(57)【要約】【課題】部品点数を削減すると共に施工工事の容易な太陽熱利用給湯システムを提供する。【解決手段】太陽熱利用給湯システム１１は、太陽熱集熱器１３で加熱された熱媒Ｌを貯留する大気開放型の貯熱槽１５と、太陽熱集熱器１３内の熱媒Ｌを貯熱槽１５に送る熱媒送り配管１７と、貯熱槽内の熱媒Ｌを太陽熱集熱器１３に戻す熱媒戻し配管１９と、一端部が給水管３９に接続されると共に他端部が出湯管４１に接続されて貯熱槽１５内に配され、給水管３９から供給された水と貯熱槽１５内の熱媒Ｌとの間で熱交換させる熱交換器２１と、熱媒戻し配管１９の途中に設けられ、太陽熱集熱器１３と貯熱槽１５との間で熱媒Ｌを循環させる循環ポンプ２３と、循環ポンプ２３を制御する制御装置２５と、貯熱槽１５内の熱媒Ｌに浮かびながら熱交換器２１を熱媒液面から所定距離に保持するフロート３１と、を備える。【選択図】図１
2014112015.tif 000002
【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、
前記太陽熱集熱器で加熱された熱媒を貯留する大気開放型の貯熱槽と、
前記太陽熱集熱器内の熱媒を前記貯熱槽に送る熱媒送り配管と、
前記貯熱槽内の熱媒を前記太陽熱集熱器に戻す熱媒戻し配管と、
一端部が給水管に接続されると共に他端部が出湯管に接続されて前記貯熱槽内に配され、前記給水管から供給された水と前記貯熱槽内の熱媒との間で熱交換させる熱交換器と、
前記熱媒戻し配管の途中に設けられ、前記太陽熱集熱器と前記貯熱槽との間で熱媒を循環させる循環ポンプと、
前記循環ポンプを制御する制御装置と、
前記貯熱槽内の熱媒に浮かびながら前記熱交換器を熱媒液面から所定距離に保持するフロートと、
を備えることを特徴とする太陽熱利用給湯システム。
【請求項２】
請求項１に記載の太陽熱利用給湯システムであって、
前記フロートが、前記熱媒液面を覆う平板状に形成されることを特徴とする太陽熱利用給湯システム。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の太陽熱利用給湯システムであって、
前記熱交換器が、前記貯熱槽内に螺旋状に配される可撓性の配管チューブと、前記配管チューブの複数の平行多段部を相互に離間した状態に支持するスペーサとを有し、
前記スペーサが、前記フロートに支持されることを特徴とする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、太陽熱を利用して給湯を行う太陽熱利用給湯システムが知られている（例えば、特許文献１参照）。
この種の太陽熱利用給湯システムは、図６に示すように、太陽熱を利用して熱媒を加熱する太陽熱集熱器５０１と、貯湯槽５０３と、貯湯槽５０３内に配されかつ太陽熱集熱器５０１で加熱された熱媒と貯湯槽５０３内の水との間で熱交換させる熱交換器５０５と、太陽熱集熱器５０１内の熱媒を熱交換器５０５に送る熱媒送り配管５０７と、熱媒戻し配管５０９の途中に設けられかつ太陽熱集熱器５０１と熱交換器５０５との間で熱媒を循環させる循環ポンプ５１１と、熱媒戻し配管５０９における貯湯槽５０３と循環ポンプ５１１との間に設けられかつ熱媒の膨張・収縮を吸収する膨張タンク（シスターン）５１３と、循環ポンプ５１１を制御する制御装置５１５と、を備えている。
【０００３】
貯湯槽５０３は、上水道の水を給水する給水管５１７と接続された給水口を下部に有し、湯水を出湯する出湯管５１９と接続された出湯口を上部に有している。貯湯槽５０３は、耐食性に優れた金属（例えば、ステンレス）製の密閉タンクであり、外周部に断熱材を有している。貯湯槽５０３は、出湯口を有する上部に高温の湯水を集まり易くするために設置幅よりも高さが大きい縦置き型とされ、堅牢な脚部に支持されている。
【０００４】
また、貯湯槽５０３に水を給水する給水管５１７には、減圧弁５２５及び排水弁５２７が配設されている。減圧弁５２５は、貯湯槽５０３内の圧力を一定に維持するため、貯湯槽５０３への給水圧を調整する弁である。又、貯湯槽５０３の缶体を缶内の水膨張から保護するために一方が出湯管５１９に接続されると共に他方が排水ホース５０８に接続される逃がし弁５１４と、逆に給水管５１７からの給水が不足しているなかで給湯が大量に出た場合に缶体を負圧から守るために貯湯槽５０３に取付けられるバキュームブレーカー（真空破損防止弁）５２２とが必要であった。
出湯管５１９には、温度調節弁５３３を介して、貯湯槽５０３から出湯される湯水を必要に応じて加熱する給湯器（補助加熱機）５３１が接続される。温度調節弁５３３には、減圧弁５２５の下流における給水管５１７から分岐された混合用給水管５２９が接続され、予め貯湯槽５０３の温水と給水管５１７から供給される冷水とを混合して給湯器５３１に入水する。温度調節弁５３３と給湯器５３１との間には、減圧弁５２５の上流における給水管５１７から分岐された直接給水用管５３５と接続された切換弁５３７が配設される。この切換弁５３７を使用することで、給湯器５３１への入水が出湯管５１９から行われる場合と、給水管５１７から直接行われる場合とに切り換えることができる。
【０００５】
制御装置５１５は、貯湯槽５０３内に設けられて貯湯槽５０３内の水の温度を検出する水温度センサ５２１と、太陽熱集熱器５０１の近傍に配設されて熱媒の温度を検出する熱媒温度センサ５２３とに接続されている。そして、制御装置５１５は、水温度センサ５２１で検出された水の温度と、熱媒温度センサ５２３で検出された熱媒の温度との差温に基づいて、循環ポンプ５１１の作動、停止を制御する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−８９７７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述の如き従来の太陽熱利用給湯システムにおいては、貯湯槽５０３が縦置き型とされるため、貯湯槽５０３を支持する脚部を堅牢にする必要がある。そこで、コンクリート基礎上に貯湯槽５０３を施行しなければならず、施工工事が容易でなく、施工期間の短縮が難しいという問題があった。
また、従来の太陽熱利用給湯システムにおいては、密閉タンクである貯湯槽５０３への負荷を減らすため、貯湯槽５０３への給水圧を調整する減圧弁５２５や、熱媒の膨張・収縮を吸収する膨張タンク５１３等の多くの部品が必要となり、コストアップの原因となっていた。
【０００８】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、その目的は、部品点数を削減すると共に施工工事の容易な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】
【０００９】
本発明に係る上記目的は、下記構成により達成される。
（１）  太陽熱を利用して熱媒を加熱する太陽熱集熱器と、前記太陽熱集熱器で加熱された熱媒を貯留する大気開放型の貯熱槽と、前記太陽熱集熱器内の熱媒を前記貯熱槽に送る熱媒送り配管と、前記貯熱槽内の熱媒を前記太陽熱集熱器に戻す熱媒戻し配管と、一端部が給水管に接続されると共に他端部が出湯管に接続されて前記貯熱槽内に配され、前記給水管から供給された水と前記貯熱槽内の熱媒との間で熱交換させる熱交換器と、前記熱媒戻し配管の途中に設けられ、前記太陽熱集熱器と前記貯熱槽との間で熱媒を循環させる循環ポンプと、前記循環ポンプを制御する制御装置と、前記貯熱槽内の熱媒に浮かびながら前記熱交換器を熱媒液面から所定距離に保持するフロートと、を備えることを特徴とする太陽熱利用給湯システム。
【００１０】
上記（１）の構成の太陽熱利用給湯システムによれば、太陽熱集熱器で加熱された熱媒が大気開放型の貯熱槽に貯留されるので、熱媒の膨張・収縮を吸収する膨張タンクを貯熱槽と循環ポンプとの間に設けたり、貯熱槽を負圧から守るバキュームブレーカーを設けたりする必要がない。また、給水管から供給された水は、貯熱槽内に配された熱交換器を経て出湯管から出湯される。配管チューブにより構成される熱交換器は、従来の貯湯槽に比べて耐圧性が高いので、熱交換器への給水圧を調整する減圧弁を給水管に設ける必要がない。その結果、従来に比べて高い水圧で給湯できる。
更に、貯熱槽内に配される熱交換器は、貯熱槽に貯留される熱媒に対して水平方向に延びるように設けることができるので、貯熱槽を設置幅よりも高さが小さい横置き型とすることができる。また、貯熱槽の幅方向も狭くできるので、住宅との間の狭い場所にも設置することができる。また、貯熱槽は、耐圧性を要しないので、貯熱槽自体の構造を簡略化したり、合成樹脂で形成して軽量化したりすることもできる。そこで、貯熱槽の脚部を簡素化し、コンクリート基礎を廃止して簡易基礎にすることで施工工事を容易とすることができる。特に、貯熱槽を耐候性の合成樹脂で作った場合は、設置場所を平らにできれば、直接地面に設置することも可能となる。
更に、熱交換器がフロートによって熱媒液面から所定距離に保持されるので、熱媒の水位が変わっても熱媒液面から熱交換器までの距離が常に一定となり、貯留された熱媒から熱を高効率に取り出すことができ、熱回収率を高めることができる。
当然だが、集熱は熱交換器を使用しない（熱交換器は給湯時に貯熱槽内の熱を取り出す時に使用する）直接集熱なので、集熱（蓄熱）効率が従来の間接集熱の熱交換器よりも高い。
【００１１】
（２）  上記（１）の構成の太陽熱利用給湯システムであって、前記フロートが、前記熱媒液面を覆う平板状に形成されることを特徴とする太陽熱利用給湯システム。
上記（２）の構成の太陽熱利用給湯システムによれば、平板状のフロートによって熱媒液面が覆われることで、熱媒液面から熱媒が蒸発することによる熱媒量の減少を抑止できると共に、貯留された熱媒に対する断熱効果を高めて熱損失を少なくできる。また、熱媒の蒸発が少なくなることで、蒸発に伴って貯熱槽の内面に生じる結露によって潜熱が奪われることによる熱損失が抑止される。
【００１２】
（３）  上記（１）又は（２）の構成の太陽熱利用給湯システムであって、前記熱交換器が、前記貯熱槽内に螺旋状に配される可撓性の配管チューブと、前記配管チューブの複数の平行多段部を相互に離間した状態に支持するスペーサとを有し、前記スペーサが、前記フロートに支持されることを特徴とする太陽熱利用給湯システム。
上記（３）の構成の太陽熱利用給湯システムによれば、折り曲げ容易な可撓性の配管チューブが上下方向に多段となって螺旋状のチューブ巻回体として巻かれた状態とされることで、貯熱槽内に熱交換器を効率的、且つ容易に配置することができる。そして、チューブ巻回体とされた可撓性の配管チューブは、スペーサと供にフロートと一体となって、熱媒の水位変化に追従することができる。
また、可撓性の配管チューブは、スペーサによって複数の平行多段部が相互に離間した状態に支持されるので、不所望のチューブ接触による応力集中や熱交換率の低下を防ぐことができると共に、チューブ巻回体の重量を分散させて支持することにより、例えばスペーサに支持された状態で熱媒が全て抜かれたときの配管チューブの過大な変形を防止できる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る太陽熱利用給湯システムによれば、部品点数を削減すると共に施工工事が容易となり、しかも、貯熱槽からの熱回収率を高めることができる。
【００１４】
以上、本発明について簡潔に説明した。更に、以下に説明される発明を実施するための形態（以下、「実施形態」という。）を添付の図面を参照して通読することにより、本発明の詳細は更に明確化されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係る太陽熱利用給湯システムの概略構成図である。
【図２】図１に示した太陽熱利用給湯システムにおける貯熱槽の一部分を切り欠いた分解斜視図である。
【図３】図２に示した熱交換器の要部拡大図である。
【図４】図１に示した貯熱槽内の熱媒の水位が上がった状態を示す断面図である。
【図５】図４に示した貯熱槽内の熱媒の水位が下がった状態を示す断面図である。
【図６】従来の太陽熱利用給湯システムの概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明に係る実施形態を図面を参照して説明する。
図１に示すように、本実施形態に係る太陽熱利用給湯システム１１は、熱媒Ｌを強制循環させて熱交換する強制循環式として構成され、太陽熱集熱器１３と、大気開放型の貯熱槽１５と、熱媒送り配管１７と、熱媒戻し配管１９と、熱交換器２１と、フロート３１と、循環ポンプ２３と、制御装置２５と、給湯器２７（補助加熱機）と、温度調節弁２９（温度調節装置）と、を備える。
【００１７】
太陽熱集熱器１３は、例えば矩形板状で、縦（屋根流れ方向）２ｍ、横（棟木に沿う方向）１ｍ、厚さ６０ｍｍの２平方メートル程度の集熱器面積を有して形成される。太陽熱集熱器１３は、その内部に熱媒Ｌを循環させる内部流路を有しており、太陽熱を利用して熱媒Ｌを加熱する。一般に、この内部流路が長手側となる向きで屋根面に設置され、複数のものが横並びに連結して使用される。本実施形態では、三台の太陽熱集熱器１３が連結して併設されており、太陽熱を利用して熱媒Ｌを加熱する。
【００１８】
貯熱槽１５は、軒下等のスペースに設置され、太陽熱集熱器１３で加熱された熱媒Ｌを貯留する横置き型のタンクであり、２００リットル程度の貯液容量を有する。本実施形態の貯熱槽１５は、上部開口を備える直方体状の槽本体３３と、槽本体３３の上部開口を覆う蓋体３５とを有し、断熱材を一体成形した合成樹脂で形成されている。蓋体３５は、熱媒Ｌが槽本体３３から流出したり、雨水が槽本体３３の内部に流入したりすることがないように槽本体３３の上部開口を覆っているが、図示しない空気穴により槽本体３３の内部を大気開放している。槽本体３３の一側部には、図２に示す補機収容部３７が付設され、補機収容部３７には、制御装置２５、温度調節弁２９などの補機が収容される。この補機収容部３７は、蓋体３５によって上部が槽本体３３と一体に覆われる。
【００１９】
槽本体３３の内部には、熱交換器２１が設置され、熱交換器２１は槽本体３３を貫通して給水管３９と出湯管４１に接続される。貯熱槽１５は、太陽熱を利用して太陽熱集熱器１３で加熱された熱媒Ｌを貯留するとともに、給水管３９から供給されて熱交換器２１を通る水を加熱して出湯管４１から湯として出湯する。
【００２０】
槽本体３３には、熱媒送り配管１７に接続される入口４３と、熱媒戻し配管１９に接続される出口４５とが設けられ、太陽熱集熱器１３の図示しない内部流路に連通している。また、槽本体３３の下部には、槽本体３３の内部から熱媒Ｌを抜く際に開かれる排水口（図示せず）が設けられている。槽本体３３に貯留された熱媒Ｌは、太陽熱集熱器１３との間を循環することで加熱され、高温となる。
【００２１】
熱媒送り配管１７は、一端が下流側の太陽熱集熱器１３の排水側となる出入口管４７に接続され、他端が槽本体３３の入口４３に接続される。熱媒戻し配管１９は、一端が槽本体３３の出口４５に接続され、他端が上流側の太陽熱集熱器１３の注水側となる注水側出入口管４９に接続される。
【００２２】
本実施形態に係る熱交換器２１は、図２及び図３に示すように、ステンレス製のフレキシブルチューブ（直管でもよい）から成り、槽本体３３の長手方向に沿って水平方向に延びるように貯熱槽１５内に螺旋状に配される可撓性の配管チューブ５１と、配管チューブ５１の複数の平行多段部６７を相互に離間した状態に支持するスペーサ６９とを有する。本実施形態においては、熱交換器２１が槽本体３３の長手方向に沿って水平方向に延びているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、熱交換器２１を槽本体３３の内部で蛇行して配置したり、重畳するように配置したりすることもできる。また、銅パイプなど熱伝導率（熱交換性能）の高い種々な配管チューブ５１を用いることができる。
【００２３】
熱交換器２１を構成する配管チューブ５１は、一端部７５が給水管３９に接続されると共に他端部７６が出湯管４１に接続されており、給水管３９から供給された水と貯熱槽１５の内部の高温となった熱媒Ｌとの間で熱交換させ、温めた湯水を出湯管４１に出湯するようになっている。
【００２４】
循環ポンプ２３は、熱媒戻し配管１９の途中に設けられ、槽本体３３から熱媒Ｌを加圧搬送することにより、熱媒Ｌを太陽熱集熱器１３と貯熱槽１５との間を循環させる。
本実施形態において、熱媒Ｌには、安全性の面からプロピレングリコールを主とした不凍液が使用される。なお、循環ポンプ２３を常時または所定間隔で駆動し、熱媒Ｌを常に循環させて凍結を防止できる場合には、熱媒Ｌに水を使用することもできる。
【００２５】
制御装置２５は、貯熱槽１５の近傍に設けられて貯熱槽１５の内部の熱媒Ｌの温度を検出する第１センサ５３と、太陽熱集熱器１３の近傍に配設されて熱媒Ｌの温度を検出する第２センサ５５とに接続される。そして、制御装置２５は、第１センサ５３で検出された熱媒Ｌの温度と、第２センサ５５で検出された熱媒Ｌの温度との差温に基づいて、循環ポンプ２３の作動、停止を制御する。
【００２６】
なお、第１センサ５３及び第２センサ５５は、それぞれ貯熱槽１５の内部及び太陽熱集熱器１３の内部における熱媒Ｌの温度を検出可能であれば、貯熱槽１５の内部及び太陽熱集熱器１３の内部に設けられても、貯熱槽１５の近傍の熱媒戻し配管１９及び太陽熱集熱器１３の近傍の熱媒送り配管１７に設けられてもよい。
【００２７】
本実施形態の出湯管４１には、熱交換器２１から出湯される湯水を必要に応じて加熱する給湯器２７が過圧逃し弁４２及び温度調節弁２９を介して接続されている。温度調節弁２９には、給水管３９から分岐された混合用給水管５７が接続され、予め熱交換器２１から出湯される温水と混合用給水管５７から供給される水とが所定の温度（例えば、３０℃）となるように混合して給湯器２７に入水される。なお、温度調節弁２９に代えて、温度調節装置であるミキシングユニットを用いることもできる。
【００２８】
温度調節弁２９と給湯器２７との間には、給水管３９から分岐された直接給水用管５９と接続された切換弁６１が配設される。この切換弁６１を使用することで、給湯器２７への入水が温度調節弁２９から行われる場合と、給水管３９から直接行われる場合とに切り換えることができる。
【００２９】
給湯器２７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が点火されて加熱され、出湯管４１に接続された温度調節弁２９から流入した湯水が熱交換されることにより、給湯管６３からカランやシャワーヘッド等の図示しない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。
【００３０】
更に、本実施形態に係る太陽熱利用給湯システム１１は、貯熱槽１５内の熱媒Ｌに浮かびながら熱交換器２１を熱媒液面から所定距離に保持するフロート３１を備える。本実施形態のフロート３１は、浮力の大きい例えば発泡スチロール材６６を合成樹脂製の外殻６５で覆った扁平な直方体である矩形の平板状に形成され、貯熱槽１５の内部に貯留された熱媒Ｌの熱媒液面に浮くことができる。このフロート３１に吊った状態に支持された熱交換器２１は、フロート３１が浮いている状態では常に熱媒液面から一定距離に配置される。
【００３１】
本実施形態の熱交換器２１は、図２に示すように、平面視で長円形環状に折り曲げられた配管チューブ５１が上下方向に多段となって螺旋状のチューブ巻回体として巻かれた状態とされている。そして、チューブ巻回体とされた可撓性の配管チューブ５１は、スペーサ６９によって複数の平行多段部６７が相互に離間した状態に支持される。
スペーサ６９は、図３に示すように、ブラケット板状に形成され、その両側に平行多段部６７のそれぞれの配管チューブ５１を担持する複数の保持凹部７１を有している。熱交換器２１は、このスペーサ６９を介してフロート３１に支持される。スペーサ６９は、例えば図４に示すように、スペーサ６９の上端に設けたフック７３をフロート３１の内面に設けた吊支具３６に係止させることで、フロート３１に着脱可能に支持される。尚、フロート３１が熱交換器２１を支持する支持構造は、上記フック７３と吊支具３６の構成に限定されるものではなく、Ｓ字フックやワイヤー等の種々の支持構造を適用できることは云うまでもない。
【００３２】
また、本実施形態において、熱交換器２１を構成する配管チューブ５１は、可撓自在なフレキシブルチューブから成り、熱交換器２１がフロート３１と共に移動したときの変位が、特別な管継手を用いることなく、配管チューブ５１自体の撓みによって吸収可能となっている。また、フレキシブルチューブは、同径の配管パイプと比べた際に肉厚が薄く、熱交換率を高くできる。
なお、熱交換器２１は、配管チューブ５１の全てにフレキシブルチューブが用いられていなくてもよい。即ち、熱交換器２１の変位を吸収するため、配管チューブ５１自体は可撓性を有しない一般的な同一円形断面のパイプを用いると共に、給水管３９及び出湯管４１に接続される一端部７５及び他端部７６の近傍部のみにフレキシブルチューブや管継手（フレキシブルジョイント）を用いる構成とすることもできる。
【００３３】
また、本実施形態のスペーサ６９には、フロート３１に支持される上部と反対側の下部に、スペーサ脚７７が形成される。スペーサ脚７７は、熱媒Ｌの熱媒液面が熱交換器２１の全高よりも下がったときに熱交換器２１を貯熱槽底面７９上に自立した状態に支持する。スペーサ脚７７には、熱交換器２１を安定支持するための張出板８１が貯熱槽底面７９と平行に張り出されている。
【００３４】
次に、上記構成を有する太陽熱利用給湯システム１１の作用を説明する。
本実施形態の太陽熱利用給湯システム１１において、太陽熱集熱器１３に日射が当たると、太陽熱集熱器１３の内部の熱媒Ｌが加熱される。
制御装置２５は、第２センサ５５で検出された太陽熱集熱器１３の内部の熱媒Ｌの温度と、第１センサ５３で検出された貯熱槽１５の内部の熱媒Ｌの温度との温度差が、所定の開始温度以上である場合、集熱運転プログラムを起動し、図示しない太陽電池等の電源により循環ポンプ２３を作動して、集熱運転を開始する。
【００３５】
そこで、太陽熱利用給湯システム１１は、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共に、冬季などで屋外に設置される太陽熱集熱器１３の近傍の熱媒Ｌの温度が貯熱槽１５の内部の熱媒Ｌの温度よりも低い場合の集熱運転による貯熱槽１５の内部の熱媒Ｌの温度低下を防止することができる。
【００３６】
集熱運転が開始されると、循環ポンプ２３は回転し、熱媒Ｌを強制的に熱媒戻し配管１９、太陽熱集熱器１３、熱媒送り配管１７、貯熱槽１５、循環ポンプ２３へと循環させる。その結果、貯熱槽１５に貯留された熱媒Ｌが加熱される。
そして、太陽熱集熱器１３の内部の熱媒Ｌと貯熱槽１５の内部の熱媒Ｌとの温度差が、所定の開始温度未満となると、制御装置２５は循環ポンプ２３を停止して、集熱運転を終了する。
【００３７】
給湯器２７への入水が出湯管４１から行われるように切換弁６１が切り換えられ、太陽熱利用給湯システム１１の給湯運転が行われた状態で、給湯器２７の下流にある出湯端末が開栓されると、給水管３９から給水された水が熱交換器２１を経て出湯管４１から温度調節弁２９に流入されて給湯器２７に供給される。ここで、給水管３９から熱交換器２１に供給された水は、貯熱槽１５の内部の高温となった熱媒Ｌとの間で熱交換され、温められた湯水が出湯管４１に出湯する。
【００３８】
温度調節弁２９に流入した湯水は、熱交換器２１から出湯される温水と混合用給水管５７から供給される水とを所定の温度（例えば、３０℃）に混合して給湯器２７に供給される。給湯器２７は、必要に応じて温度調節弁２９から供給された湯水を所定の給湯設定温度に加熱して給湯管６３から出湯端末に供給する。
【００３９】
本実施形態の太陽熱利用給湯システム１１によれば、熱交換器２１から出湯される温水と混合用給水管５７から供給される水とが、温度調節弁２９によって所定の温度とされてから給湯器２７に入水されるので、給湯器２７は熱交換器２１から出湯される温水や混合用給水管５７から供給される水の温度変化に関わらず、使用者が設定した温度の温水を安定的に給湯することができる。
【００４０】
従って、上述した太陽熱利用給湯システム１１においては、太陽熱集熱器１３で加熱された熱媒Ｌが大気開放型の貯熱槽１５に貯留されるので、熱媒Ｌの膨張・収縮を吸収する膨張タンクを貯熱槽１５と循環ポンプ２３との間に設ける必要がない。
【００４１】
また、給水管３９から供給された水は、貯熱槽１５の内部に配された熱交換器２１を経て出湯管４１から出湯される。配管チューブにより構成される熱交換器２１は、従来の貯湯槽（図５参照）に比べて耐圧性が高いので、熱交換器２１への給水圧を調整する減圧弁を給水管３９に設ける必要がない。
【００４２】
更に、貯熱槽１５の内部に配される熱交換器２１は、貯熱槽１５に貯留される熱媒Ｌに対して水平方向に延びるように設けることができるので、貯熱槽１５を設置幅よりも高さが小さい横置き型とすることができる。
【００４３】
即ち、図６に示した従来の貯湯槽５０３は、出湯口を有する上部に高温の湯水を集まり易くするために設置幅よりも高さが大きい縦置き型とする必要があるが、本実施形態の熱交換器２１は、貯熱槽１５に貯留される熱媒Ｌとの間で熱交換できればよく、給水管３９及び出湯管４１に接続される配管チューブ５１の一端部７５及び他端部７６の取り出し位置は制約を受けず、貯熱槽１５の外形状は自由である。
また、貯熱槽１５は、耐圧性を要しないので、貯熱槽自体の構造を簡略化したり、本実施形態の如く合成樹脂で形成して軽量化したりすることもできる。
【００４４】
更に、太陽熱利用給湯システム１１は、貯熱槽１５を設置幅よりも高さが小さい横置き型の直方体状とすることで、貯熱槽１５が転倒し難くなるので、貯熱槽１５の脚部を簡素化し、従来のようなコンクリート基礎を廃止して簡易基礎にすることで施工工事を容易とすることができる。
また、貯熱槽１５を横置き型とすることで高さが低くなり、意匠性を向上させて家のデザイン性を阻害しないようにできる。
【００４５】
更に、本実施形態に係る太陽熱利用給湯システム１１では、熱交換器２１がフロート３１によって熱媒液面から所定距離に保持されるので、熱媒Ｌの水位が上昇下降すると、貯熱槽１５の内部での配管チューブ５１の上下位置も変わり、熱媒Ｌの水位が変わっても熱媒液面から熱交換器２１の上端部までの距離が常に一定となり、貯留された熱媒Ｌから熱を高効率に取り出すことができ、熱回収率を高めることができる。
【００４６】
即ち、開放式とした貯熱槽１５の熱媒Ｌの水位(熱媒液面)は、太陽熱利用給湯システム１１の運転状況に応じて２ｃｍ程度上昇下降する。例えば、集熱停止で循環ポンプ２３が停止すると、太陽熱集熱器１３内の熱媒Ｌが貯熱槽１５に戻るので、図４に示すように、貯熱槽１５内の熱媒Ｌの水位が上がった状態となる。この時、熱交換器２１はフロート３１によって熱媒液面から所定距離に保持されるので、熱媒Ｌの水位が上昇しても、熱媒液面から熱交換器２１の上端部までの距離は変わらない。
また、集熱開始で循環ポンプ２３が作動すると、太陽熱集熱器１３に熱媒Ｌがポンプアップされるので、図５に示すように、貯熱槽１５内の熱媒Ｌの水位が下がった状態となる。この時も、熱交換器２１はフロート３１によって熱媒液面から所定距離に保持されるので、熱媒Ｌの水位が下降しても、熱媒液面から熱交換器２１の上端部までの距離は変わらない。
【００４７】
従って、本実施形態の熱交換器２１の構成によれば、貯熱槽１５の熱媒液面にフロート３１を浮かばせた状態で配置し、このフロート３１から熱交換器２１を吊る構成としたので、水位が変わっても熱媒液面から熱交換器２１の上部までの距離がいつも一定になり、貯留された熱媒Ｌから熱を高効率に取り出すことができる。
これに対し、例えば上端部が熱媒液面ぎりぎりとなるように熱交換器を貯熱槽底面７９に設置固定した場合には、集熱停止で循環ポンプ２３が停止すると、熱交換器が２ｃｍ水没する。その結果、お湯取りする場合は上部の２ｃｍの熱が回収しにくくなる。一方、循環ポンプ２３が停止して熱媒Ｌが貯熱槽１５に戻ったときに熱交換器の上端部がぎりぎり水没するように設置固定すると、循環ポンプ２３が作動して集熱しているときには水位が２ｃｍ下がるため、熱交換器の上部が空気中に出てしまう虞がある。
【００４８】
また、本実施形態のフロート３１は、直方体状の槽本体３３に貯留された熱媒Ｌの熱媒液面の大部分を覆うことができる矩形の平板状に形成されている。そこで、熱媒液面から熱媒Ｌが蒸発することによる熱媒量の減少を抑止できると共に、貯留された熱媒Ｌに対する断熱効果を高めて熱損失を少なくできる。また、熱媒Ｌの蒸発が少なくなることで、蒸発に伴って貯熱槽１５の内面（槽本体３３の内壁面や蓋体３５の内側面）に生じる結露によって潜熱が奪われることによる熱損失が抑止される。即ち、熱媒液面を覆うものが無いと、熱媒液面から常に水蒸気が上がり、蓋体３５の内側面や槽本体３３の内壁面で結露し熱損失が生じる虞がある。但し、本発明に係るフロートの形状は、上記実施形態における矩形の平板状に限定されるものではなく、槽本体の上部開口部の形状に応じて種々の形状を採りうることは勿論であり、貯熱槽内の熱媒に浮かびながら熱交換器を熱媒液面から所定距離に保持できるものであれば、必ずしも平板状に形成される必要もない。
【００４９】
また、本実施形態の熱交換器２１は、貯熱槽１５内に螺旋状に配される可撓性の配管チューブ５１と、配管チューブ５１の複数の平行多段部６７を相互に離間した状態に支持するスペーサ６９とを有し、スペーサ６９が、フロート３１に支持されている。そこで、折り曲げ容易な可撓性の配管チューブ５１が上下方向に多段となって螺旋状のチューブ巻回体として巻かれた状態とされることで、貯熱槽１５内に熱交換器２１を効率的、且つ容易に配置することができる。そして、チューブ巻回体とされた可撓性の配管チューブ５１は、スペーサ６９と供にフロート３１と一体となって、熱媒Ｌの水位変化に追従することができる。
また、配管チューブ５１は、スペーサ６９によって複数の平行多段部６７が相互に離間した状態に支持されるので、不所望のチューブ接触による応力集中や熱交換率の低下を防ぐことができると共に、チューブ巻回体の重量を分散させて支持することにより、例えばスペーサ６９に支持された状態で熱媒Ｌが全て抜かれたときの配管チューブ５１の過大な変形を防止できる。
【００５０】
また、熱媒液面の上下に伴ってフロート３１が移動し、熱交換器２１が変位した場合、固定状態にある給水管３９及び出湯管４１と、配管チューブ５１の一端部７５及び他端部７６との変位がフレキシブルチューブから成る配管チューブ５１の撓みによって吸収される。これにより、簡素な構造で、配管チューブ５１が給水管３９及び出湯管４１に接続されたまま熱交換器２１は移動自在となる。
【００５１】
更に、熱媒Ｌが貯熱槽１５から抜かれると、熱媒液面が下がり、これに伴ってフロート３１と共に配管チューブ５１が下降する。熱媒液面が所定以下になるとスペーサ脚７７が貯熱槽底面７９に着地し、配管チューブ５１がスペーサ脚７７によって貯熱槽底面７９上に自立した状態となる。これにより、配管チューブ５１の一端部７５及び他端部７６が給水管３９及び出湯管４１に接続されたまま熱媒Ｌが貯熱槽１５から抜かれても、配管チューブ５１の過剰な撓みを抑止できる。
【００５２】
従って、上述した本実施形態に係る太陽熱利用給湯システム１１によれば、減圧弁や膨張タンクを不要として部品点数を削減すると共に、貯熱槽１５の脚部を簡素化して簡易基礎とすることで、施工工事を容易として施工期間を短縮すること、大幅なコストダウンが可能となる。これに加えて、貯熱槽１５からの熱取り出し効率を高めることができる。
【００５３】
なお、本発明の太陽熱利用給湯システム１１は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良等が可能である。その他、上述した実施形態における各構成要素の材質、形状、寸法、数、配置箇所等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。
【００５４】
例えば、上記実施形態においては、太陽熱集熱器１３の内部の熱媒Ｌと貯熱槽１５の内部の熱媒Ｌとの温度差が、所定の開始温度以上である場合に循環ポンプ２３が作動される構成としたが、日射があると太陽電池の発電によって循環ポンプ２３が自動的に運転されるように構成することもできる。
また、制御装置２５による集熱運転方法は、上述した制御装置２５の集熱運転方法に限定されるものではなく、例えば、給水管３９に設けた給水温度センサや水流量計、熱媒戻し配管１９や熱媒送り配管１７に設けた熱媒流量計等の値に基づいて、貯熱槽１５の熱媒Ｌから熱交換器２１の内部の水に供給される集熱量を計算しながら循環ポンプ２３の回転数を制御するなどの種々の集熱運転方法を採りうることは云うまでもない。
【符号の説明】
【００５５】
１１…太陽熱利用給湯システム
１３…太陽熱集熱器
１５…貯熱槽
１７…熱媒送り配管
１９…熱媒戻し配管
２１…熱交換器
２３…循環ポンプ
２５…制御装置
３１…フロート
３９…給水管
４１…出湯管
５１…配管チューブ
６７…平行多段部
６９…スペーサ
７５…一端部
７６…他端部
７７…スペーサ脚
７９…貯熱槽底面
Ｌ…熱媒
【図１】
2014112015.tif 000003
【図２】
2014112015.tif 000004
【図３】
2014112015.tif 000005
【図４】
2014112015.tif 000006
【図５】
2014112015.tif 000007
【図６】
2014112015.tif 000008