JP2003314833A - 強制循環式太陽熱集熱システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 熱媒液として不凍液を使用しなくて済む強制
循環式太陽熱集熱システムを提供する。 【解決手段】 循環路１６の復路部９８の、集熱器２
０，２２の下端より下方であって上下方向の成分を有す
る方向に延びる部分に、集熱器２０，２２内の循環路１
６の容積の総和より大きい容積の空気タンク１００を設
ける。停止状態では集熱器２０，２２内の熱媒液が空気
タンク１００に溜められ、集熱器２０，２２内は空気タ
ンク１００の空気で満たされる。作動時には空気タンク
１００内の熱媒液が集熱器２０，２２に送り込まれ、循
環して水や床を温め、集熱器２０，２２内の空気が空気
タンク１００に溜まる。作動停止時には空気タンク１０
０内の空気が復路部９８を上方へ移動し、集熱器２０，
２２内の熱媒液が強制循環時とは逆向きに移動して空気
タンク１００に流入する。非循環時には集熱器２０，２
２内に熱媒液がなく、不凍液を用いなくても凍結がな
い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、強制循環式太陽熱
集熱システムに関するものであり、特に、熱媒液の凍結
防止に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】強制循環式の太陽熱集熱システムには、
高所に配設されて太陽熱を集熱する太陽熱集熱器と、低
所に配設されて集熱された熱を受け取る床暖房装置の蓄
熱床，給湯装置の貯湯タンク等受熱器と、それら太陽熱
集熱器と受熱器とを経て熱媒液を循環させる循環路と、
その循環路に熱媒液の流れを強制的に生じさせる液駆動
装置とを含むシステムがある。この種の太陽熱集熱シス
テムにおいては、従来、作動状態においても停止状態に
おいても、常時、太陽熱集熱器内は熱媒液で満たされて
いる。そのため、冬季の夜間等に太陽熱集熱器内におい
て熱媒液が凍結し、それによって太陽熱集熱器が破損す
る恐れがあり、それを防止するために熱媒液として不凍
液が使用されていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題，課題解決手段および効
果】しかしながら、不凍液を使用する場合、種々の不都
合が生ずる。例えば、不凍液は、年月の経過と共に劣化
するため、定期的な液質の点検や、不凍液の抜き替えが
必要であり、その費用は無視することはできない。ま
た、夏季には集熱過多になることがあるが、その場合、
不凍液が沸騰することがあり、液質の異常劣化による集
熱器の腐食や、家屋の天井裏での異音発生の問題が生ず
る。

【０００４】本発明は、以上の事情を背景とし、熱媒液
として不凍液を使用しなくて済む強制循環式太陽熱集熱
システムを提供することを課題としてなされたものであ
り、本発明によって、下記各態様の強制循環式太陽熱集
熱システムが得られる。各態様は請求項と同様に、項に
区分し、各項に番号を付し、必要に応じて他の項の番号
を引用する形式で記載する。これは、あくまでも本発明
の理解を容易にするためであり、本明細書に記載の技術
的特徴およびそれらの組合わせが以下の各項に記載のも
のに限定されると解釈されるべきではない。また、一つ
の項に複数の事項が記載されている場合、それら複数の
事項を常に一緒に採用しなければならないわけではな
い。一部の事項のみを選択して採用することも可能なの
である。

【０００５】なお、以下の各項において、 (1)項が請求
項１に相当し、 (3)項が請求項２に、 (8)項が請求項３
にそれぞれ相当する。

【０００６】（１）高所に配設されて太陽熱を集熱する
太陽熱集熱器と、低所に配設されて集熱された熱を受け
取る受熱器と、それら太陽熱集熱器と受熱器とを経て熱
媒液を循環させる循環路と、その循環路に熱媒液の流れ
を強制的に生じさせる液駆動装置とを含む強制循環式太
陽熱集熱システムにおいて、前記循環路の前記太陽熱集
熱器から前記受熱器への復路部の、太陽熱集熱器の下端
より下方であって上下方向の成分を有する方向に延びる
部分に、太陽熱集熱器内の循環路の容積の総和より大き
い容積の気体溜まりを直列に設けた強制循環式太陽熱集
熱システム。気体は、例えば、空気でもよく、窒素ガス
等空気以外のガスでもよい。本項に記載の強制循環式太
陽熱集熱システムにおいては、液駆動装置が停止させら
れ、熱媒液が循環路内を循環させられない状態では、太
陽熱集熱器内の熱媒液は気体溜まりに溜められ、太陽熱
集熱器内は気体溜まり内の気体で満たされる。液駆動装
置が作動させられれば、気体溜まり内の熱媒液が太陽熱
集熱器内へ送り込まれ、代わりに太陽熱集熱器内の気体
が気体溜まりに溜まる。太陽熱集熱器内の気体が熱媒液
によって置換されるのであり、それによって、太陽熱集
熱器内の熱媒液が太陽熱により加熱される状態となる。
その太陽熱集熱器には液駆動装置の作動に応じた流量で
熱媒液が供給され続け、同じ流量で太陽熱集熱器から流
出させられて受熱器に送られる。受熱器は、給湯装置の
貯湯タンクや床暖房装置の蓄熱床等により構成され、太
陽熱集熱器によって加熱された熱媒液はここで貯湯タン
ク内の水や、蓄熱床の蓄熱体に熱を与え、温度が低下す
る。この温度の低下した熱媒液は、再び液駆動装置によ
り太陽熱集熱器に送られる。本強制循環式太陽熱集熱シ
ステムにおいてはこれが繰り返され、太陽熱が受熱器に
蓄えられる。そして、液駆動装置の作動が停止させられ
れば、気体溜まり内の気体が、循環路の復路部内を上方
へ移動する。代わりに、太陽熱集熱器内の熱媒液が、強
制循環時とは逆向きに移動して、空気溜まりに流入す
る。結局、気体溜まり内の気体と太陽熱集熱器内の液体
とが入れ替わらされることとなるが、気体溜まりは、太
陽熱集熱器内の循環路の容積の総和より大きい容積を有
するため、太陽熱集熱器内の熱媒液の全部が気体溜まり
に回収され、太陽熱集熱器内の空間全部に気体が充満さ
せられることとなる。気体溜まりは、循環路の復路部
の、気体溜まりを設けた場合に、気体溜まりの最上部
と、太陽熱集熱器との間に、熱媒液が気体溜まりから太
陽熱集熱器に向かう方向において下向きの成分を有する
部分がない部分に設ければよい。それにより、液駆動装
置の作動の停止時に、気体溜まり内の気体が復路部内を
上方へ移動することを妨げられることなしに太陽熱集熱
器へ到達し、太陽熱集熱器内の全部の熱媒液と入れ替わ
ることができる。このように本太陽熱集熱システムにお
いては停止中に太陽熱集熱器内に熱媒液がないため、熱
媒液が太陽熱集熱器内において凍結することはない。熱
媒液は気体に替わって気体溜まりに溜まることとなる
が、気体溜まりは、太陽熱集熱器のように太陽熱を集熱
する必要がないため、例えば、屋内等比較的温度の高い
場所に配置する等、配置場所を選択したり、断熱材の使
用等による防寒等によって気体溜まり内における熱媒液
の凍結を回避することが容易である。したがって、熱媒
液として不凍液を使用しなくて済み、不凍液の使用によ
る問題もなくなる。 （２）前記気体溜まりが最上部と最下部とにおいてそれ
ぞれ前記循環路に接続された (1)項に記載の強制循環式
太陽熱集熱システム。本項によれば、気体溜まり内の全
部の気体が復路部へ流入することが可能であり、また、
気体溜まりから太陽熱集熱器への熱媒液の送り込みが容
易である。 （３）前記気体溜まりが、前記循環路の断面積より大き
い断面積を有するタンクによって構成された (1)項また
は (2)項に記載の強制循環式太陽熱集熱システム。本項
によれば、気体溜まりの、循環路の熱媒液の流れる方向
における寸法を小さくすることができる。 （４）前記循環路の主要部分がパイプにより構成され、
前記気体溜まりが、そのパイプより直径が大きく、長手
方向が上下方向の成分を有する向き配設された大径パイ
プにより構成された (1)項または (2)項に記載の強制循
環式太陽熱集熱システム。 （５）前記液駆動装置の作動状態においても、前記気体
溜まりの下部に熱媒液が溜まり、その熱媒液の深さが渦
の形成によっても気体が下方へ流出しない深さに保たれ
る(1)項ないし (4)項のいずれかに記載の強制循環式太
陽熱集熱システム。前述のように、液駆動装置の作動状
態においては、気体溜まり内の気体の量が増加し、熱媒
液の量が減少した状態で、熱媒液が気体溜まり内を上か
ら下へ流れることとなるが、気体溜まりから流出する熱
媒液に気体が混入することは望ましくない。気体溜まり
の下部に熱媒液が溜まっている限り気体は熱媒液に混入
することはないと考えられがちであるが、実際には、気
体溜まり内の熱媒液には渦が生じ、この渦が気体溜まり
の流出口まで達すれば、流出する熱媒液に気体が混入し
てしまう。したがって、気体溜まりには熱媒液が、渦の
形成によっても気体が下方へ流出しない深さで溜まった
状態に保たれることが望ましい。そのために下部に溜ま
ることが必要な熱媒液の量は、気体溜まりの直径や熱媒
液の流量にもよるが、一般的には、気体溜まりの容積の
１／６以上であることが望ましく、１／５以上，１／４
以上，１／３以上であることがさらに望ましい。また、
液駆動装置の停止状態においては気体溜まり内の熱媒液
の量が増加し、その結果液面が上昇して、この液面より
上方の部分に気体が満たされた状態となるため、液面の
高さが太陽熱集熱器の下端よりは低くなることが必要で
ある。この条件が満たされる限り、熱媒液の液面が循環
路の太陽熱集熱器から受熱器への復路部内に位置しても
差し支えないのであるが、気体溜まりの上端より高くは
ならないことが望ましい。そのようにすれば、循環路の
復路部が気体溜まりの予備的な部分として機能し、気体
容積の増減によっても熱媒液の液面が太陽熱集熱器の下
端より高くはならないことが保証される。なお、循環路
および気体溜まりは、凍結防止および放熱量低減のため
に断熱材により覆われることが望ましい。 （６）前記受熱器が蓄熱器を含む (1)項ないし (5)項の
いずれかに記載の強制循環式太陽熱集熱システム。床暖
房装置の蓄熱床は、上記蓄熱器の代表的なものである
が、それに限定されるわけではない。 （７）前記受熱器が貯湯タンクを含む (1)項ないし (6)
項のいずれかに記載の強制循環式太陽熱集熱システム。
本項が (6)項に従属する場合には、受熱器として蓄熱器
と貯湯タンクとの両方が設けられることとなる。 （８）前記液駆動装置として、停止状態において前記熱
媒液の逆流を許容する形式のポンプを含む (1)項ないし
(7)項のいずれかに記載の強制循環式太陽熱集熱システ
ム。液駆動装置は停止状態においては熱媒液の逆流を許
容するものとされ、そのために、液駆動装置を、ピスト
ンポンプに代表される容積形ポンプ等、停止状態におい
て熱媒液の逆流を許容しない形式のポンプと、そのポン
プに対して並列に循環路に接続された開閉弁（手動開閉
弁の採用も可能であるが、ポンプの起動，停止と連動し
て自動で開閉される開閉弁が望ましい）とを含むものと
することも可能である。しかし、本項の構成とする方が
装置コストが安価となり、かつ、ポンプが停止すれば、
太陽熱集熱器内の循環路の熱媒液が必然的に抜けること
となるため、信頼性の高い強制循環式太陽熱集熱システ
ムが得られる。 （９）前記ポンプが羽根車形ポンプである (8)項に記載
の強制循環式太陽熱集熱システム。羽根車形ポンプとし
てはうず巻ポンプが好適であるが、斜流ポンプ，軸流ポ
ンプ等も使用可能である。 （１０）前記太陽熱集熱器に対して前記受熱器が複数互
いに並列に接続されており、それら複数の受熱器の一部
のものと太陽熱集熱器とを直列に含む循環路を熱媒液が
循環させられる際に、その一部のもの以外の受熱器を通
過する熱媒液の流れが生じることを防止する弁装置を含
む (1)項ないし (9)項のいずれかに記載の強制循環式太
陽熱集熱システム。上記弁装置は、複数の受熱器のうち
予め定められたもののみの熱媒液の通過を阻止するもの
とされることも可能であるが、複数の受熱器から任意に
選ばれたものを通過する熱媒液の循環は許容し、それ以
外の受熱器を通過する熱媒液の流れは阻止するものとさ
れることが望ましい。この望ましい態様の強制循環式太
陽熱集熱システムにおいては、太陽熱集熱器により集熱
された熱を、複数の受熱器のうちの任意のもののみに受
けさせることができる。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて詳細に説明する。図１には、本発明の実施形態
である強制循環式太陽熱集熱システムが示されている。
本実施形態の太陽熱集熱システムは、太陽熱集熱装置１
０、給湯装置１２、床暖房装置１４、循環路１６および
液駆動装置１８を含む。

【０００８】太陽熱集熱装置１０は、複数、例えば２つ
の太陽熱集熱器（以後、集熱器と略称する）２０，２２
を含む。それら集熱器２０，２２は、建物の屋根上に、
同一高さに隣接して配置され、高所に配設されている。
集熱器２０，２２の構造は同じであり、また、その原理
構造は既に知られているため、集熱器２０を代表的に簡
単に説明する。

【０００９】集熱器２０は、図１に示すように、集熱器
保持体３２に保持されて屋根の上に取り付けられる。集
熱器２０は、本実施形態においては、図２に示すよう
に、長手形状を成し、互いに平行に延びる複数本の上昇
部３４と、それら上昇部３４の上端同士を接続する上接
続部３６と、下端同士を接続する下接続部３８とを含
む。上昇部３４および接続部３６，３８は管状を成し、
内部に熱媒液（本実施形態においては水）が満たされて
おり、その熱媒液は太陽光によって温められ、太陽熱が
集熱される。

【００１０】集熱器２０は、複数の上昇部３４が、長手
方向が上下方向の成分を有し、斜め上方に延びる状態で
配置されている。複数の上昇部３４は、その長手方向と
直角な方向に並べて配置されており、接続部３６，３８
は、互いに平行に、かつ複数の上昇部３４のうち、並び
方向の一方の端に位置する上昇部３４から他方の端に位
置する上昇部３４に向かうに従って、下方から上方に向
かう向きに傾斜させられている。集熱器２０，２２の上
接続部３６の高い方の端同士は、パイプ４０（図１参
照）により互いに接続され、各下接続部３８の低い方の
端同士は、パイプ４２（図１参照）により互いに接続さ
れている。パイプ４２は接続部３６，３８と同じ方向に
傾斜させられている。パイプ４０も同方向に傾斜させら
れてもよいが、不可欠ではなく、本実施形態では、水平
とされている。

【００１１】給湯装置１２は、受熱器の一例としての貯
湯タンク４８を備えている。貯湯タンク４８内には、熱
交換器５０が配設されている。熱交換器５０は、例え
ば、管が多数回らせん状に巻かれたものであり、その一
端はパイプ５２によって前記パイプ４０に接続され、他
端はパイプ５４によって前記パイプ４２に接続されてい
る。前記集熱器２０，２２，パイプ４０，４２，５２，
５４，熱交換器５０により、貯湯タンク４８と集熱器２
０，２２とを直列に含む循環路５５が構成されている。

【００１２】パイプ５２には、貯湯タンク循環ポンプ５
６および開閉弁６０が直列に設けられている。貯湯タン
ク循環ポンプ５６は、本実施形態においては、停止状態
において熱媒液の逆流を許容する形式のポンプであっ
て、羽根車形ポンプの一種であるうず巻ポンプとされて
いる。貯湯タンク循環ポンプ５６は、その作動により、
循環路５５内に熱媒液の流れを強制的に生じさせ、図１
に矢印で示すように、循環路５５内を循環させる。熱媒
液はパイプ４２側から集熱器２０，２２に流入させら
れ、集熱器２０，２２において温められてパイプ４０側
へ流出させられ、貯湯タンク４８に供給される。循環路
５５は貯湯タンク循環路である。

【００１３】開閉弁６０は、貯湯タンク循環ポンプ５６
と貯湯タンク４８との間に設けられている。開閉弁６０
は、通常の電磁開閉弁でもよいが、本実施形態において
は加熱により作動する熱作動弁とされている。通常は閉
じており、パラフィンがヒータにより加熱されて膨張す
ることによって開かれるものとされているのである。

【００１４】貯湯タンク４８は、図示は省略するが、給
湯管に接続されており、貯湯タンク４８内の水ないし湯
は、熱交換器５０において熱媒液により温められる。給
湯管には、複数の蛇口が接続され、貯湯タンク４８内の
湯が浴室，洗面所，台所等に供給される。貯湯タンク４
８内の湯の温度は、湯温センサ６２により検出され、熱
媒液の温度は熱媒液温センサ６４により検出される。本
実施形態では、湯温センサ６２は貯湯タンク４８の底部
付近に設けられ、熱媒液温センサ６４はパイプ５２の途
中に設けられている。

【００１５】床暖房装置１４は、受熱器の一例としての
蓄熱床６８と、図示を省略する断熱層とを備えて床板の
下に配設されており、蓄熱床６８は、蓄熱体としてのコ
ンクリート層６９とその内部に配設された給熱管７０と
を備えている。給熱管７０は、例えば、２重の渦巻き状
に配設され、その一端部は、パイプ７２によって前記パ
イプ５２に接続され、他端部は、パイプ７４によって前
記パイプ５４に接続されている。貯湯タンク４８および
蓄熱床６８は、集熱器２０，２２に対して互いに並列に
接続されているのであり、パイプ５２のパイプ７２によ
って床暖房装置１４が接続された部分より集熱器２０，
２２側の部分，パイプ５４のパイプ７４によって床暖房
装置１４が接続された部分より集熱器２０，２２側の部
分，集熱器２０，２２，パイプ４０，４２および給熱管
７０，パイプ７２，７４が蓄熱床６８と集熱器２０，２
２とを直列に含む循環路７５を構成している。循環路７
５は蓄熱床循環路であり、循環路７５および前記循環路
５５が２つの受熱器たる貯湯タンク４８および蓄熱床６
８を含む循環路１６を構成している。循環路１６は、大
気への開放部分がない閉回路である。

【００１６】パイプ７２には第一蓄熱床循環ポンプ７６
および開閉弁７８が直列に設けられ、パイプ７４には第
二蓄熱床循環ポンプ８０が設けられている。第一，第二
蓄熱床循環ポンプ７６，８０は、本実施形態において
は、前記貯湯タンク循環ポンプ５６と同様に、うず巻ポ
ンプとされている。第一，第二蓄熱床循環ポンプ７６，
８０は、その作動により、図１に矢印で示すように、蓄
熱床循環路７５内に熱媒液の流れを強制的に生じさせ、
集熱器２０，２２により温められた熱媒液が蓄熱床６８
を経て循環路７５内を循環させられる。それにより、集
熱器２０，２２により集められた太陽熱が蓄熱床６８に
受けられて蓄積され、その熱が徐々に床板に伝達されて
室内が温められる。以上、貯湯タンク循環ポンプ５６，
第一，第二蓄熱床循環ポンプ７６，８０が液駆動装置１
８を構成している。コンクリート層６９の温度は、床下
温センサ８２により検出される。

【００１７】また、開閉弁７８は、その基本的な構造は
前記開閉弁６０と同じであるが、本実施形態においては
常開弁とされており、パラフィンがヒータによって加熱
されて膨張することによって閉じられるものとされてい
る。開閉弁６０，７８が開かれれば、熱媒液が、貯湯タ
ンク４８と蓄熱床６８との両方および集熱器２０，２２
を循環させられ、いずれか一方が開かれて他方が閉じら
れれば、その開かれた方の開閉弁に対応する受熱器を通
過する熱媒液の流れが生じさせられるとともに、閉じら
れた方に対応する受熱器を通過する熱媒液の流れが阻止
される。本実施形態においては、開閉弁６０，７８が弁
装置９０を構成している。

【００１８】上記貯湯タンク４８は屋内に設けられ、床
暖房装置１４は床の下に設けられ、いずれも低所に配設
されており、高所に配設された集熱器２０，２２におい
て集熱された熱を受け取る。したがって、循環路１６の
パイプ５２およびパイプ７２により構成される部分であ
って、循環路１６の集熱器２０，２２から貯湯タンク４
８および蓄熱床６８への復路部９８には、集熱器２０，
２２の下端より下方に位置し、上下方向の成分を有する
方向に延びる部分がある。その部分の一個所、すなわ
ち、その一個所と集熱器２０，２２との間に、集熱器２
０，２２に向かうにつれて下向きになる部分がなく、上
り傾斜の部分のみがある個所に、気体溜まりとしての空
気タンク１００が設けられている。

【００１９】空気タンク１００は、循環路１６の断面積
より大きい断面積を有し、鉛直方向に延びる姿勢で設け
られ、その最上部と最下部とにおいてそれぞれ、パイプ
５２に接続され、集熱器２０，２２と直列に設けられて
いる。空気タンク１００の容積は、集熱器２０，２２内
の容積の総和より大きくされている。また、本実施形態
においては、空気タンク１００の容積は、液駆動装置１
８の停止状態において空気タンク１００内に熱媒液が溜
まるとき、熱媒液の液面が空気タンク１００の上端近傍
に位置し、液駆動装置１８の作動状態においては、空気
タンク１００の容積の１／４以上の量の熱媒液が空気タ
ンク１００の下部に溜まる大きさとされている。なお、
循環路１６のうち、パイプ５４，７４等により構成され
た部分であって、貯湯タンク４８および蓄熱床６８から
集熱器２０，２２までの部分を往路部１０２と称するこ
ととする。

【００２０】本太陽熱集熱システムは、図１に示す制御
装置１１０により制御される。制御装置１１０はコンピ
ュータ１１２を主体とするものであり、コンピュータ１
１２には、差温サーモスタット１２０，１２２，１２
４，床下温サーモスタット１２６，湯温サーモスタット
１２７，上部温サーモスタット１２８およびモード選択
スイッチ１３０等が接続され、図示を省略する駆動回路
を介して貯湯タンク循環ポンプ５６，第一，第二蓄熱床
循環ポンプ７６，８０，開閉弁６０，７８等が接続され
ている。

【００２１】差温サーモスタット１２０，１２２にはそ
れぞれ、湯温センサ６２および熱媒液温センサ６４が接
続され、貯湯タンク４８の湯温度が熱媒液温度と共に供
給される。これら差温サーモスタット１２０，１２２は
それぞれ、貯湯タンク４８の湯と熱媒液との温度差が第
一設定差より大きい状態になればＯＮ状態に切り換わ
り、第二設定差より小さい状態ではＯＦＦ状態に切り換
わるように構成されている。差温サーモスタット１２
０，１２２のいずれにおいても、第二設定差は第一設定
差より小さい値に設定されている。また、差温サーモス
タット１２２の方が差温サーモスタット１２０より、第
一設定差および第二設定差がいずれも大きくされてい
る。差温サーモスタット１２０のＯＮ状態は、熱媒液の
温度が貯湯タンク４８の湯の温度より第一設定差を超え
て高く、熱媒液が貯湯タンク４８内の水ないし湯を温め
るのに十分熱せられた状態にあることを示す。差温サー
モスタット１２２のＯＮ状態は、熱媒液の温度が貯湯タ
ンク４８の湯の温度より第一設定差を超えて高く、熱媒
液が貯湯タンク４８内の湯およびコンクリート層６９の
両方を温めるのに十分熱せられた状態にあることを示
す。

【００２２】差温サーモスタット１２４には、床下温セ
ンサ８２および熱媒液温センサ６４が接続され、床下の
温度が熱媒液温度と共に供給される。差温サーモスタッ
ト１２４は、床下温度と熱媒液温度との差が第一設定差
より大きい状態になればＯＮ状態に切り換わり、第二設
定差より小さい状態になれば、ＯＦＦ状態に切り換わる
ように構成されている。第一設定差は第二設定差より高
くされている。差温サーモスタット１２４のＯＮ状態
は、熱媒液の温度が床下の温度より第一設定差を超えて
高く、熱媒液がコンクリート層６９を温めるのに十分熱
せられた状態にあることを示す。差温サーモスタット１
２４の第一，第二設定差はそれぞれ、差温サーモスタッ
ト１２２の第一，第二設定差より小さくされている。

【００２３】床下温サーモスタット１２６は、本実施形
態においては電子式とされており、図示を省略するセン
サ部および制御部を備えている。制御部は、センサ部に
よって検出された床下温度によってＯＮ，ＯＦＦ状態が
切り換えられるように構成されている。制御部は、本実
施形態においては、床下温度が第一設定値より高い場合
にＯＦＦ状態とされ、第二設定値より低い場合にＯＮ状
態となるようにされている。第二設定値は、例えば、第
一設定値より１度低い値とされている。床下温サーモス
タット１２６のＯＮ，ＯＦＦ状態の切換えにヒステリシ
スが設けられているのである。湯温サーモスタット１２
７も、床下温サーモスタット１２６と同様に構成されて
おり、センサ部および制御部を備え、貯湯タンク４８内
の湯の温度が、熱媒液が沸点近くまで上昇している判定
されるほど高いと判定される温度より低いが、湯として
使用するのに足る大きさであればＯＦＦ状態となり、そ
れより低く、熱媒液による加熱が必要な場合にＯＮ状態
となる。

【００２４】上部温サーモスタット１２８は、図示は省
略するが、貯湯タンク４８の上部温度を検出する上部温
センサ部および制御部を備えている。上部温サーモスタ
ット１２８の制御部は、貯湯タンク４８の上部温が第一
設定値より高い状態ではＯＦＦ状態に切り換えられ、第
二設定値より低い状態ではＯＮ状態に切り換えられる。
第一設定値は、熱媒液の温度が沸点近くに上昇している
か否かを判定し得る大きさに設定され、第二設定値は熱
媒液の温度が十分に下がったと判定し得る大きさに設定
され、例えば、第一設定値より１０度低い値に設定され
ている。制御部は、熱媒液が沸騰し、あるいは沸騰する
恐れがある場合にＯＦＦ状態に切り換えられ、そうでな
い場合にＯＮ状態に切り換えられる。

【００２５】集熱器２０，２２内の熱媒液が沸騰し、あ
るいは沸騰する恐れがあるのは、例えば、真夏の日中で
あり、この時期には床暖房は行われないが、給湯が行わ
れる場合には、湯の使用に伴う湯温の低下に伴って熱媒
液が熱交換器５０に供給され、貯湯タンク４８内の湯の
温度が高くなる。この際、貯湯タンク４８内に対流が生
じて下部に設けられた湯温センサ６２の検出値よりタン
ク上部温度の方が熱媒液の温度に近いため、タンク上部
温度が設定温度より高いか否かにより、集熱器２０，２
２内の熱媒液の温度が沸点近くに上昇しているか否かが
判定される。タンク上部温度が沸点近くに上昇している
ときには、上部温サーモスタット１２８がＯＦＦ状態に
切り換えられ、それに基づいて液駆動装置１８が作動さ
せられず、停止し、熱媒液の循環が停止させられること
により、過熱状態にある集熱器２０，２２への熱媒液の
流入による熱媒液の沸騰が回避される。集熱器２０，２
２内の熱媒液の温度が沸点近くに上昇しているか否か
は、熱媒液温センサ６４が検出する熱媒液の温度に基づ
いて判定されるようにしてもよい。

【００２６】モード選択スイッチ１３０の切換えによ
り、本太陽熱集熱システムにおいて行われる複数のモー
ドの選択が行われる。本太陽熱集熱システムにおいて
は、５つのモードが設定されている。ソーラ暖房のみを
行うソーラ暖房モード、ソーラ給湯のみを行うソーラ給
湯モード、ソーラ暖房とソーラ給湯とのいずれか一方を
選択的に行い、かつソーラ暖房を優先して行うソーラ暖
房優先モード、ソーラ暖房とソーラ給湯とのいずれか一
方を選択的に行い、かつソーラ給湯を優先して行うソー
ラ給湯優先モード、ソーラ暖房およびソーラ給湯の少な
くとも一方を行うソーラ暖房・ソーラ給湯モードであ
る。ソーラ暖房は、太陽熱によって温められた熱媒液を
床暖房装置１４に供給することによって行う暖房であ
り、ソーラ給湯は、太陽熱によって温められた熱媒液を
熱交換器５０に供給することによって行う貯湯タンク４
８内の加熱である。

【００２７】コンピュータ１１２のＲＯＭには、図４な
いし図８にそれぞれフローチャートで表すソーラ暖房・
ソーラ給湯プログラム等が記憶されており、使用者によ
るモード選択スイッチ１３０の操作に基づくモードの選
択により、選択されたモードを実行するためのプログラ
ムが実行される。なお、太陽熱の集熱は、日中に行われ
るため、ソーラ暖房・ソーラ給湯プログラム等のプログ
ラムは、日の出後、日没までの間に行われ、モードが選
択されても、日没後、日の出前であれば行われない。現
時刻が、ソーラ暖房等の実行が可能な時刻であるか否か
は、例えば、コンピュータ１１２に設けられた計時手段
による計時に基づいて判定される。

【００２８】ソーラ暖房およびソーラ給湯は、例えば、
特開平７−１９８２１１号公報に記載されているように
既に知られており、簡単に説明する。まず、図４に示す
ソーラ暖房・ソーラ給湯プログラムに基づいて、ソーラ
暖房・ソーラ給湯モードを説明する。このモードを概略
的に説明する。ソーラ暖房がソーラ給湯に優先して行わ
れる。ソーラ暖房は、床下の温度が低く、床下温サーモ
スタット１２６がＯＮ状態であり、かつ、床下と熱媒液
との温度差が大きく、熱媒液量がソーラ暖房に十分であ
って、差温サーモスタット１２４がＯＮ状態の場合に行
われる。上記ソーラ暖房の実行条件の成立時に、ソーラ
給湯の実行条件が成立している場合には、ソーラ給湯も
行われ、成立していなければ、ソーラ給湯は行われず、
ソーラ暖房のみが行われる。ソーラ給湯の実行条件は、
ここでは、貯湯タンク４８の湯と熱媒液との温度差が大
きく、熱媒液量が、ソーラ暖房とソーラ給湯との両方を
行う（並行運転と称する）のに十分であって、差温サー
モスタット１２２がＯＮ状態であることである。ソーラ
暖房とソーラ給湯との両方が行われれば、ソーラ給湯が
単独で行われる場合より、熱媒液の循環量が多く、その
温度の低下勾配が大きいからである。床下の温度が高
く、床下温サーモスタット１２６がＯＦＦ状態にあり、
ソーラ暖房が不要であれば、ソーラ暖房は行われない。
この場合、ソーラ給湯の実行条件が成立していれば、ソ
ーラ給湯が行われる。ここでは、ソーラ給湯の実行条件
は、貯湯タンク４８の湯と熱媒液との温度差が、ソーラ
給湯のみを行う（単独運転と称する）のに十分であっ
て、差温サーモスタット１２０がＯＮ状態であることで
ある。なお、いずれの場合にも、熱媒液の温度が沸点近
くに上昇しておらず、上部温サーモスタット１２８がＯ
Ｎ状態であることが実行条件である。

【００２９】ソーラ暖房・ソーラ給湯モードを図４に示
すプログラムに基づいて説明する。このプログラムのス
テップ１（以後、Ｓ１と略記する。）において、床下温
サーモスタット１２６がＯＮ状態であるか否かが判定さ
れる。床下温度が低く、床下温サーモスタット１２６が
ＯＮ状態であれば、Ｓ１の判定結果がＹＥＳになってＳ
２が実行され、床下と熱媒液との温度差がソーラ暖房の
実行に十分であるか否か、すなわち差温サーモスタット
１２４がＯＮ状態にあるか否かが判定される。

【００３０】差温サーモスタット１２４がＯＮ状態にあ
れば、Ｓ２の判定結果がＹＥＳになってＳ３が実行さ
れ、ソーラ暖房と並行してソーラ給湯が実行可能である
か否かが判定される。この判定は、貯湯タンク４８内の
湯と熱媒液との温度差が並行運転に十分な大きさであ
り、差温サーモスタット１２２がＯＮ状態にあるか否か
により行われる。差温サーモスタット１２２がＯＮ状態
にあれば、Ｓ３の判定結果はＹＥＳになってＳ４が実行
され、熱媒液の温度が沸点近くに上昇しているか否かが
判定される。この判定は、上部温サーモスタット１２８
がＯＦＦ状態にあるか否かにより行われ、熱媒液が沸点
近くに上昇していなければ、Ｓ４の判定結果はＮＯにな
ってＳ５が実行され、ソーラ暖房およびソーラ給湯が実
行される。

【００３１】Ｓ５では、貯湯タンク循環ポンプ５６，第
一，第二蓄熱床循環ポンプ７６，８０が作動させられる
とともに、貯湯タンク４８に対応して設けられた開閉弁
６０が開かれる。開閉弁６０を構成するヒータへの電流
供給指令が出力されるのである。開閉弁７８は常開弁で
あって開かれており、熱媒液は、貯湯タンク循環路５５
内を循環させられるとともに、蓄熱床循環路７５内を循
環させられる。それにより、貯湯タンク４８を通過する
熱媒液の流れが生じさせられ、貯湯タンク４８内の湯が
熱交換器５０を通過する熱媒液により温められる。ま
た、蓄熱床６８を通過する熱媒液の流れが生じさせら
れ、給熱管７０内を通過する熱媒液により、蓄熱床６８
のコンクリート層６９が温められて床が温められる。

【００３２】床下温度は低いが、床下と熱媒液との温度
差が十分でなく、床下温サーモスタット１２４がＯＦＦ
状態にあれば、Ｓ２の判定結果はＮＯになり、ソーラ暖
房は行われない。また、貯湯タンク４８の湯と熱媒液と
の温度差が並行運転に不十分であり、差温サーモスタッ
ト１２２がＯＦＦ状態にあれば、Ｓ３の判定結果がＮＯ
になり、熱媒液が沸点近くに上昇していなければ、Ｓ６
の判定結果がＮＯになってＳ７が実行され、ソーラ暖房
のみが行われる。第一，第二蓄熱床循環ポンプ７６，８
０のみが作動させられ、熱媒液は、蓄熱床循環路７５内
を循環させられ、温められた熱媒液が給熱管７０に供給
されて床が温められる。この際、貯湯タンク４８に対応
して設けられた開閉弁６０は常閉弁であって閉じられて
いるため、熱媒液が貯湯タンク４８，貯湯タンク循環ポ
ンプ５８側へ逆流し、貯湯タンク４８および蓄熱床６８
を含む短絡回路において循環してしまうことがない。

【００３３】床下温度が高く、床下温サーモスタット１
２６がＯＦＦ状態であれば、Ｓ１の判定結果がＮＯにな
ってＳ８が実行され、貯湯タンク４８の湯と熱媒液との
温度差が、ソーラ給湯のみを行う単独運転に十分である
か否か、すなわち差温サーモスタット１２０がＯＮ状態
であるか否かが判定される。ＯＮ状態であれば、Ｓ８の
判定結果がＹＥＳになってＳ９が実行され、熱媒液の温
度が沸点近くに上昇していなければ、Ｓ９の判定結果が
ＮＯになってＳ１０が実行され、ソーラ給湯のみが行わ
れる。貯湯タンク循環ポンプ５６のみが作動させられ、
開閉弁６０が開かれるとともに開閉弁７８が閉じられ
る。開閉弁６０，７８の各ヒータへの電流供給指令が出
力されるのである。そのため、熱媒液が貯湯タンク循環
路５５内を循環させられ、貯湯タンク４８を通過する熱
媒液の流れが生じさせられて貯湯タンク４８の湯が温め
られ、ソーラ給湯が行われる。この際、開閉弁７８が閉
じられているため、熱媒液の蓄熱床６８，第一蓄熱床循
環ポンプ７６側への逆流が防止され、貯湯タンク４８お
よび蓄熱床６８を含む閉回路において熱媒液が循環する
ことが回避される。

【００３４】貯湯タンク４８の湯と熱媒液との温度差が
ソーラ給湯のみの実行に不十分であれば、Ｓ８の判定結
果がＮＯになってソーラ給湯は行われない。また、上記
いずれの場合にも、熱媒液の温度が沸点近くに上昇して
いる場合に、Ｓ４，Ｓ６，Ｓ９の各判定結果がＹＥＳに
なり、ソーラ給湯もソーラ暖房も行われない。

【００３５】図５に示すソーラ暖房優先プログラムを説
明する。このプログラムにおいては、ソーラ暖房とソー
ラ給湯とのいずれか一方が行われるとともに、ソーラ暖
房が優先して行われる。そのため、Ｓ２１において床下
温度がソーラ暖房が必要なほど低いか否かが判定され、
低ければ、Ｓ２１の判定結果がＹＥＳになってＳ２２が
実行され、床下と熱媒液との温度差がソーラ暖房に十分
であるか否かが判定される。温度差が十分であれば、Ｓ
２２の判定結果がＹＥＳになってＳ２３が実行され、熱
媒液の温度が沸点近くに上昇していなければ、Ｓ２３の
判定結果はＮＯになり、Ｓ２４においてソーラ暖房が行
われる。

【００３６】床下温度が高く、床暖房が不要であれば、
Ｓ２１の判定結果がＮＯになってＳ２５が実行され、貯
湯タンク４８の湯と熱媒液との温度差がソーラ給湯のみ
を行うのに十分であるか否かの判定が行われる。温度差
がソーラ給湯のみの実行に十分であれば、Ｓ２５の判定
結果がＹＥＳになり、熱媒液が沸騰している恐れがなけ
れば、Ｓ２６の判定結果がＮＯになってＳ２７が実行さ
れ、ソーラ給湯が行われる。

【００３７】図６に示すソーラ給湯優先プログラムを説
明する。このプログラムにおいては、ソーラ暖房とソー
ラ給湯とのいずれか一方が行われるとともに、ソーラ給
湯が優先して行われる。そのため、Ｓ３１において貯湯
タンク４８内の湯の温度がソーラ給湯が必要なほど、低
いか否かが判定される。この判定は、湯温サーモスタッ
ト１２７がＯＮ状態にあるか否かにより行われ、湯温が
低く、湯温サーモスタット１２７がＯＮ状態にあれば、
Ｓ３１の判定結果がＹＥＳになる。そして、湯と熱媒液
との温度差が、ソーラ給湯のみを行うのに十分な高さで
あり、熱媒液が沸騰している恐れがなければ、Ｓ３２の
判定結果がＹＥＳ、Ｓ３３の判定結果がＮＯになってＳ
３４が実行され、ソーラ給湯が行われる。

【００３８】それに対し、湯温が高く、湯温サーモスタ
ット１２７がＯＦＦ状態にあれば、Ｓ３１の判定結果が
ＮＯになってＳ３５以降のステップが実行され、床下温
度がソーラ暖房が必要なほど低く、床下と熱媒液との温
度差がソーラ暖房を行うのに十分であり、熱媒液の沸騰
の恐れがなければ、Ｓ３５，Ｓ３６の判定結果がＹＥ
Ｓ、Ｓ３７の判定結果がＮＯになってＳ３８が実行さ
れ、ソーラ暖房が行われる。

【００３９】ソーラ暖房のみの実行が選択された場合に
は、図７に示すソーラ暖房プログラムが実行される。そ
して、床下温度が低く、ソーラ暖房が必要であって、床
下と熱媒液との温度差がソーラ暖房を行うのに十分であ
り、熱媒液の沸騰がなければ、Ｓ４１，Ｓ４２の判定結
果がＹＥＳ、Ｓ４３の判定結果がＮＯになってＳ４４が
実行され、ソーラ暖房が行われる。

【００４０】ソーラ給湯のみの実行が選択された場合に
は、図８に示すソーラ給湯プログラムが実行される。そ
して、貯湯タンク４８内の湯の温度が低く、湯と熱媒液
との温度差がソーラ給湯のみを行うのに十分であり、熱
媒液の温度が沸点近くに上昇していなければ、Ｓ５１，
Ｓ５２の判定結果がＹＥＳ、Ｓ５３の判定結果がＮＯに
なってＳ５４が実行され、ソーラ給湯が行われる。

【００４１】本太陽熱集熱システムにおいて、ポンプ５
６，７６，８０が作動を停止し、熱媒液が循環路１６内
を循環させられない状態では、図１に示すように、集熱
器２０，２２内の熱媒液は空気タンク１００に溜めら
れ、集熱器２０，２２内は空気タンク１００内の空気で
満たされており、図１中、黒く塗って示すように、循環
路１６の集熱器２０，２２およびその前後の部分を除く
部分と、空気タンク１００内とに熱媒液が収容されてい
る。本実施形態においては、空気タンク１００の上端近
傍まで熱媒液が溜められ、循環路１６の集熱器２０，２
２を含み、空気タンク１００とパイプ５４との間の部分
は空気で満たされている。

【００４２】そして、貯湯タンク循環ポンプ５６と第
一，第二蓄熱床循環ポンプ７６，８０との少なくとも一
方が作動させられれば、空気タンク１００内の熱媒液が
集熱器２０，２２内へ送り込まれ、集熱器２０，２２内
の空気が熱媒液により押し出され、空気タンク１００内
に熱媒液の代わりに溜まる。図３に黒く塗って示すよう
に、集熱器２０，２２内の空気が熱媒液によって置換さ
れるのであり、それによって集熱器２０，２２内の熱媒
液が太陽熱により加熱される状態となる。

【００４３】集熱器２０，２２には、貯湯タンク循環ポ
ンプ５６と第一，第二蓄熱床循環ポンプ７６，８０との
少なくとも一方の能力、すなわち吸入，吐出量に応じた
流量で熱媒液が供給され続け、同じ流量で集熱器２０，
２２から流出させられて貯湯タンク４８と蓄熱床６８と
の少なくとも一方に送られる。集熱器２０，２２によっ
て加熱された熱媒液は、貯湯タンク４８と蓄熱床６８と
の少なくとも一方において貯湯タンク４８内の水や、蓄
熱床のコンクリート層６９に熱を与え、温度が低下す
る。この温度の低下した熱媒液は、再び液駆動装置１８
により集熱器２０，２２に送られる。本強制循環式太陽
熱集熱システムにおいては、これが繰り返され、熱媒液
が循環させられて、太陽熱が貯湯タンク４８と蓄熱床６
８との少なくとも一方に蓄えられる。

【００４４】液駆動装置１８の作動状態において空気タ
ンク１００には、空気タンク１００の容積の約１／４の
量の熱媒液がその下部に溜まる。そのため、液駆動装置
１８の作動状態においては、空気タンク１００内の空気
の量が増加し、熱媒液の量が減少した状態で、熱媒液は
空気タンク１００内を上から下へ流れることとなるが、
空気タンク１００内の熱媒液に生ずる渦が、空気タンク
１００の流出口まで達することがなく、空気タンク１０
０から流出する熱媒液に空気が混入することが防止され
る。空気タンク１００の下部に熱媒液が溜まり、その熱
媒液の深さが渦の形成によっても空気が下方へ流出しな
い深さに保たれるのである。

【００４５】そして、ソーラ暖房もソーラ給湯も行われ
ず、液駆動装置１８の作動が停止させられれば、空気タ
ンク１００内の空気が、循環路１６内の復路部９８内を
上方へ移動する。代わりに、集熱器２０，２２内の熱媒
液が、強制循環時とは逆向きに流れて、空気タンク１０
０に流入する。集熱器２０，２２の上昇部３４，接続部
３６，３８はいずれも、熱媒液の強制循環時とは逆の方
向において下り勾配を備えており、熱媒液はパイプ４２
へ流出する。この際、循環ポンプ５６，７６，８０は停
止させられているが、これらポンプ５６，７６，８０
は、停止状態において、熱媒液の強制循環時とは逆方向
の流れも許容するものとされているため、熱媒液は常開
の開閉弁７８を含む循環路７５を通って空気タンク１０
０に流入する。なお、開閉弁６０を開いて、熱媒液が貯
湯タンク４８の熱交換器５０も通って空気タンク１００
に流入するようにしてもよい。開閉弁６０は、例えば、
液駆動装置１８の作動停止後、設定時間の間、開かれ
る。

【００４６】空気タンク１００内の空気と集熱器２０，
２２内の熱媒液とが入れ替わらされることとなるが、空
気タンク１００の容量は、前述のように、集熱器２０，
２２内の各循環路１６の容積の総和より大きくされてい
るため、集熱器２０，２２およびパイプ４０，４２内の
熱媒液の全部が空気タンク１００に回収され、これらの
内部空間全体に、熱媒液に替わって空気が充満させられ
ることとなる。

【００４７】本実施形態において空気タンク１００は、
集熱器２０，２２の下端より下方に設けられるととも
に、その容積は、集熱器２０，２２内の全部の熱媒液が
収容された状態において、空気タンク１００の上端近傍
まで熱媒液が溜まる大きさとされている。そのため、復
路部９８が空気タンク１００の予備的な部分として機能
し、空気容積が増減しても熱媒液の液面が集熱器２０，
２２の下端より高くならないことが保証される。

【００４８】このように液駆動装置１８の作動停止時に
集熱器２０，２２内の熱媒液と空気タンク１００内の空
気とが互いに置換され、集熱器２０，２２内の全部の熱
媒液が空気タンク１００に溜められれば、非循環時に熱
媒液が集熱器２０，２２内になく、熱媒液として不凍液
を用いなくても、集熱器２０，２２内における熱媒液の
凍結が回避され、寿命の長い太陽熱集熱システムが得ら
れる。また、夏季の非循環時において熱媒液が集熱器２
０，２２内において沸騰することが回避される。

【００４９】なお、循環路１６には、復路部９８の空気
タンク１００から集熱器２０，２２までの部分と、往路
部１０２の集熱器２０，２２の下端部から空気タンク１
００の上端部（貯湯タンク循環ポンプ５６および第一、
第二蓄熱床循環ポンプ７６，８０の停止状態において熱
媒液の最上端を位置させるべき部分）までの部分とに
は、図１に二点鎖線で示されているように、管路が下降
し、上昇し、再び下降して、防臭弁様の構造を成す部分
が存在しないようにされている。循環路１６の上記部分
以外の部分であれば、防臭弁様の構造部が存在しても差
し支えない。空気タンク１００内の空気の集熱器２０，
２２全体への流入が妨げられず、熱媒液と空気との置換
が支障なく行われるのである。

【００５０】なお、ポンプ５６，７６，８０の停止時に
開閉弁６０を開いて貯湯タンク４８の熱交換器５０，開
閉弁６０，貯湯タンク循環ポンプ５６を通って熱媒液が
空気タンク１００に流入するようにしてもよい。この場
合、開閉弁６０は、ポンプ停止後、設定時間、例えば、
集熱器２０，２２内の熱媒液が空気タンク１００内の空
気と完全に置換されるのに十分な時間、開かれようにす
ればよい。

【００５１】上記実施形態において弁装置は、開閉弁６
０，７８により構成されていたが、開閉弁以外の手段に
よって弁装置を構成してもよい。その実施形態を図９に
基づいて説明する。なお、上記実施形態の太陽熱集熱シ
ステムと同様の作用を為す構成要素には同一の符号を付
して対応関係を示し、説明を省略する。

【００５２】本実施形態の太陽熱集熱システムにおいて
は、貯湯タンク４８とパイプ４２とを接続するパイプ５
４に逆止弁１５０が設けられている。強制循環時におけ
る熱媒液の流れの方向において、貯湯タンク４８の下流
側に逆止弁１５０が設けられているのである。逆止弁１
５０は、貯湯タンク４８からパイプ４２側への熱媒液の
流れは許容するが、逆向きの流れは阻止するものとされ
ている。パイプ５４にはまた、逆止弁１５０をバイパス
するバイパス通路１５４が設けられるとともに、バイパ
ス通路１５４に開閉弁１５６が設けられている。開閉弁
１５６は、基本的な構成は前記開閉弁６０，７８と同様
であり、常閉弁とされている。

【００５３】また、蓄熱床６８の給熱管７０とパイプ４
２とを接続するパイプ７４に、第二蓄熱床循環ポンプ８
０と直列に逆止弁１６０が設けられている。強制循環時
における熱媒液の流れの方向において蓄熱床６８の下流
側であって、第二蓄熱床循環ポンプ８０の上流側に、逆
止弁１６０が設けられているのである。逆止弁１６０
は、蓄熱床６８からパイプ４２側への熱媒液の流れは許
容するが、逆向きの流れは阻止するものとされており、
本実施形態においては、逆止弁１５０，１６０および開
閉弁１５６が弁装置１６２を構成している。

【００５４】本太陽熱集熱システムにおいてソーラ暖房
およびソーラ給湯は、前記実施形態と同様に行われる。
例えば、ソーラ暖房のみが行われるときには、第一、第
二蓄熱床循環ポンプ７６，８０が作動させられるが、パ
イプ５４には逆止弁１５０が設けられているため、熱媒
液が貯湯タンク４８，貯湯タンク循環ポンプ５６側へ逆
流し、貯湯タンク４８および蓄熱床６８を含む短絡回路
において循環してしまうことがない。ソーラ給湯のみが
行われるときには、貯湯タンク循環ポンプ５６が作動さ
せられて、熱媒液が貯湯タンク循環路５５内を循環させ
られるが、逆止弁１６０により、熱媒液の蓄熱床６８へ
の逆流が防止され、貯湯タンク４８および蓄熱床６８を
含む閉回路において熱媒液が循環することが回避され
る。ソーラ暖房およびソーラ給湯の両方が行われる場合
には、全部のポンプ５６，７６，８０が作動させられ、
熱媒液が貯湯タンク循環路５５および蓄熱床循環路７５
を循環させられる。

【００５５】ソーラ暖房もソーラ給湯も行われず、ポン
プ５６，７６，８０が停止させられた直後に、開閉弁１
５６が自動的に開かれる。それにより、空気タンク１０
０内の空気が、循環路１６の復路部９８内を上方へ移動
し、代わりに集熱器２０，２２内の熱媒液が往路部１０
２を強制循環時とは逆向きに移動して、開閉弁１５６，
熱交換器５０および貯湯タンク循環ポンプ５６を通って
空気タンク１００に流入し、集熱器２０，２２内の熱媒
液と空気タンク１００内の空気とが入れ替わる。開閉弁
１５６は、ポンプ停止後、設定時間、例えば、集熱器２
０，２２内の熱媒液の全部が空気タンク１００の空気と
入れ替わるのに十分な時間、開かれる。

【００５６】上記各実施形態において、循環路１６は大
気に開放される部分のない閉回路とされていたが、一部
に大気に開放される部分を有する回路としてもよい。そ
の実施形態を図１０に基づいて説明する。

【００５７】本実施形態の強制循環式太陽熱集熱システ
ムは、本願の発明に関する部分を除いて、例えば、特開
平７−１９８２１１号公報に記載の太陽熱集熱システム
と同様に構成されており、簡単に図示し、説明する。

【００５８】本太陽熱集熱システムにおいては、熱媒液
保持タンク２００が設けられ、熱媒液保持タンク２００
内の熱媒液が、太陽熱集熱装置２０２の集熱器２０４内
を循環させられて太陽熱によって温められるとともに、
給湯装置２０５の貯湯タンク２０６内および床暖房装置
２０８の蓄熱床２０９内を循環させられて貯湯タンク２
０６内の湯を温め、蓄熱体を温めるようにされている。
そのため、集熱器２０４，貯湯タンク２０６および蓄熱
床２０９のそれぞれについて循環ポンプが設けられてい
る。

【００５９】熱媒液保持タンク２００内には熱媒液が収
容されるとともに、その上部は大気に開放されている。
集熱器２０４は前記集熱器２０，２２と同様に構成さ
れ、高所、ここでは家屋の屋根に配設されている。集熱
器２０４は、その下接続部の低い方の端部がパイプ２１
０によって熱媒液保持タンク２００の底部に接続され、
上接続部の高い方の端部がパイプ２１２によって熱媒液
保持タンク２００の中間部に接続されている。パイプ２
１０，２１２はいずれも、熱媒液保持タンク２００の熱
媒液が満たされた部分に接続されているのである。パイ
プ２１０の途中に集熱器循環ポンプ２１４が設けられ、
パイプ２１２の途中に熱媒液温センサ２１６が設けられ
ている。熱媒液循環ポンプ２１４は、本実施形態におい
ては、前記貯湯タンク循環ポンプ５６等と同様に、停止
状態において熱媒液の逆流を許容する形式のポンプの一
種であるうず巻ポンプとされている。符号２１７は熱媒
液量下限スイッチであり、熱媒液の液面が予め定められ
た位置（パイプ２１２が接続された部分より上側の位
置）より上方にある場合にはＯＮ状態とされるが、下方
にある場合にはＯＦＦ状態とされる。

【００６０】床暖房装置２０８は、前記床暖房装置１４
と同様に構成されており、蓄熱床２０９のコンクリート
層２１１内に配設された給熱管２１８の両端部はそれぞ
れ、パイプ２２０，２２２によって熱媒液保持タンク２
００に接続されている。パイプ２２０は、熱媒液保持タ
ンク２００の底部を貫通しており、熱媒液保持タンク２
００内に突入させられ、上端部は前記パイプ２１２に対
向させられている。パイプ２２０の途中に蓄熱床循環ポ
ンプ２２４が設けられている。パイプ２２２は、熱媒液
保持タンク２００の底部に接続されている。また、床下
温度は、コンクリート層２１１内に設けられた床下温セ
ンサ２２６により検出される。

【００６１】貯湯タンク２０６は前記貯湯タンク４８と
同様に構成されているが、湯は熱交換器２４０において
熱媒液により温められる。熱交換器２４０は、貯湯タン
ク２０６の中間部に設けられており、熱交換路としての
金属管２４２を備えている。金属管２４２の一端部はパ
イプ２４４によって熱媒液保持タンク２００の中間部に
接続され、他端部はパイプ２４６によって熱媒液保持タ
ンク２００の下部に接続されている。パイプ２４４の途
中には、貯湯タンク循環ポンプ２４８が取り付けられて
いる。貯湯タンク２０６内の湯の温度は、湯温センサ２
５０により検出される。

【００６２】このように本太陽熱集熱システムにおいて
は、熱媒液の循環系が２つ設けられている。一つは、集
熱器２０４，給熱管２１８，パイプ２１０，２１２，熱
媒液保持タンク２００，パイプ２２０，２２２を含む蓄
熱床循環路２５２により構成される循環系であり、集熱
器循環ポンプ２１４および蓄熱床循環ポンプ２２４を備
え、別の一つは、集熱器２０４，金属管２４２を含む熱
交換器２４０，パイプ２１０，２１２，熱媒液保持タン
ク２００，パイプ２４４，２４６を含む貯湯タンク循環
路２５４により構成される循環系であり、集熱器循環ポ
ンプ２１４および貯湯タンク循環ポンプ２４８を備えて
いる。これら循環路２５２，２５４が、集熱器２０４と
蓄熱床２０９および貯湯タンク２０６とを経て熱媒液を
循環させる循環路２５６を構成し、各循環ポンプ２１
４，２２４，２４８が液駆動装置２５８を構成してい
る。

【００６３】循環路２５２，２５４を構成するパイプは
いずれも、熱媒液保持タンク２００の熱媒液が満たされ
た部分に接続されており、循環路２５２，２５４は大気
に開放されない閉回路であるが、熱媒液保持タンク２０
０はその上部が大気に開放されており、その点で循環路
２５２，２５４の一部が大気に開放されていると言うこ
とができる。

【００６４】集熱器２０４と熱媒液保持タンク２００と
を接続するパイプ２１２は、集熱器２０４から熱媒液保
持タンク２００への復路部２６０を構成し、熱媒液保持
タンク２００と集熱器２０４とを接続するパイプ２１０
は往路部２６２を構成し、復路部２６０の、熱媒液保持
タンク２００の上端より上側であって、集熱器２０４の
下端より下方であり、上下方向の成分を有し、集熱器２
０４との間に、集熱器２０４に向かうにつれて下方へ向
かう傾斜がない部分に空気タンク２６４が設けられてい
る。空気タンク２６４は、前記空気タンク１００と同様
に構成されている。

【００６５】本実施形態においては、空気タンク２６４
が熱媒液保持タンク２００より上方に設けられ、かつ、
熱媒液保持タンク２００が大気に開放されているため、
パイプ２１２の、空気タンク２６４から熱媒液保持タン
ク２００の液面高さまでの部分の熱媒液が熱媒液保持タ
ンク２００側に流れようとして空気タンク２６４内の圧
力が負圧になる。それにより、空気タンク２６４内の空
気が膨張して、空気タンク２６４内の熱媒液の液面が低
下するため、その状態で熱媒液に渦が生じても、空気タ
ンク２６４から流出する熱媒液に空気が混入しないよう
にする必要上、大きな空気タンクが必要になる。これを
回避するために、空気タンク２６４は、熱媒液保持タン
ク２００の液面高さより、できる限り小さい距離上方に
配設されることが望ましく、上記距離は１ｍ以下とされ
ることが望ましい。

【００６６】本太陽熱集熱システムは、前記太陽熱集熱
システムと同様に、コンピュータ２７０を主体とする制
御装置２７２により制御される。ポンプ２１４，２２
４，２４８は、図示を省略する駆動回路を介してコンピ
ュータ２７０により制御される。

【００６７】本太陽熱集熱システムにおいてソーラ暖房
およびソーラ給湯は、前記実施形態の太陽熱集熱システ
ムと同様に、使用者によるモード選択に従って、床下の
温度，貯湯タンク内の湯の温度，それら温度と熱媒液の
温度との差等に基づいて行われる。例えば、ソーラ暖房
とソーラ給湯との両方の実行時には、熱媒液循環ポンプ
２１４，貯湯タンク循環ポンプ２４８および蓄熱床循環
ポンプ２２４が同時に作動させられる。貯湯タンク循環
ポンプ２４８と蓄熱床循環ポンプ２２４とは設定時間ず
つ交互に作動させられるようにしてもよい。あるいはポ
ンプ２４８，２２４の回転速度を異ならせてもよい。な
お、前記熱媒液量下限スイッチ２１７はコンピュータ２
７２に接続されており、ソーラ暖房等は、熱媒液量下限
スイッチ２１７がＯＮ状態にあり、熱媒液保持タンク２
００内における熱媒液の量がソーラ暖房等に十分な場合
に行われ、ＯＦＦ状態にあって熱媒液量が不足する場合
には行われない。

【００６８】これらポンプ２１４等の作動により、熱媒
液が集熱器２０４と熱媒液保持タンク２００との間、貯
湯タンク２０６と熱媒液保持タンク２００との間および
蓄熱床２０９と熱媒液保持タンク２００との間において
それぞれ循環させられ、集熱器２０４において温められ
た熱媒液が熱媒液保持タンク２００に供給される。その
熱媒液がパイプ２２０によって蓄熱床２０９の給熱管２
１８に供給されて床が温められ、パイプ２２４によって
熱交換器２４０の金属管２４２に供給されて貯湯タンク
２０６内の水ないし湯が温められる。貯湯タンク２０６
および蓄熱床２０９により受熱されて熱媒液保持タンク
２００に戻された熱媒液は集熱器２０４へ戻され、太陽
熱により温められる。

【００６９】本太陽熱集熱システムにおいては、全部の
ポンプ２１４，２２４，２４８の停止状態では、集熱器
２０４内の熱媒液は空気タンク２６４内の空気と入れ替
わった状態にある。そして、液駆動装置２５８が作動さ
せられれば、空気タンク２６４内の熱媒液が集熱器２０
４内へ送り込まれ、代わりに集熱器２０４内の空気が空
気タンク２６４に溜まる。熱媒液は、パイプ２１２，空
気タンク２６４，熱媒液保持タンク２００，パイプ２１
０，熱媒液循環ポンプ２１４を通って集熱器２０４に送
り込まれる。熱媒液循環ポンプ２１４の作動が停止させ
られれば、空気タンク２６４内の空気が復路部２６０を
上方へ移動し、代わりに、集熱器２０４内の熱媒液が、
往路部２６２を強制循環時とは逆向きに移動して空気タ
ンク２６４に流入する。熱媒液保持タンク２００は大気
に開放させられているが、パイプ２１０，２１２は、熱
媒液保持タンク２００の熱媒液が収容された部分に接続
されていて閉じられており、集熱器２０４内あるいは空
気タンク２６４内に溜められた空気が大気に抜けること
はなく、集熱器２０４内と空気タンク２６４との間にお
いて空気あるいは熱媒液の入れ替えが為され、非作動状
態において、集熱器２０４内に熱媒液がなく、空気で満
たされた状態が得られる。

【００７０】上記各実施形態において気体溜まりはタン
クにより構成されていたが、図１１に示すように、循環
路３００の復路部３０２を構成するパイプ３０４より直
径が大きく、長手方向が上下方向の成分を有する向き、
例えば、垂直方向に配設された大径パイプ３０６により
構成してもよい。

【００７１】なお、図１ないし図９に示す各実施形態に
おいてそれぞれ、第二蓄熱床循環ポンプ８０を省略し、
貯湯タンク循環ポンプ５６および蓄熱床循環ポンプ７６
を設けるのみでもよい。

【００７２】また、図１ないし図９に示す各実施形態に
おいて熱媒液循環ポンプを、複数の受熱器に共通に一つ
設けるのみでもよい。その場合、例えば、熱媒液循環ポ
ンプは、循環路の複数の受熱器が並列に接続された部分
（複数の受熱器をそれぞれ含む循環路に共通の部分）と
集熱器との間の部分であって、強制循環時における熱媒
液の流れの方向において、複数の受熱器より上流側の部
分に設けることが望ましいが、下流側に設けてもよい。

【００７３】さらに、弁装置を構成する開閉弁あるいは
逆止弁および開閉弁は、複数の受熱器の全部についてそ
れぞれ設けることは不可欠ではなく、一部について設け
てもよい。例えば、受熱器が２つ設けられている場合、
一方の受熱器のみについて開閉弁あるいは逆止弁および
開閉弁を設ける。

【００７４】以上、本発明のいくつかの実施形態を詳細
に説明したが、これらは例示に過ぎず、本発明は、前記
〔発明が解決しようとする課題，課題解決手段および効
果〕の項に記載された態様を始めとして、当業者の知識
に基づいて種々の変更、改良を施した形態で実施するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態である強制循環式太陽熱集熱
システムの系統図であり、非作動状態を示す図である。

【図２】上記強制循環式太陽熱集熱システムの集熱器を
示す正面図である。

【図３】上記強制循環式太陽熱集熱システムの系統図で
あり、作動状態を示す図である。

【図４】上記太陽熱集熱システムを制御する制御装置の
主体を成すコンピュータのＲＯＭに記憶されたソーラ暖
房・ソーラ給湯プログラムを示すフローチャートであ
る。

【図５】上記コンピュータのＲＯＭに記憶されたソーラ
暖房優先プログラムを示すフローチャートである。

【図６】上記コンピュータのＲＯＭに記憶されたソーラ
給湯優先プログラムを示すフローチャートである。

【図７】上記コンピュータのＲＯＭに記憶されたソーラ
暖房プログラムを示すフローチャートである。

【図８】上記コンピュータのＲＯＭに記憶されたソーラ
給湯プログラムを示すフローチャートである。

【図９】本発明の別の実施形態である強制循環式太陽熱
集熱システムの系統図である。

【図１０】本発明のさらに別の実施形態である強制循環
式太陽熱集熱システムを示す系統図である。

【図１１】本発明のさらに別の実施形態である強制循環
式太陽熱集熱システムの気体溜まりを構成する大径パイ
プを示す正面図である。

【符号の説明】

１２：給湯装置 １４：床暖房装置 １６：循環路
１８：液駆動装置２０，２２：太陽熱集熱器 ４
８：貯湯タンク ５５：貯湯タンク循環路 ５６：
貯湯タンク循環ポンプ ６０：開閉弁 ６８：蓄熱
床 ７５：蓄熱床循環路 ７６：第一蓄熱床循環ポ
ンプ ７８：開閉弁 ８０：第二蓄熱床循環ポンプ
９０：弁装置 ９８：復路部 １００：空気タ
ンク １１０：制御装置 １５０：逆止弁 １６０：逆止
弁 １６２：弁装置 ２００：熱媒液保持タンク
２０４：太陽熱集熱器 ２０５：給湯装置 ２０
６：貯湯タンク ２０８：床暖房装置 ２０９：蓄
熱床 ２１４：集熱器循環ポンプ ２２４：蓄熱床
循環ポンプ ２４８：貯湯タンク循環ポンプ ２５
２：蓄熱床循環路 ２５４：貯湯タンク循環路 ２
５６：循環路 ２５８：液駆動装置 ２６０：復路
部 ２６４：空気タンク ２７２：制御装置 ３００：循環路 ３０２：復路
部 ３０６：大径パイプ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高所に配設されて太陽熱を集熱する太陽
   熱集熱器と、低所に配設されて集熱された熱を受け取る
   受熱器と、それら太陽熱集熱器と受熱器とを経て熱媒液
   を循環させる循環路と、その循環路に熱媒液の流れを強
   制的に生じさせる液駆動装置とを含む強制循環式太陽熱
   集熱システムにおいて、 前記循環路の前記太陽熱集熱器から前記受熱器への復路
   部の、太陽熱集熱器の下端より下方であって上下方向の
   成分を有する方向に延びる部分に、太陽熱集熱器内の循
   環路の容積の総和より大きい容積の気体溜まりを直列に
   設けたことを特徴とする強制循環式太陽熱集熱システ
   ム。
2. 【請求項２】 前記気体溜まりが、前記循環路の断面積
   より大きい断面積を有するタンクによって構成されたこ
   とを特徴とする請求項１に記載の強制循環式太陽熱集熱
   システム。
3. 【請求項３】 前記液駆動装置として、停止状態におい
   て前記熱媒液の逆流を許容する形式のポンプを含むこと
   を特徴とする請求項１または２に記載の強制循環式太陽
   熱集熱システム。