(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の上昇管を備えた、上方向に傾斜した又は垂直なパネルを有する太陽熱集熱器と、
前記上昇管の下端部に接続された下側集熱器マニホールドと、
前記上昇管の上端部に接続された上側ヘッダ集熱器マニホールドと、
高温の熱伝達流体を上昇させるための、前記上側ヘッダ集熱器マニホールドに接続された出口管と、
前記出口管から前記高温の熱伝達流体を受け取るための、前記出口管に接続された第１のリザーバと、
前記第１のリザーバに接続された第１のパイプと、
前記第１のリザーバから高温の熱伝達流体を受け取るための、前記第１のパイプに接続された熱交換器と、
前記熱交換器に接続された温水貯蔵タンクと、
冷却された流体を第２のリザーバに戻すための、前記熱交換器に接続された第２のパイプと、
前記第１のリザーバの下に位置決めされ、前記第２のパイプに接続された前記第２のリザーバと、
前記第２のリザーバ及び前記下側集熱器マニホールドに接続された戻り管と、
前記第２のリザーバ内で凝縮するように蒸気を前記第１のリザーバから解放するための、前記第１のリザーバの上側部分から接続された蒸気パイプと
を有し、
前記第２のリザーバの上部に接続された第３のリザーバと、前記第３のリザーバの底部に接続されたフロート弁であって、前記第３のリザーバ内に蒸気及び熱伝達流体が流れることができるように、且つ前記第３のリザーバから前記第２のリザーバに前記熱伝達流体が戻ることができるように開くフロート弁とをさらに有する
セルフポンピング太陽熱給湯システム。
【請求項２】
前記上昇管と、前記下側集熱器マニホールドと、前記第１及び第２のパイプと、前記熱交換器との中に熱伝達流体をさらに有し、該熱伝達流体は、前記第２のリザーバを満杯の約１／２〜１／３だけ部分的に満たしている請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記第３のリザーバが閉じており、且つ膨張可能である請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記下側集熱器マニホールド及び前記第３のリザーバに接続された熱伝達流体流通ラインをさらに有し、前記流通ラインは、前記第２のリザーバの上に延びる逆Ｕ字形管を有し、前記逆Ｕ字形管は、前記下側集熱器マニホールドから前記流通ラインを通して前記第３のリザーバへの前記熱伝達流体の流通を可能にし、また前記逆Ｕ字形管は、前記上昇管内で圧力が上昇したときに前記集熱器から前記第３のリザーバに熱伝達流体を流す請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記第２のリザーバの上部と前記流通ラインの間に接続された圧力制限オリフィスをさらに有し、それによって前記第２のリザーバからの蒸気の流れが前記オリフィス及び前記流通ラインを通して前記第３のリザーバに流れることを可能にする請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記戻り管から前記下側集熱器マニホールドへの流れを可能にすると共に逆方向への流れを阻止するために、前記戻り管及び前記下側集熱器マニホールドに接続された一方向弁をさらに有する請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
熱伝達流体を加熱するため、及び前記上昇管内で蒸気泡を生成するための垂直な又は上方向に傾斜した上昇管を有する１つ又は複数の太陽熱集熱器と、
前記上昇管の下端部に接続された下側マニホールドと、
前記上昇管の上端部に接続された上側ヘッダマニホールドと、
高温の熱伝達流体を上昇させるための、前記上側ヘッダマニホールドに接続された出口管と、
前記出口管から前記高温の熱伝達流体を受け取るための、前記出口管に接続された第１のリザーバと、
前記第１のリザーバに接続された第１のパイプと、
前記第１のリザーバから高温の熱伝達流体を受け取るための、前記第１のパイプに接続された熱交換器と、
前記熱交換器に接続された温水タンクと、
冷却された流体を第２のリザーバへ戻すための、前記熱交換器に接続された第２のパイプと、
前記第１のリザーバの下に位置決めされ、前記第２のパイプに接続された前記第２のリザーバと、
第２のリザーバ及び前記下側マニホールドに接続された戻り管と、
前記第２のリザーバ内で凝縮するように高温蒸気を前記第１のリザーバから前記第２のリザーバに流すための、前記第１のリザーバの上側部分から接続された蒸気パイプと、
前記第２のリザーバの上部からの蒸気を内部に受け取るための第３の閉じた膨張可能なリザーバ、及び前記第３のリザーバの底部に接続されたフロート弁であって、前記第３のリザーバ内に蒸気及び熱伝達流体が流れることができるように、且つ前記第３のリザーバから前記第２のリザーバに前記熱伝達流体が戻ることができるように開くフロート弁と
を有するセルフポンピング太陽熱給湯システム。
【請求項８】
固有の過熱防止システムをさらに有し、前記過熱防止システムは、前記下側マニホールド及び前記第３のリザーバに接続された流通ラインを有し、前記流通ラインは、前記第２のリザーバの上に延びる逆Ｕ字形管を有し、それによって、前記上昇管内に熱及び圧力が蓄積したときに前記上昇管から前記第３のリザーバに前記熱伝達流体を移送する請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記第１及び第２のパイプが可撓性であり、低コストであり、また容易にＰＥＸ管を設置可能である請求項７に記載のシステム。
【請求項１０】
前記システムが、電気ポンプ、制御装置、ワイヤ、又は調節弁を有さない単純な太陽熱熱セルフポンピング・システムである請求項７に記載のシステム。
【請求項１１】
前記システムが、機械的構成要素を有さずメンテナンスフリーであり、過熱時に自動的に空になる請求項７に記載のシステム。
【請求項１２】
太陽熱集熱器によって熱伝達流体を加熱する方法であって、
垂直な又は上方向に傾斜した上昇管を有する太陽熱集熱器を備えるシステムを提供するステップと、
前記上昇管に上側及び下側マニホールドを接続するステップと、
前記下側マニホールド及び前記上昇管内に熱伝達流体を提供するステップと、
前記上昇管内で高温蒸気の泡を発生させ、高温の熱伝達流体のスラグを上方向に、前記上昇管、前記上側マニホールド、及び出口管を通して第１の上側リザーバに押し進め、前記上側リザーバ内で高温蒸気と高温流体を分離するステップと、
熱交換器内で前記高温の熱伝達流体と熱交換される第２の流体を加熱するように、第１のパイプ及び前記熱交換器を通して前記高温の熱伝達流体を流すステップと、
冷却された熱伝達流体を前記熱交換器から第２のパイプを通して第２の下側リザーバに戻すステップと、
前記高温蒸気を前記第１のリザーバから前記第２のリザーバ内に受け取り、前記第２のリザーバの内部で、前記冷却された熱伝達流体によって蒸気を凝縮させるステップと、
冷却された流体を前記下側マニホールドに流し、前記方法を継続するステップと、
第３のリザーバを提供するステップと、
システム内に余剰圧力が生じたときに前記第２のリザーバの上部から前記第３のリザーバに高温蒸気を流すステップと
を含む方法。
【請求項１３】
大気圧未満の内圧で電気を用いることなく前記システムを動作させるステップをさらに含む請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記システムの過熱を防止するために、高温の熱伝達流体を前記下側マニホールドから逆Ｕ字形管を通して前記第３のリザーバに流すことによって過熱防止を提供するステップをさらに含む請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記システムの内部で過圧が発生したときに、高温蒸気を前記第２のリザーバの上部からオリフィスを通して前記第３のリザーバに流すステップをさらに含む請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
前記第２のリザーバの上部の間に蒸気ライン及びオリフィスを提供するステップと、蒸気及びガスを前記第２のリザーバの上部から蒸気ラインのオリフィス及びフロート弁を通して前記第３のリザーバに流すことによって、自動的に大気圧以下の圧力回復を提供するステップとをさらに含む請求項１２に記載の方法。
【請求項１７】
前記集熱器、前記上昇管、前記上側マニホールド、及び下側マニホールドが標準のものであり、また
前記出口管及び前記第１の上側リザーバを接続すること、並びに前記第２の下側リザーバ及び前記第３のリザーバを接続することによって、間欠泉ポンプを標準の集熱器に後付けするステップをさらに含む請求項１２に記載の方法。
【請求項１８】
システム内の過圧を自動的に防止するために、前記システム内の圧力が大気圧よりも高くなったときに一方向フロート弁を通して前記システムから前記第３のリザーバに蒸気を流すステップと、前記システムが冷えて圧力が大気圧未満に低下したときに、凝縮された熱伝達流体を前記第３のリザーバから前記フロート弁を介して前記システム内に戻すステップとをさらに含む請求項１２に記載の方法。
【請求項１９】
前記システム内で圧力が上昇したときに、すべての前記熱伝達流体を前記集熱器、前記上側マニホールド及び前記下側マニホールドから前記第３のリザーバ内に自動的に流すステップと、前記システム内の圧力が大気圧未満に低下したときに、前記熱伝達流体を前記第３のリザーバから前記フロート弁を通して前記集熱器及びマニホールドに戻すステップとをさらに含む請求項１２に記載の方法。
【請求項２０】
太陽熱集熱器によって熱伝達流体を加熱する方法であって、
垂直な又は上方向に傾斜した上昇管を有する太陽熱集熱器を備えるシステムを提供するステップと、
前記上昇管に上側及び下側マニホールドを接続するステップと、
前記下側マニホールド及び前記上昇管内に熱伝達流体を提供するステップと、
前記上昇管内で高温蒸気の泡を発生させ、高温の熱伝達流体のスラグを上方向に、前記上昇管、前記上側マニホールド、及び出口管を通して第１の上側リザーバに押し進め、前記上側リザーバ内で高温蒸気と高温流体を分離するステップと、
熱交換器内で前記高温の熱伝達流体と熱交換される第２の流体を加熱するように、第１のパイプ及び前記熱交換器を通して前記高温の熱伝達流体を流すステップと、
冷却された熱伝達流体を前記熱交換器から第２のパイプを通して第２の下側リザーバに戻すステップと、
前記高温蒸気を前記第１のリザーバから前記第２のリザーバ内に受け取り、前記第２のリザーバの内部で、前記冷却された熱伝達流体によって蒸気を凝縮させるステップと、
前記冷却された流体を前記下側マニホールドに流し、前記方法を継続するステップと
を含み、
前記システム内の圧力を増加させることによって流量及び温度を自動的に調節する適合システムを提供するステップと、流体及び高温蒸気を前記第２のリザーバからフロート弁を通して第３の膨張可能なリザーバに流すステップと、前記システム圧力が低下したときに前記第３のリザーバから前記システムに前記熱伝達流体を戻すステップとをさらに含む加熱方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２００８年１０月６日付けで出願した米国仮特許出願第６１／１９５２８８号の利益を主張するものであり、その全体を参照して本明細書に組み込む。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００２】
【特許文献１】米国仮特許出願第６１／１９５２８８号明細書
【発明の概要】
【０００３】
新規のシステムは、太陽熱によって直接推進されるセルフポンピング太陽熱ループを有する。循環系統は、機械的構成要素、モータ、ポンプ、弁、電子構成要素、制御装置、センサ、又はワイヤを何ら必要としない。これは、一般的な信頼性の面での問題をなくし、大幅な材料コストの節約及び設置労力の節約となる。新規のシステムは、１つ又は複数の標準のフラットプレート集熱器及び標準の温水貯蔵タンクを使用する。特製の集熱器又はタンクは必要ない。
【０００４】
新規のシステムは、設置、又は既存の住宅用温水システムへの後付けを迅速且つ容易に行うことができる。時間及びコストが節約される。取付具の取扱いが簡単であるので、はんだ付けは必要ない。新規のメンテナンスフリーのシステムは、購入時に節約でき、維持費を節約でき、また保守不要で動作する。並置される配管用の屋根貫通部は１つだけあればよい。可撓性管の使用により、コスト節約となり、設置が容易になる。本システムは動作が静かである。
【０００５】
本システムは、自動温度制限モードを有し、これは、貯蔵タンク内の正圧及びやけどするほどの高温を防止し、高価なやけど防止弁を不要にする。
【０００６】
本システムは、自動過熱防止システムを有し、これは、安全性のため及び熱伝達流体の化学的性質を保護するために、極端な状況では集熱器を空にする。本システムは、長期にわたって温水を引き抜くことなく安全に動作することができる。このシステムでは、集熱器内でよどみが生じない。高温により熱伝達流体の化学的組成が破壊されるおそれはない。
【０００７】
真空（或いは減圧状態）を生成するための自動システムが、必要であれば自動的に真空を回復し、そして結果として容易な設置、及び保守不要な動作を可能にする。本システムは完全に閉じている。真空又は流体が失われる懸念はない。
【０００８】
本システムは、食品安全性プロピレングリコールと、水と、エタノールとの混合物を使用して凍結防止される。
【０００９】
本システムは、日照量に合わせて流量及び温度を自動的に適応させる。逆向きの熱サイホン作用が生じる可能性がないので、逆止弁は必要ない。
【００１０】
高性能熱交換器を使用することで、高い温度出力と、貯蔵タンク内の温水への優れた熱伝達が得られる。内部熱交換器コイル又はサイドアーム熱交換器を使用することができる。費用対効果の面から、サイドアーム熱交換器を使用することができ、はんだ付けを用いずに標準のタンクへの取付け又は後付けを行うことができる。この組合せにより、温水タンク内部に完全な層化状態で、すぐに使用できる４０℃を超える高温層が生成される。
【００１１】
タンクの底部にある排水ポートと、タンクの上部にある温度及び圧力ポートとを使用して、熱交換器を標準の温水タンクに安価に追加することができる。接続には、標準の１．９１ｃｍ（３／４インチ）のＴ型取付具と、ナット／取付具コネクタを有する標準の可撓性圧力ホースとが使用される。温度及び圧力（Ｔ＆Ｐ）逃がし弁が標準のタンクから外される。Ｔ＆Ｐ逃がし弁の代わりに上部Ｔ型取付具が接続され、Ｔ型取付具の上にＴ＆Ｐ弁が再びねじ留めされる。熱交換器の上部は、標準の可撓性の給湯器圧力ホースを介して、上部Ｔ型取付具の他方のポートに接続される。タンクの底部では、排出弁が排出ポートから取り外される。底部Ｔ型取付具が排出ポートに取り付けられる。排出弁は、底部Ｔ型取付具の一方の側にねじ留めされる。底部Ｔ型取付具の他方の側は、熱交換器の底部に接続される。家庭用冷水及び温水ポートはそのままである。
【００１２】
気密結合が、太陽熱ループにおける架橋ポリエチレンＰＥＸ配管のための気密封止を保証する。標準のフレア取付具の使用により、太陽熱集熱器への受動的太陽熱ポンプ・ユニットの接続が容易且つ迅速に行え、はんだ付け不要であり、気密封止される。
【００１３】
太陽熱給湯器用の受動的流体ポンピングの新規の方法が提供される。標準の市販されている太陽熱集熱器が採用される。２つの太陽熱集熱器をただ１つの受動的流体ポンピング・ユニットと共に使用することができ、さらなるコスト節約を実現する。
【００１４】
本発明は、新規の太陽熱駆動式のセルフポンピング・ユニットを提供する。必要であれば、真空を自動的に回復するために受動的な方法が採用される。完全に閉じたシステムは、周囲への蒸発による流体損失の危険がない。
【００１５】
利用可能な取付具が低コストでの使用を可能にし、また真空損失のない可撓性ＰＥＸ配管の容易な設置を可能にする。設置の際にはんだ付けは必要ない。新規のシステムの設置は、はんだ付けを必要とせず、ナット及びＯリング取付具、フレア取付具、並びにユニオン・カップリングを使用する。集熱器は、工場又は現地で、標準の集熱器に容易に追加される適合する取付具を準備される。
【００１６】
本システムは、熱伝達流体として、適正な水／グリコール／エタノール混合物を充填される。適正な充填液位を観察すべきである。最初に手動でシステムを真空引きする必要はない。
【００１７】
すべての操作、すなわちポンピング、真空回復、温度制限、及び過熱時の流体の追出しに関して、基礎物理が使用される。弁は１つだけ使用される。この弁は、通常は常に閉じられている。基本物理原理が使用されるが、本発明による新規の、進歩性を有する寄与には、先行の太陽熱温水システムに勝る改良が含まれる。
【００１８】
１つの先行システムは、特別に設計された単一の集熱器を有し、固定上昇管が、特別にろう付けされた収集マニホールドにおいて集熱器よりも上に高く延ばされている。対照的に、新規のデバイスは、様々なサイズを有する１つ又は複数の標準の集熱器に追加することができる。
【００１９】
本発明は、集熱器からポンピング・メカニズムを切り離すので、進歩性を有している。あらゆる条件下で良好に稼働する新規の受動的太陽熱ポンプを設計するために、広範な研究開発が行われてきた。
【００２０】
本発明においては以下の新規の結果が得られており、効率的であり見た目の良い流体ポンプ・システムを形成し、閉ループ・システム内での圧力蓄積を回避し、熱膨張による流体膨張を許し、過熱防止メカニズムを含み、これは、動作を可能にすると共にグリコールの化学組成を保護する。
【００２１】
新規のシステムは、間接的な間欠泉ポンピング法を使用する。集熱器内で生成された水蒸気泡が、外部に取り付けられた出口管マニホールド内で間欠泉ポンピング作用を生じる。流体と蒸気の分離メカニズムも新規である。追加の利益は、より多くの流体体積がポンピングされること、及び複雑な泡核形成デバイスが必要ないことである。
【００２２】
従来技術のシステムでは、各上昇管が、集熱器の上方に突き出るその独自の出口管を有しており、集熱器の上方で目障りな設計となっている。これが標準の集熱器の使用を妨げていた。また、これは、単一のポンプ及び共有の熱交換器ループに接続された複数の集熱器には対応していない。さらに、水蒸気泡は、より低温の空の上昇管内で急速に凝縮して収縮し、これにより泡の効果がさらに低減する。
【００２３】
新規の発明は、優れた性能であり、見た目がはるかに改良され、それと同時により融通性があり、あまり複雑でなく、より安価である。新規のシステムは、真空を自動的に開始して維持し、それによりシステムは、はるかに設置が容易なものとなり、また、時間の経過により真空が失われるという保守面での問題がなくなる。真空損失は、従来技術のシステムにおいて問題であった。
【００２４】
新規の発明のポンピング作用は、４段システムである。太陽が、集熱器内の吸収体に接続された上昇管内の流体を温める。熱サイホン作用により、最も高温の水が上昇管の上部まで上昇する。システム内の圧力低下により、流体は低い温度で沸点に達する。これが水蒸気泡を生じ、この泡により１６００倍に体積が膨張する。泡は、高温流体のスラグを高所の高温流体リザーバに押し上げる。流体平衡原理が、太陽熱ループ内の循環を引き起こす。この循環は、熱交換器を通して高温流体を送り流し、それにより熱を貯蔵タンクに伝達する。冷却された流体は、熱交換器から太陽熱システムのより低温の流体リザーバに戻される。上昇管からの蒸気は、高温流体から分離され、より低温の流体リザーバに戻され、その中で凝縮される。蒸気凝縮によって解放される熱が、集熱器に戻る流体を予熱する。
【００２５】
熱伝達流体は低い沸点を有するべきである。熱伝達流体は、集熱器及び配管の破裂を回避するために凍結しないようにすべきである。水と、グリコールと、エタノールの混合物が熱伝達流体として使用される。これは、低い凍結防止温度を有する。システムが動作する適度な真空下で、システムは、３５℃の温度でポンピングを開始する。最低動作温度は、混合物比を選択することによって選択することができる。熱伝達流体は、優れた熱伝達能力を有する。システムが高いよどみ点温度を制限し、流体は化学的な安定性を保つ。水と、エタノールと、プロピレングリコールは、安全で無毒の流体混合物である。これは、単層熱交換器の使用を可能にする。
【００２６】
膨張された水蒸気が、太陽熱集熱器の上部マニホールド内の高温流体を強く押す。流体及び水蒸気泡は、出口管を通ってのみ逃げることができ、出口管は、集熱器の上部マニホールドの外部ポートに接続される。最終的には、水蒸気泡は、ポンプ式に排出される高温流体に従って出口管を通って逃げる。リザーバＲ２内の低温流体液位が上部マニホールドよりもわずかに高く位置決めされるので、上部マニホールドは、流体重力平衡原理を使用して集熱器の底部から上に送られる熱媒液体を補給する。
【００２７】
出口管の数及び直径は、大きな制限なく十分な流体が逃げられるように十分に大きいが、水蒸気が流体を通り越して進むことはできないように十分に小さく選択される。水蒸気泡は、すべての流体スラグを管内で押し上げる。
【００２８】
水蒸気泡は下方向への力も提供するが、上部マニホールド及び出口管内の水の体積が下方の集熱器内の水の体積に比べてはるかに小さいので、逆流は最小である。集熱器の底部で低流量制限を有する特別に設計された一方向弁によって、ポンピング効率をわずかに改良することができるが、この弁は絶対に必要とされるわけではない。このために、非常に単純な一方向弁が開発された。このシステムは、この弁なしでも機能することができ、弁が故障した場合でさえ、システムの性能に重大な影響はない。
【００２９】
出口管内の高温流体は、より高い液位に押し上げられ、リザーバＲ１を一部充填する。リザーバＲ１の流体液位がリザーバＲ２の流体液位よりも高くなる。両リザーバは、２つの経路を使用して連絡している。すなわち、１つは蒸気用の経路であり、もう１つは流体用の経路である。２つのリザーバは、常に、流体の上方に同じ気圧を有する。両リザーバは、流体で充填された長いＵ字管を介して連絡し、熱交換器がＵ字管の最も低い部分である。システム循環は、流体重力平衡原理に基づく。したがって、流体は均衡液位に向かう。リザーバＲ１内の流体は、システムを通って下に流れ、リザーバＲ２内と同じ流体液位に達する。リザーバＲ２は、リザーバＲ１に比べて非常に大きい体積を有するので、リザーバＲ２内の流体液位は、実質的に同じ液位のままである。
【００３０】
リザーバＲ１の設計及び直径は、リザーバＲ２に直接溢出することなく出口管から押し出されたすべての流体を収容するのに十分に広く、しかし流体液位の急速な上昇をもたらすのに十分に小さく選択される。水位が高くなればそれだけ圧力が大きくなり、熱交換器ループ内の流量が高くなる。
【００３１】
リザーバＲ１とリザーバＲ２の数インチの液位の差が、熱交換器ループを通る適切な流れを提供するのに十分である。しかし、熱交換器ループの脚部を下る高温流体の流体温度は、熱交換器ループの戻り脚部内の冷却された流体の温度よりもはるかに高い。高温流体は、より低密度であり、したがってより低重量である。その結果、高温流体は、静止している間は異なる液位に位置する。リザーバＲ１の高さを増加することで、これが補償される。タンクと集熱器の間の垂直距離が、リザーバＲ１に必要とされる高さ補償のための最小オフセットを決定する。実用には、集熱器の上部から温水タンクへの垂直距離は、３階建ての高さ又は９．１４ｍ（３０フィート）に制限されることが最も好ましい。リザーバＲ１の最低高さは、熱交換器ループの垂直距離に直接関係する。
【００３２】
リザーバＲ１から熱交換器への管は、この管内の流体が周囲よりも高温であるので、熱損失を避けるために断熱する必要がある。戻り管は比較的低温であるが、この戻り管も断熱される場合、システムの効率がより高くなる。
【００３３】
通常、閉じたシステム内では圧力が急速に蓄積し、これにより圧力がより一層高くなり、沸点が上昇する。しかし、リザーバＲ２に戻される流体は、熱が熱交換器内で貯蔵タンクに伝達されるときに冷却される。太陽熱集熱器の上部マニホールド内の温度に比べ、リザーバＲ２内の流体の温度は比較的低い。この比較的低い温度も、集熱器効率を改良する。
【００３４】
集熱器内で生成された高温の水蒸気泡は、リザーバＲ２内に導かれ、そこで低温流体及びリザーバＲ２の壁に接触すると凝縮する。システム内の全圧は、リザーバＲ２内で維持される蒸気圧又は露点によって制御される。これにより、システム内でかなり一定の圧力減少又は体積減少が生じる。したがって、システム内の体積が維持され、これにより、流体が低温で沸騰し続けられるようになる。低温戻り流体は、凝縮プロセスからの熱により温度上昇する。これは、本質的には集熱器の底部に戻る流体を予熱し、これにより、エネルギーが失われないので望ましい。
【００３５】
動作時、戻り流体の温度は、温水貯蔵タンクの温度がゆっくりと上昇するにつれてゆっくりと上昇する。このより高い温度は、わずかに高い圧力をもたらし、それにより沸点が上昇する。これは、システムを適応性のあるものにする。沸点温度及び流速は、望ましいタンク温度に関係付けられる。従来のシステムは、オン又はオフに切り替えることしかできない。システムの温度が下がった後、低圧が戻り、これによりシステムの早期開始温度を可能にする。この新規のシステムでは、制御装置、センサ、電気機械ポンプ、滴下弁、逆止弁、膨張タンクなどは使用されない。
【００３６】
新規のシステムは、低温でポンピングを開始し、貯水タンク温度が上昇すると共にポンピングを強める。熱交換器は、タンク全体の温度が上がるまで温水タンクの底部から低温の水を供給されることに留意されたい。最終的に底部タンク温度が比較的高くなっている場合、システムは、より高い温度に適応して動作し、依然として、温水タンク温度よりも暖かい流体を提供する。
【００３７】
１つの重要な考察事項は、システム内のよどみを回避することである。従来のシステムは、ポンプがオフに切り替えられて集熱器内の流体が過熱される場合に損壊することがある。従来のシステム内でグリコールがある温度を超えると、化学組成物が分解し、腐食性となって漏れを生じ、組成物はその凍結防止特性を失う。
【００３８】
新規のシステムは、過熱を自動的に防止する。例えば、不在中に、日中に温水消費をしない状態でシステムが太陽を受けた場合、貯蔵タンクは最終的に高温に達する。新規のシステムは、この状況に対処するように形成される。システムは、温水タンク温度の上昇及び圧力の上昇により、循環を減少させる。システム圧力が１ｂａｒに達した場合、沸点は１００℃になる。標準のフラットプレート集熱器は、これらの温度で、収集された熱のかなりの割合を放射する。フラットプレート集熱器は、より高温では効率が悪くなる。循環は、次第に遅くなっていくが、継続される。沸点は１００℃であるが、上部マニホールドからポンプされる流体は、常にわずかに低い温度である。熱交換器を介してタンクへの熱交換が行われる。
【００３９】
タンクが最高温度に達した場合、熱交換器内で熱交換は行われない。高温流体は熱交換器から出るであろう。周囲温度は流体温度よりもはるかに低いので、熱は空気中に放散される。高温流体がリザーバＲ２に達すると、熱は引き続き周囲空気に放射される。空気温度が４０℃の場合でさえ、依然として、リザーバＲ２から周囲空気に熱を放散するのに有意なΔＴが存在する。高温位置では、周囲空気への放射を高めるために、リザーバＲ２の全長にわたってフィンを装備することができる。リザーバＲ２は体積がより大きいので、流体はリザーバＲ２を通って比較的ゆっくりと進む。これにより、流体を冷却するのに十分な時間が得られる。集熱器への戻り管が、流体の冷却のための最終段階である。
【００４０】
システム内での最大圧力は１ｂａｒに制限され、それにより沸点は１００℃である。溢出リザーバＲ３の弁が、過圧を逃がす。水蒸気は、Ｒ３への真空ライン内で液体に凝縮し、さらに、Ｒ３に蓄積されたより低温の液体中で凝縮される。このメカニズムは、圧力及び温度制限システムとして作用する。これはまた、熱交換器に提供される最高温度を制限する。
【００４１】
システムは、熱交換器から戻される流体の温度が特定の温度を超えるまで、温度制限モードで動作し続ける。特定の温度の超過は、タンクが完全に加熱された場合にのみ生じる。また、この水蒸気排気は、システムから空気を追い出す。これは、冷却後にシステム内に強い真空が自動的に生じることを保証する。このメカニズムは、システムが、最適な動作に必要とされる所望の真空を常に生成することを保証する。また、真空は最初の使用時に自動的に生成される。
【００４２】
本システムは、集熱器からのすべての流体を溢出リザーバＲ３に押し流すことによって、過熱防止モードに切り替わる。熱交換器から戻される流体の温度が非常に高くなると、強い日照の下で生成される水蒸気の量は、水蒸気解放ライン内での流量制限により、排気されないほど多くなる。温度制限システムにおけるこの制限は、日照が強い場合、且つ熱交換器から戻る冷却流体がない場合に、システム内でわずかな過圧を引き起こす。これにより、流体排出ライン内でヘッド圧力が生じ、次いでこの圧力が、流体を溢出リザーバに直接排出し始める。管の寸法及び流体排出ラインの高さは、適切な瞬間にシステムが排出を開始するように慎重に選択される。短時間ですべての流体が集熱器から溢出リザーバＲ３に追い出され、その後、圧力が平衡する。集熱器内に流体が残らないので循環は生じ得ず、システムは、この過剰な日照の期間中、温水タンクが完全に加熱された状態で、安全に静止状態である。グリコール混合物はリザーバＲ３内に貯蔵され、高いよどみ点温度により、化学分解を受けない。システムは、効果的に排出システムとして自動的に作用する。
【００４３】
集熱器の温度が下がると真空が生成され、すべての流体が集熱器内に引き戻される。弁がフロートを有するためこれが可能であり、弁は、すべての流体がリザーバＲ３から引き戻されるまで開いたままである。すべての流体が引き戻されると、フロート弁が閉じ、生じる真空及び周囲空気圧が弁を気密に閉じる。システムは通常は大気圧未満で動作するので、弁は、通常動作時には閉じたままである。
【００４４】
リザーバＲ３は、流体、すなわち凝縮された水蒸気又は追い出された流体のみを受け取る。したがって、リザーバＲ３は柔軟性の防水カバーを用いて封止することができ、このカバーは、Ｒ３内の上昇する流体液位に合わせて調節することができる。これは、蒸発によるシステムの流体損失を防止する。システム全体が完全に閉じている。
【００４５】
システムが動作している間、熱伝達流体は温度上昇し、したがって体積膨張する。外部膨張タンクを不要にするために、リザーバＲ２が膨張リザーバとして作用するように形成される。低温状態では、リザーバは、１／３だけ充填されるべきである。リザーバＲ２の体積は、高温流体温度では２／３まで充填されるように寸法設定される。これは、流体体積膨張によりパイプが破裂するのを防止する。低温状況でシステムを充填しすぎないことが重要である。充填開口の形状及び位置が、所望の初期充填液位を保証する。
【００４６】
この特別な熱交換器システムは、新規のシステムの残りの部分に適合しており、低コストを提供する。新規のシステムは、温水貯蔵タンク内での優れた温度層化を実現し、約４０℃以上の高温の使用可能な水を即座に提供する。熱交換器から出た温水は、貯蔵タンクの上部に流れ、上部に留まり、より高温の水がタンク内に流れるときに下方向に移動する。使用するための温水は、タンクの上部から引き出される。
【００４７】
システム内の流量は、日照量及びタンク温度に自動的に適合する。流れは、熱交換器での最大の熱伝達を可能にするように比較的ゆっくりであり、このとき熱交換器は、比較的非常に低温の流体を集熱器に戻す。これにより、周囲温度との温度差がより小さいので、集熱器の動作効率がより高くなる。
【００４８】
熱交換器は、太陽熱集熱器からのほとんどすべての熱を、タンクから循環する水に伝達し、低温流体を含むリザーバＲ２に戻し、低い動作圧力、したがって低い沸点を維持する。
【００４９】
システム内で適切な真空を開始して維持するためのデバイスが追加されて、低い沸点及び効率的な動作温度を保証する。一方向弁は、システム内の圧力が大気圧（１ｂａｒ）よりも高くなった場合に水蒸気が逃げることができるようにする。最初の動作時、システムは周囲圧力であり、熱伝達流体は１００℃で沸騰する。集熱器及びポンプ内の流体は加熱により膨張し、リザーバ２内の水蒸気が、システム内のすべての空気を押し退け、フロート弁を通してリザーバＲ３内に空気を排気する。ポンピング作用が始まると、低温流体が、熱交換器リザーバ、並びに集熱器及びポンプから流れる。これは、全体の流体体積及び露点を急速に減少させる。これにより、一方向弁を閉じる急速な圧力低下が生じる。より低い圧力により、沸点が低くなり、流量が増加され、システム温度がより低くなる。システムは、流体体積の凝縮及び減少により、強い真空を引く。時間と共に閉ループ・システムの真空度が下がる場合、システムは、システム内の圧力が１ｂａｒを超えるたびに真空を自動的に回復する。
【００５０】
システムからの流体損失を防止するために、弁は、膨張可能なリザーバＲ３にベントする。リザーバの圧力は、膨張により、常に１ｂａｒとなる。水蒸気の凝縮による液体蓄積を回避するために、一方向フロート弁が、リザーバＲ３の最も低い部分に位置決めされる。リザーバＲ３内に液体が存在する場合、一方向フロート弁は流体上で浮動し、すべての流体がシステム内に引き戻されるまでは閉じない。すべての流体が膨張可能リザーバから引き出されると、一方向フロート弁が閉じ、強い真空により、閉じたままになる。また、膨張可能リザーバは、極端な高温条件ではオーバフロー・リザーバとして作用することもできる。しかし、システム全体が完全に閉じており、それにより周囲空気への蒸発による流体損失は生じ得ない。
【００５１】
本発明のこれらの目的及び構成、さらなる目的及び構成、並びに他の目的及び構成が、上述及び後述の明細書、並びに図面を含めた本開示から明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】冷水入口及び温水出口を有する標準の温水貯蔵タンクを備える新規のシステムを概略的に示す図である。熱交換器が、温水タンクの周りに巻かれて、概略的に示されている。
【図２】温水タンクに後付けされたサイドアーム熱交換器を使用する新規のシステムの一実施例の概略側面図である。
【図３】温水貯蔵タンクへの標準の温水及び冷水接続と、排水管にあるＴ型取付具（Ｔフィッティング）と、膨張可能リザーバと、膨張可能リザーバをリザーバＲ２に接続する圧力平衡管と、膨張リザーバからリザーバＲ２に熱伝達流体を戻すためのフロート弁とを示す新規のシステムの概略詳細図である。
【図４】第３の真空リザーバＲ３がリザーバＲ２と自動真空弁及び膨張可能リザーバとの間に追加された、図３に示されるものと同様のシステムの概略詳細図である。
【図５】冷水をタンクに補給するときにサイドアーム熱交換器の外側ジャケットを水洗するために冷水Ｙが進入する、図４に示されるものと同様の概略詳細図である。
【図６】温度制限する過熱防止サブシステムを備える新規のシステムの概略図であり、このサブシステムは、オリフィスを通して蒸気を送り、集熱器管及びヘッダから戻りライン及びＵ字管を通して溢出リザーバＲ３に熱交換流体を送り流す。図示されるタンクは、内部熱交換器コイルを有する。
【図７】膨張タンクと、フロート弁と、蒸気を保持し、熱伝達流体を戻す膨張可能溢出リザーバとの概略詳細図である。
【図８】最小流量制限を有する一方向弁の側面図である。
【図９】最小流量制限を有する一方向弁の上面図である。
【図１０】最小流量制限を有する一方向弁の端面図である。
【発明を実施するための形態】
【００５３】
図１を参照すると、新規の自動給湯システム１０が、標準の温水タンク１２と、屋根設置式フラットパネル集熱器１４と、接続配管１６と、熱交換器１８とを有する。タンクからの温水が使用されるとき、冷水が、標準の入口２２を通って流入して下方向に流れ、タンク１２の底部２４に解放されて、タンク層化を維持する。要求に応じて、水は、温水タンク１２の上部２８から出て、標準の温水出口２６を通って流れる。
【００５４】
接続配管１６は、低温液体上昇戻り管３２を含み、この管３２は、冷却された液体を熱交換器１８から戻して、リザーバＲ２を一部充填する。低温の水は、リザーバＲ２から管３４を通って、集熱器１４内の水平な下側マニホールド３６に流れる。液体は、集熱器１４内の並列傾斜上昇管３７内で加熱される。加熱された液体は、より高温の集熱器上部まで上方向に流れ、そこで水蒸気泡３８が発生する。水蒸気泡は、加熱された液体のスラグを、上側ヘッダマニホールド３９に、さらには出口管４０を通してリザーバＲ１まで上へ押し進める。水蒸気泡は、水蒸気泡の間で高温液体を出口管４０を通して上に押す。リザーバＲ１は、管４２を通してリザーバＲ２に高温水蒸気を解放して、凝縮させる。高温液体は、管４４内を下方向に、熱交換器１８の上側高温端部４６まで流れる。
【００５５】
この熱交換器１８の構成内の高温液体は、向流で温水貯蔵タンク１２内の水を順次に加熱し、最初にタンク１２の上部２８の水を加熱し、最後には、下方向に流れる熱媒液体が熱交換器１８の底部に達したときに、タンク１２の底部２４の最も冷たい水を加熱する。
【００５６】
見やすくするために概略的に示したリザーバＲ２は、集熱器１４の上部に沿って延びている。
【００５７】
図１のパイプ３４は、リザーバＲ２の右側に示されている。しかし、リザーバＲ２の左側にこの接続を配置することがより良いことが試験により示された。凝縮熱により、左側にある流体のほうが高温となるので、システムの効率がより良くなる。また、リザーバＲ２の右側がより低温になり、これは、水蒸気の露点をより下げて、凝縮をより高め、したがって動作真空圧がより低くなる。また、リザーバＲ２でのすべての接続がまとめて位置決めされたユニットが得られる。
【００５８】
リザーバＲ１内の高温液体とリザーバＲ２内の低温液体の高さの差により、液体は、接続配管１６と、熱交換器１８と、太陽熱集熱器１４と、上昇管３７と、上部マニホールド３９とを通って流れる。
【００５９】
図２は、本発明の一実施例を示し、ここで、システム５０は、標準の温水タンク５２と、標準のフラットパネル太陽熱集熱器５４と、接続配管５６と、温水タンク５２の外部にあるサイドアーム熱交換器５８とを使用する。熱交換器５８の外側管６２は、管６４によってＴ型取付具６６に接続され、Ｔ型取付具６６は、圧力及び温度（Ｐ＆Ｔ）逃がし弁６８を温水タンクに接続する。要求に応じてタンク５２の上部から温水を提供できるように、熱交換器から入った温水は層化されている。熱交換器５８は、排水ポート７６とＰ＆Ｔ逃がし弁６８でのＴ型取付具６６との間に容易に後付けできる。
【００６０】
温水貯蔵タンク５２での管６２の底部７４は、通常の排水ポート７６を有し、排水ポート７６は、熱交換器５８の外側管６２の底部７８に接続される。内側管８２内の高温液体が下方向に流れ、外側シェル６２内部の水を加熱する。熱サイホン作用により、上への向流が、外側シェル６２及びタンクを通る循環を生み出す。熱交換器５８からの最も高温の水がタンク５２内に流れ、タンク５２は、区域８８内で急速に４０℃に達し、家庭用途のために要求に応じてすぐに利用可能である。
【００６１】
熱交換器内で熱を除去された冷却された循環する熱媒液体は、戻り管９２内を上方向へリザーバＲ２まで流れる。低温液体は、中央管９４（図１では管３４としても示される）内を下方向へ、フラットパネル太陽熱集熱器５４を通って底部マニホールドパイプ９６に、次いで上方向へ内部加熱上昇管パイプ９８を通って流れる。液体が沸騰温度に達すると、気泡１００が生成される。泡は、かなりの速度で、液体スラグ１０２をヘッダマニホールド１０４内へ、さらに上方向へ出口管１０６を通して押し進める。高温液体スラグは、出口管１０６を通って上方向へ高速で進み、遠心力によってＵ字形の上端部１０８を巡って流れる。高温液体スラグは、下降管１１２の上端部１１０からリザーバＲ１内に入る。上側リザーバＲ１は、リザーバＲ２内の液位よりも高い液体液位を有する。不均衡な液体質量により、断熱された高温液体管１１２を通って下方向への流れが生じ、この流れは、熱交換器５８を通り、冷却済み液体用の断熱されていない又は断熱された戻り管９２を通って上方向へリザーバＲ２に進む。
【００６２】
内部蒸気圧は、蒸気管１１４によってリザーバＲ１とＲ２内で等しく保たれ、蒸気管１１４は、出口管１０６のＵ字形の上端部１０８に内側から接続される。３バールに設定された安全過圧逃がし弁又はプラグ１１６が、蒸気管１１４に接続される。下側及び上側マニホールド９６及び１０４並びにリザーバＲ２を２つの集熱器にわたって延ばすことによって、又は２つのリザーバＲ１及びＲ２を中央で相互接続することによって、２つの標準のフラットパネル太陽熱集熱器５４をリザーバＲ１及びＲ２に接続することができる。２つの上部マニホールドヘッダを、単一の出口管１０６、１０８及びパイプ・ループ５６に中央で接続することができる。
【００６３】
図３は、温水貯蔵タンクへの標準の温水及び冷水接続と、排水管にあるＴ型取付具と、膨張タンクと、膨張タンクを圧力平衡管に接続する接続管とを示す新規のシステムの概略詳細図である。
【００６４】
図３では、家庭用温水出口ポート１２２及び冷水入口ポート１２４が、温水貯蔵タンク５２の上部に示されている。温水は、要求に応じて、弁を開くことによってポート１２２から建物全体に導かれる。
【００６５】
家庭用冷水供給管が冷水入口ポート１２４に接続され、内部パイプ１２６が、低温補充水を貯蔵タンク５２の底部に送り流す。
【００６６】
排水ポート７６にあるＴ型取付具１２８は、排水弁１３２を貯蔵タンク５の底部に接続し、また冷水をタンクから後付けのサイドアーム熱交換器５８の底部に供給する。
【００６７】
貯蔵タンクからの水は、熱サイホン流によって、熱交換器５８を通って向流で上昇する。加熱された水は、管６４、及び標準のＴ＆Ｐ逃がし弁ポート１３４に接続されたＴ型取付具６６を通して、貯蔵タンク５２の上部に戻される。
【００６８】
通常は収縮されている自動の膨張タンク１４０が、チャンバ１４４にフロート弁１４２を有し、これは、管１４６によって、２つのリザーバＲ２とＲ１の間にある圧力平衡蒸気逃がし管１１４に接続される。新規のシステムでは、膨張チャンバが余剰圧力及び／又は余剰液体膨張を補償する。
【００６９】
リザーバＲ２の充填開口は、流体が流出するまでは、その高さの１／３を充填されている必要がある。これは、必要な１／３の充填液位を提供する。
【００７０】
充填を簡単にできるようにするため、及び空気を逃がすことができるようにするために、充填中は、Ｒ３への真空ライン、又は弁１４２及びリザーバ１４０への真空ライン１４６を切断しておくことが最良である。
【００７１】
１つの選択肢は、過圧防止としてゴム充填プラグを作用させることである。
【００７２】
熱交換器液位にある圧力計及び（デジタル）温度計を使用してシステムを監視することができる。また、流体液位モニタ／アラームがあってもよい。
【００７３】
図４は、図３に示されるものと同様のシステムの概略詳細図であり、第３の真空リザーバＲ３が、リザーバＲ２と自動真空弁１４２の間に追加されている。
【００７４】
リザーバＲ２のための体積増加がリザーバＲ３によって提供される。体積が大きくなるにつれて真空がより良く維持され、流量がより良好になり、これが性能を改善する。
【００７５】
大きなリザーバＲ２を作成するには、大きな直径の銅管が必要であり、銅管はできるだけ長くすべきである。このような銅管は、嵩張り、目障りであり、また特に今日の銅の価格に鑑みてコストがかかる。大半の体積は真空しか含まないので、屋根の下のリザーバＲ３がリザーバＲ２に接続される。
【００７６】
リザーバＲ２の体積は、リザーバＲ２よりも下に位置させることができる第３のリザーバＲ３によって拡張することができる。リザーバＲ２とＲ３の複合体積が、システムの加熱中の急速な真空度低下を防止する。より低い真空圧は、低い沸点、したがって高い流量を保証し、これがより良い性能をもたらす。リザーバＲ３は、小さな管１４８を介してリザーバＲ２に接続させることができる。凝縮された流体は管１４８を通して主システム内に吸引されて戻されるので、リザーバＲ３は流体で充填されない。それにより、リザーバＲ３を屋根の下に配置することができるようになる。また、これによりリザーバＲ２を比較的小さくできるようになり、これは、システムをより経済的にし、さらには目障りでないものにする。管１４６は、リザーバＲ３の上部から自動フロート弁１４２及び自動膨張真空リザーバ１４０に蒸気を送る。
【００７７】
参照番号５８で示されるものなどのサイドアーム熱交換器では、外側給湯チャンバ６２が、炭酸カルシウム堆積物を徐々に蓄積することがあり、これは流量及び熱伝達を低減させる。カルシウム堆積物は固められない。これは、単に緩く、柔らかく、石鹸状の物質である。そのほとんどは、実際には、タンク５２内での沈降物から熱交換器５８内に送り込まれる。
【００７８】
図５は、独特の冷水接続を有する太陽熱ポンプ式の流体給湯器の概略図であり、これは、熱交換器内での炭酸カルシウム堆積の問題を解決する。
【００７９】
図５における構造は、タンク５２にある新規の冷水補給取付具１５０以外は、図４と同様である。冷水補給部は、通常は、タンクの底部近くにあるパイプ開口である。そうではなく、冷水補給取付具１５０は新規のライン１５４に接続され、ライン１５４は、サイドアーム熱交換器５８内の外側チャンバ６２の上部をタンク５２の上部に接続する。熱交換器５８は、その通常の向流での熱サイホン作用の方向１５２で動作する。しかし、温水が、温水出口１２２を通してタンクから引き出されるとき、冷水補給取付具１５０は、冷水を下方向に高速で流し、新規のＹ字形接続ライン１５４を通し、熱交換器５８の外側チャンバ６０内に、さらにはそこを通過させて流す。新規の接続ライン１５４のＹ字形状は、補給水を、主に外側チャンバ６２に流し、Ｔ型取付具１２８を通してタンク５２の底部に進める。その周期的な逆流がチャンバ６２の内部を洗浄し、水垢の堆積を防止する。
【００８０】
サイドアーム熱交換器５８を自動的に洗浄及び水洗するために、家庭用冷水供給管１５０は、外側チャンバ６２の上部に、且つサイドアーム熱交換器５８の上部に接続される。熱交換器の外側チャンバ６２は、家庭での使用のために温水がタンク５２から引き出されるたびに、新鮮で清浄な高い流量の冷水によって水洗される。特に外部熱交換器の使用は、はるかに安価であり、内部熱交換器コイルを追加せずにタンクへの後付けが可能であるので、これは経済面での影響が大きいことがある。
【００８１】
図６は、温水タンク５２への温水及び冷水配管と、太陽熱集熱器１４と、内部熱交換器１６８に接続された配管１６とを有するシステム１６０を示す。リザーバＲ１からの高温の熱伝達流体が、パイプ４４内を下方向に流れて、熱交換器１６８の上側部分を加熱する。より低温の流体が、パイプ３２を通ってリザーバＲ２に戻る。パイプ３４は、低温の熱伝達流体を、下側集熱器マニホールド３６に通じる戻りパイプ３４内の一方向弁２１０（図８〜図１０に示す）を通して戻す。流体は、集熱器１４内の並列加熱管３７を充填する。流体は、上部に達すると、沸騰して水蒸気泡３８を生成し、水蒸気泡３８は、熱伝達流体のスラグ１０２を上側集熱器マニホールド３９を通して上に、さらにポンプ又は出口管４０を通して上に押し進める。流体のスラグ１０２は、大きなリザーバＲ１のガラス上部１８２に対して噴出する。高温流体は、リザーバＲ１の底部１８３に集まり、パイプ３２内を下方向に流れる。蒸気がリザーバＲ１内に捕集され、リザーバＲ２の上部付近からリザーバＲ２へ取り除かれる。開いたパイプ１８４が蒸気をリザーバＲ２に戻し、ここで、水蒸気及び蒸気は凝縮して低温液体になり、パイプ４４から戻る。ガラス上部１８２は、動作中のシステムの活発な噴出を示す。
【００８２】
大きな上部リザーバＲ１は、特に２つの集熱器が接続される場合には、より大きな体積のポンプされる流体を収容するために使用される。リザーバＲ１内の流体の高い液位が、熱交換器ループ１６内で高圧を生成して、良好な流れを保証する。この実施例の機械的な構成は、製造が容易である。
【００８３】
リザーバＲ１の上部１８２は、ガラスから作成される。ガラスは、優れた断熱性を有し、ポンピング作用を明確に示す。この「噴水状」作用は、システムの迅速な検査を可能にする。
【００８４】
２つの集熱器用に１つのポンプ・ユニット出口管又は複数の出口管を使用するために、ポンプは、２つの集熱器の間に配置されてもよい。これは、２つの出口管を有する上側マニホールドサブシステムを必要とする。２つの集熱器の間にこれを設置するのは難しく、結果として２つの集熱器の間にかなり大きな隙間を生じる。ポンプは、システムを良好に働かせるために、２つの集熱器の片側に容易に取り付けることができる。得られるポンプ・ユニットは、すべての構成に、すなわちただ１つの集熱器にも２つの集熱器にも使用することができ、同時に集熱器は様々な面積を有していてよい。
【００８５】
様々な取付け方法が、すべての構成要素の接続についてはんだ付けを回避しており、これは、自分で設置を行う者にとっての敷居を下げる。真空気密接続を形成するために、標準の２．５４ｃｍ（１インチ）のユニオン取付具を集熱器で使用することができる。
【００８６】
図６に示されるように、温度制限及び過熱防止システム１９０が、リザーバＲ２及び平衡管（均圧化管）１９４に接続される。水蒸気ライン１９４は、リザーバＲ２の遠い端部に接続され、それにより水蒸気は、システムからすべての空気を押し出して、強い真空が得られることを保証する。水蒸気ライン１９４内の特定の流量制限オリフィス２００が、余剰システム圧力を逃がすことができるようにしている。図６に示されるように、Ｔ字形構成１９８が、水蒸気を熱伝達流体の前に排出することを保証する。過熱によってＲ２内の液体が２／３の液位まで上昇し、水蒸気は、オリフィス２００を通ってＴ型取付具１９８及びライン２０２に、さらにはフロート弁２０４を通ってリザーバＲ３に流出する。水蒸気及び熱伝達流体は、上側Ｕ字管２０６からライン２０２に流れることもできる。熱伝達流体及び水蒸気は、図７に示されるように、ライン２０２及びフロート弁２０４を通ってリザーバＲ３内に流れ、システム過熱時にリザーバを膨張させる。システムが例えば夜間に冷えたとき、又はタンクから温水を引き出したときに、システム内の圧力は低下される。熱伝達流体がタンク内にあるときフロート弁２０４は開いたままであり、したがって熱伝達流体はシステムに向かって、ライン２０２、管２０６、及びオリフィス２００を通ってシステムまで戻る。
【００８７】
図８、図９、及び図１０に示される一方向弁２１０を下側集熱器マニホールドに追加することができる。これにより、システム内でわずかに高い流量が生じ、これが性能を改善する。この目的で弁２１０が作成されて試験された。弁２１０は、ほぼ流れを制限することがないように開き、流れが逆になった場合には簡単に閉じる。弁は、非常に単純であり、３つの部分のみからなる。弁は、集熱器への下側接続管にある２．５４ｃｍ（１インチ）のユニオン・カップリングの内部に配置する（且つ必要であれば取り外す、及び／又は検査する）ことができる。弁２１０の部品は、バイアス管２１２、楕円カバー２１４、その一体型支持体２１６、及びヒンジ・ピン２１８である。
【００８８】
フロート弁２０４は、低コストの溢出リザーバＲ３に組み合わされる。単純なフロート弁及び単純なプラスチック・バッグが、流体を封止するため、及びシステムからの流体の蒸発を防止するために使用される。
【００８９】
標準の波形水管の使用が、容易な設置を可能にし、且つ非常に良好な真空シールを提供する。標準のＰＥＸ取付具を一端に取り付けることができ、したがってＰＥＸ取付具を形成するための特別な機械加工は必要ない。波形管を使用する追加の利益は、それら波形管がリザーバＲ２に対する長いパイプの必要をなくすこと、及びＰＥＸ管に対する応力を避けるために小さい半径を成すことができることである。これにより、ＰＥＸ管を屋根の下側に直接引き回すことができるようになる。また、波状の管をタンク側で使用することもできる。
【００９０】
新規のシステムは、コストが安く、設置が容易であり、数十年にわたって保守不要で、又は気に掛ける必要なく動作する。
【００９１】
新規の太陽熱温水システムは、機械的構成要素、電気的構成要素、及び弁を有さず、簡単に設置でき、配管がない、又は最小であり、グリコールを含まず、厳しい条件下で動作する。
【００９２】
新規のシステムは、高性能を提供し、保守不要で動作し、メンテナンスフリーであり、よどみ又は過熱を伴わない。新規のシステムは、コストがかなり安く、投資回収期間を大幅に短縮し、且つ見た目がより良い。
【００９３】
本発明を具体的な実施例を参照して説明してきたが、本発明の範囲から逸脱することなく本発明の修正形態及び変形形態を構成することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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