JP2004340393A

JP2004340393A - 太陽熱給湯システム

Info

Publication number: JP2004340393A
Application number: JP2003133893A
Authority: JP
Inventors: Koichi Kamisaki; 弘一上崎
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2003-05-13
Filing date: 2003-05-13
Publication date: 2004-12-02

Abstract

【課題】圧力変化による材料強度の劣化が少なく、熱効率の良好な貯湯タンクと膨張タンクとの構造を有する太陽熱給湯システムを提供する。
【構成】太陽熱を集熱する太陽熱集熱パネルと、前記太陽熱集熱パネルで集熱した熱を貯熱して熱回路を循環する不凍液と、前記熱回路で前記不凍液と熱交換する熱交換器と、前記熱交換器を内設する貯湯タンクと、前記熱回路で前記不凍液を貯留して前記熱回路の内部圧力を調整する膨張タンクと、を備えてなる太陽熱給湯システムにおいて、前記膨張タンクの側面板に内部圧力を緩和する凹部を設け、前記凹部に横断面視で前記側面板とこの対向側の側面板とを圧着してなる取付部を設け、前記取付部を介して前記膨張タンクを前記貯湯タンクの側面に取り付けてなり、熱伝導が可能なように前記膨張タンクを前記貯湯タンクの側面に対して接触するようにしてなるものである。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、太陽熱を利用する太陽熱給湯システムに関するものである。詳しくは、集熱した太陽熱を貯熱する不凍液を貯留する膨張タンクと給湯用の貯湯タンクを備える太陽熱給湯システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
太陽熱を集熱して家庭や事務所等の給湯に用いる太陽熱給湯システムは、図４に示すように太陽熱を集熱する太陽熱集熱パネル１５と、この熱を貯熱して熱回路を循環する不凍液６（熱媒）と、この熱回路で不凍液６と熱交換する熱交換器１４と、これを内設する貯湯タンク１１と、熱回路で不凍液６を貯留して熱回路の内部圧力を調整する膨張タンク１とを備えている。そして、熱交換器１４で熱交換されて、温度が上昇した家庭用水が、温水として使用されている。この熱回路を有する太陽熱給湯システムは、家庭用水を直接に太陽熱集熱パネル１５で暖める太陽熱給湯システムと比べると、太陽熱集熱パネル１５での集熱効率が高く、この内部に湯垢が溜まりにくくて、長期間に渡って劣化しないという点で優れている。
【０００３】
ここで、熱回路が密閉系である場合、不凍液６は温度変化により体積が変化すると、熱回路の内部圧力が変化して、これを構成する配管１７等に大きな応力が発生して、破損するおそれがある。そこで、この応力を緩和させるために、熱回路に不凍液６を貯留する膨張タンク１を設けて、この内部圧力が変化しないように調整がなされている。つまり、この膨張タンク１の上部は空気溜め７となっていて、不凍液６の液面が変化できる構造になっている。このことにより、熱回路の内部圧力が一定に保たれるようになっている。この膨張タンクの構造が、実開平５−８７４６５号公報や実開昭６３−３４９６０号公報に開示されている。
【０００４】
【実用新案文献１】
実開平５−８７４６５号公報（第６−８頁、図１）
【０００５】
【実用新案文献２】
実開昭６３−３４９６０号公報（第６−９頁、図１）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
熱回路を循環する不凍液６の温度が変化しても、膨張タンク１の働きにより、熱回路の配管１７等の内部圧力は、ほとんど変化することはない。しかし、膨張タンク１は不凍液６の温度が変化すると、膨張タンク１の体積が変化して、このためにひずみが発生していた。特に、不凍液６の温度変化が繰返し起こると、膨張タンク１の側面板の材料が熱疲労を起こすおそれがあった。
【０００７】
また、実開平５−８７４６５号公報や実開昭６３−３４９６０号公報に開示されている膨張タンク１は、図４に示すように、貯湯タンク１１とは別に設置されている構造になっている。このため、膨張タンク１に貯留されている不凍液６の熱は、外部に放熱することになり、この結果として、不凍液６の温度が低下して蓄えられていた熱エネルギーを損失していた。
【０００８】
本発明は、かかる事由に鑑みてなしたもので、その目的とするところは、圧力変化による材料強度の劣化が少なく、熱効率の良好な貯湯タンクと膨張タンクとの構造を有する太陽熱給湯システムを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、太陽熱を集熱する太陽熱集熱パネルと、前記太陽熱集熱パネルで集熱した熱を貯熱して熱回路を循環する不凍液と、前記熱回路で前記不凍液と熱交換する熱交換器と、前記熱交換器を内設する貯湯タンクと、前記熱回路で前記不凍液を貯留して前記熱回路の内部圧力を調整する膨張タンクと、を備えてなる太陽熱給湯システムにおいて、前記膨張タンクの側面板に内部圧力を緩和する凹部を設け、前記凹部に横断面視で前記側面板とこの対向側の側面板とを圧着してなる取付部を設け、前記取付部を介して前記膨張タンクを前記貯湯タンクの側面に取り付けてなり、熱伝導が可能なように前記膨張タンクを前記貯湯タンクの側面に対して接触するようにしてなるものであることを特徴としている。
【００１０】
請求項２に係る発明は、請求項１の構成において、横断面視で、前記不凍液が貯留される貯留空間が、前記取付部で分離されてなることを特徴としている。
【００１１】
請求項３に係る発明は、請求項２の構成において、前記貯留空間の一部の壁面が前記貯湯タンクの壁面に接触してなることを特徴としている。
【００１２】
請求項４に係る発明は、請求項２又は至請求項３の構成において、前記凹部が前記膨張タンクの側面をプレス加工によって製造されるものであることを特徴としている。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を図１〜３に基づいて説明する。図１（ａ）、（ｂ）に示すように、膨張タンク１は、底面及び上面が略二等辺三角形で大略三角柱の形状をしている。この側面板であって、貯湯タンク１１に取り付けられる背面側の側面板には、凹部（背面側）３、３ａが、この側面板と対向側の他の側面板には、凹部（対向側）４、４ａが合計で６個ずつ設けられている。上から２番目の凹部３ａ、４ａ以外の凹部３、４の横断面は、図２（ｂ）に示すように略台形をしている。一方、図２（ａ）に示すように、上部から２番目の凹部３ａ、４ａについては、横断面視で背面側の凹部３ａと対向側の凹部４ａとが圧着してなる取付部５を有する構造をしている。そして、この部分で不凍液６が貯留される貯留空間は、３箇所２、２ａ、２ｂに分離されている。なお、取付部５を有する凹部３ａ、４ａ以外の貯留空間２は、一体の構造となっている。
【００１４】
また、膨張タンク１の内部は、不凍液６が貯留されているとともに、上部は、圧力が略一定に保たれるように、空気溜め７となっている。ここに溜められている空気は、側面上部に設けられている空気出入口１０を通じて圧力が大気圧に保たれている。また、膨張タンク１の底面には、不凍液６の熱回路からの不凍液入口８及び熱回路への不凍液出口９が設けられている。この膨張タンク１の側面板の材料にも、ステンレス板等の高強度で錆びにくい金属板が使用されている。また、凹部３、３ａ、４、４ａは、このステンレス板を所定形状にプレス加工することにより形成される。さらに、取付部５を有する凹部３ａ、４ａは、背面側と対向側の各々の側面板を他の凹部３、４よりもさらにプレスで強加工することにより、形成される。
【００１５】
ここで、不凍液６は、太陽熱集熱パネル１５の部分で集熱された熱を効率よく伝える熱媒としての働きと、冬季に外気温度が下がっても、凍結することのない機能とを有している。通常は、エチレングリコールのような液体が使用されている。
【００１６】
一方、図３に示すように、貯湯タンク１１は、円筒形状をしていて、内部には、温水化するための家庭用水が貯留されている。また、内部には配管をコイル状に形成した熱交換器１４が設置されている。この貯湯タンク１１の側面板の材料には、ステンレス板等の高強度で錆びにくい金属板が使用されている。貯湯タンク１１の側面には、膨張タンク１を固定するための突起金具１２が溶接等で取り付けられている。取付部５に孔をあけて、これと突起金具１２とを、ビス１３で固定することにより、膨張タンク１が貯湯タンク１１の側面に取り付けられる。
【００１７】
本実施形態の貯湯タンク１１と膨張タンク１の機能を主として、この太陽熱給湯システムの動作を以下に説明する。建物の屋根上に設置されている太陽熱集熱パネル１５で集熱されて温度が上昇した不凍液６は、循環ポンプ１６によって、配管１７、熱交換器１４、膨張タンク１等から構成される熱回路の内部を循環する。不凍液６は、貯湯タンク１１に内設されている熱交換器１４で、家庭内で湯として使用される家庭用水と熱交換されることにより、家庭用水が暖められる。ここで、温度が上昇した家庭用水は、そのまま、湯としてすぐに使用されることもあるが、通常は、貯湯タンク１１の内部に貯留されていて、必要なときに使用される。したがって、貯湯タンク１１には、通常は、一定量以上の温水が貯留されている。
【００１８】
一方、家庭用水と熱交換されて、温度が低下した不凍液６は、貯湯タンク１１の外部に出た後、配管１７を通って膨張タンク１へと入る。そして、膨張タンクを出た後、配管１７を通って、太陽熱集熱パネル１５に戻り、ここで再び温度が上昇する。このようにして、不凍液６は、熱回路を循環することにより、太陽熱集熱パネル１５で集熱した熱を用いて、家庭用水の温度を上昇させている。ここで、前述したように、膨張タンク１の上部には、空気溜め７が設けられていて、ここの空気は、空気出入口１０を通して、大気につながっている。このために、不凍液６の温度が変化することにより、膨張タンク１の不凍液６の水位が変化しても、膨張タンク１の内部の空気溜め７は略大気圧を保持しており、この結果として、不凍液６の圧力も一定に保持されている。
【００１９】
ここで、膨張タンク１の内部の不凍液６の温度が変化すると、当然のことながら、膨張タンク１の体積も変化する。このとき、従来の膨張タンク１のように、凹部がない構造の場合、この圧力変化に応じて、膨張タンク１の形状全体が変化して、側面板が膨れたりへこんだりすることにより、膨張タンク１の側面板の材料が応力を受けていた。これに対して、本実施形態の膨張タンク１では、凹部３、３ａ、４、４ａを有する構造であるので、膨張タンク１の内部圧力が変化しても、凹部３、３ａ、４、４ａでの形状変化によって、膨張タンク１の形状全体の変化の程度が少なくなる構造になっている。この結果として、膨張タンク１の応力変化も低減され、温度変化が繰返し起こっても、熱疲労による膨張タンク１の側面板の材料への影響を小さくすることができる。
【００２０】
また、膨張タンク１を貯湯タンク１１に取り付ける取付部５は、膨張タンク１の一部分である凹部４ａの一部分となっているので、この部分が取り外れるおそれがなくなり、取付強度が高くなっている。また、取付部５の部分は、２枚の側面板が圧着されて１枚の板になっているので、この部分に孔を穿設してビス１３等によって固定することが可能となり、取り付け作業が容易になっている。加えて、取付部５が膨張タンクの内側にあるので、突起金具が外部に出ることなく、外観がきれいになり、見栄えもよくなる。さらに、横断面視で取付部５の両側に、貯留空間２ａ、２ｂが設けられている構造なので、膨張タンク１の内容積もこの分だけ、大きくなっている。
【００２１】
また、膨張タンク１の側面板は、貯湯タンク１１の側面板に接触している構造になっている。このために、膨張タンク１と貯湯タンク１１との間で熱伝導が容易に起り易い構造になっている。特に、高温である不凍液６と低温である家庭用水とが、両者の側面板を介して接しているので、両者の間で熱移動を生じやすい。したがって、従来のように、膨張タンク１が貯湯タンク１１と独立して設けられている構造になっている場合には、膨張タンク１に貯えられている不凍液６の熱は、外部に放熱していくのみであったのに対して、本実施形態では、ここで、不凍液６と家庭用水との間で熱交換が行われることにより、熱効率が向上している。さらに、膨張タンク１の側面板で取付部５を有する凹部３ａ、４ａのある部分でも、不凍液６の貯留空間が３箇所２、２ａ、２ｂに分かれていて、このうち２箇所２ａ、２ｂの壁面は、貯湯タンク１１の側面と接触しているので、この部分でも熱伝導が起こり、さらに熱効率が向上する。
【００２２】
【発明の効果】
請求項１に係る発明は、太陽熱を集熱する太陽熱集熱パネルと、前記太陽熱集熱パネルで集熱した熱を貯熱して熱回路を循環する不凍液と、前記熱回路で前記不凍液と熱交換する熱交換器と、前記熱交換器を内設する貯湯タンクと、前記熱回路で前記不凍液を貯留して前記熱回路の内部圧力を調整する膨張タンクと、を備えてなる太陽熱給湯システムにおいて、前記膨張タンクの側面板に内部圧力を緩和する凹部を設け、前記凹部に横断面視で前記側面板とこの対向側の側面板とを圧着してなる取付部を設け、前記取付部を介して前記膨張タンクを前記貯湯タンクの側面に取り付けてなり、熱伝導が可能なように前記膨張タンクを前記貯湯タンクの側面に対して接触するようにしてなるものであることを特徴としているので、前記膨張タンクの側面板の熱疲労強度が向上するとともに、膨張タンクから貯湯タンクへの熱伝達が容易となり、熱効率が向上する。
【００２３】
請求項２に係る発明は、請求項１の構成において、横断面視で、前記不凍液が貯留される貯留空間が、前記取付部で分離されてなることを特徴としているので、請求項１の効果に加え、前記膨張タンクに貯留できる不凍液の量が増加する。
【００２４】
請求項３に係る発明は、請求項２の構成において、前記貯留空間の一部の壁面が前記貯湯タンクの壁面に接触してなることを特徴としているので、請求項１の効果に加え、膨張タンクから貯湯タンクへの熱伝達が著しくなり、熱効率がさらに向上する。
【００２５】
請求項４に係る発明は、請求項２又は至請求項３の構成において、前記凹部が前記膨張タンクの側面をプレス加工によって形成されるものであることを特徴としているので、請求項２又は至請求項３の効果に加えて、凹部を形成することが容易となり、生産性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態に係る膨張タンク構造を示す図で、図１（ａ）は対向面側からの斜視図、図１（ｂ）は背面側の側面図である。
【図２】実施形態に係る膨張タンク構造の横断面図である。図２（ａ）はＸ―Ｘ断面、図２（ｂ）はＹ―Ｙ断面、図２（ｃ）はＺ―Ｚ断面である。
【図３】実施形態に係る太陽熱給湯システムと膨張タンクを示す構成図である。
【図４】従来の太陽熱給湯システムと膨張タンクを示す構成図である。
【符号の説明】
１膨張タンク
２、２ａ、２ｂ貯留空間
３凹部（背面側）
３ａ凹部（取付部背面側）
４凹部（対向面側）
４ａ側面取付凹部（取付部対向面側）
５取付部
６不凍液
７空気溜め
８不凍液入口
９不凍液出口
１０空気出入口
１１貯湯タンク
１２突起金具
１３ビス
１４熱交換器
１５太陽熱集熱パネル
１６循環ポンプ
１７配管

Claims

太陽熱を集熱する太陽熱集熱パネルと、前記太陽熱集熱パネルで集熱した熱を貯熱して熱回路を循環する不凍液と、前記熱回路で前記不凍液と熱交換する熱交換器と、前記熱交換器を内設する貯湯タンクと、前記熱回路で前記不凍液を貯留して前記熱回路の内部圧力を調整する膨張タンクと、を備えてなる太陽熱給湯システムにおいて、前記膨張タンクの側面板に内部圧力を緩和する凹部を設け、前記凹部に横断面視で前記側面板とこの対向側の側面板とを圧着してなる取付部を設け、前記取付部を介して前記膨張タンクを前記貯湯タンクの側面に取り付けてなり、熱伝導が可能なように前記膨張タンクを前記貯湯タンクの側面に対して接触するようにしてなるものであることを特徴とする太陽熱給湯システム構造。
横断面視で、前記不凍液が貯留される貯留空間が、前記取付部で分離されてなることを特徴とする請求項１記載の太陽熱給湯システム構造。
前記貯留空間の一部の壁面が前記貯湯タンクの側面に接触してなることを特徴とする請求項２記載の太陽熱給湯システム構造。
前記凹部が前記膨張タンクの側面をプレス加工によって形成されるものであることを特徴とする請求項２又は至請求項３記載の太陽熱給湯システム構造。