JP2002213819A - 出湯温度を制御する太陽熱利用給湯装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 太陽熱給湯機２と補助熱源機１７とを組合せ
て使用する際に生じる使用者の手間を軽減し、使用者が
所望する温度に給湯を可能とする太陽熱利用給湯装置を
提供する。 【解決手段】 太陽熱集熱器１と、温度調節機能をもつ
太陽熱給湯機２と、その出口の湯水温度（出湯温度）Ｔ
Ｏがリモコンで設定される温度（設定温度）ＴＲとなる
ように補助加熱が制御される補助熱源機１７とからなる
装置であって、補助熱源機１７の補助加熱は、出湯温度
（ＴＯ）が設定温度（ＴＲ）よりも所定温度だけ低くな
ったときに、開始することを特徴とする。ここで、所定
温度は、太陽熱給湯機２と補助熱源機１７とを流れる水
量の変化（特に、水量増加）に応じて、途中で、所定温
度（α）からこれより高い別の所定温度（β）へと変化
させる（すなわち、落とす）こともできる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、出湯温度を制御す
る太陽熱利用給湯装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の太陽熱給湯機の構成の一例を図６
に示す。太陽熱給湯機２の構成は、太陽熱集熱器１を１
面以上設置し、貯湯タンク９を循環通路１０で結び、熱
媒体を太陽熱集熱器１、循環通路１０及び貯湯タンク９
内の熱交換器１１に充填して循環ポンプ１２で循環し
て、太陽熱集熱器１で熱媒体を温め、これを貯湯タンク
９内の熱交換器１１から補助タンク１９へ戻し、熱交換
器１１によって熱交換して貯湯タンク９内の水を温水化
するものである。太陽熱給湯機２への給水は、上水道を
貯湯槽の給水継手１３に直接接続して、給水パイプ１４
を経て貯湯タンク９へ充填し、太陽熱により温水化した
後、使用時には上水道の圧力により給湯パイプ１５を経
て給湯継手１６から行われる。通常、上記太陽熱給湯機
２には別付の補助熱源機１７を接続し、日射量の少ない
雨天や冬期の温水温度が十分に上がらない場合などは、
この補助熱源機１７で補助加熱した後、各給湯栓、浴槽
等に給湯する。別付の補助熱源機１７の太陽熱給湯機２
への接続は、上記図６に示すように、補助熱源機１７の
給湯出口及び太陽熱給湯機２の給湯出口において切替三
方弁２１で合流させ、切替えを可能とする給湯配管が多
い。このとき、使用者は所望温度により切替三方弁２１
を手動で操作し、給湯経路を選択する。

【０００３】高温の湯を直接に補助熱源機１７へ流入さ
せる場合には、その補助熱源機１７の温度調節能力に制
限がある場合には、使用者の設定した温度より高い温度
の湯が給湯される。そこで、図７に示すように、恒温湯
水混合弁２２を使用し、予め貯湯タンク９内の温水と給
水配管２４から供給される冷水とを混合し、温度を下げ
てから補助熱源機１７に流入させる接続方法もある。

【０００４】上記従来の太陽熱給湯機において共通する
点は、太陽熱給湯機２の集熱運転制御が、太陽熱給湯機
２内の貯湯タンク９の下部に設けた温度検知器１８ａと
太陽熱集熱器１内に設けた温度検知器１８ｂとの温度差
が一定値以上になった場合に循環ポンプ１２の運転を行
い熱媒体を循環させて集熱し、両温度検知器の温度差が
一定値以下になった場合に循環ポンプ１２を停止して集
熱を終了することである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、図６に示した
ような従来方式では太陽熱給湯機２から給湯される温水
は、貯湯タンク９内で沸き上げられたままの温水を給湯
するため、使用者は手元の給湯栓を用いて湯と冷水を混
ぜて所望する温度にする手間があった。また、季節や天
候により使用者が切替三方弁２１を手動で切替える作業
を必要としていた。一方、補助熱源機１７の温度調節機
能に制限がある場合には、図７に示すように、恒温湯水
混合弁２２の接続が必要となり、貯湯タンク９内の温水
をすべて恒温湯水混合弁２２を通過させるため、夏期な
どは温水が余り、全て有効利用できなかった。本発明
は、以上のような問題に鑑みなされたもので、太陽熱給
湯機２と補助熱源機１７とを組合せて使用する際に生じ
る使用者の手間を軽減し、かつ、使用者が所望する温度
に給湯を可能とする太陽熱利用給湯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、次のものに関
する。 （１） 太陽熱集熱器と、温度調節機能をもつ太陽熱給
湯機と、その出口の湯水温度（出湯温度）がリモコンで
設定される温度（設定温度）となるように補助加熱が制
御される補助熱源機とからなる装置であって、前記補助
熱源機の補助加熱は、前記出湯温度が前記設定温度より
も所定温度以下に低くなったときに開始するよう構成さ
れた、太陽熱利用給湯装置。 （２） 上記所定温度は、太陽熱給湯機と補助熱源機と
を流れる水量の変化に応じて、途中で、所定温度（α）
からこれより高い別の所定温度（β）へと変化させるも
のである、（１）記載の太陽熱利用給湯装置。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を添付図面を
用いて更に具体的に説明する。図１は、本発明の一例の
太陽熱利用給湯装置の構成図である。太陽熱給湯機２内
部に熱交換器１１を設けた貯湯タンク９を設置してあ
る。熱交換器１１と太陽熱集熱器１とを熱媒体を充填し
た循環パイプ１０により接続し、循環経路上には熱媒体
を循環させるための循環ポンプ１２を配置し、日射量が
ある場合は太陽熱給湯機２内に有するコントローラＡ
（３）により集熱運転を行い貯湯タンク９内の水を温め
るようになっている。なお、本実施例では、熱媒体を充
填させるために循環パイプ１０に補助タンク１９を設置
している。

【０００８】貯湯タンク９への給水は、給水継手１３か
ら水量センサ２０ａを設けた給水パイプ５を通して行わ
れ、貯湯タンク９からの出湯はタンク出口パイプ１５に
よって行われる。給水パイプ５は、その途中で、貯湯タ
ンク９へ給水されるパイプと電動湯水混合弁４に給水す
るパイプとに分かれる。また、タンク出口パイプ１５
は、電動湯水混合弁４において貯湯タンク９からの温水
と給水からの水とを混合して温度調節され、適温出湯が
可能となる。そして、太陽熱給湯機２から給湯継手１６
を介し適温にされた温水は、補助熱源機１７に給水さ
れ、温度条件によっては再加熱された上で給湯栓（図示
せず）から給湯される。

【０００９】次に温度制御と通信内容について、前記図
１の構成図、図２の出湯温度特性のグラフ、図３及び図
４のフローチャートを参照して説明する。太陽熱給湯機
２と補助熱源機１７とには各個の本体を制御するコント
ローラＡ（３）及びコントローラＢ（７）とが配置さ
れ、各々のコントローラ３，７はリモコン８を介して信
号線１４でつながっている。太陽熱給湯機２の制御は、
前述の集熱運転制御に加えて貯湯タンク９の温度を温度
検知器１８ｃ、給水温度を温度検知器１８ｄで各々検知
し、電動湯水混合弁４で湯水混合制御を行う。一方、補
助熱源機１７は燃料（ガスや石油）を燃焼させて、熱交
換器を用いて加熱し、出湯通路に設けられた温度検知器
１８ｅと水量センサ２０ｂの情報で温度制御を行うこと
を主な基本制御とする。

【００１０】リモコン８から設定された給湯温度（設定
温度）ＴＲが各コントローラに入力される。温度検知器
１８ｃで検知された貯湯タンク９内の湯温ＴＴが、設定
温度ＴＲ以上であれば、太陽熱給湯機２は、電動湯水混
合弁４で設定温度ＴＲに適温制御して給湯する。補助熱
源機１７は、太陽熱給湯機２から供給される湯温が設定
温度ＴＲであるため、補助加熱を行わず、出湯温度ＴＯ
は設定温度ＴＲと一致する。

【００１１】貯湯タンク９の貯湯量は有限であり、これ
を超えて湯を使用すると貯湯タンク９内の湯温ＴＴは設
定温度ＴＲ以上からＴＲ未満へと低下する。そこで、補
助熱源機１７が補助加熱を行う必要があり、太陽熱給湯
機２は、水量センサ２０ａの検知結果とＴＲとから補助
熱源機１７が制御可能な温度まで下げて供給する。補助
熱源機１７が瞬間加熱式の燃焼器具の場合、通常、最小
で燃焼可能なガスや石油量は機械的条件で決まるため、
設定温度ＴＲと貯湯タンク９内の湯温ＴＴとの差分（Ｔ
Ｒ−ＴＴ）が小さい条件や流量が少ないような条件では
設定温度ＴＲよりも高い温度で給湯してしまう。従っ
て、この条件下では、太陽熱給湯機２は、水量センサ２
０ａの検知結果と設定温度ＴＲから補助熱源機１７が制
御可能な温度まで下げて供給することで適温制御を実現
する。図２（ａ）のように、設定温度ＴＲと出湯温度Ｔ
Ｏとの差分（ＴＲ−ＴＯ）が一定温度αを上回ると、補
助熱源機１７は補助加熱を行い、最終的には出湯温度Ｔ
Ｏは設定温度ＴＲとなる。これは集熱量が少なく、貯湯
タンク９内の湯温ＴＴが元々設定温度ＴＲ未満であった
場合も同様である。

【００１２】貯湯タンク９内の湯温ＴＴが設定温度ＴＲ
以上であっても、給湯栓の開度を急激に変化させると流
量が急激に変化し、太陽熱給湯機２から供給される湯温
が変動する。特に、急激に流量が増加すると、図２
（ｂ）のように太陽熱給湯機２から供給される湯温は低
下する。これは電動湯水混合弁４までの流路圧損が湯側
と水側とで同一ではないためであり、電動湯水混合弁４
が再調整するまでの間、続く。ここで、出湯温度ＴＯが
一旦低下し、それに応じて補助加熱を開始すると、電動
湯水混合弁４の再調整後に、出湯温度ＴＯが設定温度Ｔ
Ｒに対し大きく上回り、使い勝手がよくない。そこで、
水量センサ２０ｂで流量の変化を検知した場合、補助加
熱を開始する設定温度ＴＲと出湯温度ＴＯとの差分（Ｔ
Ｒ−ＴＯ）を所定温度αからβ（但し、β＞α）へ変化
させることにより、流量が急激に変化した場合でも、補
助加熱を停止し続け、電動湯水混合弁４が再調整後に、
出湯温度ＴＯは設定温度ＴＲとなる。

【００１３】以上、出湯温度ＴＯと設定温度ＴＲとの差
分（ＴＲ−ＴＯ）が所定温度αを超えた場合、補助熱源
機１７の補助加熱を開始することで、補助熱源機１７の
最適制御が可能となり、省エネ性を向上することが可能
となる。更には、所定温度αを流量変化幅により変化さ
せることで使い勝手のよい太陽熱利用給湯装置とするこ
とができる。

【００１４】なお、本発明で用いられる熱媒体は、太陽
熱集熱器から太陽熱給湯機内の熱交換器へ熱エネルギー
を移動させるものであれ場、適宜、用いることができ
る。冬期における凍結破損を防止するため不凍液である
プロピレングリコール、エチレングリコール水溶液等が
好ましい。また、補助熱源機は、太陽熱給湯機から給水
された水または湯を瞬間的に加熱するものであれば、適
宜用いることができる。好ましくは、石油やガスを使用
した瞬間加熱式のものである。

【００１５】リモコンと太陽熱給湯機及び補助熱源機の
通信は、情報を伝達することができれば、適宜用いるこ
とができる。好ましくは、リモコンの電源確保が容易な
有線通信である。電動湯水混合弁は、湯と水との混合比
を変化させ出湯温度の調節をできるものであれば、適宜
用いることができる。特には、温度検知器２３と連動す
る電動混合弁（図５）を好適に用いる。図５の電動混合
弁は、モータで弁体２５を上下に駆動させ弁体の開閉度
により、湯と水の混合比を調節するもので、（ａ）にお
いては湯側が全閉状態、（ｂ）においては水側が全閉状
態にしたもので、混合水側に設けられた温度検知器２３
の温度をフィードバックしコントローラＡ（３）により
開度調節するものである。

【００１６】

【発明の効果】本発明の太陽熱利用給湯装置によれば、
太陽熱給湯機と補助熱源機を組合せて使用する際に生じ
る使用者の手間を軽減し、使用者が所望する温度で給湯
を可能とし、更に省エネ性に優れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一例の太陽熱利用給湯装置の構成図。

【図２】本発明の出湯温度特性を示すグラフ。

【図３】本発明に係る出湯温度制御のフローチャート
で、図２（ａ）に対応。

【図４】本発明に係る出湯温度制御のフローチャート
で、図２（ｂ）に対応。

【図５】本発明で用いられる湯水混合弁の作動の説明
図。（ａ）では湯側を全閉状態、（ｂ）では水側を全閉
状態にしている。

【図６】従来例の太陽給湯機の構成図。

【図７】他の従来例の太陽給湯機の構成図。

【符号の説明】

１．太陽熱集熱器 ２．太陽熱給湯機 ３．
コントローラＡ ４．電動湯水混合弁 ５．給水パイプ ６．
給湯パイプ ７．コントローラＢ ８．リモコン ９．
貯湯タンク １０．循環パイプ １１．熱交換器 １
２．循環ポンプ １３．給水継手 １４．信号線 １
５．タンク出口パイプ １６．給湯継手 １７．補助熱源機 １８
ａ．温度検知器 １８ｂ．温度検知器 １８ｃ．温度検知器 １８
ｄ．温度検知器 １８ｅ．温度検知器 １９．補助タンク ２０
ａ．水量センサ ２０ｂ．水量センサ ２１．三方切替弁 ２
２．恒温湯水混合弁 ２３．温度検知器 ２４．給水配管 ２
５．弁体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 市根井 智 茨城県下館市大字下江連1250番地 日立化 成工業株式会社結城事業所内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 太陽熱集熱器と、温度調節機能をもつ太
   陽熱給湯機と、その出口の湯水温度（出湯温度）がリモ
   コンで設定される温度（設定温度）となるように補助加
   熱が制御される補助熱源機とからなる装置であって、前
   記補助熱源機の補助加熱は、前記出湯温度が前記設定温
   度よりも所定温度以下に低くなったときに開始するよう
   構成された、太陽熱利用給湯装置。
2. 【請求項２】 上記所定温度は、太陽熱給湯機と補助熱
   源機とを流れる水量の変化に応じて、途中で、所定温度
   （α）からこれより高い別の所定温度（β）へと変化さ
   せるものである、請求項１の太陽熱利用給湯装置。