JP2001272112A - 太陽熱温水器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 自然循環方式以上の循環量で水を循環させて
集熱効率の向上を図ることができ、しかも集熱器に過剰
な圧力が加わることのない太陽熱温水器を提供する。 【解決手段】 循環用ポンプ１５によって貯湯槽３とヘ
ッダ７との間で水を強制循環させる。ヘッダ７には複数
台の集熱器８を接続している。ヘッダ部７から集熱器８
へは、入水口３０を通って水が送られる。集熱器８内を
自然循環して加熱された湯は、出湯口３１からヘッダ７
へ戻る。ここで、出湯口３１の管端はヘッダ７の中心軸
近傍に位置させられ、入水口３０の管端はヘッダ７の周
辺部に位置させられているので、入水口３０の管端圧力
よりも出湯口３１の管端圧力が低くなり、集熱器８内で
は入水口３０側から出湯口３１側に流れが生じる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、強制循環方式の太
陽熱温水器に関する。

【０００２】

【従来の技術】太陽熱温水器には、自然循環方式のもの
と強制循環方式のものとが知られている。自然循環方式
の太陽熱温水器では、集熱器内で加熱された湯の自然対
流を利用して水を循環させ、集熱器内で加熱された湯を
貯湯槽内に貯めている。一方、強制循環方式の太陽熱温
水器では、ポンプを用いて水を強制的に循環させ、集熱
器内で加熱された湯を貯湯槽内に貯めている。

【０００３】しかし、自然循環方式の太陽熱温水器で
は、集熱器内で加熱された湯の対流によって水を自然循
環させているだけであるので、水の循環量が少なくて集
熱効率が低く、またその効率の向上も難しかった。

【０００４】一方、強制循環方式の太陽熱温水器では、
ポンプで水を強制循環させるので、自然循環方式のもの
に比較して集熱効率は向上するが、水を介してポンプの
圧力が直接集熱器内に加わるため、集熱器内の圧力が高
くなり、集熱器が破損するおそれがあった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の従来
例の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とす
るところは、水を強制循環させても集熱器内の圧力が過
度に高くなることのない太陽熱温水器を提供することに
ある。

【０００６】また、本発明のさらに目的とするところ
は、自然循環方式以上の循環量で水を循環させて集熱効
率の向上を図ることができ、しかも集熱器に過剰な圧力
が加わることのない太陽熱温水器を提供することにあ
る。

【０００７】

【発明の開示】請求項１に記載の太陽熱温水器は、太陽
熱を利用して水を加熱するための集熱器と、貯湯部との
間で水を循環させる導水部とを備え、集熱器への入水口
と集熱器からの出湯口を導水部に接続した太陽熱温水器
であって、前記導水部と前記貯湯部との間で水が強制循
環させられ、導水部を通過する水が前記入水口を通って
前記集熱器内を自然循環し前記出湯口から前記導水部へ
戻るようにしたことを特徴としている。

【０００８】請求項１に記載の太陽熱温水器にあって
は、導水部と貯湯部の間で水を強制循環させ、集熱器内
で水を自然循環させているから、太陽熱温水器の温水循
環方式を強制循環方式にしても、集熱器内には大きな圧
力が加わることがない。よって、請求項１に記載した太
陽熱温水器によれば、強制循環方式にしても集熱器に過
度の圧力が加わって集熱器が破損する恐れが少なくな
る。

【０００９】請求項２に記載の太陽熱温水器は、太陽熱
を利用して水を加熱するための集熱器と、貯湯部との間
で水を循環させる導水部とを備え、集熱器への入水口と
集熱器からの出湯口を導水部に接続した太陽熱温水器で
あって、前記導水部と貯湯部との間で水を強制循環させ
るためのポンプを設け、前記入水口と前記出湯口の各管
端を前記導水部内で水の流速の異なる位置に配置したこ
とを特徴としている。

【００１０】導水部内を流れる水の流速は、一般には導
水部内の中央と壁面近くとで異なるから、たとえば入水
口と出湯口の管端を導水部の中央と縁部とに配置すれば
よい。また、導水部の径によっても流速は変化するか
ら、導水部の径の異なる場所にそれぞれ入水口の管端と
出湯口の管端とを配置してもよい。

【００１１】請求項２に記載の太陽熱温水器にあって
は、ポンプにより導水部と貯湯部との間で水を強制循環
させ、入水口と出湯口の各管端を導水部内で水の流速の
異なる位置に配置しているから、導水部を流れる水の流
速の違いによって入水口と出湯口とにおける圧力が異な
り、この圧力差によって集熱器内に水の循環が生じる。
従って、集熱器内では、加熱された湯の対流による循環
作用に加えて両端の圧力差による水の循環が発生し、集
熱器における循環流量を増加させて集熱効率を向上させ
ることができる。しかも、導水部において水を強制循環
させるポンプの圧力が直接集熱部に加わらないので、強
制循環方式を用いても集熱器が破損したりする恐れが少
ない。

【００１２】請求項３に記載の太陽熱温水器は、太陽熱
を利用して水を加熱するための集熱器と、貯湯部との間
で水を循環させる導水部とを備え、集熱器への入水口と
集熱器からの出湯口を導水部に接続した太陽熱温水器で
あって、前記導水部と貯湯部との間で水を強制循環させ
るためのポンプを設け、前記入水口と前記出湯口の各管
端の形状を互いに異ならせることによって入水口の管端
圧力と出湯口の管端圧力とを異ならせるようにしたこと
を特徴としている。

【００１３】入水口と出湯口の管端形状が異なるものに
は、管端の開口形状がたとえば円、四角などというよう
に異なる場合だけでなく、管端部分がラッパ状、流線形
などというように立体形状が異なる場合も含まれる。ま
た、開口形状が相似であって、大きさが異なる場合も含
まれる。

【００１４】請求項３に記載の太陽熱温水器にあって
は、ポンプにより導水部と貯湯部との間で水を強制循環
させ、入水口と出湯口の各管端の形状を互いに異ならせ
ることによって入水口の管端圧力と出湯口の管端圧力と
を異ならせているから、この圧力差によって集熱器内に
水の循環が生じる。従って、集熱器内では、加熱された
湯の対流による循環作用に加えて両端の圧力差による循
環作用が発生し、集熱器における循環流量を増加させて
集熱効率を向上させることができる。しかも、導水部に
おいて水を強制循環させるポンプの圧力が直接集熱部に
加わらないので、強制循環方式を用いても集熱器が破損
したりする恐れが少ない。

【００１５】請求項４に記載の太陽熱温水器は、太陽熱
を利用して水を加熱するための集熱器と、貯湯部との間
で水を循環させる導水部とを備え、集熱器への入水口と
集熱器からの出湯口を導水部に接続した太陽熱温水器で
あって、前記導水部と貯湯部との間で水を強制循環させ
るためのポンプを設け、前記入水口と前記出湯口の各管
端の開口方向を互いに異ならせることによって入水口の
管端圧力と出湯口の管端圧力とを異ならせるようにした
ことを特徴としている。

【００１６】入水口や出湯口の各管端の開口方向を変化
させるには、たとえば管端を斜めにカットしたり、管端
を屈曲させたりすればよい。

【００１７】請求項４に記載の太陽熱温水器にあって
は、ポンプによって導水部と貯湯部との間で水を強制循
環させ、入水口と出湯口の各管端の開口方向を互いに異
ならせることによって入水口の管端圧力と出湯口の管端
圧力とを異ならせているから、この圧力差によって集熱
器内に水の循環が生じる。従って、集熱器内では、加熱
された湯の対流による循環作用に加えて両端の圧力差に
よる循環作用が発生し、集熱器における循環流量を増加
させて集熱効率を向上させることができる。しかも、導
水部において水を強制循環させるポンプの圧力が直接集
熱部に加わらないので、強制循環方式を用いても集熱器
が破損したりする恐れが少ない。

【００１８】請求項５に記載の太陽熱温水器は、請求項
１、２、３又は４に記載した太陽熱温水器において、前
記集熱器からの出湯口における管端圧力が、前記集熱器
への入水口における管端圧力よりも小さくなるようにし
たことを特徴としている。

【００１９】請求項５に記載の太陽熱温水器にあって
は、集熱器からの出湯口における管端圧力が、前記集熱
器への入水口における管端圧力よりも小さくなるように
しているから、請求項１に記載した太陽熱温水器の実施
態様の場合には、入水口と出湯口との圧力差によって集
熱器に自然循環を起こさせることができ、集熱効率を向
上させることができる。また、請求項２、３又は４に記
載した太陽熱温水器の実施態様の場合には、入水口と出
湯口との圧力差によって入水口から出湯口に向けて集熱
器内に自然循環を起こさせることができ、集熱効率を向
上させることができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】（第１の実施形態）図１は本発明
の一実施形態による太陽熱温水器１の構成を示す概略図
である。この太陽熱温水器１は、主として、家屋の屋根
の上などに設置された集熱パネル２と地上に設置された
貯湯槽３とから構成されている。

【００２１】貯湯槽３の上部には上水道から導かれた入
水管４が接続されており、入水管４の管端には貯湯槽３
内の水位を所定水位に保つためのボールタップ弁５が設
けられている。入水管４の管端の下方には垂直な給水管
６が立てられており、水位の低下に伴ってボールタップ
弁５が開くと、入水管４から給水管６の上部へ水が供給
され、給水管６へ供給された水は給水管６を通って貯湯
槽３の底部から貯湯槽３内へ補給される。

【００２２】集熱パネル２は、ヘッダ（導水部）７と、
ヘッダ７に接続された複数枚の集熱器８とからなり、ヘ
ッダ７内には湯温センサ９が設けられている。貯湯槽３
内の上部とヘッダ７の一端（ヘッダ入口１０）とは循環
往き管１１によって接続され、貯湯槽３内の下部とヘッ
ダ７の他端（ヘッダ出口１２）とは循環戻り管１３によ
って接続され、循環往き管１１には循環用ポンプ１５と
給湯用ポンプ１６と電磁弁１４とが設けられており、循
環用ポンプ１５を運転することにより循環往き管１１と
循環戻り管１３とからなる循環路を通じて貯湯槽３と集
熱パネル２との間で水を強制循環させることができる。
また、貯湯槽３の底面には、排水管１７を設けている。
１８は水抜き栓、１９は槽内温度センサ、２０は循環往
き管１１に設けられた槽外温度センサである。

【００２３】循環往き管１１からは給湯管２１が分岐し
ており、給湯管２１には逆止弁２２、圧力スイッチ２
３、水流スイッチ２４、流量調整弁２５、２６が設けら
れ、その管端にはカラン等の給湯栓２７が設けられてい
る。なお、２８は水抜き栓、２９は膨張タンクである。

【００２４】しかして、この太陽熱温水器１において
は、集熱運転している場合には、集熱パネル２内の湯温
センサ９と貯湯槽３の槽外温度センサ２０との温度差が
所定温度（例えば、６゜Ｃ）以上になると、循環用ポン
プ１５が起動して（電磁弁１４は、通常開かれてい
る。）循環往き管１１及び循環戻り管１３を通じて集熱
パネル２と貯湯槽３の間で水が強制循環させられる。こ
のとき、後述のように集熱器８内を自然循環しながら集
熱器８で温められた湯がヘッダ７から貯湯槽３に回収さ
れ、貯湯槽３内に蓄えられる。そして、湯温センサ９と
槽外温度センサ２０との温度差が所定温度（例えば、３
℃）まで縮まると、循環用ポンプ１５が停止し、循環路
内の湯は自然循環によって貯湯槽３内に回収される。な
お、集熱運転時には給湯用ポンプ１６は運転せず、１台
のポンプ（循環用ポンプ１５）のみで湯を循環させ、集
熱パネル２に過剰な圧力が加わって集熱パネル２が破損
するのを防止する。

【００２５】また、給湯栓２７が開かれた場合には、逆
止弁２２と給湯栓２７との間の給湯管２１内の水圧が低
下し、管内の水圧が所定圧力（例えば、１.１ｋｇ／ｃ
ｍ^２）以下に下がると、圧力スイッチ２３がオンとなっ
て循環往き管１１の電磁弁１４を閉じる。こうして循環
往き管１１が閉じられると、給湯用ポンプ１６と循環用
ポンプ１５とが同時に運転され、貯湯槽３内上部の湯が
給湯管２１を通って給湯栓２７から出湯される。同時
に、水位の低下に伴ってボールタップ弁５が開き、入水
管４及び給水管６からは貯湯槽３下部に水が補給され
る。給湯栓２７が閉じられると、管内の水圧が再び上昇
し、水流が無くなるので、圧力スイッチ２３と水流スイ
ッチ２４がいずれもオフとなり、その数秒後に循環往き
管１１の電磁弁１４が開くと共に給湯用ポンプ１６及び
循環用ポンプ１５が運転を停止する。

【００２６】図２の断面図は上記集熱パネル２の一部、
すなわちヘッダ７の一部と１枚の集熱器８の内部を表
し、図３の断面図はヘッダ７の一部を詳細に表してい
る。この集熱パネル２は、施工済みの状態では、ヘッダ
７側が上になるように斜めに設置されている。図３に示
すように、筒状をしたヘッダ本体３２の両端面はキャッ
プ３３で塞がれており、各キャップ３３にはヘッダ入口
１０とヘッダ出口１２が挿通され、溶接等によってキャ
ップ３３に固着一体化されている。また、集熱器８への
入水口３０と集熱器８からの出湯口３１もヘッダ本体３
２の下面に挿通させられ、溶接等によってヘッダ本体３
２に固着一体化されている。

【００２７】また、この実施形態では、出湯口３１は入
水口３０よりも上方へ長く延びており、出湯口３１の管
端はヘッダ本体３２の中心軸近傍に位置し、入水口３０
の管端はヘッダ本体３２の壁面近傍に位置している。

【００２８】図２に示すように、集熱器８内には集熱管
３５が納められている。集熱管３５は、幅の狭い導水路
３６と幅の広い集熱路３７によって構成されており、導
水路３６と集熱路３７とは下部において互いに連通して
いる。集熱路３７の内部は複数枚の仕切り板３８によっ
て仕切られている。また、導水路３６の上端部は外部に
突出して接続用の導水管３９となり、集熱路３７の上端
部も外部に突出して接続用の集熱管４１となっている。
導水管３９はジョイント４０によって入水口３０に接続
され、集熱管４１はジョイント４２によって出湯口３１
に接続されている。

【００２９】しかして、集熱器８に太陽熱が照射する
と、集熱路３７内の水が加熱されて湯になる。この集熱
器８はヘッダ７側が上になるように斜めに設置されてお
り、集熱路３７内で加熱された湯は集熱路３７内を上昇
するので、集熱管３５内の水は入水口３０側から出湯口
３１側へと循環し、集熱管３５で加熱された湯が出湯口
３１からヘッダ７へ移動させられる。一方、入水口３０
からは、ヘッダ７内の水が集熱器８内へ吸引される。

【００３０】また、循環用ポンプ１５によってヘッダ７
内を強制循環させられている水は、ヘッダ本体３２の中
心部で流速が大きく、周辺部では摩擦抵抗のために流速
が小さくなっているので、入水口３０の管端の形状と出
湯口３１の管端の形状が同じであるとすると、出湯口３
１の管端圧力は入水口３０の管端圧力よりも低くなる。
そのため、両端の圧力差によって集熱管３５内の湯は出
湯口３１からヘッダ７内へ引き抜かれ、その分入水口３
０から集熱管３５へ吸入される。即ち、両端の圧力差に
よって集熱管３５内の水は入水口３０から出湯口３１へ
と循環させられる。なお、この実施形態では、入水口３
０が出湯口３１よりもヘッダ入口１０に近い側に位置し
ているので、ヘッダ入口１０からヘッダ７内に流入した
水が勢い良く入水口３０の管端を通過しないよう、ヘッ
ダ入口１０の前面を邪魔板３４によって遮っている。

【００３１】こうしてヘッダ７を通過する水の一部が集
熱器８内を循環して加熱され、再びヘッダ７内を流れて
貯湯槽３に回収されるので、貯湯槽３内の水が太陽熱に
よって加熱され、貯湯槽３内に蓄えられる。

【００３２】上記のようにして、この太陽熱温水器１で
は、集熱器８内の水は太陽熱によって加熱されて起きる
対流と、入水口３０の管端と出湯口３１の管端との圧力
差によって生じる流れによって入水口３０側から出湯口
３１側へと循環させられるので、集熱器８において大き
な循環量を得ることができ、集熱効率を高めることがで
きる。

【００３３】また、集熱器８内の水は、循環用ポンプ１
５の力によって循環させられる訳ではなく、集熱管３５
には直接循環用ポンプ１５の圧力が加わらないのでの
で、直接循環用ポンプ１５を用いて強制循環させても集
熱管３５が破損しにくい。

【００３４】なお、上記実施形態では、集熱器８の両端
に圧力差を発生させて集熱器８内で水を循環させるた
め、出湯口３１をヘッダ本体３２の管端を中心軸近傍に
配置し、入水口３０の管端を周辺部に配置したが、集熱
器８の両端に圧力差を発生させるための手段としては、
これ以外にも種々の形態が可能である。例えば、図４
（ａ）に示すように、出湯口３１の管端を下流側に向け
て斜めにカットすることによって出湯口３１の管端圧力
を小さくしたり、図４（ｂ）に示すように、入水口３０
の管端を上流側に向けて斜めにカットすることによって
入水口３０の管端圧力を大きくしたりしてもよい。ある
いは、図４（ｃ）に示すように、出湯口３１の管端を下
流側に向けて屈曲させることによって出湯口３１の管端
圧力を小さくしたり、図４（ｄ）に示すように、入水口
３０の管端を上流側に向けて屈曲させることによって入
水口３０側の管端圧力を大きくしたりしてもよい。ある
いは、屈曲させた出湯口３１を図４（ｅ）のように流線
形にしたり、屈曲させた入水口３０を図４（ｆ）のよう
にラッパ状にしたりしてもよい。

【００３５】

【発明の効果】請求項１に記載の太陽熱温水器にあって
は、導水部と貯湯部の間で水を強制循環させ、集熱器内
で水を自然循環させているから、太陽熱温水器を強制循
環方式にしても集熱器内に大きな圧力が加わることがな
く、過度の水圧によって集熱器が破損しにくくなる。

【００３６】請求項２に記載の太陽熱温水器によれば、
ポンプにより導水部と貯湯部との間で水を強制循環さ
せ、入水口と出湯口の各管端を導水部内で水の流速の異
なる位置に配置しているから、入水口と出湯口の圧力差
によって集熱器内に水の循環を生じさせることができ、
集熱器における集熱効率を向上させることができる。し
かも、導水部において水を強制循環させるポンプの圧力
が直接集熱部に加わらないので、強制循環方式を用いて
も集熱器が破損したりする恐れが少ない。

【００３７】請求項３に記載の太陽熱温水器によれば、
ポンプにより導水部と貯湯部との間で水を強制循環さ
せ、入水口と出湯口の各管端の形状を互いに異ならせる
ことによって入水口の管端圧力と出湯口の管端圧力とを
異ならせているから、この圧力差によって集熱器内で水
の循環を生じさせることができ、集熱器における集熱効
率を向上させることができる。しかも、導水部において
水を強制循環させるポンプの圧力が直接集熱部に加わら
ないので、強制循環方式を用いても集熱器が破損したり
する恐れが少ない。

【００３８】請求項４に記載の太陽熱温水器によれば、
ポンプによって導水部と貯湯部との間で水を強制循環さ
せ、入水口と出湯口の各管端の開口方向を互いに異なら
せることによって入水口の管端圧力と出湯口の管端圧力
とを異ならせるようにしているから、この圧力差によっ
て集熱器内の湯を循環させることができ、集熱器におけ
る集熱効率を向上させることができる。しかも、導水部
において水を強制循環させるポンプの圧力が直接集熱部
に加わらないので、強制循環方式を用いても集熱器が破
損したりする恐れが少ない。

【００３９】請求項５に記載の太陽熱温水器にあって
は、請求項１〜４に記載した太陽熱温水器において、集
熱器内に入水口から出湯口に向けて自然循環を生じさせ
ることによって集熱効率を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態による太陽熱温水器の構成
を示す概略図である。

【図２】同上の太陽熱温水器に用いられている集熱パネ
ルの一部を示す拡大断面図である。

【図３】同上の集熱パネルに用いられているヘッダの一
部を示す拡大断面図である。

【図４】（ａ）（ｃ）（ｅ）はそれぞれ入水部の異なる
構造を示す断面図、（ｂ）（ｄ）（ｆ）はそれぞれ出湯
部の異なる構造を示す断面図である。

【符号の説明】

２ 集熱パネル ３ 貯湯槽 ７ ヘッダ ８ 集熱器 １０ ヘッダ入口 １２ ヘッダ出口 １５ 循環用ポンプ ３０ 入水口 ３１ 出湯口 ３２ ヘッダ本体 ３５ 集熱管 ３６ 導水路 ３７ 集熱路

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 太陽熱を利用して水を加熱するための集
   熱器と、貯湯部との間で水を循環させる導水部とを備
   え、集熱器への入水口と集熱器からの出湯口を導水部に
   接続した太陽熱温水器であって、 前記導水部と前記貯湯部との間で水が強制循環させら
   れ、導水部を通過する水が前記入水口を通って前記集熱
   器内を自然循環し前記出湯口から前記導水部へ戻るよう
   にしたことを特徴とする太陽熱温水器。
2. 【請求項２】 太陽熱を利用して水を加熱するための集
   熱器と、貯湯部との間で水を循環させる導水部とを備
   え、集熱器への入水口と集熱器からの出湯口を導水部に
   接続した太陽熱温水器であって、 前記導水部と貯湯部との間で水を強制循環させるための
   ポンプを設け、前記入水口と前記出湯口の各管端を前記
   導水部内で水の流速の異なる位置に配置したことを特徴
   とする太陽熱温水器。
3. 【請求項３】 太陽熱を利用して水を加熱するための集
   熱器と、貯湯部との間で水を循環させる導水部とを備
   え、集熱器への入水口と集熱器からの出湯口を導水部に
   接続した太陽熱温水器であって、 前記導水部と貯湯部との間で水を強制循環させるための
   ポンプを設け、前記入水口と前記出湯口の各管端の形状
   を互いに異ならせることによって入水口の管端圧力と出
   湯口の管端圧力とが異なるようにしたことを特徴とする
   太陽熱温水器。
4. 【請求項４】 太陽熱を利用して水を加熱するための集
   熱器と、貯湯部との間で水を循環させる導水部とを備
   え、集熱器への入水口と集熱器からの出湯口を導水部に
   接続した太陽熱温水器であって、 前記導水部と貯湯部との間で水を強制循環させるための
   ポンプを設け、前記入水口と前記出湯口の各管端の開口
   方向を互いに異ならせることによって入水口の管端圧力
   と出湯口の管端圧力とが異なるようにしたことを特徴と
   する太陽熱温水器。
5. 【請求項５】 前記集熱器からの出湯口における管端圧
   力が、前記集熱器への入水口における管端圧力よりも小
   さくなるようにしたことを特徴とする、請求項１、２、
   ３又は４に記載の太陽熱温水器。