(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
循環ポンプの作動により蓄熱槽内の底部の水を太陽熱集熱器に供給しこの太陽熱集熱器により加熱された温水を上記蓄熱槽の頂部に戻すように強制循環して集熱運転させることにより太陽熱を温水として上記蓄熱槽内に蓄熱し、この蓄熱槽内の頂部から温水を取り出して補助熱源機を介して給湯に供するように構成された太陽熱利用温水装置において、
上記循環ポンプを可変流量ポンプにより構成する一方、上記太陽熱集熱器から蓄熱槽の頂部に戻されることになる温水の温度を検出する第１温度検出手段と、上記蓄熱槽の底部の水又は温水の温度を検出する第２温度検出手段と、上記循環ポンプを作動制御することにより集熱運転制御を行う集熱運転制御手段とを備えており、
上記集熱運転制御手段は、成層運転制御モードと、ＯＮ・ＯＦＦ運転制御モードと、切換制御部とを有し、
上記成層運転制御モードは、上記補助熱源機での加熱作動を行うことなく給湯し得る下限の常用温度を目標温度として、上記循環ポンプの作動制御流量を上記蓄熱槽内の底部から頂部までの間に温度差のある２以上の層が形成される低流量範囲として予め設定した成層流量範囲内に制限しつつ、上記第１温度検出手段による検出温度が上記目標温度になるように上記循環ポンプの作動をフィードバック制御するように構成され、
上記ＯＮ・ＯＦＦ運転制御モードは、上記第１温度検出手段及び第２温度検出手段による両検出温度の差の如何に応じて上記循環ポンプを所定流量でＯＮ・ＯＦＦの間欠作動するように構成され、
上記切換制御部は、上記成層運転制御モードによる制御によって第２温度検出手段による検出温度が上記目標温度に到達すれば上記ＯＮ・ＯＦＦ運転制御モードによる制御に切換えるように構成されている
ことを特徴とする太陽熱利用温水装置。
【請求項２】
請求項１に記載の太陽熱利用温水装置であって、
太陽の日射量を検出する日射量検出手段をさらに備え、
成層運転制御モードは上記日射量検出手段により検出された日射量が目標温度まで加熱し得るものであるときに制御を開始するように構成されている、太陽熱利用温水装置。
【請求項３】
請求項２又は請求項３に記載の太陽熱利用温水装置であって、
上記第１温度検出手段は、強制循環中の太陽熱集熱器の表面温度もしくは内部の循環流水の温度、あるいは、上記太陽熱集熱器から蓄熱槽の頂部に戻される温水の温度のいずれかを検出するものである、太陽熱利用温水装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、循環ポンプの作動により蓄熱槽内の水を太陽熱集熱器（コレクタ）との間で強制循環させて加熱することにより太陽熱を温水として蓄熱し、この温水を給湯器等の補助熱源機を介して給湯栓に送り、給湯に利用させるために用いられる太陽熱利用温水装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、この種の太陽熱利用温水装置による集熱運転制御として、次に示すようなＯＮ・ＯＦＦ運転制御が一般に行われている。すなわち、図１０に示すコレクタ３の表面温度又はコレクタ３から蓄熱槽２への戻り温度（温水温度）と、蓄熱槽２の底部の温度（底部の水の温度）との温度差が、例えば７℃以上であれば循環ポンプ７０をＯＮにし、例えば４℃以下になれば循環ポンプ７０をＯＦＦにする、というＯＮ・ＯＦＦ運転制御である。この際、循環ポンプ７０による循環流量は集熱効率（コレクタ３における日射の熱変換効率）が最大側領域となる比較的大流量（例えばコレクタ数枚分として１３Ｌ／ｍｉｎ）で固定的に設定されている。つまり、このような値の固定流量ポンプを用いるか、可変流量ポンプであれば上記設定大流量の吐出流量になる回転数で作動される。つまり、太陽熱を最大の集熱効率で温水に熱変換させつつ、蓄熱槽２内の全体の水の昇温を図ろうとするものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記の集熱制御においては、集熱効率を追及するあまり補助熱源機１００による加熱作動のためのエネルギー（化石燃料エネルギー又は電気エネルギー）の消費低減という観点がおろそかにされることになる。
【０００４】
ここで、補助熱源機１００でのエネルギー消費の低減を考慮すると、使用者が給湯栓から得たい湯温（常用温度）の湯をできるだけ補助熱源機１００での加熱作動なしに供給し得るようにする、つまり、常用温度以上の温水を蓄熱槽２内に蓄えて補助熱源機１００での加熱作動なしにそのまま給湯し得るようにすることが望ましい。
【０００５】
ところで、上述の如く集熱効率を優先させて循環ポンプ７０を大流量で作動させるとコレクタ３から蓄熱槽２に戻される温水の流速も速くなり、その結果、蓄熱槽２内が全体的にかき回され、強制循環による集熱運転を継続させると蓄熱槽２の頂部から底部に至る全体が徐々に昇温されることになる。
【０００６】
しかしながら、特に太陽が昇り始めて日射を受け始める朝等の日射の弱い状態においては、上記のＯＮ・ＯＦＦ運転制御を行うと、日射が弱い上に、蓄熱槽２内の全体が徐々に昇温されるのを待つ必要があるため、補助熱源機１００の加熱作動なしに常用温度以上の温水が蓄熱槽２内に蓄積されるまでに長時間を要することになる。この結果、使用者の朝の給湯使用においては、蓄熱槽２から取り出した低温の温水を補助熱源機１００に入水させ、補助熱源機１００で加熱した上で給湯栓に給湯せざるを得ない状況となっている。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、補助熱源機での加熱作動なしに使用者が給湯使用したい常用温度の温水を蓄熱槽内に早期に確保し得る太陽熱利用温水装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、循環ポンプの作動流量を比較的低流量（例えば上記の１３Ｌ／ｍｉｎとの対比において３〜５Ｌ／ｍｉｎ）にすれば、蓄熱槽内では戻り温水によりかき回されることなく頂部に目標温度の温水を早期に蓄積し得ること、つまり底部は低温であっても頂部は目標温度の温水が溜まるというように温度差を有する成層状態にし得ることに着目し、常用温度の温水を給湯に供される頂部に早期に蓄積するようにしたものである。
【０００９】
具体的には、請求項１に係る発明では、循環ポンプの作動により蓄熱槽内の底部の水を太陽熱集熱器に供給しこの太陽熱集熱器により加熱された温水を上記蓄熱槽の頂部に戻すように強制循環して集熱運転させることにより太陽熱を温水として上記蓄熱槽内に蓄熱し、この蓄熱槽内の頂部から温水を取り出して補助熱源機を介して給湯に供するように構成された太陽熱利用温水装置を対象として次のような特定事項を備えるようにした。すなわち、上記循環ポンプを可変流量ポンプにより構成する一方、上記太陽熱集熱器から蓄熱槽の頂部に戻されることになる温水の温度を検出する第１温度検出手段と、上記蓄熱槽の底部の水又は温水の温度を検出する第２温度検出手段と、上記循環ポンプを作動制御することにより集熱運転制御を行う集熱運転制御手段とを備えることとし、上記集熱運転制御手段を、成層運転制御モードと、ＯＮ・ＯＦＦ運転制御モードと、切換制御部とを有するものとする。上記成層運転制御モードとして、上記補助熱源機での加熱作動を行うことなく給湯し得る下限の常用温度を目標温度として、上記循環ポンプの作動制御流量を上記蓄熱槽内の底部から頂部までの間に温度差のある２以上の層が形成される低流量範囲として予め設定した成層流量範囲内に制限しつつ、上記第１温度検出手段による検出温度が上記目標温度になるように上記循環ポンプの作動をフィードバック制御する構成とする。上記ＯＮ・ＯＦＦ運転制御モードとして、上記第１温度検出手段及び第２温度検出手段による両検出温度の差の如何に応じて上記循環ポンプを所定流量でＯＮ・ＯＦＦの間欠作動させる構成とする。そして、上記切換制御部として、上記成層運転制御モードによる制御によって第２温度検出手段による検出温度が上記目標温度に到達すれば上記ＯＮ・ＯＦＦ運転制御モードによる制御に切換える構成とする。
【００１０】
請求項１によれば、集熱運転が開始されると、まず成層運転制御モードが実行される。そして、この成層運転制御モードの実行により循環ポンプが上記成層流量範囲内の作動制御流量になるように制限された状態で作動制御されるため、蓄熱槽内には底部から頂部までの間に温度差のある２以上の層が成層される。すなわち、太陽熱集熱器で加熱された温水が蓄熱槽に戻されても、低流量であるため蓄熱槽内はかき回されることなく上記加熱後の温水が頂部から順に蓄積されることになる。このため、集熱運転開始後、蓄熱槽の底部はまだ低温であっても、蓄熱槽の頂部には高温の温水が早期に確保され、高温の温水が早期に利用可能となる。
【００１１】
なお、上記の循環ポンプの作動制御は、この循環ポンプが回転数を変化させると吐出流量が変化する可変流量ポンプであれば、回転数を制御することにより上記の作動制御流量になるように制御される。また、この循環ポンプの作動制御としては、所定の目標温度に基づくフィードバック制御であっても、蓄熱槽底部の温度と太陽熱集熱器の温度との温度差の如何に応じてＯＮ・ＯＦＦ間欠作動させるＯＮ・ＯＦＦ運転制御であっても、いずれを採用してもよい。
【００１５】
そして、上記の請求項１によれば、まず成層運転制御モードの実行により蓄熱槽には成層が形成され、蓄熱槽の頂部には常用温度の温水が早期に確保されることになるため、蓄熱槽の頂部から取り出した温水は補助熱源機で加熱することなしにそのまま給湯に供することが可能になる。つまり、補助熱源機での加熱なしに給湯に供することができる常用温度の温水を集熱運転開始から早期に確保し得ることになる。これにより、補助熱源機での加熱のためのエネルギー消費を削減しつつも、使用者が給湯に使用するための常用温度の温水を早期に確保し得ることになる。
【００１６】
さらに、上記の請求項１によれば、常用温度の温水を早期に確保した上で、これに引き続いて切換制御部により切換えられたＯＮ・ＯＦＦ運転制御モードの実行により、集熱効率の良い循環流量での集熱運転が行われて蓄熱槽の全体が昇温されることになる。これにより、例えば朝等の給湯使用量が比較的少ないときには補助熱源機での加熱のためのエネルギー消費を削減しつつ使用者が給湯に使用するための常用温度の温水を早期に確保し、続いて日射量に応じて蓄熱槽により多くの蓄熱を行うことが可能になる。
【００１７】
上記の請求項１の太陽熱利用温水装置においては、太陽の日射量を検出する日射量検出手段をさらに備え、上記成層運転制御モードによる制御を、上記日射量検出手段により検出された日射量が目標温度まで加熱し得るものであるときに開始させる構成を追加するようにしてもよい（請求項２）。この場合には、特に朝の日射が当たり始めるときや曇りのときなどに、日射量を確認した上で成層運転制御モードを開始させることが可能になり、常用温度の温水の確保をより確実かつ早期に行うことが可能になる。また、日射量が上記目標温度に加熱するのに不十分であるときには、成層運転制御モードを開始する前段階でＯＮ・ＯＦＦ運転制御モードをまず開始させることにより、目標温度よりは低温ではあっても太陽熱を少しでも蓄熱することが可能になる。
【００１８】
なお、上記の請求項１又は請求項２の太陽熱利用温水装置における第１温度検出手段としては、強制循環中の太陽熱集熱器の表面温度もしくは内部の循環流水の温度、あるいは、上記太陽熱集熱器から蓄熱槽の頂部に戻される温水の温度のいずれかを検出するものとすればよい（請求項３）。太陽熱集熱器の表面温度は日射を受ける一方で内部の水と熱交換される結果、太陽熱集熱器で加熱されて蓄熱槽に戻される温水温度とほぼ同じ温度となる。また、太陽熱集熱器内部の循環流水の温度を検出する位置は太陽熱集熱器の内部位置でも、出口位置でもよい。これらの場合には、太陽熱集熱器と蓄熱槽との間の配管での放熱分を考慮に加えてもよい。さらに、蓄熱槽の頂部に戻される温度の検出位置は配管途中でも、蓄熱槽の頂部位置でもよい。
【００１９】
【発明の効果】
以上、説明したように、請求項１の太陽熱利用温水装置によれば、集熱運転の開始によりまず成層運転制御モードを実行させるようにしているため、蓄熱槽内に底部から頂部までの間に温度差のある２以上の層を成層させることができ、これにより、蓄熱槽の頂部に高温の温水を早期に確保することができ、高温の温水の利用を早期に実現させることができるようになる。
【００２０】
そして、成層運転制御モードの実行により蓄熱槽の頂部に対し補助熱源機での加熱なしに給湯に供することができる常用温度の温水を集熱運転の開始から早期に確保することができるため、蓄熱槽の頂部から取り出した温水を補助熱源機で加熱することなしにそのまま給湯に供することができるようになる。これにより、補助熱源機での加熱のためのエネルギー消費を削減しつつも、使用者が給湯にそのまま使用し得る常用温度の温水を早期に確保することができるようになる。
【００２１】
さらに、成層運転制御モードの実行により常用温度の温水を早期に確保した上で、これに引き続くＯＮ・ＯＦＦ運転制御モードの実行により集熱効率良く日射量に応じて蓄熱槽により多くの蓄熱を行うことができるようになる。
【００２２】
請求項２によれば、請求項１の太陽熱利用温水装置において、日射量検出手段によって日射量を確認した上で成層運転制御モードを開始させることができ、常用温度の温水の確保をより確実かつ早期に行うことができるようになる。
【００２３】
請求項３によれば、請求項１又は請求項２の太陽熱利用温水装置において用いる第１温度検出手段として具体的態様を特定することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２５】
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る太陽熱利用温水装置を示し、２は蓄熱槽、３は太陽熱集熱器（コレクタ）である。
【００２６】
上記蓄熱槽２は例えばステンレス鋼板により形成された密閉容器である。この蓄熱槽２の底部には給水回路４の下流端と、集熱回路５の往き路５ａの上流端とがそれぞれ連通接続され、また、頂部には図示省略の補助熱源機としての給湯器１００（図１０参照）を介して給湯させるための給湯回路６の上流端と、上記集熱回路５の戻り路５ｂの下流端とがそれぞれ連通接続されている。上記蓄熱槽２内は給水回路４からの水道水の給水により充満され、給湯回路６を通して給湯使用された分だけ給水回路４から補水されるようになっている。
【００２７】
上記集熱回路５の往き路５ａには、可変流量ポンプ（例えばＤＣポンプ）により構成された循環ポンプ７と、循環流量を検出する流量センサ８とが介装されている。また、上記コレクタ３にはコレクタ表面温度を検出して第１温度検出手段としても用いられることのある表面温度センサ９が配設され、上記蓄熱槽２の底部には底部位置の水又は温水の温度（以下「底部温度」という）を検出して第２温度検出手段としての底部温度センサ１０が配設され、集熱回路５の戻り路５ｂにはコレクタ３から蓄熱槽２に戻される加熱後の温水温度（以下「戻り温度」という）を検出して第１温度検出手段として通常用いられる戻り温度センサ１１が配設されている。
【００２８】
そして、上記循環ポンプ７が上記各センサ８，９，１０，１１の出力に基づいて集熱運転制御手段を含むコントローラ１２により作動制御されて集熱運転が行われるようになっている。上記コントローラ１２はＭＰＵやメモリ等を備え予め搭載されたプログラムの実行や制御回路により各種制御が行われるようになっている。すなわち、上記コントローラ１２は集熱運転制御手段として図２に示すように成層運転制御モード１３及びＯＮ・ＯＦＦ運転制御モード１４の２種類の制御モードと、これら制御モードを上記各出力に応じて切換える切換制御部１５と、上記各出力に基づいて日射量を演算する日射量検出手段としての日射量演算部１６とを備えている。
【００２９】
上記成層運転制御モード１３は、目標温度として上記給湯器１００での加熱作動を行うことなく給湯し得る下限の常用温度（例えば４０℃）が設定され、上記循環ポンプ７の作動制御流量を上記蓄熱槽２内の底部から頂部までの間に温度差のある２以上の層が形成される低流量範囲として予め設定された成層流量範囲内に制限しつつ、上記戻り温度センサ１１の検出温度が上記目標温度になるように上記循環ポンプ７の回転数をフィードバック制御（ＦＢ制御）して比例集熱制御を行うように構成されている。なお、上記循環ポンプ７はその回転数の変化により吐出流量が変化するタイプの可変流量ポンプであるため、作動制御流量での循環ポンプ７の作動制御を行うためにその回転数を制御している。回転数のＦＢ制御とは具体例を示すと、
制御回転数Ｎ＝Ｋ×（戻り温度Ｚ−第１目標温度）
となるようにする（Ｋ：比例定数）。
【００３０】
ここで、上記の成層流量範囲とは、蓄熱槽２内が戻り路５ｂからの戻り温水によりかき回されずに、より高温の温水が上側に層をなして貯留されて底部から頂部にわたり温度差のある層が形成される程度の低流量範囲のことであるが、その一方で集熱効率の低下を抑えてある程度の集熱効率を維持するために所定の流量範囲に設定されている。すなわち、図３にコレクタ３の１枚分についての集熱効率と循環流量との関係を示すように、集熱効率のＭＡＸ値（ほぼ５０％の集熱効率）に対しその５０〜９０％程度を達成し得る低効率範囲に対応する循環流量範囲の下限値をβ（Ｌ／ｍｉｎ）と設定している。そして、上記循環流量範囲の上限値、すなわち、コレクタ３での集熱効率を低下させずに温度差のある成層を形成可能な最大流量をα（Ｌ／ｍｉｎ）と設定している。つまり、成層流量範囲としてβ〜αを設定している。これはコレクタ３の１枚分についてであるため、コレクタ３が２枚以上ある場合には、その枚数分を上記β，αに乗じるようにすればよい。
【００３１】
上記ＯＮ・ＯＦＦ運転制御モード１４は、上記コレクタ表面温度センサ９及び底部温度センサ１０の両検出温度の差の如何に応じて上記循環ポンプ７を上記のαで固定してＯＮ・ＯＦＦの間欠作動させるようになっている。（コレクタ表面温度Ｘ−底部温度Ｙ）の温度差が例えば７℃以上あれば循環ポンプ７をＯＮ作動させ、上記温度差が４℃以下であれば循環ポンプ７をＯＦＦにする、という温度差ＯＮ−ＯＦＦ制御による間欠作動を行うようになっている。
【００３２】
上記切換制御部１５は、集熱運転が開始されると、図４に示すように、まずは上記ＯＮ・ＯＦＦ運転制御モード１４による温度差ＯＮ−ＯＦＦ制御を開始し（Ｐ１）、この制御実行中に日射量演算部１６によって得られた現在の日射量が上記目標温度までに昇温加熱させるに十分な日射量であると判断されるまで、上記ＯＮ・ＯＦＦ運転制御モード１４を継続させる（Ｐ２でＮＯ、Ｐ３）。現在の日射量が十分な日射量であると判断されると上記成層運転制御モード１３による比例集熱制御を開始し（Ｐ２でＹＥＳ、Ｐ４）、この制御実行によって底部温度センサ１０により検出される底部温度Ｙが上記目標温度に到達すれば上記ＯＮ・ＯＦＦ運転制御モード１４による温度差ＯＮ−ＯＦＦ制御に再び切換えるように構成されている（Ｐ５でＹＥＳ、Ｐ６）。
【００３３】
上記日射量演算部１６は、流量センサ８により検出される流量値と、上記の戻り温度Ｚから底部温度Ｙを差し引いた温度差とに基づいて、単位時間当たりの集熱量を演算により求め、この集熱量と日射量との相関関係より現在の日射量を推定して得るようになっている。
【００３４】
以上のコントローラ１２による集熱運転制御を図５のフローチャートに基づいて具体的に説明する。
【００３５】
使用者によるスイッチ操作又は内蔵時計や日射検知による運転指令の出力によって集熱運転スイッチがＯＮにされると、まず底部温度Ｙが常用温度（４０℃）よりも高いか低いかを判定した上で（ステップＳＡ１）、高くても低くてもまずはＯＮ・ＯＦＦ運転制御モード１４を開始する。すなわち、コレクタ表面温度Ｘから底部温度Ｙを差し引いた温度差が７℃以上あれば循環ポンプ７をα（Ｌ／ｍｉｎ）で固定としてＯＮ作動し（ステップＳＡ２，ＳＡ３、又は、ステップＳＡ１６，ＳＡ１７）、上記温度差が４℃以下になれば循環ポンプ７をＯＦＦにしてリターンする（ステップＳＡ１４，ＳＡ１５、又は、ステップＳＡ１２，ＳＡ１３）。
【００３６】
ステップＳＡ１で底部温度Ｙが常用温度よりも高ければ成層運転制御モード１３による成層は不要であるためにＯＮ・ＯＦＦ運転制御モード１４を実行して集熱効率を優先しつつ集熱・蓄熱を行うものの、底部温度Ｙが常用温度よりも低ければ上記成層を行うために成層運転制御モード１３への切換え可能か否かを判定する。
【００３７】
すなわち、ステップＳＡ３で循環ポンプ７をＯＮした後に、日射量演算部１６による日射量推定により現在の日射量が上記常用温度まで昇温させるに十分か否かの判定を行い（ステップＳＡ４）、十分にあれば成層運転制御モード１３に切換えて循環ポンプ７のＦＢ制御を行う（ステップＳＡ４でＹＥＳ、ステップＳＡ５）。そして、循環流量のＦＢ制御値がα（Ｌ／ｍｉｎ）以上になればそのＦＢ制御値を強制的にα（Ｌ／ｍｉｎ）に変更する制限をかけ（ステップＳＡ６でＹＥＳ、ステップＳＡ７）、ＦＢ制御値がα（Ｌ／ｍｉｎ）未満であればさらにβ（Ｌ／ｍｉｎ）以上であることを確認する（ステップＳＡ６でＮＯ、ステップＳＡ８）。ここで、上記ＦＢ制御値がβ（Ｌ／ｍｉｎ）未満という極めて低流量になってしまう場合には、つまり、循環流量をβ（Ｌ／ｍｉｎ）未満にＦＢ制御しないと集熱し得ない程度になる場合には、循環ポンプ７をＯＦＦ（成層運転制御モードによる制御を停止）にしてステップＳＡ２の判定に戻る。ステップＳＡ５のＦＢ制御及びステップＳＡ６〜ＳＡ８の制限により循環流量をβ〜αの範囲で維持した状態で、底部温度Ｙが上記常用温度に達するまで継続させる（ステップＳＡ１０でＮＯ）。
【００３８】
そして、底部温度Ｙが上記常用温度に達し、蓄熱槽２内が全て常用温度の温水により満たされれば、ＯＮ・ＯＦＦ運転制御モード１４に切換え（ステップＳＡ１０でＹＥＳ、ステップＳＡ１１）、以後、ＯＮ・ＯＦＦ運転制御モード１４を実行させる（ステップＳＡ１２，ＳＡ１３，リターン）。
【００３９】
以上によれば、集熱運転が開始されれば、まずは蓄熱槽２の底部温度Ｙの如何に拘わらずＯＮ・ＯＦＦ運転制御モード１４が実行される。そして、上記底部温度Ｙが常用温度よりも低い場合には、日射量が常用温度まで昇温させるには不十分であってもＯＮ・ＯＦＦ運転制御モード１４により少しでも蓄熱することができる一方、日射量が上記の常用温度まで昇温させるに十分な程度であれば成層運転制御モード１３により蓄熱槽２の頂部に常用温度の温水を早期に確保することができる。そして、常用温度の温水が蓄熱槽２の全体に蓄熱されるという段階が完了すれば、以後はＯＮ・ＯＦＦ運転制御モード１４により集熱効率の良い蓄熱が続行される。
【００４０】
＜第２実施形態＞
図６は、本発明の第２実施形態に係る集熱運転制御のフローチャートを示す。この第２実施形態は、第１実施形態で説明した太陽熱利用温水装置（図１参照）の内、第１実施形態とは異なる構成のコントローラ１２ａを採用した点でのみ異なるものである。このため、第１実施形態と同じ構成要素については第１実施形態と同じ符号を用いて説明し、異なる点を中心に以下説明する。
【００４１】
第２実施形態のコントローラ１２ａは、第１実施形態のコントローラ１２から日射量演算部１６を省略し、第１実施形態とは異なる切換制御部１５ａを採用したものである。すなわち、上記コントローラ１２ａは、集熱運転制御手段として成層運転制御モード１３と、ＯＮ・ＯＦＦ運転制御モード１４と、これらの制御モードの切換えを行う切換制御部１５ａとを備えて構成されたものである。
【００４２】
上記切換制御部１５ａは、集熱運転が開始されると、所定の温度条件が成立するか否かによりＯＮ・ＯＦＦ運転制御モード１４か上記成層運転制御モード１３かのいずれかを実行し、成層運転制御モード１３による比例集熱制御を開始した場合にはその制御実行によって底部温度センサ１０により検出される底部温度Ｙが第１実施形態と同じ常用温度が設定された目標温度に到達すれば、上記ＯＮ・ＯＦＦ運転制御モード１４による温度差ＯＮ−ＯＦＦ制御に切換えるように構成されている。
【００４３】
以下、第２実施形態での集熱運転制御を図６に基づき具体的に説明すると、第１実施形態で説明したと同様に集熱運転スイッチがＯＮにされると、まず底部温度Ｙが常用温度（４０℃）よりも高いか低いかを判定し（ステップＳＢ１）、高ければＯＮ・ＯＦＦ運転制御モード１４を開始する。すなわち、コレクタ表面温度Ｘから底部温度Ｙを差し引いた温度差が７℃以上あれば循環ポンプ７をα（Ｌ／ｍｉｎ）で固定としてＯＮ作動し（ステップＳＢ１２，ＳＢ１３）、上記温度差が４℃以下になれば循環ポンプ７をＯＦＦにしてリターンする（ステップＳＢ１０，ＳＢ１１）。
【００４４】
ステップＳＢ１で底部温度Ｙが常用温度よりも高ければ成層運転制御モード１３による成層は不要であるためにＯＮ・ＯＦＦ運転制御モード１４を実行して集熱効率を優先しつつ集熱・蓄熱を行うものの、底部温度Ｙが常用温度よりも低ければ上記成層を行うために成層運転制御モード１３を実行する。
【００４５】
すなわち、ステップＳＢ２で現在のコレクタ表面温度Ｘが上記常用温度よりも高いことを前提にして成層運転制御モード１３を実行して循環ポンプ７のＦＢ制御を行う（ステップＳＢ２でＹＥＳ、ステップＳＢ３）。そして、循環流量のＦＢ制御値がα（Ｌ／ｍｉｎ）以上になればそのＦＢ制御値を強制的にα（Ｌ／ｍｉｎ）に変更する制限をかけ（ステップＳＢ４でＹＥＳ、ステップＳＢ５）、ＦＢ制御値がα（Ｌ／ｍｉｎ）未満であればさらにβ（Ｌ／ｍｉｎ）以上であることを確認する（ステップＳＢ４でＮＯ、ステップＳＢ６）。ここで、上記ＦＢ制御値がβ（Ｌ／ｍｉｎ）未満という極めて低流量になってしまう場合には、つまり、循環流量をβ（Ｌ／ｍｉｎ）未満にＦＢ制御しないと集熱し得ない程度になる場合には、循環ポンプ７をＯＦＦ（成層運転制御モードによる制御を停止）にしてステップＳＢ２の判定に戻る。ステップＳＢ３のＦＢ制御及びステップＳＢ４〜ＳＢ６の制限により循環流量をβ〜αの範囲で維持した状態で、底部温度Ｙが上記常用温度に達するまで継続させる（ステップＳＢ８でＮＯ）。
【００４６】
そして、底部温度Ｙが上記常用温度に達し、蓄熱槽２内が全て常用温度の温水により満たされれば、ＯＮ・ＯＦＦ運転制御モード１４に切換え（ステップＳＢ８でＹＥＳ、ステップＳＢ９）、以後、ＯＮ・ＯＦＦ運転制御モード１４を実行させる（ステップＳＢ１０，ＳＢ１１，リターン）。
【００４７】
以上によれば、集熱運転が開始されて、蓄熱槽２の底部温度Ｙが常用温度よりも低い場合には、コレクタ表面温度Ｘが常用温度まで昇温するのを待って成層運転制御モード１３が実行され、これにより、蓄熱槽２の頂部に常用温度の温水を早期に確保することができる。そして、常用温度の温水が蓄熱槽２の全体に蓄熱されるという段階が完了すれば、以後はＯＮ・ＯＦＦ運転制御モード１４により集熱効率の良い蓄熱が続行される。
【００４８】
＜他の実施形態＞
なお、本発明は上記第１及び第２実施形態に限定されるものではなく、その他種々の実施形態を包含するものである。すなわち、上記第１及び第２実施形態では、給湯回路６として給湯器１００を介して下流端の給湯栓に給湯する場合を例示したが、給湯回路６の下流端を給湯器１００を介さずに直接に給湯栓に接続させるようにしてもよい。
【００４９】
また、上記第１実施形態における日射量検出手段として、例えば日射計等のセンサにより構成してももちろんよい。
【００５０】
さらに、第１及び第２実施形態では、常用温度を目標温度に設定し、成層運転制御モード１３により蓄熱槽２全体に常用温度の温水が蓄熱されれば、以後はＯＮ・ＯＦＦ運転制御モード１４に切換えるようにしているが、目標温度を変更して成層運転制御モード１３による比例集熱制御を続行させるようにしてもよい。すなわち、常用温度（４０℃）を第１目標温度に設定して成層運転制御モード１３を実行して蓄熱槽２の全体が第１目標温度に到達すれば、次に、常用温度よりも高い温度（例えば６０℃）を第２目標温度に設定して成層運転制御モード１３を実行し、蓄熱槽２全体に第２目標温度の温水が蓄熱されれば、より高い温度（例えば７５℃）を第３目標温度に設定して成層運転制御モード１３を実行する、というように目標温度を高温側に段階的に変更設定して成層運転制御モードを継続させるようにしてもよい。
【００５１】
【実施例】
本発明の効果を確認するための比較試験を実施した。
【００５２】
その方法は次の通りである。図１に示す太陽熱利用温水装置における蓄熱槽２内を頂部から底部にかけて図７に示すように第１層〜第６層までの６つの層に区画し、各層毎に対応してサーミスタを設置して時間経過に応じて各層毎の平均温度を検出し得るようにした。そして、従来制御による集熱運転方法として、コレクタ表面温度Ｘから底部温度Ｙを差し引いた温度差が７℃以上で循環ポンプ７をＯＮにし、上記温度差が４℃以下になれば循環ポンプ７をＯＦＦにする温度差ＯＮ・ＯＦＦ制御を集熱運転開始から継続させた。この際の循環ポンプ７の循環流量は集熱効率のＭＡＸ値に対応する流量値で固定とした（図３参照）。本発明制御による集熱運転方法として、第２実施形態による制御を採った。
【００５３】
日の出から日没までの時間経過と、そのときの日射量の推移及び上記第１〜第６の各層別の温度変化との関係について、従来制御による場合を図８に、本発明制御による場合を図９にそれぞれ示す。図８の場合と図９の場合との双方の日射量（各図にＳで示す曲線）の推移は若干の相違はあるものの、その傾向はほぼ同じであった。
【００５４】
図８の従来制御の場合を見ると、頂部から底部までの第１層〜第６層が共にほぼ同じ昇温傾向を示し、蓄熱槽２の全体がかき回されながらその全体が徐々に昇温していくことが分かる。そして、給湯用の常用温度である４０℃の温水（湯）が蓄熱槽２内に確保されるのは午前１０：３０まで経過した時点であった。
【００５５】
これに対し、図９の本発明制御の場合を見ると、第１層〜第６層の各層が互いに温度差を有して成層状態となり、成層状態のままで昇温され、頂部側の第１層が最も早期に昇温している。そして、この第１層が上記の常用温度である４０℃に到達するのは午前７：３０であり、常用温度の温水を従来制御と比して大幅に早期に確保することができることが分かる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１又は第２実施形態の太陽熱利用温水装置を示す模式図である。
【図２】第１又は第２実施形態のコントローラの構成を示すブロック図である。
【図３】集熱効率と循環流量との関係を示すグラフである。
【図４】第１実施形態の集熱運転制御の概略を示すフローチャートである。
【図５】第１実施形態の集熱運転制御の具体例を示すフローチャートである。
【図６】第２実施形態の集熱運転制御の具体例を示すフローチャートである。
【図７】蓄熱槽の縦断面を模式的に示す図である。
【図８】従来制御による試験結果を示す図である。
【図９】本発明制御による試験結果を示す図である。
【図１０】太陽熱利用温水装置と補助熱源機との関係を示す模式図である。
【符号の説明】
２            蓄熱槽
３            コレクタ（太陽熱集熱器）
７            循環ポンプ（可変流量ポンプ）
９            コレクタ表面温度センサ（第１温度検出手段）
１０          底部温度センサ（第２温度検出手段）
１１          戻り温度センサ（第１温度検出手段）
１２，１２ａ  コントローラ（集熱運転制御手段）
１３          成層運転制御モード
１４          ＯＮ・ＯＦＦ運転制御モード
１５          切換制御部
１６          日射量演算部（日射量検出手段）
１００        給湯器（補助熱源機）
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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