JP3680868B2 - 太陽熱給湯設備 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、太陽熱を利用して給湯を行う太陽熱給湯設備に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図２は、従来の太陽熱給湯設備の一例を示すシステム図である。
【０００３】
図中、太陽熱温水器１０に水を供給するための給水管１１が、太陽熱温水器１０の給水口１０ａに接続され、また太陽熱温水器１０から湯を取り出すための給湯管１２が、太陽熱温水器１０の給湯口１０ｂに接続されている。給水管１１には、太陽熱温水器１０よりも低位の位置に減圧弁１３が取り付けられている。
【０００４】
また減圧弁１３の２次側には、太陽熱温水器１０よりも低位の位置で給水管１１と給湯管１２を連通させる連通管１４が設けられ、連通管１４と給湯管１２の連結部には、ミキシングバルブ（湯水混合栓）１５が設けられている。連通管１４と給水管１１の連結部１１ａと、太陽熱温水器１０との間の給水管１１には、減圧弁１３から太陽熱温水器１０への流れを許容し、逆方向の流れを防止する第１の逆止弁１６が設けられている。連通管１４には、給水管１１から給湯管１２への流れを許容し、逆方向の流れを防止する第２の逆止弁１７が設けられている。またミキシングバルブ１５の出口１５ａには、混合水が出ていく方向の流れを許容し、逆方向の流れを防止する第３の逆止弁１８が設けられている。さらに太陽熱温水器１０の出湯口１０ｂには、圧力逃し弁１９が取り付けられてなり、圧力逃し弁１９には、排水用パイプ（図示せず）が連結されており、湯を屋根面に沿って流すようになっている。
【０００５】
この圧力逃し弁１９の設定圧力は、減圧弁１３の設定圧力よりも高くされ、例えば圧力逃し弁１９の設定圧力が、０．９５ｋｇ／ｃｍ² 、減圧弁１３の設定圧力が０．８ｋｇ／ｃｍ² とされる。
【０００６】
このような太陽熱温水器１０に供給された水は、太陽熱で温められて温度が上がると膨張し、太陽熱温水器１０内の水圧が上昇することになるが、水圧が太陽熱温水器１０の出湯口１０ｂに設けられた圧力逃し弁１９の設定圧力に達すると、圧力逃し弁１９から排出用パイプを経て湯が外部に排出され、太陽熱温水器１０内の圧力を低下させる。つまり太陽熱温水器１０内の圧力は、圧力逃し弁１９の設定圧力を越えないようになっている。
【０００７】
このような太陽熱給湯設備においては、水道水が減圧弁１３から給水管１１を通り、太陽熱温水器１０に供給された後、給湯管１２と連通管１４に満たされる。この状態で、日中、一定時間汲み置かれると、太陽熱温水器１０内の水が、太陽熱で加熱されて湯になり、給湯管１２からミキシングバルブ１５の湯口１５ｂ、出口１５ａ、第３の逆止弁１８を経て外部に取り出される。
【０００８】
このとき太陽熱温水器１０から出ていく湯と同量の水が、給水管１１から太陽熱温水器１０に供給される。また減圧弁１３を通った水は、ミキシングバルブ１５の水口１５ｃにも入り、ミキシングバルブ１５内で湯と水が混合されて設定温度の湯が出口１５ａから出ていくことになる。こうして取り出された湯は、直接給湯利用されたり、あるいは雨や雪等で太陽熱温水器１０内の湯が低い時に、ガス、石油給湯機器で追い焚きしてから給湯利用される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで従来から太陽熱温水器は、１ｋｇ／ｃｍ² 以下の圧力で使用されており、例えば上記の太陽熱給湯設備の場合には、太陽熱温水器内の圧力は、圧力逃し弁の設定圧力である０．９５ｋｇ／ｃｍ² を越えることはない。
【００１０】
しかしながら近年、直圧式のガス・石油給湯機器が普及し、また２階での給湯利用あるいは多箇所での同時給湯利用が増えつつあり、これに伴い太陽熱温水器の給湯圧力を高くしなければ十分に機能しなくなってきた。
【００１１】
すなわち圧力が１ｋｇ／ｃｍ² 以下の太陽熱温水器を、直圧式のガス・石油給湯機器に接続すると、台所で湯の出が悪くなったり、シャワーからの湯の出が悪くなるという支障が生じる。
【００１２】
このような事情から太陽熱温水器を１ｋｇ／ｃｍ² 以上の圧力で使うことが望まれているが、このような高い圧力で太陽熱給湯設備を使用すると、湯温が１００℃を越えることがあり、その結果、構成部材の劣化を招きやすくなるという問題が生じる。
【００１３】
例えば図２の太陽熱給湯設備の減圧弁１３の設定圧力を２．５ｋｇ／ｃｍ² 、圧力逃し弁１９の設定圧力を３ｋｇ／ｃｍ² として、貯湯量２４０リットル、有効集熱面積２．７３ｍ² の真空ガラス管式の太陽熱温水器を用い、夏期の晴天日の朝に太陽熱温水器１０内に約３０℃の水道水を供給し、１日中湯を全く使わずに放置すると、太陽熱温水器１０内の湯の最高到達温度は、約８４℃となる。このまま湯を全く使わずに、翌日に持ち越すと、夜間の自然冷却によって翌朝の湯温は、約６０℃になるが、再び翌日が晴天であり、日中全く湯を使わなければ、太陽熱温水器１０内の湯の最高到達温度は、約１１３℃となる。同様にして、３日目も湯を全く使わずに放置すると、太陽熱温水器１０内の湯の最高到達温度は、約１３０℃にもなる。
【００１４】
このように太陽熱温水器１０の性能が良ければ、晴天日が続く時に、湯を全く使わずに放置すると、太陽熱温水器１０内の湯の最高到達温度は、圧力逃し弁１９の設定圧力が飽和蒸気圧になる温度まで上昇することがある。
【００１５】
本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、太陽熱温水器の圧力を１ｋｇ／ｃｍ² 以上にしても、太陽熱温水器内の湯温が、１００℃を越えることがない太陽熱給湯設備を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明の太陽熱給湯設備は、太陽熱を利用して水を温める太陽熱温水器と、太陽熱温水器の給水口に接続して太陽熱温水器に給水するための給水管と、太陽熱温水器の出湯口に接続して太陽熱温水器から湯を取り出すための給湯管とを備えた太陽熱給湯設備であって、上記太陽熱温水器よりも低位の位置で給水管に減圧弁を設け、減圧弁の２次側で、且つ、太陽熱温水器よりも低位の位置に給水管と給湯管を連通させる第１の連通管を設け、第１の連通管と給湯管の連結部にミキシングバルブを設け、第１の連通管よりも太陽熱温水器側で、且つ、太陽熱温水器よりも低位の位置に給水管と給湯管を連通させる第２の連通管を設け、第２の連通管にポンプと第１の温圧弁を設け、太陽熱温水器の出湯口に第２の温圧弁と、太陽熱温水器の湯温を検出してポンプの作動を制御する温度センサーを設けてなり、減圧弁の設定圧力を第１の温圧弁および第２の温圧弁の設定圧力よりも低くし、且つ、第１の温圧弁の設定圧力を第２の温圧弁の設定圧力よりも低くし、ポンプを起動させる温度センサーの設定温度を第１の温圧弁および第２の温圧弁の設定温度よりも低くし、且つ、第１の温圧弁の設定温度を第２の温圧弁の設定温度よりも低くしてなることを特徴とする。
【００１７】
また本発明は、第１の連通管と給水管の連結部と、第２の連通管と給水管の連結部の間の給水管に、減圧弁から太陽熱温水器への流れを許容し、逆方向への流れを防止する第１の逆止弁を設け、第２の連通管に給湯管から給水管への流れを許容し、逆方向への流れを防止する第２の逆止弁を設け、ミキシングバルブの出口付近の給湯管に混合水が出ていく方向の流れを許容し、逆方向の流れを防止する第３の逆止弁を設けてなることを特徴とする。
【００１８】
さらに本発明は、第３の逆止弁の２次側に排水用バルブを設けてなることを特徴とする。
【００１９】
また本発明は、減圧弁の１次側の給水管にストレーナを設けてなることを特徴とする。
【００２０】
さらに本発明は、ポンプを起動させる温度センサーの設定温度を７０℃以上、９０℃以下とすることを特徴とする。
【００２１】
【作用】
本発明の太陽熱給湯設備においては、太陽熱温水器を１ｋｇ／ｃｍ² 以上の圧力で使用しても、夏期の晴天日に２日間以上、湯を全く使わずに放置し、太陽熱温水器内の湯の温度が上昇して、ポンプの起動する温度に達すると、ポンプが作動し、太陽熱温水器内の湯が、給湯管から第２の連通管を経て給水管へと循環する間に冷却される。
【００２２】
しかしながら太陽熱温水器の設置条件、例えば給水管や給湯管の長さが短い場合や、給水管・給湯管に厚肉の断熱材が巻かれ、冷却能力が小さいという条件下では、湯が循環しても徐々に太陽熱温水器内の湯温が上昇することがあるが、その湯温が、第１の温圧弁の設定温度に達すると、第１の温圧弁から湯が排出され、その排出量と同量の水が新たに減圧弁から給水管を経て太陽熱温水器に供給され、湯と混合され湯温を下げることになる。第１の温圧弁は、太陽熱温水器よりも低位の位置に設置され、通常はこれに排水用パイプを連結することによって地面に近いところで、安全に湯を排出させるようにする。
【００２３】
また万一、停電やポンプの故障等で循環機能が働かないときは、太陽熱温水器内の湯温は、太陽熱温水器の出湯口に設けた第２の温圧弁の設定温度まで上昇することになるが、この時にも第２の温圧弁から湯が排出され、その排出量と同量の水が新たに減圧弁から給水管を経て太陽熱温水器に供給され、湯と混合され湯温を下げることになる。すなわち本発明の太陽熱給湯設備では、通常、第１の温圧弁が作動して設定温度以下に湯温を保持するが、第２の温圧弁は、安全対策上、万一の場合を考えて設けられている。
【００２４】
また本発明の太陽熱給湯設備において、第１の連通管と給水管の連結部と、第２の連通管と給水管の連結部の間の給水管に、減圧弁から太陽熱温水器への流れを許容し、逆方向への流れを防止する第１の逆止弁を設け、第２の連通管に給湯管から給水管への流れを許容し、逆方向への流れを防止する第２の逆止弁を設け、ミキシングバルブの出口付近の給湯管に混合水が出ていく方向の流れを許容し、逆方向への流れを防止する第３の逆止弁を設けると、断水時等の不測の事態が生じたときに、水道の本管側への逆流を防止することができる。
【００２５】
また第３の逆止弁の２次側に排水用バルブを設けると、排水用バルブから手動で太陽熱温水器内の湯を抜いたり、この抜いた湯の温度を測定することによって、ミキシングバルブの設定温度の確認をすることができるため好ましい。
【００２６】
さらに減圧弁の１次側の給水管にストレーナを設けると、水道水中のゴミ等の異物を除去してポンプや温圧弁等の異物咬み事故を防止することができるため好ましい。
【００２７】
尚、本発明の太陽熱給湯設備の第１の温圧弁と第２の温圧弁は、温度と圧力の安全弁として作用するものであり、温度調整弁と圧力逃し弁を併用することも可能である。
【００２８】
また本発明の太陽熱給湯設備においては、ポンプを起動させる温度センサーの設定温度が低すぎると、折角太陽熱温水器によって得られた熱量を無駄に捨てることになり、また温度センサーの設定温度が高すぎると、第１の温圧弁の設定温度との差がなくなるため、７０℃以上、９０℃以下にすることが望ましい。
【００２９】
さらに本発明の太陽熱給湯設備においては、第２の温圧弁を複数個設置すると、１つの温圧弁が故障しても、他の温圧弁が正常に働くため、安全性が増すことになる。
【００３０】
【実施例】
以下、本発明の太陽熱給湯設備を実施例に基づいて詳細に説明する。
【００３１】
（実施例１）
図１は、本発明の太陽熱給湯設備を示すシステム図である。尚、図２の太陽熱給湯設備と同じ構成部材については、同一番号を付与した。
【００３２】
太陽熱温水器１０としては、例えば特公平３−５６３８７号に開示されているような内部を真空に保持した透明な長尺円筒状のガラス容器の内部に、外表面に選択吸収膜を被覆形成した円筒状の金属製貯湯容器を同軸状に配置してなる集熱貯湯管を複数本配列したものが使用でき、貯湯量を２４０リットル、有効集熱面積を２．７３ｍ² とした。
【００３３】
この太陽熱温水器１０は、建物の屋根上に所定の傾斜角をもって設置され、給水管１１が太陽熱温水器１０の給水口１０ａに接続され、また給湯管１２が太陽熱温水器１０の出湯口１０ｂに接続されている。給水管１１には、太陽熱温水器１０よりも低位の位置（地面近く）に減圧弁１３が取り付けられ、減圧弁１３の１次側には、ストレーナ２０が設けられ、ストレーナ２０の１次側の給水管１１は、水道の元栓に接続されている。
【００３４】
減圧弁１３の２次側のすぐ近くには、給水管１１と給湯管１２を連通させる第１の連通管２１が設けられ、この第１の連通管２１と給湯管１２の連結部には、ミキシングバルブ１５が設けられている。第１の連通管２１よりも太陽熱温水器１０側で、且つ、太陽熱温水器１０よりも低位の位置に給水管１１と給湯管１２を連通させる第２の連通管２２が設けられ、第２の連通管２２にはポンプ２３と第１の温圧弁２４が設けられている。さらに第１の温圧弁２４には、排水用パイプ（図示せず）が連結され、湯を地面付近で排出できるようになっている。
【００３５】
太陽熱温水器１０の出湯口１０ｂには、第２の温圧弁２５が設けられていると共に、太陽熱温水器１０内の湯温を検出してポンプ２３の作動を制御する温度センサー２６が挿入されている。第２の温圧弁２５にも、排水用パイプ（図示せず）が連結されており、湯を屋根面に沿って流すようになっている。
【００３６】
第１の連通管２１と給水管１１の連結部１１ａと、第２の連通管２２と給水管１１の連結部１１ｂの間の給水管１１には、減圧弁１３から太陽熱温水器１０への流れを許容し、逆方向の流れを防止する第１の逆止弁２７が設けられ、また第２の連通管２２には、給湯管１２から給水管１１への流れを許容し、逆方向の流れを防止する第２の逆止弁２８が設けられ、ミキシングバルブ１５の出口１５ａ付近の給湯管１２には、ミキシングバルブ１５から混合水が出ていく方向の流れを許容し、逆方向の流れを防止する第３の逆止弁２９が設けられている。また第３の逆止弁２９の２次側の給湯管１２には、排水管３０が連結されており、この排水管３０には、排水用バルブ３１が取り付けられている。
【００３７】
この太陽熱給湯設備の給水管１１と給湯管１２の長さは、各々約１０ｍであり、断熱せずに架橋ポリエチレンパイプで配管してある。またミキシングバルブ１５の設定温度は、給湯用途やガス・石油給湯機器の種類に応じて適宜決められるが、一般には３０〜６５℃に湯温が調整される。
【００３８】
次にこの太陽熱給湯設備の使用例を説明する。
【００３９】
まず減圧弁１３の設定圧力を２．５ｋｇ／ｃｍ² 、第１の温圧弁２４の設定圧力を３．０ｋｇ／ｃｍ² 、第２の温圧弁２５の設定圧力を３．５ｋｇ／ｃｍ² とした。またポンプ２３を制御する温度センサー２６の設定温度を、８０℃でポンプ２３を起動し、７５℃でポンプ２３を停止するようにした。さらに第１の温圧弁２４の設定温度を９０℃、第２の温圧弁２５の設定温度を９５℃とした。
【００４０】
こうして夏期の晴天日の朝、約３０℃の水道水を減圧弁１３から給水管１１を通して太陽熱温水器１０内に供給し、湯を全く使わずに放置すると、午後には、太陽熱温水器１０内の湯が８０℃になり、温度センサー２６が８０℃を検出し、ポンプ２３が作動した。
【００４１】
ポンプ２３が作動した場合の湯の循環経路は、ポンプ２３→第２の連通管２２→給水管１１→太陽熱温水器１０→給湯管１２→第２の連通管→ポンプ２３であり、循環流量は、約８リットル／分とした。そして夕方、太陽熱温水器１０内の湯温が下がり、７５℃になると、再び温度センサー２６が７５℃を検出し、ポンプ２３が停止した。
【００４２】
尚、ポンプ運転中の太陽熱温水器１０内の湯の最高到達温度は、約８１℃であり、またこの日の日射量は、約４８００ｋｃａｌ／ｍ² ・ｄａｙであった。
【００４３】
そしてこのまま夜間も湯を使わずに放置すると、自然冷却され、翌朝の湯温は約６３℃となった。さらにこのまま湯を使わずに放置すると、正午前に太陽熱温水器１０内の湯温が８０℃となり、温度センサー２６が８０℃を検出し、ポンプ２３が作動した。夕方、太陽熱温水器１０内の湯温が下がり、７５℃になると、再び温度センサー２６が検出してポンプ２３が停止した。
【００４４】
尚、ポンプ運転中の太陽熱温水器１０内の湯の最高到達温度は、約８６℃であり、この日の日射量は約５２００ｋｃａｌ／ｍ² ・ｄａｙであった。
【００４５】
（実施例２）
給水管１１と給湯管１２の長さを各々５ｍとし、それらの周囲に２０ｍｍの厚みの断熱材を全長に亙って巻き付けた以外は、全て実施例１と同じ構成を有する太陽熱給湯設備を作製した。
【００４６】
そしてポンプ２３を制御する温度センサー２６の設定温度を８５℃で起動、８０℃で停止するように変更し、ポンプ循環したときの冷却能力を小さくし、しかも晴天日の朝に７０℃の湯を太陽熱温水器１０に供給して強制的に第１の温圧弁２５が作動する状況を作り出した。
【００４７】
このような条件下で、日中、湯を全く使わずに放置すると、約２時間後に太陽熱温水器１０内の湯温が８５℃になり、温度センサー２６が検出してポンプ２３が作動したが、循環中にも徐々に湯温が上昇して９０℃になり、第１の温圧弁２４が作動し、排水用パイプを通して湯が排出された。そしてその排出量と同量の水が給水管１１から太陽熱温水器１０内に入り、湯温を低下させた。この日の太陽熱温水器１０内の湯の最高到達温度は、約９０℃であり、日射量は約５０６０ｋｃａｌ／ｍ² ・ｄａｙであった。
【００４８】
（実施例３）
実施例１と同じ構成を有する太陽熱給湯設備で、停電やポンプ２３の故障を想定してポンプ２３の電源を切り、日中、全く湯を使わずに放置した。すると太陽熱温水器１０内の湯温が８０℃に達しても、ポンプ２３は作動せず、湯温がそのまま上昇し続けた。
【００４９】
ポンプ２３で湯を循環しなければ、第１の温圧弁２４が太陽熱温水器１０内の湯温を検出することができないため、湯温が第１の温圧弁２４の設定温度である９０℃になっても、第１の温圧弁２４は作動しなかった。
【００５０】
そして太陽熱温水器１０内の湯温が９５℃になった時、第２の温圧弁２５が作動し、排水用パイプを通して湯が屋根上に沿って排出され、その排出量と同量の水が給水管１１から太陽熱温水器１０内に入り、湯温を低下させた。この日の太陽熱温水器１０内の湯の最高到達温度は約９５℃であり、日射量は約４９１０ｋｃａｌ／ｍ² ・ｄａｙであった。
【００５１】
【発明の効果】
以上のように本発明の太陽熱給湯設備を使用すると、太陽熱温水器を１ｋｇ／ｃｍ² 以上の圧力で使い、夏期の晴天日２日間以上にわたって湯を使わずに放置しても、ポンプが作動して湯を循環させることによって湯温の上昇を抑えたり、あるいは第１の温圧弁が作動して、高温の湯を外部に排出することができる。
【００５２】
しかも万一、停電時やポンプの故障時等の異常事態が発生しても、第２の温圧弁が作動して高温の湯を外部に排出するため、太陽熱温水器内の湯温は、１００℃以上にはならない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の太陽熱給湯設備を示すシステム図である。
【図２】従来の太陽熱給湯設備を示すシステム図である。
【符号の説明】
１０ 太陽熱温水器
１１ 給水管
１２ 給湯管
１３ 減圧弁
１５ ミキシングバルブ
２０ ストレーナ
２１ 第１の連通管
２２ 第２の連通管
２３ ポンプ
２４ 第１の温圧弁
２５ 第２の温圧弁
２６ 温度センサー
２７ 第１の逆止弁
２８ 第２の逆止弁
２９ 第３の逆止弁
３１ 排水用バルブ

Claims (5)

1. 太陽熱を利用して水を温める太陽熱温水器と、太陽熱温水器の給水口に接続して太陽熱温水器に給水するための給水管と、太陽熱温水器の出湯口に接続して太陽熱温水器から湯を取り出すための給湯管とを備えた太陽熱給湯設備であって、上記太陽熱温水器よりも低位の位置で給水管に減圧弁を設け、減圧弁の２次側で、且つ、太陽熱温水器よりも低位の位置で給水管と給湯管を連通させる第１の連通管を設け、第１の連通管と給湯管の連結部にミキシングバルブを設け、第１の連通管よりも太陽熱温水器側で、且つ、太陽熱温水器よりも低位の位置に給水管と給湯管を連通させる第２の連通管を設け、第２の連通管にポンプと第１の温圧弁を設け、太陽熱温水器の出湯口に第２の温圧弁と、太陽熱温水器の湯温を検出してポンプの作動を制御する温度センサーを設けてなり、減圧弁の設定圧力を第１の温圧弁および第２の温圧弁の設定圧力よりも低くし、且つ、第１の温圧弁の設定圧力を第２の温圧弁の設定圧力よりも低くし、ポンプを起動させる温度センサーの設定温度を第１の温圧弁および第２の温圧弁の設定温度よりも低くし、且つ、第１の温圧弁の設定温度を第２の温圧弁の設定温度よりも低くしてなることを特徴とする太陽熱給湯設備。
2. 第１の連通管と給水管の連結部と、第２の連通管と給水管の連結部の間の給水管に、減圧弁から太陽熱温水器への流れを許容し、逆方向への流れを防止する第１の逆止弁を設け、第２の連通管に給湯管から給水管への流れを許容し、逆方向への流れを防止する第２の逆止弁を設け、ミキシングバルブの出口付近の給湯管に混合水が出ていく方向の流れを許容し、逆方向への流れを防止する第３の逆止弁を設けてなることを特徴とする請求項１記載の太陽熱給湯設備。
3. 第３の逆止弁の２次側に排水用バルブを設けてなることを特徴とする請求項１記載の太陽熱給湯設備。
4. 減圧弁の１次側の給水管にストレーナを設けてなることを特徴とする請求項１記載の太陽熱給湯設備。
5. ポンプを起動させる温度センサーの設定温度を７０℃以上、９０℃以下とすることを特徴とする請求項１記載の太陽熱給湯設備。

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