JPS59100353A

JPS59100353A - 太陽熱集熱装置

Info

Publication number: JPS59100353A
Application number: JP57210331A
Authority: JP
Inventors: Chikaaki Hachiman; 八幡　親明; Hiroichi Kodama; 博一小玉
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1982-11-30
Filing date: 1982-11-30
Publication date: 1984-06-09

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、太陽熱で熱媒体を加熱し、この熱媒体を用い
て液体を昇温するようにした太陽熱集熱装置に関する。

典型的な先行技術では、太陽熱集熱器において加熱され
た熱媒体は、蓄熱タンクの最下部に設けられている熱交
換器にポンプによって導かれ、ここで蓄熱タンク内の水
が加熱され、熱交換器からの熱媒体は太陽熱集熱器に戻
される。このような先行技術では、蓄熱タンク内の水が
、希望する温度にまで昇温するのに非常に長時間を要す
る。また冬季や曇りの日のように日射時間が短いときに
は、蓄熱タンク内の水の温度が上がりにくい。したがっ
てこのような先行技術では、使用台の使い勝手が悪いも
のであった。

このような問題を解決するために、能の先行技術では蓄
熱グンクの上部に電気ヒータがさらに設けられる。蓄熱
タンク内の水の温度が上昇しがたいときには、電気ヒー
タによって蓄熱タンク内の水が加ヤ〜される。このよう
な先行技術では、電気ヒータの付勢のために明らかに電
力が消費され、不峠済である。

本発明の目的は、太陽熱を高効率で蓄熱タンク内の水を
加熱し、利用者の使い勝手が向上された太陽熱集熱装置
を提供することである。

第１図は、本発明の一実施例の全体の系統図である。太
陽熱集熱器１において加熱された水などの液体である熱
媒体は、その上部から管路２を経て熱交換器３，４に導
かれ、ポンプ５を介して管［Ｎ１６から太陽熱集熱器ｌ
の下部に戻される。蓄熱タンク７には、前記熱交換器３
，４が上下にそれぞれ設けられる。これらの熱交換器３
．４は、直列に接続され、太陽熱集熱器ｌとともに循環
ル−プを形成する。蓄熱タンク７には、その下部から管
路８を介して水道水などの加熱されるべき水が供給され
る。蓄熱タンク７において熱交換器３゜４によって加熱
された水は、その蓄熱タンク７の上部から管路９を介し
て蛇口ＩＯなどから使用に供される。太陽熱イｆ５だ１
号ｌからの加熱された熱媒体の湯度は、温度検出器１１
によって検出される。

蓄熱ダンク７内の加把驚されるべき水の温度は、その蓄
熱タンク７の下部において温度検出器１２によって検出
される。これらの温度検出器１１．１２からの出力は、
制餌１回路１３に与えられ、これによってポンプ５が駆
動される。

Ｍ度１灸出器１１によって検出される水温が蓄熱タンク
７内の水の温度を加熱することができるのに充分高く、
温度検出器１２による蓄熱タンク７内の水温が低いとき
には、制餌１回路１３の働きによってポンプ５が駆動さ
れる。これによって、太陽熱集熱器１によって加熱され
た熱媒体は、熱交換器３に導かれる。そのため、蓄熱タ
ンク７の熱交換器３よりも上方の水が加熱される。した
がって、短時間で蓄熱タンク７の北部に高温度の水を得
ることができる。また日射時開の少ないときであっても
、蓄熱タンク７の上部には高温度の水を得ることができ
る。蓄熱タンク７の上部の水の温度が高くなるにりれて
、熱交換器３の出口における熱媒体の温度が高くなる。

熱交換器３において熱交換を終えた熱媒体は、熱交換器
４に導かれ、ここで蓄熱タンク７の下部にある水が加熱
される。

このようにして蓄熱タンク７の上部の水温がまず高温度
となり、その後、蓄熱タンク７の下部の水温が徐々に高
くなっていく。熱交換器４によって加熱された蓄熱タン
ク７の下部にある水は、対流によって熱交換器３付近の
水を移動させる。そのため熱交換器３の熱交換効率の低
下が防がれる。

熱交換器３において熱交換を終えた後の余剰分の熱量を
有する熱媒体によって、熱交換器４で蓄熱ダンク７内の
水を加熱するようにしたので、蓄熱タンク７の上部の水
温が高くなっても太陽熱集熱器ｌの管路６から供給され
る熱媒体の温度が高くなることが防がれる。そのため管
路６における熱損失は小さく抑えられ、しかも太陽熱集
熱器ｌの集熱効率の向上が図られる。

第１図に示される実施例では、夕方ごろになって日射量
が減少して太陽熱集熱器１からの熱媒体の温度が蓄熱タ
ンク７の上部の水温よりも低くなるト、蓄熱タンク７の
上部にある水の然が熱交換器３によって無媒体に奪われ
、この熱交換器３において昇温された熱媒体が蓄熱タン
ク７の下部に設けられｆｃ熱交換器４に導かれてしまい
、そのたメ高温度の水を〜ることができなくなる。この
問題を解決する本発明の能の実施例は、第２図に示され
ている。

第２図に示される本発明の他の実施例では、＋ｉｉＪ述
の実施例に対応する部分には同一の参照符を付す。注目
すべきは、管路２の途中に三方弁１４が設けらｉＬる。

この三方弁１４は、管路２からの熱媒体を管路１５から
熱交換器３に導き、または管路１６から熱交換器４に導
く。管路１６には熱交換器３からの熱媒体が管路１７を
介して導かれる。

蓄熱タンク７の上部には、温度検出器１８が設けられる
。制御回路１９は、温度検出器１１，１２゜１８、ポン
プ５および三方弁１４に関連して接続される。

第３図は制御回路１９に関連する電気回路を示す。操作
スイッチＱはスイッチＱ　１　、０２　ｋ（ＩｉＬ、蓄
熱タンク７から比較的低温度の水を多量に・区要とする
ときに操作され、これによってスイッチＱｌが導面し、
スイッチＱ２が遮断する。温度検出器１１によって検出
される熱媒体の温度をＡとし、温度検出器１２．１８に
よって（食出される水の温度をそれぞれＢ、Ｃとし、Ｅ
ｌ、Ｕ２．Ｕ８を予め定めた温度とし、ｔｌ）Ｕ３　　　　　　　　　　　　　・・・＋Ｉ）ｔ
　ｌ＞ｔ　２　　　　　　　　　　　　．１２１とする
とき、スイッチＸｉ、Ｘ２は連動して第１表の動作を行
ない、スイッチＹｌ、Ｙ２は連動して第２表に示される
動作を行ない、スイッチＺは第３表に示される動作をし
、スイッチＷ　１　、　Ｗ　２は連動して第４表に示さ
れる動作をする。

第　　１　　表第　　２　　表第　　３　　表第　　４　　表コｔｎＴＬ　１＝７°ＣＴ　アｔ）、ｔ　２＝ｔ　８＝
４°ｃであってもよい。

リレー２０．２９のリレーコイルＳｌ、５２が励磁され
たとき、リレースイッチＳｌａ、Ｓ２ａは導通する。リ
レー２１のリレーコイル２２カｒｊＪＩ磁されたとき、
リレースイッチ２８．２４が導ｉｒｎする。またリレー
２５のリレーコイル２６がｂｉｈ磁されたとき、リレー
スイッチ２７．２８が導通する。三方弁１４ば、リレー
スイッチ２８が遮断しており、したがって電力消勢され
ているときには、管路２を管路１５に接続し、管路１６
を遮断する。

この三方弁１４は、リレースイッチ２８が導通して７ｄ
力付勢されているとき、管路２を管路１６に接続し、ｆ
Ｒ路１５を遮断する。

第４図を参照して、動作を説明する。ステップｎｌにお
いて操作スイッチＱが操作されたが否がが判断され、操
作されていなければ、すなわちスイッチＱｌが導通して
いるとき、ステップｎ２に移り、温度検出器１１．１８
によってそれぞれ検出される温度Ａ、Ｃの差が１１を超
えるが否がが判断され、そうであれば第１表のとおりス
イッチＸ２が導通する。そのためリレー２１のリレーコ
イル２２がｌ１ｉｈ磁され、リレースイッチ２４が導通
ずる。リレースイッチ２４の導通によって、ポンプ５が
ステップＤ３において付勢され、熱媒体の循環が行なわ
れる。ステップｎ４では、温度検出器１１．１８によっ
てそれぞれ検出される温度Ａ。

Ｃの差が予め定めた値ｔ２未満であるかが判断され、そ
うであれば第３表のとおりスイッチＺが導通し、これに
よってリレー２５のリレーコイル２６が励磁されてリレ
ースイッチ２８が導通し三方弁１４が何勢される。その
ため三方弁１４は、ステップｎ５において管路２を管路
１６に接続し、管路２を管路１５と遮断する。ステップ
口６では、温度検出器１１．１２によってそれぞれ検出
される温度Ａ、Ｂが予め宇めた値ｔ３未満であるかが判
断され、そうであれば兎４表に示されるようにスイッチ
ＷＩがユ庶断し、リレーコイル２２が消磁されてステッ
プｎ７においてポンプ５が停止する。

またこのときスイッチＷ２が遮断することによって、リ
レーコイル２６が消磁され、これによってリレースイッ
チ２８が遮断して三方弁１４が消勢される。そのためス
テップｎ８では、三方〇１４は管路２を管路１５に接続
し、管路１６を遮断する。このようにしてステップ口３
では、ポンプ５の働きによって、熱交換２ｇ３は蓄熱グ
ンク７の上部の水を加熱して昇温する。またステップｎ
５では、三方弁１４の働きによって管路２から管ｌ洛１
６に熱Ｍ！：体が桿かれるので、蓄熱タンク７の下部に
ある水の温度が上昇される。ステップ°ｎ７では、温度
（実用滞１１．１２によって（実用される蛮晶度Ａ。

Ｂの差が小さくなることによって、ポンプ５力玉停止し
、熱媒体は管路２から管路１５に導かｉｚる。

このようにして蓄熱タンク７には、その上部に比較的高
湯度の水が貯留されて使用に供されることがｉｊ１′能
になる。

ステップｎ１において操作スイッチＱ　７５Ｓ　４Ａ　
４’ｔ＝されると、スイッチＱ２が等面する。ステップ
ｎ９において温度検出器１１．１２によってそれぞれ検
出された温度Ａ、Ｂの差が予め定めたで直ｔ１を超えて
いるときには、第２表から明らかなようにスイッチＹ２
が導通している。これによって１ル−コイル２２があゾ
ｌ磁される。そのため１ル−スイ７（−２４が導通して
ポンプ５が電力付勢される。

このときリレー２０のりレーコイＩしＳｌが＆ｆｔ磁さ
れ、リレースイッチＳｌａが導通し、１ル−コイル２６
　カ励磁されリレースイッチ２８が導通する。

そのため三方弁■４が付勢され、ステップｎ５において
管路２が管路１６に連ｉｉＤされる。

ステップｎ２において温度検出器１１．１８によってそ
れぞれ（実用される温度Ａ、Ｃの差が予め定めた値ｔｌ
以下であるときには、第１表に示されるようにスイッチ
ｘ１が等面している。ステップｎ９において温度検出器
１１．１２によってそれぞれ検出される温度Ａ、Ｂが予
め定めた（１ｍ　ｔ　ｌを超えているときには、スイッ
チＹ１が３ｔ”ｌ　１ｆｆｉ　しており、これによって
リレーコイル２２が９１１／１磁され、リレースイッチ
２４が導面して、ステップｎｌ。

でポンプ５が駆動される。このとき、リレー２９のリレ
ーコイルＳ２が励磁され、リレースイッチＳ２ａが桿面
し、リレーコイル２６が’ｉｈ磁されてリレースイッチ
２８が導面し、三方弁１４が付勢され、ステップｎ５に
おいて管Ｉ＋’ｉ５２　、　ｌ　６が連通される。

本発明のさらに他の実施例として、蓄熱タンク７の上部
から下部にわたって３以上の熱交換器が相互に直列に接
続されて配置りされてもよい。

第５図は、本発明のさらに能の実ＪｊｆＵ例の全体の系
統図である。この実施例は、箔２図に示された実施例に
類似し、対応する部分には同一の参照符を′何す。注目
すべきは、この実施例では熱交換器４に供給される熱媒
体の流路の直曲に三方弁３０が介在されている。この三
方弁８０は、それが電力付勢されているとき熱交換器４
とポンプ５との［ｌυの管路３１に管路１６を接続し、
管路１６からの熱媒体を熱交換器４に導かず、また三方
弁３０が消勢されているとき管路１６を熱交換器４に接
続しこのとき管路１６と管＠３１とを遮断する。

温度検出器１１，１２．１８は制御回路３３に接続され
る。ＩＬｌ」御回路３３は、マイクロコンピユータなど
を含み、第６図のフローチャートに示される動作を行な
ってポンプ５と三方弁１４．８０を制御する。

第６図を参照して、ステップｍ１において操作スイッチ
Ｑが操作されたか否かが判断される。この操作スイッチ
Ｑｌｄ、蓄熱タンク７の上部と下部とで温度差をつけて
蓄熱したい場合、すなわち短時間で高温水を得たい場合
、または冬季や日射量の少ない日などに高温水を得たい
場合に操作される。操作スイッチＱが操作されたときに
は、ステップｍ２において温度検出器１１．１８によっ
て検出される温度Ａ、Ｃの差が予め定めた値ｔ１未満で
あるか否かが判断され、そうであればステップｍ８に移
りポンプ５が駆動される。次のステップｍ４では、温度
検出器１１．１８によって検出される温度Ａ、Ｃの差が
予め定めた値ｔ２未満であるか否かが判断され、そうで
あれば、ステップｍ５に移る。ステップｍ５では三方弁
１４は管路２を管路１６に接続して熱媒体をバイパスさ
せ、もうｌりの三方弁３０は管路工６を管路３２に接続
して熱媒体を熱交換器４に専〈。ステップ＋ｎ　６では
、温度検出器１１．１２によって検出される温度Ａ、Ｂ
の差が予め定めた値【３未満であるか否かが判断され、
そうであればステップｍ１７に移りポンプ５を停止する
。ステップｍ４において温度検出器ｉｉ、ｔｓによって
（実用される温度Ａ。

Ｃの差が予め定めた値１２以上であるときにはステップ
ｍ８に移り、三方弁１４は管路２を管路ｌ５に接続して
熱媒体を熱交換器３に導き、このとき三方弁３０は管路
１６を管路３１に接続して熱交換器４に熱媒体を導かな
いでおく。このようにして熱交換器３だけを用いて蓄熱
タンク７の上部にある水の温度を高くする。曲述のステ
ップｍ５では、熱交換器４だけが用いられる。これによ
って日射はが急激に変化した場合や朝、夕などのように
日射量の少ないときにおいても、熱交換器３では集熱が
不可能であっても、熱交換器４では集熱を行なうことが
でき、集熱効率が向上する。

ステップｍ２において、温度検出器１１．１８によって
）吹出される温度Ａ、Ｃの差が予め定めた値ｔ１以」二
であるときには、ステップｍ７において温Ｉ犯検出器１
１．１２によって検出される温度Ａ、Ｂの差が予め定め
た値【１以上であるか否かが′ｌ′１４Ｊけ１ｊされ、
そうであればステップｍ９に移りポンプ５を駆動し、熱
交換器４によって集熱を行なう。

ステップ＋ｎ　ｌ　Ｏにおいて温度検出器１１，１２に
よって１灸出された温度の差が予め定める値（ｌを超え
るときには、ステップｍｌｌに移り、ポンプ５を駆動し
、熱媒体を循環する。ステップｍ１２において温度検出
３３１１．１８によって検出される温度Ａ、Ｃが予め定
める値ｔ２未満であるときには、ステップｍ１８に移り
、切換弁１４によって管路２を管路１６に接続して熱媒
体を）々イ／＜スし、三方弁３０によって管路１６から
の熱媒体を管区”１Ｂ２から熱交換器４に導く。このよ
うにして蓄熱タンク７の下部の水を加熱する。

ステップｍ　ｌ　２において温度検出器１１．１８によ
って検出される温度Ａ、Ｃが予め定める値ｔ２以上であ
るときには、ステップｍ１４に移り、三方ブｔ−１４に
よって熱媒体を管路２から管路１５を経て熱交換器３に
専き、ここで蓄熱タンク７の上部の水を加熱した熱媒体
は管路１７から王方介ａｏ′！ｆ−経て管路３２から熱
交換器４に導かれる。

これによって蓄熱タンク７の下部の水が加熱される。

ステップｍ　ｌ　５では、温度検出器１１．１２によっ
て検出される温度Ａ、Ｂの差が予め５＋にめる値ｔ３未
満であるか否かが判断され、そうであればステップｍ１
６に移りポンプ５を停止する。

本発明の他の実施例として、蓄熱タンク７の上部の水温
が予め定めた値に達するまでは熱交換器３によって昇温
を行ない、またはその蓄熱タンク７の上部の水温が予め
定めた前記値になるまで熱交換器３，４によって昇温を
行ない、その後は熱交換器３を使用せず熱交換器４によ
って蓄熱タンク７の下部の水のみを加熱するようにして
もよい。

このようにして太陽熱集熱器１によって集熱され比熱を
、効率よく蓄熱ダンク７に貯留することができる。

以上のように本発明によれば、蓄熱タンクの上部とＦ部
とに復改の熱交換器をそれぞれ設けたので、ｌ？ｊｉ’
ｌ！〜タンクにおいて貯冒される水の温度を日射量が少
なくても充分に昇温することができ、まｆｃその加熱に
要する時間が短くて済み、しかも熱交換効率が回とされ
、このようにして利用者の使い１涛手が向上された太陽
熱集熱装置ｍが実施される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の全体の系統図、第２図は本
発明の他の実施例の全体の系統図、第３図は第２図に示
された実施例の制御回路１９に関連する電気回路図、第
４図は第３図に示されｆｃ　ｍ気回路の動作を説明する
ためのフローチャート、第５図は本発明のさらに他の実
施例の全体の系統図、第６図は第５図に示された実施例
の動作を説明するためのフローチャートである。ｌ・・・太陽熱集熱器、８．４・・・熱交換器、５・・
・ポンプ、７・・・蓄熱タンク、１３．１９・・・制御
回路、１４・・・三方弁代理人　　　弁理士　西教圭一部

Claims

【特許請求の範囲】

太陽熱で熱媒体を加熱する太陽熱集熱器と、加熱される
べき液体が貯留される蓄熱ダンクと、蓄熱タンクの上部
と下部とにそれぞれ設けられ、相互に直列に接続され、
太陽熱集熱器とともに循環ループを形成する複数の熱交
換器と、０［１記循環ループに介在され、熱媒体を圧送
するポンプとを含むことを特徴とする太陽熱集熱装置。