JP5334876B2 - 太陽熱温水システム及び太陽熱温水システムの制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、強制循環式太陽熱温水器の集熱する太陽熱エネルギーの集熱熱量を客観的に評価可能な集熱量計測装置が設けられた太陽熱温水システム及び太陽熱温水システムの制御方法に関する。

従来、具体例としては、本件出願人が出願した特許文献１に記載されたものがある。特許文献１は強制循環式太陽熱温水器に補助熱源機が設けられた太陽熱温水器である。

特願２００８−２５４８７８号

特許文献１の太陽熱温水器は太陽熱を利用して貯湯タンク内の水を加熱するという性格上、天候や季節等の影響をうけるので、補助熱源装置（補助熱源機）を必要としていた。

また、昨今の二酸化炭素の排出による地球温暖化という問題から太陽熱温水器の利用は見直されており、太陽熱温水器がこの二酸化炭素の排出の低減に寄与したことを客観的に証明する手段として集熱量計測装置を太陽熱温水器のシステムに組み込む必要が生じている。

しかしながら、補助熱源装置を太陽熱温水器と一体としたシステムとした場合には、補助熱源装置により貯湯タンク内の貯留水を凍結防止や殺菌のために加熱する場合があり、補助熱源装置により加熱された温水が太陽熱温水器の貯湯タンクに混入し、出湯時に集熱量計測装置の計測値に補助熱源装置により加熱された熱量も加算されるという問題があった。

上記の課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。

第１発明の太陽熱温水システムは、強制循環式太陽熱温水器と、該強制循環式太陽熱温水器から出湯する温水を加熱する補助熱源装置と、該強制循環式太陽熱温水器の集熱量を計測する集熱量計測装置と、該補助熱源装置により加熱された温水が該強制循環式太陽熱温水器の貯湯タンク内に流入した場合は該補助熱源装置で加熱し流入した熱量分が流出するまで該集熱量計測装置の計測を行わせない禁止手段が備えられていることを特徴とする。

第２発明の太陽熱温水システムは、請求項１記載の発明において、前記禁止手段が前記集熱量計測装置をバイパスする流路を形成させることよりなることを特徴とする。

第３発明の太陽熱温水システムは、請求項２記載の発明において、前記集熱量計測装置を通過する流路と、前記集熱量計測装置をバイパスする流路と、該集熱量計測装置を通過する流路および該集熱量計測装置をバイパスする流路の両流路を通過させない流路と、これら３つの流路の切り換えが１つの閉止機能付三方弁で切り換えられることを特徴とする。

第４発明の太陽熱温水システムは、請求項２または請求項３記載の発明において、前記集熱量計測装置をバイパスする流路に、強制的に一定時間通水させる強制通水手段を有することを特徴とする。

第５発明の太陽熱温水システムの制御方法は、強制循環式太陽熱温水器と、該強制循環式太陽熱温水器から出湯する温水を加熱する補助熱源装置と、該強制循環式太陽熱温水器の集熱量を計測する集熱量計測装置と、該補助熱源装置により加熱された温水が該強制循環式太陽熱温水器の貯湯タンク内に流入した場合は該補助熱源装置で加熱し流入した熱量分が流出するまで該集熱量計測装置の計測を行わせない禁止手段が備えられ、該補助熱源装置により加熱された温水が該貯湯タンク内に流入する場合は流入した量に対応する期間に亘って該禁止手段を作動させることを特徴とする。

第６発明の太陽熱温水システムの制御方法は、請求項５記載の発明において、前記禁止手段が前記集熱量計測装置をバイパスする流路を形成させることよりなることを特徴とする。

第７発明の太陽熱温水システムの制御方法は、請求項５記載の発明において、前記集熱量計測装置を通過する流路と、前記集熱量計測装置をバイパスする流路と、該集熱量計測装置を通過する流路および該集熱量計測装置をバイパスする流路の両流路を通過させない流路と、これら３つの流路の切り換えが１つの閉止機能付三方弁で切り換えられることを特徴とする。

第８発明の太陽熱温水システムの制御方法は、請求項６または請求項７記載の発明において、前記集熱量計測装置をバイパスする流路に、強制的に一定時間通水させる強制通水手段を有することを特徴とする。

以上のような、技術的手段を有することにより、以下の効果を有する。

第１発明によれば、太陽熱温水システムの貯湯タンクの貯留水を補助熱源装置により加熱した場合には補助熱源装置で加熱し流入した熱量分が流出するまで集熱量計測装置の計測を禁止する禁止手段を有することにより補助熱源装置により加熱された熱量を加算しない太陽熱温水システムを提供できる。

第２発明によれば、第１発明の禁止手段が集熱量計測装置をバイパスする流路を形成させることよりなるので、より簡単かつ客観的に集熱量を証明できる太陽熱温水システムを提供できる。

第３発明によれば、第２発明の効果に加えて、禁止手段を一つの閉止機能付の三方弁が備えられたことで、集熱量計測装置を通過する流路と、集熱量計測装置をバイパスする流路と、両流路通過させない流路と、以上三つの流路の切り換えを行うことができ、よりシステムが簡単となる太陽熱温水システムを提供できる。

第４発明によれば、第２発明または第３発明の効果に加え、集熱量計測装置を通過する流路と集熱量計測装置をバイパスする流路を切り換える弁が固着することを防止するとともに、集熱量計測装置をバイパスする流路に長時間滞留する水による衛生上の問題を解消することができる太陽熱温水システムを提供できる。

第５発明によれば、太陽熱温水システムの貯湯タンクの貯留水を補助熱源装置により加熱した場合には集熱量計測装置の計測を禁止する禁止手段を強制循環式太陽熱温水器の貯湯タンクに流入した熱量に対応する期間に亘って作動することができ、補助熱源装置により加熱された熱量を加算しない太陽熱温水システムの制御方法を提供できる。

第６発明によれば、第４発明の禁止手段が集熱量計測装置をバイパスする流路を形成させることよりなるので、より簡単かつ客観的に集熱量を証明できる太陽熱温水システムの制御方法を提供できる。

第７発明によれば、第５発明の効果に加えて、禁止手段を一つの閉止機能付の三方弁が備えられたことで、集熱量計測装置を通過する流路と、集熱量計測装置をバイパスする流路と、両流路を通過させない流路と、以上三つの流路の切り換えを行うことができ、よりシステムが簡単となる太陽熱温水システムの制御方法を提供できる。

第８発明によれば、第６発明または第７発明の効果に加え、集熱量計測装置を通過する流路と集熱量計測装置をバイパスする流路を切り換える弁が固着することを防止するとともに、集熱量計測装置をバイパスする流路に長時間滞留する水による衛生上の問題を解消することができる太陽熱温水システムの制御方法を提供できる。

本発明に係る実施例１の太陽熱温水システムの概略説明図である。 本発明に係る太陽熱温水システムの集熱量計測装置の概略説明図である。 本発明に係る実施例１の太陽熱温水システムの制御方法のフローチャートである。 本発明に係る実施例2の太陽熱温水システムの概略説明図である。 本発明に係る実施例2の太陽熱温水システムの制御方法のフローチャートである。 本発明に係る実施例３の太陽熱温水システムの制御方法のフローチャートである。 本発明に係る実施例４の太陽熱温水システムの制御方法のフローチャートである。

発明を実施する形態について、図面に基づいて具体的に説明する。

（システムの概略）
図１は本発明に係る太陽熱温水システム１の概略説明図である。太陽熱温水システム１は強制循環式太陽熱温水器２と、集熱量計測装置３と、補助熱源装置４と、禁止手段５及び、強制循環式太陽熱温水器２若しくは補助熱源装置４で加熱された温水を利用する部分とにより構成される。

（強制循環式太陽熱温水器）
強制循環式太陽熱温水器２は、大きくは集熱板１０の部分と貯湯タンク２１部分よりなり、集熱板１０と貯湯タンク２１の内部に設けられた太陽熱熱交換器１３と、そしてこれらを結ぶ集熱板往き配管１１と集熱板戻り配管１２とが、循環回路を形成させる搬送手段としての太陽熱循環ポンプ１４及び図示しないアキュームタンクにより太陽熱循環回路として形成される。前記太陽熱循環回路には不凍液等の熱媒体が満たされており、集熱板１０により加熱された熱媒体は太陽熱循環ポンプ１４を作動させることにより太陽熱熱交換器１３で貯湯タンク２１内部の貯留する水が加熱されるようになっている。アキュームタンクは太陽熱循環回路内の熱媒体が太陽熱により温められ膨張するので、膨張分を吸収する。

貯湯タンク２１は略円筒状の形状であり、一般家庭用については２００〜５００リットル程度の内容量があるものが使用される。貯湯タンク２１の下部には給水管２６が接続され、貯湯タンク上部には給湯管２７が接続されている。給水管２６には給水温度を測定する給水管温度センサー２９が、貯湯タンク２１には貯湯タンク２１内の貯留する湯水の温度を測定する貯湯タンク温度センサー２２〜２５が高さ方向において異なった位置に複数個設けられている。

貯湯タンク２１は給水管２６に減圧した水道配管が接続されることにより水道圧よりも減圧した給水圧が加わり、給湯管２７より貯湯タンク２１内部に貯留する湯水を貯湯タンク２１の外部に押し出すことができる。

（集熱量計測装置）
集熱量計測装置３は表示部と演算部よりなる計測装置本体３０と、給水管２６内の水温を測定する給水温度センサー３１と、給湯配管２８の水温を測定する給湯温度センサー３２と、給湯配管２８の通過水量を測定する流量センサー３３及びこれらを結ぶセンサーコード３４〜３６よりなる。

図２において、集熱量計測装置３の全体的な構成を示す。給水温度センサー３１、給湯温度センサー３２、流量センサー３３は計測装置本体３０とセンサーコード３４〜３６によって電気的に接続され、給水温度センサー３１、給湯温度センサー３２、が温度により変化する電圧値を、流量センサー３３は通過流量によって変化するパルス値を計測装置本体３０に出力する。強制循環式太陽熱温水器２で集熱した熱量は貯湯タンク２１内部で水温から所定温度まで加熱された上昇温度、及び加熱対象となる水量によって計測できる。よって、計測装置本体３０に出力された給湯温度センサー３２の電圧値に対応する測定温度から給水温度センサー３１の電圧値に対応する測定温度を引いた値が上昇温度となり、これに流量センサー３３で出力されたパルス値に対応する単位時間当たりの流量を乗じた値が、単位時間当たりの集熱量として計測装置本体３０の演算部が演算し、表示部に積算集熱量として表示する。

（補助熱源装置）
強制循環式太陽熱温水器２は太陽熱という自然エネルギーを利用するため常に所望の温水を利用することができないので、補助的加熱手段が必要となる。本発明における補助的加熱手段が補助熱源装置４である。加熱部分がＬＰＧやＬＮＧ等の気体燃料、灯油や重油等の液体燃料の燃焼量を可変させて燃焼させる燃焼器４１となり、温水生成部分が燃焼器４１の熱を受けて通過する湯水を加熱する補助熱源熱交換器４２となる。補助熱源装置４には、給水側に補助熱源流量センサー４３と補助熱源給水温度センサー４４が、給湯側には補助熱源給湯温度センサー４５が備えられている。これらにより、補助熱源装置４は一般的なガス給湯器や灯油給湯器等と同等の機能を有しており補助熱源熱交換器４２に通水されると設定温度以下であれば燃焼器４１の燃焼を開始し、通水された湯水の水温や流量による例外はあるが、設定温度まで加熱する機能を有している。

補助熱源装置４の補助熱源熱交換器４２は給水側を後述する禁止手段５のバイパス三方弁５２と三方向連通可能三方弁５８を一部に含む補助熱源給水管４６で連通しており、給湯側は補助熱源給湯管４７を介して混合弁６１と連通している。

（禁止手段）
禁止手段５はバイパス配管５１と、バイパス三方弁５２と、制御基板５３と、バイパス三方弁５２と制御基板５３を電気的に結ぶ制御コード５４とから構成されている。バイパス三方弁５２により、給湯管２７から分岐してバイパス配管５１、バイパス三方弁５２、三方向連通可能三方弁５８を一部に含む補助熱源給水管４６を経由して補助熱源装置４に連通するよう構成される流路と、給湯管２７から集熱量計測装置３の給湯温度センサー３２と流量センサー３３を一部に含む給湯配管２８、バイパス三方弁５２、三方向連通可能三方弁５８を一部に含む補助熱源給水管４６を経由して補助熱源装置４に連通する流路が切換えられる。バイパス三方弁５２の切換えは制御コード５４を通じて制御基板５３により制御される。なお、制御基板５３は禁止手段５の制御だけでなく、太陽熱温水システム１の全体の制御を行っている。

（強制循環式太陽熱温水器若しくは補助熱源装置で加熱された温水を利用する部分）
三方向連通可能三方弁５８の構造について説明する。通常の三方弁は共通接続口Ａ、選択接続口Ｂ、選択接続口Ｃの３つの接続口を有している。そして、電気的な切換え手段により、共通接続口Ａと選択接続口Ｂが連通する流路、共通接続口Ａと選択接続口Ｃが連通する流路の何れかに切換えるものである。三方向連通可能三方弁５８は前記通常の三方弁の機能だけでなく共通接続口Ａ、選択接続口Ｂ、選択接続口Ｃの3つの接続口の全てを連通させる機能を有している。そして以下の説明においては三方向連通可能三方弁５８の3つの接続口の全てを連通させた状態の場合を三方向連通モードと呼ぶ。

給湯機能についての構成を説明する。強制循環式太陽熱温水器２と補助熱源装置４は直列に接続されており、何れか一方若しくはその両方により加熱した温水を供給できる。給湯設備の例としては給湯栓６を図中に示す。強制循環式太陽熱温水器２と補助熱源装置４を経由して加熱された温水は補助熱源給湯管４７、混合弁６１、給湯栓配管６２により給湯栓６に供給されている。また、給湯時においては循環ポンプ５５を作動させ、補助熱源装置４、補助熱源給湯管４７、補助熱源給湯分岐配管４８、追焚き循環路切換三方弁７６、循環バイパス配管５６、循環ポンプ５５を経由する内部循環配管５７、三方向連通可能三方弁５８、補助熱源給水管４６を経て補助熱源装置４に戻る循環回路も形成される。この場合の三方向連通可能三方弁５８は三方向連通モードとなっている。

混合弁６１には給水管２６と連通する混合弁給水配管６３が接続されており、混合弁６１により強制循環式太陽熱温水器２と補助熱源装置４とで加熱された温水に水を混合させて適度な水温にした後に給湯栓６に供給するよう構成されている。

給湯設備の別の例として湯張りもできように構成されている。湯張りは、混合弁６１を通過した後に分岐して湯張り弁６４を介して湯張り配管６５により、後で説明する外部追焚き循環回路に接続され、浴槽７に直接温水を供給できる。

追焚き機能についての構成を説明する。浴槽７には浴槽７の湯を吸入する口と吐出する口を具備した浴槽接続口７１が備えられおり、追焚き熱交換器７２の熱消費側と浴槽接続口７1と、そしてこれらを結ぶ追焚き往き配管７４と追焚き戻り配管７５とが、循環回路を形成し、搬送手段としての追焚き循環ポンプ７３により外部追焚き循環回路として形成されている。

次に、追焚き熱交換器７２の熱供給側については、追焚き熱交換器７２の熱供給側と補助熱源装置４と、そしてこれらを結ぶ補助熱源給湯分岐配管４８、追焚き循環路切換三方弁７６と、追焚き内部配管７７と、内部循環配管５７と、三方向連通可能三方弁５８を経由した補助熱源給水管４６とが、循環回路を形成し、搬送手段としての循環ポンプ５５により内部追焚き循環回路として形成されている。この場合の三方向連通可能三方弁５８は給湯が同時に行われる場合は三方向連通モードであるが、追焚き単独の場合は内部循環配管５７と補助熱源装置４を連通する水路だけとなり、補助熱源給水管４６は三方向連通可能三方弁５８によりバイパス三方弁５２方向の流路が閉止される。
なお、追焚き循環路切換三方弁７６の切換により補助熱源給湯分岐配管４８、循環バイパス配管５６、内部循環配管５７が結ばれる循環回路も形成されこの場合は追焚き熱交換器７１の熱供給側には熱は供給されない。

凍結防止機能や殺菌機能の構成について説明する。凍結防止機能は、貯湯タンク２１内の貯留水の温度が水道配管からの給水温度に近くかつ外気温が氷点以下を継続する場合に、太陽熱温水システム１内部の破損の防止のための機能である。殺菌機能は、太陽熱温水システム１の使用者が長期の不在等で使用されない場合に太陽熱温水システム１内部の貯留する湯水が入れ替わらないことにより衛生上の問題を解消するための機能である。凍結防止機能や殺菌機能の構成上は同じであり、補助熱源装置４の設定温度が、凍結防止機能の場合は摂氏１０度であり、殺菌機能の場合は摂氏６５度となる。

凍結防止機能や殺菌機能の構成は、補助熱源装置４を燃焼させその熱を利用して凍結防止や殺菌を行うので、循環ポンプ５５を駆動して補助熱源装置４の補助熱源熱交換器４２に通水させ補助熱源装置４の燃焼器４１の燃焼を開始させる必要がある。また三方向連通可能三方弁５８は三方向連通モードとなっている。よって循環ポンプ５５により２つの循環回路が形成される。

第一の循環回路は、三方向連通可能三方弁５８、補助熱源給水管４６、補助熱源装置４、補助熱源給湯管４７の一部、補助熱源給湯分岐配管４８、追焚き循環路切換三方弁７６、追焚き熱交換器７２の熱供給側、追焚き内部配管７７、内部循環配管５７を経て三方向連通可能三方弁５８に戻るものである。

第二の循環回路は、三方向連通可能三方弁５８、バイパス三方弁５２、バイパス配管５１、給湯管２７、貯湯タンク２１、給水管２６の一部、閉止機能付流量調節弁５９を一部に含む凍結防止バイパス管６０、内部循環配管５７を経て三方向連通可能三方弁５８に戻るものである。この第二の循環回路において、閉止機能付流量調節弁５９により第二の循環回路に流れる流量を凍結防止や殺菌に最適なように調節される。

この凍結防止や殺菌の動作が行われた場合には、第一の循環回路中の補助熱源装置４により加熱された温水は循環ポンプ５５を一部に含む内部循環配管５７と三方向連通可能三方弁５８を共通にする第二の循環回路にその温水も混ざることになり、給湯管２７、貯湯タンク２１、給水管２６の一部に、補助熱源装置４で加熱された温水による熱量が加算されることとなる。

（制御方法）
制御方法について図３に基づいて説明する。前述の凍結防止や殺菌が行われたかどうかは禁止手段の制御も含む制御基板５３で判断し、補助熱源装置４で貯湯タンク２１側を加熱する動作を開始したと判断する（ステップ１）とステップ２に進む。バイパス三方弁５２をバイパス配管５１側に切換える（ステップ２）。燃焼器４１の既知である制御量に対応する燃焼量と、既知である補助熱源熱交換器４２の熱交換効率より、貯湯タンク２１側を加熱した熱量を積算する（ステップ３）。貯湯タンク２１の貯湯タンク温度センサー２２〜２５により貯湯タンク２１内の水温を検出し、凍結防止又は殺菌の各場合の設定温度に到達したかを制御基板５３で判断する。これにより設定温度に到達している場合は補助熱源装置４で貯湯タンク２１側を加熱する動作を終了し（ステップ４）、ステップ５に進む。給湯を行う等により貯湯タンク２１内の湯が消費される場合に、給水管温度センサー２９と、補助熱源流量センサー４３と、補助熱源給水温度センサー４４により貯湯タンク２１側から消費された消費熱量を計算しこれを積算する（ステップ５）。貯湯タンク２１側の補助熱源装置４による加熱量の積算値よりも消費された消費熱量の積算値が大きくなった時点（ステップ６）でステップ７に進み、バイパス三方弁５２を集熱量計測装置３側に切換える（ステップ７）。

なお、前記ステップ２のバイパス三方弁５２の切換え時間については、他に貯湯タンク２１に貯湯タンク温度センサー２２乃至２５が備えられ、貯湯タンク２１の内容量及び各貯湯タンク温度センサー２２乃至２５高さ位置における貯湯タンク２１の内容量は予め求めることが可能であるのでこれを固定値として、補助熱源装置４による貯湯タンク２１の加熱熱量は演算可能であり、これによりバイパス三方弁５２の切換え時期とする方法もある。

また、貯湯タンク２１、給湯管２７、給水管２６、給湯配管２８の補助熱源装置４により加熱された温水が流入する部分の内容量は予め求めることが可能であり、この内容量の全部について通過する時間をバイパス三方弁５２の切換え時間とする方法もある。

（システムの概略）
図４は本発明に係る太陽熱温水システム１ａの概略説明図である。太陽熱温水システム１aは強制循環式太陽熱温水器２と、集熱量計測装置３と、補助熱源装置４aと、禁止手段５ａ及び、強制循環式太陽熱温水器２若しくは補助熱源装置４ａで加熱された温水を利用する部分とにより構成される。

（強制循環式太陽熱温水器）
強制循環式太陽熱温水器２は、実施例１と同様であるので説明を省略する。

（集熱量計測装置）
集熱量計測装置３は、実施例１と同様であるので説明を省略する。

（補助熱源装置）
補助熱源装置４ａは、実施例１の補助熱源装置４に潜熱回収用熱交換器４９を追加した構成となっている。補助熱源装置４ａが備えられている目的は、強制循環式太陽熱温水器２が太陽熱という自然エネルギーを利用するため常に所望の温水を利用することができないからである。加熱部分がＬＰＧやＬＮＧ等の気体燃料、灯油や重油等の液体燃料の燃焼量を可変させて燃焼させる燃焼器４１となり、温水生成部分が燃焼器４１の熱を受けて通過する湯水を加熱する補助熱源熱交換器４２となるが、補助熱源装置４ａの熱交換効率の向上のため補助熱源熱交換器４２を通過した後の排気がさらに潜熱回収用熱交換器４９を通過させられ、排気に含まれる水蒸気の潜熱まで回収することができる。補助熱源装置４ａには、給水側に補助熱源流量センサー４３と補助熱源給水温度センサー４４が、給湯側には補助熱源給湯温度センサー４５が備えられている。これらにより、補助熱源装置４ａは一般的なガス給湯器や灯油給湯器等と同等の機能を有しており補助熱源熱交換器４２に通水されると設定温度以下であれば燃焼器４１の燃焼を開始し、通水された湯水の水温や流量による例外はあるが、設定温度まで加熱する機能を有している。

補助熱源装置４ａの補助熱源熱交換器４２は、給水側において補助熱源給水管４６がバイパス管５１及び集熱量計測装置３を一部に含む給湯配管２８を介して後述する禁止手段５ａの閉止機能付三方弁５０と連通されており、同時に出側内部循環配管５７ｂを介して循環ポンプ５５と、潜熱熱交入口管９１を介して潜熱回収用熱交換器４９とも連通されている。補助熱源熱交換器４２の給湯側においては、補助熱源給湯管４７を介して混合弁６１と連通されている。補助熱源装置４ａの潜熱回収用熱交換器４９は、給水側の潜熱熱交入口管９１が補助熱源給水管４６、バイパス管５１、給湯配管２８及び出側内部循環配管５７ｂと接続されており、潜熱回収用熱交換器４９を通過した後は潜熱熱交出口管９２となって、入側内部循環配管５７ａの途中に連通し、循環ポンプ５５の吸い込み側の入側内部循環配管５７ａに接続されている。

（禁止手段）
禁止手段５ａはバイパス配管５１と、閉止機能付三方弁５０と、制御基板５３ａと、閉止機能付三方弁５０と制御基板５３ａを電気的に結ぶ制御コード５４ａとから構成されている。閉止機能付三方弁５０により、給湯管２７は分岐してバイパス配管５１を経由して、補助熱源給水管４６により補助熱源熱交換器４２、及び潜熱熱交入口管９１により潜熱回収用熱交換器４９に連通するよう構成される流路と、給湯管２７から集熱量計測装置３の給湯温度センサー３２と流量センサー３３を一部に含む給湯配管２８を経由して、補助熱源給水管４６により補助熱源熱交換器４２、及び潜熱熱交入口管９１により潜熱回収用熱交換器４９に連通するよう構成される流路が切換えられる。また、閉止機能付三方弁５０の閉止機能により、給湯管２７からの流路を閉ざすこともできる。閉止機能付三方弁５０の切換えは制御コード５４ａを通じて制御基板５３ａにより制御される。なお、制御基板５３ａは禁止手段５の制御だけでなく、太陽熱温水システム１ａの全体の制御を行っている。

（強制循環式太陽熱温水器若しくは補助熱源装置で加熱された温水を利用する部分）
給湯機能についての構成を説明する。強制循環式太陽熱温水器２と補助熱源装置４ａは直列に接続されており、何れか一方若しくはその両方により加熱した温水を供給できる。給湯設備の例としては給湯栓６を図中に示す。強制循環式太陽熱温水器２及び補助熱源装置４ａを経由して加熱された温水は補助熱源給湯管４７、混合弁６１、給湯栓配管６２により給湯栓６に供給されている。また、給湯時においては循環ポンプ５５が作動させられており、循環ポンプ５５を起点として、出側内部循環配管５７ｂ、潜熱熱交入口管９１、潜熱回収用熱交換器４９、潜熱熱交出口管９２、入側内部循環配管５７ａを経て循環ポンプ５５に戻る潜熱回収用循環回路も形成される。これにより、補助熱源装置４ａの給水の一部は潜熱回収用熱交換器４９を経由した後に供給される。

混合弁６１には給水管２６と連通する混合弁給水配管６３が接続されており、混合弁６１により強制循環式太陽熱温水器２と補助熱源装置４ａとで加熱された温水に水を混合させて適度な水温にした後に給湯栓６に供給するよう構成されている。

給湯設備の別の例として湯張りもできように構成されている。湯張りは、混合弁６１を通過した後で分岐して湯張り弁６４を介して湯張り配管６５により、後で説明する外部追焚き循環回路に接続され、浴槽７に直接温水を供給できる。

追焚き機能についての構成を説明する。浴槽７には浴槽７の湯を吸入する口と吐出する口を具備した浴槽接続口７１が備えられおり、追焚き熱交換器７２の熱消費側と浴槽接続口７1と、そしてこれらを結ぶ追焚き往き配管７４と追焚き戻り配管７５とが、循環回路を形成し、搬送手段としての追焚き循環ポンプ７３により外部追焚き循環回路として形成されている。

次に、追焚き熱交換器７２の熱供給側については、追焚き熱交換器７２の熱供給側と補助熱源装置４ａと、そしてこれらを結ぶ補助熱源給湯分岐配管４８、追焚き暖房切換三方弁７８と、追焚き内部配管７７と、入側内部循環配管５７ａと、循環ポンプ５５と出側内部循環配管５７ｂと、補助熱源給水管４６とが、循環回路を形成し、搬送手段としての循環ポンプ５５により内部追焚き循環回路として形成されている。なお、循環ポンプ５５が作動することで、循環ポンプ５５を起点として、出側内部循環配管５７ｂ、潜熱熱交入口管９１、潜熱回収用熱交換器４９、潜熱熱交出口管９２、入側内部循環配管５７ａを経て循環ポンプ５５に戻る潜熱回収用循環回路も形成され、これにより、内部追焚き循環回路を循環する水の一部は潜熱回収用熱交換器４９によっても加熱される。

暖房機能についての構成を説明する。暖房装置８は温水が供給されることにより室内に熱を放出する温水式床暖房や温水式暖房装置（送風機により強制的に熱を放出する場合と、自然対流による場合がある。）である。暖房装置８には暖房往き配管８４と暖房戻り配管８５が連通して接続されており、暖房熱交換器８２の熱消費側と暖房往き配管８４と暖房戻り配管８５も連通して接続されることにより外部暖房循環回路が形成され、搬送手段として暖房循環ポンプ８３が設けられている。なお、外部暖房循環回路には冬季の凍結を防止するため、プロピレングリコール等の不凍液が満たしてある。

次に、暖房熱交換器８２の熱供給側については、暖房熱交換器８２の熱供給側と補助熱源装置４ａと、そしてこれらを結ぶ補助熱源給湯管４７、補助熱源給湯分岐配管４８、追焚き暖房切換三方弁７８、暖房内部配管８７、追焚き内部配管７７、入側内部循環配管５７a、循環ポンプ５５、出側内部循環配管５７ｂ、補助熱源給水管４６とにより、内部暖房循環回路が形成され、搬送手段として循環ポンプ５５が設けられている。なお、循環ポンプ５５が作動することで、循環ポンプ５５を起点として、出側内部循環配管５７ｂ、潜熱熱交入口管９１、潜熱回収用熱交換器４９、潜熱熱交出口管９２、入側内部循環配管５７ａを経て循環ポンプ５５に戻る潜熱回収用循環回路も形成され、これにより、内部暖房循環回路を循環する水の一部は潜熱回収用熱交換器４９によっても加熱される。

追焚き機能または暖房機能については、追焚き暖房切換三方弁７８により何れか一方のみの機能が選択可能である。次に給湯機能と、追焚き機能または暖房機能の一方の機能が同時に使用される場合は、閉止機能付三方弁５０は給湯管２７から集熱量計測装置３に連通する流路となる。追焚き機能または暖房機能の一方の機能だけが使用される場合は、閉止機能付三方弁５０は閉止状態となり、強制循環式太陽熱温水器２よりの温水の供給はされない。

凍結防止機能や殺菌機能の構成について説明する。凍結防止機能及び殺菌機能についての説明は、実施例１と同様であるので説明を省略する。なお、内部暖房循環回路については、外部暖房循環回路が不凍液で満たされていることから、凍結防止機能や殺菌機能の対象とはされてない。

凍結防止機能や殺菌機能の構成は、補助熱源装置４ａを燃焼させその熱を利用して凍結防止や殺菌を行うので、循環ポンプ５５を駆動して補助熱源装置４aの補助熱源熱交換器４２に通水させ補助熱源装置４ａの燃焼器４１の燃焼を開始させる必要がある。同時に循環ポンプ５５が作動することで、潜熱回収用熱交換器４９にも通水され、潜熱回収用熱交換器４９で熱交換される熱も利用されている。

凍結防止機能や殺菌機能時には、閉止機能付三方弁５０は給湯管２７とバイパス配管５１が連通され、追焚き暖房切換三方弁７８は補助熱源給湯分岐配管４８と追焚き熱交換器７２の熱供給側が連通されている。これにより、循環ポンプ５５により３つの循環回路が形成される。

第一の循環回路は、循環ポンプ５５を起点として、出側内部循環配管５７ｂ、補助熱源給水管４６、補助熱源熱交換器４２、補助熱源給湯管４７の一部、補助熱源給湯分岐配管４８、追焚き暖房切換三方弁７８、追焚き熱交換器７2の熱供給側、追焚き内部配管７７、入側内部循環配管５７ａを経て循環ポンプ５５に戻るものである。

第二の循環回路は、循環ポンプを起点として、出側内部循環配管５７ｂ、バイパス配管５１、閉止機能付三方弁５０、給湯管２７、貯湯タンク２１、給水管２６の一部、閉止機能付流量調節弁５９を一部に含む凍結防止バイパス管６０、入側内部循環配管５７aを経て循環ポンプ５０に戻るものである。なお、閉止機能付流量調節弁５９により、この第二の循環回路における流量が凍結防止や殺菌に最適なように調節されている。

第三の循環回路は、循環ポンプ５５を起点として、出側内部循環配管５７ｂ、潜熱熱交入口管９１、潜熱回収用熱交換器４９、潜熱熱交出口管９２、入側内部循環配管５７ａを経て循環ポンプ５５に戻るものである。

この凍結防止や殺菌の動作が行われた場合には、第一の循環回路中の補助熱源熱交換器４２及び第三の循環回路中の潜熱回収用熱交換器４９により加熱された温水は循環ポンプ５５を共通にするので第二の循環回路に混ざることになり、給湯管２７、貯湯タンク２１、給水管２６の一部に、補助熱源熱交換器４２及び潜熱回収用熱交換器４９で加熱された温水による熱量が加算されることとなる。

（制御方法）
制御方法について図５に基づいて説明する。前述の凍結防止や殺菌が行われたかどうかは禁止手段の制御も含む制御基板５３ａで判断し、補助熱源装置４ａで貯湯タンク２１側を加熱する動作を開始したと判断する（ステップ１１）とステップ１２に進み、閉止機能付三方弁５０をバイパス配管５１側に切換える（ステップ１２）。燃焼器４１の既知である制御量に対応する燃焼量と、既知である補助熱源熱交換器４２の熱交換効率より、貯湯タンク２１側を加熱した熱量を積算する（ステップ１３）。貯湯タンク２１の貯湯タンク温度センサー２２〜２５により貯湯タンク２１内の水温を検出し、凍結防止又は殺菌の各場合の設定温度に到達したかを制御基板５３ａで判断する。これにより設定温度に到達している場合は補助熱源装置４ａで貯湯タンク２１側を加熱する動作を終了し（ステップ１４）、ステップ１５に進む。給湯を行う等により貯湯タンク２１内の湯が消費される場合に、給水管温度センサー２９と、補助熱源流量センサー４３と、補助熱源給水温度センサー４４により貯湯タンク２１側から消費された消費熱量を計算しこれを積算する（ステップ１５）。貯湯タンク２１側の補助熱源装置４ａによる加熱量の積算値よりも消費された消費熱量の積算値が大きくなった時点（ステップ１６）でステップ１７に進み、閉止機能付三方弁５０を集熱量計測装置３側に切換える（ステップ１７）。

なお、前記ステップ１２の閉止機能付三方弁５０の切換え時間については、他に貯湯タンク２１に貯湯タンク温度センサー２２乃至２５が備えられ、貯湯タンク２１の内容量及び各貯湯タンク温度センサー２２乃至２５高さ位置における貯湯タンク２１の内容量は予め求めることが可能であるのでこれを固定値として、補助熱源装置４ａによる貯湯タンク２１の加熱熱量は演算可能であり、これにより閉止機能付三方弁５０の切換え時期とする方法もある。

また、貯湯タンク２１、給湯管２７、給水管２６、給湯配管２８の補助熱源装置４ａにより加熱された温水が流入する部分の内容量は予め求めることが可能であり、この内容量の全部について通過する時間を閉止機能付三方弁５０の切換え時間とする方法もある。

実施例１及び実施例２においては発明２、発明３、発明５及び発明６の内容によりバイパス流路を設ける内容を説明している。禁止手段については発明２、発明３、発明５及び発明６のバイパス流路を設ける方法以外にも、補助熱源装置4又は４ａにより貯湯タンク２１等に流入した加熱熱量に対応する時間について、集熱量計測装置３の駆動電源を供給しない方法や、流量センサー３３より出力されるパルス値を計測装置本体３０の演算部に入力しない方法もある。

実施例３のシステムについては図１の実施例１と同様であり説明を省略する。ただし、実施例３においては、図１の制御基板５３の中に強制通水手段の制御部を有しており、前記強制通水手段の制御部によってバイパス三方弁５２および循環ポンプ５５の強制的な駆動が可能となる。また、前記強制通水手段の制御部にはバイパス三方弁５２がバイパス配管５１側に切換えてから集熱量計測装置３側に戻った時点を起点とする時間を積算し、所定時間が経過したことを判断する手段および強制通水手段が動作する一定時間が経過したことを判断する手段も有している。

（制御方法）
制御方法について図６に基づいて説明する。前述のバイパス三方弁５２がバイパス配管５１側に切換えてから集熱量計測装置３側に戻った時点からの時間を積算し、所定時間が経過したことを判断する手段により、バイパス三方弁５２が駆動してから所定時間（例えば、２４時間）以上経過したと強制通水手段の制御部が判断する（ステップ２１）とステップ２２に進み、バイパス三方弁５２をバイパス配管５１側に切換える（ステップ２２）。次に閉止機能付流量調節弁５９を開き（ステップ２３）、循環ポンプ５５を駆動させる（ステップ２４）。バイパス配管５１の内容量と、循環ポンプ５５が駆動した場合の流量より、バイパス配管５１内部に滞留する水が入れ替わるのに必要な所定時間を求め、強制通水手段が動作して前記求めた所定時間（例えば、５秒間）が経過したことを判断し（ステップ２５）、ステップ２６に進む。循環ポンプ５５を停止させ（ステップ２６）、バイパス三方弁５２を集熱量計測装置３側に切換え（ステップ２７）、閉止機能付流量調節弁５９を閉じる（ステップ２８）。

実施例４のシステムについては図４の実施例２と同様であり説明を省略する。ただし、実施例４においては、図４の制御基板５３ａの中に強制通水手段の制御部を有しており、前記強制通水手段の制御部によって閉止機能付三方弁５０および循環ポンプ５５の強制的な駆動が可能となる。また、前記強制通水手段の制御部には一日の時刻に対応した時刻であることを判断する手段および強制通水手段が動作する一定時間が経過したことを判断する手段も有している。

（制御方法）
制御方法について図７に基づいて説明する。前述一日の時刻に対応した時刻であることを判断する手段により、所定の時刻（例えば、午前３時）になったと強制通水手段の制御部が判断する（ステップ３１）とステップ３２に進み、閉止機能付三方弁５０をバイパス配管５１側に切換える（ステップ３２）。次に閉止機能付流量調節弁５９を開き（ステップ３３）、循環ポンプ５５を駆動させる（ステップ３４）。バイパス配管５１の内容量と、循環ポンプ５５が駆動した場合の流量より、バイパス配管５１内部に滞留する水が入れ替わるのに必要な所定時間を求め、強制通水手段が動作して前記求めた所定時間（例えば、５秒間）が経過したことを判断し（ステップ３５）、ステップ３６に進む。循環ポンプ５５を停止させ（ステップ３６）、閉止機能付三方弁５０を集熱量計測装置３側に切換え（ステップ３７）、閉止機能付流量調節弁５９を閉じる（ステップ３８）。

なお、実施例３においては、バイパス三方弁５２がバイパス配管５１側に切換えてから集熱量計測装置３側に戻った時点を起点とする時間を積算し、所定時間が経過したことを判断する手段を有し、実施例４においては一日の時刻に対応した時刻であることを判断する手段を有しているが、実施例３において一日の時刻に対応した時刻であることを判断する手段を有し、実施例４においてバイパス三方弁５２がバイパス配管５１側に切換えてから集熱量計測装置３側に戻った時点を起点とする時間を積算し、所定時間が経過したことを判断する手段を有するようにしても、第４発明および第８発明についての同様の効果を得ることが可能である。

また、バイパス配管５１内部に滞留する水が入れ替わるのに必要な時間を所定の時間として説明したが、多少長めの一定の時間としても、同様の効果を得ることが可能である。

１、１ａ：太陽熱温水システム
２：強制循環式太陽熱温水器
３：集熱量計測装置
４、４ａ：補助熱源装置
５、５ａ：禁止手段
６：給湯栓
７：浴槽
８：暖房装置
１０：集熱板
１１：集熱板往き配管
１２：集熱板戻り配管
１３：太陽熱熱交換器
１４：太陽熱循環ポンプ
２１：貯湯タンク
２２、２３、２４、２５：貯湯タンク温度センサー
２６：給水管
２７：給湯管
２８：給湯配管
２９：給水管温度センサー
３０：計測装置本体（表示部と演算部）
３１：給水温度センサー
３２：給湯温度センサー
３３：流量センサー
３４、３５、３６：センサーコード
４１：燃焼器
４２：補助熱源熱交換器
４３：補助熱源流量センサー
４４：補助熱源給水温度センサー
４５：補助熱源給湯温度センサー
４６：補助熱源給水管
４７：補助熱源給湯管
４８：補助熱源給湯分岐配管
４９：潜熱回収用熱交換器
５０：閉止機能付三方弁
５１：バイパス配管
５２：バイパス三方弁
５３、５３ａ：制御基板
５４、５４ａ：制御コード
５５：循環ポンプ
５６：循環バイパス配管
５７：内部循環配管
５７ａ：入側内部循環配管
５７ｂ：出側内部循環配管
５８：三方向連通可能三方弁
５９：閉止機能付流量調節弁
６０：凍結防止バイパス管
６１：混合弁
６２：給湯栓配管
６３：混合弁給水配管
６４：湯張り弁
６５：湯張り配管
７１：浴槽接続口
７２：追焚き熱交換器
７３：追焚き循環ポンプ
７４：追焚き往き配管
７５：追焚き戻り配管
７６：追焚き循環路切換三方弁
７７：追焚き内部配管
７８：追焚き暖房切換三方弁
８２：暖房熱交換器
８３：暖房循環ポンプ
８４：暖房往き配管
８５：暖房戻り配管
８７：暖房内部配管
９１：潜熱熱交入口管
９２：潜熱熱交出口管

Claims (8)

1. 強制循環式太陽熱温水器と、該強制循環式太陽熱温水器から出湯する温水を加熱する補助熱源装置と、該強制循環式太陽熱温水器の集熱量を計測する集熱量計測装置と、該補助熱源装置により加熱された温水が該強制循環式太陽熱温水器の貯湯タンク内に流入した場合は該補助熱源装置で加熱し流入した熱量分が流出するまで該集熱量計測装置の計測を行わせない禁止手段が備えられていることを特徴とする太陽熱温水システム。
2. 前記禁止手段は前記集熱量計測装置をバイパスする流路を形成させることよりなることを特徴とする請求項１記載の太陽熱温水システム。
3. 前記集熱量計測装置を通過する流路と、前記集熱量計測装置をバイパスする流路と、該集熱量計測装置を通過する流路および該集熱量計測装置をバイパスする流路の両流路を通過させない流路と、これら３つの流路の切り換えが１つの閉止機能付き三方弁で切り換えられることを特徴とする請求項２記載の太陽熱温水システム。
4. 前記集熱量計測装置をバイパスする流路に、強制的に所定時間通水させる強制通水手段を有することを特徴とする請求項２または請求項３記載の太陽熱温水システム。
5. 強制循環式太陽熱温水器と、該強制循環式太陽熱温水器から出湯する温水を加熱する補助熱源装置と、該強制循環式太陽熱温水器の集熱量を計測する集熱量計測装置と、該補助熱源装置により加熱された温水が該強制循環式太陽熱温水器の貯湯タンク内に流入した場合は該補助熱源装置で加熱し流入した熱量分が流出するまで該集熱量計測装置の計測を行わせない禁止手段が備えられ、該補助熱源装置により加熱された温水が該貯湯タンク内に流入する場合は流入した量に対応する期間に亘って該禁止手段を作動させることを特徴とする太陽熱温水システムの制御方法。
6. 前記禁止手段は前記集熱量計測装置をバイパスする流路を形成させることよりなることを特徴とする請求項５記載の太陽熱温水システムの制御方法。
7. 前記集熱量計測装置を通過する流路と、前記集熱量計測装置をバイパスする流路と、該集熱量計測装置を通過する流路および該集熱量計測装置をバイパスする流路の両流路を通過させない流路と、これら３つの流路の切り換えが１つの閉止機能付き三方弁で切り換えられることを特徴とする請求項５記載の太陽熱温水システムの制御方法。
8. 前記集熱量計測装置をバイパスする流路に、強制的に所定時間通水させる強制通水手段を有することを特徴とする請求項６または請求項７記載の太陽熱温水システムの制御方法。

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