JP2004069096A

JP2004069096A - 膨張タンク付き貯湯槽および太陽熱集熱装置

Info

Publication number: JP2004069096A
Application number: JP2002225525A
Authority: JP
Inventors: Shinobu Tamura; 田村　忍
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Resonac Holdings Corp
Priority date: 2002-08-02
Filing date: 2002-08-02
Publication date: 2004-03-04

Abstract

【課題】部品点数を減らすとともに膨張タンクの取付構造を簡素化し、さらに膨張タンクの熱による劣化を防止しうる膨張タンク付き貯湯槽を提供する。
【解決手段】太陽熱集熱装置に用いられる膨張タンク付き貯湯槽１は、金属製貯湯槽２と、貯湯槽２の外周面に固着された金属製膨張タンク３とよりなる。膨張タンク３は、貯湯槽２の胴４、および上下方向に伸び、かつ両側縁が胴４の外周面に溶接されるとともに両側縁間の部分が胴４の外周面から離隔するように外方に張り出している横断面異形の周壁構成部材９よりなる周壁３ａと、周縁が周壁構成部材９の上端および胴４の外周面に沿うような形状となされるとともに、周壁構成部材９上端および胴４外周面に溶接された頂壁３ｂと、周縁が周壁構成部材９の下端および胴４の外周面に沿うような形状となされるとともに、周壁構成部材９下端および胴４外周面に溶接された底壁３ｃとよりなる。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は膨張タンク付き貯湯槽および太陽熱集熱装置に関し、さらに詳しくは、太陽熱集熱器と、貯湯槽と、太陽熱集熱器で加熱された熱媒と貯湯槽内の水との間で熱交換させる熱交換器と、熱媒の膨張、収縮を吸収する膨張タンクと、太陽熱集熱器と熱交換器との間で熱媒を循環させる熱媒循環ポンプとを備えた太陽熱集熱装置において、貯湯槽と膨張タンクとを一体化した膨張タンク付き貯湯槽、およびこれを用いた太陽熱集熱装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、太陽熱集熱器と、貯湯槽と、太陽熱集熱器で加熱された熱媒と貯湯槽内の水との間で熱交換をさせる熱交換器と、太陽熱集熱器と熱交換器との間で熱媒を循環させる熱媒循環経路と、熱媒循環経路における熱交換器から太陽熱集熱器に熱媒を送る部分に設けられ、かつ熱媒の膨張、収縮を吸収するとともに熱媒量が減少した際のリザーブタンクの役割を果たす膨張タンクと、同じく熱媒循環経路における熱交換器から太陽熱集熱器に熱媒を送る部分に設けられた熱媒循環ポンプとを備えた太陽熱集熱装置が広く用いられている。熱媒としては、たとえばプロピレングリコールの水溶液等の不凍液からなるものが用いられている。
【０００３】
この太陽熱集熱装置において、通常、貯湯槽はステンレス鋼により形成され、その全体が断熱材により覆われている。また、膨張タンクはポリエチレンのような熱可塑性樹脂により形成されており、その周囲は断熱材により覆われていない。そして、貯湯槽および膨張タンクは、互いに離隔した位置において、それぞれ支持部材により支持固定されている。
【０００４】
しかしながら、この太陽熱集熱装置では、貯湯槽および膨張タンクが互いに離隔しているので、これらの設置スペースが比較的大きくなるという問題があった。また、貯湯槽および膨張タンクにそれぞれ専用の支持部材を用意する必要があるので、部品点数が増えてコストが高くなるという問題があった。また、貯湯槽および膨張タンクを別々に支持部材により支持固定する必要があるので、これらの設置作業が面倒であるという問題があった。さらに、太陽熱集熱装置の集熱運転時には、膨張タンク内の熱媒の温度は貯湯槽内の水の温度より高くなり、特に夏季の昼間においては８０℃以上となるので、膨張タンクが熱により劣化し、耐久性に問題があった。しかも、膨張タンクが断熱材で覆われていないので、熱媒が放熱して温度が低下し、太陽熱集熱装置の集熱運転にロスが生じるという問題があった。
【０００５】
これらの問題点のうち設置スペースを比較的小さくするとともに、部品点数を減らし、しかも貯湯槽および膨張タンクの設置作業を簡単にした太陽熱集熱装置として、太陽熱集熱器と、貯湯槽と、太陽熱集熱器で加熱された熱媒と貯湯槽内の水との間で熱交換させる熱交換器と、熱媒の膨張、収縮を吸収する膨張タンクと、太陽熱集熱器と熱交換器との間で熱媒を循環させる熱媒循環ポンプとを備えた太陽熱集熱装置において、貯湯槽および膨張タンクがそれぞれ熱可塑性合成樹脂により形成されるとともに、ハウジング内に収納され、貯湯槽全体が硬質ウレタンからなる保温材で覆われ、膨張タンクに形成された凹部に、保温材に形成された凸部が嵌め入れられ、膨張タンクが熱可塑性合成樹脂製ベルトで保温材に固定され、貯湯槽および膨張タンクが保温材を介してハウジングに固定されたものが提案されている（特開２００１−４１５９３号公報参照）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記公報記載の太陽熱集熱装置においても、次のような問題がある。すなわち、膨張タンクが熱可塑性合成樹脂製であるから、膨張タンクの熱による劣化を防止することができない。また、膨張タンクの周壁の一部が保温材で覆われているだけであるので、熱媒からの放熱を完全に防止することはできず、その結果熱媒が放熱して温度が低下し、太陽熱集熱装置の集熱運転にロスが生じる。
【０００７】
この発明の目的は、上記問題を解決し、部品点数を減らすとともに膨張タンクの取付構造を簡素化し、さらに膨張タンクの熱による劣化を防止しうる膨張タンク付き貯湯槽および太陽熱集熱装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明による膨張タンク付き貯湯槽は、太陽熱集熱装置に用いられる膨張タンク付き貯湯槽であって、金属製貯湯槽と、貯湯槽の外周面に固着された金属製膨張タンクとよりなるものである。
【０００９】
請求項２の発明による膨張タンク付き貯湯槽は、請求項１の発明において、膨張タンクを含んで貯湯槽の全体が断熱材で覆われているものである。
【００１０】
請求項３の発明による膨張タンク付き貯湯槽は、請求項１または２の発明において、膨張タンクの周壁の一部が、貯湯槽の胴により構成されているものである。
【００１１】
請求項４の発明による膨張タンク付き貯湯槽は、請求項３の発明において、膨張タンクが、貯湯槽の胴、および上下方向に伸び、かつ両側縁が貯湯槽の胴の外周面に溶接されるとともに両側縁間の部分が貯湯槽の胴の外周面から離隔するように外方に張り出している横断面異形の周壁構成部材よりなる周壁と、周縁が周壁構成部材の上端および貯湯槽の胴の外周面に沿うような形状となされるとともに、周壁構成部材上端および貯湯槽の胴外周面に溶接された頂壁と、周縁が周壁構成部材の下端および貯湯槽の胴の外周面に沿うような形状となされるとともに、周壁構成部材下端および貯湯槽の胴外周面に溶接された底壁とよりなるものである。
【００１２】
請求項５の発明による膨張タンク付き貯湯槽は、請求項４の発明において、底壁に、２つの管接続口が設けられているものである。
【００１３】
請求項６の発明による膨張タンク付き貯湯槽は、請求項４の発明において、頂壁に、開閉自在の熱媒注入口が設けられているものである。
【００１４】
請求項７の発明による膨張タンク付き貯湯槽は、請求項４〜６のうちのいずれかの発明において、貯湯槽、周壁構成部材、頂壁および底壁が、それぞれステンレス鋼により形成されている　ものである。
【００１５】
請求項８の発明による太陽熱集熱装置は、太陽熱集熱器と、請求項１〜７のうちのいずれかに記載された膨張タンク付き貯湯槽と、太陽熱集熱器で加熱された熱媒と貯湯槽内の水との間で熱交換をさせる熱交換器と、太陽熱集熱器と熱交換器との間で熱媒を循環させる熱媒循環ポンプとを備えており、膨張タンクの底壁に、熱交換器から伸びる導管および太陽熱集熱器に伸びる導管が接続されており、熱媒が膨張タンクを介して循環するようになされているものである。
【００１６】
請求項９の発明による太陽熱集熱装置は、請求項８の発明において、熱交換器が貯湯槽内に配されており、この貯湯槽と、循環ポンプとが１つのハウジング内に設けられてモジュール化されているものである。
【００１７】
請求項１０の発明による太陽熱集熱装置は、請求項９の発明において、循環ポンプが、膨張タンクから太陽熱集熱器に伸びる導管におけるハウジング内に存在する部分に設けられているものである。
【００１８】
請求項１１の発明による太陽熱集熱装置は、請求項９または１０の発明において、循環ポンプの運転を制御する制御装置を備えており、制御装置がハウジング内に設けられて膨張タンク付き貯湯槽および循環ポンプとともにモジュール化されているものである。
【００１９】
【発明の実施形態】
以下、この発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
【００２０】
図１はこの発明による膨張タンク付き貯湯槽を示し、図２および図３は膨張タンク付き貯湯槽を用いた太陽熱集熱装置を示す。
【００２１】
図１において、膨張タンク付き貯湯槽（１）は、ステンレス鋼製貯湯槽（２）と、貯湯槽（２）の外周面に固着されたステンレス鋼製膨張タンク（３）とよりなる。
【００２２】
貯湯槽（２）はステンレス鋼製垂直円筒胴（４）と、垂直円筒胴（４）の上下両端開口を閉鎖するステンレス鋼製上下鏡板（５）とよりなる。上鏡板（５）には出口（６）が設けられおり、この出口（６）に給湯配管が接続されるようになっている。下鏡板（５）には入口（７）（図２参照）が設けられており、この入口（７）に水供給管が接続されるようになっている。また、下鏡板（５）には、複数の支持脚（８）が固定されている。
【００２３】
膨張タンク（３）は、貯湯槽（２）における円筒胴（４）の一部および上下方向に伸び、かつ両側縁が貯湯槽（２）の円筒胴（４）の外周面に溶接されるとともに両側縁間の部分が貯湯槽（２）の円筒胴（４）外周面から離隔するように外方に張り出している横断面異形のステンレス鋼製周壁構成部材（９）よりなる周壁（３ａ）と、周縁が周壁構成部材（９）の上端および貯湯槽（２）の円筒胴（４）の外周面に沿うような形状となされるとともに、周壁構成部材（９）上端および円筒胴（４）外周面に溶接されたステンレス鋼製頂壁（３ｂ）と、周縁が周壁構成部材（９）の下端および貯湯槽（２）の円筒胴（４）の外周面に沿うような形状となされるとともに、周壁構成部材（９）下端および円筒胴（４）外周面に溶接されたステンレス鋼製底壁（３ｃ）とよりなる。膨張タンク（３）の頂壁（３ｂ）には熱媒注入口（１１）が形成されており、キャップ（図示略）により開閉自在となされている。底壁（３ｃ）には２つの管接続口（１２）（１３）が設けられている。
【００２４】
そして、膨張タンク付き貯湯槽（１）の全体が、貯湯槽（２）に設けられた出口（６）、入口（７）および支持脚（８）と、膨張タンク（３）に設けられた熱媒注入口（１１）および管接続口（１２）（１３）とを除いて、たとえばグラスウールからなる断熱材（１４）により覆われている。
【００２５】
なお、図１においては図示を省略したが、貯湯槽（２）内には後述するような熱交換器が配されており、その入口および出口が貯湯槽（２）外に導出されている。
【００２６】
図２および図３において、膨張タンク付き貯湯槽（１）を用いた太陽熱集熱装置は、プロピレングリコールの水溶液等の不凍液からなる熱媒を用いるものであって、太陽熱を利用して熱媒を加熱する太陽熱集熱器（２０）と、膨張タンク付き貯湯槽（１）の貯湯槽（２）内に設けられ、かつ太陽熱集熱器（２０）で加熱された高温の熱媒と貯湯槽（２）内の水との間で熱交換させる熱交換器（２１）と、太陽熱集熱器（２０）と熱交換器（２１）との間に設けられた熱媒循環経路（２２）と、熱媒循環経路（２２）を通して太陽熱集熱器（２０）と熱交換器（２１）との間で熱媒を循環させる循環ポンプ（２３）と、循環ポンプ（２３）を制御する制御装置（２４）とを備えている。
【００２７】
膨張タンク付き貯湯槽（１）、循環ポンプ（２３）および制御装置（２４）が１つのハウジング（２５）内に設けられることによりこれらがモジュール化され、貯湯装置（２６）を構成している。膨張タンク付き貯湯槽（１）における貯湯槽（２）の出口（６）に給湯配管（２７）が接続されてハウジング（２５）外に伸びている。また、貯湯槽（２）の入口（７）にハウジング（２５）外から伸びる水供給管（２８）が接続されている。膨張タンク付き貯湯槽（１）は、支持脚（８）によりハウジング（２５）内において固定されている。
【００２８】
貯湯装置（２６）は、ハウジング（２５）内に配され、かつ一端部が熱交換器（２１）の入口に接続されるとともに他端部がハウジング（２５）外に導出された熱媒供給管（２９）と、ハウジング（２５）内に配され、かつ一端部が熱交換器（２１）の出口に接続されるとともに他端部が膨張タンク付き貯湯槽（１）の膨張タンク（３）における一方の管接続口（１２）に接続された第１熱媒排出管（３１）と、ハウジング（２５）内に配され、かつ一端部が膨張タンク（３）における他方の管接続口（１３）に接続されるとともに他端部が循環ポンプ（２３）の吸込口に接続された第２熱媒排出管（３２）と、ハウジング（２５）内に配され、かつ一端部が循環ポンプ（２３）の吐出口に接続されるとともに他端部がハウジング（２５）外に導出された第３熱媒排出管（３３）とを備えている。そして、熱媒供給管（２９）におけるハウジング（２５）外に導出された端部と太陽熱集熱器（２０）の出口とが熱媒送り管（３４）により接続されるとともに、第３熱媒排出管（３３）におけるハウジング（２５）外に導出された端部と太陽熱集熱器（２０）の入口とが熱媒戻し管（３５）により接続されており、熱媒送り管（３４）、熱媒供給管（２９）、第１〜第３熱媒排出管（３１）〜（３３）および熱媒戻し管（３５）によって熱媒循環経路（２２）が形成されている。なお、第１熱媒排出管（３１）により熱交換器（２１）から膨張タンク（３）に伸びる導管が形成され、第２熱媒排出管（３２）、第３熱媒排出管（３３）および熱媒戻し管（３５）により膨張タンク（３）から太陽熱集熱器（２０）に伸びる導管が形成されている。
【００２９】
循環ポンプ（２３）が運転されると、太陽熱集熱器（２０）において加熱された高温の熱媒が熱媒送り管（３４）および熱媒供給管（２９）を通って熱交換器（２１）に送られ、ここで貯湯槽（２）内の水と熱交換して貯湯槽（２）内の水が加熱される。加熱された水は給湯配管（２７）を通って必要な箇所に送られる。貯湯槽（２）内の水と熱交換した熱媒は、第１〜第３熱媒排出管（３１）〜（３３）および熱媒戻し管（３５）を通って太陽熱集熱器（２０）に戻される。
【００３０】
【発明の効果】
請求項１の発明の膨張タンク付き貯湯槽は、膨張タンクの底部に、熱交換器から伸びる導管および太陽熱集熱器に伸びる導管を接続することにより、太陽熱集熱装置に組み込まれる。
【００３１】
そして、膨張タンクが貯湯槽に固着されているので、これらの設置スペースを比較的小さくすることができる。また、貯湯槽を支持部材により支持固定するだけでよいので、部品点数が減ってコストが安くなるとともに、これらの設置作業が簡単になる。また、膨張タンクが金属製であるから、太陽熱集熱装置の集熱運転時に膨張タンク内の熱媒の温度が高温になったとしても、膨張タンクが熱により劣化することはなく、耐久性が優れたものになる。さらに、太陽熱集熱装置の集熱運転時に膨張タンク内の熱媒の温度が貯湯槽内の水の温度より高くなった場合、膨張タンクの熱媒と貯湯槽内の水とが壁面を介して熱交換し、貯湯槽内の水が加熱されるので、集熱効率が向上する。
【００３２】
請求項２の発明によれば、膨張タンク内の熱媒からの放熱が防止されるので、熱媒の温度の低下が防止され、その結果太陽熱集熱装置の集熱運転にロスが生じることがなくなる。
【００３３】
請求項３の発明によれば、太陽熱集熱装置の集熱運転時における膨張タンクの熱媒と貯湯槽内の水とが熱交換効率が一層向上し、集熱効率も一層向上する。
【００３４】
請求項４の発明によれば、膨張タンク付き貯湯槽を比較的簡単に製造することができる。
【００３５】
請求項５の発明によれば、これらの管接続口を用いて、熱交換器から伸びる導管および太陽熱集熱器に伸びる導管が接続される。
【００３６】
請求項６の発明によれば、この熱媒注入口を用いて、太陽熱集熱装置の設置当初の熱媒の注入、および熱媒量が減少した場合の熱媒の補充が行われる。
【００３７】
請求項７の発明によれば、熱媒として、たとえばプロピレングリコールの水溶液等の不凍液や水からなるものを用いたとしても、貯湯槽および膨張タンクの腐食を防止することができる。
【００３８】
請求項８の発明の太陽熱集熱装置によれば、請求項１〜７と同様な作用効果を奏する。
【００３９】
請求項９〜１１の発明によれば、モジュール化されたものの取り扱いが容易になり、太陽熱集熱装置の設置作業が簡単になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による膨張タンク付き貯湯槽を示す一部切り欠き斜視図である。
【図２】図１に示す膨張タンク付き貯湯槽を備えた太陽熱集熱装置の全体構成を概略的に示す図である。
【図３】太陽熱集熱装置の貯湯装置を示す一部を省略した水平断面図である。
【符号の説明】
（１）：膨張タンク付き貯湯槽
（２）：貯湯槽
（３）：膨張タンク
（３ａ）：周壁
（３ｂ）：頂壁
（３ｃ）：底壁
（９）：周壁構成部材
（１１）：熱媒注入口
（１２）（１３）：管接続口
（１４）：断熱材
（２０）：太陽熱集熱器
（２１）：熱交換器
（２３）：循環ポンプ
（２４）：制御装置
（２５）：ハウジング
（２６）：貯湯装置

Claims

太陽熱集熱装置に用いられる膨張タンク付き貯湯槽であって、金属製貯湯槽と、貯湯槽の外周面に固着された金属製膨張タンクとよりなる膨張タンク付き貯湯槽。
膨張タンクを含んで貯湯槽の全体が断熱材で覆われている請求項１記載の膨張タンク付き貯湯槽。
膨張タンクの周壁の一部が、貯湯槽の胴により構成されている請求項１または２記載の膨張タンク付き貯湯槽。
膨張タンクが、貯湯槽の胴、および上下方向に伸び、かつ両側縁が貯湯槽の胴の外周面に溶接されるとともに両側縁間の部分が貯湯槽の胴の外周面から離隔するように外方に張り出している横断面異形の周壁構成部材よりなる周壁と、周縁が周壁構成部材の上端および貯湯槽の胴の外周面に沿うような形状となされるとともに、周壁構成部材上端および貯湯槽の胴外周面に溶接された頂壁と、周縁が周壁構成部材の下端および貯湯槽の胴の外周面に沿うような形状となされるとともに、周壁構成部材下端および貯湯槽の胴外周面に溶接された底壁とよりなる請求項３記載の膨張タンク付き貯湯槽。
底壁に、２つの管接続口が設けられている請求項４記載の膨張タンク付き貯湯槽。
頂壁に、開閉自在の熱媒注入口が設けられている請求項４記載の膨張タンク付き貯湯槽。
貯湯槽、周壁構成部材、頂壁および底壁が、それぞれステンレス鋼により形成されている請求項４〜６のうちのいずれかに記載の膨張タンク付き貯湯槽。
太陽熱集熱器と、請求項１〜７のうちのいずれかに記載された膨張タンク付き貯湯槽と、太陽熱集熱器で加熱された熱媒と貯湯槽内の水との間で熱交換をさせる熱交換器と、太陽熱集熱器と熱交換器との間で熱媒を循環させる熱媒循環ポンプとを備えており、膨張タンクの底壁に、熱交換器から伸びる導管および太陽熱集熱器に伸びる導管が接続されており、熱媒が膨張タンクを介して循環するようになされている太陽熱集熱装置。
熱交換器が貯湯槽内に配されており、この膨張タンク付き貯湯槽と、循環ポンプとが１つのハウジング内に設けられてモジュール化されている請求項８記載の太陽熱集熱装置。
循環ポンプが、膨張タンクから太陽熱集熱器に伸びる導管におけるハウジング内に存在する部分に設けられている請求項９記載の太陽熱集熱装置。
循環ポンプの運転を制御する制御装置を備えており、制御装置がハウジング内に設けられて膨張タンク付き貯湯槽および循環ポンプとともにモジュール化されている請求項９または１０記載の太陽熱集熱装置。