JPS6337299B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、例えば太陽熱で温水を作り給湯に
利用する強制循環式の太陽熱給湯システムに係
り、特にその循環ポンプの運転費低減の改良に関
するものである。

第１図〜第３図は従来の蓄熱槽内に熱交換器を
備えたいわゆる２回路式の太陽熱給湯システムを
示す回路図とコレクタの構造図である。これらの
図において、１は蓄熱槽、２はこの蓄熱槽１の最
下部に設けられた給水源と接続される給水口、３
は同じく蓄熱槽１の最上部に設けられた湯栓と接
続される給湯口、４は同じく蓄熱槽１の最下部へ
挿入された熱交換器、５は前記熱交換器４を介し
て蓄熱槽１と太陽熱のコレクタ６を結ぶ集熱回
路、７はこの集熱回路５の途中に設けられた作動
流体循環用の循環ポンプ、８はこの循環ポンプ７
の吸入側に接続されたシスターンタンク、９は差
温サーモスタツトの動作を行う制御器で、蓄熱槽
１の下部の低温センサ１０とコレクタ６の上部の
高温センサ１１の温度差を検出し、循環ポンプ７
の発停を行う。１２は前記コレクタ６の箱形のケ
ース、１３はこのケース１２の上面を気密的に覆
う透明カバー、１４はこの透明カバー１３の下方
へ設置された集熱板、１５はこの集熱板１４に設
けられた通水部で、集熱板１４と伝熱的に結合さ
れた複数本の集熱管１６と上下で結ばれた上部ヘ
ツダ管１７、下部ヘツダ管１８で構成されてい
る。１９は前記集熱板１４の下面に敷かれた断熱
材である。なお、コレクタ６は通常複数枚が直列
あるいは並列に接続されて使用される。

従来の太陽熱給湯システムは上記のように構成
され、例えば朝方、コレクタ６へ太陽光が当たる
と、光は透明カバー１３を透過し、集熱板１４に
吸収され熱に変わり、通水部１５内の作動流体の
温度を高めていく。この温度を高温センサ１１が
検出し、低温センサ１０で検出した蓄熱槽１の温
度との温度差が、あらかじめ設定された値（例え
ば10℃）に達すると制御器９が循環ポンプ７の運
転指令を発する。循環ポンプ７が運転され、集熱
回路５の作動流体が循環を始めると、流体は下部
ヘツダ管１８、集熱管１６、上部ヘツダ管１７を
流れて、集熱板１４で吸収された太陽熱が熱交換
器４をへて蓄熱槽１内の水へ伝えられる。

夕方蓄熱槽１の温度が高まり、低温センサ１０
と高温センサ１１の温度差があらかじめ設定され
た値（例えば２℃）に縮まると、制御器９が循環
ポンプ７の停止指令を発する。つまり、電気代を
掛けて循環ポンプ７を運転してもそれ以上のエネ
ルギーがコレクタ６から蓄熱槽１へ送られるとき
のみ制御器９の働きにより循環ポンプ７が運転さ
れる。給湯負荷が発生し湯栓が開けられると、給
水源から蓄熱槽１の給水口２へ給水がなされ、給
湯口３から集熱された暖かい湯が流出する。

しかるに上記のように、循環ポンプ７の運転を
制御器９により 〔コレクタ６の温度＞蓄熱槽１の温度〕の条件
の間中運転させているため、晴天日の日中はほぼ
連続的な運転になり、循環ポンプ７の運転費（電
気代）がかさむという欠点があつた。

太陽熱給湯システムは、その集めた熱量を金額
に換算し、それから運転費を引いた合額が、シス
テムの設備費に対して大きい程経済性のよいシス
テムであると言える。

この発明は、上述の点にかんがみなされたもの
で、循環ポンプの運転費が安い経済的な太陽熱給
湯システムを得ることを目的とするものである。
以下、この発明について説明する。

第４図はこの発明の一実施例を示すコレクタの
断面図であり、図示していないものを含め、１〜
５，７，８，１０〜１３，１７〜１９は、上記従
来の太陽熱給湯システムと全く同一のものであ
る。

この図で、６はコレクタ、１４はこのコレクタ
６内に設置された集熱板、１５′はこの集熱板１
４に設けられた通水部、１６′はこの通水部１
５′の一部を構成する集熱管で、従来のものに比
べ内容積を大きくするため太い材料を使用してい
る。９は前記高温センサ１１と低温センサ１０を
備え、両センサが検出した差温が設定値の範囲内
にあるとき、循環ポンプ７を間欠運転させる制御
器である。

次に動作について説明する。太陽熱がコレクタ
６に当たると、光は集熱板１４に吸収され熱に変
わり、通水部１５′内の作動流体の温度を高めて
いく。この温度上昇は、集熱管１６′内の作動流
体の量が多く熱容量が大きいため、比較的緩やか
なものである。この温度を高温センサ１１が検出
し、低温センサ１０で検出した蓄熱槽１の温度と
の温度差があらかじめ設定された値（例えば10
℃）に達すると、制御器９により循環ポンプ７が
運転される。循環ポンプ７の運転により集熱板１
４、通水部１５′に蓄えられていた温度の高い作
動流体が集熱回路５を通つて熱交換器４へ移送さ
れ、蓄熱槽１内の水を加熱する。以降、循環ポン
プ７は、両センサ１０，１１で検出された差温が
あらかじめ設定された値（例えば２℃）に縮まる
まで間欠運転（例えば10分間オン−10分間オフ）
され、コレクタ６で集めた熱が蓄熱槽１へ間欠的
に移送され、水の温度を段階的に高めていく。

なお、この間における通水部１５′内の水温は、
循環ポンプ７の停止中はゆるやかに上昇し、循環
ポンプ７の運転と共に下降し、平均的には日射量
の増大と共に上昇していく。また日射量の減少と
共に下降していく。

ここで、従来の太陽熱給湯システムとこの発明
とをデータに基づいて比較検討する。

第１図〜第３図に示す従来の太陽熱給湯システ
ムにおけるコレクタ６の通水路容積は約１（コ
レクタ６の１m²当り）であり、循環ポンプ７の停
止時の温度上昇速度は、その条件を 集熱板１４の熱容量 1Kcal／m²・℃ 日射量 600Kcal／m²・ｈ 集熱効率 0.5 集熱量 600×0.5×１／60＝5Kcal／m²・min として、 温度上昇 ５／（１＋１）＝2.5℃／min となる。

したがつて、運転率50％の場合（循環ポンプ７
を10分間オン−10分間オフ）、循環ポンプ７がオ
フ時の温度上昇は、 2.5×10＝25℃ となる。この値があまり大きくなりすぎると集熱
効率が悪くなり好ましくない。

また、例えば循環ポンプ７を１分間オン−１分
間オフの50％運転の場合は、 2.5×１＝2.5℃ に温度上昇は押えられるが、循環ポンプ７のオ
ン、オフ回数が多くなり、寿命の点で好ましくな
い。

しかし、この発明のように内容績の大きい通水
路を集熱板１４に有するコレクタ６の場合、例え
ば、３（コレクタ６の１m²当り）とすると、温
度上昇は、 ５／（３＋１）＝1.25 ℃／min となり、運転率50％の場合（10分間オン−10分間
オフ） 1.25×10＝12.5℃ となり、従来例にくらべ半分に温度上昇を抑える
ことができる。ただし、あまり容量を大きくしす
ぎると、コレクタ６のコスト、重量、外形寸法等
が大となり、好ましくない。

なお、上記実施例では、通水部１５′の集熱管
１６′を内容積の大きな構造していたが、代わり
に上部ヘツダ管１７の内容積を大きくしてもよ
い。集熱管１６′の熱は、自然循環により上部ヘ
ツダ管１７へ移動し蓄熱される。

また、通水部１５′の集熱管１６′と上部ヘツダ
管１７の内容積をともに大きく、さらには通水部
１５′全体の内容積を大きくすることによつても
蓄熱容量の増大は計られる。

さらに、この発明は、上記のように集熱板１４
の通水部１５′が、集熱管１６′、上部ヘツダ管１
７、下部ヘツダ管１８からなる管により構成され
ているものとして説明してきたが、成形により集
熱管、上部ヘツダ、下部ヘツダが形成された２枚
の板を張り合わせて集熱板とした場合も所期の目
的を達成し得ることはいうまでもない。

また、この発明は、上記のように集熱回路５に
熱交換器４が入つた２回路式システムとして説明
したが、熱交換器４を持たず蓄熱槽１の水を直接
コレクタ６へ循環する１回路式システムに採用し
てもよい。

ところで、上記説明では、この発明を太陽熱を
給湯に利用する場合について述べたが、その他、
太陽熱を蓄熱槽に集熱して使用するシステムにも
利用できることはいうまでもない。

以上詳細に説明したように、この発明は内容積
の大きい通水部を持つたコレクタに、循環ポンプ
を間欠運転させる制御器を組合わせるという簡単
な構成をとつたので、循環ポンプの運転費が安く
なり、より経済的なシステムが得られる利点を有
する。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の太陽熱給湯システムを示す回路
図、第２図は第１図に示したコレクタの拡大平面
図、第３図は第２図の−断面図、第４図はこ
の発明の一実施例を示すコレクタの断面図であ
る。 図中、１は蓄熱槽、２は給水口、３は給湯口、
５は集熱回路、６はコレクタ、７は循環ポンプ、
９は制御器、１４は集熱板、１５′は通水部、１
６′は集熱管、１７は上部ヘツダ管、１８は下部
ヘツダ管である。なお、図中の同一符号は同一ま
たは相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 給水口と給湯口を備えた蓄熱槽、この蓄熱槽
   と集熱回路によつて結ばれポンプ停止時の温度上
   昇を所定範囲内に抑える内容積を有する通水路の
   集熱板を備えたコレクタ、前記集熱回路の途中に
   設けられた循環ポンプ、さらにこの循環ポンプを
   間欠運転制御する制御器とを備えたことを特徴と
   する太陽熱給湯システム。