(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽熱を利用して熱媒を加熱する太陽熱集熱器と
湯水を貯湯する貯湯タンクと、
前記太陽熱集熱器から熱媒を前記貯湯タンクに送る熱媒循環往路、前記貯湯タンク内に配設された熱交換部、及び前記貯湯タンクから前記太陽熱集熱器に熱媒を戻す熱媒循環復路を有する熱媒循環管路と、
前記熱媒循環管路内の熱媒を循環させる循環ポンプと、
前記熱媒循環往路または前記熱媒循環復路の前記太陽熱集熱器近傍に設けられた集熱器側熱媒温度検知器と、
前記熱媒循環往路の前記貯湯タンク近傍に設けられた入側熱媒温度検知器と、
前記熱媒循環復路の前記貯湯タンク近傍に設けられた出側熱媒温度検知器と
前記熱媒循環管路内の熱媒流量を計測する熱媒流量計と、
前記貯湯タンクの給水口近傍に設けられた給水温度検知器と、
前記太陽熱集熱器による集熱運転を制御する制御装置とを備える太陽熱利用給湯システムであって、
前記制御装置は、前記集熱器側熱媒温度検知器で検知される集熱器側熱媒温度Ｔｍ０と前記給水温度検知器で検知される給水温度Ｔｗ０との温度差（Ｔｍ０−Ｔｗ０）が所定の開始温度Ｔｎ０以上である場合に、前記循環ポンプを駆動して集熱運転を開始し、
集熱運転中、前記入側熱媒温度検知器により検知される入側熱媒温度Ｔｉｎと前記出側熱媒温度検知器により検知される出側熱媒温度Ｔｏｕｔとの温度差（Ｔｉｎ−Ｔｏｕｔ）、前記熱媒流量計によって計測される熱媒流量Ｖ、熱媒の比熱Ｃ、及び熱媒の比重ｄの積［（Ｔｉｎ−Ｔｏｕｔ）×Ｖ×Ｃ×ｄ］から求められる熱媒から貯湯タンクに供給される集熱量が、前記循環ポンプの駆動に必要な消費電力量以上となるように前記循環ポンプの回転数を制御する太陽熱利用給湯システム。
【請求項２】
前記集熱運転開始から所定時間経過後の前記集熱器側熱媒温度検知器で検知される初期集熱器側熱媒温度Ｔｍ１と前記給水温度検知器で検知される初期給水温度Ｔｗ１との温度差（Ｔｍ１−Ｔｗ１）が所定の継続運転温度Ｔｎ１未満である場合、前記制御装置は、前記循環ポンプの駆動を停止する請求項１に記載の太陽熱利用給湯システム。
【請求項３】
前記熱媒循環管路は、前記熱媒循環往路と前記熱媒循環復路とをバイパスするバイパス路を有しており、
前記熱媒循環往路または前記熱媒循環復路の前記バイパス路との接続部よりも前記貯湯タンク側に設けられ、前記貯湯タンクへの熱媒の流れを連通／遮断する第１開閉弁と、
前記バイパス路に設けられ、前記バイパス路における熱媒の流れを連通／遮断する第２開閉弁とをさらに有し、
前記制御装置は、前記集熱運転開始時に、前記第１開閉弁を閉弁し、前記第２開閉弁を開弁することにより、前記熱媒が前記貯湯タンクに流通せず、前記バイパス路を流通するように熱媒循環経路を切り替え、
前記熱媒循環経路が切替えられた後、前記初期集熱器側熱媒温度Ｔｍ１と前記初期給水温度Ｔｗ１との差（Ｔｍ１−Ｔｗ１）が前記所定の継続運転温度Ｔｎ１以上である場合、前記第１開閉弁を開弁することにより、前記熱媒が前記貯湯タンクに流通するように熱媒循環経路を切り替えて、集熱運転を継続し、
前記初期集熱器側熱媒温度Ｔｍ１と前記初期給水温度Ｔｗ１との差（Ｔｍ１−Ｔｗ１）が前記所定の継続運転温度Ｔｎ１未満である場合、前記循環ポンプの駆動を停止する請求項２に記載の太陽熱利用給湯システム。
【請求項４】
前記集熱量が、前記循環ポンプを最小回転数で駆動したときの最低消費電力量未満である場合、前記制御装置は、前記循環ポンプの駆動を停止する請求項１〜３のいずれか１項に記載の太陽熱利用給湯システム。
【請求項５】
前記集熱量が、前記循環ポンプを最小回転数で駆動したときの最低消費電力量未満であり、且つ前記集熱量を所定回数分積算した積算集熱量が、前記消費電力量を所定回数分積算した積算消費電力量未満である場合、前記制御装置は、前記循環ポンプの駆動を停止する請求項１〜３のいずれか１項に記載の太陽熱利用給湯システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽熱集熱器で集熱した太陽熱を利用して貯湯タンクに給水された水を加熱し、この貯湯タンクに貯湯された湯水を給湯使用する太陽熱利用給湯システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、省エネルギー化の観点から、太陽熱を利用して熱媒を加熱する太陽熱集熱器と、貯湯タンクと、太陽熱集熱器と貯湯タンクとの間で熱媒を循環する熱媒循環管路と、熱媒循環管路内で熱媒を循環させる循環ポンプと、貯湯タンクの下流側に貯湯タンクから出湯される湯水を所定温度まで加熱する給湯器などの補助熱源機とを備えた太陽熱利用給湯システムが知られている。この種の太陽熱利用給湯システムにおいては、循環ポンプにより太陽熱集熱器で加熱された熱媒を熱媒循環管路で貯湯タンクに導き、貯湯タンク内で給水された水と加熱された熱媒とを熱交換することにより湯水を貯湯し、熱媒によって加熱された貯湯タンク内の湯水の温度が低い場合、給湯運転時に補助熱源機を作動させて、所定温度まで昇温させた湯水を出湯端末に供給している。
【０００３】
しかしながら、太陽熱集熱器による集熱量は、天候に左右される。そのため、曇天や雨天などの太陽熱が十分に得られない場合に循環ポンプを駆動させると、循環ポンプを駆動させるための消費電力量よりも集熱量が少なくなる場合があり、省エネルギー化のために太陽熱を利用する意義が失われるという問題がある。
【０００４】
このため、例えば、貯湯タンク近傍に熱媒温度を検知する熱媒温度検知器を、貯湯タンク内に湯水の温度を検知する水温度検知器をそれぞれ設け、熱媒温度検知器で検知された熱媒温度と、水温度検知器で検知された湯水の温度との温度差に基づいて、循環ポンプの駆動、停止を行なうことが提案されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−４４９５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の太陽熱利用給湯システムでは、貯湯タンク近傍の熱媒温度と貯湯タンク内の湯水の温度との温度差が基準温度以上である場合、循環ポンプを駆動し続ける一方、温度差が基準温度未満である場合、循環ポンプを停止するだけであり、そのため温度差が基準温度以上であれば、温度差に拘らず、一定の流量で熱媒が循環されることとなる。集熱運転に伴って熱媒温度と貯湯タンク内の湯水の温度との温度差が小さくなるため、貯湯タンク内の湯水の温度は上がり難くなるが、そのような状態でも熱媒温度と湯水の温度との温度差が基準温度以上であるときに、同じ熱媒流量で熱媒を循環させると、貯湯タンクで十分に集熱できないまま熱媒を循環させることとなり、効率的な集熱運転が行なえないという問題がある。
【０００７】
また、特許文献１では、屋外に設置される太陽熱集熱器から離れた箇所にある貯湯タンク近傍に設けられた熱媒温度検知器により熱媒温度を検知し、該熱媒温度と水温度検知器で検知された湯水の温度との温度差が基準温度以上であれば循環ポンプの駆動を開始するため、循環ポンプを駆動していない状態では、貯湯タンク近傍の熱媒温度検知器で検知される熱媒温度の上昇は熱媒循環管路内の熱媒及び配管自体による伝熱のみに因るものとなる。その結果、太陽熱集熱器で太陽熱が集熱され始めているにも拘らず、貯湯タンク近傍の熱媒温度は一定時間上昇しないことから、集熱運転が早期に開始されず、効率的な集熱運転を行うことができないという問題がある。この場合、常時、低回転数で循環ポンプを駆動することや太陽熱集熱器近傍に日射センサを設けることも考えられるが、前者では、集熱量が十分に得られない場合にも循環ポンプが駆動されるため、省エネルギー化に反することとなり、後者では、熱媒温度が貯湯タンク内の湯水の温度に比べて十分に高くない場合でも、太陽の光度が基準値以上であれば熱媒が循環されるため、集熱効率が低いだけでなく、貯湯タンク内の湯水の温度の低下を招く場合がある。
【０００８】
さらに、特許文献１のように集熱運転時における貯湯タンク内の湯水の温度を測定する場合、一定時間循環ポンプを駆動しなければ、貯湯タンク内の湯水の温度が上昇しないため、太陽熱が不十分で集熱量が少ないにも拘らず、熱媒温度と湯水の温度との温度差の測定のために、循環ポンプを駆動させる必要がある。
【０００９】
また、病院などの施設では、患者の入浴時間が定められているため、短時間内に大量に湯水を使用する場合を考慮して、大型の貯湯タンクを有する給湯システムが用いられている。このような大型の貯湯タンクを有する太陽熱利用給湯システムでは、太陽熱集熱器による集熱は貯湯タンク内の湯水の温度を大幅に上昇させるためでなく、予熱程度の予備的に利用されることから、集熱運転を行っても貯湯タンク内の湯水の温度が上昇し難く、貯湯タンク内の湯水の温度上昇幅に基づいて正確に集熱量を算出できないという問題がある。さらに、上記のような施設では、入浴などの湯水が大量に使用される場合だけでなく、手洗いなどの少量の湯水が使用される場合もある。そのため、最大流量と最小流量との差が大きく、高精度で湯水の流量を計測することが困難であり、集熱量を正確に把握することが難しい。
【００１０】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、省エネルギー化のために太陽熱を効率よく集熱することができる太陽熱利用給湯システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、太陽熱を利用して熱媒を加熱する太陽熱集熱器と
湯水を貯湯する貯湯タンクと、
前記太陽熱集熱器から熱媒を前記貯湯タンクに送る熱媒循環往路、前記貯湯タンク内に配設された熱交換部、及び前記貯湯タンクから前記太陽熱集熱器に熱媒を戻す熱媒循環復路を有する熱媒循環管路と、
前記熱媒循環管路内の熱媒を循環させる循環ポンプと、
前記熱媒循環往路または前記熱媒循環復路の前記太陽熱集熱器近傍に設けられた集熱器側熱媒温度検知器と、
前記熱媒循環往路の前記貯湯タンク近傍に設けられた入側熱媒温度検知器と、
前記熱媒循環復路の前記貯湯タンク近傍に設けられた出側熱媒温度検知器と
前記熱媒循環管路内の熱媒流量を計測する熱媒流量計と、
前記貯湯タンクの給水口近傍に設けられた給水温度検知器と、
前記太陽熱集熱器による集熱運転を制御する制御装置とを備える太陽熱利用給湯システムであって、
前記制御装置は、前記集熱器側熱媒温度検知器で検知される集熱器側熱媒温度Ｔｍ０と前記給水温度検知器で検知される給水温度Ｔｗ０との温度差（Ｔｍ０−Ｔｗ０）が所定の開始温度Ｔｎ０以上である場合に、前記循環ポンプを駆動して集熱運転を開始し、
集熱運転中、前記入側熱媒温度検知器により検知される入側熱媒温度Ｔｉｎと前記出側熱媒温度検知器により検知される出側熱媒温度Ｔｏｕｔとの温度差（Ｔｉｎ−Ｔｏｕｔ）、前記熱媒流量計によって計測される熱媒流量Ｖ、熱媒の比熱Ｃ、及び熱媒の比重ｄの積［（Ｔｉｎ−Ｔｏｕｔ）×Ｖ×Ｃ×ｄ］から求められる熱媒から貯湯タンクに供給される集熱量が、前記循環ポンプの駆動に必要な消費電力量以上となるように前記循環ポンプの回転数を制御する太陽熱利用給湯システムである。
【００１２】
太陽熱集熱器近傍に集熱器側熱媒温度検知器を設けることにより、太陽熱集熱器の集熱による熱媒の温度上昇を早期に検知することができる。また、太陽熱集熱器近傍に設けられた集熱器側熱媒温度検知器で検知される集熱器側熱媒温度Ｔｍ０と、貯湯タンクの給水口近傍に設けられた給水温度検知器で検知される給水温度Ｔｗ０との温度差（Ｔｍ０−Ｔｗ０）が所定の開始温度Ｔｎ０以上であるときに集熱運転を開始すれば、エネルギー的に不経済な集熱運転を避けることができるとともに、冬季などで屋外に設置される太陽熱集熱器近傍の熱媒温度が給水温度よりも低い場合の集熱運転による貯湯タンク内の湯水の温度の低下を防止することができる。
【００１３】
また、上記太陽熱利用給湯システムによれば、集熱運転中、貯湯タンク近傍の熱媒循環往路に設けられた入側熱媒温度検知器により検知される入側熱媒温度Ｔｉｎと貯湯タンク近傍の熱媒循環復路に設けられた出側熱媒温度検知器により検知される出側熱媒温度Ｔｏｕｔとの温度差（Ｔｉｎ−Ｔｏｕｔ）、及び熱媒循環管路を循環する熱媒流量を利用して集熱量が算出されるから、温度変化の小さい貯湯タンク内の湯水の温度や高精度の流量計を利用することなく、より正確に熱媒から貯湯タンク内に供給された集熱量を算出することができる。そして、集熱運転中は、上記で算出された集熱量が、循環ポンプの駆動に必要な消費電力量以上となるように循環ポンプの回転数が制御されるから、太陽熱から得られるエネルギーを効率よく集熱することができ、省エネルギー化を図ることができる。
【００１４】
上記太陽熱利用給湯システムにおいて、前記集熱運転開始から所定時間経過後の前記集熱器側熱媒温度検知器で検知される初期集熱器側熱媒温度Ｔｍ１と前記給水温度検知器で検知される初期給水温度Ｔｗ１との温度差（Ｔｍ１−Ｔｗ１）が所定の継続運転温度Ｔｎ１未満である場合、前記制御装置は、前記循環ポンプの駆動を停止してもよい。
【００１５】
太陽熱集熱器は屋外に配置されており、また太陽熱集熱器と貯湯タンクとを繋ぐ熱媒循環管路は一定の長さを有するため、貯湯タンク近傍の熱媒温度は太陽熱集熱器近傍の熱媒温度よりも通常低温となっている。このため、太陽熱集熱器近傍の集熱器側熱媒温度Ｔｍ０と給水温度Ｔｗ０との温度差（Ｔｍ０−Ｔｗ０）が所定の開始温度Ｔｎ０以上であることが検知されて、集熱運転が開始されても、循環ポンプの駆動により熱媒を一定量循環させると、熱媒循環管路内の熱媒温度が効率的な集熱運転を行うに不十分な温度まで低下する場合がある。これに対して、上記太陽熱利用給湯システムによれば、集熱運転が開始されてから所定時間経過後の初期集熱器側熱媒温度Ｔｍ１と初期給水温度Ｔｗ１とを比較し、これらの温度差（Ｔｍ１−Ｔｗ１）が所定の継続運転温度Ｔｎ１未満である場合、循環ポンプの駆動が停止されるから、エネルギー的に不経済な集熱運転を早期に中止することができる。
【００１６】
上記太陽熱利用給湯システムは、
前記熱媒循環管路は、前記熱媒循環往路と前記熱媒循環復路とをバイパスするバイパス路を有しており、
前記熱媒循環往路または前記熱媒循環復路の前記バイパス路との接続部よりも前記貯湯タンク側に設けられ、前記貯湯タンクへの熱媒の流れを連通／遮断する第１開閉弁と、
前記バイパス路に設けられ、前記バイパス路における熱媒の流れを連通／遮断する第２開閉弁とをさらに有し、
前記制御装置は、前記集熱運転開始時に、前記第１開閉弁を閉弁し、前記第２開閉弁を開弁することにより、前記熱媒が前記貯湯タンクに流通せず、前記バイパス路を流通するように熱媒循環経路を切り替え、
前記熱媒循環経路が切替えられた後、前記初期集熱器側熱媒温度Ｔｍ１と前記初期給水温度Ｔｗ１との差（Ｔｍ１−Ｔｗ１）が前記所定の継続運転温度Ｔｎ１以上である場合、前記第１開閉弁を開弁することにより、前記熱媒が前記貯湯タンクに流通するように熱媒循環経路を切り替えて、集熱運転を継続し、
前記初期集熱器側熱媒温度Ｔｍ１と前記初期給水温度Ｔｗ１との差（Ｔｍ１−Ｔｗ１）が前記所定の継続運転温度Ｔｎ１未満である場合、前記循環ポンプの駆動を停止してもよい。
【００１７】
上記太陽熱利用給湯システムによれば、集熱運転開始時に、熱媒が貯湯タンク内を流通せず、バイパス路を流通するように熱媒循環経路が切替えられるから、貯湯タンク内での熱媒と給水された水との熱交換が行なわれない状態で熱媒を循環させることができる。そのため、熱媒循環管路を循環する熱媒の温度変化が少なく、早期に熱媒が効率的な集熱運転を行うことができる温度を有しているかどうかを判断できる。そして、熱媒が貯湯タンクを流通せず、バイパス路を流通している状態で、初期集熱器側熱媒温度Ｔｍ１と初期給水温度Ｔｗ１との温度差（Ｔｍ１−Ｔｗ１）が所定の継続運転温度Ｔｎ１以上であれば、熱媒が貯湯タンクに流通するように熱媒循環経路が切り替られて、集熱運転が継続されるから、循環ポンプの駆動を停止することなく、円滑に集熱運転を行うことができる。一方、熱媒が貯湯タンクを流通せず、バイパス路を流通している状態で、初期集熱器側熱媒温度Ｔｍ１と初期給水温度Ｔｗ１との温度差（Ｔｍ１−Ｔｗ１）が所定の継続運転温度Ｔｎ１未満であれば、循環ポンプの駆動が停止されるから、エネルギー的に不経済な集熱運転を早期に中止することができる。
【００１８】
上記太陽熱利用給湯システムにおいて、前記集熱量が、前記循環ポンプを最小回転数で駆動したときの最低消費電力量未満である場合、前記制御装置は、前記循環ポンプの駆動を停止してもよい。
【００１９】
上記太陽熱利用給湯システムによれば、循環ポンプの最低消費電力量よりも集熱量が少ない場合に循環ポンプの駆動が停止されるから、天候の変化により十分な集熱量が得られない場合のエネルギー的に不経済な集熱運転を中止することができる。
【００２０】
上記太陽熱利用給湯システムにおいて、前記集熱量が、前記循環ポンプを最小回転数で駆動したときの最低消費電力量未満であり、且つ前記集熱量を所定回数分積算した積算集熱量が、前記消費電力量を所定回数分積算した積算消費電力量未満である場合、前記制御装置は、前記循環ポンプの駆動を停止してもよい。
【００２１】
上記太陽熱利用給湯システムによれば、集熱運転中の集熱量が、循環ポンプを最小回転数で駆動したときの最低消費電力量未満であり、且つ積算集熱量が積算消費電力量未満である場合に循環ポンプの駆動が停止されるため、一時的な曇天により短時間内の集熱量が低下しても、所定回数分の積算集熱量が積算消費電力量以上であれば循環ポンプが停止されないから、循環ポンプの頻繁な駆動・停止を避けることができ、円滑な集熱運転を行うことができる。
【発明の効果】
【００２２】
以上説明したように、本発明によれば、太陽熱を効率よく集熱することができ、省エネルギー化に適した太陽熱利用給湯システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は、本発明の実施の形態に係る太陽熱利用給湯システムの一例を示す概略構成図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態に係る太陽熱利用給湯システムで集熱運転を行う場合の制御動作を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下に、本発明の実施の形態に係る太陽熱利用給湯システムについて、図面を参照しながら説明する。
【００２５】
図１に示すように、本実施の形態の太陽熱利用給湯システムは、太陽熱集熱器１、貯湯タンク２、貯湯タンク２から出湯される湯水を必要に応じて加熱する給湯器等の補助熱源機３、システム全体の運転や給湯温度を設定したり、集熱運転時の実効集熱量を表示するリモコン４、太陽熱集熱器１と貯湯タンク２との間で熱媒が循環する熱媒循環管路７、及び集熱運転や給湯運転等を制御する制御装置１０などを備えている。なお、補助熱源機３としては給湯器に代えて電気ヒータなどを用いてもよい。
【００２６】
太陽熱集熱器１は、集合住宅のベランダや建物の屋根などに設置されるもので、板状の集熱パネル１ａを備えており、その内部に熱媒を循環させる内部流路を有している。この内部流路は、熱媒循環管路７の一部を構成している。
【００２７】
貯湯タンク２は、耐食性に優れた金属（例えば、ステンレス）製のタンクで、外周部に断熱材を有しており、下部に水を給水する給水管５と接続された給水口を、上部に湯水を出湯する出湯管６と接続された出湯口を有している。また、貯湯タンク２は、貯湯タンク２内の下部の給水口近傍に給水温度を検知するための給水サーミスタ（給水温度検知器）２０ａと、貯湯タンク内の中間部と最上部の湯水の温度をそれぞれ検知するための貯湯タンクサーミスタ２０ｂ，２０ｃとを備えている。これらサーミスタ２０ａ，２０ｂ，２０ｃの検知信号は、それぞれ常時制御装置１０に出力され、各検知温度は、集熱運転や給湯運転の制御に利用される。
【００２８】
給水管５には、上流側から順に、給水元弁５１、減圧弁５２、混合用の給水温度を検知する入水温サーミスタ５３、逆止弁５４、及び排水弁５５が配設されている。減圧弁５２は、貯湯タンク２への給水圧を調整する弁であり、貯湯タンク２内の湯水が減少した場合、減圧弁５２の下流側圧力が低下し、それに応じて貯湯タンク２内の圧力を維持するため、貯湯タンク２に水が給水される。入水温サーミスタ５３の検知信号は、制御装置１０に出力される。
【００２９】
貯湯タンク２と補助熱源機３とは出湯管６を介して接続されている。出湯管６には、貯湯タンク２と補助熱源機３との間で、上流側から順に、圧力逃がし弁６１、電磁弁６２、混合弁６３、水量センサ６４、及び混合サーミスタ６５が配設されている。水量センサ６４は出湯管６内の流量を検知し、その検知信号は制御装置１０に出力される。また、混合サーミスタ６５は、出湯管６内の湯水の温度を検知し、その検知信号は制御装置１０に出力される。
【００３０】
出湯管６に設けられている混合弁６３には、給水管５から分岐された混合用給水管９が分岐接続されている。混合弁６３は、貯湯タンク２から出湯される湯水の温度に応じて、貯湯タンク２から出湯された湯水と混合用給水管９を介して給水管５から給水された水とを混合する弁であり、制御装置１０からの信号に応じて、その開度が調整される。
【００３１】
熱媒循環管路７は、太陽熱集熱器１で加熱された熱媒を貯湯タンク２に送る熱媒循環往路７ａと、貯湯タンク２内で給水された水と加熱された熱媒との間で熱交換を行う熱交換部７ｂと、熱交換により冷却された熱媒を太陽熱集熱器１に戻す熱媒循環復路７ｃと、貯湯タンク２外に位置する熱媒循環往路７ａと熱媒循環復路７ｃとを連通するバイパス路７ｄとから構成されている。熱交換部７ｂは、貯湯タンク２内の下方で屈曲された配管から構成されている。熱媒としては、従来公知のプロピレングリコールなどを含有する不凍液が使用される。
【００３２】
熱媒循環往路７ａには、太陽熱集熱器１と貯湯タンク２との間で、上流側から順に、太陽熱集熱器１近傍の熱媒の温度を検知する集熱器側熱媒サーミスタ（集熱器側熱媒温度検知器）７１と、貯湯タンク２に流入する熱媒の入側熱媒温度を検知する入側熱媒サーミスタ（入側熱媒温度検知器）７２と、貯湯タンク２への熱媒の流れを連通／遮断する第１熱動弁（第１開閉弁）７３とが設けられている。集熱器側熱媒サーミスタ７１は、太陽熱集熱器１近傍の熱媒循環往路７ａに設けられており、入側熱媒サーミスタ７２は、貯湯タンク２近傍で、バイパス路７ｄとの接続部よりも上流側に設けられており、第１熱動弁７３はバイパス路７ｄとの接続部と貯湯タンク２との間に設けられている。なお、集熱器側熱媒サーミスタ７１は、熱媒循環復路７ｃに設けられてもよい。第１熱動弁７３は、後述する集熱運転の開始初期以外では常開している開閉弁であり、制御装置１０からの信号に応じて、開閉され、それによって貯湯タンク２への熱媒の流れが連通／遮断される。なお、第１熱動弁７３は、熱媒循環復路７ｃのバイパス路７ｄとの接続部と貯湯タンク２との間に設けてもよい。集熱器側熱媒サーミスタ７１の検知信号は常時制御装置１０に出力されており、入側熱媒サーミスタ７２の検知信号は、集熱運転時に制御装置１０に出力される。
【００３３】
熱媒循環復路７ｃには、貯湯タンク２と太陽熱集熱器１との間で、上流側から順に、貯湯タンク２から戻る熱媒の出側熱媒温度を検知する出側熱媒サーミスタ（出側熱媒温度検知器）７４と、熱媒を貯留するための膨張タンク７５と、熱媒流量を計測する熱媒流量センサ（熱媒流量計）７６と、循環ポンプＰとが配設されている。出側熱媒サーミスタ７４は、貯湯タンク２近傍で、熱媒循環復路７ｃとバイパス路７ｄとの接続部よりも下流側に配設されており、出側熱媒サーミスタ７４及び熱媒流量センサ７６の検知信号は、集熱運転時に制御装置１０に出力される。
【００３４】
バイパス路７ｄには、バイパス路７ｄにおける熱媒の流れを連通／遮断する第２熱動弁（第２開閉弁）７７が配設されており、制御装置１０からの信号に応じて、開閉され、それによって熱媒の流れが連通／遮断される。
【００３５】
循環ポンプＰは、商用電源である電源供給部（図示せず）と接続された制御基板３３を介して印加される制御装置１０からの電力により駆動される。
【００３６】
補助熱源機３は、給湯用加熱ユニット３１と、給湯用加熱ユニット３１の動作を制御する制御基板３３とを備えている。給湯用加熱ユニット３１には、給湯用熱交換器３１１及び給湯用ガスバーナ３１２とが内蔵されている。
【００３７】
給湯用熱交換器３１１は、出湯管６と接続されている。給湯用熱交換器３１１は、給湯運転が行われる場合に、必要に応じて給湯用ガスバーナ３１２が点火されて加熱され、該給湯用熱交換器３１１で流入した湯水が熱交換されることにより、給湯管Ｌから浴室などに設けられたカランやシャワヘッド等の出湯端末に所定の給湯設定温度を有する給湯水が供給される。
【００３８】
本実施の形態の太陽熱利用給湯システムで給湯運転が行われる場合、出湯端末が開栓されると、混合用給水管９から混合弁６３を介して出湯管６に水が供給される。水量センサ６４で所定流量以上の流水が検知されると、制御装置１０は出湯管６に設けられた電磁弁６２を開弁する。電磁弁６２が開弁されると、貯湯タンク２から湯水が出湯管６に出湯される。そして、リモコン４の給湯温度設定スイッチを操作することにより制御装置１０に入力された出湯端末で要求される温度よりも貯湯タンク２の貯湯タンクサーミスタ２０ｃで検知される湯水の温度が高い場合、制御装置１０により混合弁６３の開度が調整されて、湯水と混合用給水管９から給水される水とが所定割合で混合され、給湯用加熱ユニット３１を作動させることなく、出湯端末に所定温度の給湯水が供給される。一方、貯湯タンク２内から出湯される湯水の温度が出湯端末で要求される温度よりも低い場合、制御装置１０は混合弁６３の開度を所定割合に調整し、給湯用加熱ユニット３１を作動させ、給湯用ガスバーナ３１２を点火する。そして、貯湯タンク２から出湯された湯水は混合弁６３で水が混合された後、給湯用熱交換器３１１で加熱され、所定温度の給湯水が出湯端末に供給される。
【００３９】
制御装置１０は、マイクロコンピュータを主体として構成されており、図示しないＲＯＭには予め設定された集熱運転を実行するための集熱運転プログラム、集熱量計算プログラム、使用される熱媒の比熱Ｃ（Ｊ／ｋｇ・Ｋ）及び熱媒の比重ｄ（ｋｇ／ｍ３）、並びに循環ポンプＰの回転数に応じた消費電力量が記憶されているとともに、給湯運転を行う給湯運転部、集熱運転を行なう集熱運転部、タイマなどを備えている。また、制御装置１０は、補助熱源機３内の制御基板３３、循環ポンプＰ、水量センサ６４、既述した各サーミスタ２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，５３，６５，７１，７２，７４、熱動弁７３，７７、熱媒流量センサ７６、電磁弁６２、混合弁６３などと接続されているとともに、浴室などに配置されたリモコン４と補助熱源機３内の制御基板３３を介して接続されている。
【００４０】
リモコン４は、図示しない運転スイッチ、給湯温度設定スイッチなどの操作スイッチと、集熱運転時に太陽熱による集熱量から循環ポンプを駆動するために消費された消費電力量を減じた実効集熱量や、給湯設定温度、貯湯タンク２内の湯量などを表示するディスプレイを備えている。
【００４１】
次に、本実施の形態の太陽熱利用給湯システムにおいて、集熱運転が行われる場合の制御動作を、図２のフロー図に基づいて具体的に説明する。
【００４２】
リモコン４の運転スイッチがオン操作されると、制御装置１０は、集熱器側熱媒サーミスタ７１から出力される集熱器側熱媒温度Ｔｍ０（Ｋ）と給水サーミスタから出力される給水温度Ｔｗ０（Ｋ）との温度差（Ｔｍ０−Ｔｗ０）が一定時間（例えば、１０秒）、所定の開始温度Ｔｎ０（例えば、１０Ｋ）以上を示すかどうかを判断し（ＳＴ１）、温度差（Ｔｍ０−Ｔｗ０）が開始温度Ｔｎ０以上である場合（ＳＴ１でＹｅｓ）、集熱運転プログラムを起動し、循環ポンプＰを最大回転数で駆動して、集熱運転を開始する（ＳＴ２）。これにより、太陽熱集熱器１の集熱による熱媒の温度上昇を早期に検知することができる。また、太陽熱集熱器１近傍に設けられた集熱器側熱媒サーミスタ７１で検知される集熱器側熱媒温度Ｔｍ０と貯湯タンク２の給水口近傍に設けられた給水サーミスタ２０ａで検知される給水温度Ｔｗ０との温度差（Ｔｍ０−Ｔｗ０）が所定の開始温度Ｔｎ０以上であるときに集熱運転が開始されるため、エネルギー的に不経済な集熱運転を避けることができるとともに、集熱運転による貯湯タンク２内の湯水の温度の低下を防止することができる。
【００４３】
集熱運転が開始されると、制御装置１０は、熱媒流量センサ７６から出力される熱媒流量Ｖが集熱運転を行うのに必要な所定流量Ｖａ以上であるかどうかを判定し（ＳＴ３）、熱媒流量Ｖが所定流量Ｖａ未満である場合（ＳＴ３でＮｏ）、制御装置１０は循環ポンプＰの駆動を停止して、集熱運転を中止する（ＳＴ１６）。これにより、循環ポンプＰの不調や熱媒循環管路７の目詰まり等により熱媒が正常に循環していない場合の集熱運転を回避することができる。この場合、さらにリモコン４から熱媒の循環の異常を報知させてもよい。
【００４４】
一方、熱媒流量Ｖが所定流量Ｖａ以上である場合（ＳＴ３でＹｅｓ）、制御装置１０は、熱媒が貯湯タンク２を流通せず、バイパス路７ｄを流通するように熱媒循環往路７ａに設けられた第１熱動弁７３を閉弁し、バイパス路７ｄに設けられた第２熱動弁７７を開弁する（ＳＴ４）。これにより、熱媒は、図１の破線太矢印で示される短絡熱媒循環経路で熱媒循環管路７を循環する。このように、集熱運転開始時に、熱媒が貯湯タンク２内を流通せず、バイパス路７ｄを流通する短絡熱媒循環経路に熱媒循環経路を切替えることにより、貯湯タンク２内で熱媒と給水された水との熱交換が行なわれない状態で熱媒が熱媒循環管路７を循環するから、熱媒循環管路７内の熱媒温度の変化が少なく、早期に熱媒が効率的な集熱運転を行うことができる温度を有しているかどうかを判断できる。
【００４５】
熱媒循環経路が短絡熱媒循環経路に切替えられると、制御装置１０は、所定時間（例えば、３０秒）、熱媒を循環させ（ＳＴ５）、その熱媒の循環状態で、集熱器側熱媒サーミスタ７１から出力される初期集熱器側熱媒温度Ｔｍ１（Ｋ）と給水サーミスタ２０ａから出力される初期給水温度Ｔｗ１（Ｋ）とを比較し、これらの温度差（Ｔｍ１−Ｔｗ１）が所定の継続運転温度Ｔｎ１（例えば、５Ｋ）以上であるかどうかを判定する（ＳＴ６）。すなわち、集熱運転は集熱器側熱媒温度Ｔｍ０と給水温度Ｔｗ０との温度差（Ｔｍ０−Ｔｗ０）が所定の開始温度Ｔｎ０以上である場合に開始されるが、集熱運転開始時の太陽熱集熱器１から離れた箇所の熱媒循環管路７内の熱媒の温度は集熱器側熱媒温度Ｔｍ０よりも通常低いため、集熱運転開始初期の熱媒の循環によって熱媒の温度が効率的な集熱運転を行うのに不十分な温度まで低下する場合がある。従って、集熱運転開始初期から所定時間経過した後の初期集熱器側熱媒温度Ｔｍ１と初期給水温度Ｔｗ１とを比較することにより、より確実に集熱運転を継続すべきかどうかを判断することができる。
【００４６】
初期集熱器側熱媒温度Ｔｍ１と初期給水温度Ｔｗ１との温度差（Ｔｍ１−Ｔｗ１）が継続運転温度Ｔｎ１未満である場合（ＳＴ６でＮｏ）、集熱運転を継続すると、集熱量よりも消費電力量が多くなる虞があると判断できるから、制御装置１０は、循環ポンプＰの駆動を停止して、集熱運転を終了する（ＳＴ１６）。これにより、エネルギー的に不経済な集熱運転を早期に中止することができる。
【００４７】
一方、初期集熱器側熱媒温度Ｔｍ１と初期給水温度Ｔｗ１との温度差（Ｔｍ１−Ｔｗ１）が継続運転温度Ｔｎ１以上である場合（ＳＴ６でＹｅｓ）、太陽熱集熱器１で集熱運転を行うに十分な集熱が行なわれていると判断できるから、制御装置１０は、熱媒が貯湯タンク２を流通するように、第１熱動弁７３を開弁し、第２熱動弁７７を閉弁する（ＳＴ７）。これにより、循環ポンプＰが停止されることなく、円滑に集熱運転が継続され、熱媒は、図１の実線太矢印で示される定常熱媒循環経路で熱媒循環管路７を循環する。なお、この場合、第２熱動弁７７は開弁状態のまま維持しておいてもよい。
【００４８】
初期集熱器側熱媒温度Ｔｍ１と初期給水温度Ｔｗ１との温度差（Ｔｍ１−Ｔｗ１）が継続運転温度Ｔｎ１以上であり（ＳＴ６でＹｅｓ）、集熱運転が継続可能と判断された場合、制御装置１０は、所定時間（例えば、１分）内の熱媒流量センサ７６から出力される熱媒流量Ｖと、所定時間経過時の入側熱媒サーミスタ７２から出力される入側熱媒温度Ｔｉｎと、出側熱媒サーミスタ７４から出力される出側熱媒温度Ｔｏｕｔとを計測する。そして、集熱量計算プログラムに基づき、これらの値と、熱媒の比熱Ｃ及び比重ｄとを積算して、集熱量Ｑｉを算出する（ＳＴ９）。これにより、温度変化の小さい貯湯タンク２内の湯水の温度や高精度の流量計を利用することなく、より正確に熱媒から貯湯タンク２内に供給された集熱量を算出することができる。
【００４９】
次に、算出された所定時間内の集熱量Ｑｉが、循環ポンプＰを最小回転数で駆動したときの最低消費電力量Ｒｍｉｎ以上であるかどうかが判断され（ＳＴ１０）、集熱量Ｑｉが最低消費電力量Ｒｍｉｎ以上であれば（ＳＴ１０でＹｅｓ）、制御装置１０は、ＲＯＭに記憶された循環ポンプＰの回転数と消費電力量の関係から、循環ポンプＰを駆動する消費電力量Ｒｉが算出された集熱量Ｑｉ以下となるように、循環ポンプＰの回転数を制御する（ＳＴ１１）。例えば、所定時間経過時の入側熱媒温度Ｔｉｎと出側熱媒温度Ｔｏｕｔとの温度差（Ｔｉｎ−Ｔｏｕｔ）が５（Ｋ）、熱媒の比熱Ｃが３，６００（Ｊ／ｋｇ・Ｋ）、熱媒の比重ｄが１，０５０（ｋｇ／ｍ３）、熱媒流量Ｖが０．０００２（ｍ３／ｓｅｃ）である場合、１分間の集熱量Ｑｉは、２２６，８００Ｊ（＝５×３，６００×１，０５０×０．００２×６０）となる。従って、この算出された集熱量Ｑｉよりも循環ポンプＰの消費電力量Ｒｉが低くなるように、ＲＯＭに記憶された使用する循環ポンプＰの能力（回転数と消費電力量の関係）に応じて循環ポンプＰの回転数が制御される。これにより、太陽熱によって加熱された熱媒から貯湯タンク２に供給される集熱量Ｑｉ以下の消費電力量Ｒｉで循環ポンプＰが駆動されるから、効率的に集熱運転を行うことができる。なお、集熱運転中、貯湯タンク２内の湯水の温度が上昇し、入側熱媒温度Ｔｉｎと出側熱媒温度Ｔｏｕｔとの温度差（Ｔｉｎ−Ｔｏｕｔ）が小さくなるため、集熱量Ｑｉが低下し、それに伴って循環ポンプＰの回転数が低下されて、消費電力量Ｒｉは低下していくが、循環ポンプＰを最小回転数で回転させたときの最低消費電力量Ｒｍｉｎよりも集熱量Ｑｉが多い場合、最低消費電力量Ｒｍｉｎでの循環ポンプＰの駆動が維持される。
【００５０】
集熱量Ｑｉに基づき循環ポンプＰの回転数が制御されると、制御装置１０は、算出された集熱量Ｑｉと循環ポンプＰの消費電力量Ｒｉを記憶し（ＳＴ１２）、さらに集熱量Ｑｉと消費電力量Ｒｉとを比較して、その差を実効集熱量Ｅｉとして、リモコン４に所定時間毎に出力する（ＳＴ１３）。これにより、使用者は集熱運転による実際のエネルギー節約量を認識することができる。
【００５１】
次に、制御装置１０は、貯湯タンク２内の最上部に設けた貯湯タンクサーミスタ２０ｃから出力される湯水の温度が出湯禁止温度Ｔｈ（例えば、６０℃）以上となっているかどうかを判断し（ＳＴ１４）、湯水の温度が出湯禁止温度Ｔｈ以上である場合（ＳＴ１４でＹｅｓ）、集熱運転の継続によって高温の湯水が出湯することを防止するため、循環ポンプＰの駆動を停止する（ＳＴ１６）。
【００５２】
一方、貯湯タンク２内の湯水の温度が出湯禁止温度Ｔｈ未満である場合（ＳＴ１４でＮｏ）、ＳＴ８に戻り、上記と同様の動作により次の所定時間内の集熱量Ｑｉ＋１を算出して、集熱運転を継続する。
【００５３】
集熱運転中、算出された集熱量Ｑｉが、循環ポンプＰを最小回転数で駆動したときの最低消費電力量Ｒｍｉｎ未満となった場合（ＳＴ１０でＮｏ）、制御装置１０は、記憶された直近の所定回数分（例えば、５回分）の集熱量Ｑｉを合計した積算集熱量ΣＱｉと、それに対応する循環ポンプＰの消費電力量Ｒｉを合計した積算消費電力量ΣＲｉとを比較し、積算集熱量ΣＱｉが積算消費電力量ΣＲｉ以上であるかどうかを判定する（ＳＴ１５）。そして、積算集熱量ΣＱｉが積算消費電力量ΣＲｉ以上である場合（ＳＴ１５でＹｅｓ）、ＳＴ８に戻り、集熱運転を継続する。すなわち、一時的な曇天により太陽熱集熱器１で加熱される熱媒の温度が低下する場合があるため、短時間内の集熱量Ｑｉが低下したことに基づき、循環ポンプＰの駆動を停止しても、その後、曇天から晴天に変わり、集熱量が増加すると、再度循環ポンプＰを駆動させる必要がある。このため、単一の集熱量Ｑｉのみに基づいて集熱運転の継続を判断する場合、循環ポンプＰの駆動・停止を頻繁に行なわなければならないという不都合がある。これに対して、上記のように集熱量Ｑｉが最低消費電力量Ｒｍｉｎ未満であっても、所定回数分の積算集熱量ΣＱｉが積算消費電力量ΣＲｉ以上である場合、循環ポンプＰの駆動が継続されるから、円滑な集熱運転を行うことができる。なお、積算集熱量ΣＱｉが積算消費電力量ΣＲｉ未満である場合（ＳＴ１５でＮｏ）、一定時間、太陽熱集熱器１による集熱が継続して十分に行なわれていないと判断できるから、制御装置１０は循環ポンプＰの駆動を停止して、集熱運転を中止する。
【００５４】
（その他の実施の形態）
（１）上記実施の形態では、集熱パネルのみを有する太陽熱集熱器が用いられているが、集熱パネルと太陽電池パネルなどの発電パネルの両方を備えた太陽熱集熱器を用いてもよい。これによれば、さらに省エネルギー化を図ることができる。
【００５５】
（２）上記実施の形態では、集熱量が循環ポンプを最小回転数で駆動したときの最低消費電力量未満である場合、さらに積算集熱量と積算消費電力量とを比較して、集熱運転の継続が判断されているが、積算集熱量と積算消費電力量とを比較することなく、循環ポンプの駆動を停止してもよい。
【００５６】
（３）上記実施の形態では、太陽熱集熱器のみにより熱媒を加熱しているが、さらに熱媒循環管路を加熱するヒータや熱交換器を熱媒循環管路に隣接して設けてもよい。
【符号の説明】
【００５７】
１  太陽熱集熱器
２  貯湯タンク
４  リモコン（表示装置）
７  熱媒循環管路
７ａ  熱媒循環往路
７ｂ  熱交換部
７ｃ  熱媒循環復路
７ｄ  バイパス路
１０  制御装置
２０ａ  給水サーミスタ（給水温度検知器）
７１  集熱器側熱媒サーミスタ（集熱器側熱媒温度検知器）
７２  入側熱媒サーミスタ（入側熱媒温度検知器）
７３  第１熱動弁（第１開閉弁）
７４  出側熱媒サーミスタ（出側熱媒温度検知器）
７６  熱媒流量センサ
７７  第２熱動弁（第２開閉弁）
Ｐ  循環ポンプ
【図１】
0005461318.tif 000002
【図２】
0005461318.tif 000003