JP5275680B2 - 強制循環型太陽熱温水器 - Google Patents

Description

本発明は、集熱器（パネル）と貯湯タンクの間に配設された循環流路中で不凍液等の熱媒体を循環させることにより、貯湯タンク内の水を加熱する強制循環型太陽熱温水器に関する。

従来、強制循環型太陽熱温水器では、循環流路の途中でコイル状に形成された熱交換部を貯湯タンクに沈設し、集熱器（パネル）と貯湯タンクの間で熱媒体を循環させる際に、集熱器の近傍で熱媒体の温度を測定し、その温度に基づいて熱媒体を循環させる循環ポンプの駆動と停止を制御していた。
このような強制循環型太陽熱温水器では、熱媒体の温度を測定するために屋根上の集熱器の近傍に取り付けられた温度センサと、地上に設置された制御部とを配線により接続する必要があるが、配線ミスや配線の経時的な劣化等が発生する可能性があり、施工性、耐久性に欠けていた。また、温度センサに不具合等が発生した場合、その点検、修理、交換等の保守作業を行うために屋根に上らなくてはならず、メンテナンス性に欠けていた。
この問題点を解決するために、例えば、（特許文献１）には、太陽熱集熱器を通過した熱媒の温度を検出する熱媒温度検出器を、太陽熱集熱器から熱交換器に熱媒を送る配管における貯湯槽の近傍部分に設け、制御装置に、熱媒温度検出器と、貯湯槽内の水の温度を検出する水温度検出器とを接続し、熱媒温度検出器で検出された熱媒温度と、水温度検出器で検出された水温度との差温に基づいて、循環ポンプの作動、停止を制御する太陽熱集熱装置が開示されている。
特開２００４−４４９５２号公報

しかしながら、上記従来の技術は以下のような課題を有していた。
（１）（特許文献１）の太陽熱集熱装置は、熱媒温度検出器により検出された熱媒温度（ＴＨ）と水温度検出器により検出された水温度（ＴＬ）との差温（ＴＨ−ＴＬ）を求め、この差温（ＴＨ−ＴＬ）が、ある基準温度以上である限り循環ポンプの運転を続け、これにより太陽熱集熱装置の集熱運転を行い、熱媒温度（ＴＨ）と水温度（ＴＬ）との差温（ＴＨ−ＴＬ）が、ある基準温度よりも小さくなった場合に、循環ポンプを停止させるものである。つまり、単純に循環ポンプの駆動と停止を切り替えるだけで、熱媒温度（ＴＨ）と水温度（ＴＬ）との差温（ＴＨ−ＴＬ）に関わらず、一定の循環量で循環ポンプを駆動することになる。水温度（ＴＬ）が上昇するにつれ、差温（ＴＨ−ＴＬ）は小さくなり、水温度（ＴＬ）は上がり難くなるが、そのような状態で差温（ＴＨ−ＴＬ）が大きい時と同じ循環量で循環を続けると、十分に集熱できないまま熱媒を循環させることになり、集熱の効率性に欠けるだけでなく、循環ポンプの消費電力も増加し易く、省エネルギー性に欠けるという課題を有していた。
（２）また、熱媒温度（ＴＨ）と水温度（ＴＬ）との差温（ＴＨ−ＴＬ）が、ある基準温度よりも小さくなった場合に、完全に循環ポンプを停止させてしまうため、ポンプ停止時の日射によって熱媒が沸騰し易く、沸騰によって発生したエアが配管内に溜まり易くなるが、エア抜きについて考慮されていないので、循環ポンプの駆動を開始しても、熱媒を十分に循環させることができず、動作の安定性、確実性に欠けるという課題を有していた。
（３）さらに、集熱器の近傍の熱媒温度と、貯湯槽の近傍の熱媒温度（ＴＨ）は、厳密には異なるが、熱媒温度（ＴＨ）と水温度（ＴＬ）との差温（ＴＨ−ＴＬ）が、ある基準温度よりも小さくなった際に、直ちに循環ポンプを停止させてしまうと、循環ポンプが停止している間に、集熱器で熱媒が過剰に加熱される可能性があり、特に短時間で天気が変化するような場合に、十分に対応することができず、水温度（ＴＬ）が上がり難く、集熱の効率性に欠けるという課題を有していた。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、部品点数が少ない簡素な構成で施工性、メンテナンス性に優れ、循環用ＤＣポンプの最適な回転数を選択して熱媒体の循環量を調整することにより、短時間の天気の変化にも対応して集熱量を増加させることができる。これにより、無駄なく効率的に熱媒体の戻り温度を上昇させることができ、集熱の効率性に優れると共に、循環用ＤＣポンプの消費電力を低減することができ、省エネルギー性に優れるだけでなく、熱媒体を確実に循環させることができ、動作の安定性、確実性に優れた強制循環型太陽熱温水器を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明の強制循環型太陽熱温水器は、以下の構成を有している。
請求項１に記載の強制循環型太陽熱温水器は、集熱器と、貯湯タンク内に沈設された熱交換部と、の間で熱媒体を循環させる循環流路を有し、前記貯湯タンク内の水を加熱する強制循環型太陽熱温水器であって、前記循環流路の途中に配設され前記熱媒体を循環させる循環用ＤＣポンプと、前記循環流路の前記熱交換部の入口近傍に配設され前記熱媒体の戻り温度を検出する戻り温度センサと、前記貯湯タンク内の貯湯温度を検出する貯湯温度センサと、前記循環流路の途中に配設された膨張タンクと、前記戻り温度センサで検出した前記戻り温度と前記貯湯温度センサで検出した前記貯湯温度との温度差が予め設定した値以上でかつ設定した回転数の範囲内でなるべく高い回転数になるように前記循環用ＤＣポンプの回転数を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記戻り温度と前記貯湯温度との温度差が設定値より小さくなった時に、前記戻り温度と前記貯湯温度との温度差を前記熱媒体が前記集熱器の出口から前記戻り温度センサの位置まで移動するのに要する時間と同等以上の時間監視し、その時間が経過しても、前記温度差が、予め設定した温度差以上にならないことを確認してから前記循環用ＤＣポンプを停止する構成を有している。
この構成により、以下のような作用を有する。
（１）戻り温度センサで検出した熱交換部の入口近傍の熱媒体の戻り温度と、貯湯温度センサで検出した貯湯タンク内の貯湯温度と、の温度差が、予め設定した値以上でかつ設定した回転数の範囲内でなるべく高い回転数になるように循環用ＤＣポンプの回転数を制御する制御部を有することにより、戻り温度と貯湯温度との温度差が、予め設定した値よりも大きければ循環用ＤＣポンプの回転数を増加させ、予め設定した値よりも小さければ循環用ＤＣポンプの回転数を減少させて、最適な循環量で熱媒体を循環させ、戻り温度と貯湯温度との温度差を予め設定した値以上にすることができるので、熱媒体による集熱と熱交換を無駄なく効率的に行うことができる。特に、戻り温度と貯湯温度との温度差が小さい時に、熱媒体の循環量を低下させることにより、熱媒体の温度を熱交換に適切な範囲に維持することができるので、集熱の効率性に優れると共に、循環用ＤＣポンプの回転数を抑えて消費電力を下げることができ、省エネルギー性に優れる。
（２）戻り温度センサが循環流路の熱交換部の入口近傍に配設されていることにより、熱交換開始直前の熱媒体の温度を正確に検出することができるので、戻り温度と貯湯温度との温度差に応じた循環用ＤＣポンプの回転数を設定する際に、熱媒体と貯湯タンク内の水（湯）との間の熱交換に必要な時間を考慮して熱媒体の循環量（流速）を最適に保つことができ、集熱した熱を無駄なく効率的に利用することができ、駆動の効率性、省エネルギー性に優れる。
（３）循環用ＤＣポンプを用いることにより、電圧やＰＷＭ（パルス幅変調）等を制御するだけで回転数を滑らかに変化させることができ、簡便かつ確実に最適な循環量で熱媒体を循環させることができ、制御が容易で取扱い性に優れる。
（４）戻り温度と貯湯温度との温度差が設定値より小さくなった時に、戻り温度と貯湯温度との温度差を所定の時間監視し、所定の時間が経過しても、温度差が予め設定した温度差以上にならないことを確認してから循環用ＤＣポンプを停止することにより、集熱器近傍の熱媒体の温度を元に回転数を制御することができ、実際の集熱器近傍の熱媒体の温度と戻り温度との間に温度差があっても、その影響を受けることがなく、短時間に天気が変化しても、集熱器の正確な集熱状態を把握して無駄なく効率的に集熱することができ、循環用ＤＣポンプを無駄に駆動することがなく、集熱の効率性、省エネルギー性に優れる。
（５）戻り温度と貯湯温度との温度差を監視する時間として、熱媒体が集熱器の出口から戻り温度センサの位置まで移動するのに要する時間と同等以上に設定することにより、集熱器における熱媒体の温度を戻り温度として貯湯温度との温度差を求めることができ、短時間に天気が変化しても、集熱器の正確な集熱状態に基づいて、無駄のない効率的な運転を実現できる。

ここで、制御部は、戻り温度センサで検出した戻り温度と、貯湯温度センサで検出した貯湯温度から両者の温度差を算出し、その値に基づいて循環用ＤＣポンプの回転数を制御するマイクロコンピュータを備えている。
制御部は、戻り温度と貯湯温度との温度差が予め設定した値以上となるように循環用ＤＣポンプの回転数を制御することにより、熱交換に適正な温度を保つことができる。つまり、戻り温度と貯湯温度との温度差が、予め設定した値以上であれば、熱媒体で十分な熱量が集熱されているので、循環用ＤＣポンプの回転数を増加させ、なるべく高い回転数で駆動して熱媒体の循環量を増加させることにより、熱交換量を増加させるようにし、戻り温度と貯湯温度との温度差が、予め設定した値よりも小さければ、循環用ＤＣポンプの回転数を減少させ、熱媒体の循環量を減少させることにより、集熱時間を長くして戻り温度を上昇させ、戻り温度と貯湯温度との温度差が大きくなるようにする。
熱媒体としては、不凍液が好適に用いられる。冬季或いは寒冷地における熱媒体の凍結を防ぎ、循環流路や循環用ＤＣポンプ等の破損を防止でき、信頼性に優れるためである。
膨張タンク内には空気層を設けることにより、熱媒体の体積変化を吸収することができ、循環流路や循環用ＤＣポンプ等の破損を効果的に防止することができる。また、熱媒体の交換などを容易に行うことができ、メンテナンス性に優れる。尚、膨張タンクとしては、大気開放型でも半密閉型でもよい。
戻り温度と貯湯温度との温度差を所定の時間監視している間に、温度差が予め設定した温度差以上になった場合は、熱交換に適切な温度差となる回転数で循環用ＤＣポンプを駆動して、熱媒体の循環を行うことにより、効率的に集熱を行うことができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の強制循環型太陽熱温水器であって、前記制御部は、当日の前記循環用ＤＣポンプの初回起動時、或いは前記循環用ＤＣポンプを所定回数起動する毎に、前記循環用ＤＣポンプを集熱運転時の回転数よりも高い回転数で駆動する構成を有している。
この構成により、請求項１の作用に加え、以下の作用を有する。
（１）当日の循環用ＤＣポンプの初回起動時に、循環用ＤＣポンプを集熱運転時の回転数よりも高い回転数で駆動することにより、長時間使用しなかった間に発生した循環流路中のエアを強制的に排出することができ、熱媒体を確実に循環させることができ、動作の安定性、確実性に優れる。
（２）循環用ＤＣポンプの停止中に、急激な日射等によって短時間で熱媒体の温度が急上昇し、熱媒体が沸騰してエアが発生することがあっても、循環用ＤＣポンプを所定回数起動する毎に、集熱運転時の回転数よりも高い回転数で駆動することにより、循環流路中のエアを強制的に排出しながら、熱媒体を確実に循環させることができ、循環動作の安定性、確実性に優れる。
（３）当日の循環用ＤＣポンプの初回起動時や循環用ＤＣポンプを所定回数起動する毎に、定期的に循環用ＤＣポンプを集熱運転時の回転数よりも高い回転数で駆動するので、流量計等を用いて熱媒体の流量を検出したり、その流量によってエアの有無を判断したりする必要がなく、部品点数を低減させることができ、制御が容易で、使用性に優れる。

ここで、循環流路の途中に膨張タンクが配設されているので、循環用ＤＣポンプによって熱媒体を循環させるだけで、循環流路中のエアを膨張タンクで回収して取り除くことができる。
尚、エア抜き時の循環用ＤＣポンプの駆動回転数は、循環用ＤＣポンプの特性や循環流路の長さ、循環用ＤＣポンプの停止（休止）時間などに応じて、適宜、選択することができる。最大回転数で駆動すれば、より確実にエア抜きを行うことができるが、必要最低限の回転数で駆動することにより、駆動に必要な動力を低減することができ、省エネルギー性に優れると共に、必要以上に熱媒体を循環させる必要がなく、集熱効率の低下を防ぐことができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の強制循環型太陽熱温水器であって、前記制御部は、前回の前記循環用ＤＣポンプの停止から所定時間経過後に前記循環用ＤＣポンプを再起動する構成を有している。
この構成により、請求項１又は２の作用に加え、以下の作用を有する。
（１）前回の循環用ＤＣポンプの停止から所定時間経過後に循環用ＤＣポンプを再起動することにより、定期的に戻り温度を検出して熱媒体の温度（集熱器の加熱状態）を把握することができ、集熱された熱を無駄なく有効に利用して、貯湯温度を上げることができ、集熱の効率性に優れる。

ここで、循環用ＤＣポンプを一定時間駆動しても、戻り温度と貯湯温度との温度差が、予め設定した温度差以上にならない場合は、循環用ＤＣポンプを停止し、集熱を行うことにより、循環用ＤＣポンプの消費電力を下げることができ、省エネルギー性に優れると共に、集熱の効率性に優れる。

請求項１に記載の発明によれば、以下のような効果を有する。
（１）戻り温度センサで検出した熱交換部の入口近傍の熱媒体の戻り温度と、貯湯温度センサで検出した貯湯タンク内の貯湯温度と、の温度差に対応した循環用ＤＣポンプの回転数を制御部で選択することにより、熱媒体を最適な循環量で循環させ、無駄のない集熱と熱交換を行うことができ、特に、戻り温度と貯湯温度との温度差が小さい時に、循環用ＤＣポンプの回転数を抑えて熱媒体の循環量を低下させ、集熱量を増加させることにより、効率的に戻り温度を上昇させることができ、集熱の効率性に優れ、循環用ＤＣポンプの消費電力が小さく、省エネルギー性に優れた強制循環型太陽熱温水器を提供することができる。
（２）戻り温度と貯湯温度との温度差が設定値より小さくなった時に、戻り温度と貯湯温度との温度差を所定の時間監視することにより、実際の集熱器近傍の熱媒体の温度と戻り温度との間に温度差があっても、その影響を受けることなく、集熱器近傍の熱媒体の温度を元に回転数を制御することができ、短時間に天気が変化しても、集熱器の正確な集熱状態を把握して無駄なく効率的に集熱することができると共に、所定の時間が経過しても、戻り温度と貯湯温度との温度差が予め設定した温度差以上にならないことを確認してから循環用ＤＣポンプを停止することにより、循環用ＤＣポンプの無駄な駆動を防止できる集熱の効率性、省エネルギー性に優れた強制循環型太陽熱温水器を提供することができる。
（３）戻り温度と貯湯温度との温度差を監視する時間として、熱媒体が集熱器の出口から戻り温度センサの位置まで移動するのに要する時間と同等以上に設定することにより、集熱器における熱媒体の温度を戻り温度として貯湯温度との温度差を求めることができ、短時間に天気が変化しても、集熱器の正確な集熱状態に基づいて、無駄のない効率的な運転を実現できる。

請求項２に記載の発明によれば、請求項１の効果に加え、以下のような効果を有する。
（１）当日の循環用ＤＣポンプの初回起動時や循環用ＤＣポンプを所定回数起動する毎に、循環用ＤＣポンプを集熱運転時の回転数よりも高い回転数で駆動することにより、循環流路中のエアを強制的に排出し、熱媒体を確実に循環させることができる動作の安定性、確実性に優れた強制循環型太陽熱温水器を提供することができる。

請求項３に記載の発明によれば、請求項１又は２の効果に加え、以下のような効果を有する。
（１）前回の循環用ＤＣポンプの停止から所定時間経過後に循環用ＤＣポンプを再起動することにより、定期的に戻り温度を検出して熱媒体の温度（集熱器の加熱状態）を把握することができ、集熱された熱を無駄なく有効に利用することができる集熱の効率性に優れた強制循環型太陽熱温水器を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態１における強制循環型太陽熱温水器について、以下図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
図１は実施の形態１の強制循環型太陽熱温水器の構成を示す模式図である。
図１中、１は実施の形態１の強制循環型太陽熱温水器、２は屋根等に設置される強制循環型太陽熱温水器１の２つの集熱器、３は水道水が貯留される強制循環型太陽熱温水器１の貯湯タンク、４は集熱器２と貯湯タンク３の間で熱媒体を循環させるための強制循環型太陽熱温水器１の循環流路、４ａは循環流路４の途中でコイル状に形成され貯湯タンク３内に沈設された熱交換部、４ｂは熱交換部４ａの出口と一方の集熱器２との間を接続する循環流路４の送出管、４ｃは２つの集熱器２の間を接続する循環流路４の接続管、４ｄは他方の集熱器２と熱交換部４ａの入口との間を接続する循環流路４の戻入管、５は循環流路４の途中に配設された膨張タンク、６は循環流路４の途中に配設され熱媒体を循環させる循環用ＤＣポンプ、７は循環流路４の熱交換部４ａの入口近傍に配設され熱媒体の戻り温度を検出する戻り温度センサ、８は貯湯タンク３内の貯湯温度を検出する貯湯温度センサ、１０は強制循環型太陽熱温水器１全体を制御するマイクロコンピュータを備えた制御部である。

循環流路４の中を循環させる熱媒体としては、不凍液を用いた。冬季或いは寒冷地における凍結を防ぎ、循環流路４や循環用ＤＣポンプ６等の破損を防止でき、信頼性に優れるためである。
循環流路４の途中に膨張タンク５を配設することにより、循環用ＤＣポンプ６によって熱媒体を循環させるだけで、循環流路４中のエアを膨張タンク５で回収して排出することができる。また、膨張タンク５によって熱媒体の体積変化を吸収し、循環流路４や循環用ＤＣポンプ６等の破損を防止した。
尚、貯湯タンク３が縦長の場合には、貯湯温度センサ８を貯湯タンク３の上下方向に複数設けることが好ましい。貯湯タンク３内の平均的な貯湯温度を正確に検出するためである。

制御部１０は、戻り温度センサ７で検出した戻り温度と、貯湯温度センサ８で検出した貯湯温度から両者の温度差を算出し、その値に基づいて循環用ＤＣポンプ６の回転数を制御するマイクロコンピュータを備えている。尚、集熱運転時の循環用ＤＣポンプ６の回転数の範囲は予め設定されている。
制御部１０は、戻り温度と貯湯温度との温度差が予め設定した値以上となるように循環用ＤＣポンプ６の回転数を制御することにより、熱交換に適正な温度を保つことができる。戻り温度と貯湯温度との温度差が、予め設定した値以上であれば、熱媒体で十分な熱量が集熱されているので、循環用ＤＣポンプ６の回転数を増加させ、なるべく高い回転数で駆動して熱媒体の循環量を増加させることにより、熱交換量を増加させるようにし、戻り温度と貯湯温度との温度差が、予め設定した値よりも小さければ、循環用ＤＣポンプ６の回転数を減少させ、熱媒体の循環量を減少させることにより、集熱時間を長くして戻り温度を上昇させ、戻り温度と貯湯温度との温度差が大きくなるようにする。これにより、無駄なく効率的に集熱と熱交換を行うことができる。

本実施の形態では、膨張タンク５及び循環用ＤＣポンプ６を送出管４ｂの途中に配置したが、これらの取付位置は、任意に選択することができ、送出管４ｂ又は戻入管４ｄの途中であればどこでもよい。

以上のように構成された実施の形態１の強制循環型太陽熱温水器の動作について、図を用いて説明する。
図２は実施の形態１の強制循環型太陽熱温水器の動作を示すフローチャートであり、図３は図２の各ステップにおける循環用ＤＣポンプの回転数の変化を示す図である。
図２において、強制循環型太陽熱温水器１の運転を開始すると、制御部１０は、当日の循環用ＤＣポンプ６の初回起動であることを認識して、高回転数で循環用ＤＣポンプ６を駆動する（Ｓ１）。本実施の形態では、図３に示すように、一定時間ｔ₁だけ循環用ＤＣポンプ６を集熱運転時の最高回転数よりも高い回転数で駆動した。
次に、図２において、制御部１０は、戻り温度センサ７で検出された時間ｔにおける熱媒体の戻り温度Ｔ_H（ｔ）と、貯湯温度センサ８で検出された時間ｔにおける貯湯温度Ｔ_L（ｔ）との温度差ΔＴ（＝Ｔ_H（ｔ）−Ｔ_L（ｔ））を計算する（Ｓ２）。
そして、制御部１０は、温度差ΔＴが予め設定した温度差Ｔ₁以上か否かを判定する（Ｓ３）。
温度差ΔＴが、予め設定した温度差Ｔ₁以上であれば、温度差ΔＴに対応した循環用ＤＣポンプ６の回転数を選択し（Ｓ４）、ステップ２に戻る。
制御部１０は、所定時間Δｔ経過毎に、ステップ２からステップ４を繰り返し、温度差ΔＴに対応した回転数で循環用ＤＣポンプ６の駆動を続ける。これにより、図３に示すように、温度差ΔＴに応じて循環用ＤＣポンプ６の回転数が変化する。

図２のステップ３において、温度差ΔＴが、予め設定した温度差Ｔ₁より小さくなった場合は、ステップ３からステップ５へ移行する。
制御部１０は、所定時間Δｔ経過毎に、その時の時間ｔにおける戻り温度Ｔ_H（ｔ）と貯湯温度Ｔ_L（ｔ）との温度差ΔＴを求め、予め設定した温度差Ｔ₁以上か否かを判定する（Ｓ６）。
温度差ΔＴが予め設定した温度差Ｔ₁より小さい場合は、そのまま循環用ＤＣポンプ６を駆動し続け、一定時間ｔ₁が経過するまで、ステップ６を繰り返す（Ｓ７）。このとき、図３に示すように、循環用ＤＣポンプ６を最小回転数で駆動することにより、熱媒体の循環量を抑え、循環用ＤＣポンプの消費電力を下げることができる。
一定時間ｔ₁が経過しても、温度差ΔＴが温度差Ｔ₁より小さい場合、制御部１０は、図２及び図３に示すように、循環用ＤＣポンプ６の駆動を停止する（Ｓ８）。
尚、一定時間ｔ₁としては、熱媒体が集熱器２の出口から戻り温度センサ７の位置まで移動するのに要する時間と同等以上に設定することが好ましい。集熱器２における熱媒体の温度を戻り温度として貯湯温度との温度差を求めることができ、短時間に天気が変化しても、集熱器２の正確な集熱状態に基づいて、無駄のない効率的な運転を実現できるためである。
また、ステップ６において、時間ｔにおける温度差ΔＴが、温度差Ｔ₁以上の場合は、図２に示すように、ステップ６からステップ２へ移行する。

ステップ８が終了したら、図２に示すように、循環用ＤＣポンプ６の停止後から、予め設定した停止時間ｔ₂が経過するまでの時間を計数する（Ｓ９）。この間、図３に示すように、循環用ＤＣポンプ６は停止したままである。
停止時間ｔ₂が経過したら、循環用ＤＣポンプ６を再起動するが、図２に示すように、循環用ＤＣポンプ６を所定回数（例えば、図２の場合、ｉ＝５回）起動する毎に、ステップ１に戻って循環用ＤＣポンプ６を集熱運転時の最高回転数よりも高い回転数で駆動し、それ以外（ｉ＝２〜４）の時はステップ２に戻る。図３においては、ステップ９の終了時点で循環用ＤＣポンプ６の駆動回数ｉ＝３であるので、ステップ２に戻って戻り温度Ｔ_H（ｔ）と貯湯温度Ｔ_L（ｔ）との温度差ΔＴを求め、温度差ΔＴに対応した回転数で循環用ＤＣポンプ６を駆動する。

以上のように実施の形態１における強制循環型太陽熱温水器によれば、以下の作用を有する。
（１）戻り温度センサで検出した熱交換部の入口近傍の熱媒体の戻り温度と、貯湯温度センサで検出した貯湯タンク内の貯湯温度と、の温度差が、予め設定した値以上でかつ設定した回転数の範囲内でなるべく高い回転数になるように循環用ＤＣポンプの回転数を制御する制御部を有することにより、戻り温度と貯湯温度との温度差が、予め設定した値よりも大きければ循環用ＤＣポンプの回転数を増加させ、予め設定した値よりも小さければ循環用ＤＣポンプの回転数を減少させて、最適な循環量で熱媒体を循環させ、戻り温度と貯湯温度との温度差を予め設定した値以上にすることができるので、熱媒体による集熱と熱交換を無駄なく効率的に行うことができる。特に、戻り温度と貯湯温度との温度差が小さい時に、熱媒体の循環量を低下させることにより、集熱量を増加させることができるので、効率的に戻り温度を上昇させて、短時間で貯湯温度を上げることができ、集熱の効率性に優れると共に、循環用ＤＣポンプの回転数を抑えて消費電力を下げることができ、省エネルギー性に優れる。
（２）戻り温度センサが循環流路の熱交換部の入口近傍に配設されていることにより、熱交換開始直前の熱媒体の温度を正確に検出することができるので、戻り温度と貯湯温度との温度差に応じた循環用ＤＣポンプの回転数を設定する際に、熱媒体と貯湯タンク内の水（湯）との間の熱交換に必要な時間を考慮して熱媒体の循環量（流速）を最適に保つことができ、集熱した熱を無駄なく効率的に利用することができ、駆動の効率性、省エネルギー性に優れる。
（３）循環流路の途中に膨張タンクが配設されていることにより、熱媒体の膨張，収縮を吸収して循環流路や循環用ＤＣポンプ等の破損を防止でき、動作の安定性に優れる。
（４）循環用ＤＣポンプを用いることにより、電圧を制御するだけで回転数を滑らかに変化させることができ、簡便かつ確実に最適な循環量で熱媒体を循環させることができ、制御が容易で取扱い性に優れる。
（５）当日の循環用ＤＣポンプの初回起動時に、循環用ＤＣポンプを集熱運転時の回転数よりも高い回転数で駆動することにより、長時間使用しなかった間に発生した循環流路中のエアを強制的に抜き取ることができ、熱媒体を確実に循環させることができ、動作の安定性、確実性に優れる。
（６）循環用ＤＣポンプの停止中に、急激な日射等によって短時間で熱媒体の温度が急上昇し、熱媒体が沸騰してエアが発生することがあっても、循環用ＤＣポンプを所定回数起動する毎に、集熱運転時の回転数よりも高い回転数で駆動することにより、循環流路中のエアを強制的に排出しながら、熱媒体を確実に循環させることができ、循環動作の安定性、確実性に優れる。
（７）当日の循環用ＤＣポンプの初回起動時や循環用ＤＣポンプを所定回数起動する毎に、定期的に循環用ＤＣポンプを集熱運転時の回転数よりも高い回転数で駆動するので、流量計等を用いて熱媒体の流量を検出したり、その流量によってエアの有無を判断したりする必要がなく、部品点数を低減させることができ、制御が容易で、使用性に優れる。
（８）前回の循環用ＤＣポンプの停止から所定時間経過後に循環用ＤＣポンプを再起動することにより、定期的に戻り温度を検出して熱媒体の温度（集熱器の加熱状態）を把握することができ、集熱された熱を無駄なく有効に利用して、短時間で貯湯温度を上げることができ、集熱の効率性に優れる。
（９）戻り温度と貯湯温度との温度差が設定値より小さくなった時に、戻り温度と貯湯温度との温度差を所定の時間監視し、所定の時間が経過しても、温度差が予め設定した温度差以上にならないことを確認してから循環用ＤＣポンプを停止することにより、集熱器近傍の熱媒体の温度を元に回転数を制御することができ、実際の集熱器近傍の熱媒体の温度と戻り温度との間に温度差があっても、その影響を受けることがなく、短時間に天気が変化しても、集熱器の正確な集熱状態を把握して無駄なく効率的に集熱することができ、循環用ＤＣポンプを無駄に駆動することがなく、集熱の効率性、省エネルギー性に優れる。
（１０）戻り温度と貯湯温度との温度差を監視する時間として、熱媒体が集熱器の出口から戻り温度センサの位置まで移動するのに要する時間と同等以上に設定することにより、集熱器における熱媒体の温度を戻り温度として貯湯温度との温度差を求めることができ、短時間に天気が変化しても、集熱器の正確な集熱状態に基づいて、無駄のない効率的な運転を実現できる。

本発明は、部品点数が少ない簡素な構成で施工性、メンテナンス性に優れ、循環用ＤＣポンプの最適な回転数を選択して熱媒体の循環量を調整することにより、短時間の天気の変化にも対応して集熱量を増加させることができるので、無駄なく効率的に熱媒体の戻り温度を上昇させることができ、集熱の効率性に優れると共に、循環用ＤＣポンプの消費電力を低減することができ、省エネルギー性に優れるだけでなく、熱媒体を確実に循環させることができ、動作の安定性、確実性に優れた強制循環型太陽熱温水器を広く普及させて環境問題に貢献することができる。

実施の形態１の強制循環型太陽熱温水器の構成を示す模式図 実施の形態１の強制循環型太陽熱温水器の動作を示すフローチャート 図２の各ステップにおける循環用ＤＣポンプの回転数の変化を示す図

符号の説明

１ 強制循環型太陽熱温水器
２ 集熱器
３ 貯湯タンク
４ 循環流路
４ａ 熱交換部
４ｂ 送出管
４ｃ 接続管
４ｄ 戻入管
５ 膨張タンク
６ 循環用ＤＣポンプ
７ 戻り温度センサ
８ 貯湯温度センサ
１０ 制御部

Claims (3)

1. 集熱器と、貯湯タンク内に沈設された熱交換部と、の間で熱媒体を循環させる循環流路を有し、前記貯湯タンク内の水を加熱する強制循環型太陽熱温水器であって、
   前記循環流路の途中に配設され前記熱媒体を循環させる循環用ＤＣポンプと、前記循環流路の前記熱交換部の入口近傍に配設され前記熱媒体の戻り温度を検出する戻り温度センサと、前記貯湯タンク内の貯湯温度を検出する貯湯温度センサと、前記循環流路の途中に配設された膨張タンクと、前記戻り温度センサで検出した前記戻り温度と前記貯湯温度センサで検出した前記貯湯温度との温度差が予め設定した値以上でかつ設定した回転数の範囲内でなるべく高い回転数になるように前記循環用ＤＣポンプの回転数を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記戻り温度と前記貯湯温度との温度差が設定値より小さくなった時に、前記戻り温度と前記貯湯温度との温度差を前記熱媒体が前記集熱器の出口から前記戻り温度センサの位置まで移動するのに要する時間と同等以上の時間監視し、その時間が経過しても、前記温度差が、予め設定した温度差以上にならないことを確認してから前記循環用ＤＣポンプを停止することを特徴とする強制循環型太陽熱温水器。
2. 前記制御部は、当日の前記循環用ＤＣポンプの初回起動時、或いは前記循環用ＤＣポンプを所定回数起動する毎に、前記循環用ＤＣポンプを集熱運転時の回転数よりも高い回転数で駆動することを特徴とする請求項１に記載の強制循環型太陽熱温水器。
3. 前記制御部は、前回の前記循環用ＤＣポンプの停止から所定時間経過後に前記循環用ＤＣポンプを再起動することを特徴とする請求項１又は２に記載の強制循環型太陽熱温水器。

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