JP5418853B2 - 太陽熱温水装置及び太陽熱温水装置における表示方法 - Google Patents

Description

本発明は、太陽熱を利用して水を温め貯湯できる太陽熱温水装置及び太陽熱温水装置における表示方法に関する。

太陽熱温水装置は、太陽熱により水を温めて温水を生成する自然エネルギー利用機器であり、動作時に化石燃料を不要とし温室効果ガスの排出が無いうえ、エネルギー変換効率が高く経済的であることから、装置の導入が推進されている。太陽熱温水装置は、建物の屋根にパネル等からなる集熱器を設置しておき、集熱器と貯湯タンクとの間で水を対流により自然循環又はポンプにより強制循環させることで該水を温める直接加熱方式のものや、集熱器と貯湯タンクとの間でポンプにより不凍液等の熱媒を強制循環させつつ熱媒の熱を貯湯タンク内の水と熱交換して水を温める間接加熱方式のものが知られている。ポンプで熱媒等を駆動させるタイプの太陽熱温水装置では、ポンプの駆動電力を装置自身で供給できるように、太陽電池が組み込まれたものもある（例えば、特許文献１参照）。一般に、太陽熱温水装置は太陽熱を利用することから、湯水の温度や湯沸し効率にかかわる集熱状況は、天候すなわち太陽の日射強度（日射量）の強弱に左右されるが、変化する日射強度の目安を表示するモニタ等が室内にあれば、該日射強度によって左右される太陽熱温水装置の作動状況を手軽に把握できるので便利である。従来、太陽の日射強度を表示する方法としては、例えば、Ｃｄｓセンサ等の光センサを取付けて光センサの出力をモニタ等に表示させる方法や、太陽電池の発電量の変化をモニタに表示する方法（例えば、特許文献２参照）等が考えられる。

特許第３２３４９７６号公報 特開２００１−２４９７２７号公報

しかしながら、光センサを取付ける方法では、太陽熱温水装置に必要な構成要素以外に光センサや光センサ用のその他の回路が別途必要となって部品点数が増えるとともに、製造時に温水装置に光センサ等の取り付け工程が増え、装置構造が複雑化し、高コストとなる問題があった。また、特許文献２記載の太陽電池システムのように、太陽電池の出力電力を検知して表示パネル等に表示する方法では、ポンプ駆動用の太陽電池とは別に日射強度検知用の太陽電池を設ける必要があるとともに、電圧と電流の両方を検知する必要があるためそれぞれの検知回路や電力演算回路等が必要となる結果、太陽熱温水装置に必要な構成要素以外の部品点数が増加して構造が複雑化、大型重量化し、高コストとなる問題があった。

本発明は上記従来の課題に鑑みてなされたものであり、その一つの目的は、太陽電池でポンプを駆動させる太陽熱温水装置において、太陽の日射強度の変化を正確に表示できるとともに、ポンプ駆動用の太陽電池の構成を有効に利用して、簡単な構成で、低コストで製造できる太陽熱温水装置及び太陽熱温水装置における表示方法を提供することにある。

上記課題を解決するために本発明は、建物１００上部側に設置される太陽熱の集熱器１２と、貯湯タンク１４と、集熱器１２と貯湯タンク１４を通って形成され内部に熱媒体を循環させる循環回路１６と、熱媒体を循環回路１６内で強制循環させるポンプ１８と、ポンプ１８の駆動電力を供給する太陽電池２０と、を備えた太陽熱温水装置であり、太陽電池２０の出力電圧を表示する表示装置２２と、集熱器１２側と貯湯タンク１４側の温度を測定する温度センサ２４、２６と、温度センサ２４、２６からの集熱器１２側と貯湯タンク１４側の温度を受けてそれらの温度差を常に監視し所定の条件に基づいてポンプ１８をオンオフ制御するとともに表示装置２２の表示を制御する制御部２８であって、温度差が設定値より大きいときにポンプ１８をオンして太陽電池２０の出力電圧を表示装置２２に表示させる第１表示制御と、温度差が設定値より小さいときにポンプ１８を長時間オフさせたオフ状態とポンプ１８を短時間だけオンするオン状態とを所定の時間間隔で交互に繰り返し該オン状態時での太陽電池２０の出力電圧を表示装置２２に表示させる第２表示制御と、を行わせる制御部２８と、を備えたことを特徴とする太陽熱温水装置１０から構成される。貯湯タンク１４は、重量があるので地上側に設置してもよいが、建物の屋根等の集熱器１２の近傍に設置してもよい。

また、制御部２８は、太陽電池２０の出力電圧を監視する電圧監視部５２を有し、温度差が設定値Ｓより小さく、かつ太陽電池２０の出力電圧が予め設定した基準値Ｕ１より低いときに、ポンプ１８を常にオフして太陽電池２０の出力電圧を表示装置２２に表示させる第３表示制御を行わせることとしてもよい。制御部２８は、温度差が設定値より小さく、かつ太陽電池２０の出力電圧が予め設定した基準値より高いときには、第２表示制御を行なう。

また、ポンプ１８には、ポンプ１８に駆動電力を供給する太陽電池２０と商用電源２１とを選択的に切り換える電源切換部４６が接続され、制御部２８は、温度差が設定値より大きく、かつ太陽電池２０の出力電圧が予め設定した基準値より低いときに、電源切換部４６を商用電源２１に接続して該ポンプをオンしている商用電源接続状態と、電源切換部４６を太陽電池２０に切換接続した太陽電池接続状態と、を所定時間間隔で交互に繰り返し、太陽電池接続状態時の太陽電池２０の出力電圧を表示装置２２に表示させる第４表示制御を行わせることとしてもよい。

さらに、本発明は、建物上部側に設置された太陽熱の集熱器１２と貯湯タンク１４とを通って形成される循環回路１６内に、熱媒体を太陽電池２０から電力供給されるポンプ１８によって強制循環しながら貯湯タンク１４内に温水を生成する太陽熱温水装置１０において、制御部２８を介して、集熱器１２側及び貯湯タンク１４側の温度差を常に監視しておき、温度差が設定値より大きいときには、ポンプ１８をオンして太陽電池２０の出力電圧を表示装置２２に表示させ、温度差が設定値より小さいときには、ポンプ１８を長時間オフしたオフ状態とポンプを短時間だけオンした測定状態とを交互に繰り返し、該オン時の太陽電池２０の出力電圧を表示装置２２に表示させることを特徴とする太陽熱温水装置における表示方法から構成される。

また、制御部２８を介して、太陽電池２０の出力電圧を常に監視しておき、温度差が設定値より小さく、かつ太陽電池２０の出力電圧が基準値より低いときには、常にポンプ１８をオフしておき太陽電池２０の出力電圧を表示装置２２に表示させることとしてもよい。

また、制御部２８を介して、温度差が設定値より大きく、かつ太陽電池２０の出力電圧が予め設定した基準値より低いときには、ポンプ１８を商用電源２１に接続してポンプ１８をオンしている商用電源接続状態と、ポンプ１８を太陽電池２０に切換接続した太陽電池接続状態と、を所定時間間隔で交互に繰り返し、太陽電池接続状態時の太陽電池２０の出力電圧を表示装置２２に表示させることとしてもよい。

本発明の太陽熱温水装置によれば、建物上部側に設置される太陽熱の集熱器と、貯湯タンクと、集熱器と貯湯タンクを通って形成され内部に熱媒体を循環させる循環回路と、熱媒体を循環回路内で強制循環させるポンプと、ポンプの駆動電力を供給する太陽電池と、を備えた太陽熱温水装置であり、太陽電池の出力電圧を表示する表示装置と、集熱器側と貯湯タンク側の温度を測定する温度センサと、温度センサからの集熱器側と貯湯タンク側の温度を受けてそれらの温度差を常に監視し所定の条件に基づいてポンプをオンオフ制御するとともに表示装置の表示を制御する制御部であって、温度差が設定値より大きいときにポンプをオンして太陽電池の出力電圧を表示装置に表示させる第１表示制御と、温度差が設定値より小さいときにポンプを長時間オフさせたオフ状態とポンプを短時間だけオンするオン状態とを所定の時間間隔で交互に繰り返し該オン状態時での太陽電池の出力電圧を表示装置に表示させる第２表示制御と、を行わせる制御部と、を備えたことから、ポンプ駆動用の太陽電池の出力電圧だけを利用して日射強度の変化を正確に表示装置に表示させることができる。その結果、他のセンサを取り付けたり大幅な変更を加えたりすることなく、簡単な構造でしかも低コストで太陽熱温水装置を製造することができる。また、第１、第２表示制御のいずれでも太陽電池を同じ負荷であるポンプに接続させることとなるので、同じ条件で出力電圧の変化を正確に表示できるとともに、ポンプのオンオフに連動して太陽電池の発電状況を表示でき、装置の作動状況を簡便に把握できる。

また、制御部は、太陽電池の出力電圧を監視する電圧監視部を有し、温度差が設定値より小さく、かつ太陽電池の出力電圧が予め設定した基準値より低いときに、ポンプを常にオフして太陽電池の出力電圧を表示装置に表示させる第３表示制御を行わせる構成とすることにより、例えば、夜間などの場合に、無意味にポンプをオンオフさせることがなく、無駄な電気の使用や部材の早期損耗を防止できる。また、夜間にポンプを駆動させることによる騒音発生も確実に防止することができる。

また、ポンプには、ポンプに駆動電力を供給する太陽電池と商用電源とを選択的に切り換える電源切換部が接続され、制御部は、温度差が設定値より大きく、かつ太陽電池の出力電圧が予め設定した基準値より低いときに、電源切換部を商用電源に接続して該ポンプをオンしている商用電源接続状態と、電源切換部を太陽電池に切換接続した太陽電池接続状態と、を所定時間間隔で交互に繰り返し、太陽電池接続状態時の太陽電池の出力電圧を表示装置に表示させる第４表示制御を行わせる構成とすることにより、例えば、太陽電池の故障や不具合等が生じている場合でもポンプを駆動させることができる。また、例えば、晴天でポンプが駆動していても、太陽電池の出力表示が無いことで、室内で太陽電池の故障や不具合を簡単に把握することもできる。また、商用電源を使用していても所定時間で太陽電池に切り換えることから、太陽電池が利用できる状況に復帰している場合には、自動的にポンプの電源を太陽電池に切り換えて太陽電池による電源供給を行い省エネルギーでポンプを駆動させることができる。

さらに、本発明の表示方法によれば、建物上部側に設置された太陽熱の集熱器と貯湯タンクとを通って形成される循環回路内に、熱媒体を太陽電池から電力供給されるポンプによって強制循環しながら貯湯タンク内に温水を生成する太陽熱温水装置において、制御部を介して、集熱器側及び貯湯タンク側の温度差を常に監視しておき、温度差が設定値より大きいときには、ポンプをオンして太陽電池の出力電圧を表示装置に表示させ、温度差が設定値より小さいときには、ポンプを長時間オフしたオフ状態とポンプを短時間だけオンした測定状態とを交互に繰り返し、該オン時の太陽電池の出力電圧を表示装置に表示させることから、ポンプの駆動用の太陽電池の出力電圧だけを利用して日射強度の変化を正確に表示装置に表示させることができる。その結果、従来の太陽熱温水装置の構成から大幅な変更を加えることなく、簡単な構造でしかも低コストで太陽熱温水装置を製造することができる。

また、制御部を介して、太陽電池の出力電圧を常に監視しておき、温度差が設定値より小さく、かつ太陽電池の出力電圧が基準値より低いときには、常にポンプをオフしておき太陽電池の出力電圧を表示装置に表示させる構成とすることにより、例えば、夜間などの場合に、無意味にポンプをオンオフさせることがなく、無駄な電気の使用や部材の早期損耗を防止できる。また、夜間にポンプを駆動させることによる騒音発生も確実に防止することができる。

また、制御部を介して、温度差が設定値より大きく、かつ太陽電池の出力電圧が予め設定した基準値より低いときには、ポンプを商用電源に接続してポンプをオンしている商用電源接続状態と、ポンプを太陽電池に切換接続した太陽電池接続状態と、を所定時間間隔で交互に繰り返し、太陽電池接続状態時の太陽電池の出力電圧を表示装置に表示させる構成とすることにより、例えば、太陽電池の故障や不具合等が生じている場合でもポンプを駆動させることができる。また、例えば、晴天でポンプが駆動していても、太陽電池の出力表示が無いことで、室内で太陽電池の故障や不具合を簡単に把握することもできる。また、商用電源を使用していても所定時間で太陽電池に切り換えることから、太陽電池が利用できる状況に復帰している場合には、自動的にポンプの電源を太陽電池に切り換えて太陽電池による電源供給を行い省エネルギーでポンプを駆動させることができる。

本発明の一実施形態に係る太陽熱温水装置の概略構成図である。 図１の太陽熱温水装置を建物に設置した斜視図である。 図１の太陽熱温水装置の制御部の概略ブロック説明図である。 図１の太陽熱温水装置の表示装置の要部拡大図である。 図１の太陽熱温水装置の制御部のスイッチ制御の説明図である。 図１の太陽熱温水装置の表示制御のフローの説明図である。 図１の太陽熱温水装置の太陽電池の出力電圧（ポンプの両端側の電圧）と開放電圧、及び日射量の時間変化を示すグラフである。

以下添付図面を参照しつつ本発明の太陽熱温水装置及び太陽熱温水装置における表示方法の実施形態について説明する。本発明に係る太陽熱温水装置は、例えば、一般家屋や集合住宅等に設置され、太陽熱を利用して水を温めて貯湯するシステムであり、屋内等に表示パネルを設置して太陽熱温水装置の作動状況を簡単に把握できるものである。図１ないし図７は、本発明の太陽熱温水装置の一実施形態を示している。本実施形態では、図１、図２に示すように、太陽熱温水装置１０は、集熱器１２と、貯湯タンク１４と、熱媒体が循環する循環回路１６と、ポンプ１８と、太陽電池２０と、表示装置２２と、温度センサ２４、２６と、制御部２８と、を備えている。

図１、図２に示すように、集熱器１２は、例えば、建物１００の屋根または屋上等の建物上部側に架台を介して固定された太陽熱を受ける集熱手段である。本実施形態では、集熱器１２は、例えば、パネル型で設けられており、内部に不凍液等の熱媒体が流れる銅管製の集熱側配管３０が敷設されている。集熱器１２が太陽熱を受けるとパネル状の受熱面から配管３０内の熱媒体に熱が伝わり熱媒体の温度が上昇する。貯湯タンク１４は、例えば、地上側に設置され、内部に原水又は温めた温水を溜める貯水空間を有している。貯湯タンク１４には、貯湯タンク内部に原水を導入する給水口３２、タンク内部の温められた湯水を外部に供給する出湯口３４が形成されている。貯湯タンク１４内には熱媒体が流れる熱交換器３６が設置されている。熱交換器３６は、集熱器１２で温められた熱媒体の熱を貯湯タンク１４内の原水に熱交換して原水を温める。すなわち、本実施形態の太陽熱温水装置は、熱媒体を介して水を温める間接加熱方式となっている。貯湯タンク１４内に貯められた温水は、例えば、出湯口３４から図示しない温水供給管により建物１００内に導入され、風呂、洗面所、台所等で利用される。なお、貯湯タンク１４から建物１００内へ引き込まれる温水供給管の途中には、例えば、貯湯タンクから供給される温水の温度が低い場合に該温水をガスや電気等を利用して補助的に加熱する給湯機が設けられていてもよい。

循環回路１６は、例えば、集熱器１２に設置された配管３０と、貯湯タンク１４内に配置された熱交換器３６と、それらを閉回路状に接続する往路配管３８及び復路配管４０と、を含む。集熱器１２の配管３０の出口側と復路配管４０との間には循環回路１６内の熱媒体を調整するリザーブタンク４２が設けられている。復路配管４０と熱交換器３６との間にはポンプ１８が介設されている。ポンプ１８は、例えば、比較的低出力の電動ポンプからなり、循環回路１６内の熱媒体を強制的に循環させる。ポンプ１８は、制御部２８に電気的に接続されており、制御部２８によってオンオフ制御される。本実施形態では、図３にも示すように、ポンプ１８は、制御部２８の電源切換部４６を介して太陽電池２０と商用電源２１とに電気的に接続されており、電源切換部４６によって選択的に電源を切り換えられる。太陽電池２０は、ポンプ１８駆動用の電源供給手段であり、基本的には太陽熱温水装置自身で駆動用電源を供給し、商用電源等の外部電源を不要とできる。さらに、本実施形態では、この太陽電池２０は、後述のように日射量（日射強度）の変化を検知するための日射量検知手段を兼用する。太陽電池２０は、例えば、リザーブタンク４２とともに支持板で一体的に組み付けられて集熱器１２の横に隣接して配置されており、架台を介して建物１００の屋根等に固定されている。商用電源２１は、例えば、交流−直流変換器等を介してポンプ１８と接続されており、太陽電池の出力が確保できないときなどに補助的にポンプ駆動用電源を供給する。

表示装置２２は、太陽熱温水装置１０の作動状況を表示するインジケータ手段であり、例えば、建物１００の屋内に設置される液晶表示パネル等からなる。表示装置２２は、制御部２８に電気的に接続され、制御部２８によって各表示を制御される。本実施形態では、表示装置２２は、太陽電池の出力電圧すなわち発電状況の変化をあらわすことで天候すなわち日射強度の変化の目安を簡単に表示させるようになっている。本実施形態では、図４に示すように、表示装置２２は、例えば、太陽電池２０の出力電圧の表示２２ａ、ポンプの駆動状態の表示２２ｂ、貯湯タンク１４内の温水又は水の温度の表示２２ｃ、貯湯タンク１４内の温水の量（湯量）の表示２２ｄ、現在時刻の表示２２ｅ等、その他の表示を表示する。本実施形態では、太陽電池の出力電圧の表示２２ａは、例えば、縦又は横に並んだ複数（例えば５つの）の目盛を順次点灯又は消灯することにより、０〜５目盛の６段階のレベル表示で段階的にあらわされる。なお、図４では３目盛のレベル表示となっている。ポンプの駆動状況の表示２２ｂは、例えば、湯量の表示２２ｄを囲むように逆Ｕ字状の箱群列で表示され、ポンプ１８が駆動している場合には点灯し、ポンプが駆動していない場合には消灯する。温水温度の表示２２ｃは、例えば、貯湯タンク内に設置した温度センサによって測定した温水の温度がデジタル数字で表示される。湯量の表示２２ｄは、例えば、貯湯タンク１４内に設置した湯量センサによって湯量に応じて縦又は横に並んだ複数の（例えば４つの）目盛を順次点灯又は消灯することにより、１〜４目盛の４段階のレベル表示で段階的に表示される。時刻の表示２２ｅは、例えば、制御部２８のタイマ部５６により現在時刻を受けてデジタル数字で表示される。なお、太陽電池の出力電圧の表示２２ａや湯量の表示２２ｄは、レベル表示の段階数は任意でもよいし、また段階的なレベル表示に限らず数値表示でもよい。また、表示装置２２は、液晶表示に限らず、例えば、複数の発光ダイオード等を用い、太陽電池の出力電圧に応じて点灯させる発光ダイオードの数を増減させる構成でもよく、その他任意のデジタル表示、アナログ表示でもよい。なお、表示装置２２は、例えば、上記の表示（２２ａ〜２２ｅ）の他に外気温や装置の故障や異常を示すエラー表示等を表示できるようにしても良い。また、表示装置２２は、表示パネルに設けられたボタン等を押すことで表示を任意に切り換えるようにしてもよい。表示装置２２は、例えば、商用電源から電源供給されており、必要に応じて表示できるようになっている。なお、表示装置は、太陽電池から電源供給されてもよく、太陽電池と商用電源を切り換えるようになっていてもよい。

温度センサ２４、２６は、集熱器１２側と貯湯タンク１４側とのそれぞれの温度を測定する温度測定手段であり、制御部２８に電気的に接続されている。本実施形態では、集熱器側の温度センサ２４は、例えば、集熱器１２のパネル状の受熱面又は配管３０の温度を測定する。貯湯タンク側の温度センサ２６は、例えば、貯湯タンク内の水の温度又は熱交換器３６近傍の配管の温度を測定する。本実施形態では、温度センサ２４、２６は、例えば、温度変化により抵抗値が変化するサーミスタ等が利用され、それぞれの測定位置に設置される。なお、図示しないが、貯湯タンク１２には、タンク内の水の温度を測定する水温センサ、湯量を測定する湯量センサ等が設置されており、これらのセンサは制御部２８に電気的に接続されている。

本実施形態では、制御部２８は、ポンプ１８のオンオフ制御及び表示装置２２の表示制御を行う太陽熱温水装置の制御手段である。制御部２８は、例えば、貯湯タンク１４の外部側に一体的に設けられた収容ボックス部内に取り付けられた制御基板で設けられている。図３に示すように、本実施形態では、制御部２８は、例えば、ポンプ１８と太陽電池２０又は商用電源２１を接続している電気回路を接続又は切断する駆動スイッチ４４と、ポンプ１８の電源を太陽電池２０又は商用電源２１に選択的に切り換える電源切換部４６と、駆動スイッチ４４の開閉及び電源切換部４６の切換制御を行なうスイッチ制御部４８と、温度センサ２４、２６からの信号を元に集熱器１２側と貯湯タンク側１４の温度差を監視する温度差監視部５０と、太陽電池２０及びポンプ１８に並列に接続されて太陽電池の出力電圧を監視する電圧監視部５２と、表示装置２２の表示を制御するための表示用制御部５４と、所定の制御用周期等の時間を計るタイマ部５６と、を含む。

駆動スイッチ４４は、例えば、トランジスタスイッチからなり、スイッチ制御部４８から電気信号を受けて電気回路を開閉しポンプ１８をオンオフする。電源切換部４６は、例えば、リレースイッチからなり、スイッチ制御部４８からの電気信号を受けて電気回路を太陽電池２０又は商用電源２１に択一的に切り換える。スイッチ制御部４８、温度差監視部５０、電圧監視部５２、表示用制御部５４は、例えば、集積回路で構成されるマイコン等の組み込みシステムで構成される。なお、制御部２８は、論理回路、集積回路等ハードウェア構成で実現してもよく、コンピュータ上で動くプログラムやＲＯＭ、ＲＡＭ等に記録させたソフトウェア構成で実現してもよいし、これらのハードウェアとソフトウェアを組み合わせて実現してもよい。制御部２８は、例えば、商用電源２１から電源供給されている。

温度差監視部５０は、例えば、集熱器１２側の温度センサ２４で測定された温度Ｔ１から貯湯タンク１４側の温度センサ２６で測定された温度Ｔ２を引いて温度差（Ｔ１−Ｔ２）を演算して予め定められた設定値Ｓ（例えば、＋５℃）と比較判定し、その判定結果をスイッチ制御部４８に送る。

電圧監視部５２は、例えば、太陽電池２０の出力電圧Ｖ１と予め定められた複数の基準値Ｕ１〜Ｕ５とを比較判定し、その判定結果をスイッチ制御部４８及び表示用制御部５４に送る。電圧監視部５２は、例えば、複数のコンパレータ回路を有しており、回路に入力される太陽電池の出力電圧Ｖ１と段階的に設定された基準値Ｕ１〜Ｕ５とをそれぞれ比較し、その比較結果に応じてハイ又はローの信号を切換え出力する。複数の基準値Ｕ１〜Ｕ５は、表示装置２２で表示される出力電圧の表示２２ａのレベル表示の段階数に対応した数で設定される。複数の基準値Ｕ１〜Ｕ５は、例えば、４Ｖ、８Ｖ、１２Ｖ、１６Ｖ、２０Ｖの５段階に設定されており、コンパレータ回路でそれぞれ比較して、その結果を表示用制御部５４に送る。さらに、電圧監視部５２は、例えば、太陽電池の出力電圧が最小の基準値Ｕ１（例えば、４Ｖ）よりも高い場合には出力電圧ありと判定し、太陽電池の出力電圧が最小の基準値Ｕ１（例えば、４Ｖ）よりも低い場合には出力電圧なしと判定して、その判定結果をスイッチ制御部４４に送る。なお、温度差の設定値Ｓや太陽電池の出力電圧の基準値Ｕ１〜Ｕ５等は、例えば、太陽熱温水装置を設置する場所、環境、装置の規模、太陽電池等の各部材の規格等の条件に応じて任意に設定してもよい。

スイッチ制御部４８は、例えば、温度差監視部５０及び電圧監視部５２からの温度差及び出力電圧の監視情報を受けて、駆動スイッチ４４及び電源切換部４６を制御する。スイッチ制御部４８は、駆動スイッチ４４の開閉制御を行うオンオフ切換部４８１と、電源切換部４６の切換え制御を行なうリレー切換部４８２と、を含む。本実施形態では、スイッチ制御部４８は、図５の表に示すように、集熱器１２側と貯湯タンク１４側の温度差（Ｔ１−Ｔ２）が設定値Ｓよりも大きいか小さいかと、太陽電池の出力電圧Ｖ１が基準値Ｕ１（４Ｖ）よりも大きいか小さいか（出力電圧があるかないか）と、の組み合わせによる４つの異なる状態に対応してそれぞれ制御を行うようになっている。

詳細には、図５に示すように、集熱器１２側と貯湯タンク１４側の温度差が設定値よりも大きく（Ｔ１−Ｔ２≧Ｓ）、かつ太陽電池の出力電圧が基準値よりも大きい（Ｖ１≧Ｕ１）ときには（以下、「第１の状態」ともいう）、スイッチ制御部４８は、電源切換部４６を太陽電池２０に接続し、駆動スイッチ４４を閉じてポンプ１８を常にオン状態にする第１制御を行う。この第１の状態では、例えば、晴天の場合などが考えられ、集熱器１２側で太陽熱の集熱が十分行われており、ポンプ１８を駆動して集熱器１２で温められた熱媒体を強制循環させ、該熱媒体の熱を貯湯タンク内の水と熱交換し温水を生成する。

また、集熱器１２側と貯湯タンク１４側の温度差が設定値よりも小さく（Ｔ１−Ｔ２＜Ｓ）、かつ太陽電池の出力電圧が基準値よりも大きい（Ｖ１≧Ｕ１）ときには（以下、「第２の状態」ともいう）、スイッチ制御部４８は、電源切換部４６を太陽電池２０に接続し、駆動スイッチ４４を開いてポンプ１８をオフ状態にする。そして、スイッチ制御部４８は、ポンプのオフ状態で１０分間隔ごとに駆動スイッチ４４を数秒間だけ閉じてポンプ１８をオン状態とし、その後再度駆動スイッチ４４を開いてポンプ１８を停止させる第２制御を行う。すなわち、第２の状態では、スイッチ制御部４８は、所定時間間隔で駆動スイッチ４４をオンオフ制御するようになっている。さらに言い換えると、スイッチ制御部４８は、比較的長時間（例えば、１０分間）は駆動スイッチ４４を開いてポンプ１８を停止しておき、比較的短時間（例えば、数秒間）だけ駆動スイッチ４４を閉じてポンプを駆動させるようにオンオフを交互に繰り返し制御する。この第２の状態では、例えば、曇天や雨天、または朝夕の時間帯などが考えられ、集熱器１２で十分に集熱できない又は集熱器１２側の温度が貯湯タンク側の温度よりも低い状態であり、貯湯タンク内の水を加熱できないので、基本的にはポンプをオフにしておく。そして、後述のように、太陽電池の出力電圧を正確に測定するために、所定の時間タイミングで極めて短時間だけ駆動スイッチ４４を閉じてポンプをオン制御させるようになっている。

また、集熱器１２側と貯湯タンク１４側の温度差が設定値よりも小さく（Ｔ１−Ｔ２＜Ｓ）、かつ太陽電池の出力電圧が基準値よりも小さい（Ｖ１＜Ｕ１）ときには（以下、「第３の状態」ともいう）、スイッチ制御部４８は、電源切換部４６を太陽電池２０に接続し、常に駆動スイッチ４４を開いてポンプ１８をオフ状態にする第３制御を行う。すなわち、第３の状態では、スイッチ制御部４８は、第２の状態のように所定時間間隔でポンプ１８をオンオフ制御せず、常にポンプ１８はオフ状態で維持される。この第３の状態では、例えば、太陽電池の出力電圧がない夜の時間帯が考えられ、無意味にポンプを駆動させることがなく、部材の早期損耗や無駄な電気の使用を防止できるとともに、夜間の騒音発生等を防止することができる。

また、温度差が設定値よりも大きく（Ｔ１−Ｔ２≧Ｓ）で、かつ太陽電池の出力電圧が基準値よりも小さい（Ｖ１＜Ｕ１）ときには（以下、「第４の状態」ともいう）、スイッチ制御部４８は、電源切換部４６を商用電源２１に接続し、常に駆動スイッチ４４を閉じてポンプ１８をオン状態にする。さらに、第４状態では、スイッチ制御部４８は、電源切換部４６を商用電源２１に接続している状態から１０分間隔ごとに電源切換部４６を太陽電池２０に数秒間だけ切り換える第４制御を行う。すなわち、第４の状態では、スイッチ制御部４８は、所定時間間隔で商用電源に接続した状態と太陽電池に接続した状態とを交互に切り換え制御する。さらには、スイッチ制御部４８は、比較的長時間（例えば、１０分間）の商用電源接続状態と、比較的短時間（例えば、数秒間）の太陽電池接続状態と、を交互に繰り返すように切換え制御を行なうともいえる。この第４の状態では、例えば、太陽電池の故障、不具合が生じた場合や夜間でも温度差がある場合等が考えられ、そのような場合でもポンプを駆動して集熱器で温められた熱媒体を強制循環させ、該熱媒体の熱を貯湯タンク内の水と熱交換し温水を生成できる。なお、電源切換部４６を太陽電池２０に切り換え接続した際に太陽電池の出力電圧が基準値よりも高い（Ｖ１≧Ｕ１）ときには、第４の状態から第１の状態に変わるので、スイッチ制御部４８は上記した第１の状態でのスイッチ制御に切り換える。

表示用制御部５４は、例えば、温度差監視部５０及び電圧監視部５２からの監視情報、及びスイッチ制御部４８からの信号を受けて表示装置２２の表示を制御する。本実施形態では、表示用制御部５４は、スイッチ制御部４８が駆動スイッチ４４を閉路してポンプ１８をオンさせたときに電圧監視部５２で検出した値にて表示装置２２の太陽電池２０の出力電圧の表示２２ａの制御を行う。具体的には、例えば、第１の状態では、表示用制御部５４は、電圧監視部５２から信号を受けて太陽電池の出力電圧に応じた段階的なレベル表示を表示装置２２に表示させる第１表示制御を行う。さらに、表示用制御部５４は、ポンプ１８がオン状態となるので表示装置２２のポンプ駆動状況の表示２２ｄを点灯させる。第２の状態では、表示用制御部５４は、ポンプ１８がオフ状態の際には電圧監視部５２からの信号を反映しないで、所定時間ごとにポンプ１８がオン状態になった際にのみ電圧監視部５２からの信号を反映し太陽電池の出力電圧に応じた段階的なレベル表示を表示装置２２に表示させる第２表示制御を行う。なお、第２の状態では、表示用制御部５４は、ポンプ１８がオフ状態の間は、直前にオン状態になった際の太陽電池の出力電圧の情報を保持しておき、そのレベル表示を表示装置２２に表示させる。そして、表示用制御部５４は、ポンプ１８がオンになった際に出力電圧の表示を更新する。第３の状態では、表示用制御部５４は、太陽電池の出力電圧がないので、表示装置２２の出力電圧の表示２２ａを０目盛レベルで表示する。さらに、表示用制御部５４は、ポンプ１８がオフ状態となるので表示装置２２のポンプ駆動状況の表示２２ｄを消灯させる。第４の状態では、表示用制御部５４は、太陽電池の出力電圧はないので、表示装置２２の出力電圧の表示２２ａは０目盛レベルで表示する。さらに、第４の状態では、表示用制御部５４は、ポンプ１８がオン状態となるので表示装置２２のポンプ駆動状況の表示２２ｄを点灯させる。さらに、表示用制御部５４は、タイマ部５６から現在の時刻情報を取得して表示装置２２の時刻表示２２ｅに表示させる。なお、図示しないが、表示用制御部５４は、貯湯タンク内の水温を計る水温センサや湯量センサ等に接続されており、それらの測定結果を図４に示すように表示装置２２の温度の表示２２ｃ、湯量の表示２２ｄ部分にそれぞれ表示させる。

このように温度差、出力電圧に応じた第１〜第４の状態に対応して制御部２８で第１〜第４表示制御を行うことにより、ポンプ１８駆動用の太陽電池２０の出力電圧のみを利用して、太陽電池の発電状況の変化ひいては日射量の変化を実際の状況に応じて正確に表示することができる。例えば、図７では、ある日の６時から１８時までの時間での日射量及び太陽電池の出力電圧の変化を示している。図７に示すように、日射量は、日が昇るに従って朝から次第に大きくなって日が沈む夕方には次第に小さくなっていくとともに、さらに晴天、曇天等の天候の変化により随時変化していくので、表示装置２２にはこの変化に対応した表示を行わせる必要がある。本実施形態のように、温度差が設定値より大きいか小さいかの条件によりポンプがオンオフされる、すなわち太陽電池２０とポンプ１８との電気回路が接続又は切断される構成の場合には、ポンプ１８がオン状態では日射量の変化に対応して太陽電池の出力電圧の変化があらわれるので正確な表示を行うことができる。一方、ポンプ１８がオフ状態では太陽電池２０の出力電圧は開放電圧Ｖｏとなるが、図７に示すように太陽電池の開放電圧Ｖｏでは、日射量の変化に対応した出力の変化を示すことができない。すなわち、ポンプ１８のオンオフ制御によって、日射量に対応した変化する出力電圧Ｖ１の表示を行える状態と、開放電圧Ｖｏを表示する状態と、が切り換わることになることから、温度差条件でポンプ駆動をオンオフさせる構成だけではポンプ駆動用の太陽電池での発電状況を正確に表示するのは困難である。仮に、温度差条件に関係なく常に太陽電池２０とポンプ１８との電気回路を接続してポンプをオンにしておけば日射量の変化に対応して太陽電池の出力電圧の変化を正確に表示することはできるが、集熱器１２側の温度Ｔ１が貯湯タンク１４側の温度Ｔ２より低くなる場合には一度温められた温水を逆に冷して熱を無駄に逃がしてしまうことになり、装置の作動効率が悪くなる問題が生じる。本実施形態では、上述のように第２の状態では、制御部２８は、温度差が設定値よりも小さく太陽電池２０とポンプ１８との電気回路を切断してポンプをオフした状態であっても、所定時間間隔で極めて短時間だけポンプをオンさせて該オン状態での太陽電池の出力電圧を表示させる。これにより、図７に示すように、朝昼夕の時間帯や晴天、曇天、雨天等の天候の変化による日射量の変化に対応した太陽電池の出力電圧の変化を表示装置２２に正確に表示させることができる。同時に、ポンプの駆動時間は極めて短時間なので温めた温水を冷してしまう不具合を生じることもない。なお、太陽電池とポンプとの電気回路が接続されている際には、太陽電池の出力電圧＝ポンプ両端の電圧となるので、図７では、ポンプの両端側の電圧の変化を表示している。さらに、第１の状態、第２の状態のいずれも実負荷であるポンプ１８を太陽電池２０に接続させた状態で出力電圧を表示させるので、負荷力率の違い等による出力電圧の変動が生じるようなこともなく、同じ条件下で太陽電池の出力電圧を正確に表示することができる。また、新たに別のセンサ等を取り付ける必要がほとんどなく、ポンプ駆動用の太陽電池や駆動スイッチ等、太陽熱温水装置に必要な構成を有効に利用して日射量の変化の目安を表示できる装置を低コストで製造できる。

タイマ部５６は、制御周期用の所定時間間隔をカウントする計時手段である。タイマ部５６は、例えば、上記のように第２の状態でのスイッチ制御部４８のオンオフの切換えタイミング時間や、第４の状態での電源切換部の切換えタイミング時間をカウントする。本実施形態では、タイマ部５６は、例えば、１０分間カウンタや数秒間カウンタを含む。さらに、タイマ部５６は、現在の時刻を計る時計機能を有している。

次に、図６を参照しつつ、本実施形態に係る太陽熱温水装置の作用及び太陽熱温水装置における稼動状態の表示方法について説明する。すなわち、太陽電池を備えた太陽熱温水装置における太陽電池の出力状態の表示方法について説明する。図６では、主に太陽電池の出力電圧の表示方法について説明している。例えば、図６のフローチャートに示すように、太陽熱温水装置１０を作動して制御部２８による自動運転をスタートすると、ステップＳ１０では、温度センサ２４、２６からの温度情報に基づいて制御部２８において集熱器側と貯湯タンク側との温度差が設定値Ｓより大きいか否かを判断する。ステップＳ１０で温度差が設定値よりも大きいと判断された場合には、ステップＳ１２に進む。ステップＳ１２では、太陽電池の出力電圧が基準値Ｕ１より大きいか否かを判断する。ステップＳ１２で出力電圧が基準値より大きいと判断された場合には、第１表示制御（Ｓ１４、Ｓ１６）を行う。第１表示制御において、ステップＳ１４では、制御部２８は、電源切換部４６を太陽電池２０に切換えて接続状態を維持する。次に、ステップＳ１６では、制御部２８は、駆動スイッチ４４を閉じてポンプ１８を駆動して、熱媒体を循環させる。そして、熱媒体の熱が貯湯タンク内の水と熱交換されて水が温められる。また、制御部２８は、同時に、太陽電池の出力電圧（ポンプの両端の電圧）を検出して表示装置２２に表示する。表示装置２２の出力電圧の表示２２ａでは、太陽電池の発電に応じて段階的なレベル表示が表示される。ステップＳ１６の後には再びステップＳ１０に戻る。ステップＳ１０で、温度差が設定値よりも小さいと判断された場合には、ステップＳ１８に進む。ステップＳ１８では、ステップＳ１２同様に、太陽電池の出力電圧が基準値Ｕ１より大きいか否かを判断する。ステップＳ１８で出力電圧が基準値より大きいと判断された場合には、第２表示制御（Ｓ２０、Ｓ２２、Ｓ２４）を行う。第２表示制御において、ステップＳ２０では、制御部２８は、電源切換部４６を太陽電池２０に切換えてその接続状態を維持する。次に、ステップＳ２２では、制御部２８は、駆動スイッチ４４を開いてポンプ１８を停止する。ステップＳ２２の後には、ステップＳ１０に戻るが、ステップＳ２２でポンプ１８をオフしてから所定時間（例えば１０分間）経過した後すなわち所定時間ポンプをオフ状態にした後には、ステップＳ２２からステップＳ２４に進む。ステップＳ２４では、制御部２８は、駆動スイッチ４４を閉じて短時間（例えば数秒間）だけポンプ１８を駆動させる。この際、制御部２８は、太陽電池２０の出力電圧を検出して表示装置２２に表示する。表示装置２２の出力電圧の表示２２ａでは、太陽電池の出力電圧に応じて段階的なレベル表示が表示される。そして、ポンプ１８を数秒間オンした後には、再び駆動スイッチ４４を開いて、ステップＳ１８に戻る。なお、表示装置２２では、ポンプ１８をオフしている最中は、直前のポンプ１８をオンした際の太陽電池の出力電圧の情報を保持しておき、その出力電圧を表示する。これにより、温度差が設定値より小さく、太陽電池がポンプと接続していない状態でも、所定時間間隔でポンプと接続させることにより、正確に太陽電池の出力電圧を表示装置２２に表示することができる。また、ステップＳ１０で温度差が設定値より小さく、かつステップＳ１８で太陽電池の出力電圧が基準値よりも低いときには、第３表示制御（Ｓ２６、Ｓ２８）を行う。第３表示制御では、ステップＳ２６では、制御部２８は、電源切換部４６を太陽電池に切換え接続状態を維持する。次に、ステップＳ２８では、制御部２８は、駆動スイッチ４４を開いてポンプ１８をオフする。この際、太陽電池の出力電圧はないので、表示装置２２の出力電圧の表示２２ａは０レベルで表示される。ステップＳ２８の後にはステップＳ１０に戻る。これにより、例えば、太陽電池の出力が無い夜間などの場合に、無意味にポンプをオンオフ制御させることなく、電気の浪費を防止できる。また、ステップＳ１０で温度差が設定値よりも大きく、ステップＳ１２で太陽電池の出力電圧が基準値よりも低いときには、第４表示制御（Ｓ３０、Ｓ３２、Ｓ３４）を行う。第４表示制御において、ステップＳ３０では、電源切換部４６を商用電源２１に切換える。次に、ステップＳ３２では、駆動スイッチ４４を閉じてポンプ１８を駆動させる。ステップＳ３２の後にはステップＳ１０に戻るが、ステップＳ３０で商用電源２１に切り換えてから所定時間例えば１０分経過した後すなわち所定時間ポンプを商用電源２１で作動した後には、ステップＳ３２からステップＳ３４に進む。ステップＳ３４では、制御部２８は、電源切換部４６を太陽電池２０に数秒間だけ接続し、この際の出力電圧を表示装置２２に表示させる。この際、太陽電池の出力電圧が無ければ表示装置２２では０レベル表示となり、駆動ポンプも停止する。その後、ステップＳ１０に戻り、ステップＳ１２の処理を経て、ステップＳ３０で再び商用電源２１に切り換わりポンプ１８を駆動する。このような制御を繰り返しながら条件に応じて第１〜第４表示制御を切り換えて、表示装置２２に太陽電池の出力電圧を含む正確に表示することができ、簡便に太陽熱温水装置の作動状況を確認できる。

なお、上記実施形態では、温度差が設定値より小さいときに、太陽電池の出力電圧が基準値より大きいか小さいかで第２、第３表示制御と処理を異ならせたが、これに限らず、例えば、温度差が設定値より小さいときに、太陽電池の出力の大小に関わらず、第２表示制御を行なうようにしても良い。すなわち、第３の状態でも第２表示制御を行なうようにしても良い。この際、太陽電池の出力電圧が０Ｖの場合にはポンプをオンにしても太陽電池から電源が確保できないのでポンプは駆動しない。

以上説明した本発明の太陽熱温水装置及び太陽熱温水装置における表示方法は、上記した実施形態のみの構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した本発明の本質を逸脱しない範囲において、任意の改変を行ってもよい。

本発明の太陽熱温水装置及び太陽熱温水装置における表示方法は、一般家屋や集合住宅等に設置される新設又は既設の太陽熱温水器に適用できる。

１０ 太陽熱温水装置
１２ 集熱器
１４ 貯湯タンク
１６ 循環回路
１８ ポンプ
２０ 太陽電池
２１ 商用電源
２２ 表示装置
２４ 温度センサ
２６ 温度センサ
２８ 制御部
４６ 電源切換部
１００ 建物

Claims (6)

1. 建物上部側に設置される太陽熱の集熱器と、貯湯タンクと、集熱器と貯湯タンクを通って形成され内部に熱媒体を循環させる循環回路と、熱媒体を循環回路内で強制循環させるポンプと、ポンプの駆動電力を供給する太陽電池と、を備えた太陽熱温水装置であり、
   太陽電池の出力電圧を表示する表示装置と、
   集熱器側と貯湯タンク側の温度を測定する温度センサと、
   温度センサからの集熱器側と貯湯タンク側の温度を受けてそれらの温度差を常に監視し所定の条件に基づいてポンプをオンオフ制御するとともに表示装置の表示を制御する制御部であって、温度差が設定値より大きいときにポンプをオンして太陽電池の出力電圧を表示装置に表示させる第１表示制御と、温度差が設定値より小さいときにポンプを長時間オフさせたオフ状態とポンプを短時間だけオンするオン状態とを所定の時間間隔で交互に繰り返し該オン状態時での太陽電池の出力電圧を表示装置に表示させる第２表示制御と、を行わせる制御部と、を備えたことを特徴とする太陽熱温水装置。
2. 制御部は、太陽電池の出力電圧を監視する電圧監視部を有し、
   温度差が設定値より小さく、かつ太陽電池の出力電圧が予め設定した基準値より低いときに、ポンプを常にオフして太陽電池の出力電圧を表示装置に表示させる第３表示制御を行わせることを特徴とする請求項１記載の太陽熱温水装置。
3. ポンプには、ポンプに駆動電力を供給する太陽電池と商用電源とを選択的に切り換える電源切換部が接続され、
   制御部は、温度差が設定値より大きく、かつ太陽電池の出力電圧が予め設定した基準値より低いときに、電源切換部を商用電源に接続して該ポンプをオンしている商用電源接続状態と、電源切換部を太陽電池に切換接続した太陽電池接続状態と、を所定時間間隔で交互に繰り返し、太陽電池接続状態時の太陽電池の出力電圧を表示装置に表示させる第４表示制御を行わせることを特徴とする請求項２記載の太陽熱温水装置。
4. 建物上部側に設置された太陽熱の集熱器と貯湯タンクとを通って形成される循環回路内に、熱媒体を太陽電池から電力供給されるポンプによって強制循環しながら貯湯タンク内に温水を生成する太陽熱温水装置において、
   制御部を介して、集熱器側及び貯湯タンク側の温度差を常に監視しておき、
   温度差が設定値より大きいときには、ポンプをオンして太陽電池の出力電圧を表示装置に表示させ、
   温度差が設定値より小さいときには、ポンプを長時間オフしたオフ状態とポンプを短時間だけオンした測定状態とを交互に繰り返し、該オン時の太陽電池の出力電圧を表示装置に表示させることを特徴とする太陽熱温水装置における表示方法。
5. 制御部を介して、太陽電池の出力電圧を常に監視しておき、
   温度差が設定値より小さく、かつ太陽電池の出力電圧が基準値より低いときには、常にポンプをオフしておき太陽電池の出力電圧を表示装置に表示させることを特徴とする請求項４記載の太陽熱温水装置における表示方法。
6. 制御部を介して、温度差が設定値より大きく、かつ太陽電池の出力電圧が予め設定した基準値より低いときには、ポンプを商用電源に接続してポンプをオンしている商用電源接続状態と、ポンプを太陽電池に切換接続した太陽電池接続状態と、を所定時間間隔で交互に繰り返し、太陽電池接続状態時の太陽電池の出力電圧を表示装置に表示させることを特徴とする請求項５記載の太陽熱温水装置における表示方法。
   

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