(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽熱エネルギーを集熱して水を加熱する集熱機構とその水温を検出する高温センサとを有するコレクタと、前記コレクタに連設された揚水と落水とで共通して使用される揚水・落水管と、前記コレクタからの落水が供給される落水口と水が吐出される吐出口と水が供給される給水口と貯蔵水温を検出する低温センサとを有する貯湯タンクと、前記貯湯タンクに配設され前記貯湯タンクの高水位を検出する高水位検出手段と、前記貯湯タンクに配設され前記貯湯タンクの低水位を検出する低水位検出手段と、前記貯湯タンクの前記吐出口に配設された吸込み側パイプラインと、前記吸込み側パイプラインに吸引側が配設された送水ポンプと、前記送水ポンプに配設された吐出側パイプラインと、前記吐出側パイプラインから分岐した給湯パイプラインと、前記揚水・落水管と前記吐出側パイプラインの合流部に配設され揚水と落水とを切り替える切替器と、前記切替器と前記貯湯タンクの前記落水口とを接続する戻り管と、全体を制御すると共に前記高水位検出手段および前記低水位検出手段により前記貯湯タンクにおける水位を制御する制御部とを有することを特徴とする太陽熱温水装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記高温センサによる高温検出温度と前記低温センサによる低温検出温度との差である検出温度差が第１の所定温度を越えた場合には前記貯湯タンクを満水とした後に前記切替器を制御して前記貯湯タンクの水を前記コレクタへ揚水し、前記検出温度差が第２の所定温度よりも下がった場合には前記切替器を制御して前記コレクタにおける水の集熱動作を保持し、前記検出温度差が第３の所定温度を越えるか又は前記集熱動作の時間が第１の所定時間を越えた場合には前記切替器を制御して前記コレクタから前記貯湯タンクへの落水を第２の所定時間行うことを特徴とする請求項１に記載の太陽熱温水装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、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に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、エネルギーの有効利用を図るとともに大気汚染を防止するため、クリーンな太陽エネルギーを活用した太陽熱温水装置が利用されている。
以下に、従来の太陽熱温水装置及びその制御方法について説明する。
図６は従来の太陽熱温水装置を示す構成図である。
図６において、１は内部に集熱機構（図示せず）を有するコレクタ、２はコレクタ１内の水の温度を検出する高温センサ、５は水を供給する給水管、８は逆止弁、９ａは循環ポンプ、９ｂは給湯用送水ポンプ、１１は圧力タンク、１２は圧力スイッチ、１３は温水を出湯する給湯パイプライン、１６は貯湯タンク、１６ａは循環水接続口、１６ｂは出湯口、１８は給水導水管、１９は戻り湯導水管、２０は低温センサ、２１は制御部、２２は往き管、２３は戻り管、２４は水位制御器である。
【０００３】
以上のように構成された太陽熱温水装置について、その接続、動作等を説明する。
図６において、貯湯タンク１６の底部に循環水接続口１６ａを有し、循環水接続口１６ａに循環ポンプ９ａが接続されている。循環ポンプ９ａの出口側は往き管２２を介してコレクタ１に接続され、コレクタ１の出口側は貯湯タンク１６の上部に戻り管２３で接続されている。給水管５は貯湯タンク１６上部のボールタップ等の水位制御器２４に接続されている。一方、給湯側は、貯湯タンク１６上部の出湯口１６ｂに接続された給湯用送水ポンプ９ｂから給湯パイプライン１３を通じ台所・風呂等の蛇口へと接続される。圧力タンク１１は、給湯用送水ポンプ９ｂの吐出側に配設され、内部に空気槽を有しており、空気が圧縮できる性質を利用して給湯用送水ポンプ９ｂが頻繁にオン、オフすることを防止する働きをする。圧力スイッチ１２は、圧力タンク１１又はその近傍に取り付けられ、圧力が上がればオフ、下がればオンとなる。逆止弁８は、給湯用送水ポンプ９ｂと圧力タンク１１の間に取り付けられている。給水導水管１８は、給水管５から供給された水がスムースに貯湯タンク１６の下部に導かれるようになっている。戻り湯導水管１９は、戻り管２３から貯湯タンク１６に戻ってきた水が貯湯タンク１６内の水面をたたくことがないようにしたものである。
図６の太陽熱温水装置では、コレクタ１で水を温め、これを戻り管２３を通じて貯湯タンク１６に集め、この水を循環ポンプ９ａで往き管２２を通じて再びコレクタ１に送り、集熱を繰り返す。制御部２１は通常、高温センサ２と低温センサ２０の検出温度差が一定以上になると循環ポンプ９ａを起動し、温度差が小さくなれば循環ポンプ９ａを停止するように制御する。また、給湯は、給湯用送水ポンプ９ｂを運転し、台所・風呂等へ給湯するようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の太陽熱温水装置では、以下の問題点を有していた。
ａ．貯湯タンク１６とコレクタ１を接続する配管が往き管２２と戻り管２３の２本必要となり、配管が複雑で、生産性に欠けるとともに、設置作業の作業性に欠け、更に美観を損ねるという問題点を有していた。
ｂ．循環ポンプ９ａと給湯用送水ポンプ９ｂの２つのポンプを要するために設備費が高くなるという問題点を有していた。
ｃ．装置が複雑で部品点数が多いため太陽熱温水装置が設置される屋根に重量がかかり、屋根を傷め易いという問題点を有していた。
ｄ．太陽熱温水装置を屋根に設置する際、配管系が複雑で設置作業に多大の作業工数を要するという問題点を有していた。
【０００５】
本発明は、揚水と落水で使用される配管の共通化および循環ポンプと給湯用送水ポンプの共通化を図るとともに配管系を単純化し、部品点数を著しく削減し生産性を向上させるとともに、設置作業の作業性を著しく向上させることができる太陽熱温水装置の提供を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この課題を達成するために本発明の太陽熱温水装置は、太陽熱エネルギーを集熱して水を加熱する集熱機構とその水温を検出する高温センサとを有するコレクタと、コレクタに連設された揚水と落水とで共通して使用される揚水・落水管と、コレクタからの落水が供給される落水口と水が吐出される吐出口と水が供給される給水口と貯蔵水温を検出する低温センサとを有する貯湯タンクと、貯湯タンクに配設され貯湯タンクの高水位を検出する高水位検出手段と、貯湯タンクに配設され貯湯タンクの低水位を検出する低水位検出手段と、貯湯タンクの吐出口に配設された吸込み側パイプラインと、吸込み側パイプラインに吸引側が配設された送水ポンプと、送水ポンプに配設された吐出側パイプラインと、吐出側パイプラインから分岐した給湯パイプラインと、揚水・落水管と吐出側パイプラインの合流部に配設され揚水と落水とを切り替える切替器と、切替器と前記貯湯タンクの落水口とを接続する戻り管と、全体を制御すると共に高水位検出手段および低水位検出手段により貯湯タンクにおける水位を制御する制御部とを有する構成を備えている。
これにより、揚水と落水で使用される配管の共通化および送水ポンプと給湯用送水ポンプとの共通化を図ることができ、配管を単純化しかつ設備費を安価にすることができる太陽熱温水装置が得られる。
【０００７】
【０００８】
【本発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の太陽熱温水装置は、太陽熱エネルギーを集熱して水を加熱する集熱機構とその水温を検出する高温センサとを有するコレクタと、コレクタに連設された揚水と落水とで共通して使用される揚水・落水管と、コレクタからの落水が供給される落水口と水が吐出される吐出口と水が供給される給水口と貯蔵水温を検出する低温センサとを有する貯湯タンクと、貯湯タンクに配設され貯湯タンクの高水位を検出する高水位検出手段と、貯湯タンクに配設され貯湯タンクの低水位を検出する低水位検出手段と、貯湯タンクの吐出口に配設された吸込み側パイプラインと、吸込み側パイプラインに吸引側が配設された送水ポンプと、送水ポンプに配設された吐出側パイプラインと、吐出側パイプラインから分岐した給湯パイプラインと、揚水・落水管と吐出側パイプラインの合流部に配設され揚水と落水とを切り替える切替器と、切替器と貯湯タンクの落水口とを接続する戻り管と、全体を制御すると共に高水位検出手段および低水位検出手段により貯湯タンクにおける水位を制御する制御部とを有する構成を備えている。
この構成により、揚水と落水とを切り替える切替器とコレクタとの間は揚水と落水とで共通して使用される１本の配管としての揚水・落水管で接続され、また切替器により揚水と落水が制御され、送水ポンプは揚水と落水とで共通化されるという作用を有する。
【０００９】
請求項２に記載の太陽熱温水装置は、請求項１に記載の太陽熱温水装置において、制御部は、高温センサによる高温検出温度と低温センサによる低温検出温度との差である検出温度差が第１の所定温度を越えた場合には貯湯タンクを満水とした後に切替器を制御して貯湯タンクの水をコレクタへ揚水し、検出温度差が第２の所定温度よりも下がった場合には切替器を制御してコレクタにおける水の集熱動作を保持し、検出温度差が第３の所定温度を越えるか又は集熱動作の時間が第１の所定時間を越えた場合には切替器を制御してコレクタから貯湯タンクへの落水を第２の所定時間行う構成を有している。
この構成により、コレクタ内の水温の低下が防止され、落水の水温の低下すなわち貯湯タンクの水温の低下が防止されるという作用を有する。
【００１０】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について図１〜図５を用いて説明する。
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１による太陽熱温水装置を示す構成図である。
図１において、１は内部に集熱機構（図示せず）を備え太陽熱エネルギーを集熱して水を加熱すると共にその水温を検出する高温センサ２を備えたコレクタ、１ａはコレクタ１内の圧力に応じて空気が流通する空気弁、３は外部から給水を受けて貯留するとともにコレクタ１への揚水やコレクタ１の温水を貯留する貯湯タンク、３ａは貯湯タンク３にコレクタ１の温水等が落水として供給される落水口、３ｂは貯湯タンク３の水もしくは温水が吐出される吐出口、３ｃは貯湯タンク３の貯水量が減少したときに水が外部から供給される給水口、４ａは貯湯タンク３に配設され貯湯タンク３中の高水位を検出する高水位検出手段としての高水位電極、４ｂは貯湯タンク３に配設され貯湯タンク３中の低水位を検出する低水位検出手段としての低水位電極、５は貯湯タンク３に外部から水を供給する給水管、５ａは給水管５の水の供給を制御する給水電磁弁、６は貯湯タンク３に配設された低温センサとしての缶体サーミスタ、７は貯湯タンク３の吐出口３ｂに配設された吸込み側パイプライン、８は吸込み側パイプライン７に配設された逆止弁、９は吸込み側パイプライン７に吸引側が配設された送水ポンプ、１０は送水ポンプ９に配設された吐出側パイプライン、１１は吐出側パイプライン１０に配設された圧力タンク、１２は圧力タンク１１の配管系に配設された圧力スイッチ、１３は吐出側パイプライン１０から分岐した給湯パイプライン、１３ａは給湯パイプライン１３に配設された給湯水流スイッチ、１４はコレクタ１への揚水と落水とを１本のパイプで行う揚水・落水管、１５はコレクタ１への揚水と落水とを切り替える切替器としての電動弁等からなる三方弁、１５ａ、１５ｂ、１５ｃは三方弁１５の各ポート、１６は三方弁１５と貯湯タンク３の落水口３ａとを接続する戻り管、１７は落水口３ａに連設されて貯湯タンク３に配設され貯湯タンク３内での水たたきを防止する落水導水管、１８は全体を制御する制御部である。なお、高水位検出手段、低水位検出手段としては高水位電極４ａ、低水位電極４ｂの他に、フロートスイッチ、圧力スイッチ等も代用して用いることができる。
【００１２】
以上のように構成された実施の形態の太陽熱温水装置について、以下その制御方法及びその動作を図面を用いて説明する。
図２、図３は図１の太陽熱温水装置の動作を示すメインフローチャート、図４は給湯水流スイッチオン時の処理（給湯水流スイッチオン処理）を示すサブフローチャート、図５は低水位電極が低水位を検知したときの処理（低水位検知処理）を示すサブフローチャートである。
図２において、まず、制御部１８は、高温センサ２で検出されたコレクタ１の水温（高温検出温度）Ｔａと缶体サーミスタ６で検出された貯湯タンク３の水温（低温検出温度）Ｔｂとの差（検出温度差（Ｔａ−Ｔｂ））が第１の所定温度Ａ℃を越えたか否かを判定する（Ｓ１）。すなわち、制御部１８は、高温センサ２からの高温信号ａと缶体サーミスタ６からの低温信号ｂとから検出温度差を算出し、この検出温度差が第１の所定温度Ａ℃を越えたか否かを判定する。検出温度差が第１の所定温度Ａ℃を越えている場合は、ステップ１からステップ２へ移行する。ステップ２では、高水位電極４ａが高水位を検知したか否かを判定する。すなわち、制御部１８は高水位電極４ａから高水位信号ｈを入力し、高水位か否かを判定する。ステップ２で高水位を検知していない場合は制御部１８は開閉信号ｆにより給水電磁弁５ａを「開」状態とし（Ｓ３）、次に高水位電極４ａが高水位を検知したか否かを判定し（Ｓ４）、高水位を検知した場合には給水電磁弁５ａを「閉」としてステップ６へ移行する。
ステップ６では制御部１８は切替信号ｄにより三方弁１５のポート１５ａと１５ｂを接続し、次に圧力スイッチ１２がＯＮか否かを圧力信号ｃにより判定し（Ｓ７）、圧力スイッチ１２がＯＮの場合には起動信号ｅにより送水ポンプ９を起動する（Ｓ８）。
【００１３】
次に、図３において、制御部１８は、高温センサ２の温度Ｔａと缶体サーミスタ６の温度Ｔｂの検出温度差が第２の所定温度Ｂ℃よりも小さいか否かを判定する（Ｓ９）。コレクタ１が低温になった場合、すなわち貯湯タンク３内の水がコレクタ１内に給水された場合は、検出温度差は第２の所定温度Ｂ℃よりも小さい値となり、ステップ９からステップ１０へ移行する。
ステップ１０では制御部１８は切替信号ｄにより三方弁１５を「閉」とし、次に圧力スイッチ１２がＯＦＦか否かを判定し（Ｓ１１）、圧力スイッチ１２がＯＦＦであれば、送水ポンプ９を停止させる（Ｓ１２）。すなわち、コレクタ１における水集熱動作を保持する。
次に、制御部１８は、検出温度差が第３の所定温度Ｃ℃を越えたか否かを判定し（Ｓ１３）、検出温度差が第３の所定温度Ｃ℃を越えていない場合には次に送水ポンプ９の停止からの経過時間が第１の所定時間ｔ１を経過しているか否かを判定する（Ｓ１４）。第１の所定時間ｔ１を経過していない場合にはステップ１３へ戻る。検出温度差が第３の所定温度Ｃ℃を越えたか、あるいは送水ポンプ９の停止からの経過時間が第１の所定時間ｔ１を経過した場合にはステップ１５へ移行する。
ステップ１５では、三方弁１５のポート１５ａと１５ｃを接続し、落水状態とする。次に、三方弁１５のポート１５ａと１５ｃを接続してからの経過時間（つまり落水状態の経過時間）が第２の所定時間ｔ２を経過しているか否かを判定し（Ｓ１６）、落水状態の経過時間が第２の所定時間ｔ２を経過している場合には、三方弁１５を「閉」としてステップ１へ戻る。
ここで、ステップ１〜８は揚水ステップを構成し、ステップ９〜１２は集熱保持ステップを、ステップ１３〜１７は落水ステップを構成する。
【００１４】
図２、３に示すメインフローの動作中において、給湯水流スイッチ１３ａがＯＮになった場合、あるいは低水位電極４ｂが低水位を検知した場合には、いかなる動作中であっても、図４あるいは図５のサブフローへ移行する。
まず、給湯水流スイッチ１３ａがＯＮの場合の処理について図４を用いて説明する。
図４において、まず、制御部１８は、給湯水流スイッチ１３ａからのスイッチ状態信号ｇにより給湯水流スイッチ１３ａがＯＮか否かを判定する（Ｓ２１）。給湯水流スイッチ１３ａがＯＮの場合は次に制御部１８は、制御信号ｄにより三方弁１５を「閉」状態とし（Ｓ２２）、ポンプ制御信号ｅにより送水ポンプ９を起動する（Ｓ２３）。これにより水または温水が給湯パイプライン１３から出湯（出水）される。ステップ２１で給湯水流スイッチ１３ａがＯＦＦと判定したときは、図２、３のメインフローチャートの元のステップへ戻る（Ｓ２４）。なお、出湯水は低温水または高温水であるので、給湯水流スイッチ１３ａの下流側には熱源が配設され、この熱源により出湯水が所定温度となるように制御することが望ましい。次に、低水位電極４ｂが低水位を検知した場合の処理について図５を用いて説明する。
【００１５】
図５において、まず、制御部１８は、低水位電極４ｂからの低水位信号ｉにより低水位になったか否かを判定する（Ｓ３１）。低水位になったと判定した場合には次に制御部１８は、開閉信号ｆにより給水電磁弁５ａを「開」とする（Ｓ３２）。次に制御部１８は、高水位信号ｈにより高水位になったか否かを判定し（Ｓ３３）、高水位になったと判定したときには開閉信号ｆにより給水電磁弁５ａを「閉」とし（Ｓ３４）、図２、３のメインフローチャートの元のステップへ戻る（Ｓ３５）。ステップ３１で制御部１８が低水位になっていないと判定した場合はメインフローチャートの元のステップへ戻る（Ｓ３５）。
【００１６】
以上のように本実施の形態の太陽熱温水装置は構成されているので、以下の作用を有する。
ａ．貯湯タンク３の近傍のパイプライン上に配設された切替器の１種である三方弁１５と、太陽熱エネルギーを集熱して水を加熱すると共に高温センサ２により水温を検出するコレクタ１とをパイプラインの揚水・落水管１４で接続したことにより、揚水と落水とでパイプラインを共通化することができるので、配管系を著しく単純化でき、生産性に優れるとともに、設置作業の作業性に優れるという作用を有する。
ｂ．従来は循環ポンプ９ａと給湯用送水ポンプ９ｂの２つのポンプを要していたのが、１基ですむため設備費を大幅に削減できるという作用を有する。
ｃ．装置全体が単純で部品点数が少ないため太陽熱温水装置が設置される屋根にかかる重量を著しく軽減化でき、屋根を傷め難いという作用を有する。
ｄ．太陽熱温水装置を屋根に設置する際、配管系が単純で設置作業の作業工数を削減できるという作用を有する。
ｅ．制御部１８が高水位電極４ａおよび低水位電極４ｂにより貯湯タンク３における水位を制御するようにしたので、貯湯タンク３の水位、水温の適正な制御が可能になる。
ｆ．揚水と落水とを切り替える切替器１５とコレクタ１との間は揚水と落水とで共通して使用される１本の配管としての揚水・落水管１４で接続され、また切替器１５により揚水と落水が制御され、送水ポンプ９は揚水と落水とで共通化されるという作用を有する。
ｇ．制御部１８は、高温センサ２による高温検出温度Ｔａと低温センサ（缶体サーミスタ）６による低温検出温度Ｔｂとの差である検出温度差が第１の所定温度Ａ℃を越えた場合には貯湯タンク３を満水とした後に切替器１５を制御して貯湯タンク３の水をコレクタ１へ揚水し（ステップ１〜８）、次に検出温度差が第２の所定温度Ｂ℃よりも下がった場合には切替器１５を制御してコレクタ１における水の集熱動作を保持し（ステップ９〜１２）、次に検出温度差が第３の所定温度Ｃ℃を越えるか又は上記集熱動作の時間が所定時間ｔ１を越えた場合には切替器１５を制御してコレクタ１から貯湯タンク３への落水を所定時間ｔ２行う（ステップ１３〜１７）ようにしたので、揚水と落水とを１個の送水ポンプ９で兼ねることができるという作用を有する。
ｈ．コレクタ１内の水温の低下が防止され、落水の水温の低下すなわち貯湯タンク３の水温の低下が防止されるという作用を有する。なお、本発明の実施の形態では高水位検出手段、低水位検出手段を電極棒として説明してきたが、フロートスイッチ、圧力センサ等の水位センサでも同等の作用効果が得られる。
【００１７】
【発明の効果】
本発明の請求項１に記載の太陽熱温水装置によれば、
ａ．パイプラインは、揚水と落水とで共通して使用される揚水・落水管を有することにより、揚水と落水とでパイプラインを共通化することができるので配管を単純化して生産性や設置時の作業性を著しく向上できる。
ｂ．屋根上に設置する機器の重量を低減することができ、さらに貯湯タンクにおける水位を制御することにより、貯湯タンクの水位、温度の適正な制御が可能になる。
【００１８】
請求項２に記載の太陽熱温水装置によれば、請求項１に記載の発明で得られる効果に加えて、
ａ．高温センサによる高温検出温度と低温センサによる低温検出温度との差である検出温度差が第１の所定温度を越えた場合には貯湯タンクを満水とした後に切替器を制御して貯湯タンクの水をコレクタへ揚水し、検出温度差が第２の所定温度よりも下がった場合には切替器を制御してコレクタにおける水の集熱動作を保持し、検出温度差が第３の所定温度を越えるか又は集熱動作の時間が第１の所定時間を越えた場合には切替器を制御してコレクタから貯湯タンクへの落水を第２の所定時間行うことにより、揚水と落水とを１個の送水ポンプで兼ねることができるので、設備費を安価にすることができる。
【００１９】
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態１による太陽熱温水装置を示す構成図
【図２】  図１の太陽熱温水装置の動作を示すメインフローチャート
【図３】  図１の太陽熱温水装置の動作を示すメインフローチャート
【図４】  給湯水流スイッチＯＮ処理を示すサブフローチャート
【図５】  低水位検知処理を示すサブフローチャート
【図６】  従来の太陽熱温水装置を示す構成図
【符号の説明】
１  コレクタ
１ａ  空気弁
２  高温センサ
３  貯湯タンク
３ａ  落水口
３ｂ  吐出口
３ｃ  給水口
４ａ  高水位電極（高水位検出手段）
４ｂ  低水位電極（低水位検出手段）
５  給水管
５ａ  給水電磁弁
６  缶体サーミスタ（低温センサ）
７  吸込み側パイプライン
８  逆止弁
９  送水ポンプ
１０  吐出側パイプライン
１１  圧力タンク
１２  圧力スイッチ
１３  給湯パイプライン
１３ａ  給湯水流スイッチ
１４  揚水・落水管
１５  三方弁（切替器）
１５ａ、１５ｂ、１５ｃ  三方弁（切替器）の各ポート
１６  戻り管
１７  落水導水管
１８  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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【図６】
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