JP7012118B2 - 太陽熱利用システム及び太陽熱利用システムの制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、太陽熱を集熱して管内を流れる水又は熱媒体を加温する集熱器によって加温された温水等を利用する太陽熱利用システム及び太陽熱利用システムの制御方法に関する。

従来、太陽熱を利用して水又は熱媒体を加温する太陽熱利用システムが開示されている（特許文献１）。太陽熱利用システムは、太陽熱を集熱して管内を流れる水又は熱媒体を加温する集熱器を使用する。集熱器内の水又は熱媒体は、低温状況において凍結するおそれがある。特許文献１には、集熱器内の水又は熱媒体の凍結を防止するため、集熱器内の水又は熱媒体を排水するシステムが開示されている。

特開２０１６－８５０３０号

特許文献１には、集熱器内の水又は熱媒体を排水するために、ブロアーによって集熱器内の残水等を強制的に吸引し、ブロアーの吸い込み口の前で気液分離タンクによって水を排水する技術が開示されている。そして、ブロアー及び気液分離タンクを貯湯タンクユニットに一体に設置する技術が開示されている。

しかしながら、ブロアー及び気液分離タンクを貯湯タンクユニットに一体に設置するには、貯湯タンクユニット内に大きなスペースが必要になる。また、ブロアー及び気液分離タンクと他の部品を連結する複雑な配管を、貯湯タンクユニット内の狭いスペースに設置することになってしまう。

本発明は、コンパクトにユニット化され使いやすい太陽熱利用システム及び太陽熱利用システムの制御方法を提供することを目的とする。

本発明の一実施形態にかかる太陽熱利用システムは、
ヒートポンプユニットと、
前記ヒートポンプユニットに連結される貯湯ユニットと、
太陽熱によって水の温度を上昇させる集熱器と、
前記ヒートポンプユニットと前記貯湯ユニットを有するシステムに前記集熱器を連結し、前記集熱器と前記貯湯ユニットの間の給排水を制御する給排水ユニットと、
を備え、
前記貯湯ユニットは、
前記ヒートポンプユニット及び前記集熱器へ供給する水を貯める貯湯タンクと、
前記貯湯タンク内の下部の水の温度を測定する下部温度センサーと、
を有し、
前記集熱器は、
熱媒管と、
前記熱媒管を通過する水を太陽熱により加温する集熱板と、
前記集熱板の温度を測定する集熱板温度センサーと、
を有し、
前記給排水ユニットは、
前記集熱器に給水する集熱ポンプと、
前記貯湯ユニットから前記集熱器へ水を供給するための連結供給管と、
前記集熱器から前記貯湯ユニットへ水を排出するための連結排出管と、
前記連結供給管から水を排出するための排水弁と、
を有し、
前記集熱板温度センサー及び前記下部温度センサーが測定した温度に応じて前記集熱ポンプを制御し、
前記集熱板サーミスタの測定した温度が予め定めた設定値未満の場合、前記排水弁を開く
ことを特徴とする。

本発明の一実施形態にかかる太陽熱利用システムは、
前記給排水ユニットは、前記集熱ポンプに流れ込む水の流量を測定する流量センサーを有し、
前記集熱板温度センサーの測定する温度に応じて、前記流量センサーが測定する流量が予め定めた所定の流量になるように前記集熱ポンプを制御する
ことを特徴とする。

本発明の一実施形態にかかる太陽熱利用システムは、
前記集熱板温度センサー及び前記下部温度センサーが測定した温度が予め定めた設定値以上の場合、且つ、前記流量センサーの測定する流量が予め定めた設定値以下の場合、前記集熱ポンプをＯＮとする
ことを特徴とする。

本発明の一実施形態にかかる太陽熱利用システムの制御方法は、
ヒートポンプユニットと、
前記ヒートポンプユニットに連結される貯湯ユニットと、
太陽熱によって水の温度を上昇させる集熱器と、
前記ヒートポンプユニットと前記貯湯ユニットを有するシステムに前記集熱器を連結し、前記集熱器と前記貯湯ユニットの間の給排水を制御する前記貯湯ユニットとは別体の給排水ユニットと、
を備える太陽熱利用システムの制御方法において、
前記ヒートポンプユニット及び前記集熱器で加温された水を貯湯する前記貯湯ユニットの貯湯タンク内の下部の水の温度、
及び、
前記集熱器の熱媒管を通過する水を太陽熱により加温する集熱板の温度、
に応じて、
前記集熱器に給水する前記給排水ユニットの集熱ポンプを制御し、
前記集熱板の温度が予め定めた設定値未満の場合、前記貯湯ユニットから前記集熱器へ供給する水を前記給排水ユニットから排出する
ことを特徴とする。

本発明の一実施形態にかかる太陽熱利用システムの制御方法は、
前記給排水ユニットの前記集熱ポンプに流れ込む水の流量に応じて前記集熱ポンプを制御する
ことを特徴とする。

本発明の一実施形態にかかる太陽熱利用システムの制御方法は、
前記貯湯タンク内の下部の水の温度、及び、前記集熱器の温度が、予め定めた設定値以上の場合、
且つ、
前記集熱ポンプに流れ込む水の流量が予め定めた設定値以下の場合、
前記集熱ポンプをＯＮとする
ことを特徴とする。

本発明の一実施形態によれば、コンパクトにユニット化され使いやすい太陽熱利用システム及び太陽熱利用システムの制御方法を提供することが可能となる。

本発明にかかる一実施形態の太陽熱利用システムを示す。 本発明にかかる一実施形態の給排水ユニットを側方から見た図を示す。 本発明にかかる一実施形態の給排水ユニットの底面に設置した機器を上方から見た図を示す。 本発明にかかる一実施形態の給排水ユニットの排水用逆止弁を示す。 本発明にかかる一実施形態の給排水ユニットの吸い上げ管を示す。 吸い上げ管のパイプ束を示す。 本実施形態の給排水ユニット２０の制御フローチャートを示す。 本実施形態の給排水ユニット２０の集熱運転のフローチャートを示す。

以下、図面に基づき本発明にかかる一実施形態の太陽熱利用システム１を具体的に説明する。

図１は、本発明にかかる一実施形態の太陽熱利用システム１を示す。

本実施形態の太陽熱利用システム１は、集熱器１０と、給排水ユニット２０と、貯湯ユニット３０と、ヒートポンプユニット６０と、を備える。

集熱器１０は、集熱板１１と、熱媒管１２と、集熱板サーミスタ１３と、エア抜き弁１４と、を有する。集熱板１１は、熱媒管１２を通過する水を太陽熱により加温する。本実施形態の熱媒管１２は、１本の管をジグザグ曲げにして取り付ける。集熱板サーミスタ１３は、集熱板１１の温度を測定する。エア抜き弁１４は、熱媒管１２の最も上方に設置され、熱媒管１２内の空気を排出する。集熱器１０には、水を熱媒管１２に連結された集熱器供給管１５から供給し、集熱器排出管１６から排出する。

貯湯ユニット３０は、貯湯タンク３１と、給水管３２と、給水弁３３と、低温水管３４と、切替弁３５と、電磁弁３６と、ヒートポンプ排出三方弁３７と、下部戻し管３８と、高温水管３９と、下部温度センサー４０、第１逆止弁４１と、第２逆止弁４２と、集熱器排出三方弁４３と、集熱器排出温度センサー４４と、中間戻し管４５と、上部戻し管４６と、タンク出湯管４７と、逃し弁４８と、混合部４９と、出湯部５０と、を有する。

貯湯タンク３１には、給水管３２から給水弁３３を経て、二つに分かれたうちの一方のタンク給水管３２ａから給水される。貯湯タンク３１からは、低温水管３４から排出された低温水が電磁弁３６を通り、給排水ユニット２０を介して、集熱器供給管１５へ供給される。低温水管３４は、一方が電磁弁３６側につながり、他方が、切替弁３５につながる。

切替弁３５は、低温水管３４からの低温水をヒートポンプユニット６０につながるヒートポンプ供給管６１に接続する場合と、低温水管３４からの低温水を排出する場合と、に切り替える。ヒートポンプユニット６０から排出された水は、ヒートポンプ排出管６２を流れて、貯湯ユニット３０のヒートポンプ排出三方弁３７につながる。ヒートポンプ排出三方弁３７は、ヒートポンプ排出管６２から流れてきた水が予め定めた所定の温度よりも低温の場合にヒートポンプ排出管６２と下部戻し管３８をつなげ、高温の場合にヒートポンプ排出管６２と高温水管３９とをつなぐ。下部戻し管３８を流れた水は、貯湯タンク３１に戻る。

電磁弁３６は、低温水管３４に設置され、集熱器１０に設置された集熱板サーミスタ１３と貯湯タンク３１に設置された下部温度センサー４０との測定温度によって作動し、低温水を流したり、止めたりする。電磁弁３６を通過した低温水管３４は、一方が第１逆止弁４１につながり、他方が集熱器供給管１５を介して集熱器１０につながる。第１逆止弁４１は、低温水管３４側からの流れを許容し、高温水管３９側からの流れを止める。

集熱器１０から排出された高温水は、集熱器排出管１６を通り、高温水管３９に流れる。高温水管３９には第２逆止弁４２が設置されており、集熱器排出管１６及び第１逆止弁４１側からの流れは許容するが、逆側からの流れを止める。

第２逆止弁４２を通過した高温水は、ヒートポンプ排出三方弁３７から流れる高温水と合流する。合流した高温水は、集熱器排出三方弁４３につながる。集熱器排出三方弁４３の手前には高温水管３９を流れる水の温度を測定する集熱器排出温度センサー４４が設置される。集熱器排出三方弁４３は、集熱器排出温度センサー４４が測定した水の温度が、予め定めた所定の温度よりも低温の場合に中間戻し管４５に切り替え、高温の場合に上部戻し管４６に切り替える。

貯湯タンク３１内の高温水は、上部のタンク出湯管４７から排出される。タンク出湯管４７には、タンク内の圧力が所定圧より上がった場合に圧力を逃がす逃し弁４８が設置される。タンク出湯管４７を流れる高温水は、混合部４９において、給水管３２から分かれた混合給水管３２ａを流れる低温水と混合され、出湯管５０から出湯される。

本実施形態の給排水ユニット２０は、集熱器１０と貯湯ユニット３０の間に設置され、集熱器１０に水を供給する際及び集熱器１０から水を排出する際に使用される。給排水ユニット２０は、貯湯ユニット３０の低温水管３４と集熱器１０の集熱器供給管１５とを連結する連結供給管２０ａと、集熱器１０の集熱器排出管１６と貯湯ユニット３０の高温水管３９とを連結する連結排出管２０ｂと、を有する。

給排水ユニット２０は、ブロアー２１と、気液分離タンク２２と、流量センサー２３と、集熱ポンプ２４と、排水弁２５と、戻り配管排水用逆止弁２６と、バイパス排水用逆止弁２６’と、筺体温度センサー２７と、凍結防止ヒーター２８と、制御部２９と、を有する。

図２は、本発明にかかる一実施形態の給排水ユニット２０を側方から見た図を示す。図３は、本発明にかかる一実施形態の給排水ユニット２０の底面に設置した機器を上方から見た図を示す。

集熱器１０の熱媒管１２内の水は、冬期に凍結して集熱器１０を破損させるおそれがある。そこで、本実施形態の太陽熱利用システム１では、給排水ユニット２０のブロアー２１及び気液分離タンク２２を用いて、集熱器１０内の水を強制的に排出する。また、給排水ユニット２０の内部にも水を残さないようにする。

本実施形態の給排水ユニット２０は、貯湯ユニット３０とは別体に形成する。給排水ユニット２０は、排水を容易にするため且つコンパクトに形成するため、例えば、ポンプ等の部品を底面に並べて配置させるとよい。

ブロアー２１は、集熱器１０の熱媒管１２内の水を空気と共に強制的に吸引する。気液分離タンク２２は、ブロアー２１の吸い込み口の前で水を排水する。すなわち、ブロアー２１は、気液分離タンク２２から空気のみ吸引する。

ブロアー２１は、例えば、10～30kPa程度の負圧及び熱媒管１２内に2～5m/sec以上の風速を発生できるものが好ましい。例えば、ゴム製のダイヤフラムを交流電磁石で電磁振動させて空気を送り出すエアポンプ形式ブロアーでよい。その他の形式のブロアー２１としては、真空掃除機に使用される遠心羽根車による遠心ブロアーや、住宅用井戸ポンプ等に使用されるウェスコポンプを送風用にしたウェスコポンプ型のブロアー等が考えられる。

気液分離タンク２２は、ブロアー２１によって吸引された水を気液分離タンク排水用逆止弁２２ａから排水し、空気のみをブロアー２１に吸引させる。水と空気の混合流体は、気液分離タンク２２の接線方向への流入口から流入し、回転流れを起こす。比重の大きい水は遠心力で外側に集まり、比重の小さい気体は中心部に集まることによって、気液分離タンク２２内の気液は分離する。

気液分離タンク２２の上部の中心にはブロアー２１に連結されたパイプが設置され、パイプを通して空気が吸引される。気液分離タンク２２に溜まった水は、ブロアー２１を停止した後、底部の気液分離タンク排水用逆止弁２２ａから排出する。気液分離タンク２２内の水がほぼ全て排出された後、再びブロアー２１を作動させる。このように、ブロアー２１の作動及び非作動を何度か繰り返すことによって、集熱器１０の熱媒管１２内の水を空気と共に強制的に吸引する。

集熱ポンプ２４は、貯湯ユニット３０から集熱器１０へ水を供給する際に作動させる。流量センサー２３は、集熱ポンプ２４に流れ込む水の流量を測定する。流量センサー２３を用いて集熱ポンプ２４を制御することによって、集熱板サーミスタ１３が測定した温度に応じて集熱器１０へ供給する水の流量を安定して供給することが可能となる。

排水弁２５は、連結供給管２０ａに連結しており、排水弁２５を開くと、連結供給管２０ａから気液分離タンク２２側に水が流れる。排水弁２５と吸引管２００の間には、バイパス排水用逆止弁２６’が設置されている。バイパス排水用逆止弁２６’は、ブロアー２１が作動する前の集熱器１０及び配管内の排水を行う。この時、気液分離タンク２２にはほとんど水が入らない。ブロアー２１が作動すると、バイパス排水用逆止弁２６’は閉じ、配管内を負圧にすることで気液分離タンク２２に水が流れる。

図４は、本発明にかかる一実施形態の給排水ユニット２０の戻り配管排水用逆止弁２６を示す。

戻り配管排水用逆止弁２６は、ケース２６ａと、ボール２６ｂと、ボール受け部２６ｃと、パッキン２６ｄと、を有する。

ケース２６ａには、連結供給管２０ａの一部を構成する第１管路２６１と、連結排出管２０ｂの一部を構成する第２管路２６２と、第１管路２６１と第２管路２６２を連結する第３管路２６３が形成される。第２管路２６２は、第１管路２６１の上方となるように設置される。

第１管路２６１には集熱器１０へ供給される低温の水が流れ、第２管路２６２には集熱器１０から排出される高温の水が流れる。すると、高温の水から低温の水へ熱が伝わる熱損失が生じる。そこで、ケース２６ａは、熱伝導率の低いプラスチック、例えば、エンジニアリングプラスチックであるポリアセタール樹脂等で作成することが好ましい。

第１管路２６１が第３管路２６３と交差する部分の下方には、ボール受け部２６ｃが設置され、ボール受け部２６ｃの上方には、ボール２６ｂが第３管路２６３内の一部を上下に移動可能に配置される。第３管路２６３の一部の内周には、パッキン２６ｄが設置され、ボール２６ｂとパッキン２６ｄが当接することで第３管路２６３を塞ぐことができる。

例えば、集熱器供給管１５に設置された集熱ポンプ２４を作動させると、水が第１管路２６１へ流れ、第１管路２６１の圧力が第２管路２６２よりも高くなる。そして、ボール受け部２６ｃに載置されていたボール２６ｂが上方に浮き、パッキン２６ｄと当接することで第３管路２６３を塞ぐ。

集熱ポンプ２４を停止すると、水が第１管路２６１へ流れず、第１管路２６１の圧力が第２管路２６２よりも低くなる。そして、上方に浮いていたボール２６ｂがボール受け部２６ｃに載置され、パッキン２６ｄと離間することで第３管路２６３を開放する。その結果、上方にある第２管路２６２から第１管路２６１へ水が流れる。

筺体温度センサー２７は、筺体内の温度を測定する。凍結防止ヒーター２８は、筺体内を温めるヒーターである。制御部２９は、スイッチ又はセンサー等からの入力信号に応じて、ポンプ、弁又はヒーター等の作動を制御する。

給排水ユニット２０は、図２及び図３に示すように、各部品をコンパクトに収納する。例えば、ブロアー２１及び気液分離タンク２２は、各部品よりも上方に収納され、床面積を小さくしている。

このため、本実施形態の給排水ユニット２０は、集熱ポンプ２４から気液分離タンク２２へ水を供給するために吸引管２００を用いている。

図５は、本発明にかかる一実施形態の給排水ユニット２０の吸引管２００を示す。図６は、吸引管２００のパイプ束２１０を示す。

吸引管２００は、パイプ束２１０と、パイプ束２１０を支持する継手２２０を有する。給排水ユニット２０は、排水時になるべく水を残さないようにするため、排水する位置を低くすることが好ましい。これに対して、気液分離タンク２２は、急速に排水できるように、排水する位置を高くすることが好ましい。したがって、吸引管２００は、下方に設置してある排水弁２５から上方に設置してある気液分離タンク２２へ水を吸い上げる際に使用される。

径の太い管では水を吸い上げることは困難である。したがって、水を吸い上げるために、本実施形態では、径の細い内側パイプ２１１を使用する。しかしながら、細いパイプは、吸い上げ水量がすくない。そこで、本実施形態では、径の細い内側パイプ２１１を束にして外側パイプ２１２の中に入れて使用し、十分な水量を吸い上げることができるようにする。

内側パイプ２１１の材料は、テフロン又はナイロン等の耐久性の高いものが好ましい。また、内側パイプ２１１の寸法は、内径3mm以下が好ましい。

本実施形態の吸い上げ管２００は、内径3mm、外径4mmのナイロン製の内側パイプ２１１を７本束ね、外側パイプ２１２の中に入れる。内側パイプ２１１の束は、外径12mmとなるので、外側パイプ２１２の内径は13mm、外径は16mmとする。

なお、内側パイプ２１１及び外側パイプ２１２の寸法は、実施形態のものに限らない。内側パイプ２１１の寸法は、水を吸い上げられればよい。また、外側パイプ２１２の寸法は、所定の数の内側パイプ２１１を束ねられればよい。

内側パイプ２１１と外側パイプ２１２の間及び内側パイプ２１１同士の隙間は、シリコンシーリング等によって埋めればよい。ナイロンの表面は、接着性がよくないので、シリコンシーリング用のフィラーを予め表面に塗って接着強度を上げることが好ましい。

パイプ束２１０は、継手２２０によって支持される。継手２２０は、パイプ束２１０に当接する当接部２２１と、パイプ束２１０のうち当接部２２１よりも先端側を収納する収納部２２２と、収納部２２２の終端を塞ぐ底部２２３と、底部２２３から突出する突出部２２４と、を有する。

当接部２２１は、パイプ束２１０の外径と同じ又はパイプ束２１０を収納可能な内径寸法を有する。当接部２２１には、内周にわたる凹部２２１ａが形成される。凹部２２１ａには、パッキン２３０が設置される。収納部２２２は、パイプ束２１０の外径よりも大きい内径寸法を有する。収納部２２２の一部には、排水弁２５側に連結される連結孔２２２ａが形成される。底部２２３は、収納部２２２の終端から水が漏れないように塞ぐ。

突出部２２４は、底部２２３の一部から内側に突出した部分である。突出部２２４は、パイプ束２１０と底部２２３との間に隙間を生じさせる。本実施形態の突出部２２４は、図５に示すように、連結孔２２２ａに対向する側で、底部２２３及び収納部２２２から突出するように設けられる。

パイプ束２１０を継手２２０に取り付けると、外側パイプ２１２の外周と当接部２２１の内周が当接する。凹部２２１ａに設置されたパッキン２３０は、外側パイプ２１２の外周を押圧し、水が漏れることを防ぐ。パイプ束２１０の先端２１０ａの一部は、突出部２２４に当接する。したがって、パイプ束２１０のうち、当接部２２１よりも先端２１０ａ側は、継手２２０に当接しておらず、隙間が形成されている。つまり、パイプ束２１０と継手２２０の隙間を水が流れる。

継手２２０は、パイプ束２１０との隙間に水が残る量を少なくするために、パイプ束２１０の先端２１０ａと継手２２０の底部２２３との距離を短く形成するとよい。本実施形態のパイプ束２１０の先端２１０ａと継手２２０の底部２２３との距離は、約3mmに形成している。

したがって、継手２２０内に残る水の量を最小限に止めることが可能となる。

次に、本実施形態の給排水ユニット２０の作動について説明する。

図７は、本実施形態の給排水ユニット２０の制御フローチャートを示す。ここで、予め定めた設定値は、部品毎又はステップ毎に対してそれぞれ異なる値であっても同じ値であってもよい。

まず、ステップ１で、集熱板サーミスタ１３の測定値及び下部温度センサー４０の測定値がそれぞれ予め定めた設定値以上か否かを判定する（ＳＴ１）。

ステップ１において、集熱板サーミスタ１３の測定値及び下部温度センサー４０の測定値がそれぞれ予め定めた設定値以上の場合、ステップ２に進み、集熱板サーミスタ１３の測定値及び下部温度センサー４０の測定値のいずれかが予め定めた設定値未満の場合、ステップ３に進む。

ステップ２では、集熱運転を開始する（ＳＴ２）。

図８は、本実施形態の給排水ユニット２０の集熱運転のフローチャートを示す。

まず、ステップ２１で、電磁弁３６を開とし、流量センサー２３のカウントを開始する（ＳＴ２１）。

次に、ステップ２２で、予め定めた第１の所定時間経過後に、流量センサー２３のカウントが予め定めた第１の設定値以下か否かを判定する（ＳＴ２２）。

ステップ２２において、予め定めた第１の所定時間経過後に、流量センサー２３のカウントが予め定めた設定値より以下の場合、ステップ２４に進む。

ステップ２２において、予め定めた第１の所定時間経過後に、流量センサー２３のカウントが予め定めた設定値より大きい場合、ステップ２３で、予め定めた第２の所定時間経過後に、流量センサー２３のカウントが第２の設定値以下か否かを判定する（ＳＴ２３）。ただし、第２の設定置は、第１の設定値以上とする。

ステップ２３において、予め定めた第２の所定時間経過後に、流量センサー２３のカウントが第２の設定値より大きい場合、水漏れのおそれがあるので、制御を終える。

ステップ２３において、予め定めた第２の所定時間経過後に、流量センサー２３のカウントが第２の設定値以下の場合、ステップ２４に進む。

ステップ２４では、集熱ポンプ２４をＯＮ、エア抜き弁１４の電源をＯＮとする（ＳＴ２４）。

次に、ステップ２５で、集熱ポンプ２４のDutyが予め定めた設定値以上、且つ、流量センサー２３のカウントが予め定めた設定値以下の状態が、予め定めた所定時間以上継続したか否かを判定する（ＳＴ２５）。

ステップ２５において、条件を満足する場合、ステップ２６で、集熱ポンプ２４をＯＦＦとし、電磁弁３６を閉として、制御を終える。

ステップ２５において、条件を満足しない場合、ステップ２７で、集熱器排出温度センサー４４の測定値が予め定めた設定値より大きいか否かを判定する（ＳＴ２７）。

ステップ２７において、集熱器排出温度センサー４４の測定値が予め定めた設定値より大きい場合、ステップ２８で、集熱器１０から排出される温水を、集熱器排出三方弁４３から上部戻し管４６に戻し（ＳＴ２８）、ステップ３０に進む。

ステップ２７において、集熱器排出温度センサー４４の測定値が予め定めた設定値以下の場合、ステップ２９で、集熱器１０から排出される温水を、集熱器排出三方弁４３から中間戻し管４５に戻し（ＳＴ２９）、ステップ３０に進む。

ステップ３０では、集熱板サーミスタ１３の測定値が予め定めた設定値以下、又は下部温度センサー４０の測定値が集熱板サーミスタ１３の測定値以下か否かを判定する（ＳＴ３０）。

ステップ３０において、条件を満足しない場合、ステップ２５に戻る。

ステップ３０において、条件を満足する場合、ステップ３１で、集熱ポンプ２４をＯＦＦとし、エア抜き弁１４の電源をＯＦＦとし（ＳＴ３１）、集熱運転を終える。

集熱運転を終えると、図７に示したステップ３で、集熱板サーミスタ１３の測定値が予め定めた設定値以下か否かを判定する（ＳＴ３）。

ステップ３において、集熱板サーミスタ１３の測定値が予め定めた設定値以下の場合、集熱器１０内での凍結を防止するため、ステップ４で、排水弁２５を開き、ブロアー２１を予め定めた所定時間ＯＮとし、その後ＯＦＦとする（ＳＴ４）。ブロアー２１のＯＮ／ＯＦＦは、複数回行ってもよい。ブロアー２１のＯＮ／ＯＦＦを複数回行う場合、集熱板サーミスタ１３の測定値と比較する設定値を予め複数個定めて、１回毎に異なる設定値を用いてもよい。

ステップ３において、集熱板サーミスタ１３の測定値が予め定めた設定値より大きい場合、ステップ５に進む。

ステップ５では、筺体温度センサー２７の測定値が予め定めた設定値以下か否かを判定する（ＳＴ５）。

ステップ５において、筺体温度センサー２７の測定値が予め定めた設定値より大きい場合、ステップ７に進む。

ステップ５において、筺体温度センサー２７の測定値が予め定めた設定値以下の場合、ステップ６で、凍結防止ヒーター２８をＯＮとする（ＳＴ６）。

次に、ステップ７で、集熱ポンプ２４がＯＦＦとなってから予め定めた所定時間が経過し、且つ、排水弁２５が開となってから予め定めた所定時間が経過し、現在の排水弁２５が閉の状態か否かを判定する（ＳＴ７）。

ステップ７において、条件を満足しない場合、制御を終える。

ステップ７において、条件を満足する場合、ステップ８で、排水弁２５を一度開き、予め定めた所定時間後排水弁２５を閉じ（ＳＴ８）、制御を終える。

このような制御を行うことによって、集熱器１０による加温を適切に行うことが可能となる。また、集熱器１０の凍結を防止することが可能となる。さらに、集熱器１０へ供給する水の流量を安定して供給することが可能となる。

以上、本実施形態の給排水ユニット２０は、太陽熱によって水の温度を上昇させる集熱器１０と集熱器１０によって温められた水を貯湯する貯湯ユニット３０の間で給排水を行う給排水ユニット２０において、集熱器１０に給水する集熱ポンプ２４と、集熱器１０内の水を吸引するブロアー２１と、ブロアー２１の吸い込み口の前で水と気体を分離する気液分離タンク２２と、気液分離タンク２２で分離された水を排水する気液分離タンク排水用逆止弁２２ａと、貯湯ユニット３０から集熱器１０へ水を供給するための連結供給管２０ａと、集熱器１０から貯湯ユニット３０へ水を排出するための連結排出管２０ｂと、連結排出管１６から連結供給管１５へのみ水を流す戻り配管排水用逆止弁２６と、連結供給管１５から水を排出するための排水弁２５と、排水弁２５から気液分離タンク２２に連結する吸引管２００と、を備える。したがって、コンパクトにユニット化され使いやすい給排水ユニット２０を提供することが可能となる。

本実施形態の給排水ユニット２０は、集熱ポンプ２４に供給される水の流量を測定する流量センサー２３を備える。したがって、集熱板サーミスタ１３が測定した温度に応じて、集熱器１０に供給される水の流量を制御することが可能となる。

従来は、集熱板サーミスタが測定した温度に応じて、集熱ポンプの回転数を制御していた。集熱ポンプの回転数を制御する場合、集熱ポンプの回転数が同じでも集熱器の配管の長さ又は集熱板の枚数等によって集熱流量が変化してしまい、的確な制御が困難であった。これに対して、流量センサー２３を用いることによって、集熱板サーミスタ１３が測定した温度に応じて集熱器１０へ供給する水の流量を安定して供給することが可能となる。

また、エアロック等によって熱媒管１２の循環不良が生じた場合、流量センサー２３を用いることによって、流量の低下及び水漏れの発生による流量の増大を直接的に検出することが可能となる。

本実施形態の給排水ユニット２０は、気液分離タンク２２は、排水弁２５よりも上方に設置される。したがって、給排水ユニット２０からの排水時に、給排水ユニット２０内になるべく水を残さないようにすることが可能となる。また、気液分離タンク２２から急速に排水することが可能となる。

本実施形態の給排水ユニット２０では、吸引管２００は、小径のパイプ束２１０と、パイプ束２１０を排水弁２５及び気液分離タンク２２に連結する継手２２０と、を有する。したがって、径の細い内側パイプ２１１を束にして外側パイプ２１２の中に入れて使用することで、十分な流量の水を吸い上げることが可能となる。

本実施形態の給排水ユニット２０では、戻り配管排水用逆止弁２６は、連結供給管２０ａの一部を構成する第１管路２６１と、第１管路２６１よりも上方に設置され、連結排出管の一部を構成する第２管路２６２と、第１管路２６１と第２管路２６２を連結する第３管路２６３と、を有する。したがって、戻り配管排水用逆止弁２６をコンパクトに形成することができ、給排水ユニット２０内のスペースを有効に活用することが可能となる。

本実施形態の給排水ユニット２０は、排水弁２５と吸引管２００の間から排水するバイパス排水用逆止弁２６’を備える。したがって、ブロアー２１を使用しない場合に、気液分離タンク２２に水を吸い上げることなく排水することが可能となる。

本実施形態の太陽熱利用システム１は、前記給排水ユニット２０と、集熱器１０と、貯湯ユニット３０と、を備え、集熱器１０は、１本の管をジグザグ曲げにして取り付ける熱媒管１２と、熱媒管１２を通過する水を太陽熱により加温する集熱板１１と、を有し、貯湯ユニット３０は、集熱器１０で加温された水を貯湯する貯湯タンク３１と、集熱器１０で加温された水を貯湯タンク３１の上部に戻す上部戻し管４６と、集熱器１０で加温された水を貯湯タンク３１の上下方向の中間に戻す中間戻し管４５と、を有する。したがって、水を貯湯タンク３１の上部と、上下方向の中間と、のどちらかに戻すことが可能となる。

本実施形態の太陽熱利用システム１は、貯湯ユニット３０は、上部戻し管４６と中間戻し管４５とに分岐させる集熱器排出三方弁４３と、集熱器排出三方弁４３の集熱器１０側の水の温度を測定する集熱器排出温度センサー４４と、を有し、集熱器排出三方弁４３は、集熱器排出温度センサー４４の測定値が予め定めた所定の温度よりも高い場合に高温水管３９と上部戻し管４６をつなげ、集熱器排出温度センサー４４の測定値が予め定めた所定の温度よりも低い場合に高温水管３９と中間戻し管４５をつなげる。したがって、貯湯タンク３１の内部は、上方に高温水、下方に低温水、それらの中間に高温水と低温水の間の温度の水が溜まるようになり、高温水が低温水によってすぐに冷めてしまうことがなくなり、出湯管４７から上部に溜まった高温水を迅速に排出することが可能となる。

本実施形態の太陽熱利用システム１は、貯湯ユニット３０に連結されるヒートポンプユニット６０を備える。したがって、集熱器１０が十分に使用できない場合に、ヒートポンプユニット６０によって高温水を提供することが可能となる。

なお、本発明の種々の実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態のみに限られるものではなく、それぞれの実施形態の構成を適宜組み合わせて構成した実施形態も本発明の範疇となるものである。

１…太陽熱利用システム
１０…集熱器
１１…集熱板
１２…熱媒管
１３…集熱板サーミスタ
１４…エア抜き弁
１５…集熱器供給管
１６…集熱器排出管
２０…給排水ユニット
２０ａ…連結供給管
２０ｂ…連結排出管
２１…ブロアー
２２…気液分離タンク
２２ａ…気液分離タンク排水用逆止弁
２３…流量センサー
２４…集熱ポンプ
２５…排水弁
２６…戻り配管排水用逆止弁
２６’…バイパス排水用逆止弁
２７…筺体温度センサー
２８…凍結防止ヒーター
２９…制御部
３０…貯湯ユニット
３１…貯湯タンク
３２…給水管
３３…給水弁
３４…低温水管
３５…切替弁
３６…電磁弁
３７…ヒートポンプ排出三方弁
３８…下部戻し管
３９…高温水管
４０…下部温度センサー
４１…第１逆止弁
４２…第２逆止弁
４３…集熱器排出三方弁
４４…集熱器排出温度センサー
４５…中間戻し管
４６…上部戻し管
４７…タンク出湯管
４８…逃し弁
４９…混合部
５０…出湯部
６０…ヒートポンプユニット
６１…ヒートポンプ供給管
６２…ヒートポンプ排出管
２００…吸引管
２１０…パイプ束
２１１…内側パイプ
２１２…外側パイプ
２２０…継手
２２１…当接部
２２２…収納部
２２３…底部
２２４…突出部

Claims (6)

1. ヒートポンプユニットと、
   前記ヒートポンプユニットに連結される貯湯ユニットと、
   太陽熱によって水の温度を上昇させる集熱器と、
   前記ヒートポンプユニットと前記貯湯ユニットを有するシステムに前記集熱器を連結し、前記集熱器と前記貯湯ユニットの間の給排水を制御する前記貯湯ユニットとは別体の給排水ユニットと、
   を備え、
   前記貯湯ユニットは、
   前記ヒートポンプユニット及び前記集熱器で加温された水を貯湯する貯湯タンクと、
   前記貯湯タンク内の下部の水の温度を測定する下部温度センサーと、
   を有し、
   前記集熱器は、
   熱媒管と、
   前記熱媒管を通過する水を太陽熱により加温する集熱板と、
   前記集熱板の温度を測定する集熱板サーミスタと、
   を有し、
   前記給排水ユニットは、
   前記集熱器に給水する集熱ポンプと、
   前記貯湯ユニットから前記集熱器へ水を供給するための連結供給管と、
   前記集熱器から前記貯湯ユニットへ水を排出するための連結排出管と、
   前記連結供給管から水を排出するための排水弁と、
   を有し、
   前記集熱板サーミスタ及び前記下部温度センサーが測定した温度に応じて前記集熱ポンプを制御し、
   前記集熱板サーミスタの測定した温度が予め定めた設定値未満の場合、前記排水弁を開く
   ことを特徴とする太陽熱利用システム。
2. 前記給排水ユニットは、前記集熱ポンプに流れ込む水の流量を測定する流量センサーを有し、
   前記流量センサーが測定した流量に応じて前記集熱ポンプを制御する
   ことを特徴とする請求項１に記載の太陽熱利用システム。
3. 前記集熱板サーミスタ及び前記下部温度センサーが測定した温度が予め定めた設定値以上の場合、且つ、前記流量センサーの測定する流量が予め定めた設定値以下の場合、前記集熱ポンプをＯＮとする
   ことを特徴とする請求項２に記載の太陽熱利用システム。
4. ヒートポンプユニットと、
   前記ヒートポンプユニットに連結される貯湯ユニットと、
   太陽熱によって水の温度を上昇させる集熱器と、
   前記ヒートポンプユニットと前記貯湯ユニットを有するシステムに前記集熱器を連結し、前記集熱器と前記貯湯ユニットの間の給排水を制御する前記貯湯ユニットとは別体の給排水ユニットと、
   を備える太陽熱利用システムの制御方法において、
   前記ヒートポンプユニット及び前記集熱器で加温された水を貯湯する前記貯湯ユニットの貯湯タンク内の下部の水の温度、
   及び、
   前記集熱器の熱媒管を通過する水を太陽熱により加温する集熱板の温度、
   に応じて、
   前記集熱器に給水する前記給排水ユニットの集熱ポンプを制御し、
   前記集熱板の温度が予め定めた設定値未満の場合、前記貯湯ユニットから前記集熱器へ供給する水を前記給排水ユニットから排出する
   ことを特徴とする太陽熱利用システムの制御方法。
5. 前記給排水ユニットの前記集熱ポンプに流れ込む水の流量に応じて前記集熱ポンプを制御する
   ことを特徴とする請求項４に記載の太陽熱利用システムの制御方法。
6. 前記貯湯タンク内の下部の水の温度、及び、前記集熱器の温度が、予め定めた設定値以上の場合、
   且つ、
   前記集熱ポンプに流れ込む水の流量が予め定めた設定値以下の場合、
   前記集熱ポンプをＯＮとする
   ことを特徴とする請求項５に記載の太陽熱利用システムの制御方法。

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