JP2001074315A

JP2001074315A - 太陽熱を利用した暖房システム

Info

Publication number: JP2001074315A
Application number: JP24771799A
Authority: JP
Inventors: Takashi Umeoka; 尚梅岡
Original assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Current assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Priority date: 1999-09-01
Filing date: 1999-09-01
Publication date: 2001-03-23

Abstract

(57)【要約】【課題】蓄熱槽内での熱媒の熱のロスが生じることの
ない暖房システムを提供する。【解決手段】集熱器１１と蓄熱槽１０とを往路１２
（第１往路）および復路１３（第１復路）で接続する。
また、蓄熱槽１０と暖房器２０とを、貯留槽２１が介在
された往路２２，２３（第２往路）および復路２４，２
５（第２復路）で接続する。蓄熱槽１０には、熱交換用
配管が設けられておらず、この蓄熱槽１０の内部空間を
介して、上記往路１２、復路１３、往路２２、および復
路２５が、互いに連なっている。往路１２から流入され
た熱媒と復路２５から流入された熱媒は、蓄熱槽２５内
で混ざり合った後、復路１３または往路２２から流出さ
れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、太陽熱を利用し
た暖房システムに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば、特開平７−１９０５０２号公報
に記載された暖房システムは、集熱器で太陽熱を集熱し
て熱媒を温め、この熱媒を循環通路によって集熱器と蓄
熱槽との間を循環させている。蓄熱槽の内部における循
環通路は、蛇行された熱交換用配管によって構成されて
いる。この熱交換用配管を介して、上記熱媒の熱が、蓄
熱槽の内面と熱交換用配管との間に蓄えられた水（他の
熱媒）に受け渡される。こうして温められた水を室内の
暖房器に送って暖房に用いる。暖房に利用後の水は、蓄
熱槽に戻される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上掲公報に記載された
ような従来構造では、集熱器と蓄熱槽との間を循環する
熱媒と、蓄熱槽と暖房器との間を循環する他の熱媒と
が、蓄熱槽内の熱交換用配管を介して熱のやり取りを行
う際に、熱のロスが生じるという問題があった。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記問題を解決するた
め、第１の発明は、（イ）太陽熱を集熱して熱媒を温め
る集熱器と、（ロ）この集熱器から延びる第１往路と、
（ハ）この第１往路を介して上記集熱器から上記熱媒が
供給され、この熱媒の熱を蓄熱する蓄熱槽と、（ニ）こ
の蓄熱槽から上記熱媒を上記集熱器に戻す第１復路と、
（ホ）上記蓄熱槽から延びる第２往路と、（ヘ）この第
２往路を介して上記蓄熱槽から上記熱媒が供給され、こ
の熱媒の熱を室内に放熱する暖房器と、（ト）この暖房
器から上記熱媒を上記蓄熱器に戻す第２復路とを備え、
上記第１往路、第１復路、第２往路、および第２復路
が、上記蓄熱槽の内部空間を介して互いに連なっている
ことを特徴とする。

【０００５】第２の発明は、第１の発明において、上記
第１往路と第２復路とが、上記蓄熱槽の上下方向の中間
部に連なり、上記第２往路が、上記蓄熱槽の上側部に連
なり、上記第１復路が、上記蓄熱槽の下側部に連なって
いることを特徴とする。

【０００６】第３の発明は、第１または第２の発明にお
いて、さらに、上流端と下流端が上記蓄熱槽または上記
第１復路に連なる熱交換通路を備え、この熱交換通路
を、給湯用の水が蓄えられた貯湯槽に収容したことを特
徴とする。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を、図面
を参照して説明する。図１は、本発明の第１実施形態に
係る暖房システムを示したものである。このシステム
は、太陽熱を集熱して蓄熱する１次サイクルＣ１と、蓄
熱した熱で室内の暖房を行う２次サイクルＣ２とを備え
ている。

【０００８】１次サイクルＣ１には、太陽熱を集熱して
熱媒を温める集熱器１１と、この熱媒の熱を蓄熱する蓄
熱槽１０とが設けられている。これら集熱器１１と蓄熱
槽１０が、往路１２（第１往路）と復路１３（第１復
路）で接続され、復路１３に設けられたポンプＰ１によ
って熱媒が循環される。熱媒は、例えばプロピレングリ
コールの３０ｗｔ％水溶液、水、または空気などを用い
る。

【０００９】集熱器１１は、太陽電池モジュールと一体
になった高熱ハイブリッドタイプのものを用いるが、太
陽熱を集熱できるものであれば、特に上記タイプに限定
されるものではなく、太陽電池と一体でなくてもよい。

【００１０】蓄熱槽１０は、断熱性を有し、内部に上記
熱媒が満たされるとともに、この熱媒温度を測定する温
度計Ｔ２が設けられている。その容量は例えば３００リ
ットルである。この蓄熱槽１０は、本発明の要部に係る
ものであるので、追ってさらに詳述する。

【００１１】往路１２の上流端（集熱器１１側の端部）
には、温度計Ｔ１が設けられ、下流端（蓄熱槽１０側の
端部）には、開閉弁Ｖ１が設けられている。往路１２と
復路１３は、短絡通路１４によって短絡されている。短
絡通路１４には、開閉弁Ｖ２が設けられている。この開
閉弁Ｖ２と上記開閉弁Ｖ１とが選択的に開閉されること
によって、集熱器１１からの熱媒が、蓄熱槽１０に送ら
れたり、送られずに復路１３へ短絡されたりする。復路
１３における短絡通路１５との接続部より下流には、温
度計Ｔ３が設けられている。

【００１２】本システムの１次サイクルＣ１には、給湯
系統４０が付設されている。すなわち、復路１３におけ
る上記温度計Ｔ３の設置部より下流、ひいては短絡通路
１５との接続部より下流に、復路１３を迂回する熱交換
通路４１が設けられている（復路１３に熱交換通路４１
の上流端と下流端が接続されている）。熱交換通路４１
には、開閉弁Ｖ３が設けられ、復路１３における熱交換
通路４１の上流端と下流端間の通路部分には、開閉弁Ｖ
４が設けられている。これら開閉弁Ｖ３，Ｖ４が選択的
に開閉されることによって、蓄熱槽１０からの熱媒が、
熱交換通路４１に迂回されたり、復路１３を直進したり
する。

【００１３】熱交換通路４１は、蛇行された熱交換用配
管で構成され、貯湯槽４３に収容されている。貯湯槽４
３は、断熱性を有し、その容量は例えば３００リットル
程度である。この貯湯槽４３に給水管４４が接続され、
この給水管４４から供給された給湯用の水が、貯湯槽４
３の内面と、上記熱交換通路４１を構成する熱交換用配
管との間に貯められている。貯湯槽４３には、この給湯
用の水温（湯温）を測定する温度計Ｔ４が設けられてい
る。

【００１４】さらに、貯湯槽４３から給湯管４５が延
び、この給湯管４５が給湯器４６に接続されている。給
水管４４と給湯管４５とは、貯湯槽４３を迂回する迂回
管４７によって接続されている。迂回管４７と給湯管４
５との接続部には、混合栓４８が設けられている。

【００１５】次に、２次サイクルＣ２について説明す
る。２次サイクルＣ２では、上記１次サイクルＣ１と同
じ熱媒が、上記蓄熱槽１０と暖房器２０との間で循環さ
れる。熱媒は、蓄熱槽１０から暖房器２０へ向かうとき
も、暖房器２０から蓄熱槽１０へ戻るときも、貯留槽２
１で一時的に貯められる。蓄熱槽１０と貯留槽２１と
は、往路２２および復路２５で接続され、貯留槽２１と
暖房器２０とは、往路２３および復路２４で接続されて
いる。往路２２，２３、および復路２５には、熱媒を循
環させるためのポンプＰ２，Ｐ３，Ｐ４がそれぞれ設け
られている。

【００１６】貯留槽２１の総容量は、例えば３０リット
ル程度である。この貯留槽２１の内部は、隔壁２１ｃに
よって往路用貯留部分２１ａと復路用貯留部分２１ｂと
に仕切られている。隔壁２１ｃには、２つの貯留部分２
１ａ，２１ｂを連通する連通孔２１ｄが形成されてい
る。往路用貯留部分２１ａには、温度計Ｔ５が設けられ
ている。この往路用貯留部分２１ａの上端部に往路２２
が接続され、下端部に往路２３が接続されている。これ
ら往路２２、往路用槽部分２１ａ、および往路２３によ
って、特許請求の範囲の「第２往路」が構成されてい
る。また、復路用貯留部分２１ｂの上端部に、復路２４
が接続され、下端部に復路２５が接続されている。これ
ら復路２４、復路用貯留部分２１ｂ、および復路２５に
よって、特許請求の範囲の「第２復路」が構成されてい
る。

【００１７】往路２３の下流端（暖房器１０側の端部）
は、複数（図面では１つだけ図示）の分岐路２３ａに分
かれている。各分岐路２３ａには、開閉弁Ｖ７が設けら
れている。同様に、復路２４の上流端は、複数の分岐路
２４ａに分かれている。これら分岐路２３ａ，２４ａ
は、対になって部屋ごとに設置された暖房器２０（同様
に１つだけ図示）に延びている。

【００１８】暖房器２０は、蛇行された熱媒通路である
ファンコイル２０ａと、このファンコイル２０ａに送風
を当てて室内に放熱するファン２０ｂとを有している。
ファンコイル２０ａの入口端部に往路２３の分岐路２３
ａが連なり、出口端部に復路２４の分岐路２４ａが連な
っている。各暖房器２０は、他の暖房器２０とは別個独
立して出力調節可能になっている。

【００１９】２次サイクルＣ２には、蓄熱槽１０をバイ
パスする加熱通路２６がさらに設けられている。加熱通
路２６の上流端は、復路２５に接続され、下流端は往路
２２に接続されている。往路２２と加熱通路２６とに、
開閉弁Ｖ５，Ｖ６がそれぞれ設けられており、これら開
閉弁Ｖ５，Ｖ６の一方が選択的に開閉されることによっ
て、２次サイクルＣ２の熱媒経路が加熱通路２６にバイ
パスされたり、されなかったりする。加熱通路２６は、
ヒートポンプ２７（補助熱源）に収容されている。ヒー
トポンプ２７は、加熱通路２６を通過する熱媒を強制加
熱するものであるが、このような補助熱源として、ヒー
トポンプ２７に代えて石油ボイラーやガスボイラーを用
いてもよい。

【００２０】なお、貯留槽２１、加熱通路２６、ポンプ
Ｐ３，Ｐ４、およびヒートポンプ２７は、ユニットケー
ス２８に収容されている。図示は省略するが、貯留槽２
１の往路用貯留部分２１ａの上端部からユニットケース
２８の外部にドレイン通路が引き出されている。

【００２１】本システムは、さらにコントローラ３０
（制御手段）を備えている。コントローラ３０は、温度
計Ｔ１〜Ｔ５の検出値などに基づいてポンプＰ１〜Ｐ４
や開閉弁Ｖ１〜Ｖ６などを操作し、暖房および給湯制御
を実行する。

【００２２】上記コントローラ３０による制御動作を、
図２および図３のフローチャートを基に説明する。ま
ず、図２に示すように、温度計Ｔ１による往路１２の上
流端での熱媒温度（ひいては集熱器１１の出口温度）ｔ
１と、温度計Ｔ２による蓄熱槽１０内の熱媒温度ｔ２と
を比較する（ステップ１００）。比較の結果、ｔ１＞ｔ
２のときは、開閉弁Ｖ１を開く一方、開閉弁Ｖ２を閉じ
る（ステップ１０１）。次に、温度計Ｔ３による復路１
３の上流端での熱媒温度ｔ３と、温度計Ｔ４による貯湯
槽４３内の水温ｔ４とを比較する（ステップ１０２）。
比較の結果、ｔ３＞ｔ４のときは、開閉弁Ｖ３を開き、
開閉弁Ｖ４を閉じる（ステップ１０３）。そして、ポン
プＰ１を駆動する（ステップ１０４）。

【００２３】これによって、集熱器１１で温められた熱
媒が、往路１２を介して蓄熱槽１０に送られ、蓄熱槽１
０内に蓄熱される。蓄熱槽１０から復路１３に流れ出た
熱媒は、熱交換通路４１に迂回させられ、貯湯槽４３の
給湯用水を温め、その後、集熱器１１に還流される。

【００２４】ステップ１０２において、復路１３の上流
端での熱媒温度ｔ３が、貯湯槽４３内の水温ｔ４以下の
ときは、開閉弁Ｖ３を閉じる一方、開閉弁Ｖ４を開く
（ステップ１０５）。これによって、蓄熱槽１０から復
路１３に流れ出た熱媒が、熱交換通路４１を迂回するこ
となく、集熱器１１に還流される。

【００２５】なお、蓄熱槽１０内の温度ｔ２がある程度
まで高められる間は、ステップ１０２での比較結果の如
何に拘わらず、開閉弁Ｖ３を閉じ、開閉弁Ｖ４を開いた
状態に維持することにしてもよい。これによって、集熱
器１１で得られた熱を、給湯には使用せずに、専ら蓄熱
槽１０に蓄熱しておき、２次サイクルＣ２の暖房用に優
先的に充てることができる。

【００２６】ステップ１００において、往路１２の上流
端温度ｔ１が、蓄熱槽１０内の温度ｔ２以下のときは、
さらに復路１３の上流端温度ｔ３と貯湯槽４３内の水温
ｔ４とを比較する（ステップ１０６）。比較の結果、ｔ
３＞ｔ４であれば、開閉弁Ｖ１を閉じる一方、開閉弁Ｖ
２を開き（ステップ１０７）、その後、ステップ１０３
に合流する。これによって、集熱器１１から往路１２に
流れ出た熱媒が、蓄熱槽１０に送られることなく、短絡
通路１４を介して復路１３に短絡され、熱交換通路４１
を迂回したうえで、集熱器１１に戻される。

【００２７】ステップ１０６で復路１３の上流端温度ｔ
３が貯湯槽４３内の水温ｔ４以下のときは、開閉弁Ｖ１
〜Ｖ４を閉じ、ポンプＰ１を停止状態に維持する（ステ
ップ１０８）。

【００２８】ステップ１０４または１０８の後、図３に
示すように、各暖房器２０がオンか否かを判断する（ス
テップ２００）。暖房器２０が１つでもオンのときは、
蓄熱槽１０内の熱媒温度ｔ３が５０℃（基準温度）より
高いか否かを判断する（ステップ２０１）。そして、ｔ
３＞５０℃のときは、開閉弁Ｖ５を開くとともに、開閉
弁Ｖ６を閉状態に維持する。また、ポンプＰ２〜Ｐ４を
駆動するとともに、ヒートポンプ２７を停止状態に維持
する。さらに、オンされた暖房器２０に連なる分岐路２
３ａの開閉弁Ｖ７を開く（ステップ２０２）。

【００２９】これによって、熱媒が、蓄熱槽１０から、
往路２２、往路用貯留部分２１ａ、および往路２３を経
て、オンされた暖房器２０のファンコイル２０ａに送ら
れ、室内に放熱されることによって、暖房が行われる。
放熱後の熱媒は、復路２４、復路用貯留部分２１ｂ、お
よび復路２５を経て蓄熱槽１０に還流する。

【００３０】ステップ２０１で、蓄熱槽１０内の熱媒温
度ｔ３が５０℃以下のときは、開閉弁Ｖ５を閉じるとと
もに、開閉弁Ｖ６を開く。また、ポンプＰ２を停止する
一方、ポンプＰ３，Ｐ４およびヒートポンプ２７を駆動
する（ステップ２０３）。これによって、熱媒は、蓄熱
槽１０に代えてヒートポンプ２７と、貯留槽２１および
暖房器２０間を循環し、ヒートポンプ２７を通過する際
に加熱される。

【００３１】ステップ２０２または２０３の後、ステッ
プ１００に戻って制御フローを繰り返す。ステップ２０
０で、全ての暖房器２０がＯＦＦであるときは、Ｖ５〜
Ｖ７を閉じ、ポンプＰ１〜Ｐ４、およびヒートポンプ２
７を停止したまま（ステップ２０４）、ステップ１００
に戻って制御フローを繰り返す。

【００３２】本発明の特徴部分について説明する。図１
および図４に示すように、蓄熱槽１０には、従来と異な
り、１次サイクルと２次サイクルの熱交換用配管（熱交
換器）が設けられていない。この蓄熱槽１０の上下方向
の中間部には、２つの連通口１０ａ，１０ｂが上下に離
れて形成されている。上の連通口１０ａには、１次サイ
クルＣ１の往路１２の下流端が連なり、下の連通口１０
ｂには、２次サイクルＣ２の復路２５の下流端が連なっ
ている。また、蓄熱槽１０の下側部に連通口１０ｃが形
成されており、この連通口１０ｃに１次サイクルＣ１の
復路１３の上流端が連なっている。さらに、蓄熱槽１０
の上端部に連通口１０ｄが形成されており、この連通口
１０ｄに２次サイクルＣ２の往路２２の上流端が連なっ
ている。これによって、１次サイクルＣ１の往路１２お
よび復路１３、並びに２次サイクルＣ２の往路２２およ
び復路２５が、蓄熱槽１０の内部空間を介して、互いに
連なっている。１次サイクルＣ１の往路１２から蓄熱槽
１０に流入した熱媒と、２次サイクルＣ２の復路２５か
ら蓄熱槽１０に流入した熱媒とは、蓄熱槽１０の内部で
互いに混ざり合い、その後、１次サイクルＣ１の復路１
３と２次サイクルＣ２の往路２２へ流出していく。

【００３３】蓄熱槽１０内に往路１２から流入する熱媒
は、集熱器１１によって高温になっている。一方、復路
２５から流入する熱媒は、暖房器２０での放熱によって
低温になっている。この低温の熱媒が、上記往路１２か
らの高温の熱媒と混ざり合うことによって、熱を受け取
り、温められる。この熱のやり取りに熱交換用配管が介
在されることがないので、熱交換ロスが生じることはな
い。

【００３４】しかも、復路２５からの低温の熱媒は、蓄
熱槽１０の上下方向の中間から下向きに対流しようとす
る一方、往路１２からの高温の熱媒は、蓄熱槽１０の上
下方向の中間から上向きに対流しようとする。したがっ
て、蓄熱槽１０の下側部から延びる１次サイクルＣ１の
復路１３には、比較的低温の熱媒が流れ込む一方、蓄熱
槽１０の上端部から延びる２次サイクルＣ２の往路２２
には、比較的高温の熱媒が流れ込む。これによって、２
次サイクルＣ２の熱媒温度を高めて、効果的に暖房を行
うことができる。

【００３５】次に、本発明の第２実施形態を、図５を参
照して説明する。この実施形態に係る暖房システムは、
熱交換通路４１の上流端と下流端とが、蓄熱槽１０に連
なっている。この熱交換通路４１にポンプＰ５が設けら
れている。このシステムでは、蓄熱槽１０内にある程度
蓄熱されるまで、ポンプＰ５をオフにして熱交換通路４
１を閉じておき、熱を、給湯よりも暖房に優先して利用
する。

【００３６】本発明は、上記実施形態に限定されず、種
々の形態を採用可能である。例えば、蓄熱槽に潜熱蓄熱
剤を入れてもよい。これによって、小さい容量で大きな
蓄熱量を得ることができる。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように、第１の発明では、
蓄熱槽内で集熱器からの熱媒と暖房器からの熱媒が混ざ
り合うので、熱交換ロスが生じることはない。第２の発
明では、第２往路から暖房器に送られる熱媒温度を比較
的高くすることができ、暖房能力を高めることができ
る。第３の発明では、熱を給湯にも利用することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係る暖房システムの概
略構成図である。

【図２】上記システムの１次サイクルの制御内容を示す
フローチャートである。

【図３】上記システムの２次サイクルの制御内容を示す
フローチャートである。

【図４】上記システムの蓄熱槽の断面図である。

【図５】本発明の第２実施形態に係る暖房システムの概
略構成図である。

【符号の説明】

１０蓄熱槽１１集熱器１２往路（第１往路）１３復路（第１復路）２０暖房器２１貯留槽２２，２３往路２４，２５復路２７ヒートポンプ（補助熱源）４０給湯系統４３貯湯槽

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】（イ）太陽熱を集熱して熱媒を温める集熱
器と、（ロ）この集熱器から延びる第１往路と、（ハ）
この第１往路を介して上記集熱器から上記熱媒が供給さ
れ、この熱媒の熱を蓄熱する蓄熱槽と、（ニ）この蓄熱
槽から上記熱媒を上記集熱器に戻す第１復路と、（ホ）
上記蓄熱槽から延びる第２往路と、（ヘ）この第２往路
を介して上記蓄熱槽から上記熱媒が供給され、この熱媒
の熱を室内に放熱する暖房器と、（ト）この暖房器から
上記熱媒を上記蓄熱器に戻す第２復路とを備え、上記第
１往路、第１復路、第２往路、および第２復路が、上記
蓄熱槽の内部空間を介して互いに連なっていることを特
徴とする太陽熱を利用した暖房システム。
【請求項２】上記第１往路と第２復路とが、上記蓄熱
槽の上下方向の中間部に連なり、上記第２往路が、上記
蓄熱槽の上側部に連なり、上記第１復路が、上記蓄熱槽
の下側部に連なっていることを特徴とする請求項１に記
載の太陽熱を利用した暖房システム。
【請求項３】さらに、上流端と下流端が上記蓄熱槽ま
たは上記第１復路に連なる熱交換通路を備え、この熱交
換通路を、給湯用の水が蓄えられた貯湯槽に収容したこ
とを特徴とする請求項１または２に記載の太陽熱を利用
した暖房システム。