JPH038918Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 一般に太陽熱集熱システムは、太陽熱を集める
集熱器とこの熱を貯えておく蓄熱槽とを具備する
が、この両者間の循還経路には開放型と密閉型と
がある。開放型循還経路とは蓄熱槽内の水を直接
集熱器へ送り込み循還させる型であり、この型の
システムは構成が簡単であり、且集熱を行なうと
きだけ集熱器内に水が流入するため、寒冷時凍結
の心配がない利点があるが、反面給湯に応じてそ
れと同量の新しい水が補給されこの水が集熱器を
循還するため、集熱器内にスケールが析出し易
く、それにより集熱効果が低下する欠点がある。

他方密閉型循還経路とは蓄熱槽内に熱交換器が
収納され、槽内の水は集熱器内を通る加熱媒体に
より間接的に加熱される型、即ち該媒体が槽内の
水とは混合せず密閉された循還経路を形成する型
であり、その利点は集熱器を循還する媒体が給湯
に応じて変わることがないので、スケールが析出
しにくく、従つて集熱効率を維持でき、且つ集熱
器を循還する媒体を直接給湯しないため衛生上優
れていることである。しかし反面集熱器内に常に
媒体が存在するので、寒冷時凍結の心配がある。
このため密閉型循還経路では媒体として不凍液を
使用することが普通であるが、不凍液は材料費が
高く、また経時劣化の問題があるほか、液の蒸発
による減少分をしばしば補給する必要があるなど
保守の点で問題がある。なおそのほかに、加熱媒
体として普通の水を使用し、寒冷時凍結防止のた
め循還ポンプを駆動して蓄熱槽の熱を集熱器に送
る方式もあるが、これはポンプの消費電力が大き
く、且つ蓄熱槽の温度が低下するという大きい欠
点がある。

本考案は上記種々の欠点を解消することを目的
とし、その主旨は密閉型循還経路と開放型循還経
路の各利点を生かし、スケールの析出を防止して
集熱効率を維持すると共に、集熱を行なうときだ
け集熱器内に水が流入するようにして凍結を回避
し、且つ加熱用水の蒸発等による減少分を自動的
に補給して装置の保守を容易にする太陽熱集熱シ
ステムを提供するものである。

以下図面について詳細に説明するに、先ず従来
の開放型循還経路の太陽熱集熱システムを示す第
１図において、蓄熱槽４の下部に給水配管１から
シスタン１８を経て水が送入され、上面中央から
給湯配管１７を経て湯が供給される。シスタン１
８はその水面に浮かぶボールが予定のレベル以下
に下がるとその右端に設けられた水弁が自動的に
開いて給水が行われ、水面が上昇して上記予定の
レベルに達すると該水弁が自動的に閉じるように
構成される。太陽熱集熱器５は屋根上等の高所に
設置され、蓄熱槽４の左下部から出る水は循還ポ
ンプ６及び一方の集熱配管１０を経て集熱器５へ
送られ、その中で加熱されて出た水は他方の集熱
配管１９を経て槽４へ帰される。ポンプ６の発停
制御器１１は集熱器５に付設された温度センサー
１２と蓄熱槽４の下部に付設された温度センサー
１３とからの各温度情報を受けて、その差が７℃
以上で起動し、４℃以下で停止するように制御す
る。また集熱器５の出口のそれより高い位置に自
動空気抜弁９が他方の配管１９に連通して設置さ
れる。

ポンプ６が停止しているとき給水配管１から蓄
熱槽４へ水道水が供給され、槽４が満水となり、
シスタン１８の設定レベルまで水が貯まると給水
は断たれるが、このとき集熱器５にはその位置が
シスタン１８の設定レベルより高く選定されてい
るので水が入らない。次に集熱器５が太陽熱を受
けて集熱に適当な温度にまで上昇すると、制御器
１１はセンサー１２と１３の各信号を受けてポン
プ６を起動させ、蓄熱槽４内の水は集熱器５へ押
上げられ、このとき自動空気抜弁９から空気が排
出され、水は槽４へ帰される。このような循還経
路内において水は集熱器５を通過する間に加熱さ
れて次第にその温度が上昇する。槽４内の水温が
適当に上昇して後配管１７から給湯すると、その
給湯量と同量の水が配管１からシスタン１８を経
て槽４へ供給されるので、集熱器５を通る水は給
湯分だけ常に更新される。従つて集熱器５には常
に新しい或る分量のスケール成分を含んだ水が加
わつて循還することになり、そのため集熱器５等
にスケールの析出が多くなる欠点がある。その
後、集熱器５が冷却してポンプ６が停止すると、
集熱器内の水は自動空気抜弁９から空気が入るこ
とにより大気圧に押されて落下しシスタン１８の
水面レベルにまで達する。このようにして集熱器
内に水は残らないので、凍結は起らない。なお、
集熱配管１０，１９及び蓄熱槽４は保温されてい
るので凍結の心配はない。

第２図に示す従来の密閉型循還経路の太陽熱集
熱システムにおいて、蓄熱槽４内に熱交換器７が
設置され、従つて給水配管１から槽４内に入り給
湯配管１７から出る循還経路と熱交換器７の内部
から太陽熱集熱器５を通る循還経路とは互に独立
している。給水配管１から逆止弁付水道用減圧弁
２を経て蓄熱槽４の下部へ給水され、減圧弁２を
出た位置に調圧弁３が設けられる。槽４の頂面か
ら出て後給湯配管１７へ接続されるが、その槽４
を出た位置に安全弁１４が配設される。この弁は
槽４内の水が加熱され膨張して圧力が高くなつた
ときその膨張水を排出して圧力を安全値に保つ作
用をする。槽４の近くに補給水タンク８が設置さ
れ、これは集熱器５を出た配管１９と熱交換器７
との間に挿置される。これは加熱媒体を最初注入
し、且つそれが蒸発等により目減りしたとき補給
するためのものである。またタンク８には循還経
路内の媒体が異常時甚だしく膨張したときそれを
排出するための出口が設けられる。なおこの加熱
媒体には通常不凍液例えばプロピレングリコール
水溶液が用いられる。その他の各部の構成は第１
図におけると同じである。

第２図において、最初加熱媒体をその循還経路
に注入しただけのときは、太陽熱集熱器５は高所
にあるためそれに媒体は入らないが、ポンプ６が
制御器１１の作動により運転を開始すると媒体は
上昇して集熱器５内を通つて循還を始める。一旦
循還を始めて後は、制御器１１の作動によりポン
プ６が運転を停止しても集熱器５内の媒体はタン
ク８の水面の大気圧により押上げられている状態
にあるので落下せず、従つて集熱器５内には常に
媒体が存在している。そこで寒冷時にこの媒体が
凍結しないようにするため特に不凍液が使用され
る。なおここでも第１図と同様に空気抜弁９を設
けてポンプ６の停止時には集熱器５内の水を落下
させることも考えられるが、この場合集熱器５内
は絶えず水と空気とに交互に触れることを繰返
し、すると腐食又はスケール付着の点で不利があ
るので、この不利を避けて性能保証をなるべく長
く持続するために常に不凍液を充満させておく手
段が採られる。

第２図に示すシステムの利点は蓄熱槽４内の水
が太陽熱集熱器５内を循還しないので衛生上優れ
ていることのほかに、配管１７からの給湯がある
毎にそれと同量の水が新たに加熱媒体の循還経路
内に注入されることがないので、第１図の場合に
比べて集熱器５にスケールが析出することが極め
て少なく、従つて集熱効率を長期間高く維持でき
る点である。また寒冷時集熱器５内には媒体が落
下せずに残存するが、不凍液を使用することによ
りその寒冷時凍結は防止できる。

しかしながら反面、不凍液を使用するため、そ
の溶質の材料費が高いこと、経時変化のため次第
に劣化するので長期間使用後には取替えを必要と
することなどのほかに、常時保守の面で蒸発によ
る水及び溶質の減少を適切に補償して溶液の濃度
を常に略一定に保持しなければならない不利があ
る。即ち蒸発により先ず水が余分に減るので、そ
の補給を怠つて濃度が過大になると粘度を増して
ポンプ６の所要動力を増大し、反対に水の補給量
が過ぎて濃度が過小になると凍結温度の上昇を来
たして不凍性能を悪くする。また蒸発により溶質
も減小するのでその補給にも同様の注意が必要で
ある。なお加熱媒体として不凍液でなく普通の水
を使用する場合には、ポンプ６を寒冷時絶えず運
転し続ける必要があることのほかに、この水が蒸
発により漸次減少するので随時その補給をしなけ
ればならない保守の面での不利も残る。なおまた
上記何れの場合でも、媒体が集熱器５における異
常高温により甚だしく膨張してタンク８から多量
に溢出したとき、冷却後にその分の補給をする必
要があるという問題もある。

第３図に示す本考案の１実施例は上記の第１図
示装置と第２図示装置との中間を行くものであ
り、その間に保守面での不利をなくする改良を施
したものである。第３図において太陽熱集熱器５
を出た高所位置で配管１９に第１図と同様に自動
空気抜弁９が連通設置される。また補給水タンク
８の頂面に、蓄熱槽４の給湯出口に付設された安
全弁１４から排出される槽４の膨張水を導く導管
１５の先端を貫通させて水面上方に配置する。そ
して加熱媒体としては普通の水が用いられる。な
おタンク８の水面に関連してボールタツプ式給水
装置１６即ち第１図におけるシスタン１８と同様
な装置が取付けられる。その他の構成は第２図に
おけると同じである。

第３図において、配管１９の高所に自動空気抜
弁９が設置されるので、ポンプ６が休止すると太
陽熱集熱器５内の水は弁９内の水面大気圧を受け
て落下する。従つて寒冷時の凍結が回避される。
また第１図の場合と比較して、集熱器５内を通る
加熱水が蓄熱槽４からの給湯毎にそれと同量の新
しい水を加えられることがなく概ね不変であるか
ら、スケールの析出が少なく、集熱効率の低下が
防止される点は第２図におけると同様である。他
方第２図において媒体として不凍液を使用する場
合と比較すれば、不凍液を使用しないため高い材
料費が節約され且つ不凍液の故に生ずる保守面で
の種々の欠点が解消される。

更に、加熱用循還経路内の水が蒸発により減少
する分が導管１５から来る蓄熱槽４の膨張水によ
り自動的に補給される点に本考案の大きな特長が
ある。即ち槽４内の水が加熱されてその圧力が高
くなると、給湯配管１７の先は常時概ね閉じてい
るので、安全弁１４が作動して膨張水を排出し、
その水は導管１５を経てタンク８へ導入される。
このような槽４内の水の補給と加熱は絶えず繰返
されるので、その都度概ね上記膨張水の排出が繰
返され、そのためこの排出水の量は可成り多く、
上記した蒸発による減少分より多量である。その
余剰の分はタンク８の排出口から自動的に排出さ
れる。かくして加熱水の蒸発による減少分が自動
的に補給されるので、この点に関する保守の面で
人手が省略され、従つて経済的に非常に有利であ
る。

ボールタツプ式給水装置１６は加熱用水の異常
高温によつて補給水タンク８内の水が溢出したと
きその減少分を自動的に補給するためのものであ
る。即ち酷暑の昼間偶々蓄熱槽４からの給湯が殆
んど無かつたような場合、太陽熱集熱器５の温度
が非常に高くなつてその中の水が沸謄し甚だしく
膨張するためタンク８内の水が多量に溢出するこ
とがある。すると正常時に帰り冷却したとき、タ
ンク８内の水は多量に減少して水面レベルが下が
るので、給水装置１６はこれを自動的に補充して
水面位置を元の位置に復帰させる。

本考案によれば、太陽熱集熱器内のスケール析
出を少なくして集熱効率の低下を防止し、且つ加
熱媒体として不凍液を使用せず普通の水を使用し
ながら寒冷時上記集熱器の凍結を回避できると同
時に、加熱用水の蒸発等による減少分を自動的に
補給するので装置の保守を容易にする効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の第１型の太陽熱集熱システムの
概要図、第２図は従来の第２型の同種システムの
概要図、第３図は本考案による同種システムの概
要図である。 １……給水配管、４……蓄熱槽、５……太陽熱
集熱器、６……循還ポンプ、７……熱交換器、８
……補給水タンク、９……自動空気抜弁、１１…
…ポンプ発停制御器、１４……安全弁、１５……
導管、１６……ボールタツプ式給水装置、１７…
…給湯配管。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 太陽熱集熱器と蓄熱槽内の熱交換器とその間の
   強制環流用ポンプとを含む間接加熱用水の閉結循
   還経路を形成した集熱システムにおいて、この循
   還経路中の上記集熱器より高い位置に自動空気抜
   弁を連通設置し、且つこの循還経路中の上記集熱
   器より低い位置に大気に開放された水面を有する
   補給水タンクを挿置し、このタンク内に上記蓄熱
   槽の出口安全弁から排出される膨張水を導入する
   導管の先端を配置して成る太陽熱集熱システム。