JPH0894190A - 太陽熱利用蓄熱装置、及び該装置を含む給湯システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】曇った日等の日照量が不十分な時でも太陽熱を
最大限に利用することができ、低温水期の混合水温を上
昇させることができ、省エネルギー、省資源を大幅に推
進することが可能であり、しかも、貯湯槽の大容量化が
容易であると共に、設置スペースを数か所に分断するこ
ともでき、業務用にも十分に対応することができ、地球
温暖化防止にも貢献できる太陽熱利用蓄熱装置と、該装
置を含む給湯システムを提供すること。 【構成】太陽熱を吸収する集熱器２０と、熱媒体を蓄え
る貯留槽３０と、熱媒体を所定方向に循環させる給配経
路４０とを具備して成り、貯留槽３０を、温度レベルの
異なる熱媒体をそれぞれに蓄える複数のタンク３０Ａ〜
Ｃから構成し、給配経路４０を、集熱器２０で集熱した
熱媒体を各タンク３０Ａ〜Ｃに導く送入管４１と、高温
側のタンクの低所から低温側のタンクの高所へと順次接
続する連結管４２Ａ，Ｂと、各タンク３０Ａ〜Ｃ内の熱
媒体を集熱器２０へ送る送出管４３とから構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、太陽熱を吸収する集熱
器と、該集熱器により集熱された熱媒体を蓄える貯留槽
と、前記集熱器と貯留槽とを相互に連通して熱媒体を所
定方向に循環させる給配経路とを具備して成る太陽熱利
用蓄熱装置、及び該装置を含む給湯システムに関し、そ
のうち特に、曇り等の日照量が不十分な日でも熱媒体の
温度を上昇させることができるものに関する。ここで熱
媒体とは主として水であり、前記装置及びシステムは、
太陽熱により水を加熱して得られた湯を有効に利用する
ためのものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の太陽熱利用蓄熱装置とし
ては、例えば、図８に示すようないわゆるソーラーシス
テム１が知られている。かかるソーラーシステム１は、
一般家屋等の屋上に設置される集熱器２と、地上に設置
される貯湯槽３と、最終加熱を行なうボイラーや給湯機
等の補助熱源４、それに浴槽の蛇口やシャワー等の給湯
部分５を、ポンプ（図示せず）を含む給配管７によりつ
なげたものである。ここで集熱器２は、必要とする熱量
に応じて太陽熱吸熱パネルを複数個連結して成り、ま
た、貯湯槽３は、システムの規模により容量が決定され
たタンクを、通常１つ設置して成る。

【０００３】水道管等から給水管７ａを介して貯湯槽３
に供給される低温水は、集熱器２に送られて太陽熱の吸
収により昇温されて高温水となるが、かかる高温水は再
び貯湯槽３に戻って供給されたての低温水と混合され
る。そして、貯湯槽３内に蓄えられた温湯は、補助熱源
４に送られて最終加熱された後、必要に応じて給湯部分
５により適宜使用に供される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
たような従来の技術では、集熱器２からの高温水は貯湯
槽３内で、給水管７ａからの低温水と直ちに混合され得
る状態で貯留されるため、自然対流や水中の熱伝導によ
り、高温水の熱は低温水に逃げ易い。従って、貯湯槽３
内においては、高温水の温度が必然的にかなり下がって
しまうから、熱エネルギーの損失が大きく、給湯部分５
での実際の使用で必要とする熱エネルギーの多くを補助
熱源４に頼ることになる。それ故、省エネルギーや省資
源の観点から低効率であった。

【０００５】また、経験則上、一般に集熱器において
は、低温の熱媒体（通常は水）に対する方が、ある程度
高温の熱媒体に対するよりも、太陽熱吸収による集熱効
率が高い事実が知られている。従って、なるべく低温の
水をそのまま前記集熱器２へ送ることが望ましいのだ
が、前記貯湯槽３内においては低温水は、高温水と直接
的に接触するから直ちに温水化し、低温のままの水を集
熱器２へ送ることができず、更にこの事が前述したよう
に、高温水の熱損失にもつながるという問題点があっ
た。

【０００６】その他、貯湯槽３が１つのタンクから成る
ため、大容量にするには構造上限界があり、また、設備
コストも嵩み、更に、まとまった設置スペースも確保し
にくい関係上、ほとんどのソーラーシステム１は一般家
庭の日常生活用にコンパクトに設計されたものである。
従って、例えば、ホテルやゴルフ場等の業務上に使用す
るには不十分であった。

【０００７】本発明は、このような従来の問題点に着目
してなされたもので、最低温側の熱媒体と最高温側の熱
媒体との直接的な接触をなるべく回避することで、熱エ
ネルギーの損失を最小限に抑えることができる共に、最
低温側の熱媒体を集熱器に送ることで、太陽熱を最大限
に利用することができて、省エネルギー、省資源を大幅
に推進することが可能であり、しかも、貯湯槽の大容量
化が容易であると共に、設置スペースを数か所に分断す
ることもでき、業務用にも十分に対応することができる
太陽熱利用蓄熱装置を提供することを目的としている。
また、このような太陽熱利用蓄熱装置を含む給湯システ
ムを提供することを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めの本発明の要旨とするところは、以下の各項に存す
る。

【０００９】１ 太陽熱を吸収する集熱器（２０）と、
該集熱器（２０）により集熱された熱媒体を蓄える貯留
槽（３０）と、前記集熱器（２０）と貯留槽（３０）と
を相互に連通して熱媒体を所定方向に循環させる給配経
路（４０）とを具備して成る太陽熱利用蓄熱装置（１
０）であって、前記貯留槽（３０）を、温度レベルの異
なる熱媒体をそれぞれに蓄える複数のタンク（３０Ａ〜
Ｃ）から構成し、各タンク（３０Ａ〜Ｃ）のうち最も温
度レベルの低いタンクを最低温タンク（３０Ａ）とし、
該最低温タンク（３０Ａ）の低所に、外部から集熱前の
熱媒体を供給する供給管（５１）を接続する一方、各タ
ンク（３０Ａ〜Ｃ）のうち最も温度レベルの高いタンク
を最高温タンク（３０Ｃ）とし、該最高温タンク（３０
Ｃ）の高所に、外部へ集熱後の熱媒体を排出する排出管
（５２）を接続し、前記給配経路（４０）を、前記集熱
器（２０）で集熱した熱媒体を各タンク（３０Ａ〜Ｃ）
に導く送入管（４１）と、高温側のタンクの低所から低
温側のタンクの高所へと順次接続する連結管（４２Ａ，
Ｂ）と、各タンク（３０Ａ〜Ｃ）内の熱媒体を前記集熱
器（２０）へ送る送出管（４３）とから構成したことを
特徴とする太陽熱利用蓄熱装置（１０）。

【００１０】２ 前記貯留槽（３０）における最高温タ
ンク（３０Ｃ）以外の何れか１のタンク側の熱媒体が所
定温度に達しない第１ステージでは、前記１のタンクに
集熱器（２０）で集熱した熱媒体を選択的に導くと共
に、該１のタンク中の熱媒体を選択的に集熱器（２０）
に送る一方、前記１のタンク側の熱媒体が所定温度に達
した第２ステージでは、前記最高温タンク（３０Ｃ）に
集熱器（２０）で集熱した熱媒体を選択的に導くと共
に、該最高温タンク（３０Ｃ）から前記１のタンクまで
順番に連結管（４２Ａ，Ｂ）を介して熱媒体を移送し、
前記１のタンク中の熱媒体を集熱器（２０）に選択的に
送るべく、前記給配経路（４０）の途中に、熱媒体の循
環方向を制御する切換弁（６０Ａ〜Ｅ）を設けたことを
特徴とする前記１記載の太陽熱利用蓄熱装置（１０）。

【００１１】３ 前記給配経路（４０）の途中に、熱媒
体を強制的に循環させる循環ポンプ（７０）を設け、該
循環ポンプ（７０）を前記集熱器（２０）側の温度に基
づき駆動制御すべく構成したことを特徴とする前記１項
または２項記載の太陽熱利用蓄熱装置（１０）。

【００１２】４ 前記１項，２項または３項記載の太陽
熱利用蓄熱装置（１０）と、前記太陽熱利用蓄熱装置
（１０）の最高温タンク（３０Ｃ）から排出管（５２）
を介して送られる熱媒体を所定温度まで最終的に加熱す
る補助熱源（９１）と、前記補助熱源（９１）により加
熱された熱媒体を使用に供する給湯装置（９２）とを具
備して成る給湯システム（１００）。

【００１３】

【作用】太陽熱利用蓄熱装置（１０）の貯留槽（３０）
を、温度レベルの異なる熱媒体をそれぞれに蓄える複数
のタンク（３０Ａ〜Ｃ）から構成するから、低温側の熱
媒体と高温側の熱媒体とを互いに分離させた状態で貯留
できる。それにより、高温熱媒体と低温熱媒体との直接
的な接触は回避されて、高温熱媒体の熱が低温熱媒体に
逃げることを極力防止でき、集熱器（２０）により集熱
された熱媒体の熱エネルギーの損失を抑えることができ
る。

【００１４】特に最低温タンク（３０Ａ）の低所に、外
部から集熱前の熱媒体を供給する供給管（５１）を接続
する一方、最高温タンク（３０Ｃ）の高所に、外部へ集
熱後の熱媒体を排出する排出管（５２）を接続したか
ら、前記装置（１０）の循環系のうちで最も低温の熱媒
体と、実際の利用に供するための最も高温の熱媒体との
間には、単なる自然対流では互いに混合し得ない隔たり
があり、高温側の熱媒体を高温のまま維持することがで
きる。

【００１５】前記集熱器（２０）と貯留槽（３０）と
は、熱媒体を所定方向に循環させるための給配経路（４
０）によって相互に連通する。かかる給配経路（４０）
は、集熱器（２０）で集熱した熱媒体を各タンク（３０
Ａ〜Ｃ）に導く送入管（４１）と、高温側のタンクの低
所から低温側のタンクの高所へと順次接続する連結管
（４２Ａ，Ｂ）と、各タンク（３０Ａ〜Ｃ）内の熱媒体
を集熱器（２０）へ送る送出管（４３）とから構成する
が、その途中に切換弁（６０Ａ〜Ｅ）を設けることによ
り、例えば以下の如く、熱媒体の循環方向を適宜制御す
ることができる。

【００１６】すなわち、先ず貯留槽（３０）における最
高温タンク（３０Ｃ）以外の何れか１のタンク側の熱媒
体が所定温度に達しない第１ステージでは、前記１のタ
ンクに集熱器（２０）で集熱した熱媒体を、送入管（４
１）を介して選択的に導くと共に、該１のタンク中の熱
媒体を、送出管（４３）を介して選択的に集熱器（２
０）に送る。

【００１７】この場合、例えば朝等の日照不足の時間帯
を第１ステージに対応させれば、低温側の熱媒体のみを
集熱器（２０）に送って、かかる低温側の熱媒体をある
程度温め、貯留槽（３０）全体の温度レベルを上げるこ
とができる。また、このように低温側の熱媒体を集熱器
（２０）に送った方が、集熱器（２０）における集熱効
率は向上する。従って、曇り等の日照量が不十分な日で
も熱媒体の温度を上昇させることができる。

【００１８】第１ステージにおける高温側の熱媒体は、
低温側の熱媒体とは混合しないために熱エネルギーが不
当に損失することがなく、高温状態が維持されたままで
使用に供される。しかも、高温側の熱媒体は、前記の如
く日照不十分な際の集熱効率の低い集熱器（２０）へ送
られないため、循環により却って熱エネルギーが損失す
るという事態を防止することができる。

【００１９】そして、前記１のタンク側の熱媒体が所定
温度に達した際には、前記切換弁（６０Ａ〜Ｅ）の自動
或は手動による調節にて第２ステージに切り替える。か
かる第２ステージは、例えば昼頃以降の日照十分な時間
帯に対応させればよく、最高温タンク（３０Ｃ）に集熱
器（２０）で集熱した熱媒体を、送入管（４１）を介し
て選択的に導くと共に、該最高温タンク（３０Ｃ）から
前記１のタンクまで順番に、連結管（４２Ａ，Ｂ）を介
して熱媒体を移送し、前記１のタンク中の熱媒体を、送
出管（４３）を介して集熱器（２０）に選択的に送る。

【００２０】それにより、前記第２ステージにおいて
は、最高温タンク（３０Ｃ）から順次低温側のタンク
へ、しかも高温側のタンク内にて一番温度の低い低所か
ら次の低温側のタンク内において一番温度の高い高所へ
と、熱媒体は細かな温度レベル段階を経て集熱器（２
０）へ送られる。従って、かかる熱媒体の循環の際の熱
エネルギーの損失を最小限に抑えることができ、太陽熱
を最大限に利用することができる。

【００２１】前記貯留槽（３０）における蓄熱量を増加
させたり、減少させたりするには、前記最高温タンク
（３０Ｃ）から低温側の前記１のタンクまでのタンク数
で決めればよい。例えば、前記切換弁（６０Ａ〜Ｅ）の
調節により、最低温タンク（３０Ａ）を除いて熱媒体を
循環させてもよい。

【００２２】また、前述したように貯留槽（３０）が複
数のタンク（３０Ａ〜Ｃ）から構成されるため、各タン
ク（３０Ａ〜Ｃ）毎の容量は規格化されていても、各タ
ンク（３０Ａ〜Ｃ）の数を増加させたり、減少させたり
することにより、容易に大容量化を図ることができ、ま
た設置スペースも１箇所にまとまって採る必要はなく、
設置スペースを各タンク（３０Ａ〜Ｃ）毎に数か所に適
宜分断することができる。

【００２３】更に、前記給配経路（４０）の途中に、熱
媒体を強制的に循環させる循環ポンプ（７０）を設け、
該循環ポンプ（７０）を前記集熱器（２０）側の温度に
基づき駆動制御すべく構成すれば、貯留槽（３０）中の
熱媒体を集熱器（２０）側へ送ると、却って熱エネルギ
ーの損失が増えるような例えば日没後等の日照量が無く
なった時点にて、熱媒体の循環を停止させることができ
る。

【００２４】以上の太陽熱利用蓄熱装置（１０）と、該
太陽熱利用蓄熱装置（１０）の最高温タンク（３０Ｃ）
から排出管（５２）を介して送られる熱媒体を所定温度
まで最終的に加熱する補助熱源（９１）と、該補助熱源
（９１）により加熱された熱媒体を使用に供する給湯装
置（９２）とにより給湯システム（１００）を構成すれ
ば、太陽熱利用蓄熱装置（１０）の貯湯槽内に蓄えられ
た温湯は、補助熱源（９１）に送られて所定温度まで最
終加熱された後、必要に応じて給湯装置（９２）により
適宜使用に供される。

【００２５】この場合、前記太陽熱利用蓄熱装置（１
０）の働きによって、太陽熱をより十分に活用できるた
め、補助熱源（９１）の稼動を極力抑えることが可能と
なり、しかも、補助熱源（９１）の設備容量の小型化が
可能となり、従って、前記給湯システム（１００）によ
れば、省エネルギー、省資源及び環境のクリーン化を大
幅に推進することができる。

【００２６】

【実施例】以下、図面に基づき本発明の各種実施例を説
明する。図１〜図５は本発明に係る太陽熱利用蓄熱装置
の第１実施例を示している。図１に示すように、太陽熱
利用蓄熱装置１０は、太陽熱を吸収する集熱器２０と、
該集熱器２０により集熱された熱媒体を蓄える貯留槽３
０と、前記集熱器２０と貯留槽３０とを相互に連通して
熱媒体を所定方向に循環させる給配経路４０とを具備し
て成る。ここで熱媒体とは水であり、本装置１０は、太
陽熱により水を加熱して得られた湯を有効に利用するた
めのものである。

【００２７】集熱器２０は、３つの集熱パネル２０Ａ〜
Ｃを配管（後述する給配経路４０の一部）を介して直列
に連通接続したものであり、一般には建物の屋上に設置
される。集熱パネル２０Ａ〜Ｃは、パネル体の内部に集
熱板、熱媒体通路、断熱材等を組み込んだものである。
また、集熱パネル２０Ａ〜Ｃは太陽の運行角度に合わせ
て傾斜角度を調整可能に支持したり、表面をツヤ消し塗
装したりすれば、集熱効率をより高めるこができる。

【００２８】１番目の集熱パネル２０Ａには送出管４３
の終端が接続されており、３番目の集熱パネル２０Ｃに
は送入管４１の始端が接続されている。また、２番目の
集熱パネル２０Ｂと３番目の集熱パネル２０Ｃとを結ぶ
配管の途中には、互いに作動温度の異なるサーモスタッ
トが９０Ａ，Ｂが設けられており、これについては後述
する。なお、集熱パネル２０Ａ〜Ｃの接続数は３つに限
定されるものではなく、必要な集熱量を対応して増加さ
せたり、減少させたりすればよい。

【００２９】貯留槽３０は、温度レベルの異なる熱媒体
をそれぞれに蓄えるの３つのタンク３０Ａ〜Ｃから構成
されている。すなわち、貯留槽３０は、最も温度レベル
の低い熱媒体を貯留する第１タンク（最低温タンク）３
０Ａと、中程度の温度レベルの熱媒体を貯留する第２タ
ンク３０Ｂと、最も温度レベルの高い熱媒体を貯留する
第３タンク（最高温タンク）３０Ｃとから構成されてい
る。

【００３０】また、第１タンク３０Ａの低所には、一般
水道や井戸等から集熱前の冷水を供給するための供給管
５１が接続されており、一方、第３タンク３０Ｃの高所
には、外部へ集熱後のお湯を排出するための排出管５２
が接続されている。排出管５２の途中には、排出される
湯の温度を測定するための温度計８０Ｄが設けられてい
る。

【００３１】各タンク３０Ａ〜Ｃは一般に地上に設置さ
れるものである。また、各タンク３０Ａ〜Ｃは、具体的
には単なる保温構造のものから、深夜電力を利用する電
熱器を備えた蓄熱型のものまで種々考えられる。なお、
各タンク３０Ａ〜Ｃの容量は装置１０の規模により決定
すればよく、例えば本実施例では、ビジネスホテルに装
備して業務上に使用すべく、各タンク３０Ａ〜Ｃの容量
はそれぞれ１０００リットル位に想定されている。

【００３２】これらの各タンク３０Ａ〜Ｃと、前記集熱
器２０とは、熱媒体を所定方向に循環させる給配経路４
０によって連通接続されている。かかる給配経路４０
は、前記集熱器２０で集熱した熱媒体を各タンク３０Ａ
〜Ｃに導く送入管４１と、高温側のタンクの低所から低
温側のタンクの高所へと順次接続する連結管４２Ａ，Ｂ
と、各タンク３０Ａ〜Ｃ内の熱媒体を集熱器２０へ送る
送出管４３とから構成されている。

【００３３】更に詳しく言えば、先ず前記集熱パネル２
０Ｃから延びる送入管４１の途中には、熱媒体の逆流を
防止するための逆止弁４５と、集熱器２０側から送られ
て間もない熱媒体の温度を測定する温度計８０Ａが配設
されている。送入管４１の更に先端側は途中で分岐し、
第１送入管４１Ａ、第２送入管４１Ｂ、及び第３送入管
４１Ｃとしてそれぞれ各タンク３０Ａ〜Ｃに接続されて
いる。

【００３４】第３タンク３０Ｃの低所と第２タンク３０
Ｂの高所とは、連結管４２Ａにより接続されており、同
様に、第２タンク３０Ｂの低所と第１タンク３０Ａの高
所とは連結管４２Ｂにより接続されている。また、連結
管４２Ａの途中には、所定温度で前記サーモスタット９
０Ａ，９０Ｂの一方を選択的に作動し得る状態にスイッ
チング操作を行なう切換用サーモスタット９０Ｃが設け
られている。更に、連結管４２Ａの途中には、第３タン
ク３０Ｃの低所から送り出される湯の温度を測定するた
めの温度計８０Ｂも設けられている。なお、前記第２送
入管４１Ｂと連結管４２Ｂとは、一部重複している。

【００３５】また、各タンク３０Ａ〜Ｃの低所からは、
それぞれ第１送出管４３Ａ、第２送出管４３Ｂ、及び第
３送出管４３Ｃがそれぞれ接続されて延びており、各送
出管４３Ａ〜Ｃは途中で一本の送出管４３に集合し、そ
の先端側は前記集熱パネル３０Ａに接続されている。か
かる送出管４３の途中には、熱媒体をスムーズに循環さ
せるための循環ポンプ７０と、各タンク３０Ａ〜Ｃから
集熱器２０側へ送られる熱媒体の温度を測定する温度計
８０Ｃが配設されている。

【００３６】循環ポンプ７０は、前記サーモスタット９
０Ｃのスイッチング操作により、一方のサーモスタット
９０Ａが作動し得る状態にある時、該サーモスタット９
０Ａが所定温度になると稼動を開始し、かつ他方のサー
モスタット９０Ｂが作動し得る状態にある時、該サーモ
スタット９０Ｂが所定温度になると稼動するように設定
されている。本実施例においては、例えば、給水の温度
が２５℃位の場合を想定して、サーモスタット９０Ａの
作動設定温度は３０℃に設定され、サーモスタット９０
Ｂの作動設定温度は５０℃に設定され、サーモスタット
９０Ｃのスイッチング操作温度は４５℃に設定されてい
る。なお、これらの具体的な稼動については後述する。

【００３７】前記給配経路４０の途中、詳しくは、送入
管４１の分岐箇所付近と、各送出管４３Ａ〜Ｃの途中に
は、前記循環ポンプ７０の稼動に起因する熱媒体の循環
方向を制御するための切換弁６０Ａ〜Ｅが設けられてい
る。かかる切換弁６０Ａ〜Ｅは、自動的に切換操作が可
能な電磁弁により構成してもよく、或は手動により切換
操作を行なうものでもよい。かかる切換弁６０Ａ〜Ｅの
切換操作については、以下にその一例に示す。

【００３８】次に作用を説明する。図１に示すように、
貯留槽３０を、温度レベルの異なる熱媒体をそれぞれに
蓄える３つのタンク３０Ａ〜Ｃから構成するから、第１
タンク３０Ａ（低温側）の熱媒体と、第３タンク３０Ｃ
（高温側）の熱媒体とを、互いに分離させた状態で貯留
できる。それにより、高温熱媒体と低温熱媒体との直接
的な接触は回避されて、高温熱媒体の熱が低温熱媒体に
逃げることを極力防止でき、集熱器２０により集熱され
た熱媒体の熱エネルギーの損失を抑えることができる。

【００３９】特に、第１タンク３０Ａの低所に、外部か
ら集熱前の熱媒体を供給する供給管５１を接続する一
方、第３タンク３０Ｃの高所に、外部へ集熱後の熱媒体
を排出する排出管５２を接続したから、本装置１０の循
環系のうちで最も低温の熱媒体と、実際の利用に供する
ための最も高温の熱媒体との間には、単なる自然対流で
は互いに混合し得ない隔たりがあり、高温側の熱媒体を
高温のまま維持することができる。

【００４０】本装置では、給配経路４０の適所に切換弁
６０Ａ〜Ｅを設けることにより、例えば以下の如く、熱
媒体の循環方向を適宜制御することができる。先ず最初
に、貯留槽３０のうちで最も温度レベルの低い第１タン
ク３０Ａに、選択的に集熱器２０から温水を導く場合に
ついて述べる。

【００４１】太陽熱利用蓄熱装置１０を稼動し始める第
１ステージは、例えば、午前中等の日照量の不十分な時
間帯を想定している。かかる第１ステージでは、前記第
１タンク３０Ａ中の熱媒体が所定温度（本例では、４０
℃に設定）に達しておらず、この第１タンク３０Ａに集
熱器２０で集熱した熱媒体を選択的に導くと共に、該第
１タンク３０Ａ中の熱媒体を選択的に集熱器２０に送
る。

【００４２】すなわち、第１ステージでは図２に示すよ
うに、給配経路４０の途中の切換弁６０Ａ〜Ｅのうち、
切換弁６０Ａ，Ｄを開く一方、切換弁６０Ｂ，Ｃ，Ｅを
図中で黒塗りで示す如く閉じればよい。すると熱媒体
は、図中で破線矢印で示す如く、集熱器２０全体と第１
タンク３０Ａとの間を循環する。この時、集熱パネル２
０Ａ側のサーモスタット９０Ａがその作動設定温度であ
る３０℃になると循環ポンプ７０の稼動を開始させる。

【００４３】前記第１ステージでは、例えば朝等の日照
不足の時間帯等に、第１タンク３０Ａ（低温側）の熱媒
体のみを集熱器２０に送って、かかる低温側の熱媒体を
ある程度温め、貯留槽３０全体の温度レベルを上げるこ
とができる。また、このように第１タンク３０Ａ（低温
側）の熱媒体を集熱器２０に送った方が、集熱器２０に
おける集熱効率は向上する。従って、曇り等の日照量が
不十分な日でも熱媒体の温度を上昇させることができ
る。

【００４４】第１ステージにおける第３タンク３０Ｃ
（高温側）の熱媒体は、第１タンク３０Ａ（低温側）の
熱媒体とは混合しないために熱エネルギーが不当に損失
することがなく、高温状態が維持されたままで使用に供
することができる。しかも、高温側の熱媒体は、前記の
如く日照不十分な際の集熱効率の低い集熱器２０へ送ら
れないため、循環により却って熱エネルギーが損失する
という事態も防止することができる。

【００４５】そして、集熱器２０による集熱作用により
第１タンク３０Ａ側の熱媒体が所定温度である４０℃に
達した際には、前記切換弁６０Ａ〜Ｅの自動或は手動に
よる調節によって、次の第２ステージへと切り換える。
第１タンク３０Ａ側の熱媒体の温度測定は、送入管４１
途中の温度計８０Ａにより目測すればよい。具体的に
は、温度計８０Ａの目盛りが４５℃位を指した際には、
第１タンク３０Ａ側の熱媒体の温度はほぼ４０℃位にな
ると言える。なお、第２ステージは昼頃等の日照量の十
分な時間帯を想定している。

【００４６】このように第１タンク３０Ａ側の熱媒体の
温度が４０℃に達した第２ステージでは、最高温側の第
３タンク３０Ｃに集熱器２０で集熱した熱媒体を選択的
に導くと共に、該第３タンク３０Ｃから第１タンク３０
Ａまで順番に連結管４２Ａ，Ｂを介して熱媒体を移送
し、第１タンク３０Ａ中の熱媒体を集熱器２０に選択的
に送る。

【００４７】すなわち、第２ステーでは図３に示すよう
に、給配経路４０の途中の切換弁６０Ａ〜Ｄのうち、切
換弁６０Ｂ，Ｄを開く一方、切換弁６０Ａ，Ｃ，Ｅを図
中で黒塗りで示す如く閉じればよい。すると、熱媒体
は、図中で破線矢印で示す如く、集熱器２０→第３タン
ク３０Ｃ→第２タンク３０Ｂ→第１タンク３０Ａ→集熱
器２０という方向に循環する。

【００４８】それにより、前記第２ステージにおいて
は、第３タンク３０Ｃから順次低温側のタンクへ、しか
も高温側のタンク内にて一番温度の低い低所から次の低
温側のタンク内において一番温度の高い高所へと、順番
に熱媒体は細かな温度レベル段階を経て集熱器２０へ送
られる。従って、かかる熱媒体の循環の際の熱エネルギ
ーの損失を最小限に抑えることができ、太陽熱を最大限
に利用することができる。

【００４９】また、第２ステージの際に、連結管４２Ａ
途中のサーモスタット９０Ｃがそのスイッチング操作温
度である４５℃になると、かかるサーモスタット９０Ｃ
の自動切り換えにより、一方のサーモスタット９０Ａは
ＯＦＦになる一方、他方のサーモスタット９０ＢはＯＮ
となり、循環ポンプ７０の稼動は一時的に停止する。続
いて、ＯＮ状態にあるサーモスタット９０Ｂがその作動
設定温度である５０℃になると循環ポンプ７０は再び稼
動する。

【００５０】太陽の運行に伴い次第に日照量が減ると、
前記各サーモスタット９０Ａ〜Ｃによる制御により 循
環ポンプ７０は稼動を停止する。このように循環ポンプ
７０を、集熱器２０側の温度に基づき駆動制御すべく構
成したから、貯留槽３０中の熱媒体を集熱器２０側へ送
ると、却って熱エネルギーの損失が増えるような例えば
日没後等の日照量が無くなった時点にて、熱媒体の循環
を停止させることができ、蓄熱量の減少を抑えることが
できる。

【００５１】また、前述したように貯留槽３０が複数の
タンク３０Ａ〜Ｃから構成されるため、各タンク３０Ａ
〜Ｃ毎の容量は規格化されていても、各タンク３０Ａ〜
Ｃの数を増加させたり、減少させたりすることにより、
容易に大容量化を図ることができ、また設置スペースも
１箇所にまとまって採る必要はなく、設置スペースを各
タンク３０Ａ〜Ｃ毎に数か所に適宜分断することができ
る。

【００５２】前記貯留槽３０における蓄熱量を増加させ
たり、減少させたりするには、第３タンク３０Ｃから低
温側の何れかのタンクまでのタンク数で決めればよい。
例えば、天気が朝から曇であり、日照量が一日中不十分
と予想される日には、３つのタンク３０Ａ〜Ｃを総て太
陽熱のみで４０℃に上げるのは一般に困難であるため、
最低温側である第１タンク３０Ａを除いた第２タンク３
０Ｂ及び第３タンク３０Ｃにて、前述したような第１，
２ステージの循環系を考えることもできる。これについ
ては、図４及び図５に基づいて以下に述べる。

【００５３】先ず、太陽熱利用蓄熱装置１０を稼動し始
める第１ステージでは、図４に示すように、給配経路４
０の途中の切換弁６０Ａ〜Ｅのうち、切換弁６０Ａ，Ｃ
を開く一方、切換弁６０Ｂ，Ｄ，Ｅを図中で黒塗りで示
す如く閉じればよい。すると熱媒体は、図中で破線矢印
で示す如く、集熱器２０から第２タンク３０Ｂへ送入さ
れ、該第２タンク３０Ｂから再び集熱器２０へ送出され
るように循環する。そして、集熱器２０による集熱作用
により第２タンク３０Ｂ側の熱媒体が所定温度である４
０℃に達した際には、前記切換弁６０Ａ〜Ｅの自動或は
手動による調節によって、次の第２ステージへと切り換
える。

【００５４】次の第２ステーでは、図５に示すように、
給配経路４０の途中の切換弁６０Ａ〜Ｄのうち、切換弁
６０Ｂ，Ｃを開く一方、切換弁６０Ａ，Ｄ，Ｅを図中で
黒塗りで示す如く閉じればよい。すると、熱媒体は、図
中で破線矢印で示す如く、集熱器２０→第３タンク３０
Ｃ→第２タンク３０Ｂ→集熱器２０という方向に循環す
る。なお、このように第１タンク３０Ａを除いた循環系
でも、前述した総てのタンク３０Ａ〜Ｃを含む循環系と
同様に、循環ポンプ７０の稼動開始・停止は各サーモス
タット９０Ａ〜Ｃによる制御されるが、重複した説明は
省略する。

【００５５】図６は、本発明に係る太陽熱利用蓄熱装置
の第２実施例を示している。本実施例に係る太陽熱利用
蓄熱装置１０ａは、第１実施例に係る太陽熱利用蓄熱装
置１０とほぼ同様に、集熱器２０と、貯留槽３０と、前
記集熱器２０と貯留槽３０とを相互に連通する給配経路
４０とを具備して成るが、次の点で異なる。すなわち、
集熱器２０は２つの集熱パネル２０Ａ，Ｂから構成され
ており、また、貯留槽３０は最低温タンク３０Ａと最高
温タンク３０Ｃの２つのタンクから構成され、更に各タ
ンク３０Ａ，Ｂは２つの分割タンクを組合わせて成るも
のである。

【００５６】このように前記太陽熱利用蓄熱装置の具体
的な構成は、必要とする集熱量やシステムの規模等に応
じて種々考えられるものであり、集熱器２０や貯留槽３
０の具体的な構成は、図示した各実施例に限定されるも
のではなく、また、給配経路４０や、切換弁６０Ａ，６
０Ｂ及び循環ポンプ７０等も、熱媒体を前述したように
所定方向に循環させるべく適宜配設すればよい。なお、
第１実施例と同種の部位については、同一符号を付し、
重複した説明は省略する。

【００５７】図７は、本発明に係る給湯システムの実施
例を示している。図示したように給湯システム１００
は、前記各実施例に係る太陽熱利用蓄熱装置１０，１０
ａと、一方の太陽熱利用蓄熱装置１０から送られる熱媒
体を所定温度まで最終的に加熱する補助熱源９１と、該
補助熱源９１により加熱された熱媒体を所定量貯留する
貯留タンク９３と、熱媒体を実際の使用に供する給湯装
置９２とを具備して成る。これらの構成要素は、ポンプ
１２０を含む配管１１０を介して、図示したように連通
接続されている。

【００５８】更に詳しく言えば、一方の太陽熱利用蓄熱
装置１０の第３タンク３０Ｃから延びる排出管５２は、
補助熱源９１に接続されており、他方の太陽熱利用蓄熱
装置１０ａの第３タンク３０Ｃから延びる排出管５２
は、給湯装置９２へ直接的に接続されている。なお、図
示省略したが、一方の太陽熱利用蓄熱装置１０と他方の
太陽熱利用蓄熱装置１０ａとを、互いにバイパス管等に
よって連通接続させてもよい。また、夏場において、例
えば他方の太陽熱利用蓄熱装置１０ａが必要のない時等
には、一方の太陽熱利用蓄熱装置１０のみを使用すべく
制御することができるようになっているここで補助熱源
９１とは、具体的には通常ボイラーの他、電力ヒーポン
給湯器、或は電力湯沸器等である。また、貯留タンク９
３は、具体的には単なる保温構造のものから、深夜電力
を利用する電熱器を備えた蓄熱型のものまで種々考えら
れる。なお、貯留タンク９３の容量はシステム１００の
規模により決定すればよい。また、給湯装置９２とは、
最終的に湯を出力するものであれば何でもよく、例えば
浴槽の蛇口やシャワー等が該当する。

【００５９】以上のような給湯システム１００によれ
ば、太陽熱利用蓄熱装置１０の貯湯槽３０内に蓄えられ
た温湯は、補助熱源９１に送られて所定温度まで最終加
熱された後、必要に応じて給湯装置９２により適宜使用
に供される。また、太陽熱利用蓄熱装置１０ａの貯湯槽
３０内に蓄えられた温湯は、直接的に必要に応じて給湯
装置９２に送られて、そのまま使用に供される。

【００６０】この場合、各太陽熱利用蓄熱装置１０，１
０ａの働きによって、太陽熱を無駄なく効率良く吸収で
きて十分に活用できるため、補助熱源９１の稼動を極力
抑えることが可能となり、しかも、補助熱源９１の設備
容量の小型化も可能となる。従って、前記給湯システム
１００によれば、省エネルギー、省資源及び環境のクリ
ーン化を大幅に推進することができる。

【００６１】なお、本発明に係る太陽熱利用蓄熱装置、
及び該装置を含む給湯システムは、前記実施例において
図示した具体的構成に限定されるものではない。

【００６２】

【発明の効果】本発明に係る太陽熱利用蓄熱装置によれ
ば、最低温側の熱媒体と最高温側の熱媒体との直接的な
接触をなるべく回避することで、熱エネルギーの損失を
最小限に抑えることができる共に、最低温側の熱媒体を
集熱器に送ることで、太陽熱を最大限に利用することが
できる。特に、曇り等の日照量が不十分な日でも熱媒体
の温度を上昇させることができ、また、低水温期の混合
水温を上昇させることができ、省エネルギー、省資源を
大幅に推進することが可能となる。しかも、貯湯槽の大
容量化が容易であると共に、設置スペースを数か所に分
断することもでき、業務用にも十分に対応することがで
きる。

【００６３】また、本発明に係る給湯システムによれ
ば、前記太陽熱利用蓄熱装置の働きによって、無駄なく
効率良く吸収された太陽熱を十分に活用できるため、補
助熱源の稼動を極力抑えることが可能であり、補助熱源
の設備容量を小型化することも可能であるため、より一
層と現実的に、省エネルギー、省資源及び環境のクリー
ン化を大幅に推進することができる。また、地球温暖化
防止にも貢献することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係る太陽熱利用蓄熱装置
を概略的に示した構成図である。

【図２】本発明の第１実施例に係る太陽熱利用蓄熱装置
の作用を説明するための構成図である。

【図３】本発明の第１実施例に係る太陽熱利用蓄熱装置
の作用を説明するための構成図である。

【図４】本発明の第１実施例に係る太陽熱利用蓄熱装置
の作用を説明するための構成図である。

【図５】本発明の第１実施例に係る太陽熱利用蓄熱装置
の作用を説明するための構成図である。

【図６】本発明の第２実施例に係る太陽熱利用蓄熱装置
を概略的に示した構成図である。

【図７】本発明の一実施例に係る給湯システムを概略的
に示した構成図である。

【図８】従来のソーラーシステムを概略的に示した構成
図である。

【符号の説明】

１０，１０ａ…太陽熱利用蓄熱装置 ２０…集熱器 ３０…貯留槽 ３０Ａ…第１タンク（最低温タンク） ３０Ｂ…第２タンク ３０Ｃ…第３タンク（最高温タンク） ４０…給配経路 ４５…逆止弁 ６０Ａ〜Ｅ…切換弁 ７０…循環ポンプ ９１…補助熱源 ９２…給湯装置 ９３…貯湯タンク １００…給湯システム

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】太陽熱を吸収する集熱器と、該集熱器によ
   り集熱された熱媒体を蓄える貯留槽と、前記集熱器と貯
   留槽とを相互に連通して熱媒体を所定方向に循環させる
   給配経路とを具備して成る太陽熱利用蓄熱装置であっ
   て、 前記貯留槽を、温度レベルの異なる熱媒体をそれぞれに
   蓄える複数のタンクから構成し、 各タンクのうち最も温度レベルの低いタンクを最低温タ
   ンクとし、該最低温タンクの低所に、外部から集熱前の
   熱媒体を供給する供給管を接続する一方、 各タンクのうち最も温度レベルの高いタンクを最高温タ
   ンクとし、該最高温タンクの高所に、外部へ集熱後の熱
   媒体を排出する排出管を接続し、 前記給配経路を、前記集熱器で集熱した熱媒体を各タン
   クに導く送入管と、高温側のタンクの低所から低温側の
   タンクの高所へと順次接続する連結管と、各タンク内の
   熱媒体を前記集熱器へ送る送出管とから構成したことを
   特徴とする太陽熱利用蓄熱装置。
2. 【請求項２】前記貯留槽における最高温タンク以外の何
   れか１のタンク側の熱媒体が所定温度に達しない第１ス
   テージでは、前記１のタンクに集熱器で集熱した熱媒体
   を選択的に導くと共に、該１のタンク中の熱媒体を選択
   的に集熱器に送る一方、 前記１のタンク側の熱媒体が所定温度に達した第２ステ
   ージでは、前記最高温タンクに集熱器で集熱した熱媒体
   を選択的に導くと共に、該最高温タンクから前記１のタ
   ンクまで順番に前記連結管を介して熱媒体を移送し、前
   記１のタンク中の熱媒体を集熱器に選択的に送るべく、
   前記給配経路の途中に、熱媒体の循環方向を制御する切
   換弁を設けたことを特徴とする請求項１記載の太陽熱利
   用蓄熱装置。
3. 【請求項３】前記給配経路の途中に、熱媒体を強制的に
   循環させる循環ポンプを設け、該循環ポンプを前記集熱
   器側の温度に基づき駆動制御すべく構成したことを特徴
   とする請求項１または２記載の太陽熱利用蓄熱装置。
4. 【請求項４】請求項１，２または３記載の太陽熱利用蓄
   熱装置と、 前記太陽熱利用蓄熱装置の最高温タンクから排出管を介
   して送られる熱媒体を所定温度まで最終的に加熱する補
   助熱源と、 前記補助熱源により加熱された熱媒体を使用に供する給
   湯装置とを具備して成る給湯システム。