(57)【要約】【課題】熱交換効率が高くメンテナンス費用も安価な水を熱媒とするものでありながら、冬季や寒冷地において夜間に太陽熱集熱部の熱交換器内の水の凍結を効果的に防止できる水循環式ソーラー給湯システムを提供する。【解決手段】凍結防止機構は、バイパス管５と、三方弁６と、バイパス管５を通る第２の流れ状態において、太陽熱集熱部１の熱交換器１ａ内を通過する水の流量を変化させるインバーター式のポンプ３とを備え、三方弁６により形成された第２の流れにおいて、ポンプ３の駆動により、一次凍結防止モードと、流量が一次凍結防止モードの流量よりも大きく凍結防止能力の高い二次凍結防止モードとを選択的に形成できるようになされている。また、貯湯タンク２側の熱交換器２ａを通る第１の流れを形成する三次凍結防止モードも備えられている。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水循環回路に、太陽熱集熱部の熱交換器と、貯湯タンク側の熱交換器と、回路内の水を循環させるポンプとが備えられ、ポンプで回路内の水を循環させることにより、貯湯槽内の水が太陽熱で加温されるようになされている水循環式ソーラー給湯システムにおいて、
太陽熱集熱部の熱交換器内の水の凍結を防止する凍結防止機構が備えられ、
該凍結防止機構は、
太陽熱集熱部の熱交換器と貯湯タンク側の熱交換器をつなぐ第１水配管と、ポンプと貯湯タンク側の熱交換器をつなぐ第２水配管とを連通状態に接続するバイパス管と、
バイパス管を避けて貯湯タンク側の熱交換器を通じて水を循環させる第１の流れと、貯湯タンク側の熱交換器を避けてバイパス管を通じて水を循環させる第２の流れとを選択的に形成する切換え手段と、
第２の流れ状態において、太陽熱集熱部の熱交換器内を通過する水の流量を変化させる流量変更手段と
を備え、前記切換え手段により形成された第２の流れにおいて、前記流量変更手段により、一次凍結防止モードと、流量が一次凍結防止モードの流量よりも大きく凍結防止能力の高い二次凍結防止モードとを選択的に形成することができるようになされていることを特徴とする水循環式ソーラー給湯システム。
【請求項２】
前記凍結防止機構は、前記切換え手段により第１の流れを形成することで、凍結防止能力が一次及び二次凍結防止モードよりも高い三次凍結防止モードを形成することができるようになされている請求項１に記載の水循環式ソーラー給湯システム。
【請求項３】
水循環回路に、太陽熱集熱部の熱交換器と、貯湯タンク側の熱交換器と、回路内の水を循環させるポンプとが備えられ、ポンプで回路内の水を循環させることにより、貯湯槽内の水が太陽熱で加温されるようになされている水循環式ソーラー給湯システムにおいて、
太陽熱集熱部の熱交換器内の水の凍結を防止する凍結防止機構が備えられ、
該凍結防止機構は、
太陽熱集熱部の熱交換器と貯湯タンク側の熱交換器をつなぐ第１水配管と、ポンプと貯湯タンク側の熱交換器をつなぐ第２水配管とを連通状態に接続するバイパス管と、
バイパス管を避けて貯湯タンク側の熱交換器を通じて水を循環させる第１の流れと、貯湯タンク側の熱交換器を避けてバイパス管を通じて水を循環させる第２の流れとを選択的に形成する切換え手段と
を備え、前記切換え手段により形成される第２の流れによって一次凍結防止モードを形成し、前記切換え手段により形成される第１の流れによって一次凍結防止モードよりも凍結防止能力の高い二次凍結防止モードを形成することができるようになされていることを特徴とする水循環式ソーラー給湯システム。
【請求項４】
外気温を検知する温度センサーと、該温度センサーに検知された外気温に基づいて、外気温が低くなるほど凍結防止モードを凍結防止能力の高いモードへと移行させていく制御を行う制御部とが備えられている請求項１乃至３のいずれか一に記載の水循環式ソーラー給湯システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、凍結防止機能を備えた水循環式ソーラー給湯システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
熱媒循環回路に、太陽熱集熱部の熱交換器と、貯湯タンク側の熱交換器と、回路内の水を循環させるポンプとを介設し、ポンプで回路内の熱媒を循環させることにより、貯湯槽内の水を太陽熱でお湯にするようになされている熱媒循環式ソーラー給湯システムは、従来より提供されている。
【０００３】
そして、冬季や寒冷地における夜間の太陽熱集熱停止状態において、太陽熱集熱部の熱交換器内の熱媒が凍結してしまわないように、熱媒として不凍液を用いることも、従来より行われている。
【特許文献１】特開２００４−３４０３９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、不凍液の使用は、熱交換効率を低下させ、メンテナンス費用も高くついてしまうという問題がある。
【０００５】
本発明は、上記のような問題点に鑑み、熱交換効率が高くメンテナンス費用も安価な水を熱媒とするものでありながら、冬季や寒冷地において夜間に太陽熱集熱部の熱交換器内の水の凍結を効果的に防止することができる凍結防止機能を備えた水循環式ソーラー給湯システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題は、水循環回路に、太陽熱集熱部の熱交換器と、貯湯タンク側の熱交換器と、回路内の水を循環させるポンプとが備えられ、ポンプで回路内の水を循環させることにより、貯湯槽内の水が太陽熱で加温されるようになされている水循環式ソーラー給湯システムにおいて、
太陽熱集熱部の熱交換器内の水の凍結を防止する凍結防止機構が備えられ、
該凍結防止機構は、
太陽熱集熱部の熱交換器と貯湯タンク側の熱交換器をつなぐ第１水配管と、ポンプと貯湯タンク側の熱交換器をつなぐ第２水配管とを連通状態に接続するバイパス管と、
バイパス管を避けて貯湯タンク側の熱交換器を通じて水を循環させる第１の流れと、貯湯タンク側の熱交換器を避けてバイパス管を通じて水を循環させる第２の流れとを選択的に形成する切換え手段と、
第２の流れ状態において、太陽熱集熱部の熱交換器内を通過する水の流量を変化させる流量変更手段と
を備え、前記切換え手段により形成された第２の流れにおいて、前記流量変更手段により、一次凍結防止モードと、流量が一次凍結防止モードの流量よりも大きく凍結防止能力の高い二次凍結防止モードとを選択的に形成することができるようになされていることを特徴とする水循環式ソーラー給湯システムによって解決される（第１発明）。
【０００７】
このシステムでは、太陽熱集熱部の熱交換器と、貯湯タンク側の熱交換器と、ポンプとが介設された熱媒回路の熱媒として水を用いているので、熱交換効率を高くすることができると共に、メンテナンス費用も安くすることができる。
【０００８】
しかも、凍結防止機構が備えられ、冬季や寒冷地の夜間において太陽熱集熱部の熱交換器内の水を動かすことができるようになされているので、太陽熱集熱部の熱交換器内の水の凍結を防止することができる。
【０００９】
特に、本発明では、一次凍結防止モードと、流量が一次凍結防止モードの流量よりも大きく凍結防止能力の高い二次凍結防止モードとを選択的に形成することができるようになされているので、外気温との関係で、モードを変更することができ、太陽熱集熱部の熱交換器内の水の凍結を省エネルギーにて効果的に防止することができる。
【００１０】
第１発明において、凍結防止機構は、前記切換え手段により第１の流れを形成することで、凍結防止能力が一次及び二次凍結防止モードよりも凍結防止能力の高い三次凍結防止モードを形成することができるようになされているとよい（第２発明）。
【００１１】
この場合は、外気温がより一層低い場合であって、一次、二次の凍結防止モードによる水の循環だけでは太陽熱集熱部の熱交換器内の水の凍結を防げない場合であっても、太陽熱で加温された貯湯タンク内のお湯の熱を利用した三次凍結防止モードによって太陽熱集熱部の熱交換器内の水の凍結を防止することができ、極低温状態での凍結防止を実現することができる。
【００１２】
しかも、この三次凍結防止モードは、一次、二次の凍結防止モードでは水の凍結を防げない場合に用いることができるので、貯湯タンク内のお湯の熱を凍結防止のために無駄に使用してしまうのも防ぐことができ、太陽熱利用の給湯能力の低下を抑えることができる。
【００１３】
また、上記の課題は、水循環回路に、太陽熱集熱部の熱交換器と、貯湯タンク側の熱交換器と、回路内の水を循環させるポンプとが備えられ、ポンプで回路内の水を循環させることにより、貯湯槽内の水が太陽熱で加温されるようになされている水循環式ソーラー給湯システムにおいて、
太陽熱集熱部の熱交換器内の水の凍結を防止する凍結防止機構が備えられ、
該凍結防止機構は、
太陽熱集熱部の熱交換器と貯湯タンク側の熱交換器をつなぐ第１水配管と、ポンプと貯湯タンク側の熱交換器をつなぐ第２水配管とを連通状態に接続するバイパス管と、
バイパス管を避けて貯湯タンク側の熱交換器を通じて水を循環させる第１の流れと、貯湯タンク側の熱交換器を避けてバイパス管を通じて水を循環させる第２の流れとを選択的に形成する切換え手段と
を備え、前記切換え手段により形成される第２の流れによって一次凍結防止モードを形成し、前記切換え手段により形成される第１の流れによって一次凍結防止モードよりも凍結防止能力の高い二次凍結防止モードを形成することができるようになされていることを特徴とする水循環式ソーラー給湯システムによって同様に解決される（第３発明）。
【００１４】
第１〜第３発明において、外気温を検知する温度センサーと、該温度センサーに検知された外気温に基づいて、外気温が低くなるほど凍結防止モードを凍結防止能力の高いモードへと移行させていく制御を行う制御部とが備えられているのもよい（第４発明）。
【００１５】
この場合は、外気温との関係で、各モードへの切換えが自動で行われて凍結防止の管理が容易であり、しかも、エネルギー的に無駄のない合理的な凍結防止作動を実現することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は、以上のとおりのものであるから、熱交換効率が高くメンテナンス費用も安価な水を熱媒とするものでありながら、冬季や寒冷地において夜間に太陽熱集熱部の熱交換器内の水の凍結を効果的に防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
次に、本発明の実施最良形態を図面に基づいて説明する。
【００１８】
図１に示す実施形態のソーラー給湯システムにおいて、１は太陽熱集熱部、２は貯湯タンクであり、太陽熱集熱部１の熱交換器１ａと、貯湯タンク２側の熱交換器２ａと、ポンプ３とが、水循環回路４に介設されている。
【００１９】
そして、次のような凍結防止機構が備えられている。即ち、太陽熱集熱部１の熱交換器１ａと貯湯タンク２側の熱交換器２ａをつなぐ第１水配管４ａと、ポンプ３と貯湯タンク２側の熱交換器２ａをつなぐ第２水配管４ｂとはバイパス管５で連通状態に接続されると共に、第１水配管４ａとバイパス管５との交差部には切換え手段としての三方弁６が設けられ、該三方弁６により、バイパス管５を避けて貯湯タンク２側の熱交換器２ａを通じて水を循環させる第１の流れと、貯湯タンク２側の熱交換器２ａを避けてバイパス管５を通じて水を循環させる第２の流れとを選択的に形成することができるようになされている。
【００２０】
また、ポンプ３は、インバーター式のものからなっていて、流量変更手段としての機能を備え、三方弁６により形成された第２の流れにおいて、一次凍結防止モードと、流量が一次凍結防止モードの流量よりも大きく凍結防止能力の高い二次凍結防止モードとを選択的に形成することができるようになされている。
【００２１】
更に、三方弁６で第１の流れを形成することにより、貯湯タンク２側のお湯の熱を使用して、凍結防止能力が一次及び二次凍結防止モードよりも高い三次凍結防止モードを形成することができるようになされている。なお、７は逆止弁、８は膨張タンクである。
【００２２】
また、本実施形態では、外気温を検知するセンサー９が設けられ、温度センサー９に検知された外気温に基づいて、制御部１０が、外気温が低くなるほど凍結防止モードを凍結防止能力の高いモードへと移行させていく制御を行うようになされている。
【００２３】
上記のシステムでは、冬季や寒冷地において、太陽の射す日中は、図２に示すように、ポンプ３の駆動と三方弁６による第１の流れの形成によって、太陽熱で貯湯タンク２側の水を加温してお湯が沸かされる。
【００２４】
一方、夜間は、外気温が０°Ｃを越えている場合は、ポンプ３は停止しているが、０°Ｃを下回わっている場合は、まず、図３に示すように、ポンプ３の駆動と三方弁６による低流量の第２の流れ、即ち、バイパス管５を通る流れの形成によって一次凍結防止モードが形成されることで、太陽熱集熱部１の熱交換器１ａ内の水が動いている状態が形成され、太陽熱集熱部１の熱交換器１ａ内の水の凍結が防がれる。
【００２５】
そして、外気温が、一次凍結防止モードでは太陽熱集熱部１の熱交換器１ａ内の水が凍結してしまうような温度であると、それを温度センサーが検知し、図４に示すように、ポンプ３の駆動力がインバーター制御で高い駆動力になって、流量が一次凍結防止モードの流量よりも大きく凍結防止能力の高い二次凍結防止モードが形成され、太陽熱集熱部１の熱交換器１ａ内の水の凍結が防がれる。
【００２６】
更に、外気温が、二次凍結防止モードでは太陽熱集熱部１の熱交換器１ａ内の水が凍結してしまうような温度であると、それを温度センサーが検知し、図５に示すように、三方弁６により、水が貯湯タンク２側の熱交換器２ａを通過する第１の流れが形成され、ポンプ３の駆動によって三次凍結防止モードが形成され、貯湯タンク２側のお湯の熱で太陽熱集熱部１の熱交換器１ａ内の水の凍結が防がれる。なお、このときのポンプの駆動力は、太陽熱集熱部１の熱交換器１ａ内の水の凍結を防ぐことができる最低流量の流れを形成することができるように設定しておくことにより、貯湯タンク２側のお湯の無駄な温度低下を防ぐことができる。
【００２７】
このように、上記のシステムでは、太陽熱集熱部１の熱交換器１ａと、貯湯タンク２側の熱交換器２ａと、ポンプ３とが介設された熱媒回路の熱媒として水を用いているので、熱交換効率を高して太陽熱で効率良くお湯を沸かすことができると共に、メンテナンス費用も安くすることができる。
【００２８】
しかも、凍結防止機構が備えられ、冬季や寒冷地の夜間においては、太陽熱集熱部１の熱交換器１ａ内の水を動かすようになされているので、太陽熱集熱部１の熱交換器１ａ内の水の凍結を防止することができるのはもちろん、一次凍結防止モードと、流量が一次凍結防止モードの流量よりも大きく凍結防止能力の高い二次凍結防止モードとを選択的に形成することができるようになされているので、外気温との関係で、モードが変更することにより、太陽熱集熱部１の熱交換器１ａ内の水の凍結を省エネルギーにて効果的に防止することができる。
【００２９】
更に、貯湯タンク２側のお湯の熱を利用した三次凍結防止モードを形成することができるようになされているので、外気温がより一層低い場合であって、一次、二次の凍結防止モードによる水の循環だけでは太陽熱集熱部の熱交換器内の水の凍結を防げない場合であっても、三次凍結防止モードによって太陽熱集熱部の熱交換器内の水の凍結を防止することができ、極低温状態での凍結防止も可能である。
【００３０】
しかも、この三次凍結防止モードは、一次、二次の凍結防止モードでは水の凍結を防げない場合に用いられてるようになされているので、貯湯タンク２側のお湯の熱を凍結防止のために無駄に使用してしまうのを防ぐことができ、太陽熱利用の給湯能力の低下を抑えることができる。
【００３１】
更に、外気温を検知のための温度センサー９と、制御部１０とが備えられ、温度センサー９に検知された外気温に基づいて、外気温が低くなるほど凍結防止モードを凍結防止能力の高いモードへと移行させていく制御が行われるようになされているので、外気温との関係で、各モードへの切換えが自動で行われて凍結防止の管理が容易であり、しかも、エネルギー的に無駄や不足のない適正で合理的な凍結防止作動を実現することができる。
【００３２】
以上に、本発明の実施形態を示したが、本発明はこれに限られるものではなく、発明思想を逸脱しない範囲で各種の変更が可能である。例えば、上記の実施形態では、ポンプ３の流量制御による第１、第２の二つの凍結防止モードを形成することができるようになされているが、ポンプ３の流量制御による三つ以上の凍結防止モードを形成することができるようになされていてもよいし、ポンプ３の駆動による水循環式の凍結防止モードを一つとし、貯湯タンク２側のお湯の熱を利用した第３凍結防止モードを第２凍結防止モードとしてもよい。
【００３３】
また、上記の実施形態では、貯湯タンク２側のお湯の熱を利用した凍結防止モードを形成できるようになされているが、水循環式の凍結防止モードが複数モードあることを前提として、貯湯タンク２側のお湯の熱を利用した凍結防止モードを省略するようにしてもよい。
【００３４】
更に、上記の実施形態では、外気温を検知するセンサー９と制御部１０とが備えられている場合を示したが、マニュアル操作で各凍結防止モードを形成できるようになされていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】実施形態の凍結防止機能付き水循環式ソーラー給湯システムを示す回路図である。
【図２】太陽の射す日中の作動状態を示す説明図である。
【図３】外気温が氷点下である時の作動状態を示す説明図である。
【図４】外気温が更に低い時の作動状態を示す説明図である。
【図５】外気温がより低い時の作動状態を示す説明図である。
【符号の説明】
【００３６】
１…太陽熱集熱部
１ａ…熱交換器
２…貯湯タンク
２ａ…熱交換器
３…ポンプ（流量変更手段）
４…水循環回路
４ａ…第１の水配管
４ｂ…第２の水配管
５…バイパス管
６…三方弁（切換え手段）
９…温度センサー
１０…制御部
【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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