(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽熱を集熱し内部の水を昇温するコレクタと、該コレクタより低い位置にあり該コレクタへ送る水及び該コレクタで昇温した水を貯蔵する貯湯槽と、該コレクタの上部にあって該コレクタ内の空気を排出する空気抜き手段と、該コレクタの上部にあって該コレクタ内に水があることを判定するコレクタ水位検知器と、該コレクタと該貯湯槽を結ぶ配管と、該貯湯槽の上部と下部に設けた接続口に該配管の接続を切り換える三方弁と、該貯湯槽の下部接続口より該三方弁及び配管を経由して該コレクタに揚水を行うポンプと、該コレクタに内蔵する水の温度を検知するコレクタ温度検知器とを有する太陽熱温水装置において、該太陽熱温水装置の近傍には外気の温度を検知する外気温度検知器があり、該貯湯槽に内蔵する水を該コレクタに該ポンプにて送る判定を該コレクタ温度検知器と該外気温度検知器によって行う揚水判定手段を備えた制御部を持つことを特徴とする太陽熱温水装置。
【請求項２】
太陽熱を集熱し内部の水を昇温するコレクタと、該コレクタより低い位置にあり該コレクタへ送る水及び該コレクタで昇温した水を貯蔵する貯湯槽と、該コレクタの上部にあって該コレクタ内の空気を排出する空気抜き手段と、該コレクタの上部にあって該コレクタ内に水があることを判定するコレクタ水位検知器と、該コレクタと該貯湯槽を結ぶ配管と、該貯湯槽の上部と下部に設けた接続口に該配管の接続を切り換える三方弁と、該貯湯槽の下部接続口より該三方弁及び配管を経由して該コレクタに揚水を行うポンプと、該コレクタに内蔵する水の温度を検知するコレクタ温度検知器とを有する太陽熱温水装置において、該太陽熱温水装置の近傍には外気の温度を検知する外気温度検知器があり、該貯湯槽に内蔵する水を該コレクタに該ポンプにて送る判定を該コレクタ温度検知器と該外気温度検知器によって行う揚水判定とすることを特徴とする太陽熱温水装置の制御方法。
【請求項３】
請求項１において、前記制御部は前記コレクタ温度検知器と前記外気温度検知器により揚水を行う揚水判定手段と、揚水後で集熱を開始した後に前記コレクタ温度検知器の検知温度が第一の所定時間の間上昇することを判定してコレクタでの集熱を継続する集熱判定手段と、該集熱判定手段が該コレクタ温度検知器で検知温度の下降を判定するか、又は集熱開始より該第一の所定時間経過した場合には前記三方弁を切換て前記貯湯槽に落水する落水判定手段と、最初の揚水開始より第二の所定時間の間は揚水、集熱、落水を繰り返し行い継続する最大動作判定手段と、該第二の所定時間を経過後には集熱中の該第一の所定時間の間に該コレクタ温度検知器の検知温度が下降した場合は落水を行い、その後該揚水判定手段が揚水可能と判定しても第三の所定時間の間該コレクタへの揚水を停止する揚水禁止手段とよりなることを特徴とする太陽熱温水装置。
【請求項４】
請求項２において、前記制御方法は前記コレクタ温度検知器と前記外気温度検知器により揚水を行い、揚水後で集熱を開始した後に前記コレクタ温度検知器の検知温度が第一の所定時間の間上昇することを判定してコレクタでの集熱を継続し、もし第一の所定時間の間に該コレクタ温度検知器の検知温度が下降するか又は第一の所定時間が経過した場合には前記三方弁を切換て前記貯湯槽に落水し、最初の揚水開始より第二の所定時間の間は揚水、集熱、落水の繰り返しを継続して行い、第二の所定時間を経過後に集熱中の該第一の所定時間の間に該コレクタ温度検知器の検知温度が下降した場合は落水を行い、その後揚水が可能と判定しても第三の所定時間の間該コレクタへの揚水を停止することを特徴とする太陽熱温水装置の制御方法。
【請求項５】
前記貯湯槽より前記コレクタに前記ポンプで水を揚水する揚水開始直後において、前記三方弁の流路は前記貯湯槽下部接続口と前記コレクタに開位置にあるように接続し、揚水開始から第四の所定時間経過後、該三方弁の流路の開口面積が小さくなる方向に動かす三方弁制御手段をもつことを特徴とする請求項１又は請求項３記載の太陽熱温水装置。
【請求項６】
前記貯湯槽より前記コレクタに前記ポンプで水を揚水する揚水開始直後において、前記三方弁の流路は前記貯湯槽下部接続口と前記コレクタに開位置にあるように接続し、揚水開始から第四の所定時間経過後、該三方弁の流路の開口面積が小さくなる方向に動かすことを特徴とする請求項２又は請求項４記載の太陽熱温水装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、太陽熱により風呂や台所などに給湯する太陽熱温水装置及びその制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
本件出願人において、本願の先行技術として特願平１１−０７３３９６号にて太陽熱温水装置及びその制御方法を既に提案している。
この先行の太陽熱温水装置では、貯湯槽の低温センサとコレクタの高温センサによってコレクタへの揚水条件とするものとなっていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の太陽熱温水装置は以下の課題を有していた。
ａ．我が国において沖縄等の一部地域を除いた日本列島の大部分は、冬期において通常寒波と呼ばれる大陸よりの寒気団が日本列島に張り出すことにより外気温度が氷点下となることがあり、その外気温度が氷点下になった場合でも貯湯槽の低温センサの温度は貯湯槽内の水の温度によって決まり、かつ、コレクタの高温センサの温度は例え外気温度が氷点下であっても日射量があれば所定の温度まで上昇するので、低温センサと高温センサの温度差が発生し零下の外気温度であっても日中であれば揚水を行うことになる。しかしながら、外気温度が氷点下であるので日陰にある配管は温度が上昇せず揚水が行われる際に凍結が発生するか、または、コレクタに所定時間保持している間に配管の水が凍結を起こすことになり、この配管が凍結することでコレクタから貯湯槽への集熱後の落水はコレクタと貯湯槽の落差によって行うため落水が行えないという太陽熱温水装置の使用不能や、最悪の場合では凍結による太陽熱温水装置の破損が発生するという問題があった。
【０００４】
ｂ．高温センサ及び低温センサにより外気温度を判定し凍結を防止する方法も考えられるが高温センサは外気とは接触しておらず、夜間の日射量のない場合は間接的に外気温度を検知することは可能であるが、日中になるとコレクタの集熱により例え外気温度が氷点下であっても一気に温度が上昇し外気温度と一定の関係を推測することができないという問題があった。また、低温センサにおいては貯湯槽に含まれる水の温度を検知するものであるので当然、外気温度と無関係なものとなるので高温センサと低温センサだけで凍結を防止することはできないという問題があった。
【０００５】
ｃ．さらに補足するならば、ａ．の対策として外気温度を検知する外気温度センサを別に設けることにより、外気温度を検知して氷点下に近い温度になれば低温センサ及び高温センサの検知した温度による揚水条件となっても揚水を行わないようにする方法もあるが、低温センサ及び高温センサ以外に別の外気温度センサを設けることはセンサ自体やそれを設置及び稼働させるための部品及び手段が必要となりコストが上昇するという問題があった。
【０００６】
本発明は上記従来の課題を解決するもので、機器の凍結を予防しかつ温度検知器の数量は増加せずに集熱性能が維持できる太陽熱温水装置の提供を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の太陽熱温水装置は、太陽熱を集熱し内部の水を昇温するコレクタと、該コレクタより低い位置にあり該コレクタへ送る水及び該コレクタで昇温した水を貯蔵する貯湯槽と、該コレクタの上部にあって該コレクタ内の空気を排出する空気抜き手段と、該コレクタの上部にあって該コレクタ内に水があることを判定するコレクタ水位検知器と、該コレクタと該貯湯槽を結ぶ配管と、該貯湯槽の上部と下部に設けた接続口に該配管の接続を切り換える三方弁と、該貯湯槽の下部接続口より該三方弁及び配管を経由して該コレクタに揚水を行うポンプと、該コレクタに内蔵する水の温度を検知するコレクタ温度検知器とを有する太陽熱温水装置において、該太陽熱温水装置の近傍には外気の温度を検知する外気温度検知器があり、該貯湯槽に内蔵する水を該コレクタに該ポンプにて送る判定を該コレクタ温度検知器と該外気温度検知器によって行う揚水判定手段を備えた制御部を持つか、又は、太陽熱を集熱し内部の水を昇温するコレクタと、該コレクタより低い位置にあり該コレクタへ送る水及び該コレクタで昇温した水を貯蔵する貯湯槽と、該コレクタの上部にあって該コレクタ内の空気を排出する空気抜き手段と、該コレクタの上部にあって該コレクタ内に水があることを判定するコレクタ水位検知器と、該コレクタと該貯湯槽を結ぶ配管と、該貯湯槽の上部と下部に設けた接続口に該配管の接続を切り換える三方弁と、該貯湯槽の下部接続口より該三方弁及び配管を経由して該コレクタに揚水を行うポンプと、該コレクタに内蔵する水の温度を検知するコレクタ温度検知器とを有する太陽熱温水装置において、該太陽熱温水装置の近傍には外気の温度を検知する外気温度検知器があり、該貯湯槽に内蔵する水を該コレクタに該ポンプにて送る判定を該コレクタ温度検知器と該外気温度検知器によって行う揚水判定とする制御方法であり、またこれらの内容に追加して、前記制御部は前記コレクタ温度検知器と前記外気温度検知器により揚水を行う揚水判定手段と、揚水後で集熱を開始した後に前記コレクタ温度検知器の検知温度が第一の所定時間の間上昇することを判定してコレクタでの集熱を継続する集熱判定手段と、該集熱判定手段が該コレクタ温度検知器の検知温度の下降を判定するか又は集熱開始より該第一の所定時間経過した場合には前記三方弁を切換て前記貯湯槽に落水する落水判定手段と、最初の揚水開始より第二の所定時間の間は揚水、集熱、落水を繰り返し行い継続する最大動作判定手段と、該第二の所定時間を経過後には集熱中の該第一の所定時間の間に該コレクタ温度検知器の検知温度が下降した場合は落水を行いその後該揚水判定手段が揚水可能と判定しても第三の所定時間の間は該コレクタへの揚水を停止する揚水禁止手段よりなるか、又は、前記制御方法は前記コレクタ温度検知器と前記外気温度検知器により揚水を行い、揚水後で集熱を開始した後に前記コレクタ温度検知器の検知温度が第一の所定時間の間上昇することを判定してコレクタでの集熱を継続し、もし第一の所定時間の間に該コレクタ温度検知器の検知温度が下降するか又は第一の所定時間が経過した場合には前記三方弁を切換て前記貯湯槽に落水し、最初の揚水開始より第二の所定時間の間は揚水、集熱、落水の繰り返しを継続して行い、該第二の所定時間の経過後には集熱中の該第一の所定時間の間に該コレクタ温度検知器の検知温度が下降した場合は落水を行い、その後揚水が可能と判定しても第三の所定時間の間該コレクタへの揚水を停止するものとであることと、さらには、前記貯湯槽より前記コレクタに前記ポンプで水を揚水する揚水開始直後において、前記三方弁の流路は前記貯湯槽下部接続口と前記コレクタに開位置にあるように接続し、揚水開始から第四の所定時間経過後、該三方弁の流路の開口面積が小さくなる方向に動かす三方弁制御手段をもつか、又は、前記貯湯槽より前記コレクタに前記ポンプで水を揚水する揚水開始直後において、前記三方弁の流路は前記貯湯槽下部接続口と前記コレクタに開位置にあるように接続し、揚水開始から第四の所定時間経過後、該三方弁の流路の開口面積が小さくなる方向に動かす制御方法であることにより可能とした。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明における太陽熱温水装置の実施の形態について、以下図面を用いて説明する。
図１は太陽熱温水装置の構成図であり、図２は制御部に内蔵する各制御手段の模式図、図３は三方弁の接続系統の模式図であり、図４は揚水時のフローチャートであり、図５は集熱時のフローチャートであり、図６は落水時のフローチャートであり、図７は揚水禁止時のフローチャートである。各部の説明において、各図の同じ箇所には同じ符号を付けて説明を省略する。
【０００９】
図１の本発明の太陽熱温水装置の構成図中、１は太陽熱温水装置、２は後述する貯湯槽より高い位置例えば建物の屋根や屋上に設けられ太陽光を集熱することにより内蔵する水を昇温するコレクタ、２１は該コレクタ２の上部にあり空気の抜けが良いようにした大口径の空気抜き手段、２２は該コレクタ２に水があることを検知するコレクタ水位検知器、２３は該コレクタ２の上部に取り付け内蔵する水または空気の温度を検知するコレクタ温度検知器、３は該コレクタ２に内蔵する水を送る（以下揚水と説明する。）ための水を貯蔵しかつ該コレクタ２で昇温した水を落水（以下、落水と説明する。）したものを再び貯蔵する貯湯槽、３１は該貯湯槽３の上部に設けた上部接続口、３２は該貯湯槽３の下部に設けた下部接続口、４は該コレクタ２と該貯湯槽３の揚水及び落水する水が通る共通配管、４１は該上部接続口３１と該共通配管４を結び落水時のみ使用される落水配管、４２は該下部接続口３２と該共通配管４を結び揚水時のみ使用される揚水配管、４４は該貯湯槽３に外部より水を供給する給水配管、４５は該給水配管４４の途中に設けて外部よりの水の供給及び供給の停止を行う給水弁、４６は該貯湯槽３に設けられた電極やフロート等により該貯湯槽３に内蔵する水の水位を検知する貯湯槽水位検知器、５は該共通配管４を該落水配管４１と該揚水配管４２とに切り換える三方弁、６は該下部接続口３２の近傍の該揚水配管４２に設けたポンプ、７は太陽熱温水装置１の近傍の外気温度を検知する外気温度検知器、８は給湯配管、８１は該給湯配管８の水が該揚水配管４２及び該貯湯槽３に逆流するのを防止する逆止弁、８２は該給湯配管８内の水圧の急激な変化を防止する脈動防止器ともいわれるアキュームレータ、８３は該給湯配管８内の水圧を電圧の変化又は所定の水圧により接点が開又は閉することにより検知する圧力検知器、８４は該給湯配管８内の水の流れを時間当たりのパルスに変換又は所定の水量により接点が開又は閉することにより検知する水流検知器、８５は浴室や台所等に設けられ該給湯配管８の端末にあって使用者が湯を使用する時に操作する給湯口、９は該コレクタ水位検知器２２、該コレクタ温度検知器２３、該外気温度検知器７の検知結果により該三方弁５及び該ポンプ６を制御する制御部である。
【００１０】
図２において、該制御部９には、９１の揚水判定手段、９２の集熱判定手段、９３の落水判定手段、９４の最大動作判定手段、９５の揚水禁止手段、９６の三方弁制御手段等を内蔵している。
【００１１】
図３（ａ）は前記三方弁５が揚水位置にある配管接続状態を説明する図で、前記揚水配管４２と前記共通配管４が前記三方弁５を介して連通している。
【００１２】
図３（ｂ）は前記三方弁５が閉止位置にある配管接続状態を説明する図で、前記共通配管４と、前記落水配管４１と、前記揚水配管４２とが前記三方弁５によりどの配管にも連通してない状態となっている。
【００１３】
図３（ｃ）は前記三方弁５が落水位置にある配管接続状態を説明する図で、前記共通配管４と前記落水配管４１が前記三方弁５を介して連通している。
【００１４】
図３（ｄ）は前記三方弁５が揚水位置から閉止位置に動く途中で停止した配管接続状態を説明する図で、前記揚水配管４２と前記共通配管４が前記三方弁５を介して開口面積を少なくした状態で連通している。
【００１５】
図１、図２及び図３で説明した本発明の太陽熱温水装置の制御方法を、図４、図５、図６及び図７のフローチャートにより説明する。
【００１６】
図４は本発明の太陽熱温水装置１の貯湯槽３に内蔵する水をコレクタ２に送る揚水モード（該太陽熱温水装置１の揚水時の一連の動きを指す）についてのフローチャートである。
まず、初期状態として、揚水モードに入る前の前提条件を説明する。図１のように構成された太陽熱温水装置１において、貯湯槽３には給水配管４４の途中に設けられた給水弁４５を開くことにより水が貯湯槽水位検知器４６で検知するまで貯蔵されており、コレクタ２には水が内蔵してないものとする。また、制御部９には外部より電源が供給されて制御可能の状態になっており、三方弁５は落水位置（図３（ｃ））になっているものとする。この状態において、揚水モードが開始し、揚水モード開始（ステップ１）となる。
まず揚水判定手段９１は、外気温度検知器７により外気温度の検知を行い（ステップ１１）、かつ、揚水判定手段９１は外気温度検知器７の検知温度がｔｆを超えているかどうかを判定する（ステップ１２）。このときｔｆ以下であれば、外気温度が低く揚水モードに入ると共通配管４で凍結を起こす可能性があるので揚水モードに入らないようにステップ１１の前に戻る。よって、ｔｆの温度は水の氷結温度よりやや高い温度として定め、本実施例においては３℃としている。
次にステップ１２において、ｔｆを超えている場合は、コレクタ温度検知器２３でコレクタ内の温度の検知を行い（ステップ１３）、揚水判定手段９１は該コレクタ温度検知器２３と該外気温度検知器７との温度差がΔｔｍ以上であることを確認する（ステップ１４）。温度差Δｔｍはコレクタ温度検知器２３と外気温度検知器７の温度差が一定としても良いし（例えば８℃一定等）、外気温度やコレクタ温度により補正を加えても良い。補正の方法としては外気温度が上昇するほど温度差Δｔｍを大きく取っていくものや、外気温度が２５℃を超えるとコレクタ温度は４０℃以上であれば良い等の方法による。
また、揚水判定手段９１は温度差Δｔｍ未満の場合は集熱が十分行えないと判定して温度差Δｔｍ以上となるまで待ちステップ１１の前に戻り、温度差Δｔｍ以上であれば揚水を開始するため次のステップに移る。
揚水判定手段９１により揚水可能と判定すると、三方弁５を揚水位置（図３（ａ））になるように駆動し（ステップ１５）、その後ポンプ６を駆動して（ステップ１６）貯湯槽３に内蔵する水をコレクタ２に揚水する。図４においては、ステップ１６の後ステップ２１に入るよう図示してあるが、ステップ２１及びステップ２２の説明は後に廻す。揚水判定手段９１はコレクタ水位検知器２２でコレクタ２の上部にまで水が入ったことを検知するまで揚水を継続し（ステップ１７）、検知すると三方弁５を閉止位置（図３（ｂ））に駆動し（ステップ１８）、ポンプ６の駆動を停止し（ステップ１９）、揚水モード終了（ステップ２）となる。
【００１７】
図４においてステップ１６の後のステップ２１及びステップ２２のフローを説明する。
ステップ１６の後、三方弁制御手段９６はＴ４時間経過したことを確認して（ステップ２１）、三方弁５を閉止位置方向に所定の角度駆動して（図３（ｄ））三方弁５内の通過断面積を減少させ（ステップ２２）、その状態でコレクタ水位検知器２２がコレクタ２の上部まで水が入ったことを検知するまで待つ（ステップ１７）。
これは、揚水を終了する際にコレクタ水位検知器２２が水が入ったことを検知して三方弁５を閉じかつポンプ６の駆動を停止したとしても若干の遅れが生じそのため、空気抜き手段２１より水があふれるのを防止するためである。よって、Ｔ４時間としては、ポンプ６の時間当たりの送水量（揚水量）と、コレクタ２、揚水配管４２及び共通配管４が内蔵できる合計水量によって決まり、該合計水量よりやや少ない水量となった時点で三方弁５を閉止方向に所定の角度駆動すればよい。先に三方弁５を所定の角度と説明したが、三方弁５にポテンションメーターや、角度に対応したスイッチ等の接点を持つことにより三方弁制御手段９６が角度を検知するようにしても良いし、三方弁制御手段９６により予め揚水モードに入る前等に三方弁５を揚水位置（図３（ａ））から、閉止位置（図３（ｂ））に動かしてその時間を計測し、その時間から所定の角度になる駆動時間Ｔ６を算出してその所定の角度になる駆動時間Ｔ６によって開口面積小の位置（図３（ｄ））まで駆動させるとしても良い。
【００１８】
前述の図４におけるステップ２１及びステップ２２の動きについて再度補足説明すると、コレクタ２へのポンプ６の揚水に求められるものは、揚水時間の短縮と同時に揚水配管４２、共通配管４及びコレクタ２内部にある空気を水に置換すること（完全に空気を抜くこと）である。よって前述の三方弁５の動作は空気抜き手段２１よりの水のあふれを防止するためであるので、ポンプ６の揚水量を低下させることも有効であるが、揚水時間の短縮及び完全に空気を抜くことの性能を損なうものとなる。また、ポンプ６の揚水量を切り換えられるものとした場合はポンプ６の価格が上昇し経済的でないものとなる。
さらには、水のあふれを防止することだけであれば、空気抜き手段２１自体を自動空気抜き弁（内部にフロート等を持ち水位が上昇することにより弁を閉めるもの）とすれば防止できるが、一般に自動空気抜き弁の弁口径は大きくすると弁の閉止性能が悪くなり、高価なものとなるので小さく（直径１〜２ｍｍ程度）してありポンプ６が揚水量の大きいものであっても空気の抜けが悪く揚水に時間が掛かる。その上、コレクタ２等の内部に空気溜まりを発生させる原因となり集熱時間が短くなる又は集熱効率が低下する問題となる。
又、空気抜き弁を電磁式の開閉弁やモーターバルブにする場合においてはコレクタ２の上部に取り付けることにより、制御する配線及び制御手段が必要となり経済的でないものとなる。
よって、本実施例においては、空気抜き手段２１はそれ自体では開閉手段を持たず、共通配管４等と同等の口径のものとしている。
【００１９】
図５は前述の揚水モードに引き続いた集熱モード（該太陽熱温水装置１の集熱時の一連の動きを指す）で、揚水モード終了（ステップ２）より集熱モード開始（ステップ３）に移り、集熱判定手段９２は最大集熱時間Ｔ１の計時を開始する（ステップ３１）。次に集熱判定手段９２はコレクタ温度検知器２３でコレクタ２内に揚水された水の温度の検知を行い（ステップ３２）これを初期温度ｔｃ１として格納する（ステップ３３）。
次に集熱判定手段９２により外気温度検知を行い（ステップ３４）、外気温度が凍結予防温度ｔｆを超えていることを確認する（ステップ３５）。ここで、凍結予防温度ｔｆ以下の場合は落水判定手段９３によりその時点で集熱モードを終了し、ステップ４１に移る。
同時に凍結予防温度ｔｆを超えていることが確認されている状態で、集熱判定手段９２で集熱待ち時間Ｔ５を待ったのち（ステップ３６）、集熱判定手段９２は再度コレクタ温度検知器２３で検知した温度を２回目の温度ｔｃ２として格納し（ステップ３７）、該２回目の温度ｔｃ２と初期温度ｔｃ１を比較して２回目の温度ｔｃ２が初期温度ｔｃ１より大きいか又は等しい（ｔｃ２≧ｔｃ１）ことを確認し（ステップ３８）、初期温度ｔｃ１を消去して２回目の温度ｔｃ２を初期温度ｔｃ１の替わりに入れ替え（ステップ３９）、さらには最大集熱時間Ｔ１が経過してないことを確認して（ステップ４０）、最大集熱時間Ｔ１が経過してなければ再びステップ３３に戻りこの動作を繰り返す。また、ステップ３３からステップ４０までを繰り返す時並行して凍結防止動作であるステップ３４とステップ３５も同時に繰り返している。
このステップ３３からステップ４０の繰り返しの途中のステップ３８で集熱判定手段９２が比較する温度は先に測定した温度と集熱待ち時間Ｔ５待った後に測定した温度となり、初期温度ｔｃ１を測定したのち３回目は２倍の集熱待ち時間Ｔ５（２×Ｔ５）後となり、ここで測定した温度を３回目の温度ｔｃ３とすると、次の比較は３回目の温度ｔｃ３が２回目の温度ｔｃ２より大きいか又は等しい場合（ｔｃ３≧ｔｃ２）であることを確認することとなる。
もしもこのステップ３８において、今回の測定温度が前回の測定温度より小さい場合（ｔｃｘ+1＜ｔｃｘ）コレクタ２において日射量の不足により放熱が行われていると判定し、落水判定手段９３は集熱モードを終了するためステップ４１に移る。
ステップ４０で最大集熱時間Ｔ１が経過した場合は、落水判定手段９３により最大集熱時間Ｔ１の計時を終了し、かつ計時結果を記憶しているカウンターをゼロに戻す。また同時にコレクタ温度検知器２３で検知して格納した温度を消去し（ステップ４１）、集熱モード終了（ステップ４）となる。
【００２０】
ここで、最大集熱時間Ｔ１はコレクタ２の内容量とコレクタ２の集熱効率によって定まるので実験によって求めるが、本実施例では３０分としている。
また、集熱待ち時間Ｔ５は該最大集熱待ち時間Ｔ１で複数回コレクタ集熱温度の比較を行うことができ、かつ、余り短い時間ではコレクタ温度検知器２３により検知温度を比較する意味がないので、本実施例においては８分間としている。よって、本実施例の集熱モードでは最大４回、コレクタ温度検知器２３の検知温度による比較を行っている。
【００２１】
図６は前記図５で説明した集熱モードに引き続いた落水モード（該太陽熱温水装置１のコレクタ２から貯湯槽３への落水時の一連の動きを指す）で、落水判定手段９３により集熱モード終了（ステップ４）となった後、落水モード開始（ステップ５）となり、先ず、制御部９にて三方弁５を落水位置（図３（ｃ））に駆動し（ステップ４２）、落水待ち時間Ｔ６待った後（ステップ４３）、落水モード終了（ステップ６）となる。
【００２２】
コレクタ２は貯湯槽３よりも高い位置にあるので、三方弁５を落水位置に切り換えるだけでコレクタ２に内蔵した水は空気抜き手段２１から空気を吸い込みながら貯湯槽３内に落水される。よって、落水待ち時間Ｔ６はコレクタ２及び共通配管４の合計水量と、コレクタ２と貯湯槽３の落差によって決まる時間で実験によって求めた時間に多少の安全時間を加味したものとすれば良い。
【００２３】
図６の落水モード終了（ステップ６）後、制御部９は直ぐに図４の揚水モード開始（ステップ１）に移らずに、揚水禁止モードに入ってないか確認する（ステップ５９）。この詳しい動きは後述する図７において説明するが、揚水禁止モードに入っていれば揚水禁止モード開始（ステップ７）へ続き、揚水禁止モードに入ってなければ再び揚水モード開始（ステップ１）に戻る。
【００２４】
図７は前述した図４の揚水モード、図５の集熱モード及び図６の落水モードと平行して行われる揚水禁止モード（該太陽熱温水装置１の揚水禁止を行う一連の動きを指す）に入るための判定処理及び揚水禁止モードで、初回の揚水モード開始（ステップ１）の後、最大動作判定手段９４は初回揚水開始より最大動作時間Ｔ２の計時を開始し（ステップ５１）、図５の集熱モード中の最大集熱時間Ｔ１に到達せずステップ４１へ移った場合（ステップ３５及びステップ３８でＮＯになる場合）が有ったかを確認する（ステップ５２）。もし無ければそのまま図４の揚水モード、図５の集熱モード及び図６の落水モードが繰り返されるのを待つ。
通常地球上の一部の地域を除き必ず太陽が沈むことにより日射量が減少しコレクタ２において放熱するので図５のステップ３８でＮＯとなる場合が発生し、次へ進む。最大動作時間判定手段９４は初回揚水開始より最大動作時間Ｔ２を超えるまで待ち（ステップ５３）、最大動作時間Ｔ２を超えると最大動作時間の計時タイマーをゼロに戻し（ステップ５４）、揚水禁止モード開始（ステップ７）に移る。
【００２５】
ステップ５３において揚水禁止手段９５は、揚水禁止モードに入ることを判定すると図６のステップ５９に揚水禁止モードに入ったことを知らせ図４の揚水モード、図５の集熱モード及び図６の落水モードのサイクルも同時に揚水禁止モード開始（ステップ７）に移る。揚水禁止モード開始（ステップ７）に入ると揚水禁止手段９５は揚水禁止時間Ｔ３の経過を待ち（ステップ６１）、揚水禁止時間Ｔ３が経過すると揚水禁止モードが解除され揚水禁止モード終了（ステップ８）となり、再び揚水モード開始（ステップ１）に移る。この時からの揚水モード開始（ステップ１）は再び初回揚水モードとなる。
【００２６】
この図７における最大動作時間Ｔ２は、太陽の日射時間に関連する時間であり、実験より求める一定の時間としても良いが、太陽の日射時間と関連するため冬は短く、夏は長く等の季節による補正をした方が良いので本実施例においては、季節に応じて変わる外気温度検知器７の検知温度による補正を加え、基本時間を６時間として、外気温度を２倍した時間（単位は分として、最大６０分までとしたもの）を補正として加えた時間、よって、６時間より７時間の間の時間としている。
もちろん補正方法としては内部に１年間のタイマーを持ちそれによって補正する方法や、揚水回数を記憶してそれによって補正する方法等もある。
【００２７】
またこの図における揚水禁止時間Ｔ３は、夕方の１〜２時間の日射量の低下によるコレクタ２よりの放熱を防ぐためのものであるので、夜になって日射量がなくなり揚水を実行することがなくなるまでの間、確実に揚水を実行しない揚水禁止モードとすれば良いので、４〜５時間程度でも十分であるが本実施例では安全を見て８時間としている。
【００２８】
最後に、太陽熱温水装置１が集熱したお湯を給湯口８５から使用者に供給する動作（以下、給湯モードという。）について説明する。図１において、制御部９は三方弁５が閉止位置（図３（ｂ））又は落水位置（図３（ｃ））にあるとき圧力検知器８３が所定圧以下であればポンプ６により給湯配管８を加圧し給湯口８５は閉止してあれば、所定圧力になるとポンプ６は停止する。その後、逆止弁８１により貯湯槽３等への逆流を防ぎこの圧力を保った状態になっている。また、使用者が給湯口８５を開閉した場合において、アキュームレータ８２により圧力の急激な上昇及び降下を防ぐようになっている。使用者が給湯口８５を開くと、制御部９は圧力検知器８３又は／及び水流検知器８４で水圧の下降又は／及び水流の発生を検知して給湯口８５が開けられたと判定し、ポンプ６を駆動して貯湯槽３に貯蔵した温水を給湯口８５に送る。使用者が給湯口８５を閉じると制御部９は圧力検知器８３又は／及び水流検知器８４で水圧の上昇又は／及び水流の停止を検知して、給湯口８５が閉じられたと判定して圧力検知器８３の所定圧力の上昇を確認した後にポンプ６の駆動を停止する。
【００２９】
使用者が給湯口８５を開いて給湯を希望するということは、前述からの揚水モード、集熱モード、落水モード及び揚水禁止モードの途中においても給湯モードを直ちに実施する必要があり、基本的には揚水モード、集熱モード、落水モード及び揚水禁止モードの各モードの途中においても給湯モードは並行して行う。ただし、並行して行うことが無理な場合である、前記三方弁６の位置が揚水位置（図３（ａ））及び開口面積最小の位置（図３（ｄ））となる揚水モード中においては使用者が給湯口８５の開けたことにより揚水モードを一旦中断して給湯モードを優先して行う。
よって、図６のステップ４２において、制御部９は三方弁５を落水位置（図３（ｃ））のままとしているのは、落水モード終了後揚水モードに入った場合においても外気温度検知器７及びコレクタ温度検知器２３の検知温度条件によれば揚水を開始しない時間（図４のステップ１１〜ステップ１４）が発生するためその間においても給湯モードが優先してできるためである。もちろん、図６のステップ４３の後において、三方弁を落水位置（図３（ｃ））のままとせずに閉止位置（図３（ｂ））としても良い。
【００３０】
以上のように実施の形態において太陽熱温水装置及びその制御方法は構成されているので以下の作用を有する。
ａ．請求項１においては、外気温度検知器とコレクタ温度検知器だけで通常の揚水モード、集熱モード、落水モードの判定を行い、貯湯槽に太陽熱を集熱でき、かつ、図４の揚水モードの説明のように外気温度検知器により凍結のおそれのある温度では揚水を実行することがなく、図５の集熱モードにおいても、仮に揚水が実行され外気温度が凍結のおそれのある温度まで下がればその時点で落水を実行する制御部を有していることにより冬期等の低温時の太陽熱温水装置の凍結による破損及び使用不能状態になることを防ぎ使用性能に優れている。
ｂ．請求項２においては、外気温度検知器とコレクタ温度検知器だけで通常の揚水モード、集熱モード、落水モードの判定を行い、貯湯槽に太陽熱を集熱でき、かつ、図４の揚水モードの説明のように外気温度検知器により凍結のおそれのある温度では揚水を実行することがなく、図５の集熱モードにおいても、仮に揚水が実行されたとしても外気温度が凍結のおそれのある温度まで下がればその時点で落水を実行することにより冬期等の低温時の太陽熱温水装置の凍結による破損及び使用不能状態になることを防ぎ使用性能に優れる。
ｃ．請求項３においては、前記ａの作用に加え、図７の揚水禁止モードの説明のように夕方の日射量の減少する時間帯にコレクタに揚水することを禁止して、コレクタに揚水することによる放熱を防止する制御部を有することで集熱性能が向上する。
ｄ．請求項４においては、前記ｂの作用に加え、図７の揚水禁止モードの説明のように夕方の日射量の減少する時間帯にコレクタに揚水することを禁止して、コレクタに揚水することによる放熱を防止することで集熱性能が向上する。
ｅ．請求項５においては、前記ａ又はｃの作用に加え、図４のステップ２１及びステップ２２の三方弁を制御する制御手段を有することで、空気抜き手段よりのオーバーフローを防ぎ、ひいては無駄な水及び集熱した熱量の放出の防止となるので経済性及び集熱性が向上する。
ｆ．請求項６においては、前記ｂ又はｄの作用に加え、図４のステップ２１及びステップ２２の三方弁を制御することで、空気抜き手段よりのオーバーフローを防ぎ、ひいては無駄な水及び集熱した熱量の放出の防止となるので経済性及び集熱性が向上する。
【００３１】
【発明の効果】
本発明により、冬期等の低温時において凍結予防運転が可能で、かつ、温度検知器を従来例よりも増やすことなく効果的に集熱可能な太陽熱温水装置及びその制御方法の提供が可能となるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の太陽熱温水装置の構成図である。
【図２】本発明の制御部及び検知手段及び制御対象の構成図である。
【図３】本発明の三方弁とその接続系統の模式図であり、（ａ）は揚水位置、（ｂ）閉止位置、（ｃ）は落水位置、（ｄ）は開口面積小の位置である。
【図４】本発明の揚水モードのフローチャートである。
【図５】本発明の集熱モードのフローチャートである。
【図６】本発明の落水モードのフローチャートである。
【図７】本発明の揚水禁止モードのフローチャートである。
【符号の説明】
１  太陽熱温水装置
２  コレクタ
３  貯湯槽
４  共通配管
５  三方弁
６  ポンプ
７  外気温度検知器
８  給湯配管
９  制御部
２１  空気抜き手段
２２  コレクタ水位検知器
２３  コレクタ温度検知器
３１  上部接続口
３２  下部接続口
４１  落水配管
４２  揚水配管
４４  給水配管
４５  給水弁
４６  貯湯槽水位検知器
８１  逆止弁
８２  アキュームレータ
８３  圧力検知器
８４  水流検知器
８５  給湯口
９１  揚水判定手段
９２  集熱判定手段
９３  落水判定手段
９４  最大動作判定手段
９５  揚水禁止手段
９６  三方弁制御手段
【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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【図７】
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