JPH08219556A - 直接集熱式太陽熱温水装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 お湯として利用できる温度に集熱器の温度が
ならないと循環ポンプが運転開始されない直接集熱式太
陽熱温水装置を提供する。 【構成】 集熱器１より下に貯湯槽８を設置し、貯湯槽
８の下部と集熱器１の下部と送水管１０で接続し、集熱
器１の上部と貯湯槽８の上部を温水戻り管１１で接続す
る。送水管１０に循環ポンプ１２を接続する。集熱器１
の上部に第１の温度センサ２２を取り付ける。第１の温
度センサ２２からの温度信号に応じて循環ポンプ１２の
運転停止と回転数制御を行う制御器２５を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、集熱器に水を直接供給
して集熱し、得られた温水を貯湯槽に溜める直接集熱式
太陽熱温水装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】太陽熱温水装置としては、集熱器に水を
直接供給して集熱し、得られた温水を貯湯槽に溜める直
接集熱式のものと、貯湯槽内に熱交換器を設け、この熱
交換器と集熱器との間で不凍液を循環させる不凍液集熱
式のものとがある。

【０００３】不凍液集熱式の太陽熱温水装置は、次のよ
うな問題点がある。 （ａ）不凍液による集熱方式では、不凍液から水への熱
交換器が必要なため、コストがかさむ。 （ｂ）不凍液から水への熱交換のため、熱交換性能が低
下する。 （ｃ）熱交換器が腐食などして不凍液が漏れると、水中
に不凍液が混入する。 （ｄ）不凍液による集熱方式では、熱交換器が貯湯槽内
に設置されるため、このような構造では貯湯槽内の水全
体の温度が徐々に上昇していくため、夕方にならないと
熱い湯ができず、朝や昼には太陽熱の湯が使えないた
め、太陽熱温水装置の利用効率が悪い。

【０００４】これに対し、直接集熱式の太陽熱温水装置
は、上記の如き問題点がなく、且つ構造が単純で、低コ
ストで装置を構成できる利点がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、直接集
熱式の太陽熱温水装置では、日射が弱いときに循環ポン
プを運転すると、低温度の湯が貯湯槽内上部に戻って来
ることになり、熱い湯が層状に貯湯槽内上部に溜まって
いるときには、その熱い湯層の温度を下げることにな
る。特に、熱い湯層が貯湯槽内上部に少ししか残ってい
ないときには、循環ポンプが運転開始されると、残って
いた熱い湯層がなくなってしまうことになる。また、朝
は貯湯槽内上部に少ししか湯が残っていないことが多
く、太陽光が集熱器に当たり始めたときに循環ポンプが
運転開始されると、日射がまだ弱いので貯湯槽内上部に
少し残っていた湯が循環ポンプの運転開始と共になくな
ってしまうことになる。

【０００６】本発明の目的は、直接集熱式の問題点を解
決できる直接集熱式太陽熱温水装置を提供することにあ
る。本発明の他の目的は、一定温度のお湯として利用で
きる温度に集熱器内の温度がならないと循環ポンプが運
転開始されない直接集熱式太陽熱温水装置を提供するこ
とにある。本発明の他の目的は、循環ポンプの回転数を
日射に応じて制御できる直接集熱式太陽熱温水装置を提
供することにある。本発明の他の目的は、循環ポンプの
回転数制御に伴う問題点であるエアロックを解消できる
直接集熱式太陽熱温水装置を提供することにある。本発
明の他の目的は、気温が水の凍結温度に近付いたとき、
集熱器内の水を排水できる直接集熱式太陽熱温水装置を
提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、集熱器と、前
記集熱器より下に設置された貯湯槽と、前記貯湯槽の下
部と前記集熱器の下部とを接続して前記貯湯槽内の水を
前記集熱器に供給する送水管と、前記集熱器の上部と前
記貯湯槽の上部とを接続して前記集熱器で生成された温
水を前記貯湯槽に供給する温水戻り管と、前記送水管に
接続されて前記貯湯槽内の水を前記集熱器に送り出す循
環ポンプとを備えた直接集熱式太陽熱温水装置を改良の
対象としている。

【０００８】請求項１に記載の直接集熱式太陽熱温水装
置においては、前記集熱器の上部に設けられた第１の温
度センサと、該第１の温度センサからの温度信号に応じ
て前記循環ポンプの運転停止と回転数制御を行う制御器
とを備えていることを特徴とする。

【０００９】請求項２に記載の直接集熱式太陽熱温水装
置においては、前記集熱器の上部に設けられた空気抜き
弁と、前記循環ポンプの吐出側で前記送水管に設けられ
て前記制御器からの制御信号で開閉が制御される第１の
電磁弁と、前記温水戻り管に設けられて前記貯湯槽の上
部から温水の逆流を止める逆止弁と、前記集熱器の上部
と前記逆止弁との間で一端が前記温水戻り管に接続され
ると共に他端が前記第１の電磁弁と前記集熱器の下部と
の間で前記送水管に接続された連結管と、該連結管に設
けられて前記制御器からの制御信号で開閉が制御される
第２の電磁弁と、前記温水戻り管に設けられた第２の温
度センサとを備え、前記制御器は前記循環ポンプの運転
中に前記第１の温度センサと前記第２の温度センサとの
検知温度の差が一定値を越えた場合に循環ポンプの運転
を停止させると共に前記第２の電磁弁を所定時間開く制
御を行うようになっていることを特徴とする。

【００１０】請求項３に記載の直接集熱式太陽熱温水装
置においては、前記集熱器の上部に設けられた空気抜き
弁と、前記循環ポンプの吐出側で前記送水管に設けられ
て前記制御器からの制御信号で開閉が制御される第１の
電磁弁と、前記温水戻り管に設けられて前記貯湯槽の上
部から温水の逆流を止める逆止弁と、前記集熱器の上部
と前記逆止弁との間で一端が前記温水戻り管に接続され
ると共に他端が前記第１の電磁弁と前記集熱器の下部と
の間で前記送水管に接続された連結管と、該連結管に設
けられて前記制御器からの制御信号で開閉が制御される
第２の電磁弁と、前記温水戻り管に設けられた第２の温
度センサと、前記貯湯槽内に常時所要の水圧をかけるよ
うに該貯湯槽の下部に接続された給水管とを備え、前記
制御器は前記循環ポンプの運転開始前に前記第２の電磁
弁を所定時間開いて前記循環ポンプの運転開始時に該第
２の電磁弁を閉じる制御と前記循環ポンプの運転中に前
記第１の温度センサと前記第２の温度センサとの検知温
度の差が一定値を越えた場合に前記第２の電磁弁を所定
時間開く制御を行うようになっていることを特徴とす
る。

【００１１】請求項４に記載の直接集熱式太陽熱温水装
置においては、前記集熱器の上部に設けられた空気抜き
弁と、前記循環ポンプの吐出側で前記送水管に設けられ
て前記制御器からの制御信号で開閉が制御される第１の
電磁弁と、前記温水戻り管に設けられて前記貯湯槽の上
部から温水の逆流を止める逆止弁と、前記集熱器の上部
と前記逆止弁との間で一端が前記温水戻り管に接続され
ると共に他端が前記第１の電磁弁と前記集熱器の下部と
の間で前記送水管に接続された連結管と、該連結管に設
けられて前記制御器からの制御信号で開閉が制御される
第２の電磁弁と、前記温水戻り管に設けられた第２の温
度センサと、前記集熱器の下部と前記連結管の接続箇所
との間で前記送水管に接続された排水管と、該排水管に
設けられて前記制御器からの制御信号で開閉が制御され
る第３の電磁弁と、前記貯湯槽内に常時所要の水圧をか
けるように該貯湯槽の下部に接続された給水管とを備
え、前記制御器は前記第１の温度センサからの凍結温度
に近付いた温度信号により、前記第１の電磁弁を閉じる
と共に第２の電磁弁と第３の電磁弁を開く制御を行うよ
うになっていることを特徴とする。

【００１２】請求項５に記載の直接集熱式太陽熱温水装
置においては、前記第１の温度センサは前記集熱器の温
度以外に日射量にも感ずるように前記集熱器の日射を受
ける面に取り付けられていることを特徴とする。

【００１３】

【作用】請求項１に記載の直接集熱式太陽熱温水装置に
よれば、集熱器の上部に第１の温度センサを設け、該第
１の温度センサからの温度信号に応じて制御器で循環ポ
ンプの運転停止と回転数制御を行うことにより、お湯と
して利用できる温度に集熱器の温度がならないと循環ポ
ンプが運転開始されないように制御器で制御することが
できる。また、循環ポンプの回転数を日射に応じて制御
することによって、所定の温度の温水を効率良く生成す
ることができる。

【００１４】請求項２に記載の直接集熱式太陽熱温水装
置によれば、制御器が循環ポンプの運転中に第１の温度
センサと第２の温度センサとの検知温度の差が一定値を
越えた場合に第２の電磁弁を所定時間開く制御を行うこ
とにより、エアロックになったとき第１の温度センサと
第２の温度センサとの検知温度の差が一定値を越えるの
で、このとき第２の電磁弁を所定時間開くと、送水管と
温水戻り管とを上昇する水で空気が押し上げられて空気
抜き弁から抜かれるので、エアロックを制御器の制御で
自動的に解消することができる。

【００１５】請求項３に記載の直接集熱式太陽熱温水装
置によれば、制御器が循環ポンプの運転開始前に第２の
電磁弁を所定時間開いて循環ポンプの運転開始時に該第
２の電磁弁を閉じる制御を行うことにより、循環ポンプ
の運転開始前に第２の電磁弁を所定時間開くことにより
送水管と温水戻り管とを上昇する水で空気が押し上げら
れて空気抜き弁から抜かれるので、水の循環経路に空気
がなくなってから循環ポンプの運転を開始できる。そし
て、前記貯湯槽内に常時所要の水圧をかけることによ
り、この水圧が貯湯槽内の水を集熱器側へ押し上げる力
として働くので、貯湯槽内の水を集熱器側へ押し上げる
循環ポンプ容量の小型化を図ることができる。

【００１６】請求項４に記載の直接集熱式太陽熱温水装
置によれば、制御器が前記第１の温度センサからの凍結
温度に近付いた温度信号により、前記第１の電磁弁を閉
じると共に第２の電磁弁と第３の電磁弁を開く制御を行
うことにより、気温が水の凍結する温度に近付いたと
き、第１の電磁弁が閉じ第２の電磁弁と第３の電磁弁が
開いて集熱器内の水が排水され、集熱器の破損が防止さ
れる。

【００１７】請求項５に記載の直接集熱式太陽熱温水装
置によれば、第１の温度センサが集熱器の温度以外に日
射量にも感ずるように該集熱器の日射を受ける面に取り
付けられているので、日射量変化で集熱器の温度が変化
する前に該第１の温度センサの検出温度が変化し、循環
ポンプの回転数を先回り制御でき、循環ポンプが発振を
起こすのを回避することができる。

【００１８】

【実施例】図１及び図２は、本発明に係る直接集熱式太
陽熱温水装置の一実施例を示したものである。本実施例
の直接集熱式太陽熱温水装置においては、集熱器１が太
陽熱を集熱し易い屋根の上等に傾斜して設置されてい
る。該集熱器１は、２枚のステンレス薄板２ａ，２ｂの
周囲を袋状にシーム溶接して貼り合わせ、且つその中間
の部分に複数の上向きの水路３が幅方向に併設されるよ
うに各ステンレス薄板２ａ，２ｂは波形に屈曲成形され
ている。このようにステンレス薄板２ａ，２ｂを加工し
て形成された集熱器本体４は、上部が開放されたケース
５内に収容されている。該ケース５の底部と集熱器本体
４との間には、断熱材６が配置されている。該ケース５
の開口部にはプラスチック板の如き透明板７が取り付け
られている。

【００１９】このような集熱器１より下の地上等に貯湯
槽８が設置されている。貯湯槽８は保温容器９内に収容
されている。貯湯槽８の下部と集熱器１の下部とは送水
管１０で接続され、これにより貯湯槽８内の水が集熱器
１に供給されるようになっている。また、集熱器１の上
部と貯湯槽８の上部とは温水戻り管１１で接続され、こ
れにより集熱器１で生成された温水が貯湯槽８に供給さ
れるようになっている。貯湯槽８に隣接させて送水管１
０には循環ポンプ１２が接続されていて、貯湯槽８内の
水を集熱器１に送り出すようになっている。

【００２０】循環ポンプ１２の吐出側で送水管１０に
は、第１の電磁弁１３が設けられている。また、第１の
電磁弁１３と集熱器１との間で該第１の電磁弁１３寄り
の位置で送水管１０には排水管１４が分岐接続され、該
排水管１４には第３の電磁弁１５が設けられている。温
水戻り管１１を送水管１０に連結する連結管１６が、排
水管１４の分岐接続箇所１７と第１の電磁弁１３との間
で送水管１０に接続され、該連結管１６には第２の電磁
弁１８が設けられている。温水戻り管１１に対する連結
管１６の接続箇所１９と貯湯槽８との間で該温水戻り管
１１には、水又は湯の流れを必要に応じて止める止水手
段として逆止弁２０が設けられている。逆止弁２０は、
集熱器１から貯湯槽８への温水の流れは許容するが、貯
湯槽８から集熱器１への温水の流れは許容しないように
設けられている。

【００２１】これら送水管１０，温水戻り管１１，連結
管１６は、例えばポリブテン管等の如き可撓性プラスチ
ック管で形成されている。これら送水管１０，温水戻り
管１１，連結管１６のサイズは、内径13mm以下のものが
好ましい。

【００２２】集熱器１の上部には、空気抜き弁２１と第
１の温度センサ２２とが設けられている。この場合、空
気抜き弁２１は集熱器１の上部に位置する温水戻り管１
１の折り返し部に設けられ、第１の温度センサ２２は集
熱器１の上部でその内部に挿入して設けられている。

【００２３】逆止弁２０と貯湯槽８との間で温水戻り管
１１には、該温水戻り管１１内を通る湯温を検出するた
めに第２の温度センサ２３が取り付けられている。貯湯
槽８の下部には、該貯湯槽８内の水温を検出するために
第３の温度センサ２４が取り付けられている。

【００２４】これら第１，第２，第３の温度センサ２
２，２３，２４からの検出信号は、制御器２５に入力さ
れるようになっている。制御器２５は、これらの検出信
号をもとに循環ポンプ１２，第１，第２，第３の電磁弁
１３，１８，１５に制御信号を出すようになっている。

【００２５】集熱器１の下部の送水管１０には、該集熱
器１に作用する異常水圧を逃がす逃し弁２６が設けられ
ている貯湯槽８の下部には、該貯湯槽８内に常時所要の
水圧をかけるように調節減圧弁２７を介して水道に直結
した給水管２８が接続されている。貯湯槽８の上部に
は、出湯管２９が接続されている。該出湯管２９は出湯
蛇口３０に接続されている。また、出湯管２９の上部に
は、空気抜き弁３１と安全弁３２とが接続されている。

【００２６】図３は、制御器２５内の構成の一例を示し
たものである。該制御器２５は、直流電源３４と、該直
流電源３４から給電されて第１，第２，第３の温度セン
サ２２，２３，２４からの検出信号を入力として制御動
作を行うワンチップマイコン３５と、該ワンチップマイ
コン３５に接続されたインタフェイス回路３６と、ワン
チップマイコン３５から循環ポンプ１２に回転数変化の
指令を出すディジタル／アナログ変換回路（以下、Ｄ／
Ａ変換回路という。）３７とを備えている。直流電源３
４には、ＡＣ100 Ｖの商用電源線３８が接続されてい
る。また制御器２５は、直流電源３４から循環ポンプ１
２に至る給電回路３９に接続されて給電の制御をするポ
ンプ制御リレー接点４０ａと、商用電源線３８から第
１，第２，第３の電磁弁１３，１８，１５に至る給電回
路４１，４２，４３に接続されて給電の制御をする電磁
弁制御リレー接点４４ａ，４５ａ，４６ａとを備え、イ
ンタフェイス回路３６にはこれらポンプ制御リレー接点
４０ａと電磁弁制御リレー接点４４ａ，４５ａ，４６ａ
とを制御するポンプ制御リレーコイル４０ｂと電磁弁制
御リレーコイル４４ｂ，４５ｂ，４６ｂとが設けられて
いる。

【００２７】次に、このような直接集熱式太陽熱温水装
置の動作について説明する。集熱器１に水が入っていな
いときには、制御器２５から水の供給指令を出すと、第
１，第２の電磁弁１３，１８が開、第３の電磁弁１５が
閉になり、貯湯槽８内の水圧により、該貯湯槽８内の水
が循環ポンプ１２（この時点では、まだ動作していな
い。）と第１の電磁弁１３を通り、一方は送水管１０を
経て、他方は連結管１６と第２の電磁弁１８と温水戻り
管１１を経て集熱器１に供給される。このとき、送水管
１０，連結管１６，温水戻り管１１，集熱器１等の内部
に存在していた空気は、水の上昇により押し上げにより
空気抜き弁２１から排出される。

【００２８】１〜２分後に、制御器２５内のタイマーの
指令により第２の電磁弁１８が閉じ、循環ポンプ１２が
運転されると、貯湯槽８内の水が循環ポンプ１２，第１
の電磁弁１３を経て送水管１０を経て集熱器１に入り、
該水は該集熱器１で太陽熱により加熱されて温水となっ
て温水戻り管１１を通って逆止弁２０を経て貯湯槽８内
の上部に入る。この温水は比重が低くなっているので、
下部の水と混じることなく層状に貯湯槽８内の上部に溜
まる。

【００２９】このように送水管１０，連結管１６，温水
戻り管１１，集熱器１等の内部に存在していた空気が空
気抜き弁２１から抜けて送水管１０や温水戻り管１１に
水が満たされてから循環ポンプ１２が運転され、且つ前
記貯湯槽８内に常時所要の水圧がかかっており、この水
圧が貯湯槽８内の水を集熱器１側へ押し上げる力として
働くので、該循環ポンプ１２の圧力が低くても水は循環
されることになる。このような水の循環が繰り返されて
貯湯槽８内の水が順次温水になる。

【００３０】第１の温度センサ２２の検出温度が一定値
より低くなるか、第３の温度センサ２４の検出温度より
第１の温度センサ２２の検出温度が低くなると、制御器
２５から指令で循環ポンプ１２の運転が止まり、第１の
電磁弁１３が閉じ，集熱が終了する。

【００３１】貯湯槽８内上部の湯層の温度を一定温度、
例えば40℃以上に維持するように循環ポンプ１２の循環
水量を日射量に応じて制御する手段として、集熱器１の
上部に取り付けられた第１の温度センサ２２の検知温度
の関数として循環ポンプ１２の回転数を決める方式の制
御器２５が本実施例では用いられている。

【００３２】この第１の温度センサ２２の検知温度と循
環ポンプ１２の回転数との関数関係を図４に示し、その
制御ループを図５に示す。この制御ループはフィードバ
ック制御であり、循環ポンプ１２の回転数変化の指令が
ワンチップマイコン３５からＤ／Ａ変換回路３７を経て
出されてから第１の温度センサ２２の検知温度に変化が
現れるまでの時間遅れがかなり大きく、集熱器１の下部
から入った水が第１の温度センサ２２の位置に達するま
でのむだ時間遅れをも含むため、循環ポンプ１２が発振
を起こし易い条件となる。

【００３３】このような発振を押さえるために、第１の
温度センサ２２の集熱器１への取り付けは、図６に示す
ように集熱器１の温度と日射量そのものとの両方を検知
できるように集熱器１の日射を受ける面に取り付けるこ
とが好ましい。

【００３４】このようにすると、日射量変化で集熱器１
の温度が変化する前に第１の温度センサ２２の検出温度
が変化し、循環ポンプ１２の回転数を先回り制御でき、
該循環ポンプ１２が発振を起こすのを回避することがで
きる。

【００３５】集熱センサとして、集熱器１に表面に取り
付けた第１の温度センサ２２の代わりに、太陽電池等の
日射量そのものを検知するセンサを使用すれば、制御は
完全なオープンループ制御方式となり、発振を全く起こ
さないものになるが、フィードバックがないので、好ま
しくない点がある。それは貯湯槽８と集熱器１とをつな
ぐ配管１０，１１の流路抵抗が物件毎に異なっているこ
とや、その他の条件が違っているため、循環ポンプ１２
の回転数を日射量だけで決めるより、集熱器１の温度を
検知するフィードバック制御の方がその様な条件の変化
を補正する機能が働くからである。

【００３６】冬期の夜の凍結防止に対しては、第１の温
度センサ２２の検出温度が凍結温度に近く、例えば３℃
以下になると、制御器２５から指令で第１の電磁弁１３
が閉じると共に第３の電磁弁１５及び第２の電磁弁１８
が開き、空気抜き弁２１より空気が集熱器１及び温水戻
り管１１に入り、集熱器１，送水管１０，温水戻り管１
１及び連結管１６内の水は排水管１４を経て排出され
る。この場合、送水管１０，温水戻り管１１及び連結管
１６が比較的細い可撓性プラスチック管、例えばポリブ
テン管等で形成されていると、つなぎ目なしで、急な曲
りもなくなるので、細くても流れの抵抗が小さく、これ
ら配管の勾配が必ずしも排水管１４の方向に下り勾配に
なっていない箇所があっても、排水管１４の位置が送水
管１０及び温水戻り管１１より低い位置にあれば、いわ
ゆるサイフォンの原理で集熱器１，送水管１０，温水戻
り管１１及び連結管１６内の水が排水管１４を経て排出
されることになる。このとき貯湯槽８内の水圧は、第１
の電磁弁１３及び逆止弁２０により送水管１０及び温水
戻り管１１とは遮断されて保持される。万一、送水管１
０，温水戻り管１１及び連結管１６内に水が残っても可
撓性プラスチック管なら凍結破損される恐れはない。

【００３７】また、集熱器１を２枚のステンレス薄板２
ａ，２ｂをシーム溶接して形成すると、該集熱器１内の
水路３の断面積が容易に伸縮できるので、凍結しても破
損しないことが実証されている。ただし、このように水
路３の断面積が容易に伸縮して凍結破損し難い構造の集
熱器１は、それと裏腹に水圧に対して弱いという難点が
あることは原理的にやむを得ない。そこで、集熱器１を
水圧破損から守るために、集熱器１の破損水圧以下に水
圧を押さえる逃し弁２６を集熱器１の下部に設けておけ
ば、一般に集熱器１は屋根の上に設置され、貯湯槽８は
地上に設置されるので、貯湯槽８内の水圧より集熱器１
にかかる水圧は高さの差の分だけ低くなり、このため集
熱器１にかかる水圧を安全な範囲に保持することができ
る。

【００３８】循環ポンプ１２の運転中に、出湯蛇口３０
より勢い良く湯を出湯させると、調節減圧弁２７より貯
湯槽８内に給水される水量が追い付かず、貯湯槽８内の
水圧が低下し、高い位置に置かれた集熱器１内の水圧が
負圧になり、空気抜き弁２１から空気が集熱器１及び温
水戻り管１１内に入ることが起こり得るので、循環ポン
プ１２の発生圧力が小さいものを用いると、空気が温水
戻り管１１の中に閉じ込められ、ポンプ圧力で空気を温
水戻り管１１の下方へ押し下げることも、空気抜き弁２
１から排出させることもできなく、ロック状態になり、
水の循環が止まってしまうエアロック現象が発生する可
能性がある。そうなると、日射があっても集熱ができな
くなる。

【００３９】これを避けるための手段が、図１の実施例
では設けられている。それは、エアロック現象が起こる
と、循環ポンプ１２が運転中であっても集熱されないの
で、第１の温度センサ２１の集熱開始温度以上の温度に
拘らず第２の温度センサ２３の温度が上昇しないことに
なる。そこで第１の温度センサ２１の検出温度と第２の
温度センサ２３の検出温度との差が一定レベル以上にな
っている状態が一定時間続くと、制御器２５はエアロッ
クと判定して指令を出し、循環ポンプ１２の運転を停止
し、第１，第２の電磁弁１３，１８を開とすると、温水
戻り管１１内及び集熱器１内の空気は貯湯槽８内の水圧
により押し上げられ、空気抜き弁２１から排出されるこ
とになる。この状態で一定時間、例えば１〜２分経過し
た後、制御器２５からの指令で再び第２の電磁弁１８を
閉じ、循環ポンプ１２を駆動すると、今度は集熱器１を
経ての水の循環が開始されることになる。この一連の動
作でもまだ空気が抜けなかった場合には、制御器２５か
らの指令で再び同様の動作が繰り返される。

【００４０】なお、逆止弁２０は電磁弁に置換すること
もできる。この場合、該電磁弁は制御器２５からの指令
でその開閉を制御する。

【００４１】

【発明の効果】請求項１に記載の発明では、集熱器の上
部に第１の温度センサを設け、該第１の温度センサから
の温度信号に応じて制御器で循環ポンプの運転停止と回
転数制御を行うので、お湯として利用できる温度に集熱
器の温度がならないと循環ポンプが運転開始されないよ
うに制御器で制御することができる。また、循環ポンプ
の回転数を日射に応じて制御することができる。このた
め、貯湯槽内の湯層の層状性が良く保持され、太陽熱利
用率の高い太陽熱温水装置を実現することができる。

【００４２】請求項２に記載の発明では、制御器が循環
ポンプの運転中に第１の温度センサと第２の温度センサ
との検知温度の差が一定値を越えた場合、即ちエアロッ
ク状態になったとき、第２の電磁弁を所定時間開放し、
送水管及び温水戻り管より上昇する水で空気を押し上げ
ることにより空気抜き弁から空気を抜くことができ、こ
れによりエアロックを制御器の制御で自動的に解消する
ことができる。

【００４３】請求項３に記載の発明では、制御器が循環
ポンプの運転開始前に第２の電磁弁を所定時間開いて循
環ポンプの運転開始時に該第２の電磁弁を閉じる制御を
行うようになっているので、循環ポンプの運転開始前に
第２の電磁弁を所定時間開くことにより送水管と温水戻
り管とを上昇する水で空気が押し上げられて空気抜き弁
から抜くことができて、水の循環経路に空気がなくなっ
てから循環ポンプの運転を開始でき、そして、貯湯槽内
に給水管から常時所要の水圧をかけるようにしているの
で、この水圧を利用して集熱器へ給水することができ、
これにより循環ポンプ容量の小型化を図ることができ
る。

【００４４】請求項４に記載の発明では、制御器が前記
第１の温度センサからの凍結温度に近付いた温度信号に
より、前記第１の電磁弁を閉じると共に第２の電磁弁と
第３の電磁弁を開く制御を行うことにより、気温が水の
凍結する温度に近付いたとき、第１の電磁弁が閉じ第２
の電磁弁と第３の電磁弁が開いて集熱器内の水が排水さ
れ、集熱器の破損を防止することができる。

【００４５】請求項５に記載の発明では、第１の温度セ
ンサが集熱器の温度以外に日射量にも感ずるように該集
熱器の日射を受ける面に取り付けているので、日射量変
化で集熱器の温度が変化する前に該第１の温度センサの
検出温度が変化し、循環ポンプの回転数を先回り制御で
き、循環ポンプが発振を起こすのを回避することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る直接集熱式太陽熱温水装置の一実
施例のシステム構成図である。

【図２】本実施例で用いている集熱器の構成を示す一部
破断斜視図である。

【図３】図１に示す制御器内の構成の一例を示したブロ
ック図である。

【図４】本実施例における第１の温度センサの検知温度
と循環ポンプの回転数との関数関係を示す特性図であ
る。

【図５】本実施例の直接集熱式太陽熱温水装置における
制御ループ系統図である。

【図６】本実施例で集熱器に取り付ける第１の温度セン
サの取り付け方の好ましい例を示す斜視図である。

【符号の説明】

１ 集熱器 ２ａ，２ｂ ステンレス薄板 ３ 水路 ４ 集熱器本体 ５ ケース ６ 断熱材 ７ 透明板 ８ 貯湯槽 ９ 保温容器 １０ 送水管 １１ 温水戻り管 １２ 循環ポンプ １３ 第１の電磁弁 １４ 排水管 １５ 第３の電磁弁 １６ 連結管 １７ 分岐接続箇所 １８ 第２の電磁弁 １９ 接続箇所 ２０ 逆止弁 ２１ 空気抜き弁 ２２ 第１の温度センサ ２３ 第２の温度センサ ２４ 第３の温度センサ ２５ 制御器 ２６ 逃し弁 ２７ 調節減圧弁 ２８ 送水管 ２９ 出湯管 ３０ 出湯蛇口 ３１ 空気抜き弁 ３２ 安全弁 ３４ 直流電源 ３５ ワンチップマイコン ３６ インタフェイス回路 ３７ ディジタル／アナログ変換回路 ３８ 商用電源線 ４０ａ ポンプ制御リレー接点 ４０ｂ ポンプ制御リレーコイル ４１，４２，４３ 給電回路 ４４ａ，４５ａ，４６ａ 電磁弁制御リレー接点 ４４ｂ，４５ｂ，４６ｂ 電磁弁制御リレーコイル

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 集熱器と、前記集熱器より下に設置され
   た貯湯槽と、前記貯湯槽の下部と前記集熱器の下部とを
   接続して前記貯湯槽内の水を前記集熱器に供給する送水
   管と、前記集熱器の上部と前記貯湯槽の上部とを接続し
   て前記集熱器で生成された温水を前記貯湯槽に供給する
   温水戻り管と、前記送水管に接続されて前記貯湯槽内の
   水を前記集熱器に送り出す循環ポンプとを備えた直接集
   熱式太陽熱温水装置において、前記集熱器の上部に設け
   られた第１の温度センサと、該第１の温度センサからの
   温度信号に応じて前記循環ポンプの運転停止と回転数制
   御を行う制御器とを備えていることを特徴とする直接集
   熱式太陽熱温水装置。
2. 【請求項２】 前記集熱器の上部に設けられた空気抜き
   弁と、前記循環ポンプの吐出側で前記送水管に設けられ
   て前記制御器からの制御信号で開閉が制御される第１の
   電磁弁と、前記温水戻り管に設けられて前記貯湯槽の上
   部から温水の逆流を止める逆止弁と、前記集熱器の上部
   と前記逆止弁との間で一端が前記温水戻り管に接続され
   ると共に他端が前記第１の電磁弁と前記集熱器の下部と
   の間で前記送水管に接続された連結管と、該連結管に設
   けられて前記制御器からの制御信号で開閉が制御される
   第２の電磁弁と、前記温水戻り管に設けられた第２の温
   度センサとを備え、前記制御器は前記循環ポンプの運転
   中に前記第１の温度センサと前記第２の温度センサとの
   検知温度の差が一定値を越えた場合に、循環ポンプの運
   転を停止させると共に前記第２の電磁弁を所定時間開く
   制御を行うようになっていることを特徴とする請求項１
   に記載の直接集熱式太陽熱温水装置。
3. 【請求項３】 前記集熱器の上部に設けられた空気抜き
   弁と、前記循環ポンプの吐出側で前記送水管に設けられ
   て前記制御器からの制御信号で開閉が制御される第１の
   電磁弁と、前記温水戻り管に設けられて前記貯湯槽の上
   部から温水の逆流を止める逆止弁と、前記集熱器の上部
   と前記逆止弁との間で一端が前記温水戻り管に接続され
   ると共に他端が前記第１の電磁弁と前記集熱器の下部と
   の間で前記送水管に接続された連結管と、該連結管に設
   けられて前記制御器からの制御信号で開閉が制御される
   第２の電磁弁と、前記温水戻り管に設けられた第２の温
   度センサと、前記貯湯槽内に常時所要の水圧をかけるよ
   うに該貯湯槽の下部に接続された給水管とを備え、前記
   制御器は前記循環ポンプの運転開始前に前記第２の電磁
   弁を所定時間開いて前記循環ポンプの運転開始時に該第
   ２の電磁弁を閉じる制御と前記循環ポンプの運転中に前
   記第１の温度センサと前記第２の温度センサとの検知温
   度の差が一定値を越えた場合に前記第２の電磁弁を所定
   時間開く制御を行うようになっていることを特徴とする
   請求項１に記載の直接集熱式太陽熱温水装置。
4. 【請求項４】 前記集熱器の上部に設けられた空気抜き
   弁と、前記循環ポンプの吐出側で前記送水管に設けられ
   て前記制御器からの制御信号で開閉が制御される第１の
   電磁弁と、前記温水戻り管に設けられて前記貯湯槽の上
   部から温水の逆流を止める逆止弁と、前記集熱器の上部
   と前記逆止弁との間で一端が前記温水戻り管に接続され
   ると共に他端が前記第１の電磁弁と前記集熱器の下部と
   の間で前記送水管に接続された連結管と、該連結管に設
   けられて前記制御器からの制御信号で開閉が制御される
   第２の電磁弁と、前記温水戻り管に設けられた第２の温
   度センサと、前記集熱器の下部と前記連結管の接続箇所
   との間で前記送水管に接続された排水管と、該排水管に
   設けられて前記制御器からの制御信号で開閉が制御され
   る第３の電磁弁と、前記貯湯槽内に常時所要の水圧をか
   けるように該貯湯槽の下部に接続された給水管とを備
   え、前記制御器は前記第１の温度センサからの凍結温度
   に近付いた温度信号により、前記第１の電磁弁を閉じる
   と共に第２の電磁弁と第３の電磁弁を開く制御を行うよ
   うになっていることを特徴とする請求項１に記載の直接
   集熱式太陽熱温水装置。
5. 【請求項５】 前記第１の温度センサは前記集熱器の温
   度以外に日射量にも感ずるように前記集熱器の日射を受
   ける面に取り付けられていることを特徴とする請求項１
   に記載の直接集熱式太陽熱温水装置。