(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽熱を利用して水を加熱するための集熱器と、貯湯部との間で水を循環させる導水部とを備え、集熱器への入水口と集熱器からの出湯口を導水部に接続した太陽熱温水器であって、
前記導水部と貯湯部との間で水を強制循環させるためのポンプを設け、前記入水口と前記出湯口の各管端を前記導水部内で水の流速の異なる位置に配置したことを特徴とする太陽熱温水器。
【請求項２】
太陽熱を利用して水を加熱するための集熱器と、貯湯部との間で水を循環させる導水部とを備え、集熱器への入水口と集熱器からの出湯口を導水部に接続した太陽熱温水器であって、
前記導水部と貯湯部との間で水を強制循環させるためのポンプを設け、前記入水口と前記出湯口の各管端の形状を互いに異ならせることによって入水口の管端圧力と出湯口の管端圧力とが異なるようにしたことを特徴とする太陽熱温水器。
【請求項３】
太陽熱を利用して水を加熱するための集熱器と、貯湯部との間で水を循環させる導水部とを備え、集熱器への入水口と集熱器からの出湯口を導水部に接続した太陽熱温水器であって、
前記導水部と貯湯部との間で水を強制循環させるためのポンプを設け、前記入水口と前記出湯口の各管端の開口方向を互いに異ならせることによって入水口の管端圧力と出湯口の管端圧力とが異なるようにしたことを特徴とする太陽熱温水器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、強制循環方式の太陽熱温水器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
太陽熱温水器には、自然循環方式のものと強制循環方式のものとが知られている。自然循環方式の太陽熱温水器では、集熱器内で加熱された湯の自然対流を利用して水を循環させ、集熱器内で加熱された湯を貯湯槽内に貯めている。一方、強制循環方式の太陽熱温水器では、ポンプを用いて水を強制的に循環させ、集熱器内で加熱された湯を貯湯槽内に貯めている。
【０００３】
しかし、自然循環方式の太陽熱温水器では、集熱器内で加熱された湯の対流によって水を自然循環させているだけであるので、水の循環量が少なくて集熱効率が低く、またその効率の向上も難しかった。
【０００４】
一方、強制循環方式の太陽熱温水器では、ポンプで水を強制循環させるので、自然循環方式のものに比較して集熱効率は向上するが、水を介してポンプの圧力が直接集熱器内に加わるため、集熱器内の圧力が高くなり、集熱器が破損するおそれがあった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の従来例の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、水を強制循環させても集熱器内の圧力が過度に高くなることのない太陽熱温水器を提供することにある。
【０００６】
また、本発明のさらに目的とするところは、自然循環方式以上の循環量で水を循環させて集熱効率の向上を図ることができ、しかも集熱器に過剰な圧力が加わることのない太陽熱温水器を提供することにある。
【０００９】
【発明の開示】
請求項１に記載の太陽熱温水器は、太陽熱を利用して水を加熱するための集熱器と、貯湯部との間で水を循環させる導水部とを備え、集熱器への入水口と集熱器からの出湯口を導水部に接続した太陽熱温水器であって、前記導水部と貯湯部との間で水を強制循環させるためのポンプを設け、前記入水口と前記出湯口の各管端を前記導水部内で水の流速の異なる位置に配置したことを特徴としている。
【００１０】
導水部内を流れる水の流速は、一般には導水部内の中央と壁面近くとで異なるから、たとえば入水口と出湯口の管端を導水部の中央と縁部とに配置すればよい。また、導水部の径によっても流速は変化するから、導水部の径の異なる場所にそれぞれ入水口の管端と出湯口の管端とを配置してもよい。
【００１１】
請求項１に記載の太陽熱温水器にあっては、ポンプにより導水部と貯湯部との間で水を強制循環させ、入水口と出湯口の各管端を導水部内で水の流速の異なる位置に配置しているから、導水部を流れる水の流速の違いによって入水口と出湯口とにおける圧力が異なり、この圧力差によって集熱器内に水の循環が生じる。従って、集熱器内では、加熱された湯の対流による循環作用に加えて両端の圧力差による水の循環が発生し、集熱器における循環流量を増加させて集熱効率を向上させることができる。しかも、導水部において水を強制循環させるポンプの圧力が直接集熱部に加わらないので、強制循環方式を用いても集熱器が破損したりする恐れが少ない。
【００１２】
請求項２に記載の太陽熱温水器は、太陽熱を利用して水を加熱するための集熱器と、貯湯部との間で水を循環させる導水部とを備え、集熱器への入水口と集熱器からの出湯口を導水部に接続した太陽熱温水器であって、前記導水部と貯湯部との間で水を強制循環させるためのポンプを設け、前記入水口と前記出湯口の各管端の形状を互いに異ならせることによって入水口の管端圧力と出湯口の管端圧力とを異ならせるようにしたことを特徴としている。
【００１３】
入水口と出湯口の管端形状が異なるものには、管端の開口形状がたとえば円、四角などというように異なる場合だけでなく、管端部分がラッパ状、流線形などというように立体形状が異なる場合も含まれる。また、開口形状が相似であって、大きさが異なる場合も含まれる。
【００１４】
請求項２に記載の太陽熱温水器にあっては、ポンプにより導水部と貯湯部との間で水を強制循環させ、入水口と出湯口の各管端の形状を互いに異ならせることによって入水口の管端圧力と出湯口の管端圧力とを異ならせているから、この圧力差によって集熱器内に水の循環が生じる。従って、集熱器内では、加熱された湯の対流による循環作用に加えて両端の圧力差による循環作用が発生し、集熱器における循環流量を増加させて集熱効率を向上させることができる。しかも、導水部において水を強制循環させるポンプの圧力が直接集熱部に加わらないので、強制循環方式を用いても集熱器が破損したりする恐れが少ない。
【００１５】
請求項３に記載の太陽熱温水器は、太陽熱を利用して水を加熱するための集熱器と、貯湯部との間で水を循環させる導水部とを備え、集熱器への入水口と集熱器からの出湯口を導水部に接続した太陽熱温水器であって、前記導水部と貯湯部との間で水を強制循環させるためのポンプを設け、前記入水口と前記出湯口の各管端の開口方向を互いに異ならせることによって入水口の管端圧力と出湯口の管端圧力とを異ならせるようにしたことを特徴としている。
【００１６】
入水口や出湯口の各管端の開口方向を変化させるには、たとえば管端を斜めにカットしたり、管端を屈曲させたりすればよい。
【００１７】
請求項３に記載の太陽熱温水器にあっては、ポンプによって導水部と貯湯部との間で水を強制循環させ、入水口と出湯口の各管端の開口方向を互いに異ならせることによって入水口の管端圧力と出湯口の管端圧力とを異ならせているから、この圧力差によって集熱器内に水の循環が生じる。従って、集熱器内では、加熱された湯の対流による循環作用に加えて両端の圧力差による循環作用が発生し、集熱器における循環流量を増加させて集熱効率を向上させることができる。しかも、導水部において水を強制循環させるポンプの圧力が直接集熱部に加わらないので、強制循環方式を用いても集熱器が破損したりする恐れが少ない。
【００２０】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
図１は本発明の一実施形態による太陽熱温水器１の構成を示す概略図である。この太陽熱温水器１は、主として、家屋の屋根の上などに設置された集熱パネル２と地上に設置された貯湯槽３とから構成されている。
【００２１】
貯湯槽３の上部には上水道から導かれた入水管４が接続されており、入水管４の管端には貯湯槽３内の水位を所定水位に保つためのボールタップ弁５が設けられている。入水管４の管端の下方には垂直な給水管６が立てられており、水位の低下に伴ってボールタップ弁５が開くと、入水管４から給水管６の上部へ水が供給され、給水管６へ供給された水は給水管６を通って貯湯槽３の底部から貯湯槽３内へ補給される。
【００２２】
集熱パネル２は、ヘッダ（導水部）７と、ヘッダ７に接続された複数枚の集熱器８とからなり、ヘッダ７内には湯温センサ９が設けられている。貯湯槽３内の上部とヘッダ７の一端（ヘッダ入口１０）とは循環往き管１１によって接続され、貯湯槽３内の下部とヘッダ７の他端（ヘッダ出口１２）とは循環戻り管１３によって接続され、循環往き管１１には循環用ポンプ１５と給湯用ポンプ１６と電磁弁１４とが設けられており、循環用ポンプ１５を運転することにより循環往き管１１と循環戻り管１３とからなる循環路を通じて貯湯槽３と集熱パネル２との間で水を強制循環させることができる。また、貯湯槽３の底面には、排水管１７を設けている。１８は水抜き栓、１９は槽内温度センサ、２０は循環往き管１１に設けられた槽外温度センサである。
【００２３】
循環往き管１１からは給湯管２１が分岐しており、給湯管２１には逆止弁２２、圧力スイッチ２３、水流スイッチ２４、流量調整弁２５、２６が設けられ、その管端にはカラン等の給湯栓２７が設けられている。なお、２８は水抜き栓、２９は膨張タンクである。
【００２４】
しかして、この太陽熱温水器１においては、集熱運転している場合には、集熱パネル２内の湯温センサ９と貯湯槽３の槽外温度センサ２０との温度差が所定温度（例えば、６゜Ｃ）以上になると、循環用ポンプ１５が起動して（電磁弁１４は、通常開かれている。）循環往き管１１及び循環戻り管１３を通じて集熱パネル２と貯湯槽３の間で水が強制循環させられる。このとき、後述のように集熱器８内を自然循環しながら集熱器８で温められた湯がヘッダ７から貯湯槽３に回収され、貯湯槽３内に蓄えられる。そして、湯温センサ９と槽外温度センサ２０との温度差が所定温度（例えば、３℃）まで縮まると、循環用ポンプ１５が停止し、循環路内の湯は自然循環によって貯湯槽３内に回収される。なお、集熱運転時には給湯用ポンプ１６は運転せず、１台のポンプ（循環用ポンプ１５）のみで湯を循環させ、集熱パネル２に過剰な圧力が加わって集熱パネル２が破損するのを防止する。
【００２５】
また、給湯栓２７が開かれた場合には、逆止弁２２と給湯栓２７との間の給湯管２１内の水圧が低下し、管内の水圧が所定圧力（例えば、１.１ｋｇ／ｃｍ２）以下に下がると、圧力スイッチ２３がオンとなって循環往き管１１の電磁弁１４を閉じる。こうして循環往き管１１が閉じられると、給湯用ポンプ１６と循環用ポンプ１５とが同時に運転され、貯湯槽３内上部の湯が給湯管２１を通って給湯栓２７から出湯される。同時に、水位の低下に伴ってボールタップ弁５が開き、入水管４及び給水管６からは貯湯槽３下部に水が補給される。給湯栓２７が閉じられると、管内の水圧が再び上昇し、水流が無くなるので、圧力スイッチ２３と水流スイッチ２４がいずれもオフとなり、その数秒後に循環往き管１１の電磁弁１４が開くと共に給湯用ポンプ１６及び循環用ポンプ１５が運転を停止する。
【００２６】
図２の断面図は上記集熱パネル２の一部、すなわちヘッダ７の一部と１枚の集熱器８の内部を表し、図３の断面図はヘッダ７の一部を詳細に表している。この集熱パネル２は、施工済みの状態では、ヘッダ７側が上になるように斜めに設置されている。図３に示すように、筒状をしたヘッダ本体３２の両端面はキャップ３３で塞がれており、各キャップ３３にはヘッダ入口１０とヘッダ出口１２が挿通され、溶接等によってキャップ３３に固着一体化されている。また、集熱器８への入水口３０と集熱器８からの出湯口３１もヘッダ本体３２の下面に挿通させられ、溶接等によってヘッダ本体３２に固着一体化されている。
【００２７】
また、この実施形態では、出湯口３１は入水口３０よりも上方へ長く延びており、出湯口３１の管端はヘッダ本体３２の中心軸近傍に位置し、入水口３０の管端はヘッダ本体３２の壁面近傍に位置している。
【００２８】
図２に示すように、集熱器８内には集熱管３５が納められている。集熱管３５は、幅の狭い導水路３６と幅の広い集熱路３７によって構成されており、導水路３６と集熱路３７とは下部において互いに連通している。集熱路３７の内部は複数枚の仕切り板３８によって仕切られている。また、導水路３６の上端部は外部に突出して接続用の導水管３９となり、集熱路３７の上端部も外部に突出して接続用の集熱管４１となっている。導水管３９はジョイント４０によって入水口３０に接続され、集熱管４１はジョイント４２によって出湯口３１に接続されている。
【００２９】
しかして、集熱器８に太陽熱が照射すると、集熱路３７内の水が加熱されて湯になる。この集熱器８はヘッダ７側が上になるように斜めに設置されており、集熱路３７内で加熱された湯は集熱路３７内を上昇するので、集熱管３５内の水は入水口３０側から出湯口３１側へと循環し、集熱管３５で加熱された湯が出湯口３１からヘッダ７へ移動させられる。一方、入水口３０からは、ヘッダ７内の水が集熱器８内へ吸引される。
【００３０】
また、循環用ポンプ１５によってヘッダ７内を強制循環させられている水は、ヘッダ本体３２の中心部で流速が大きく、周辺部では摩擦抵抗のために流速が小さくなっているので、入水口３０の管端の形状と出湯口３１の管端の形状が同じであるとすると、出湯口３１の管端圧力は入水口３０の管端圧力よりも低くなる。そのため、両端の圧力差によって集熱管３５内の湯は出湯口３１からヘッダ７内へ引き抜かれ、その分入水口３０から集熱管３５へ吸入される。即ち、両端の圧力差によって集熱管３５内の水は入水口３０から出湯口３１へと循環させられる。なお、この実施形態では、入水口３０が出湯口３１よりもヘッダ入口１０に近い側に位置しているので、ヘッダ入口１０からヘッダ７内に流入した水が勢い良く入水口３０の管端を通過しないよう、ヘッダ入口１０の前面を邪魔板３４によって遮っている。
【００３１】
こうしてヘッダ７を通過する水の一部が集熱器８内を循環して加熱され、再びヘッダ７内を流れて貯湯槽３に回収されるので、貯湯槽３内の水が太陽熱によって加熱され、貯湯槽３内に蓄えられる。
【００３２】
上記のようにして、この太陽熱温水器１では、集熱器８内の水は太陽熱によって加熱されて起きる対流と、入水口３０の管端と出湯口３１の管端との圧力差によって生じる流れによって入水口３０側から出湯口３１側へと循環させられるので、集熱器８において大きな循環量を得ることができ、集熱効率を高めることができる。
【００３３】
また、集熱器８内の水は、循環用ポンプ１５の力によって循環させられる訳ではなく、集熱管３５には直接循環用ポンプ１５の圧力が加わらないのでので、直接循環用ポンプ１５を用いて強制循環させても集熱管３５が破損しにくい。
【００３４】
なお、上記実施形態では、集熱器８の両端に圧力差を発生させて集熱器８内で水を循環させるため、出湯口３１をヘッダ本体３２の管端を中心軸近傍に配置し、入水口３０の管端を周辺部に配置したが、集熱器８の両端に圧力差を発生させるための手段としては、これ以外にも種々の形態が可能である。例えば、図４（ａ）に示すように、出湯口３１の管端を下流側に向けて斜めにカットすることによって出湯口３１の管端圧力を小さくしたり、図４（ｂ）に示すように、入水口３０の管端を上流側に向けて斜めにカットすることによって入水口３０の管端圧力を大きくしたりしてもよい。あるいは、図４（ｃ）に示すように、出湯口３１の管端を下流側に向けて屈曲させることによって出湯口３１の管端圧力を小さくしたり、図４（ｄ）に示すように、入水口３０の管端を上流側に向けて屈曲させることによって入水口３０側の管端圧力を大きくしたりしてもよい。あるいは、屈曲させた出湯口３１を図４（ｅ）のように流線形にしたり、屈曲させた入水口３０を図４（ｆ）のようにラッパ状にしたりしてもよい。
【００３６】
【発明の効果】
請求項１に記載の太陽熱温水器によれば、ポンプにより導水部と貯湯部との間で水を強制循環させ、入水口と出湯口の各管端を導水部内で水の流速の異なる位置に配置しているから、入水口と出湯口の圧力差によって集熱器内に水の循環を生じさせることができ、集熱器における集熱効率を向上させることができる。しかも、導水部において水を強制循環させるポンプの圧力が直接集熱部に加わらないので、強制循環方式を用いても集熱器が破損したりする恐れが少ない。
【００３７】
請求項２に記載の太陽熱温水器によれば、ポンプにより導水部と貯湯部との間で水を強制循環させ、入水口と出湯口の各管端の形状を互いに異ならせることによって入水口の管端圧力と出湯口の管端圧力とを異ならせているから、この圧力差によって集熱器内で水の循環を生じさせることができ、集熱器における集熱効率を向上させることができる。しかも、導水部において水を強制循環させるポンプの圧力が直接集熱部に加わらないので、強制循環方式を用いても集熱器が破損したりする恐れが少ない。
【００３８】
請求項３に記載の太陽熱温水器によれば、ポンプによって導水部と貯湯部との間で水を強制循環させ、入水口と出湯口の各管端の開口方向を互いに異ならせることによって入水口の管端圧力と出湯口の管端圧力とを異ならせるようにしているから、この圧力差によって集熱器内の湯を循環させることができ、集熱器における集熱効率を向上させることができる。しかも、導水部において水を強制循環させるポンプの圧力が直接集熱部に加わらないので、強制循環方式を用いても集熱器が破損したりする恐れが少ない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による太陽熱温水器の構成を示す概略図である。
【図２】同上の太陽熱温水器に用いられている集熱パネルの一部を示す拡大断面図である。
【図３】同上の集熱パネルに用いられているヘッダの一部を示す拡大断面図である。
【図４】（ａ）（ｃ）（ｅ）はそれぞれ入水部の異なる構造を示す断面図、（ｂ）（ｄ）（ｆ）はそれぞれ出湯部の異なる構造を示す断面図である。
【符号の説明】
２      集熱パネル
３      貯湯槽
７      ヘッダ
８      集熱器
１０      ヘッダ入口
１２      ヘッダ出口
１５      循環用ポンプ
３０      入水口
３１      出湯口
３２      ヘッダ本体
３５      集熱管
３６      導水路
３７      集熱路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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