(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽熱集熱板の背面側に、該太陽熱集熱板で集熱した太陽熱を太陽熱集熱板から受けて蓄熱する蓄熱層と、給湯用の熱交換管とが設けられ、該給湯用熱交換管内を通過する水が蓄熱層に蓄熱された太陽熱で加温されるようになされており、
前記蓄熱層に熱媒循環管が設けられ、該熱媒循環管に設けられたポンプを駆動して熱媒循環管内の熱媒を循環させることにより、蓄熱層の温度が強制的に均等化されるようになされていることを特徴とする給湯用太陽熱集熱装置。
【請求項２】
前記熱媒循環管が前記給湯用熱交換管に沿うように設けられ、熱媒循環管内の熱媒が、給湯用熱交換管内を通過する水に対して対向流となって循環し、熱媒循環管内の熱媒と給湯用熱交換管内を通過する水とが熱交換を行うようになされている請求項１に記載の給湯用太陽熱集熱装置。
【請求項３】
前記給湯用熱交換管と熱媒循環管とがツイン管で構成され、該ツイン管が、蓄熱層においてツイン状態のまま蛇行状に曲成されて備えられている請求項１又は２に記載の給湯用太陽熱集熱装置。
【請求項４】
前記太陽熱集熱板の太陽光受光面側に、対向するガラス板間にシリカエアロゲルからなる透明多孔質断熱材が気密状態に充填された透明多孔質断熱材入りの複層ガラスが設けられ、前記透明多孔質断熱材入り複層ガラスを通じて太陽熱集熱板に集熱された太陽熱の放散及び蓄熱層に蓄熱された太陽熱の放散を該複層ガラスの透明多孔質断熱材が防ぐようになされている請求項１乃至３のいずれか一に記載の給湯用太陽熱集熱装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一に記載の給湯用太陽熱集熱装置の給湯用熱交換管の入口部に接続された給水配管にフロースイッチが設けられると共に、
該フロースイッチの下流側の給水配管部と、給湯用熱交換管の出口部に接続された給湯配管部とに、水落としバルブが設けられ、かつ、
給湯栓を開いてフロースイッチがオンになると、前記水落としバルブを閉じ、給湯栓を閉じてフロースイッチがオフになると、水落としバルブが開く制御を行う制御部が備えられ、
給湯栓を閉じて水落としバルブが開くと、フロースイッチの下流側の給水配管部内の水、給湯用熱交換管内の水及び給湯配管内の水が落とされるようになされていることを特徴とする給湯システム。
【請求項６】
フロースイッチの上流側の給水配管部内の水の温度を検知する温度センサーが備えられ、
前記制御部は、該温度センサーで検知された水の温度情報に基づいて、フロースイッチの上流側の給水配管部内の水の温度が、フロースイッチの下流側の給水配管部内の水、給湯用熱交換管内の水及び給湯配管内の水に凍結を生じさせうる所定の温度以下となったとき、前記水落としバルブの開閉制御を行い、該温度を越える温度において、水落としバルブを閉じた状態に保持する制御をするようになされている請求項５に記載の給湯システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、給湯用太陽熱集熱装置及びそれを用いた給湯システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽熱集熱板の背面側に給湯用の熱交換管が設けられ、給湯用熱交換管内を通過する水を、太陽熱集熱板に集熱された太陽熱で加温するようになされた給湯用太陽熱集熱装置は従来より提供されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４０２７２１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の給湯用太陽熱集熱装置は、太陽熱を集熱できないときでも給湯を行うことができるようにするため、太陽熱集熱装置とは別に貯湯槽が備えられ、該貯湯槽に貯湯された温水を給湯に用いるシステム構成が採用されており、貯湯槽の設置のための大きなスペースを必要とするという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記のような問題点に鑑み、太陽熱を集熱することができないときでも給湯を行うことができ、しかも、それを貯湯槽なく実現することができる給湯用太陽熱集熱装置及びそれを用いた給湯システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題は、太陽熱集熱板の背面側に、該太陽熱集熱板で集熱した太陽熱を太陽熱集熱板から受けて蓄熱する蓄熱層と、給湯用の熱交換管とが設けられ、該給湯用熱交換管内を通過する水が蓄熱層に蓄熱された太陽熱で加温されるようになされていることを特徴とする給湯用太陽熱集熱装置によって解決される（第１発明）。
【０００７】
この装置では、太陽熱集熱板で集熱した太陽熱が蓄熱層に蓄熱されるようになされているので、太陽熱集熱板が太陽熱を集熱することができないときでも、給湯用熱交換管内を通過する水は、蓄熱層に蓄熱された太陽熱で加温され、貯湯槽がなくても、給湯を行うことができる。
【０００８】
しかも、蓄熱層は太陽熱集熱板の背面側に備えられていて、太陽熱集熱板とともに太陽熱集熱装置を構成するように備えられているので、貯湯槽を設置する場合のようなスペース確保の必要もない。
【０００９】
第１発明において、前記蓄熱層に熱媒循環管が設けられ、該熱媒循環管に設けられたポンプを駆動して熱媒循環管内の熱媒を循環させることにより、蓄熱層の温度が強制的に均等化されるようになされているとよい（第２発明）。
【００１０】
この場合は、ポンプを駆動して熱媒循環管内の熱媒を循環させておくことにより、太陽熱の集熱中は、太陽熱を蓄熱層に効率良く蓄熱させていくことができる。
【００１１】
のみならず、給湯用熱交換管内での水の通過を継続していると、蓄熱層に蓄熱されている太陽熱は、給湯用熱交換管の上流側において下流側よりも多く奪われ、給湯用熱交換管の上流側の蓄熱層部分の温度が低下して、給湯用熱交換管内を通過する水と蓄熱層に蓄熱された太陽熱との熱交換効率が低下していくが、ポンプを駆動して熱媒循環管内の熱媒を循環させることにより、蓄熱層の温度が強制的に均等化され、それによって、給湯用熱交換管内を通過する水を蓄熱層に蓄熱された太陽熱で効率良く加温していくことができる。
【００１２】
第２発明において、前記熱媒循環管が前記給湯用熱交換管に沿うように設けられ、熱媒循環管内の熱媒が、給湯用熱交換管内を通過する水に対して対向流となって循環し、熱媒循環管内の熱媒と給湯用熱交換管内を通過する水とが熱交換を行うようになされている場合は（第３発明）、給湯用熱交換管内を通過する水と太陽熱との熱交換効率をより一層高いものにすることができる。
【００１３】
第２，第３発明において、前記給湯用熱交換管と熱媒循環管とがツイン管で構成され、該ツイン管が、蓄熱層においてツイン状態のまま蛇行状に曲成されて備えられているとよい（第４発明）。この場合は、給湯用太陽熱集熱装置への給湯用熱交換管と熱媒循環管との組込みを製作容易に行うことができる。
【００１４】
第１〜第４発明において、前記太陽熱集熱板の太陽光受光面側に、対向するガラス板間にシリカエアロゲルからなる透明多孔質断熱材が気密状態に充填された透明多孔質断熱材入りの複層ガラスが設けられ、前記透明多孔質断熱材入り複層ガラスを通じて太陽熱集熱板に集熱された太陽熱の放散及び蓄熱層に蓄熱された太陽熱の放散を該複層ガラスの透明多孔質断熱材が防ぐようになされているとよい（第５発明）。
【００１５】
この場合は、シリカエアロゲルからなる透明多孔質断熱材の作用によって、太陽熱集熱板による太陽熱の集熱を効率良く行うことができ、しかも、こうして太陽熱集熱板に集熱され、蓄熱層に蓄熱された太陽熱の放熱を効果的に抑制することができるのはもとより、
シリカエアロゲルからなる透明多孔質断熱材が、対向するガラス板間に気密状態に充填されているので、内部に侵入した雨水が水蒸気化しても、それがシリカエアロゲル内に侵入することがなく、そのため、シリカエアロゲルからなる透明多孔質断熱材の白化を防ぐことができて耐久性を向上することができると共に、
シリカエアロゲルからなる透明多孔質断熱材と太陽熱集熱板との間には、複層ガラスを構成している一方のガラス板が存在しているので、太陽熱集熱板が温度変化によって熱膨張と収縮を行っても、その影響をシリカエアロゲルからなる透明多孔質断熱材が受けることはなく、そのため、シリカエアロゲルからなる透明多孔質断熱材の割れも防ぐことができて耐久性を向上することができる。
【００１６】
また、本発明は、第１〜第５発明の給湯用太陽熱集熱装置の給湯用熱交換管の入口部に接続された給水配管にフロースイッチが設けられると共に、
該フロースイッチの下流側の給水配管部と、給湯用熱交換管の出口部に接続された給湯配管部とに、水落としバルブが設けられ、かつ、
給湯栓を開いてフロースイッチがオンになると、前記水落としバルブを閉じ、給湯栓を閉じてフロースイッチがオフになると、水落としバルブが開く制御を行う制御部が備えられ、
給湯栓を閉じて水落としバルブが開くと、フロースイッチの下流側の給水配管部内の水、給湯用熱交換管内の水及び給湯配管内の水が落とされるようになされていることを特徴とする給湯システムを含む（第６発明）。
【００１７】
この給湯システムでは、給湯栓を開いてフロースイッチがオンになると、水落としバルブを閉じ、給湯栓を閉じてフロースイッチがオフになると、水落としバルブが開く制御を行う制御部が備えられているので、冬季において管内の水が凍結して管が破裂してしまうおそれがあるようなときには、給湯栓を閉じさえすれば水落としバルブが開いて凍結による管の破裂は防がれ、また、そのようなときでも、給湯栓を開きさえすれば水落としバルブが閉じて給湯することができ、水落しと給湯に必要な操作を容易にすることができる。更に、夏季には、給湯用太陽熱集熱装置における給湯用熱交換管内での沸騰を防止することも可能になる。
【００１８】
第６発明において、フロースイッチの上流側の給水配管部内の水の温度を検知する温度センサーが備えられ、
前記制御部は、該温度センサーで検知された水の温度情報に基づいて、フロースイッチの上流側の給水配管部内の水の温度が、フロースイッチの下流側の給水配管部内の水、給湯用熱交換管内の水及び給湯配管内の水に凍結を生じさせうる所定の温度以下となったとき、前記水落としバルブの開閉制御を行い、該温度を越える温度において、水落としバルブを閉じた状態に保持する制御をするようになされているとよい（第７発明）。
【００１９】
この場合は、冬季において管内の水が凍結して管が破裂してしまうおそれない場合には、給湯栓の開閉にかかわらず、水落としバルブは閉じた状態に保持され、無用な水落しが行われるのを防ぐことができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明は、以上のとおりのものであるから、太陽熱を集熱することができないときでも給湯を行うことができ、しかも、それを貯湯槽なく実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図（イ）は実施形態の給湯用太陽熱集熱装置を示すもので、図（ロ）のＩ−Ｉ線断面図、図（ロ）は同装置の平面図である。
【図２】同装置を用いた給湯システムの構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
次に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２３】
図１に示す実施形態の給湯用太陽熱集熱装置１は、パネル状に構成されたもので、同給湯用太陽熱集熱装置１において、２は太陽熱集熱板であり、３は蓄熱層、４は給湯用熱交換管、５は熱媒循環管である。
【００２４】
太陽熱集熱板２は、例えば、金属板の表面部に太陽光吸収性能と赤外線放射抑制性能の両方に優れた選択吸収膜が設けられたもの、あるいは、金属板の表面部に黒色塗料を塗布したもの等からなっており、該太陽熱集熱板２の背面側に、蓄熱層３と給湯用熱交換管４と熱媒循環管５とが備えられている。
【００２５】
蓄熱層３は、潜熱蓄熱材等からなっていて、太陽熱集熱板２で集熱した太陽熱を太陽熱集熱板２から受けて蓄熱するようになされている。
【００２６】
また、給湯用熱交換管４と熱媒循環管５とは、ツイン管６を用いて構成されており、該ツイン管６は、蓄熱層３において、ツイン状態のまま蛇行状に曲成されて備えられている。
【００２７】
そして、ツイン管６の一方の管部は、給湯用熱交換管４として、内部を通過する水が、蓄熱層３に蓄熱された太陽熱で加温されるようになされており、
ツイン管６のもう一方の管部は、熱媒循環管５として、その両端部が蓄熱層３の外においてポンプ７に接続され、内部には不凍液などからなる熱媒が入れられ、ポンプ７を駆動して熱媒循環管５内の熱媒を循環させることにより、蓄熱層３の温度を強制的に均等化することができるようになされていると共に、
熱媒循環管５内の熱媒は、ポンプ７を駆動することで、給湯用熱交換管４内を通過する水に対して対向流となって循環するようになされていて、熱媒循環管５内の熱媒と給湯用熱交換管４内を通過する水とが熱交換を行うようになされている。
【００２８】
また、太陽熱集熱板２の太陽光受光面側には、対向するガラス板９，１０間にシリカエアロゲルからなる透明多孔質断熱材１１を気密状態に充填した透明多孔質断熱材入りの複層ガラス８が、その一方のガラス板１０を太陽熱集熱板２の太陽光受光面と透明多孔質断熱材１１との間に存在させるようにして備えられ、該複層ガラス８を通じて太陽熱集熱板２に集熱された太陽熱の放散、及び、蓄熱層３に蓄熱された太陽熱の放散を、該複層ガラス８の透明多孔質断熱材１１が防ぐようになされている。
【００２９】
上記の太陽熱集熱板２、蓄熱層３、給湯用熱交換管４、熱媒循環管５及び透明多孔質断熱材入り複層ガラス８は、周囲枠１２と背板１３とで囲まれた内部に収容されて一体化され、パネル状の給湯用太陽熱集熱装置１を構成している。１４は断熱材である。
【００３０】
上記の給湯用太陽熱集熱装置１では、太陽熱集熱板２で集熱した太陽熱が蓄熱層３に蓄熱されるようになされているので、太陽熱集熱板２が太陽熱を集熱することができないときでも、給湯用熱交換管４内を通過する水は、蓄熱層３に蓄熱された太陽熱で加温され、貯湯槽がなくても、給湯を行うことができる。
【００３１】
しかも、蓄熱層３は太陽熱集熱板２の背面側に備えられていて、太陽熱集熱板２とともに太陽熱集熱装置１を構成するように備えられているので、貯湯槽を設置する場合のようなスペース確保の必要もない。
【００３２】
また、蓄熱層３には熱媒循環管５が設けられ、ポンプ７を駆動して熱媒循環管５内の熱媒を循環させることにより、蓄熱層３の温度が強制的に均等化されるようになされているので、太陽熱の集熱中、太陽熱を蓄熱層３に効率良く蓄熱させていくことができるのみならず、給湯用熱交換管４内での水の通過を継続することによって、蓄熱層３に蓄熱されている太陽熱が、給湯用熱交換管４の上流側において下流側よりも多く奪われ、給湯用熱交換管４の上流側の蓄熱層部分の温度が低下しようとしても、熱媒循環管５内の熱媒の循環により、蓄熱層３の温度は強制的に均等化され、それによって、給湯用熱交換管４内を通過する水を蓄熱層３に蓄熱された太陽熱で効率良く加温していくことができる。
【００３３】
特に、熱媒循環管５内の熱媒は、給湯用熱交換管４内を通過する水に対して対向流となって循環し、熱媒循環管５内の熱媒と給湯用熱交換管４内を通過する水とが熱交換を行うようになされているので、給湯用熱交換管４内を通過する水と太陽熱との熱交換効率をより一層高いものにすることができる。
【００３４】
更に、上記の給湯用熱交換管４と熱媒循環管５とは、ツイン管を用いて構成されているので、給湯用太陽熱集熱装置１への給湯用熱交換管４と熱媒循環管５との組込みを製作容易に行うことができる。
【００３５】
また、太陽熱集熱板２の太陽光受光面側に、対向するガラス板９，１０間にシリカエアロゲルからなる透明多孔質断熱材１１が気密状態に充填された透明多孔質断熱材入りの複層ガラス８が設けられているので、シリカエアロゲルからなる透明多孔質断熱材１１の作用によって、太陽熱集熱板２による太陽熱の集熱を効率良く行うことができ、しかも、こうして太陽熱集熱板２に集熱され、蓄熱層３に蓄熱された太陽熱の放熱を効果的に抑制することができるのはもとより、
シリカエアロゲルからなる透明多孔質断熱材１１が、対向するガラス板９，１０間に気密状態に充填されているので、給湯用太陽熱集熱装置１の内部に侵入した雨水が水蒸気化しても、それがシリカエアロゲル内に侵入することがなく、そのため、シリカエアロゲルからなる透明多孔質断熱材１１の白化を防ぐことができ、また、シリカエアロゲルからなる透明多孔質断熱材１１と太陽熱集熱板２との間には、複層ガラス８を構成している一方のガラス板１０が存在しているので、太陽熱集熱板２が温度変化によって熱膨張と収縮を行っても、その影響をシリカエアロゲルからなる透明多孔質断熱材１１が受けることはなく、そのため、シリカエアロゲルからなる透明多孔質断熱材１１の割れも防ぐことができて、給湯用太陽熱集熱装置１の耐久性を高いものにすることができる。
【００３６】
上記のパネル状太陽熱集熱装置１は、図２に示すように、給湯用熱交換管４の入口部４ａに給水配管１５が接続されると共に、給湯用熱交換管４の出口部４ｂに給湯配管１６が接続され、蓄熱層３に太陽熱が蓄熱された状態において、給湯栓１７を開くと、給水配管１５からの水が給湯用太陽熱集熱装置１の給湯用熱交換管４内を通過して加温され、給湯配管１６を通じて給湯栓１７から給湯されるようになされて、太陽熱集熱給湯システムを構成する。
【００３７】
この給湯システムにおいて、給水配管１５にはフロースイッチ１８が設けられ、フロースイッチ１８の下流側の給水配管部１５ａと、給湯配管部１６とに、電磁式などからなる水落としバルブ１９，２０が設けられ、給湯栓１７を開いてフロースイッチ１８がオンになると、水落としバルブ１９，２０を閉じ、給湯栓１７を閉じてフロースイッチ１８がオフになると、水落としバルブ１９，２０が開く制御が行われ、給湯栓１７を閉じて水落としバルブ１９，２０が開くと、フロースイッチ１８の下流側の給水配管部１５ａ内の水、給湯用熱交換管４内の水及び給湯配管１６内の水が落とされるようになされている。なお、本実施形態では、制御部は、フロースイッチ１８に組み込まれている。
【００３８】
また、本実施形態の給湯システムでは、フロースイッチ１８に上流側の給水配管部１５ｂ内の水の温度を検知する温度センサー２１が備えられており、上記の制御部は、温度センサー２１で検知された水の温度情報に基づいて、フロースイッチ１８の上流側の給水配管部１５ｂ内の水の温度が、フロースイッチ１８の下流側の給水配管部１５ａ内の水、給湯用熱交換管４内の水及び給湯配管１６内の水に凍結を生じさせうる所定の温度以下となったとき、水落としバルブ１９，２０の開閉制御を行い、該温度を越える温度において、水落としバルブ１９，２０を閉じた状態に保持する制御をするようになされている。なお、２２は自動給気弁、２３は二次加熱用のボイラー、２４は湯温調整用の混合弁である。
【００３９】
この給湯システムでは、給湯栓１７を開いてフロースイッチ１８がオンになると、水落としバルブ１９，２０が閉じ、給湯栓１７を閉じてフロースイッチ１８がオフになると、水落としバルブ１９，２０が開く制御が行われるようになされているので、冬季において管内の水が凍結して管が破裂してしまうおそれがあるようなときには、給湯栓１７を閉じさえすれば水落としバルブ１９，２０が開いて凍結による管の破裂が防がれ、また、そのようなときでも、給湯栓１７を開きさえすれば水落としバルブ１９，２０が閉じて給湯することができ、水落しと給湯に必要な操作を容易にすることができる。
【００４０】
また、本実施形態では、フロースイッチ１８の上流側の給水配管部１５ｂ内の水の温度を検知する温度センサー２１が備えられ、該温度センサー２１で検知された水の温度情報に基づいて、フロースイッチ１８の上流側の給水配管部１５ｂ内の水の温度が、フロースイッチ１８の下流側の給水配管部１５ａ内の水、給湯用熱交換管４内の水及び給湯配管１６内の水に凍結を生じさせうる所定の温度以下となったとき、上記のような水落としバルブ１９，２０の開閉制御が行われ、該温度を越える温度においては、水落としバルブ１９，２０を閉じた状態に保持する制御が行われるようになされているので、冬季において管内の水が凍結して管が破裂してしまうおそれない場合には、給湯栓１７の開閉にかかわらず、水落としバルブ１９，２０は閉じた状態に保持され、無用な水落しが行われるのを防ぐことができる。
【符号の説明】
【００４１】
１…給湯用太陽熱集熱装置
２…太陽熱集熱板
３…蓄熱層
４…給湯用熱交換管
４ａ…入口部
４ｂ…出口部
５…熱媒循環管
６…ツイン管
７…ポンプ
８…複層ガラス
９，１０…ガラス板
１１…シリカエアロゲル（透明多孔質断熱材）
１５…給水配管
１６…給湯配管
１７…給湯栓
１８…フロースイッチ
１９，２０…水落としバルブ
２１…温度センサー
【図１】
0005459892.tif 000002
【図２】
0005459892.tif 000003