(57)【要約】【課題】補助熱源機付きソーラ給湯器を用いる自動的な給湯温度の制御方法で、省エネ効果が得られ、過熱給湯させない方法。【解決手段】太陽熱集熱器１と、集めた熱を温水として貯める貯湯タンク９と、貯湯タンク９の後流に接続される補助熱源機とを備えるソーラ給湯器を運転する場合に、貯湯タンク９の上部の湯温（ＴＴ）が所定温度（Ｔｋ）以上のときは、貯湯タンク９に設けた湯水混合装置４の出口から補助熱源機１７入口に至るまでの管路部分で失われる放射熱量（温度低下分）を計算し、その放射熱量を補償するように湯水混合装置４における湯水混合を調整し、前記補助熱源機で補助加熱することなしに、そのまま給湯する。【選択図】図１。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽熱集熱器と、貯湯タンクと、補助熱源機とを備えるソーラ給湯器を運転する場合に、
前記貯湯タンクの上部の湯温（ＴＴ）が所定温度（Ｔｋ）以上のときは、
前記貯湯タンクに設けた湯水混合装置の出口から補助熱源機入口に至るまでの管路部分で失われる放射熱量を計算し、
その放射熱量を補償するように前記湯水混合装置における湯水混合を調整し、前記補助熱源機で加熱することなしに、そのまま給湯する、ソーラ給湯温度の制御方法。
【請求項２】
湯水混合装置の出口から補助熱源機入口に至るまでの管路部分で失われる放射熱量は、湯水混合装置出口から補助熱源機入口に至る管路の表面積と、その間の湯水の通過時間と、その間の熱通過率と、湯水混合装置出口側の混合湯温（ＴＳ）と、雰囲気温度（Ｔ０）とから計算する、請求項１の制御方法。
【請求項３】
ソーラ給湯器として、
給水源からの給水パイプが貯湯タンクの下部に配され、
前記給水パイプからはバイパスパイプが分岐して補助熱源機へと繋がり、
前記貯湯タンクの上部からは貯湯タンク出口側パイプが伸びるように配されて前記バイパスパイプの途中で合流し、
その合流部には湯水混合装置が配されているソーラ給湯器を用いる、請求項１又は２の制御方法。
【請求項４】
太陽熱集熱器と、貯湯タンクと、補助熱源機とを備えるソーラ給湯器を運転する場合に、
前記貯湯タンクの上部の湯温（ＴＴ）が所定温度（Ｔｋ）未満のときは、
貯湯タンクに設けた湯水混合装置の出口から補助熱源機入口に至る管路部分で失われる放射熱量を計算し、
湯水混合装置での混合後の湯温を、前記放射熱量を見込んで希望給湯温度（ＴＲ）よりも補助熱源機の最小能力だけ低い温度に調整したのち、補助熱源機の最小能力で補助加熱し、給湯する、ソーラ給湯温度の制御方法。
【請求項５】
湯水混合装置の出口から補助熱源機入口に至るまでの管路部分で失われる放射熱量は、湯水混合装置出口から補助熱源機入口に至る管路の表面積と、その間の湯水の通過時間と、その間の熱通過率と、湯水混合装置出口側の混合湯温（ＴＳ）と、雰囲気温度（Ｔ０）とから計算する、請求項４の制御方法。
【請求項６】
ソーラ給湯器として、
給水源からの給水パイプが貯湯タンクの下部に配され、
前記給水パイプからはバイパスパイプが分岐して補助熱源機へと繋がり、
前記貯湯タンクの上部からは貯湯タンク出口側パイプが伸びるように配されて前記バイパスパイプの途中で合流し、
その合流部には湯水混合装置が配されているソーラ給湯器を用いる、請求項４又は５の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、補助熱源機付きソーラ給湯器の給湯温度の制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
日照量が多い夏場はもとより、日照量が少ない冬場や雨天等にも希望温度で給湯可能な補助熱源機付きソーラ給湯器、すなわち、太陽熱集熱器と、集熱された熱を温水として貯める貯湯タンクと、貯湯タンクの後流に接続される補助熱源機とを備えるソーラ給湯器は、従来から知られている。しかし、このような補助熱源機付きソーラ給湯器を運転する場合に、適度に温かい湯水を更に補助熱源機で加熱して過熱給湯させないための種々の工夫や制御が必要となってくる（例えば、実公平２−１８４２８号公報、特開平７−１１３５４７号公報等）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、補助熱源機付きソーラ給湯器を用いる場合で過熱給湯させないソーラ給湯温度の制御方法、すなわち、従来の方法とは異なる自動的な制御方法で、省エネ効果が得られる制御方法を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明では次の構成をとった。すなわち、本発明は、
太陽熱集熱器１と、前記太陽熱集熱器１で集めた熱を温水として貯める貯湯タンク９と、前記貯湯タンク９の後流に接続される補助熱源機とを備えるソーラ給湯器を運転する場合に、
前記貯湯タンク９の上部の湯温（ＴＴ）が所定温度（Ｔｋ）以上のときは、
前記貯湯タンク９に設けた湯水混合装置４の出口から補助熱源機１７入口に至るまでの管路部分で失われる放射熱量（温度低下分）を計算し、
その放射熱量を補償するように前記湯水混合装置４における湯水混合を調整し、前記補助熱源機で補助加熱することなしに、そのまま給湯することを特徴とするソーラ給湯温度の制御方法である。
但し、所定温度（Ｔｋ）とは、希望給湯温度（ＴＲ；リモコン設定温度）か、その温度よりも数℃高い温度を意味する。
【０００５】
なお、貯湯タンク９の上部の湯温（ＴＴ）が所定温度（Ｔｋ）未満のときは、貯湯タンク９に設けた湯水混合装置４の出口から補助熱源機１７入口に至る管路部分で失われる放射熱量を計算し、湯水混合装置４での混合後の湯温を、前記放射熱量を見込んで希望給湯温度（ＴＲ）よりも補助熱源機の最小能力だけ低い温度に調整し、そののち、補助熱源機１７の最小能力で補助加熱し、給湯する。
【０００６】
ここで、湯水混合装置４の出口から補助熱源機１７入口に至るまでの管路部分で失われる放射熱量は、湯水混合装置４出口から補助熱源機１７入口に至るまでの管路の表面積と、その間の湯水の通過時間（ラグタイム；ｔ）と、その間の熱通過率（Ｕ）と、湯水混合装置出口側の混合湯温（ＴＳ）と、雰囲気温度（Ｔ０）とから計算することが好ましい。
【０００７】
また、ソーラ給湯器としては、給水源からの給水パイプ５が貯湯タンク９の下部に配され、給水パイプ５からはバイパスパイプ５ｂが分岐して補助熱源機１７へと繋がり、その貯湯タンク９の上部からは貯湯タンク出口側パイプ１５が伸びるように配されてバイパスパイプ５ｂの途中で合流し、その合流部には湯水混合装置４が配されているソーラ給湯器が好ましく用いられる。
【０００８】
【作用】
貯湯タンク９の上部の湯温（ＴＴ）が所定温度（Ｔｋ）以上のときは、補助熱源機１７で補助加熱することなく給湯する。この場合、貯湯タンク側から補助熱源機入口までの管路を通過することで失われる放射熱量（温度低下）を予め計算して、その分を湯水混合装置４にて高めに調整するので、末端給湯口からは使用者が希望する温度で給湯される。
また、貯湯タンク９の上部の湯温（ＴＴ）が所定温度（Ｔｋ）未満のときは、補助熱源機１７で補助加熱して給湯する。この場合、貯湯タンク側から補助熱源機入口までの管路を通過することで失われる放射熱量（温度低下）を加味して、予め湯水混合装置４で温度を上げて補助熱源機１７へ供給するので、その分、補助熱源機１７での燃料消費量を減らすことができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら、本発明を更に具体的に説明する。
図１は、本発明で用いる一例のソーラ給湯器の概略構成図である。ソーラ給湯器は、太陽熱集熱器１と、その太陽熱集熱器１の熱を温水として貯める貯湯タンク９と、貯湯タンク９の後流に接続される補助熱源機１７とを備えている。貯湯タンク９の下部には給水源からの給水パイプ５が配され、その給水パイプ５からはバイパスパイプ５ｂが分岐して補助熱源機１７側へと繋がり、貯湯タンク９の上部からは貯湯タンク出口側パイプ１５が伸びるように配されている。そして、貯湯タンク出口側パイプ１５の他端はバイパスパイプ５ｂの途中で合流し、その合流部には湯水混合装置４が配置されている。
【００１０】
太陽熱集熱器１と貯湯タンク９とは、循環パイプ１０（往き管１０ａ及び戻り管１０ｂ）及び熱交換器１１を介して繋がれ、太陽熱集熱器１、循環パイプ１０及び熱交換器１１の中には熱媒体（プロピレングリコール水溶液等）が充填されている。循環経路の途中には熱媒体を循環させる循環ポンプ１２が配置され、日照がある場合は貯湯タンク９側に配した第一のコントローラ３で制御しながら集熱運転する。また、貯湯タンク９側（ケーシング２内）には雰囲気温度を測定するための温度センサ２２が配置され、給水パイプ５の途中には流入水量（流速）を測定する水量センサ２１も設けられている。
【００１１】
給水源（通常は水道）から貯湯タンク９へ水の供給は、給水継手１３、給水通路５、水量センサ２１などを通って貯湯タンク９へ向かう。給水通路５は途中で貯湯タンク９への経路５ａと分岐経路５ｂとに分かれ、湯水混合装置４において貯湯タンク出口側パイプ１５の他端と合流する。
【００１２】
貯湯タンク９から補助熱源機１７への湯水の供給は、貯湯タンク出口パイプ１５から湯水混合装置４（ここで、分岐経路５ｂからの水で適宜うすめられ、温度調節される）を通り、温度調節された温水は、給湯継手１６から補助熱源機１７へと向かう。これらの運転及び温度制御は、各所に配された温度センサ１８ｃ、１８ｅ及び１８ｆ、並びに第一のコントローラ３及び第二のコントローラ７等により行われる。また、リモコン８は、第一のコントローラ３にも第二のコントローラ７にも接続されていて、貯湯タンク側及び補助熱源機側の情報を共有できるようになっている。
【００１３】
なお、各々のコントローラ（第一のコントローラ、第二のコントローラ及びリモコン）が共有し合う温度とその略記号は次のように定義する。
ＴＴ：貯湯タンク９の上部の湯温度で、温度センサ１８ｃが検知する温度。
ＴＳ：湯水混合装置４の下流側の混合湯の温度で、温度センサ１８ｅが検知する温度。
ＴＢ：補助熱源機入口の湯水温度で、温度センサ１８ｆが検知する温度。
ＴＤ：末端給湯口の湯温度で、温度センサ１８ｇが検知する温度。
ＴＲ：リモコン設定温度（希望給湯温度）。
Ｔｋ：希望給湯温度（ＴＲ）か、その温度よりも数℃高い所定の温度。
【００１４】
貯湯タンク９での湯温制御は、上記集熱運転制御に加えて、貯湯タンク９の上部に配置された温度センサ１８ｃと、貯湯タンク９入口側に配置した温度センサ１８ｄとで検知しながら湯水混合装置４における弁の開度を調節して行う。
【００１５】
補助熱源機１７では、貯湯タンク９の上部の湯温（ＴＴ）が所定温度（Ｔｋ）未満のときは、燃料（ガスや石油）を燃焼させ、流入温水をそこに配置した熱交換器２５で更に加熱し、出口側に設けた温度センサ１８ｇと水量センサ２０との情報から温度制御を行うことを基本とし、所望する出湯温度を得るためには、リモコン８からの信号は第一コントローラ３及び第二コントローラ７へ送られ、各装置がもつ信号情報を共有することが必要となる。
【００１６】
ソーラ給湯器における管路での放射熱量（温度低下分）を計算する方法を、図２〜図４で説明する。補助熱源機付きソーラ給湯器の据付・試運転の際に、貯湯タンク側と補助熱源機側とを接続する管路の径をリモコン８にインプットする。リモコン８により補助熱源機側へ「燃焼禁止」信号、および貯湯タンク側へ湯水混合装置４の「水側全開」信号を送り、末端給湯栓を開き、貯湯タンク側も補助熱源機側も通水状態とする。このとき、貯湯タンク側の湯水混合装置４下流の温度センサ１８ｅと補助熱源機側の入口の温度センサ１８ｆは同じ温度を検知するはずである（図２）。次に、リモコン８により湯水混合装置４の「湯側全開」とし（図３）、その後、速やかに、「水側全開」に戻し（図４（イ））、そのまま維持する（図４（ロ））。
【００１７】
管路内に取り込まれた湯塊は、給湯パイプ６から給湯継手１３を通って補助熱源機入口側の温度センサ１８ｆに到達し、検知される。貯湯タンク側の温度センサ１８ｅの検知温度のピーク時刻と補助熱源機側の温度センサ１８ｆの検知温度のピーク時刻との差が、この間の湯塊の通過時間（ラグタイム）ｔとなる。
【００１８】
管路長さＸは、湯水の流速（水量センサ２０によって検知）、その管路の通過時間（ラグタイム）ｔ及び管路断面積で計算できる。例えば、流量Ｑが６リットル／ｍｉｎ、通過時間ｔが５秒（１／１２ｍｉｎ）、管径２ｒが１６ｍｍの場合、その５秒間に管路を流れた水量は、Ｑ×ｔ＝０．５リットルで、管路内には０．５リットルの水が満たされていたことになり、管路内の体積Ｖは０．５リットルと計算される。管路の流路体積Ｖは、流路断面積（πｒ２）×管路長さＸで計算され、「０．５リットル＝管路断面積（πｒ２）×管路長さＸ」から、管路長さＸは２．５ｍと計算される。
【００１９】
放射熱量（温度低下分）を計算する方法について説明する。管路における放射熱量は、管路内の湯温、雰囲気温度（温度センサ２２ので検知温度：Ｔ０）及び管路の表面積により計算できる。
例えば、管路内の体積が０．５リットル、管路内の湯温（湯水混合後の湯温：ＴＳ）が４０℃、雰囲気温度（Ｔ０）が５℃、管路の表面積が０．６ｍ２、管路通過時間ｔが５秒、熱通過率Ｕが１０Ｗ／ｍ・Ｋのとき、放射熱量（Ｑ１）＝Ｕ×管路表面積×（ＴＳ−Ｔ０）×ｔの計算式から、１０５０Ｊとなる。これは、０．５リットルの水を０．５℃（＝１０５０／（５００×４．２））下げる温度であり、したがって、放熱後の湯温（すなわち、補助熱源機入口に到着時の湯温）は３９．５℃となる。
【００２０】
図５は、本発明の制御方法における一例のフローチャートである。これにより、給湯温度の制御を説明する。
貯湯タンク９の上部の湯温度（ＴＴ）が所定温度（Ｔｋ）と同じか高いときは、リモコン８を介して、第二のコントローラ７へ補助加熱禁止信号を送り、放熱による温度低下分を計算する。計算されたこの温度低下分の信号をもとに、第一のコントローラ３は、その温度分を上げるように（希望給湯温度よりはやや高めに）湯水混合装置４の開度を調節して、補助熱源機側へ供給し、その後、管路で失われる放射熱量により、末端給湯出口の湯温度は使用者の希望給湯温度に一致する。
【００２１】
一方、貯湯タンク９の上部の湯温度（ＴＴ）が所定温度（Ｔｋ）よりも低いときは、上記と同様にして放熱による温度低下分を計算する。そして、その温度低下分を加味して、第一のコントローラ３を介して湯水混合装置４の開度を調節して、希望給湯温度（ＴＲ）より低い（補助熱源機の最小能力だけ低い）温度の湯を補助熱源機側へ供給し、補助熱源機ではその最小能力で補助加熱する。そうすれば、末端給湯出口では湯温度は使用者の希望温度となる。
【００２２】
【発明の効果】
本発明の制御方法によれば、貯湯タンク側から補助熱源機までの管路で失われる放射熱量を計算して予めこれを補償（補正）するように、貯湯タンク側の湯水混合装置にて高めの温度に自動調整するので手間がかからず、また、簡単に使用者が希望する温度で給湯できる。また、管路での放射熱に因る温度低下を見込んで、その分を高めの温度に調整する（すなわち、水でうすめない）ので、省エネ効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明で用いられる一例のソーラ給湯器の構成図。
【図２】ソーラ給湯器における管路長さＸを計算する説明図で、湯水混合装置は水側全開の状態。
【図３】同説明図で、湯水混合装置を湯側全開とした直後の状態。
【図４】同説明図で、（イ）は湯水混合装置を水側全開に戻した直後の状態、（ロ）は通過時間ｔ経過後の状態。
【図５】本発明の制御方法における一例のフローチャート。
【符号の説明】
１：太陽熱集熱器　２：ケーシング　３：第一のコントローラ
４：湯水混合装置　５：給水パイプ
６：給湯パイプ　７：第二のコントローラ　８：リモコン
９：貯湯タンク　１０：循環パイプ　１１：熱交換器
１２：循環ポンプ　１３：給水継手　１４：信号線
１５：貯湯タンク出口側パイプ　１６：給湯継手　１７：補助熱源機
１８ａ：温度センサ　１８ｂ：温度センサ　１８ｃ：温度センサ
１８ｄ：温度センサ　１８ｅ：温度センサ
１８ｆ：温度センサ　１８ｇ：温度センサ
１９：補助タンク　２０：水量センサ
２１：水量センサ　２２：温度センサ
２３：給水継手　２４：給湯継手
２５：熱交換器
【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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