(57)【要約】【課題】  太陽熱集熱器から貯湯槽を排除して屋根上の太陽熱温水器重量を軽減し、地震・台風等の自然災害による集熱パネルの脱落等の危険性を著しく減少させ、価格が安く、保守が容易で長寿命、且つ建物の外観を損ねない太陽熱温水システムを構築する。【解決手段】  給水源からの圧力を利用して一定流量の水を連続若しくは間欠的に屋根上に設けられた太陽熱集熱パネルに給水して加熱し、太陽光が射す日中に集熱パネル内から押し出された温水を専ら浴槽内に限定して直接給湯する。給湯温度制御は間欠的に給湯される温水熱量をコントローラにて算出、積算、総熱量を推定、比較して集熱パネル内の水の滞留時間を加減することによりなされる。【選択図】図１
2011127885.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
給水源からの水を太陽熱集熱器に給水する太陽熱温水器において、給水管路中にオリフィスもしくは調節弁を設けて流量を調整し、日中少量ずつ連続若しくは電磁弁を制御して間欠的に水を供給することを特徴とする太陽熱温水器。
【請求項２】
太陽熱集熱器を経由した温水は直接浴槽などの貯湯槽に供給することを特徴とする請求項１記載の太陽熱温水器。
【請求項３】
給水源から集熱器および浴槽に至る管路を密閉管路とすることにより給水圧力のみで水を集熱器により温水化して送水することを特徴とする請求項１乃至請求項２記載の太陽熱温水器。
【請求項４】
太陽熱集熱器の管路最上部に空気分離器と空気弁を設け、集熱器内の余剰空気または沸騰した際の蒸気を自動排出することを特徴とする請求項１乃至請求項３記載の太陽熱温水器。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は屋根上の太陽熱集熱器にて加熱された温水を日中少量ずつ直接浴槽内に供給する太陽熱温水器に関する。
【背景技術】
【０００２】  従来の温水器は屋根の上部に載置された太陽熱集熱器および貯湯タンクを備える形式のものが多く、屋根に加える重量が多大（約３００Ｋｇ）となり設置条件に制約が出る虞があった。また重量物の設置工事などでの固定作業、メンテナンスなどにかかる工数は多大なものであった。さらに、地震発生時には上記の静加重に数倍の動加重が加わるために温水器の損壊、屋根からの脱落の危険が懸念される。
屋根上の貯湯槽一体形太陽熱温水器の垂直断面積が大きく台風等による強風時に強い風圧を繰り返し受ける。このため太陽熱温水器を支える屋根材並びに温水器のサポートワイヤーへの影響が懸念される。
こうした太陽熱温水器の重量を少なくするため、貯湯タンクを持たずに浴槽を貯蔵タンクに代えて活用する提案がなされている。この従来の技術によれば湯槽の温水をポンプによって集熱器に循環させることを特徴としている。（特許分献１）
【先行技術文献】
【特許文献１】
【０００３】  特開２００６−２２６５７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】  従来の太陽熱温水器は屋根の南斜面に設置され、浴槽は北斜面側に配置されていることが一般的である。このために温水配管は屋根頂部を越えて浴槽に供給する必要がある。
従来の太陽熱温水器の貯湯槽は密閉構造ではないために屋根南面に設置した場合には外部動力無しに温水を屋根頂部を越えて供給することが出来ない。
特許文献１にある貯蔵タンクの代わりに浴槽を使用するものでもポンプを使用して水を循環させるため、動力源や電気などのエネルギーを使用する外部動力が必要となる。
本発明はこのような従来の技術の欠点を除去し、簡易で、安価な太陽熱温水器を提供することを目的にしている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】  本発明は屋根上の太陽熱集熱器にて加熱された温水を日中少量ずつ直接浴槽内に供給することにより従来の太陽熱温水器総重量の２／３以上を占める貯湯槽を無くして屋根上の太陽熱温水器重量の軽減並びに設備費用を低減するものである。また外部動力源を用いないで安価な構成を提供するものである。
具体的には本発明によれば、給水源からの水を太陽熱集熱器に給水する給水管路中にオリフィスもしくは調節弁を設けて流量を調整し、日中少量ずつ連続若しくは電磁弁を制御して間欠的に水を供給することを特徴とする太陽熱温水器によって課題を解決している。
本発明では、上記太陽熱温水器において太陽熱集熱器を経由した温水は直接浴槽などの貯湯槽に供給してもよい。
給水源から集熱器を経由して浴槽に至る管路を密閉管路とすることにより給水圧力のみで温水を集熱器より高位置にある屋根頂部を越えて送水を可能としている。
太陽熱集熱器の管路最上部に空気分離器と空気弁を設け、集熱器内の余剰空気または沸騰した際の蒸気を給水圧力にて自動排出しても良い。
【発明の効果】
【０００６】  本発明によれば屋根上には太陽熱集熱器のみを設置するために屋根荷重を著しく（２／３以上）低減出来る。
地震及び台風等による温水器の損壊、屋根からの脱落の危険性は著しく減少する。
給水圧力のみで温水を集熱器より上部への（屋根頂部を越えて）送水を可能とすることができ、特別な外部動力を必要としない。
太陽熱温水器から貯湯槽、ポンプを削除した事により従来器と比べて設備費及び屋根上への取付け工事費を著しく安く出来る。
給水及び温水配管を小口径にする事が出来、使用される弁類も小口径となり配管材料費及び工事費を安く出来る。
【図面の簡単な説明】
【０００７】  図１は本発明の概念図、図２はコントローラ正面図、図３は本発明太陽熱温水器の給湯量と給湯時間の開閉動作時間の一例を夫々示す。
【発明を実施するための形態】
【０００８】  本発明の実施の形態について図面を参照しつつ詳細に説明すれば、図１は本発明の実施例をあらわす最も一般的な概略図である。
給水管路に止水弁（１）、給水中のゴミを除去するフィルター（２）、流量を一定に絞るためのオリフィスもしくは調節弁（３）、間欠的に給水を制御する電磁弁（４）を設ける。
屋根上には太陽熱集熱器の給水入口管に凍結防止弁（６）、太陽熱集熱器（７）、管路最上部に空気分離器（８）その上部に空気弁（９）を設置する。
ガス給湯器等（１４）から浴槽への給湯配管途上に設けた分枝管（１１）に逆止弁（１０）を設け、集熱器（７）からの配管を接続する。
浴槽（１２）には浴槽フタ（１３）をしておく。
浴槽内には集熱器（７）からの給湯開始・停止・給湯量等を制御するコントローラ（５）を設置する。
【０００９】  本発明にかかる太陽熱温水器を初めて、又は休止後に運転する場合には止水弁（１）を開け、浴槽内のコントローラ（５）の「連続給水ボタン」を押す。
電磁弁（４）が開放されるので給水はフィルター（２）、オリフィスもしくは調節弁（３）を通過して集熱器（７）内に流入する。
管路及び集熱器（７）内の空気は給水に押され空気分離器（８）上部の空気弁（９）から大気に排出される。
空気分離器（８）を通過した給水が逆止弁（１０）、分枝管（１１）を経由し浴槽（１２）内に流入したことを確認後にコントローラ（５）の「給湯停止ボタン」を押すことにより運転準備が完了する。
【００１０】  日常運転時には浴槽の水抜き栓をし、フタ（１３）をする。
図２に例示したコントローラ（５）によって給湯量、給湯時間を選定、「給湯開始時刻」を設定し、「給湯開始ボタン」を押す。
設定された給湯開始時刻になると電磁弁（４）が間欠的に開、閉を繰り返し集熱器（７）の底部に間欠的に給水を開始する。
太陽熱にて集熱器（７）内の水は加熱され温水となり上部に上昇し、底部の給水に押され間欠的に浴槽（１２）内に流入する。
予め設定された電磁弁（４）の開、閉の回数に達すると（運転開始から約６〜９時間後）電磁弁（４）は閉となり、浴槽（１２）は温水にて満たされる。
【００１１】  給湯量と給湯時間は、総給湯量と日照時間などを考慮して制御するが、一例を図３に示している。
図３に示した値は管路内のオリフィスもしくは調節弁にて給水量を５Ｌ／分に設定した場合のものである。
動作例として、給湯量２００Ｌ、給湯時間７時間をコントローラにて指定すると電磁弁の開・閉動作時間は１−９分、すなわち電磁弁が１分間開き約５Ｌを給水した後に、９分間閉となり集熱器に滞留して太陽熱で加熱されることを示すものである。
【００１２】  夏期等に本発明にかかる太陽熱温水器を使用しない場合には日中に集熱器（７）内の温水が過熱される。
温水が沸騰した場合には管路最上部の空気分離器（８）にて水と水蒸気とが分離され空気弁（９）にて大気中に水蒸気のみを排出する。
冬期に集熱器下部内の水温が所定の温度以下となった場合には集熱器下部に設けた凍結防止弁（６）から冷水を排出して集熱器の凍結破損を防止する。
本実施形態では、貯湯槽として浴槽を例に説明したが、浴槽に限らず温水を貯蔵するタンクであっても本発明に含まれる。
また、オリフィスもしくは調節弁は必要に応じ両方用いることもあるし、オリフィスもしくは調節弁のいづれか一方を設置するものであってもよい。
さらに、水圧が不十分である場合にはポンプなどで補助的な加圧をすることも考えられる。
【符号の説明】
【００１３】  １  止水弁
２  フィルター
３  オリフィスもしくは調節弁
４  電磁弁
５  コントローラ
６  凍結防止弁
７  集熱器
８  空気分離器
９  空気弁
１０  逆止弁
１１  分枝管
１２  浴槽
１３  浴槽フタ
１５  ガス給湯器等
【図１】
2011127885.tif 000003
【図２】
2011127885.tif 000004
【図３】
2011127885.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成22年2月5日(2010.2.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
【図１】  本発明の概念図
【図２】  コントローラ正面図
【図３】  給湯量と給湯時間による電磁弁開・閉動作時間の一例
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】  １  止水弁
２  フィルター
３  オリフィスもしくは調節弁
４  電磁弁
５  コントローラ
６  凍結防止弁
７  集熱器
８  空気分離器
９  空気弁
１０  逆止弁
１１  分枝管
１２  浴槽
１３  浴槽フタ
１４  ガス給湯器等
【手続補正書】
【提出日】平成22年3月17日(2010.3.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は屋根上の太陽熱集熱パネルにて加熱された温水を日中に定量ずつ間欠的に直接浴槽内に供給する太陽熱給湯システムに関する。
【背景技術】
【０００２】  従来の最も一般的な太陽熱温水器は図２に示すような貯湯槽一体形温水器である。本温水器は価格が高く、屋根上の設備重量が過大で、且つ大きな貯湯槽が屋根頂部に設けられているために建物全体の外観を著しく損ねている。これ等の要因によりＣＯ２削減が官民上げて叫ばれているにも関わらず太陽熱温水器の普及は衰退の一途を辿っている。価格が安く、屋根上の設備重量が軽く、保守が容易で耐久性があり、且つ建物全体の外観を損ねない簡易な太陽熱給湯システムの提供が強く望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０６−１７４３００号公報
【特許文献２】特開２００６−２２６５７１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、上記特許文献１にあっては、浴槽への給湯量を浴槽内に設けたレベルスイッチにて制御しており浴槽の機能を損ね、施工コストが高くなる。又、温度センサが集熱器出口に設けられているために屋根上まで配線をする必要があり、温度センサ保守上からも不都合である。制御部は集熱器出口に設けられた温度センサが検出した温度が所定の温度（入浴適温）になったときに弁を開かせているが所定の温度に至らなかった場合の技術的な運転手段が明らかにされていない。特許文献２にあっては貯湯槽に代え浴槽を使用するがポンプを用いて水を循環させているために動力源や電気などのエネルギーを必要とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】本発明にあっては屋根上に厚さ６〜９ｃｍ、満水重量約１００Ｋｇの図３に示す太陽熱集熱パネルを図４及び図５に示すパネル支持金具を用いて屋根頂部を跨いで設置する。【０００６】  給水源からの管路中にオリフィスもしくは調整弁を設けて流量を一定（例えば毎分約５Ｌ）に設定し、給水電磁弁をタイマーにてサイクル制御（例えば１分間開、９分間閉）して太陽光が射す日中に太陽熱集熱パネルに間欠的に給水して集熱パネル内で加熱された温水を押し出し、入浴用温水を浴槽に限定して直接給湯することを特徴とする。【０００７】  給水源から屋根上の太陽熱集熱パネルを経由して浴槽に至る管路の最上部に逃がしベント管を設けることにより、給水源からの圧力を利用して温水を集熱パネルより高位置にある屋根頂部を越えて入浴用温水を浴槽に限定して直接給湯することを可能としている。【０００８】  太陽熱集熱パネルから指定給湯量（例えば２００Ｌ）を適温（入浴時までに冷めることを想定して例えば４４℃近傍）で浴槽へ供給する手段として浴槽入口配管に温度センサーを設ける。集熱パネルから間欠的に定量（例えば５Ｌ）給湯される湯温を温度センサーにて測定してコントローラに出力し、コントローラはその熱量（水量ｘ温度）を算出して積算する。又、残りの給湯回数に直近に給湯された熱量を乗じて指定水量に達した際の総熱量を推定する。この推定総熱量と指定総熱量（水量２００Ｌ、温度４４℃の場合：２００ｘ４４＝８，８００Ｋｃａｌ）とを比較して給水電磁弁の閉時間を加減して集熱パネル内での水の滞留時間を変えることにより出湯温度を制御する。集熱パネル内での水の滞留時間の最長時間は指定水量に達する時刻が当日の日没時刻を越えない範囲にコントローラにて自動制御する。【０００９】  本発明によれば天候状況により浴槽の水温が入浴適温に達しない場合もあるが、その日の天候・外気温に応じて最適熱効率の温水を得ることができる。入浴時に適温に達していない場合にはガス等の補助熱源にて加熱する必要がある。
【発明の効果】
【００１０】  本発明によれば以下に示す５項目の主要効果を有する。【００１１】（１）屋根上には厚さ６〜９ｃｍの図３に示す薄型の太陽熱集熱パネルを設置するために建物全体の外観を損なわず、且つ屋根に掛かる重量が従来の貯湯槽一体形太陽熱温水器の約１／３の約１００Ｋｇとなり約２００Ｋｇの重量低減ができる。【００１２】（２）屋根上の設備重量が従来器の約１／３となることからフックネジ等の支持金具に掛かる負荷が約１／３に軽減され、フックネジ等の抜け落ちを緩和できる。【００１３】（３）給水圧力のみで温水を集熱パネルより上部の屋根頂部を越えて浴槽に送水を可能とすることができ、特別な外部動力を必要としない。【００１４】（４）屋根上から貯湯槽を排除した事により従来器と比べて設備及び取付工事費を低減でき、システムがシンプルで屋根上にボールタップ等の可動部が無いことから保守面で有利であり、耐久性も向上する。【００１５】（５）給水流量を少量（例えば毎分約５Ｌ）とすることにより給水及び温水配管を小口径にする事が出来、使用される弁類・配管材料費をも低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】は本発明の概念図である。
【図２】は従来の太陽熱温水器の一例を示す斜視図である。
【図３】は本発明の温水パネルの一例を示す斜視図である。
【図４】は本発明のスレート葺き屋根用パネル支持金具の斜視図である。
【図５】は本発明の瓦葺き屋根用パネル支持金具の斜視図である。
【図６】は従来の屋根頂部における固定線の斜視図である。
【図７】は本発明のコントローラの一例を示す正面図である。
【図８】は本発明太陽熱温水システムの給湯量と給湯時間による電磁弁の開閉動作時間の一例を夫々示す。
【発明を実施するための形態】
【００１７】  本発明の実施の形態について図面を参照しつつ詳細に説明すれば、図１は本発明の実施例をあらわす最も一般的な概略図である。給水管路に止水弁（１）、給水中のゴミを除去するフィルター（２）、流量を一定に絞るためのオリフィスもしくは調節弁（３）、間欠的に給水をタイマーにてサイクル制御する電磁弁（４）を設ける。屋根上には太陽熱集熱パネルの下部に凍結防止弁（６）を設け、太陽熱集熱パネル（７）にパネル支持金具（９）を固定してコイルバネ付固定線（１０）にて垂木等のフックネジに固定する。
追い炊き機能付きガス給湯器等（１６）から浴槽への給湯配管途上に設けた分枝管（１３）に逆止弁（１２）と温度センサ（１１）を設け、集熱パネル（７）からの配管を接続する。浴槽（１４）には浴槽フタ（１５）をしておく。浴室内等には電磁弁（４）を制御するコントローラ（５）を設置する。
【００１８】  集熱器パネルは「への字形」のパネル支持金具（９）にて屋根頂部を跨いでコイルバネ付き固定線（１０）で支持されているので地震及び台風時に異常負荷が固定線及びフックネジに加わった場合にはコイルバネが伸縮することにより緩和される。万一、固定線が断線したり、固定線を支持するフックネジが抜け落ちても「への字」形パネル支持金具（９）が屋根に支持されることから温水パネルが屋根上から脱落することは無く、安全な設備を提供できる。
【００１９】  本発明にかかる太陽熱温水システムを初めて、又は長期間体止後に運転する場合には止水弁（１）を開け、浴槽内のコントローラ（５）の「連続給水ボタン」を押すと電磁弁（４）が開放されるので給水がフィルター（２）、オリフィスもしくは調節弁（３）を通過して集熱パネル（７）内に流入する。管路及び集熱パネル（７）内の空気は給水に押され、逃がしベント管（８）から排気される。浴槽（１４）内に水が流入したことを確認後にコントローラ（５）の「給水停止ボタン」を押すことにより運転準備が完了する。
【００２０】  日常使用時には浴槽の水抜き栓を閉じ、フタ（１５）をする。使用者は図７に例示したコントローラ（５）によって「給湯量」（例えば２００Ｌ）を選定し、「給湯開始時刻」を設定し、「給湯開始ボタン」押す。設定された給湯開始時刻になると電磁弁（４）が間欠的に開、閉を繰り返し集熱器（７）の底部に間欠的に給水を開始する。指定給湯量を適温（入浴時までに冷めることを想定して例えば４４℃近傍）にして浴槽へ供給する手段として逆止弁（１２）の手前に温度センサー（１１）を設ける。集熱パネル（７）から間欠的に定量（毎分約５Ｌ）が押し出される湯温を温度センサー（１１）にて測定してコントローラ（５）に出力する。コントローラはその熱量（水温ｘ水量）を算出して積算する。又、残りの給湯回数に直近の熱量を乗じて給湯量に達した際の総熱量を推定する。この推定総熱量と指定総熱量（水量２００Ｌ、温度４４℃の場合：２００ｘ４４＝８，８００Ｋｃａｌ）を比較して給水電磁弁の閉時間を加減して集熱パネル内での水の滞留時間を変えることにより出湯温度を制御する。集熱パネルでの水の滞留時間の最長時間は給湯量に達する時刻が日没時刻を越えない範囲とする。給湯量により予め設定された電磁弁（４）の開、閉の回数に達すると電磁弁（４）は閉となり、浴槽（１４）は温水にて満たされる。
【００２１】  昨夜の残り湯を利用し、足し湯をする場合には図７のコントローラにて「足し湯」ボタンを選定するとコントローラは温度センサ（１０）からの湯温入力を無視して、当日の日没時刻を基に給水電磁弁の最長閉時間を算出して制御することにより天候状況に応じた約５０Ｌの高温水を浴槽の残り湯に足し湯を行い、全浴槽湯温を高めることができる。
【００２２】  冬期に外気温度が所定の温度（＋０．５〜＋１．５℃）以下となった場合には集熱パネル下部に設けられたサーモエレメントを内臓する凍結防止弁（６）が開弁し、集熱パネル上部に設けられた逃がしベント管（８）から空気が流入することにより集熱パネル内の冷水を排出して集熱器の凍結破損を防止する。又、凍結防止弁（６）は外気温度が所定の温度（＋１．５〜＋３℃）以上になると閉弁となる。
【００２３】逆支弁（１２）が障害により作動しなかった場合、若しくは屋根頂部から逆支弁（１２）に至る管路内の水が凍結した場合には逃がしベント管（８）から給水を排出して集熱パネルの給水圧力による破損を防止する。
【符号の説明】
【００２４】  １  止水弁
２  フィルター
３  オリフィスもしくは調節弁
４  電磁弁
５  コントローラ
６  凍結防止弁
７  集熱パネル
８  逃がしベント管
９  パネル支持金具
１０  コイルバネ付固定線
１１  温度センサ
１２  逆止弁
１３  分枝管
１４  浴槽
１５  浴槽フタ
１６  追炊き機能付ガス給湯器等
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
給水管路中にオリフィスもしくは調整弁を設けて給水流量を一定に設定し、給水電磁弁をタイマーにてサイクル制御する。太陽熱集熱パネルに連続若しくは間欠的に給水される水のパネル内での滞留時間を加減することにより出湯温度制御をおこなうことを特徴とする太陽熱温水システム。
【請求項２】
給水源から屋根上の太陽熱集熱パネル（貯湯槽を有しない）を経由して浴槽に至る管路の最上部に逃がしベント管を設け、給水圧力のみで専ら浴槽内に限定して直接給湯することを特徴とする請求項１記載の太陽熱温水システム。
【請求項３】
太陽熱集熱パネルにて指定給湯量の温水を適温まで加熱し、浴槽へ供給する手段として浴槽近傍に設けられた温度センサーにて間欠的に定量が給湯される湯温を測定してコントローラに出力し、コントローラはその熱量を算出して積算する。又、残りの給湯回数に直近の熱量を乗じて指定給湯量に達した際の総熱量を推定する。この推定総熱量と指定総熱量を比較して給水電磁弁の閉時間を加減して集熱パネル内での水の滞留時間を変えることにより出湯温度を制御することを特徴とする請求項１〜請求項２記載の太陽熱温水システム。
【請求項４】
への字形のパネル支持金具にて集熱器パネルを屋根頂部を跨いでコイルバネ付固定線で支持する太陽熱温水システム。
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2011127885.tif 000006
【図２】
2011127885.tif 000007
【図３】
2011127885.tif 000008
【図４】
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【図５】
2011127885.tif 000010
【図６】
2011127885.tif 000011
【図７】
2011127885.tif 000012
【図８】
2011127885.tif 000013