを特徴とする。

【００１７】

【作用】本発明の太陽熱利用給湯システムにおいて、通
常の集熱運転時、すなわち第１の温度センサーの検知温
度が、設定温度（例えば６０℃）以下の時には、熱媒体
は、第２の熱交換器には流れず、第１の熱交換器だけに
流れて貯湯槽内の水を温める。つまり熱媒体が、戻り配
管、第１の熱交換器、バイパス管、リザーブタンク、循
環ポンプ、往き配管、太陽熱集熱器の順に流れる。

【００１８】ところが貯湯槽内のお湯の使用量が少ない
時や未使用の時に晴天日が続き、貯湯槽内の湯温が上昇
して設定温度を越え、日射量が少なく、太陽熱集熱器の
出口付近の熱媒体温度が、貯湯槽内の湯温より低い場
合、すなわち第１の温度センサーの検知温度が設定温度
を越え、且つ、第２の温度センサーの検知温度よりも高
い場合には、熱媒体が第２の熱交換器にも流れて放熱運
転し、貯湯槽内の湯温を設定温度以下に保つ。つまり熱
媒体が、戻り配管、第１の熱交換器、バイパス管、第２
の熱交換器、リザーブタンク、循環ポンプ、往き配管、
太陽熱集熱器の順に流れる。

【００１９】また貯湯槽内の湯温が上昇して設定温度を
越え、日射量が多く、太陽熱集熱器内の熱媒体温度が、
貯湯槽内の湯温より高い場合、すなわち第１の温度セン
サーの検知温度が設定温度を越え、且つ、第２の温度セ
ンサーの検知温度よりも低い場合には、熱媒体が第１の
熱交換器だけを流れて集熱運転を続けるが、この設定温
度を貯湯槽内の温圧弁又は温調弁の設定温度よりも低く
しておくと、貯湯槽内の湯温が、温圧弁や温調弁の設定
温度に達した時に、これらの弁から貯湯槽の底部付近に
位置する第１の熱交換器周辺のお湯のみが外部に排出さ
れ、この排出されたお湯と同量の水が給水配管から貯湯
槽の底部に供給されることによって、第１の熱交換器周
辺の湯温が低下し、温圧弁や温調弁付近の湯温が温圧弁
や温調弁の設定温度以下になると、それらの弁が閉じ、
給水が停止される。

【００２０】そして循環ポンプが運転し続けても、第１
の熱交換器周辺の冷やされたお湯が加熱されることにな
り、再び第１の熱交換器周辺の湯温が温圧弁や温調弁の
設定温度に達すると、温圧弁や温調弁から第１の熱交換
器周辺のお湯のみが排出されるという動作を繰り返す。
従って貯湯槽内のお湯は、温圧弁や温調弁の設定温度以
上に加熱されることがなく、貯湯槽内の湯温は、温圧弁
や温調弁の設定温度によって規定されることになる。

【００２１】また本発明においては、第１の熱交換器よ
り上方の貯湯槽内のお湯は、温圧弁や温調弁から排出さ
れ難く、第１の熱交換器周辺のお湯が排出されると同時
に貯湯槽の底部から給水され、早期に第１の熱交換器周
辺の湯温が低下して、温圧弁や温調弁が閉じるため、お
湯の排出量は僅かである。ただし貯湯槽内における温圧
弁や温調弁の取り付け位置が、第１の熱交換器より低い
レベルにあると、貯湯槽内に供給される水の量がわずか
であっても、温圧弁や温調弁周辺の湯温が下がって弁が
閉じてしまい、第１の熱交換器周辺の湯温が低下しにく
くなるため好ましくない。

【００２２】さらに本発明においては、第２の温度セン
サーの検知温度と、第３の温度センサーの検知温度との
温度差が一定温度以上（例えば４〜１０℃）になると、
循環ポンプが起動し、両者の温度差が一定温度以下（例
えば１〜３℃）になると、循環ポンプが停止するように
制御することによって、循環ポンプが停止するのは、太
陽熱集熱器内の熱媒体温度が貯湯槽内の湯温と近い時な
ので、温圧弁や温調弁の設定温度を熱媒体の耐熱温度以
下、具体的には、６０〜９９℃にしておけば、太陽熱集
熱器内の熱媒体の劣化を防止することができる。

【００２３】

【実施例】以下、本発明の太陽熱利用給湯システムを実
施例に基づいて詳細に説明する。

【００２４】図１は、本発明の太陽熱利用給湯システム
を示す説明図である。

【００２５】図中、太陽熱集熱器１０は、真空ガラス管
（外径φ１２６ｍｍ×全長２８３０ｍｍ）の中に、表面
を選択吸収膜処理した幅１１６ｍｍ、長さ２６２０ｍ
ｍ、厚み０．４ｍｍの鉄製集熱板と、この鉄製集熱板の
中心軸にプレスでかしめられた外径φ１５．８８ｍｍ、
厚み０．６ｍｍの銅製熱媒管を収納した形態を有するも
のを１２本使用したものであり、有効集熱面積は、３．
６４ｍ² である。また貯湯槽１４は、ステンレス製（外
径φ５３０ｍｍ×全長１４４５ｍｍ）で、貯湯量は、約
３００リットルである。貯湯槽１４内に取り付けられた
第１の熱交換器２４は、ステンレス製（外径φ１６ｍｍ
×全長８ｍ）であり、伝熱面積は、０．４ｍ² 、取付位
置は貯湯槽１４の底面から５０〜２５０ｍｍの範囲であ
り、第２の熱交換器２５も、ステンレス製（外径φ１６
ｍｍ×全長４ｍ）であり、伝熱面積は、０．２ｍ² 、取
付位置は貯湯槽１４の上面から５０〜１５０ｍｍの範囲
である。

【００２６】リザーブタンク１６は、ポリエチレン成形
品であり、その容量は約２０リットルである。循環ポン
プ１５の出力は、１００Ｖ・１１５Ｗであり、減圧逆止
弁２３の設定圧力は、０．８０ｋｇ／ｃｍ² であり、安
全弁２２の設定圧力は、０．９５ｋｇ／ｃｍ² であり、
熱媒体は、ポリプロピレングリコールの不凍液を使用し
た。

【００２７】貯湯槽１４の外部には、第１の熱交換器２
４の出口と第２の熱交換器２５の出入口を連結するバイ
パス管２６が設けられ、バイパス管２６の第２の熱交換
器２５の入口との分岐部には、３方弁２７が取り付けら
れている。

【００２８】貯湯槽１４の上部には、湯温を検知する第
１の温度センサー２８が取り付けられ、太陽熱集熱器１
０の出口付近には、熱媒体の温度を検知する第２の温度
センサー２９が取り付けられ、貯湯槽１４の下部には、
湯温を検知する第３の温度センサー３０が取り付けられ
ている。これらの温度センサー２８、２９、３０は、い
ずれもサーミスタであり、差温コントローラーで循環ポ
ンプ１５と３方弁２７の動きを制御するようにしてい
る。

【００２９】この制御条件は、例えば第１の温度センサ
ー２８による検知温度が、７０℃より高く、且つ、第２
の温度センサー２９の検知温度より高い時、第１の熱交
換器２４を出た熱媒体が、バイパス管２６を通って第２
の熱交換器２５に流れ、また第１の温度センサー２８に
よる検知温度が、７０℃以下の時、第１の熱交換器２４
を出た熱媒体が、バイパス管２６を通って往き配管１２
に流れるように設定する。

【００３０】貯湯槽１４内の熱交換器１２近傍の側壁に
取り付けられた温調弁３１は、ワックスサーモタイプの
ものであり、その設定温度は、８５℃とする。温調弁３
１のサーモ（感温部）の長さは、第１の熱交換器２４の
寸法・形状によって変化するが、第１の熱交換器２４に
接触しない程度にできるだけ長くして、第１の熱交換器
２４周辺の湯温を検知するように設定する。温調弁３１
の取付位置は、貯湯槽１４の底面から２３０ｍｍの位置
とする。

【００３１】

【発明の効果】以上のように、本発明の太陽熱利用給湯
システムによると、貯湯槽内のお湯の使用量が少なかっ
たり、全く使用されない時に晴天日が続き、貯湯槽内の
お湯が高温になっても、循環ポンプを停止することな
く、貯湯槽内の湯温の上昇を防止できるため、熱媒体を
短期間で劣化させることなく使用することが可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の太陽熱利用給湯システムを示す説明図
である。

【図２】従来の太陽熱利用給湯システムを示す説明図で
ある。

【符号の説明】

１０ 太陽熱集熱器 １１ 熱交換器 １２ 往き配管 １３ 戻り配管 １４ 貯湯槽 １５ 循環ポンプ １６ リザーブタンク １９ 給湯配管 ２０ 給水配管 ２４ 第１の熱交換器 ２５ 第２の熱交換器 ２６ バイパス管 ２７ ３方弁 ２８ 第１の温度センサー ２９ 第２の温度センサー ３０ 第３の温度センサー ３１ 温調弁

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 太陽熱集熱器と、お湯を貯める貯湯槽
   と、貯湯槽の底部付近に取り付けられた第１の熱交換器
   と、貯湯槽の上部に取り付けられた第２の熱交換器と、
   貯湯槽の外部に設けられ、第１の熱交換器の出口と第２
   の熱交換器の出入口を連結するバイパス管と、バイパス
   管の第２の熱交換器の入口との分岐部に取り付けられた
   ３方弁と、太陽熱集熱器の入口と第２の熱交換器の出口
   及びバイパス管を連結する往き配管と、太陽熱集熱器の
   出口と第１の熱交換器の入口を連結する戻り配管と、往
   き配管の途中に取り付けられ、太陽熱集熱器と第１及び
   第２の熱交換器との間で熱媒体を循環させるための循環
   ポンプと、第２の熱交換器の出口と循環ポンプの間の往
   き配管に取り付けられたリザーブタンクと、循環ポンプ
   の起動・停止を行う制御回路と、貯湯槽の底部に取り付
   けられた給水配管と、貯湯槽の上部に取り付けられた給
   湯配管と、貯湯槽内の第１の熱交換器の近傍に取り付け
   られた湯温を検知する温圧弁又は温調弁を備えてなり、
   貯湯槽の上部に湯温を検知する第１の温度センサーが取
   り付けられ、太陽熱集熱器の出口付近に熱媒体温度を検
   知する第２の温度センサーが取り付けられ、貯湯槽の下
   部に第３の温度センサーが取り付けられ、第１の温度セ
   ンサーの検知温度が、設定温度以下の時は、熱媒体が、
   戻り配管、第１の熱交換器、バイパス管、リザーブタン
   ク、循環ポンプ、往き配管、太陽熱集熱器の順に流れ、
   また第１の温度センサーの検知温度が設定温度を超え、
   且つ、第２の温度センサーの検知温度よりも高い時は、
   熱媒体が、戻り配管、第１の熱交換器、バイパス管、第
   ２の熱交換器、リザーブタンク、循環ポンプ、往き配
   管、太陽熱集熱器の順に流れることを特徴とする太陽熱
   利用給湯システム。
2. 【請求項２】 設定温度が、温圧弁又は温調弁の設定温
   度よりも低いことを特徴とする請求項１記載の太陽熱利
   用給湯システム。
3. 【請求項３】 温圧弁又は温調弁の設定温度が、６０〜
   ９９℃であることを特徴とする請求項１、２記載の太陽
   熱利用給湯システム。