JP4631238B2 - 太陽熱利用給湯装置 - Google Patents
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- Y02E70/30—Systems combining energy storage with energy generation of non-fossil origin
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、太陽熱を受熱してその熱量を給湯に利用する太陽熱利用給湯装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の太陽熱利用装置としては、例えば、特開平７−９８４５７号公報に記載されているような太陽熱温水器があった。図４は、前記公報に記載された従来の太陽熱利用した太陽熱温水器を示すものである。
【０００３】
図４において、１は太陽熱温水器、２は貯水タンク、３ガラス板、４は太陽熱集熱器、５は太陽熱温水器１へ水を給水する給水配管、６は貯水タンクの温水を出水する出湯配管である。この構成において、貯水タンク２から太陽熱集熱器４へ送り込まれた水は、ガラス板３を通過する太陽光によって温めることができ、温水として貯水タンク２に蓄えられる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の太陽熱温水器は、水道直圧式にする場合貯水タンクの容量が大きいため減圧弁や圧力逃がし弁（図示せず）などを設けて上限圧力を設定し、この上限圧力に合わせて耐圧形状でタンク板厚も大きくした耐圧設計をする必要があり、太陽熱温水器１が高価になり重量も大きくなるので、一般的にはボールタップ（図示せず）などを設けて貯水量を調節する圧力解放式にしていた。このため、出湯配管６を市水の水道配管に直接接続することができず使用方法が限定されるため、主に浴槽の湯張りのために屋根上の貯水タンク２から温水を落とし込むための給湯装置として用いられ、利用範囲の狭いものとなり、光熱費の節約も風呂利用分に限られるという課題を有していた。
【０００５】
一方、水道配管に直接接続し、キッチン蛇口や風呂シャワーなど各所の端末に給湯接続できるようにした従来の太陽熱利用給湯装置として、図５に示すようなものがあった。
【０００６】
図５において、７は給水源であり、８は減圧弁、９は減圧弁８を介して給水源７に接続された貯湯タンク、１０は貯湯タンク９に設けた圧力逃がし弁、１１は貯湯タンク９内に設けた熱交換器、１２は熱交換器１１と太陽熱集熱器４とをつなぐ循環回路、１３は循環回路１２に設けた循環ポンプである。この構成において、循環回路１２内を流れる水またはブラインなどの熱媒体は、太陽熱集熱器４でガラス板３を通過する太陽光によって加熱されて温水となり、循環ポンプ１３により熱交換器１１に送り込まれて、給水源７に接続された貯湯タンク９内の水を加熱することで給湯用の湯を作ることができる。こうして蓄えられた温水は出湯配管６を介してキッチン蛇口１４や風呂シャワー１５などの各所の端末に接続され、給湯利用される。しかしながら、前記従来の太陽熱利用給湯装置では、その給湯利用量に応じて例えば３００Ｌ以上の大容量耐圧タンクが必要となり、貯湯タンク９のコストが高くなる。また、減圧弁８や圧力逃がし弁１０などを設けて複雑な構成となるため、給湯装置全体の価格も高くなり、高価な機器価格に対して光熱費節約効果が小さくなってしまうという課題を有していた。
【０００７】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、太陽の日射を有効に利用して光熱費を節約するとともに、耐圧タンクを必要とせずに水道配管に直接接続し、キッチン蛇口や風呂シャワーなど各所の端末への給湯接続を簡単構成で実現し、機器価格が安く光熱費の節約効果が大きい太陽熱利用給湯装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記従来の課題を解決するために、本発明の太陽熱利用給湯装置は、給湯器と、蓄熱手段と水道直結された熱交換部とを内部に有する太陽熱集熱器と、前記給湯器と前記太陽熱集熱器とに接続され両者の混合流量比を調節して適温の出湯を行う混合手段、給水源から前記太陽熱集熱器を経て前記混合手段に接続される太陽熱管路と、前記太陽熱管路において前記給水源から前記混合手段に直接接続されるバイパス管路と、前記熱交換部の水温を検出する第一温度検出手段と、前記給水源からの水道水温を検出する第二温度検出手段と、前記太陽熱管路と前記バイパス管路とを切り替える切替手段と備え、前記第一温度検出手段の検知温度Ｔ１と前記第二温度検出手段の検知温度Ｔ２とを比較して前記切替手段を制御し水道水の流通を切り替えるものである。
【０００９】
これによって、簡単構成で太陽熱集熱器からの出湯を水道直圧式にできるので、安価に製作することが可能となる。また、水道直圧式となることによりキッチン蛇口や風呂シャワーなど各所の端末に給湯接続できるので、利用範囲が広がり、太陽熱利用による給湯用燃料とその費用の節約が大きくなる。
【００１０】
特に、日射がなく外気温より水温の高い場合などに給水源からの水道水を熱交換部に流通させると水道水が冷却され低温になってしまうが、バイパス管路を備えているので水道水をバイパス管路に流通させ、水道水が冷却されることで給湯熱量が余分に必要となる損失を防いで光熱費の節約効果を維持できる。
【００１１】
そして、太陽熱集熱器から供給される水道水よりも直接給水源から水道水を導入した方が水温が高い場合、太陽熱集熱器の水温Ｔ１と給水源の水温Ｔ２を比較してＴ１≦Ｔ２であれば、切替手段によりバイパス管路に流通を切り替えることができるので、損失を防いで光熱費の節約効果を維持できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
請求項１に記載の発明は、給湯器と、蓄熱手段と水道直結された熱交換部とを内部に有する太陽熱集熱器と、給湯器と太陽熱集熱器とに接続され両者の混合流量比を調節して適温の出湯を行う混合手段、給水源から前記太陽熱集熱器を経て前記混合手段に接続される太陽熱管路と、前記太陽熱管路において前記給水源から前記混合手段に直接接続されるバイパス管路と、前記熱交換部の水温を検出する第一温度検出手段と、前記給水源からの水道水温を検出する第二温度検出手段と、前記太陽熱管路と前記バイパス管路とを切り替える切替手段と備え、前記第一温度検出手段の検知温度Ｔ１と前記第二温度検出手段の検知温度Ｔ２とを比較して前記切替手段を制御し水道水の流通を切り替えることにより、太陽熱集熱器が太陽の日射を受けているとき、太陽熱集熱器に設けた蓄熱手段に太陽熱を蓄熱させ、給湯使用時に熱交換部に水道水を流通させ蓄熱手段の熱で水道水を加熱するので、簡単構成で太陽熱集熱器からの出湯を水道直圧式にでき、安価に製作することが可能となる。また、水道直圧式となることによりキッチン蛇口や風呂シャワーなど各所の端末に給湯接続できるので、利用範囲が広がり、太陽熱利用による給湯用燃料とその費用の節約が大きくなる。
【００１３】
特に、日射がなく外気温より水温の高い場合などに給水源からの水道水を熱交換部に流通させると水道水が冷却され低温になってしまうが、バイパス管路を備えているので水道水をバイパス管路に流通させ、水道水が冷却されることで給湯熱量が余分に必要となる損失を防いで光熱費の節約効果を維持できる。
【００１４】
そして、太陽熱集熱器から供給される水道水よりも直接給水源から水道水を導入した方が水温が高い場合、太陽熱集熱器の水温Ｔ１と給水源の水温Ｔ２を比較してＴ１≦Ｔ２であれば、切替手段によりバイパス管路に流通を切り替えることができるので、損失を防いで光熱費の節約効果を維持できる。したがって、機器価格が安く光熱費の節約効果が大きい太陽熱利用給湯装置を提供できる。
【００１５】
請求項２に記載の発明は、特に、請求項１に記載の蓄熱手段を相変化を伴う物質にしたことにより、受熱した太陽熱を蓄熱手段に用いた物質の相変化によって蓄熱し、蓄熱手段の温度上昇を伴うことなく比較的低温のまま蓄熱することができるので、蓄熱した太陽熱の放熱を抑制することができる。したがって、集熱効率の高い太陽熱集熱器とすることができ、効率良く集熱した太陽熱が低温であっても混合手段により給湯利用可能となり、光熱費の節約効果が大きい太陽熱利用給湯装置を提供できる。
【００１６】
請求項３に記載の発明は、特に、給湯温度を使用者が設定する温度設定手段と、前記給湯器とは電気的に接続され給湯器による出湯の運転と停止を制御する出湯制御部とを備え、前記出湯制御部は前記第一温度検出手段の検知温度Ｔ１と前記温度設定手段で設定された温度Ｔ３とを比較して出湯制御部により給湯器による出湯の運転と停止を行うようにしたことにより、太陽熱集熱器水温Ｔ１が使用者に設定された給湯温度Ｔ３を越えている場合、すなわちＴ１≧Ｔ３のとき出湯制御部により給湯器の出湯運転を停止し、給水源からの水道水を給湯器から供給できるので、太陽熱集熱器の受熱した太陽熱だけで給湯熱量を供給でき、給湯用燃料の消費なく光熱費を大幅に節約できる。
【００１７】
請求項４に記載の発明は、特に請求項１〜３記載の給湯器を料金の安い深夜電力を利用する夜間蓄熱式の給湯器としたことにより、太陽熱集熱器に蓄熱手段を備えているので、日中の太陽熱を蓄えておき夜間に太陽熱を有効に利用できる。そして、混合手段の駆動に要する僅かな電力と水道圧で給湯できるので、深夜時間帯以外の料金の高い電力を殆ど消費せずに深夜電力で給湯に伴う電力を賄える太陽熱利用給湯装置を提供でき、深夜電力使用による経済性を更に高め、光熱費を大きく節約できる。
【００１８】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。
【００１９】
（実施例１）
図１は本発明の実施例１における太陽熱利用給湯装置の構成図を示すものであり、図２は同太陽熱利用給湯装置の太陽熱集熱器の断面図である。図１、図２において、２１は太陽の日射を受光する太陽熱集熱器で、断熱構成された底板２２と側板２３、および透光板２４とで箱状に形成されており、その内部には熱交換部となる面状に蛇行配列された通水用の蛇行配管２５と、蛇行配管２５を挟んで上下に配設した蓄熱手段である蓄熱材２６が設けてある。蓄熱材２６は、周囲をシールした金属ラミネートフィルムの袋状容器などの偏平容器２７に芒硝などの潜熱蓄熱材を封入して構成されている。２８は給湯器である瞬間形ガス湯沸器であり、給水源２９から導入された水道水を加熱して出湯する。３０は瞬間形ガス湯沸器２８から出湯される水と太陽熱集熱器２１から流入する水を適温に混合するための混合手段である電動混合弁であり、電動混合弁３０の一方は瞬間形ガス湯沸器２８に接続され、他方は給水源２９に接続された太陽熱集熱器２１の蛇行配管２５の出口と接続されて、両者の混合流量比率を調節するようになっている。３１は電動混合弁３０の混合比率を調節するために給湯湯温を検出する給湯湯温センサ、３２は予め設定されている適温（例えば６０℃）に給湯湯温を調節するために給湯湯温センサ３１と電動混合弁３０とに電気的に接続されている制御部、３３は給水源２９から太陽熱集熱器２１を経て電動混合弁３０に至る太陽熱管路、３４は太陽熱管路３３の太陽熱集熱器２１上流から分岐し給水源２９から電動混合弁３０に直接接続されるバイパス管路、３５はバイパス管路の途中に設けて流通を開閉する電磁開閉弁、３６は給水源からの水道水温を検出する入水温度センサ、３７は太陽熱集熱器２１近傍の外気温度を検出する外気温度センサであり、電磁開閉弁３５、入水温度センサ３６、外気温度センサ３７も制御部３２に電気的に接続されている。３８は電動混合弁３０の給湯口につながるキッチン蛇口、３９は風呂シャワーである。
【００２０】
次に、この実施例１の太陽熱利用給湯装置の動作について説明する。日射がある日中に、太陽熱集熱器２１の透光板２４を通過した日射により蓄熱材２６は受熱し、温度が上昇しながら太陽熱を蓄熱していく。そして、使用者がキッチン蛇口３８や風呂シャワー３９を開栓して給湯を始めようとすると、給水源２９である水道に直接接続された太陽熱集熱器２１内を水道圧により水道水が流通する。このとき蛇行配管２５を流れる水道水は上下から挟まれている温度上昇した蓄熱材２６と熱交換し、加温されたのち電動混合弁３０に到達する。一方、ガス瞬間湯沸器２８では開栓とともに燃焼運転が開始され、給水源２９から流入した水道水が加熱されて電動混合弁３０に到達する。電動混合弁３０では、制御部３２が給湯湯温センサ３１の検出値が所定の温度（例えば６０℃）になるように即座に両流路からの混合比率を調節する。例えば、太陽熱集熱器２１からの温度が４０℃、ガス瞬間湯沸器２８からの温度が８０℃であれば、１：１の流量比率になるように調節する。そして所定の温度になった湯は使用者が開栓したキッチン蛇口３８や風呂シャワー３９に到達し、そのままの温度で給湯されたり、説明した給湯経路にも水道圧が加わっているのでツーバルブ式などの混合栓で更に好みの温度に調節されて給湯される。給湯の使用が日没後の夜間であっても、太陽熱集熱器２１に蓄熱材２６を備えているので、太陽熱を給湯に有効利用できる。このように、簡単構成で太陽熱集熱器からの出湯を水道直圧式にできるので、キッチン蛇口３８や風呂シャワー３９に接続できる太陽熱利用給湯装置を安価に製作することが可能となる。また、水道直圧式となることによりキッチン蛇口や風呂シャワーなど各所の端末に給湯接続できるので、利用範囲が広がり、太陽熱利用による給湯用燃料とその費用の節約が大きくなる。したがって、機器価格が安く光熱費の節約効果が大きい太陽熱利用給湯装置を提供できる。
【００２１】
蓄熱材２６には芒硝などの潜熱蓄熱材を用いているので、太陽熱を受熱中に蓄熱材２６がその融解温度（芒硝では３２℃あたり）まで温度上昇すると、その後に受熱する太陽熱は物質の相変化によって蓄熱し、蓄熱材２６の温度上昇を伴うことなく蓄熱し、相変化が終了した後でも受熱があれば温度上昇が再開し比較的低温のまま蓄熱することができるので、蓄熱した太陽熱の外気への放熱損失を抑制することができる。したがって、集熱効率の高い太陽熱集熱器とすることができ、効率良く集熱した太陽熱が低温であっても混合手段を用いることで給湯利用可能となり、光熱費の節約効果が大きい太陽熱利用給湯装置を提供できる。
【００２２】
冬季の天候の悪い日などに、入水温度センサ３６が検出した入水温度と外気温度センサ３７が検出した外気温度を制御部３２が比較して入水温度の方が高いと判定すると、制御部３２は通常閉成されている電磁開閉弁３５を開成する。すると、一般的に太陽熱集熱器２１は屋根上に設置され管路も長いために太陽熱管路３３の流通抵抗が大きいので、給水源２９からの水道水は電磁開閉弁３５を通るバイパス管路３４の方に流れる。このように、冬季の天候の悪い日など日射がなく外気温より水温の高い場合などに、給水源からの水道水を太陽熱集熱器２１の蛇行配管２５に流通させると水道水が冷却され低温になってしまうが、バイパス管路３４を備えているのでバイパス管路に水道水を流通させ、水道水が冷却されることで給湯熱量が余分に必要となる損失を防いで光熱費の節約効果を維持できる。
【００２３】
なお、本実施例では蓄熱材２６として潜熱蓄熱材の一例である芒硝を例に挙げて説明したが、その他の無機水和塩を用いたものでもパラフィンなどの有機系潜熱蓄熱材を用いたものでも同様の作用、効果が得られ、相変化する温度は給湯の利用目的など条件に応じて決定すればよい。本実施例では、相変化を伴う物質を使用することによって蓄熱材２６の温度上昇を抑え太陽熱集熱効率の向上を得たが、相変化しない蓄熱材を利用しても太陽熱を蓄熱することが可能で、簡単構成で水道直圧式の太陽熱利用給湯装置を構成することができる。
【００２４】
また、給湯器として瞬間形ガス湯沸器を例に挙げて説明したが、石油を使用するものや電気を使用するもの、電気式ヒートポンプを使用するものなどでもよい。さらに、給湯温度として予め設定された温度（例えば６０℃）を例に挙げて説明したが、これは太陽熱利用給湯装置に設定されたものでも使用者が何か設定手段を用いて設定した温度でも同様の作用、効果が得られることは明らかである。
【００２５】
（実施例２）
図３は本発明の実施例２における太陽熱利用給湯装置の構成図を示すものである。図３において、４０は給湯器である深夜電力利用夜間蓄熱式の電気温水器、４１は給湯温度を使用者が設定する温度設定手段であるリモコン、４２は蛇行配管２５部の水温を検出する太陽熱集熱器２１に設けた第一温度検出手段である集熱器温度センサ、４３は太陽熱管路３３とバイパス管路３４とを切り替える切替手段である三方弁であり、第二温度検出手段である入水温度センサ３６、集熱器温度センサ４２、三方弁４３は制御部３２に電気的に接続され、リモコン４１も有線あるいは無線で制御部３２に電気的に接続されている。４４は電気温水器４０と電気的に接続され電気温水器４０による出湯の運転と停止を制御する出湯制御部であり、制御部３２の内部に設けられている。
【００２６】
次に、この実施例２の太陽熱利用給湯装置の動作について説明する。使用者がキッチン蛇口３８や風呂シャワー３９を開栓して給湯を始めようとすると、給水源２９である水道に直接接続された太陽熱集熱器２１内を水道圧により水道水が流通しようとする。しかしながら、日射があっても早朝のため太陽熱集熱器が夜間に冷却されている場合など、集熱器温度センサ４２が検出した集熱器水温Ｔ１と入水温度センサ３６が検出した入水温度Ｔ２とを制御部３２が比較して等しいか入水温度Ｔ２の方が高い（Ｔ１≦Ｔ２）と判定すると、制御部３２は通常太陽熱管路３３側に開成されている三方弁４３をバイパス管路３４側に瞬時に切り替え、給水源２９からの水道水は三方弁４３を経てバイパス管路３４の方に流れる。このように、日射があっても早朝のため太陽熱集熱器２１が夜間に冷却されている場合など、太陽熱集熱器２１から供給される水道水よりも直接給水源２９から水道水を導入した方が水温が高い場合、太陽熱集熱器２１の集熱器水温Ｔ１と給水源の入水温度Ｔ２を比較してＴ１≦Ｔ２であれば、制御部３２がバイパス管路３４に流通を切り替えることができるので、損失を防いで光熱費の節約効果を維持できる。
【００２７】
夏季の晴天時などに太陽熱の受熱量が多く、使用者がリモコン４１で設定した温度Ｔ３（例えば３５℃）を超えて太陽熱集熱器２１の集熱器水温Ｔ１が高温（例えば５０℃）になっている場合、すなわちＴ１≧Ｔ３のとき出湯制御部４４により電気温水器４０の貯湯タンク４５からの出湯運転を停止し、貯湯タンク４５をバイパスして給水源２９からの水道水のみを電気温水器４０から供給するようにできるので、太陽熱集熱器２１の受熱した太陽熱だけで給湯熱量を供給でき、給湯用燃料の消費なく光熱費を大幅に節約できる。
【００２８】
また、給湯器として料金の安い深夜電力を利用して貯湯タンク４５に湯を沸かし必要時に利用する夜間蓄熱式の電気温水器を用いているため、給湯の光熱費が安くなっている。一般の家庭では日没後の夜間に入浴などで給湯利用し給湯熱量の大半を消費しているが、太陽熱集熱器に蓄熱手段を備えているので、太陽熱利用が日中に限られることなく、夜間に太陽熱を有効に利用できる。そして、混合手段の駆動に要する僅かな電力と水道圧で給湯できるので、深夜時間帯でない昼間や夜間などの給湯利用でも、料金の高い電力を殆ど消費せずに深夜電力で給湯に伴う電力を賄える太陽熱利用給湯装置を提供でき、深夜電力使用による経済性を更に高め、光熱費を大きく節約できる。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の太陽熱利用給湯装置は、簡単な構成で太陽熱集熱器からの出湯を水道直圧式にできるので、安価に製作することが可能となる。また、水道直圧式となることによりキッチン蛇口や風呂シャワーなど各所の端末に給湯接続できるので、利用範囲が広がり、太陽熱利用による給湯用燃料とその費用の節約が大きくなる。したがって、機器価格が安く光熱費の節約効果が大きい太陽熱利用給湯装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例１の太陽熱利用給湯装置の構成図
【図２】 本発明の実施例１の太陽熱利用給湯装置の太陽熱集熱器の断面図
【図３】 本発明の実施例２の太陽熱利用給湯装置の構成図
【図４】 従来の太陽熱利用給湯装置の構成図
【図５】 他の従来の太陽熱利用給湯装置の構成図
【符号の説明】
２１ 太陽熱集熱器
２５ 蛇行配管（熱交換部）
２６ 蓄熱材（蓄熱手段）
２８ 瞬間形ガス湯沸器（給湯器）
２９ 給水源
３０ 電動混合弁（混合手段）
３３ 太陽熱管路
３４ バイパス管路
３６ 入水温度センサ（第二温度検出手段）
４０ 電気温水器（給湯器）
４１ リモコン（温度設定手段）
４２ 集熱器温度センサ（第一温度検出手段）
４３ 三方弁（切替手段）
４４ 出湯制御部
【発明の属する技術分野】
本発明は、太陽熱を受熱してその熱量を給湯に利用する太陽熱利用給湯装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の太陽熱利用装置としては、例えば、特開平７−９８４５７号公報に記載されているような太陽熱温水器があった。図４は、前記公報に記載された従来の太陽熱利用した太陽熱温水器を示すものである。
【０００３】
図４において、１は太陽熱温水器、２は貯水タンク、３ガラス板、４は太陽熱集熱器、５は太陽熱温水器１へ水を給水する給水配管、６は貯水タンクの温水を出水する出湯配管である。この構成において、貯水タンク２から太陽熱集熱器４へ送り込まれた水は、ガラス板３を通過する太陽光によって温めることができ、温水として貯水タンク２に蓄えられる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の太陽熱温水器は、水道直圧式にする場合貯水タンクの容量が大きいため減圧弁や圧力逃がし弁（図示せず）などを設けて上限圧力を設定し、この上限圧力に合わせて耐圧形状でタンク板厚も大きくした耐圧設計をする必要があり、太陽熱温水器１が高価になり重量も大きくなるので、一般的にはボールタップ（図示せず）などを設けて貯水量を調節する圧力解放式にしていた。このため、出湯配管６を市水の水道配管に直接接続することができず使用方法が限定されるため、主に浴槽の湯張りのために屋根上の貯水タンク２から温水を落とし込むための給湯装置として用いられ、利用範囲の狭いものとなり、光熱費の節約も風呂利用分に限られるという課題を有していた。
【０００５】
一方、水道配管に直接接続し、キッチン蛇口や風呂シャワーなど各所の端末に給湯接続できるようにした従来の太陽熱利用給湯装置として、図５に示すようなものがあった。
【０００６】
図５において、７は給水源であり、８は減圧弁、９は減圧弁８を介して給水源７に接続された貯湯タンク、１０は貯湯タンク９に設けた圧力逃がし弁、１１は貯湯タンク９内に設けた熱交換器、１２は熱交換器１１と太陽熱集熱器４とをつなぐ循環回路、１３は循環回路１２に設けた循環ポンプである。この構成において、循環回路１２内を流れる水またはブラインなどの熱媒体は、太陽熱集熱器４でガラス板３を通過する太陽光によって加熱されて温水となり、循環ポンプ１３により熱交換器１１に送り込まれて、給水源７に接続された貯湯タンク９内の水を加熱することで給湯用の湯を作ることができる。こうして蓄えられた温水は出湯配管６を介してキッチン蛇口１４や風呂シャワー１５などの各所の端末に接続され、給湯利用される。しかしながら、前記従来の太陽熱利用給湯装置では、その給湯利用量に応じて例えば３００Ｌ以上の大容量耐圧タンクが必要となり、貯湯タンク９のコストが高くなる。また、減圧弁８や圧力逃がし弁１０などを設けて複雑な構成となるため、給湯装置全体の価格も高くなり、高価な機器価格に対して光熱費節約効果が小さくなってしまうという課題を有していた。
【０００７】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、太陽の日射を有効に利用して光熱費を節約するとともに、耐圧タンクを必要とせずに水道配管に直接接続し、キッチン蛇口や風呂シャワーなど各所の端末への給湯接続を簡単構成で実現し、機器価格が安く光熱費の節約効果が大きい太陽熱利用給湯装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記従来の課題を解決するために、本発明の太陽熱利用給湯装置は、給湯器と、蓄熱手段と水道直結された熱交換部とを内部に有する太陽熱集熱器と、前記給湯器と前記太陽熱集熱器とに接続され両者の混合流量比を調節して適温の出湯を行う混合手段、給水源から前記太陽熱集熱器を経て前記混合手段に接続される太陽熱管路と、前記太陽熱管路において前記給水源から前記混合手段に直接接続されるバイパス管路と、前記熱交換部の水温を検出する第一温度検出手段と、前記給水源からの水道水温を検出する第二温度検出手段と、前記太陽熱管路と前記バイパス管路とを切り替える切替手段と備え、前記第一温度検出手段の検知温度Ｔ１と前記第二温度検出手段の検知温度Ｔ２とを比較して前記切替手段を制御し水道水の流通を切り替えるものである。
【０００９】
これによって、簡単構成で太陽熱集熱器からの出湯を水道直圧式にできるので、安価に製作することが可能となる。また、水道直圧式となることによりキッチン蛇口や風呂シャワーなど各所の端末に給湯接続できるので、利用範囲が広がり、太陽熱利用による給湯用燃料とその費用の節約が大きくなる。
【００１０】
特に、日射がなく外気温より水温の高い場合などに給水源からの水道水を熱交換部に流通させると水道水が冷却され低温になってしまうが、バイパス管路を備えているので水道水をバイパス管路に流通させ、水道水が冷却されることで給湯熱量が余分に必要となる損失を防いで光熱費の節約効果を維持できる。
【００１１】
そして、太陽熱集熱器から供給される水道水よりも直接給水源から水道水を導入した方が水温が高い場合、太陽熱集熱器の水温Ｔ１と給水源の水温Ｔ２を比較してＴ１≦Ｔ２であれば、切替手段によりバイパス管路に流通を切り替えることができるので、損失を防いで光熱費の節約効果を維持できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
請求項１に記載の発明は、給湯器と、蓄熱手段と水道直結された熱交換部とを内部に有する太陽熱集熱器と、給湯器と太陽熱集熱器とに接続され両者の混合流量比を調節して適温の出湯を行う混合手段、給水源から前記太陽熱集熱器を経て前記混合手段に接続される太陽熱管路と、前記太陽熱管路において前記給水源から前記混合手段に直接接続されるバイパス管路と、前記熱交換部の水温を検出する第一温度検出手段と、前記給水源からの水道水温を検出する第二温度検出手段と、前記太陽熱管路と前記バイパス管路とを切り替える切替手段と備え、前記第一温度検出手段の検知温度Ｔ１と前記第二温度検出手段の検知温度Ｔ２とを比較して前記切替手段を制御し水道水の流通を切り替えることにより、太陽熱集熱器が太陽の日射を受けているとき、太陽熱集熱器に設けた蓄熱手段に太陽熱を蓄熱させ、給湯使用時に熱交換部に水道水を流通させ蓄熱手段の熱で水道水を加熱するので、簡単構成で太陽熱集熱器からの出湯を水道直圧式にでき、安価に製作することが可能となる。また、水道直圧式となることによりキッチン蛇口や風呂シャワーなど各所の端末に給湯接続できるので、利用範囲が広がり、太陽熱利用による給湯用燃料とその費用の節約が大きくなる。
【００１３】
特に、日射がなく外気温より水温の高い場合などに給水源からの水道水を熱交換部に流通させると水道水が冷却され低温になってしまうが、バイパス管路を備えているので水道水をバイパス管路に流通させ、水道水が冷却されることで給湯熱量が余分に必要となる損失を防いで光熱費の節約効果を維持できる。
【００１４】
そして、太陽熱集熱器から供給される水道水よりも直接給水源から水道水を導入した方が水温が高い場合、太陽熱集熱器の水温Ｔ１と給水源の水温Ｔ２を比較してＴ１≦Ｔ２であれば、切替手段によりバイパス管路に流通を切り替えることができるので、損失を防いで光熱費の節約効果を維持できる。したがって、機器価格が安く光熱費の節約効果が大きい太陽熱利用給湯装置を提供できる。
【００１５】
請求項２に記載の発明は、特に、請求項１に記載の蓄熱手段を相変化を伴う物質にしたことにより、受熱した太陽熱を蓄熱手段に用いた物質の相変化によって蓄熱し、蓄熱手段の温度上昇を伴うことなく比較的低温のまま蓄熱することができるので、蓄熱した太陽熱の放熱を抑制することができる。したがって、集熱効率の高い太陽熱集熱器とすることができ、効率良く集熱した太陽熱が低温であっても混合手段により給湯利用可能となり、光熱費の節約効果が大きい太陽熱利用給湯装置を提供できる。
【００１６】
請求項３に記載の発明は、特に、給湯温度を使用者が設定する温度設定手段と、前記給湯器とは電気的に接続され給湯器による出湯の運転と停止を制御する出湯制御部とを備え、前記出湯制御部は前記第一温度検出手段の検知温度Ｔ１と前記温度設定手段で設定された温度Ｔ３とを比較して出湯制御部により給湯器による出湯の運転と停止を行うようにしたことにより、太陽熱集熱器水温Ｔ１が使用者に設定された給湯温度Ｔ３を越えている場合、すなわちＴ１≧Ｔ３のとき出湯制御部により給湯器の出湯運転を停止し、給水源からの水道水を給湯器から供給できるので、太陽熱集熱器の受熱した太陽熱だけで給湯熱量を供給でき、給湯用燃料の消費なく光熱費を大幅に節約できる。
【００１７】
請求項４に記載の発明は、特に請求項１〜３記載の給湯器を料金の安い深夜電力を利用する夜間蓄熱式の給湯器としたことにより、太陽熱集熱器に蓄熱手段を備えているので、日中の太陽熱を蓄えておき夜間に太陽熱を有効に利用できる。そして、混合手段の駆動に要する僅かな電力と水道圧で給湯できるので、深夜時間帯以外の料金の高い電力を殆ど消費せずに深夜電力で給湯に伴う電力を賄える太陽熱利用給湯装置を提供でき、深夜電力使用による経済性を更に高め、光熱費を大きく節約できる。
【００１８】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。
【００１９】
（実施例１）
図１は本発明の実施例１における太陽熱利用給湯装置の構成図を示すものであり、図２は同太陽熱利用給湯装置の太陽熱集熱器の断面図である。図１、図２において、２１は太陽の日射を受光する太陽熱集熱器で、断熱構成された底板２２と側板２３、および透光板２４とで箱状に形成されており、その内部には熱交換部となる面状に蛇行配列された通水用の蛇行配管２５と、蛇行配管２５を挟んで上下に配設した蓄熱手段である蓄熱材２６が設けてある。蓄熱材２６は、周囲をシールした金属ラミネートフィルムの袋状容器などの偏平容器２７に芒硝などの潜熱蓄熱材を封入して構成されている。２８は給湯器である瞬間形ガス湯沸器であり、給水源２９から導入された水道水を加熱して出湯する。３０は瞬間形ガス湯沸器２８から出湯される水と太陽熱集熱器２１から流入する水を適温に混合するための混合手段である電動混合弁であり、電動混合弁３０の一方は瞬間形ガス湯沸器２８に接続され、他方は給水源２９に接続された太陽熱集熱器２１の蛇行配管２５の出口と接続されて、両者の混合流量比率を調節するようになっている。３１は電動混合弁３０の混合比率を調節するために給湯湯温を検出する給湯湯温センサ、３２は予め設定されている適温（例えば６０℃）に給湯湯温を調節するために給湯湯温センサ３１と電動混合弁３０とに電気的に接続されている制御部、３３は給水源２９から太陽熱集熱器２１を経て電動混合弁３０に至る太陽熱管路、３４は太陽熱管路３３の太陽熱集熱器２１上流から分岐し給水源２９から電動混合弁３０に直接接続されるバイパス管路、３５はバイパス管路の途中に設けて流通を開閉する電磁開閉弁、３６は給水源からの水道水温を検出する入水温度センサ、３７は太陽熱集熱器２１近傍の外気温度を検出する外気温度センサであり、電磁開閉弁３５、入水温度センサ３６、外気温度センサ３７も制御部３２に電気的に接続されている。３８は電動混合弁３０の給湯口につながるキッチン蛇口、３９は風呂シャワーである。
【００２０】
次に、この実施例１の太陽熱利用給湯装置の動作について説明する。日射がある日中に、太陽熱集熱器２１の透光板２４を通過した日射により蓄熱材２６は受熱し、温度が上昇しながら太陽熱を蓄熱していく。そして、使用者がキッチン蛇口３８や風呂シャワー３９を開栓して給湯を始めようとすると、給水源２９である水道に直接接続された太陽熱集熱器２１内を水道圧により水道水が流通する。このとき蛇行配管２５を流れる水道水は上下から挟まれている温度上昇した蓄熱材２６と熱交換し、加温されたのち電動混合弁３０に到達する。一方、ガス瞬間湯沸器２８では開栓とともに燃焼運転が開始され、給水源２９から流入した水道水が加熱されて電動混合弁３０に到達する。電動混合弁３０では、制御部３２が給湯湯温センサ３１の検出値が所定の温度（例えば６０℃）になるように即座に両流路からの混合比率を調節する。例えば、太陽熱集熱器２１からの温度が４０℃、ガス瞬間湯沸器２８からの温度が８０℃であれば、１：１の流量比率になるように調節する。そして所定の温度になった湯は使用者が開栓したキッチン蛇口３８や風呂シャワー３９に到達し、そのままの温度で給湯されたり、説明した給湯経路にも水道圧が加わっているのでツーバルブ式などの混合栓で更に好みの温度に調節されて給湯される。給湯の使用が日没後の夜間であっても、太陽熱集熱器２１に蓄熱材２６を備えているので、太陽熱を給湯に有効利用できる。このように、簡単構成で太陽熱集熱器からの出湯を水道直圧式にできるので、キッチン蛇口３８や風呂シャワー３９に接続できる太陽熱利用給湯装置を安価に製作することが可能となる。また、水道直圧式となることによりキッチン蛇口や風呂シャワーなど各所の端末に給湯接続できるので、利用範囲が広がり、太陽熱利用による給湯用燃料とその費用の節約が大きくなる。したがって、機器価格が安く光熱費の節約効果が大きい太陽熱利用給湯装置を提供できる。
【００２１】
蓄熱材２６には芒硝などの潜熱蓄熱材を用いているので、太陽熱を受熱中に蓄熱材２６がその融解温度（芒硝では３２℃あたり）まで温度上昇すると、その後に受熱する太陽熱は物質の相変化によって蓄熱し、蓄熱材２６の温度上昇を伴うことなく蓄熱し、相変化が終了した後でも受熱があれば温度上昇が再開し比較的低温のまま蓄熱することができるので、蓄熱した太陽熱の外気への放熱損失を抑制することができる。したがって、集熱効率の高い太陽熱集熱器とすることができ、効率良く集熱した太陽熱が低温であっても混合手段を用いることで給湯利用可能となり、光熱費の節約効果が大きい太陽熱利用給湯装置を提供できる。
【００２２】
冬季の天候の悪い日などに、入水温度センサ３６が検出した入水温度と外気温度センサ３７が検出した外気温度を制御部３２が比較して入水温度の方が高いと判定すると、制御部３２は通常閉成されている電磁開閉弁３５を開成する。すると、一般的に太陽熱集熱器２１は屋根上に設置され管路も長いために太陽熱管路３３の流通抵抗が大きいので、給水源２９からの水道水は電磁開閉弁３５を通るバイパス管路３４の方に流れる。このように、冬季の天候の悪い日など日射がなく外気温より水温の高い場合などに、給水源からの水道水を太陽熱集熱器２１の蛇行配管２５に流通させると水道水が冷却され低温になってしまうが、バイパス管路３４を備えているのでバイパス管路に水道水を流通させ、水道水が冷却されることで給湯熱量が余分に必要となる損失を防いで光熱費の節約効果を維持できる。
【００２３】
なお、本実施例では蓄熱材２６として潜熱蓄熱材の一例である芒硝を例に挙げて説明したが、その他の無機水和塩を用いたものでもパラフィンなどの有機系潜熱蓄熱材を用いたものでも同様の作用、効果が得られ、相変化する温度は給湯の利用目的など条件に応じて決定すればよい。本実施例では、相変化を伴う物質を使用することによって蓄熱材２６の温度上昇を抑え太陽熱集熱効率の向上を得たが、相変化しない蓄熱材を利用しても太陽熱を蓄熱することが可能で、簡単構成で水道直圧式の太陽熱利用給湯装置を構成することができる。
【００２４】
また、給湯器として瞬間形ガス湯沸器を例に挙げて説明したが、石油を使用するものや電気を使用するもの、電気式ヒートポンプを使用するものなどでもよい。さらに、給湯温度として予め設定された温度（例えば６０℃）を例に挙げて説明したが、これは太陽熱利用給湯装置に設定されたものでも使用者が何か設定手段を用いて設定した温度でも同様の作用、効果が得られることは明らかである。
【００２５】
（実施例２）
図３は本発明の実施例２における太陽熱利用給湯装置の構成図を示すものである。図３において、４０は給湯器である深夜電力利用夜間蓄熱式の電気温水器、４１は給湯温度を使用者が設定する温度設定手段であるリモコン、４２は蛇行配管２５部の水温を検出する太陽熱集熱器２１に設けた第一温度検出手段である集熱器温度センサ、４３は太陽熱管路３３とバイパス管路３４とを切り替える切替手段である三方弁であり、第二温度検出手段である入水温度センサ３６、集熱器温度センサ４２、三方弁４３は制御部３２に電気的に接続され、リモコン４１も有線あるいは無線で制御部３２に電気的に接続されている。４４は電気温水器４０と電気的に接続され電気温水器４０による出湯の運転と停止を制御する出湯制御部であり、制御部３２の内部に設けられている。
【００２６】
次に、この実施例２の太陽熱利用給湯装置の動作について説明する。使用者がキッチン蛇口３８や風呂シャワー３９を開栓して給湯を始めようとすると、給水源２９である水道に直接接続された太陽熱集熱器２１内を水道圧により水道水が流通しようとする。しかしながら、日射があっても早朝のため太陽熱集熱器が夜間に冷却されている場合など、集熱器温度センサ４２が検出した集熱器水温Ｔ１と入水温度センサ３６が検出した入水温度Ｔ２とを制御部３２が比較して等しいか入水温度Ｔ２の方が高い（Ｔ１≦Ｔ２）と判定すると、制御部３２は通常太陽熱管路３３側に開成されている三方弁４３をバイパス管路３４側に瞬時に切り替え、給水源２９からの水道水は三方弁４３を経てバイパス管路３４の方に流れる。このように、日射があっても早朝のため太陽熱集熱器２１が夜間に冷却されている場合など、太陽熱集熱器２１から供給される水道水よりも直接給水源２９から水道水を導入した方が水温が高い場合、太陽熱集熱器２１の集熱器水温Ｔ１と給水源の入水温度Ｔ２を比較してＴ１≦Ｔ２であれば、制御部３２がバイパス管路３４に流通を切り替えることができるので、損失を防いで光熱費の節約効果を維持できる。
【００２７】
夏季の晴天時などに太陽熱の受熱量が多く、使用者がリモコン４１で設定した温度Ｔ３（例えば３５℃）を超えて太陽熱集熱器２１の集熱器水温Ｔ１が高温（例えば５０℃）になっている場合、すなわちＴ１≧Ｔ３のとき出湯制御部４４により電気温水器４０の貯湯タンク４５からの出湯運転を停止し、貯湯タンク４５をバイパスして給水源２９からの水道水のみを電気温水器４０から供給するようにできるので、太陽熱集熱器２１の受熱した太陽熱だけで給湯熱量を供給でき、給湯用燃料の消費なく光熱費を大幅に節約できる。
【００２８】
また、給湯器として料金の安い深夜電力を利用して貯湯タンク４５に湯を沸かし必要時に利用する夜間蓄熱式の電気温水器を用いているため、給湯の光熱費が安くなっている。一般の家庭では日没後の夜間に入浴などで給湯利用し給湯熱量の大半を消費しているが、太陽熱集熱器に蓄熱手段を備えているので、太陽熱利用が日中に限られることなく、夜間に太陽熱を有効に利用できる。そして、混合手段の駆動に要する僅かな電力と水道圧で給湯できるので、深夜時間帯でない昼間や夜間などの給湯利用でも、料金の高い電力を殆ど消費せずに深夜電力で給湯に伴う電力を賄える太陽熱利用給湯装置を提供でき、深夜電力使用による経済性を更に高め、光熱費を大きく節約できる。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の太陽熱利用給湯装置は、簡単な構成で太陽熱集熱器からの出湯を水道直圧式にできるので、安価に製作することが可能となる。また、水道直圧式となることによりキッチン蛇口や風呂シャワーなど各所の端末に給湯接続できるので、利用範囲が広がり、太陽熱利用による給湯用燃料とその費用の節約が大きくなる。したがって、機器価格が安く光熱費の節約効果が大きい太陽熱利用給湯装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例１の太陽熱利用給湯装置の構成図
【図２】 本発明の実施例１の太陽熱利用給湯装置の太陽熱集熱器の断面図
【図３】 本発明の実施例２の太陽熱利用給湯装置の構成図
【図４】 従来の太陽熱利用給湯装置の構成図
【図５】 他の従来の太陽熱利用給湯装置の構成図
【符号の説明】
２１ 太陽熱集熱器
２５ 蛇行配管（熱交換部）
２６ 蓄熱材（蓄熱手段）
２８ 瞬間形ガス湯沸器（給湯器）
２９ 給水源
３０ 電動混合弁（混合手段）
３３ 太陽熱管路
３４ バイパス管路
３６ 入水温度センサ（第二温度検出手段）
４０ 電気温水器（給湯器）
４１ リモコン（温度設定手段）
４２ 集熱器温度センサ（第一温度検出手段）
４３ 三方弁（切替手段）
４４ 出湯制御部
Claims (4)
- 給湯器と、蓄熱手段と水道直結された熱交換部とを内部に有する太陽熱集熱器と、前記給湯器と前記太陽熱集熱器とに接続され両者の混合流量比を調節して適温の出湯を行う混合手段と、給水源から前記太陽熱集熱器を経て前記混合手段に接続される太陽熱管路と、前記太陽熱管路において前記給水源から前記混合手段に直接接続されるバイパス管路と、前記熱交換部の水温を検出する第一温度検出手段と、前記給水源からの水道水温を検出する第二温度検出手段と、前記太陽熱管路と前記バイパス管路とを切り替える切替手段と備え、前記第一温度検出手段の検知温度Ｔ１と前記第二温度検出手段の検知温度Ｔ２とを比較して前記切替手段を制御し水道水の流通を切り替える太陽熱利用給湯装置。
- 蓄熱手段は、相変化を伴う物質であることを特徴とする請求項１に記載の太陽熱利用給湯装置。
- 給湯温度を使用者が設定する温度設定手段と、前記給湯器とは電気的に接続され給湯器による出湯の運転と停止を制御する出湯制御部とを備え、前記出湯制御部は前記第一温度検出手段の検知温度Ｔ１と前記温度設定手段で設定された温度Ｔ３とを比較して出湯の運転と停止を行う請求項１または２に記載の太陽熱利用給湯装置。
- 給湯器は、深夜電力を利用する夜間蓄熱式の給湯器とした請求項１〜３のいずれか１項記載の太陽熱利用給湯装置。
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