(57)【要約】【課題】熱量の採取効率を改善することが可能な太陽熱利用システム及びそのポンプ制御方法を提供する。【解決手段】太陽熱利用システム１は、太陽光を受光することで熱媒を加熱する集熱器１０と、集熱器１０にて加熱された熱媒を利用して冷水を加熱する熱交換器２３と、熱交換器２３から集熱器１０を経て再度熱交換器２３に熱媒を循環させるポンプＰと、を備えている。また、太陽熱利用システム１は、熱媒の温度を検出する熱媒サーミスタＴ３と、熱媒サーミスタＴ３により検出された熱媒の温度に基づいて、ポンプＰを停止させる制御部２６と、雰囲気温度を検出する雰囲気温度センサＴ４と、を備え、制御部２６は、雰囲気温度センサＴ４により検出される雰囲気温度が低くなるに従って、ポンプＰを停止させる停止温度を高める。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽光を受光することで熱媒を加熱する集熱器と、前記集熱器にて加熱された熱媒を利用して冷水を加熱する熱交換器と、前記熱交換器から前記集熱器を経て再度前記熱交換器に熱媒を循環させるポンプと、を備えた太陽熱利用システムであって、
前記熱媒の温度を検出する熱媒温度検出部と、
前記熱媒温度検出部により検出された熱媒の温度に基づいて、前記ポンプを停止させる制御部と、
雰囲気温度を検出する雰囲気温度検出部と、を備え、
前記制御部は、前記雰囲気温度検出部により検出される雰囲気温度が低くなるに従って、前記ポンプを停止させる停止温度を高める
ことを特徴とする太陽熱利用システム。
【請求項２】
前記熱交換器にて加熱される冷水を導入する冷水配管と、
前記熱交換器にて加熱された温水を家庭側に供給する温水給管と、
前記冷水配管及び前記温水給管の少なくとも一方に設けられたヒータと、を備え、
前記制御部は、前記雰囲気温度検出部により検出された雰囲気温度に基づいて、前記ヒータをオンオフ制御する
ことを特徴とする請求項１に記載の太陽熱利用システム。
【請求項３】
太陽光を受光することで熱媒を加熱する集熱器と、前記集熱器にて加熱された熱媒を利用して冷水を加熱する熱交換器と、前記熱交換器から前記集熱器を経て再度前記熱交換器に熱媒を循環させるポンプと、を備えた太陽熱利用システムのポンプ制御方法であって、
前記熱媒の温度を検出する熱媒温度検出工程と、
前記熱媒温度検出工程において検出された熱媒の温度に基づいて、前記ポンプを停止させる制御工程と、
雰囲気温度を検出する雰囲気温度検出工程と、を有し、
前記制御工程では、前記雰囲気温度検出工程において検出される雰囲気温度が低くなるに従って、前記ポンプを停止させる停止温度を高める
ことを特徴とする太陽熱利用システムのポンプ制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽熱利用システム及びそのポンプ制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、集熱器に対して熱媒を供給し、太陽光の受光によって加熱された熱媒を利用して冷水を加熱し、加熱により得られた温水を家庭内等に供給する太陽熱利用システムが提案されている（特許文献１，２参照）。
【０００３】
また、太陽熱利用システムには、熱媒をポンプの駆動により循環させるものも提案されている。この太陽熱利用システムにおいてポンプは、熱媒温度がＸ℃（Ｘは任意の数）未満の場合に動作して熱媒を循環させ、熱媒温度がＸ℃以上となった場合には停止するようになっている。これにより、高温の熱媒が循環してポンプ内の電子部品等が破損してしまう事態を防止することができる（特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６３−２１３７６３号公報
【特許文献２】特開昭６３−２０７９５１号公報
【特許文献３】特開昭６０−２０７８５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、このような太陽熱利用システムでは、一律に熱媒温度がＸ℃以上であるか否かによってポンプを停止させるため、周囲温度が極端に低い場合など、電子部品等が周囲の雰囲気によりいつも以上に冷却される場合を考慮しておらず、適切な制御とは言い難い。そして、電子部品等がいつも以上に冷却されるような場合には、より高温の熱媒を循環させることができる状態にも拘わらずポンプを停止させることとなり、熱量を採取するという観点において効率の低下を招いてしまう。
【０００６】
本発明はこのような従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、熱量の採取効率を改善することが可能な太陽熱利用システム及びそのポンプ制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の太陽熱利用システムは、太陽光を受光することで熱媒を加熱する集熱器と、集熱器にて加熱された熱媒を利用して冷水を加熱する熱交換器と、熱交換器から集熱器を経て再度熱交換器に熱媒を循環させるポンプと、を備えた太陽熱利用システムであって、熱媒の温度を検出する熱媒温度検出部と、熱媒温度検出部により検出された熱媒の温度に基づいて、ポンプを停止させる制御部と、雰囲気温度を検出する雰囲気温度検出部と、を備え、制御部は、雰囲気温度検出部により検出される雰囲気温度が低くなるに従って、ポンプを停止させる停止温度を高めることを特徴とすることを特徴とする。
【０００８】
本発明の太陽熱利用システムによれば、雰囲気温度が低くなるに従って、ポンプを停止させる停止温度を高めるため、寒い季節など雰囲気温度により電子部品等が冷却される環境下においては、より高い温度の熱媒を循環させることができ、この熱媒により熱交換を行うことができるため、熱量の採取効率が高まることとなる。従って、熱量の採取効率を改善することができる。
【０００９】
また、本発明の太陽熱利用システムにおいて、熱交換器にて加熱される冷水を導入する冷水配管と、熱交換器にて加熱された温水を家庭側に供給する温水給管と、冷水配管及び温水給管の少なくとも一方に設けられたヒータと、を備え、制御部は、雰囲気温度検出部により検出された雰囲気温度に基づいて、ヒータをオンオフ制御することが好ましい。
【００１０】
この太陽熱利用システムによれば、雰囲気温度検出部により検出された雰囲気温度に基づいてヒータをオンオフ制御するため、ポンプのオンオフを行うセンサ等を用いてヒータのオンオフについても行うこととなり、構成の共通化して構成の簡素化を図ることができる。
【００１１】
また、本発明の太陽熱利用システムのポンプ制御方法は、太陽光を受光することで熱媒を加熱する集熱器と、集熱器にて加熱された熱媒を利用して冷水を加熱する熱交換器と、熱交換器から集熱器を経て再度熱交換器に熱媒を循環させるポンプと、を備えた太陽熱利用システムのポンプ制御方法であって、熱媒の温度を検出する熱媒温度検出工程と、熱媒温度検出工程において検出された熱媒の温度に基づいて、ポンプを停止させる制御工程と、雰囲気温度を検出する雰囲気温度検出工程と、を有し、制御工程では、雰囲気温度検出工程において検出される雰囲気温度が低くなるに従って、ポンプを停止させる停止温度を高めることを特徴とする。
【００１２】
この太陽熱利用システムのポンプ制御方法によれば、雰囲気温度が低くなるに従って、ポンプを停止させる停止温度を高めるため、寒い季節など雰囲気温度により電子部品等が冷却される環境下においては、より高い温度の熱媒を循環させることができ、この熱媒により熱交換を行うことができるため、熱量の採取効率が高まることとなる。従って、熱量の採取効率を改善することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、熱量の採取効率を改善することが可能な太陽熱利用システム及びそのポンプ制御方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態に係る太陽熱利用システムの概略構成図である。
【図２】雰囲気温度と停止温度との関係を示す図表である。
【図３】本実施形態に係る太陽熱利用システムのポンプ制御方法を示す基本フローチャートである。
【図４】本実施形態に係る太陽熱利用システムのポンプ制御方法を示すサブフローチャートである。
【図５】第２実施形態に係る太陽熱利用システムの概略構成図である。
【図６】第２実施形態に係る太陽熱利用システムのヒータ制御方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の実施形態に係る太陽熱利用システムの概略構成図である。図１に示すように、本実施形態に係る太陽熱利用システム１は、太陽熱を利用して温水を得るものであって、集熱器１０と、貯湯タンクユニット２０と、これらを接続する配管Ｌとを備えている。
【００１６】
集熱器１０は、太陽光を受光することで熱媒を加熱するものであって、例えば屋根の上などの太陽光を受光し易い位置に設置されるものである。
【００１７】
貯湯タンクユニット２０は、集熱器１０にて暖められ配管Ｌを通じて液送されてきた熱媒を利用して冷水を加熱すると共に、加熱により得られた温水を家庭等に供給するものである。また、貯湯タンクユニット２０は、家庭等にて温水が使用されていないときには温水を貯湯しておくものである。この貯湯タンクユニット２０は、冷水配管２１と、缶体２２と、熱交換器２３と、温水配管２４と、シスターン２５と、ポンプＰと、制御部２６とを備えている。
【００１８】
冷水配管２１は、缶体２２内に冷水を供給するための配管である。缶体２２は、冷水配管２１から冷水を導入すると共に加熱により得られた温水を貯湯しておくものである。熱交換器２３は、缶体２２内に設けられており、配管Ｌを通じて流れてきた熱媒と冷水との熱交換を行って、冷水を加熱するものである。温水配管２４は、熱交換器２３の加熱により得られた温水を家庭等に供給するための配管である。
【００１９】
シスターン２５は、集熱器１０から戻ってくる熱媒を溜めておく機器であり、配管Ｌ内に空気が混入した場合に混入した空気が排出する機能を有するものである。また、シスターン２５は、例えば熱媒の循環が停止しているときに集熱器１０にて熱媒が加熱されて膨張蒸発し、配管Ｌ内の圧力が上昇した場合において、配管Ｌの破損を防止する機能等についても有している。
【００２０】
ポンプＰは、配管Ｌ上に設けられており、その駆動により熱交換器２３から集熱器１０を経て再度熱交換器２３に熱媒を循環させるものである。制御部２６は、貯湯タンクユニット２０の弁の開閉制御や、ポンプＰのオンオフ制御等を行うものである。
【００２１】
さらに、太陽熱利用システム１は、高温センサＴ１、低温センサＴ２、熱媒サーミスタ（熱媒温度検出部）Ｔ３、及び、雰囲気温度センサ（雰囲気温度検出部）Ｔ４を備えている。
【００２２】
高温センサＴ１は集熱器１０内又は集熱器１０の出口近傍に設けられ、集熱器１０にて加熱された熱媒の温度を検出するものである。低温センサＴ２は、缶体２２の下部外壁に設置され、熱交換器２３付近における水（加熱時には温水）の温度を検出するものである。
【００２３】
熱媒サーミスタＴ３は、熱媒の温度を検出するものであり、本実施形態ではポンプＰの下流側に設けられている。このため、熱媒サーミスタＴ３は、ポンプＰから集熱器１０に液送される熱交換後の熱媒温度を検出するものである。
【００２４】
雰囲気温度センサＴ４は、貯湯タンクユニット２０内の雰囲気温度を検出するものである。本実施形態において雰囲気温度センサＴ４は、ポンプＰ（特にポンプＰの電子部品）の近傍に設けられており、ポンプＰの周辺の雰囲気温度を検出する構成となっている。
【００２５】
次に、本実施形態に係る太陽熱利用システム１のポンプ制御方法の概略について説明する。まず、ポンプＰが停止しているものとする。この状態において、制御部２６は、高温センサＴ１と低温センサＴ２からの信号に基づいて、それぞれの温度を検出し、これらの温度差（Ｔ１−Ｔ２）がＡ℃以上であるか否かを判断する。これらの温度差（Ｔ１−Ｔ２）がＡ℃以上であると判断した場合、制御部２６は、ポンプＰをオンさせる。
【００２６】
また、ポンプＰの運転中においても、制御部２６は、高温センサＴ１と低温センサＴ２からの信号に基づいて、それぞれの温度を検出する。そして、制御部２６は、これらの温度差（Ｔ１−Ｔ２）がＢ℃以下であるか否かを判断する。これらの温度差（Ｔ１−Ｔ２）がＢ℃以下であると判断した場合、制御部２６は、ポンプＰをオフする。
【００２７】
さらに、制御部２６は、ポンプＰが高温の熱媒により故障しないように、熱媒温度に応じてポンプＰを強制的にオフする。ここで、従来の太陽熱利用システムでは、例えば熱媒サーミスタからの信号に基づいて熱媒温度を検出し、この温度がＸ℃以上であると判断した場合、強制的にポンプをオフし、所定の時刻に到達するまでポンプのオフ状態を維持することとなる。
【００２８】
しかし、一律に熱媒温度がＸ℃以上であるか否かによってポンプを停止させるため、周囲温度が低い場合など、ポンプＰの電子部品等が周囲の雰囲気によりいつも以上に冷却される場合を考慮しておらず、適切な制御とは言い難い。そして、電子部品等がいつも以上に冷却されるような場合には、より高温の熱媒を循環させることができる状態にも拘わらずポンプを停止させることとなり、熱量を採取するという観点において効率の低下を招いてしまう。
【００２９】
そこで、本実施形態に係る太陽熱利用システム１は、雰囲気温度センサＴ４により検出される雰囲気温度が低くなるに従って、ポンプＰを停止させる停止温度を高める。すなわち、制御部２６は、一律に熱媒温度がＸ℃以上であるかを判断するのではなく、雰囲気温度が低くなるに従って熱媒温度がＸ＋Δｔ℃以上であるかを判断し、熱媒温度がＸ＋Δｔ℃以上である場合にポンプＰを停止させることとなる。ここで、Δｔは、雰囲気温度に応じた温度上昇分であり、正の値である。
【００３０】
図２は、雰囲気温度と停止温度との関係を示す図表である。なお、図２においてＹ１＜Ｙ２＜Ｙ３＜Ｙ４＜Ｙ５であり、且つ、Ｘ１＜Ｘ２＜Ｘ３＜Ｘ４＜Ｘ５である。
【００３１】
図２に示すように、雰囲気温度がＹ１℃未満である場合、ポンプＰの停止温度はＸ５℃とされる。また、雰囲気温度がＹ１℃以上Ｙ２℃未満である場合、ポンプＰの停止温度はＸ４℃とされる。同様に、雰囲気温度がＹ２℃以上Ｙ３℃未満である場合、ポンプＰの停止温度はＸ３℃とされ、雰囲気温度がＹ３℃以上Ｙ４℃未満である場合、ポンプＰの停止温度はＸ２℃とされる。雰囲気温度がＹ４℃以上Ｙ５℃未満である場合、ポンプＰの停止温度はＸ１℃とされる。
【００３２】
このように、本実施形態に係る太陽熱利用システム１では雰囲気温度が低くなるに従って、ポンプＰを停止させる停止温度を高めるため、寒い季節など雰囲気温度により電子部品等が冷却される環境下においては、より高い温度の熱媒を循環させるようにしている。そして、より高い温度の熱媒により熱交換を行うことにより、熱量の採取効率を高めることとしている。
【００３３】
次に、本実施形態に係る太陽熱利用システム１の詳細動作についてフローチャートを参照して説明する。図３は、本実施形態に係る太陽熱利用システム１のポンプ制御方法を示す基本フローチャートである。まず、図３において、ポンプＰは停止しているものとする。この状態において制御部２６は、高温センサＴ１及び低温センサＴ２の信号から、それぞれの温度を検出する（Ｓ１）。
【００３４】
次いで、制御部２６は、これらの温度差（Ｔ１−Ｔ２）がＡ℃以上であるか否かを判断する（Ｓ２）。温度差（Ｔ１−Ｔ２）がＡ℃以上でないと判断した場合（Ｓ２：ＮＯ）、処理はステップＳ１に移行する。
【００３５】
温度差（Ｔ１−Ｔ２）がＡ℃以上であると判断した場合（Ｓ２：ＹＥＳ）、制御部２６は、ポンプＰをオンさせる（Ｓ３）。その後、制御部２６は、再度高温センサＴ１及び低温センサＴ２の信号から、それぞれの温度を検出する（Ｓ４）。次いで、制御部２６は、これらの温度差（Ｔ１−Ｔ２）がＢ℃以下であるか否かを判断する（Ｓ５）。温度差（Ｔ１−Ｔ２）がＢ℃以下であると判断した場合（Ｓ５：ＹＥＳ）、制御部２６はポンプＰをオフする（Ｓ６）。そして、図３に示す処理は終了する。
【００３６】
一方、温度差（Ｔ１−Ｔ２）がＢ℃以下でないと判断した場合（Ｓ５：ＮＯ）、処理はステップＳ４に移行する。
【００３７】
図４は、本実施形態に係る太陽熱利用システム１のポンプ制御方法を示すサブフローチャートである。本実施形態に係る太陽熱利用システム１は、図４に示す特徴的な処理を実行している。なお、図４に示す処理はポンプＰの動作時に実行される。
【００３８】
図４に示すように、まず、制御部２６は、雰囲気温度センサＴ４の信号から、雰囲気温度を検出する（Ｓ１１）。次いで、制御部２６は、ステップＳ１１にて検出された雰囲気温度から、ポンプＰの停止温度を決定する（Ｓ１２）。この際、制御部２６は、図２に示すようなデータから停止温度を決定する。なお、停止温度の決定方法は、上記に限らず、例えば雰囲気温度を変数に持つ所定の演算式を用いるようにしてもよい。
【００３９】
次に、制御部２６は、熱媒サーミスタＴ３の信号から、熱媒温度を検出する（Ｓ１３）。そして、制御部２６は、ステップＳ１３において検出された熱媒温度が、ステップＳ１２において決定された停止温度以上であるか否かを判断する（Ｓ１４）。停止温度以上であると判断した場合（Ｓ１４：ＹＥＳ）、制御部２６は、強制的にポンプＰをオフし（Ｓ１５）、所定の時刻に到達するまでポンプＰのオフ状態を維持することとなる。そして、図４に示す処理は終了する。
【００４０】
一方、停止温度以上でないと判断した場合（Ｓ１４：ＮＯ）、制御部２６は、ポンプＰをオフすることなく、図４に示す処理は終了する。
【００４１】
このようにして、本実施形態に係る太陽熱利用システム１及びポンプ制御方法によれば、雰囲気温度が低くなるに従って、ポンプＰを停止させる停止温度を高めるため、寒い季節など雰囲気温度により電子部品等が冷却される環境下においては、より高い温度の熱媒を循環させることができ、この熱媒により熱交換を行うことができるため、熱量の採取効率が高まることとなる。従って、熱量の採取効率を改善することができる。
【００４２】
次に、本発明の第２実施形態を説明する。第２実施形態に係る太陽熱利用システムは、第１実施形態のものと同様であるが、構成及び処理内容が一部異なっている。以下、第１実施形態との相違点について説明する。
【００４３】
図５は、第２実施形態に係る太陽熱利用システム２の概略構成図である。図５に示すように、第２実施形態に係る太陽熱利用システム２は、冷水配管２１に対して第１ヒータ２７が取り付けられており、温水配管２４に対して第２ヒータ２８が取り付けられている。これらヒータ２７，２８は、寒い季節などにおいて冷却により配管２１，２４が破損しないように加熱するためのものであり、例えばＺ１℃以下においてオンし、Ｚ２℃以上となるとオフするようになっている。
【００４４】
ここで、従来では配管２１，２４の破損を防止するためにヒータ２７，２８に対してバイメタルスイッチを併設し、バイメタルスイッチの検出温度に応じてヒータ２７，２８をオンオフさせていた。
【００４５】
しかし、第２実施形態に係る太陽熱利用システム２は、第１実施形態と同様に雰囲気温度センサＴ４を備えている。そして、第２実施形態において制御部２６は、雰囲気温度センサＴ４からの信号から雰囲気温度を検出し、雰囲気温度がＺ１（Ｚ１は任意の数）℃以下である場合にヒータ２７，２８をオンさせ、雰囲気温度がＺ２（Ｚ２はＺ１を超える任意の数）℃以上となるとヒータ２７，２８をオフさせる。
【００４６】
これにより、従来のようにバイメタルスイッチを併設する必要性を無くすこととし、構成の簡素化を図ることとしている。
【００４７】
図６は、第２実施形態に係る太陽熱利用システム２のヒータ制御方法を示すフローチャートである。まず、図６に示すように、制御部２６は、雰囲気温度センサＴ４の信号から、雰囲気温度を検出する（Ｓ２１）。次いで、制御部２６は、ステップＳ２１において検出された雰囲気温度がＺ１℃以下であるか否かを判断する（Ｓ２２）。
【００４８】
Ｚ１℃以下でないと判断した場合（Ｓ２２：ＮＯ）、処理はステップＳ２１に移行する。一方、Ｚ１℃以下であると判断した場合（Ｓ２２：ＹＥＳ）、制御部２６は、ヒータ２７，２８をオンさせる（Ｓ２３）。
【００４９】
その後、制御部２６は、再度雰囲気温度センサＴ４の信号から、雰囲気温度を検出する（Ｓ２４）。次に、制御部２６は、ステップＳ２１において検出された雰囲気温度がＺ２℃以上であるか否かを判断する（Ｓ２５）。
【００５０】
Ｚ２℃以上でないと判断した場合（Ｓ２５：ＮＯ）、処理はステップＳ２４に移行する。一方、Ｚ２℃以上であると判断した場合（Ｓ２５：ＹＥＳ）、制御部２６は、ヒータ２７，２８をオフさせる（Ｓ２３）。そして、図６の処理は終了する。
【００５１】
なお、第２実施形態では図示を省略するが、第２実施形態に係る太陽熱利用システム２は、図３及び図４に示す処理についても実行する。
【００５２】
このようにして、第２実施形態に係る太陽熱利用システム２及びポンプ制御方法によれば、第１実施形態と同様に、熱量の採取効率を改善することができる。
【００５３】
また、雰囲気温度センサＴ４により検出された雰囲気温度に基づいてヒータ２７，２８をオンオフ制御するため、ポンプＰのオンオフを行うセンサ等を用いてヒータ２７，２８のオンオフについても行うこととなり、構成の共通化して構成の簡素化を図ることができる。
【００５４】
以上、実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、変更を加えてもよい。
【００５５】
例えば、本実施形態において雰囲気温度センサＴ４は、ポンプＰの電子部品近傍に設けられているが、これに限らず、ユニット２０内であれば他の箇所に設けられていてもよい。
【００５６】
また、熱媒サーミスタＴ３はポンプＰの下流側に設けられているが、これに限らず、ポンプＰの上流側に設けられていてもよいし、熱交換器２３の上流側に設けられていてもよい。なお、ポンプＰの電子部品を故障させない観点からすると熱媒サーミスタＴ３はよりポンプＰの近傍に設けられていることが望ましい。
【符号の説明】
【００５７】
１…太陽熱利用システム
１０…集熱器
２０…貯湯タンクユニット
２１…冷水配管
２２…缶体
２３…熱交換器
２４…温水配管
２５…シスターン
２６…制御部
２７，２８…ヒータ
Ｌ…配管
Ｐ…ポンプ
Ｔ１…高温センサ
Ｔ２…低温センサ
Ｔ３…熱媒サーミスタ（熱媒温度検出部）
Ｔ４…雰囲気温度センサ（雰囲気温度検出部）
【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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