JP2010101539A

JP2010101539A - 太陽熱温水装置

Info

Publication number: JP2010101539A
Application number: JP2008272210A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Takahama; 浩之高濱; Masaki Oishi; 雅紀大石; Masafumi Shinozaki; 雅史篠崎
Original assignee: Chofu Seisakusho Co Ltd
Current assignee: Chofu Seisakusho Co Ltd
Priority date: 2008-10-22
Filing date: 2008-10-22
Publication date: 2010-05-06

Abstract

【課題】熱媒の変質や体積減少を防止して長期間安定して高い加熱効率を維持できる太陽熱温水装置を提供する。
【解決手段】太陽熱集熱器１３と、貯湯タンク１１の熱交換部１２と、太陽熱集熱器１３から熱媒を熱交換部１２へ流す戻り配管１５と、熱交換部１２から熱媒を太陽熱集熱器１３へ流す往き配管１４と、往き配管１４に取付けられた熱媒貯留タンク１６及び循環ポンプ１７と、熱媒貯留タンク１６より下方に配置された熱媒補助タンク２０とを有し、熱媒貯留タンク１６の上部制御室２１に設けた連通管２４を介して熱媒の膨張時に熱媒を熱媒補助タンク２０に流し、熱媒の収縮時に熱媒補助タンク２０から熱媒を吸い上げる熱媒制御機構１９を備えた太陽熱温水装置１０において、密閉構造の熱媒補助タンク２０の天井部に自然冷却又は強制冷却される通気管４１を設け、通気管４１内で熱媒の蒸発物を凝縮させて熱媒補助タンク２０内に戻し、空気を外部に放出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、熱媒循環路を備えた太陽熱温水装置に関する。

従来、太陽熱で加熱された熱媒で水を温め温水にして貯湯タンクに貯留する太陽熱温水装置では、熱媒循環路に熱媒の膨張、収縮による体積変化を吸収する膨張タンクが設けられている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００３−９７８４８号公報

ここで、熱媒には、例えば、水にポリエチレングリコールと防錆剤を加えて調整された不凍液が使用されている。このため、特許文献１に記載された膨張タンクのように開放式タンクの場合、使用中に徐々に水分が蒸発して不凍液の濃度が高くなり、不凍液の流動性が劣化して循環量が減少し加熱効率が低下するという問題が生じる。更に、水分が蒸発することで不凍液の体積が減少して太陽熱温水装置の運転に必要な体積の不凍液が確保できなくなると、太陽熱温水装置の運転を停止して不凍液を補充しなければならないという問題が生じる。

そこで、膨張タンクを、熱交換器から太陽熱集熱器に移動する不凍液を一時貯める密閉式の熱媒貯留タンクと、熱媒貯留タンクに熱媒制御機構を介して接続する熱媒補助タンクとで構成し、不凍液の温度が上昇して不凍液が膨張した際に熱媒制御機構を介して熱媒貯留タンクから熱媒補助タンクに不凍液を移動させ、不凍液の温度が低下して不凍液が収縮した際に熱媒制御機構を介して熱媒補助タンクから熱媒貯留タンクに不凍液を移動させることが提案されている。しかし、不凍液の温度変動に伴って熱媒制御機構を介して熱媒貯留タンクと熱媒補助タンクの間で不凍液を交互に移動させるためには、熱媒補助タンクを大気開放する必要がある。このため、熱媒補助タンク内に貯留されている不凍液は、使用中に徐々に水分が蒸発して不凍液の濃度が高くなり、熱媒補助タンクから濃度の高い不凍液の流入が繰返されると熱交換器と太陽熱集熱器の間を移動する不凍液の濃度も徐々に高くなり、不凍液の循環量が次第に減少し加熱効率が低下するという問題が生じる。また、水分が蒸発して熱媒補助タンク内に貯留されている不凍液の体積が減少すると、熱媒補助タンク内に不凍液を補充しなければならないという問題が生じる。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、熱媒の変質や体積減少を防止して長期間安定して高い加熱効率を維持できる太陽熱温水装置を提供することを目的とする。

前記目的に沿う第1の発明に係る太陽熱温水装置は、熱媒を加熱する太陽熱集熱器と、貯湯タンク内に設けられ内部を熱媒が通過する熱交換部と、前記太陽熱集熱器で加熱された熱媒を前記熱交換部へ流す戻り配管と、前記熱交換部を通過した熱媒を前記太陽熱集熱器へ流す往き配管と、前記往き配管に取付けられ前記熱交換部から前記太陽熱集熱器に移動する熱媒を一時貯める熱媒貯留タンクと、前記熱媒貯留タンクの下流側の前記往き配管に取付けられた循環ポンプと、前記熱媒貯留タンクより下方位置に配置された熱媒補助タンクとを有し、前記熱媒貯留タンクの上部制御室には熱媒の膨張時に開いて熱媒を該上部制御室の側壁に設けられた連通管を介して前記熱媒補助タンクに流し、熱媒の収縮時には前記連通管を介して前記熱媒補助タンクから熱媒を吸い上げる熱媒制御機構が設けられた太陽熱温水装置において、
密閉構造の前記熱媒補助タンクの天井部に自然冷却又は強制冷却される通気管を設け、該通気管内で該熱媒補助タンク内の空気及び熱媒の蒸発物を通過させながら該蒸発物を凝縮させて該熱媒補助タンク内に戻し、該空気を外部に放出している。

前記目的に沿う第２の発明に係る太陽熱温水装置は、貯湯タンク内に設けられ内部を熱媒が通過する熱交換部と、熱媒を加熱する太陽熱集熱器と、熱媒を前記熱交換部から前記太陽熱集熱器へ流す往き配管と、熱媒を前記太陽熱集熱器から前記熱交換部へ流す戻り配管と、前記往き配管に取付けられ、上部に空間部が形成されて熱媒の膨張及び収縮による体積変化を吸収する熱媒貯留タンクと、前記熱媒貯留タンクの下流側の前記往き配管に取付けられた循環ポンプとを有する熱媒循環路を備えた太陽熱温水装置において、
密閉構造の前記熱媒貯留タンクの天井部に自然冷却又は強制冷却される通気管を設け、該通気管内で該熱媒貯留タンク内の空気及び熱媒の蒸発物を通過させながら該蒸発物を凝縮させて該熱媒貯留タンク内に戻し、該空気を外部に放出している。

第1及び第2の発明に係る太陽熱温水装置において、前記通気管は、冷却される上昇管部と、該上昇管部に連通される下降管部とを備える構成とすることができる。

第1及び第2の発明に係る太陽熱温水装置において、前記上昇管部は、前記貯湯タンクに水を供給する給水配管に沿って配置されていることが好ましい。

第1及び第2の発明に係る太陽熱温水装置において、前記上昇管部は、らせん状に形成することもできる。

第1及び第2の発明に係る太陽熱温水装置において、前記上昇管部は、前記貯湯タンクの下部に水を供給する給水配管の回りにらせん状に巻き付けてもよい。

第1及び第2の発明に係る太陽熱温水装置において、前記通気管の出口の下方には、該出口から流出した熱媒を受入れる回収器が配置されていることが好ましい。

第1の発明に係る太陽熱温水装置においては、密閉構造の熱媒補助タンクの天井部に自然冷却又は強制冷却される通気管を設け、通気管内で熱媒補助タンク内の空気及び熱媒の蒸発物を通過させながら蒸発物を凝縮させて熱媒補助タンク内に戻し、空気を外部に放出するので、また、第２の発明に係る太陽熱温水装置においては、密閉構造の熱媒貯留タンクの天井部に自然冷却又は強制冷却される通気管を設け、通気管内で熱媒貯留タンク内の空気及び熱媒の蒸発物を通過させながら蒸発物を凝縮させて熱媒貯留タンク内に戻し、空気を外部に放出するので、熱媒の蒸発を防いで熱媒の濃度が変化することを防止でき、熱媒の流動性を維持することができると共に、熱媒の体積を一定に保持することができる。その結果、熱媒の循環量が安定し、加熱効率及び省エネ性の高い運転を長期間行うことができる。なお、通気管内に熱媒の蒸発物が凝縮して形成された熱媒が付着すると、通気管内を移動する蒸発物は通気管内に付着している熱媒に接触して捕捉されるので、蒸発物の捕集効率を向上することができる。

第1及び第2の発明に係る太陽熱温水装置において、通気管が、冷却される上昇管部と、上昇管部に連通される下降管部とを備えている場合、上昇管部内で熱媒の蒸発物を凝縮させると共に、凝縮した熱媒を上昇管部の内面に沿って下方に移動させ熱媒補助タンク内又は熱媒貯留タンク内に戻すことができる。

第1及び第２の発明に係る太陽熱温水装置において、上昇管部が、貯湯タンクに水を供給する給水配管に沿って配置されている場合、上昇管部内を移動する熱媒の蒸発物を給水配管内を移動する水で冷却することができ、熱媒の蒸発物を効率的に凝縮させることができる。

第1及び第２の発明に係る太陽熱温水装置において、上昇管部が、らせん状に形成されている場合、上昇管部の長さが長くなって熱媒の蒸発物が上昇管部内を移動する時間を長くすることができ、上昇管部内での熱媒の蒸発物の凝縮を促進することができる。

第１及び第２の発明に係る太陽熱温水装置において、上昇管部が、貯湯タンクの下部に水を供給する給水配管の回りにらせん状に巻き付けられている場合、上昇管部の長さが長くなって熱媒の蒸発物が上昇管部内を移動する時間を長くすることができると共に、上昇管部内を移動する熱媒の蒸発物を給水配管内を移動する水で冷却することができ、上昇管部内での熱媒の蒸発物の凝縮を更に促進することができる。

第1及び第２の発明に係る太陽熱温水装置において、通気管の出口の下方に、出口から流出した熱媒を受入れる回収器が配置されている場合、通気管を介して熱媒が外部に流出するのが防止できる。

続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
ここで、図１は本発明の第1の実施の形態に係る太陽熱温水装置の説明図、図２は熱媒貯留タンクの上部制御室に設けられた熱媒制御機構の説明図、図３（Ａ）、（Ｂ）は第１、第２の変形例に係る通気管の説明図、図４は本発明の第２の実施の形態に係る太陽熱温水装置の説明図である。

図１に示すように、本発明の第1の実施の形態に係る太陽熱温水装置１０は、熱媒の一例である不凍液を加熱する太陽熱集熱器１３と、貯湯タンク１１内に設けられ内部を不凍液が通過する熱交換部１２と、太陽熱集熱器１３で加熱された不凍液を熱交換部１２へ流す戻り配管１５と、熱交換部１２を通過した不凍液を太陽熱集熱器１３へ流す往き配管１４と、往き配管１４に取付けられ熱交換部１２から太陽熱集熱器１３に移動する不凍液を一時貯める密閉式の熱媒貯留タンク１６と、熱媒貯留タンク１６の下流側の往き配管１４に取付けられた循環ポンプ１７とを備えた熱媒循環路１８、及び熱媒貯留タンク１６より下方位置に配置された熱媒補助タンク２０を有している。ここで、不凍液は、例えば、水にプロピレングリコール及び防錆剤を添加して調製されている。

更に、太陽熱温水装置１０は、太陽熱集熱器１３で加熱された不凍液で貯湯タンク１１内の水を加熱する集熱運転のできる時間帯として設定された集熱判定時間帯において、集熱運転が停止の際に、一定時間（例えば１５分）毎に集熱運転の可否を判定し、集熱運転が可能と判定される場合にのみ、太陽熱集熱器１３で加熱された不凍液を熱交換部１２と太陽熱集熱器１３の間で循環させて貯湯タンク１１内の水の加熱を行う図示しない制御手段を有している。また、熱媒貯留タンク１６の上部制御室２１には、不凍液の膨張時に開いて不凍液を上部制御室２１の側壁に設けられた連通管２４を介して熱媒補助タンク２０に流し、不凍液の収縮時には連通管２４を介して熱媒補助タンク２０から不凍液を吸い上げる熱媒制御機構１９が設けられている。

図２に示すように、上部制御室２１は、熱媒貯留タンク１６の上面に立設され、熱媒制御機構１９が取付けられ接続口２２を備えた、例えば管状の取付け部材２３を有し、取付け部材２３の接続口２２より下方部位には連通管２４の基部が接続されている。そして、取付け部材２３において、連通管２４が接続された部位より下方の領域は縮径して内フランジ２５を形成している。

そして、熱媒制御機構１９は、接続口２２に取付けられた際に、バネ２６で付勢されて内フランジ２５の上面に下面を密接する第１の弁体２７と、第１の弁体２７の中央部に形成された貫通孔２８を挿通する軸部２９の先端に取付けられ、軸部２９の基端部に接続する図示しない引っ張りバネで上方に付勢されて貫通孔２８の下縁部に密接する第２の弁体３０と、バネ２６、第１の弁体２７、軸部２９、図示しない引っ張りバネ、及び第２の弁体３０を保持して接続口２２に装入される蓋部３１とを有している。なお、第１の弁体２７の厚みは、第１の弁体２７が内フランジ２５に密接した際に、第１の弁体２７の側部で取付け部材２３内に露出している連通管２４の開口が覆われないように調整する。また、上部制御室２１と熱媒補助タンク２０とを接続する連通管２４の先側は、熱媒補助タンク２０の上面から内部に差し込まれ、連通管２４の先端は熱媒補助タンク２０の底面と僅少の隙間を有して配置されている。

このような構成とすることによって、不凍液の温度が上昇して不凍液が膨張すると、熱媒貯留タンク１６内では、不凍液で第１の弁体２７の下面が押圧されて第１の弁体２７の下面が内フランジ２５の上面から離脱する。その結果、第１の弁体２７と内フランジ２５との間に形成された隙間から不凍液が第１の弁体２７の上方に移動し、連通管２４を介して熱媒補助タンク２０に流入することになり、熱媒貯留タンク１６内の不凍液の圧力が上昇するのを防止できる。また、連通管２４の先部が不凍液に浸漬されるように熱媒補助タンク２０内に不凍液を予め注入しておくと、不凍液の温度が低下して不凍液が収縮すると、熱媒貯留タンク１６内は負圧状態になって第２の弁体３０が熱媒貯留タンク１６内に引き込まれ、第２の弁体３０が第１の弁体２７の下面から離脱する。その結果、第１の弁体２７の上方部と熱媒貯留タンク１６が貫通孔２８を介して連通し、大気圧と熱媒貯留タンク１６内との圧力差に基づいて熱媒補助タンク２０から不凍液が連通管２４を介して吸い上げられ第１の弁体２７の上方を通過して熱媒貯留タンク１６内に流入して、熱媒循環路１８内を不凍液で満たすことができる。

また、熱媒貯留タンク１６にはバイパス路３２の一端側が接続され、バイパス路３２の他端側は三方弁３３を介して戻り配管１５に接続されている。そして、戻り配管１５において、三方弁３３が取付けられた部位より太陽熱集熱器１３側には、太陽熱集熱器１３から送出された不凍液の温度を測定する熱媒温度検出器の一例である熱媒戻りサーミスタ３４が設置され、往き配管１４において、循環ポンプ１７より下流側の部位には、太陽熱集熱器１３に移動する不凍液の温度を測定する熱媒温度検出器の一例である熱媒往きサーミスタ３５が設置されている。

更に、貯湯タンク１１の下端部には、減圧弁、水温サーミスタ、及び水量センサを備えた給水制御器３６を備えた給水配管３７が逆止弁３８を介して接続されて、貯湯タンク１１内への給水が行われる。また、熱交換部１２は貯湯タンク１１内の下部側に配置され、貯湯タンク１１の側部には、貯湯タンク１１内の上、下端部、及び複数の中間部の各水温をそれぞれ測定する水温検出器の一例である水温測定サーミスタ（図示せず）が設けられている。これにより、貯湯タンク１１内の高さ方向の水温分布を知ることができ、貯湯タンク１１内に貯留されている温水量を把握できる。そして、各水温測定サーミスタは、熱媒戻りサーミスタ３４、熱媒往きサーミスタ３５と共に制御手段に接続され、循環ポンプ１７のオンオフ及び三方弁３３の弁切換え動作は、制御手段からの制御信号により行われる。

ここで、制御手段は、現在時刻を測定し、現在時刻が予め設定された集熱判定時間帯にある場合で、集熱運転が停止の際に、一定時間毎に、循環ポンプ１７をオンして、太陽熱集熱器１３で加熱された不凍液を太陽熱集熱器１３から戻り配管１５の一部、三方弁３３、バイパス路３２、熱媒貯留タンク１６、及び往き配管１４の一部を用いて循環させながら、戻り配管１５に設けた熱媒戻りサーミスタ３４で不凍液の温度を測定し、貯湯タンク１１に設けられた貯湯タンク１１内の下端部の水温を測定する水温測定サーミスタの測定値との差を求め、例えば、温度差が５℃以上の場合を集熱運転可と判定し、温度差が５℃未満の場合を集熱運転否と判定する。更に、制御手段は、集熱運転を可と判定した際に、三方弁３３を操作しバイパス路３２と戻り配管１５を非連通状態にして、不凍液を戻り配管１５を介して熱交換部１２に供給し、集熱運転を否と判定した際に、バイパス路３２と戻り配管１５との連通状態を維持し循環ポンプ１７をオフする機能を有している。なお、制御手段は、例えば、マイクロコンピュータに、上記の各機能を発現するプログラムを搭載することにより形成できる。

熱媒補助タンク２０は、熱媒循環路１８を収容する図示しないケーシング内に、熱媒貯留タンク１６より下方位置となるように配置され、不凍液の熱媒補助タンク２０内への注入及び不凍液の熱媒補助タンク２０内からの排出時に使用する不凍液注入口３９には蓋４０が取付けられて密閉構造となっている。そして、熱媒補助タンク２０の天井部には強制冷却される金属製（例えば、銅製又はアルミニウム製）の通気管４１が設けられ、通気管４１内で熱媒補助タンク２０内の空気及び不凍液の蒸発物を通過させながら蒸発物を凝縮させて熱媒補助タンク２０内に戻し、空気を外部に放出している。これによって、通気管４１を介して熱媒補助タンク２０内を大気開放することができる。

ここで、通気管４１は、強制冷却される上昇管部４２と、上昇管部４２に連結される下降管部４３とを備えている。そして、上昇管部４２は、貯湯タンク１１に水を供給する給水配管３７に沿って接触させて配置されている。また、通気管４１の下降管部４３の出口４４の下方には、出口４４から流出した不凍液を受入れる回収器の一例であるロート部材４５が配置され、ロート部材４５の底部にはホース４６が接続され、回収缶４６ａと連通している。通気管４１を上昇管部４２と下降管部４３とで構成することで、上昇管部４２内を移動する不凍液の蒸発物を給水配管３７内の水で冷却することができ、上昇管部４２内で蒸発物を効率的に凝縮させると共に、凝縮した不凍液を上昇管部４２の内面に沿って下方に移動させ熱媒補助タンク２０内に戻すことができる。

図３（Ａ）、（Ｂ）に第１、第２の変形例に係る通気管４７、４８を示す。第１の変形例に係る通気管４７は、自然冷却される上昇管部４９が、らせん状に形成されている。これによって、上昇管部４９の長さが長くなって不凍液の蒸発物が上昇管部４９内を移動する時間が長くなって、上昇管部４９内での不凍液の蒸発物の凝縮を促進することができる。第２の変形例に係る通気管４８は、強制冷却される上昇管部５０が、貯湯タンク１１の下部に水を供給する給水配管３７の回りにらせん状に巻き付けられている。これによって、上昇管部５０の長さが長くなって不凍液の蒸発物が上昇管部５０内を移動する時間を長くすることができると共に、上昇管部５０内を移動する不凍液の蒸発物を給水配管３７内を移動する水で冷却することができ、上昇管部５０内での不凍液の蒸発物の凝縮を更に促進することができる。

続いて、本発明の第1の実施の形態に係る太陽熱温水装置１０の作用について説明する。
制御装置は時刻を常時確認し、現在時刻が集熱判定時間帯の集熱判定開始時刻に達すると、循環ポンプ１７をオンして、太陽熱集熱器１３内の不凍液を、戻り配管１５の一部、三方弁３３、バイパス路３２、熱媒貯留タンク１６、及び往き配管１４の一部の経路を用いて循環させ、熱媒戻りサーミスタ３４で不凍液の温度を測定し、貯湯タンク１１内の下端部に配置された水温測定サーミスタで測定された貯湯タンク１１内の水の温度との温度差が５℃以上であるかを判定し、温度差が５℃以上の場合を集熱運転可と判定する。

そして、集熱運転可の場合、制御装置は三方弁３３を貯湯タンク１１側にしてバイパス路３２と戻り配管１５を非連通状態とし、不凍液を戻り配管１５を介して熱交換部１２に供給する。これにより、太陽熱集熱器１３で加熱された不凍液が熱交換部１２に供給され、貯湯タンク１１内の水が熱交換部１２を介して不凍液で加熱される集熱運転の状態になる。ここで、集熱運転中、制御装置は不凍液の温度と貯湯タンク１１内の水の温度との温度差が５℃以上であるか否かを常時確認している。そして、温度差が５℃未満になると、制御装置は集熱運転不可と判定し、三方弁３２をバイパス路３２側にしてバイパス路３２と戻り配管１５を連通状態にし、循環ポンプ１７を停止する。

集熱運転を開始すると、熱媒循環路１８内を不凍液が循環し、熱媒貯留タンク１６内に一時貯留される不凍液の温度は徐々に上昇していく。このため、熱媒貯留タンク１６内の不凍液は徐々に膨張し、熱媒貯留タンク１６内では、不凍液で第１の弁体２７の下面が押圧されて第１の弁体２７の下面が内フランジ２５の上面から離脱する。その結果、第１の弁体２７と内フランジ２５との間に形成された隙間から不凍液が第１の弁体２７の上方に移動し、連通管２４を介して熱媒補助タンク２０に流入する。これにより、熱媒貯留タンク１６内の不凍液の圧力が上昇するのを防止できる。

集熱運転が停止すると、熱媒循環路１８内での不凍液の循環は停止するため、熱媒貯留タンク１６内に貯留される不凍液の温度は徐々に低下し、熱媒貯留タンク１６内の不凍液は収縮して、熱媒貯留タンク１６内は負圧状態になる。このため、第２の弁体３０が熱媒貯留タンク１６内に引き込まれ、第２の弁体３０が第１の弁体２７の下面から離脱する。その結果、熱媒貯留タンク１６は、貫通孔２８を介して第１の弁体２７の上方部と連通し、更に、連通管２４を介して熱媒補助タンク２０と連通する。そして、熱媒補助タンク２０は密閉構造となって、熱媒補助タンク２０内は通気管４１を介して大気開放されているため、大気圧と熱媒貯留タンク１６内との圧力差に基づいて熱媒補助タンク２０から不凍液が連通管２４を介して吸い上げられ第１の弁体２７の上方を通過して熱媒貯留タンク１６内に流入して、熱媒循環路１８内を不凍液で満たすことができる。

熱媒補助タンク２０内の不凍液の温度は、集熱運転中では３０〜８５℃、集熱運転停止中では−１０〜３０℃となる。このため、熱媒補助タンク２０内の不凍液は、集熱運転中あるいは集熱運転停止中に徐々に蒸発し、不凍液の蒸発物は、熱媒補助タンク２０内の空気と共に、熱媒補助タンク２０の天井部に接続された通気管４１内を移動して外部に流れ出ようとして、先ず、上昇管部４２内に進入する。ここで、上昇管部４２は、貯湯タンク１１に水を供給する給水配管３７に接触させて配置されているので、上昇管部４２の壁部は給水配管３７内を流れる水で冷却されている。このため、上昇管部４２内を上昇する不凍液の蒸発物は、上昇管部４２の壁部と接触して徐々に冷却され、凝縮して不凍液の液滴となって上昇管部４２の壁部に付着する。そして、付着した不凍液の液滴は重力の作用で上昇管部４２の壁部を下方に移動し、熱媒補助タンク２０内に落下する。ここで、上昇管部４２の壁部に不凍液の蒸発物が凝縮して不凍液の液滴が形成されると、上昇管部４２内を移動する不凍液の蒸発物は上昇管部４２の壁部に付着している不凍液の液滴に接触して捕捉されるので、蒸発物の捕集効率を更に向上させることができる。これによって、熱媒補助タンク２０内を通気管４１を介して大気開放していても、不凍液の蒸発を防いで不凍液の濃度が変化することを防止でき、不凍液の流動性を維持することができる。その結果、熱媒循環路１８内で不凍液の循環量が安定し、加熱効率及び省エネ性の高い運転を長期間行うことができる。

また、通気管４１の下降管部４３の出口４４の下方には、出口４４から流出した不凍液を受入れるロート部材４５が配置され、ロート部材４５の底部にはホース４６が接続され、回収缶４６ａと連通している。このため、熱媒補助タンク２０内の不凍液の水位が高い場合に、熱媒貯留タンク１６内側から不凍液が多量に流入して、通気管４１の下降管部４３内に不凍液が進入しても、不凍液が外部に流出するのが防止できる。

図４に示すように、本発明の第２の実施の形態に係る太陽熱温水装置５１は、第１の実施の形態に係る太陽熱温水装置１０と比較して、熱媒貯留タンク５２の構成が異なると共に、熱媒補助タンク２０が存在しいないことが特徴となっている。このため、熱媒貯留タンク５２についてのみ説明し、太陽熱温水装置１０と同一の構成部材には同一の符号を付して説明を省略する。

集熱運転を行って熱媒貯留タンク５２内に一時貯留される不凍液の温度が上昇して不凍液の膨張に伴う水位の上昇が生じても、不凍液の熱媒貯留タンク５２からの流出を防止するため、熱媒貯留タンク５２内に予め貯留される不凍液量が調整され、熱媒貯留タンク５２の上部には空間部が形成されている。また、不凍液の熱媒貯留タンク５２内への注入及び不凍液の熱媒貯留タンク５２内からの排出時に使用する開口部５３には蓋５４が取付けられ、熱媒貯留タンク５２は密閉構造となっている。更に、熱媒貯留タンク５２の天井部には強制冷却される通気管５５が設けられている。これによって、通気管５５を介して熱媒貯留タンク５２内を大気開放することができる。

ここで、通気管５５は、上昇管部５６と、上昇管部５６に連結される下降管部５７とを備えている。そして、上昇管部５６は、貯湯タンク１１に水を供給する給水配管３７に沿って接触させて配置されている。また、通気管５５の下降管部５７の出口５８の下方には、出口５８から流出した不凍液を受入れる回収器の一例であるロート部材５９が配置され、ロート部材５９の底部にはホース６０が接続され、図示しない回収缶と連通している。通気管５５を上昇管部５６と下降管部５７とで構成することで、上昇管部５６内を移動する不凍液の蒸発物を給水配管３７内の水で冷却することができ、上昇管部５６内で蒸発物を効率的に凝縮させると共に、凝縮した不凍液を上昇管部５６の内面に沿って下方に移動させ熱媒貯留タンク５２内に戻すことができる。

続いて、本発明の第２の実施の形態に係る太陽熱温水装置５１の作用について説明する。なお、太陽熱温水装置５１の作用は、太陽熱温水装置１０の作用と比較して、熱媒貯留タンク５２に基づく作用が特徴となっているので、熱媒貯留タンク５２に基づく作用に関してのみ説明する。

集熱運転を開始すると、熱媒循環路１８内を不凍液が循環し、熱媒貯留タンク５２内に一時貯留される不凍液の温度は徐々に上昇していく。このため、熱媒貯留タンク５２内の不凍液は徐々に膨張し、熱媒貯留タンク５２内の不凍液の水位は上昇する。また、集熱運転が停止すると、熱媒循環路１８内での不凍液の循環は停止するため、熱媒貯留タンク５２内に貯留される不凍液の温度は徐々に低下し、熱媒貯留タンク５２内の不凍液は収縮して、熱媒貯留タンク５２内の水位は低下する。

熱媒貯留タンク５２内の不凍液の温度は、集熱運転中では３０〜８５℃、集熱運転停止中では−１０〜３０℃となる。このため、熱媒貯留タンク５２内の不凍液は、集熱運転中あるいは集熱運転停止中に徐々に蒸発し、不凍液の蒸発物は、熱媒貯留タンク５２内の空気と共に、天井部に接続された通気管５５内を移動して外部に流れ出ようとして、先ず、上昇管部５６内に進入する。ここで、上昇管部５６は貯湯タンク１１に水を供給する給水配管３７に接触させて配置されているので、上昇管部５６の壁部は給水配管３７内を流れる水で冷却されている。このため、上昇管部５６内を上昇する不凍液の蒸発物は、上昇管部５６の壁部と接触して徐々に冷却され、凝縮して不凍液の液滴となって上昇管部５６の壁部に付着する。そして、付着した不凍液の液滴は重力の作用で上昇管部５６の壁部を下方に移動し、熱媒貯留タンク５２内に落下する。これによって、熱媒貯留タンク５２内を通気管５５を介して大気開放していても、不凍液の蒸発を防いで不凍液の濃度が変化することを防止でき、不凍液の流動性を維持することができる。その結果、熱媒循環路１８内で不凍液の循環量が安定し、加熱効率及び省エネ性の高い運転を長期間行うことができる。

また、通気管５５の下降管部５７の出口５８の下方には、出口５８から流出した不凍液を受入れるロート部材５９が配置され、ロート部材５９の底部にはホース６０が接続され、図示しない回収缶と連通している。このため、熱媒貯留タンク５２内の不凍液の水位が高い場合に、熱媒貯留タンク５２内の不凍液が膨張して、通気管５５の下降管部５７内に不凍液が進入しても、不凍液が外部に流出するのが防止できる。

以上、本発明を、実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載した構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。
例えば、第２の実施の形態で、通気管の上昇管部を直線状とせずに、らせん状に形成してもよい。これによって、上昇管部の長さが長くなって不凍液の蒸発物が上昇管部内を移動する時間を長くすることができ、不凍液の蒸発物の凝縮を促進することができる。
また、上昇管部を貯湯タンクの下部に水を供給する給水配管の回りにらせん状に巻き付けてもよい。これによって、上昇管部内を移動する不凍液の蒸発物を給水配管内を移動する水で冷却することができ、上昇管部内での不凍液の蒸発物の凝縮を更に促進することができる。

本発明の第1の実施の形態に係る太陽熱温水装置の説明図である。熱媒貯留タンクの上部制御室に設けられた熱媒制御機構の説明図である。（Ａ）、（Ｂ）は第１、第２の変形例に係る通気管の説明図である。本発明の第２の実施の形態に係る太陽熱温水装置の説明図である。

符号の説明

１０：太陽熱温水装置、１１：貯湯タンク、１２：熱交換部、１３：太陽熱集熱器、１４：往き配管、１５：戻り配管、１６：熱媒貯留タンク、１７：循環ポンプ、１８：熱媒循環路、１９：熱媒制御機構、２０：熱媒補助タンク、２１：上部制御室、２２：接続口、２３：取付け部材、２４：連通管、２５：内フランジ、２６：バネ、２７：第１の弁体、２８：貫通孔、２９：軸部、３０：第２の弁体、３１：蓋部、３２：バイパス路、３３：三方弁、３４：熱媒戻りサーミスタ、３５：熱媒往きサーミスタ、３６：給水制御器、３７：給水配管、３８：逆止弁、３９：不凍液注入口、４０：蓋、４１：通気管、４２：上昇管部、４３：下降管部、４４：出口、４５：ロート部材、４６：ホース、４６ａ：回収缶、４７、４８：通気管、４９、５０：上昇管部、５１：太陽熱温水装置、５２：熱媒貯留タンク、５３：開口部、５４：蓋、５５：通気管、５６：上昇管部、５７：下降管部、５８：出口、５９：ロート部材、６０：ホース

Claims

熱媒を加熱する太陽熱集熱器と、貯湯タンク内に設けられ内部を熱媒が通過する熱交換部と、前記太陽熱集熱器で加熱された熱媒を前記熱交換部へ流す戻り配管と、前記熱交換部を通過した熱媒を前記太陽熱集熱器へ流す往き配管と、前記往き配管に取付けられ前記熱交換部から前記太陽熱集熱器に移動する熱媒を一時貯める熱媒貯留タンクと、前記熱媒貯留タンクの下流側の前記往き配管に取付けられた循環ポンプと、前記熱媒貯留タンクより下方位置に配置された熱媒補助タンクとを有し、前記熱媒貯留タンクの上部制御室には熱媒の膨張時に開いて熱媒を該上部制御室の側壁に設けられた連通管を介して前記熱媒補助タンクに流し、熱媒の収縮時には前記連通管を介して前記熱媒補助タンクから熱媒を吸い上げる熱媒制御機構が設けられた太陽熱温水装置において、
密閉構造の前記熱媒補助タンクの天井部に自然冷却又は強制冷却される通気管を設け、該通気管内で該熱媒補助タンク内の空気及び熱媒の蒸発物を通過させながら該蒸発物を凝縮させて該熱媒補助タンク内に戻し、該空気を外部に放出することを特徴とする太陽熱温水装置。
貯湯タンク内に設けられ内部を熱媒が通過する熱交換部と、熱媒を加熱する太陽熱集熱器と、熱媒を前記熱交換部から前記太陽熱集熱器へ流す往き配管と、熱媒を前記太陽熱集熱器から前記熱交換部へ流す戻り配管と、前記往き配管に取付けられ、上部に空間部が形成されて熱媒の膨張及び収縮による体積変化を吸収する熱媒貯留タンクと、前記熱媒貯留タンクの下流側の前記往き配管に取付けられた循環ポンプとを有する熱媒循環路を備えた太陽熱温水装置において、
密閉構造の前記熱媒貯留タンクの天井部に自然冷却又は強制冷却される通気管を設け、該通気管内で該熱媒貯留タンク内の空気及び熱媒の蒸発物を通過させながら該蒸発物を凝縮させて該熱媒貯留タンク内に戻し、該空気を外部に放出することを特徴とする太陽熱温水装置。
請求項１及び２のいずれか1項に記載の太陽熱温水装置において、前記通気管は、冷却される上昇管部と、該上昇管部に連結される下降管部とを備えていることを特徴とする太陽熱温水装置。
請求項３記載の太陽熱温水装置において、前記上昇管部は、前記貯湯タンクに水を供給する給水配管に沿って配置されていることを特徴とする太陽熱温水装置。
請求項３記載の太陽熱温水装置において、前記上昇管部は、らせん状に形成されていることを特徴とする太陽熱温水装置。
請求項３記載の太陽熱温水装置において、前記上昇管部は、前記貯湯タンクの下部に水を供給する給水配管の回りにらせん状に巻き付けられていることを特徴とする太陽熱温水装置。
請求項１〜６のいずれか1項に記載の太陽熱温水装置において、前記通気管の出口の下方には、該出口から流出した熱媒を受入れる回収器が配置されていることを特徴とする太陽熱温水装置。