(57)【要約】【課題】循環ポンプの小型化が可能な集熱ユニットを提供する。【解決手段】配管部６１は、集熱器１１の内部を通過する集熱器配管部と、貯湯槽３１の内部を通過する貯湯槽配管部６３と、を有する。貯湯槽配管部６３は、貯湯槽３１の底部側から上部側に向けて延びる螺旋状に形成されている。【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、
該集熱器と一体に構成された横置き型の貯湯槽と、
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、
を備える集熱ユニットであって、
前記貯湯槽配管部は、前記貯湯槽の底部側から上部側に向けて延びる螺旋状に形成されている、
ことを特徴とする集熱ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、集熱ユニットに関する。
【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集熱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】
図６を参照して、特許文献１に開示された太陽熱集熱システムについて説明する。特許文献１の太陽熱集熱システムは、図６に示すように、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。
【０００６】
以上説明した構成を有する特許文献１の太陽熱集熱システムによれば、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】
上記した従来の太陽熱集熱システムでは、その全体が一体に構成されて集熱ユニットとされ、屋根上等に配置されることが一般的である。この場合、貯湯槽３は、図６に示すように横置きされる。すなわち、貯湯槽３は、その長手方向が載置面に沿うように配置される。
【０００８】
この場合、図６に符号Ａで示す箇所に混入した空気や蒸気が溜まる可能性があった。すなわち、従来の集熱ユニットでは、貯湯槽配管部７が、貯湯槽３の長手方向における一方側から他方側に向けて延びる螺旋状に形成されているので、貯湯槽配管部７における鉛直上方側に位置する部分に空気が溜まる可能性があった。
【０００９】
このため、従来の太陽熱集熱システムでは、空気や蒸気が溜まることを防止するために循環ポンプの揚程を大きく設定する必要があり、大型の循環ポンプが必要であった。大型の循環ポンプは設置スペースを取るだけでなく、消費電力が大きいので好ましくない。また、大型の循環ポンプは、比較的大きな電源が必要であることからも好ましくない。
【００１０】
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、循環ポンプの小型化が可能な集熱ユニットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前述した目的を達成するために、本発明に係る集熱ユニットは、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、
該集熱器と一体に構成された横置き型の貯湯槽と、
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、
を備える集熱ユニットであって、
前記貯湯槽配管部は、前記貯湯槽の底部側から上部側に向けて延びる螺旋状に形成されている。
【００１２】
上記（１）の集熱ユニットによれば、貯湯槽配管部に空気や蒸気が溜まりにくいので循環ポンプの揚程を比較的小さく設定することができる。このため、循環ポンプの小型化を実現できる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、循環ポンプの小型化が可能な集熱ユニットを提供できる。
【００１４】
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】
【００１５】
【図１】図１は、実施形態に係る集熱ユニットを示す斜視図であり、その一部を透過して示す図である。
【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）は図１における矢印ＩＩａ側から視た側面図であり、図２（ｂ）は図１における矢印ＩＩｂ側から視た図である。
【図３】図３（ａ）及び図３（ｂ）は、貯湯槽の内部における貯湯槽配管部の配索状態を示す図であり、図３（ａ）は図１における矢印ＩＩａ側から視た図であり、図３（ｂ）は図１における矢印ＩＩｂ側から視た図である。
【図４】図４（ａ）及び図４（ｂ）は、整流板の形状及びその作用を説明するための図であり、図２（ｂ）及び図３（ｂ）と同じ側から視た図である。図４（ａ）は、実施形態の場合を示す図であり、図４（ｂ）は比較例の場合を示す図である。
【図５】図５は、バキュームブレーカの動作を説明するための説明図であり、バキュームブレーカの断面図である。
【図６】図６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】
【００１６】
以下、本発明の実施形態に係る太陽熱集熱システムを図１〜図５を参照して説明する。
【００１７】
＜集熱ユニット１００の概要＞
図１に示す集熱ユニット１００は、例えば家屋の屋根上等に配置されて用いられ、太陽熱集熱システムを構成する。
【００１８】
集熱ユニット１００は、図１に示すように、太陽熱を集熱する集熱器１１と、貯湯槽３１と、シスターン４１と、循環ポンプ５１と、これら各部を通過するように配された配管部６１と、を主な構成として備えている。これら各部材は、互いに接続されて一体のユニットとして構成されている。
【００１９】
配管部６１は、集熱器１１の内部を通過する集熱器配管部（図示せず。）と、貯湯槽３１の内部を通過し、熱交換器として機能する貯湯槽配管部６３と、を有している。また、配管部６１は、シスターン４１から集熱器１１（すなわち、集熱器配管部。）に向けて熱媒が流れる往配管６５と、集熱器１１から貯湯槽３１（すなわち、貯湯槽配管部６３。）に向けて熱媒が流れる戻配管６７と、を更に有している。
【００２０】
集熱器１１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。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。
【００２１】
貯湯槽３１は、加熱されるべき水、又は加熱された水（すなわち、湯。）を貯留するための円筒状の部材である。貯湯槽３１は、金属製であり、例えばステンレス製である。貯湯槽３１は、図１に示す状態で載置される横置き型の貯湯槽である。すなわち、貯湯槽３１は、その長手方向が載置面に沿うように配置される。また、貯湯槽３１は、後述する図２（ａ）〜図３（ｂ）にも示すように、給水口３３と排水口３５とを集熱器１１側の側面に有している。当該給水口３３及び排水口３５に図示しない給水管及び排水管が接続され、これら給水口３３及び排水口３５から水が給水及び排水される。貯湯槽３１に貯留された水は、加熱された熱媒が貯湯槽配管部６３を通過することにより加熱される。また、貯湯槽３１は、加熱された湯を排出するための給湯管部３７をその上部に有している。
【００２２】
シスターン４１は、熱媒を一時的に蓄えるために用いられる。シスターン４１は、その一部（上部）が大気に開放されている。これにより、配管部６１は、シスターン４１において大気に開放されている。循環ポンプ５１は、熱媒を加圧することにより、配管部６１を通じて集熱器１１、貯湯槽３１、シスターン４１の順に熱媒を循環させる。貯湯槽３１に貯湯された湯は、給湯管部３７から排出され、例えば家屋内部の給湯蛇口に供給される。給湯管部３７には、貯湯槽３１に負圧が掛かることを防止するためのバキュームブレーカ８１、及び貯湯槽３１の内圧の異常上昇を防止するための逃し弁８２が設けられている。逃し弁８２は、貯湯槽３１の内圧が所定値よりも高くなると弁を開いて圧力を逃し、貯湯槽３１の内圧を降下させるための部材である。バキュームブレーカ８１の詳細については後述する。
【００２３】
以上説明した構成を有する集熱ユニット１００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。
【００２４】
＜集熱ユニット１００の駆動方法＞
集熱ユニット１００の駆動方法について説明する。集熱ユニット１００は、自立運転する。より具体的には、熱媒を循環させるための循環ポンプ５１が、貯湯槽３１の上部に配置された太陽電池７１で生成された電力により駆動される。このように太陽光から生成された電力により集熱ユニット１００が駆動されるので、例えば外部から電源を供給する必要がなく、小型化を図ることができる。また、太陽電池７１からの電力のみにより集熱ユニット１００が駆動されるので、内部電源を有する１つのユニットとして装置を構成することができる。
【００２５】
なお、シスターン４１は、内部に貯留した熱媒の液面上に浮かぶフロートスイッチ４３を液面センサとして有している。シスターン４１内に所定量以上の熱媒が貯留されている状態では、フロートスイッチ４３がオン状態となり循環ポンプ５１が駆動し続ける。一方、シスターン４１内に貯留された熱媒の液量が所定量以下となって液面が降下し、フロートスイッチ４３のオンオフ状態が変化すると、循環ポンプ５１が停止する。熱媒の液量の減少要因としては、例えば日中における蒸散等が想定される。
【００２６】
＜貯湯槽３１及び貯湯槽配管部６３の構造＞
貯湯槽３１及び貯湯槽配管部６３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）は図１における矢印ＩＩａ側から視た側面図であり、図２（ｂ）は図１における矢印ＩＩｂ側から視た図である。図３（ａ）及び図３（ｂ）は、貯湯槽の内部における貯湯槽配管部の配索状態を示す図であり、図３（ａ）は図１における矢印ＩＩａ側から視た図であり、図３（ｂ）は図１における矢印ＩＩｂ側から視た図である。
【００２７】
図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、貯湯槽配管部６３は、貯湯槽３１の底部側から上部側に向けて延びる螺旋状に形成されている。より具体的には、戻配管６７との接続部分である延在部６４が、貯湯槽３１の上下方向における中間部の近傍から底部に向けて延在しており、延在部６４以外の残部が、底部側から上部側に向けて延びる螺旋状に形成されている。延在部６４を設けて貯湯槽配管部６３を貯湯槽３１の底部に極力近い位置から延びる螺旋状とすることにより、貯湯槽配管部６３によって温められない部分を極力減らすことができる。貯湯槽配管部６３は、最上部まで到達した後、貯湯槽３１から導出されてシスターン４１に接続される。
【００２８】
実施形態に係る集熱ユニット１００では、貯湯槽配管部６３が貯湯槽３１の底部側から上部側に向けて延びる螺旋状に形成されている。すなわち、貯湯槽配管部６３が、集熱ユニット１００の設置時における鉛直下方側から鉛直上方側に向けて延びる螺旋状に形成されている。このため、空気が貯湯槽配管部６３の内部に混入したとしても、空気は密度が小さいために自然と上部側に移動するので、貯湯槽配管部６３の内部に溜まりにくい。このため、循環ポンプ５１の揚程を比較的小さく設定することができる。これにより、循環ポンプ５１の小型化を実現できる。すなわち、集熱ユニット１００によれば、内部電源として搭載された太陽電池７１の電力のみにより駆動できるような、小型の循環ポンプ５１を用いることができる。
【００２９】
＜整流板９１＞
実施形態に係る集熱ユニット１００では、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、貯湯槽３１の内部における給水口３３に対応する箇所に整流板９１が配置されている。図４（ａ）及び図４（ｂ）は、整流板の形状及びその作用を説明するための図であり、図２（ｂ）及び図３（ｂ）と同じ側から視た図である。図４（ａ）は、実施形態の場合を示す図であり、図４（ｂ）は比較例の場合を示す図である。
【００３０】
整流板９１は、貯湯槽３１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３１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、給湯管部３７は貯湯槽３１における上部に設けられている。この点、整流板９１を備えていない場合、給水口３３から供給される水の勢いにより貯湯槽３１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９１は、当該撹拌を抑制するために設けられており、給水口３３から供給される水の勢いを弱め、貯湯槽３１の内部に水を緩やかに導入する作用を有する。
【００３１】
ところで、整流板は、図４（ｂ）に比較例として示す整流板９１Ｂのように、左右対称な形状に形成されることが一般的である。しかしながら、図３（ｂ）に示すように、給水口３３が、貯湯槽３１における真下（すなわち、載置された状態における貯湯槽３１の鉛直下方側。）ではなく、やや側方に寄った位置に形成されている場合がある。この場合、整流板が左右対称な形状であると、図４（ｂ）に示すように、整流板９１Ｂの左右側方に向けて水が均一に導かれるので、貯湯槽３１内がやや撹拌されてしまう。
【００３２】
これに対して、実施形態に係る整流板９１は、図４（ａ）に示すように、左右非対称な形状に形成されている。より具体的には、整流板９１は、本体部９２から延びる一方の壁部９３が他方の壁部９５よりも長い形状に形成されている。すなわち、一方の壁部９３が本体部９２に対して交差する方向（図４（ａ）では直交する方向。）に延びる長さが、他方の壁部９５が当該方向に延びる長さよりも大きい。そして、整流板９１は、貯湯槽３１内において、壁部９３が底部側に位置するように配置される。これにより、図４（ａ）に示すように、整流板９１の底部側（図４（ａ）中における左方側。）に向けて水が多く導かれるので、既に温まっている上部側に供給される水の量を少なくすることができ、貯湯槽３１内が撹拌されることを抑制できる。すなわち、整流板９１は、本体部９２に向けて水が流れた場合に、壁部９３側において水が流れやすく、壁部９５側において水が流れにくい形状に形成されている。
【００３３】
＜バキュームブレーカ８１＞
バキュームブレーカ８１は、上述したように、給湯管部３７に接続された、貯湯槽３１に負圧が掛かることを防止するための部材である。まず、バキュームブレーカ８１の役割について説明する。
【００３４】
実施形態に係る集熱ユニット１００では、貯湯槽３１は、内部が密閉された密閉型とされている。これは、貯湯槽３１の内部が開放された開放型よりも、密閉型が有利な点があるからである。例えば、集熱ユニット１００が屋根上に配置されて用いられる場合、開放型であると、貯湯槽３１に水を供給するためには揚水ポンプ等が必要となり、設備コストがかさむ。また、このように開放型とした場合、給水圧力は地上から屋根（すなわち、設置位置。）までの自然落下によるものとなり、水圧が低い。これに対し、密閉型では、水道圧（例えば、０．４ｋＰａ、実際には減圧弁により減圧した圧力。）で給水できる。さらに、開放型であると、貯湯槽３１に貯留された湯水が酸化して劣化する可能性もある。
【００３５】
ところが、密閉型の貯湯槽３１を用いた場合、例えば給湯管部３７から排出される湯水の量が給水口３３から供給される水の量よりも多くなり、貯湯槽３１に負圧が掛かると、貯湯槽３１は負圧に対して比較的弱いので、貯湯槽３１が収縮して破損してしまう可能性がある。
【００３６】
バキュームブレーカ８１は、以上の事情に鑑みて設けられており、貯湯槽３１に負圧が掛かることを防止するための部材である。図５は、バキュームブレーカの動作を説明するための説明図であり、バキュームブレーカの断面図である。
【００３７】
バキュームブレーカ８１は、図５に示すように、その内部に流路８３を有しており、流路８３の一方の開口８４が給湯管部３７に接続され、他方の開口８５は大気に開放される。また、バキュームブレーカ８１は、流路８３の中間部に位置する開口８６を塞ぐように配置された球状のフロート８７と、開口８６とフロート８７との間を水密に封止するパッキン８８と、を更に有している。
【００３８】
通常時、すなわち給湯管部３７から湯水が正常に排出されている場合には、図５に実線で示す位置にフロート８７が位置して開口８６が封止され、貯湯槽３１の内部は密閉状態に保たれる。一方、負圧発生時には、図５に破線で示す位置にフロート８７が移動することにより開口８６が開放され、貯湯槽３１の内部が開放状態とされる。これにより、貯湯槽３１に負圧が掛かることが防止される。
【００３９】
以下では、実施形態に係る集熱ユニット１００について簡潔に纏める。
（１）  集熱ユニット１００は、太陽熱を集熱する集熱器１１と、該集熱器１１と一体に構成された横置き型の貯湯槽３１と、熱媒が流れる配管部６１と、該配管部６１に前記熱媒を流すための循環ポンプ５１と、を備える。配管部６１は、前記集熱器１１の内部を通過する集熱器配管部と、前記貯湯槽３１の内部を通過する貯湯槽配管部６３と、を有する。前記貯湯槽配管部６３は、前記貯湯槽３１の底部側から上部側に向けて延びる螺旋状に形成されている。
【００４０】
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】
【００４１】
１００：集熱ユニット
１１：集熱器
３１：貯湯槽
３３：給水口
３５：排水口
３７：給湯管部
４１：シスターン
５１：循環ポンプ
６１：配管部
６３：貯湯槽配管部
６５：往配管
６７：戻配管
７１：太陽電池
８１：バキュームブレーカ
８２：逃し弁
９１：整流板
【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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