JP3913077B2 - 太陽熱暖房装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術の分野】
本発明は、太陽熱と補助熱源とを選択的に熱源として室内の暖房を行う太陽熱暖房装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、太陽熱又は補助熱源を利用して室内の暖房を行う装置が数多く提案されている。これらの従来の装置は、なるべく太陽熱を利用して補助熱源を利用しないですむように、太陽熱を集熱する集熱器や集熱器により加熱された温水を貯蔵する貯湯槽の容量をある程度大型なものとしていた。このように、集熱器等の機器を大型なものとすることにより、冬季においても太陽熱による暖房を行うことができるようにしていた。
【0003】
しかしながら、集熱器等の機器を大型にすると設置場所に問題が生じると共に設備費用がかさむという不都合があった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
本願発明者等が、従来の太陽熱暖房装置において、実際の暖房に必要な熱量(暖房負荷)の時間的な変化を観測したところ、暖房負荷が高くなるのは主に室温が低い状態から通常の室温となるまで加熱する場合であって、一度通常の室温に加熱された後は低い暖房負荷で室温が保たれていた。また、1年のうちの暖房が行われている期間を通して見ると、暖房負荷が低い状態が全体の7〜8割を占めていることを知見した。
【0005】
本発明は、太陽熱暖房装置の改良を目的とし、さらに詳しくは上記実情に鑑み設備を大型化することなく効率よく太陽熱を利用することができる太陽熱暖房装置を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明の太陽熱暖房装置は、太陽熱と補助熱源とを選択的に熱源として室内の暖房を行う太陽熱暖房装置であって、以下の特徴を備えている。
【0007】
まず、太陽熱を利用して温水を加熱する太陽熱加熱手段と、前記太陽熱加熱手段と並列に設けられ補助熱源となる温水ボイラと、室内を加熱する暖房用放熱器と、前記太陽熱加熱手段と前記温水ボイラとを切り替える切替弁と、室温に応じて前記暖房用放熱器に供給される温水の流量を調節する放熱器流量弁とを備える。
【0008】
また、前記太陽熱加熱手段により加熱された温水の温度を検出する第1温度センサと、前記放熱器流量弁の上流側の温水の温度を検出する第2温度センサと、前記放熱器流量弁の下流側の温水の温度を検出する第3温度センサと、前記第1乃至第3温度センサと前記切替弁とが電気的に接続され前記切替弁の切替を行う制御手段とを備える。
【0009】
そして、前記制御手段は、前記第2温度センサにより検出される温度と前記第3温度センサにより検出される温度との差が所定の基準温度差以下であり、前記第1温度センサにより検出される温度が所定の暖房可能温度以上であるときは、前記切替弁により前記太陽熱加熱手段と前記暖房用放熱器とを接続する。一方、前記第2温度センサにより検出される温度と前記第3温度センサにより検出される温度との差が前記基準温度差を超えているとき、又は前記第1温度センサにより検出される温度が前記暖房可能温度未満であるときは前記切替弁により前記温水ボイラと前記暖房用放熱器とを接続する。
【0010】
本発明の太陽熱暖房装置においては、暖房負荷の大小は前記第2温度センサと前記第3温度センサとにより検出される温度の差により判定している。例えば、室温が高くなると暖房負荷が小さくなるが、この場合は前記暖房用放熱器側に流れる温水の量が少なくなる。すると、前記第3温度センサにより検出される温度と前記第2温度センサにより検出される温度との差が小さくなる。逆に、室温が低いときは暖房負荷が高くなるが、この場合は前記暖房用放熱器に流れる温水の量が多くなるため、暖房用放熱器による熱量の消費によって前記第3温度センサにより検出される温度と前記第2温度センサにより検出される温度との差が大きくなる。
【0011】
本発明の太陽熱暖房装置は、暖房負荷が小さく、前記太陽熱加熱手段により加熱される温水の温度が所定の暖房可能温度以上であれば太陽熱を利用した暖房を行う。一方、暖房負荷が高い場合や前記太陽熱加熱手段の温度が前記暖房可能温度未満であれば前記補助熱源による暖房を行う。このように、本発明の太陽熱暖房装置は、暖房負荷が低いときのみ太陽熱を利用した暖房を行い、暖房負荷が高いときは太陽熱による暖房を行わずに補助熱源による暖房を行う。従って、太陽熱による暖房の際には多くの熱量を必要としないので、集熱器や貯湯槽等の設備を大型化する必要がなく、設備費用を低く抑えることができる。また、このような構成とした場合であっても、暖房を必要とする期間中の約7〜8割は太陽熱を利用することができるので、補助熱源による燃料消費も押さえることができる。
【0012】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の太陽熱暖房装置の実施形態の一例について、図1乃至図3を参照して説明する。図1は本発明の実施形態の一例である太陽熱暖房装置を示す構成図、図2は太陽熱暖房装置の電気的構成を示すブロック図、図3は太陽熱暖房装置の作動を示すフローチャートである。
【0013】
本実施形態の太陽熱暖房装置1は、図1に示すように、太陽熱を利用して温水の加熱を行う太陽熱加熱手段2と、補助熱源である温水ボイラ3と、暖房用放熱器であるパネルヒータ4とを備えている。また、後述する太陽熱加熱手段2の加熱用熱交換器14とパネルヒータ4とは太陽熱温水回路5によって接続されている。この太陽熱温水回路5には、加熱用熱交換器14と温水ボイラ3とが並列となるように補助熱源温水回路6が接続されている。
【0014】
太陽熱加熱手段2は、図1に示すように、住宅の屋根等に設置されて太陽熱の集熱を行う集熱器8と、太陽熱により加熱された温水を貯蔵する貯湯槽9と、集熱器8により集熱された太陽熱によって貯湯槽9内の温水を加熱する集熱用熱交換器10とを有しており、これらの機器が集熱用温水回路11によって接続されている。この集熱用温水回路11には、集熱用温水回路11内の温水を循環させる集熱用ポンプ12と、集熱用温水回路11内の圧力の変化を吸収するための膨張タンク13とが設けられている。また、貯湯槽9には、太陽熱温水回路5に接続されて内部の温水を加熱する加熱用熱交換器14が設けられている。また、貯湯槽9内の上方部分の温水の温度を検出する第1温度センサ15と、集熱器8内の温水の温度を検出する集熱温センサ16が設けられている。
【0015】
太陽熱温水回路5には、加熱用熱交換器14の吐出側と温水ボイラ3の吐出側とを接続する三方切替弁17が設けられており、その三方切替弁17の下流側には太陽熱温水回路5内の温水を循環させる循環ポンプ18が設けられている。また、パネルヒータ4はバイパス路19aが内蔵されている放熱器流量弁19を介して太陽熱温水回路5に接続されている。この放熱器流量弁19には室温に応じてパネルヒータ4に供給される温水の流量を調節するためのサーモバルブ19bが装着されている。
【0016】
補助熱源温水回路6には、温水ボイラ3の他に温水回路内の圧力の変化を吸収するための膨張タンク20が設けられている。
【0017】
また、本実施形態の太陽熱暖房装置1においては、太陽熱温水回路5において放熱器流量弁19の上流側に設けられ、パネルヒータ4に供給される温水の温度を検出する第2温度センサ21が設けられている。また、太陽熱温水回路5の放熱器流量弁19の下流側には、パネルヒータ4から還流される温水の温度を検出する第3温度センサ22が設けられている。
【0018】
尚、本実施形態の太陽熱暖房装置1においては、パネルヒータ4、集熱器8、貯湯槽9、温水ボイラ3、三方切替弁17、放熱器流量弁19、温水ボイラ3、集熱用ポンプ12、循環ポンプ18等の各機器は、従来より用いられているものと同様の構成であるので、詳細な説明は省略する。
【0019】
次に、本実施形態の太陽熱暖房装置1の電気的構成について図2を参照して説明する。本実施形態の太陽熱暖房装置1は、コントローラ24によって制御されている。このコントローラ24には、第1温度センサ15と第2温度センサ21と第3温度センサ22と集熱温センサ16の各センサが接続されている。また、コントローラ24には、三方切替弁17と循環ポンプ18と集熱用ポンプ12とが接続されている。
【0020】
次に、本実施形態の太陽熱暖房装置1の作動について図3を参照して説明する。まず、使用者により図示しない運転スイッチがONにされると、コントローラ24は循環ポンプ18の作動を開始し、太陽熱暖房装置1の運転が開始される(STEP1)。
【0021】
ここで、太陽熱加熱手段2においては、コントローラ24によって第1温度センサ15と集熱温センサ16との温度差を検出し、集熱器8の温度が貯湯槽9の温度よりも所定温度(例えば7℃)高い場合に集熱用ポンプ12を作動させる。これにより、集熱器8により集熱された太陽熱が集熱用熱交換器10によって貯湯槽9に蓄えられる。
【0022】
一方、循環ポンプ18から吐出された温水は放熱器流量弁19を介してパネルヒータ4に供給されるが、放熱器流量弁19においては、サーモバルブ19bによって室温に応じた量の温水がパネルヒータ4に送られる(STEP2)。運転開始時においては室温が低い場合が多いため、放熱器流量弁19によって太陽熱温水回路5内の温水の多くがパネルヒータ4に送られバイパス路19aを介して還流される温水は少なくなる。
【0023】
次に、コントローラ24は、第1温度センサ15、第2温度センサ21、及び第3温度センサ22によってそれぞれの温水の温度を検出する(STEP3)。このとき、コントローラ24は、第2温度センサ21からの温度データと第3温度センサ22からの温度データとを比較してその差、即ち暖房負荷を計算する(STEP4)。すると、パネルヒータ4によって多くの熱量が消費されるので、第2温度センサ21により検出される温度に比べて第3温度センサ22により検出される温度は大幅に低くなる。
【0024】
このように、運転開始時等は暖房負荷が高くなるので、第2温度センサ21と第3温度センサ22との温度データの差が所定の基準温度差(例えば5℃)を越えることとなる(STEP5でNO)。このように暖房負荷が大きい場合は、コントローラ24は三方切替弁17によって温水ボイラ3とパネルヒータ4とを接続する(STEP9)。これにより、太陽熱温水回路5内の温水は、温水ボイラ3によって加熱され、循環ポンプ18によってパネルヒータ4に送られ、パネルヒータ4によって室内の暖房が行われる。また、第1温度センサ15により検出される温度が所定の暖房可能温度(例えば45℃)未満の場合(STEP6でNO)であっても、コントローラ24は三方切替弁17によって温水ボイラ3とパネルヒータ4とを接続する(STEP9)。
【0025】
このように温水ボイラ3によって室内の暖房が行われると室温が徐々に上昇する。すると、サーモバルブ19bによって放熱器流量弁19による流量の調節が行われ、室温の上昇に合わせて徐々にバイパス路19aを通過する温水の量が増加し、パネルヒータ4に供給される温水の量が減少する。
【0026】
このように、パネルヒータ4を通過する温水の量が減少すると、第2温度センサ21により検出される温度と、第3温度センサ22により検出される温度との差が小さくなり、暖房負荷が小さくなる。そして、両者の温度の差が基準温度差以下になったときは(STEP5でYES)、さらに第1温度センサ15の温度データが暖房を行うために必要な温度、即ち暖房可能温度以上であるかどうかを判断する(STEP6)。ここで、第1温度センサ15の温度データが所定の暖房可能温度以上であれば(STEP6でYES)、コントローラ24は三方切替弁17によって加熱用熱交換器14とパネルヒータ4とを接続する(STEP7)。
【0027】
これにより、太陽熱温水回路5内の温水は、加熱用熱交換器14によって加熱され、循環ポンプ18によってパネルヒータ4に送られ、パネルヒータ4によって室内の暖房が行われる。このとき、暖房負荷は小さい状態なので、太陽熱を利用した場合であっても十分暖房を行うことができる。そして、図示しない運転スイッチがOFFにされるまでコントローラ24は暖房運転を継続する(STEP8でNO)。
【0028】
このように、本実施形態の太陽熱暖房装置1によれば、暖房負荷が小さいときに太陽熱を利用した暖房を行い、暖房負荷が大きいときには補助熱源による暖房を行う。従って、太陽熱による暖房の際には多くの熱量を必要としないので、集熱器8や貯湯槽9等の設備を大型化する必要がなく、設備費用を低く抑えることができる。また、このような構成とした場合であっても、暖房を必要とする期間中の約7〜8割は太陽熱を利用することができるので、温水ボイラ3による燃料消費も押さえることができる。
【0029】
尚、上記実施形態においては、暖房用放熱器としてパネルヒータ4を例にして説明したが、これに限らず、室内を暖房するファンコンベクタや床暖房パネル等の暖房機器であってもよい。また、上記実施形態においては、パネルヒータ4に供給される温水の量を調節する手段としてバイパス路19aを備えた放熱器流量弁19を用いているが、これに限らず、バイパス路と別個に流量調節弁を設けてもよい。また、放熱器流量弁19はサーモバルブ19bが一体となっているが、これに限らず、放熱器流量弁19とサーモバルブ19bとを離れた場所に設け、両者をキャピラリチューブで連結してもよい。さらに、別個に温度センサを設けて電気的に放熱器流量弁による流量調節を行ってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態の一例である太陽熱暖房装置を示す構成図。
【図2】太陽熱暖房装置の電気的構成を示すブロック図。
【図3】太陽熱暖房装置の作動を示すフローチャート。
【符号の説明】
1…太陽熱暖房装置、2…太陽熱加熱手段、3…温水ボイラ、4…パネルヒータ(暖房用放熱器)、7…バイパス路、15…第1温度センサ、17…三方切替弁(切替弁)、19…放熱器流量弁、21…第2温度センサ、22…第3温度センサ、24…コントローラ(制御手段)。
Claims (1)
- 太陽熱と補助熱源とを選択的に熱源として室内の暖房を行う太陽熱暖房装置において、
太陽熱を利用して温水を加熱する太陽熱加熱手段と、前記太陽熱加熱手段と並列に設けられ補助熱源となる温水ボイラと、室内を加熱する暖房用放熱器と、前記太陽熱加熱手段と前記温水ボイラとを切り替える切替弁と、室温に応じて前記暖房用放熱器に供給される温水の流量を調節する放熱器流量弁と、
前記太陽熱加熱手段により加熱された温水の温度を検出する第1温度センサと、前記放熱器流量弁の上流側の温水の温度を検出する第2温度センサと、前記放熱器流量弁の下流側の温水の温度を検出する第3温度センサと、前記第1乃至第3温度センサと前記切替弁とが電気的に接続され前記切替弁の切替を行う制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記第2温度センサにより検出される温度と前記第3温度センサにより検出される温度との差が所定の基準温度差以下であり、前記第1温度センサにより検出される温度が所定の暖房可能温度以上であるときは、前記切替弁により前記太陽熱加熱手段と前記暖房用放熱器とを接続し、
前記第2温度センサにより検出される温度と前記第3温度センサにより検出される温度との差が前記基準温度差を超えているとき、又は前記第1温度センサにより検出される温度が前記暖房可能温度未満であるときは前記切替弁により前記温水ボイラと前記暖房用放熱器とを接続することを特徴とする太陽熱暖房装置。
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