(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽熱集熱パネルと、大気を前記太陽熱パネルに通風させる送風手段と、水回路と、前記太陽熱パネルを通過した大気が前記水回路の水と熱交換する集熱熱交換器と、前記送風手段の風量を可変する風量可変手段と、水回路の水量を可変する水量可変手段と、前記集熱熱交換器の下流に大気の温度を検知する温度センサーと、前記温度センサーの検知温度Ｔ５が所定の温度Ｔ６となるように風量制御手段を介して風量を可変制御する送風制御手段とを備えた太陽熱利用装置。
【請求項２】
太陽熱集熱パネルと、大気を前記太陽熱パネルに通風させる送風手段と、水回路と、前記太陽熱パネルを通過した大気が前記水回路の水と熱交換する集熱熱交換器と、前記送風手段の風量を可変する風量可変手段と、水回路の水量を可変する水量可変手段と、前記集熱熱交換器の上流に大気の温度を検知する温度センサーと、前記集熱熱交換器の上流に水の温度を検知する温度センサーと、前記大気の温度を検知する温度センサーの検知温度Ｔ１が所定の温度Ｔ２となるように風量可変手段を介して風量を可変制御するとともに、前記水の温度を検知する温度センサーの検知温度を基に、前記送風手段を作動させる送風制御手段とを備えた太陽熱利用装置。
【請求項３】
太陽熱集熱パネルの温度を検知する温度センサーと、前記温度センサーの検知温度Ｔ３が所定の温度Ｔ４となるように風量可変手段を介して風量を可変制御する送風制御手段を備えた請求項１又は２記載の太陽熱利用装置。
【請求項４】
太陽熱集熱パネルは、太陽光を透過する透過体を備えた請求項１〜３のいずれか１項に記載の太陽熱利用装置。
【請求項５】
集熱熱交換器の上流に、外部から大気を吸入するための開閉が可能な開閉ダンパーを備えた請求項１〜４のいずれか１項に記載の太陽熱利用装置。
【請求項６】
ヒートポンプ回路と、前記ヒートポンプ回路の冷媒と水回路の水が熱交換する冷媒熱交換器を備えた請求項１〜５のいずれか１項に記載の太陽熱利用装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、太陽熱を熱源として水を加熱し、生成した温水を給湯、あるいは暖房などに使う太陽熱利用装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の太陽熱利用装置としては、例えば、特開平７−９８１５７号公報に記載されているような太陽熱温水器があった。図８は、前記公報に記載された従来の太陽熱利用した太陽熱温水器を示すものである。
【０００３】
図８において、１は太陽熱温水器、２は貯水タンク、３ガラス板、４は太陽熱集熱器、５は太陽熱温水器１へ水を給水する給水配管、６は貯水タンクの温水を出水する出湯配管である。この構成において、貯水タンク２から太陽熱集熱器４へ送り込まれて蓄えられた水は、ガラス板３を通過する太陽光によって加熱することができる。
【０００４】
【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器は、太陽光を受熱して太陽熱集熱器４の水を加温するため、加熱された水の温度は太陽の日射の強弱に左右されるばかりでなく、太陽の日射量が少ない場合、あるいは冬期には、太陽熱集熱器４の水を給湯に必要な温度まで加熱できないという課題を有していた。
【０００５】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、太陽の日射の強弱に左右されることなく、水を給湯、あるいは暖房に必要な温度まで加熱し、太陽の日射が無い場合でも、大気熱などの自然エネルギーを有効に利用して水（あるいは、ブラインなど）を加熱できる太陽熱利用装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するために、太陽熱集熱パネルと、大気を前記太陽熱パネルに通風させる送風手段と、水回路と、前記太陽熱パネルを通過した大気が前記水回路の水と熱交換する集熱熱交換器と、前記送風手段の風量を可変する風量可変手段と、水回路の水量を可変する水量可変手段と、前記集熱熱交換器の下流に大気の温度を検知する温度センサーと、前記温度センサーの検知温度Ｔ５が所定の温度Ｔ６となるように風量制御手段を介して風量を可変制御する送風制御手段とを備えた太陽熱利用装置としたものである。
【０００７】
これによって、外部から吸入した大気と、日射を受光して高温となった太陽熱集熱パネルと熱交換させて、高温の大気を生成し、大気の温熱を集熱熱交換器で水に受熱させることによって、水の加熱が可能となる。また、日射量が少ない場合でも、吸入する大気の風量を制御すると、高温の大気を生成することが可能となり、これと水を集熱熱交換器で熱交換させると、太陽の日射量が少ない場合でも給湯、あるいは暖房に必要な所定の温度まで水を加熱することができる。
【０００８】
また、太陽熱を利用して温水を生成すると同時に、所定の温度の温風を生成できるので、給湯と暖房の同時運転が可能な太陽熱利用装置とすることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
請求項１に記載の発明は、太陽熱集熱パネルと、大気を前記太陽熱パネルに通風させる送風手段と、水回路と、前記太陽熱パネルを通過した大気が前記水回路の水と熱交換する集熱熱交換器と、前記送風手段の風量を可変する風量可変手段と、水回路の水量を可変する水量可変手段と、前記集熱熱交換器の下流に大気の温度を検知する温度センサーと、前記温度センサーの検知温度Ｔ５が所定の温度Ｔ６となるように風量制御手段を介して風量を可変制御する送風制御手段とを備えた太陽熱利用装置とすることにより、日射量が少ない場合でも、日射を受光した太陽熱集熱パネルと熱交換する大気の風量を制御して高温の大気を生成し、これと水を集熱熱交換器で熱交換させると、水を加熱することが可能となり、太陽の日射量が少ない場合でも、給湯、あるいは暖房に必要な所定の温度の温水を生成する太陽熱利用装置とすることができる。
【００１０】
また、太陽熱を利用して温水を生成すると同時に、所定の温度の温風を生成できるので、給湯と暖房の同時運転が可能な太陽熱利用装置とすることができる。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、太陽熱集熱パネルと、大気を前記太陽熱パネルに通風させる送風手段と、水回路と、前記太陽熱パネルを通過した大気が前記水回路の水と熱交換する集熱熱交換器と、前記送風手段の風量を可変する風量可変手段と、水回路の水量を可変する水量可変手段と、前記集熱熱交換器の上流に大気の温度を検知する温度センサーと、前記集熱熱交換器の上流に水の温度を検知する温度センサーと、前記大気の温度を検知する温度センサーの検知温度Ｔ１が所定の温度Ｔ２となるように風量可変手段を介して風量を可変制御するとともに、前記水の温度を検知する温度センサーの検知温度を基に、前記送風手段を作動させる送風制御手段とを備えたとすることにより、日射の強弱に応じて、日射を受光した太陽熱集熱パネルと熱交換する大気の風量を制御して所定の温度の大気を生成し、これと水を集熱熱交換器で熱交換させると、水の加熱が可能となり、太陽の日射の強弱に関わらず、給湯、あるいは暖房に必要な所定の温度の温水を生成する太陽熱利用装置とすることができる。また、日射の有無に応じて大気と水との熱交換を制御するので、日射変動時の水の放熱を抑制できるとともに、日射がない場合でも大気熱を利用して水の加熱を行う太陽熱利用装置とすることができる。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、前記太陽熱集熱パネルの温度を検知する温度センサーと、前記温度センサーの検知温度Ｔ３が所定の温度Ｔ４となるように前記風量可変手段を介して風量を可変制御する送風制御手段を備えた請求項１又は２記載の太陽熱利用装置とすることにより、日射の強弱に応じて、日射を受光した太陽熱集熱パネルと熱交換する大気の風量を制御して所定の温度の大気を生成させ、これを集熱熱交換器で水と熱交換させると、水の加熱が可能となり、太陽の日射の強弱に関わらず、さらに、日射変動が激しい場合でも、給湯、あるいは暖房に必要な所定の温度の温水を生成する太陽熱利用装置とすることができる。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、太陽熱集熱パネルは、太陽光を透過する透過体を備えたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の太陽熱利用装置とすることにより、透過体と太陽熱集熱パネルの間隙を通過する大気を温室効果により効率よく加温することができるので、太陽の日射の強弱に関わらず、さらに、日射変動が激しい場合でも、給湯、あるいは暖房に必要な所定の温度の温水を生成する太陽熱利用装置とすることができる。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、前記集熱熱交換器の上流に、外部から大気を吸入するための開閉が可能な開閉ダンパーを備えたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の太陽熱利用装置とすることにより、日射がない場合、外部の大気を吸入して集熱熱交換器における大気の風量を増加させて、大気と水の交換熱量の増大を図ることができるので、大気熱などの自然エネルギーを最大に利用して水の加熱を行う太陽熱利用装置とすることができるとともに、太陽熱集熱パネルを通過する際の通路抵抗を減らすことができるので、装置の効率を向上させることができる。
【００１５】
請求項６に記載の発明は、ヒートポンプ回路と、前記ヒートポンプ回路の冷媒と水回路の水が熱交換する冷媒熱交換器を備えたことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の太陽熱利用装置とすることにより、日射を受光した太陽熱集熱パネルと熱交換する大気の風量を制御して所定の温度の大気を生成し、これと水を集熱熱交換器で熱交換させたあと、ヒートポンプ回路の冷媒の凝縮熱を利用して水を所定の温度まで加熱することが可能となるので、太陽の日射の強弱に関わらず、給湯、あるいは暖房に必要な所定の温度の温水を生成し、さらに水の加熱能力を向上させた太陽熱利用装置とすることができる。
【００１６】
【実施例】
以下、本発明の実施例および参考例について図面を用いて説明する。
【００１７】
（参考例１）
図１は、本発明の参考例１における太陽熱利用装置の構成図を示すものである。６は太陽の日射を受光する太陽熱集熱パネル、７は大気と水が熱交換する集熱熱交換器、８は大気を外部から吸入する送風手段、９は送風手段８を駆動するモーター、１０は水を集熱熱交換器７へ供給する水回路、１１は大気と集熱熱交換器７で熱交換した水が流れる水回路、１２は水ポンプ、１３は貯水槽、１４、１５は貯水槽１３へ水を供給、あるいは排出する水配管、１６は集熱熱交換器７を流出した水の温度を検知する温度センサーである。
【００１８】
１７は、インバーター回路、あるいは、電圧制御回路等を備えてモーター９の回転数制御を行う風量可変手段、１８は風量可変手段１７と、モーター９を介して送風手段８が搬送する風量を可変制御する送風制御手段である。１９は水ポンプ１２が搬送する水量を可変する水量可変手段であり、水ポンプ１２の回転数を可変できるインバーター回路、あるいは電圧制御回路等を備えている。２０は水量制御手段であり、温度センサー１６で検知する温度Ｔｗが、予め任意に設定した本装置で生成するべき所定の水の温度（給湯、あるいは暖房に必要な水の温度）Ｔ０となるように、水量可変手段を１９を介して水量を制御するものである。
【００１９】
２１は集熱熱交換器７の上流の大気の温度を検知する温度センサーであり、ここで、送風制御手段１８は温度センサー２１の検知した温度を基に、モーター９と風量可変手段１７を介して、送風手段８で外部から吸入する大気の風量を制御するものであり、温度センサー２１の検知した大気の温度Ｔ１が、所定の温度Ｔ２対して、Ｔ１＝Ｔ２となるように風量を制御する。
【００２０】
本参考例において、所定の温度Ｔ２は、Ｔ２＝Ｔ０＋αとし、αは＋０〜２０℃の範囲で設定し、太陽熱集熱パネル６の面積と、集熱熱交換器７の伝熱面積に応じて最適値が設定される。ここで、図１に示すように、送風手段８で外部より吸入された大気が、太陽熱集熱パネル６を通過した後、集熱熱交換器７へ流入するように、太陽熱集熱パネル６、集熱熱交換器７、送風手段８を配置している。また、本参考例では、大気と熱交換する媒体に水を用い、貯水槽１３に貯えられる水は、水配管１４、１５より取り出し、給湯、暖房等に利用することができる。大気と熱交換する媒体は、水の他に、例えばブラインとすることも可能である。
【００２１】
本参考例において、集熱熱交換器７にフィンチューブ式熱交換器を用い、チューブ側を水回路１０、１１と連結した。温度センサー１６、２１にはサーミスターを用い、温度センサーはこの他に、熱電対、測温抵抗体を使用することもできる。本参考例では、水量可変制御を行う手段を水ポンプ１２としたが、水回路１０、１１に水量制御弁を設け、水量制御弁の弁開度を制御して水量を制御する構成とすることもできる。
【００２２】
また、送風手段８は、シロッコ式ファンを用いたが、クロスフロー式ファン、あるいはプロペラ式ファンなどを利用することも可能である。また、本参考例において、本装置で加熱した温水を給湯利用する時には、Ｔ０＝３５〜６０℃の範囲で設定し、暖房に利用する場合は、Ｔ０＝５５〜８０℃の範囲で設定したが、使用者の好みの応じて設定することができるので、この範囲に限るものではない。
【００２３】
以上のように構成された太陽熱利用装置について、以下その動作、作用を説明する。
【００２４】
太陽熱集熱パネル６が太陽の日射を受光しているとき、太陽熱集熱パネル６の表面は高温に加熱される。このとき、送風手段８によって外部から大気を吸入すると、大気は太陽熱集熱パネル６を通過する際に、高温となった太陽熱集熱パネル６の表面と熱交換して高温となる。そのあと、高温となった大気は、集熱熱交換器７を通過する際に、水ポンプ１２によって搬送された水回路１０の水と熱交換し、大気の保有する温熱は水の加熱に利用される。
【００２５】
従って、太陽の日射を太陽熱集熱パネル６が受光しているとき、水回路１０の水の加熱が可能となる。ここで、水量制御手段２０により温度センサー１６の検知する温度Ｔｗが、予め任意に設定された、給湯、および暖房に必要な温度（所定の温度）Ｔ０となるように、水量可変手段１９と水ポンプ１２を介して水量を制御すると、貯水槽１３に温度がＴ０の温水を貯めることができる。この貯水した温水は、水配管１５より取り出して、給湯、あるいは、暖房に利用することができる。このとき、太陽熱集熱パネル６と熱交換する大気の風量は、温度センサー２１の検知する温度Ｔ１が、Ｔ１＝Ｔ２（Ｔ２＝Ｔ０＋α）となるように制御されるため、Ｔ０＜Ｔ１となる大気が集熱熱交換器７を通過することになる。
【００２６】
太陽熱集熱パネル６が受光する太陽の日射量が少ないとき（朝、夕方、冬期など）は、太陽熱集熱パネル６と大気が熱交換する熱量が少なくなるので、集熱熱交換器７へ流入する大気の温度が低下する。大気の温度が低下すると、所定の温度Ｔ０の温水を生成することが不可能となる。そこで、風量可変手段１７と送風制御手段１８により、温度センサー２１で検知する大気の温度Ｔ１が所定の温度Ｔ２（Ｔ０＜Ｔ２）となるまで送風手段８で搬送する風量を減らすと、太陽熱集熱パネル６が受光する日射量が少なくても、温度の高い大気を生成することができる。このとき、集熱熱交換器７で熱交換した水の温度がＴ０となるように、水量を水量制御手段２０と水量可変手段１９で制御すると、日射量が少ない場合でも、所定の温度Ｔ０の温水を生成することが可能となる。
【００２７】
以上のように、本参考例においては、太陽熱集熱パネル６と、集熱熱交換器７と、送風手段８と、風量可変手段１７と、送風制御手段１８と、水量可変手段１９と、水量制御手段２０などを設置し、太陽の日射を太陽熱集熱パネル６が受光しているとき、送風手段８によって外部より吸入した大気を、太陽熱集熱パネル６と熱交換させて温度Ｔ２まで加熱した後、集熱熱交換器７で水と熱交換させ、さらに予め設定された、給湯、あるいは暖房に必要な所定の温度Ｔ０となるように水量制御を行う構成としたので、所定の温度Ｔ０の温水を生成することができる。また、太陽の日射量が少ないときでも、大気の風量を下げることにより高温の大気を生成し、これと水を熱交換させるので、太陽の日射の強弱に左右されずに、給湯、あるいは暖房を行うために必要な温度まで水を加熱する太陽熱利用装置とすることができる。
【００２８】
尚、本参考例においては、集熱熱交換器７で生成した温水を貯水槽１３に貯水する構成としたが、貯水槽１３を略して、水回路１１より直接出水させて、給湯、あるいは暖房に利用する構成としてもよい。
【００２９】
また、外部から吸入する大気温度よりも、集熱熱交換器７から流出する大気温度が高い場合は、装置から排出される温度の大気を室内に導入すると室内の暖房を行うことができる。
【００３０】
また、貯水槽１３に貯水した水の温度を下げたい場合は、集熱熱交換器７を介して大気へ放熱させることができる。このとき、温度センサー１６の検知する温度Ｔ１が、所定の温度Ｔ０（冷却する目標となる温度）となるように、水量可変手段１９と水量制御手段２０で水量を制御し、さらに、温度センサー２１の検知した温度Ｔ１が所定の温度Ｔ２となるように送風制御手段１８によって風量を制御すると、温度Ｔ０まで貯水槽１３の温度を低下させることができる。ここで、所定の温度Ｔ２は、Ｔ２＝Ｔ０−α（α＝＋０〜２０℃）の範囲で設定した。
【００３１】
（参考例２）
図２は、本発明の参考例２における太陽熱利用装置の構成図を示すものである。２３は太陽熱集熱パネル６の温度を検知する温度センサー、２４は温度センサー２３の検知した温度を基に、モーター９と風量可変手段１７を介して送風手段８で吸入する大気の風量を制御する送風制御手段である。送風制御手段２４は、温度センサー２３の検知した大気の温度Ｔ３が、所定の温度Ｔ４に対して、Ｔ３＝Ｔ４となるように風量を制御する。ここで、所定の温度Ｔ４は、Ｔ４＝Ｔ０＋βとし、βは本参考例において、＋１〜５０℃の範囲で太陽熱集熱パネル６の面積と、集熱熱交換器７の伝熱面積に応じて最適値が設定される。
【００３２】
以上のように構成された太陽熱利用装置について、以下その動作、作用を説明する。
【００３３】
太陽熱集熱パネル６が太陽の日射を受光しているとき、本参考例においても第１の参考例で記載したように、外部から吸入した大気を、日射を受けて高温となった太陽熱集熱パネル６と熱交換させて高温化し、これと水を集熱熱交換器７で熱交換させることで、水の加熱を行うことができる。
【００３４】
天候変化により日射量が変動する場合は、太陽熱集熱パネル６の温度が変化するため、太陽熱集熱パネル６と熱交換した後の大気の温度も変化する。集熱熱交換器７に流入する大気の温度が変化しても、水量制御手段２０と水量可変手段１９で温度センサー１６の検知する温度Ｔｗが、予め設定された給湯、あるいは暖房に必要な所定の温度Ｔ０となるように水量を制御すると、温度Ｔ０の温水を生成することができる。しかし、日射変動が激しい場合は、水量制御手段２０と水量可変手段１９の水量制御の追従が遅れるため、生成する温水の温度変動が大きくなる。そこで、送風制御手段２４によって、温度センサー２３の検知する温度Ｔ３が、所定の温度Ｔ４となるように風量可変手段１７を介して太陽熱集熱パネル６と熱交換する大気の風量を制御する。
【００３５】
従って、日射が変動した場合でも、太陽熱集熱パネル６の温度は一定温度となり、太陽熱集熱パネル６と熱交換関係にある大気も、風量は変化するものの、集熱熱交換器７に流入するときの温度はほぼ一定の温度に保つことができる。従って、日射変動がある場合でも、温度Ｔ０の温水を安定して生成することが可能となる。日射量が変動した場合、最初に太陽熱集熱パネル６の温度が変化するため、太陽熱集熱パネル６と熱交換したあとの大気温度を基に風量を制御する方法よりも、より迅速に日射量の変化に追従して所定の温度Ｔ０の温水を生成することができる。
【００３６】
また、太陽熱集熱パネル６が受光する太陽の日射量がないときは、太陽熱集熱パネル６の温度が低下し、温度の高い大気を生成することが不可能となる。この場合、所定の温度Ｔ０の温水を生成することができないので、温度センサー２３の検知温度Ｔ３がＴ０＞Ｔ３となるとき、送風制御手段２４と水量制御手段２０によって、送風手段８と水ポンプ１２の運転を停止させる。従って、日射変動により、所定温度Ｔ０の温水が生成できなくなる状態を迅速に検知し、装置の運転を停止させることができる。
【００３７】
また、本装置を動作させていないとき、太陽の日射がある場合は、大気が太陽熱集熱パネル６を通過しないので、太陽熱集熱パネル６の表面温度は高温となる。太陽熱集熱パネル６の表面が高温となる状態が長く続くと、太陽熱集熱パネル６が劣化、破損する場合が生じる。そこで、集熱熱交換器７で水による集熱運転をしていないときでも、温度センサー２３で検知する太陽熱集熱パネル６の温度Ｔ３が、所定の温度Ｔ４＜Ｔ３となったとき、送風制御手段２４を介して送風手段８を作動させ、大気を太陽熱集熱パネル６と熱交換させると、高温の太陽熱集熱パネル６を冷却することができる。従って、装置の耐久性を向上させることができる。ここで、所定の温度Ｔ４は、Ｔ４＝３０℃〜２００℃の範囲で設定し、最適値は太陽熱集熱パネル６の面積、太陽熱集熱パネル６への太陽の入射角度、太陽熱集熱パネル６の材質によって決定される。
【００３８】
以上のように、本参考例においては、温度センサー２３と、送風制御手段２４などを設置し、太陽の日射を太陽熱集熱パネル６が受光しているとき、送風手段８によって外部より吸入した大気を、太陽熱集熱パネル６の温度がＴ４となるように熱交換させた後、集熱熱交換器７で水と熱交換させる構成としたので、日射変動が激しい場合でも、所定の温度の温水を安定して生成する太陽熱利用装置とすることができる。また、本装置を停止しているときに、太陽の日射量がある場合でも、大気を吸入して太陽熱集熱パネルの冷却運転を行うので、耐久性を向上させた太陽熱利用装置とすることができる。
【００３９】
（実施例１）
図３は、本発明の実施例１における太陽熱利用装置の構成図を示すものである。２５は集熱熱交換器７の下流の大気の温度を検知する温度センサー、２６は温度センサー２５の検知した大気温度を基に、風量可変手段１７を制御して大気の風量を可変する送風制御手段である。ここで、送風制御手段２６は、温度センサー２５の検知する温度Ｔ５が所定の温度Ｔ６となるように、風量を風量可変手段１７を介して制御する。
【００４０】
以上のように構成された太陽熱利用装置について、以下その動作、作用を説明する。太陽熱集熱パネル６が太陽の日射を受光しているとき、本実施例においても第１の参考例で記載したように、日射を受けて高温となった太陽熱集熱パネル６と熱交換させた大気で、水の加熱を行うことができる。
【００４１】
太陽より太陽熱集熱パネル６が受熱した熱量よりも、集熱熱交換器７で水が大気から加熱された熱量が少ない場合は、外部の大気よりも高温の大気が装置外へ排出される。この熱交換したあとの高温の大気を室内に搬送すると、水の加熱を行うと同時に、室内の暖房を行うことができる。即ち、熱交換した後の大気の温度を温度センサー２５で検知し、検知した温度Ｔ５が所定の温度Ｔ６となるように、風量可変手段１７と送風制御手段２６を介して、大気の風量を制御し、温度Ｔ６の大気を室内に搬送することである。ここで、所定の温度Ｔ６は、室内の暖房を行うときに必要な大気の温度に設定する。
【００４２】
また、集熱熱交換器７の上流の水の温度が、集熱熱交換器７の上流側の大気温度より高い場合は、水の保有する温熱を大気へ放熱して、温度の高い大気を生成することができる。このとき、熱交換した後の大気の温度を温度センサー２５で検知し、検知した温度Ｔ５が所定の温度Ｔ６となるように、風量可変手段１７と送風制御手段２６を介して、大気の風量を制御する。従って、温度Ｔ６の大気が送風手段８から装置外へと送風されることになる。この温度Ｔ６の大気を室内に搬送すると、太陽熱を水に蓄熱し、室内の暖房を行う装置とすることができる。
【００４３】
以上のように、本実施例においては、大気の温度を検知する温度センサー２５と、温度センサー２５の検知した温度Ｔ５を基に風量可変手段１７を制御する送風制御手段２６を備え、温度センサー２５の検知した温度Ｔ５が、所定の温度Ｔ６となるように風量を制御するので、太陽の日射の強弱に関わらず、水の加熱を行うことができるともに、これと同時に所定の温度の温風を生成して暖房を行う太陽熱利用装置とすることができる。
【００４４】
（実施例２）
図４は、本発明の実施例２における太陽熱利用装置の構成図を示すものである。２７は集熱熱交換器７で熱交換する前の水の温度を検知する温度センサー、２８は温度センサー２７の検知した温度Ｔ７と温度センサー１６の検知した温度Ｔ１を基に、風量可変手段１７とモーター９を制御して吸入する大気の風量を可変する送風制御手段、２９は温度センサー２７の検知した温度Ｔ７と温度センサー１６の検知した温度Ｔ１を基に、水量可変手段１９を制御して水量を可変する水量制御手段である。
【００４５】
以上のように構成された太陽熱利用装置について、以下その動作、作用を説明する。太陽熱集熱パネル６が太陽の日射を受光しているとき、本実施例においても第１の参考例、および第２の参考例で記載したように、外部から吸入した大気を、日射を受けて高温となった太陽熱集熱パネル６と熱交換させて高温化し、これと水を集熱熱交換器７で熱交換させることで、水の加熱を行うことができる。
【００４６】
太陽熱集熱パネル６が太陽の日射を受光しないとき（夜間、曇り、雨天など）、送風手段８によって外部から大気を吸入すると、大気は太陽熱集熱パネル６で加温されないまま集熱熱交換器７へ流入する。従って、大気の風量を下げても、高温の大気を生成することはできない。しかし、外部から吸入した大気と集熱熱交換器７へ入る水回路１０の水との間に温度差がある場合は、大気と水は集熱熱交換器７を介して熱交換することが可能である。
【００４７】
特に、夏場の気温が高い場合は、太陽の日射がないときでも、水の温度より大気の温度が高い場合がある。従って、温度センサー２１と温度センサー２７で大気と水の温度を検知し、水より大気が高温であるとき、送風手段８を動作させて外部から大気を吸入すると、大気の保有する温熱を集熱熱交換器７を介して水の加熱に利用することができる。
【００４８】
即ち、送風制御手段２８によって、温度センサー２７の検知した水の温度Ｔ７に対して、温度センサー２１の検知した大気の温度Ｔ１がＴ７＜Ｔ１となるとき、送風手段８を運転させると水を加熱することができる。このとき、Ｔ１＜Ｔ０となるとき、所定の温度Ｔ０の温水が生成できないが、太陽熱集熱パネル６が日射を受熱した場合に、貯水槽１３に貯水された水を再循環させることにより、短時間で所定の温度Ｔ０の温水を生成することができる。
【００４９】
また、太陽の日射の有無に関わらず、集熱熱交換器の上流の水回路１０の水の温度Ｔ７が、太陽熱集熱パネル６を通過した大気の温度より高い場合は、集熱熱交換器７を介して、熱媒体の温熱を大気へ放熱してしまう。即ち、温度センサー２１の検知した大気温度Ｔ１が、温度センサー２７の検知した水の温度Ｔ７に対してＴ１≦Ｔ７となるとき、送風制御手段は２８は、モーター９を介して送風手段８を停止させることで、水の温熱の大気への放熱を抑制することができる。
【００５０】
図８に示す従来の太陽熱温水器の場合では、上記のように、気温が高く、貯水した水の温度が低くても、ガラス板３が熱抵抗となるため、大気と太陽熱集熱器４の水が熱交換する量は少量に止まるため、大気の保有する温熱を給湯に利用することはできない。さらに、太陽熱集熱器４に貯めて高温に加熱された水は、太陽熱集熱器４が天候変化により太陽の日射を受光しなくなったとき、水の保有する温熱を大気へ放熱してしまう。しかし、本実施例によれば、送風制御手段２８は、温度センサー２１、２７の検知した大気温度と水の温度を基に、送風手段８の運転を制御するので、水の温熱を大気へ放熱を防ぐことができる。
【００５１】
また、受熱した太陽の日射を最大限に水の加熱に利用する条件は、集熱熱交換器７の熱通過率が最大となるときである。集熱熱交換器７の熱通過率を増加させるためには、水量と大気の風量を増加させる必要があるが、温度センサー１６の検知した温度Ｔ１が温度センサー２７の検知した温度Ｔ７に対して、Ｔ１＜Ｔ７となるまで風量を増加させると水の加熱が不可能となる。従って、温度センサー１６の検知した温度Ｔ１と温度センサー２７の検知した温度Ｔ７の温度差（Ｔ１−Ｔ７）が所定の温度差となるように風量を送風制御手段２８で制御すると、太陽の日射を最大限に利用して水の加熱を行うことができる。ここで、本実施例において温度差（Ｔ１−Ｔ７）は、１〜１０℃とした。この温度差の最適値は、集熱熱交換器７の仕様、および、送風手段８の仕様によって決定される値である。
【００５２】
以上のように、本実施例においては、水の温度を検知する温度センサー２７と、温度センサー２７の検知した温度を基に送風手段８を制御する送風制御手段２８を備え、温度センサー２１の検知した大気温度Ｔ１が、温度センサー２７の検知した水の温度Ｔ７に対して、Ｔ１＜Ｔ７となるとき送風手段８を運転させることとした。従って、太陽の日射の有無に関わらず、大気と熱媒体に温度差がある場合（夏季等）は、自然エネルギーを有効に利用して水の加熱を行うことができるともに、天候変化により太陽の日射量が変動しても、水の保有する温熱を大気へ放熱することを防ぐことができる。また、温度差（Ｔ１−Ｔ７）が所定の温度差となるように、風量を制御すると太陽の日射を最大限に水の加熱に利用できる装置とすることができる。
【００５３】
（実施例３）
図５は、本発明の実施例３における太陽熱利用装置の構成図を示すものである。図５において、６ａは集熱熱交換器７の上面に配置して太陽光を透過する透過体である。太陽の日射は透過体６ａを透過した後、太陽熱集熱パネル６によって吸収される。送風手段８によって、外部から吸入された大気は、透過体６ａと太陽熱集熱パネル６との間の空間を通過して集熱熱交換器７へ流入する。本実施例において透過体６ａには、ガラスを用いたが、プラスチック、アクリル等の樹脂材料も用いることができる。以上のように構成された太陽熱利用装置について、以下その動作、作用を説明する。
【００５４】
太陽熱集熱パネル６が太陽の日射を受光しているとき、本実施例においても第１の参考例で記載したように、外部から吸入した大気を、日射を受けて高温となった太陽熱集熱パネル６と熱交換させて高温化し、これと水を集熱熱交換器７で熱交換させることで、水の加熱を行うことができる。
【００５５】
ここで、太陽熱集熱パネル６と透過体６ａの間の空間を通過する大気は、高温となった太陽熱集熱パネル６の表面と熱交換して高温となるが、空間を通過する際の大気は、外部の大気と混合されることなく熱交換するので、透過体６ａを設置することにより、温室効果を利用してさらに高温の大気を生成することができる。即ち、日射量がごく僅かな場合でも、水の加熱ができるとともに、より高い温度まで水を加熱することが可能となる。
【００５６】
以上のように、本実施例においては、透過体６ａを設置し、太陽熱集熱パネル６と透過体６ａの間の空間を通過する大気を温室効果を利用して高温化するので、日射がごく僅かな条件でも、水の加熱を行うことができる。さらに、より高い温度まで大気温度を上昇させることが可能となるので、より高温の温水が生成できる太陽熱利用装置とすることができる。
【００５７】
（参考例３）
図６は、本発明の参考例３における太陽熱利用装置の構成図を示すものである。図６において、３０は集熱熱交換器７の上流側に設置して外部より大気を吸入する開閉ダンパーであり、開閉が可能な構成である。３１は開閉ダンパー３０の開閉を制御するダンパー制御手段であり、温度センサー２１の検知した温度Ｔ１をもとにダンパー部分の開閉動作を行う。
【００５８】
以上のように構成された太陽熱利用装置について、以下その動作、作用を説明する。太陽熱集熱パネル６が太陽の日射を受光しているとき、本参考例においても第１の参考例、および第２の参考例で記載したように、外部から吸入した大気を、日射を受けて高温となった太陽熱集熱パネル６と熱交換させて高温化し、これと水を集熱熱交換器７で熱交換させることで、水の加熱を行うことができる。
【００５９】
太陽の日射量が多く、外部から吸入する大気の温度が高い場合（夏季など）は、高温の大気が最も多量に生成される条件であり、水を加熱する能力が最大となる。このとき、送風手段８で吸入される大気の量も最大となるが、実施例３で示すような構成とした場合、大気が太陽熱集熱パネル６と透過体６ａの間隙を通過する際の通路抵抗が増加するので、送風手段８のモーター９が消費する電力量が増大してしまう。そこで、温度センサー２１の検知温度Ｔ１が所定の温度Ｔ９に対して、Ｔ１＞Ｔ９になった場合は、開閉ダンパー制御手段３１によって開閉ダンパー３０を開き、外部から大気を吸入する。太陽熱集熱パネル６を通過した高温の大気と、開閉ダンパーから吸入された大気と混合した大気の温度が所定の温度Ｔ９となるように送風手段８の風量を送風制御手段１８で制御する。
【００６０】
このとき、開閉ダンパーから吸入された大気は、太陽熱集熱パネル６を通過しないので、大気が太陽熱集熱パネルを通過する際の通路抵抗を低減することができる。従って、大量の風量が必要なときであっても、開閉ダンパー３０を開放することによって外部から大気を吸入すると送風手段８のモーター９の消費する電力量を低く抑えることが出来る。ここで、本参考例では所定の温度Ｔ９を第２の参考例のＴ２としたので、貯水槽１３に所定の温度Ｔ０の温水を貯水することができる。
【００６１】
太陽熱集熱パネル６が太陽の日射を受光しないとき（夜間、曇り、雨天など）、送風手段８によって外部から大気を吸入すると、大気は太陽熱集熱パネル６で加温されないまま集熱熱交換器７へ流入する。しかし、流入する大気と集熱熱交換器７へ入る水回路１０の水との間に温度差がある場合は、大気と水は集熱熱交換器７を介して熱交換することが可能である。特に、夏場の気温が高い場合は、太陽の日射がないときでも、水の温度より大気の温度が高い場合がある。従って、第２の実施例で示した温度センサー２７を設置し、温度センサー２１と温度センサー２７で大気と水の温度を検知し、水より大気が高温であるとき、送風手段８を動作させて外部から大気を吸入すると、大気の保有する温熱（大気熱）を集熱熱交換器７を介して水の加熱に利用することができる。
【００６２】
このとき、実施例３で示すような構成である場合、開閉ダンパー３０を開放し、外部から大気を吸入すると、大気が太陽熱集熱パネル６と透過体６ａの間隙を通過する際の通路抵抗が低減するので、大量の大気を集熱熱交換器７に導くことができる。従って、大気熱で水を加熱する時の加熱能力を向上させることができる。このとき、Ｔ１＜Ｔ０となるとき、所定の温度Ｔ０の温水が生成できないが、太陽熱集熱パネル６が日射を受熱した場合に貯水槽１３に貯水された水を再循環させることにより、短時間で所定の温度Ｔ０の温水を生成することができる。
【００６３】
以上のように、本参考例においては、集熱熱交換器７の大気通路の上流側に外部より大気を吸入するための開閉ダンパー３０を設置し、日射量が多い場合、あるいは日射がない場合は、開閉ダンパー３０を開放して外部より大気を吸入して大気の通路抵抗を低減させるので、効率の高い太陽熱利用装置とすることが出来る。さらに、大量の大気を集熱熱交換器７に導くことができるので、大気熱利用時の水の加熱能力を向上させることができる。
【００６４】
（参考例４）
図７は、本発明の参考例４における太陽熱利用装置の構成図を示すものである。３２は圧縮機、蒸発器、減圧弁、冷媒回路などを有するヒートポンプ回路、３３はヒートポンプ回路の冷媒と水回路１１の水が熱交換する冷媒熱交換器、３４は冷媒熱交換器３３を流出した水の温度を検知する温度センサー、３５は温度センサー３４の検知した温度を基に水量を制御する水量制御手段である。
【００６５】
以上のように構成された太陽熱利用装置について、以下その動作、作用を説明する。日射の強弱に関わらず、送風制御手段１８で風量を制御して得られる高温の大気温度Ｔ１が、本装置で設定された目標とする温水の温度Ｔ０より決定される温度Ｔ２に達しない場合は、温度Ｔ０まで水を加熱することができない。そこで、風量制御と水量制御を行っても、所定の温度Ｔ０の温水が得られない場合は、ヒートポンプ回路３２の圧縮機を駆動させ、冷媒の凝縮熱を冷媒熱交換器３３を介して水に放熱する。従って、集熱熱交換器７を流出した水を再加熱することが可能となる。温度センサー３４で冷媒熱交換器３３を流出した温水の温度を検知し、この検知した温度が所定の温度Ｔ０となるように、水量制御手段３５で水量を制御すると、所定の温度まで加熱された水を生成することができる。また、冷媒の凝縮熱を併用するので、水の加熱能力の増加させることができる。
【００６６】
以上のように、本参考例においては、ヒートポンプ回路３２と、冷媒熱交換器３３と、温度センサー３４と、水量制御手段３５などを設置したので、太陽熱集熱パネル６と熱交換させて高温化した大気で、所定の温度Ｔ０まで水を加熱できないとき、冷媒の凝縮熱で水を所定の温度Ｔ０まで再加熱する生成することが可能となる。従って、太陽の日射量に左右されずに、所定の温度の温水を生成するばかりでなく、水の加熱能力を向上させた太陽熱利用装置とすることができる。
【００６７】
尚、本参考例において、ヒートポンプ回路を設置して、水の加熱を行う構成としたが、ヒートポンプ回路の替わりにヒーター等の加熱手段を設置して所定の温度まで加熱するとしても、日射量に左右されずに、給湯、あるいは暖房を行うために必要な温度まで水を加熱する太陽熱利用装置とすることができる。
【００６８】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、太陽の日射量の強弱に関わらず、水を所定の温度Ｔ０まで加熱し、さらに、太陽の日射がない場合でも、大気熱などの自然エネルギーを有効に利用して水（または、ブラインなど）を加熱する太陽熱利用装置とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の参考例１における太陽熱利用装置の構成図
【図２】  本発明の参考例２における太陽熱利用装置の構成図
【図３】  本発明の実施例１における太陽熱利用装置の構成図
【図４】  本発明の実施例２における太陽熱利用装置の構成図
【図５】  本発明の実施例３における太陽熱利用装置の構成図
【図６】  本発明の参考例３における太陽熱利用装置の構成図
【図７】  本発明の参考例４における太陽熱利用装置の構成図
【図８】  従来の太陽熱利用装置の構成図
【符号の説明】
６  太陽熱集熱パネル
６ａ  透過体
７  集熱熱交換器
８  送風手段
１０、１１  水回路
１６、２１、２３、２５、２７、３４  温度センサー
１７  風量可変手段
１８、２４、２６、２８  送風制御手段
１９  水量可変手段
２０、２９、３５  水量制御手段
３０  開閉ダンパー
３２  ヒートポンプ回路
３３  冷媒熱交換器
【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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