(57)【要約】      （修正有）【課題】高効率化が可能な太陽熱利用給湯システムを提供する。【解決手段】太陽熱を集熱する集熱器１１と、湯水を貯留するための貯湯槽２１と、貯湯槽の内部を通過する貯湯槽配管部３３とを有し、集熱器配管部内の前記熱媒の温度を検出する高温側センサ１３と貯湯槽内の湯水の温度を検出する低温側センサ１５とを備え、制御装置６１は、高温側センサ１３で検出された熱媒の温度と、低温側センサ１５で検出された湯水の温度との差分に基づいて、循環ポンプ４１の作動及び停止を制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽熱を集熱する集熱器と、
湯水を貯留するための貯湯槽と、
前記集熱器の内部を通過する集熱器配管部と、前記貯湯槽の内部を通過する貯湯槽配管部と、を有し、熱媒が流れる配管部と、
該配管部に前記熱媒を流すための循環ポンプと、
前記循環ポンプの作動及び停止を制御する制御装置と、
前記集熱器の近傍に配置され、前記集熱器配管部内の前記熱媒の温度を検出する高温側センサと、
前記貯湯槽の近傍に配置され、前記貯湯槽内の湯水の温度を検出する低温側センサと、
を備え、
前記制御装置は、前記高温側センサで検出された前記熱媒の温度と、前記低温側センサで検出された湯水の温度との差分に基づいて、前記循環ポンプの作動及び停止を制御する、
ことを特徴とする太陽熱利用給湯システム。
【請求項２】
前記高温側センサが、前記集熱器配管部における最下流部に配置されている、
ことを特徴とする請求項１の太陽熱利用給湯システム。
【請求項３】
前記低温側センサが、前記貯湯槽における下部に配置されている、
ことを特徴とする請求項１又は２の太陽熱利用給湯システム。
【請求項４】
前記配管部は、前記集熱器配管部と前記貯湯槽配管部とを接続し、該集熱器配管部から該貯湯槽配管部に向けて前記熱媒が流れる集熱戻り配管と、前記集熱器配管部と前記貯湯槽配管部とを接続し、該貯湯槽配管部から該集熱器配管部に向けて前記熱媒が流れる集熱往き配管と、を更に有し、
前記集熱往き配管部には、前記熱媒を貯留可能に構成され、且つ大気に開放されたシスターンが設けられており、該シスターンよりも前記集熱器配管部側に前記循環ポンプが配置されている、
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つ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、太陽熱利用給湯システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、太陽熱を利用して熱媒を加熱し、加熱した熱媒からの熱移動によって貯湯槽に貯留した水を加熱する太陽熱利用給湯システムが知られている（特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−３０３８７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
はじめに、図５を参照して、特許文献１に開示された太陽熱利用給湯システムについて説明する。特許文献１の太陽熱利用給湯システムは、図５示すように、太陽熱を集熱する集熱器１と、貯湯槽３と、シスターン４と、循環ポンプ５と、これら各部を通過するように配された配管部６と、を備えている。
【０００５】
配管部６は、集熱器１の内部を通過する集熱器配管部（図示せず。）と、貯湯槽３の内部を通過し、熱交換器として機能する貯湯槽配管部７と、を有している。集熱器１は、太陽熱を集熱し、集熱した熱を利用して集熱器配管部を通過する熱媒を加熱する。貯湯槽３は、加熱されるべき水、又は加熱された水（すなわち、湯。）を貯留するための部材である。貯湯槽３に貯留された水は、加熱された熱媒が貯湯槽配管部７を通過することにより加熱される。シスターン４は、熱媒を一時的に蓄えるために用いられる。循環ポンプ５は、熱媒を加圧することにより、配管部６を通じて集熱器１、貯湯槽３、シスターン４の順に熱媒を循環させる。貯湯槽３に貯留された湯水は、図示しない出湯管から排出されて利用される。
【０００６】
以上説明した構成を有する特許文献１の太陽熱利用給湯システムによれば、太陽熱を利用して水を加熱し、加熱された水を利用することができる。
【０００７】
近年では、太陽熱利用給湯システムの更なる高効率化が求められている。
【０００８】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、高効率化が可能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】
前述した目的を達成するために、本発明に係る太陽熱利用給湯システムは、下記の点を特徴としている。
（１）  太陽熱を集熱する集熱器と、
湯水を貯留するための貯湯槽と、
前記集熱器の内部を通過する集熱器配管部と、前記貯湯槽の内部を通過する貯湯槽配管部と、を有し、熱媒が流れる配管部と、
該配管部に前記熱媒を流すための循環ポンプと、
前記循環ポンプの作動及び停止を制御する制御装置と、
前記集熱器の近傍に配置され、前記集熱器配管部内の前記熱媒の温度を検出する高温側センサと、
前記貯湯槽の近傍に配置され、前記貯湯槽内の湯水の温度を検出する低温側センサと、
を備え、
前記制御装置は、前記高温側センサで検出された前記熱媒の温度と、前記低温側センサで検出された湯水の温度との差分に基づいて、前記循環ポンプの作動及び停止を制御する。
【００１０】
上記（１）の太陽熱利用給湯システムによれば、集熱器配管部内の熱媒の温度と、貯湯槽内の湯水の温度との差分に基づいて循環ポンプの作動及び停止が制御される。例えば、集熱器配管部内で熱媒が加熱されて当該熱媒の温度が上昇し、貯湯槽内の湯水の温度との差分が所定値よりも大きくなると循環ポンプが作動する。また、貯湯槽配管部における熱交換により貯湯槽内の湯水の温度が上昇し、集熱器配管部内の熱媒の温度と貯湯槽内の湯水の温度との差分が所定値よりも小さくなると循環ポンプが停止する。この結果、例えば循環ポンプが常に作動する場合と比較して、高効率化を図ることができる。また、集熱器配管部内の熱媒の温度が所定値よりも高くなった場合に循環ポンプを停止して過集熱を防止することもできる。
【００１１】
（２）  上記（１）の太陽熱利用給湯システムであって、
前記高温側センサが、前記集熱器配管部における最下流部に配置されている。
【００１２】
集熱器配管部の中では、最下流部を流れる熱媒の温度が最も高くなる。
上記（２）の太陽熱利用給湯システムによれば、高温側センサが集熱器配管部における最下流部に配置されているので、熱源として利用できる熱媒の温度を正確に把握して循環ポンプの制御を行うことができる。
【００１３】
（３）  上記（１）又は（２）の太陽熱利用給湯システムであって、
前記低温側センサが、前記貯湯槽における下方に配置されている。
【００１４】
貯湯槽の中では、下方に滞留する湯水の温度が低くなる。
上記（３）の太陽熱利用給湯システムによれば、低温側センサが貯湯槽における下方に配置されているので、加熱が必要である湯水の温度を正確に把握して循環ポンプの制御を行うことができる。
なお、低温側センサが、貯湯槽内の貯湯槽配管部が延在する領域における最下部に配置される構成とすれば、更に効率良く湯水を温めることができる。
【００１５】
（４）  上記（１）〜（３）のいずれか１つの太陽熱利用給湯システムであって、
前記配管部は、前記集熱器配管部と前記貯湯槽配管部とを接続し、該集熱器配管部から該貯湯槽配管部に向けて前記熱媒が流れる集熱戻り配管と、前記集熱器配管部と前記貯湯槽配管部とを接続し、該貯湯槽配管部から該集熱器配管部に向けて前記熱媒が流れる集熱往き配管と、を更に有し、
前記集熱往き配管部には、前記熱媒を貯留可能に構成され、且つ大気に開放されたシスターンが設けられており、該シスターンよりも前記集熱器配管部側に前記循環ポンプが配置されている。
【００１６】
上記（４）の太陽熱利用給湯システムによれば、大気に開放されたシスターンを用いることにより、集熱回路を開放型として、配管部内の圧力を低くすることができる。また、過集熱時に熱媒をシスターンに戻して貯留しておくこともできる。
これに対し、従来の太陽熱利用給湯システムでは、シスターンを設けない密閉型の集熱回路が用いられる。この従来の太陽熱利用給湯システムでは、温度上昇による配管部内の圧力の上昇を緩和するために、高圧流体を蓄えておくための密閉膨張タンク（アキュームレータ）を設ける必要がある。また、過集熱時に熱媒の温度が一時的に上昇して内圧が高くなるので、配管部を金属製にする必要がある。あるいは、過集熱時に対応するために、熱媒を一時的に貯留するためのリザーブタンクを設ける必要がある。これらのことから、従来の太陽熱利用給湯システムは製造コストが嵩む。
この点、上記（４）の太陽熱利用給湯システムによれば、これら密閉膨張タンクやリザーブタンクを設ける必要がないので、製造コストを削減できる。また、集熱回路が開放型であるので、配管部内の圧力を低くすることができる。また、内圧が高くなることがないので、配管部を樹脂製として製造コストを更に削減することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、高効率化が可能な太陽熱利用給湯システムを提供できる。
【００１８】
以上、本発明について簡潔に説明した。さらに、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】
【００１９】
【図１】図１は、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２（ａ）及び図２（ｂ）は、貯湯槽の外観を示す図であり、図２（ａ）は一側面側から視た側面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）における矢印ＩＩｂ側から視た側面図である。
【図３】図３（ａ）及び図３（ｂ）は、外装内に収容された状態の貯湯槽の外観を示す図である。
【図４】図４は、整流板の形状及びその作用を説明するための図である。
【図５】図５は、従来の太陽熱集熱システムを示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態に係る太陽熱利用給湯システムを図１〜図４を参照して説明する。
【００２１】
＜太陽熱利用給湯システム１０の概要＞
実施形態に係る太陽熱利用給湯システム１０は、図１に示すように、太陽熱を利用して熱媒を加熱する集熱器１１と、湯水を貯留するための貯湯槽２１と、熱媒が流れる配管部３１と、配管部３１に熱媒を流すための循環ポンプ４１と、熱媒を貯留可能に構成されたシスターン５１と、循環ポンプ４１の作動及び停止を制御する制御装置６１と、を主な構成として備えている。
【００２２】
配管部３１は、樹脂製の管体であり、集熱器１１の内部を通過する集熱器配管部３２と、貯湯槽３の内部を通過し、熱交換器として機能する貯湯槽配管部３３と、を有している。また、配管部３１は、集熱器配管部３２と貯湯槽配管部３３とを接続し、該集熱器配管部３２から該貯湯槽配管部３３に向けて熱媒が流れる集熱戻り配管３５と、集熱器配管部３２と貯湯槽配管部３３とを接続し、該貯湯槽配管部３３から該集熱器配管部に向けて熱媒が流れる集熱往き配管３７と、を更に有している。なお、配管部３１は、ゴム製、又は金属製（例えば、銅製。）であっても構わない。
【００２３】
集熱器１１は、例えばその内部に集熱板（図示せず。）を有しており、太陽熱を集熱し、集熱した熱を利用して集熱器配管部３２を通過する熱媒を加熱する。熱媒としては、例えば不凍液であるプロピレングリコールを用いてもよいし、凍結のおそれがない場合には水を用いても構わない。
【００２４】
貯湯槽２１は、加熱されるべき水、又は加熱された水（すなわち、湯。）を貯留する。貯湯槽２１に貯留された水は、加熱された熱媒が貯湯槽配管部３３を通過することにより加熱される。すなわち、貯湯槽配管部３３は熱交換器として機能する。
【００２５】
循環ポンプ４１は、集熱往き配管３７の途中に設けられ、集熱器１１と貯湯槽配管部３３との間で熱媒を循環させる。シスターン５１は、集熱往き配管３７における貯湯槽２１と循環ポンプ４１との間に設けられている。シスターン５１は、熱媒を貯留可能に構成されている。また、シスターン５１は、大気に開放されており、これにより熱媒の膨張及び収縮を吸収する。
【００２６】
大気に開放されたシスターン５１を用いることにより、集熱回路を開放型として、配管部３１内の圧力を低くすることができる。また、過集熱時に熱媒をシスターン５１に戻して貯留しておくこともできる。この結果、太陽熱利用給湯システム１０によれば、密閉膨張タンクやリザーブタンクを設ける必要がないので、製造コストを削減できる。また、集熱回路が開放型であるので、配管部３１内の圧力を低くすることができる。また、内圧が高くなることがないので、配管部３１を樹脂製として製造コストを削減することができる。
【００２７】
貯湯槽２１は、図１〜図３に示すように、上水道の水を給水する給水管７１に接続された給水口２３を下部に有し、湯水を出湯する出湯管７３に接続された出湯口２５を上部に有している。貯湯槽２１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る。貯湯槽２１は、出湯口２５を有する上部に高温の湯水を集まり易くするために縦置き型とされ、堅牢な脚部２６によって支持されている。貯湯槽２１の周辺部の構造の詳細については図２及び図３を参照して後述する。なお、本実施形態では出湯口２５が貯湯槽２１における上部に形成されているとしたが、出湯口２５は貯湯槽２１における下部に形成されていても構わない。
【００２８】
再び図１を参照して、貯湯槽２１に水を給水する給水管７１には、減圧弁７５及び排水弁７７が配設されている。減圧弁７５は、貯湯槽２１内の圧力を一定に維持するため、貯湯槽２１への給水圧を調整する弁である。
【００２９】
出湯管７３には、温度調節弁７９を介して、貯湯槽２１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）８１が接続される。温度調節弁７９には、減圧弁７５の下流における給水管７１から分岐された混合用給水管８３が接続され、予め貯湯槽２１の温水と給水管７１から供給される冷水とを混合して給湯器８１に入水する。温度調節弁７９と給湯器８１との間には、減圧弁７５の上流における給水管７１から分岐された直接給水用管８５と接続された切換弁８７が配設される。この切換弁８７を使用することで、給湯器８１への入水が出湯管７３から行われる場合と、給水管７１から直接行われる場合とに切り換えることができる。
【００３０】
制御装置６１は、高温側センサ１３と、低温側センサ１５の２つの温度センサに接続されている。
【００３１】
高温側センサ１３は、集熱器１１の近傍に配置され、集熱器配管部３２内の熱媒の温度を検出する。より具体的には、高温側センサ１３は、集熱器配管部３２における最下流部、すなわち集熱戻り配管３５との接続箇所の近傍に配置されている。これは、集熱器配管部３２の中では、最下流部を流れる熱媒の温度が最も高くなるからである。すなわち、集熱器配管部３２における最下流部に高温側センサ１３を配置する構成とすれば、熱源として利用できる熱媒の温度を正確に把握することができる。
【００３２】
低温側センサ１５は、貯湯槽２１の近傍に配置され、貯湯槽２１内の湯水の温度を検出する。より具体的には、貯湯槽２１における下方、更に具体的には最下部の近傍に配置されている。これは、貯湯槽２１内においては、既に温められた水が上部に溜まりやすく、上方から底部に向けて温度が低くなる層状に湯水が貯留されるからである。すなわち、貯湯槽２１における下方に低温側センサ１５を配置する構成とすれば、加熱が必要である湯水の温度を検出することができる。なお、更に具体的には、貯湯槽２１内において、貯湯槽配管部３３が延在する部分よりも下方側に位置する水は温められにくいので、低温側センサ１５は、貯湯槽２１における貯湯槽配管部３３の延在部分のうちの最下部の近傍に配置することが好ましい。
【００３３】
そして、制御装置６１は、高温側センサ１３で検出された熱媒の温度と、低温側センサ１５で検出された湯水の温度との差分に基づいて、循環ポンプ４１の作動及び停止を制御する。例えば、制御装置６１は、集熱器配管部３２内で熱媒が加熱されて熱媒の温度が上昇し、貯湯槽２１内の湯水の温度との差分が所定値（例えば、６℃。）よりも大きくなると循環ポンプ４１を作動させる。また、制御装置６１は、貯湯槽配管部３３における熱交換により貯湯槽２１内の湯水の温度が上昇し、集熱器配管部３２内の熱媒の温度と貯湯槽２１内の湯水の温度との差分が所定値（例えば、２℃。）よりも小さくなると循環ポンプ４１を停止させる。また、制御装置６１は、集熱器配管部３２内の熱媒の温度が所定値（例えば、９５℃。）よりも高くなった場合に循環ポンプ４１を停止させる。
【００３４】
このように、実施形態に係る太陽熱利用給湯システム１０によれば、集熱器配管部３２内の熱媒の温度と、貯湯槽２１内の湯水の温度との差分に基づいて循環ポンプ４１の作動及び停止が制御されるので、例えば循環ポンプ４１が常に作動する場合と比較して、高効率化を図ることができる。また、集熱器配管部３２内の熱媒の温度が所定値よりも高くなった場合に循環ポンプ４１が停止されるので、過集熱を防止することもできる。
【００３５】
特に、実施形態に係る太陽熱利用給湯システム１０では、高温側センサ１３が集熱器配管部３２における最下流部に配置されているので、熱源として利用できる熱媒の温度を正確に把握して循環ポンプ４１の制御を行うことができる。
【００３６】
また、実施形態に係る太陽熱利用給湯システム１０では、低温側センサ１５が貯湯槽２１における下方に配置されているので、加熱が必要である湯水の温度を正確に把握して循環ポンプ４１の制御を行うことができる。
【００３７】
＜貯湯槽２１の周辺部の構造＞
貯湯槽２１の周辺部の構造について説明する。図２（ａ）及び図２（ｂ）は、貯湯槽の外観を示す図であり、図２（ａ）は一側面側から視た側面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）における矢印ＩＩｂ側から視た側面図である。図３（ａ）及び図３（ｂ）は、外装内に収容された状態の貯湯槽の外観を示す図である。
【００３８】
具体的には、貯湯槽２１の周辺には、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、集熱戻り配管３５、集熱往き配管３７、循環ポンプ４１、シスターン５１、制御装置６１、給水管７１、及び出湯管７３等が配置される。また、貯湯槽２１の周辺部には、図２（ａ）及び図２（ｂ）に符号Ａ〜Ｅで示す位置に凍結防止用のヒータ（図示せず。）が設けられている。これら凍結防止ヒータは、制御装置６１に接続されており、制御装置６１からの指示に従って作動及び停止する。制御装置６１は、例えば脚部２６に設けられた外気温を検出するための外気温センサ（図示せず。）で検出された外気温に基づいて、凍結防止ヒータの作動及び停止を制御する。例えば、制御装置６１は、外気温が２℃以下となったことを検知した場合に、凍結防止ヒータを停止させる。これにより、外気温が低下した場合であっても、配管等が凍結することを防止できる。
【００３９】
これら凍結防止ヒータは、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、各機能部品の近傍に設けられている。これは、機能部品の近傍は表面積が大きいために外気により冷却されやすいからである。
【００４０】
また、貯湯槽２１、及び当該貯湯槽２１の周辺部に配された集熱戻り配管３５、集熱往き配管３７、循環ポンプ４１、シスターン５１、制御装置６１、給水管７１、出湯管７３、及び凍結防止ヒータ等は、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、単一の外装９１の内部に全て収納される。このように、実施形態に係る太陽熱利用給湯システム１０では、主な部材が単一の外装９１の内部に収納されているので、美観が良く、施工性も高い。
【００４１】
＜整流板２７＞
実施形態に係る太陽熱利用給湯システム１０では、図１及び図４に示すように、貯湯槽２１の内部における給水口２３に対応する箇所に整流板２７が配置されている。図４は、整流板の形状及びその作用を説明するための図である。
【００４２】
整流板２７は、貯湯槽２１の内部のおける水の流れを整えるための部材である。貯湯槽２１内においては、既に温められた水が上部に溜まりやすく、上方から底部に向けて温度が低くなる層状に湯水が貯留される。このように上部に溜まった湯を効率的に取り出すために、出湯口２５は貯湯槽２１における上部に設けられており、湯水は当該出湯口２５から給湯される。この点、整流板２７を備えていない場合、給水口２３から供給される水の勢いにより貯湯槽２１の内部に貯留された湯水が撹拌されてしまい、温めた湯を効率的に取り出せない可能性がある。これに対して、整流板２７は、当該撹拌を抑制するために設けられており、給水口２３から供給される水の勢いを弱め、貯湯槽２１の内部に水を緩やかに導入する作用を有する。本実施形態では、整流板２７は、図４に示すように左右対称な形状を有している。
【００４３】
以下では、実施形態に係る太陽熱利用給湯システム１０について簡潔に纏める。
（１）  太陽熱利用給湯システム１０は、太陽熱を集熱する集熱器１１と、湯水を貯留するための貯湯槽２１と、前記集熱器１１の内部を通過する集熱器配管部３２と、前記貯湯槽２１の内部を通過する貯湯槽配管部３３と、を有し、熱媒が流れる配管部３１と、該配管部３１に前記熱媒を流すための循環ポンプ４１と、前記循環ポンプ４１の作動及び停止を制御する制御装置６１と、前記集熱器１１の近傍に配置され、前記集熱器配管部３２内の前記熱媒の温度を検出する高温側センサ１３と、前記貯湯槽２１の近傍に配置され、前記貯湯槽２１内の湯水の温度を検出する低温側センサ１５と、を備える。前記制御装置６１は、前記高温側センサ１３で検出された前記熱媒の温度と、前記低温側センサ１５で検出された湯水の温度との差分に基づいて、前記循環ポンプ４１の作動及び停止を制御する。
（２）  太陽熱利用給湯システム１０では、前記高温側センサ１３が、前記集熱器配管部３２における最下流部に配置されている。
（３）  太陽熱利用給湯システム１０では、前記低温側センサ１５が、前記貯湯槽２１における下部に配置されている。
（４）  太陽熱利用給湯システム１０では、前記配管部３１は、前記集熱器配管部３２と前記貯湯槽配管部３３とを接続し、該集熱器配管部３２から該貯湯槽配管部３３に向けて前記熱媒が流れる集熱戻り配管３５と、前記集熱器配管部３２と前記貯湯槽配管部３３とを接続し、該貯湯槽配管部３３から該集熱器配管部３２に向けて前記熱媒が流れる集熱往き配管３７と、を更に有する。また、前記集熱往き配管３７には、前記熱媒を貯留可能に構成され、且つ大気に開放されたシスターン５１が設けられており、該シスターン５１よりも前記集熱器配管部３２側に前記循環ポンプ４１が配置されている。
【００４４】
なお、本発明の技術的範囲は、上述した実施形態に限定されるものではない。上述した実施形態は、本発明の技術的範囲内で種々の変形や改良等を伴うことができる。
【符号の説明】
【００４５】
１０：太陽熱利用給湯システム
１１：集熱器
１３：高温側センサ
１５：低温側センサ
２１：貯湯槽
２７：整流板
３１：配管部
３２：集熱器配管部
３３：貯湯槽配管部
３５：集熱戻り配管
３７：集熱往き配管
４１：循環ポンプ
５１：シスターン
６１：制御装置
９１：外装
【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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