JP4034463B2

JP4034463B2 - Solar water heater

Info

Publication number: JP4034463B2
Application number: JP07339699A
Authority: JP
Inventors: 茂伊牟田
Original assignee: 株式会社長府製作所
Priority date: 1999-03-18
Filing date: 1999-03-18
Publication date: 2008-01-16
Anticipated expiration: 2019-03-18
Also published as: JP2000274837A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、太陽熱により風呂や台所などに給湯する太陽熱温水装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、エネルギーの有効利用を図るとともに大気汚染を防止するため、クリーンな太陽エネルギーを活用した太陽熱温水装置が利用されている。
以下に、従来の太陽熱温水装置及びその制御方法について説明する。
図６は従来の太陽熱温水装置を示す構成図である。
図６において、１は内部に集熱機構（図示せず）を有するコレクタ、２はコレクタ１内の水の温度を検出する高温センサ、５は水を供給する給水管、８は逆止弁、９ａは循環ポンプ、９ｂは給湯用送水ポンプ、１１は圧力タンク、１２は圧力スイッチ、１３は温水を出湯する給湯パイプライン、１６は貯湯タンク、１６ａは循環水接続口、１６ｂは出湯口、１８は給水導水管、１９は戻り湯導水管、２０は低温センサ、２１は制御部、２２は往き管、２３は戻り管、２４は水位制御器である。
【０００３】
以上のように構成された太陽熱温水装置について、その接続、動作等を説明する。
図６において、貯湯タンク１６の底部に循環水接続口１６ａを有し、循環水接続口１６ａに循環ポンプ９ａが接続されている。循環ポンプ９ａの出口側は往き管２２を介してコレクタ１に接続され、コレクタ１の出口側は貯湯タンク１６の上部に戻り管２３で接続されている。給水管５は貯湯タンク１６上部のボールタップ等の水位制御器２４に接続されている。一方、給湯側は、貯湯タンク１６上部の出湯口１６ｂに接続された給湯用送水ポンプ９ｂから給湯パイプライン１３を通じ台所・風呂等の蛇口へと接続される。圧力タンク１１は、給湯用送水ポンプ９ｂの吐出側に配設され、内部に空気槽を有しており、空気が圧縮できる性質を利用して給湯用送水ポンプ９ｂが頻繁にオン、オフすることを防止する働きをする。圧力スイッチ１２は、圧力タンク１１又はその近傍に取り付けられ、圧力が上がればオフ、下がればオンとなる。逆止弁８は、給湯用送水ポンプ９ｂと圧力タンク１１の間に取り付けられている。給水導水管１８は、給水管５から供給された水がスムースに貯湯タンク１６の下部に導かれるようになっている。戻り湯導水管１９は、戻り管２３から貯湯タンク１６に戻ってきた水が貯湯タンク１６内の水面をたたくことがないようにしたものである。
図６の太陽熱温水装置では、コレクタ１で水を温め、これを戻り管２３を通じて貯湯タンク１６に集め、この水を循環ポンプ９ａで往き管２２を通じて再びコレクタ１に送り、集熱を繰り返す。制御部２１は通常、高温センサ２と低温センサ２０の検出温度差が一定以上になると循環ポンプ９ａを起動し、温度差が小さくなれば循環ポンプ９ａを停止するように制御する。また、給湯は、給湯用送水ポンプ９ｂを運転し、台所・風呂等へ給湯するようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の太陽熱温水装置では、以下の問題点を有していた。
ａ．貯湯タンク１６とコレクタ１を接続する配管が往き管２２と戻り管２３の２本必要となり、配管が複雑で、生産性に欠けるとともに、設置作業の作業性に欠け、更に美観を損ねるという問題点を有していた。
ｂ．循環ポンプ９ａと給湯用送水ポンプ９ｂの２つのポンプを要するために設備費が高くなるという問題点を有していた。
ｃ．装置が複雑で部品点数が多いため太陽熱温水装置が設置される屋根に重量がかかり、屋根を傷め易いという問題点を有していた。
ｄ．太陽熱温水装置を屋根に設置する際、配管系が複雑で設置作業に多大の作業工数を要するという問題点を有していた。
【０００５】
本発明は、揚水と落水で使用される配管の共通化および循環ポンプと給湯用送水ポンプの共通化を図るとともに配管系を単純化し、部品点数を著しく削減し生産性を向上させるとともに、設置作業の作業性を著しく向上させることができる太陽熱温水装置の提供を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この課題を達成するために本発明の太陽熱温水装置は、太陽熱エネルギーを集熱して水を加熱する集熱機構とその水温を検出する高温センサとを有するコレクタと、コレクタに連設された揚水と落水とで共通して使用される揚水・落水管と、コレクタからの落水が供給される落水口と水が吐出される吐出口と水が供給される給水口と貯蔵水温を検出する低温センサとを有する貯湯タンクと、貯湯タンクに配設され貯湯タンクの高水位を検出する高水位検出手段と、貯湯タンクに配設され貯湯タンクの低水位を検出する低水位検出手段と、貯湯タンクの吐出口に配設された吸込み側パイプラインと、吸込み側パイプラインに吸引側が配設された送水ポンプと、送水ポンプに配設された吐出側パイプラインと、吐出側パイプラインから分岐した給湯パイプラインと、揚水・落水管と吐出側パイプラインの合流部に配設され揚水と落水とを切り替える切替器と、切替器と前記貯湯タンクの落水口とを接続する戻り管と、全体を制御すると共に高水位検出手段および低水位検出手段により貯湯タンクにおける水位を制御する制御部とを有する構成を備えている。
これにより、揚水と落水で使用される配管の共通化および送水ポンプと給湯用送水ポンプとの共通化を図ることができ、配管を単純化しかつ設備費を安価にすることができる太陽熱温水装置が得られる。
【０００７】
【０００８】
【本発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の太陽熱温水装置は、太陽熱エネルギーを集熱して水を加熱する集熱機構とその水温を検出する高温センサとを有するコレクタと、コレクタに連設された揚水と落水とで共通して使用される揚水・落水管と、コレクタからの落水が供給される落水口と水が吐出される吐出口と水が供給される給水口と貯蔵水温を検出する低温センサとを有する貯湯タンクと、貯湯タンクに配設され貯湯タンクの高水位を検出する高水位検出手段と、貯湯タンクに配設され貯湯タンクの低水位を検出する低水位検出手段と、貯湯タンクの吐出口に配設された吸込み側パイプラインと、吸込み側パイプラインに吸引側が配設された送水ポンプと、送水ポンプに配設された吐出側パイプラインと、吐出側パイプラインから分岐した給湯パイプラインと、揚水・落水管と吐出側パイプラインの合流部に配設され揚水と落水とを切り替える切替器と、切替器と貯湯タンクの落水口とを接続する戻り管と、全体を制御すると共に高水位検出手段および低水位検出手段により貯湯タンクにおける水位を制御する制御部とを有する構成を備えている。
この構成により、揚水と落水とを切り替える切替器とコレクタとの間は揚水と落水とで共通して使用される１本の配管としての揚水・落水管で接続され、また切替器により揚水と落水が制御され、送水ポンプは揚水と落水とで共通化されるという作用を有する。
【０００９】
請求項２に記載の太陽熱温水装置は、請求項１に記載の太陽熱温水装置において、制御部は、高温センサによる高温検出温度と低温センサによる低温検出温度との差である検出温度差が第１の所定温度を越えた場合には貯湯タンクを満水とした後に切替器を制御して貯湯タンクの水をコレクタへ揚水し、検出温度差が第２の所定温度よりも下がった場合には切替器を制御してコレクタにおける水の集熱動作を保持し、検出温度差が第３の所定温度を越えるか又は集熱動作の時間が第１の所定時間を越えた場合には切替器を制御してコレクタから貯湯タンクへの落水を第２の所定時間行う構成を有している。
この構成により、コレクタ内の水温の低下が防止され、落水の水温の低下すなわち貯湯タンクの水温の低下が防止されるという作用を有する。
【００１０】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について図１〜図５を用いて説明する。
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１による太陽熱温水装置を示す構成図である。
図１において、１は内部に集熱機構（図示せず）を備え太陽熱エネルギーを集熱して水を加熱すると共にその水温を検出する高温センサ２を備えたコレクタ、１ａはコレクタ１内の圧力に応じて空気が流通する空気弁、３は外部から給水を受けて貯留するとともにコレクタ１への揚水やコレクタ１の温水を貯留する貯湯タンク、３ａは貯湯タンク３にコレクタ１の温水等が落水として供給される落水口、３ｂは貯湯タンク３の水もしくは温水が吐出される吐出口、３ｃは貯湯タンク３の貯水量が減少したときに水が外部から供給される給水口、４ａは貯湯タンク３に配設され貯湯タンク３中の高水位を検出する高水位検出手段としての高水位電極、４ｂは貯湯タンク３に配設され貯湯タンク３中の低水位を検出する低水位検出手段としての低水位電極、５は貯湯タンク３に外部から水を供給する給水管、５ａは給水管５の水の供給を制御する給水電磁弁、６は貯湯タンク３に配設された低温センサとしての缶体サーミスタ、７は貯湯タンク３の吐出口３ｂに配設された吸込み側パイプライン、８は吸込み側パイプライン７に配設された逆止弁、９は吸込み側パイプライン７に吸引側が配設された送水ポンプ、１０は送水ポンプ９に配設された吐出側パイプライン、１１は吐出側パイプライン１０に配設された圧力タンク、１２は圧力タンク１１の配管系に配設された圧力スイッチ、１３は吐出側パイプライン１０から分岐した給湯パイプライン、１３ａは給湯パイプライン１３に配設された給湯水流スイッチ、１４はコレクタ１への揚水と落水とを１本のパイプで行う揚水・落水管、１５はコレクタ１への揚水と落水とを切り替える切替器としての電動弁等からなる三方弁、１５ａ、１５ｂ、１５ｃは三方弁１５の各ポート、１６は三方弁１５と貯湯タンク３の落水口３ａとを接続する戻り管、１７は落水口３ａに連設されて貯湯タンク３に配設され貯湯タンク３内での水たたきを防止する落水導水管、１８は全体を制御する制御部である。なお、高水位検出手段、低水位検出手段としては高水位電極４ａ、低水位電極４ｂの他に、フロートスイッチ、圧力スイッチ等も代用して用いることができる。
【００１２】
以上のように構成された実施の形態の太陽熱温水装置について、以下その制御方法及びその動作を図面を用いて説明する。
図２、図３は図１の太陽熱温水装置の動作を示すメインフローチャート、図４は給湯水流スイッチオン時の処理（給湯水流スイッチオン処理）を示すサブフローチャート、図５は低水位電極が低水位を検知したときの処理（低水位検知処理）を示すサブフローチャートである。
図２において、まず、制御部１８は、高温センサ２で検出されたコレクタ１の水温（高温検出温度）Ｔａと缶体サーミスタ６で検出された貯湯タンク３の水温（低温検出温度）Ｔｂとの差（検出温度差（Ｔａ−Ｔｂ））が第１の所定温度Ａ℃を越えたか否かを判定する（Ｓ１）。すなわち、制御部１８は、高温センサ２からの高温信号ａと缶体サーミスタ６からの低温信号ｂとから検出温度差を算出し、この検出温度差が第１の所定温度Ａ℃を越えたか否かを判定する。検出温度差が第１の所定温度Ａ℃を越えている場合は、ステップ１からステップ２へ移行する。ステップ２では、高水位電極４ａが高水位を検知したか否かを判定する。すなわち、制御部１８は高水位電極４ａから高水位信号ｈを入力し、高水位か否かを判定する。ステップ２で高水位を検知していない場合は制御部１８は開閉信号ｆにより給水電磁弁５ａを「開」状態とし（Ｓ３）、次に高水位電極４ａが高水位を検知したか否かを判定し（Ｓ４）、高水位を検知した場合には給水電磁弁５ａを「閉」としてステップ６へ移行する。
ステップ６では制御部１８は切替信号ｄにより三方弁１５のポート１５ａと１５ｂを接続し、次に圧力スイッチ１２がＯＮか否かを圧力信号ｃにより判定し（Ｓ７）、圧力スイッチ１２がＯＮの場合には起動信号ｅにより送水ポンプ９を起動する（Ｓ８）。
【００１３】
次に、図３において、制御部１８は、高温センサ２の温度Ｔａと缶体サーミスタ６の温度Ｔｂの検出温度差が第２の所定温度Ｂ℃よりも小さいか否かを判定する（Ｓ９）。コレクタ１が低温になった場合、すなわち貯湯タンク３内の水がコレクタ１内に給水された場合は、検出温度差は第２の所定温度Ｂ℃よりも小さい値となり、ステップ９からステップ１０へ移行する。
ステップ１０では制御部１８は切替信号ｄにより三方弁１５を「閉」とし、次に圧力スイッチ１２がＯＦＦか否かを判定し（Ｓ１１）、圧力スイッチ１２がＯＦＦであれば、送水ポンプ９を停止させる（Ｓ１２）。すなわち、コレクタ１における水集熱動作を保持する。
次に、制御部１８は、検出温度差が第３の所定温度Ｃ℃を越えたか否かを判定し（Ｓ１３）、検出温度差が第３の所定温度Ｃ℃を越えていない場合には次に送水ポンプ９の停止からの経過時間が第１の所定時間ｔ１を経過しているか否かを判定する（Ｓ１４）。第１の所定時間ｔ１を経過していない場合にはステップ１３へ戻る。検出温度差が第３の所定温度Ｃ℃を越えたか、あるいは送水ポンプ９の停止からの経過時間が第１の所定時間ｔ１を経過した場合にはステップ１５へ移行する。
ステップ１５では、三方弁１５のポート１５ａと１５ｃを接続し、落水状態とする。次に、三方弁１５のポート１５ａと１５ｃを接続してからの経過時間（つまり落水状態の経過時間）が第２の所定時間ｔ２を経過しているか否かを判定し（Ｓ１６）、落水状態の経過時間が第２の所定時間ｔ２を経過している場合には、三方弁１５を「閉」としてステップ１へ戻る。
ここで、ステップ１〜８は揚水ステップを構成し、ステップ９〜１２は集熱保持ステップを、ステップ１３〜１７は落水ステップを構成する。
【００１４】
図２、３に示すメインフローの動作中において、給湯水流スイッチ１３ａがＯＮになった場合、あるいは低水位電極４ｂが低水位を検知した場合には、いかなる動作中であっても、図４あるいは図５のサブフローへ移行する。
まず、給湯水流スイッチ１３ａがＯＮの場合の処理について図４を用いて説明する。
図４において、まず、制御部１８は、給湯水流スイッチ１３ａからのスイッチ状態信号ｇにより給湯水流スイッチ１３ａがＯＮか否かを判定する（Ｓ２１）。給湯水流スイッチ１３ａがＯＮの場合は次に制御部１８は、制御信号ｄにより三方弁１５を「閉」状態とし（Ｓ２２）、ポンプ制御信号ｅにより送水ポンプ９を起動する（Ｓ２３）。これにより水または温水が給湯パイプライン１３から出湯（出水）される。ステップ２１で給湯水流スイッチ１３ａがＯＦＦと判定したときは、図２、３のメインフローチャートの元のステップへ戻る（Ｓ２４）。なお、出湯水は低温水または高温水であるので、給湯水流スイッチ１３ａの下流側には熱源が配設され、この熱源により出湯水が所定温度となるように制御することが望ましい。次に、低水位電極４ｂが低水位を検知した場合の処理について図５を用いて説明する。
【００１５】
図５において、まず、制御部１８は、低水位電極４ｂからの低水位信号ｉにより低水位になったか否かを判定する（Ｓ３１）。低水位になったと判定した場合には次に制御部１８は、開閉信号ｆにより給水電磁弁５ａを「開」とする（Ｓ３２）。次に制御部１８は、高水位信号ｈにより高水位になったか否かを判定し（Ｓ３３）、高水位になったと判定したときには開閉信号ｆにより給水電磁弁５ａを「閉」とし（Ｓ３４）、図２、３のメインフローチャートの元のステップへ戻る（Ｓ３５）。ステップ３１で制御部１８が低水位になっていないと判定した場合はメインフローチャートの元のステップへ戻る（Ｓ３５）。
【００１６】
以上のように本実施の形態の太陽熱温水装置は構成されているので、以下の作用を有する。
ａ．貯湯タンク３の近傍のパイプライン上に配設された切替器の１種である三方弁１５と、太陽熱エネルギーを集熱して水を加熱すると共に高温センサ２により水温を検出するコレクタ１とをパイプラインの揚水・落水管１４で接続したことにより、揚水と落水とでパイプラインを共通化することができるので、配管系を著しく単純化でき、生産性に優れるとともに、設置作業の作業性に優れるという作用を有する。
ｂ．従来は循環ポンプ９ａと給湯用送水ポンプ９ｂの２つのポンプを要していたのが、１基ですむため設備費を大幅に削減できるという作用を有する。
ｃ．装置全体が単純で部品点数が少ないため太陽熱温水装置が設置される屋根にかかる重量を著しく軽減化でき、屋根を傷め難いという作用を有する。
ｄ．太陽熱温水装置を屋根に設置する際、配管系が単純で設置作業の作業工数を削減できるという作用を有する。
ｅ．制御部１８が高水位電極４ａおよび低水位電極４ｂにより貯湯タンク３における水位を制御するようにしたので、貯湯タンク３の水位、水温の適正な制御が可能になる。
ｆ．揚水と落水とを切り替える切替器１５とコレクタ１との間は揚水と落水とで共通して使用される１本の配管としての揚水・落水管１４で接続され、また切替器１５により揚水と落水が制御され、送水ポンプ９は揚水と落水とで共通化されるという作用を有する。
ｇ．制御部１８は、高温センサ２による高温検出温度Ｔａと低温センサ（缶体サーミスタ）６による低温検出温度Ｔｂとの差である検出温度差が第１の所定温度Ａ℃を越えた場合には貯湯タンク３を満水とした後に切替器１５を制御して貯湯タンク３の水をコレクタ１へ揚水し（ステップ１〜８）、次に検出温度差が第２の所定温度Ｂ℃よりも下がった場合には切替器１５を制御してコレクタ１における水の集熱動作を保持し（ステップ９〜１２）、次に検出温度差が第３の所定温度Ｃ℃を越えるか又は上記集熱動作の時間が所定時間ｔ１を越えた場合には切替器１５を制御してコレクタ１から貯湯タンク３への落水を所定時間ｔ２行う（ステップ１３〜１７）ようにしたので、揚水と落水とを１個の送水ポンプ９で兼ねることができるという作用を有する。
ｈ．コレクタ１内の水温の低下が防止され、落水の水温の低下すなわち貯湯タンク３の水温の低下が防止されるという作用を有する。なお、本発明の実施の形態では高水位検出手段、低水位検出手段を電極棒として説明してきたが、フロートスイッチ、圧力センサ等の水位センサでも同等の作用効果が得られる。
【００１７】
【発明の効果】
本発明の請求項１に記載の太陽熱温水装置によれば、
ａ．パイプラインは、揚水と落水とで共通して使用される揚水・落水管を有することにより、揚水と落水とでパイプラインを共通化することができるので配管を単純化して生産性や設置時の作業性を著しく向上できる。
ｂ．屋根上に設置する機器の重量を低減することができ、さらに貯湯タンクにおける水位を制御することにより、貯湯タンクの水位、温度の適正な制御が可能になる。
【００１８】
請求項２に記載の太陽熱温水装置によれば、請求項１に記載の発明で得られる効果に加えて、
ａ．高温センサによる高温検出温度と低温センサによる低温検出温度との差である検出温度差が第１の所定温度を越えた場合には貯湯タンクを満水とした後に切替器を制御して貯湯タンクの水をコレクタへ揚水し、検出温度差が第２の所定温度よりも下がった場合には切替器を制御してコレクタにおける水の集熱動作を保持し、検出温度差が第３の所定温度を越えるか又は集熱動作の時間が第１の所定時間を越えた場合には切替器を制御してコレクタから貯湯タンクへの落水を第２の所定時間行うことにより、揚水と落水とを１個の送水ポンプで兼ねることができるので、設備費を安価にすることができる。
【００１９】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１による太陽熱温水装置を示す構成図
【図２】図１の太陽熱温水装置の動作を示すメインフローチャート
【図３】図１の太陽熱温水装置の動作を示すメインフローチャート
【図４】給湯水流スイッチＯＮ処理を示すサブフローチャート
【図５】低水位検知処理を示すサブフローチャート
【図６】従来の太陽熱温水装置を示す構成図
【符号の説明】
１コレクタ
１ａ空気弁
２高温センサ
３貯湯タンク
３ａ落水口
３ｂ吐出口
３ｃ給水口
４ａ高水位電極（高水位検出手段）
４ｂ低水位電極（低水位検出手段）
５給水管
５ａ給水電磁弁
６缶体サーミスタ（低温センサ）
７吸込み側パイプライン
８逆止弁
９送水ポンプ
１０吐出側パイプライン
１１圧力タンク
１２圧力スイッチ
１３給湯パイプライン
１３ａ給湯水流スイッチ
１４揚水・落水管
１５三方弁（切替器）
１５ａ、１５ｂ、１５ｃ三方弁（切替器）の各ポート
１６戻り管
１７落水導水管
１８制御部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a solar water heater that supplies hot water to a bath or kitchen by solar heat .
[0002]
[Prior art]
In recent years, solar water heaters using clean solar energy have been used in order to effectively use energy and prevent air pollution.
Below, the conventional solar water heater and its control method are demonstrated.
FIG. 6 is a block diagram showing a conventional solar water heater.
In FIG. 6, 1 is a collector having a heat collecting mechanism (not shown) therein, 2 is a high temperature sensor for detecting the temperature of water in the collector 1, 5 is a water supply pipe for supplying water, 8 is a check valve, 9a is a circulation pump, 9b is a hot water supply pump, 11 is a pressure tank, 12 is a pressure switch, 13 is a hot water supply pipeline for discharging hot water, 16 is a hot water storage tank, 16a is a circulating water connection port, 16b is a hot water outlet, 18 Is a water supply conduit, 19 is a return hot water conduit, 20 is a low-temperature sensor, 21 is a control unit, 22 is a forward tube, 23 is a return tube, and 24 is a water level controller.
[0003]
The connection, operation | movement, etc. are demonstrated about the solar water heating apparatus comprised as mentioned above.
In FIG. 6, a circulating water connection port 16a is provided at the bottom of the hot water storage tank 16, and a circulation pump 9a is connected to the circulating water connection port 16a. The outlet side of the circulation pump 9 a is connected to the collector 1 via the forward pipe 22, and the outlet side of the collector 1 is connected to the upper part of the hot water storage tank 16 by a return pipe 23. The water supply pipe 5 is connected to a water level controller 24 such as a ball tap above the hot water storage tank 16. On the other hand, the hot water supply side is connected to a faucet such as a kitchen or a bath through a hot water supply pipeline 13 from a hot water supply water supply pump 9b connected to a hot water outlet 16b above the hot water storage tank 16. The pressure tank 11 is disposed on the discharge side of the hot water supply water pump 9b, has an air tank therein, and the hot water supply water pump 9b is frequently turned on and off by utilizing the property that air can be compressed. It works to prevent. The pressure switch 12 is attached to the pressure tank 11 or the vicinity thereof, and is turned off when the pressure is increased and turned on when the pressure is decreased. The check valve 8 is attached between the hot water supply pump 9 b and the pressure tank 11. The water supply conduit 18 is configured such that the water supplied from the water supply pipe 5 is smoothly guided to the lower part of the hot water storage tank 16. The return hot water conduit 19 prevents water returned from the return pipe 23 to the hot water storage tank 16 from hitting the water surface in the hot water storage tank 16.
In the solar water heater of FIG. 6, water is heated by the collector 1, collected in the hot water storage tank 16 through the return pipe 23, and this water is sent again to the collector 1 through the forward pipe 22 by the circulation pump 9a to repeat heat collection. The control unit 21 normally controls the circulation pump 9a to start when the detected temperature difference between the high temperature sensor 2 and the low temperature sensor 20 exceeds a certain value, and stops the circulation pump 9a when the temperature difference becomes small. In addition, hot water is supplied to a kitchen, a bath, or the like by operating the hot water supply pump 9b.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional solar water heater has the following problems.
a. The piping connecting the hot water storage tank 16 and the collector 1 requires two pipes, the forward pipe 22 and the return pipe 23, and the piping is complicated, the productivity is poor, the workability of the installation work is lacking, and the aesthetics are impaired. Had.
b. Since two pumps, the circulation pump 9a and the hot water supply water supply pump 9b, are required, there is a problem that the equipment cost becomes high.
c. Since the apparatus is complicated and has a large number of parts, the roof on which the solar water heater is installed is heavy and has a problem that the roof is easily damaged.
d. When the solar water heater is installed on the roof, there is a problem that the piping system is complicated and a large number of work steps are required for the installation work.
[0005]
The present invention aims to make common use of piping used for pumping and falling water and to make the circulation pump and hot water supply pump common, simplify the piping system, remarkably reduce the number of parts, improve productivity, and install work. An object of the present invention is to provide a solar water heater that can remarkably improve the workability.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
To achieve this object, a solar water heater of the present invention comprises a collector having a heat collecting mechanism for collecting solar heat energy to heat water and a high temperature sensor for detecting the water temperature, and pumping water connected to the collector. Pumps and water pipes commonly used for falling water, water outlets to which water from the collector is supplied, outlets to which water is discharged, water supply ports to which water is supplied, and low-temperature sensors for detecting stored water temperature A hot water storage tank, a high water level detection means for detecting a high water level of the hot water storage tank, and a low water level detection means for detecting a low water level of the hot water storage tank provided in the hot water storage tank, and a discharge port of the hot water storage tank A suction side pipeline disposed in the suction side, a water supply pump having a suction side disposed in the suction side pipeline, a discharge side pipeline disposed in the water supply pump, and a supply branched from the discharge side pipeline Controlling a pipeline, a switching device which is disposed in the merging portion on the discharge side pipe line and pumping-drainage tube switching between pumping and drainage Prefecture, a return pipe connecting the drainage opening of the hot water storage tank and switch, the entire And a control unit that controls the water level in the hot water storage tank by the high water level detection means and the low water level detection means.
As a result, the solar water heater that can simplify the piping and reduce the equipment cost can be achieved by making the piping used for pumping and falling water common and the water pump and the water pump for hot water supply common. can get.
[0007]
[0008]
[Embodiments of the Invention]
A solar water heater according to claim 1 of the present invention includes a collector having a heat collecting mechanism for collecting solar heat energy to heat water and a high temperature sensor for detecting the water temperature, and pumping water and falling water connected to the collector. Pumping / falling pipes used in common, a water outlet for supplying water from the collector, a water outlet for discharging water, a water inlet for supplying water, and a low temperature sensor for detecting the stored water temperature. A hot water storage tank, a high water level detecting means for detecting the high water level of the hot water storage tank disposed in the hot water storage tank, a low water level detecting means for detecting a low water level of the hot water storage tank disposed in the hot water storage tank, and a discharge port of the hot water tank Suction side pipeline arranged, water pump with suction side arranged on suction side pipeline, discharge side pipeline arranged in water feed pump, hot water supply pipe branched from discharge side pipeline And in a switch that is disposed in the merging portion on the discharge side pipe line and pumping-drainage tube switching between pumping and drainage Prefecture, a return pipe connecting the drainage port of the switch and the hot water storage tank, high controls the entire And a control unit that controls the water level in the hot water storage tank by the water level detection means and the low water level detection means.
With this configuration, the switch that switches between pumping and falling water and the collector are connected by a pumping / falling pipe as a single pipe that is commonly used for pumping and falling water. It is controlled, and the water pump has the effect that it is shared by pumping and falling water.
[0009]
The solar water heater according to claim 2 is the solar water heater according to claim 1, wherein the controller has a first detection temperature difference which is a difference between a high temperature detection temperature by the high temperature sensor and a low temperature detection temperature by the low temperature sensor. When the temperature exceeds a predetermined temperature, the hot water storage tank is filled, and then the switch is controlled to pump the water in the hot water storage tank to the collector, and when the detected temperature difference falls below the second predetermined temperature, the switch To maintain the heat collecting operation of the water in the collector, and when the detected temperature difference exceeds the third predetermined temperature or the time of the heat collecting operation exceeds the first predetermined time, the switch is controlled. Thus, the water is dropped from the collector to the hot water storage tank for a second predetermined time.
With this configuration, the water temperature in the collector is prevented from being lowered, and the water temperature is lowered, that is, the water temperature in the hot water storage tank is prevented from being lowered.
[0010]
[0011]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS.
(Embodiment 1)
1 is a configuration diagram showing a solar water heater according to Embodiment 1 of the present invention.
In FIG. 1, a collector 1 is provided with a heat collecting mechanism (not shown) inside, collects solar thermal energy to heat water, and includes a high-temperature sensor 2 that detects the water temperature, and 1 a indicates the pressure in the collector 1. The air valve 3 through which air circulates in response is received and stored from the outside, and the hot water storage tank 3 stores the pumped water to the collector 1 and the hot water of the collector 1, and the hot water of the collector 1 falls into the hot water storage tank 3. Water supply port 3b is a discharge port from which hot water or hot water is discharged from hot water storage tank 3, 3c is a water supply port from which water is supplied from the outside when the amount of water stored in hot water storage tank 3 is reduced, and 4a is hot water storage tank 3. The high water level electrode 4b as a high water level detecting means for detecting the high water level in the hot water storage tank 3 is provided as a low water level detecting means for detecting the low water level in the hot water storage tank 3 provided in the hot water tank 3. A reference electrode, 5 is a water supply pipe for supplying water to the hot water storage tank 3 from the outside, 5a is a water supply electromagnetic valve for controlling the supply of water in the water supply pipe 5, and 6 is a can body as a low temperature sensor disposed in the hot water storage tank 3. The thermistor, 7 is a suction side pipeline disposed in the discharge port 3b of the hot water storage tank 3, 8 is a check valve disposed in the suction side pipeline 7, and 9 is a suction side disposed in the suction side pipeline 7. A water supply pump, 10 is a discharge side pipeline provided in the water supply pump 9, 11 is a pressure tank provided in the discharge side pipeline 10, and 12 is a pressure switch provided in a piping system of the pressure tank 11. Reference numeral 13 denotes a hot water supply pipeline branched from the discharge side pipeline 10, 13a denotes a hot water flow switch disposed in the hot water supply pipeline 13, and 14 denotes a pumping / falling pipe that performs pumping and draining to the collector 1 with a single pipe. 15 is a three-way valve comprising an electric valve or the like as a switch for switching between pumping and falling water to the collector 1, 15a, 15b and 15c are ports of the three-way valve 15, and 16 is a water outlet 3a of the three-way valve 15 and the hot water storage tank 3. A return pipe 17 is connected to the water outlet 3a and is provided in the hot water storage tank 3 to be connected to the water inlet 3a and prevents water splashing in the hot water storage tank 3, and a control unit 18 controls the whole. In addition to the high water level electrode 4a and the low water level electrode 4b, a float switch, a pressure switch, or the like can be used as a substitute for the high water level detection unit and the low water level detection unit.
[0012]
With respect to the solar water heating apparatus of the embodiment configured as described above, the control method and the operation thereof will be described below with reference to the drawings.
2 and 3 are main flowcharts showing the operation of the solar water heater of FIG. 1, FIG. 4 is a sub-flowchart showing a process at the time of hot water flow switch on (hot water flow switch on process), and FIG. 5 is a low water level electrode having a low water level. It is a sub-flowchart which shows a process (low water level detection process) when detecting.
In FIG. 2, the control unit 18 first calculates the water temperature (high temperature detection temperature) Ta of the collector 1 detected by the high temperature sensor 2 and the water temperature (low temperature detection temperature) Tb of the hot water storage tank 3 detected by the can body thermistor 6. It is determined whether or not the difference (detected temperature difference (Ta−Tb)) exceeds the first predetermined temperature A ° C. (S1). That is, the control unit 18 calculates a detected temperature difference from the high temperature signal a from the high temperature sensor 2 and the low temperature signal b from the can thermistor 6, and whether or not the detected temperature difference exceeds the first predetermined temperature A ° C. Determine whether. If the detected temperature difference exceeds the first predetermined temperature A ° C., the process proceeds from step 1 to step 2. In step 2, it is determined whether or not the high water level electrode 4a has detected a high water level. That is, the control unit 18 inputs the high water level signal h from the high water level electrode 4a, and determines whether or not the water level is high. When the high water level is not detected in step 2, the control unit 18 sets the water supply electromagnetic valve 5a to the “open” state by the open / close signal f (S3), and then determines whether or not the high water level electrode 4a has detected the high water level. If it is determined (S4) and a high water level is detected, the water supply solenoid valve 5a is set to "closed" and the process proceeds to step 6.
In step 6, the control unit 18 connects the ports 15a and 15b of the three-way valve 15 by the switching signal d, and then determines whether or not the pressure switch 12 is ON by the pressure signal c (S7), and the pressure switch 12 is ON. In this case, the water pump 9 is activated by the activation signal e (S8).
[0013]
Next, in FIG. 3, the control unit 18 determines whether or not the detected temperature difference between the temperature Ta of the high temperature sensor 2 and the temperature Tb of the can body thermistor 6 is smaller than the second predetermined temperature B ° C. (S9). . When the collector 1 becomes low temperature, that is, when the water in the hot water storage tank 3 is supplied into the collector 1, the detected temperature difference becomes a value smaller than the second predetermined temperature B ° C., and the process proceeds from step 9 to step 10. Transition.
In step 10, the control unit 18 sets the three-way valve 15 to “closed” by the switching signal d, and then determines whether or not the pressure switch 12 is OFF (S11). If the pressure switch 12 is OFF, the water pump 9 is turned off. Stop (S12). That is, the water heat collecting operation in the collector 1 is maintained.
Next, the control unit 18 determines whether or not the detected temperature difference exceeds the third predetermined temperature C ° C (S13), and if the detected temperature difference does not exceed the third predetermined temperature C ° C, the control unit 18 Then, it is determined whether or not the elapsed time from the stop of the water pump 9 has passed the first predetermined time t1 (S14). If the first predetermined time t1 has not elapsed, the process returns to step 13. If the detected temperature difference exceeds the third predetermined temperature C ° C. or if the elapsed time since the stop of the water pump 9 has passed the first predetermined time t1, the routine proceeds to step 15.
In step 15, the ports 15a and 15c of the three-way valve 15 are connected to bring the water into a falling state. Next, it is determined whether or not the elapsed time since the ports 15a and 15c of the three-way valve 15 are connected (that is, the elapsed time of the falling state) has passed the second predetermined time t2 (S16), and the falling state When the second predetermined time t2 has elapsed, the three-way valve 15 is “closed” and the process returns to step 1.
Here, Steps 1 to 8 constitute a pumping step, Steps 9 to 12 constitute a heat collection holding step, and Steps 13 to 17 constitute a water falling step.
[0014]
2 and 3, when the hot water flow switch 13a is turned on or when the low water level electrode 4b detects a low water level, no matter what operation is being performed, The process proceeds to the subflow in FIG.
First, the process when the hot water flow switch 13a is ON will be described with reference to FIG.
In FIG. 4, first, the controller 18 determines whether or not the hot water flow switch 13a is ON based on the switch state signal g from the hot water flow switch 13a (S21). When the hot water flow switch 13a is ON, the control unit 18 next sets the three-way valve 15 to the “closed” state by the control signal d (S22), and starts the water pump 9 by the pump control signal e (S23). Thereby, water or hot water is discharged from the hot water supply pipeline 13 (water is discharged). When it is determined in step 21 that the hot water flow switch 13a is OFF, the process returns to the original step of the main flowchart of FIGS. Since the hot water is low temperature water or high temperature water, a heat source is disposed downstream of the hot water flow switch 13a, and it is desirable to control the hot water to have a predetermined temperature by this heat source. Next, processing when the low water level electrode 4b detects a low water level will be described with reference to FIG.
[0015]
In FIG. 5, first, the control unit 18 determines whether or not a low water level has been reached by a low water level signal i from the low water level electrode 4b (S31). If it is determined that the water level has become low, the controller 18 next opens the water supply electromagnetic valve 5a by the open / close signal f (S32). Next, the control unit 18 determines whether or not the high water level has been reached based on the high water level signal h (S33). When it is determined that the high water level has been reached, the water supply electromagnetic valve 5a is set to “closed” based on the open / close signal f (S34). 2 and 3 return to the original steps of the main flowchart of FIGS. 2 and 3 (S35). If the control unit 18 determines in step 31 that the water level is not low, the process returns to the original step of the main flowchart (S35).
[0016]
Since the solar water heating apparatus of this Embodiment is comprised as mentioned above, it has the following effects.
a. A pipe is connected to a three-way valve 15, which is a type of switch disposed on a pipeline in the vicinity of the hot water storage tank 3, and a collector 1 that collects solar thermal energy to heat the water and detects the water temperature by the high-temperature sensor 2. By connecting with the pumping / falling pipe 14 of the line, it is possible to make the pipeline common to pumping and falling water, so the piping system can be remarkably simplified, and the productivity is excellent, and the workability of the installation work is also excellent. Has an effect.
b. Conventionally, two pumps, ie, a circulation pump 9a and a hot water supply water supply pump 9b are required, but since only one unit is required, the facility cost can be greatly reduced.
c. Since the entire apparatus is simple and the number of parts is small, the weight applied to the roof on which the solar water heater is installed can be remarkably reduced, and the roof is hardly damaged.
d. When the solar water heater is installed on the roof, the piping system is simple and the installation work can be reduced.
e. Since the control unit 18 controls the water level in the hot water storage tank 3 by the high water level electrode 4a and the low water level electrode 4b, the water level and water temperature of the hot water storage tank 3 can be appropriately controlled.
f. The switch 15 for switching between pumping and falling water and the collector 1 are connected by a pumping / falling pipe 14 as one pipe commonly used for pumping and falling water. The water pump 9 is controlled, and has the effect that it is shared by pumping and falling water.
g. When the detected temperature difference, which is the difference between the high temperature detection temperature Ta by the high temperature sensor 2 and the low temperature detection temperature Tb by the low temperature sensor (can body thermistor) 6, exceeds the first predetermined temperature A ° C., the control unit 18 stores hot water. When the tank 3 is full, the switch 15 is controlled to pump the water in the hot water storage tank 3 to the collector 1 (steps 1 to 8), and then the detected temperature difference falls below the second predetermined temperature B ° C. The controller 15 is controlled to maintain the heat collecting operation of the water in the collector 1 (steps 9 to 12), and then the detected temperature difference exceeds the third predetermined temperature C ° C. or the time of the heat collecting operation. When the time exceeds the predetermined time t1, the switch 15 is controlled so that the water is dropped from the collector 1 to the hot water storage tank 3 for the predetermined time t2 (steps 13 to 17). Work that can serve as water pump 9 Having.
h. A decrease in the water temperature in the collector 1 is prevented, and a decrease in the water temperature of the falling water, that is, a decrease in the water temperature in the hot water storage tank 3 is prevented. In the embodiment of the present invention, the high water level detection means and the low water level detection means have been described as electrode rods, but the same effect can be obtained with a water level sensor such as a float switch or a pressure sensor.
[0017]
【The invention's effect】
According to the solar water heater of claim 1 of the present invention,
a. The pipeline has pumping / falling pipes that are commonly used for pumping and falling water, so that the pipeline can be shared between pumping and falling water, simplifying piping and improving productivity and installation work. Can significantly improve the performance.
b. The weight of the equipment installed on the roof can be reduced, and furthermore, by controlling the water level in the hot water storage tank, it is possible to appropriately control the water level and temperature of the hot water storage tank.
[0018]
According to the solar water heater of claim 2, in addition to the effect obtained by the invention of claim 1,
a. When the detected temperature difference, which is the difference between the high temperature detection temperature by the high temperature sensor and the low temperature detection temperature by the low temperature sensor, exceeds the first predetermined temperature, the hot water storage tank is filled and then the switch is controlled to control the water in the hot water storage tank. When the detected temperature difference falls below the second predetermined temperature, the switch is controlled to maintain the heat collecting operation of the water at the collector, and the detected temperature difference exceeds the third predetermined temperature. Or when the time of the heat collecting operation exceeds the first predetermined time, the switch is controlled so that the water is dropped from the collector to the hot water storage tank for the second predetermined time, so Since the water pump can be used as well, the equipment cost can be reduced.
[0019]
[Brief description of the drawings]
1 is a configuration diagram showing a solar water heater according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 2 is a main flowchart showing the operation of the solar water heater shown in FIG. 1. FIG. 3 is a main flowchart showing the operation of the solar water heater shown in FIG. Flowchart [FIG. 4] Sub-flowchart showing hot water flow switch ON processing [FIG. 5] Sub-flowchart showing low water level detection processing [FIG. 6] Configuration diagram showing a conventional solar water heater [Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Collector 1a Air valve 2 High temperature sensor 3 Hot water storage tank 3a Water drop port 3b Discharge port 3c Water supply port 4a High water level electrode (high water level detection means)
4b Low water level electrode (low water level detection means)
5 Water supply pipe 5a Water supply solenoid valve 6 Can body thermistor (low temperature sensor)
7 Suction side pipeline 8 Check valve 9 Water pump 10 Discharge side pipeline 11 Pressure tank 12 Pressure switch 13 Hot water supply pipeline 13a Hot water flow switch 14 Pumping / falling pipe 15 Three-way valve (switch)
15a, 15b, 15c Ports of three-way valve (switcher) 16 Return pipe 17 Falling water guide pipe 18 Control unit

Claims

A collector having a heat collecting mechanism for collecting solar heat energy to heat water and a high temperature sensor for detecting the water temperature, and a pumping / falling pipe commonly used for pumping water and falling water connected to the collector; A hot water storage tank having a water outlet from which water is supplied from the collector, a water outlet from which water is discharged, a water supply port to which water is supplied, and a low temperature sensor for detecting a stored water temperature, and the hot water tank provided in the hot water tank High water level detection means for detecting the high water level of the hot water storage tank, low water level detection means for detecting the low water level of the hot water storage tank provided in the hot water storage tank, and the suction side provided in the discharge port of the hot water storage tank A pipeline, a water supply pump having a suction side disposed in the suction side pipeline, a discharge side pipeline disposed in the water pump, and a hot water supply pipe branched from the discharge side pipeline A line, a return line for connecting the switch to the disposed merging portion of the pumping-drainage tube and said discharge side pipe line switching between pumping and drainage Prefecture, and the drainage port of the hot water storage tank and the switch, the whole And a controller for controlling the water level in the hot water storage tank by the high water level detecting means and the low water level detecting means.

When the detected temperature difference, which is the difference between the high temperature detection temperature by the high temperature sensor and the low temperature detection temperature by the low temperature sensor, exceeds a first predetermined temperature, the control unit switches the hot water storage tank after the water is full. And when the detected temperature difference falls below a second predetermined temperature, the switch is controlled to collect water in the collector. And when the detected temperature difference exceeds a third predetermined temperature or the time of the heat collecting operation exceeds a first predetermined time, the switch is controlled to transfer the collector to the hot water storage tank. The solar water heater according to claim 1, wherein the water is dropped for a second predetermined time.