JPS5838712B2 - 太陽熱温水装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、凍結と空焚きを防止した太陽熱温水装置に
題するものである。

省エネルギーカ叫ばれている今日においては、給湯用や
暖房用などに各種の太陽熱温水器が広く用いられている
。

この太陽熱温水器の１つとして、透明外管と集熱内管と
からなる真空二重集熱管を用いたものがあるが、この真
空二重集熱管を用いた太陽熱温水器にあっては、集熱内
管の内部に加熱媒体たる水を収容するように々つでいる
ことから、この集熱内管内が満水状態にあるときに外気
温が下カニつ、その水が凍結するに至ると、その体積の
増大により真空二重集熱管を破壊するふ・それがあった
。

これを防止するための手段として、加熱媒体である水に
不凍結剤を混入する手段があるが、この場合には用途が
熱交換型の太陽熱温水器に限られ、応用範囲を非常に限
定することになる上、配管材料などの寿命の上からも好
捷しいとは云えない。

また、外気温の低下時に真空二重集熱管の破壊を防止す
る他の手段として、外気温の低温時に水を循環するポン
プを作動する手段もあるガ、ポンプの駆動電力が無駄と
なり、決して好ましい手段とはいえない。

そこで、低温時の真空二重集熱管の破壊を防止するため
に、真空二重集熱管内の水を全部抜き取る手段が講じら
れているが、外気温の上昇に先だち真空二重集熱管への
給水を忘れると、外気温が上昇したときに真空二重集熱
管が空焚き状態とな０、この状態で冷水を給水した場合
、集熱内管の内外面に大きな温度差を生じて真空二重集
熱管が破壊する訃それがある。

以上のように、従来の真空二重集熱管を用いた太陽熱温
水器にむいては、真空二重集熱管の凍結と空焚きを防止
できるようにした有効な手段はなく、このためこの種の
太陽熱温水器の利用範囲を狭めていた。

この発明は、上記の点に鑑み、真空二重集熱管の凍結と
空焚きを自動的に防止できるようにし、太陽熱温水器の
利用価値を一層高揚させるようにした太陽熱温水装置を
提供するものである。

以下、この発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明
する。

図に督いて、１は一端を閉じ他端を開口させた透明外管
２と集熱内管３とからなる真空二重集熱管で、この真空
二重集熱管１を複数並設して温水生成部を構成している
。

そして、温水生成部を構成する各真空二重集熱管１は、
屋上あるいは屋根に固定した設置フレーム（図示省略）
にその口部４を上部として適宜傾斜した状態で支持され
るものであり、この傾斜角度は図示しないが、所要の傾
斜角度に調節可能としである。

５は前記真空二重集熱管１の上端よりも上方に位置させ
て取付ら力るべき温水タンクであり、この温水タンク５
は断熱材６により被覆して釦り、その上部には温水タン
ク５内部を外気に連通させる連通管Ｉを設けてなるもの
である。

８は前記真空二重集熱管１の下端よりも下方に位置させ
て取付けられるべき切換パルプユニットであり、この切
換パルプユニット８は正常作動側ａへの回路と、異常体
止側すへの回路との２回路を切換る切換パルプ９を備え
ている。

１０は一端を温水タンク５に接続し、他端を水道管に接
続し、温水タンク５内に冷水を供給する冷水供給管であ
り、この冷水供給管１０の温水タンク５への給水口１１
は温水タンク５内に必要最少限度の空間１２を残す満水
レベルｈ１付近に開口する。

１３は冷水供給管１０から温水タンク５内に供給された
冷水が満水レベルｈ１ に達したことを検知し、前記冷
水供給管１０の給水口１１を閉じ冷水の供給を停止する
ようにしたボールタップである。

１４は温水タンク５に接続し、温水タンク５内の温水を
取り出す温水取出管であり、この温水タンク５に接続し
た温水取出管１４の温水取出口１５は、温水タンク５内
に少なくとも前記すべての真空二重集熱管１内を満水に
するのに必要な量の水を予備水として保有させる水面レ
ベルｈ２の部位に開口するが、この開口位置は特に前記
水面レベルｈ２の部位に限定されるものではなく、水面
レベルｈ２の部位より上方であれば良く、好捷しくは水
面レベルｈ２ より若干上方の部位に開口するようにす
る。

１６は温水タンク５にその一端を接続し温水タンク５の
底部に送水口１７を開口させた第一給水配管であり、こ
の第一給水配管１６の他端を前記切換パルプユニット８
の切換パルプ９に接続する。

１８は前記真空二重集熱管１で生成された温水を前記温
水タンク５に導く温水導管であり、この温水導管１Ｂの
一端と々る温水吐出口１９は温水タンク５内前記満水レ
ベルｈ１ より若干下位レベルｈ３に開口してなり、他
端は前記各真空二重集熱管１の集熱内管３内に挿入した
温水上昇管２０と温水集成ヘッダー２１を介して接続し
てなる。

この温水上昇管２０はその一端を真空二重集熱管１の集
熱内管３内上方に位置している。

２２は真空二重集熱管１の集熱内管３内に挿入した集熱
内管３内に水を供給する給水管であり、この給水管２２
の一端の吐水口２３は集熱内管３内にあ−いてすでに生
成された温水と、供給した水との混流を防ぐために、そ
して後述の手段により集熱内管３内の水を抜き取るため
に集熱内管３の底部２４付近に開口して釦り、他端は給
水ヘッダー２５を介して第二給水配管２６と接続してな
る。

２７は真空二重集熱管１０口部４を塞ぐキャップ、２８
は真空二重集熱管１の口部４付近を囲む断熱材により形
成したカバーである。

前記一端を給水ヘッダー２５を介して給水管２２に接続
した第二給水配管２６の他端を前記切換パルプユニット
８の切換パルプ９に接続し、前記第一給水配管１６と第
二給水配管２６とを切換パルプユニット８の正常作動側
ａの回路に位置した切換パルプ９を介して連通ずるよう
にし、切換パルプ９を異常体止側すの回路に切換ると第
一給水配管１６と第二給水配管２６との連通は遮断され
、第一給水配管１６の切換パルプ９側の端部が閉じられ
、そして第二給水配管２６の切換パルプ９側の端部は異
常体止側すに切換た切換パルプ９を介してドレイン管２
９と連通ずるようにしている。

△Ｈ１は真空二重集熱管１の下端と、これより下方に位
置する切換パルプユニット８との水頭差を示し、△Ｈ２
は真空二重集熱管１の下端と、更に下方に位置するドレ
イン管２１の排出口３０との水頭差を示す。

３１は外気温を検知して前記切換パルプユニット８の切
換パルプ９を正常作動側ａの回路、異常体止側すの回路
に切換え動作をさせる温度センサーで、例えば水の凍結
する直前の温度（２℃〜４°Ｃ）を設定し、外気温が設
定温度以下となったとき温度センサー３１がこれを検知
し、切換パルプユニット８の切換バルブ９を異常体止側
すの回路に切換え、外気温が設定温度以上となったとき
温度センサー３１がこれを検知し、切換バルブ９を正常
作動側ａの回路に切換えるものである。

前記温度センサー３１による外気温の検知により切換バ
ルフユニット８の切換バルブ９を切換動作させる具体的
な実施の一例を説明すれば、ダイヤフラム又はベローズ
を用い、内に気体又は液体を封入し温度変化による気体
等の体積変化を利用し、その変化をストロークの変化に
伝え、前記切換バルブ９を動作させるようにしてもよく
、その他切換パルプ９を切換動作できるものであれば良
く、各種の温度センサー３１を利用することができるも
のである。

なか、この実施例では温度センサー３１で外気温を検知
するようになっているが、真空二重集熱管１の集熱内管
３内に設は集熱内管３内の管内温度を検知するようにし
ても良い。

３２は冷水供給管１０に設けた冷水供給バルブ、３３は
温水取出管１４に設けた温水取出パルプである。

次にこの発明の詳細な説明する。

先ずこの発明に係る太陽熱温水装置に新規に冷水を供給
する場合について説明する。

冷水供給時の前提として外気温が水の凍結温度よりも高
い温度の場合であることは当然であり、温度センサー３
１により切換パルプユニット８の切換バルブ９は正常作
動側ａの回路に位置し、第一給水配管１６と第二給水配
管２６とは連通した状態となっている そこで、冷水供
給パルプ３２を開いて冷水供給管１０から温水タンク５
内に冷水を供給する 温水タンク５内に供給された冷水
は、温水りンク５と真空二重集熱管１との水頭差により
サイフオン効果が働き、温水タンク５の底部に開口した
送水口１７から第一給水配管１６、切換パルプユニット
８の正常作動側ａの回路、第二給水配管２６を経由し給
水ヘッダー２５に流入し、そして各真空二重集熱管１内
に挿入した給水管２２から各真空二重集熱管１の集熱内
管３内に流入し、各集熱内管３内が冷水で満たされると
、ついで冷水は前記温水タンク５内に除々に貯留し、温
水タンク５内の冷水が満水レベルｈ１ に達したとき、
これをボールタップ１３が検知して温水タンク５内への
冷水の供給を自動的に停止する。

温水タンク５内への冷水の供給を停止したら冷水供給バ
ルブを閉じる。

ここに釦いて、温水タンク５、第一給水配管１６、第二
給水配管２６、給水管２２、集熱内管３、温水上昇管２
０、温水導管１８にはすべて水が満ちた状態となる。

次に日射時の温水生成るでついて説明すると、各真空二
重集熱管１の集熱内管３内で太陽熱により温められ生成
された温水は、その比重差により各真空二重集熱管１の
上部即ち口部４側に上昇し、温水上昇管２０の吸入口か
ら温水集成ヘッダー２１、温水導管１８を経て温水タン
ク５内に導かれる。

同時に温水タンク５内の水は温水タンク５の底部の送水
口１７から、第一給水配管１６、切換パルプユニット８
の正常作動側ａの回路、第二給水配管２６、給水ヘッダ
ー２５、給水管２２を経て各真空二重集熱管１の集熱内
管３内に流入し、ここで再び温められて前記の循環を繰
り返えす。

この水の循環の繰り返えしにより温水タンク５内の水は
除々に上昇する。

このようにして生成された温水を温水タンク５から取わ
出す場合については、温水取出管１４に設けた温水取出
パルプ３３を開いて取り出す。

このとき、温水取出口１５は温水タンク５内に少なくと
もすべての真空二重集熱管１内を満水するのに必要な量
の水を予備水として保有させる水面レベルｈ２の部位に
開口したものであるから、温水タンク５内の温水が全部
取り出されるものではなく、必ず前記所定量の予備水が
温水タンク５内に残留することになる。

上記の如くして温水が生成され且つ取り出されるもので
あり、次に特に冬季夜間などにむいて外気温が低下した
場合について説明する。

温水タンク５内から温水を取り出しても、温水タンク５
内には前記の通り予備水が残留しており又各真空二重集
熱管１の集熱内管３内も満水の状態にある。

この状態で外気温が低下し、集熱内管３内の水が凍結す
ると水の凍結による体積の膨張により真空二重集熱管１
が破壊してし１う。

この発明は外気温が水が凍結する温度に近ずくと、温度
センサー３１がこれを検知し、切換パルプユニット８の
切換パルプ９を正常作動側ａの回路から異常体止側すの
回路に自動的に切換える。

この切換パルプ９の異常体止側すの回路への切換により
第一給水配管１６と第二給水配管２６とは遮断さ力、第
一給水配管１６は閉鎖し、第二給水配管２６は異常体止
側すの回路に切換って切換バルブ９を介してドレイン管
２９に接続連通する。

しかして、このとき第二給水配管２６の切換パルプユニ
ット８側の先端部と真空二重集熱管１の下端との間の水
頭差△Ｈ１の存在によりサイフオン効果Ａ”ｉｌ、真空
二重集熱管１の集熱内管３内の水は底部２４付近に吐出
口２３を有する給水管２２から、給水ヘッダー２５、第
二給水配管２６、切換バルブユニット８の異常体止側す
の回路に位置する切換パルプ９を経てドレイン管２９の
排出口３０から集熱内管３外へ排出され、特に水がドレ
イン管２９の排出口３０寸でくると真空二重集熱管１の
下端と排出口３０との水頭差は△Ｈ２となり、サイフオ
ン効果カニ一層助長され、排水を促進するようになり、
そして、給水管２２の吐出口２３が集熱内管３の底部２
４付近に位置させであるから集熱内管３内の水はほとん
ど全部集熱内管３外へ排出され、外気温が水の凍結温度
に達してもそれにより真空二重集熱管１が破壊するとい
ったことカニ無くｉる次に各集熱内管３内の水を排出し
た後、外気が上昇した場合を説明する。

水の凍結温度迄で低下した外気温が上昇すると温度セン
サー３１がこれを検知し、切換バルブユニット８の切換
パルプ９を異常体止側すの回路から正常作動側ａの回路
に自動的に切換る。

この切換パルプ９の正常作動側ａの回路への切換により
第一給水配管１６と第二給水配管２６とが連通し、その
結果温水タンク５内に残留しである予備水が温水タンク
５と真空二重集熱管１との水頭差によるサイフオン効果
により第一給水配管１６、第二給水配管２６、給水ヘッ
ダー２５、給水管２２を経て真空二重集熱管１の集熱内
管３内に流入し満水状態となる。

しかして各真空二重集熱管１が空焚き状態となることは
なく、各真空二重集熱管１の過熱による破壊や性能劣化
を防げ、又新たに冷水を供給しても、冷水は集熱内管３
内の温水と混合し、真空二重集熱管１の急冷による破壊
、いわゆるヒートショックを防止する。

又冷水を供給しなかった場合、集熱内管３内の温水の温
度が上昇し、１００℃近ぐなり蒸気の発生をみても、蒸
気は温水上昇管２０、温水集成ヘッダー２１、温水導管
１８を経て温水タンク５内に放出されることになるので
集熱内管３内の過圧による真空二重集熱管１の破壊も起
らない。

以上のようにこの発明は前記のような構成からなり作用
を有するものであるから、太陽熱温水装置としての本来
の目的である温水の生成、取り出しはもちろんのこと、
外気温或は真空二重集熱管内の温度が水が凍結する温度
に近ずくと、温度センサーがこれを検知し、切換バルブ
ユニットの切換バルブを正常作動側の回路から異常体止
側の回路に自動的に切換えることにより真空二重集熱管
内の水を管外に排出するので真空二重集熱管内での水の
凍結による真空二重集熱管の破壊が確実に防止できる。

そして真空二重集熱管内の水を排出ｌ〜た後外気温或は
真空二重集熱管内の温度−１Ｊ玉上昇したとき、温度セ
ンサーが再びこれを検知し、切換バルブユニットの切換
バルブを異常体止側の回路から正常作動側の回路に自動
的に切換ることにより温水タンク内に残留している予備
水が真空二重集熱管内に流入し満水状態になるので、温
度が上昇しても真空二重集熱管が空焚き状態になること
はｌく、真空二重集熱管の過熱による破壊や性能劣化を
確実に防止でき、新たに冷水を供給しても、冷水は真空
二重集熱管内の温水と混合し、真空二重集熱管の急冷に
よる破壊を確実に防止し、又冷水を供給せず、真空二重
集熱管内の温水の温度が上昇し１００℃近くにｌり蒸気
の発生をみても、この蒸気は温水タンク内に放出される
ようになるので真空二重集熱管内の過圧による破壊も防
止できるから、太陽熱温水装置としてその利用価値が一
層高揚する。

更には構成が簡単であるので製造が容易であり安価に得
ることができる等の効果がある。

【図面の簡単な説明】

図面はこの発明の実施の一例を示す一部概略断面図であ
る。 １・・・・・・真空二重集熱管、５・・・・・・温水タ
ンク、８−…・・切換バルブユニット、９…・−切換ハ
ルツ、１０・・・・・・冷水供給管、１５・・・・・・
温水取出管、１６・・・・・・第一給水配管、１８・・
・・・・温水導管、２２・・・・・・給水管、２３・・
・・・・吐出口、２４・・・・・・底部、２６・・・・
・・第二給水配管、２９・・・・・・ドレイン管、３１
・・・・・・温度センサー ａ・・・・・・正常作動側
、ｂ・・・・・・異常体止側。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 所要の傾斜角度を以て屋上などに取付ける有底の真
   空二重集熱管と、該真空二重集熱管よりも上方に位置さ
   せて取付ける内部を外気に連通させた温水タンク並びに
   前記真空二重集熱管の底部よりも下方に位置させて取付
   ける正常作動側の回路と異常体止側の回路とを切換える
   二連の切換バルブを備えた切換バルブユニットを以て構
   成し、前記温水タンクには満水レベル付近に開口させた
   冷水供給管と、全真空二重集熱管内を少くとも満水にす
   るだけの水を保有させる余地を残した温水タンクの底部
   寄りのレベルの部位若しくはそれより上方の部位に開口
   させた温水取出管と、温水タンクの底部に開口し一端を
   前記切換バルブユニットと接続する第一給水配管と、前
   記温水タンクの上方に開口し前記真空二重集熱管の上部
   の温水を温水タンク内に導くための温水導管とをそれぞ
   れ接続し、更に前記真空二重集熱管にはその底部付近に
   吐出口を有し真空二重集熱管内に水を供給する給水管を
   設け、この給水管と前記切換バルブユニットとを第二給
   水配管で接続し、前記第一給水配管と第二給水配管とを
   前記切換パルプユニットの正常作動側の回路を介して連
   通ずるようにするとともに、第二給水配管には切換パル
   プユニットの異常体止側の回路を介してドレイン管と連
   通ずるようにし、更に捷た、前記システムには外気温捷
   たは真空二重集熱管内の温度を検知し、前記切換パルプ
   ユニットに正常作動側回路、異常体止側回路のパルプ切
   換動作をさせる温度センサーを設ケたことを特徴とする
   太陽熱温水装置。