JP2000329412A - 集熱装置 - Google Patents

集熱装置

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JP2000329412A
JP2000329412A JP13427699A JP13427699A JP2000329412A JP 2000329412 A JP2000329412 A JP 2000329412A JP 13427699 A JP13427699 A JP 13427699A JP 13427699 A JP13427699 A JP 13427699A JP 2000329412 A JP2000329412 A JP 2000329412A
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energy
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solar energy
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Yuichi Nakamori
勇一 中森
Masayuki Unno
雅幸 海野
Masashi Kano
正史 加納
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Sekisui Chemical Co Ltd
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Sekisui Chemical Co Ltd
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    • Y02E70/30Systems combining energy storage with energy generation of non-fossil origin

Abstract

(57)【要約】 【課題】暖房装置にも太陽熱等のクリーンエネルギーを
用いることにより、家庭内で消費される熱エネルギーを
一層太陽熱でカバーする事ができる集熱装置を提供する
こと。 【解決手段】ポンプ6により循環させられる熱媒流体
が、集熱器1で集熱させられる太陽エネルギーにより温
度上昇させられて、貯湯槽2の水の温度を熱交換器3を
介して上昇させる集熱装置にであって、貯湯槽2の熱エ
ネルギーがヒートポンプ8を介して暖房装置9に供給さ
せられると共に、太陽エネルギー量を検出するエネルギ
ー検出器7が設けられ、エネルギー検出器7により検出
される太陽エネルギー量が設定値以下のときに、ポンプ
6の作動速度を速めて、熱媒流体の循環速度を速める制
御回路17を有する集熱装置。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、太陽熱を利用した集熱
手段にヒートポンプを用いた集熱装置に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】従来、太陽熱を利用した集熱装置は給湯
に利用されるものが多い。このため蓄熱温度としてはお
およそ50〜60℃になっている。しかし、日射量が少
なく温度の低い冬場では、この設定温度で取得できる湯
量は多くない。
【0003】従って、特に冬季に集熱量が給湯負荷を満
足できず熱量不足となるため、冬季を基準として設計し
た集熱装置では夏季に運転時間が一層短くなり太陽エネ
ルギー集熱量も少なく、システムの運転効率が悪いもの
であった。
【0004】このため、例えば、特開昭61−2465
53号公報に開示された太陽熱利用集熱装置では、給湯
負荷が大きい冬季には集熱量増大をはかり、給湯負荷が
小さい夏季にはシステムの運転効率をはかることによ
り、季節に応じて適切な流量に制御している。すなわ
ち、この太陽熱利用集熱装置では、日射量が少ない場合
に流量を抑えることにより、目標温度の集熱を行い運転
可能範囲を拡げる様にしている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た装置では、太陽エネルギーを集熱器で集熱して給湯の
みに利用しているものであったため、集熱された太陽エ
ネルギーを必ずしも有効に利用してはいないものであっ
た。
【0006】ところで、この様な太陽熱等のクリーンエ
ネルギーへの期待は、環境間題が深刻化する中で、より
一層大きくなっている。一方、家庭内で熱エネルギーが
必要とされる装置(機器)としては、給湯装置以外に暖
房装置がある。そこで、上述した環境問題を考えると、
暖房装置にも太陽熱等のクリーンエネルギーを用いて、
家庭内で消費される熱エネルギーを一層太陽熱でカバー
する事を考える必要がある。
【0007】そこで、本発明は、暖房装置にも太陽熱等
のクリーンエネルギーを用いることにより、家庭内で消
費される熱エネルギーを一層太陽熱でカバーする事がで
きる集熱装置を提供することを目的とするものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、請求項1に記載の発明は、太陽エネルギーを集熱す
る集熱器と貯湯槽内の熱交換手段との間で熱媒流体をポ
ンプにより循環させることにより、前記熱媒流体が前記
集熱器内で太陽エネルギーを吸収して温度上昇させら
れ、この温度上昇させられた熱媒流体の熱エネルギーが
前記熱交換手段を介して前記貯湯槽の水を加熱して上昇
させる様にした集熱装置であって、前記貯湯槽の熱エネ
ルギーを暖房装置に供給させるヒートポンプと、太陽エ
ネルギー量を検出するエネルギー検出手段と、前記エネ
ルギー検出手段により検出される太陽エネルギー量が設
定値以下のときに前記ポンプの作動速度を速めて、前記
熱媒流体の循環速度を速める制御手段を有する集熱装置
としたことを特徴とする。
【0009】この構成によれば、ポンプにより熱交換手
段と集熱器との間を熱媒流体が循環させられる。そし
て、この循環に伴い熱媒流体が前記集熱器で集熱させら
れる太陽エネルギーにより温度上昇させられて、前記貯
湯槽の水の温度を前記熱交換手段を介して上昇させる。
また、制御手段は、エネルギー検出手段により検出され
る太陽エネルギー量が設定値以下のときに前記ポンプの
作動速度を速めて、前記熱媒流体の循環速度を速め、集
熱量の増大をはかっている。
【0010】ここで、太陽エネルギー量は、外気温度、
熱媒流体温度、日射量などで求められる。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。
【0012】図1において、1は太陽エネルギーを集熱
する集熱器、2は湯を貯留させる貯湯槽、3は貯湯槽2
内に配設されて貯湯槽2内の水を加熱する熱交換器(熱
交換手段)、4,5は集熱器1と熱交換器3とを接続す
る配管、6は配管5の途中に介装されて配管4,5中の
熱媒流体を循環させるポンプ、7は配管5内に設けられ
て熱媒流体温度を検出する温度検出器(エネルギー検出
手段)である。ここで、太陽エネルギー量は熱媒流体温
度で求められる。
【0013】また、貯湯槽2の熱エネルギーは水熱源ヒ
ートポンプ8を介して暖房装置9に供給させられる様に
なっている。この水熱源ヒートポンプ8は、貯湯槽2内
に配設された熱交換器(熱交換手段)10と、蓄熱器1
1と、蓄熱器11内に配設された熱交換器12と、熱交
換器10,12を接続する配管13,14と、配管14
途中に介装されて配管13,14中の熱媒流体を熱交換
器10,12間で循環させるポンプ15を有する。そし
て、暖房装置9の熱交換器(図示せず)には、蓄熱器1
1内の熱媒流体がポンプ16で循環させられる様になっ
ている。
【0014】更に、ポンプ6,15は制御回路(制御手
段)17で作動制御されるようになっている。この制御
回路17は、冬季等において温度検出器7により検出さ
れる熱媒流体温度(太陽エネルギー量)が設定値(設定
温度)以下のときに、ポンプ6の作動速度を速めて、配
管4,5の熱媒流体の循環速度を速める様になってい
る。
【0015】以下、この様な集熱装置の作用を説明す
る。
【0016】この構成によれば、集熱器1による集熱が
可能な状態の時には、制御回路17によりポンプ6が作
動制御される。そして、この作動制御されるポンプ6に
より熱交換器3と集熱器1との間を熱媒流体が循環させ
られる。しかも、この循環に伴って、熱媒流体は集熱器
1で太陽エネルギーを吸収して温度が上昇させられる。
一方、熱媒流体の熱エネルギーは、熱交換器3を介して
貯湯槽2の水に吸収させられて、貯湯槽2内の水の温度
を上昇させる。
【0017】従って、貯湯槽2の湯を図示しない蛇口等
から出すことにより、貯湯槽2内の湯を利用できる。
【0018】また、制御回路17は、ポンプ15を作動
制御して、配管13,14中の熱媒流体を熱交換器1
0,12間で循環させる。この循環に伴い配管13,1
4中の熱媒流体は、熱交換器10を介して貯湯槽2内の
湯から熱エネルギーを吸収して温度が上昇させられる。
一方、この熱媒流体の熱エネルギーは、熱交換器12を
介して蓄熱槽11内の熱媒流体に吸収され、蓄熱槽11
内の熱媒流体の温度を上昇させる。従って、蓄熱器11
内の熱媒流体をポンプ16で暖房装置9の熱交換器(図
示せず)に循環させることにより、暖房装置9も太陽熱
エネルギーを利用することができる。
【0019】ところで、制御回路17は、日射量が少な
い冬季等において、温度検出器7により検出される熱媒
流体温度が設定値以下のときに、ポンプ6の作動速度を
速めて、配管4,5内の熱媒流体の循環速度を速め、集
熱量の増大をはかっている。
【0020】
【実施例1】図1の構成において、管内の熱伝達率は流
体流量の0.8乗に比例することが知られている。とこ
ろが通常給湯用途のため目標温度を50〜60℃として
蓄熱を図っている。
【0021】しかし、太陽工ネルギーの有効活用という
見地から、熱媒流体の流量を大きくし、温度としては低
温になるが熱量としては大きく取得する事ができる(エ
クセルギーを大きくする)。
【0022】他にも流量制御をしているシステムはある
が、これらは日射量が少ない場合に流量を抑えることに
より、目標温度の集熱を行い運転可能範囲を拡げるもの
である。これに対して、ポンプ6による流量を積極的に
大きくして、低質温ではあるがより大きい熱量を収得し
て貯湯槽2の湯温を上昇させ蓄熱させる。この貯湯槽2
に蓄熱された熱の用途としては、水熱源ヒートポンプ8
を用いて、上述したように暖房装置9による暖房、すな
わち暖房装置9で室内の空気を循環加熱して暖房を行う
ことにより、省エネルギーが実現できる。 <実験結果>ポンプ6による流量を4,8,12リット
ル/分の3段階にて集熱される熱量を表1に示す。ただ
し、このデータは、ヒートポンプ8を稼働せず、無不可
で運転したときの集熱器1の集熱パネル(図示せず)で
の温度と、集熱器1から出る熱媒流体の温度を熱媒流体
の流量に対応して計測したものである。
【0023】
【表1】 この結果から熱媒流体の流速を大きくした方が、低温で
はあるが熱量としては多く取れる事が明らかである。
【0024】
【実施例2】図2は、制御回路17によるポンプ6の作
動制御の一例を示したものである。この図2において、
tは熱媒流体の温度、t1は制御回路17がポンプ6の
作動速度を速める制御のための熱媒流体温度tの設定
値、Qはポンプ6から吐出される熱媒流体の流量、Qmi
nは設定値t1°Cのときの熱媒流体の流量である。
【0025】そして、制御回路17は、日射量が少ない
冬季等において、温度検出器7により検出される熱媒流
体温度が設定値t1°C以下の時には、ポンプ6の作動
速度を速めて、aで示したように熱媒流体の流量をQmi
nより大きいQ2まで上昇させる。これにより、熱媒流
体温度が設定値t1°C以下の場合でも、配管4,5内
の熱媒流体の循環速度を速め、集熱量の増大をはかるこ
とができる。
【0026】また、制御回路17は、温度検出器7によ
り検出される熱媒流体温度が設定値t1°Cから僅かに
高い温度t2までの範囲で、ポンプ6を作動制御して、
bで示したように熱媒流体の流量をQminにする。
【0027】更に、温度検出器7により検出される熱媒
流体温度が設定値t1°Cより高い温度t2,t3(t
2<t3)を越えるときに、集熱量を増大させたい場合
には、制御回路17によりポンプ6を作動制御して、
c,dで示したように熱媒流体の流量をQ1,Q2の様
に段階的に増大制御できる設定しておくとよい。これに
より、熱媒流体温度が設定値t1°Cより高い温度t
2,t3を越えるときでも、配管4,5内の熱媒流体の
循環速度を速めて、集熱量の増大をはかることができ
る。
【0028】このc,dで示した熱媒流体の流量Q1,
Q2の設定は、暖房装置9側の制御パネルでの温度設定
値を制御回路17に入力することにより行うことができ
る。
【0029】
【発明の効果】以上説明したように、請求項1の発明
は、太陽エネルギーを集熱する集熱器と貯湯槽内の熱交
換手段との間で熱媒流体をポンプにより循環させること
により、前記熱媒流体が前記集熱器内で太陽エネルギー
を吸収して温度上昇させられ、この温度上昇させられた
熱媒流体の熱エネルギーが前記熱交換手段を介して前記
貯湯槽の水を加熱して上昇させる様にした集熱装置であ
って、前記貯湯槽の熱エネルギーを暖房装置に供給させ
るヒートポンプと、太陽エネルギー量を検出するエネル
ギー検出手段と、前記エネルギー検出手段により検出さ
れる太陽エネルギー量が設定値以下のときに前記ポンプ
の作動速度を速めて、前記熱媒流体の循環速度を速める
制御手段を有する構成としたので、暖房装置にも太陽熱
等のクリーンエネルギーを用いることにより、家庭内で
消費される熱エネルギーを一層太陽熱でカバーする事が
できる。しかも、太陽エネルギー量が設定値以下のとき
に、ポンプの作動速度を速めて、熱媒流体の循環速度を
速めることにより、集熱量の増大をはかることができ、
有効な熱量をより多く取得する事ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明にかかる集熱装置の説明図である。
【図2】制御回路によるポンプの作動制御の一例を示し
た制御特性線図である。
【符号の説明】
1・・・集熱器 2・・・貯湯槽 3・・・熱交換器(熱交換手段) 4,5・・・配管 6・・・ポンプ 7・・・温度検出器(温度検出手段) 8・・・ヒートポンプ 9・・・暖房装置 10・・・熱交換器 17・・・制御回路

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】太陽エネルギーを集熱する集熱器と貯湯槽
    内の熱交換手段との間で熱媒流体をポンプにより循環さ
    せることにより、前記熱媒流体が前記集熱器内で太陽エ
    ネルギーを吸収して温度上昇させられ、この温度上昇さ
    せられた熱媒流体の熱エネルギーが前記熱交換手段を介
    して前記貯湯槽の水を加熱して上昇させる様にした集熱
    装置であって、 前記貯湯槽の熱エネルギーを暖房装置に供給させるヒー
    トポンプと、太陽エネルギー量を検出するエネルギー検
    出手段と、前記エネルギー検出手段により検出される太
    陽エネルギー量が設定値以下のときに前記ポンプの作動
    速度を速めて、前記熱媒流体の循環速度を速める制御手
    段を有することを特徴とする集熱装置。
JP13427699A 1999-05-14 1999-05-14 集熱装置 Pending JP2000329412A (ja)

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